JP2000294447A - フィルムコンデンサ用高誘電率フィルムおよびその製造方法 - Google Patents
フィルムコンデンサ用高誘電率フィルムおよびその製造方法Info
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- JP2000294447A JP2000294447A JP11102936A JP10293699A JP2000294447A JP 2000294447 A JP2000294447 A JP 2000294447A JP 11102936 A JP11102936 A JP 11102936A JP 10293699 A JP10293699 A JP 10293699A JP 2000294447 A JP2000294447 A JP 2000294447A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高誘電率で、高い絶縁破壊電圧を有するコン
デンサ用フィルムを提供する。 【解決手段】 誘電率が１０以上のセラミック粒子が５
〜５０体積％含有されており、かつ、フィルムのボイド
率が１０％以下であるコンデンサ用高誘電率フィルム。
デンサ用フィルムを提供する。 【解決手段】 誘電率が１０以上のセラミック粒子が５
〜５０体積％含有されており、かつ、フィルムのボイド
率が１０％以下であるコンデンサ用高誘電率フィルム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電率を著しく向
上せしめたフィルムコンデンサ用高誘電率フィルムおよ
びその製造方法に関するものである。
上せしめたフィルムコンデンサ用高誘電率フィルムおよ
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器などの小型化、軽量化、
高性能化がますます進行するにともなって、電子部品に
ついても小型化、大容量化のニーズが高まっており、こ
の傾向は、フィルムコンデンサについても同様である。
高性能化がますます進行するにともなって、電子部品に
ついても小型化、大容量化のニーズが高まっており、こ
の傾向は、フィルムコンデンサについても同様である。
【０００３】一般に、フィルムコンデンサの静電容量
は、用いられるフィルム用樹脂の誘電率およびフィルム
の厚さと面積により決定される。従来から、コンデンサ
の小型化、大容量化のニーズに答えるため、フィルムの
薄膜化の開発がなされてきたが、電気特性、作業性など
から薄膜化は限界に達している。フィルムコンデンサの
誘電率を高めるために、ポリフッ化ビニリデンのような
高誘電率のフィルムを用いる方法があるが、非常に高価
であり、コスト高となる。また、誘電率の高いセラミッ
ク粒子を含有した高誘電率フィルムについての提案がな
されているが（特開昭５８−１４９９２８号公報）、絶
縁破壊電圧が著しく低下するという問題があり実用化に
到っていない。
は、用いられるフィルム用樹脂の誘電率およびフィルム
の厚さと面積により決定される。従来から、コンデンサ
の小型化、大容量化のニーズに答えるため、フィルムの
薄膜化の開発がなされてきたが、電気特性、作業性など
から薄膜化は限界に達している。フィルムコンデンサの
誘電率を高めるために、ポリフッ化ビニリデンのような
高誘電率のフィルムを用いる方法があるが、非常に高価
であり、コスト高となる。また、誘電率の高いセラミッ
ク粒子を含有した高誘電率フィルムについての提案がな
されているが（特開昭５８−１４９９２８号公報）、絶
縁破壊電圧が著しく低下するという問題があり実用化に
到っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の問題を解決するものであり、誘電率が高く、絶縁
破壊電圧に優れ、実用性に優れたフィルムコンデンサ用
フィルムおよびその製造方法を提供しようとするもので
ある。
従来の問題を解決するものであり、誘電率が高く、絶縁
破壊電圧に優れ、実用性に優れたフィルムコンデンサ用
フィルムおよびその製造方法を提供しようとするもので
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、特にフィ
ルムの延伸工程において、セラミック粒子と熱可塑性樹
脂との間の剥離によって生じるフィルム内のボイドを減
少させることにより、フィルムの誘電率および絶縁破壊
電圧を高めることができることを見出し本発明に到達し
た。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。 （１）誘電率が１０以上のセラミック粒子が５〜５０体
積％含有されており、かつ、フィルムのボイド率が１０
％以下であることを特徴とするフィルムコンデンサ用高
誘電率フィルム。 （２）セラミック粒子を含有した熱可塑性樹脂を加熱溶
