(57)【要約】【課題】絶縁フィルムを高耐電圧化し、併せて高誘電率化、滑り性向上によるフィルムコンデンサの更なる小型化を可能とする。【解決手段】ポリマ樹脂、フィラ、および融点が０℃以下、沸点が前記ポリマ樹脂のガラス転移点温度以上である液体添加剤を含み、前記フィラの含有量が全固形分体積に対し５体積％以上であり、前記液体添加剤の含有量が全固形分体積に対し０．５体積％以上である絶縁フィルム。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマ樹脂、フィラ、および融点が０℃以下、沸点が前記ポリマ樹脂のガラス転移点温度以上である液体添加剤を含み、前記フィラの含有量が全固形分体積に対し５体積％以上であり、前記液体添加剤の含有量が全固形分体積に対し０．５体積％以上である絶縁フィルム。
【請求項２】
フィラが、マイカ、アルミナ、シリカ、ルチルの何れか、又はそのいずれか２種以上の組合せであることを特徴とする請求項１に記載の絶縁フィルム。
【請求項３】
液体添加剤が、シリコーンオイル、流動パラフィン、エチレングリコール、ポリエチレングリコールの何れかからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁フィルム。
【請求項４】
溶剤を蒸発させた塗装膜を、ポリマ樹脂のガラス転移点以上の温度にて０．５ＭＰａ以上の圧力でプレスされて得られることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁フィルム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の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、絶縁フィルムおよびフィルムコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
異電位間の絶縁材は、
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であり、これらは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】
以下の特性が求められる場合等では、フィルム内にフィラが導入される。
１）鱗片状フィラの迷路効果による高耐電圧化
２）高誘電率フィラによる高誘電率化
３）表面凸凹化による滑り性向上
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て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、ポリマ樹脂、フィラ、溶剤を混合し攪拌することにより得られる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、収縮するのはポリマ樹脂／溶剤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、絶縁性が低い。
【０００８】
本発明者らは、マイカにアルミナ、シリカ、ルチル等の小粒径フィラを加えて２峰性粒子径分布とすることで、樹脂に対して各部のフィラ密度を均一化することで耐電圧を向上させることが出来ることを見出した。
フィラとしてマイカを用いることは鱗片状にて迷路効果による耐電圧向上が期待できる。アルミナ、シリカは、滑り性向上と、小粒径とし２峰性粒子径分布とすることでの耐電圧向上が期待される。ルチルは２峰性粒子径分布とするための使用に加え誘電率向上に寄与する。これらの耐電圧向上、誘電率向上により、コンデンサ用フィルムの使用量を低減でき、フィルムコンデンサの小型化が可能となる。また滑り性向上により、フィルムコンデンサ素子として当該フィルムを捲回後、偏平に潰すことが容易となりフィルムコンデンサ小型化に寄与する。
以上の通り、従来技術でも絶縁フィルムの耐電圧向上、フィルムコンデンサ小型化に一定の効果があるが、フィラ充填の溶液製膜法によるフィルムでは、ボイドが形成され、耐電圧が不十分である場合がある。つまり、２峰性粒子径分布のフィラを用いることにより大きなボイドは低減できるが、小さなボイドが残り、耐電圧向上の効果は十分と言えない場合があり、改善の余地があった。
【０００９】
本発明は、絶縁フィルムの高耐電圧化を課題とし、併せて高誘電率化、滑り性向上によるフィルムコンデンサの更なる小型化を課題とする。
【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、下記の絶縁フィルムおよびフィルムコンデンサを提供するものである。
（１）ポリマ樹脂、フィラ、および融点が０℃以下、沸点が前記ポリマ樹脂のガラス転移点温度以上である液体添加剤を含み、前記フィラの含有量が全固形分体積に対し５体積％以上であり、前記液体添加剤の含有量が全固形分体積に対し０．５体積％以上である絶縁フィルム。
（２）フィラが、マイカ、アルミナ、シリカ、ルチルの何れか、又はそのいずれか２種以上の組合せであることを特徴とする（１）に記載の絶縁フィルム。
（３）液体添加剤が、シリコーンオイル、流動パラフィン、エチレングリコール、ポリエチレングリコールの何れかからなることを特徴とする（１）又は（２）に記載の絶縁誘電体フィルム。
（４）溶剤を蒸発させた塗装膜を、ポリマ樹脂のガラス転移点以上の温度にて０．５ＭＰａ以上の圧力でプレスすることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の絶縁フィルム。
