JPH0682584B2

JPH0682584B2 - 金属化プラスチツクフイルムコンデンサ

Info

Publication number: JPH0682584B2
Application number: JP61121512A
Authority: JP
Inventors: 裕教吉野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1994-10-19
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPS62277712A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はおもに通信用，電気機器用として使用される乾
式コンデンサ、特に金属化プラスチックフィルムコンデ
ンサに関するものである。

従来の技術従来の乾式コンデンサはポリプロピレン（PP）やポリエ
チレンテレフタレート（PET），ポリスチレン（PS）等
のフィルムにアルミニウム（Al）や亜鉛（Zn）を蒸着し
て電極を形成し、これを巻回してコンデンサ素子を構成
するか、Al箔電極をフィルムとともに巻回してコンデン
サ素子を構成していた。蒸着電極の場合、こうしてでき
たコンデンサ素子にメタリコンを施し、このメタリコン
にリード線を溶接又は半田付けし、リード線の先端に端
子金具を取付けてコンデンサケースに収納しコンデンサ
素子やリード線部分に樹脂を注型硬化し樹脂モールドタ
イプとしていた。又、蒸着電極の抵抗値を電極導出側
（メタリコン側）で低く、マージン側で高くする（つま
り電極導出側を厚くマージン側を薄く蒸着する）電極構
造も提案され、自己回復時のエネルギーを低く抑え、コ
ンデンサの最終破壊を起こりにくくすることが行なわれ
ていた。しかしながら従来の乾式コンデンサでは250V前
後以上の電圧をコンデンサに課電すると部分放電、つま
りコロナ放電が発生し400V前後以上の定格電圧を有する
乾式コンデンサを電位傾度55V/μｍ以上で提供すること
は極めて困難であった。

プラスチックフィルムに耐コロナ性を与える目的でSiO
またはSiO₂を蒸着またはスパッタリングでプラスチック
フィルム上に付着させようと提案しているものがある。
特公昭52-240公報では電気絶縁材料の製造方法としてポ
リエチレンテレフタレート，ポリイミド，ポリカーボネ
ート系の箔あるいはポリアミド系プラスチック繊維の絶
縁体の上に１〜1.5μｍのSiO,SiO₂あるいはCaF₂の無機
電気絶縁材料の膜を蒸着またはスパッタリングにより付
着させることを提案している。この先行技術文献ではポ
リエチレンテレフタレート箔の表面にSiOの無機物膜を
１〜1.5μｍ程度蒸着して、これを導体板上にのせ、0.5
mmのギャップをへだてて棒電極をおき、導体板と棒電極
との間に交流電圧を加え、集中コロナを発生させ、無機
物膜の有無による耐圧を比較している。これによれば無
機物膜の有る場合が無い場合に比して２倍の時間耐える
耐圧を有しているとしている。また、特開昭49-46200号
公報では可視コロナ開始電圧を向上させる目的でシリコ
ンカーバイトを絶縁ワニス中に混合したコロナシールド
層を設け、その表面に絶縁フィルム層を空気を巻込まな
いように構成する方法を提案している。また、特開昭52
-72500号公報では有機フィルムの表面に、フィルムの耐
コロナ性を向上させる目的で10Å〜10000Åの酸化シリ
コン膜を形成させる方法を提案している。これによれば
下部平板電極上に、10Å〜10000Åの酸化シリコン膜を
付着させた有機フィルムを置き、この上に穴あき有機フ
ィルムをのせ、そしてこれらフィルムを挾むようにして
上部平板電極を配置して交流電圧を印加し酸化シリコン
膜が有る場合とない場合のコロナ開始電圧以上での破壊
に到るまでの時間特性を調べ、酸化シリコン膜がある場
合が無い場合に比べ５〜10倍の時間耐えることを示して
いる。

