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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Folienkondensator.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Als eine Art von Kondensator gibt es einen Folienkondensator mit einer Struktur, bei der eine flexible Harzfolie als Dielektrikum verwendet wird, wobei erste und zweite Gegenelektroden einander gegenüberliegend positioniert sind, so dass die Harzfolie dazwischenliegt. Der Folienkondensator hat beispielsweise eine im Wesentlichen zylindrische Form, die durch Wickeln einer Harzfolie als Dielektrikum gebildet wird, und die erste und die zweite äußere Anschlusselektrode sind an einer ersten und einer zweiten Endfläche ausgebildet, die sich auf dem Zylinder gegenüberliegen. Außerdem ist die oben beschriebene erste Gegenelektrode elektrisch mit der ersten externen Anschlusselektrode verbunden, und die zweite Gegenelektrode ist elektrisch mit der zweiten externen Anschlusselektrode verbunden.
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Als dielektrische Harzzusammensetzung zur Verwendung für solche Folienkondensatoren wird eine Harzzusammensetzung vorgeschlagen, die durch Mischen von zwei oder mehr Arten von organischen Materialien, einschließlich mindestens eines ersten und eines zweiten organischen Materials, die funktionelle Gruppen aufweisen, die miteinander reagieren, und Vernetzung der organischen Materialien untereinander, ein gehärtetes Erzeugnis bereitstellt, wobei zumindest das erste organische Material eine Anzahl von Wiederholungen von Kohlenstoff in einer linearen Richtung von 100 oder mehr aufweist, das gehärtete Erzeugnis einen Glasübergangspunkt von 130°C oder höher aufweist und das gehärtete Erzeugnis eine dielektrische Durchschlagsfestigkeit von 350 V/µm oder mehr aufweist (Patentdokument 1).
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PATENTDOKUMENT AUS DEM STAND DER TECHNIK
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PATENTDOKUMENT
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
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Bei einem gewöhnlichen Folienkondensator ist bekannt, dass bei einem dielektrischen Durchbruch aufgrund des Vorhandenseins von elektrischen Schwachstellen oder des Anlegens einer Überspannung eine umgebende verdampfte Folie in einem Moment zerstreut wird, um die Isolationseigenschaften wiederherzustellen.
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Da solche herkömmlichen Folienkondensatoren aufgrund der Selbstheilungsfunktion eine hohe Sicherheit aufweisen, ist in den letzten Jahren ihre Nachfrage in Fahrzeuganwendungen, Anwendungen zur Erzeugung von Solarenergie und dergleichen gestiegen, insbesondere in Anwendungen, bei denen eine kontinuierliche Verwendung über einen langen Zeitraum bei hoher Temperatur und hoher elektrischer Feldstärke zu erwarten ist.
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Wenn bei einem Folienkondensator die Eigenschaft der Selbstheilung der Isolierung durch Streuung einer verdampften Elektrode auftritt, wird die effektive Elektrodenfläche aufgrund des dielektrischen Durchbruchs verringert, und die Kapazität wird gesenkt. Daher ist bei einer kontinuierlichen Nutzung über einen langen Zeitraum ein Kondensator erforderlich, der eine hohe Druckbeständigkeit in der Umgebung aufweist und eine geringe Abnahme der Kapazität zeigt. Gemäß der Studie der Macher der vorliegenden Erfindung ist jedoch bei einem Folienkondensator, der unter Verwendung einer aus dem Stand der Technik bekannten dielektrischen Harzzusammensetzung gebildet wird, die Abnahme der Kapazität groß, wenn eine Spannung kontinuierlich bei einer hohen Temperatur für eine lange Zeit angelegt wird, und die kontinuierliche Nutzungsdauer unter diesen Bedingungen ist beschränkt.
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Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, einen Folienkondensator bereitzustellen, der eine geringe Kapazitätsabnahme aufweist, selbst wenn eine Spannung kontinuierlich für eine lange Zeit unter einer hohen Temperatur und einer hohen elektrischen Feldstärke angelegt wird, und der einer kontinuierlichen Nutzung für eine lange Zeit standhalten kann.
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LÖSUNG DER PROBLEME
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Der Folienkondensator gemäß der vorliegenden Offenbarung weist auf:
- eine dielektrische Harzfolie mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen;
- eine erste Metallschicht, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; und
- eine zweite Metallschicht, die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist,
- wobei in einem Mapping-Bild von Stickstoffatomen, die durch energiedispersive Röntgenspektroskopie in einem Abschnitt der dielektrischen Harzfolie entlang einer Dickenrichtung der dielektrischen Harzfolie beobachtet werden, ein Verhältnis einer Fläche von Stickstoffatom-Aggregationsbereichen zu einer Gesamtbeobachtungsfläche 35 % oder
- weniger beträgt.
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Der Folienkondensator gemäß der vorliegenden Offenbarung weist auf:
- eine dielektrische Harzfolie mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen;
- eine erste Metallschicht, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; und eine zweite Metallschicht, die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist,
- wobei in einem Mapping-Bild von Stickstoffatomen, die durch energiedispersive Röntgenspektroskopie in einem Abschnitt der dielektrischen Harzfolie entlang einer Dickenrichtung der dielektrischen Harzfolie beobachtet werden, ein Durchschnittswert der Hauptachsen von Stickstoffatom-Aggregationsbereichen 220 nm oder weniger beträgt.
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AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt einen Folienkondensator bereit, der eine geringe Abnahme der Kapazität zeigt, selbst wenn eine Spannung kontinuierlich für eine lange Zeit unter einer hohen Temperatur und einer hohen elektrischen Feldstärke angelegt wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine Längsschnittansicht, die ein Beispiel der Folienkondensatoren der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 2 ist eine Längsschnittansicht, die ein Beispiel der Folienkondensatoren der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 3 ist eine Längsschnittansicht, die ein Beispiel der Folienkondensatoren der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 4 ist eine Längsschnittansicht, die ein Beispiel der Folienkondensatoren der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 5(a) ist ein Mapping-Bild von Stickstoffatomen in einem Abschnitt der dielektrischen Harzfolie von Testbeispiel 3;
- 5(b) ist ein Mapping-Bild von Stickstoffatomen in einem Abschnitt der dielektrischen Harzfolie von Testbeispiel 5;
- 5(c) ist ein Mapping-Bild der Stickstoffatome in einem Abschnitt der dielektrischen Harzfolie von Testbeispiel 11.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachstehend wird ein Folienkondensator, der eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, ausführlich beschrieben, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Die Form, Anordnung usw. des Folienkondensators und jedes Bauteils der nachstehenden Ausführungsformen sind nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt.
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(Erste Ausführungsform)
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1, 2 und 3 sind jeweils eine Querschnittsansicht eines Folienkondensators. Wie in 1 dargestellt, weist der Folienkondensator 1 eine dielektrische Harzfolie 20 sowie eine erste Metallschicht 31 und eine zweite Metallschicht 32 auf, die auf der dielektrischen Harzfolie 20 bereitgestellt sind.
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In einer Ausführungsform ist die dielektrische Harzfolie 20 dadurch gekennzeichnet, dass in einem durch energiedispersive Röntgenspektroskopie beobachteten Mapping-Bild von Stickstoffatomen eines in Dickenrichtung der dielektrischen Harzfolie 20 aufgenommenen Querschnitts (im Folgenden auch einfach als „Schnittbild“ bezeichnet) das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 zur Gesamtbeobachtungsfläche 35 % oder weniger beträgt. Der Stickstoffatom-Aggregationsbereich 203 kann im Vergleich zu dem Bereich 204, der kein Stickstoffatom-Aggregationsbereich ist (dieser Bereich wird im Folgenden auch als „anderer Bereich“ bezeichnet), in dem beobachteten Bereich eines Schnittbildes als ein Bereich mit einer hohen Konzentration von Stickstoffatomen verstanden werden, und kann typischerweise als ein Bereich verstanden werden, der eine Heterophase enthält, die reich an Stickstoffatomen ist (typischerweise eine Phase mit einer Zusammensetzung, die sich von der des anderen Bereichs 204 unterscheidet), oder ein Bereich mit einer relativ hohen Konzentration an Stickstoffatomen im Vergleich zu anderen Abschnitten, selbst wenn der Bereich eine Homophase ist (typischerweise eine Phase mit derselben Zusammensetzung wie der andere Bereich 204). Wenn das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 zur Gesamtbeobachtungsfläche in einem Schnittbild der dielektrischen Harzfolie 20 innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, wird ein Bereich mit höherer Spannungsfestigkeit gebildet, und selbst wenn Bereiche mit geringerer Spannungsfestigkeit gebildet werden, und selbst wenn Bereiche mit geringem Spannungswiderstand gebildet werden, können die Bereiche gleichmäßig verteilt werden, und selbst wenn eine Spannung von außen angelegt wird, kann die Konzentration der Spannung auf die Bereiche mit geringem Spannungswiderstand unterdrückt werden, und im Ergebnis wird davon ausgegangen, dass der resultierende Folienkondensator eine geringe Abnahme der Kapazität aufweist und einer kontinuierlichen Nutzung für eine lange Zeit standhalten kann.
