(57)【要約】  誘電体膜は、互いに対向する２つの面を有する誘電体ポリマー基板と、化学気相成長重合および／または照射重合によって誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの少なくとも１つの面上に形成された被覆層とを備える。電力用コンデンサは、誘電体膜を備える。誘電体膜を準備するプロセスが提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体膜であって、
互いに対向する２つの面を有する誘電体ポリマー基板と、
化学気相成長重合および／または照射重合によって前記誘電体ポリマー基板の前記２つの面のうちの少なくとも１つの面上に形成された被覆層とを備え、
前記誘電体ポリマー基板は、前記２つの面の間に第１の厚みを有し、前記被覆層は、前記誘電体ポリマー基板の前記第１の厚みの５０％未満である第２の厚みを有する、誘電体膜。
【請求項２】
前記被覆層の前記第２の厚みは、前記誘電体ポリマー基板の前記第１の厚みの３０％未満である、請求項１に記載の誘電体膜。
【請求項３】
前記被覆層は、パリレン、ポリビニリデン、ポリニトリル、ポリ（メタ）アクリレート、ポリビニルエーテル、およびこれらのコポリマーまたは混合物から選択されるいずれか１つを含む、請求項１に記載の誘電体膜。
【請求項４】
前記パリレンは、パリレンＦ、パリレンＮ、パリレンＣ、パリレンＤ、パリレンＨＴ、反応性パリレン、およびこれらのコポリマーまたは混合物から選択されるいずれか１つである、請求項３に記載の誘電体膜。
【請求項５】
前記ポリビニリデンは、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリシアン化ビニリデン、およびこれらのコポリマーまたは混合物から選択されるいずれか１つである、請求項３に記載の誘電体膜。
【請求項６】
前記ポリニトリルは、アクリロニトリルホモポリマーおよびコポリマーから選択されるいずれか１つである、請求項３に記載の誘電体膜。
【請求項７】
前記コポリマーは、架橋コポリマーである、請求項３に記載の誘電体膜。
【請求項８】
前記架橋コポリマーは、（メタ）アクリレート、ビニルエーテルおよび開始剤の混合物に由来する、請求項７に記載の誘電体膜。
【請求項９】
前記照射重合は、ＵＶ照射、電子ビーム照射、ガンマ照射、Ｘ線照射、マイクロ波照射およびこれらの組み合わせから選択されるいずれか１つによって行われる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘電体膜。
【請求項１０】
前記誘電体ポリマー基板は、ポリプロピレン（ＰＰ）、架橋ポリプロピレン（ＰＰＸ）、ポリエチレン（ＰＥ）、架橋ポリエチレン（ＰＥＸ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シアノレジン、およびこれらのコポリマーまたは混合物から選択されるいずれか１つを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘電体膜。
【請求項１１】
前記誘電体膜は、前記誘電体ポリマー基板と前記被覆層との間にプライマ層をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘電体膜。
【請求項１２】
前記プライマ層は、シランを含む、請求項１１に記載の誘電体膜。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の誘電体膜を備える電力用コンデンサ。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の誘電体膜を準備するプロセスであって、
互いに対向する２つの面を有し、前記２つの面の間に構成される第１の厚みを有する誘電体ポリマー基板を設けるステップと、
化学気相成長重合および／または照射重合によって前記誘電体ポリマー基板の前記２つの面のうちの少なくとも１つの面上に被覆層を形成するステップとを備え、
前記被覆層は、前記誘電体ポリマー基板の前記第１の厚みの５０％未満である第２の厚みを有する、プロセス。
【請求項１５】
前記被覆層を形成するステップの前に、前記誘電体ポリマー基板の前記２つの面のうちの前記少なくとも１つの面上にプライマ層を形成するステップを備える、請求項１４に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、誘電体ポリマー基板と被覆層とを備える誘電体膜に関する。また、本発明は、誘電体膜を備える電力用コンデンサに関する。さらに、本発明は、誘電体膜を準備するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
ポリマー誘電体材料が電力用製品で広く使用されている。膜状のポリマー誘電体材料は、セラミック誘電体および電解質と比較して、安価であり、絶縁破壊強度が高く、エネルギ密度が高く、誘電損失が低い。一般に使用されているポリマー誘電体膜は、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）などを含む。二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）は、絶縁破壊強度が高くかつ誘電損失が低いために、コンデンサなどのエネルギ貯蔵用途にとって魅力的である。
【０００３】
