JP2022029479A - フィルムコンデンサ用フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】少ない工程数で得られ品質の高いフィルムコンデンサ用のアルミ蒸着フィルムを製造する方法を提供する。【解決手段】フィルム１１－アルミ薄膜層１２－パターニングオイル由来の酸化抑制層１４の三層を有するフィルムコンデンサ用フィルムは、真空蒸着装置の同一の真空槽内で、パターニングオイルを付着して、所定幅の細線からなるパターン１６であって、細線にて囲まれ分割電極１３となるべき領域が、隣の分割電極となるべき領域と、細線端部の間隙であるヒューズ部１７となるべき箇所にて連結するパターンを形成し、次に、アルミ蒸気を当て、分割電極となるべき領域については蒸着によるアルミ薄膜層１２を形成すると共にオイル部分については雰囲気温度ないし輻射熱により蒸散させてフィルム１１を表出させ、更に、蒸散したオイルの一部がアルミ薄膜表層に再付着するようにしてアルミの酸化抑制層１４を形成することにより得られる、。【選択図】図１

Description

本発明は、アフターオイルを別途塗布せずにアルミ表層に酸化抑制層が形成されるフィルムコンデンサ用フィルムに関する。

従来、ＯＰＰ（２軸延伸ポリプロピレン）フィルムにアルミニウムを蒸着した金属化フィルム、すなわちフィルムコンデンサ用フィルムが知られている。このフィルムは二枚重ねて巻き上げ、大容量のフィルムコンデンサが製造される。
一例としては、ＯＰＰフィルムに８０Å程度の厚みのアルミを全面に蒸着しつつ細線様の所定パターンの非蒸着部を残存ないし露出させ、亜鉛をヘビーエッジとしてフィルム片端のみに形成したものが知られている。
パターンを設けるのは、ある箇所がショートしても、当該箇所を含む、パターンによって囲まれた島部分が、隣の島から回路的に切り離されるからである。パターン間の狭小のアルミ層部分が破断することで、容量低下の漸減化が可能となり、その結果、コンデンサは耐圧性に優れ製品寿命が長くなる。

ここで、アルミ層が薄いと蒸着過程においてもフィルムコンデンサ製造過程においても取扱性に優れ好適であるが、一方において酸化されやすくなり、容量変化や絶縁破壊の要因にもなり得る。そのため、アルミニウムを蒸着後、別の金属を更に蒸着したり、シリコンオイル等のアフターオイルを別途塗布したりして酸化防止被膜を形成することもおこなわれる。

しかしながら、フィルムコンデンサ用フィルムは、真空チェンバ（真空槽）内でロール状の帯状フィルムを繰出しクーリングローラに巻き付けてから巻取り、この間に、パターニングオイルの転写と金属蒸着をおこなう。
ここで更に別の金属蒸着をおこない、アフターオイルの吹き付けをおこなうなどしようとすると、チェンバの設計上の制約によりそもそも組み込むことができない場合があるという問題点があった。また、工程数が多くなると、制御が複雑となり、製品品質にも影響が出やすいという問題点があった。
換言すれば、一般的なすなわち汎用の真空蒸着装置を用いて、工程数少なく品質の高いフィルムコンデンサ用フィルムを製造したいという潜在的な要請があった。

特開２００７－２５０８２９ 特開２０１９－１８６３９１

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、汎用の真空蒸着装置を用いて、工程数少なく品質の高いフィルムコンデンサ用のアルミ蒸着フィルムを製造することを目的とする。

請求項１に記載のフィルムコンデンサ用フィルムは、真空槽内にてクーリングローラに所定の中心角にわたって当接し、所定速度にて送られる、一方向に長い帯状の高分子フィルムに対し、当接域内にて、はじめに、パターニングオイルを付着して、所定幅の細線からなるパターンであって、細線にて囲まれ分割電極となるべき領域が、隣の分割電極となるべき領域と、細線端部の間隙であるヒューズ部となるべき箇所にて連結するパターンを形成し、次に、アルミ蒸気を当て、分割電極となるべき領域については蒸着によるアルミ薄膜層を形成すると共にオイル部分については雰囲気温度ないし輻射熱により蒸散させてフィルムを表出させ、更に、蒸散したオイルの一部がアルミ薄膜表層に再付着するようにしてアルミの酸化抑制層を形成し、フィルム－アルミ薄膜層－パターニングオイル由来の酸化抑制層の三層を有することを特徴とする。

