JP7786471B2 - フィルムコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、フィルムコンデンサに関する。

コンデンサの１種として、可撓性のある樹脂フィルムを誘電体として用いながら、樹脂フィルムを挟んで互いに対向する第１および第２の対向電極を配置した構造のフィルムコンデンサがある。フィルムコンデンサは、例えば、誘電体としての樹脂フィルムを巻回してなる略円柱状の形態をなしており、当該円柱の互いに対向する第１および第２の端面上には、それぞれ、第１および第２の外部端子電極が形成されている。そして、前述した第１の対向電極は第１の外部端子電極と電気的に接続され、第２の対向電極は第２の外部端子電極と電気的に接続されている。

こうしたフィルムコンデンサに用いられる誘電体樹脂組成物として、各々が互いに反応する官能基を有する、少なくとも第１および第２の有機材料を含む２種類以上の有機材料を混合し、かつ互いに架橋させることによって、硬化物が得られるものであって、少なくとも前記第１の有機材料の直鎖方向の炭素繰り返し数が１００以上であり、前記硬化物のガラス転移点が１３０℃以上であり、前記硬化物の絶縁破壊強度が３５０Ｖ／μｍ以上である、樹脂組成物が提案されている（特許文献１）。

国際公開第２０１０／１０１１７０号

一般的なフィルムコンデンサでは、電気的な弱点部の存在や、過電圧が加わることにより絶縁破壊が生じた際、瞬時に周囲の蒸着膜が飛散し絶縁性を回復することが知られている。
この自己回復機能により高い安全性を示すことから、近年、車載用途、太陽光発電用途等での需要が増大しており、特に、高温下、高電界強度下で長時間の連続使用が想定される用途における需要が増大している。
フィルムコンデンサは、蒸着電極が飛散することで絶縁回復をする性質上、絶縁破壊により、有効電極面積が減少し静電容量の低下を伴う。そのため、長時間の連続使用を想定した場合、使用環境下で高い耐圧性を示し、容量減少の小さいものが求められる。しかしながら、本発明者らの検討によれば、従来から知られる誘電体樹脂組成物を用いて形成されるフィルムコンデンサでは、高温下で長時間、電圧を印加し続けた場合における静電容量の減少が大きく、上記条件下での連続使用時間に制約があった。

本発明は、高温下、高電界強度下で長時間、電圧を印加し続けた場合でも容量減少が小さく、長時間の連続使用に耐え得るフィルムコンデンサの提供を目的とする。

本開示のフィルムコンデンサは、
互いに反対側に位置する第１面および第２面を有する誘電体樹脂フィルムと、
前記第１面上に配置された第１金属層と、
前記第２面上に配置された第２金属層と、を備え、
前記誘電体樹脂フィルムの厚さ方向の断面のエネルギー分散型Ｘ線分光法により観察される窒素原子のマッピング像において、全観察面積に対する、窒素原子の凝集領域の面積の割合が、３５％以下である。

また、本開示のフィルムコンデンサは、
互いに反対側に位置する第１面および第２面を有する誘電体樹脂フィルムと、
前記第１面上に配置された第１金属層と、
前記第２面上に配置された第２金属層と、を備え、
前記誘電体樹脂フィルムの厚さ方向の断面のエネルギー分散型Ｘ線分光法により観察される窒素原子のマッピング像において、窒素原子の凝集領域の長径の平均値が、２２０ｎｍ以下である。

本発明によれば、高温下、高電界強度下で長時間電圧を印加し続けた場合でも容量減少が小さいフィルムコンデンサを提供できる。

図１は、本発明のフィルムコンデンサの一例を示す縦断面図である。 図２は、本発明のフィルムコンデンサの一例を示す縦断面図である。 図３は、本発明のフィルムコンデンサの一例を示す縦断面図である。 図４は、本発明のフィルムコンデンサの一例を示す縦断面図である。 図５（ａ）は、試験例３の誘電体樹脂フィルム断面における窒素原子のマッピング像である。図５（ｂ）は、試験例５の誘電体樹脂フィルム断面における窒素原子のマッピング像である。図５（ｃ）は、試験例１１の誘電体樹脂フィルム断面における窒素原子のマッピング像である。

以下、本開示の一態様であるフィルムコンデンサについて詳述するが、本開示はかかる実施形態に限定されない。また、以下の実施形態のフィルムコンデンサおよび各構成要素の形状および配置等は、図示する例に限定されない。

（第１実施形態）
図１、図２、図３は、それぞれ、フィルムコンデンサの断面図である。図１に示すように、フィルムコンデンサ１は、誘電体樹脂フィルム２０と、誘電体樹脂フィルム２０に設けられる第１金属層３１および第２金属層３２とを備える。

一実施形態において、誘電体樹脂フィルム２０は、誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の断面のエネルギー分散型Ｘ線分光法により観察される窒素原子のマッピング像（以下、単に「断面像」ともいう）において、全観察面積に対する、窒素原子の凝集領域２０３の面積の割合が、３５％以下である。上記窒素原子の凝集領域２０３は、断面像の観察領域における、窒素原子の凝集領域以外の領域（以下、「それ以外の領域」ともいう）２０４と比較して、窒素原子の濃度が高い領域と理解され得、代表的には、窒素原子を多く含む異相（代表的には、それ以外の領域２０４と異なる組成を有する相）が存在している領域、または、同相（代表的には、それ以外の領域２０４と同等の組成を有する相）であっても窒素原子が他の部分と比べて相対的に高濃度となっている領域と理解され得る。誘電体樹脂フィルム２０の断面像における、全観察面積に対する窒素原子の凝集領域２０３の面積の割合が前記範囲にあることで、耐電圧性に優れる領域を形成しつつ、耐電圧性に劣る領域が例え生じたとしても均一に分散され得、外部からの電圧が印加された場合でも、耐電圧性に劣る領域への電圧の集中が抑制され得る結果、容量減少が小さく、長時間の連続使用に耐え得るようになると考えられる。

誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の断面像において、全観察面積に対する、窒素原子の凝集領域２０３の面積の割合は例えば２０％以下、とりわけ１５％以下であり、最小の面積割合については限定されない。誘電体樹脂フィルム２０の断面における窒素原子の凝集領域２０３の面積の割合が小さいほど、耐電圧性に劣る領域がさらに均一に分散され得る。したがって、外部からの電圧が印加された場合でも、耐電圧性に劣る領域への電圧電流の集中がさらに抑制され得る結果、さらに容量減少が小さく、長時間の連続使用に耐え得るようになる。なお、窒素原子の凝集領域２０３の面積の割合は、０％以上であり、例えば０．１％以上であってもよい。この場合、誘電体樹脂フィルム２０の滑り性を向上させることができる。

一実施形態において、誘電体樹脂フィルム２０の断面像における窒素原子の凝集領域２０３の長径の平均値は２２０ｎｍ以下である。本実施形態における誘電体フィルムは、前記構成を有するため、耐電圧性に優れる領域を形成しつつ、耐電圧性に劣る領域が均一に分散され得、外部からの電圧が印加された場合でも、耐電圧性に劣る領域への電圧の集中が抑制され得る結果、容量減少が小さく、長時間の連続使用に耐え得るようになると考えられる。

誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の断面像における、窒素原子の凝集領域２０３の長径の平均値は、２２０ｎｍ以下であり、例えば２００ｎｍ以下、更に１６０ｎｍ以下、とりわけ１１０ｎｍ以下であり得、例えば２０ｎｍ以上、さらには４０ｎｍ以上であり得る。窒素原子の凝集領域２０３の長径が小さいほど、耐電圧性に劣る領域がより均一に分散されやすくなり、誘電体フィルムに外部からの電圧が印加された場合でも、耐電圧性に劣る領域への電圧の集中がより抑制されやすくなる結果、さらに容量減少が小さく、長時間の連続使用に耐え得るようになると考えられる。

一実施形態において、誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の断面像において、第１面２０１側の第１部分２０５における窒素原子の凝集領域２０３の面積割合と、第２面２０２側の第２部分２０６における窒素原子の凝集領域２０３の面積割合とは異なる。すなわち、誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の断面像において、第１面２０１側と第２面２０２側の一方において、窒素原子の凝集領域２０３がより少なく存在する。窒素原子の凝集領域が少なく存在することで、応力を緩和する効果が大きくなり、第１領域が少なく存在する側の金属層と誘電体樹脂フィルム２０の間の熱膨張係数の差に起因する静電容量の低下を抑制し得る。

好ましくは、誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の断面像において、第１部分２０５における窒素原子の凝集領域２０３の面積割合は、第２部分２０６における窒素原子の凝集領域２０３の面積割合よりも小さい。誘電体樹脂フィルム２０の第１面２０１上には第１金属層３１が形成されるため、第１部分２０５において、窒素原子の凝集領域２０３の面積割合が小さいことで、第１金属層３１と誘電体樹脂フィルム２０の間の熱膨張率差に起因する静電容量の低下をより効果的に抑制し得る。

第１部分２０５は、図２に示すように、誘電体樹脂フィルム２０の第１面２０２側の部分であり、例えば、第１面２０１から、誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の中央までの部分であり得、さらに、第１面２０１から、誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の１／３までの部分であり得、特に、第１面２０１から、誘電体樹脂フィルム２０の中央方向に１，０００ｎｍまでの部分であり得る。また、第２部分２０６は、誘電体樹脂フィルム２０の第２面２０２側の部分であり、例えば、第２面２０２から、誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の中央までの部分であり得、さらに、第２面２０２から、誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の１／３までの部分であり得、特に、第２面２０２から、誘電体樹脂フィルム２０の中央方向に１，０００ｎｍまでの部分であり得る。第１部分と第２部分とは、重複してもよい。なお、図２には、第１領域および第２領域を図示していない。

誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の断面像における、窒素原子の凝集領域２０３の面積および窒素原子の凝集領域２０３の長径の平均値は、例えば走査透過型電子顕微鏡（以下、「ＳＴＥＭ」と略称することがある）に付属しているエネルギー分散型Ｘ線分光法（以下、「ＥＤＸ」と略称することがある）により測定できる。詳細には、誘電体樹脂フィルム２０の厚さ方向の断面をＳＴＥＭにより観察して、ＥＤＸにより窒素原子の分布状態を測定し、得られる窒素原子のマッピング像において、明度の高い領域を窒素原子の凝集領域２０３として特定する。窒素原子の凝集領域２０３の長径は、窒素原子の凝集領域２０３の外周で区切られる線分のうち、最も長い線分とする。誘電体樹脂フィルム２０あたり、５以上の窒素原子の凝集領域２０３について長径を測定し、その算術平均値を窒素原子の凝集領域２０３の長径の平均値とする。窒素原子の凝集領域２０３の外周は、窒素原子のマッピング像を二値化することなどにより特定してよい。

窒素原子の凝集領域２０３は、互いに独立していてもよく、連結していてもよく、代表的には、少なくとも一部が互いに独立し得る。窒素原子の凝集領域２０３の形状は、例えば、球状、略球状、長球状、扁球状等であり得る。また、窒素原子の凝集領域２０３とそれ以外の領域２０４と、物理的にまたは化学的に結合していてもよく、結合していなくともよく、代表的には化学的に結合し得、とりわけ共有結合により結合し得る。

誘電体樹脂フィルム２０の厚さは、例えば１μｍ以上、とりわけ１．５μｍ以上であり得、例えば５μｍ以下、とりわけ４μｍ以下であり得る。

誘電体樹脂フィルム２０は、第１有機材料と、第２有機材料との硬化物を含み、代表的には、第１有機材料と、第２有機材料との硬化物からなる。

上記第１有機材料は、エポキシ基を有する化合物であってもよい。エポキシ基は、前記第１有機材料において、代表的には、主鎖の末端に結合している。

上記第１有機材料は、直鎖状、分岐鎖状であってよく、代表的には直鎖状である。

上記第１有機材料としては、ポリビニルアセトアセタール等のポリビニルアセタール；フェノキシ樹脂等のポリヒドロキシポリエーテル；ポリエステルポリオール等であり得、とりわけポリヒドロキシポリエーテルであり得る。

