(57)【要約】【課題】重ね合わされる２つの金属化フィルムのうちの一方の金属化フィルムの金属蒸着膜で生じた絶縁破壊に起因して、近傍の境界ヒューズを介して他方の金属化フィルムの金属蒸着膜に絶縁破壊が生じてショートに至るといった課題を解消することのできる、金属化フィルムコンデンサを提供する。【解決手段】非蒸着スリットｓと境界ヒューズｆｓを備えた金属蒸着膜２Ａ，２Ｂと、誘電体フィルム１Ａ，１Ｂと、からなる２つの金属化フィルム３Ａ，３Ｂを重ね合わせ、積層もしくは巻き回して金属化フィルム柱体１０が形成され、金属化フィルム柱体１０の２つの電極取り出し面に金属溶射部２０が形成され、金属溶射部２０に外部引き出し端子４０が接合されてなる金属化フィルムコンデンサ１００であって、重ね合わされる２つの金属化フィルム３Ａ，３Ｂのうちの一方の金属化フィルム３Ｂにおいて、他方の金属化フィルム３Ａの境界ヒューズｆｓに対応する位置には金属蒸着膜が存在しない非蒸着部２Ｂａがある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の非蒸着スリット、および非蒸着スリット間に介在する境界ヒューズを備えた金属蒸着膜と、誘電体フィルムと、からなる２つの金属化フィルムをそれぞれの絶縁マージンが積層方向で一致しないようにして重ね合わせ、積層もしくは巻き回して金属化フィルム柱体が形成されており、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、
重ね合わされる２つの金属化フィルムのうちの一方の金属化フィルムにおいて、他方の金属化フィルムの境界ヒューズに対応する位置には金属蒸着膜が存在しない非蒸着部がある、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、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】
たとえば車両用のインバータ回路等には耐電圧が高く、温度特性や周波数特性に優れた金属化フィルムコンデンサが適用されている。従来の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てなる巻回し型や金属化フィルムを積層してなる積層型のものが一般的であり、さらには、コンデンサの絶縁破壊状態を解消する自己回復機能を備えたものも開発されている。その構成を図５，６を参照して説明する。
【０００３】
図５には、二種類の金属化フィルムｃ１、ｃ２を示している。一方の金属化フィルムｃ１は、誘電体フィルムａ１と、非蒸着スリットｓと絶縁マージンｍｇを備えた金属蒸着膜ｂ１とから構成されており、他方の金属化フィルムｃ２も同様に、誘電体フィルムａ２と、非蒸着スリットｓと絶縁マージンｍｇを備えた金属蒸着膜ｂ２とから構成されており、金属化フィルムｃ１、ｃ２は、絶縁マージンｍｇを相互に反対側に備えている。
【０００４】
金属化フィルムｃ１、ｃ２を構成する金属蒸着膜ｂ１、ｂ２においては、複数の非蒸着スリットｓが間隔を置いて形成され、非蒸着スリットｓの端部間には幅の狭い境界ヒューズｆｓが形成され、各非蒸着スリットｓで包囲された複数のセグメントｓｇに分割されている。
【０００５】
金属化フィルムｃ１、ｃ２を双方の絶縁マージンｍｇが積層方向で一致しないように積層して二枚一対の金属化フィルムｄを形成し、この二枚一対の金属化フィルムｄを図６で示すように積層もしくは巻き回すことによって金属化フィルム柱体Ｋが形成される。さらに、金属化フィルム柱体Ｋの両端の二つの電極取り出し面には金属溶射部ｅ（メタリコン電極）が形成され、この金属溶射部ｅにはんだ層ｇを介して外部引き出し端子ｆ（バスバー）が接続されることにより、金属化フィルムコンデンサＣが形成される。
【０００６】
なお、特許文献１には、図５で示すように、非蒸着スリットおよび絶縁マージンを備えた金属蒸着膜と誘電体フィルムとから構成される金属化フィルムと、絶縁マージンのみを備えた金属蒸着膜と誘電体フィルムとから構成される金属化フィルムとを積層して二枚一対の金属化フィルムを構成し、この二枚一対の金属化フィルムを積層もしくは巻き回すことによって形成される金属化フィルムコンデンサが開示されている。
【０００７】
