WO2012164867A1 - 金属化フィルムおよびこれを用いた金属化フィルムコンデンサ - Google Patents

金属化フィルムおよびこれを用いた金属化フィルムコンデンサ Download PDF

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大地　幸和
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Definitions

  • the present invention is used in various electronic equipment, electrical equipment, industrial equipment, automobiles, and the like, and in particular, a metallized film capacitor that is optimal for smoothing, filtering, and snubber use in motor drive inverter circuits of hybrid automobiles and the like. It relates to a metallized film.
  • HEVs hybrid vehicles
  • the operating voltage range of such an electric motor for HEV is as high as several hundred volts. Therefore, as a capacitor used in connection with such an electric motor, a metallized film capacitor having high withstand voltage and low loss electric characteristics has attracted attention. In addition, metalized film capacitors that have a very long life are also being adopted due to the demand for maintenance-free in the market.
  • a metallized film capacitor that uses a deposited metal formed on a dielectric film as an electrode has a smaller volume than the case where a metal foil is used as an electrode. Therefore, it can be reduced in size and weight.
  • the self-healing function peculiar to the deposited metal electrode provides high reliability against dielectric breakdown. Therefore, it has been widely used conventionally.
  • FIG. 3 shows a configuration of a conventional metallized film 100 as an example of such a metallized film.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional metallized film 100.
  • the metallized film 100 includes a dielectric film 101, a metal thin film layer 102, and a dielectric layer 104.
  • the metal thin film layer 102 has aluminum as a main component and is formed on both surfaces of the dielectric film 101 by a vacuum deposition method, an ion plating method, or the like.
  • the margin 103 is a portion without the metal thin film layer 102.
  • the dielectric layer 104 is formed by applying a dielectric paint in which polycarbonate, polyphenylene oxide, or polyarylate is dissolved in an organic solvent to both surfaces or one surface of the dielectric film 101.
  • the margin 105 is a portion where the dielectric layer 104 does not exist.
  • the metallized film 100 is produced by evaporating and drying the organic solvent contained as a diluent in the dielectric paint.
  • the organic solvent one or two or more kinds selected from dichloromethane, dichloroethane, trichloroethylene and the like are appropriately used.
  • the metallized film 100 is formed by dissolving the polymer compound used for the dielectric layer 104 in an organic solvent and applying it to form the dielectric layer. Therefore, a heat source for vaporizing and removing the organic solvent and a cooling device or a high-performance solvent recovery device are required.
  • Patent Document 1 proposes forming a metallized film 200 shown in FIG. 4 by forming a dielectric film using an ultraviolet curable resin as a dielectric paint. That is, the metallized film 200 is produced as follows. First, a metal thin film layer 202 mainly composed of aluminum and a margin 203 without the metal thin film layer 202 are formed on both surfaces of the dielectric film 201 by a vacuum deposition method, an ion plating method, or the like. Thereafter, an ultraviolet curable coating material is further applied to at least one surface of the dielectric film 201, and then the ultraviolet curable coating material is cured by ultraviolet irradiation to form the dielectric layer 204.
  • the ultraviolet curable coating material constituting the dielectric layer 204 is prepared by adding a photopolymerization initiator that cures the ultraviolet curable resin to the ultraviolet curable resin. That is, this paint does not contain an organic solvent. Therefore, problems associated with the use of the organic solvent described above do not occur.
  • An object of the present invention is to solve such problems and to provide a metallized film capacitor having excellent capacitor characteristics by suppressing the occurrence of cracks in the dielectric layer during the production of the metallized film.
  • the metallized film of the present invention has a dielectric film, a metal thin film layer, and a dielectric layer.
  • the metal thin film layer is formed on at least one surface of the dielectric film.
  • the dielectric layer is formed on the metal thin film layer.
  • the dielectric layer is mainly composed of an acrylate resin composed of dimethylol tricyclodecane diacrylate and a monoacrylate containing a heterocyclic ring.
  • the metallized film having this configuration By using the metallized film having this configuration, the possibility of occurrence of cracks during the production of the metallized film capacitor can be reduced, and the deterioration of the capacitor characteristics can be suppressed.
  • FIG. 1 is a sectional view of a metallized film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a metallized film capacitor according to an embodiment of the present invention.
  • UV curable resin after curing is low in flexibility and fragile. For this reason, when a winding type metallized film capacitor is produced using a metallized film using such a resin, there is a risk that cracks may occur in the dielectric layer formed of the ultraviolet curable paint. This crack causes a decrease in the capacitor characteristics of the finally produced metalized film capacitor. In addition, if the capacitor element wound and manufactured from the viewpoint of space saving or the like is further pressed into a flat shape, cracks may occur in the dielectric layer having low flexibility.
  • a metallized film is wound around a relatively large annular bobbin to produce a wound body, which is crushed and then cut with a saw blade. Divide into pieces.
  • a plurality of metallized film capacitors can be produced simultaneously by this method.
  • the dielectric layer formed of the ultraviolet curable coating is fragile, cracks are generated in the dielectric layer in the same manner as the wound metallized film capacitor when cutting with a saw blade. As a result, the capacitor characteristics of the metallized film capacitor are degraded.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a metallized film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a metallized film capacitor according to an embodiment of the present invention.
  • the metallized film 1 has a dielectric film 2, a metal thin film layer 3, and a dielectric layer 4.
  • the metal thin film layer 3 is mainly composed of aluminum and is formed on both surfaces of the dielectric film 2.
