(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フィルムの少なくとも片面に金属蒸着膜よりなる蒸着電極が設けられた金属化フィルムを巻回してコンデンサ素子が形成され、該コンデンサ素子の両端面にメタリコン部が形成され、前記メタリコン部近傍部分の蒸着膜厚が、メタリコン部近傍部分以外の蒸着膜厚よりも大きい構造を有する金属化フィルムコンデンサにおいて、
前記メタリコン部近傍部分の蒸着電極の表面に、シリコーン系オイルまたはフッ素系オイルのいずれかを塗布して形成されたオイル層が設けられ、前記メタリコン部近傍部分以外の蒸着電極表面には酸化物皮膜層が設けられていること、及び、前記酸化物皮膜層の厚さが０．００２〜０．０３０μｍであることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記酸化物皮膜層が、アルミニウム酸化皮膜層、ＳｉＯｘ皮膜層、および銅酸化皮膜層からなるグループより選ばれたものであることを特徴とする請求項１記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項３】
前記誘電体フィルムがポリプロピレンフィルムであることを特徴とする請求項１または２に記載の金属化フィルムコンデンサ。
【請求項４】
前記金属化フィルムの少なくとも片面の蒸着電極が複数個に分割され、該蒸着電極同士がヒューズにより接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の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、産業機器および自動車用等のインバータ回路の平滑用に使用す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】
従来の金属化フィルムコンデンサには、耐電圧性能と耐電流性能を向上させるために、図２（ａ）に示されるような、ポリプロピレン（以下、ＰＰという）フィルム１のメタリコン部近傍部分の蒸着電極２の蒸着膜厚が厚く、メタリコン部近傍部分以外の蒸着電極３の蒸着膜厚が薄い構造の金属化フィルムが使用されている。
このような金属化フィルムを用いた金属化フィルムコンデンサにあっては、自己回復性能、耐湿性能の点からアルミニウム蒸着により形成された蒸着電極が一般に使用されている。
【０００３】
しかし、自動車用としてインバータ回路の平滑用コンデンサは高温・高湿下で使用されるため、耐湿性能の要求が強く、この改善として図２（ｂ）に示すようにＰＰフィルム１の片面に蒸着膜３を形成した後、ＳｉＯｘ皮膜層や反応性シリコーン膜等の保護皮膜層６を形成して外部からの湿度の侵入に対してアルミニウム蒸着膜が酸化劣化することを防止している（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０８３９３０号公報
【特許文献２】特開２００５−０１９８３６号公報
【０００５】
自動車用としてインバータ回路の平滑用等高温、高湿で使用される耐湿性能改善として、ＳｉＯｘの保護皮膜層の場合２０ｍｇ／ｍ２が限度で、これ以上では蒸着フィルムが変形しやすく適切でないとされている。
しかし、ＳｉＯｘの保護皮膜層は２０ｍｇ／ｍ２の場合でも、保護皮膜層は均一でなく、ＳｉＯｘ膜のない部分ができて耐湿性にばらつきが生じるが、これを例えば４０ｍｇ／ｍ２とすると蒸着金属とほぼ同じ厚さになり、メタリコンを行うとメタリコンとの接触が悪くなり、過酷な温度サイクル試験では断線が発生するという問題がある。
【０００６】
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は、分割電極の絶縁スリット部（図示せず）やメタリコン部近傍と幅方向反対側に絶縁マージン７を設けるが、この場合はフッ素系またはシリコーン系オイルを用いて蒸着金属が付着しないような方法をとっており、蒸着後は素子巻き取り性に影響しない、限られた量に制限している。
