JPS6247107A - 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】 ２　べ−７ 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
式の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＋−（ｐＥＴ）、ポリスチレン（
ＰＳ）等のフィルムにアルミニウム（Ａｌ　）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、へｌ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。父、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（つまシミ補導出側を厚くマージン側を薄く蒸着す
る）電極構造も提３ベーノ 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″！、シコロ
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５５ｖ／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Ｓｔ
○又はＳＩＯ２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あるい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，５ｉ０
２あるいはＣａ　Ｆ　２の無機電気絶縁材料の膜を蒸着
又はスノくツタリングにより付着させることを提案して
いる。

この例ではポリエチレンテレフタレート基の表面に８１
０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０．５爺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捷
ないように構成する方法を提案している。又、特願昭５
０−１４９７８８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１ｏ入〜１００００へ
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１０八〜１００００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５　ページ の時間特性を調べ、酸化シリコン膜がある場合が５〜１
０倍の時間耐えることを示している０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ッ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６　
ヘーノ 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
もノ・ノドリンク時、巻取時、熱処理時等の力の作用時
にクラッ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侵食劣化さ
せ耐圧低下をもたらす。又、」二記例にも示すとうり耐
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１００Ｑ八程度以下では酸化シ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ア、−７ きなコロナ放電が発生し上記例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、４ｏ○■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５６ｖ／μｍ以上でもｔａｎδ
が低く、容量減少や破壊が起こりにくい乾式コンデンサ
を提供しようとするものである。

問題点を解決するだめの手段 そのために本発明ではポリプロピレン、ポリカーボネー
ト、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエステル等のプ
ラスチックフィルムの両面に５０八〜１ｏｏｏ人のＳｌ
○、５ＩＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｂｅｏ。

ＭｇＯ，ＴｉＯ，ＴｉＯ２，Ｂｅｏ、Ｃａｂ、ＣａＯ２
，Ｔａ２Ｏ３゜Ｔａ　２０５．Ｗ○３１Ｍ００３．Ｚｒ
Ｏ２またはＭ　ｏ　Ｏ２の少なくとも１層よりなる金属
酸化物絶縁層を形成させる。この両面に金属酸化物絶縁
層を形成したプラスチックフィルムと該プラスチックフ
ィルムの両面に電極を形成した金属化プラスチックフィ
ルムとを巻回するか、前記の両面に金属酸化物絶縁層を
形成１７たプラスチックフィルムの片面に電極を形成し
た金属化プラスチックフィルムを少なくと・も一対巻回
した金属化プラスチックフィルム巻回体の外周に金属酸
化物や電極を形成していない生プラスチックフィルム（
生フィルム）を巻回ｌ〜で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コンデンサ素子を構
成してなるものである。

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（（ｔａｎδが低いことが特長である。

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く９０Ｖ／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。

９ベ−〕 ■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
ることができること。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、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、又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１ｏ　べ−７゛ の保護フィルムはそれよシ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
ないため逆にプラスチックフィルム巻同体との間に空隙
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（密着）状態が保持されるのである。又、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る
と考えられる。

■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％以上であることにより、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（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、部厚い亜鉛層がある
場合より１１　ｔｌ−７ 薄い亜鉛層のほうが密着状態を良好にできることがあげ
られる。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。

■５０八〜１０００への金属酸化物絶縁層の両面に形成
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し電極間に交流６０　Ｈｚの電圧
を課電し破壊電圧を測定すると金属酸化物絶縁層がない
場合とほとんど同じ結果となる。又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極を載置して放電を
発生させる場合にはこの時発生するコロナ放電に対して
金属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伺
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トしなかった。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
に金属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金属酸
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。

これらのことより推定すると、金属酸化物絶縁層はコロ
ナに対する強力な保護膜というよりは酸素分子、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。蒸着電極の場合には金属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捷で到達する量を
減らすが、し１３　ベージ 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
、ＰＰの場合にはＰＰを酸化劣化させるには不十分であ
りしたがってＰＰの劣化が起りにくくなっていると考え
られる。

