JP6614558B2 - 金属化フィルム及び金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Description

この発明は、誘電体フィルム上に蒸着電極を形成してなる金属化フィルム及びそれを用いた金属化フィルムコンデンサに関する。

金属化フィルムにおいて、誘電体フィルムの表面に蒸着された蒸着電極を絶縁スリットによって分割し、この分割された小電極（分割電極）同士を、ヒューズ部を介して互いに接続することは、例えば特許文献１に示すように従来から行われている。上記構成の金属化フィルムを用いたコンデンサでは、過電流等によってある分割電極に絶縁破壊が生じたとしても、ヒューズ部が溶断し、当該分割電極と他の分割電極とが切り離されることによって絶縁が回復する、いわゆる自己保安機能を発揮する。

特開２００４−１３４５６１号公報

しかし、自己保安機能が発揮されると、電流は切り離された分割電極を迂回するようにして流れざるを得ない。そのため、ヒューズ動作前に比べて電流経路が長くなり、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の増加を招いていた。ＥＳＲが増加すると、リップル電流負荷時の発熱が大きくなり、コンデンサ寿命が短くなってしまう。また、発熱量の増加による熱暴走で 絶縁破壊を誘発する可能性もある。

そこでこの発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、ヒューズ動作後のＥＳＲの増加を抑制することができる金属化フィルム及びこれを用いた金属化フィルムコンデンサの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の金属化フィルムは、誘電体フィルム３に蒸着電極４を形成してなる金属化フィルムであって、蒸着電極４が、絶縁スリットによって分割された複数の分割電極１０と、分割電極１０のコーナー部１０ａに設けられるコーナーヒューズ部１１とを備えており、コーナーヒューズ部１１が、各分割電極１０のコーナー部１０ａに設けられた小ヒューズ部１１ａの集合体であり、各小ヒューズ部１１ａがそれぞれ独立して動作することを特徴としている。

また、本発明の金属化フィルムコンデンサは、上記金属化フィルムを重ね合わせてなることを特徴としている。

この発明の金属化フィルムは、分割電極のコーナー部に設けられるコーナーヒューズ部を有しており、１つの分割電極が、コーナーヒューズ部を介して複数の分割電極と接続された状態である。また、コーナーヒューズ部が、各分割電極のコーナー部に設けられた小ヒューズ部の集合体であり、各小ヒューズ部がそれぞれ独立して動作するため、一部の小ヒューズ部が動作しても、他の分割電極との接続を維持し続けることができ、電流経路を確保し続けることができる。そしてこの電流経路は、ヒューズ動作前後で同じコーナーヒューズ部を通り続けることとなるため、電流経路の長さの変化を軽微なものに留めることができ、ヒューズ動作によるＥＳＲの増加を抑制することができる。

本願発明の実施形態に係る金属化フィルムコンデンサの一部を示す断面図である。 本願発明の実施形態に係る金属化フィルムの平面図である。 コーナーヒューズ部の動作状況を示す、（ａ）が要部拡大図、（ｂ）がヒューズ動作前後の電流経路を示した平面図である。 静電容量変化率とＥＳＲ増加率の関係を示すグラフである。 本発明の異なる実施形態に係る金属化フィルムの平面図である。 従来の金属化フィルムの平面図である。

次に、この発明の金属化フィルムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。金属化フィルム２は、図１に示すように、誘電体フィルム３の表面にアルミや亜鉛等を蒸着させ、蒸着電極４を形成することで構成されている。

蒸着電極４は、図２に示すように、誘電体フィルム３の幅方向（以下、フィルム幅方向）の一方端部まで設けられている。一方で、他方端部には誘電体フィルム３の長さ方向（以下、フィルム長さ方向）の全長に亘って設けられていない。これは、この金属化フィルム２を重ね合わせてコンデンサ素子を製造するにあたって、フィルム幅方向の両端部にそれぞれ設けられるメタリコン電極５、５の双方と蒸着電極４とが接続しないようにするためのものである。なお、以下、説明のために、フィルム幅方向の一方端部側であってメタリコン電極５と接続される部位を接続部６と称し、フィルム幅方向の他方端部側の非蒸着部を絶縁マージン７と称す。

上記構成の蒸着電極４は、接続部６を除いて、細長の非蒸着部からなる絶縁スリットによって分割されている。具体的には、フィルム幅方向に平行な複数の第１絶縁スリット８と、フィルム幅方向に直交する複数の第２絶縁スリット９によって分割されている。各第１絶縁スリット８は、フィルム長さ方向に略等間隔に設けられている。また、各第２絶縁スリット９は、フィルム幅方向に略等間隔に設けられている。そのため、絶縁スリットは格子状であって、蒸着電極４は、フィルム幅方向及びフィルム長さ方向に複数並んだ略矩形状の小電極（分割電極）１０に分割されている。なお、図２では、フィルム幅方向に５個の分割電極１０が並んでいる。

