(57)【要約】【課題】本発明は、金属化フィルムコンデンサにおいて、コンデンサ素子から発生する振動を抑制し、高電圧高周波用途に耐える金属化フィルムコンデンサを提供することを目的とする。【解決手段】誘電体フィルムの片面または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルム１０を、一対の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回してコンデンサ素子１１を形成し、このコンデンサ素子１１の両端面に電極引出部を設けた金属化フィルムコンデンサであって、上記コンデンサ素子１１は、巻回の巻き始めの部分に貫通された空洞が形成され、その空洞内に緩衝材１３が配設されたことを特徴とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フィルムの片面または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを、一対の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子の両端面に電極引出部を設けた金属化フィルムコンデンサであって、
上記コンデンサ素子は、巻回の巻き始めの部分に貫通された空洞が形成され、その空洞内に多孔質または繊維の緩衝材を配設したことを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
上記緩衝材は、貫通された空洞の全体に充填されたことを特徴とする請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
上記コンデンサ素子の空洞に充填される緩衝材の充填率を８０％以上にした請求項２に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力率改善用の電力用、電気機器用、各種電源回路用及び通信機器等、また、直流用途の平滑用、フィルター用等高周波領域に使用される金属化フィルムコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮から、あらゆる電気機器がインバータ回路で制御され、省エネ化、高効率化が進んでいる。また、ハイブリッド自動車などにもインバータ回路が採用され、省エネ化や高効率化する技術開発が活発化してきている中で、従来のインバータ回路に多く用いられている電解コンデンサに替わるものとして、耐電圧特性、寿命特性に優れるフィルムコンデンサが注目されている。
【０００３】
そして、従来のフィルムコンデンサとして、例えば特許文献１は、素子を外装ケースに収納し、上記外装ケース内に充填樹脂を充填し、絶縁板を上記外装ケースの開口部に嵌合したフィルムコンデンサにおいて、円柱形状の芯部にフィルムを巻き付け円柱形状とした上記素子の上記芯部に嵌合し、上記素子を上記外装ケースの中心に位置させ、上記素子と上記外装ケースの内側面および内底面との間に空間を形成するための傾斜部を有する突起部を、端子を固定した上記絶縁板に設け、上記空間に上記充填樹脂が存在し、上記素子と上記外装ケースの側面および底面とが接触しないことを特徴とするフィルムコンデンサが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した一対の金属化フィルムを上記金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回した素子と、この素子の両端面に金属溶射によって形成されたメタリコン電極からなる金属化フィルムコンデンサにおいて、金属箔を巻回することにより形成された２本の巻芯を同軸上に隙間を設けて非接触状態で配設し、この２本の巻芯上に上記一対の金属化フィルムを巻回すると共に、この２本の巻芯の各一端が夫々上記メタリコン電極と接続されるようにした金属化フィルムコンデンサとすることにより、素子が発熱して素子内部の温度が上昇しても、上記金属箔製の巻芯がヒートパイプの役割を果たし、メタリコン電極を介して外部へ放熱することができるようになるために放熱性に優れた金属化フィルムコンデンサを提供することができるという効果が得られることが開示されている。
【０００５】
これらは、電解コンデンサからフィルムコンデンサへの代替には、数百〜数千μＦといった大容量が必要となるために、スペース効率の高い扁平形状のコンデンサ素子を並列接続したものが用いられており、金属化フィルムコンデンサの最大の特徴である自己回復機能、耐電圧特性の向上がなされている。
【０００６】
しかし、産業・自動車分野におけるインバータ回路では高電圧高周波用途での仕様のため、商用周波数に比べフィルムコンデンサからのフィルム振動、うなり音による騒音が大きくなるという課題を有していた。
【０００７】
この課題に対して、特許文献３では、コンデンサ素子の製造方法において、一対の半円柱形で構成される巻取り機の巻芯シャフトに、コンデンサ用フィルムの端部を挟み込んで巻きつけ、断面が円形状の素子を得た後、上記巻芯シャフトの軸回転により、上記フィルムを挟み込んだフィルム挟み込み面と、上記素子を偏平形にプレスする面とを平行にする方法により、素子を偏平化したときの歪またはしわの発生を防止することができ、うなり音増加や耐圧低下を抑制できるとされている。
【０００８】
また、特許文献４では、誘電体フィルムからなるコンデンサ素子と、上記コンデンサ素子を収納するケースと、上記コンデンサ素子と上記ケースとの間の空隙に充填された樹脂とを含んでなる乾式フィルムコンデンサであって、上記ケースの内壁に、少なくとも１つの凹部を形成することにより、コンデンサ素子を収納するケースの内壁に設けた凹部と、ケース内に充填された樹脂との作用によって、コンデンサ素子からの振動を効果的に吸収することができ、ケース外へ伝播する雑音を低減することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３５２１７４号公報
