JP2013162027A

JP2013162027A - 金属化フィルムコンデンサ

Info

Publication number: JP2013162027A
Application number: JP2012024123A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Saito; 孝博濟藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-08-19
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: JP5772638B2

Abstract

【課題】防水性や耐湿性に優れた金属化フィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】金属化フィルムを巻き回し、もしくは積層させてなる金属化フィルム柱体１の２つの電極取り出し面に金属溶射部２，２が形成され、金属溶射部２に外部引き出し端子３が接合され、これらがケース５内に収容されるとともにケース５内のモールド樹脂体６に埋設されてなる金属化フィルムコンデンサ１０において、外部引き出し端子３のうち、少なくとも金属溶射部２に接する箇所の外周には親水性被膜８が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻回し型もしくは積層型の金属化フィルム柱体がケース内に収容され、かつケース内のモールド樹脂体内に埋設されてなる金属化フィルムコンデンサに関するものである。

従来の金属化フィルムを巻き回してなる巻回し型、もしくは金属化フィルムを積層してなる積層型の金属化フィルムコンデンサは、図２で示すように、巻き回しもしくは積層してなる金属化フィルム柱体ｆの両端の２つの電極取り出し面に金属溶射部ｍ，ｍ（もしくはメタリコン、メタリコン電極）が形成され、これら２つの金属溶射部ｍ，ｍに外部引き出し端子ｂ，ｂがはんだ接合ｈされたものがケースｃ内に収容され、ケースｃ内に形成されたモールド樹脂体ｊにて封止された構造のものが一般的である。より詳細には、金属化フィルム柱体ｆの周面にポリエチレンテレフタレート（PET）などからなる防水性フィルムｂｆを数十回程度巻装して防水被膜を形成し、この外側にモールド樹脂体ｊが形成されている。なお、この一般構造の金属化フィルムコンデンサがたとえば特許文献１で開示されている。

たとえば巻回し型の金属化フィルムコンデンサにおいては、防水性と防振性の観点から上記モールド樹脂体の素材にエポキシ樹脂が一般に適用されているが、このモールド樹脂材量の材質や量によっては水分がモールド樹脂体内に透湿し、金属化フィルム（より具体的には誘電体フィルム表面に蒸着されたアルミニウム膜等）の酸化や誘電体フィルムの絶縁破壊強さの低下を引き起こし、コンデンサ素子の静電容量低下や耐電圧低下を引き起こすといった課題がある。

ここで、モールド樹脂体ｊを介して金属化フィルム柱体ｆ内に透湿する透湿経路に関し、これまでは、図２で示すように金属化フィルム柱体ｆの表面を介してその内部に透湿する透湿経路Ｘ１のみが注目され、そのための対策として防水性フィルムｂｆを数十回程度巻装して防水被膜を形成するといった措置が講じられている。

しかしながら、金属化フィルム柱体ｆ内に透湿する透湿経路には、図示する透湿経路Ｘ１の他にも防止すべき透湿経路が存在すること、より具体的には、金属溶射部ｍの電極取り出し面と外部引き出し端子ｂの界面が存在していることに本発明者等は着眼した（この界面を介した透湿経路は図２中のＸ２）。

すなわち、これまで注目されてこなかった金属溶射部ｍの電極取り出し面と外部引き出し端子ｂの界面に透湿防止措置を講じることにより、防水性や耐湿性が格段に優れた金属化フィルムコンデンサの発案に至っている。

特開２０１０−１６１６１号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、防水性や耐湿性に優れた金属化フィルムコンデンサを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による金属化フィルムコンデンサは、金属化フィルムを巻き回し、もしくは積層させてなる金属化フィルム柱体の２つの電極取り出し面に金属溶射部が形成され、金属溶射部に外部引き出し端子が接合され、これらがケース内に収容されるとともにケース内のモールド樹脂体に埋設されており、前記外部引き出し端子のうち、少なくとも前記金属溶射部に接する箇所の外周には親水性被膜が形成されているものである。

本発明の金属化フィルムコンデンサは、外部引き出し端子のうち、少なくとも金属溶射部に接する箇所の外周に親水性被膜を形成しておき、当該界面を介して金属化フィルム柱体の内部へ通じる透湿経路を遮断することにより、優れた防水性や耐湿性を有するものである。

ここで、金属化フィルム柱体は、ポリプロピレン（PP）やポリフェニレンサルファイド（PPS）などからなる誘電体フィルムの表面にアルミニウムや亜鉛などからなる金属蒸着膜が形成されてなる金属化フィルムを２枚積層して一組とし、双方の金属化フィルムが異なる端部に絶縁マージンを有することでそれぞれが固有の金属溶射部（メタリコン電極）に接触するようになっている。

巻回し型もしくは積層型の金属化フィルム柱体の両端の電極取り出し面に、亜鉛などからなる金属溶射部が形成され、この金属溶射部に外部引き出し端子の一部がはんだ付けされる。この外部引き出し端子は、棒状や板状のバスバーなどからなり、その素材としては銅やアルミニウム、ニッケル、ステンレスなどが適用される。

