(57)【要約】【課題】フィルムコンデンサを提供すること。【解決手段】コンデンサは、基材層と、基材層の上に配置された第１の電極層と、電極層の上に配置された第１の誘電体層とを備えている。誘電体層は、無機の強誘電性粒子または反強誘電性粒子、および伸びが約５パーセント以下のポリマー材料を備えている。ポリマー材料は、セルロースシアノレジンを備えることができる。基材層は、ポリエーテルイミド、三酢酸セルロース、ポリフェニルスルホン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトンまたはそれらの組合せを備えることができる。【選択図】図１
2010087507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材層と、
前記基材層の上に配置された第１の電極層と、
前記電極層の上に配置された第１の誘電体層であって、
約５パーセント以下の伸びを有するポリマー材料と、
無機の強誘電性粒子または反強誘電性粒子と
を備えた第１の誘電体層と
を備えたコンデンサ。
【請求項２】
前記ポリマー材料がセルロースシアノレジンを含む、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記基材層が、ポリエーテルイミド、三酢酸セルロース、ポリフェニルスルホン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトンまたはそれらの組合せを含む、請求項１又は２記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記ポリマー材料が約２パーセント以下の伸びを有する、請求項１乃至３のいずれか１項記載のコンデンサ。
【請求項５】
前記第１の誘電体層が約３以上の誘電率を有する、請求項１乃至４のいずれか１項記載のコンデンサ。
【請求項６】
第２の電極層をさらに備え、前記第１の誘電体層が前記第１の電極層と前記第２の電極層の間に配置された、請求項１乃至５のいずれか１項記載のコンデンサ。
【請求項７】
第２の誘電体層と、
第３の電極層と
をさらに備え、前記第２の誘電体層が前記第２の電極層と前記第３の電極層の間に配置された、請求項６記載のコンデンサ。
【請求項８】
前記コンデンサが、
頂部表面と、
前記基材層が前記底部表面の近傍に配置された底部表面と、
少なくとも２つの側面と、
前記側面の少なくとも一部の上に配置された終端メタライゼーション層と
をさらに備えた、請求項７記載のコンデンサ。
【請求項９】
前記基材層が第１の表面および第２の表面を備え、前記第１の電極層が前記基材層の前記第１の表面に配置され、前記コンデンサが、
前記基材層の前記第２の表面に配置された第２の電極層をさらに備えた、請求項１乃至７のいずれか１項記載のコンデンサ。
【請求項１０】
前記基材層が、前記第１の表面および第２の表面に隣接する少なくとも２つの側面を備え、前記コンデンサが、
前記側面の少なくとも一部の上に配置されたメタライゼーション層をさらに備えた、請求項９記載のコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明には、コンデンサに関連する実施形態が含まれている。より詳細には、本発明には、フィルムコンデンサに関連する実施形態が含まれている。
【背景技術】
【０００２】
フィルムコンデンサは、通常、変位された金属化ポリマーフィルムを共に巻くことによって構築される。ポリマーフィルムは、フィルムの適切な巻回を保証するためには十分な延性を有していなければならず、弱いフィルム材料あるいはもろいフィルム材料を使用することはできない。したがってエレクトロニクス産業ならびに自動車産業、航空機産業、油井探査およびガス井探査には、弱いポリマーあるいはもろいポリマーを備えることができるが高い誘電率、強い破壊強度ならびに良好な機械強度を示すコンデンサが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４９１７８１０号公報
【特許文献２】米国特許第５６５００３１号公報
【特許文献３】米国特許第６６３２１０９号公報
【特許文献４】米国特許第６７７８０５３号公報
【特許文献５】米国特許第６８６４３０６号公報
【特許文献６】米国特許第６５４４６５１号公報
【特許文献７】米国特許第５９６２１２２号公報
【特許文献８】米国特許第５６３８２５１号公報
【特許文献９】米国特許第６７６２２３７号公報
【特許文献１０】米国特許出願第２００４００６０７３０号公報
【特許文献１１】米国特許出願第２００５００８０１７５号公報
【特許文献１２】米国特許出願第２００３００１７３５１号公報
【特許文献１３】米国特許出願第２００４０２６５５５１号公報
【特許文献１４】米国特許出願第２００５０１６１１４９号公報
【特許文献１５】米国特許出願第２００７０１１７９１３号公報
【特許文献１６】米国特許出願第２００７０１１６９７６号公報
【特許文献１７】米国特許出願第２００７０１１７８８６号公報
【特許文献１８】米国特許出願第２００７０２５８１９０号公報
【特許文献１９】米国特許出願第２００５０２５６２４０号公報
【特許文献２０】米国特許出願第２００７０１１７８９８号公報
【特許文献２１】ＷＯ２００６１２４６７０号公報
【特許文献２２】ＣＮ１６７００７３号公報
【特許文献２３】ＥＰ１２７１５７８号公報
【特許文献２４】ＷＯ０１８９８２７号公報
【特許文献２５】ＥＰ０９６９４８８号公報
【特許文献２６】ＷＯ００７９５５０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】EP SEARCH REPORT, EP06124499, February 27, 2007
【非特許文献２】CN1670073, ENGLISH ABSTRACT, D. Lijie et al., September 21, 2005
【非特許文献３】JP58141222, Publication Date August 22, 1983, "High-Dielectric Film" (Abstract Only)
【非特許文献４】Colin Kydd Campbell, "Experimental and Theoretical Characterization of an Antiferroelectric Ceramic Capacitor for Power Electronics", IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, Vol. 25, No. 2, pages 211-216, June 2002
【非特許文献５】Jianwen Xu and C. P. Wong, "Low-loss percolative dielectric composite" Applied Physics Letters 87, 082907, pages 082907-1, 2, 3, 2005
【非特許文献６】Y. Bai, Z. Y. Cheng, V. Bharti, H. A. Xu, and Q. M. Zhang, "High-dielectric constant ceramic-powder polymer composites", Applied Physics Letters, Vol. 76, No. 25, pages 3804-3806, published April 28, 2000
【非特許文献７】E. Aulagner, J. Guillet, G. Seytre, C. Hantouche, P. Le Gonidec, G. Terzulli, "(PVDF/BaTiO3) and (PP/BaTiO3) Films for Energy Storage Capacitors" 1995 IEEE 5th International Conference on Conduction and Breakdown in Solid Dielectrics, pages 423-427, 1995
