CN107430900B - 介电膜及使用其的膜电容器、连结型电容器、以及逆变器、电动车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种介电膜，其是包含有机树脂的聚合物和有机树脂的单体的介电膜，其中，聚合物为聚芳酯及环烯烃聚合物中的至少任一者，单体为酚系单体、硫系单体及磷系单体中的至少任一种，单体相对于聚合物100质量份的含量合计为0.01～7.6质量份。
Description
技术领域
本发明涉及介电膜及使用其的膜电容器、连结型电容器、以及逆变器、电动车辆。
背景技术
膜电容器例如具有金属膜作为电极，该金属膜通过蒸镀而形成在将聚丙烯树脂膜化得到的介电膜的表面。通过此种构成，具有以下优点：即使在介电膜的绝缘缺陷部发生短路的情况下，也会因短路的能量而使缺陷部周边的金属膜蒸发、飞散而绝缘化，可以防止膜电容器的绝缘击穿(例如参照专利文献1)。
因此，膜电容器可以防止电路短路时的起火、出点。这一点受到了注目，近年来，开始应用到LED(Light Emitting Diode，发光二级管)照明等电源电路中，并且用途不断扩大至混合动力汽车的电动机(日文：モータ)驱动、太阳光发电的逆变器系统等(例如参照专利文献2)。
但是，在安装有各种电子部件的基板上，膜电容器与陶瓷电容器等其他电子部件相比依然是尺寸较大，因此妨碍该基板的低高度化和安装密度的提高。因此，正在研究膜电容器的小型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9－129475号公报
专利文献2：日本特开2010－178571号公报
发明内容
本发明的介电膜包含有机树脂的聚合物和有机树脂的单体，上述聚合物为聚芳酯及环烯烃聚合物中的至少任一者，上述单体为酚系单体、硫系单体及磷系单体中的至少任一种，在将上述聚合物的含量设为100质量份时，上述单体的含量合计为0.01～7.5质量份。
本发明的膜电容器在上述的介电膜的主面具备电极膜。
本发明的连结型电容器通过汇流排连接有多个上述的膜电容器。
本发明的逆变器是具备由开关元件构成的电桥电路和连接于该电桥电路的电容部的逆变器，上述电容部为上述的膜电容器或连结型电容器。
本发明的电动车辆具备电源、连接于该电源的上述的逆变器、连接于该逆变器的电动机和由该电动机驱动的车轮。
附图说明
图1中，(a)为示意性表示在介电膜的两主面具有电极膜的结构的剖视图，(b)为示意性表示膜电容器的第一实施方式的构成的外观立体图。
图2为示意性表示膜电容器的第二实施方式的构成的展开立体图。
图3为示意性表示连结型电容器的一个实施方式的构成的立体图。
图4为用于说明逆变器的一个实施方式的构成的概略构成图。
图5为表示电动车辆的一个实施方式的概略构成图。
具体实施方式
本实施方式的介电膜包含有机树脂的聚合物(以下有时也简称为聚合物)和有机树脂的单体(以下有时也简称为单体)。聚合物为介电膜的主成分。予以说明，介电膜的主成分是指占据介电膜的70质量％以上的成分。
在本实施方式的介电膜中，聚合物为聚芳酯及环烯烃聚合物中的至少任一者。单体为酚系单体、硫系单体及磷系单体中的至少任一种。
在将介电膜中的聚合物的含量设为100质量份时，单体的含量合计为0.01～7.5质量份。
通过使以聚芳酯及环烯烃聚合物中的至少任一者为主成分的介电膜中含有规定量的上述单体，从而可以提高介电膜的击穿电场强度。例如在将不包含单体的介电膜的击穿电场强度设为1时，本实施方式的介电膜的击穿电场强度可以为1.002倍以上。
这样，通过使以聚芳酯及环烯烃聚合物中的至少任一者为主成分的介电膜中含有规定量的上述单体，从而介电膜的击穿电场强度提高。这是由于：上述的单体具有可以捕获电荷的位点。例如认为这是由于：在对介电膜施加电场时，浮游于介电膜中的电荷的至少一部分被捕捉到分散于介电膜中的单体上(以下也称作电荷捕获效应)，抑制局部的电场集中。
这样，通过提高介电膜的击穿电场强度(耐电压)，从而可以实现介电膜的薄层化，可以作为例如平均厚度5μm以下、特别是1～5μm的介电膜来使用。通过使用此种薄层的介电膜，从而可以降低介电膜的层叠数、卷绕数。其结果可以使膜电容器小型化。
另外，利用如上所述的单体的电荷捕获效应，还可以抑制由聚合物的氧化所致的劣化。认为这是由于：酚系、硫系及磷系的各单体捕捉因聚合物的氧化劣化产生的自由基，例如就酚系的单体而言，单体本身变成反应性低的苯氧基自由基，由此可以抑制聚合物劣化的进行。另外认为：硫系的聚合物及磷系的聚合物作为过氧化物分解剂发挥作用，可以抑制氧化反应的连续进行。这样通过抑制聚合物的劣化，从而还可以提高介电膜的高温负荷寿命。
聚芳酯为包含二元酚与芳香族二羧酸的聚合物的芳香族聚酯。作为聚芳酯的一例，可列举具有通式(1)或(2)所示的重复单元的聚合物。
[化1]
