JP2003502856A - 高エネルギー密度の金属化フィルムコンデンサと、その製造方法 - Google Patents
高エネルギー密度の金属化フィルムコンデンサと、その製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
フィルムコンデンサ１０が少なくとも一種の非極性誘電体のホモポリマー樹脂と、少なくとも一種の別の誘電体ポリマー樹脂とを均質混合した固溶体からなる新規なハイブリッドポリマーフィルム誘電体からなる。ハイブリッドポリマーフィルムの少なくとも一方の誘電体ポリマー樹脂成分を固溶体混合物が所望の特性を示すように選択する。非極性ホモポリマーはハイブリッドポリマーフィルムを安定化させる役目をする。フィルムコンデンサ１０はハイブリッドポリマーフィルムを金属プレート１５、１６の間に密に挟んだ構造を有する。
Description
【０００１】
本発明は、金属化プラスチックフィルムのコンデンサに関するものであり、特
に従来の金属化フィルムコンデンサに比べて優れた誘電率、耐絶縁抵抗性、安定
性を有し、散逸率が低いプラスチックフィルムを用いたコンデンサの構造および
製造方法に関するものである。
に従来の金属化フィルムコンデンサに比べて優れた誘電率、耐絶縁抵抗性、安定
性を有し、散逸率が低いプラスチックフィルムを用いたコンデンサの構造および
製造方法に関するものである。
【０００２】
本発明の理解を助けるために、先ずコンデンサについて簡単に説明する。一般
に、コンデンサは高品質の均質な絶縁体（誘電体）によって互いに隔てられた２
枚の金属板で構成される。絶縁体は絶縁体材料の極限耐電圧値（ultimate volta
ge withstand value）または破壊電圧値（breakdown voltage value）にほぼ等
しい電界応力レベルで電気エネルギーを貯蔵することができる。このデバイスの
静電容量Ｃと印加電圧との関係は下記の通りである： Ｃ＝Ｑ／Ｖ （１） すなわち、コンデンサの静電容量Ｃ（単位ファラドＦ）は正に帯電したコンデン
サの金属化プレート上に蓄積された充電量Ｑ（単位クーロン）を両プレート間の
全電位差（単位ボルト）Ｖで割ったものである。幾何学的には静電容量Ｃは下記
で表される： Ｃ＝ｅｅ0Ａ／ｔ （２） （ここで、Ａは各プレートの面積であり、ｔは誘電率ｅの絶縁体層の厚さであり
、ｅ0は自由空間の誘電率である）。 両プレートを横切る電位差Ｖでのコンデンサに蓄積されたエネルギーＥ（単位
ジュールＪ）は下記で表される： Ｅ＝（1/2）Ｃ（Ｖ）2 （３）
に、コンデンサは高品質の均質な絶縁体（誘電体）によって互いに隔てられた２
枚の金属板で構成される。絶縁体は絶縁体材料の極限耐電圧値（ultimate volta
ge withstand value）または破壊電圧値（breakdown voltage value）にほぼ等
しい電界応力レベルで電気エネルギーを貯蔵することができる。このデバイスの
静電容量Ｃと印加電圧との関係は下記の通りである： Ｃ＝Ｑ／Ｖ （１） すなわち、コンデンサの静電容量Ｃ（単位ファラドＦ）は正に帯電したコンデン
サの金属化プレート上に蓄積された充電量Ｑ（単位クーロン）を両プレート間の
全電位差（単位ボルト）Ｖで割ったものである。幾何学的には静電容量Ｃは下記
で表される： Ｃ＝ｅｅ0Ａ／ｔ （２） （ここで、Ａは各プレートの面積であり、ｔは誘電率ｅの絶縁体層の厚さであり
、ｅ0は自由空間の誘電率である）。 両プレートを横切る電位差Ｖでのコンデンサに蓄積されたエネルギーＥ（単位
ジュールＪ）は下記で表される： Ｅ＝（1/2）Ｃ（Ｖ）2 （３）
【０００３】
充電されたコンデンサに蓄積されるエネルギーは電圧値Ｖが大きくなるのに比
例して連続的に増加し、誘電体が絶縁破壊するまで無限に増加する。従って、コ
ンデンサのエネルギー密度を最大限度まで増加させるには絶縁体の誘電率ｅを増
加させるか、印加電圧（電界応力）Ｖを増加させるか、あるいはこれら両方を同
時に行えばよい。しかし、問題はそれ程単純ではない。誘電率を増加させると誘
電損が増加し、熱管理の問題が生じ、最悪の場合にはコンデンサが熱で破損する
。また、印加電界応力を増加させると信頼性が低くなり、熱機械的、化学的な破
損機構および一部は放電機構を含む複数の破損理由によって直ぐに故障する。
例して連続的に増加し、誘電体が絶縁破壊するまで無限に増加する。従って、コ
ンデンサのエネルギー密度を最大限度まで増加させるには絶縁体の誘電率ｅを増
加させるか、印加電圧（電界応力）Ｖを増加させるか、あるいはこれら両方を同
時に行えばよい。しかし、問題はそれ程単純ではない。誘電率を増加させると誘
電損が増加し、熱管理の問題が生じ、最悪の場合にはコンデンサが熱で破損する
。また、印加電界応力を増加させると信頼性が低くなり、熱機械的、化学的な破
損機構および一部は放電機構を含む複数の破損理由によって直ぐに故障する。
【０００４】
従来の典型的な金属化フィルムコンデンサは巻取り型コンデンサである。本発
明およびその他のフィルム型コンデンサの設計で用いられる絶縁体材料にはクラ
フト紙と、ポリエステル、ポリプロピレンおよびポリカーボネート等の各種ポリ
マーフィルムとが含まれる。この誘電体フィルムを金属電極（コンデンサプレー
ト、例えば箔または金属蒸着フィルム）の間に挟んだものがコンデンサである。
金属化フィルムを用いるとコンデンサの寸法を小さくすることができるが、ピー
クおよび平均の電力容量が犠牲になる。各電極への結合は巻取り型コンデンサの
一端から電極の一端全体を延ばし、各端部ではんだ付け、アーク溶接、溶射また
は銀−エポキシ結線するか、ワイヤまたは平らなタブを巻取り型コンデンサに挿
入して各電極に接触させて行う。巻取り型コンデンサの例はLaveneの米国特許第
４，７１９，５３９号および第４，６８５，０２６号、Sugisawaの米国特許第５
，３８４，６８４号、およびPetersの米国特許第５，４０６，４４６号に開示さ
れている。
明およびその他のフィルム型コンデンサの設計で用いられる絶縁体材料にはクラ
フト紙と、ポリエステル、ポリプロピレンおよびポリカーボネート等の各種ポリ
マーフィルムとが含まれる。この誘電体フィルムを金属電極（コンデンサプレー
ト、例えば箔または金属蒸着フィルム）の間に挟んだものがコンデンサである。
金属化フィルムを用いるとコンデンサの寸法を小さくすることができるが、ピー
クおよび平均の電力容量が犠牲になる。各電極への結合は巻取り型コンデンサの
一端から電極の一端全体を延ばし、各端部ではんだ付け、アーク溶接、溶射また
は銀−エポキシ結線するか、ワイヤまたは平らなタブを巻取り型コンデンサに挿
入して各電極に接触させて行う。巻取り型コンデンサの例はLaveneの米国特許第
４，７１９，５３９号および第４，６８５，０２６号、Sugisawaの米国特許第５
，３８４，６８４号、およびPetersの米国特許第５，４０６，４４６号に開示さ
れている。
【０００５】
プラスチックフィルムコンデンサは本質的に損失が低く、高周波数応答性に優
れ、損失係数（ＤＦ）が低く、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が低く、しかも電力容量
が高いため多くのパワーエレクトロニクスおよびパルス式電力用途で選択されて
きたコンデンサである。フィルムコンデンサは印加電圧でのキャパシタンス係数
が無く、セラミックコンデンサで見られるような金属の滲出や拡散が生じない。
フィルム分子は長期間安定であり、誘電正接の劣化や金属的短絡が生じ難い。［
表１］は現在用いられている一般的なフィルム誘電体の典型的な特性を示してい
る。
れ、損失係数（ＤＦ）が低く、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が低く、しかも電力容量
が高いため多くのパワーエレクトロニクスおよびパルス式電力用途で選択されて
きたコンデンサである。フィルムコンデンサは印加電圧でのキャパシタンス係数
が無く、セラミックコンデンサで見られるような金属の滲出や拡散が生じない。
フィルム分子は長期間安定であり、誘電正接の劣化や金属的短絡が生じ難い。［
表１］は現在用いられている一般的なフィルム誘電体の典型的な特性を示してい
る。
【０００６】
【表１】
【０００７】
ポリエチレンテレフタレート（ポリエステルまたはＰＥＴ）は適当な誘電率を
有し、使用温度が１２５℃と高く、１ミクロン(μｍ)以下の厚さのフィルムが入
手可能であるが、ＰＥＴは温度および周波数が上昇するとＤＦが相対的に高くな
るという欠点かある。従って、ＰＥＴは反復速度が高パルスのパワーアプリケー
ションに適していない。 ポリプロピレン（ＰＰ）は本質的に低損失で、周波数応答に優れ、温度および
周波数でのＤＦおよびＥＳＲが非常に低い。この材料の損失係数は負の温度因子
を有している。ＰＰ鎖の分子は電界の作用で配向する極性基を有していない。上
記の有利な特性はこの現象によって生じる。ポリプロピレンは全てのコンデンサ
フィルム材料の中で最も高い破壊電圧を有する。ポリプロピレンの唯一の欠点は
最大使用温度が１０５℃であることにである。
有し、使用温度が１２５℃と高く、１ミクロン(μｍ)以下の厚さのフィルムが入
手可能であるが、ＰＥＴは温度および周波数が上昇するとＤＦが相対的に高くな
るという欠点かある。従って、ＰＥＴは反復速度が高パルスのパワーアプリケー
ションに適していない。 ポリプロピレン（ＰＰ）は本質的に低損失で、周波数応答に優れ、温度および
周波数でのＤＦおよびＥＳＲが非常に低い。この材料の損失係数は負の温度因子
を有している。ＰＰ鎖の分子は電界の作用で配向する極性基を有していない。上
記の有利な特性はこの現象によって生じる。ポリプロピレンは全てのコンデンサ
フィルム材料の中で最も高い破壊電圧を有する。ポリプロピレンの唯一の欠点は
最大使用温度が１０５℃であることにである。
【０００８】
ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）誘電体、ポリカーボネート（ＰＣ）誘電
体およびポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）誘電体で作られたデバイスも電圧
、温度および周波数で安定した特性を有している。しかし、これらのフィルム誘
電体は非常に高い固有破壊電圧を有しているが、巻付け型コンデンサにした場合
のこれら誘電体のサイクル寿命および信頼性は一般に係数を６〜８だけ下げる必
要がある。
体およびポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）誘電体で作られたデバイスも電圧
、温度および周波数で安定した特性を有している。しかし、これらのフィルム誘
電体は非常に高い固有破壊電圧を有しているが、巻付け型コンデンサにした場合
のこれら誘電体のサイクル寿命および信頼性は一般に係数を６〜８だけ下げる必
要がある。
【０００９】
極性ポリマーのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）は大きい誘電率（〜１２）
を示し、優れたピエゾ電気特性およびピロ電気特性を表す。ＰＶＤＦは炭素の主
鎖を有する部分結晶性の線状ポリマーで、その各モノマー単位{ＣＨ2−ＣＦ2−}
は２つの双極子モーメント（その一つはＣＦ2、もう一つはＣＨ2に関連）を有し
ている。ＰＶＤＦはその結晶相に種々の分子形態を有し、結晶構造は製造方法に
依存する。押出し成形品または注型品は一般に主要な結晶相であるα相およびβ
相の一方または両方の結晶性材料を４０〜６０％含んでいる。溶融物から注型で
作った材料の主成分はα相である。この相は１００℃以下の低い温度で材料を機
械変形するとβ相に変る。工業的なコンデンサ用フィルム誘電体の大部分はＰＶ
ＤＦフィルムを押出し、押出し方向と平行および垂直な方向に機械的に延伸して
作られる。それによってポリマー鎖はフィルム面内で好ましい状態に延伸され、
大部分の結晶相はβ状態に変る。この２軸延伸フィルムを分極したものが圧電デ
バイスおよびピロ電気デバイスのベースである。しかし、残念なことに、結晶性
が高い構造はフィルムの物理的強度が弱い。これが５μｍ以下の非常に薄いフィ
ルムを製造する際の大きな問題である。
を示し、優れたピエゾ電気特性およびピロ電気特性を表す。ＰＶＤＦは炭素の主
鎖を有する部分結晶性の線状ポリマーで、その各モノマー単位{ＣＨ2−ＣＦ2−}
は２つの双極子モーメント（その一つはＣＦ2、もう一つはＣＨ2に関連）を有し
ている。ＰＶＤＦはその結晶相に種々の分子形態を有し、結晶構造は製造方法に
依存する。押出し成形品または注型品は一般に主要な結晶相であるα相およびβ
相の一方または両方の結晶性材料を４０〜６０％含んでいる。溶融物から注型で
作った材料の主成分はα相である。この相は１００℃以下の低い温度で材料を機
械変形するとβ相に変る。工業的なコンデンサ用フィルム誘電体の大部分はＰＶ
ＤＦフィルムを押出し、押出し方向と平行および垂直な方向に機械的に延伸して
作られる。それによってポリマー鎖はフィルム面内で好ましい状態に延伸され、