融し、製膜、延伸後、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以
上、融点以下の温度で熱プレス処理することを特徴とす
る上記（１）記載の高誘電率フィルムの製造方法。
ルムの延伸工程において、セラミック粒子と熱可塑性樹
脂との間の剥離によって生じるフィルム内のボイドを減
少させることにより、フィルムの誘電率および絶縁破壊
電圧を高めることができることを見出し本発明に到達し
た。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。 （１）誘電率が１０以上のセラミック粒子が５〜５０体
積％含有されており、かつ、フィルムのボイド率が１０
％以下であることを特徴とするフィルムコンデンサ用高
誘電率フィルム。 （２）セラミック粒子を含有した熱可塑性樹脂を加熱溶
融し、製膜、延伸後、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以
上、融点以下の温度で熱プレス処理することを特徴とす
る上記（１）記載の高誘電率フィルムの製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。
する。
【０００７】本発明において用いられるフィルム原料の
熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、
ポリアミド、ポリスルフォン、ポリカーボネート、ポリ
アリレート、ポリフェニレンスルフィド、あるいはこれ
らの混合物や共重合物などが挙げられる。これらのう
ち、特にポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン
が電気的特性、作業性、コスト面などの点で望ましい。
熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、
ポリアミド、ポリスルフォン、ポリカーボネート、ポリ
アリレート、ポリフェニレンスルフィド、あるいはこれ
らの混合物や共重合物などが挙げられる。これらのう
ち、特にポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン
が電気的特性、作業性、コスト面などの点で望ましい。
【０００８】本発明において用いられる誘電率が１０以
上のセラミック粒子としては、酸化チタン、チタン酸マ
グネシウム、ケイ酸マグネシウム、チタン酸亜鉛、チタ
ン酸ビスマス、酸化ランタン、チタン酸カルシウム、チ
タン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、炭酸カルシ
ウム、またはこれらの混合物が挙げられる。セラミック
粒子の誘電率が１０未満の場合は、高い誘電率のフィル
ムが得られない。すなわち、誘電率εｃのセラミック粒
子Ｘ体積部と、誘電率εｐの樹脂（１−Ｘ）体積部との
複合体の誘電率εは下式で表され、誘電率の小さいセラ
ミック粒子を用いても、最終的に得られるフィルムの誘
電率を高くすることができない。ｌｎε＝Ｘｌｎεｃ＋
（１−Ｘ）ｌｎεｐ
上のセラミック粒子としては、酸化チタン、チタン酸マ
グネシウム、ケイ酸マグネシウム、チタン酸亜鉛、チタ
ン酸ビスマス、酸化ランタン、チタン酸カルシウム、チ
タン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、炭酸カルシ
ウム、またはこれらの混合物が挙げられる。セラミック
粒子の誘電率が１０未満の場合は、高い誘電率のフィル
ムが得られない。すなわち、誘電率εｃのセラミック粒
子Ｘ体積部と、誘電率εｐの樹脂（１−Ｘ）体積部との
複合体の誘電率εは下式で表され、誘電率の小さいセラ
ミック粒子を用いても、最終的に得られるフィルムの誘
電率を高くすることができない。ｌｎε＝Ｘｌｎεｃ＋
（１−Ｘ）ｌｎεｐ
【０００９】また、一般に、２種類以上のセラミック粒
子を混合したり、固溶体とすることにより、誘電率や誘
電正接、体積抵抗率を改良することができ、またこれら
の電気特性の温度依存性を改良することができることが
知られているが、本発明においてもこのような方法を用
いることにより、電気特性をさらに向上させることがで
きる。
子を混合したり、固溶体とすることにより、誘電率や誘
電正接、体積抵抗率を改良することができ、またこれら
の電気特性の温度依存性を改良することができることが
知られているが、本発明においてもこのような方法を用
いることにより、電気特性をさらに向上させることがで
きる。
【００１０】セラミック粒子を含有したフィルムの製造
方法としては、セラミック粒子を熱可塑性樹脂と混合
し、溶融押出成形によりフィルム状にする方法が一般に
採用される。セラミック粒子を熱可塑性樹脂と混合する
方法としては、熱可塑性樹脂の重合時にセラミック粒子
を添加する方法や、二軸押出機やカレンダーロールなど
を利用して直接ブレンドする方法などを用いることがで
きる。また、あらかじめセラミック粒子を高濃度に含有
