(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024124942
(43)【公開日】2024-09-13
(54)【発明の名称】フィルムコンデンサの製造方法、及びフィルムコンデンサ
(51)【国際特許分類】
H01G 4/32 20060101AFI20240906BHJP
【FI】
H01G4/32 574
H01G4/32 571
H01G4/32 511L
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023032937
(22)【出願日】2023-03-03
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックIPマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002527
【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小野 智貴
(72)【発明者】
【氏名】森田 秀幸
(72)【発明者】
【氏名】斯波 将希
【テーマコード(参考)】
5E082
【Fターム(参考)】
5E082AB05
5E082BC38
5E082EE07
5E082EE23
5E082EE37
5E082FF05
5E082FG06
5E082FG34
5E082GG27
5E082LL04
5E082MM27
5E082PP06
(57)【要約】
【課題】熱収縮に伴うフィルム間のギャップを生じにくくするフィルムコンデンサの製造方法を提供する。
【解決手段】フィルムコンデンサの製造方法は、金属化フィルム形成工程と、素子本体形成工程と、加圧工程と、端面電極形成工程と、エージング工程と、を含む。エージング工程では、端面電極形成工程の後に、素子本体100を加熱する。エージング工程における加熱温度での加熱後の金属化フィルム10の熱収縮率は、エージング工程における加熱温度での加熱後の先巻きフィルム4の熱収縮率以上である。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体フィルムの表面に電極を形成することにより金属化フィルムを形成する金属化フィルム形成工程と、
軸の周囲に先巻きフィルムを巻回した後に、前記先巻きフィルムの外側に、前記金属化フィルムを巻回することで素子本体を形成する素子本体形成工程と、
前記素子本体を前記軸の長手方向に対して垂直方向に加圧する加圧工程と、
前記加圧工程の後に、前記素子本体の端面に端面電極を形成する端面電極形成工程と、
前記端面電極形成工程の後に、前記素子本体を加熱するエージング工程と、を含み、
前記エージング工程における加熱温度での加熱後の前記金属化フィルムの熱収縮率は、前記エージング工程における加熱温度での加熱後の前記先巻きフィルムの熱収縮率以上である、
フィルムコンデンサの製造方法。
【請求項2】
前記誘電体フィルムは、シンジオタクチックポリスチレンを含む、
請求項1に記載のフィルムコンデンサの製造方法。
【請求項3】
前記エージング工程における加熱温度は、100℃以上150℃以下である、
請求項1又は2に記載のフィルムコンデンサの製造方法。
【請求項4】
前記エージング工程における150℃での加熱後の前記金属化フィルムの熱収縮率は、150℃での加熱後の前記先巻きフィルムの熱収縮率以上である、
請求項1又は2に記載のフィルムコンデンサの製造方法。
【請求項5】
前記エージング工程における加熱温度は、100℃以上150℃以下であり、
前記エージング工程における150℃での加熱後の前記金属化フィルムの熱収縮率は、150℃での加熱後の前記先巻きフィルムの熱収縮率以上である、
請求項2に記載のフィルムコンデンサの製造方法。
【請求項6】
先巻きフィルムを巻回してなる巻芯と、
前記巻芯の周りに巻回され、かつ誘電体フィルムと前記誘電体フィルムの表面に形成された電極とを備える金属化フィルムと、
巻回された前記金属化フィルムの軸方向の両端部に形成された端面電極と、を備え、
前記金属化フィルムの150℃での熱収縮率は、前記先巻きフィルムの150℃での熱収縮率以上である、
フィルムコンデンサ。
【請求項7】
前記誘電体フィルムは、シンジオタクチックポリスチレンを含む、
請求項6に記載のフィルムコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般にフィルムコンデンサの製造方法、及びフィルムコンデンサに関し、より詳細には誘電体フィルムを備えるフィルムコンデンサの製造方法、及びフィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献1には、誘電体フィルムを対向させその誘電体フィルム重なり部分どうし間に金属薄膜付電極を介在させた状態で巻回された金属フィルム巻回体と、この金属化フィルム巻回体の外周部に巻回され熱溶着によって固定された外装フィルムと、前記金属化フィルム巻回体の軸方向両端面においてフィルム重なり部分同士間の金属薄膜電極に接続される状態で形成された電極引き出し部とを有するコンデンサ素子が開示されている。このコンデンサ素子において、誘電体フィルムの150℃熱収縮率を1.5~2.5%、外装フィルムの150℃熱収縮率を0.5~2.0%、かつ外装フィルムの150℃熱収縮率を誘電体フィルムの150℃熱収縮率よりも小さくすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献1のコンデンサ素子では、外装工程で熱溶着によって固定される外装フィルムと誘電体フィルムとの、150℃における熱収縮率との関係が記載されているが、外装フィルムと誘電体フィルムとの関係だけでは、フィルムコンデンサにおける熱収縮に伴うフィルム間に与える影響について十分改善されているとはいえなかった。
