JPS62277712A - 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】 ３、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、特に金属化プラスチックフィルムコンデ
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（Ｐ
Ｓ）Ｗのフィルムにアルミニウム（Ａｔ）や亜鉛（Ｚｎ
）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、Ａ７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、
こうしてできたコンデンサ素子にメタリコンを施し、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（メタリコン側）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、コンデンサの最終破壊を起こりにくくすること
が行なわれていた。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４００ｖ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６５ｖ／
μｍ以上で提供することは極めて困難であった。

プラスチックフィルムに耐コロナ性を与える目的でＳｉ
ＯまたはＳ　ｔ　０２を蒸着また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あるいはポリアミド系プラ
スチック繊維の絶縁体（Ｄ上ＶＣ１〜１．５　ｐｒｎ　
）Ｓ　ｉｏ、　Ｓ　ｉｏ２あルイはＣａ　Ｆ２の無機電
気絶縁材料の膜を蒸着またはスパッタリングによシ付着
させることを提案している。この先行技術文献ではポリ
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、これを導体板上にのせ、
０．５ｍ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無い場合に比して２
倍の時間耐える耐圧を有しているとしている。また、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。

また、特開昭６２−７２５００号公報では有機フィルム
の表面に、フィルムの耐コロナ性を向上させる目的で１
０八〜１０ｏｏｏ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への酸化シリコン膜を付着させた有機フ
ィルムを置き、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挾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
特性を調べ、酸化シリコン膜がある場合が無い場合に比
ベロ〜１０倍の時間耐えることを示している。

発明が解決しようとする問題点 しかし、これまで、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を用いたコ
ンデンサは実用化されなかった。

その理由はコンデンサが極めてコスト高となる問題以上
に、酸化シリコン膜を付着させないフィルムを用いたコ
ンデンサよりむしろ耐圧が低下するからである。耐圧低
下の原因は、■　酸化シリコン膜を付着させたフィルム
はフィルム相互間の密着性能を消失してしまいコンデン
サとして積層巻回されたフィルム層間の空隙が大きく存
在しコロナ放電が極めて増大する結果となること、■　
耐コロナ性は酸化シリコン膜が厚いほど高まるが逆にク
ランクが発生しやすくなり耐コロナ性は全ったく向上し
ないこと、■　酸化シリコン膜が薄いと酸化シリコン膜
を付着させたフィルムも付着させないフィルムもフィル
ム単体の破壊電圧がほとんど等しいこと、などがあげら
れ、これらが相互に関係しあいコンデンサの耐圧を低下
させていた。

つまり、酸化シリコン膜を付着させたフィルムを用いて
コンデンサが巻回されると真空高温エージング等の処理
後でもフィルム層間の空隙が大きく存在し、密着性をあ
げるためにコロナ処理を施した酸化シリコン膜がないフ
ィルムを用いてコンデンサを巻回した場合より大きなコ
ロナ放電が発生する。耐コロナ性が高いはずの厚膜酸化
シリコン膜の場合でもハンドリング時、巻取時、熱処理
時等の力の作用時にクランクを形成させてしまいフィル
ムの表面が露出し、ここを通常より大きくなったコロナ
放電が浸食劣化させど圧低下をもたらす。また、上記各
先行技術文献にも示すとうり、耐コロナ性が向上するの
はフィルムと電極との間の比較的大きな空隙でのコロナ
放電に対してであり、フィルム上に直接電極を配置した
場合の耐圧は特に酸化シリコン膜が１０００人程度以下
では酸化ンリコン膜がない場合と同じであるとの結果を
得ている。したがって、実機コンデンサでは酸化シリコ
ン膜にはほとんど接する形で電極が存在し、かつ、フィ
ルム層間が密着しないため大きなコロナ放電が発生し、
上記文献に示されるモデル試験で効果があったほど耐圧
が向上しないものと考えられる。

従来、４ｏＯ■前後以上の定格電圧を有するコンデンサ
は油入式タイプのものが多く、リードタイムの短縮や工
程の自動化のためには乾式タイプのものが望ましく、こ
うした方向に十分応えることができる乾式コンデンサの
開発が待たれていた。

