(57)【要約】【課題】コンデンサ素子からの放熱効果を上げて発熱を低くすることにより信頼性の高いコンデンサを提供することを目的とする。【解決手段】巻芯１１上に誘電体フィルムに金属蒸着電極を形成した両面金属化フィルム１２ａを巻回してその両端面に取出電極１３ａ、１３ｂを設けたコンデンサ素子１４と、このコンデンサ素子１４を収納する外装ケース１５と、外装ケース蓋１６とを有するコンデンサであって、前記巻芯１１は一端に開口端を有する有底の円筒で外表面が絶縁されており、前記巻芯の開口端が前記外装ケース蓋に固着されるとともに前記巻芯の内側面を外装ケースの外部に連通させて放熱性を高めたコンデンサとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻芯と、前記巻芯上に誘電体フィルムに金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを巻回してその両端面に取出電極を設けたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する外装ケースと、外装ケース蓋とを有するコンデンサであって、前記巻芯は一端に開口端を有する有底の円筒で外表面が絶縁されており、前記巻芯の開口端が前記外装ケース蓋に固着されるとともに前記巻芯の内側面が外装ケースの外部に連通していることを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
前記巻芯の開口端と反対側の他端が前記外装ケースの底面に固定されている請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記外装ケース内部に絶縁油または充填樹脂が満たされている請求項１または２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記巻芯内部に液体または気体を満たして冷却を行う請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電気機器、産業機器等に使用され、良好な放熱効果を有するコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種電気機器や産業用機器等において使用されるフィルムコンデンサなどでは、コンデンサに大電流が流れる場合、コンデンサが高温になり、許容温度範囲を超えることがあり、このような高温化を防ぐために放熱性を向上させたコンデンサの検討が種々行われている。
【０００３】
図３はこのような放熱効果を高めた従来のコンデンサの断面図であり、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂等のケース３４の内部にコンデンサ素子３１を収納し、充填樹脂として下側にエポキシ樹脂３５が充填されるとともに、その上側に放熱グリス等の熱伝導性樹脂３６が充填されている。
【０００４】
このコンデンサ素子３１は図４に示すように、巻芯３２に絶縁フィルム３３を挟んで金属化フィルムを巻回し、端面に金属溶射してメタリコン電極３７、３８を形成したもので、巻芯３２の上方端部はメタリコン電極３７から上方へ突出して突出部３２ａを構成している。
【０００５】
そしてコンデンサ素子３１の熱が、この突出部３２ａの周囲に配置された熱伝導性樹脂３６に伝わることにより放熱効果を高めたものである。
【０００６】
なお、本出願の発明に関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。
【特許文献１】特開２００６−５９８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の放熱構造では熱伝導性樹脂３６の熱伝導率などの放熱に関係する特性により放熱効果が左右されるが、熱伝導性樹脂３６の熱伝導率は１〜５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度が限界であり、したがってコンデンサ素子３１に印加される電圧がますます高くなり、コンデンサ素子３１の発熱がより増加しつつある近年の電気機器、産業機器等に適用するには不十分なものであった。
【０００８】
放熱が不十分で、常時コンデンサ素子３１が高温の状態のまま連続して使用された場合、コンデンサの信頼性低下につながりやすい。