【0005】
本開示の目的は、熱収縮に伴うフィルム間のギャップを生じにくくしうるフィルムコンデンサの製造方法、及びフィルムコンデンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様に係るフィルムコンデンサの製造方法は、金属化フィルム形成工程と、素子本体形成工程と、加圧工程と、端面電極形成工程と、エージング工程と、を含む。前記金属化フィルム形成工程では、誘電体フィルムの表面に電極を形成することにより金属化フィルムを形成する。前記素子本体形成工程では、軸の周囲に先巻きフィルムを巻回した後に、前記先巻きフィルムの外側に、前記金属化フィルムを巻回することで素子本体を形成する。前記加圧工程では、前記素子本体を前記軸の長手方向に対して垂直方向に加圧する。前記端面電極形成工程では、前記加圧工程の後に、前記素子本体の端面に端面電極を形成する。前記エージング工程では、前記端面電極形成工程の後に、前記素子本体を加熱する。前記エージング工程における加熱温度での加熱後の前記金属化フィルムの熱収縮率は、前記エージング工程における加熱温度での加熱後の前記先巻きフィルムの熱収縮率以上である。
【0007】
本開示の一態様に係るフィルムコンデンサは、巻芯と、金属化フィルムと、端面電極と、を備える。巻芯は、先巻きフィルムを巻回してなる。前記金属化フィルムは、前記巻芯の周りに巻回されており、かつ誘電体フィルムと前記誘電体フィルムの表面に形成された電極とを備える。前記端面電極は、巻回された前記金属化フィルムの軸方向の両端部に形成されている。前記金属化フィルムの150℃での熱収縮率は、前記先巻きフィルムの150℃での熱収縮率以上である。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、熱収縮に伴うフィルム間のギャップを生じにくいフィルムコンデンサが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】
図1Aは、本開示の一実施形態に係るフィルムコンデンサの一例を示す概略の斜視図である。
図1Bは、扁平円柱状の素子本体の一例を示す概略の断面図である。
【
図2】
図2Aは、同上の実施形態のフィルムコンデンサにおける素子本体を作製する工程の一例を示す概略の斜視図である。
図2Bは、円柱状の素子本体の一例を示す概略の斜視図である。
【
図3】
図3は、本開示の一実施形態に係るフィルムコンデンサの製造方法における各工程のフローの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
1.概要
発明者らは、フィルムコンデンサの耐電圧を向上させるためにフィルムコンデンサに対して熱が加わった際のフィルムコンデンサに内在する材料の熱収縮率に着目した。発明者らの独自の調査によれば、特許文献1に記載のフィルムコンデンサでは、内在する材料、特に先巻きフィルムについては熱収縮率が考慮されておらず、先巻きフィルムが介在することにより、フィルムコンデンサが加熱され温度が上昇した場合の熱収縮率に影響を与えうること、及びフィルム間に過剰なエアーギャップが生じうることを見出した。
【0011】
そして、発明者らは、鋭意研究の結果、熱収縮に伴うフィルム間にギャップが生じにくいフィルムコンデンサ、及びその製造方法を開発するに至った。
【0012】
本実施の一形態に係るフィルムコンデンサの製造方法は、金属化フィルム形成工程と、素子本体形成工程と、加圧工程と、端面電極形成工程と、エージング工程と、を含む。金属化フィルム形成工程では、誘電体フィルム2の表面に電極3を形成することにより金属化フィルム10を形成する。素子本体形成工程では、軸Cの周囲に先巻きフィルム4を巻回した後に、先巻きフィルム4の外側に、金属化フィルム10を巻回することで素子本体100を形成する。加圧工程では、素子本体100を軸Cの長手方向に対して垂直方向に加圧する。端面電極形成工程では、加圧工程の後に、素子本体110の端面に端面電極30を形成する。エージング工程では、端面電極形成工程の後に、素子本体110を加熱する。エージング工程における加熱温度での加熱後の金属化フィルム10の熱収縮率は、エージング工程における加熱温度での加熱後の先巻きフィルム4の熱収縮率以上である。
【0013】
フィルムコンデンサを作製するにあたって、先巻きフィルム4と、金属化フィルム10と、を備える素子本体100を形成してから、加圧工程において素子本体100が軸Cの長手方向に対して垂直方向に加圧されることで、加圧された方向に対して素子本体110における先巻きフィルム4及び金属化フィルム10が圧縮されうる。通常、加圧した後、この状態で、素子本体110に対して加熱等のエージング工程を行うと、圧縮された先巻きフィルム4と金属化フィルム10とに過剰なエアーギャップが生じやすくなる。これに対し、本実施形態では、フィルムコンデンサ1に内在する先巻きフィルム4と金属化フィルム10とにおいて、加圧された素子本体110に対してエージング工程を行うにあたり、エージング工程における加熱温度により、加熱した場合の、金属化フィルム10の熱収縮率が先巻きフィルム4の熱収縮率と同じかそれ以上であることにより、フィルムコンデンサ1におけるフィルム間のギャップを生じにくくすることができる。これは、フィルムコンデンサ1においてより内側にある先巻きフィルム4の熱収縮が、その外側にある金属化フィルム10の熱収縮によって押さえられやすくなるためである、と考えられる。これにより、フィルムコンデンサ1の耐電圧の低下を生じにくくすることができる。