する樹脂組成物を製造し、フィルム成形時に同一の樹脂
によって希釈し、所望の濃度にすることもできる。
方法としては、セラミック粒子を熱可塑性樹脂と混合
し、溶融押出成形によりフィルム状にする方法が一般に
採用される。セラミック粒子を熱可塑性樹脂と混合する
方法としては、熱可塑性樹脂の重合時にセラミック粒子
を添加する方法や、二軸押出機やカレンダーロールなど
を利用して直接ブレンドする方法などを用いることがで
きる。また、あらかじめセラミック粒子を高濃度に含有
する樹脂組成物を製造し、フィルム成形時に同一の樹脂
によって希釈し、所望の濃度にすることもできる。
【００１１】延伸フィルムを製造する方法としては、セ
ラミック粒子を含有した熱可塑性樹脂を押出機で加熱、
溶融し、Ｔダイもしくは円形ダイより押し出し、冷却ロ
ールなどにより冷却固化させた後、同時二軸延伸法もし
くは逐次二軸延伸法により延伸する方法が好ましい。フ
ィルムの機械的特性や厚み均一性などの性能面からは、
Ｔダイによるフラット式製膜法とテンター延伸法を組み
合わせた方法が最も好ましく、特にテンター式同時二軸
延伸法は、粒子を高濃度に含有した樹脂を延伸する方法
として優れている。
ラミック粒子を含有した熱可塑性樹脂を押出機で加熱、
溶融し、Ｔダイもしくは円形ダイより押し出し、冷却ロ
ールなどにより冷却固化させた後、同時二軸延伸法もし
くは逐次二軸延伸法により延伸する方法が好ましい。フ
ィルムの機械的特性や厚み均一性などの性能面からは、
Ｔダイによるフラット式製膜法とテンター延伸法を組み
合わせた方法が最も好ましく、特にテンター式同時二軸
延伸法は、粒子を高濃度に含有した樹脂を延伸する方法
として優れている。
【００１２】本発明におけるフィルムは、単層でも複層
でも構わないが、フィルム中のセラミック粒子の含有率
が５〜５０体積％であることが必要である。セラミック
粒子の含有率が５体積％未満では、フィルムの誘電率の
顕著な向上が得られず、また、５０体積％を超えると、
フィルムの延伸性が極端に低下し、延伸フィルムを安定
して製造することが困難になる。延伸時におけるフィル
ム切れなどのトラブルを防止したり、フィルム表面の均
一性を向上させるためには、複層構成にしてフィルム表
面層のセラミック粒子の含有量を少なくすることが有効
である。複層フィルムの製造方法としては、押出ラミネ
ート法、ドライラミネート法、溶液コーティング法、ホ
ットメルトコーティング法、共押出法などが挙げられ
る。
でも構わないが、フィルム中のセラミック粒子の含有率
が５〜５０体積％であることが必要である。セラミック
粒子の含有率が５体積％未満では、フィルムの誘電率の
顕著な向上が得られず、また、５０体積％を超えると、
フィルムの延伸性が極端に低下し、延伸フィルムを安定
して製造することが困難になる。延伸時におけるフィル
ム切れなどのトラブルを防止したり、フィルム表面の均
一性を向上させるためには、複層構成にしてフィルム表
面層のセラミック粒子の含有量を少なくすることが有効
である。複層フィルムの製造方法としては、押出ラミネ
ート法、ドライラミネート法、溶液コーティング法、ホ
ットメルトコーティング法、共押出法などが挙げられ
る。
【００１３】本発明においては、ボイド率の少ないフィ
ルムを製造するために、延伸後のフィルムを熱プレス処
理することが必要である。熱プレス法としては、たとえ
ば、フィルムを所定温度に加熱したニップロールや圧延
ロール、エンボスロール間に通過させて熱プレスする方
法や、加熱した熱プレス機で上下からフィルムを押さえ
る方法などが挙げられるが、これらに限定されるもので
ない。熱プレス温度は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度
以上、融点以下であることが望ましい。ガラス転移温度
より低いとボイド率の低減効果が得られず、融点より高
いと樹脂が融解してしまうので好ましくない。
ルムを製造するために、延伸後のフィルムを熱プレス処
理することが必要である。熱プレス法としては、たとえ
ば、フィルムを所定温度に加熱したニップロールや圧延
ロール、エンボスロール間に通過させて熱プレスする方
法や、加熱した熱プレス機で上下からフィルムを押さえ
る方法などが挙げられるが、これらに限定されるもので
ない。熱プレス温度は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度
以上、融点以下であることが望ましい。ガラス転移温度
より低いとボイド率の低減効果が得られず、融点より高
いと樹脂が融解してしまうので好ましくない。
【００１４】次に、本発明のフィルムの製造方法につい
て、Ｔダイによるフラット式製膜法とテンター式同時二
軸延伸法の組み合わせ、熱プレス処理としてニップロー
ル、熱可塑性樹脂としてＰＥＴを用いた場合について説
明する。
て、Ｔダイによるフラット式製膜法とテンター式同時二
軸延伸法の組み合わせ、熱プレス処理としてニップロー
