(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フィルムの両面または片面に、ヒューズ部と非金属部分に囲まれた金属部を有するパターン形状の分割電極を金属蒸着すると共に、フィルム幅方向の一端側に前記分割電極と接続された電極引出部を、他端側にマージン部を設けた金属化フィルムを巻回又は積層してなる金属化フィルムコンデンサであって、
前記パターン形状は、前記金属蒸着膜の両端に頂点を有するとともにフィルム幅方向に頂点を共有して並べた複数個の略菱形の分割電極と、前記複数個の略菱形の分割電極の内、端部にある略菱形の分割電極の２辺を共有し長手方向に隣接する２個の略２等辺三角形と、前記端部にある略菱形の分割電極の他の２辺を共有し長手方向に隣接する２個の略菱形の分割電極とを形成し、前記略菱形の分割電極および前記略２等辺三角形の分割電極の辺上にヒューズ部が設けられており、前記略菱形の分割電極はフィルム幅方向の長対角線を前記フィルム長手方向の短対角線よりも長くすることにより格子状分割電極と比較してフィルム幅方向のヒューズ本数が少なくなるようにした金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
フィルム幅方向に頂点を共有して並べた略菱形の分割電極が３個である請求項１記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
フィルム幅方向に頂点を共有して並べた略菱形の分割電極が２個である請求項１記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項４】
パターン形状は、１つの分割電極の電極面積を全電極面積の０．００１〜０．０００１％に形成した請求項１から３のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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や車輌駆動用モータの駆動回路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。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、金属化フィルムコンデンサの保安機構パターンとして蒸着電極をフィルムの長手方向及び幅方向に分割した複数個の分割電極を設けたものが知られている。例えば、特開平１０−１４４５６３号公報や特開平１０−１４９９３９号公報等である。
【０００３】
以下、従来の金属化フィルムコンデンサについて説明する。
【０００４】
図７は、従来の金属化フィルムコンデンサの金属化フィルムでのパターン形状を示す図であり、１は金属蒸着電極に設けられ自己回復作用では回復しきれない破壊に対してその破壊点に流れ込む電流によって微小ブロックをコンデンサから切り離す目的のヒューズ部、６は電極引出部からの電流供給側のヒューズ部、５はマージン部である。
【０００５】
概ね、金属蒸着電極を長手方向、幅方向で複数個の微小ブロック部に分割する分割電極形状は格子状であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の金属化フィルムコンデンサの場合、種々の難点があった。
【０００７】
従来より、金属蒸着膜を微小ブロックに分割して保安機構付の金属化フィルムコンデンサとした場合には、格子状の分割ブロック形状が用いられてきたが、この場合、１ブロックの面積を小さくすることで誘電体中の破壊に対する自己保安機構動作による静電容量の容量減少を抑制している。この場合、微小ブロックの面積を小さくするということは格子状ブロック数が増え、微小ブロック間の連結ヒューズ部が増えることになる。ところが、この連結ヒューズ部が増えれば増えるほど、コンデンサの温度上昇が増すといった課題があった。
【０００８】
周知のようにヒューズ部を介してコンデンサ電流が流れるため、ヒューズ部はヒューズのない部分に比べ、大きな発熱を生じさせる。これによりこの種の金属化フィルムコンデンサは大電流仕様や高温仕様等の熱的に厳しい条件下では不向きでコンデンサの小型化が困難で経済的ロスも大きくなるといった課題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、金属化フィルムコンデンサの特性向上を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の金属化フィルムコンデンサの第１手段は、誘電体フィルムの両面または片面に設けられたヒューズ部と非金属部分に囲まれた略菱形形状の金属部で構成される分割電極と、前記略菱形形状の分割電極の辺上にヒューズ部を設けたパターン形状を形成して金属蒸着された金属化フィルムを巻回又は積層されたコンデンサ素子を有する金属化フィルムコンデンサとしたものである。
【００１１】
