JP4803749B2 - 金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、金属化フィルムを巻回してなる金属化フィルムコンデンサに関し、特に、インダクタンスの低減を図った金属化フィルムコンデンサに関する。

従来の金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムの少なくとも片面にアルミニウム等の金属を蒸着させて蒸着電極を形成し、このフィルムを巻回して形成した巻回体の端面にメタリコン部を形成してコンデンサ素子を作製し、これをケースに複数個収納して各コンデンサ素子のメタリコン部をリード線または結線板で相互に接続した後、該ケースに樹脂を充填、硬化させて作製されている。

このような金属化フィルムコンデンサのうち高周波回路に適用されるものには、低インダクタンス化が強く求められている。
そこで、例えば、図４に示す特許文献１に記載された金属化フィルムコンデンサユニット３０では、コンデンサ素子３３の端面に形成された一方のメタリコン部３１ａに接続される結線板３２ａを引き伸ばして、この結線板３２ａと、他方のメタリコン部３１ｂに接続される結線板３２ｂとを近接して平行に配置した構成とし、インダクタンスの低減を図っている（図４参照）。

特開２０００−２７７３７８号公報

しかしながら、図４に示す従来の金属化フィルムコンデンサユニット３０では、結線板を近接して平行に配置した構成とするために一方の結線板３２ａを長く引き伸ばす必要があり、構造が複雑であった。
また、長く引き伸ばした結線板３２ａと他の部材がショートするのを防ぐために、多くの絶縁体または絶縁スペースを設ける必要があり、コンデンサの小形化、軽量化には限界があった。

上記の問題に鑑みて、本発明は、簡易な構造でインダクタンスを低減することができ、さらに、小形化、軽量化をも実現することができる金属化フィルムコンデンサを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る金属化フィルムコンデンサは、ケースと、金属化フィルムを巻回して形成され該ケース内に収納される複数のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納したケースに充填される樹脂または絶縁油とからなる金属化フィルムコンデンサであって、１）巻芯部を中心に巻回され、第１端面およびこれに対向した第２端面を有するコンデンサ素子と、２）前記コンデンサ素子の第１端面に形成された第１メタリコン部と、３）前記コンデンサ素子の第２端面に形成された第２メタリコン部と、４）前記コンデンサ素子の巻芯部を貫通し、前記第１メタリコン部に一端が接続される電極部材と、５）複数の前記電極部材の他端を相互に接続する第１結線板と、６）前記第１結線板と前記第２メタリコン部の間に配置され、複数の前記第２メタリコン部を相互に接続する第２結線板と、７）前記第１結線板と前記第２結線板の間に挟まれ、前記第１結線板と前記第２結線板とを絶縁する絶縁材とを備えている。

好ましい前記電極部材はパイプ状の錫メッキ銅であり、その一端および他端に鍔が形成されている。

さらに好ましくは、前記電極部材の外表面のうち、前記第２メタリコン部および前記第２結線板と対向する部分に設けた絶縁シートによって、前記第２メタリコン部および前記第２結線板と前記電極部材とが絶縁されている。

本発明によれば、簡易な構造でインダクタンスを低減することができ、さらに、小形、軽量化をも実現することができる金属化フィルムコンデンサを提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図１〜３を用いて説明する。図１は、本発明に係る金属化フィルムコンデンサユニットの正面図（ａ）、および断面図（ｂ）である。図２、３は、本発明に係る金属化フィルムコンデンサで使用する部材の一例を示す図であって、図２（ａ）は金属化ポリプロピレンフィルム（以下、金属化フィルム）、図２（ｂ）はコンデンサ素子、図３（ａ）は電極部材、図３（ｂ）（ｃ）は結線板である。

［実施例］
まず、図２を参照して、実施例で使用したコンデンサ素子について説明する。図２（ａ）において、１ａは実施例に係る７μｍ厚の金属化フィルムで、２ａは金属化フィルム１ａの片面にアルミニウムを蒸着した蒸着電極領域、３ａは電極を形成しないマージン部である。蒸着電極領域２ａは、複数の蒸着電極４ａに分割されており、これらはヒューズ部５ａを介して並列に接続されている。

図２（ｂ）に示すコンデンサ素子６は、ポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレン等からなる絶縁フィルムにて巻芯部８を形成した後、図２（ａ）に示す金属化フィルム１ａ、およびこれと上下反対に電極を蒸着させた金属化フィルム１ｂを重ねて巻芯部８を中心に巻回し、その両端面（第１、第２端面）に第１メタリコン部７ａおよび第２メタリコン部７ｂを形成したものである。金属化フィルム１ａ、１ｂには、それぞれマージン部３ａ、３ｂが設けられているため、第１メタリコン部７ａは蒸着電極領域２ａのみに接続され、第２メタリコン部７ｂは蒸着電極領域２ｂのみに接続される。

次に、図３を参照して、実施例で使用した電極部材および結線板について説明する。図３（ａ）に示す電極部材９は錫メッキ銅からなるパイプ状の部材であり、その直径φ１はコンデンサ素子６の巻芯部８の内径にほぼ等しくなっている。電極部材９の一端には、直径がφ２の鍔１０が形成されている。電極部材９の他端に取り付けられる鍔１１については、後述する。

