JP2011061191A - フィルムコンデンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】誘電体フィルムの薄肉化による問題を発生させることなく、小型・大容量化が有利に実現可能なフィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】複数の誘電体12,16aと少なくとも一つの金属蒸着膜層14a,14bとを交互に一つずつ位置するように積層すると共に、該誘電体12,16aを、一つの樹脂フィルム層12と少なくとも一つの蒸着重合膜16aとにて構成し、更に、該少なくとも一つの蒸着重合膜層16aを該金属蒸着膜14a上に積層形成してなる基本素子10を用いて、構成した。
【選択図】図2

Description

本発明は、フィルムコンデンサに係り、特に、巻回タイプや積層タイプのフィルムコンデンサの改良に関するものである。
従来から、電子機器に使用されるフィルムコンデンサとして、巻回タイプや積層タイプのフィルムコンデンサが知られている。巻回タイプのフィルムコンデンサは、例えば、特開2007−220720号公報(特許文献1)等に明らかにされる如く、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート等の絶縁性の樹脂フィルム(層)からなる誘電体(層)の一方の面に、電極膜として、真空蒸着等により金属蒸着膜(層)が積層形成された積層フィルム(金属化フィルム)又は基本素子の複数を重ね合わせて巻回することにより、構成されている。また、特開2008−91605号公報(特許文献2)においては、樹脂フィルムからなる誘電体の両面に金属蒸着膜が形成された積層フィルムと、金属蒸着膜が形成されていない樹脂フィルムとを重ね合わせた状態で、一緒に巻回することによって、形成されてなる巻回タイプのコンデンサも明らかにされている。一方、積層タイプのフィルムコンデンサは、例えば、特許第3908094号公報(特許文献3)に明らかにされる如く、上記のような積層フィルムの複数が、樹脂フィルムを間に挟んで、その両側に位置するように積層されることにより、形成されている。要するに、巻回タイプのフィルムコンデンサは、樹脂フィルム(層打抜き)を含む誘電体(層)と金属蒸着膜(層)とが交互に位置するように互いに重ね合わされた状態で、巻回されて、構成されており、積層タイプのフィルムコンデンサは、樹脂フィルム(層)を含む誘電体(層)と金属蒸着膜(層)とが交互に位置するように積層されて、構成されているのである。
ところで、近年では、電子機器の小型・高性能化の要望の高まりに伴って、フィルムコンデンサに対しても、小型・大容量化の要請が益々強くなってきている。そこで、上記の如き巻回タイプや積層タイプのフィルムコンデンサでは、小型・大容量化を図るために、誘電体を構成する樹脂フィルムの薄肉化が進められている。
しかしながら、巻回タイプや積層タイプのフィルムコンデンサにおいて樹脂フィルムを薄肉化すると、(a)フィルム材料中の不純物(残渣)の影響が大きくなって、樹脂フィルム自体の耐電圧性が低下する、(b)金属蒸着工程で、高温の金属原子が樹脂フィルムに付着したときに、樹脂フィルムが熱によって変形する、所謂熱負けを生ずるといった各種の問題が発生する。また、特に巻回タイプのフィルムコンデンサでは、(c)高速巻取り式装置を用いて、樹脂フィルムに、電極膜を金属蒸着により連続的に形成する際に、高速巻取りによって樹脂フィルムに皺が寄るといった問題が生ずる。
このため、従来の巻回タイプや積層タイプのフィルムコンデンサでは、樹脂フィルムを薄肉化したり、樹脂フィルムの材料中の不純物を低減させたりして、樹脂フィルムの高機能化を図っても、その要求性能を十分に実現することは容易ではなかったのである。
特開2007−220720号公報 特開2008−91605号公報 特許第3908094号公報
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、樹脂フィルム(層)を含む誘電体層の表面に金属蒸着膜層が積層形成された平板状乃至はシート状のコンデンサ素子を巻回して、又はかかるコンデンサ素子の複数を積層してなるフィルムコンデンサにおいて、必ずしも、樹脂フィルムの薄肉化やフィルム中の不純物量の低減等を図らなくとも、また、樹脂フィルムの薄肉化による問題を発生させることもなしに、小型・大容量化を有利に実現し得るように改良された構造を提供することにある。
本発明は、上記した課題、又は本明細書全体の記載や図面から把握される課題を解決するために、以下に列挙する各種の態様において、好適に実施され得るものである。また、以下に記載の各態様は、任意の組み合わせにおいても、採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載並びに図面に開示の発明思想に基づいて、認識され得るものであることが、理解されるべきである。
(1) 複数の誘電体層と少なくとも一つの金属蒸着膜層とを有し、それら誘電体層と金属蒸着膜層とが交互に一つずつ位置するように積層されてなる構造の基本素子を用いて得られたフィルムコンデンサにおいて、前記複数の誘電体層が、一つの樹脂フィルム層と少なくとも一つの蒸着重合膜層とから構成され、且つ該少なくとも一つの蒸着重合膜層が、前記金属蒸着膜層上に積層形成されていることを特徴とするフィルムコンデンサ。
(2) 前記基本素子が、前記樹脂フィルム層の両面に、前記金属蒸着膜層をそれぞれ形成すると共に、それらの金属蒸着膜層のうちの少なくとも何れか一方のものの上に、前記蒸着重合膜層を、更に積層形成することによって、構成されている上記態様(1)に記載のフィルムコンデンサ。
(3) 前記基本素子が巻回されてなる巻回型素子を用いて、構成されている上記態様(2)に記載のフィルムコンデンサ。
(4) 前記巻回型素子が、前記基本素子を、前記蒸着重合膜層が内側となるように巻回して、構成されている上記態様(3)に記載のフィルムコンデンサ。
