JPH0334513A - フィルムコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はプラスチックコンデンサの構造に関するもので
ある。

従来の技術 フィルムコンデンサの誘電体として、ポリプロピレン、
ポリエチレンテレフタレートなどのフラスチックフィル
ムおよび絶縁紙（以下総称して誘電体フィルムと言う）
が使用されている。そして、このような誘電体フィルム
の片面または両面に電極材料としての金属を真空蒸着す
るなどして金属化フィルムが作られる。電極材料には種
々の金属が用いられているが、一般にアルミニウムや亜
鉛が用いられている。

このうちアルミニウムは自己回復性に優れ、また耐候性
にも優れているが、それを用いた金属化フィルムコンデ
ンサにおいては、交流電圧下で使用する場合、その電極
膜の欠落部や突起部、または電極膜端部などの電界の集
中する部分で、一定の電界強度（主にフィルム厚み、印
加電圧、電極材料、電極膜厚により決定される）以上に
なると、電気化学的な酸化反応により、アルミニウムが
酸化物もしくは水酸化物に変化する。このため電極面で
は小円形の酸化皮膜部が生じ、また電極端では端面に沿
って透明な帯状の酸化皮膜部が形成される。アルミニウ
ムの場合この酸化部分が高絶縁物であることから、電界
集中箇所がこの酸化部分と接する未酸化の部分に移動し
て行くため、酸化反応が継続され、小円形または電極端
の透明部分がさらに成長して行く。したがって、電極と
しての有効面積が減少しコンデンサとしての容量の減少
を生ずる。このためアルミニウムを電極材料とする交流
電圧用のフィルムコンデンサにおいては、単位フィルム
厚み当たりの印加可能な電圧（以下電位傾度という）に
一定の限界を生じている。

一方、亜鉛を電極材料とした場合にも同様に酸化皮膜部
が生じる。しかしこの酸化物が半導体であることから電
界の集中する箇所が移動しにくい（酸化反応の生ずる電
界強度の臨界値が高い）ため、酸化反応の進行が遅い。

したがってコンデンサ容量の減少を少なく抑さえること
ができる。そのため亜鉛を電極材料とするフィルムコン
デンサは、電極がアルミニウムで形成されたフィルムコ
ンデンサに比べて電位傾度を高めることができる。しか
しながら、亜鉛はこのような特長をもっているものの、
その耐候性がよくなく、水分や酸素によりきわめて短時
間に腐食劣化するという難点を有している。

これらアルミニウムと亜鉛のもつ課題を解決し、それぞ
れの特長を生かすために、アルミニウムと亜鉛とで電極
膜を形成することが行なわれている。

これによりハンドリング性が良好で、交流電圧印加によ
る容量変化を抑制できるため電位傾度の一定の向上が図
られる。

一方金属化フィルムコンデンサにおいて、その特長であ
る自己回復性を良くし、コンデンサとしての破壊電圧を
向上させるためには、電極膜を薄く形成する（電極膜の
抵抗を高くする）事が望ましい。

ところが、アルミニウムと亜鉛とで構成されている電極
膜においても、一定値以上の電界集中箇所では電気化学
的酸化反応が発生する。この酸化反応が進行する臨界の
電界強度は膜抵抗値と比例関係にあるため、膜抵抗が高
くなる（膜厚が薄くなる）に従かいこの酸化による容量
減少が増加する。

このような事から、電極膜の容量形成に主として寄与す
る部分の膜抵抗値は、実用上５〜２０Ω／口とする事が
望ましい。

一方この電極膜の抵抗を高くして行くと、すなわち膜厚
を薄くして行くと、誘電正接（ｔａｎδ）の低下を生ず
る。これは、電極膜と電極引出し部（メタリコン）との
コンタクト力が低下してしまうためである。すなわち、
電極膜が薄くなると、電極引出し部と接する部分の接触
抵抗が高くなるため、通電時の電流による発熱のために
電極膜の飛散を生じ、コンデンサとしての直列抵抗骨が
増加するため、誘電正接の低下を生ずるものと推測され
る。

