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La présente* invention concerne des constituants électriques nouveaux et améliorés ainsi que des procédés et des appareils nouveaux et perfectionnés pour leur production, Plus particulièrement, l'invention concerne des constituants capacitifs employant des diélectriques polymérisés par dé- charge dans un gaz et ayant une utilité comme éléments dans des condensateurs, des canalisations de transmission et analogues.
Le evet des Etats Unis d'Amérique n 2.932.591, ; sous le titre " Electrodes revêtues de matière diélectrique'!, décrit un constituant capacitif nouveau, hautement compact et un procédé pour sa fabrication, dans lequel procédé une des électrodes du constituant a été pourvue d'une couche de matière diélectrique.': polymérisée par décharge dans un gaz, ayant une épaisseur de l'ordre de 1,0 micron et une seconde électrode a été ensuite placé-sur le. diélectrique.
La pelli- cule mince de diélectrique mentionnée précédemment était le produit de la polymérisation d'un monomère ou de plusieurs monomères gazeux ou en phase vapeur sur une électrode, laquelle polymérisation était le résultat de l'action d'une décharge dans un gaz qui inoisait le monomère ou es fractions en phase vapeur et transportait la matière ionisée à la surface de l'électrode lorsque la polymérisation en pellicules minces avait lieu. Après que la pellicule mince ait été déposée sur la surface de l'électrode, l'électrode revêtue de matière diélectrique a été enlevée de l'appareil de polymérisation et, dans une forme de constituant capacitif, elle est munie d'une couche conductrice superposée par
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métallisation.
Les constituants capacitifs produits suivant le procédé mentionné ci-dessus ont un avantage particulier vis- à-vis des autres éléments de configuration similaire du fait des rapports élevés de la capacité au volume qu'ils procurent tout en maintenant une qualité électrique élevée. Cependant, ils sont onéreux du fait des coûts de main d'oeuvre entraînés lors du traitement des éléments.
Un objet de l'invention est de procurer,un procédé ut un appareil économiquespour produire des constituants capa- citifs utilisant des pellicules diélectriques polymérisées par décharge dans un gaz.
Un autre objet encore de l'invention est constitué par un appareil à utiliser lorsqu'on doit polymériser en - phase plasma des zones importantes de matière diélectrique en couche mince sur des surfaces conductrices appropriées.
Un autre objet encore de l'invention réside dans un procédé et un appareil pour effectuer ce procédé, dans lequel des parties choisies de surfaces conductrices sont couvertes de matière diélectrique dans un procédé de polymérisation en phase plasma tandis que d'autres parties restent non couvertes.
'Ces objets et d'autres objets, qui apparaîtront de la description suivante ainsi que des revendications, sont atteints dans l'invention en déplaçant, de façon continue, un substrat ou support de diélectrique flexible ayant une bande conductrice sur sa surface dans une atmosphère de mo- nomère en phase vapeur qui est soumise à l'action d'une dé charge dans un gaz tandis qu'une tension est appliquée à la bande pour provoquer la polymérisation de la vapeur ionisée sur sa surface.
Suivant un aspect de l'invention, la bando
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conductrice est continuellement en contact avec des surfaces de contact disposées de façon appropriée le long de son chemin de déplacement pendant le processus de polymérisation et une partie do la bande est protégée de l'action de la décharge de polymérisation de façon à empêcher la formation d'une pellicule de diélectrique sur cette partie. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les fonctions de . contact et de protection sont améliorées simultanément en utilisant une électrode de contact ayant un recouvrement de diélectrique qui à la fois empêche l'action de la décharge sur l'électrode de contact et protège les parties de la bande conductrice sur lesquelles on ne désire pas déposer une pel- licule mince.
Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, le débit de production est accru en utilisant une série de bandes conductrices disposées parallèlement à la longueur du support, chaque bande étant individuellement en contact avec sa structure de contact propre et protégée par cette structure. L'ensemble de bandes conductrices parallèles, chacune d'entre elles étant munie d'un revêtement d'une pel- licule de diélectrique mince, est alors pourvue, par métalli- sage par exemple, de bandes conductrices individuelles. Les constituants capacitifs parallèles multiples ainsi formés sont alors séparés les uns des autres pour obtenir des éléments capacitifs individuels appropriés pour servir dans la fabri- cation de condensateurs, de canalisations de transmission ou d'autres constituants électriques analogues.
On se réfère maintenant aux dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue latérale en coupe trans- versale d'un appareil pour polymriser des couches parallèles d'une pellicule mince sur un substrat ou support de dié-
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leotrique flexible mobile-, - la figure 2 est une vue d'extrémité en coupe trans- versale de l'appareil de la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective on coupe transversale partielle d'une partie de l'appareil des figures
1 et 2 montrant des détails à une échelle plus grande, la figure 32 est une vue en perspective d'une partie terminale d'une, électrode de contact protégée utili- sable dans l'appareil des figures 1,
2 et 3 -'la figure 4 est une représentation schématique de l'équipement prévu pour le traitement, - la figure 5 est unu vue en coupe transversale Ó de d'un substrat/ diélectrique d'épaisseur très grossie, muni de bandes conductrices et prêt à l'emploi dans l'appareil dos figures 1 et 2, la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un substrat de diélectrique do la figure 5 après la poly- mérisation en phase vapeur dans l'appareil de la figure 1, la figure 7 est une vue en coupe transversale du substrat de la figure 5 après la polymérisation et la métal- lisation, - la figure 8 est une vue en coupe transversale d'une seule structure d'un constituant capacitif produit suivant les enseignements de l'invention, - la figure 9 est une vue d'un condensateur partiel-- lement enroulé utilisant le constituant de la figure 7,
- la figure 10 est une vue en perspective d'un con- densateur complet suivant les enseignements de l'invention, et - la figure 11illustre une autre forme de constitu-
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ant capacitif produit suivant les enseignements de l'invon- ion
On se réfère maintenant aux figures 1 et 2;
l'ap- pareil utilisé pour produire dos constituants ou éléments capacitifs suivant les enseignements de l'invention est muni d'une chambre à vide 2 ayant une porte étanche au vide amo- vible 4 à une extrémité par laquelle l'ensemble de polymé- sur risation 6 porté/ des roues 8 se déplaçant sur des voies de roule- ment 10 peut être introduit dans l'enceinte. La chambre 2 est munie à son extrémité fermée d'un tuyau d'évacuation 12 qui est reljéj comme montré à la figure 4, à l'équipement d'évacuation capable de produire un vide dans la chambre de l'ordre de 10-4 mm de mercure ou un vide plus poussé.
L'accès à l'espace de la chambre à. vide se fait à l'aide d'un tuyau d'amenée du monomère 16 par lequel est amené le monomère ga- zeux ou en phase vapeur qui doit être polymérisé. On a prévu également un joint à compression isolé électriquement 18 Sans la paroi de la chambre 2 pour introduire le conducteur élec trique 20 afin de fournir l'énergie électrique nécessaire pour la décharge de polymérisation.
Comme mentionné précédemment, l'appareil de poly- mérisation continue 6 est adapté pour être mis en place dans la chambre à vide 2 et être enlevé de cette chambre au moyen d'une plaque de base amovible 22 qui porte l'appareil de poly- mérisation 6. La plaque de base 22 est munie; aux deux extré- mités, de montants 24 et 26 qui,portent les bonines d'en- roulement et d'amenée du substrat 28 et 30, respectivement,
24 et Egalemetn montés dans les motants/26,des galets de tension
32, 34, 36, 38, 40 et 42 servent de guides pour inverser le sens de déplacement du substrat 43 dans son passage entre les ' .
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électrodes successives prévues pour la décharge.
On trouve, disposé centralement entre les montants
24 et 26 et portés par des galets 44 dans dus voies de rou lement transversales 46 sur la plaque de base 22, des porte- électrodes verticaux 48 et 49 qui reçoivent des électrodes horizontales 50, 52, 54 et 56. Comme on peut mieux le voir à la figure 2, les parties verticales des supports 48 ot 49 ont une position ajustée d'un côté du chemin suivi par le substrat de diélectrique dans sa course vers l'arrière et vers l'avant entre les galets de tension.
Les électrodes 50, 52, 54 et 56 sont équilibrées dans les espaces compris entre les chemins suivis par le substrat lorsqu'il passe entre les galets de tension.32, 34,36, 38, 40 et 42 et serv nt à la fois de surfaces qui subissent la décharge et, par l'intermédiaire en forme de de rainures longitudinales de moyens pour régler les positions des supports diélectriques 70 et 72 dos élec trodes de contact .