(5) 前記巻回型素子が、前記基本素子を複数回巻回して、構成されている上記態様(3)又は(4)に記載のフィルムコンデンサ。
(6) 前記基本素子の複数が、前記金属蒸着膜層の間に前記樹脂フィルムのみが位置する部分と、該金属蒸着膜層の間に前記蒸着重合膜層のみが位置する部分とを形成するように重ね合わされてなる複合素子を用いて、構成されている上記態様(1)又は(2)に記載のフィルムコンデンサ。
(7) 前記蒸着重合膜層が、ポリユリア樹脂膜にて形成されている上記態様(1)乃至(6)の何れか一つに記載のフィルムコンデンサ。
(8) 前記蒸着重合膜層が、三次元架橋構造を有している上記態様(1)乃至(7)の何れか一つに記載のフィルムコンデンサ。
(9) 前記基本素子が、前記樹脂フィルム層上に、前記金属蒸着膜層と前記蒸着重合膜層とを、交互に複数層積層形成してなる構造を有している上記態様(1)乃至(8)の何れか一つに記載のフィルムコンデンサ。
(10) 前記蒸着重合膜層が、前記樹脂フィルム層よりも高い誘電率を有している上記態様(1)乃至(9)の何れか一つに記載のフィルムコンデンサ。
(11) 前記蒸着重合膜層が0.01〜30μmの範囲内の厚さを有している上記態様(1)乃至(10)の何れか一つに記載のフィルムコンデンサ。
(12) 前記樹脂フィルム層が、ポリプロピレンフィルムにて形成されている上記態様(1)乃至(11)の何れか一つに記載のフィルムコンデンサ。
すなわち、本発明に従うフィルムコンデンサにあっては、金属蒸着膜層が、延伸フィルム等からなる、誘電体層を構成する樹脂フィルム層を間に挟んで、その両側に配置される構造(A)のみを有する、従来の巻回タイプや積層タイプのフィルムコンデンサとは異なって、かかるA構造と共に、更に、金属蒸着膜層が、蒸着重合膜層を間に挟んで、その両側に配置される構造(B)が導入されているところに、大きな特徴を有している。そして、かかるB構造においては、蒸着重合膜層が、真空中での蒸着重合によって形成されたものであるところから、ナノオーダーでの膜厚制御が可能で、極めて薄く且つ均一な膜厚とされているだけでなく、膜中の不純物量が十分に少なくされており、それによって、そのようなB構造部位において、静電容量が効果的に高められ得ることとなると共に、その薄肉化も有利に図られ得ることとなる。
その結果、本発明に係るフィルムコンデンサにおいては、従来の巻回タイプや積層タイプのフィルムコンデンサとは異なって、樹脂フィルム層を極端に薄肉化したり、フィルム材料中の不純物を低減させたりすることなく、コンデンサ全体としての静電容量を効果的に増大させることが出来ると共に、コンデンサ全体の小型化が可能となるのである。
また、かかる本発明に従うフィルムコンデンサにおいては、樹脂フィルム層が極端に薄肉化されることがないため、前記した(a)〜(c)等の問題が悉く解消され得るのである。即ち、樹脂フィルム層の薄肉化の必要がないことにより、樹脂フィルム層の材料中の不純物の影響で耐電圧が低下するという問題が惹起される恐れがなく、また高速巻取り式装置を用いて、樹脂フィルム層に金属蒸着膜層を金属蒸着により連続的に形成する際に、高速巻取りによって樹脂フィルム層に皺が寄るようなことも回避され得るのである。更に、金属蒸着工程で、高温の金属原子が樹脂フィルム層に付着したときに、樹脂フィルム層が熱負けするようなことも惹起されることがない特徴も有している。
従って、かくの如き本発明に従うフィルムコンデンサにあっては、必ずしも、樹脂フィルム層を薄肉化したり、フィルム材料中の不純物量を低減させたりして、樹脂フィルム層の高機能化を図らなくとも、また、樹脂フィルム層の薄肉化による問題を発生させることもなしに、小型・大容量化が有利に実現され得、以て、種々の要求性能が、極めて効果的に達成され得るのである。
本発明に従う構造を備えたフィルムコンデンサを構成する基本素子を与える積層フィルムの一例を示す部分拡大断面説明図である。 図1に示された積層フィルムを巻回してなる巻回型素子を示す断面説明図である。 本発明に従う構造を備えたフィルムコンデンサを構成する基本素子を与える積層フィルムの別の例を示す、図1に対応する図である。 図1に示された積層フィルムの複数を積層してなる複合素子を示す部分拡大断面説明図である。 本発明に従う構造を備えたフィルムコンデンサを構成する基本素子を与える積層フィルムの更に別の例を示す断面説明図である。 図5に示された積層フィルムの製造装置を模式的に示す説明図である。 図5に示された積層フィルムを用いて形成された、本発明に従う構造を有するフィルムコンデンサの断面説明図である。 本発明に従う構造を備えたフィルムコンデンサを構成する基本素子を与える積層フィルムの他の例を示す、図1に対応する図である。
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
先ず、図1には、本発明に従うフィルムコンデンサを構成する基本素子を与える積層フィルムの一例が、巻回前の状態において示されている。かかる図1から明らかなように、シート状の積層フィルム10は、誘電体としての樹脂フィルム12を有し、それによって積層構造における一つの誘電体層を構成している。この樹脂フィルム12は、ここでは、ポリプロピレン製の延伸フィルムからなるものであって、1〜10μm程度の厚さを有している。なお、樹脂フィルム12の形成材料は、ポリプロピレンに何等限定されるものではない。例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフタレート等、従来のフィルムコンデンサの樹脂フィルムの形成材料として使用される樹脂材料が、ポリプロピレンに代えて、適宜に用いられ得る。
樹脂フィルム12の一方の面(図1における樹脂フィルム12の上面)と他方の面(図1における樹脂フィルム12の下面)には、それぞれ、第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bとが積層形成されて、それぞれ一つの層を構成している。それら第一及び第二金属蒸着膜14a,14bは、内部電極膜としての機能を発揮するものである。そして、そのような第一及び第二金属蒸着膜14a,14bは、フィルムコンデンサの内部電極膜を形成する公知の金属材料を蒸着材として用いた蒸着法を真空中で実施することによって、樹脂フィルム12上に成膜されている。各金属蒸着膜14a,14bの膜抵抗値は1〜50Ω/cm2 程度とされ、また、それらの膜厚は、それぞれの膜抵抗値等によって適宜に決定される。