金属化フィルムｃ１、ｃ２において、金属蒸着膜ｂ１、ｂ２のうち、絶縁マージンｍｇと反対側の端部は金属溶射部ｅと接し、一方で絶縁マージンｍｇのある端部は当該絶縁マージンｍｇによって金属溶射部ｅと接触が遮断されている。また、金属蒸着膜ｂ１、ｂ２のうちで金属溶射部ｅに密着している端部は、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なっており、たとえば、金属蒸着膜の一般部の厚みが数十nm程度である場合に、ヘビーエッジの厚みはその倍程度に調整されている。なお、金属化フィルムコンデンサＣがさらに不図示のケース内に収容され、ケース内に形成された不図示のモールド樹脂体にて封止された構造のものも一般的である。
【０００８】
金属化フィルムｃ１、ｃ２を構成する金属蒸着膜ｂ１、ｂ２においては、金属蒸着膜ｂ１、ｂ２が複数の非蒸着スリットｓで包囲された複数のセグメントｓｇに分割されるものの、非蒸着スリットｓの間に境界ヒューズｆｓ（この部分は蒸着部分である）が存在していることにより、境界ヒューズｆｓを介して隣接するセグメントｓｇ同士が電気的に導通可能な状態となっている。
【０００９】
境界ヒューズｆｓはあるセグメントｓｇが絶縁破壊状態となった際にこのセグメントｓｇと隣接するセグメントｓｇの導通を遮断する機能を備えている。すなわち、あるセグメントｓｇにおける誘電体が欠損等することで絶縁破壊が生じ、下層のセグメントｓｇと導通してしまう絶縁破壊が生じると、境界ヒューズｆｓを介して絶縁破壊状態のセグメントｓｇに流入する電流量が増加する。
【００１０】
境界ヒューズｆｓを流れる電流量が増加することによって境界ヒューズｆｓの温度が上昇して境界ヒューズｆｓの金属蒸着膜が蒸発飛散し、結果として絶縁破壊状態のセグメントｓｇは隣接するセグメントｓｇから隔離される。このように、絶縁破壊状態にあるセグメントｓｇを隣接するセグメントｓｇから隔離してフィルムコンデンサの絶縁破壊状態を解消する機能が自己回復機能である。
【００１１】
ところで、上記するように二枚一対の金属化フィルムｄは相互に密着しているためにそれらの間に空気層は形成されないものの、たとえば二枚一対の金属化フィルムｄが巻き回されてできる境界には空気層が形成され易い。そして、境界ヒューズの中でも空気層に面する境界ヒューズでは熱が籠り易くなり、下層にある金属蒸着膜を巻き込んでショートの原因になるといった課題がある。
【００１２】
このことを図７、８を参照して説明する。ここで、図７は二枚一対の金属化フィルムｄを巻き回した状態を示した縦断面図であり、図８はショートが生じていることを平面的に示した図である。
【００１３】
図７で示すように、二枚一対の金属化フィルムｄが巻き回されてできる境界には空気層Ｇが形成されている。図７，８で示すように、この空気層Ｇに面する金属蒸着膜ｂ１で絶縁破壊Ｚが生じ、このことによって近傍の境界ヒューズｆｓに流れる電流が大となり（Ｘ１方向）、当該境界ヒューズｆｓが熱負荷大の領域Ｎとなり、下層の金属蒸着膜ｂ２における熱負荷大の領域Ｎに対応する位置に伝熱する（Ｘ２方向）。この伝熱により、下層の金属蒸着膜ｂ２のうち、熱負荷大の領域Ｎに対応する位置で絶縁破壊Ｚが生じ、ショートに至るというものである。
【００１４】
ここで、特許文献２には、ヒューズ部が上下方向に積層された金属化フィルムの誘電体フィルムによって挟まれているために蒸着電極が飛散しにくいことを原因として、絶縁破壊時の短絡電流によってヒューズ部が動作せず、保安動作が十分に機能し得ないという不具合を解決課題とした金属化フィルムコンデンサが開示されている。その具体的な構成は、相隣接する金属化フィルムにおける誘電体フィルムと蒸着電極との密着度に関し、第１、第２のヒューズ部及びその近傍の密着度を、第１のヒューズ部と第２のヒューズ部との間の電極領域の密着度よりも低下させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−２００５８８号公報
【特許文献２】特開２００７−６７１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献２で開示される金属化フィルムコンデンサによれば、各ヒューズ部において密着度の低下に起因して絶縁破壊時に蒸着電極が飛散し易くなるとしている。しかしながら、この金属化フィルムコンデンサによっても、上記する課題、すなわち、空気層に面する金属蒸着膜で絶縁破壊が生じることで近傍の境界ヒューズに流れる電流が大となって熱負荷大の領域となり、下層の金属蒸着膜における熱負荷大の領域に対応する位置に伝熱し、この伝熱によって下層の金属蒸着膜に絶縁破壊が生じてショートに至るといった課題を解消することはできない。
