JPS6142116A - 油含浸型コンデンサ− - 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】 〔技術分野〕 この発明は、ポリプロピレンフィルム（以下、「ＰＰフ
ィルム」と略す）を用いた誘電体層に、絶縁油を含浸さ
せるようにした油含浸型コンデンサーに関する。

〔背景技術〕

近年、コンデンサーの誘電体層にプラスチックフィルム
が使用されるようになってきた。中でも、ＰＰフィルム
は、電気特性に優れているため、特によく用いられてい
る。絶縁油を含浸してなる油含浸型コンデンサーにフィ
ルムを適合させるにあたっては、絶縁油の含浸性を改良
する必要があるため、通常、フィルム表面の粗面化がな
される。熔融シート冷却工程で生成させたβ晶球晶生成
による網目状構造を有したフィルムは、誘電特性にすぐ
れるが、表面の凹凸密度が少なく、絶縁油の浸透が不十
分である。すなわち、フィルム層間あるいはフィルムと
アルミ箔等の箔状電極面への浸透、含浸が必ずしも十分
ではない。そのため、コンデンサー内には、部分的に未
浸透、未含浸部分を含み、コロナ放電による早期絶縁破
壊が生じやすく、コンデンサーの寿命を大幅に低下させ
ることが多い。また、仮に凹凸密度が多いものが得られ
ても、表面欠点（スリキズ、粗面ムラ）やカール故に実
用化しにくいものである。

〔発明の目的〕

この発明は、かかる点に鑑みて、眉間油層を十分確保し
、かつ、コンデンサー寿命の優れた誘電体層を有する油
含浸型コンデンサーを提供せんとするものであるつ 〔発明の開示〕 この発明は、上記目的を達成するため、次の構成、すな
わち、電極、誘電体層および絶縁油を具備した油含浸型
コンデンサーにおいて、誘電体層の°少なくとも一部に
、差動熱量計での融点ピークが３点以上で、独立した粒
状突起で形成された粗面をそなえ、この粗面において高
さ０．２μ以上の粒状突起数カ月０個／ｆ１以上存在し
、かつ、グロスが４０％以下、結晶サイズが１５０Å以
下よりなるポリプロピレンフィルムを用いたことを特徴
とする油含浸型コンデンサーをその要旨とする。

この発明における、いわゆるＰＰフィルムとは、通常は
ＰＰフィルムをベース層とし、その少なくとも片面に表
面性状改善のために複合層を形成し、二軸延伸されたも
のを言う。

ここで、ＰＰフィルムは、ＰＰからなるベース層の少な
くとも片面に、ＰＰと、ポリエチレン。

ポリオレフィン以外のポリマ、またはゴム類との混合物
、もしくは、エチレンプロピレンランダム共重合体、プ
ロピレンとそれ以外のオレフィンとのブロック共重合体
等からなる複合層が設けられてなるものである。ベース
層は、必ずしもＰＰホモポリマからなる必要はなく、こ
の発明の目的達成の範囲内で少量の他種オレフィンが共
重合されていてもよい。また、少量の他種ポリオレフィ
ンが混合されていてもよい。さらに、公知の各種添加剤
類、たとえば安定剤、充填剤、酸化防止剤あるいは耐電
圧向上剤などを含有していてもよい。

ポリオレフィン以外のポリマとは、具体的に言えばＰＰ
と相溶性の劣るポリマという意味であり、例示すれば、
ポリスチレン、直鎖状ポリエステル、ポリアミド、ポリ
アクリル酸エステル、ポリメタアクリル酸エステル、ポ
リカーボネート、ポリアセタールなどである。また、ゴ
ム類とは、ブチルゴム、スチレン・ブタジェンゴム、ポ
リブタジェン、ポリイソプレン、エチレン・プロピレン
ゴム、エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合ゴムあ
るいはポリイソブチレンゴムなどである。なお、ＰＰに
混合するこれらのポリマとしては、ＰＰの加工ブレンド
工程において熱により熔融するものが好ましく用いられ
る。