第一及び第二金属蒸着膜14a,14bの形成材料としては、従来品と同様に、アルミニウムや亜鉛等の金属材料の中から、例えば、樹脂フィルム12の材質等に応じて適宜に選択されたものが、使用される。それら各金属蒸着膜14a,14bの形成方法は、PVDやCVDの範疇に属する、従来から公知の真空蒸着法が、何れも採用可能である。第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bは、必ずしも、同一の金属材料からなるものでなくとも良い。それらの形成材料は、フィルムコンデンサに対する要求性能等に応じて、適宜に決定される。第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bのそれぞれの厚さや膜抵抗値も、フィルムコンデンサに対する要求性能等に応じて、互いに同一の値とされるか、若しくは互いに異なる値とされる。
そして、本実施形態では、特に、第一金属蒸着膜14aの樹脂フィルム12側とは反対側の面上に、誘電体として機能する第一蒸着重合膜16aが積層形成されて、更に一つの誘電体層を構成している。この第一蒸着重合膜16aは、真空中で、蒸着重合法を公知の手法に従って実施することにより生成されたポリユリア樹脂薄膜にて構成されている。即ち、第一蒸着重合膜16aの形成に際しては、先ず、第一金属蒸着膜14aや第二金属蒸着膜14bが形成された樹脂フィルム12が、10-5〜100Pa程度の圧力にコントロールされた真空槽内に配置される。その後、かかる真空槽内で、原料であるジイソシアネートとジアミンとを蒸発させて、第一金属蒸着膜14a上で重合反応を惹起させることにより、ポリユリア樹脂が生成される。そして、この生成したポリユリア樹脂によって、第一蒸着重合膜16aが第一金属蒸着膜14a上に成膜されるのである。
このように、第一蒸着重合膜16aは、誘電体となる重合体を与える原料(モノマー)を気体で供給し、重合させて、生成した重合体による成膜を行う蒸着重合方式により、真空中で生成した重合体にて構成されている。そのため、ナノオーダーでの膜厚制御が可能となっており、膜厚が、極めて薄く且つ均一にコントロールされている。しかも、膜中の不純物量が十分に少なくされている。この第一蒸着重合膜16aの厚さは、一般に、0.01〜30μm程度の厚さとされる。何故なら、第一蒸着重合膜16aが0.01μm未満の厚さであると、余りに薄いために、耐電圧特性を十分に確保することが出来なくなる恐れがあるからである。また、第一蒸着重合膜16aの膜厚が30μmを超える余りに大きな厚さとされていると、フィルムコンデンサの小型化を図ることが困難となってしまうからである。第一蒸着重合膜16aの厚さは、0.01〜10μm程度とされていることが、より望ましい。
なお、このような第一蒸着重合膜16aは、例示のポリユリア樹脂膜に、特に限定されるものではない。例えば、ポリアミド樹脂膜や、ポリイミド樹脂膜、ポリアミドイミド樹脂膜、ポリエステル樹脂膜、ポリアゾメチン樹脂膜、ポリウレタン樹脂膜、アクリル樹脂膜等、蒸着重合法によって成膜可能な公知の樹脂膜にて構成しても、何等差し支えない。そして、その中でも、樹脂フィルム12よりも高い誘電率を有する樹脂膜が、好適に採用される。そのような樹脂膜にて第一蒸着重合膜16aを形成することによって、フィルムコンデンサの静電容量を効果的に増大させることが可能となる。なお、異なる誘電率を有する樹脂フィルム12と第一蒸着重合膜16aとをそれぞれ形成する樹脂材料としては、例示の如きポリプロピレンとポリユリアとの組合せに、何等限定されるものではない。
また、第一蒸着重合膜16aは、上記の如き高誘電率を有する樹脂膜のうちでも、特に、ポリユリア樹脂膜にて構成されていることが、より望ましい。何故なら、ポリユリア樹脂は、原料モノマー(ジイソシアネートとジアミン)の重合に際して、加熱処理が不要であり、しかも、水やアルコール等の脱離が全くない重付加重合反応において、形成されるものであるからである。このため、原料モノマーの重合時に加熱処理を実施するための設備が不要となって、低コスト化が実現され得る。また、加熱処理時の熱によって、樹脂フィルム12が変形する、所謂熱負けが惹起されることが有利に回避され得る。その上、重合反応によって脱離した水やアルコール等を、重合反応が進行せしめられる真空槽中から除去する必要がなく、そのための設備も不要となり、これによっても、低コスト化が実現可能となる。加えて、ポリユリア樹脂膜は、優れた耐湿性を有している。これによって、第一蒸着重合膜16aの高い耐電圧が、より安定的に確保され得ることとなる。
ところで、本実施形態では、第一金属蒸着膜14a上に積層形成された第一蒸着重合膜16aの表面に対してプラズマ処理が施されて、第一蒸着重合膜16aに三次元架橋構造が導入されている。これによって、第一蒸着重合膜16aの耐電圧が有利に高められている。この第一蒸着重合膜16aの表面に対するプラズマ処理の具体的手法としては、公知の手法が何れも採用され得る。例えば、レーザを用いて発生させたプラズマを、第一蒸着重合膜16aの表面に照射する手法が採用可能である。第一蒸着重合膜16aへの三次元架橋構造の導入方法としては、プラズマ処理以外に、例えば、第一蒸着重合膜16aに対するUV処理や熱処理等による方法も、適宜に採用可能である。
かくして、図1に示される如き積層フィルム10が、樹脂フィルム12の両面に第一及び第二金属蒸着膜14a,14bが積層されると共に、第一金属蒸着膜14a上に、第一蒸着重合膜16aが更に積層されてなる複層構造をもって形成される。