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１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。

金属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２０００〜５０ｏＯ人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にするには効果が出はじめる
５０八からヒートサイクルにも強い１０００人の範囲に
膜厚を抑える必要がある。

１４べ−７ 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図は本実施例の金属化プラスチックフィルムコンデン
サの要部断面図である。両面に５０人〜１０００人の金
属酸化物絶縁層３を形成したプラスチックフィルム１０
両面に電極２を形成した金属化プラスチックフィルムと
電極を形成しないプラスチックフィルムとを使用する場
合を第１図ａに示し、前記プラスチックフィルム１の片
面に電極２を形成した金属化プラスチックフィルムを一
対使用する場合を第１図すに示す。亜鉛蒸着電極２はメ
タリコン４側の厚く蒸着されたところが１０Ω／口以下
で、マージン側の薄く蒸着されたところが２Ｑ〜２００
Ω／口となっている。

第２図は本実施例の金属化プ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８はプラスチック成
形品または厚手のポリエチレンテレフタレートフィルム
等のプラスチックフィルムを数ターン巻回したもので、
その巻芯８上に本発明よりなる金属化プラスチックフィ
ルム６が巻上げ１５　ら−７ られ、その外周に生フィルム６が巻回され、さらにその
外周に紙寸たはセルロース繊組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が巻回されてそれらの両端にメタリ
コン９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１〜ない場合でも生フイルム巻回体６の巻回
厚を０．２ｒｎｍ以上にすればほとんど同じ効果が得ら
れる。又、紙等の保護フィルムは真空高温エージング後
取除いても良い。第３図は室温に於けるｔａｎδ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６．６ｐＦ、プラスチックフィルムに（（１
，ＰＰ６μ、低抵抗部４〜５Ω／「）、高抵抗部２０〜
４０Ω／口の片面蒸着電極、金属酸化物絶縁層は約２０
０人のＳｉＯを蒸着して形成、生フイルム巻回体には１
５μのＰＰフィルムを巻回厚約０．５ｍｍ巻回、保護フ
ィルムには９　ｐの紙を巻回厚約０．５　Ｍ巻回してい
る。このコンデンサの特性を第３図中に■で示してあり
、これに対して生フィルム巻同体を構成しない試料の特
性を■で示しである。この様に本実施例のコンデンサは
ｔａｎδ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。又、第４図は第３図に於ける試料コンデン
サに室温でＡＣ６００Ｖ連続課電した時のＣＲ（容歌×
絶縁抵抗：ΩＦ）の経時変化を示すＯ不実施例のコンデ
ンサの特性が優れていることがわかる。

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でも十分使用できる乾式コ
ンデンサを捺供することができ、その産業性は大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すコンデンサの要部断面図
、第２図は同コンデンサの断面斜視図、第３図は同コン
デンサのｔａｎδ−電圧特性図、第４図は同コンデンサ
のＣＲ一時間特性図である。 １・・・・・・プラスチックフィルム、２・・・・・Ｚ
ｎ蒸着電極、３・・・・・・金属酸化物絶縁層、５・・
・・・・金属化プラスチックフィルム巻回体、７・・・
・保護フィルム。 −Ｎリ　　　寸 −　　　　　　　　＋　　　　　　　　　　　　寸Ｌｒ
）　　　−ｏト笥午

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 両面に金属酸化物絶縁層を形成したプラスチックフィル
   ムと前記プラスチックフィルムの両面に電極を形成した
   金属化プラスチックフィルムとを巻回するか、もしくは
   両面に金属酸化物絶縁層を形成したプラスチックフィル
   ムの片面に電極を形成した金属化プラスチックフィルム
   を少なくとも一対巻回した金属化プラスチックフィルム
   巻回体の外周にさらに生プラスチックフィルムを巻回し
   てコンデンサ素子を構成するか、もしくは前記生プラス
   チックフィルムを巻回した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。