JP3922138B2

JP3922138B2 - METALIZED FILM CAPACITOR, ITS MANUFACTURING METHOD, AND INVERTER DEVICE USING METALIZED FILM CAPACITOR

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Publication number: JP3922138B2
Application number: JP2002250889A
Authority: JP
Inventors: 俊晴斎藤; 宏樹竹岡; 浩平塩田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP2004095605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器用、産業用、電力用等の自己保安機構を有する金属化フィルムコンデンサ、およびその製造法とそのコンデンサを用いたインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電極に蒸着金属を用いた金属化フィルムコンデンサは、アルミ電解コンデンサよりも低損失、高耐圧、無極性、長寿命、温度特性が良好など優れた電気特性を有する。しかし、これまで誘電体フィルムの薄膜化に限界があったことと、フィルムの誘電率が小さいことから、電解コンデンサと同等の静電容量を得ようとすると、どうしてもサイズが大きくなるという課題を有していた。
【０００３】
しかし、近年、インバータ回路を備えた電気機器を今までよりも省エネ化、高寿命化し、なおかつ安全性も向上させるために、電解コンデンサの代わりに金属化フィルムコンデンサを使用する動きが出てきている。
【０００４】
アルミ電解コンデンサは、駆動用電解液のドライアップを避けることが困難であることから、金属化フィルムコンデンサよりも寿命が短い。そのため、アルミ電解コンデンサを使用している電気機器は、電解コンデンサの寿命がその機器の寿命を決めてしまうため、長期使用する際にはコンデンサを一定期間で交換する必要があった。さらに、電解液は有機溶媒であるため安全性に関しても課題があった。また、アルミ電解コンデンサは誘電体である酸化皮膜の高耐圧化が困難であったことから、単品では定格６００Ｖ以上で使用するのは困難であり、高圧用途ではコンデンサを複数個、直列接続して使用する必要があった。
【０００５】
また、電解コンデンサは電解液の電気抵抗が金属よりも高く、特に低温域で抵抗がさらに増大するため、リップル電流による発熱が大きい。そのため平滑用途で数１０Ａ以上の比較的大きなリップル電流が流れる回路においては、静電容量を大きく（電極面積を拡大）し、直列抵抗成分を低下させて耐リップル性を向上させて用いる場合が多い。このように、電極箔面積を拡大すると電解コンデンサのサイズが大きくなるので、高リップル電流が流れる平滑用途ではサイズパフォーマンスの低下を招いていた。
【０００６】
一方、金属化フィルムコンデンサは極めて寿命が長いことから、長期使用において交換する必要がないため電気機器のメンテナンスを容易にする。さらに、金属化フィルムコンデンサは誘電体フィルムの耐圧が高いため６００Ｖ以上の高い電圧のインバータ回路にも単品で使用可能である。そのため、金属化フィルムコンデンサを用いればインバータを高電圧化し効率を向上させることができ、機器の省エネ化が図れる。また、金属化フィルムコンデンサは電極に電気抵抗の小さい金属を用いていることと、誘電体自身の誘電損失が小さいためコンデンサとしての損失が小さく、耐リップル性に優れている。
【０００７】
このような金属化フィルムコンデンサは、その長所を生かして市場のニーズに応えていくためには、これまでよりも薄い誘電体フィルムを用いることによってアルミ電解コンデンサ並に小型化し、信頼性や安全性をさらに高める必要がある。
【０００８】
金属化フィルムコンデンサは、小型化するためには従来例よりも薄い誘電体フィルムを使用しなければならないことから、金属蒸着した誘電体フィルムの電位傾度（１μｍ当たりの耐圧）を増加させることが必要となる。また、信頼性や安全性をさらに高めるには、蒸着金属の品質が重要なポイントとなる。
【０００９】
誘電体フィルムを薄くしていくと、フィルム中に電気的弱点部が存在する確率が増加する。このような電気的弱点部があってもコンデンサとして正常に機能させるために、次のような２つの方法を用いることが一般的である。
【００１０】
一つは、蒸着膜の厚みを薄くし自己回復（セルフヒーリング）性を向上させることである。自己回復性とは、ショート等で電気的弱点部に過大な電流が流れた際の発熱によって、弱点部周囲の蒸着膜が蒸発飛散し、瞬時に絶縁回復する現象のことである。この性質が鋭敏に働き、自己回復時のクリアリングエネルギーが比較的小さい場合は、電気的弱点部から絶縁破壊が進行しにくいのでコンデンサに大きなダメージを与えることなく正常状態で使用し続けることができる。
【００１１】
もう一つは、蒸着金属電極の形成の際にオイル印刷工法等を利用し、非蒸着スリットを格子状に多数設けることによって多数の分割金属蒸着電極とそれらを接続するヒューズ部からなるパターン蒸着電極を形成することである（例えば、特開平１０−１５４６３１号公報参照）。
【００１２】
図１０、１１に、パターン蒸着された金属電極を有する蒸着フィルムの従来例を示す。図１０は、分割電極の形状が四角形の蒸着パターンであり、図１１は、菱形と三角形を用いた蒸着パターンである。図中、２０、３０は長さ方向の一端縁部に設けた非蒸着部、２１、３１は非蒸着スリット、２２、３２は分割電極、２３、３３はフィルム幅方向の分割電極を接続するヒューズ部、２４、３４は引き出し電極に最も近いヒューズ部、２５はフィルム長さ方向の分割電極を接続するヒューズ部、２６、３５は金属化フィルムコンデンサとした時に引き出し電極であるメタリコンに接する部分である。
【００１３】
金属化フィルムコンデンサは、誘電体フィルムに図１０や図１１のようにパターン蒸着電極を採用すると、ショートした電気的弱点部に向かって周りの分割電極からもヒューズ部を通って過大な電流が流れ込み、その大きな電流によって分割電極を接続しているヒューズ部が切れて全体のコンデンサから電気的弱点部を有する分割コンデンサを切り離すことができる。
【００１４】
このように分割電極を構成すると、前述した自己回復作用が鋭敏に働かなかったとしても、弱点部を有する分割コンデンサがヒューズ部の溶断によって瞬時に電気的に切り離されることで、僅かに容量は減少するもののコンデンサとして正常に使用し続けることができる。従って、分割電極の面積を小さくすればするほど、同じ使用電圧における長期使用時の容量減少は小さくなる。すなわち、分割電極を小さくすれば誘電体フィルムの電位傾度を高くすることができるので、コンデンサの長寿命化が図れる。
【００１５】
さらに、パターン蒸着によって分割電極を構成すると、例えコンデンサに異常が発生してもヒューズ部が連鎖的に切れて静電容量がなくなるという自己保安機能が働くので、発火や発煙の心配がなく安全性の高いコンデンサが得られる。
【００１６】
しかしながら、金属化フィルムコンデンサは蒸着時の分割電極形状およびヒューズ部のパターンは定常状態で使用時のコンデンサの発熱に大きな影響を与える。ヒューズ部は、個々の分割電極よりも抵抗値が大きいため電流によって発熱し、電流量が大きすぎる場合溶断する。このようなことから、発熱を抑えることと、自己保安機能を高めることは互いに相反することになる。そのため、定常状態で使用時には極力発熱が小さく、なおかつ分割電極内における局所短絡時には自己保安機能が確実に働くような蒸着パターンの設計が必要であった。
【００１７】
これまでに、図１０や図１１のように四角形、三角形、菱形などの多角形の辺や頂点にヒューズ部を配置する発明が幾つか開示されている（例えば、特開平７−８６５０８８号公報、特開平１１−１４４９９５号公報参照）。しかしながら、前記従来例において、分割電極の形状とヒューズ部の配置やヒューズ部の向きに関する設計をどのようにすれば前記発熱を最大限抑えることができるかについては詳細に開示されていなかった。
【００１８】
本発明者らは、これまで低発熱の蒸着膜パターンの開発において鋭意研究を積み重ねてきた。低発熱にするには、誘電体フィルムの幅方向において抵抗成分となるヒューズ部の本数を極力少なくすれば良い。しかし、ヒューズ部の本数を減らすために分割電極をフィルムの幅方向に拡大し面積を大きくしてしまうと電位傾度が低下し寿命が短くなる。
【００１９】
電位傾度が低下するのを防止するためには、四角形や菱形の分割電極を誘電体フィルムの長さ方向には幅を細くし、フィルムの幅方向において長くなるような形状にする。このように構成すると、分割電極の面積を増加させずにフィルム幅方向のヒューズ部の数を少なくすることができるので、高い電位傾度を維持しつつ低発熱化できる。
【００２０】
誘電体フィルムの幅方向に細長い四角形の分割電極を配置した場合、分割電極を囲む非蒸着部の割合が菱形を配置した場合よりも大きくなるので、小型化には適していない。従って、四角形状のパターンを採用するよりも、フィルムの幅方向において細長い菱形を配置する方が小型化には有利である。
【００２１】