【特許文献２】特開２００８−２１１１２８号公報
【特許文献３】特開２００８−１７７３３８号公報
【特許文献４】特開２００９−９４２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
金属化フィルムコンデンサの振動は、素子の巻回する軸方向と、軸方向と直交する方向に振動が伝播され、特に素子を小判形に扁平した場合、素子の軸方向と直交する方向の振動が大きくなるとされている。この振動がうなり音として騒音が発生する。
【００１１】
上記特許文献３は、コンデンサ素子を偏平化したときの歪またはしわの発生を防止してうなり音を抑制することができるとされているが、コンデンサ素子が扁平形状を有しているかぎり、高電圧高周波用途での振動抑制を満足するものではない。
【００１２】
また、特許文献４も、ケース内に充填した樹脂とケースの内壁の形状により、ある程度の騒音を低減させることはできるが、高電圧高周波用途での振動抑制を満足するものではない。
【００１３】
さらに、ケースの内壁に凹部を形成させるのに複雑な工程を要し、ケースがコスト高になってしまうという課題を有している。
【００１４】
本発明は、金属化フィルムコンデンサにおいて、コンデンサ素子から発生する振動を抑制し、高電圧高周波用途に耐える金属化フィルムコンデンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、誘電体フィルムの片面または両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを、一対の金属蒸着電極が誘電体フィルムを介して対向するように巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子の両端面に電極引出部を設けた金属化フィルムコンデンサであって、上記コンデンサ素子は、巻回の巻き始めの部分に貫通された空洞が形成され、その空洞内に多孔質または繊維の緩衝材が配設されたことを特徴とするものである。また、緩衝材は、貫通された空洞部の全体に充填されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、コンデンサ素子を巻回した巻き始めの空洞内に多孔質または繊維の緩衝材を配設することにより、コンデンサ素子の振動を抑制することができ、製品化したときのうなり音の騒音を低減することができる。これは、コンデンサ素子内で発生した振動が、コンデンサ素子内で共鳴して振動が増幅するのを空洞に設けた緩衝材により抑制されるためと考えられる。
【００１７】
なお、空洞部に設けた緩衝材は、空洞部の全体に充填することにより、振動をより抑制する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態における金属化フィルムコンデンサの構成を示す斜視図
【図２】同Ａ−Ａ線におけるコンデンサ素子の断面図
【図３】同コンデンサ素子の空洞に充填される緩衝材の充填率と騒音レベルのグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明における金属化フィルムコンデンサの一実施の形態を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線におけるコンデンサ素子の断面図である。
【００２０】
図１、図２において、１１はコンデンサ素子を示し、１２はコンデンサ素子１１の両端面に形成したメタリコン電極、１４はメタリコン電極１２に電極引出部であるリード線１５を半田で接合した半田接合部、１６はコンデンサ素子１１を収納するケースである。
【００２１】
コンデンサ素子１１は、蒸着膜のパターンが互いに異なる２枚の金属化フィルム１０が重ね合わされた状態で巻き始めに空洞を設けて巻回されている。これら２枚の金属化フィルム１０は、巻回される幅方向に互いに若干ずらして巻回されている。これにより、コンデンサ素子１１の外形は略円柱状となっている。金属化フィルム１０は、誘電体フィルムと、誘電体フィルムの片側の面に蒸着される蒸着電極（蒸着膜）とで構成されている。誘電体フィルムは、ポリフッ化ビリニデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等で構成されている。また、蒸着膜は、例えばアルミニウムで構成されている。
【００２２】
コンデンサ素子１１の巻き始めの空洞には、緩衝材１３が配設されている。この緩衝材１３としては、多孔質である発泡ウレタン、繊維であるガラスウール、合成繊維の不織布等を用いることができる。この緩衝材１３は、コンデンサ素子１１の巻き始めの空洞の全体に詰め込むように配設されているのが好ましい。
【００２３】
メタリコン電極１２は、コンデンサ素子１１の軸方向両端部にそれぞれ設けられている。具体的に、メタリコン電極１２は、コンデンサ素子１１の両端部に金属を溶射することで形成されている。メタリコン電極１２は、コンデンサ素子１１の両端部からそれぞれはみ出した上記金属化フィルム１０の蒸着電極と電気的にそれぞれ接続されている。
【００２４】
リード線１５は、一端がメタリコン電極１２に半田付けして半田接合部１４を形成して電気的に接続され、他端は回路基板の所定の配線パターン（図示せず）に接続される。
【００２５】
ケース１６は、コンデンサ素子１１を収納する樹脂製のケースである。ケース１６は後述する充填樹脂（図示せず）を安定に保持するため、充填樹脂との親和性がよい材料であることが必要であり、この要求に満足するものとしてポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレートが好ましい。
【００２６】