【０００９】
また、電気機器や産業機器の電気回路に異常電圧が印加された時などに、コンデンサ素子３１の温度が急激に上昇することにより、故障する確率も高くなるため、さらに効果的な放熱を行うことが求められている。
【００１０】
一般にコンデンサ素子３１の温度が１００℃を超えると、故障率が急激に増大するため、発熱しても９０℃以下とすることが求められる。
【００１１】
そこで本発明は、コンデンサ素子からの放熱効果をさらに向上させて発熱を低く抑えることにより、信頼性の高い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】
【００１２】
そしてこの目的を達成するために、本発明のコンデンサは、巻芯と、前記巻芯上に誘電体フィルムに金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを巻回してその両端面に取出電極を設けたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する外装ケースと、外装ケース蓋とを有するコンデンサであって、前記巻芯は一端に開口端を有する有底の円筒で外表面が絶縁されており、前記巻芯の開口端が前記外装ケース蓋に固着されるとともに前記巻芯の内側面を外装ケースの外部に連通させて放熱性を高めたコンデンサである。
【発明の効果】
【００１３】
コンデンサ素子に設けた円筒形状の巻芯の開口端を外装ケース外に連通させることにより、コンデンサ素子内部の発熱が巻芯を通じて効率的に外装ケース外の外気に放散され、コンデンサ素子の放熱効果を向上することができる。
【００１４】
また巻芯の開口端と反対側の他端を外装ケースの底面に固定することにより、外装ケース底面からも放熱が効率よく行われることになり、より放熱効果を向上することができる。
【００１５】
さらに、必要に応じてこの巻芯の円筒内部に冷却用の気体や、絶縁油などの冷媒を循環させることにより、さらにコンデンサ素子内部の発熱を効率よく放熱することができるため、より信頼性の高いコンデンサを提供することができるという優れた効果も有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明のコンデンサについて、一実施の形態および図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１によるコンデンサの内部構造を示す断面図であり、巻芯１１上に６μｍのポリプロピレンフィルム（図示せず）の両面に亜鉛合金を蒸着して金属蒸着電極（図示せず）を形成した両面金属化フィルム１２ａと、金属蒸着電極を形成していない合わせフィルム１２ｂとが交互になるように重ね合わせて巻回し、その両端面に取出電極１３ａ、１３ｂを設けたコンデンサ素子１４がアルミニウムなどの金属製の外装ケース１５に収納されている。
【００１８】
巻芯１１は、少なくともその外側の表面が絶縁処理されたアルミニウムや銅などの金属製の円筒であり、その上端側は開口端１１ａとなっており、この開口端１１ａが外装ケース蓋１６にその上面から突出するように固定されている。
【００１９】
巻芯１１の他端側は閉じた底面１１ｂであり、この底面１１ｂは外装ケース１５の底面１５ａに接している。
【００２０】
コンデンサ素子１４の取出電極１３ａ、１３ｂはおのおのリード線１７ａ、１７ｂにより外装ケース蓋１６に設けられた端子１８ａ、１８ｂと接続されている。
【００２１】
リード線１７ａ、１７ｂは図示していないが、絶縁確保のために必要部分が絶縁スリーブなどにより覆われている。
【００２２】
また、コンデンサ素子１４は図示しない絶縁ケースにより外装ケース１５から絶縁されている。
【００２３】
そして外装ケース１５の内部には、コンデンサ素子の絶縁確保のため、ポリブテンオイルや菜種油、鉱油などの絶縁油１９が満たされ、外装ケース蓋１６が嫌気性接着剤により外装ケース１５の上面に固定されることにより、密閉されている。
【００２４】
同時に、巻芯１１の開口端１１ａ付近も嫌気性接着剤により外装ケース蓋１６に接着固定されている。
【００２５】
このように構成されたコンデンサにおいて、端子１８ａ、１８ｂ間に電圧が印加された時のコンデンサ素子１４は、左右方向が巻芯１１に近い中央部で上下方向が取出電極１３ａ、１３ｂ間のほぼ中央部の位置が最も発熱温度が高くなる。
