(57)【要約】【課題】高比誘電率、高耐電圧を有し、フィルムコンデンサの小型化を具現化できるコンデンサ用絶縁フィルム及びそれを用いたフィルムコンデンサを提供する。【解決手段】厚さが１０ｎｍ以上１μｍ以下である鱗片状フィラ、溶剤、及びセルロース系樹脂を含む樹脂組成物から形成されるコンデンサ用絶縁フィルム。そのコンデンサ用絶縁フィルムを用いるフィルムコンデンサ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが１０ｎｍ以上、１μｍ以下である鱗片状フィラ、溶剤、及びセルロース系樹脂を含む樹脂組成物から形成されるコンデンサ用絶縁フィルム。
【請求項２】
鱗片状フィラの含有量が、全固形分体積に対し５体積％以上である請求項１に記載のコンデンサ用絶縁フィルム。
【請求項３】
セルロース系樹脂が、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート及びこれらの組合せから成る群から選択される請求項１または請求項２に記載のコンデンサ用絶縁フィルム。
【請求項４】
絶縁フィルムとした際の膜厚が、５０μｍ以下である請求項１〜３の何れか一項に記載のコンデンサ用絶縁フィルム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のコンデンサ用絶縁フィルムを用い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、コンデンサ用絶縁フィルム及びフィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
異電位間の絶縁に用いる材料は、
（１）エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂などを主成分とし金型内で成形することからなる成形材、
（２）耐熱セメント、油変性天然樹脂等からなる充填材、
（３）紙、ガラス繊維、ポリアミド布、集成マイカ等を基材とし熱硬化性又は熱可塑性樹脂を充填することからなるシート材、
（４）ポリイミドフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム等のフィルム材、
に大別される。
これらは使用形態により適宜選択されるが、以下の場合ではフィルム材が好適である。
（１）小型化や低インダクタンス化を目的として異電位電極間隔を最小限とする場合。この場合、成形材では成形の流動性より最小肉厚が規制され、また充填材では充填時の電極間隔を固定しにくい。
（２）曲げ加工を行ったバスバー等、電極間が平面ではない場合。この場合、可撓性がないシート材は適用しにくい。
（３）少量生産の場合。この場合、高価な成形型は使用できない。
【０００３】
絶縁フィルムの製法は、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート等の熱可塑樹脂を溶融状態でＴダイ等の金型から押し出す溶融製膜法と、溶剤で樹脂を薄めて支持体上に流延し、支持体上で溶剤を蒸発させ、塗装膜を支持体から引き剥がす溶液製膜法に分けられる。
【０００４】
絶縁フィルムのうち、フィルムコンデンサ用フィルムとしては、主としてポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等が用いられ、これらは一般的に溶融製膜法で製膜後、２軸延伸で厚さ１〜２０μｍとしたものが適用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１５７４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
絶縁フィルムの誘電率向上及び高耐電圧化のためには、絶縁フィルム内にフィラを導入することが有効である。特に鱗片状フィラを用いると、フィラの高アスペクト比による迷路効果により高耐電圧化が期待できる。これらの効果を高めるには、フィラ量が多い方が良いが、溶融製膜法によるフィラ充填フィルム作製では、フィラ充填による流動性低下により薄膜化が困難であり、特に延伸では破断し易く薄膜化は極めて困難である。このためフィラ充填フィルムでは溶液製膜法が好適であるが、溶液製膜法には以下の短所がある。
【０００７】
溶液製膜法では、樹脂、フィラ、溶剤を混合し攪拌することにより作製したワニスを支持体上に流延し、支持体上で溶剤を蒸発させる。この蒸発により膜体積は減少し、収縮するが、収縮するのは樹脂部及び溶剤部のみでありフィラは収縮しないため、樹脂部は溶剤蒸発の前後にて相似形とならない。このため樹脂部収縮に歪を生じ、フィラ配置にて樹脂体積率が大きい部位ではボイドを生じ易い。ここで、ボイドでは電気火花が生じ易く、絶縁性が低くなる。また、乾燥時に溶剤が揮発する際、絶縁フィルム表面に凹凸が生じ易いが、絶縁フィルム表面の凹凸も絶縁性の低下を招く。
【０００８】
