JPH09267435A - 金属化フイルムおよびそれを用いたコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】二軸延伸ポリプロピレンフイルムの少なく
とも片面に金属蒸着してなるフイルムであって、該二軸
延伸ポリプロピレンフイルムがエポキシ系化合物を０．
０２％〜０．１％重量部含有し、かつ少なくとも片面の
平均表面粗さがＲａで０．１μｍ〜０．４μｍであるこ
とを特徴とする金属化フイルム。 【効果】金属化フイルムで絶縁油に対する含浸性が優
れ、高温でかつ高電圧のもとで長期課電による絶縁性能
の低下が小さく、ｔａｎδやΔＣ特性を維持した優れた
コンデンサを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属蒸着フイルム
からなるコンデンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ａｌ、Ｚｎなどからなる蒸着金属層を電
極とする金属化フイルムコンデンサ（以下、ＭＦコンデ
ンサという）は、自己回復機能があり、金属化フイルム
を合せ巻くことにより耐電圧を高められるため小型化で
きるなどの理由により広く使用されている。このＭＦコ
ンデンサに用いられるフイルムとしては、誘電損失の温
度特性が良好であることから二軸延伸ポリプロピレンフ
イルムがよく使われている。油含浸コンデンサ用途、特
に金属化フイルムを誘電体として用いた油含浸金属化フ
イルムコンデンサ用途には、フイルム層間における油層
を確保するため表面が粗面化されたフイルムが使用さ
れ、絶縁油としては、鉱物油、植物油、芳香族炭化水素
系油などがよく用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような油浸金属
化ポリプロピレンフィルムコンデンサに長期課電する
と、時間の経過にともない、ポリプロピレンフィルムの
絶縁耐力の低下、又ｔａｎδの上昇による力率の低下な
どの問題点を有していた。

【０００４】たとえば特開平３−７０１１４号公報では
粗面化フイルムに含浸剤を含浸したコンデンサが提案さ
れている。しかしながら本発明者らは後述するように絶
縁耐力としては必らずしも満足するものではなかった。
本発明は、かかる問題点を解決せんとするものであり、
すなわち本発明の目的は、耐電性を向上させ、小型化で
長寿命化を達成し得る実用的なＭＦコンデンサを得るこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、二軸延伸ポリ
プロピレンフイルムの少なくとも片面に金属蒸着してな
るフイルムであって、該二軸延伸ポリプロピレンフイル
ムが塩素捕獲能を有する有機系化合物を０．０２％〜
０．１％重量部含有し、かつ少なくとも片面の平均表面
粗さがＲａで０．１μｍ〜０．４μｍであることを特徴
とする金属化フイルムである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明における２軸ポリプロピレ
ンフイルムとは、ＭＦＲ（Ｍｅｌｔ Ｆｌｏｗ Ｒａｔ
ｅ）が１〜１０ｇ／１０分（温度：２３０℃ 荷重：
２．１６ｋｇｆ）のポリマーであり、ホモポリマー以外
に、プロピレンと他のα−オレフィン重合体（たとえば
エチレン、ブテン等）の共重合、ポリプロピレンと他の
α−オレフィン重合体とのブレンドであってもよい。前
述のポリマーを用いて同時、あるいは逐次のいずれかの
方法で２軸延伸されたフイルムであれば良い。本発明の
場合、特にホモポリマーが好ましく、またアィソタクチ
ック度（以下ＩＩという）は９６％以上が特に好まし
い。またポリマー中にエポキシ以外に公知の各種添加
剤、例えば熱安定剤、酸化防止剤、結晶核剤等を添加す
ることもできる。

【０００７】本発明のフイルムでは、少なくとも片面の
表面の平均粗さはＲａで０．１μｍ〜０．４μｍであ
る。Ｒａが０．１μｍ未満であると表面が平滑であり、
滑り性が悪く、コンデンサ作成時にシワ状欠点を発生さ
せるばかりでなく、絶縁油の含浸性も悪く、未含浸部分
が生じ局部的な電荷集中により、絶縁破壊に至る。Ｒａ
が０．４μｍを超えると、表面が粗くなりすぎフイルム
の実質厚みが減少し、破壊電圧が低いものになる。さら
に好ましいＲａの範囲は０．１５μｍ〜０．３５μｍで
ある。