上記フェノキシ樹脂は、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＢ、ビスフェノールＣ、ビスフェノールＥ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＧ等のビスフェノール化合物と、エピクロロヒドリンとの反応物であり得る。

上記第１有機材料の重量平均分子量は、例えば７５，０００未満、さらには７０，０００以下、とりわけ４０，０００以下であり得、例えば２，０００以上、とりわけ５，０００以上であり得る。上記第１有機材料の重量平均分子量が小さいほど、誘電体樹脂フィルム２０の製造過程において、未硬化物の組成の均一性が良好になり、得られる誘電体樹脂フィルム２０における窒素原子の凝集領域２０３を小さくできる。

本開示において、重量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィ（ＧＰＣ）により測定することができ、ポリスチレンを標準試料とする換算値として特定できる。

上記第１有機材料としては、１種を用いてもよく、２種以上を用いてもよい。

上記第２有機材料としては、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート；ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート；ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂環式ポリイソシアネート；芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネートの変性体；芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネートの多量体等ポリイソシアネート等が挙げられる。上記第２有機材料としては、とりわけ芳香族ポリイソシアネが挙げられる。前記多量体としては、例えばウレトジオン体等の２量体；アダクト体、イソシアヌレート体、ビウレット体等の３量体；ポリメリックート、芳香族ポリイソシアネートの多量体およびそれらの混合物が挙げられる。

上記第２有機材料としては、１種を用いてもよく、２種以上を用いてもよい。

上記第１有機材料と第２有機材料との質量比を［第１有機材料／第２有機材料］と表現すると、［第１有機材料／第２有機材料］は、例えば１０／９０以上、さらには２０／８０以上、とりわけ３０／７０以上、特に５０／５０以上であり得、例えば９０／１０以下、さらには８０／２０以下、とりわけ７０／３０以下であり得る。

また、上記第２有機材料に含まれるイソシアネート基と上記第１有機材料に含まれる水酸基のモル比を［ＮＣＯ／ＯＨ］と表現すると、［ＮＣＯ／ＯＨ］は、例えば０．９以上、さらには１以上、とりわけ１．１以上であり得、例えば２以下、さらには１．５以下、とりわけ１．３以下であり得る。

誘電体樹脂フィルム２０は、第１有機材料または第２有機材料の未反応物を含んでいてもよい。この場合、誘電体樹脂フィルム２０は、水酸基およびイソシアネート基の一方または両方を有していてもよい。誘電体樹脂フィルム２０における水酸基またはイソシアネート基の存在は、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ－ＩＲ）を用いて確認できる。

誘電体樹脂フィルム２０は、その他の添加剤を含んでいてもよい。上記添加剤としては、相溶化剤やレベリング剤等が挙げられる。かかる相溶化剤としては、後述するＴＥＧＯ（登録商標） ＶａｒｉＰｌｕｓ １２０１ＴＦ(エボニック社製)などがある。

上記添加剤は、上記第１有機材料と第２有機材料との硬化物と物理的または化学的に結合していてもよく、結合していなくともよい。上記添加剤が、水酸基、エポキシ基、シラノール基、カルボキシ基等を有する場合、該添加剤は、上記第１有機材料と第２有機材料との硬化物と化学的に結合（共有結合）し得る。

その他の添加剤を含む場合、その他の添加剤の含有量は、第１有機材料と第２有機材料との硬化物１００質量部に対して、例えば１質量部以上２０質量部以下であってよく、一態様において、好ましくは１質量部以上１５質量部以下、より好ましくは２質量部以上１０質量部以下、さらに好ましくは３質量部以上５質量部以下であり得る。

また、誘電体樹脂フィルム２０は、１２５℃において、電界強度２５７Ｖ／μｍの条件で電圧を印加した場合において、１０００時間後の静電容量の減少率が、例えば５０％未満、代表的には４５％以下、とりわけ１０％以下であり得、理想的には０％以上であり、例えば１％以上であってよい。

また、誘電体樹脂フィルム２０は、１２５℃において、電界強度２２９Ｖ／μｍの条件で電圧を印加した場合において、１０００時間後の静電容量の減少率が、例えば５０％未満、代表的には４５％以下、とりわけ１０％以下であり得、理想的には０％以上であり、例えば１％以上であってよい。

静電容量の減少率は、電圧印加前の静電容量をＣ₀、電圧印加後の静電容量をＣ₁としたとき、以下の式で表され得る。
静電容量減少率（％）＝（Ｃ_０－Ｃ_１）／Ｃ₀×１００

［誘電体樹脂フィルムの製造方法］
誘電体樹脂フィルム２０は、
上記第１有機材料と上記第２有機材料と溶剤と必要に応じて用い得る添加剤とを混合して１次樹脂溶液を調製すること、
上記１次樹脂溶液に対し、上記第１有機材料と上記第２有機材料との反応速度を高めるための処理を行って、２次樹脂溶液を調製すること、
上記樹脂溶液を基材に塗工し塗膜を形成すること、
上記塗膜を乾燥し溶剤を除去して乾燥塗膜を形成すること、および
上記乾燥塗膜を加熱し硬化させて誘電体樹脂フィルム２０を得ること
を含む製造方法により製造できる。

上記第１有機材料および上記第２有機材料としては、上述したものを用い得る。

上記溶剤としては、第１有機材料と第２有機材料とを溶解し得るものを用いることができ、例えば、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン溶剤；テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル溶剤が挙げられる。上記溶剤は、１種を用いてもよく、２種以上を用いてもよい。上記溶剤は、とりわけケトン溶剤とエーテル溶剤とを含み得る。

上記溶剤におけるケトン溶剤の含有率は、例えば１０質量％以上、さらに３０質量％以上、とりわけ４０質量％以上であり得、例えば９０質量％以下、さらに７０質量％以下、とりわけ６０質量％以下であり得る。