このように誘電体フィルムに分割電極として菱形を採用する場合、極力発熱を抑えるためには菱形のどの位置にヒューズ部を配置し、どのような向きにヒューズ部を接続すれば良いか、これまで明確にわかっていなかった。また、菱形状の分割電極を有するパターンにおいて、保安機能を確実に動作させるためにヒューズ部の位置や形状をどのようにすれば最適になるのかについても詳細にはわかっていなかった。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、高電圧・高リップル電流用途において低発熱と高い自己保安機能を実現する金属化フィルムコンデンサ、およびその金属化フィルムコンデンサの製造方法、およびそのコンデンサを用いたインバータ装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサは、ヒューズ部を残して非金属部分に囲まれた金属部からなる略菱形状および略三角形状の分割電極と、前記分割電極の各辺上の少なくとも１箇所に配置して前記分割電極同士を接続するヒューズ部を備えたパターン形状を有する蒸着金属電極が形成してある金属化フィルムを巻回または積層し、両側端面にメタリコン部を有する金属化フィルムコンデンサであって、前記分割電極の菱形を、対角線の長い方が短い方の２倍以上である形状とし、かつ長い方の対角線が金属化フィルムの幅方向を向くように配置し、分割電極の三角形状は前記菱形状を短い方の対角線で２等分した形の二等辺三角形とし、その底辺をメタリコン部と近接する位置に配置すると共に、前記ヒューズ部は前記菱形状の分割電極の頂点から辺の長さの１／３以下の距離に設けたことを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の請求項２に記載の金属化フィルムコンデンサは、ヒューズ部を残して非金属部分に囲まれた金属部からなる略菱形状および略三角形状の分割電極と、その各辺上の少なくとも１箇所に配置して前記分割電極同士を接続するヒューズ部を備えたパターン形状を有する蒸着金属電極が形成してある金属化フィルムを巻回または積層し、両側端面にメタリコン部を有する金属化フィルムコンデンサであって、分割電極同士を接続するヒューズ部の前記非金属部分との境界線の方向が前記メタリコン部の面の方向と略垂直に形成したことを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の請求項３に記載の金属化フィルムコンデンサは、パターン形状の分割電極中で菱形状および三角形状の１辺には１個所のみヒューズ部が存在し、分割電極の１つの頂点には１本のヒューズ部のみが近接するように配置したことを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の請求項４に記載の金属化フィルムコンデンサは、ヒューズ部を分割電極に接続される部分で、幅が広がるように形成したことを特徴としている。
【００２７】
また、本発明の請求項５に記載の金属化フィルムコンデンサの製造方法は、請求項１から４のいずれかに記載のパターン形状を形成して金属化フィルムコンデンサを製造することを特徴としている。
【００２８】
また、本発明の請求項６に記載の金属化フィルムコンデンサは、請求項１から４のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサを車輌駆動用モータの駆動回路の平滑用に用いたことを特徴としている。
【００２９】
また、本発明の請求項７に記載の金属化フィルムコンデンサは、車輌駆動用モータの駆動回路においてコンデンサに印加される最大電圧が６００Ｖ以上であることを特徴としている。
【００３０】
また、本発明の請求項８に記載のインバータ装置は、請求項１から４のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサを車輌駆動用モータの駆動回路の平滑用コンデンサとして用いたことを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
上記した本発明の目的は、各請求項に記載した構成を実施の形態とすることにより達成できるので、以下には各請求項の構成にその構成による作用効果を併記し併せて請求項記載の構成のうち説明を必要とする特定用語については詳細な説明を加えて、本発明における実施の形態の説明とする。
【００３２】
本発明の請求項１に記載の発明は、ヒューズ部を残して非金属部分に囲まれた金属部からなる略菱形状および略三角形状の分割電極と、その各辺上の少なくとも１箇所に配置して前記分割電極同士を接続するヒューズ部を備えたパターン形状の蒸着金属電極が形成してある金属化フィルムを巻回または積層し、両側端面にメタリコン部を有する金属化フィルムコンデンサであって、前記分割電極の菱形を、対角線の長い方が短い方の２倍以上である形状とし、かつ長い方の対角線が金属化フィルムの幅方向を向くように配置し、分割電極の三角形状は前記菱形状を短い方の対角線で２等分した形の二等辺三角形とし、その底辺をメタリコン部と近接する位置に配置すると共に、前記ヒューズ部は前記菱形状の分割電極の頂点から辺の長さの１／３以下の距離に設けたことから、電位傾度を低下させずに金属化フィルムの幅方向におけるヒューズ部の本数が少なくなるとともに、パターン形状の分割電極内の電流密度分布が均一になる。
【００３３】
本発明の請求項２に記載の発明は、ヒューズ部を残して非金属部分に囲まれた金属部からなる略菱形状および略三角形状の分割電極と、その各辺上の少なくとも１箇所に配置して前記分割電極同士を接続するヒューズ部を備えたパターン形状の蒸着金属電極が形成してある金属化フィルムを巻回または積層し、両側端面にメタリコン部を備えた金属化フィルムコンデンサであって、分割電極同士を接続するヒューズ部を分割電極の頂点から辺の長さの１／３以下の距離に設け、かつ前記非金属部分との境界線の方向が前記メタリコン部の面の方向と略垂直に形成していることから、パターン形状の分割電極内の電流密度分布が均一になり、なおかつヒューズ部内での局所的な電流集中を緩和する。
【００３４】
本発明の請求項３に記載の発明は、パターン形状の分割電極中で菱形状および三角形状の１辺には１個所のみヒューズ部が存在し、分割電極の１つの頂点には１本のヒューズ部のみが近接するように配置したことから、分割電極内で電流密度分布を均一化できる。
【００３５】
本発明の請求項４に記載の発明は、ヒューズ部の分割電極に接続される部分を、幅が広がるように形成したことから、ヒューズ部内の局所的な電流集中を緩和することができる。
【００３６】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のパターン形状を形成して金属化フィルムコンデンサを製造することから、発熱が小さいコンデンサが得られる。
【００３７】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサを車輌駆動用モータの駆動回路の平滑用に用いたことから、従来例よりも高電圧のインバータ回路を実現できる。
【００３８】
本発明の請求項７に記載の発明は、車輌駆動用モータの駆動回路においてコンデンサに印加される最大電圧が６００Ｖ以上であることから、インバータ装置において電解コンデンサを使用するよりも小型化、長寿命化が図れる。
【００３９】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサを車輌駆動用モータの駆動回路の平滑用に用いたインバータ装置であることから、発熱を小さくできる。
【００４０】
以下本発明の金属化フィルムコンデンサおよびその製造方法と、その金属化フィルムコンデンサを搭載したインバータ装置につき、図面を参照して説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は本発明の金属化フィルムコンデンサに使用する蒸着フィルム表面の模式図で、図２は図１の蒸着フィルムを用いた金属化フィルムコンデンサの模式図である。
【００４２】
図１において、１は誘電体フィルムであるポリプロピレン（ＰＰ）フィルムの長さ方向の一端縁部に設けた非蒸着部、２はオイル転写によって形成した非金属部分である非蒸着スリットである。また、３は非蒸着スリット２によって多数に分割された金属部である蒸着金属からなる菱形状の分割電極であり、同じく４は三角形状の分割電極である。菱形状の分割電極３における対角線の長さは、長い方が１８ｍｍであり、短い方は５ｍｍとした。従って、１つの菱形状の分割電極３の面積は４５ｍｍ²である。三角形状の分割電極４は、菱形状の分割電極３の短い方の対角線で２つに分割した二等辺三角形である。本実施の形態１では、蒸着金属にアルミニウムを用いた。
【００４３】
５は菱形状の分割電極３および三角形状の分割電極４を接続するヒューズ部であり、ヒューズ幅が０．３ｍｍであり、ヒューズ長さを０．４ｍｍとした。ヒューズ部５の位置は、分割電極３および分割電極４の頂点から各辺に沿って２ｍｍのところに配置した。図１のように、各分割電極の一つの頂点には必ず一つのヒューズ部のみが近接するように配置した。
【００４４】
６は引出し電極であるメタリコンと接触する蒸着電極部である。７は蒸着電極部６と分割電極４とを接続するヒューズ部であり、ヒューズ幅０．５ｍｍでヒューズ長さ０．４ｍｍとした。図１においては、ポリプロピレンフィルムの片面のみに蒸着金属を形成してある。図１では、パターン蒸着金属部を灰色で示した。
【００４５】
次に、図２を用いて図１の金属化フィルムを用いて製造した本実施の形態１における金属化フィルムコンデンサの構造を説明する。
【００４６】
図２において、８は図１で説明した分割電極３、４と前記分割電極３、４同士を接続するヒューズ部５、７を備えたパターン形状の蒸着金属電極を有する金属化フィルムである片面金属化ポリプロピレンフィルム、９は端縁部である非蒸着部１以外の全面を蒸着した金属化フィルムである片面金属化ポリプロピレンフィルムである。図２では、非蒸着部を灰色で示した。
【００４７】
図２のように蒸着金属パターンのある片面金属化ポリプロピレンフィルム８とパターンのない片面金属化ポリプロピレンフィルム９の２枚を金属化フィルムの一端縁部の非蒸着部１が重ならないような向きに重ねて１対として巻回し、その巻回物の２つの端面に亜鉛を溶射することによって引き出し電極であるメタリコン部であるメタリコン電極１０を形成してある。１１は電極リードである。
【００４８】
本実施の形態１で用いた誘電体であるポリプロピレンフィルムのマイクロメータ法による厚みは３．３μｍであり、試作コンデンサの静電容量は２００μＦである。
【００４９】
次の（表１）に、本実施の形態１のコンデンサを８５℃において直流電圧６００Ｖを印加し、リップル電流を１０ｋＨｚで３０Ａ印加した際の加速寿命試験２０００時間後の容量減少率（ΔＣ／Ｃ）、および上記の条件における９０分間通電後のコンデンサの温度上昇値（５個の平均値）、および８５℃において直流電圧６００Ｖから２時間おきに５０Ｖずつ電圧を上昇させたステップアップ試験によって保安性を確認した結果を示す。
【００５０】
ステップアップ試験においては、８００Ｖ位から容量が減少し始めて１３００Ｖまでに発火や発煙せずにヒューズ部が溶断して９７％以上容量が減少したものを◎（合格）とした。この結果に基づく、本実施の形態の特徴ならびに作用効果は比較例との対比で後述する。
【００５１】
【表１】

