JPH09279333A - 金属化フイルムおよびそれを用いたコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】塩素捕獲能を有する有機化合物を０．０２
％〜０．１％重量部含有し、かつ、フイルムの平均表面
粗さＲａが０．１５μｍ以下で、１３５℃のｎ−ヘプタ
ンで抽出した成分の結晶化ピーク温度が８２℃以上であ
る二軸延伸ポリプロピレンフイルムよりなることを特徴
とする金属化フイルム。 【効果】エポキシ系添加物を含有した金属化フイルムは
耐電圧性に優れ、高温でかつ高電位傾度のもとでの長期
課電による絶縁性能の低下が小さく、優れたコンデンサ
特性を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体として２軸
延伸ポリプロピレンフイルムを用いたコンデンサ用の金
属化フイルムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】誘電体層に２軸延伸ポリプロピレンフイ
ルムを用いたコンデンサは誘電損失の温度特性が良好な
こと、Ａｌ、Ｚｎなどからなる蒸着金属層を電極とする
金属化フイルムコンデンサ（以下、ＭＦコンデンサとい
う）は、自己回復機能があり、金属化フイルムを合せ巻
くことにより耐電圧を高められるため小型化できるなど
の理由により広く常用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような金属化ポ
リプロピレンフィルムコンデンサに長期課電すると、時
間の経過にともない、ポリプロピレンフィルムの絶縁耐
力の低下、又、ｔａｎδの上昇による力率の低下などの
問題で必ずしもポリプロピレン固有の優れた電気特性を
十分享受するものではなかった。

【０００４】たとえば特公昭６２−１４５６４号公報の
ようにアイソタクチックペンダント分率が高く、沸騰ｎ
−ヘプタンでの抽出物が少ないものもあるが、絶縁耐力
が高温下での課電において経時とともに低下するという
欠点は改善されない。

【０００５】本発明は、かかる問題点を解決せんとする
ものであり、すなわち本発明の目的は、耐電圧性を向上
させ、かつ絶縁劣化の程度を小さくし、小型化で長寿命
化を達成し得るＭＦコンデンサを得ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、塩素捕獲能を
有する有機化合物を０．０２％〜０．１％重量部含有
し、かつ、フイルムの平均表面粗さＲａが０．１５μｍ
以下で、１３５℃のｎ−ヘプタンで抽出した成分の結晶
化ピーク温度が８２℃以上である二軸延伸ポリプロピレ
ンフイルムよりなることを特徴とする金属化フイルムで
ある。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明における２軸ポリプロピレ
ンフイルムとは、ＭＦＲ（Ｍｅｌｔ Ｆｌｏｗ Ｒａｔ
ｅ）が１〜１０ｇ／１０分（温度：２３０℃、荷重：
２．１６ｋｇｆ）のポリマーであり、ホモポリマー以外
に、プロピレンと他のα−オレフィン重合体（たとえば
エチレン、ブテン等）の共重合、ポリプロピレンと他の
α−オレフィン重合体とのブレンドであっても良い。前
述のポリマーを用いて同時、あるいは逐次のいずれかの
方法で２軸延伸されたフイルムであれば良い。本発明の
場合、特にホモポリマーが好ましく、またアイソタクチ
ック度（以下ＩＩという）は９６％以上が特に好まし
い。またポリマー中にエポキシ系化合物以外に公知の各
種添加剤、例えば熱安定剤、酸化防止剤、結晶核剤等を
添加することもできる。

【０００８】本発明のフイルムでは、フイルム表面の平
均粗さＲａは０．１５μｍ以下でなければならない。Ｒ
ａが０．１５μｍを超えると表面が粗くなりフイルムの
実質厚みが減少し、破壊電圧が低下したり、容量減少が
大きなものになる。なお下限は限定するものではないが
０．０３μｍ程度である。

【０００９】本発明のフイルムのｎ−ヘプタン抽出物の
結晶化ピーク温度（以下Ｔｃと略す）は８２℃以上であ
り、好ましくは８５℃以上である。Ｔｃが８２℃未満で
あると非晶部の結晶化度が小さくなり、絶縁破壊が低下
する。フイルムを構成するポリプロピレンは必ずしもポ
リプロピレンホモポリマーからなる必要はなく、本発明
の目的、効果を損なわない範囲で少量、好ましくは５重
量％以下のポリエチレンやポリ４メチルペンテン１等の
他種ポリオレフィンが混合されてもよい。

