(57)【要約】【課題】  誘電体フィルムに現れる絶縁低下の兆候を確認することができ、絶縁破壊が発生するのを抑制することのできる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がインジウムスズ酸化物を含んで形成されるＩＴＯ膜により形成されているとともに、誘電体フィルム１の光の屈折率と電極膜３の光の屈折率との差が０．４以下である。【選択図】図１
2015207631.tif 000002
【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、前記電極膜がインジウムスズ酸化物を含んで形成されるＩＴＯ膜により形成されているとともに、前記誘電体フィルムの光の屈折率と前記電極膜の光の屈折率との差が０．４以下であることを特徴とするフィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記誘電体フィルムが無機フィラーを１〜４０体積％含んでい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】
前記無機フィラーは、平均粒径が１０〜３０ｎｍであり、２０〜３０体積％含まれていることを特徴とする請求項２に記載のフィルムコンデンサ。
【請求項４】
前記無機フィラーが酸化チタンを主成分とするものであることを特徴とする請求項２または３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化が求められている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
フィルムコンデンサは、一般に、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、自己回復性という。）を有している。
【０００４】
ところが、実際の使用環境下においては、電極膜が酸化するばかりではなく、誘電体フィルムの側にも印加電圧によるエネルギーやフィルムコンデンサ自身が機能を発現することにより発生するエネルギーにより変色し、絶縁低下の兆候が現れる場合がある。
【０００５】
このような問題は、フィルムコンデンサの静電容量を向上させるために誘電体フィルムを薄層化した場合に顕著になる傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９８／５８９８７号パンフレット
【特許文献２】特開２００９−２７７８３０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、誘電体フィルムに現れる絶縁低下の兆候を確認することができ、絶縁破壊が発生するのを抑制することのできる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、前記電極膜がインジウムスズ酸化物を含んで形成されるＩＴＯ膜により形成されているとともに、前記誘電体フィルムの光の屈折率と前記電極膜の光の屈折率との差が０．４以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、誘電体フィルムに現れる絶縁低下の兆候を確認することができ、絶縁破壊が発生するのを抑制することのできる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（ａ）では、誘電体フィルム１に発生した欠陥９（例えば、色調が変化した部分）をわかりやすくするために、電極膜３の一部を取り除いた状態を示している。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ことは言うまでもない。
【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、この中で、電極膜付きフィルム５を構成する電極膜３がインジウムスズ酸化物を含んで形成されるＩＴＯ膜により形成されているとともに、誘電体フィルム１の光の屈折率と電極膜３の光の屈折率との差が０．４以下となるように形成されている。
【００１３】
本実施形態のフィルムコンデンサによれば、電極膜３の材料にＩＴＯ膜を用い、誘電体フィルム１に電極膜３の屈折率に近い屈折率の有機樹脂を用いているために、誘電体フィルム１はＩＴＯ膜のように透光性を有するものとなっている。これにより誘電体フィルム１に部分的な色調の変化や組織の変化が生じた場合に（図１（ａ）における欠陥９）、その状態変化を外観的に確認することができる。例えば、誘電体フィルム１に局部的に過電流が流れたときなどに現れる絶縁低下の兆候を目視により確認することが可能になる。その結果、フィルムコンデンサが絶縁破壊する兆候を見逃すことが少なくなり、フィルムコンデンサの絶縁破壊が引き金になって発生する電子機器の事故を未然に防ぐことができる。
【００１４】