本発明は使用電位傾度が５５ｖ／μｍ以上でもＩａｎδ
が低く、容量減少や絶縁抵抗の低下、破壊が起こりにく
い乾式の金属化プラスチックフィルムコンデンサを提供
しようとするものである。

問題点を解決するための手段 そのために本発明では片面を金属化したポリプロピレン
、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポ
リエチレンテレフタレート等の片面金属化プラスチック
フィルムの両面に５０人〜１０００人のＳ　ｌｏ　＋　
３１０２１ガラス、　Ａｆ１２０３．　Ｂｅｄ。

Ｍ（Ｊ（）　、　Ｔ　ｔｏ　、　Ｔ　１０２　、　Ｂａ
Ｏ＊　ＣａＯ、ＣｅＯ２，Ｔａ２０３ｊＴａ２０５．Ｗ
Ｏ３２Ｍｏ○３．　Ｚ　ｒ　０２またはＭｏＯ２の少な
くとも１層よりなる酸化物絶縁層を形成し、こうして出
来たフィルムを１対巻回して巻回体を構成し、この巻回
体の外周に通常のプラスチックフィルム（生フィルム）
を巻回してコンデンサ素子を構成するか、さらにその上
に紙またはセルロース繊維強化プラスチックフィルムま
たはガラス繊維強化プラスチックフィルムよりなる保護
フィルムを巻回してなるコンデンサ素子を備えたもので
ある。なお、このコンデンサ素子にメタリコンを行った
後、１００’Ｃ〜１２０°Ｃで減圧エージングし、以後
、従来の乾式コンデンサの製造と同様にリード線等を取
付け、ケースまたは型に収納して樹脂を注型し硬化させ
る。生フィルム及び保護フィルムの巻回層は０，２語以
上が好ましい。本発明に於ける電極材料は亜鉛、アルミ
ニウムおよびその他導電性材料であればどれでも良い。

使用電位傾度によって均厚電極でなく電極導出側（メタ
リコン側）で１００／口以下の低抵抗部とマージン側で
２０〜２００Ｑ／口の高抵抗部とを有し高抵抗部が電極
幅の少なくとも％以上になるように不均厚電極とする。

巻回体の外周に巻回する生フィルムはコロナ放電処理し
ていない生フィルム、片面コロナ放電処理フィルム、両
面コロナ放電処理フィルムのいずれかを用いるが、生フ
ィルムの上に紙等の保護フィルムを巻回しない場合は両
面コロナ放電処理フィルムを用いた方が好ましい。

作　　　用 本発明よりなるコンデンサはコロナ放電が極めて起こり
にくく、ｔａｎδが低いことが特長である。

また、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（９０Ｖ／μ
ｍ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捷た
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
圧エージング時にこれより内部に巻回されている生フイ
ルム巻回層や金属化フィルム巻回層の熱膨張収縮を大幅
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。これは紙またはセルロース繊維強化プラ
スチックフィルムまたはガラス繊維強化プラスチックフ
ィルムよりなる保護フィルムが熱変形をほとんど起さな
いため、通常のプラスチックフィルムだけを保護フィル
ムとして使用する場合に比べ、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、また減圧されることによりフィ
ルム層間の空気、水分も十分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。これより内側に巻回され
る生フィルムよりなる巻回層の役割は高温減圧エージン
グ時に出来上がるフィルム層間の圧着状態、特に金属化
フィルムの巻終り部の圧着状態を常温常圧時に於ても保
持するためにある。高温時には紙等の保護フィルムはそ
れより内部のプラスチックフィルム巻回体等を加圧保持
するが常温や低温では寸法変化が少ないだめ逆にプラス
チックフィルム巻回体との間に空隙すら発生し巻回体に
ゆるみが生じる。

