(57)【要約】【課題】フィルムコンデンサの製造において、誘電体となる熱可塑性樹脂フィルムの薄膜化による高容量化とともに生じる蒸着工程での幅方向のずれによる歩留まり低下を防止する熱可塑性樹脂フィルム、およびこれを用いたフィルムコンデンサを提供する。【解決手段】厚みが５．０μｍ以下であり、１２０℃での熱収縮応力と９０℃での熱収縮応力との差が１．２５Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とするフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルムとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みが５．０μｍ以下であり、１２０℃での熱収縮応力と９０℃での熱収縮応力との差が１．２５Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とするフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルム。
【請求項２】
１５０℃での熱収縮応力と１２０℃での熱収縮応力との差が０．４０Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルム。
【請求項３】
１５０℃における熱収縮応力が１．５０Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルム。
【請求項４】
熱可塑性樹脂が芳香族系ポリエステルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルム。
【請求項５】
熱可塑性樹脂がポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルムからなることを特徴とするフィルムコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空蒸着装置にて蒸着される熱可塑性樹脂フィルムに関し、特に金属などの導電性物質を蒸着させてなるフィルムコンデンサの製造において、誘電体となる熱可塑性樹脂フィルムの薄膜化による高容量化とともに生じる蒸着工程での幅方向のずれによる歩留まり低下を防止する熱可塑性樹脂フィルム、およびこれを用いたフィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子機器等の発達に伴い、安価で製造が容易な素材として、誘電体となる樹脂フィルム上に蒸着層を設けたフィルムコンデンサが多く用いられている。例えば、コンデンサの電気的特性が高温、高湿の条件においても長時間にわたり安定であることを目的として、蒸着膜の密着性を高めるための塗布層を設ける提案や（例えば、特許文献１参照）、１５０℃以上のような高温での寸法安定性によって密着性を維持する提案がなされてきた（例えば、特許文献２〜４参照）。
【０００３】
しかしながら、近年のさらなる電子機器の小型化と、それにともなうコンデンサの高容量化、高密度化のためには、誘電体厚みに反比例する静電容量をあげるべく、金属など導電体電極に挟まれる誘電体層をより薄くして単位面積あたりの静電容量を増加させる必要にせまられている。この薄膜化は、従来と同体積の中に積層できる層数を増すことで、静電容量に比例する電極面積そのものを広くすることにも寄与する。
【０００４】
上記特許文献にみられるような従来の厚いフィルムでは顕在化しなかったが、このような誘電体の薄膜化によって、蒸着工程で受ける熱、特にるつぼ直上の冷却装置よりも手前で暴露される金属など導電体蒸気との接触のような、比較的低温領域での熱挙動による歩留まり低下が顕在化するようになった。
【特許文献１】特開平８−２９０５３７号公報
【特許文献２】特開平１０−１１９２１４号公報
【特許文献３】特開平１０−２４４６４６号公報
【特許文献４】特開平１０−３１５４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述のようなフィルムコンデンサの製造において、誘電体となる熱可塑性樹脂フィルムの薄膜化による高容量化とともに生じる蒸着工程での幅方向のずれによる歩留まり低下を防止する熱可塑性樹脂フィルム、およびこれを用いたフィルムコンデンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
