J. Inst. Electrostat. Jpn.

静電気学会誌，34, 2 (2010) 93-98

熱刺激電流による多孔体ポリプロピレンのトラップ評価と帯電特性
吉 田 福 蔵*,1, 吉 浦 昌 彦*
(2009 年 9 月 28 日受付; 2010 年 2 月 5 日受理)

Charge Trap Parameters Studied by Thermally Stimulated Current
and Charging Property in Porous Polypropylene Film
Fukuzo YOSHIDA*,1 and Masahiko YOSHIURA*(Received September 28, 2009; Accepted February 5, 2010)

It is well known that the charge storage of a polymer is influenced by the charge carrier traps. Charge trap
parameters and charging property of porous and solid polypropylene (PP) films were studied using thermallystimulated current (TSC). We proposed already the Asymptotic Estimation Method (AEM) to evaluate trap
parameters such as the energy depth of the trap Et and the escape frequency factorνfrom TSC spectrum caused
by multiple carrier traps, separately. To describe theν- Et correlation, the trap sites caused by the porous structure
were evaluated in the range of 1.0-1.1 eV. In addition, theνvalues for those trap sites were found to be in therange 1011-1012 s-1. A comparison of surface potential decay revealed that drawing treatment caused discharge
property by heating and the porous structure in the PP film induced charge storage stability.
1.

はじめに

低減させた TSC 全体図を適用した．その結果，本研究ではト

高分子材料には，優れた機械的特性，軽量，成型が容易，

ラップのエネルギー準位 Et だけでなく，離脱周波数因子νか錆びない等，天然有機材料にない特質があり，いまや現代社

らの解析にも言及でき，無孔体ポリマーとの比較から，多孔会の維持には無くてはならない存在になっている．その中で体ポリマーが形成するトラップと帯電性との関係を調べた．

多孔体高分子1-3)は，多様な機能性を携えたエレクトロニクス

デバイス材料の一つとして，その特質が発現できる種々のメ

2.

試料及び実験方法

カニズムを解明することが重要になっている．その一つに，実験試料は，フィルム状態の異なる三種類のポリプロピレ

母材ポリマーと孔が形成する帯電機構を調べることが必要とン(PP)である．二種類の無孔体(無延伸フィルム(厚み 50 μm)

なる．帯電現象には，トラップの存在が大きな役割を果たしと二軸延伸フィルム(厚み 50 μm),各々,フタムラ化学(株))と多ているが，多孔体ポリマーに関する帯電機構には，不明な点

孔体二軸延伸フィルム(厚み 75 μm)であり，それぞれ PP1，PP2，が多く，鋭意研究が進められている．そこで従来からトラッ

そして PP3 と呼ぶ．PP3 の孔の大きさは数 μm 程度である．

プを調べる計測法としては，熱刺激電流 (Thermally Stimulated

図 1 には各種実験の電極部を示す．表面電位 Vs のグリッド

Current;以下 TSC と略記) 法 4-7)が有効であり，特にトラップ

電圧 Vg 依存性実験は,ニードル電極の電圧 VN を±3 kV とし，のエネルギー分布の評価に優れている．

グリッド電圧 Vg を±2 kV 程度以内で実施した．TSC 測定はコ

本研究では耐熱温度が熱可塑性プラスチック中では高いポロナ荷電による実電荷注入で行った.コロナ荷電後，図 1 に示

リプロピレンの多孔体ポリマーフィルムを用いた．実験はTSC 計測の他に，帯電電荷量そして帯電電荷の温度特性が直接調べられる熱刺激電荷減衰 (Thermally Stimulated Charge
Decay;以下 TSCD と略記) 測定 8)を行った．TSC スペクトルの分離には，漸近解法 9)トラップ分離システム (以下，AEM
分離法) を導入, 昇降温による試料への熱履歴の影響を極力キーワード：熱刺激電流, 多孔体,トラップ準位,離脱周波数因子,ポリプロピレン*
大阪工業大学(535-8585 大阪市旭区大宮5 丁目16 番1 号)
Osaka Institute of Technology, 5-16-1, Omiya, Asahi-ku,
Osaka 535-8585, Japan1
yoshida@rsh.oit.ac.jp

図 1 実験装置の電極部構造
Fig. 1 Schematic diagram of electrode configuration.

