(57)【要約】【課題】高い加工効率と安価な製造方法の下で製造される、発熱源である金属蒸着膜からの放熱性に優れた金属化フィルムコンデンサとその製造方法を提供する。【解決手段】金属化フィルム４を巻き回してなる金属化フィルム柱体６の２つの電極取り出し面に金属溶射部７が形成され、該金属溶射部７に外部引き出し端子８が接合されてなる金属化フィルムコンデンサ１０であって、この金属化フィルム４は、誘電体フィルム１とその一側面に形成された金属蒸着膜２とからなり、該金属蒸着膜２はその長手方向に沿う一方の端部領域に該金属蒸着膜２が酸化してなる絶縁性の金属酸化物３が形成されており、一方の金属溶射部７には金属蒸着膜２の金属酸化物３が密着し、他方の金属溶射部７には金属蒸着膜２の長手方向に沿う他方の端部が密着している。【選択図】図３
2012099712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属化フィルムを巻き回し、もしくは積層させてなる金属化フィルム柱体の２つの電極取り出し面に金属溶射部が形成され、該金属溶射部に外部引き出し端子が接合されてなる金属化フィルムコンデンサであって、
前記金属化フィルムは、誘電体フィルムとその一側面に形成された金属蒸着膜とからなり、該金属蒸着膜はその長手方向に沿う一方の端部領域に該金属蒸着膜が酸化してなる絶縁性の金属酸化物が形成されており、２つの前記金属溶射部の一方には金属蒸着膜の前記金属酸化物が密着し、他方の金属溶射部には金属蒸着膜の長手方向に沿う他方の端部が密着している金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記金属蒸着膜がアルミニウムもしくはその合金からなる蒸着層であり、前記金属酸化物がアルミナからなる請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
誘電体フィルムの一側面に金属蒸着膜を形成して金属化フィルムの中間体を製造する第１の工程、
金属化フィルム表面の金属蒸着膜の長手方向に沿う一方の端部領域を酸化して絶縁性の金属酸化物を形成して金属化フィルムを製造する第２の工程、
２枚の前記金属化フィルムそれぞれの金属酸化物からなる端部領域が反対側となるようにして該２枚の金属化フィルムを積層させ、これを巻き回して、もしくは積層して金属化フィルム柱体を製造し、その２つの電極取り出し面に金属溶射部を形成し、該金属溶射部に外部引き出し端子を接合して金属化フィルムコンデンサを製造する第３の工程、からなる金属化フィルムコンデンサの製造方法。
【請求項４】
前記金属蒸着膜がアルミニウムもしくはその合金からなる蒸着層であり、前記金属酸化物がアルミナからなる請求項３に記載の金属化フィルムコンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻回し型もしくは積層型の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】
従来の金属化フィルムを巻き回してなる巻回し型の金属化フィルムコンデンサは、巻き回してなる金属化フィルム柱体の両端の２つの電極取り出し面に金属溶射部（もしくはメタリコン、メタリコン電極）が形成され、これら２つの金属溶射部に外部引き出し端子をはんだ接合することで製造されている。なお、積層型の金属化フィルムコンデンサに関しても、金属化フィルムが積層して金属化フィルム柱体を形成する以外は実質的に巻回し型と同様の構造を呈している。
【０００３】
図５を参照して従来の金属化フィルムと２つの金属溶射部の関連構造を説明する。同図で示すように、金属蒸着膜ｋ１、ｋ２がそれぞれ誘電体フィルムｆ１、ｆ２の一側面に形成されて金属化フィルムｆａ，ｆｂが構成され、これら２枚の金属化フィルムｆａ，ｆｂを積層して一組の金属化フィルムｆとし、この一組の金属化フィルムｆを巻き回すことで金属化フィルム柱体ｃが製造される。ここで、一方の金属化フィルムｆａを構成する誘電体フィルムｆ１の一側面に形成された金属蒸着膜ｋ１は、その長手方向に沿う一方端が一方の金属溶射部ｄ（一方の電極）に密着しており、その長手方向に沿う他方端には、他方の金属溶射部ｄ（他方の電極）から絶縁されるべく、たとえば２ｍｍ程度の隙間領域（絶縁マージン領域ｍｇ）、すなわち非蒸着部領域が設けられている。