そして、このような積層フィルム10は、図2に示されるように、例えば、第一蒸着重合膜16aを内側にして複数回巻き付けられることにより、或いは積層フィルム10が、第一蒸着重合膜16aを内側にして、所定の巻芯(図示せず)に、1回又は複数回巻き付けられることにより、巻回型素子(コンデンサ素子)18が形成されるのである。なお、積層フィルム10の複数を互いに積層して、平板状乃至はシート状の積層構造体を形成し、これを巻回することにより、巻回型素子18を形成しても良い。そして、図示されてはいないものの、巻回型素子18の外周面に対して、従来と同様な保護フィルム等が巻き付けられると共に、後述する図7に示される一対のメタリコン電極(42a,42B)等の外部電極や所定の端子が取り付けられることによって、目的とする巻回タイプのフィルムコンデンサが構成されるのである。
要するに、図2から明らかなように、積層フィルム10の巻回物からなる巻回型素子18は、第一蒸着重合膜16aと第一金属蒸着膜14aと樹脂フィルム12と第二金属蒸着膜14bとが、その順番で、径方向において中心側から外側に向かって積層され、また、そのような積層形態を一つの単位として、複数の単位が更に径方向に積層されているのである。そして、これにより、樹脂フィルム12を間に挟んで、その内側に第一金属蒸着膜14aが、その外側に第二金属蒸着膜14bが、それぞれ配置されてなる構造(A)と、第一蒸着重合膜16aを間に挟んで、その内側に第二金属蒸着膜14bが、その外側に第一金属蒸着膜14aが、それぞれ配置されてなる構造(B)が、実現されている。換言すれば、第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bとが、樹脂フィルム12と第一蒸着重合膜16aのうちの何れか一方を間に挟んだ状態で積層されて、巻回型素子18が構成されているのである。
このように、本実施形態の巻回型素子18を用いたフィルムコンデンサにおいては、従来の巻回タイプのフィルムコンデンサとは異なって、樹脂フィルム12を第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bとが間に挟んでなるA構造だけでなく、極めて薄く且つ均一な膜厚を有すると共に、膜中の不純物量が極めて少ない第一蒸着重合膜16aを、第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bとが間に挟んでなるB構造をも有している。
それ故、このような本実施形態の巻回型素子18を用いたフィルムコンデンサにあっては、樹脂フィルム12を第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bとが間に挟んでなるA構造のみを有する従来の巻回タイプのフィルムコンデンサとは異なって、B構造の存在によって、樹脂フィルム12を極端に薄肉化したり、樹脂フィルム12の材料中の不純物を低減させたりすることなく、コンデンサ全体の小型化と静電容量の増大とが、効果的に達成され得るのである。
そして、かかるフィルムコンデンサでは、樹脂フィルム12が極端に薄肉化されていないところから、樹脂フィルム12中に不可避的に存在する不純物の影響で、樹脂フィルム12、ひいてはコンデンサ全体としての耐電圧が低下することが回避されて、十分な耐電圧が有利に確保され得る。また、樹脂フィルム12の両面に第一及び第二金属蒸着膜14a,14bを金属蒸着により連続的に形成する際に、高速巻取りによって樹脂フィルム12に皺が寄ったり、或いは樹脂フィルム12が、高温の金属原子との接触によって変形する等して、品質低下が惹起されることが有利に防止され得る。
従って、本実施形態の巻回型素子18を用いたフィルムコンデンサにあっては、必ずしも、薄肉化や不純物の残存量の低減等による樹脂フィルム12の高機能化を図らなくとも、また、樹脂フィルム12の薄肉化による問題を発生させることもなしに、十分な耐電圧を有利に確保しつつ、小型・大容量化による高性能化が、極めて効果的に実現され得るのである。
本実施形態の巻回型素子18を用いたフィルムコンデンサにおいては、第一蒸着重合膜16aがポリユリア樹脂膜にて構成されている。そのため、蒸着重合による第一蒸着重合膜16aの形成に際して余分な設備が可及的に省略されて、低コスト化が有利に達成され得る特徴が発揮される。また、樹脂フィルム12の加熱による弊害が効果的に排除されて、安定した品質が有効に確保され得る。
本実施形態では、第一蒸着重合膜16aが三次元架橋構造を有していることにより、第一蒸着重合膜16aの耐電圧が高められている。これによっても、品質の向上と安定化とが、効果的に達成され得る。
本実施形態の巻回型素子18を用いたフィルムコンデンサにおいては、第一蒸着重合膜16aが、極めて薄肉とされている上に、樹脂フィルム12よりも高い誘電率を有している。これによっても、フィルムコンデンサ全体の静電容量が有効に増大されて、高品質化が図られている。
ところで、前記実施形態では、第一金属蒸着膜14aに対して、その樹脂フィルム12側とは反対側の面のみに、第一蒸着重合膜16aが積層形成されていたが、第一金属蒸着膜14aに代えて、第二金属蒸着膜14bの樹脂フィルム12側とは反対側の面のみに、第一蒸着重合膜16aを積層形成することも可能である。
また、図3に示されるように、第一金属蒸着膜14aの樹脂フィルム12側とは反対側の面に、第一蒸着重合膜16aを積層形成する一方、第二金属蒸着膜14bの樹脂フィルム12側とは反対側の面に、第二蒸着重合膜16bを積層形成して、基本素子を与える積層フィルム19を構成することも可能である。このような積層フィルム19を用いる場合には、それを巻回して、巻回型素子18を作製する際に、樹脂フィルム12の両方の面のうちのどちらの面を内側としても、巻回型素子18の中心側部分が、第一蒸着重合膜16aと第二蒸着重合膜16bの何れかにて構成されることとなる。それ故に、静電容量の増大化が効率的に図られてなる品質の優れた巻回型素子18、ひいてはフィルムコンデンサが、有利に得られるのである。