ル、熱可塑性樹脂としてＰＥＴを用いた場合について説
明する。
【００１５】まず、セラミック粒子を含有したＰＥＴ樹
脂をＴダイを備えた押出機により、温度２３０〜２８０
℃で溶融し、シート状に押し出し、表面温度４０℃以下
に調節された冷却ロール上に密着させて急冷し、厚さ８
〜８００μｍの未延伸フィルムを得る。次に、未延伸フ
ィルムをテンター式延伸機に供給し、フィルムの両端を
クリップで把持し、温度８０〜１１０℃の雰囲気下で予
熱した後、温度８０〜１２０℃の雰囲気下で横方向およ
び縦方向にそれぞれ２〜４倍程度に同時二軸延伸を行
い、その後、温度１５０〜２００℃の雰囲気下で数秒間
熱処理を行い熱固定し、室温まで冷却後、２０〜３００
ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取る。延伸フィルムの厚みは通
常２〜５０μｍ程度である。
脂をＴダイを備えた押出機により、温度２３０〜２８０
℃で溶融し、シート状に押し出し、表面温度４０℃以下
に調節された冷却ロール上に密着させて急冷し、厚さ８
〜８００μｍの未延伸フィルムを得る。次に、未延伸フ
ィルムをテンター式延伸機に供給し、フィルムの両端を
クリップで把持し、温度８０〜１１０℃の雰囲気下で予
熱した後、温度８０〜１２０℃の雰囲気下で横方向およ
び縦方向にそれぞれ２〜４倍程度に同時二軸延伸を行
い、その後、温度１５０〜２００℃の雰囲気下で数秒間
熱処理を行い熱固定し、室温まで冷却後、２０〜３００
ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取る。延伸フィルムの厚みは通
常２〜５０μｍ程度である。
【００１６】フィルム製造工程における加熱方法として
は、均一に精度良くフィルムを加熱できる点で、熱風を
吹き付ける方法が望ましい。また、延伸工程と熱固定工
程との間に、温度を下げた熱緩衝帯を設置してもよい。
は、均一に精度良くフィルムを加熱できる点で、熱風を
吹き付ける方法が望ましい。また、延伸工程と熱固定工
程との間に、温度を下げた熱緩衝帯を設置してもよい。
【００１７】次に、得られた延伸フィルムを、温度７０
〜２２０℃に加熱されたニップロールなどの熱プレス装
置を用いて、熱プレス処理を行う。
〜２２０℃に加熱されたニップロールなどの熱プレス装
置を用いて、熱プレス処理を行う。
【００１８】
【実施例】次に、実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお、得られたフィルムの各物性値の測定方法は次
のとおりである。
る。なお、得られたフィルムの各物性値の測定方法は次
のとおりである。
【００１９】（Ａ）ボイド率 密度ρAの熱可塑性樹脂（１−ｗ）重量部と、密度ρBの
セラミック粒子ｗ重量部からなるフィルムの理論密度ρ
Oは下式で表される。 ρO＝（１−ｗ）ρA＋ｗρB フィルムのボイド率α（％）は、密度勾配管法により求
められるフィルムの実際の密度ρFより、下記計算式に
より求めた。 α（％）＝｛１−（ρO／ρF）｝×１００ （Ｂ）絶縁破壊電圧 ＪＩＳ−Ｃ２１５１に準じて、直流電圧法により測定し
た。 （Ｃ）誘電率、誘電正接 ＪＩＳ−Ｃ２１５１に準じて、円平板電極法により測定
した。
セラミック粒子ｗ重量部からなるフィルムの理論密度ρ
Oは下式で表される。 ρO＝（１−ｗ）ρA＋ｗρB フィルムのボイド率α（％）は、密度勾配管法により求
められるフィルムの実際の密度ρFより、下記計算式に
より求めた。 α（％）＝｛１−（ρO／ρF）｝×１００ （Ｂ）絶縁破壊電圧 ＪＩＳ−Ｃ２１５１に準じて、直流電圧法により測定し
た。 （Ｃ）誘電率、誘電正接 ＪＩＳ−Ｃ２１５１に準じて、円平板電極法により測定
した。
【００２０】実施例１ 平均粒径０．１μｍの酸化チタン粒子を４０重量％（１
８体積％）含有したＰＥＴ樹脂を、Ｔダイを備えた押出
機（７５ｍｍ径、Ｌ／Ｄが４５の緩圧縮タイプ単軸スク
リュー）を用いて、シリンダー部温度２６０℃、Ｔダイ
温度２８０℃でシート状に押し出し、表面温度１０℃に
調整された冷却ロール上に密着させて急冷し、厚み１２
０μｍの未延伸フィルムを得た。次に、得られた未延伸
フィルムの両端をテンター式二軸延伸機のクリップで把
持し、温度１００℃で２秒間予熱した後、９５℃で縦方
向に３倍、横方向に３．５倍の倍率で同時二軸延伸し
た。次に、横方向弛緩率５％で、１５０℃で４秒間熱処
理を行い、室温まで冷却後、厚み１２μｍの延伸フィル
ムを得た。得られた延伸フィルムを５０ｍ／ｍｉｎの速
度で、２００℃に加熱したニップロールに供給し、熱プ
レス処理を行った。以上のようにして得られた酸化チタ
ン含有ＰＥＴフィルムのボイド率、絶縁破壊電圧、誘電
率、誘電正接の値を測定した結果を表１に示した。
８体積％）含有したＰＥＴ樹脂を、Ｔダイを備えた押出
機（７５ｍｍ径、Ｌ／Ｄが４５の緩圧縮タイプ単軸スク
リュー）を用いて、シリンダー部温度２６０℃、Ｔダイ