【０００４】
一方、一組の金属化フィルムｆを構成する他方の金属化フィルムｆｂは、上記する一方の金属化フィルムｆａと反対側に絶縁マージン領域ｍｇを形成し、反対側の金属溶射部ｄ（他方の電極）に密着することにより、一組の金属化フィルムｆそれぞれの金属蒸着膜ｋ１、ｋ２がそれぞれ別個の金属溶射部ｄ、ｄと密着する構造を形成している。２つの金属溶射部ｄのそれぞれに外部引き出し端子ｂがはんだ接合ｈされることで、金属化フィルムコンデンサＫＣが形成される。なお、このような２枚一組の金属化フィルムを巻き回し、その両端に金属溶射部が形成された構成の金属化フィルムコンデンサが特許文献１に開示されている。
【０００５】
このように、従来の金属化フィルムコンデンサでは、２枚一組の金属化フィルムを構成するそれぞれの金属蒸着膜が一方の金属溶射部のみと密着していることから、発熱源である金属蒸着膜からの放熱経路は主として一方の金属溶射部に向かう経路のみとなり、十分な放熱性が得られていないという課題がある。なお、誘電体フィルムとして一般に適用されているポリプロピレンフィルムを例示するに、その熱伝導率は０．１８Ｗ／ｍＫ程度であり、たとえば金属蒸着膜をアルミニウムから形成する際の熱伝導率：２３６Ｗ／ｍＫ程度と比べて極めて低い熱伝導率であることから、誘電体フィルムから金属溶射部への放熱は期待できない。
【０００６】
昨今の金属化フィルムコンデンサの小型化にともない、高誘電率の誘電体フィルムが使用されることも多くなっているが、このような高誘電率の誘電体フィルムでは誘電正接がより一層大きくなることからフィルム自体の発熱量も多くなり、これにコンデンサ自体の小型化が相俟って発熱密度がさらに上昇し、コンデンサがより一層高温になってしまう。
【０００７】
この放熱性に関する課題に対して、金属化フィルムの温度上昇による容量低下を防ぐために、熱伝導率の良好なポッティング樹脂材で金属化フィルムの特に上記絶縁マージン領域を閉塞することがおこなわれている。しかし、コンデンサ製造に際してポッティング樹脂材をポッティングする工程増がその製造効率を低下させ、熱伝導率の高いポッティング樹脂材を使用することで材料コストが増加し、ひいてはコンデンサ製造コスト増加の大きな要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−０４４０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、その放熱性を高めるに当たってポッティング樹脂材が金属蒸着膜側方の絶縁マージン領域に適用されることがなく、効率的な製造方法の下で製造され、優れた放熱性を有する金属化フィルムコンデンサと、この金属化フィルムコンデンサの製造方法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】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明による金属化フィルムコンデンサは、金属化フィルムを巻き回し、もしくは積層させてなる金属化フィルム柱体の２つの電極取り出し面に金属溶射部が形成され、該金属溶射部に外部引き出し端子が接合されてなる金属化フィルムコンデンサであって、前記金属化フィルムは、誘電体フィルムとその一側面に形成された金属蒸着膜とからなり、該金属蒸着膜はその長手方向に沿う一方の端部領域に該金属蒸着膜が酸化してなる絶縁性の金属酸化物が形成されており、２つの前記金属溶射部の一方には金属蒸着膜の前記金属酸化物が密着し、他方の金属溶射部には金属蒸着膜の長手方向に沿う他方の端部が密着しているものである。
【００１１】