大部分の結晶相はβ状態に変る。この２軸延伸フィルムを分極したものが圧電デ
バイスおよびピロ電気デバイスのベースである。しかし、残念なことに、結晶性
が高い構造はフィルムの物理的強度が弱い。これが５μｍ以下の非常に薄いフィ
ルムを製造する際の大きな問題である。
【００１０】
金属化フィルムコンデンサを用いることによって最大の容積／電圧エネルギー
密度が得られ、任意に設計されたフィルムコンデンサの信頼度が高くなり、箔、
その他の材料を用いた場合より高いパルスパワーで使用することができるように
なった。初期の高パルスパワー用フィルムコンデンサは層間空隙に誘電液を含浸
した誘電体フィルム／箔構造であり、そのエネルギー密度は一般に１Ｊ／ｃｃ以
下であった。このパルスパワー装置のエネルギー密度を大きくし、信頼性を上げ
るために誘電体として金属化ポリマーフィルムを用いる等の改良が行われてきた
。しかし、ＰＰＳおよびＰＴＦＥを除くと、金属化フィルムコンデンサの場合に
は使用温度が２００℃近くになるが、液体を含浸したフィルムコンデンサの使用
温度範囲は非常に狭くなり、１００℃以下になってしまう。一方、プラスチック
フィルムコンデンサはコンデンサのフィルムまたは誘電体の厚さを調節するだけ
で極めて高い電圧で使用することができる。
密度が得られ、任意に設計されたフィルムコンデンサの信頼度が高くなり、箔、
その他の材料を用いた場合より高いパルスパワーで使用することができるように
なった。初期の高パルスパワー用フィルムコンデンサは層間空隙に誘電液を含浸
した誘電体フィルム／箔構造であり、そのエネルギー密度は一般に１Ｊ／ｃｃ以
下であった。このパルスパワー装置のエネルギー密度を大きくし、信頼性を上げ
るために誘電体として金属化ポリマーフィルムを用いる等の改良が行われてきた
。しかし、ＰＰＳおよびＰＴＦＥを除くと、金属化フィルムコンデンサの場合に
は使用温度が２００℃近くになるが、液体を含浸したフィルムコンデンサの使用
温度範囲は非常に狭くなり、１００℃以下になってしまう。一方、プラスチック
フィルムコンデンサはコンデンサのフィルムまたは誘電体の厚さを調節するだけ
で極めて高い電圧で使用することができる。
【００１１】
金属化フィルムコンデンサの薄い金属化層は誘電体のどこかでショートし、ま
たは弱い部分ができても蒸発して無くなる。この現象は自己回復またはクリアリ
ング（clearing）として知られている。この自己クリアリングの結果生じるのは
金属酸化物の絶縁体のみでなければならない。上記の弱い部分は一般にフィルム
製造時の局部的肉薄部の発生や「気泡」によって生じるか、フィルム内部または
表面の不純物で生じるか、誘電層内部の導電「軌道」によって生じる。これらは
全のてポリマーフィルム誘電材に共通する好ましくない特性である。
たは弱い部分ができても蒸発して無くなる。この現象は自己回復またはクリアリ
ング（clearing）として知られている。この自己クリアリングの結果生じるのは
金属酸化物の絶縁体のみでなければならない。上記の弱い部分は一般にフィルム
製造時の局部的肉薄部の発生や「気泡」によって生じるか、フィルム内部または
表面の不純物で生じるか、誘電層内部の導電「軌道」によって生じる。これらは
全のてポリマーフィルム誘電材に共通する好ましくない特性である。
【００１２】
高パルスパワー用途の金属化フィルムコンデンサの誘電体は一般にＰＰまたは
ＰＶＤＦである。ＰＰはＤＦが極めて低いので反復率が大きい用途に好ましいポ
リマーであり、ＰＶＤＦは誘電率が２．５のＰＰ等のフィルムに比べて誘電率が
高い（１２）ので、反復率が低い用途に好ましいポリマーである。本出願人が知
る限り、高パルスパワー装置でＰＶＤＦフィルムを用いて得られる最大エネルギ
ー密度は約２．４Ｊ／ｃｃである。ＰＶＤＦは種々の用途で利用可能であるよう
に見えるが、問題もある。例えば、電圧に対する静電容量が非線形であり、絶縁
抵抗が不十分であり、クリアリング能力が不十分であり、漏れ電流量が多く、絶
縁破壊強度が比較的弱く、機械特性が不十分で、薄くて均一な厚さのものが得ら
れないという欠点がある。さらに、ＰＶＤＦは温度を上げると電圧印加によって
室温の場合より多くのクリアリング部位が生じ、性能が悪くなる。また、ＰＶＤ
Ｆを用いるとコストが高くなる。一方、ＰＰの誘電率が不十分であるため、全体
のエネルギー密度が制限される。これがなければＰＰは優れた誘電絶縁体である
。
ＰＶＤＦである。ＰＰはＤＦが極めて低いので反復率が大きい用途に好ましいポ
リマーであり、ＰＶＤＦは誘電率が２．５のＰＰ等のフィルムに比べて誘電率が
高い（１２）ので、反復率が低い用途に好ましいポリマーである。本出願人が知
る限り、高パルスパワー装置でＰＶＤＦフィルムを用いて得られる最大エネルギ
ー密度は約２．４Ｊ／ｃｃである。ＰＶＤＦは種々の用途で利用可能であるよう
に見えるが、問題もある。例えば、電圧に対する静電容量が非線形であり、絶縁
抵抗が不十分であり、クリアリング能力が不十分であり、漏れ電流量が多く、絶
縁破壊強度が比較的弱く、機械特性が不十分で、薄くて均一な厚さのものが得ら
れないという欠点がある。さらに、ＰＶＤＦは温度を上げると電圧印加によって
室温の場合より多くのクリアリング部位が生じ、性能が悪くなる。また、ＰＶＤ
Ｆを用いるとコストが高くなる。一方、ＰＰの誘電率が不十分であるため、全体
のエネルギー密度が制限される。これがなければＰＰは優れた誘電絶縁体である
。
【００１３】
高エネルギー密度のコンデンサは高パルスパワー用途の他に医療分野の例えば
心室の細動やその他の不整脈を治療するための移植可能な細動除去器（defibril
lator）等で大きな市場がある。現在市販されている３０ジュール（１５ｃｃ）
の細動除去器用の電解コンデンサのエネルギー密度は約２Ｊ／ｃｃである。エネ
ルギー密度が少なくとも５Ｊ／ｃｃの３０Ｊの高電圧フィルムコンデンサは現在
用いられているコンデンサ容積の約４０％となり、リホームやガス欠が無く、Ｅ
ＳＲが低いため、小さいバッテリーでコンデンサを充電でき、その結果細動除去
器全体の寸法が大幅に小さくなる。このデバイスは患者胸部に移植されるが、一
般に移植可能なペースメーカーよりかなり大きい。バッテリーとコンデンサが全
体の空間の約７０％を占めるため、これらの部品の寸法を小さくすることによっ
てデバイス全体の大きさを大幅に小さくすることができる。
心室の細動やその他の不整脈を治療するための移植可能な細動除去器（defibril
lator）等で大きな市場がある。現在市販されている３０ジュール（１５ｃｃ）
の細動除去器用の電解コンデンサのエネルギー密度は約２Ｊ／ｃｃである。エネ
ルギー密度が少なくとも５Ｊ／ｃｃの３０Ｊの高電圧フィルムコンデンサは現在
用いられているコンデンサ容積の約４０％となり、リホームやガス欠が無く、Ｅ
ＳＲが低いため、小さいバッテリーでコンデンサを充電でき、その結果細動除去
器全体の寸法が大幅に小さくなる。このデバイスは患者胸部に移植されるが、一
般に移植可能なペースメーカーよりかなり大きい。バッテリーとコンデンサが全
体の空間の約７０％を占めるため、これらの部品の寸法を小さくすることによっ
てデバイス全体の大きさを大幅に小さくすることができる。
【００１４】
移植可能な細動除去器に用いられるコンデンサは小さいパケッジで高出力、高
エネルギー密度が必要であるため、その仕様には独特なものがある。さらに、生
理学的に独自な仕様、例えば細動除去を確実にするための比較的高い電圧を必要
とし、また、エネルギーをミリ秒（ｍｓ）単位で測定した時間フレームで伝達し
なければならないといった仕様が見られる。最近の研究ではヒトの細動除去は過
去に必要とされてきたよりも低電圧、低エネルギーでよく、高電圧は鎖移動除去
操作の信頼レベルを最大にするために必要であるということが分かっている。
エネルギー密度が必要であるため、その仕様には独特なものがある。さらに、生
理学的に独自な仕様、例えば細動除去を確実にするための比較的高い電圧を必要
とし、また、エネルギーをミリ秒（ｍｓ）単位で測定した時間フレームで伝達し
なければならないといった仕様が見られる。最近の研究ではヒトの細動除去は過
去に必要とされてきたよりも低電圧、低エネルギーでよく、高電圧は鎖移動除去
操作の信頼レベルを最大にするために必要であるということが分かっている。
【００１５】
移植可能な細動除去器の現在の主要要件は下記のものである：
(1) ７００〜８００Ｖ／１００〜１５０ｍＦ
(2) １０〜２０ｍｓのパルスで２０〜４０Ｊのエネルギー伝達
(3) ５年以上の長寿命
(4) エネルギー密度は５Ｊ／ｃｃ以上
(5) コンデンサは非充電状態にある
(6) 公称漏洩電流は１００マイクロアンペア（μＡ）以下
(7) 等温環境(３７℃)での使用
【００１６】
実際に一般に用いられているのはアルミニウム電解コンデンサで、このコンデ
ンサは上記た条件下で約３７５Ｖの操作電圧で約２Ｊ／ｃｃのエネルギー密度を
示す。このコンデンサは電極の表面積を最大にでき、薄いフィルムの形にしてエ
ネルギー密度を最適化することができる。しかし、この系では容積および重量を
さらに減少させることはほぼ不可能である。また、この系ではエネルギーが逆転
し易く、陽極酸化フィルムが変形し、その結果、エネルギー蓄積効果が低下する
。アルミニウム電解コンデンサは静電容量が大きく、その他にも利点があるが、
定期的にリホームする必要があり（バッテリーエネルギーの消費）、物理的寸法
が大きく、損失係数が高く、電圧が低く（１つの細動除去器に２つ必要）、充電
および貯蔵中に水素が遊離し（コンデンサまたは細動除去器の集積回路のいずれ
かを密封保護しなければならない）、持続電圧が高い場合に熱暴走し、貯蔵寿命
が短く、液体のガス欠がある等の欠点がある。
ンサは上記た条件下で約３７５Ｖの操作電圧で約２Ｊ／ｃｃのエネルギー密度を
示す。このコンデンサは電極の表面積を最大にでき、薄いフィルムの形にしてエ
ネルギー密度を最適化することができる。しかし、この系では容積および重量を
さらに減少させることはほぼ不可能である。また、この系ではエネルギーが逆転
し易く、陽極酸化フィルムが変形し、その結果、エネルギー蓄積効果が低下する
。アルミニウム電解コンデンサは静電容量が大きく、その他にも利点があるが、
定期的にリホームする必要があり（バッテリーエネルギーの消費）、物理的寸法
が大きく、損失係数が高く、電圧が低く（１つの細動除去器に２つ必要）、充電
および貯蔵中に水素が遊離し（コンデンサまたは細動除去器の集積回路のいずれ
かを密封保護しなければならない）、持続電圧が高い場合に熱暴走し、貯蔵寿命
が短く、液体のガス欠がある等の欠点がある。
【００１７】
細動除去器以外のコンデンサの医療用途には外部細動除去器、マイクロ刺激器
および移植用蝸牛刺激装置等が含まれる。 電解コンデンサで生じる問題は適切な固体状態のフィルムコンデンサによって
回避でき、種々の利点を得ることができる。すなわち、リホームの必要が無くな
り（その結果、バッテリーエネルギーが保存され）、重量が軽くなり、エネルギ
ー密度が高くなり（５Ｊ／ｃｃ以上）、一体型にでき（１つの部品のみで７００
Ｖを出せる）、ガス欠が無く、信頼性および安全性が高くなり、使用温度範囲が
広くなり、形状ファクターに柔軟性ができ、コストが大幅に安くなる。最近のフ
ィルム加工技術の進歩によってフィルムのエネルギー密度、その他の特性は２０
〜３０％改良された。
および移植用蝸牛刺激装置等が含まれる。 電解コンデンサで生じる問題は適切な固体状態のフィルムコンデンサによって
回避でき、種々の利点を得ることができる。すなわち、リホームの必要が無くな
り（その結果、バッテリーエネルギーが保存され）、重量が軽くなり、エネルギ
ー密度が高くなり（５Ｊ／ｃｃ以上）、一体型にでき（１つの部品のみで７００
Ｖを出せる）、ガス欠が無く、信頼性および安全性が高くなり、使用温度範囲が
広くなり、形状ファクターに柔軟性ができ、コストが大幅に安くなる。最近のフ
ィルム加工技術の進歩によってフィルムのエネルギー密度、その他の特性は２０
〜３０％改良された。
【００１８】
例えばLaveneの米国特許第５，６１４，１１１号およびG.J. Waltersの文献「
17th CARTS, Mar. 24-27, 1997」には、できるだけ薄く金属化し（一般的な工場
での金属化の厚さが１〜４Ω／ｓｑであるのに対して５〜３００Ω／ｓｑ）、フ
ィルムの絶縁耐力を増加させる一つの改良方向が示されている。この金属化方法
を用いたＰＥＮおよびＰＥＴの絶縁破壊値は２０〜１００％高くなる。しかし、
移植式細動除去器に必要な５Ｊ／ｃｃのエネルギー密度を出すには不十分である
。
17th CARTS, Mar. 24-27, 1997」には、できるだけ薄く金属化し（一般的な工場
での金属化の厚さが１〜４Ω／ｓｑであるのに対して５〜３００Ω／ｓｑ）、フ
ィルムの絶縁耐力を増加させる一つの改良方向が示されている。この金属化方法
を用いたＰＥＮおよびＰＥＴの絶縁破壊値は２０〜１００％高くなる。しかし、
移植式細動除去器に必要な５Ｊ／ｃｃのエネルギー密度を出すには不十分である
。
【００１９】
別の改良方向としては、金属化する前にポリマーフィルム誘電体をアクリレー
