JP3307067B2 - 蒸着フィルムおよびそれを用いてなるコンデンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蒸着フィルムおよびそれ
を用いてなるコンデンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高分子フィルムコンデンサは耐電圧が高
く、かつ温度特性、周波数特性に優れていることから、
コンデンサとして一般的に使用されている。特に電極と
して金属蒸着層を有する蒸着フィルムはセルフヒーリン
グ性（自己回復性）を有することから好ましく利用され
ている。

【０００３】金属蒸着層の金属は大気中での腐食性に優
れていることからＡｌが好ましく選択されているが、交
流、高電圧下にて用いられるコンデンサでは使用中にコ
ンデンサ内部で発生するコロナ放電によってＡｌ蒸着層
が酸化され、絶縁物化して容量低下をもたらす現象、い
わゆるΔＣの増大が起きる（実際は−ΔＣの増加）。こ
のコロナ放電によるΔＣ増大を防ぐため、蒸着金属とし
てＺｎが用いられるが、Ｚｎには前記腐食の問題があ
る。

【０００４】これらの問題を解決するため、特公昭６３
−１５７３７あるいはＵＳＰ４４７７８５８が提案され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特公昭６３−１５７３
７は真空蒸着機内でＺｎを蒸着した後すぐに表面汚染さ
れていないＺｎ蒸着層表面にオイル層を蒸着によって形
成し、Ｚｎ金属表面への水の付着を防ぎ、Ｚｎ蒸着層の
腐食を防ぐものである。しかしながら本方法を用いても
コンデンサを高温化で使用するとＺｎ蒸着層が水酸化さ
れ、ｔａｎδの上昇、あるいはセルフヒーリング性の悪
化をまねき、コンデンサの熱暴走による破壊を引きおこ
す。特にソフトコア巻きで、ワックスやピッチのみの簡
易外装のコンデンサではコンデンサ中に水分が入りやす
くこの問題を引きおこしやすい。

【０００６】ＵＳＰ４４７７８５８ではＺｎの耐湿性
（腐食性）を改良するためＡｌをＺｎと同時に蒸着し、
かつＡｌの含有量をフィルム界面より蒸着金属表面へか
け図２のごとく連続的に減少させることによって、耐湿
性とΔＣ改良を提案している。しかし該方法では耐湿性
の向上は認められるが、Ｚｎ蒸着膜に比べコロナ放電に
よるΔＣの増加が大きい。

【０００７】本発明は腐食、およびコロナ放電によるΔ
Ｃの増大を防ぎ、かつ腐食によるｔａｎδの上昇、およ
びセルフヒーリング性悪化による熱暴走を防ぐ、高温高
湿下でも安定した特性を有する蒸着フィルムおよびそれ
を用いたコンデンサを提供するものである。

【０００８】

【問題を解決するための手段】本発明とは高分子フィル
ム上にＡｌとＺｎからなる蒸着フィルムにおいて、高分
子フィルムと蒸着層の界面、該界面と蒸着層表面の中
間、および該蒸着層表面におけるＡｌとＺｎの重量％を
各々ａ₁ 、ｂ₁ 、ａ₂ 、ｂ₂ 、ａ₃ 、ｂ₃ （但しａ₁ 、
ａ₂ 、ａ₃ は各位置でのＡｌの重量％、ｂ₁ 、ｂ₂ 、ｂ
₃ は各位置でのＺｎの重量％でａ_i ＋ｂ_i ＝１００％、
ｉ＝１、２、３である）とすると、ａ₂ ＜ａ₃ ＜ａ₁ に
なるようＡｌ含有量が連続的に変化し、かつ蒸着層中の
全Ａｌの重量％が１０％以下であることを特徴とする蒸
着フィルムである。

【０００９】本発明でいう高分子フィルムとは天然、半
合成、合成高分子樹脂をフィルム状に成型したもので、
中でも合成高分子樹脂からなる高分子フィルムが耐熱
性、機械特性、電気特性、物理化学的特性の点からより
好ましい。好ましい合成高分子樹脂としてはポリオレフ
ィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイ
ミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリカーボネイト樹
脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリア
リレート樹脂、フッ素樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリア
リレン樹脂などを挙げることができる。特にポリプロピ
レン、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネ
イト、ポリスチレンが機械的特性、電気特性の点からよ
り好ましい。

【００１０】ＡｌとＺｎからなる蒸着層は抵抗加熱方
式、誘導加熱方式、間接加熱方式、電子ビーム方式、あ
るいはスパッタリング方式などの蒸着方式によって真空
蒸着することによって形成される。

