JP2004146724A

JP2004146724A - 金属化フィルムコンデンサ

Info

Publication number: JP2004146724A
Application number: JP2002312423A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Takeoka; 竹岡　宏樹; Kohei Shioda; 塩田　浩平; Toshiharu Saito; 斎藤　俊晴
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】ポリフェニレンサルファイド樹脂をコンデンサの外装用ケースの材料として用いた場合、その接着性の悪さからモールド樹脂であるエポキシ樹脂との間に剥離が生じる課題があった。
【解決手段】ポリフェニレンサルファイド樹脂製の外装ケースとこれに接着するエポキシ樹脂との接着強度を３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下にすることにより、ポリフェニレンサルファイド樹脂の特性である大きい機械的強度、高耐熱温度、耐水性、耐油性を活かした耐環境性が高く、軽量のコンデンサを得ることができる。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器用、産業用、電力用等の金属化フィルムコンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属化フィルムコンデンサは、樹脂製の外装ケースの中に金属蒸着フィルムから構成されるコンデンサ素子を入れ、樹脂で封止（モールド）した構造としている。そして、フィルムコンデンサの電気特性は、低損失、高耐圧、温度特性が良好などの点で優れているが、誘電率が小さく、大容量を得るためには、形状が大きくなることから、その用途は、高電圧−小容量領域に限られてきていた。
【０００３】
近年、環境への配慮から、多くの電気機器がインバータ回路で制御され、省エネルギー化、高効率化が進み、また、電動アシスト車（ハイブリッド車）などにもインバータ回路が採用され、省エネルギー化や高効率化する技術開発が活発化してきている。
【０００４】
そしてこれらの分野では、使用電圧領域が数百ボルトと高電圧であることから、フィルムコンデンサの使用が注目されている。また、市場のメンテナンスフリー化の要望からも、極めて寿命が長いフィルムコンデンサを採用する傾向がある。
【０００５】
車輛用分野などの用途では、その温度領域や振動など使用条件が非常に厳しく、従来の電気機器で使用されてきたポリブチレンテレフタレート樹脂（以下ＰＢＴ樹脂と云う）などの樹脂製の外装ケースでは、その条件での使用に耐えることが困難で、特殊エンプラと呼ばれるＰＢＴ樹脂よりも機械的強度、耐熱性、耐水性に優れ、過酷な使用条件にも耐えうる樹脂を使用する必要がある。中でもポリフェニレンサルファイド樹脂（以下ＰＰＳ樹脂と云う）は、その特性と加工性から、最も使用実績のある樹脂のひとつである。
【０００６】
しかしＰＰＳ樹脂は、一般的に接着性が悪く、このＰＰＳ樹脂の接着性を向上させる取組みがいくつか報告されている。例えば、化学的にＰＰＳ樹脂表面を改質するためにクロロスルホン酸とジクロロエタンとからなる処理液による改質方法（例えば、特開昭６３−８９５４４号公報参照）や、物理的に樹脂表面を改質するコロナ放電処理法、紫外線照射処理法（例えば、特開平３−１９７０２８号公報参照）などが知られている。
【０００７】
一方、ＰＰＳ樹脂自体の接着性を向上させるために、シラン化合物（例えば、特開昭５９−３１５０３号公報参照）や、高吸水性樹脂（例えば、特開平５−１７１０４１号公報参照）などの化合物を添加する手段が開示されている。
【０００８】
一般的に、フィルムコンデンサの樹脂モールドには硬化収縮特性、耐湿性からエポキシ樹脂が用いられているが、ＰＰＳ樹脂とエポキシ樹脂の接着強度は低い。接着用途に特化した接着用エポキシ樹脂を用いれば、ＰＰＳ樹脂との接着性は向上するが、接着用エポキシ樹脂は、硬化収縮率が高く、耐湿性が低いなど特性面の点、またコストの点ではモールド用エポキシ樹脂に比較して好ましいとは云い難い。
【０００９】
また、上記する公開公報に示された技術内容はいずれもＰＰＳ樹脂の接着強度を改良する一般的な技術に関するものであり、金属化フィルムコンデンサにおけるエポキシ樹脂とＰＰＳ樹脂製の外装ケースとの関係が明らかにされていないため、機械的強度、耐熱温度が極めて高くて、耐水性、耐油性に優れているＰＰＳ樹脂の特性を十分に活用した金属化フィルムコンデンサを得ることができなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６３−８９５４４号公報