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In einem Schnittbild in Dickenrichtung der dielektrischen Harzfolie 20 könnte das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 zur Gesamtbeobachtungsfläche beispielsweise 20 % oder weniger, insbesondere 15 % oder weniger betragen. Das minimale Flächenverhältnis ist nicht beschränkt. Da das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 in einem Abschnitt der dielektrischen Harzfolie 20 kleiner ist, können Bereiche mit geringem Spannungswiderstand gleichmäßiger verteilt werden. Daher kann selbst bei Anlegen einer Spannung von außen die Konzentration von Spannung und Strom in den Bereichen mit geringem Spannungswiderstand weiter unterdrückt werden, so dass der resultierende Folienkondensator eine weiter verringerte Kapazitätsabnahme aufweist und einer kontinuierlichen Nutzung über einen langen Zeitraum standhalten kann. Der Flächenanteil der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 beträgt 0 % oder mehr und kann z. B. 0,1 % oder mehr betragen. In diesem Fall kann die Gleitfähigkeit der dielektrischen Harzfolie 20 verbessert werden.
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In einer Ausführungsform beträgt der Durchschnittswert der Hauptachsen der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 im Schnittbild der dielektrischen Harzfolie 20 220 nm oder weniger. Wenn die dielektrische Folie in der vorliegenden Ausführungsform die oben beschriebene Konfiguration aufweist, wird ein Bereich mit höherem Spannungswiderstand gebildet, während Bereiche mit geringerem Spannungswiderstand gleichmäßig verteilt werden können, und selbst wenn eine Spannung von außen angelegt wird, kann die Konzentration der Spannung auf die Bereiche mit geringerem Spannungswiderstand unterdrückt werden. Im Ergebnis wird davon ausgegangen, dass der resultierende Folienkondensator eine geringe Kapazitätsabnahme aufweist und einer kontinuierlichen Nutzung über einen langen Zeitraum standhalten kann.
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Im Schnittbild der dielektrischen Harzfolie 20 in Dickenrichtung beträgt der Mittelwert der Hauptachsen der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 220 nm oder weniger und kann z. B. 200 nm oder weniger, ferner 160 nm oder weniger, insbesondere 110 nm oder weniger, und z. B. 20 nm oder mehr, ferner 40 nm oder mehr betragen. Da die Hauptachsen der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 klein sind, sind die Bereiche mit geringem Spannungswiderstand leicht gleichmäßiger verteilt, und selbst wenn von außen eine Spannung an die dielektrischen Film angelegt wird, wird die Konzentration der Spannung auf Bereiche mit geringem Spannungswiderstand leicht stärker unterdrückt. Im Ergebnis wird davon ausgegangen, dass der resultierende Folienkondensator einen geringen Kapazitätsabfall aufweist und einer kontinuierlichen Nutzung über einen langen Zeitraum standhalten kann.
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In einer Ausführungsform ist im Schnittbild der dielektrischen Harzfolie 20 in Dickenrichtung das Flächenverhältnis der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 in einem ersten Abschnitt 205, der sich auf der Seite der ersten Oberfläche 201 befindet, anders als das Flächenverhältnis der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 in einem zweiten Abschnitt 206, der sich auf der Seite der zweiten Oberfläche 202 befindet. Das bedeutet, im Schnittbild der dielektrischen Harzfolie 20 in Dickenrichtung sind die Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 in geringerer Anzahl auf der Seite der ersten Oberfläche 201 oder der zweiten Oberfläche 202 vorhanden. Wenn die Stickstoffatom-Aggregationsbereiche in einer geringeren Anzahl vorhanden sind, wird der Effekt der Spannungsminderung erhöht, und eine Abnahme der Kapazität, die durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Metallschicht, die auf der Seite vorgesehen ist, in der erste Bereiche in einer geringeren Anzahl vorhanden sind, und der dielektrischen Harzfolie 20 verursacht wird, kann unterdrückt werden.
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Bevorzugt ist im Schnittbild der dielektrischen Harzfolie 20 in Dickenrichtung das Flächenverhältnis der Stickstoffatomaggregationsbereiche 203 im ersten Abschnitt 205 kleiner als das Flächenverhältnis der Stickstoffatomaggregationsbereiche 203 im zweiten Abschnitt 206. Da auf der ersten Oberfläche 201 der dielektrischen Harzfolie 20 eine erste Metallschicht 31 ausgebildet ist, kann, wenn das Flächenverhältnis der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 im ersten Abschnitt 205 klein ist, eine Abnahme der Kapazität, die durch die Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der ersten Metallschicht 31 und der dielektrischen Harzfolie 20 verursacht wird, effektiver unterdrückt werden.
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Der erste Abschnitt 205 ist ein Abschnitt der dielektrischen Harzfolie 20 auf der Seite der ersten Oberfläche 201, und kann, wie in 2 dargestellt, zum Beispiel ein Abschnitt von der ersten Oberfläche 201 bis zur Mitte in Richtung der Dicke der dielektrischen Harzfolie 20 sein. Darüber hinaus kann der erste Abschnitt 205 ein Abschnitt von der ersten Oberfläche 201 bis zu 1/3 der dielektrischen Harzfolie 20 in Dickenrichtung sein, und insbesondere kann es sich um einen Abschnitt handeln, der von der ersten Oberfläche 201 bis zu 1.000 nm in Richtung der Mitte der dielektrischen Harzfolie 20 entfernt ist. Der zweite Abschnitt 206 ist ein Abschnitt der dielektrischen Harzfolie 20 auf der Seite der zweiten Oberfläche 202 und kann beispielsweise ein Abschnitt von der zweiten Oberfläche 202 bis zur Mitte in der Dickenrichtung der dielektrischen Harzfolie 20 sein. Darüber hinaus kann der zweite Abschnitt 206 ein Abschnitt von der zweiten Oberfläche 202 bis zu 1/3 der dielektrischen Harzfolie 20 in der Dickenrichtung sein und insbesondere ein von der zweiten Oberfläche 202 um bis zu 1.000 nm in Richtung des Mittelpunkts der dielektrischen Harzfolie 20 entfernter Abschnitt sein. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt können sich überlappen. In 2 sind der erste Bereich und der zweite Bereich nicht dargestellt.
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In dem Schnittbild der dielektrischen Harzfolie 20 in Dickenrichtung können die Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 und der Mittelwert der Hauptachsen der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 beispielsweise durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (engl.: „energy dispersive X-ray spectroscopy“, im Folgenden mit „EDX“ abgekürzt) gemessen werden, die an ein Rastertransmissionselektronenmikroskop (engl.: „scanning transmission electron microscope“, im Folgenden mit „STEM“ abgekürzt) angeschlossen ist. Insbesondere wird ein Schnitt der dielektrischen Harzfolie 20 in Dickenrichtung mit STEM beobachtet, und der Verteilungszustand der Stickstoffatome wird mit EDX gemessen, und in dem erhaltenen Mapping-Bild der Stickstoffatome wird ein Bereich mit hoher Helligkeit als ein Stickstoffatom-Aggregationsbereich 203 angegeben. Die Hauptachse eines Stickstoffatom-Aggregationsbereichs 203 ist das längste Liniensegment unter den Liniensegmenten, das durch den äußeren Umfang des Stickstoffatom-Aggregationsbereichs 203 geteilt wird. Bei einer dielektrischen Harzfolie 20 wird die Hauptachse mit fünf oder mehr Stickstoffatom-Aggregationsbereichen 203 gemessen, und ihr arithmetischer Mittelwert wird als Durchschnittswert der Hauptachsen der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 definiert. Der Außenumfang eines Stickstoffatom-Aggregationsbereichs 203 kann z. B. durch Binarisierung eines Mapping-Bildes von Stickstoffatomen bestimmt werden.
