JPS61194814A - 金属化プラスチツク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】 産業上の利用分野 本発明は、おもに通信用、電気機器用として使用される
乾式コンデンサに関するものである。

従来の技術 従来の乾式コンデンサは、ポリプロピレン（ｐｐ）やポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（
ＰＳ）等のフィルムにアルミニウム（Ａ２）や亜鉛（Ｚ
ｎ）を蒸着して電極を形成し、これを巻回してコンデン
サ素子を構成するか、あるいはへ２箔電極をフィルムと
ともに巻回してコンデンサ素子を構成していた。蒸着電
極の場合こうシテできたコンデンサ素子にメタリコンを
施已、このメタリコンにリード線を溶接又は半田付けし
リード線の先端に端子金具を取付けてコンデンサケース
に収納し、コンデンサ素子やリード線部分に樹脂を注型
硬化し樹脂モールドタイプとしていた。又蒸着電極の抵
抗値を電極導出側で低くマージン側で高くする（つまり
電極導出側を厚くマージン側を薄く蒸着する）電極構造
も提案され、自己回復時のエネルギーを低く抑えコンデ
ンサの破壊を起こりにくくすることが行われていた。し
かしながら従来の乾式コンデンサでは２５０Ｖ前後以上
の電圧をコンデンサに課電すると部分放電つまりコロナ
放電が発生し、４ｏＯ■前後以上の定格電圧を有する乾
式コンデンサを電位傾度５５ｖ／μ以上で提供すること
は極めて困難であった。それは実使用時に連続してコロ
ナ放電が発生し、それによって誘電体フィルムが劣化し
て破壊に到るからであると考えられていた。蒸着電極が
Ａｌの場合はそれに加えてＡｌ電極が水玉状に消失し、
規格以上の容量減少を起こし破壊と同様に不都合な結果
となった。

これらの原因がコロナ放電によるものと考え、プラスチ
ックフィルムに耐コロナ性を与える目的でＳｉＯ又は５
１０２を蒸着又はスパッタリングでプラスチックフィル
ム上に付着させようと提案しているものがある。特公昭
５２−２４０号公報では電気絶縁材料の製造方法として
ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボ
ネート系の箔域はポリアミド系プラスチック繊維の絶縁
体の上に１〜１．５μｍのＳｉＯ，ＳｉＯ域はＣａ　Ｆ
　２などの無機電気絶縁材料の膜を蒸着又はスパッタリ
ングにより付着させることを提案している。この先行文
献ではポリエチレンテレフタレート箔の表面にＳｉＯの
無機物膜を１〜１．５μｍ程度蒸着してこれを薄体板上
にのせ０．６ｒｔｍのギャップをへだてて棒電極をおき
、導体板と棒電極との間に交流電圧を加え集中コロナを
発生させ無機物膜の有無による耐圧を比較している。こ
れによれば無機物膜の有る場合が２倍の時間耐える耐圧
を有しているとしている。又特開昭４９−４６２００号
公報では可視コロナ開始電圧を向上させる目的で、シリ
コンカーバイトを絶縁フェス中に混合したコロナシール
ド層を設けその表面に絶縁フィルム層を空気を巻込まな
いように構成する方法を提案している。又特願昭５０−
１４９７８８号では有機フィルムの表面にフィルムの耐
コロナ性を向上させる目的で１０八〜１ｏＯｏＯ人の酸
化シリコン膜を形成させる方法を提案している。これに
よれば下部平板電極上に１０人〜１００００人の酸化シ
リコン膜を付着させた有機フィルムを着きこの上に穴あ
き有機フィルムをのせそしてこれらフィルムを挟むよう
にして上部平板電極を配置して交流電圧を印加し酸化シ
リコン膜が有る場合とない場合のコロナ開始電圧以上で
の破壊に到るまでの時間特性を調らべ酸化シリコン膜が
ある場合が５〜１０倍の時間耐えることを示している。

前述したような数々の従来から提案されてきた酸化シリ
コン膜が２〜１０倍程度プラスチックフィルムの寿命を
伸ばせるのは、我々の実験では酸化シリコン膜が３００
０〜４０００Å以上の厚さの場合でありそれでも無限に
寿命が伸びる訳ではない。

