高温フィルム・コンデンサ
【課題】高温フィルム・コンデンサ を提供する。
【解決手段】コンデンサは、基板層と、該基板層の上に配置された第１の電極層と、該電極層の上に配置された第１の誘電体層とを有する。誘電体層は、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有する。別の実施形態では、コンデンサは、三酢酸セルロースを有する基板層を含み、該基板層は、約３００ｐｓｉ以上の引張強さを持つ。第１の電極層が前記基板層の上に配置され、また第１の誘電体層が前記電極層の上に配置されている。該誘電体層は、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有する。
【解決手段】コンデンサは、基板層と、該基板層の上に配置された第１の電極層と、該電極層の上に配置された第１の誘電体層とを有する。誘電体層は、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有する。別の実施形態では、コンデンサは、三酢酸セルロースを有する基板層を含み、該基板層は、約３００ｐｓｉ以上の引張強さを持つ。第１の電極層が前記基板層の上に配置され、また第１の誘電体層が前記電極層の上に配置されている。該誘電体層は、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサに関する様々な実施形態を含む。より具体的に述べると、本発明は、フィルム・コンデンサに関する様々な実施形態を含む。
【背景技術】
【０００２】
フィルム・コンデンサは、典型的には、変位させた金属化ポリマー・フィルムを共巻装することによって構成される。ポリマー・フィルムは、フィルムの適切な巻装を保証するために充分に延性でなければならず、弱い又は脆いフィルム材料は使用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６７６２２３７号
【特許文献２】米国特許第５６３８２５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、電子機器産業において、並びに自動車産業、航空機産業、石油及びガス井戸探査においても、弱い又は脆いポリマーを有することができ、しかも高い誘電率、高い破壊強度及び良好な機械的強度を示すコンデンサが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、コンデンサは、基板層と、該基板層の上に配置された第１の電極層と、該電極層の上に配置された第１の誘電体層とを有する。誘電体層は、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有する。
【０００６】
別の実施形態では、コンデンサは、三酢酸セルロースを有する基板層を含み、該基板層は、約３００ｐｓｉ以上の引張強さを持つ。第１の電極層が前記基板層の上に配置され、また第１の誘電体層が前記電極層の上に配置されている。該誘電体層は、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従ったフィルム・コンデンサの断面図である。
【図２】図２は、本発明の代替実施形態に従ったフィルム・コンデンサの断面図である。
【図３】図３は、本発明の代替実施形態に従った多層フィルム・コンデンサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本書では、誘電特性及び機械的特性を改善したフィルム・コンデンサを開示する。本書で考慮する誘電特性の幾つかは、誘電率、破壊電圧及び損失係数である。誘電体の「誘電率」は、電極の間及び周囲の空間が誘電体で充填されているコンデンサの静電容量と、真空内での同じ電極構成の静電容量との比である。本書で用いる「絶縁破壊電圧」とは、印加された交流又は直流電圧の下での材料の絶縁破壊抵抗の測度を表す。破壊直前の印加電圧を誘電体の厚さで除算することにより破壊電圧が求められる。それは、ｋＶ／ｍｍで測定される。理想的な誘電体では、電圧波と電流波とは位相が９０度ずれる。誘電体の効率が１００％よりも低くなる実際の誘電体では、電流波は進行方向に電圧よりも遅れ始める。この結果、誘電体内において比例的に電力損が生じる。電流波が電圧との９０度の位相ずれから偏移する範囲は、誘電損角として定義される。この損失角の正接は、損失係数又は散逸率として知られている。
【０００９】
図１について説明すると、基板層１４の上に配置され且つ該基板層１４によって支持された第１の電極層１２を有するフィルム・コンデンサ１０が示されている。一実施形態では、基板層１４はポリマー・フィルムであり、該基板層上に配置された第１の電極層１２は金属化ポリマー・フィルムを形成する。基板層１４及び第１の電極層１２で構成された金属化ポリマー・フィルムは、堆積すべき１つ以上の誘電体層のために充分な機械的強度及び可撓性を与えるための基板として使用される。金属化ポリマー・フィルム基板はまた、コンデンサを形成する様々な処理段階中に誘電体層（１つ又は複数）に対して機械的支持を提供する。基板層１４を構成することのできる適当な材料としては、限定するものではないが、ポリエーテルイミド、三酢酸セルロース、ポリフェニル・スルホン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、或いはそれらの組合せが挙げられる。好ましい実施形態では、基板層１４は三酢酸セルロースで構成される。
【００１０】
基板層１４の引張強さは、基板層の可撓性及び延性についての１つの尺度である。基板層１４は約３０００ｐｓｉ以上の引張強さを持つことが望ましい。別の実施形態では、基板層１４は約５０００ｐｓｉ以上の引張強さを持つ。別の実施形態では、基板層１４は約７０００ｐｓｉ以上の引張強さを持つ。更に別の実施形態では、基板層１４は約９０００ｐｓｉ以上の引張強さを持つ。
【００１１】
基板層１４の伸びは、好ましくは、約２パーセント以上である。一実施形態では、基板層１４の伸びは約５パーセント以上である。別の実施形態では、基板層１４の伸びは約１０パーセント以上である。更に別の実施形態では、基板層１４の伸びは約５０パーセント以上である。
【００１２】
第１の誘電体層１６が第１の電極層１２の上に配置される。誘電体層１６は、限定するものではないが、溶液流延法、回転被覆法、浸漬被覆法、又はグラビア印刷被覆法を含む任意の公知の方法によって、電極層１２上に堆積することができる。グラビア印刷被覆処理は、彫刻ロールを被覆用浴の中に走らせることによるものであり、これによりロールの彫り込み点又は線が被覆材料で充たされる。ロール上の過剰な被覆材料はドクター・ブレードによって拭い去り、次いで本書で述べる金属化ポリマー坦体フィルムのような基板上に被覆材料を堆積させる。被覆材料は、適切な溶媒の中で溶解する誘電体材料で構成することができる。
【００１３】
電極層１２は、熱的蒸着、物理的蒸着又はスパッタリング、或いは化学的蒸着によって、基板層１４上に堆積させることができる。希望により、第１の電極層１２は基板層１４の第１の面１８上に堆積させることができ、また第２の電極層２２を基板層の第２の反対側の面２４上に堆積させることができる。基板層１４の側面２６もまた金属化して、図１に示されるように基板層１４が基本的に単一の金属化層によって取り囲まれるようにすることができる。基板層１４の側面２６に堆積される金属化層は、電極層１２及び２２を形成するのと同じ材料で構成される。基板層１４上に電極層（１つ又は複数）１２及び２２を堆積した後、第１の誘電体層１６を前に述べたように第１の電極層上に堆積することができる。
【００１４】
図２は、一実施形態のフィルム・コンデンサ２０を例示する。この場合、第１の電極層１２が基板層１４の第１の面１８上に堆積されている。基板層１４及び第１の電極層１２で構成された金属化ポリマー・フィルムは、堆積すべき１つ以上の誘電体層のために充分な機械的強度及び可撓性を与えるための基板として使用される。金属化ポリマー・フィルム基板はまた、コンデンサを形成する様々な処理段階中に誘電体層（１つ又は複数）に対して機械的支持を提供する。次いで、第１の誘電体層１６が第１の電極層１２の上に堆積され、この場合、第１の電極層は基板層１４と第１の誘電体層との間に配置される。第２の電極層２２が第１の誘電体層１６の上に堆積され、この場合、第１の誘電体層は第１の電極層１２と第２の電極層２２との間に配置される。
【００１５】
希望により、図３に例示されているように、追加の電極及び誘電体層を付け加えて、多層コンデンサ・フィルム３０を形成することができる。例えば、第２の誘電体層３２が第２の電極層２２上に堆積され、この場合、第２の電極層は第１の誘電体層１６と第２の誘電体層３２との間に配置される。第３の電極層３４が第２の誘電体層３２上に堆積され、これにより第２の誘電体層は第２の電極層２２と第３の電極層３４との間に配置される。また、追加の誘電体層３６、３８及び４２並びに電極層４４、４６及び４８がこの代替態様で形成され、この場合、各々の誘電体層は２つの電極層の間に配置される。これらの誘電体層及び電極層は前に述べたようにして堆積される。
