JPH01236611A - 無外装コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は新規なポリエステルフィルムコンデンサに関す
る。更に詳しくは、外装を必要としないポリエステルフ
ィルムコンデンサに関するものである。

［従来の技術］ 誘電体として、２軸配向ポリエステルを用いたコンデン
サはよく知られている。これらのコンデンサの外装方法
としては、コンデンサ素子を樹脂にディッピングあるい
はモールディングして包み込む樹脂デイツプ外装や樹脂
モールド外装、ざらには金属あるいは樹脂よりなる容器
にコンデンサ素子を収納密閉する金属ケース外装、樹脂
ケース外装が一般的に採用されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、最近の電子機器の小型化、軽徂化の要求
に対し、外装にともなう寸法、重量の増大が無視できな
くなってきており、上記従来の外装されたコンデンサで
はこのような要求を十分満足させることは出来ないとい
う欠点があった。

本発明の目的は、誘電体のポリエステルフィルムに外８
８Ｍ能を付与することで、コンデンサ素子を作る時の巻
回性や耐電圧、静電容量等の電気特性を低下させずにコ
ンデンサの小型化と外装工程の省略化を行なうことにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ポリエステルフィルム層の両面に熱接着層が
積層された複合フィルムで、該複合フィルムの表面粗さ
Ｒａが０．０１０〜０．３００μｍ、ＭＤ方向の熱収縮
率が５〜２５％、ＴＤ力方向熱収縮率が２〜２０％で、
かつＭＤ力方向熱収縮率≧ＴＤ方向の熱収縮率であるポ
リエステル複合フィルムを用いたことを特徴とする無外
装コンデンサに関するものである。

本発明の誘電体を構成する複合フィルムとは、ポリエス
テルフィルム層の両面に熱接着層が積層されたものであ
る。

本発明にあけるポリエステルとは芳香族ジカルボン酸を
主たる酸成分とし、アルキレングリコールを主たるグリ
コール成分とするポリエステルである。代表的なポリエ
ステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエ
チレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポ
リエチレン−α。

β−（２−クロルフェノキシ）エタン４．４′−ジカル
ボン酸成分などあるが、特に好ましいのはポリエチレン
テレフタレートである。また、このポリエチレンテレフ
タレートは、８５モル％以上、好ましくは９０モル％以
上、ざらに好ましくは９５モル％以上がエチレンテレフ
タレートを繰り返し単位とするものであるが、この限定
量範囲内で他種のジカルボン酸成分、あるいはジオール
成分と置き替えてもよい。

本発明における熱接着層とは、前記の基材となるポリエ
ステルフィルムよりも軟化点又は融点が低ければよく、
ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカー
ボネートなどの電気特性に優れた熱可塑性ポリマからな
るフィルム層が挙げられる。この中でも本発明の誘電体
を構成する複合フィルムを安定して作り、かつ耐電圧が
高く、静電容量低下の小さいコンデンサとするためには
、ポリエステルが好ましい。特に、融点１６０〜２３０
℃の共重合ポリエステルが好ましい。かかる共重合ポリ
エステルは下記酸成分１種または２種以上およびジオー
ル成分１種または２種以上共重合させて作ることができ
る。

一酸成分一 テレフタル酸、イソフタル酸、２，６ナフタレンジカル
ボン酸、１．５−ナフタレンジカルボン酸、２．７−ナ
フタレンジカルボン酸、４，４′−ジフエニルジカルボ
ン酸、４，４′−ジフェニルスルホンジカルボン酸、４
．４′−ジフェニルエーテルジカルボン酸、α−β−ヒ
ドロキシエトキシ安息香酸アジピン酸、アゼライン酸、
セバヂン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロ
イソフタル酸、ε−オキシカプロン酸、１〜リメリツト
酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、α、β−ビスフエ
ノキシエタンー４，４′　ジカルボン酸、α、β−ビス
（２−クロルフェノキシ）エタン−４，４′ジカルボン
酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸など。

一グリコール成分− エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレン
グリコール、ヘキサメチレングリコール、デカメチレン
グリコール、ネオペンチレンゲリコール、１，１−シク
ロヘキサンジメタツール、１゜４−シクロヘキサンジメ
タツール、２，２−ビス（４−β−ヒドロキシエトキシ
フェニル、）プロパン、ビス（４−β−ヒドロキシエト
キシフェニル）スルホン、ジエチレングリコール、トリ
エチレングリコール、ペンタエリスリトール、トリメチ
ロールプロパン、ポリエチレングリコールなと。