通式(1)或(2)中，X表示选自脂肪族的2价基团、环状脂肪族的2价基团、通式(3)所示的2价基团中的至少一种。通式(2)中，Y表示取代或未取代的丙炔基。
通式(3)中，R1、R2分别独立地表示取代或未取代的烷基、芳基、或者卤素原子。A表示单键、碳原子数1～12的直链状、支链状或环状的亚烷基。
作为上述通式(1)、(2)中的X的具体例，可列举例如通式(4a)～(4n)所示的2价基团。
[化2]
环烯烃聚合物(COP)为以环烯烃类作为单体合成的聚合物，其是在分子结构中具有脂环结构的聚合物。环烯烃类的单体为具有由碳原子形成的环结构、且在该环结构中具有碳－碳双键的化合物。作为环烯烃类的单体的具体例，可列举单环环烯烃、通式(5)这样的具有降冰片烯环的降冰片烯系单体等。以下，R1～R3为任意的官能团。
[化3]
作为降冰片烯系单体的具体例，可列举降冰片烯类、二环戊二烯类、四环十二碳烯类等。它们有时还含有烷基、烯基、烷叉基、芳基等烃基、羧基、酸酐基等极性基团作为取代基。
另外，成为环烯烃聚合物的降冰片烯系单体除降冰片烯环的双键以外还可以具有双键。其中，若使用非极性的、即仅由碳原子和氢原子构成的降冰片烯系单体，则可以提高膜成形时与脱模膜的脱模性。
在非极性的降冰片烯系单体中包括非极性的二环戊二烯类、非极性的四环十二碳烯类、非极性的降冰片烯类、五环体以上的非极性的环烯烃类等。
作为具体例，例如在非极性的二环戊二烯类的情况下，可列举二环戊二烯、甲基二环戊二烯、二氢二环戊二烯(也称作三环[5.2.1.02,6]癸－8－烯)等。
另外，作为非极性的四环十二碳烯类，可列举：四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－甲基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－乙基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－环己基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－环戊基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－亚甲基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－乙叉基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－乙烯基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－丙烯基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－环己烯基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－环戊烯基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯、9－苯基四环[6.2.1.13,6.02,7]十二－4－烯等。
作为非极性的降冰片烯类，可列举：2－降冰片烯(也简称为降冰片烯)、5－甲基－2－降冰片烯、5－乙基－2－降冰片烯、5－丁基－2－降冰片烯、5－己基－2－降冰片烯、5－癸基－2－降冰片烯、5－环己基－2－降冰片烯、5－环戊基－2－降冰片烯、5－乙叉基－2－降冰片烯、5－乙烯基－2－降冰片烯、5－丙烯基－2－降冰片烯、5－环己烯基－2－降冰片烯、5－环戊烯基－2－降冰片烯、5－苯基－2－降冰片烯、四环[9.2.1.02,10.03,8]十四－3,5,,7,12－四烯(也称作1,4－亚甲基－1,4,4a,9a－四氢－9H－芴)、四环[10.2.1.02,11.04,9]十五－4,6,8,13－四烯(也称作1,4－亚甲基－1,4,4a,9,9a,10－六氢蒽)等。
作为五环体以上的非极性的环烯烃类，可列举：五环[6.5.1.13,6.02,7.09,13]十五－4,10－二烯、五环[9.2.1.14,7.02,10.03,8]十五－5,12－二烯、六环[6.6.1.13,6.110,13.02,7.09,14]十七－4－烯等。
如上所述的降冰片烯系单体通过如下所示的开环聚合(式6)或乙烯基共聚(式7)而形成环烯烃聚合物。
[化4]
作为此种环烯烃聚合物的具体例，市售有例如：作为降冰片烯系开环聚合物(以下有时也简称为开环聚合物)的JSR株式会社制的ARTON(注册商标)、日本ZEON株式会社制的ZEONEX(注册商标)、ZEONOR(注册商标)；作为降冰片烯系的乙烯基共聚物(以下有时也简称为乙烯基共聚物)的三井化学株式会社制的APEL(注册商标)、APO(注册商标)及聚塑料株式会社制的TOPAS(注册商标)等。其中，尤其是开环聚合物、即具有降冰片烯环的单体的开环聚合物的膜成形性、耐化学品性优异。