【０００８】塩素捕獲能を有する有機系化合物を０．０
２〜０．１％重量部含有していることが必須であり、好
ましくは０．０４〜０．０８％である。含有量が０．０
２％未満であると、長期課電下において耐圧の低下が生
じ、時には絶縁破壊に至る。含有量が０．１％を超える
とフイルム表面がベトツキ易くなる。

【０００９】塩素捕獲能を有する有機系化合物とは塩素
又は塩素イオンと反応する有機系化合物をさし、エポキ
シ化合物、不飽和化合物などが代表的な有機系化合物と
して挙げられ、中でもエポキシ化合物が好ましい。

【００１０】本発明のフイルムの結晶サイズは１５ｎｍ
以下であることが好ましい。より好ましくは１４ｎｍで
ある。フイルムの結晶サイズが１５ｎｍを超えるとフイ
ルム中の結晶構造が粗になり結晶と非晶の界面が弱点部
となり、フイルムの絶縁耐力が低下し、絶縁破壊電圧が
低いものになる。

【００１１】本発明において、灰分とはフイルムを８０
０℃で熱灰化させた後の残査であり、原料の重合触媒や
添加剤による無機成分からなる。本発明のフイルムで
は、フイルムに含まれる灰分は５０ｐｐｍであることが
好ましく、より好ましくは３０ｐｐｍ以下である。灰分
が５０ｐｐｍを超えると導電性成分を含むため、フイル
ム本来の絶縁機能が低下し、絶縁破壊電圧が低くなる可
能性が高い。

【００１２】本発明において、金属フイルムの膜抵抗は
２〜４０Ω／□であることが好ましく、さらに好ましく
は５〜１２Ω／□である。膜抵抗値が２Ω／□未満であ
ると、蒸着膜の厚みが厚く蒸着時に熱負けが生じ、アバ
タ状の表面欠点や３μｍ前後の薄いフイルムでは穴アキ
等が発生する可能性が高い。膜抵抗値が４０Ω／□を超
えると課電時に蒸着膜のクリアリングが生じた時、膜の
消失が生じやすく、容量変化が大きくなる可能性が高
い。

【００１３】蒸着される金属は、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｕもし
くはそれらの合金が最適であるが、これらに限定される
ことはない。合金の具体例としては、Ａｌ／Ｚｎ、Ｚｎ
／Ｃｕなどを挙げることができるが、これらに限定され
るものではない。

【００１４】本発明の金属化フイルムを用いたコンデン
サは含浸剤を用いることによりさらに耐圧が高くなる。
含浸剤としては油、固化含浸剤、ガスなどがあげられ
る。

【００１５】本発明において、優れた油含浸剤としては
常温では液状である芳香族環を２環有する電気絶縁性の
化合物とナタネ油等の混合油を挙げることができる。た
とえば代表的な芳香族系含浸剤としてはジアリールアル
カン、アルキルビフェニール、アルキルナフタレンであ
る。より好ましいジアリールアルカンは下記式であらわ
される。

【００１６】

【化１】 ここで、ｎおよびｍは０〜３の整数であってｍ個のＲ₁
およびｎ個のＲ₂ は水素原子または同一もしくは異なる
炭素数１〜６のアルキル基もしくはシクロアルキル基で
ある。Ｒ₃ はメタン、エタン、プロパンおよびシクロヘ
キサンなどの炭素数１〜６飽和炭化水素から誘導される
２価の炭化水素残基である。

【００１７】さらに他の優れた含浸剤はガスであり、中
でも耐電圧の高いＳＦ₆ が優れている。

【００１８】以下に本発明のコンデンサ用二軸延伸ポリ
プロピレンの金属化フイルムの製造方法の一例にについ
て説明する。但し本発明は次の製造方法に限定されるも
のではない。