L'assemblage de ces éléments et la ma- nière dont ils coopèrent pendant le fonctionnement de l'ap- pareil peut être mis en lumière en se référant aux figures
3 et 3a
Les supports des électrodes 70 et 72 sont, de façon appropriée, constitués de matière diélectrique connues sous
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l'appellation de "TeTlon" (polytétrafluo!t'éthy1èH Gt sont du forme rectangulaire allongée, avec des partira 73 (figure 3a) se prolongeant do façon analogue à des tenons et calées de façon à s'ajuster dans les entailles 68 du type mortaise dos surfaces qui se font face des électrodes 50, 52, 54 ot 56.
Les supports dos électrodes accouplées 70 et 72 au projettent
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ver'int6rivur à partir dos surfaces adjacentes opposées des électrodes 5052, 54 et 56, suivant le cas, pour entourer et
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enserrer le substrat de diélectrique 43 depuis les cotée op- posés. Les barres de contact allongées 74 sont encastrée s dans chaque support d'électrode, chaque barre74 ayant une surface de niveau avec la surface entourant le substrat de son support propre. La figure 3 montre la manière doht toutes les sur- faces, sauf une, de la barre de contact individuelle sont entourées par la matière diélectrique de son support de telle sorte que, lorsque la barre de contact avec le substrat, cette barre est protégée efficacement de l'action du monomère.
La liaison électrique des barres de contact 74 à un conducteur d'entrée électrique 20 est réalisée par des conducteurs de liaison à contacteur individuels 75 d'une manière bien connue dans la technique. Chaque conducteur de liaison à contacteur 75 est pourvu d'un revêtement isolant 77 et les joints (non montrés) du conducteur 20 sont enveloppés de matière isolante de façon à empêcher l'action des décharges sur ses parties exposées. Les conducteurs isolés 75 sont.justes étroitement dans la paroi du corps 70 du support'de diélectrique de façon à empêcher la formation do chemins qui supportent les déchargea.
La figure 4 montre la manière dont la chambre à vide 2 est reliée à l'équipement auxiliaire nécessaire poeur effectuer l'opération de polymérisation continue. La pompe à vide 47 est reliée à la conduite d'évacuation 12 située sur chambre à vide 2 par la soupape 51a et le monomère gazeux ou en phase vapeur est amené du réservoir 55 par la soupape 51, Lorsqu'on utilise du tétrafluroéthylèe par exemple, le ré- servoir 55 peut contenir le polymère et il peut être chauffé pour chasser le monomère en phase vapeur. L'énergie électrique prévue pour la polymérisation de fournie à l'appareil par
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les conducteurs 20 et 59, excités par la source d'énergie 57.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on utilise un courant alternatif, la source d'énergie étant capable de produire des tensions aussi importantes que 450 volts et des courants d'au moins 5 milliampères par 6,45 cme environ de substrat conducteur. On doit comprendre que la tension opé- ratoire requise en une fonction de la pression du monomère dans la chambre de polymérisation 2 et que, par un choix approprié des conditions, on peut effectuer un fonctionnement à des tensions plus basses que celles mentionnées ci-dessus.
Une partie d'un substrat de diélectrique ayant plu- sieurs bandes conductrices à sa surface et approprié pour être utilisé dans l'appareil des figures 1 et 2 est montrée à la figure 5. Le substrat de diélectrique 43 approprié peut être constitué de n'importe quelle matière diélectrique en feuille flexible appropriée, ayant une épaisseur et une ré- sistance adaptées pour répondre aux nécessités particulières du produit final. Le "Mylar" (téréphtalate de polyéthylène) et le "Teflon" (polytétrafluoréthylène sont des matières particulièrement appropriées à utiliser dans la fabrica- tion de constituants de qualité élevée.
Le Mylar peut être utilisé avec des épaisseurs pouvant descendre jusqu'à 0,00064 cm environ (l'épaisseur la plus petite que l'on peut trouver dans le commerce) et le Teflon avec des épaisseurs pouvant descendre jusqu'à 0,00127 cm environ. Des pellicules de Teflon plus fines peuvent être utilisées, mais elles sont quelque peu poreuses et ont tendance, à se tendre, caractéristique indésirable lorsque le substrat doit être placé sous tension, Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les deux surfaces do substrat de diélectrique 43 sont munies d'une
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bande 76 ou davantage de matière conductrice se déroulant sur la longueur du substrat, la largeur et l'espacement des bandes individuelles étant choisies suivant les nécessités du produit final particulier que l'on doit frabriquer,
comme il apparaîtra aux spécialistes versés dans la technique. Dans le mode de réalisation illustré de l'invention, dans lequel l'utilisation finale de& constituants capacitifs vise la fabrication de condensateurs enroulés, les bandes conduc- trices 76 peuvent être constituées d'aluminium appliqué par dépôt en phase vapeur suivant des épaisseurs appropiées pour produire des résistances de l'ordre de 1 ohm par carré. Ce procédé de revemetn est bien connu dans la technique.
Un rouleau 28 de substrat de diélectrique ainsi muni de bandes conductrices est placé dans l'appareil de polymé- risation et se déroula entre les électrodes 52 à 56, chaque bande conductrice 76 glissant entre les surfaces opposées et exposées des électrodes de contact protégées 74 comme montré à la figure 3. Pendant la polymérisation, le substrat est déplacé depuis le rouleau 28, entre les électrodes immobiles jusqu'à la bobine 30 et le substrat revêtu prend la forme illustrée à la figure 6. La force motrice prévue pour tirer le substrat dans l'espace compris centre les électrodes et pour l'enrouler sur la bobine 30 est fournie par un moteur
45 (figure 2).
L'épaisseur du revêtement de diélectrique polymérisé par décharge dans un gaz sur les bandes conduc- trices 76 du substrat de diélectrique 43 dépend, comme on le comprendra,de la vitesse de déplacement du substrat dans . la l'espace de polymérisation et vitese de dépôt de la pel- licule. En faisant varier la v.ese du moteur 45 et le courant fourni à la décharge p;'. la source motrice 57, le
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fonctionnement de l'appareil peut être réglé pour donner l'éapisseur de pellicule désirée à la vitesse maximum. Des pellicules pouvant avoir une épaisseur jusqu'à 2 microns et plus peuvent être produites avec des temps de séjour du substrat d'environ 5 minutes sous l'action de la décharge, lorsqu'on utilise des pressions de tétrafluroéthylène pyrolisé d'envi- ron 1 mm de mercure.
Lorsqu'on fait fonctionner 1' appareil de cette manière, la décharge qui se produit peut être caractéri sée comme une décharge luminescente car des zones importantes diffuses d'ionisation existent dans les espaces entre les électrodes immobiles et la surface conductrice du substrat.
On se réfère encore à la figure 6il est à noter que les parties centrales 79 des surfaces des bandes conduc- trices 76 restent exemptes du matière diélectrique 78 poly- mérisée par la décharge dans le gaz du fait de la protection fournie par l'effet combiné du support diélectrique 70 de de
1'électrode, par exemple, et son électrode associée 74. On doit comprendre que les largeurs des parties centrales 79 ou vides et leurs positions relativement aux bords des bandes conductrices 76 peuvent varier suivant le désir de l'usager en prévoyant dos électrodes immobiles ayant les espacements désirés des supports des électrodes de contact, de façon à faire varier la structure du produit de façon déterminée.
A la fin de la polymérisation, la bobine- 30 peut être enlevée de la chambre 2 et munie de bandes additionelles 80 de mutlèro conductrice comme montré à la figure 7. Lorsque, comme dans 10 mode de réalisation illustré, le produit poly- mérisé doit être utilisé dans des condensateurs, le revêtement additionnel est, de préférence, de l'aluminium produit par un procédé bien connu de dépôt on phase vapeur, l'épaisseur
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de ce revêtement ayant une résistance appropriée pour l'espace entre les armatures d'un condensateur donné.
Comme montré à la figure 7, des vides 81 sont prévus entre les bandes con- ductrices 80 à des endroits correspondant aux vides 79 men- tionnés précédemment et qui se trouvent dans les revêtements polymérisés par la décharge dans le gaz. Les vides 81 sont* un peu plus larges que les vides 79 et laissent donc des parties superficielles marginales de pellicules diélectriques 78 exem- ptes de matière conductrice. Do cette façon, la création de chemins conducteurs sur les parties exposées des bandes con- ductrices 76 est évitée.
