特開 2023-159760 フィルムおよびフィルムコンデンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023159760

(43)【公開日】2023-11-01

(54)【発明の名称】フィルムおよびフィルムコンデンサ

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/02 20060101AFI20231025BHJP

   H01G 4/32 20060101ALI20231025BHJP

【ＦＩ】

B29C65/02

H01G4/32 301B

H01G4/32 511G

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022069671

(22)【出願日】2022-04-20

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075557

【弁理士】

【氏名又は名称】西教 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】安平 睦基

【テーマコード（参考）】

4F211

5E082

【Ｆターム（参考）】

4F211AA11

4F211AA24

4F211AA27

4F211AC03

4F211AD03

4F211AG01

4F211AG03

4F211AH33

4F211AP02

4F211AP05

4F211AP06

4F211AP12

4F211AR02

4F211AR06

4F211AR07

4F211TA01

4F211TA13

4F211TC08

4F211TD11

4F211TH30

4F211TJ29

4F211TN02

4F211TQ01

5E082BC31

5E082EE07

5E082EE23

5E082EE37

5E082FF05

5E082FG06

5E082FG34

5E082FG52

5E082PP04

5E082PP09

(57)【要約】

【課題】 フィルム部分同士の連結部の引張強度を向上されたフィルムを提供する。
【解決手段】 段差を有する連結部３を含み、段差がテーパ状の傾斜面２であり、傾斜面２の、連結部３の厚み方向一方側に露出する主面３ａに対する傾斜角度が６°以上８０°以下の構成とする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

段差を有する連結部を含み、
前記段差がテーパ状の傾斜面であり、
前記傾斜面の、前記連結部の厚み方向一方側に露出する主面に対する傾斜角度が６°以上８０°以下である、フィルム。

【請求項2】

連結部を含み、
視野２１０μｍ×２７０μｍ相当のレーザプローブで計測した、前記連結部の表面粗さＳａ値が、０．２μｍ以上４．８μｍ以下である、フィルム。

【請求項3】

連結部を含み、
流れ方向に引張試験を施した際に、前記連結部の引張強度が、前記連結部を含まないフィルムの２４％以上である、フィルム。

【請求項4】

２μｍ以上５μｍ以下の厚みを有する、請求項１～３のいずれか１項に記載のフィルム。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のフィルムと、
前記フィルムの表面に蒸着された金属膜と、を有する金属化フィルム。

【請求項6】

請求項５に記載の金属化フィルムを用いた、フィルムコンデンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、誘電体フィルムおよびそれ用いたフィルムコンデンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術の一例は、例えば特許文献１に記載されている。この従来技術では、熱可塑性樹脂から成る２つのフィルムどうしを、合掌状に融着結合し、その融着連結部は、該融着連結部に連なる平坦状のフィルム部分から５０～８００μｍ突出し、高い引張強度および気密性を有することが記載されている。

【0003】

他の従来技術は、例えば特許文献２に記載されている。この従来技術では、第１フィルムおよび第２フィルムの互いに接合される連結部の両側の領域に、接合前に面圧を付与して、皺が発生しない状態で熱溶着し、連結部の剥がれ、破断を抑制することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３３９０７３７号公報

【特許文献2】特開２０１２－１５３１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の特許文献１の従来技術では、融着連結部が合掌状に突出しているので、フィルムの表面に金属薄膜を形成することができない。また、フィルムの連結部に金属材料を蒸着して金属薄膜を形成できたとしても、金属薄膜の形成後に、連結部をクーリングローラに密着させて冷却することができず、蒸着時の熱負けとも称される熱影響によって、融着連結部の引張強度が低いという問題がある。

【0006】

また、前述の特許文献２の従来技術では、光学フィルムの延伸処理を効率よく実施するために、フィルムの後端部と先端部とが熱圧着によって連結されるが、フィルムへの金属薄膜の蒸着工程での熱影響によって、連結部の引張強度が低いというという問題がある。