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Die Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 können isoliert oder miteinander verbunden sein, und typischerweise kann zumindest ein Teil davon voneinander isoliert sein. Die Form des Stickstoffatom-Aggregationsbereichs 203 kann beispielsweise eine Kugelform, eine im Wesentlichen kugelförmige Form, eine rotationselliptische Form, eine abgeflachte Kugelform oder Ähnliches sein. Darüber hinaus können der Stickstoffatom-Aggregationsbereich 203 und der andere Bereich 204 physikalisch oder chemisch gebunden sein, können nicht gebunden sein, können typischerweise chemisch gebunden sein und können insbesondere durch eine kovalente Bindung gebunden sein.
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Die Dicke der dielektrischen Harzfolie 20 kann z. B. 1 µm oder mehr, insbesondere 1,5 µm oder mehr, und z. B. 5 µm oder weniger, insbesondere 4 µm oder weniger, betragen.
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Die dielektrische Harzfolie 20 enthält ein gehärtetes Erzeugnis aus einem ersten organischen Material und einem zweiten organischen Material und wird typischerweise aus dem gehärteten Erzeugnis des ersten organischen Materials und des zweiten organischen Materials gebildet.
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Das erste organische Material kann eine Verbindung mit einer Epoxidgruppe sein. In dem ersten organischen Material ist die Epoxidgruppe typischerweise an das Ende der Hauptkette gebunden.
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Das erste organische Material kann geradkettig oder verzweigt sein, ist aber in der Regel geradkettig.
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Bei dem ersten organischen Material kann es sich um Polyvinylacetale wie etwa Polyvinylacetoacetal, Polyhydroxypolyether wie Phenoxyharz, Polyesterpolyole und dergleichen handeln, insbesondere um Polyhydroxypolyether.
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Das Phenoxyharz kann ein Reaktionsprodukt einer Bisphenolverbindung wie Bisphenol A, Bisphenol B, Bisphenol C, Bisphenol E, Bisphenol F oder Bisphenol G mit Epichlorhydrin sein.
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Das gewichtsmittlere Molekulargewicht des ersten organischen Materials kann beispielsweise weniger als 75.000 betragen, ferner 70.000 oder weniger, insbesondere 40.000 oder weniger, und kann beispielsweise 2.000 oder mehr, insbesondere 5.000 oder mehr betragen. Je kleiner das gewichtsmittlere Molekulargewicht des ersten organischen Materials ist, desto besser ist die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung des ungehärteten Erzeugnisses bei der Herstellung der dielektrischen Harzfolie 20, und desto mehr können die Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 in der resultierenden dielektrischen Harzfolie 20 verkleinert werden.
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In der vorliegenden Offenbarung kann das gewichtsmittlere Molekulargewicht durch Gelpermeationschromatographie (GPC) gemessen und als umgerechneter Wert unter Verwendung von Polystyrol als Standardproben angegeben werden.
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Als erstes organisches Material kann ein einzelnes Material verwendet werden, alternativ können auch zwei oder mehr Materialien verwendet werden.
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Beispiele für das zweite organische Material sind Polyisocyanate einschließlich aromatischer Polyisocyanate wie Diphenylmethandiisocyanat, Tolylendiisocyanat und Xylylendiisocyanat; aliphatische Polyisocyanate wie Hexamethylendiisocyanat; aliphatische Polyisocyanate wie Hexamethylendiisocyanat; alicyclische Polyisocyanate wie Dicyclohexylmethandiisocyanat und Isophorondiisocyanat; modifizierte Erzeugnisse von aromatischen Polyisocyanaten, aliphatischen Polyisocyanaten und alicyclischen Polyisocyanaten; und Multimere von aromatischen Polyisocyanaten, aliphatischen Polyisocyanaten und alicyclischen Polyisocyanaten. Beispiele für das zweite organische Material sind insbesondere aromatische Polyisocyanate. Beispiele für Multimere sind Dimere wie Uretdione, Trimere wie Addukte, Isocyanurate und Biurete, Multimere aus Polymericuten und aromatischen Polyisocyanaten sowie Gemische dieser.
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Als zweites organisches Material kann ein einzelnes Material verwendet werden, alternativ können auch zwei oder mehr Materialien verwendet werden.
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Wenn das Massenverhältnis des ersten organischen Materials zum zweiten organischen Material ausgedrückt wird durch [erstes organisches Material/zweites organisches Material], kann [erstes organisches Material/zweites organisches Material] beispielsweise 10/90 oder mehr, ferner 20/80 oder mehr, insbesondere 30/70 oder mehr, vor allem 50/50 oder mehr, und beispielsweise 90/10 oder weniger, ferner 80/20 oder weniger, insbesondere 70/30 oder weniger, betragen.
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Wenn das Molverhältnis der im zweiten organischen Material enthaltenen Isocyanatgruppen zu den im ersten organischen Material enthaltenen Hydroxygruppen durch [NCO/OH] ausgedrückt wird, kann [NCO/OH] beispielsweise 0,9 oder mehr, ferner 1 oder mehr, insbesondere 1,1 oder mehr, und beispielsweise 2 oder weniger, ferner 1,5 oder weniger, insbesondere 1,3 oder weniger, betragen.
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Die dielektrische Harzfolie 20 kann das erste organische Material oder das zweite organische Material enthalten, das nicht umgesetzt wurde. In diesem Fall kann die dielektrische Harzfolie 20 eine oder beide Hydroxygruppen und eine Isocyanatgruppe aufweisen. Das Vorhandensein einer Hydroxygruppe oder einer Isocyanatgruppe in der dielektrischen Harzfolie 20 kann unter Verwendung eines Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrophotometer (FT-IR) bestätigt werden.
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Die dielektrische Harzfolie 20 kann einen zusätzlichen Zusatzstoff enthalten. Beispiele für Additive sind ein Kompatibilisator und einen Einebner. Beispiele für einen solchen Kompatibilisator sind TEGO (eingetragene Handelsmarke) VariPlus 1201TF (hergestellt von Evonik Industries AG), der später beschrieben wird.
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Der Zusatzstoff kann physikalisch oder chemisch an ein gehärtetes Erzeugnis aus dem ersten organischen Material und dem zweiten organischen Material gebunden sein oder nicht. Wenn der Zusatzstoff eine Hydroxygruppe, eine Epoxygruppe, eine Silanolgruppe, eine Carboxygruppe oder ähnliches aufweist, kann der Zusatzstoff chemisch (kovalent) an ein gehärtetes Erzeugnis aus dem ersten organischen Material und dem zweiten organischen Material gebunden sein.
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Wenn das zusätzliche Additiv enthalten ist, kann der Gehalt des zusätzlichen Additivs beispielsweise 1 Masseteil oder mehr und 20 Masseteile oder weniger pro 100 Masseteile des gehärteten Erzeugnis aus dem ersten organischen Material und dem zweiten organischen Material betragen, und in einer Ausführungsform kann er bevorzugt 1 Masseteil oder mehr und 15 Masseteile oder weniger, noch bevorzugter 2 Masseteile oder mehr und 10 Masseteile oder weniger und noch bevorzugter 3 Masseteile oder mehr und 5 Masseteile oder weniger betragen.
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Außerdem kann bei der dielektrischen Harzfolie 20, wenn eine Spannung mit einer elektrischen Feldstärke von 257 V/µm bei 125°C angelegt wird, die Kapazitätsabnahmerate nach 1000 Stunden beispielsweise weniger als 50 %, typischerweise 45 % oder weniger und insbesondere 10 % oder weniger betragen, idealerweise 0 % oder mehr, und kann beispielsweise 1 % oder mehr betragen.
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Darüber hinaus kann bei der dielektrischen Harzfolie 20, wenn eine Spannung mit einer elektrischen Feldstärke von 229 V/µm bei 125°C angelegt wird, die Kapazitätsabnahmerate nach 1000 Stunden beispielsweise weniger als 50 %, typischerweise 45 % oder weniger und insbesondere 10 % oder weniger betragen, idealerweise 0 % oder mehr, und kann beispielsweise 1 % oder mehr betragen.
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Die Kapazitätsabnahmerate kann durch die nachstehende Formel ausgedrückt werden, wobei die Kapazität vor dem Anlegen der Spannung mit C
0 und die Kapazität nach dem Anlegen der Spannung mit C
1 bezeichnet wird.
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[Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Harzfolie]
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Die dielektrische Harzfolie 20 kann durch ein Herstellungsverfahren hergestellt werden, das umfasst:
- Vermischen des ersten organischen Materials, des zweiten organischen Materials, eines Lösungsmittels und eines Additivs, das je nach Bedarf zur Herstellung einer Primärharzlösung verwendet werden kann;
- Beaufschlagen der Primärharzlösung mit einer Behandlung zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem ersten organischen Material und dem zweiten organischen Material um eine Sekundärharzlösung herzustellen;
- Auftragen der Harzlösung auf ein Substrat zur Bildung eines Beschichtungsfilms,
- Trocknen des Beschichtungsfilms, um das Lösungsmittel zu entfernen und einen trockenen Beschichtungsfilm zu bilden; und
- Erhitzen und Aushärten des trockenen Beschichtungsfilms, um eine dielektrische Harzfolie 20 zu erhalten.