94(48)

静電気学会誌

第 34 巻

第 2 号 (2010)

す中心軸(O-O)に TSC 上部電極を移動させ，コンタクトレス
ら 430 K の温度域で TSC スペクトルを測定した．無孔体フィ
ルムの片面には真空蒸着により銅電極を，そして多孔体は機

Vso=-302(V)PP1
Vs/Vso (a.u.)

回路 (D = 1 mm) で昇温速度 β として 3 K/min とし，250 K か1

Vso=1.07(kV)τ1=4.37×105(s)PP2 Vso=-623(V)15

τ2=5.80×10 (s)Vso=808(V)械的に下部電極を圧着した構成で用いた．また，TSCD 測定
PP3はコロナ荷電後，上部電極を表面電位プローブ（図 1 中の VS

Vso=-242(V)1

Vso=1.55(kV)プローブ）に変えるだけで，基本的に TSC と同じ操作である．

τ3=2.90×106(s)

0.95

3.

実験結果

0

3.1 表面電位のグリッド電圧依存性
ニードル電圧 VN を±3 kV とし，グリッド電圧 Vg を変化させたと

2000

4000

6000

8000

t (s)

10000

図 3 多孔体 PP 及び無孔体 PP の室温における表面電位等温
減衰特性(▲,■,●:マイナス荷電, △,□,○:プラス荷電)きの三種類の PP フィルムの表面電位 Vs を図 2 に示す．コロナ放Fig. 3 Isothermal surface potential decay curves for porous and電条件は 1 atm，室温下で放電時間 (td) として 60 s で実施した．

solid PP films at room temperature (▲,■,●:－charged, △,□,どの PP フィルムにおいてもプラス荷電での帯電電位が高いの○:+ charged).

がわかる．プラス荷電においては，Vg の約 1 kV まで Vs が比例しTSCD/TSCDo (a.u.)て増加し，その後 Vs は飽和傾向を示す．一方マイナス荷電では，各 PP フィルムで最大帯電電位に明確な差がみられ，PP3 で最も高い．そして PP1 の Vs は最も低く，td を 600s まで長くしても顕著

1

0.5

な Vs の増加は確認されなかった．
3.2 表面電位等温減衰

盛り 0.01)させて表示している．マイナス荷電の場合，3 h 経

300

350

400

T (K)

る表面電位の等温度減衰特性を示す．縦軸は測定開始時の表
面電位 Vso で規格化し，各 PP フィルムで上方にシフト (1 目

PP1 Vso=210(V)
PP3 Vso=250(V)0250

図 3 には，1 atm 下の室温条件での正・負コロナ荷電によ

PP2 Vso=94(V)

図 4 プラス荷電による PP フィルムの TSCD 特性
Fig. 4 TSCD characteristics from positively corona-charged PP films.

過時でもほとんど電位の減衰がなく，PP1(▲)と PP3(●)で約1-2%の上昇がみられる．一方，プラス荷電では PP1(△)と PP2

要なファクターとなる．そこで正・負コロナ荷電させた三種(□)で電位の低下があり，3 h 経過時，初期値の約 4%の減衰類の PP フィルムの熱刺激電荷減衰(TSCD)実験を行った．図がある．各特性から，長時間側の緩やかな減衰からの時定数4 にはプラス荷電での各フィルムの TSCD 特性を示す．TSCD

5τを求めると，両無孔体はオーダー的には同じ(10 s)であるが，特性は昇温開始時(250 K)の初期値(TSCDo)で規格化している．

多孔体では一桁長い．アワーオーダーでは PP1(τ1)が 121 h，

無延伸フィルム(PP1)で約 390 K 以上，また二軸延伸フィル

PP2(τ2)が 161 h，そして PP3(τ3)が 806 h となった．つまりム(PP2)では約 280 K から電荷の減衰が現れ，約 385 K 以上か

多孔体(PP3)の時定数は，PP1 の約 5 日に対して，6.7 倍の約らの減衰が顕著であるのがわかる．一方，多孔体フィルム(PP3)は，

34 日と長くなっている．

約410 K 以上の温度から電荷の減衰がみられる．430 K の温度に3.3 TSCD 特性

おいて，PP1 は初期帯電電荷の約 20%，PP2 では約 78%の減衰と一般に電気電子材料の帯電性を調べる上で，温度条件は重なるが，PP3 では約7%と僅かな減衰である．この傾向は，表面電位等温減衰から求めたτの長さと一致している．

Vs (V)

