JP2007080907A - 金属化フィルムコンデンサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高抵抗値が要求される金属化フィルムは、金属膜を薄膜化するため原反の状態で湿気にさらされると金属の酸化が容易に進行して、酸化金属膜が形成され、膜の抵抗値が異常に高くなるという問題点があった。
【解決手段】フィルムに蒸着金属膜を形成し、この蒸着金属膜上にオイル被膜を形成する。このオイル被膜形成するオイル材料に特有の官能基を有する主鎖がポリシロキサン、あるいは特有の官能基を有する主鎖がフルオロポリエーテルを用いることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電気機器、電子機器、産業機器に使用される金属化フィルムコンデンサおよびその金属化フィルムの製造方法に関するものである。

金属を蒸着したプラスチックフィルムからなるコンデンサ（以下、金属化フィルムコンデンサと称す）は、従来から広く用いられており、その一例について説明する。

図７は従来の金属化フィルムコンデンサの一部を示す断面図である。図７に示すように従来の金属化フィルム７４において、７２はフィルム、６１は蒸着電極、６１ａは容量形成部、６１ｂはコンタクト部、４１はオイル被膜を示す。４１のオイル被膜は無官能なシリコーンオイルである。なお、蒸着電極６１は容量形成部６１ａ、コンタクト部６１ｂの両方を総称したものである。

また、７２ａはフィルム７２上に設けられたマージン部であり、マージン部７２ａには蒸着電極６１が形成されていない。

図７において、フィルム７２の片面に蒸着電極６１を設けた片面の金属化フィルム７４をマージン部７２ａが交互の位置になるように一対で巻回または積層し、両端面から金属を溶射（図示せず、以下メタリコンと称す）してコンデンサが形成される。

蒸着電極６１は、アルミニウムや亜鉛、またはその混合物が用いられている。また、容量形成部６１ａは薄く蒸着して自己回復性を高め、コンタクト部６１ｂを厚く蒸着して、メタリコンとのコンタクト強度を高めるヘビーエッジ構造が広く採用されている。また、フィルム７２は、ポリプロピレンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルムなどが用いられている。

更に自己回復効果を高めるために、電極膜の高抵抗化を目的とし、容量形成部６１ａは、より薄い膜が蒸着形成されるようにしている。金属膜の薄膜化により、従来のものと比較して、蒸着電極６１の耐湿性が問題となる。

従来、金属を蒸着した電極膜の耐湿性を高める手段として、真空蒸着機で金属化フィルムを製造する工程において、金属を蒸着した後に蒸着金属面にオイル被膜を形成することが提唱されていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１および特許文献２が知られている。
特公昭６３−１５７３７号公報 特開平１０−２８７９６６号公報

しかしながら、前記特許文献１および特許文献２に示された手法では、高抵抗化により、蒸着電極である金属膜がより薄くなった場合、耐湿性が低下し、高温高湿で保存すると、膜の抵抗値が上昇するという問題点があった。

これは湿気により金属膜が容易に酸化物や水酸化物に変化しやすく、従来材料によるオイル被膜では不十分であるという問題であった。

このように金属膜の酸化や水酸化反応が進行した金属化フィルムを用いてコンデンサを作製した場合には、電極抵抗値が増大してｔａｎδが悪化する問題点もあった。

このため、より金属膜を薄膜化した金属化フィルムコンデンサの耐湿性の向上には、従来のオイル被膜よりも更に緻密に被覆したオイル被膜の形成が必要であった。

本発明においては、上記課題に関して、鋭意検討を進めた結果、フィルムの片面に蒸着金属膜を形成する金属蒸着ステップと、前記金属蒸着ステップによって蒸着金属膜が形成された蒸着金属膜上にオイル被膜を形成するオイル被膜形成ステップとを有する金属化フィルムの製造方法を用いた場合に、特定の官能基を有するシリコーンオイル、または特定の官能基を有するフッ素オイルを用いることで湿気による蒸着金属膜である金属電極膜の酸化を防止し、良好な金属化フィルムを製造できることを見出した。

特に、本発明に用いる官能基を有するシリコーンオイル、あるいは、官能基を有するフッ素オイルとしては、特にフルオロポリエーテルオイルを用いることができるが、なかでも、官能基としてエポキシ基、アミノ基、アミド基、エステル基、カルボキシル基、メルカプト基、水酸基、フェノール基、メタクリル基、ピペロニル基から選ばれる少なくとも一つを用いるものがより望ましい。オイル被膜のより強度な被覆により金属膜の湿気との接触が妨げられて、金属電極膜の抵抗値の上昇が抑えられるからである。