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Als erstes organisches Material und zweites organisches Material können die oben beschriebenen Materialien verwendet werden.
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Als Lösungsmittel kann ein Lösungsmittel verwendet werden, das in der Lage ist, das erste organische Material und das zweite organische Material aufzulösen, und Beispiele dafür sind Ketonlösungsmittel wie Methylethylketon und Diethylketon und Etherlösungsmittel wie Tetrahydrofuran und Tetrahydropyran. Als Lösungsmittel kann ein einziges Lösungsmittel verwendet werden, alternativ können auch zwei oder mehr Lösungsmittel verwendet werden. Das Lösungsmittel kann insbesondere sowohl ein Ketonlösungsmittel als auch ein Etherlösungsmittel umfassen.
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Der Gehalt des Ketonlösungsmittels im Lösemittel kann z.B. 10 Masse-% oder mehr, ferner 30 Masse-% oder mehr, insbesondere 40 Masse-% oder mehr, betragen und kann z.B. 90 Masse-% oder weniger, ferner 70 Masse-% oder weniger, insbesondere 60 Masse-% oder weniger betragen.
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Als Additive können die oben beschriebenen verwendet werden.
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Der Gesamtgehalt des ersten organischen Materials und des zweiten organischen Materials in der Primär- oder Sekundärharzlösung kann z. B. 15 Massenprozent oder mehr und 25 Massenprozent oder weniger betragen.
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Beispiele für die Behandlung zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem ersten organischen Material und dem zweiten organischen Material umfassen eine Behandlung, bei der die Primärharzlösung bei einer relativ hohen Temperatur über einen langen Zeitraum gerührt wird, und eine Behandlung, bei der ein Reaktionskatalysator zu der Primärharzlösung gegeben und die Mischung gerührt wird. Diese Behandlungen können gleichzeitig durchgeführt werden, typischerweise wird jedoch nur eine der Behandlungen durchgeführt.
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Die Temperatur zum Zeitpunkt des Rührens bei einer relativ hohen Temperatur für eine lange Zeit kann z.B. 28°C oder mehr, typischerweise 30°C oder mehr, betragen und kann z.B. 50°C oder weniger, typischerweise 40°C oder weniger, insbesondere 35°C oder weniger, betragen. Die Rührzeit kann z. B. 5 Stunden oder mehr, typischerweise 7 Stunden oder mehr, betragen und kann z. B. 20 Stunden oder weniger, typischerweise 15 Stunden oder weniger, insbesondere 12 Stunden oder weniger, betragen. Durch Rühren der Primärharzlösung unter den oben genannten Bedingungen kann die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem ersten organischen Material und dem zweiten organischen Material erhöht werden.
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Beispiele für den Katalysator sind Aminverbindungen wie Triethylamin, Tributylamin und Triethylendiamin, metallorganische Verbindungen wie Titantetrabutoxid, Dibutylzinnoxid, Dibutylzinndilaurat, Zinknaphthenat, Kobaltnaphthenat, Zinnoctylat und Dibutylzinndilaurat sowie anorganische Verbindungen wie Eisenchlorid und Zinkchlorid. Durch Zugabe des Katalysators zu der Primärharzlösung kann die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem ersten organischen Material und dem zweiten organischen Material erhöht werden.
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Vor dem Auftragen der Sekundärharzlösung kann eine Hochdruck-Homogenisierungsbehandlung, eine mechanische Homogenisierungsbehandlung oder eine Ultraschall-Homogenisierungsbehandlung durchgeführt werden. Die Dispergierbarkeit des ersten organischen Materials und des zweiten organischen Materials kann dadurch weiter verbessert werden.
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Beispiele für das Substrat, auf das die Sekundärharzlösung aufgetragen wird, umfassen ein Harzsubstrat, und Beispiele für das Harz, das das Harzsubstrat bildet, umfassen Polyesterharze wie etwa Polyethylenterephthalat.
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Beispiele für das Verfahren zum Auftragen der Sekundärharzlösung auf das Substrat umfassen Walzenstreichverfahren (roll coating methods) wie etwa das Gegenlaufwalzenstreichverfahren (reverse roll coating), das Tiefdruckbeschichtungsverfahren (gravure coating method), das Walzenstreichverfahren (roll coating method), das Gesenkbeschichtungsverfahren (die coating method) und das Stangenbeschichtungsverfahren (bar coating method), ein Vorhangstreichverfahren (curtain coating method), ein Sprühbeschichtungsverfahren (spray coating method) und ein Tauchbeschichtungsverfahren (dip coating method).
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Die Temperatur (Trocknungstemperatur), bei der der Beschichtungsfilm getrocknet wird, kann in geeigneter Weise im Bereich von 50°C oder mehr und 150°C oder weniger eingestellt werden. Durch das Trocknen des Beschichtungsfilms in dem oben genannten Temperaturbereich ist es möglich, einen trockenen Beschichtungsfilm zu erhalten, während die Gleichmäßigkeit des Dispersionszustands des ersten organischen Materials und des zweiten organischen Materials erhalten bleibt.
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Die Temperatur (Aushärtungstemperatur), bei der der trockene Beschichtungsfilm erwärmt und ausgehärtet wird, kann zum Beispiel 100°C oder höher, ferner 120°C oder höher, insbesondere 140°C oder höher, und zum Beispiel 170°C oder niedriger, weiter 165°C oder niedriger, insbesondere 160°C oder niedriger sein. Durch Erhitzen des trockenen Beschichtungsfilms in dem oben genannten Temperaturbereich wird die Vernetzungsreaktion zwischen dem ersten organischen Material und dem zweiten organischen Material gefördert, und es kann die dielektrische Harzfolie 20 erhalten werden.
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Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird davon ausgegangen, dass die Vernetzungsreaktion zwischen dem ersten organischen Material und dem zweiten organischen Material lauf einfache Weise gefördert wird, indem eine Behandlung zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem ersten organischen Material und dem zweiten organischen Material nach der Herstellung der Primärharzlösung durchgeführt wird. Es wird davon ausgegangen, dass, wenn der Beschichtungsfilm getrocknet wird, das Festlegen der Trocknungstemperatur auf eine bestimmte Temperatur es ermöglicht, dass ein Teil des ersten organischen Materials und ein Teil des zweiten organischen Materials miteinander reagieren, und dass der Dispersionszustand des ersten organischen Materials und des zweiten organischen Materials locker fixiert ist. Wenn das erste organische Material und das zweite organische Material in einem anschließenden Schritt gehärtet werden, wird erwartet, dass das Molekulargewicht des ersten organischen Materials ausreichend klein ist, wie folgt. Das bedeutet, dass die Aushärtungsreaktion abläuft, während der Dispersionszustand des ersten organischen Materials und des zweiten organischen Materials in geeigneter Weise aufrechterhalten wird, was zur Folge hat, dass selbst dann, wenn von dem zweiten organischen Material abgeleitete Stellen aggregiert (segregiert) werden, der Dispersionszustand aufrechterhalten wird, ohne dass er vergröbert wird, und eine resultierende dielektrische Harzfolie 20 in ihrem Querschnitt Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 mit kleinen Hauptachsen aufweist.
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Die dielektrische Harzfolie 20 hat eine erste Oberfläche 201 und eine zweite Oberfläche 202, die sich auf gegenüberliegenden Seiten befinden.
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Die erste Metallschicht 31 ist auf der ersten Oberfläche 201 angeordnet und wird bevorzugt auf der ersten Oberfläche 201 gebildet.
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Der Begriff „auf einer Oberfläche“ bezieht sich hier nicht auf eine absolute Richtung, wie z. B. senkrecht nach oben, wie sie durch die Schwerkraft definiert ist, sondern auf eine Richtung nach außen, was Bereiche außerhalb und innerhalb des Folienkondensators 1 betrifft, die durch die Oberfläche begrenzt werden. Daher ist „auf einer Oberfläche“ eine relative Richtung, die durch die Ausrichtung der Oberfläche bestimmt wird. Darüber hinaus beinhaltet „auf“ einem bestimmten Element nicht nur eine Position direkt auf und in Kontakt mit dem Element (d. h. auf), sondern auch eine Position oberhalb des Elements in einem Abstand von dem Element, d. h. eine Position oberhalb des Elements mit einem anderen Objekt auf dem Element dazwischen oder eine Position oberhalb des Elements in einem Abstand von dem Element (also oberhalb)
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Die erste Metallschicht 31 kann beispielsweise mindestens ein erstes Metall enthalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Titan, Zink, Magnesium, Zinn und Nickel, und kann typischerweise Aluminium enthalten.