上記内層用ポリエステルおよび熱接着層用ポリエステル
の溶融粘度（２９０℃、ズリ速度２００／ｓｅｃ　）　
　は５００〜８０００ポイズの範囲のものが本発明の内
容に適しているが、後述の複合フィルムを安定して作る
ためには、内層用ポリエステルと熱接着用ポリエステル
との溶融粘度はできるだけ差が小さい方がよい。

本発明の誘電体を構成するポリエステルフィルム層と熱
接着層は、ラミネート加工、コーティング加工、共押出
による複合等のどのような方法でも良いが、押し出しに
よる複合製膜が最も好ましい。上記複合製膜による複合
フィルムは、ポリエステルと熱接着層用ポリエステルと
を複数の押出機および／またはギアポンプを用いて口金
または口金以前に溶融状態で合流させた後、押し出して
未延伸シートを１ｑ、そのあと少なくとも一軸方向に延
伸、配向させて得られる。

本発明の誘電体を構成する複合フィルムの表面粗さＲａ
は０．０１０〜０．３００μｍ、好ましくは０．０２０
−０．２００μｍの範囲にあることが必要である。表面
粗さＲａが０．０１０μｍより小さいと該フィルムのす
べり性が極端に悪くなり、゛しわ゛などができやすくな
るため、コンデンサ製造における素子巻時の巻回性が著
しく低下し、また、さらに耐電圧が低く静電容量低下の
大きいコンデンサとなってしまう。表面粗ざＲａが０．
３００μｍより大きくなると逆にすべり過ぎにより素子
巻時の巻回性がやはり悪くなる。

本発明の誘電体を構成する複合フィルムの熱接着層には
無機不活性粒子を添加することが好ましい。この場合、
平均粒子径０．１〜２．５μｍ、より好ましくは０．２
〜２．０μｍの不活性無機粒子を０．０２〜０．５重量
％、より好ましくは０．０３〜０．３重量％含有させる
。平均粒子径が上記範囲より小さいと該フィルムの表面
粗ざＲａが小ざくなり、すべり性が悪く、ひいてはコン
デンサ製造における素子巻時の巻回性が著しく低下し、
ざらに巻回時のフィルムの゛しわ゛などが出来やすくな
るため耐電圧が低く静電容量低下の大きいコンデンサと
なってしまう。また、平均粒子径が上記範囲より大きい
と該フィルムの表面粗ざＲａが大きくなり、すべり過ぎ
により素子巻ａ４の巻回性がやはり悪くなる。さらに不
活性無機粒子の含有量が上記範囲以外であると上記範囲
の表面粗ざＲａを持っ′た複合フィルムを得ることがで
きず、従ってコンデンサ製造における素子巻時の巻回性
が著しく悪く、また、耐電圧が低く静電容量低下の大き
いコンデンサしか得られない。また、上記不活性無機粒
子としてはシリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、カオリ
ン、酸化チタン等挙げられるがこのうちではシリカが好
ましい。また、上記不活性無機粒子は内層用ポリエステ
ルには含有させない方がコンデンサとしたときの耐電圧
を高く維持させるために好ましい。

゛本発明の誘電体を構成する複合フィルムには、公知の
添加剤、たとえば、耐熱添加剤、紫外線吸収剤、酸化防
止剤、有機の添加剤等を含有させてもよい。

本発明の誘電体を構成する複合フィルムの熱収縮率は、
艮ざ方向（ＭＤ）が５〜２５％、幅方向（ＴＤ＞が２〜
２０％、好ましくは艮ざ方向（ＭＤ）が５〜２０％、幅
方向（ＴＤ＞が２〜１５％であり、かつＭＤ≧ＴＤであ
ることが必要である。

各々の熱収縮率が上記範囲より小さいと、誘電体を構成
する複合フィルムと金属箔との密着性が不十分となり、
俊速する熱プレスをした復でも耐電圧が低く静電容量低
下の大きいコンデンサとなってしまう。一方各々の熱収
縮率が上記範囲より大きいと、熟プレス時の過度の巻締
りにより、複合フィルムと金属との密着がアンバランス
となるため耐電圧が低く、静電容量低下の大きいコンデ
ンサどなる。特にＭＤ方向の熱収縮率が上記範囲より大
きいと素子巻時の張力の設定が難しく作業性が悪くなる
。ざらに、上記熱収縮率はＭＤ≧ＴＤであることが必要
である。ＴＤの熱収縮率が〜ＩＤの熱収縮率より大きい
と、熱プレスによる素子内での“収縮しわ″が発生し、
やはり静電容量低下の大きいコンデンサとなる。

