(57)【要約】【課題】製造が容易な低損失のフィルムコンデンサを提供する。【解決手段】有機フィルム１１の両面の対称位置に長手方向に複数の金属蒸着電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈを形成した第１の両面金属化フィルム１４と、金属蒸着電極を形成していない誘電体フィルム１７と、有機フィルム１１の両面の対称位置に長手方向に複数の金属蒸着電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆを形成した第２の両面金属化フィルム１６と、を前記第１の両面金属化フィルム１４上の金属蒸着電極と前記第２の両面金属化フィルム１６上の金属蒸着電極とが前記誘電体フィルム１７を介して対向するように重ねて巻回して複数のコンデンサ要素が直列に接続されるようにした巻回体と、この巻回体の両端面に形成された取出電極１８とからなり、前記両面金属化フィルムはポリプロピレンフィルムであるフィルムコンデンサとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機フィルムの両面の対称位置に長手方向に伸びる複数の金属蒸着電極を形成した第１の両面金属化フィルムと、金属蒸着電極を形成していない誘電体フィルムと、有機フィルムの両面の対称位置に長手方向に伸びる複数の金属蒸着電極を形成した第２の両面金属化フィルムと、を前記第１の両面金属化フィルム上の金属蒸着電極と前記第２の両面金属化フィルム上の金属蒸着電極とが前記誘電体フィルムを介して対向するように重ねて巻回して複数のコンデンサ要素が直列に接続されるようにした巻回体と、この巻回体の両端面に形成された取出電極とからなり、前記有機フィルムはポリプロピレンフィルムであることを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記第１、第２の両面金属化フィルムに形成した金属蒸着電極はアルミニウムを蒸着したものであり、その膜抵抗値が１〜３Ω／□であ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】
前記第１、第２の両面金属化フィルムに形成した金属蒸着電極が前記誘電体フィルムを介して対向して重なり合うコンデンサ要素の有効電極部のフィルム幅方向の幅が７ｍｍ以下である請求項１または２に記載のフィルムコンデンサ。
【請求項４】
直列に接続される前記コンデンサ要素は４個以上である請求項１〜３のいずれか１項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、複数のコンデンサが直列に接続された高耐電圧および高耐電流用のフィルムコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィルムコンデンサでは、耐電圧の向上のため、コンデンサ素子内部で複数のコンデンサ要素が直列に接続された回路構成としたいわゆる直列コンデンサが広く用いられている。
【０００３】
そして直列コンデンサにおいて、両面に金属蒸着したプラスチックフィルムと、金属を蒸着しないプラスチックフィルムとを巻回または積層して、両面の金属蒸着電極を同極として発熱を低減することが行われている。
【０００４】
このような従来の直列コンデンサの一例として、その概略断面図を図３に示している。
【０００５】
図３の直列コンデンサでは、プラスチックフィルム３３の両面に同極となるように金属蒸着電極３５、３５ａを形成し、これら電極の中央部に非蒸着部であるマージン３６、３６ａを形成した両面金属化フィルム３１と、金属を蒸着しないプラスチックフィルム３４と、プラスチックフィルム３３の両面に金属蒸着電極３７、３７ａを形成し、その両側端部にマージン３８、３８ａを設けた両面金属化フィルム３２と、金属を蒸着しないプラスチックフィルム３４の４枚を重ねて巻回し、巻回後にその両端面に電極引出部としてのメタリコン電極３９が形成されている。
【０００６】
そして両面金属化フィルム３１、３２を構成するプラスチックフィルム３３にはポリエチレンテレフタレートフィルム（以下ＰＥＴフィルムと称する）が用いられ、金属を蒸着しないプラスチックフィルム３４にはポリプロピレンフィルム（以下ＰＰフィルムと称する）が用いられている。
【０００７】
ここで、プラスチックフィルム３３を挟んで対向している同極となる金属蒸着電極３５、３５ａの位置がずれた場合、このずれた部分で意図しないコンデンサ成分が形成されるが、このコンデンサ成分は高周波損失率の高いＰＥＴフィルムで構成されたプラスチックフィルム３３が誘電体として働くため、フィルムコンデンサ全体の損失率を高め、通電時の自己発熱を高めてしまう。