生フィルムよりなる巻回層はこうしたゆるみが金属化フ
ィルム巻回層におよばないようにするものである。こう
して常温、低温時に於ても高温減圧エージング時に出来
上がったフィルム層間の圧着（ａｔ　）状態が保持され
るのである。また、生フィルムのみにより保護フィルム
とする場合は両面コロナ処理をした生フィルムがより良
好な圧着状態を保持出来る。こうしたことよりコロナ放
電が起こりにくくなったと考えられる。

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図は本発明の実施例よシなる金属化プラスチックフ
ィルムコンデンサの要部のモデル的な断面図である。プ
ラスチックフィルム１の片面に電極２を蒸着して金属化
プラスチックフィルムとしさらにその上に５０八〜１０
ｏ〇への酸化物絶縁層３を形成したフィルムを１対巻回
する。

蒸着電極２はメタリコン４側で厚く、それと反対側のマ
ージン側で薄くした段付蒸着を用いても良い。また、酸
化物絶縁層３の厚さが５００人程以下でであれば、この
絶縁層３を蒸着電極２上の全面ニワたって形成してもメ
タリコン４とのコンタクトに特に問題はない。

第２図は同金属化プラスチックフィルムコンデンサの素
子の断面を示している。巻芯８はプラスチック成形品ま
たは厚手のプラスチックフィルム等を十数ターン巻回し
たもので、その巻芯上に上述の金属化プラスチックフィ
ルム５が巻上げられ、その外周に生フィルム６が巻回さ
れ、その外周に紙またはセルロース繊維強化プラスチッ
クフィルムあるいはガラス繊維強化プラスチックフィル
ムよりなる保護フィルム７が巻回され、それらの両端に
メタリコン４を行って、コンデンサ素子としている。保
護フィルム７を巻回しない場合でも生フイルム巻回体６
の巻回厚を０．２１ｍ以上とすればほとんど同じ効果が
得られる。また、紙等の保護フィルム７は真空高温エー
ジング後、取除いても良い。第３図は室温におけるーδ
の電圧特性を表わしており、試料コンデンサの条件は次
の通りである。容量６μＦ１プラスチツクフイルム（ｐ
ｐ）１の厚さ６μｍ、電極２は低抵抗部４〜５Ω／口、
高抵抗部２０〜４０Ω／口の亜鉛段付蒸着電極、酸化物
絶縁層３は約２００人のＳｉＯを蒸着して形成、生フイ
ルム巻回体６（一種の保護フィルム）には、７，５μｍ
の両面コロナ処理フィルムを巻回厚約０．３ｍに巻回、
保護フィルム７には９μｍの紙を巻回厚約０．５鵡に巻
回している。このコンデンサの特性を第３図中にＢで示
す。これに対して生フイルム巻回体６を有しない試料の
特性をＡに示す。この様に本実施例のコンデンサは−δ
が小さく、これはコロナ放電が小さいことと一致してい
る。第４図は第３図に於ける試料コンデンサに室温でＡ
Ｃ６００Ｖ連続課電した時のＣＲ（容量Ｘ絶縁抵抗：Ω
Ｆ）の経時変化を示す。この第４図より本実施例のコン
デンサの特性が優れている電極幅の％以上であると、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（セルフヒール）時のエネルギ
ーが小さくなり破壊が起りにくい。セルフヒール時には
大量のガスが発生し、これがコロナ放電の発生を引起こ
しているためセルフヒール時のエネルギーを小さくしガ
ス発生を抑制することはコロナ放電の抑制にも通じる結
果となっている。