Tous les ensembles ou constituants capacitifs d& la figure 7 sont alors séparés, par incision par exemple., le long des traits verticaux interrompus montrés à la figure 7. Les ensembles allongés ainsi prudits pouvent alors être coupés en éléments plus courts afin d'obtenir des structures individuel- les d'ensembles capacitifs ayant des coupes transversales telles que montré à la figure 8. Comme montré à la figure 8, un en- semble capacitif complet peut comprendre une structure ana- logue à un ruban ayant des bandes conductrices 82 et 84 paral- lèles et disposées sur les ctés opposés, reliées aux surfaces " de Eopposées du substrat diélectrique 43.
Les bandes conductrices 82 et 84 sont constituées d'aluminium qui présente des résis- tances de l'ordre d'un ohmpar carré et le substrat 43 est constitué de Mylr feuilleté d'une épaisseur de 0,00064 cm environ. Los bandes conductrices 82 et 84 s'étendent à partir d'un bord du substrat de diélectrique 43 et sont espacées, en retrait, du bord opposé de façon à laisser des parties margi- nales non revêtues près de cc bord. Les pellicules minces de
Teflon 86 et 88 polymérisées par la décharge dans le gaz comme
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' décrit ci-dessus reposent sur grande partie des électrodes métallisées 82 et 84 et s'étendent sur les bords des parties non métallisées adjacentes du substrat de diélectrique 43.
Les parties marginales des bandes conductrices 82 et 84 sont laissées exemptes de matière diélectrique en couche ou pelli- cule mince, au bord opposé du substrat de diélectrique 43 dû façon à procurer des surfaces de contact exposées dans le condensateur enroulé. Enfin, l'ensemble capacitif comprend des bandes conductrices externes 90 et 92 qui peuvent égale- ment être constituées d'aluminium de résistance par carré de,
1 ohm et qui s'étendent latéralement à partir du. bord autre- ment non métallisé du substrat de diélectrique 43 sur les pellicules minces 86 et 88. Le second bord du substrat 43 sort de seconde base de liaison pour effectuer la connexion avec le condenseur enroulé.
Il est à noter que, comme les couches conductrices 90 et 92 no s'étendent pas sur toute la surface des couches de diélectrique 86 et 88 en contact avec les couches conductrices 82 et 84, on évite un court circuit du condensateur.
Les figures 9 et 10 montrent comment l'ensemble ca- pacitif de la figure 8 peut être enroulé pour former un con- densateur. A la figure 9, les couches diverses d'un ensemble oapacitif partiellement enroulé sont un retrait les unes par rapport aux autres pour montrer de quelle manière les diverses couches de l'ensemble sont disposées les unes par rapport aux autres et de quelle manière ces couches s'ajustent dans un condensateur terminé. Comme les bandes conductrices et les couches minces de diélectrique correspondantes s'étendent au travers du support de diélectrique dans le même sens et des mêmes distances, des éléments correspondants des cotés opposés - 13 -
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de 1 ' ensemble capacitif se rencontrent mutuellement pon- dant le processus d'enroulage Par conséquent,
les bandes extérieures conductrices 92 et 90 s'ajustent dos contre dos l'une à l'autre, de même que les perties prolongées exposées des pellicules de diélectrique 86 et 88 et les bandes con- ductrices intérieures 82 et 84 et les condensateurs séparés sur les côté.3 opposes du substrat sont alors reliés en paral- lèle l'un avec l'autre par juxtappusition des électrodes correspondantes. Lorsque l'ensemble capacitif a été complète- ment enroulé, les parties terminales plates des cylindres ainsi formés peuvent être, de façon classique, recouvertssde métal par vaerisation de façon à former des surfaces terrai-. nales métallisées 94 (figure 10) pour recevoir des conducteurs d'arrivée soudés 96.
Le revêtement de métal effectué par va- sert posation des surfaces terminales 94 /donc' à la fois de liai- son mécanique et de liaison électrique. L'ensemble du conden- sateur terminé peut alors être mis en boite d'une manière bien connue dans la technique. Les condensateurs ainsi produits ont des rapports capacité au volume extrêmement élevés, sont aisément débarrassés de leurs imperfections et possèdent des résistances élevées et des coefficients de puissance bas.
Lo procédé et l'appareil décrits ci-dessus peuvent aisément être utilisés pour obtenir des revêtements minces de diélectrique d'épaisseurs jusqu'ici inconnues dans des structures autres que celle montrée ci-dessus , comme il ap- paraitra aux spécialistes versés dans la technique, Par exemple, si le substrat n'a besoin d'être revêtu qu'un d'un côté, on peut aisément réaliser cette opération en ne pré- voyant un revêtement conducteur qu'un d'un côté seulement du substrat. Do la même façon, des substrats de métal peuvent
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être revêtus de matière diélectrique sur un côté ou sur les deux* Une coupe d'une structure de condensateur utilisant des substrats de métal est montré à la figure 11.
La coupe du condensateur représentée à la figure 11, comme on le comprendra aisément, représente un* coupe d'un condensateur ayant deux bandes conductrices revêtues de matière diélectrique 100, 102. Les bandes. 100 et 102 sont recouvertes à la fois sur les deux côtés et sur un bord, les revêtements ayant été polymérisés par décharge dans un gaz sur une simple feuille de substrat métallique. Pour cette structure particulière, il onvicnt do revêtir les deux côtés d'une double largeur de feuille, on laissant les bandes cen- trales non revêtues et ensuite de découper la feuille dans la partie centrale non revêtue.
Pour assurer la polymérisation d'un revêtement isolant adéquat sur les bords de la feuille que. fi de largeur double, il est souhaitable/lus électrodes immo- biles de l'appareil de polymérisation soient quelque peu plus larges que la fouille de façon à favoriser un dépôt sur les bords de la fouille. La feuille doit être suffisamment épaisse pour procurer la résistance à la traction désirée et procurer une manipulation. aisée dans l'appareil de traitement. On peut utiliser, par exemple, une feuille d'acier inoxydable de
0,00064 cm d'épaisseur ut une feuille d'aluminium de 0,00254 cm d'épaisseur.
Comme mentionné précédemment, les revêtements de diélectrique 104, 106 peuvent être constituées de tétra fluroéthylène polymérisé par décharge dans un gaz, de l'épaisseur désirée .
Lorsqu'on assemble l'élément capacitif de la figure
11, les bandes revêtues 100,102 sont déplacées latéralement l'une par rapport à l'autre de façon à projeter les parties
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marginales incisées non revêtues 108 et 110 au-delà des parties couvertes de matière diélectrique qui se chevauchant.
Des surfaces appropriées sont donc obtenues dans le rouleau pour effectuer la liaison électrique par le procédé de liai- son par vaporisation de métal décrit ci-dessus. Les conden sateurs enroulés produits en utilisant des feuilles de métal revêtues des deux cotés sont préférables à ceux qui utili- sent des revêtements sur un côté seulement car deux épais- seurs de diélectrique sont utilisées entre des électrodes de polarité contraire et que la probabilité d'imperfections se présentant à des cndreit qi oincident st réduite à un minimum.
Bien que l'invention ait été décrite de façon par- ticulière pour la production de types spécifiques de cons- tituants capacitifs dnns les condensateurs enroulés, il est apparent aux spécialistes que cette invention peut être aisé- ment utilisée pour des feuilles conductrices revêtues de nombreuses sortes destinées à de nombreux autres-usages. Il apparaît également que l'on peut utiliser de nombreuses ma- tières autres que celles mentionnées.
Par exemple, les mo- nomères de la plupart des polymères diélectriques, s'ils sont amenés à. l'appareil sous forme de vapeur ou de gaz à une pression appropriée pour entretenir une décharge dans le gaz, peuvent remplacer le tétrafluoréthylène; de nombreuses ma- tières organiques et inorganiques, telles que du styrène, le trifluorure de bore etc.. peuvent être utilisas. D'autres matières conductrices peuvent, de façon similagre remplacer celles mentionnées, et des matières nombreuses sont appropriées pour être utilisées comme substrats ou support: de revêtements.
En conséquence, il ost entendu quo les modes de réalisation
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spécifiques décrits dans le présent mémerie illustrent l'in- vent:ion. sans toutefois la limitée REVENDICATIONS .
