【はじめに】

　コンデンサはAV機器、家電、車載機器、通信機器、アミューズメント、環境・エネルギー、医療・ヘルスケアなどあらゆる用途で使用されている。コンデンサに対する要求も多岐にわたり、小型化、高容量化、高温度化、高耐圧化、低抵抗化、長寿命化、低温特性改善、耐振動性能などを実現すべく製品開発が進められている。ここでは、これらの市場要求に対応すべく業界最高スペックを実現したフィルムコンデンサとアルミ電解コンデンサについて解説する。

【125℃対応フィルムコンデンサ】　

　車載機器は過酷な環境下での使用に加えて、小形化による部品の高集積化などにより内部温度が上昇している。また、次世代パワー半導体の採用や機電一体化によりコンデンサには高耐熱化が必要となっており、アルミ電解コンデンサおよび導電性高分子アルミ電解コンデンサハイブリッドタイプでは150℃まで保証した製品がラインアップされている。ルビコンでは、さらにフィルムコンデンサにおいても高温度保証品として業界トップスペックを実現した125℃対応大電流コンデンサ「MPTシリーズ」（写真1）を開発した。

　MPTシリーズは125℃での動作と業界ナンバーワンの許容電流を保証することに加え、従来品に対して約30％（当社MPHシリーズ対比）の小型化を図っている。車載インバータなどの電源回路におけるフィルタ用途をはじめとする、高温かつ大電流対応が求められる機器に適した仕様となっている（主な仕様は表1参照）。

　MPTシリーズの業界最高スペックを実現したポイントは、蒸着金属設計に最適化、保安機構の採用、耐熱ポリプロピレンフィルムの採用、製造条件の最適化である。

【125℃対応　高耐圧薄膜高分子積層チップコンデンサ】

　印加電圧や温度変化に対して安定した電気特性を示すフィルムコンデンサではあるが、その誘電体として幅広く使用されているPPやPETフィルムの場合、素材固有の耐熱限界温度が低いため面実装チップタイプの品揃えが難しく、当社におけるフィルムコンデンサは、全てケース外装または樹脂外装のリードタイプを上市している。

　 そこで当社では、フィルムコンデンサの性能をリフロー対応の表面実装部品として具現化するため、熱硬化性樹脂を使用したチップ型薄膜高分子積層コンデンサ（PMLCAP）を定格電圧16～200Vまでラインアップしている。一般的なフィルムコンデンサの場合、熱可塑性樹脂を延伸成型してフィルム状に加工したものを誘電体として使用するのに対し、PMLCAPは熱硬化性樹脂を真空蒸着し硬化させたものを誘電体とすることを特徴とするコンデンサである。フィルムコンデンサに近い電気的特性を示すため広義においてはフィルムコンデンサの製品カテゴリに属するが、紙やフィルム状のシートを巻き取ることがないコンデンサのため、正しくはプラスチックコンデンサと位置付けられる。

　PMLCAPは耐熱性に優れる熱硬化性樹脂の利点を最大限に生かし、シンプルな無外装構造によってチップタイプでのラインアップを広げてきているが、車載用途向けを中心にさらなる高耐圧、高耐熱、高エネルギー密度の製品開発を強く要望されている。これらの要求に応えるため、ヘビーエッジ技術、高圧用誘電体硬化条件の最適化などをはじめとする新たな技法を展開することにより高耐圧品「MHシリーズ」（写真2）を開発し、昨年からサンプル供給を開始している。

　主な製品仕様は表2の通りである。MHシリーズは、チップ型プラスチックコンデンサとして業界最高の定格電圧500Vを実現している。

【車載充電器（OBC）向けリード線形アルミ電解コンデンサ】

　近年、主要国からガソリン車、ディーゼル車の販売を将来的に禁止する指針が示され、自動車メーカーからは、各国の環境規制に対応するためにEVやPHEVの販売比率を増やしていく計画が発表されている。これら環境性能自動車に欠かせないものが車載充電器（OBC）であり、その需要と高性能化は年々高まっている。環境性能自動車に搭載される電池は航続距離の延長により高容量化が進められており、OBCにおいては充電時間短縮を目的に高出力化が求められている。このため電源電圧平滑用コンデンサに対しては、高品質を維持した大容量品の要求が高まっていた。

