JP2005093761A

JP2005093761A - フィルムコンデンサ

Info

Publication number: JP2005093761A
Application number: JP2003325830A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Imamura; 武志今村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】本発明は、特性のバラツキをなくした扁平率の大きい薄型のフィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】円筒状の巻芯部を巻回中心として金属化フィルムを巻回し、巻回した金属化フィルムの外側面から内側へ圧力をかけて偏平化してなる金属フィルムコンデンサであって、前記巻芯は、径方向の両側に、フィルム幅方向に亘って折り曲げ部を有し、偏平化したときに前記折り曲げ部が折れ曲がるようにし、小型で薄型形状を達成でき、また、生産工数も削減できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ回路を搭載した電気機器等に用いるフィルムコンデンサに関するものである。

一般に小型化フィルムコンデンサは、使用される機器あるいは電源部の小型化や、プリント基板上の搭載面積などの制約により、巻回したフィルムからなる円柱形状のコンデンサ素子をつぶして小判形状とした扁平形状としている（例えば特許文献１参照）。

図８は従来のフィルムコンデンサを示しており、（ａ）は断面で示した側面図、（ｂ）はリード線引き出し側から見た平面図を示し、２４はコンデンサ素子、２５はコンデンサ素子２４の両側端面に設けられた金属層、２６は電極を引き出す端子、２７は外装ケース、２８は充填樹脂を示す。

図８に示すように、コンデンサ素子２４は扁平形状としており、ケース２７に内蔵され、さらにその周囲は充填樹脂２８にてケース内に充填されている。また、コンデンサ素子の両側端部には電極部として金属層２５が設けられ、さらに金属層２５に電極を引き出す端子２６が接続されている。そして、この端子２６がケース２７の外部に出て、外部との接続ができるようにしている。

また、図９は従来のフィルムコンデンサにおいて、コンデンサ素子を形成する方法を示すもので、金属化フィルムの巻取装置、および抑えローラの配置図を示している。

図９において、２０はコンデンサ素子の芯部、２１は誘電体フィルムに金属膜電極蒸着した金属化フィルム、２２は芯部形成先巻フィルム、２９は金属化フィルム２１を巻き取って形成するコンデンサ素子、３０は抑えローラを示す。

以上のように構成されたフィルムコンデンサについて、その動作を説明する。

まず、図９で示すように、金属化フィルム２１を、円柱形状とした芯部形成先巻フィルム２２で形成された芯部２０に巻き付ける。この際、巻き取り中のコンデンサ素子２９の外周面側からは、金属化フィルム２１のシワ発生防止のために、抑えローラ３０が金属化フィルム２１を加圧するように配置されている。なお、抑えローラ３０は特にフィルムが薄い場合シワ発生防止対策として有効となっている。

また、巻き取り中のコンデンサ素子２９は円柱形状であり、コンデンサ素子２９の両側端面に金属層を設ける際に、外部から圧力をかけてつぶし、扁平形状とする。特に大容量が必要なコンデンサでは、ケース内に配置するコンデンサ素子数も多くすることが必要となり、ケースに効率よく収めるには扁平率を大きくすることが必要となる。

また図１０は、円柱状のコンデンサ素子を押しつぶして得る方法とは別の方法で扁平形状のコンデンサ素子を得る方法を示す、扁平巻芯による巻取状況図であり、３１は扁平巻芯、３２は巻取機の平板コア３２を示す。

図１０で示すように、扁平形状とした扁平巻芯３１を巻取機の平板コア３２に装着し、金属化フィルム２１、外装フィルム２３を巻き付けて得る方法もある。
特開昭５５−１２４２２７号公報（第１図）

しかしながら、上記従来の構成のうち、扁平形状の巻芯にフィルムを巻き付ける方法では、扁平率を大きくし、薄型対応とする場合、巻取作業中の扁平巻芯のコーナ部でのテンションコントロールが困難なため、フィルムストレスが大となっていた。また、円柱形状の巻芯の場合と比較すると、巻き取り速度が上がらないため大量生産には不向きであり、また、薄手フィルムに有効な抑えローラが使えないため、シワが入り易く、特性のバラツキが大となった。