【００１１】中でも生産性の点から抵抗加熱方式、誘導
加熱方式、あるいは間接加熱方式がより好ましい。

【００１２】本発明においてＡｌとＺｎの蒸着層（Ａｌ
とＺｎの合金層、およびあるいはＡｌとＺｎの混合層）
中のＡｌとＺｎの各々重量％を高分子フィルムと蒸着層
の界面ではａ₁ 、ｂ₁ 、該界面と蒸着層表面の中間では
ａ₂ 、ｂ₂ 、該蒸着層表面ではａ₃ 、ｂ₃ （但しａ_i ＋
ｂ_i ＝１００％、ｉ＝１、２、３）とすると、蒸着層中
の全Ａｌ含有量と全Ｚｎ含有量の全重量に対する全Ａｌ
含有量の重量％が１０％以下で、蒸着層中の各位置にお
いてＡｌの含有量がａ₂ ＜ａ₃ ＜ａ₁ となるよう連続し
て分布していることが本発明の目的を達成するために必
要である。つまりＡｌとＺｎの蒸着層中において図１の
ごとくＡｌが連続的に分布していることが必要である。

【００１３】ＵＳＰ４４７７８５８では図２のごとくＡ
ｌが分布しているのに対し、図１のごとく分布させるこ
とによって耐湿性、ΔＣの改善を図ることができた。特
に全Ａｌ含有量が５．０％以下で、ａ₁ ≦６０重量％、
０＜ａ₂ ≦２．０重量％、０．５≦ａ₃ ≦１０重量％の
範囲内でＡｌが分布する時が目的とする特性の改良効が
大きく、優れている。

【００１４】さらに該ＡｌとＺｎの蒸着層上に有機物層
を設けることによってさらに耐湿性を向上させることが
できる。

【００１５】有機物層を形成する有機物とは水に対する
溶解性が低い有機物で、中でも親油性の低分子物、ある
いは油状のものが好ましい。例えばシリコーンオイル、
フッ素系オイル、ポリアルキルナフタレンオイル、ポリ
アルキルフタレートオイル、ポリフェニルエーテルオイ
ル、石油留分、鉱物油、マイクロクリスタリンワック
ス、ボリオレフィンワックス、パラフィンワックスなど
を挙げることができる。さらに反応性基を有する油がよ
り好ましい。なかでもジメチルポリシロキサンオイル、
メチルフェニルポリシロキサンオイルの他に反応性基と
してハイドロジエン基、ヒドロキシ基、アミノ基、エポ
キシ基、カルボキシル基などを有する変成シリコーン、
フッ素化シリコーンオイル、パーフルオロオレフィンオ
イルなどが特に耐湿性向上効果が大きく、より好まし
い。

【００１６】有機物層を形成する有機物の量は用途によ
って決められるべきで特に限定されるものではないが、
当然のことながら少なすぎると耐湿効果がでず、多すぎ
ると表層がべたつき、接着性の低下をまねくので、実用
上好ましい範囲で実用的に決定することが好ましい。

【００１７】また該ＡｌとＺｎの蒸着層の表層を酸化
し、かつ該酸化層に有機物を吸着させた蒸着フィルムで
は耐湿性の向上効果に特に著しいことと、コロナ開始電
圧の向上が認められ、結果としてΔＣの著しい改良効果
が認められ、最も優れた特性を有する。

【００１８】本発明の蒸着フィルムを製造する方法は特
に限定されないが、例えば同一蒸着機内でＡｌ、次いで
Ｚｎ、最後に再度Ａｌを各々Ａｌ蒸気とＺｎ蒸気が少量
重なるようにして、連続的に蒸着することによって作成
する方法が最も一般的であるが、まずＡｌを、次いです
ぐにＺｎを蒸着することによって、Ａｌ蒸気とＺｎ蒸気
が少量重なるように蒸着し、その時のＡｌ、Ｚｎの蒸気
量、および冷却ドラムの温度、フィルムの走行速度を制
御することによって、高分子フィルム表面に付着したＡ
ｌとＺｎの混合金属の冷却速度を制御することによって
目的の組成分布をもったＡｌとＺｎの蒸着層を形成する
こともできる。

【００１９】後者の方法は制御条件範囲がせまいが、真
空蒸着機内にＡｌとＺｎの２つの蒸発源をもつのみでよ
く、かつ最も重要な蒸発源の制御が２つでよく、工業生
産上より優れている。

【００２０】図３の蒸着装置を用いて説明すると、蒸着
機１内においてまず高分子フィルムを巻出しロール２よ
り巻き出し、次いでその表面にオイルマージン形成装置
３を用いてマージンを形成し、次いでＡｌ蒸発源５でＡ
ｌを蒸着するとともに連続してＺｎ蒸発源６よりＺｎを
蒸着する。さらに必要に応じ、低温プラズマなどを用い
た酸化装置７によりＡｌとＺｎ蒸着層表層を酸化し、引
継いでオイルを入れた加熱容器からなるオイル蒸発装置
８を用いて該酸化層表面にオイルを蒸着し、最後に巻取
りロール９に巻きとることによって本発明の蒸着フィル
ムが製造される。なお該酸化層表面に蒸着されたオイル
は時間とともに該酸化層に吸着される。