【００１７】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、重ね合わされる２つの金属化フィルムのうちの一方の金属化フィルムの金属蒸着膜で生じた絶縁破壊に起因して、近傍の境界ヒューズを介して他方の金属化フィルムの金属蒸着膜に絶縁破壊が生じてショートに至るといった課題を解消することのできる、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】
【００１８】
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、複数の非蒸着スリット、および非蒸着スリット間に介在する境界ヒューズを備えた金属蒸着膜と、誘電体フィルムと、からなる２つの金属化フィルムをそれぞれの絶縁マージンが積層方向で一致しないようにして重ね合わせ、積層もしくは巻き回して金属化フィルム柱体が形成されており、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、重ね合わされる２つの金属化フィルムのうちの一方の金属化フィルムにおいて、他方の金属化フィルムの境界ヒューズに対応する位置には金属蒸着膜が存在しない非蒸着部があるものである。
【００１９】
本発明の金属化フィルムコンデンサは、重ね合わされる２つの金属化フィルムのうちの一方の金属化フィルムにおいて、他方の金属化フィルムの境界ヒューズに対応する位置に金属蒸着膜が存在しない非蒸着部を設けたことにより、一方の金属化フィルムの金属蒸着膜で生じた絶縁破壊に起因して、近傍の境界ヒューズを介して他方の金属化フィルムの金属蒸着膜に絶縁破壊が生じてショートに至るといった課題を効果的に解消することを可能としたものである。
【００２０】
具体的には、２つの金属化フィルムをそれぞれの絶縁マージンが積層方向で一致しないようにして重ね合わせて一対の金属化フィルムを形成し、この一対の金属化フィルムを巻き回した際に、各一対の金属化フィルム間に形成され得る空気層に面する金属化フィルムを絶縁破壊が生じ易い「他方の金属化フィルム」とし、これに積層される下層の金属化フィルムを「一方の金属化フィルム」とする。
【００２１】
他方の金属化フィルムを構成する金属蒸着膜には複数の境界ヒューズが存在することから、一方の金属化フィルムを構成する金属蒸着膜においては、他方の金属化フィルムの金属蒸着膜にある各境界ヒューズに対応する位置において金属蒸着膜が存在しない非蒸着部が形成される。
【００２２】
この非蒸着部の平面形状は矩形、円形、楕円形など、多様な平面形状のものが適用できる。
【００２３】
非蒸着部の平面形状が矩形の場合を取り上げ、その平面寸法について考察する。境界ヒューズの幅をＡ，境界ヒューズの長さ（隣接する非蒸着スリット間の離間長さ）をＢとした際に、平面形状矩形の非蒸着部の平面寸法は５Ａ×５Ｂとするのが好ましい。
【００２４】
本発明者等によれば、金属蒸着膜における絶縁破壊近傍の境界ヒューズにおける溶融範囲、および下層の金属蒸着膜における対応位置における溶解範囲の平面寸法が５Ａ×５Ｂよりも小さくなることが特定されていることから、非蒸着部の平面寸法を５Ａ×５Ｂとすることにより、非蒸着部の形成による金属蒸着膜の占有面積低減を可及的に抑制しながら、上記するショートの可能性を低減することができる。
【発明の効果】
【００２５】
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によれば、重ね合わされる２つの金属化フィルムのうちの一方の金属化フィルムにおいて、他方の金属化フィルムの境界ヒューズに対応する位置に金属蒸着膜が存在しない非蒸着部を設けたことにより、一方の金属化フィルムの金属蒸着膜で生じた絶縁破壊に起因して、近傍の境界ヒューズを介して他方の金属化フィルムの金属蒸着膜に絶縁破壊が生じてショートに至るといった課題を効果的に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の金属化フィルムコンデンサを構成する二枚の金属化フィルムを積層する前の状態を示した模式図である。