しかし、前記のように耐湿性改善のために反応性シリコーン膜の保護皮膜層６を形成した場合、自動車用等に用いる４μｍ以下の極薄の金属化フィルムでは、巻回時にフィルム（メタリコン部近傍部分以外の部分）がオイルで覆われると、フィルム間のすべりが悪くなり、巻回による皺が発生し、素子巻回が不可能であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の従来の金属化フィルムコンデンサにおける問題を解決するもので、４μｍ以下の極薄蒸着フィルムであっても素子巻回が可能であり、また、９０℃、９０%ＲＨの高温・高湿条件下での耐湿試験や、−４０〜＋１２０℃の温度サイクル試験でも安定した特性を確保することができる金属化フィルムコンデンサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決可能な本発明の金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムの少なくとも片面に金属蒸着膜よりなる蒸着電極が設けられた金属化フィルムを巻回してコンデンサ素子が形成され、該コンデンサ素子の両端面にメタリコン部が形成され、前記メタリコン部近傍部分の蒸着膜厚が、メタリコン部近傍部分以外（メタリコン非近傍部分）の蒸着膜厚よりも大きい構造を有する金属化フィルムコンデンサにおいて、
前記メタリコン部近傍部分の蒸着電極表面に、シリコーン系オイルまたはフッ素系オイルのいずれかを塗布して形成されたオイル層が設けられ、前記メタリコン部近傍部分以外の蒸着電極表面には酸化物皮膜層が設けられていること、及び、前記酸化物皮膜層の厚さが０．００２〜０．０３０μｍであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記の金属化フィルムコンデンサにおいて、前記酸化物皮膜層が、アルミニウム酸化皮膜層、ＳｉＯｘ皮膜層および銅酸化皮膜層からなるグループより選ばれたものであることを特徴とする。
また、本発明は、上記の金属化フィルムコンデンサにおいて、前記誘電体フィルムがポリプロピレンフィルムであることを特徴とする。
さらに、本発明は、上記の金属化フィルムコンデンサにおいて、前記金属化フィルムの少なくとも片面の蒸着電極が複数個に分割され、該蒸着電極同士がヒューズにより接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の金属化フィルムコンデンサでは、メタリコン部近傍部分の蒸着電極の蒸着膜厚が、メタリコン部近傍部分以外の蒸着膜厚よりも大きく、メタリコン部近傍部分の蒸着電極表面に、シリコーン系オイルまたはフッ素系オイルのいずれかを塗布することにより形成されたオイル層が設けられ、メタリコン近傍部分以外の蒸着電極表面に酸化物皮膜層が設けらることによって、
フィルム厚さが４μｍ以下の超薄型蒸着フィルムを用いた場合でも、コンデンサ素子として、巻回可能となり、さらに、９０℃、９０%ＲＨの高温・高湿条件下での耐湿性能、−４０〜＋１２０℃の温度サイクル試験でも安定した特性を有する金属化フィルムコンデンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の金属化フィルムコンデンサにおける最良の形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明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層構成を示す図で、図３は、本発明の金属化フィルムコンデンサの内部構造を示す図である。
本発明における金属化フィルムは、図１に示されるように、誘電体フィルム（好ましくはＰＰフィルム）１の表面に設けられたメタリコン部近傍部分の蒸着電極部２の膜厚が、メタリコン非近傍部分（容量寄与部分）の蒸着電極部３よりも分厚くなっており、蒸着電極部２の幅方向反対側には絶縁マージン７が設けられている。
本発明におけるメタリコン部近傍部分の蒸着電極部２の抵抗値としては２．０〜１０．０Ω／□が好ましく、メタリコン部非近傍部分の蒸着電極部３の抵抗値としては５．０〜２０．０Ω／□が好ましい。
そして、メタリコン部近傍部分の蒸着電極部２の表面には、シリコーン系オイルまたはフッ素系オイルのいずれか一方を塗布することにより形成されたオイル層５が設けられており、また、メタリコン部非近傍部分の蒸着電極部３の表面には酸化物皮膜層４が形成されている。
本発明におけるオイル層５は、コンデンサ素子外部からの水分侵入を防止し、フィルムの耐湿性向上のために設けられる層であって、０．００２〜０．０５０μｍの厚さであることが好ましく、また、酸化物皮膜層４は、コンデンサ素子外部から侵入した水分と蒸着電極金属との電気化学反応を抑制し、耐湿性能を高めるために形成される層であって、０．００２〜０．０３０μｍの厚さであることが好ましい。
なお、上記オイル層５を形成するのに適したシリコーン系オイルとしては、ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン等が挙げられ、フッ素系オイルとしては、
パーフルオロオレフィン、パーフルオロアルキルポリエーテル等が挙げられる。