聚合物可以是包含如上所述的聚芳酯及环烯烃聚合物中的任一种聚合物的聚合物，也可以是包含2种以上的聚合物的聚合物。聚合物可以是不同的多种聚合物和/或单体的共聚物。聚合物也可以是进一步包含聚芳酯及环烯烃聚合物以外的聚合物的聚合物。
酚系单体是指在亚苯基环的邻位具有甲基或丁基的单体。可列举例如：2,6－二－叔丁基－对甲酚、3－(3,5－二－叔丁基－4－羟基苯基)丙酸硬脂酯、3,9－双{2－[3－(3－叔丁基－4－羟基－5－甲基苯基)丙酰氧基]－1,1－二甲基乙基}－2,4,8,10－四氧杂螺[5.5]十一烷、1,3,5－三(3,5－二－叔丁基－4－羟基苯基甲基)－2,4,6－三甲基苯等。
硫系单体是指在2价的硫原子上键合有丙酸酯的单体。可列举例如：双[3－(十二烷基硫基)丙酸]2,2－双{[3－(十二烷基硫基)－1－氧代丙基氧基]甲基}－1,3－丙烷二基、3,3’－硫代二丙酸二(十二烷基)酯、3,3’－硫代二丙酸二(十四烷基)酯等。这些单体的分子量大，难以从介电膜中溶出，保留性优异。
磷系单体是指在单体中包含亚磷酸酯的单体。可列举例如：亚磷酸三(2,4－二－叔丁基苯基)酯、3,9－双(2,6－二－叔丁基－4－甲基苯氧基)－2,4,8,10－四氧杂－3,9－二磷杂螺[5.5]十一烷等。其中，亚磷酸三(2,4－二－叔丁基苯基)酯不易水解，通用性高。
就本实施方式的介电膜而言，通过限定上述的单体的含量，从而可以进一步提高击穿电场强度。
例如，在聚合物为聚芳酯的情况下，通过在将介电膜中的聚合物(聚芳酯)的含量设为100质量份时使单体的含量合计为0.01～4.6质量份，从而可以提高介电膜的击穿电场强度。
通过使酚系单体的含量相对于聚芳酯100质量份为0.1～4.0质量份，从而可以提高介电膜的击穿电场强度。尤其是，在单体单独为酚系单体的情况下，通过使其含量为0.5～4.0质量份，从而可以进一步提高介电膜的击穿电场强度。
通过使硫系单体的含量相对于聚芳酯100质量份为0.5～4.0质量份，从而可以提高介电膜的击穿电场强度。
通过使磷系单体的含量相对于聚芳酯100质量份为0.1～4.0质量份，从而可以提高介电膜的击穿电场强度。尤其是，在单体单独为磷系单体的情况下，通过使其含量为0.5～4.0质量份，从而可以进一步提高介电膜的击穿电场强度。
介电膜可以包含这些单体中的2种以上。这样，在包含上述的单体中的2种以上作为单体的情况下，通过使单体的含量以总量计相对于聚芳酯100质量份为0.2～4.6质量份、尤其为1.0～4.0质量份，从而与单独含有任一单体的情况相比，可以进一步提高介电膜的击穿电场强度。
在聚合物为环烯烃聚合物的情况下，将介电膜中的聚合物(环烯烃聚合物)设为100质量份时，通过使单体的含量合计为0.05～7.6质量份，从而可以提高介电膜的击穿电场强度。
通过使酚系单体的含量相对于环烯烃聚合物100质量份为0.1～7.0质量份，从而可以提高介电膜的击穿电场强度。尤其是在单体单独为酚系单体的情况下，通过使其含量为0.5～5.0质量份，从而可以进一步提高介电膜的击穿电场强度。
通过使硫系单体的含量相对于环烯烃聚合物100质量份为0.1～5.0质量份，从而可以提高介电膜的击穿电场强度。尤其在单体单独为硫系单体的情况下，通过使其含量为0.5～5.0质量份，从而可以进一步提高介电膜的击穿电场强度。
通过使磷系单体的含量相对于环烯烃聚合物100质量份为0.1～7.0质量份，从而可以提高介电膜的击穿电场强度。尤其在单体单独为磷系单体的情况下，通过使其含量为0.5～7.0质量份，从而可以进一步提高介电膜的击穿电场强度。
介电膜可以包含这些单体中的2种以上。这样，在包含上述单体中的2种以上作为单体的情况下，通过使单体的含量以总量计相对于环烯烃聚合物100质量份为0.2～6.0质量份、尤其是5.0～6.0质量份，从而与单独含有任一种单体的情况相比，可以进一步提高介电膜的击穿电场强度。
介电膜中的聚合物及单体的鉴定、以及它们的含量的测定例如可以利用核磁共振分光法(NMR)、液体色谱-质谱分析法(LC－MS)来进行。
介电膜可以进一步包含金属醇盐。在将介电膜中的聚合物的含量设为100质量份时，通过使金属醇盐的含量为例如1～10质量份、进一步为1～5质量份，从而可以进一步提高介电膜的击穿电场强度。即，通过使包含聚芳酯及环烯烃聚合物中的至少任一者作为主成分的聚合物、且包含上述单体中的至少一种作为单体的介电膜相对于作为主成分的聚合物100质量份还包含1～10质量份的金属醇盐，从而可以进一步提高介电膜的击穿电场强度。
作为金属醇盐，可列举例如通式(8)所示的化合物。
BpM (8)
在此，通式(8)中，B表示碳数1～8、优选1～4的烷氧基，M表示Si、Ti、Zr、Fe、Cu、Sn、Al、Ge、Ta、W等金属元素，p表示2～6的整数。
