(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエチレンテレフタレートを主成分とする二軸配向フィルムであって、三次元表面粗さ計により測定される高さ２００〜５００ｎｍの表面突起個数が２００〜２０００個／ｍｍ2 、かつ、該フィルムの９０℃から１４０℃の間での熱伸び量Ｚ（％）が下式（１）を満足することを特徴とするコンデンサー用ポリエステルフィルム。
３．９×１０-4・（ｔ−４０）2 ≧Ｚ≧１．２×１０-8・（ｔ−４０）4 ・・・（１）
（ここでｔは測定温度（℃）である。）
【請求項２】
面配向係数ｆｎが０．１６０〜０．１７８であることを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサー用ポリエステルフィルム。
【請求項３】
フィルムの少なくとも片面に金属層を設けたことを特徴とする、請求項１または２に記載のコンデンサー用ポリエステルフィルム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサー用ポリエステルフィルムに関し、さらに詳しくは、コンデンサーの誘電体として好適に用いられるポリエチレンテレフタレートを主成分とする、絶縁抵抗性と耐電圧性に優れたコンデンサーとなし得るポリエステルフィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、有機高分子フィルムを誘電体として用いたコンデンサーは広く用いられている。特開昭６３−１８２３５１号公報、特開昭６３−１９４３１８号公報などに開示されるように、ポリエステルフィルムと金属箔を交互に巻回するか、フィルムに金属を蒸着して電極とし、これを巻回または積層することによりコンデンサーを得る技術が知られている。
【０００３】
近年、ポリエステルフィルムコンデンサーの絶縁抵抗のさらなる改善が望まれるようになってきている。原料ポリマーの改良などによる改善や、特開平３−１２２１３３号公報に開示されるような分子の結晶構造や配向による改善は従来から行われているが、その要求に対して改善はまだ十分ではない。
【０００４】
また、コンデンサーメーカーでは生産性を向上するため、コンデンサー加工時の条件、例えば、巻回型コンデンサーのプレス温度や圧力条件を高く設定するなど、フィルムから見れば過酷な条件が採用される傾向にあり、高い温度と圧力のためフィルム内部に歪みが生じ、絶縁抵抗や耐電圧が低下するという問題が発生しやすくなっている。このような問題に対し、特開昭５３−６４７５３号公報には縦方向のＦ５値を高くし、フィルム表面の突起数を規定して巻き取り時のテンションによる伸びを抑え、巻回性とつぶれ性に優れたコンデンサー誘電体用ポリエステルフィルムが開示されている。また、特開昭５７−２２０２１号公報には同じく縦方向のＦ５値が高く、特定の架橋高分子粒子を含有することで巻き取り時のテンションによる伸びを抑え、かつ製膜延伸時の粒子の破壊を抑えられるので耐電圧性やＣＲ値が低下しないコンデンサー誘電体用ポリエステルフィルムが開示されている。
【０００５】
しかし、これら公報に提案された技術は、過酷なコンデンサー加工条件下にて、絶縁抵抗と耐電圧の向上を両立できるものではなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、かかる問題を解決し、過酷なコンデンサー加工条件下においても、絶縁抵抗と耐電圧の両方の低下を低減させ得るコンデンサー用ポリエステルフィルムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のコンデンサー用ポリエステルフィルムは、ポリエチレンテレフタレートを主成分とする二軸配向フィルムであって、三次元表面粗さ計により測定される高さ２００〜５００ｎｍの表面突起個数が２００〜２０００個／ｍｍ2 、かつ、該フィルムの９０℃から１４０℃の間での熱伸び量Ｚ（％）が下式（１）を満足することを特徴とするものからなる。
３．９×１０-4・（ｔ−４０）2 ≧Ｚ≧１．２×１０-8・（ｔ−４０）4 ・・・（１）
（ここでｔは測定温度（℃）である。）
【０００８】