発明が解決しようとする問題点しかし、これまで、このようなプラスチックフィルムの
表面に酸化シリコン膜を付着させたフィルムを用いたコ
ンデンサは実用化されなかった。その理由はコンデンサ
が極めてコスト高となる問題以上に、酸化シリコン膜を
付着させないフィルムを用いたコンデンサよりむしろ耐
圧が低下するからである。耐圧低下の原因は、酸化シ
リコン膜を付着させたフィルムはフィルム相互間の密着
性能を消失してしまいコンデンサとして積層巻回された
フィルム層間の空隙が大きく存在しコロナ放電が極めて
増大する結果となること、耐コロナ性は酸化シリコン
膜が厚いほど高まるが逆にクラックが発生しやすくなり
耐コロナ性は全ったく向上しないこと、酸化シリコン
膜が薄いと酸化シリコン膜を付着させたフィルムも付着
させないフィルムもフィルム単体の破壊電圧がほとんど
等しいこと、などがあげられ、これらが相互に関係しあ
いコンデンサの耐圧を低下させていた。つまり、酸化シ
リコン膜を付着させたフィルムを用いてコンデンサが巻
回されると真空高温エージング等の処理後でもフィルム
層間の空隙が大きく存在し、密着性をあげるためにコロ
ナ処理を施した酸化シリコン膜がないフィルムを用いて
コンデンサを巻回した場合より大きなコロナ放電が発生
する。耐コロナ性が高いはずの厚膜酸化シリコン膜の場
合でもハンドリング時、巻取時，熱処理時等の力の作用
時にクラックを形成させてしまいフィルムの表面が露出
し、ここを通常より大きくなったコロナ放電が侵食劣化
させ、耐圧低下をもたらす。また、上記各先行技術文献
にも示すとうり、耐コロナ性が向上するのはフィルムと
電極との間の比較的大きな空隙でのコロナ放電に対して
であり、フィルム上に直接電極を配置した場合の耐圧は
特に酸化シリコン膜が1000Å程度以下では酸化シリコン
膜がない場合と同じであるとの結果を得ている。したが
って、実機コンデンサでは酸化シリコン膜にはほとんど
接する形で電極が存在し、かつ、フィルム層間が密着し
ないため大きなコロナ放電が発生し、上記文献に示され
るモデル試験で効果があったほど耐圧が向上しないもの
と考えられる。

従来、400V前後以上の定格電圧を有するコンデンサは油
入式タイプのものが多く、リードタイムの短縮や工程の
自動化のためには乾式タイプのものが望ましく、こうし
た方向に十分応えることができる乾式コンデンサの開発
が待たれていた。

本発明は使用電位傾度が55V/μｍ以上でもtanδが低
く、容量減少や絶縁抵抗の低下，破壊が起こりにくい乾
式の金属化プラスチックフィルムコンデンサを提供しよ
うとするものである。

問題点を解決するための手段そのために本発明では片面を金属化したポリプロピレ
ン，ポリカーボネート，ポリスチレン，ポリエチレン，
ポリエチレンテレフタレート等の片面金属化プラスチッ
クフィルムの両面に50Å〜1000ÅのSiO,SiO₂，ガラス，
Al₂O₃,BeO,MgO,TiO,TiO₂,BaO,CaO,CeO₂,Ta₂O₃,Ta₂O₅,WO
₃,MoO₃,ZrO₂またはMoO₂の少なくとも１層よりなる酸化
物絶縁層を形成し、こうして出来たフィルムを１対巻回
して巻回体を構成し、この巻回体の外周に通常のプラス
チックフィルム（生フィルム）を巻回してコンデンサ素
子を構成するか、さらにその上に紙またはセルロース繊
維強化プラスチックフィルムまたはガラス繊維強化プラ
スチックフィルムよりなる保護フィルムを巻回してなる
コンデンサ素子を備えたものである。なお、このコンデ
ンサ素子にメタリコンを行った後、100℃〜120℃で減圧
エージングし、以後、従来の乾式コンデンサの製造と同
様にリード線等を取付け、ケースまたは型に収納して樹
脂を注型し硬化させる。生フィルム及び保護フィルムの
巻回厚は0.2mm以上が好ましい。本発明に於ける電極材
料は亜鉛，アルミニウムおよびその他導電性材料であれ
ばどれでも良い。使用電位傾度によって均厚電極でなく
電極導出側（メタリコン側）で10Ω／□以下の低抵抗部
とマージン側で20〜200Ω／□の高抵抗部とを有し高抵
抗部が電極幅の少なくとも1/2以上になるように不均厚
電極とする。巻回体の外周に巻回する生フィルムはコロ
ナ放電処理していない生フィルム、片面コロナ放電処理
フィルム、両面コロナ放電処理フィルムのいずれかを用
いるが、生フィルムの上に紙等の保護フィルムを巻回し
ない場合は両面コロナ放電処理フィルムを用いた方が好
ましい。

作用本発明よりなるコンデンサはコロナ放電が極めて起こり
にくく、tanδが低いことが特長である。また、寿命試
験の途中からコロナ放電がほとんど検出されない場合も
ある。容量減少もほとんどなく90V/μｍの電位傾度下で
も十分耐え得る。これは次の作用によるものと推定して
いる。