酸化シリコン膜が１０ｏｏ八以下になると我々の実験で
は前記引例の電極構成に於けるプラスチックフィルムの
長寿命化はほとんど現われない。それはコロナ放電発生
時の放電エネルギーによって酸化シリコン膜が極めて短
時間のうちに飛散消失してしまうためと考えられ、耐コ
ロナ性向上に役立たないからであると思われる。又３０
００〜４０００Ａ以上の厚膜の場合でも高々数倍以下と
なっているのは酸化シリコン膜に発生するクラックのた
めであり、このクラックは電圧が高いほどつまり放電エ
ネルギーが大きいほど短時間に発生し、このクランク部
分からプラスチックの劣化が始まり破壊に到っている。

従来、このようなプラスチックフィルムの表面に酸化シ
リコン膜を付着させたフィルムが例えばコンデンサ用の
フィルムとしてはアイデア段階どまりで実用化されなか
った理由は、極めて高コスト化となる反面、はとんど耐
コロナ性が向上しなかったためであり、大きなコロナ放
電の発生が避けられなかった従来構造の乾式コンデンサ
では実用化されなかった。

又、従来コロナ劣化は酸素の存在下で顕著になると考え
られておりプラスチック材料のなかでも特にＰＰの耐コ
ロナ性は悪い部類に入る。第１表はプラスチックフィル
ムの耐コロナ性の順位を示すもので、耐コロナ性の良い
と思われるものから順に番号を付けである（電気学会技
術報告（１部）、第７４号、　１９６６）。

第１表 第１表に示す通シＰＰフィルムの耐コロナ性は悪いが、
近年ＰＰフィルムはその優れた誘電特性により大量にコ
ンデンサ用として使用されるようになり油入式コンデン
サにはもちろんのこと乾式コンデンサにも多く使用され
るようになってきた。

特にコンデンサの大容量化、フィルムの高電位傾度使用
化に対してはｐｐの持つ誘電特性の良さは捨てがたく、
こうした方向に対しても十分使用できるＰＰフィルムの
乾式コンデンサの開発が待たれていた。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、使用電位傾度が５６ｖ／μ以上でも乾式コン
デンサの容量減少や破壊が起こらないようにしたもので
ある。

問題点を解決するだめの手段 そのために本発明ではＰＰフィルムの両面にメタリコン
側で１０Ω４１７）［邸勤鄭とマージン側で２０〜２０
ｏＱ／Ｄの高抵抗部とを有しこの高抵抗部が電極幅の少
なくとも％以上となるよう亜鉛によシミ極を形成した両
面金属化ＰＰフィルムと、両面に５０〜１ｏｏｏ人の金
属酸化物絶縁層を形成させたＰＰフィルムとを巻回し、
こうして巻取った巻回体の外周に紙、セルロール繊維強
化プラスチック又はガラス繊維強化プラスチックのいず
れかよりなる保護フィルムを巻回してコンデンサ素子を
構成したものである。ここでの金属酸化物絶縁層はＳｔ
ｏ、５ｔｏ２．Ａｌ２Ｏ３，ＢｅＯ，ＭｇＯ。

Ｔｉｅ、Ｔｉｅ２．Ｂａｄ、Ｃａｂ、ＣａＯ２，Ｔａ２
Ｏ３゜Ｔａ　ＯＷＯＭｏＯＭｏＯまたはＺ　ｒ　Ｏ２の
少２５１　　　３＋　　　　　２１　　　　３なくとも
１層よりなる０コンデンサ素子にはメタリコンを行い１
２０〜１４０℃減圧二一ジングする。減圧時の圧力は好
ましくは０．０１Ｔｏｒｒ以下が望ましい。エージング
後リード線、端子金具を取付はケースに収納して樹脂を
注型し、硬化させる０ 作　　用 本発明のコンデンサでは、コロナ放電が極めて起こりに
くいことが特徴である０又寿命試験の途中からコロナ放
電がほとんど検出されない場合もある。容量減少もほと
んどな（ｓｏＶ／μの電位傾度下でも十分耐え得る。こ
れは次の作用によるものと推定している。