本発明の金属化フィルムコンデンサは、２枚一組の金属化フィルムのそれぞれを構成する金属蒸着膜の側方に設けられていた絶縁マージン領域（空隙領域）を廃し、誘電体フィルムの全面に金属蒸着膜を形成するとともに、その金属蒸着膜の２つの端部のうちの一方はこれが酸化されて絶縁性の金属酸化物となっていることで、この金属酸化物を介して金属蒸着膜から金属溶射部への放熱をおこなうことを可能とし、もって金属蒸着膜から２つの金属溶射部への放熱経路を保証して放熱性能に優れたものとなっている。
【００１２】
ここで、金属化フィルム柱体は、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などからなる誘電体フィルムの表面にアルミニウムや亜鉛などからなる金属蒸着膜が形成されてなる金属化フィルムを２枚積層して一組とし、双方の金属化フィルムが相互に反対側の端部に上記する金属酸化物を有し、それぞれの金属蒸着膜と金属酸化物が両側の金属溶射部（メタリコン電極）に接触するようになっている。さらに、金属蒸着膜のうち、金属酸化物と反対側の端部は電極接触を保証するために他の部位よりも厚めのいわゆるヘビーエッジとすることもでき、たとえば、金属蒸着膜の一般部が３０ｎｍ程度である場合に、ヘビーエッジはその倍の６０ｎｍ程度に調整することができる。
【００１３】
巻回し型もしくは積層型の金属化フィルム柱体の両端の電極取り出し面に亜鉛などからなる金属溶射部が形成され、この金属溶射部に外部引き出し端子の一部がはんだ付けされる。この外部引き出し端子は、棒状や板状のバスバーなどからなり、その素材としては銅やアルミニウム、ニッケル、ステンレスなどが適用される。
【００１４】
また、アルミニウムや樹脂などからなるケース内に金属化フィルム柱体が配設された姿勢で、このケース内にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂がモールドされてモールド樹脂体が形成された金属化フィルムコンデンサであってもよく、この形態では、モールド樹脂体によって金属化フィルムコンデンサの防水性と防振性の双方の性能が向上する。
【００１５】
ここで、前記金属蒸着膜がアルミニウムもしくはその合金からなる蒸着層であり、前記金属酸化物がアルミナからなる実施の形態が好ましい。
【００１６】
アルミニウムが酸化してアルミナが形成されると、電気抵抗率は２．６５×１０−８Ωｍから２×１０１３Ωｍと大幅に上昇して絶縁物化する一方で、熱伝導率は、２３６Ｗ／ｍｋから３０Ｗ／ｍｋと１／８程度となるに過ぎず、絶縁物化の程度に比して熱伝導率の低下の程度は格段に低い。
【００１７】
また、アルミナは絶縁酸化物の中でも熱伝導率が良好であり、放熱用のフィラーとしても多く用いられているものであることからアルミナを介した熱引き効果は十分に期待できる。
【００１８】
したがって、従来構造の金属化フィルムコンデンサにおいて金属蒸着膜の端部に絶縁マージン領域である隙間が設けてあった箇所にアルミ素材の金属蒸着膜が酸化してなるアルミナが存在することにより、アルミ蒸着膜の一方端から一方の金属溶射部へ放熱され、アルミナから他方の金属溶射部へ放熱されることで放熱性能は飛躍的に向上する。
【００１９】
また、本発明は金属化フィルムコンデンサの製造方法にも及ぶものであり、この金属化フィルムコンデンサの製造方法は、誘電体フィルムの一側面に金属蒸着膜を形成して金属化フィルムの中間体を製造する第１の工程、金属化フィルム表面の金属蒸着膜の長手方向に沿う一方の端部領域を酸化して絶縁性の金属酸化物を形成して金属化フィルムを製造する第２の工程、２枚の前記金属化フィルムそれぞれの金属酸化物からなる端部領域が反対側となるようにして該２枚の金属化フィルムを積層させ、これを巻き回して、もしくは積層して金属化フィルム柱体を製造し、その２つの電極取り出し面に金属溶射部を形成し、該金属溶射部に外部引き出し端子を接合して金属化フィルムコンデンサを製造する第３の工程、からなるものである。
【００２０】