また、本発明に用いる蒸着金属としては、アルミニウム、亜鉛やその混合物等を用いることができるが、特に亜鉛を含む蒸着金属を用いた場合に顕著な効果を得ることができる。

また、本発明に用いるフィルムとしては、前述のポリプロピレンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルムなどがあるが、中でも、ポリプロピレンフィルムを用いた場合に顕著な効果を得ることができる。

さらに、本発明に用いるオイル被膜形成ステップとしては、オイル蒸気を吹付けるものや、ロールコータにより塗布するものなどを用いることができる。オイル被膜形成ステップにおいては、少なくとも蒸着膜の全面にオイル被膜を形成して良いが、より望ましくは、オイル蒸気の噴出し口形状やロールコータの形状により、フィルムの幅方向に対して所定の部分にのみオイル被膜を形成する方がよい。これは、金属化フィルムコンデンサを作製する際に、メタリコンとコンタクトする部分にオイル被膜があると、メタリコンの熱により大部分が蒸発飛散するが、オイルが残存した場合には、コンタクトが劣る場合があるためである。なお、メタリコンとコンタクトする部分の裏側は絶縁マージンが配置されるため、ブロッキングは発生しない。

また、オイル被膜形成ステップとしては、オイル蒸気を吹付けるものが最も望ましい。他の方法、例えばロールコータでも本発明により金属膜の酸化は防止できるが、蒸着面にロールが接触するため、蒸着膜に傷ができてしまう場合があり、非接触でオイル蒸気を吹付けることが望ましい。さらに、オイルタンク内に圧力センサを設け、オイル蒸気圧をモニタリングして蒸着膜にオイル蒸気を噴霧することにより、長尺のフィルムに一定の割合でオイル被膜を形成することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１から６に記載の金属化フィルムコンデンサによれば、フィルムの片面に蒸着金属膜を形成する金属蒸着ステップと、前記金属蒸着ステップによって形成した蒸着膜面にオイル被膜を形成するオイル被膜形成ステップとを有することから、湿気による電極金属膜の酸化劣化の無い良好な金属化フィルムを提供することができる。

また請求項１、２記載の金属化フィルムコンデンサは、フィルムの片面に蒸着金属膜を形成し、形成した蒸着膜面にオイル被膜を形成しているので、湿気による電極金属膜の酸化の無い良好な金属化フィルムとなり、ｔａｎδが良好なコンデンサを実現できる。

また本発明の請求項３記載の金属化フィルムコンデンサによれば、蒸着金属が亜鉛であるのでメタリコンとのコンタクト強度を高くすることができる。

また本発明の請求項４記載の金属化フィルムコンデンサによれば、蒸着金属がより薄い高抵抗膜の場合、より顕著な効果を得ることができる。

また請求項５記載の金属化フィルムコンデンサによれば、フィルムがポリプロピレンフィルムであることから、より顕著な効果を得ることができる。

また本発明の請求項６記載の金属化フィルムコンデンサの製造方法によれば、前記オイル被膜形成ステップが、フィルムの幅方向において所定の部分にのみオイル被膜を形成するものであることから、メタリコンコンタクトを悪化させることなくオイル被膜を形成することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態における金属化フィルムの製造装置の断面図であり、１は真空チャンバー、２はフィルム巻き出し部、３はフィルム、４は冷却キャン、５はアルミニウム蒸着源、６は亜鉛蒸着源、７はオイル被膜形成部、８はフィルム巻き取り部、９は排気を示す。

真空チャンバー１内に未蒸着のフィルム３が巻かれたフィルム巻き出し部２が配置されている。そして同じく真空チャンバー１内に、フィルム３に金属を蒸着させる冷却キャン４、アルミニウム蒸着源５、亜鉛蒸着源６とが配置されている。さらに、フィルム３にオイル被膜を形成するオイル被膜形成部７、およびフィルム３を巻き取るフィルム巻き取り部８が配置されている。そしてこれらの部分を経由するフィルムを滑らかに送給する中間ロール（図示せず）が案内用として真空チャンバー１内に、数箇所配置されている。

このような構成を備える金属化蒸着フィルムの製造装置において、まずフィルム巻き出し部２から巻き出された未蒸着のフィルム３が、冷却キャン４を通過する際に、アルミニウム蒸着源５、および亜鉛蒸着源６よりフィルム３の片面に蒸着を行う。次にオイル被膜形成部７でオイル被膜を形成した後に、フィルム巻き取り部８で巻き取って、金属化フィルムの原反を作製する。これを繰り返すことによってフィルム３の両面に蒸着することも可能である。

