(57)【要約】【課題】溶剤に溶かした樹脂溶液を支持体上に塗工し、支持体上で溶剤を蒸発させ、塗工膜を支持体から引き剥がすことで溶液製膜フィルムを作成し、この溶液製膜フィルムの表面に電極用として金属蒸着を施す金属化フィルムを使用して積層あるいは巻回してコンデンサ素子とした金属化フィルムコンデンサにおいて、溶剤を使用したことによる溶液製膜フィルムの膜中に発生するポアによる絶縁耐圧欠陥を低減した金属化フィルムコンデンサを提供する。【解決手段】金属蒸着が溶液製膜フィルムの支持体側であり、なおかつ少なくとも溶液製膜フィルムの支持体側とは反対側には付着材を付着させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶剤に溶かした樹脂溶液を支持体上に塗工し、その支持体上で前記溶剤を蒸発させ、得られた塗工膜を前記支持体から引き剥がすことで溶液製膜フィルムを作成し、この溶液製膜フィルムの表面に電極用として金属蒸着膜を積層した金属化フィルムを使用して積層あるいは巻回してコンデンサ素子とした金属化フィルムコンデンサにおいて、前記金属蒸着膜が前記溶液製膜フィルムの前記支持体側であり、なおかつ少なくとも前記溶液製膜フィルムの前記支持体側とは反対側には付着材が付着されていることを特徴とした金属化フィルムコンデンサ。
【請求項２】
溶剤に溶かした樹脂溶液を支持体上に塗工し、その支持体上で前記溶剤を蒸発させ、得られた塗工膜を支持体から引き剥がすことで溶液製膜フィルムを作成し、この溶液製膜フィルムの表面に電極用として金属蒸着膜を積層した金属化フィルムにおいて、前記金属蒸着が前記溶液製膜フィルムの前記支持体側であり、かつ少なくとも前記溶液製膜フィルムの前記支持体側とは反対側には付着材が付着されていることを特徴とする金属化フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属化フィルムコンデンサおよびその金属化フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属化フィルムコンデンサは、一般的にはポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートなどの樹脂を溶融状態で押し出す溶融製膜法によりフィルム化し、そのフィルム上に設けた蒸着金属を電極に用いる金属化したフィルムを使用し、両面を金属化したフィルムとそれより幅を狭めた非金属化したフィルムとで積層するか、または、片面を金属化したフィルムを交互にずらして積層し、その後、積層した上記の方法により生じた端面のはみ出した部分に、金属を溶射しメタリコン電極を設けている。
【０００３】
ところで、特許文献１には、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より得られる溶液製膜フィルムは、溶融製膜法により得られる溶融製膜フィルムに較べて強度、耐熱性等が優れていることが記載されているので、これらの優れた特徴を生かして、金属化フィルムコンデンサ用のフィルムに採用することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、コンデンサの電極間は狭いほど容量が大きくなるため、金属化フィルムコンデンサの場合、誘電体としてのフィルムは、薄いほど容量が大きくなる。しかし、溶液製膜法により、フィルムを薄くするに、支持体上に流延する量をしぼりすぎると、幅方向の膜厚が不均一になりやすい。そのため、溶剤量を多くして樹脂を薄めて支持体上に流延してフィルムを薄くすることとなるが、溶剤を多く使用したことにより、フィルムの製膜中に、溶剤が蒸発して通り抜けたあとのピンホール状の空洞であるポアが発生しやすくなりやすい。そして、このフィルムに発生したポア内は、空気空間であるため、誘電体であるフィルムより絶縁性が低く、結果として金属化フィルムコンデンサの絶縁破壊電圧の低下を起こしやすい。
【０００６】
本発明は、溶剤を使用した溶液製膜にあって、溶剤を使用したことによる膜中に発生するポアによる絶縁破壊電圧の低下を抑制した金属化フィルムコンデンサおよびその金属化フィルムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、下記の金属化フィルムコンデンサおよびその金属化フィルムを提供するものである。
（１）溶剤に溶かした樹脂溶液を支持体上に塗工し、その支持体上で前記溶剤を蒸発させ、得られた塗工膜を前記支持体から引き剥がすことで溶液製膜フィルムを作成し、この溶液製膜フィルムの表面に電極用として金属蒸着膜を積層した金属化フィルムを使用して積層あるいは巻回してコンデンサ素子とした金属化フィルムコンデンサにおいて、前記金属蒸着膜が前記溶液製膜フィルムの前記支持体側であり、なおかつ少なくとも前記溶液製膜フィルムの前記支持体側とは反対側には付着材が付着されていることを特徴とした金属化フィルムコンデンサ。
（２）溶剤に溶かした樹脂溶液を支持体上に塗工し、その支持体上で前記溶剤を蒸発させ、得られた塗工膜を支持体から引き剥がすことで溶液製膜フィルムを作成し、この溶液製膜フィルムの表面に電極用として金属蒸着膜を積層した金属化フィルムにおいて、前記金属蒸着が前記溶液製膜フィルムの前記支持体側であり、かつ少なくとも前記溶液製膜フィルムの前記支持体側とは反対側には付着材が付着されていることを特徴とする金属化フィルム。
【発明の効果】
【０００８】
支持体を使用する溶液法成膜で発生するポアは、溶液製膜フィルムの支持体側とは反対側に発生する。ここで金属蒸着を溶液製膜フィルムの支持体側とし、付着材の付着にて溶液製膜フィルムの支持体側とは反対側のポア内面が付着材で満たされることにより、ポアによる耐圧欠陥は、付着材により絶縁が改善され、それによってコンデンサ耐圧改善された金属化フィルムコンデンサおよびその金属化フィルムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の金属化フィルム用の、溶液製膜フィルムの概略製造図を示している。
【図２】本発明の別の金属化フィルム用の、溶液製膜フィルムの概略製造図を示している。
【図３】本発明の金属化フィルムの断面図を示している。
【図４】本発明の別の金属化フィルムの断面図を示している。
【図５】本発明の金属化フィルムコンデンサの、コンデンサ素子の一部拡大断面図を示している。
【図６】本発明の金属化フィルム用の、溶液製膜フィルムの表面写真を示している。
【図７】溶液製膜フィルムの破壊電位傾度のワイブルプロットを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の支持体は、ドラムもしくはエンドレスベルト、または樹脂シート基材で、その表面上に溶剤を含んだ樹脂を流し込む（キャステングする）。支持体上で樹脂は、加熱され溶剤が蒸発される。
ドラムもしくはエンドレスベルト材質としては、鉄、ステンレス（ＳＵＳ）、ニッケル、チタン、タンタル、銅、ハステロイ等がある。さらにベルトの表面には、耐食性、硬度の向上や剥離性のために、必要に応じてクロム、金、銀、ニッケルなどのメッキや表面処理を施してもよい。表面処理の一例としてはクロムの薄膜酸化水和物被膜形成、シリコーンあるいはフッソ被膜形成などがある。
エンドレスベルトの厚みは０．５〜３ｍｍが平面性が良好なものとなるので好ましい。より好ましくは１〜２．５ｍｍである。また幅については、０．５ｍ〜１０ｍ程度で、生産性の点から広いほうが良い。
樹脂シート基材としては、製造中に切断されない程度の強度、平面性の高い市販のシートが使用できる。また、場合によっては、表面に剥離容易層を設けるのが好ましい。
【００１１】
本発明の樹脂は、ポリイミド、酢酸ビニル、あるいは芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミド、ポリアリレート、ポリカーボネート、フッ化ビニリデン、二酢酸セルロースや三酢酸セルロースなどのセルロース樹脂、酢酸ビニル、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。
