【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、二軸配向ポリプロピレンフイルムに
アルミニウムなどの金属を蒸着せしめた、いわゆ
る金属化OPPフイルムを巻きまわしてなるコン
デンサーの改良に関するものである。
従来、この種のコンデンサーは、各種の電気機
器用として便利に用いられているが、経日的に容
量が低下していくという欠点が見られた。
本発明の目的はこの欠点を改良して、容量変化
の少ないコンデンサーを提供せんとするものであ
る。
すなわち本発明は、少なくとも片方の表面層の
原子構成比（窒素原子の数／炭素原子の数）を
0.005〜0.08の範囲内にせしめた二軸配向ポリプ
ロピレンフイルム（以下、OPPフイルムと略称
する）と、該表面層側に蒸着された金属層とを主
体としてなるコンデンサーを特徴とするものであ
る。
本発明のOPPフイルムは、フイルムの表層
（通常表面から100Å深さ以内の層）における窒素
原子の数Ｎと炭素原子の数Ｃとの比、すなわち
Ｎ／Ｃが0.005〜0.08でなければならない。この
比Ｎ／Ｃが0.005、好ましくは0.01より小さい場
合には、強固で均一な接着力が得られず、従つて
長時間電圧が印加されると蒸着膜の消失が生じ、
コンデンサーの容量低下が大きく、また逆に、こ
のＮ／Ｃが0.08、好ましくは0.05を越えると、フ
イルムあるいは金属を蒸着したフイルムのすべり
が非常に悪くなるため、コンデンサー素子巻きな
どの作業性が劣つたものとなり、しかも素子の中
に発生する“しわ”などのために、コンデンサー
の破壊電圧が低下する。
OPPフイルムへの金属の蒸着は、このＮ／Ｃ
が上記範囲内にある表面上に施される。フイルム
の両表面とも上記範囲内にある場合は、金属を両
面に蒸着してもよく、あるいは片面のみに蒸着し
てもよい。また、フイルムの片面のみが上記範囲
内にある場合には、その表面に蒸着する。蒸着す
る金属は特に限定されないが、アルミニウムや亜
鉛が通常好ましく用いられる。蒸着方式も特に限
定されず、電熱加熱溶融蒸着法、イオンビーム蒸
着法、スパツタリング法あるいはイオンプレーテ
イング法などを用いることができる。蒸着膜の厚
みは通常100〜5000Åの範囲にあり、アルミニウ
ムの場合の膜抵抗で表示すると、0.5〜５Ω／口
程度の範囲が好ましく用いられる。このように蒸
着されたフイルムを、巻きまわしてコンデンサー
とするが、これに油を含浸せしめて、いわゆる油
浸コンデンサーとしてもよい。また、コンデンサ
ーの両端部分のみに油あるいはワツクスなどを含
浸せしめ、中央部は乾式（つまり、油などが含浸
されていない方式）のままにしておいてもよい。
つまり、本発明でいうコンデンサーは、乾式、油
浸式あるいはそれらの折衷方式のいずれをも含む
ものである。
なお、金属層がOPPフイルムの両面に設けら
れた金属化フイルムを巻きまわしてコンデンサー
を形成する際に、表面金属層と裏面金属層間に介
在させる絶縁体または誘導体は特に限定されるも
のではないが、OPPフイルムが望ましい。
次に本発明コンデンサーの製造方法の具体例に
ついて説明する。まず原子構成比を本願発明のも
のとするためにOPPフイルムを窒素雰囲気中に
置き、その片面にコロナ放電処理を行なう。放電
の印加電気エネルギーとしては、1000〜6000J／
m2程度が好ましい。この処理されたフイルムを真
空蒸着装置の中にセツトし、アルミニウムを処理
面の上に蒸着する。蒸着されたフイルムを適当な
幅にスリツトし、これを二枚重ね、巻きまわして
コンデンサー素子を作り、常法に従つて、両端面
封止、リード線取付けをして、コンデンサーとす
る。以上のような方法によつて、本発明コンデン
サーを作ることができるが、ここに用いるOPP
フイルムの両表面の平均表面粗さ（Ra）は0.005
〜0.5μｍが好ましい。さらに好ましくは、0.01
〜0.03μｍである。表面粗さを0.05μｍ以下にす
ることにより、誘電体と電極の間の部分放電が少
なくなり、更に容量低下を減少させることが可能
となる。一方、フイルムのすべり性、ひいては素
子巻きなどの作業性を悪化させないために、該表
面粗さは、0.05μｍ以上が好ましい。
OPPフイルムの平均表面粗さ（Ra）は、原料
の結晶化速度が早いほど、溶融体を冷却固化せし
める時の冷却速度が遅いほど、延伸温度が高いほ
ど、あるいは延伸倍率が小さいほど大きくなる傾
向にあるので、これらを適宜組み合せて所望の
Raの表面を作ることができる。あるいは、原料
のポリプロピレンの中に、無機あるいは有機の微
粒子を混合したり、またはポリエチレン、ポリ−
４−メチル−ペンテン−１などの他種ポリマをブ
レンドしても、Raを所望の値とすることができ
る。一般に、これらの添加物量を増すほど、Ra
の値は大きくなる。
以上述べたように、本発明コンデンサーは、誘
