(57)【要約】【課題】金属ケースを使用したフィルムコンデンサにおいて、金属ケース／充填樹脂の界面における剥離を防止することにより、金属ケース／充填樹脂の界面を経由する水分浸入を防止し、耐湿性を向上したフィルムコンデンサを提供する。【解決手段】金属ケース内部に素子を配置し充填樹脂を充填するフィルムコンデンサに関し、前記金属ケースの内側の少なくとも一部には、算術平均粗さＲaが０．２〜１００μｍの凹凸を有することを特徴とするフィルムコンデンサ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ケース内部に素子を配置し充填樹脂を充填するフィルムコンデンサに関し、前記金属ケースの内側の少なくとも一部には、算術平均粗さＲaが０．２〜１００μｍの凹凸を有することを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記凹凸を、金属ケースの内側の開口部周辺に有することを特徴とする請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
【請求項３】
前記凹凸が、算術平均粗さＲaで１〜１００μｍの凹凸の表面に０．２〜１μｍの凹凸が重畳されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルムコンデンサ。
【請求項４】
前記凹凸が、酸またはアルカリによるエッチング処理で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフィルムコンデンサ。
【請求項５】
前記金属ケースがアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記凹凸が、アルマイト処理で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の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、フィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルムコンデンサの素子には、誘電体として、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート等のフィルムが使用される。また、電極として、金属箔を使用するか、または金属化フィルムとしてフィルムに蒸着した金属蒸着薄膜が使用される。そして誘電体と電極は、単に積層されて長方体素子となる場合もあるが、巻き取られ円筒素子となる場合が多く、また円筒素子は潰され断面が楕円形となることも多い。
また、素子の両端面には、亜鉛、錫、またはこれらの合金が金属溶射され、各電極が一括接続される。この金属溶射で一括接続された金属溶射部には、溶接または はんだ付けにより外部引き出しリードが取り付けられる。
そして素子は、ケースに収納される場合にはそれと共に、ケース内部には、エポキシ、ウレタン、またはシリコーン樹脂等の充填樹脂が充填される。
ケースには、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂材が使われてきたが、特許文献１のように、最近では高強度特性、高耐熱特性、高耐水性特性、高耐油特性を有するＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が使用され、エポキシ樹脂を充填することにより、耐熱性、耐湿性、耐絶縁性に優れたフィルムコンデンサを得ることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４６７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特に大型のフィルムコンデンサにおいて、強度と放熱性と耐湿性を得るために、ケースとしてアルミニウム等の金属ケースを使うには、金属ケース／充填樹脂の界面に以下の課題が発生しやすい。
（１）金属ケースはインパクト成形される場合が多く、油やステアリン酸等の付着により充填樹脂との接着性が悪い。
（２）エポキシ、ウレタン、シリコーン等の樹脂接着力は、樹脂ケース＞金属ケースであり金属ケースとの接着力に乏しい。
（３）充填樹脂は、硬化時に収縮し金属ケース界面で剥がれやすい。
（４）金属と樹脂の線熱膨張係数の差によりヒートサイクルにおいて、金属ケース／充填樹脂の界面で剥がれやすい。
【０００５】
