JPH0629146A

JPH0629146A - フィルムコンデンサ

Info

Publication number: JPH0629146A
Application number: JP4180733A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sakata; 芳弘坂田; Nobuyuki Kume; 信行久米
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-07-08
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は電子機器等に使用されるフィルムコ
ンデンサに関するもので、その主たる誘電体にシンジオ
タクチック構造を有するスチレン系重合体またはその組
成物からなる二軸延伸フィルムを使用することにより、
低コストで、高耐熱そして安定性の高い優れた電気的性
能を有するフィルムコンデンサを提供することを目的と
する。【構成】シンジオタクチック構造を有するスチレン系
重合体またはその組成物からなる二軸延伸フィルムと内
部電極であるアルミニウム箔を交互に巻回してコンデン
サとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子機器等に使用される
フィルムコンデンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からフィルムコンデンサの主たる誘
電体フィルムの素材としてはポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）が多く用いら
れ、最近では耐熱性向上を主目的としてポリフェニレン
スルフィド（ＰＰＳ）を用いたフィルムコンデンサが開
発されている。

【０００３】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来の誘電体を用いたフィルムコンデンサにおいて
は、その基本的性能の制約から各種の使用上の課題を有
していた。

【０００４】すなわち、ＰＥＴフィルムを用いたフィル
ムコンデンサは、吸湿による容量経時変化が大きく、温
度等の変化に対する容量変化率・誘電正接の変化が大き
く、高精度を要求される電子回路への使用が困難であ
る。

【０００５】また、ＰＰフィルムを用いたフィルムコン
デンサにおいては、電気的性能及び経時変化については
非常に安定性の高いものであるが、誘電率が小さいため
小形化が困難であり、最大の課題としては耐熱性が低い
ため、高温環境下での使用が困難なことである。

【０００６】そして、これらの課題を克服する誘電体と
してＰＰＳフィルムを使用したフィルムコンデンサも実
用化されているが、コストが高く、高温領域、特に１０
０℃を越える温度範囲において、その２０℃に対する静
電容量変化率及び誘電正接変化に非直線性をもってお
り、広い温度範囲での温度補償用途には不向きであると
いう使用上の制約課題を有していた。

【０００７】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、優れた電気的性能と高安定性及び高耐熱性を有し、
かつ低コストなフィルムコンデンサを提供することを目
的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のフィルムコンデンサは、主たる誘電体が
シンジオタクチック構造を有するスチレン系重合体また
はその組成物からなり、重量平均分子量１００，０００
〜５００，０００、２３０℃−１０分間における熱収縮
率が７％以下で摩擦係数が０．６以下である二軸延伸フ
ィルムで構成した。

【０００９】本発明におけるシンジオタクチック構造の
スチレン系重合体とは、立体化学構造がシンジオタクチ
ック構造、即ち炭素−炭素結合から形成される主鎖に対
して側鎖であるフェニル基や置換フェニル基が交互に反
対方向に位置する立体構造を有するものであり、そのタ
クティシティ−は同位体炭素による核磁気共鳴法により
定量される。核磁気共鳴法により測定されるタクティシ
ティ−は、連続する複数個の構成単位の存在割合、例え
ば２個の場合はダイアッド、３個の場合はトリアッド、
５個の場合はペンタッドによって示すことができるが、
本発明に言うシンジオタクチック構造を有するスチレン
系重合体とは、通常はラセミダイアッドで７５％以上、
好ましくは８５％以上、もしくはラセミペンタッドで３
０％以上、好ましくは５０％以上のシンジオタクティシ
ティ−を有するポリスチレン、ポリ（アルキルスチレ
ン）、ポリ（ハロゲン化スチレン）、ポリ（アルコキシ
スチレン）、ポリ（ビニル安息香酸エステル）、これら
の水素化重合体及びこれらの混合物、あるいは、これら
の構造単位を含む共重合体を総称する。なお、ここでポ
リ（アルキルスチレン）としては、ポリ（メチルスチレ
ン）、ポリ（エチルスチレン）、ポリ（プロピルスチレ
ン）、ポリ（ブチルスチレン）、ポリ（フェニルスチレ
ン）、ポリ（ビニルナフタレン）、ポリ（ビニルスチレ
ン）、ポリ（アセナスチレン）などがあり、ポリ（ハロ
ゲン化スチレン）としては、ポリ（クロロスチレン）、
ポリ（プロモスチレン）、ポリ（フルオロスチレン）な
どがある。また、ポリ（アルコキシスチレン）として
は、ポリ（メトキシスチレン）、ポリ（エトキシスチレ
ン）などがある。これらのうち、特に好ましいスチレン
系重合体としては、ポリスチレン、ポリ（p-メチルスチ
レン）、ポリ（ｍ−メチルスチレン）、ポリ（ｐ−ター
シャリーブチルスチレン）、ポリ（ｐ−クロロスチレ
ン）、ポリ（ｍ−クロロスチレン）、ポリ（ｐ−フルオ
ロスチレン）、またスチレンとｐ−メチルスチレンとの
共重合体をあげることができる。