【0014】
また、本実施の一形態に係るフィルムコンデンサ1は、巻芯40と、金属化フィルム10と、端面電極30と、を備える。巻芯40は、先巻きフィルム4を巻回してなる。金属化フィルム10は、巻芯40の周りに巻回されており、かつ誘電体フィルム2と誘電体フィルム2の表面に形成された電極3とを備える。端面電極30は、巻回された金属化フィルム10の軸C方向の両端部に形成されている。そして、本実施形態に係るフィルムコンデンサ1は、金属化フィルム10の150℃での熱収縮率が、先巻きフィルム4の150℃での熱収縮率以上である。これにより、熱収縮に伴うフィルム間のギャップを生じにくくすることができ、その結果、フィルムコンデンサ1の耐電圧の低下を生じにくくすることができる。
【0015】
特に、本実施形態のフィルムコンデンサ1では、使用時に加熱されることにより温度が上がったり、熱履歴があったりしても、フィルム間の熱収縮に伴うギャップを生じにくくすることができるため、良好な耐電圧を維持しやすい。
【0016】
2.詳細
以下、図面を参照して本実施形態に係るフィルムコンデンサ1、及びフィルムコンデンサ1の製造方法について詳細に説明する。なお、各図は模式的な図であり、各図における各構成要素の大きさ、及び厚さのそれぞれの比は必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
図2Aにおける各方向を示す矢印は、フィルムコンデンサ1の使用時の方向を規定する趣旨ではなく、説明を理解しやすくするために表記しているに過ぎず、実体を伴わない。第1方向D1、第2方向D2及び第3方向D3は相互に直交している。第1方向D1は、誘電体フィルム2の短手方向(幅方向)である。第2方向D2は、誘電体フィルム2の長手方向である。第3方向D3は、誘電体フィルム2の厚さ方向である。第3方向D3に沿って視ることを平面視という。
【0017】
まず、本実施の一形態に係るフィルムコンデンサの好ましい態様について、説明する。
【0018】
[フィルムコンデンサ]
図1Aは、フィルムコンデンサ1の一例を示す。フィルムコンデンサ1は、例えば扁平円柱状をなしている。本実施形態のフィルムコンデンサ1は、巻回型のフィルムコンデンサである。フィルムコンデンサ1は、素子本体100(110)と、端面電極30と、を備える。素子本体100(110)は、巻芯40として先巻きフィルム4と、金属化フィルム10、とを備える。言い換えれば、フィルムコンデンサ1は、巻芯40と、金属化フィルム10と、端面電極30と、を備える。金属化フィルム10は、誘電体フィルム2と、電極3と、を備えている。端面電極30は、巻回された金属化フィルム10の軸C方向の両端部に形成されている。また、金属化フィルム10は第1金属化フィルム11及び第2金属化フィルム12を含む。電極3は第1電極31及び第2電極32を含む。誘電体フィルム2は、第1誘電体フィルム21及び第2誘電体フィルム22を含む。端面電極30は、第1端面電極301及び第2端面電極302を含む。
【0019】
フィルムコンデンサ1において、第1電極31及び第2電極32は、誘電体フィルム2を介して対向している。フィルムコンデンサ1の両端には一対となる端面電極30(第1端面電極301及び第2端面電極302)が存在する。第1端面電極301は、第1電極31に接続されている。一方、第2端面電極302は、第2電極32に接続されている。そして、第1端面電極301及び第2端面電極302間に電圧を印加することにより、フィルムコンデンサ1を充電することができる。
【0020】
フィルムコンデンサ1の寸法は、特に制限されず、適宜の寸法に調整すればよい。
【0021】
<素子本体>
本実施形態では、素子本体100(110)は、上述のとおり、先巻きフィルム4と、金属化フィルム10と、電極3と、を備えている。言い換えれば、素子本体100(110)は、先巻きフィルム4から形成された巻芯40と、巻芯40に巻回された誘電体フィルム2及び電極3と、を備える。
【0022】
なお、素子本体100(110)は、加圧前の略円柱形状を有する円柱状巻回体100(
図2B参照)であってもよいし、加圧後の扁平円柱状を有する扁平状巻回体110(
図1B参照)であってもよい。すなわち、素子本体100(110)は、円柱状巻回体100及び扁平状巻回体110を含む。
【0023】
素子本体100(110)を作製する方法については、『素子本体形成工程』にて詳述する。
【0024】
<巻芯>
巻芯40は、軸Cに対して先巻きフィルム4を巻回することで形成されている。すなわち、先巻きフィルム4がフィルムコンデンサ1における芯材となりうる。巻芯40は、先巻きフィルム4を巻回してなる、といえる。軸Cは、例えば金属製の略円柱状の長尺物である巻回軸芯60の中心を通る線と一致する。
【0025】
本実施形態のフィルムコンデンサ1の素子本体100(110)では、先巻きフィルム4を巻芯40として、巻芯40に対して金属化フィルム10が多重に巻回されている。
【0026】