【0007】

したがって、フィルムの連結部の引張強度の低下を抑制することができるフィルム、金属化フィルムおよびフィルムコンデンサが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示のフィルムは、段差を有する連結部を含み、前記段差がテーパ状の傾斜面であり、前記傾斜面の、前記連結部の厚み方向一方側に露出する主面に対する傾斜角度が６°以上８０°以下である構成とする。

【0009】

本開示の金属化フィルムは、前記フィルムと、前記フィルムの表面に蒸着された金属膜と、を有する構成とされる。

【0010】

本開示のフィルムコンデンサは、前記金属化フィルムを用いた構成とされる。

【発明の効果】

【0011】

本開示のフィルム、金属化フィルムおよびフィルムコンデンサによれば、フィルム部分どうしの連結部の引張強度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の一実施形態のフィルムの連結部を模式的に示す拡大断面図である。

【図2】２枚の金属化フィルム部分の巻回型フィルムコンデンサの一例を模式的に示す展開斜視図である。

【図3】熱圧着装置の構成を模式的に示す図である。

【図4】引張強度測定試験で用いる試料を示す図である。

【図5】引張強度測定装置の測定結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しつつ、本開示の実施形態について説明する。

【0014】

図１は、本開示の一実施形態のフィルムの連結部およびその近傍を模式的に示す拡大断面図である。本実施形態では、フィルムコンデンサの金属化フィルムのベースフィルムとして用いられる誘電体フィルムの一例について説明する。

【0015】

本実施形態のフィルム１は、段差を有する連結部３を含み、前記段差は、テーパ状の傾斜面２であり、傾斜面２の連結部３の厚み方向一方側に露出する主面３ａに対する傾斜角度θが６°以上８０°以下に構成される。

【0016】

連結部３は、視野２１０μｍ×２７０μｍ相当のレーザプローブで計測した、表面粗さＳａ値が０．２μｍ以上４．８μｍ以下である。フィルム１は、厚みＴ１が２μｍ以上５μｍ以下の第１フィルム部分１ａと第２フィルム部分２ａとを、第１フィルム部分１ａの一端部１ａ１および第２フィルム部分１ｂの一端部１ｂ１を熱融着で連結する後述の熱圧着工程を繰り返すことによって連結し、１００００ｍ～３００００ｍの長さを有する長尺の帯状フィルムとして製造される。第２フィルム部分１ｂは、第１フィルム部分１ａと同一材料から成る。

【0017】

熱融着によって連結された連結部３は、熱融着時に傾斜面２周辺の段差部分の樹脂が溶融し、表面張力の作用によってフィレット４が形成され、傾斜面２の、連結部３の厚み方向一方側に露出する主面３ａに対する傾斜角度θは、６°以上８０°以下に構成される。傾斜面２の傾斜角度θは、フィレット４の最下部４ａと最上部４ｂとが成す角度である。傾斜角度θはフィルム段差部の、レーザ顕微鏡断面画像の画像処理にて算出される。

【0018】

第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの材料となる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、またはシクロオレフィンポリマー等の有機樹脂材料が使用されてもよい。第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの製造手順としては、樹脂粉末と有機溶剤とを攪拌容器に投入し、室温で１２時間攪拌し、樹脂粉末を有機溶剤によって溶解させて解砕し、スラリー状の溶液を作製する。有機溶剤としては、例えばテトラヒドロフランが用いられてもよい。また、樹脂粉末としては、ポリアリレート（ＰＡＲ）の樹脂粉末が用いられてもよい。得られたスラリー状の溶液は、ろ過精度が０．１μｍのフィルタを備えた濾過器によって濾過し、高分子樹脂が粒径１０ｎｍ以下に解砕された溶液に調製する。ろ過された溶液は、減圧脱泡機によって乾燥温度７０～１００℃、相対湿度６％ＲＨで１５秒間乾燥させて該溶液中から気泡を除去し、原材料溶液を調製する。