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1.- Procédé pour effectuer un revêtement polymérisé, caractérisé on oc qu'on fait avancer des parties successives d'un élément allongé dans un espace d'interaction le long d'un chemin espacé d'une électrode d'une certaine distance, à travers lequel espaceune décharge luminescente dans un gaz peut être
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entretenue dans une atmosphère- (t'aient y,Clt:t?'.,li: j.i. yc;:r.u 's'.1.L on établit une atmosphère d'agent {,:l::;:('UX pour 011-' trctenir une décharge luminescente tâ';Alc '1';
jt" rJ, n3 l'espace d'interaction précité) on amorce unu d'>b;,l'c\."' :!.ur.tin0!3Cù.lltc dans l'agent gazeux précité dans ledit espace df interaction antre- une partie d'attaque de l'élément allongé e't 1.' .:lct,a':â:- 3usmcntion- née, et on continue à fairu avancer dots prxH:3.4:a ri:.H:e..)ssivol3 de l'élément allongé t travers l'espace c',.' ..faarrt ; r,lx tout en ïï!-?in¯ on
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tenant ladite atmosphère ut'"r'8g1G le courant qui passe dans la décharge luminescente pour forme-r, de "s;::a cJ11tinu.c, un revô- ternent solide de particules p01ymris6eB de l'agent gazeux sus- mentionné le long des parties successives de l'élément allongé précité.
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2.- Procédé pour effectuer un rcvCtc,r;2xlt .o Natiëre diélec- trique polyrcériséo, caractérisé on cc qu'en établit une atmos- phère, à basse pression, d'une matière t3tlyr.cx i:. :v. ionisable dans un espace d'interaction, on fait avancer un élément allongé le long d'un chemin dons cet espace d'interaction, on amorce une décharge luminescente dans le gaz dans l'espace précité pour
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former des particules ionisées de ladite matière- nu moyen d'une tension appliquée à travers une partie d-j 3.'Gafics:
d'interaction dans un sens tel .au 'il pousse les particules ionisées de la
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matière susnontionnée à se déplacer vers l'élément allongé qui avance, et on maintient ou on entretient cette atmos- phère tout on restant le courant qui passe dans la décharge luminescente dans le gaz ut on fait avancer l'élément allongé à une vitesse telle qu'il se forme un revêtement diélectrique polyraérisé continu et très résistant du point de vue élue-
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trique di.' " ,1. \,,- w-./ière lo long dudit élément allongé..
3.- Procède pour effectuer un revêtement de diélectrique caractérise en ce qu'on établit et on 'entretient une atmos- phère, à base pression, d'unematière polymérisable ionisablc dans un espace d'interaction, on fait avancer un conducteur
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allongé in i\:;u1,J.l." de telle sorte que les parties successives s'étendant l'.Jl.8:!. tudin::Ùl:.:111ont de ce conducteur avancent le long d'un chemin donné dans l'espace d'interaction, lequel chemin est espacé de l'électrode, on appliqua une tension
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entre cette électrode et lus parties sumnntionl1éea du conduc- teur mobile do :^.rb;
à caiorcor ot à entretenir une décharge luminescent-- et:. '''''- le. gas dans l'espace d'interaction compris entre cette électrode et lus parties mobiles du dit conduc- teur et à for:.:cr ainsi un milieu ou agent ionisé de parti-
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cules de la 9:atzr'4 précitée, et on continue à faire avancer 1(. conducteur 1(; long du chemin tout (jn réglant lu courant qui passe dans 1[. duohargo luminescente dans le gaz à vitesse toile qu'il se i'.î3i3C un dépôt d' un revêtc:!lc..:nt diélectrique continu sur le conducteur, revêtement formé par polymérisa- tion dos particules de matières sur ce conducteur.
4. - .Procède pour effectuer un revêtement de diélectrique d'un polymère, caractérisé on ce qu'ohn établit une atmos-
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phère d'une m.vï...-; pulymérisable .an: . able pour entretenir la décharge luminescente dans un espa d'interaction, on
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déplace un élément allonge en feuille ayant une surface conduc- trice de telle sorte Que les parties successives s'étendant Ion- gitudinalement de la surface conductrice avancent le long d'un chemin espacé de l'électrode, on applique une tension entre 1'éles trode et- la surface conductrice pour envoyer une décharge lumi- nescente dans l'espace d'interaction,
on continue à faire avan- cer l'élément précité tout en réglant le courant qui passe dans la décharge luminescente et en délimitant cette décharge sur dos parties choisies à l'avance de la surface conductrice de telle sorte qu'un revêtement continu de matière diélectrique d'un polymère, formé à partir de l'atmosphère susmentionnée se dépose sur les parties choisies préalablement de la surface conductrice..
5.- Procédé pour effectuer des revêtements de diélec- trique d'un polymère, caractérisa en ce qu'on étalit une at- mosphère à basse pression, d'une matière polymérisable ionisa- ble dans un espace d'interaction, on forme un substrat ou sup- port allongé de diélectrique avec une série de bandes conduc- trices espacées s'étendant le long de ce support longitudinale ment, on fait avancer le support de diélectrique mentionna le long d'un chemin dans l'espace d'interaction, chemin espace d'une électrode,
on applique une tension entra l'électrode et chacune des bandes conductrices et on amorce une décharge lumi nescente pour ioniser les particules de ladite matière polymère entre l'électrode et les parties qui avancent successivement de chacune des bandes conductrices, on continue à faire avancer le substrat le long du chemin tandis au'on règle le courant qui passe dans la décharge luminescente et on entretient l'atmosphère susmentionnée pour faire déposer un revêtement continu d'au ma tière diélectrioue le long de chacune des bandes conductrices.
Procédé pour former des ensembles capacitifs,
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térisé en ce qu'on établit une atmosphère d'une matière po- lymérisable ionisable pour entretenir une décharge lumines- cente dans ce gaz dans un espace d'interaction, on fait avan- cer le long d'un chemin dans cet espace d'interaction un support ou substrat de diélectrique allongé en feuille ayant une série de bandes conductrices espacées allongées s'étendant longitu- dinalement sur sa longueur, des parties successives de ces bandes conductrices passant de façon espacée vis-à-vis de l'électrode,
on applique une transtio entre l'électrode et chacune des bandes conductrices et on amorce une décharge luminescente pour ioniser les cules de la matière polyméri- sable entre l'électrode et les parties qui avancent successi- vement des bandes conductrices, on continue à faire avancer le substrat le long du chemin précité, tout en réglant le courant qui passe dans la décharge luminescente et en maintenant l'atmosphère, à une vitesse telle qu'il se dépose un revête- ment continu de matière diélectrique le long de chacune des bandes conductrices, on protège une partie s'étendant longi- tudinalement de chacune des bandes conductrices contre l'ac- tion de la décharge pour empêcher la formation d'un revête- ment sur ces parties,
et on forme une autre bande conductrice sur les parties revêtues de matière diélectrique des bandes conductrices mentionnées en premier.
7. - Procédé pour former des ensembles capacitifs, carac- térisé en ce qu'on établit une atmosphère d'une matière poly- mérisable ionisable pour entretenir une décharge luminescente dans ce gaz dans un espace d'interaction, on fait avancer le long d'un chemin dans cet espace d'interaction un support ou substrat de diélectrique allongé en feuille ayant une série de bandes conductrices espacées allongées s'étendant longitudina-
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cernent sur sa longueur, des parties successives de ces bandes conductrices passant de façon espacée vis-à-vis de l'élec- trode,
on applique une tension entre l'électrode et chacune des bandes conductrices et on amorce une décharge luminescente pour ioniser les particules de la matière polymérisable entre l'électrode et les parties qui avancent successivement des bandes conductrices, on continue à faire avancer le substrat le long du chemin précité, tout en réglant le courant qui passe dans la décharge luminescente et en maintenant l'atmos- r phère, à une vitesse telle qu'il se dépose un revêtement continu de matière diélectrique le long de chacune des bandes S'étendant * conductrices, on protège une partie centrale/lonidinalemt de chacune des bandes conductrices contre l'action de la décharge pour empêcher la formation d'un revêtement sur ces parties,
et on forme une autre bande conductrice sur les parties revenues de matière diélectrique des bandes conduc- trices mentionnées en premier, et on divise le substrat ainsi traité suivant des lignes s'étendant le long des parties non revêtues des bandes conductrices mentionnées en premier lieu.
8.- Appareil pour effectuer un revêtement polymérisé, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens formant une cham- bre à vide, délimitant un espace d'interaction, des moyens pour faire avancer un élément allongé dans la chambre à vide de telle sorte que les parties s'étendant longitudinalement de l'élément allongé passent successivement le long d'un che- min donné, des moyens pour introduire une atmosphère de ma- tière polymérisable dans l'espace d'interaction de la cham- bre à vide et pour maintenir cette atmosphère à une pression inférieure à la pression atmosphérique, et des moyens compre- nant une électrode s'étendant le long du chemin précité,
à
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travers une partie de l'espace d'interaction et espacé de ce chemin pour appliquer une tension et pour régler le courant passant à travers la partie précitée de l'espace d'interaction afin de provoquer l'ionisation des particules de la matière polymérisable et une décharge luminescente successivement le long des parties mobiles de l'élément al.longé précité.