フィルムコンデンサ1における巻芯40の厚みは、特に制限されないが、例えば10.0μm以上600.0μm以下である。なお、前記の巻芯40の厚みは、巻回された先巻きフィルム4が加圧された状態での厚みである。
【0027】
(先巻きフィルム)
先巻きフィルム4は、巻芯40を構成する。「先巻き」とは、予め軸Cに対して巻回されていることを意味し、先巻きフィルム4は、金属化フィルム10が巻回されるよりも先に巻回軸芯60に巻回されているものである。先巻きフィルム4は、巻回された状態で巻回軸芯60が抜かれると、中空41を有することとなる(
図2B参照)。また、巻回軸芯60が抜かれると、巻回軸芯60の第1方向D1において中心を通る中心線と一致する、第1方向において先巻きフィルム4の中心を通る軸Cがある。フィルムコンデンサ1においては、加圧工程において、素子本体100が加圧により円柱状から扁平円柱状にされるのに伴い、前記の中空41が圧縮により潰されることで空洞はほぼなくなり、先巻きフィルム4は圧縮されて扁平状又は薄板状となりうる(
図1B参照)。
【0028】
先巻きフィルム4は、例えばプラスチックフィルムである。プラスチックフィルムは、適宜のプラスチック系のフィルムを構成しうる熱硬化性の樹脂又は熱可塑性の樹脂の材料から作製することができ、特に制限されない。例えば、プラスチックフィルムとしては、例えばシンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリフェニルサルファイド(PSS)、及びポリスチレン(PS)からなる群から選択される少なくとも一種のポリマーを挙げることができる。プラスチックフィルムは、フィルムコンデンサ1の用途等に応じて適宜調整されうる。
【0029】
先巻きフィルム4の厚みは、例えば1.0μm以上30.0μm以下である。
【0030】
<金属化フィルム>
図2Aには、本実施形態に係る金属化フィルム10(特に第1金属化フィルム11)を示す。本実施形態の金属化フィルム10は、誘電体フィルム2と、誘電体フィルム2の表面に形成された電極3と、を備えている。フィルムコンデンサ1において金属化フィルム10は、巻芯40の周りに巻回された状態となっている。
【0031】
金属化フィルム10は、細長いフィルム状をなしている。すなわち、金属化フィルム10は、第3方向D3に厚さを有し、第1方向D1に幅を有し、第2方向D2に延びるフィルムである。
【0032】
上述のように、金属化フィルム10は、フィルムコンデンサ1の製造に利用される。金属化フィルム10は、平面視において、180°回転させることにより、第1金属化フィルム11として使用したり、第2金属化フィルム12として使用したりすることができる。すなわち、金属化フィルム10は、第1金属化フィルム11及び第2金属化フィルム12を含む。具体的には、第1金属化フィルム11は、第1誘電体フィルム21と、第1電極31とを備える。第2金属化フィルム12は、第2誘電体フィルム22と、第2電極32とを備える。
【0033】
金属化フィルム1の厚みは、特に制限されないが、例えば1.0μm以上10.0μm以下である。
【0034】
(誘電体フィルム)
誘電体フィルム2は、誘電体により構成されたフィルムである。本実施形態では、誘電体フィルム2は、第1誘電体フィルム21と、第2誘電体フィルム22と、を含む。
【0035】
図2Aでは、誘電体フィルム2は、細長いフィルム状をなす。すなわち、誘電体フィルム2は、第3方向D3に厚さを有し、第1方向D1に幅を有し、第2方向D2に延びるフィルムである。誘電体フィルム2は、第1面2aと、第2面2bとを有する(
図2A参照)。第1面2aは、第3方向D3の一方側を向く面である。第2面2bは、第1面2aと反対側の面である。すなわち、第2面2bは、第3方向D3の他方側を向く面である。
【0036】
誘電体フィルム2の厚さは、第3方向D3における第1面2aと第2面2bとの間の距離である。誘電体フィルム2の厚さは、特に限定されないが、例えば、1.0μm以上10.0μm以下である。
【0037】
誘電体としては、特に限定されないが、例えばシンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリフェニルサルファイド(PSS)、及びポリスチレン(PS)からなる群から選択される少なくとも一種のポリマーを採用できる。誘電体フィルム2は、シンジオタクチックポリスチレンを含むことが好ましい。より好ましくは、誘電体フィルム2は、シンジオタクチックポリスチレンを主成分として含む。ここでいう主成分とは、誘電体フィルム2全体(質量)に対する質量割合が50%以上となる成分をいう。シンジオタクチックポリスチレンは、耐熱性に優れるため、誘電体フィルム2がシンジオタクチックポリスチレンを含む場合、金属化フィルム10における誘電体フィルム2と先巻きフィルム4とを加熱した場合の、加熱後の金属化フィルム10の熱収縮率が加熱後の先巻きフィルム4の熱収縮率よりも小さくしやすい。すなわち、フィルムコンデンサ1は、加熱による熱収縮の影響をより受けにくい。これにより、過剰なエアーギャップがより生じにくい。誘電体フィルム2は、シンジオタクチックポリスチレンであればより好ましい。
【0038】