このようなことから、電極膜と電極引出し部とのコンタ
クト力を確保するために、電極引出し部と接する電極膜
部分を、その抵抗値が１〜１０Ω／口となる膜厚とする
のが望ましく、またこの厚い部分の幅は１．０間以上と
するのが望ましい。

以上のことから、電極膜の電極引出し部と接する部分を
一定幅で厚く形成するとともに、他の部分を薄く形成す
る事が考えられる。これは米国特許第４４７７８５８号
明細書等で明らかになっている。

発明が解決しようとする課題 ところで、亜鉛を電極材料の一つとするフィルムコンデ
ンサにおいては、一定の電位傾度を越える交流電圧を連
続的に印加すると、絶縁抵抗の低下、さらにはそれが進
行してコンデンサとして短絡状態となり、発火１発煙に
至る。これはコンデンサの一部欠陥部で瞬時破壊（自己
回復）を生じた際に、電極金属である亜鉛は、飛散性が
悪いために、欠陥部に点在して残留した状態となる。こ
の状態でさらに交流電圧が連続的に印加されると、点在
する亜鉛部を通じて放電を生じ、発熱する。この発熱に
よりフィルムの炭化が進行して、絶縁抵抗の低下、さら
には短縮状態となり、発火１発煙に至るのである。

発明者らは、アルミニウムと亜鉛とで電極膜を形成する
と共に、その特長を最大限に生かしつつコンデンサ特性
の安定化を図るため、電極膜の電極引出し部と接する部
分を一定幅で厚く形成すると共に他の部分を薄く形成し
た金属化フィルムコンデンサにおいて、亜鉛によって生
じる発火１発煙を防止し、これまでのアルミニウムー亜
鉛電極の金属化フィルムコンデンサでは得られなかった
、さらに高い電位傾度設計を可能にし、飛躍的な小型化
、低コスト化を図ることを目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明のフィルムコンデンサは、少なくともアルミニウ
ムと亜鉛とからなる膜状の電極を誘電体の片面または両
面に、幅方向の一方の端部に第１の絶縁溝部を設け、こ
れと相対する電極引出し部と接する端部の厚みをその他
の膜状の電極より厚くなるように形成し、この電極膜の
幅方向の一部に一定長さの第２の絶縁溝部を長さ方向に
継続的に形成するとともに、この第２の絶縁溝部を横切
り、第１の絶縁溝部に達する第３の絶縁溝部を設けるこ
とにより金属化フィルムを構成し、その金属化フィルム
を巻回又は積層し、両端面に電極引出し部を形成したも
のである。

作用 本発明のフィルムコンデンサにおいては、電極膜が第３
の絶縁溝部と長さ方向に断続的に形成した第２の絶縁溝
部により囲まれた島状に構成され、この島状の小容量コ
ンデンサが並列に集積された構造となる。したがって、
コンデンサに電圧を印加した際に流れる電流は、電極引
出し部より流入し、長さ方向に断続的に形成した第２の
絶縁溝部の間の非絶縁部を通じてこの島状の電極膜部に
流れる。この場合電極引出し部と接する端部は厚く形成
されているため、メタリコン部のコンタクト力が強化さ
れ、通電中に誘電正接の低下を生ずる事なく安定した特
性を有する。このコンデンサの誘電体の一部の欠陥部で
瞬時破壊を生じた場合、この瞬時破壊による異常電流が
第２の絶縁溝部の間の非絶縁部に集中して流れ、この電
流によるジュール熱により非絶縁部の電極金属が気化消
失して導電性が失なわれ、瞬時破壊を生じた小容量コン
デンサが切り離される。このジュール熱により非絶縁部
の電極金属が気化消失する現象は、主にこの非絶縁部の
抵抗値により決定される。すなわち、この非絶縁部の長
さが長く又金属膜が厚い場合は気化消失しに＜＜、条件
によっては瞬時破壊を生じてもその小容量コンデンサが
切り離されず、コンデンサ全体の発火９発煙に至る場合
がある。逆にこの非絶縁部の長さが短かく又金属膜が薄
い場合は気化消失し易くなるが、条件によっては瞬時破
壊のない通常状態の電流においても気化消失し、容量減
少を生ずる場合もある。

