JPH06290990A - コンデンサ用金属化ポリプロピレンフイルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】表面の原子構成比において、窒素原子数／炭素
原子数が０．１１以上０．２２以下の範囲にあり、かつ
酸素原子数／炭素原子数が０．０１以上０．２０以下の
範囲にあるポリプロピレンフイルムの該表面に亜鉛もし
くはアルミニウム単独または亜鉛とアルミニウムの２種
類からなる金属層が施され、かつ該金属層の厚さが通常
部に比べリード取り出し側の端部の方が厚いヘビーエッ
ジ構造であって、かつ該金属層の通常部の膜抵抗が６Ω
／□以上５０Ω／□以下、ヘビーエッジ部の膜抵抗が
１．０Ω／□以上５．０Ω／□以下の範囲にあることを
特徴とするコンデンサ用金属化ポリプロピレンフイル
ム。 【効果】本発明により、耐電圧特性、誘電正接特性及び
容量変化率共に良好なコンデンサを達成出来るコンデン
サ用金属化ポリプロピレンフイルムを得ることが出来
た。本発明の金属化ポリプロピレンフイルムは、金属層
の均一性や素子巻などの作業性も良好である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンデンサ用金属化ポ
リプロプレンフイルムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリプロピレンフイルムは、その優れた
特性から広く工業材料として用いられている。最近で
は、市場要求の変化などに伴いポリプロピレンフイルム
に金属層を設ける用途が急増している。中でもコンデン
サ用は、従来の金属箔と巻回するものに比べ、小型化で
き、自己回復性を付与できるなどの理由から、フイルム
と金属層を一体化する金属化ポリプロピレンフイルムへ
の移行が著しい。

【０００３】該用途の重要電気特性に耐電圧特性があ
る。この耐電圧は金属層の厚さに依存し、該厚さが薄い
程高耐電圧特性が得られる。このとき、コンデンサ用金
属化誘電体では、金属層の厚さをその膜抵抗（単位：Ω
／□）で表わす（一般に膜抵抗が高い程金属層の厚さは
薄い。）。

【０００４】このため、膜抵抗を高くする試みが種々な
されてきたが、膜抵抗を高くすると、金属層のフイルム
への密着力が落ち、均一で強固な金属層の形成が困難に
なる。

【０００５】従って該欠点を補うための検討が種々行な
われており、例えば特開昭５８−６０５２１号公報や特
開平３−８３３１２号公報などではコロナ放電手法の選
択によるフィルム表面の改質が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開昭５
８−６０５２１号公報ではフイルムの表面に酸素原子を
保有していないため充分な金属付着力が得られず、金属
層に厚さむらが発生し、実用上に支障をきたすという欠
点があった。

【０００７】また特開平３−８３３１２号公報では、コ
ンデンサの耐電圧を向上させるために膜抵抗を高くした
とき、これも均一な金属層厚さが得られないだけでな
く、さらにコンデンサの重要特性のひとつである誘電正
接が高く（悪く）なり、実用上支障をきたすことがあっ
た。

【０００８】本発明は、かかる課題に鑑み、耐電圧及び
誘電正接に優れたコンデンサを得ることが出来る金属化
ポリプロプレンフイルムを提供せんとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のコンデンサ用金
属化ポリプロピレンフイルムは、表面の原子構成比にお
いて、窒素原子数／炭素原子数（以下Ｎ／Ｃという）が
０．１１以上０．２２以下の範囲にあり、かつ酸素原子
数／炭素原子数（以下Ｏ／Ｃという）が０．０１以上
０．２０以下の範囲にあるポリプロピレンフイルムの該
表面に金属層が施され、かつ該金属層の厚さが通常部に
比べリード取り出し側の端部の方が厚い、ヘビーエッジ
構造であることを特徴とする。

【００１０】ポリプロピレンンフイルムの表面（通常表
面から１０ｎｍ深さ以内の層）におけるＮ／Ｃは、０．
１１以上０．２２以下であることが好ましく、より好ま
しくは０．１２以上０．１８以下である。Ｎ／Ｃがこの
下限未満になると、１０Ω／□以上の膜抵抗を形成する
場合、均一で強固な金属層を得られない。また逆にＮ／
Ｃが上記範囲の上限を越えると、フイルム及び金属化フ
イルムの静電気が高くなり、滑り性が悪くなる。このた
め、ブロッキングによる破れやコンデンサ素子巻などの
作業時にしわが発生するなどの不具合が起こり、実用上
支障をきたす。

【００１１】また、Ｏ／Ｃは０．０１以上０．２０以下
の範囲にあることが好ましく、より好ましくは０．０５
以上０．１５以下である。この上下限を外れると、Ｎ／
Ｃの場合と同様の支障をきたす。

