(57)【要約】【課題】  高い耐湿性を得ることのできるコンデンサ用金属化フィルム、およびそれを用いたコンデンサを提供すること。【解決手段】  ポリプロピレンフィルムの片面に金属層を形成してなる金属化フィルムであって、該金属層の表面に０．０２〜０．２μｇ／ｃｍ２のシリコーンオイル層もしくはフッ素オイル層が形成されており、かつぬれ指数が３３〜５０ｍＮ／ｍであり、ポリプロピレンフィルムの金属層と反対側の面のぬれ指数が３３〜４５ｍＮ／ｍであり、帯電量が−１５〜＋１５Ｖの範囲であるコンデンサ用金属化ポリプロピレンフィルムである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムコンデンサの誘電体として用いられるポリプロピレンフィルムの片面に、金属層を形成してなる金属化フィルムであって、該金属層の表面に０．０２〜０．２μｇ／ｃｍ２のシリコーンオイル層もしくはフッ素オイル層が形成されており、かつぬれ指数が３３〜５０ｍＮ／ｍであり、ポリプロピレンフィルムの金属層と反対側の面のぬれ指数が３３〜４５ｍＮ／ｍであり、帯電量が−１５〜＋１５Ｖの範囲であるコンデンサ用金属化フィルム。
【請求項２】
金属層の厚みが１〜１００ｎｍであり、金属化フィルムの厚みが０．５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ用金属化フィルム。
【請求項３】
金属層が該金属層１００質量％に対してアルミニウムを９０質量％以上含むことを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサ用金属化フィルム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のコンデンサ用金属化フィルムを用いてなるコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサ用金属化フィルム、およびそれを用いたコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、有機高分子フィルムを誘電体として用いたコンデンサは広く用いられている。例えば、特許文献１及び特許文献２などに例示されるように、ポリエステルフィルムと金属箔を交互に巻回するか、あるいはフィルムに金属蒸着などをすることで金属層を形成し、これを巻回または積層することによりコンデンサを得る技術が知られている。
【０００３】
真空蒸着によりフィルムに金属層を形成する場合、蒸着の容易さやコスト面、そして電気特性の面で、使用する金属としては一般的にアルミニウムや亜鉛が広く用いられている。
【０００４】
上記のように薄い金属層を有するフィルムを用いたコンデンサは、高温高湿下で金属薄膜が酸化して、コンデンサ容量が徐々に低下し、ついには実用に耐えなくなるという問題を持っている。この耐湿性の問題点を改善するために、特許文献３に例示されるように、蒸着層上に有機化合物を形成する技術が知られている。
【０００５】
従来、例えば特許文献３に例示される技術では、金属化フィルムを素子巻きし、プレスあるいは加熱処理にてコンデンサ素子を形成する過程で巻き合わせたフィルム層間の密着性が十分でなく微細な空隙が生じ、コンデンサのメタリコン端面から湿潤空気が侵入し、金属層を酸化劣化させることがわかってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１８２３５１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１９４３１８号公報
【特許文献３】特開平１０−１２８９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような従来の方法では、近年の電子部品の使用環境の過酷化に伴い、耐湿性が十分ではなくなってきている。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、極めて高い耐湿性を有する優れたコンデンサ用金属化フィルム、およびそれを用いたコンデンサを提供することにある。
【０００９】
本発明は、発明者らの鋭意検討の結果、金属化フィルムの各々の表面を特定の範囲とすることにより、層間の密着性を確保でき、コンデンサ素子として評価した際の耐湿性を向上させることができることに到達したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するために次のような手段を採用するものである。