【００５２】
（実施の形態２）
図３は本実施の形態２で説明する金属化フィルムコンデンサに使用する蒸着フィルム表面の模式図である。本実施の形態は、ヒューズ部の構成が実施の形態１における発明のヒューズ部５と異なるだけで、それ以外の同一構成ならびに作用効果を奏する部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００５３】
本実施の形態では、図３に示すように実施の形態１における図１のヒューズ部５を、ヒューズ部１２に置き換えたこと以外は実施の形態１と同じにした。図３においてヒューズ部１２は、その非金属部分である非蒸着スリット２との境界線１２ａの方向がメタリコン電極１０の面の方向と垂直にしたことである。ヒューズ部１２の幅は０．３ｍｍとした。
【００５４】
この図３のようなパターン蒸着フィルムを、実施の形態１における蒸着フィルムである片面金属化ポリプロピレンフィルム８と置き換えて、実施の形態１と同様な方法で本実施の形態２の金属化フィルムコンデンサを製造した。
【００５５】
上記（表１）に、本実施の形態２のコンデンサを８５℃において直流電圧６００Ｖを印加し、リップル電流を１０ｋＨｚで３０Ａ印加した際の加速寿命試験２０００時間後の容量減少率（ΔＣ／Ｃ）、および上記の条件における９０分間通電後のコンデンサの温度上昇値（５個の平均値）、および８５℃において直流電圧６００Ｖから２時間おきに５０Ｖずつ電圧を上昇させたステップアップ試験によって保安性を確認した結果を示す。この結果に基づく、本実施の形態の特徴ならびに作用効果は比較例との対比で後述する。
【００５６】
（実施の形態３）
本実施の形態は、ヒューズ部の配置が実施の形態１における発明のヒューズ部５と異なるだけで、それ以外は同一構成ならびに作用効果を奏するので詳細な説明を省略し、図１を利用して異なるところを中心に説明する。
【００５７】
本実施の形態では、実施の形態１における蒸着パターンの図１でヒューズ部５を、分割電極３の菱形状の頂点から辺の長さにおける３分の１の距離に配置したこと以外は、実施の形態１と同様な方法でコンデンサを製造した。
【００５８】
上記（表１）に、本実施の形態のコンデンサを８５℃において直流電圧６００Ｖを印加し、リップル電流を１０ｋＨｚで３０Ａ印加した際の加速寿命試験２０００時間後の容量減少率（ΔＣ／Ｃ）、および上記の条件における９０分間通電後のコンデンサの温度上昇値（５個の平均値）、および８５℃において直流電圧６００Ｖから２時間おきに５０Ｖずつ電圧を上昇させたステップアップ試験によって保安性を確認した結果を示す。この結果に基づく、本実施の形態の特徴ならびに作用効果は比較例との対比で後述する。
【００５９】
（実施の形態４）
図４は本実施の形態で説明する金属化フィルムコンデンサに使用する蒸着フィルム表面のヒューズ部の拡大模式図である。本実施の形態は、ヒューズ部の構成が実施の形態１における発明のヒューズ部５と異なるだけで、それ以外は同一構成ならびに作用効果を奏するので詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００６０】
本実施の形態では、ヒューズ部１３の形状を、図４に示すように分割電極３に接続されるところである部分１３ａを、ヒューズ幅が広がるように曲率を設けたものに変更したこと以外は、実施の形態１と同様な方法でコンデンサを製造した。本実施の形態において、ヒューズ部１３はその最も細い部分の幅は０．２ｍｍとした。
【００６１】
上記（表１）に、本実施の形態のコンデンサを８５℃において直流電圧６００Ｖを印加し、リップル電流を１０ｋＨｚで３０Ａ印加した際の加速寿命試験２０００時間後の容量減少率（ΔＣ／Ｃ）、および上記の条件における９０分間通電後のコンデンサの温度上昇値（５個の平均値）、および８５℃において直流電圧６００Ｖから２時間おきに５０Ｖずつ電圧を上昇させたステップアップ試験によって保安性を確認した結果を示す。この結果に基づく、本実施の形態の特徴ならびに作用効果は比較例との対比で後述する。
【００６２】
なお、実施の形態１から４では、巻回型の金属化フィルムコンデンサについて記載したが、本発明は巻回型のコンデンサに限定されるものではなく、積層型の金属化フィルムコンデンサに適用しても良い。
【００６３】
また、実施の形態１から４では、ポリプロピレンフィルムの全面に均一厚みのアルミニウムを蒸着したが、本発明は蒸着膜厚によって何ら限定されるものではない。例えば、メタリコンに接する付近の蒸着金属の膜厚を厚くしたヘビーエッジ蒸着を用いると、メタリコンとの接触抵抗が向上するので好適である。
【００６４】
また、本実施の形態１から４では、蒸着金属としてアルミニウムを用いたが、本発明ではアルミニウムに限定されるものではなく他の蒸着した金属であっても良いことは言うまでもない。例えば、アルミニウムと亜鉛の合金、亜鉛などでも良い。
【００６５】
また、本実施の形態１から４では、片面蒸着したポリプロピレンフィルムについて記載したが、本発明ではポリプロピレンフィルムの片面に蒸着したパターンに限定されるものではなく、両面蒸着したポリプロピレンフィルムと蒸着していないポリプロピレンフィルムの２枚を１対として巻回や積層した場合のコンデンサでも良いことは言うまでもない。
【００６６】
また、誘電体フィルムとしてもポリプロピレンに限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、ポリスチレンフィルムなどの他の高分子フィルムでも良い。
【００６７】
（比較例１）
比較例１で用いた蒸着パターンを有する金属化フィルムを図５（ｂ）に示す。比較例１では、実施の形態１において、ヒューズ部５を菱形状の分割電極３と三角形状の分割電極４の辺の中央に配置したヒューズ部１５に置き換えたこと以外は、実施の形態１と同様な方法でコンデンサを製造した。
【００６８】
上記（表１）に、比較例１のコンデンサを８５℃において直流電圧６００Ｖを印加し、リップル電流を１０ｋＨｚで３０Ａ印加した際の加速寿命試験２０００時間後の容量減少率（ΔＣ／Ｃ）、および上記の条件における９０分間通電後のコンデンサの温度上昇値（５個の平均値）、および８５℃において直流電圧６００Ｖから２時間おきに５０Ｖずつ電圧を上昇させたステップアップ試験によって保安性を確認した結果を示す。
【００６９】
（比較例２）
比較例２では、実施の形態１のヒューズ位置を、図６に示すように菱形状の１つの頂点に２つのヒューズ部１４が近接するように配置したこと以外は、実施の形態１と同様な方法でコンデンサを製造した。
【００７０】
上記（表１）に、比較例２のコンデンサを８５℃において直流電圧６００Ｖを印加し、リップル電流を１０ｋＨｚで３０Ａ印加した際の加速寿命試験２０００時間後の容量減少率（ΔＣ／Ｃ）、および上記の条件における９０分間通電後のコンデンサの温度上昇値（５個の平均値）、および８５℃において直流電圧６００Ｖから２時間おきに５０Ｖずつ電圧を上昇させたステップアップ試験によって保安性を確認した結果を示す。
【００７１】
（比較例３）
比較例３では、実施の形態１における菱形状の分割電極３の長い方の対角線を半分の長さにし、短い方の対角線を２倍にしたこと以外は、実施の形態１と同様な方法でコンデンサを製造した。このようにすると、金属化フィルム幅方向のヒューズ本数が２倍になる。
【００７２】
上記（表１）に、比較例３のコンデンサを８５℃において直流電圧６００Ｖを印加し、リップル電流を１０ｋＨｚで３０Ａ印加した際の加速寿命試験２０００時間後の容量減少率（ΔＣ／Ｃ）、および上記の条件における９０分間通電後のコンデンサの温度上昇値（５個の平均値）、および８５℃において直流電圧６００Ｖから２時間おきに５０Ｖずつ電圧を上昇させたステップアップ試験によって保安性を確認した結果を示す。
【００７３】
（性能比較）
実施の形態１は、比較例１と比較してコンデンサの温度上昇が小さかった。この理由を図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００７４】
図５の（ａ）（ｂ）は、実施の形態１および比較例１における金属化フィルムの蒸着パターン面上で１０ｋＨｚのある位相における水平方向の電流の流れを矢印で模式的に示した図である。本発明者らは、フォトン社製電場シミュレーションソフト（ＶＯＬＴ）を用いて、有限要素法によって蒸着した分割電極のパターン内の電流密度分布や発熱分布解析を実施した結果を基に図５（ａ）（ｂ）のような模式図を描いている。
【００７５】
実施の形態１では、ヒューズ部５を菱形状と三角形状の頂点付近に配置し、頂点には１つのヒューズ部のみが近接するようにしたことから、分割電極内の電流の流れは図５（ａ）の矢印のようになっている。一方、ヒューズ部１５を分割電極の辺の真中に配置した比較例１では、図５（ｂ）のような電流の流れになっている。
【００７６】
この二つの例を比較すると、比較例１における図５（ｂ）の方が点線楕円で示した電流密度の小さい部分が存在することがわかる。ヒューズ部を菱形状の辺の真中に配置した比較例１では、ヒューズ部の位置よりも菱形状や三角形状の先端に相当する点線楕円部では電流の出口がないため蒸着膜平面方向では電流密度が小さくなる。
【００７７】
従って、比較例１よりも実施の形態１の方が蒸着パターンの電極全体において、電流密度分布が均一であり、ヒューズ部５における発熱量も小さくなる。そのため、（表１）に示したように実施の形態１の方が比較例１よりもコンデンサの温度上昇が小さくなった。このことは、電場シミュレーションによる計算を行っても同じ傾向となった。
【００７８】
次に、実施の形態１と比較例２の結果について図５（ａ）および図７を用いて説明する。比較例２のコンデンサは、実施の形態１よりも図７で示すように点線楕円で示した電流密度が小さい部分が生じる。従って、比較例２よりも実施の形態１の方が蒸着パターンの電極全体において、電流密度分布が均一であり、ヒューズ部５における発熱量も小さくなる。そのため、（表１）に示したように実施の形態１の方が比較例２よりもコンデンサの温度上昇が小さくなった。このことは、電場シミュレーションによる計算を行っても同じ傾向となった。
【００７９】
実施の形態１は、比較例１および２よりもパターン電極内の電流密度分布が均一であるため、分割電極内のどこで短絡が起こっても周りのヒューズ部から電流がスムーズに流れ込んで効率的に自己回復性を発揮することができる。そのため、異常時の保安機能も比較例１や２よりも優れている。
【００８０】
また、実施の形態１の図１で示した蒸着フィルムはヒューズ部の位置が隣合う辺において離れるように配置しているため、比較例１の図５（ｂ）や比較例２の図６で示した蒸着フィルムよりも巻回し複数枚のフィルムが重なり合った時に、発熱要因となるヒューズ部の重なりが少ない。従って、実施の形態１におけるコンデンサのヒューズ部の発熱の放熱性は比較例１や２のコンデンサよりも高くなっている。前述の電流密度の均一性が高いということに加えて、ヒューズ部の重なりを少なくしたことも実施の形態１におけるコンデンサの温度上昇が小さくなった要因である。
【００８１】
次に、実施の形態１と比較例３の結果について説明する。実施の形態１と比較例３を比べると、実施の形態１の方が比較例３よりも金属化フィルムの幅方向のヒューズ本数が２分の１になっているため、温度上昇が小さくなっている。このように、金属化フィルムの幅方向においてヒューズ本数を少なくするには、細長い菱形を長い方の対角線がメタリコンと垂直になる向きに配置し、なおかつ長い方の対角線が短い方の対角線の２倍以上であるのが好ましい。
【００８２】
次に、実施の形態２における発明について図３および図８（ａ）、（ｂ）を用いて詳細に説明する。
【００８３】
実施の形態２では、図３および図８（ａ）に示すようにヒューズ部１２の向きをメタリコンと垂直になるように構成した。すなわち、ヒューズ部１２の非金属部分である非蒸着スリット２との境界線１２ａの方向が前記メタリコン面の方向と略垂直に形成する。このようにすると、図８（ｂ）に示した分割電極の辺と垂直になるように接続した比較例３のヒューズ部１５の場合よりも、ヒューズ部と分割電極との境界エッジ部における局所的な電界集中を緩和することができる。図８（ａ）、（ｂ）において、点線丸印で示したところが電界が集中し、発熱がヒューズ部内で最も高くなるヒューズ部と分割電極３との境界エッジ部１６、１７である。
【００８４】
実施の形態２である図８（ａ）では電界集中部が２箇所であることに対して、比較例３を示す図８（ｂ）では４箇所となりヒューズ部１５内の発熱も大きくなる。さらに、図８（ａ）の方が通電面であるメタリコン面と垂直になっているため電流の流れがスムーズとなり、図８（ｂ）よりもエッジ部に電界集中しにくい。電場シミュレーションによる計算結果においても、ここで述べた結果と同様の傾向が得られた。
【００８５】
従って、本実施の形態２の発明は、低発熱化には大きな効果があり、コンデンサのリップル電流通電時の温度上昇を低下させることができる。そのため、（表１）において、実施の形態２のコンデンサは温度上昇値が小さい。
【００８６】
なお本発明では、実施の形態１や実施の形態２という単独の方法だけに限定されるものではなく、本実施の形態２のようにヒューズ部の向きをメタリコン面と垂直にし、なおかつヒューズの位置を実施の形態１のように頂点付近に設けて、実施の形態１および２における両者の効果を複合させた実施の形態にしても良い。
【００８７】
次に、実施の形態３における発明を比較例１と比べて詳細に説明する。ヒューズ部の位置を、分割電極の菱形状の頂点から辺における長さの３分の１の距離にした実施の形態３では、温度上昇値が４．９℃、辺の中心部にヒューズ部を配置した比較例１では温度上昇値が７．３℃であり、実施の形態３の方が温度上昇値が小さい。比較例１のようにヒューズ部の位置が頂点から辺の長さにおける３分の１以上の距離に配置されると温度上昇値が５℃以上となり、周囲温度が８５℃以上の場合ＰＰフィルムを用いたコンデンサの温度が９０℃を越えるため好ましくない。ＰＰフィルムを用いたコンデンサは１００℃以下で使用するのが望ましく、好ましくは９０℃以下で使用するのが良い。
【００８８】
上記のような理由から、本発明においては実施の形態１や３のように分割電極の頂点から辺の長さにおける３分の１以下のところにヒューズ部を配置している。
【００８９】
本実施の形態１では、ヒューズ部５の位置を各分割電極の頂点から２ｍｍの位置にしたが、本発明はこの位置に限定されるものではなく、頂点付近に配置されていれば効果が得られる。実施の形態３のように各頂点から分割電極を構成する菱形や三角形の各辺の長さにおける３分の１以下の距離以内にヒューズ部を配置すれば、大きく発熱を増大させるほどパターン内の電流密度分布が不均一になることはない。３分の１以上の距離になると、発熱に影響する電流密度の不均一さが増大する。本発明者らは、ここで述べたヒューズ部の位置と発熱の関係についても、電場シミュレーションによって検証を行ない確認している。
【００９０】
次に、本実施の形態４の発明について図４および図８（ｂ）を用いて詳細に説明する。
【００９１】
本実施の形態４では、図４に示したようにヒューズ部１３の分割電極３との接続部分１３ａとなる境界部分を幅広になるようにしたため、図８（ｂ）で示した電界集中部の発熱を減少させる効果がある。本実施の形態４では、最もヒューズ部１３の細い幅を０．２ｍｍと実施の形態１よりも狭くしたにもかかわらず、実施の形態１よりも若干温度上昇値が小さかった。
【００９２】
なお本発明では、実施の形態４で述べたヒューズ部の形状の効果と実施の形態１〜３で述べたヒューズの位置や向きに関する発明を組み合わせた実施の形態にしても良く、実施の形態１から４に記載の発明を組み合わせると、より低発熱の効果が期待できる。
【００９３】
（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態１から４のいずれかにおける金属化フィルムコンデンサを搭載したインバータ装置の回路の概略図である。４０は実施の形態１から４で説明したいずれかの金属化フィルムコンデンサの単品を４個並列にして８００μＦとしたコンデンサである。
【００９４】
インバータ４２のスイッチング周波数は１０ｋＨｚでリップル電流として８０Ａ（実効値）がコンデンサ４０に流れるインバータ装置である。バッテリー４１等でコンデンサ４０に印加される最大電圧は７００Ｖである。このような状態でインバータ装置を運転し、車輌駆動用のモータ４３を駆動させた。
【００９５】
コンデンサ４０の形としては、金属化フィルムを巻回後、扁平形にしたコンデンサ４個をケースに入れて樹脂モールドした。このようにして得たコンデンサの体積は、８００ｃｍ³である。
【００９６】
同じリップル電流を流そうとして市販の電解コンデンサ（定格電圧５００Ｖ）を用いる場合は、低温域における直列抵抗成分の増大も考慮すると、容量を大きくして等価直列抵抗を小さくする必要がある。静電容量としては、少なくとも５００μＦ×５＝２５００μＦ程度必要であり、体積として１２５０ｃｍ³コンデンサ部分として占有した。
【００９７】
次の（表２）に、実施の形態５における上記条件で運転させた場合の定常状態のコンデンサ４０の温度上昇値および８５℃で２０００時間運転後の容量減少率を示す。比較のために、市販の電解コンデンサを組み合わせた２５００μＦの場合の値も（表２）に示す。
【００９８】
【表２】