トの薄いフィルム（例えば０．３〜１ミクロン）で被覆して破壊電圧とエネルギ
ー密度とを上昇させるポリマーフィルムのクリアリング特性を改良する方法があ
る。これは例えばYializisのＰＣＴ／ＷＯ９７／３７８４４号に記載されている
。ＰＥＴフィルムの初期データでは破壊電圧は薄いフィルム(２ミクロン)で１０
〜２０％、超薄フィルム（１．５ミクロン未満）で３０〜５０％改良される。厚
いフィルム（６ミクロンより厚い）での改良度はごくわずかである。薄いＰＥＴ
およびＰＰのフィルムではアクリレート被覆によってエネルギー密度が約２０％
改良される。この改良のメカニズムは不明である。１つの仮説はアクリレートが
ポリマー誘電体に余分な酸素を供給し、より効果的に燃焼させてクリアリング特
性が改良されるというものである。しかし、ＰＰはその構造中に酸素を有してい
ないが、アクリレート被覆無しでも現在市販の全てのコンデンサフィルム材で最
高のクリアリング特性を示す。他の仮説は、アクリレート被覆は固いために、被
覆があると少ない損傷でフィルムをコンデンサに加工し、ピンホール、その他の
機械的劣化を避けることができるというものである。さらに他の仮説はアクリレ
ートがＰＰまたはＰＥＴよりわずかに大きい誘電率を有し、アクリレートがコン
デンサのエネルギー項を支配するというものである。
トの薄いフィルム（例えば０．３〜１ミクロン）で被覆して破壊電圧とエネルギ
ー密度とを上昇させるポリマーフィルムのクリアリング特性を改良する方法があ
る。これは例えばYializisのＰＣＴ／ＷＯ９７／３７８４４号に記載されている
。ＰＥＴフィルムの初期データでは破壊電圧は薄いフィルム(２ミクロン)で１０
〜２０％、超薄フィルム（１．５ミクロン未満）で３０〜５０％改良される。厚
いフィルム（６ミクロンより厚い）での改良度はごくわずかである。薄いＰＥＴ
およびＰＰのフィルムではアクリレート被覆によってエネルギー密度が約２０％
改良される。この改良のメカニズムは不明である。１つの仮説はアクリレートが
ポリマー誘電体に余分な酸素を供給し、より効果的に燃焼させてクリアリング特
性が改良されるというものである。しかし、ＰＰはその構造中に酸素を有してい
ないが、アクリレート被覆無しでも現在市販の全てのコンデンサフィルム材で最
高のクリアリング特性を示す。他の仮説は、アクリレート被覆は固いために、被
覆があると少ない損傷でフィルムをコンデンサに加工し、ピンホール、その他の
機械的劣化を避けることができるというものである。さらに他の仮説はアクリレ
ートがＰＰまたはＰＥＴよりわずかに大きい誘電率を有し、アクリレートがコン
デンサのエネルギー項を支配するというものである。
【００２０】
構造中に酸素を含むポリマーフィルムは酸素無しのものよりクリアリング性が
優れているということはフィルムコンデンサ業界では一般に知られている。クリ
アリング特性に乏しい材料、例えば酸素を含まない材料ではクリアリング部位に
炭素が蓄積する結果、導電性ショートから破局的な破壊が起こる。このことはあ
る程度正しいが、本出願人はその他の関連現象によって材料がクリアされるか否
かが決まると考えている。これは他の多くの観察事項、例えばポリエステルはそ
の構造中に多くの酸素を含むが、分子構造中に酸素を全く含まないポリプロピレ
ンより透明にはならないこと、ポリエステルは相対的に極性であるがポリプロピ
レンは非極性であること、極性分子は非極性分子より漏れ易い等の観察事項に基
づくものである。さらに、破損は主として低電圧時より高電圧時に起こることが
観察されている。
優れているということはフィルムコンデンサ業界では一般に知られている。クリ
アリング特性に乏しい材料、例えば酸素を含まない材料ではクリアリング部位に
炭素が蓄積する結果、導電性ショートから破局的な破壊が起こる。このことはあ
る程度正しいが、本出願人はその他の関連現象によって材料がクリアされるか否
かが決まると考えている。これは他の多くの観察事項、例えばポリエステルはそ
の構造中に多くの酸素を含むが、分子構造中に酸素を全く含まないポリプロピレ
ンより透明にはならないこと、ポリエステルは相対的に極性であるがポリプロピ
レンは非極性であること、極性分子は非極性分子より漏れ易い等の観察事項に基
づくものである。さらに、破損は主として低電圧時より高電圧時に起こることが
観察されている。
【００２１】
クリアリングは、ポリマーフィルムの弱い箇所がポリマーの固有破壊電圧より
低い極限電圧に達した箇所で生じる。この現象には電気応力が関係するため、加
わる応力によってポリマー内に生じる配向の変化も絶縁破壊の主要な原因の一つ
と考えるのが合理的である。本出願人は誘電性ポリマーフィルムのクリアリング
特性を不十分にしている一つの大きなファクターは電気応力によって生じる配向
現象であると考える。 ポリエステルはその分子構造中にかなりの量の酸素を含んでいるにもかかわら
ず、かなりの分極化を受け、クリアリング時には分子の配向現象によって一定の
クリアリング時間が持続する。電圧水準が高ければ高いほど分子の配向が大きく
なり、弱い箇所のクリアリング持続時間が長くなる。このことによって高電圧レ
ベルの場合にはより多くの炭素残留物が弱い箇所に蓄積し、重大な破壊を引き起
こす。ＰＶＤＦでは分子が大きな極性を有するため、より低い電圧レベルでも配
向が大きくなる。ＰＶＤＦが他のポリマーより電気的に活性であるのはこの現象
のためであり、ＤＦ特性および絶縁破壊特性が不充分なのもこのためである。同
様に、ポリエステルもやや極性を有し、従って、低いＤＦを有する。しかし、ポ
リプロピレンでは分極が全く生じないので弱い箇所が破壊電圧に達するとこの分
子は直ぐにクリアになると思われる。クリアリングの持続時間が非常に短く、炭
素の蓄積が相対的少ないことが予測されるので、この現象によって引き起こされ
る破壊は最小になる。ポリプロピレン分子は全てのフィルム誘電体の中で破壊電
圧およびクリアリング特性が最大で、ＤＦが最低である。
低い極限電圧に達した箇所で生じる。この現象には電気応力が関係するため、加
わる応力によってポリマー内に生じる配向の変化も絶縁破壊の主要な原因の一つ
と考えるのが合理的である。本出願人は誘電性ポリマーフィルムのクリアリング
特性を不十分にしている一つの大きなファクターは電気応力によって生じる配向
現象であると考える。 ポリエステルはその分子構造中にかなりの量の酸素を含んでいるにもかかわら
ず、かなりの分極化を受け、クリアリング時には分子の配向現象によって一定の
クリアリング時間が持続する。電圧水準が高ければ高いほど分子の配向が大きく
なり、弱い箇所のクリアリング持続時間が長くなる。このことによって高電圧レ
ベルの場合にはより多くの炭素残留物が弱い箇所に蓄積し、重大な破壊を引き起
こす。ＰＶＤＦでは分子が大きな極性を有するため、より低い電圧レベルでも配
向が大きくなる。ＰＶＤＦが他のポリマーより電気的に活性であるのはこの現象
のためであり、ＤＦ特性および絶縁破壊特性が不充分なのもこのためである。同
様に、ポリエステルもやや極性を有し、従って、低いＤＦを有する。しかし、ポ
リプロピレンでは分極が全く生じないので弱い箇所が破壊電圧に達するとこの分
子は直ぐにクリアになると思われる。クリアリングの持続時間が非常に短く、炭
素の蓄積が相対的少ないことが予測されるので、この現象によって引き起こされ
る破壊は最小になる。ポリプロピレン分子は全てのフィルム誘電体の中で破壊電
圧およびクリアリング特性が最大で、ＤＦが最低である。
【００２２】
フィルムコンデンサのさらに他の用途は表面実装チップコンデンサである。こ
の用途によってＰＰＳ、ＰＰＯ、ＰＥＮおよびＰＥＥＫ等の高温ポリマーが出て
きた。これらの材料はクリアリング特性および絶縁抵抗などの他の特性が低温フ
ィルムより劣るため、コンデンサフィルム市場での登場は遅かった。しかし、さ
らに高い使用温度が必要とされたため、２６０℃以上の温度に耐えることができ
るフィルムの開発が行われている。
の用途によってＰＰＳ、ＰＰＯ、ＰＥＮおよびＰＥＥＫ等の高温ポリマーが出て
きた。これらの材料はクリアリング特性および絶縁抵抗などの他の特性が低温フ
ィルムより劣るため、コンデンサフィルム市場での登場は遅かった。しかし、さ
らに高い使用温度が必要とされたため、２６０℃以上の温度に耐えることができ
るフィルムの開発が行われている。
【００２３】
本発明の主たる目的は従来のフィルムコンデンサおよびアルミニウム電解コン
デンサの多くの問題を克服して、従来技術のデバイスより性能、特性が大きく改
良されたパワー源を提供することにある。
デンサの多くの問題を克服して、従来技術のデバイスより性能、特性が大きく改
良されたパワー源を提供することにある。
【００２４】
本発明の第１の対象は、コンデンサとして巻付けた時に諸性能すなわち誘電率
、破壊電圧、損失係数およびクリアリング特性が改良され、漏れが少なく（従っ
て、耐絶縁抵抗が大きい）、可能使用温度が高いエネルギー密度が１立方センチ
メートル当たり５ジュール（Ｊ／ｃｃ）以上であるポリマーフィルム材料にある
。 これは誘電率が高い材料すなわち耐熱性が高い材料と少なくとも１つの非極性
誘電体成分とのコポリマー固溶体混合物ハイブリッドポリマーフィルム材料によ
って達成される。 本発明は２種の誘電性混合物に限定されるものではなく、３種またはそれ以上
の樹脂の混合物を用いて適切な特性に調整することができる。
、破壊電圧、損失係数およびクリアリング特性が改良され、漏れが少なく（従っ
て、耐絶縁抵抗が大きい）、可能使用温度が高いエネルギー密度が１立方センチ
メートル当たり５ジュール（Ｊ／ｃｃ）以上であるポリマーフィルム材料にある
。 これは誘電率が高い材料すなわち耐熱性が高い材料と少なくとも１つの非極性
誘電体成分とのコポリマー固溶体混合物ハイブリッドポリマーフィルム材料によ
って達成される。 本発明は２種の誘電性混合物に限定されるものではなく、３種またはそれ以上
の樹脂の混合物を用いて適切な特性に調整することができる。
【００２５】
米国特許出願第０９／０６５，１３１号に本出願人が記載の新規なコンデンサ
では、優れた絶縁性を有するＰＰと優れた誘電性を有するＰＶＤＦとを組み合わ
せたフィルムコンデンサを用い、ＰＶＤＦとＰＰの２層を巻き付ける（すなわち
２つの誘電体の間に金属被覆層を有する２つの単層の類似したポリマーフィルム
を巻付ける従来法の代わりに、全部で４枚のフィルム層を一緒に巻き付ける）こ
とによってＰＶＤＦ層が一枚である場合より性能を５０％以上改良している。単
一層のＰＶＤＦに比べてＰＶＤＦ／ＰＰの結合材の絶縁破壊強度が大きく改良す
る。しかし、従来の長期信頼性が制限される。すなわち、２層のフィルムの厚さ
と品質が変動し、巻付け時の２層間への空気の進入し（破壊電圧が、空気を１と
した時にＰＶＤＦまたはＰＰの場合には１ミクロン当たり数百ボルトであるのに
対して１ミクロン当たり３ボルトにしかならない）、２層のＰＰおよびＰＶＤＦ
フィルムの熱電気特性が相違し、２層の物理的接着性が悪く、ＰＶＤＦホモポリ
マーフィルムは不安定であり、最適絶縁特性ではないため長期信頼性が得られな
い。４層を一緒に巻き付ける場合にはフィルムの厚さの変動によって巻付けが不
均一になる危険が大きくなる。さらに、ホモポリマーの化学特性または機械特性
は従来のものと変らない。すなわち、ＰＶＤＦは電気特性が乏しいＰＶＤＦのま
まであり、ＰＰは誘電性が乏しいＰＰのままである。さらに、ＰＶＤＦがホモポ
リマーで、ＰＶＤＦとＰＰとを物理的に単に張り合わせただけではＰＶＤＦの極
性形状はそのままである。
では、優れた絶縁性を有するＰＰと優れた誘電性を有するＰＶＤＦとを組み合わ
せたフィルムコンデンサを用い、ＰＶＤＦとＰＰの２層を巻き付ける（すなわち
２つの誘電体の間に金属被覆層を有する２つの単層の類似したポリマーフィルム
を巻付ける従来法の代わりに、全部で４枚のフィルム層を一緒に巻き付ける）こ
とによってＰＶＤＦ層が一枚である場合より性能を５０％以上改良している。単
一層のＰＶＤＦに比べてＰＶＤＦ／ＰＰの結合材の絶縁破壊強度が大きく改良す
る。しかし、従来の長期信頼性が制限される。すなわち、２層のフィルムの厚さ
と品質が変動し、巻付け時の２層間への空気の進入し（破壊電圧が、空気を１と
した時にＰＶＤＦまたはＰＰの場合には１ミクロン当たり数百ボルトであるのに
対して１ミクロン当たり３ボルトにしかならない）、２層のＰＰおよびＰＶＤＦ
フィルムの熱電気特性が相違し、２層の物理的接着性が悪く、ＰＶＤＦホモポリ
マーフィルムは不安定であり、最適絶縁特性ではないため長期信頼性が得られな
い。４層を一緒に巻き付ける場合にはフィルムの厚さの変動によって巻付けが不
均一になる危険が大きくなる。さらに、ホモポリマーの化学特性または機械特性
は従来のものと変らない。すなわち、ＰＶＤＦは電気特性が乏しいＰＶＤＦのま
まであり、ＰＰは誘電性が乏しいＰＰのままである。さらに、ＰＶＤＦがホモポ
リマーで、ＰＶＤＦとＰＰとを物理的に単に張り合わせただけではＰＶＤＦの極
性形状はそのままである。
【００２６】
本発明では、従来のフィルムコンデンサ構造と同じような金属化フィルムコン
デンサ構造に新規なハイブリッドコポリマーフィルムから成る２枚の単一層を用