【００１９】エポキシ化合物含有のポリプロピレン樹脂
を押出機に供給し２２０〜２９０℃の温度で溶融し、Ｔ
ダイよりシート状に押出し、３０〜９５℃の冷却ロール
で冷却固化した後、１２５〜１５０℃の温度で３〜６倍
に長手方向に延伸し、次いで１５５〜１７５℃の温度で
幅方向に６〜１２倍に延伸し、１５０〜１６０℃の温度
で数％弛緩させながら熱処理をし、コンデンサ用二軸延
伸フイルムを得る。

【００２０】その後５〜５０Ｗ／ｍ² ／ｍｉｎでフイル
ム表面に空気や各種ガス中でコロナ放電処理を施す。

【００２１】複合フイルムとする場合は、２台以上の押
出機を用いて短管あるいは口金中で複数を積層して共押
出し延伸する方法、また長手方向に延伸した後、押出ラ
ミネートして幅方向に延伸する方法などがある。

【００２２】表面にコロナ放電した前述の６３０ｍｍ×
３２０００ｍの製品のコロナ放電処理面に蒸着Ｃｕ金属
を核付金属とし、Ｚｎ金属をして金属化フイルムとし
た。

【００２３】

【物性の測定方法】次に本発明で使用した用語および測
定方法に説明する。

【００２４】（１）表面粗さ（Ｒａ） ＪＩＳ−Ｂ０６０１−１９７６に準ずる。但しその時の
カットオフは０．２５ｍｍとした。

【００２５】（２）結晶サイズ Ｘ線広角法を用い、１１０格子面の結晶サイズで代替さ
せ、下記の式より求めた。

【００２６】

【数１】 Ｄ：結晶サイズ Ｋ：シェラー常数（ここではＫ＝１） λ：入射Ｘ線の波長（１５．４８ｎｍ） β：半価幅 θ：ピーク角度（入射角）

【００２７】（３）灰分 ＪＩＳ−Ｃ−２３３０に準ずる。フイルム試料を白金ル
ツボに入れガスバーナーの炎で焼いた後、８００℃に加
熱された電気炉中で１時間完全灰化する。灰化前後の重
量から下記の式より灰分を計算した。

【００２８】灰分（ｐｐｍ）＝（灰化後の重量／元試料
の重量）×１００

【００２９】（４）油含浸剤 油含浸剤Ａは合成油である日石化学（株）製のＳＵＳ６
０を用い、油含浸剤Ｂは植物油であるナタネ油を使っ
た。

【００３０】（５）耐電圧性 Ｚｎ金属の蒸着フイルムを用い３μＦのコンデンサ素子
を作成し、真空下で油含浸剤に浸漬した。この含浸コン
デンサ素子を９０℃の雰囲気、１．６ｋＶの電圧下で２
０００時間の連続課電テストを各々５個／１水準とし
た。課電後のコンデンサを解体しフイルムシートを取り
出し、銅板上にこのフイルム試料を蒸着面を上に置き、
銅板を陽極、蒸着面を陰極として直流電圧を印加し、３
０秒間同じ電圧を印加する。以後５００Ｖずつ電圧を上
げ、各電圧で絶縁破壊した箇所の数を数える。５ケ／ｍ
² 発生した電圧を絶縁破壊電圧値とした。

【００３１】 ◎：２０００時間の課電テストでコンデンサの破壊が０
でかつ、破壊電圧が未課電品比に対し７０％以上である ○：２０００時間の課電テストでコンデンサの破壊が０
でかつ、破壊電圧が未課電品比に対し４０〜７０％未満
である △：２０００時間の課電テストで破壊したコンデンサが
１個かあるいは、破壊電圧が未課電品に対し３０〜４０
％未満である ×：２０００時間の課電テストで破壊したコンデンサが
２個以上かあるいは、破壊電圧が未課電品に対し２０％
以下である。

【００３２】（６）ｔａｎδ 前述の課電後で解体前のコンデンサをＳＯＫＥＮ（株）
製の自動シェーリングブリッジＤＡＣ−ＰＳＣ−２０Ｗ
を用いて、周波数６０Ｈｚで電圧２００Ｖにおけるｔａ
ｎδ値とした。