【００９９】
（表２）の結果から、実施の形態１から４における金属化フィルムコンデンサを用いれば、電解コンデンサを用いる場合よりも小型で低発熱なインバータ装置を製造することができる。また、適切な蒸着パターンを有する金属化フィルムを用いたコンデンサを使用しているため、長期使用における容量減少が少なく、長寿命のインバータ装置にできる。
【０１００】
本実施の形態５のように最大電圧が６００Ｖ以上になると電解コンデンサでは、（表２）のように単品では容量減少が大きくなる。直列接続して耐圧を持たそうとすると更に体積増加につながるので、定格６００Ｖ以上では、本実施の形態１から４における金属化フィルムコンデンサを用いると、低コストで、なおかつ低発熱、小型化、長寿命化が図れる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載の発明は、ヒューズ部を残して非金属部分に囲まれた金属部からなる略菱形状および略三角形状の分割電極と、その各辺上の少なくとも１箇所に配置して前記分割電極同士を接続するヒューズ部を備えたパターン形状を有する蒸着金属電極が形成してある金属化フィルムを巻回または積層し、両側端面にメタリコン部を有する金属化フィルムコンデンサであって、前記分割電極の菱形を、対角線の長い方が短い方の２倍以上である形状とし、かつ長い方の対角線が金属化フィルムの幅方向を向くように配置し、分割電極の三角形状は前記菱形状を短い方の対角線で２等分した形の二等辺三角形とし、その底辺をメタリコン部と近接する位置に配置すると共に、前記ヒューズ部は前記菱形状の分割電極の頂点から辺の長さの１／３以下の距離に設けたことから、耐リップル電流性能が優れ、温度上昇が低く、保安性の優れたコンデンサを得ることができる。
【０１０２】
本発明の請求項２に記載の発明は、ヒューズ部を残して非金属部分に囲まれた金属部からなる略菱形状および略三角形状の分割電極と、その各辺上の少なくとも１箇所に配置して前記分割電極同士を接続するヒューズ部を備えたパターン形状を有する蒸着金属電極が形成してある金属化フィルムを巻回または積層し、両側端面にメタリコン部を備えた金属化フィルムコンデンサであって、前記分割電極同士を接続するヒューズ部を分割電極の頂点から辺の長さの１／３以下の距離に設け、かつ前記非金属部分との境界線の方向が前記メタリコン部の面の方向と略垂直に形成していることから、耐リップル電流性能が優れ、温度上昇の低いコンデンサを得ることができる。
【０１０３】
本発明の請求項３に記載の発明は、パターン電極中で菱形状および三角形状の１辺には１個所のみヒューズ部が存在し、１つの頂点には１本のヒューズ部のみが近接するように配置したことから、耐リップル電流性能が優れ、温度上昇が低く、保安性の優れたコンデンサを得ることができる。
【０１０４】
本発明の請求項４に記載の発明は、ヒューズ部が、分割電極に接続される部分のヒューズ幅が広がるように設けたものであることから、耐リップル電流性能が優れ、温度上昇の低いコンデンサを得ることができる。
【０１０５】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４に記載のいずれかのパターン形状を形成して金属化フィルムコンデンサを製造することから、６００Ｖ以上の高電圧用途に適し、耐リップル電流性能が優れ、温度上昇の低いコンデンサを得ることができる。
【０１０６】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサを車輌駆動用モータの駆動回路の平滑用に用いたことから、インバータ装置の効率を向上させ、機器の省エネ化を図ることができる。
【０１０７】
本発明の請求項７に記載の発明は、車輌用の駆動回路においてコンデンサに印加される最大電圧が６００Ｖ以上であることから、本発明の請求項１から４のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサを用いれば、小型で長寿命で安全性に優れたインバータ装置が得ることができる。
【０１０８】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサを車輌駆動用モータの駆動回路の平滑用コンデンサとして用いたインバータ装置であることから、小型で長寿命で安全性に優れたインバータ装置にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１および３における金属化フィルムコンデンサに使用した蒸着フィルムの表面の模式図
【図２】同実施の形態１における金属化フィルムコンデンサの要部分解の模式図
【図３】同実施の形態２における金属化フィルムコンデンサに使用した蒸着フィルムの表面の模式図
【図４】同実施の形態４における金属化フィルムコンデンサに使用した蒸着フィルムのヒューズ部付近の模式図
【図５】（ａ）同実施の形態１における金属化フィルムコンデンサに使用した蒸着フィルム内の電流の流れ模式図
（ｂ）比較例１における金属化フィルムコンデンサに使用した蒸着フィルム内の電流の流れ模式図
【図６】比較例２における金属化フィルムコンデンサに使用した蒸着フィルムの表面の模式図
【図７】比較例２における金属化フィルムコンデンサに使用した蒸着フィルム内の電流の流れ模式図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態２における金属化フィルムコンデンサのヒューズ部内の電流流れと電界集中部を示す模式図
（ｂ）金属化フィルムコンデンサのヒューズ部が分割電極の辺と垂直になる向きに接続された場合のヒューズ部内の電流流れと電界集中を示す模式図
【図９】本発明の実施の形態５におけるインバータ装置の回路図
【図１０】従来の金属化フィルムコンデンサに使用した四角形の分割電極にした蒸着フィルムの表面の模式図
【図１１】従来の金属化フィルムコンデンサに使用した三角形と菱形の分割電極にした蒸着フィルムの表面の模式図
【符号の説明】
１非蒸着部
２非蒸着スリット（非金属部分）
３菱形状の分割電極（金属部）
４三角形状の分割電極（金属部）
５、１２、１３ヒューズ部
８、９片面金属化ポリプロピレンフィルム（金属化フィルム）
１０引き出し電極（メタリコン部）
１２ａ境界線
１３ａ接続部分
４０コンデンサ（平滑用コンデンサ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metallized film capacitor having a self-protection mechanism for electric equipment, industrial use, electric power, and the like, a manufacturing method thereof, and an inverter device using the capacitor.
[0002]
[Prior art]
In general, a metallized film capacitor using a deposited metal as an electrode has excellent electrical characteristics such as low loss, high breakdown voltage, non-polarity, long life, and good temperature characteristics than an aluminum electrolytic capacitor. However, since there has been a limit to thinning the dielectric film and the dielectric constant of the film is small, there is a problem that the size will inevitably increase when trying to obtain a capacitance equivalent to that of an electrolytic capacitor. Was.
[0003]
However, in recent years, there has been a movement to use metallized film capacitors instead of electrolytic capacitors in order to save energy and extend the life of electrical devices equipped with inverter circuits and improve safety. .
[0004]
Aluminum electrolytic capacitors have a shorter lifetime than metallized film capacitors because it is difficult to avoid dry-up of the driving electrolyte. For this reason, in an electrical device using an aluminum electrolytic capacitor, the lifetime of the electrolytic capacitor determines the lifetime of the device, and therefore, when used for a long period of time, it is necessary to replace the capacitor for a certain period. Furthermore, since the electrolytic solution is an organic solvent, there is a problem with respect to safety. In addition, since it is difficult to increase the breakdown voltage of the oxide film, which is a dielectric, it is difficult to use an aluminum electrolytic capacitor at a rated voltage of 600 V or more. For high voltage applications, multiple capacitors are connected in series. Had to be used.
[0005]
In addition, the electrolytic capacitor has a higher electric resistance than the metal, and the resistance further increases in a low temperature region, so that heat generation due to ripple current is large. For this reason, in a circuit where a relatively large ripple current of several tens of amperes or more flows in a smooth application, the capacitance is increased (electrode area is expanded), the series resistance component is decreased, and the ripple resistance is improved in many cases. . As described above, when the electrode foil area is increased, the size of the electrolytic capacitor is increased. Therefore, the size performance is reduced in a smooth application in which a high ripple current flows.
[0006]
On the other hand, since the metalized film capacitor has a very long life, it is not necessary to replace the metalized film capacitor for a long-term use, thereby facilitating the maintenance of electrical equipment. Further, since the dielectric film capacitor has a high withstand voltage, the metallized film capacitor can be used alone in an inverter circuit having a high voltage of 600 V or higher. Therefore, if a metallized film capacitor is used, the inverter can be increased in voltage and the efficiency can be improved, and energy saving of the equipment can be achieved. Further, the metallized film capacitor uses a metal having a small electric resistance for the electrode and the dielectric itself has a small dielectric loss, so that the loss as a capacitor is small and the ripple resistance is excellent.
[0007]
In order to respond to market needs by taking advantage of these advantages, these metallized film capacitors are made smaller than aluminum electrolytic capacitors by using a thinner dielectric film than before, and are reliable and safe. Need to be further increased.
[0008]
In order to reduce the size of a metallized film capacitor, it is necessary to use a dielectric film thinner than the conventional example, so it is necessary to increase the potential gradient (withstand voltage per 1 μm) of the metal-deposited dielectric film. It becomes. In addition, the quality of the deposited metal is an important point for further improving reliability and safety.
[0009]
As the dielectric film is made thinner, the probability that an electrical weak point exists in the film increases. In order to function normally as a capacitor even if there is such an electrical weak point, it is common to use the following two methods.
[0010]
One is to reduce the thickness of the deposited film and improve the self-healing property. Self-recovery is a phenomenon in which the vapor deposition film around the weak point portion is evaporated and scattered by heat generation when an excessive current flows through the weak point portion due to a short circuit or the like, and the insulation is instantaneously recovered. If this property works sharply and the clearing energy at the time of self-recovery is relatively small, it is difficult for dielectric breakdown to proceed from the electrical weak point, so it can continue to be used in a normal state without damaging the capacitor. .
[0011]
The other is a pattern deposition electrode consisting of a large number of non-deposition slits and a fuse portion connecting them by using a large number of non-evaporation slits in a grid pattern, using an oil printing method or the like when forming the deposited metal electrodes. (For example, refer to Japanese Patent Laid-Open No. 10-154631).
[0012]
10 and 11 show conventional examples of vapor deposited films having pattern-deposited metal electrodes. FIG. 10 shows a vapor deposition pattern in which the shape of the divided electrode is a square, and FIG. 11 shows a vapor deposition pattern using rhombuses and triangles. In the figure, 20 and 30 are non-deposition portions provided at one end edge in the length direction, 21 and 31 are non-evaporation slits, 22 and 32 are divided electrodes, and 23 and 33 are fuses for connecting divided electrodes in the film width direction. , 24 and 34 are the fuse parts closest to the lead electrode, 25 is a fuse part for connecting the divided electrodes in the film length direction, and 26 and 35 are parts in contact with the metallicon which is the lead electrode when a metallized film capacitor is used. .
[0013]
When a metallized film capacitor employs a pattern-deposited electrode as shown in FIGS. 10 and 11 for a dielectric film, an excessive current flows from the surrounding divided electrodes through the fuse portion toward the shorted electrical weak point portion. The fuse portion connecting the divided electrodes is cut by the large current, and the divided capacitor having the electric weak point portion can be separated from the entire capacitor.
[0014]
When the split electrode is configured in this way, even if the self-recovery action described above does not work sharply, the split capacitor having the weak point portion is instantaneously electrically disconnected by the fusing of the fuse portion, so that the capacitance is slightly reduced. However, it can continue to be used normally as a capacitor. Therefore, the smaller the area of the divided electrode, the smaller the capacity reduction during long-term use at the same working voltage. That is, since the potential gradient of the dielectric film can be increased if the divided electrodes are made smaller, the life of the capacitor can be extended.
[0015]
In addition, if the split electrodes are configured by pattern deposition, a self-safety function that fuses fuses and the capacitance disappears even if an abnormality occurs in the capacitor, so there is no risk of fire or smoke Capacitors with high resistance are obtained.
[0016]
However, in the case of a metallized film capacitor, the shape of the divided electrodes and the pattern of the fuse portion during vapor deposition greatly affect the heat generation of the capacitor during use in a steady state. Since the fuse portion has a resistance value larger than that of each divided electrode, the fuse portion generates heat due to the current, and blows when the amount of current is too large. For this reason, suppressing heat generation and enhancing the self-protection function are contradictory to each other. For this reason, it is necessary to design a vapor deposition pattern that generates as little heat as possible when used in a steady state and that the self-protection function works reliably during a local short circuit in the divided electrodes.
[0017]