即ち、ポリプロピレンフィルムの片面に金属層を形成してなる金属化フィルムであって、該金属層の表面に０．０２〜０．２μｇ／ｃｍ２のシリコーンオイル層もしくはフッ素オイル層が形成されており、かつぬれ指数が３３〜５０ｍＮ／ｍであり、ポリプロピレンフィルムの金属層と反対側の面のぬれ指数が３３〜４５ｍＮ／ｍであり、帯電量が−１５〜＋１５Ｖの範囲であるコンデンサ用金属化フィルムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来では得られなかった極めて高い耐湿性を得ることのできるコンデンサ用金属化フィルムを提供することができる。本発明により、フィルムコンデンサのさらなる過酷な環境への対応が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のコンデンサ用金属化フィルムでは、コンデンサの誘電体としてポリプロピレンフィルムが用いられる。ポリプロピレンフィルムは、耐電圧が高く吸水率も低いため、コンデンサとしての耐湿性を確保するのに好適である。本発明のポリプロピレンフィルムに用いられるポリマーは、ホモポリマー以外にプロピレンと他のα−オレフィン（例えば、エチレン、ブテンなど）の共重合体であっても、ポリプロピレンと他のα−オレフィン重合体（例えばポリエチレン、ポリブテンなど）とのブレンド品であっても構わない。本発明の場合、特にホモポリマーが好ましく、またアイソタクチック度（以下ＩＩという）は９６％以上が特に好ましい。同時あるいは逐次二軸延伸フィルムであることが好ましいが、一軸延伸、あるいは未延伸フィルムであってもよい。
【００１３】
本発明におけるポリプロピレンフィルムは、表面粗さＲａは０．０１〜０．１０μｍが好ましく、より好ましくは０．０２〜０．０７μｍである。本発明におけるポリプロピレンフィルムには、表面形成、酸化防止、その他の機能を付与するために添加剤を添加してもよい。
【００１４】
本発明で用いられるポリプロピレンフィルムの厚みは、特に限定されないが、０．５μｍ〜２０μｍの範囲が好ましい。厚みをこの範囲とすることで、本発明の効果をより高く発揮することができる。より好ましくはポリプロピレンフィルムの厚みは０．７μｍ〜１３μｍの範囲であり、さらに好ましくは１．０μｍ〜６μｍの範囲である。
【００１５】
本発明の金属化フィルムは、フィルムの少なくとも片面に金属層を有する。その金属層の形成方法は特に限定されない。例えば、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングあるいはメッキなどの方法を用いて形成することができる。工業的に好ましくは、真空蒸着法を用いて形成された金属層である。真空蒸着法を用いると、効率的に本発明のフィルムを製造することができる。
【００１６】
本発明における金属層の材質としては、例えば、アルミニウム、亜鉛、スズ、ニッケル、クロム、鉄、銅、チタン、あるいはこれらを含有する合金等が好ましく挙げられる。コンデンサの電気特性や生産性の面からは、亜鉛、アルミニウム、またはそれらを含む合金が好ましく用いられる。より好ましくは、金属層がアルミニウムを９０質量％以上含むことである。具体的には、アルミニウム単体またはアルミニウムを９０質量％以上含むアルミニウム合金を用いることが耐湿性の観点から好ましい。
【００１７】
金属層の厚みは１〜１００ｎｍであることが好ましい。特に金属層が薄いほど、従来技術による蒸着フィルムでは、高湿度下での電極の劣化は早くなるので、相対的に本発明の効果が顕著に表れるので好ましい。好ましくは１〜４０ｎｍである。１ｎｍより薄いと、膜抵抗が高くなりすぎ、コンデンサの電気特性に影響がある場合がある。
【００１８】
また金属層の膜抵抗は、好ましくは０．５〜５０Ω／□、より好ましくは１．５〜４０Ω／□、さらに好ましくは３〜３０Ω／□の範囲である。膜抵抗が０．５Ω／□未満では、セルフヒーリング不良を発生し絶縁抵抗が悪化するなど本来のコンデンサ特性が得られないことがある。また、３０Ω／□を越えると直列等価抵抗が増大し、誘電正接（ｔａｎδ）が悪化することがある。膜抵抗を上記範囲にするには、金属層の厚みの制御および金属種の選定をすることで可能である。
