JPH0618151B2

JPH0618151B2 - 金属化フイルムコンデンサ

Info

Publication number: JPH0618151B2
Application number: JP63030656A
Authority: JP
Inventors: 欣治長谷川; 慶弘能美; 久浜野; 秀雄加藤
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1988-02-12
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH01205514A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はコンデンサ、更に詳しくは誘電体層（絶縁層）
フィルムに金属を蒸着せしめて薄層を形成した後、巻回
せしめるか、又は金属化フィルムの表面に誘電体層を設
けた膜状物を積層した積層型フィルムコンデンサに関す
るものである。

（従来の技術）コンデンサは、一般に二軸配向ポリエチレンテレフタレ
ートフィルム、二軸配向ポリプロピレンフィルム等の有
機重合体フィルムとアルミニウム箔等の金属箔とを重ね
合わせて巻回する方法、前記フィルムの表面にアルミニ
ウムや亜鉛等の蒸着膜を形成させ金属化フィルムとした
後に巻回する方法、更には、前記フィルムの両面に金属
膜を形成せしめて両面金属化フィルムとし、その表面に
誘電体層を設け、これらを積層する方法により製造され
ている。

最近では、電気あるいは電子回路の小型化要求に伴い、
コンデンサについてもその小型化が強く推し進められて
おり、その主材料であるポリエチレンテレフタレートフ
ィルムやポリプロピレンフィルムも薄膜化が進められて
おり、コンデンサは金属化フィルムによる製造法が主流
となっている。このような金属化フィルムコンデンサ
は、蒸着→スリット→巻回→メタリコンの工程、又は両
面金属化フィルムの積層型コンデンサに於ては蒸着→誘
電体層塗布→巻回→条切断→メタリコン→素子切断の各
工程を経て製造される。

一方、熱可塑性ポリエーテルエーテルケトンフィルム
は、耐熱性を有しているために、コンデンサなどへの展
開が期待されることが、特開昭５７−１３７１１６号公
報及び特開昭６１−３７４１９号公報で知られている。

（発明が解決しようとする課題）上述の如く金属化フィルムコンデンサの製造にオける課
題は、誘電体層ベースフィルムとなる二軸延伸ポリエチ
レンテレフタレートフィルムや二軸延伸ポリプロピレン
フィルム等のフィルムの薄膜化傾向に伴い、蒸着工程等
でフィルムにしわが生じやすく、しわが生じると蒸着工
程の冷却ドラムとフィルムとの密着が不充分となり熱負
け減少（冷却不充分）を起こすということである。従来
技術では縦方向のフィルム張力を高めることによりフィ
ルムのしわ発生を防止していたが、フィルムが薄くなる
と張力を高くしたときに伸びやすくなり、蒸着、スリッ
トを経たフィルムの端面はその外観がわかめ状になって
平坦性を失い、メタリコンによる熔射金属が内側まで浸
入し、その為コンデンサ端子間の絶縁抵抗を著しく低下
させる。

また、誘電体層となるフィルムの剛性を高める（腰を強
くする）為には延伸倍率を大きくする必要があるもの
の、フィルムが薄い場合に高倍率延伸は容易ではない。

また、金属化フィルムコンデンサでメタリコンを施す端
面はフィルム１枚について着目すれば、片面金属化フィ
ルムであり、通常は金属化面を内側にフィルムがカール
し、その為メタリコンによる金属粒子と金属膜との接触
面積が小さくなり、両者の機械的接触強度が非常に弱く
なるという欠点がある。これは金属薄膜内部の残留収縮
応力がフィルムの熱収縮応力より大きいことを原因とす
るものであるから、フィルムが薄膜化するに従いカール
の程度は大きくなる。