誘電体材料では、絶縁破壊強度が、電力業界におけるさまざまな要件を満たすために対処されるべき主要な問題のうちの１つである。誘電体材料の電気的特性、特に絶縁耐力は、電気機器の信頼性を決定する。
【０００４】
実際には、誘電体膜の動作電気応力を増加させるために、薄い被覆層が一般に膜表面上に適用される。しかし、被覆材料および界面処理は、多くの場合、誘電体膜の誘電性能に悪影響を及ぼす。
【０００５】
被覆層の適用による悪影響を抑えるように誘電体膜の誘電性能自体を向上させるために多くの研究がなされてきた。たとえば、ポリプロピレンの絶縁破壊特性は、ポリマーの形態および結晶構造によって影響を受けることが研究されてきた。シュルツ等（Ｊ．Ａｐｐ．Ｐｏｌｙ．Ｓｃｉ．２９（１９８４）、４１８３〜４１９７頁）および吉野等（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３３（２０００）、４６４〜４７２頁）は、平均球晶（球状結晶子）サイズが大きくなるにつれてポリプロピレンの絶縁破壊強度が小さくなることを実証した。一方、ＷＯ２０１２／０１６９６４は、α核形成剤を含むポリプロピレン組成物を開示しており、交流（ＡＣ）破壊強度が向上することを実証した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、誘電性能が向上した被覆誘電体膜を開発することが継続的に望まれている。先行技術と比較して簡単または効率的な方法で、誘電性能が向上した被覆誘電体膜を提供することがさらに望まれるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
第１の局面において、本発明は、誘電体膜に関し、上記誘電体膜は、互いに対向する２つの面を有する誘電体ポリマー基板と、化学気相成長重合および／または照射重合によって上記誘電体ポリマー基板の上記２つの面のうちの少なくとも１つの面上に形成された被覆層とを備え、上記誘電体ポリマー基板は、上記２つの面の間に第１の厚みを有し、上記被覆層は、上記誘電体ポリマー基板の上記第１の厚みの約５０％未満である第２の厚みを有する。
【０００８】
第２の局面において、本発明は、誘電体膜を備える電力用コンデンサに関し、上記誘電体膜は、互いに対向する２つの面を有する誘電体ポリマー基板と、化学気相成長重合および／または照射重合によって上記誘電体ポリマー基板の上記２つの面のうちの少なくとも１つの面上に形成された被覆層とを備え、上記誘電体ポリマー基板は、上記２つの面の間に第１の厚みを有し、上記被覆層は、上記誘電体ポリマー基板の上記第１の厚みの約５０％未満である第２の厚みを有する。
【０００９】
第３の局面において、本発明は、誘電体膜を準備するプロセスに関し、上記プロセスは、互いに対向する２つの面を有し、上記２つの面の間に構成される第１の厚みを有する誘電体ポリマー基板を設けるステップと、化学気相成長重合および／または照射重合によって上記誘電体ポリマー基板の上記２つの面のうちの少なくとも１つの面上に被覆層を形成するステップとを備え、上記被覆層は、上記誘電体ポリマー基板の上記第１の厚みの約５０％未満である第２の厚みを有する。
【００１０】
化学気相成長重合および／または照射重合によって誘電体ポリマー基板の面上に被覆層を形成することによって、誘電体ポリマー基板単独および被覆層単独と比較して絶縁破壊強度に対する相乗効果を得ることができる、ということに発明者等は驚くべきことに気付いた。言い換えれば、本発明に係る誘電体膜は、その要素、すなわち誘電体ポリマー基板および被覆層、の各々よりも高い絶縁破壊強度を示すため、誘電体膜の誘電性能に悪影響を及ぼす先行技術の被覆材料の技術的問題を解決する。したがって、先行技術と比較して簡単または効率的な方法で、誘電性能が向上した被覆誘電体膜を提供することができ、これは商業的に見て大きな意義がある。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
発明の詳細な説明
特定の実施形態の観点から本発明を説明するが、この説明は限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００１２】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、単数形は、文脈上明らかに別の意味を示していると判断されない限り、それぞれの複数形も包含する。
【００１３】
本発明の文脈において、「約」および「およそ」という表現は、当該特徴の技術的効果が依然として保証されると当業者が理解するであろう精度の幅を示す。「典型的に」という表現は、示されている数値からの±２０％の逸脱、好ましくは±１５％の逸脱、より好ましくは±１０％の逸脱、さらに好ましくは±５％の逸脱、さらには±１％の逸脱を示す。
【００１４】
「備える」という表現は限定的なものではないということが理解されるべきである。本発明の目的において、「からなる」という表現は、「備える」という表現の好ましい実施形態であると考えられる。以下で、あるグループが少なくとも一定数の実施形態を備えるよう規定される場合、これは、好ましくはこれらの実施形態のみからなるグループも包含するよう意図される。
【００１５】
さらに、明細書および特許請求の範囲における「第１の」、「第２の」、「第３の」または「ａ）」、「ｂ）」、「ｃ）」、「ｄ）」などの表現は、同様の要素を区別するために使用されており、必ずしも順次的または時間的な順序を表すために使用されているわけではない。そのように使用される表現は、適切な状況下において交換可能であり、本明細書に記載されている本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されている順序とは異なる順序で実施可能である、ということが理解されるべきである。