【００１９】
本発明の金属化フィルムには、該金属化フィルムの金属層側の表面に０．０２〜０．２μｇ／ｃｍ２のシリコーンオイル層もしくはフッ素オイル層が形成されていることが必要である。本発明にかかるシリコーンオイルもしくはフッ素オイルは、金属層を覆い金属層を水分から保護する役割を持つ。特に限定されないが、パーフロロアルキルポリエーテル類、ジメチルポリシロキサン類、メチルフェニルシリコーン類が好ましく例示される。
【００２０】
シリコーンオイルとしては、ジメチルポリシロキサンまたはメチルフェニルシリコーンオイルが好ましく、メチルフェニルジメチルポリシロキサンが耐湿性の観点から特に好ましい。有機変性シリコーンオイルとして、アルキル変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイルなども好ましく使用できる。
【００２１】
また、このシリコーンオイル層もしくはフッ素オイル層の厚みは、好ましくは０．０２〜０．２μｇ／ｃｍ２、より好ましくは０．０３〜０．１μｇ／ｃｍ２である。０．０２μｇ／ｃｍ２より小さいと耐湿性が顕著に発揮されず、０．２μｇ／ｃｍ２以上であるとコンデンサの素子巻き性が悪化することがある。
【００２２】
本発明において、シリコーンオイル層もしくはフッ素オイル層（以下、オイル層と称する）をフィルムに付着せしめる方法は特に限定されないが、例えば、有機溶媒で希釈してスリットダイコーターで塗布した後に溶媒分を蒸散させて付着させる方法、真空中において加熱して蒸散するものであれば、点状もしくは細いスリット状のノズルから加熱した物質を蒸散・噴霧する方法などを使用することができる。後者の方法は、例えば、真空蒸着法で金属層を形成する場合、真空蒸着機内にオイル層形成工程を設けられるため生産性が良い利点があり、かつ均一性の高いオイル層形成ができて好ましい。
【００２３】
本発明の金属化フィルムは、該金属化フィルムの金属層側の表面のぬれ指数が３３〜５０ｍＮ／ｍである必要があり、かつ、本発明の金属化フィルムは、該金属化フィルムの金属層側の反対側の面のぬれ指数が３３〜４５ｍＮ／ｍである必要がある。
【００２４】
本来、蒸着金属層の表面の表面活性、すなわちぬれ指数は高く、アルミニウムにおいては５４ｍＮ／ｍ以上の値となる。これに上述で例示したようなシリコーンオイル層もしくはフッ素オイル層を形成することで、一般的にぬれ指数は下がり、一部の撥水性の高い種類のフッ素オイルを用いれば２２以下になることもある。
【００２５】
これらのオイルをオイル層として形成し、かつ金属側の表面のぬれ指数を本願の範囲とするにはもとよりＯＨ基やＣＯＯＨ基やＣ＝Ｏ結合その他の極性基を多く含む高分子をオイル層の材料として選択するか、オイル層を形成した後にプラズマ放電処理を行って表面を活性化し極性基を導入する方法、あるいは大気中、もしくは酸素か窒素雰囲気中でコロナ処理を行い、同様に極性基を導入する方法があげられる。
【００２６】
真空蒸機内で金属層を、次いでオイル層を形成する場合は、真空蒸着機内でプラズマ放電処理をするのが生産効率上最も好ましい。この場合オイル層の材料としては、膜状に形成した際にぬれ指数が２５〜３３ｍＮ／ｍのものを選択するのが好ましい。
該金属化フィルムの金属層側の表面のぬれ指数はより好ましくは３３〜４５ｍＮ／ｍであり、さらに好ましくは３４〜４０ｍＮ／ｍのであることが、耐湿性を向上させるために好ましい。
【００２７】
本発明の金属化フィルムの金属層側の反対側の面について、未処理のポリプロピレンフィルムの濡れ指数は３０〜３２ｍＮ／ｍであり、これを本願の範囲とするためには既知の表面活性化の手段が適用できる。もっとも一般的には大気中、もしくは酸素または窒素雰囲気中でコロナ処理を行うことであるが、蒸着前のポリプロピレンフィルムの両面にコロナ処理を行うと、巻き上げた際に互いにブロッキングする懸念がある。好ましい手段としては、真空蒸着の際に、真空中でプラズマ放電処理を行って表面を活性化し極性基を導入する方法、あるいは金属層を形成した後に、大気中、もしくは酸素か窒素雰囲気中でコロナ処理を行う方法があげられる。
【００２８】
本発明の金属化フィルムの金属層側の反対側の面のぬれ指数は、より好ましくは３４〜４０ｍＮ／ｍであり、さらに好ましくは３４〜３７ｍＮ／ｍであることが、上述の層間密着性を向上させ、ひいては耐湿性を向上させるために好ましい。