このコンデンサー用ポリエステルフィルムにおいては、さらに面配向係数ｆｎが０．１６０〜０．１７８であることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明におけるポリエステルフィルムのポリエステルとは、ポリエチレンテレフタレートを主成分とするポリエステルであり、さらに詳しくは、ジカルボン酸成分としてテレフタル酸が用いられ、ジオール成分としてエチレングリコールを主要成分として用いて重縮合し得られるものである。ここで、「主成分」とはポリエチレンテレフタレートを構成するテレフタル酸とエチレングリコールの合計量が全体の９０重量％以上であることを示し、１０重量％以下であれば第３成分が共重合されたり、ブレンドされていてもよい。
【００１０】
本発明に用いるポリエステルの固有粘度として好ましくは０．５ｄｌ／ｇ以上、さらに好ましくは０．６ｄｌ／ｇ以上がコンデンサー用において耐電圧の点で好ましい。
【００１１】
本発明におけるポリエステルフィルムの表面は、三次元表面粗さ計により測定される高さが２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にある表面突起の個数が２００〜２０００個／ｍｍ2 の範囲にある必要がある。高さ２００ｎｍ〜５００ｎｍの表面突起個数が２００個未満の場合には絶縁抵抗が不良となるので好ましくない。また、表面突起高さ２００ｎｍ〜５００ｎｍの表面突起個数が２０００個を越える場合には耐電圧が不良となるので好ましくない。より好ましくは２５０個〜８００個の範囲である。
【００１２】
また、本発明におけるポリエステルフィルムの３次元表面粗さ計による中心面平均粗さＳＲａは３０〜１２０ｎｍの範囲にあることが好ましい。３０ｎｍ未満では、絶縁抵抗を良好とすることが難しく、また、１２０ｎｍを越えるものでは、コンデンサーの耐電圧を良好とすることが難しくなる。より好ましくは、３５〜１００ｎｍの範囲であり、更に好ましくは３５〜８０ｎｍの範囲である。
【００１３】
上記のような特性の表面を形成する手段としては、例えばポリエステル重合時に析出する内部析出粒子を用いてもよいし、ポリエステルフィルム中に不活性粒子を添加してもよい。添加する不活性粒子としては、シリカ、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、酸化チタン、カオリン、タルク、アルミナ、架橋高分子粒子などを用いることができる。シリカ、炭酸カルシウム、リン酸カルシウムがより好ましい。
【００１４】
重合段階で不活性粒子を添加する場合、分散が良好でないとフィルム表面の粗大突起の原因となり、絶縁抵抗に悪影響を及ぼすことがある。ジェットアジタによる分散やメディア分散を行うことは、本発明の表面を得るのに効果的である。フィルム上にプライマー層を設ける場合には、プライマー層に公知の粒子を添加し目的の表面を形成することもできる。
【００１５】
本発明のポリエステルフィルムは、９０℃から１４０℃の間での熱伸び量Ｚが下式（１）を満足する必要がある。
３．９×１０-4・（ｔ−４０）2 ≧Ｚ≧１．２×１０-8・（ｔ−４０）4 ・・・（１）
（ここでＺは熱伸び量（％）、ｔは測定温度（℃）である。）
【００１６】
熱伸び量Ｚが（１）式で示す範囲より大きい場合には、絶縁抵抗が不良となるので好ましくない。また、熱伸び量Ｚが（１）式で示す範囲より小さい場合には、耐電圧が不良となるので好ましくない。より好ましい範囲は（２）式の範囲である。
３．５×１０-4・（ｔ−４０）2 ≧Ｚ≧１．５×１０-8・（ｔ−４０）4 ・・・（２）
（ここでＺは熱伸び量（％）、ｔは測定温度（℃）である。）
【００１７】
本発明のポリエステルフィルムは、コンデンサー用として用いられるためにいかなる厚さを持つこともできるが、０．５〜２０μｍの範囲の厚さがより好適であり、０．９〜１０μｍの厚さで耐電圧の改良効果が特に大きい。より好ましくは１．２〜８μｍの範囲であり、さらに好ましくは２〜７μｍの範囲である。
【００１８】
本発明中のポリエステルフィルムは機械的特性、電気的特性、生産性の面から二軸延伸されていることが必要である。二軸延伸の方法としてはインフレーション同時二軸延伸法、ステンター同時二軸延伸法、ステンター逐次二軸延伸法のいずれの延伸方式を採用してもよいが、製膜安定性、厚み均一性の観点でステンター逐次二軸延伸法が好ましい。
【００１９】
本発明のポリエステルフィルムの面配向係数ｆｎは０．１６０〜０．１７８の範囲にあることが好ましい。更に好ましいのは０．１６３〜０．１７３の範囲である。
【００２０】
また、本発明のポリエステルフィルムは、複屈折Δｎが−０．０２以上０．０１未満であることが好ましい。
