JPH0656826B2 - コンデンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はコンデンサ，さらに詳しくはプラスチツクフイ
ルムを誘電体とするコンデンサに関するものである。

〔従来技術〕

従来，２軸配向ポリフエニレンスルフイドフイルムをコ
ンデンサの誘電体として用い，周波数特性，温度特性，
耐ハンダ性の優れたコンデンサを得ることが，特開昭５
７−１８７３２７等において知られている。

しかし，かかる従来のコンデンサ，特に薄い誘電体を用
いたコンデンサは、容量および絶縁破壊電圧のバラツキ
が大きくなるという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は，上記欠点を解消し，２軸配向ポリフエ
ニレンスルフイドフイルムコンデンサの優れた特性を損
なうことなく，容量および絶縁破壊電圧のバラツキの小
さいコンデンサを提供せんとするものである。

〔発明の構成〕

本発明は上記の目的を達成するため，次の構成，すなわ
ち，誘電体が，ポリ−ｐ−フエニレンスルフイドを主成
分とする樹脂組成物からなり，かつ表面の微細突起密度
Ｓｄが２０〜３００個／mm，粗大突起密度Ｌｄが５個／
mm以下の範囲にある２軸配向ポリフエニレンスルフイド
フイルムであり，電極が，金属の薄膜または箔であるこ
とを特徴とするコンデンサとしたものである。

本発明においてポリ−ｐ−フエニレンスルフイドとは，
くり返し単位の７０モル％以上（好ましくは８５％モル
％以上）が一般式 で示される構成単位からなる重合体をいう。かかる成分
が７０モル％未満ではポリマの結晶性，熱転移温度等が
低くなりポリ−ｐ−フエニレンスルフイドを主成分とす
る樹脂組成物からなるフイルムおよびその積層体の特長
である耐熱性，寸法安定性，機械的特性等を損なう。

くり返し単位の３０モル％未満（好ましくは１５モル％
未満）であれば共重合可能なスルフイド結合を含有する
単位が含まれていてもさしつかえない。

本発明においてポリ−ｐ−フエニレンスルフイドを主成
分とする樹脂組成物（以下ＰＰＳと略称する）とは，上
記ポリ−ｐ−フエニレンスルフイドを９０重量％以上含
む組成物を言う。

ポリ−ｐ−フエニレンスルフイドの含有量が９０重量％
未満では組成物の結晶性，熱転移温度等が低くなり該組
成物からなるフイルムおよびその積層体の特長である耐
熱性，寸法安定性，機械的特性等を損なう。

該組成物中の残りの１０重量％未満はポリパラフエニレ
ンスルフイド以外のポリマ，無機または有機充添剤等か
ら成ることができる。また，無機または有機の滑剤，着
色剤，紫外線吸収剤等の添加物を含むこともさしつかえ
ない。

該樹脂組成物の溶融粘度は，温度３００℃，せん断速度
２００sec^-1のもとで５００〜１２０００ポイズ（より
好ましくは７００〜７０００ポイズ）の範囲がフイルム
の成形性の点で好ましい。

本発明において，２軸配向ポリフエニレンスルフイドフ
イルム（以下ＰＰＳ−ＢＯと略称する）とは，上記ＰＰ
Ｓを溶融成形してシート状とし，２軸延伸，熱処理して
なるフイルムであつて，その配向度は特に限定されない
が，Ｘ線極図形法により２θ＝２０〜２１゜に存在する
結晶ピークから求めた面配向度が０．７５以上のものが
好ましい。また，その厚さは０．３〜１０μｍの範囲が
好ましい。

本発明において，微細突起密度Ｓｄとは，突起高さ０．
０２μｍ以上の突起の線密度（単位長さ当りの個数）を
いう。

ここに，突起高さは触針式表面粗さ計（カツトオフ値が
０．０８mm，触針の半径２μｍ）によつて測定されるも
ので，縦倍率Ｎでフイルムの長さ１mmにわたつて測定し
た粗さ曲線のチヤート上のｉ番目の山頂のレベルをＭ
ｉ，同じくｉ番目の山の左側の谷底のレベルをＶｉとす
るとき，Ｐｉ＝（Ｍｉ−Ｖｉ）／Ｎをｉ番目の突起の突
起高さと定義する。

