(57)【要約】【課題】金属化フィルムコンデンサの静電容量変化を抑制することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するため本発明は、一対の金属化フィルムの金属蒸着電極のうち少なくとも一方が、Ａｌを主成分とし、Ａｌ：Ｓｉの原子濃度比率が９５：５〜８５：１５であって、ＣｕはＳｉの原子濃度比率の半分以下であり、かつＳｉの次にＣｕの原子濃度比率が高いものとした。これにより本発明は、ＡＣ用途に用いた場合でも、静電容量変化を抑制することができる。【選択図】図１
2013080766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フィルム上に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを一対とし、この一対の金属化フィルムに形成された夫々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重ね合わせて巻回または積層した素子と、
この素子の両端面に形成された一対のメタリコン電極からなり、
前記一対の金属化フィルムの金属蒸着電極のうち少なくとも一方は、Ａｌを主成分とし、Ａｌ：Ｓｉの原子濃度比率が９５：５〜８５：１５であって、ＣｕはＳｉの原子濃度比率の半分以下であり、かつＳｉの次にＣｕの原子濃度比率が高い、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】
本発明は各種電子機器、電気機器、産業機器、ハイブリッド自動車、電車、太陽光発電用等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】
図４は従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図、図５（ａ）、（ｂ）は同金属化フィルムコンデンサに使用される一対の金属化フィルムを示した平面図である。図４と図５に示すように、金属蒸着電極１０１ａと金属蒸着電極１０１ｂはポリプロピレンフィルム等の誘電体フィルム１０２ａ、１０２ｂの片面上に一端の絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂを除いて形成されている。この金属蒸着電極１０１ａと１０１ｂは、誘電体フィルム１０２ａ、１０２ｂの絶縁マージン１０３ａ、１０３ｂの反対側の端部に形成されたメタリコン電極１０４ａ、１０４ｂと接続され、外部に電極を引き出している。
【０００３】
上記のような金属化フィルムコンデンサには、直流（ＤＣ）用と交流（ＡＣ）用に用いられるものがある。従来、ＡＣ用金属化フィルムコンデンサの金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂには亜鉛を用い、ＤＣ用金属化フィルムコンデンサの金属蒸着電極１０１ａ、１０１ｂにはアルミニウムを用いることが多かった。
【０００４】
すなわち、交流電圧印加時にはコロナ放電が起こりやすいため、放出された電子によって金属蒸着電極が腐食（コロージョン）することがある。したがって、コロナ放電時に腐食しにくい材料が求められる。亜鉛は腐食しにくいことが経験的に分かっており、結果としてＡＣ用途には亜鉛が好ましいとされてきた。
【０００５】
一方、直流電圧用途の高電圧印加領域のタイプには、セルフヒーリング性の良い材料が求められる。アルミニウムは亜鉛よりも抵抗が低く、膜厚を薄くできるため、セルフヒーリング性が良い。したがってＤＣ用途にはアルミニウムが好ましいとされてきた。
【０００６】
しかしながら近年、ＡＣ用途でも使用電圧領域が高まり、高耐圧化が求められている。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−１１４０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特にＡＣ用途の金属化フィルムコンデンサにおいて、アルミニウムをベースとしたセルフヒーリング性のよい金属蒸着電極を実現しようとすると、静電容量が減少することがある。
【００１０】
その理由は、アルミニウムがコロージョンを起こしやすいからである。すなわち特にＡＣ用途の金属化フィルムコンデンサにおいては、コロナ放電時に素子内のボイドから放出した電子によってアルミニウムが腐食する（コロージョンを起こす）のである。金属蒸着電極が腐食すると電極の有効面積が減り、静電容量が減少するのである。
【００１１】
