JPH0828307B2 - 金属化フイルムコンデンサー - Google Patents

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ー、更に詳しくは誘電層（絶縁
層）フイ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、又は金属化フイ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イルムコンデンサー
に関するものである。

［従来技術］ コンデンサーは、一般に２軸配向ポリエチレンテレフ
タレートフイルム,2軸配向ポリプロピレンフイルム等の
有機重合体フイ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、前記フイ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イルムとし
た後に巻回する方法、更には、前記フイルムの両面に金
属膜を形成せしめて両面金属化フイルムとし、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、コンデンサー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
ートフイルムやポリプロピレンフイルムも薄膜化が進め
られており、コンデンサーは金属化フイルムによる製造
法が主流となっている。

このような金属化フイルムコンデンサーは、蒸着→ス
リット→巻回→メタリコンの工程、又は両面金属化フイ
ルムの積層型コンデンサーに於ては蒸着→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。これら金属化フイルムコンデンサーの製造
における問題は、誘電層ベースフイルムとなる２軸延伸
ポリエチレンテレフタレートフイルムや２軸延伸ポリプ
ロピレンフイルム等のフイルムの薄膜化傾向に伴ない、
蒸着工程等でフイ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イルムとの密着が不充分
となり熱負け減少（冷却不充分）を起す。従来技術では
縦方向のフイルム張力を高めることによりフイルムしわ
発生を防止していたが、フイルムが薄くなると張力を高
くすると伸びやすくなり、蒸着，スリットを経たフイル
ムの端面はその外観がわかめ状になって平坦性を失っ
て、メタリコンによる熔射金属が内側まで侵入し、その
為コンデンサー端子間の絶縁抵抗を著しく低下させる。

また、誘電層となるフイ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、フイルムが薄い場合に高倍率延伸は容易ではない。

亦、金属化フイルムコンデンサーでメタリコンを施す
端面はフイルム１枚について着目すれば、片面金属化フ
イルムであり、通常は金属化面を内側にフイルムがカー
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
縮応力がフイ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、フイルムが薄膜化するに従いカー
ルの程度は大きくなる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上記欠点のない金属化フイルムコン
デンサーを提供することである。

［発明の構成］ 本発明者は、フイ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
性を得る金属化フイルムコンデンサーに関し、鋭意検討
した結果、誘電層とにるベースフイルムとして２軸配向
ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート
（ポリエチレン−2,6−ナフタレート又はPENと略記す
る）を用い、２軸延伸処理後の熱処理を200〜230℃の温
度で行ない、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、二軸配向ポリエチレン−2,6−ナフ
タレートフイルムからなる絶縁層に金属を蒸着してなる
金属化フイルムコンデンサーである。そして誘電層とな
るフイルムは縦方向及び横方向の延伸後に200〜230℃の
温度で熱処理され、更に熱処理後に横方向に５〜30％延
伸されており、150℃で30分間熱処理を施したときの横
方向の熱収縮率が４％乃至８％であり、かつ縦及び横方
向のヤング率が共に600kg/mm²以上であることがその特
徴である。

本発明にいうPENとは、その繰返し構造単位が実質的
にエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート単位
から構成されているものであればよく、共重合されない
ポリエチレン−2,6−ナフタレートのみならず繰返し構
造単位の数の10％以下、好ましくは５％以下が他の成分
で代替されているようなエチレン−2,6−ナフタレート
共重合体及びポリマー混合物を含むものである。

