JPS59211908A - 油入フイルムコンデンサ - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、ポリプロピレンフィルムを誘電体ノ一部もし
くは全部に採用した油入フィルムコンデンサＣ二係り、
特Ｉ：ポリプロピレンフィルムの内部楠造を改良したも
のに関する。

１発明の技術的背景］ 近年、ポリプロピレンフィルム（以下ＰＰＰと記す）は
、電力用油浸コンデンサ６二幅広く採用されており、例
えば、コンデンサ用クラフト絶縁紙（以下ＫＰと記す）
とＰＰＰを組合せた松合銹電体とするいわゆるフィルム
型コンデンサやＰＰＰのみを誘電体とするオールフィル
ム（以下ＡＰと記す）型コンデンサが製造されている。

最近では、ｈｗ７コンデンサが、電力用コンデンサの主
流となりつつある。これは、一つはＰＰＰの改良（二よ
り、より信頼性の高い電気的ｇユ優れた二軸延伸ＰＰＦ
が得られるようになってきたからで、初期のＡＰ型コン
デンサＳ二比較して約２０多以上も高い運転電位傾度を
とることが可能になってきｆｃ、ためである。こうした
高電位傾度設計の指向は最近特ｉ二顕著であり、それに
対応したＰＰＰの内部構造を物性的観点から明らかにし
てより高い電位傾度で且つ信頼性の高いＰＰＰの開発が
強く望まれるようになってきた。

［背景技術の問題点］ しかしながら、従来の方法等によるＰＰＢｏの改良（例
えば、微量不純物の単なる低減や安定剤等の添加など）
では、絶縁破＃強度、信軸性寿命を向上させることが今
日のＰＰＰの製造技術上極めて困難な状態にあると言わ
ざるを得ない。それ故粗面化ＰＰＰの物性論的観点１例
えばフィルムの内部構造、微細構造の解明といった高度
な基礎研究に基づく絶縁破壊強度、信頼性寿命の改良を
行うことが益々重要視されてきている。

周知のよう６二、ポリプロピレンは結晶性高分子であり
巨視的Ｃ二は結晶部と無定形部とから成り立つている。

未延伸ポリプロピレンでは、一般にその結晶部の絶縁破
壊電圧は高く、無定形部のそれは低いと首われている。

しかしながら、電力用二軸延伸ＰＰＰ　（以下Ｎ０−Ｐ
ＰＰと記す）でＦｉ、性との関係Ｃついては不明な点が
多い。従って、前述した絶縁破壊強度、信頼性寿命の改
良を行うためＣ二、これらＢＯ−ＰＰＰの内部構造を明
かにすることが今後の電力用コンデンサ誘電体の改良の
事要な課題であると百える。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述の点をＩ！；慮してなされたもの
で、ＢＯ−ＰＰＰの結晶化度、結晶サイズおよび結晶部
と無定形部の結合状態勢のフィルム内部構造を明らかｌ
二し、これら物性とＢＯ−ＰＰＰ’の絶縁破壊強度およ
び信頼性を向上させ、油入フィルムコンデンサの電気特
性、（ｉＮ性寿命を大巾に向上させること６二ある。

［発明の概要］ 本発明の油入フィルムコンデンサー二おいては、結晶化
度が６０　％〜８０％の範囲で且つ結晶部を構成する各
微小結晶粒の大きさが９ｏ″ｊＬ〜１３ｏＸの内部構造
をもつ二軸延伸ＰＰフィルムを用いたことを特徴とする
。

［発明の実施例］ 以下本発明の一実施例を説明する。

ＰＰＦＯ製膜法としてｔｉ、大別して、インフレーショ
ン法とテンター法があり、前者は同時二軸延伸、後者は
遂時二軸延伸≦二よってＢＯ−ＰＰＰを製膜する。これ
ら両方法によるＢＯ−ＰＰＰは、若干の物性的な差はあ
るが概略的に見たフィルム内部構造等による顕著な差は
ない。本発明の実施例においては、これら両製法による
ＢＯ−ＰりＦ、を用いて各種実験検討した結果を用いて
詳述する。