また、電極部材９の他端には、ポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレン等からなる絶縁シート１４が巻回されている。絶縁シート１４は、電極部材９の直径φ１に対して無視できる程度に薄い部材である。

図３（ｂ）は、コンデンサ素子６の第１メタリコン部７ａを相互に接続するための第１結線板１２ａであり、直径がφ３である４個の穴が形成されている。φ３は、電極部材９の直径φ１よりも僅かに大きく、かつ鍔１０の直径φ２よりも小さい。図３（ｃ）は、コンデンサ素子６の第２メタリコン部７ｂを相互に接続する第２結線板１２ｂであり、直径がφ４である半円状の切り欠きが形成されている。φ４は、電極部材９の直径φ１よりも大きい。なお、第１、２結線板１２ａ、１２ｂは、いずれも錫メッキ銅からなり、４個の穴または切り欠きが形成されているので、４個のコンデンサ素子を備えた金属化フィルムコンデンサに適用可能である。

続いて、上記コンデンサ素子６、電極部材９、第１および第２結線板１２ａ、１２ｂを使用して、実施例に係る金属化フィルムコンデンサユニットの組み立てを行う。図１（ａ）に示すように、実施例では、４個のコンデンサ素子６および電極部材９を使用する。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す金属化フィルムコンデンサユニット２０を線Ｘ−Ｘで切断した断面図である。金属化フィルムコンデンサユニット２０の組み立ては、まず、絶縁フィルム（図示せず）で覆われた巻芯部８に、まだ鍔１１が形成されていない電極部材９を貫通させ、第１メタリコン部７ａと電極部材９の鍔１０とをはんだ付けで接続する。
次に、第２メタリコン部７ｂ側に第２結線板１２ｂを取り付けて複数の第２メタリコン部７ｂを相互に接続し、順次、ポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレン等からなる絶縁材１３、第１結線板１２ａを取り付ける。このとき、第２結線板１２ｂに形成されている穴の直径（＝φ４）は、電極部材９の直径（＝φ１）よりも大きく、さらに電極部材９には絶縁シート１４が巻回されているため、第２結線板１２ｂおよび第２メタリコン部７ｂと電極部材９とが接触することはない。

その後、電極部材９に鍔１０とほぼ同形状の鍔１１を取り付けてはんだ付けし、この鍔１１と第１配線板１２ａとをはんだ付けして接続する。
以上のようにして、金属化フィルムコンデンサユニット２０を組み立てた後に、これをケースに収納し、エポキシ樹脂を充填、硬化して実施例に係る金属化フィルムコンデンサを作製した。

すなわち、本発明に係る金属化フィルムコンデンサでは、各コンデンサ素子６の第２メタリコン部７ｂが第２結線板１２ｂで相互に接続されると共に、第１メタリコン部７ａが各コンデンサ素子６を貫通する電極部材９によって第２メタリコン部７ｂ側に引き出され、第１結線板１２ａで相互に接続される。また、第１結線板１２ａと第２結線板１２ｂは、絶縁材１３を介して、近接して平行に配置される。

（比較例）
比較例として、図４に示す従来構造の金属化フィルムコンデンサを作製した。このコンデンサを構成する金属化フィルムコンデンサユニット３０は、４つのコンデンサ素子３３、およびこれに形成されたメタリコン部３１ａを相互に接続する結線板３２ａ、メタリコン部３１ｂを相互に接続する結線板３２ｂからなる。コンデンサ素子３３は、実施例で使用したコンデンサ素子６（図２参照）と同じ構造である。また、結線板３２ａ、３２ｂは、実施例と同様に、錫メッキ銅からなる。

上記金属化フィルムコンデンサユニット３０をケースに収納し、エポキシ樹脂を充填、硬化して比較例に係る金属化フィルムコンデンサを作製した。

［性能比較試験］
実施例、比較例に係る、定格電圧２０００Ｖ、静電容量１０００μＦの金属化フィルムコンデンサを各５台作製して、インダクタンス、体積および質量の測定を行った。その結果を表１に示す。なお、インダクタンスは、“日本電機工業会規格「電力用半導体変換装置用コンデンサ」（ＪＥＭ１４１９：２０００年）附属書３（規定）共振周波数測定方法（例）”に基づいて測定した。

表１に示す結果から明らかなように、比較例に係る金属化フィルムコンデンサに対して、これと同容量の実施例に係る金属化フィルムコンデンサでは、インダクタンスが約４０％低減された。これは、例えば、第２メタリコン部７ｂ側から印加された電流がコンデンサ素子６内を通って第１メタリコン部７ａ側に流れる際に、鍔１０側から鍔１１側に向けて電極部材９内を同じ量の電流が反対方向に流れることによって、インダクタンスがキャンセルされるためである。

さらに、実施例に係る金属化フィルムコンデンサでは、比較例に係る金属化フィルムコンデンサに対して、約２５％の小形化、約２５％の軽量化が実現できた。これは、長く引き伸ばされた結線板、並びにこれを絶縁するための多くの絶縁体および絶縁スペースが不要となったためである。