具体而言，可列举：四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷等四烷氧基硅烷类；四正丙氧基钛、四异丙氧基钛、四丁氧基钛等四烷氧基钛类；四正丙氧基锆、四异丙氧基锆、四丁氧基锆等四烷氧基锆类；以及二甲氧基铜、三丁氧基铝、四乙氧基锗、五正丙氧基钽、六乙氧基钨等金属醇盐类。
作为金属醇盐的其他例，可列举例如通式(9)所示的化合物。
R4kBlM(R5mZ)n (9)
通式(9)中，R4表示氢或碳数1～12、优选1～5的烷基或苯基，B表示碳数1～8、优选1～4的烷氧基，M表示Si、Ti、Zr、Fe、Cu、Sn、Al、Ge、Ta、W等金属元素，R5表示碳数1～4、优选2～4的烷撑基或烷叉基，Z表示异氰酸酯基、环氧基、羧基、酰卤基、酸酐基、氨基、硫醇基、乙烯基、甲基丙烯酰基、卤素基等一般的官能团，k表示0～5的整数，l表示1～5的整数，m表示0或1，n表示0～5的整数。
作为金属醇盐，尤其可列举：包含作为金属成分的Zr的丁氧基锆(IV)(Zr－n－but)、包含Al的乙酰烷氧基二异丙醇铝(Al－M)、包含Si的四乙氧基硅烷(TEOS)及包含Ti的丁氧基钛(IV)(Ti－n－but)作为优选例。
就包含金属醇盐的介电膜而言，在介电膜中分散有包含金属的多个微粒。包含金属的微粒例如平均粒径为0.5～50nm左右。认为此种包含金属的微粒分散在介电膜中，并且捕捉浮游于介电膜中的电荷的至少一部分，从而可以抑制局部的电场集中。
介电膜中的金属醇盐的含量例如可以利用核磁共振分光法(NMR)来确认。另外，包含金属醇盐的介电膜中的微结构(包含金属的微粒的粒径、分散状态)例如可以利用透射型电子显微镜(TEM)观察介电膜的截面来确认。
本实施方式的介电膜可以进一步包含挥发性高的有机成分。予以说明，有时也将聚芳酯、环烯烃聚合物及上述的单体统称为有机树脂。
若在介电膜中包含挥发性高的有机成分，则在介电膜上局部地产生绝缘击穿时，介电膜的内部所含的有机成分因绝缘击穿时的热而先挥发。例如，通过使构成膜电容器的介电膜中包含挥发性高的有机成分，从而可以提高电极膜飞散的速度。
即，即使在介电膜上形成有绝缘性降低的部分时，也可以缩短从在介电膜的主面具备电极膜的正常状态至电极膜局部消失为止的时间，因此可以制成自恢复性能高的膜电容器。
作为介电膜中所含的挥发性高的有机成分，可列举例如环己烷、乙基环己烷、甲苯、二甲苯、氯仿及四氢呋喃。这些有机成分容易使聚芳酯及环烯烃聚合物溶解。介电膜中的挥发性高的有机成分的含量只要为例如0.01～7质量％即可。通过使介电膜1以0.01～7质量％的范围含有挥发性高的有机成分，从而可以使介电膜的相对介电常数的降低抑制在10％以内。因此，即使在产生自恢复现象后，也可以将静电电容的降低抑制得较小。
图1(a)为示意性表示在介电膜的表面具有电极膜的结构的剖视图，图1(b)为示意性表示膜电容器的第一实施方式的构成的外观立体图。
图1(b)所示的第一实施方式的膜电容器A具备将多个金属化膜5层叠成的主体部6和设置于主体部6的一对外部电极7作为基本构成要素。如图1(a)所示，金属化膜5是在介电膜1的表面具备电极膜3的构件。另外，根据需要来设置连接于外部电极7的导线8。
从绝缘性及耐环境性的方面出发，主体部6、外部电极7及导线8的一部分可以根据需要被外装构件9所覆盖。图1(b)表示除去外装构件9的一部分后的状态，将外装构件9的被除去的部分用虚线来表示。
在此，就第一实施方式的膜电容器A而言，介电膜1以有机树脂的聚合物(聚芳酯、环烯烃聚合物)作为主成分、且包含有机树脂的单体(酚系单体、硫系单体及磷系单体)。
就第一实施方式的膜电容器A而言，介电膜1以有机树脂的聚合物(聚芳酯、环烯烃聚合物)作为主成分、且包含有机树脂的单体(酚系单体、硫系单体及磷系单体)，因此可以提高介电膜1的击穿电场强度。
本实施方式的膜电容器A是在此种介电膜1的主面具有电极膜3的膜电容器。在图1(a)中示出了在介电膜1的两主面具有电极膜3的结构，也可以是在介电膜1的单面重叠1组以上具有电极膜3的金属化膜的结构。
图2为示意性表示膜电容器的第二实施方式的构成的展开立体图。在第二实施方式的膜电容器B中，利用卷绕的金属化膜5a、5b构成主体部6，并且在主体部6的对置的端面设有作为外部电极7a、7b的金属喷镀电极。
金属化膜5a是在介电膜1a的主面具有电极膜3a的构件，金属化膜5b是在介电膜1b的主面具有电极膜3b的构件。在图2中，就电极膜3a、3b而言，在介电膜1a、1b的宽度方向的一端侧具有未形成电极膜3a、3b而使介电膜1a、1b露出的部分(以下有时称作电极膜非形成部10a、10b)。电极膜非形成部10a、10b以在介电膜1a、1b的长度方向连续残留的方式形成。
金属化膜5a和5b以在介电膜1a、1b的宽度方向上使电极膜非形成部10a和10b位于互不相同的端部的方式进行配置。另外，金属化膜5a与5b按照使与电极膜非形成部10a、10b不同的一侧的端部在宽度方向上突出的方式、以在宽度方向错开的状态重叠。