いることによって上記従来法の多くの問題点を克服することができる。 本発明で用いるのは２層フィルムだけであるので、４層フィルムを用いてコン
デンサを組立てる際に見られた空気の侵入が少なくなり、高い性能が得られる。 本発明では特定用途用の特定のフィルム特性（これはホモポリマーフィルムで
は単層でも、２層、３層にした場合でも達成できない）を有するポリマー混合物
を製造する正確な方法を提供する。本発明の新規な材料はホモポリマーを２層に
したものではなく、コポリマー固溶体であるので、コンデンサ製造時に２層のコ
ポリマーを用いても、上記のＰＶＤＦ／ＰＰの２層を巻付ける際の熱的／電気的
問題は生じない。
デンサ構造に新規なハイブリッドコポリマーフィルムから成る２枚の単一層を用
いることによって上記従来法の多くの問題点を克服することができる。 本発明で用いるのは２層フィルムだけであるので、４層フィルムを用いてコン
デンサを組立てる際に見られた空気の侵入が少なくなり、高い性能が得られる。 本発明では特定用途用の特定のフィルム特性（これはホモポリマーフィルムで
は単層でも、２層、３層にした場合でも達成できない）を有するポリマー混合物
を製造する正確な方法を提供する。本発明の新規な材料はホモポリマーを２層に
したものではなく、コポリマー固溶体であるので、コンデンサ製造時に２層のコ
ポリマーを用いても、上記のＰＶＤＦ／ＰＰの２層を巻付ける際の熱的／電気的
問題は生じない。
【００２７】
本発明では用途に応じた適切な出発材料を選択し、混合物を調整することによ
って、多数の新規なフィルム材料を設することができる。例えば１ｃｃ当たり約
５ジュール以上が必要な移植型細動除去器用コンデンサを設計、製造する場合に
は誘電率が高く、クリアリング特性および破壊電圧に優れた材料を選択する必要
がある。本発明のコポリマーにするために混合して所望の特性の得られる２つの
ポリマーの代表例はＰＶＤＦとＰＰである。しかし、これら２つの成分の組成お
よび比率は各フィルムコンデンサの用途、要望によって選択される。この場合、
２つの樹脂を混合し薄いフィルムにすることによってＰＶＤＦの高い極性が低下
し、コポリマーにすることによって材料が安定化する。極性が低下することによ
ってさらにＰＶＤＦ単独の場合に比べてコポリマーの破壊電圧および絶縁抵抗が
上昇し、フィルムの電気特性が改良される。すなわち、コポリマーの結晶性の減
少によって物理的強度が増加するので、薄いフィルムに製造でき、その結果、Ｐ
ＶＤＦのホモポリマー単独の場合よりもエネルギー密度が増加し、電気的安定性
が改良された材料が得られる。
って、多数の新規なフィルム材料を設することができる。例えば１ｃｃ当たり約
５ジュール以上が必要な移植型細動除去器用コンデンサを設計、製造する場合に
は誘電率が高く、クリアリング特性および破壊電圧に優れた材料を選択する必要
がある。本発明のコポリマーにするために混合して所望の特性の得られる２つの
ポリマーの代表例はＰＶＤＦとＰＰである。しかし、これら２つの成分の組成お
よび比率は各フィルムコンデンサの用途、要望によって選択される。この場合、
２つの樹脂を混合し薄いフィルムにすることによってＰＶＤＦの高い極性が低下
し、コポリマーにすることによって材料が安定化する。極性が低下することによ
ってさらにＰＶＤＦ単独の場合に比べてコポリマーの破壊電圧および絶縁抵抗が
上昇し、フィルムの電気特性が改良される。すなわち、コポリマーの結晶性の減
少によって物理的強度が増加するので、薄いフィルムに製造でき、その結果、Ｐ
ＶＤＦのホモポリマー単独の場合よりもエネルギー密度が増加し、電気的安定性
が改良された材料が得られる。
【００２８】
上記のような設計原理をポリエステルやポリカーボネートのような他の高分子
絶縁体および他の任意の誘電体に適用することによっで、特定用途で求められる
特定の特性を容易に調整することができる。すなわち、本発明のハイブリッドコ
ポリマー法（２種類のポリマーの混合に限定されるのではなく、３種類以上でも
よい）を用いて設計された非常に薄い金属化フィルムコンデンサを用いることに
よって誘電率が安定し、電圧と静電容量が安定し、絶縁抵抗、クリアリング性ま
たは自己回復特性が改良され、漏洩電流が少なく、破壊電圧が高い（ホモポリマ
ーＰＶＤＦと比べて）、従来のバルクコンデンサ装置からは予測し得なかったエ
ネルギー密度を有する装置を製造することができる。本発明は大量生産すること
によって極めて高い性能値（エネルギー密度、信頼度、重量）を極めて低いコス
ト／性能単位で製造することができる。本発明の原理は移植型の細動除去器の製
造やエネルギー密度が特に重要である他の多くの高パルスパワー用途に適してい
る。
絶縁体および他の任意の誘電体に適用することによっで、特定用途で求められる
特定の特性を容易に調整することができる。すなわち、本発明のハイブリッドコ
ポリマー法（２種類のポリマーの混合に限定されるのではなく、３種類以上でも
よい）を用いて設計された非常に薄い金属化フィルムコンデンサを用いることに
よって誘電率が安定し、電圧と静電容量が安定し、絶縁抵抗、クリアリング性ま
たは自己回復特性が改良され、漏洩電流が少なく、破壊電圧が高い（ホモポリマ
ーＰＶＤＦと比べて）、従来のバルクコンデンサ装置からは予測し得なかったエ
ネルギー密度を有する装置を製造することができる。本発明は大量生産すること
によって極めて高い性能値（エネルギー密度、信頼度、重量）を極めて低いコス
ト／性能単位で製造することができる。本発明の原理は移植型の細動除去器の製
造やエネルギー密度が特に重要である他の多くの高パルスパワー用途に適してい
る。
【００２９】
本発明方法の他の新規な応用施例は高温で用いられるコンデンサの開発である
。上記の［表１］に示したように、例えばＰＰＳおよびＰＴＦＥは約２００℃以
下の使用温度範囲を有する。ＰＴＦＥはこれよりわずかに高い温度でも使用でき
るが、高温では誘電体の電気特性が著しく悪くなる。ＰＶＤＦとＰＰの混合物を
ＰＰＳまたはＰＴＦＥのいずれかに異なる比率で組み合わせるとコンデンサのエ
ネルギー密度が増加し、絶縁破壊強度、その他の電気特性が安定化し、ホモポリ
マーで規定される範囲以上の温度域で用いることができるようになる。このこと
は中程度の温度域のポリマーフィルム、例えばＰＥＴ、ＰＥＮまたはＰＣにも当
てはまり、少なくとも１種の非極性ポリマーからなる単数または複数のハイブリ
ッドコポリマー成分で安定化させることによって電気特性を向上させることがで
きる。
。上記の［表１］に示したように、例えばＰＰＳおよびＰＴＦＥは約２００℃以
下の使用温度範囲を有する。ＰＴＦＥはこれよりわずかに高い温度でも使用でき
るが、高温では誘電体の電気特性が著しく悪くなる。ＰＶＤＦとＰＰの混合物を
ＰＰＳまたはＰＴＦＥのいずれかに異なる比率で組み合わせるとコンデンサのエ
ネルギー密度が増加し、絶縁破壊強度、その他の電気特性が安定化し、ホモポリ
マーで規定される範囲以上の温度域で用いることができるようになる。このこと
は中程度の温度域のポリマーフィルム、例えばＰＥＴ、ＰＥＮまたはＰＣにも当
てはまり、少なくとも１種の非極性ポリマーからなる単数または複数のハイブリ
ッドコポリマー成分で安定化させることによって電気特性を向上させることがで
きる。
【００３０】
本発明の好ましい一実施例では、高純度（すなわち９９％以上、好ましくは９
９．９％以上の純度）のＰＶＤＦ樹脂およびＰＰ樹脂の各ホモポリマーを混合し
、均質に共押出し(例えば２軸スクリュー混合機で)して溶融注型ハイブリッド共
重合体の誘電体フィルムを形成する。この方法では厚さが例えば下端部(薄い方)
で約１００〜２００ミクロン(μｍ)のフィルムが得られる。さらに薄くするため
にこのフィルムを延伸する。ポリマーハイブリッド中のＰＶＤＦの比率は１／１
００〜９９／１００部のＰＶＤＦに対して残部がＰＰとなる比率である（すなわ
ち９９／１００〜１／１００部がＰＰ）。
９．９％以上の純度）のＰＶＤＦ樹脂およびＰＰ樹脂の各ホモポリマーを混合し
、均質に共押出し(例えば２軸スクリュー混合機で)して溶融注型ハイブリッド共
重合体の誘電体フィルムを形成する。この方法では厚さが例えば下端部(薄い方)
で約１００〜２００ミクロン(μｍ)のフィルムが得られる。さらに薄くするため
にこのフィルムを延伸する。ポリマーハイブリッド中のＰＶＤＦの比率は１／１
００〜９９／１００部のＰＶＤＦに対して残部がＰＰとなる比率である（すなわ
ち９９／１００〜１／１００部がＰＰ）。
【００３１】
本発明の高分子混合物中の特定成分またはいずれか（または任意の）成分の比
率を調節することによって、各種用途に対して高分子誘電体の特性を調整するこ
とができるということは理解できよう。例えば、移植型細動除去器の場合にはＤ
Ｆおよび破壊電圧が高く、しかも高いエネルギー密度が要求される。この場合（
上記の好ましい実施例の説明参照）、必要エネルギー量に対するＰＶＤＦの比率
を最大にし、ＰＰとのバランスを取って、ＰＶＤＦの電気特性を安定化させなけ
ればならない。例えば、エネルギー密度以外の望ましい特性(単数または複数)を
得るためにはＰＶＤＦの濃度を減少させて、９９部のＰＰに対してＰＶＤＦの比
率を１部まで下げなければならないが、高性能を得るのに最適な組成は少なくと
も１：１の比率である。しかし、混合物中の各種成分樹脂の特定の比率または濃
度は特許請求の範囲のに定義によってのみ限定される。
率を調節することによって、各種用途に対して高分子誘電体の特性を調整するこ
とができるということは理解できよう。例えば、移植型細動除去器の場合にはＤ
Ｆおよび破壊電圧が高く、しかも高いエネルギー密度が要求される。この場合（
上記の好ましい実施例の説明参照）、必要エネルギー量に対するＰＶＤＦの比率
を最大にし、ＰＰとのバランスを取って、ＰＶＤＦの電気特性を安定化させなけ
ればならない。例えば、エネルギー密度以外の望ましい特性(単数または複数)を
得るためにはＰＶＤＦの濃度を減少させて、９９部のＰＰに対してＰＶＤＦの比
率を１部まで下げなければならないが、高性能を得るのに最適な組成は少なくと
も１：１の比率である。しかし、混合物中の各種成分樹脂の特定の比率または濃
度は特許請求の範囲のに定義によってのみ限定される。
【００３２】
溶融注型フィルムは薄くするために縦方向（ＭＤＯ）および横方向（ＴＤＯ）
に２軸延伸して最終厚さを約０．５μｍ〜５μｍの範囲にする。この方法はコン
デンサ製造または食品包装用ポリマーフィルム（後者の例としては食材を被覆す
るのに一般に用いられている家庭用プラスチックフィルムであるSaran Wrap(登
録商標)等が挙げられる）の押出し加工分野では周知のものである。 次に、ベースとなるハイブリッドフィルムに例えばアクリレート等の高分子材
料を０．１μｍ〜２．０μｍの範囲の厚さに被覆する。アクリレート溶液をドク
ターブレードで塗布するか、噴霧スプレーで被覆した後、どちらの場合も被覆剤
を放射線で硬化する。この被覆は良好な誘電率(例えば２．５〜１６)と優れた安
定性（すなわちＰＶＤＦに対して優れたＤＦおよび破壊電圧）を有していると同
時に、ピンホール等の欠陥をシールし、フィルム表面を所定の程度まで硬化させ
るのに有効なものでなければならない。 被覆済みのハイブリッドフィルムには従来の金属化方法によってアルミニウム
等の適切な金属層を一般に５０Å〜５００Å(オングストローム)の範囲の厚さに
蒸着し、金属化してコンデンサの一方の電極またはプレートを得る。この金属層
の抵抗は一平方単位当たり０．１〜１０００オーム（Ω／ｓｑ）の範囲である。
最後に、対応して作られたもう一枚の被覆済みハイブリッド金属化フィルムと一
緒に上記フィルムを所望の静電容量になるように密に巻き付け、必要な場合には
さらに高誘電率の液体を含浸し、密閉する。
に２軸延伸して最終厚さを約０．５μｍ〜５μｍの範囲にする。この方法はコン
デンサ製造または食品包装用ポリマーフィルム（後者の例としては食材を被覆す
るのに一般に用いられている家庭用プラスチックフィルムであるSaran Wrap(登
録商標)等が挙げられる）の押出し加工分野では周知のものである。 次に、ベースとなるハイブリッドフィルムに例えばアクリレート等の高分子材
料を０．１μｍ〜２．０μｍの範囲の厚さに被覆する。アクリレート溶液をドク
ターブレードで塗布するか、噴霧スプレーで被覆した後、どちらの場合も被覆剤
を放射線で硬化する。この被覆は良好な誘電率(例えば２．５〜１６)と優れた安
定性（すなわちＰＶＤＦに対して優れたＤＦおよび破壊電圧）を有していると同
時に、ピンホール等の欠陥をシールし、フィルム表面を所定の程度まで硬化させ
るのに有効なものでなければならない。 被覆済みのハイブリッドフィルムには従来の金属化方法によってアルミニウム
等の適切な金属層を一般に５０Å〜５００Å(オングストローム)の範囲の厚さに
蒸着し、金属化してコンデンサの一方の電極またはプレートを得る。この金属層
の抵抗は一平方単位当たり０．１〜１０００オーム（Ω／ｓｑ）の範囲である。
最後に、対応して作られたもう一枚の被覆済みハイブリッド金属化フィルムと一
緒に上記フィルムを所望の静電容量になるように密に巻き付け、必要な場合には
さらに高誘電率の液体を含浸し、密閉する。
【００３３】
