JP3865161B2

JP3865161B2 - 金属化ポリエステルフィルム

Info

Publication number: JP3865161B2
Application number: JP21990497A
Authority: JP
Inventors: 範夫田中; 研司畑田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2017-07-31
Also published as: JPH1154362A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属化ポリエステルフィルムコンデンサに用いられるコンデンサ用金属化ポリエステルフィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサ用金属化ポリエステルフィルムは、例えば特公昭５７−１５４８２３号公報に記載されているように、ベースとなるポリエステルフィルムにアルミニウム、亜鉛、若しくは亜鉛とアルミニウムの合金を片面または両面に真空蒸着して作られる。また、真空蒸着の際には、マージンと呼ばれる非蒸着部を作成し、金属化ポリエステルフィルムの端に非蒸着部を備えている。
【０００３】
金属化ポリエステルフィルムは、コンデンサに加工すると、自己回復性、良好な絶縁特性を示し、また小型化が可能な点からコンデンサに広く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
金属化ポリエステルコンデンサは、一般に次のような工程で生産される。リール状に巻き上げられた金属化フィルムを、素子巻し、それをプレスする。このプレス体にメタリコンを施した後、リード線を付け、油含浸槽内に浸漬して油を含浸させ、ケースに入れて検査工程に送る。このうちのプレス工程では、ヒートプレスと呼ばれる９０〜１５０℃に加熱された熱板に１０〜１００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で素子巻されたコンデンサ用蒸着フィルムを１〜１５分間程度挟む方法が従来より一般的に行われている。
【０００５】
しかし、近年ではコンデンサの生産効率をより追求し、コールドプレスと呼ばれる常温で５００〜１５００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で０．１〜２秒間程度の瞬間的なプレス方法が採用されつつある。このようなコールドプレス方式ではプレス時間が短いため、コンデンサ用金属化ポリエステルフィルムの密着性が悪く、プレスされたコンデンサ素子の形態保持力が弱く十分な容量が出ない、高い圧力でプレスされるためコンデンサ用蒸着フィルムがダメージを受け、コンデンサとしての絶縁特性が悪い等の問題が時々発生する。
【０００６】
本発明の課題は、かかる問題を改善し、コールドプレスにおいても、コンデンサ素子の形態保持力が十分で且つコンデンサでの絶縁特性が良好なコンデンサ用金属化ポリエステルフィルムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、コールドプレスにおいてもコンデンサ素子の形態保持力が十分で、且つ、コンデンサでの絶縁特性が良好なコンデンサ用金属化ポリエステルフィルムについて検討した結果、コンデンサ用金属化ポリエステルフィルムの長手方向の伸びと強度を適正に選択することで、コンデンサ素子の形態保持力、コンデンサでの絶縁特性が良好な金属化フィルムが得られることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明に係るコンデンサ用金属化ポリエステルフィルムは、ポリエステルフィルムの片面若しくは両面に、金属蒸着を施したコンデンサ用蒸着フィルムであって、３０％の伸びを得るときの強度（Ｆ₃₀）が１３〜２４ｋｇ／ｍｍ²の範囲にあることを特徴とするものからなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のコンデンサ用金属化ポリエステルフィルムに用いる蒸着金属は、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、通常、フィルムコンデンサに使用されるアルミニウム、亜鉛、銅、金、銀、錫、またはこれらの合金が好ましく、特にアルミニウムは他の金属に比べ同一抵抗値でも厚みが薄く、自己回復性が良好である点から一層好ましい。
【００１０】
ベースフィルムであるポリエステルフィルムの種類も特に限定はされないが、フィルムを３０％伸ばした時の応力Ｆ₃₀値が１３〜２４ｋｇ／ｍｍ²の範囲に限定されることが必要である。Ｆ₃₀値が１３ｋｇ／ｍｍ²未満では、コンデンサ素子の形態保持力は良好であるが、コンデンサでの絶縁特性が低下し好ましくない。２４ｋｇ／ｍｍ²を超えると、コンデンサでの絶縁特性は良好だが、コンデンサ素子の形態保持力が不足となり、コンデンサの容量が出ない。
【００１１】
更に、示差走査熱量計で測定されたコンデンサ用金属化ポリエステルフィルムのガラス転移にまつわる吸熱ピーク（Ｔｇ）が８５〜１０５℃で、吸熱量（Ｕｗ）が０．２〜０．８ｍｊ／ｍｇを示す場合、コンデンサの絶縁性は一層好ましいものとなる。
【００１２】
また、コンデンサ用金属化ポリエステルフィルムの滑り値がフィルム幅当たり３〜１５ｇ／ｍｍであると、コンデンサの絶縁特性、コンデンサ素子の形態保持力は極めて良好である。滑り値は、金属化ポリエステルフィルムの持つ静電気とベースフィルムの表面粗さ（中心線平均表面粗さＲａ）とで決められるが、滑り値をフィルム幅当たり３〜１５ｇ／ｍｍとするには、Ｒａを２０〜４０ｎｍとし、好ましくはリール表層で測定した表面電位を２０〜４０Ｖとすることで得られる。
【００１３】
次に、本発明のコンデンサ用金属化ポリエステルフィルムの製造方法について説明する。
まずベースとなるポリエステルチップを溶融し、フィルムの表面粗さを所望の粗さ状態に形成する外粒を含むチップを溶融した溶融液を、濃度が均一になるように十分攪拌する。この溶融したゲル状の液をキャスティングロールと呼ばれる冷却ロール上に厚さが均一になるように押し出し、キャスティングロールより引き出した厚いフィルム（シート）を二軸延伸により配向せしめる。延伸方法としては同時二軸延伸、逐次二軸延伸などを用いることができる。延伸の倍率を適度に調整することでフィルム長手方向のＦ₃₀値が１３〜２４ｋｇ／ｍｍ²のポリエステルフィルムが得られる。
【００１４】
このポリエステルフィルム上に真空蒸着法にて電極となる金属を設ける。尚、真空蒸着時にオイルマージン法、あるいはテープマージン法にてマージンと呼ばれる非蒸着部分を設ける。
【００１５】
示差走査熱量計による所望のＴｇ及びＵｗについては、上述のベースフィルム製造中の温度条件にても得られるが、一定期間の加熱処理等によっても目的の値に調節することが可能である。一定期間の加熱処理は蒸着の前後いずれでも可能であるが、特に蒸着後の蒸着フィルムの一定期間の加熱処理はその後の加熱工程が無いことからＴｇ及びＵｗの調整が容易である。
【００１６】
蒸着フィルムを一定の幅にスリットしたリール状のフィルムの滑り値は、上述のベースフィルムに加える外粒の大きさと量で決定される中心線平均表面粗さＲａによって決められるが、さらに蒸着フィルムをリール状にスリットする直前に電圧を印加し静電気を付与することによっても調整することが可能である。
【００１７】
【作用】
本発明では、ベースとなるポリエステルフィルムのＦ₃₀値、Ｒａ、Ｔｇ、及びＵｗを適度に調整し、蒸着品リール状態の表面電位を適当な値とすることで、コールドプレスの際に金属化ポリエステルフィルムが受けるダメージを最小限にとどめ、コンデンサの絶縁抵抗と素子の形態保持性の両立を可能にしたものである。