【００１２】
本発明の溶剤は、樹脂を溶解するものであればとくに限定はされない。例えばケトン系溶剤、エステル系溶剤、カーボネート系溶剤、環状エーテル系溶剤、アミド系溶剤が好ましい。具体的には、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、乳酸エチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどが好ましくあげられる。
また、溶液中の樹脂の濃度は、樹脂の種類にもよるが、一般的に３〜５０重量％程度であり、溶液中には樹脂と溶剤以外に目的に応じて、滑材、可塑剤、酸化防止剤、レベリング剤、分散剤、カップリング剤、その他の添加剤がブレンドされていても差し支えない。無機または有機の充填剤は、フィルム厚さよりも充分小さいことが必要で、大きいほど、また量が多いほど絶縁破壊電圧が低下しやすい。また、樹脂の濃度は、ウエット塗工厚と最終ドライ膜厚から決定される。
【００１３】
本発明の溶液製膜フィルムは、溶剤に溶かした樹脂溶液を支持体上に流延し、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ことで得られるもので、厚さが２μｍから３０μｍ程度が使用できる。
【００１４】
本発明のポアは、溶剤が蒸発して通り抜けたあとのピンホール状の空洞で、支持体の反対面に現れる。大きさは、溶剤の種類、溶剤量、温度プロファイル、レベリング剤などに依存するが、例えば直径が１μｍから２０μｍ程度である。
【００１５】
本発明の金属化フィルムは、フィルム表面に金属を設けたもので、金属としては、アルミニウム、銅、亜鉛またはそれらの合金などが限定なく使用できる。またそれらに添加するものとして、ケイ素、チタンなどが使用できる。一般的には、真空蒸着などにより製膜できる。蒸着膜の厚さは、通常の金属化フィルムコンデンサ用の厚さと同様で、１Ω／□から５０Ω／□程度の抵抗値の厚さで特に限定なく使用できる。
【００１６】
本発明の付着材は、少なくとも溶液製膜フィルムの支持体側とは反対側に設けるもので、フィルム状態であれば塗布、積層あるいは巻回してコンデンサ素子となったものは、コンデンサ素子の隙間に含浸することにより設けることができる。また、塗布の場合、溶液製膜フィルムの製膜中の乾燥後に続けて塗布を行って巻き取ってもよい。付着材の物性としては、絶縁性で、少なくとも溶液製膜フィルムに付着するときには粘性が低いほど好ましい。また、加熱により粘性が低くなるほうが、付着中または付着後、ポア内に移動しやすくなりこの点で好ましい。また、コンデンサ素子が完了した後は、付着材の移動はできるだけ少ないほうが好ましく、その点で、付着材の分子に二重結合部分をもつものは、重合により高分子化しやすく固化し好ましい。
付着材の種類としては、絶縁性のオイル、絶縁性の樹脂などが使用できる。ポア内に移動しやすさの点で、絶縁性のオイルのほうが好ましい。
【００１７】
付着材の絶縁性のオイルの種類としては、例えば、シリコーン系オイル類、フッ素系オイル類、パーフロロアルキルポリエーテル類、ポリアルキルナフタレンオイル、ポリアルキルフタレートオイル、ポリフェニルエーテルオイル、石油留分、マイクロクリスタリンワックス、ボリオレフィンワックス、鉱物油類、飽和または不飽和脂肪酸類、飽和または不飽和脂肪酸塩類及びパラフィンワックスなどから選ばれる。
防食性と電気特性の観点から、ジメチルポリシロキサンオイルまたはメチルフェニルシリコーンオイルなどシリコーンオイルが好ましい。
また、溶液製膜フィルムの蒸着側とは反対側に付着材を設け、積層もしくは巻回してコンデンサ素子となった場合、または付着材を設けていないでコンデンサ素子としその後付着材を含浸した場合でも、最終的には付着材は蒸着の金属蒸着膜と接するので、金属蒸着膜との密着性の観点から、官能基として、エポキシ基、アミノ基、アミド基、エステル基、カルボキシル基、メルカプト基、水酸基、フェノール基、メタクリル基、ピペロニル基から選ばれる少なくとも一つを官能基として有する（変性する）シリコーンオイル、フッ素化シリコーンオイル、またはフッ素オイルオイルを用いるものがより望ましい。これらの官能基により、オイル被膜の金属蒸着膜への被着がより強固となり、金属膜の湿気との接触が妨げられて、金属電極膜の抵抗値の上昇が抑えられる。