このような従来の金属化フィルムコンデンサの課題は、
熱可塑性ポリエーテルエーテルコンフィルムを用いた場
合でも依然として解消されない。

本発明の目的は、上記欠点のない金属化フィルムコンデ
ンサを提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明者は、フィルム面上の金属膜とメタリコンによる
端面電極との電気的接続を強固にし、すぐれた電気特性
を得る金属化フィルムコンデンサに関し、鋭意検討した
結果、誘電体層となるベースフィルムとして二軸配向ポ
リエーテルケトン樹脂フィルムを用い、その横方向熱収
縮率と縦及び横方向のヤング率とを調整することによ
り、上記特性を満足させ得ることを知見し、本発明に到
達したものである。

即ち、本発明は、有機重合体フィルムを誘電体層とし、
その誘電体層に金属を蒸着せしめてなるコンデンサにお
いて、該誘電体層を形成するフィルムが、 150℃におけ
る横方向の熱収縮率が２〜８％であり、かつ、縦方向及
び横方向のＦ−５値が、共に11kg／mm²以上である二軸
配向ポリエーテルケトン樹脂フィルムであることを特徴
とする金属化フィルムコンデンサである。

本発明における熱可塑性ポリエーテルケトン樹脂は、構
成単位またはを単独であるいは該単位と他の構成単位からなるポリマ
ーである。この他の構成単位としては、例えば等が挙げられる。上記構成単位において、Ａは直接結
合、酸素、−ＳＯ_２−、−ＣＯ−または二価の低級脂肪
族炭化水素基であり、ＱおよびＱ′は同一であっても相
違してもよく−ＣＯ−または−ＳＯ_２−であり、ｎは０
又は１である。これらポリマーは、特公昭６０−３２６
４２号公報、特公昭６１−１０４８６号公報、特開昭５
７−１３７１１６号公報等に記載されている。

熱可塑性ポリエーテルケトン樹脂には、流動性改良など
の目的でポリアリーレンポリエーテル，ポリスルホン，
ポリアリレート，ポリエステル、ポリカーボネート等の
樹脂をブレンドしても良く、また安定剤，酸化防止剤，
紫外線吸収剤等の如き添加剤を含有させても良い。

熱可塑性ポリエーテルケトン樹脂は、上述の通り、それ
自体公知であり、且つそれ自体公知の方法で製造するこ
とができる。

上記熱可塑性ポリエーテルケトン樹脂は、見かけの溶融
粘度が温度 380℃、見かけの剪断速度1000sec^-1の条件
で、 500ポイズ〜10000ポイズ、更には1000ポイズ〜500
0ポイズの範囲にあるものが、製膜性、フィルム特性の
点から好ましい。

本発明に用いる二軸配向ポリエーテルケトン樹脂フィル
ムは、 150℃で30分間熱処理を施したときの横方向の熱
収縮率が２〜８％、好ましくは３〜６％であることが必
要である。フィルムの熱収縮率が２％未満であると、金
属化フィルムは金属膜を内側にし、ベース面を外側にし
てカールしている。この結果、メタリコンを施すと、メ
タリコンによる金属粒子と金属膜との接触面積が小さく
なり、電気的接続抵抗が増し、或いは部分的な電気的接
続不良となり、コンデンサとしてtanδ特性が悪化す
る。

一方、ベースフィルムの熱収縮率が８％を超えるとき
は、金属膜の支持体となるフィルムにメタリコンを施す
際に熱の影響を受けて大きくフィルムが熱変形を起こ
し、熱変形した金属膜と端面電極とが接続される結果、
充放電試験のような瞬時に大電流が印加される場合には
電気的接続に影響が現れ、コンデンサのtan δ特性が悪
化する。更に、熱収縮率が８％を超えるものは蒸着工程
でのフィルムの巾収縮が大きくなり、一定巾のマージン
形成をコントロールすることが困難となる。

即ち、フィルムを 150℃で30分間熱処理したときの横方
向熱収縮率が２％及至８％に調整されたものは金属化フ
ィルムのカールもなく、金属膜と端面電極の接続強度が
大きく、接続不良に伴う電気特性の低下はみられない。
これは金属薄膜内部の残留収縮応力とフィルムの熱収縮
応力とがバランスする為である。