1500

1000

500

3.4

△ ;PP1○ ;PP2● ;PP3

TSC 特性

図 5(a)から図 5(c)には PP1，PP2 そして PP3 の各フィルムのVN=±3(kV)
td=60(s)TSC 特性を示す．TSC は 3 K/min の昇温速度で，観測温度 250
K から 430 K までにシールド遮蔽した外部回路に流れるコンタク
トレス電流である．図中において，太線がプラス荷電，細線がマ0

イナス荷電であり，帯電後 1 回目の昇温は実線，1 回目測定後急冷し，そのまま加熱し，2 回目に行った測定を破線で示している．

-500

-1000
-2000

PP1 フィルムの TSC スペクトル(図 5(a))において,プラス荷電
-1000

0

1000

Vg (V)

2000

TSC はマイナス荷電 TSC に比べ，非常に大きな信号として観測

図 2 表面電位 Vs のグリッド電圧 Vg 依存性されている．そして 2 回目の昇温ではトラップ電荷がほとんどクリ

Fig. 2 Vg dependence of polypropylene films on Vs

ーニングされているが，約 370 K 付近に信号がみられる．挿入図.

95(49)+charged
Vso=220(V)

-13

2

-10

1

Vso=-270(V)－charged0

1st run

-20
0
250

-30
-40

In (×10 A)(a)
PP2 film

TSC (×10-13A)

熱刺激電流による多孔体ポリプロピレンのトラップ評価と帯電特性（吉田・吉浦）
10

300

350

2nd run

-50
250

300

350

図 6 試料を挿入しない場合の測定系の電流2-chargedVso=-90(V)

2nd run

1st run0σ (S/cm)

TSC (×10-13A)

PP2+charged
Vso=255(V)
1st run

-4
250

300

350

10

PP3

1st run

Eb=40(kV/cm)
10

-16

10

-17

Ea=1.1(eV)

400

T (K)

TSC (×10-13A)

400

Fig. 6 TSC recorded with no sample material.
4

-2

(c)
PP3 film

350

T (K)

400

T (K)

(b)
PP2 film

0

-1
300

1st run-2

β=3(K/min)

-0.5

PP1

2nd run400

0.5

Ea=0.12(eV)

2nd run

10-18

5

2.5

3.5

図 7 無孔体無延伸 PP の導電率の温度依存性

0+charged Vso=208(V)
-5
250

3

103/T (K-1)-charged Vso=-158(V)300

1st run350

2nd runFig. 7 Temperature dependence of conductivity in solid PP film.

400

T (K)

図 5 無孔体 PP 及び多孔体 PP の TSC 特性
Fig. 5 TSC characteristics for porous PP and solid PP.

較すると，増大する電流は，試料フィルム中の現象であると考え
られる．
3.5

導電率の温度依存性

はマイナス荷電 TSC の拡大図である．約 250 K から約 375 K に

一般に高分子の高温域での伝導は，イオン伝導による電流のおいて複数個の TSC ピークが温度的に重複して観測され，約増加が考えられている 10)．今回，どの PP フィルムでも観測された375 K から約 405 K 付近に反転 TSC がみられる．2 回目の昇温

高温域の増大電流は，PP フィルムのイオン伝導が支配的になる

では反転 TSC の温度域が拡大している．しかし同一試料でも，2温度域でもある 10)．そこで，このことを導電率 σ の温度依存性か

回目の昇温でみられるこのような信号は，観測されないこともあるら調べた．図 7 は PP1 フィルムを例に，導電率の温度依存性を調ため，その原因は不明である．現段階では，一度デトラップした

べた結果である．導電率は図 1 において，上部電極を下げ(D=0)，

電荷が，残留電荷として残り，再トラップしたことによる影響と考え閉回路とし，電界(Eb=40 kV/cm)を印加後の直流電流の一定値ている．

から計算した．特に約 380 K 以上で，導電率の増大が顕著であ次に PP2 フィルムでは(図 5(b))，プラス・マイナス両荷電で約るのがわかる．この温度域は，TSC が温度上昇と共に増大する