即，就膜电容器B而言，将由介电膜1a和电极膜3a构成的金属化膜5a、与由介电膜1b和电极膜3b构成的金属化膜5b按照图2所示那样重叠并卷绕。予以说明，在图2中，为了便于观察膜电容器B的构成，以从图2的内部向近前变厚的方式记载了介电膜1a、1b、电极膜3a、3b的厚度，但是实际上它们的厚度是一定的。
作为应用于膜电容器A、B的电极膜3的材料，可列举例如铝(Al)、锌(Zn)等金属、合金等。
另外，作为构成外部电极7a、7b的金属喷镀电极的材料，适合为选自锌、铝、铜及焊锡中的一种金属材料。
图3为示意性表示连结型电容器的一个实施方式的构成的立体图。在图3中，为了容易理解构成，省略地记载了外壳及塑模用的树脂。本实施方式的连结型电容器C为多个膜电容器B通过一对汇流排21、23并列连接的构成。汇流排21、23由端子部21a、23a和引出端子部21b、23b构成。端子部21a、23a为外部连接用，引出端子部21b、23b分别连接于膜电容器B的外部电极7a、7b。
作为构成膜电容器B、连结型电容器C的介电膜，若与膜电容器A同样地应用以有机树脂的聚合物(聚芳酯、环烯烃聚合物)作为主成分、且包含有机树脂的单体(酚系单体、硫系单体及磷系单体)的介电膜，则击穿电场强度比由聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等形成的以往的介电膜更高，可以制成厚度薄的介电膜。因此，随着膜电容器B及连结型电容器C的尺寸的小型化，可以实现高容量化。
予以说明，就连结型电容器C而言，除了如图3所示那样的平面的配置以外，即便是将膜电容器B以使截面的平坦的面彼此重叠的方式进行堆积而成的结构(配置)，也可以得到同样的效果。
图4为用于说明逆变器的一个实施方式的构成的概略构成图。图4中示出从整流后的直流制作交流的逆变器D的例子。如图4所示，本实施方式的逆变器D具备由开关元件(例如IGBT(Insulated gate Bipolar Transistor))和二极管构成的电桥电路31、以及为了稳定电压而配置在电桥电路31的输入端子间的电容部33。在此，应用上述的膜电容器B或连结型电容器C作为电容部33。
予以说明，该逆变器D连接于使直流电源的电压升压的升压电路35。另一方面，电桥电路31连接于成为驱动源的电动发电机(电动机M)。
若将上述的本实施方式的膜电容器A，B或连结型电容器C应用于逆变器D的电容部33，则可以减小电容部33在逆变器D中所占的体积。因此，可以得到更小型化、且具有大静电电容的电容部33的逆变器D。
图5为表示电动车辆的一个实施方式的概略构成图。图5中示出混合动力汽车(HEV)的例子作为电动车辆E。
图5中的符号41为驱动用的电动机，43为发动机(日文：エンジン)，45为传动装置，47为逆变器，49为电源(电池)，51a、51b为前轮及后轮。
在该电动车辆E中，作为驱动源的电动机41及发动机43的至少任一者的输出经由传动装置45而传递至左右一对的前轮51a。电源49经由逆变器47连接于电动机41。
另外，图5所示的电动车辆E具备对电动车辆E进行总体控制的车辆ECU53。
驾驶者等操作点火开关55、未图示的加速踏板、制动器等，从而与该操作相对应的驱动信号从电动车辆E输入车辆ECU53。车辆ECU53基于该驱动信号而将指示信号输出至发动机ECU57、电源49及作为负载的逆变器47。发动机ECU57相应指示信号而控制发动机43的转速，驱动电动车辆E。
在将应用了本实施方式的膜电容器A，B或连结型电容器C作为电容部33的逆变器D搭载于例如如图5所示的电动车辆E的情况下，膜电容器A，B或连结型电容器C为击穿电场强度高的电容器，因此可以使搭载于电动车辆的ECU等控制装置的电流控制更稳定。
另外，与使用了应用由聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等形成的以往的介电膜的膜电容器或连结型电容器的逆变器相比，本实施方式中使用的逆变器D被小型化，因此可以减轻车辆的重量。在本实施方式中，可以如此地将车辆轻质化，可能改善耗油量。另外，可以减小发动机室内的汽车的控制装置所占的比例。通过减小控制装置所占的比例，从而可以在发动机室内内设用于提高耐冲击性的功能，可以进一步提高车辆的安全性。
予以说明，本实施方式的逆变器D不仅可以应用于上述的混合动力汽车(HEV)，而且还可以应用于电动汽车(EV)、燃料电池车、或电动自行车、发电机、太阳能电池等各种电力转换应用制品。
接着，以第二实施方式的膜电容器B为例，对其制造方法进行说明。首先，作为介电膜1的主成分即有机树脂的聚合物，准备聚芳酯和/或环烯烃聚合物。另外，作为有机树脂的单体，准备酚系单体、硫系单体及磷系单体中的至少任一种。此外，作为用于溶解聚合物的溶剂，准备选自环己烷、乙基环己烷、甲苯、二甲苯及邻二氯苯中的一种。