フィルムの横方向熱収縮率を上記範囲に調整する手段と
しては、縦及び横延伸後の熱処理温度を適宜調整するこ
とによって達成できる。別に熱処理後テンタ内で、更に
横方向にフィルムを５％〜30％延伸（伸長）する方法が
ある。熱処理温度のみによる熱収縮性の調整は横方向の
熱収縮のみならず、縦方向の熱収縮率も大きくすること
となる。フィルムの縦方向の熱収縮率の増加は、特公昭
６０−３００９５号公報により公知の如く、積層型フィ
ルムコンデンサにおいてtan δ特性を悪化させる結果、
好ましくない。

更に、本発明で用いる二軸配向ポリエーテルケトン樹脂
フィルムは、縦方向及び横方向のＦ−５値が、共に11kg
／mm²以上、好ましくは12kg／mm²以上、更に好ましくは
13kg／mm²以上であることが必要である。縦方向のＦ−
５値が11kg／mm²より低い場合、コンデンサの小型化、
軽量化に伴って、フィルムが薄くなると腰が弱くなる
（剛性の低減）ことから蒸着時にしわが生じたり、又し
わを防止する目的でフィルム張力を高くすると、フィル
ムが縦方向に伸び、蒸着、スリット後のフィルム端面が
わかめ状に変形（伸長収縮）して平坦でなくなり、メタ
リコン熔射金属が内部迄浸入し、コンデンサ端子間の絶
縁抵抗を低下させることとなり好ましくない。

また、横方向のＦ−５値が11kg／mm²未満の場合、横方
向のスティフネス（腰）が弱く、縦方向に小じわが発生
し、蒸着工程で冷却ドラムとの接触不良に熱負けを起こ
す。ヒートプレス時、この熱負け部に空隙が生じこれに
より実効誘電率が低下し、ばらつきも大きくなり好まし
くない。

縦及び横方向のＦ−５値が夫々11kg／kg／mm²以上の高
強力化フィルムを得る為には、通常ポリエチレンテレフ
タレートの場合は縦及び横方向の延伸倍率を高める必要
があるが、このような製造法ではフィルム厚みが薄くな
るに従い製膜時破断が発生しやすくなる。しかるにポリ
エーテルケトン樹脂フィルムでは、ポリエチレンテレフ
タレートフィルムより低い延伸倍率でも高いＦ−５値が
得られ、縦 2.5倍、横 3.0倍程度の延伸条件によって
も、縦及び横のＦ−５値が11kg／mm² となるものが容易
に得られる。

二軸延伸する方法として、例えば未延伸フィルムを縦方
向に延伸した後横方向に延伸するいわゆる縦−横逐次延
伸法、通常の二軸延伸フィルムを再延伸する縦−横−再
縦又は横−縦−再横延伸法、同時二軸延伸法等がある
が、本発明に供するフィルムを得るにはこれらの延伸法
のいずれもが採用できる。

なお、コンデンサ用フィルムには、適度な表面粗さとす
るために、通常不活性固体粒子が添加されているが、Ｆ
−５値を高くしようとして延伸倍率を上げると、含まれ
ている粗大粒子、凝集粒子のためにフィルムの切断が多
発するという問題が生ずることがある。しかしながら、
平均粒径が0.05〜４μｍ、粒径比（長径／短径）が 1.0
〜 1.2である球状シリカ微粒子を、含有量が0.01〜 3.0
重量％となるように、単独又は他の不活性固体粒子と混
合して、熱可塑性ポリエーテルケトン樹脂に分散含有さ
せた場合、あるいは、平均粒径が0.01〜４μｍ、ｆ＝Ｖ
／Ｄ^３〔ここで、Ｖは粒子の平均体積（μｍ^３）、Ｄは
粒子の平均最大粒径（μｍ）を示す〕で定義される体積
形状係数（ｆ）が 0.4〜π／６であり、一般式Ｒ_ＸＳ_ｉ
Ｏ_{２−Ｘ／２} （ここで、Ｒは炭素数１〜７の炭化水素基、Ｘは１〜
1.2である）で表わされるシリコーン樹脂微粒子を、含
有量が0.005〜 3.0重量％となるように単独又は他の不
活性固体粒子と混合して、熱可塑性ポリエーテルケトン
樹脂に分散含有させた場合は、球シリカ微粒子、シリコ
ーン樹脂微粒子とポリエーテルケトン樹脂との親和性が
大きいため、二軸配向を行った際に粒子周辺にボイドが
発生する頻度が少なく、フィムルの切断が起こらず電気
絶縁性の良好なフィルムとすることができるので、特に
好適である。