【0019】

調製された原材料溶液は、塗布装置の噴射ヘッドから第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの基材フィルムの第１面に塗布され、原材料溶液が塗布された塗布フィルムは、乾燥炉の炉内に搬入され、原材料溶液の塗膜から溶剤を気化させて除去し、基材フィルム上に定着させた後、基材フィルム上に作製されたフィルム部分を基材フィルムから剥離して、巻取リールに巻き取って回収し、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂが製造される。第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの長さは、例えば１０００ｍ～７０００ｍである。

【0020】

連結部３の厚みＴ２は、４μｍ以上１０μｍ以下である。この連結部３の主面３ａの表面粗さは、算術平均粗さＳａで０．２μｍ以上４．８μｍ以下である。また、連結部３の流れ方向ＭＤ（Machine Direction）の引張強度は、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの、連結部３以外の残余部分の流れ方向ＭＤの引張強度と同等以上に保つことができる。

【0021】

図２は、２枚の金属化フィルム部分の巻回型フィルムコンデンサの一例を模式的に示す展開斜視図である。本実施形態の巻回型フィルムコンデンサ５は、前述の第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂのそれぞれの一方主面に金属材料を蒸着して金属膜５ａ，５ｂが形成された２枚の第１金属化フィルム部分６ａおよび第２金属化フィルム部分６ｂを重ねて巻回することによって、本体部７が構成され、本体部７の対向する端面７ａ，７ｂに金属蒸着して外部電極８ａ，８ｂが設けられる。金属膜５ａ，５ｂに用いられる金属材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウムを主成分とする合金等が挙げられる。金属膜５ａ，５ｂの膜厚は、例えば、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であってもよい。

【0022】

第１金属化フィルム部分６ａは、前述の第１フィルム部分１ａの主面にコンデンサの内部電極となる金属膜５ａを有し、第２金属化フィルム部分６ｂは、第２フィルム部分１ｂの主面にコンデンサの内部電極となる金属膜５ｂを有する。図２において、第１金属化フィルム部分６ａおよび第２金属化フィルム部分６ｂは、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの長手方向に垂直な幅方向の一端側および他端側に、金属膜５ａ，５ｂが形成されずに第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂが露出した金属膜非形成部１０ａ，１０ｂを有している。金属膜非形成部１０ａ，１０ｂは、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの長手方向に連続して延びる。

【0023】

また、外部電極８ａ，８ｂの材料としては、例えば亜鉛、アルミニウム、銅およびハンダから選ばれる一種の金属材料が用いられてもよい。

【0024】

第１金属化フィルム部分６ａおよび第２金属化フィルム部分６ｂは、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの幅方向において、金属膜非形成部１０ａ，１０ｂが互いに異なる端部に位置するように交互に積層されている。また、第１金属化フィルム部分６ａおよび第２金属化フィルム部分６ｂは、金属膜非形成部１０ａ，１０ｂとは異なる側の端部が第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂから幅方向に露出するように、幅方向にずれた状態で重ね合わされている。

【0025】

図３は、熱圧着装置の構成を模式的に示す図である。前述の第１フィルム部分１ａの一端部１ａ１と第２フィルム部分１ｂの一端部１ｂ１とは、熱圧着装置２０によって熱圧着される。熱圧着装置２０は、下金型２２、支持部材２３、下緩衝部材２４、上緩衝部材２５、押圧部材２６、および上金型２９を含む。

