WO2006112099A1 - 金属化フィルムコンデンサと自動車用インバータ平滑用コンデンサ - Google Patents

金属化フィルムコンデンサと自動車用インバータ平滑用コンデンサ Download PDF

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fuse
slits
film
metal
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Shigeo Okuno
Kohei Shiota
Kazuhiro Nakatsubo
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a metallized film capacitor used for electric devices, various power supply circuits, communication devices, vehicles including electric vehicles, and the like.
  • the electrode thickness of a portion serving as an electrode lead-out portion is configured to be thick.
  • the connection strength with the metallicon that becomes the electrode lead-out portion is improved.
  • Such a film capacitor is disclosed, for example, in Japanese Patent Publication No. 62-183506.
  • a self-security mechanism having the following structure. That is, a minute block is formed by using a slit which is a metal non-evaporated part in the vapor deposition electrode, and a fuse provided between the slits connects the minute blocks. In this way, the divided electrodes are connected in parallel. Furthermore, in recent years, a self-protection mechanism using a divided electrode pattern in which slits are provided in a lattice shape is also known. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-134561 discloses a self-protection mechanism pattern that is characterized by low heat generation and small capacity reduction when a current is applied.
  • FIG. 6A to FIG. 7B are schematic views of a conventional metallized film capacitor.
  • FIG. 6A is a perspective plan view of a conventional metalized film capacitor
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the CC ′ plane of FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a perspective plan view of another conventional metalized film capacitor
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG. 7A.
  • dielectric films (hereinafter referred to as films) 11A and 11B made of polypropylene film or the like are provided on the upper surfaces of the high resistance portions 12A and 12B made of a metal vapor deposition film. Resistor portions 13A and 13B are provided.
  • the high resistance portions 12A and 12B are provided with a first slit 16B, a second slit 16A, and a third slit 16C, respectively. The part between each slit functions as a fuse 14.
  • the micro block 17 is surrounded by each slit.
  • Metallics (not shown), which also serve as electrode lead portions, are welded to the low resistance portions 13A and 13B.
  • the low resistance portions 13A and 13B are configured to be thicker than the high resistance portions 12A and 12B, and the film resistance value is low.
  • strips 15A and 15B on which no metal is vapor-deposited are provided on the upper surfaces of the films 11A and 11B as insulation margins.
  • the first slit 16B, the second slit 16A, and the third slit 16C are provided in the center in the width direction of the films 11A and 1IB, or closer to the strip portions 15A and 15B.
  • the electrode patterns in the high resistance portions 12C and 12D are different from the structures shown in FIGS. 6A and 6B. That is, the first slit 16B, the second slit 16A, and the third slit 16C are provided in the entire width direction of the high resistance portion 12C, and no slit is provided in the high resistance portion 12D.
  • the fuse 14 functions as a self-protection mechanism.
  • the positions of the fuses 14 provided at the center in the width direction of the laminated films 11A and 1IB overlap. That is, the first slits 16B provided in the upper and lower films 11A and 11B overlap each other. Therefore, the position of the fuse 14 provided in the first slit 16B also overlaps. This part generates significant heat locally when a large current is applied.
  • a fuse 14 is provided on the entire high resistance portion 12C, and the fuse 14 is also formed on the electrode lead-out side from the center in the width direction of the film 11A. ing. The heat generated by the fuse 14 on the electrode lead-out side is large.
  • the film capacitor having the conventional structure generates a large amount of heat, and this heat generation reduces the life of the capacitor, and the operability of the fuse 14, which is a self-protection mechanism, varies.
  • the metallized film capacitor of the present invention has metal vapor-deposited electrodes above and below the dielectric film.
  • the metal evaporated electrode is slit only on the opposite side of the low resistance part connected to the metallicon. Are provided and divided, and a fuse is provided between the slits.
  • the fuse portion of the self-protection mechanism is not provided on the low resistance portion side, the operability of the fuse portion is improved.
  • the slit provided in the center portion in the width direction of the metal vapor deposition electrode and extending in the longitudinal direction of the dielectric film does not overlap. For this reason, since the fuses do not overlap each other, heat is dissipated and the operating variation of the fuse is small.
  • FIG. 1 is a perspective view of a metallized film in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a plan view of the metallized film shown in FIG.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the metallized film shown in FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a perspective plan view showing a configuration of a metallized film capacitor using the metallized film shown in FIG. 1.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the main part of the metallized film capacitor shown in FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view of the metallized film capacitor shown in FIG. 3A.
  • FIG. 3D is a cross-sectional view of a main part of another metallized film capacitor in accordance with the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of a fuse in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view of another fuse in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a perspective plan view showing a configuration of a conventional metalized film capacitor.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the metallized film capacitor shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a perspective plan view showing a configuration of another conventional metallized film capacitor.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the metallized film capacitor shown in FIG. 7A.
  • FIG. 1 is a perspective view of a metallized film according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2A is a plan view thereof
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the plane AA ′ of FIG. 2A
  • FIG. 3A is a perspective plan view showing a state in which the metallized films described with reference to FIGS. 1 to 2B are laminated.
  • Figure 3B is a cross-sectional view along the BB plane of Figure 3A.
  • Fig. 3C is a cross-sectional view of a film capacitor constructed using the metallized film shown in Fig. 1.
  • the first high resistance portion (hereinafter referred to as high resistance portion) 2 and the longitudinal direction of the film 1
  • a first metal vapor deposition electrode composed of a first low resistance portion (hereinafter referred to as a low resistance portion) 3 along a certain first side.
  • the high resistance portion 2 is provided with a first slit (hereinafter referred to as slit) 6B, a second slit (hereinafter referred to as slit) 6A, a third slit (hereinafter referred to as slit) 6C, and a fourth slit (hereinafter referred to as slit) 6X.