350 K 付近に TSC スペクトルの最大値が観測されている．そして

温度域と一致している．そして，高温域の導電率が温度に対して両荷電で 1 回目・2 回目昇温において，約390 K 付近から温度上

アレニウス型を示していることから，導電率の増加は，イオンが伝昇と共にプラス方向に増大する電流が流れている．

導を担っていると考えられる．つまり，温度上昇と共に増大する

一方，PP3 フィルムでは(図 5(c))，マイナス荷電で約 370 K 付
近，プラス荷電で約 375 K 付近に TSC スペクトルの最大値が観

電流は，フィルムの加熱によって熱解離するイオン濃度，及び自由体積が増大することによって流れたものと考えている．

測されている．2 回目昇温では約 390 K 付近から温度上昇と共に傾きから計算した見かけ上の活性化エネルギーEa は，約 1.1

プラス方向に増大する電流が流れている．特に，マイナス荷電の

eV，0.12 eV となった．これらの活性化エネルギー値は，実電荷

1 回目昇温 TSC スペクトルにおいては，上記の増大電流に重複の脱トラップを介した電流以外の信号を含むため，TSC からの分して約 410 K 付近にショルダーが観測されている．

離結果と直接比較することはできないが，高温側の Ea は，イオン

図 6 は試料をセットせずに上部・下部金属電極だけの構成でを束縛している何かのエネルギーを評価したものと考えられる．

開回路に流れる電流 In を測定した結果である．電流 In は，昇温操作によって発生する熱雑音(測定する試料や電極構成によっ

4.

て変わる)，回路系に発生する不規則な雑音など除去できない電一般に観測される TSC スペクトルは，単一トラップ寄与は希でTSC スペクトルの分離

流成分だけであるのがわかる．つまり，図 5 に示した TSC の約あり，ほとんどの実測 TSC スペクトルは，複数個の TSC スペクト

390K 以上の高温域で観測された電流とブランク試験の結果を比

ルが温度的に重複寄与している．このような場合,試料に昇温・冷96(50)Tm (K)

静電気学会誌

第 34 巻

400

5.

300

実測した TSC スペクトルからトラップの情報を正確に評価する

C1 curve

TSC(×10-13A)

200

300

1

350

には，独立した単一トラップに信号を分離しなければならない．

T (K) 400C1

数因子から比較・検討する．
5.1 トラップ準位と観測温度

C2
300

350

図 10(a)から図 10 (c)は，分離評価したトラップ準位 Et を

400

T (K)

TSC スペクトルのピーク温度 Tm で示した結果である．図中(a) Tm-T characteristic of C1 curve.

離したトラップを表している．一般に観測温度域が高温になEt（eV）-13に示す各ピーク(P)の添え字は，番号が大きいほど高温域で分

1

1る程，トラップ準位はより深くなる．しかし，分離した結果は，一概にそのような結果とならず，これにはいろいろなト

0.5

C1 curve
0
300

320

340

検 討

本章では AEM 分離法を適用し，その情報である Et と離脱周波

Pm0

Im（×10 A）

第 2 号 (2010)

360

C1 curve
0
300

380

320

340

360

380

ラップの起因が考えられる．

T (K)

T (K)

図 10(a)に示す無孔体無延伸フィルム(PP1)は，マイナス荷(b) Im-T characteristic(c) Et-T characteristic

電で 350 K 以下に Et として約 0.59-0.95 eV の 4 つのトラップ(P1 ピークから P4 ピーク)が存在している．350 K 以上の温度

図 8 AEM 分離過程の一例
Fig. 8 An example of AEM separation method.

2

C1 Ph2

1.5

Pmo

Pho

0.5

電極性ともに三つのトラップがほとんど同温度域に存在し，すべて約 350 K 以上に観測されている．Pho, P2, Ph2 そして P3
ピークの 4 つのピークは，荷電極性に依存せず Et として約 1.5

00

延伸フィルム(PP2)のトラップ準位は，図 10(b)に示す。両荷

300

350

400

350

400

Cr
300

eV が評価されている．また，PP1 と PP2 のマイナス荷電どうしで比較すると，二軸延伸させることでトラップ数が減少し

T (K)

図 9 AEM による分離結果
Fig. 9 An exactly separated TSC spectra by AEM.