また、本発明において好ましい酸化物皮膜層４は、アルミニウム酸化皮膜層、ＳｉＯｘ皮膜層、銅酸化皮膜層である。
【００１２】
そして、本発明の金属化フィルムコンデンサは、図１に例示される層構成の金属化フィルムが巻回されてなるコンデンサ素子８の両端面に、メタリコン金属を溶射することによってメタリコン部を形成し、得られた複数個のコンデンサ素子に電極板９および引出端子１０を接続してコンデンサユニットを形成し、このコンデンサユニットを、図３に示すように、外装ケース１１内に収納した後、樹脂１２を充填、硬化して得られる。
本発明では、金属化フィルムの少なくとも片面に設けられた蒸着電極が複数個に分割され、複数個に分割された蒸着電極がヒューズにより接続されている構造であっても良い。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１３】
〔実施例1-1〜1-5、比較例1-1、1-2〕酸化物皮膜層厚さ比較、シリコーン系オイル使用
図１に示される層構成の金属化フィルムとして、厚さが４μｍ、幅１００ｍｍのＰＰフィルムにアルミニウム蒸着を行い絶縁マージン７を設け、メタリコン部近傍部分の蒸着電極部２の抵抗値を４Ω／□、メタリコン部非近傍部分の蒸着電極部３の抵抗値を１０Ω／□とし、該金属化フィルムのメタリコン部近傍蒸着電極部２の厚膜部表面にシリコーン系オイルを塗布してオイル層５を形成した。
上記シリコーン系オイル層５の形成は、該オイルをエバポレータ中で加熱し、ノズルを介してメタリコン部近傍部分に噴出させ、厚さ０．００２〜０．０５０μｍとなるように加熱温度、時間を制御して付着させた。
また、該金属化フィルムのメタリコン部非近傍蒸着電極部３の薄膜部表面に、アルミニウムの酸化物皮膜層４として、皮膜厚さを変化させて０．００１、０．００２、０．００５、０．０１０、０．０２０、０．０３０、０．０５０μｍの酸化アルミニウム層をそれぞれ形成した。
上記アルミニウムの酸化物皮膜層の形成は、酸化性プラズマでアルミニウム蒸着膜を酸化させ、プラズマ発生電源の電圧・電流、通電時間により厚さを制御して行った。
このようにして得られた金属化フィルムを巻回してコンデンサ素子８を形成し、このコンデンサ素子の両端面にメタリコン金属を溶射してメタリコン部を形成し、図３に示すように、電極板９および引出端子１０を接続して外装ケース１１に収納し、エポキシ樹脂１２を充填、硬化させて定格５００Ｖ、３５０μＦの本発明による金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００１４】
（比較例1-3〜1-5）酸化物皮膜層厚さ比較、オイル使用なし
上記と同様の金属化フィルムを使用し、図２（ｂ）に示すように、金属化フィルムのメタリコン部近傍蒸着電極部２の厚膜部表面およびメタリコン部非近傍蒸着電極部３の薄膜部表面に０．００２、０．０１０、０．０３０μｍの酸化アルミニウム層６を形成した。
図４に示すように、金属化フィルムを巻回した素子１３にメタリコン部を形成し、電極板９、引出端子１０を接続して外装ケース１１に収納し、エポキシ樹脂１２を充填、硬化させて、定格５００Ｖ、３５０μＦの金属化フィルムコンデンサ（従来品）を作製した。
【００１５】
（比較例1-6）酸化物皮膜層なし、シリコーン系オイル使用
上記と同様の金属化フィルムを使用し、図２（ｃ）に示すように、金属化フィルムのメタリコン部近傍蒸着電極部２の厚膜部表面およびメタリコン部非近傍蒸着電極部３の薄膜部表面にシリコーン系オイル層５を形成した。
図４に示すように、該金属化フィルムを巻回した素子１３にメタリコン部を形成し、電極板９、引出端子１０を接続して外装ケース１１に収納し、エポキシ樹脂１２を充填、硬化させて、定格５００Ｖ、３５０μＦの金属化フィルムコンデンサ（従来品）を作製した。
【００１６】
〔実施例2-1〜2-5、比較例2-1、2-2〕酸化物皮膜層厚さ比較、フッ素系オイル使用
金属化フィルムのメタリコン部近傍蒸着電極部（厚膜部）２の表面にフッ素系オイルを塗布してオイル層５を形成した以外は、上記実施例1-1〜1-5、比較例1-1、1-2と同様にして、定格５００Ｖ、３５０μＦの本発明による金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００１７】
（比較例2-3）酸化物皮膜層なし、フッ素系オイル使用
金属化フィルムのメタリコン部近傍蒸着電極部（厚膜部）２の表面にフッ素系オイルを塗布してオイル層５を形成した以外は、上記比較例1-6と同様にして、ＤＣ５００Ｖ、３５０μＦの本発明による金属化フィルムコンデンサを作製した。
【００１８】