【００２１】
本発明において得られたポリエステルフィルムを４０〜８０℃でエージングを行うことは絶縁抵抗と耐電圧性をさらに良好とするので好ましい。エージングを行う時間は、６時間以上が絶縁抵抗を良化する点から好ましく、さらに好ましくは２４時間以上である。
【００２２】
本発明のポリエステルフィルムは、加熱収縮率が長手方向について０．５〜５％、幅方向について−１．０〜２．５％であることが、耐電圧性の観点から好ましい。より好ましくは、長手方向について１．０〜３．０％、幅方向について０〜２．０％であることが好ましい。
【００２３】
次に本発明に係るフィルムの製造方法について説明するが必ずしも限定されるものではない。
まず、前述のポリエステルをその融点を超える温度で常法の押出機にて溶融押出し、ガラス転移点以下に冷却し、未延伸シートとする。この未延伸シートを長手方向及び幅方向に延伸する。その延伸方法には、同時に二軸方向の延伸を行う方法、逐次二軸延伸法があるが、長手方向の延伸を行った後に幅方向の延伸を行う逐次二軸延伸法が、熱伸び量を本発明の範囲とするのに好ましい。
【００２４】
長手方向の延伸は、８５℃から１３０℃の温度で、２．８〜７．５倍延伸することが好ましい。長手方向の延伸後の複屈折が０．０５〜０．１０の範囲であると熱伸び量を本発明の範囲とするのに特に好ましい。また、延伸速度は特に限定されないが、２万％／分から２百万％／分の範囲であると熱伸び量を本発明の範囲とするのに更に好ましい。
【００２５】
続いて幅方向の延伸を行う。延伸はテンターオーブンにて９０〜１２０℃に加熱しながら幅方向に３．０〜６．０倍延伸する。延伸速度は特に限定されないが、５００％／分から５０万％／分の範囲であると熱伸び量を本発明の範囲とするのに更に好ましい。
【００２６】
この後、引き続き熱処理を行う。熱処理温度はフィルムの温度にして２００℃〜２４０℃の範囲で、２〜３０秒間行うのが耐電圧向上の点で好ましい。熱処理に引き続き、１〜１０％の範囲で弛緩処理を行うことは耐電圧の点で好ましい。
【００２７】
次に金属化ポリエステルフィルムとする場合には、少なくとも片面にアルミニウムを蒸着してコンデンサーの内部電極となるアルミニウム蒸着膜を設けるが、このときアルミニウムと同時あるいは逐次に、たとえばニッケル、銅、金、銀、クロム、亜鉛などの他の金属成分を蒸着することもできる。また、蒸着膜上にオイルなどで保護層を設けることもできる。アルミニウムの蒸着膜の厚さは表面電気抵抗で１〜５Ω／□の範囲であると耐電圧の点から望ましい。
【００２８】
そして必要により、蒸着後に特定の温度でエージング処理を行ったり、再度オフラインで熱処理を行ったりすることができる。また、絶縁もしくは他の目的で、この金属化フィルムの少なくとも片面にコーティングを施すこともできる。
【００２９】
こうして得られたフィルムは公知の方法で積層もしくは巻回してフィルムコンデンサーとすることができる。巻回型フィルムコンデンサーを例示するならば、金属化するフィルムの片面にアルミニウムを真空蒸着する。その際、長手方向に走るマージン部を有するストライプ状に蒸着する。次に表面の蒸着部の中央と各マージン部の中央に刃を入れてスリットし、一方にマージンを有するテープ状の巻取リールにする。得られた右マージン品と左マージン品各１本ずつを、２枚重ね合わせて巻回し、巻回体を得る。この巻回体から芯材を抜いてプレスし、両端面にメタリコンを溶射して外部電極とし、メタリコンにリード線を溶接して巻回型コンデンサー素子を得る。
【００３０】
［物性の測定方法ならびに効果の評価方法］
本発明における特性値の測定方法、並びに評価方法は次のとおりである。
（１）熱伸び量Ｚ
真空理工（株）製測定モジュールＴＭ−９４００型およびデータ解析装置として同社製熱分析システムＭＴＳ−９０００型を用いて、フィルムサンプルを幅５ｍｍのフィルム長手方向に長い短冊状にサンプリングし、長手方向に一定荷重１９．６ＭＰａを負荷させた状態で室温から昇温速度１０℃／ｍｉｎで昇温する。このときの温度ｔ（℃）での熱伸び量をＺ（％）とした。
【００３１】
（２）面配向係数ｆｎ、複屈折Δｎ
ＪＩＳ−Ｋ７１０５に規定された方法に従って、ナトリウムＤ線を光源としてアッベ屈折率計を用いて長手方向、幅方向、厚さ方向の屈折率を測定した（それぞれｎＭＤ、ｎＴＤ、ｎＺＤとする）。ここで、マウント液はヨウ化メチレンを用い、２５℃、６５％ＲＨにて測定した。次に下記式（Ａ）により面配向係数ｆｎ、下記式（Ｂ）により複屈折Δｎを算出した。