この場合、誘電体フィルム１を形成するための有機樹脂としては、誘電体フィルム１を薄層化することによって透光性をより高めることが可能になるという理由から、非晶質系の有機樹脂を用いることが望ましい。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）およびシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）を挙げることができるが、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。
【００１５】
また、本実施形態のフィルムコンデンサの場合、上述のように、誘電体フィルム１と電極膜３との間の光の屈折率差は０．４以下とするのが良いが、ＩＴＯ膜の光の屈折率が１．９±０．１であることから、誘電体フィルム１の光の屈折率としては１．５〜２．３とするのが良い。
【００１６】
例えば、有機樹脂の例として示した上記環状オレフィン樹脂は光の屈折率が１．５３±０．１であるが、誘電体フィルム１の光の屈折率をＩＴＯ膜の光の屈折率に近づけるための方法として環状オレフィン樹脂よりも光の屈折率が大きい無機フィラーを誘電体フィルム１に含ませることも選択肢の一つである。この場合、誘電体フィルム１に含まれる無機フィラーの含有量としては１〜４０体積％であることが望ましい。このとき、無機フィラーとしては光の屈折率が２〜３であるものが望ましいが、後述する具体例によれば、好適な無機フィラーの一つとして可視光透過率が高いという点で、酸化チタン（光の屈折率：２．７２）を挙げることができる。なお、本実施形態において、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。
【００１７】
また、本実施形態のフィルムコンデンサは、上述のように、透光性の高い誘電体フィル
ム１により得られるものであるため、含ませる無機フィラーも微細なものが好適である。このため無機フィラーの平均粒径としては１０〜３０ｎｍであるものが好ましく、この場合の含有量としては２０〜３０体積％であることが望ましい。無機フィラーとして、平均粒径が１０〜３０ｎｍであるものを用い、その含有量を２０〜３０体積％にすると、誘電体フィルム１に透光性を確保できるとともに比誘電率を高めることができる。
【００１８】
この場合、誘電体フィルム１の厚み（平均厚み）としては１〜２μｍ、特に、１．２〜１．６μｍと、薄い範囲のものに適している。誘電体フィルム１の厚みが１〜２μｍであると、透光性とともにフィルムコンデンサを製造するときにも耐え得る機械的強度を確保することができる。
【００１９】
誘電体フィルムおよび電極膜の光の屈折率は、島津製作所社製の臨界角法式屈折計を用い、誘電体フィルム１および電極膜３の測定面に対して測定光を入射させるようにして、該屈折計に示される規定の測定方法により求める。
【００２０】
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。
【００２１】
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。このとき外装部材１５には硬化後、透明な膜になる樹脂材を用いるのが良い。
【００２２】
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、まず、光の屈折率が１．９以下の有機樹脂３を用意し、これをシクロヘキサンなどの溶剤に溶解させてスラリを調製する。このとき必要に応じて無機フィラーを所定量添加しても良い。
【００２３】
次に、調製したスラリを用いてシート成形により誘電体フィルム１を作製する。シート成形には、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から選ばれる一種の成形法を用いるのが良い。
【００２４】
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の材料としては、透光性を有するという点から、インジウムスズ酸化物を含んで形成されるＩＴＯ膜を用いる。電極膜３の形成には、蒸着法やスパッタ法などを用いる。
【００２５】
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。
【００２６】
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】
【００２７】
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。
【００２８】
まず、有機樹脂としてシクロオレフィンポリマー（光の屈折率：１．５３）を用意し、これをシクロヘキサン中に溶解させてスラリを調製した。このとき表１に示す割合となる
ように無機フィラーを添加した。
【００２９】
次いで、調製したスラリをコーターにより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、平均厚みが１．４μｍの誘電体フィルムを作製した。
【００３０】