【００１２】金属層を設ける面が片面であれば、その面
の原子構成比が上述のようになっていればよいし、金属
層を設ける面が両面であれば、両面の原子構成比が上述
のようになっていればよい。尚、金属層が設けられる面
の表層に、酸素原子のみを保有している場合、あるい
は、その逆に窒素原子のみを保有している場合は、いず
れもフイルムと金属層との接着が劣ったものとなり、金
属層の厚さむらなどの欠点が生じる。

【００１３】また、本発明のコンデンサ用金属化ポリプ
ロピレンフイルムの金属層の厚さ構成は、コンデンサの
良好な耐電圧と誘電正接を得るため、通常部に比べリー
ド取り出し側の端部の方が厚い、ヘビーエッジ構造であ
ることが必要である。

【００１４】即ち、良好な耐電圧特性を得るには膜抵抗
を高くする必要がある一方、良好な誘電正接特性を得る
には膜抵抗（特にリードを取り出す側）を低くすること
が必要となる。膜抵抗が高い程、高い耐電圧が得られる
ことは一般によく知られている。これは、金属化誘電体
特有の自己回復性機能が、金属層が薄い程高まることに
よる。

【００１５】一方、誘電正接は膜抵抗が低い程低く（良
く）なることが知られているが、その大部分はリードを
取り出すためにコンデンサ素子の端面に溶射される金属
とフイルム上の金属層との接触抵抗に支配され、この接
触抵抗が低い程誘電正接も低くなる。金属溶射側の金属
層を厚くすることが必要となる所以である。

【００１６】また、金属層の膜抵抗は、コンデンサの良
好な耐電圧及び誘電正接を得るには、通常部の膜抵抗が
６Ω／□以上５０Ω／□以下、ヘビーエッジ部の膜抵抗
が１．０Ω／□以上５．０Ω／□以下の範囲にあること
が必要である。通常部の膜抵抗が５０Ω／□を越える
と、誘電正接が高くなり、コンデンサとしての性能が悪
くなる。また、通常部の膜抵抗が６Ω／□未満になると
自己回復性が悪くなり、コンデンサの耐電圧が低くな
る。好ましくは通常部の膜抵抗は８Ω／□以上４０Ω／
□以下、さらに好ましくは１０Ω／□以上３５Ω／□以
下である。また、ヘビーエッジ部の膜抵抗が１．０Ω／
□未満になると、金属層の形成加工時に発生する熱量が
過剰になり、フィルムが熱変形を起こすので、実用に支
障をきたす。一方、５．０Ω／□を越えると、誘電正接
が悪化する。好ましくは、１．５Ω／□以上４．５Ω／
□以下である。

【００１７】金属層を構成する金属としては亜鉛もしく
はアルミニウム単独または亜鉛とアルミニウムの２種類
併用である。これは、良好なコンデンサ特性を得ること
ができ、かつ金属層形成が比較的容易なためである。ま
た、亜鉛単独という場合にも金属付着力を向上させる目
的で核となる微量の異種金属を同時に設けることが一般
的である。核金属としては、銅、錫、銀、アルミニウ
ム、などが例示されるが、特に限定されるものではな
い。

【００１８】また金属層を形成する方法としては、誘導
加熱式真空蒸着法、スパッタリング法、イオンビーム法
などが例示されるが、特に限定されるものではない。

【００１９】本発明に用いるポリプロピレンフイルムの
ポリマーは、ホモポリマーの他にプロピレンと他のα−
オレフィン（例えばエチレン、ブテンなど）との共重合
体であっても、ポリプロピレンと他のα−オレフィン重
合体（例えばポリエチレン、ポリブテンなど）との混合
品であってもかまわない。

【００２０】本発明のフイルムとしては、無延伸フイル
ム、一軸延伸フイルム、二軸延伸フイルムのいずれでも
良いが、加工性や高温での寸法安定性が優れている二軸
延伸フイルムを用いるのが好ましい。勿論、延伸方法は
テンター法であっても、インフレーション法であっても
差し支えない。

【００２１】ここで用いるフイルムの表面粗さ（Ｒａ）
は、０．０２μｍ以上０．１５μｍ以下が好ましく、さ
らに好ましくは０．０３μｍ以上０．１２μｍ以下であ
る。この下限未満では、フイルムの滑りが悪くなるた
め、フイルムの加工や素子巻などの作業性が劣り、しわ
や巻ずれなどが発生する。逆にＲａがこの上限を越える
場合にはコンデンサ内部のコロナ放電量が増大し、金属
層の飛散消失によりコンデンサの容量低下が大きくな
る。ポリプロピレンフイルムの表面粗さ（Ｒａ）は、原
料の結晶化速度が速い程、溶融ポリマーを冷却固化する
ときの冷却速度が遅い程、延伸温度が高い程、延伸倍率
が低い程、大きくなる傾向にあり、これらを適宜選択
し、組み合せて所望の表面を得ることが出来る。

