JP7651985B2 - 金属層一体型ポリプロピレンフィルム - Google Patents

金属層一体型ポリプロピレンフィルム Download PDF

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Description

本発明は、金属層一体型ポリプロピレンフィルム等に関する。
ポリプロピレンフィルムは、高い耐電圧性や低い誘電損失特性等の優れた電気特性を有し、且つ、高い耐湿性を有する。そのため、広く電子機器や電気機器に用いられている。具体的には、例えば、高電圧コンデンサ;コンバータ、インバータ等の電力変換回路のフィルタ用コンデンサや平滑用コンデンサ等に使用されるフィルムとして利用されている。
特に、近年、ポリプロピレンフィルムは、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動モーターを制御するインバータ電源機器用コンデンサとして、広く用いられ始めている。自動車等に用いられるインバータ電源機器用コンデンサは、小型、軽量、高容量であり、且つ、長期間にわたる高い信頼性が求められている。
本発明者は研究を進める中で、コンデンサの信頼性の中でも、コンデンサの耐電圧性及び高電圧に対する静電容量安定性に着目した。本発明者は、鋭意研究を進める中で、フィルムの弾性率を調整することにより、コンデンサの耐電圧性及び高電圧に対する静電容量安定性を高めることができることを見出した。しかし、これら2つの性能が良くとも、コンデンサ作製時の加工適性に劣ること(例えば、コンデンサ素子端面の座屈、皺入り等)があった。これは、コンデンサとしての性能に悪影響を及ぼし得る。
そこで、本発明は、コンデンサ作製時の加工適性に優れながらも、耐電圧性及び高電圧に対する静電容量安定性に優れたコンデンサを得ることができる、金属層一体型ポリプロピレンフィルム、を提供することを課題とする。
本発明者は、上記課題に鑑みて鋭意研究を進めた結果、ポリプロピレンフィルムと、前記ポリプロピレンフィルムの片面又は両面に積層された金属層とを有する金属層一体型ポリプロピレンフィルムであって、前記金属層一体型ポリプロピレンフィルムの第一方向の弾性率が3.27~3.80GPaである、金属層一体型ポリプロピレンフィルム、であれば、記課題を解決できることを見出した。本発明者は、この知見に基づいてさらに研究を重ねた結果、本発明を完成させた。即ち、本発明は、下記の態様を包含する。
項1. ポリプロピレンフィルムと、前記ポリプロピレンフィルムの片面又は両面に積層された金属層とを有する金属層一体型ポリプロピレンフィルムであって、
前記金属層一体型ポリプロピレンフィルムの第一方向の弾性率が3.27~3.80GPaである、金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
項2. 前記ポリプロピレンフィルムの第一方向の弾性率が2.70~3.30GPaである、項1に記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
項3. 金属層側表面における突出部山高さ(Rpk)が0.050~0.078μmである、項1又は2に記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
項4. 膜抵抗が1~25Ω/sqである、項1~3のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
項5. 前記金属層一体型ポリプロピレンフィルムの第一方向の弾性率が3.28~3.60GPaである、項1~4のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
項6. 金属層側表面における突出部山高さ(Rpk)が0.059~0.078μmである、項1~5のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
項7. 前記ポリプロピレンフィルムが二軸延伸フィルムである、項1~6のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
項8. 前記ポリプロピレンフィルムの厚さが0.8~3.5μmである、項1~7のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
項9. 前記ポリプロピレンフィルムが単層フィルムである、項1~8のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
項10. コンデンサ用である、項1~9のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
項11. 項1~10のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルムを含む、コンデンサ。
項12. 項1~10のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの巻回物を含む、項11に記載のコンデンサ。
本発明によれば、コンデンサ作製時の加工適性に優れながらも、耐電圧性及び高電圧に対する静電容量安定性に優れたコンデンサを得ることができる、金属層一体型ポリプロピレンフィルム、を提供することができる。
実施例、比較例として作製した金属層一体型ポリプロピレンフィルムを説明するための模式的斜視図である。 実施例、比較例に係る金属層一体型ポリプロピレンフィルムの製造方法を説明するための模式図である。
本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。
1.金属層一体型ポリプロピレンフィルム
本発明は、その一態様において、ポリプロピレンフィルムと、前記ポリプロピレンフィルムの片面又は両面に積層された金属層とを有する金属層一体型ポリプロピレンフィルムであって、前記金属層一体型ポリプロピレンフィルムの第一方向の弾性率が3.27~3.80GPaである、金属層一体型ポリプロピレンフィルム(本明細書において、「本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルム」と示すこともある。)に関する。また、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムが有する前記ポリプロピレンフィルム(金属層が積層されていないポリプロピレンフィルム)を、本明細書において、「本発明のポリプロピレンフィルム」と示すこともある。以下に、これらについて説明する。
本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムは、第一方向の弾性率(以下、「弾性率A」と示すこともある。)が3.27~3.80GPaである。弾性率Aが所定の範囲を満たすことにより、コンデンサ作製時の加工適性の良好性、並びにコンデンサの耐電圧性及び高電圧に対する静電容量安定性を、バランス良く発揮することができる。限定的な解釈を望むものではないが、特定の弾性率範囲とすることにより、コンデンサ作成時(特に巻回時)の応力を適切な程度としつつもフィルム間ギャップを調節してセルフヒーリング作用を適切な程度とすることができ、これによりコンデンサ作製時の加工適性の良好性、並びにコンデンサの耐電圧性及び高電圧に対する静電容量安定性を、バランス良く発揮することができると考えられる。これらの特性の観点から、弾性率Aは、好ましくは3.27~3.70GPa、より好ましくは3.28~3.60GPa、さらに好ましくは3.28~3.55GPa、よりさらに好ましくは3.28~3.50GPaである。また、特に好ましい態様において、弾性率Aは、3.30GPa以上、3.35GPa以上、3.40GPa以上、又は3.45GPa以上である。
弾性率Aに関して、第一方向は、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムのいずれかの方向であり、特に制限されるものではない。「第1方向」と同じ方向又はそれと反対側の方向を長尺方向として、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムからコンデンサを得る(好ましくは、巻回体を含むコンデンサ)を得ることにより、コンデンサ作製時の加工適性の良好性を発揮することができ、さらに耐電圧性及び高電圧に対する静電容量安定性に優れたコンデンサを得ることができる。第一方向は、金属層一体型ポリプロピレンフィルムのMD方向(Machine Direction)であることが好ましい。
弾性率Aは、JIS K 7127:1999に準拠して、次のように測定する。本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムから、長さ150mm、幅10mmの矩形のサンプルを切り出す。このとき、第一方向が長さ方向となるようにサンプルを切り出す。サンプルを、引張試験機(株式会社エー・アンド・デイ製 テンシロン万能試験機 RTG-1210)のチャックにチャック間距離50mmでセットして、試験速度300mm/minで引張試験を行う。引張試験の際の温度は23℃とする。引張試験におけるサンプル破壊時の荷重値を、引張試験前におけるサンプルの断面積(引張試験前におけるサンプルの厚さ×幅10mm)で除すことによって、弾性率(単位はGPa)を算出する。引張試験は5回行い、その平均値を弾性率A(GPa)とする。