  • a first slit hereinafter referred to as slit
  • slit second slit
  • slit third slit
  • slit fourth slit
  • slit fourth slit
  • an electrode pattern is formed.
  • the micro block 7 is surrounded by each slit.
  • Such an electrode pattern is produced, for example, by forming a slit, which is a non-deposition portion, by patterning oil on the upper surface of the film 1 by transfer or the like prior to vapor deposition of metal.
  • the production method of an electrode pattern is not specifically limited.
  • the low resistance portion 3 is configured to be thicker than the high resistance portion 2 and has a lower membrane resistance value than other portions of the first metal vapor deposition electrode.
  • metal is deposited on the upper surface of the film 1, and the strip 5 is an insulating margin at a position facing the low resistance portion 3. It is provided along the second side opposite to the first side.
  • the slit 6A is provided only on the side closer to the belt-like part 5 than the low resistance part 3, and the first fuse (hereinafter referred to as fuse) 4 is provided between the slits 6A.
  • a fuse 4 is provided so as to connect the minute block 7 to form a divided electrode. That is, the plurality of slits 6B provided at substantially constant intervals from each other are provided in the central portion in the direction (the width direction of the film 1) in which the film 1 is directed from the first side to the opposing second side. Being And the direction perpendicular to the direction from the first side to the second side It extends in the longitudinal direction of film 1.
  • Each of the plurality of slits 6A communicates with the slit 6B, is provided on the second side of the film 1 from the slit 6B, and extends from the first side to the second side in the direction of direction (the width direction of the film 1). Yes.
  • the plurality of slits 6C provided at substantially constant intervals from each other communicate with the slit 6A and extend in a direction parallel to the slit 6B.
  • the slit 6X is provided at a position extending from the slit 6A, spaced from the slit 6A, and is open to the second side of the first metal deposition electrode. Fuses 4 are provided between the slits 6B, between the slits 6C, and between the slits 6A and 6X.
  • a lower second dielectric film (hereinafter referred to as film) 1A has the same structure as film 1 described with reference to FIGS.
  • the low resistance portion 3 and the belt-like portion 5A, and the low resistance portion 3A and the belt-like portion 5 are laminated at a position where they overlap each other.
  • a second metal vapor-deposited electrode composed of a second high resistance portion (hereinafter referred to as high resistance portion) 2A and a second low resistance portion (hereinafter referred to as low resistance portion) 3A.
  • the low resistance portion 3A is arranged on the second surface side which is the lower surface of the film 1 so as to be parallel to the second side.
  • the high resistance portion 2A includes a fifth slit (hereinafter referred to as slit) 6E corresponding to the slit 6B, a sixth slit (hereinafter referred to as slit) 6D corresponding to the slit 6A, and a seventh slit (hereinafter referred to as slit 6C) corresponding to the slit 6C.
  • An eighth slit (hereinafter referred to as slit) 6Y corresponding to slit 6F and slit 6X is provided.
  • the micro block 7A is surrounded by each slit.
  • a strip portion 5A on which no metal is deposited is provided as an insulating margin. That is, the second metal deposition electrode is provided on the second surface side facing the first surface of the film 1 so as not to be exposed at the first side.
  • a slit 6D is provided only on the side closer to the belt-like portion 5A than the low-resistance portion 3A, and a second fuse (hereinafter referred to as a fuse) 4A is provided between the slits 6D and 6Y.
  • a fuse 4A is provided between the slits 6E and 6F so as to connect the micro blocks 7A to form divided electrodes.
  • the plurality of slits 6E provided at substantially constant intervals from each other are provided in the central portion of the film 1 in the direction facing the first side force and the second side, and the first side force and the second side Head for Extend in the direction perpendicular to the direction!
  • Each of the plurality of slits 6D communicates with the slit 6E, is provided closer to the first side of the film 1 than the slit 6E, and extends in the direction from the second side toward the first side.
  • the plurality of slits 6F provided at substantially constant intervals from each other communicate with the slit 6D and extend in a direction parallel to the slit 6E.
  • the slit 6Y is provided at a position extending the slit 6D at a distance from the slit 6D, and opens on the first side of the second metal deposition electrode. Fuses 4A are provided between the slits 6E, between the slits 6F, and between the slits 6D and 6Y.
  • the slit 6B provided on the film 1 and the first slit 6E provided on the film 1A are laminated so as not to overlap each other. That is, the position of the slit 6B and the position of the slit 6E are shifted from each other in the direction of the force from the first side to the second side.
  • These are further wound to thermally spray metal on both sides of films 1 and 1A as shown in FIG. 3C to form metallicon 8 as external electrode lead portions connected to low resistance portions 3 and 3A, respectively.
  • Metallized film capacitors are constructed.
  • Metallicons 8 are insulated from each other.
  • the finlems 1 and 1A are stacked so that the slits 6B and 6E do not overlap each other. Therefore, even if a large amount of heat is generated during energization of a large current, the heat does not affect other fuses 4 and the operability of fuse 4 that is a self-protection mechanism is stabilized.
  • the fuse 4 is provided only in the minute block 7 on the belt-like portion 5 side. Therefore, as shown in FIG. 2A, the fuse 4 is connected to two power points in the micro block 7 constituted by three slits 6A, 6B, and 6C. For this reason, the current flowing through the fuse 4 connected to each micro block 7 is increased, and the operability of the fuse 4 near the center in the width direction of the films 1 and 1A where the heat generation is greatest is enhanced. Furthermore, since the divided electrodes are provided in a lattice shape, the withstand voltage is improved and the capacity reduction is suppressed. These effects are the same for the high resistance portion 2A.
