150℃の耐熱性を持つ高耐電圧コンデンサー用フィルムを開発：材料技術

東レは150℃で動作可能な高耐熱性を有する高耐電圧コンデンサー用フィルムを開発した。今後、同フィルムのサンプルワーク提供と量産化に向けた検討を進めていく。

[遠藤和宏，MONOist]

　東レは2024年12月16日、150℃で動作可能な高耐熱性を有する高耐電圧コンデンサー用フィルムを開発したと発表した。今後、同フィルムのサンプル提供と量産化に向けた検討を進めていく。

同フィルムの特徴

　同社は、独自のポリマー設計技術と二軸延伸技術を組み合わせて、高温での高い耐電圧を有するフィルム基材層を設計した他、基材層に独自設計の高セルフヒール層を薄膜積層することで、150℃の耐熱性を有する高耐電圧コンデンサー用フィルムを開発した。

　同フィルムを用いたコンデンサーの性能を実証するために、名古屋大学未来材料・システム研究所 教授の山本真義氏と共同で、車載インバータの実駆動環境においてコンデンサー評価系を新たに構築し、150℃での動作を確認している。

　同フィルムを活用した150℃耐熱フィルムコンデンサーは、耐熱温度を高められることから、シリコンカーバイド（SiC）半導体を搭載したインバータを小型化／軽量化できる。これにより電気自動車（EV）や空飛ぶクルマなどの電動モビリティや船舶などの電動化、産業機械の電費改善を実現する。

同フィルムの開発背景

　EVや燃料電池車（FCV）などの電動モビリティはいずれもモーターで駆動するが、その制御回路（インバータ）の動作を安定化する主要部品がフィルムコンデンサーだ。車載用フィルムコンデンサーには、薄膜化による小型化や、電力負荷を低減するための低損失、耐電圧に代表される高い信頼性などの優れた特性からポリプロピレン（PP）フィルムコンデンサーが使用されている。

　近年、車載インバータではエネルギーロスが小さく高温駆動が可能なSiCパワー半導体の採用が始まっており、小型化／軽量化に向けて、半導体の冷却機構の簡素化が検討されている。この動きの中で、周辺部品も150℃耐熱設計としてインバータ機構全体を超小型化／軽量化する検討が進められている。

　例えば、将来拡大が期待される空飛ぶクルマでは冷却を水冷から空冷とすることによる軽量化が期待されている。

　しかし、現状のPPフィルムコンデンサーでは、耐熱性向上には限界があり、150℃の耐熱性確保は困難だ。また、一般的な耐熱性フィルムには、信頼性を確保するためのセルフヒール性が不十分という課題もあった。セルフヒール性とは、フィルムコンデンサーに過電圧が印加され、絶縁破壊が発生した際に、静電容量が減少しながらもショート破壊しないで絶縁性が回復する特性で、フィルムコンデンサーに固有の特性だ。

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