【００２２】あるいは、ポリプロピレンに無機、有機の
粒子を添加したり、ポリメチルペンテンなどの多種ポリ
マーを混入させてもよい。一般にこれらの添加物は、そ
の添加量を増す程Ｒａが大きくなる。

【００２３】本発明の金属化フイルムのマージン（電気
絶縁目的などにより金属化面の中に設けられる金属層の
ない部分）仕様は特に限定されるものではなく、通常の
タイプ以外に、例えばＴＤマージン、Ｔ型マージンなど
と呼ばれる島状の金属層を形成するものであっても差し
支えない。勿論、本発明のフイルムを使用するコンデン
サの型式は、特に限定されるものではない。例えば、巻
回型であっても、積層型であっても、あるいは乾式であ
っても、油浸式であってもかまわない。

【００２４】次に、本発明の金属化フイルムの製造方法
の一例について説明する。但し、本発明は以下の製造方
法に限定されるものではない。

【００２５】アイソタクチック度９５．０％以上のポリ
プロピレン樹脂を２００〜２９０℃の温度で溶融し、ス
リットを施したＴダイよりシート状に押出し、これを２
５〜９８℃のチルロールで冷却固化する。次に１１０〜
１５０℃の温度で長手方向に４〜７倍延伸し、次いで、
幅方向に１４５〜１６５℃の温度で６〜１２倍延伸し、
さらに１５０〜１６５℃の温度で熱処理する。このフイ
ルムを窒素と炭酸ガスの混合ガス雰囲気中に置き、２５
００〜７５００Ｊ／ｍ² の電気エネルギー量でフイルム
の金属層を設ける面にコロナ放電処理する。Ｎ／Ｃ及び
Ｏ／Ｃは、混合ガス濃度とコロナ放電処理の電気エネル
ギー量に大きく影響されるが、上記範囲のＮ／Ｃ及びＯ
／Ｃを得るには、混合ガスの窒素／炭酸ガスの比は７０
／３０〜９８／２が好ましい。

【００２６】このフイルムを真空蒸着装置にセットし、
フイルムのコロナ放電処理面の上に、亜鉛を通常部が６
〜５０Ω／□、ヘビーエッジ部が１．０〜５．０Ω／□
の膜抵抗になるように蒸着する。このとき、ヘビーエッ
ジ部と反対側端に沿ってマージンを設ける。この蒸着フ
イルムをにスリットし、これを２枚重ね巻回してコンデ
ンサ素子を作る。この素子に端面金属溶射を施し、リー
ド線を取り付けた後、外装してコンデンサとする。

【００２７】

【特性の測定法及び評価法】次に、本発明に用いる測定
法及び評価方法について説明する。

【００２８】（１）フイルム表層の原子構成比 国際電気（株）製のＥＳＣＡスペクトロメーターＥＳ２
００型を用い、次の条件でフイルム表面を測定した。

【００２９】 励起Ｘ線：Ａｌ Ｋ線α（１４８６．６ｅＶ） Ｘ線出力：１０ＫＶ、２０ｍＡ 温 度：２０℃ 運動エネルギー補正：中性炭素（＞ＣＨ₂ ）の運動エネ
ルギー値を１２０２．０ｅＶに合わせた。得られたスペ
クトルから、Ｃ_1SのピークとＯ_1Sのピークの面積比を、
Ｏ／Ｃの値とし、またＣ_1SのピークとＮ_1Sのピークの面
積比を、Ｎ／Ｃの値とした。

【００３０】（２）膜抵抗 東洋メタライジング（株）製薄膜抵抗測定器を用いて、
通常部はフイルムの幅方向の中央部から、幅５０ｍｍ長
さ２５０ｍｍ、ヘビーエッジ部はヘビーエッジ側のフイ
ルム端から幅５ｍｍ長さ２５０ｍｍのサンプルを採取
し、測定した。

【００３１】（３）誘電正接 安藤電気（株）製ＬＣＲメーター（タイプＡＧ−４３１
１）を用いて、２５℃の雰囲気中で、電圧１Ｖ、周波数
１ＫＨｚの条件での誘電正接を測定した。