上記添加剤としては、上述したものを用い得る。

上記１次又は２次樹脂溶液における第１有機材料と第２有機材料との合計の含有率は、例えば１５質量％以上、２５質量％以下であり得る。

第１有機材料と第２有機材料との反応速度を高めるための処理としては、１次樹脂溶液を比較的高温で長時間撹拌する処理、または、１次樹脂溶液に反応触媒を添加し撹拌する処理が挙げられる。これらの処理を、同時に行ってもよいが、代表的には、いずれかの処理が行われる。

上記比較的高温で長時間撹拌する際の温度は、例えば２８℃以上、代表的には３０℃以上であり得、例えば５０℃以下、代表的には４０℃以下、とりわけ３５℃以下であり得る。上記撹拌する時間は、例えば５時間以上、代表的には７時間以上であり得、例えば２０時間以下、代表的には１５時間以下、とりわけ１２時間以下であり得る。上記条件で１次樹脂溶液を撹拌することにより、第１有機材料と第２有機材料の反応速度を高め得る。

上記触媒としては、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリエチレンジアミン等のアミン化合物；チタンテトラブトキシド、ジブチル錫オキシド、ジラウリン酸ジブチル錫、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸錫、ジブチル錫ジラウレート等の有機金属化合物；塩化鉄、塩化亜鉛等の無機化合物などが挙げられる。前記触媒を１次樹脂溶液に添加することにより、第１有機材料と第２有機材料の反応速度を高め得る。

上記２次樹脂溶液を塗工する前に、高圧ホモジナイズ処理、メカニカルホモジナイズ処理、超音波ホモジナイズ処理を行ってもよい。第１有機材料と第２有機材料の分散性がより高められ得る。

上記２次樹脂溶液を塗工する基材としては、樹脂基材が挙げられ、前記樹脂基材を構成する樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂等が挙げられる。

上記２次樹脂溶液を基材に塗工する方法としては、例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、ロールコート法、ダイコート法、バーコート法等のロールコート法；カーテンコート法；スプレーコート法；ディップコート法等が挙げられる。

上記塗膜を乾燥する温度（乾燥温度）は、５０℃以上１５０℃以下で適宜設定され得る。上記温度範囲で塗膜を乾燥することで、第１有機材料と第２有機材料の分散状態の均一性を保ったまま、乾燥塗膜を得ることができる。

上記乾燥塗膜を加熱し硬化させる温度（硬化温度）は、例えば１００℃以上、さらに１２０℃以上、とりわけ１４０℃以上であり得、例えば１７０℃以下、さらに１６５℃以下、とりわけ１６０℃以下であり得る。上記温度範囲で乾燥塗膜を加熱することで、第１有機材料と第２有機材料の架橋反応が促進され、誘電体樹脂フィルム２０を得ることができる。

特定の理論に拘束されないが、１次樹脂溶液を調製した後、第１有機材料と第２有機材料との反応速度を高めるための処理を行うことで、第１有機材料と第２有機材料との架橋反応が促進されやすくなると考えられる。また上記塗膜を乾燥させる際、特定の乾燥温度とすることで、一部の第１有機材料と第２有機材料が反応し得、第１有機材料と第２有機材料の分散状態が緩く固定されると考えられる。そして、その後の工程において第１有機材料と第２有機材料とを硬化させる際、第１有機材料の分子量が十分に小さければ、第１有機材料と第２有機材料の分散状態が適度に維持されたまま硬化反応が進む結果、第２有機材料由来の部位が凝集（偏析）しても、粗大化することなく分散状態が維持され、得られる誘電体樹脂フィルム２０の断面において、長径の小さな窒素原子の凝集領域２０３を有することになると考えられる。

誘電体樹脂フィルム２０は、互いに反対側に位置する第１面２０１および第２面２０２を有する。

第１金属層３１は、第１面２０１上に配置され、好ましくは第１面２０１上に形成される。

ここで、面上とは、重力方向に規定される鉛直上方のような絶対的な一方向ではなく、当該面を境界とするフィルムコンデンサ１の外側と内側とのうち、外側に向かう方向を指す。したがって、「面上」とは面の向きによって定まる相対的な方向である。また、ある要素に対して「上」には、当該要素と接する直上の位置（on）だけではなく、当該要素とは離れた上方、すなわち当該要素上の他の物体を介した上側の位置や間隔を空けた上側の位置（above）も含む。

第１金属層３１は、例えば、アルミニウム、チタン、亜鉛、マグネシウム、錫およびニッケルからなる群より選択される少なくとも１種である第１の金属を含み得、代表的には、アルミニウムを含み得る。

第１金属層３１の厚さは、例えば、５ｎｍ以上、４０ｎｍ以下であり得る。第１金属層３１の厚さは、第１金属層３１が設けられた誘電体樹脂フィルム２０を厚さ方向に切断し、その切断面を電界放出型走査型電子顕微鏡（以下、「ＦＥ－ＳＥＭ」と略称することがある）等の電子顕微鏡を用いて観察することにより測定できる。

第１金属層３１は、蒸着により形成され得、前記第１の金属を含む金属箔を第１面２０１上に積層することにより形成されてもよい。

第２金属層３２は、第２面２０２上に配置され、好ましくは第２面に対向する。すなわち、第２金属層３２は、第２金属層３２の一方の面が、第２面に向かい合うように配置される。

第２金属層３２は、例えば、アルミニウム、チタン、亜鉛、マグネシウム、錫およびニッケルからなる群より選択される少なくとも１種である第２の金属を含み得、代表的には、アルミニウムを含み得る。

第２金属層３２の厚さは、例えば、５ｎｍ以上、４０ｎｍ以下であり得る。第２金属層３２の厚さは、第２金属層３２が設けられた誘電体樹脂フィルム２０を厚さ方向に切断し、その切断面をＦＥ－ＳＥＭ等の電子顕微鏡を用いて観察することにより測定できる。

