(57)【要約】【課題】  静電容量の低下が小さく、破壊電界強度の高いフィルムコンデンサを提供する。【解決手段】  有機樹脂を主体とする誘電体フィルム１の主面に電極膜３を有する電極膜付きフィルム５が積層または巻回されて形成されたコンデンサ本体部７を備えており、電極膜３は、アルミニウムの純度が電極膜３をエネルギー分散型Ｘ線分析によって、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）（Ｉａ：アルミニウムの最大検出強度、Ｉｏ：酸素の最大検出強度）として求められる比率で０．７９以上であるとともに、平均厚みが１０〜４０ｎｍである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機樹脂を主体とする誘電体フィルムの主面に、アルミニウムを主成分とする電極膜を有する電極膜付きフィルムが積層または巻回されて形成されたコンデンサ本体部を備えているフィルムコンデンサであって、前記電極膜は、前記アルミニウムの純度が前記電極膜をエネルギー分散型Ｘ線分析によって、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）（Ｉａ：アルミニウムの最大検出強度、Ｉｏ：酸素の最大検出強度）として求められる比率で０．７９以上であるとともに、平均厚みが１０〜４０ｎｍであることを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）によって表される前記比率が０．８１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。
【請求項３】
前記電極膜の表面側に酸化層が設けられてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、数々の産業機器において、省エネに向けて、きめ細かな制御が可能なインバータ化が進んでおり、使用されるコンデンサとしてフィルムコンデンサが増えている。例えば、家庭用発電システムに用いられるパワーコンディショナや自動車用のインバータなどが挙げられるが、これらの用途に適用されるフィルムコンデンサには、ますます小型化、大容量化および高信頼性が求められている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
フィルムコンデンサは、通常、誘電体フィルムに欠陥などの弱点部が存在したり、過電流が加わったりした場合に、誘電体フィルムが絶縁破壊するのを回避するために、電極膜が部分的に酸化するか蒸発する機能（通常、自己回復機能という。）を有している。
【０００４】
このようなフィルムコンデンサにおいて、電極膜の薄層化を図ると、単位体積当たりの静電容量をさらに高めることが可能となり、また、電極膜のシート抵抗が増加することから、フィルムコンデンサにおける自己回復機能も向上すると考えられるが、実際には、自己回復機能の発生は電極膜の有効面積の低下をもたらすため、静電容量の低下が起こりやすくなってくる。
【０００５】
また、フィルムコンデンサは、通常、セラミックコンデンサなど他のコンデンサに比較して絶縁破壊し難いと言われているが、自己回復機能の発生によるところが大きいことから静電容量の低下を伴ったものとなっており、静電容量の低下を小さくしつつ、破壊電界強度を高めることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７７８３０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２９４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、静電容量の低下が小さく、破壊電界強度の高い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】
【０００８】
本発明のフィルムコンデンサは、有機樹脂を主体とする誘電体フィルムの主面に、アルミニウムを主成分とする電極膜を有する電極膜付きフィルムが積層または巻回されて形成されたコンデンサ本体部を備えているフィルムコンデンサであって、前記電極膜は、前記アルミニウムの純度が前記電極膜をエネルギー分散型Ｘ線分析によって、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）（Ｉａ：アルミニウムの最大検出強度、Ｉｏ：酸素の最大検出強度）として求められる比率で０．７９以上であるとともに、平均厚みが１０〜４０ｎｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、静電容量の低下が小さく、絶縁破壊電界の高いフィルムコンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、本発明のフィルムコンデンサを構成するコンデンサ本体部の一実施形態を模式的に示す展開斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明のフィルムコンデンサの外観斜視図であり、外装部材を部分的に除いたときの状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１（ａ）は、本発明のフィルムコンデンサの一実施形態を模式的に示す展開斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ｂ）では、電極膜の表面に酸化層３ａが形成された状態を、厚みを拡大して示している。図１（ａ）には、巻回型のフィルムコンデンサを示しているが、本発明は巻回型に限らず、電極膜付きフィルムを予め矩形状に切断したものを用いて形成される積層型へも同様に適用することが可能である。
