JP5892694B2

JP5892694B2 - 金属化フィルム製造方法

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Publication number: JP5892694B2
Application number: JP2012006112A
Authority: JP
Inventors: 一新楊; 中村　久三; 久三中村; 和幸森本; 誠下村; 信博林; 裕之平野
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: JP2013145828A

Description

本発明は、フィルムコンデンサ用の金属化フィルム製造方法に関する。

上記種のフィルムコンデンサとして、例えば、誘電体フィルムの一方の面に金属電極膜を形成することで金属化フィルムを得て、得られた金属化フィルムの複数枚（例えば２枚）を積層した状態で巻回することで作製されるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この場合、巻回したものの端面には外部電極が形成される。

ここで、外部電極と金属電極膜とを確実に電気的に接続させるために、複数枚の金属化フィルムを０．１〜０．６ｍｍだけ相互にずらして積層することが考えられるが、これではフィルムコンデンサの製品寸法が大きくなるという不具合が生じる。そこで、上記特許文献１には、誘電体フィルムの一方の面に形成された金属電極膜にマージン（間隙）を形成し、この金属電極膜のマージンが交互に位置するように金属化フィルムを積層することで、フィルムコンデンサの製品寸法を小さくすることが提案されている。このものでは、金属電極膜の一部にレーザ光を照射して消失させ、この消失部分をマージンとしている。

然し、上記従来例のものでは、マージンを形成するためにレーザ光を照射する機構を設ける必要があり、しかも、誘電体膜と金属電極膜とを交互に積層する場合には、金属電極膜を形成するたびにレーザ光を照射してマージンを形成する必要がある。このため、製造装置の構造が複雑化すると共に製造工程数が増加するため、コストアップを招くという不具合が生じる。また、金属化フィルムを積層して巻回する作業は大気中で行われるので、大気中の水分やダストが取り込まれてしまい、品質低下を招く虞がある。

特開２００４−６４９５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、金属電極膜のマージンを簡単に形成することができ、しかも、大気中の水分やダストが取り込まれることがない低コストの金属化フィルム製造方法を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、長尺のシート状基材の表面に誘電体膜と金属電極膜とを交互に積層してフィルムコンデンサ用の金属化フィルムを作製する金属化フィルム製造方法において、基材の一方の面に直接または間接にオイル層を形成する第１工程と、前記オイル層をマスクとして第１の金属電極膜を形成すると共に、前記オイル層を気化させる第２工程と、前記第１の金属電極膜の表面に、基材の幅方向に一定間隔で長手方向にのびる第２の金属電極膜を形成する第３工程と、隣接する第２の金属電極膜までの間に液体樹脂を介在させ、この介在させた液体樹脂を硬化させて誘電体膜を形成する第４工程と、を含み、前記第１工程、第２工程、第３工程及び第４工程をこの順番で繰り返し実行し、２回目以降の第１工程において、第２の金属電極膜の上面を含む誘電体膜の上面に、第２の金属電極膜よりも広い幅のオイル層を形成することを特徴とする。

本発明によれば、第１工程において、基材の一方の面にオイル層が形成される。次に、第２工程では、このオイル層をマスクとして第１の金属電極膜が形成される。このとき、オイル層が気化して消失することで、その消失部分が第１の金属電極膜のマージンとなる。次いで、第３工程では、第１の金属電極膜の表面に、基材の幅方向に一定間隔で長手方向にのびる第２の金属電極膜が形成される。第４工程では、隣接する第２の金属電極膜までの間に液体樹脂を介在させ、この介在させた液体樹脂を例えば電子ビーム、ＵＶ光または熱により硬化させることで誘電体膜が形成される。そして、これらの第１工程、第２工程、第３工程及び第４工程をこの順番で繰り返し実行することで、マージンが互いに異なる第１の金属電極膜が誘電体膜を介して積層された金属化フィルムが得られる。尚、第１の金属電極膜を形成する間にオイル層が気化しない場合には、上記得られた金属化フィルムを加熱することでオイルを気化すればよい。このように得られた金属化フィルムを、マージンの位置で切断することで、フィルムコンデンサが得られる。

このように、オイル層をマスクとして第１の金属電極膜を形成した後、当該オイル層を気化させて第１の金属電極膜のマージンとすることで、従来例の如く金属電極膜の一部にレーザを照射する複雑な工程が不要となる。しかも、従来例の如く金属電極膜を形成するたびにレーザを照射する場合に比べて製造工程数が少なくなるので、製造コストを低減できる。さらに、上記第１〜第４工程は真空雰囲気中で一貫して行うことができるので、金属化フィルム内に大気中の水分やダストが取り込まれず、品質に優れたフィルムコンデンサを製造し得る。