ているのがわかる．
(a) PP1 film
△ +charged

却の繰り返し温度サイクルを必要回数与えることで，信号の分離

2
1.5

0.5

を実施するが，逆に，この熱サイクルが原因で，TSC スペクトルの寄与の分離ができる AEM 評価が不可欠である．
図8(a)から(c)は，図5(b)のマイナス荷電 TSC スペクトル(図8(a)□ +charged■ －charged

300

350

400
Tm (K)

Pmo

0.5

P1
300

P2

350

● －charged

Et (eV)

スペクトルを図8(a)の Pm ピークとして示す．次に C1曲線から Pm ピ

400
Tm (K)

1.5

P2

450

P3

1

P1

0.5
0
250

300

350

9に示す．三つの TSC スペクトルに分離でき，下図には拡大表示
した C1曲線から分離した TSC スペクトルを除去した残留電流(Cr)P32(c) PP3 film
○ +charged

を示す．

450

Ph2

Pho

1

0
250

性)を適用後，三特性のフラット域の単純平均から計算した TSC

このような過程を必要回数繰り返す．最終的に分離した結果を図

P2

1.5

は C1曲線全体にν法9)を適用し,その Tm-T 特性を示す．そして順ークを除去した結果(C2曲線)にも同様に AEM を適用していき，

P42(b) PP2 filmの C1曲線)に AEM 分離法を適用した結果である．図8(a)の上図
次,C1曲線に AEMI(図8(b):Im-T 特性)，AEMLH(図8(c):Et-T 特

P5P3

Et (eV)

減できる一度きりの測定データから，独立した TSC スペクトルへ

P1

0
250

からトラップパラメータを評価する際に与える影響は無視できない．これを解決するには，熱履歴が試料に与える影響を極力低P2

1▲ －charged

P6

P1

Et (eV)

TSC(×10-13A)

2.5

0.5

eV)のトラップ，プラス荷電は(P1 ピークの 1.61 eV，P2 ピークの 0.617 eV)のトラップが存在している.同じ無孔体でも二軸31域にはマイナス荷電は(P5 ピークの 0.841 eV，P6 ピークの 1.77

図 10 トラップ準位 Et の比較
Fig. 10 Comparison of separated Et values.

400
Tm (K)450.

97(51)

熱刺激電流による多孔体ポリプロピレンのトラップ評価と帯電特性（吉田・吉浦）
次に多孔体二軸延伸フィルムの分離結果を図 10(c)に示す．

(P1(▲)-P4(▲))していることから，領域Ⅰのトラップは主に非分離した TSC スペクトルの温度域は，荷電極性に依存せず，晶質部分，一方，領域Ⅲの近傍に存在する PP2 のトラップ

350-400 Kの温度域に両P2 ピーク，
350 K以下に両P1 ピーク，

(Pho(■)と P2(□))は二軸延伸したものであるので，結晶化度がそして 400 K 以上に両 P3 ピークが観測されている．Et は低温

高いことから，結晶質部分で形成されているものと考えられ域のトラップから順次，平均して 0.821 eV，1.04 eV，そしてる．これらの結果，領域Ⅱに存在する多孔体の P2 ピークのト

1.39 eV と評価され，荷電極性に依存していないのがわかる．

ラップは，ポリプロピレンフィルムを多孔体構造にすること

5.2

によって形成されたものと考えられる．

離脱周波数因子との相関

高分子の帯電機構を調べるには，Et からのエネルギー分布

また，二軸延伸した PP でも PP2 の TSCD 特性は，PP3 にを求めるだけでは不十分である．特に，帯電性能の耐熱性を比べ電荷減衰が顕著であった．このことをνと Et の関係から追求するためには，トラップの離脱周波数因子ν(1/s)の評価検討してみる．
領域Ⅰと領域Ⅲには PP2 のトラップが存在し，が重要な情報となり得る．νは，TSC 基本式の最大値を与えこれらのトラップは類似の性質であることを考慮すると，両

11)フィルムの TSCD 特性の違いを反映しているトラップは，図る条件から導出でき ，次式となる．
βEt

ν=

kT2m

exp ቀ

Et
kTm

ቁ

(1)

11 での PP3 の両 P2 ピーク(●と○)と，PP2 の Pho ピーク(■)と P2 ピーク(□)であると考えられる．そこで PP2 と PP3 の各

但し，k はボルツマン定数である．ν値を評価するには，TSC

トラップの違いをプラス荷電のトラップのνとEt の関係から

スペクトルの Tm と Et が必要で，AEM 分離法では分離した各

次のように考えてみる．PP2 の P2 ピーク(□)と PP3 の P2 ピー

TSC スペクトルから両方の値が得られる．そこで，図 11 はク(○)の Et 値は，それぞれ 1.46 eV，1.00 eV であるが，Tm は5.1 で述べたトラップ準位 Et を，離脱周波数因子νとの関係