本発明のポリプロピレンフィルムは、第一方向の弾性率(以下、「弾性率B」と示すこともある。)が2.70~3.30GPaであることが好ましい。弾性率Bが所定の範囲を満たし、且つ金属層の積層条件を後述するように調節することにより、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの弾性率Aを上記所定の範囲に調節し易くすることができる。弾性率Bは、好ましくは2.70~3.20GPa、より好ましくは2.70~3.10GPa、さらに好ましくは2.70~3.08GPa、よりさらに好ましくは2.72~3.06GPaである。また、特に好ましい態様において、弾性率Bは、2.80GPa以上、2.85GPa以上、2.90GPa以上、又は2.95GPa以上である。
弾性率Bに関して、第一方向の定義は、弾性率Aに関する第一方向の定義と同様である。また、弾性率Bの測定方法は、弾性率Aの測定方法において、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムに代えて、本発明のポリプロピレンフィルムを使用する以外は、同様である。
本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムは、コンデンサ作製時の加工適性の良好性、並びにコンデンサの耐電圧性及び高電圧に対する静電容量安定性を、バランス良く発揮できるという観点から、金属層側表面における突出部山高さ(Rpk)が0.050~0.078μmであることが好ましい。本発明のポリプロピレンフィルムの両面に金属層が積層されている場合は、いずれかの(好ましくは両方の)金属層側表面における突出部山高さ(Rpk)が0.050~0.078μmであることが好ましい。突出部山高さ(Rpk)は、好ましくは0.055~0.078μm、より好ましくは0.059~0.078μm、さらに好ましくは0.061~0.077μmである。また、特に好ましい態様において、突出部山高さ(Rpk)は、0.074μm以下、0.072μm以下、0.070μm以下、又は0.068μm以下である。
突出部山高さ(Rpk)の測定方法は、次の通りである。光干渉式非接触表面形状測定機として株式会社菱化システム製の「VertScan2.0(型式:R5500GML)」を使用する。測定用サンプルとして、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムを流れ方向20cm程度の任意の大きさに切り出し、シワを十分に伸ばした状態で、静電密着板などを利用して測定ステージにセットする。計測にはWAVEモードを用い、530whiteフィルタ及び1×BODYの鏡筒を適用し、10倍対物レンズを用いて、一視野あたり(353.16μm×470.92μm)の計測を行う。この操作を測定用サンプルの表面の流れ方向・幅方向ともに中央となる箇所から流れ方向に1cm間隔で10箇所について行う。次いで、得られたデータに対して、メディアンフィルタ(3×3)によるノイズ除去処理を行ない、その後、カットオフ値30μmによるガウシアンフィルタ処理を行い、うねり成分を除去する。これにより、表面の状態を適切に計測できる状態とする。次いで「VertScan2.0」の解析ソフトウェア「VS-Viewer」のプラグイン機能「ベアリング」にある、「ISOパラメータ」を用いて解析を行い、Rpkを求め、上記10箇所で得られた値の平均値を算出して、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの金属層側表面における突出部山高さ(Rpk)とする。
本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの厚さは、好ましくは0.8μm以上、より好ましくは1.2μm以上、さらに好ましくは1.5μm以上、特に好ましくは2.0μm以上である。また、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの厚さは、好ましくは3.5μm以下より好ましくは3.0μm以下、さらに好ましくは2.9μm以下、特に好ましくは2.8μm以下である。
本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの厚さは、シチズンセイミツ社製の紙厚測定器MEI-11を用いて100±10kPaで測定したこと以外、JIS-C2330に準拠して測定した値をいう。
本発明のポリプロピレンフィルムの厚さは、好ましくは0.8μm以上、より好ましくは1.2μm以上、さらに好ましくは1.5μm以上、特に好ましくは2.0μm以上である。また、本発明のポリプロピレンフィルムの厚さは、好ましくは3.5μm以下、より好ましくは3.0μm以下、さらに好ましくは2.9μm以下、特に好ましくは2.8μm以下である。
本発明のポリプロピレンフィルムの厚さが3.0μm以下であると、コンデンサとしたときの単位体積当たりの静電容量を大きくすることができるため、コンデンサ用として好適に使用できる。また、フィルムの製膜安定性の観点等から、本発明のポリプロピレンフィルムの厚さは0.8μm以上とすることができる。
この点について、以下に詳細に説明する。
ポリプロピレンフィルムは、厚さが薄いほど、単位体積当たりの静電容量を大きくできる。より具体的に説明すると、静電容量Cは、誘電率ε、電極面積S、誘電体厚さd(ポリプロピレンフィルムの厚さd)を用いて、以下のように表される。
C=εS/d
ここで、フィルムコンデンサの場合、電極の厚さは、ポリプロピレンフィルム(誘電体)の厚さと比較して3桁以上薄いため、電極の体積を無視すると、コンデンサの体積Vは、以下のように表される。
V=Sd
従って、上記2つの式より、単位体積当たりの静電容量C/Vは、以下のように表される。
C/V=ε/d
上記式から分かるように、単位体積当たりの静電容量(C/V)は、ポリプロピレンフィルム厚さの自乗に反比例する。また、誘電率εは、使用する材料により決まる。そうすると、材料を変更しない限りは、厚さを薄くすること以外で単位体積当たりの静電容量(C/V)を向上させることはできないことが分かる。
なお、電極面積は、単位体積当たりの静電容量(C/V)に影響しない。この点について以下に説明する。
同じ材料、同じ厚さのフィルムを巻回してコンデンサを作製する場合を想定する。例えば、ターン数(巻き数)を増やして、10倍長く(電極面積を10倍大きく)巻いたとする。そうすると、静電容量は10倍になるが、体積も10倍になるので単位体積当たりの静電容量(C/V)は、電極面積が変化しても変わらない。
上記説明は、理解を容易にするために理想化している。つまり、実際には、例えば、フィルム間にわずかな空隙が存在する場合があることや、電極端でのフリンジ効果の影響があること等により、面積に応じて単位体積当たりの静電容量(C/V)の値に多少の変化が見られる場合はある。しかしながら、一般的には、単位体積当たりの静電容量(C/V)は、ポリプロピレンフィルム厚さによって決まるということが理解できる。
以上より、本発明のポリプロピレンフィルムの厚さは、耐電圧性が担保される範囲内で、なるべく薄くすることが好ましい。そこで、本発明のポリプロピレンフィルムの厚さは、3.0μm以下であることが好ましい。
本発明のポリプロピレンフィルムの厚さは、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの厚さから、金属層の厚さ(膜抵抗から換算される金属層の厚さ)を引くことにより得ることが可能である。
本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルム中の金属層の厚さは0.1~10nmが好ましい。金属層の厚さが0.1~10nmである場合、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの厚さと本発明のポリプロピレンフィルムの厚さは、本実施例に記載の測定方法では、同程度の値を示す。
本発明のポリプロピレンフィルムは、二軸延伸フィルムであってもよく、一軸延伸フィルムであってもよく、無延伸フィルムであってもよい。なかでも、二軸延伸フィルムであることが好ましい。
本発明のポリプロピレンフィルムの層構成は特に制限されない。本発明のフィルムは、1層からなる単層であってもよいし、同一又は異なる組成を有する複数の層であってもよい。本発明のポリプロピレンフィルムは、好ましくは1層又は複数層のフィルム状成形層からなるフィルムであり、より好ましくは単層フィルム(1層のフィルム状成形層からなるフィルム)である。