本発明ではコポリマー混合物を用い、アクリレートを被覆するが、ＰＶＤＦ／
ＰＰ（４層）のホモポリマーを用いる上記の‘１３１号出願に記載の場合に比べ
て本発明が著しい改良を示すは理解できよう。２枚の金属化されたコポリマーフ
ィルムのみを用いることで、２層、３層またはそれ以上の数の層の多数のフィル
ムを用いる場合に比べてはるかに簡単にコンデンサを製造できる。
ＰＰ（４層）のホモポリマーを用いる上記の‘１３１号出願に記載の場合に比べ
て本発明が著しい改良を示すは理解できよう。２枚の金属化されたコポリマーフ
ィルムのみを用いることで、２層、３層またはそれ以上の数の層の多数のフィル
ムを用いる場合に比べてはるかに簡単にコンデンサを製造できる。
【００３４】
本発明のハイブリッドコポリマーフィルム材料は誘電率が高く、安定性、損失
係数、クリアリング特性に優れ、破壊電圧が高くなる。このフィルムはフィルム
コンデンサの用途に特に適しているが、他の用途にも適している。その例として
は電気ケーブル、磁気テープ、安全性、その他の目的のための光学フィルム、圧
電センサおよび食料包装材料等を挙げることができる。 従って、本発明の他の対象は上記‘１３１号出願の発明の改良にある。すなわ
ち、ＰＶＤＦとＰＰとのコポリマー固溶体混合物を用いて、ＰＶＤＦの高活性を
化学的に安定させて、ＰＶＤＦ単独よりも電気特性が改良され、エネルギー密度
および電気的安定性が向上したハイブリッドコポリマー材料を形成することにあ
る。
係数、クリアリング特性に優れ、破壊電圧が高くなる。このフィルムはフィルム
コンデンサの用途に特に適しているが、他の用途にも適している。その例として
は電気ケーブル、磁気テープ、安全性、その他の目的のための光学フィルム、圧
電センサおよび食料包装材料等を挙げることができる。 従って、本発明の他の対象は上記‘１３１号出願の発明の改良にある。すなわ
ち、ＰＶＤＦとＰＰとのコポリマー固溶体混合物を用いて、ＰＶＤＦの高活性を
化学的に安定させて、ＰＶＤＦ単独よりも電気特性が改良され、エネルギー密度
および電気的安定性が向上したハイブリッドコポリマー材料を形成することにあ
る。
【００３５】
本発明実施例では少なくとも一種の非極性成分を混合した２種のポリマー混合
物が示されるが、所望の特定の特性を有する最終ポリマーに調整するために３種
以上のポリマー混合物を用いることも容易である。ＰＶＤＦとＰＰとから成るコ
ポリマー混合物の上記の簡単な説明は移植型細動除去器およびその他の高パルス
パワー用途で用いられる高エネルギー密度コンデンサでの本発明の具体例を単純
且つ明瞭にするためにだけ挙げらたものである。当業者にはＰＶＤＦ、ＰＰ、Ｐ
ＥＮ、ＰＰＳ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＴＦＥの２種以上あるいは絶縁抵抗の高い他の
高分子材、例えばアクリレート、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）またはポリプ
ロピレンオキシド（ＰＰＯ）をベースにした材料を２種以上組み合わせて上記用
途およびその他の用途のための他のポリマーハイブリッド混合物を製造すること
ができるということは理解できよう。例えば、ＰＰＳ、ＰＶＤＦおよびＰＰの三
元ポリマー混合物を用いることによってより高い温度で用いられる電気特性が改
良されたハイブリッドコポリマーブレンドフィルム材料を得ることができる。
物が示されるが、所望の特定の特性を有する最終ポリマーに調整するために３種
以上のポリマー混合物を用いることも容易である。ＰＶＤＦとＰＰとから成るコ
ポリマー混合物の上記の簡単な説明は移植型細動除去器およびその他の高パルス
パワー用途で用いられる高エネルギー密度コンデンサでの本発明の具体例を単純
且つ明瞭にするためにだけ挙げらたものである。当業者にはＰＶＤＦ、ＰＰ、Ｐ
ＥＮ、ＰＰＳ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＴＦＥの２種以上あるいは絶縁抵抗の高い他の
高分子材、例えばアクリレート、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）またはポリプ
ロピレンオキシド（ＰＰＯ）をベースにした材料を２種以上組み合わせて上記用
途およびその他の用途のための他のポリマーハイブリッド混合物を製造すること
ができるということは理解できよう。例えば、ＰＰＳ、ＰＶＤＦおよびＰＰの三
元ポリマー混合物を用いることによってより高い温度で用いられる電気特性が改
良されたハイブリッドコポリマーブレンドフィルム材料を得ることができる。
【００３６】
本発明のハイブリッドコポリマーを用いることによって誘電率が安定し、電圧
と静電容量が安定し且つ例えばホモポリマーＰＶＤＦに比べて絶縁抵抗およびク
リアリング特性または自己回復特性が改良され、漏洩電流が少なく、破壊電圧が
高い、非常に薄い金属化フィルムコンデンサが得られ、８Ｊ／ｃｃ以上の大きな
エネルギー密度のバルクコンデンサ装置を設計することができる。このコンデン
サは従来のＰＶＤＦフィルムコンデンサの３倍以上、その他のポリマーフィルム
の６倍以上のエネルギー密度を示す。さらに、大量生産した場合の本発明のハイ
ブリッドコンデンサのコストは単位エネルギー当たりで現存のフィルムコンデン
サより約５０％安くなる。
と静電容量が安定し且つ例えばホモポリマーＰＶＤＦに比べて絶縁抵抗およびク
リアリング特性または自己回復特性が改良され、漏洩電流が少なく、破壊電圧が
高い、非常に薄い金属化フィルムコンデンサが得られ、８Ｊ／ｃｃ以上の大きな
エネルギー密度のバルクコンデンサ装置を設計することができる。このコンデン
サは従来のＰＶＤＦフィルムコンデンサの３倍以上、その他のポリマーフィルム
の６倍以上のエネルギー密度を示す。さらに、大量生産した場合の本発明のハイ
ブリッドコンデンサのコストは単位エネルギー当たりで現存のフィルムコンデン
サより約５０％安くなる。
【００３７】
静電容量は１ミクロン当たり約６００ボルト、誘電率は約１２、ＰＶＤＦの固
有エネルギー密度は約１９Ｊ／ｃｃ、ＰＰの固有エネルギー密度は約３．５Ｊ／
ｃｃである。実際のＰＶＤＦの静電容量はその固有値の約１２％のみを示すのに
対し、ＰＰの静電容量は１〜１．５Ｊ／ｃｃで、固有値の約３０％〜４０％を表
す。ＰＶＤＦの誘電特性（誘電率を除く）が悪いのは実際の収率が低いためであ
ると思われる。アクリレートの被覆か、軽い金属化でＰＰの特性を改良できるが
、必ずしもエネルギー密度は高くならない。さらに、ＰＶＤＦを変成しても絶縁
破壊が改良されてエネルギー密度が約２０％上昇するだけで、他の特性は良くな
らず、特にＤＦが高く、絶縁抵抗が不十分で、信頼性および機械特性の向上には
全く効果が無く、高い繰返し率を必要とする用途に適したものにすることはきな
い。
有エネルギー密度は約１９Ｊ／ｃｃ、ＰＰの固有エネルギー密度は約３．５Ｊ／
ｃｃである。実際のＰＶＤＦの静電容量はその固有値の約１２％のみを示すのに
対し、ＰＰの静電容量は１〜１．５Ｊ／ｃｃで、固有値の約３０％〜４０％を表
す。ＰＶＤＦの誘電特性（誘電率を除く）が悪いのは実際の収率が低いためであ
ると思われる。アクリレートの被覆か、軽い金属化でＰＰの特性を改良できるが
、必ずしもエネルギー密度は高くならない。さらに、ＰＶＤＦを変成しても絶縁
破壊が改良されてエネルギー密度が約２０％上昇するだけで、他の特性は良くな
らず、特にＤＦが高く、絶縁抵抗が不十分で、信頼性および機械特性の向上には
全く効果が無く、高い繰返し率を必要とする用途に適したものにすることはきな
い。
【００３８】
コポリマーの設計でこれら２種の材料の望ましい特性を組み合わせることで大
幅に改良されたハイブリッド高分子誘電体が得られる。これら２種の材料は融点
が比較的近い（ＰＶＤＦが１７１℃、ＰＰが１８９℃）ので、２種のポリマーは
良好に溶融混合でき、ポリマーは分離せずに同じような速度で冷える。本出願人
の知る限り、エネルギー密度を従来のＰＶＤＦフィルムコンデンサの２〜３倍に
することができる誘電材はこれ以外に見られない。
幅に改良されたハイブリッド高分子誘電体が得られる。これら２種の材料は融点
が比較的近い（ＰＶＤＦが１７１℃、ＰＰが１８９℃）ので、２種のポリマーは
良好に溶融混合でき、ポリマーは分離せずに同じような速度で冷える。本出願人
の知る限り、エネルギー密度を従来のＰＶＤＦフィルムコンデンサの２〜３倍に
することができる誘電材はこれ以外に見られない。
【００３９】
本発明のさらに他の目的は、アクリレートのような誘電率に優れ、安定性が高
い材料でハイブリッドフィルムを被覆することによってハイブリッドフィルムの
特性を向上させることにある。この被覆は欠陥部およびピンホールをシールし、
表面を一定程度に硬化させてベースフィルムを改良する。被覆剤として用いられ
るその他の材料としてはＰＥＯ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＣ、ＰＴＦＥおよびＰＥＮ
フィルム等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 本発明のさらに他の目的は、より軽い金属化方法を用いてハイブリッドフィル
ムの破壊電圧およびクリアリング特性を改良することにある。
い材料でハイブリッドフィルムを被覆することによってハイブリッドフィルムの
特性を向上させることにある。この被覆は欠陥部およびピンホールをシールし、
表面を一定程度に硬化させてベースフィルムを改良する。被覆剤として用いられ
るその他の材料としてはＰＥＯ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＣ、ＰＴＦＥおよびＰＥＮ
フィルム等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 本発明のさらに他の目的は、より軽い金属化方法を用いてハイブリッドフィル
ムの破壊電圧およびクリアリング特性を改良することにある。
【００４０】
本発明のさらに他の目的は、巻付けたフィルム材料に高誘電率の液体を含浸し
てハイブリッドフィルムコンデンサ材料の性能を向上させた、特に高エネルギー
用途および高パルスパワー用途のための密閉構造を提供することにある。高誘電
率の液体としてのブチルフェニルスルホン、イソプロピルフェニルスルホン等の
芳香族化合物は３０を超える非常に高い誘電率を有し、高エネルギーおよび高パ
ワー用途で用いられる標準的なひまし油およびトレクレジルホスフェートより優
れた濡れ特性を有する。代表的な高誘電率の液体材料は例えばKronによる米国特
許第４，９１２，５９６号に記載されている。 本発明のさらに他の目的は、ハイブリッドフィルム材料、例えばＰＶＤＦ、Ｐ
Ｐ、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ、ＰＣの混合物と、この材料から成るコ
ポリマーと、２軸押出し、ブロー成形、溶融注型法または溶液流延法、或いは基
材への蒸着法等を用いたその製造方法を提供することにある。
てハイブリッドフィルムコンデンサ材料の性能を向上させた、特に高エネルギー
用途および高パルスパワー用途のための密閉構造を提供することにある。高誘電
率の液体としてのブチルフェニルスルホン、イソプロピルフェニルスルホン等の
芳香族化合物は３０を超える非常に高い誘電率を有し、高エネルギーおよび高パ
ワー用途で用いられる標準的なひまし油およびトレクレジルホスフェートより優
れた濡れ特性を有する。代表的な高誘電率の液体材料は例えばKronによる米国特
許第４，９１２，５９６号に記載されている。 本発明のさらに他の目的は、ハイブリッドフィルム材料、例えばＰＶＤＦ、Ｐ
Ｐ、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ、ＰＣの混合物と、この材料から成るコ
ポリマーと、２軸押出し、ブロー成形、溶融注型法または溶液流延法、或いは基
材への蒸着法等を用いたその製造方法を提供することにある。
【００４１】
本発明のさらに他の目的は、誘電率は低いが電気特性に優れたコンデンサグレ
ードのポリマーフィルム、例えばＰＰ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＣ、ＰＴＦ
Ｅまたはこれらの混合物からなるコポリマーまたはハイブリッドポリマーに高誘
電率で相対的に電気特性が低い材料の薄い被覆を塗布する方法にある。被覆材の
厚さは０．１ミクロン〜５ミクロンであり、被覆された基材の厚さは０．５ミク
ロン〜２５ミクロンである。被覆材はポリマー基材上に直接塗布される溶液、噴
霧法で噴霧される蒸気、注型される他の基材上に直接流延される溶融物にするか
、加熱積層することができる。被覆材はＭＤＯまたはＴＤＯされた基材ポリマー
フィルムに塗布できる。ＭＤＯ基材を用いる場合には被覆後のフィルムをＴＤＯ
方向に延伸して２軸方向に延伸する。
ードのポリマーフィルム、例えばＰＰ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＣ、ＰＴＦ
Ｅまたはこれらの混合物からなるコポリマーまたはハイブリッドポリマーに高誘