【非特許文献８】D. Dimos, "Perovskite Thin Films for High-Frequency Capacitor Applications", Annual Review of Materials Science, Vol. 28: 397-419 (Volume publication date August 1998)
【非特許文献９】P. F. Fantoni, A. Nordlund, "Wire System Aging Assessment and Condition Monitoring" Nordic Nuclear Safety Research, April 2006
【非特許文献１０】M. L. Krogh, B. C. Schultz, W. Huebner et al., "High Breakdown Strength, Multilayer Ceramics for Compact Pulsed Power Applications", Federal Manufacturing & Technologies, July 1999
【非特許文献１１】M. T. Lanagan, J. H. Kim, S. Jang, R. E. Newnham, "Microwave Dielectric Properties of Antiferroelectric Lead Zirconate", J. Am. Ceram. Soc., 71(4) pages 311-316 (1988)
【非特許文献１２】M. P. McNeal, S. Jang, R. E. Newnham, "Particle Size Dependent High Frequency Dielectric Properties of Barium Titanate", ISAF '96, Proceedings of the Tenth IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics, August 1996
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、コンデンサは、基材層と、基材層の上に配置された第１の電極層と、電極層の上に配置された第１の誘電体層とを備えている。誘電体層は、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料、および無機の強誘電性粒子または反強誘電性粒子を備えている。
【０００６】
他の実施形態では、コンデンサは、三酢酸セルロースから構成される基材層を備えており、基材層は、約３００ｐｓｉ以上の引張り強さを有している。第１の電極層は基材層の上に配置されており、また、第１の誘電体層は電極層の上に配置されている。誘電体層は、無機の強誘電性粒子または反強誘電性粒子、および伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態によるフィルムコンデンサの横断面図である。
【図２】本発明の一代替実施形態によるフィルムコンデンサの横断面図である。
【図３】本発明の一代替実施形態による多層フィルムコンデンサの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書においては、誘電特性および機械特性が改善されたフィルムコンデンサが開示される。本明細書で考察されている誘電特性のうちのいくつかは、誘電率、破壊電圧および損率である。誘電体の「誘電率」は、電極間または電極の周囲の空間が誘電体で充填されたコンデンサのキャパシタンスと、真空中の同じ構成の電極のキャパシタンスとの比率である。本明細書において使用されているように、「絶縁破壊電圧」は、ＡＣ電圧またはＤＣ電圧が印加された状態における材料の絶縁破壊抵抗の尺度を表している。破壊直前の印加電圧を誘電体の厚さで割ると破壊電圧が得られる。破壊電圧は、ｋＶ／ｍｍの単位で測定される。理想誘電体の場合、電圧波と電流波は位相が９０度外れている。実際の誘電体の場合、誘電体が１００％効率未満になると、それに正比例して電流波が電圧に対して遅れ始める。そのために、その遅れに比例する電力損失が誘電体に生じることになる。電流波が電圧に対する９０度位相外れから逸脱する範囲は、誘電損角として定義されている。この損失角の正接は、損率または散逸率として知られている。
【０００９】
図１を参照すると、基材層１４の上に配置され、かつ、基材層１４によって支持された第１の電極層１２を備えたフィルムコンデンサ１０が示されている。一実施形態では、基材層１４はポリマーフィルムであり、基材層の上に配置されている第１の電極層１２が金属化ポリマーフィルムを形成している。金属化ポリマーフィルムは基材層１４から構成されており、また、第１の電極層１２は、付着される１つまたは複数の誘電体層に十分な機械的強度およびたわみ性を提供するための基材として使用されている。金属化ポリマーフィルム基材は、さらに、コンデンサを形成する処理ステップの間、１つまたは複数の誘電体層を機械的に支持する。基材層１４に適した材料には、それらに限定されないが、ポリエーテルイミド、三酢酸セルロース、ポリフェニルスルホン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトンまたはそれらの組合せを含むことができる。好ましい実施形態では、基材層１４は三酢酸セルロースから構成されている。
【００１０】
基材層１４の引張り強さは、基材層のたわみ性および延性の１つの尺度である。基材層１４は、約３，０００ｐｓｉ以上の引張り強さを有していることが望ましい。他の実施形態では、基材層１４は約５，０００ｐｓｉ以上の引張り強さを有している。他の実施形態では、基材層１４は約７，０００ｐｓｉ以上の引張り強さを有している。さらに他の実施形態では、基材層１４は約９，０００ｐｓｉ以上の引張り強さを有している。
【００１１】
基材層１４の伸びは約２パーセント以上であることが好ましい。一実施形態では、基材層１４の伸びは約５パーセント以上である。他の実施形態では、基材層１４の伸びは約１０パーセント以上である。さらに他の実施形態では、基材層１４の伸びは約５０パーセント以上である。
【００１２】
第１の誘電体層１６は第１の電極層１２の上に配置されている。誘電体層１６は、それらに限定されないが、溶液流延、スピンコーティング、ディップコーティングまたはグラビアロールコーティングを始めとする当業者に知られている任意の方法で電極層１２の上に付着させることができる。グラビアロールコーティングプロセスは、食刻ローラがコーティング槽の中で動作し、コーティング槽でローラの食刻された点または線がコーティング材料で充填されることに依拠する。ドクターブレードによってローラ上の過剰のコーティング剤が拭い取られた後、本明細書において説明されている金属化ポリマーキャリアフィルムなどの基材の上にコーティング剤が付着される。コーティング材料は、適切な溶媒中に溶解する誘電体材料から構成されてもよい。
【００１３】
電極層１２は、熱蒸発、物理気相成長またはスパッタリングあるいは化学気相成長によって基材層１４の上に付着させることができる。望むなら基材層１４の第１の表面１８に第１の電極層１２を付着させ、また、基材層の反対側の第２の表面２４に第２の電極層２２を付着させることも可能である。また、基材層１４の側面２６も同じく金属化が可能であり、それにより図１に示されているように基材層１４を単一のメタライゼーション層の中に本質的に配置することができる。基材層１４の側面２６に付着したメタライゼーション層１５は、電極層１２および２２を形成している材料と同じ材料から構成されている。基材層１４の上に１つまたは複数の電極層１２および２２が付着されると、上で説明したように第１の電極層の上に第１の誘電体層１６を付着させることができる。