【００１８】
また、付着材の絶縁性の樹脂としては、エポキシ樹脂等の含浸用の樹脂、蒸着可能な樹脂等が使用できる。蒸着可能な樹脂としては、例えば、真空中でアクリレートなどの重合性官能基を持つモノマーを蒸発させ、電子線や紫外線などを照射してラジカルを形成して蒸着すると、溶液製膜フィルム表面にビニルポリマーを形成することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の金属化フィルム用の、溶液製膜フィルムの概略製造図を示している。
支持体として、ドラム１を使用した場合を示していて、溶液製膜フィルム４は、ダイコーターにより製膜される場合を示している。まず、樹脂を溶剤に溶かした溶液をダイヘッド２の溶液溜め２ａに供給し、ダイヘッド２のスリット部２ｂから金属製のドラム１上に塗工し、ヒーター３で加熱個化後、はぎ取られる。また、得られた溶液製膜フィルム４には、加熱により溶剤が蒸発した後には、支持体であるドラム１と接する側とは反対側にはポア５が多数発生している。
【００２１】
図２は、本発明の別の金属化フィルム用の、溶液製膜フィルムの概略製造図を示している。
支持体として、樹脂シート基材６を使用した場合を示している。
まず、樹脂を溶剤に溶かした溶液をダイヘッド２の溶液溜め２ａに供給し、ダイヘッド２のスリット部２ｂから樹脂シート基材６上に塗工し、ヒーター３で加熱個化後、樹脂シート基材６から溶液製膜フィルム４が引きはがされる。また、得られた溶液製膜フィルム４には、加熱により溶剤が蒸発した後には、支持体である樹脂シート基材６と接する側とは反対側にはポア５が多数発生している。
【００２２】
図３は、本発明の金属化フィルムの断面図を示している。
溶液製膜フィルム４のポア５が発生している側とは反対側に金属蒸着膜７がされている。また、溶液製膜フィルム４のポア５側には付着材８が付着されていて、ポア５内部まで付着材８が進入している。
【００２３】
図４は、本発明の別の金属化フィルムの断面図を示している。
図３と同様に溶液製膜フィルム４のポア５が発生している側とは反対側に金属蒸着膜７がされている。また、付着材８は、金属蒸着膜７が積層された溶液製膜フィルム４の両側に付着材８が付着されていて、ポア５内部まで付着材８が進入している。
【００２４】
図５は、本発明の金属化フィルムコンデンサの、コンデンサ素子の一部拡大断面図を示している。
この構造は、図２または図３の付着材８が付着された金属化フィルムが積層されてコンデンサ素子となっている場合と、付着材８のない金属化フィルムを、積層または巻回しコンデンサ素子とした後に、金属化フィルム間のすき間に付着材８を含浸した場合も含まれる。
【実施例１】
【００２５】
樹脂として酢酸ラク酸セルロース（分子量４０,０００）、溶剤としてメチルエチルケトンを使用し、１０％に希釈した樹脂溶液を作成した。次に支持体として５０μｍで、片面に剥離力が５００〜１０００ｍＮ/inchの離形層が設けられたポリエチレンテレフタレートフィルムを使用し、これをダイコータを使用して、樹脂溶液を塗工した。塗工は、離形面で行う。塗工のウエット厚は、概ね７０μｍとし、塗工後、６０℃で1分、５℃で１分、１２５℃で２分の処理とし、メチルエチルケトンを蒸発させた。
【００２６】
塗工膜表面の光学顕微鏡写真を図６に示す。表面にはメチルエチルケトンが蒸発する際の抜け穴であるポアが現れ、大きさは数μｍ〜２０μｍ程度であった。塗工膜は、熱処理により自立化しており、塗工端部から引き剥がした。引き剥がしたフィルムの片面に、真空蒸着にて蒸着のシート抵抗が概ね１５Ω／□となるようにアルミニウムを付着させ金属化フィルムとした。次に、この金属化フィルムの蒸着面とは反対側片面に、付着材として霧吹きにてジメチルポリシロキサンオイルを塗布し、塗装後１０００Pa−１０分の真空引きを行い、真空容器から取り出し後、試料とした。