  • the distance by which the slits 6B and 6E are stacked so as not to overlap each other is preferably within 10% of the width of the film 1. By doing so, the capacity reduction due to the reduction of the effective electrode area is also suppressed.
  • metal is vapor-deposited and laminated only on one side of films 1 and 1A.
  • the metal film is vapor-deposited on both sides of the film 1 to provide the high resistance portions 2 and 2A and the low resistance portions 3 and 3A. You may laminate. By doing so, the distance between the high resistance portions 2 and 2A can be shortened, and the capacitor can have a high capacitance. Further, by using a thin film as the dielectric film 1B, it is possible to further reduce the size.
  • the dielectric film is often thickened as a countermeasure against heat generation.
  • the thickness of the films 1 and 1A can be reduced. For this reason, the potential gradient depending on the thickness of the film 1 can be increased, and it can be used for smoothing an inverter of an automobile, which is particularly used at high temperatures.
  • FIG. 4 is a plan view of the fuse 4 (broken line portion) provided between the slits 6B in FIG. 3A.
  • the heat transferred from film 1 is concentrated on the fuse corner 4B. This heat concentration causes fuse 4 to blow. In this case, the fuse 4 is likely to be blown, and the operability may vary.
  • FIG. 5 is a plan view showing a state in which the fuse corner 4C is formed in a rounded shape.
  • the flat portion 4D of the fuse 4 excluding the rounded portion of the fuse corner 4C has a length more than half of the width 6G of the slit 6B! / ,. By doing so, the portion where heat is concentrated is reduced, and the operability of the fuse 4 becomes more certain.
  • a polypropylene film having a thickness of 3 ⁇ m and a width of 100 mm was used for films 1 and 1A, and a capacitor with a withstand voltage of 750 VDC and 100 F having the structure shown in FIGS. 1 to 3C was prototyped.
  • the high resistance part 2 was produced by vapor deposition of aluminum
  • the low resistance part 3 was produced by vapor deposition of zinc in addition to aluminum.
  • the division margin width which is the distance between slit 6B and slit 6C, is 10 mm, and The length of the case 4 was 0.3 mm. In this case, all the tips of the fuses 4 have the shape shown in FIG.
  • the width 6G is 0.3 mm, and the radius of the corner 4C is 0.05 mm.
  • the deviation distance between the fuses 4 and 4A in the center in the film width direction was 3 mm.
  • Metallicon 8 was sprayed onto the low resistance portions 3 and 3A, respectively, to prepare Sample 1.
  • a capacitor was made as a sample 2 in the same manner as Sample 1 with the electrode pattern shown in FIG. 6A.
  • the difference from Sample 1 is that the fuses 14 in the upper and lower high resistance portions 12A and 12B at the center in the film width direction are overlapped.
  • a capacitor was made as a sample 3 in the same manner as sample 1 with the electrode pattern shown in FIG. Film 11A and electrode pattern provided with a high resistance portion 12C having a pattern in which the division margin width, which is the distance between the first slit 16B and the third slit 16C, is 10 mm and the length of the fuse 14 is 0.3 mm Nona! /, A capacitor was formed as a pair with the film 11B provided with the high resistance portion 12D.
  • the small value of the current flowing through the fuse on the current path is the main factor that the temperature rise of samples 1 and 2 is smaller than that of sample 3. Since heat generation is proportional to the square of the current value, A small value of current flowing through the nozzle is the largest factor that suppresses heat generation. In this way, by suppressing heat generation, the heat resistance of the capacitor is improved, and it becomes possible to use it in a high temperature range including automobiles.
  • sample 4 a capacitor having a tip shape of slit corner 4B as shown in FIG.
  • the tip of the slit shown in Fig. 4 is square.
  • the current resistance test of the fuse 4 was performed by combining the specimen of sample 4 with the sample 1 in which a slit having a rounded corner 4C as shown in FIG. 5 was formed.
  • the number of blown fuses as a test result is shown in (Table 3).
  • Sample 1 had a large variation in fuse strength.
  • Sample 1 has a stable fuse strength, and the operability of the self-protection mechanism can provide a very good capacitor.
  • the force using a polypropylene film as the films 1 and 1A is not limited to this.
  • Other plastic films such as polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PP S), and polyethylene naphthalate (PEN) may be used.
  • two micro blocks 7 are provided in the width direction of film 1 as an electrode pattern having a self-security mechanism.
  • the same effect is obtained when three or more micro blocks 7 are provided in the width direction of the force film 1 described for such an electrode pattern, and there are three or more slits 6B and 6C as electrode separators. Play.
  • the metalized film capacitor according to the present embodiment has high operability of the fuses 4 and 4A even in a high temperature use environment. For this reason, it can be used as a smoothing capacitor in automotive inverters that are forced to use at high temperatures.
  • the metallized film capacitor that is useful in the present invention has high fuse operability even in a high temperature use environment. Therefore, it can be applied to smoothing capacitors for automotive inverters.