【００１６】
「第１の」、「第２の」、「第３の」または「ａ）」、「ｂ）」、「ｃ）」、「ｄ）」などの表現が方法または使用のステップに関連する場合、これらのステップ間に時間または時間間隔コヒーレンスはない。すなわち、上記または下記の本願において別段の指示がない限り、これらのステップは、同時に実行されてもよく、またはこのようなステップ間に数秒、数分、数時間、数日、数週間、数ヶ月または数年の時間間隔があってもよい。
【００１７】
誘電体膜
本発明の目的は、互いに対向する２つの面を有する誘電体ポリマー基板と、化学気相成長重合および／または照射重合によって誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの少なくとも１つの面上に形成された被覆層とを備える誘電体膜を提供することである。
【００１８】
本明細書では、「化学気相成長重合」という表現は、化学気相成長（ＣＶＤ）による重合プロセスを指す。典型的なＣＶＤでは、基板が１つ以上の揮発性前駆体にさらされ、これらの１つ以上の揮発性前駆体は、基板表面上で反応および／または分解して、所望の堆積物を生成する。たとえば、基本的なプロセスは、前駆体ガスを、エネルギ粒子を有しかつ前駆体ガスをばらばらにする真空プラズマに供給するステップを備えてもよく、これにより、ばらばらになった分子のうちのいくつかは基板表面上でぶつかりあって凝結する。必要に応じて、化学気相成長重合中に化学開始剤が追加的に使用されてもよい。
【００１９】
本明細書では、「照射重合」または「放射線重合」という表現は、互いに交換可能であり、放射線にさらすことによって開始される重合プロセスを指す。本発明では、放射線は、空間または材料媒体を貫通する波または粒子の形態のエネルギの放出または透過であり得て、電磁放射線（電波、マイクロ波、可視光、赤外光、紫外光、Ｘ線およびガンマ放射線（γ）など）、粒子放射線（電子ビーム、アルファ線（α）、ベータ線（β）および中性子線（非ゼロ静止エネルギの粒子）など）、音響放射線（超音波、音および地震波（物理的透過媒体に依存）など）、重力放射線（すなわち、時空の歪みにおいて重力波またはリップルの形態をとる放射線）などを含むが、これらに限定されるものではない。必要に応じて、照射／放射線重合中に化学開始剤が追加的に使用されてもよい。
【００２０】
本明細書では、「開始剤」という表現は、ラジカル種を生成して連鎖反応を起こさせることができる物質または分子（反応物質以外）を指す。
【００２１】
いかなる理論にも束縛されることなく、被覆層を形成する具体的プロセスは、本発明の誘電体膜の誘電特性の向上に少なくとも部分的に寄与する、と考えられている。化学気相成長重合および照射重合は、一般に、巨大分子よりも基板の表面に対して共形的であり硬化的であるようにするために基板の微細欠陥に自由にアクセスできると考えられている小分子またはモノマーから開始する。重合と被覆層の形成が同時であることにより、誘電体ポリマー基板と被覆層との間の著しい相乗効果が促進され、それによって、誘電体ポリマー基板単独および被覆層単独と比較して絶縁破壊強度が向上した誘電体膜を提供することができる。
【００２２】
本発明によれば、誘電体ポリマー基板は、２つの面の間に第１の厚みを有し、被覆層は、誘電体ポリマー基板の第１の厚みの約５０％未満である第２の厚みを有することが好ましい。さらに、驚くべきことに、発明者等は、破壊強度の相乗効果が被覆層、基板および／または誘電体膜の厚みによって影響を受ける可能性があることに気付いた。
【００２３】
本発明のある実施形態では、被覆層の第２の厚みは、誘電体ポリマー基板の第１の厚みの約３０％未満、好ましくは約２５％未満、より好ましくは約２０％未満、最も好ましくは約１５％未満である。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、被覆層の第２の厚みは、誘電体ポリマー基板の第１の厚みの約０．５％以上、好ましくは約１％以上、より好ましくは約５％以上、最も好ましくは約１０％以上など、０％以上である。
【００２５】
誘電体膜、誘電体ポリマー基板および被覆層の厚みは、実際的要件に従って当業者によって決定することができる。たとえば、誘電体膜は、約１μｍ〜約５００μｍの合計厚みを有してもよい。
【００２６】
本発明のある実施形態では、誘電体膜は、約２μｍ〜約２００μｍ、または約５μｍ〜約１００μｍ、または約６μｍ〜約５０μｍ、または約８μｍ〜約３０μｍ、または約１０μｍ〜約２０μｍの合計厚みを有する。
【００２７】
本発明のある実施形態では、誘電体ポリマー基板の第１の厚みは、約１μｍ〜約１００μｍ、または約２μｍ〜約５０μｍ、または約４μｍ〜約３０μｍ、または約６μｍ〜約２０μｍ、または約８μｍ〜約１５μｍの範囲であってもよい。
【００２８】
本発明のある実施形態では、被覆層の第２の厚みは、約０．０１μｍ〜約５０μｍ、または約０．１μｍ〜約２５μｍ、または約０．５μｍ〜約１０μｍ、または約０．８μｍ〜約５μｍ、または約１μｍ〜約３μｍ、または約１．２μｍ〜約２．５μｍ、または約１．４μｍ〜約２．０μｍの範囲であってもよい。
【００２９】