在形成介电膜1的情况下，例如准备PET膜作为基材，使作为主成分的上述的聚合物及作为副成分的上述的单体溶解于特定的溶剂中，制备溶解液。在PET膜上成膜所得的溶解液，经过40～180℃、1小时左右的干燥工序，得到介电膜1。予以说明，在成膜中使用选自刮刀法、模涂法及刮刀涂布法等中的一种成形法。
接着，在所得的介电膜1的一个表面蒸镀Al(铝)等金属而形成电极膜3。准备2组形成有电极膜3的介电膜1，如图2所示那样进行卷绕，得到膜电容器B的主体部6。
接着，在主体部6的电极膜3露出的端面，形成金属喷镀电极作为外部电极7a、7b。在形成外部电极7a、7b时，适合使用例如金属的喷镀、溅射法、镀敷法等。接着，将形成有外部电极7a、7b的主体部6的表面用外装构件(未图示)覆盖，由此可以得到本实施方式的膜电容器B。
连结型电容器C可以通过在排列多个(在本实施方式中为4个)膜电容器B的状态下，经由接合材将汇流排21、23安装在分别形成于主体部6的两端的外部电极7a、7b上来得到。
予以说明，膜电容器B、连结型电容器C也可以在收纳于外壳后在外壳内的空隙处填充树脂而制成树脂铸型(外壳铸型)的电容器。
实施例
按照以下方式制作介电膜并进行了评价。
(实施例1)
准备作为介电膜的聚合物的聚芳酯及作为单体的以下单体。作为溶剂，准备甲苯。
作为酚系单体，使用3,9－双{2－[3－(3－叔丁基－4－羟基－5－甲基苯基)丙酰氧基]－1,1－二甲基乙基}－2,4,8,10－四氧杂螺[5.5]十一烷(AO－80、株式会社ADEKA制)。
作为硫系单体，使用双[3－(十二烷基硫基)丙酸]2,2－双{[3－(十二烷基硫基)－1－氧代丙基氧基]甲基}－1,3－丙烷二基(AO－412S、株式会社ADEKA制)。
作为磷系单体，使用亚磷酸三(2,4－二－叔丁基苯基)(2112、株式会社ADEKA制)。
另外，作为金属醇盐，准备丁氧基锆(IV)(以下也称作Zr－n－but)、乙酰烷氧基二异丙醇铝(以下也称作Al－M)、四乙氧基硅烷(以下也称作TEOS)及丁氧基钛(IV)(以下也称作Ti－n－but)。
接着，将上述的聚合物、单体和溶剂以规定量混合，制备含有总量为约15质量％的有机树脂(聚合物及单体)的溶解液(表1、2)。另外，还制备了在溶解液中进一步添加了上述金属醇盐中的1种的溶解液(表3)。
接着，使用敷涂器将所制备的溶解液涂布在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制的基材上，利用热风干燥机进行干燥处理，制作成介电膜。介电膜的平均厚度为5μm。
予以说明，作为比较例，制作不包含单体的介电膜，同样地进行了评价(试样No.I－1)。
通过在所得的介电膜的表面蒸镀铝，从而制作出金属化膜。接着，将所制作的金属化膜卷绕，制作成如图2所示的圆柱状的膜电容器。所制作的膜电容器的尺寸为直径5mm、宽度方向的长度为100mm。铝的蒸镀膜的平均厚度设定为50nm。
对所制作的膜电容器测定了单体的含量。将作为介电膜的试样与标准液一起采集到烧瓶中，制备成测定溶液后，使用核磁共振分光法(NMR)及液相色谱-质谱分析法(LC－MS)求得单体的含量。予以说明，作为进行定量分析时的标准液，使用四氢呋喃(THF)。作为试样中的单体，对所添加的单体分别进行检测，其含量在误差的范围与表1～3所示的添加量一致。
接着，针对所制作的膜电容器测定耐电压，求得击穿电场强度(V/μm)。使用绝缘电阻计，由漏电流达到0.5A时的电压求得耐电压。另外，关于击穿电场强度，以将不包含单体的试样的击穿电场强度设为1时的比率来表示。
对一部分试样(试样No.I－1、I－5、I－13、I－21、I－28及I－43)进行高温负荷寿命的试验。在高温负荷寿命的试验中，使用从膜电容器切割的金属化膜作为测定用试样。测定用试样的尺寸以使电容形成部达到1.5×1.5mm2的面积的方式进行加工。在试验中，将所制作的测定用试样放入110℃的高温槽中，放置90分钟后，使直流高电压试验机以升压速度100V/秒的速度进行升压，使其到达规定的电场。将到达规定的电场后直至最初破坏(短路)为止的时间设为寿命。
[表1]
*1将聚芳酯设为100质量份。
*2将不包含单体的试样No.I-1的击穿电场强度设为1时的比率。
[表2]
*1将聚芳酯设为100质量份。
*2将不包含单体的试样No.I-1的击穿电场强度设为1时的比率。
[表3]
*1将聚芳酯设为100质量份。
*2将不包含单体的试样No.I-1的击穿电场强度设为1时的比率。
如表1、2所示，使用包含聚芳酯作为聚合物且进一步包含规定量的酚系单体、硫系单体及磷系单体中的至少一种作为单体的介电膜的试样(试样No.I－2～8、I－10～16、I－18～24、I－26～30、I－32、I－33、I－35、I－36、I－38、I－39、I－41～45、I－47、I－48、I－50、I－51、I－53、I－54、I－56～62、I－64、I－65、I－67、I－68及I－70～103)的击穿电场强度比不包含单体的试样No.I－1高。
