(57)【要約】      （修正有）【課題】巻き取り工程等における取扱性に優れた滑り性のよい誘電体フィルムを用い、欠陥が少なく誘電体フィルムの密着性がより均一な積層体およびフィルムコンデンサを提供する。【解決手段】セラミック粒子２ａと樹脂３とを含む誘電体フィルム１が第２の主面１Ｂに設けられた電極層４を介して複数積層された積層体であって、誘電体フィルム１の第１の主面１Ａが、樹脂３からなる第１の樹脂面３Ａと、セラミック粒子２ａを含み第１の樹脂面３Ａから突出したセラミック粒子集合部２と、を有し、第１の主面１Ａに対向する電極層４の第１の電極表面４Ａが、セラミック粒子集合部２と接するとともに、第１の電極表面４Ａと第１の樹脂面３Ａとの間に空隙５を有する。【選択図】図１
2015070163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粒子と樹脂とを含む誘電体フィルムが電極層を介して複数積層された積層体であって、
前記誘電体フィルムの第１の主面が、樹脂からなる第１の樹脂面と、前記セラミック粒子を含み前記第１の樹脂面から突出したセラミック粒子集合部と、を有し、
該セラミック粒子集合部が、前記第１の樹脂面を複数の領域に区画するように配置され、前記電極層が前記誘電体フィルムの第２の主面に設けられており、前記第１の主面に対向する前記電極層の第１の電極表面が、前記セラミック粒子集合部と接するとともに、前記第１の電極表面と前記第１の樹脂面との間に空隙を有することを特徴とする積層体。
【請求項２】
前記セラミック粒子集合部の表面に、前記樹脂の被覆を有することを特徴とする請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記セラミック集合部により区画された前記第１の樹脂面の前記領域の大きさが、５００μｍ以内であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層体。
【請求項４】
複数の前記セラミック粒子集合部が前記第１の主面上に点在するとともに、前記第１の樹脂面の前記複数の領域が、前記第１の主面において互いに連通していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層体。
【請求項５】
隣接する前記セラミック粒子集合部の最近接距離が、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の積層体。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の積層体を備え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、積層体およびフィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルムコンデンサは、例えば、ポリプロピレン樹脂をフィルム化した誘電体フィルムの表面に蒸着によって形成された金属膜を電極として有している。このような構成により、誘電体フィルムの絶縁欠陥部で短絡が生じた場合にも、短絡のエネルギーで欠陥部周辺の金属膜が蒸発、飛散して絶縁化し、フィルムコンデンサの絶縁破壊を防止できるという利点を有している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
このため、フィルムコンデンサは電気回路が短絡した際の発火や感電を防止することができるという点が注目され、近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明等の電源回路への適用を始め、用途が拡大しつつある（例えば、特許文献２を参照）。
【０００４】
また、フィルムコンデンサについても、他の電子部品と同様、小型化の要求がますます高まってきており、誘電体フィルムを薄層化する試みが行われている。ところが、誘電体フィルムを薄層化すると、誘電体フィルムの表面の凹凸が小さくなり、より平滑になってくるために、たとえば誘電体フィルムの表面に導体層を形成する場合の加工性や、コンデンサ素子を作製する場合の巻き取り性等が問題となる場合があり、それにより誘電体フィルムや電極に欠陥が生じたり、誘電体フィルムの密着性が不均一になる等の問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１２９４７５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７８５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、巻き取り工程等における取扱性に優れた滑り性のよい誘電体フィルムを用い、欠陥が少なく誘電体フィルムの密着性がより均一な積層体および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】