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Die Dicke der ersten Metallschicht 31 kann z. B. 5 nm oder mehr und 40 nm oder weniger betragen. Die Dicke der ersten Metallschicht 31 kann gemessen werden, indem die mit der ersten Metallschicht 31 versehene dielektrische Harzfolie 20 entlang der Dickenrichtung geschnitten und die Schnittfläche mit einem Elektronenmikroskop, wie z. B. einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (im Folgenden manchmal als „FE-REM“ abgekürzt), beobachtet wird.
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Die erste Metallschicht 31 kann durch Aufdampfen gebildet werden und kann durch Laminieren einer Metallfolie, die das erste Metall enthält, auf die erste Oberfläche 201 gebildet werden.
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Die zweite Metallschicht 32 ist auf der zweiten Oberfläche 202 angeordnet und ist bevorzugt der zweiten Oberfläche zugewandt Das bedeutet, die zweite Metallschicht 32 ist so angeordnet, dass eine Oberfläche der zweiten Metallschicht 32 der zweiten Oberfläche zugewandt ist.
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Die zweite Metallschicht 32 kann beispielsweise zumindest ein zweites Metall enthalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Titan, Zink, Magnesium, Zinn und Nickel und kann typischerweise Aluminium enthalten.
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Die Dicke der zweiten Metallschicht 32 kann z. B. 5 nm oder mehr und 40 nm oder weniger betragen. Die Dicke der zweiten Metallschicht 32 kann gemessen werden, indem die mit der zweiten Metallschicht 32 versehene dielektrische Harzfolie 20 in der Dickenrichtung geschnitten und die Schnittfläche mit einem Elektronenmikroskop wie einem FE-SEM beobachtet wird.
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Die zweite Metallschicht 32 kann durch Aufdampfen gebildet werden und kann durch Laminieren einer Metallfolie, die das zweite Metall enthält, auf die zweite Oberfläche 202 gebildet werden. Es ist zulässig, dass, wie in 2 dargestellt ist, eine erste Metallschicht 31a auf einer ersten Oberfläche 201a einer dielektrischen Harzfolie 20a gebildet wird, um eine Verbundfolieneinheit 40a zu bilden, und eine Verbundfolieneinheit 40a und eine andere Verbundfolieneinheit 40b so laminiert werden können, dass eine zweite Oberfläche 202a einer Verbundfolieneinheit 40a und eine erste Metallschicht 31b einer Verbundfolieneinheit 40b einander zugewandt sind, und die erste Metallschicht 31b der Verbundfolieneinheit 40b auch als eine zweite Metallschicht 32a der Verbundfolieneinheit 40a verwendet wird. In 2 sind weder der erste Bereich 203 noch der zweite Bereich 204 dargestellt.
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(Zweite Ausführungsform)
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4 ist eine Schnittansicht eines Folienkondensators.
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Wie in 4 dargestellt, ist ein Folienkondensator 1A der vorliegenden Ausführungsform ein Folienkondensator vom Wickeltyp und weist ein Laminat 50 aus Verbundfolieneinheiten, in dem eine erste Verbundfolieneinheit 41 und eine zweite Verbundfolieneinheit 42 in einem laminierten Zustand gewickelt sind, und eine erste externe Anschlusselektrode 61 und eine zweite externe Anschlusselektrode 62 auf, die in einer Breitenrichtung W des Laminats 50 mit beiden Enden verbunden sind.
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Die erste Verbundfolieneinheit 41 weist eine erste dielektrische Harzfolie 21 und eine erste Metallschicht (eine Gegenelektrode) 31A auf, die auf einer Oberfläche der ersten dielektrischen Harzfolie 21 vorgesehen ist, und die zweite Verbundfolieneinheit 42 weist eine zweite dielektrische Harzfolie 22 und eine zweite Metallschicht (eine Gegenelektrode) 32A auf, die auf einer Oberfläche der zweiten dielektrischen Harzfolie 22 vorgesehen ist. Wenn die erste dielektrische Harzfolie 21 die in den Ansprüchen beschriebene dielektrische Harzfolie ist, entspricht die erste Metallschicht 31A der in den Ansprüchen beschriebenen ersten Metallschicht, und die zweite Metallschicht 32A entspricht der in den Ansprüchen beschriebenen zweiten Metallschicht. Wenn die zweite dielektrische Harzfolie 21 die in den Ansprüchen beschriebene dielektrische Harzfolie ist, entspricht die zweite Metallschicht 32A der in den Ansprüchen beschriebenen ersten Metallschicht und die erste Metallschicht 31A entspricht der in den Ansprüchen beschriebenen zweiten Metallschicht.
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Die erste Metallschicht 31A und die zweite Metallschicht 32A sind einander zugewandt, wobei die erste dielektrische Harzfolie 21 oder die zweite dielektrische Harzfolie 22 dazwischen liegt. Die erste Metallschicht 31A ist elektrisch mit der ersten externen Anschlusselektrode 61 verbunden, und die zweite Metallschicht 32A ist elektrisch mit der zweiten externen Anschlusselektrode 62 verbunden.
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Die erste Metallschicht 31A wird auf einer Oberfläche der ersten dielektrischen Harzfolie 21 gebildet, so dass die erste Metallschicht 31A eine Seitenkante der ersten dielektrischen Harzfolie 21 erreicht, nicht aber die andere Seitenkante. Typischerweise wird die erste Metallschicht 31A so ausgebildet, dass die erste Metallschicht 31A die Seitenkante auf der Seite erreicht, auf der die erste Metallschicht 31A elektrisch mit der ersten externen Anschlusselektrode 61 verbunden ist, aber nicht die Seitenkante auf der gegenüberliegenden Seite erreicht. Die zweite Metallschicht 32A ist auf einer Oberfläche der zweiten dielektrischen Harzfolie 22 so ausgebildet, dass die zweite Metallschicht 32A eine Seitenkante der zweiten dielektrischen Harzfolie 22 nicht erreicht, aber die andere Seitenkante. Typischerweise ist die zweite Metallschicht 32A so ausgebildet, dass die zweite Metallschicht 32A die Seitenkante auf der Seite erreicht, auf der die zweite Metallschicht 32A elektrisch mit der zweiten externen Anschlusselektrode 62 verbunden ist, aber nicht die Seitenkante auf der gegenüberliegenden Seite erreicht.
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In dem Laminat 50 aus Verbundfolieneinheiten werden die erste Verbundfolieneinheit 41 und die zweite Verbundfolieneinheit 42 laminiert, während sie in der Breitenrichtung gegeneinander verschoben sind. Typischerweise wird die erste Verbundfolieneinheit 41 so laminiert, dass der Endabschnitt auf der Seite, wo die erste Metallschicht 31A die Seitenkante der ersten dielektrischen Harzfolie 21 erreicht, freiliegt, und die zweite Verbundfolieneinheit 42 wird so laminiert, dass der Endabschnitt auf der Seite, wo die zweite Metallschicht 32A die Seitenkante der zweiten dielektrischen Harzfolie 22 erreicht, freiliegt. Die erste Verbundfolieneinheit 41 und die zweite Verbundfolieneinheit 42 werden auf diese Weise laminiert und gewickelt, um ein Laminat 50 der Verbundfolieneinheiten zu bilden. In dem Laminat 50 aus Verbundfolieneinheiten liegen die erste Metallschicht 31A und die zweite Metallschicht 32A an ihren Enden frei.
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In 4 sind die zweiten dielektrischen Harzfolien 22 so laminiert und gewickelt, dass die zweiten dielektrischen Harzfolien 22 in der Laminierrichtung T der ersten dielektrischen Harzfolien 21 außen liegen. Die erste Verbundfolieneinheit 41 ist so angeordnet und gewickelt, dass die mit der ersten Metallschicht 31A versehene Oberfläche in der Laminierrichtung T nach innen weist, und die zweite Verbundfolieneinheit 42 ist so angeordnet, dass die mit der zweiten Metallschicht 32A versehene Oberfläche in der Laminierrichtung T nach innen weist.