なお、積層フィルム19を巻回して、巻回型素子18を作製する際には、第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bとの間に、第一蒸着重合膜16aと第二蒸着重合膜16bとが互いに重ね合わされて配置されることとなる。このため、それら第一及び第二蒸着重合膜16a,16bのそれぞれの厚さが、図1に示される積層フィルム10が有する第一蒸着重合膜16aの厚さの略半分程度とされていることが望ましい。それにより、積層フィルム19を巻回してなる巻回型素子18において第一及び第二金属蒸着膜14a,14b間に位置する第一及び第二蒸着重合膜16a,16bとの合計厚さが、図1に示される積層フィルム10を巻回してなる巻回型素子18において第一及び第二金属蒸着膜14a,14b間に位置する第一蒸着重合膜16aの厚さと略同じ大きさとされて、無駄に大きな厚さとなることが防止され得る。また、そのように、第一及び第二蒸着重合膜16a,16bのそれぞれの厚さを薄くすることによって、積層フィルム19の迅速に且つ効率的な製造が可能となるといった利点が得られる。なお、積層フィルム19の複数を互いに積層して、平板状乃至はシート状の積層構造体を形成し、これを巻回することにより、巻回型素子18を形成しても良い。
さらに、巻回型素子18を得るために巻回される積層フィルム10,19の巻回数は、何等限定されるものではない。例えば、第一蒸着重合膜16aや第二蒸着重合膜16bが内側となるように積層フィルム10,19を巻回する場合には、巻回型素子18の中心部分が、それら第一蒸着重合膜16aと第二蒸着重合膜16bの何れかにて構成されるため、積層フィルム10,19の巻回数を1回としても良い。
また、図1に示される如き構造を有する積層フィルム10の少なくとも一つと、図3に示される如き構造を有する積層フィルム19の少なくとも一つとを互いに積層して、平板状乃至はシート状の積層構造体を形成し、これを巻回することにより、巻回型素子18を形成することも出来る。この場合には、積層フィルム10の第一金属蒸着膜14a上に積層された第一蒸着重合膜16aと、積層フィルム19の第一及び第二金属蒸着膜14a,14b上にそれぞれ積層された第一及び第二蒸着重合膜16a,16bのうちの何れか一方とが、互いに重ね合わされることとなる。そのため、積層フィルム10の第一蒸着重合膜16aの厚さと、それに重ね合わされる積層フィルム19の第一及び第二蒸着重合膜16a,16bのうちの何れか一方の厚さとが、例えば、積層フィルム10の第一蒸着重合膜16aに重ね合わされない積層フィルム19の第一及び第二蒸着重合膜16a,16bのうちの何れか他方のものの厚さの半分程度とされる。それによって、互いに重ね合わされる蒸着重合膜16a,16bが無駄に厚くなることが有効に防止され得る。また、そのように、互いに重ね合わされる蒸着重合膜16a,16bのそれぞれの厚さを薄くすることによって、積層されるべき積層フィルム10と積層フィルム19とを、それぞれ、より迅速に且つ効率的に製造することが可能となる。
また、図1に示される如き構造を有する積層フィルム10を用いる場合には、例えば、図4に示されるように、かかる積層フィルム10の複数(ここでは5個)を用い、それらを互いに積層することにより、平板状乃至はブロック状の積層タイプの複合素子(コンデンサ素子)20を得ることが出来る。この積層タイプの複合素子20においても、樹脂フィルム12のみが、第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bとに間に挟まれてなるA構造だけでなく、極めて薄く且つ均一な膜厚を有すると共に、膜中の不純物量が極めて少ない第一蒸着重合膜16aのみが、第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bとの間に挟まれてなるB構造をも有している。従って、かかる積層タイプの複合素子20にあっても、前記実施形態に係る巻回型素子18において奏される作用・効果と実質的に同一の作用・効果が、有効に享受され得ることとなる。
なお、上記の如き積層タイプの複合素子20を得る際には、一つの積層フィルム10の第一蒸着重合膜16aと別の積層フィルム10の第二金属蒸着膜14bとが互いに重ね合わされるようにして、複数の積層フィルム10が積層されることが、望ましい。それにより、複合素子20において、第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bとの間に、第1蒸着重合膜16aと樹脂フィルム12のうちの何れか一方が必ず存在することとなる。このため、そのような積層タイプの複合素子20、ひいてはそれを用いてなるフィルムコンデンサ全体としての小型化と静電容量の増大とが、有利に且つ効率的に実現され得るのである。
また、図示されてはいないものの、図3に示される如き構造を有する積層フィルム19の複数を用い、それらを積層して、複合素子を形成することも可能である。この場合には、積層フィルム19の厚さ方向両側の最外層が、第一蒸着重合膜16aと第二蒸着重合膜16bにて構成される。それ故、積層フィルム19同士を重ね合わせる際に、重合せ面が特定されることがなく、重合せの向きが自由となる。それにより、平板状乃至はブロック状の複合素子、ひいてはフィルムコンデンサの製作作業が容易となるといった利点が得られる。更に、図1に示される積層フィルム10の少なくとも一つと、図3に示される積層フィルム19の少なくとも一つとを互いに積層して、平板状乃至はシート状の複合素子を形成することも出来る。なお、図3に示される積層フィルム19の複数を積層して、或いは図3に示される積層フィルム19と図1に示される積層フィルム10とを積層して、複合素子を形成する場合には、上記した巻回型素子18の形成時と同様に、互いに重ね合わされる第一蒸着重合膜16aや第二蒸着重合膜16bが、複合素子を積層フィルム10の複数で形成したときの第一蒸着重合膜16aの厚さの略半分程度とされていることが望ましい。
