JPS60101914A - コンデンサーおよびその製造方法 - 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】 発明の分野 本発明は電気コンデンサーに関する。さらにこれは全プ
ラスチックの電気コンデンサーに関する。

明確に具体化したものとして１本発明はポリ（フェニレ
ン　サルファイド）のドープ処ｊ里したフィルムで作っ
た電気コンデンサーに関する。ざらに具体化したものと
して本発明は全ゲラステックコンデンサーの製造方法に
関する。

発明の背景 コンデンサーは′電荷を貯えるための電気装置である。

それは絶縁材料即ち誘電体で隔てらｆした２枚の導を板
で構成される。専電板は一般に金属層であってこれは箔
としてまたは真空蒸着によって適用さ扛る。コンデンサ
ーの類別に応じて一す”ンドイツテ層は雲母、セラミッ
ク、ポリスチレン。

ポリスチレン、またはその他の絶縁プラスチックのよう
な絶縁体である。

誘電面ｆｆｔ　Ａおよび均一厚さｔ’ｌ有するそのよう
なコンデンサーの静′也容量はΔに比例゛Ｔる。ある独
の適用において要求されるような高静電容量を達成する
ためには、充分な絶縁＊根強さを保持することと矛盾し
ないように司及的に小さく一般につく９％そして有効面
積を増加させるが、こ扛は都合のよい包装置゛法および
形体を達成するためには巻取りまたは積み重ねを必要と
する。金楓層の浮式は充電および放電に対して充分低抵
抗を与えるものでなければならない。

コンデンサーを構成する導電性／絶縁性積層をつくる方
法は多段階作業でるる。節約および効率の理由のために
、コンデンサーを作るための方法全単純化しそしてコン
デンサー中に存在ツーる金属材料の量を最少にすること
が望ましいで西ろう。

発明の内容 従って′電気伝導性ポリ（アリーレ／　サルファイド）
を含むコンデンサーをつくることが本発明の目的でおる
。全プラスチックのコンデンサーをつくることが本発明
の具体化のいま一つの目的である。専電層と絶縁層とを
ポリ（アリーレン　ツ゛ルファイド）の単一シートから
製造するコンデンサーをつくることが具体化のいま一つ
の目的である。

本発明に従えば、ポリ（アリーレン　サルファイド）か
ら電気コンデンサーがつくられる。コンデンサーは２枚
の導電性ポリ（アリーレン　サルファイド）層の間には
さまれた絶縁性ポリ（アリーレン　サルファイド）の一
層を含む。Ｓ％、性ポリ（アリーレン　）゛ル７アイド
）層は１例えば。

好適なドープ剤材料にさらしてあった非晶質ポリ（アリ
ーレン　サルファイド）が０１能である。絶縁性層は、
例えば、結晶質″！たは非晶質ポリ（アリーレン　サル
ファイド）が可能である。本発明のコンデンサーは非晶
質４ｖす（アリーレン　サルファイド）フィルムまたけ
シートをドーグ剤と接触させそれによってドープ処理し
たシートの頂部と底部、即ちコンデンサーの両１し極が
電気的に接触しないような具合にドープ剤をこのように
接触させたフィルム中に沈積さぜることによって製造１
−ることかできる。上部および下部の冶・電性層および
中間語一体を有するこのように処理したフィルムは簡単
な電気コンデンサーである。多数のこのように製造した
フィルムを積層してさらに４７ｎ々の電気コンデンサー
を形成することができる。

本発すＪの製品で有用なポリ（アリーレン　サルファイ
ド）はサルファイド結合を有づ−る一つまたは一つ以上
のアリール成分を含む何社のポリマー月科もよい。ポリ
マーの／ζめの好適な出発拐科は％ｄ′ト第３．３５４
，１２９号および第６，９１９，１７７号中に開示さＩ
Ｌる。そのようなポリマーには式（−Ｒ−８−）ｎＩ　
（式中Ｒは置換している）によって表わされるものまた
は式（−Ｒ−８−）ｎ、（式中のＲは置換または不置換
ベンゼン環でありセしてｎは少なくとも５０でるる）に
よって表わされるものを含む。ポリ（アリーレン　サル
ファイド）の製造はこの技術では公知で必る。ボリノ・
ロＩｆｉ、換芳香族化合物全権性イ１機溶剤中で硫黄諒
と反応させる。