そして、外部引き出し端子のうち、少なくとも金属溶射部に接する箇所の外周に形成される親水性被膜は、ポリビニルアルコール（PVA）やポリアミドなどがその形成素材となる。

アルミニウムや樹脂などからなるケース内に金属化フィルム柱体が配設された姿勢で、このケース内にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂がモールドされてモールド樹脂体が形成される。このモールド樹脂体により、金属化フィルムコンデンサの防水性と防振性の双方の性能が向上する。

また、外部引き出し端子の金属溶射部に接する箇所の外周に親水性被膜が形成されていることに加えて、金属化フィルム柱体の該電極取り出し面以外の周面に防水性被膜もしくは親水性被膜が形成されているのが望ましい。金属化フィルム柱体の周面を防水性（撥水性）フィルムで被覆したり、あるいは親水性フィルムで被覆することにより、金属化フィルム柱体の周面からの透湿経路を遮断することができる。

ここで、撥水性フィルム素材としてはポリエチレンテレフタレート（PET）を挙げることができる。一方、親水性フィルムには、分子構造に極性基（水酸基やアミド基など）を有した素材が適用されるのが好ましく、ポリビニルアルコール（PVA）やポリアミドなどを形成素材として挙げることができる。なお、実際の親水性フィルムの巻き数等の設計に際しては、所望する吸水量を確定した上で、使用する親水性フィルムの素材（比重や吸水率）や厚み、一巻き当たりの面積などによってその巻き数が設計される。

上記する親水性フィルムは極性基を多く有していることから、モールド樹脂体との密着性も良好となり、双方の間での界面剥離の危険性はない。

また、親水性フィルムは吸水によって膨張するが、たとえば吸水率30％のPVAを適用した場合でもせいぜいマイクロオーダーの寸法増加に留まり、さらに、高弾性率のモールド樹脂体によって親水性フィルムはその外側から拘束されていることから、寸法安定性も良好であり、応力集中などの課題が生じることもない。

以上の説明から理解できるように、本発明の金属化フィルムコンデンサによれば、外部引き出し端子のうち、少なくとも金属溶射部に接する箇所の外周に親水性被膜が形成されていることにより、外部引き出し端子と金属溶射部の界面を介して金属化フィルム柱体内部へ通じる透湿経路に対して外部引き出し端子外周の親水性被膜で透湿を遮断する（もしくは透湿をトラップする）ことにより、防水性や耐湿性に優れた金属化フィルムコンデンサを提供することができる。

（ａ）は、本発明の金属化フィルムコンデンサの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。従来構造の金属化フィルムコンデンサを示す縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の金属化フィルムコンデンサの実施の形態を説明する。なお、図示する金属化フィルムコンデンサは、金属化フィルム柱体のうち、電極取り出し面以外の周囲に親水性被膜が巻装され、かつ、外部引き出し端子のうち、少なくとも金属溶射部と接触する箇所の外周にも親水性被膜が形成されているものであるが、これ以外にも、外部引き出し端子のうち、少なくとも金属溶射部と接触する箇所の外周にのみ親水性被膜が形成されている形態であってもよい。

（金属化フィルムコンデンサ）
図１ａは本発明の金属化フィルムコンデンサの縦断面図であり、図１ｂは図１ａのｂ−ｂ矢視図である。図示する金属化フィルムコンデンサ１０は、金属化フィルムが巻装されてなる金属化フィルム柱体１と、その両端の２つの電極取り出し面に形成された金属溶射部２，２（メタリコン電極）と、この金属溶射部２，２のそれぞれにはんだ層４，４を介して繋がれた外部引き出し端子３（バスバー）と、これらを収容するケース５と、ケース５内に形成されて金属化フィルム柱体１が埋設されるモールド樹脂体６とから大略構成されている。

金属化フィルム柱体１の具体的な構成は、金属蒸着膜が誘電体フィルムの一側面に形成されて金属化フィルムが形成され、この金属化フィルムを２枚積層して一組とし（２枚一対の金属化フィルム）、この２枚一対の金属化フィルムが巻き回されて構成されている。

ここで、一組の金属化フィルムの一方の誘電体フィルムの一側面に形成された金属蒸着膜は、その長手方向に沿う一方端が一方の金属溶射部２に密着しており、その長手方向に沿う他方端には、他方の金属溶射部２から絶縁されるべく、たとえば2mm程度の隙間領域（絶縁マージン）が設けられている。また、金属蒸着膜のうちで上記金属溶射部２に密着している端部は、電極接触を保証するために他の部位よりも厚めのいわゆるヘビーエッジとなっており、たとえば、金属蒸着膜の一般部が30nm程度である場合に、ヘビーエッジは倍の60nm程度に調整される。

ここで、誘電体フィルムは、ポリプロピレン（PP）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）などから形成でき、金属蒸着膜は、アルミニウムや亜鉛、銅などを誘電体フィルム表面に蒸着することで形成される。さらに、金属溶射部２は、金属化フィルム柱体１の電極取り出し面にアルミニウムや亜鉛などを溶射することで形成される。