本発明に用いるＰＰＳ−ＢＯのＳｄは，２０〜３００
（より好ましくは３０〜２００）個／mmの範囲にあるこ
とが必要である。Ｓｄが３００個／ｍｍを超えても、Ｓ
ｄが２０個／ｍｍ未満でも得られるコンデンサの容量の
バラツキ、絶縁破壊電圧のバラツキが大きくなり、本発
明の目的を達成することはできない。

本発明において，粗大突起密度Ｌｄとは，突起高さ０．
２μｍ以上の突起の線密度をいう。

本発明に用いるＰＰＳ−ＢＯのＬｄは，５（より好まし
くは３）個／mm以下であることが必要である。Ｌｄが大
きすぎると本発明の目的を達成することはできない。

本発明におけるＳｄあるいはＬｄの値と，JISR-0601に
規定された方法で測定した平均表面あらさＲａの値とは
一義的には対応しないが，本発明に用いるＰＰＳ−ＢＯ
のＲａは，おおよそ０．０２〜０．０８μｍの範囲が好
ましい。逆に，Ｒａがこの範囲にあつてもＳｄおよびＬ
ｄの値が上記の条件を満さないものは，本発明の目的を
達し得ないことは言うまでもない。

本発明に用いるＰＰＳ−ＢＯの密度は１．３５６ｇ／cm
³以上であることが，得られるコンデンサの耐ハンダ性
の点で好ましい。

また，本発明に用いるＰＰＳ−ＢＯの熱収縮率は，２５
０℃，５０分で縦，横方向とも０〜８％であることが，
得られるコンデンサの耐ハンダ性の点で好ましい。

さらに，本発明に用いるＰＰＳ−ＢＯの吸湿率は２５℃
１００％RHで０．１％以下であることがコンデンサの特
性上好ましい。

本発明に用いるＰＰＳ−ＢＯの絶縁破壊電圧は直流で２
４０kV／mm以上であることが，コンデンサの特性上好ま
しい。

本発明において，コンデンサとは，電気回路の受動回路
素子の一種で，誘電体をはさんで導体からなる一対の電
極を設けることにより，両電極間に一定の静電容量を与
えたものを意味し，蓄電器，キヤパシターなどと呼ばれ
ているものと同義である。

本発明のコンデンサの電極は，金属の薄膜または箔から
なり，形状，材質等は特に限定されるものではない。

なお金属箔とは，自己支持性の金属膜であり，その厚さ
は，３〜１５μｍが好ましい。

金属薄膜とは，ＰＰＳ−ＢＯを支持体として，その表面
に蒸着，メツキ等の方法で形成された非自己支持体の金
属膜であり，その厚さは０．０１〜０．５μｍが好まし
い。

これら金属膜の材質は特に限定されないが，アルミニウ
ム，亜鉛，ニツケル，クロム，銅，もしくはこれらの合
金が好ましい。

本発明のコンデンサの電極として，金属薄膜を用いる場
合，ＰＰＳ−ＢＯ支持体上に金属薄膜が形成され一体と
なつたいわゆる金属化フイルムの状態での熱収縮率が，
２５０℃３０分間で０〜８％（より好ましくは０〜６
％）であることが，好ましい。

本発明のコンデンサは，前述のＰＰＳ−ＢＯを誘電体と
することを特徴とするものであるが，ＰＰＳ−ＢＯを誘
電体とするコンデンサ本来の特長である，温度特性，周
波数特性等を損なわない限り，ＰＰＳ−ＢＯ以外の絶縁
体薄膜が，ＰＰＳ−ＢＯとともに電極間に存在すること
は何ら支障ない。

本発明のコンデンサの形状としては，通常のリード線を
有するタイプもしくはリード線を有さず基板にハンダを
用いて直付けするタイプ（いわゆるチツプコンデンサ）
のいずれでもよい。

また、ＰＰＳ−ＢＯそのものは，大気中の湿気の影響を
全く受けないが電極がアルミニウムの薄膜で形成される
場合のように大気中の湿気の影響を受けるときは，コン
デンサの周囲に外被を設けることが好ましい。かかる外
被の材質としては，アルミニウムなどの金属，ガラスな
どの無機物，プラスチツクス等が挙げられるが，チツプ
コンデンサの場合には，軟化点が２００℃以上（より好
ましくは２４０℃以上）の樹脂組成物が好ましい。