  • the metal thin film layer 3 can be formed of various metals such as zinc, magnesium, and silicon in addition to aluminum.
  • the metal thin film layer 3 may be formed only on one surface of the dielectric film 2. In that case, a metal layer is further formed on the surface of the dielectric film opposite to the surface on which the metal thin film layer 3 is formed.
  • the metal thin film layer 3 and the metal layer form a pair of positive and negative electrode layers.
  • the metal layer may be formed of a metal foil made of aluminum, zinc, magnesium, silicon, alloys thereof, or the like.
  • a metal thin film layer formed on one surface of another dielectric film may be used.
  • the dielectric layer 4 is formed on at least one of the pair of metal thin film layers 3.
  • the “main component” is defined as the component having the largest weight ratio among the components constituting the metal thin film layer 3. For example, it is 55% by weight or more.
  • the dielectric film 2 is, for example, a sheet having a thickness of about 2.8 ⁇ m formed of polypropylene resin.
  • the metal thin film layer 3 is formed by, for example, a vacuum deposition method. As shown in FIG. 1, the metal thin film layer 3 is divided by a margin 5. The margin 5 is formed by applying margin oil in a predetermined pattern to prevent adhesion of metal particles when performing vacuum deposition.
  • the dielectric film 2 may be made of polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, or polyphenylene sulfide resin other than polypropylene resin. In addition to the vacuum deposition method, an ion plating method or the like may be used as the deposition method.
  • the dielectric layer 4 is formed so as to cover the metal thin film layer 3 provided on the dielectric film 2.
  • FIG. 1 shows a configuration in which the dielectric layer 4 is provided only on one side of the dielectric film 2, it may be provided on both sides.
  • the dielectric layer 4 is formed by curing a dielectric paint mainly composed of an acrylic ester resin, which is an ultraviolet curable resin, by ultraviolet irradiation, and is filled in the margin 5 as shown in FIG. Yes.
  • the margin 6 is a portion where the dielectric layer 4 formed simultaneously with the formation of the dielectric layer 4 does not exist.
  • the margin 6 is formed by performing masking in advance when applying the dielectric paint. The role of the margin 6 will be described later.
  • the dielectric paint used for the metallized film 1 includes dimethylol tricyclodecane diacrylate (hereinafter abbreviated as DMTCDA) represented by chemical formula (1) and tetrahydrofurfuryl acrylate (hereinafter abbreviated as THFA) represented by chemical formula (2).
  • the main component is an acrylic ester resin obtained by mixing the above.
  • the “main component” is defined as the component having the largest weight ratio among the components constituting the dielectric paint. For example, it is 90% by weight or more.
  • this dielectric coating material contains 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-mon represented by the chemical formula (3) as a photopolymerization initiator for promoting the curing of the acrylate resin by ultraviolet irradiation.
  • Forinopropanone-1-one is added.
  • the weight ratio of the acrylate resin to 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-montforinopropan-1-one is, for example, 100: 2 It is adjusted so that it becomes, and stirred well to dissolve both completely.
  • the dielectric paint is added with an ethylene / vinyl acetate copolymer represented by the chemical formula (4), which is a thermoplastic resin for the purpose of promoting the interlayer adhesion of the metallized film capacitor 10.
  • the ethylene / vinyl acetate copolymer is added so that the weight ratio is 100: 1 when the weight of the dielectric coating containing the photopolymerization initiator is 100.
  • a dielectric paint is prepared by blending an acrylic ester resin, a photopolymerization initiator, and a thermoplastic resin. Then, the dielectric paint is applied to the dielectric film 2 on which the metal thin film layer 3 is formed by a micro gravure coater. Furthermore, the dielectric layer 4 is formed by irradiating ultraviolet rays from a high-pressure mercury lamp to cure the dielectric paint in an ultraviolet curing furnace filled with nitrogen gas and having an oxygen concentration of 900 ppm or less. That is, the dielectric layer 4 is mainly composed of an acrylate resin composed of DMTCDA and THFA.
  • the metallized film 1 can be produced as described above.
  • the above-mentioned dielectric paint contains low viscosity THFA. Therefore, the flexibility of the dielectric layer 4 is very good. As a result, the occurrence of cracks at the time of winding during the production of a wound metallized film capacitor or during cutting during the production of a laminated metallized film capacitor is reduced.
  • each dielectric coating material adjusted to the following predetermined weight ratio is poured into a Teflon (registered trademark) container having a length of 20 mm, a width of 10 mm, and a depth of 0.2 mm. Individual pieces produced by irradiating and curing ultraviolet rays are used as samples to be evaluated.
  • a bending test is performed in which a load of 50 g is applied to one end of the sample to check for the occurrence of cracks.
  • sample EA The weight ratio of DMTCDA and THFA constituting the acrylate resin that is the main component of the above-described dielectric coating is set to 95: 5.
  • a sample is prepared by the above-described method using this dielectric paint.
  • sample EB The weight ratio of DMTCDA and THFA constituting the acrylate resin, which is the main component of the dielectric coating, is 90:10. A sample is prepared by the above-described method using this dielectric paint.
  • sample EC The weight ratio of DMTCDA and THFA constituting the acrylate resin, which is the main component of the dielectric coating, is 80:20.
  • a sample is prepared by the above-described method using this dielectric paint.
  • sample ED The weight ratio of DMTCDA and THFA constituting the acrylate resin that is the main component of the dielectric coating is set to 70:30.
  • a sample is prepared by the above-described method using this dielectric paint.