また、本発明の金属化フィルムコンデンサの第２手段は、誘電体フィルムの両面または片面に設けられたヒューズ部と非金属部分に囲まれた金属部を有するパターン形状を形成して金属蒸着された金属化フィルムを巻回または積層されてなる金属化フィルムコンデンサであって、前記パターン形状は、前記金属蒸着膜の両端に頂点を有するとともにフィルム幅方向に頂点を共有して並べた複数個の略菱形の分割電極と、前記複数個の略菱形の分割電極の内、端部にある略菱形の分割電極の２辺を共有し長手方向に隣接する２個の略２等辺三角形と、前記端部にある略菱形の分割電極の他の２辺を共有し長手方向に隣接する２個の略菱形の分割電極とを形成し、前記略菱形の分割電極および前記略２等辺三角形の分割電極の辺上にヒューズ部が設けられており、前記略菱形の分割電極はフィルム幅方向の長対角線を前記フィルム長手方向の短対角線よりも長くすることにより格子状分割電極と比較してフィルム幅方向のヒューズ本数が少なくなるようにした金属化フィルムコンデンサとしたものである。また、フィルム幅方向に頂点を共有して並べた略菱形の分割電極が２個または３個である金属化フィルムコンデンサである。
【００１２】
また、本発明の金属化フィルムコンデンサの第３手段は、第１手段、第２手段に加え、パターン形状は、１つの分割電極の電極面積を全電極面積の０．０００１〜０．００１％に形成した金属化フィルムコンデンサとしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態１について、図１、２、３を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態１における金属化フィルムコンデンサの模式図である。図１において、厚み４μｍ、幅８０ｍｍのポリプロピレンフィルムの片面にＡＬ（アルミニウム）を蒸着電極として形成し、分割電極２を菱形形状とし、その各辺にヒューズ部１を設けたものである。菱形は長対角線を２５．３ｍｍ、短対角線を９．１ｍｍとし、幅方向で３個分の菱形を形成する形状である。この金属化フィルムを巻回又は積層して金属化フィルムコンデンサとした。
【００１５】
図２は上記金属化フィルムコンデンサの断面模式図である。４は誘電体フィルムであるポリプロピレンフィルム、３は金属蒸着膜であるＡＬ蒸着膜である。図中上部が上記分割電極２を施した金属化フィルムであり、下部が分割電極２を有しない金属化フィルムである。
【００１６】
また、比較用として、図７に示す従来のヒューズ付の格子状分割電極を施した金属化フィルムと分割電極を施さない金属化フィルムを巻回積層したコンデンサを作製した。格子状分割電極面積を図１の実施の形態１と概略同一とするため対角線を１５．２ｍｍとした。この場合、分割電極２は正方形形状で４５°の傾きを持たせ、幅方向で５個分の格子が併設される形状であり、格子の各辺にヒューズ部１を１箇所設けている形状としている。
【００１７】
図１の実施の形態１と比較例のコンデンサに電流を通電し、温度上昇試験を実施したのでその結果を表１に示す。試験は、通電する電流を、周波数１０ｋＨｚで１０Ａ、２０Ａ、３０Ａの各電流値にして通電している。
【００１８】
【表１】
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表１に示す様に、実施の形態１と比較例を比較すると、電流値の小さな１０Ａでは絶対値温度上昇差は小さいものの、大電流になるに従い、温度差が大きくなり、実施の形態１が比較例に比べ温度上昇値が小さいことがわかる。これは１ｋＨｚの高周波ｔａｎδ値と略比例傾向を示す結果である。
【００１９】
この結果の理由について説明する。すなわち、実施の形態１では菱形分割電極に付加されたヒューズ本数が幅方向で６個であるのに対し、比較例では１０個のヒューズ部が形成されていることになる。このヒューズ部は、フィルムコンデンサ特有の自己回復作用で回復しきれない大きな絶縁破壊が発生した時にその破壊部分に流れ込む短絡電流によりヒューズ部を動作させ、破壊部分を含む分割電極をコンデンサから切り離す役割を行うが、ヒューズ部は通常、コンデンサとして見た場合、高抵抗部分になるため、電流通電時には発熱部となる。従って、コンデンサ中の幅方向のヒューズ本数が多いことはコンデンサの発熱が大きいことにつながると言える。
【００２０】
（実施の形態２）
次に実施の形態２として図３のような菱形形状の分割電極２をフィルム幅方向に２個形成する形状とし、実施の形態１と同様にコンデンサを作製した。フィルム幅は８０ｍｍ幅同一で分割電極面積が実施の形態１と概略同一になるような面積とするために、長対角線を３８ｍｍ、短対角線を６．１ｍｍとした。
【００２１】
この場合、１ｋＨｚｔａｎδが実施の形態１より小さく、０．０８％となった。幅方向のヒューズ本数が発明例１の６個に比べ４個に低減したためである。実施の形態１と同様に温度上昇試験を実施した結果を上記表１に示している。
【００２２】
表１で示す様に、温度上昇試験結果では実施の形態１よりさらに温度上昇を低減できた。
【００２３】
ここで比較のため比較例２として幅方向の菱形分割電極個数を１個としたコンデンサを作製したがこの場合、上記発明例と同一面積を確保しようとすると、菱形形状の鋭角部の角度がさらに鋭角となり、パターンを形成するためのロス部分が大きくなりコンデンサとしては得策とはいえない結果となった。
【００２４】
次に菱形形状の１分割電極面積のコンデンサ全電極面積に占める比率であるが面積比率を０．００２％、０．００１％、０．０００１％、０．００００５％となるサンプルを作製してコンデンサ評価を下記のように実施した。
【００２５】