本発明の誘電体を構成する複合フィルムの厚さは、１．
０〜３０μｍが好ましい。

本発明の誘電体を構成する複合フィルムの全接着層厚み
は０．４〜１０μｍが好ましい。

次に、本発明の無外装コンデンサの製造方法の一例につ
いて説明する。まずコンデンサとなる複合フィルムの内
層を構成するポリエステルは、テレフタル酸もしくはそ
のアルキルエステルとエチレングリコールとをカルシウ
ム、マグネシウム、マンガン元素などの触媒金属化合物
の存在下１３０〜２６０’Ｃでエステル化またはエステ
ル交換を行なう。次いでアンチモン、ゲルマニウム、チ
タン元素などからなる触媒化合物およびリン化合物を添
加し、高真空下、温度２２０〜３００℃で重縮合向せる
。上記リン化合物の種類としては亜すン駿、リン酸、リ
ン酸トリエステル、ホスホン酸、ホスホネートなどがあ
るが、特に限定されないし、また、これら２種以上併用
してもよい。また、不活性無機粒子はできるだけ添加し
ない方がよい。

次に、複合フィルムの熱接着層を構成する共重合ポリエ
ステルは、テレフタル酸および／またはイソフタル酸と
エチレングリコールおよび／またはジエチレングリコー
ルとをカルシウム、マグネシウム、マンガン元素などの
触媒金属化合物の存在下１３０〜２６０°Ｃでエステル
化またはエステル交換を行なう。次いでアンチモン、ゲ
ルマニウム、チタン元素などからなる触媒化合物および
リン化合物、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、カオ
リン、酸化チタンなどの無機不活性粒子を添加し、高真
空下、温度２２０〜３００℃で重縮合させる。上記リン
化合物の種類としては亜リン酸、リン酸、リン酸トリエ
ステル、ホスホン酸、ホスホネートなどがあるが、特に
限定されないし、また、これら２種以上併用してもよい
。

このようにして作った内層用ポリエステルおよび熱接着
層用共重合ポリエステルを各々常法に従い充分真空乾燥
し、２台の押出機に各々供給し、口金以前に溶融状態で
合流させて、口金から溶融押出し、冷却固化せしめて、
熱接着層／ポリエステル層／熱接着層の３層複合未延伸
シートを作る。

この未延伸シートを周知の方法で一軸延伸または二軸延
伸せしめる。

延伸倍率は、−軸延伸の場合、一方向に２〜４゜５倍、
二軸延伸の場合、まず一方向に２．５倍〜４．５倍延伸
した後、該方向と直角方向に３〜４゜５倍延伸する。こ
の二軸延伸フィルムをざらに長手方向に１．０５〜１．
５倍延伸してもよい。。

延伸温度は７０〜１３０℃の範囲でよく、また延伸速度
は１０３〜５Ｘ１０５％／分の範囲が好適である。また
二輪延伸フィルムをさらに長手方向に延伸する場合の温
度は１００〜１５５℃にするのがよい。

次ぎに、この延伸フィルムを熱固定のために熱処理をす
る。熱処理条件は温度が１１０〜２００°Ｃ１時間が０
．５〜３０秒である。この後、同上熱処理温度で幅方向
に１〜１５％の弛緩を与えてやることが本発明の目的を
得るために特に好ましい。

熱処理されたフィルムをコアに巻取ることにより本発明
の複合フィルムを得ることができる。

次ぎに、かくして得られたフィルムを誘電体とし、金属
箔を導電体とし、リード線を挿入して巻回し同円状の素
子を１ｑる。このコンデンサ素子に１５０〜２２０℃、
圧力０．５〜５０ＫＭｃｍ２をかけてプレスし、扁平に
つぶした復マーキングして最終製品の無外装コンデンサ
を得ることができる。この無外装コンデンサに対して従
来の外装を必要とするコンデンサは、ポリエステルフィ
ルムと金属箔の間にリード線を挿入して同時に巻取り、
テーピングし、熱プレスを実施し、さらに外装するため
にエポキシ樹脂で下地コーティングの後に樹脂を硬化さ
せ、続けて再び仕上樹脂コーティングと固化を繰り返し
た後マーキングして製品とするといった多くの工程が必
要である。