【００１６】
コンデンサ接続のためのリード電極として、図３に示されているように、終端金属化層５２をコンデンサ・フィルム３０の側面に堆積すべきである。金属化層５２を堆積するための適当な方法には、プラズマ溶射技術、及び電極を堆積するのに適した本書に述べる方法が含まれる。
【００１７】
誘電体層は、典型的には、約０．１ミクロン〜約２０ミクロンの厚さを持つ。一実施形態では、誘電体層は約５ミクロン〜約１５ミクロンの厚さを持つ。本発明の更に別の実施形態では、誘電体層は約１０ミクロン〜約１５ミクロンの厚さを持つ。
【００１８】
電極層は、典型的には、約２０オングストローム〜約３００オングストロームの厚さを持つ。一実施形態では、電極層は約３０オングストローム〜約１５０オングストロームの厚さを持つ。本発明の更に別の実施形態では、電極層は約５０オングストローム〜約１００オングストロームの厚さを持つ。
【００１９】
基板層１４は約０．１ミクロン〜約１５ミクロンの厚さを持つ。一実施形態では、基板層は約１ミクロン〜約１０ミクロンの厚さを持つ。本発明の更に別の実施形態では、基板層は約３ミクロン〜約５ミクロンの厚さを持つ。
【００２０】
本発明の実施形態では、電極層又は金属化層は、アルミニウム、銅、亜鉛、又はそれらの組合せで構成することができる。好ましい実施形態では、電極層は、アルミニウム、銅又は亜鉛箔の内の少なくとも１種を有する。より好ましくは、電極層は、アルミニウム、又はアルミニウム亜鉛合金を有する。別の好ましい実施形態では、金属化層はアルミニウムで構成される。
【００２１】
一実施形態では、誘電体層は、高い誘電率及び破壊強度を持つ弱く且つ脆いポリマー材料を含む。本書で用いられる「ポリマー材料」とは、別段の指示がなければ、誘電体層中に存在するポリマー材料を表すだけである。ポリマー材料及び誘電体層は、典型的には、少なくとも１００キロボルト／ミリメートルである破壊電圧を持つ。一実施形態では、ポリマー材料及び誘電体層は、少なくとも３００キロボルト／ミリメートルである破壊電圧を持つ。別の実施形態では、ポリマー材料及び誘電体層は、少なくとも４５０キロボルト／ミリメートルである破壊電圧を持つ。別の実施形態では、ポリマー材料及び誘電体層は、少なくとも６００キロボルト／ミリメートルである破壊電圧を持つ。
【００２２】
ポリマー材料は、多種多様な熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマーの配合物、熱硬化性ポリマーの配合物、或いは熱可塑性ポリマーと熱硬化性ポリマーとの配合物から選択されたポリマーを有することができる。ポリマー材料は、ホモポリマー、（スター・ブロック・コポリマー、グラフト・コポリマー、交互ブロック・コポリマー又はランダム・コポリマーのような）コポリマー、イオノマー、デンドリマー、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（a homopolymer, a copolymer such as a star block copolymer, a graft copolymer, an alternating block copolymer or a random copolymer, ionomer, dendrimer, or a combination comprising at least one of the foregoing）を有することができる。ポリマー材料はまた、ポリマー、コポリマー又は同様なものの配合物、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（a blend of polymers, copolymers, or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing）とすることができる。
【００２３】
ポリマー材料中に用いることができる熱可塑性ポリマーの例としては、ポリアセタール、ポリアクリル酸樹脂、ポリカーボネート、ポリアルキド、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアラミド、ポリアラミドイミド、ポリアリレート、ポリウレタン、エポキシ、フェノール樹脂、シリコーン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレン・サルファイド樹脂、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテル・ケトン・ケトン、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジンオフェノサイアジン、ポリベンゾチアゾール、ポリピラジノキノキサリン、ポリピロメリットイミド、ポリキノキサリン、ポリベンズイミダゾール、ポリオキシインドール、ポリオキソイソインドリン、ポリジオキソイソインドリン、ポリトリアジン、ポリピリダジン、ポリピペラジン、ポリピリジン、ポリピペリジン、ポリトリアゾール、ポリピラゾール、ポリカルボラン、ポリオキサビシクロノナン、ポリジベンゾフラン、ポリフタリド、ポリアセタール、ポリ無水物、ポリビニル・エーテル、ポリビニル・チオエーテル、ポリビニル・ケトン、ハロゲン化ポリビニル、ポリビニル・ニトリル、ポリビニル・エステル、ポリスルホン酸塩、多硫化物、ポリチオエステル、ポリスルホン、ポリスルホンアミド、ポリ尿素、ポリホスファゼン、ポリシラザン、ポリプロピレン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリ弗化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリフェニレン・エーテル、シアノエチル・セルロース、三酢酸セルロース又は同様なもの、或いは上記の熱可塑性ポリマーの内の少なくとも１種を含む組合せ（polyacetals, polyacrylics, polycarbonates, polyalkyds, polystyrenes, polyolefins, polyesters, polyamides, polyaramides, polyamideimides, polyarylates, polyurethanes, epoxies, phenolics, silicones, polyarylsulfones, polyethersulfones, polyphenylene sulfides, polysulfones, polyimides, polyetherimides, polytetrafluoroethylenes, polyetherketones, polyether etherketones, polyether ketone ketones, polybenzoxazoles, polyoxadiazoles, polybenzothiazinophenothiazines, polybenzothiazoles, polypyrazinoquinoxalines, polypyromellitimides, polyquinoxalines, polybenzimidazoles, polyoxindoles, polyoxoisoindolines, polydioxoisoindolines, polytriazines, polypyridazines, polypiperazines, polypyridines, polypiperidines, polytriazoles, polypyrazoles, polycarboranes, polyoxabicyclononanes, polydibenzofurans, polyphthalides, polyacetals, polyanhydrides, polyvinyl ethers, polyvinyl thioethers, polyvinyl ketones, polyvinyl halides, polyvinyl nitriles, polyvinyl esters, polysulfonates, polysulfides, polythioesters, polysulfones, polysulfonamides, polyureas, polyphosphazenes, polysilazanes, polypropylenes, polyethylene terephthalates, polyvinylidene fluorides, polysiloxanes, polyphenylene ether, cyanoethyl cellulose, cellulose triacetate, or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing thermoplastic polymers）が挙げられる。