本発明において、パーフルオロエーテルからなるオイルを用いることが好ましい。

また、上記課題を解決するために、真空チャンバと、この真空チャンバ内に配置された一対の繰出ローラ及び巻取ローラと、繰出ローラと巻取ローラとの間に配置され、繰出ローラから巻取ローラにシート状基材を搬送したときに基材が巻回されるドラムとを備える本発明の金属化フィルム製造装置において、前記ドラムに夫々対向するように並設される、シート状基材の一方の面にオイル層を形成するオイル層形成部と、このオイル層をマスクとして第１の金属電極膜を形成する第１の電極膜形成部と、この第１の金属電極膜の表面に、基材の幅方向に一定間隔で長手方向にのびる第２の金属電極膜を形成する第２の電極膜形成部と、隣接する第２の金属電極膜の間に液体樹脂を形成する樹脂形成部と、この液体樹脂を硬化させて誘電体膜を形成する樹脂硬化部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の実施形態の金属化フィルム製造装置を示す模式図。本発明の実施形態の金属化フィルム製造方法を説明するための断面図。本発明の実施形態の金属化フィルム製造方法により得られた金属化フィルムを示す断面図。

図１を参照して、Ｍは、本発明の実施形態の金属化フィルム製造装置を示す。金属化フィルム製造装置Ｍは、真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の内部には仕切り板１１が設けられ、この仕切り板１１により処理室１０ａとその両側に位置する準備室１０ｂとに仕切られている。仕切り板１１には、シート状基材Ｓを搬送するための開口１２が開設されている。また、処理室１０ａの底部には、真空ポンプＰが接続され、処理室１０ａ及び準備室１０ｂを真空引きできるようになっている。

準備室１０ｂには、繰出ローラ２と、この繰出ローラ２と同一構造を有する図示省略の巻取ローラとが夫々収納されている。処理室１０ａには、繰出ローラ２と巻取ローラとの間に位置する複数（本実施形態では４つ）のドラム３_１，３_２，３_３，３_４（図１には２つのドラム３_１，３_２のみを示す）と、これらのドラム３_１，３_２に基材Ｓを案内する中間ローラ４とが収容されている。そして、シート状基材Ｓをドラム３_１，３_２の周面に所定の抱き角で巻回させた状態で、繰出ローラ２から巻取ローラに搬送するようにしている。尚、ドラム３は、その内部に流す冷却媒体により周面が冷却されるようになっている。

処理室１０ａには、シート状基材Ｓが巻回されるドラム３_１，３_２の周面部分に夫々対向するように並設される、オイル層形成部５_１，５_２と、第１の電極膜形成部６_１，６_２と、第２の電極膜形成部７_１，７_２と、樹脂転写部８_１，８_２と、樹脂硬化部９_１，９_２とが配置されている。

オイル層形成部５_１，５_２は、基材表面に所定の厚さのオイル層を形成するものであり、貯留容器に貯留されたオイルを基材表面に塗布する場合に用いる塗布手段や気化させたオイルを基材表面に噴射してこの基材表面でオイルを液化させる場合に用いる気化手段及び噴射手段を備える。これらの手段としては公知のものを用いることができるため、ここではその詳細な説明を省略する。オイルとしては、例えば、パーフルオロエーテル等を用いることができる。

第１の電極膜形成部６_１，６_２としては、スパッタリング（以下「スパッタ」という。）法で第１の金属電極膜を成膜する場合に用いるターゲットを有するスパッタカソード、蒸着法で第１の金属電極膜を成膜する場合に用いる金属材料を収納した坩堝、又は、蒸着法で第１の金属電極膜を成膜する場合に用いるボート（もしくは坩堝）や金属材料供給用のノズルを備える。このボートはヒータを内蔵し、ノズルからフィードされた金属材料を加熱できるようになっている。これらのターゲットや金属材料としては、フィルムコンデンサの充放電特性等を考慮して、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｂｉ，Ｃｒ，Ｍｏ及びＷのうちから選択される少なくとも１種の金属またはそれを含む合金からなるものを用いることができる。

第２の電極膜形成部７_１，７_２としては、蒸着法で第２の金属電極膜を成膜する場合に用いる金属材料を収納した坩堝、又は、スパッタ法で第２の金属電極膜を成膜する場合に用いるターゲットを有するスパッタカソードを備える。この坩堝はヒータを内蔵し、収納した金属材料を加熱して蒸発させることができるようになっている。坩堝から蒸発した又はスパッタされた金属の通過を許容する開口が開設された図示省略の平板状のマスクが、坩堝とドラム３_１，３_２との間に設けられている。この金属材料としては、上記第１の電極膜形成部６_１，６_２と同様に、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｂｉ，Ｃｒ，Ｍｏ及びＷのうち少なくとも１種の金属またはそれを含む合金からなるものを用いることができる。なお、第２の電極膜形成部７_１，７_２により形成される第２の金属電極膜は、フィルムコンデンサのヘビーエッジを構成する。