すなわち、請求項１にかかる発明は、パターニングオイルを利用して簡便に酸化抑制層を形成する。

真空槽や、軸を水平に配した円柱状のクーリングローラ、また、請求項には規定していないが、クーリングローラの軸長程度の長手の蒸着用のるつぼないし容器、その加熱手段、オイル吹き付けないし転写ローラ、脱気部等は、フィルムコンデンサ用のフィルムを製造する一般的な装置（金属化フィルム製造装置）と同様の構成を採用できる。
高分子フィルムの例としては、幅２００～７００ｍｍ、長さ１５０ｍ～７５０ｍ、厚み１．０μｍ～６．５μｍ、素材はＰＰＳ、ＰＶＤＦ、ＰＰ、ＰＥＮの例を挙げることができる。
パターニングオイルとしては、エステル系オイル、グリコール系オイル、フッ素系オイルを用いることができる。
分割電極となるべき領域と細線端部の間隙であるヒューズ部とは、簡単に言えば、細線にて（通常）周期的な形状のエリアが区切られ、一部細線が途切れて隣のエリアと連通している関係をいう。このエリアが分割電極となり、途切れた部分が絶縁破壊を回避するためのヒューズ部である。エリアは大抵同形で連続した四角形や菱形である。
なお、アルミ（Ａｌ）厚は、フィルムコンデンサの要求物性にもよるが、５０Å～１００Åの例を挙げることができる。
雰囲気温度ないし輻射熱の量も、アルミの蒸散量、クーリングローラの表面温度、るつぼの温度やアルミの加熱温度、アルミの蒸散位置とクーリングローラ表面との距離、拡散角度（拡散広さ）、等に依存するが、少なくとも、パターン部分のパターニングオイルが蒸散する環境雰囲気とする。
また、パターニングオイルは、パターンが刻まれた円筒ローラをフィルムを挟んでクーリングローラに当接させ、転写するようにしてもよいし、長手のオイル貯留槽を加熱してスリットを経て吹き付けるようにしてもよい。フィルムへのオイル付着量も製造条件に依存するが、少なくとも、アルミ表層に再付着する量とする。目安としては、オイル量は、アルミ薄膜層の体積に対して、０．０５％～１０％であるが、両者とも厚みが薄くおおよそ同程度の薄さであるので面積換算とすることもでき、アルミ面積の０．１％～５％程度のパターン細線面積としてもよい。
なお、フィルムは、三層を有すれば、追加の金属層等が形成されたものであることを妨げない。

請求項２に記載のフィルムコンデンサ用フィルムは、請求項１に記載のフィルム構造において、細線の幅を０．１ｍｍ～０．２ｍｍとし、細線の中途または交差部分に１．０ｍｍ^２～２．０ｍｍ^２の四角形、円形、その他の形状が所定密度にて散在しているパターンとしたことを特徴とする。

すなわち、請求項２にかかる発明は、いわゆるオイルだまり（オイル富化部）からの蒸散により、オイル不足を生じさせず、安定的に酸化抑制層が形成される。

パターンで囲まれる領域すなわち島部分（分割電極部分）は、おおよそ面積が４ｍｍ^２～２００ｍｍ^２である一方、容量の観点から、細線の幅はせいぜい０．２ｍｍである。よって、再付着するオイルが足りなくなる場合も考慮して、適宜オイルだまりを設けるが、面積が１．０ｍｍ^２未満であると効果が少なく、また、配置場所を多くすると、それぞれの島の容量にばらつきがでやすくなる。一方、面積が２．０ｍｍ^２を超えると、アルミ蒸気や輻射熱が十分とならない場合が生じ、このオイルだまりからのオイルの蒸散が十全でなくなる。
なお、四角形には、正方形、長方形、菱形が含まれ、円形には楕円形も含まれる。

請求項３に記載のフィルムコンデンサ用フィルムの製造方法は、真空槽内にてクーリングローラに所定の中心角にわたって当接し、所定速度にて送られる、一方向に長い帯状の高分子フィルムに対し、当接域内にて、はじめに、パターニングオイルを付着して、所定幅の細線からなるパターンであって、細線にて囲まれ分割電極となるべき領域が、隣の分割電極となるべき領域と、細線端部の間隙であるヒューズ部となるべき箇所にて連結するパターンを形成し、次に、アルミ蒸気を当て、分割電極となるべき領域については蒸着によるアルミ薄膜層を形成すると共にオイル部分については雰囲気温度ないし輻射熱により蒸散させてフィルムを表出させ、更に、蒸散したオイルの一部がアルミ薄膜表層に再付着するようにしてアルミの酸化抑制層を形成し、フィルム－アルミ薄膜層－パターニングオイル由来の酸化抑制層の三層を有することを特徴とする。

すなわち、請求項３にかかる発明は、パターニングオイルを利用して簡便に酸化抑制層を形成する。

なお、請求項３に記載のフィルムコンデンサ用フィルムにおいて、細線の幅を０．１ｍｍ～０．２ｍｍとし、細線の中途または交差部分に１．０ｍｍ^２～２．０ｍｍ^２の四角形、円形、その他の形状が所定密度にて散在しているパターンとしてもよいことはいうまでもない。