尤其是，就将酚系单体的含量设为0.1～4质量份的试样(试样No.I－3～8)、将硫系单体的含量设为0.5～4.0质量份的试样(试样No.I－12～16)或将磷系单体的含量设为0.1～4质量份的试样(试样No.I－19～24)而言，将不包含单体的试样(试样No.I－1)的击穿电场强度设为1时的击穿电场强度的比率为1.066倍以上。
另外，就包含2种以上单体的试样而言，示出更高的击穿电场强度。尤其是，就包含2种以上单体且单体的合计含量为1.0～3.0质量份的试样(试样No.I－28、I－29、I－43、I－44、I－58、I－59、I－78～80及I－82～84)而言，将不包含单体的试样(试样No.I－1)设为1时的击穿电场强度的比率为1.192倍以上。
对一部分试样的高温负荷寿命进行了比较。不包含单体的试样(试样No.I－1)的高温负荷寿命为0.05小时，但是，就包含单体的试样的高温负荷寿命而言，试样No.I－5为0.1小时，I－13为0.08小时，I－21为0.07小时，I－28为0.4小时，以及I－43为0.5小时，均为0.07小时以上，显示优异的特性。
另外，如表3所示，在介电膜中包含金属醇盐的试样，与单体的含量分别相同且不包含金属醇盐的试样(表1、2中的试样No.I－1、I－4、I－7、I－12、I－15、I－20、I－23、I－28、I－43、I－58及I－80)相比，击穿电场强度均较高。
另外，对于在相对于聚芳酯100质量份而包含0.5质量的磷系单体的试样中，进一步包含乙酰烷氧基二异丙醇铝(Al－M)1.0～5.0质量份的试样(试样No.II－45～47)、包含四乙氧基硅烷(TEOS)及丁氧基钛(IV)(Ti－n－but)中的任一者3.0～5.0质量份的试样(II－49、II－50、II－52及II－53)而言，与包含0.5质量份的磷系单体且不包含金属醇盐的试样(I－20)相比，击穿电场强度较高。
(实施例2)
准备作为介电膜的聚合物的聚环烯烃、及作为单体的以下的单体。作为溶剂，准备乙基环己烷。
作为酚系单体，使用3－(3,5－二－叔丁基－4－羟基苯基)丙酸硬脂酯(AO－50、株式会社ADEKA制)。
作为硫系单体，使用双[3－(十二烷基硫基)丙酸]2,2－双{[3－(十二烷基硫基)－1－氧代丙基氧基]甲基}－1,3－丙烷二基(AO－412S、株式会社ADEKA制)、3,3’－硫代二丙酸二(十二烷基)酯(DLTP、三菱化学株式会社制)。
作为磷系单体，使用了亚磷酸三(2,4－二－叔丁基苯基)酯(2112、株式会社ADEKA制)。
另外，作为金属醇盐，准备丁氧基锆(IV)(以下也称为Zr－n－but)、乙酰烷氧基二异丙醇铝(以下也称为Al－M)、四乙氧基硅烷(以下也称为TEOS)及丁氧基钛(IV)(以下也称作Ti－n－but)。
接着，将上述的聚合物、单体和溶剂以规定量混合，制备含有总量为约15质量％的有机树脂(聚合物及单体)的溶解液(表4、5)。另外，还制备了在溶解液中进一步添加了上述金属醇盐中的1种的溶解液(表6)。
接着，使用敷涂器将所制备的溶解液涂布在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制的基材上，利用热风干燥机进行干燥处理，制作成介电膜。介电膜的平均厚度为5μm。
予以说明，作为比较例，制作不包含单体的介电膜，同样地进行了评价(试样No.III－1)。
通过在所得的介电膜的表面蒸镀铝，从而制作出金属化膜。接着，将所制作的金属化膜卷绕，制作成如图2所示的圆柱状的膜电容器。所制作的膜电容器的尺寸为直径5mm、宽度方向的长度为100mm。铝的蒸镀膜的平均厚度设定为50nm。
对所制作的膜电容器测定了单体的含量。将作为介电膜的试样与标准液一起采集到烧瓶中，制备成测定溶液后，使用核磁共振分光法(NMR)及液相色谱-质谱分析法(LC－MS)求得单体的含量。予以说明，作为进行定量分析时的标准液，使用氘代甲苯。作为试样中的单体，对所添加的单体分别进行检测，其含量在误差的范围与表4～6所示的添加量一致。
接着，对所制作的膜电容器测定耐电压，求得击穿电场强度(V/μm)。使用绝缘电阻计，由漏电流达到0.5A时的电压求得耐电压。另外，关于击穿电场强度，以将不包含单体的试样的击穿电场强度设为1时的比率来表示。
[表4]
*1将环烯烃聚合物设为100质量份。
*2将不包含单体的试样No.III-1的击穿电场强度设为1时的比率。
[表5]
*1将环烯烃聚合物设为100质量份。
*2将不包含单体的试样No.III-1的击穿电场强度设为1时的比率。
[表6]
*1将环烯烃聚合物设为100质量份。
*2将不包含单体的试样No.III-1的击穿电场强度设为1时的比率。