【特許文献２】
特開平３−１９７０２８号公報
【特許文献３】
特開昭５９−３１５０３号公報
【特許文献４】
特開平５−１７１０４１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記する従来技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は金属化フィルムコンデンサにおけるエポキシ樹脂とＰＰＳ樹脂を材料とする外装ケースとの適切な接着強度を明らかにすることであり、これによって機械的強度ならびに耐熱温度が極めて高く、しかも耐水性、耐油性にも優れているＰＰＳ樹脂製の外装ケースの特性を十分に発揮した金属化フィルムコンデンサを提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、ＰＰＳ樹脂製の外装ケースを用いた金属化フィルムコンデンサについて鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達した。
【００１３】
すなわち、外装ケースの材料になるＰＰＳ樹脂とコンデンサ素子をモールドするエポキシ樹脂との接着強度を３〜１０ＭＰａに特定することにより、ＰＰＳ樹脂がもつ高強度特性、高耐熱特性、高耐水性特性、高耐油特性を活用した優れた金属化フィルムコンデンサを得ることができる。
【００１４】
また、ＰＰＳ樹脂製の外装ケースは、機械的強度が高いため、金属の取り付け台等を用いることなく、直接機器に取り付けることができることからコンデンサ重量を削減することができる。
【００１５】
また、このコンデンサをインバータ回路の平滑用に用いた場合、耐環境性の良いコンデンサとなる。
【００１６】
また、このコンデンサを車輌駆動用モータの駆動回路の平滑用に用いた場合、軽量で機械的・熱的な応力に強いコンデンサとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
前記した本発明の目的は、各請求項に記載した構成を実施の形態とすることにより達成できるのであるが、以下には本発明の具体的な実施の形態について図１を用いて説明する。図１は本発明に係るコンデンサの構造を示す模式図である。
【００１８】
図中の１は、本発明のＰＰＳ樹脂製の外装ケースの直方体部を示し、２はＰＰＳ樹脂製の外装ケースの取り付け部、３はねじ止め穴である。上記取り付け部２のなかには金属蒸着フィルムからなるコンデンサ素子４がエポキシ樹脂５でモールドされている。６は銅製の電極取り出し端子である。
【００１９】
（実施の形態１）
ＰＰＳ樹脂（大日本インキ化学工業製ＦＺ−６６００でガラス繊維を６０％含有する）を用い直方体部１の形状が縦×横×高さ１５０×１５０×５０ｍｍの外装ケースを射出成形により作製した。直方体部１の四隅には１５×１５×１５ｍｍの四角柱の１面にφ＝６ｍｍのねじ止め穴３を設けた１５×１５ｍｍ×７．５ｍｍのねじ止め部分をもつ略Ｌ字型形状の取り付け部２を同時に形成した。この外装ケースのエポキシ樹脂５が充填される部分をアルコールで洗浄し、乾燥後に紫外線照射を３分間行なった。紫外線照射装置はセン特殊光源製ＨＢ１００Ａ−１を用いた。この外装ケースに電極取り出し端子５で容量１００μＦのコンデンサ素子４を３つ並列に接続したものを入れ、アミン系の硬化剤を用いエポキシ樹脂（サンユレジン製　ＥＣ−２７５）でモールドしコンデンサを作製した。
【００２０】
（実施の形態２）
紫外線の照射時間を４５秒にした以外は、実施の形態１にそってコンデンサを作製した。
【００２１】
（実施の形態３）
市販の接着性改良ＰＰＳ樹脂（東ソー製サスティールＰ−６０でガラス繊維を４０％含有する）を用い、紫外線照射しなかった以外は実施の形態１にそってコンデンサを作製した。
【００２２】
（比較例１）
ＰＰＳ樹脂（大日本インキ化学工業製ＦＺ−６６００でガラス繊維を６０％含有する）に紫外線照射しなかった以外は実施の形態１にそってコンデンサを作製した。
【００２３】
（比較例２）
紫外線の照射時間を３０秒にした以外は、実施の形態１にそってコンデンサを作製した。
【００２４】
（従来例１）
樹脂製の外装ケース材料として、ＰＢＴ樹脂（ガラス繊維を４０％含有し　ＧＥポリマー製　バロックス４２０）を用いた以外は実施の形態１にそってコンデンサを作製した。
【００２５】