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Die Querschnittsform des Laminats 50 aus Verbundfolieneinheiten kann eine kreisförmige, eine elliptische oder eine ovale Form sein und kann unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der Größe und Höhe typischerweise eine elliptische oder eine ovale Form sein. Durch Pressen des Laminats 50, das eine kreisförmige Querschnittsform aufweist, kann das Laminat 50 mit einer elliptischen oder ovalen Querschnittsform erhalten werden. Der Folienkondensator 1A kann ferner eine Wickelwelle enthalten. Die Wickelwelle ist in einer zentralen Achslinienform des Laminats 50 angeordnet und kann als Wickelwelle verwendet werden, wenn die Verbundfolieneinheiten aufgewickelt werden.
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Die erste externe Anschlusselektrode 61 ist in Kontakt mit den freiliegenden Enden der ersten Metallschichten 31A, wodurch die erste externe Anschlusselektrode 61 und die ersten Metallschichten 31A elektrisch verbunden werden. Typischerweise stehen die ersten Metallschichten 31A mit der ersten externen Anschlusselektrode 61 in einem Zustand in Kontakt, in dem sie in Bezug auf die erste externe Anschlusselektrode 61 in der Breitenrichtung W hervorstehen. Die zweite externe Anschlusselektrode 62 steht in Kontakt mit den freiliegenden Enden der zweiten Metallschichten 32A, wodurch die zweite externe Anschlusselektrode 62 und die zweiten Metallschichten 32A elektrisch verbunden werden. Typischerweise sind die zweiten Metallschichten 32A mit der zweiten externen Anschlusselektrode 62 in einem Zustand in Kontakt, in dem sie in der Breitenrichtung W in Bezug auf die zweite externe Anschlusselektrode 62 hervorstehen.
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Die erste dielektrische Harzfolie 21 und die zweite dielektrische Harzfolie 22 haben die gleiche Konfiguration wie die dielektrische Harzfolie 20. Die erste dielektrische Harzfolie 21 und die zweite dielektrische Harzfolie 22 können unterschiedliche Konfigurationen haben, können die gleiche Konfiguration haben und haben normalerweise die gleiche Konfiguration.
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Die Dicken der ersten dielektrischen Harzfolie 21 und der zweiten dielektrischen Harzfolie 22 können beispielsweise 1 µm oder mehr, insbesondere 1,5 µm oder mehr, und beispielsweise 5 µm oder weniger, insbesondere 4 µm oder weniger, betragen.
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Die erste Metallschicht 31A und die zweite Metallschicht 32A können z.B. mindestens eines aus der Gruppe enthalten, die Aluminium, Titan, Zink, Magnesium, Zinn und Nickel umfasst, typischerweise Aluminium.
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Die Dicken der ersten Metallschicht 31A und der zweiten Metallschicht 32A können beispielsweise 5 nm oder mehr und 40 nm oder weniger betragen. Die Dicken der ersten Metallschicht 31A oder der zweiten Metallschicht 32A können gemessen werden, indem die erste Verbundfolieneinheit 41 oder die zweite Verbundfolieneinheit 42 in Dickenrichtung geschnitten und die Schnittfläche mit einem Elektronenmikroskop wie FE-SEM beobachtet wird.
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Die erste Metallschicht 31A und die zweite Metallschicht 32A können unterschiedliche Konfigurationen haben, können die gleiche Konfiguration haben und haben normalerweise die gleiche Konfiguration.
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Die erste äußere Anschlusselektrode 61 und die zweite äußere Anschlusselektrode 62 können zum Beispiel mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zink, Aluminium, Zinn und einer Zink-Aluminium-Legierung enthalten.
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Die erste äußere Anschlusselektrode 61 und die zweite äußere Anschlusselektrode 62 können unterschiedliche Konfigurationen haben, können die gleiche Konfiguration haben und haben normalerweise die gleiche Konfiguration.
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[Verfahren zur Herstellung eines Folienkondensators]
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Der Folienkondensator 1A gemäß der vorliegenden Offenbarung kann durch ein Herstellungsverfahren hergestellt werden, umfassend:
- Herstellen einer ersten dielektrischen Harzfolie 21 und einer zweiten dielektrischen Harzfolie 22;
- Bilden einer ersten Metallschicht 31A auf mindestens einer Oberfläche der ersten dielektrischen Harzfolie 21, um eine erste Verbundfolieneinheit 41 herzustellen, und Bilden einer zweiten Metallschicht 32 auf mindestens einer Oberfläche der zweiten dielektrischen Harzfolie 22, um eine zweite Verbundfolieneinheit 42 herzustellen;
- Laminieren der ersten Verbundfolieneinheit 41 und der zweiten Verbundfolieneinheit 42 und typischerweise weiteres Aufwickeln derselben, um ein Laminat 50 herzustellen; und
- Ausbilden einer ersten äußeren Anschlusselektrode 61 und einer zweiten äußeren Anschlusselektrode 62 an beiden Enden in der Breitenrichtung des Laminats 50.
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Die erste dielektrische Harzfolie 21 und die zweite dielektrische Harzfolie 22 können durch das gleiche Verfahren hergestellt werden wie die dielektrische Harzfolie 20.
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Die erste Verbundfolieneinheit 41 wird durch Bilden der ersten Metallschicht 31A auf mindestens einer Oberfläche der ersten dielektrischen Harzfolie 21 hergestellt, und die zweite Verbundfolieneinheit 42 wird durch Bilden der zweiten Metallschicht 32A auf mindestens einer Oberfläche der zweiten dielektrischen Harzfolie 22 hergestellt. Die erste Metallschicht 31A und die zweite Metallschicht 32A können durch Aufdampfen gebildet werden. Wenn der Folienkondensator vom Wickeltyp gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wird, wird die erste Metallschicht 31A auf einer Oberfläche der ersten dielektrischen Harzfolie 21 gebildet und so geformt, dass die erste Metallschicht 31A eine Seitenkante der ersten Verbundfolieneinheit 41 in der Breitenrichtung erreicht, aber die andere Seitenkante der ersten Verbundfolieneinheit 41 nicht erreicht. Darüber hinaus ist die zweite Metallschicht 32A auf einer Oberfläche der zweiten dielektrischen Harzfolie 22 ausgebildet und so geformt, dass die zweite Metallschicht 32A eine Seitenkante der zweiten Verbundfolieneinheit 42 in der Breitenrichtung nicht erreicht, aber die andere Seitenkante der zweiten Verbundfolieneinheit 42 erreicht.
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Die erste Verbundfolieneinheit 41 und die zweite Verbundfolieneinheit 42 werden laminiert und typischerweise weiter gewickelt, und dadurch wird das Laminat 50 hergestellt. Im Fall der Herstellung des Folienkondensators vom Wickeltyp 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die erste Verbundfolieneinheit 41 und die zweite Verbundfolieneinheit 42 in einem Zustand laminiert, in dem sie um einen vorgeschriebenen Abstand in der Breitenrichtung verschoben sind, und dann weiter gewickelt, um das Laminat 50 (einen Wickelkörper) herzustellen. Je nach Bedarf kann eine Wickelwelle verwendet werden oder nicht. Die Querschnittsform des Laminats 50 (Wickelkörper) kann kreisförmig sein. Alternativ kann ein Laminat mit einer kreisförmigen Querschnittsform senkrecht zur Breitenrichtung aufgeschichtet („sandwiched“) und gepresst werden, so dass die Querschnittsform eine elliptische oder ovale Form annimmt.
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Die erste äußere Anschlusselektrode 61 und die zweite äußere Anschlusselektrode 62 sind an beiden Enden in Breitenrichtung des Laminats 50 so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit der ersten Metallschicht 31A bzw. der zweiten Metallschicht 32A stehen. Die erste externe Anschlusselektrode 61 und die zweite externe Anschlusselektrode 62 können durch thermisches Spritzen hergestellt werden. Wenn der Folienkondensator vom Wickeltyp 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wird, wird die erste äußere Anschlusselektrode 61 an einer Endfläche des Laminats 50 so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit der ersten Metallschicht 31A steht, und die zweite äußere Anschlusselektrode 62 wird an der anderen Endfläche des Laminats 50 so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit der zweiten Metallschicht 32A steht.
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So wird der Folienkondensator der vorliegenden Offenbarung hergestellt.
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In 4 ist der Folienkondensator 1A ein Folienkondensator vom Wickeltyp, bei dem die erste Verbundfolieneinheit 41 und die zweite Verbundfolieneinheit 42 laminiert und gewickelt sind, ist aber nicht darauf beschränkt, und kann ein Folienkondensator vom Verbundtyp sein, bei dem die erste Verbundfolieneinheit 41 und die zweite Verbundfolieneinheit 42 laminiert sind.