■　コンデンサ素子の外周に巻回される紙やセルロース
又はガラス繊維強化プラスチックの保護フィルムが高温
減圧エージング時に内部に巻回されている金属化ＰＰフ
ィルム及びＰＰフィルムの熱膨張、熱収縮を大幅に抑え
、エージング後のフィルム層間の密着性を高めることが
できること０これは保護フィルムが熱変形をほとんど起
こさないため、通常のプラスチックフィルムを保護フィ
ルムとして使用する場合に比らべ、高温時の丸形コンデ
ンサの径方向への膨張が強い圧力で抑え込まれるため、
軸方向への収縮も抑えられ、又減圧されることによりフ
ィルム層間の空気、水分も取除かれた状態でフィルム層
間が圧着されるからであるＯ ■　亜鉛蒸着面が低抵抗部と高抵抗部とに分かれ、高抵
抗部が電極幅の％以上であることより、従来のこうした
電極の場合と同じように低抵抗部同志が重なることがな
く、自己回復時のエネルギーが小さくなシ破壊が起こり
にくいことと、さらには前述のようにフィルム層間を密
着状態にする場合、厚い亜鉛層がある場合と薄い亜鉛層
がある場合とでは薄い亜鉛層の場合の方が密着状態が良
い結果となることである。これはコロナ放電量の検出で
も薄い場合がコロナ量が大きく減少することで確認して
いる。

又、このよう１ｃ密着性をあげる場合、電極を薄くする
と効果があることが判明したが、金属がＡｌの場合には
近年注目されているようにコロ−ジョンによりコロナ放
電が見られなくともＡ１２ｏ３へ変化するため電極が水
玉状に透明になり電極の役目を果さなくなり容量減少が
大きくなる。しだがってフィルム層間の密着性をあげか
つ容量減少を抑えるためには亜鉛を電衡材料と、して用
い薄くする必要がある。なぜなら亜鉛はＺｎＯに変化し
てもＡｌ２Ｏ３の場合はど導電性が低下しないため、電
極としての役目を果すからである。

■　５０人〜１ｏｏｏ人の金属酸化物絶縁層は今の所、
はっきりした働きがわかっていないが、この絶縁層がな
い場合、長時間の寿命試験のあとでコロナ放電が観測さ
れなくとも突発的な絶縁破壊が発生する。又前記引例の
評価試験により本発明よりなるＰＰフィルムを金属酸化
物絶縁層表面よりコロナ放電にさらすと、その耐コロナ
性は絶縁層がない場合とほとんど変わらない。一方、Ｐ
Ｐフィルム上にＡｌを蒸着し、その上に金属酸化物絶縁
層を形成させてＰＰフィルムの他の面にハ何も付着させ
ない金属化プラスチックフィルム一対でコンデンサを作
り課電すると、Ａｌ電極表面に水玉状のＡｌ２Ｏ３が生
成し、容量減少することがわかった。しかし本発明のコ
ンデンサでは容量減少も絶縁破壊も発生しておらず、ｐ
ｐが劣化しにくくなっていることがうかがわれる。

これらのことよシ推定してみると、金属酸化物絶縁層は
、コロナに対する強力な保護膜ではなく酸素分子又は酸
素イオンあるいは水分の制限膜として機能していると考
えられる。金属ＡＪの場合にはコロナの有無にかかわら
ず、これらのものが金属酸化物絶縁層によりある程度制
限され金属表面までに到着する量が減っても充分Ａｌ２
Ｏ３に変化するが、ＰＰの場合にはこれを酸化劣化する
には不充分であり、したがってＰＰの劣化が起こりにく
くなっていると考えられる。

しかし金属酸化物絶縁層の厚みを５ｏｏｏÅ以上にする
と、連続フィルムを作る途中でクラック等の欠陥部が発
生しやすいし、又２０００〜５０００人の範囲内にする
とこの問題はないが、コンデンサのヒートサイクル中に
絶縁が低下するものかあシ、特性を安定にするには効果
が出はじめる５０人からヒートサイクルにも強い１００
０人の範囲に膜厚を抑える必要がある。