【００３３】（７）ΔＣ 前述の課電後で解体前のコデンサをＳＯＫＥＮ（株）製
の自動シェーリングブリッジＤＡＣ−ＰＳＣ−２０Ｗを
用いて、電圧２００Ｖにおける容量を測定し下記の式に
て計算した。

【００３４】 ΔＣ（％）＝［（Ｃ₀ −Ｃ₁ ）／Ｃ₀ ］×１００ Ｃ₀ （μＦ）：未課電時のコンデンサの容量 Ｃ₁ （μＦ）：２０００時間課電後のコンデンサの容量

【００３５】

【実施例】

実施例１ 超高活性化触媒による無溶媒の液化プロピレン中での重
合、後処理によって得られたＰＰ原粉（ＩＩ ９８．３
％）に酸化防止剤として“Ｉｒｇａｎｏｘ”１０１０を
１０００ｐｐｍ、熱安定剤としてＢＨＴ４０００ｐｐ
ｍ、環状脂肪族エポキシ樹脂ＣＹ１７９（チバガイギー
社製）８００ｐｐｍを配合し、押出機で溶融、混練しペ
レット化した。このペレットのＭＦＲは１．５ｇ／１０
ｍｉｎであった。このペレットを基礎用原料とした。

【００３６】チーグラー系触媒を用いて気相法により重
合したエチレン含有量１．２重量％のエチレン・プロピ
レンランダム共重合体８０重量％と、フィリップス系触
媒を用いて溶媒法にて重合した高密度ポリエチレン２０
重量％の混合物に“Ｉｒｇａｎｏｘ”１０１０を１００
０ｐｐｍ、ＢＨＴ４０００ｐｐｍ、環状脂肪族エポキシ
樹脂ＣＹ１７９を１０００ｐｐｍ配合し、押出機で溶
融、混練しペレット化して表層（粗面層）原料とした。
このペレットのＭＦＲは５．６ｇ／１０ｍｉｎであっ
た。

【００３７】前記基礎用原料を１台の押出機に、表層原
料を他の押出機に供給して２７０℃の温度で一つの口金
より共押出し、４５℃の冷却ロールに巻付けてシート化
した。該シートを１４５℃に加熱されたロールで長手方
向に４．５倍延伸し、ついで１７３℃の温度に加熱され
たテンター中で幅方向に１０．５倍延伸し、１５０℃で
５％弛緩しつつ熱処理をし、厚み１６μｍのフイルムを
得た。このフイルムの表面にコロナ処理を施し巻取った
フイルムを６２０ｍｍ×１１０００ｍに裁断し製品とし
た。

【００３８】このフイルムの灰分は２５ｐｐｍであり、
結晶サイズは１３８０ｎｍであった。

【００３９】この製品にＺｎ金属を膜抵抗が１０Ω／□
になるよう調整し、コロナ処理面に蒸着した。この蒸着
品を幅１００ｍｍ×３５００ｍに裁断し蒸着製品を得
た。

【００４０】前記蒸着リールを２枚重で巻き回し、３μ
Ｆのコンデンサ素子を作成した。このコンデンサ素子に
含浸剤ＳＵＳ６０を含浸し、含浸型コンデンサとした。
作成した含浸コンデンサは５個であった。

【００４１】雰囲気温度が９０℃に保たれたオーブン内
で１．６ｋＶの交流電圧をそれぞれのコンデンサに２０
００時間にわたって長期課電を行った。結果は表１、表
２に示す通り、課電時におけるコンデンサの破壊はな
く、課電後の絶縁破壊電圧値は未課電品の９０％値と優
れた耐圧特性を有していた。ｔａｎδ、ΔＣについても
同様に優れた特性であった。

【００４２】実施例２ 溶液重合法によって得られたＰＰ原粉（ＩＩ ９７．６
％）を基礎用原料とした以外は実施例１に準じた。結果
は表１、表２に示した通り、実施例１と同様に優れたも
のであった。

【００４３】実施例３ 実施例１で用いた基礎用原料と表層原料を５０／５０重
量％なるように混合し、この混合物を表層用原料した以
外は実施例１に準じた。結果は表１、表２に示した通
り、実施例１と同様に優れたものであった。