9. - Appareil pour effectuer un revêtement polymérisé, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens formant une cham- bre à vide à vide, délimitant un espace d'interaction des moyen-; pour introduire et maintenir une atmosphère à basse pression d'une matière polymérisable dans l'espace d'interaction, un dispositif d'approvisionnement en substrat ou support de dié- lectrique ayant une surface conductrice allongée s'étendant sur sa longueur longitudinalement, des moyens pour tirer et faire avancer ce substrat de diélectrique le long d'un chemin donné dans l'espace d'interaction de façon que les parties s'étendant longitudinalement de la surface conductrice passent successivement le long du chemin précité,
et des moyens compre- nant une électrode s'étendant le long du chemin précité et es- pacé de ce chemin pour appliquer une tension à travers cette électrode et la surface conductrice et pour amorcer et régler le courant dans une décharge luminescente dnns le gaz dans l'espace d'interaction entre l'électrode et les parties succès-' sives lorsque ces parties passent le long du chemin donné, si bien que des particules ionisées de la matière mentionnée sont formées et se déposent sur les parties successives de la surfais conductrice et se polymérisent sur ces parties de façon à forme un revêtement de diélectrique résistant solide.
10. - Appareil pour effectuer un revêtement polymérisé caractérisé en ce qu'il comprend des moyens formant une cham-
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bre à vide, délimitant un espace d'interaction, des moyens pour introduire et maintenir une atmosphère d'une matière polymérisa ble qui entretient une décharge luminescente dans ce gaz dans l'espace d'interaction, un dispositif d'approvisionnement en sub- strat ou support de diélectrique ayant une surface conductrice allongée,
s'étendant sur sa longueur lonitidinalcment des mo- yens pour tuer et faire avancer ce substrat de diélectrique le long d'un chemin donné dans l'espace d'interaction de façon que les parties s'étendent lonitdinalement de la sufae conductrie possédant successivement le long du chemin précité une première électrode allongées'étendant le long du chemin placée en con- tact avec la surface des parties successives de la surface con- ductrice, de façon que celle-ci puisse glisser, une seconde élec trode allongée s'étendant le long du chemin précité palcée l'or posé et faisant face aux parties successives de la surface con- ductrice lorsque cette dernière avance le long du chemin préci tä,
des moyens pour appliquer une tension à travers la première et la seconde électrodes et pour amorcer et régler le courant dans une décharge luminescente dans l'espace d'interaction en- tre les parties successives de la surface conductrice et la se- conde électrode, des moyens pour isoler la promière électrode de l'action de la décharge, la première rlectrode servan à isc
1er et à protéger une partie de la sufacxe conductrice vis-à-vis de la décharge et empocher ainsi la formation d'un revêtement sur cette partie.
11.- Appareil pour effectuer un revêtement diélectri- que polymérisé, caractérisa en ce qu'il comprend des moyens dé- limitant un espace d'interaction des moyens pour introduire et entretenir une atmosphère d'une matière polymrisable qui entre- tient la déchargé luminescente dans le gaz dans l'espace d'inter- action, un dispositif d'approvisionnement au substrat de diélest liquc ayant une strie de surfaces conductrices espacées latérale- ment et allongées s'étendant sur sa loneu longitudinalement,
des moyens poiur tiret et faire avancer ce
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substrat de diélectrique le long d'un chemin donné dans l'espace d'interaction de façon que les parties s'étendant longitudinalement des surfaces conductrices passent succes- sivement le long du chemin précité, une série de premières électrodes allongées chacune s'étendant le long du chemin précité et étant placée en contact avec la .sèface des parties successives de l'une des surfaces conductrices,de façon que celle-ci puisse glisser, une seconde électrode al- longée s'étendant le long du chemil précité ..placée à l'opposé et faisant face aux parties successives des surfaces conduc- trices lorsque celles-ci avancent -Le long du chemin précité,
des moyens pour appliquer une tension à travers les-premières et la seconde électrodes et pour amorcer et régler le courant dans une décharge luminescente dans l'espace d'interaction entre les parties successives des surfaces conductrices et la seconde électrode, des moyens pour isoler les premières électrodes de l'action de la décharge, chacune des premières électrodes servant à isoler et à protéger une partie de la surface conductrice associée vis-à-vis de la décharge et em- pêcher ainsi la formation d'un revêtement sur cette partie.
12. - Appareil pour effectuer un revêtement polymérisé caractérisé en ce qu'il comprend des moyens délimitant un espace d'interaction, des moyens pour faire avancer un élément allongé le long d'un chemin donné dans l'espace d'interaction mentionné de telle sorte que des parties s'étendant longitu- dinalement de l'élément allongé passent.successivement le long de ce chemin, des moyens pour introduire une atmosphère de matière polymérisable qui soutient une décharge luminescente dans ce gaz dans l'espace d'interaction, une paire d'éléments conducteurs de l'électricité espacés dans l'espace d'inter-
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action, ledit élément allongé avançant à travers l'espace d'interaction le Ion,;
du chemin précité près de l'un des élé- ments conducteur précités, des moyens puur régler le courant entre ces éléments et pour appliquer un potentiel qui entre- tient la décharge- luminescente à ces éléments de façon à maintenir une décharge luminescente ionisante dans ladite atmosphère sur les parties mobiles de l'élément allongé de façon à ioniser les particules de matière plymérisble si bien que les particules ionisées se déponent et se polymérisent sur les parties évinçant successivement de l'élément allongé.
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The present invention relates to new and improved electrical components as well as to new and improved methods and apparatus for their production. More particularly, the invention relates to capacitive components employing gas discharge polymerized dielectrics and having utility. as elements in capacitors, transmission lines and the like.
The evet of the United States of America No. 2,932,591,; Under the title "Electrodes coated with dielectric material", describes a new, highly compact capacitive component and a process for its manufacture, in which process one of the electrodes of the component has been provided with a layer of dielectric material. discharge in a gas, having a thickness of the order of 1.0 micron and a second electrode was then placed on the dielectric.
The aforementioned dielectric thin film was the product of the polymerization of a gaseous or vapor phase monomer or monomers on an electrode, which polymerization was the result of the action of a discharge in an inoising gas. the monomer or fractions in the vapor phase and carried the ionized material to the surface of the electrode when the thin film polymerization took place. After the thin film has been deposited on the surface of the electrode, the dielectric coated electrode has been removed from the polymerization apparatus and, in a form of capacitive component, it is provided with a superimposed conductive layer. through
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metallization.
Capacitive components produced by the above-mentioned process have a particular advantage over other elements of similar configuration due to the high capacity to volume ratios they provide while maintaining high electrical quality. However, they are expensive due to the labor costs involved in processing the elements.
It is an object of the invention to provide a cost-effective method and apparatus for producing capacitive components using gas discharge polymerized dielectric films.
Still another object of the invention is an apparatus for use when large areas of thin film dielectric material are to be plasma-polymerized on suitable conductive surfaces.
Still another object of the invention resides in a method and apparatus for carrying out this method, in which selected parts of conductive surfaces are covered with dielectric material in a plasma phase polymerization process while other parts remain uncovered. .
These and other objects, which will become apparent from the following description as well as from the claims, are achieved in the invention by continuously moving a flexible dielectric substrate or carrier having a conductive strip on its surface in an atmosphere. in the vapor phase which is subjected to the action of a discharge in a gas while a tension is applied to the strip to cause polymerization of the ionized vapor on its surface.
According to one aspect of the invention, the bando
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conductive is continuously in contact with suitably disposed contact surfaces along its path of travel during the polymerization process and part of the strip is protected from the action of the polymerization discharge so as to prevent formation of 'a dielectric film on this part. In a preferred embodiment of the invention, the functions of. contact and protection are improved simultaneously by using a contact electrode having a dielectric covering which both prevents the action of the discharge on the contact electrode and protects the parts of the conductive strip on which it is not desired to deposit a thin film.
According to another feature of the invention, the production rate is increased by using a series of conductive strips arranged parallel to the length of the support, each strip being individually in contact with its own contact structure and protected by this structure. The set of parallel conductive strips, each of them being provided with a coating of a film of thin dielectric, is then provided, by metallization for example, with individual conductive strips. The multiple parallel capacitive components thus formed are then separated from each other to obtain individual capacitive elements suitable for use in the manufacture of capacitors, transmission lines or other similar electrical components.
Reference is now made to the drawings in which: - Figure 1 is a side cross-sectional view of an apparatus for curing parallel layers of a thin film on a substrate or support of diesel.