この方法の商業的形態においては、パラ−ジクロルベン
ゼンをＮ−メチルビロリド／６剤中で硫化ナトリウムと
反応させる。高分子量のフィルム級ポリ（フェニレン　
サルファイド）を製造するための方法は米国特許第３，
９１９，１７７号中に記載さ扛ている。そこに記載され
る方法に従えは、アルカリ金属カルボキシレートの存在
において１町−メチルピロリドン溶剤中でパラジクロル
ベンゼンを硫化ナトリウムと反応させる。その結果化じ
るポリマー樹脂は６００“Ｃにおいて１００から６００
．０００ポアズまで、好ましくは３００から１００．０
００ポアズ壕での溶融粘度および２００秒−１の剪断速
度を有する。

ポリ（アリーレン　ザル７アイド）ポリマーおよびコポ
リマー金製造するために好適なボリノーロ置換芳香族化
合物には１，２−ジクロルベンゼン。

１．６−シクロルベンゼｙ、１．４−ジクロルベ／セン
、２　＋　５−ジクロルトルエン、１．４−ジブロモベ
ンゼン、２．５−ジブロモアニリ７．　ｉ。

６．５−ジクロルトンセ゛ン、お上ひこれに類するもの
を含む。

その入手性および特質の点で好ましいポリマーｉｄポリ
（フェニレン　サルファイド）であハソしてＲが支配的
に非置換ベンゼン環である。ポリ（フェニレン　サルフ
ァイド）は約２８０℃から２９０°Ｃ捷での融点を有す
る熱可塑性ポリマーである。これはＰｂ１ｌｌｉｐｓ　
Ｉ’ｅｔｒｏｌｅｍ　ＣｏｍｐａｎｙのＭ　ａ６でらる
Ｒｙ　ｔＯｎ■ポリ（フェニン／　サルファイド）とし
て種々の形で入手できる。

本発明のポリ（アリーレン　サルファイド）は２つまた
は２つ以上の芳香族モノマーのコポリマーでもよい。上
に示した一般式（−Ｒ−８−）ｎに関して言えは、コポ
リマー中に支配的なＲ基は一般にパラフェニレンであり
比較的少量の、　ｆｌＪえば、メールンフエニレン、メ
タフェニレン、メチルーツ々ラフエニレン、ジメテルー
パラフエニレ／、マたはパラ、パラ−ビフェニレンのよ
うなアリール部分を伴なうであろうがしかしこれらもず
たポリ（アリーレ／　サルファイド）ポリマー中に多数
のＲ基を含むこと、ができる。芳眉族成分に対する結合
はサルファイド基に加えて１世えば、１能性−１１−お
よび−〇−を含む。好適なポリ（アリ−レフ　サルファ
イド）コポリマーの例はポリビフェニル／フェニレン　
サル７フイド、ｙｌ”）７ｘ＝レン　ザルファイド　ク
トン、およびボ°す（ナアンスレニレ／　ザルファイド
）である。

本発明製品の電気コンデンサ一層はポリ（アリーレン　
サルファイド）羽オ；Ｆに対して専１シ性企与える何ｉ
’Ｌの好適な方法によってもつくることかできる。例え
ば、非晶質ポリ（アリーレン　ザルファイド）フィルム
またはシート全化学ドープ剤で処理ブーることかできる
。化学ドープ剤にはＡｓＦ５およびＳｂＦ５を含む。非
晶質ポリ（フェニン／サルファイド）に対する現在のと
ころ好ましい化学ドープ剤はニトロンニウム　ヘキサフ
ルオロホスフェート、Ｎ０Ｉ）Ｆ６である。

絶縁または韻１Ｌ体層は、雲母、セラミック、ポリプロ
ピレン、またはポリスチレンのような電気絶縁性質を有
する材料は何扛可能である。本発明の好ましい具体化物
の製造に対しては、結晶質または非晶質ポリ（アリーレ
ン　サルファイド）誘電体）Ｈ音用いる。