フィルムコンデンサ素子の体積は、比誘電率と絶縁破壊電位傾度の二乗値に反比例することから、フィルムコンデンサ素子を小型化するためには絶縁フィルムの比誘電率向上と高絶縁性（高絶縁破壊電位傾度）が望まれるが、従来の絶縁フィルムに用いられるポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートの比誘電率は、それぞれ２．２、３．２と大きくない。比誘電率の高いフィラ充填が好ましいが、上記の通りフィラ充填では樹脂体積率が大きい部位のボイドや表面の凹凸が発生し易いため、絶縁性が低くなり易く、高耐電圧化が困難である。
【０００９】
上記実情に鑑み、本発明は、高比誘電率、高耐電圧を有し、フィルムコンデンサの小型化を具現化できるコンデンサ用絶縁フィルム及びそ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】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、下記のコンデンサ用絶縁フィルム及びフィルムコンデンサを提供するものである。
（１）厚さが１０ｎｍ以上、１μｍ以下である鱗片状フィラ、溶剤、及びセルロース系樹脂を含む樹脂組成物から形成されるコンデンサ用絶縁フィルム。
（２）鱗片状フィラの含有量が、全固形分体積に対し５体積％以上である（１）に記載のコンデンサ用絶縁フィルム。
（３）セルロース系樹脂が、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート及びこれらの組合せから成る群から選択される（１）または（２）に記載のコンデンサ用絶縁フィルム。
（４）絶縁フィルムとした際の膜厚が、５０μｍ以下である（１）〜（３）の何れか一項に記載のコンデンサ用絶縁フィルム。
（５）（１）〜（４）の何れか一項に記載のコンデンサ用絶縁フィルムを用いるフィルムコンデンサ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高比誘電率、高耐電圧を有し、フィルムコンデンサの小型化を具現化できるコンデンサ用絶縁フィルム及びそれを用いたフィルムコンデンサを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態のコンデンサ用絶縁フィルムに用いるフィラは、厚さが１０ｎｍ以上、１μｍ以下である鱗片状フィラである。高アスペクト比の鱗片状のフィラを含むことにより迷路効果による耐電圧向上効果が得られ、フィラの厚さは、薄い方が迷路効果による耐電圧向上が期待でき、１０ｎｍ〜２００ｎｍがより好適である。なお、厚さは、電子顕微鏡を用いて測定することができる。電子顕微鏡によりフィラを観察し、厚さ方向の値を１０点読み取り、それらの平均値をフィラの厚さとする。鱗片状フィラとしては、マイカを用いることが好ましい。また、フィラの大きさは、平均粒径として数μｍ〜数十μｍが好適である。なお、平均粒径は、質量累積粒度分布が５０％となる粒径（Ｄ５０）を意味し、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（例えば、ベックマン・コールター株式会社製、商品名：ＬＳ２３０）を用いて測定することができる。また、アスペクト比は、フィラの一次粒子の短径と長径を電子顕微鏡観察により測定し、その割り算（長径／短径）から数値化でき、本明細書においては計３０個を測定した平均値とした。フィラの添加量は、耐電圧向上の観点で、固形分体積に対し５体積％以上であることが好ましく、フィルム強度の観点で５０体積％以下であることが好ましい。
【００１３】
本実施形態のコンデンサ用絶縁フィルムに用いる溶剤は、セルロース系樹脂を溶解するものであれば、特に限定なく使用できるが、沸点が１２０℃以上の高沸点溶剤であると、乾燥時におけるコンデンサ用絶縁フィルム表面の凹凸の発生を抑制して、耐電圧を向上することができるため、好ましい。沸点が１２０℃以上の高沸点溶剤としては、例えば、酢酸ブチル（沸点１２６℃）、乳酸エチル（沸点１５１〜１５５℃）、シクロヘキサノン（沸点１５５．７℃）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（沸点１５３℃）、無水酢酸（沸点１４０℃）、ジメチルスルホキシド（沸点１８９℃）が挙げられる。
【００１４】
本実施形態のコンデンサ用絶縁フィルムに含まれるセルロース系樹脂は、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート及びこれらの組合せからなる群から選択されるものであることが好ましい。中でも、耐電圧の観点で、セルロースアセテートブチレートを用いることが好ましい。セルロース系樹脂は、比誘電率は３〜７と高く、また、フィラ充填による耐電圧の向上効果が大きいとともに、溶液製膜法でフィラ充填フィルムを作製する際にボイドが発生しにくく高絶縁性のフィルムが得られる。
【００１５】
本実施形態に使用するワニスには、適宜、カップリング剤、分散剤、レベリング剤、相溶化剤、可塑剤等を必要物性に応じ、限定なく使用できる。
【００１６】
本実施形態に使用するフィラ、セルロース系樹脂、溶剤は、攪拌による調合、濾過、真空脱泡にてワニスとし、支持体に塗工する。攪拌、濾過、真空脱泡、塗工は従来技術が限定なく使用できる。
【００１７】