  • Example EE The weight ratio of DMTCDA and THFA constituting the acrylate resin that is the main component of the dielectric coating is set to 50:50.
  • a sample is prepared by the above-described method using this dielectric paint.
  • Sample CA Only DMTCDA is used as a component constituting the acrylic ester resin which is the main component of the dielectric coating. That is, it differs from Samples EA to EE in that the dielectric coating does not contain THFA.
  • a sample is prepared by the above-described method using such a dielectric paint.
  • DMTCDA and EHA are used as components constituting the acrylate resin that is the main component of the dielectric coating. That is, the dielectric paint is replaced with THFA, and EHA is a component, which is different from Samples EA to EE. In addition, EHA has the characteristic that viscosity is low like THFA.
  • the weight ratio of DMTCDA and EHA is 90:10. A sample is prepared by the above-described method using such a dielectric paint.
  • DMTCDA and EHA are used as components constituting the acrylic ester resin which is the main component of the dielectric coating.
  • the weight ratio of DMTCDA and EHA is 50:50.
  • a sample is prepared by the above-described method using such a dielectric paint.
  • the Young's modulus of sample CA using DMTCDA alone as an acrylic ester resin is 13.5. This value is larger than the Young's modulus of Samples EA to EE, Samples CB1 and CB2 to which THFA, which is an acrylate having a low viscosity, or EHA is added.
  • the weight ratio of DMTCDA and THFA is 90:10.
  • the weight ratio of DMTCDA to EHA is 90:10.
  • THFA THFA among acrylates.
  • the metallized film capacitor 10 is produced by the metallized film 1 using the acrylic ester resin mixed with THFA as an auxiliary agent, the metallized film using the acrylic ester resin mixed with the conventional acrylate as an auxiliary agent is used to form a metal.
  • the possibility of generating cracks is further reduced as compared with the production of the fluorinated film capacitor.
  • the metallized film 1 can suppress the occurrence of cracks in the dielectric layer 4 when the metallized film capacitor is produced. That is, by using the metallized film 1, a metallized film capacitor 10 having excellent capacitor characteristics can be produced.
  • Sample EE and Sample CB2 have slightly higher dielectric loss angle characteristics of 1.2 and 2.0, respectively. However, these are not particularly problematic in actual use. Further, when comparing the sample EE and the sample CB2, the sample EE has a better dielectric loss angle characteristic. That is, a metallized film capacitor 10 made of a metallized film 1 using an acrylic ester resin mixed with THFA as an auxiliary agent is a metallized film using an acrylic ester resin mixed with a conventional acrylate as an auxiliary agent. The characteristics are superior to those of the metallized film capacitor produced by the above method.
  • the weight ratio of DMTCDA to the total of DMTCDA and THFA as a component constituting the acrylic ester resin that is the main component of the dielectric coating is 0.5 or more, and 0.0.
  • blends so that it may become a ratio of 95 the capacitor
  • an acrylic ester resin, a photopolymerization initiator, and a thermoplastic resin are mentioned as the components of the dielectric coating, but additives such as an adhesive and a leveling agent may be added as necessary.
  • the metallized film capacitor 10 includes a wound body 11 produced by winding the metallized film 1, and a metallicon electrode 12 formed by metal spraying zinc or the like on both end faces of the wound body 11. That is, the pair of metallicon electrodes 12 is formed on both end surfaces of the wound body 11 in the winding axis direction.
  • the metallicon electrode 12 may be formed using an alloy of zinc and tin other than zinc.
  • the metallized film 1 When forming the metallized film capacitor 10, the metallized film 1 is cut in the longitudinal direction along the margin 6 shown in FIG. 1, and the cut metallized film is wound.
  • a broken line A in FIG. 1 indicates a cutting position.
  • the dielectric layer 4 that is an insulator is present at the margin 6, the contact between the metal thin film layer 3 and the metallicon electrode 12 is hindered, and electrical connection becomes difficult. That is, the margin 6 is formed in order to securely connect the metal thin film layer 3 and the metallicon electrode 12.
  • vertical to the winding-axis direction of the winding body 11 is flat shape.
  • the metallized film capacitor 10 has a flat shape.
  • the winding shaft is pulled out and compressed so that the wound body whose center is in a hollow state is sandwiched from the side surface. It is formed by doing. The reason why the center is wound once is to facilitate the compression of the wound body.
  • a flat metallized film capacitor shown in FIG. 2 was prepared using the metallized films of Samples EA to EE and Samples CA, CB1 and CB2 in Table 3, and the presence or absence of cracks in the dielectric layer 4 was confirmed. Results are shown.
  • the sample EB is mixed with THFA and the sample CB1 is mixed with the same amount of EHA (10% by weight).
  • the sample EB has no cracks
  • the sample CB1 has cracks.
  • no cracks are generated even in the sample EA having a small amount of THFA.
  • Table 1 the sample EA and the sample CB1 are not slightly different with respect to the Young's modulus.
  • the presence / absence of cracks and the number thereof differ greatly depending on the slight difference in flexibility of the dielectric layer 4.
  • THFA can improve the flexibility of the dielectric layer 4 and can reduce the possibility of cracking more than EHA.
  • the dielectric paint mainly composed of an acrylic ester resin prepared by mixing low viscosity THFA with DMTCDA, the dielectric paint can be lowered to an optimum viscosity for coating. Moreover, the property which becomes brittle after hardening of an ultraviolet curable resin can be relieved.