この発明において差動熱量計（以下、、ＤＳＣと言う）
での融点ピークが３点以上とは、融点１２５℃〜１７５
℃（好ましくは、１３０℃〜１７５℃）の間に３点以上
のピークを有することをあられす。融点ピークが３点よ
り少なくなると、絶縁油を浸透させるには十分な粗面を
得ることができないため、コンデ；ナーの寿命が大幅に
低下する。表面形状での独立した粒状突起とは、β晶球
晶のα晶転移による網目状構造とは違う別の形状をあら
れす。その突起数は、高さ０．２μ以上の突起が１０個
／龍以上の存在が必要であり、好ましくは、１５個／龍
以上である。１０個／ｌ■より少ないと、粗面が不十分
となり、眉間への油層確保に支障がみられ、コンデンサ
ーの早期破壊につながる。グロスは４０％以下で、好ま
しくは３０％以下である。グロスが４０％を超えると絶
縁油との濡れ性が不十分となり、コンデンサー内に部分
的に未含浸部分が生じ、早期破壊につながる。このフィ
ルムの結晶サイズとしては、１５０Å以下、好ましくは
１４０Å以下である。１５０人を超えると、フィルム内
の非晶部のセグメント密度の低下や分子鎖長さが短くな
り、絶縁耐圧の低下につながり寿命が短くなる。

なお、この発明のフィルムには、この発明の特性を損な
わない程度の他の成分が含浸されていてもよい。

ＰＰフィルムの製造方法はいろいろ考えられるが、代表
的な例を示せば、共押出による方法がある。すなわち２
台の押出機を用意し、片方にＰＰを、もう片方にブロッ
ク共重合体を供給して溶融押出し、一つの口金の中で合
流させて積層シートとして吐出せしめたあとこのシート
を二軸延伸するのである。また、別の方法としては、未
延伸のＰＰシートの上にブロック共重合体を溶融押出ラ
ミネートし、これを二軸延伸してもよい。また、他の方
法としては、−軸延伸されたＰＰシート上にブロック共
重合体を熔融押出ラミネートし、これを前記−軸延伸方
向と直角方向に延伸してもよい。いずれの場合でも、Ｐ
Ｐの層とブロック共重合体の層は特別の処理なしで充分
に接合するが、もし、必要とあれば表面活性化処理（コ
ロナ放電処理など）あるいは適当なアンカーコート剤を
塗布したのち、積層させてもよい。

この発明にかかる油含浸型コンデンサーは、誘電体層と
して、上記のフィルムを用い、たとえば、つぎのように
してつくられる。

まず、前記のようなＰＸＥ油滴収縮率を有するＰＰフィ
ルムに、電極として金属を蒸着あるいはメッキして金属
化フィルムとし、これを２枚重ねて巻回するか、または
前記ＰＰフィルムに、電極として金属箔を重ねて巻回し
て、コンデンサー素子を形成する。誘電体層としては、
ＰＰフィルムのみ（１枚以上）を用いるようにしてもよ
いが、他の誘電体、たとえばコンデンサー用薄紙と併用
してもよい。つぎに、コンデンサー素子に対し、プレス
あるいは乾燥というような処理を行ったあと、容器に入
れ、減圧下で絶縁油を含浸させることによりこの発明の
コンデンサーを得る。

電極としては、アルミニウム、亜鉛、すす１ｗ４、銀、
鉛等が用いられる。なお、電極の形態は箔状でも蒸着で
もよい。絶縁油としては、電気絶縁性のあるものならば
任意のものを使用しうるΔ、例をあげれば、多塩化ジフ
ェニル類、パラフィン系、ナフテン系あるいは芳香族系
炭化水素よりなるいわゆる鉱油類、パラフィン油、ボリ
ブデン。

綿実油、菜種油あるいはシリコン油などがある。

これらは、単独で用いてもよく、あるいは混合して用い
てもよい。また、これらの油の中に公知の添加剤類、た
とえばエポキシ化合物などを添加するようにしてもよい
。好ましいものは、フェニルキシリルエタン、モノイソ
プロピルビフェニルである。

つぎに、この発明の油含浸型コンデンサーの、より具体
的な製法の一例について説明する。ただし、これに限定
されるものではない。まず、アイソタクチック度（以下
、ＩＩと略す）が９７．５〜９９．６％よりなるＰＰを
２４０〜２８０℃に加熱された押出機に供給し熔解した
。一方エチレン含１１．２〜’１．５　ｗ　ｔ％のエチ
レンプロピレンランダム共重合体７０〜８５ｗｔ％とエ
チレン１５〜３０ｗｔ％を重合させて得られた１１８５
〜９５％のエチレンプロピレンブロック共重合体を２４
０〜２８０℃で熔解した。これら二つの溶融体を１台の
Ｔダイより４００〜８００μ相当のシート状に押出し、
表面温度２０〜４０℃のチルロールに巻きつけて冷却固
化した。この積層シートを１３０〜１５５℃の温度で長
さ方向に４．０〜５．５倍の延伸を行って後、直角方向
に１５５〜１７５℃の温度で７．０〜１１．０倍の延伸
後、１３０〜１６０℃の温度でやや弛緩しつつ熱処理し
た後、巻取る。