Up to now, several inventions have been disclosed in which fuse portions are arranged on the sides and vertices of polygons such as quadrilaterals, triangles, and rhombuses as shown in FIGS. 10 and 11 (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-865088, (See JP-A-11-144959). However, in the conventional example, it has not been disclosed in detail how the heat generation can be suppressed to the maximum by designing the shape of the divided electrodes, the arrangement of the fuse portions, and the orientation of the fuse portions.
[0018]
The inventors of the present invention have so far conducted extensive research in the development of a deposition film pattern with low heat generation. In order to achieve low heat generation, the number of fuse portions serving as resistance components in the width direction of the dielectric film may be reduced as much as possible. However, if the divided electrode is enlarged in the width direction of the film to increase the area in order to reduce the number of fuse portions, the potential gradient is lowered and the life is shortened.
[0019]
In order to prevent the potential gradient from decreasing, the rectangular or rhombic segmented electrodes are formed in such a shape that the width is reduced in the length direction of the dielectric film and the length is increased in the width direction of the film. If comprised in this way, since the number of the fuse parts of a film width direction can be decreased without increasing the area of a division | segmentation electrode, it can reduce heat generation, maintaining a high potential gradient.
[0020]
When the rectangular divided electrodes are arranged in the width direction of the dielectric film, the ratio of the non-deposition portions surrounding the divided electrodes is larger than that in the case where the rhombus is arranged, which is not suitable for downsizing. Therefore, it is more advantageous for miniaturization to arrange elongated rhombuses in the width direction of the film than to adopt a square pattern.
[0021]
In this way, when a rhombus is adopted as a split electrode in a dielectric film, in order to suppress heat generation as much as possible, in which position of the rhombus the fuse part should be arranged and in what direction the fuse part should be connected, It was not clearly understood. In addition, it has not been known in detail how to optimize the position and shape of the fuse portion in order to reliably operate the safety function in the pattern having the diamond-shaped divided electrodes.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above-mentioned problems of the conventional technology, the problem to be solved by the present invention is a metallized film capacitor that realizes low heat generation and a high self-safety function in high voltage / high ripple current applications, and the metallized film capacitor. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and an inverter device using the capacitor.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a metallized film capacitor according to claim 1 of the present invention comprises a substantially rhombic and substantially triangular segmented electrode composed of a metal part surrounded by a non-metal part, leaving a fuse part. , Winding or laminating a metallized film in which a vapor-deposited metal electrode having a pattern shape provided with a fuse portion for connecting the divided electrodes is disposed at least at one place on each side of the divided electrodes, A metallized film capacitor having metallicon portions on both end faces, The segmented electrode rhombus is arranged so that the longer diagonal is at least twice as long as the shorter one, and the longer diagonal is oriented in the width direction of the metallized film. The shape is an isosceles triangle that is bisected by the shorter diagonal line, and the base is arranged at a position close to the metallicon part, and the fuse part has a length of the side from the apex of the rhombic segmented electrode. For distances of 1/3 or less It is characterized by providing.
[0024]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a metallized film capacitor having substantially rhombic and substantially triangular divided electrodes made of a metal part surrounded by a non-metal part leaving a fuse part, and on each side thereof. A metallized film in which a metallized film on which a vapor-deposited metal electrode having a pattern shape provided with a fuse part for connecting the divided electrodes is disposed at least in one place is wound or laminated, and metallized parts are provided on both side end faces. A film capacitor, The fuse part connecting the divided electrodes The direction of the boundary line with the non-metal part is formed substantially perpendicular to the direction of the surface of the metallicon part.
[0025]
In addition, the present invention Claim 3 The metallized film capacitor described in 1 has only one fuse portion on one side of the rhombic and triangular shapes in the pattern-shaped divided electrode, and only one fuse portion at one vertex of the divided electrode. It is characterized by being placed close to each other.
[0026]
In addition, the present invention Claim 4 The metallized film capacitor described in 1 is characterized in that the fuse portion is formed so as to widen at a portion connected to the divided electrode.
[0027]
In addition, the present invention Claim 5 The manufacturing method of the metallized film capacitor described in Claims 1 to 4 A metallized film capacitor is produced by forming the pattern shape described in any of the above.
[0028]
In addition, the present invention Claim 6 The metallized film capacitor described in Claims 1 to 4 The metallized film capacitor according to any one of the above is used for smoothing a drive circuit of a vehicle drive motor.
[0029]
In addition, the present invention Claim 7 The metallized film capacitor described in 1) is characterized in that the maximum voltage applied to the capacitor in the drive circuit of the vehicle drive motor is 600 V or more.
[0030]
In addition, the present invention Claim 8 The inverter device described in Claims 1 to 4 The metallized film capacitor described in any of the above is used as a smoothing capacitor for a drive circuit of a vehicle drive motor.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Since the object of the present invention described above can be achieved by using the configuration described in each claim as an embodiment, the effects of the configuration will be described together with the configuration of each claim. The specific terms that require explanation in the configuration will be described in detail in the embodiment of the present invention by adding a detailed explanation.
[0032]
The invention according to claim 1 of the present invention is arranged in at least one location on each side of the substantially rhombic and substantially triangular divided electrodes made of a metal portion surrounded by a non-metal portion leaving a fuse portion. A metallized film capacitor in which a metallized film having a patterned metal electrode formed with a fuse part connecting the divided electrodes is wound or laminated, and has a metallized part on both end faces, The segmented electrode rhombus is arranged so that the longer diagonal is at least twice as long as the shorter one, and the longer diagonal is oriented in the width direction of the metallized film. The shape is an isosceles triangle that is bisected by the shorter diagonal line, and the base is arranged at a position close to the metallicon part, and the fuse part has a length of the side from the apex of the rhombic segmented electrode. For distances of 1/3 or less From the establishment While reducing the number of fuse parts in the width direction of the metallized film without reducing the potential gradient, The current density distribution in the pattern-shaped divided electrodes becomes uniform.
[0033]
The invention according to claim 2 of the present invention is arranged at approximately one location on each side of the substantially rhombic and substantially triangular divided electrodes made of a metal portion surrounded by a non-metal portion leaving a fuse portion. A metallized film capacitor having a metallized film wound or laminated on a metallized film having a pattern-shaped vapor-deposited metal electrode formed with a fuse part for connecting the divided electrodes, and having a metallized part on both side end faces. , Providing a fuse portion connecting the divided electrodes at a distance of 1/3 or less of the length of the side from the apex of the divided electrodes; and Since the direction of the boundary line with the non-metallic part is formed substantially perpendicular to the direction of the surface of the metallicon part, The current density distribution in the pattern-shaped divided electrode is uniform, and Alleviate local current concentration in the fuse section.
[0034]
Of the present invention Claim 3 According to the invention described in the above, only one fuse portion is present on one side of the rhombic and triangular shapes in the pattern-shaped divided electrode, and only one fuse portion is adjacent to one vertex of the divided electrode. Therefore, the current density distribution can be made uniform in the divided electrodes.
[0035]
Of the present invention Claim 4 Since the part connected to the divided electrode of the fuse part is formed so as to widen, the local current concentration in the fuse part can be reduced.
[0036]
Of the present invention Claim 5 The invention described in claim 1 to 4 Since a metallized film capacitor is manufactured by forming the pattern shape described in any of the above, a capacitor with low heat generation can be obtained.
[0037]
Of the present invention Claim 6 The invention described in claim 1 to 4 Since the metallized film capacitor described in any of the above is used for smoothing the drive circuit of the vehicle drive motor, an inverter circuit having a higher voltage than that of the conventional example can be realized.
[0038]
Of the present invention Claim 7 Since the maximum voltage applied to the capacitor in the drive circuit of the motor for driving the vehicle is 600 V or more, the invention described in 1 can achieve downsizing and longer life than using the electrolytic capacitor in the inverter device.
[0039]
Of the present invention Claim 8 The invention described in claim 1 to 4 Since the metallized film capacitor according to any one of the above is an inverter device for smoothing a drive circuit of a vehicle drive motor, heat generation can be reduced.
[0040]
Hereinafter, a metallized film capacitor and a manufacturing method thereof according to the present invention and an inverter device equipped with the metallized film capacitor will be described with reference to the drawings.
[0041]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of the surface of a vapor deposition film used for the metallized film capacitor of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a metallized film capacitor using the vapor deposition film of FIG.
[0042]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a non-deposition portion provided at one end edge of a polypropylene (PP) film, which is a dielectric film, and 2 denotes a non-deposition slit which is a non-metal portion formed by oil transfer. Further, 3 is a rhombus-shaped divided electrode made of vapor-deposited metal, which is a metal portion divided in large numbers by the non-vapor-deposited