本発明において、アルミニウムと亜鉛で電極膜を形成し
、且つ特性安定化と自己回復性の改善のため、電極引出
部を厚く形成した構造の金属化フィルムコンデンサにお
いては、第２の絶縁溝部形成する事により、コンデンサ
の短絡事故を防止すると共に、この第２の絶縁溝部を形
成する位置及び寸法を限定することにより、コンデンサ
の特性を安定化し且つ瞬時破壊を発生した部分を確実に
切り離す事が可能となるものである。

一方、この様な絶縁溝部を形成する金属化フィルムコン
デンサにあって、その電極膜となる金属は、Ａｔと亜鉛
とで構成する事がコンデンサの特性を安定化する上で最
も良好である事を見い出したのである。即ち、例えばＡ
ｊ？で形成した場合、このコンデンサにＡｎ電圧を印加
すると断続的に形成した第２の絶縁溝部間の非絶縁部が
電気化学的酸化反応によって絶縁物に変化し遂には導電
性が失なわれる事になるのである。

また亜鉛を金属とした場合は、水分や酸素により極めて
短時間で腐食し、この非絶縁部の導電性が阻害されるの
である。

この各々の欠点を補ない安定した特性を実現する為には
、アルミニウムと亜鉛双方で金属化電極を形成する事が
最も良好である事を見い出したのである。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図はこの実施例の構造およびその製造方法を説明す
るための斜視図である。

ます、２枚の誘電体フィルム１．２の片面に、それぞれ
オイルマスキング法で幅方向の一端部に第１の絶縁溝部
３．４を設けると共に、これと相対する電極引出部と接
する端部側の厚みをその他の部分より厚くなるようにア
ルミニウムと亜鉛とが混合もしくは合金状態となるよう
に蒸着して電極膜５，６を形成する。このようにして得
られた金属化フィルム７．８のいずれか一方、たとえば
フィルム８の電極膜６の幅一方向の一部に第２の絶縁溝
部９を長さ方向に断続的に形成する（１０は非絶縁部を
示す）とともに、この第２の絶縁溝部を横切り、電極引
出し端部から第１の絶縁溝部４に致る第３の絶縁溝部１
１を等間隔に形成して、この電極膜６を島状に分割する
。そして、端部の絶縁溝部３．４が互いに反対側に位置
するように、また電極膜５．６が接しないように金属化
フィルム７．８を重ねて巻回し、コンデンサ素子とする
。巻回し終えてから、コンデンサ素子の両端部分に電極
引出部１２（反対側は図示されていない）を形成し、そ
れぞれリード線１３．１４を接続する。

このコンデンサは、第２図の等倍回路図に示すように、
複数個の小容量コンデンサが端子電極としてのリード線
１３．１４間に並列に接続された構造となっている。各
々の小容量コンデンサには、非絶縁部１０を通じて電流
が流れるが、等価回路で論ずればこの非絶縁部１０は抵
抗（非絶縁部の長さ及び膜厚により決定する）もしくは
ヒユーズとして表わされる。したがって各々の小容量コ
ンデンサと直列に抵抗もしくはヒユーズが接続された構
造となる。

コンデンサに電圧を印加した際に、欠陥部があってそれ
に瞬時破壊を生じた場合、この破壊部のある小容量コン
デンサがヒユーズ部分で切り離されるので、この瞬時破
壊を生じた箇所には、以降電圧が印加される事がなくな
る。このため、亜鉛を含む金属を電極膜とした場合にあ
ったコンデンサの短絡事故の発生を阻止することができ
る。

第４図は、本実施例のフィルムコンデンサと、電極膜を
島状に分離しない従来構造のフィルムコンデンサとにつ
いて、交流電圧印加の下で高温連続耐用試験を実施した
ときの、絶縁抵抗の推移を対比して示す。この結果より
明らかなように、従来の構造のコンデンサであれば、時
間経過に伴って絶縁抵抗が低下しているが、本実施例の
コンデンサでは絶縁抵抗の低下が認められず、瞬時破壊
を生じた小容量コンデンサが切り離されていることが確
認された。