（１）厚みが５．０μｍ以下であり、１２０℃での熱収縮応力と９０℃での熱収縮応力との差が１．２５Ｎ／ｍｍ２  以下であることを特徴とするフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルム。
【０００７】
（２）１５０℃での熱収縮応力と１２０℃での熱収縮応力との差が０．４０Ｎ／ｍｍ２  以上であることを特徴とする上記（１）に記載のフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルム。
【０００８】
（３）１５０℃における熱収縮応力が１．５０Ｎ／ｍｍ２  以下であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルム。
【０００９】
（４）熱可塑性樹脂が芳香族系ポリエステルであることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルム。
【００１０】
（５）熱可塑性樹脂がポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルム。
【００１１】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載のフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルムからなることを特徴とするフィルムコンデンサ。
【発明の効果】
【００１２】
このように、本発明の熱可塑性樹脂フィルムによって、特に金属などの導電性物質を蒸着させてなるフィルムコンデンサの製造において、誘電体となる熱可塑性樹脂フィルムの薄膜化による高容量化とともに生じる蒸着工程での幅方向のずれによる歩留まり低下を防止する熱可塑性樹脂フィルム、およびこれを用いたフィルムコンデンサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
本発明の熱可塑性樹脂フィルムは、厚みが５．０μｍ以下であり、１２０℃での熱収縮応力と９０℃での熱収縮応力との差が１．２５Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とするフィルムコンデンサ用熱可塑性樹脂フィルムである。
【００１５】
５．０μｍを超える厚みのフィルムでは、そもそも誘電体としての厚みが大きく単位面積あたりのコンデンサの静電容量を下げるのに加え、同一体積内に巻き込める巻き数も少なくなることからコンデンサの体積削減ができなくなる。さらに、このような厚い誘電体フィルムでは、熱伝達厚みが全厚みに対して少なく、本発明のような薄いフィルムのように熱での幅方向のずれが起きにくく、本発明のような低温領域での熱挙動の制御を要しない。
【００１６】
このようなコンデンサの大容量化、およびサイズ縮小の観点から、誘電体となる熱可塑性樹脂フィルムは５．０μｍ以下の薄いものであることが重要であり、好ましくは３．０μｍ以下、さらに好ましくは２．０μｍ以下である。
【００１７】
本発明のような薄いフィルムでは、蒸着によって受ける熱が容易に厚み方向深くまで伝達されるため、冷却キャンで背面より冷却される前に導電体の蒸気による熱を受けることに非常に影響されやすい。図１に蒸着設備の模式図を示す。このガイドロール５を通過してから冷却キャン６と密着するまでの間の熱挙動を抑えるため、従来よりも低温領域である９０℃から１２０℃の範囲における収縮挙動を制御する必要がある。
【００１８】
１２０℃での熱収縮応力と９０℃での熱収縮応力との差が１．２５Ｎ／ｍｍ２を超えると、冷却キャン手前でこの温度範囲に達したフィルムが収縮を始め、蒸気の温度分布に応じた位置でフィルムの収縮が起きるとともに幅方向の位置がずれ、コンデンサのサイズに裁断した際に配線のために必要な非蒸着部（マージン）の位置が狙った位置からずれてコンデンサの歩留まりを著しく落とすことになる。好ましくは、１．００Ｎ／ｍｍ２以下、さらには０．８０Ｎ／ｍｍ２以下であることがより好ましい。下限については、０．００Ｎ／ｍｍ２よりも負であると、温度上昇とともに膨張を始めることから好ましくない。
【００１９】
また、それより高温側領域である１５０℃での熱収縮応力と１２０℃での熱収縮応力との差が０．４０Ｎ／ｍｍ２以上であることが好ましい。これは、より蒸着機のるつぼに近づき、冷却キャンに背面から冷却されつつもより多くの熱量を受ける冷却キャン上において、最低限の張力を維持する必要があるためである。この値が０．４０Ｎ／ｍｍ２未満となる場合、熱を受けた際の張力不足によって、冷却キャンとの密着性が落ち、冷却効率の低下とそれによるフィルム温度の急激な上昇によってフィルムの蒸着むらを起こすようになってくるので好ましくない。好ましくは０．４５Ｎ／ｍｍ２以上、さらには０．５０Ｎ／ｍｍ２以上であることがより好ましい。上限については、１．５０Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましく、１．５０Ｎ／ｍｍ２を超えると蒸着中の温度上昇による寸法変化によって蒸着層の稠密さを失うことから好ましくない。