実施例 以下図面とともに本発明の実施例について説明する。第
１図は本発明の金属化プラスチックフィルムコンデンサ
のモデル図である。ポリプロピレンフィルム１の両面に
亜鉛蒸着によりメタリコンＳ側で１ｏＱ１０以下の低抵
抗部２とマージン６側で２０〜２００Ω／□の高抵抗部
３を有する電極を形成した金属化プラスチックフィルム
と、ポリプロピレンフィルム１の両面に５０〜１０００
人の金属酸化物絶縁層４を形成したフィルムとを巻回し
てコンデンサを構成する。第２図は本発明よシなる金属
化グラスチックフィルムコンデンサの素子断面を示して
いる。巻芯１ｏはプラスチック成型品または厚手のポリ
エチレンテレフタレートフィルムを数ターン巻回したも
ので、その巻芯上に本発明よりなる金属化プラスチック
フィルム及び金属酸化物絶縁層を形成されたＰＰフィル
ム７が巻上げられ、その外周に紙またはセルロース繊維
強化プラスチックあるいはガラス繊維強化プラスチック
のいずれかよりなる保護フィルム８が巻回されて、それ
らの両端にメタリコン９を施してコンデンサ素子として
いる。第３図は本発明のコンデンサとしてＰＰフィルム
の厚さ７．５μ、低抵抗部４〜５Ω／□、高抵抗部３０
〜５０Ω／□。

保護フィルムを紙（紙の積層厚は０．２ｔａｎ以上が望
ましい）とし、金属酸化物絶縁層をそれぞれ約２５０人
のＳｌｏ　で形成したもの１３、Ｓｉｏ２で形成したも
の１４、Ｔ　ｚ　Ｏ２で形成したもの１６の最大放電電
荷量の経時変化を示している。従来タイプのＰＰフィル
ム厚さ９μにＡｌを２〜４Ωんで蒸着して電極を形成し
てなるコンデンサ１１とＺｎを３〜４Ω／□で蒸着して
電極を形成してなるコンデンサ１２の最大放電電荷量は
大きく、１ｏｏｏ時間以内にいずれの場合も破壊に到っ
ている。これに対し本発明のコンデンサはコロナ放電が
非常に起りにくい構造であり課電後時間とともに放電量
が減少する傾向も見られ破壊に到ることがない。尚、第
３図の試験は室温で行われ、従来タイプコンデンサに対
して５００ｖ、本発明のコンデンサに対して５ｏＯｖの
電圧を印加した結果であり、いずれの場合もｅｅ、ＴＶ
／μの電位傾度となっている。容量はすべて２０μＦで
ある。又第３図では３００ＰＣ以下のコロナ放電は雑音
の影響もあり検出できなかったが、この程度の放電量で
は従来タイプのコンデンサでもほとんど劣化を受けない
。

発明の効果 以上のように本発明によれば従来のコンデンサが耐える
ことができなかった電位傾度、容量の条件下でも十分使
用できる乾式コンデンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例におけるコンデンサのモデル図
、第２図は同コンデンサ素子の断面図、第３図は同コン
デンサの最大放電電荷量の経時変化を示す図である。 １・・・・・・ｐｐフィルム、２・・・・・・Ｚｎ蒸着
電極（低抵抗部）、３・・・・・・Ｚｎ蒸着電極（高抵
抗部）、４・・・・・・金属酸化物絶縁層、５・・・・
・・メタリコン、６・・・・・・マージン、７・・・・
・・金属化プラスチックフィルム及び金属酸化物形成フ
ィルム巻回体、８・・・・・・保護フィルム、９・・・
・・・メタリコン、１ｏ・・・・・・巻芯。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名菓　
１　図 ｉフ 第２図 第３図 ：、、長、 １・・・、ホ１リアロピレソフイＪレム４・１搗＠Ａ物
絶銖層 ５−　看ＩＩフィルム ９・　メタリコン ／θ・−・港　茫。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. メタリコン側で１０Ω／□以下の低抵抗部とマージン側
   で２０〜２００Ω／□の高抵抗部とを有しこの高抵抗部
   が電極幅の少なくとも１／２以上となるよう亜鉛により
   電極を形成した両面金属化ポリプロピレンフィルムと、
   両面に５０〜１０００Åの金属酸化物絶縁層を形成させ
   たポリプロピレンフィルムとを巻回した巻回体の外周に
   、紙、セルロース繊維強化プラスチックまたはガラス繊
   維強化プラスチックのいずれかよりなるフィルムを巻回
   してコンデンサ素子を構成したことを特徴とする金属化
   プラスチックフィルムコンデンサ。