【００１４】
図２は、フィルムコンデンサ２０の一実施形態を示しており、基材層１４の第１の表面１８に第１の電極層１２が付着されている。基材層１４および第１の電極層１２から構成されている金属化ポリマーフィルムは、付着される１つまたは複数の誘電体層に十分な機械的強度およびたわみ性を提供するための基材として使用されている。金属化ポリマーフィルム基材は、さらに、コンデンサを形成するための処理ステップの間、１つまたは複数の誘電体層に機械的支持を提供している。次に、第１の電極層１２の上に第１の誘電体層１６が付着され、基材層１４と第１の誘電体層の間に第１の電極層が配置される。第１の誘電体層１６の上に第２の電極層２２が付着され、第１の電極層１２と第２の電極層２２の間に第１の誘電体層が配置される。
【００１５】
図３に示されているように、望むなら追加電極および追加誘電体層を追加し、多層コンデンサフィルム３０を形成することができる。たとえば、第２の電極層２２の上に第２の誘電体層３２が付着され、第１の誘電体層１６と第２の誘電体層３２の間に第２の電極層が配置される。第２の誘電体層３２の上に第３の電極層３４が付着され、第２の電極層２２と第３の電極層３４の間に第２の誘電体層が配置される。追加誘電体層３６、３８および４２ならびに追加電極層４４、４６および４８が同じくこの交互方式で形成され、これらの２つの電極層の間にそれぞれ誘電体層が配置される。誘電体層および電極層は、上で説明したようにして付着されている。
【００１６】
終端メタライゼーション層５２は、図３に示されているように、コンデンサを接続するためのリード電極としてコンデンサフィルム３０の側面に付着させなければならない。メタライゼーション層５２を付着させるための適切な方法には、プラズマ溶射技法および電極を付着させるための適切な方法として本明細書において説明されている方法がある。
【００１７】
誘電体層は、通常、約０．１ミクロンと約２０ミクロンの間の厚さを有している。一実施形態では、誘電体層は、約５ミクロンと約１５ミクロンの間の範囲の厚さを有している。本発明のさらに他の実施形態では、誘電体層は、約１０ミクロンと約１５ミクロンの間の範囲の厚さを有している。
【００１８】
電極層は、通常、約２０オングストロームと約３００オングストロームの間の範囲の厚さを有している。一実施形態では、電極層は、約３０オングストロームと約１５０オングストロームの間の範囲の厚さを有している。本発明のさらに他の実施形態では、電極層は、約５０オングストロームと約１００オングストロームの間の範囲の厚さを有している。
【００１９】
基材層１４は、約０．１ミクロンと約１５ミクロンの間の厚さを有することができる。一実施形態では、基材層は、約１ミクロンと約１０ミクロンの間の範囲の厚さを有している。本発明のさらに他の実施形態では、基材層は、約３ミクロンと約５ミクロンの間の範囲の厚さを有している。
【００２０】
本発明の実施形態では、電極層またはメタライゼーション層は、アルミニウム、銅、亜鉛またはそれらの組合せから構成されてもよい。好ましい実施形態では、電極層は、アルミニウム、銅または亜鉛箔のうちの少なくとも１つを備えている。より好ましくは、電極層は、アルミニウムまたはアルミニウム亜鉛合金を備えている。他の好ましい実施形態では、メタライゼーション層はアルミニウムから構成されている。
【００２１】
一実施形態では、誘電体層は、高い誘電率および破壊強度を有する弱くてもろいポリマー材料を備えている。本明細書において使用されているように、「ポリマー材料」は、特に明記されていない限り、誘電体層中に存在しているポリマー材料のみを意味している。ポリマー材料および誘電体層は、通常、少なくとも１００キロボルト／ミリメートルの破壊電圧を有している。一実施形態では、ポリマー材料および誘電体層は、少なくとも３００キロボルト／ミリメートルの破壊電圧を有している。他の実施形態では、ポリマー材料および誘電体層は、少なくとも４５０キロボルト／ミリメートルの破壊電圧を有している。他の実施形態では、ポリマー材料および誘電体層は、少なくとも６００キロボルト／ミリメートルの破壊電圧を有している。
【００２２】
ポリマー材料は、広範囲にわたる様々な熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマーのブレンド、熱硬化性ポリマーのブレンドまたは熱可塑性ポリマーと熱硬化性ポリマーのブレンドから選択されるポリマーを備えることができる。ポリマー材料は、ホモポリマー、スターブロックコポリマー、グラフトコポリマー、交互ブロックコポリマーまたはランダムコポリマーなどのコポリマー、イオノマー、デンドリマーあるいはそれらのうちの少なくとも１つを含んだ組合せを備えることができる。また、ポリマー材料は、ポリマー、コポリマーなどのブレンド、または上記のうちの少なくとも１つを含んだ組合せであってもよい。
【００２３】
ポリマー材料に使用することができる熱可塑性ポリマーの例には、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリアルキド、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアラミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、エポキシ、フェノール、シリコーン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジノフェノチアジン、ポリベンゾチアゾール、ポリピラジノキノキサリン、ポリピロメリチミド、ポリキノキサリン、ポリベンズイミダゾール、ポリオキシンドール、ポリオキソイソインドリン、ポリジオキソイソインドリン、ポリトリアジン、ポリピリダジン、ポリピペラジン、ポリピリジン、ポリピペリジン、ポリトリアゾール、ポリピラゾール、ポリカルボラン、ポリオキサビシクロノナン、ポリジベンゾフラン、ポリフタリド、ポリアセタール、ポリアンヒドリド、ポリビニルエーテル、ポリビニルチオエーテル、ポリビニルケトン、ポリビニルハライド、ポリビニルニトリル、ポリビニルエステル、ポリスルホネート、ポリサルファイド、ポリチオエステル、ポリスルホン、ポリスルホンアミド、ポリウレア、ポリフォスファゼン、ポリシラザン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリビニリデンフルオライド、ポリシロキサン、ポリフェニレンエーテル、シアノエチルセルロース、三酢酸セルロースなどがあり、あるいは上記熱可塑性ポリマーのうちの少なくとも１つを含んだ組合せがある。
【００２４】
例示的熱可塑性ポリマーには、ポリエーテルイミド、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニリデンフルオライド−トリフルオロエチレンＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリビニリデン−テトラフルオロエチレンコポリマーＰ（ＶＤＦ−ＴＦＥ）およびポリビニリデンヘキサフルオロプロピレンコポリマーＰ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）、エポキシ、ポリエステル、ポリイミド、ポリアリーレート、ポリフェニルスルホン、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンエーテル、シアノエチルセルロース、シアノエチルプルラン、三酢酸セルロースなどがあり、あるいは上記のうちの少なくとも１つを含んだ組合せがある。
【００２５】