本実施形態における熱収縮率は、以下のようにして算出することができる。すなわち、まず、金属化フィルム10、及び先巻きフィルム4を長手方向に150mm、幅方向に15mmの寸法となるようにそれぞれ切り出す。切り出した金属化フィルム10、先巻きフィルム4に対し、長手方向においてL0[mm]間隔となるようにマーカーで幅方向に向けて線を引く。続いて、各フィルムにテンションが掛からないように長手方向両端を把持した状態でアルミ製のフレームに取付ける。フィルムが周囲の壁面に接触しないように、送風量を調節可能な高温エアー送風式の恒温槽内に配置し、恒温槽を温度150℃に設定する。150℃到達時点から30分間経過後、恒温槽から各フィルムを取り出し、15分間、常温(約25℃)の下、放冷し、フィルムに予めマーカーをした間隔の距離L[mm]を測定する。得られたLを用いて、下記式(1)に基づき、熱収縮率が算出される。なお、上述のとおり、L0は、フィルムの加熱処理前のマーカー間の距離であり、Lは、フィルムの加熱処理後のマーカー間の距離を意味する。
【0039】
熱収縮率(%)=L-L0)/L0×100 ・・・(1)
ただし、上記の測定方法は、本開示のフィルムコンデンサ1の熱収縮率を測定する方法を制限する趣旨ではなく、フィルムコンデンサ1における金属化フィルム10と先巻きフィルム4との加熱時の熱収縮率の関係を規定するためだけのものである。したがって、上記方法によって上記の金属化フィルム10と先巻きフィルム4との熱収縮率の関係を満たしているのであれば、上記以外の方法でフィルムコンデンサ1の熱収縮率を測定してもよい。
【0040】
本実施形態では、金属化フィルム10の150℃における熱収縮率は、先巻きフィルム4の150℃における熱収縮率と同じか、又はより大きければ、特に制限されないが、金属化フィルム10の150℃における熱収縮率は、例えば2.0%以上3.0%以下であることが好ましい。先巻きフィルム4の150℃における熱収縮率は、例えば0%以上1.0%以下であることが好ましい。なお、誘電体フィルム2の150℃での熱収縮率は、例えば4.0%以上5.0%以下でありうる。ここでいう誘電体フィルム2は、蒸着等の処理が施されていないフィルムである。
【0041】
(電極)
電極3は、金属化フィルム10において、導電層として機能する。電極3は、誘電体フィルム2の表面に形成されている。フィルムコンデンサ1において、電極3は、第1電極31及び第2電極32を含む。
【0042】
第1電極31は、蒸着電極、金属箔電極、及びメッキ電極のいずれでもよい。第1電極31の材質としては、特に限定されないが、例えばアルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、及びこれらの合金等の金属材料が挙げられる。第1電極31の厚さは、特に限定されないが、例えば5nm以上100nm以下である。
【0043】
第1電極31は、誘電体フィルム2(本実施形態では第1誘電体フィルム21)の第1面2aに配置されている。具体的には、
図2Aに示すように、第1電極31は、第1面2aにおいてマージン部20(第1マージン部20a)を除く箇所に配置されている。マージン部20には、第1マージン部20a、及び後述の第2マージン部20bが含まれる。なお、マージン部20とは、誘電体フィルム2が露出している部分である。第1マージン部20aは、第1方向D1の一方向(左側)の端部に存在する。第1マージン部20aは、細帯状をなす部分である。すなわち、第1マージン部20aは、第1方向D1に幅を有し、第2方向D2に延びている部分である。
【0044】
第2電極32も、第1電極31と同様に、蒸着電極、金属箔電極、及びめっき電極のいずれでもよい。第2電極32の材質及び厚さは、第1電極31の材質及び厚さと同様である。
【0045】
第2電極32は、誘電体フィルム2(本実施形態では第1誘電体フィルム21)の第2面2bに配置されている。第2電極32は、誘電体フィルム2を介して第1電極31と対向している。ここで、第2電極32は、第2誘電体フィルム22の第1面2aに配置されているとも言える。そこで、以下、特に断りが無い限り、この場合について説明する。
図2Aに示すように、第2電極32は、第1面2aにおいてマージン部20(第2マージン部20b)を除く箇所に配置されている。第2マージン部20bは、第1方向D1の他方側(右側)の端部に存在する。第2マージン部20bは、細帯状をなす部分である。すなわち、第2マージン部20bは、第1方向D1に幅を有し、第2方向D2に延びている部分である。
【0046】
金属化フィルム10の具体的な作製方法については、『金属化フィルム形成工程』にて詳述する。
【0047】
<端面電極>
端面電極30は、上述の素子本体100(110)の両端面に存在する。すなわち、フィルムコンデンサ1の両端に一対の端面電極30が存在する。本実施形態では、
図1Aに示すように、端面電極30は、第1端面電極301及び第2端面電極302を含む。第1端面電極301は、第1電極31に接続されており、一方、第2端面電極302は、第2電極32に接続されている。より具体的には、第1端面電極301は、第1電極31に接続されているが第2電極32には接続されていない。第1端面電極301と第2電極32との間に第2マージン部20bが存在するためである(
図2A参照)。第1端面電極301は、第1方向D1の他方(右側)に配置されている。一方、第2端面電極302は、第2電極32に接続されているが、第1電極31には接続されていない。第2端面電極302と第1電極31との間に第1マージン部20aが存在するためである(
図2A参照)。第2端面電極302は、第1方向D1の一方側(左側)に配置されている。そして、第1端面電極301及び第2端面電極302間に電圧を印加することにより、フィルムコンデンサ1を充電することができる。