本発明のある実施形態では、被覆層は、パリレン、ポリビニリデン、ポリニトリル、ポリ（メタ）アクリレート、ポリビニルエーテル、およびこれらのコポリマーまたは混合物から選択されるいずれか１つを含んでいてもよい。
【００３０】
さらなる実施形態では、パリレンは、パリレンＦ、パリレンＮ、パリレンＣ、パリレンＤ、パリレンＨＴ、反応性パリレン、およびこれらのコポリマーまたは混合物から選択されるいずれか１つである。ポリパラキシリレンとも呼ばれるパリレンは、湿気および誘電性バリアとして使用できるさまざまな化学気相成長ポリ（ｐ−キシリレン）ポリマーの商品名に由来する。とりわけ、パリレンＣは、バリア特性、コストおよび他の処理面での優位性の組み合わせにより最も普及している。一般に、パリレンは、自己開始し（開始剤を必要とせず）、終端されておらず（終端基を必要とせず）、溶媒または触媒を必要としない。一般に使用される前駆体である［２．２］パラシクロファンは、５５０℃を超える温度で真空中で１００％モノマーを生じさせ、いかなる副生成物も生じさせない（ゴーハムプロセス）。好ましい実施形態では、被覆層は、パリレンを含む。さらなる好ましい実施形態では、被覆層は、パリレンＦ、パリレンＮおよびパリレンＣから選択される少なくとも１つを含む。さらに好ましい実施形態では、被覆層は、パリレンＦを含む。
【００３１】
さらなる実施形態では、ポリビニリデンは、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリシアン化ビニリデン、およびこれらのコポリマーまたは混合物から選択されるいずれか１つである。
【００３２】
さらなる実施形態では、ポリニトリルは、アクリロニトリルホモポリマーおよびコポリマーから選択されるいずれか１つである。
【００３３】
さらなる実施形態では、ポリ（メタ）アクリレートは、ポリ（イソブチルメタクリレート）、ポリ（プロピルメタクリレート）、ポリ（エチルメタクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ブチルアクリレート）、ポリ（メチルアクリレート）、およびこれらのコポリマーまたは混合物から選択されるいずれか１つである。本明細書では、「（メタ）アクリレート」という表現は、アクリレートまたはメタクリレートを指す。
【００３４】
さらなる実施形態では、ポリビニルエーテルは、１，４−ブタンジオールビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、エチレングリコールビニルエーテル、エチルビニルエーテル、または、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、脂環式基、ヘテロアリール基、複素環式基もしくはその他の基を含むこれらの任意の誘導体から選択されるいずれか１つのモノマーに由来し、これらの基は、有機合成において一般に使用される反応によって容易にさらに官能化可能であり、任意に重合反応を目的として都合よく保護される。
【００３５】
本発明のある実施形態では、被覆層は、架橋ポリマーを含んでいてもよい。架橋ポリマーは、ホモポリマーまたはコポリマーであってもよい。好ましい実施形態では、被覆層は、架橋コポリマーを含む。
【００３６】
特定の実施形態では、被覆層は、（メタ）アクリレート、ビニルエーテルおよび開始剤の混合物に由来する架橋コポリマーを含む。
【００３７】
本明細書において使用される好適な（メタ）アクリレートは、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、４−メチル−２−ペンチル（メタ）アクリレート、２−メチルブチル（メタ）アクリレート、イソアミル（メタ）アクリレート、ｓｅｃ−ブチル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２−オクチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジメチロールジ（メタ）アクリレート、アセトアセトキシエチル（メタ）アクリレートおよび／またはこれらの混合物を含み得るが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
本明細書において使用される好適なビニルエーテルは、ビニルアルキルエーテル、ビニルアリールエーテル、ジビニルアルキルエーテル、ジビニルアリールエーテル、アラルキルジビニルエーテル、およびこれらの混合物を含み得るが、これらに限定されるものではない。好適なビニルアルキルエーテルの例は、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、デシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、クロロエチルビニルエーテル、１−メチル−２，２−ジメチルプロピルビニルエーテル、２−エチルブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、ブチルアミノエチルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル（ＨＢＶＥ）、ベンジルビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテル、およびこれらの混合物である。好適なビニルアリールエーテルの例は、ビニルフェニルエーテル、ビニルトリルエーテル、ビニルクロロフェニルエーテル、ビニル−２，４−ジクロロフェニルエーテル、ビニルナフチルエーテル、ビニルアントラニルエーテル、およびこれらの混合物である。