【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は金属化フイルムを巻回、または積み重
さねてなるコンデンサにおいて、tanδの上昇、
静電容量の減少を防ぐことに関するものである。
一般に、金属化フイルムのコンデンサのメタリ
コン層は、蒸着等により誘電体フイルム上に形成
した金属薄膜とリード線とを電気的に接続するコ
ンデンサの重要な構成部分であり、通常溶融した
金属微粒子を吹き付ける、メタリコンと呼ばれる
方法で形成される。この金属薄膜とメタリコン層
との電気的接続が不充分であると、コンデンサの
tanδが高くなり、損失が増え、また積層構造の
コンデンサにおいては、さらに静電容量の減少を
きたす。これを避けるために、従来から接続を充
分に行なう目的で、種々の工夫がなされてきた。
また、メタリコンの材料としては、ZnやAlが適
していること、メタリコン層と接続する端部側の
金属薄膜の面積抵抗は５Ω／sq程度以下が良好
なること等が要求されている。
一方、この電気的接続を不良にする要因は、大
別して２つある。その１つは、コンデンサの急激
な充放電時に流れる大電流に起因するジユール熱
による金属薄膜の損傷であり、他の１つは、リー
ド線をメタリコン層に半田付け、あるいは溶接す
る時の熱による金属薄膜の損傷である。こられの
影響によるtanδの増大や、容量の減少は、金属
薄膜の面積抵抗を高くする場合や、積層構造のコ
ンデンサを製造する場合、現実的な問題になる。
そして今日、金属化フイルムコンデンサの耐電圧
を向上するために、自己回復作用を良好に行なわ
させるには、メタリコン層と接続する端部側の金
属薄膜に要求される抵抗とは逆に、対向する金属
薄膜の面積抵抗を高くすることが望まれ、また合
理的な製造方法のひとつとして、積層構造のコン
デンサへの移行が求められてきている。
本発明はこのような現状に鑑み成されたもの
で、面積抵抗の高い金属化コンデンサや積層構造
のコンデンサのtanδの増大や、静電容量の減少
を防止するものである。
図に本発明の一実施例によるコンデンサを示し
ており、図において、１は両面金属化した誘電体
フイルム、２は金属薄膜、３は合せフイルム、４
は通常のメタリコン層、５は抵抗層で、この抵抗
層５の平均体積抵抗率は0.01Ωcm以上である。こ
のような抵抗層５を形成する方法としては種々あ
るが、そのいつくかを挙げると、金属と無機材料
の紛末を同時溶射する方法、粉末を混合したもの
を溶射する方法が容易である。無機材料として
は、各種セラミツクやガラス等を用いることがで
きる。また、無機材料の紛末と炭素紛末を用いて
溶射してもよい。
ここで、この抵抗層５は、２つの作用を有す
る。その１つは、急激な充放電を行う際に電流を
制限する直列抵抗としての作用であり、制限の仕
方は、ピーク電流値を小さくすると同時に減哀を
速やかに行なわせる。その結果、メタリコン層４
と金属薄膜２の接触部分でのジユール熱の発生が
低下し、金属薄膜２の損傷を抑止する。この目的
に必要な直列抵抗の値は、コンデンサの容量や形
状、さらに金属薄膜２の面積抵抗値によつて変化
するが、実験によれば、どのコンデンサにおいて
もおよそ0.005Ω以上になると効果が現われ始
め、大きくなる程効果も顕著になる。一方、この
抵抗分はtanδの増大に寄与し、0.1Ωにもなる
と、60Hzの正弦波交流で、１μＦ当り0.004％の
増加をもたらす。しかし、この程度までであれ
ば、通常のポリエチレンテレフタレートフイルム
を誘電体とするコンデンサにおいては、あまり問
題にはならない値である。従つて、抵抗層５の全
抵抗は0.005Ω〜0.1Ωの範囲で、選沢することが
できる。この選沢は、充放電時の金属薄膜２の損
傷によるtanδの増大と、抵抗層５の形成による
初期tanδの増大のバランスによつて決めるのが
適切である。一方、0.005Ω〜0.1Ωの範囲の抵抗
値を得るためには、金属に比して充分高い体積抵
抗率の材料を使わなければならない。抵抗層５の
厚みを、高々２mm以内に制限することは、素子寸
法や材料コストの点から充分意味があり、そのた
めには、メタリコンの面積が比較的小さい１cm2程
度のコンデンサであれば、抵抗層５の体積抵抗率
はおよそ0.01〜0.25Ωcm以上必要になる。
ただし、コンデンサの用途により、つまり低温
度領域での使用や、短時間の間歇的な使用目的の
コンデンサなどで、ある程度大きなtanδの許さ
れる用途のコンデンサ等では、初期tanδの増大
により決められる全抵抗値の上限0.1Ωは限定さ
れるものではなく、0.005Ω以上であれば良く、
好ましくは0.005Ω〜0.1Ωの範囲とすることであ
り、用途や製造のし易さ等から0.1Ω以上を用い
ることも本発明効果を有するものである。
また、抵抗層５のもう１つの作用は、通常の金
属のメタリコン層に比べて、熱伝導度が小さいた
め、リード線を半田付けや溶接によつて取り付け
る際に、断熱層として働き、熱による金属薄膜２
の損傷を抑止する。すなわち、この熱影響が大き
いと、フイルムが収縮し、表面の金属薄膜２に無
数の亀裂が生じ、電流による損傷を受けやすくな
るのである。
以下に実験結果を示す。
両面金属化ポリエチレンテレフタレートフイル
ムと、ポリプロピレンフイルムを重ねて積層巻回
してなる環状母体コンデンサを切断してなる積層
型コンデンサにおいて、図中のメタリコン層４を
亜鉛溶射により形成し、抵抗層５を酸化硅素と炭
素紛末の溶射により形成した。この時の体積抵抗
率と直列抵抗、さらに定格電圧の倍電圧の直流電
圧での充放電くり返し100回後の静電容量減少を
測定した結果を以下の表に示す。
The present invention provides a capacitor formed by winding or stacking metallized films, in which an increase in tan δ,