【０００７】
本発明の積層体は、金属酸化物と樹脂とを含む誘電体フィルムが電極層を介して複数積層された積層体であって、前記誘電体フィルムの第１の主面が、樹脂からなる第１の樹脂面と、前記セラミック粒子を含み前記第１の樹脂面から突出したセラミック粒子集合部と、を有し、該セラミック粒子集合部が、前記第１の樹脂面を複数の領域に区画するように配置され、前記電極層が前記誘電体フィルムの第２の主面に設けられており、前記第１の主面に対向する前記電極層の第１の電極表面が、前記セラミック粒子集合部と接するとともに、前記第１の電極表面と前記第１の樹脂面との間に空隙を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のフィルムコンデンサは、上述の積層体を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、欠陥が少なく誘電体フィルムの密着性がより均一な積層体および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、本発明の一実施形態である積層体の一部を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】フィルムコンデンサの外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の積層体およびフィルムコンデンサについて、図１および２を基に説明する。本発明の一実施形態である積層体を構成する誘電体フィルム１は、図１に示すように、セラミック粒子２ａと樹脂３とを含み、その第１の主面１Ａには、樹脂３からなる第１の樹脂面３Ａと、セラミック粒子２ａを含み第１の樹脂面３Ａから突出したセラミック粒子集合部２とを備える構成となっている。なお、図１では、理解を容易にするために誘電体フィルム１の積層方向を誇張して示しており、実際の寸法関係を反映したものではない。
【００１２】
一方、誘電体フィルム１の第２の主面１Ｂには電極層４が形成されており、電極層４の第１の電極表面４Ａと他の誘電体フィルム１の第１の主面１Ａとが対向するように誘電体フィルム１を重ね合わせることにより積層体が形成される。なお、ここでいう積層体とは、誘電体フィルム１と電極層４とが交互に重ねあわされたものであり、たとえば矩形状の誘電体フィルム１と電極層４とが交互に積層されたいわゆる積層体以外に、長尺状の誘電体フィルム１と電極層４とが巻回された構造も含む。
【００１３】
本実施形態においては、第１の電極表面４Ａと誘電体フィルム１の第１の主面１Ａとは、セラミック粒子集合部２において接するとともに、第１の電極表面４Ａと第１の樹脂面３Ａとの間には空隙５を有することが重要である。
【００１４】
第１の電極表面４Ａと誘電体フィルム１の第１の主面１Ａとが、セラミック粒子集合部２において接するとともに、第１の電極表面４Ａと第１の樹脂面３Ａとの間に空隙５を有することにより、第１の電極表面４Ａと誘電体フィルム１の第１の主面１Ａとの接触面積が小さくなり、第１の電極表面４Ａと誘電体フィルム１の第１の主面１Ａとの滑り性が向上する。その結果、誘電体フィルム１を多層に巻回しても電極層４と誘電体フィルム１との接触に起因した拘束によって発生する応力を小さくすることが可能となり、誘電体フィルム１の密着性がより均一化するとともに、フィルムコンデンサなどを形成して電圧を印加した際に、誘電体フィルム１の膨張によって起こるクラックなどの欠陥の発生を抑制することが可能になる。
【００１５】
なお、このように第１の樹脂面３Ａと第１の電極表面４Ａとの間に空隙５を有する場合、空隙５中に存在する気体により第１の樹脂面３Ａと第１の電極表面４Ａとの間に気体層が形成され、フィルムコンデンサなどを形成した際の絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）が向上するという効果も得られる。このような効果は、パッシェンの法則からもわかるように、たとえば気体層が１気圧の空気からなる場合、空隙の厚さ（第１の樹脂面３Ａと第１の電極表面４Ａとの間隔）すなわち気体層の厚さが特に１０００ｎｍ以下の場合において顕著となり、この時の気体層のＢＤＶはおよそ３００Ｖ以上にもなる。
【００１６】
セラミック粒子集合部２の表面は、セラミック粒子２ａが露出していてもよいが、樹脂３の薄い層により被覆されていていることが好ましい。これは、セラミック粒子２ａは電極層４を構成する金属との接着性が高く、樹脂３の方が第１の電極表面４Ａとの滑り性が高い（摩擦係数が低い）ことによる。また、セラミック粒子２ａが露出している場合でも、露出部は一部のみで、他の大部分が樹脂３に埋まっていることが好ましい。セラミック粒子２ａの大部分が樹脂３に埋まっていることにより、セラミック粒子集合部２の誘電体フィルム１からの脱落を防止することができる。なお、セラミック粒子２ａは、表面に表