本発明によれば、汎用の真空蒸着装置を用いて、工程数少なく品質の高いフィルムコンデンサ用のアルミ蒸着フィルムを製造することができる。

金属化フィルムの断面模式図（ａ）および平面模式図（ｂ）である。 金属化フィルムの製造装置の構成例を示した模式図である。 本発明の金属かフィルムの製造方法にかかるフローチャートである。 パターンの他の例である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、フィルムコンデンサ用フィルムを金属化フィルムと適宜称することとする。
図１は、本発明の金属化フィルムの断面模式図（ａ）および平面模式図（ｂ）である（図１ａは図１ｂのＡ－Ａ断面である）。なお、図においては、比率や縮尺は説明の便宜上適宜変更して描画している。図２は、金属化フィルムの製造装置の構成例を示した模式図である。図３は、本発明の金属かフィルムの製造方法にかかるフローチャートである。

＜金属化フィルムの構成＞
はじめに、本発明の金属化フィルムの製造方法により製造された金属化フィルムの構造について説明する。この金属化フィルムは、最終的に、二枚互い違いに重ねて端部にメタリコン電極を形成し、捲回してフィルムコンデンサとして使用される（図示略）。

金属化フィルム１０は、幅５０ｍｍ、厚み２．５μｍの帯状のＯＰＰフィルム１１上に、アルミニウムを７０Åの厚みに略一面に蒸着したものである（このアルミ薄膜層を以降では、アルミ層１２と適宜称することとする）。

但し、帯の長手方向の片端は、アルミ層１２の上に幅３ｍｍ、厚み３５０ÅのＺｎをヘビーエッジＨとして形成し、他の片端は幅２．０ｍｍのマージン部１５としてＯＰＰフィルム１１のままでアルミ層１２も形成されていない領域としている。

また、図示したように、マージン部１５と同様、ＯＰＰフィルム１１のまま（蒸着層なし）の幅０．１５ｍｍの細線による十字が連なったような形状の周期的なパターン１６がフィルム１１表面に形成されている。
そして、このパターン１６によりアルミ層１２は区分けされ、島１３を形成する。
また、島１３と島１３とをつなぐ連結部分（パターン１６同士の最小間隔部分）はヒューズ部１７を構成し、仮にある島１３の１カ所がショートしても、ヒューズ部１７が溶けてパターンがつながり、電気的にこの島１３が隔離（絶縁）される。これにより、コンデンサの信頼性および寿命が向上することとなる。なお、本実施の形態では、ヒューズ部１７の間隔は０．２ｍｍとしている。

また、金属化フィルム１０のアルミ層１２の上には更に、極薄の酸化抑制層１４が形成されている。これは、後述の製造方法にて形成される、パターニングオイル由来の油膜である。膜厚は、測定が困難であるが、油性ペン等による描線がはじかれてしまう程度であるので、オングストローム（０．１ｎｍ）オーダー以上であり、せいぜい十数ｎｍまでであると考えられる。

＜金属化フィルムの製造装置および製造工程＞
次に、金属化フィルム１０の製造装置および製造工程（製造方法）について説明する。なお、ここではヘビーエッジの形成（Ｚｎの蒸着）については省略し、パターン１６が形成されたＡｌ蒸着フィルムの製造についてのみ説明する。

金属化フィルム製造装置１００において、ＯＰＰフィルム１１は、捲回された状態で、真空槽１０１内の送出ローラ１１３にセットされ、巻取ローラ１１４にて巻き取られる。両ローラの間には、フィルムを当接させる所定径の回転円筒体であるクーリングローラ１１０（キャンローラ）と、その周囲にオイル転写部１２０と、アルミ蒸着部１３０と、が配されている。なお、図示は省略するが、真空槽１０１には脱気装置が取り付けられ、蒸着時には所定の真空度まで脱気される。

クーリングローラ１１０は、直径８０ｃｍ幅５３ｃｍの円筒形であり軸１１１を水平にして一方向に回転する。また、その表面は５℃程度に保たれ、アルミニウム蒸気の凝集・固化を促進する。

オイル転写部１２０は、軸１１１方向に長手であり、円筒形の転写ローラ１２１とオイル貯留室１２２とにより構成される。
転写ローラ１２１は、表面に細線パターンが凸に形成されフィルム１１を介してクーリングローラ１１０に当接し、クーリングローラ１１０の回転に伴い従動回転する。このとき、オイル貯留室１２２からのパターニングオイルをフィルム１１表面に転写する。なお、付着量は、製造条件に依存するが、アルミ蒸着部１３０により、アルミ層１２に所定量再付着する量となるようにする。

アルミ蒸着部１３０は、オイル転写部１２０の直近下流にてクーリングローラ１１０に対峙し、アルミニウム蒸気を放散する。その構成は、軸１１１方向に長手の加熱槽１３１が配され、中のアルミニウムインゴットが加熱されクーリングローラ１１０に向け蒸気が放散される。ここでは、幅４７ｃｍ、厚み７０Åのアルミニウム薄膜が形成される蒸散量としている。