次に，本発明のコンデンサの製造方法について説明す
る。

先ず，本発明に使用するポリ−ｐ−フエニレンスルフイ
ドの重合方法としては，硫化アルカリとｐ−ジハロベン
ゼンを極性溶媒中で高温高圧下に反応させる方法を用い
る。特に硫化ナトリウムとｐ−ジクロルベンゼンをＮ−
メチル−ピロリドン等のアミド系高沸点極性溶媒中で反
応させるのが好ましい。この場合，重合度を調整するた
めに，か性アルカリ，カルボン酸アルカリ金属塩等のい
わゆる重合助剤を添加して，２３０〜２８０℃で反応さ
せるのが最も好ましい。重合系内の圧力および重合時間
は，使用する助剤の種類や量および所望する重合度など
によつて適宜決定される。

かくして得られたポリ−ｐ−フエニレンスルフイドに，
必要に応じ，他のポリマ，添加剤などをブレンド，添加
する。

こうして得られた樹脂組成物（ＰＰＳ）は，エクストル
ーダに代表される周知の溶融押出装置に供給され，溶融
される。

フイルム表面のＳｄおよびＬｄを本発明の構成範囲内と
するために，必要に応じて上記の溶融押出工程以前の任
意の段階で，樹脂組成物中に，平均粒子径が０．１〜
１．５μｍの微粒子を均一に分散させておく。該微粒子
の添加量は，樹脂組成物中に内包されている粒子成分の
種類および量，添加微粒子の平均粒子径等によつて異な
るが，およそ０．０５〜０．８wt％の範囲である。

次に，溶融された樹脂を，９５％カツト孔径が３〜２０
μｍ（好ましくは３〜１５μｍ）の高精度フイルターで
ろ過した後，いわゆるＴダイから連続的に押出し，冷却
された金属ドラム上にキヤストして，急冷固化し，未配
向非晶状態のシートとする。該金属ドラムの表面は，荒
らさ０．４ｓ以下の鏡面に仕上げられていることが好ま
しい。

次に，このようにして得られたシートを２軸延伸して面
配向度を０．７５以上とする。延伸方法としては，逐次
２軸延伸法，同時２軸延伸法等の周知の方法を用いるこ
とができるが，ロール群によつてシート長手方向に延伸
した後に，テンタによつて幅方向に延伸する，いわゆる
縦横逐次２軸延伸法によるのが好ましい。延伸温度は縦
横ともに９５〜１１０℃の範囲とする。一方，延伸倍率
は樹脂粘度，延伸温度などによつて異なり，一概には言
えないが，およそ３．３〜４．８倍の範囲である。

次に，このようにして得られた延伸フイルムを定長熱処
理する。ここにいう定長熱処理とは，熱処理中の幅およ
び長さの変化が１０％以下になるようにすることを意味
する。熱処理条件は２００〜２９０℃で３〜５０秒とす
るが，２５０〜２８５℃で５〜３０秒行うのが好まし
い。

定長熱処理の後に，２９０℃以下の温度で，長手方向ま
たは／および幅方向に数％以下のリラツクスを行うこと
も好ましい。

以上のようにして，２軸配向ポリフエニレンスルフイド
フイルム（ＰＰＳ−ＢＯ）を得る。

こうして得たフイルムを誘電体とし，金属膜を電極とし
て，周知の方法でコンデンサ素子を形成する。すなわ
ち，金属箔を電極とする場合には，細断したフイルムと
金属箔を重ね合わせて円筒状に巻き上げるいわゆる巻回
法が，また金属薄膜を電極とする場合には，あらかじめ
フイルム上に蒸着法，メツキ法等によつて金属薄膜層を
形成した後，コンデンサ素子とする方法が適用できる。
いずれの場合も，巻回後，常温〜２００℃位の温度でフ
イルム表面と垂直方向にプレスして，容量および絶縁破
壊電圧の安定化を図る。

フイルム上に金属薄膜層を形成する場合，あらかじめフ
イルム表面に，コロナ処理，プラズマ処理等，接着性向
上のための処理を施しておくこともできる。

必要に応じ，上記のコンデンサ素子に，端面導電化処
理，リード線取付け，外被形成などを行つてコンデンサ
とする。

また，本発明のコンデンサに油，電解液などを含浸せし
めて，いわゆる液浸コンデンサとしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明のコンデンサは，以上のような構成とした結果，
従来のポリフエニレンスルフイドフイルムを誘電体とす
るコンデンサの欠点であつた容量および絶縁破壊電圧の
バラツキが解消され，容量および絶縁破壊電圧の安定
性，均一性に優れたコンデンサとなつた。