面改質剤などが塗布されたものであってもよい。
【００１７】
ここで、セラミック粒子集合部２が第１の樹脂面３Ａを複数の領域に区画するように配置されている、すなわちセラミック粒子集合部２が、第１の樹脂面３Ａと第１の電極表面４Ａとの間で空隙５を複数の領域に仕切る壁状に存在することにより、第１の主面１Ａにおいて第１の樹脂面３Ａの占める面積比率を大きくしても、安定した空隙５を形成することができる。
【００１８】
セラミック粒子集合部２により複数の領域に区画された第１の樹脂面３Ａの各領域の大きさは、たとえば５００μｍ以内とすればよい。このような大きさであれば、第１の樹脂面３Ａと第１の電極表面４Ａとが接触することなく空隙５を形成することができる。
【００１９】
なお、第１の樹脂面３Ａは、連続したセラミック粒子集合部２により完全に独立した個々の領域に区画されていてもよいが、第１の樹脂面３Ａの各領域が互いに連通している、すなわち複数のセラミック粒子集合部２が点在している方が、誘電体フィルム１の滑り性向上という点から好ましい。また、セラミック粒子集合部２が連続して例えば網目状構造を取ったり、面状に広がっている場合、樹脂３がセラミック粒子集合部２に拘束されて、誘電体フィルム１自体が変形しにくくなる懸念がある。
【００２０】
また、複数のセラミック粒子集合部２が点在する場合、隣接するセラミック粒子集合部２同士の最近接距離を５０μｍ以上とすることで、誘電体フィルム１の変形性を実用的な範囲とすることができる。
【００２１】
第１の主面１Ａ上においてセラミック粒子集合部２を平面視した際の形状は、たとえば弧状、線状、Ｙ字状、十字状、星状、樹枝状などいずれの形状であってもよい。
【００２２】
セラミック粒子集合部２を形成するセラミック粒子２ａのサイズ（平均粒径）としては、セラミック粒子２ａの凝集の低減やセラミック粒子２ａ同士が当接したときに変形しやすくなるという理由から、１０〜２００ｎｍであることが望ましい。
【００２３】
また、誘電体フィルム１におけるセラミック粒子２ａの割合は、１〜１０体積％、特に、２〜７体積％であることが望ましい。
【００２４】
上記した構成を有する誘電体フィルム１としては、その平均厚みが３μｍ、特には、２μｍといった薄層化したものを好適に用いることができる。また、主面１Ａ、１Ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）についても５０ｎｍ以下、特に、１０ｎｍ以下と平滑な表面を有するものが適している。
【００２５】
なお、誘電体フィルム１の第２の主面１Ｂにセラミック粒子集合部２’を備えていてもよい。第２の主面１Ｂにおいては、セラミック粒子集合部２’の表面にはセラミック粒子２ａが露出していることが好ましい。セラミック粒子２ａは電極層４を構成する金属との接着性が高く、第２の主面１Ｂと電極層４とを強固に密着させることができるからである。第２の主面１Ｂにおいてセラミック粒子集合部２’は第２の樹脂面３Ｂから突出していてもよいが、第２の樹脂面３Ｂに埋設されるとともにセラミック粒子２ａの一部が第２の主面１Ｂ上に露出していることが好ましい。第２の主面１Ｂにおいてセラミック粒子集合部２’が突出した場合、その表面に露出したセラミック粒子２ａが誘電体フィルム１から脱落したり、露出したセラミック粒子２ａと樹脂面３Ｂとの段差部分から電極層４が剥離する懸念がある。なお、第２の樹脂面３Ｂと第２の電極表面４Ｂとの間には空隙が介在していてもよいが、フィルムコンデンサとした場合の容量を確保するという点から第２の樹脂面３Ｂと第２の電極表面４Ｂとが密着している方が好ましい。
【００２６】
なお、第２の主面１Ｂにおけるセラミック粒子集合部２’は、第１の主面１Ａのセラミック粒子集合部２と、誘電体フィルム１の内部で連結していてもよい。
【００２７】
誘電体フィルム１のセラミック粒子集合部２の状態や、空隙５の有無については、例えば、フィルムコンデンサなどの積層体の誘電体フィルム１から化学的方法あるいは物理的方法によって電極層４を除去した表面や、フィルムコンデンサなどの積層体の積層方向または巻回軸に垂直な断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの分析装置を用いて観察することで確認できる。
【００２８】
このような積層体は、フィルムコンデンサのほか、多層配線基板などの機能性基板にも好適に用いることができる。また、たとえば携帯カメラの駆動部や人工筋肉、医療用ポンプなどに用いられるアクチュエータや、振動、音響、加速度、圧力、温度等を検知する各種センサ、発電素子など種々の電子部品にも適用可能である。
【００２９】