Abstract

 金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルム上に金属蒸着電極を有する。金属蒸着電極は、メタリコンと接続される低抵抗部の反対側にのみスリットが設けられて分割され、スリット間にヒューズが設けられている。さらに、積層された金属化フィルムにおいて、金属蒸着電極の幅方向の中央部分に設けられ、誘電体フィルムの長手方向に伸びているスリットが重なっていない。

Description

明 細 書
金属化フィルムコンデンサと自動車用インバータ平滑用コンデンサ 技術分野
[0001] 本発明は、電気機器、各種電源回路、通信機器、電気自動車を含む車両等に使 用される金属化フィルムコンデンサに関する。
背景技術
[0002] 従来、自己保安機構付きの卷回型プラスチックフィルムコンデンサにおいては、電 極引出部となる部分の電極厚みが厚く構成されている。これにより電極導出部となる メタリコンとの接続強度が向上されている。このようなフィルムコンデンサは例えば特 開昭 62— 183506号公報に開示されている。
[0003] また、以下の構造を有する自己保安機構が知られている。すなわち、蒸着電極内 に金属非蒸着部であるスリットを用いて微小ブロックが構成され、このスリット間に設け られたヒューズが微小ブロック同士を接続している。このようにして分割電極が並列接 続されている。さらに近年ではスリットを格子状に設けた分割電極パターンによる自己 保安機構も知られている。また、電流通電時にヒューズの発熱が少なぐかつ容量減 少も少ない特徴がある自己保安機構パターンが特開 2004— 134561号公報に開 示されている。
[0004] 図 6A〜図 7Bは従来の金属化フィルムコンデンサの模式図である。図 6Aは、従来 の金属化フィルムコンデンサの透視平面図、図 6Bは図 6Aの C C'面における断面 図である。図 7Aは、従来の他の金属化フィルムコンデンサの透視平面図、図 7Bは 図 7Aの D— D'面における断面図である。
[0005] 図 6A、図 6Bに示す構造では、ポリプロピレンフィルムなどからなる誘電体フィルム( 以下、フィルム) 11A、 11Bの各上面に、金属蒸着膜で構成される高抵抗部 12A、 1 2Bと低抵抗部 13A、 13Bとがそれぞれ設けられている。高抵抗部 12A、 12Bにはそ れぞれ、第 1スリット 16B、第 2スリット 16A、第 3スリット 16Cが設けられている。各スリ ット同士の間の部分はヒューズ 14として機能する。微小ブロック 17は各スリットで囲ま れている。 [0006] 低抵抗部 13A、 13Bには、フィルム 11A、 1 IBの側面側力も電極引出部となるメタ リコン(図示せず)が溶着される。そのため、低抵抗部 13A、 13Bは高抵抗部 12A、 1 2Bより厚く構成され、膜抵抗値が低い。なお、メタリコンを溶着する際にフィルム 11A 、 11B上の金属蒸着膜同士が短絡しないよう、フィルム 11A、 11Bの上面には金属を 蒸着されていない帯状部 15A、 15Bが絶縁マージンとして設けられている。第 1スリツ ト 16B、第 2スリット 16A、第 3スリット 16Cはフィルム 11A、 1 IBの幅方向の中央、また はそれより帯状部 15A、 15Bに近 、側に設けられて 、る。
[0007] 図 7A、図 7Bに示す構造では、高抵抗部 12C、 12Dにおける電極パターンが図 6 A、図 6Bに示す構造とは異なる。すなわち、第 1スリット 16B、第 2スリット 16A、第 3ス リット 16Cは高抵抗部 12Cの幅方向全体に設けられており、高抵抗部 12Dにスリット は設けられていない。
[0008] 図 6A、図 6Bに示す金属化フィルムコンデンサにおいて、ヒューズ 14は自己保安機 構として機能する。しかしながら、このようにスリットを設けられたフィルム 11A、 11Bを 積層してコンデンサを構成する場合、積層されるフィルム 11A、 1 IBの幅方向の中央 部に設けられたヒューズ 14の位置が重なる。すなわち、上下のフィルム 11A、 11Bに それぞれ設けられた第 1スリット 16B同士が重なる。そのため、第 1スリット 16Bに設け られたヒューズ 14の位置も重なる。この部分では大電流の通電時に局所的に著しく 発熱する。
[0009] 一方、図 7A、図 7Bに示す金属化フィルムコンデンサにおいては、高抵抗部 12Cの 全体にヒューズ 14が設けられ、フィルム 11Aの幅方向中央より電極引き出し部側にも ヒューズ 14が形成されている。この電極引き出し部側のヒューズ 14での発熱は大き い。
[0010] このように従来の構造を有するフィルムコンデンサでは発熱が大きぐこの発熱によ つてコンデンサの寿命が低下したり、自己保安機構であるヒューズ 14の動作性がば らついたりする。
発明の開示
[0011] 本発明の金属化フィルムコンデンサでは、誘電体フィルムの上下に金属蒸着電極 を有する。金属蒸着電極は、メタリコンと接続される低抵抗部の反対側にのみスリット が設けられて分割され、スリット間にヒューズが設けられている。このように低抵抗部側 に自己保安機構のヒューズ部を設けないため、ヒューズ部の動作性が向上する。また ヒューズ動作性確保のためのヒューズ幅範囲を広く採ることが可能となり、製造時の 歩留まり向上に繋がる。さらに、積層された金属化フィルムにおいて、金属蒸着電極 の幅方向の中央部分に設けられ、誘電体フィルムの長手方向に伸びているスリットが 重なっていない。このため、ヒューズが互いに重なっていないので放熱しやすぐヒュ ーズの動作バラツキ力 S小さ 、。 図面の簡単な説明