面配向係数ｆｎ＝［（ｎＭＤ＋ｎＴＤ）／２］−ｎＺＤ          （Ａ）
複屈折Δｎ＝ｎＭＤ−ｎＴＤ                                  （Ｂ）
【００３２】
（３）フィルムの表面粗さ（中心面平均粗さＳＲa ）
小坂研究所製の３次元表面粗さ計ＥＴＢ−３０ＨＫを用い、触針式で以下の条件で測定した。
触針先端径  ：２μｍ
触針加重    ：１０ｍｇ
測定長      ：１ｍｍ
送りピッチ  ：１０μｍ
測定本数    ：３０本
カットオフ値：０．０８ｍｍ
【００３３】
（４）フィルム表面の突起個数
上記の装置を用いて同様の条件で表面形状を１０回測定し、各高さ毎の突起個数を出力し、高さ２００〜５００ｎｍの突起個数を算出した。
【００３４】
（５）加熱収縮率
ＪＩＳ−Ｃ２３１８に準じて、１５０℃、３０分間の条件で測定した。
【００３５】
（６）コンデンサーの製造
ポリエステルフィルムの片面に表面抵抗が２Ω／□となるようにアルミニウムを真空蒸着した。その際、長手方向に走るマージン部を有するストライプ状に蒸着し、マージン幅１ｍｍ、全幅３０ｍｍの巻取リールを得る。このリールを５０℃４８時間エージング処理した後、左マージン及び右マージンのもの各１本ずつを２枚重ね合わせて巻回し、静電容量約１．５μＦの巻回体を得た。この巻回体を１３０℃、２０ｋｇ／ｃｍ2 で５分間プレスした。この両端面にメタリコンを溶射して外部電極とし、メタリコンにリード線を溶接して巻回型コンデンサー素子を得た。
【００３６】
（７）絶縁抵抗性
２５℃雰囲気下で、上記の方法で得たコンデンサー素子を２５０Ｖにて１分荷電後の抵抗値を超絶縁計（ＨＰ製）を用いて測定し、抵抗値が１００００ＭΩ未満を不良とした。この測定を５００個の素子について行い、不良素子の個数が１０個未満の場合を絶縁抵抗性良好、１０個以上の場合を絶縁抵抗性不良とした。
【００３７】
（８）耐電圧性
上記の方法で得たコンデンサー素子を試料とし、春日製高電圧直流電源を用いて、１００Ｖ／ｓの速度で昇圧しながら電圧を印加し、１０ｍＡ以上の電流が流れた電圧を絶縁破壊電圧とした。この測定を２００個の素子について行い平均値を算出し、フィルム厚みで割返した値を耐電圧性とした。耐電圧性が３５０Ｖ／μｍ以上の場合を耐電圧性良好、３５０Ｖ／μｍ未満の場合を耐電圧性不良とした。
【００３８】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基づき説明する。
実施例１
テレフタル酸ジメチル１００重量部、エチレングリコール７０重量部に触媒として酢酸カルシウム０．１２重量部を用いてエステル交換反応を行い、その生成物に三酸化アンチモン０．０２重量部、トリメチルフォスフェート０．２１重量部を加え、更に不活性粒子として平均粒径が１．４μｍの凝集形シリカを０．２５％添加し、重縮合反応によりポリエチレンテレフタレートのペレットを得た。
【００３９】
次いでこのペレットを１８０℃で６時間真空乾燥した後、押出機に供給し、２８５℃で溶融させ、Ｔダイよりシートを吐出させ、２５℃の冷却ドラムにて冷却固化せしめ未延伸のシートを作成した。
【００４０】
このシートを長手方向に１１５℃で２．４倍、延伸速度２０万％／分で延伸したのち、更に長手方向に１１０℃で２．１倍、延伸速度１５万％／分で延伸した。次に幅方向に１０５℃で４．０倍、延伸速度１万％／分で延伸し、２０５℃で６秒間熱処理した後、幅方向に１６０℃で５％弛緩熱処理し、その後冷却せしめて巻き取り、厚さ４．６μm のポリエステルフィルムを得た。
【００４１】
このフィルムの３次元粗さ計による測定される高さ２００ｎｍ〜５００ｎｍの表面突起個数は６２０個／ｍｍ2 であった。また、このフィルムの熱伸び量Ｚは１００℃で０．７％、１３０℃で２．１％であり（１）式の範囲内であった。
【００４２】
このフィルムを用いて作製したコンデンサーの絶縁抵抗性は不良素子０個と極めて良好であった。また耐電圧性は４０５Ｖ／μｍと極めて良好であった。
【００４３】
実施例２
添加する不活性粒子を平均粒径１．２μｍの凝集形シリカ０．１５％、及び平均粒径１．４μｍの合成炭酸カルシウムとした以外は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを製造した。このフィルムの３次元粗さ計による測定される高さ２００ｎｍ〜５００ｎｍの表面突起個数は４５０個／ｍｍ2 であった。