フィルムコンデンサの素子は、吸湿すると耐圧が低下し、電極が蒸着金属の場合では、蒸着金属が酸化し導通が奪われることで、tanδ（誘電正接）が増大し、静電容量が低下し劣化する。そのため、外部湿度による水分の浸入を防止する必要がある。水分浸入の経路として、充填樹脂を直接通過し素子に至る成分と、金属ケース／充填樹脂の界面を伝い、更にスペーサー、引き出しリード、絶縁テープと充填樹脂の界面を経由し素子に至る成分に分けられるが、一般に後者が多い。後者の水分は、金属ケース開口部と充填樹脂の界面から浸入するので、水分浸入防止では特に金属ケース／充填樹脂の界面が重要となる。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑み、金属ケースを使用したフィルムコンデンサにおいて、金属ケース／充填樹脂の界面における剥離を防止することにより、金属ケース／充填樹脂の界面を経由する水分浸入を防止し、耐湿性を向上したフィルムコンデンサを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、下記のフィルムコンデンサを提供するものである。
（１）金属ケース内部に素子を配置し充填樹脂を充填するフィルムコンデンサに関し、前記金属ケースの内側の少なくとも一部には、算術平均粗さＲaが０．２〜１００μｍの凹凸を有することを特徴とするフィルムコンデンサ。
（２）前記凹凸を、金属ケースの内側の開口部周辺に有することを特徴とする（１）に記載のフィルムコンデンサ。
（３）前記凹凸が、算術平均粗さＲaで１〜１００μｍの凹凸の表面に０．２〜１μｍの凹凸が重畳されたものであることを特徴とする（１）または（２）に記載のフィルムコンデンサ。
（４）前記凹凸が、酸またはアルカリによるエッチング処理で形成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載のフィルムコンデンサ。
（５）前記金属ケースがアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記凹凸が、アルマイト処理で形成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載のフィルムコンデンサ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属ケース／充填樹脂の界面における剥離を防止することにより、金属ケース／充填樹脂の界面を経由する水分浸入を防止し、耐湿性を向上したフィルムコンデンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のフィルムコンデンサの一実施形態を示す模式断面図である。
【図２】本発明のフィルムコンデンサの他の実施形態を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態のフィルムコンデンサに用いる素子としては、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）等の樹脂フィルムに、アルミニウム（Ａｌ）や亜鉛（Ｚｎ）を蒸着して電極を形成し、これを積層または捲回して素子を構成するか、Ａｌ箔電極をフィルムとともに積層または捲回して素子を構成した、従来のフィルムコンデンサ用の素子が使用できる。蒸着金属の場合、こうしてできた素子にメタリコンの端面電極を施し、この端面電極に引き出しタブを溶接またははんだ付けする。
【００１１】
本実施形態のフィルムコンデンサに用いる金属ケースは、フィルムコンデンサ用素子を収納する金属容器で、金属としては、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ステンレス、銅またはそれらの合金等が使用できる。
特に、アルミニウムは軽量、加工性、コスト的にも優れているため好ましく使用できる。アルミニウム材質は、純アルミニウム系（Ａ１０００系）と、アルミニウム合金系としてＡｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｍｇも使用（Ａ３０００系、Ａ５０００系）できる。
金属ケースの作製方法は、インパクト成形法等が利用でき、ケース厚みは０．３ｍｍ〜２ｍｍで使用することが好ましい。より好ましくは、ケース厚み０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとなる。
金属ケースの形状は、有底の筒状のもの等を限定無く使用できる。
【００１２】
本実施形態のフィルムコンデンサに用いる充填樹脂は、金属ケース内のすき間を埋める樹脂で、フィルムコンデンサ用として通常に使用される２液性のエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等が用いられる。また、必要に応じて樹脂にフィラーを混ぜて金属ケースの線膨張率に近づける。たとえば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の無溶剤系の樹脂にフィラーを混ぜたものが使用できる。フィラーとしては、珪素、チタン、アルミニウム、カルシウム、ジルコニウム、マグネシウム等の水酸化物、酸化物、炭化物、窒化物、これらの複合物などが使用できる。必要があれば、難燃剤、酸化防止剤、イオン捕捉剤、応力緩和剤を添加してもよい。