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mobile flexible leotric-, - figure 2 is an end view in cross section of the apparatus of figure 1, - figure 3 is a perspective view in partial cross section of part of the apparatus figures
1 and 2 showing details on a larger scale, Figure 32 is a perspective view of an end portion of a shielded contact electrode usable in the apparatus of Figures 1,
2 and 3 - figure 4 is a schematic representation of the equipment provided for the treatment, - figure 5 is a cross-sectional view of a substrate / dielectric of very magnified thickness, provided with conductive strips and ready for use in the apparatus of Figures 1 and 2, Figure 6 is a cross-sectional view of a dielectric substrate of Figure 5 after vapor phase polymerization in the apparatus of Figure 1 Figure 7 is a cross-sectional view of the substrate of Figure 5 after polymerization and metalization; Figure 8 is a cross-sectional view of a single structure of a capacitive component produced according to the teachings of the invention, - Figure 9 is a view of a partially wound capacitor using the component of Figure 7,
- Figure 10 is a perspective view of a complete capacitor according to the teachings of the invention, and - Figure 11 illustrates another form of constituent
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capacitive ant produced according to the teachings of the involution
Reference is now made to Figures 1 and 2;
the apparatus used to produce constituents or capacitive elements according to the teachings of the invention is provided with a vacuum chamber 2 having a removable vacuum-tight door 4 at one end through which the polymer assembly. on mounted rack 6 / wheels 8 moving on rolling tracks 10 can be introduced into the enclosure. Chamber 2 is provided at its closed end with an evacuation pipe 12 which is connected as shown in figure 4, to the evacuation equipment capable of producing a vacuum in the chamber of the order of 10-4. mm of mercury or higher vacuum.
Access to the bedroom space. vacuum is effected by means of a monomer supply pipe 16 through which the gaseous or vapor phase monomer which is to be polymerized is supplied. There is also provided an electrically insulated compression seal 18 without the wall of the chamber 2 to introduce the electrical conductor 20 in order to supply the electrical energy necessary for the polymerization discharge.
As previously mentioned, the continuous polymerization apparatus 6 is adapted to be placed in the vacuum chamber 2 and to be removed from this chamber by means of a removable base plate 22 which carries the polymerization apparatus. merization 6. The base plate 22 is provided; at the two ends, of uprights 24 and 26 which, carry the rolls for winding and supplying the substrate 28 and 30, respectively,
24 and Egalemetn mounted in the motants / 26, tension rollers
32, 34, 36, 38, 40 and 42 serve as guides to reverse the direction of movement of the substrate 43 in its passage between the '.
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successive electrodes provided for the discharge.
We find, arranged centrally between the uprights
24 and 26 and carried by rollers 44 in transverse rolling tracks 46 on the base plate 22, vertical electrode holders 48 and 49 which receive horizontal electrodes 50, 52, 54 and 56. As can best be seen. See Figure 2, the vertical portions of the brackets 48 and 49 have a fitted position on one side of the path followed by the dielectric substrate in its rearward and forward travel between the tension rollers.
The electrodes 50, 52, 54 and 56 are balanced in the spaces between the paths followed by the substrate as it passes between the tension rollers. 32, 34,36, 38, 40 and 42 and serve as both surfaces which undergo the discharge and, through the form of longitudinal grooves, means for adjusting the positions of the dielectric supports 70 and 72 of the contact electrodes.
The assembly of these elements and the way in which they cooperate during the operation of the apparatus can be brought to light by referring to the figures.
3 and 3a
The supports for the electrodes 70 and 72 are suitably made of dielectric material known as
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the name of "TeTlon" (polytetrafluoro! ethyl ethyl Gt are of elongated rectangular shape, with leaves 73 (figure 3a) extending in a similar way to tenons and wedged so as to fit into the notches 68 of the type mortise on the surfaces which face each other with the electrodes 50, 52, 54 and 56.
The supports back of the coupled electrodes 70 and 72 project
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viewed from opposite adjacent surfaces of electrodes 5052, 54 and 56, as appropriate, to surround and
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grip the dielectric substrate 43 from the opposite sides. The elongated contact bars 74 are embedded in each electrode holder, each bar 74 having a surface level with the surface surrounding the substrate of its own holder. Figure 3 shows how all but one of the sur- faces of the individual contact bar are surrounded by the dielectric material of its support such that when the contact bar with the substrate this bar is effectively protected. of the action of the monomer.
The electrical connection of the contact bars 74 to an electrical input conductor 20 is accomplished by individual contactor connection conductors 75 in a manner well known in the art. Each contactor bonding conductor 75 is provided with an insulating coating 77 and the seals (not shown) of conductor 20 are wrapped with insulating material so as to prevent the action of discharges on its exposed portions. The insulated conductors 75 fit tightly into the wall of the dielectric carrier body 70 so as to prevent the formation of paths which support the discharges.
Figure 4 shows how the vacuum chamber 2 is connected to the necessary auxiliary equipment for carrying out the continuous polymerization operation. The vacuum pump 47 is connected to the discharge line 12 located on the vacuum chamber 2 by the valve 51a and the gaseous or vapor phase monomer is brought from the reservoir 55 by the valve 51, when tetrafluroethyl is used for example , the tank 55 can contain the polymer and it can be heated to remove the monomer in the vapor phase. The electrical energy intended for the polymerization of supplied to the apparatus by
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the conductors 20 and 59, excited by the energy source 57.
In the preferred embodiment of the invention, alternating current is used, the power source being capable of producing voltages as high as 450 volts and currents of at least 5 milliamps per approximately 6.45 cms of substrate. driver. It should be understood that the operating voltage required as a function of the pressure of the monomer in the polymerization chamber 2 and that, by an appropriate choice of conditions, one can carry out operation at voltages lower than those mentioned above. .
Part of a dielectric substrate having a plurality of conductive strips on its surface and suitable for use in the apparatus of Figures 1 and 2 is shown in Figure 5. The suitable dielectric substrate 43 may consist of n ' any suitable flexible sheet dielectric material of suitable thickness and strength to meet the particular requirements of the final product. "Mylar" (polyethylene terephthalate) and "Teflon" (polytetrafluoroethylene) are particularly suitable materials for use in the manufacture of high quality components.
Mylar can be used with thicknesses down to approximately 0.00064 cm (the smallest thickness that can be found commercially) and Teflon with thicknesses down to 0.00127 cm about. Thinner Teflon films can be used, but they are somewhat porous and tend to stretch, an undesirable feature when the substrate is to be placed under tension. In the preferred embodiment of the invention, both surfaces do. dielectric substrate 43 are provided with a
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76 or more strip of conductive material running the length of the substrate, the width and spacing of the individual strips being chosen according to the requirements of the particular end product to be manufactured,
as will become apparent to those skilled in the art. In the illustrated embodiment of the invention, in which the end use of the capacitive components is for the manufacture of coiled capacitors, the conductive strips 76 may be made of aluminum applied by vapor deposition in thicknesses suitable for this purpose. produce resistances of the order of 1 ohm per square. This method of coating is well known in the art.
A roll 28 of dielectric substrate thus provided with conductive strips is placed in the polymerization apparatus and unwound between electrodes 52-56, each conductive strip 76 sliding between the opposing and exposed surfaces of the shielded contact electrodes 74 as. shown in Figure 3. During curing, the substrate is moved from roll 28, between stationary electrodes to spool 30, and the coated substrate takes the form shown in Figure 6. The driving force expected to pull the substrate in the space included center the electrodes and to wind it on the coil 30 is supplied by a motor
45 (figure 2).
The thickness of the gas discharge cured dielectric coating on the conductor strips 76 of the dielectric substrate 43 will, as will be understood, depend on the speed of movement of the substrate through it. the polymerization space and deposition rate of the film. By varying the v.ese of the motor 45 and the current supplied to the discharge p; '. the driving source 57, the
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Operation of the unit can be adjusted to give the desired film steamer at maximum speed. Films of up to 2 microns and more in thickness can be produced with substrate residence times of about 5 minutes under the action of discharge, when using pressures of pyrolized tetrafluroethylene of about 1 mm of mercury.
When the apparatus is operated in this manner, the discharge which occurs can be characterized as a glow discharge because large diffuse areas of ionization exist in the spaces between the stationary electrodes and the conductive surface of the substrate.
Referring further to Figure 6, it should be noted that the central portions 79 of the surfaces of the conductive strips 76 remain free of the dielectric material 78 polymerized by the gas discharge due to the protection provided by the combined effect. of the dielectric support 70 of
The electrode, for example, and its associated electrode 74. It should be understood that the widths of the central or empty portions 79 and their positions relative to the edges of the conductive strips 76 may vary according to the desire of the user by providing immobile electrodes having the desired spacings of the supports of the contact electrodes, so as to vary the structure of the product in a determined manner.