（実施例１） ・　第１図は、各棟の条件で製膜されたＢＯ−ＰＰＰの
結晶化度と、その直流破壊電圧（以下ＤＣ−ＢＤＶと記
す）の関係を示す曲線図である。ＢＯ−ＰＰＰの結晶化
度は、ＪＩＢ　Ｋ−７１１２に定められｆＣ２３℃（二
おける密度を測定し、ポリプロピレンの結晶部の密度ρ
Ｃを０．９３６　？／ｅｔＡ　、　無定形部の密渡ρ８
を０、８５６として次式より求めた。

ここでρは、ＢＯ−ＰＰＰの２３℃における密度である
。

ＤＣ−ＢＤＶｉ、ＪＩＢ　Ｃ−２３２０１ｍ定める方法
により求めた。

第１図１＝示す如く、結晶化度とＤＣ−ＨＤＶの関係に
おいては、ある最適値が存在することがわかる。電力用
コンデンサＩ：使用されるＢＯ−Ｐ　Ｐ　Ｐとしては、
その性能上第１図Ｃ二〇印で示すＤＣ−ＢＤＶの平均値
として５００Ｖ／μｍ以上が望ましいと考えられるので
、結晶化度としては、約６０％以上８０係以下の範囲Ｓ
ｌであることが必要である。

望ましくは、およそ６５チ以上７５　ｑＥ以下である。

結晶化度は、ＢＯ−ＰＰＦＯ製膜技術およびポリプロピ
レンの物性的性質がら、アイソタクチック度９０％以上
のポリプロピレンを用いて二紬延伸ＰＰＰを製膜する場
合、一般には結晶化度が高くなるが、この結晶化度は製
膜プロセス（例えば温度、延伸率など）５二依存する。

結晶化度が低いと、無定形部が多くなり未延伸ＰＰＰと
同様Ｃ二して絶縁破壊性能が低くなることが本実施例に
よってＢＯ−ＰＰＰについても確められた。結晶化度が
７５チ以上のものは、ＢＯ−ＰＰＰの製造技術上の困難
もあるが、未延伸ＰＰＰで期待された傾向とは全く異な
る現象、即ち、ＤＣ−ＢＤＶが飽和する傾向となり、む
しろ破壊値の低いものが生ずることが認められた。この
現象は不良率、故障率を考えた場合電力用油入フィルム
コンデンサのイ８頼性を低下させるので好ましくない。

これらの関係は、第１図の平均値（○印）、最大値（縦
線の上限）、最小値（縦線の下限）に明瞭に示されてい
る。

従って、二軸延伸ポリプロピレンフイ゛ルムの結晶化度
を６０係以上８０％以下Ｃ二することによって、絶縁破
壊電圧の極めて高いＢＯ−ＰＰＰを得ることができ、さ
らにとのＢＯ−ＰＰＰを用いることによって、絶縁耐力
を高くて、且つ信頼性の畠い電力用油入コンデンサを製
造することが可能となるＯ （実施例２） 前述の実施例１における結晶化度は、ＢＯ−ＰＰＰの内
部構造をどちらかと言えば巨視的に見たものである。即
ち、同じ結晶化度−二おいても、結晶部を構成する各微
小結晶粒の大きいものを少なく存在させる場合と各微小
結晶粒の小さいものを多く存在させる場合とがある。

本発明省らは、こｔｌらの相関をＤＣ−ＢＤＶと対応付
けるためＣ二、結晶化度６０−〜８０％のＢＯ−ＰＰＰ
について結晶粒の大きさを柚々変化させて実験検討した
結果、第２図に示す関係を得た。

ここに、微小結晶粒の大きさく以下、結晶サイズと百９
）ｔよ、ＫＣｕａをＸ線源とした広角Ｘ線回折ディフラ
クトメータによって、角度２θ；１７°に得られる結晶
面（０４０）面を示すピークの半値巾から、以下の式（
Ｂｒａｇの式）によって求められる。