本発明の製品は非晶質ポリ（アリーレン　サルファイド
）フィルムまたはシート（以後「フィルム」と云う）に
よる出発によって最も効率的につくられる。フィルムは
電気コンデンサーの製造に対しては約１ミルから約４０
ミルまでの浮式である。それは個々のポリマーの融点以
上、ポリ（フェニレン　サルファイド）に対しては約２
８０°Ｃまたはそ扛より高い温度からの急冷のような好
適な方法によって非晶質フィルムに変化させた結晶質ポ
リ（アリ−レフ　サルファイド）フィルムでよく、また
は本質的に結晶化度全欠くフィルムを生じる方法（後述
）によって製造したポリ（アリーレン　サルファ１ド）
フィルムでもよい。

非晶質ポリ（アリーレン　サルファイド）フィルムはフ
ィルムに４を性を付与づ−るために有効な何れの手段に
よっても処理することができる。好適な方法はポリ（ア
リーレン　サルファイド）に対してＪａｒ　４２量のド
ープ剤を含浸さぜるために有効な時間フィルムを化学ド
ープ剤の溶液に浸漬させることである。ドープ処理雰囲
気中には酸素および水の量を最少にすることが一般に望
ましい。

ニトロンニウム　ヘキサフルオロホスフェート金使用す
るポリ（フェニレン　ツ′ルファイド）フィルムに対す
る好適なドープ処理技法が典型的であると信じら扛るの
で説明の目的で仄に述べる。

固形Ｎ０ＰＦ６　荀ニトロメタンと塩化メナレンの７０
／６０容量比のような溶剤と不活性で本質的に乾燥状で
酸素を含まない雰囲気中で混合する。Ｎ０ＰＦ６の０度
は変えることができるが、一般に約ｏ′、ｏｉＭから約
０．２Ｍまでの範囲である。ポリ（フェニレン　タール
ファイド）フィルムは乾燥窒素雰囲気中で室温において
溶液中に入れ１時々攪拌する。

フィルムはフィルム中にドープ剤を含浸きぜるのに有効
な時間、普通は約１５分から約２時間までの間ドープ剤
溶液中に保つ。ドープ処理工程中。

Ｖ潰したポリマーは暗色になるであろうが、こ扛はポリ
マー構造中の化学変化を示す。非晶質から結晶質への構
造上の変化もまたドープ剤溶液によって生じるであろう
。フィルムは取り出して数分間純ニトロメタンによって
ゆすぎ、そして次に減圧下で吸引して乾か丁がその時間
はドープ処理時間およびフィルム厚さのような環境に従
って変化し、一般に約５分から約５時間筐でである。

単一フィルムからコンデンサーｆ６：！Ｉ！！Ｊ造する
ためには、ポリ（アリーレン　サルファイド）フィルム
はフィルムがドープ剤で完全に飽イ゛口さ扛るに要する
時間よりも少ない時間だけドープ剤と接触させる：例え
ば、溶剤／ドープ剤の蛇目１１部がフィルムの内部に達
する前にビーフ０処理操作を終結式せる。その結果生じ
るフィルムはドープ剤処理葡さ扛ない与電性層によって
隔てら７ｔ、た２層のＳ￥４Ｌ性ポリ（アリーレ／　ザ
ルファイド）から（７り成さ扛る。ドープ処理の條件は
絶縁層の厚さ金満１１″ｉする。

一般に、絶縁層の厚さは可及的に小さくするが適用″電
圧に耐えるだけ充分厚いことが望ましい。

フィルムの端における上部と下部の導電層間の接触金防
ぐようにフィルムの端部を処理する必要がある。こ扛は
１例えば、絶縁層が露出するように鋭い刃先で端部を耳
切りすることによって達成できる。導電層の端部接触を
妨げるための別法は端部に沿って結晶質構造を有する非
晶質フィルムを使用することである。そのような結晶化
度は選択部位において、例えば、これらのポリマーを熱
−または溶剤−処理によって誘導することができる。非
晶質ポリ（アリーレン　サルファイド）中に結晶化度を
誘導するために有効な溶剤にはジクロールメタン、クロ
ロホルム、テトラヒドロ７ランおよびトルエン全台む。