樹脂形成部８_１，８_２は、液体樹脂を貯留する貯留容器８ａと、液体樹脂を転写する版ローラ８ｂと、貯留容器８ａに貯留された液体樹脂を版ローラ８ｂに供給する供給ローラ８ｃとで構成される。これら版ローラ８ｂ及び供給ローラ８ｃを図示省略のモータ等の駆動手段により回転駆動することで、基材表面に液体樹脂が形成される。液体樹脂としては、フィルムコンデンサの容量等を考慮して、例えば、アクリレート系モノマー液体樹脂を用いることができ、具体的には、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いることができる。液体樹脂硬化部９_１，９_２は、電子ビームにより液体樹脂を硬化させる場合に用いる電子ビーム照射手段、ＵＶ光により液体樹脂を硬化させる場合に用いるＵＶ光照射手段、又は熱（輻射熱）により液体樹脂を硬化させる加熱手段を備える。これらの電子ビーム照射手段、ＵＶ光照射手段及び加熱手段としては公知のものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。

金属化フィルム製造装置Ｍは、図示省略のコンピュータ、シーケンサーやドライバー等を備えた制御手段たる制御ユニットを備え、金属化フィルム製造装置Ｍを構成する各種の作動部品や手段の動作が統括制御されるようになっている。以下、図２を参照して、上記金属化フィルム製造装置を用いた金属化フィルムの製造方法について、シート状基材Ｓの表面に金属電極膜たるＡｌ電極膜と誘電体膜たる硬化樹脂膜とを交互に積層する場合を例に説明する。

繰出ローラ２から図示省略の巻取ローラにドラム３_１，３_２を介してシート状基材Ｓを搬送しつつ、第１のドラム３_１に巻回されたシート状基材Ｓの一方の面（図２では上面）に、オイル層形成部５_１により液体のオイルを塗布することでオイル層５１が形成される（第１工程）。次いで、オイル層５１をマスクとして基材Ｓ表面に、第１の電極膜形成部６_１により第１の金属電極膜たるＡｌ電極膜６１が蒸着法により形成される（第２工程）。この第２工程では、第１の電極膜形成部６_１の加熱されたボートにノズルからワイヤ状のＡｌ材料がフィードされる。これにより、Ａｌ材料が加熱され蒸発し、その蒸発したＡｌ粒子が基材Ｓに付着堆積することで、Ａｌ電極膜６１が成膜される。このとき、上記第１工程で形成されたオイル層５１が揮発して消失し、この消失部分がマージンとなる（図２ではオイル層５１を示す）。

次いで、Ａｌ電極膜６１の表面に、第２の電極膜形成部７_１により第２の金属電極膜たるＺｎ電極膜７１が蒸着法により形成される（第３工程）。この第３工程では、坩堝に収納されたＺｎをヒータにより加熱蒸発させ、この蒸発させたＺｎがマスクの開口を通ってＡｌ電極膜６１表面に付着堆積することで、基材Ｓの幅方向に一定間隔で長手方向にのびるＺｎ電極膜７１が成膜される。尚、坩堝に収容されたＺｎを誘導加熱方式や電子ビーム加熱方式で蒸発させてもよい。また、Ｚｎ電極膜７１をスパッタ法で成膜してもよい。

そして、隣接するＺｎ電極膜７１の間に、樹脂形成部８_１により液体樹脂が介在され、この液体樹脂が樹脂硬化部９_１により硬化されて誘電体膜８１が形成される（第４工程）。この第４工程では、樹脂形成部８_１の版ローラ８ｂにより液体樹脂が転写され、この転写された液体樹脂に対して樹脂硬化部９_１からＵＶ光が照射されることで、液体樹脂が硬化して誘電体膜（硬化樹脂膜）８１となる。このように、第１のドラム３_１に巻回されたシート状基材Ｓに対して上記第１〜第４工程の処理が施される。