【００２１】ここで重要なことは本発明の蒸着フィルム
のＡｌ分布にするためにＡｌ蒸発源５とＺｎ蒸発源６の
間の間隔および冷却ドラム４との距離、および各蒸発源
の温度、冷却ドラム４の温度、さらに高分子フィルムの
走行速度を適切に制御することである。

【００２２】ＡｌとＺｎの蒸着層中のＡｌとＺｎの含有
量、組成分布を観察するには、まず一定量のＡｌとＺ
ｎの蒸着層を塩酸を用いて溶解したのち、プラズマ発光
分光法（ＩＣＰ）にてＡｌとＺｎの各々の含有量を定量
する。さらに高分子蒸着フィルムをオージェ電子分光
装置にかけ、ＡｌとＺｎの蒸着層表面より該蒸着層をス
パッターエッチングしながらＡｌとＺｎの原子組成を測
定していく。このようにして得られた原子組成データを
ＩＣＰで得られたＡｌとＺｎの含有量で規格化すると図
１のＡｌとＺｎの組成分布図ができ、ａ₁ 、ｂ₁ 、
ａ₂ 、ｂ₂ 、ａ₃ 、ｂ₃ 、および全Ａｌの重量％が決定
できる。

【００２３】なお、高分子フィルムと蒸着層の界面は高
分子フィルムに由来するＣ（炭素原子）のオージェピー
クが飽和する値の１／２の点とする。また該界面と蒸着
層表面の中間とは該界面と該蒸着層表面の間の１／２の
点をさす。

【００２４】

【物性値の測定法】

（１）ＡｌおよびＺｎの定量 サンプル９ｃｍ² を希硝酸で溶解したのち２０ｍｌに定
溶し、この定溶液をＩＣＰ発光分光分析法にてＡｌおよ
びＺｎを定量した。ＩＣＰ発光分光分析装置はセイコー
電子工業（株）製ＳＰＳ１２００ＶＲ型を用いた。

【００２５】（２）ＡｌおよびＺｎの組成分布 ＪＥＯＬ製ＪＡＭＰ−１０Ｓ型のオージェ電子分光分析
装置にて、蒸着層の表面よりＡｒイオンエッチングしな
がらＡｌおよびＺｎの定量分析を行なった。

【００２６】Ａｒイオンエッチング条件 加速電圧：３ｋＶ 試料電流：１×１０⁻⁶ Ａ エッチング速度：ＳｉＯ₂ 換算で１９０オングストロー
ム／ｍｉｎ 測定条件 加速電圧：３ｋＶ スリットＮｏ．：５ 試料電流：８×１０⁻⁸ Ａ 試料傾斜角度：７２度 ビーム径：１０μｍ

【００２７】（３）静電容量（Ｃ） シェーリングブリッジにて６０Ｈｚ、４００Ｖで測定し
た。装置は総研電機（株）製ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＳＣ
ＨＥＲＩＮＧ ＢＲＩＧＥ ＤＡＣ−ＰＳＣ−２０Ｗ型
を用いた。

【００２８】

【実施例】以下実施例によって本発明をより詳細に説明
する。

【００２９】実施例１、比較例１、比較例２ 厚さ７μのポリプロピレンフィルム上にＡｌの含有量が
ａ₁ ＝３６重量％、ａ₂ ＝０．１重量％、ａ₃ ＝２．０
重量％、全Ａｌの含有量が２．４重量％になるようＡｌ
とＺｎ蒸着層を設けた蒸着フィルムを作成した（実施例
１）。比較例１としてＡｇを核付としたＺｎ蒸着フィル
ム、および比較例２としてａ₁ ＝８０重量％、ａ₂ ＝６
重量％、ａ₃ ＝５重量％、全Ａｌの含有量１０重量％の
蒸着フィルムを作成した。

【００３０】なお蒸着層の膜抵抗は電極取り出し側に３
ｍｍのヘビーエッジ部を設け、２．５Ω／□とし、高抵
抗膜部（アクティブ部）は８Ω／□とした。

【００３１】これらの蒸着フィルムを蒸着後１日放置
し、次いでリール幅５０ｍｍ、マージン巾２．５ｍｍと
なる細幅リールに切断した。

【００３２】これらの細幅リールをソフトコアに巻回
し、メタリコン、熱処理、電極端子溶接後、ワックス含
浸後ピッチで外装した５μＦのコンデンサを作成した。

【００３３】該各々コンデンサ各１０個を３７５Ｖの交
流をかけながら４０℃、９５％ＲＨの恒温恒湿槽中に１
０００時間放置後、シェーリングブリッジを用いて容量
を測定し、放置前後の容量変化を調べた。その結果を表
１示す。