結晶質区域は非晶質区域よりも著しくドープ処理を受け
にりく、結晶質区域は絶縁性でありそして上部および下
部ドープ処理工程中の電導度を妨げる。

上に記述したような単一コンデンサー１は第１図中にｐ
ｉ面図で示さｎ％そして絶縁、即ち誘電体層４は４ｔ層
２と３との間に挾筐れている。結晶化した端部５は導電
層間の電気的接触、または漏出を防ぐ。

電導勝は電導性接着剤またはこれに類するものによって
結合してコンデンサーを形成することができる。コンデ
ンサーはエポキシのような好適な耐水性材料によって包
封することができる。

積重ねたコンデンサーは第２図中に示されるように上記
のコンデンサーを積層することによって形成することが
できる。それぞれが２枚の導電層と１枚の挾んだ絶縁層
を含む多数の上記の製品１６．１７．１８および１９を
隣接する導線を接触させて互に積み重ねる。装置を通し
て連続的絶縁層を与えるために１個々の装置の導電性表
面は瞬接する装置の対応する不導電性層に接触するよう
に合わせてつくった不導電性区域１０．１１゜１２およ
び１３を含む。これらの不導電性区域はフィルム上の選
んだ部位においてポリ（アリーレ／　サルファイド）に
結晶化度を与えることによって都合よく生じさせること
ができる。そのような結晶化度は１例えば、非晶質フィ
ルム表面を好適な溶剤と、熱源と、またはレーず−のよ
うな強力光諒と接触させることによって誘褥することが
できる。ポリ（フェニレン　サルファイド）に結晶化を
誘ｍ−１−るために梅用な溶卵ｊにはジクロルメタン、
ジクロルエタン、クロロホルム、トルエ／およびテトラ
ヒドロ７うｙｆ：含む。Ｔｉ１＃、’：ａ１５および１
４はそのような装置の外側尋電層に結合して槓重ね：ｒ
／デン丈−を完成することができる。

別の実施態様において、１枚は薄く、高度に結晶化した
フィルムであｐそして／−Ｆ−１枚はより厚い結晶質フ
ィルムでその厚さの１部分の牟ヲドープ処理した２枚の
ボ゛す（アリーレン　ザルファイド）フィルムから全プ
ラスチック製コンデンサーをつくることができる。コン
デンサーは２枚のフィルム金堅く一緒に巻き上げること
によって形成される。

いま一つの別の実施態様においては、薄く、高度に結晶
質のポリ（アリーレン　サルファイド）フィルムによっ
て隔てられた２枚の完全にドープ処理したポリ（アリー
レン　ザルファイド）フィルムから全プラスチック　コ
ンデンサーをつくることができる。ドープ処理をしない
フィルムは約６０から約１００までの範囲の結晶化度お
よび約１ミルから約５ミルまでの厚さを有することがで
きる。１表面中に含浸したドープ剤を４１する非晶質フ
ィルムは約１ミルから約１５ぐルまでの厚さを有するで
るろう。もちろん、導電層からの電導電極がコンデンサ
ー全完成させる。

ここで使用する「結晶質」および「非晶質」はポリ（ア
リーレン　サルファイド）ポリマーの分子構造に言及す
るためのこの技術で周知の述語である。「非晶質」はＸ
線回折によって測定して約Ｏから約２０までの結晶化度
（ＣＩ）を有するポリ（フェニレン　サルファイド）ポ
リマーを記述するために一般に使用し、一方「結晶質」
は約□２０から約１００までのＣＩを有するポリマー全
一般に称する。

ポリ（アリーレン　サルファイド）の非晶質フィルムは
この技術で公知の方法によって製造することができる。

一般に、そのような方法は、ポリ（アリーレン　サルフ
ァイド）フィルムを融点と６５０℃との間の温度で押し
出しそして続いてガラス転移温度以下に冷ロールによっ
て急冷してポリマーを非晶質状態に凍結することを含む
。１５％よりも少ない結晶化度を有する非晶質フィルム
を製造するためには少なくとも約り℃／秒の急冷速度が
一般に必要である。例を示すと、ポリ（アリーレン　サ
ルファイド）樹脂は２８０’Ｏ以上で押出しそして急速
に９０°Ｃ以下に冷却して非晶質フィルムを生じさせる
。

