JP2519300B2 - コンデンサ用二軸配向ポリエステルフィルム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、優れた電気的性質を有するコンデンサ用二
軸配向ポリエステルフィルムに関する。

〔従来の技術および本発明が解決しようとする問題点〕

現在、コンデンサ用絶縁材料・該電材料として二軸配
向したポリエチレンテレフタレートが広く用いられてい
る。これはポリエチレンテレフタレートが、１μｍ程度
の厚みまで薄くできること、誘電率（ε）が約3.1とオ
レフィンに較べ大きいこと等の理由により、比較的大き
な容量を持つコンデンサをコンパクトに作れる利点によ
るものである。しかしながら、その使用温度範囲は、誘
電正接（tanδ）の温度依存性が大きいため、特に高温
側で制約がきびしくなる。ポリエチレンテレフタレート
フイルムでは1KHzの交番電圧を印加した場合、室温から
80℃位までは高温が上昇するに従ってtanδは徐々に小
さくなるが、80℃を越えてからは、温度の上昇に伴い急
激にtanδは大きくなってゆく。コンデンサの誘電損率
はtanδが大きくなると熱としてロスするエネルギーが
多くなりコンデンサは発熱しさらにtanδが大きくなっ
てゆく。この悪循環の結果コンデンサは暴走し、最終的
に熱破損に至る。このため、ポリエチレンテレフタレー
トフィルムを絶縁材料・誘電材料とするコンデンサの最
高使用温度は、80℃程度に設定されている。したがっ
て、これ以上の温度ではポリエチレンテレフタレートフ
ィルムコンデンサは使用し難く、セラミックコンデンサ
などを使わざるを得ない。ところがセラミックコンデン
サは、一般に薄膜化が困難で静電容量が小さく、フィル
ム巻込型構造のコンデンサーと較べ同じ容量を与えるた
めには体積が大きいものとなる。近年、電気機器が小型
化される傾向のなかで、コンデンサ自体も小型で静電容
量が大きく、しかもtanδの立ち上り温度が高く最高使
用温度の高いものが要求されているが、これを満足する
ような素材は従来知られていなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、ある特定のポリエステルフィルムがコ
ンデンサ用フィルムとして有用であることを見出し、本
発明を完成するに至った。

すなわち本発明の要旨は、極限粘度が0.45以上であ
り、熱固定されてなるポリエステルフィルムであって、
該ポリエステルのグリコール成分の97モル％以上が1,4
−シクロヘキサンジメタノール、酸成分の90モル％以上
がテレフタル酸で構成されていることを特徴とするコン
デンサ用二軸配向ポリエステルフィルムに存する。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のポリエステルフィルムは、そのグリコール成
分の97モル％以上、好ましくは98モル％以上、更に好ま
しくは99モル％以上が1,4−シクロヘキサンジメタノー
ルで構成されていることが必要であり、97モル％未満で
ある場合にはtanδの立ち上り温度をポリエチレンテレ
フタレートフィルムよりも高温側ヘシフトできないばか
りでなく、フイルムの熱収縮率や強度にも悪影響を及ぼ
す。なお、残りの３モル％以下のグルコース成分として
は、例えばエチレングリコール、プロピレングリコー
ル、1,4−ブタンジオール等を使用することができる。

本発明における1,4−シクロヘキサンジメタノールの
シス体とトランス体との比は特に限定するものではない
が、シス体／トランス体＝4/6〜0/10の範囲が好まし
い。

また、本発明のポリエステルフィルムの酸成分の90モ
ル％以上、好ましくは95モル％以上、更に好ましくは97
モル％以上がテレフタル酸で構成されていることが必要
であり、90モル％未満である場合には、グリコール成分
の場合と同様にtanδの立ち上り温度をポリエチレンテ
レフタレートフィルムよりも高温側ヘシフトできず、ま
たフィルム物性にも悪影響を及ぼす。また残りの10モル
％以下の酸成分としては、例えばイソフタル酸、2,6−
あるいは2,7−ナフタレンジカルボン酸、4,4′−ビフェ
ニルジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、ｐ−ヒドロ
キシ安息香酸等の芳香族ヒドロキシ酸を使用することが
できる。