全ての分割電極１０は、隣接する分割電極１０または接続部６と、第１絶縁スリット８や第２絶縁スリット９を分断するようにして設けられたヒューズ部によって互いに接続されている。なお、以下、第１絶縁スリット８をヒューズ部によって分断したものを第１分断スリット８ａと称し、第２絶縁スリット９をヒューズ部によって分断したものを第２分断スリット９ａと称す。ヒューズ部は、定常時は電流経路になる一方で、分割電極１０に絶縁破壊が生じた際に溶断し、当該分割電極１０を他の分割電極１０や接続部６から切り離して、コンデンサ全体としての絶縁を回復するためのものである。なお、ヒューズ部は、コーナーヒューズ部１１と、第１ヒューズ部１２と、第２ヒューズ部１３の３種類のヒューズとを有している。

コーナーヒューズ部１１は、複数の分割電極１０のコーナー部１０ａ同士を接続するためのヒューズであって、略矩形状とされた分割電極１０のコーナー部１０ａに設けられている。具体的には、互いに隣接する４個の分割電極１０のコーナー部１０ａが１ヶ所に集まる部分に設けられている。そして、これら４個の分割電極１０を互いに接続している。なお、この状態は、第１絶縁スリット８と第２絶縁スリット９の仮想の交点にコーナーヒューズ部１１が設けられており、この仮想の交点を囲む４個の分割電極１０がコーナーヒューズ部１１によって互いに接続されているとも言える。また、コーナーヒューズ部１１は、図３ａに示すように、第１分断スリット８ａの先端部と、第２分断スリット９ａの先端部との間（すなわち、各分割電極１０のコーナー部１０ａ）にそれぞれ形成された複数（４個）の小ヒューズ部１１ａの集合体であるとも言える。各小ヒューズ部１１ａの幅（第１分断スリット８ａの先端部と第２分断スリット９ａの先端部間の距離）Ｌ１は、例えば０．２５〜０．４０ｍｍである。上記構成のコーナーヒューズ部１１は、少なくとも絶縁マージン７に最も近い分割電極１０を除く分割電極１０に設けられている。具体的には、フィルム幅方向に５個並んだ分割電極１０の、接続部６から見て１個目の分割電極１０と２個目の分割電極１０との間、３個目の分割電極１０と４個目の分割電極１０との間に設けられている。なお、この状態は、誘電体フィルム３の幅方向に複数並ぶ第２絶縁スリット９に対してひとつ置きに設けられていると言える。ただ、全ての分割電極１０のコーナー部１０ａにコーナーヒューズ部１１を設けても良い。

第１ヒューズ部１２は、フィルム幅方向に隣接する分割電極１０と接続部６とを接続したり、フィルム幅方向に隣接する分割電極１０、１０同士を接続するためのヒューズであって、第２絶縁スリット９を分断するようにして設けられている。具体的には、フィルム幅方向に５個並んだ分割電極１０の、接続部６から見て１個目の分割電極１０と接続部６との間（接続部６に最も近い分割電極１０と接続部６との間）、２個目の分割電極１０と３個目との分割電極１０の間、４個目の分割電極１０と５個目の分割電極１０との間（絶縁マージン７に最も近い分割電極１０と、この分割電極１０とフィルム幅方向で隣接する分割電極１０との間）に設けられている。従って、第１ヒューズ部１２とコーナーヒューズ部１１とは、フィルム幅方向において交互に設けられていると言える。また、第１ヒューズ部１２は、フィルム長さ方向において分割電極１０の中央に位置するようにして設けられている。

第２ヒューズ部１３は、フィルム長さ方向に隣接する分割電極１０、１０同士を接続するためのヒューズであって、第１絶縁スリット８を分断するようにして設けられている。具体的には、絶縁マージン７に最も近い分割電極１０、１０間に設けられている。この第２ヒューズ部１３は、フィルム幅方向において分割電極１０の中央よりもやや絶縁マージン７側に片寄った位置に設けられている。ただし、これに限らず中央や接続部６側に片寄って設けられても良い。

図１に示すように、上記構成の２枚の金属化フィルム２、２を、絶縁マージン７の位置が上下で互い違いとなるように、且つ蒸着電極４、４間に誘電体フィルム３が介在するようにして複数重ね合わせるとともに、フィルム幅方向の両端部にそれぞれメタリコン電極５、５を形成することで本発明の金属化フィルムコンデンサ１が製造される。