本製造方法によれば、誘電体フィルムの全面に金属蒸着膜を形成した後にその端部を酸化して金属酸化物を生成することから、絶縁マージン領域を確保しながら金属蒸着膜を形成するといった手間が解消され、さらに、この絶縁マージン領域を熱伝導率の良好なポッティング樹脂材で閉塞するものでないことから、製造コストを高騰させることなく、放熱性に優れた金属化フィルムコンデンサを製造することができる。
【００２１】
また、本製造方法においても、前記金属蒸着膜がアルミニウムもしくはその合金からなる蒸着層であり、前記金属酸化物がアルミナからなる実施の形態が好ましい。
【００２２】
この方法形態では、アルミ蒸着膜に陽極酸化法を適用してアルミナを生成するものである。具体的には、誘電体フィルムの表面にアルミ蒸着膜を成膜後、その端部を希硫酸やシュウ酸浴中に浸漬し、アルミ蒸着膜を陽極にして処理浴を電気分解することによってアルミ蒸着膜の端部をアルミナ化することができる。
【００２３】
このように、アルミ蒸着膜の端部を処理浴に浸漬して電気分解するだけの簡易な製法によって効率的にアルミ蒸着膜の端部に金属酸化物を生成できることから、高い製造効率の下で金属化フィルムコンデンサを製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から理解できるように、本発明の金属化フィルムコンデンサとその製造方法によれば、高効率で安価な製造方法の下で、発熱源である金属蒸着膜からの放熱性に優れた金属化フィルムコンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は本発明の金属化フィルムコンデンサの製造方法の第１、第２の工程を説明した模式図であり、（ｂ）は第２の工程で製造された金属化フィルムを示した模式図である。
【図２】図１に続いて第３の工程を説明した模式図である。
【図３】図２に続いて第３の工程を説明した模式図である。
【図４】アルミナ絶縁層を具備する等価回路を示す図である。
【図５】従来の金属化フィルムコンデンサを説明した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示を省略するが、アルミニウムや樹脂などからなるケース内に金属化フィルム柱体が配設された姿勢で、このケース内にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂がモールドされてモールド樹脂体が形成された金属化フィルムコンデンサであってもよい。
【００２７】
図１ａは本発明の金属化フィルムコンデンサの製造方法の第１、第２の工程を説明した模式図であり、図１ｂは第２の工程で製造された金属化フィルムを示した模式図である。また、図２は図１に続いて第３の工程を説明した模式図であり、図３は図２に続いて第３の工程を説明した模式図である。
【００２８】
図１ａは、本発明の金属化フィルムコンデンサの製造方法の第１、第２の工程を順に（Ｘ方向で）説明している。同図において、ロール巻きＲ１された誘電体フィルム１を巻き出し（Ｙ１方向）、巻き出された誘電体フィルム１は水平ローラＲ２，Ｒ２間を搬送され、真空蒸着装置Ｊを経る過程で誘電体フィルム１の表面にアルミニウムが蒸着され（Ｙ２方向）、誘電体フィルム１とアルミ蒸着膜２からなる金属化フィルムの中間体４’が形成される（第１の工程）。
【００２９】
次いで、金属化フィルムの中間体４’を構成するアルミ蒸着膜２の端部にアルミナを形成するべく、中間体４’をねじった姿勢で陽極酸化処理装置ＹＳを構成する希硫酸浴中にアルミ蒸着膜２の端部を浸漬し、アルミ蒸着膜２を陽極にして希硫酸浴を電気分解することにより、図１ｂで示すように誘電体フィルム１の表面に形成されたアルミ蒸着膜２の端部がアルミナ３となっている金属化フィルム４が製造され、これがロール巻きＲ２されて巻き取られる（Ｙ２方向、第２の工程）。
【００３０】
ここで、誘電体フィルム１は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などから形成でき、金属蒸着膜２は、アルミニウム以外にも、亜鉛や銅などを誘電体フィルム表面に蒸着することで形成でき、アルミナと同様に銅等の酸化物を金属蒸着膜の端部に形成すればよい。
【００３１】
