フィルムコンデンサ入門：特性、構造、実用応用

電子回路が好きなDIY愛好家なら、コンデンサを理解することは不可欠です。正しい極性で使用するためです。コンデンサは幅広いコースに存在する重要な受動電気部品です。

この記事では、汎用性とコスト効率に優れた無極性コンデンサ「フィルムコンデンサ」について解説します。

「マイラー」や「ポリエステルコンデンサ」として知られているかもしれません。後ほど詳しく説明します。このデバイスが何であるか、どう動作するか、用途などを紹介します。

始めましょう！

フィルムコンデンサとは？

フィルムコンデンサは、エネルギー貯蔵用に薄いプラスチックフィルムを誘電体としたデバイス（無極性コンデンサ）です。プラスチックフィルムが金属化されることもあるため、「金属化コンデンサ」とも呼ばれます。

さらに、プラスチックフィルムが層状になっており、長方形やキャンディーのような形状を形成していることがわかります。利用可能な誘電体はPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）、PET（ポリエチレンテレフタレート）、PP（ポリプロピレン）、PPS（ポリフェニレンサルファイド）などです。

フィルムコンデンサの利点は？

まず、劣化しにくいため、高周波・高電圧用途に効果的です。第二に、デバイスの低歪み率により優れた周波数特性を持ちます。モーターランコンデンサやACコンデンサとしても機能します。

フィルムコンデンサの特徴

フィルムコンデンサは無極性で負の温度特性を持ちません。したがって、高電力用途をサポートする電源やAC信号に使用でき、産業用途にも最適です。

それだけではありません。

フィルムコンデンサは高精度な容量値と大電流パルスを持ち、弱点を持つ他のタイプのコンデンサより長く値を維持します。

また、故障率が低く、自己インダクタンス、損失角正接（ディシパションファクター）、等価直列抵抗（ESR）が低いです。

さらに、特殊なネジ型端子とコンパクトな寸法により、大電流に耐えられます。

適切な始動性と200ボルトアンペア以上の容量を持つコンデンサをお探しなら、フィルムコンデンサが頼りになります。長いサービスライフと保存寿命を持ち、他のコンデンサのような悪い力率がありません。

金属または金属箔電極により、フィルムコンデンサは高サージ電流パルスも提供できます。

デバイスの定格電圧範囲は50V～2kVで、様々な電流パルス負荷に耐えられます。

フィルムコンデンサシンボル

フィルムコンデンサの構造

構造図

フィルムコンデンサ構築の第一歩は、追加層を加えても薄いプラスチックフィルム層を均一にすることです。選択した厚さがデバイスの容量値と紙の層を決定します。

プラスチックフィルムの厚さは電極間距離に影響します。フィルムの粘度が低いと電極距離が減りますが、容量値は増加します。

一般的に、コンデンサの容量値は1nF～30μFの範囲です。好みの耐圧と容量値に基づいてフィルムを抽出したら、コンデンサを金属化します。

亜鉛やアルミニウムで金属化できます。次に「マザーロール」を作成します。このとき、フィルムをアルミニウムシートの間に挟んでロールを作ります。

これにより、ロールを平坦化、スリット、巻き取りなどのプロセスに通せます。好みのコンデンササイズ、電気的特性、長方形コンポーネントが得られます。

その後、突出電極をショーページ（金属化プロセス）にかけます。この手順では、スズ、亜鉛、アルミニウムなどの液化金属を使って電極に保護層を形成します。この層により、コンデンサは高温耐性を得ます。

次に、圧縮空気で巻線の端子にスプレーし、電圧を印加します。このプロセスで電極表面の既存欠陥を焼き切ります。

また、湿気はコンデンサに影響しやすいですが、シリコーンオイルなどの絶縁流体を浸透させることで対処できます。

その後、巻線をコンデンサの金属端子に半田付けします。さらに安全コーティングをもう一回施し、本体を外部ケースや保護コーティングに浸します。

フィルムコンデンサの動作原理

フィルムコンデンサは通常のコンデンサと同じように動作します。電極が電荷とエネルギーを蓄え、インダクタとともにLC発振回路を作ります。

フィルムコンデンサをテストするには？ マルチメータをオームモード（10kΩ～1MΩ）に設定し、リードをコンデンサの各リードに接続（黒をマイナス、赤をプラス）。デバイスはゼロから無限大に向かってゆっくり読み取りを開始するはずです。