【００１８】
［物性の測定方法ならびに効果の測定方法］
（１）フィルム長手方向の強度（Ｆ₃₀）
フィルムを１０ｍｍ幅に切断し、長手方向に１００ｍｍの長さで引張強度試験機（島津製作所社製：ＩＭ−１００）を用いて測定した。フィルムの厚さをｔｍｍとし、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎで測定し、フィルムの長さが１３０％となったときの強力Ｗ₁₃₀から次式によってＦ₃₀を算出した。
Ｆ₃₀＝Ｗ₁₃₀／（ｔ×１０ｍｍ）
【００１９】
（２）ガラス転移にまつわる吸熱ピーク（Ｔｇ）及び吸熱量（Ｕｗ）
ＳＥＩＫＯｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製ＤＳＣ（示差走査熱量計：ＲＯＣ２２０）を用いて測定した。測定は試料５ｍｇをＤＳＣにセットし、−５０℃まで冷却し、その後４０℃／ｍｉｎの速度で１７０℃まで昇温したときの等速昇温に必要な熱量の変化を測定し、コンデンサ用金属化ポリエステルフィルムでの熱量変化を調べた。ガラス転移にまつわる吸熱ピーク（Ｔｇ）及び吸熱量（Ｕｗ）は、図１に示すようなＤＳＣで得られる等速熱量変化の変極点のピーク温度をＴｇとし、変極開始点温度から変極終了温度までの熱量をＵｗとした。図１において、特性Ａは、等速昇温に必要な熱量を示しており、途中のＣ部で変化している。また、特性Ｂは、サンプルフィルムが受けている熱量の変化を示しており、ＤＳＣでフィルムの吸発熱の際のエネルギ量（ＵＷ）を測定したものである。このエネルギ量の＋側は発熱、−側は吸熱を示している。そして、特性Ｂの変化量（図の斜線部Ｄの面積）を熱量Ｕｗとして求めた。
【００２０】
（３）中心線平均表面粗さ（Ｒａ）
小坂製作所製表面粗さ計（ＥＴ−３０ＨＫ）を用い測定した。測定はフィルムの長手方向に１００００倍、幅方向に２００倍で測定し、平均粗さ（ＳＲａ）を測定した。
【００２１】
（４）滑り値
リール状に巻き取られたコンデンサ用金属化フィルムの外径を１７０ｍｍとしたときに、リールから金属化フィルムを約１ｍ巻き戻し、図２に示すように金属化フィルム１１を約５０ｃｍを弛ませた状態でリール１２にフィルムを重ね、フィルムの先端にプッシュプルゲージ（（株）イマダ社製ＤＰＳ−２）１３を付け、該プッシュプルゲージ１３を引っ張った。この状態でフィルムリール上ですべり始めた荷重をすべり値とした。尚、リール上でフィルムを引っ張る際の方向は図２に示すように水平方向とした。
【００２２】
（５）リール表層の表面電位
リール状に巻き取られたコンデンサ用金属化フィルムを、皆藤製作所製素子巻機ＫＨＷ−２ＨＣにて約７０回転／分の速度でφ９ｍｍの巻芯に巻き取りながら表面電位計を用いて測定した。表面電位計はＳＳＶ−４０（ＫＡＷＡＧＵＴＩ
ＥＬＥＣＴＲＩＣＷＯＲＫＳ製）を使用し、表面電位計の検出部とフィルムの距離は６ｍｍとした。
【００２３】
（６）絶縁性
コンデンサ用金属化フィルムの絶縁性は厚さ４．５μｍのコンデンサ用金属化フィルムでコンデンサ素子を作成し、超絶縁計（東亜電波製：ＳＭ−８２１０）を用いて測定した。測定条件は、コンデンサに３０秒間充電し、測定モードに切換えて３０秒後に測定した。コンデンサ素子は以下の条件で作成した。
▲１▼素子巻：ＫＡＷ−Ｕ２Ｂ４０／７８（皆藤製作所製）を用いφ５ｍｍの巻芯に金属化ポリエステルフィルム２枚を重ね５００回転巻き取った。
▲２▼プレス：１０００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で、常温で行った。
▲３▼メタリコン：メタリコン剤は帝国メタル製アルミメタルＴＭ−１０５を用い、溶射時の空気圧を５ｋｇ／ｃｍ²の圧力で行った。
▲４▼リード線付け：リード線は錫メッキ軟導線を用い、電気溶接にてメタリコン剤と溶接した。