金属化フィルム柱体１のうち、電極取り出し面以外の周囲にはポリビニルアルコール（PVA）からなる親水性被膜７（PVAフィルム）が所望回数巻装される。

さらに、外部引き出し端子３のうち、少なくとも金属溶射部２と接触する箇所の外周にもポリビニルアルコール（PVA）からなる親水性被膜８が形成されており、図１で示すように外部引き出し端子３と金属溶射部２の界面を介した透湿経路Ｘ２を完全に遮断（もしくは透湿トラップ）するようになっている。この親水性被膜８の膜厚は10〜100μm程度に設定できる。なお、透湿経路Ｘ２の高い遮断性を保証するべく、図示するように、親水性被膜８は金属溶射部２の上端よりも高い位置まで形成されているのが望ましく、その上端はモールド樹脂体６の内部に位置してモールド樹脂体６に完全に埋設されているのがよい。

ここで、親水性被膜７，８の吸水率が低いと当該フィルム体格の大型化に繋がることから、設計段階でこの吸水率を少なくとも5％以上に設定し、望ましくは10％以上に設定するのがよく、PVAフィルムを使用する場合には吸水率20〜200％程度を満足することができる。

また、親水性被膜７，８は吸水によって膨張するが、たとえば吸水率30％のPVAフィルムを使用した場合でもマイクロメートルオーダーの寸法変化に留まり、さらに、高弾性率のモールド樹脂体６で外周から拘束されていることから、寸法安定性は良好であり、応力集中といった課題は生じない。

たとえば金属化フィルム柱体１の周囲に形成される親水性被膜７の設計に当たり、この設計段階での親水性被膜７の必要吸水量（コンデンサの透水量）は、金属化フィルム柱体１の周面の面積と被膜の厚みの積（親水性被膜を構成する親水性フィルム一巻き当たりの体積となる）に対し、比重を乗じて親水性フィルム一巻き当たりの重量を求め、さらに親水性フィルムの吸水率を乗じて親水性フィルム一巻き当たりの吸水可能重量が求められる。さらには、これに親水性フィルムの巻き数を乗じることにより、所望吸水量に応じた数量（面積、巻き数など）の親水性被膜７の設計をおこなうことができる。外部引き出し端子３の外周に形成される親水性被膜８に関しては、対象が外部引き出し端子３に変更しただけで基本的には親水性被膜７の設計と同じ考え方でその設計がおこなわれる。

図１で示す金属化フィルムコンデンサ１０によれば、金属化フィルム柱体１の周囲を親水性被膜７で被覆することに加えて、外部引き出し端子３のうち、少なくとも金属溶射部２に接する箇所の外周にも親水性被膜８が形成されていることにより、金属化フィルム柱体１の周面を介してその内部へ通じる透湿経路に対しては金属化フィルム柱体１の周面の親水性被膜７で透湿を遮断し、外部引き出し端子３と金属溶射部２の界面を介して金属化フィルム柱体１の内部へ通じる透湿経路に対しては外部引き出し端子３外周の親水性被膜８で透湿を遮断する（もしくは透湿をトラップする）ことにより、防水性や耐湿性が格段に優れたものとなる。

[金属化フィルム柱体内部への透湿の有無を検証した実験とその結果]
本発明者等は、図１で示す金属化フィルム柱体に関し、外部引き出し端子の周囲に親水性被膜を形成し、この際に、親水性被膜の吸水率や膜厚等を変化させて種々の試験体を製作し、各試験体の金属化フィルム柱体内部への透湿の有無を検証する実験をおこなった。この実験において、透湿度の測定はJIS Z0208のカップ法に準拠しており、被膜の吸水率の測定はJIS K7209に準拠している。各種試験体の仕様と実験結果を以下の表１に示す。

ここで、経路Ｘ２とは、外部引き出し端子と金属溶射部の界面を介した金属化フィルム柱体内部への透湿経路のことである。
また、被膜重量は比重1.25で算出している。

表１より、吸水率20%、200%を有するPVA素材の親水性被膜を有することで、外部引き出し端子と金属溶射部の界面を介した金属化フィルム柱体内部への透湿が完全に遮断されることが実証されている。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…金属化フィルム柱体、２…金属溶射部（メタリコン電極）、３…外部引き出し端子（バスバー）、４…はんだ層、５…ケース、６…モールド樹脂体、７…親水性被膜（PVAフィルム）、８…親水性被膜（PVAフィルム）、１０…金属化フィルムコンデンサ

Claims

金属化フィルムを巻き回し、もしくは積層させてなる金属化フィルム柱体の２つの電極取り出し面に金属溶射部が形成され、金属溶射部に外部引き出し端子が接合され、これらがケース内に収容されるとともにケース内のモールド樹脂体に埋設されており、
前記外部引き出し端子のうち、少なくとも前記金属溶射部に接する箇所の外周には親水性被膜が形成されている金属化フィルムコンデンサ。
金属化フィルム柱体の該電極取り出し面以外の周面に防水性被膜もしくは親水性被膜が形成されている請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
前記親水性被膜がポリビニルアルコールからなる請求項１または２に記載の金属化フィルムコンデンサ。