第２金属層３２は、蒸着により形成してもよく、前記第２の金属を含む金属箔を第２面２０２上に積層することにより形成してもよい。また、図２に示すように、誘電体樹脂フィルム２０ａの第１面２０１ａ上に第１金属層３１ａを形成して積層フィルムユニット４０ａするとともに、１つの積層フィルムユニット４０ａと他の積層フィルムユニット４０ｂとを、積層フィルムユニット４０ａの第２面２０２ａと積層フィルムユニット４０ｂの第１金属層３１ｂとが対向するように積層して、積層フィルムユニット４０ｂの第１金属層３１ｂを積層フィルムユニット４０ａの第２金属層３２ａとしてもよい。なお、図２には、第１領域２０３および第２領域２０４を図示していない。

（第２実施形態）
図４は、フィルムコンデンサの断面図である。

図４に示すように、本実施形態のフィルムコンデンサ１Ａは、巻回型のフィルムコンデンサであり、第１積層フィルムユニット４１と第２積層フィルムユニット４２とが積層された状態で巻回された積層フィルムユニットの積層体５０と、積層体５０の幅方向Ｗの両端部に接続された第１外部端子電極６１および第２外部端子電極６２と、を備えたフィルムコンデンサである。

第１積層フィルムユニット４１は、第１誘電体樹脂フィルム２１と、第１誘電体樹脂フィルム２１の一方の面に設けられた第１金属層（対向電極）３１Ａとを備え、第２積層フィルムユニット４２は、第２誘電体樹脂フィルム２２と、第２誘電体樹脂フィルム２２の一方の面に設けられた第２金属層（対向電極）３２Ａとを備えている。第１誘電体樹脂フィルム２１を特許請求の範囲に記載される誘電体樹脂フィルムとした場合、第１金属層３１Ａは、特許請求の範囲に記載される第１金属層に該当し、第２金属層３２Ａは、特許請求の範囲に記載される第２金属層に該当する。また、第２誘電体樹脂フィルム２１を特許請求の範囲に記載される誘電体樹脂フィルムとした場合、第２金属層３２Ａは、特許請求の範囲に記載される第１金属層に該当し、第１金属層３１Ａは、特許請求の範囲に記載される第２金属層に該当する。

第１金属層３１Ａと第２金属層３２Ａとは、第１誘電体樹脂フィルム２１または第２誘電体樹脂フィルム２２を挟んで互いに対向している。また、第１金属層３１Ａは、第１外部端子電極６１と電気的に接続されており、第２金属層３２Ａは、第２外部端子電極６２と電気的に接続されている。

第１金属層３１Ａは、第１誘電体樹脂フィルム２１の一方の面において、第１誘電体樹脂フィルム２１の一方側縁にまで届くが他方側縁にまで届かないように形成される。代表的には、第１金属層３１Ａは、第１金属層３１Ａが第１外部端子電極６１と電気的に接続されている側の側縁にまで届くが、反対側の側縁にまで届かないように形成される。第２金属層３２Ａは、第２誘電体樹脂フィルム２２の一方の面において、第２誘電体樹脂フィルム２２の一方側縁にまで届かないが、他方側縁にまで届くように形成される。代表的には、第２金属層３２Ａは、第２金属層３２Ａが第２外部端子電極６２と電気的に接続されている側の側縁にまで届くが、反対側の側縁にまで届かないように形成される。

積層フィルムユニットの積層体５０において、第１積層フィルムユニット４１および第２積層フィルムユニット４２は、互いに幅方向にずらされて積層される。代表的には、第１積層フィルムユニット４１は、第１の金属層３１Ａが第１誘電体樹脂フィルム２１の側縁にまで届いている側の端部が露出するように積層され、第２の積層フィルムユニット４２は、第２金属層３２Ａが第２誘電体樹脂フィルム２２の側縁にまで届いている側の端部が露出するように積層される。このように第１積層フィルムユニット４１および第２積層フィルムユニット４２が積層され、巻回されることによって、積層フィルムユニットの積層体５０となる。積層フィルムユニットの積層体５０において、第１金属層３１Ａおよび第２金属層３２Ａは、端部で露出している。

図４では、第２誘電体樹脂フィルム２２は、第１誘電体樹脂フィルム２１の積層方向Ｔの外側に位置するように積層されて巻回されている。また、第１積層フィルムユニット４１は、第１金属層３１Ａが設けられた面が積層方向Ｔの内側に向くように配置されて巻回され、第２積層フィルムユニット４２は、第２金属層３２Ａが設けられた面が積層方向Ｔの内側に向くように配置されている。

積層フィルムユニットの積層体５０の断面形状は、円形状、楕円形状または長円形状であり得、小型低背化の観点から、代表的には楕円形状、長円形状であり得る。断面形状が円形状の積層体５０をプレスすることにより、断面形状が楕円形状または長円形状の積層体５０とすることができる。また、フィルムコンデンサ１Ａは、巻回軸をさらに備えていてもよい。巻回軸は、積層体５０の中心軸線状に配置され、積層フィルムユニットを巻回する際の巻軸とし得る。

第１外部端子電極６１は、第１金属層３１Ａの露出している端部と接触し、それによって、第１外部端子電極６１と第１金属層３１Ａとが電気的に接続される。代表的には、第１金属層３１Ａは、第１外部端子電極６１に対して幅方向Ｗに突出した状態で、第１外部端子電極６１と接触している。第２外部端子電極６２は、第２金属層３２Ａの露出している端部と接触し、それによって、第２外部端子電極６２と第２金属層３２Ａとが電気的に接続される。代表的には、第２金属層３２Ａは、第２外部端子電極６２に対して幅方向Ｗに突出した状態で、第２外部端子電極６２と接触している。

第１誘電体樹脂フィルム２１および第２誘電体樹脂フィルム２２は、誘電体樹脂フィルム２０と同じ構成を有する。第１誘電体樹脂フィルム２１および第２誘電体樹脂フィルム２２は、互いに異なる構成を有していてもよく、同一の構成を有していてもよく、代表的には同一の構成を有している。

第１誘電体樹脂フィルム２１および第２誘電体樹脂フィルム２２の厚さは、例えば１μｍ以上、とりわけ１．５μｍ以上であり得、例えば５μｍ以下、とりわけ４μｍ以下であり得る。