【００４４】
また、このフィルムの熱伸び量Ｚは１００℃で０．７％、１３０℃で２．１％であり（１）式の範囲内であった。
このフィルムを用いて作製したコンデンサーの絶縁抵抗性は不良素子２個と良好であった。また耐電圧性は３９０Ｖ／μｍと良好であった。
【００４５】
実施例３
添加する不活性粒子を平均粒径１．４μｍのヒドロキシアパタイト粒子０．４％とした以外は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを製造した。このフィルムの３次元粗さ計による測定される高さ２００ｎｍ〜５００ｎｍの表面突起個数は７００個／ｍｍ2 であった。
【００４６】
また、このフィルムの熱伸び量Ｚは１００℃で０．７％、１３０℃で２．１％であり（１）式の範囲内であった。
このフィルムを用いて作製したコンデンサーの絶縁抵抗性は不良素子２個と良好であった。また耐電圧性は３９０Ｖ／μｍと良好であった。
【００４７】
実施例４
実施例１と同じポリマを用い、同様にして未延伸フィルムを、長手方向に１００℃で３倍、延伸速度８万％／分で延伸した後、幅方向に１０５℃で３．８倍、延伸速度２万％／分で延伸し、その後再度長手方向に１４０℃で１．３倍、延伸速度１０万％／分で延伸し、引続き２１０℃で４秒間熱処理した後１９０℃で５％弛緩熱処理をして、ポリエステルフィルムを得た。
【００４８】
縦方向の延伸温度を９５℃にし、縦方向の延伸倍率を３．７倍にし、巻き取った後のポリエステルフィルムにエージングを６０℃４８時間にした以外は実施例１と同様にしてコンデンサーを作製した。フィルム物性およびコンデンサーの評価結果を表１に示す。
【００４９】
このフィルムの３次元粗さ計による測定される表面突起高さ２００ｎｍ〜５００ｎｍの突起個数は４６０個／ｍｍ2 であった。
また、このフィルムの熱伸び量Ｚは１００℃で０．４％、１３０℃で１．４％であり（１）式の範囲内であった。
このフィルムを用いて作製したコンデンサーの絶縁抵抗性は不良素子３個と良好であった。また耐電圧性は３８０Ｖ／μｍと良好であった。
【００５０】
比較例１
添加する不活性粒子を平均粒径０．２μｍの球状コロイダルシリカ０．１５％とした以外は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを製造した。このフィルムの３次元粗さ計による測定される高さ２００ｎｍ〜５００ｎｍの表面突起個数は８０個／ｍｍ2 であった。
【００５１】
また、このフィルムの熱伸び量Ｚは１００℃で０．７％、１３０℃で２．１％であり（１）式の範囲内であった。
このフィルムを用いて作製したコンデンサーの絶縁抵抗性は不良素子９０個と不良であった。また耐電圧性も２３０Ｖ／μｍと不良であった。
【００５２】
比較例２
添加する不活性粒子を平均粒径２．０μｍのルチル型酸化チタン１．５％とした以外は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを製造した。このフィルムの特性、及びコンデンサーとしたときの絶縁抵抗性、耐電圧性を表１に示した。
【００５３】
比較例３
実施例１と同じポリマを用い、熱処理条件を２４０℃で１０秒、かつ弛緩熱処理を１８０℃で６％とした以外は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを製造した。このフィルムの特性、及びコンデンサーとしたときの絶縁抵抗性、耐電圧性を表１に示した。
【００５４】
比較例４
実施例１と同じポリマを用い、同様にして未延伸フィルムを、長手方向に９０℃で３倍、延伸速度８万％／分で延伸した後、幅方向に１０５℃で３．８倍、延伸速度２万％／分で延伸し、その後再度長手方向に１４０℃で１．９倍、延伸速度１０万％／分で延伸し、引続き１７０℃で４秒間熱処理して、ポリエステルフィルムを得た。このフィルムの特性、及びコンデンサーとしたときの絶縁抵抗性、耐電圧性を表１に示した。
【００５５】
【表１】
0003858459.tif 000002
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコンデンサー用ポリエステルフィルムによれば、熱伸び量と、特定範囲の高さの表面突起個数を特定の範囲とすることにより、従来のコンデンサー用フィルムに比べ、過酷なコンデンサー加工条件下でも良好な耐電圧と絶縁抵抗を得るのに好適なコンデンサー用ポリエステルフィルムを得ることができた。