次に、図5には、本発明に従うフィルムコンデンサを構成する基本素子を与える積層フィルムの別の例が、その縦断面形態において示されている。図5に示される積層フィルム22は、一つの樹脂フィルム12をベースとして有し、この樹脂フィルム12の一方の面上に、第一金属蒸着膜14aが積層形成されている。また、そのような第一金属蒸着膜14aの樹脂フィルム12側とは反対側の面上には、第一蒸着重合膜16aと第一金属蒸着膜14aとが、その順番で、交互に一つずつ位置するように、それぞれ複数ずつ積層形成されている。この積層フィルム22が有する樹脂フィルム12と第一蒸着重合膜16aと第一金属蒸着膜14aは、何れも、前記積層フィルム10,19が有するものと、同一の材料を用いた同一の構造を有し、それぞれの厚さも同一とされている。
また、樹脂フィルム12の一方の端部上には、第一金属蒸着膜14aの非形成部分たるマージン部24aが形成されている。更に、樹脂フィルム12に積層された複数の第一蒸着重合膜16aのうち、樹脂フィルム12側から数えて1層目と3層目と5層目の第一蒸着重合膜16aには、樹脂フィルム12のマージン部24a形成側とは反対側の端部上に、マージン部24b,24d,24fが、それぞれ形成されている。また、2層目と4層目の第一蒸着重合膜16aには、樹脂フィルム12のマージン部24a形成側の端部上に、マージン部24c,24eが、それぞれ形成されている。なお、図示されてはいないものの、先に詳述した幾つかの積層タイプの複合素子にも、樹脂フィルム12の端部上や第一蒸着重合膜16a、第二蒸着重合膜16bの各端部上に、第一金属蒸着膜14aや第二金属蒸着膜14bの非形成部分たるマージン部が、それぞれ、同様に形成されている。
そして、積層フィルム22の一つのものが、そのままの状態で用いられることにより、或いは積層フィルム22の複数が互いに重ね合わされることにより、複合素子として構成される。また、かかる積層フィルム22の一つが、一回又は複数回巻回されることにより、或いは複数の積層フィルム22が、互いに重ね合わされた状態で一回又は複数回巻回されることにより、巻回型素子として構成される。更に、それらの複合素子や巻回型素子に対して、保護フィルムや一対のメタリコン電極等の外部電極、所定の端子等が取り付けられることによって、積層タイプ又は巻回タイプのフィルムコンデンサが形成されるのである。なお、積層フィルム22を一つだけ用いてなるフィルムコンデンサでは、樹脂フィルム12が誘電体としての機能を有することなく、単に、ベースとしての機能を有するに過ぎない。
上記のように、積層フィルム22の一つ又は複数を用いて形成される本実施形態のフィルムコンデンサでは、何れも、隣り合う第一金属蒸着膜14a,14aの間に、薄肉の第一蒸着重合膜16aが、それぞれ一つずつ位置している。また、一つの積層フィルム44が、樹脂フィルム22をベースとして一つだけ有し、薄肉の第一蒸着重合膜16aの複数のものにて誘電体が構成されている。従って、かかる本実施形態のフィルムコンデンサにおいては、コンデンサ全体の小型化と静電容量の増大とが、更に一層効果的に達成され得るのである。
ところで、本実施形態のフィルムコンデンサを与える積層フィルム22は、例えば、図6に示される如き構造を有する積層フィルム製造装置26を用いて製造される。
図6から明らかなように、積層フィルム製造装置26は、真空槽28を有している。この真空槽28は、図示しない真空ポンプの作動により、内部が所定の圧力にまで減圧されて、真空状態とされるようになっている。真空槽28内には、回転ドラム30が配置されている。この回転ドラム30は、電動モータ等の回転駆動装置(図示せず)により、一方向(ここでは、時計回りの方向であって、図6における白抜き矢印の方向)に連続的に回転駆動するようになっており、また、その外周面に対して、樹脂フィルム12が巻き付けられるようになっている。真空槽28内の回転ドラム30の周囲には、マージン部形成装置32と金属蒸着膜形成装置34とオイル薄膜除去装置36と蒸着重合膜形成装置38とプラズマ処理装置40とが、その順番で、時計回りの方向に並べられ、且つ回転ドラム30の周方向に互いに間隔を開けて配置されている。
マージン部形成装置32は、回転ドラム30に巻き付けられた樹脂フィルム12の外周面や、樹脂フィルム12に積層形成される第一蒸着重合膜16aに対して、蒸着等によりオイル薄膜を部分的に形成し、それらのオイル薄膜の形成部位にて、樹脂フィルム12や第一蒸着重合膜16aにマージン部24a〜24fをそれぞれ形成するものである。このマージン部形成装置32は、回転ドラム30の回転時に、一定の時間間隔を開けつつ、間欠的に作動するようになっている。
金属蒸着膜形成装置34は、所定の金属材料からなる蒸着材を加熱し、蒸発させて、真空蒸着を実施することにより、回転ドラム30に巻き付けられた樹脂フィルム12の外周面上に、第一金属蒸着膜14aを形成するものである。なお、上記したマージン部形成装置32によって樹脂フィルム12や第一蒸着重合膜16aに形成されたマージン部24a〜24fには、金属蒸着膜形成装置34によって加熱、蒸発させられた金属原子が付着しない。従って、そのようなマージン部24a〜24f上には、第一金属蒸着膜14aが形成されないようになっている。
オイル薄膜除去装置36は、マージン部形成装置32にて、樹脂フィルム12や第一蒸着重合膜16aに形成されて、マージン部24a〜24fを構成するオイル薄膜を除去するものである。このオイル薄膜除去装置36は、従来より公知の構造を有する。
蒸着重合膜形成装置38は、複数種類の原料モノマーを加熱し、蒸発させる機構を有している。そして、回転ドラム30に巻き付けられた樹脂フィルム12の外周面上や、樹脂フィルム12に積層形成される第一金属蒸着膜14a上において、蒸発した複数種類の原料モノマーの重合反応を惹起させることにより、樹脂フィルム12の外周面上や第一金属蒸着膜14a上に、第一蒸着重合膜16aを形成するものである。