好適なジビニルアルキルエーテルの例は、１，４−ブタンジオールジビニルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジビニルエーテル、１，８−オクタンジオールジビニルエーテル、トリエチレングリコールのジビニルエーテル（（Ｒａｐｉｃｕｒｅ  ＤＶＥ−３）など）、およびこれらの混合物である。好適なジビニルアリールエーテルの例は、ビス−フェノールＡのジビニルエーテル誘導体（ＤＶＥ−ＢＰＡ）、ヒドロキノンジビニルエーテル、レゾルシノールジビニルエーテル、およびこれらの混合物である。好適なアラルキルジビニルエーテルの例は、１，４−ベンゼンジメタノールジビニルエーテル、Ｎ−ｍ−クロロフェニルジエタノールアミンジビニルエーテル、ｍ−フェニレンビス（エチレングリコール）ジビニルエーテル、およびこれらの混合物である。
【００３９】
これらの（メタ）アクリレートおよび／またはビニルエーテルは全て、単独で使用されてもよく、または任意の組み合わせで使用されてもよい。
【００４０】
本明細書において使用される開始剤は、特別な限定なしに、任意の公知の重合開始剤を含み得る。具体的には、本明細書において使用される好適な開始剤は、たとえば、ペルオキシド（過酸化ベンゾイル、ジ−ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、クミルペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、ジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキシド、ｔ−ブチルペルオキシベンゾエート、ラウリルペルオキシド、過酸化アセチル、ｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔｅｒｔ−アミルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート、１，１，３，３−テトラメチルブチル−ペルオキシ−エチルヘキサノエートなど）、アゾ化合物（２，２′−アゾビスイソブチロニトリル、２，２′−アゾビス−２−メチルブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリルなど）、ＵＶ重合開始剤（ベンジルジメチルケタールまたはベンゾインイソプロピルエーテルなど）、アシルホスフィンオキシドベースの光重合開始剤（２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、２，６−ジメトキシベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、２，３，５，６−テトラメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ベンゾイルビス（２，６−ジメチルフェニル）ホスホネート、２，４，６−トリメチルベンゾイルエトキシフェニルホスフィンオキシドなど）を含み得る。開始剤は、単独で使用されてもよく、または組み合わせて使用されてもよい。
【００４１】
本発明のある実施形態では、照射重合は、ＵＶ照射、電子ビーム照射、ガンマ照射、Ｘ線照射、マイクロ波照射およびこれらの組み合わせから選択されるいずれか１つによって行われる。好ましい実施形態では、照射重合は、ＵＶ照射によって行われる。
【００４２】
本発明のある実施形態では、誘電体ポリマー基板は、ポリプロピレン（ＰＰ）（二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）など）、架橋ポリエチレン（ＰＰＸ）、ポリエチレン（ＰＥ）、架橋ポリエチレン（ＰＥＸ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シアノレジン、およびこれらのコポリマーまたは混合物から選択されるいずれか１つを含む。
【００４３】
好ましい実施形態では、誘電体ポリマー基板は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、およびこれらのコポリマーまたは混合物から選択されるいずれか１つを含む。
【００４４】
より好ましい実施形態では、誘電体ポリマー基板は、ポリプロピレン（ＰＰ）、特に二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）を含む。
【００４５】
本発明のある実施形態では、誘電体膜は、誘電体ポリマー基板と被覆層との間にプライマ層をさらに備えていてもよい。このプライマ層は、誘電体ポリマー基板と被覆層との間の接着度を向上させるため、または誘電体ポリマー基板と被覆層との間の安定的な接着を保証するために、接着促進剤を含んでいてもよい。
【００４６】
本発明の特定の実施形態では、接着促進剤は、シランであってもよい。本明細書において使用される好適なシランは、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（メトキシエトキシ）シラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−３アミノプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、３クロロプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−（１，２−オキシシクロヘキシル）プロピルトリメトキシシラン、３−（１，２−オキシシクロヘキシル）プロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランおよび３−ウレイドプロピルトリメトキシシランを含むが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