本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムにおける金属層の層構成は特に制限されない。金属層は、1層からなる単層であってもよいし、同一又は異なる組成を有する複数の層であってもよい。 本発明のポリプロピレンフィルムは、ポリプロピレン樹脂を含む限り、特にその構成材料は限定されない。
前記ポリプロピレン樹脂の含有量は、本発明のポリプロピレンフィルム全体に対して(ポリプロピレンフィルム全体を100質量%としたときに)、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上である。前記ポリプロピレン樹脂の含有量の上限は、本発明のポリプロピレンフィルム全体に対して、例えば、100質量%、98質量%等である。前記ポリプロピレン樹脂は、一種のポリプロピレン樹脂を単独で含むものであってもよく、二種以上のポリプロピレン樹脂を含むものであってもよい。
ここで、本発明のポリプロピレンフィルムに含まれるポリプロピレン樹脂が二種以上である場合、含有量の多い方のポリプロピレン樹脂を、本明細書では、「主成分のポリプロピレン樹脂」という。また、本発明のポリプロピレンフィルムに含まれるポリプロピレン樹脂が一種である場合、当該ポリプロピレン樹脂を、本明細書では、「主成分のポリプロピレン樹脂」という。
以下、本明細書において、主成分であるか否かを特に明記せずに「ポリプロピレン樹脂」というときは、特段の断りがない限り、主成分としてのポリプロピレン樹脂と、主成分以外のポリプロピレン樹脂との両方を意味する。例えば、「前記ポリプロピレン樹脂の重量平均分子量Mwは、25万以上45万以下であることが好ましい。」と記載されている場合、主成分としてのポリプロピレン樹脂の重量平均分子量Mwが25万以上45万以下であることが好ましいことと、主成分以外のポリプロピレン樹脂の重量平均分子量Mwが25万以上45万以下であることが好ましいこととの両方を意味する。
前記ポリプロピレン樹脂の重量平均分子量Mwは、25万以上45万以下であることが好ましく、25万以上40万以下であることがより好ましく、25万以上37万以下であることがさらに好ましく、29万以上37万以下であることがよりさらに好ましい。前記ポリプロピレン樹脂の重量平均分子量Mwが25万以上45万以下であると、樹脂流動性が適度となる。その結果、キャスト原反シートの厚さの制御が容易であり、厚み均一性が良好で薄い延伸フィルムを作製することが容易となる。また、二軸延伸ポリプロピレンフィルムの力学特性、熱-機械特性、延伸成形性等の観点からも重量平均分子量Mwは、25万以上45万以下であることが好ましい。ポリプロピレン樹脂を2種以上使用する場合、上記Mwが25万以上33万未満のポリプロピレン樹脂と上記Mwが33万以上45万以下のポリプロピレン樹脂を併用することが好ましい。
前記ポリプロピレン樹脂の数平均分子量Mnは、30000以上53000以下であることが好ましく、33000以上52000以下であることがより好ましく、38000以上52000以下であることがさらに好ましく、43000以上52000以下であることがよりさらに好ましい。
前記ポリプロピレン樹脂のz平均分子量Mzは、500000以上2100000以下であることが好ましく、700000以上1900000以下であることがより好ましく、700000以上1700000以下であることがさらに好ましい。
前記ポリプロピレン樹脂の分子量分布[(重量平均分子量Mw)/(数平均分子量Mn)]は、5以上12以下であることが好ましく、5以上11以下であることがより好ましく、6以上11以下であることがさらに好ましく、6以上10以下であることがよりさらに好ましく、7以上10以下であることがとりわけ好ましい。前記ポリプロピレン樹脂の分子量分布[(重量平均分子量Mw)/(数平均分子量Mn)]が5以上12以下であると、二軸延伸時に適度な樹脂流動性が得られ、厚みムラのない極薄化された二軸延伸プロピレンフィルムを得ることが容易となるため好ましい。
前記ポリプロピレン樹脂の分子量分布[(z平均分子量Mz)/(数平均分子量Mn)]は、10以上70以下であることが好ましく、15以上60以下であることがより好ましく、20以上50以下であることがさらに好ましく、25以上50以下であることがよりさらに好ましく、30以上45以下であることがとりわけ好ましい。
本明細書において、前記ポリプロピレン樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、z平均分子量(Mz)、及び、分子量分布(Mw/Mn、及び、Mz/Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)装置を用いて測定した値である。より具体的には、東ソー株式会社製、示差屈折計(RI)内蔵型高温GPC測定機のHLC-8121GPC-HT(商品名)を使用して測定した値である。GPCカラムとして、東ソー株式会社製の3本のTSKgel GMHHR-H(20)HTを連結して使用する。カラム温度を140℃に設定して、溶離液としてトリクロロベンゼンを1.0ml/10分の流速で流して、MwとMnの測定値を得る。東ソー株式会社製の標準ポリスチレンを用いてその分子量Mに関する検量線を作成して、測定値をポリスチレン値に換算して、Mw、Mn及びMzを得る。ここで、標準ポリスチレンの分子量Mの底10の対数を、対数分子量(「Log(M)」)という。
前記ポリプロピレン樹脂は、分子量微分分布曲線において、対数分子量Log(M)=4.5のときの微分分布値から、Log(M)=6.0のときの微分分布値を引いた差(以下、「微分分布値差DM」ともいう)が、-5%以上14%以下であることが好ましく、-4%以上12%以下であることがより好ましく、-4%以上10%以下であることがさらに好ましい。
なお、「対数分子量Log(M)=4.5のときの微分分布値から、Log(M)=6.0のときの微分分布値を引いた差(微分分布値差DM)が、-5%以上14%以下である」とは、前記ポリプロピレン樹脂の有するMwの値より、低分子量側の分子量1万から10万の成分(以下、「低分子量成分」ともいう)の代表的な分布値としての対数分子量Log(M)=4.5の成分と、高分子量側の分子量100万前後の成分(以下、「高分子量成分」ともいう)の代表的な分布値としてのLog(M)=6.0前後の成分とを比較したときに、差分が正の場合は低分子量成分の方が多く、差分が負の場合は高分子量成分の方が多いと理解できる。
つまり、例えば、分子量分布Mw/Mnが5~12である場合を例にすると、分子量分布Mw/Mnが5~12であるといっても単に分子量分布幅の広さを表しているに過ぎず、その中の高分子量成分、低分子量成分の量的な関係までは分からない。そこで、樹脂流動性、延伸成形性、厚み均一性の観点から、前記ポリプロピレン樹脂は、分子量1万から10万の成分を、分子量100万の成分と比較して、微分分布値差が-5%以上14%以下となるようにポリプロピレン樹脂を使用することが好ましい。
前記微分分布値は、GPCを用いて、次のようにして得た値である。GPCの示差屈折(RI)検出計によって得られる、時間に対する強度を示す曲線(一般には、「溶出曲線」ともいう)を使用する。標準ポリスチレンを用いて得た検量線を使用して、時間軸を対数分子量(Log(M))に変換することで、溶出曲線をLog(M)に対する強度を示す曲線に変換する。RI検出強度は、成分濃度と比例関係にあるので、強度を示す曲線の全面積を100%とすると、対数分子量Log(M)に対する積分分布曲線を得ることができる。微分分布曲線は、この積分分布曲線をLog(M)で、微分することによって得る。したがって、「微分分布」とは、濃度分率の分子量に対する微分分布を意味する。この曲線から、特定のLog(M)のときの微分分布値を読みとる。
前記ポリプロピレン樹脂のメソペンタッド分率([mmmm])は、98.0%未満であることが好ましく、97.5%以下であることがより好ましく、97.4%以下であることがさらに好ましく、97.0%以下であることが特に好ましい。また、前記メソペンタッド分率は、94.0%以上であることが好ましく、94.5%以上であることがより好ましく、95.0%以上がさらに好ましい。メソペンタッド分率が前記数値範囲内であると、適度に高い立体規則性によって樹脂の結晶性が適度に向上し、初期耐電圧性および長期間に渡る耐電圧性が向上する一方、キャスト原反シートを成形する際の適度な固化(結晶化)速度によって所望の延伸性を得ることができる。
メソペンタッド分率([mmmm])は、高温核磁気共鳴(NMR)測定によって得ることができる立体規則性の指標である。本明細書において、メソペンタッド分率([mmmm])は、日本電子株式会社製、高温型フーリエ変換核磁気共鳴装置(高温FT-NMR)、JNM-ECP500を利用して測定した値をいう。観測核は、13C(125MHz)であり、測定温度は、135℃、ポリプロピレン樹脂を溶解する溶媒にはo-ジクロロベンゼン(ODCB:ODCBと重水素化ODCBの混合溶媒(混合比=4/1)を用いる。高温NMRによる測定方法は、例えば、「日本分析化学・高分子分析研究懇談会編、新版 高分子分析ハンドブック、紀伊国屋書店、1995年、第610頁」に記載の方法を参照して行うことができる。メソペンタッド分率([mmmm])のより詳細な測定方法は、実施例に記載の方法による。