【0048】
端面電極30の材質としては、特に限定されないが、例えば亜鉛(Zn)、スズ(Sn)、及びこれらの合金等が挙げられる。端面電極30の厚さは、特に限定されないが、例えば、0.5mm以上1.5mm以下である。端面電極30を作製する方法としては、特に限定されないが、具体的な方法は、『端面電極形成工程』にて詳述する。
【0049】
なお、フィルムコンデンサ1は、上記で説明した構成に限らず、上記構成以外の構成を備えてもよい。例えば、フィルムコンデンサ1は、素子本体110及び端面電極30を有する素子(以下、「コンデンサ素子111」ともいう。)等を収容するためのケース、樹脂をケースとコンデンサ素子111との間に充填して封止される封止部、及び外部の回路、電源等と接続するためのバスバー等を備えうる。
【0050】
ケースには、例えば素子本体110、又は端面電極30が取り付けられたコンデンサ素子111が収容される。ケースは、例えばポリフェニレンスルフィドから作製されうる。
【0051】
封止部は、例えばケースに収容された素子本体110、又はコンデンサ素子111に対し、ケースと素子本体との隙間を封止するために樹脂を充填することで作製される。封止部は、例えばエポキシ樹脂を含みうる。
【0052】
バスバーは、例えば端面電極30に接続される。バスバーは、例えば鋼板から作製されうる。
【0053】
次に、本実施形態のフィルムコンデンサ1の製造方法について説明する。
【0054】
[フィルムコンデンサの製造方法]
まず、フィルムコンデンサ1を作製するための材料を準備する。具体的には、先巻きフィルム4、金属化フィルム10、必要により適宜の材料等を準備する。
【0055】
フィルムコンデンサ1は、例えば、
図2Aに示すように、まず2枚の細長い金属化フィルム10(第1金属化フィルム11及び第2金属化フィルム12)を重ねて巻回することによって円柱状巻回体100を形成する。本実施形態では、軸Cに先巻きフィルム4を予め巻回する。そして、巻回された先巻きフィルム4に対して金属化フィルム10(第1金属化フィルム11及び第2金属化フィルム12)を重ねて巻回する。
【0056】
次に、
図2Bに示す円柱状の素子本体100の側面を加圧して扁平化すると、扁平円柱状の素子本体110が得られる(
図1B参照)。続いて、素子本体110の両底面(両端面)に金属を溶射して端面電極30(第1端面電極301及び第2端面電極302)を形成すると、フィルムコンデンサ1が得られる。
【0057】
フィルムコンデンサ1の製造方法の好ましい態様について、より具体的に説明する。
【0058】
フィルムコンデンサ1の製造方法は、上述のとおり、金属化フィルム形成工程と、素子本体形成工程と、加圧工程と、端面電極形成工程と、エージング工程と、を含む(
図3参照)。
【0059】
<金属化フィルム形成工程>
金属化フィルム形成工程では、誘電体フィルム2の表面に電極3を形成することにより金属化フィルムを形成する。
【0060】
具体的には、誘電体フィルム2に対して、例えば金属材料を蒸着、又はスパッタリングすることにより、誘電体フィルム2の表面に電極3が形成されうる。誘電体フィルム2の表面に電極を形成する方法は、前記に限られない。例えば、誘電体フィルム2の表面に、金属薄膜を重ねて、圧着することにより電極3を作製してもよい。誘電体フィルム2、及び電極3を作製するための好ましい材料は、上述したとおりである。
【0061】
こうすることで、金属化フィルム10が作製される。作製された金属化フィルム10は、長尺状であってもよいが、長尺状の金属化フィルム10をロール状に巻かれていてもよい。本実施形態では、金属化フィルム10は、ロール状に巻かれている。金属化フィルム10がロール状に巻かれていると、例えば保管、加工等がしやすく作業性に優れる。また、金属化フィルム1は、例えば適宜の加工をしやすくするために、ロール状のまま、適宜の寸法に切断されてもよい。
【0062】
<素子本体形成工程>
素子本体形成工程では、軸Cと一致する中心軸を有する巻回軸芯60の周囲に先巻きフィルム4を巻回した後に、先巻きフィルム4の外側に、金属化フィルム10を巻回することで円柱状の素子本体100を形成する(
図2A参照)。
【0063】
具体的には、金属化フィルム1を複数枚(
図2Aにおいては、第1金属化フィルム11と第2金属化フィルム12)を用意し、
図2Aに示すように、第1金属化フィルム11及び第2金属化フィルム12の各々の2つの長辺を揃えて重ねる。このとき、第1電極31と第2電極32との間に、第1誘電体フィルム21又は第2誘電体フィルム22を介在させる。さらに、第1マージン部20aが形成されている長辺と、第2マージン部20bが形成されている長辺と、を逆にする。このようにして、第1金属化フィルム11及び第2金属化フィルム12を重ねた状態で巻回軸芯60に巻きながら巻き取ることによって、円柱状の巻回体100を得ることができる。第1電極31及び第2電極32がコンデンサ内部における電極として一対の電極3を構成する。巻き取った円柱状の素子本体100は、巻回軸芯60から取り外して、保管等することが可能である。
【0064】
<加圧工程>
加圧工程では、円柱状の素子本体100を軸Cの長手方向に対して垂直方向に加圧する。
【0065】
具体的には、素子本体100の側面を、軸Cの長手方向に垂直な一つの方向に沿って、押圧することで、扁平状の巻回体である素子本体110に加工する(