なおこの際、図示しない真空ポンプにより、排気９に示すように真空チャンバー１内から排気する。またアルミニウム蒸着源５、および亜鉛蒸着源６は、目的により、アルミニウムだけを蒸着したり亜鉛だけを蒸着したり、またアルミニウムと亜鉛の混合物を蒸着したりすることができる。

さらに、フィルム３にオイル被膜を蒸着する工程について、図２および図３を用いて詳細に説明する。図２は、図１のオイル被膜形成部７近傍を拡大した断面図であり、３ａはフィルムが走行する方向、２０はオイルタンク、２１は蒸着膜、２２はオイル、２３は加熱ヒータ、２４はオイル蒸気、２６は温度センサ、２７は圧力センサ、２８はノズル、２９はオイル被膜を示し、図１で説明した同一の構成物については同一の符号を付してその説明を省略する。さらに図３は、図２中のノズル２８の形状を矢印Ａで示した方向から見た図であり、３０はノズル２８に設けられたスリットを示す。

そして図２に示すように、オイル被膜形成部７は、円筒状のオイルタンク２０の内部にオイル２２、加熱ヒータ２３、温度センサ２６および圧力センサ２７が収納されている。

このような構成を備えるオイル被膜形成部７の作用において、加熱ヒータ２３により加熱されたオイル２２はオイル蒸気２４となりノズル２８から噴出し、矢印３ａの方向へ走行するフィルム３に設けられた蒸着膜２１のノズル側にオイル被膜２９を形成する。なお、温度センサ２６と圧力センサ２７は、オイルタンク２０内部の温度と圧力をモニタリングするものである。特に圧力センサ２７により、長尺のフィルムを金属化する場合であっても、蒸着中のオイル噴出量を一定に保ち、均一なオイル被膜２９を形成することができる。

さらに図３に示すように、ノズル２８にはスリット３０をフィルム３の幅方向に断続的に設けている。そしてこのスリット３０よりオイル蒸気２４が噴出し、フィルム３上にオイル被膜２９が形成される。このように、スリット３０を断続的に設けることで、金属化フィルムの容量形成部（図６の６１ａ）にのみオイル被膜２９を形成することができる。なお、金属化フィルム製造工程は、複数分のコンデンサに相当するフィルム３を一度に作製し、後工程でカットするので、スリット３０も断続的なものとなる。すなわち１つのスリット３０は後工程でできる１つの金属化フィルムにおける容量形成部に相当する。

次に、以上で説明した本発明の実施の形態の製造装置で特定の官能基を有するシリコーンオイルまたは特定の官能基を有するフッ素系オイルを設けた金属化フィルムコンデンサの耐湿性評価結果について図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態の製造装置で金属化フィルムを作製する際の条件とその結果を示したものである。

本発明の実施の形態１の図１で示す製造装置により、６μｍ厚みで５２０ｍｍ幅のポリプロピレンフィルムを、図４における本実施の形態の実施例１から実施例１４、従来例１から４および比較例１で示すように、蒸着金属、オイル被膜の条件を変えて作製し、その違いを確認した。作製した蒸着フィルムの長さは、いずれも３０００ｍで、蒸着膜の膜抵抗値は、従来の抵抗値のアルミニウム＋亜鉛の場合は１２Ω／□、高抵抗値のアルミニウム＋亜鉛の場合は２０Ω／□となるよう蒸着した。

そして、このようにして各条件で作製した金属化フィルムを、原反の状態のまま、温度６０℃相対湿度８０％の雰囲気で２０日間放置した後、スリッタ機で裁断して、蒸着膜の抵抗値を測定し、図５にその結果を示した。

図４から明らかなように、従来例１から４および比較例１に示す、オイル被膜をしない及び従来のオイル条件で作製した金属化フィルムでは、蒸着膜抵抗値が上昇した。これに対し、本実施の形態の実施例１から実施例６では、抵抗値上昇の無い良好な結果を得た。また、高抵抗値を有する、金属膜の薄い金属電極の場合には、特に顕著に官能基を有するシリコーンオイルまたは官能基を有するフッ素系オイルは良好な結果を得た。

次に、図４に示す本実施の形態の実施例１の金属化フィルムを用いて金属化フィルムコンデンサを作製した。図６は、作製した金属化フィルムコンデンサの断面図であり、３１はオイル被膜、６１は蒸着電極、７２はフィルム、７４は金属化フィルムを示す。

図６において、金属化フィルム７４は、本実施の形態における製造装置により図４で示す本実施の形態の実施例１の条件にて作製されたものであり、フィルム７２に蒸着電極６１を具備し、さらにオイル被膜３１で被われている。

また、７２ａはフィルム７２上に設けられたマージン部であり、マージン部７２ａには蒸着電極６１が形成されていない。

図６において、フィルム７２の片面に蒸着電極６１を設けた金属化フィルム７４をマージン部７２ａが交互の位置になるように一対で巻回または積層し、両端面から亜鉛などを溶射してコンデンサが形成される。