実施の形態１ないし３、比較例１と２で夫々用いたＰＰＳ樹脂と実施の形態１で用いたモールド用エポキシ樹脂ならびに接着用エポキシ樹脂であるアラルダイトの密着性および従来例１と実施の形態１で用いたエポキシ樹脂の密着性をＪＩＳ　Ｋ６８４８に準拠して測定した。実施の形態１と２と比較例２のＰＰＳ樹脂はそれぞれの実施の形態と同じ条件で紫外線照射を行なったものを用いた。実施の形態１ないし３、比較例１と２で用いたＰＰＳ樹脂と従来例１のＰＢＴ樹脂で縦×横×高さが１２７×１２．７×３．２ｍｍの試験品を作製した。この試験品２個を、実施の形態１で用いたエポキシ樹脂で接着面積１ｃｍ^２、接着厚み７５μｍになるように接着させ、引張り強度（引張りせん断強度）を２５℃で測定した値を表１に示す。ただし、この値は６個の平均値である。
【００２６】
【表１】

【００２７】
実施の形態１ないし３、比較例１と２で用いたＰＰＳ樹脂と従来例１のＰＢＴ樹脂の引張り強度（引張りせん断強度）をＡＳＴＭ　Ｄ６３８に準拠して２５℃で測定した結果を表１に示す。ただし、この値は５個の平均値である。
【００２８】
実施の形態１ないし３、比較例１と２、従来例１で作製したコンデンサを−４０℃と１００℃のそれぞれに２時間ずつ保持し、これを繰り返すヒートショック試験１０００時間後の結果を表１に示す。ヒートショック試験は、急激な温度変化による樹脂のクラックや、樹脂界面の剥離を検討する試験である。表１は５個のコンデンサの内、ＰＰＳ樹脂製の外装ケースとエポキシ樹脂とが剥離したコンデンサの個数を表している。すなわち、実施の形態１ないし３は全て剥離個数が０、比較例１では５個、比較例２では１個、従来例１では０であった。
【００２９】
実施の形態１ないし３、比較例１と２、従来例１で作製したコンデンサの耐湿試験（８５℃、８５％ＲＨ）１０００時間後の静電容量の減少率を表１に示す。この耐湿試験では従来例１が−４．２％と最も大きい。
【００３０】
実施の形態１ないし３、比較例１と２、従来例１で作製したコンデンサを図２に示した加振条件での振動試験（２５℃で上下方向の周波数を１０〜２５０Ｈｚまで掃引）１０００時間後の結果を表１に示す。コンデンサは、取り付け部２をφ＝６ｍｍのビスで固定し、加振機に取り付けた。表１は、５個のコンデンサの内、ＰＰＳ樹脂製の外装ケースとエポキシ樹脂の間に剥離が生じたコンデンサの個数とＰＰＳ樹脂で一体成形した取り付け部分にクラックが発生した個数を表している。
【００３１】
表１から判るように、実施の形態１ないし３ではＰＰＳ樹脂製の外装ケースとエポキシ樹脂のモールド用エポキシ樹脂との接着強度が３ＭＰａ以上であるため、ヒートショック試験、振動試験でＰＰＳ樹脂製の外装ケースとエポキシ樹脂との剥離は見られなかった。また、振動試験では取り付け部分にクラックが生じず、ＰＰＳ樹脂製の外装ケースでは取り付け部分も樹脂化できることからコンデンサを軽量化することが可能である。また耐湿試験では、強固に接着しているため水分の侵入が少なく、容量減少が小さかった。接着強度が同程度の従来例の場合に比べ容量減少が小さいのは、ＰＰＳ樹脂の吸水率が０．０１５％とＰＢＴ樹脂の吸水率０．０８％よりも小さいためである。
【００３２】
比較例１と２ではＰＢＳ樹脂製の外装ケースとモールド用エポキシ樹脂との接着強度が３ＭＰａ未満と低いため、ヒートショック試験、振動試験でＰＰＳ樹脂製の外装ケースとエポキシ樹脂の剥離が見られた。また耐湿試験では、外装ケースとエポキシ樹脂が強固に接着していないので水分が侵入し、容量減少が実施の形態１ないし３よりも大きかった。
【００３３】
通常ＰＰＳ樹脂とエポキシ樹脂の剥離は、樹脂界面で起きる。実施の形態１ではＰＰＳ樹脂製の外装ケースと接着用エポキシ樹脂との接着強度が９．３ＭＰａと非常に高いため、ＰＰＳ樹脂とエポキシ樹脂の界面ではなく、ＰＰＳ樹脂自体で破壊が起き、剥離が生じた。このことから接着強度を１０ＭＰａ以上にすることは好ましくないと考えられる。
【００３４】
ＰＢＴ樹脂を用いた従来例１では、モールド用エポキシ樹脂との密着度は高く、ヒートショック試験、振動試験ではモールド用エポキシ樹脂との剥離は見られなかった。しかし、引張り試験の引っ張り強度が１０１ＭＰａと実施の形態１ないし３が引っ張り強度１２８ないし１３１ＭＰａであるのに比較して低いことから、振動試験で外装ケースの取り付け部分にクラックが３個発生した。このようにＰＢＴ樹脂では、外装ケースと取り付け部分を一体成形することは困難で、金属台などを用いる必要があることがわかる。またＰＢＴ樹脂はモールド用エポキシ樹脂との接着強度は高いが、吸水率が０．０８％と高いため、耐湿試験での容量減少も４．２％と最も大きかった。
【００３５】