At the end of the polymerization, the coil 30 can be removed from the chamber 2 and provided with additional strips 80 of multi-conductor as shown in FIG. 7. When, as in the illustrated embodiment, the polymerized product is to be be used in capacitors, the additional coating is preferably aluminum produced by a well known vapor deposition process, the thickness
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of this coating having an appropriate resistance for the space between the plates of a given capacitor.
As shown in FIG. 7, voids 81 are provided between the conductor bands 80 at locations corresponding to the voids 79 previously mentioned and which are found in the coatings cured by the gas discharge. The voids 81 are somewhat larger than the voids 79 and therefore leave marginal surface portions of dielectric films 78 free of conductive material. In this way, the creation of conductive paths on the exposed portions of the conductive strips 76 is avoided.
All the capacitive assemblies or components of Figure 7 are then separated, for example by incision, along the vertical dashed lines shown in Figure 7. The elongated assemblies thus conserved can then be cut into shorter elements in order to obtain individual structures of capacitive assemblies having cross sections as shown in Figure 8. As shown in Figure 8, a complete capacitive assembly may include a ribbon-like structure having conductive strips 82 and 84. parallel and disposed on opposite sides, connected to the opposing surfaces of the dielectric substrate 43.
The conductive strips 82 and 84 are made of aluminum which has resistances on the order of one ohm square and the substrate 43 is made of laminated Mylr about 0.00064 cm thick. The conductive strips 82 and 84 extend from one edge of the dielectric substrate 43 and are spaced, recessed, from the opposite edge so as to leave uncoated edge portions near the edge. Thin films of
Teflon 86 and 88 polymerized by gas discharge as
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'described above rely heavily on metallized electrodes 82 and 84 and extend over the edges of adjacent unmetallized portions of dielectric substrate 43.
The marginal portions of the conductive strips 82 and 84 are left free of dielectric thin-film or film material at the opposite edge of the dielectric substrate 43 to provide exposed contact surfaces in the coiled capacitor. Finally, the capacitive assembly comprises external conductive strips 90 and 92 which can also be made of aluminum with a resistance per square of,
1 ohm and which extend laterally from the. The otherwise unmetallized edge of the dielectric substrate 43 on the thin films 86 and 88. The second edge of the substrate 43 exits the second bond base to make the connection with the coiled condenser.
It should be noted that, as the conductive layers 90 and 92 do not extend over the entire surface of the dielectric layers 86 and 88 in contact with the conductive layers 82 and 84, a short circuit of the capacitor is avoided.
Figures 9 and 10 show how the capacitor assembly of Figure 8 can be coiled to form a capacitor. In Figure 9, the various layers of a partially rolled-up capacitive assembly are indented from each other to show how the various layers of the assembly are arranged relative to each other and how these layers are arranged. fit into a terminated capacitor. As the conductive strips and corresponding dielectric thin films extend through the dielectric carrier in the same direction and the same distances, corresponding elements on opposite sides - 13 -
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of the capacitive assembly meet each other during the winding process.
the outer conductive bands 92 and 90 fit back to back to each other, as do the exposed extended strips of dielectric films 86 and 88 and the inner conductor bands 82 and 84 and the separate capacitors on the opposite sides of the substrate are then connected in parallel with one another by juxtappusing the corresponding electrodes. When the capacitive assembly has been completely wound up, the flat end portions of the cylinders thus formed can conventionally be coated with metal by vaerization to form earth surfaces. metallized terminals 94 (Figure 10) to receive welded incoming conductors 96.
The metal coating effected by reverse positioning of the end surfaces 94 / hence both of the mechanical bond and of the electrical bond. The entire completed capacitor can then be boxed in a manner well known in the art. The capacitors thus produced have extremely high capacitance-to-volume ratios, are easily free from imperfections, and have high resistances and low power coefficients.
The method and apparatus described above can readily be used to obtain thin dielectric coatings of hitherto unknown thicknesses in structures other than that shown above, as will be apparent to those skilled in the art. For example, if the substrate only needs to be coated on one side, this can easily be accomplished by providing a conductive coating on only one side of the substrate. Likewise, metal substrates can
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be coated with dielectric material on one or both sides * A section of a capacitor structure using metal substrates is shown in Figure 11.
The section of the capacitor shown in Fig. 11, as will be readily understood, shows a section of a capacitor having two conductive strips coated with dielectric material 100, 102. The strips. 100 and 102 are coated both on both sides and on one edge, the coatings having been gas discharge polymerized onto a single sheet of metal substrate. For this particular structure, it is convenient to coat both sides with a double width of sheet, leaving the center strips uncoated and then cutting the sheet in the uncoated central portion.
To ensure the polymerization of a suitable insulating coating on the edges of the sheet as. If double in width, it is desirable that the stationary electrodes of the polymerization apparatus be somewhat wider than the pit so as to promote deposition on the edges of the pit. The sheet should be thick enough to provide the desired tensile strength and provide handling. easy in the treatment apparatus. For example, a stainless steel sheet of
0.00064 cm thick and 0.00254 cm thick aluminum foil.
As previously mentioned, the dielectric coatings 104, 106 can be comprised of gas discharge polymerized tetrafluoroethylene of the desired thickness.
When assembling the capacitive element of the figure
11, the coated strips 100,102 are moved laterally with respect to each other so as to project the parts
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uncoated incised margins 108 and 110 beyond the overlapping dielectric covered portions.
Suitable surfaces are therefore obtained in the roll for effecting the electrical bonding by the metal spray bonding method described above. Coiled capacitors produced using foils coated on both sides are preferable to those which use coatings on one side only because two thicknesses of dielectric are used between electrodes of opposite polarity and the likelihood of imperfections occurring in cases where the incident is reduced to a minimum.
Although the invention has been particularly described for the production of specific types of capacitive components in coiled capacitors, it is apparent to those skilled in the art that this invention can be readily used for conductive foils coated with many different types. kinds intended for many other uses. It also appears that many materials other than those mentioned can be used.
For example, the monomers of most dielectric polymers, if brought to. the apparatus in the form of vapor or gas at an appropriate pressure to maintain a discharge in the gas, can replace tetrafluoroethylene; many organic and inorganic materials such as styrene, boron trifluoride etc. can be used. Other conductive materials can similarly replace those mentioned, and many materials are suitable for use as substrates or support: for coatings.
Accordingly, it is understood that the embodiments
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specific procedures described in this memo illustrate the invention. without however the limited CLAIMS.
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1.- Method for carrying out a polymerized coating, characterized in that one advances successive parts of an elongated element in an interaction space along a path spaced from an electrode by a certain distance, at through which space a glow discharge in a gas can be
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maintained in an atmosphere- (t'ait y, Clt: t? '., li: ji yc;: ru' s'.1.L we establish an atmosphere of agent {,: l ::; :( 'UX for 011- 'to maintain a glow discharge to'; Alc '1';
jt "rJ, n3 the aforementioned interaction space) one initiates unu d '> b;, l'c \."':!. ur.tin0! 3Cù.lltc in the aforementioned gaseous agent in said interaction space antre- a leading part of the elongated element is 1. ' .: lct, a ': â: - 3usmcntionne, and we continue to move dots prxH: 3.4: a ri: .H: e ..) ssivol3 of the elongated element t through the space c' ,. ' ..faarrt; r, lx while ïï! -? in¯ on
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holding said atmosphere ut '"r'8g1G the current which passes through the glow discharge to form r, de" s; :: a cJ11tinu.c, a solid coating of particles p01ymris6eB of the gaseous agent mentioned above. along successive parts of the aforementioned elongate element.
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2.- Process for carrying out a rcvCtc, r; 2xlt .o Polyrcériséo dielectric material, characterized in that it establishes an atmosphere, at low pressure, of a t3tlyr.cx i: material. : v. ionizable in an interaction space, an elongated element is advanced along a path in this interaction space, a glow discharge is initiated in the gas in the aforementioned space for
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forming ionized particles of said matter- naked by means of a voltage applied across a part d-j 3.'Gafics:
of interaction in such a direction. to 'it pushes the ionized particles of the
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the aforementioned material to move towards the advancing elongate member, and this atmosphere is maintained or maintained while the current passing through the glow discharge remains in the gas and the elongated member is advanced at such a rate that 'a continuous polyraerized dielectric coating is formed which is highly resistant from the elution point of view.
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stick di. ' ", 1. \ ,, - w-./ière lo along said elongated element ..