【００１２】
本実施形態のフィルムコンデンサは、有機樹脂を主体とする誘電体フィルム１の主面に電極膜３を有する電極膜付きフィルム５が巻回されて形成されたコンデンサ本体部７を備えたものであり、電極膜付きフィルム５を構成する電極膜３は、平均厚みが１０〜４０ｎｍである。
【００１３】
また、電極膜３は、アルミニウムの純度がエネルギー分散型Ｘ線分析によって、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）（Ｉａ：アルミニウムの最大検出強度、Ｉｏ：酸素の最大検出強度）として求められる比率で０．７９以上である。
【００１４】
本実施形態のフィルムコンデンサによれば、電極膜３の平均厚みが１０〜４０ｎｍと薄い場合にも、電極膜３の主成分であるアルミニウムの純度が上記したＩａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）比の評価で０．７９以上と高いことから、電極膜３に生じる過度の自己回復機能の発生が抑えられ、これにより静電容量を高く維持した状態で高い破壊電界強度を得ることができる。
【００１５】
この場合、電極膜３は平均厚みが１０〜４０ｎｍであるときに、シート抵抗Ｒｓが２．５〜２０．７Ω／□であることが望ましい。ここで、シート抵抗Ｒｓとは、平面の形状が矩形状であり、所定の面積を有し、特定の抵抗Ｒを示す電極膜３の長さをＬ、線幅をＷとしたときに、Ｒｓ＝Ｒ／（Ｌ／Ｗ）として表される値であり、電極膜３などの抵抗体が長さＬおよび線幅Ｗの変化に応じて実効的に変化する抵抗のことである。物性値である抵抗率Ｒｒ（比抵抗（単位：Ω・ｍ））とは区別して用いている。単位中の□は、長さＬの電極膜３（抵抗体）が幅Ｗで区切られている矩形状の面積のことを便宜的に示すものである。
【００１６】
シート抵抗が２．５〜２０．７Ω／□となる範囲では、後述する具体例によれば、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）比の上限が０．９０となるが、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）比が０．９０以下であると、電極膜３が所定量の酸素を含む状態となっていることから、高い導電性とともに、高い耐熱性を有する状態にすることができる。
【００１７】
例えば、電極膜３の平均厚みが１０〜４０ｎｍであるときに、フィルムコンデンサの絶縁破壊電界（誘電体フィルムの単位厚み当たりの絶縁破壊電圧）を５７０Ｖ／μｍ以上にできる。この場合の絶縁破壊電界は無負荷状態（直流電圧０Ｖ）での静電容量を１００％としたときに、電圧を印加しても静電容量が９５％以上を示すときの値である。ここでは、上記した基準での絶縁破壊電界を有効なものとする。
【００１８】
これに対し、電極膜３の平均厚みが１０ｎｍより薄い場合や４０ｎｍよりも厚い場合、
あるいは、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）比が０．７９よりも小さい場合には、フィルムコンデンサの絶縁破壊電界が５７０Ｖ／μｍよりも低くなってしまう。
【００１９】
これは、電極膜３の平均厚みが１０ｎｍよりも薄い場合には、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）比も０．７９より低くなり、これにより電極膜３のシート抵抗Ｒｓが高くなり、自己回復機能の発生による有効面積の低下が起こりやすくなる。このため電圧を印加したときに、静電容量の低下が起こりやすいことから、印加する電圧（電界）が低い状態に止まり、絶縁破壊電界を高められないからである。なお、電極膜３の平均厚みが１０ｎｍ以下にまで薄くなくても、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）比が０．７９以下である場合には、同様の変化が起こりやすい。
【００２０】
一方、電極膜３の平均厚みが４０ｎｍよりも厚い場合には、電極膜３のシート抵抗が低くなることから、電極膜３に自己回復機能が発生し難くなり、これにより誘電体フィルム１が絶縁破壊し易くなるためである。
【００２１】
有機樹脂を主体とするとは、誘電体フィルム１中に占める有機樹脂の割合が５０体積％よりも多い場合を言う。
【００２２】
誘電体フィルム１の主面とは、誘電体フィルム１を構成する面のうち向かい合う面の面積の広い主要な面を意味し、誘電体フィルム１のエッジ面を意味するものではない。
【００２３】
アルミニウムを主成分とするとは、電極膜３に含まれるアルミニウムの割合が６０体積％以上であるものを言う。
【００２４】