【００２４】
模範的な熱可塑性ポリマーとしては、ポリエーテルイミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリ弗化ビニリジン−三弗化エチレンＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリビニリデン−テトラフルオロエチレン・コポリマーＰ（ＶＤＦ−ＴＦＥ）、及びポリビニリジン・ヘキサフルオロプロピレン・コポリマーＰ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）、エポキシ、ポリエステル、ポリイミド、ポリアリレート、ポリフェニルスルホン、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリアラミドイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレン・エーテル、シアノエチル・セルロース、シアノエチル・プルラン、三酢酸セルロース又は同様なもの、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（polyetherimide, polyvinylidene fluoride, polyvinylidine fluoride-trifluoroethylene P(VDF-TrFE), polyvinylidene-tetrafluoroethylene copolymers P(VDF-TFE), and polyvinylidine hexafluoropropylene copolymers P(VDF-HFP), epoxy, polyester, polyimide, polyarylate, polyphenylsulfone, polystyrene, polyethersulfone, polyamideimide, polyurethane, polycarbonate, polyetheretherketone, polyphenylene ether, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl pullulan, cellulose triacetate, or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing）が挙げられる。
【００２５】
熱可塑性ポリマーの配合物の例としては、アクリロニトリル−ブタジェン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジェン−スチレン、ポリフェニレン・エーテル／ポリスチレン、ポリフェニレン・エーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、ポリフェニレン・エーテル／ポリオレフィン、セルロース系シアノ樹脂／三酢酸セルロース、シアノエチル・プルラン／ポリ弗化ビニリジン又は同様なもの、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（acrylonitrile-butadiene-styrene/nylon, polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene, polyphenylene ether/polystyrene, polyphenylene ether/polyamide, polycarbonate/polyester, polyphenylene ether/polyolefin, cellulosic cyanoresin/cellulose triacetate, cyanoethyl pullulan/ polyvinylidine fluoride or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing）が挙げられる。好ましい実施形態では、ポリマー材料はセルロース系シアノ樹脂である。
【００２６】
ポリマー材料中に用いることができる熱硬化性ポリマーの例としては、次の樹脂、すなわち、エポキシ／アミン、エポキシ／無水物、イソシアネート／アミン、イソシアネート／アルコール、不飽和ポリエステル、ビニル・エステル、不飽和ポリエステル及びビニル・エステル配合物、不飽和ポリエステル／ウレタン混成樹脂、ポリウレタン−ウレア、熱硬化性ポリフェニレン・エーテル、シリコーン、フルオロシリコーン、ベンゾイミダゾール、シアン酸エステル、ビスマレイミド、反応性ジシクロペンタジェン樹脂、反応性ポリアミド又は同様なもの、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（epoxy/amine, epoxy/anhydride, isocyanate/amine, isocyanate/alcohol, unsaturated polyesters, vinyl esters, unsaturated polyester and vinyl ester blends, unsaturated polyester/urethane hybrid resins, polyurethane-ureas, thermosetting polyphenylene ether, silicone, fluorosilicone, benzimidazoles, cyanate esters, bismaleimides, reactive dicyclopentadiene resin, reactive polyamides, or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing）が挙げられる。
【００２７】
一実施形態では、適当な熱硬化性ポリマーには、エネルギ活性化可能な熱硬化性プレポリマー組成物から作ることのできる熱硬化性ポリマーが含まれる。例として、ウレタン・ポリエステルのようなポリウレタン、シリコーン・ポリマー、フェノール性ポリマー、アミノ・ポリマー、エポキシ・ポリマー、ビスマレイミド、ポリイミド、及びフラン・ポリマー（urethane polyesters, silicone polymers, phenolic polymers, amino polymers, epoxy polymers, bismaleimides, polyimides, and furan polymers）が挙げられる。エネルギ活性化可能な熱硬化性プレポリマーは、ポリマー前駆物質及び硬化剤を有することができる。ポリマー前駆物質は熱で活性化することができ、触媒の必要性を無くす。選択される硬化剤は、熱硬化性ポリマーを形成するために必要とされるエネルギ源の種類を決定するだけでなく、熱硬化性ポリマーの得られる特性に影響を及ぼすことがある。硬化剤の例としては、脂肪族アミン、芳香族アミン、酸無水物、過酸化物、リュイス酸又は同様なもの、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（aliphatic amines, aromatic amines, acid anhydrides, peroxides, lewis acids or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing）が挙げられる。エネルギ活性化可能な熱硬化性プレポリマー組成物は、スループットを高くし且つ温度を低くすることを含めて、押出し成形を容易にするために該組成物の粘性を低くするための溶媒又は処理助剤を含むことができる。溶媒は、架橋結合反応を遅らせるのに役立てることができ、また重合中に又は重合後に部分的に又は完全に蒸発させることができる。溶媒はまた、反応性希釈剤として作用して、硬化前は粘性助剤として作用し且つ硬化処理中は反応して最終的なポリマーを生じさせることができる。
【００２８】
ポリマー材料は約１２０℃以上のガラス転移又は軟化温度を持つことが望ましい。一実施形態では、ポリマー材料は約１５０℃以上のガラス転移又は軟化温度を持つことが望ましい。別の実施形態では、ポリマー材料は約２００℃以上のガラス転移又は軟化温度を持つことが望ましい。更に別の実施形態では、ポリマー材料は約２６０℃以上のガラス転移又は軟化温度を持つことが望ましい。
【００２９】
一実施形態では、ポリマー材料は誘電体層の全重量の内の約５〜約９９．９９９重量％の割合で存在する。別の実施形態では、ポリマー材料は全重量の内の約１０重量％〜約９９．９９重量％の割合で存在する。別の実施形態では、ポリマー材料は全重量の内の約３０重量％〜約９９．５重量％の割合で存在する。別の実施形態では、ポリマー材料は全重量の内の約５０重量％〜約９９．３重量％の割合で存在する。
【００３０】