【００１０】また、本発明におけるスチレン系重合体の
重量平均分子量は１００，０００以上５００，０００以
下が好ましい。

【００１１】ここで、分子量が１００，０００未満であ
ると、フィルムの耐熱性が十分でなく、５００，０００
を越えると高倍率の延伸が困難で、薄い延伸フィルムの
作成が困難である。

【００１２】本発明においては、フィルムの摩擦係数が
０．６以下となるように微粒子を添加する。添加する微
粒子の種類、添加量はフィルムの厚さ、使用目的に応じ
て選定するが、０．０１〜３μｍの微粒子をスチレン系
重合体に対して０．０１〜１ｗｔ％含有させるように添
加すればよい。

【００１３】ここで、無機微粒子とは、ＩＡ族、IIＡ
族、IVＡ族、VIＡ族、VIIＡ族、VIII族、ＩＢ族、IIＢ
族、IIIＢ族、IVＢ族元素の酸化物、水酸化物、硫化
物、窒素化物、ハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、酢酸
塩、燐酸塩、亜燐酸塩、有機カルボン酸塩、珪酸塩、チ
タン酸塩、硼酸塩及びそれらの含水化合物、それらを中
心とする複合化合物、天然鉱物粒子を示す。

【００１４】具体的には、弗化リチウム、硼砂（硼酸ナ
トリウム含水塩）等のＩＡ族元素化合物、炭酸マグネシ
ウム、燐酸マグネシウム、酸化マグネシウム（マグネシ
ア）、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、弗化マグ
ネシウム、チタン酸マグネシウム、珪酸マグネシウム、
珪酸マグネシウム含水塩（タルク）、炭酸カルシウム、
燐酸カルシウム、亜燐酸カルシウム、硫酸カルシウム
（石膏）、酢酸カルシウム、テレフタル酸カルシウム、
水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、弗化カルシウム、
チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、炭酸バ
リウム、燐酸バリウム、硫酸バリウム、亜燐酸バリウム
等のIIＡ族元素化合物、二酸化チタン（チタニア）、一
酸化チタン、窒化チタン、二酸化ジルコニウム（ジルコ
ニア）、一酸化ジルコニウム等のIVＡ族元素化合物、二
酸化モリブデン、三酸化モリブデン、硫化モリブデン等
のVIＡ族元素化合物、塩化マンガン、酢酸マンガン等の
VIIＡ族元素化合物、塩化コバルト、酢酸コバルト等のV
III族元素化合物、沃化第一銅等のＩＢ族元素化合物、
酸化亜鉛、酢酸亜鉛等のIIＢ族元素化合物、酸化アルミ
ニウム（アルミナ）、水酸化アルミニウム、弗化アルミ
ニウム、アルミノシリケート（珪酸アルミナ、カオリ
ン、カオリナイト）等のIIIＢ族元素化合物、酸化珪素
（シリカ、シリカゲル）、石墨、カーボン、グラファイ
ト、ガラス等のIVＢ族元素化合物、カーナル石、カイナ
イト、雲母（マイカ、キンウンモ）、バイロース鉱等の
天然鉱物の粒子が挙げられる。

【００１５】この無機微粒子は最終的な成形品に含有さ
れるが、含有される方法に限定はない。例えば、重合中
の任意の過程で添加或いは析出させる方法、溶融押出す
る任意の過程で添加する方法が挙げられる。

【００１６】本発明のフィルムコンデンサに用いられる
のは、上記の如きシンジオタクチック構造のスチレン系
重合体を主原料として形成されるフィルム（以下ＳＰＳ
フィルム）であり、このフィルムを製造する方法は特に
制限はないが、これらの材料を加熱溶融後、予備成形体
とし、加熱延伸して、さらに熱処理することによって得
られる。