エネルギー分散型Ｘ線分析によって、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）（Ｉａ：アルミニウムの最大検出強度、Ｉｏ：酸素の最大検出強度）として求められる比率とは、いわゆるエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ分析）によって得られるアルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）に基づくＸ線出力の最大ピーク比のことである。
【００２５】
上述のように、本実施形態のフィルムコンデンサを構成する電極膜３は、平均厚みが１０〜４０ｎｍであっても、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）比が０．７９以上と高いものであるが、この場合、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）比は０．８１以上であることが望ましい。
【００２６】
電極膜３の主成分であるアルミニウムの純度を表しているＩａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）比が０．８１以上であると、電極膜３のシート抵抗Ｒｓおよび抵抗率Ｒｒ（比抵抗）をさらに低くすることができ、破壊電界強度を５８０Ｖ／μｍ以上にできる。
【００２７】
また、本実施形態のフィルムコンデンサでは、電極膜３の表面側に酸化層３ａが設けられていることが望ましい。ここで、電極膜３の表面側とは、電極膜３が誘電体フィルム１の表面に成膜されたときの誘電体フィルム１側ではなく、その電極膜３を介して対向している反対のいわゆる空間側の表面側を意味する。
【００２８】
電極膜３の誘電体フィルム１との接着面側ではなく、これの反対側に酸化層３ａが形成されていることから、電極膜３の表面側から印加される電界に対する絶縁性が高くなり、これによりフィルムコンデンサの絶縁破壊電界をさらに高めることができる。
【００２９】
ここで、酸化層とは、電極膜３の主成分であるアルミニウムが酸化し形成された膜のことであるが、この場合、化学式ＡｌＯｘで表されるように、化学量論比でない化合物も含む意味である。これはエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）による定性分析によって同定することができる。この場合、酸化層３ａの厚み（平均厚み）としては、１〜５ｎｍであ
ることが望ましい。
【００３０】
次に、本実施形態のフィルムコンデンサを構成する誘電体フィルム１としては、高い絶縁性を有する種々の有機樹脂を適用することが可能であるが、好ましい有機樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）およびシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）を挙げることができる。この場合、耐熱性が高いという点で、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）に代表される環状オレフィン樹脂が好適なものとなる。
【００３１】
図２は、本発明のフィルムコンデンサの外観斜視図であり、外装部材を部分的に除いたときの状態を示す模式図である。
【００３２】
上述した本実施形態のフィルムコンデンサは、コンデンサ本体部７の端面に外部電極１１およびこれに接続されているリード線１３を備えており、さらには、コンデンサ本体部７および外部電極１１は、絶縁性および耐環境の点から外装部材１５に覆われていてもよい。
【００３３】
次に、本実施形態のフィルムコンデンサを製造する方法について説明する。誘電体フィルム１は、上述した有機樹脂を準備し、延伸法または溶液キャスト法などの成形法により作製するか、既に作製されたものを用意する。
【００３４】
次に、作製した誘電体フィルム１の主面に電極膜３を形成することによって電極膜付きフィルム５を形成する。電極膜３の材料はアルミニウムを主成分とする金属材料となるが、この場合、電極膜３の形成には蒸着法やスパッタ法などを用いる。
【００３５】
このとき、用いる金属材料の純度、蒸着法およびスパッタ法における条件（真空度、成膜速度、成膜時間）を種々変更して電極膜３および酸化層３ａの厚みを制御する。なお、電極膜３の表面側に酸化層３ａを形成する場合には、最初に誘電体フィルム１の主面にアルミニウムを表１に示す条件にて蒸着した後に、酸素分圧が約２×１０４Ｐａの大気中にて酸化処理を行う。この場合、用いるアルミニウムを主成分とする金属材料の純度としては、９９．９９１質量％以上、特に、９９．９９９質量％以上のものを用いるのが良い。
【００３６】
次に、作製した電極膜付きフィルム５を積層または巻回してコンデンサ本体部７を作製する。
【００３７】
次に、コンデンサ本体部７の電極膜３の露出した端面に外部電極１１を形成する。外部電極１１の形成には、例えば、金属の溶射、スパッタ法、メッキ法などが好適である。また、コンデンサ本体部７に形成した外部電極１１にはリード線１３を形成し、これをさらに透明な外装部材１５で覆っても良い。
【実施例】
【００３８】
以下、具体的な材料の選択によりフィルムコンデンサを作製し、評価を行った。
【００３９】
フィルムコンデンサを作製するに当たり、まず、誘電体フィルムを作製した。有機樹脂としてポリシクロオレフィンポリマー（分子量：Ｍｗ＝２００００、比誘電率２．２）を準備した。この有機樹脂をシクロヘキサンを溶媒としてスラリーを調整した。このスラリ