コンデンサ素子の外周に巻回される紙やセルロースまた
はガラス繊維強化プラスチックの保護フィルムが高温減
圧エージング時にこれより内部に巻回されている生フィ
ルム巻回層や金属化フィルム巻回層の熱膨張収縮を大幅
に抑え、エージング後のフィルム層間の密着性を高める
ことができる。これは紙またはセルロース繊維強化プラ
スチックフィルムまたはガラス繊維強化プラスチックフ
ィルムよりなる保護フィルムが熱変形をほとんど起さな
いため、通常のプラスチックフィルムだけを保護フィル
ムとして使用する場合に比べ、高温時の丸形コンデンサ
の径方向への膨張が強い圧力で抑え込まれるため、軸方
向への収縮も抑えられ、また減圧されることによりフィ
ルム層間の空気，水分も十分取除かれた状態でフィルム
層間が圧着されるからである。これより内側に巻回され
る生フィルムよりなる巻回層の役割は高温減圧エージン
グ時に出来上がるフィルム層間の圧着状態、特に金属化
フィルムの巻終り部の圧着状態を常温常圧時に於ても保
持するためにある。高温時には紙等の保護フィルムはそ
れより内部のプラスチックフィルム巻回体等を加圧保持
するが常温や低温では寸法変化が少ないため逆にプラス
チックフィルム巻回体との間に空隙すら発生し巻回体に
ゆるみが生じる。生フィルムよりなる巻回層はこうした
ゆるみが金属化フィルム巻回層におよばないようにする
ものである。こうして常温、低温時に於ても高温減圧エ
ージング時に出来上がったフィルム層間の圧着（密着）
状態が保持されるのである。また、生フィルムのみによ
り保護フィルムとする場合は両面コロナ処理をした生フ
ィルムがより良好な圧着状態を保持出来る。こうしたこ
とよりコロナ放電が起こりにくくなったと考えられる。

実施例以下、図面とともに本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例よりなる金属化プラスチックフ
ィルムコンデンサの要部のモデル的な断面図である。プ
ラスチックフィルム１の片面に電極２を蒸着して金属化
プラスチックフィルムとしさらにその上に50Å〜1000Å
の酸化物絶縁層３を形成したフィルムを１対巻回する。
蒸着電極２はメタリコン４側で厚く、それと反対側のマ
ージン側で薄くした段付蒸着を用いても良い。また、酸
化物絶縁層３の厚さが500Å程度までであれば、この絶
縁層３を蒸着電極２上の全面にわたって形成してもメタ
リコン４とのコンタクトに特に問題はない。

第２図は同金属化プラスチックフィルムコンデンサの素
子の断面を示している。巻芯８はプラスチック成形品ま
たは厚手のプラスチックフィルム等を十数ターン巻回し
たもので、その巻芯上に上述の金属化プラスチックフィ
ルム５が巻上げられ、その外周に生フィルム６が巻回さ
れ、その外周に紙またはセルロース繊維強化プラスチッ
クフィルムあるいはガラス繊維強化プラスチックフィル
ムよりなる保護フィルム７が巻回され、それらの両端に
メタリコン４を行って、コンデンサ素子としている。保
護フィルム７を巻回しない場合でも生フィルム巻回体６
の巻回厚を0.2mm以上とすればほとんど同じ効果が得ら
れる。また、紙等の保護フィルム７は真空高温エージン
グ後、取除いても良い。第３図は室温におけるtanδの
電圧特性を表わしており、試料コンデンサの条件は次の
通りである。容量６μＦ、プラスチックフィルム（PP）
１の厚さ６μｍ、電極２は低抵抗部４〜５Ω／□、高抵
抗部20〜40Ω／□の亜鉛段付蒸着電極、酸化物絶縁層３
は約200ÅのSiOを蒸着して形成、生フィルム巻回体６
（一種の保護フィルム）には、7.5μｍの両面コロナ処
理フィルムを巻回厚約0.3mmに巻回、保護フィルム７に
は９μｍの紙を巻回厚約0.5mmに巻回している。このコ
ンデンサの特性を第３図中にＢで示す。これに対して生
フィルム巻回体６を有しない試料の特性をＡに示す。こ
の様に本実施例のコンデンサはtanδが小さく、これは
コロナ放電が小さいことと一致している。第４図は第３
図に於ける試料コンデンサに室温でAC600V連続課電した
時のCR（容量×絶縁抵抗：ΩＦ）の経時変化を示す。こ
の第４図より本実施例のコンデンサの特性が優れている
ことがわかる。

なお、電極が低抵抗部と高抵抗部とに分かれ、高抵抗部
が電極幅の1/2以上であると、従来のこうした電極の場
合と同じように低抵抗部同志が重なることがなく自己回
復（セルフヒール）時のエネルギーが小さくなり破壊が
起りにくい。セルフヒール時には大量のガスが発生し、
これがコロナ放電の発生を引起こしているためセルフヒ
ール時のエネルギーを小さくしガス発生を抑制すること
はコロナ放電の抑制にも通じる結果となっている。