前記ポリプロピレン樹脂のヘプタン不溶分(HI)は、96.0%以上であることが好ましく、より好ましくは97.0%以上である。また、前記ポリプロピレン樹脂のヘプタン不溶分(HI)は、99.5%以下であることが好ましく、より好ましくは99.0%以下である。ここで、ヘプタン不溶分は、多いほど樹脂の立体規則性が高いことを示す。前記ヘプタン不溶分(HI)が、96.0%以上99.5%以下であると、適度に高い立体規則性により、樹脂の結晶性が適度に向上し、高温下での耐電圧性が向上する。一方、キャスト原反シート成形の際の固化(結晶化)の速度が適度となり、適度の延伸性を有する。ヘプタン不溶分(HI)の測定方法は、実施例記載の方法による。
前記ポリプロピレン樹脂のメルトフローレート(MFR)は、1.0~8.0g/10minであることが好ましく、1.5~7.0g/10minであることがより好ましく、2.0~6.0g/10minであることがさらに好ましい。前記ポリプロピレン樹脂のメルトフローレートの測定方法は、実施例記載の方法による。
本発明のポリプロピレンフィルムに含まれるポリプロピレン樹脂が二種類以上である場合、主成分のポリプロピレン樹脂は、少なくとも重量平均分子量Mwが25万以上34.5万未満であり、MFRが4g/10min以上8g/10min以下であることが好ましい。また、本発明のポリプロピレンフィルムに含まれるポリプロピレン樹脂が二種類以上である場合、主成分以外のポリプロピレン樹脂は、少なくとも重量平均分子量Mwが34.5万以上45万以下であり、MFRが1g/10min以上4g/10min未満(更に好ましくは1g/10min以上3.9g/10min以下)であることが好ましい。
前記ポリプロピレン樹脂は、一般的に公知の重合方法を用いて製造することができる。前記重合方法としては、例えば、気相重合法、塊状重合法及びスラリー重合法を例示できる。
重合は、1つの重合反応機を用いる単段(一段)重合であってもよく、2つ以上の重合反応器を用いた多段重合であってもよい。また、重合は、反応器中に水素又はコモノマーを分子量調整剤として添加して行ってもよい。
重合の際の触媒には、一般的に公知のチーグラー・ナッタ触媒を使用することができ、前記ポリプロピレン樹脂を得ることができる限り特に限定されない。前記触媒は、助触媒成分やドナーを含んでもよい。触媒や重合条件を調整することによって、分子量、分子量分布、立体規則性等を制御することができる。
前記ポリプロピレン樹脂の分子量分布等は、樹脂混合(ブレンド)により調整することができる。例えば、互いに分子量や分子量分布の異なるもの2種類以上の樹脂を混合する方法が挙げられる。一般的には、主樹脂に、それより平均分子量が高い樹脂、又は、低い樹脂を、樹脂全体を100質量%とすると、主樹脂が55質量%以上90質量%以下である2種のポリプロピレン混合系が、低分子量成分量の調整が行い易いため、好ましい。
なお、前記の混合調整方法を採用する場合、平均分子量の目安として、メルトフローレート(MFR)を用いても構わない。この場合、主樹脂と添加樹脂のMFRの差は、1~30g/10分程度としておくのが、調整の際の利便性の観点から好ましい。
樹脂混合する方法としては、特に制限はないが、主樹脂と添加樹脂の重合粉、又は、ペレットを、ミキサー等を用いてドライブレンドする方法や、主樹脂と添加樹脂の重合粉、又は、ペレットを、混練機に供給し、溶融混練してブレンド樹脂を得る方法が挙げられる。
前記ミキサーや前記混練機は、特に制限されない。前記混練機は、1軸スクリュータイプ、2軸スクリュータイプ、それ以上の多軸スクリュータイプの何れでもよい。2軸以上のスクリュータイプの場合、同方向回転、異方向回転のどちらの混練タイプでも構わない。
溶融混練によるブレンドの場合は、良好な混練物が得られれば、混練温度は特に制限されない。一般的には、200℃から300℃の範囲であり、樹脂の劣化を抑制する観点から、230℃から270℃が好ましい。また、樹脂の混練混合の際の劣化を抑制するため、混練機に窒素などの不活性ガスをパージしても構わない。溶融混練された樹脂は、一般的に公知の造粒機を用いて、適当な大きさにペレタイズしてもよい。これにより、混合ポリプロピレン原料樹脂ペレットを得ることができる。
ポリプロピレン原料樹脂中に含まれる重合触媒残渣等に起因する総灰分は、ポリプロピレン樹脂を基準(100重量部)として、50ppm以下であることが好ましい。
前記総灰分(ポリプロピレン原料樹脂中に含まれる総灰分)は、極性をもった低分子成分の生成を抑制しつつコンデンサとしての電気特性を向上させるために、5ppm以上35ppm以下が好ましく、5ppm以上30ppm以下がより好ましく、10ppm以上25ppm以下がさらに好ましい。
本発明のポリプロピレンフィルムは、添加剤を含んでもよい。「添加剤」とは、一般的に、ポリプロピレン樹脂に使用される添加剤である限り特に制限されない。
前記添加剤としては、例えば、酸化防止剤、塩素吸収剤、紫外線吸収剤、滑剤、可塑剤、難燃化剤、帯電防止剤、無機フィラー、有機フィラー等が挙げられる。前記無機フィラーとしては、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、酸化アルミニウム等が挙げられる。前記ポリプロピレン樹脂は、前記添加剤を、本発明のポリプロピレンフィルムに悪影響を与えない量で含めてもよい。
金属層は、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムをコンデンサとして使用する際に、電極として機能する。金属層に用いられる金属としては、例えば、亜鉛、鉛、銀、クロム、アルミニウム、銅、ニッケルなどの金属単体、それらの複数種の混合物、それらの合金などを使用することができるが、環境、経済性及びコンデンサ性能などを考慮すると、亜鉛、アルミニウムが好ましい。
2.金属層一体型ポリプロピレンフィルムの製造方法
次に、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの製造方法について説明する。なお、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムは、以下に説明する金属層一体型ポリプロピレンフィルムの製造方法で製造されていることが好ましいが、以下に説明する金属層一体型ポリプロピレンフィルムの製造方法で製造されていなくてもよい。
本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの製造方法は、
本発明のポリプロピレンフィルムを準備する工程Aと、
前記工程Aで準備した本発明のポリプロピレンフィルムの片面又は両面に金属層を積層して本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得る工程Bと
を少なくとも有する。
まず、工程Aについて説明する。
本発明のポリプロピレンフィルムを二軸延伸ポリプロピレンフィルムとする場合、二軸延伸ポリプロピレンフィルムを製造するための延伸前のキャスト原反シートは、次のようにして作製することができる。ただし、本実施形態に係るキャスト原反シートの製方法は、以下に記載の方法に限定されない。
まず、樹脂ペレット、ドライ混合された樹脂ペレット、又は、予め溶融混練して作製した樹脂ペレットを押出機に供給して、加熱溶融する。
溶融混練の温度は、熱可塑性樹脂の種類によって異なるが、ポリプロピレン樹脂の場合、加熱溶融時の押出機設定温度は、220~280℃が好ましく、230~270℃がより好ましい。また、加熱溶融時の樹脂温度は、220~280℃が好ましく、230~270℃がより好ましい。加熱溶融時の樹脂温度は、押出機に挿入された温度計にて測定される値である。
なお、加熱溶融時の押出機設定温度、樹脂温度は、使用する樹脂の物性も考慮して選択する。なお、加熱溶融時の樹脂温度を前記数値範囲内にすることにより、樹脂の劣化を抑制することもできる。
次に、Tダイを用いて溶融樹脂をシート状に押し出し、少なくとも1個以上の金属ドラムで、冷却、固化させることで、未延伸のキャスト原反シートを成形する。
前記金属ドラムの表面温度(押し出し後、最初に接触する金属ドラムの温度)は、50~100℃であることが好ましく、より好ましくは、80~100℃である。前記金属ドラムの表面温度は、使用する樹脂の物性等に応じて決定することができる。
前記キャスト原反シートの厚さは、本発明のポリプロピレンフィルムを得ることができる限り、特に制限されることはないが、通常、0.05mm~2mmであることが好ましく、0.1mm~1mmであることがより好ましい。
本発明のポリプロピレンフィルムは、次のようにして好適に作製することができる。ただし、本発明のポリプロピレンフィルムの作製方法は、以下に記載の方法に限定されない。
本発明のポリプロピレンフィルムは、前記樹脂キャスト原反シートに延伸処理を行って製造することができる。延伸は、縦及び横に二軸に配向せしめる二軸延伸が好ましく、延伸方法としては逐次二軸延伸方法が好ましい。逐次二軸延伸方法としては、例えば、まず、キャスト原反シートを100~170℃の温度に保ち、速度差を設けたロール間に通してMD方向(流れ方向、縦方向)に3~7倍に延伸する。ニップ圧は、0.35~0.5MPaとする。