金属化フィルム２を用いたコンデンサでは、過電流等によって絶縁破壊が生じることがある。絶縁破壊が生じると、通常、絶縁が破壊した部分Ｂの周囲の蒸着電極４が蒸発して絶縁が回復する。しかし、それでも絶縁が回復しない場合は、ヒューズ部が溶断し、絶縁破壊が生じた分割電極１０と周囲の分割電極１０とが切り離される。コーナーヒューズ部１１が溶断する場合、図３ａに示すように、第１分断スリット８ａの先端部と、第２分断スリット９ａの先端部とが連結するように、すなわち、最短距離を通るようにして両者間の蒸着金属が溶断（蒸発）する（図３ａの溶断部Ｆ参照）。この際、他の第１分断スリット８ａの先端部と、第２分断スリット９ａの先端部の間の蒸着金属は蒸発しない。また、Ｌ１よりも距離が長い第１分断スリット８ａ、８ａの先端部間や、第２分断スリット９ａ、９ａの先端部間の蒸着金属も蒸発しない。すなわち、コーナーヒューズ部１１を構成する４個の小ヒューズ部１１ａが一度に全て動作するのではなく、それぞれが独立して（個別に）動作する。そのため、コーナーヒューズ部１１によって互いに接続されている４個の分割電極１０のうち、絶縁破壊が生じた分割電極１０だけが切り離され、他の分割電極１０、１０同士は接続を維持する。なお、コンデンサに対して過大な電圧が負荷された場合、複数の小ヒューズ部１１ａが同時に動作することも考えられるが、電位傾度（電圧［ＶＤＣ］／誘電体フィルム厚［μ ｍ］）が３４０ＶＤＣ／μ ｍ以下であれば、各小ヒューズ部１１ａがそれぞれ個別に動作することを確認している。

分割電極１０が切り離されると、そこを経由していた電流（図３ｂの実線矢印）は、その分割電極１０を迂回して流れる（点線矢印参照）。しかし、電流は、ヒューズ動作後も変わらず同じコーナーヒューズ部１１を通ることができるため、電流経路の長さに変化は無い。そのため、ヒューズ動作前後でのＥＳＲの変化が無い、もしくはＥＳＲの増加率を低く抑えることができる。

図４は、静電容量の変化（減少）率に対するＥＳＲの増加率を表したグラフである。実線は、本発明の金属化フィルム２の結果を示し、点線は、図６に示す従来の金属化フィルムの結果を示している。グラフの通り、本発明の金属化フィルム２は、従来の金属化フィルムに比べて、静電容量の減少率（ΔＣ）に対するＥＳＲの増加率（ΔＥＳＲ）が緩やかである。このことから、本発明の金属化フィルム２では、各ヒューズ部が動作してもＥＳＲが増加し難いことが分かる。

続いて、他の実施形態の金属化フィルムについて説明する。この金属化フィルム２Ａは、図５に示すように、フィルム幅方向において接続部６と隣接する分割電極１０と、接続部６との間、絶縁マージン７に最も近い分割電極１０と、この分割電極１０とフィルム幅方向で隣接する分割電極１０との間を除いて、各分割電極１０、１０同士がコーナーヒューズ部１１によって互いに接続されている。

このような構成の金属化フィルム２Ａであっても、図５の実線矢印と点線矢印で示すように、ヒューズ動作前後での電流経路の長さに大きな変化が無く、ヒューズ動作前後でのＥＳＲの増加を抑えることができる。

以上に、この発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、分割電極１０の形状は略矩形状に限らず、三角形や五角形以上の多角形であってもよい。この場合、当然、コーナーヒューズ部１１を構成する小ヒューズ部１１ａの数は変化することになる。また、絶縁スリットは直線のものに限らず、湾曲したものを採用しても良い。フィルム幅方向の分割電極１０の数は５個に限らず、適宜変更可能である。但し、フィルム幅方向に第１ヒューズ部１２とコーナーヒューズ部１１とを交互に設ける場合には奇数とする。また接続部６としては、分割電極１０よりも肉厚の蒸着電極を用いる、いわゆるヘビーエッジを採用しても良い。金属化フィルム２、２Ａを複数重ね合わせる方法としては単に積層する他、巻回によって重ね合わせても良い。また、１枚の誘電体フィルムの両面に蒸着電極を形成した両面金属化フィルムと誘電体フィルムとを重ね合わせてコンデンサを形成しても良い。さらに、必ずしも同じ蒸着パターンの金属化フィルムを用いる必要は無く、異なる蒸着パターンの金属化フィルムを組み合わせるようにしても良い。