導体として、特定のOPPフイルム、すなわち、
表層のＮ／Ｃを0.005〜0.08の範囲にせしめたこ
とにより、強固で均一な接着強度とすべり性が確
保される。従つて、長期間電圧が印加されても蒸
着膜の消失が少なく、容量低下を極めて小さくす
ることができるとともに、素子巻きなどの作業性
をも改善することができる。なお、本発明におけ
る特性値の測定法を以下にまとめて示しておく。
(1) フイルム表層の原子構成比の測定法
国際電気(株)製のESCAスペクトロメーター
ES 200型を用い、次の条件でフイルム表面を
測定した。
励起Ｘ線：Al Ｋα線（1486.6eV）
Ｘ線出力：10kV 20ｍＡ
温 度：20℃
運動エネルギー補正：中性炭素（〓CH2）の運
動エネルギー値を1202.0eVに合わせた。
得られたスペクトルから、ＣISのピークとＮ
ISのピークの面積比を、（窒素原子の数／炭素
原子の数）の比、つまりＮ／Ｃの値とした。
(2) 平均表面粗さ（Ra）
JIS B0601−1976による。カツトオフは0.08
mmとする。
(3) コンデンサーの容量低下率（ΔＣ）
30μＦのコンデンサーを作り、これを85℃の
雰囲気中に置き、AC425Vを荷電して500時間
保つ。500時間後の容量を測定し、最初の容量
からの低下分を最初の容量で割つて100を乗じ
て％表示する。当然ながら、この容量低下率が
小さいほど、コンデンサーとしてすぐれている
ことになる。
(4) コンデンサーの破壊電圧
厚さ８μｍのOPPフイルムに、アルミニウ
ムを膜抵抗３Ω／口になるように蒸着し、これ
を巻きまわして、容量30μＦのコンデンサー素
子を作る。これに、100V／秒の昇圧速度で荷
電していき、コンデンサーが破壊する時の電圧
を破壊電圧とする。当然ながら、この破壊電圧
が高いほど、コンデンサーとしてすぐれている
ことになるが、フイルムのすべりが悪くて素子
の中に“しわ”などが入ると、この値が低下し
てくる。
次に実施例にもとづいて、本発明を説明する。
実施例 １
市販のコンデンサー用ポリプロピレンペレツト
（メルトインデツクス２ｇ／10分。アイソタクチ
ツク度97.8％）を押出し機に供給して270℃でシ
ート状に溶融押出し、これを表面温度30℃の冷却
用ドラムに巻きつけて冷却固化せしめた。このシ
ートを、長手方向に4.5倍延伸する時、延伸温度
を125〜155℃の範囲で変更した。このフイルム
を、ステンタへ導いて延伸温度160℃で幅方向に
９倍延伸し、次いで、幅方向に５％の弛緩を与え
つつ160℃で熱処理し、これを徐冷して、厚さ８
μｍのOPPフイルムを作つた（長手方向延伸温
度の変更により、平均表面粗さ（Ra）の各種異
なるものができた）。このフイルムを、窒素雰囲
気中に置き1000〜6000J／m2の電気エネルギー量
で、フイルム片面をコロナ放電処理した。
電気エネルギー量の変更により、Ｎ／Ｃの値が
各種異なるフイルムを作ることができた。これら
のフイルムを、真空蒸着装置の中へセツトし、ア
ルミニウムを膜抵抗３Ω／口になるように、コロ
ナ放電処理面へ蒸着した。この蒸着フイルムをス
リツトし、素子巻機にかけてコンデンサー素子を
作り、さらに常法によつて端面封止およびリード
線取りつけを行なつて、容量30μＦのコンデンサ
ーを作つた。これらのコンデンサーの特性を次に
まとめて示す。
The present invention relates to an improvement in a capacitor formed by winding a so-called metalized OPP film, which is a biaxially oriented polypropylene film on which a metal such as aluminum is vapor-deposited. Conventionally, this type of capacitor has been conveniently used for various electrical devices, but the drawback has been that the capacitance decreases over time. The object of the present invention is to improve this drawback and provide a capacitor with little change in capacitance. In other words, the present invention improves the atomic composition ratio (number of nitrogen atoms/number of carbon atoms) of at least one surface layer.