【００４４】実施例４ 冷却ロールの温度７０℃、熱処理温度１７０℃以外は実
施例１に準じた。結果は表１、表２に示し通り、結晶サ
イズが１６００ｎｍと大きく、長期課電後のフイルムシ
ートの耐圧は未課電品に対し、６４％値であった。

【００４５】実施例５ 基礎用原料として溶液重合法によって得られたＰＰ原粉
（ＩＩ ９７．６％）で、洗浄工程を簡略化して得たそ
のＰＰペレットの灰分は５５ｐｐｍであった。基礎用原
料以外は実施例１に準じた。結果は表１、表２に示し通
り、長期課電後のフイルムシートの耐圧は未課電品時に
対し、６８％値であった。

【００４６】比較例１ 実施例１で用いた表層原料の原粉に環状脂肪族エポキシ
樹脂ＣＹ１７９を添加せず、幅方向での延伸はテンター
温度を１６８℃とした以外は実施例１に準じた。結果は
表１、表２に示した通り、フイルムの表面は平滑で、蒸
着リール品にシワが発生し、長期課電テストでは２個の
コンデンサが破壊した。

【００４７】比較例２ 比較例１で用いた原料を表層原料とし、冷却ロールの温
度７０℃で、幅方向での延伸はテンター温度を１７５℃
とした以外実施例１に準じた。結果は表１、表２に示し
た通り、フイルムの面粗れは大きく、耐圧が低下し、Δ
Ｃも大きいものであった。

【００４８】比較例３ 環状脂肪族エポキシ樹脂ＣＹ１７９の含有量が０．２％
と増量した以外は実施例１に準じた。結果は表１、表２
に示した通り、コンデンサ特性は優れているが、蒸着リ
ールの表面は汚れ、製品外観が劣っていた。

【００４９】

【表１】

【表２】

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属化フ
イルムは、次のような効果を有する。金属化フイルムで
絶縁油に対する含浸性が優れ、高温でかつ高電圧のもと
で長期課電による絶縁性能の低下が小さく、ｔａｎδや
ΔＣ特性を維持した優れたコンデンサを得ることができ
る。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二軸延伸ポリプロピレンフイルムの少な
   くとも片面に金属蒸着してなるフイルムであって、該二
   軸延伸ポリプロピレンフイルムが塩素捕獲能を有する有
   機系化合物を０．０２％〜０．１％重量部含有し、かつ
   少なくとも片面の平均表面粗さがＲａで０．１μｍ〜
   ０．４μｍであることを特徴とする金属化フイルム。
2. 【請求項２】 塩素捕獲能を有する有機系化合物がエポ
   キシ系化合物であることを特徴とする請求項１に記載の
   金属化フイルム。
3. 【請求項３】 二軸延伸ポリプロピレンフイルムの結晶
   サイズが１５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載の金属化フイルム。
4. 【請求項４】 二軸延伸ポリプロピレンフイルム中の灰
   分が５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜
   請求項３のいずれかに記載の金属化フイルム。
5. 【請求項５】 二軸延伸ポリプロピレンフイルム中の灰
   分が３０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜
   請求項３のいずれかに記載の金属化フイルム。
6. 【請求項６】 膜抵抗が２〜４０Ω／□の金属層を有す
   ることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記
   載の金属化フイルム。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の
   金属化フイルムを巻回・積層してなるコンデンサ。
8. 【請求項８】 含浸剤を有することを特徴とする請求項
   ７に記載のコンデンサ。
9. 【請求項９】 含浸剤が油であることを特徴とする請求
   項８に記載のコンデンサ。
10. 【請求項１０】 油が芳香族を２環有する合成油とナタ
    ネ油を混合したことを特徴とする請求項９に記載のコン
    デンサ。
11. 【請求項１１】 含浸剤がガスであることを特徴とする
    請求項８に記載のコンデンサ。
12. 【請求項１２】 ガスがＳＦ₆ であることを特徴とする
    請求項１１に記載のコンデンサ。