【００２６】
そして巻芯１１に伝わった熱は、上方へ運ばれて外気と接する開口端１１ａから放散されるとともに、下方へ伝わった熱は巻芯１１の底面１１ｂから外装ケース底面１５ａに伝わり、外部に放散されることになる。
【００２７】
このように、本実施の形態のコンデンサは、底面からの放熱のみならず、上方の開口端からも熱放散が行えるため、効率の良い放熱効果を上げることができる。
【００２８】
次に、本実施の形態における実施例および比較例のコンデンサを試作し、放熱効果の比較試験を行った結果について説明する。
【００２９】
まず本実施の形態における実施例として、厚み６μｍの両面金属化フィルム１２ａと金属蒸着電極を形成していない合わせフィルム１２ｂとが交互になるように、巻芯１１上に巻回してコンデンサ素子１４を作製し、巻芯１１の上端側の開口端１１ａが外装ケース蓋１６から突出するように外装ケース１５に収納し、ポリブテン油を充填し、定格電圧４４０Ｖで静電容量が６５μＦのコンデンサを作製して試料１とした。
【００３０】
これとは別に、本実施の形態である試料１と比較するための従来品の試料３として、巻回した後に巻芯１１を除去した以外は試料１と同様のコンデンサを作製した。
【００３１】
これらの試料１、３の各３個について、７０℃の高温下で、定格電圧４４０Ｖの１．２５倍（５５０Ｖ）の電圧を印加し、コンデンサ素子の中央部の温度を測定した。
【００３２】
その結果を（表１）に示す。（表１）で温度上昇は周囲温度７０℃のもとでコンデンサ素子の温度がどの程度上昇するかを示したものであり、コンデンサ素子の中央部の測定温度から７０を引いた温度（℃）で表される。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
（表１）の結果より、従来品の試料３ではコンデンサ素子中央部の温度が３個の平均で８５．６℃となり、使用温度上限の９０℃に近くなったのに対して、本実施の形態による試料１では８３．２℃と低く抑えられ、使用温度上限に対して約７℃の余裕があった。
【００３５】
一般にコンデンサ等の故障率は温度により指数関数的に増大する傾向があり、使用温度上限近くにおいては、数度でも下げられるのであればその効果は大きいものである。
【００３６】
（実施の形態２）
実施の形態２のコンデンサが実施の形態１のコンデンサと異なる点は、巻芯１１の底面１１ｂが外装ケース底面１５ａに設けた保持部２１に固定されている点であり、実施の形態１と同じ要素には同じ符号を付けて説明を簡略化する。
【００３７】
図２は実施の形態２によるコンデンサの外装ケース底面１５ａ付近の要部拡大断面図である。
【００３８】
図２において、巻芯１１の底面１１ｂは外装ケース１５に設けられた保持部２１により保持されている。
【００３９】
そして巻芯１１の開口端１１ａが外装ケース蓋１６に固定され、底面１１ｂが外装ケース１５に設けられた保持部２１に固定されることにより、コンデンサ素子１４が外装ケース１５内で確実に固定されるとともに、巻芯１１の底面１１ｂが保持部２１に嵌合する構造となっているため、外装ケース底面１５ａからの放熱がより効果的に行われるものである。
【００４０】
さらに、図示していないが、巻芯１１の開口端１１ａから、巻芯１１の内面に冷却された空気やフッ素系不活性液体（商品名フロリナート）や低粘度の絶縁油などの冷媒を入れることにより、さらに効果的な放熱を行うことができ、より高電圧に耐えうるコンデンサとすることもできる。
【００４１】
この実施の形態２における実施例として、実施の形態１の試料１と同様に、厚み６μｍの両面金属化フィルム１２ａと金属蒸着電極を形成していない合わせフィルム１２ｂとが交互になるように、巻芯１１上に巻回してコンデンサ素子１４を作製し、巻芯１１の上端側の開口端１１ａが外装ケース蓋１６から突出するとともに巻芯１１の開口端１１ａとは反対側の他端１１ｂ（巻芯１１の底面）を外装ケース１５に設けた保持部２１に嵌合させて外装ケース１５に収納し、ポリブテン油を充填して定格電圧４４０Ｖで静電容量が６５μＦのコンデンサを作製して試料２とした。
【００４２】
この試料２について、実施の形態１と同様に７０℃の高温下で、定格電圧４４０Ｖの１．２５倍（５５０Ｖ）の電圧を印加し、コンデンサ素子１４の中央部の温度を測定し、（表１）にその結果を併せて示した。
【００４３】