It is characterized by a capacitor mainly consisting of a biaxially oriented polypropylene film (hereinafter abbreviated as OPP film) with an orientation in the range of 0.005 to 0.08, and a metal layer deposited on the surface layer side. In the OPP film of the present invention, the ratio of the number N of nitrogen atoms to the number C of carbon atoms in the surface layer of the film (usually within 100 Å depth from the surface), that is, N/C, must be 0.005 to 0.08. If this ratio N/C is less than 0.005, preferably less than 0.01, strong and uniform adhesion cannot be obtained, and therefore, if a voltage is applied for a long time, the deposited film will disappear.
If the capacitance of the capacitor decreases significantly, and conversely, if this N/C exceeds 0.08, preferably 0.05, the slippage of the film or metal-deposited film will become very poor, resulting in poor workability when winding capacitor elements. Moreover, the breakdown voltage of the capacitor decreases due to wrinkles that occur inside the device. This N/C vapor deposition of metal onto OPP film
is applied on a surface within the above range. If both surfaces of the film are within the above range, metal may be deposited on both surfaces or only on one surface. Furthermore, when only one side of the film falls within the above range, the vapor is deposited on that surface. The metal to be vapor-deposited is not particularly limited, but aluminum and zinc are usually preferably used. The vapor deposition method is not particularly limited either, and an electric heating fusion vapor deposition method, an ion beam vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or the like can be used. The thickness of the deposited film is usually in the range of 100 to 5000 Å, and in terms of film resistance in the case of aluminum, a range of about 0.5 to 5 Ω/hole is preferably used. The film thus deposited is wound to form a capacitor, but it may also be impregnated with oil to form a so-called oil-immersed capacitor. Alternatively, only both ends of the capacitor may be impregnated with oil or wax, and the center may be left dry (that is, not impregnated with oil, etc.).
That is, the capacitor referred to in the present invention includes a dry type, an oil immersion type, or a combination thereof. Note that when forming a capacitor by winding a metallized film in which metal layers are provided on both sides of an OPP film, the insulator or dielectric to be interposed between the front metal layer and the back metal layer is not particularly limited. , OPP film is preferable. Next, a specific example of the method for manufacturing the capacitor of the present invention will be explained. First, in order to adjust the atomic composition ratio to that of the present invention, an OPP film is placed in a nitrogen atmosphere, and one side of the OPP film is subjected to a corona discharge treatment. The electrical energy applied for discharge is 1000 to 6000 J/
About m 2 is preferable. The treated film is placed in a vacuum deposition apparatus, and aluminum is deposited on the treated surface. The vapor-deposited film is slit to an appropriate width, two layers are stacked and wound to form a capacitor element, and both ends are sealed and lead wires are attached using conventional methods to form a capacitor. The capacitor of the present invention can be made by the method described above, but the OPP used here
The average surface roughness (Ra) of both surfaces of the film is 0.005
~0.5 μm is preferred. More preferably, 0.01
~0.03 μm. By setting the surface roughness to 0.05 μm or less, partial discharge between the dielectric and the electrode can be reduced, and it is possible to further reduce the decrease in capacity. On the other hand, the surface roughness is preferably 0.05 μm or more in order not to deteriorate the slipperiness of the film and the workability of winding the element. The average surface roughness (Ra) of an OPP film tends to increase as the crystallization rate of the raw material is faster, the cooling rate of the melt is slower, the stretching temperature is higher, or the stretching ratio is lower. Therefore, combine these appropriately to create the desired
You can create the surface of Ra. Alternatively, inorganic or organic fine particles may be mixed into the raw material polypropylene, or polyethylene, polypropylene, etc.