3.- Procedure for carrying out a dielectric coating characterized in that one establishes and one maintains an atmosphere, at low pressure, of an ionizable polymerizable material in an interaction space, one advances a conductor
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elongated in i \ :; u1, Jl "so that the successive parts extending the. Jl.8:!. tudin :: Ùl:.: 111ont of this conductor advance along a given path in l 'interaction space, which path is spaced from the electrode, a voltage was applied
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between this electrode and the remaining parts of the mobile conductor do: ^. rb;
to caiorcor ot to maintain a glow discharge-- and :. '''''- the. gas in the interaction space between this electrode and the moving parts of said conductor and to:.: thus create an ionized medium or agent of
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cules of the aforementioned 9: atzr'4, and we continue to advance 1 (. conductor 1 (; along the way all (jn adjusting the current which passes in 1 [. luminescent duohargo in the gas at web speed that it is It is a deposit of a continuous dielectric coating on the conductor, the coating formed by polymerization of particles of material on this conductor.
4. - .Process for carrying out a dielectric coating of a polymer, characterized in that ohn establishes an atmos-
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phere of a m.vï ...-; pulymérisable .an:. able to maintain the glow discharge in an interaction space, we
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moves an extended sheet member having a conductive surface such that successive lengthwise extending portions of the conductive surface advance along a path spaced from the electrode, a voltage is applied between them trode and the conductive surface to send a glow discharge into the interaction space,
the aforementioned element is continued to be advanced while controlling the current which passes through the glow discharge and by delimiting this discharge on pre-selected parts of the conductive surface so that a continuous coating of dielectric material of a polymer formed from the aforementioned atmosphere is deposited on the previously selected parts of the conductive surface.
5.- A process for carrying out dielectric coatings of a polymer, characterized in that a low pressure atmosphere of an ionizable polymerizable material is spread in an interaction space, forming a substrate or elongated dielectric support with a series of spaced conductive strips extending along this support longitudinally, the mentioned dielectric support is advanced along a path in the interaction space, space path of an electrode,
a voltage is applied between the electrode and each of the conductive bands and a glow discharge is initiated to ionize the particles of said polymeric material between the electrode and the successively advancing parts of each of the conductive bands, one continues to advance the substrate along the path while adjusting the current passing through the glow discharge and maintaining the aforementioned atmosphere to deposit a continuous coating of dielectric material along each of the conductive strips.
Process for forming capacitive assemblies,
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terized in that an atmosphere of an ionizable polymerizable material is established to maintain a glow discharge in that gas in an interaction space, one advances along a path in this space of interaction. interacting an elongated sheet dielectric support or substrate having a series of elongated spaced conductive strips extending longitudinally along its length, successive portions of such conductive strips spaced apart from the electrode,
a transfer is applied between the electrode and each of the conductive strips and a glow discharge is initiated to ionize the cells of the polymerizable material between the electrode and the parts which successively advance the conductive strips, one continues to advance the substrate along the aforementioned path, while controlling the current which passes through the glow discharge and maintaining the atmosphere, at a rate such that a continuous coating of dielectric material is deposited along each of the conductive strips , a longitudinally extending portion of each of the conductive strips is protected against the action of the discharge to prevent the formation of a coating on these portions,
and another conductive strip is formed on the dielectric coated portions of the first-mentioned conductive strips.
7. - A method of forming capacitive assemblies, characterized in that an atmosphere of an ionizable polymerizable material is established to maintain a glow discharge in this gas in an interaction space, one advances along d a path through this interaction space an elongate sheet dielectric support or substrate having a series of elongated spaced apart conductive strips extending longitudinally.
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around its length, successive parts of these conductive strips passing spaced apart vis-à-vis the electrode,
a voltage is applied between the electrode and each of the conductive bands and a glow discharge is initiated to ionize the particles of the polymerizable material between the electrode and the parts which successively advance the conductive bands, the substrate is continued to advance along of the aforementioned path, while controlling the current which passes through the glow discharge and maintaining the atmosphere, at a rate such that a continuous coating of dielectric material is deposited along each of the bands Extending * conductive, a central / lonidinalemt part of each of the conductive strips is protected against the action of the discharge to prevent the formation of a coating on these parts,
and another conductive strip is formed on the dielectric coated portions of the first-mentioned conductive strips, and the substrate thus treated is divided along lines extending along the uncoated portions of the first-mentioned conductive strips.
8.- Apparatus for carrying out a polymerized coating, characterized in that it comprises means forming a vacuum chamber, delimiting an interaction space, means for advancing an elongated element in the vacuum chamber in such a way. that the longitudinally extending parts of the elongate member pass successively along a given path, means for introducing an atmosphere of polymerizable material into the interaction space of the vacuum chamber and to maintain this atmosphere at a pressure below atmospheric pressure, and means comprising an electrode extending along the aforementioned path,
at
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through a part of the interaction space and spaced from this path to apply a voltage and to regulate the current flowing through the aforementioned part of the interaction space to cause ionization of the particles of the polymerizable material and a glow discharge successively along the movable parts of the aforementioned al.longé element.
9. - Apparatus for carrying out a polymerized coating, characterized in that it comprises means forming a vacuum chamber at vacuum, delimiting an interaction space of the means; for introducing and maintaining a low pressure atmosphere of a polymerizable material into the interaction space, a dielectric substrate supply device or carrier having an elongated conductive surface extending its length longitudinally, means to pull and advance this dielectric substrate along a given path in the interaction space so that the longitudinally extending portions of the conductive surface successively pass along the aforementioned path,
and means comprising an electrode extending along the aforesaid path and spaced therefrom for applying a voltage across this electrode and the conductive surface and for initiating and regulating the current in a glow discharge in the gas in the gas. the space of interaction between the electrode and the successive parts as these parts pass along the given path, so that ionized particles of the mentioned matter are formed and are deposited on the successive parts of the conductive surface and polymerize on these parts to form a strong resistant dielectric coating.
10. - Apparatus for performing a polymerized coating characterized in that it comprises means forming a chamber
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vacuum bre, delimiting an interaction space, means for introducing and maintaining an atmosphere of a polymerizable material which maintains a glow discharge in this gas in the interaction space, a substrate supply device or dielectric carrier having an elongated conductive surface,
extending its length lonitidinally means to kill and advance this dielectric substrate along a given path in the interaction space so that the parts extend longitudinally of the conductive surface successively possessing the along the aforementioned path a first elongated electrode extending along the path placed in contact with the surface of successive parts of the conductive surface so that the latter can slide, a second elongated electrode extending along the path. along the aforementioned path traced the gold posed and facing the successive parts of the conductive surface when the latter advances along the aforementioned path,
means for applying a voltage across the first and second electrodes and for initiating and regulating the current in a glow discharge in the interaction space between successive parts of the conductive surface and the second electrode, means for isolating the first electrode from the action of the discharge, the first electrode servan to isc
1st and to protect part of the conductive surface from the discharge and thus prevent the formation of a coating on this part.
11.- Apparatus for carrying out a polymerized dielectric coating, characterized in that it comprises means delimiting an interaction space of the means for introducing and maintaining an atmosphere of a polymerizable material which maintains the luminescent discharge in the gas in the interaction space, a device for supplying the substrate with liquid diesel fuel having a stripe of elongated laterally spaced conductive surfaces extending its length longitudinally,
means to indent and advance this
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dielectric substrate along a given path in the interaction space such that the longitudinally extending portions of the conductive surfaces pass successively along the above path, a series of elongated first electrodes each extending the along the aforementioned path and being placed in contact with the surface of the successive parts of one of the conductive surfaces, so that the latter can slide, a second elongated electrode extending along the aforementioned path. on the opposite side and facing the successive parts of the conductive surfaces when they advance - Along the aforementioned path,
means for applying a voltage across the first and second electrodes and for initiating and regulating the current in a glow discharge in the interaction space between the successive parts of the conductive surfaces and the second electrode, means for isolating the first electrodes from the action of the discharge, each of the first electrodes serving to insulate and protect a part of the associated conductive surface against the discharge and thus prevent the formation of a coating on this part.
12. - Apparatus for carrying out a polymerized coating characterized in that it comprises means defining an interaction space, means for advancing an elongate element along a given path in the interaction space mentioned in such so that longitudinally extending portions of the elongate member pass successively along this path, means for introducing an atmosphere of polymerizable material which sustains a glow discharge in this gas in the interaction space, a pair of electrically conductive elements spaced apart in the inter-
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action, said elongated element advancing through the ion interaction space;
of the aforementioned path near one of the aforementioned conducting elements, means for regulating the current between these elements and for applying a potential which maintains the glow discharge to these elements so as to maintain an ionizing glow discharge in said atmosphere on the mobile parts of the elongated element so as to ionize the particles of polymerizable material so that the ionized particles are deponated and polymerize on the successively displacing parts of the elongated element.