以上のようにして形成されたフィルム、１枚以上を、ア
ルミニウム箔と重ねて巻回し、コンデンサーを形成する
。なお、誘電体層は、上記のフィルム以外に、他の材料
、たとえば、紙と組み合わせてもよい。

ついで、容器に上記のコンデンサーを入れて減圧室中で
周知の絶縁油、好ましくはフェニルキシリルエタンまた
はモノイソプロピルビフェニールを含浸させることによ
って、この発明のコンデンサーを得ることができる。

つぎに、実施ＪＪＩ、２および比較例１〜５について述
べる。

（実施例１．２および比較例１〜５） つぎのようにして、実施例１．２および比較例１〜５の
コンデンサー試料をつくった。

押出機温度２５０℃でＩＩが９９．６％のＰＰホモポリ
マを溶融するとともに、エチレン含量１，５−ｔ％のエ
チレンプロピレンランダム共重合体が８５ｗｔ％とエチ
レン１５−ｔ％の配合割合で重合させることにより得ら
れた１１９４％のエチレンプロピレンのブロック共重合
体を押出機温度２５０℃で溶融して、両方の溶融体を中
６６０ｍｍ、間隙１゜２ｖＡのＴダイよりシート状に押
出し、３０℃に冷却されたチルロールで冷却固化させた
後、１４５℃の温度で長さ方向に５．０倍の延伸を行う
とともに、直角方向に１７０℃の温度で９．０倍延伸し
、その後１５０℃で弛緩熱処理を行い、巻取った。′実
施例１，２および比較例１〜５のフィルムの融点ピーク
数、グロス、突起数およりび結晶台イズを第１表に示す
。

以上のようにして得られた１５μのフィルムを３枚重ね
て誘電体層とし、電極として８μ厚みのＡＩ箔を用いて
０．２μＦのコンデンサーを製作し、フェニルキシリル
エタンなる絶縁油を用いて真空下８０℃で２４時間含浸
を行い、誘電体層のフィルムに絶縁油を含浸させた油含
浸型コンデンサーとした。

このコンデンサーを用いて８０℃で３．　ＯＫ　ＶのＡ
Ｃを４００時間課電し、コンデンサーの寿命比較を行っ
た。

その結果は第１表に示したとおりであって、融点が３点
以上、グロスが４０％以下、粒状突起の粗面高さが０．
２μ以上で突起数１０個／ｆ１以上のもの、すなわち、
実施例１．２において、比較例１〜５に比べ、耐圧の向
上がみられ、明らかにコンデンサーの寿命の優れている
ことがわかる。

（以　下　余　白） （実施例３〜５および比較例６） つぎのようにして、実施例３〜５および比較例６のコン
デンサーをつくった。

チルロール温度を８０℃、熱処理温度を１６５℃に変更
したほかは、実施例１．２と同様の方法で、フィルムを
作った。フィルムの性質を第２表に示す。コンデンサー
の製作および寿命テストは、実施例１，２と同様に行っ
た。

誘電体層の結晶サイズと寿命特性の関係を調査した結果
は、第２表に示したとおりであり、同表から、フィルム
の結晶サイズがコンデンサーの寿命を大きく左右するこ
とがわかる。

（以　下　余　白） （実施例６．７および比較例７．８） つぎのようにして、実施例６．７および比較例７．８の
コンデンサーをつくった。

一方の押出機から、第３表のごとくエチレンプロピレン
共重合体の組成の異なった原料を押出し、実施例１，２
と同様の方法でフィルムを作成した後、同様の方法でコ
ンデンサーとし、寿命テストを行った。

特公昭５３−３１２６２号公報でエチレンプロピレンの
ブロック共重合体によるコンデンサーへの適用が提唱さ
れているが、上記の結果によれば、油含浸型コンデンサ
ーには、単純なブロック共重合体よりもエチレンプロピ
レンランダム共重合体の方がよく、そのエチレン成分が
絶縁油の含浸性によい効果を与えることが分かる。