電力用コンデンサ
本発明の別の目的は、電力用コンデンサを提供することである。
【００４８】
本発明のある実施形態では、電力用コンデンサは、誘電体膜を備え、誘電体膜は、互いに対向する２つの面を有する誘電体ポリマー基板と、化学気相成長重合および／または照射重合によって誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの少なくとも１つの面上に形成された被覆層とを備える。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態では、電力用コンデンサは、誘電体膜を備え、誘電体膜は、互いに対向する２つの面を有する誘電体ポリマー基板と、化学気相成長重合および／または照射重合によって誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの少なくとも１つの面上に形成された被覆層とを備え、誘電体ポリマー基板は、２つの面の間に第１の厚みを有し、被覆層は、誘電体ポリマー基板の第１の厚みの約５０％未満である第２の厚みを有する。
【００５０】
本発明に係る電力用コンデンサは、乾式コンデンサ、含浸コンデンサ、および膜／油による他の考えられる含浸絶縁システムから選択される少なくとも１つであってもよい。
【００５１】
本発明のある実施形態では、電力用コンデンサは、少なくとも約１ｋＶ、好ましくは少なくとも約５ｋＶ、より好ましくは少なくとも約１０ｋＶである定格電圧で使用されてもよい。
【００５２】
本発明に係る電力用コンデンサは、本発明に係る誘電体膜によって変形された先行技術の電力用コンデンサであってもよい。たとえば、本発明に係る電力用コンデンサは、先行技術の電力用コンデンサにおける誘電体膜のうちの１つ以上を本発明に係る誘電体膜と置換することによって得られてもよい。先行技術の電力用コンデンサの例については、たとえば米国特許第５，４７５，２７２号に記載されており、米国特許第５，４７５，２７２号には、積み重ねられて共通の容器内に設置された複数のコンデンサ要素から構成された高電圧コンデンサが記載されている。
【００５３】
誘電体膜を準備するプロセス
本発明によれば、誘電体膜を準備するプロセスが提供される。
【００５４】
本発明のある実施形態では、誘電体膜を準備するプロセスは、
互いに対向する２つの面を有し、これら２つの面の間に構成される第１の厚みを有する誘電体ポリマー基板を設けるステップと、
化学気相成長重合および／または照射重合によって誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの少なくとも１つの面上に被覆層を形成するステップとを備える。
【００５５】
本発明の好ましい実施形態では、誘電体膜を準備するプロセスは、
互いに対向する２つの面を有し、これら２つの面の間に構成される第１の厚みを有する誘電体ポリマー基板を設けるステップと、
化学気相成長重合および／または照射重合によって誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの少なくとも１つの面上に被覆層を形成するステップとを備え、
被覆層は、誘電体ポリマー基板の第１の厚みの約５０％未満である第２の厚みを有する。
【００５６】
本発明によれば、被覆層を形成するためのプロセス条件は、必要に応じて当業者によって決定することができる（たとえば、ジェフリー・Ｂ．フォーティンおよびトー・ミン・ルーによる「化学気相成長重合：パリレン薄膜の成長および特性（Chemical Vapor Deposition Polymerization：The Growth and Properties of Parylene Thin Films）」を参照）。本発明のある実施形態では、化学気相成長（ＣＶＤ）重合中、基板の温度は、約１５０℃未満、好ましくは約１００℃未満、より好ましくは約８０℃未満、最も好ましくは約４５℃未満などの比較的低い温度に制御されてもよい。基板の温度が比較的低いことにより、分解なしに温度感受性基板（たとえば、ポリ（乳酸））の被覆が可能になる。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態では、ＣＶＤ重合は、開始材料の熱分解およびフリーラジカル重合を経て被覆層を生成し得る。熱分解温度は、必要に応じて当業者によって決定することができる。たとえば、熱分解は、好ましくは、約３５０℃を超える温度、好ましくは約４５０℃を超える温度、より好ましくは約５５０℃を超える温度、最も好ましくは約６５０℃を超える温度で行われる。本発明のある実施形態では、熱分解は、約１５００℃未満の温度、好ましくは約１２００℃未満の温度、より好ましくは約９００℃未満の温度、最も好ましくは約８００℃未満の温度で行われる。
【００５８】
本発明のある実施形態では、組成勾配を有する被覆層が化学気相成長重合によって形成されてもよい。
【００５９】