It is concerned with preventing a decrease in capacitance. In general, the metallized film capacitor's metallicon layer is an important component of the capacitor that electrically connects the lead wire to a metal thin film formed on a dielectric film by vapor deposition, etc., and is usually sprayed with molten metal particles. , formed by a method called metallicon. If the electrical connection between this thin metal film and the metallcon layer is insufficient, the capacitor will
The tan δ increases, the loss increases, and in the case of a multilayer capacitor, the capacitance further decreases. In order to avoid this, various efforts have been made to ensure sufficient connection.
Further, it is required that Zn or Al be suitable as the material for the metallicon, and that the sheet resistance of the metal thin film on the end side connected to the metallicon layer be approximately 5 Ω/sq or less. On the other hand, there are roughly two factors that cause this electrical connection to become defective. One of these is damage to the metal thin film due to the Joule heat caused by the large current that flows during rapid charging and discharging of the capacitor.The other is damage to the metal thin film due to the heat generated when the lead wire is soldered or welded to the metallcon layer. This is damage to the metal thin film. An increase in tan δ or a decrease in capacitance due to these effects becomes a practical problem when increasing the sheet resistance of a metal thin film or when manufacturing a capacitor with a laminated structure.
Nowadays, in order to improve the withstand voltage of metallized film capacitors, in order to have a good self-healing effect, in contrast to the resistance required for the metal thin film on the end side that connects to the metallized film capacitor, it is necessary to It is desired to increase the sheet resistance of metal thin films, and there is also a demand for a shift to capacitors with a laminated structure as one of the rational manufacturing methods. The present invention has been made in view of the current situation, and is intended to prevent increases in tan δ and decreases in capacitance of metallized capacitors and multilayer capacitors with high sheet resistance. The figure shows a capacitor according to an embodiment of the present invention, in which 1 is a dielectric film metallized on both sides, 2 is a metal thin film, 3 is a laminated film, and 4 is a dielectric film metallized on both sides.