実施の形態１、２の結果から幅方向のヒューズ本数を極力低減するのが温度上昇に良好な結果を与えることから幅方向の菱形分割電極個数を２個としてコンデンサを作製した。評価は実施の形態１、２と同様に温度上昇試験を２０Ａで行った。試験結果を図４に示す。この場合、面積比率が大きい程温度上昇値は小さい結果となった。これはコンデンサ内の総ヒューズ本数が少ないために発熱が低減されたといえる。とりわけ０．００００５％品の温度上昇値が大きいが０．０００１％より小さくなると発熱部分の温度干渉影響が顕著になったためである。従って、温度上昇面からは面積比率の下限は０．０００１％程度にするのが望ましい。
【００２６】
また、上記面積比率別試作品でステップアップ耐電圧試験を行った。
【００２７】
試験は０Ｖから１００Ｖ／分の昇圧スピードで昇圧し、静電容量の変化率で−１０％に到達した電圧で評価した。結果を図５に示す。面積比率が小さい程、耐電圧値が高い結果であるが、これは、誘電体フィルム中の１度の絶縁破壊に対するコンデンサ切り離し面積が少なくて済むことによるが０．００２％の試作品は耐電圧値が極端に小さい結果となった。この結果は１度の絶縁破壊に対するコンデンサ切り離し面積が大きいことを意味し、実設計では好ましくない。上記温度上昇試験結果と耐電圧試験結果から言えることは各々の最適値を選定するとどちらかの特性が好ましくない結果となることから双方を満足できる最適値を選定する必要があることがわかる。本試験結果から面積比率０．０００１％〜０．００１％の範囲が温度上昇、耐電圧双方の特性を満足できる領域といえる。
【００２８】
なお、本実施例では誘電体フィルムにポリプロピレンを用いたが、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、ポリフェニレンサルファイド等のプラスチックフィルムでも同等の効果であった。
【００２９】
また、蒸着金属はアルミニウムを用いたが亜鉛やアルミ亜鉛の合金でも同様の効果が得られる。
【００３０】
また、本実施例では、作りやすさの面で分割電極形状を菱形としたが、その他の多角形形状であっても、ヒューズ位置や数量を適宜設定することにより、発熱を抑えることができるので、四角形や六角形などの多角形形状であってもよい。さらに、分割電極形状を多角形にしたときも面積比率を０．０００１％〜０．００１％の範囲に設定することで、温度上昇、耐電圧双方の面で菱形形状にしたときと同様の効果を奏する。
【００３１】
また、図６は、本発明のコンデンサを、車輌駆動用モータを駆動するインバータ回路の平滑用として用いた例を示す図であり、２１は電池などの直流電源、２２は本実施の形態のコンデンサ、２３はインバータ回路、２４はモータ、２５は自動車を示す。
【００３２】
本実施の形態で示したコンデンサは、インバータ回路を用いてモータ駆動する自動車で使用するようなコンデンサにおいて、上記で示したように、ヒューズ発熱を低減でき、小型・軽量化できることから、図６で示すように、車両駆動用モータ２４を駆動するインバータ回路２３に接続し、数百ヘルツから数十キロヘルツの高周波電流のリップル電流等を平滑する平滑用として用い、自動車２５に搭載するのに適している。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の金属化フィルムコンデンサによれば、パターン形状は、金属蒸着膜の両端に頂点を有するとともにフィルム幅方向に頂点を共有して並べた複数個の略菱形の分割電極と、前記複数個の略菱形の分割電極の内、端部にある略菱形の分割電極の２辺を共有し長手方向に隣接する２個の略２等辺三角形と、前記端部にある略菱形の分割電極の他の２辺を共有し長手方向に隣接する２個の略菱形の分割電極とを形成し、前記略菱形の分割電極および前記略２等辺三角形の分割電極の辺上にヒューズ部が設けられており、前記略菱形の分割電極はフィルム幅方向の長対角線を前記フィルム長手方向の短対角線よりも長くすることにより格子状分割電極と比較してフィルム幅方向のヒューズ本数が少なくなるようにして形成しているので、ヒューズ発熱を低減し、コンデンサの小型・軽量化さらには安定したコンデンサ品質特性を確保できる。
【００３４】
また、本発明の金属化フィルムコンデンサによれば、パターン形状は、１つの分割電極の電極面積を全電極面積の０．００１〜０．０００１％に形成しているので温度上昇の低減と耐電圧性の確保が達成され、コンデンサの小型・軽量化さらには安定したコンデンサ品質特性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１における金属化フィルムのパターン形状を示す図
【図２】  本発明における金属化フィルムコンデンサの模式図
【図３】  本発明の実施の形態２における金属化フィルムのパターン形状を示す図
【図４】  １分割電極面積のコンデンサ面積の全電極に占める比率と、温度上昇との関係を示す図
【図５】  １分割電極面積のコンデンサ面積の全電極に占める比率と、耐電圧値の関係を示す図
【図６】  本実施の形態のコンデンサを車輌駆動用モータを駆動するインバータ回路の平滑用として用いた構成を示す図
【図７】  従来例の金属化フィルムの模式図
【符号の説明】
１、６  ヒューズ部
２  分割電極
３  金属蒸着膜
４  誘電体フィルム
２３  インバータ回路
２４  モータ
２５  自動車
【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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