【図２】本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態を示した縦断面図である。
【図３】一対の金属化フィルムを巻き回した際に、空気層に面する誘電体フィルムと空気層に面しない誘電体フィルムの温度を検証した解析のモデルを示した図である。
【図４】解析結果を示した図である。
【図５】従来の金属化フィルムコンデンサを構成する二枚の金属化フィルムを積層する前の状態を示した模式図である。
【図６】従来の金属化フィルムコンデンサの実施の形態を示した縦断面図である。
【図７】二枚一対の金属化フィルムを巻き回した状態を示した縦断面図であって、ショートが生じていることを示した図である。
【図８】ショートが生じていることを平面的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態を説明する。
【００２８】
（金属化フィルムコンデンサの実施の形態）
図１は、本発明の金属化フィルムコンデンサを構成する二枚の金属化フィルムを積層する前の状態を示した模式図であり、図２は、本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態を示した縦断面図である。
【００２９】
図１で示すように、本発明の金属化フィルムコンデンサ１００は、二枚の金属化フィルム３Ａ，３Ｂから構成される。
【００３０】
一方の金属化フィルム３Ａは、誘電体フィルム１Ａと、非蒸着スリットｓおよび絶縁マージンｍｇを備えた金属蒸着膜２Ａとから構成されており、他方の金属化フィルム３Ｂも同様に、誘電体フィルム１Ｂと、非蒸着スリットｓおよび絶縁マージンｍｇを備えた金属蒸着膜２Ｂとから構成されており、絶縁マージンｍｇが相互に反対側に配設されたものである。
【００３１】
金属蒸着膜２Ａ、２Ｂのうち、非蒸着スリットｓや境界ヒューズｆｓを具備するスリット形成領域ＶＡはいわゆるパターン蒸着にて誘電体フィルム１Ａ、１Ｂの表面にそれぞれ形成され、非蒸着スリットｓや境界ヒューズｆｓを具備しないスリット非形成領域ＮＡはいわゆるベタ蒸着にて誘電体フィルム１Ａ、１Ｂの表面にそれぞれ形成される。なお、非蒸着スリットｓのパターン形状は図示例に何等限定されるものではなく、多様なパターン形状が適用可能である。
【００３２】
ここで、誘電体フィルム１Ａ，１Ｂはポリプロピレン（PP）やポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などから形成される。
【００３３】
また、金属蒸着膜２Ａ，２Ｂは、アルミニウムや亜鉛などを誘電体フィルム１Ａ，１Ｂの表面に蒸着することで形成される。
【００３４】
金属化フィルム３Ａ、３Ｂを構成する金属蒸着膜２Ａ、２Ｂのスリット形成領域ＶＡにおいては、複数の非蒸着スリットｓが間隔を置いて形成され、非蒸着スリットｓの端部間には幅の狭い境界ヒューズｆｓが形成され、各非蒸着スリットｓで包囲された複数のセグメントｓｇに分割されている。
【００３５】
図１で示すように、二枚の金属化フィルム３Ａ、３Ｂを、双方の絶縁マージンｍｇが積層方向で一致しないようにして双方を積層することで、図２で示す金属化フィルム積層体４（二枚で一対の金属化フィルム）が形成される。
【００３６】
この金属化フィルム積層体４を巻き回す等した際に、金属化フィルム積層体４と金属化フィルム積層体４の境界には空気層が形成され易い。そして、境界ヒューズの中でも空気層に面する金属蒸着膜２Ａに形成された境界ヒューズｆｓでは熱が籠り易くなり、下層にある金属蒸着膜２Ｂを巻き込んでショートの原因になるといった課題がある。
【００３７】
そこで、図１で示すように、重ね合わされる２つの金属化フィルム３Ａ、３Ｂのうち、空気層に面しない下方にある金属化フィルム３Ｂの金属蒸着膜２Ｂにおいて、空気層に面することになる金属化フィルム３Ａの金属蒸着膜２Ａに形成された境界ヒューズｆｓに対応する位置に金属蒸着膜が存在しない非蒸着部２Ｂａが設けられている。
【００３８】