【００２７】
表１には、実施例１とともに、溶液製膜フィルムのみの場合（比較例１）、溶液製膜フィルムの蒸着される側を変えた場合または付着材が付着される側を変えた場合（比較例２、３、４）も併せて、下記の測定方法により比較した。比較試料１は金属化しておらず金属化フィルムコンデンサとしては適用されないが、比較のベンチマークである。以下比較例０を基準として各試料の耐圧を比較する。
【００２８】
【表１】
2015201597.tif 000003
【００２９】
（測定方法）
上記試料フィルムの破壊電圧をＪＩＳ  Ｃ２１５１に基づき測定する。アルミニウム箔上に試料フィルムを蒸着面を下（比較例０の試料は支持体側を下）として配置する。φ２５、５００ｇの真鍮電極を試料フィルム上に置き、真鍮電極を正極、アルミニウム箔を陰極として直流電圧を印加する。電圧は０Ｖから３５０Ｖ／秒で昇圧し、破壊電圧を測定する。本測定は場所を変えて、各試料フィルム５０点測定し、それぞれの破壊電圧と当該部厚さより破壊電位傾度を求める。このデータをワイブルプロットした結果を図７に示す。
図７から尺度パラメータ（累積確率６３．２％の破壊）と傾きを求め、この結果を表１に纏める。表１中の試験結果は、尺度パラメータと傾きにより耐圧（破壊電圧）の程度を表している。尺度パラメータが大きいと耐圧が大きいことを示し、傾きが大きいと欠陥が少ないことを示している。
【００３０】
以上の結果より、実施例１では尺度パラメータ、傾きが共に増加している。これは図３のように、ポアが付着材で満たされ、ポアによる耐圧欠陥部が減少したことによる。一方、比較例２はポア側に付着材塗布が行われていないことより比較例１と大差がない。比較例３,４はポア側に蒸着しており、比較例３ではポア側に付着材塗布しているが先にポア側を蒸着しているので付着材はポアによる耐圧欠陥を補っていない。比較例３と４は、比較例１より若干耐圧低下している。以上の通り、表１組合せの中で実施例１だけが耐圧向上している。
【実施例２】
【００３１】
まず、実施例１で得られたこの蒸着フィルムを２枚重ね合わせて巻回し試料とした。素子条件としては、フィルム厚:５μｍ、フィルム巾:５０ｍｍ、巻き芯径:φ１０ｍｍ、巻取長さ：５００ｍとした。
次に、その柱状体の両端面に、亜鉛、その表面に錫の溶射によるメタリコン電極を設けた。
次に、コンデンサ素子のメタリコン電極に、０．３ｍｍ厚の銅箔からなる引き出し電極をはんだ付けする。そして一端が開放したケースにコンデンサ素子を収納し、樹脂封止した。
同様に、比較例を表１に示す条件以外は実施例と同様に金属化フィルムコンデンサを作成した。
次に、得られたそれぞれ１０個の金属化フィルムコンデンサの絶縁破壊電圧を測定し平均を求めた。絶縁破壊電圧は、８５℃で電圧を１００Ｖ／秒の昇圧速度で印加し、コンデンサが絶縁破壊し、１００ｍＡ以上の電流が流れた時点の電圧とし、比較例と共に、表２に結果を示した。
【００３２】
【表２】
2015201597.tif 000004
【００３３】
表１に示す結果の通り、本発明の金属化フィルムコンデンサは、比較例と比べ、絶縁破壊電圧が高く優れた特性を示した。
【符号の説明】
【００３４】
１…ドラム、２…ダイヘッド、２a…溶液溜め、２ｂ…スリット部、３…ヒーター、４…溶液製膜フィルム、５…ポア、６…樹脂シート基材、７…金属蒸着膜、８…付着材
【図１】
2015201597.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
2015201597.tif 000008
【図５】
2015201597.tif 000009
【図６】
2015201597.tif 000010
【図７】
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