この充填樹脂は、金属ケースの開口部から内部に液体状で注入され、充填後加熱や硬化剤による重合化等により固化される。充填樹脂は、単層の材料でもよいし、同じ材料でも物性値を変えた複数層のものでもよいし、樹脂またはフィラー等の種類や量を別々に選択することができる。別々に選択することにより、充填樹脂周辺部分の樹脂の堅さ、熱膨張係数、構成材料との密着性等を最適なものとすることができる。
たとえば、コンデンサ素子側には比較的柔軟性のあるウレタン系の樹脂、開口部側には比較的強度があり外部端子と密着性のあるエポキシ系の樹脂等が選択できる。また、フィラーの量をコンデンサ素子側には少なく、開口部側には多くする等の方法も選択できる。
【００１３】
本実施形態のフィルムコンデンサに用いるその他部材（素子、引き出しリード、スペーサー、蓋、端子、絶縁テープ等）としては、特に制限が無く一般にフィルムコンデンサ用として用いられるものが使用できる。
【００１４】
本実施形態のフィルムコンデンサに用いる金属ケースに設ける凹凸は、形状が、算術平均粗さＲaが０．２〜１００μｍの凹凸で、算術平均粗さＲaが１〜１００μｍの凹凸の表面に０．２〜１μｍの凹凸が重畳されていることが好ましい。
凹凸を設ける場所は、少なくとも金属ケースの内側表面で、特に大型のフィルムコンデンサで金属ケースと充填樹脂の膨張ずれが大きくなりやすい場合には、金属ケースの内側の開口部周辺に設けることが好ましい。
凹凸を設ける方法は、たとえば物理的表面粗化処理、化学的表面粗化処理等が特に限定無く用いられる。物理的表面粗化処理としては、ヤスリ加工、シボ加工、ローレット加工、サンドブラスト処理、液体ホーニング処理等が特に限定無く用いられる。ヘアライン状の加工であれば、金属ケースの開口面に平行方向であることが開口部からの水分浸入経路長の増大の点で好ましい。化学的表面粗化処理としては、エッチング処理またはアルマイト処理等が特に限定無く用いられる。  
なお、本明細書中において述べる算術平均粗さＲaは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３に準拠して測定し、算出されたものである。
【００１５】
算術平均粗さＲaが１〜１００μｍの凹凸による効果は、充填樹脂硬化時の収縮やヒートサイクルでの熱膨張収縮により、金属ケースと充填樹脂の界面方向で発生するずれを抑制しやすいことである。また、算術平均粗さＲaが０．２〜１μｍの凹凸による効果は、金属ケースと充填樹脂間の接触面積拡大による水分浸入経路長の増大が得られやすいことである。また、算術平均粗さＲaが１〜１００μｍの凹凸の表面に０．２〜１μｍの凹凸が重畳されていると、充填樹脂硬化時の収縮やヒートサイクルでの熱膨張収縮により、金属ケースと充填樹脂の界面方向とは直角方向で発生するずれを抑制しやすい。
【００１６】
本実施形態のフィルムコンデンサに用いる金属ケースへのエッチング処理は、酸またはアルカリ水溶液を用いたもので、浸漬によるエッチングでも、ケースを陽極として通電のエッチングでもよい。浸漬でのエッチングは簡便であり、通電でのエッチングでは、処理時間の短縮化が期待できる。金属ケース全体を液に浸漬し、ケース全体をエッチングしてもよく、この場合、工程が簡便である。金属ケース内面にエッチング液を入れ、内面のみをエッチングでは余分な部分をエッチングしないことでエッチング液の消費を少なくできる。金属ケースの開口部を下とし、金属ケース開口部付近のみをエッチング液に浸漬する場合では、更にエッチング面積を少なくでき、エッチング液の消費を少なくできる。エッチング後、水洗、乾燥し使用する。
【００１７】
本実施形態の金属ケースへのアルマイト処理の条件は、通常に適用される条件を、そのまま適用できる。
たとえば、化成液を硫酸とし、アルミニウムケースを陽極として通電処理する。その後、必要に応じアルマイト皮膜のポア径を拡げる酸浸漬処理を行う。処理の場所は、エッチングの場合と同様に全体、ケース内側、ケース開口部付近の何れでもよい。処理後は水洗、乾燥後して製品に使用する。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明のフィルムコンデンサの一実施形態を示す模式断面図である。
図１は、上端面が開放された開口部を有する金属ケース１内にコンデンサ素子２を収納し、封口体３により金属ケース１の開口部を封止している。封口体３には、貫通する一対のネジ付きの外部端子４を設け、外部端子４が封口体３から抜けないように止め輪５を設けた金属化フィルムコンデンサの例を示している。
金属ケース１は、有底筒状で上面に開口部があり、内側面には、凹凸処理面部１ａを有している。