温度２８０℃でシート状に押し出し、表面温度１０℃に
調整された冷却ロール上に密着させて急冷し、厚み１２
０μｍの未延伸フィルムを得た。次に、得られた未延伸
フィルムの両端をテンター式二軸延伸機のクリップで把
持し、温度１００℃で２秒間予熱した後、９５℃で縦方
向に３倍、横方向に３．５倍の倍率で同時二軸延伸し
た。次に、横方向弛緩率５％で、１５０℃で４秒間熱処
理を行い、室温まで冷却後、厚み１２μｍの延伸フィル
ムを得た。得られた延伸フィルムを５０ｍ／ｍｉｎの速
度で、２００℃に加熱したニップロールに供給し、熱プ
レス処理を行った。以上のようにして得られた酸化チタ
ン含有ＰＥＴフィルムのボイド率、絶縁破壊電圧、誘電
率、誘電正接の値を測定した結果を表１に示した。
【００２１】実施例２〜４および比較例１ 熱プレス方法、熱プレスの有無を表１に示すように変更
した以外は、実施例１と同様にして酸化チタン含有ＰＥ
Ｔフィルムを得た。得られたフィルムの特性を表１に示
した。
した以外は、実施例１と同様にして酸化チタン含有ＰＥ
Ｔフィルムを得た。得られたフィルムの特性を表１に示
した。
【００２２】表１から明らかなように、実施例１〜４で
は比較例１に比べて、ボイド率、絶縁破壊電圧、誘電
率、誘電正接のいずれの特性についても、優れた値を示
している。
は比較例１に比べて、ボイド率、絶縁破壊電圧、誘電
率、誘電正接のいずれの特性についても、優れた値を示
している。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【効果】本発明のフィルムは誘電率の大きなセラミック
粒子を多量に含有し、かつ、フィルムのボイド率が低減
されているため、高誘電率かつ優れた絶縁破壊電圧を有
するコンデンサ用フィルムが提供される。
粒子を多量に含有し、かつ、フィルムのボイド率が低減
されているため、高誘電率かつ優れた絶縁破壊電圧を有
するコンデンサ用フィルムが提供される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F210 AA00 AB16 AG01 AG20 AH33 AR06 QA02 QC07 QG01 QG18 QW06 QW12 QW21 5E082 BC14 BC35 BC39 FF14 FG06 FG26 FG35 FG36 MM22 MM24 PP01 PP03 PP06 PP10
Claims (3)
- 【請求項１】 誘電率が１０以上のセラミック粒子が５
〜５０体積％含有されており、かつ、フィルムのボイド
率が１０％以下であることを特徴とするフィルムコンデ
ンサ用高誘電率フィルム。 - 【請求項２】 セラミック粒子として、酸化チタン、チ
タン酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、チタン酸亜
鉛、チタン酸ビスマス、酸化ランタン、チタン酸カルシ
ウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、炭
酸カルシウムの一種以上を含有する請求項１記載の高誘
電率フィルム。 - 【請求項３】 セラミック粒子を含有した熱可塑性樹脂
を加熱溶融し、製膜、延伸後、熱可塑性樹脂のガラス転
移温度以上、融点以下の温度で熱プレス処理することを
特徴とする請求項１記載の高誘電率フィルムの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11102936A JP2000294447A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | フィルムコンデンサ用高誘電率フィルムおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11102936A JP2000294447A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | フィルムコンデンサ用高誘電率フィルムおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294447A true JP2000294447A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14340735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11102936A Pending JP2000294447A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | フィルムコンデンサ用高誘電率フィルムおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000294447A (ja) |
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