【００１０】塩素捕獲能を有する有機化合物とは遊離塩
素と反応し、捕獲する化合物で特に限定されないがエポ
キシ系化合物、不飽和化合物が挙げられるが、なかでも
特にエポキシ系化合物が優れている。塩素捕獲能を有す
る有機化合物は０．０２〜０．１％重量部含有している
ことが必須であり、好ましくは０．０４〜０．０８％で
ある。含有量が０．０２％未満であると、長期課電下に
おいて耐圧の低下が生じ、時には絶縁破壊に至る。含有
量が０．１％を超える時はフイルム表面がベトツキ易く
なる。

【００１１】本発明において、灰分とはフイルムを８０
０℃で熱灰化させた後の残査であり、原料の重合触媒や
添加物による無機成分からなる。本発明のフイルムで
は、フイルムに含まれる灰分は好ましくは４０ｐｐｍ以
下であり、さらに好ましくは３０ｐｐｍ以下である。灰
分が４０ｐｐｍを超えると導電性成分を含むため、フイ
ルム本来の絶縁機能が低下し、絶縁破壊電圧が低いもの
になる可能性がある。

【００１２】本発明のフイルムの面配向度は好ましくは
１０×１０³ 以上であり、より好ましくは１４×１０³
以上である。面配向度が１０×１０³ 未満であるとヤン
グ率が小さく、すなわちフイルムの腰が弱くなり、蒸着
加工時での高温下の抗張力が低下し、熱変形しやすく、
結果として、シワが発生し生産の収率が大幅に下がる。

【００１３】本発明のアイソタクチックペンダット分率
は好ましくは９７％以上であり、より好ましくは９９％
以上である。アイソタクチックペンダット分率が９７％
未満であるとポリプロピレンの立体規則性が低く、２軸
延伸されたフイルムの結晶化度が小さくなる。すなわち
非晶部の絶縁欠陥部分の割合が多くなり絶縁耐力の低下
につながる。

【００１４】蒸着される金属は、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｕもし
くはそれらの合金が最適であるがこれに限定されるもの
ではない。合金の具体例としては、Ａｌ／Ｚｎ、Ｚｎ／
Ｃｕなどをあげることができるがこれらに限定されるも
のではない。

【００１５】フイルムの厚みは特に限定されるものでは
ないが、３〜１２μｍ位の薄いフイルムにおいてその効
果はより顕著である。

【００１６】本発明の金属化フイルムを用いたコンデン
サは含浸、無含浸いずれでもよいが、含浸剤としてはポ
リブテン、ナタネ油、鉱物油などの膨潤性の低い油がよ
り好ましい。またワックスあるいはエポキシ系の固体含
浸剤も好ましい。

【００１７】以下に本発明のコンデンサ用二軸延伸ポリ
プロピレンの金属化フイルムの製造方法の一例について
説明する。但し次の製造方法に限定されるものではな
い。

【００１８】超高活性化触媒を用いて無溶媒の液化プロ
ピレン中で重合、後処理によって作られたＩＩが９７〜
９９．５％、アイソタクチックペンダット分率が９７〜
９９．６％からなるポリプロピレン樹脂を２３０〜２９
０℃に加熱された押出機に供給し、Ｔダイよりシート状
に押出し、表面温度が３０〜９５℃のチルロールに接触
させて冷却固化し、２００〜８００μｍ相当の未延伸フ
イルムを得た。

【００１９】面配向度を高めるにはフイルムを高結晶化
させる程好ましいことから、チルロールでの冷却は徐冷
がよい。但しこの場合はβ晶生成により表面が粗面化す
る傾向にあるため温度の管理徹底が必要である。２軸延
伸フイルムとする場合、上記未延伸フイルムを１２５〜
１５５℃の温度で４〜６倍に長手方向に延伸する。面配
向を高めるには低い温度で高倍率延伸する程よいが、厚
みムラを助長することから加熱温度は１４０〜１５０℃
が好ましく、倍率は４．８〜５．５倍が好ましい範囲で
ある。より好ましくは１４０〜１５０℃で４．８〜５．
５倍延伸後、１４５〜１５４℃で１．０５〜１．１倍再
延伸することである。