  • THFA tetrahydrofurfuryl methacrylate represented by chemical formula (5)
  • monoacrylates represented by chemical formulas 6 to 9 below.
  • a monoacrylate containing a heterocyclic ring is sterically hindered by a heterocyclic ring, so that even if it is cured to form the dielectric layer 4, the arrangement of molecules in the resin becomes random and is difficult to crystallize. As a result, the dielectric layer 4 becomes flexible and the generation of cracks is suppressed.
  • the metallized film according to the present invention is effective for suppressing the occurrence of cracks in the dielectric layer during metallized film capacitor fabrication. Therefore, a metallized film capacitor having excellent capacitor characteristics can be provided. Therefore, the metallized film of the present invention can be suitably employed when producing a metallized film of a metallized film capacitor used in various electronic devices, electrical devices, industrial devices, automobiles and the like. In particular, flat metalized film capacitors are often used as capacitors for vehicles that require space saving. Therefore, the present invention is very important in the automobile industry where HEV is being developed.

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Abstract

　金属化フィルムは誘電体フィルムと、金属薄膜層と、誘電体層とを有する。金属薄膜層は誘電体フィルムの少なくとも一方の面に形成されている。誘電体層は金属薄膜層の上に形成されている。そして誘電体層は、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレートと複素環を含有するモノアクリレートで構成されるアクリル酸エステル樹脂を主成分としている。

Description

金属化フィルムおよびこれを用いた金属化フィルムコンデンサ
　本発明は、各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に使用され、特に、ハイブリッド自動車のモータ駆動用インバータ回路の平滑用、フィルタ用、スナバ用に最適な金属化フィルムコンデンサとそれに用いられる金属化フィルムに関する。
　近年、環境保護の観点から、あらゆる電気機器がインバータ回路を有し、省エネルギー化、高効率化が進められている。中でも自動車業界においては、電気モータとエンジンで走行するハイブリッド車（以下、ＨＥＶと呼ぶ）が市場導入される等、地球環境に優しく、省エネルギー化、高効率化に関する技術の開発が活発化している。
　このようなＨＥＶ用の電気モータの使用電圧領域は数百ボルトと高い。そのため、このような電気モータに関連して使用されるコンデンサとして、高耐電圧で低損失の電気特性を有する金属化フィルムコンデンサが注目されている。また、市場におけるメンテナンスフリー化の要望からも極めて寿命が長い金属化フィルムコンデンサが採用される傾向にある。
　金属化フィルムコンデンサの中でも、誘電体フィルム上に形成された蒸着金属を電極とする金属化フィルムコンデンサは、金属箔を電極とする場合に比べて電極の占める体積が小さい。そのため、小型軽量化することができる。また蒸着金属電極特有の自己回復機能により絶縁破壊に対する信頼性が高い。そのため、従来から広く用いられている。
　このような金属化フィルムの一例としての従来の金属化フィルム１００の構成を図３に示す。図３は従来の金属化フィルム１００の断面図である。
　金属化フィルム１００は、誘電体フィルム１０１と金属薄膜層１０２と誘電体層１０４とを有する。金属薄膜層１０２はアルミニウムを主成分とし、真空蒸着法やイオンプレーティング法などにより誘電体フィルム１０１の両面に形成されている。マージン１０３は金属薄膜層１０２のない部分である。誘電体層１０４はポリカーボネイト、ポリフェニレンオキサイド、またはポリアリレートを有機溶剤に溶かした誘電体塗料を誘電体フィルム１０１の両面または片面に塗布して形成されている。マージン１０５は、誘電体層１０４の存在しない部分である。このように誘電体塗料を塗布した後、誘電体塗料に希釈剤として含まれている有機溶剤を蒸発、乾燥させ金属化フィルム１００が作製される。この有機溶剤として、ジクロルメタン、ジクロルエタン、トリクロロエチレンなどから一種あるいは二種以上が適宜選ばれて用いられる。