この場合、球状シリカ微粒子については、実質的に球状
であり、粒径分布がシャープで単分散に近いものが好ま
しく、その製法、その他に何ら限定されるものではな
い。特に、下記式で表わされる相対標準偏差が 0.5以下
であることが望ましい。

例えば、球状シリカ粒子は、オルトケイ酸エチル〔Ｓｉ
（ＯＣ_２Ｈ_５）_４〕の加水分解から含水シリカ〔Ｓｉ
（ＯＨ）_４〕単分散球をつくり、更にこの含水シリカ単
分散球を脱水化処理してシリカ結合〔≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ
≡〕を三次元的に成長させることで製造できる（日本化
学会誌′81,No9,P.1503）。

Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４＋４Ｈ_２Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）_４＋４
Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ ≡Ｓｉ−ＯＨ＋ＨＯ−Ｓｉ≡ →≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡＋Ｈ_２Ｏ一方、シリコーン樹脂微粒子については、実質的に球状
であり、その流度分布がシャープで単分散に近いものが
好ましく、その製法、その他に何ら限定されるものでは
ない。特に、下記式で表わされる粘度分布比（γ）が１
〜 1.4であることが望ましい。

球状シリコーン樹脂微粒子は、下記式（Ａ）で表される組成を有する。

上記式（Ａ）におけるＲは炭素数１〜７の炭化水素基で
あり、例えば炭素数１〜７のアルキル基，フェニル基あ
るいはトリル基が好ましい。炭素数１〜７のアルキル基
は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、例えばメ
チル、エチル、ｎ−プロピル、iso −プロピル、ｎ−ブ
チル、iso −ブチル、tert−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ
−ヘプチル等をあげることができる。

これらのうち、Ｒとしてはメチルおよびフェニルが好ま
しく、就中メチルが特に好ましい。

上記式（Ａ）におけるｘは１〜1.2 の数である。上記式
（Ａ）においてｘが１であるとき、上記式（Ａ）は、下
記式（Ａ）−１ＲＳｉＯ_1.5 ……（Ａ）−１〔ここで、Ｒの定義は上記に同じである〕で表すことができる。

上記式（Ａ）−１の組成は、シリコーン樹脂の三次元重
合体鎖構造における下記構造部分；に由来するものである。

また、上記式（Ａ）においてｘが1.2 であるとき、上記
式（Ａ）は下記式（Ａ）−２Ｒ_1.2ＳｉＯ_1.4 ……（Ａ）−２〔ここで、Ｒの定義は上記に同じである〕で表すことができる。

上記式（Ａ）−２の組成は、上記（Ａ）−１の構造0.8
モルと下記式（Ａ）′ Ｒ_２ＳｉＯ ……（Ａ）′ 〔ここで、Ｒの定期は上記と同じである〕で表される構造0.2 モルとから成ると理解することがで
きる。

上記式（Ａ）′はシリコーン樹脂の三次元重合体鎖にお
ける下記構造部分；に由来する。

以上の説明から理解されるように、上記式（Ａ）の組成
は、例えば上記式（Ａ）−１構造のみから実質的になる
か、あるいは上記式（Ａ）−１の構造と上記式（Ａ）−
２の構造が適当な割合でランダムに結合した状態で共存
する構造から成ることがわかる。