【００２０】
また、１５０℃における熱収縮応力は１．５０Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましい。いかに冷却キャン上での張力が必要とはいえ、１．５０Ｎ／ｍｍ２を超える応力は蒸着層の積層中の寸法変化を生み、蒸着層の稠密さを損なうようになってくるので好ましくない。下限については、０．００Ｎ／ｍｍ２よりも負であると、温度上昇とともに膨張を始めることから好ましくない。
【００２１】
また、本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、芳香族系ポリエステルであることが好ましい。これは、上記熱収縮特性の制御において、分子間力を生みやすい芳香環を有するほうが、芳香環のπ電子間に生じる分子間力の割合を制御する形で実現しやすいことによる。
【００２２】
ここで、芳香族系ポリエステルとは、芳香族ジカルボン酸とジオールを主たる構成成分とするポリエステルである。ここで、芳香族ジカルボン酸として、例えば、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、４，４′−ビフェニルジカルボン酸等を用いることができる。中でもテレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸を用いることが好ましい。これらの酸成分は１種のみ用いてもよく、２種以上併用してもよく、さらには、ヒドロキシ安息香酸等のオキシ酸等を一部共重合してもよい。また、ジオール成分として例えば、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール等を用いることができる。中でも、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオールが好ましく用いられる。これらのジオール成分は１種のみ用いてもよく、２種以上併用してもよい。
【００２３】
また、芳香族ポリエステルの中でも、薄膜成型の容易性や製造コスト、および市場価格の面で、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートであることが好ましい。
【００２４】
本発明のポリエステルフィルムの製造法を、以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２５】
本発明においてポリエステルは、次の方法で製造することができる。例えば、酸成分をジオール成分と直接エステル化反応させた後、この反応の生成物を減圧下で加熱して余剰のジオール成分を除去しつつ重縮合させることによって製造する方法や、酸成分としてジアルキルエステルを用い、これとジオール成分とでエステル交換反応させた後、上記と同様に重縮合させることによって製造する方法等がある。この際、必要に応じて、反応触媒としてアルカリ金属、アルカリ土類金属、マンガン、コバルト、亜鉛、アンチモン、ゲルマニウム、チタン化合物を用いることもできる。
【００２６】
本発明におけるポリエステルには、必要に応じて、着色防止剤（リン化合物）、難燃剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、顔料、脂肪酸エステル、ワックス等の有機滑剤、あるいはポリシロキサン等の消泡剤等を配合することができる。
【００２７】
ポリエステルフィルムは二軸方向に延伸されたフィルムであリ、フィルムを二軸延伸する場合の方法は、逐次二軸延伸法、同時二軸延伸法のいずれの方法であってもよい。逐次二軸延伸法の場合、例えば、熱可塑性樹脂をＴダイ押し出し法によってキャストドラム上に押し出すことによって未延伸フィルムとし、次いで、縦方向、横方向の順に延伸するのが一般的であるが、横方向、縦方向の順に延伸してもよい。同時二軸延伸法の場合、例えば、インフレーション同時二軸延伸法、ステンター同時二軸延伸法等いずれの延伸方式を採用しても良いが、製膜安定性、厚み均一性の点からステンター同時二軸延伸法が好ましい。延伸温度は、延伸に用いるポリエステルのガラス転移温度（Ｔｇ）と昇温結晶化温度（Ｔｃｃ）との間であることが好ましい。延伸倍率は、特に限定されるものではなく、用いるフィルムポリマの種類によって適宜決定されるが、好ましくは縦、横それぞれ２〜８倍、より好ましくは３〜８倍が適当である。また、二軸延伸後、縦または横、あるいは縦横に再延伸してもかまわない。