一実施形態では、ポリマー材料の伸びは約２パーセント以下である。一実施形態では、ポリマー材料の伸びは約５パーセント以下である。別の実施形態では、ポリマー材料の伸びは約１０パーセント以下である。別の実施形態では、ポリマー材料の伸びは約５０パーセント以下である。更に別の実施形態では、ポリマー材料の伸びは約１００パーセント以下である。
【００３１】
ポリマー材料は、随意選択による任意の所望の有機充填材と、一般に幾つかの異なる方法で、例えば、これに限定されないが、配合、融解混合、溶液混合又は同様な方法で、或いは上記方法の内の少なくとも１つを含む組合せで組み合わされる。これらの構成成分の融解混合は、剪断力、伸張力、圧縮力、超音波エネルギ、電磁エネルギ、熱エネルギ、或いはこれらの力又はエネルギの内の少なくとも１つを有する組合せを使用することを含み、且つ処理装置内で実行される。処理装置では、上記の力は、単一のネジ、複数のネジ、相互噛み合い共回転又は逆回転ネジ、往復ネジ、ピン付きネジ、ピン付きバレル、ロール、ラム、螺旋ロータ、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せによって加えられる。
【００３２】
ポリマー材料及び随意選択の任意の有機充填剤は、誘電体層を形成するために希望により複数の混合及び形成段階を施すことができる。例えば、ポリマー材料及び随意選択の充填剤は、先ず、押し出し成形して複数のペレットを形成することができる。次いで、これらのペレットはモールド成形機に供給することができ、そこで他の所望の形状に形成することができる。この代わりに、単一の融解混合機から流出する組成物をシート又はより糸に成形し、次いで焼鈍、一軸又は二軸延伸のような押出し後処理を施すことができる。
【００３３】
ポリマー材料及び充填剤を溶液混合した場合、それにより形成された組成物は、電極層のような所望の基板上に、流し込み成形、回転成形、浸漬被覆、吹付け塗装、刷毛塗り、及び／又は静電塗装することができる。次いで、溶液を乾燥することにより基板表面上に誘電体層が残る。別の実施形態では、所望の組成物を有する溶液を、回転成形、圧縮成形、射出成形又は吹込み成形することにより、誘電体層を形成することができる。混合を促進させるために、分散剤、結合剤、改質剤、界面活性剤、及び添加剤のような、二次化学種を用いることができる。
【００３４】
一実施形態では、誘電体層は、約２００時間〜約２０００時間にわたって印加される約１０００ボルト〜５０００ボルトの電流に耐えるコロナ抵抗性を持つ。別の実施形態では、誘電体層は、約２５０時間〜約１０００時間にわたって印加される約１０００ボルト〜５０００ボルトの電流に耐えるコロナ抵抗性を持つ。更に別の実施形態では、誘電体層は、約５００時間〜約９００時間にわたって印加される約１０００ボルト〜５０００ボルトの電流に耐えるコロナ抵抗性を持つ。
【００３５】
誘電体層は、約１〜約１０6 ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定したときに約３以上の誘電率を持つ。一実施形態では、誘電体層は、約１〜約１０6 ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定したときに約５以上の誘電率を持つ。別の実施形態では、誘電体層は、約１〜約１０6 ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定したときに約１０以上の誘電率を持つ。別の実施形態では、誘電体層は、約１〜約１０6 ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定したときに約２０以上の誘電率を持つ。更に別の実施形態では、誘電体層は、約１〜約１０6 ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定したときに約５０以上の誘電率を持つ。
【００３６】
誘電体層は、約１００℃以上のガラス転移又は軟化点温度を持つことが望ましい。一実施形態では、誘電体層は約１２０℃以上のガラス転移又は軟化点温度を持つ。別の実施形態では、誘電体層は約１５０℃以上のガラス転移又は軟化点温度を持つ。別の実施形態では、誘電体層は約１８０℃以上のガラス転移又は軟化点温度を持つ。更に別の実施形態では、誘電体層は約２００℃以上のガラス転移又は軟化点温度を持つ。
【００３７】
また更に、誘電体層は０．０２より小さい損失係数を持つことができる。好ましい実施形態では、誘電体層は０．００５より小さい損失係数を持つ。
【００３８】
本書で述べたコンデンサは、電力変換、電力調整及びパルス状電力用途のような広範な用途に有用である。フィルム・コンデンサは高温環境において特に有用である。本書で述べたコンデンサは、典型的には、約−４０℃〜約２００℃の動作温度を持つ。別の実施形態では、コンデンサは約０℃〜約１５０℃の動作温度を持つ。本発明の更に別の実施形態では、コンデンサは約２０℃〜約１２０℃の動作温度を持つ。
【００３９】
本書で開示した全ての数値範囲は端点を含んでおり、それらの端点は互いと組み合わせ可能である。本書で用いられている「第１」、「第２」などの用語は順序や品質や重要性を表しているものではなく、むしろ一要素を別の要素から区別するために用いている。また量に関連して用いられている「約」及び「ほぼ」という修飾語は、記した値を含むと共に、前後関係によって判断される意味を持つ（例えば、特定の量の測定に関連した誤差の程度を含む）。本発明を説明する記載（特に特許請求の範囲の記載）における数を特記していない用語は、別段の指示が無い場合又は文脈によって明らかに否定されていないなら、単数及び複数の両方を含んでいると解釈されたい。
【００４０】
本発明を多数の実施態様に関して説明したが、本発明はこのような開示した実施形態に制限されない。むしろ、本発明は、これまで説明していないが、本発明の精神及び範囲に合致する任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を取り入れるように修正することができる。更に、本発明を様々な実施態様について説明したが、本発明の様々な面が、記載した実施形態の内の幾つかのみを含むことがあることを理解されたい。従って、本発明は本明細書の記載によって限定されるものと見なすべきでなく、特許請求の範囲によって限定されるものである。
【符号の説明】
【００４１】
１０ フィルム・コンデンサ
１２ 第１の電極層
１４ 基板層
１６ 誘電体層
１８ 基板層の第１の面
２２ 第２の電極層
２４ 基板層の第２の反対側の面
２６ 基板層の側面
３０ 多層コンデンサ・フィルム
３２ 第２の誘電体層
３４ 第３の電極層
３６、３８、４２ 追加の誘電体層
４４、４６、４８ 追加の電極層
５２ 終端金属化層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサに関する様々な実施形態を含む。より具体的に述べると、本発明は、フィルム・コンデンサに関する様々な実施形態を含む。
【背景技術】
【０００２】
フィルム・コンデンサは、典型的には、変位させた金属化ポリマー・フィルムを共巻装することによって構成される。ポリマー・フィルムは、フィルムの適切な巻装を保証するために充分に延性でなければならず、弱い又は脆いフィルム材料は使用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６７６２２３７号
【特許文献２】米国特許第５６３８２５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、電子機器産業において、並びに自動車産業、航空機産業、石油及びガス井戸探査においても、弱い又は脆いポリマーを有することができ、しかも高い誘電率、高い破壊強度及び良好な機械的強度を示すコンデンサが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、コンデンサは、基板層と、該基板層の上に配置された第１の電極層と、該電極層の上に配置された第１の誘電体層とを有する。誘電体層は、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有する。
【０００６】
別の実施形態では、コンデンサは、三酢酸セルロースを有する基板層を含み、該基板層は、約３００ｐｓｉ以上の引張強さを持つ。第１の電極層が前記基板層の上に配置され、また第１の誘電体層が前記電極層の上に配置されている。該誘電体層は、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従ったフィルム・コンデンサの断面図である。
【図２】図２は、本発明の代替実施形態に従ったフィルム・コンデンサの断面図である。