【００１７】加熱溶融から熱固定迄の操作を具体的に説
明すれば、次の通りである。まず、上述の如く得られた
スチレン系重合体を成形素材として、これを通常は押出
成形して、延伸用予備成形体（フィルム、シートまたは
チューブ）とする。この成形にあっては、上記成形素材
の加熱溶融したものを押出成形機にて所定形状に成形す
るのが一般的であるが、成形素材を加熱溶融させずに、
軟化した状態で成形してもよい。ここで用いる押出成形
機は、一軸押出成形機、二軸押出成形機のいずれでもよ
く、またベント付き、ベント無しのいずれでもよいが、
一軸のタンデム型が好ましい。なお、押出機には適当な
メッシュを使用すれば、異物等を除去することができ
る。また、メッシュの形状は、平板状、円筒状等適当に
選定して使用することができる。

【００１８】また、ここで押出条件は、特に制限はな
く、様々な状況に応じて適宜選定すればよいが、好まし
くは温度を成形素材の融点〜分解温度より５０℃程度高
い温度の範囲で選定し、せん断応力を５×１０⁶ｄｙｎ
ｅ／ｃｍ²以下とする。用いるダイはＴ−ダイ、円環ダ
イ等をあげることができる。

【００１９】上記押出成形後、得られた延伸用予備成形
体を冷却固化する。この際の冷媒は、気体、液体、金属
ロール等各種のものを使用することができる。金属ロー
ル等を用いる場合、エアナイフ、エアチャンバー、タッ
チロール、静電引荷等の方法によると、厚みムラや波打
ち防止に効果的である。

【００２０】冷却固化の温度は、通常は０℃〜延伸用予
備成形体のガラス転移温度より３０℃高い温度の範囲、
好ましくはガラス転移温度より７０℃程度低い温度〜ガ
ラス転移温度の範囲である。また冷却速度は２００〜３
℃／秒の範囲で適宜選択する。

【００２１】本発明で用いる延伸フィルムは、冷却、固
化した予備成形体を一軸或いは二軸に延伸することが好
ましい。二軸延伸の場合は縦方向及び横方向に同時に延
伸してもよいが、任意の順序で逐次延伸してもよい。ま
た延伸は一段で行ってもよく、多段で行ってもよい。こ
の延伸倍率は面積比で２倍以上、好ましくは３倍以上で
ある。この範囲の延伸倍率であると、フィルムの結晶化
度が２５％以上となり、物性の好ましいものが得られ
る。

【００２２】ここで延伸方法としては、テンターによる
方法、ロール間で延伸する方法、気体圧力を利用してバ
ブリングによる方法、圧延による方法など様々であり、
これらを適当に選定或いは組み合わせて適用すればよ
い。延伸温度は、一般には予備成形体のガラス転移温度
と融点の間で設定すればよい。また延伸速度は、通常は
１×１０〜１×１０⁵％／分、好ましくは１×１０³〜１
×１０⁵％／分である。

【００２３】また、本発明におけるところの２３０℃−
１０分間における熱収縮率が７％以下のフィルムを得る
ためには延伸後、熱処理を行う。熱処理は、固定幅、制
限収縮下で２３０℃以上、該フィルムの融点以下、好ま
しくは２４０℃以上融点以下で０．５秒〜６０秒、好ま
しくは１秒〜４０秒行う。

【００２４】ここで、熱処理温度が低いと熱収縮率が大
きく、熱処理温度が高いと溶融するため熱処理が困難で
ある。また、熱処理時間が短いと熱処理の効果が十分で
なく熱収縮率が大きくなり、熱処理時間が長いとフィル
ムの熱劣化が生じやすく完成したフィルムコンデンサの
耐熱性が不十分なものとなる。

【００２５】

【作用】本発明は上記構成により、ＰＥＴ、ＰＰに比
し、大きくコストを増加することなく、高温域まで直線
性を持つ安定した電気的性能を有し、吸湿による経時変
化も殆どない高耐熱のフィルムコンデンサを実現でき
る。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の一実施例のフィルムコンデン
サにつき、実施例に基づいて具体的に説明する。