slit

2, and 4 is a triangular-shaped divided electrode. The length of the diagonal line in the rhomboid segmented electrode 3 was 18 mm for the longer side and 5 mm for the shorter side. Therefore, the area of one diamond-shaped divided electrode 3 is 45 mm. ² It is. The triangular divided electrode 4 is an isosceles triangle divided into two by the shorter diagonal of the rhombic divided electrode 3. In the first embodiment, aluminum is used as the vapor deposition metal.
[0043]
Reference numeral 5 denotes a fuse portion for connecting the diamond-shaped divided electrode 3 and the triangular divided electrode 4, the fuse width is 0.3 mm, and the fuse length is 0.4 mm. The position of the fuse portion 5 was arranged at 2 mm along each side from the apex of the divided electrode 3 and the divided electrode 4. As shown in FIG. 1, only one fuse portion is necessarily placed close to one vertex of each divided electrode.
[0044]
Denoted at 6 is a vapor deposition electrode portion in contact with the metallicon which is the extraction electrode. Reference numeral 7 denotes a fuse portion for connecting the vapor deposition electrode portion 6 and the divided electrode 4, and the fuse width is 0.5 mm and the fuse length is 0.4 mm. In FIG. 1, the vapor deposition metal is formed only on one side of the polypropylene film. In FIG. 1, the pattern vapor deposition metal part is shown in gray.
[0045]
Next, the structure of the metallized film capacitor according to the first embodiment manufactured using the metallized film of FIG. 1 will be described with reference to FIG.
[0046]
In FIG. 2, 8 is a single-sided metal which is a metallized film having vapor-deposited metal electrodes having a pattern shape provided with the divided

electrodes

3 and 4 described in FIG. 9 is a single-sided metallized polypropylene film which is a metallized film on which the entire surface other than the non-deposition part 1 which is an edge part is vapor-deposited. In FIG. 2, the non-deposition portion is shown in gray.
[0047]
As shown in FIG. 2, one side metallized polypropylene film 8 with a deposited metal pattern and one side metallized polypropylene film 9 without a pattern are stacked in such a direction that the non-deposited part 1 at one edge of the metallized film does not overlap. The metallicon electrode 10 which is a metallicon part which is a lead electrode is formed by thermally spraying zinc on two end faces of the wound product as a pair. Reference numeral 11 denotes an electrode lead.
[0048]
The thickness of the polypropylene film, which is the dielectric used in the first embodiment, measured by the micrometer method is 3.3 μm, and the capacitance of the prototype capacitor is 200 μF.
[0049]
The following (Table 1) shows the capacity reduction rate (ΔC / C after 2000 hours of accelerated life test when a DC voltage of 600 V is applied to the capacitor of the first embodiment at 85 ° C. and a ripple current of 30 A is applied at 10 kHz. ), And the temperature rise value (average value of 5 capacitors) of the capacitor after energization for 90 minutes under the above-mentioned conditions, and the safety by the step-up test in which the voltage is increased by 50 V every 2 hours from the DC voltage 600 V at 85 ° C. The result of confirming is shown.
[0050]
In the step-up test, the case where the capacity started to decrease from about 800 V and the capacity was reduced by 97% or more without igniting or smoking by 1300 V and the capacity was reduced by 97% or more was evaluated as ◎ (pass). The characteristics and operational effects of the present embodiment based on this result will be described later in comparison with a comparative example.
[0051]
[Table 1]