λ：Ｘ線源の波長１．５４０５Ｘ　（Ｘ＝１０鋼）Ｂ　
：　（０４０）面ビークの半値巾 （ラジアン） θ：　（０４０）面ビークとなる回折角度２θの半分 第２図に示した如く、結晶サイズ８０１〜１４０Ｘの範
囲８ｇ＋二あるものが５００　Ｖ／μｍ以上の　ＤＣ−
ＢＤＶを与えることが明らかになった。この中でも、平
均値（○印）、最小値（縦線の下限）の高いものが電力
用油入フィルムコンデンサに適することは、実施例１で
説明し７？＋考えと同様であり、望ましくは９０Ａ以上
、　　１３０Ａ以下の範囲にある結晶サイズを有するＢ
Ｏ−ＰＰＰが電力用油入フイルムコンテンサとして最適
である。

従って、結晶サイズ９０Ｘ以上１４０Ａ以下のＢＯ−Ｐ
ＰＰを用いれば、絶縁耐力の高い、信頼性の良い′解方
用油入フィルムコンデンサを製造することが可能である
。

（実施例３） 以上の実施例１．２から、結晶化度、結晶サイズがある
特定範囲５二あるＢＯ−ＰＰＰを用いて電力用油入フィ
ルムコンデンサを製作し直流破壊電圧を測定した。

即ち、第３図１−示すように、誘電体１、電極２゜３猶
成からなる静電容量的０．３μＦのＡＰ型モデルコンデ
ンサを用い、ＢＯ−ＰＰＰの動床を調べた。

含浸した絶縁油は、合成絶縁油ジアリールエタン（ＰＸ
Ｂ　　ＨＪ　Ｉ８　Ｃ−２３２０５種油）である。ここ
で、本発明で用いるＢＯ−ＰＰＦ　ｌとしてＦｉ、現在
広く用いられている粗面化タイプとし、結晶化度が６０
チ〜８０チの範囲６二あるもので、その結晶サイズが８
０Ｘ〜１５０Ｘ範囲Ｃ二あるものを約１０１’ｍ用意し
、各２０台のモデルコンデンサを試作した。これらモデ
ルコンデンサの初期および、８０℃ｘ　７０　ＫＶ／ｗ
Ｘ　３０日間加速試＃Ａ稜の直流破壊電圧を測定し、平
均値。

最大値、最小値を求めた。

第４図は、上述の各モデルコンデンサによる結晶サイズ
とＤＣ−ＢＤＶの関係を示す曲線図である。初期のＤＣ
−ＢＤＶは、第４図曲線ＡＩ−示す如く、結晶サイズ９
０Ｘ〜１４０ＸのＢＯ−ＰＰＰを用いたものでは、平均
値（○印）、最小値（縦線の下限）が高い値を示し、本
発明で用いたＢＯ−Ｐ　ｌ）　Ｐが優れた効果を発揮し
ていることがわかる。

次に、加速試験後においては、編４図曲線Ｂ己示す如く
、結晶サイズが１３０Ａを越えるＢＯ−ＰＰＰを用いた
ものでは、ＤＣ−ＢＤＶの低下が著しく々る傾向５二あ
る。この現象は電力用コンデンサの信頼性上好ましくな
い。即ち、初期の特性が良くても、結晶サイズが１３０
人を越えたＢＯ−ＰＰＰを使用した場合絶縁性能の低下
をきたし、ひいては信頼性の低下、絶縁破壊事故の重大
要因となる。

以上の実施例２．３から、結晶サイズは９０Ａ〜１３０
Ａの範囲にあるものが電力用油入フィルムコンデンサＩ
：用いるＢＯ−ＰＰＰとして望ましい０、本発明者らは
、このようなりＣ−ＢＤＶの低下現象について、示差走
査熱分析（Ｄ８Ｃ）、熱機械分析（ＴＭＡ）、Ｘ線回折
解析および、二軸延伸法の製膜原理等について史ｉ二詳
細Ｃ二検討した結果、以下に詳述する結果を得た。

即ち、ＢＯ−ＰＰＰを構成する結晶８］≦と無定形部の
結合状態が油浸ＢＯ−ＰＰＰの絶縁破壊性能。

特Ｃ二寿命性能Ｃユ大きな影響を与えることを解明した
。ＢＯ−ＰＰＰ’においては、結晶部（結晶粒）と無定
形部が混在し、それぞれが分子で結合されているが、こ
の結合が網目状ｌ−結合されている場合番−１上述の優
れた寿命性能を有することを見い出した。