電率で相対的に電気特性が低い材料の薄い被覆を塗布する方法にある。被覆材の
厚さは０．１ミクロン〜５ミクロンであり、被覆された基材の厚さは０．５ミク
ロン〜２５ミクロンである。被覆材はポリマー基材上に直接塗布される溶液、噴
霧法で噴霧される蒸気、注型される他の基材上に直接流延される溶融物にするか
、加熱積層することができる。被覆材はＭＤＯまたはＴＤＯされた基材ポリマー
フィルムに塗布できる。ＭＤＯ基材を用いる場合には被覆後のフィルムをＴＤＯ
方向に延伸して２軸方向に延伸する。
【００４２】
上記およびその他の本発明の目的、目標、特性、観点および利点は添付図面を
用いて説明する下記の本発明の好ましいフィルムコンデンサの製造方法の実施例
から明らかになるであろう。 図３のフローチャートを参照して本発明のハイブリッドコポリマーフィルムの
一つの実施例の一般的な製造方法を説明する。図３はフィルムを安定化させる役
割をする非極性ポリマーから選ばれる少なくとも一種のホモポリマー成分と、極
性または非極性ポリマーから選ばれる少なくとも一種のホモポリマー成分とを混
合する段階から始まっている。 細動除去器用の高エネルギーフィルムコンデンサ１０(図１、図２ｃ)のホモポ
リマー成分としてはＰＰおよびＰＶＤＦが特に適している。高純度のＰＶＤＦ樹
脂（Solvay）およびＰＰ樹脂（Exxon）をホッパを介して押出機（２軸スクリュ
ー）に別々に供給し、均質に混合し、共押出しして溶融注型された誘電体フィル
ムを形成する。均一な厚さのものを得るためにいわゆる「ブロー成形」よりも押
出し成形するのが好ましい。温度、吐出量、ダイの間隙および巾を含む運転条件
は品質の優れた溶融注型フィルムが得られるように調整する。同じ樹脂でも各組
成毎に運転条件を変える。複数の樹脂を押出す場合には、利用可能な押出し装置
のタイプに応じて樹脂ペレットを混合する。例えば、三元成分系ではＰＶＤＦと
ＰＰのコポリマー樹脂を１成分とし、ＰＰＳまたはＰＣまたはＰＥＮのいずれか
を２番目の成分として２軸スクリュー押出機へ送るか、混合物の全ての樹脂ペレ
ットを押出し前に溶融し、その後に溶融注型することもできる。
用いて説明する下記の本発明の好ましいフィルムコンデンサの製造方法の実施例
から明らかになるであろう。 図３のフローチャートを参照して本発明のハイブリッドコポリマーフィルムの
一つの実施例の一般的な製造方法を説明する。図３はフィルムを安定化させる役
割をする非極性ポリマーから選ばれる少なくとも一種のホモポリマー成分と、極
性または非極性ポリマーから選ばれる少なくとも一種のホモポリマー成分とを混
合する段階から始まっている。 細動除去器用の高エネルギーフィルムコンデンサ１０(図１、図２ｃ)のホモポ
リマー成分としてはＰＰおよびＰＶＤＦが特に適している。高純度のＰＶＤＦ樹
脂（Solvay）およびＰＰ樹脂（Exxon）をホッパを介して押出機（２軸スクリュ
ー）に別々に供給し、均質に混合し、共押出しして溶融注型された誘電体フィル
ムを形成する。均一な厚さのものを得るためにいわゆる「ブロー成形」よりも押
出し成形するのが好ましい。温度、吐出量、ダイの間隙および巾を含む運転条件
は品質の優れた溶融注型フィルムが得られるように調整する。同じ樹脂でも各組
成毎に運転条件を変える。複数の樹脂を押出す場合には、利用可能な押出し装置
のタイプに応じて樹脂ペレットを混合する。例えば、三元成分系ではＰＶＤＦと
ＰＰのコポリマー樹脂を１成分とし、ＰＰＳまたはＰＣまたはＰＥＮのいずれか
を２番目の成分として２軸スクリュー押出機へ送るか、混合物の全ての樹脂ペレ
ットを押出し前に溶融し、その後に溶融注型することもできる。
【００４３】
ＰＶＤＦは１７１℃で溶融し、ＰＰは１８９℃で溶融するが、樹脂溶融物は一
般にこれよりかなり高温の約２５０℃〜３００℃になる。樹脂溶融物を冷却ホイ
ール上を通して樹脂を冷却し、固体フィルムにする。樹脂溶融物の温度が高いの
でポリマーに存在する十分な熱によって縦方向への延伸（ＭＤＯ、すなわちフィ
ルムの移動方向）および横方向延伸、さらには最終的延伸によって薄いシートに
することができる。
般にこれよりかなり高温の約２５０℃〜３００℃になる。樹脂溶融物を冷却ホイ
ール上を通して樹脂を冷却し、固体フィルムにする。樹脂溶融物の温度が高いの
でポリマーに存在する十分な熱によって縦方向への延伸（ＭＤＯ、すなわちフィ
ルムの移動方向）および横方向延伸、さらには最終的延伸によって薄いシートに
することができる。
【００４４】
押出し温度および各樹脂の吐出量は配合組成によって変える。押出しダイの間
隙および巾は最終フィルムの所望厚さおよび幅に依存する。これらのパラメター
を変えることによって典型的には溶融注型樹脂を約１００〜２００ミクロン範囲
の厚さ（好ましくはこの範囲のできるだけ薄い厚さ）にし、加工最終行程での完
成フィルムの厚さを約４ミクロン、幅を約２０〜３０インチにする。完成フィル
ムの厚さを約２ミクロンにする場合、最初の溶融注型物の厚さは約５０〜１００
ミクロンでなければならない。厚さが広い範囲で変化するのは、各ポリマーが異
なる範囲で延伸され、薄くされるためである。フィルム基材の割れ、皺、過熱無
しに所望速度で最適な所望フィルムが得られるように各段階での処理を調整しな
ければならない。一般に品質の優れたフィルムとは、フィルムに塵や斑点が無く
、フィルム内に気泡、ピンホール、その他の目に見える混入物や不純物が無く、
静電気が無く（塵粒子を引き付けない）、皺が無いことである。
隙および巾は最終フィルムの所望厚さおよび幅に依存する。これらのパラメター
を変えることによって典型的には溶融注型樹脂を約１００〜２００ミクロン範囲
の厚さ（好ましくはこの範囲のできるだけ薄い厚さ）にし、加工最終行程での完
成フィルムの厚さを約４ミクロン、幅を約２０〜３０インチにする。完成フィル
ムの厚さを約２ミクロンにする場合、最初の溶融注型物の厚さは約５０〜１００
ミクロンでなければならない。厚さが広い範囲で変化するのは、各ポリマーが異
なる範囲で延伸され、薄くされるためである。フィルム基材の割れ、皺、過熱無
しに所望速度で最適な所望フィルムが得られるように各段階での処理を調整しな
ければならない。一般に品質の優れたフィルムとは、フィルムに塵や斑点が無く
、フィルム内に気泡、ピンホール、その他の目に見える混入物や不純物が無く、
静電気が無く（塵粒子を引き付けない）、皺が無いことである。
【００４５】
次に、溶融注型フィルムを２軸延伸する。まず複数のローラに沿って引張り、
フィルムを適当な張力下にＭＤＯ方向の加熱室に供給する。この加熱室中でフィ
ルムを延伸して、加熱室を出る時のフィルムの典型的なフィルム厚さは約２５〜
５０ミクロンの範囲である。ＭＤＯ加熱室は一連のローラと張力制御装置とを有
し、張力制御装置はフィルムをフィルム進行方向に延伸して均一厚さの薄いフィ
ルムにする。フィルムは入口速度よりも速い速度でＭＤＯ加熱室を出るが、その
速度はＭＤＯ行程終了時のフィルムの厚さによって異なる。例えば、ＭＤＯ加熱
室に入る際に厚さが１００ミクロンの溶融注型フィルムは、室内で延伸されて２
５ミクロンの厚さになり、その入口速度の４倍の速度でＭＤＯ加熱室を出る。こ
こで再びＭＤＯ加熱室内の処理パラメタ−を調整して、ライン速度、フィルム張
力、延伸率等を制御し、最適なフィルム品質および望ましい最終厚さにする。こ
うした条件は完成フィルムの厚さだけではなく、主として樹脂の種類によって異
なる。フィルム処理の第１段階すなわち押出し成形および溶融注型フィルムの製
造時に選択したパラメターはフィルム処理の第２段階すなわちＭＤＯ延伸で選択
されるパラメターに影響を与える。
フィルムを適当な張力下にＭＤＯ方向の加熱室に供給する。この加熱室中でフィ
ルムを延伸して、加熱室を出る時のフィルムの典型的なフィルム厚さは約２５〜
５０ミクロンの範囲である。ＭＤＯ加熱室は一連のローラと張力制御装置とを有
し、張力制御装置はフィルムをフィルム進行方向に延伸して均一厚さの薄いフィ
ルムにする。フィルムは入口速度よりも速い速度でＭＤＯ加熱室を出るが、その
速度はＭＤＯ行程終了時のフィルムの厚さによって異なる。例えば、ＭＤＯ加熱
室に入る際に厚さが１００ミクロンの溶融注型フィルムは、室内で延伸されて２
５ミクロンの厚さになり、その入口速度の４倍の速度でＭＤＯ加熱室を出る。こ
こで再びＭＤＯ加熱室内の処理パラメタ−を調整して、ライン速度、フィルム張
力、延伸率等を制御し、最適なフィルム品質および望ましい最終厚さにする。こ
うした条件は完成フィルムの厚さだけではなく、主として樹脂の種類によって異
なる。フィルム処理の第１段階すなわち押出し成形および溶融注型フィルムの製
造時に選択したパラメターはフィルム処理の第２段階すなわちＭＤＯ延伸で選択
されるパラメターに影響を与える。
【００４６】
図３のフローチャートを参照すると、ＭＤＯ加熱室に入るより薄いフィルムは
補助ローラを通って適切な張力に維持され、横方向延伸（ＴＤＯ）室に入り、こ
こでテンター法によって横方向に延伸される。これはフィルムがＴＤＯ室に入る
直前に一連の機械的ジョーでフィルムの幅方向両端縁を挟む一般的な方法である
。ＭＤＯ室と同様に、ＴＤＯ室でも加熱する。この加熱室の長さは一般に約４０
〜１００フィートの範囲（フィルム製品の長さによって異なる）である。加熱室
で処理するフィルムの幅は２メートルから数メートルで変わる。
補助ローラを通って適切な張力に維持され、横方向延伸（ＴＤＯ）室に入り、こ
こでテンター法によって横方向に延伸される。これはフィルムがＴＤＯ室に入る
直前に一連の機械的ジョーでフィルムの幅方向両端縁を挟む一般的な方法である
。ＭＤＯ室と同様に、ＴＤＯ室でも加熱する。この加熱室の長さは一般に約４０
〜１００フィートの範囲（フィルム製品の長さによって異なる）である。加熱室
で処理するフィルムの幅は２メートルから数メートルで変わる。
【００４７】
フィルムがＴＤＯ室内を移動する際に機械的ジョーが互いに外側へ移動してフ
ィルムを引張り、フィルムをさらに薄く且つ幅広くし、最終厚さを約０．５〜２
５ミクロンの範囲にし、幅を約８０〜４００インチの範囲にする。ＴＤＯ室の反
対側端部(すなわち出口)でジョーは自動駆動されて、薄く且つ幅広くなったフィ
ルムを離す。フィルムは次いで紙またはプラスチックの芯に巻き付けられる。延
伸するためＴＤＯの出口でのフィルム速度は入口のフィルム速度よりかなり速い
くなる。例えば２５ミクロンの厚さでＭＤＯを出る１００ミクロンの溶融注型フ
ィルムは入口速度の４倍の速さになり、さらにフィルムを引き伸ばして２．５ミ
クロンの最終厚さにすると元の溶融注型フィルムの速度の４０倍の速度でＴＤＯ
室から出る。
ィルムを引張り、フィルムをさらに薄く且つ幅広くし、最終厚さを約０．５〜２
５ミクロンの範囲にし、幅を約８０〜４００インチの範囲にする。ＴＤＯ室の反
対側端部(すなわち出口)でジョーは自動駆動されて、薄く且つ幅広くなったフィ
ルムを離す。フィルムは次いで紙またはプラスチックの芯に巻き付けられる。延
伸するためＴＤＯの出口でのフィルム速度は入口のフィルム速度よりかなり速い
くなる。例えば２５ミクロンの厚さでＭＤＯを出る１００ミクロンの溶融注型フ
ィルムは入口速度の４倍の速さになり、さらにフィルムを引き伸ばして２．５ミ
クロンの最終厚さにすると元の溶融注型フィルムの速度の４０倍の速度でＴＤＯ
室から出る。
【００４８】
ＴＤＯ室の処理パラメターは所望のフィルム厚さと製造設備とによって異なる
。フィルム速度およびＴＤＯ室内での横方向延伸率によって完成フィルムの厚さ
が決まる。フィルムのＴＤＯ内滞留時間は破断無しにフィルム厚さを薄くするよ
うに選択することが重要である。紙またはプラスチックの芯に巻き付ける前に、
フィルム基材の両端縁部に設置した刃でフィルム端縁部を切断してフィルムがパ
ッカーリングするのを防ぐ。パッカーリングを防がないとフィルムに皺、その他
の異常が生じ、コンデンサの性能に悪い影響を与える。一般にジョーがフィルム
を掴む場所はバルクフィルムより厚い。
。フィルム速度およびＴＤＯ室内での横方向延伸率によって完成フィルムの厚さ
が決まる。フィルムのＴＤＯ内滞留時間は破断無しにフィルム厚さを薄くするよ
うに選択することが重要である。紙またはプラスチックの芯に巻き付ける前に、
フィルム基材の両端縁部に設置した刃でフィルム端縁部を切断してフィルムがパ
ッカーリングするのを防ぐ。パッカーリングを防がないとフィルムに皺、その他
の異常が生じ、コンデンサの性能に悪い影響を与える。一般にジョーがフィルム
を掴む場所はバルクフィルムより厚い。
【００４９】
製造されたフィルムを芯に巻付け、縦方向に切断して任意の所望寸法にする。
ＰＰに対するＰＶＤＦの比率（ＰＶＤＦ：ＰＰ）は任意であるが、本発明の好ま
しい実施例の目的および方法では、１〜９９部のＰＶＤＦと残部のＰＰ（すなわ
ち９９部〜１部のＰＰ）とから成るハイブリッドコポリマーが適している。必要
な場合には、本発明方法で製造したベースとなるハイブリッドコポリマーを同じ
または他の処理設備でさらに加工してその電気特性を改良してもよい。例えば、
他の誘電性ポリマーでフィルムを被覆してベースフィルムの特性を向上させたり