【０００８】
これを避けるため、マージンを有していない金属蒸着電極３５、３５ａを形成した後にレーザを用いて両面同時にマージン３６、３６ａを形成する方法が提案されている。
【０００９】
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２００５−９３５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の方法では、マージン３６、３６ａを位置ずれなく精度良く形成することはできるが、レーザによるマージン形成という工程が必要なため工数が増加するとともに、レーザ照射装置の位置を厳密に固定保持した上で、両面金属化フィルム３１を精度良く送って位置合わせを行う必要があり、工数増加や装置開発によるコストアップにつながってしまうという課題があった。
【００１１】
そこで本発明は、工数の増加や装置開発によるコストアップが必要でなく、製造が容易な低損失の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】
【００１２】
そしてこの目的を達成するために、本発明のフィルムコンデンサは、有機フィルムの両面の対称位置に長手方向に伸びる複数の金属蒸着電極を形成した第１の両面金属化フィルムと、金属蒸着電極を形成していない誘電体フィルムと、有機フィルムの両面の対称位置に長手方向に伸びる複数の金属蒸着電極を形成した第２の両面金属化フィルムと、を前記第１の両面金属化フィルム上の金属蒸着電極と前記第２の両面金属化フィルム上の金属蒸着電極とが前記誘電体フィルムを介して対向するように重ねて巻回して複数のコンデンサ要素が直列に接続されるようにした巻回体と、この巻回体の両端面に形成された取出電極とからなり、前記有機フィルムはポリプロピレンフィルムであることを特徴とするフィルムコンデンサである。
【発明の効果】
【００１３】
両面金属化フィルムの基材である有機フィルムとして高周波損失率に優れたポリプロピレンフィルムを用いることにより、有機フィルムを挟んで対向する同極の金属蒸着電極の位置にずれが生じて、このずれによりコンデンサ成分が形成された場合でも、このコンデンサ成分の損失率が低く、フィルムコンデンサ全体の損失率を増加させることがないため、高周波損失率特性に優れ、通電時の自己発熱を低減したフィルムコンデンサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のフィルム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。
【００１５】
（実施の形態）
図１は本実施の形態のフィルムコンデンサの断面図である。
【００１６】
図１において、有機フィルム１１の両面に、金属蒸着電極が形成されていない非蒸着部１２により互いに絶縁された帯状の金属蒸着電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ（これらをまとめて金属蒸着電極１３と称する）がアルミニウムの金属蒸着により有機フィルムの長手方向に連続して形成されて第１の両面金属化フィルム１４が構成されている。
【００１７】
またもう一方の有機フィルム１１の両面にも、同様に非蒸着部１２により互いに絶縁された帯状の金属蒸着電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ（これらをまとめて金属蒸着電極１５と称する）が形成され、第２の両面金属化フィルム１６が構成されている。
【００１８】
そして、これら２種類の両面金属化フィルム１４、１６は、金属蒸着電極が形成されていない誘電体フィルム１７を挟んで対向するように重ねられて巻回された後、その両端面に電極引き出し部となる取出電極１８、１８がメタリコンのような金属溶射などの方法により形成されている。
【００１９】
この構成により、誘電体フィルム１７を介して対向する金属蒸着電極１３ｅと１５ａ、１５ａと１３ｆ、１３ｆと１５ｂ、１５ｂと１３ｇ、１３ｇと１５ｃ、１５ｃと１３ｈの間に６個の直列接続されたコンデンサ要素が形成される。
【００２０】
さらにこれらのフィルムが巻回されるため、両面金属化フィルム１４の上方にも誘電体フィルム１７を介して両面金属化フィルム１６が配置された構造となり、全体としては上記６個の直列接続されたコンデンサ要素が多数並列接続されるが、取出電極１８、１８間でみると６個のコンデンサ要素が直列接続された構成となる。
【００２１】