[0052]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic view of the surface of a vapor deposition film used for the metallized film capacitor described in the second embodiment. In the present embodiment, only the configuration of the fuse portion is different from the fuse portion 5 of the invention in the first embodiment, and other parts having the same configuration and operational effects are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. The explanation will focus on the differences.
[0053]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the configuration is the same as that of the first embodiment except that the fuse portion 5 in FIG. 1 in the first embodiment is replaced with the fuse portion 12. In FIG. 3, the fuse portion 12 is that the direction of the boundary line 12 a with the non-deposition slit 2, which is a non-metal portion, is perpendicular to the direction of the surface of the metallicon electrode 10. The width of the fuse part 12 was 0.3 mm.
[0054]
The patterned vapor deposition film as shown in FIG. 3 is replaced with the single-sided metallized polypropylene film 8 which is the vapor deposition film in the first embodiment, and the metallized film capacitor of the second embodiment is formed in the same manner as in the first embodiment. Manufactured.
[0055]
In Table 1 above, the capacity reduction rate after 2000 hours of accelerated life test (ΔC / C) when a DC voltage of 600 V is applied to the capacitor of the second embodiment at 85 ° C. and a ripple current of 30 A is applied at 10 kHz. , And the temperature rise value of the capacitor (average value of 5 capacitors) after 90 minutes of energization under the above conditions, and the step-up test in which the voltage is increased by 50 V every 2 hours from the DC voltage 600 V at 85 ° C. The confirmed result is shown. The characteristics and operational effects of the present embodiment based on this result will be described later in comparison with a comparative example.
[0056]
(Embodiment 3)
The present embodiment is different from the fuse portion 5 of the invention in the first embodiment only in the arrangement of the fuse portion, and other than that has the same configuration and operational effects, so detailed description will be omitted and FIG. 1 will be used. The explanation will focus on the differences.
[0057]
In the present embodiment, except that the fuse portion 5 in FIG. 1 of the vapor deposition pattern in the first embodiment is arranged at a distance of one third of the side length from the rhombus apex of the divided electrode 3 A capacitor was manufactured in the same manner as in Embodiment 1.
[0058]
In the above (Table 1), the capacity reduction rate (ΔC / C) after 2000 hours of accelerated life test when a DC voltage of 600 V is applied to the capacitor of this embodiment at 85 ° C. and a ripple current of 30 A is applied at 10 kHz, And the temperature rise value of the capacitor after energization for 90 minutes under the above conditions (average value of 5 capacitors), and the safety was confirmed by a step-up test in which the voltage was increased by 50V every 2 hours from a DC voltage of 600V at 85 ° C. The results are shown. The characteristics and operational effects of the present embodiment based on this result will be described later in comparison with a comparative example.
[0059]
(Embodiment 4)
FIG. 4 is an enlarged schematic view of the fuse portion on the surface of the deposited film used in the metallized film capacitor described in the present embodiment. The present embodiment is different from the fuse portion 5 of the invention in the first embodiment only in the configuration of the fuse portion, and other than that, the same configuration and operational effects are exhibited, so detailed description will be omitted, and the description will focus on the different points. To do.
[0060]
In the present embodiment, the shape of the fuse portion 13 is changed except that the portion 13a, which is connected to the divided electrode 3 as shown in FIG. A capacitor was manufactured in the same manner as in the first embodiment. In the present embodiment, the fuse portion 13 has a narrowest width of 0.2 mm.
[0061]
In the above (Table 1), the capacity reduction rate (ΔC / C) after 2000 hours of accelerated life test when a DC voltage of 600 V is applied to the capacitor of this embodiment at 85 ° C. and a ripple current of 30 A is applied at 10 kHz, And the temperature rise value of the capacitor after energization for 90 minutes under the above conditions (average value of 5 capacitors), and the safety was confirmed by a step-up test in which the voltage was increased by 50V every 2 hours from a DC voltage of 600V at 85 ° C. The results are shown. The characteristics and operational effects of the present embodiment based on this result will be described later in comparison with a comparative example.
[0062]
In the first to fourth embodiments, the winding type metalized film capacitor is described. However, the present invention is not limited to the winding type capacitor, and is applied to a laminated type metalized film capacitor. Also good.
[0063]
In Embodiments 1 to 4, aluminum having a uniform thickness is deposited on the entire surface of the polypropylene film, but the present invention is not limited to the deposited film thickness. For example, it is preferable to use heavy edge vapor deposition in which the film thickness of the vapor deposition metal near the metallicon is increased because the contact resistance with the metallicon is improved.
[0064]
In the first to fourth embodiments, aluminum is used as the vapor deposition metal. However, it is needless to say that the present invention is not limited to aluminum and may be other vapor deposited metal. For example, an alloy of aluminum and zinc, zinc or the like may be used.
[0065]
Further, in Embodiments 1 to 4, a single-side evaporated polypropylene film has been described. However, the present invention is not limited to a pattern vapor-deposited on one side of a polypropylene film, and is not vapor-deposited with a double-side vapor-deposited polypropylene film. It goes without saying that a capacitor may be used when two polypropylene films are wound or laminated as a pair.
[0066]
Further, the dielectric film is not limited to polypropylene, and may be other polymer films such as a polyester film such as polyethylene terephthalate, a polyphenylene sulfide film, and a polystyrene film.
[0067]
(Comparative Example 1)
The metallized film having the vapor deposition pattern used in Comparative Example 1 is shown in FIG. The comparative example 1 is the same as the first embodiment except that the fuse portion 5 is replaced with the fuse portion 15 arranged at the center of the sides of the rhombic divided electrode 3 and the triangular divided electrode 4 in the first embodiment. A capacitor was manufactured in the same manner.
[0068]
In the above (Table 1), the capacity reduction rate after 2000 hours of accelerated life test (ΔC / C) when a DC voltage of 600 V was applied to the capacitor of Comparative Example 1 at 85 ° C. and a ripple current of 30 A was applied at 10 kHz, and Security was confirmed by a temperature rise value (average value of 5 capacitors) after energization for 90 minutes under the above conditions and a step-up test in which the voltage was increased by 50 V every 2 hours from a DC voltage of 600 V at 85 ° C. Results are shown.
[0069]
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the fuse position of the first embodiment is the same as that of the first embodiment except that the two fuse portions 14 are arranged close to one rhombus apex as shown in FIG. The capacitor was manufactured by this method.
[0070]
In the above (Table 1), the capacity reduction rate (ΔC / C) after 2000 hours of accelerated life test when a DC voltage of 600 V was applied to the capacitor of Comparative Example 2 at 85 ° C. and a ripple current of 30 A was applied at 10 kHz, and Security was confirmed by a temperature rise value (average value of 5 capacitors) after energization for 90 minutes under the above conditions and a step-up test in which the voltage was increased by 50 V every 2 hours from a DC voltage of 600 V at 85 ° C. Results are shown.
[0071]
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, the same method as in Embodiment 1 was used except that the longer diagonal of the rhombic segmented electrode 3 in Embodiment 1 was halved and the shorter diagonal was doubled. A capacitor was manufactured. This doubles the number of fuses in the metallized film width direction.
[0072]
In the above (Table 1), the capacity reduction rate after 2000 hours of accelerated life test (ΔC / C) when a DC voltage of 600 V was applied to the capacitor of Comparative Example 3 at 85 ° C. and a ripple current of 30 A was applied at 10 kHz, and Security was confirmed by a temperature rise value (average value of 5 capacitors) after energization for 90 minutes under the above conditions and a step-up test in which the voltage was increased by 50 V every 2 hours from a DC voltage of 600 V at 85 ° C. Results are shown.
[0073]
(Performance comparison)
In the first embodiment, the temperature rise of the capacitor was small as compared with Comparative Example 1. The reason for this will be described with reference to FIGS.
[0074]
(A) and (b) of FIG. 5 are the figures which showed typically the flow of the electric current of the horizontal direction in a certain phase of 10 kHz on the vapor deposition pattern surface of the metallization film in Embodiment 1 and Comparative Example 1 with the arrow. is there. The present inventors have used the electric field simulation software (VOLT) manufactured by Photon Co., Ltd., and based on the results of the analysis of the current density distribution and the heat generation distribution in the pattern of the divided electrodes deposited by the finite element method, FIG. A schematic diagram such as (b) is drawn.
[0075]
In the first embodiment, since the fuse portion 5 is arranged near the apex of the rhombus and the triangle, and only one fuse portion is close to the apex, the current flow in the divided electrode is as shown in FIG. It is like the arrow of a). On the other hand, in Comparative Example 1 in which the fuse portion 15 is arranged in the middle of the side of the divided electrode, the current flows as shown in FIG.
[0076]
Comparing these two examples, it can be seen that there is a portion having a smaller current density indicated by a dotted ellipse in FIG. In Comparative Example 1 in which the fuse portion is arranged in the middle of the rhombus-shaped side, there is no current outlet in the dotted ellipse portion corresponding to the tip of the rhombus or triangle rather than the position of the fuse portion. Becomes smaller.
[0077]
Therefore, in the first embodiment, the current density distribution is more uniform in the whole electrode of the vapor deposition pattern than in the first comparative example, and the heat generation amount in the fuse portion 5 is also reduced. Therefore, as shown in Table 1, the temperature rise of the capacitor in Embodiment 1 was smaller than that in Comparative Example 1. This is the same tendency even when calculation by electric field simulation is performed.
[0078]
Next, the results of Embodiment 1 and Comparative Example 2 will be described with reference to FIGS. In the capacitor of Comparative Example 2, a portion with a smaller current density indicated by a dotted ellipse is generated as shown in FIG. 7 than in the first embodiment. Therefore, in the first embodiment, the current density distribution is more uniform in the entire electrode of the vapor deposition pattern than in the comparative example 2, and the heat generation amount in the fuse portion 5 is also reduced. Therefore, as shown in (Table 1), the temperature rise of the capacitor is smaller in the first embodiment than in the second comparative example. This is the same tendency even when calculation by electric field simulation is performed.
[0079]
Since the current density distribution in the pattern electrode is more uniform in the first embodiment than in the first and second comparative examples, the current flows smoothly from the surrounding fuse portion wherever a short circuit occurs in the divided electrode. Self-healing can be demonstrated. Therefore, the safety function at the time of abnormality is also superior to Comparative Examples 1 and 2.
[0080]
Moreover, since the vapor deposition film shown in FIG. 1 of Embodiment 1 is arrange | positioned so that the position of a fuse part may leave | separate in the adjacent edge | side, in FIG.5 (b) of the comparative example 1, and FIG. When a plurality of films are wound and overlapped with the vapor deposition film shown, there is less overlap of the fuse part that causes heat generation. Therefore, the heat dissipation of the heat generated by the fuse portion of the capacitor in the first embodiment is higher than that of the capacitors of Comparative Examples 1 and 2. In addition to the high uniformity of the current density described above, the fact that the overlap of the fuse portions has been reduced is also a factor in reducing the temperature rise of the capacitor in the first embodiment.
[0081]
Next, the results of Embodiment 1 and Comparative Example 3 will be described. Comparing Embodiment 1 and Comparative Example 3, since the number of fuses in the width direction of the metallized film is half that of Comparative Example 3 in Comparative Example 3, the temperature rise is reduced. Yes. As described above, in order to reduce the number of fuses in the width direction of the metallized film, the elongated rhombus is arranged in a direction in which the longer diagonal is perpendicular to the metallicon, and the longer diagonal is twice the shorter diagonal. The above is preferable.
[0082]
Next, the invention in the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 8A and 8B.
[0083]
In the second embodiment, as shown in FIGS. 3 and 8A, the direction of the fuse portion 12 is configured to be perpendicular to the metallicon. That is, the direction of the boundary line 12a with the non-evaporation slit 2, which is a non-metal part of the fuse portion 12, is formed substantially perpendicular to the direction of the metallicon surface. In this case, the locality at the boundary edge portion between the fuse portion and the divided electrode is more than in the case of the fuse portion 15 of Comparative Example 3 connected so as to be perpendicular to the side of the divided electrode shown in FIG. It is possible to alleviate electric field concentration. 8A and 8B, the dotted circles indicate