、薄い金属層で金属化してもよい。 図３のフローチャートに示すように、アクリレートのようなの重合材料の被覆
物を１段階または複数の段階でベースフィルムに約０．１〜２．０ミクロンの範
囲の厚さに塗布することができる。アクリレート溶液をフィルム上に直接流延し
、電子ビームまたは紫外線でアクリレートを硬化させたり、噴霧またはスプレー
法でアクリレートを塗布し、その後に硬化させて被覆することができる。アクリ
レート層の厚さをよりよく制御できるので、後者の方法が好ましい。
ＰＰに対するＰＶＤＦの比率（ＰＶＤＦ：ＰＰ）は任意であるが、本発明の好ま
しい実施例の目的および方法では、１〜９９部のＰＶＤＦと残部のＰＰ（すなわ
ち９９部〜１部のＰＰ）とから成るハイブリッドコポリマーが適している。必要
な場合には、本発明方法で製造したベースとなるハイブリッドコポリマーを同じ
または他の処理設備でさらに加工してその電気特性を改良してもよい。例えば、
他の誘電性ポリマーでフィルムを被覆してベースフィルムの特性を向上させたり
、薄い金属層で金属化してもよい。 図３のフローチャートに示すように、アクリレートのようなの重合材料の被覆
物を１段階または複数の段階でベースフィルムに約０．１〜２．０ミクロンの範
囲の厚さに塗布することができる。アクリレート溶液をフィルム上に直接流延し
、電子ビームまたは紫外線でアクリレートを硬化させたり、噴霧またはスプレー
法でアクリレートを塗布し、その後に硬化させて被覆することができる。アクリ
レート層の厚さをよりよく制御できるので、後者の方法が好ましい。
【００５０】
被覆フィルムの金属化は例えば真空室内を移動するポリマーフィルムに５０〜
５００Åの範囲の厚さの金属(一般にはアルミニウム)を蒸着して行うことができ
る。ポリマーフィルム上の金属の所望抵抗率は１平方当たり約０．１オーム〜１
０００オームの範囲である。抵抗率が大きければ大きいほど、フィルム誘電体の
破壊電圧が改良される。金属化処理を実施する前に、ポリマーフィルムをマスク
して図２（ａ）の縦断面図に示すように、フィルム１１の幅方向端部に金属化さ
れない端縁部を作る。 図２（ａ）では2枚のフィルム層１５、１６には（コンデンサ組立て時の）互
いに反対側端部１２、１３にはそれぞれ被覆されていない端縁部があって、以下
で説明するように金属を端縁部まで形成した場合に生じるコンデンサ１０の電極
の電気ショートを妨げるようになっている。
５００Åの範囲の厚さの金属(一般にはアルミニウム)を蒸着して行うことができ
る。ポリマーフィルム上の金属の所望抵抗率は１平方当たり約０．１オーム〜１
０００オームの範囲である。抵抗率が大きければ大きいほど、フィルム誘電体の
破壊電圧が改良される。金属化処理を実施する前に、ポリマーフィルムをマスク
して図２（ａ）の縦断面図に示すように、フィルム１１の幅方向端部に金属化さ
れない端縁部を作る。 図２（ａ）では2枚のフィルム層１５、１６には（コンデンサ組立て時の）互
いに反対側端部１２、１３にはそれぞれ被覆されていない端縁部があって、以下
で説明するように金属を端縁部まで形成した場合に生じるコンデンサ１０の電極
の電気ショートを妨げるようになっている。
【００５１】
ポリマーを金属化した後、さらに縦方向に等幅に切断し、金属化されていない
端縁部を有する金属化された層にする。フィルム加工時またはコンデンサ製造時
にコポリマーフィルムをアクリレート、その他のポリマーで被覆することは必ず
しも必要ではないが、金属化フィルムコンデンサの製造ではフィルムを金属化し
なければならない。しかし、本発明はフィルム誘電体からなる金属化コンデンサ
の製造に限られず、別体の箔と組み合せるものや、液体を含浸したもの等の他の
種類のコンデンサに容易に応用できる。
端縁部を有する金属化された層にする。フィルム加工時またはコンデンサ製造時
にコポリマーフィルムをアクリレート、その他のポリマーで被覆することは必ず
しも必要ではないが、金属化フィルムコンデンサの製造ではフィルムを金属化し
なければならない。しかし、本発明はフィルム誘電体からなる金属化コンデンサ
の製造に限られず、別体の箔と組み合せるものや、液体を含浸したもの等の他の
種類のコンデンサに容易に応用できる。
【００５２】
図２（ｂ）の切断図に示すように、上記方法で製造された２枚の金属化フィル
ム１５、１６をコンデンサ巻取機に設置し、マンドレル１４（後で取り外す）上
に密に巻付けて誘電体１８／金属化部分２１／誘電体１９／金属化部分２２の順
の層構成にする。これはコンデンサ１０の一般的な構造すなわち両側に２つの金
属板を有する誘電体を示している。２つの端縁部(図２（ａ）の１２、１３)を互
いに反対端に有する２枚のフィルムを巻き取る。
ム１５、１６をコンデンサ巻取機に設置し、マンドレル１４（後で取り外す）上
に密に巻付けて誘電体１８／金属化部分２１／誘電体１９／金属化部分２２の順
の層構成にする。これはコンデンサ１０の一般的な構造すなわち両側に２つの金
属板を有する誘電体を示している。２つの端縁部(図２（ａ）の１２、１３)を互
いに反対端に有する２枚のフィルムを巻き取る。
【００５３】
コンデンサの巻付け長さは希望するコンデンサの物理寸法と静電容量とによっ
て異なる。コンデンサの電圧限界はコポリマーフィルムの厚さによって決まる。
閉じ込められた空気は２つのロールを密に巻付けることによって除去できる。こ
の空気を除去しないと早期に故障が起こる危険がある。HEPAフィルタを組み合わ
せた少なくともクラス１００のクリーンルーム環境で各コンデンサを処理して誘
電フィルム層間の接触点が異物で汚染される危険を減し、誘電体に吸い込まれる
湿気を減少させる。
て異なる。コンデンサの電圧限界はコポリマーフィルムの厚さによって決まる。
閉じ込められた空気は２つのロールを密に巻付けることによって除去できる。こ
の空気を除去しないと早期に故障が起こる危険がある。HEPAフィルタを組み合わ
せた少なくともクラス１００のクリーンルーム環境で各コンデンサを処理して誘
電フィルム層間の接触点が異物で汚染される危険を減し、誘電体に吸い込まれる
湿気を減少させる。
【００５４】
各コンデンサで均等な引張を維持する機能がより優れているために電気的に巻
付けるのが好ましい。コンデンサ１０内に巻き取られたフィルム(図２（ｃ）の
２４)の長さと厚さを注意深く測定して得られたデバイスのエネルギー密度、そ
の他の電気パラメターを正確に計算する。コンデンサ１０の端縁部をテープで止
め、両側が開口したトレーに固定してフィルム層が巻き戻らないようにし、円筒
の端縁部または端部に導電素子をスプレーする(図１、図２（ｃ）の２５、２６)
。このためにコンデンサ１０の両端をスクープ(schoop)または高亜鉛含有率はん
だ（固い材料）を金属溶射し、その後に９０％の錫と１０％の亜鉛から成る標準
的な軟い「Babbit」端部噴霧はんだ（end spray solder）を金属溶射する。最初
の噴霧によって金属化された表面が掻き取られ、誘電体フィルム上の金属被覆と
の接触がよくするトラフができる。端部スプレーを組み合わせると終端部との触
圧接触をさらに良くすることができる。次にアルミニウムのリード線２９、３０
(図２（ｃ）)を各端部にはんだ付けして端子を形成する。一方の端子をアルミ缶
の底部にスポット溶接し、他方の端子をその蓋に平行溶接する。次に、真空充填
装置内でコンデンサに液体含浸剤（一般にイソプロピルフェニルスルホン、図示
せず）を含浸し、クリンプ密封(crimp-close)する。
付けるのが好ましい。コンデンサ１０内に巻き取られたフィルム(図２（ｃ）の
２４)の長さと厚さを注意深く測定して得られたデバイスのエネルギー密度、そ
の他の電気パラメターを正確に計算する。コンデンサ１０の端縁部をテープで止
め、両側が開口したトレーに固定してフィルム層が巻き戻らないようにし、円筒
の端縁部または端部に導電素子をスプレーする(図１、図２（ｃ）の２５、２６)
。このためにコンデンサ１０の両端をスクープ(schoop)または高亜鉛含有率はん
だ（固い材料）を金属溶射し、その後に９０％の錫と１０％の亜鉛から成る標準
的な軟い「Babbit」端部噴霧はんだ（end spray solder）を金属溶射する。最初
の噴霧によって金属化された表面が掻き取られ、誘電体フィルム上の金属被覆と
の接触がよくするトラフができる。端部スプレーを組み合わせると終端部との触
圧接触をさらに良くすることができる。次にアルミニウムのリード線２９、３０
(図２（ｃ）)を各端部にはんだ付けして端子を形成する。一方の端子をアルミ缶
の底部にスポット溶接し、他方の端子をその蓋に平行溶接する。次に、真空充填
装置内でコンデンサに液体含浸剤（一般にイソプロピルフェニルスルホン、図示
せず）を含浸し、クリンプ密封(crimp-close)する。
【００５５】
ＰＰのようなホモポリマーフィルムに溶融注型法、溶液流延法またはスプレー
装置を用いて蒸着またはスプレーでＰＶＤＦ、その他のコンデンサグレードのポ
リマーを被覆することもてきる。蒸着またはスプレー装置によって溶液、高温樹
脂または溶融樹脂からポリマー被覆剤を塗布することができる。温度を高くして
粘度を下げて、噴霧する粒子をナノ単位の寸法にすることができる。被覆される
ポリマーまたはホモポリマーはＰＥＴ、ＰＰ、ＰＶＤＦ、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ、Ｐ
ＥＮ、ＰＣ、ＰＥＯまたはアクリレートから選択される材料から上記方法で製造
したポリマーフィルムを形成する。好ましい方法はベースフィルムを一方のロー
ルから他方のロールへ巻き付け、２番目のポリマーを溶液ポリマー系または溶融
ポリマー系のいずれかから噴霧して蒸着させる蒸着法である。この方法を２番目
または３番目の被覆剤に応用して被覆を厚くしたり、２番目またはそれ以降の単
数または複数の第１層とは異なる組成を有するポリマー層を積層させることは容
易である。この方法をさらに応用して紫外線または電子ビームを用いる放射線硬
化が可能なポリマーを含むようにしてもよい。一般的な放射線硬化が可能なポリ
マーにはRadcureを含む種々のメーカから入手可能な広範囲のグレードおよび組
成のアクリレートが含まれる。
装置を用いて蒸着またはスプレーでＰＶＤＦ、その他のコンデンサグレードのポ
リマーを被覆することもてきる。蒸着またはスプレー装置によって溶液、高温樹
脂または溶融樹脂からポリマー被覆剤を塗布することができる。温度を高くして
粘度を下げて、噴霧する粒子をナノ単位の寸法にすることができる。被覆される
ポリマーまたはホモポリマーはＰＥＴ、ＰＰ、ＰＶＤＦ、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ、Ｐ
ＥＮ、ＰＣ、ＰＥＯまたはアクリレートから選択される材料から上記方法で製造
したポリマーフィルムを形成する。好ましい方法はベースフィルムを一方のロー
ルから他方のロールへ巻き付け、２番目のポリマーを溶液ポリマー系または溶融
ポリマー系のいずれかから噴霧して蒸着させる蒸着法である。この方法を２番目
または３番目の被覆剤に応用して被覆を厚くしたり、２番目またはそれ以降の単
数または複数の第１層とは異なる組成を有するポリマー層を積層させることは容
易である。この方法をさらに応用して紫外線または電子ビームを用いる放射線硬
化が可能なポリマーを含むようにしてもよい。一般的な放射線硬化が可能なポリ
マーにはRadcureを含む種々のメーカから入手可能な広範囲のグレードおよび組
成のアクリレートが含まれる。
【００５６】
本発明のハイブリッドポリマーの優れた特性は電気自動車の用途、レーザーの
ような小型のエネルギー貯蔵の分野、その他のパルスパワー用途に応用すること
もできる。ＰＶＤＦの圧電特性は昔しから知られているが、一貫して安定した高
活性の材料を入手できないため、この材料の広範囲な工業的使用は制限されてき
た。本発明によって開発されたＰＶＤＦ−ＰＰハイブリッドは優れた安定性、コ
ンシステンシーおよび高水準の圧電特性を示し、拡声器、タッチセンサ、超音波
レンジングおよびイメージング装置、自動車のバンパセンサで有用であると思わ
れる。 以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明分野の当業者であれば、
上記の説明から本発明の範囲から逸脱せずに変更および修正をすることが可能で
ある。本発明は請求の範囲および関連法規によってのみ限定されるものである。
ような小型のエネルギー貯蔵の分野、その他のパルスパワー用途に応用すること
もできる。ＰＶＤＦの圧電特性は昔しから知られているが、一貫して安定した高
活性の材料を入手できないため、この材料の広範囲な工業的使用は制限されてき
た。本発明によって開発されたＰＶＤＦ−ＰＰハイブリッドは優れた安定性、コ
ンシステンシーおよび高水準の圧電特性を示し、拡声器、タッチセンサ、超音波
レンジングおよびイメージング装置、自動車のバンパセンサで有用であると思わ
れる。 以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明分野の当業者であれば、
上記の説明から本発明の範囲から逸脱せずに変更および修正をすることが可能で