[0012] [図 1]図 1は本発明の実施の形態における金属化フィルムの斜視図である。
[図 2A]図 2Aは図 1に示す金属化フィルムの平面図である。
[図 2B]図 2Bは図 2Aに示す金属化フィルムの断面図である。
[図 3A]図 3 Aは図 1に示す金属化フィルムを用 、た金属化フィルムコンデンサの構成 を示す透視平面図である。
[図 3B]図 3Bは図 3Aに示す金属化フィルムコンデンサの要部断面図である。
[図 3C]図 3Cは図 3Aに示す金属化フィルムコンデンサの断面図である。
[図 3D]図 3Dは本発明の実施の形態における他の金属化フィルムコンデンサの要部 断面図である。
[図 4]図 4は本発明の実施の形態におけるヒューズの平面図である。
[図 5]図 5は本発明の実施の形態における他のヒューズの平面図である。
[図 6A]図 6Aは従来の金属化フィルムコンデンサの構成を示す透視平面図である。
[図 6B]図 6Bは図 6Aに示す金属化フィルムコンデンサの断面図である。
[図 7A]図 7Aは従来の他の金属化フィルムコンデンサの構成を示す透視平面図であ る。
[図 7B]図 7Bは図 7Aに示す金属化フィルムコンデンサの断面図である。
符号の説明
[0013] 1 第 1誘電体フィルム
1A, 1B 第 2誘電体フィルム
2 第 1高抵抗部 A 第 2高抵抗部
第 1低抵抗部
A 第 2低抵抗部
第 1ヒューズ
A 第 2ヒューズ
B, 4C ヒューズ角部
D 平坦部分
第 1帯状部 (絶縁マージン)A 第 2帯状部 (絶縁マージン)B 第 1スリット
A 第 2スリット
C 第 3スリット
X 第 4スジッ卜
E 第 5スリット
D 第 6スリット
F 第 7スリット
Y 第 8スリット
G 第 1スリットの幅
, 7Α 微小ブロック
メタリコン
1A, 11B 誘電体フイノレム
2A, 12B, 12C, 12D 高抵抗咅3A, 13B 低抵抗部
4 ヒューズ
5A, 15B 帯状部(絶縁マージン)6B 第 1スリット
6A 第 2スリット
6C 第 3スリット 17 微小ブロック
発明を実施するための最良の形態
[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の斜視図、図 2Aは同平面図 、図 2Bは図 2Aの A— A'面における断面図である。図 3 Aは図 1〜図 2Bを用いて説 明した金属化フィルムを積層した状態の透視平面図である。図 3Bは図 3 Aの B— B, 面における断面図である。図 3Cは図 1に示す金属化フィルムを用いて構成されたフ イルムコンデンサの断面図である。
[0015] ポリプロピレンフィルムなど力 なる第 1誘電体フィルム(以下、フィルム) 1の第 1面 である上面には、第 1高抵抗部(以下、高抵抗部) 2と、フィルム 1の長手方向である 第 1辺に沿った第 1低抵抗部 (以下、低抵抗部) 3とで構成された第 1金属蒸着電極 が設けられている。高抵抗部 2には、第 1スリット(以下、スリット) 6B、第 2スリット (以下 、スリット) 6A、第 3スリット(以下、スリット) 6C、第 4スリット(以下、スリット) 6Xが設けら れて電極パターンが形成されている。微小ブロック 7は各スリットで囲まれている。この ような電極パターンは、例えば金属を蒸着するのに先駆け、フィルム 1の上面にオイ ルを転写等によりパターユングすることにより、非蒸着部であるスリットを形成すること で作製される。なお、電極パターンの作製方法は特に限定されない。
[0016] 図 3Cに示すように低抵抗部 3にはフィルム 1の側面側力も電極引出部となるメタリコ ン 8が溶着される。そのため、低抵抗部 3は高抵抗部 2より厚く構成され、第 1金属蒸 着電極の他の部分より膜抵抗値が低い。なお、メタリコン 8を溶着する際に短絡が発 生しな 、よう、フィルム 1の上面には金属を蒸着されて ヽな 、帯状部 5が絶縁マージ ンとして、低抵抗部 3と対向する位置である、第 1辺に対向する第 2辺に沿って設けら れている。
[0017] 本実施の形態では、低抵抗部 3よりも帯状部 5に近い側にのみスリット 6Aが設けら れ、スリット 6A間に第 1ヒューズ (以下、ヒューズ) 4が設けられている。また、スリット 6B 、スリット 6Cについては、微小ブロック 7を接続し分割電極を構成するようにヒューズ 4 が設けられている。すなわち、互いに実質的に一定の間隔で設けられた複数のスリツ ト 6Bは、フィルム 1の第 1辺から、対向する第 2辺に向力う方向(フィルム 1の幅方向) の中央部分に設けられて 、る。そして第 1辺から第 2辺に向力う方向に直交する方向 (フィルム 1の長手方向)に伸びている。複数のスリット 6Aは、それぞれスリット 6Bと連 通するとともに、スリット 6Bよりフィルム 1の第 2辺側に設けられ、第 1辺から第 2辺に向 力 方向(フィルム 1の幅方向)に伸びている。互いに実質的に一定の間隔で設けら れた複数のスリット 6Cはスリット 6Aに連通するとともに、スリット 6Bと平行な方向に伸 びている。スリット 6Xはスリット 6Aを延長する位置に、スリット 6Aと間隔を置いて設け られ、第 1金属蒸着電極の第 2辺側に開口している。そしてスリット同士 6Bの間、スリ ット 6C同士の間、そしてスリット 6Aとスリット 6Xとの間にそれぞれヒューズ 4が設けられ ている。