第５図は、この交流電圧を２０００時間印加したときの
、印加電圧とコンデンサの残存率との関係を示している
。この結果より明らかなように、従来の構造のコンデン
サでは一定値以上の交流電圧を連続的に印加すると、コ
ンデンサの残存率がいちじるくし低下している。一方、
本発明のフィルムコンデンサでは、短絡破壊を生じるこ
とがなく、従来品におけるような短絡破壊や、それによ
る発火９発煙という事故の発生が認められなかった。

以上のように、本発明によれば、誘電体フィルム上の電
極膜をアルミニウムと亜鉛とで形成しているので、フィ
ルムコンデンサの製造上でのハンドリング性が良好とな
り、メタリコンコンタクト部の電極膜が厚く、その他の
部分が薄く形成されているのでメタリコンコンタクト性
が良好で且つ自己回復性に優れ、更にまた交流電圧の印
加によっての短絡事故などの発生の危険性が極めて少な
く、高電位傾度設計が可能となる。

さて、本発明のアルミニウムと亜鉛で金属膜を形成し、
第１．第２．第３の絶縁溝部を形成する場合に、第３の
絶縁溝部の間隔は任意の寸法で形成する事が可能であり
、一般に電気的な放電やレーザー加工等による熱処理で
形成するか、あるいは蒸着等で金属膜を形成する場合、
マスキングやあらかじめフィルムに処理を行なう事によ
り、絶縁溝部を有する金属膜を形成する事が行こなわれ
る。これらはいずれの方法においても、安定した寸法精
度を確保するためには、この第３の絶縁溝部の間隔は５
關以上とする事が必要である。

一方この間隔は、大きくして行く事は工法上は可能であ
るが、間隔が大きくなるほど一部で瞬時破壊を生じた場
合の容量減少（瞬時破壊発生の島状の電極が切り離され
る事による容量減少）が大きくなる。したがって最大で
も１５０ｆｆＩ１１とすべきである。

第６図は、第３の絶縁溝部の間隔を５０ｍｍと一定にし
、電極膜構造として外部電極引き出し部側の膜厚を抵抗
値で２〜５Ω／ロ一定となる様に、且つその他の部分（
コンデンサの容量を形成する部分）を５〜１０Ω／口、
１０〜２０Ω／口。

２０〜３０Ω／口となる様に蒸着法より形成すると共に
、第２の絶縁溝部を、前記電極膜の厚い部分に形成した
場合と各々の抵抗値の電極膜の薄い部分に形成した金属
化フィルムコンデンサにおいて、Ｊ　Ｉ　５−Ｃ４９０
８−８，１５＋２１の保安性試験を実施した場合につい
て、第２の絶縁溝部間の非絶縁部の長さの合計（臨接す
る５０ｍ１間隔の第３の絶縁溝部の間に存在する非絶縁
部）の数値別の試験合格率の結果を表わしたものである
。

この結果より２〜５Ω／口電極膜の厚い部分に第３の絶
縁溝部を形成した場合は試験合格のための条件範囲が狭
く又、バラツキも大きい。一方薄い部分に形成したもの
にあっては、試験合格のための条件範囲が順次拡大して
行く。

この事から第２の絶縁溝部は５〜３０Ω／口の範囲であ
る電極膜の薄い部分に形成する方が、試験の合格率及び
特性の安定化のために良好であると言える。

一方前述の様にアルミニウムと亜鉛とで構成されている
電極膜においても、交流電圧を印加すると電気化学的酸
化反応による容量変化を生ずるが、この容量変化は電極
膜厚み（膜抵抗値）と比例関係にある事から、膜抵抗値
は実用上２０Ω／口以下が望ましい。

、膜抵抗値を２０Ω／口以下とした場合、第５図の結果
より、臨接する第３の絶縁溝部の間に存在する第２の絶
縁溝部間の非絶縁部の長さの合計は、０．５〜１０＋ｎ
ｍの範囲とする事が望ましい。