【００２９】
本発明の金属化フィルムは、帯電量が−１５〜＋１５Ｖの範囲である必要がある。帯電量をこの範囲にすることにより、素子巻きの際のハンドリング性が向上するとともに、プレスや熱処理の際にフィルムが帯電により固着せずにある程度微細に自由に動く（スリップする）ことで、結果としてコンデンサ素子に内在するシワやすき間を低減することができ、上述のような微細な空隙からの水分の侵入を防ぎ、耐湿性を向上させることができる。
【００３０】
次に、本発明の金属化フィルムの製造方法の一態様を以下に記載するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３１】
ポリプロピレンフィルムを真空蒸着機内の巻出軸から巻出して、冷却ドラムへ導く。高分子フィルムを冷却ドラム上で冷却しながら、蒸着源から誘導加熱法もしくは抵抗加熱法、電子ビーム法などにより加熱・溶融させ、飛来した金属を蒸着する。冷却ドラムの後に、細いスリット状のノズルを設けた容器を配置し、その中にオイル層となる物質を加熱し、蒸散、噴霧させる。このノズルを高分子フィルムに向けることで、表面にオイル層が形成される。
【００３２】
引き続き、真空中にて金属層側および反対面側に同時にプラズマ放電処理を行う。プラズマ放電電極は可能な限り同じ形状・構造のものを、通過するフィルムに対しはさみこむように対向して配置することが重要である。これにより、プラズマ放電処理時の電荷分布が正・負どちらかに偏るのを防ぐことができ、フィルムの帯電量を本願の範囲にコントロールできる。
【００３３】
これを蒸着機の巻取軸で巻き取り中間製品とする。中間製品は、所定の幅にスリットしリール状のフィルムを得る。
プラズマ放電処理においては、局部的に電極周辺にガスを導入する。用いられるガスの種類は特に限定されないが、例えば、Ｏ２、Ａｒ、ＣＯ、ＣＯ２などが挙げられる。特に好ましくはＯ２やＡｒ、あるいはこれらの１種以上を含む混合ガスである。
この場合、処理電力密度を５Ｗ・ｍｉｎ／（ｍ２・片面）以上にすることが、フィルムの特性を本願の範囲に制御するために好ましく、金属層面およびその反対面の処理電力密度は同じにするのが好ましい。より好ましくは、１０〜３０Ｗ・ｍｉｎ／（ｍ２・片面）である。
【００３４】
また、プラズマ放電電極には、銅かチタン、アルミ、あるいはステンレス電極を使用するのが好ましい。また、本発明の範囲に特性を制御するためには、プラズマ放電電源はパルスＤＣ電源を用いるのが好ましく、周波数を２００〜５００ｋＨｚにすることが好ましい。
【００３５】
このようにして得られた金属化フィルムはコンデンサ用フィルムとして好ましく用いることが出来、公知の方法で積層もしくは巻回してコンデンサを得ることができる。
【００３６】
例えば、巻回型フィルムコンデンサの場合を例示する。上述のフィルムに金属層を形成する工程において、長手方向に走るマージン部を有するストライプ状に蒸着する。次に、表面の各蒸着部の中央と各マージン部の中央に刃を入れてスリットし、左側もしくは右側にマージンを有するテープ状の巻取リールにする。得られたリールのうち、左側にマージンを有するフィルムと、右側にマージンを有するフィルム各１本ずつを、幅方向に非マージン側のフィルム端面がマージン側のフィルム端面からはみ出すように２枚を少しずらして重ね合わせて巻回し、巻回体を得る。この巻回体から芯材を抜いてプレスし、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ることができる。
［物性の測定方法並びに効果の評価方法］
（１）オイル量
蛍光Ｘ線分析装置  理学電機工業製ZSX Primus IIを用い、試料を３ｃｍ角程度に裁断し、蛍光Ｘ線分析法にて、測定雰囲気真空中、測定スポット径φ３０ｍｍにて測定を行った。
【００３７】
（２）ぬれ指数
ＪＩＳ Ｋ−６７６８（１９９９）に従い測定した。
【００３８】
（３）帯電量
川口電機製作所製  表面電位計  Ｓ−２１１を用い、接地したアルミニウム板の上に金属化フィルムを金属層面側が下になるように、シワなどのないように置き、帯電量を測定した。
【００３９】
（４）金属層厚み
金属層の表面より、アルゴンイオンにより下記条件でエッチングを行いながらＥＳＣＡ分析を実施し、深さ方向の元素組成プロファイルを得る。金属元素が５０％以下となる点を界面として、表面から界面までの距離（深さ）を金属層厚みとする。事前にエッチング速度をＳｉＯ２を同条件で処理して形状測定機でエッチング量を測定することで測定しておき、このＳｉＯ２のエッチング速度から、エッチング量を換算した。