（以　下　余　白） 寿命特性は、中１００ｍｍで厚み１５μのフィルムを３
枚重ねたものに中８０ｍｍで厚み８μのＡＩ箔を電極と
して重ね合わせて０．２μＦのコンデンサーを作製し、
３．　ＯＫ　ＶのＡＣ（電位傾度４５Ｖ／μの１．５倍
の印加電圧）を８０’Ｃの高温下で４００時間課電後、
直流電圧でコンデンサーの破壊テストを行い、コンデン
サーの破壊状況により下記第４表からライフ指数を求め
た。なお、ライフ指数とは、６素子のコンデンサー破壊
テストを行い、１素子毎に下表から指数を求めその６素
子分の指数の総和をいう。ＤＣ破壊電圧はＡＣ課電時に
おける構造の劣化程度を表す。

（以　下　余　白） この発明の特性値は、次の測定法によるものである・ ＋ｌＩＤ５Ｃでの融点 Ｊ’ＥＲＫ　ＩＮＥＬＭＥＲ社製ＤＳＣ−ＩＩ型の差動
走査熱量計を用いて、次の測定条件で得られた１ｓｔ　
ｒｕｎでの吸熱ピークの融点をＤＳＣの融点と定義した
。

試料量　：　５ｍｇ 範囲　　：　５　ｍｃａｌ　／ｓｅｃ 昇温速度＝２０℃／分 感度　　：１０ｍＶ （２）粒状突起数 小板研究所−の解析装置付三次元万能表面形状測定器Ｍ
ＯＤＥＬ　５Ｅ−３ＦＫＳを用いてフィルムの表面を次
の測定条件で測定する。

測定長　　＝１１１ 縦倍率　　：５０００倍 横倍率　　：２００倍 送り速度　：０．１鶴／ｓｅｃ フィルター：　０．２５　ｍｍ 測定間隔　：１０μ 測定数　　：２０個 上記条件によって得られた山数ＰＣ−１より山の高さ０
．２μ以上の個数を突起数という。ここでのＰＣ−１と
は、表面の凹凸の中心線より０．２μ以上の高さを持つ
突起の数をいう。

（３）グロス スガ試験機■製のデジタル変角光沢針？１ＯＤＥＬ　Ｕ
ＧＶ−４Ｄを用イテ、ＪＩＳＺ８７４１　ニ準じて評価
を行った。

（４）結晶サイズ 広角エックス線回折（反射法）で印加電圧３５ＫＶ　−
１５ＭＡ、　５ｃａｎ　５ｐｅｅｄ　１’　／ｗｉｎ　
ＴＩＭＥＣＯＮＳＴ　　２ＳｅＣＦＳ　　８０００ｃｐ
ｓ　５ＬｉＴ系　ＤＳ、ＳＳＩ°Ｒ３０，３ｎフイルタ
ーはニッケルを用い、上記条件で測定後、次式で求め（
１１０）面の測定値を結晶サイズと定義した結晶サイズ
（人）＝（Ｋ・λ）／（β・ｃｏｓ　θ）Ｋニジエラー
常数、ここではに＝１としたλ：１．５４１Ｂ β：半価幅 θ：ピーク角度 〔発明の効果〕 この発明のコンデンサーは、上述したように、ＤＳＣで
の融点ピークが３点以上であり、独立した粒状突起が形
成された粗面をそなえ、この粗面において高さ０．２μ
以上の粒状突起数が１０個／１以上存在し、グロスが４
０％以下で、かつ、結晶サイズが１５０Å以下のフィル
ムを誘電体層の少なくとも一部としたので、従来品に比
べ含浸性に優れ、耐圧が向上している。そのため、促進
テストでの耐寿命特性で約３０％の向上が期待できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極、誘電体層および絶縁油を具備した油含浸型
   コンデンサーにおいて、誘電体層の少なくとも一部に、
   差動熱量計での融点ピークが３点以上であり、独立した
   粒状突起が形成された粗面をそなえ、この粗面において
   高さ０．２μ以上の粒状突起数が１０個／ｍｍ以上存在
   し、かつ、グロスが４０％以下、結晶サイズが１５０Å
   以下よりなるポリプロピレンフィルムを用いたことを特
   徴とする油含浸型コンデンサー。