次に、作製した誘電体フィルムの主面に蒸着法を用いてＩＴＯ膜からなる電極膜を形成し電極膜付きフィルムを作製した。電極膜の厚みは平均値で５０ｎｍとなるように調整した。
【００３１】
次に、作製した電極膜付きフィルムは巻回したときに芯部となる端部を黒くしておき、巻回型のコンデンサ本体部を作製した。最後に、コンデンサ本体部の両端面に銅のメタリコン電極を形成した。作製したコンデンサ本体部は誘電体フィルムおよび電極膜が透明な状態であり、芯部に位置する電極膜付きフィルムの端部の黒色部分を外観で確認できるものとなっていた。
【００３２】
作製したコンデンサ本体部について、以下の評価を行った。誘電体フィルムおよび電極膜のそれぞれの光の屈折率は、作製したコンデンサ本体部から電極膜付きフィルムを引出し、個片に切り出した後に、島津製作所社製の臨界角法式屈折計を用い、誘電体フィルムおよび電極膜の測定面に対して測定光を入射させて測定した。ＩＴＯ膜の光の屈折率はいずれも１．９であった。
【００３３】
誘電体フィルムの比誘電率はコンデンサ本体部の静電容量と誘電体フィルムの両面で重なった電極膜の面積および誘電体フィルムの平均厚みから求めた。
【００３４】
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。静電容量はＬＣＲメーターにより周波数１ＫＨｚ、入力信号レベル１．０Ｖｒｍｓの測定条件にて測定した。
【００３５】
誘電体フィルム中に含まれる無機フィラーの平均粒径は走査型電子顕微鏡を用いて撮影した写真から求めた。具体的には、撮影した写真において無機フィラーが約１０個入る円を描き、各無機フィラーの輪郭の面積を円の面積とし、直径を求める方法を用いた。
【００３６】
誘電体フィルム中に含まれる無機フィラーの体積割合も走査型電子顕微鏡を用いて撮影した写真から求めたが、この場合には、写真内に占める無機フィラーの面積比率を体積割合とした。
【００３７】
誘電体フィルムについての可視光透過率は、紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定した。
【００３８】
電極膜付きフィルムに現れる欠陥は、作製したコンデンサ本体部に外部電極を通じて異なる加速電圧で直流電圧を印加し、欠陥の発生状態を目視により確認することによって評価した。誘電体フィルムまたは電極膜の表面がＪＩＳ  Ｚ  ８７１５に規定されている最大白色度の５０％以下かまたは白色以外の色彩が確認されたときに、欠陥が確認された状態とした（表１では、欠陥が確認された状態を×の符号で示した。○の符号は欠陥が確認されなかった状態を表している。）この評価は試料数を３個とし、いずれかに欠陥が見られたものを欠陥有り（表１において×の符号）とした。符号が○の試料は３個とも欠陥が見られなかったものである。
【００３９】
【表１】
2015207631.tif 000003
【００４０】
表１の結果から明らかなように、誘電体フィルムの光の屈折率と電極膜の光の屈折率との差が０．４以下である試料Ｎｏ．１〜７および９では、電圧印加速度を５０Ｖ／ｓｅｃ以上の試料でも誘電体フィルムの表面に欠陥が発生したことを判定できた。
【００４１】
この中で、誘電体フィルム中に含まれる無機フィラーの体積割合を１〜４０体積％とした試料Ｎｏ．２〜７および９では、電圧印加速度を３０Ｖ／ｓｅｃまで下げても、誘電体フィルムの表面に欠陥が発生したことを判定できた。
【００４２】
また、誘電体フィルム中に平均粒径が１０〜３０ｎｍの無機フィラーを２０〜３０体積％含ませた試料Ｎｏ．３、４、６、７および９では、電圧印加速度を１０Ｖ／ｓｅｃにまで下げた試料において欠陥が発生していることを判定できた。
【００４３】
さらに、無機フィラーの平均粒径を３０ｎｍとし、その体積割合を３０体積％とした試料（試料Ｎｏ．４、９）では、酸化チタンを用いた試料（試料Ｎｏ．４）の方が酸化ジルコニウムを用いた試料（試料Ｎｏ．９）よりも可視光透過率が高く、より欠陥を判定し易いものであった。
【００４４】
これに対し、誘電体フィルムの光の屈折率と電極膜の光の屈折率との差が０．４７であった試料Ｎｏ．８では、電圧印加速度を１０〜１００Ｖ／ｓｅｃの全ての試料において欠陥が発生して誘電体フィルムの表面の組織が変化したかどうかを判定し難いものであった。
【００４５】
なお、表１に示した試料は、電圧印加速度の低い試料ほど誘電体フィルムの絶縁抵抗の低下が大きくなっていた。これにより誘電体フィルムに形成された欠陥と絶縁抵抗の低下との関係があることがわかった。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・・・・・・誘電体フィルム
３・・・・・・・・電極膜
５・・・・・・・・電極膜付きフィルム
７・・・・・・・・コンデンサ本体部
９・・・・・・・・欠陥
１１・・・・・・・外部電極
１３・・・・・・・リード線
１５・・・・・・・外装部材
【図１】
2015207631.tif 000004
【図２】
2015207631.tif 000005