KR900005206B1 - 메탈라이즈드 콘덴서용 아연증착기재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명의 방법을 실시하는 경우의 일예를 도시한 진공증착기의 단면도.
제2도는 표면 보호층의 두께를 가로축에, 300V-tanδ와 증착막 저항의 변환율을 세로축에 취하여 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 언리일 2 : 기체
3 : 권취 10 : 증착기 본체
12 : 아연증발원 13 : 냉각로울
14 : 오일류의 도포장치
본 발명은 메탈라이즈드 콘덴서(metallized condenser)용 아연 증착 필름 및 아연증착 금속화 지(紙)(이하 이것들을 총칭하여 콘덴서용 아연증착기재라 말함)에 관한 것이며, 특히 열프레스형의 콘덴서 소자를 사용하여 현저한 효과를 발휘하는 콘덴서용 아연증착 기재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래로부터 폴리프로필렌 필름, 폴리에스테르 필름등의 필름이나 콘덴서용 박지에 대하여, 아연, 알루미늄등의 금속을 증착하여 전극을 형성시킨 콘덴서용의 증착기재는 일반적으로 널리 사용되고 있다.
이 기재에서 금속 증착막의 두께는 통상 100 내지 600Å로 대단히 얇기 때문에, 자연 방치하면 공기중의 수분이나 산소에 의해 용이하게 수산화물, 산화물로 변화하여, 전기 도전율이 저하하기 때문에, 콘덴서의 전극으로서의 소용이 없게된다.
특히 콘덴서 제조시에 감는 (卷取用)재료 또는 콘덴서 소자를 반제품의 상태에서 고온다습의 조건하에 장시간 방치하면 변질이 현저하다. 현재 가장 일반적인 증착용 금속은 알루미늄과 아연이나, 아연은 알루미늄에 비교하여 콘덴서에 사용한 경우의 정전 용량 변화율이 작은것, 내 전류 강도가 뛰어난 것등 전기특성이 뛰어난 반면, 특히 내습성이 뒤떨어진다는 결점이 있다.
그 때문에 상기 증착기재의 메이커는 제품으로서의 기재가 상기와 같은 변질 생기지 않토록 엄중한 제품관리를 하고 있으며 그 실정은 다음과 같다. 첫째로 그것의 포장형태로서, 상기 증착기재를 투습도 및 산소 투과도가 작은 고 배리어성의 필름(hig barrier film)으로 포장하는 동시에, 포장의 내부에 습도를 내리기 위한 건조재(예를 들면 실리카겔등)를 봉입하여 수송 보관을 하고 있으며, 또한 현실적인 관리에 있어서도 보관 온도가 30℃를 초과하지 않도록 규제하고 있는 정도이다.
이와 같이 종래는 상기 증착기재의 흡습, 산화에 의한 변질(열화(劣化, deterioration))을 방지하기 위한 직접적인 대책은 채용되지 않고, 오로지 저광보관에 있어서의 포장관리에 마음이 쏠리어 말하자면 간접적인 방법으로 대응하였던 것이 실상이었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 실상을 감안하여, 상기와 같은 간접적인 변질방지수단이 아니고, 직접적으로 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 의도한 것이다. 즉 상기한 바와 같은 수단에 의하여서는 포장을 푼후에는 변질에 대하여 무방비가 되므로 신속히 사용하지 않으면 안된다는 제약을 면하기 어렵고, 그것만으로는 콘덴서의 제조과정에서도 온도, 습도에 대한 배려가 필요하게 되는 등 여러가지의 문제점을 내포하게 된다.
여기서 본 발명자들은 그와 같은 문제점을 해결하고자, 상기 증착기재의 표면에, 이 기재의 제조와 동시에, 또는 차후에 특정한 보호막을 형성시킴로써, 그 후의 흡습, 산화를 미연에 방지할 수 있도록 하여, 이로써 상기 문제점을 근본적으로 해결할 수 있도록 한것이다.