ポリ−1,4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレー
トの重合方法は、公知のポリエステルの溶融重合方法を
用いることができるが、熱劣化を最小に抑えるため、溶
融重合と固相重合を併用して所望の重合度とする方法も
採用できる。特に後述する極限粘度が0.80以上のポリマ
ーを得ようとする際には、固相重合を併用する方法が好
ましい。

本発明のフィルムの重合度は、その極限粘度が、フェ
ノール：テトラクロルエタン1:1（重量比）の溶液中30
℃で測定した時に0.45以上であり、好ましくは0.65以上
である。極限粘度が0.45未満である場合には、二軸配向
フィルムを得ようとする際に延伸性が劣るばかりでな
く、tanδの立ち上り温度が低くなる現象が見られ、不
適切なものとなる。

本発明のポリエステルフィルムには、必要に応じてポ
リエステルに対し不活性な微粒子を含有させることがで
きる。例えばフィルムの滑り性を改良する目的などのた
め、無機又は有機の微粒子、具体的にはカオリン、タル
ク、二酸化ケイ素、炭酸カルシウム、フッ化リチウム、
二酸化チタン、ゼオライト、テレフタル酸カルシウム、
架橋性高分子等の微粒子を含有させることもできる。ま
た、これらの微粒子を含有させる方法は、従来からポリ
エチレンテレフタレートフィルムで行われている公知の
方法を用いることができ、その平均粒径及び含有量もコ
ンデンサ用フィルムとして電気特性を損わない範囲で任
意に選ぶことができる。

また、本発明のポリエステルフィルム中に、公知の安
定剤、抗酸化剤、潤滑剤等の添加剤を配合することがで
きるが、微粒子を含有させる場合と同様に電気特性を大
巾に低下させない化合物、添加量であることが必要であ
る。

次に製膜条件について具体的に説明するが本発明は以
下の製膜条件に限定されるものではない。ポリマーチッ
プの乾燥は120〜170゜の温度で３〜４時間程度で行うこ
とができる。固相重合を処して結晶化度が大きいポリマ
ーチップでは120℃、４時間で十分乾燥することができ
る。押出温度は、ポリマー組成によっても若干異なる
が、290〜315℃の範囲で選ぶのが良い。また、このシー
ト化の際には、いわゆる静電密着法を用い、キャスティ
ングドラム上へ密着しながら冷却固化させる方法が好ま
しい。特に1,4−シクロヘキサンジメタノールおよびテ
レフタル酸が100％に近い組成のポリエステルの場合に
は、この静電密着法が必要となることが多い。

かくして得られた未延伸フィルムは、次の延伸工程に
供される。延伸方法としては公知の逐次二軸延伸、同時
二軸延伸、それらを組合せた延伸、いずれであってもよ
い。延伸温度として好適な範囲は90〜130℃であり、こ
れより低温の場合は、白化したり、延伸ムラを生じ易く
なり、これより高温では、配向が進まず、また厚みムラ
を生じ易くなる。より好ましい延伸温度範囲は100〜120
℃であり、これにより、コンデンサ用フィルムとして好
適に用いられる0.5〜15μｍ程度の厚みを有するフィル
ムを、安定して得ることができる。延伸倍率は縦方向に
3.0〜5.0倍、好ましくは3.3〜4.3倍、横方向に3.0〜5.0
倍、好ましくは3.3〜4.5倍に設定するのがよい。また、
これらの倍率は、一段で設定した延伸倍率まで延伸する
だけでなく、２段階以上に延伸倍率を振り分けて多段延
伸することにより達成することも可能である。

このようにして二軸延伸されたフィルムは、熱固定ゾ
ーンに送り込まれ、熱固定される。熱固定は、フィルム
の両端をクリップで把持して加熱ゾーンを通過させるい
わゆるテンター方式が好ましい。またテンターで熱固定
するに際しては、テンター内を区切って多段階で熱固定
を施してもよいし、２つ以上のテンターを用いて多段熱
固定してもよい。さらに用途に応じた熱収縮率のフィル
ムを得る目的のために、縦及び／又は横方向に弛緩処理
を行なったり、逆に幅出ししたりすることもできる。