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Wenn die Wirkungen, die sich aus anderen Konfigurationen ergeben, die gleichen sind wie die der ersten Ausführungsform, so entfällt deren Beschreibung.
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Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in ihrer Ausgestaltung modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel können die jeweiligen Merkmale der ersten und zweiten Ausführungsform auf unterschiedliche Weise kombiniert werden.
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Die vorliegende Offenbarung legt Folgendes dar:
- <1> Einen Folienkondensator, aufweisend:
- eine dielektrische Harzfolie mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen;
- eine erste Metallschicht, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; und
- eine zweite Metallschicht, die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist,
- wobei in einem Mapping-Bild von Stickstoffatomen, die durch energiedispersive Röntgenspektroskopie in einem Abschnitt der dielektrischen Harzfolie entlang einer Dickenrichtung der dielektrischen Harzfolie beobachtet werden, ein Verhältnis einer Fläche von Stickstoffatom-Aggregationsbereichen zu einer Gesamtbeobachtungsfläche 35 % oder weniger beträgt.
- <2> Den Folienkondensator nach Punkt <1>, wobei das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche zur Gesamtbeobachtungsfläche 20 % oder weniger beträgt.
- <3> Den Folienkondensator nach Punkt <1> oder <2>, wobei das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche zur Gesamtbeobachtungsfläche 15 % oder weniger beträgt.
- <4> Einen Folienkondensator, aufweisend:
- eine dielektrische Harzfolie mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen;
- eine erste Metallschicht, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; und eine zweite Metallschicht, die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist,
- wobei in einem Mapping-Bild von Stickstoffatomen, die durch
- energiedispersive Röntgenspektroskopie in einem Abschnitt der dielektrischen Harzfolie entlang einer Dickenrichtung der dielektrischen Harzfolie beobachtet werden, ein Durchschnittswert der Hauptachsen von Stickstoffatom-Aggregationsbereichen 220 nm oder weniger beträgt.
- <5> Den Folienkondensator nach Punkt <4>, wobei der Durchschnittswert der Hauptachsen der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 110 nm oder weniger beträgt.
- <6> Den Folienkondensator nach einem der Punkte <1> bis <5>, wobei ein Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche in einem ersten Abschnitt, der sich auf einer Seite der ersten Oberfläche befindet, sich von einem Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche in einem zweiten Abschnitt, der sich auf einer Seite der zweiten Oberfläche befindet, unterscheidet.
- <7> Den Folienkondensator nach einem der Punkte <1> bis <6>, wobei das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche in dem ersten Abschnitt kleiner ist als das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche in dem zweiten Abschnitt.
- <8> Den Folienkondensator nach einem der Punkte <1> bis <7>, wobei die dielektrische Harzfolie ein gehärtetes Erzeugnis aus einem ersten organischen Material mit zwei oder mehr Hydroxygruppen in einem Molekül und einem zweiten organischen Material mit zwei oder mehr Isocyanatgruppen in einem Molekül enthält.
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BEISPIELE
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Die vorliegende Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die nachstehenden Beispiele näher beschrieben, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
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Versuchsbeispiel 1
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Ein Reaktionsgefäß wurde mit 65 Masseteilen Polyhydroxypolyether (ein Phenoxyharz, das ein Reaktionsprodukt von Bisphenol A und Epichlorhydrin (Epoxyharz vom Bisphenol A-Typ) ist), Gewichtsmittel des Molekulargewichts: 15.000 als erstes organisches Material und 35 Masseteile 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) als zweites organisches Material, und das Gemisch wurde mit 400 Masseteilen eines gemischten Lösungsmittels, das durch Mischen von Methylethylketon (MEK) und Tetrahydrofuran (THF) in einem Massenverhältnis von 1: 1 hergestellt wurde, gemischt, wodurch eine Primärharzlösung erhalten wurde. Dann wurde die Primärharzlösung 10 Stunden lang bei 30°C gerührt, um eine Sekundärharzlösung zu erhalten.
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Die erhaltene Harzlösung wurde unter Verwendung einer Tiefdruckbeschichtungsanlage so auf ein Polyethylenterephthalat (PET)-Substrat aufgetragen, dass die Dicke nach dem Aushärten 3,5 µm betrug, um einen Beschichtungsfilm zu erhalten, und das Lösungsmittel wurde in einem Trockenofen getrocknet, um einen trockenen Beschichtungsfilm zu erhalten.
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Der resultierende trockene Beschichtungsfilm wurde gehärtet, um eine dielektrische Harzfolie zu erhalten. Auf der getrockneten Oberfläche der resultierenden dielektrischen Harzfolie wurde Aluminium im Vakuum mit einer Dicke von 20 nm abgeschieden, wobei eine Aluminiumschicht gebildet wurde und dadurch eine Verbundfolieneinheit entstand.
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Testbeispiele 2 bis 6
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Eine dielektrische Harzfolie wurde auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 erhalten, mit Ausnahme dessen, dass das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polyhydroxypolyethers als erstes organisches Material wie in Tabelle 1 gezeigt geändert wurde. Auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 wurde auf der getrockneten Oberfläche der dielektrischen Harzfolie eine Aluminiumschicht gebildet, um eine Verbundfolieneinheit zu erhalten.
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Testbeispiel 7
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Eine dielektrische Harzfolie wurde auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 erhalten, mit Ausnahme dessen, dass das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polyhydroxypolyethers als erstes organisches Material wie in Tabelle 1 gezeigt geändert wurde und die Zeit zum Rühren der Primärharzlösung auf 1 Stunde geändert wurde. Auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 wurde eine Aluminiumschicht auf der getrockneten Oberfläche der dielektrischen Harzfolie gebildet, um eine Verbundfolieneinheit zu erhalten.
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Testbeispiel 8
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Das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polyhydroxypolyethers als erstes organisches Material wurde wie in Tabelle 1 gezeigt geändert, und die Abmischungsmenge wurde auf 61,8 Massenteile geändert. Darüber hinaus wurde eine dielektrische Harzfolie auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 erhalten, außer dass 3,2 Masseteile TEGO (eingetragenes Warenzeichen) VariPlus 1201TF (hergestellt von Evonik Industries AG) als Kompatibilisator hinzugefügt wurden. Auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 wurde eine Aluminiumschicht auf der getrockneten Oberfläche der dielektrischen Harzfolie gebildet, um eine Verbundfolieneinheit zu erhalten.
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Testbeispiele 9 bis 11
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Eine dielektrische Harzfolie wurde auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 8 erhalten, außer dass die Abmischungsmenge des Polyhydroxypolyethers als erstes organisches Material auf 52 bis 58,5 Masseteile und die Abmischungsmenge von TEGO (eingetragenes Warenzeichen) VariPlus 1201TF (hergestellt von Evonik Industries AG) als Kompatibilisator auf 6,5 bis 13 Masseteile geändert wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt. Auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 wurde eine Aluminiumschicht auf der getrockneten Oberfläche der dielektrischen Harzfolie gebildet, um eine Verbundfolieneinheit zu erhalten.
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(Kapazitätsabnahmerate)
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An die Verbundfolieneinheiten der Testbeispiele 1 bis 11 wurde eine Spannung von 229 V/µm bzw. 257 V/µm für 1000 Stunden unter einer Atmosphäre bei einer Temperatur von 125°C angelegt. Die Änderung der Kapazität der Folie während des Anlegens der Spannung wurde bestätigt. Die elektrostatische Kapazität vor dem Anlegen der Spannung wurde als C
0 bezeichnet, die elektrostatische Kapazität nach dem Anlegen der Spannung als C
1. Die Kapazitätsabnahmerate wurde auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung berechnet.
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(Bewertung der Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung im Film)
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Jede der dielektrischen Harzfolien der Testbeispiele 1 bis 11 wurde in Dickenrichtung geschnitten, und die Schnittfläche wurde mit EDX (STEM-EDX) in Verbindung mit STEM beobachtet. Insbesondere wurde jede der dielektrischen Harzfolien der Testbeispiele 1 bis 11 in eine Scheibe geschnitten, die einen Querschnitt in Dickenrichtung als Beobachtungsfläche aufwies, und auf einem Probenträgerfilm für die STEM-Beobachtung aufgenommen. Anschließend wurde der Verteilungszustand der Stickstoffatome mittels STEM-EDX gemessen. Zum Schneiden der Scheibe wurde ein Ultramikrotom verwendet, und die Zieldicke der Scheibe wurde auf 80 bis 100 nm festgelegt. Als STEM-EDX-Messbedingungen wurden eine 60.000-fache Beobachtungsvergrößerung, eine Beschleunigungsspannung von 200 kV, ein STEM-Sondendurchmesser von etwa 0,2 nm, ein Siliziumdriftdetektor als EDX-Detektor und eine EDX-Integrationszeit von 1 Stunde festgelegt.