　そこで、当社ではOBC向けリード線形アルミ電解コンデンサとして「BHWシリーズ」（写真3）を開発しサンプル出荷を開始した。このBHWシリーズは、高倍率箔の採用により従来製品（BXWシリーズ）に対して最大20％の高容量化を可能とした。また、高気密性封口材と当社独自開発の高性能電解液を使用し、高品質かつ長寿命性能（105℃10000～12000時間保証）を実現している。BHWシリーズの主な製品仕様は表3の通りである。なお、スナップインタイプでもOBC用としてカスタマイズしたコンデンサのサンプル対応を開始している。

【125℃対応電源入力用アルミ電解コンデンサ】　

　定格電圧が400V～500Vのアルミ電解コンデンサ（高圧品）は、主に電源入力用として使用されており小型化や高リプル電流化の要求が強く、これらに対応した開発が進められてきた。近年、通信インフラや太陽光発電システムの普及が進み、これらは砂漠などの過酷な環境へ設置されることが増加している。通信インフラは5Gの運用が本格化し、基地局への設備投資が活発化している。通信インフラや太陽光発電システムの設置場所が過酷になることに加えて、防塵、防虫、防水といった対策のために機器の密閉性を高めた設計も増え、また機器の小型化による部品の高集積化や、ファンレス化設計によってますますセット内の温度の上昇が進んできている。さらにメンテナンスが行き届きにくい地域にある基地局などの設備メンテナンス期間の延長、またはメンテナンスフリー化の検討も進んでおり、定格電圧が400V以上のアルミ電解コンデンサでも高温度化と長寿命化の要求が高くなっていた。

　このような背景から、125℃対応の電源入力用アルミ電解コンデンサでリード線タイプの「EXWシリーズ」（写真4）、スナップインタイプの「THCシリーズ」（写真5）が開発された。それぞれのシリーズの主な製品仕様は表4の通りで、EXWシリーズは業界最高スペックとなっている。

　高スペック化を実現したポイントは、高耐熱化と長期安定性に優れた高耐圧電解液の開発、気密性に優れた封止材の採用、自社開発の高性能製造設備によって高倍率高耐圧電極箔を使いこなすことが可能となったことである。

【500WV対応リード線形アルミ電解コンデンサ】

　電源入力用アルミ電解コンデンサは400～450WV品が使用されることが多いが、商用電源が不安定な地域では稀に規定の電圧を超え、コンデンサには定格電圧を超える電圧（過電圧）が印加される場合がある。この場合、過電圧の大きさによってはコンデンサが破壊（弁作動）に至ることがあることから、コンデンサの耐電圧向上の要求がある。

　コンデンサの耐圧は主に陽極箔、電解液、電解紙の耐圧によって決まってくるが、陽極箔の耐圧を上げるためには箔表面にある酸化被膜を厚くする必要があり、この結果耐圧を上げるとコンデンサ容量は小さくなってしまう。このため、500WV品の高容量化が進められてきた。

　当社では、リード線形の電源入力用としてLXWシリーズ（105℃12000時間、400～500WV）、HXWシリーズ（105℃3000時間、400～500WV）で業界最高容量の500WV品をラインアップしていたが、さらに高容量化を図り500WV品のアップグレードを行った。

　このアップグレード品は表5にあるように、最大20％の高容量化を実現している。高容量化は、自社開発した設備によって適切な条件での製造が可能となったことで、強度の低い高倍率高耐圧箔を採用できたことにある。

【おわりに】

　コンデンサの市場はますます広がりを見せているが、これに伴って用途によって異なった多岐にわたる要望が寄せられている。今回触れることが出来なかったSMDタイプのアルミ電解コンデンサ、導電性高分子アルミ電解コンデンサハイブリッドタイプ、電気二重層コンデンサを含め、この多岐にわたる要望に応えるべく小型化、高容量化、高温度化、高耐圧化、長寿命化などのコンデンサ開発を進めてきている。今後もさらなる高性能化への挑戦が続く。

　　　　　　＜ルビコン（株）＞