【００２８】
本発明のような比較的低温領域での熱収縮応力を制御するためには、二軸延伸後、フィルムの温度にして１８０℃〜２４０℃の範囲で２〜３０秒間熱処理を行い、さらに熱処理に引き続き、１８０℃〜２１０℃の範囲で長手方向に１〜１０％の範囲で弛緩処理を行うことが重要である。２１０℃を超える範囲でも長手方向に弛緩処理することは可能であるが、１８０℃〜２１０℃の範囲での弛緩処理が長手方向に１〜１０％行われない限り、本発明の熱収縮応力は実現されない。
【００２９】
さらに、易滑性を付与するために、ポリエステルフィルムの表面粗さを形成する手段として、例えば、クレー、マイカ、酸化チタン、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、湿式あるいは乾式シリカなどの無機粒子や、アクリル酸系ポリマー類、シリコーンや架橋ポリスチレン等を構成成分とする有機粒子等を配合することもできる。また、ポリエステル重合反応時に添加する触媒等が失活して形成される、いわゆる内部粒子による方法も用いることができる。
【００３０】
重合段階でこれらの粒子を添加する場合、分散が良好でないとフィルム表面の粗大突起の原因となり、絶縁抵抗、耐電圧性に悪影響を及ぼすことがある。例えば、これらの不活性粒子をエチレングリコールのスラリーとした後、ジェットアジタによる分散やメディヤ分散を行い、さらに濾過により粗大粒子を除去した後、重合反応過程に添加することが効果的である。
【００３１】
また、フィルム上にプライマー層を設ける場合には、プライマー層に粒子を添加し目的の表面を形成することもできる。
【実施例】
【００３２】
以下実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。なお、実施例は本発明の一例を示すものであり、この方法に限定されるものではない。
【００３３】
（１）熱可塑性樹脂フィルムの厚み
フィルムの長手幅方向に約１００ｍｍ、幅方向は全幅にわたる試験片を１０枚とり、これを重ね合わせて幅方向１０箇所を等間隔に外側マイクロメーター（ＪＩＳ Ｂ７５０２−１９９４）を用いて測定し、その平均値をフィルム枚数１０で除した値をフィルム厚みとした。
【００３４】
（２）熱収縮応力の測定
セイコーインスツル株式会社（旧：セイコー電子株式会社）製ＴＭＡ／ＳＳ６０００を用い、長手方向に沿って採取した下記寸法のサンプルの両端を把持し、初期加重を加え、オ−ブンにて昇温し、各温度での加重を読取り、サンプルの断面積当たりの応力として換算した。
【００３５】
・サンプル幅：４ｍｍ
・サンプル長：２０ｍｍ
・昇温速度：５℃／分
（３）真空蒸着時のマージン精度、コンデンサ製造時の素子巻き評価
抵抗加熱型金属蒸着装置を用い、真空室の圧力を１０−２Ｐａ以下として、ポリエステルフィルムの片面に、表面抵抗が２Ω／□となるようにアルミニウムを真空蒸着して巻き取った。その際、長手方向に走るマージン部を有するストライプ状（蒸着部の幅８．００ｍｍ、マージン部の幅１．００ｍｍの繰り返し）に蒸着した。
【００３６】
なお、フィルムロールは、製造後、蒸着工程にかけるまでの間、外部からの水分が侵入しないように防湿包装を施した。上記により得られた蒸着フィルムを左または右に幅０．５０ｍｍのマージン部を有する４．５０ｍｍ幅のテープ状にスリットした。この際、蒸着されていない部分であるマージン幅を長手方向に２０ｃｍおきに５ｍ測定し、マージン幅の最大、最小値から、下記のような基準でマージン精度を評価した。
【００３７】
（マージン幅範囲）  （マージン精度）
０．５０±０．１５      超高精度  ランクＡ
０．５０±０．２０      高精度    ランクＢ
０．５０±０．２５      精度不良  ランクＣ
得られた左マージンおよび右マージンの蒸着ポリエステルフィルム各１枚ずつを併せて巻回し、巻回体を得た。このとき、幅方向に蒸着部分が０．５０ｍｍずつはみ出すように２枚のフィルムをずらして巻回した。素子巻回には皆藤製作所製ＫＡＷ−４ＮＨＢを用いた。この巻回体から芯材を抜いて、そのまま１５０℃、１０ｋｇ／ｃｍ２の温度、圧力で５分間プレスした。この両端面にメタリコンを溶射して外部電極とし、メタリコンにリード線を溶接して巻回型コンデンサ素子を得た。
【００３８】