그런데, 본 발명은 특허청구의 범위에 명시된 바와 같은 기술수단을 채용함으로써 문제의 해결을 도모한 것이나, 본 발명자등이 조사한 바에 의하면, 본 발명과 약간 관련있다고 인정되는 다음 공지예가 발견되었으므로 이하 다짐하기 위해 이 사례로 언급하여 둔다. 일본국 특개소 59-22715호 공보에 개시되어 있는 교류용 금속 증착필름 콘덴서라고 말하는 발명으로서 이것은 증착기재로서의 취급을 의도한 것이 아니라 오로지 완성품으로서의 콘덴서의 사용양태를 감안하여 다음과 같은 수단을 강구한 것이다. 즉 최근에 있어서는 콘덴서의 사용전압 범위가 확대되어, 고전위 경도(傾度)에서 사용하는 경우가 많게 됨에 따라 알루미늄, 아연등의 금속 전극 표면이 1종의 산화물에 의하여 부분적으로 변화하여 전극으로서의 기능을 상실하고 전기절연체로 변하는 현상이 보이며, 이 경우에도 콘덴서 용량의 감소를 초래한다는 인식하에 그것에 대응하기 위해 폴리프로필렌 필름의 위에 아연 또는 알루미늄을 증착하여, 다시 그 위에 수지나 실리콘 오일등의 유기물 절연층을 일정한 두께로 설치함으로써 금속증착층을 파괴나 산화등으로부터 보호하도록 한 것이다.
그러나 이 문제를 해결하기 위한 구체적수단으로서는 500시간 후의 용량 변화율 4%이하의 경우에서 두께1000Å의 PET 또는 PP로 절연한다는 해결책이 제안되었다는데 지나지 않고, 실제문제로서는 본 발명이 의도하는 문제점을 해결하는 것이라고는 도저히 인정할 수 없는 것이다.
또 본 발명은 이 종류의 아연증착기재를 열프레스형의 콘덴서에 사용한 경우에 큰 문제가 될 수 있는 히이트세트(heat set)시의 좋지 않는 상태도 해소시키는 것을 과제의 하나로 하는 것이다.
이하 이 점에 대하여 말하면 주지하는 바와 같이, 열프레스형 콘덴서는 콘덴서 소자의 제조시에 아연증착 필름을 감아서 통상온도 100 내지 180℃, 압력 15 내지 100㎏/㎠로 히이트프레스를 하여 제조된다. 이 경우에서, 예컨대 실리콘 오일등의 오일류를 단지 기재의 표면에 도포하여 둔다는 것 만으로는 오히려 좋지 않는 상태가 생긴다.
즉 상기 오일류등의 유기물들이 히이트프레스시에 콘덴서 소자 내에서 재증발하기 때문에 체적팽창에 의해 히이트세트가 잘되지 않고, 공극(空隙, void)이 생겨 버리고, 내부 방전이 일어나기 쉽게 된다.
그와 같은 상태에서 콘덴서를 제조한 경우에는 사용중에 내부 방전에 의한 발열 때문에, 금속 증착층이 파괴되거나 방전에 의한 손실의 증가등에 의하여 수명이 현저하게 짧게된다.
이와 같은 열프레스형의 콘덴서용 증착기재를 얻기 위한 기술로서도, 상기 공지예와 같은 수단은 적절하지 않고 문제를 해결하지 못할 것은 명백하다.
본 발명자들은 상기한 바와 같은 실정을 감안하여, 종래 그 취급에 엄중한 관리를 필요로 하고 있는 증착기재에 대하여, 그 전기특성을 저하시키지 않고 그 내습성을 대폭으로 개선할 수 있도록 하여 아울러 그 증착기재를 상기 열프레스형 콘덴서용으로 사용한 경우에서도, 상기한 바와 같은 좋지않은 상태가 생기지 않는 신규한 처리수단을 개발한 것이다.