コンデンサ素子１１を収納したケース１６内には充填樹脂（図示せず）を充填する。充填樹脂は、熱硬化性のエポキシ樹脂等を用いることができるが、急激な温度変化や冷熱サイクルに耐えるため、ケース１６と充填樹脂の熱膨張係数を近づけて充填樹脂やケース１６でのクラック発生を防止するため、無機フィラーを含有することが好ましい。無機フィラーはアルミナやシリカなどの無機物を主成分とするものでよく、また含有量は充填樹脂１００重量部に対して３０から８０重量部程度が好ましい。この充填樹脂は、コンデンサ素子１１、メタリコン電極１２、及びリード線１５の一端側を外側から覆うように充填する。
【００２７】
このように本実施の形態の金属化フィルムコンデンサは、コンデンサ素子１１を巻回した巻き始めの空洞内に多孔質または繊維の緩衝材１３を配設することにより、コンデンサ素子１１内で発生した振動が共鳴して増幅するのを抑制することができ、製品化したときのうなり音の騒音を低減することができる。
【００２８】
なお、空洞に設けた緩衝材１３は、空洞部の全体に充填することにより、振動をより抑制する効果が得られる。
【００２９】
以下、具体的な実施例について説明する。
【００３０】
（実施例１）
厚み３μｍ、幅３０ｍｍのポリプロピレンからなる誘電体フィルムに、その表面にアルミニウムの蒸着金属を形成した金属化フィルムを用い、巻き始めの空洞の径が５ｍｍにしてコンデンサ素子の外周径の寸法を２０ｍｍとなるように巻回して円柱状のコンデンサ素子（φ２０×３０ｍｍ）を作製した。
【００３１】
次に、コンデンサ素子の空洞に発泡ウレタンを充填した後（充填率１００％）、コンデンサ素子の両端面に亜鉛を溶射してメタリコン電極を形成した。
【００３２】
続いて、メタリコン電極にリード線を半田付けし、２５×３５×３０ｍｍのＰＰＳ樹脂のケースに収納し、リード線の一部が露出するように充填樹脂（エポキシ樹脂）をケース内に充填して金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００３３】
（実施例２）
上記実施例１において、コンデンサ素子の空洞に設けた発泡ウレタンの代わりに、合成樹脂の不織布（住友３Ｍ製、商品名：シンサレート）を用いた（充填率１００％）以外は上記実施例１と同様にして金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００３４】
（実施例３）
上記実施例２において、合成樹脂の不織布（住友３Ｍ製、商品名：シンサレート）を用いた（充填率８０％）以外は上記実施例２と同様にして金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００３５】
（実施例４）
上記実施例２において、合成樹脂の不織布（住友３Ｍ製、商品名：シンサレート）を用いた（充填率６０％）以外は上記実施例２と同様にして金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００３６】
（実施例５）
上記実施例２において、合成樹脂の不織布（住友３Ｍ製、商品名：シンサレート）を用いた（充填率４０％）以外は上記実施例２と同様にして金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００３７】
（比較例１）
上記実施例１において、コンデンサ素子の空洞に何も詰め込まないようにした以外は上記実施例１と同様にして金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００３８】
（比較例２）
上記比較例１において、コンデンサ素子を偏平（偏平率５０％）にした以外は上記比較例１と同様にして金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００３９】
上記実施例１〜５、比較例１〜２の金属化フィルムコンデンサについて、６ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１５ｋＨｚの周波数で５Ａのリップルを有する電圧を通電した時の騒音を測定した。その測定結果を（表１）に示す。なお、騒音の測定については、ケースから上面に１０ｃｍ離した位置にマイクを配置して測定した。また、充填率はコンデンサ素子の空洞の空隙が無い状態を１００％とし、緩衝材の充填される体積比で表す。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
（表１）から明らかなように、実施例１〜３の金属化フィルムコンデンサは、比較例１、２の金属化フィルムコンデンサに比べて、コンデンサ素子を巻回した巻き始めの空洞内に緩衝材を配設することにより、コンデンサ素子の振動を抑制することができ、製品化したときのうなり音の騒音を低減することができる。
【００４２】
また、緩衝材の充填率は、実施例１〜５の１０ｋＨｚでの騒音レベルを図３に示すように８０％以上が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、コンデンサ素子をケース内に備え、コンデンサ素子を巻回した巻き始めの空洞内に緩衝材を配設した信頼性の高い金属化フィルムコンデンサとするものであり、高温、高湿や熱衝撃などの過酷な条件下で大電流用に使用され、かつ高い信頼性が要求される各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用されるコンデンサに有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  金属化フィルム
１１  コンデンサ素子
１２  メタリコン電極
１３  緩衝材
１４  半田接合部
１５  リード線
１６  ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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