(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】P2023060718
(43)【公開日】2023-04-28
(54)【発明の名称】金属化フィルムの製造方法、フィルムコンデンサの製造方法、及び金属化フィルムの製造装置
(51)【国際特許分類】
H01G 4/32 20060101AFI20230421BHJP
B29C 55/06 20060101ALI20230421BHJP
C23C 14/24 20060101ALI20230421BHJP
C23C 14/02 20060101ALI20230421BHJP
【FI】
H01G4/32 551B
H01G4/32 551A
H01G4/32 574
B29C55/06
C23C14/24 J
C23C14/02 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021170458
(22)【出願日】2021-10-18
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックIPマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002527
【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大河内 基裕
(72)【発明者】
【氏名】森田 秀幸
(72)【発明者】
【氏名】奥野 茂男
(72)【発明者】
【氏名】竹岡 宏樹
【テーマコード(参考)】
4F210
4K029
5E082
【Fターム(参考)】
4F210AA11
4F210AA24
4F210AC03
4F210AG01
4F210AH33
4F210AR06
4F210AR08
4F210QA03
4F210QC02
4F210QG01
4F210QG15
4F210QG18
4F210QM11
4F210QM13
4F210QM15
4K029AA11
4K029AA25
4K029BA03
4K029BA18
4K029BB03
4K029CA01
4K029DA08
4K029DB03
4K029DB18
4K029FA06
4K029HA05
4K029JA10
4K029KA03
5E082BC35
5E082BC38
5E082BC39
5E082EE07
5E082EE23
5E082EE37
5E082FF05
5E082FG06
5E082FG34
5E082GG10
5E082GG27
(57)【要約】
【課題】従来よりも厚みが薄く、配向度の高い金属化フィルムを製造することができる金属化フィルムの製造方法を提供する。
【解決手段】金属化フィルム1の製造方法は、誘電体フィルム2を搬送しながら搬送方向に延伸する延伸工程と、延伸された誘電体フィルム2に金属3を蒸着する蒸着工程と、を含む。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体フィルムを搬送しながら搬送方向に延伸する延伸工程と、
延伸された前記誘電体フィルムに金属を蒸着する蒸着工程と、を含む、
金属化フィルムの製造方法。
【請求項2】
前記延伸工程において、前記誘電体フィルムを塑性変形させる、
請求項1に記載の金属化フィルムの製造方法。
【請求項3】
前記延伸工程において、第1延伸ロールから前記第1延伸ロールよりも前記搬送方向の下流側に配置され、前記第1延伸ロールよりも周速度の速い第2延伸ロールに前記誘電体フィルムを架け渡す、
請求項1又は2に記載の金属化フィルムの製造方法。
【請求項4】
前記延伸工程において、前記誘電体フィルムを加熱する、
請求項1~3のいずれか1項に記載の金属化フィルムの製造方法。
【請求項5】
前記延伸工程において、前記誘電体フィルムを結晶化温度以上の温度に加熱する、
請求項4に記載の金属化フィルムの製造方法。
【請求項6】
前記延伸工程と前記蒸着工程との間において、延伸された前記誘電体フィルムを冷却する冷却工程を更に含む、
請求項4又は5に記載の金属化フィルムの製造方法。
【請求項7】
前記冷却工程において、前記誘電体フィルムを結晶化温度よりも低い温度に冷却する、
請求項6に記載の金属化フィルムの製造方法。
【請求項8】
前記延伸工程、前記冷却工程、及び前記蒸着工程を真空下で進行させる、
請求項6又は7に記載の金属化フィルムの製造方法。
【請求項9】
請求項1~8のいずれか1項に記載の金属化フィルムの製造方法を使用して製造された前記金属化フィルムを巻回又は積層して本体部を形成し、前記本体部に一対の電極を形成し、前記一対の電極にバスバーを接続してコンデンサ素子を形成する素子形成工程と、
前記コンデンサ素子を樹脂で封止する封止工程と、を含む、
フィルムコンデンサの製造方法。
【請求項10】
誘電体フィルムを繰り出す繰出部と、
第1延伸ロールと、前記第1延伸ロールよりも周速度の速い第2延伸ロールと、を有し、前記繰出部から搬送されてきた前記誘電体フィルムを前記第1延伸ロール及び前記第2延伸ロールに架け渡して搬送方向に延伸する延伸処理部と、
前記延伸処理部によって延伸された前記誘電体フィルムに金属を蒸着して金属化フィルムを形成する蒸着処理部と、
前記金属化フィルムを巻き取る巻取部と、を備える、
金属化フィルムの製造装置。
【請求項11】
前記延伸処理部によって延伸された前記誘電体フィルムを加熱する加熱処理部を更に備える、
請求項10に記載の金属化フィルムの製造装置。
【請求項12】
加熱された前記誘電体フィルムを冷却する冷却処理部を更に備える、
請求項11に記載の金属化フィルムの製造装置。
【請求項13】
前記延伸処理部、前記加熱処理部、前記冷却処理部、及び前記蒸着処理部が真空下に配置されている、