本発明においてはかかる二軸配向フィルムの熱固定を
通常150℃以上フィルム融点以下、好ましくは180〜250
℃の範囲で１〜120秒行うことにより、すぐれた電気特
性を有するコンデンサー用フィルムを得ることができ
る。熱固定温度が150℃未満である時にはフィルムの熱
収縮率が大きくなり、好ましくない。上記熱固定温度
は、tanδの立ち上り温度及びtanδの絶対値に対して影
響を及ぼす。熱固定温度が高温、例えば220〜250℃であ
る場合には、室温〜tanδ立ち上り温度までのtanδ絶対
値は低く抑えることができるが、tanδ立ち上り温度は
やや低めとなる。逆に熱固定温度が低温、たとえば180
〜210℃である場合にはtanδ立ち上り温度は高温側へシ
フトできるが、室温〜tanδ立ち上り温度までのtanδ絶
対値はやや大きくなる。本発明においては、コンデンサ
に要求される電気特性温度依存性に従って、熱固定温度
を前述した範囲から適宜選択して使用することができ
る。

すなわち高温での使用頻度が多く、tanδの立ち上り
温度が重視されるコンデンサには、熱固定温度を低めに
設定したフィルムを供し、室温付近でのtanδが重視さ
れるコンデンサには熱固定温度を高めに設定したフィル
ムを供することができる。

〔実施例〕

以下、実施例により、更に具体的に本発明を説明する
が、本発明は、その要旨を越えない限り、以下の実施例
に限定されるものではない。

なお、実施例に記載した測定値は下に示す測定法によ
って求めた。

（１） 極限粘度〔η〕 ポリマー又はフィルム1gをフェノール／テトラクロル
エタン＝50/50（重量比）の混合溶媒100ml中に溶解し、
30℃において測定した。このとき、Huggins定数はポリ
マー組成によらず、すべて一律に0.33として極限粘度を
算出した。

（２） 熱収縮率（％） 無張力状態で、150℃雰囲気中、５分間熱処理し、そ
の前後のサンプルの長さを測定することにより次式にて
算出した。

（３） 誘電正接・tanδ（％） 試料フィルムの両面にアルミニウムを真空蒸着し、主
電極、対抗電極、ガード電極を形成させて測定用試料と
した。安藤電気（株）製、恒温槽（TO−９）及び電極
（SE−70）に測定用試料をセットし、YHP（株）製Autom
atic Capacitance Bridge（4270A）で1KHzの周波数にお
けるtanδを測定した。また、恒温槽の温度を２℃/2mm
の速度で昇温し、tanδの立ち上る温度を測定した。

（４） 誘電率・ε 誘電正接測定と同様の装置を用い、23℃50％RHにおけ
る誘電率を測定した。

（５） 製膜時のフィルム破断性の評価 無定形シートを縦延伸後、横延伸する際に横延伸機
（テンター）において、延伸時あるいは熱固定時にフィ
ルムが破断する状況を次に示す３ランクにて判定評価し
た。

ランク○：殆どフィルム破断を起こさず生産性良好 ランク△：時折フィルム破断を生じ生産性に劣る。

ランク×：常に破断を生じ、生産性は全くない。

実施例１ ジカルボン酸成分としてテレフタル酸を97モル％、イ
ソフタル酸を３モル％、グリコール成分として1,4−シ
クロヘキサンジメタノールを100％用い、触媒として酸
化チタンを酸成分に対し0.06モル％添加して、重合槽中
で撹拌下加熱してエステル化を行なった。

ここで滑剤として平均粒径0.5μｍのシリカをポリマ
ー中0.3wt％となるように添加した後、重縮合を行い、
〔η〕＝0.65のポリ−1,4−シクロヘキサンジメチレン
テレフタレート共重合体を得た。このポリマーをチップ
化した後、窒素気流下で固相重合を行い最終的に〔η〕
＝1.05のポリエステルを得た。