上記コンデンサ試料を耐湿負荷試験として９０℃、９０%ＲＨ、ＤＣ５００Ｖを印加、温度サイクル試験として−４０〜＋１２０℃、２０００サイクルを行い、自己回復性は温度１００℃で電圧をＤＣ１０００Ｖから１００Ｖずつステップアップし、各電圧に１０分間保持した。また、巻き取り性は素子巻回時の巻回皺の発生有無により判定した。
【００１９】
試験の結果、耐湿負荷試験では静電容量減少が５%以下、温度サイクル試験ではtanδ変化が初期値比１０%以下、自己回復性はＤＣ１５００Ｖまで印加して試料５個全て端子間ショートがないこと、巻き取り性は素子巻回時に皺発生がないことを基準に評価を行った。
この評価結果を以下の表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
［酸化物皮膜層厚さ比較］
表１より明らかなように、耐湿試験で、酸化皮膜層が０．００１μｍでは皮膜が薄く、大気中の水分が透過して蒸着金属を劣化させるため、シリコーン系、フッ素系とも、容量減少が発生する（比較例1-1、2-1）。
また、自己回復性試験で酸化皮膜が０．０５０μｍでは皮膜が厚過ぎ、誘電体が局部破壊した時に蒸着電極の飛散を妨げるため、シリコーン系、フッ素系とも、ショート不良が発生する（比較例1-2、2-2）。
温度サイクル試験においては、実施例1-1〜1-5、2-1〜2-5、比較例1-1、1-2、2-1、2-2とも、メタリコン部近傍部分にシリコーン系、フッ素系のオイル層が設けられ、メタリコン部非近傍部分に酸化皮膜層が設けられているために２０００サイクル後でも特性変化がなく、巻き取り性も良好であった。
これに対して、比較例1-1、2-1ではメタリコン近傍部分、メタリコン非近傍部分の蒸着電極部表面に酸化皮膜層が形成されているが、この層が０．００１μｍでは層厚さが薄いため、耐湿試験で容量減少が発生し、０．０５０μｍでは分厚過ぎて、メタリコンとの接触が不安定で、温度サイクル試験でｔａｎδが増大し、特性が不安定であった。
【００２２】
［オイル層の形成部分の比較］
また、比較例1-6、2-3ではメタリコン部近傍部分、メタリコン部非近傍部分の蒸着電極部表面に酸化皮膜層に代わり、シリコーン系またはフッ素系オイル層を形成しているため、耐湿試験、温度サイクル試験、自己回復性試験では特性の安定化が得られるが、蒸着電極表面にオイル層が形成されているためにフィルムのすべり性が悪く、巻き取り時に皺が発生し作業性が低下した。
なお、オイル層の厚さは０．００２〜０．０５０μｍの範囲が適当である。０．００２μｍ未満の場合、耐湿性、温度サイクル性の改善効果がなく、０．０５０μｍを超えると、メタリコン部非近傍蒸着電極部にまでオイル層が拡がってしまうため、巻き取り性が悪化する。
【００２３】
上記表１の試験結果から、金属化フィルムのメタリコン部近傍蒸着電極部２の厚膜部にシリコーン系またはフッ素系オイル層を形成し、該金属化フィルムのメタリコン部非近傍蒸着電極部３の薄膜部に０．００２〜０．０３０μｍの酸化皮膜層を形成すると、耐湿性、温度サイクル、自己回復性、巻き取り性共に良好であり、特性の安定したコンデンサが得られることがわかる。
【００２４】
なお、実施例でアルミ蒸着電極の場合の例を示したが、亜鉛、アルミニウム／亜鉛の合金の電極を設けた場合でも、メタリコン近傍の蒸着電極表面にシリコーン系またはフッ素系オイルを、メタリコン部非近傍蒸着電極表面にアルミニウム酸化皮膜層を設けた場合でも、同様の結果が得られることが確認できた。
さらに、上記試験では酸化皮膜層をアルミニウム酸化皮膜としたが、ＳｉＯｘ、銅酸化皮膜でも同様の結果が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】耐湿性が改善された本発明における金属化ＰＰフィルムの層構成を示す図である。
【図２】従来の金属化フィルムの層構成を示す図である。
【図３】耐湿性が改善された本発明の金属化フィルムコンデンサの内部構造を示す図である。
【図４】従来のコンデンサの内部構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  誘電体フィルム（ＰＰフィルム）
２  メタリコン近傍部分の蒸着電極部
３  メタリコン非近傍部分の蒸着電極部
４  酸化物皮膜層
５  オイル層
６  保護皮膜層
７  絶縁マージン部
８  本発明によるコンデンサ素子
９  電極板
１０  引出端子
１１  外装ケース
１２  樹脂
１３  従来のコンデンサ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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