JPS6247108A - 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
式の金属化プラスチックフィルムコンデ２　べ− ンザ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）、ボリスチ＋ｚン（
ＰＳ）等のフィルムにアルミニウム（Ａ＃）や亜鉛（Ｚ
ｎ）を蒸着して電極を形成しこれを巻回ｌ−てコンデン
サ素子を構成するかＡＩ箔電極をフィ＼ルＮ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イ」け１〜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３ベ
ー。

２５０Ｖ前後以上の電圧をコンデンサに課電すると部分
放電つ寸りコロナ放電が発生し４００■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５５■／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
○又は５１０２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１〜１．５１１ｍのＳｉ○、Ｓｉ
Ｏ２あるいはＣａ　Ｆ　２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。この例ではポリエチレンテレフタレート箔の表面
に８１０の無機物膜を１〜１．６７ｚｍ程度蒸着してこ
わを導体板上にのせ０．５ｆｆ１ｍのギャップをへたて
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。と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ノ中に混合した
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１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−トさせる目的で１０人〜１
００００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１ｏ八へ１００
００人の酸化シリコン膜を付着させた有機フィル１、を
置きこの十に穴あき有機フィルムをのせそしてこれらフ
ィルムを狭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−Ｌ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。

発明が解決しようとする問題点 ５へ＝、／′ しかし、これ壕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ｌ〜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
する結果と々ること、■耐コロナ性は酸化シリコン膜が
厚いほど高壕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６へ一゛ 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々いフ
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、上記例にも
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１０００八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。

７ベーノ 従来、４００Ｖ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５５　Ｖ　／　ｌｔ　ｍ以」二
でもｔａｎδ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両面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−１・笠の両面金属化プラスチック
フィルムの両面に５ｏ入〜１０００人のＳｉＯ，ＳｉＯ
２，Ａｌ２Ｏ３，ＢｅＯ２Ｍｑ○。

Ｔ１０．ＴｉＯ２，Ｂａｄ、ＣａＯ，ＣａＯ２１Ｔａ２
０３１Ｔａ２０　ＷＯＭｏＯＺｒＯまたはＭ　ｏ　Ｏ２
の少なく５Ｉ　　　３＋　　　　３謝　　　　２とも１
層より々る金属酸化物絶縁層を形成させたフィルムと金
属化していない前記プラスチックフィルムの両面に前記
の金属酸化物絶縁層を形成したフィルムとを巻回する。

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９０　Ｖ　／　
１１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。

９ペーヅ 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た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１０ベーノ 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。又生フィルムめみによ
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９にくくなると考えられる。

■電極が低抵抗部と高抵抗部とに分かれ、高抵抗部が電
極幅の％以上である場合には、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。

■Ｓｏ八〜へ０００人の金属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し電極間に交流６０Ｈｚ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根コ
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金属酸
化物絶縁層を形成させてこの上にギャップ５０μｍの空
隙を構成し１．３胴のガラス板を介して上部電極を置き
Ａ　Ｃ１６ＫＨｚ７ｋＶを課電してこの空隙で強制的に
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、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。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、金
属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。

１３　ページ 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
そのものが小さくかつ起りにくく損失としての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′ｉ！徒に近い状態で
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６０００八以上にすると連続
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２０ｏＯ〜５０００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１ｏｏＯ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。プラスチ１４　ページ ツクフィルム１の両面に電極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５０八〜１０００人の
金属酸化物絶縁層３を形成したフィルムとプラスチック
フィルムの両面に前記金属酸化物絶縁層３を形成したフ
ィルムとを巻回する。

本実施例の蒸着電極はメタリコン４側の厚く蒸着された
ところが１００／口以下でマージン側の薄く蒸着された
ところが２０〜２００Ω／口となっている。又金属酸化
物絶縁層３の厚さが５００人程度捷でであればこの絶縁
層を蒸着電極上の全面にわ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
上に上記金属化プラスチックフィルム５が巻き上げられ
、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
１５　ベーノ 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
しない場合でも生フイルム巻回体６の巻回厚を０．２ｍ
＋＋以上と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ｔａｎδの電圧特性を表わ
］〜ており、試料コンデンサの条件は次の通りである。

容量６μＦ、プラスチックフィルムＰ　Ｐ　６　ｐ　ｍ
　、低抵抗部４〜５Ω／口、高抵抗部２０〜４０Ω／口
の亜鉛蒸着電極、金属酸化物絶縁層は約２００へのＳｉ
Ｏを蒸着して形成、生フイルム巻回体には７．６μｍの
両面コロナ処理フィルムを巻回厚約０．３ｍ巻回、保護
フィルムには９μｍの紙を巻回厚約０．５調巻回してい
る。このコンデンサの特性が第３図中に■で示してあり
、これに対し生フイルム巻回体を構成しない試料の特性
が■で示しである。この様に本実施例のコンデンサはｔ
ａｎδ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ＡＣ６
００Ｖ連続課電した時のＣＲ（容騒×絶縁抵抗：ΩＦ）
の経時変化を示す。本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
ンデンサを提供することができ、その産業性は犬である
。

【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・・・・・・
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、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名第１
図 ｆ−−−７′ブステツク刀ルム ２−−一蒸看弄凱不叱 ｑ−一一メグソゴン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 両面金属化プラスチックフィルムの両面に酸化物絶縁層
   を形成したフィルムとプラスチックフィルムの両面に酸
   化物絶縁層を形成したフィルムとを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。