MD方向延伸時の温度は、100~170℃が好ましく、120~160℃がより好ましく、130~150℃がさらに好ましい。また、MD方向延伸時の延伸倍率は3~7倍が好ましく、4~6倍がより好ましく、4~5倍がさらに好ましい。また、MD方向延伸時のニップ圧は、0.35~0.45MPaが好ましく、0.36~0.44MPaがより好ましく、0.37~0.43MPaがさらに好ましい。
MD方向に延伸した後、当該シートをテンターに導いて、TD方向(横方向、幅方向)に、3~11倍に延伸する。TD方向における延伸の際の温度は155~170℃が好ましい。その後、2~10倍に緩和、熱固定を施す。以上により、二軸延伸ポリプロピレンフィルムが得られる。
前記ポリプロピレンフィルムには、金属蒸着加工工程などの後工程において、接着特性を高める目的で、延伸及び熱固定工程終了後に、オンライン又はオフラインにてコロナ放電処理を行ってもよい。コロナ放電処理は、公知の方法を用いて行うことができる。雰囲気ガスとして空気、炭酸ガス、窒素ガス、又は、これらの混合ガスを用いて行うことが好ましい。
次に、前記工程Aで準備した本発明のポリプロピレンフィルムの片面又は両面に金属層を積層して本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得る工程Bについて説明する。ただし、本実施形態に係る工程Bは、以下に記載の工程に限定されない。
工程Bでは、コンデンサとして加工するために、本発明のポリプロピレンフィルムの片面又は両面に金属層を積層し、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得る。
本発明のポリプロピレンフィルムの片面又は両面に金属層を積層する方法としては、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法を例示することができる。生産性及び経済性などの観点から、真空蒸着法が好ましい。真空蒸着法として、一般的にるつぼ法式やワイヤー方式などを例示することができるが、特に限定されることはなく、適宜最適なものを選択することができる。
前記真空蒸着法における蒸着条件として、冷却ロールの温度は、-23℃以上が好ましく、-22℃以上がより好ましく、-20℃以上がさらに好ましい。冷却ロールの温度を-23℃以上とした場合、金属層積層時にポリプロピレンフィルムの弾性率を大きくできる傾向にある。前記冷却ロールの温度は、ポリプロピレンフィルムの熱負けを防止する観点から、-16℃以下が好ましく、-17℃以下がより好ましい。
前記真空蒸着法において、蒸発源の温度は、通電量で制御する。前記真空蒸着法における蒸着条件として、蒸発源への通電量は、650A以上であることが好ましく、700A以上であることがより好ましく、800A以上であることがさらに好ましい。前記通電量を多くすると(蒸発源の温度を高めに設定すれば)、金属層積層時にポリプロピレンフィルムの弾性率を大きくできる傾向にある。前記通電量は、ポリプロピレンフィルムの熱負けを防止する観点から、900A以下であることが好ましく、850A以下であることがより好ましい。
前記真空蒸着法において、金属層の厚さは、膜抵抗で制御する。前記真空蒸着法における蒸着条件として、膜抵抗は、アルミニウム膜の場合、25Ω/sq以下であることが好ましく、20Ω/sq以下であることがより好ましい。亜鉛膜の場合、5Ω/sq以下であることが好ましく、4Ω/sq以下であることがより好ましい。前記膜抵抗が小さいということは、金属層の厚さが厚いことを意味する。前記膜抵抗を小さくすると(金属層の厚さを厚くすれば)、金属層の積層のために長時間、熱に晒されることになる。そのため、厚めに設定すれば、金属層積層時に長時間、熱に晒されることによりポリプロピレンフィルムの弾性率を大きくできる傾向にある。前記膜抵抗は、自己回復性(セルフヒーリング性)の観点から、アルミニウム膜の場合、1Ω/sq以上であることが好ましく、5Ω/sq以上であることがより好ましい。亜鉛膜の場合、1Ω/sq以上であることが好ましく、2Ω/sq以上であることがより好ましい。なお、自己回復性とは、ポリプロピレンフィルムに欠陥部分が生じた場合等に、印加エネルギーやコンデンサ自身が持っているエネルギーにより蒸着層の金属が瞬時に蒸散してコンデンサの機能が回復することをいう。前記金属層の厚さ(膜抵抗)は、ワイヤー供給速度、蒸着ライン速度、蒸発源の温度により、調整することができ、亜鉛膜は、蒸着ライン速度、蒸発源の温度により調整することができる。
蒸着により金属層を積層する際のマージンパターンは、特に限定されるものではないが、コンデンサの保安性等の特性を向上させる点から、フィッシュネットパターンないしはTマージンパターンといった、いわゆる特殊マージンを含むパターンをフィルムの片方の面上に施すことが好ましい。保安性が高まり、コンデンサの破壊、ショートの防止、などの点からも効果的である。
マージンを形成する方法はテープ法、オイル法など、一般に公知の方法が、何ら制限無く使用することができる。
前記工程Bとしては、本発明のポリプロピレンフィルムの片面又は両面に金属層を積層した後に、さらに、後加熱処理を行うこととしてもよい。後加熱処理の条件としては、例えば、120~130℃に熱したシリコンオイルの塗布などが挙げられる。
3.コンデンサ
本発明は、その一態様において、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムを含む、コンデンサ(本明細書において、「本発明のコンデンサ」と示すこともある。)に関する。以下、これについて説明する。
本発明のコンデンサは、耐電圧性及び高電圧に対する静電容量安定性に優れたコンデンサである。
例えば、本発明のコンデンサは、実施例に記載の電圧ステップアップ試験により測定される耐電圧性が、好ましくは405VDC以上、より好ましくは410VDC以上、さらに好ましくは415VDC以上、よりさらに好ましくは420VDC以上、とりわけ好ましくは430VDC以上、とりわけさらに好ましくは440VDC以上、特に好ましくは450VDC以上である。当該耐電圧性の上限は特に制限されず、例えば520VDC、510VDC、500VDC、又は490VDCである。
例えば、本発明のコンデンサは、実施例に記載の短時間耐圧試験により測定される耐電圧性が、好ましくは510VDC以上、より好ましくは520VDC以上、さらに好ましくは530VDC以上、よりさらに好ましくは540VDC以上、とりわけ好ましくは550VDC以上である。当該耐電圧性の上限は特に制限されず、例えば610VDC、600VDC、590VDC、又は580VDCである。
例えば、本発明のコンデンサは、実施例に記載の方法により測定される静電容量変化率が、好ましくは-0.27%以上、より好ましくは-0.26%以上、さらに好ましくは-0.24%以上、よりさらに好ましくは-0.22%以上、とりわけ好ましくは-0.20%以上、とりわけさらに好ましくは-0.18%以上である。当該静電容量変化率の上限は特に制限されず、例えば2%、1%、0.5%、0.2%、又は0%である。
本発明の一態様において、コンデンサを作製する工程では、例えば、フィルムの巻き付け加工が行われる。例えば、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムにおける金属層と本発明のポリプロピレンフィルムとが交互に積層されるように、更には、絶縁マージン部が逆サイドとなるように、2枚1対の本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムを重ね合わせて巻回する。この際、2枚1対の本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムを1~2mmずらして積層することが好ましい。用いる巻回機は特に制限されず、例えば、株式会社皆藤製作所製の自動巻取機3KAW-N2型等を利用することができる。
扁平型コンデンサを作製する場合、巻回後、通常、得られた巻回物に対してプレスが施される。プレスによってコンデンサの巻締まり・素子成形を促す。層間ギャップの制御・安定化を施す点から、与える圧力は、本発明のフィルムの厚み等によってその最適値は変わるが、2~20kg/cmである。
続いて、巻回物の両端面に金属を溶射してメタリコン電極を設けることによって、コンデンサを作製する。
コンデンサに対して、更に所定の熱処理が施される。すなわち、本発明では、コンデンサに対し、熱処理を施す工程(以下、「熱エージング」と称することがある)を含む。熱処理温度は、特に制限されないが、例えば80~190℃である。コンデンサに対して熱処理を施す方法としては、例えば、真空雰囲気下で、恒温槽を用いる方法や高周波誘導加熱を用いる方法等を含む公知の方法から適宜選択してもよい。熱処理を施す時間は、機械的及び熱的な安定を得る点で、1時間以上とすることが好ましく、10時間以上とすることがより好ましいが、熱シワや型付等の成形不良を防止する点で、20時間以下とすることがより好ましい。