以上、本発明の具体的な構成について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではない。

例えば、実施例では、図３（ａ）に示すパイプ状の電極部材９を使用したが、これに替えて棒状（中空になっていない）の電極部材を使用してもよい。また、図３（ｂ）（ｃ）に示す第１、第２結線板１２ａ、１２ｂは他の形状でもよく、もちろん、第１結線板１２ａと第２結線板１２ｂを同形状にすることもできる。ただし、これらの形状を変更する場合は、第１結線板１２ａの穴径φ３と鍔１１の直径φ２、および第２結線板１２ｂの切り欠きの直径φ４と電極部材９の直径φ１の関係が、上述した大小関係を保つように作製することはいうまでもない。

また、実施例では、第１結線板１２ａと第２結線板１２ｂとの間に絶縁材１３を配置することによってこれらの絶縁を行ったが、絶縁材１３に替えて他の絶縁部材を配置してもよい。また、絶縁シート１４は、絶縁性フィルムを巻回して形成したが、絶縁樹脂を塗布して形成してもよい。

さらに、ケースに充填する樹脂をウレタン樹脂等に置き換えてもよく、また、樹脂に替えて絶縁油を使用してもよい。

また、本発明には、実施例で使用したコンデンサ素子以外の種々のコンデンサ素子が適用可能である。例えば、図２（ａ）に示す金属化フィルム１ａの両面に蒸着電極領域２ａを形成してもよく、また、マージン部３ａを除いた蒸着電極領域２ａ全体をひとつの大きな蒸着電極４ａとしてもよい。この場合、ヒューズ部５ａは形成しない。また、図２（ｂ）に示すコンデンサ素子６を、蒸着電極４ａの形状が異なる２種類の金属化フィルム１ａを巻回して形成してもよい。

さらに、ケースに収納されるコンデンサ素子６は４個構成としたが、４個に限定されるものではなく、１個、２個またはそれ以上でもあってもよく、その場合の結線板１２ａ、１２ｂはそれぞれの個数に対応する形状に適宜変更することはいうまでもない。

また、実施例で、電極部材９の他端に鍔１０と同形状の鍔１１を取り付けることによって電極部材９と結線板１２ａを接続したが、電極部材９の鍔１１に相当する部分を短冊状としておき、結線板１２ａを取り付け後にこの短冊状の部分を外側に折り曲げることによって、電極部材９と結線板１２ａとを接続してもよい。

本発明に係る金属化フィルムコンデンサは、産業機器やハイブリッド自動車のモータ等を駆動するインバータ回路のフィルタ用コンデンサ、またはエネルギー蓄積用コンデンサとして幅広く利用可能である。

本発明に係る金属化フィルムコンデンサユニットを示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は線Ｘ−Ｘにおける断面図である。 本発明に係る金属化フィルムコンデンサに適用される部材の一例であって、（ａ）は金属化フィルムの平面図、（ｂ）はコンデンサ素子の斜視図である。 本発明に係る金属化フィルムコンデンサに適用される部材の一例であって、（ａ）は電極部材の斜視図、（ｂ）（ｃ）は結線板の平面図である。 従来の金属化フィルムコンデンサユニットの側面図である。

符号の説明

１ａ、ｂ 金属化フィルム
２ａ、ｂ 蒸着電極領域
３ａ、ｂ マージン部
４ａ、ｂ 蒸着電極
５ａ、ｂ ヒューズ部
６ コンデンサ素子
７ａ 第１メタリコン部
７ｂ 第２メタリコン部
８ 巻芯部
９ 電極部材
１０、１１ 鍔
１２ａ 第１結線板
１２ｂ 第２結線板
１３ 絶縁材
１４ 絶縁シート（電極部材−第２メタリコン部間）
２０ 金属化フィルムコンデンサユニット

Claims (4)

1. ケースと、金属化フィルムを巻回して形成され該ケース内に収納される複数のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を収納したケースに充填される樹脂または絶縁油とからなる金属化フィルムコンデンサであって、
   巻芯部を中心に巻回され、第１端面およびこれに対向した第２端面を有するコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の第１端面に形成された第１メタリコン部と、
   前記コンデンサ素子の第２端面に形成された第２メタリコン部と、
   前記コンデンサ素子の巻芯部を貫通し、前記第１メタリコン部に一端が接続される電極部材と、
   複数の前記電極部材の他端を相互に接続する第１結線板と、
   前記第１結線板と前記第２メタリコン部の間に配置され、複数の前記第２メタリコン部を相互に接続する第２結線板と、
   前記第１結線板と前記第２結線板の間に挟まれ、前記第１結線板と前記第２結線板とを絶縁する絶縁材と、
   を備えたことを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
2. 前記電極部材は、パイプ状の錫メッキ銅であることを特徴とする請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
3. 前記電極部材の一端および他端に、鍔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
4. 前記電極部材の外表面のうち、前記第２メタリコン部および前記第２結線板と対向する部分に設けた絶縁シートによって、前記第２メタリコン部および前記第２結線板と前記電極部材とが絶縁されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属フィルムコンデンサ。

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