インフレーション法によってｊＲ膜されたＢＯ−ＰＰＰ
　では、その同時二軸延伸といりプロセスから、網目状
結合を容易に作り易い傾向にあり、テンター法では、や
や難しい傾向にある。しかしながら、両製膜法によるＢ
　Ｏ−Ｐ　Ｐ　Ｐは、二軸延伸Ｃ二よって無定形部にあ
る程度の規則性、配向性をもたせ、且つ結晶部と網目状
構成結合を作ることができることは上述したポリマー物
性解析結果より明かである。望ましくは、フィルムの縦
積両方向の延伸倍率を同程度にし、ある所定温度で光分
な熱処理（冷却、加熱、除伶などを含む）を行うことに
より、前述の結晶部と無定形部を網目状Ｃ−強く結合さ
せることができる。

なお、本発明で用いるＢＯ−ＰＰＰの内部構造。

微細構造という二軸延伸ポリプロピレンフィルムの本質
的物性を改良したものであるので、粗面化ＢＯ−ＰＰＰ
、非粗面化ＢＯ−ＰＰＰのいずれか５二限定されるべき
ものではない。

また、油入フィルムコンデンサの誘電体および５　電、
極構成、さらＣ二は含浸する絶縁油の種類５二依存する
ものではない。絶縁油の種類によっては、油入フィルム
コンデンサの電気的性能に微かな差が生ずることは周知
のことである。

［発明の効果］ 以上の実施例Ｃ二よって詳述した如く、本発明に結晶化
度６０チ以上８０％以下で１つ結合部を構成二軸延伸ボ
リプロビレンフ１ルムを用いたので、信頼性寿命の極め
て優れた電力用油入フィルムコンデンサを提供すること
ができる０

【図面の簡単な説明】

第１図は二軸延伸ポリプロピレンフィルムの結晶化度と
直流破壊電圧の関係を示す曲線図、第２図は二軸延伸ポ
リプロピレンフィルムの結晶粒の大きさくサイズ）と直
流破壊電圧の関係を示す曲線図、第３図は本発明Ｃ：よ
る油入フィルムコンデンサの誘電体、電極構成の一例を
示す断面図、第４図は本発明Ｃ二よる油入フィルムコン
デンサの直流破壊電圧と二軸延伸ポリプロピレンフィル
ムの結晶粒の大きさくサイズ）との関係を初期と加速試
験後Ｉ：ついて示した曲線図である。 １・・・二軸延伸ポリプロピレンフィルム２．３・・・
［極 Ａ・・・初期の直流破壊電圧の平均値曲線Ｂ・・・加速
試験後の直流破壊電圧の平均値曲線代理人　弁理士　則
　近　憲　佑（ほか１名）第１図 第２図 く し 田６．。 愉 蔓　　　　　　　　　１ 樫　　１１ 禦 −け５７ Ｔ　　１　　　ｉ 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）結晶化度が６０チ以上８０％以下で、且つ結晶部
   を構成する結晶粒の大きさが９０１以上１３０１以下で
   める二軸延伸ポリプロピレンフィルムを使用したことを
   特徴とする油入フィルムコンデンサ。 （２）二軸延伸ポリプロピレンフィルムがインフレーシ
   ョン法によってＭ膜されたことを特徴と［。 ′ｆＣ１ｆ！ｊ許趙求の範囲第（１）項記載の油入フィ
   ルムコンデンサ。 （８１二軸延伸ポリプロピレンフィルムがテンター法ｇ
   −よって製膜されたことを特徴とする特許向・求の範囲
   第（１）項記載の油入フィルムコンデンサ。 （４）二軸延伸ポリプロピレンフィルムの結晶部と無定
   形部が網目状結合を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の油入フィルムコンデンサ。 （６）　　二軸延伸ポリプルピレンフィルムの少なくと
   も一方の表面が相部化されたことを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載乃至紀（４）項のいずれかに記載
   の油入フィルムコンデンザ。