金属蒸着電極１３ｂ、１３ｃ、１３ｆ、１３ｇ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆはコンデンサ要素を直列接続とするための、いわゆる中間電極であり、取出電極１８とは接続されていない。
【００２２】
このように構成された直列コンデンサにおいて、本願発明の特徴は、有機フィルム１１としてＰＰフィルムを用いていることである。
【００２３】
高周波域においても損失率の低いＰＰフィルムを両面金属化フィルム１４、１６の基材として用いることにより、有機フィルム１１の両面の対称位置に形成した同極の金属蒸着電極１３ａと１３ｅ、１３ｂと１３ｆ、１３ｃと１３ｇ、１３ｄと１３ｈが有機フィルム１１を挟んだ位置が多少ずれた電極ずれ部分１９が生じても、この電極ずれ部分１９に生じるコンデンサ成分の誘電体は高周波損失率の低いＰＰフィルムで構成されているため、このコンデンサ成分の損失率は低く、フィルムコンデンサ全体の損失率を増加させることがない。
【００２４】
また、直列接続されるコンデンサ要素の数が増加するにつれ、金属蒸着電極１３、１５のフィルム幅方向の幅はより狭くなり、コンデンサ要素を構成する金属蒸着電極１３、１５の重なり合う部分は狭くなる。
【００２５】
その結果、コンデンサ要素の数が増すほど、金属蒸着電極１３、１５の重なり合う部分で構成される通常のコンデンサ要素に対して、同極の金属蒸着電極がずれたことにより生じるコンデンサ成分の影響度が高くなるが、本実施の形態のフィルムコンデンサでは上記のようにずれにより生じるコンデンサ成分自体の損失率が低いため、フィルムコンデンサ全体の損失率を増加させることがない。
【００２６】
したがって、直列に接続されるコンデンサ要素の数が多いほど、本実施の形態の効果は大きなものとなる。
【００２７】
このコンデンサ要素の数としては、図１に６個の例を示しているが、４個以上に多くなると、電極ずれ部分１９で生じるコンデンサ成分の影響度が高くなるため、本実施の形態による効果が有効に発揮されることとなる。
【００２８】
また、誘電体フィルム１７を挟んで対向する金属蒸着電極が重なり合う部分（例えば図１にＡで示した金属蒸着電極１３ｅと１５ａが重なり合う部分）は、静電容量に寄与する有効電極部（アクティブ部）と呼ばれる部分であるが、その有効電極部のフィルム幅方向の幅は、直列に接続されるコンデンサ要素の数が４個の場合には７ｍｍ以下、６個の場合には５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
これは、Ａで示す有効電極部の幅が、コンデンサ要素が４個の場合に７ｍｍ、コンデンサ要素が６個の場合に５ｍｍを超えると、隣接する例えば金属蒸着電極１５ａと１５ｂ間の絶縁が保ちにくくなるためである。
【００３０】
また、有効電極部の幅が７ｍｍ以下の場合、電極ずれ部分１９に生じるコンデンサ成分の損失率が全体の損失率に占める比率として大きくなるため、本実施の形態によりＰＰフィルムを用いて損失率を低減するという効果が顕著に発揮されるものである。
【００３１】
以下、本実施の形態のフィルムコンデンサの具体的な実施例について説明する。
【００３２】
厚みが６μｍのＰＰフィルムを有機フィルム１１として用い、また厚みが１２μｍのＰＰフィルムを誘電体フィルムとして用いて図１に示すコンデンサ要素が６個直列に接続された直列コンデンサ試料を１００個作製した。
【００３３】
この直列コンデンサ試料の定格電圧は２２００ＶＡＣで、静電容量は０．０１７μＦである。
【００３４】
また金属蒸着電極１３、１５はアルミニウムの真空蒸着により２Ω／□の膜抵抗値となるように形成した。
【００３５】
コンデンサ要素を６個直列にしたのは、定格電圧が２２００ＶＡＣと非常に高い耐電圧要望に対応するためである。
【００３６】
また金属蒸着電極１３、１５の膜抵抗値を２Ω／□としたのは、定格電流が１５Ａ以上と高い耐電流要望に対応するため、金属蒸着電極１３、１５の全体にわたって膜抵抗値を低くしたものである。
【００３７】
すなわち、取出電極と接合される金属蒸着電極の端部の膜抵抗値を低くしたいわゆるヘビーエッジとよばれる部分ではなく、静電容量に寄与する有効電極部となる金属蒸着電極１３、１５の全体にわたって膜抵抗値を低くして、大電流への対応を可能としている。
【００３８】
ここで、金属蒸着電極１３、１５の膜抵抗値としては、１Ω／□未満では金属蒸着電極１３、１５の厚みが厚すぎて蒸着が困難となり、均一な金属蒸着電極とすることができない。
【００３９】
さらに、膜抵抗値を低くするためには蒸着膜厚を厚くする必要があるため、蒸着に時間がかかり、生産性が低下してしまう。