【0026】

下金型２２上には、支持部材２３が乗載される。支持部材２３は、厚さ５ｍｍのアルミニウム板から成ってもよい。支持部材２３の上面には、下緩衝部材２４が貼着される。下緩衝部材２４は、例えば厚さ９０μｍの耐熱性粘着テープから成ってもよい。この下緩衝部材２４上には、第１フィルム部分１ａの一端部１ａ１と、第２フィルム部分１ｂの一端部１ｂ１とが重ねて載置される。上金型２９の下面には、押圧部材２６が固定される。押圧部材２６は、例えば厚さ５ｍｍのシリコーンゴムシートから成ってもよい。押圧部材２６の下面には、上緩衝部材２５が貼着される。上緩衝部材２５は、前述の下緩衝部材２４と同様に、例えば厚さ９０μｍの耐熱性粘着テープから成ってもよい。上金型２９および下金型２２は、内蔵された発熱抵抗線等の発熱によってそれぞれ加熱され、上金型２９は下金型２２に近接および離反する方向に変位駆動される。支持部材２３は、下金型２２からの熱が導かれて加熱され、支持部材２３の熱が下緩衝部材２４に熱伝導し、下緩衝部材２４が第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの溶融温度付近まで加熱される。押圧部材２６は、上金型２９からの熱が導かれて加熱され、押圧部材２６の熱が上緩衝部材２５に熱伝導し、上緩衝部材２５が第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの溶融温度付近まで加熱される。

【0027】

第１フィルム部分１ａの一端部１ａ１と第２フィルム部分１ｂの一端部１ｂ１とが下金型２２上の下緩衝部材２４に重ねて乗載され、上方から上金型２９が下降することによって、下緩衝部材２４上で重なった一端部１ａ１と一端部１ｂ１とが上緩衝部材２５を介して押圧部材２６によって押圧され、予め設定された適切な加圧力で加圧され、熱圧着される。

【0028】

本件発明者は、フィルム１の連結部３の引張強度を確認するため、熱圧着装置２０によって傾斜角度θの異なる傾斜面２が形成された連結部３を有する複数の試料１～８を作製し、図４に示されるように、試料１～８を連結部３の両側に互いに間隔ΔＬ＝５ｍｍをあけた位置に幅が９ｍｍの長方形の紙片２７，２８を貼付け、各紙片２７，２８に引張力を付与して引張強度を測定する引張強度測定試験を行った。引張強度測定装置には、島津製作所製、製品名「オートグラフ（ＡＧ－１Ｓ）」を用い、温度２４℃、湿度６８％ＲＨ、クロスヘッド速度１．０ｍｍ／ｍｉｎで引張り試験を実施した。

【0029】

引張強度測定試験では、図５に示されるように、引張強度測定装置によって一定の速度で引張り試験を実施し、各試料１～８それぞれの応力の最大値を、引張強度の５回の測定値の平均値Ｐと定義した。引張強度を算出する際のフィルム断面積は、幅Ｂ＝９ｍｍとフィルム厚さ（μｍ）との積であり、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの連結部３を含まない領域の引張強度Ｐ０で上記平均値Ｐを割った値（＝Ｐ／Ｐ０）を引張強度比率とし、熱圧着時間は３分間とした。引張強度測定試験の結果を、以下の表１に示す。

【0030】

【表1】

【0031】

表１において、試料１，２，８は、破れが生じ、必要な引張強度を得られない。これに対し、残りの試料３～７は、高い引張強度比率２４％～８９％を有し、連結部３は連結部３以外の部分よりも高い引張強度を有することが確認された。この場合、試料３～７の傾斜面２の傾斜角度θは、６°以上８０°以下であった。

【0032】

また、本件発明者は、さらに適切な引張強度を得られる表面粗さを確認するため、以下の表２に示されるように、第１金属化フィルム部分６ａおよび第２金属化フィルム部分６ｂを作製して、前述の熱圧着装置２０によって連結部３を有する試料９～２０を作製し、連結部３の主面３ａの表面粗さおよびを測定した。その測定結果は、表２に示される。試料９～２０について、連結部３の表面粗さを、ＩＳＯ２５１７８の規定に準拠し、レーザプローブによって横２７０μｍ×縦２０２μｍの視野の表面粗さ計測を行った。試料９～２０のうち破れなかった試料は、試料１１～１７であり、これらの試料１１～１７の連結部３の主面の表面粗さは、算術平均粗さＳａで０．２μｍ以上４．８μｍ以下であることを確認した。