熱可塑性ポリマーのブレンドの例には、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、ポリフェニレンエーテル／ポリオレフィン、セルロースシアノレジン／三酢酸セルロース、シアノエチルプルラン／ポリビニリデンフルオライドなどがあり、あるいは上記のうちの少なくとも１つを含んだ組合せがある。好ましい実施形態では、ポリマー材料はセルロースシアノレジンである。
【００２６】
ポリマー材料に使用することができる熱硬化性ポリマーの例は、エポキシ／アミン、エポキシ／無水物、イソシアネート／アミン、イソシアネート／アルコールの樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、不飽和ポリエステルおよびビニルエステルブレンド、不飽和ポリエステル／ウレタンハイブリッド樹脂、ポリウレタン−ウレア、熱硬化性ポリフェニレンエーテル、シリコーン、フルオロシリコーン、ベンジミダゾール、シアネートエステル、ビスマレイミド、反応性ジシクロペンタジエン樹脂、反応性ポリアミドなどであり、あるいは上記のうちの少なくとも１つを含んだ組合せである。
【００２７】
一実施形態では、適切な熱硬化性ポリマーには、エネルギー活性化可能熱硬化性プレポリマー組成物から構築することができる熱硬化性ポリマーがある。ウレタンポリエステル、シリコーンポリマー、フェノールポリマー、アミノポリマー、エポキシポリマー、ビスマレイミド、ポリイミドおよびフランポリマーなどのポリウレタンは、その一例である。エネルギー活性化可能熱硬化性プレポリマー成分は、ポリマー前駆体および硬化剤を備えることができる。ポリマー前駆体は、熱で活性化させることができるため、触媒の必要性が除去される。選択される硬化剤は、熱硬化性ポリマーを形成するために必要なエネルギー源のタイプを決定しているだけではなく、結果として得られる熱硬化性ポリマーの特性にも影響を及ぼすことがある。硬化剤の例には、脂肪族アミン、芳香族アミン、酸無水物、過酸化物、ルイス酸などがあり、あるいは上記のうちの少なくとも１つを含んだ組合せがある。エネルギー活性化可能熱硬化性プレポリマー組成物は、組成物の粘性をより小さくし、より高いスループットおよびより低い温度を含めて押出しを容易にするための溶媒または加工助剤を含むことができる。溶媒は、架橋反応の阻止を補助することができ、また、重合中または重合した後に、部分的または全面的に蒸発することができる。また、溶媒は、硬化前に粘性補助剤として作用し、また、硬化プロセスの間、反応して最終ポリマーになる反応性希釈剤として作用することも可能である。
【００２８】
ポリマー材料は、摂氏約１２０度以上のガラス転移温度すなわち軟化温度を有していることが望ましい。一実施形態では、ポリマー材料は、摂氏約１５０度以上のガラス転移温度すなわち軟化温度を有していることが望ましい。他の実施形態では、ポリマー材料は、摂氏約２００度以上のガラス転移温度すなわち軟化温度を有していることが望ましい。さらに他の実施形態では、ポリマー材料は、摂氏約２６０度以上のガラス転移温度すなわち軟化温度を有していることが望ましい。
【００２９】
一実施形態では、誘電体層の総重量の約５重量パーセントないし約９９．９９９重量パーセントの量のポリマー材料が存在している。他の実施形態では、誘電体層の総重量の約１０重量パーセントないし約９９．９９重量パーセントの量のポリマー材料が存在している。他の実施形態では、誘電体層の総重量の約３０重量パーセントないし約９９．５重量パーセントの量のポリマー材料が存在している。他の実施形態では、誘電体層の総重量の約５０重量パーセントないし約９９．３重量パーセントの量のポリマー材料が存在している。
【００３０】
一実施形態では、ポリマー材料の伸びは約２パーセント以下である。一実施形態では、ポリマー材料の伸びは約５パーセント以下である。他の実施形態では、ポリマー材料の伸びは約１０パーセント以下である。他の実施形態では、ポリマー材料の伸びは約５０パーセント以下である。さらに他の実施形態では、ポリマー材料の伸びは約１００パーセント以下である。
【００３１】
本発明の実施形態では、誘電体層は、ポリマー材料およびポリマー材料中に分散している無機の強誘電性粒子または反強誘電性粒子を備えた微小複合材料を備えている。ポリマー材料は、粒子のための基質を提供している。
【００３２】
無機の反強誘電性粒子は、活性化電界を印加することによって強誘電性粒子に変換することができる。一実施形態では、活性化電界はバイアス電界から構成されてもよい。他の実施形態では、活性化電界は、たとえばオーブンなどの熱エネルギー源が存在している場合に印加されるバイアス電界から構成されてもよい。したがって反強誘電性粒子は、バイアス電界にさらされると低誘電状態（反強誘電性状態）から高誘電状態（強誘電性状態）へ相転移することができる電界調整可能な非線形誘電体粒子である。誘電体層を電界調整可能にしているのは、反強誘電性粒子のこれらの有利な特性によるものである。電界調整可能な誘電体層は、それらが使用される応用例に応じてオンデマンドで調整されるそれらの誘電特性を有利に有することができる。
【００３３】
強誘電性効果は、特定のイオン結晶が自発的双極子モーメントを示すことができる電気現象である。主として２つのタイプの強誘電体、すなわち変位型と秩序無秩序型がある。たとえばチタン酸バリウム（ＢＴ）およびチタン酸ストロンチウム（ＳＴ）における効果は変位型の効果であり、分極カタストロフィによるものであり、イオンが平衡状態からわずかに変位すると、結晶中のイオンによる局部電界からの力が弾性回復力より速く大きくなる。そのために平衡イオン位置が非対称シフトし、延いては永久双極子モーメントがもたらされることになる。秩序無秩序型強誘電体の場合、単位格子毎に双極子モーメントが存在しているが、高温ではそれらは無作為の方向を指している。温度が低くなって相転移を通過すると、双極子配列は、すべて、領域内では同じ方向を指すことになる。
【００３４】
強誘電性材料に生じる上記秩序化の結果、これらの材料は約１０００以上の高い誘電率を有している。強誘電性粒子の誘電率は、それらの粒子が強い電界にさらされると小さくなることがある。反強誘電性転移の場合、個々の双極子とそれに隣接する双極子が逆並列で配置されるようになり、したがって正味の自発分極はゼロである。したがって反強誘電性状態にある材料は、通常、約１００ないし約１０００のより小さい誘電率を有している。強誘電性粒子および反強誘電性粒子は、いずれも微小粒子すなわちマイクロメートルサイズの粒子の形態で存在することができる。これらの微小粒子は、通常、ポリマー材料の誘電率より適度に高い誘電率を有している。したがって、微小粒子をより強い電界にさらすことができ、延いては微小複合誘電体層の誘電率をより大きくすることができる。
【００３５】
上で言及したように、反強誘電性粒子は、それらに電界が印加されると本質的に反強誘電性から強誘電性へ相転移する。反強誘電性粒子は、それらがポリマー材料中に分散すると、約１００キロボルト／ミリメートル以下の電界を印加することによって反強誘電性状態から強誘電性状態へ相転移するようにトリガすることができる。したがって、ポリマー微小複合物の誘電率は、反強誘電性粒子を含有していないポリマー材料と比較すると約３００パーセント以上大きい。
【００３６】
反強誘電性粒子は、誘電体層の誘電率を大きくするために有利にポリマー材料中に分散させることができる。ポリマー材料中に良好に分散した粒子によって、反強誘電性粒子を含有していないポリマー材料に優る改善された特性が提供される。これらの改善された特性には、より高い誘電率、より高いエネルギー密度、良好な破壊強度、コロナ抵抗、改善された衝撃強さおよび機械的硬さならびに熱安定性が含まれている。
【００３７】