즉 본 발명자들은 상기한 각 문제점에 대하여 예의 연구를 한바, 필름 또는 콘덴서용 박지로된 기체의 적어도 편면(片面)에, 아연증착층을 형성하여, 그 위에 극히 한정된 증기압을 갖는 물질을 특정한 두께로 적층(積層)시킴으로써, 상기 문제점을 해결할 수 있는 것을 발견한 것이다. 다시 상세히 말하면, 상기 아연증착층의 표면에, 0.1Hg의 증기압에 대응하는 온도가 150 내지 290℃의 범위내에 있는 오일류로된 표면 보호층을 7 내지 500Å의 두께로 설치하도록 하면 내습성이 개선되어서, 종래형과 같은 과도하게 신중한 취급은 불필요하게 되고, 더욱이 이것을 열프레스형 콘덴서용의 아연 증착기재로서 사용하였을 때에도 하등 좋지 않은 상태가 생기지 않는 적절한 아연금속기재를 얻는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 기재를 얻는데 있어서 진공증착기 내에서, 필름 또는 콘덴서용 박지로된 기체의 적어도 편면에 아연 증착층을 형성하고, 이어서 동일한 진공증착기를 사용하여 디메틸실리콘오일, 진공펌프용 실리콘오일등의 오일류 또는 지방산, 지방산 염류 또는 파라핀 왁스를 7 내지 500Å의 두께로 진공 증착시키도록 한 방법도 제안하는 것으로써 이 방법에 따르면 목적으로 하는 제품을 용이하고 안정하게 공업적으로 제조하는 것이 가능하게 된다.
또한 본 발명은 전에도 말한 바와 같은 증착용 금속으로써 범용되고 있는 알루미늄과 아연중, 알루미늄과 비교하여 콘덴서에 사용한 경우의 정전용량 변화율이 작고, 그리고 내전류 강도가 뛰어난 전기 특성에 우수하나, 내습성이라는 면에서는 알루미늄에 뒤떨어져 있는 아연을 대상으로서 그 성능을 향상시킨 것이다.
그런데 상술한 바와 같이 본 발명은 아연증착층의 표면에 0.1Hg의 증기압에 대응하는 온도가 150 내지 290℃의 범위내에 있는 오일류등의 특정한 물질을 상기 증착층의 표면에 마련한 것을 특징으로 하는 것이므로 가령 상기한 바와 같은 종류의 물질이라도 분자량등이 변화함으로써 증기압이 변화하여, 본 발명에 한정된 범위 밖으로된 경우에는 본 발명이 목적으로 하는 제품은 얻을 수 없다. 즉 오일류의 0.1Hg의 증기압에 대응하는 온도가 150℃에 만족하지 않는 경우에는 콘덴서 제조시에 열프레스 공정에서의 증발이 왕성하게 되어, 체적 팽창하여 공극이 생겨서 내부방전하기 쉬어지므로, 사용에 견딜 수 없다.
또 온도가 290℃를 초과하는 경우에는 오일류를 진공 증착기등으로 증발시키는 경우, 장치 전체를 고온에 견딜 수 있게 하여야하며 장치가 대형화하여 실제적이 아니다.
또 오일자체의 내열성에도 문제가 생긴다. 본 발명의 오일류란, 증기압이 상기한 한정 범위내에 있는 것이라면, 특히 제한은 없으나 그 중에서도 바람직한 것으로는, 디메틸폴리실록산류, 그 밖의 메틸페닐폴리실록산류, 진공펌프용 실리콘오일등의 유지류이며, 그 밖의 지방산 및 지방산 염류 및 왁스류등을 들 수 있다. 지방산염류의 구체예로서는 스테아린(stearin)산 아연, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘, 스테아린산 리튬등이며, 그 밖에 올레핀산류로서, 올레핀산등, 올레핀산 칼슘등을 들수가 있다.
본 발명에 쓰이는 기체는 필름 또는 콘덴서용 박지이다. 필름은 특히 한정되지 않으나 그중에서도 폴리에스테르필름, 폴리프로필렌필름, 폴리카아보네이트(polycarbonate)필름등이 바람직하다. 필름의 표면에 코로나 방전처리 등을 시행하여, 증착 아연의 부착력을 향상시켜도 좋은 것은 물론이다.
또한 상기의 표면 보호층은 7 내지 500Å의 두께로 설치되는 것이므로, 두께가 7Å에 미달하는 경우에는 아연증착막의 산화를 방지할 수가 없으며, 본 발명이 목적으로 하는 내습성의 개량에는 충분하지 않다.