金属化フィルム３Ｂの金属蒸着膜２Ｂに非蒸着部２Ｂａを設けたことにより、金属化フィルム３Ａの金属蒸着膜２Ａで絶縁破壊が生じ、生じた絶縁破壊の近傍の境界ヒューズｆｓに流れる電流が大となり、当該境界ヒューズｆｓが熱負荷大の領域となり、下層の金属蒸着膜２Ｂにおける熱負荷大の領域に対応する位置に伝熱した場合でも、この伝熱領域に金属蒸着膜が存在しないことより、下層の金属蒸着膜２Ｂに絶縁破壊が生じることはなく、絶縁破壊が生じることによってショートに至るといった課題は解消される。
【００３９】
ここで、図示する非蒸着部２Ｂａの平面形状は矩形であるが、円形、楕円形などのその他の形状であってもよい。
【００４０】
非蒸着部２Ｂａの平面寸法に関しては、境界ヒューズｆｓの幅をＡ、境界ヒューズｆｓの長さ（隣接する非蒸着スリットｓ、ｓ間の離間長さ）をＢとした際に、平面形状矩形の非蒸着部２Ｂａの平面寸法は５Ａ×５Ｂとするのがよい。
【００４１】
本発明者等によれば、金属蒸着膜２Ａにおける絶縁破壊近傍の境界ヒューズｆｓにおける溶融範囲と、下層の金属蒸着膜２Ｂにおける対応位置における溶解範囲の平面寸法が５Ａ×５Ｂよりも小さくなることが特定されている。そこで、非蒸着部２Ｂａの平面寸法を５Ａ×５Ｂとすることにより、非蒸着部２Ｂａの形成による金属蒸着膜２Ｂの占有面積低減を可及的に抑制しながら、上記するショートの可能性を低減することができる。
【００４２】
金属化フィルム積層体４を巻き回し等することにより、図２で示すように金属化フィルム柱体１０が形成される。この金属化フィルム柱体１０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からなる金属溶射部２０を形成し、形成された金属溶射部２０の表面に棒状や板状のバスバーなどからなる外部引き出し端子４０をはんだ層３０を介して接続することにより、金属化フィルムコンデンサ１００が形成される。
【００４３】
（一対の金属化フィルムを巻き回した際に、空気層に面する誘電体フィルムと空気層に面しない誘電体フィルムの温度を検証する解析とその結果）
本発明者等は、一対の金属化フィルムを巻き回した際に、空気層に面する誘電体フィルムと空気層に面しない誘電体フィルムの温度を検証する解析をおこなった。ここで、図３は解析のモデルを示した図であり、誘電体フィルム１と金属蒸着膜１から金属化フィルムを形成し、誘電体フィルム２と金属蒸着膜２から別途の金属化フィルムを形成して双方を加圧密着させた。同様に、誘電体フィルム４と金属蒸着膜４から金属化フィルムを形成し、誘電体フィルム３と金属蒸着膜３から別途の金属化フィルムを形成して双方を加圧密着させ、２つの金属化フィルムの間に空気層を設けた。
【００４４】
金属蒸着膜３に発熱部（ヒューズ）を設け、ここにインプットエネルギを与えて発熱させ、発熱部の上下に位置する誘電体フィルム２，３のそれぞれの温度の経時変化を測定した。なお、本解析は熱回路網法による熱解析である。解析結果を図４に示す。
【００４５】
図４より、金属蒸着膜３の発熱部で発生した熱は、誘電体フィルム２と誘電体フィルム３に伝熱されるが、誘電体フィルム２の到達最高温度はフィルム溶融温度である150℃よりも低いために溶融せず、ショートしないことが分かる。
【００４６】
一方、誘電体フィルム３の到達する最高温度はフィルム溶融温度である150℃よりも高いために溶融してしまい、アルミを巻き込んでショートに至り得る。
【００４７】
この解析結果より、空気層に面しない誘電体フィルム３直下の金属蒸着膜４にのみ非蒸着部を設けることによってショートを回避することができ、容量低下も最小限に抑制することが可能になることが実証されている。
【００４８】
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】
【００４９】
１Ａ，１Ｂ…誘電体フィルム、２Ａ，２Ｂ…金属蒸着膜、２Ｂａ…非蒸着部、３Ａ,３Ｂ…金属化フィルム、４…金属化フィルム積層体、１０…金属化フィルム柱体、２０…金属溶射部（メタリコン、メタリコン電極）、３０…はんだ層、４０…外部引き出し端子（バスバー）、１００…金属化フィルムコンデンサ、ｍｇ…絶縁マージン（空隙）、ｓ…非蒸着スリット、ｆｓ…境界ヒューズ、ｓｇ…セグメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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