図２は、フィルムコンデンサの外観斜視図である。本実施形態のフィルムコンデンサは、矩形状の誘電体フィルム１と電極層４とが交互に積層されたいわゆる積層体を用いた積層型のフィルムコンデンサであってもよいし、長尺状の誘電体フィルム１と電極層４とを巻回した構造の積層体を用いた巻回型のフィルムコンデンサであってもよい。積層型のフィルムコンデンサの場合においても工程上誘電体フィルム１を巻回する場合があり、滑り性の向上により工程内で発生する欠陥を低減することができる。また、空隙５が存在することにより積層型、巻回型に関わらず上述のように絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）を向上する効果が得られる。
【００３０】
これらのフィルムコンデンサは外部電極１４に端子としてさらにリード線１５を有していても良いが、フィルムコンデンサの小型化という点でリード線１５を有しない構造が望ましい。また、コンデンサ本体１３、外部電極１４およびリード線１５の一部は絶縁性および耐環境の点から外装部材１６に覆われていてもよい。
【００３１】
本実施形態の積層体は、例えば、以下に示すような製造方法によって得ることができる。まず、誘電体フィルム１の母材となる樹脂３を用意する。樹脂３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）およびシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、などが好適である。
【００３２】
これらの樹脂３の室温（約２５℃）における比誘電率（ε）は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が３．３、ポリプロピレン（ＰＰ）が２．３、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が３．０、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）が２．２〜３．０である。
【００３３】
また、これらの樹脂３の室温（約２５℃）における絶縁破壊電界（ＢＤＥ）は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が３１０（Ｖ／μｍ）、ポリプロピレン（ＰＰ）が３８０（Ｖ／μｍ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が２１０（Ｖ／μｍ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）が３７０〜５１０（Ｖ／μｍ）である。
【００３４】
セラミック粒子２ａとしては、アルミナ、酸化チタン、酸化珪素などの他にペロブスカイト型構造の複合酸化物などを適用できる。セラミック粒子２ａと樹脂３との相溶性を高める上で、セラミック粒子２ａにシランカップリング処理やチタネートカップリング処理等の表面処理を行っても良い。
【００３５】
誘電体フィルム１は、例えば、基材としてＰＥＴ製のフィルムを適用し、この表面に、セラミック粒子２ａを含む樹脂シートを形成することにより得ることができる。この場合、セラミック粒子２ａと樹脂３とを含むスラリの粘度、および成膜時の膜厚を調整し、マランゴニ対流を発生させることにより本実施形態の誘電体フィルム１を得ることができる。この場合、マランゴニ数を８０以上とすることで、誘電体フィルム１の成膜時に対流が発生し、樹脂３を主とするセルの周囲にセラミック粒子２ａが集合し、誘電体フィルム１の第１の表面１Ａにおいて、第１の樹脂面３Ａから突出したセラミック粒子集合部２が第１の樹脂面３Ａを複数の領域に区画するように配置された構成とすることができる。
【００３６】
成膜方法としては、ドクターブレード法、ダイコータ法およびナイフコータ法等、周知の成膜方法から適宜選択すればよい。なお、マランゴニ数は、以下の式によって定義される値である。
Ｍ＝ｔ／（μｋ）＊（｜ｄσ／ｄＴ｜）＊ΔＴ、
Ｍ：マランゴニ数、
ｔ：膜厚（ｍ）、
μ：粘度（Ｎ・ｓ／ｍ２）、
ｋ：熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、
（｜ｄσ／ｄＴ｜）：表面張力の温度勾配（Ｎ／ｍ・Ｋ）、
ΔＴ：塗膜の表面と裏面の温度差（Ｋ）
ここで、熱伝導率ｋには便宜上、有機樹脂の熱伝導率（０．１〜０．５Ｗ／ｍ・Ｋ）を適用し、他に、表面張力の温度勾配（｜ｄσ／ｄＴ｜）、および塗膜の表面と裏面の温度差ΔＴは適宜規定する。
【００３７】
成膜に使用する溶剤としては、例えば、メタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチルアセトアミド、シクロヘキサン、又は、これらから選択された２種以上の混合物を含んだ有機溶剤を用いるのがよい。
【００３８】
次に、誘電体フィルム１を基材から剥離して、誘電体フィルム１の基材側の面である第２の主面１ＢにＡｌ（アルミニウム）などの金属成分を蒸着することによって電極層４を形成し、次いで、電極層４を形成した誘電体フィルム１を巻回させて積層体を得る。