【００３２】（４）耐電圧 コンデンサに１００Ｖ／秒の昇圧速度で交流電圧を課電
し、コンデンサが破壊するときの電圧を測定した。

【００３３】（５）素子巻性 通常のコンデンサ作成工程同様の素子巻きを行ない、工
程中の挙動及び仕上がり素子の状態を調べた。このとき
の主要素子巻条件は次の通り。

【００３４】素子巻機 ：皆藤製作所製ＫＭＷ−２ＨＣ 素子巻速度：２０００ｒｐｍ 張 力：７００ｇ また、判定は次によった。

【００３５】○：良好 ×：しわ、ずれの少なくともいずれかが発生

【００３６】（６）金属厚さの均一性 ウチダ製カラービュアーの上に金属化フイルム１枚を乗
せ、透過光にて２ｍ²の面積を目視観察した。

【００３７】判定基準は次の通り。

【００３８】○：良好 ×：金属膜に濃淡むらがある

【００３９】（７）表面粗さ ＪＩＳ−Ｂ−０６０１に準じた。尚、カットオフは０．
２５ｍｍとした。

【００４０】

【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００４１】実施例１ アイソタクティックインデックス（ＩＩ）９７．０％の
ポリプロピレン樹脂を、押出機温度２５５℃の温度で溶
融し、スリットを施したＴダイより押出し、５０℃のチ
ルロールで冷却固化した後、該シートを長さ方向に１３
０℃の温度で４．７倍に延伸し、次いで幅方向に１５５
℃の温度で９倍に延伸し、さらに１６０℃の温度で熱処
理し、厚さ６μｍのポリプロピレンフイルムを得た。こ
のフイルムの片面を、窒素／炭酸ガスの容積比が９０／
１０の混合ガス雰囲気中で、５０００Ｊ／ｍ² の電気エ
ネルギー量でコロナ放電処理した。このフイルムを真空
蒸着機中にセットし、コロナ放電処理を施した面に、銅
を核付け金属とし、通常部の膜抵抗が１５Ω／□、ヘビ
ーエッジ部の膜抵抗が２．５Ω／□になるよう亜鉛を蒸
着した。このフイルムをスリットした後、素子巻してコ
ンデンサ素子を作り、該素子の端面に金属溶射を施し、
この溶射金属からリードを取り出した。次にエポキシ樹
脂にてポッティングし、コンデンサとした。このとき、
コンデンサの容量は１０μＦであった。

【００４２】この金属化ポリプロピレンフイルムとコン
デンサについて評価を行なった。

【００４３】実施例２ 蒸着金属を亜鉛とアルミニウムの混合とした以外は、実
施例１と同様に実施した。このときの金属層の亜鉛重量
比率は、９５％であった。

【００４４】実施例３ コロナ放電処理の電気エネルギー量を３０００Ｊ／ｍ²
とした以外は、実施例１と同様に実施した。

【００４５】実施例４ 通常部の膜抵抗を１０Ω／□とした以外は、実施例１と
同様に実施した。

【００４６】実施例５ 蒸着金属をアルミニウム単独とした以外は、実施例１と
同様に実施した。

【００４７】比較例１ コロナ放電処理における電気エネルギー量を８００Ｊ／
ｍ² とし、空気雰囲気下で処理した以外は、実施例１と
同様に実施した。

【００４８】比較例２ コロナ放電処理の電気エネルギー量を８０００Ｊ／ｍ²
とした以外は、実施例１と同様に実施した。

【００４９】比較例３ 通常部の膜抵抗を５５Ω／□とし、ヘビーエッジ部の膜
抵抗を６．５Ω／□とした以外は、実施例１と同様に実
施した。

【００５０】比較例４ 通常部の膜抵抗を５Ω／□とし、ヘビーエッジ部の膜抵
抗を０．８Ω／□とした以外は、実施例１と同様に実施
した。

【００５１】比較例５ 通常部の膜抵抗及びヘビーエッジ部の膜抵抗を共に１０
Ω／□とした以外は、実施例１と同様に実施した。

【００５２】実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例５
の結果を表１に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【発明の効果】本発明により、耐電圧特性、誘電正接特
性及び容量変化率共に良好なコンデンサを達成出来るコ
ンデンサ用金属化ポリプロピレンフイルムを得ることが
出来た。本発明の金属化ポリプロピレンフイルムは、金
属層の均一性や素子巻などの作業性も良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンデンサ用金属化ポリプロピレンフ
イルムの断面の一例を示した概略図である。

【符号の説明】

１：ポリプロピレンフイルム ２：金属層 ３：通常部 ４：ヘビーエッジ部 ５：マージン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面の原子構成比において、窒素原子数
   ／炭素原子数が０．１１以上０．２２以下の範囲にあ
   り、かつ酸素原子数／炭素原子数が０．０１以上０．２
   ０以下の範囲にあるポリプロピレンフイルムの該表面に
   亜鉛もしくはアルミニウム単独または亜鉛とアルミニウ
   ムの２種類からなる金属層が施され、かつ該金属層の厚
   さが通常部に比べリード取り出し側の端部の方が厚いヘ
   ビーエッジ構造であって、かつ該金属層の通常部の膜抵
   抗が６Ω／□以上５０Ω／□以下、ヘビーエッジ部の膜
   抵抗が１．０Ω／□以上５．０Ω／□以下の範囲にある
   ことを特徴とするコンデンサ用金属化ポリプロピレンフ
   イルム。