そこで本発明は、アルミニウムをベースとした金属蒸着電極をＡＣ用途に用いた場合でも、静電容量変化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するため本発明は、一対の金属化フィルムの金属蒸着電極のうち少なくとも一方は、Ａｌを主成分とし、Ａｌ：Ｓｉの原子濃度比率が９５：５〜８５：１５であって、ＣｕはＳｉの原子濃度比率の半分以下であり、かつＳｉの次にＣｕの原子濃度比率が高いものである。
【発明の効果】
【００１３】
これにより本発明は、アルミニウムをベースとした金属蒸着電極をＡＣ用途に用いた場合でも、静電容量変化を抑制できる。
【００１４】
その理由は、金属蒸着電極にＳｉを含有させることにより、コロージョンを起こしにくくなるからと考えられる。すなわちＳｉの方がＡｌよりも仕事関数が大きく、酸化しにくいと考えられる。
【００１５】
またＳｉの含有量をＡｌ−Ｓｉ合金の共晶点近傍となる濃度にすることにより融点が下がり、金属蒸着電極を薄くしても誘電体フィルムに熱ダメージを与えることなく低い温度条件でメタリコン電極との接着強度を強めることができる。したがって、より一層セルフヒーリング性を良くすることができる。
【００１６】
さらにＣｕを含有させることにより、Ａｌ−Ｓｉ合金の侵食や空隙（エロージョン）を抑制でき、コロナ放電の発生を抑制できる。すなわちＳｉのＡｌへの溶解度は小さいため、Ｓｉが析出し、粒界に空孔が発生することが懸念されるが、Ｃｕを含有させることによりＡｌの粒界にＣｕ濃度の高い層が形成され、空孔の発生を抑制できる。よって金属蒸着電極の欠陥を低減し、欠陥近傍に発生するコロナ放電も抑制できる。
【００１７】
以上より本発明は、アルミニウムをベースとした金属蒸着電極をＡＣ用途に用いた場合にも、静電容量変化を抑制し、さらにはメタリコン電極との接着強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図
【図２】（ａ）、（ｂ）本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムの構成を示した平面図
【図３】Ａｌ−Ｓｉ合金の融点を示す図
【図４】従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図
【図５】（ａ）、（ｂ）従来の金属化フィルムコンデンサに使用される金属化フィルムの構成を示した平面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１〜図２を用いて、本発明の実施例における金属化フィルムコンデンサの構成について説明する。
【００２０】
図１は本実施例の金属化フィルムコンデンサの構成を示した断面図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）は本発明の金属化フィルムコンデンサに用いられる一対の金属化フィルムの平面図である。
【００２１】
図１において、第１の金属化フィルム１はＰ極用、第２の金属化フィルム２はＮ極用の金属化フィルムである。そして、これら第１の金属化フィルム１および第２の金属化フィルム２を一対として重ね合わせ、これを複数ターン巻回したものを素子として金属化フィルムコンデンサを形成している。
【００２２】
図１に示すように、第１の金属化フィルム１は誘電体となるポリプロピレンからなる誘電体フィルム３ａの片面上に金属蒸着電極４ａが形成されている。端部には第２の金属化フィルム２と絶縁するために絶縁マージン５ａが設けられている。
【００２３】
この金属蒸着電極４ａはメタリコン電極６ａと接続されて電極を引き出す。メタリコン電極６ａは、例えば亜鉛溶射により形成でき、金属蒸着電極４ａの端面に形成される。
【００２４】
金属蒸着電極４ａは、図２（ａ）に示すように、容量を形成する有効電極部の幅Ｗ方向における略中央から絶縁マージン５ａに向かう側に、縦マージン７ａおよび横マージン８ａを形成されている。縦マージン７ａと横マージン８ａは、オイル転写により形成され、金属蒸着電極４ａが蒸着されていない。これにより金属蒸着電極４ａは、メタリコン電極６ａ側が大電極部９ａとなり、絶縁マージン５ａ側が縦マージン７ａおよび横マージン８ａにより複数に区分けされた分割小電極部１０ａとなる。
【００２５】
この分割小電極部１０ａは図２（ａ）に示されるように、大電極部９ａとヒューズ１１ａにて電気的に並列に接続されており、また隣接する分割小電極部１０ａどうしもヒューズ１２ａにて電気的に並列に接続されている。
【００２６】