さらに、このようにして作製した金属化フィルムコンデンサの、１ｋＨｚにおけるｔａｎδを試験した結果を図５に示す。図５は、図４における本実施の形態の実施例１から１４と従来例１から４と比較例１での条件で製造した金属化フィルムを使用して作製したコンデンサの試験結果を示すものである。

その結果、図５で示すように、従来例１のコンデンサは金属電極膜の酸化によりｔａｎδが高かったが、本実施の形態その１のコンデンサは良好なｔａｎδを示した。

以上のことから、本実施の形態による製造装置で作製したコンデンサにはオイル被膜３１として官能基を有する特定のシリコーンオイルまたは官能基を有する特定のフッ素系オイルを設けた金属化フィルムコンデンサは、より効果が得られたことが確認できた。

なお、本実施の形態では図１から図３の製造装置を例として示したが、本発明の製造装置はこれに限定されるものではなく、フィルムの片面に蒸着金属膜を形成する金属蒸着部と、前記金属蒸着部によって形成した蒸着膜上にオイル被膜を形成するオイル被膜形成部とを有する金属化フィルムの製造装置であれば、同様の効果を得ることができる。

また図３ではオイル被膜形成部としてオイル蒸気をスリットから噴出したが、スリットの代わりに等間隔で穴を設けて噴出せしめてもかまわない。

さらに、実施の形態からなる金属化フィルムコンデンサの一例を図６に示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、蒸着電極６１はヘビーエッジでなく均一な厚みであっても同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態は、巻き取られた未蒸着フィルムを引き出し時順次送付させていく装置内で、フィルムの片面に蒸着金属膜を形成する金属蒸着ステップと、金属蒸着面上にオイル被膜を形成するオイル被膜形成ステップとを用い、フィルムを巻き取って金属化フィルムを製造する金属化フィルム製造方法を示すものである。

以上のように、本発明にかかる金属化フィルムコンデンサによれば、フィルムコンデンサの耐湿性を向上できるので、ハイブリッド自動車のモータ駆動用のインバータシステムなどに有用である。

本発明の実施の形態における金属化フィルムの製造装置を示す図 オイル被膜形成部近傍を拡大した断面図 オイル被膜形成部のノズルを拡大した図 本発明の実施の形態の製造装置で金属化フィルムを作製する際の条件とその結果を示した図 本実施の形態と従来例における条件で作製したコンデンサの試験結果を示す図 本実施の形態における金属化フィルムの断面図 従来の金属化フィルムの断面図

符号の説明

１ 真空チャンバー
２ フィルム巻き出し部
３ フィルム
４ 冷却キャン
５ アルミニウム蒸着源
６ 亜鉛蒸着源
７ オイル被膜形成部
８ フィルム巻き取り部
９ 排気
２０ オイルタンク
２１ 蒸着膜
２２ オイル
２３ 加熱ヒータ
２４ オイル蒸気
２６ 温度センサ
２７ 圧力センサ
２８ ノズル
２９、３１、４１ オイル被膜
６１ 蒸着電極
７２ フィルム
７４ 金属化フィルム

Claims (6)

1. 誘電体フィルムの片面に蒸着金属膜を具備し、さらに前記蒸着金属膜上にオイル被膜を具備した金属化フィルムを用いたコンデンサであって、前記オイル被膜を形成する化合物は特有の官能基を有する主鎖がポリシロキサン、あるいは特有の官能基を有する主鎖がフルオロポリエーテルであることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
2. 前記オイル被膜を形成する化合物の主鎖が有する特有の官能基が、エポキシ基、アミノ基、アミド基、エステル基、カルボキシル基、メルカプト基、水酸基、フェノール基、メタクリル基、ピペロニル基から選ばれる少なくとも一つの官能基であることを特徴とする請求項１記載の金属化フィルムコンデンサ。
3. 前記蒸着金属膜において、蒸着する金属が亜鉛を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属化フィルムコンデンサ。
4. 前記蒸着金属膜の抵抗値が１０Ω／□以上であることを特徴とする請求項１、２および３記載の金属化フィルムコンデンサ。
5. 誘電体フィルムがポリプロピレンフィルムを用いることを特徴とする請求項１、２及び４記載の金属化フィルムコンデンサ。
6. フィルムの片面に蒸着金属膜を形成する金属蒸着ステップと、前記金属蒸着ステップの後、蒸着金属膜上にオイル被膜を形成するオイル被膜形成ステップとを連続製膜する金属化フィルムコンデンサの製造方法。

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