熱処理を施すことによって熱エージングの効果が得られる。具体的には、本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムに基づくコンデンサを構成するフィルム間の空隙が減少し、コロナ放電が抑制され、しかも本発明の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの内部構造が変化して結晶化が進む。その結果、耐電圧性がより向上するものと考えられる。
熱エージングを施したコンデンサのメタリコン電極には、通常、リード線が溶接される。また、耐候性を付与し、とりわけ湿度劣化を防止するため、コンデンサをケースに封入してエポキシ樹脂でポッティングすることが好ましい。
本発明のフィルムを利用した、本発明のコンデンサは、高温環境で好適に使用され、小型、さらには、高容量(例えば、静電容量が、5μF以上、好ましくは10μF以上、さらに好ましくは20μF以上、よりさらに好ましくは30μF以上、とりわけ好ましくは40μF以上。静電容量の上限は特に制限されず、例えば100μF、80μF、70μF、又は60μFである。)のコンデンサとすることができる。従って、本発明のコンデンサは、電子機器、電気機器などに使用されている、高電圧コンデンサ、各種スイッチング電源、コンバータ及びインバータ等のフィルタ用コンデンサ及び平滑用コンデンサ等として利用することができる。また、本発明のコンデンサは、近年需要が高まっている電気自動車及びハイブリッド自動車等の駆動モーターを制御するインバータ用コンデンサ、コンバータ用コンデンサ等としても好適に利用することができる。
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
(1)樹脂の準備
実施例および比較例で使用した樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、z平均分子量(Mz)、分子量分布(Mw/Mn)、分子量分布(Mz/Mn)、微分分布値差(DM)メソペンタッド分率(mmmm)、ヘプタン不溶分(HI)、及びメルトフローレート(MFR)を測定した。これらの測定値は、原料樹脂ペレットの形態での値である。測定方法は以下の通りである。
(1-1)ポリプロピレン樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、z平均分子量(Mz)、分子量分布(Mw/Mn)、及び、分子量分布(Mz/Mn)の測定
GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用い、以下の条件で、樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、z平均分子量(Mz)、分子量分布(Mw/Mn)、及び、分子量分布(Mz/Mn)を測定した。
具体的に、東ソー株式会社製、示差屈折計(RI)内蔵高温GPC装置であるHLC-8121GPC-HT型を使用した。カラムとして、東ソー株式会社製のTSKgel GMHHR-H(20)HTを3本連結して使用した。140℃のカラム温度で、溶離液として、トリクロロベンゼンを、1.0ml/minの流速で流して測定した。検量線を、東ソー株式会社製の標準ポリスチレンを用いて作製し、測定された分子量の値をポリスチレンの値に換算して、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及び、z平均分子量(Mz)を得た。このMwとMnの値を用いて分子量分布(Mw/Mn)を得た。また、このMzとMnの値を用いて分子量分布(Mz/Mn)を得た。
(1-2)対数分子量log(M)=4.5のときの微分分布値と対数分子量log(M)=6.0のときの微分分布値との差(微分分布値差DM)の測定
樹脂について、対数分子量log(M)=4.5のときの微分分布値、対数分子量log(M)=6.0のときの微分分布値を、次のような方法で得た。まず、RI検出計を用いて検出される強度分布の時間曲線(溶出曲線)を、上記標準ポリスチレンを用いて作製した検量線を用いて標準ポリスチレンの分子量M(Log(M))に対する分布曲線に変換した。次に、分布曲線の全面積を100%とした場合のLog(M)に対する積分分布曲線を得た後、この積分分布曲線をLog(M)で、微分することによってLog(M)に対する微分分布曲線を得た。この微分分布曲線から、Log(M)=4.5およびLog(M)=6.0のときの微分分布値を読んだ。Log(M)=4.5のときの微分分布値とLog(M)=6.0のときの微分分布値との差を微分分布値差DMとした。なお、微分分布曲線を得るまでの一連の操作は、使用したGPC測定装置に内蔵されている解析ソフトウェアを用いて行った。
(1-3)メソペンタッド分率([mmmm])の測定
樹脂を溶媒に溶解し、高温型フーリエ変換核磁気共鳴装置(高温FT-NMR)を用いて、以下の条件で測定した。結果を表1に示す。
高温型核磁気共鳴(NMR)装置:日本電子株式会社製、高温型フーリエ変換核磁気共鳴装置(高温FT-NMR)、JNM-ECP500
観測核:13C(125MHz)
測定温度:135℃
溶媒:オルト-ジクロロベンゼン(ODCB:ODCBと重水素化ODCBの混合溶媒(混合比=4/1))
測定モード:シングルパルスプロトンブロードバンドデカップリング
パルス幅:9.1μsec(45°パルス)
パルス間隔:5.5sec
積算回数:4,500回
シフト基準:CH3(mmmm)=21.7ppm
立体規則性度を表すペンタッド分率は、同方向並びの連子「メソ(m)」と異方向の並びの連子「ラセモ(r)」の5連子(ペンタッド)の組み合わせ(mmmmやmrrm等)に由来する各シグナルの強度積分値より、百分率(%)で算出した。mmmmやmrrm等に由来する各シグナルの帰属に関し、例えば、「T.Hayashi et al.,Polymer,29巻,138頁(1988)」等のスペクトルの記載を参考とした。
(1-4)ヘプタン不溶分(HI)の測定
樹脂について、10mm×35mm×0.3mmにプレス成形して約3gの測定用サ
ンプルを作製した。次に、ヘプタン約150mLを加えてソックスレー抽出を8時間行った。抽出前後の試料質量よりヘプタン不溶分を算出した。
(1-5)メルトフローレート(MFR)の測定
樹脂について原料樹脂ペレットの形態でのメルトフローレート(MFR)を、東洋精機株式会社のメルトインデックサを用いてJIS K 7210の条件Mに準じて測定した。具体的には、まず、試験温度230℃にしたシリンダ内に、4gに秤りとった試料を挿入し、2.16kgの荷重下で3.5分予熱した。その後、30秒間で底穴より押出された試料の重量を測定し、MFR(g/10min)を求めた。上記の測定を3回繰り返し、その平均値をMFRの測定値とした。
(1-6)樹脂の物性値
結果を表1に示す。
Figure 0007651985000001
(2)金属層一体型ポリプロピレンフィルムの作製
<実施例1>
ポリプロピレン樹脂Aとポリプロピレン樹脂Bとをドライブレンドした。混合比率は、質量比で樹脂A:樹脂B=65:35とした。その後、ドライブレンドした樹脂組成物を押出機に供給して、255℃の温度で溶融した後、Tダイを用いて押出し、表面温度を94℃に保持した金属ドラムに巻きつけて固化させて、厚さ約120μmのキャスト原反シートを作製した。得られたキャスト原反シートを139℃の温度で速度差を設けたロール間に通してMD方向(流れ方向)に4.7倍に延伸し、直ちに室温(23℃)まで冷却した。このとき、ニップ圧は0.40MPaとした。
次に、テンターに導いて163℃の温度でTD方向(幅方向)に10倍に延伸して、二軸延伸ポリプロピレンフィルムを得た。
ここで、ニップ圧とは、縦延伸のために速度差が設けられた2本のロールのうちの回転速度の速いロール(MD方向の延伸が開始される箇所に位置するロール)の上方にニップロールが設けられており、前記速度の速いロールと前記ニップロールとの間をフィルムが通過する際に当該フィルムに加わる圧力をいう。
続いて、蒸着装置(アルバック社製、製品名:巻取式真空蒸着装置EWE-060)を用い、得られたポリプロピレンフィルムに金属層を積層し、金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得た。具体的には、以下の通りである。
図1は、作製した金属層一体型ポリプロピレンフィルムを説明するための模式的斜視図である。
図1に示すように、作製した金属層一体型ポリプロピレンフィルム1は、ポリプロピレンフィルム2と、絶縁マージン4を残すようにポリプロピレンフィルム2上に積層された金属蒸着電極3とを有する。金属蒸着電極3は、ポリプロピレンフィルム2に直接接するようにポリプロピレンフィルム2上に積層された金属蒸着層3aと、金属蒸着層3aの一部上面に形成された電極取り出し部3bとを有する。電極取り出し部3bは、いわゆるヘビーエッジと呼ばれる部分である。
図2は、金属層一体型ポリプロピレンフィルムの製造方法を説明するための模式図である。金属層一体型ポリプロピレンフィルムは、以下に説明する製造装置により製造した。