ここで、大電極部９ａは図２（ａ）に示されるように、誘電体フィルム３ａの片面に有効電極部の幅Ｗの略中央部からメタリコン電極６ａにかけて形成されている。各分割小電極部１０ａの幅は有効電極部の幅Ｗの約１／４で、誘電体フィルム３ａの片面に有効電極部の幅Ｗの略中央部から絶縁マージン５ａにかけて形成されている。なお、この分割小電極部１０ａは有効電極部（幅Ｗ）略中央部から絶縁マージン５ａにかけて２つ設けた構成としたが、これに限らず３つ以上設けた構成としてもよい。
【００２７】
実使用時において、絶縁の欠陥部分で短絡が生じた場合には短絡のエネルギーで欠陥部分周辺の金属蒸着電極４ａが蒸発・飛散して絶縁が復活する。この自己回復機能により、第１の金属化フィルム１、第２の金属化フィルム２間の一部が短絡しても金属化フィルムコンデンサの機能が回復する。また、分割小電極部１０ａの不具合により分割小電極部１０ａに大量の電流が流れた場合には、ヒューズ１１ａ、あるいはヒューズ１２ａが飛散することで不具合の生じている部分の分割小電極部１０ａの電気的接続が切断され、金属化フィルムコンデンサの電流は正常な状態に戻る。
【００２８】
第２の金属化フィルム２は、第１の金属化フィルム１と同様、図１に示されるように、誘電体となるポリプロピレンの誘電体フィルム３ｂの片面上に一端の絶縁マージン５ｂを除いて金属蒸着電極４ｂが形成されている。ただし、第２の金属化フィルム２と第１の金属化フィルム１とではメタリコンに接続される方向が異なり、第２の金属化フィルム２は、第１の金属化フィルム１が接続されたメタリコン電極６ａと対向して配置されたメタリコン電極６ｂに接続されている。また、金属蒸着電極４ｂは、容量を形成する有効電極部の幅Ｗにおける略中央部から絶縁マージン５ｂに向かう側に、金属蒸着電極を有しない非蒸着の縦マージン７ｂおよび横マージン８ｂにより大電極部９ｂと複数の分割小電極部１０ｂに区分されている。
【００２９】
この分割小電極部１０ｂは、図２（ｂ）に示されるように第１の金属化フィルム１の分割小電極部１０ａと同様の構成となっており、大電極部９ｂとヒューズ１１ｂにて並列接続され、また分割小電極部１０ｂどうしもヒューズ１２ｂにて並列接続されている。分割小電極部１０ｂ、ヒューズ１１ｂ、１２ｂを備えることによる効果も第１の金属化フィルム１と同様である。
【００３０】
なお本実施例では、金属蒸着電極４ａ、４ｂを大電極部９ａ、９ｂ、分割小電極部１０ａ、１０ｂに区分けしたが、区分けしない場合も、コンデンサとして機能する。
【００３１】
また本実施例では誘電体フィルム３ａ、３ｂとしてポリプロピレンフィルムを用いたが、これ以外にもポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニルサルファイド、ポリスチレンなどを用いてもよい。
【００３２】
本実施例の金属化フィルムコンデンサでは第１の金属化フィルム１または第２の金属化フィルム２の金属蒸着電極４ａ、４ｂのうち少なくとも一方は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とし、Ａｌ：シリコン（Ｓｉ）の原子濃度比率が９５：５〜８５：１５であって、銅（Ｃｕ）はＳｉの原子濃度比率の半分以下であり、かつＳｉの次にＣｕの原子濃度比率が高いものである。
【００３３】
ここでＡＣ用途の金属化フィルムコンデンサの金属蒸着電極４ａ、４ｂとしてＡｌを用いる場合、Ａｌは比較的抵抗が小さいため薄く形成することができ、高圧印加時にはセルフヒーリング性が高いという利点がある。一方、素子中の気泡や欠陥近傍でコロナ放電が発生した場合に、放出された電子によってＡｌが腐食（コロージョン）を起こすという課題がある。これに対し本実施例では、金属蒸着電極４ａ、４ｂをＡｌ−Ｓｉ合金とすることにより、腐食を抑制することができる。
【００３４】
その理由を以下に説明する。すなわちＳｉの仕事関数は４．９ｅＶであり、Ａｌの仕事関数（４．１５ｅＶ）よりも大きい。したがってＳｉは酸化に必要なエネルギーが大きく、酸化しにくいと考えられる。以上より、Ａｌ−Ｓｉ合金はＡｌ単体の金属蒸着電極４ａ、４ｂよりも腐食しにくい（コロージョンを起こしにくい）のである。
【００３５】
なお、ＡｌとＳｉの含有率については、例えば特開昭６０−１８３７１５号公報に、少なくともＡｌに対しＳｉを５〜４０重量部含むように形成することによって、部分放電時の腐食を抑制でき、Ａｌ単体の場合よりも静電容量変化を低減できると記載されている。さらに例えば特開平９−３２６３２８号公報には、Ｓｉを０．０１ｗｔ％以上（残りはＡｌ）含むことによって、酸化劣化を抑制できると記載されている。