[0018] 次に図 3A、図 3B、図 3Cを用いて本実施の形態によるフィルムコンデンサの構成 について説明する。下側の第 2誘電体フィルム(以下、フィルム) 1Aは、図 1〜図 2B を用いて説明したフィルム 1と同様の構造を有する。そして図 3A、図 3Bに示すように 、互いに低抵抗部 3と帯状部 5A、低抵抗部 3Aと帯状部 5とが重なる位置に積層され ている。ポリプロピレンフィルムなどからなるフィルム 1Aの上面には、第 2高抵抗部( 以下、高抵抗部) 2Aと第 2低抵抗部(以下、低抵抗部) 3Aとから構成された第 2金属 蒸着電極が設けられている。低抵抗部 3Aはフィルム 1の下面である第 2面側に、第 2 辺に平行になるように配置されている。高抵抗部 2Aには、それぞれスリット 6Bに相当 する第 5スリット(以下、スリット) 6E、スリット 6Aに相当する第 6スリット(以下、スリット) 6 D、スリット 6Cに相当する第 7スリット(以下、スリット) 6F、スリット 6Xに相当する第 8ス リット(以下、スリット) 6Yが設けられている。微小ブロック 7Aは各スリットで囲まれてい る。低抵抗部 3Aと対向する位置には、金属を蒸着されていない帯状部 5Aが絶縁マ 一ジンとして設けられている。すなわち、第 2金属蒸着電極は第 1辺に露出しないよう に、フィルム 1の第 1面に対向する第 2面側に設けられている。そして、低抵抗部 3Aよ りも帯状部 5Aに近い側にのみスリット 6Dが設けられ、スリット 6D、 6Y間に第 2ヒユー ズ(以下、ヒューズ) 4Aが設けられている。また、スリット 6E、スリット 6Fについては、微 小ブロック 7Aを接続し分割電極を構成するように、それぞれの間にヒューズ 4Aが設 けられている。
[0019] すなわち、互いに実質的に一定の間隔で設けられた複数のスリット 6Eはフィルム 1 の第 1辺力 第 2辺に向力う方向の中央部分に設けられ、第 1辺力 第 2辺に向かう 方向に直交する方向に伸びて!/、る。複数のスリット 6Dはそれぞれスリット 6Eと連通す るとともに、スリット 6Eよりフィルム 1の第 1辺側に設けられ、第 2辺から第 1辺に向かう 方向に伸びている。互いに実質的に一定の間隔で設けられた複数のスリット 6Fはス リット 6Dに連通するとともに、スリット 6Eと平行な方向に伸びている。スリット 6Yはスリ ット 6Dを延長する位置に、スリット 6Dと間隔を置いて設けられ、第 2金属蒸着電極の 第 1辺側に開口している。スリット 6E同士の間、スリット 6F同士の間、そしてスリット 6D とスリット 6Yとの間にそれぞれヒューズ 4Aが設けられている。
[0020] 図 3Aに示すように、フィルム 1上に設けられたスリット 6Bとフィルム 1A上に設けられ た第 1スリット 6Eとは互いに重ならないように積層されている。すなわち、第 1辺から第 2辺に向力 方向において、スリット 6Bの位置とスリット 6Eとの位置とがずれている。こ れらをさらに卷回し、図 3Cに示すようにフィルム 1、 1Aの両側面に金属を溶射し、低 抵抗部 3、 3Aにそれぞれ接続される外部電極引出部となるメタリコン 8を形成して金 属化フィルムコンデンサが構成される。メタリコン 8同士は互いに絶縁されている。
[0021] 以上の構成では、スリット 6B、 6Eが互いに重ならないように、フイノレム 1、 1Aが積層 されている。そのため大電流の通電時に大きな発熱が発生しても、その熱によって他 のヒューズ 4に影響を与えることがなくなり、自己保安機構であるヒューズ 4の動作性 が安定する。
[0022] また、高抵抗部 2におけるスリット 6Aに関しては、帯状部 5側の微小ブロック 7にの みヒューズ 4が設けられている。そのため、図 2Aに示すように、スリット 6A、 6B、 6Cの 3本のスリットによって構成されている微小ブロック 7では、 2力所にヒューズ 4が接続さ れている。そのため、微小ブロック 7の一つあたりに接続されているヒューズ 4に流れる 電流が大きくなり、発熱が最も大きくなるフィルム 1、 1Aの幅方向中央付近のヒューズ 4の動作性が高まる。さらに分割電極が格子状に設けられているので、耐電圧が向 上し、容量減少が抑制される。これらの効果は高抵抗部 2Aについても同様である。
[0023] なお、スリット 6B、 6Eは互いに重ならないように積層している力 ずらす距離はフィ ルム 1の幅の 10%以内であることが望ましい。そのようにすることで有効電極面積の 低下による容量低下も抑制される。
[0024] また本実施の形態では、フィルム 1、 1 Aの片面にのみ金属蒸着して積層している。 これ以外に図 3Dの断面図に示すように、フィルム 1の両面に金属蒸着して高抵抗部 2、 2A、低抵抗部 3、 3Aを設け、金属蒸着していない第 2誘電体フィルム 1Bと積層し てもよい。このようにすることにより、高抵抗部 2、 2A間距離を短縮することが可能とな り、コンデンサを高容量ィ匕できる。また誘電体フィルム 1Bとして薄いフィルムを用いる ことにより、さらなる小型化が可能となる。
[0025] 従来のフィルムコンデンサでは、発熱による対策として誘電体フィルムを厚くするこ とが多い。これに対し、本実施の形態ではフィルム 1、 1Aの厚さを小さくすることがで きる。そのため、フィルム 1の厚みに依存する電位傾度を高めることができ、特に高温 での使用環境が多い自動車インバータ平滑用などに用いることが可能となる。
[0026] 次に、スリット 6B、 6E、 6D、 6F、 6Y、 6A、 6X、 6Cの形状について説明する。図 4 は図 3Aにおけるスリット 6B間に設けられたヒューズ 4 (破線部)の平面図である。フィ ルム 1から伝わる熱はヒューズ角部 4Bに集中する。この熱の集中によりヒューズ 4が溶 断する。この場合、ヒューズ 4が溶断しやすく動作性にばらつきを生じる場合がある。