反強誘電性粒子は、それらを誘電体層中に組み込む前は、通常、反強誘電性状態と強誘電性状態の中間の状態にある。一般的には、反強誘電性状態にある反強誘電性粒子は、ポリマー材料の誘電率に可能な限り近い誘電率を有していることが望ましい。一実施形態では、反強誘電性粒子（反強誘電性状態の）は、ポリマー材料の誘電率の値の１０パーセント以内の値の誘電率を有している。他の実施形態では、反強誘電性粒子（反強誘電性状態の）は、ポリマー材料の誘電率の値の５０パーセント以内の値の誘電率を有している。さらに他の実施形態では、反強誘電性粒子（反強誘電性状態の）は、ポリマー材料の誘電率の値の１００パーセント以内の値の誘電率を有している。さらに他の実施形態では、反強誘電性粒子（反強誘電性状態の）は、ポリマー材料の誘電率の値の５００パーセント以内の値の誘電率を有している。灰チタン石から誘導される粒子は反強誘電性粒子の一例である。
【００３８】
一実施形態では、反強誘電性粒子は、化学式（Ｉ）Ｐｂ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、．．．）Ｏ３（Ｉ）を有する反強誘電性粒子であり、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は遷移金属または希土類金属である。遷移金属の一例は、周期表の第３ｄ族、第４ｄ族および第５ｄ族に存在しているもの、たとえばスカンジウム、鉄、チタンクロム、ジルコニウムなど、あるいは上記遷移金属のうちの少なくとも１つを含んだ組合せである。希土類金属の例は、ランタン、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、サマリウムなど、あるいは上記希土類金属のうちの少なくとも１つを含んだ組合せである。
【００３９】
強誘電性粒子または反強誘電性粒子の一例は、次の化学式（ＩＩ）：Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＩＩ）で示されるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を備えた粒子であり、ｘは約１以下である。一実施形態では、ｘは約０．３ないし約１の値を有することができる。他の実施形態では、ｘは約０．６ないし約１の値を有することができる。さらに他の実施形態では、ｘは約０．９ないし約１の値を有することができる。ＰＺＴ反強誘電性粒子は、広範囲にわたる組成空間に及んでおり、したがって広範囲にわたる誘電特性を有する固溶体の形態で存在している。また、ドーピングによってＰＺＴの界面特性および電気特性をさらに修正することも可能である。たとえば、Ｐｂ２＋をＬａ３＋に置き換えることにより、反強誘電性粒子に変換することができる最大７０００の誘電率を有する強誘電性粒子が得られる。ＰＺＴおよびＰＺＴ誘導体の例には、ＰｂＨｆＯ３、ＰｂＺｒＯ３、修正Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ３、ＰｂＬａ（ＺｒＳｎＴｉ）Ｏ３、ＰｂＮｂ（ＺｒＳｎＴｉ）Ｏ３などがあり、あるいは上記反強誘電性粒子のうちの少なくとも１つを含んだ組合せがある。例示的反強誘電性粒子はジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）である。
【００４０】
反強誘電性粒子の他の例は、化学式（ＩＩＩ）：Ｐｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３（ＩＩＩ）のジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）を備えた粒子である。ｘおよびｙはそれぞれ最大１の値を有することができ、また、ｘおよびｙは互いに独立している。一実施形態では、ｘは約０．１ないし約０．３の値を有することができ、一方、ｙは約０．８ないし約１の値を有することができる。
【００４１】
反強誘電性粒子のさらに他の例は、化学式（ＩＶ）：ＰｂＳｃｘＮｂ１−ｙＯ３（ＩＶ）のスカンジウムニオブ酸鉛（ＰＳＮ）または化学式（Ｖ）：ＰｂＳｃｘＴａ１−ｘＯ３（Ｖ）のスカンジウムタンタル酸鉛（ＰＳＴ）を備えた粒子である。
【００４２】
他の反強誘電性粒子は、ＰｂＳｃ１／２Ｎｂ１／２Ｏ３−−ＰｂＬｕ１／２Ｎｂ１／２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３−−ＰｂＺｒＯ３、チタン酸スカンジウムニオブ酸鉛（ＰＳＮＴ）およびチタン酸ニオブ酸鉛ルテチウム（ＰＬｕＮＴ）である。
【００４３】
他の実施形態では、反強誘電性粒子には鉛は存在していない。反強誘電性粒子の例には、ＮａＮｂＯ３、（Ｋ，Ｎａ）（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、ＢａＺｒＯ３、Ｎａ０．２５Ｋ０．２５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３、Ａｇ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３およびＮａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３−−Ｋ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３−−ＢａＴｉＯ３、（Ｂｉ１−ｘＳｍｘ）ＦｅＯ３、または上記鉛が存在しない反強誘電性粒子のうちの少なくとも１つを含んだ組合せがある。ｘおよびｙはそれぞれ最大約１の量であり、また、ｘおよびｙは互いに独立している。
【００４４】
上で言及したように、粒子は、バイアス電界にさらされると、低誘電率（反強誘電性状態）から高誘電率（強誘電性状態）へ相転移することができる。一実施形態では、反強誘電性粒子は、約４キロボルト／ミリメートル（ｋＶ／ｍｍ）以上のバイアス電界にさらされると、反強誘電性（低誘電率）状態から強誘電性（高誘電率）状態へ相転移することができる。一実施形態では、反強誘電性粒子は、約６０キロボルト／ミリメートル（ｋＶ／ｍｍ）以上のバイアス電界にさらされると、反強誘電性（低誘電率）状態から強誘電性（高誘電率）状態へ相転移することができる。さらに他の実施形態、反強誘電性粒子は、約２００キロボルト／ミリメートル（ｋＶ／ｍｍ）以上のバイアス電界にさらされると、反強誘電性（低誘電率）状態から強誘電性（高誘電率）状態へ相転移することができる。
【００４５】
一実施形態では、相転移すると誘電体層の誘電率が５０パーセント以上大きくなる。他の実施形態では、相転移すると誘電体層の誘電率が１００パーセント以上大きくなる。他の実施形態では、相転移すると誘電体層の誘電率が５００パーセント以上大きくなる。
【００４６】
上で言及したように、強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、ナノメートルレンジ（１０−９メートルレンジ）またはマイクロメートルレンジ（１０−６メートルレンジ）の粒子サイズを有することができる。一実施形態では、強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、約５ナノメートルないし約１０マイクロメートルの粒子サイズを有している。他の実施形態では、強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、約１０ナノメートルないし約１マイクロメートルの粒子サイズを有している。他の実施形態では、強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、約２０ナノメートルないし約５００ナノメートルの粒子サイズを有している。さらに他の実施形態では、強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、約４０ナノメートルないし約２００ナノメートルの粒子サイズを有している。
【００４７】