また、扁平巻芯を使わずに、円柱形状の巻芯とした場合、巻芯の径が大きくなると、扁平形状につぶす際に均一につぶすことが難しく、形状がいびつになり、シワの発生、フィルムへのストレスの不均一、端面の不揃い等、特性のバラツキが大となり、実現できていなかった。

本発明は、上記従来の課題に鑑み、特性のバラツキをなくした扁平率の大きい薄型のフィルムコンデンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のフィルムコンデンサは、円筒状の巻芯部を巻回中心として金属化フィルムを巻回し、巻回した金属化フィルムの外側面から内側へ圧力をかけて偏平化してなる金属フィルムコンデンサであって、前記巻芯は、径方向の両側に、フィルム幅方向に亘って折り曲げ部を有し、偏平化したときに前記折り曲げ部が折れ曲がるようにしている。

この構成によれば、扁平率の大きいコンデンサ素子の特性のバラツキを抑え、巻芯を丸形状とすることにより巻取速度を上げることができ、生産工数を削減するものである。

以上のように本発明によると、フィルムコンデンサの小型で薄型形状を達成でき、また、生産工数も削減することができるという多大な効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１から図７を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるコンデンサを示す図であり、（ａ）は断面で示した側面図、（ｂ）はコンデンサのリード線引き出し側から見た平面図を示す。

図１において、１はコンデンサ素子の芯部、２は芯部１に設けられた折り曲げ部、３はフィルムに金属膜電極を蒸着した金属化フィルム、４はコンデンサ素子の絶縁保護とする外装フィルムを示す。さらに５は金属化フィルム３、芯部１、外装フィルム４からなるコンデンサ素子、６はコンデンサ素子５の端面に設けられた金属層、７は電極を引き出す端子、８はコンデンサ素子５が納められる外装ケース、９は充填樹脂を示す。なお、コンデンサ素子５は円柱状に巻回した後、扁平化したものである。

次に図２は、図１で示す芯部１の扁平化する前の断面図を示したものであり、フィルム巻回後、矢印で示した方向に加圧することにより、折り曲げ部２を折り曲げ位置として扁平化できるようにしている。

また図３は、金属化フィルムを巻取り中のコンデンサ素子と抑えローラの配置図を示す。図３において、１０はフィルム巻き取り途中のコンデンサ素子、１１は抑えローラを示し、図２で示す芯部１を巻回中心とし、抑えローラ１１で抑えながら金属化フィルム３を巻き取る。なお、ローラ１１で金属化フィルム３を抑えることにより、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で示す従来の不具合例であるシワ１５、たるみ１６、変形１７を防止し、図５（ａ）で示すような正常なコンデンサ素子を形成することができる。

以上のようにして生成されるフィルムコンデンサについて、さらに詳細に説明する。

まず図３において、金属化フィルム３は、金属蒸着する誘電体フィルムをポリプロピレン（以下ＰＰ）フィルムとし、厚みを３．５μｍ、幅は８０ｍｍとし、生成するコンデンサ素子の容量は、３００μＦとした。また、芯部１の材質はポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴ）とし、厚みを２５０μｍ、内径を８０ｍｍとした。また、芯部１は、図２で示すように、扁平化したときに折れ曲がりやすいように折り曲げ部２を設けている。なお、この折り曲げ部２は径方向の両側に２箇所、フィルム幅方向に亘って設けられている。そして、図３に示すように、芯部１を巻回中心として、金属化フィルム３を巻き付けている。なお、図３には示していないが、金属化フィルム３の終端は、図１で示す外装フィルム４を巻き付け、コンデンサ素子５の外周部に外装フィルム４が形成されるようにしている。