実施例■ 薄いＰＰＳフィルムの８試料を後加工ドープ処理によっ
て導電性にした。この実施例で使ったフィルムは高分子
石、で僅かに分枝したポリ（フェニレン　サルファイド
）で５０−７０ｇ／１０分の流量を有していた。試料フ
ィルムは厚でか約１０から４０ミルまで変化した。描初
フィルムは結晶化度５．０葡ｍし、それは本質的に非晶
質であること金示した。

使ったドーグ剤はＯｚａｒｋ−Ｍａｈｏｎｉｎｇから得
たニトロソニウムヘキサフルオロホスフェート（Ｎ０Ｐ
Ｆ６）であった。Ｎ０ＰＦ６は７０／ろＯ答世比のニト
ロメタンおよび塩化メチレンに加えた。ドーグ処理汀液
は不活性雰囲気下でつくった。

ドープ処理手順は室温でドープ処理混合物中に試料フィ
ルムを浸漬することを含む。ドープ処理は手袋（ｇｌｏ
ｖｅ　ｂａｇ　）内で行ない、そしてドープ処理混合物
は浸漬の開時々かき１ぜた。実験條件および結果はｍ１
表中に示１−。

フィルムをドープ処理溶液から取り出した後。

試料を純ニトロメタンでゆすぎ１次いで真空室中に入れ
て吸引乾燥させた。それぞれ１　ａｎの長さをＷ　Ｌ　
１　ａｎ離した２本の白金線をフィルムの表面に押しつ
けて特別につくった試料保持器中に試料金入扛ることに
よって各試料の心軍率金測定した。

Ｋｉｅｔｈｌｅｙ　ｌ　７５　Ａメーターによってｆｌ
ｌ１１定して６ボルトの電位を使用し、試ＰＦ全通過す
る電流をＫｆｅｔｈｌｅｙ　６１０型電位削によって測
定した。各試料の抵抗、高抵抗率および嵩４・電率は６
１１］定した電流からｉＨ’）ｌた。

第　■　表 １　０．９８　７０　−−　−−　−−　１．４ｘ１０
−２２　０．７１　３０　１５　２ｘ　−−３，０ｘｌ
Ｏ−５＋２０　９．ＱｘｌＱ−’ ３０．７１　６０　２４　４ｘ　−−２，８ｘ１０−７
４　１．４８　６０　１８　０　なし　１．４Ｘ１０−
”５　１．４８　６０　２０　３．５ｘ　なし　１．４
Ｘ１０−”６　１．４８　’　６０　８４　３．５ｘ　
有！ｊ　３．０Ｘ１０−’７　１．５５　６０　６６　
−−　−−　２．５ｘｌＯ−７８１，５５６０７５−−
−一　低く丁ぎ１読みとれない ｌニトロメタン／塩化メチレンの７０　／　３０　容量
比混合物に加えた。

２Ｘ＃！回折技法を使って測定した結晶化度。

３試料のあるものは２　Ｒ１延伸した。

実施例■ 実施例１で使ったドープ処理媒順をドープ剤が完全にＰ
ＰＳ　フィルムの厚味を貝通する前に終結させ、このよ
うにして導電区域を形成しと７’Ｌにはフィルムの端部
も含む。

２つの電気的に分離された４１：［１締金形成するため
に、フィルムの端部を熱板に瞬間的に当てることによっ
て選択的に加熱し、このようにして９１Ｍ部を本質的に
ドープ処理できない状態に結晶化した。

選択的に加熱処理したフィルムをドープ処理媒り１にさ
らした後、生じたフィルムはＰＰＳの非専電層によって
隔てられた２つのＰＰＳ導電層を含んだ。

ｆｌＪえば、第１図中に示されるような電気コンデンサ
ーまたは物理的量を関連する電気信号に変換するための
容量−型変換器である。金の２ｒＰ、腺を電導接着剤で
結合した。７つのコンデンサーに対する結果は第■図中
に示す。側面１インチについてカ１］定した典型的コン
デンサーの静１１容量は１０〇−２００ｐＦ＠１０００
Ｈｚでるる。