　このように金属化フィルム１００の形成には、誘電体層１０４に用いる高分子化合物を有機溶剤に溶解させ、それを塗布することで誘電体層を形成している。そのため、有機溶剤を気化、除去させる熱源と冷却装置あるいは高性能の溶剤回収装置を要する。
　特許文献１では、誘電体塗料として紫外線硬化型樹脂を用いて誘電体膜を形成し、図４に示す金属化フィルム２００を作製することが提案されている。すなわち、金属化フィルム２００は、以下のようにして作製される。まず誘電体フィルム２０１の両面に、真空蒸着法やイオンプレーティング法などによりアルミニウムを主成分とする金属薄膜層２０２と金属薄膜層２０２のないマージン２０３を形成する。その後、さらに誘電体フィルム２０１の少なくとも一方の面に紫外線硬化型塗料を塗布し、その後紫外線照射により紫外線硬化型塗料を硬化させ、誘電体層２０４を形成する。
　誘電体層２０４を構成する紫外線硬化型塗料は、紫外線硬化型樹脂に、この紫外線硬化型樹脂を硬化反応させる光重合開始剤を加えて調製される。すなわち、この塗料は有機溶剤を含まない。したがって上述の有機溶剤の使用に纏わる問題は起こらない。
特開平５－２４３０８５号公報
　本発明ではこのような課題を解決し、金属化フィルム作製時における誘電体層のクラックの発生を抑制し、優れたコンデンサ特性を有する金属化フィルムコンデンサを提供することを目的とする。
　本発明の金属化フィルムは誘電体フィルムと、金属薄膜層と、誘電体層とを有する。金属薄膜層は誘電体フィルムの少なくとも一方の面に形成されている。誘電体層は金属薄膜層の上に形成されている。そして誘電体層は、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレートと複素環を含有するモノアクリレートで構成されるアクリル酸エステル樹脂を主成分としている。
　この構成の金属化フィルムを用いることにより金属化フィルムコンデンサ作製時のクラックの発生の可能性を低減でき、コンデンサ特性の低下を抑制することができる。
図１は本発明の実施の形態による金属化フィルムの断面図である。 図２は本発明の実施の形態による金属化フィルムコンデンサの斜視図である。 図３は従来の金属化フィルムの断面図である。 図４従来の他の金属化フィルムの断面図である。
　一般に硬化後の紫外線硬化型樹脂は、可撓性が低く脆い。このため、このような樹脂を用いた金属化フィルムを用いて巻回型の金属化フィルムコンデンサを作製する場合、紫外線硬化型塗料にて形成された誘電体層にクラックが発生する虞がある。このクラックは、最終的に作製された金属化フィルムコンデンサのコンデンサ特性の低下の原因となる。また、省スペース化等の観点から巻回して作製したコンデンサ素子をさらに扁平状にプレスすると可撓性が低い誘電体層にクラックが発生することがある。
　一方、積層型の金属化フィルムコンデンサを作製する際には、金属化フィルムを比較的大きな環状ボビンに巻回して巻回体を作製し、この巻回体を圧潰した後、鋸刃によって切断し、個片化する。この方法により複数個の金属化フィルムコンデンサを同時に作製することができる。しかしながら紫外線硬化型塗料にて形成された誘電体層は脆いため、鋸刃による切断時に巻回型の金属化フィルムコンデンサと同様に誘電体層にクラックが発生する。その結果、金属化フィルムコンデンサのコンデンサ特性が低下する。
　以下、このような課題を解決する構成について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態による金属化フィルムの構成を示した概略断面図である。図２は本発明の実施の形態による金属化フィルムコンデンサの斜視図である。
　図１に示すように、金属化フィルム１は、誘電体フィルム２と、金属薄膜層３と、誘電体層４とを有する。金属薄膜層３はアルミニウムを主成分とし、誘電体フィルム２の両面のそれぞれに形成されている。金属薄膜層３は、アルミニウム以外にも、亜鉛やマグネシウム、シリコンなど、種々の金属で形成できる。金属薄膜層３は、誘電体フィルム２の一方の面のみに形成してもよい。その場合は、誘電体フィルムの金属薄膜層３を形成した面と反対側の面に更に金属層を形成する。金属薄膜層３と金属層とで正負一対の電極層となる。金属層は、アルミニウムや亜鉛、マグネシウム、シリコン、これらの合金等からなる金属箔で形成してもよい。あるいは他の誘電体フィルムの一方の面に形成した金属薄膜層を用いてもよい。誘電体層４は一対の金属薄膜層３の少なくともいずれか一方の上に形成されている。ここで、「主成分」とは金属薄膜層３を構成する成分のうち、重量比率の最も大きいものと定義する。例えば５５重量％以上である。
　誘電体フィルム２は例えば、ポリプロピレン樹脂で形成された厚さ約２．８μｍのシートである。金属薄膜層３は例えば、真空蒸着法により形成されている。図１に示すように金属薄膜層３はマージン５にて分割されている。マージン５は、真空蒸着を行う際にマージンオイルを所定のパターンで塗布して金属粒子の付着を防ぐことで形成される。なお、誘電体フィルム２としてポリプロピレン樹脂以外にポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂を用いてもよい。また、蒸着方法として真空蒸着法以外にイオンプレーティング法等を用いてもよい。
　誘電体層４は、誘電体フィルム２の上に設けられた金属薄膜層３を被覆するように形成されている。図１では、誘電体層４が誘電体フィルム２の片面のみに設けられた構成を示しているが、両面に設けてもよい。誘電体層４は、紫外線硬化型樹脂であるアクリル酸エステル樹脂を主成分とする誘電体塗料を紫外線照射によって硬化させることによって形成され、図１に示すように上述のマージン５にも充填されている。