【００２０】１３５℃でのｎ−ヘプタンで抽出した成分
のＴｃを高めるには原料の依存が大きいが、溶融ポリマ
ーを冷却する際、徐冷が好ましい。長さ方向の延伸条件
にも依存し、前述の通り再延伸を行なうことが好まし
い。次いで直角方向に１５０〜１７０℃の温度で７〜１
２倍延伸する。１５０〜１６５℃の温度で数％弛緩させ
ながら熱処理をする。Ｔｃを高めるには高温での熱処理
がよいが結晶サイズが大きくなることから１４５〜１５
５℃の温度が好ましい。

【００２１】その後５〜５０Ｗ／ｍ² ／ｍｉｎでフイル
ム表面に空気や各種ガス中でコロナ放電処理を施し、コ
ンデンサ用の２軸延伸ポリプロピレンフイルムを得る。

【００２２】また複合フイルムとする場合は、２台以上
の押出機を用いて短管あるいは口金中で複数を積層して
共押出し延伸する方法、また長手方向に延伸した後、押
出ラミネートして幅方向に延伸する方法などがある。

【００２３】表面にコロナ放電した前述のフイルムにＡ
ｌとＺｎの合金をコロナ放電処理面に蒸着し、金属化フ
イルムとした。

【００２４】

【特性の評価方法および測定方法】次に本発明で使用し
た用語および測定方法を説明する。

【００２５】（１）表面粗さ（Ｒａ） ＪＩＳ−Ｂ０６０１−１９７６に準ずる。但しその時の
カットオフは０．２５ｍｍとした。

【００２６】（２）結晶化ピーク温度 円筒濾紙に５ｇのフイルムを入れ、抽出器にて１３５℃
に沸騰したｎ−ヘプタン８０ｍｌで１２時間抽出する。
この抽出液を蒸発乾固させて抽出物とする。

【００２７】ＰＥＲＫＩＮ ＥＬＭＥＲ社 ＤＳＣ−II
型の走査型示差熱量計を用いて、該抽出物を次の測定条
件にて降温冷却時の発熱ピーク温度をＴｃと定義した。

【００２８】 試料量 ：５ｍｇ 範囲 ：５ｍｃａｌ／ｓｅｃ 昇温速度：２０℃／ｍｉｎ 感度 ：１０ｍＶ 溶融温度、保持時間：２８０℃、５ｍｉｎ

【００２９】（３）灰分 ＪＩＳ−Ｃ２３３０に準ずる。フイルム試料を白金ルツ
ボに入れガスバーナーの炎で焼いた後、８００℃に加熱
された電気炉中で１時間完全灰化する。灰化前後の重量
から下記の式より灰分を計算した。

【００３０】灰分（ｐｐｍ）＝（灰化後の重量／元試料
の重量）×１００

【００３１】（４）配向度 アッペ屈折計を用いて、フイルムの両面をサリチル酸メ
チルでマウントし、長さ方向、横方向、厚さ方向の屈折
率を測定し、次式にて求めた。

【００３２】配向度＝ｎ_y −ｎ_x ｎ_y ：横方向の屈折率 ｎ_x ：縦方向の屈折率

【００３３】（５）蒸着加工ロス率 フイルム厚み５μｍで、幅６３０ｍｍ×長さ３２０００
ｍの製品ロールを真空下で膜抵抗８Ω／□に調整しＡｌ
／Ｚｎの合金蒸着を行なった。この蒸着品を幅５０ｍｍ
×６０００ｍに裁断をした後、シワ欠点による製品のロ
ス率を次式で求めた。

【００３４】シワロス率（％）＝（シワ欠点本数／全リ
ール数）×１００

【００３５】（６）シートＶ−Ｔ破壊率 厚み５μｍのフイルムを１５０ｍｍ×１５０ｍｍサイズ
にサンプリングを行ない、春日電機（株）製ＡＣ耐圧試
験機１５ｋＶの耐圧機を用いて、陽極に５０ｍｍφの黄
銅製電極、陰極に９μｍのＡｌ箔を３ｍｍ厚みのシリコ
ーンゴム上に３枚重ねる。