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載の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、耐電圧が改善された絶縁フィルムを提供でき、併せて高誘電率化、滑り性向上により、フィルムコンデンサの更なる小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】塗工直後のフィルム断面を示す模式図である。
【図２】溶剤が蒸発し収縮した塗工フィルムの断面を示す模式図である。
【図３】従来例のＳＥＭ断面写真である。
【図４】本発明の一実施形態のフィルム断面を示す模式図である。
【図５】実施例および比較例の尺度パラメータηを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態の絶縁フィルムに用いるポリマ樹脂は、溶剤に溶けるものであればよく、アクリル、エポキシ、ＣＡ（セルロースアセテート）、ＣＡＢ（セルロースアセテートブチレート）等を限定なく使用できる。
【００１４】
本実施形態の絶縁フィルムを製膜する際に用いる溶剤は、ポリマ樹脂を溶解するものであり、ポリマ樹脂の種類や沸点等により選定されるが、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル等を限定なく使用できる。
【００１５】
本実施形態の絶縁フィルムに用いるフィラは、マイカ、アルミナ、シリカ、ルチル等を特に限定なく使用できるが、迷路効果による耐電圧向上では鱗片構造が良く、硬質マイカが好適であり、その大きさは、膜厚や必要性能により決定されるが、平均粒径として数μｍ〜数十μｍが好適である。滑り性や２峰性粒子径分布を有するフィラによる収縮率均一化を目的とするフィラとしてはアルミナ、シリカ、ルチル等を限定なく使用でき、ルチルでは誘電率向上も期待できる。これらのフィラは、任意の粒径のものを特に限定なく使用できる。硬質マイカとともに２峰性粒子径分布を有するフィラとして使用する場合は、硬質マイカの厚さ程度以下の粒径であることが良く、数百ｎｍ又は、これ未満の小粒径であることが好適である。
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・コールター社製、商品名：ＬＳ２３０）を用いて測定することができる。フィラの添加量は、耐電圧向上の観点で、溶剤を蒸発させた後の固形分体積に対し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。
【００１６】
本実施形態の絶縁フィルムに用いる液体添加剤は、製作工程内で液体である必要があり、また、ポリマ樹脂のガラス転移点以上の温度で絶縁フィルムがプレスされることより、融点は０℃以下、沸点は当該ガラス転移点以上とする。ボイドを本液体添加剤で充満させるには、使用するポリマ樹脂、溶剤からなるワニスに対し相溶化性がない方が好ましい。シリコーンオイル、流動パラフィン、エチレングリコール、ポリエチレングリコールが好ましく、その分子量や添加量は実験により求められるが、添加量は溶剤を蒸発させた後の固形分体積に対し０．５体積％以上１０体積％以下が好適である。
【００１７】
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。
【００１８】
本実施形態に使用するフィラ、ポリマ樹脂、溶剤、液体添加剤は、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。
【００１９】
本実施形態に使用する支持体はＰＥＴ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。
【００２０】
本実施形態の絶縁フィルムは、液体添加剤のボイドへの移動し易さの観点で、ポリマ樹脂のガラス転移点以上の温度でプレス処理することが好適である。プレス処理の温度は、実験により求められるが、ポリマ樹脂のガラス転移点＋１０℃等が採用される。プレス工程は常圧下でもよいが、真空下でもよい。プレスはローラープレス、金属板でのプレス等の従来技術が限定なく使用できる。
【００２１】
本実施形態の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。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は塗工直後のフィルム断面であり、フィラはマイカ等の鱗片状フィラ１である場合を示している。塗工後、溶剤が揮発しフィラ以外は収縮する。塗工膜は、膜厚方向、塗工面方向にそれぞれ収縮するが、支持体に塗工されていることから、塗工面方向より、膜厚方向の収縮率が高い。ここで溶剤のポリマ樹脂に対する希釈倍率をｎとすると、１／ｎに収縮することになる。図２は溶剤が蒸発し膜が収縮した状態である。便宜上、膜は膜厚方向にのみ収縮するとして以下説明する。鱗片状フィラ１−１と１−２に挟まれた空間（ａ部）は１／ｎに収縮する。しかし鱗片状フィラ１−３と１−４に挟まれるが、この間に別の鱗片状フィラ１−２が有る場合にて、この別の鱗片状フィラ１−２がない部位（ｂ部）にて収縮を１／ｎとするには、この別の鱗片状フィラ１−２が１／ｎに収縮する必要があるが、フィラ１−２は収縮しない。そのため、ｂ部では鱗片状フィラ厚さの（ｎ−１）／ｎに相当するボイド４が発生する。ポリマ樹脂３に流動性がある場合では、流動によりボイド発生が抑制されるが、溶剤蒸発末期では流動性が期待できず、溶液製膜法においてフィラを入れる場合、ボイドの発生は避けられない。フィラの粒子径分布を２峰性とした場合では、ボイド発生が抑制されるが、ボイドはゼロとはならない。従って十分な耐電圧が得られ難い。上記説明は、収縮を膜厚方向としたが、塗工面方向としても同じである。図３は従来例（塗工厚さが厚いことを除き、後述の比較例１と等しい）での断面写真であり、白く線状のものがマイカであり、それ以外の部位はポリマ樹脂であり、図中に示す部位にボイド４が確認できる。