【００２７】（実施例１）図１は本実施例のフィルムコ
ンデンサの断面略図であり、図において１は誘電体であ
る６μｍの厚みのＳＰＳフィルムで、２は内部電極とな
る６μｍの厚みのアルミニウム箔である。

【００２８】本発明に使用したＳＰＳフィルムの具体的
な製造方法を以下に説明する。アルゴン置換した内容積
５００ｍｌのガラス製容器に、硫酸銅５水塩（ＣｕＳＯ
₄・５Ｈ₂Ｏ）１７．８ｇ（７１ｍｍｏｌ）、トルエン２
００ｍｌ及びトリメチルアルミニウム２４ｍｌ（２５０
ｍｍｏｌ）を入れ、４０℃で８時間反応させた。その
後、固体部分を除去して得られた溶液から、更に、トル
エンを室温下で減圧留去して接触生成物６．７ｇを得
た。このものの凝固点降下法によって測定した分子量は
６１０であった。

【００２９】内容積２ｌの反応容器に、上記で得られた
接触生成物をアルミニウム原子として５ｍｍｏｌ、トリ
イソブチルアルミニウムを５ｍｍｏｌ、ペンタメチルシ
クロペンタジエニルチタントリメトキシド０．０２５ｍ
ｍｏｌ及びスチレンモノマー１ｌを加え、９０℃で５時
間重合反応を行った。

【００３０】その後、メタノールを注入して重合を停止
し、乾燥して重合体３００ｇを得た。次いで、この重合
体をソックスレー抽出器を用いてメチルエチルケトンで
抽出したところ、抽出残（ＭＩＰ）９８．０％を得た。
得られた重合体の重量平均分子量は３９０，０００、重
量平均分子量／数平均分子量は２．６であった。また３
００℃、せん断速度１０／秒での溶融粘度は２×１０⁴
ポイズであった。融点及び核磁気共鳴測定法により得ら
れた重合体はシンジオタクチック構造のポリスチレンで
あることを確認した。また、この重合体組成物を水酸化
ナトリウムのメタノール溶液で脱灰後、メタノールで繰
り返し洗浄した。このようにして得られたスチレン系重
合体パウダーを１５０℃、２時間攪拌しながら真空乾燥
した。このパウダーに球状無定形シリカ微粒子（直径
１．０μｍ）を０．３ｗｔ％パウダーブレンドした。こ
の混合パウダーをベント付二軸押出機の先端にキャピラ
リーを複数個含むダイを取りつけた装置で溶融押出後、
冷却し、カットして押出用成形材料（ペレット）を作成
した。このとき溶融温度は３００℃、押出機のスクリュ
ー径は５０ｍｍでフルフライト型のものを用い押出量を
３０ｋｇ／時、ベント圧を１０ｍｍＨｇとした。この
後、このペレットを熱風中で攪拌しながら結晶化、乾燥
を行った。得られたペレットの残留スチレン単量体量は
１１００ｐｐｍ、結晶化度は３５％であった。このペレ
ットを用いて単軸押出機の先端に、Ｔ−ダイを取りつけ
た装置で押し出した。このときの押出温度は３２０℃
で、せん断応力は３×１０⁵ｄｙｎｅ／ｃｍ²であった。

【００３１】この溶融押出されたシートを静電印荷によ
り金属冷却ロールに密着冷却させ、延伸用原反を作成し
た。このとき、金属冷却ロールを７０℃に調節した。な
お、冷却速度は５０℃／秒であった。また、作成した原
反の厚みは５０μｍで、結晶化度は１５％であった。こ
の原反を１１０℃、３０００％／分で押出方向、それと
垂直方向の順に３倍ずつ逐次二軸延伸した。その後この
延伸フィルムを制限収縮下で２６０℃、２０秒熱処理し
た。得られたフィルムの厚みは６μｍ、結晶化度は５５
％であった。

【００３２】このようにしてできたフィルムを所定の幅
にスリットした後、アルミ箔と交互に必要回数巻回し
て、加熱プレスにより偏平にし、両端面にリード線を溶
接した後、粉体外装を施して箔タイプのフィルムコンデ
ンサを製作した。このときの静電容量値は約０．０４７
μＦであった。