【００３６】陽極と陰極の間にフイルムをおき、交流で
１ｋＶ課電し、課電後から破壊するまでの時間を測定す
る。６０ｓｅｃで破壊する割合を次式で求めた。

【００３７】シートＶ−Ｔ破壊率（％）＝（６０ｓｅｃ
以下での破壊数／測定総数）×１００

【００３８】（７）耐電圧性 ＺｎとＡｌよりなるアロイ金属の蒸着フイルムを用い３
μＦのコンデンサ素子を作成し、真空下でワックス含浸
をし、エポキシ硬化樹脂で外装した。この含浸コンデン
サ素子を９０℃の雰囲気、０．４ｋＶの電圧下で２００
０時間の連続課電テストを各々５個／１水準とした。課
電後のコンデンサを解体しフイルムシートを取り出し、
銅板上にこのフイルム試料を蒸着面を上に置き、銅板を
陽極、蒸着面を陰極として直流電圧を印加し、３０ｓｅ
ｃ間同じ電圧を印加する。以後５００Ｖずつ電圧を上
げ、各電圧で絶縁破壊した箇所の数を数える。５ケ／ｍ
² 発生した電圧を絶縁破壊電圧値とした。

【００３９】 ◎：２０００時間の課電テストでコンデンサの破壊が０
でかつ、破壊電圧が未課電品比に対し８０％以上である ○：２０００時間の課電テストでコンデンサの破壊が０
でかつ、破壊電圧が未課電品比に対し４０〜８０％未満
である △：２０００時間の課電テストで破壊したコンデンサが
１個かあるいは、破壊電圧が未課電品に対し３０〜４０
％未満である ×：２０００時間の課電テストで破壊したコンデンサが
２個以上かあるいは、破壊電圧が未課電品に対し３０％
以下である。

【００４０】

【実施例】

実施例１ 超高活性化触媒を用いて無溶媒の液化プロピレン中で重
合、後処理によって作られたＩＩが９８．５％、アイソ
タクチックペンタッド分率が９９．４％のＰＰ原粉に酸
化防止剤として“Ｉｒｇａｎｏｘ”１０１０を５０００
ｐｐｍ、熱安定剤としてＢＨＴ４０００ｐｐｍ、環状脂
肪族エポキシ樹脂ＣＹ１７９（チバガイギー製）１００
０ｐｐｍを配合し押出機で溶融、混練しペレット化し
た。このペレットのＭＦＲは１．６ｇ／１０ｍｉｎであ
った。

【００４１】該ＰＰペレットを２７５℃に加熱された押
出機に供給し、Ｔダイよりシート状に押出し、表面温度
が９２℃のチルロールに接触させて冷却固化し、２７０
μｍ相当の未延伸フイルムを得た。

【００４２】この未延伸フイルムを１４０℃の温度で５
倍に長手方向に延伸し、さらに１４７℃で１．０８倍再
延伸した。次いで直角方向に１６２℃の温度で１０．８
倍延伸し、１５５℃の温度で５％弛緩させながら熱処理
をし、厚み５．０μｍのフイルムを得た。このフイルム
の表面にコロナ放電処理を施し巻き取ったフイルムを６
３０ｍｍ×３２０００ｍに裁断し製品とした。

【００４３】表面にコロナ放電した前述のフイルムにＡ
ｌとＺｎの合金を膜抵抗が８Ω／□になるよう調整し、
コロナ処理面に蒸着した。この蒸着品を幅５０ｍｍ×５
５００ｍに裁断し蒸着製品を得た。

【００４４】前記蒸着リールを２枚重で巻き回し、３μ
Ｆのコンデンサ素子を作成した。このコンデンサ素子に
クリスタリンワックスを含浸し、エポキシ系硬化剤で外
装して含浸型コンデンサとした。作成した含浸コンデン
サは１０個であった。