【図３】図３は、本発明の代替実施形態に従った多層フィルム・コンデンサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本書では、誘電特性及び機械的特性を改善したフィルム・コンデンサを開示する。本書で考慮する誘電特性の幾つかは、誘電率、破壊電圧及び損失係数である。誘電体の「誘電率」は、電極の間及び周囲の空間が誘電体で充填されているコンデンサの静電容量と、真空内での同じ電極構成の静電容量との比である。本書で用いる「絶縁破壊電圧」とは、印加された交流又は直流電圧の下での材料の絶縁破壊抵抗の測度を表す。破壊直前の印加電圧を誘電体の厚さで除算することにより破壊電圧が求められる。それは、ｋＶ／ｍｍで測定される。理想的な誘電体では、電圧波と電流波とは位相が９０度ずれる。誘電体の効率が１００％よりも低くなる実際の誘電体では、電流波は進行方向に電圧よりも遅れ始める。この結果、誘電体内において比例的に電力損が生じる。電流波が電圧との９０度の位相ずれから偏移する範囲は、誘電損角として定義される。この損失角の正接は、損失係数又は散逸率として知られている。
【０００９】
図１について説明すると、基板層１４の上に配置され且つ該基板層１４によって支持された第１の電極層１２を有するフィルム・コンデンサ１０が示されている。一実施形態では、基板層１４はポリマー・フィルムであり、該基板層上に配置された第１の電極層１２は金属化ポリマー・フィルムを形成する。基板層１４及び第１の電極層１２で構成された金属化ポリマー・フィルムは、堆積すべき１つ以上の誘電体層のために充分な機械的強度及び可撓性を与えるための基板として使用される。金属化ポリマー・フィルム基板はまた、コンデンサを形成する様々な処理段階中に誘電体層（１つ又は複数）に対して機械的支持を提供する。基板層１４を構成することのできる適当な材料としては、限定するものではないが、ポリエーテルイミド、三酢酸セルロース、ポリフェニル・スルホン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、或いはそれらの組合せが挙げられる。好ましい実施形態では、基板層１４は三酢酸セルロースで構成される。
【００１０】
基板層１４の引張強さは、基板層の可撓性及び延性についての１つの尺度である。基板層１４は約３０００ｐｓｉ以上の引張強さを持つことが望ましい。別の実施形態では、基板層１４は約５０００ｐｓｉ以上の引張強さを持つ。別の実施形態では、基板層１４は約７０００ｐｓｉ以上の引張強さを持つ。更に別の実施形態では、基板層１４は約９０００ｐｓｉ以上の引張強さを持つ。
【００１１】
基板層１４の伸びは、好ましくは、約２パーセント以上である。一実施形態では、基板層１４の伸びは約５パーセント以上である。別の実施形態では、基板層１４の伸びは約１０パーセント以上である。更に別の実施形態では、基板層１４の伸びは約５０パーセント以上である。
【００１２】
第１の誘電体層１６が第１の電極層１２の上に配置される。誘電体層１６は、限定するものではないが、溶液流延法、回転被覆法、浸漬被覆法、又はグラビア印刷被覆法を含む任意の公知の方法によって、電極層１２上に堆積することができる。グラビア印刷被覆処理は、彫刻ロールを被覆用浴の中に走らせることによるものであり、これによりロールの彫り込み点又は線が被覆材料で充たされる。ロール上の過剰な被覆材料はドクター・ブレードによって拭い去り、次いで本書で述べる金属化ポリマー坦体フィルムのような基板上に被覆材料を堆積させる。被覆材料は、適切な溶媒の中で溶解する誘電体材料で構成することができる。
【００１３】
電極層１２は、熱的蒸着、物理的蒸着又はスパッタリング、或いは化学的蒸着によって、基板層１４上に堆積させることができる。希望により、第１の電極層１２は基板層１４の第１の面１８上に堆積させることができ、また第２の電極層２２を基板層の第２の反対側の面２４上に堆積させることができる。基板層１４の側面２６もまた金属化して、図１に示されるように基板層１４が基本的に単一の金属化層によって取り囲まれるようにすることができる。基板層１４の側面２６に堆積される金属化層は、電極層１２及び２２を形成するのと同じ材料で構成される。基板層１４上に電極層（１つ又は複数）１２及び２２を堆積した後、第１の誘電体層１６を前に述べたように第１の電極層上に堆積することができる。
【００１４】
図２は、一実施形態のフィルム・コンデンサ２０を例示する。この場合、第１の電極層１２が基板層１４の第１の面１８上に堆積されている。基板層１４及び第１の電極層１２で構成された金属化ポリマー・フィルムは、堆積すべき１つ以上の誘電体層のために充分な機械的強度及び可撓性を与えるための基板として使用される。金属化ポリマー・フィルム基板はまた、コンデンサを形成する様々な処理段階中に誘電体層（１つ又は複数）に対して機械的支持を提供する。次いで、第１の誘電体層１６が第１の電極層１２の上に堆積され、この場合、第１の電極層は基板層１４と第１の誘電体層との間に配置される。第２の電極層２２が第１の誘電体層１６の上に堆積され、この場合、第１の誘電体層は第１の電極層１２と第２の電極層２２との間に配置される。
【００１５】
希望により、図３に例示されているように、追加の電極及び誘電体層を付け加えて、多層コンデンサ・フィルム３０を形成することができる。例えば、第２の誘電体層３２が第２の電極層２２上に堆積され、この場合、第２の電極層は第１の誘電体層１６と第２の誘電体層３２との間に配置される。第３の電極層３４が第２の誘電体層３２上に堆積され、これにより第２の誘電体層は第２の電極層２２と第３の電極層３４との間に配置される。また、追加の誘電体層３６、３８及び４２並びに電極層４４、４６及び４８がこの代替態様で形成され、この場合、各々の誘電体層は２つの電極層の間に配置される。これらの誘電体層及び電極層は前に述べたようにして堆積される。
【００１６】
コンデンサ接続のためのリード電極として、図３に示されているように、終端金属化層５２をコンデンサ・フィルム３０の側面に堆積すべきである。金属化層５２を堆積するための適当な方法には、プラズマ溶射技術、及び電極を堆積するのに適した本書に述べる方法が含まれる。
【００１７】
誘電体層は、典型的には、約０．１ミクロン〜約２０ミクロンの厚さを持つ。一実施形態では、誘電体層は約５ミクロン〜約１５ミクロンの厚さを持つ。本発明の更に別の実施形態では、誘電体層は約１０ミクロン〜約１５ミクロンの厚さを持つ。
【００１８】
電極層は、典型的には、約２０オングストローム〜約３００オングストロームの厚さを持つ。一実施形態では、電極層は約３０オングストローム〜約１５０オングストロームの厚さを持つ。本発明の更に別の実施形態では、電極層は約５０オングストローム〜約１００オングストロームの厚さを持つ。
【００１９】
基板層１４は約０．１ミクロン〜約１５ミクロンの厚さを持つ。一実施形態では、基板層は約１ミクロン〜約１０ミクロンの厚さを持つ。本発明の更に別の実施形態では、基板層は約３ミクロン〜約５ミクロンの厚さを持つ。
【００２０】
本発明の実施形態では、電極層又は金属化層は、アルミニウム、銅、亜鉛、又はそれらの組合せで構成することができる。好ましい実施形態では、電極層は、アルミニウム、銅又は亜鉛箔の内の少なくとも１種を有する。より好ましくは、電極層は、アルミニウム、又はアルミニウム亜鉛合金を有する。別の好ましい実施形態では、金属化層はアルミニウムで構成される。
【００２１】
一実施形態では、誘電体層は、高い誘電率及び破壊強度を持つ弱く且つ脆いポリマー材料を含む。本書で用いられる「ポリマー材料」とは、別段の指示がなければ、誘電体層中に存在するポリマー材料を表すだけである。ポリマー材料及び誘電体層は、典型的には、少なくとも１００キロボルト／ミリメートルである破壊電圧を持つ。一実施形態では、ポリマー材料及び誘電体層は、少なくとも３００キロボルト／ミリメートルである破壊電圧を持つ。別の実施形態では、ポリマー材料及び誘電体層は、少なくとも４５０キロボルト／ミリメートルである破壊電圧を持つ。別の実施形態では、ポリマー材料及び誘電体層は、少なくとも６００キロボルト／ミリメートルである破壊電圧を持つ。
【００２２】
ポリマー材料は、多種多様な熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマーの配合物、熱硬化性ポリマーの配合物、或いは熱可塑性ポリマーと熱硬化性ポリマーとの配合物から選択されたポリマーを有することができる。ポリマー材料は、ホモポリマー、（スター・ブロック・コポリマー、グラフト・コポリマー、交互ブロック・コポリマー又はランダム・コポリマーのような）コポリマー、イオノマー、デンドリマー、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（a homopolymer, a copolymer such as a star block copolymer, a graft copolymer, an alternating block copolymer or a random copolymer, ionomer, dendrimer, or a combination comprising at least one of the foregoing）を有することができる。ポリマー材料はまた、ポリマー、コポリマー又は同様なものの配合物、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（a blend of polymers, copolymers, or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing）とすることができる。