図1B及び
図2B参照)。素子本体110の断面形状は、長円状をなしている。このように扁平化することで、省スペース化を図ることができる。なお、
図2Aに示すように、軸の長手方向に対して垂直方向とは、第1方向D1に対する第3方向D3に相当する。
【0066】
このようにして、扁平状の素子本体110が得られる。素子本体110の内部において、一対の電極3(第1電極31及び第2電極32)は、誘電体フィルム2(第1誘電体フィルム21又は第2誘電体フィルム22)を介して対向している。
【0067】
<端面電極形成工程>
端面電極形成工程では、上述の加圧工程を経てから、素子本体110の端面に端面電極30を形成する。
【0068】
具体的には、例えば金属溶射法(メタリコンとも呼ばれる)により、扁平状の素子本体110の両端面に、金属材料を溶射することで端面電極3(第1端面電極301及び第2端面電極302)が形成される。溶射される金属材料は特に制限されないが、例えば亜鉛(Zn)、スズ(Sn)、及びこれらの合金からなる群から選択される少なくとも一種の材料を採用しうる。溶射される金属材料は、融点の低い材料を使用することが好ましい。この場合、メタリコンによって端面電極30を形成する際に、熱による素子本体110の不良が生じにくくなる。端面電極30の材料は、例えば700℃以下の融点を有することが好ましく、450℃以下の融点を有することがより好ましい。
【0069】
これにより、第1端面電極301は、第1金属化フィルム11の第1電極31に電気的に接続される。また、第2端面電極302は、第2金属化フィルム12の第2電極32に電気的に接続される。このようにして、素子本体110と端面電極30とを備えるコンデンサ素子111が作製される。
【0070】
<エージング工程>
端面電極30が形成された素子本体110は、加熱処理が施される。すなわち、エージング工程では、素子本体110の端面に端面電極30を形成してから、素子本体110及び端面電極30を有する素子(コンデンサ素子111)を加熱する。つまり、エージング工程では、コンデンサ素子111を加熱する。
【0071】
より具体的には、コンデンサ素子111を、適宜の加熱可能な装置内に配置し、適宜の加熱条件で加熱する。加熱条件は、先巻きフィルム4及び誘電体フィルム2の種類、フィルムコンデンサ1の要求される形状、並びにフィルムコンデンサ1中に含まれうる水分を除去すること等を考慮して適宜調整されうる。加熱条件の一例を挙げると、加熱温度は、例えば80℃以上300℃以下であり、加熱時間は、例えば30分以上24時間以内である。エージング工程における加熱温度は、100℃以上150℃であることがより好ましい。ただし、加熱条件は、前記に限られない。
【0072】
本実施形態のフィルムコンデンサ1の製造方法においては、エージング工程における加熱温度での加熱後の金属化フィルム10の熱収縮率は、エージング工程における加熱温度での加熱後の先巻きフィルム4の熱収縮率以上である。このため、フィルムコンデンサ1を作製する際における加熱による、フィルム間の熱収縮に伴うエアーギャップを生じにくくできる。このため、作製されるフィルムコンデンサ1に耐電圧の低下をより生じにくくできる。
【0073】
誘電体フィルム2は、シンジオタクチックポリスチレンを含むことが好ましい。誘電体フィルム2がシンジオタクチックポリスチレンを含む場合、エージング工程における加熱温度は、100℃以上150℃以下であることが好ましい。この場合、金属化フィルム10と先巻きフィルム4との熱収縮率を調整しやすい。そして、フィルム間の熱収縮に伴うエアーギャップをより生じにくくしやすい。さらにまた、誘電体フィルム2がシンジオタクチックポリスチレンを含む場合、150℃で加熱後の金属化フィルム10の熱収縮率は、150℃で加熱後の先巻きフィルム4の熱収縮率以上であることも好ましい。この場合、フィルム間の熱収縮に伴うエアーギャップを更に生じにくくしやすい。また、作製されるフィルムコンデンサ1に耐電圧の低下を更に生じにくくできる。先巻きフィルム4及び金属化フィルム10の熱収縮率は、既に説明した方法と同様の方法により得られる。加熱温度が100℃以上150℃以下のいかなる温度においても、加熱後の金属化フィルム10の熱収縮率は、加熱後の先巻きフィルム4の熱収縮率以上であることがより好ましい。
【0074】
このようにすることで、フィルムコンデンサ1を作製しうる。そして、上記製造方法で作製されたフィルムコンデンサ1は、上述のとおり、熱収縮に伴うフィルム間の過剰なエアーギャップを生じにくい。このため、フィルムコンデンサ1の耐電圧を低下しにくくすることができる。また、フィルムコンデンサ1の使用時において、加熱されることで内在する材料、特に各フィルムに熱収縮が生じたり、熱履歴があったりしても、同様に熱収縮に伴うギャップを生じにくい。このため、フィルムコンデンサ1の耐電圧を低下しにくくすることができる。なお、上記以外の方法で加熱されたコンデンサ素子111もフィルムコンデンサ1に含まれうる。
【0075】