球状のシリコーン樹脂粒子は、好ましくは上記式（Ａ）
において、ｘが１〜1.1の間の値を有する。

このシリコーン樹脂粒子は、例えば、下記式で表わされるトリアルコキシシランまたはこの部分加水
分解縮合物を、アンモニアあるいはメチルアミン、ジメ
チルアミン、エチレンジアミン等の如きアミンの存在
下、攪拌下に、加水分解および縮合せしめることによっ
て製造できる。上記出発原料を使用する上記方法によれ
ば、上記式（Ａ）−１で表される組成を持つシリコーン
樹脂粒子を製造することができる。

で表されるジアルコキシシランを上記トリアルコキシシ
ランと一緒に併用し、上記方法に従えば、上記式（Ａ）
−２で表される組成を持つシリコーン樹脂粒子を製造す
ることができる。

このように粒度分布が単分散に近く、かつ凝集すること
のない微粒子を含有する場合は、延伸時のフィルム破断
がほとんどなく、絶縁破壊電圧を高水準に保持すること
ができ、特に好結果が得られる。

本発明で用いる二軸配向ポリエーテルケント樹脂フィル
ムは、厚さが0.5 〜25μｍ、更には１〜12μｍ、特に1.
5 〜６μｍであることが好ましい。

金属化フィルムコンデンサの製造は、例えば巻回法に
よる方法、即ち二軸延伸ポリエーテルケトン樹脂フィル
ムにアルミニウムや亜鉛等の金属蒸着を施した後巻回
し、蒸着部の端面にメタリコンを施して電極を設ける方
法、積層法、即ち二軸延伸ポリエーテルケトン樹脂フ
ィルムの両面に金属層を形成し、その表面に誘電体層を
コーティングした後巻回し、条切断後メタリコンを施す
方法が例示できる。本発明のコンデンサはいずれの製造
にも限定されるものではない。

なお、ポリエーテルケトン樹脂フィルムは、ポリエチレ
ンテレフタレートフィルムに比べオリゴマの発生量が極
めて少なく、蒸着時の冷却ドラムを汚すことが少ないこ
と、作業性が高められること等の利点があり、金属化フ
ィルムコンデンサの製造においてポリエーテルケトン樹
脂フィルムを誘電体層ベースとすることの優位性が際立
っている。

（実施例）以下実施例により本発明を更に説明する。

本発明における種々の物性値および特性は、以下の如く
して測定されたものであり、かつ定義される。

（１）Ｆ−５値フィルムを試料巾10mm、長さ15cmに切出し、チャック間
100mmにして引張速度 100mm／分、チャート速度 500mm
／分の条件でインストロンタイプの万能引張試験装置に
てサンプル（フィルム）を引張り、得られた荷重−伸び
曲線から５％伸長時の荷重を初期断面積で除することで
算出した。

（２）熱収縮率測定試料に約30mm間隔で標線を入れ、加熱オーブン中で
張力フリーの状態で一定時間加熱処理（ 150℃×30分
間）後の試料長変化から次式により求めた。

（３）静電容量（Ｃ）、誘電正接（tan δ）JIS C 5102
の測定法によった。

実施例１熱可塑性ポリエーテルエーテルケトン（ＩＣＩ社製：ポ
リエーテルエーケルケトン 380Ｇ）に平均粒径 0.7μ
ｍ、粒径比1.05、相対標準偏差0.15の球状シリカ粒子を
0.2重量％添加混合し、押出機により 380℃で溶融押出
し、厚さ22μｍの未延伸フィルムを作成して、縦方向に
160℃で、 2.5倍、横方向に 160℃で 3.0倍逐次延伸を
行い、 250℃で熱固定を行い、更に 250℃で横方向に1.
15倍延伸して 2.5μｍのフィルムを作成した。