プラズマ処理装置40は、プラズマを発生させる公知の構造を有している。そして、発生させたプラズマを、樹脂フィルム12上や第一金属蒸着膜14a上に形成された第一蒸着重合膜16aの表面に照射して、かかる第一蒸着重合膜16aの表面をプラズマ処理するものである。このプラズマ処理装置40は、第一金属蒸着膜14aや第一蒸着重合膜16aが形成される前の樹脂フィルム12の外周面にもプラズマを照射して、樹脂フィルム12の外周面に対するプラズマ処理も行う。このようなプラズマ処理装置40による第一蒸着重合膜16a表面のプラズマ処理によって、第一蒸着重合膜16aの耐電圧や耐熱性の向上が図られる。また、第一蒸着重合膜16a表面が活性化されて、かかる第一蒸着重合膜16aのオイル薄膜や第一金属蒸着膜14aに対する密着性も高められる。更に、プラズマ処理装置40による樹脂フィルム12外周面のプラズマ処理によって、樹脂フィルム12のオイル薄膜や第一金属蒸着膜14aに対する密着性の向上も図られる。
このような構造を有する積層フィルム製造装置26を用いて、積層フィルム22を得る際には、例えば、先ず、回転ドラム30に樹脂フィルム12を巻き付けた後、真空槽28内を真空状態とする。その一方で、回転ドラム30を、図6の白抜き矢印の方向に回転駆動させる。
真空槽28内が所定の真空状態となったら、回転ドラム30を回転駆動させつつ、プラズマ処理装置40を作動させる。これにより、回転ドラム30の回転に伴って、回転ドラム30に巻き付けられた樹脂フィルム12の外周面を次々とプラズマ処理していく。そして、樹脂フィルム12のプラズマ処理された外周面部分の始端部が、回転ドラム30の回転により、マージン部形成装置32の配設位置と対応する位置に達したら、マージン部形成装置32を所定の時間だけ作動させる。これにより、樹脂フィルム12の外周面上の一部に、オイル薄膜(図示せず)を所定の周方向長さで形成する。そうして、樹脂フィルム12の外周面におけるオイル薄膜の形成部位にて、マージン部24aを形成する。
その後、回転ドラム30の回転により、樹脂フィルム12のマージン部24aが、金属蒸着膜形成装置34の配設位置と対応する位置に達したら、金属蒸着膜形成装置34の作動を開始する。これにより、樹脂フィルム12の外周面上に、第一金属蒸着膜14aを形成する。このとき、樹脂フィルム12の外周面に設けられたマージン部24a上には、第一金属蒸着膜14aが形成されない。即ち、金属蒸着膜形成装置34によって、マージン部24aの形成部位を除く樹脂フィルム12の外周面部分に、第一金属蒸着膜14aを形成するのである。
そして、回転ドラム30の更なる回転に伴って、樹脂フィルム12のマージン部24aが、オイル薄膜除去装置36の配設位置と対応する位置に達したら、マージン部24aに設けられたオイル薄膜を、オイル薄膜除去装置36にて、除去する。
その後、オイル薄膜が除去された、樹脂フィルム12のマージン部24aが、回転ドラム30の更なる回転によって、蒸着重合膜形成装置38の配設位置と対応する位置に達したら、蒸着重合膜形成装置38の作動を開始する。これにより、樹脂フィルム12のマージン部24a上と第一金属蒸着膜14a上とに、第一蒸着重合膜16aを形成する。
かくして、回転ドラム30を1回転させる間に、樹脂フィルム12の外周面(樹脂フィルム12の厚さ方向一方の面)におけるマージン部24aを除く部位に、第一金属蒸着膜14aを形成すると共に、樹脂フィルム12のマージン部24a上と第一金属蒸着膜14a上とに、第一蒸着重合膜16aを積層形成する(図5を参照)。
そして、金属蒸着膜形成装置34と蒸着重合膜形成装置38とプラズマ処理装置40を、目的とする積層フィルム22の製造が完了するまで、継続して、連続的に作動させる。その一方で、樹脂フィルム12のマージン部24aがマージン部形成装置32の配設位置に達して、回転ドラム30の回転が2回転目に突入してからは、それ以降、回転ドラム30の2,4,6回転目の終了前と3,5回転目の開始後において、それぞれ所定の時間だけ、マージン部形成装置32を作動させる。これによって、図5に示されるように、樹脂フィルム12の外周面上に積層される各第一蒸着重合膜16aの一方又は他方の端部上に、マージン部24b〜24fを形成する。また、それら各マージン部24b〜24fがオイル薄膜除去装置36の前を通過する毎にオイル薄膜除去装置36を作動させて、各マージン部24b〜24fに形成されるオイル薄膜を除去する。かくして、図5に示される如き構造を有する積層フィルム22を製造する。
なお、積層フィルム製造装置26を用いて積層フィルム22を製造する際には、回転ドラム30が一回転する間に、回転ドラム30に巻き付けられた樹脂フィルム12の外周面の周上の複数箇所にマージン部24aを形成しつつ、上記の如き第一金属蒸着膜14aや第一蒸着重合膜16aの形成操作等を行っても良い。そうすることによって、回転ドラム30上に、図5に示される如き構造を有する積層フィルム22の複数個を、回転ドラム30の周方向に連続して形成することが出来る。この場合には、それら複数個の積層フィルム22が互いに切り離されて、それぞれ、複合素子として利用されることとなる。
そして、図7に示されるように、積層フィルム22のマージン部24a,24c,24eが形成される一方側の側面に対して、外部電極(メタリコン電極)42aを、また、マージン部24b,24d,24fが形成される他方側の側面に対して、外部電極(メタリコン電極)42bを、それぞれ形成する。これにより、樹脂フィルム12に積層された複数層(ここでは6層)の第一金属蒸着膜14aのうち、1層目と3層目と5層目の第一金属蒸着膜14aを、マージン部24a,24c,24eとの隣接側とは反対側の端面において、外部電極42bの内側面に接触位置させて、外部電極42bのみに対して導通状態とする。一方、2層目と4層目と6層目の第一金属蒸着膜14aを、マージン部24b,24d,24fとの隣接側とは反対側の端面において、外部電極42aの内側面に接触位置させて、外部電極42aのみに対して導通状態とする。そして、それら二つの外部電極42a,42bのうちの何れか一方を正極とする一方、それらのうちの何れか他方を負極とする。また、必要に応じて、積層フィルム12の外部電極42a,42bの形成面以外の面に、保護フィルム等を取り付ける。かくして、積層タイプのフィルムコンデンサ44が得られるのである。