そして図３に示すように、フィルム巻回時、芯部１は内径８０ｍｍの円柱形状となっていることから、抑えローラ１１を配置することができ、抑えローラ１１がコンデンサ素子との間にフィルムをはさみ込み、フィルムのシワの発生を防いでいる。このように、本実施の形態では、扁平巻芯を用いてフィルムを巻回する方法ではできなかった抑えローラ１１を配置できるようにしたことで、信頼性の高いフィルムの生成が可能となった。さらに、フィルムの巻き取り速度は、巻芯を円柱状にした方が、従来の扁平巻芯を用いる場合より早く、３種類のサンプルで比較した結果、１／５〜１／６の時間に短縮することが可能となることがわかった。

次に、コンデンサ素子を扁平化する工程について説明する。図３に示すように、本実施の形態ではフィルム巻取り中のコンデンサ素子１０は円柱形状であり、コンデンサ素子の端面に金属層６を設ける前につぶして扁平形状としている。この際、図２に示すように、折り曲げ部２が折り曲げ部となるように矢印の方向に加圧して扁平化したコンデンサ素子を得る。

このように、あらかじめ折り曲げ部２を設け、容易に折れ曲がるようにしておくことで端面の不揃いなく、均一に扁平化ができ、図５（ａ）で示すような正常な素子が得られ、従来の丸形形状の巻芯とした場合に発生していた、（ｂ）（ｃ）（ｄ）で示す、シワ１５、たるみ１６、変形１７を防止することができる。

なお、巻芯部の材質をＰＥＴとしたのは、機械的強度が強いため、巻芯部の厚みを薄くすることができ、要求に応じてさらに小型化が図れるためである。

さらに、扁平化したコンデンサ素子を、図１（ｂ）に示すように、両側端部に金属層６を形成し、１２０℃の真空中で熱処理した後、金属層６に電極を引き出す端子７が接続され、コンデンサ素子５が形成される。さらに、コンデンサ素子５は、外装ケース８に挿入され、充填樹脂９を充填して、金属化フィルムコンデンサを得る。なお、充填樹脂はエポキシ樹脂とした。

以上のように、本実施の形態によれば芯部１に配した折り曲げ部２により均一に扁平化が可能となり、巻芯を丸形状とすることによりコンデンサの特性のバラツキを抑え、かつ巻取速度を上げることができ、生産工数を削減することができる。

なお、本実施の形態における巻芯部１１は図２で示すように、円筒状で、径方向の両側２箇所を内側に凹ませた形状と、この凹ませた部分を折り曲げ部としたが、この形状に限定するものではなく、その他の形状であってもよい。それについて説明する。

まず、本実施の形態に用いる巻芯部の第２の実施例について図５を用いて説明する。図５は、巻芯部の第２の実施例を示すものであり、１２は円筒状の巻芯部の径方向の両側端部に設けた折り曲げ部であり、肉厚を薄くしている。すなわち、巻芯部の第２の実施例においては、径方向の両側に設けた折り曲げ部１２が、フィルム幅方向に亘って薄くなっており、図中矢印の方向に圧力をかけて扁平化をする際に、薄くなった箇所で容易に折れ曲がることとなる。すなわち、この第２の巻芯部の実施例によれば、巻芯部１に配した折り曲げ部１２により均一に扁平化が可能となる。また、フィルム巻取り時は巻芯は円柱形状であるので、コンデンサの特性のバラツキを抑え、かつ巻取速度を上げることができ、生産工数を削減することができる。

同様にして、巻芯部の第３、第４の実施例について図６および図７を用いて説明する。

図６は、第３の巻芯部の実施例を示すもので、１３は円筒状とした巻芯部の径方向の両端部に設けた折り曲げ部であり、折り曲げ部は巻芯部を破断させている。このように、巻芯部１には、折り曲げ部１３が径方向の両側に、フィルム幅方向に亘って直線形状に破断されたことによって設けられており、圧力をかけて扁平化する際に、破断部の強度が弱くなっているため、弱くなった箇所で容易に折れ曲がることとなる。

また、図７は、第４の巻芯部の実施例を示すもので、２つの半円筒状の巻芯部を突き合わせて円筒状の巻芯部を形成したものであり、円筒状の巻芯部の径方向の両端にできる突合せ部を折り曲げ部１４としている。そして、圧力をかけて扁平化をする際に、突き合わせ部、すなわち折り曲げ部１４が弱くなっているため、この弱くなった折り曲げ部１４で容易に折れ曲がることとなる。