PP3 の方が約 5 K 高温域にある．この結果 PP3 のνは，PP2として調べた結果である．いま多孔体フィルムで分離した P1に比べ約 6 桁(PP2;1017 1/s，PP3;1011 1/s)の大幅な減少となり，ピークから P3 ピークにおけるνと Et の関係から，それらを領

PP3 の伝導を高温域へ移行させている．つまり，PP3 の P2 ピ

域Ⅰ，Ⅱ，Ⅲとする．

ークは多孔構造由来のトラップと考えられるので，無孔体二すると無孔体二軸延伸フィルムで形成されたトラップ(Pmo，

軸延伸フィルムを多孔体にすることで，高温での電荷保持性

Ph2，P3)は，多孔体フィルムの領域Ⅰと領域Ⅲに存在し，無孔能の向上に働くトラップであることを ν と Et の関係から検証

体無延伸フィルムは領域Ⅰにある P5 ピーク以外は，広く分布している．

しているのがわかる．
そこで，多孔体フィルムの P1 ピーク (領5.3

帯電電位の減衰量域Ⅰ)と類似のトラップの物性(Et とν)を示すのは，無延伸のTSC 測定において昇温開始温度時の帯電電位(Vso)と測定後

P5 ピーク(▲)のトラップと二軸延伸のPmo ピーク(■)のトラッの室温における残留帯電電位(Vse)を測定し，その減衰量を計プであるのがわかる．次に領域Ⅲに存在する多孔体の両 P3算した．表 1 はその結果である．帯電電位の減衰量(ΔVs,TSC)

ピーク(●と○)のトラップは，二軸延伸の Ph2 ピーク(■)及びは，Vso 値に対する TSC 測定後の減衰量を表す．また ave.Δ

P3 ピーク(□)の各トラップと類似している．これらのトラッ

Vs,TSC 値は，両荷電極性でのΔVs,TSC の平均を計算している．

プは，400 K 以上にピークを持ちイオン伝導に関与したもの

Vsm 値は，図 2 での最大帯電電位である．無孔体二軸延伸(PP2)と考えられるが，現段階において，詳細は不明である．多孔フィルムの場合，両荷電極性ともに減衰量は約 95%以上と非体の P1 ピークのトラップは，無孔体無延伸状態でも形成され常に多い．この内，プラス荷電した PP2 フィルムは，延伸にているトラップである．高分子物質の延伸構造は複雑である

よりトラップ数が減少したことと，トラップのνが高い(1017が，延伸により結晶化度が増す．すると無延伸状態では，そ1/s)ことで，TSC 測定後の帯電電荷量が激減したと考える．

れによるトラップが領域Ⅰを含め，その近傍に多く分布

これに対し，多孔体二軸延伸(PP3)フィルムになると，両無

log ν(1/s)

20

P1▲,△:PP1■,□:PP2●,○:PP3

Pho
P2
P2

15

10

P4
P2

P1
0.5

P2

P1

P1

Ph2
P3

P3

P3

5

P6

表1

Table 1 Comparison of charge decay after TSC measurement．
実験試料

Ⅲ

Ⅱ
Pmo P5

PP1

Ⅰ
1

1.5

PP2

Et (eV)

図 11 トラップのνとEt の関係
Fig. 11 Correlation of escape frequency factors νwith Et values.

TSC 測定後の帯電電位の減衰量の比較

PP3

帯電電位の減衰量極性

Vsm (V)

－
+
－
+
－
+

-297

-29.7

1097

-37.0

-685

-97.8

1253

-95.4

-816

-16.5

1470

-7.69

ΔVs,TSC (%)

ave.ΔVs,TSC (%)
-33.4
-96.6
-12.1

98(52)

静電気学会誌
ΔVs,TSC (%)

100

第 2 号 (2010)

双極子を形成するといわれている．この巨大双極子と実電荷PP280トラップ間でどのような相互作用が働き，またそのメカ二ズ
ムがどうであるかは，
今後更に検討する必要がある．
しかし，

60

今回，TSC スペクトルを分離解析した結果を踏まえれば，ν

PP1

40

値の減少が伝導をより高温度域に移行させていること，更に

20

PP3
0

第 34 巻020は高温域においても疑似双極子の何らかの働きとしてトラッ
40

60

80

100

ΔVs,TSCD (%)

図 12 TSC 及び TSCD 測定後の電荷減衰量の比較

プ電荷を束縛する等考えると，このことも一因として帯電電位の高い耐熱性に繋げていると思われる．

Fig. 12 Comparison of charge decay after TSC and TSCD
measurements from positively corona-charged PP films.