【００３４】表１のごとく本発明品は容量変化も少な
く、また破壊したコンデンサもなかった。

【００３５】

【表１】 実施例２、比較例３ 厚さ７μのポリプロピレンフィルム上にＡｌの含有量が
ａ₁ ＝５５重量％、ａ₂ ＝０．４重量％、ａ₃ ＝５．０
重量％で分布し、かつ全Ａｌの重量％が３．９％である
ＡｌとＺｎの蒸着層をもうけた。なお該蒸着層をもうけ
る際、同一真空蒸着機内で該蒸着層表面を一次側投入電
力１ｋＷの酸素プラズマで酸化処理し、次いで１７０℃
に加熱した容器よりメチルフェニルシロキサン（商品名
ＳＨ７０２）を該酸化処理面へ蒸着した（実施例２）。

【００３６】比較例３として、同一厚さのポリプロピレ
ンフィルム上にＣｕを核付したＺｎ蒸着層をもうけ、次
いで同一真空蒸着機内で比較例と同条件でメチルフェニ
ルシロキサンを該Ｚｎ蒸着層表面へ蒸着した。これらの
蒸着膜抵抗の仕様は実施例１と同じにした。

【００３７】これらの蒸着フィルムを実施例１と同じ仕
様に切断し、実施例１と同一の方法、同一仕様でコンデ
ンサを作り、かつ同一条件で性能試験を行った。その結
果を表２に示す。

【００３８】

【表２】 表２のごとく本発明は特に優れた特性を示した。

【００３９】

【発明の効果】ＡｌとＺｎの蒸着層においてＡｌ組成分
布を本発明のようにした結果、腐食、およびコロナ放電
による容量変化が少なく、かつ熱暴走による破壊が生じ
ない特性の優れたコンデンサが得られた。

【００４０】また該組成のＡｌとＺｎ蒸着層表層を酸化
し、かつ該酸化層にオイルを吸着させた蒸着フィルムを
用いたコンデンサは、さらに容量変化の小さな、優れた
コンデンサ特性を示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸着フィルムのＡｌとＺｎの蒸着層の
ＡｌとＺｎの組成量分布の一例を示した概略図である。

【図２】従来のＡｌとＺｎの蒸着層のＡｌの組成量分布
の一例を示した概略図である。

【図３】本発明の蒸着フィルムを製造するための一方法
を示した概略図である。

【符号の説明】

１：蒸着機 ２：巻出しロール ３：オイルマージン形成装置 ４：冷却ドラム ５：Ａｌ蒸発源 ６：Ｚｎ蒸発源 ７：酸化装置 ８：オイル蒸発装置 ９：巻取りロール １０：ガイドロール １１：上室と下室の仕切り板

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子フィルム上にＡｌとＺｎからなる
   蒸着層を有する蒸着フィルムにおいて、高分子フィルム
   と蒸着層の界面、該界面と蒸着層表面の中間、および該
   蒸着層表面におけるＡｌとＺｎの重量％を各々ａ₁ 、ｂ
   ₁ 、ａ₂ 、ｂ₂、ａ₃ 、ｂ₃ （但し、ａ₁ 、ａ₂ 、ａ₃
   は各位置でのＡｌの重量％、ｂ₁ 、ｂ₂、ｂ₃ は各位置
   でのＺｎの重量％でａ_i ＋ｂ_i ＝１００％、ｉ＝１、
   ２、３である）とすると、ａ₂ ＜ａ₃ ＜ａ₁ になるよう
   Ａｌの含有量が連続的に変化し、かつ、蒸着層中の全Ａ
   ｌの重量％が１０％以下であることを特徴とする蒸着フ
   ィルム。
2. 【請求項２】 ａ₁ ≦６０重量％、０＜ａ₂ ≦２．０重
   量％、０．５≦ａ₃ ≦１０重量％で、かつ蒸着層中の全
   Ａｌの重量％が５％以下であることを特徴とする請求項
   １に記載の蒸着フィルム。
3. 【請求項３】 蒸着層上に有機物を有してなることを特
   徴とする請求項１に記載の蒸着フィルム。
4. 【請求項４】 蒸着層表層が酸化され、かつ該酸化層に
   有機物が吸着してなることを特徴とする請求項１に記載
   の蒸着フィルム。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
   蒸着フィルムを用いてなることを特徴とするコンデン
   サ。