一実施形態では、ポリマー材料との結合を容易にするために粒子に表面処理を施すことができる。一実施形態では、この表面処理には、シランカップリング剤で粒子をコーティングするステップが含まれているか、あるいは望むならホスホン酸を使用して粒子の表面を処理することができる。適切なシランカップリング剤の例には、テトラメチルクロロシラン、ヘキサジメチレンジシラザン、ガンマ−アミノプロポキシシランなどがあり、あるいは上記シランカップリング剤のうちの少なくとも１つを含んだ組合せがある。シランカップリング剤は、通常、強誘電性粒子または反強誘電性粒子とポリマー材料の両立性を改善し、また、ホスホン酸は、強誘電性粒子または反強誘電性粒子とカップリング剤との間の強力な結合の形成を促進する。これらの官能基化添加剤は、ポリマー材料中の強誘電性粒子または反強誘電性粒子の分散を改善することができる。
【００４８】
上で言及したように、強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、ナノメートルレンジまたはマイクロメートルレンジの少なくとも１つの寸法を有している。通常、強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、約１０マイクロメートル以下の平均最大寸法を有していることが望ましい。この寸法は、直径、面の縁、長さなどであってもよい。強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、その次元数が整数によって規定される形状を有することができ、たとえば強誘電性粒子または反強誘電性粒子の形状は、１次元、２次元または３次元のうちのいずれかである。また、強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、その次元数が整数によっては規定されない形状を有することも可能である（たとえば強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、フラクタルの形態で存在することができる）。
【００４９】
強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、球、フレーク、繊維、ひげ結晶などの形態、あるいは上記形態のうちの少なくとも１つを含んだ組合せの形態で存在することができる。強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、円形、楕円形、三角形、長方形、多角形、または上記幾何形状のうちの少なくとも１つを含んだ組合せであってもよい断面幾何形状を有することができる。市場で入手することができる強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、ポリマー材料中に組み込まれる前、さらにはポリマー材料中に組み込まれた後でも、凝集体または塊状体の形態で存在することができる。凝集体は、互いに物理的に接触している複数の粒子から構成されており、一方、塊状体は、互いに物理的に接触している複数の凝集体から構成されている。
【００５０】
強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、望むなら、それらの正確なサイズ、形状および組成物には無関係に、誘電体層の総重量の約０．１重量パーセントないし約８５重量パーセントの装填でポリマー材料中に分散させることができる。一実施形態では、誘電体層の総重量の約１重量パーセント以上の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が存在している。他の実施形態では、誘電体層の総重量の約１０重量パーセント以上の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が存在している。さらに他の実施形態では、誘電体層の総重量の約３０重量パーセント以上の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が存在している。一実施形態では、誘電体層の総重量の８５重量パーセント以下の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が存在している。他の実施形態では、誘電体層の総重量の約７０重量パーセント以下の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が存在している。さらに他の実施形態では、誘電体層の総重量の約６０重量パーセント以下の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が存在している。
【００５１】
ポリマー材料は、強誘電性粒子または反強誘電性粒子および任意の他の適宜望ましい有機充填材と共に、通常、それらに限定されないが、コンパウンディング、溶融ブレンディング、溶液ブレンディングなどのいくつかの異なる方法で、あるいは上記方法のうちの少なくとも１つを含んだ組合せで結合することができる。これらの成分の溶融ブレンディングには、せん断力、引張り力、圧縮力、超音波エネルギー、電磁エネルギー、熱エネルギーまたは上記力あるいは上記エネルギーの形態のうちの少なくとも１つを含んだ組合せを使用する必要があり、単一のスクリュー、複数のスクリュー、インターメッシング同方向回転または逆方向回転スクリュー、非インターメッシング同方向回転または逆方向回転スクリュー、往復スクリュー、ピン付きスクリュー、ピン付きバレル、ロール、ラム、ヘリカルロータまたは上記のうちの少なくとも１つを含んだ組合せによって上記力が加えられる処理設備によって処理される。
【００５２】
上記力を必要とする溶融ブレンディングは、それらに限定されないが、単一または複数の単軸押出機、Ｂｕｓｓニーダ、Ｈｅｎｓｃｈｅｌ、ヘリコーン、Ｒｏｓｓ混合機、Ｂａｎｂｕｒｙ、ロールミル、射出成形機、真空成形機、ブロー成形機などの造型機などの機械、あるいは上記機械のうちの少なくとも１つを含んだ組合せを使用して処理することができる。組成物を溶融ブレンドまたは溶液ブレンドしている間は、通常、組成物の約０．０１ないし約１０キロワット時／キログラム（ｋｗｈｒ／ｋｇ）の比エネルギーが付与されることが望ましい。この範囲内では、組成物をブレンドする場合、比エネルギーは、一般的には、約０．０５ｋｗｈｒ／ｋｇ以上、好ましくは約０．０８ｋｗｈｒ／ｋｇ以上、より好ましくは約０．０９ｋｗｈｒ／ｋｇ以上であることが望ましい。また、組成物をブレンドする場合、比エネルギーの量は、約９ｋｗｈｒ／ｋｇ以下、好ましくは約８ｋｗｈｒ／ｋｇ以下、より好ましくは約７ｋｗｈｒ／ｋｇ以下であることが望ましい。
【００５３】
ポリマー材料中に組み込む前の粒子は、反強誘電性状態または強誘電性状態のいずれであってもよい。一般的には、特定の応用例における使用に先立つ粒子の状態は、反強誘電性状態であることが望ましい。上で言及したように、ポリマー中に組み込まれる反強誘電性粒子の状態を変化させる（反強誘電性状態から強誘電性状態に）ためには、通常、約１００キロボルト／ミリメートル以下のバイアス電界が使用される。このバイアス電界は、サンプルに熱を印加することによって達成することができる。熱は、バイアス電界を印加している間、対流、伝導または放射の形でサンプルに印加することができる。
【００５４】
一実施形態では、ポリマー材料は、粉末形態、ペレット形態、シート形態などであり、押出機またはＢｕｓｓニーダなどの溶融ブレンディングデバイスへの供給に先立って、最初に、Ｈｅｎｓｃｈｅｌまたはロールミルを使用して、強誘電性粒子または反強誘電性粒子および望むなら他の任意選択の充填材と乾燥ブレンドすることができる。他の実施形態では、強誘電性粒子または反強誘電性粒子は、マスターバッチの形態で溶融ブレンディングデバイスに導入される。このようなプロセスの場合、ポリマー材料の下流側の溶融ブレンディングデバイスにマスターバッチを導入することができる。
【００５５】