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5 zeigt die Ergebnisse der STEM-EDX-Messung und stellt den Verteilungszustand der Stickstoffatome auf Grundlage der Anzahl der Zählungen der von Stickstoff abgeleiteten charakteristischen Röntgenstrahlen dar, die an jedem Punkt (Pixel) bei einer 60.000-fachen Vergrößerung, einer Pixelgröße von 0,01 µm/Pixel und einer Auflösung von 256 × 256 angezeigt werden. Hinsichtlich der Helligkeit und Dunkelheit in der Zeichnung gilt: Je höher die Helligkeit, desto größer der Zählstand und desto höher die Konzentration der Stickstoffatome.
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Konkret wurde in einem STEM-EDX-Bild, das bei einer 60.000-fachen Vergrößerung, einer Pixelgröße von 0,01 µm/Pixel und einer Auflösung von 256 × 256 gezeigt wurde, ein Punkt, an dem die Zählung der von Stickstoff abgeleiteten charakteristischen Röntgenstrahlen 100 Zählungen oder mehr betrug, als ein Punkt definiert, an dem die Stickstoffatomkonzentration hoch war, und ein Bereich, in dem kontinuierliche Punkte mit einer hohen Stickstoffkonzentration beobachtet wurden, wie etwa der Bereich 203, wurde als Stickstoffelement-Aggregationsbereich definiert, und das Flächenverhältnis und die durchschnittliche Hauptachse der Stickstoff-Aggregationsbereiche wurden für jede Probe berechnet. Wie in 5(c) gezeigt, wurden für eine Probe, die keine Stickstoff-Aggregationsbereiche aufweist, sowohl das Flächenverhältnis als auch die durchschnittliche Hauptachse der Stickstoff-Aggregationsbereiche als 0 definiert.
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Ein Mapping-Bild der Stickstoffatome in einem Abschnitt der dielektrischen Harzfolie von Testbeispiel 5 ist in 5 dargestellt. In 5 korreliert die Helligkeit mit der Verteilungskonzentration der Stickstoffatome, und je höher die Helligkeit ist, desto höher ist die Verteilungskonzentration der Stickstoffatome.
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Auf Grundlage von jedem der Kartierungsbilder von Stickstoffatomen in den Abschnitten der dielektrischen Harzfolien der Testbeispiele 1 bis 11 wurden die Flächen der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 mit hoher Helligkeit und dem anderen Bereich 204 jeweils gemessen, und das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 zur Gesamtsumme der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 und dem anderen Bereich 204 (die Gesamtbeobachtungsfläche) wurde berechnet. Darüber hinaus wurden fünf oder mehr Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 ausgewählt, deren Hauptachsen gemessen und der Durchschnittswert berechnet. Die Hauptachse von jedem der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche 203 wurde durch das längste Liniensegment unter den Liniensegmenten definiert, das durch den Außenumfang des Stickstoffatom-Aggregationsbereichs 203 geteilt wurde.
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Die durchschnittliche Hauptachse und die Fläche der in Tabelle 1 gezeigten Stickstoffatom-Aggregationsbereiche sind Werte, die unter den Bedingungen von (detaillierte Bedingungen) gemessen wurden. Wie in 5(C) gezeigt, wurden die mittlere Hauptachse und das Flächenverhältnis des ersten Bereichs in einem Zustand, in dem keine Aggregation von Stickstoffatomen beobachtet wurde, als 0 bestimmt.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Von den Testbeispielen 1 bis 11 in Tabelle 1 sind diejenigen, die den Vergleichsbeispielen der vorliegenden Offenbarung entsprechen, mit dem Symbol „*“ gekennzeichnet, und die anderen entsprechen den Beispielen der vorliegenden Offenbarung.[0109] [Tabelle 1]
TestBeispiel | Rührdauer der Primärharzlösung [Stunde] | Gewichtsmittleres Molekulargewicht | Mischungsverhältnis | Stickstoff-Aggregationsbereich | Kapazitätsabnahmerate [%] |
| [g/mol] | Erstes organisches Material | Zweites organisches Material | Kompatibilisator | Mittlere Hauptachse [nm] | Flächenverhältnis [%] | 229 V/µm | 257 N/µm |
1 | 10 | 15000 | 65 | 35 | 0 | 60 | 1,2 | 1 | 15 |
2 | 10 | 20000 | 65 | 35 | 0 | 80 | 3,9 | 3 | 20 |
3 | 10 | 35000 | 65 | 35 | 0 | 110 | 11,6 | 5 | 28 |
4 | 10 | 50000 | 65 | 35 | 0 | 190 | 18,1 | 12 | 35 |
5 | 10 | 60000 | 65 | 35 | 0 | 220 | 30,2 | 20 | 45 |
6* | 10 | 75000 | 65 | 35 | 0 | 250 | 52,4 | 70 | 100 |
7* | 1 | 35000 | 65 | 35 | 0 | 240 | 50,1 | 60 | 90 |
8 | 10 | 50000 | 61,8 | 35 | 3.2 | 20 | 0,6 | 0 | 6 |
9 | 10 | 50000 | 58,5 | 35 | 6.5 | 10 | 0,3 | 0 | 3 |
10 | 10 | 50000 | 52 | 35 | 13 | 5 | 0,1 | 0 | 1 |
11 | 10 | 50000 | 48,6 | 35 | 16.4 | 0 | 0 | 0 | 0 |
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Die Testbeispiele 1 bis 5 und 8 bis 11 waren Beispiele der vorliegenden Offenbarung, und das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche zur Gesamtsumme der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche und der Fläche des anderen Bereichs (der Gesamtbeobachtungsfläche) („Flächenverhältnis der Stickstoff-Aggregationsbereiche“ in Tabelle 1) betrug 35 % oder weniger, und der Durchschnittswert der Hauptachsen der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche („Durchschnittliche Hauptachse der Stickstoff-Aggregationsbereiche“ in Tabelle 1) betrug 220 nm oder weniger. In den Testbeispielen 1 bis 5 war das Flächenverhältnis der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche in dem Teil mit einer Tiefe von 1000 nm von der Oberfläche auf der trockenen Oberflächenseite der dielektrischen Harzfolie kleiner als das Flächenverhältnis der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche in dem Teil mit einer Tiefe von 1000 nm von der anderen Oberfläche der dielektrischen Harzfolie. Die Tiefe, in der das Flächenverhältnis der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche gemessen wird, kann abhängig von der Dicke des Films geändert werden. Im Ergebnis des Anlegens einer Spannung für 1.000 Stunden unter der Bedingung einer elektrischen Feldstärke von 229 V/µm oder 257 V/µm bei einer Temperatur von 125°C verringerte sich die Kapazitätsabnahmerate vor und nach dem Anlegen.
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Die Testbeispiele 6 und 7 sind Beispiele, bei denen das Verhältnis der Fläche der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche zur Gesamtsumme der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche und des anderen Bereichs (der Gesamtbeobachtungsfläche) („Stickstoff-Aggregationsbereich-Flächenverhältnis“ in Tabelle 1) mehr als 35 % betrug und der Durchschnittswert der Hauptachsen der Stickstoffatom-Aggregationsbereiche mehr als 220 nm betrug. Infolge des Anlegens einer Spannung unter den oben beschriebenen Bedingungen war die Kapazitätsabnahmerate vor und nach dem Anlegen groß.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Folienkondensator
- 20, 20a, 20b
- dielektrische Harzfolie
- 201, 201
- erste Oberfläche
- 202, 202
- zweite Oberfläche
- 203
- Stickstoffatom-Aggregationsbereich
- 204
- Bereich, der kein Stickstoffatom-Aggregationsbereich ist
- 205
- erster Abschnitt
- 206
- zweiter Abschnitt
- 21
- erste dielektrische Harzfolie
- 22
- zweite dielektrische Harzfolie
- 31, 31a, 31b, 31A
- erste Metallschicht
- 32, 32a, 32A
- zweite Metallschicht
- 40, 40a, 40B
- Verbundfolieneinheit
- 41
- erste Verbundfolieneinheit
- 42
- zweite Verbundfolieneinheit
- 50
- Laminat
- 61
- erste externe Anschlusselektrode
- 62
- zweite externe Anschlusselektrode
- W
- Breitenrichtung
- T
- Laminierrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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