【００３９】
次に、得られた積層体をフィルムコンデンサの本体部１３として、その電極層４が露出した端面に外部電極１４を形成する。外部電極１４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、ここで、外部電極１４にリード線１５を形成しても良い。次いで、外部電極１４（リード線１５を含む）を形成した本体部１３の表面に外装樹脂１６を形成することによって本実施形態のフィルムコンデンサを得ることができる。
【実施例】
【００４０】
具体的な材料の選択を行って誘電体フィルムを作製し、以下の評価を行った。
【００４１】
まずセラミック粒子として平均粒径が１００ｎｍのアルミナ粒子（比誘電率：９）と、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。アルミナ粒子には樹脂との相溶性を向上させるためにシランカップリング処理を行った。
【００４２】
次に、上記のアルミナ粒子をシクロオレフィンポリマー中に分散させてスラリを調製し
た。このときシクロヘキサンを希釈剤として加えた。
【００４３】
その後、コータを用いて上記スラリを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、誘電体フィルムを作製した。
【００４４】
作製した誘電体フィルムは、１８０℃で脱溶剤を行った後に基材から剥離し、基材側の面を第２の主面として平均厚みが７５ｎｍのＡｌの電極層を真空蒸着法により形成した。得られた電極層つきの誘電体フィルムを巻回して積層体とし、メタリコン処理により外部電極を形成し、メタリコン層の表面にリード線を接続してフィルムコンデンサを作製した。
【００４５】
誘電体フィルムの平均厚み（膜厚）は、脱溶剤後の誘電体フィルムの一部を切り取り、１０等分した領域を測定した平均値より求めた。また、スラリの粘度は回転円板型粘度計を用いて室温（２５℃）にて測定した。マランゴニ数は測定したスラリ粘度および膜厚を用いて上述の式から算出した。このとき、熱伝導率、表面張力の温度勾配および塗膜の表面と裏面の温度差には、基本的な物性値を用いた。樹脂に対するアルミナ粒子の体積比率、スラリ粘度、マランゴニ数Ｍおよび誘電体フィルムの平均厚みを表１に示す。
【００４６】
誘電体フィルムの第１の主面におけるセラミック粒子集合部の状態については、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察により確認した。積層体の空隙は、作製したフィルムコンデンサをクロスセクションポリッシャー（ＣＰ）により加工し、得られた断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察することにより確認した。
【００４７】
誘電体フィルムの滑り性は、誘電体フィルムの静摩擦係数を測定することにより確認した。誘電体フィルムの静摩擦係数が０．６未満の場合を滑り性良好とし、０．６以上の場合を滑り性不良と判断した。これらの結果を表２に示す。
【００４８】
【表１】
2015070163.tif 000003
【００４９】
【表２】
2015070163.tif 000004
表１および２の結果より、スラリ粘度および膜厚を調整してマランゴニ数を８０以上とした試料Ｎｏ．１、２は、誘電体フィルムの第１の主面に、セラミック粒子集合部が第１の樹脂面を複数の領域に区画するように配置された状態となり、積層体の第１の樹脂面と第１の電極表面との間に空隙が存在し、誘電体フィルムの滑り性が良好であった。
【００５０】
これに対し、セラミック粒子を含まない試料（試料Ｎｏ．３）およびマランゴニ数が８０以下の試料（試料Ｎｏ．４）では、セラミック粒子集合部が形成されず、積層体の第１の樹脂面と第１の電極表面との間に空隙のない、誘電体フィルムの滑り性に劣るものであった。
【００５１】
また、各試料について絶縁破壊電界（ＢＤＥ）を測定したところ、空隙のない試料Ｎｏ．３、４では３００Ｖ／μｍ以下であったが、試料Ｎｏ．１、２は平均厚さ１０００ｎｍ未満の空隙を有しており、ＢＤＥが４００Ｖ／μｍと高い値を示した。
【符号の説明】
【００５２】
１    ：  誘電体フィルム
１Ａ  ：  誘電体フィルムの第１の主面
１Ｂ  ：  誘電体フィルムの第２の主面
２    ：  セラミック粒子集合部
２ａ  ：  セラミック粒子
３    ：  樹脂
３Ａ  ：  第１の樹脂面
３Ｂ  ：  第２の樹脂面
４    ：  電極層
４Ａ  ：  第１の電極表面
４Ｂ  ：  第２の電極表面
５    ：  空隙
１３  ：  本体部
１４  ：  外部電極
１５  ：  リード
１６  ：  外装部材
【図１】
2015070163.tif 000005
【図２】
2015070163.tif 000006