　なお、マージン６は誘電体層４形成時に同時に形成される誘電体層４の存在しない部分である。マージン６は誘電体塗料塗工時に予めマスキングを行うことで形成される。マージン６の役割については後述する。
　次に、誘電体層４の形成に用いる誘電体塗料について説明する。金属化フィルム１に用いた誘電体塗料は、化学式（１）に示すジメチロールトリシクロデカンジアクリレート（以下、ＤＭＴＣＤＡと略す）と、化学式（２）に示すテトラヒドロフルフリルアクリレート（以下、ＴＨＦＡと略す）とを混合することによって得られたアクリル酸エステル樹脂を主成分とする。ここで、「主成分」とは誘電体塗料を構成する成分のうち、重量比率の最も大きいものと定義する。例えば９０重量％以上である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　さらに、この誘電体塗料にはアクリル酸エステル樹脂の紫外線照射による硬化を促すための光重合開始剤として化学式（３）に示す２－メチル－１－［４－（メチルチオ）フェニル］－２－モンフォリノプロパノン－１－オンが添加されている。誘電体塗料を形成する際には、アクリル酸エステル樹脂と２－メチル－１－［４－（メチルチオ）フェニル］－２－モンフォリノプロパノン－１－オンの重量比が、例えば１００対２となるように調節し、よく攪拌し両者を完全に溶解させている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
　また、誘電体塗料には金属化フィルムコンデンサ１０の層間接着力を促す目的で熱可塑性の樹脂である、化学式（４）に示すエチレン・酢酸ビニルアセテート共重合体が添加されている。エチレン・酢酸ビニルアセテート共重合体は、上述の光重合開始剤を含む誘電体塗料の重量を１００としたときに、重量比が１００対１となるように添加されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
　このようにしてアクリル酸エステル樹脂と、光重合開始剤と、熱可塑性樹脂とを調合して、誘電体塗料を調製する。そして、金属薄膜層３が形成された誘電体フィルム２にマイクログラビアコーターにより、この誘電体塗料を塗布する。さらに、窒素ガスで充満し酸素濃度９００ｐｐｍ以下となっている紫外線硬化炉にて、高圧水銀灯から紫外線を照射し誘電体塗料を硬化させて誘電体層４を形成する。すなわち、誘電体層４は、ＤＭＴＣＤＡとＴＨＦＡで構成されるアクリル酸エステル樹脂を主成分としている。以上のようにして金属化フィルム１を作製することができる。
　上述の誘電体塗料には低粘度のＴＨＦＡが含まれている。そのため、誘電体層４の可撓性は極めて良好である。その結果、巻回型の金属化フィルムコンデンサ作製時における巻回時、あるいは積層型金属化フィルムコンデンサ作製時における切断時のクラックの発生が低減される。
　金属化フィルム１の可撓性を評価した結果について以下に記す。可撓性の評価には、下記の所定の重量比に調整した各誘電体塗料を、縦２０ｍｍ×横１０ｍｍ×深さ０．２ｍｍのテフロン（登録商標）製の容器に注入し、誘電体塗料に紫外線を照射して硬化させて作製した個片を評価対象の試料として用いている。可撓性の評価として、各試料に対し引っ張り試験を行って算出したヤング率（ヤング率Ｅ＝応力σ／歪（％）＝荷重変化（Ｎ）／厚み（μｍ）／伸び率（％））を測定し、合わせて、試料の一端に５０ｇの荷重をかけてクラック発生の有無を確認する曲げ試験を行っている。
　（サンプルＥＡ）
　上述の誘電体塗料の主成分であるアクリル酸エステル樹脂を構成するＤＭＴＣＤＡとＴＨＦＡの重量比を９５対５とする。この誘電体塗料を用いて上述の方法により試料を作製する。
　（サンプルＥＢ）
　誘電体塗料の主成分であるアクリル酸エステル樹脂を構成するＤＭＴＣＤＡとＴＨＦＡの重量比を９０対１０とする。この誘電体塗料を用いて上述の方法により試料を作製する。
　（サンプルＥＣ）
　誘電体塗料の主成分であるアクリル酸エステル樹脂を構成するＤＭＴＣＤＡとＴＨＦＡの重量比を８０対２０とする。この誘電体塗料を用いて上述の方法により試料を作製する。
　（サンプルＥＤ）
　誘電体塗料の主成分であるアクリル酸エステル樹脂を構成するＤＭＴＣＤＡとＴＨＦＡの重量比を７０対３０とする。この誘電体塗料を用いて上述の方法により試料を作製する。
　（サンプルＥＥ）
　誘電体塗料の主成分であるアクリル酸エステル樹脂を構成するＤＭＴＣＤＡとＴＨＦＡの重量比を５０対５０とする。この誘電体塗料を用いて上述の方法により試料を作製する。
　（サンプルＣＡ）
　誘電体塗料の主成分であるアクリル酸エステル樹脂を構成する成分としてＤＭＴＣＤＡのみを用いる。すなわち、誘電体塗料がＴＨＦＡを含まない点に関してサンプルＥＡ～サンプルＥＥと異なる。このような誘電体塗料を用いて上述の方法により試料を作製する。
　（サンプルＣＢ１）
　誘電体塗料の主成分であるアクリル酸エステル樹脂を構成する成分としてＤＭＴＣＤＡと２－エチルヘキシルアクリレート（以下、ＥＨＡと略す）を用いる。すなわち、誘電体塗料がＴＨＦＡに替え、ＥＨＡを成分とする点がサンプルＥＡ～サンプルＥＥと異なる。なお、ＥＨＡはＴＨＦＡと同様に粘度が低いという特性を有する。ＤＭＴＣＤＡとＥＨＡの重量比は９０対１０とする。このような誘電体塗料を用いて上述の方法により試料を作製する。
　（サンプルＣＢ２）
　誘電体塗料の主成分であるアクリル酸エステル樹脂を構成する成分としてＤＭＴＣＤＡとＥＨＡを用いる。ＤＭＴＣＤＡとＥＨＡの重量比は５０対５０とする。このような誘電体塗料を用いて上述の方法により試料を作製する。