本実施形態に使用する支持体は、ＰＥＴフィルム等のポリマーフィルム、金属ドラム、金属ベルト等の従来技術が限定なく使用できる。
【００１８】
本実施形態のコンデンサ用絶縁フィルムは、フィルムコンデンサの小型化の観点で、フィルムとした際の膜厚が薄いことが好ましく、５０μｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
本実施形態のコンデンサ用絶縁フィルムをフィルムコンデンサ用に適用する際の加工・組立て方法は、従来技術がそのまま使用できる。
【００２０】
本実施形態のコンデンサ用絶縁フィルムを使用したコンデンサは、高耐電圧化により駆動電圧が向上し、高比誘電率化により静電容量が向上する。また、フィルム表面の凹凸が小さいため、巻取り後のフィルムコンデンサ素子内に存在する空隙率を低減することが可能で、コンデンサとしての静電容量を向上できる。結果としてフィルムコンデンサの小型化が可能になる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
フィラとしてマイカ（厚さ：１００ｎｍ、平均粒径５μｍ、アスペクト比５０）を２０体積％、セルロース系樹脂としてセルロースアセテートプロピオネート（数平均分子量２５，０００）を８０体積％、溶剤として酢酸ブチル（沸点：１２６℃）を全ワニスに対して７５質量％となるようにして配合したものをワニスとし、ワニスを自公転式ミキサで攪拌（攪拌時間２ｍｉｎ、回転数１，０００回転・ｍｉｎ−１）、脱泡、アプリケータで塗工（塗工速度６０ｍｍ／ｓｅｃ、ウェット厚さ４０μｍ）、乾燥（温度１３０℃、３０ｍｉｎ）してコンデンサ用絶縁フィルムを得た。このコンデンサ用絶縁フィルムを用いて絶縁破壊電圧試験、誘電特性評価試験を行い、後述する手法により尺度パラメータη、比誘電率εｒを算出した。
【００２３】
（実施例２）
セルロース系樹脂をセルロースアセテートブチレート（数平均分子量７０，０００）としたことを除いて、実施例１と同じ配合、塗工、乾燥をしてコンデンサ用絶縁フィルムを得た。このコンデンサ用絶縁フィルムを用いて同じ手法により尺度パラメータη、比誘電率εｒを算出した。
【００２４】
（実施例３）
セルロース系樹脂をセルロースアセテート（数平均分子量３０，０００）としたことを除いて、実施例１と同じ配合、塗工、乾燥をしてコンデンサ用絶縁フィルムを得た。このコンデンサ用絶縁フィルムを用いて同じ手法により尺度パラメータη、比誘電率εｒを算出した。
【００２５】
（実施例４）
実施例１と同じマイカとセルロース系樹脂を用いて、混練、押出、延伸することによりフィルムを作製してコンデンサ用絶縁フィルムを得た。このコンデンサ用絶縁フィルムを用いて同じ手法により尺度パラメータη、比誘電率εｒを算出した。
【００２６】
（比較例１）
マイカの厚さを２μｍ、平均粒径を１０μｍとしたことを除いて、実施例１と同じ配合、塗工、乾燥をしてコンデンサ用絶縁フィルムを得た。このコンデンサ用絶縁フィルムを用いて同じ手法により尺度パラメータη、比誘電率εｒを算出した。
【００２７】
（比較例２）
樹脂をアクリル樹脂（数平均分子量１，３００，０００）としたことを除いて、実施例１と同じ配合、塗工、乾燥をしてコンデンサ用絶縁フィルムを得た。このコンデンサ用絶縁フィルムを用いて同じ手法により尺度パラメータη、比誘電率εｒを算出した。
【００２８】
絶縁破壊電圧試験は、一定の昇圧速度（１００Ｖｄｃ／ｓｅｃ）で、絶縁破壊が起きるまで電圧を印加した。サンプルが破壊した時の電圧を記録し、破壊電圧をサンプルの厚さで除して絶縁破壊電位傾度を算出した。１試料に対し３０点測定し、算出結果をワイブル確率紙にプロットした。プロットより尺度パラメータηを算出した。
以下にワイブルプロットの手順を示す。
（１）試験結果の絶縁破壊電圧を、当該部厚で除した絶縁破壊電位傾度を求める。
（２）絶縁破壊電位傾度のデータを昇順に並べ、その累積数より累積確率を求める。
【００２９】
【数１】
2019029577.tif 000002
（３）絶縁破壊電位傾度と、その累積確率を以下のようにプロットする。
【数２】
2019029577.tif 000003
尺度パラメータη：上記プロットの回帰直線における累積確率が６３．２％の時の絶縁破壊電位傾度。
【００３０】
比誘電率εｒは、試料の片面に真空蒸着装置（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＥ−４２０）にて直径１４ｍｍの金蒸着を施し、もう一方の面に全面に金蒸着して試験片を作製した後に、ＬＣＲメータ（株式会社エヌエフ回路設計ブロック製、商品名：ＺＭ２３７５）を用いて測定した。試験片を電極冶具に密着させ、測定周波数を１００Ｈｚから１ＭＨｚとして静電容量を測定し、以下の式より比誘電率εｒを算出した。
【数３】
2019029577.tif 000004
【００３１】
試験結果を表１に示した。
【表１】
2019029577.tif 000005
【００３２】
表１に示した通り、実施例１〜４のコンデンサ用絶縁フィルムは高耐電圧かつ高誘電率を示すことが確認された。厚さが比較的厚いマイカを用いた比較例１と、樹脂としてアクリル樹脂を用いた比較例２は、耐電圧と比誘電率が低下した。