本発明によれば、照射重合によって放射線感受性被覆層を形成することができる。本発明のある実施形態では、被覆層を形成するための放射線感受性組成物は、アルカリ可溶性樹脂、架橋剤および放射線重合開始剤を含んでいてもよい。本発明の好ましい実施形態では、被覆層を形成するための放射線感受性組成物は、約２，０００以上の重量平均分子量を有するポリビニルフェノールおよびフェノール樹脂（ポリビニルフェノール以外）のうちの一方または両方を含むアルカリ可溶性樹脂と、分子中に２つ以上の活性メチロール基を有するアクリル樹脂と、ケタール開始剤とを含んでいてもよい。プロセス条件は、放射線感受性組成物の特性に基づいて当業者によって決定することができる。
【００６０】
本発明のある実施形態では、被覆層は、誘電体ポリマー基板の１つの面にのみ形成される。
【００６１】
本発明のある実施形態では、被覆層は、誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの両方の面に形成される。誘電体ポリマー基板の２つの面上の被覆層は、それぞれ、構成が同じであってもよく、または異なっていてもよく、同時に形成されてもよく、または順次形成されてもよい。
【００６２】
いくつかの実施形態では、化学気相成長重合および／または照射重合によって、基板の２つの面上にそれぞれ第１の被覆層および第２の被覆層が独立して形成される。
【００６３】
いくつかの実施形態では、第１の被覆層および第２の被覆層は、両方とも、化学気相成長重合によって基板の２つの面上にそれぞれ形成される。
【００６４】
いくつかの実施形態では、第１の被覆層および第２の被覆層は、両方とも、照射重合によって基板の２つの面上にそれぞれ独立して形成される。
【００６５】
いくつかの実施形態では、第１の被覆層は、化学気相成長重合によって基板の２つの面のうちの一方の面上に形成され、第２の被覆層は、照射重合によって基板の他方の面上に形成される。
【００６６】
いくつかの実施形態では、第１の被覆層は、化学気相成長重合および／または照射重合によって基板の２つの面のうちの一方の面上に形成され、第２の被覆層は、当該技術分野において一般に公知の技術（たとえば、噴霧、浸漬、スパッタリングなどによる化学蒸着）によって基板の他方の面上に形成される。
【００６７】
被覆層の形成に先立って、接着挙動を向上させるために基板の任意の事前処理が施されてもよい。本発明のある実施形態では、誘電体膜を準備するプロセスは、被覆層を形成するステップの前に、誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの少なくとも１つの面上に（たとえば、誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの一方または両方の上に）プライマ層を形成するステップをさらに備える。本発明の別の実施形態では、酸素、水素、窒素、アンモニア、二酸化炭素、エチレン、アセチレン、プロピレン、ブチレン、エタノール、アセトン、二酸化硫黄またはこれらの混合物などの低温ガスプラズマによる事前処理が、被覆層を形成するステップの前に、誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの少なくとも１つの面で（たとえば、誘電体ポリマー基板の２つの面のうちの一方または両方で）行われる。
【００６８】
実施例
以下の実施例によって本発明をさらに明らかにするが、以下の実施例は、本発明の単なる例示であるよう意図される。本発明の他の実施形態は、本明細書または本明細書に開示されている本発明の実施を検討することによって当業者に明らかであろう。
【００６９】
材料
実施例では、以下の材料を使用した。
【００７０】
【表１】
2020537347.tif 000002
【００７１】
サンプル準備
実施例１
マイクロファイバークリーニングクロスワイパーをＡ−１７４シランで湿らせ、次いで、湿らせたワイパーを使用してＢＯＰＰ膜の表面をふいた。次いで、処理されたＢＯＰＰ膜を密閉室に素早く移送して４０分間保管した。ＢＯＰＰ膜の表面上には接着促進剤の極薄層（およそ０．０２〜０．０５μｍ）が形成された。
【００７２】
ＸＹタイプのＣＶＤシステム（ダリーナノテック社）によりＣＶＤ重合プロセスを行って、接着促進剤層の上にパリレン被覆層を形成した。具体的なプロセスは、以下の通りである。最初にパリレンＮの固体パリレンダイマーを１５０℃で気化させ、次いで６８０℃で熱分解して、安定したモノマージラジカルパラキシリレンを生成し、次に、このモノマージラジカルパラキシリレンを真空室（０．１トル）内で室温でＢＯＰＰ膜の接着促進剤層の上に堆積させて重合した。
【００７３】
異なる基板厚みおよび被覆厚みを有する５つのサンプルを準備し、それぞれサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ、サンプルＤおよびサンプルＥとした。
【００７４】
実施例２
マイクロファイバークリーニングクロスワイパーをＡ−１７４シランで湿らせ、次いで、湿らせたワイパーを使用してＰＥＴ膜の表面をふいた。次いで、処理されたＰＥＴ膜を密閉室に素早く移送して４０分間保管した。ＰＥＴ膜の表面上には接着促進剤の極薄層（およそ０．０２〜０．０５μｍ）が形成された。
【００７５】
ＸＹタイプのＣＶＤシステム（ダリーナノテック社）によりＣＶＤ重合プロセスを行って、接着促進剤層の上にパリレン被覆層を形成した。具体的なプロセスは、以下の通りである。最初にパリレンＮの固体パリレンダイマーを１５０℃で気化させ、次いで６８０℃で熱分解して、安定したモノマージラジカルパラキシリレンを生成し、次に、このモノマージラジカルパラキシリレンを真空室（０．１トル）内で室温でＢＯＰＰ膜の接着促進剤層の上に堆積させて重合した。