또 500Å을 초과한 경우에는 내습성은 개선되는 것의 콘덴서의 tanδ특성이 저하한다. 즉 상기 보호층이 너무 두꺼우면 콘덴서 제조시의 히이트프레스 공정후에 콘덴서 소자에 도포한 오일류가 가열에 의해, 재증발한다. 이때문에 균일한 히이트 세트가 되지않고, 내부에 미소한 보이드를 다수 잔존시키는 결과가 되므로 특히 300V 이상의 코로나 방전발생 영역에서의 tanδ이 급격하게 증대하여 사용에 견딜 수 없게 된다.
표면 보호층은 충분한 전기 특성과 내습성을 주기 위해서 될 수 있는 한 얇게, 그리고 균일하게 설치하는 것이 극히 중요하며, 그 방법은 여러가지 생각된다.
예를 들면 로울코우터(coater)에 의한 방법도 있으나, 두께가 미소하므로, 상기 물질을 미스트(mist)화하여 아연증착층의 표면에 분무형성시키는 방법이 좋다.
그러나 가장 바람직한 방법으로, 공업적으로 안정된 조업을 할 수 있는 방법으로서는 본 발명자들이 개발한 진공 증착법이 존재하고 이하 이것에 대하여 상세하게 설명한다.
제1도는 본 발명을 실시하는 경우의 1실시예를 나타내는 진공증착기의 단면도로서, 동 도면에 언리일(1)로부터 풀어낸 기체(2)는 증착기(10)의 본체 내부에 형성된 10-2내지 10-3Torr의 진공중에서, 먼저 핵증발원(11)을 통하여 핵으로 되는 구리 또는 은이 예비증착되어, 이어서 아연의 증발원(12)에서 두께 100Å 내지 600Å으로 컨트롤된 본 증착이 행하여 진다. 덧붙여서, 부호(13)는 냉각로울, 부호(14)는 안내로울이다.
본 발명에서는 상기 공정에 계속하여 동일한 진공증착기(10)내에 설치된 오일류의 도포장치(15)에 의해 오일류를 증발시켜, 아연증착 공정을 거친 직후에, 상기 아연 증착층의 위에 7 내지 500Å의 두께로 오일류의 표면 보호층을 중충으로 형성하는 것이다.
또한 상기 도포장치(15)를 가열함으로써, 증착기 내부의 진공도에서 상기 오일류의 온도에 따라 이 오일류가 갖는 고유의 증기압에 의해, 그 증발량을 임의로 제어할 수 있으므로, 그에 따라서 도포두께를 변환할 수 있다.
이와 같이하여, 아연증착층의 표면에 보호층을 형성시킨 후, 이것을 리일(3)에 감아서, 본 발명의 콘덴서용 아연증착기재를 제조하는 것이다. 동도의 부호(16)는 오일류의 저조(貯槽), 17은 그 공급파이프, 18은 배기구이다.
또한 본 발명에서 사용되는 콘덴서용의 기체는 통상 사용되는 콘덴서용 박지외에 폴리에스테르필름, 폴리프로필렌필름, 폴리카아보네이트필름 등이며, 이것들이 상기한 연속 진공증착기에 공급되어, 상기 방법에 따라서 제품화 된다.
또 본 발명에 의하여, 상기의 아연증착공정 및 표면보호층의 형식공정은 이것을 반대면에서 시행하는 것이 가능하며, 그와같이 하면 기체의 양면에 아연증착층과 보호층을 가지는 증착기재를 얻을수가 있다.
상술한 바와 같이 보호층의 두께는 오일류의 증발량에 의하여 정하여지나, 이 증발량은 가열온도를 제어함으로써 용이하게 컨트롤 할 수 있다.
따라서 이 방법에 의하면 아연증착막상에 극히 얇고, 그리고 균일한 보호층을 용이하게 형성할 수가 있는 것이다.
[실시예]
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더 자세하게 설명하나 tan의 측정에 있어서는 본 발명에 의하여 얻어진 기체를 상법에 따라 감아서 150℃, 30㎏/㎠의 조건에서 10분간 히이트프레스를 하고, 다음에 아연을 아아크식 메틸리콘(metallikon)장치에 의해, 감겨진 콘덴서 소자의 단면에 입자로서 내뿜은 후, 리이드선을 접속하여 2.5μF의 콘덴서를 시작(試作)하여, 23℃의 분위기 중에서 쉐이딩브리지(shading bridge)를 사용하여 측정한 것이다.