第１金属層３１Ａおよび第２金属層３２Ａは、例えば、アルミニウム、チタン、亜鉛、マグネシウム、錫およびニッケルからなる群より選択される少なくとも１種を含み得、代表的には、アルミニウムを含み得る。

第１金属層３１Ａおよび第２金属層３２Ａの厚さは、例えば、５ｎｍ以上、４０ｎｍ以下であり得る。第１金属層３１Ａまたは第２金属層３２Ａの厚さは、第１積層フィルムユニット４１または第２積層フィルムユニット４２を厚さ方向に切断し、その切断面をＦＥ－ＳＥＭ等の電子顕微鏡を用いて観察することにより測定できる。

第１金属層３１Ａおよび第２金属層３２Ａは、それぞれ異なる構成を有していてもよく、同一の構成を有していてもよく、代表的には同一の構成を有している。

第１外部端子電極６１および第２外部端子電極６２は、例えば、亜鉛、アルミニウム、錫および亜鉛－アルミニウム合金からなる群より選択される少なくとも１種を含み得る。

第１外部端子電極６１および第２外部端子電極６２は、それぞれ異なる構成を有していてもよく、同一の構成を有していてもよく、代表的には同一の構成を有している。

［フィルムコンデンサの製造方法］
本開示によるフィルムコンデンサ１Ａは、
第１誘電体樹脂フィルム２１および第２誘電体樹脂フィルム２２を製造すること、
第１誘電体樹脂フィルム２１の少なくとも一方の面に第１金属層３１Ａを形成して、第１積層フィルムユニット４１を製造するとともに、第２誘電体樹脂フィルム２２の少なくとも一方の面上に第２金属層３２を形成して、第２積層フィルムユニット４２を製造すること、
第１積層フィルムユニット４１および第２積層フィルムユニット４２を積層し、代表的にはさらに巻回して、積層体５０を製造すること、および、
積層体５０の幅方向の両端部に第１外部端子電極６１および第２外部端子電極６２を形成すること、
を含む製造方法により製造され得る。

第１誘電体樹脂フィルム２１および第２誘電体樹脂フィルム２２は、誘電体樹脂フィルム２０と同じ製造方法により製造され得る。

第１誘電体樹脂フィルム２１の少なくとも一方の面上に第１金属層３１Ａを形成することにより第１積層フィルムユニット４１を作成し、第２誘電体樹脂フィルム２２の少なくとも一方の面上に第２金属層３２Ａを形成することにより、第２積層フィルムユニット４２を作製する。第１金属層３１Ａおよび第２金属層３２Ａは、蒸着により形成され得る。本実施形態による巻回型のフィルムコンデンサを製造する場合、第１金属層３１Ａは、第１誘電体樹脂フィルム２１の一方の面に形成され、幅方向において、第１積層フィルムユニット４１の一方の側縁に届き、第１積層フィルムユニット４１の他方の側縁に届かないように形成される。また、第２金属層３２Ａは、第２誘電体樹脂フィルム２２の一方の面に形成され、幅方向において、第２積層フィルムユニット４２の一方の側縁に届かず、第２積層フィルムユニットの４２他方の側縁に届くように形成される。

第１積層フィルムユニット４１および第２積層フィルムユニット４２を積層し、代表的にはさらに巻回して、積層体５０を製造する。本実施形態による巻回型のフィルムコンデンサ１Ａを製造する場合、第１積層フィルムユニット４１および第２積層フィルムユニット４２を、幅方向に所定の距離だけずらした状態で積層した後、さらに巻回することにより積層体５０（巻回体）を作製する。必要に応じて、巻回軸を用いてもよく、用いなくともよい。積層体５０（巻回体）の断面形状は、円形状でもよく、断面形状が円形状の積層体を幅方向に垂直な方向から挟んで、断面形状が楕円形状または長円形状となるようにプレスしてもよい。

積層体５０の幅方向の両端部に、第１金属層３１Ａまたは第２金属層３２Ａと接触するように第１外部端子電極６１または第２外部端子電極６２を形成する。第１外部端子電極６１および第２外部端子電極６２は、溶射により形成され得る。本実施形態による巻回型のフィルムコンデンサ１Ａを製造する場合、積層体５０の一方の端面に、第１金属層３１Ａと接触するように第１外部端子電極６１を形成し、積層体５０の他方の端面に、第２金属層３２Ａと接触するように第２外部端子電極６２を形成する。

以上により、本開示のフィルムコンデンサが製造される。

図４では、フィルムコンデンサ１Ａは、第１積層フィルムユニット４１および第２積層フィルムユニット４２が積層され巻回された、巻回型のフィルムコンデンサであるが、これに限定されず、第１積層フィルムユニット４１および第２積層フィルムユニット４２が積層された、積層型のフィルムコンデンサであってもよい。

その他の構成による効果は、第１実施形態と同じであるため、その説明を省略する。

本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、第１から第２実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。

本開示は、以下を含む。
［１］互いに反対側に位置する第１面および第２面を有する誘電体樹脂フィルムと、
前記第１面上に配置された第１金属層と、
前記第２面上に配置された第２金属層と、を備え、
前記誘電体樹脂フィルムの厚さ方向の断面のエネルギー分散型Ｘ線分光法により観察される窒素原子のマッピング像において、全観察面積に対する窒素原子の凝集領域の面積の割合が、３５％以下である、フィルムコンデンサ。
［２］全観察面積に対する、前記窒素原子の凝集領域の面積の割合が、２０％以下である、［１］に記載のフィルムコンデンサ。
［３］全観察面積に対する、前記窒素原子の凝集領域の面積の割合が、１５％以下である、［１］または［２］に記載のフィルムコンデンサ。
［４］互いに反対側に位置する第１面および第２面を有する誘電体樹脂フィルムと、
前記第１面上に配置された第１金属層と、
前記第２面上に配置された第２金属層と、を備え、
前記誘電体樹脂フィルムの厚さ方向の断面のエネルギー分散型Ｘ線分光法により観察される窒素原子のマッピング像において、窒素原子の凝集領域の長径の平均値は、２２０ｎｍ以下である、フィルムコンデンサ。
［５］前記窒素原子の凝集領域の長径の平均値は、１１０ｎｍ以下である、［４］に記載のフィルムコンデンサ。
［６］前記第１面側の第１部分における前記窒素原子の凝集領域の面積の割合と、前記第２面側の第２部分における前記窒素原子の凝集領域の面積の割合とは異なる、［１］～［５］のいずれか１つに記載のフィルムコンデンサ。
［７］前記第１部分における前記窒素原子の凝集領域の面積の割合は、前記第２部分における前記窒素原子の凝集領域の面積の割合よりも小さい、［１］～［６］のいずれか１つに記載のフィルムコンデンサ。
［８］前記誘電体樹脂フィルムは、１分子中に２以上の水酸基を有する第１有機材料と、１分子中に２以上のイソシアネート基を有する第２有機材料との硬化物を含む、［１］～［７］のいずれか１つに記載のフィルムコンデンサ。