【００２３】
ポリマー材料中に用いることができる熱可塑性ポリマーの例としては、ポリアセタール、ポリアクリル酸樹脂、ポリカーボネート、ポリアルキド、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアラミド、ポリアラミドイミド、ポリアリレート、ポリウレタン、エポキシ、フェノール樹脂、シリコーン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレン・サルファイド樹脂、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテル・ケトン・ケトン、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジンオフェノサイアジン、ポリベンゾチアゾール、ポリピラジノキノキサリン、ポリピロメリットイミド、ポリキノキサリン、ポリベンズイミダゾール、ポリオキシインドール、ポリオキソイソインドリン、ポリジオキソイソインドリン、ポリトリアジン、ポリピリダジン、ポリピペラジン、ポリピリジン、ポリピペリジン、ポリトリアゾール、ポリピラゾール、ポリカルボラン、ポリオキサビシクロノナン、ポリジベンゾフラン、ポリフタリド、ポリアセタール、ポリ無水物、ポリビニル・エーテル、ポリビニル・チオエーテル、ポリビニル・ケトン、ハロゲン化ポリビニル、ポリビニル・ニトリル、ポリビニル・エステル、ポリスルホン酸塩、多硫化物、ポリチオエステル、ポリスルホン、ポリスルホンアミド、ポリ尿素、ポリホスファゼン、ポリシラザン、ポリプロピレン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリ弗化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリフェニレン・エーテル、シアノエチル・セルロース、三酢酸セルロース又は同様なもの、或いは上記の熱可塑性ポリマーの内の少なくとも１種を含む組合せ（polyacetals, polyacrylics, polycarbonates, polyalkyds, polystyrenes, polyolefins, polyesters, polyamides, polyaramides, polyamideimides, polyarylates, polyurethanes, epoxies, phenolics, silicones, polyarylsulfones, polyethersulfones, polyphenylene sulfides, polysulfones, polyimides, polyetherimides, polytetrafluoroethylenes, polyetherketones, polyether etherketones, polyether ketone ketones, polybenzoxazoles, polyoxadiazoles, polybenzothiazinophenothiazines, polybenzothiazoles, polypyrazinoquinoxalines, polypyromellitimides, polyquinoxalines, polybenzimidazoles, polyoxindoles, polyoxoisoindolines, polydioxoisoindolines, polytriazines, polypyridazines, polypiperazines, polypyridines, polypiperidines, polytriazoles, polypyrazoles, polycarboranes, polyoxabicyclononanes, polydibenzofurans, polyphthalides, polyacetals, polyanhydrides, polyvinyl ethers, polyvinyl thioethers, polyvinyl ketones, polyvinyl halides, polyvinyl nitriles, polyvinyl esters, polysulfonates, polysulfides, polythioesters, polysulfones, polysulfonamides, polyureas, polyphosphazenes, polysilazanes, polypropylenes, polyethylene terephthalates, polyvinylidene fluorides, polysiloxanes, polyphenylene ether, cyanoethyl cellulose, cellulose triacetate, or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing thermoplastic polymers）が挙げられる。
【００２４】
模範的な熱可塑性ポリマーとしては、ポリエーテルイミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリ弗化ビニリジン−三弗化エチレンＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリビニリデン−テトラフルオロエチレン・コポリマーＰ（ＶＤＦ−ＴＦＥ）、及びポリビニリジン・ヘキサフルオロプロピレン・コポリマーＰ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）、エポキシ、ポリエステル、ポリイミド、ポリアリレート、ポリフェニルスルホン、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリアラミドイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレン・エーテル、シアノエチル・セルロース、シアノエチル・プルラン、三酢酸セルロース又は同様なもの、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（polyetherimide, polyvinylidene fluoride, polyvinylidine fluoride-trifluoroethylene P(VDF-TrFE), polyvinylidene-tetrafluoroethylene copolymers P(VDF-TFE), and polyvinylidine hexafluoropropylene copolymers P(VDF-HFP), epoxy, polyester, polyimide, polyarylate, polyphenylsulfone, polystyrene, polyethersulfone, polyamideimide, polyurethane, polycarbonate, polyetheretherketone, polyphenylene ether, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl pullulan, cellulose triacetate, or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing）が挙げられる。
【００２５】
熱可塑性ポリマーの配合物の例としては、アクリロニトリル−ブタジェン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジェン−スチレン、ポリフェニレン・エーテル／ポリスチレン、ポリフェニレン・エーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、ポリフェニレン・エーテル／ポリオレフィン、セルロース系シアノ樹脂／三酢酸セルロース、シアノエチル・プルラン／ポリ弗化ビニリジン又は同様なもの、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（acrylonitrile-butadiene-styrene/nylon, polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene, polyphenylene ether/polystyrene, polyphenylene ether/polyamide, polycarbonate/polyester, polyphenylene ether/polyolefin, cellulosic cyanoresin/cellulose triacetate, cyanoethyl pullulan/ polyvinylidine fluoride or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing）が挙げられる。好ましい実施形態では、ポリマー材料はセルロース系シアノ樹脂である。