ーを、コーターを用いてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に塗布してシート状に成形した。作製した誘電体フィルムは、１８０℃で脱溶剤を行った後の平均厚みが４．０μｍであった。
【００４０】
次に、真空蒸着法により誘電体フィルムの片面に、メタルマスクを用いて３００ｍｍ×１０ｍｍの大きさになるように、表１に示す種々の条件にて、アルミニウムを主成分とする金属膜となる蒸着膜を形成する。一部の試料（表１において試料Ｎｏ．２〜４）については、さらに酸素分圧が約２×１０４Ｐａの大気中での酸化処理を行うことによって、誘電体フィルム側ではない方の電極膜の表面側を局部的に酸化させた電極膜を有する電極膜付きフィルムを作製した。この後、この電極膜付きフィルムを３００ｍｍ×１．５ｍｍのマージン部（無電極部）が設けられるように、３００ｍｍ×１１．５ｍｍの大きさに切り出した。
【００４１】
次に、巻取機により、切断した電極膜付きフィルムを２枚使用して、マージン部が互いに反対側に配されるように捲回して、コンデンサ本体部となる捲回体を作製した。この後、コンデンサ本体部の電極膜が露出した対向する端面に亜鉛と錫との合金を溶射することによりメタリコン電極を形成し、フィルムコンデンサを作製した。
【００４２】
電極膜の厚みは、断面をイオンミリング加工し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察から求めた。
【００４３】
誘電体フィルムの平均厚みは、その一部を切り取り、１０等分した領域を測定した平均値より求めた。
【００４４】
次に、電極膜の純度は、その表面を走査型電子顕微鏡に付設されたエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）により分析し、アルミニウム（Ａｌ）の最大検出強度（Ｉａ）と酸素（Ｏ）の最大検出強度（Ｉｏ）とから、Ｉａ／（Ｉｏ＋Ｉａ）比を求めることによって求めた。
【００４５】
電極膜のシート抵抗（Ｒｓ）は、幅（Ｗ）１０ｍｍ、長さ（Ｌ）３００ｍｍの電極膜の両端間の抵抗値（Ｒ）を測定し、式Ｒｓ＝Ｒ×Ｗ÷Ｌから求めた。
【００４６】
電極膜の抵抗率（Ｒｒ）は先に求めたシート抵抗（Ｒｓ）と電極膜の厚み（ｔ）との積から算出した。
【００４７】
また、直流での絶縁破壊電界値（ＤＣ・ＢＤＥ）は、絶縁破壊電圧値（ＤＣ・ＢＤＶ）を誘電体フィルムの厚みで割った値を求めることで評価した。この絶縁破壊電圧は、対向電極間の直流印加電圧を０Ｖから一定の昇圧速度（１０Ｖ／ｓｅｃ）にて昇圧し、対向電極間の静電容量が、０Ｖ時から５％以上低下する直前での電圧値とした。また、この場合の静電容量は、電圧の昇圧試験において、ショートによるリーク電流が認められた場合に、電圧を０Ｖに戻して、１０Ｖ、１ｋＨｚの条件にて測定した。５％以上の静電容量の低下が認められなかった場合には、再度、０Ｖからの昇圧試験を行い、５％以上の静電容量の低下が認められるまで、これを繰り返した。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
表１の結果より、電極膜の平均厚みが１０〜４０ｎｍであり、アルミニウムの純度が前記電極膜をエネルギー分散型Ｘ線分析によって、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）（Ｉａ：アルミニウムの最大検出強度、Ｉｏ：酸素の最大検出強度）として求められる比率で０．７９以上である試料Ｎｏ．２〜４、７〜９、１３〜１５および１９〜２１では、絶縁破壊電界がいずれも５７０Ｖ／μｍ以上であった。
【００５０】
また、Ｉａ／（Ｉａ＋Ｉｏ）比が０．８１以上である試料Ｎｏ．２〜４、７〜９、１４、１５、２０および２１では、絶縁破壊電界が５８１Ｖ／μｍ以上であった。
【００５１】
さらに、試料Ｎｏ．２〜４、７〜９、１３〜１５および１９〜２１に適用した電極膜と同じ状態の電極膜に対して、成膜後に、酸素分圧が約２×１０４Ｐａの大気中での酸化処理を行って作製した電極膜を適用した試料は、成膜後に酸化処理を施さなかった試料（Ｎｏ．２〜４、７〜９、１４、１５、２０および２１）に比較して絶縁破壊電界がいずれも約１０％高かった。
【００５２】
これに対し、試料Ｎｏ．１、５、６、１０〜１２、１６〜１８、２２〜２４は、いずれも絶縁破壊電界が５７０Ｖ／μｍよりも低かった。ここで、試料Ｎｏ．２４は従来よりフィルムコンデンサに使用されている仕様に準じて作製した電極膜を適用したものである。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・・・・・・誘電体フィルム
３・・・・・・・・電極膜
３ａ・・・・・・・酸化層
５・・・・・・・・電極膜付きフィルム
７・・・・・・・・コンデンサ本体部
１１・・・・・・・外部電極
１３・・・・・・・リード線
１５・・・・・・・外装部材
【図１】
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【図２】
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