マスターバッチを使用する場合、マスターバッチの総重量の約１０重量パーセントないし約８５重量パーセントの量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子をマスターバッチの中に存在させることができる。一実施形態では、マスターバッチの総重量の約３０重量パーセント以上の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が使用される。他の実施形態では、マスターバッチの総重量の約４０重量パーセント以上の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が使用される。他の実施形態では、マスターバッチの総重量の約４５重量パーセント以上の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が使用される。一実施形態では、マスターバッチの総重量の約８５重量パーセント以下の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が使用される。他の実施形態では、マスターバッチの総重量の約７５重量パーセント以下の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が使用される。他の実施形態では、マスターバッチの総重量の約６５重量パーセント以下の量の強誘電性粒子または反強誘電性粒子が使用される。
【００５６】
ポリマー材料を構成している組成物、任意選択の有機充填材および強誘電性粒子または反強誘電性粒子には、誘電体層を形成するために望ましい場合、複数回にわたってブレンドステップおよび形成ステップを実行することができる。たとえば最初に組成物を押し出してペレットを形成することができる。次に、ペレットを造型機に供給することができ、そこでペレットを望ましい他の形状に形成することができる。別法としては、単一の溶融ブレンダーから射出する組成物をシートまたはストランドに形成し、かつ、焼きなまし、単軸配向または２軸配向などの押出し後プロセスを施すことも可能である。
【００５７】
また、溶液ブレンディングを使用して組成物を製造することも可能である。また、この溶液ブレンディングも、せん断、圧縮、超音波振動などの追加エネルギーを使用して粒子とポリマー材料の均質化を促進することができる。一実施形態では、流体（たとえば溶媒）中に懸濁したポリマー材料を強誘電性粒子または反強誘電性粒子と共に超音波処理器に導入することができる。混合物は、ビードミリングと、それに引き続く、ポリマー材料および流体中での強誘電性粒子または反強誘電性粒子の解体および分散に有効な時間期間にわたる超音波処理によってブレンドされた溶液であってもよい。次に、望むならポリマー材料を強誘電性粒子または反強誘電性粒子と共に乾燥させ、押し出し、かつ、成形することができる。通常、流体は、超音波処理プロセスの間、ポリマー材料を膨張させることが望ましい。ポリマー材料を膨張させることにより、通常、溶液ブレンディングプロセスの間、強誘電性粒子または反強誘電性粒子がポリマー材料中に浸み込む能力が改善され、延いては分散が改善される。
【００５８】
溶液ブレンディングに関連する他の実施形態では、強誘電性粒子または反強誘電性粒子がポリマー材料前駆体と共に超音波処理される。ポリマー材料前駆体は、通常、反応してポリマー材料になり得るモノマー、ダイマー、トリマーなどである。適宜、溶媒などの流体を強誘電性粒子または反強誘電性粒子およびポリマー材料前駆体と共に超音波処理器に導入することができる。超音波処理のための時間期間は、通常、ポリマー材料前駆体による強誘電性粒子または反強誘電性粒子の封入を促進するのに有効な量である。封入が完了すると、次にポリマー材料前駆体が重合され、その中に強誘電性粒子または反強誘電性粒子が分散している組成物が形成される。
【００５９】
この封入および分散方法を容易にするために使用することができるモノマーの適切な例は、それらに限定されないが、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどのポリマーの合成、あるいは上記のうちの少なくとも１つを含んだ組合せなどのポリマーの合成に使用されるモノマーである。一実施形態では、ポリマー材料前駆体、流体および／または粒子の混合物は、約１分ないし約２４時間の期間にわたって超音波処理される。他の実施形態では、混合物は、約５分間以上の期間にわたって超音波処理される。他の実施形態では、混合物は、約１０分間以上の期間にわたって超音波処理される。他の実施形態では、混合物は、約１５分間以上の期間にわたって超音波処理される。一実施形態では、混合物は、約１５時間以内の期間にわたって超音波処理される。他の実施形態では、混合物は、約１０時間以内の期間にわたって超音波処理される。他の実施形態では、混合物は、より好ましくは約５時間以内の期間にわたって超音波処理される。
【００６０】
溶媒は、適宜、組成物の溶液ブレンディングに使用することができる。溶媒は、粘性条件剤として使用することができ、つまり粒子の分散および／または懸濁を容易にするために使用することができる。炭酸プロピレン、炭酸エチレン、ブチロラクトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ニトロメタン、ニトロベンゼン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などの液体アプロティック極性溶媒、あるいは上記溶媒のうちの少なくとも１つを含んだ組合せを使用することができる。水、メタノール、アセトニトリル、ニトロメタン、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなどの極性プロティック溶媒、あるいは上記極性プロティック溶媒のうちの少なくとも１つを含んだ組合せを使用することができる。また、望むなら、ベンゼン、トルエン、塩化メチレン、四塩化炭素、ヘキサン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどの他の非極性溶媒、あるいは上記溶媒のうちの少なくとも１つを含んだ組合せを使用することも可能である。また、少なくとも１つのアプロティック極性溶媒および少なくとも１つの非極性溶媒から構成される共溶媒を使用することも可能である。一実施形態では、溶媒はキシレンまたはｎ−メチルピロリドンである。
【００６１】
溶媒を使用する場合、組成物の総重量の約１重量パーセントないし約９０重量パーセントの量の溶媒を利用することができる。一実施形態では、溶媒を使用する場合、組成物の総重量の約２重量パーセントないし約５０重量パーセントの量の溶媒を利用することができる。さらに他の実施形態では、溶媒を使用する場合、組成物の総重量の約３重量パーセントないし約３０重量パーセントの量の溶媒を利用することができる。さらに他の実施形態では、溶媒を使用する場合、組成物の総重量の約５重量パーセントないし約２０重量パーセントの量の溶媒を利用することができる。一般的には、組成物をブレンドする前、組成物をブレンドしている間および／または組成物をブレンドした後に溶媒を蒸発させることが望ましい。
【００６２】
溶液ブレンディングが完了すると、所望の組成物から構成される溶液を電極層などの所望の基材上に、流延、スピンキャスト、ディップコート、吹付け塗装、ブラシ塗装および／または静電吹付け塗装することができる。次に、溶液を乾燥させ、基材の表面に誘電体層が残される。他の実施形態では、所望の組成物から構成される溶液をスパン成形、圧縮成形、射出成形またはブロー成形して誘電体層を形成することができる。
【００６３】
分散剤、結合剤、条件剤、洗剤および添加剤などの様々な二次種を使用してブレンディングを促進することができる。また、二次種を加えることによって組成物の１つないし複数の特性を改善することも可能である。また、粒子をポリマー材料の薄い層でプレコーティングし、あるいはポリマー材料と両立する、たとえばシラン層またはホスポン酸層などの相でプレコーティングすることによってブレンディングを促進することも可能である。