また、試料２において、巻芯１１内部に室温の絶縁油（ポリブテン油）を循環させて温度を測定した結果を（表１）に併せて示す。
【００４４】
（表１）の結果より明らかなように、試料２ではコンデンサ素子１４中央部の温度は８２．０℃で実施の形態１による試料１よりさらに１℃低下している。
【００４５】
これは試料２では巻芯１１に伝えられた熱が保持部２１を経由して外装ケース底面１５ａから放熱されることにより、さらに放熱効果が上がったものである。
【００４６】
また、試料２で巻芯１１に絶縁油を循環させた場合の温度は７９．９℃となり、従来品の試料３に比べて温度上昇は約２／３となっており、絶縁油の循環によりさらに放熱効果を高められることが確認できた。
【００４７】
以上実施の形態１、２により詳述したように、本発明のコンデンサによれば、極めて平易で製造が容易な構造により、コンデンサ素子１４からの放熱効果を向上させ、より高電圧にも耐えうる信頼性の高いコンデンサとすることができる。
【００４８】
なお、実施の形態１、２ではコンデンサ素子１４の放電を防ぎ、絶縁性を確保するために絶縁油１９を充填したが、これに限定されるものではなく、絶縁油１９のかわりとして、エポキシ樹脂などの充填樹脂を用いることもできる。
【００４９】
コンデンサ素子１４としては、両面金属化フィルム１２ａと金属蒸着していない合わせフィルム１２ｂとを交互に重ねて巻回したものを用いたが、これに限定されるものではなく、片面に金属蒸着した金属化フィルムを少なくとも２枚巻回したものであっても良い。
【００５０】
また、金属蒸着電極としては、今回の試料では交流電流用途におけるコロナ放電の影響を低減するため、亜鉛合金を用いたが、これに限定されるものではなく、アルミニウムによる金属蒸着電極であってもよい。
【００５１】
巻芯１１としては、プラスチック樹脂のものも使用することはできるが、熱伝導の点から金属製のものを用いるのが好ましい。
【００５２】
また、外装ケース１５が直方体形状である場合、コンデンサ素子１４を加圧し、偏平形状にして外装ケース１５への収納効率を上げ、形状を小型化することが行われるが、この際にも巻芯１１が金属製であれば偏平形状に変形しやすいため、この点からも巻芯１１としては金属製のものを用いるのが好ましい。
【００５３】
外装ケース１５としては、これも内部のコンデンサ素子１４からの放熱のためにはアルミニウムなどの金属製のものが好ましいが、樹脂製のケースであってもよい。
【００５４】
なお、外装ケース１５として樹脂製のケースを用いた場合には、絶縁ケースを省略することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のコンデンサは、巻芯と、前記巻芯上に誘電体フィルムに金属蒸着電極を形成した金属化フィルムを巻回してその両端面に取出電極を設けたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する外装ケースと、外装ケース蓋とを有するコンデンサであって、前記巻芯は一端に開口端を有する有底の円筒で外表面が絶縁されており、前記巻芯の開口端が前記外装ケース蓋に固着されるとともに前記巻芯の内側面を外装ケースの外部に連通させた構成であり、コンデンサ素子内部の熱を効率よく外部に伝えることができ、コンデンサ素子の発熱を抑制し、信頼性の高いコンデンサを提供することができるため、各種電子機器、産業機器等に使用されるコンデンサに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるコンデンサの内部構造を示す断面図
【図２】同実施の形態２におけるコンデンサの要部断面図
【図３】従来のコンデンサの内部構造を示す断面図
【図４】同コンデンサ素子を説明するための斜視図
【符号の説明】
【００５７】
１１  巻芯
１１ａ  開口端
１１ｂ  底面
１２ａ  両面金属化フィルム
１２ｂ  合わせフィルム
１３ａ、１３ｂ  取出電極
１４  コンデンサ素子
１５  外装ケース
１５ａ  外装ケース底面
１６  外装ケース蓋
１７ａ、１７ｂ  リード線
１８ａ、１８ｂ  端子
１９  絶縁油
２１  保持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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