Even if other types of polymers such as 4-methyl-pentene-1 are blended, Ra can be set to a desired value. Generally, the higher the amount of these additives, the higher the Ra
becomes larger. As mentioned above, the capacitor of the present invention uses a specific OPP film as a dielectric, that is,
By setting the N/C of the surface layer in the range of 0.005 to 0.08, strong and uniform adhesive strength and slipperiness are ensured. Therefore, even if a voltage is applied for a long period of time, there is little loss of the deposited film, and the decrease in capacity can be extremely minimized, and workability such as winding the element can also be improved. Note that methods for measuring characteristic values in the present invention will be summarized below. (1) Measuring method of atomic composition ratio of film surface layer ESCA spectrometer manufactured by Kokusai Electric Co., Ltd.
The film surface was measured using ES 200 model under the following conditions. Excitation X-ray: Al Kα ray (1486.6eV) X-ray output: 10kV 20mA Temperature: 20°C Kinetic energy correction: The kinetic energy value of neutral carbon (〓CH 2 ) was adjusted to 1202.0eV. From the obtained spectrum, the C IS peak and N
The area ratio of the IS peak was defined as the ratio (number of nitrogen atoms/number of carbon atoms), that is, the value of N/C. (2) Average surface roughness (Ra) Based on JIS B0601-1976. Cutoff is 0.08
Let it be mm. (3) Capacitance reduction rate (ΔC) of a capacitor Make a 30μF capacitor, place it in an atmosphere of 85℃, charge it with AC425V, and keep it for 500 hours. Measure the capacity after 500 hours, divide the decrease from the initial capacity by the initial capacity, and multiply by 100 to display as a percentage. Naturally, the smaller the rate of capacitance decrease, the better the capacitor. (4) Breakdown voltage of a capacitor A capacitor element with a capacitance of 30 μF is made by depositing aluminum on an 8 μm thick OPP film so that the film resistance is 3 Ω/hole and winding it. This is charged at a boost rate of 100V/sec, and the voltage at which the capacitor breaks down is defined as the breakdown voltage. Naturally, the higher the breakdown voltage, the better the capacitor, but if the film is not slippery and wrinkles form inside the element, this value will decrease. Next, the present invention will be explained based on examples. Example 1 Commercially available polypropylene pellets for condensers (melt index 2 g/10 minutes, isotactic degree 97.8%) were fed into an extruder and melted and extruded at 270°C into a sheet, which was then passed through a cooling drum with a surface temperature of 30°C. The mixture was wrapped around the tube and cooled to solidify. When this sheet was stretched 4.5 times in the longitudinal direction, the stretching temperature was varied within the range of 125 to 155°C. This film was guided to a stenter and stretched 9 times in the width direction at a stretching temperature of 160°C, then heat treated at 160°C while giving 5% relaxation in the width direction, and then slowly cooled to a thickness of 8.
We made OPP films with a diameter of .mu.m (varying the average surface roughness (Ra) by changing the stretching temperature in the longitudinal direction). This film was placed in a nitrogen atmosphere and one side of the film was subjected to a corona discharge treatment using an electrical energy amount of 1000 to 6000 J/m 2 . By changing the amount of electrical energy, it was possible to produce films with various N/C values. These films were set in a vacuum deposition apparatus, and aluminum was deposited on the corona discharge treated surface to give a film resistance of 3Ω/hole. This vapor-deposited film was slit and passed through an element winding machine to form a capacitor element.Furthermore, end faces were sealed and lead wires were attached by conventional methods to produce a capacitor with a capacity of 30 μF. The characteristics of these capacitors are summarized below.
【表】
以上の結果から、OPPフイルムの表層のＮ／
Ｃの値があまりに小さいと、容量低下率が大きく
なり（比較例１及び２参照）、一方Ｎ／Ｃの値が
大きすぎると破壊電圧が低くなる（比較例３参
照）。すなわち、Ｎ／Ｃの値を、0.005〜0.08、好
ましくは0.01〜0.05の範囲にすることにより、コ
ンデンサーとして優れた特性が得られるのであ
る。[Table] From the above results, the N/
If the value of C is too small, the capacity reduction rate will be large (see Comparative Examples 1 and 2), while if the value of N/C is too large, the breakdown voltage will be low (see Comparative Example 3). That is, by setting the N/C value in the range of 0.005 to 0.08, preferably 0.01 to 0.05, excellent characteristics as a capacitor can be obtained.