以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

試験例１
反応容器中に、第１有機材料としてのポリヒドロキシポリエーテル（ビスフェノールＡとエピクロロヒドリンの反応物であるフェノキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）、重量平均分子量１５，０００を６５質量部、第２有機材料としての４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を３５質量部入れ、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）とテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）とを質量比１：１で混合した混合溶剤４００質量部と混合して、１次樹脂溶液を得た。次いで、１次樹脂溶液を３０℃で１０時間撹拌することにより、２次樹脂溶液を得た。

得られた樹脂溶液を、グラビアコーターを用い、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材上に硬化後の厚さが３．５μｍとなるように塗工して塗膜を得、乾燥炉で溶剤を乾燥させて、乾燥塗膜を得た。

得られた乾燥塗膜を硬化させ、誘電体樹脂フィルムを得た。得られた誘電体樹脂フィルムの乾燥面に、厚さが２０ｎｍになるようにアルミニウムを真空蒸着し、アルミニウム層を形成して、積層フィルムユニットを得た。

試験例２～６
第１有機材料としてのポリヒドロキシポリエーテルの重量平均分子量を表１に示す通りに変更したこと以外は、試験例１と同様にして、誘電体樹脂フィルムを得た。また、試験例１と同様にして、誘電体樹脂フィルムの乾燥面にアルミニウム層を形成し、積層フィルムユニットを得た。

試験例７
第１有機材料としてのポリヒドロキシポリエーテルの重量平均分子量を表１に示す通りに変更し、１次樹脂溶液を攪拌する時間を１時間に変更したこと以外は、試験例１と同様にして、誘電体樹脂フィルムを得た。また、試験例１と同様にして、誘電体樹脂フィルムの乾燥面にアルミニウム層を形成し、積層フィルムユニットを得た。

試験例８
第１有機材料としてのポリヒドロキシポリエーテルの重量平均分子量を表１に示す通りに変更し、配合量を６１．８質量部へと変更した。また、相溶化剤として、ＴＥＧＯ（登録商標） ＶａｒｉＰｌｕｓ １２０１ＴＦ(エボニック社製)を３．２質量部加え、それ以外は、試験例１と同様にして、誘電体樹脂フィルムを得た。また、試験例１と同様にして、誘電体樹脂フィルムの乾燥面にアルミニウム層を形成し、積層フィルムユニットを得た。

試験例９～１１
表１に示すように、第１有機材料としてのポリヒドロキシポリエーテルの配合量を５２～５８．５質量部、相溶化剤としてのＴＥＧＯ（登録商標） ＶａｒｉＰｌｕｓ １２０１ＴＦ(エボニック社製)の配合量を６．５～１３質量部に変更したこと以外は、試験例８と同様にして、誘電体樹脂フィルムを得た。また、試験例１と同様にして、誘電体樹脂フィルムの乾燥面にアルミニウム層を形成し、積層フィルムユニットを得た。

（静電容量減少率）
試験例１～１１の積層フィルムユニットに対し、温度１２５℃の雰囲気下で、２２９Ｖ／μｍまたは２５７Ｖ／μｍの電圧を１０００時間印加した。電圧印加中におけるフィルムの静電容量の推移を確認した。電圧印加前の静電容量をＣ₀、電圧印加後の静電容量をＣ₁とし、以下の式に基づいて静電容量減少率を算出した。
静電容量減少率（％）＝（Ｃ_０－Ｃ_１）／Ｃ₀×１００

（フィルム内組成均一性の評価）
試験例１～１１の誘電体樹脂フィルムを厚さ方向に切断し、その切断面をＳＴＥＭに付属しているＥＤＸ（ＳＴＥＭ－ＥＤＸ）により観察した。具体的には、試験例１～１１の誘電体樹脂フィルムを、厚さ方向の断面を観察面とする切片に切り出し、ＳＴＥＭ観察用試料支持膜上にピックアップした。次いで、ＳＴＥＭ－ＥＤＸにより、窒素原子の分布状態を測定した。切片の切り出しにはウルトラミクロトームを用い、切片の狙い厚さを８０～１００ｎｍとした。ＳＴＥＭ－ＥＤＸの測定条件として、観察倍率を６０，０００倍、加速電圧を２００ｋＶ、ＳＴＥＭプローブ径を約０．２ｎｍφとし、ＥＤＸ検出器としてシリコンドリフト検出器を用い、ＥＤＸ積算時間を１時間とした。

図５はＳＴＥＭ－ＥＤＸ測定結果であり、観察倍率６０，０００倍、０．０１μｍ／ピクセルのピクセルサイズおよび２５６×２５６の解像度で示した場合に各点（ピクセル）で得られる窒素由来の特性Ｘ線のカウント数を基に窒素原子の分布状態について表したものである。図中の明暗は、明度が高い点ほどカウント数が多く、窒素原子の濃度が高いことを表している。