【００３６】
本実施例のＡｌ：Ｓｉの原子濃度比率（Ａｌ：Ｓｉ=９５：５〜８５：１５）においても、上記と同様に、コロナ放電時に放出された電子による酸化腐食（コロージョン）を抑制できたと考えられる。そしてその結果、電極の有効面積の減少を抑え、静電容量変化を低減できる。
【００３７】
下記（表１）は、金属蒸着電極の組成比とコンデンサの容量変化の大小を示すものである。コンデンサの容量変化については、金属化フィルムコンデンサ（容量１ｕＦ）を室温（２３℃）環境において、３８０ＶＡＣを印加しＡＣ負荷試験を実施し、コンデンサの容量が５％減少する時間を測定した。容量変化が−５％となるまでに掛かった時間が５００時間以上であれば、容量変化は比較的小さいと判断した。５００時間未満であれば、容量変化が大きいと判断した。
【００３８】
【表１】
2013080766.tif 000003
【００３９】
以上より本実施例では、金属蒸着電極４ａ、４ｂのコロージョンを抑制し、容量変化を抑制できたと考えられる。
【００４０】
また本実施例では、Ａｌ：Ｓｉの原子濃度比率を９５：５〜８５：１５の範囲とすることによって、図３に示すようにＡｌ−Ｓｉ合金が共晶点もしくは共晶点近傍となり、融点を２０℃〜８５℃程度下げることができる。
【００４１】
金属蒸着電極４ａ、４ｂの融点が下がると、メタリコン電極６ａ、６ｂとの接着性を向上でき、ｔａｎδを下げ、かつ接続信頼性を高めることができる。特にＡｌは比較的抵抗が小さく、薄く形成することができ、セルフヒーリング性を良くすることができる。本実施例では、薄く形成してもメタリコン電極６ａ、６ｂとの接着性を向上できるため、セルフヒーリング性の良さを効果的に利用することができる。
【００４２】
また本実施例では、金属蒸着電極４ａ、４ｂにＣｕ原子をＳｉの原子濃度比率の半分以下含有させることにより、Ａｌ−Ｓｉ合金中におけるＳｉ原子の析出を抑制し、Ｓｉ原子の析出による金属蒸着電極４ａ、４ｂ中の侵食や空隙（エロージョン）が発生しにくくなる。これにより金属蒸着電極４ａ、４ｂの欠陥を低減し、欠陥を起点としたコロナ放電の発生を抑制できる。
【００４３】
その理由を以下に説明する。ＳｉはＡｌへの溶解度が小さいため、Ａｌ−Ｓｉ合金中のＳｉは析出しやすく、金属蒸着電極４ａ、４ｂの侵食、空隙の要因となる。しかしＡｌ−Ｓｉ合金にＣｕ原子を含有させると、ＣｕがＡｌの粒界に速やかに析出するため、Ｓｉの析出による空隙を埋めることができる。そしてその結果、金属蒸着電極４ａ、４ｂの欠陥を抑制できる。
【００４４】
なお、半導体分野におけるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金配線において、ＣｕをＳｉの原子濃度の半分程度含有させることで、断線を抑制できることが分かっており、本実施例の金属蒸着電極４ａ、４ｂにおいても同様の理由により欠陥を抑制できたと推測する。なお、Ｃｕの仕事関数は４．６５ｅＶであり、Ａｌの仕事関数（４．１５ｅＶ）より高いがＳｉの仕事関数（４．９ｅＶ）よりも小さい。したがってＣｕの含有比率を多くすると、Ｓｉによる仕事関数の低減効果に影響を与えるため、本実施例ではＣｕをＳｉの原子濃度の半分以下とした。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明による金属化フィルムコンデンサは、金属蒸着電極をＡＣ用途に用いた場合にも、信頼性を高め、さらにはメタリコン電極との接着強度を高めることができ、各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車、電車、太陽光発電用等に用いられるコンデンサとして好適に採用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  第１の金属化フィルム
２  第２の金属化フィルム
３ａ、３ｂ  誘電体フィルム
４ａ、４ｂ  金属蒸着電極
５ａ、５ｂ  絶縁マージン
６ａ、６ｂ  メタリコン電極
７ａ、７ｂ  縦マージン
８ａ、８ｂ  横マージン
９ａ、９ｂ  大電極部
１０ａ、１０ｂ  分割小電極部
１１ａ、１１ｂ  ヒューズ
１２ａ、１２ｂ  ヒューズ
【図１】
2013080766.tif 000004
【図２】
2013080766.tif 000005
【図３】
2013080766.tif 000006
【図４】
2013080766.tif 000007
【図５】
2013080766.tif 000008