また、リードの高さで極性を判断できます。短い端子がカソード（負極性）、長い端子がアノード（正極性）です。

フィルムコンデンサシンボル

フィルムコンデンサと他のプラスチックフィルム誘電体の違い

ここまででフィルムコンデンサの概要は理解できたはずです。このセクションでは、使用される誘電体材料に基づく様々なフィルムコンデンサについて説明します。

ポリエステルコンデンサ

マイラーまたはポリエステルコンデンサ

最も広く使用される誘電体材料の一つです。ポリエステルコンデンサは、ポリプロピレンなどの他の材料より高い誘電定数を持ちます。この誘電定数により、小型コンデンサの構築が可能です。

「マイラーコンデンサ」とも呼ばれます。ポリエステルコンデンサは安価で優れた自己修復特性を持ちます。

高温ではより多くの電力を消費します。また、温度が低・高限界に達すると、最大5%の容量変化を示します。したがって、精密コンデンサの作成にはポリエステルは理想的ではありません。

ポリカーボネートコンデンサ

主に高温用途で見られます。誘電定数は約2.7です。ポリカーボネートフィルムは常に入手可能とは限りません。

しかし、広い温度範囲で良好な電気的特性を持ち、低損失コンポーネントです。

ポリスチレンコンデンサ

ポリスチレンコンデンサは低誘電定数を持ちます。高安定性と典型的な容量用途に使用できます。また、温度（-55℃～+85℃）での容量安定性損失（高・低）を防止できます。

カプトン（ポリイミド）コンデンサ

カプトンは高温用途のコンポーネント作成により効果的です。誘電定数が約3.4と高いためです。しかし、金属化コンデンサは自己修復能力が劣ります。

PTFEコンデンサ

このコンデンサも低損失デバイスで優れた安定性を提供します。小型フットプリントコンポーネントの作成に最適です。PTFEは高温用途に適さないためです。また、容量値が低く、比較的高価です。

PPSコンデンサ

PPフィルムコンデンサ

PPSは優れた温度特性のおかげで、精密コンデンサ作成に最適です。PPSコンデンサとポリカーボネートコンデンサは耐電圧強度と誘電定数が類似しています。したがって、電気回路ではポリカーボネートをPPSで置き換え可能です。高い自己修復能力も持ちます。

フィルムコンデンサの種類

プラスチックフィルムコンデンサには二種類あります：

1. 金属化フィルムコンデンサ：

金属化フィルムコンデンサ

このデバイスは、二つの金属化フィルムとプラスチックフィルムで構成される誘電体を持ちます。また、このコンデンサの電極は、デバイスの片面または両面をコーティングする薄い真空蒸着アルミニウム（約0.03μm）金属化から作られます。

さらに、電極間で短絡が発生してもコンポーネントはそのまま残る可能性があります。欠点はサージ電流定格が限られることです。しかし、欠陥のない高品質製品の製造に使用できます。

2. 箔コンデンサ：

フィルム/箔コンデンサ

箔コンデンサは二つのプラスチックフィルムで誘電体を構成します。各電極には金属箔層（主にアルミニウム）があります。この構造により、電極（金属箔）への電気的接続が容易になります。また、箔コンデンサは大電流サージを扱えます。

誘導性フィルム/箔コンデンサ

フィルムコンデンサと電解コンデンサ、セラミックコンデンサの違い

まず、三つのコンデンサは異なる誘電体を持ち、性能を決定します。フィルムコンデンサは幅広い容量値を持ちますが、電解コンデンサとセラミックコンデンサは低歪み率で、低容量回路に適しています。

第二に、フィルムコンデンサはバイポーラな薄いプラスチックフィルムシートを誘電体とします。一方、他の二つ（セラミック＆電解）はバイポーラなセラミック材料シートと、極性を持つ酸化物をそれぞれ誘電体とします。

フィルムコンデンサは長寿命のため、高電圧・高周波用途に最適です。しかし、セラミックコンデンサと電解コンデンサは寿命が短いです。

フィルムコンデンサの用途

• オーディオクロスオーバー
• A/Dコンバーター
• パルスレーザー
• パワーエレクトロニクスデバイス
• 安全コンデンサ
• X線フラッシュ
• スナバーコンデンサ
• 妨害抑制
• 電圧平滑コンデンサ

まとめ

フィルムコンデンサは優れた特性を持つ無極性デバイスです。したがって、電力用途とAC信号に最適です。高精度な容量値を持ち、他のコンデンサより長い寿命を持ちます。

信頼性が高く高電圧に耐えられるコンデンサが必要なら、フィルムコンデンサが最適です。さらなるサポートが必要なら、お気軽にお問い合わせください。