[실시예 1]
두께 5㎛의 폴리에스테르필름의 편면에 일상적인 방법에 의해, 400Å의 두께로 아연을 진공증착하였다.
또한 아연을 진공증착한 것과 동일한 진공증착기 내에서 표 1에 나타낸 각종 오일을 사용하여 7 내지 500Å의 두께로 표면 보호층을 형성시켜서 본 발명의 콘덴서용 아연증착기재를 만들고, 내습성 및 tanδ의 값을 측정하였다.
그 결과를 표 2에 나타냈다. 내습성의 평가는 70℃, 65% RH의 분위기 중에 방치하여, 증착막 저항치를 경시적으로 측정하였다.
비교예로서는, 본 발명에 한정된 범위외의 오일류를 사용하여 보호층을 형성시키고, 그 이외는 실시예와 모두 같게하여 콘덴서용 아연증착 재료를 만들고, 같은 측정항목에 대하여 값을 측정하였다.
[제 1 표]
평가 △MR/MRo(%) …초기의 증착막 저항치 MRo에 대한 72시간 후의 변화율 실용범위는 100 °이하.
tanδ(%) &히이트프레스형 건식 콘덴서의 300V, 6HZ에서 유전정접, 실용범위 0.24%이하.
*…제조자명, (*1) …마쓰무라 세큐우, (*2) …싱에쓰 가가꾸 고오교오 (*3) …토오레이, 실리콘 (*4) …라이온.
[제 2 표]
실시예로서 표 1의 기호 K의 오일을 사용하였다.
상기 표 1 및 표 2에서 명백한 바와 같이 본 발명의 표면 보호층을 설치하지 않는 경우는 고온 다습하에서 막저항치의 변화가 크고, 또 도포두께가 7보다 작은 경우도 내습성 개량의 효과가 적다.
한편 두께가 500Å보다 큰 경우는 내습성 개량의 효과는 인정되는 것의 tanδ가 300V에서 현저하게 상승하여 실용에 적합하지 않다는 것이 명백하게 되었다.
[실시예 2]
다음의 환형(丸型)콘덴서 소자의 실시예를 기재한다. 두께 4.5㎛의 폴리에스테르필름의 편면에 아연을 280Å의 두께로 진공증착을 하고, 이어서 증착면상에 표 1의 기호(K)로 표시한 실리콘 오일을 200Å의 두께로 진공증착법으로 도포하여 표면보호층으로 하였다.
이 기재를 통상의 아연증착필름과 같게 70㎜폭으로 슬릿(slit)하여 감겨진 것을 사용하였다.
이 아연증착 필름으로부터 콘덴서 소자를 감아서, 소자의 단면에 아연입자를 내뿜은 후 리이드선을 부착한 알루미늄 케이스에 넣어 진공건조를 하고, 폴리브덴오일을 함침한 정전용량 70μF의 콘덴서를 시험제작하여 평가하였다.
표 3에 현행품과 비교한 전기특성을 나타내었으나, 동등한 특성을 얻었다. 한편, 내습성의 개량효과를 보기 위해서, 고온다습 조건하에서 평가를 한바, 이 실시예에 의한 제품은 현행품에 비해 대폭으로 내습성이 향상된 것이 확인되었다. 그 결과를 표 3에 표시하였다.
본 시험방법으로서는 본 발명의 실시품과 현행품을 각각 30회 감고, 이것을 70℃, 65% RH의 분위기 중에 24시간 및 72시간 방치하여, 증착막 저항의 변화율을 봄으로써 시험을 행한 것이다.
[제 3 표]
그런데 상기 표 1 내지 표 3의 실시예에서는 대표적인 유전체로서 두께 4.5㎛ 내지 5㎛의 아연증착 폴리에스테르필름을 사용한 사례를 나타내었으나, 이들의 실시예 이외에도 통상 쓰이고 있는 아연증착 폴리프로필렌필름이나 아연증착 폴리카아보네이트필름등 증착기체로 되는 베이스 필름 또는 베이스로 되는 콘덴서 박지는 어느 것이나 사용할 수가 있으며 특정하지 않아도 좋다.