［特性の測定方法および効果の評価方法］（１）表面粗
ざＲａ Ｊ　ｌ５−Ｂ−０６０１に従って触針式表面粗ざ計を用
いて測定した。なお、カットオフは０．２５ｍｍ、測定
長は４ｍｍとした。

（２）熱収縮率 試料フィルムを測定方向に幅１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ
に切り、長さ方向に１００ｍｍの間隔に標線を入れ、そ
の間隔を測定する（これをＡｍｍとする）。この試料の
先端に４．ＯＱの荷重をかけた状態で１５０℃の熱風オ
ーブン中に３０分間放置した俊、標線間の間隔を測定し
くこれをＢｍｍとする）　、１００ｘ　（Ａ−８＞／Ａ
をもって熱収縮率とした。

（３）不活性無機粒子の平均粒子径 不活性無機粒子をエチレングリコール中または水スラリ
ーとして分散させ、遠心沈降式粒度分布測定装置（堀場
製作所製ＣＡＰＡ５００）を用いて、体積平均径（μｍ
）を算出した。

（４）巻回性（作業性） １２．５ｍｍ幅にスリットした試料フィルムとｇ、５ｍ
ｍ幅のアルミ箔を交互に積層されるよう素子巻機にかけ
（０，０１μＦ設計）、巻取ったコンデンサ素子につい
てフィルムの蛇行による端面ズレを測定した。なお、測
定は１００個について行ない、 コンデンサ素子の端面ズレがＱ、５ｍｍ未満であれば巻
回性：良好、Ｑ、５ｍｍ以上であれば巻回性：不良とし
た。

（５）耐電圧 ０．０１μＦのコンデンサを作り、１００Ｖ／秒の昇圧
速度で直流電圧を荷電していき、コンデンサが破壊する
時の電圧を耐電圧とする。なお、測定はコンデンサ１０
０個について行ない、その平均値を耐電圧とする。当然
ながら、この値が大きいほうがコンデンサとして優れて
いることになる。

（６）静電容量低下率 コンデンサを６０″Ｃ１９５％ＲＨの雰囲気に５ＯＯ時
間おいた後に静電容量を測定し、最初の静電容量からの
低下分を最初の容量で割って１００を乗じて％表示する
。当然ながら、この静電容量低下率が小さいほどコンデ
ンサとして優れていることになる。

［実施例］ 本発明を以下の実施例、比較例を用いて説明するが、本
発明はこれら実施例に限定されるものでない。

実施例１ （１）内層用ポリエステルの１［ テレフタル酸ジメチル１００重量部、エチレングリコー
ル７０重量部、触媒として酢酸カルシウム０．０９重量
部を用いて常法によりエステル交換反応を行ない、その
生成物に三酸化アンチモン０．０３重量部、トリメチル
ホスフェート０．０４重量部を添加し、常法によって重
縮合して溶融粘度１８００ポイズのポリマペレットを得
た（ポリマＡ）。

（２）熱接着層用ポリエステルの調製 テレフタル酸ジメチル８２．５重量部、イソフタル酸ジ
メチル１７．５重量部、エチレングリコール７０重量部
、触媒として酢酸カルシウム０゜０’９重量部を用いて
常法によりエステル交換反応を行ない、その生成物に三
酸化アンチモン０．０３重量部、トリメチルホスフェー
ト０．０４重間部、および二酸化ケイ素（粒子径１．１
μｍ）０゜１０重量部を添加し、常法によって重縮合し
て溶融粘度１８５０ボイズのポリマペレットを１ｑた“
（ポリマＢ）。

（３）複合フィルムの調製 上記内層用ポリエステル（ポリマＡ）を１８０℃、４時
間、熱接着層用ポリエステル（ポリマＢ）を１４０’Ｃ
１３時間、真空乾燥した後、２台の押出機に各々供給し
て２９０℃で溶融押し出しし、ギアポンプ、フィルター
を経由して合流管でポリマＡにポリマＢを複合（厚み比
１：５：１）させ口金からシート状に押し出し、５５°
Ｃの冷却ドラムに巻き付けて未延伸シートを作った。