▲５▼含浸：含浸剤はマイクロクリスタリンワックス１８０°Ｆ（日本石油製）を用い、コンデンサ素子を真空乾燥の後、１０５℃にて３時間の真空含浸を行った。
▲６▼ケース外装：含浸が完了したコンデンサ素子を常温に戻してから、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の樹脂ケースに入れ、常温硬化型エポキシ樹脂（サンユレジン製ＥＸ−６６４）を充填し、４０℃で硬化した。
尚、絶縁性の判定はコンデンサ２５個を測定し、絶縁抵抗の平均値（Ｘ) 及び標準偏差（σ）を求め、Ｘが１０００ＭΩ未満を不良、Ｘ−３σが１０００を超え、Ｘが１０００〜２０００ＭΩを良、Ｘ−３σが１０００を超え、Ｘが２０００ＭΩを超えるものを優とした。
【００２４】
（７）コンデンサ素子の形態保持性
図３（ｃ）に示すように、プレスが完了したコンデンサ素子２１を定盤２２の上に置き、素子２１のＲ部分に当て板２３ａ、２３ｂを当ててプッシュプルゲージ２４で押し、Ｒ部分から荷重をかけた。この荷重を徐々に増やし、図３（ａ）、（ｂ）に示すように変化してコンデンサ素子の巻芯部分が開いた時のプッシュプルゲージ２４の示す値で読みとり、荷重の大小でフィルム層間密着性を判定した。尚、各水準の荷重は、プレス後のコンデンサ素子１０個で測定し、その平均値で判定し、荷重の平均値が１２ｋｇ以上のものを○（良好）、１０〜７ｋｇのものを△（使用可）、７ｋｇ未満のものを×（使用不可）とした。
【００２５】
【実施例】
本発明の実施例１〜１０、および比較例１〜９を表１に示す。表１に示したＦ₃₀の異なるいくつかの種類の４μｍの厚さのポリエステルフィルムにアルミニウムを真空蒸着し、フィルムのもつ表面平均粗さ（Ｒａ）と金属化フィルムをスリットする際に電圧を印加し、すべり値を調整して試料を作成した。尚、吸熱ピーク（Ｔｇ）及び吸熱量（Ｕｇ）は、蒸着前のフィルムの保管状態、真空蒸着の蒸着条件、蒸着後の金属化フィルムの保管状態等で種々の値に調節が可能だが、本実施例では蒸着後に蒸着フィルムを加熱処理して調節した。尚、本実施例では蒸着金属をアルミニウムに、フィルムの厚みを４μｍとしたが、これらに限定されるものではない。各試料のパラメータ値は、表１に示した通りであるが、各パラメータの値が本発明の範囲内であれば、コールドプレスにおいてもコンデンサ素子の形態保持力が十分で、且つコンデンサでの絶縁特性が良好であるが、そうでない場合は目的を達し得ないことがわかる。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、特定条件下における蒸着フィルムの強度を特定範囲にコントロールすることにより、さらに加えてすべり値を適切に調整することにより、コールドプレスにおけるコンデンサ素子の形態保持力、コンデンサでの絶縁特性を両立させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】示差走査熱量計での測定結果の一例を示すチャートである。
【図２】すべり値測定方法を示す斜視図である。
【図３】コンデンサ素子の形態保持性の評価方法の説明図であり、（ａ）、（ｂ）はコンデンサ素子の巻芯が開く際の状態変化を示し、（ｃ）は測定方法を示している。
【符号の説明】
１１フィルム
１２フィルムを巻いたリール
１３プッシュプルゲージ
２１プレスしたコンデンサ素子
２２定盤
２３ａ、２３ｂ当て板
２４プッシュプルゲージ

Claims

ポリエステルフィルムの片面若しくは両面に、金属蒸着を施したコンデンサ用蒸着フィルムであって、３０％の伸びを得るときの強度（Ｆ₃₀）が１３〜２４ｋｇ／ｍｍ²の範囲にあることを特徴とするコンデンサ用金属化ポリエステルフィルム。
請求項１に記載のコンデンサ用金属化ポリエステルフィルムを巻回、または積層してなるコンデンサ。
請求項１に記載のコンデンサ用金属化ポリエステルフィルムを用いて巻回後コールドプレス法にて成形したことを特徴とするコンデンサ。