[0027] 図 5は、丸みを帯びた形状にヒューズ角部 4Cを構成した状態を示す平面図である 。このようなヒューズ角部 4Cとすることで、フィルム 1から伝わる熱は角部に集中するこ となぐヒューズ 4の動作ばらつきが低下する。このようにヒューズ角部 4Cは丸みを帯 びていることが好ましい。
[0028] このとき、ヒューズ角部 4Cの丸みを帯びた部分を除いたヒューズ 4の平坦部分 4D はスリット 6Bの幅 6Gの半分以上の長さを有して!/、ることがさらに好まし 、。このように することで、熱の集中する部分が少なくなり、ヒューズ 4の動作性がより確かになる。
[0029] 以上、スリット 6Bについて説明した力 スリット 6E、 6D、 6F、 6Y、 6Α、 6Χ、 6Cにつ いても同様である。
[0030] 以下、具体的なサンプルを用いて、本発明の効果を説明する。
[0031] 試料 1として、厚さ 3 μ m、幅 100mmポリプロピレンフィルムをフィルム 1、 1Aに用い 、図 1〜図 3Cに示す構造を有する耐圧 750VDC、 100 Fのコンデンサを試作した 。以下、代表してフィルム 1上における構成を説明する。高抵抗部 2はアルミニウムを 蒸着させて作製し、低抵抗部 3はアルミニウムに加えて亜鉛を蒸着させて作製した。 スリット 6Bとスリット 6Cとの間隔である分割マージン幅を 10mmとし、それぞれのヒュ ーズ 4の長さを 0. 3mmとした。この場合、ヒューズ 4の先端形状は全て図 5に示す形 状で幅 6Gを 0. 3mmとし、角部 4Cの半径を 0. 05mmとした。そして 2枚のフィルム 1 、 1Aを 1対とした際のフィルム幅方向中央部のヒューズ 4、 4Aのずれ距離を 3mmとし た。このようなフィルム 1、 1Aの対を卷回した後、低抵抗部 3、 3Aにそれぞれメタリコ ン 8を溶射して試料 1を作製した。
[0032] 次に試料 2として図 6Aに示す電極パターンで試料 1と同様にコンデンサを試作した 。試料 1との違いはフィルム幅方向中央部の、上下の高抵抗部 12A、 12Bにおけるヒ ユーズ 14が、重ねあわせられていることである。
[0033] さらに試料 3として図 7に示す電極パターンで試料 1と同様にコンデンサを試作した 。第 1スリット 16Bと第 3スリット 16Cとの間隔である分割マージン幅を 10mmとし、ヒュ ーズ 14の長さを 0. 3mmとしたパターンを有する高抵抗部 12Cを設けたフィルム 11 Aと電極パターンのな!/、高抵抗部 12Dを設けたフィルム 11Bとを一対としてコンデン サを形成した。
[0034] これらの試料を用いて 10Arms〜30Armsのリプル電流通電による温度上昇試験 を実施した。その試験結果を (表 1)に示す。温度測定はコンデンサ卷芯部でかつ幅 方向の中央部で行った。
[0035] [表 1]
Figure imgf000011_0001
[0036] (表 1)に示すように、試料 1に比べ試料 2、試料 3の温度上昇値が大きい。試料 2は 、フィルム幅方向中央部で、ヒューズ 14が重なることが要因で試料 1に比べ発熱が大 きいと考えられる。試料 3は、高抵抗部 12Cの幅方向全体にヒューズ 14が設けられ、 電極引き出し部側にもヒューズ 14が形成されている。この電極引き出し部側のヒユー ズ 14での発熱が大きいことが要因で全体の温度上昇を引き上げていると考えられる
[0037] 電流経路上のヒューズを流れる電流値が小さいことが、試料 1、 2の温度上昇が試 料 3に比べて小さい主要因である。発熱は電流値のおよそ 2乗に比例するので、ヒュ ーズを流れる電流値が小さいことが発熱を抑えられる最大要因である。このように、発 熱を抑えることでコンデンサとしての耐熱性が向上され、 自動車用をはじめとする高 温領域での使用が可能となる。
[0038] 次に、高温領域での安全性確認のための 100°C及び 110°Cでの電圧ステップアツ プ試験を、リプル電流 20Armsを通電しながら実施した。電圧ステップアップ試験は 5 OVZlhステップアップとし、容量がほぼ 0になるまで電圧上昇させた。結果を (表 2) に示す。
[0039] [表 2]
Figure imgf000012_0001
[0040] 100°Cでは試料 1〜3全てで自己保安機構が動作する結果となった力 110°Cで は試料 2、 3でコンデンサ破壊が発生した。このように試料 2、 3のうちのいくつかの試 験体では、リプル発熱によりコンデンサ内部温度上昇が高ぐ自己保安機構の動作 性が阻害された。一方、本実施の形態である試料 1では 110°Cでも自己保安機構が 全数動作した。すなわち本発明により耐熱性が向上していることがわかる。
[0041] 次に試料 4として、先端形状が図 4に示すようなスリット角部 4Bの形状であるコンデ ンサを作製した。図 4に示すスリットの先端形状は角ばつている。試料 4の試験体を、 先端形状が図 5に示すように丸みを帯びた角部 4Cであるスリットを形成した試料 1と あわせてヒューズ 4の耐電流試験を実施した。試験結果としてヒューズ切れが発生し た個数を (表 3)に示す。
[0042] [表 3]
Figure imgf000012_0002
試料 1の試験体は 1200Aで全数ヒューズ切れが発生したのに対し、試料 4では 10 00Aからヒューズ切れが発生し、なおかつ 1200Aでもヒューズ切れが発生しないもの もあった。このように試料 4では、ヒューズ強度のバラツキが大きかった。 [0044] 試料 4のヒューズ 4にはヒューズ角部 4Bに熱が集中する。すなわちヒューズ強度は 先端部分であるヒューズ角部 4Bの最小距離 1点だけが動作に反映される。そのため 、最小距離のバラツキがそのまま強度のバラツキに反映されたと考えられる。一方、 試料 1は安定したヒューズ強度となっており、自己保安機構の動作性が非常によぃコ ンデンサを得ることができる。