なお、外部電極42a,42bは、例えば、第一金属蒸着膜14aの形成材料と同じ金属材料を用いた溶射を実施することにより形成されていることが望ましい。それによって、外部電極42a,42bと第一金属蒸着膜14aとの密着性が高められる。また、第一蒸着重合膜16aが官能基(例えば、−OH基やC=O基)を有しているため、溶射によって形成された外部電極42a,42bとの付着性が、水素結合やファンデルワース力に基づいて効果的に高められる。その結果、外部電極42a,42bの積層フィルム22からの剥離が、有利に防止され得ることとなる。
次に、図8には、本発明に従うフィルムコンデンサを構成する基本素子を与える積層フィルムの更に別の例が、その縦断面形態において示されている。この図8に示される積層フィルム46は、一つの樹脂フィルム12をベースとして有し、この樹脂フィルム12の一方の面と他方の面とに、第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bとが、それぞれ積層形成されている。また、第一金属蒸着膜14aの樹脂フィルム12側とは反対側の面上には、第一蒸着重合膜16aと第一金属蒸着膜14aとが、その順番で、交互に一つずつ位置するように積層形成されている。
このような積層フィルム46は、図6に示される積層フィルム製造装置26とは、多少、構造の異なる装置を用いて製造することが出来る。即ち、例えば、真空槽28内に、回転ドラム30とは別の回転ドラムが設けられ、また、そのような別の回転ドラムの周囲に、金属蒸着膜形成装置34とは別の金属蒸着膜形成装置が配設されてなる構造を有するものを、製造装置として用いる。そして、樹脂フィルム12を別の回転ドラムに巻き付けて、樹脂フィルム12の一方の面に、別の金属蒸着膜形成装置にて第二金属蒸着膜14bを形成する。その後、第二金属蒸着膜14bが形成された樹脂フィルム12を、第二金属蒸着膜14bの形成面が内側となるように、回転ドラム30に巻き付けた後、上記した積層フィルム22の製造工程と同様な工程を実施する。これにより、図8に示される如き構造を備えた積層フィルム46を製造するのである。なお、図示されてはいないものの、この積層フィルム46においても、図5に示される積層フィルム22と同様に、樹脂フィルム12の一方の端部上と、各第一蒸着重合膜16aの一方側又は他方側の端部上とに、マージン部がそれぞれ形成される。また、積層フィルム46が有する樹脂フィルム12と第一蒸着重合膜16aと第一及び第二金属蒸着膜14a,14bは、何れも、前記実施形態に係る積層フィルム10,19,22が有するものと、同一の材料を用いた同一の構造を有し、それぞれの厚さも同一とされている。
そして、この積層フィルム46の一つのものが、そのままの状態で用いられることにより、或いは積層フィルム46の複数が互いに重ね合わされることにより、複合素子が構成される。また、積層フィルム46の一つが、一回又は複数回巻回されることにより、或いは複数の積層フィルム46を互いに重ね合わせてなる積層構造体が、一回又は複数回巻回されることにより、巻回型素子が構成される。そして、それらの複合素子や巻回型素子に対して、保護フィルムや一対のメタリコン電極等の外部電極、所定の端子等が取り付けられることによって、積層タイプ又は巻回タイプのフィルムコンデンサが形成されるのである。
このような積層フィルム46を用いて形成される本実施形態のフィルムコンデンサでは、隣り合う第一金属蒸着膜14a,14aの間に、薄肉の第一蒸着重合膜16aが、それぞれ一つずつ位置している。また、一つの積層フィルム46が有する樹脂フィルム12が一つだけとされている。従って、本実施形態のフィルムコンデンサにあっては、コンデンサ全体の静電容量の増大と更なる小型化とが、より一層効果的に達成され得る。なお、本実施形態では、樹脂フィルム12が、隣り合う第一金属蒸着膜14aと第二金属蒸着膜14bの間に配置される。それ故、樹脂フィルム12が、誘電体として有効に機能している。
以上、本発明の具体的な構成について詳述したが、これはあくまでも例示に過ぎない。その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものである。また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。
10,19,22,46 積層フィルム
12 樹脂フィルム
14a,14a 第一金属蒸着膜
14b,14b 第二金属蒸着膜
16a,16a 第一蒸着重合膜
16b,16b 第二蒸着重合膜
18 巻回型素子
26 積層フィルム製造装置
20 複合素子
44 フィルムコンデンサ

Claims (5)

  1. 複数の誘電体層と少なくとも一つの金属蒸着膜層とを有し、それら誘電体層と金属蒸着膜層とが交互に一つずつ位置するように積層されてなる構造の基本素子を用いて得られたフィルムコンデンサにして、
    前記複数の誘電体層が、一つの樹脂フィルム層と少なくとも一つの蒸着重合膜層とから構成され、且つ該少なくとも一つの蒸着重合膜層が、前記金属蒸着膜層上に積層形成されていることを特徴とするフィルムコンデンサ。
  2. 前記基本素子が、前記樹脂フィルム層の両面に、前記金属蒸着膜層をそれぞれ形成すると共に、それらの金属蒸着膜層のうちの少なくとも何れか一方のものの上に、前記蒸着重合膜層を、更に積層形成することによって、構成されている請求項1に記載のフィルムコンデンサ。
  3. 前記蒸着重合膜層が、ポリユリア樹脂膜にて形成されている請求項1又は請求項2に記載のフィルムコンデンサ。
  4. 前記蒸着重合膜層が、三次元架橋構造を有している請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のフィルムコンデンサ。
  5. 前記基本素子が、前記樹脂フィルム層上に、前記金属蒸着膜層と前記蒸着重合膜層とを、交互に複数層積層形成してなる構造を有している請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載のフィルムコンデンサ。
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