【００２６】
ポリマー材料中に用いることができる熱硬化性ポリマーの例としては、次の樹脂、すなわち、エポキシ／アミン、エポキシ／無水物、イソシアネート／アミン、イソシアネート／アルコール、不飽和ポリエステル、ビニル・エステル、不飽和ポリエステル及びビニル・エステル配合物、不飽和ポリエステル／ウレタン混成樹脂、ポリウレタン−ウレア、熱硬化性ポリフェニレン・エーテル、シリコーン、フルオロシリコーン、ベンゾイミダゾール、シアン酸エステル、ビスマレイミド、反応性ジシクロペンタジェン樹脂、反応性ポリアミド又は同様なもの、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（epoxy/amine, epoxy/anhydride, isocyanate/amine, isocyanate/alcohol, unsaturated polyesters, vinyl esters, unsaturated polyester and vinyl ester blends, unsaturated polyester/urethane hybrid resins, polyurethane-ureas, thermosetting polyphenylene ether, silicone, fluorosilicone, benzimidazoles, cyanate esters, bismaleimides, reactive dicyclopentadiene resin, reactive polyamides, or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing）が挙げられる。
【００２７】
一実施形態では、適当な熱硬化性ポリマーには、エネルギ活性化可能な熱硬化性プレポリマー組成物から作ることのできる熱硬化性ポリマーが含まれる。例として、ウレタン・ポリエステルのようなポリウレタン、シリコーン・ポリマー、フェノール性ポリマー、アミノ・ポリマー、エポキシ・ポリマー、ビスマレイミド、ポリイミド、及びフラン・ポリマー（urethane polyesters, silicone polymers, phenolic polymers, amino polymers, epoxy polymers, bismaleimides, polyimides, and furan polymers）が挙げられる。エネルギ活性化可能な熱硬化性プレポリマーは、ポリマー前駆物質及び硬化剤を有することができる。ポリマー前駆物質は熱で活性化することができ、触媒の必要性を無くす。選択される硬化剤は、熱硬化性ポリマーを形成するために必要とされるエネルギ源の種類を決定するだけでなく、熱硬化性ポリマーの得られる特性に影響を及ぼすことがある。硬化剤の例としては、脂肪族アミン、芳香族アミン、酸無水物、過酸化物、リュイス酸又は同様なもの、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せ（aliphatic amines, aromatic amines, acid anhydrides, peroxides, lewis acids or the like, or a combination comprising at least one of the foregoing）が挙げられる。エネルギ活性化可能な熱硬化性プレポリマー組成物は、スループットを高くし且つ温度を低くすることを含めて、押出し成形を容易にするために該組成物の粘性を低くするための溶媒又は処理助剤を含むことができる。溶媒は、架橋結合反応を遅らせるのに役立てることができ、また重合中に又は重合後に部分的に又は完全に蒸発させることができる。溶媒はまた、反応性希釈剤として作用して、硬化前は粘性助剤として作用し且つ硬化処理中は反応して最終的なポリマーを生じさせることができる。
【００２８】
ポリマー材料は約１２０℃以上のガラス転移又は軟化温度を持つことが望ましい。一実施形態では、ポリマー材料は約１５０℃以上のガラス転移又は軟化温度を持つことが望ましい。別の実施形態では、ポリマー材料は約２００℃以上のガラス転移又は軟化温度を持つことが望ましい。更に別の実施形態では、ポリマー材料は約２６０℃以上のガラス転移又は軟化温度を持つことが望ましい。
【００２９】
一実施形態では、ポリマー材料は誘電体層の全重量の内の約５〜約９９．９９９重量％の割合で存在する。別の実施形態では、ポリマー材料は全重量の内の約１０重量％〜約９９．９９重量％の割合で存在する。別の実施形態では、ポリマー材料は全重量の内の約３０重量％〜約９９．５重量％の割合で存在する。別の実施形態では、ポリマー材料は全重量の内の約５０重量％〜約９９．３重量％の割合で存在する。
【００３０】
一実施形態では、ポリマー材料の伸びは約２パーセント以下である。一実施形態では、ポリマー材料の伸びは約５パーセント以下である。別の実施形態では、ポリマー材料の伸びは約１０パーセント以下である。別の実施形態では、ポリマー材料の伸びは約５０パーセント以下である。更に別の実施形態では、ポリマー材料の伸びは約１００パーセント以下である。
【００３１】
ポリマー材料は、随意選択による任意の所望の有機充填材と、一般に幾つかの異なる方法で、例えば、これに限定されないが、配合、融解混合、溶液混合又は同様な方法で、或いは上記方法の内の少なくとも１つを含む組合せで組み合わされる。これらの構成成分の融解混合は、剪断力、伸張力、圧縮力、超音波エネルギ、電磁エネルギ、熱エネルギ、或いはこれらの力又はエネルギの内の少なくとも１つを有する組合せを使用することを含み、且つ処理装置内で実行される。処理装置では、上記の力は、単一のネジ、複数のネジ、相互噛み合い共回転又は逆回転ネジ、往復ネジ、ピン付きネジ、ピン付きバレル、ロール、ラム、螺旋ロータ、或いは上記の内の少なくとも１種を含む組合せによって加えられる。
【００３２】
ポリマー材料及び随意選択の任意の有機充填剤は、誘電体層を形成するために希望により複数の混合及び形成段階を施すことができる。例えば、ポリマー材料及び随意選択の充填剤は、先ず、押し出し成形して複数のペレットを形成することができる。次いで、これらのペレットはモールド成形機に供給することができ、そこで他の所望の形状に形成することができる。この代わりに、単一の融解混合機から流出する組成物をシート又はより糸に成形し、次いで焼鈍、一軸又は二軸延伸のような押出し後処理を施すことができる。
【００３３】
ポリマー材料及び充填剤を溶液混合した場合、それにより形成された組成物は、電極層のような所望の基板上に、流し込み成形、回転成形、浸漬被覆、吹付け塗装、刷毛塗り、及び／又は静電塗装することができる。次いで、溶液を乾燥することにより基板表面上に誘電体層が残る。別の実施形態では、所望の組成物を有する溶液を、回転成形、圧縮成形、射出成形又は吹込み成形することにより、誘電体層を形成することができる。混合を促進させるために、分散剤、結合剤、改質剤、界面活性剤、及び添加剤のような、二次化学種を用いることができる。
【００３４】
一実施形態では、誘電体層は、約２００時間〜約２０００時間にわたって印加される約１０００ボルト〜５０００ボルトの電流に耐えるコロナ抵抗性を持つ。別の実施形態では、誘電体層は、約２５０時間〜約１０００時間にわたって印加される約１０００ボルト〜５０００ボルトの電流に耐えるコロナ抵抗性を持つ。更に別の実施形態では、誘電体層は、約５００時間〜約９００時間にわたって印加される約１０００ボルト〜５０００ボルトの電流に耐えるコロナ抵抗性を持つ。
【００３５】
誘電体層は、約１〜約１０6 ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定したときに約３以上の誘電率を持つ。一実施形態では、誘電体層は、約１〜約１０6 ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定したときに約５以上の誘電率を持つ。別の実施形態では、誘電体層は、約１〜約１０6 ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定したときに約１０以上の誘電率を持つ。別の実施形態では、誘電体層は、約１〜約１０6 ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定したときに約２０以上の誘電率を持つ。更に別の実施形態では、誘電体層は、約１〜約１０6 ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で測定したときに約５０以上の誘電率を持つ。