コンデンサ素子２は、たとえば２枚の金属化フィルム、すなわち片面にアルミニウム等を蒸着して金属電極を形成した薄い帯状の絶縁フィルム（通常、ポリエステルフィルムまたはポリプロピレンフィルム）を２枚重ね合わせて、所定の回数巻回し円形の柱状体化したものであり、その両端面に、金属または合金の溶射によって形成されるメタリコン電極６を設けたものである。
封口体３は、金属ケース１の開口部を封止するもので、金属ケース１の開口部に固定される。封口体３の内側の周辺部には、張り出し部３ａを一体的に設けている。この張り出し部３ａ側面とケース１側面との併走部分で、封口体３と金属ケース１とを接触させ、封口体３が金属ケース１から抜けないように補強している。
また、この封口体３には、貫通して設けた一対の外部端子４と、貫通する貫通孔３ｂとを設ける。
外部端子４は、胴部が円柱形で一端の直径が広くなった鍔部４ａがあり、この鍔部４ａと止め輪５で封口体３を挟むようにして固定される。また、この鍔部４ａ部分で引き出しタブ７を介してメタリコン電極６に接続される。一方、鍔部４ａとは反対側にはネジが切ってあり、外部とボルト等により固定接続される。
また、封口体３に設けた貫通孔３ｂより、金属ケース１内部に充填樹脂８を注入し、はみ出した充填樹脂８は、封口体３に設けたダム形状の周回体３ｃによりせき止める。充填樹脂８は、貫通孔３ｂを埋めるだけではなく、止め輪５を埋没させるまで注入する。そのことにより、充填樹脂８が外部端子４と封口体３とのすき間を埋めるので、外部端子４と封口体３との間の気密性も向上する。
【００２０】
図２は、本発明のフィルムコンデンサの他の実施形態を示す模式断面図である。
図１との違いは、金属ケース１の内側面に設けた凹凸処理面部１ａが、開口部周辺だけにある点で、その他は図１と同様となる。
なお、金属ケース１の底面側の内側の形状に沿って、絶縁性の樹脂成形体の樹脂容器９を設けると、金属ケース１と樹脂容器９との間に充填樹脂８が充填しにくくなり、その部分の金属ケース１と樹脂容器９との間の接着強度が弱くなりやすい。一方、樹脂容器９に弾性率が大きな樹脂成形体を使用すると、ずれに対して緩衝体となりやすい。そのため、フィルムコンデンサが大型の場合で特に充填樹脂８と金属ケース１との熱線膨張率の差が大きい場合、金属ケース１と樹脂容器９の境界で剥離またはずれやすくなるが、一方金属ケース１開口部周辺の接着は維持しやすくなり、開口部からの水分を遮断しやすくなる。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明の実施例について説明する。
アルミニウムケースを筐体とした直流用の円筒形フィルムコンデンサ（ケースサイズ:外径１１６×１２５ｍｍ、定格：１１００Ｖ−５８０μＦ、フィルム：ポリプロピレン、 充填樹脂：ウレタン樹脂）を試料として、耐湿試験を行った。
下記実施例のアルミニウムケースの凹凸加工部の算術平均粗さＲaを、株式会社ミツトヨ製、表面粗さ測定器、商品名：ＳＪ３１０を用いて測定した。
試験は、表１に示す所定温度、湿度で定格電圧印加を１０００時間行い、静電容量変化率≦１％を判定基準とした。比較品は、通常の量産仕様であり、実施例は、以下のアルミニウムケースの凹凸加工を除いて比較品と同一仕様である
【００２２】
（実施例１）
アルミニウムケース内面に、エッチング液として塩酸濃度７質量％の液温９０℃の水溶液で満たすことでエッチング処理した。処理後は水洗、乾燥して製品に使用した。
【００２３】
（実施例２）
エッチング処理の代わりに、４質量％のシュウ酸液によるアルマイト処理をすること以外実施例１と同様に処理した。処理後は水洗、乾燥して製品に使用した。
【００２４】
（実施例３）
アルミニウムケース開口部内面を幅１０ｍｍ、ピッチ幅０．５ｍｍのアヤ目のローレットコマによりローレット加工後、アルミニウムケース内面に、エッチング液として塩酸濃度７質量％の液温９０℃の水溶液で満たすことでエッチング処理した。処理後は水洗、乾燥して製品に使用した。
【００２５】
（実施例４）
アルミニウムケースを逆さまにし、開口部から１５ｍｍの両面を、エッチング液として塩酸濃度７質量％の液温９０℃の水溶液の容器に浸漬することでエッチング処理した。処理後は水洗、乾燥して製品に使用した。
【００２６】
試験結果を表１に示す。表１に示す通り実施例では耐湿性が改善されることが確認された。
【００２７】
【表１】
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【符号の説明】
【００２８】
１…金属ケース、１ａ…凹凸処理面部、２…コンデンサ素子、３…封口体、３ａ…張り出し部、３ｂ…貫通孔、３ｃ…周回体、４…外部端子、４ａ…鍔部、５…止め輪、６…メタリコン電極、７…引き出しタブ、８…充填樹脂、９…樹脂容器
【図１】
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【図２】
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