イオン種：アルゴン
イオンビーム強度：３ｋＶ、１０ｍＡ。
【００４０】
（５）金属化フィルムの総厚み
ＪＩＳ  Ｃ  ２１５１に従い、１０枚重ねの金属化フィルムの厚みを電子マイクロメータで測定し、５点平均した平均値を金属化フィルム枚数(１０)で除して金属化フィルム厚みとした。
【００４１】
（６）アルミニウム比率
金属化フィルムサンプル９ｃｍ２を希硝酸で溶解した後、２０ｍｌに定溶し、この定溶液をＩＣＰ発光分光分析法により各金属の組成を定量する。ＩＣＰ発光分光分析装置はセイコー電子工業製ＳＰＳ１２００ＶＲを用いた。
【００４２】
（７）膜抵抗
４端子法により、１００ｍｍの電極間の金属膜の抵抗を測定し、測定値を測定幅と電極間距離で除し、幅１０ｍｍ、電極間距離１０ｍｍ当たりの膜抵抗を算出した。単位はΩ／□と表示する。
【００４３】
（８）耐湿性
得られた金属化フィルムを下記の条件で素子巻きし、フィルムコンデンサを得た。無外装のまま、９５℃×８５％ＲＨの雰囲気下で、１００Ｖ／μｍの直流電圧を印加し、高温高湿ライフ試験を実施した。サンプル数１０個の平均にて、０時間の静電容量を１００％とし、１０００時間後の精電容量保持率が９０％以上を良好、９０％未満を不良とした。
静電容量：１μＦ
プレス温度、圧力、時間：１２０℃、３０ｋｇ／ｃｍ２、１０分
メタリコン材料：帝国メタル工業製ＴＭ８０１ＣＮ。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
【００４５】
［実施例１］
厚さ３．０μｍのポリプロピレンフィルム（東レ（株）製“トレファン（登録商標）”＃３Ｅ−Ｑ２７３）の上に、真空蒸着法によってライン速度４００ｍ／ｍｉｎで連続的にアルミニウムを膜抵抗１０Ω/□になるように蒸着した。次いで同じ面（金属蒸着面）に、フェニルメチルジメチルポリシロキサンオイル（東レダウコーニングシリコーン製ＳＨ７０２）を加熱蒸着した。続けて両面にプラズマ電極を上下均等に配置し、Ｏ２ガスを微量供給しながらパルスＤＣ電源を用いて２５０ｋＨｚ、４ｋＷのプラズマ放電を発生して両面にプラズマ放電処理を施し（処理電力密度  Ｅ＝８Ｗ・ｍｉｎ／（ｍ２・片面））、これを巻取軸で巻き取りアルミニウム蒸着フィルムを得た。ここで、オイル付着量を０．０５μｇ／ｃｍ２となるようにオイルの蒸着量を制御した。上述の耐湿性評価を行ったところ、静電容量保持率は９８％と耐湿性は良好であった。結果を表１に示す。
【００４６】
［実施例２］
処理電力を調整し、処理電力密度を４Ｗ・ｍｉｎ／（ｍ２・片面）にする以外は実施例１と同様にしてアルミニウム蒸着フィルムを得た。実施例１と同様の耐湿性評価を行ったところ、静電容量保持率は９５％と耐湿性は良好であった。結果を表１に示す。
【００４７】
［比較例１］
プラズマ放電処理を金属層面のみにし、処理電力密度を２０Ｗ・ｍｉｎ／（ｍ２・片面）にする以外は実施例１と同様にしてアルミニウム蒸着フィルムを得た。実施例１と同様の耐湿性評価を行ったところ、静電容量保持率は８０％と耐湿性は不良であった。結果を表１に示す。
【００４８】
［比較例２］
金属蒸着面に、フェニルメチルジメチルポリシロキサンオイルを形成させない以外は実施例１と同様にしてアルミニウム蒸着フィルムを得た。実施例１と同様の耐湿性評価を行ったところ、静電容量保持率は６５％と耐湿性は良好であった。結果を表１に示す。
【００４９】
［比較例３］
プラズマ放電処理の金属層面側と反対面側を別系統の電源を接続し、金属層面側の処理電力密度を８Ｗ・ｍｉｎ／（ｍ２・片面）、反対面側の処理電力密度を２０Ｗ・ｍｉｎ／（ｍ２・片面）にする以外は実施例１と同様にしてアルミニウム蒸着フィルムを得た。実施例１と同様の耐湿性評価を行ったところ、静電容量保持率は７０％と耐湿性は良好であった。結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
2018157055.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明で得られるコンデンサは、自動車や電車の電装用及びエンジン、モーターの制御用やインバータ平滑コンデンサ、照明用などに好適に用いられる。