以上に示した、巻芯の第３の実施例および第４の実施例で示すような折り曲げ部１３および１４により、均一に扁平化が可能となり、また、フィルム巻取り時は巻芯を円柱形状とすることができるのでコンデンサの特性のバラツキを抑え、かつ巻取速度を上げることができ、生産工数を削減することができる。

なお、本実施の形態において、巻芯部の材質をＰＥＴとしたが、ＰＰとしてもよく、ＰＰにすることにより、金属層６形成後の１２０℃の真空中での熱処理の際に、扁平化した巻芯部間の接着強度を上げ、さらにバラツキを抑え、特性の向上を図ることが可能となる。

また、特に、従来からの方法によると巻芯径を２０ｍｍ以上とした場合、不具合が発生し、巻芯径を大きくして扁平率を大きくしたい場合に信頼性の高いコンデンサを得ることは困難であったが、本実施の形態により、巻芯径が２０ｍｍ以上の扁平率の高い扁平形状のコンデンサを得るのに有効である。

さらに、巻芯として、先巻フィルムを用いて、ヒートシール等の接着により、溶着させた後に、折り曲げ部を形成させることによる構成も可能である。

本発明のフィルムコンデンサは、小型で薄型形状を達成でき、また、生産工数も削減することができ、小型で薄型形状の要求が強い電源回路などに有用である。

（ａ）本発明のフィルムコンデンサの実施の形態１における断面で示す側面図（ｂ）本発明のフィルムコンデンサの実施の形態１におけるコンデンサのリード線引き出し側から見た平面図折り曲げ部を有する巻芯の実施例を示す図フィルムコンデンサの抑えローラの配置図（ａ）正常な扁平化したコンデンサ素子を示す図（ｂ）扁平化したコンデンサ素子の不具合を示す第１の例を示す図（ｃ）扁平化したコンデンサ素子の不具合を示す第２の例を示す図（ｄ）扁平化したコンデンサ素子の不具合を示す第３の例を示す図折り曲げ部を有する巻芯の第２の実施例を示す図折り曲げ部を有する巻芯の第３の実施例を示す図折り曲げ部を有する巻芯の第４の実施例を示す図（ａ）従来のフィルムコンデンサの実施の形態１における断面で示す側面図（ｂ）従来のフィルムコンデンサの実施の形態１におけるコンデンサのリード線引き出し側から見た平面図従来のフィルムコンデンサの抑えローラの配置図従来のフィルムコンデンサの扁平巻芯での巻取状況図

符号の説明

１巻芯部
２、１２、１３、１４折り曲げ部
３金属化フィルム

Claims

円筒状の巻芯部を巻回中心として金属化フィルムを巻回し、巻回した金属化フィルムの外側面から内側へ圧力をかけて偏平化してなる金属フィルムコンデンサであって、前記巻芯部は、径方向の両側端部に、フィルム幅方向に亘って折り曲げ部を有し、偏平化したときに前記折り曲げ部が折れ曲がるようにした金属化フィルムコンデンサ。
巻芯部は、円筒の径方向の両側端部に、内側に凹ませた折り曲げ部を有する請求項１記載の金属化フィルムコンデンサ。
巻芯部は、円筒の径方向の両側端部に、肉厚を薄くした折り曲げ部を有する請求項１記載の金属化フィルムコンデンサ。
巻芯部は、円筒の径方向の両側端部に、破断した折り曲げ部を有する請求項１記載の金属化フィルムコンデンサ。
巻芯部は、２つの半円の円筒状のものを突き合わせて円筒状とし、円筒の径方向の両側端部の突合せ面を折り曲げ部とした請求項１記載の金属化フィルムコンデンサ。
巻芯部は、材質をポリエチレンテレフタレートとした請求項１から５のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
巻芯部は、材質をポリプロピレンとした請求項１から５のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。