一般に、ポリエチレン−2,6−ナフタレートはナフタ
リン−2,6−ジカルボン酸、またはその機能的誘導体お
よびエチレングリコールまたはその機能的誘導体とを触
媒の存在下で適当な反応条件の下に結合せしめることに
よって合成されるが、本発明にいうポリエチレン−2,6
−ナフタレートには、このポリエチレン−2,6−ナフタ
レートの重合完結前に適当な１種又は２種以上の第三成
分（変性剤）を添加し、共重合または混合ポリエステル
としたものであってもよい。適当な第三成分としては、
２価のエステル形成官能基を有する化合物、例えばシュ
ウ酸，アジピン酸，フタル酸，イソフタル酸，テレフタ
ル酸，ナフタレン−2,7−ジカルボン酸，コハク酸，ジ
フェニルエーテルジカルボン酸等のジカルボン酸、また
はその低級アルキルエステル,P−オキシ安息香酸,P−オ
キシエトキシ安息香酸の如きオキシカルボン酸、または
その低級アルキルエステル、あるいはプロピレングリコ
ール，テトラメチレングリコールの如き２価アルコール
類等の化合物があげられる。ポリエチレン−2,6−ナフ
タレートまたはその変性重合体は、例えば安息香酸，ベ
ンゾイル安息香酸，ベンジルオキシ安息香酸，メトキシ
ポリアルキレングリコールなどの一官能性化合物によっ
て末端の水酸基およびまたはカルボキシル基を封鎖した
ものであってもよく、あるいは、例えば極く少量のグリ
セリン，ペンタエリスリトールの如き三官能，四官能エ
ステル形成化合物で実質的に線状の共重合体が得られる
範囲内で変性されたものでもよい。

本発明における150℃で30分間熱処理を施したときの
横方向のフイルムの熱収縮率は４％以上８％以下であ
る。

フイルムの熱収縮率が４％未満であると、金属化フイ
ルムは金属膜を内側にして、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、コンデンサーとしてtanδ特性が悪化する。

一方、ベースフイルムの熱収縮率が８％を超えると
き、金属膜の支持体となるフイ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イルムが熱変形を起し、
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
的接続に影響が現われ、コンデンサーのtanδ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
でのフイ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、フイルムを150℃で30分間熱処理したときの横
方向熱収縮率が４％乃至８％に調整されたものは金属化
フイ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、接続不良に伴な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イルムの熱
収縮応力とがバランスする為である。

フイ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、縦方向及び横方向に延伸した後に200〜230℃
の温度で熱処理し、熱処理後テンター内で、更に横方向
にフイルムを５％〜30％延伸（伸長）する方法を用い
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。フイ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、積層型フイルムコン
デンサーにおいてtanδ特性を悪化させる結果、好まし
くない。

更に、本発明では、２軸配向フイルムとして縦及び横
方向のヤング率が夫々600kg/mm²以上のものが必要であ
る。縦方向のヤング率が600kg/mm²より低い場合、コン
デンサーの小型化，軽量化に伴って、フイルムが薄くな
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イルム張力を高
くするとフイルムが縦方向に伸びる。蒸着，スリット後
のフイルム端面はわかめ状の変形（伸長収縮）により平
坦でなくなり、メタリコン熔射金属が内部迄侵入し、コ
ンデンサー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、横方向のヤング率が600kg/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より熱負け
を起す。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。

縦及び横方向ヤング率が夫々600kg/mm²以上の高強化
力フイルムを得る為には、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イ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、PENではポリエチレンテレフタレートと同
一延伸倍率でも高ヤング率が得られ、縦3.5倍及び横3.9
倍程度の延伸条件によっても、縦及び横ヤング率が夫々
600kg/mm²となるものが容易に得られる。更に、PENは延
伸製膜性が優れ、フイルム厚みが薄いにも拘らず高倍率
延伸が可能であり、高強力化フイルムを得やすい。

２軸延伸する方法として、例えば未延伸フイルムを縦
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２軸延伸フイルムを再延伸する縦−横−
再縦又は横−縦−再横延伸法、同時２軸延伸法等がある
が、本発明に供するフイ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。

金属化フイルムコンデンサーの製造は、例えば巻回
法による方法、即ち２軸延伸PENフイルムにアルミニウ
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２軸延伸PENフイルムの両面に金属層を形成し、その
表面に誘導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
サーはいずれの製法にも限定されるものではない。

なおPENフイルムは、ポリエチレンテレフタレートフ
イルムに比べオリゴマー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、金属化フイルムコンデンサ
ーの製造においてPENフイルムを誘電層ベースとするこ
との優位性が際立っている。

［発明の効果］ 本発明のコンデンサーは、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２軸配向PENフイルムを誘電層に用いてい
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
属の内部侵入がなく、製造加工に利点があり、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
金属化フイルムコンデンサーを得ることができる。

［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）ヤング率 フイルムを試料巾10mm,長さ15cmに切出し、チャック
間100mmにして引張速度10mm/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（フイルム）を引張った。得られた荷重−伸び曲
線の立上り部の接線よりヤング率を計算する。