また、金属蒸着膜２のうちで上記アルミナ３が形成される端部と反対側の端部は、電極接触を保証するために他の部位よりも厚めのいわゆるヘビーエッジとしてもよく、たとえば、金属蒸着膜の一般部が３０ｎｍ程度である場合にヘビーエッジをその倍の６０ｎｍ程度に調整することができる。
【００３２】
アルミナ３がアルミ蒸着膜２の左右端に形成された２種類の金属化フィルム４を上記方法で製造したら、これらを図２で示すように積層し、巻き回すとともに所望形状となるように押圧等することによって金属化フィルム柱体が製造される。
【００３３】
次いで、製造された金属化フィルム柱体６の両端の電極取り出し面に対し、アルミニウムや亜鉛などを溶射することによって図３で示すごとく金属溶射部７が形成される。
【００３４】
この金属溶射部７に対し、銅やアルミニウム、ニッケル、ステンレスなどから形成され、棒状や板状のバスバーなどからなる外部引き出し端子８がはんだ層９を介して接続されることにより、金属化フィルムコンデンサ１０が製造される（第３の工程）。
【００３５】
同図からも明らかなように、それぞれの金属化フィルム４において、そのアルミ蒸着膜２の端部は一方の金属溶射部７に接触し、他端側のアルミナ３は他方の金属溶射部７に接触しており、発熱源であるアルミ蒸着膜２から２方向の放熱経路が形成される（Ｚ１方向）。
【００３６】
ここで、アルミニウムが酸化してアルミナが形成されると、電気抵抗率は２．６５×１０−８Ωｍから２×１０１３Ωｍと大幅に上昇して絶縁物化する一方で、熱伝導率は、２３６Ｗ／ｍｋから３０Ｗ／ｍｋと１／８程度となるに過ぎない。すなわち、アルミ蒸着膜の端部にアルミナが生成されることにより、絶縁性と良好な放熱性の双方が保証されることになる。
【００３７】
[アルミナの絶縁性能を示す一計算例]
本発明者等によるアルミナの絶縁性を示す一計算例を以下で示す。
【００３８】
計算モデルとして、巻回長を２００ｍ、アルミ蒸着膜の厚みを２５ｎｍ、アルミナ領域の平面幅を１ｍｍとしてアルミナの絶縁抵抗値を計算すると以下の通りとなり、図４で示すコンデンサ等価回路を形成することができる。
【００３９】
2012099712.tif 000003
ここで、ρはアルミナの電気抵抗率（Ωｍ）、Ｌはアルミナ領域の幅（ｍ）、Ａはアルミナ領域の全長の端部面積（ｍ２）である。
【００４０】
上記計算により、２枚の金属化フィルムからなる一組の金属化フィルムに関し、アルミナ絶縁層は片側当たり4.0×1015Ωの絶縁抵抗を持つこととなる。
【００４１】
このコンデンサに６５０Ｖの直流電流を通電するケースを取り上げると、アルミナ絶縁層の漏れ電流は図４示す等価回路を勘案して以下の通りとなる。
【００４２】
2012099712.tif 000004
【００４３】
上記計算結果より、実用上十分な絶縁性を有していることが算出されている。
【００４４】
上記する本発明の金属化フィルムコンデンサの製造方法とこれによってできる金属化フィルムコンデンサによれば、アルミ蒸着膜の端部を処理浴に浸漬して電気分解するだけの簡易な製法によって効率的にアルミ蒸着膜の端部にアルミナを生成し、金属化フィルムを構成する金属蒸着膜の両端から２つの金属溶射部への放熱経路を保証することから、製造コストを増加させることなく、放熱性に優れた金属化フィルムコンデンサを製造することができる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１…誘電体フィルム、２…金属蒸着膜（アルミ蒸着膜）、３…金属酸化物（アルミナ）、４…金属化フィルム、５…一組の金属化フィルム、６…金属化フィルム柱体、７…金属溶射部（メタリコン電極）、８…外部引き出し端子（バスバー）、９…はんだ層、１０…金属化フィルムコンデンサ
【図１】
2012099712.tif 000005
【図２】
2012099712.tif 000006
【図３】
2012099712.tif 000007
【図４】
2012099712.tif 000008
【図５】
2012099712.tif 000009