図2に示すように、金属層一体型ポリプロピレンフィルムの製造装置は、誘電体フィルム供給部101と、絶縁マージン形成部102と、パターン形成部103と、蒸着部104と、巻き取りロール105とを備える。
誘電体フィルム供給部101は、ポリプロピレンフィルム2が巻回された誘電体フィルムロール2Rを支持し、誘電体フィルム2を供給する。誘電体フィルムロール2Rから供給されたポリプロピレンフィルム2は絶縁マージン形成部102に搬送される。
絶縁マージン形成部102は、ポリプロピレンフィルム2の面2aに絶縁マージン4のパターンに対応するパターンのオイルを塗布してオイルマスクを形成する。オイルマスクは、金属層一体型ポリプロピレンフィルム1において絶縁マージンとなる部分に、蒸着工程で金属粒子が付着するのを防止するためのものである。絶縁マージン形成部102は、オイルタンクに貯蔵しているオイルを気化してタンクに設けたノズル(スリット)より、直接、ポリプロピレンフィルム2の一の面2aにオイルを塗布しオイルマスクを形成する。
パターン形成部103は、ポリプロピレンフィルム2の一の面2aに、金属蒸着層3aの電極パターンに概ね対応するパターンでオイルを塗布し、オイルマスクを形成する。オイルマスクは、金属層一体型ポリプロピレンフィルム1において縦マージンや横マージンとなる部分に、蒸着工程で金属粒子が付着するのを防止するためのものである。パターン形成部103は、オイルタンク103aと、アニロックスロール103bと、転写ロール103cと、版ロール103dと、バックアップロール103eを有する。オイルタンク103aは、貯蔵しているオイルを気化してノズルから噴出する。アニロックスロール103bと転写ロール103cは、その外周面にオイルタンク103aのノズルから噴出されたオイルが付着した状態で回転する。バックアップロール103eはポリプロピレンフィルム2を介して版ロール103dと対向し、ポリプロピレンフィルム2の面2bに当接する。
絶縁マージン形成部102及びパターン形成部103を通過したポリプロピレンフィルム2は蒸着部104へと搬送される。
蒸着部104は、金属蒸気生成部104a、104bと、金属蒸気生成部104a、104bにポリプロピレンフィルム2を介して対向する冷却ロール104cとを備える。金属蒸気生成部104aは、金属蒸着層3aの材料である金属(アルミニウム)のワイヤーに電流を流すことで加熱したボート上に供給することで、金属蒸気を発生させ、その金属蒸気をポリプロピレンフィルム2の面2aに蒸着させる。金属蒸気生成部104bは、電極取り出し部3bの材料である金属(アルミニウム)を熱して蒸発させて金属蒸気を発生し、金属蒸気生成部104aによってポリプロピレンフィルム2の面2a上に先に形成された金属蒸着層3a上に重ねて蒸着される。これにより、電極取り出し部3b部分の金属蒸着層は、それ以外の部分の金属蒸着層よりも厚くなり、ヘビーエッジ構造が形成される。なお、金属蒸気生成部104a、104bで発生した金属蒸気は、ポリプロピレンフィルム2の面2a上に形成されたオイルマスク以外の部分に付着することで金属蒸着電極3を形成する。冷却ロール104cはポリプロピレンフィルム2に当接してポリプロピレンフィルム2を冷却する。
金属蒸気の温度は、流す電流量(通電量)に応じて高くなる。
金属蒸着層3aの厚さは、膜抵抗(単位面積当たりの抵抗値)で管理する。抵抗値は厚さに反比例するので、膜抵抗が低いほど,膜厚は厚いという関係になる。
ポリプロピレンフィルム2に蒸着部104で金属蒸着電極3が形成されることで形成された金属層一体型ポリプロピレンフィルム1は、巻き取りロール105に搬送され巻き取られる。
上記製造装置を用い、ポリプロピレンフィルムの一方の表面上に金属蒸着電極を形成し、金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得た。本実施例では、金属層一体型ポリプロピレンフィルムの製造装置において、冷却ロール104cの温度は-18℃であり、且つ金属蒸気生成部104aにおけるアルミニウムワイヤー(直径1.3mm)の供給速度は370mm/分であった。
<実施例2>
混合比率が質量比で樹脂A:樹脂B=65:35である樹脂組成物に代えて、樹脂C:樹脂D=65:35を使用し、キャスト原反シートのMD方向(流れ方向)の延伸倍率を4.5倍に変更する以外は実施例1と同様にして、ポリプロピレンフィルム及び金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得た。
<実施例3>
キャスト原反シートのMD方向(流れ方向)の延伸倍率を4.3倍に変更する以外は実施例2と同様にして、ポリプロピレンフィルム及び金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得た。
<比較例1>
キャスト原反シートのMD方向(流れ方向)の延伸倍率を5.0倍に変更する以外は実施例2と同様にして、ポリプロピレンフィルム及び金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得た。
<比較例2>
キャスト原反シートのMD方向(流れ方向)の延伸倍率を4.3倍に変更し、且つ冷却ロール104cの温度を-24℃に変更する以外は実施例2と同様にして、ポリプロピレンフィルム及び金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得た。
<比較例3>
キャスト原反シートのMD方向(流れ方向)の延伸倍率を4.5倍に変更し、冷却ロール104cの温度を-24℃に変更し、且つ金属蒸気生成部104aにおけるアルミニウムワイヤーの供給速度を460mm/分に変更する以外は実施例2と同様にして、ポリプロピレンフィルム及び金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得た。
<比較例4>
キャスト原反シートのMD方向(流れ方向)の延伸倍率を4.3倍に変更し、冷却ロール104cの温度を-24℃に変更し、且つ金属蒸気生成部104aにおけるアルミニウムワイヤーの供給速度を460mm/分に変更する以外は実施例2と同様にして、ポリプロピレンフィルム及び金属層一体型ポリプロピレンフィルムを得た。
(3)コンデンサの作製
実施例、比較例で作成した金属層一体型ポリプロピレンフィルムを30mm幅にスリットした。次に、2枚の金属層一体型ポリプロピレンフィルムを相合わせた。株式会社皆藤製作所製自動巻取機3KAW-N2型を用い、相合わせた前記金属層一体型ポリプロピレンフィルムを、巻き取り張力176g、接圧255g、巻き取り速度4m/sにて、1350ターン巻回を行った。素子巻きした素子は、荷重5.9kg/cm2でプレスしながら120℃にて15時間熱処理を施した。その後、素子端面に亜鉛金属を溶射した。溶射条件としては、フィード速度20mm/s、溶射電圧22V、溶射圧力0.4MPaとし、厚さ0.7mmになるよう溶射を行った。こうして扁平型コンデンサを得た。扁平型コンデンサの端面にリード線をはんだ付けした。その後、扁平型コンデンサをエポキシ樹脂で封止した。エポキシ樹脂の硬化は、90℃で2.5時間加熱した後、さらに、120℃で2.5時間加熱して行った。出来上がったコンデンサの静電容量は、50μFであった。
(4)測定方法及び評価方法
実施例及び比較例で得られたポリプロピレンフィルム、金属層一体型ポリプロピレンフィルム、及びコンデンサについて、各種測定及び評価を行った。方法は、次のとおりである。
(4-1)フィルム厚さの測定
ポリプロピレンフィルム及び金属層一体型ポリプロピレンフィルムの厚さは、シチズンセイミツ社製の紙厚測定器MEI-11を用いて100±10kPaで測定したこと以外、JIS-C2330に準拠して測定した。
(4-2)弾性率の測定
ポリプロピレンフィルム及び金属層一体型ポリプロピレンフィルムの弾性率は、JIS K 7127:1999に準拠して測定した。具体的には、各フィルムから、長さ150mm、幅10mmの矩形のサンプルを切り出した。このとき、MD方向が長さ方向となるようにサンプルを切り出した。サンプルを、引張試験機(株式会社エー・アンド・デイ製 テンシロン万能試験機 RTG-1210)のチャックにチャック間距離50mmでセットした後、試験速度300mm/minで引張試験を行った。引張試験の際の温度は23℃であった。引張試験におけるサンプル破壊時の荷重値を、引張試験前におけるサンプルの断面積(引張試験前におけるサンプルの厚さ×幅10mm)で除すことによって、弾性率(GPa)を算出した。引張試験は5回行い、その平均値を弾性率(GPa)とした。
(4-3)表面の突出部山高さ(Rpk)の測定
金属層一体型ポリプロピレンフィルムの金属層側表面における突出部山高さ(Rpk)を、下記測定方法により測定した。すなわち、光干渉式非接触表面形状測定機として株式会社菱化システム製の「VertScan2.0(型式:R5500GML)」を使用した。測定用サンプルとして、金属層一体型ポリプロピレンフィルムを流れ方向20cm程度の任意の大きさに切り出し、シワを十分に伸ばした状態で、静電密着板などを利用して測定ステージにセットした。