【００２４】
図４は、本実施形態のフィルム断面図を示している。本実施形態では液体添加剤を添加しており、膜内に分散しているが、ポリマ樹脂との相溶化性が低いものが使用される。この結果、溶剤蒸発に伴う膜収縮に際しポリマ樹脂と液体添加剤は分離し、液体添加剤はボイドに集まり、ボイドには液体添加剤５が充満する。特に、フィルムを高温でプレスする場合では、液体添加剤が移動し易く、ボイドに集まり易い。
【実施例】
【００２５】
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。
実施例は表１に示す液体添加剤を添加することを除き、組成は比較例と等しい。ポリマ樹脂は分子量：７００００（数平均分子量であり、数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィを用いてポリスチレンを標準試料として測定した。）のＣＡＢ（セルロースアセテートブチレート）を固形分全量に対し８０体積％添加し、フィラは平均粒径：５μｍ、アスペクト比：２０の硬質マイカを固形分全量に対し２０体積％添加した。これらの粉体を攪拌後、液体分を加え攪拌する。攪拌ではアルミナボールを加え、自転・公転ミキサを用い１０００ｍｉｎ−１で５分間行った。攪拌後、アルミナボールは除去する。液体分のうち、溶剤は酢酸エチルであり固形分体積の１０．６倍とした（この場合の粘度は約１５００ｍＰａ・ｓとなる）。液体添加剤は表１に示す通り、実施例群１，実施例３：ＤＥＧ（ジエチレングリコール）、実施例群２，実施例４：流動パラフィン（比重：０．８６〜０．８９）であり、添加量は固形分体積に対し０．５〜１０体積％とした。得られた攪拌物に対し、更に、超音波振動による分散を１時間行い、真空脱気を５分間行い、ワニスとした。このワニスをＰＥＴフィルムに塗工した。ＰＥＴフィルムは、厚さ：５０μｍで、塗工試料との剥離力：５００〜１０００ｍＮ／ｉｎｃｈのものを使用した。尚、剥離力は、ＰＥＴフィルムを切り出し、その離型面に粘着テープを張り、引張試験を行うことにより測定される値である。塗工はバーコータで行い、塗工ギャップ：７０μｍ、塗工巾：約１５０ｍｍ、塗工長：約２５０ｍｍ、塗工速度：６０ｍｍ／ｓとした。塗工フィルムは板材にテープで４隅を固定し、１２５℃にて３０分間乾燥させた。乾燥後、塗工フィルムのうち、実施例３、実施例４、比較例２以外では、以下のプレス処理を行った。
【００２６】
（プレス処理）
試料を塗工したＰＥＴフィルムの両面に厚さ１ｍｍのゴム板を配置し、更にその両面に厚さ２ｍｍのステンレス板を配置し、真空中、１５０℃、５ＭＰａで５分間プレス処理した（ＣＡＢのガラス転移温度は１４０℃である）。すべての塗工試料はＰＥＴフィルムから剥がし、試料フィルムとした。ここで塗工開始から約５０ｍｍはマイカ配向や膜厚が不安定であるため、評価は塗工開始から５０ｍｍ以降の部分を対象とした。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
上記試料フィルムの破壊電圧をＪＩＳ  Ｃ  ２１５１に準拠して測定した。アルミニウム箔上に試料フィルムを配置し、直径２５ｍｍ、５００ｇの真鍮電極を試料フィルム上に置いた。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した。電圧は０Ｖから３５０Ｖ／ｓで昇圧し、破壊電圧を測定した。本測定は場所を変えて、各試料フィルムにつき５０点測定した。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た。このデータをワイブルプロットした。このワイブルプロットから累積確率６３．２％となる破壊電位傾度を求めた（この値を以降、尺度パラメータηと呼ぶ）。
【００２９】
実施例および比較例のηを図５に示す。図５の横軸は、液体添加剤の添加量であり、固形成分に対する体積％である。ここで比較例でのηは液体添加剤が０でのηである。液体添加剤の添加量が０を超えるηは、実施例群１と実施例群２、実施例３、実施例４を示している。同図よりプレス処理を行っていない実施例３，４でも、ηは比較例１，２より高くできるが、特にプレス処理を行った実施例群１、実施例群２では、それぞれ、液体添加剤の添加量に適値があるが比較例１，２よりηを高くできる効果が大きいことが判った。
【符号の説明】
【００３０】
１，１−１，１−２，１−３，１−４…鱗片状フィラ、２…溶剤に溶けたポリマ樹脂、３…ポリマ樹脂、４…ボイド、５…液体添加剤が充満したボイド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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