ある。本発明は請求の範囲および関連法規によってのみ限定されるものである。
【図１】 巻き付けた本発明による金属化フィルムコンデンサの好ましい実施
例の投影図。
例の投影図。
【図２】 （ａ）は図１のフィルムコンデンサの縦断面図、（ｂ）は図１のフ
ィルムコンデンサの断面図、（ｃ）は図１のフィルムコンデンサの側面図。
ィルムコンデンサの断面図、（ｃ）は図１のフィルムコンデンサの側面図。
【図３】 図１のコンデンサを製造する好ましい方法のフローチャート。
１０ フィルムコンデンサ
１２、１３ 金属化されていない端縁部
１５、１６ フィルムの層
２５、２６ 導電素子
２９、３０ アルミニウムのリード線
【手続補正書】特許協力条約第１９条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１０月２９日（２０００．１０．２９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
Claims (34)
- 【請求項１】 フィルムコンデンサにおいて絶縁体として巻付けて用いられる
ポリマーフィルムであって、少なくとも一種の非極性誘電材料の成分と、この非
極性誘電材料の成分より誘電率が高く且つ耐熱性が高い少なくとも一種の他の誘
電材料の成分とのコポリマー固溶体混合物のハイブリッドポリマーフィルム材料
からなることを特徴とする、誘電率、耐絶縁性、安定性、破壊電圧、損失係数、
クリアリング特性、絶縁抵抗および使用温度を含むパラメターが改良されたポリ
マーフィルム。 - 【請求項２】 コポリマー固溶体混合物が所望の誘電フィルム特性となるよう
に選択された３種以上の誘電体成分からなる請求項１に記載のポリマーフィルム
。 - 【請求項３】 ３種以上の誘電体成分が樹脂の混合物を構成する請求項２に記
載のポリマーフィルム。 - 【請求項４】 ハイブリッドポリマーフィルム材料がポリプロピレン（ＰＰ）
とポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とのコポリマー固溶体混合物から成り、Ｐ
ＶＤＦの比率が０．９９〜０．０１で、残部はＰＰである請求項１に記載のポリ
マーフィルム。 - 【請求項５】 ハイブリッドポリマーフィルム材料がＰＶＤＦ、ＰＰ、ポリエ
ステル（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンスル
フィド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（
ＰＴＦＥ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）およびポリプロピレンオキサイ
ド（ＰＰＯ）およびこれらのコポリマーまたはハイブリッドポリマーからなる群
の中から選択される少なくとも２種の誘電体成分から成るコポリマー固溶体混合
物からなる請求項１に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項６】 少なくとも一種の他の誘電材料の成分が極性を有する請求項１
に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項７】 少なくとも一種の他の誘電材料の成分が非極性である請求項１
に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項８】 コポリマー固溶体混合物からなるポリマーフィルムであって、
コポリマー固溶体混合物はこのコポリマーを安定させるために選択された少なく
とも一種の非極性ポリマー成分と、少なくとも一種の他のポリマー成分とからな
り、少なくとも１つのポリマー成分の所定の特性はポリマーフィルムでの上記混
合物の同じ特性を改良するように選択されるポリマーフィルム。 - 【請求項９】 少なくとも１つの所定の特性が上記少なくとも１つのポリマー
成分の誘電性である請求項８に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項１０】 少なくとも１つの所定の特性が上記少なくとも１つのポリマ
ー成分の高温耐熱性である請求項８に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項１１】 コポリマー固溶体混合物が少なくとも３種の成分を含む請求
項８に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項１２】 コポリマー固溶体混合物がＰＰおよびＰＶＤＦ樹脂の混合で
あり、その比率は９９％〜１％のＰＶＤＦと１％〜９９％のＰＰである請求項８
に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項１３】 少なくとも一種の非極性誘電性ポリマーを少なくとも一種の
他の誘電体ポリマーと固溶体状態に均質に混合したハイブリッドポリマーのフィ
ルム誘電体を有するフィルムコンデンサであって、ハイブリッドポリマーの上記
誘電性ポリマー成分の少なくとも１つの特性は上記固溶体混合物の所望の特性と
なるように選択され、ハイブリッドポリマーフィルムはフィルムコンデンサの2
枚の金属プレートの間に挟まれているハイブリッドポリマーフィルム誘電体。 - 【請求項１４】 ハイブリッドポリマーフィルムが金属プレートを構成する金
属層の間に密に巻付けられている請求項１３に記載のフィルムコンデンサ。 - 【請求項１５】 ハイブリッドポリマーフィルム誘電体の固溶体が少なくとも
３つの誘電体ポリマーからなる請求項１３に記載のフィルムコンデンサ。 - 【請求項１６】 ハイブリッドポリマーフィルム誘電体がＰＰとＰＶＤＦとか
らなり、ＰＶＤＦの比率が９９％〜１％で、残部がＰＰであり、フィルムコンデ
ンサのエネルギー密度が１平方センチメートル当たり５ジュール以上である請求
項１３に記載のフィルムコンデンサ。 - 【請求項１７】 ハイブリッドポリマーフィルム誘電体がＰＶＤＦ、ＰＰ、Ｐ
ＥＴ、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＣ、ＰＴＦＥ、ＰＥＯおよびＰＰＯからなる群の中か
ら選択される少なくとも２種の誘電性ポリマーのコポリマー固溶体混合物または
それから形成されるコポリマーまたはハイブリッドポリマーから成る請求項１３
に記載のフィルムコンデンサ。 - 【請求項１８】 他の誘電体ポリマーが極性ポリマーである請求項１３に記載
のフィルムコンデンサ。 - 【請求項１９】 他の誘電性ポリマーが非極性ポリマーである請求項１３に記
載のフィルムコンデンサ。 - 【請求項２０】 高純度のＰＶＤＦ樹脂およびＰＰ樹脂のホモポリマーで構成
されるハイブリッドコポリマー誘電フィルムを有し、ＰＶＤＦ：ＰＰの比率がＰ
ＶＤＦが１〜９９％で残部がＰＰであり、フィルムは２軸延伸され、約０．５μ
ｍ〜２５μｍの厚さを有し、上記フィルム上に誘電率および安定性に優れかつ欠
陥部をシールして上記フィルム表面を所定の程度に硬化させるポリマー被覆材が
形成されている、高い誘電率と耐絶縁性とを有し、安定度が高く、損失係数が低
いポリマーフィルム。 - 【請求項２１】 高純度のＰＶＤＦ樹脂およびＰＰ樹脂のホモポリマーの固溶
体混合物で構成されるハイブリッドコポリマー誘電体フィルムを有し、ＰＶＤＦ
：ＰＰの比率がＰＶＤＦが１〜９９％で残部がＰＰであり、フィルムは２軸延伸
され、約０．５μｍ〜２５μｍの厚さを有し、上記フィルム上に誘電率および安
定性に優れかつ欠陥部をシールして上記フィルム表面を所定の程度に硬化させる
ポリマー被覆材が形成され、被覆されたフィルムの主要表面部分が金属化され、
ハイブリッドコポリマー誘電体フィルムのこの金属被覆されたフィルムは主要表
面部分が金属化されていない面と対向した状態で密に接触して巻き取られて所定
静電容量値を有するコンデンサが形成されるエネルギー密度が一平方センチメー
トル当たり５ジュール以上である金属化フィルムコンデンサ。 - 【請求項２２】 巻き付けられたハイブリッドコポリマー誘電体フィルムが高
誘電率の液体で含浸され、密閉されている請求項２１に記載の金属化フィルムコ
ンデンサ。 - 【請求項２３】 金属化フィルムコンデンサの製造方法であって、 均質に混合された予め選択された高純度のコンデンサグレードのポリマー樹脂
のホモポリマーを溶融注型してハイブリッドコポリマー誘電体フィルムを形成し
、この際、上記ホモポリマーはハイブリッドコポリマー誘電体フィルムの所望の
特性に応じて予め選択し、 上記フィルムを縦方向に延伸して約２５〜約５０ミクロンの厚さにし、次いで
横方向に延伸して約０．５〜２５ミクロンの厚さにして２軸延伸し、 欠陥部をシールし、フィルム表面を少なくともわずかに硬化させるポリマー材
でフィルムを被覆し、被覆されたフィルムの片面の主要部分に１平方当たり約０
．１オーム〜１０００オームの電気抵抗を有する金属の接着層を形成し、 金属化された被覆フィルムを対応する別の金属化されていない金属化被覆フィ
ルムと一緒に、金属化されていない面と金属化された面とが接触するように巻付
けて所望静電容量値のコンデンサにする段階を含む方法。 - 【請求項２４】 ホモポリマーが固溶体混合物中に少なくともＰＶＤＦおよび
ＰＰ樹脂を含む請求項２３に記載の方法。 - 【請求項２５】 巻き付けられたフィルムに高誘電率の液体を含浸し、密閉す
る段階を含む請求項２３に記載の方法。 - 【請求項２６】 上記のポリマー被覆材としてアクリレートを用いる請求項２
４に記載の方法。 - 【請求項２７】 アルミニウムを用いて上記金属層を形成する請求項２６に記
載の方法。 - 【請求項２８】 混合物中のホモポリマーの１つを非極性ポリマーから選択し
てハイブリッドコポリマー誘電体フィルムを安定化させる請求項２３に記載の方
法。 - 【請求項２９】 予め選択された高純度のポリマー樹脂のホモポリマーを均質
混合し、溶融注型してハイブリッドコポリマーフィルムを形成する段階を含み、
少なくとも１つのホモポリマーがハイブリッドコポリマーフィルムの所望特性に
よって予め選択し、フィルムを縦方向および横方向に２軸延伸して所望の最終フ
ィルム厚さを得る段階を含むポリマーフィルムの製造方法。 - 【請求項３０】 少なくとも１つのホモポリマー樹脂がコポリマーフィルムを
安定化させることができる非極性ポリマーである請求項２９に記載の方法。 - 【請求項３１】 ホモポリマーが少なくともＰＶＤＦおよびＰＰ樹脂を固溶体
混合物中に含む請求項２９に記載の方法。 - 【請求項３２】 ホモポリマーが少なくとも３種のホモポリマーを固溶体混合
物中に含む請求項２９に記載の方法。 - 【請求項３３】 フィルムを横方向に延伸した後に、欠陥部をシールし、少な
くともわずかにフィルム表面を硬化させるポリマー材でフィルムを被覆する段階
を含む請求項２９に記載の方法。 - 【請求項３４】 フィルムを２軸に延伸して約０．５〜約２５ミクロンの範囲
の最終厚さにする段階を含む請求項２９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/337,224 | 1999-06-22 | ||
| US09/337,224 US6426861B1 (en) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | High energy density metallized film capacitors and methods of manufacture thereof |
| PCT/US2000/011883 WO2000079550A1 (en) | 1999-06-22 | 2000-06-20 | High energy density metallized film capacitors and methods of manufacture thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003502856A true JP2003502856A (ja) | 2003-01-21 |
| JP2003502856A5 JP2003502856A5 (ja) | 2007-11-01 |
Family
ID=23319633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001505028A Pending JP2003502856A (ja) | 1999-06-22 | 2000-06-20 | 高エネルギー密度の金属化フィルムコンデンサと、その製造方法 |
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|---|---|
| US (1) | US6426861B1 (ja) |
| EP (1) | EP1196931A4 (ja) |
| JP (1) | JP2003502856A (ja) |
| WO (1) | WO2000079550A1 (ja) |
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