【００７６】
１つのサンプルを準備し、サンプルＦとした。
実施例３
マイクロファイバークリーニングクロスワイパーをＡ−１７４シランで湿らせ、次いで、湿らせたワイパーを使用してＢＯＰＰ膜の表面をふいた。次いで、処理されたＢＯＰＰ膜を密閉室に素早く移送して４０分間保管した。ＢＯＰＰ膜の表面上には接着促進剤の極薄層（およそ０．０２〜０．０５μｍ）が形成された。
【００７７】
（ａ）６５重量％のトリシクロデカンジメチロールジ（メタ）アクリレートと、（ｂ）３２重量％のビニルエーテル化合物、すなわちヒドロキシブチルビニルエーテル（ＨＢＶＥ）とトリエチレングリコールのジビニルエーテル（Ｒａｐｉｃｕｒｅ  ＤＶＥ−３）とビス−フェノールＡのジビニルエーテル誘導体（ＤＶＥ−ＢＰＡ）との混合物と、（ｃ）３重量％のベンジルジメチルケタールを含む被覆組成物により照射重合プロセスを行った。具体的なプロセスは、以下の通りである。成分（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を混合し、気泡削除して、Ｎ２雰囲気下で室温で接着促進剤層の上に塗布し、次いで、被覆された膜を中圧水銀ランプのＵＶ放射線に５秒間さらした。
【００７８】
異なる基板厚みおよび被覆厚みを有する２つのサンプルを準備し、それぞれサンプルＧおよびサンプルＨとした。
【００７９】
比較例１
マイクロファイバークリーニングクロスワイパーをＡ−１７４シランで湿らせ、次いで、湿らせたワイパーを使用してＢＯＰＰ膜の表面をふいた。次いで、処理されたＢＯＰＰ膜を密閉室に素早く移送して４０分間保管した。ＢＯＰＰ膜の表面上には接着促進剤の極薄層（およそ０．０２〜０．０５μｍ）が形成された。
【００８０】
キャストコーティングプロセスを行って、接着促進剤層の上にパリレン被覆層を形成した。具体的なプロセスは、以下の通りである。パリレンＮ粉末を５０℃で１０重量％の濃度でトルエンに溶解し、パリレン溶液をＢＯＰＰ膜の接着促進剤層の上にキャストし、次いで、被覆された膜を真空室に素早く移送して、乾燥させ、自然に室温まで冷却した。
【００８１】
異なる基板厚みおよび被覆厚みを有する２つのサンプルを準備し、それぞれ比較サンプルＡおよび比較サンプルＢ（短縮してサンプルＣＡおよびサンプルＣＢ）とした。
【００８２】
試験
誘電体膜サンプルの加工性および特性を加工性および電気的特性の観点から評価した。
【００８３】
１．加工性
上記の誘電体膜サンプルは全て、優れた外観を備え、本発明の優れた加工性を示す。
【００８４】
２．誘電特性
５００Ｖ／ｓの電圧ランプで２５℃で大気中で膜サンプルに対して絶縁破壊試験を行った。同時に、下部（ＧＮＤ）電極は鋼板で構成され、上部電極はアルミニウム（Ａｌ）箔でできていた（電極面積：約２．５ｃｍ２）。破壊事象中にピーク電圧を記録した。次いで、絶縁破壊強度を求めて、ピーク電圧をサンプル厚みで除算した。各サンプルについて、２０個のデータポイントを使用して、最終的な平均絶縁耐力を求めた。
【００８５】
表２は、上記の膜サンプルならびに純粋なＢＯＰＰ膜およびＰＥＴ膜の試験結果を示す。
【００８６】
【表２】
2020537347.tif 000003
【００８７】
表２から、本発明に係る誘電体膜サンプルは全て、基板膜（すなわち、ＢＯＰＰ膜またはＰＥＴ膜）単独と比較して高いかまたは同等の絶縁破壊強度を示すことが分かる。
【００８８】
基板が被覆層で被覆される場合、結果として生じる膜の絶縁破壊強度は、特に被覆層の絶縁破壊強度が基板の絶縁破壊強度よりも低い場合に、低下するであろうと一般に考えられている。これは、たとえば表２に示されるサンプルＣＡおよびサンプルＣＢによって実証されている。
【００８９】
しかし、本発明では、被覆層の絶縁破壊強度が低くても（たとえば、パリレンＮは２７６Ｖ／μｍの絶縁破壊強度を有する）、誘電体基板とＣＶＤ重合および／または照射重合によって形成された被覆層との組み合わせは、誘電体基板単独よりもさらに高い絶縁破壊強度を有する誘電体膜を提供する（表２におけるＢＯＰＰまたはＰＥＴと比較したサンプルＡ〜Ｈを参照）。言い換えれば、本発明は、被覆層が適用された場合に誘電特性が向上した誘電体膜を得ることを可能にする。いかなる理論にも束縛されることなく、誘電特性の向上は、基板とＣＶＤ重合および／または照射重合によって形成された被覆層との間の驚くべき相乗効果に少なくとも部分的に起因すると考えられている。
【００９０】
なお、上記の実施形態は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態を設計することができるであろう。本願では請求項は特徴の特定の組み合わせに合わせて構築されているが、本開示の範囲は、新規の特徴、または明示的もしくは暗黙的に本明細書に開示されている特徴の新規の組み合わせ、またはこれらの一般化も、それがいずれかの請求項に係る発明と同じ発明に関するものであろうとなかろうと、包含するということが理解されるべきである。出願人は、本願またはそこから派生するさらなる出願の手続きの遂行中にこのような特徴および／または特徴の組み合わせに合わせて新たな請求項が構築されてもよいということをここに通知する。
【国際調査報告】
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