如表4、5所示，使用包含环烯烃聚合物作为聚合物且进一步包含规定量的酚系单体、硫系单体及磷系单体中的至少一种的介电膜的试样(试样No、III-2～11、III-13～17、III-19～23、III一25～83)的击穿电场强度比不包含单体的试样No.III－1高。
另外，如表6所示，在介电膜中包含金属醇盐的试样，与单体的含量分别相同且不包含金属醇盐的试样(表3、4中的试样No.III－5、III－16、III－22及III－31)相比，击穿电场强度均较高。
符号说明
A、B········膜电容器
C··········连结型电容器
D··········逆变器
E··········电动车辆
1、1a、1b····介电膜
3、3a、3b····电极膜
5、5a、5b····金属化膜
6··········主体部
7、7a、7b····外部电极
8··········导线
9··········外装构件
21、23······汇流排
31·········电桥电路
33·········电容部
35·········升压电路
41·········电动机
43·········发动机
45·········传动装置
47·········逆变器
49·········电源
51a········前轮
51b········后轮
53·········车辆ECU
55·········点火开关
57·········发动机ECU
Claims (23)
1.一种介电膜，其包含有机树脂的聚合物、有机树脂的单体、以及挥发性高的有机成分，
所述聚合物为聚芳酯及环烯烃聚合物中的至少任一者，
所述单体为酚系单体、硫系单体及磷系单体中的至少任一种，
在将所述聚合物的含量设为100质量份时，所述单体的含量合计为0.01质量份～7.6质量份，
所述挥发性高的有机成分包含环己烷、乙基环己烷、甲苯、二甲苯、氯仿及四氢呋喃的至少一种，
所述挥发性高的有机成分的总含量在0.01质量％～7质量％的范围内，
当所述聚合物为环烯烃聚合物、或者聚芳酯和环烯烃聚合物时，所述介电膜还包含金属醇盐，所述金属醇盐相对于所述聚合物100质量份的含量为1.0质量份～10.0质量份。
2.根据权利要求1所述的介电膜，其中，所述聚合物为聚芳酯，
所述单体的所述含量合计为0.01质量份～4.6质量份。
3.根据权利要求2所述的介电膜，其中，所述酚系单体的所述含量为0.1质量份～4.0质量份。
4.根据权利要求2所述的介电膜，其中，所述硫系单体的所述含量为0.5质量份～4.0质量份。
5.根据权利要求3所述的介电膜，其中，所述硫系单体的所述含量为0.5质量份～4.0质量份。
6.根据权利要求2所述的介电膜，其中，所述磷系单体的所述含量为0.1～4.0质量份。
7.根据权利要求3所述的介电膜，其中，所述磷系单体的所述含量为0.1质量份～4.0质量份。
8.根据权利要求4所述的介电膜，其中，所述磷系单体的所述含量为0.1质量份～4.0质量份。
9.根据权利要求5所述的介电膜，其中，所述磷系单体的所述含量为0.1质量份～4.0质量份。
10.根据权利要求1所述的介电膜，其中，所述聚合物为环烯烃聚合物，
所述单体的所述含量合计为0.05质量份～7.6质量份。
11.根据权利要求10所述的介电膜，其中，所述酚系单体的所述含量为0.5质量份～5.0质量份。
12.根据权利要求10所述的介电膜，其中，所述硫系单体的所述含量为0.1质量份～5.0质量份。
13.根据权利要求11所述的介电膜，其中，所述硫系单体的所述含量为0.1质量份～5.0质量份。
14.根据权利要求10所述的介电膜，其中，所述磷系单体的所述含量为0.5质量份～7.0质量份。
15.根据权利要求11所述的介电膜，其中，所述磷系单体的所述含量为0.5质量份～7.0质量份。
16.根据权利要求12所述的介电膜，其中，所述磷系单体的所述含量为0.5质量份～7.0质量份。
17.根据权利要求13所述的介电膜，其中，所述磷系单体的所述含量为0.5质量份～7.0质量份。
18.根据权利要求1～17中任一项所述的介电膜，当所述聚合物为聚芳酯时，其还包含金属醇盐，所述金属醇盐相对于所述聚合物100质量份的含量为1.0质量份～10.0质量份。
19.一种膜电容器，其在权利要求1～18中任一项所述的介电膜的主面具备电极膜。
20.一种连结型电容器，其通过汇流排连接多个权利要求19所述的膜电容器。
21.一种逆变器，其是具备由开关元件构成的电桥电路和连接于该电桥电路的电容部的逆变器，所述电容部为权利要求19所述的膜电容器。
22.一种逆变器，其是具备由开关元件构成的电桥电路和连接于该电桥电路的电容部的逆变器，所述电容部为权利要求20所述的连结型电容器。
23.一种电动车辆，其特征在于，其是具备电源、连接于该电源的逆变器、连接于该逆变器的电动机、和由该电动机驱动的车轮的电动车辆，所述逆变器为权利要求21或权利要求22所述的逆变器。
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