このポリエステルを乾燥した後、305℃で溶融押出
し、40℃に保持したキャスティングドラム上へ静電密着
法を用いながら冷却して100μｍの未延伸フィルムを得
た。この未延伸フィルムを100℃に調節した金属ロール
上に接触させ予熱したのち、赤外線ヒーターを照射しつ
つ周速差のあるロール間で3.7倍縦方向に延伸した。つ
いでこのフィルムをテンターに導き、115℃で3.9倍横方
向に延伸した。更に同一テンター内で220℃で熱固定を
行い、厚さ約７μｍの二軸配向フィルムを得た。（フィ
ルム融点289℃）このフィルムの諸特性を表−１に示
す。

実施例２ 実施例１において、ジカルボン酸成分をテレフタル酸
100％として、実施例１と同様に溶融重合・固相重合を
行いポリ−1,4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレ
ートを得た。（〔η〕＝0.90） このポリエステルを押出温度315℃とする以外は実施
例１と同様にして厚さ約７μｍの二軸配向フィルムを得
た。このフィルムの諸特性を表−１に示す。

実施例３ 実施例１において、熱固定温度を180℃とする以外は
実施例１とまったく同様にして厚さ約７μｍの二軸配向
フィルムを得た。このフィルムの諸特性を表−１に示
す。

比較例１ ポリエチレンテレフタレートを常法に従い溶融重合・
固相重合を行って、〔η〕＝0.80のポリエステルを得
た。これを用いて、実施例１において押出温度を290
℃、縦延伸の予熱ロールを82℃、横延伸温度を105℃と
する以外は実施例１と同様にして厚さ約７μｍの二軸配
向フィルムを得た。このフィルムの諸特性を表−１に示
す。

比較例２ 実施例１において、ジカルボン酸成分としてテレフタ
ル酸を86モル％、イソフタル酸を14モル％として実施例
１と同様にしてポリ−1,4−シクロヘキサンジメチレン
テレフタレート共重合体を得た。（〔η〕＝1.00）この
ポリエステルレジンを用いて、実施例１において押出温
度300℃、縦延伸の予熱ロールを95℃、横延伸温度を110
℃とする以外は実施例１と同様にして厚さ約７μｍの二
軸配向フィルムを得た。このフィルムの諸特性を表−１
に示す。

比較例３ 実施例１で使用したポリエステルレジンとポリエチレ
ンテレフタレートを96.4:3.6（重量比）でブレンドした
後、溶融押出しペレット化した。（〔η〕＝0.91）この
レジンを用いて比較例３と同様の条件でシート化、延伸
・熱固定を行ない、厚さ７μｍの二軸配向フィルムを得
た。このフィルムをDSCにて測定したところ、ポリエチ
レンテレフタレートの融点に相当するピークは完全に消
失しており、ブレンドした２つのポリエステルはランダ
ム化していることを確認した。このフィルムの諸特性を
表−１に示す。

比較例４ 実施例１において溶融重合時間を短かくして、その後
固相重合をせずに〔η〕＝0.53のポリエステルレジンを
得た。このレジンを用いて実施例１と同様に製膜・熱固
定を行い厚さ約７μｍの二軸配向フィルムを得た。この
フィルムの諸特性を表−１に示す。

〔発明の効果〕 本発明のコンデンサー用二軸配向ポリエステルフィル
ムはコンデンサーの絶縁材料・誘電材料として、従来広
く用いられている二軸配向ポリエチレンテレフタレート
フィルムよりも優れた電気特性を有している。特に誘電
正接の温度依存性に関しては高温時における立ち上り温
度がポリエチレンテレフタレートのそれよりも20〜30℃
程度高温側へシフトするため、本発明のフィルムを使用
したコンデンサーは、最高使用温度を高く設定すること
ができる。また、誘電率についてもポリエチレンテレフ
タレートとほぼ同程度であり、しかも二軸延伸すること
で数μｍの厚みまで薄くできるため、本発明のフィルム
を用いたコンデンサーの大きさ、容量はポリエチレンテ
レフタレートフィルムコンデンサーとほぼ同程度とする
ことができ、その工業的価値は高い。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】極限粘度が0.45以上であり、熱固定されて
   なるポリエステルフィルムであって、該ポリエステルの
   グリコール成分の97モル％以上が1,4−シクロヘキサン
   ジメタノール、酸成分の90モル％以上がテレフタル酸で
   構成されていることを特徴とするコンデンサ用二軸配向
   ポリエステルフィルム。