（２）熱収縮率 測定試料に約30cm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る。

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

実施例１ 平均粒子径1.2μｍの炭酸カルシウム0.2wt％含有して
なる極限粘度0.60のPENのペレットを170℃で４時間乾燥
した。

このPENを常法に従って溶融押出し、厚さ23μｍの未
延伸フイルムを作成して、縦方向に120℃で3.6倍，横方
向に130℃で3.9倍逐次延伸を行ない220℃で熱固定を行
ない、更に210℃で横方向に1.1倍延伸して1.5μｍのフ
イルムを作成した。

この延伸フイルムを真空蒸着機により、巾20mm,厚さ
約400Åのアルミニウム蒸着膜を多数形成された後、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イルムコン
デンサーを造った。

得られたフイルムの物性，及びコンデンサーのtanδ
測定結果を表１に示した。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２〜3,比較例１〜４ 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なった。横方向熱
収縮率を変えた場合の結果を表１に示した。

横方向の熱収縮率が２％以下になるとtanδの増加が
みられる。これは金属化フイ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10％以上になると、同様に
tanδ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４〜5,比較例６ 縦方向の倍率を変える（縦方向ヤング率を異にする）
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。得られたフイルム物性、及びコンデンサ
ーとしたときのtanδ特性を表２に示した。

第２表に示したように縦方向ヤング率が600kg/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侵入しtanδが上昇する。
これに対し、縦方向ヤング率が600kg/mm²以上の場合
は、安定したtanδ特性が得られる。

実施例６〜7,比較例６ 横方向の倍率を変え、横方向ヤング率が違う以外は実
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。この場合のフイルム物性及びコンデンサーの静電容
量を示した。

横方向ヤング率が600kg/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
体フイ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。

比較例７ 逐次延伸後の熱処理（熱固定）を190℃で行ない、更
に横方向の熱収縮率を４％に合わせるために、横方向に
180℃で1.03倍（３％）延伸（伸長）する以外は実施例
１と同様にして厚み1.5μｍのフイルムを作成した。こ
の延伸フイルムを用いて実施例１と同様にしてコンデン
サを造った。

得られたフイルムの物性、及びコンデンサのtanδ測
定結果を表４に示した。この場合横方向の熱収縮率４
％、縦及び横方向のヤング率が600kg/mm²以上であるに
もかかわらずtanδの上昇があった。これは熱固定温度
が200℃未満と低いために、フイルムの縦方向の熱収縮
率が大きくなり、tanδ特性を悪化させたものである。

比較例８、９ 逐次延伸後の熱処理（熱固定）を235℃で行ない、更
に横方向の熱収縮率を４％に合せるために、横方向に22
5℃で1.15倍（15％）延伸（伸長）する以外は実施例１
と同様にして延伸フイルムを作成した（比較例８）。ま
た、235℃での熱処理（熱固定）後、更に横方向の熱処
理率を８％に合せるために横方向に225℃で1.35倍（35
％）延伸（伸長）する以外は、比較例８と同様にして延
伸フイルムを作成した（比較例９）。

これら延伸フイルムを用いて実施例１と同様にしてコ
ンデンサを造った。

得られたフイルムの物性、及びコンデンサとしたとき
のtanδ測定特性を表４に示した。表４に示したよう
に、熱固定温度が高いために縦方向のヤング率が600kg/
mm²未満と低く、その為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進入しtanδが上
昇した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 光太郎 神奈川県相模原市小山３丁目37番19号 帝 人株式会社プラスチック研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−136013（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−60214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−120167（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機重合体フイルムを誘電層とし、該誘電
   層に金属を蒸着せしめてなるコンデンサーにおいて、誘
   電層を形成するフイルムが縦方向及び横方向の延伸後に
   200〜230℃の温度で熱処理され、更に熱処理後に横方向
   に５〜30％延伸されており、150℃で30分間熱処理を施
   したときの横方向の熱収縮率が４％乃至８％でありかつ
   縦方向及び横方向のヤング率が共に600kg/mm²以上であ
   る２軸配向ポリエチレン−2,6−ナフタレンジカルボキ
   シレートフイルムであることを特徴とする金属化フイル
   ムコンデンサー。