【0033】

【表2】

【0034】

上記の引張強度測定試験の結果、連結部３の傾斜面２の傾斜角度θが６°未満であれば、加熱および加圧のし過ぎで連結部３の引張強度が低下した、また傾斜角度θが８０°を超えると、逆に加圧が不十分であり、連結部３の強度が低下し、連結部３の剥がれが生じた。レーザプローブ顕微鏡による視野２７０×２０２μｍの連結部３の表面粗さを測定したところ、表面粗さが算術併記粗さＳａで０．２μｍ以上４．８μｍ以下の範囲内であった場合、試料に皺は発生せず、０．１μｍ未満の場合、試料に熱圧着で使用する下緩衝部材２４および上緩衝部材２５にフィルム材が付着することに起因する、皺が発生した。５μｍを超えると、試料に熱変形に起因する皺が発生した。

【0035】

本実施形態によれば、連結部３においても、金属元素が第１フィルム部分１ａおよび１ｂに精確に到達できる経路を確保でき、蒸着工程のクーリングローラが連結部３の全面に密着し、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂに皺が発生しなくなる。また連結部３の傾斜面２の傾斜角度θが６°未満であると、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂに熱および圧力を印加し過ぎであり、蒸着工程の最大応力を下回る引張強度になってしまう。

【0036】

また熱圧着工程で、下緩衝部材２４および上緩衝部材２５の表面粗さが、そのまま第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂに転写され、下緩衝部材２４および上緩衝部材２５の表面粗さが０．２μｍを下回ると、引き離す際に下緩衝部材２４および上緩衝部材２５に第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂが付着し、皺を生じさせる。また、下緩衝部材２４および上緩衝部材２５の表面粗さが大きくなり過ぎると、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの引張強度が低下する。表面粗さが０．２μｍ以上４．８μｍ以下の範囲であれば、皺の発生を抑制し、引張強度の低下が生じないことを確認した。

【0037】

また、熱圧着工程で、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの素材によっては、可撓性を失い、脆くなってしまうものがある。引張強度測定試験を実施した際に、最大応力が生じたときの引張応力が低く、一度に同じ条件での蒸着が可能になるので、プロセス上の条件のばらつきが無くなり、常に一定の金属化フィルムの導電率およびコンタミ発生量を保つことが可能になり、品質を安定化することができる。

【0038】

前述の実施形態では、第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂの材料となる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、またはシクロオレフィンポリマー等の有機樹脂材料を使用する場合について述べたが、他の実施形態では、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及びシクロオレフィンポリマー等から選ばれた１種であってもよい。

【0039】

連結部３の傾斜面２の傾斜角度θは、前述のように６°以上８０°以下が好ましく、さらに好ましくは２０°以上６０°以下が好ましい。このように傾斜角度θを２０°以上６０°以下とすることによって、連結部３に皺の発生をより確実に抑制し、引張強度を向上することができる。

【0040】

他の実施形態として、熱圧着装置２０の下緩衝部材２４および上緩衝部材２５の少なくとも第１フィルム部分１ａおよび第２フィルム部分１ｂが接触する領域の表面粗さを調製することによって、連結部３の表面３ａの表面粗さを制御するようにしてもよい。

【0041】

以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、また、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。上記各実施形態をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。

【符号の説明】

【0042】

１ フィルム
１ａ，１ｂ フィルム部分
１ａ１，１ｂ１ 一端部
２ 段差面
３ 連結部
３ａ 主面
４ フィレット
４ａ 最下部
４ｂ 最上部
５ 巻回型フィルムコンデンサ
５ａ，５ｂ 金属膜
６ａ，６ｂ 金属化フィルム部分
７ａ，７ｂ 端面
８ａ，８ｂ 外部電極
１０ａ，１０ｂ 金属膜非形成部
２０ 熱圧着装置
２２ 下金型
２３ 支持部材
２４ 下緩衝部材
２５ 上緩衝部材
２６ 押圧部材
２７，２８ 紙片
２９ 上金型
θ 傾斜角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】