計測にはWAVEモードを用い、530whiteフィルタ及び1×BODYの鏡筒を適用し、10倍対物レンズを用いて、一視野あたり(353.16μm×470.92μm)の計測を行った。この操作を測定用サンプルの表面の流れ方向・幅方向ともに中央となる箇所から流れ方向に1cm間隔で10箇所について行った。
次いで、得られたデータに対して、メディアンフィルタ(3×3)によるノイズ除去処理を行ない、その後、カットオフ値30μmによるガウシアンフィルタ処理を行い、うねり成分を除去した。これにより、表面の状態を適切に計測できる状態とした。
次いで「VertScan2.0」の解析ソフトウェア「VS-Viewer」のプラグイン機能「ベアリング」にある、「ISOパラメータ」を用いて解析を行い、Rpkを求め、上記10箇所で得られた値の平均値を算出して、金属層一体型ポリプロピレンフィルムの金属層側表面における突出部山高さ(Rpk)とした。
(4-4)膜抵抗の測定
株式会社三菱ケミカルアナリテック製、低抵抗 抵抗率計ロレスタGX MCP-T610を用い、作製した金属層一体型ポリプロピレンフィルムにプローブ当てて測定した。測定は、フィルム幅方向の中央付近のアクティブ部で行い、それぞれ5箇所の平均値を、膜抵抗とした。
(4-5)静電容量変化率の測定
コンデンサの試験前の初期静電容量を、日置電機株式会社製LCRハイテスター3522-50を用いて測定した。次に、コンデンサに室温で1000Vの直流電圧を10秒印加した。電圧印加後のコンデンサの静電容量を同様に測定し、試験前後の容量変化率を、次の式:(静電容量の変化率)=[(電圧印加後の静電容量)-(初期静電容量)]/(初期静電容量)×100(%) により算出した。
(4-6)耐電圧性の測定
(4-6-1)試験1(ステップアップ試験)
コンデンサの耐電圧性を電圧ステップアップ試験により測定した。具体的には、次のようにして測定した。得られたコンデンサを、恒温槽内に入れて、あらかじめ105℃にて予熱した後、恒温槽から取り出し、日置電機株式会社製LCRハイテスター3522-50にて静電容量を測定した(初期静電容量)。次に、105℃の恒温槽中にて、コンデンサに600Vの直流電圧を1時間印加した。電圧印加後のコンデンサを恒温槽から取り出し、静電容量を同様に測定し、試験前後の容量変化率を、次の式:(静電容量の変化率)=[(電圧印加後の静電容量)-(初期静電容量)]/(初期静電容量)×100(%) により算出した。ついで、コンデンサを再度恒温槽内に戻し、650Vの直流電圧を1時間印加し、静電容量を同様に測定した。電圧を50Vずつ上げ、容量変化率が-10%になるまで、この操作を繰り返し行い、累積的に電圧を印加した。容量変化率が-10%になったときの電圧を、作製した金属層一体型ポリプロピレンフィルムの厚さで除すことによって、耐電圧性を求めた。試験は2個のサンプルで行い、その平均値により評価した。
(4-6-2)試験2(短時間耐圧試験)
コンデンサの耐電圧性を短時間耐圧試験により測定した。具体的には、次のようにして測定した。得られたコンデンサの試験前の初期静電容量を、日置電機株式会社製LCRハイテスター3522-50を用いて測定した。次に、コンデンサに室温で1000 Vの直流電圧を10秒印加した。電圧印加後のコンデンサの静電容量を同様に測定し、試験前後の容量変化率を、次の式:(静電容量の変化率)=[(電圧印加後の静電容量)-(初期静電容量)]/(初期静電容量)×100(%) により算出した。次に、1050Vの直流電圧を10秒印加し、静電容量を同様に測定した。電圧を50Vずつ上げ、容量変化率が-2%になるまで、この操作を繰り返し行い、累積的に電圧を印加した。容量変化率が-2%になったときの電圧を、作製した金属層一体型ポリプロピレンフィルムの厚さで除すことによって、耐電圧性を求めた。試験は2個のサンプルで行い、その平均値により評価した。
(4-7)加工適性(コンデンサ素子端面の座屈と皺入りの程度)の評価
コンデンサの端面の形状安定性を評価した(目視評価)。評価基準は以下の通りである。
○:座屈、皺がほぼない。
×:座屈、皺が多い。
(5)測定及び評価の結果
結果を表2に示す。表2中、PPフィルムはポリプロピレンフィルムを示し、MFは金属層一体型ポリプロピレンフィルムを示す。
Figure 0007651985000002
1 金属層一体型ポリプロピレンフィルム
2 ポリプロピレンフィルム
3 金属蒸着電極
3a 金属蒸着層
3b 電極取り出し部
4 絶縁マージン

Claims (12)

  1. ポリプロピレンフィルムと、前記ポリプロピレンフィルムの片面又は両面に積層された金属層とを有する金属層一体型ポリプロピレンフィルムであって、
    前記金属層一体型ポリプロピレンフィルムの第一方向の引張弾性率(弾性率A)が3.27~3.80GPaであり、
    前記弾性率Aは以下の方法により測定される値である、
    、金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
    (弾性率Aの測定方法)
    弾性率Aは、JIS K 7127:1999に準拠して、次のように測定する。金属層一体型ポリプロピレンフィルムから、長さ150mm、幅10mmの矩形のサンプルを切り出す。このとき、第一方向が長さ方向となるようにサンプルを切り出す。サンプルを、引張試験機(株式会社エー・アンド・デイ製 テンシロン万能試験機 RTG-1210)のチャックにチャック間距離50mmでセットして、試験速度300mm/minで引張試験を行う。引張試験の際の温度は23℃とする。引張試験におけるサンプル破壊時の荷重値を、引張試験前におけるサンプルの断面積(引張試験前におけるサンプルの厚さ×幅10mm)で除すことによって、弾性率(単位はGPa)を算出する。引張試験は5回行い、その平均値を弾性率A(GPa)とする。
  2. 前記ポリプロピレンフィルムの第一方向の引張弾性率(弾性率B)が2.70~3.30GPaであ前記弾性率Bは以下の方法により測定される値である、請求項1に記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
    (弾性率Bの測定方法)
    弾性率Bは、JIS K 7127:1999に準拠して、次のように測定する。ポリプロピレンフィルムから、長さ150mm、幅10mmの矩形のサンプルを切り出す。このとき、第一方向が長さ方向となるようにサンプルを切り出す。サンプルを、引張試験機(株式会社エー・アンド・デイ製 テンシロン万能試験機 RTG-1210)のチャックにチャック間距離50mmでセットして、試験速度300mm/minで引張試験を行う。引張試験の際の温度は23℃とする。引張試験におけるサンプル破壊時の荷重値を、引張試験前におけるサンプルの断面積(引張試験前におけるサンプルの厚さ×幅10mm)で除すことによって、弾性率(単位はGPa)を算出する。引張試験は5回行い、その平均値を弾性率B(GPa)とする。
  3. 金属層側表面における突出部山高さ(Rpk)が0.050~0.078μmである、請求項1又は2に記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
  4. 膜抵抗が1~25Ω/sqである、請求項1~3のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
  5. 前記弾性率Aが3.28~3.60GPaである、請求項1~4のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
  6. 金属層側表面における突出部山高さ(Rpk)が0.059~0.078μmである、請求項1~5のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
  7. 前記ポリプロピレンフィルムが二軸延伸フィルムである、請求項1~6のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
  8. 前記ポリプロピレンフィルムの厚さが0.8~3.5μmである、請求項1~7のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
  9. 前記ポリプロピレンフィルムが単層フィルムである、請求項1~8のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
  10. コンデンサ用である、請求項1~9のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルム。
  11. 請求項1~10のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルムを含む、コンデンサ。
  12. 請求項1~10のいずれかに記載の金属層一体型ポリプロピレンフィルムの巻回物を含む、請求項11に記載のコンデンサ。
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