なお、本発明の金属化フィルムには、以下の構成のものも含まれている。
（１）誘電体フィルム３の幅方向の一方端部に接続部６が設けられ、他方端部に絶縁マージン７が形成されており、蒸着電極４が、絶縁スリットによって分割された分割電極１０と、互いに隣接する分割電極１０、１０同士を接続するヒューズ部とを備えており、ヒューズ部が、少なくとも絶縁マージン７に最も近い分割電極１０を除く分割電極１０のコーナー部１０ａに設けられるコーナーヒューズ１１部を備えている、金属化フィルム。
（２）絶縁マージン７に最も近い分割電極１０と、その分割電極１０と誘電体フィルム３の幅方向で隣接する分割電極１０とを接続するヒューズ部が、誘電体フィルム３の幅方向に直交する方向において分割電極１０の中央に位置している、金属化フィルム。
（３）接続部６に最も近い分割電極１０と接続部６とを接続するヒューズ部が、誘電体フィルム３の幅方向に直交する方向において分割電極１０の中央に位置している、金属化フィルム。
（４）絶縁マージン７に最も近い分割電極１０、１０同士がヒューズ部によって接続されている、金属化フィルム。
（５）分割電極１０のコーナー部１０ａ同士を接続するヒューズ部が、誘電体フィルム３の幅方向に複数並ぶ第２絶縁スリット９に対してひとつ置きに設けられている、金属化フィルム。

１ 金属化フィルムコンデンサ
２、２Ａ 金属化フィルム
３ 誘電体フィルム
４ 蒸着電極
５ メタリコン電極
６ 接続部
７ 絶縁マージン
８ 第１絶縁スリット
８ａ 第１分断スリット
９ 第２絶縁スリット
９ａ 第２分断スリット
１０ 分割電極
１０ａ コーナー部
１１ コーナーヒューズ部
１１ａ 小ヒューズ部
１２ 第１ヒューズ部
１３ 第２ヒューズ部
Ｌ１ 第１分断スリットの先端部と第２分断スリットの先端部との間の距離
Ｂ 絶縁が破壊した部分
Ｆ 溶断部

Claims (3)

1. 誘電体フィルム（３）に蒸着電極（４）を形成してなる金属化フィルムであって、
   誘電体フィルム（３）の幅方向の一方端部に接続部（６）が設けられ、他方端部に絶縁マージン（７）が形成されており、
   蒸着電極（４）が、
   誘電体フィルム（３）の幅方向に平行な複数の第１絶縁スリット（８）と、誘電体フィルム（３）の幅方向に直交する複数の第２絶縁スリット（９）によって分割された複数の分割電極（１０）と、
   互いに隣接する分割電極（１０、１０）同士を接続するヒューズ部とを備えており、
   ヒューズ部が、
   少なくとも絶縁マージン（７）に最も近い分割電極（１０）を除く分割電極（１０）のコーナー部（１０ａ）に設けられるコーナーヒューズ部（１１）と、
   第２絶縁スリット（９）を分断するように、且つ誘電体フィルム（３）の長さ方向において分割電極（１０）の中央に位置するようにして設けられた第１ヒューズ部（１２）と、
   絶縁マージン（７）に最も近い分割電極（１０、１０）同士を接続する第２ヒューズ部（１３）とを備え、
   絶縁マージン（７）に最も近い分割電極（１０）と、その分割電極（１０）と誘電体フィルム（３）の幅方向で隣接する分割電極（１０）とが第１ヒューズ部（１２）で接続され、
   コーナーヒューズ部（１１）と第１ヒューズ部（１２）とが、誘電体フィルム（３）の幅方向において交互に設けられ、
   誘電体フィルム（３）の幅方向に並ぶ複数の分割電極（１０）のいずれも、分割電極（１０）１つ当たり３つのヒューズ部が接続されており、
   コーナーヒューズ部（１１）が、各分割電極（１０）のコーナー部（１０ａ）に設けられた小ヒューズ部（１１ａ）の集合体であり、各小ヒューズ部（１１ａ）がそれぞれ独立して動作することを特徴とする、金属化フィルム。
2. 接続部（６）に最も近い分割電極（１０）と接続部（６）とが第１ヒューズ部（１２）で接続されている、請求項１記載の金属化フィルム。
3. 請求項１又は２記載の金属化フィルムを重ね合わせてなる、金属化フィルムコンデンサ。

Images