上記では、金属化フィルム形成工程と、素子本体形成工程と、加圧工程と、端面電極形成工程と、エージング工程と、を含むフィルムコンデンサ1の製造方法について説明したが、本開示の目的を阻害しない限りにおいて、各工程の間に、適宜の処理を施す工程が介在して(含んで)もよい。また、エージング工程を経た後に、適宜の処理を施す工程を含んでもよい。フィルムコンデンサ1を製造するにあたっては、例えば、コンデンサ素子111(フィルムコンデンサ1)を冷却する工程を含みうる。また、例えばコンデンサ素子111をケースに収容する工程を含みうる。また、例えばケースに収容したコンデンサ素子111をケースとコンデンサ素子111との間に樹脂を充填して封止部を形成する工程を含みうる。また、例えば端面電極30にバスバーを接続する工程を含みうる。ただし、適宜の処理及び工程は、前記に限られない。
【0076】
3.態様
上記実施形態から明らかなように、本開示は、下記の態様を含む。以下では、実施形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。
【0077】
第1の態様に係るフィルムコンデンサ(1)の製造方法は、金属化フィルム形成工程と、素子本体形成工程と、加圧工程と、端面電極形成工程と、エージング工程と、を含む。前記金属化フィルム形成工程では、誘電体フィルム(2)の表面に電極(3)を形成することにより金属化フィルム(10)を形成する。前記素子本体形成工程では、軸(C)の周囲に先巻きフィルム(4)を巻回した後に、前記先巻きフィルム(4)の外側に、前記金属化フィルム(10)を巻回することで素子本体(100)を形成する。前記加圧工程では、前記素子本体(100)を前記軸(C)の長手方向に対して垂直方向に加圧する。前記端面電極形成工程では、前記加圧工程の後に、前記素子本体(100)の端面に端面電極(30)を形成する。前記エージング工程では、前記端面電極形成工程の後に、前記素子本体(100)を加熱する。前記エージング工程における加熱温度での加熱後の前記金属化フィルム(10)の熱収縮率は、前記エージング工程における加熱温度での加熱後の前記先巻きフィルム(4)の熱収縮率以上である。
【0078】
この態様によれば、熱収縮に伴うフィルム(先巻きフィルム(4)と金属化フィルム(10))とのギャップを生じにくくすることができる。これにより、フィルムコンデンサ(1)の耐電圧の低下を生じにくくすることができる。
【0079】
第2の態様に係るフィルムコンデンサ(1)の製造方法は、第1の態様において、前記誘電体フィルム(2)は、シンジオタクチックポリスチレンを含む。
【0080】
この態様によれば、エージング工程における加熱温度を調整しやすい。また、フィルムコンデンサ(1)が、耐熱性に優れ、加熱による熱収縮の影響をより受けにくくできる。
【0081】
第3の態様に係るフィルムコンデンサ(1)の製造方法は、第1又は第2の態様において、前記エージング工程における加熱温度は、100℃以上150℃以下である。
【0082】
この態様によれば、熱収縮に伴うフィルム(先巻きフィルム(4)と金属化フィルム(10))とのギャップをより生じにくくすることができる。
【0083】
第4の態様に係るフィルムコンデンサ(1)の製造方法は、第1から第3のいずれか一の態様において、前記エージング工程における150℃で加熱後の前記金属化フィルム(10)の熱収縮率は、150℃で加熱後の前記先巻きフィルム(4)の熱収縮率以上である。
【0084】
この態様によれば、この態様によれば、熱収縮に伴うフィルム(先巻きフィルム(4)と金属化フィルム(10))とのギャップをより生じにくくすることができる。これにより、フィルムコンデンサ(1)の耐電圧の低下をより生じにくくすることができる。
【0085】
第5の態様のフィルムコンデンサ(1)の製造方法は、第1又は第2の態様において、前記エージング工程における加熱温度は、100℃以上150℃以下であり、前記エージング工程における50℃での加熱後の前記金属化フィルム(10)の熱収縮率は、150℃での加熱後の前記先巻きフィルム(4)の熱収縮率以上である。
【0086】
この態様によれば、熱収縮に伴うフィルム(先巻きフィルム(4)と金属化フィルム(10))とのギャップを更に生じにくくすることができる。これにより、フィルムコンデンサ(1)の耐電圧の低下を更に生じにくくすることができる。
【0087】
第6の態様に係るフィルムコンデンサ(1)は、巻芯(40)と、金属化フィルム(10)と、端面電極(30)と、を備える。前記巻芯(40)は、先巻きフィルム(4)を巻回してなる。前記金属化フィルム(10)は、前記巻芯(40)の周りに巻回され、かつ誘電体フィルム(2)と前記誘電体フィルム(2)の表面に形成された電極(3)とを備える。前記端面電極(30)は、巻回された前記金属化フィルム(10)の軸(C)方向の両端部に形成されている。前記金属化フィルム(10)の150℃での熱収縮率は、前記先巻きフィルム(4)の150℃での熱収縮率以上である。
【0088】
この態様によれば、熱収縮に伴うフィルム(先巻きフィルム(4)と金属化フィルム(10))とのギャップを生じにくくしやすい。また、フィルムコンデンサ(1)の耐電圧の低下を生じにくくしやすい。
【0089】
第7の態様に係るフィルムコンデンサ(1)は、第6の態様において、前記誘電体フィルム(2)は、シンジオタクチックポリスチレンを含む。
【0090】
この態様によれば、熱収縮に伴うフィルム(先巻きフィルム(4)と金属化フィルム(10))とのギャップをより生じにくくしやすい。また、フィルムコンデンサ(1)の耐電圧の低下をより生じにくくしやすい。
【符号の説明】
【0091】
1 フィルムコンデンサ
2 誘電体フィルム
3 電極
4 先巻きフィルム
10 金属化フィルム
30 端面電極
40 巻芯
100 素子本体(円柱状巻回体)
110 素子本体(扁平状巻回体)