5 is a normal metallicon layer, and 5 is a resistance layer, and the average volume resistivity of this resistance layer 5 is 0.01 Ωcm or more. There are various methods for forming such a resistance layer 5, but some of the easiest methods include simultaneous thermal spraying of metal and inorganic material powders and thermal spraying of a mixture of powders. As the inorganic material, various ceramics, glasses, etc. can be used. Alternatively, thermal spraying may be performed using powder of an inorganic material and carbon powder. Here, this resistance layer 5 has two functions. One of them is the action as a series resistor that limits the current when performing rapid charging and discharging, and the limiting method is to reduce the peak current value and at the same time quickly reduce the current. As a result, the metallicon layer 4
The generation of Joule heat at the contact portion of the metal thin film 2 is reduced, and damage to the metal thin film 2 is suppressed. The value of the series resistance required for this purpose varies depending on the capacitance and shape of the capacitor, as well as the sheet resistance value of the metal thin film 2, but according to experiments, the effect appears when the resistance is approximately 0.005Ω or more for any capacitor. Initially, the larger the size, the more pronounced the effect will be. On the other hand, this resistance contributes to an increase in tan δ, and when it reaches 0.1 Ω, it causes an increase of 0.004% per 1 μF in a 60 Hz sine wave alternating current. However, up to this level, the value does not pose much of a problem in a capacitor whose dielectric is a normal polyethylene terephthalate film. Therefore, the total resistance of the resistance layer 5 can be selected within the range of 0.005Ω to 0.1Ω. This selection is appropriately determined based on the balance between an increase in tan δ due to damage to the metal thin film 2 during charging and discharging and an increase in initial tan δ due to the formation of the resistance layer 5. On the other hand, in order to obtain a resistance value in the range of 0.005Ω to 0.1Ω, it is necessary to use a material with a sufficiently high volume resistivity compared to metal. Limiting the thickness of the resistive layer 5 to within 2 mm is very meaningful in terms of element dimensions and material costs, and for this reason, if the metallization area of a capacitor is relatively small, about 1 cm 2 , the resistor The volume resistivity of the layer 5 is required to be approximately 0.01 to 0.25 Ωcm or more. However, depending on the purpose of the capacitor, that is, for capacitors used in low temperature ranges or for short-term intermittent use, etc., where a somewhat large tan δ is allowed, the total resistance is determined by the increase in the initial tan δ. The upper limit of the value is not limited to 0.1Ω, but it is sufficient as long as it is 0.005Ω or more.
Preferably, it is in the range of 0.005Ω to 0.1Ω, and the use of 0.1Ω or more also has the effect of the present invention from the viewpoint of usage and ease of manufacture. Another function of the resistance layer 5 is that it has a lower thermal conductivity than a normal metal layer, so it acts as a heat insulating layer when attaching lead wires by soldering or welding. Metal thin film 2
prevent damage. That is, if this thermal influence is large, the film will shrink, and numerous cracks will occur in the metal thin film 2 on the surface, making it susceptible to damage by electric current. The experimental results are shown below. In a multilayer capacitor formed by cutting an annular base capacitor formed by laminating and winding double-sided metallized polyethylene terephthalate film and polypropylene film, the metallicon layer 4 shown in the figure is formed by zinc spraying, and the resistance layer 5 is formed by silicon oxide. It was formed by thermal spraying of carbon powder and carbon powder. The table below shows the results of measuring the volume resistivity and series resistance at this time, as well as the decrease in capacitance after 100 charging and discharging cycles at a DC voltage double the rated voltage.
【表】
表の結果より体積抵抗率0.01Ωcm以上で直列抵
抗が0.005Ω以上の場合、静電容量減少が極めて
少なくなることが明らかである。
以上のように本発明によるコンデンサは、急激
な充放電時の大電流による金属薄膜の損傷と、リ
ード線付け時の熱による金属薄膜の損傷を抑止
し、その結果tanδの上昇や、静電容量の減少の
ない高抵抗金属化フイルムコンデンサや積層構造
コンデンサを容易に実用化し得るものであり、画
期的にして産業上における寄与の大きいものであ
る。[Table] From the results in the table, it is clear that when the volume resistivity is 0.01 Ωcm or more and the series resistance is 0.005 Ω or more, the capacitance decrease is extremely small. As described above, the capacitor according to the present invention prevents damage to the metal thin film caused by large currents during rapid charging and discharging, as well as damage to the metal thin film caused by heat when attaching lead wires, resulting in an increase in tanδ and capacitance. This makes it possible to easily put into practical use high-resistance metallized film capacitors and laminated structure capacitors without a decrease in resistance, making it an epoch-making development and a major contribution to industry.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
図は本発明の一実施例によるコンデンサを示す
断面図である。
１……誘電体フイルム、２……金属薄膜、３…
…合せフイルム、４……メタリコン層、５……抵
抗層。
The figure is a sectional view showing a capacitor according to an embodiment of the present invention. 1... Dielectric film, 2... Metal thin film, 3...
...Laminated film, 4...Metallicon layer, 5...Resistance layer.