【００４５】雰囲気温度が９０℃に保たれたオーブン内
で０．４ｋＶの交流電圧をそれぞれのコンデンサに２０
００時間にわたって長期課電を行った。結果は表１に示
す通り、課電時におけるコンデンサの破壊はなく、課電
後の絶縁破壊電圧値は未課電品の９５％値と優れた耐圧
特性を有していた。ｔａｎδ、ΔＣについても同様に優
れた特性であった。

【００４６】実施例２ 超高活性化触媒を用いて溶液重合法によって得られたＰ
Ｐ原粉（ＩＩ＝９７．５％）原料を用いた以外は実施例
１に準じた。結果は表１に示した通り、実施例１と同様
に優れたものであった。

【００４７】実施例３ チルロールの温度８８℃以外は実施例１に準じた。結果
は表１に示した通り、実施例１と同様に優れたものであ
った。

【００４８】実施例４ 環状脂肪族エポキシ樹脂ＣＹ１７９（チバガイギー製）
を８５０ｐｐｍ配合した以外は実施例１に準じた。結果
は表１に示した通り、実施例１と同様に優れたものであ
った。

【００４９】比較例１ 原粉に環状脂肪族エポキシ樹脂ＣＹ１７９が添加されて
いないこと以外は実施例１に準じた。結果は表１に示し
た通り、シートＶ−Ｔの破壊率が大きくなり、耐電圧は
低下している。

【００５０】比較例２ 環状脂肪族エポキシ樹脂ＣＹ１７９（チバガイギー製）
を２０００ｐｐｍを配合した以外は実施例１に準じた。
結果は表１に示した通り、コンデンサ特性は優れている
が、蒸着時の面汚れや巻き込みしわが発生し、大量の加
工ロスが生じた 比較例３ チルロールの温度９７℃、長手方向を温度１４５℃で延
伸した以外は実施例１に準じた。結果は表１に示した通
り、面粗さが大きくなり、シートＶ−Ｔ破壊率が大きく
なり、耐電圧は低下している。

【００５１】比較例４ チーグラナッタ系の従来触媒を用いて溶液重合法によっ
て得られたＰＰ原粉（ＩＩ＝９７．３％）原料を用いた
以外は実施例１に準じた。結果は表１に示した通り、原
料灰分が３５ｐｐｍと多く、シートＶ−Ｔ破壊率が大き
くなり、耐電圧は低下している。

【００５２】比較例５ 未延伸フイルムを長て方向に延伸する温度１４５℃で、
倍率を５倍で延伸し、再延伸しない以外は実施例１に準
じた。結果は表１に示した通り、蒸着品でのシワが多
く、加工ロス率が大きなものである。

【００５３】比較例６ チーグラナッタ系の従来触媒を用いて溶液重合法によっ
て得られたアイソタクチック分率が９６．２％の原料を
用いた以外は実施例１に準じた。結果は表１に示した通
り、灰分が４５ｐｐｍと多く、シートＶ−Ｔ破壊率が大
きくなり、耐電圧は低下している。

【００５４】

【表１】

【表２】

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属化フ
イルムは、次のような効果を有する。エポキシ系添加物
を含有した金属化フイルムは耐電圧性に優れ、高温でか
つ高電位傾度のもとでの長期課電による絶縁性能の低下
が小さく、優れたコンデンサ特性を得ることができる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塩素捕獲能を有する有機化合物を０．０
   ２％〜０．１％重量部含有し、かつ、フイルムの平均表
   面粗さＲａが０．１５μｍ以下で、１３５℃のｎ−ヘプ
   タンで抽出した成分の結晶化ピーク温度が８２℃以上で
   ある二軸延伸ポリプロピレンフイルムよりなることを特
   徴とする金属化フイルム。
2. 【請求項２】 塩素捕獲能を有する有機化合物がエポキ
   シ系化合物であることを特徴とする請求項１に記載の金
   属化フイルム。
3. 【請求項３】 フイルム中の灰分が４０ｐｐｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金
   属化フイルム。
4. 【請求項４】 フイルム中の面配向度が１０×１０³ 以
   上であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれ
   かに記載の金属化フイルム。
5. 【請求項５】 アイソタクチックペンダント分率が９７
   ％以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のい
   ずれかに記載の金属化フイルム。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の
   金属化フイルムを用いてなることを特徴とするコンデン
   サ。