この延伸フィルムに真空蒸着機により、巾20mm、厚さ約
400Åのアルミニウム蒸着膜を多数形成させ後、巻取
り、マイクロスリット後アルミニウム端面が交互に外側
になるように巻回し、メタリコンを施してフィルムコン
デンサを造った。

得られたフィルムの物性、及びコンデンサのtan δ測定
結果を表１に示す。この場合は端面のわかめ状の平坦で
ない部分が殆どなくカールもなかった。

実施例２〜４、比較例１〜２実施例１と同様であるが、熱処理後の横方向延伸倍率を
変えることによって種々の実験を行った。横方向熱収縮
率を変えた場合の結果を表１に示す。

横方向の熱収縮率が２％より小さくなるとtan δの増加
がみられる。これは金属化フィルムが金属膜を内側にし
てカールし、メタリコンによる端面電極と金属膜との電
気的接続不良を生ずるためである。

一方、横方向の熱収縮率が８％を超えると、同様にtan
δの上昇がある。これはメタリコン時の熱変形の影響に
よるものである。

実施例５〜６、比較例３縦方向の倍率を変える（縦方向Ｆ−５値を異にする）以
外は実施例１と同様に製膜した。このとき横方向熱収縮
率は熱処理後の横方向延伸倍率を変えることにより一定
に調整した。得られたフィルム物性、及びコンデンサと
したときのtan δ特性を表２に示す。なお、表２には、
実施例１の特性も併記する。

第２表に示したように、Ｆ−５値が11kg／mm² 未満のも
のでは、蒸着工程でしわが入ったり端面がわかめ状の平
坦を欠くものとなり、この非平坦部分よりメタリコン熔
射金属が巻回層内部迄浸入しtan δが上昇する。これに
対し、縦方向のＦ−５値が11kg／mm² 以上の場合は、安
定したtan δ特性が得られる。

実施例７〜８、比較例４横方向の倍率を変え、横方向のＦ−５値が違う以外は実
施例１と同様に製膜した。但し横方向熱収縮率は熱処理
後の横方向延伸倍率を変えることにより一定に調整し
た。この場合のフィルム物性及びコンデンサの静電容量
を表３に示す。なお、表３には、実施例１の特性も併記
する。

横方向のＦ−５値が11kg／mm² 未満になると静電容量は
急激に小さくなる。これは蒸着工程でのしわにより誘電
体フィルムと金属膜との間に空隙が生じたことに原因し
ている。

実施例９平均粒径 0.8μｍ、体積形状係数0.50、粒度分布比1.2
の粒状シリコーン樹脂粒子を 0.2ｗｔ％になる様に混合
し、実施例１と同様にして、 2.5μｍの二軸配向フィル
ムを作成した。得られたフィルムの横方向熱収縮率は
3.0％、縦方向及び横方向のＦ−５値は各々12.0、15.5k
g／mm² であった。tan δは0.0025であり、充分コンデ
ンサ素子として使用に耐えるものであった。

（発明の効果）本発明のコンデンサは、高強力でありかつ横方向熱収縮
率を金属薄膜内部の残留収縮応力とバランスするように
調整した二軸配向ポリエーテルケトン樹脂フィルムを誘
電体層に用いている為、カールによる金属薄膜とメタリ
コン端面電極との接触不良、端面伸びに伴う凹凸による
メタリコン熔射金属の内部浸入がなく、製造加工を均一
に行うことができ、しかも品質が高度に安定している。
そして電気特性的にすぐれた金属化フィルムコンデンサ
を得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機重合体フィルムを誘電体層とし、その
誘電体層に金属を蒸着せしめてなるコンデンサにおい
て、該誘電体層を形成するフィルムが、 150℃における
横方向の熱収縮率が２〜８％であり、かつ、縦方向及び
横方向のＦ−５値が、共に11kg／mm² 以上である二軸配
向ポリエーテルケトン樹脂フィルムであることを特徴と
する金属化フィルムコンデンサ。