また50Å〜1000Åの酸化物絶縁層を両面に形成したプラ
スチックフィルムをシリコーングリスを薄く塗った平板
電極に貼りつけ、このプラスチックフィルムの上に直接
円筒電極を載置し、電極間に交流6OHzの電圧を課電し、
破壊電圧を測定すると、酸化物絶縁層がない場合とほと
んど同じ結果となる。また、円筒電極を平板電極に押し
つけると破壊電圧が極端に低下してくる。フィルムの上
部に空隙を構成し、この空隙部で放電を発生させる場合
と異なり直接フィルム上に電極を載置して放電を発生さ
せる場合には、この時に発生するコロナ放電に対して酸
化物絶縁層は何ら耐コロナ性を向上させる役割を果して
いない。実機コンデンサでは丁度フィルム上に電極が載
置された構造となりしかも酸化シリコン膜を付着させた
フィルムはフィルム相互間の密着性が消失しているため
空隙がある程度大きく存在する場所がありここでの大き
なコロナ放電にフィルムが侵食劣化され従来の実機コン
デンサでは耐圧が向上しなかった。一方、プラスチック
フィルムにアルミニウムや亜鉛を蒸着した上に酸化物絶
縁層を形成させて、この上に空隙を構成し、この空隙で
放電させるとアルミニウムや亜鉛は酸化物絶縁層が無い
場合より多少少なくなるが、同じように酸化されて金属
光沢を失った部分が電極が飛散したかのように広がる。
しかし本発明よりなるコンデンサでは容量減少が少なく
絶縁破壊も発生しておらずプラスチックフィルム（PP）
が劣化しにくくなっていることがうかがわれる。

これらのことにより推定すると、酸化物絶縁層はコロナ
放電に対する強力な保護膜というよりは酸素分子または
酸素イオンあるいは水分の制限膜として機能していると
考えられる。蒸着電極の場合には酸化物絶縁層がこれら
のものをある程度制限し、蒸着電極面まで到達する量を
減らすが、しかしそれでも十分酸化させてしまう結果と
なるのに対し、プラスチックフィルム（PP）の場合には
プラスチックフィルム（PP）を酸化劣化させるには不十
分であり、したがってプラスチックフィルム（PP）の劣
化が起りにくくなっていると考えられる。一方、実機コ
ンデンサの場合には蒸着電極そのものに電圧印加されて
放電が発生するが、酸化物絶縁層が蒸着電極上に形成さ
れている場合には放電そのものが発生しにくくなった。

本発明よりなるコンデンサではフィルム相互間の空隙の
発生を抑えることができること、したがってコロナ放電
そのものが小さく損失としてのtanδが低いこと、高温
減圧エージング時に排除した酸素や水分の状態をエージ
ング後にもそのままに近い状態で保持できる構造である
ことなどが良好なコンデンサ特性を得ることができた要
因であると考えられる。

酸化物絶縁層の厚みを5000Å以上にすると連続フィルム
を作る途中でクラック等の欠陥部が発生しやすいし、又
2000〜5000Åの範囲にするとこの問題はないが、コンデ
ンサのヒートサイクル中に絶縁が低下するものがあり、
特性を安定するには、効果が出はじめる50Åからヒート
サイクルにも強い1000Åの範囲に膜厚を抑えると良い。

発明の効果以上のように本発明によれば、従来のコンデンサでは耐
えることのできなかった電位傾度でも十分使用できる乾
式コンデンサを提供することができ、その工業的価値は
大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるコンデンサの要部の
断面図、第２図は同コンデンサのコンデンサ素子の断面
図、第３図は同コンデンサと従来のコンデンサの電圧−
tanδ特性図、第４図は同コンデンサの従来のコンデン
サの時間−CR特性図である。１……プラスチックフィルム、２……蒸着電極、３……
酸化特絶縁層、５……巻回体、６……生フィルム、７…
…保護フィルム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片面金属化プラスチックフィルムの両面に
酸化物絶縁層を形成してなるフィルムを一対巻回して巻
回体を構成し、この巻回体の外周にプラスチックフィル
ムを巻回してなるコンデンサ素子を備えてなる金属化プ
ラスチックフィルムコンデンサ。
【請求項２】片面金属化プラスチックフィルムの両面に
酸化物絶縁層を形成してなるフィルムを一対巻回して巻
回体を構成し、この巻回体の外周にプラスチックフィル
ムを巻回し、このプラスチックフィルムの外周に、紙ま
たはセルロース繊維強化プラスチックフィルムまたはガ
ラス繊維強化プラスチックフィルムを巻回してなるコン
デンサ素子を備えてなる金属化プラスチックフィルムコ
ンデンサ。