上記のコンデンサの製造の際、巻き始めから巻き終わりまでを目視で観察し、しわやずれが発生したものを不合格とし、不合格となったものの数の製造数全体に対する割合を百分率で示し加工性の指標とした（以下、素子巻収率と称する）。素子巻収率は高いほど好ましい。９５％以上をランクＡ（最適）、８５％以上９５％未満をランクＢ（良好）、８５％未満をランクＣ（不良）とした。
【００３９】
（実施例１）
ポリエステル樹脂として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いた。重合段階に平均粒径１．５μｍの凝集シリカ粒子をポリマーあたり０．５重量％になるように、公知の方法で添加しチップを製造した。
【００４０】
このチップを１６５℃で真空乾燥し、押出機に供給し、２８５℃で溶融させた後、スリット間隙を形成する一対のリップを持ち一方のリップにスリット幅方向に沿って配列された複数のスリット間隙調整用ボルトが設けられた口金を通して吐出させシート化し、表面温度２５℃の冷却キャンにてキャストした。
【００４１】
このフィルムをステンター法同時二軸延伸により、１０８℃に加熱し長手方向に３．５倍延伸、１０８℃で幅方向に３．８倍に延伸し、引き続き２３５℃で長手方向に１．０％、幅方向に１．８％弛緩処理をし、その後さらに２００℃で長手方向に１．５％、幅方向に２．７％の弛緩処理をすることで、１．５５μｍの二軸延伸フィルム原反を得た。
【００４２】
上記条件で製造した二軸延伸フィルムの片面に表面抵抗が２Ω／□となるようにアルミニウムを真空蒸着した後、蒸着フィルムを左または右に幅０．５ｍｍのマージン部を有する４．５ｍｍ幅のテープ状になるようスリットし、７０本のテープ状スリット品を採取した（以後、リールサンプルと称す）。その後、巻回してコンデンサを得た。一つのリールサンプルのマージン幅の最大値は０．６２ｍｍ、最小値は０．３８ｍｍであり、素子巻収率が９８％であった。
【００４３】
（実施例２）
フィルム厚みを２．７０μｍにしたこと以外は、実施例１と同原料・同条件で二軸延伸フィルムを作成した。アルミニウムを実施例１と同様に真空蒸着した後、実施例１と同様な方法でコンデンサを得、リールサンプルのマージン幅および素子巻収率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００４４】
（実施例３）
ポリエステル樹脂としてポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を用い、フィルム厚みを３．４０μｍにしたこと以外は、実施例１と同原料・同条件で二軸延伸フィルムを作成し、表１の評価結果を得た。
【００４５】
（比較例１）
実施例１において、２００℃での弛緩処理を長手方向に０．８％、幅方向に１．５％の弛緩処理しか行わなかったこと以外は、実施例１と同様に１．５５μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）二軸延伸フィルム原反を得た。
【００４６】
一つのリールサンプルのマージン幅の最大値は、０．７６ｍｍ、最小値は０．２４ｍｍと許容幅を超える大きな変動を生じており、素子巻収率は８０％と低かった。
【００４７】
（比較例２）
２３５℃での弛緩処理について長手方向に１．７％、幅方向に３．０％と増やしたこと以外は、比較例１と同原料・同条件の不十分な弛緩処理条件で二軸延伸フィルムを作成した。実施例１〜３、比較例１と同様な方法でコンデンサを得、リールサンプルのマージン幅および素子巻収率を評価した。これらの結果を表１に示した。
【００４８】
（比較例３）
ポリエステル樹脂としてポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を用い、フィルム厚みを３．４０μｍにしたこと以外は、比較例１と同原料・同条件で二軸延伸フィルムを作成し、表１の評価結果を得た。
【００４９】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明で蒸着フィルムを製造する際に用いられる真空蒸着装置の概略模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１：真空蒸着装置
２：真空チャンバ
３：巻出しロール部
４：ポリエステルフィルム
５：ガイドロール
６：冷却キャン
７：蒸着チャンバ
８：巻取りロール部
９：金属材料
１０：電子銃
１１：電子ビーム
１２：るつぼ
【図１】
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