具体的には、観察倍率６０，０００倍、０．０１μｍ／ピクセルのピクセルサイズおよび２５６×２５６の解像度で示したＳＴＥＭ－ＥＤＸ像において、窒素由来の特性Ｘ線のカウント数が１００ｃｏｕｎｔｓ以上となる点を窒素原子濃度が高い点とし、領域２０３のように連続した窒素濃度の高い点がみられる領域を窒素元素の凝集領域とし、各サンプルについて窒素凝集領域の面積割合、平均長径について算出した。なお、図５（ｃ）に示したように、窒素凝集領域が見られないサンプルについては、窒素凝集領域の面積割合・平均長径をともに０と定義した。

試験例５の誘電体樹脂フィルム断面における窒素原子のマッピング像を図５に示す。図５において、明度と窒素原子の分布濃度とは相関しており、明度が高いほど、窒素原子の分布濃度が高いことを表す。

試験例１～１１の誘電体樹脂フィルム断面における窒素原子のマッピング像に基づき、明度の高い窒素原子の凝集領域２０３とそれ以外の領域２０４の面積をそれぞれ測定し、窒素原子の凝集領域２０３の面積とそれ以外の領域２０４の面積の合計（全観察面積）に対する、窒素原子の凝集領域２０３の面積の割合を算出した。また、窒素原子の凝集領域２０３を５以上選択し、その長径を測定して、平均値を算出した。窒素原子の凝集領域２０３の長径は、各窒素原子の凝集領域２０３の外周で区切られる線分のうち、最も長い線分とした。

表１に記載の窒素原子の凝集領域の平均長径および面積は、（詳細条件）の条件で測定した値を示している。なお、図５(Ｃ)に示したように、窒素原子の凝集が全くみられない状態における第１領域の平均長径、面積割合については０とした。

結果を表１に示す。表１の試験例１～１１のうち、本発明の比較例に該当するものに記号「*」を付して示し、それ以外は本発明の実施例に該当する。

試験例１～５および８～１１は、本発明の実施例であり、窒素原子の凝集領域の面積とそれ以外の領域の面積の合計（全観察面積）に対する、窒素原子の凝集領域の面積の割合（表１において、「窒素凝集領域－面積割合」）が３５％以下であるとともに、窒素原子の凝集領域の長径（表１において、「窒素凝集領域－平均長径」）の平均値が２２０ｎｍ以下であった。また、試験例１～５において、誘電体樹脂フィルムの乾燥面側の表面から深さ１，０００ｎｍの部分における、窒素原子の凝集領域の面積割合は、誘電体フィルムの他方の表面から深さ１，０００ｎｍの部分における、窒素原子の凝集領域の面積割合よりも小さかった。なお、窒素原子の凝集領域の面積割合を測定する深さに関してはフィルムの厚みによって変更することもできる。温度１２５℃において、１，０００時間、電界強度２２９Ｖ／μｍもしくは２５７Ｖ／μｍの条件で電圧を印加した結果、その前後の静電容量の減少率が低下していた。

試験例６、７は、窒素原子の凝集領域の面積とそれ以外の領域の面積の合計（全観察面積）に対する、窒素原子の凝集領域の面積の割合（表１において、「窒素凝集領域-面積割合」）が３５％を超えるとともに、窒素原子の凝集領域の長径の平均値が２２０ｎｍを超える例であり、前記条件で電圧を印加した結果、その前後の静電容量の減少率が大きかった。

１ フィルムコンデンサ
２０、２０ａ、２０ｂ 誘電体樹脂フィルム
２０１、２０１ａ 第１面
２０２、２０２ａ 第２面
２０３ 窒素原子の凝集領域
２０４ 窒素原子の凝集領域以外の領域
２０５ 第１部分
２０６ 第２部分
２１ 第１誘電体樹脂フィルム
２２ 第２誘電体樹脂フィルム
３１、３１ａ、３１ｂ、３１Ａ 第１金属層
３２、３２ａ、３２Ａ 第２金属層
４０、４０ａ、４０ｂ 積層フィルムユニット
４１ 第１積層フィルムユニット
４２ 第２積層フィルムユニット
５０ 積層体
６１ 第１外部端子電極
６２ 第２外部端子電極
Ｗ 幅方向
Ｔ 積層方向

Claims (8)

1. 互いに反対側に位置する第１面および第２面を有する誘電体樹脂フィルムと、
   前記第１面上に配置された第１金属層と、
   前記第２面上に配置された第２金属層と、を備え、
   前記誘電体樹脂フィルムの厚さ方向の断面のエネルギー分散型Ｘ線分光法により観察される窒素原子のマッピング像において、全観察面積に対する窒素原子の凝集領域の面積の割合が、０％以上３０．２％以下である、フィルムコンデンサ。
2. 全観察面積に対する、前記窒素原子の凝集領域の面積の割合が、２０％以下である、請求項１に記載のフィルムコンデンサ。
3. 全観察面積に対する、前記窒素原子の凝集領域の面積の割合が、１５％以下である、請求項１または２に記載のフィルムコンデンサ。
4. 互いに反対側に位置する第１面および第２面を有する誘電体樹脂フィルムと、
   前記第１面上に配置された第１金属層と、
   前記第２面上に配置された第２金属層と、を備え、
   前記誘電体樹脂フィルムの厚さ方向の断面のエネルギー分散型Ｘ線分光法により観察される窒素原子のマッピング像において、窒素原子の凝集領域の長径の平均値は、２２０ｎｍ以下である、フィルムコンデンサ。
5. 前記窒素原子の凝集領域の長径の平均値は、１１０ｎｍ以下である、請求項４に記載のフィルムコンデンサ。
6. 前記第１面側の第１部分における前記窒素原子の凝集領域の面積の割合と、前記第２面側の第２部分における前記窒素原子の凝集領域の面積の割合とは異なる、請求項１～２及び４～５のいずれか１項に記載のフィルムコンデンサ。
7. 前記第１部分における前記窒素原子の凝集領域の面積の割合は、前記第２部分における前記窒素原子の凝集領域の面積の割合よりも小さい、請求項６に記載のフィルムコンデンサ。
8. 前記誘電体樹脂フィルムは、１分子中に２以上の水酸基を有する第１有機材料と、１分子中に２以上のイソシアネート基を有する第２有機材料との硬化物を含む、請求項１～２及び４～５のいずれか１項に記載のフィルムコンデンサ。