　そして、これらサンプルＥＡ～サンプルＥＥおよびサンプルＣＡ、サンプルＣＢ１、ＣＢ２の各金属化フィルムの引っ張り強度を測定し、可撓性を評価した結果を（表１）に示す。なお、（表１）において、サンプルＥＡ～サンプルＥＥ、サンプルＣＢ１、ＣＢ２の主剤はＤＭＴＣＤＡである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（表１）から明らかなように、アクリル酸エステル樹脂としてＤＭＴＣＤＡ単体を用いたサンプルＣＡのヤング率は１３．５である。この値は低粘度のアクリレートであるＴＨＦＡ、あるいはＥＨＡを添加したサンプルＥＡ～サンプルＥＥ、サンプルＣＢ１、ＣＢ２のヤング率と比較して大きい。
　したがって、サンプルＣＡの試料に応力を加えても変形量が乏しく、この試料の可撓性が良好でないことがわかる。この結果、曲げ試験においても、クラックが発生している。このようにアクリル酸エステル樹脂としてＤＭＴＣＤＡ単体を用いた金属化フィルムにより作製された金属化フィルムコンデンサにはクラックが発生しやすい。
　また、サンプルＥＢではＤＭＴＣＤＡとＴＨＦＡの重量比が９０対１０である。同様に、サンプルＣＢ１ではＤＭＴＣＤＡとＥＨＡの重量比が９０対１０の割合である。このように同じ割合でＴＨＦＡとＥＨＡを混合させたとしても、ＴＨＦＡを混合させたサンプルＥＢのヤング率の方がわずかに小さくなっている。
　同様に、それぞれ主剤と副剤を５０対５０の割合で混合したサンプルＥＥとサンプルＣＢ２のヤング率を比較すると、それぞれ１．２と２．２であり、この配合比の場合はサンプルＥＥのヤング率の方が明らかに小さい。
　以上から、アクリレートの中でも特にＴＨＦＡを用いることが好ましい。ＴＨＦＡを副剤として混合したアクリル酸エステル樹脂を用いた金属化フィルム１により金属化フィルムコンデンサ１０を作製する場合、従来のアクリレートを副剤として混合したアクリル酸エステル樹脂を用いた金属化フィルムにより金属化フィルムコンデンサを作製するよりもさらにクラックが発生する可能性が低減される。
　この評価結果から、金属化フィルム１は金属化フィルムコンデンサ作製時における誘電体層４のクラックの発生を抑制できる。すなわち、金属化フィルム１を用いることにより優れたコンデンサ特性を有する金属化フィルムコンデンサ１０を作製することができる。
　次に、サンプルＥＡ～サンプルＥＥおよびサンプルＣＡ、サンプルＣＢ１、ＣＢ２に関して、誘電体損失角特性（ｔａｎδ）を測定した結果を（表２）に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（表２）から明らかなようにサンプルＥＡ～サンプルＥＤ、サンプルＣＡ、サンプルＣＢ１では、誘電体損失角特性が０．８前後と小さい。
　一方、サンプルＥＥとサンプルＣＢ２では、それぞれ誘電体損失角特性が１．２、２．０と若干高い。ただ、これらは実使用上特に問題はない。また、サンプルＥＥとサンプルＣＢ２を比べるとサンプルＥＥの方が優れた誘電体損失角特性を有している。すなわち、ＴＨＦＡを副剤として混合したアクリル酸エステル樹脂を用いた金属化フィルム１により作製された金属化フィルムコンデンサ１０は、従来のアクリレートを副剤として混合したアクリル酸エステル樹脂を用いた金属化フィルムにより作製された金属化フィルムコンデンサよりも特性が優れている。
　（表１）、（表２）の評価結果から、誘電体塗料の主成分であるアクリル酸エステル樹脂を構成する成分として、ＤＭＴＣＤＡとＴＨＦＡの合計に対するＤＭＴＣＤＡの重量比が０．５以上、０．９５の割合となるように配合した場合、コンデンサ性能が実使用上問題なく、さらにクラックの発生も低減された金属化フィルム１を形成できる。
　なおＤＭＴＣＤＡとＴＨＦＡの合計に対するＤＭＴＣＤＡの重量比が０．７以上、０．９の割合となるように配合することがより好ましい。この場合、（表１）、（表２）より明らかなように可撓性および誘電体損失角特性の両方が優れた金属化フィルム１を形成できる。そして、このような金属化フィルム１を用いることで、コンデンサ特性の優れた金属化フィルムコンデンサ１０を作製できる。
　なお、本発明において誘電体塗料の成分として、アクリル酸エステル樹脂、光重合開始剤、熱可塑性樹脂を挙げたが、必要に応じて接着剤、レベリング剤等の添加剤を加えても良い。
　次に、金属化フィルム１を用いた金属化フィルムコンデンサ１０について図２を用いて説明する。金属化フィルムコンデンサ１０は、金属化フィルム１を巻回し作製した巻回体１１と、巻回体１１の両端面に亜鉛等を金属溶射することによって形成されたメタリコン電極１２とを有する。すなわち、一対のメタリコン電極１２は巻回体１１の、巻回軸方向における両端面に形成されている。なお、亜鉛以外に亜鉛と錫の合金等を用いてメタリコン電極１２を形成してもよい。
　なお金属化フィルムコンデンサ１０を形成する際には、図１に示すマージン６に沿って金属化フィルム１を長手方向に切断し、切断された金属化フィルムをそれぞれ巻回する。図１の破線Ａは切断位置を示している。
　マージン６の位置に絶縁体である誘電体層４が存在すると、金属薄膜層３とメタリコン電極１２との接触が阻害され、電気的な接続が困難になる。すなわち、マージン６は、金属薄膜層３とメタリコン電極１２とを電気的に確実に接続するために形成されている。
　また、図２に示す構成では、巻回体１１の、巻回軸方向に垂直な断面形状が扁平状である。このように、金属化フィルムコンデンサ１０は扁平状の形状をなしている。このような巻回体１１は金属化フィルム１を巻回軸に対し円筒状に巻回した後、この巻回軸を抜き、中心が空洞状態となった巻回体を側面から挟み込むように圧縮することで形成される。一旦中心を空洞状態として巻回するのは巻回体の圧縮を容易とするためである。