第３図は本発明の別の一実施例の金属化フィルムの構造
を示す図である。即ち第３の絶縁溝部が電極引き出し部
と接する端部まで到達するように形成したものである。

本構造にする事により、コンデンサの一部欠陥部で瞬時
破壊を生じた際のヒユーズ機構を２重に設けた事になる
（臨接する第２の絶縁溝部の間の非絶縁部及び電極引出
部との接続部分・・・・・・接続部分がその接触抵抗に
より瞬時破壊時の異常電流で発熱し、接続部の電極金属
が気化消失してコンタクトが失なわれる） したがってコンデンサの発火９発煙の危険性を極めて小
さくする事が可能となるのである。尚本構造とする場合
、少なく共第３の絶縁溝部の２本に１本は電極引出し都
道到達している事が望ましい。

尚本実施例において第２．第３の絶縁溝部を２枚の金属
化フィルムの一方のみに形成したが、両者に形成しても
よい。また、両面金属化フィルムを使用し、その片面ま
たは両面に絶縁溝部を形成してもよい。

発明の効果 以上のように本発明のフィルムコンデンサによれば、従
来のアルミニウムと亜鉛とを用いて電極型形成したフィ
ルムコンデンサの、ハントリンク性が良好で交流電圧印
加による容量変化が少ないという特長を生かしつつ、そ
の課題であった絶縁抵抗の低下、短絡破壊による発火２
発煙を解決することができる。したがって、さらに高電
位傾度の設計が可能となり、いちじるしく小型化できる
だけでなく、コストが安くなり、特性が安定したものと
なるという優れた効果を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフィルムコンデンサの一実施例の要部
を示す斜視図、第２図はその等価回路図、第３図は本発
明のフィルムコンデンサの他の実施例の要部を示す斜視
図、第４図は本発明のフィルムコンデンサと従来品とに
ついて交流高温連続耐用試験を行なったときの絶縁抵抗
の変化を対比して示す図、第５図は同じく破壊残存率を
示す図、第６図は第３の絶縁溝部を形成する部分の電極
膜の膜抵抗別の保安性試験における試験合格率を示す図
である。 １．２・・・・・・誘電体フィルム、３．４・・・・・
・第１の絶縁溝部、５．６・・・・・・電極膜、７．８
・・・・・・金属化フィルム、９・・・・・・第２の絶
縁溝部、１０・・・・・・非絶縁部、１１・・・・・・
第３の絶縁溝部、１２・・・・・・電極引出し部、１３
．１４・・・・・・リード線。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともアルミニウムと亜鉛とからなる膜状の
   電極を誘電体の片面または両面に、幅方向の一方の端部
   に第１の絶縁溝部を設け、これと相対する電極引出部と
   接する端部側の厚みをその他の膜状の電極より厚くなる
   ように形成し、この電極膜の幅方向の一部に一定長さの
   第２の絶縁溝部を長さ方向に断続的に形成するとともに
   、この第１の絶縁溝部を横切り、第１の絶縁溝部に達す
   る第３の絶縁溝部を設けることにより金属化フィルムを
   構成し、その金属化フィルムを巻回又は積層し、両端面
   に電極引き出し部を形成したことを特徴とするフィルム
   コンデンサ。
2. （２）第２の絶縁溝部を電極膜の薄い部分に設ける事を
   特徴とする請求項１のフィルムコンデンサ。
3. （３）臨接する第３の絶縁溝部の間隔を５〜１５０ｍｍ
   とし、且つ長さ方向に断続的に形成する第２の絶縁溝部
   を臨接する第３の絶縁溝部の間に存在する非絶縁部の長
   さの合計が０．５〜１０ｍｍとなるように形成すること
   を特徴とする請求項１〜２記載のフィルムコンデンサ。
4. （４）第２の絶縁溝部を横切る第３の絶縁溝部が電極引
   き出し部と接する端部まで到達するように形成すること
   を特徴とする請求項１〜３記載のフィルムコンデンサ。