boundary edge portions

16 and 17 between the divided portion 3 and the fuse portion where the electric field is concentrated and the heat generation is highest in the fuse portion.
[0084]
In FIG. 8A, which is the second embodiment, there are two electric field concentration portions, whereas in FIG. 8B showing Comparative Example 3, there are four electric field concentration portions, and heat generation in the fuse portion 15 also increases. Furthermore, since the direction of FIG. 8A is perpendicular to the metallicon surface, which is a current-carrying surface, the flow of current is smooth, and the electric field is less likely to concentrate at the edge portion than in FIG. 8B. In the calculation result by electric field simulation, the same tendency as the result described here was obtained.
[0085]
Therefore, the invention of the second embodiment has a great effect on the reduction of heat generation, and can reduce the temperature rise when the capacitor ripple current is applied. Therefore, in (Table 1), the capacitor of the second embodiment has a small temperature rise value.
[0086]
The present invention is not limited to the single method of the first embodiment or the second embodiment, and the orientation of the fuse portion is perpendicular to the metallographic plane as in the second embodiment, and the position of the fuse May be provided near the apex as in the first embodiment, and the effects of both the first and second embodiments may be combined.
[0087]
Next, the invention in Embodiment 3 will be described in detail in comparison with Comparative Example 1. In the third embodiment in which the position of the fuse portion is set to a distance of one third of the side length from the rhombus apex of the divided electrode, the temperature rise value is 4.9 ° C., and the fuse portion is provided at the center of the side. In the arranged comparative example 1, the temperature rise value is 7.3 ° C., and the temperature rise value is smaller in the third embodiment. When the position of the fuse part is arranged at a distance of one third or more of the length of the side from the apex as in Comparative Example 1, the temperature rise value is 5 ° C. or more, and the PP film is used when the ambient temperature is 85 ° C. or more. Since the temperature of the used capacitor exceeds 90 ° C., it is not preferable. Capacitors using PP film are desirably used at 100 ° C. or lower, preferably 90 ° C. or lower.
[0088]
For the reasons as described above, in the present invention, as in the first and third embodiments, the fuse portion is disposed at a position equal to or less than one third of the length of the side from the apex of the divided electrode.
[0089]
In the first embodiment, the position of the fuse portion 5 is set to 2 mm from the apex of each divided electrode. However, the present invention is not limited to this position, and an effect can be obtained if it is arranged near the apex. It is done. If the fuse portion is arranged within a distance of one third or less of the length of each side of the rhombus or triangle constituting the divided electrode from each apex as in the third embodiment, the heat generation is greatly increased in the pattern. The current density distribution does not become non-uniform. When the distance is more than one third, the current density non-uniformity that affects the heat generation increases. The present inventors have verified and confirmed the relationship between the position of the fuse portion and heat generation described here by electric field simulation.
[0090]
Next, the invention of the fourth embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 8B.
[0091]
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 4, the boundary portion that becomes the connection portion 13a of the fuse portion 13 with the divided electrode 3 is widened, so that the electric field concentration portion shown in FIG. It has the effect of reducing fever. In the fourth embodiment, although the narrowest width of the fuse portion 13 is 0.2 mm, which is narrower than that of the first embodiment, the temperature rise value is slightly smaller than that of the first embodiment.
[0092]
In the present invention, the effect of the shape of the fuse portion described in the fourth embodiment and the invention relating to the position and orientation of the fuse described in the first to third embodiments may be combined. When the inventions described in 4 to 4 are combined, an effect of lower heat generation can be expected.
[0093]
(Embodiment 5)
FIG. 9 is a schematic diagram of a circuit of an inverter device on which the metallized film capacitor according to any of Embodiments 1 to 4 of the present invention is mounted. Reference numeral 40 denotes a capacitor of 800 μF in which four single metallized film capacitors described in the first to fourth embodiments are arranged in parallel.
[0094]
The inverter 42 is an inverter device having a switching frequency of 10 kHz and a ripple current of 80 A (effective value) flowing in the capacitor 40. The maximum voltage applied to the capacitor 40 by the battery 41 or the like is 700V. In this state, the inverter device was operated, and the vehicle driving motor 43 was driven.
[0095]
As the shape of the capacitor 40, after winding the metallized film, four flat capacitors were put in a case and resin-molded. The volume of the capacitor thus obtained is 800 cm. ^Three It is.
[0096]
When a commercially available electrolytic capacitor (rated voltage 500 V) is used to allow the same ripple current to flow, it is necessary to increase the capacitance and reduce the equivalent series resistance in consideration of the increase in the series resistance component in the low temperature range. The capacitance needs to be at least about 500 μF × 5 = 2500 μF, and the volume is 1250 cm. ^Three Occupied as a capacitor part.
[0097]
The following (Table 2) shows the temperature rise value of the capacitor 40 in the steady state and the capacity reduction rate after 2000 hours of operation at 85 ° C. when operated under the above conditions in the fifth embodiment. For comparison, the value in the case of 2500 μF combined with a commercially available electrolytic capacitor is also shown in (Table 2).
[0098]
[Table 2]

[0099]
From the results of (Table 2), if the metallized film capacitor according to the first to fourth embodiments is used, an inverter device that is smaller and generates less heat than an electrolytic capacitor can be manufactured. Moreover, since the capacitor | condenser using the metallized film which has a suitable vapor deposition pattern is used, the capacity | capacitance reduction | decrease in long-term use is few, and it can be set as a long life inverter apparatus.
[0100]
When the maximum voltage is 600 V or more as in the fifth embodiment, the capacity of the electrolytic capacitor increases as shown in (Table 2). If it is attempted to have a withstand voltage by connecting in series, it leads to a further increase in volume. Therefore, when the metallized film capacitor in the first to fourth embodiments is used at a rating of 600 V or higher, the cost is reduced and the heat generation is reduced and the size is reduced. Life expectancy can be improved.
[0101]
【The invention's effect】
As described above, the invention according to claim 1 of the present invention includes a substantially rhombic and substantially triangular divided electrode composed of a metal part surrounded by a non-metal part leaving a fuse part, and at least on each side thereof. A metallized film in which a metallized film having a deposited metal electrode having a pattern shape provided with a fuse part arranged at one place and connecting the divided electrodes is wound or laminated, and metallized parts are provided on both end faces. A capacitor, The segmented electrode rhombus is arranged so that the longer diagonal is at least twice as long as the shorter one, and the longer diagonal is oriented in the width direction of the metallized film. The shape is an isosceles triangle that is bisected by the shorter diagonal line, and the base is arranged at a position close to the metallicon part, and the fuse part has a length of the side from the apex of the rhombic segmented electrode. For distances of 1/3 or less Since the capacitor is provided, a capacitor with excellent ripple current resistance, low temperature rise, and excellent safety can be obtained.
[0102]
The invention according to claim 2 of the present invention is arranged at approximately one location on each side of the substantially rhombic and substantially triangular divided electrodes made of a metal portion surrounded by a non-metal portion leaving a fuse portion. Thus, a metallized film capacitor having a metallized film formed on a metallized film on both side end surfaces by winding or laminating a metallized film on which a vapor-deposited metal electrode having a pattern shape having a fuse part for connecting the divided electrodes is formed. And said Providing a fuse portion connecting the divided electrodes at a distance of 1/3 or less of the length of the side from the apex of the divided electrodes; and Since the direction of the boundary line with the non-metal portion is formed substantially perpendicular to the direction of the surface of the metallicon portion, a capacitor with excellent resistance to ripple current and a low temperature rise can be obtained.
[0103]
Of the present invention Claim 3 Since the invention described in 1 is arranged such that only one fuse part exists on one side of the rhomboid and triangular shapes in the pattern electrode, and only one fuse part is adjacent to one vertex, A capacitor having excellent ripple current resistance, low temperature rise, and excellent safety can be obtained.
[0104]
Of the present invention Claim 4 Since the fuse portion is provided so that the fuse width of the portion connected to the divided electrode is widened, it is possible to obtain a capacitor with excellent ripple current resistance and a low temperature rise.
[0105]
Of the present invention Claim 5 The invention described in claim 1 to 4 Since a metallized film capacitor is manufactured by forming any one of the pattern shapes described in 1), a capacitor suitable for high voltage applications of 600 V or higher, excellent in resistance to ripple current, and low in temperature rise can be obtained.
[0106]
Of the present invention Claim 6 The invention described in claim 1 to 4 Since the metallized film capacitor according to any one of the above is used for smoothing the drive circuit of the vehicle drive motor, the efficiency of the inverter device can be improved and energy saving of the device can be achieved.
[0107]
Of the present invention Claim 7 Since the maximum voltage applied to the capacitor in the drive circuit for a vehicle is 600 V or more, the invention described in claim 1 of the present invention 1 to 4 If the metallized film capacitor described in any of the above is used, an inverter device having a small size, a long life, and excellent safety can be obtained.
[0108]
Of the present invention Claim 8 The invention described in claim 1 to 4 Since this is an inverter device using the metallized film capacitor described in any of the above as a smoothing capacitor for a drive circuit of a vehicle drive motor, it can be a small, long-life inverter device with excellent safety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of the surface of a vapor-deposited film used for a metallized film capacitor in Embodiments 1 and 3 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an essential part disassembly of the metallized film capacitor in the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram of the surface of a vapor deposition film used for the metallized film capacitor in the second embodiment.
FIG. 4 is a schematic view of the vicinity of the fuse portion of the vapor deposition film used for the metallized film capacitor in the fourth embodiment.
5A is a schematic diagram of a current flow in a vapor deposition film used in the metallized film capacitor in Embodiment 1. FIG.
(B) Schematic diagram of current flow in the deposited film used for the metallized film capacitor in Comparative Example 1
FIG. 6 is a schematic diagram of the surface of a deposited film used for the metallized film capacitor in Comparative Example 2.
7 is a schematic diagram of the current flow in the deposited film used for the metallized film capacitor in Comparative Example 2. FIG.
8A is a schematic diagram showing a current flow and an electric field concentration portion in a fuse portion of a metallized film capacitor according to a second embodiment of the present invention. FIG.
(B) Schematic diagram showing current flow and electric field concentration in the fuse portion when the fuse portion of the metallized film capacitor is connected in a direction perpendicular to the side of the divided electrode
FIG. 9 is a circuit diagram of an inverter device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram of the surface of a vapor-deposited film formed as a rectangular divided electrode used in a conventional metallized film capacitor.
FIG. 11 is a schematic diagram of the surface of a vapor-deposited film having triangular and rhombus-shaped divided electrodes used in a conventional metallized film capacitor.
[Explanation of symbols]
1 Non-deposition part
2 Non-evaporation slit (non-metal part)
3 Diamond-shaped split electrode (metal part)
4 Triangular segmented electrodes (metal parts)
5, 12, 13 Fuse part
8,9 Single-sided metallized polypropylene film (metallized film)
10 Lead electrode (metallicon part)
12a border
13a Connection part
40 capacitor (capacitor for smoothing)

Claims

A substantially rhombic and substantially triangular divided electrode made of a metal part surrounded by a non-metallic part leaving a fuse part, and a fuse part arranged at at least one location on each side to connect the divided electrodes metallized films deposited metal electrode is formed with a with a pattern shape by winding or laminating, be one having a metallikon portion on both end faces, the rhombus of the divided electrodes, who the longer diagonal line is short And the longer diagonal line is oriented in the width direction of the metallized film, and the triangular shape of the divided electrodes is a two-part shape obtained by dividing the rhombus shape into two equal parts by the shorter diagonal line. It is an equilateral triangle, and its base is arranged at a position close to the metallicon part, and the fuse part is provided at a distance of 1/3 or less of the length of the side from the apex of the rhombic divided electrode. Metallized film Lum capacitor.

2. The metallized film capacitor according to claim 1, wherein the direction of the boundary line with the non-metal portion of the fuse portion connecting the divided electrode portions is formed substantially perpendicular to the direction of the surface of the metallicon portion.

The split electrode has a rhombus shape and a triangular shape, and is arranged so that there is only one fuse portion on one side of the split electrode and only one fuse portion is close to one vertex of the split electrode. The metallized film capacitor as described in 1-2.

The metallized film capacitor according to claim 1, wherein a fuse width of a portion connected to the divided electrode of the fuse portion connecting the divided electrodes is formed to be widened.

A method for producing a metallized film capacitor, wherein the pattern shape according to any one of claims 1 to 4 is formed to produce a metallized film capacitor.

A metallized film capacitor according to any one of claims 1 to 4, wherein the metallized film capacitor is used for smoothing a drive circuit of a vehicle drive motor.

The metallized film capacitor according to claim 6, wherein a maximum voltage applied to the capacitor is 600 V or more.

An inverter device comprising the metallized film capacitor according to any one of claims 1 to 4 as a smoothing capacitor for a drive circuit of a vehicle drive motor.