【００４０】
また、膜抵抗値が３Ω／□を越えると、損失率が大きくなって発熱量が増加するため、大電流、高電圧の厳しい使用条件に耐えることができない。
【００４１】
したがって、金属蒸着電極１３、１５の膜抵抗値としては１〜３Ω／□が好ましい。
【００４２】
また、アルミニウムを用いたのは、誘電体フィルム１７に欠陥部が生じた場合、この欠陥部周辺の金属蒸着電極が飛散または絶縁化して欠陥部を切り離す、いわゆる自己回復機能（セルフヒーリング性）を効果的に働かせるためである。
【００４３】
金属蒸着電極の材質としてアルミニウムを用いた場合には、酸化された場合に絶縁性の酸化アルミニウムとなるが、亜鉛や亜鉛合金を用いた場合には、亜鉛や亜鉛合金は酸化されても半導体となるため、十分自己回復機能が発揮されず、欠陥部が拡大してしまうことがあるためである。
【００４４】
上記実施例の直列コンデンサ試料とは別に、従来の直列コンデンサとして、有機フィルム１１としてＰＰフィルムではなくＰＥＴフィルムを用い、誘電体フィルム１７としては実施例と同様に１２μｍのＰＰフィルムを用いてコンデンサ要素が６個直列に接続された比較例の直列コンデンサ試料を１００個作製した。
【００４５】
これらの実施例、比較例の試料各１００個について、高周波における損失率の評価として、２５℃で１０ｋＨｚ１Ｖの電圧を印加して誘電損失（ｔａｎδ）を測定した結果を図２に示す。
【００４６】
図２で縦軸は１０ｋＨｚで測定したｔａｎδ（％）であり、横軸は頻度である。
【００４７】
図２の結果から明らかなように、従来の比較例の直列コンデンサのｔａｎδは０．０２％以上と大きく、またｔａｎδの数値分布は０．０２％〜０．０４％とばらつきも大きいのに対して、本実施の形態による直列コンデンサのｔａｎδは０．０２％以下と小さく、またｔａｎδの数値分布も０．０１％〜０．０２％の範囲内に収まっており、ばらつきも小さくなっていることがわかる。
【００４８】
そして、損失率（ｔａｎδ）の値が小さいことにより、通電時のフィルムコンデンサの自己発熱を低減することができるため、大電流、高電圧下での使用に十分耐えうるフィルムコンデンサを得ることができる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態によるフィルムコンデンサでは、４個以上のコンデンサ要素が直列に接続された直列コンデンサを構成する両面金属化フィルム１４、１６の基材として高周波損失率に優れたポリプロピレンフィルムを用い、金属蒸着電極１３、１５の膜抵抗値を１〜３Ω／□としたものであり、高周波損失率特性に優れ、通電時の自己発熱を低減したフィルムコンデンサとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のフィルムコンデンサは、複数のコンデンサ要素が直列に接続されたフィルムコンデンサにおいて、フィルムコンデンサを構成する両面金属化フィルムの基材として高周波損失率に優れたＰＰフィルムを用いることにより、有機フィルムを挟んで対向する同極の金属蒸着電極の位置にずれが生じて、このずれによりコンデンサ成分が形成された場合でも、このコンデンサ成分の損失率が低く、フィルムコンデンサ全体の損失率を増加させることがないため、高周波損失率に優れたフィルムコンデンサを得ることができ、高耐電圧および高耐電流用のフィルムコンデンサ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１によるフィルムコンデンサの断面図
【図２】誘電損失（ｔａｎδ）の測定結果を示すグラフ
【図３】従来の直列コンデンサの断面図
【符号の説明】
【００５２】
１１  有機フィルム
１２  非蒸着部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ  金属蒸着電極
１４  第１の両面金属化フィルム
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ  金属蒸着電極
１６  第２の両面金属化フィルム
１７  誘電体フィルム
１８  取出電極
１９  電極ずれ部分
３１、３２  両面金属化フィルム
３３、３４  プラスチックフィルム
３５、３５ａ  金属蒸着電極
３６、３６ａ  マージン
３７、３７ａ  金属蒸着電極
３８、３８ａ  マージン
３９  メタリコン電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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