【００３６】
誘電体層は、約１００℃以上のガラス転移又は軟化点温度を持つことが望ましい。一実施形態では、誘電体層は約１２０℃以上のガラス転移又は軟化点温度を持つ。別の実施形態では、誘電体層は約１５０℃以上のガラス転移又は軟化点温度を持つ。別の実施形態では、誘電体層は約１８０℃以上のガラス転移又は軟化点温度を持つ。更に別の実施形態では、誘電体層は約２００℃以上のガラス転移又は軟化点温度を持つ。
【００３７】
また更に、誘電体層は０．０２より小さい損失係数を持つことができる。好ましい実施形態では、誘電体層は０．００５より小さい損失係数を持つ。
【００３８】
本書で述べたコンデンサは、電力変換、電力調整及びパルス状電力用途のような広範な用途に有用である。フィルム・コンデンサは高温環境において特に有用である。本書で述べたコンデンサは、典型的には、約−４０℃〜約２００℃の動作温度を持つ。別の実施形態では、コンデンサは約０℃〜約１５０℃の動作温度を持つ。本発明の更に別の実施形態では、コンデンサは約２０℃〜約１２０℃の動作温度を持つ。
【００３９】
本書で開示した全ての数値範囲は端点を含んでおり、それらの端点は互いと組み合わせ可能である。本書で用いられている「第１」、「第２」などの用語は順序や品質や重要性を表しているものではなく、むしろ一要素を別の要素から区別するために用いている。また量に関連して用いられている「約」及び「ほぼ」という修飾語は、記した値を含むと共に、前後関係によって判断される意味を持つ（例えば、特定の量の測定に関連した誤差の程度を含む）。本発明を説明する記載（特に特許請求の範囲の記載）における数を特記していない用語は、別段の指示が無い場合又は文脈によって明らかに否定されていないなら、単数及び複数の両方を含んでいると解釈されたい。
【００４０】
本発明を多数の実施態様に関して説明したが、本発明はこのような開示した実施形態に制限されない。むしろ、本発明は、これまで説明していないが、本発明の精神及び範囲に合致する任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を取り入れるように修正することができる。更に、本発明を様々な実施態様について説明したが、本発明の様々な面が、記載した実施形態の内の幾つかのみを含むことがあることを理解されたい。従って、本発明は本明細書の記載によって限定されるものと見なすべきでなく、特許請求の範囲によって限定されるものである。
【符号の説明】
【００４１】
１０ フィルム・コンデンサ
１２ 第１の電極層
１４ 基板層
１６ 誘電体層
１８ 基板層の第１の面
２２ 第２の電極層
２４ 基板層の第２の反対側の面
２６ 基板層の側面
３０ 多層コンデンサ・フィルム
３２ 第２の誘電体層
３４ 第３の電極層
３６、３８、４２ 追加の誘電体層
４４、４６、４８ 追加の電極層
５２ 終端金属化層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板層と、
前記基板層の上に配置された第１の電極層と、
前記電極層の上に配置された第１の誘電体層であって、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有している第１の誘電体層と、
とを有するコンデンサ。
【請求項２】
前記ポリマー材料はセルロース系シアノ樹脂を有している、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記基板層は、ポリエーテルイミド、三酢酸セルロース、ポリフェニル・スルホン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、又はそれらの組合せを有している、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記コンデンサは更に第２の電極層を有し、前記第１の誘電体層が前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置されている、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項５】
前記コンデンサは更に第２の誘電体層及び第３の電極層を有し、前記第２の誘電体層が前記第２の電極層と前記第３の電極層との間に配置されている、請求項４記載のコンデンサ。
【請求項６】
前記コンデンサは更に、頂面と、前記基板層がそれに接近して配置されている底面と、少なくとも２つの側面と、前記側面の少なくとも一部分上に配置された終端金属化層とを有している、請求項５記載のコンデンサ。
【請求項７】
前記金属化層は、アルミニウム、銅、亜鉛、又はそれらの組合せを有している、請求項６記載のコンデンサ。
【請求項８】
前記基板層は第１の面及び第２の面を有し、前記第１の電極層が前記基板層の前記第１の面上に配置されており、前記コンデンサは更に、前記基板層の前記第２の面上に配置された第２の電極層を有している、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項９】
前記基板層は、前記第１の面及び第２の面に隣接して少なくとも２つの側面を有し、前記コンデンサは更に、前記側面の少なくとも一部分上に配置された金属化層を有している、請求項８記載のコンデンサ。
【請求項１０】
三酢酸セルロースを有する基板層であって、引張強さが約３００ｐｓｉ以上である基板層と、
前記基板層の上に配置された第１の電極層と、
前記電極層の上に配置された第１の誘電体層であって、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有している第１の誘電体層と、
を有するコンデンサ。
【請求項１】
基板層と、
前記基板層の上に配置された第１の電極層と、
前記電極層の上に配置された第１の誘電体層であって、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有している第１の誘電体層と、
とを有するコンデンサ。
【請求項２】
前記ポリマー材料はセルロース系シアノ樹脂を有している、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記基板層は、ポリエーテルイミド、三酢酸セルロース、ポリフェニル・スルホン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、又はそれらの組合せを有している、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記コンデンサは更に第２の電極層を有し、前記第１の誘電体層が前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置されている、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項５】
前記コンデンサは更に第２の誘電体層及び第３の電極層を有し、前記第２の誘電体層が前記第２の電極層と前記第３の電極層との間に配置されている、請求項４記載のコンデンサ。
【請求項６】
前記コンデンサは更に、頂面と、前記基板層がそれに接近して配置されている底面と、少なくとも２つの側面と、前記側面の少なくとも一部分上に配置された終端金属化層とを有している、請求項５記載のコンデンサ。
【請求項７】
前記金属化層は、アルミニウム、銅、亜鉛、又はそれらの組合せを有している、請求項６記載のコンデンサ。
【請求項８】
前記基板層は第１の面及び第２の面を有し、前記第１の電極層が前記基板層の前記第１の面上に配置されており、前記コンデンサは更に、前記基板層の前記第２の面上に配置された第２の電極層を有している、請求項１記載のコンデンサ。
【請求項９】
前記基板層は、前記第１の面及び第２の面に隣接して少なくとも２つの側面を有し、前記コンデンサは更に、前記側面の少なくとも一部分上に配置された金属化層を有している、請求項８記載のコンデンサ。
【請求項１０】
三酢酸セルロースを有する基板層であって、引張強さが約３００ｐｓｉ以上である基板層と、
前記基板層の上に配置された第１の電極層と、
前記電極層の上に配置された第１の誘電体層であって、伸びが約５パーセント以下であるポリマー材料を有している第１の誘電体層と、
を有するコンデンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−３４５５６（Ｐ２０１０−３４５５６Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６８３６０（Ｐ２００９−１６８３６０）
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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