また本発明のコンデンサは，温湿度が大幅に変化しても
容量がほとんど変化しないという，従来のコンデンサに
はない優れた特徴を有するため，変化する環境下で常に
一定の容量を示すことが要求される回路用として有用で
ある。

また本発明のコンデンサは，広い温度範囲にわたつて誘
電損失が小さく，１００〜１７０℃という高い温度下で
も長時間安定した特性を示すので，自動車や電気機器の
中などのように，周囲が高温になる所での使用に好適で
ある。

さらに，本発明のコンデンサは耐ハンダ性を有するた
め，リード線を持たないいわゆるチツプコンデンサとし
て，プリント基板に直にハンダ付して用いることができ
るので，実装効率の点で従来のフイルムコンデンサより
大幅に優れている。

次に，本発明の記述において使用した，フイルム，およ
びコンデンサの特性値の測定，評価法について説明す
る。

(1) コンデンサの容量 自動キヤパシタンスブリツジを用いて，２５℃１kHz で
容量（キヤパシタンス）を測定した。

(2) 容量のバラツキ 同一条件で製造したコンデンサ１００個の容量を測定し
てそれらの平均値および標準偏差σ_cを算出し，（σ_c
／）×１００を容量のバラツキ（単位：％）と定義す
る。このバラツキが少ないほど優れていることは言うま
でもない。なお、このバラツキが７％未満であると実用
に供し得る。

(3) コンデンサの絶縁破壊電圧 コンデンサを２３℃・５０％RHの雰囲気に２４時間放置
した後，同一雰囲気で１００Ｖ／秒の昇圧速度で直流電
圧を印加していき，コンデンサが絶縁破壊するときの電
圧を絶縁破壊電圧とする。

(4) 絶縁破壊電圧のバラツキ 同一条件で製造したコンデンサ１００個について絶縁破
壊電圧を測定して，それらの平均値および標準偏差σ
_vを算出し，（σ_v／）×１００を絶縁破壊電圧のバラ
ツキ（単位：％）と定義する。このバラツキが少ないほ
ど優れていることは言うまでもない。なお、このバラツ
キが７％未満であると実用に供し得る。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を挙げて，さらに詳細に説明する。

実施例１ (1) 本発明に用いる２軸配向ポリフエニレンスルフイ
ドフイルム（ＰＰＳ−ＢＯ）の調製 オートクレーブに，硫化ナトリウム３２．６kg（２５０
モル，結晶水４０wt％を含む），水酸化ナトリウム１０
０ｇ，安息香酸ナトリウム３６．１kg（２５０モル），
およびＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ＮＭＰと略称
する）７９．２kgを仕込み２０５℃で脱水したのち，
１，４ジクロルベンゼン（ｐ−ＤＣＢと略称する）３
７．５kg（２５５モル），およびＮＭＰ２０．０kgを加
え，２６５℃で４時間反応させた。反応生成物を水洗，
乾燥して，ｐ−フエニレンスルフイドユニツト１００モ
ル％からなり，溶融粘度３１００ポイズのポリ−ｐ−フ
エニレンスルフイド２１．１kg（収率７８％）を得た。

この組成物に，平均粒子径０．７μｍのシリカ微粉末
０．１wt％，ステアリン酸カルシウム０．０５wt％を添
加し，４０mm径のエクストルーダによつて３１０℃で溶
融し，金属繊維を用いた９５％カツト孔径１０μｍのフ
イルダでろ過したのち，長さ４００mm，間隙１．５mmの
直線状リツプを有するＴダイから押し出し，表面を２５
℃に保つた金属ドラム上にキヤストして冷却固化し，厚
さ５２μｍの未延伸フイルムを得た。

このフイルムをロール群から成る縦延伸装置によつて，
フィルム温度９８℃，延伸速度３００００％／分で４．
４倍縦延伸し、続いてテンタを用いて，温度１００℃，
延伸速度１０００％／分で３．８倍横延伸し，さらに同
一テンタ内の後続する熱処理室で，２７５℃で１０秒間
熱処理して，厚さ４μｍのＰＰＳ−ＢＯを得た（フィル
ムＡとする）。