마찬가지로 오일류의 지정도 특히 필요없으며, 실리콘오일, 왁스류등 증기압 특성이 상기에 말한 온도 150 내지 290℃의 범위에서 증기압이 0.1Hg의 증기압 특성을 가지는 것이라면 충분하게 이용할 수 있다.
또한 상기 실시예 사용한 오일은 일반적으로 시판되고 있는 진공펌프 오일이다. 이상으로 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명은 콘덴서용의 아연증착 기체의 표면에 내습성을 개선하기 위해, 특정 물질로 된 보호막층을 그것도 특정한 범위의 두께로 형성시키도록한 것이므로, 종래 필요불가결로 되었던 아연 증착기재로서의 제품관리, 특히 엄중한 포장하에 온도 및 습도관리까지를 부득히 할 수 밖에 없던 관리면에서의 수고를 대폭으로 생략할 수 있다는 효과를 발휘한다. 환언하면, 종래 두드러진 개선책이 없었던 아연증착기재에 대한 내습성의 대폭적인 개량을 제안할 수 있었던 점에서 극히 유용한 발명이다.
또 상기와 같은 종래 발생되어 있던 콘덴서 제조공정중이나 재고중에 있어서 아연증착막의 산화에 의한 변질, 증착막 저항치의 상승등의 불량함이나 트러블을 해소할 수 있는 점에서 공업적으로 큰 의미를 가진다.
그 위에, 전기특성 등에는 우수하다해도, 변질하기 쉽다는 성질에서 알루미늄에 앞섰던 아연을 오히려 알루미늄 이상으로 유용한 콘덴서용 증착금속으로서 실용에 제공할 수 있도록 한점에서도 획기적인 효과를 이루었다.
또 본 발명의 방법에 따르면 아연증착막상에 극히 얇고, 그리고 균일하게 또한 용이하게 규정량의 오일류를 안정하게 공업적으로 도포할 수가 있으며, 그리고 본 발명에 의하면, 상기 오일류를 극히 얇고 균일하게 도포할수가 있으므로, 그 기재를 열프레스형의 콘덴서용 기재로서도 그대로 실용에 제공할 수 있다는 유용성도 발휘된다.
또다시 본 발명에 의하면 오일류의 도포량의 범위가 7으로부터 500으로 극히 좁고, 그리고 극히 얇은 차폐효과가 있는 도포막을 형성하는 데에 특징이 있으나, 그것을 진공도 또는 오일류의 증발온도를 제어함으로써, 용이하게 또한 안정된 형으로 실현할 수 있다는 수단도 아울러 제공하고, 그리고 그 방법은 진공증착기내에서의 가공이므로 콘덴서의 유전체로서 이용되는 베이스 필름이 대기중의 먼지에 의해 오염되어서 치명적인 절연 결함이 생긴다는 염려도 없이 대기중에서 도포하는 경우에 비하여 각별히 유리한 방법을 제공할 수 있다는 점에서도 유용하다.
Claims (4)
- 제1항에 있어서, 표면 보호층을 디메틸실리콘오일, 진공펌프용 실리콘오일등의 오일류로 형성시킨 것을 특징으로 하는 메탈라이즈드 콘덴서용 아연증착기재.
- 제1항에 있어서, 표면보호층을 지방산, 지방산염류 또는 파라핀 왁스로 형성시킨 것을 특징으로 하는 메탈라이즈드 콘덴서용 아연증착기재.
- 진공증착기내에 있어서, 필름 또는 콘덴서용 박지로 이루어진 기체의 적어도 편면에 아연증착층을 형성하고, 이어서 상기와 동일한 진공증착기를 사용하여 디메틸실리콘오일, 진공펌프용 실리콘오일등의 오일류 또는 지방산, 지방산염류 또는 파라핀 왁스를 7 내지 500Å의 두께로 진공증착 시키는 것을 특징으로 하는 메탈라이즈드 콘덴서용 아연증착기재의 제조방법.
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