更に、シート状基材Ｓを搬送しつつ、第２のドラム３_２に巻回されたシート状基材Ｓに対して、上記第１〜第４工程の処理が再度繰り返される。第１工程では、基材Ｓの誘電体膜８１が形成された面に、オイル層形成部５_２により液体のオイルを塗布することでオイル層５２が形成される。このとき、Ｚｎ電極膜７１の上面を含む誘電体膜８１の上面に、Ｚｎ電極膜７１よりも広い幅のオイル層５２が形成される。第２工程では、オイル層５２をマスクとして誘電体膜８１表面に、第１の電極膜形成部６_２により第１の金属電極膜たるＡｌ電極膜６２が蒸着法により形成される。このとき、オイル層５２が気化して消失し、この消失部分がＡｌ電極膜６２のマージンとなる（図２ではオイル層５２を示す）。次いで、第３工程では、上記オイル層５１の上方に位置するＡｌ電極膜６２の表面に、第２の電極膜形成部７_２により第２の金属電極膜たるＺｎ電極膜７２が蒸着法により形成される。第４工程では、隣接するＺｎ電極膜７２の間に、樹脂形成部８_２により液体樹脂が介在され、この液体樹脂が樹脂硬化部９_２のＵＶ光照射により硬化して誘電体膜８２となる。以上の工程を得ることで、図２に示すように、Ａｌ電極膜６１，６２と誘電体膜８１，８２とが交互に積層された積層構造体が得られる。

更に、図示省略の第３及び第４のドラムに巻回されたシート状基材Ｓ対して、上記第１〜第４工程と同様の処理を繰り返し実行する。これにより、図３に示すように、Ａｌ電極膜６１，６２，６３，６４と誘電体膜８１，８２，８３，８４とが交互に積層された積層構造体が得られる。そして、この積層構造体を図３中の一点鎖線で示す位置（マージン部分）で切断し、各切断面に金属溶射（メタリコン）により外部電極を形成することで、フィルムコンデンサが得られる。この得られたフィルムコンデンサでは、外部電極と接する第２の金属電極膜たるＺｎ電極膜７１、７２，７３，７４が夫々ヘビーエッジとなり、電極膜と外部電極との間で優れたコンタクトが得られ、充放電時の損失を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、オイル層５１，５２をマスクとしてＡｌ電極膜６１，６２を形成し、オイル層５１，５２を除去してＡｌ電極膜６１，６２のマージンとした。このため、従来例の如く金属電極膜の一部にレーザを照射する複雑な工程が不要となる。しかも、Ａｌ電極膜６１，６２を形成する第２工程においてオイル層５１，５２を揮発させて除去できるため、従来例の如く金属電極膜を形成するたびにレーザを照射する場合に比べて製造工程数が少なくなり、製造コストを低減できる。さらに、金属化フィルムを製造するための各工程を真空雰囲気中で一貫して行うことができるため、金属化フィルムに大気中の水分やダストが取り込まれず、品質に優れたフィルムコンデンサを製造することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、積層型のフィルムコンデンサを作製する場合について説明したが、巻回型のフィルムコンデンサを作製する場合にも本発明を当然に適用することができる。

また、上記実施形態では、処理室１０ａ内に４つのドラムを設けた場合について説明したが、Ａｌ電極膜及び誘電体膜の積層する回数に応じてドラムの数を適宜設定することができる。

Ｓ…シート状基材、１…真空チャンバ、２…繰出ローラ、３_１，３_２…ドラム、５_１，５_２…オイル層形成部、６_１，６_２…オイル層形成部、７_１，７_２…第１の電極膜形成部、８_１，８_２…樹脂形成部、９_１，９_２…樹脂硬化部、５１，５２，５３，５４…オイル層、６１，６２，６３，６４…Ａｌ電極膜（第１の金属電極膜）、７１，７２，７３，７４…Ｚｎ電極膜（第２の金属電極膜）、８１，８２，８３，８４…誘電体膜。

Claims

長尺のシート状基材の表面に誘電体膜と金属電極膜とを交互に積層してフィルムコンデンサ用の金属化フィルムを作製する金属化フィルム製造方法において、
基材の一方の面に直接または間接にオイル層を形成する第１工程と、
前記オイル層をマスクとして第１の金属電極膜を形成すると共に、前記オイル層を気化させる第２工程と、
前記第１の金属電極膜の表面に、基材の幅方向に一定間隔で長手方向にのびる第２の金属電極膜を形成する第３工程と、
隣接する第２の金属電極膜までの間に液体樹脂を介在させ、この介在させた液体樹脂を硬化させて誘電体膜を形成する第４工程と、を含み、
前記第１工程、第２工程、第３工程及び第４工程をこの順番で繰り返し実行し、
２回目以降の第１工程において、第２の金属電極膜の上面を含む誘電体膜の上面に、第２の金属電極膜よりも広い幅のオイル層を形成することを特徴とする金属化フィルムの製造方法。
前記オイル層がパーフルオロポリエーテルからなることを特徴とする請求項１記載の金属化フィルムの製造方法。