このフイルムのＳｄは６７個／mm，Ｌｄは１個／mm，密
度は１．３６０であり，本発明に用いるＰＰＳ−ＢＯと
しての条件を満たしていた。

これとは別に比較のために，溶融押出前にシリカ微粒子
を添加しなかつたと以外はフイルムＡと全く同じ条件で
２軸配向ＰＰＳフイルムを調整した（フイルムＢとす
る。）このフイルムのＳｄは１１個／mm，Ｌｄは１個／
mm，密度は１．３６１ｇ／cm³であり，本発明に用いる
ＰＰＳ−ＢＯとしての要件を満していなかつた。

(2) コンデンサの作成 上記のフイルムＡおよびフイルムＢを各々真空蒸着装置
にかけ，アルミニウムを表面抵抗３Ωになるように片面
蒸着した。これらの蒸着フイルムをスリツトして，素子
巻機にかけ，２枚重ねて巻き挙げ，１２０℃でプレスし
て中空部をつぶしコンデンサ素子を作り，さらに常法に
よつて端面メタリコン処理およびリード線取り付けを行
つてコンデンサ（容量０．５μＦ）を得た（各々コンデ
ンサＡ，およびコンデンサＢとする）。

(3) 評 価 表−１に得られたコンデンサの評価結果を示す。本発明
のコンデンサ（コンデンサＡ）は，容量および絶縁破壊
電圧のバラツキが小さい優れたコンデンサであることが
わかる。

実施例２ (1) ＰＰＳ−ＢＯの調製 実施例１のフイルムＡと同様にして，溶融押出前に添加
するシリカ微粉末の平均粒子径および添加量のみを変え
た５種類のＰＰＳ−ＢＯ（厚さ６μｍ）を調製した（フ
イルムＣ〜Ｇとする）。

(2) コンデンサの作成および評価 実施例１と同様にして，フイルムＣ〜Ｇを誘電体とし，
アルミニウム蒸着層を電極とする，個別巻回型コンデン
サを作成した。

表−２に得られたコンデンサの評価結果を示す。この表
から，微細突起密度Ｓｄおよび粗大突起密度Ｌｄが特定
の範囲内にある本発明のコンデンサは，容量および絶縁
破壊電圧のバラツキが極めて小さく優れていることがわ
かる。

実施例３ 実施例１と同様にして，溶融押出前に平均粒径２μｍの
炭酸カルシウム微粉末を０．５％添加し，溶融物を，金
属繊維を用いた９５％カツト孔径１０μｍのフイルタで
ろ過して，厚さ２．５μｍのＰＰＳ−ＢＯを得た（フイ
ルムＨとする）。

一方，比較のために，溶融物を９５％カツト孔径が４０
μｍのフイルタでろ過したことを除いては上記と全く同
様にして厚さ２．５μｍの２軸延伸フイルムを調製した
（フイルムＩとする）。

次に実施例１と同様にして，フイルムＨおよびＩを各々
誘電体とし，アルミニウム蒸着層を電極とする，個別巻
回型コンデンサ（コンデンサＨおよびＩとする）を作成
した。

表−３に，用いたフイルムの特性値および得られたコン
デンサの評価結果を示す。

表−３から，粗大突起密度が大きすぎると，本発明の目
的を達し得ないことがわかる。

実施例４ 溶融押出前に平均粒径１．２μｍのシリカ微粉末を０．
２％添加した以外は実施例１と同様にして、厚さ２μｍ
の２軸延伸フイルムを得た（フイルムＪとする）。

次に、実施例１と同様にしてフイルムＪを誘電体とし，
アルミニウム蒸着層を電極とする個別巻回型コンデンサ
を作成した（コンデンサＪとする）。

比較のために、シリカの平均粒径を２．０μｍに変更し
て、同様に２軸延伸フイルムを作成（フイルムＫとす
る）し、同様にコンデンサに調製した（コンデンサＫと
する）。

表−４に、用いたフイルムの特性値および得られたコン
デンサの評価結果を示す。微細突起密度Ｓｄが２０個／
ｍｍ未満では、得られたコンデンサの容量のバラツキ、
絶縁破壊電圧のバラツキが大きくなり、本発明の効果が
得られないことがわかる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体が，ポリ−ｐ−フエニレンスルフイ
   ドを主成分とする樹脂組成物からなり，かつ表面の微細
   突起密度Ｓｄが２０〜３００個／mm，粗大突起密度Ｌｄ
   が５個／mm以下の範囲にある２軸配向ポリフエニレンス
   ルフイドフイルムであり，電極が，金属の薄膜または箔
   であることを特徴とするコンデンサ。