第■表 ６　１１４００　短絡した ｌ　ＥＳＩ　２５２インピーダンス　メーター上で１Ｋ
Ｈｚで測定した。

２白色エポキシ　パッチ。

実施例１■ 実施例２の全プラスチック　コンデンサーを電気周波数
特性について測定し、そしてその結果を第■表中に報告
する。第１■表中に表現されたコンデンサーの周波数依
存関係は高周波数におけるよりも低周波斂においてより
よい性能を示す。このことはドープ処理した層における
効果的な直列抵抗に基づくことが明らかである。その上
、第■表中の静電容量データは時間と共に静電容量が落
ちることを示す。これらのデータ（ｌ−Ｌ１試験したコ
ンデンサーにおける不完全さを示すけれども、電気的構
成部分に対する羽科としてドープ処理したポリ（アリー
レ／　サルファイド）の有用性を説明する。

１　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｒａｄｉｏ　１　６　２　１　Ｐ
ｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｃａｐａｃｊ、ｔａｎｃｅＭｅａｓ
ｕｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍによって測定した。コンデン
サーはエフＢ’キシ包封した。

”　ＰＣは対照実験として使用した「１テ販コンデンサ
ーを表わ丁。そｎは１００ｐＦ＠１０％で評価した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明コンデンサーの一実施態様の断■１図で
ある。 第２図は４牢位績重ねコンデンサーの断面図でるってコ
ンデンサーの４単位の相対的位置を示す。 図面中の斂字はそれぞれ下記のものを表わす：１　単一
コンデンサー ２・３　専電層 ４　訪電体層 ５　結晶化端部 １１Ｊ、１１，１２．１３　不尋寛性区域１４．１５　
電明・緋 １６．１７．１８．１９　牟−コンデンザー代理人　浅
　利　皓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　第一の電気伝導性ポリ（アリーレン　サルファ
   イド）層； 第二の電気伝導性ポリ（アリーレン　プル７アイド）層
   、但し第二の電気伝導性層は第一の電気伝４性層と電気
   的に接触していない；および第一おＬび第二の電気伝導
   性層の間に位置する誘電体ポリ（アリーレ／　サルファ
   イド）　７８を含むコンデンサー。 （２）それが単一ポリ（アリーレン　サルファイド）フ
   ィルムから成る特許請求の範囲第（１）項に記載のコン
   デンサー。 ＋３１　第一および第二の電気伝導性層が化学ドープ剤
   でドーグ処理したポリ（アリーレン　サルファイド）を
   含む特許請求の範囲第（１１または（２）項に記載のコ
   ンデンサー。 （４）誘電体ポリ（アリーレン　ザルファイト）Ｎが非
   晶質ポリ（フェニン／　サルファイド）を含む特許請求
   の範囲第（１）〜（３）項の何れか１項に記載のコンデ
   ンサー。 （５）誘電体ポリ（アリーレン　サルファイド）層カ結
   晶性ポリ（フェニレン　サルファイド）を含む特許請求
   の範囲第（１）〜（３）項の何ｎか１項に記載のコンデ
   ンサー。 （６）本質的にポリ（アリーレン　サルファイド）から
   成る特許請求の範囲第（１）〜（５）項の何扛か１項に
   記載のコンデンサー。 （７）フィルム中に上部導電区域、その上部導電区域と
   電気的に接触していない下部導電区域、および中間誘電
   体区域を与えるようにポリ（アリーレン　サルファイド
   ）フィルム中に電気伝導性を選択的に誘導することを含
   む電気コンデンサーを製造する方法。 （８）　ポリ（アリーレン　サルファイド）フィルムを
   ドーグ処理剤によって化学的にドープ処理することによ
   って電気伝導性を選択的に誘導する特許請求の範囲第（
   ７）項に記載の方法。 （９）　ドープ処理剤がニトロソニウム　へキサフルオ
   ロホスフェ−士であるＩＰ！ｆ許請求の範囲量（８１項
   に記載の方法。 ００）　ドープ処理剤がジクロルメタン、ジクロルエタ
   ／、クロロホルム、テトラヒドロフラン、゛またはトル
   エンを含む溶剤の溶液中に存在する特許請求のｌ１ｌｉ
   Ｉ囲第（８）または（９）項に記載の方法。