ついでこの未延伸シートを９０’Ｃにて長手方向に３．
４倍延伸した。この延伸は２組のロールの周速差で行な
われ、延伸速度は２００００％／分であった。この−軸
延伸フィルムをステンタを用いて９５°Ｃにて幅方向に
４．０倍、延伸速度２５００％／分で延伸し、そのまま
熱処理ゾーンへ導き１６０’Ｃ，３秒間の緊張熱固定、
および１６０℃、３秒間のリラックス処理（幅方向５％
）を連続して行ない、厚さ６μｍの二軸配向３層相合フ
ィルムを作った。この複合フィルムの表面粗ざＲａは０
．０３３μｍ、熱収縮率はＭＤ力方向１０゜２％、ＴＤ
力方向９．０％であった。

（４）コンデンサーの製造および評価 （３）項で得られた３層複合フィルムを１２．５ｍｍに
マイクロスリットし、９．５ｍｍのアルミ箔とを交互に
積層し、線径５００μｍのリード線を挿入しながら素子
巻機で巻回した後、巻芯より扱き、熱プレス工程で１Ｋ
ｇ／ｃｍ２の１ノ■圧を加えながら２１０℃で７０秒間
の一体形成を実施し、フォーミング加工した後、定格容
ｆｆ１０．０１μＦの無外装コンデンサーを得た。上記
巻芯より（友いた素子の端面ズレは０．２ｍｍであり良
好であった。この無外装コンデンサー１００個について
耐電圧および容量低下率を測定したところ、耐電圧は１
２５０Ｖ、容量低下率は２．８％と良好であった。

比較例１〜１０、実施例２〜４ 実施例１において熱接着層用ポリエステル（ポリマＢ）
のシリカの添加量を増減したり（比較例１〜３）、不活
性無機粒子の平均粒子径を変えたり（比較例４〜５）、
複合フィルムの製造条件を変更したり（比較例６〜１０
）した以外実施例１と同様にして作成、したコンデンサ
ーは、第１表に示す通り本発明の特許請求範囲のいずれ
かの要件を満たしていないため、コンデンサ製造におけ
る巻回性や耐電圧、静電容量低下率の良好なものは得ら
れなかった。しかし、実施例１において、熱接着層用ポ
リエステル（ポリマＡ）のシリカの添加口を増減した以
外全く同様に作成したコンデンサ（実施例２〜４）は、
表面粗ざＲａや熱収縮率が本発明の特許請求範囲内であ
るため、コンデンサ製造における巻回性や耐電圧、静電
容量低下率の良好なものが得られた。

比較例１１〜１２ 実施例１で用いた内層用ポリエステルあるいは前接＠層
用ポリエステルにのみ単層フィルムはフィルムの構成が
本発明の特許請求範囲の要件を満たしていないため、コ
ンデンサとした時のアルミ箔とリード線との接着保持不
良や誘電体とアルミ箔の接合不良などで、第１表に示す
通り耐電圧や静電容量低下率などの電気特性は全く劣る
ものであった。

［発明の効果］ 本発明は、ポリエステルを内層とし、熱接着性共重合ポ
リエステルを両面に積層した３層複合フィルムを誘電体
とした無外装コンデンサであり、この誘電体を構成する
複合フィルムの表面粗さＲａ、熱収縮率、熱接着層に含
有させる不活性、ｖ洩粒子の粒子径、含有量を最適化し
たことにより、コンデンサ製造における巻回性が良好で
、かつ耐電圧が高く、静電容量低下率の小さいコンデン
サが得られる。

また、外装工程を省略できるのでコンデンサ製造工程の
実質的専有面積が縮小でき、大幅な生産性向上によるコ
ストダウンが計れるという画期的効果を奏するものでお
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリエステルフィルム層の両面に熱接着層が積層
   された複合フィルムで、該複合フィルムの表面粗さＲａ
   が０．０１０〜０．３００μｍ、ＭＤ方向の熱収縮率が
   ５〜２５％、ＴＤ方向の熱収縮率が２〜２０％で、かつ
   ＭＤ方向の熱収縮率≧ＴＤ方向の熱収縮率であるポリエ
   ステル複合フィルムを用いたことを特徴とする無外装コ
   ンデンサ。
2. （２）熱接着層が共重合ポリエステルであることを特徴
   とする請求項１記載の無外装コンデンサ。
3. （３）熱接着層に平均粒子径０．１〜２．５μｍの無機
   不活性粒子を０．０２〜０．５重量％含有したことを特
   徴とする請求項１又は２に記載の無外装コンデンサ。