また６ｏ人〜１ｏｏＯ人の酸化物絶縁層を両面に形成し
たプラスチックフィルムをシリコーングリスを薄く塗っ
た平板電極に貼りつけ、このプラスチックフィルムの上
に直接円筒電極を載置１電翫間に交流６０Ｈｚの電圧を
課電し、破壊電圧を測定すると、酸化物絶縁層がない場
合とほとんど同じ結果となる。また、円筒電極を平板電
極に押しつけると破壊電圧が極端に低下してくる。フィ
ルムの上部に空隙を構成し、この空隙部で放電を発生さ
せる場合と異なり直接フィルム上に電甑を載置して放電
を発生させる場合には、この時に発生するコロナ放電に
対して酸化物絶縁層は何ら耐コロナ性を向上させる役割
を果していない。実機コンデンサでは丁度フィルム上に
電極が載置された構造となりしかも酸化シリコン膜を付
着させたフィルムはフィルム相互間の密着性が消失して
いるため空隙がある程度大きく存在する場所がありここ
での大きなコロナ放電にフィルムが侵食劣化され従来の
実機コンデンサでは耐圧が向上しなかった。一方、プラ
スチックフィルムにアルミニウムや亜鉛を蒸着した上に
酸化物絶縁層を形成させて、この上に空隙を構成し、こ
の空隙で放電させるとアルミニウムや亜鉛は酸化物絶縁
層が無い場合より多少少なくなるが、同じように酸化さ
れて金属光沢を失った部分が電極が飛散したかのように
広がる。しかし本発明よりなるコンデンサでは容量減少
が少なく絶縁破壊も発生しておらずプラスチックフィル
ム（ｐｐ）が劣化しにくくなっていることがうかがわれ
る。

これらのことにより推定すると、酸化物絶縁層はコロナ
放電に対する強力な保護膜というよりは酸素分子または
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。蒸着電極の場合には酸化物絶縁層がこれら
のものをある程度制限し、蒸着電極面まで到達する量を
減らすが、しかしそれでも十分酸化させてしまう結果と
なるのに対し、プラスチックフィルム（ｐｐ）の場合に
はプラスチックフィルム（ｐｐ）を酸化劣化させるには
不十分であり、したがってプラスチックフィルム（ｐｐ
）の劣化が起りにくくなっていると考えられる。一方、
実機コンデンサの場合には蒸着電極そのものに電圧印加
されて放電が発生するが、酸化物絶縁層が蒸着電極上に
形成されている場合には放電そのものが発生しにくくな
った。

本発明よりなるコンデンサではフィルム相互間の空隙の
発生を抑えることができること、したがってコロナ放電
そのものが小さく損失としてのｔａｎδが低いこと、高
温減圧エージング時に排除した酸素や水分の状態をエー
ジング後にもそのままに近い状態で保持できる構造であ
ることなどが良好なコンデンサ特性を得ることができた
要因であると考えられる。

酸化物絶縁層の厚みを５０００Å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２０００〜５０００Ａの範囲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
ものがあり、特性を安定するには、効果が出はじめる５
０人からヒートサイクルにも強い１０００人の範囲に膜
厚を抑えると良い。

発明の効果 以上のように本発明によれば、従来のコンデンサでは耐
えることのできなかった電位傾度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、その工業的価値は
犬なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるコンデンサの要部の
断面図、第２図は同コンデンサのコンデンサ素子の断面
図、第３図は同コンデンサと従来のコンデンサの電圧−
帥δ特性図、第４図は同コンデンサの従来のコンデンサ
の時間−ＣＲ特性図である。 １　・・−・プラスチックフィルム、２　・・・蒸着電
極、３・−・・・酸化物絶縁層、５・・・巻回体、６　
・・・・生フィルム、７　・−保護フィルム。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ノー
７妖九りλルＡ ど−一魚着電１ ３−−一譜北２圀ツ練屡 ４−−メタリコン 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）片面金属化プラスチックフィルムの両面に酸化物
   絶縁層を形成してなるフィルムを一対巻回して巻回体を
   構成し、この巻回体の外周にプラスチックフィルムを巻
   回してなるコンデンサ素子を備えてなる金属化プラスチ
   ックフィルムコンデンサ。
2. （２）片面金属化プラスチックフィルムの両面に酸化物
   絶縁層を形成してなるフィルムを一対巻回して巻回体を
   構成し、この巻回体の外周にプラスチックフィルムを巻
   回し、このプラスチックフィルムの外周に、紙またはセ
   ルロース繊維強化プラスチックフィルムまたはガラス繊
   維強化プラスチックフィルムを巻回してなるコンデンサ
   素子を備えてなる金属化プラスチックフィルムコンデン
   サ。