【００３３】（実施例２）実施例１と同様の接触生成物
を用いて、反応容器に、溶媒としてトルエン２ｌと触媒
成分としてシクロペンタジエニルチタントリクロリル１
ミリモルおよびメチルアルミノキサンをアルミニウム原
子として０．６モル加え、２０℃においてこれにスチレ
ンモノマー３．６ｌを加え、１時間重合反応を行った。

【００３４】反応終了後、生成物を塩酸−メタノール混
合液で洗浄し、触媒成分を分解除去した。次いで乾燥
し、スチレン系重合体（ポリスチレン）３３０ｇを得
た。

【００３５】次に、この重合体をメチルエチルケトンを
溶媒としてソックスレー抽出し、抽出残分９５ｗｔ％を
得た。この抽出残分の重量平均分子量は２９，０００
０、数平均分子量１５８，０００であり、融点は２７℃
であった。また、この重合体は核磁気共鳴法による分析
からシンジオタクチック構造のポリスチレンであること
を確認した。

【００３６】このようにして得られたスチレン系重合体
を用いたことの以外は実施例１と同様にしてフィルムを
作成し、箔タイプのフィルムコンデンサを製作した。

【００３７】（比較例１）熱処理温度を２００℃にした
こと以外は実施例２と同様にしてフィルムを作成し、箔
タイプのフィルムコンデンサを製作した。

【００３８】（比較例２）微粒子を添加しなかったこと
以外は実施例２と同様にしてフィルムを作成し、箔タイ
プのフィルムコンデンサを製作した。

【００３９】（比較例３）厚さ６μｍのポリプロピレン
フィルムを用いて、静電容量値約０．０４７μＦの箔タ
イプのフィルムコンデンサを製作した。

【００４０】（比較例４）厚さ６μｍのポリエチレンテ
レフタレートフィルムを用いて、静電容量値約０．０４
７μＦの箔タイプのフィルムコンデンサを製作した。

【００４１】（比較例５）厚さ６μｍのポリフェニレン
スルフィドフィルムを用いて、静電容量値約０．０４７
μＦの箔タイプのフィルムコンデンサを製作した。

【００４２】上記実施例１、実施例２、比較例１、比較
例２で作成したフィルムの各種物性評価結果を（表１）
に示し、製作した箔タイプのフィルムコンデンサの巻取
歩留及び２６０℃の溶融半田槽にリード線根元まで１０
秒間浸漬した後の静電容量の変化率を（表２）に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】また、実施例１、比較例３、比較例４、比
較例５にて製作した箔タイプのフィルムコンデンサを１
５０℃の雰囲気中で１０００時間直流電圧で１４０Ｖ印
加したときのショート不良発生率の推移を（表３）に、
６０℃で相対湿度９５％の雰囲気中で５００時間直流電
圧で１００Ｖ印加したときの静電容量の変化率の推移を
（表４）に、−４０℃〜１５０℃の範囲で雰囲気温度を
変化させたときの２０℃に対する静電容量の変化率の推
移と誘電正接の変化の推移を（表５）に示す。

【００４６】

【表３】

【００４７】

【表４】

【００４８】

【表５】

【００４９】上記の結果に示される通り、本実施例によ
るフィルムコンデンサは製作の作業性を低下させること
なく、優れた耐熱性と電気的性能を有し、その経時的変
化も少ないことがわかる。

【００５０】なお、本実施例では箔タイプのフィルムコ
ンデンサとしたが、蒸着タイプのフィルムコンデンサに
おいても同様の効果が得られることは明らかである。

【００５１】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように本発明の
フィルムコンデンサは、その主たる誘電体としてシンジ
オタクチック構造を有するスチレン系重合体またはその
組成物からなるフィルムを用いたことにより、大幅にコ
ストを増加させることなく従来のフィルムコンデンサの
欠点を十分に補い得る、優れた耐熱性と電気的性能及び
その経時的安定性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例のフィルムコンデンサの断面
略図である。

【符号の説明】

１誘電体フィルム（ＳＰＳフィルム）２内部電極（アルミニウム箔）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｋ 25:00 Ｂ２９Ｌ 7:00 4Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主たる誘電体がシンジオタクチック構造
を有するスチレン系重合体またはその組成物からなり、
重量平均分子量１００，０００〜５００，０００、２３
０℃−１０分間における熱収縮率が７％以下で摩擦係数
が０．６以下である二軸延伸フィルムで構成されたこと
を特徴とするフィルムコンデンサ。