6.

結 論

PP 無延伸，二軸延伸フィルム及び多孔体二軸延伸 PP フィ
孔体フィルムに比べ，両荷電極性ともにΔVs,TSC が少ない．こルムを用いて，コロナ荷電による帯電特性，そして TSC 測定

れを ave.ΔVs,TSC 値でみると，上述した無孔体無延伸で約 33%を行い，次のことを明らかにした．

の減衰，無孔体二軸延伸で約 97%の減衰，そして多孔体二軸(1)

無孔体，多孔体に関係なく，高分子ポリプロピレンはプ延伸で約 12%の減衰となっている．つまり多孔体状態にする

ラス荷電の方がマイナス荷電よりも最大帯電電位が高ことで，二軸延伸であっても無孔体無延伸状態よりも，逆にかった．最大帯電電位は，多孔体フィルムが最も高く，

ave.ΔVs,TSC 値が約 1/3 低減している．このことは，多孔構造

無孔体二軸延伸そして無孔体無延伸フィルムの順であが形成したトラップの働きと考えられ，帯電電位の減衰量かった．

らも温度上昇に対して高い電荷の保持性能を有することを示

(2)

している．

複合 TSC スペクトルを AEM 分離法で分離評価し,トラ
ップ準位 Et だけでなく離脱周波数因子νも求めた．そ図 12 は TSC 及び TSCD 測定後の帯電電位の減衰量を比較の結果，した結果である．横軸の値は TSCD 測定において Vso に対す(a)

多孔体フィルムのトラップは，νと Et の関係からる 430 K での電位の減衰量(ΔVs,TSCD)，縦軸の値は表 1 中のプ

三領域に分布することがわかった．

ラス荷電によるΔVs,TSC(%)を示す．両減衰量は絶対値で表し

領域Ⅰ Et: 0.80-0.84 eV，ν: 109-1010 1/sている．図中の破線による直線は TSC 及び TSCD 測定による

領域Ⅱ Et: 1.0-1.1 eV，ν: 1011-1012 1/s

両減衰量が比例関係にあることを示し，TSC 現象がそのまま

領域Ⅲ Et: 1.4-1.5 eV，ν: 1014-1015 1/s

TSCD を反映していることを意味する．直線上の変化は理想(b)

無孔体フィルムとの比較から，領域Ⅰのトラップ的なケースであるが，同一温度範囲で TSC 及び TSCD 測定をは，主に非晶質部分，領域Ⅱのトラップは多孔体行ったとき，例えば最高温測定温度でのΔVs,TSCD が 100%とな構造によるもの，そして領域Ⅲのトラップはイオ

った場合，同様にΔVs,TSC も 100%となる．これはトラップにンの振る舞いに関係しているものと考えられる．

捕獲され，帯電に寄与していた電荷が，すべて昇温により開(3)離脱周波数因子の減少，TSCD 及び帯電電位の減衰量か放され TSC として測定されたことを表す．また減衰量が 50%

ら，多孔体の温度上昇に対する電荷保持性能の向上を確とすると，残りの 50%は帯電電位の残留量となり，測定温度認した．

範囲を超える高温域に帯電に寄与するトラップ現象等があることを推定している．
三種類の PP によるΔVs,TSC は,ΔVs,TSCD に対し比例関係にあるのがわかる．
PP3 はほとんど直線上にあるものの PP1 と PP2に関しては，直線より上に位置している．このことはΔVs,TSC
がΔVs,TSCD よりも多いことを表しているが，定性的には直線変化と一致している．
一方，帯電電位の残留量は PP3 が最も多く，次いで PP1 そして PP2 となる．まず無孔体の PP1 と PP2 でΔVs,TSC から残留量を比較すると，PP2 ではほとんどないものの，PP1 で約60%の帯電に寄与する電荷が残り，これは多くの非晶質部分で形成されるトラップの存在を示唆している．これに対し，
PP3 は 430 K の加熱後も約 90%の帯電電位が残っている．
一般に多孔構造の孔の部分は，コロナ荷電することで疑似

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