【００６４】
一実施形態では、ポリマー材料および強誘電性粒子または反強誘電性粒子を無作為の配向で、かつ、無作為の位置に備えた組成物を電界にさらし、それにより強誘電性粒子または反強誘電性粒子を配向するができる。電界は、組成物が溶融状態にある場合、すなわち溶解している場合に印加することができる。電界が存在している場合に凝固が生じることがある。電界にさらすことにより、強誘電性粒子または反強誘電性粒子を好ましい配向で再整列させることができる。一実施形態では、電界を使用してこれらの粒子を柱状構造で整列させることができ、したがってより高い誘電率が得られる。
【００６５】
ポリマー材料および低誘電率状態の反強誘電性粒子を備えた誘電体層は、ポリマー材料のみを備えた誘電体層に優る利点を有している。一実施形態では、誘電体層は、ポリマー材料のみを備えた誘電体層より少なくとも１０パーセント高い誘電率を有している。他の実施形態では、誘電体層は、ポリマー材料のみの場合より少なくとも５０パーセント高い誘電率を有している。他の実施形態では、誘電体層は、ポリマー材料のみの場合より少なくとも１００パーセント高い誘電率を有している。
【００６６】
誘電体層は、反強誘電性粒子を強誘電性粒子に変換するための電界が印加されると、ポリマー材料のみの場合より少なくとも２００パーセント高い誘電率を有することができる。一実施形態では、誘電体層は、変換されると、ポリマー材料のみを備えた誘電体層より少なくとも３００パーセント高い誘電率を有することになる。他の実施形態では、誘電体層は、変換されると、ポリマー材料のみの場合より少なくとも４００パーセント高い誘電率を有することになる。他の実施形態では、誘電体層は、変換されると、ポリマー材料のみの場合より少なくとも５００パーセント高い誘電率を有することになる。
【００６７】
また、微小粒子を備えた誘電体層は、光学的に透明にすることも可能である。一実施形態では、誘電体層は、約７０パーセント以上の可視光透過率を有している。他の実施形態では、誘電体層は、約８０パーセント以上の可視光透過率を有している。さらに他の実施形態では、誘電体層は、約９０パーセント以上の可視光透過率を有している。さらに他の実施形態では、誘電体層は、約９５パーセント以上の可視光透過率を有している。また、さらに他の実施形態では、誘電体層は、成形されるとＡ級表面仕上げを有している。成形された物品は、射出成形、ブロー成形、圧縮成形など、または上記のうちの少なくとも１つを含んだ組合せによって製造することができる。
【００６８】
一実施形態では、誘電体層は、約２００時間ないし約２０００時間にわたって約１０００ボルトないし５０００ボルトを印加した電流に抵抗するコロナ抵抗を有している。他の実施形態では、誘電体層は、約２５０時間ないし約１０００時間にわたって約１０００ボルトないし５０００ボルトを印加した電流に抵抗するコロナ抵抗を有している。さらに他の実施形態では、誘電体層は、約５００時間ないし約９００時間にわたって約１０００ボルトないし５０００ボルトを印加した電流に抵抗するコロナ抵抗を有している。
【００６９】
誘電体層は、約１ヘルツ（Ｈｚ）ないし約１０６ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定した場合、約３以上の誘電率を有している。一実施形態では、誘電体層は、約１ヘルツ（Ｈｚ）ないし約１０６ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定した場合、約５以上の誘電率を有している。他の実施形態では、誘電体層は、約１ヘルツ（Ｈｚ）ないし約１０６ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定した場合、約１０以上の誘電率を有している。他の実施形態では、誘電体層は、約１ヘルツ（Ｈｚ）ないし約１０６ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定した場合、約２０以上の誘電率を有している。さらに他の実施形態では、誘電体層は、約１ヘルツ（Ｈｚ）ないし約１０６ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定した場合、約５０以上の誘電率を有している。
【００７０】
誘電体層は、摂氏約１００度以上のガラス転移温度すなわち軟化点温度を有していることが望ましい。一実施形態では、誘電体層は、摂氏約１２０度以上のガラス転移温度すなわち軟化点温度を有している。他の実施形態では、誘電体層は、摂氏約１５０度以上のガラス転移温度すなわち軟化点温度を有している。他の実施形態では、誘電体層は、摂氏約１８０度以上のガラス転移温度すなわち軟化点温度を有している。さらに他の実施形態では、誘電体層は、摂氏約２００度以上のガラス転移温度すなわち軟化点温度を有している。
【００７１】
さらに、誘電体層は０．０２未満の損率を有することができる。好ましい実施形態では、誘電体層は０．００５未満の損率を有している。
【００７２】
本明細書において説明されているコンデンサは、電力変換、電力調整およびパルス電力応用例などの広範囲にわたる応用例に有用である。フィルムコンデンサは、高温環境においてとりわけ有用である。本明細書において説明されているコンデンサは、通常、摂氏約−４０度と摂氏約２００度の間の範囲の動作温度を有している。他の実施形態では、コンデンサは、摂氏約０度と摂氏約１５０度の間の範囲の動作温度を有している。本発明のさらに他の実施形態では、コンデンサは、摂氏約２０度と摂氏約１２０度の間の範囲の動作温度を有している。
【００７３】
本明細書において開示されているすべての範囲にはその両端の数字が含まれており、また、それらは互いに結合することが可能である。本明細書において使用されている「第１の」、「第２の」などという用語は、順序、量または重要性を表しているのではなく、構成要素を互いに区別するために使用されているにすぎない。量に関連して使用されている「約」および「おおよそ」という修飾語には、言及されている値が含まれており、また、文脈によって示される意味を有している（たとえば特定の量の測定に関連する誤差の程度が含まれている）。本発明を記述している文脈（とりわけ以下の特許請求の範囲の文脈）における名詞の「単数形」の表現および「その（前記）」などの表現ならびにそれらに類似した表現の使用は、本明細書において特に明記されていない限り、あるいは文脈に明確に矛盾しない限り、単数および複数の両方が包含されるものとして解釈されたい。
【００７４】
以上、本発明について、多数の実施形態に関連して詳細に説明したが、本発明は、開示されているこのような実施形態に限定されない。そうではなく、本発明は、これまで説明されてはいないが、本発明の精神および範囲と同等である任意の数の変形形態、変更、置換または等価構造を組み込むように修正することができる。また、本発明の様々な実施形態について説明したが、本発明の態様には、場合によっては上で説明した実施形態の一部しか包含されていないことを理解されたい。したがって、本発明は、以上の説明によってではなく、唯一、特許請求の範囲によってのみ制限されるものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００７５】
１０  フィルムコンデンサ
１２  第１の電極層
１４  基材層
１６  誘電体層
１８  基材層の第１の表面
２２  第２の電極層
２４  基材層の反対側の第２の表面
２６  基材層の側面
３０  多層コンデンサフィルム
３２  第２の誘電体層
３４  第３の電極層
３６、３８、４２  追加誘電体層
４４、４６、４８  追加電極層
５２  終端メタライゼーション層
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010087507.tif 000005