[0045] 本実施の形態では、フィルム 1、 1Aとしてポリプロピレンフィルムを用いている力 こ れに限定されない。ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフエ-レンスルフイド(PP S)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等、他のプラスチックフィルムを用いてもよい。
[0046] また本実施の形態では図 2A、図 3Aに示すように、自己保安機構を有する電極パ ターンとして、フィルム 1の幅方向に微小ブロック 7が 2つ設けられている。このような電 極パターンについて述べた力 フィルム 1の幅方向に微小ブロック 7が 3つ以上設けら れ、電極区切り部であるスリット 6B、 6Cが合せて 3本以上の場合にも同様の効果を 奏する。
[0047] 本実施の形態による金属化フィルムコンデンサは高温使用環境にぉ 、てもヒューズ 4、 4Aの動作性が高い。そのため高温使用環境を強いられる自動車用インバータに 平滑用コンデンサとして使用することができる。
産業上の利用可能性
[0048] 本発明に力かる金属化フィルムコンデンサは高温使用環境においてもヒューズの動 作性が高い。そのため、自動車用インバータの平滑用コンデンサなどに適用すること ができる。

Claims

請求の範囲
第 1誘電体フィルムと、
前記第 1誘電体フィルムの第 1辺に沿って設けられた第 1低抵抗部を有し、前記第 1 誘電体フィルムの第 1面上に設けられた第 1金属蒸着電極と;ここで第 1低抵抗部は第 1金属蒸着電極における他の部分より膜抵抗値が低 ヽ、
前記第 1辺に対向する第 2辺側に、前記第 2辺に平行に設けられた第 2低抵抗部を 有し、前記第 1辺に露出しないように、前記第 1面に対向する第 2面側に設けられた 第 2金属蒸着電極と;ここで第 2低抵抗部は第 2金属蒸着電極における他の部分より 膜抵抗値が低い、
前記第 1低抵抗部と前記第 2低抵抗部とにそれぞれ接続されるとともに互いに絶縁さ れた複数のメタリコンと、を備え、
前記第 1誘電体フィルムは、前記第 1面上で前記第 2辺に沿って設けられた金属のな い帯状部を有し、
前記第 1金属蒸着電極には、
前記第 1金属蒸着電極の前記第 1辺から前記第 2辺に向かう方向の中央部分 に設けられ、前記第 1辺から前記第 2辺に向力う方向に直交する方向に伸び、互い に実質的に一定の間隔で設けられた複数の第 1スリットと、
前記各第 1スリットと連通するとともに、前記第 1スリットから前記第 2辺側に設け られ、前記第 1辺力 前記第 2辺に向力う方向に伸びる複数の第 2スリットと、
前記第 2スリットに連通するとともに、前記第 1スリットと平行な方向に伸び、互 いに実質的に一定の間隔で設けられた複数の第 3スリットと、
前記第 2スリットを延長する位置に、前記第 2スリットと間隔を置いて設けられ、 前記第 1金属蒸着電極の前記第 2辺側に開口した第 4スリットと、が設けられ、 前記第 1スリット同士の間、前記第 3スリット同士の間、そして前記第 2スリットと前記第 4スリットとの間にそれぞれ第 1ヒューズが設けられ、
前記第 2金属蒸着電極には、
前記第 2金属蒸着電極の前記第 1辺から前記第 2辺に向かう方向の中央部分 に設けられ、前記第 1辺から前記第 2辺に向力う方向に直交する方向に伸び、互い に実質的に一定の間隔で設けられた複数の第 5スリットと、
前記各第 5スリットと連通するとともに、前記第 5スリットから前記第 1辺側に設け られ、前記第 2辺力 前記第 1辺に向力う方向に伸びる複数の第 6スリットと、
前記第 6スリットに連通するとともに、前記第 5スリットと平行な方向に伸び、互 いに実質的に一定の間隔で設けられた複数の第 7スリットと、
前記第 6スリットを延長する位置に、前記第 6スリットと間隔を置いて設けられ、 前記第 2金属蒸着電極の前記第 1辺側に開口した第 8スリットと、が設けられ、 前記第 5スリット同士の間、前記第 7スリット同士の間、そして前記第 6スリットと前記第 8スリットとの間にそれぞれ第 2ヒューズが設けられ、
前記第 1辺から前記第 2辺に向かう方向において、前記第 1スリットの位置と前記第 5 スリットとの位置とがずれている、
金属化フィルムコンデンサ。
[2] 前記第 2金属膜を表面に形成され、前記第 1誘電体フィルムと積層された第 2誘電体 フィルムをさらに備えた、
請求項 1記載の金属化フィルムコンデンサ。
[3] 前記第 1誘電体フィルムと積層された第 2誘電体フィルムをさらに備え、
前記第 2金属膜が前記第 1誘電体フィルムの前記第 2面上に形成された、 請求項 1記載の金属化フィルムコンデンサ。
[4] 前記第 1ヒューズの角部と前記第 2ヒューズの角部の少なくとも一方は丸みを帯びて いる、
請求項 1記載の金属化フィルムコンデンサ。
[5] 前記第 1ヒューズの角部が丸みを帯びている場合、前記第 1ヒューズは前記第 1スリツ トの幅の半分以上の平坦部を有し、
前記第 2ヒューズの角部が丸みを帯びている場合、前記第 2ヒューズは前記第 5スリツ トの幅の半分以上の平坦部を有する、
請求項 4記載の金属化フィルムコンデンサ。
[6] 請求項 1記載の金属化フィルムコンデンサを用いた自動車用インバータ平滑用コン デンサ。
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