　ここで、圧縮する際に金属化フィルム１の可撓性が低いと誘電体層４にクラックが発生する。特に扁平状の金属化フィルムコンデンサ１０のトラック部分の中心においては特に応力がかかり易く、この部分において頻繁にクラックが発生する。
　（表３）にサンプルＥＡ～サンプルＥＥおよびサンプルＣＡ、サンプルＣＢ１、ＣＢ２の金属化フィルムにより、図２に示す扁平状の金属化フィルムコンデンサを作製し、誘電体層４のクラックの有無を確認した結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　（表３）に示すように、クラック発生の有無は（表１）の「曲げ試験」の結果と相関している。すなわち、サンプルＥＡ～サンプルＥＥおよびサンプルＣＡ２の金属化フィルムコンデンサにおいてはクラックが発生していない。一方、サンプルＣＡ、サンプルＣＢ１の金属化フィルムコンデンサではクラックが発生している。
　特に、サンプルＥＢとサンプルＣＢ１を比較すると、サンプルＥＢではＴＨＦＡ、サンプルＣＢ１ではＥＨＡを同量（重量比で１０％）混合している。しかしながら、サンプルＥＢはクラックが発生していないのに対し、サンプルＣＢ１ではクラックが発生している。またＴＨＦＡの配合量の少ないサンプルＥＡでもクラックは発生していない。（表１）に示したように、ヤング率に関してサンプルＥＡとサンプルＣＢ１とは僅かな差しかない。しかしながら、扁平状の金属化フィルムコンデンサ１０では、誘電体層４の可撓性の僅かな違いによってもクラックの発生の有無やその数が大きく異なっている。このように、扁平状の金属化フィルムコンデンサ１０においては少しでも誘電体層４の可撓性を向上することが重要である。また、ＴＨＦＡはＥＨＡよりも誘電体層４の可撓性を向上させ、クラック発生の可能性をより低減させることが可能である。
　以上のように、ＤＭＴＣＤＡに低粘度のＴＨＦＡを混合して調製されたアクリル酸エステル樹脂を主成分とする誘電体塗料を用いることにより、誘電体塗料をコーティングに最適な粘度に下げることができる。また紫外線硬化型樹脂の硬化後に脆くなる性質を緩和できる。
　なお上述の説明では、アクリル酸エステル樹脂の副剤としてＴＨＦＡを用いた例を説明しているが、これに限定されない。複素環を含有する他のモノアクリレートをアクリル酸エステル樹脂の副剤として用いてもよい。このようなモノアクリレートとして例えば化学式（５）として示すテトラヒドロフルフリルメタクリレートや、下記の化学式６～９に示すモノアクリレートがある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
　複素環を含有するモノアクリレートは、複素環による立体障害のため、硬化して誘電体層４を形成しても樹脂中の分子の配列がランダムになり結晶化しにくい。その結果、誘電体層４が柔軟になり、クラックの発生が抑制される。
　本発明による金属化フィルムは、金属化フィルムコンデンサ作製時における誘電体層のクラックの発生を抑制するために有効である。したがって、コンデンサ特性の優れた金属化フィルムコンデンサを提供できる。したがって、本発明の金属化フィルムは各種電子機器、電気機器、産業機器、自動車等に用いられる金属化フィルムコンデンサの金属化フィルムを製造する際に好適に採用することができる。特に扁平状の金属化フィルムコンデンサは、省スペース化が要求される車両用のコンデンサとして多く使用される。したがってＨＥＶの開発が進む自動車業界において本発明は非常に重要な位置づけとなる。
１　　金属化フィルム
２　　誘電体フィルム
３　　金属薄膜層
４　　誘電体層
５，６　　マージン
１０　　金属化フィルムコンデンサ
１１　　巻回体
１２　　メタリコン電極

Claims (7)

  1. 誘電体フィルムと、
    前記誘電体フィルムの少なくとも一方の面に形成された金属薄膜層と、
    前記金属薄膜層の上に形成された誘電体層と、を備え、
    前記誘電体層は、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレートと複素環を含有するモノアクリレートで構成されるアクリル酸エステル樹脂を主成分とする、
    金属化フィルム。
  2. 前記複素環を含有するモノアクリレートはテトラヒドロフルフリルアクリレートである、
    請求項１記載の金属化フィルム。
  3. 前記アクリル酸エステル樹脂が含有する前記ジメチロールトリシクロデカンジアクリレートと前記テトラヒドロフルフリルアクリレートの合計に対する前記ジメチロールトリシクロデカンジアクリレートの重量比が０．７以上、０．９以下の範囲にある、
    請求項２記載の金属化フィルム。
  4. 前記誘電体フィルムがポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂のいずれか１つで形成された、
    請求項１記載の金属化フィルム。
  5. 請求項１記載の前記金属化フィルムは、
    前記誘電体フィルムの前記金属薄膜層が形成された面と反対側の面に、更に金属層を備え、
    前記金属化フィルムを巻回して形成された巻回体と、
    前記巻回体の、巻回軸方向における両端面に金属溶射により形成されたメタリコン電極と、を備えた、
    金属化フィルムコンデンサ。
  6. 前記巻回体の前記巻回軸方向に垂直な断面形状が扁平状である、
    請求項５記載の金属化フィルムコンデンサ。
  7. 前記複素環を含有するモノアクリレートはテトラヒドロフルフリルアクリレートである、
    請求項５記載の金属化フィルムコンデンサ。
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