アルミ蒸気の熱、加熱槽１３１からの輻射熱等、アルミ蒸気があたるフィルム１１部分が適正に加熱されるようにすることにより、パターン１６部分のパターニングオイルが蒸散しフィルム１１部分が再度露出する。このとき、蒸散したオイルの一部がアルミ層１２の表層に再付着するようにする。このようにして形成された最上層が酸化抑制層１４である。なお、フィルム１１部分が露出するといっても、酸化抑制層１４程度のオイルが付着している状態も許容されるものとする。

なお、仕様の態様により、アルミ蒸着部１３０の直近下流に、プラズマ照射部１４０を設け、パターン１６部分のオイルの除去と酸化抑制層１４の形成を十全なものとしてもよい。

なお、以上は一例であり、本発明のフィルム構造は他の態様を採用しても良い。たとえば、フィルムは、耐熱性樹脂、ＰＰ（ポリプロピレン）のほか、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、を用いることもできる。
また、フィルム厚やフィルム幅、ヒューズ回路のパターン（パターニングのパターン）やパターン間隔も適宜要求物性等に合わせて変更してもよい。

特に、細線の中途や、細線の交差部分に、四角形や円形のオイル富化部１８を設けたパターン１６としてもよい。これにより、アルミ蒸着の際の酸化抑制層１４の形成を均質におこなうことが可能となる（再付着の際のオイル不足を防止できる）。図４は、パターンの他の例である。ここでは、細線の中途または交差部分にオイル富化部１８を設けたパターンを例示した。なお、総ての細線中途、総ての交差部分に設ける必要はなく、供給不足、供給過多にならないように散在させればよい。

本発明の金属化フィルムを用いたフィルムコンデンサは、ＨＥＶなどの車載用途とすることができる。

１０ 金属化フィルム
１１ ＯＰＰフィルム
１２ アルミ層
１３ 島（分割電極）
１４ 酸化抑制層
１５ マージン部
１６ パターン
１７ ヒューズ部
１８ オイル富化部

１００ 金属化フィルム製造装置
１０１ 真空槽
１１０ クーリングローラ
１１１ 軸
１１３ 送出ローラ
１１４ 巻取ローラ
１２０ オイル転写部
１２１ 転写ローラ
１２２ オイル貯留室
１３０ アルミ蒸着部
１３１ 加熱槽
１４０ プラズマ照射部

Claims (3)

1. 真空槽内にてクーリングローラに所定の中心角にわたって当接し、所定速度にて送られる、一方向に長い帯状の高分子フィルムに対し、
   当接域内にて、
   はじめに、パターニングオイルを付着して、所定幅の細線からなるパターンであって、細線にて囲まれ分割電極となるべき領域が、隣の分割電極となるべき領域と、細線端部の間隙であるヒューズ部となるべき箇所にて連結するパターンを形成し、
   次に、アルミ蒸気を当て、分割電極となるべき領域については蒸着によるアルミ薄膜層を形成すると共にオイル部分については雰囲気温度ないし輻射熱により蒸散させてフィルムを表出させ、更に、蒸散したオイルの一部がアルミ薄膜表層に再付着するようにしてアルミの酸化抑制層を形成し、
   フィルム－アルミ薄膜層－パターニングオイル由来の酸化抑制層の三層を有することを特徴とするフィルムコンデンサ用フィルム。
2. 細線の幅を０．１ｍｍ～０．２ｍｍとし、細線の中途または交差部分に１．０ｍｍ^２～２．０ｍｍ^２の四角形、円形、その他の形状が所定密度にて散在しているパターンとしたことを特徴とする請求項１に記載のフィルムコンデンサ用フィルム。
3. 真空槽内にてクーリングローラに所定の中心角にわたって当接し、所定速度にて送られる、一方向に長い帯状の高分子フィルムに対し、
   当接域内にて、
   はじめに、パターニングオイルを付着して、所定幅の細線からなるパターンであって、細線にて囲まれ分割電極となるべき領域が、隣の分割電極となるべき領域と、細線端部の間隙であるヒューズ部となるべき箇所にて連結するパターンを形成し、
   次に、アルミ蒸気を当て、分割電極となるべき領域については蒸着によるアルミ薄膜層を形成すると共にオイル部分については雰囲気温度ないし輻射熱により蒸散させてフィルムを表出させ、更に、蒸散したオイルの一部がアルミ薄膜表層に再付着するようにしてアルミの酸化抑制層を形成し、
   フィルム－アルミ薄膜層－パターニングオイル由来の酸化抑制層の三層を有することを特徴とするフィルムコンデンサ用フィルムの製造方法。

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