本発明の実施の形態１ではＰＰＳ樹脂とエポキシ樹脂の接着強度を紫外線照射で高めたが、クロロスルホン酸とジクロロエタン液やフッ素系エッチング液、無水クロム酸と硫酸の混合液による処理等の化学的な表面改質や、コロナ放電処理、電子線照射処理などの物理的な表面改質でも良いことは言うまでもない。
【００３６】
また、本発明の実施の形態２では、市販の接着強度を高めたＰＰＳ樹脂を用いたが、ＰＰＳ樹脂にシラン化合物や、高吸水性樹脂、ポリアルキレングリコール等の極性の高い高分子化合物を添加して接着強度を高くしたＰＰＳ樹脂を用いても良いことは言うまでもない。
【００３７】
また、ＰＰＳ樹脂、エポキシ樹脂の補強材としてガラス繊維以外に、炭素繊維、金属繊維、ホウ素繊維、アルミナ繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、酸化亜鉛や酸化チタンのウイスカでも用いることができることは言うまでもない。
【００３８】
また、ＰＰＳ樹脂、エポキシ樹脂に、その目的を損なわない程度に従来公知の酸化防止剤、紫外線吸収剤、離型剤、難燃剤を加えても良いことは言うまでもない。
【００３９】
また、本発明では、ＰＰＳ樹脂、エポキシ樹脂をそれぞれ単独で用いたが、その目的を損なわない程度にオレフィン系、スチレン系、ウレタン系、エステル系、フッ素系、アミド系、アクリル系などの樹脂を併用しても良いことは言うまでもない。
【００４０】
また、本発明では、アミン系硬化剤を用いたが、酸無水物系、ポリアミド系、イミダゾール系硬化剤でも良いことは言うまでもない。なかでもＰＰＳ樹脂との相性がよい窒素原子を含むアミン系、ポリアミド樹脂系、イミダゾール系硬化剤がよい。
【００４１】
また、外装ケースの形状を直方体型としたが、凸型や丸型でも良いことは言うまでもない。
【００４２】
また、外装ケースのサイズを縦×横×高さ１５０×１５０×５０ｍｍとしたが、大きさを特定するものではない。しかし、サイズが大きくなるに従い、熱膨張・収縮等のひずみが大きくなることから、本発明は、一辺が１００ｍｍを超える場合に特に有効である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＰＰＳ樹脂製の外装ケースとエポキシ樹脂との接着強度を３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下にすることにより、ＰＰＳ樹脂の高強度、高耐水性特性を活かしたコンデンサとなる。
【００４４】
また、外装ケースは、機械的強度が高いため、取り付け部を含めてＰＰＳ樹脂で一体成形が可能で、金属の取り付け台等を用いることなく直接機器に取り付けることができることから、コンデンサ重量を削減することができる。
【００４５】
また、このコンデンサをインバータ回路の平滑用に用いた場合、耐環境性の良いコンデンサとなる。
【００４６】
また、このコンデンサを車輌駆動用モータの駆動回路の平滑用に用いた場合、軽量で機械的・熱的な応力に強いコンデンサとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるコンデンサの構造を示す模式図
【図２】振動試験の加振条件を示す図
【符号の説明】
１　直方体部
２　取り付け部
３　ねじ止め穴
４　コンデンサ素子
５　エポキシ樹脂
６　電極取り出し端子

Claims

１個以上のコンデンサ素子と、エポキシ樹脂を内部に充填し、前記エポキシ樹脂を硬化剤により硬化させて前記コンデンサ素子を内部に固定する外装ケースとを備えていて、前記外装ケースは、ポリフェニレンサルファイド樹脂を構成材料とし、このポリフェニレンサルファイド樹脂製の外装ケースの少なくとも前記エポキシ樹脂と接着する部分を、エポキシ樹脂との接着強度が３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下としたことを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
前記ポリフェニレンサルファイド樹脂製の外装ケースは、機器に取り付けるための取り付け部を含めて一体成形させたものであることを特徴とする請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
インバータ回路の平滑用に用いたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。
車輌駆動用モータの駆動回路の平滑用に用いたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の金属化フィルムコンデンサ。