請求項12に記載の金属化フィルムの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に金属化フィルムの製造方法、フィルムコンデンサの製造方法、及び金属化フィルムの製造装置に関する。より詳細には誘電体フィルムに金属が蒸着された金属化フィルムの製造方法、金属化フィルムを用いたフィルムコンデンサの製造方法、及び金属化フィルムの製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、金属磁性薄膜型磁気記録媒体の製造方法が開示されている。この金属磁性薄膜型磁気記録媒体の製造方法では、非磁性支持体上に金属磁性薄膜の蒸着を行うに際し、上記非磁性支持体をその弾性変形の範囲内で幅方向に延伸し、上記非磁性支持体の幅方向の両側端を冷却キャンに押しつけて、上記非磁性支持体の弾性変形の範囲内で幅方向に延伸した状態を保持したまま上記蒸着を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1のように、非磁性支持体を弾性変形の範囲内で幅方向に延伸するだけでは、残留応力が解放されやすいので、非磁性支持体は、延伸前の元の状態に戻りやすい。そのため、非磁性支持体の厚みを薄くしたり、その構造を変化させたりすることが難しい。
【0005】
本開示の目的は、従来よりも厚みが薄く、配向度の高い金属化フィルムを製造することができる金属化フィルムの製造方法、耐電圧性が高く、小型化を実現し得るフィルムコンデンサの製造方法、及び金属化フィルムの製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様に係る金属化フィルムの製造方法は、誘電体フィルムを搬送しながら搬送方向に延伸する延伸工程と、延伸された前記誘電体フィルムに金属を蒸着する蒸着工程と、を含む。
【0007】
本開示の一態様に係るフィルムコンデンサの製造方法は、前記金属化フィルムの製造方法を使用して製造された前記金属化フィルムを巻回又は積層して本体部を形成し、前記本体部に一対の電極を形成し、前記一対の電極にバスバーを接続してコンデンサ素子を形成する素子形成工程と、前記コンデンサ素子を樹脂で封止する封止工程と、を含む。
【0008】
本開示の一態様に係る金属化フィルムの製造装置は、誘電体フィルムを繰り出す繰出部と、第1延伸ロールと、前記第1延伸ロールよりも周速度の速い第2延伸ロールと、を有し、前記繰出部から搬送されてきた前記誘電体フィルムを前記第1延伸ロール及び前記第2延伸ロールに架け渡して搬送方向に延伸する延伸処理部と、前記延伸処理部によって延伸された前記誘電体フィルムに金属を蒸着して金属化フィルムを形成する蒸着処理部と、前記金属化フィルムを巻き取る巻取部と、を備える。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、従来よりも厚みが薄く、配向度の高い金属化フィルムを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】
図1は、本実施形態に係る金属化フィルムの製造装置を示す概略図である。
【
図2】
図2A~
図2Cは、本実施形態に係るフィルムコンデンサの製造方法の各工程を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
1.概要
本実施形態に係る金属化フィルム1の製造方法は、延伸工程と、蒸着工程と、を含む。延伸工程では、誘電体フィルム2を搬送しながら搬送方向に延伸する。これにより、誘電体フィルム2の厚みを薄くすることができる。また誘電体フィルム2の構造(内部構造等)を変化させることができる。具体的には、誘電体フィルム2が結晶領域及び非晶領域を有する場合、結晶領域及び非晶領域の分子鎖が搬送方向に配向する。すなわち、延伸前に比べて延伸後では、誘電体フィルム2の結晶領域及び非晶領域の配向度が増加する。そして、蒸着工程では、上記のように延伸された誘電体フィルム2に金属3を蒸着する。
【0012】
本実施形態では、誘電体フィルム2の搬送方向と、誘電体フィルム2の延伸方向とを一致させることで、延伸工程後においても、誘電体フィルム2を、延伸前の元の状態に戻りにくくすることができる。逆に言えば、特許文献1のように、誘電体フィルム2の搬送方向と、誘電体フィルム2の延伸方向とが直交すると、延伸工程後において、誘電体フィルム2が延伸前の元の状態に戻りやすくなると考えられる。
【0013】
したがって、本実施形態によれば、従来よりも厚みが薄く、配向度の高い金属化フィルムを製造することができる。
【0014】
2.詳細
以下、本実施形態に係る金属化フィルム1の製造方法、フィルムコンデンサ10の製造方法、及び金属化フィルム1の製造装置100について、図面を参照して説明する。各図は模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさは必ずしも実際の寸法を反映しているとは限らない。なお、金属化フィルム1の製造装置100は、金属化フィルム1の製造方法の実施に直接使用することに適しているので、まず金属化フィルム1の製造装置100について説明し、次に金属化フィルム1の製造方法及びフィルムコンデンサ10の製造方法について順に説明する。
【0015】
(1)金属化フィルムの製造装置
<全体構成>
図1に示すように、本実施形態に係る金属化フィルム1の製造装置100は、繰出部5と、延伸処理部6と、加熱処理部91と、冷却処理部93と、マスキング処理部97と、蒸着処理部7と、巻取部8と、を備える。
【0016】
金属化フィルム1の材料である誘電体フィルム2は、繰出部5から搬送され、延伸処理部6、加熱処理部91、冷却処理部93、及びマスキング処理部97を経て、蒸着処理部7で金属化フィルム1に加工され、金属化フィルム1が巻取部8で巻き取られる。このように、誘電体フィルム2の搬送方向の最も上流側に繰出部5が配置され、最も下流側に巻取部8が配置されている。
【0017】
金属化フィルム1の製造装置100は、第1収容室41と、第2収容室42と、真空ポンプ45と、を更に備える。第1収容室41と第2収容室42とは、仕切板43で仕切られている。仕切板43は開口部44を有する。開口部44により第1収容室41と第2収容室42とは連通している。
【0018】
第1収容室41は、繰出部5と、延伸処理部6と、加熱処理部91と、冷却処理部93と、マスキング処理部97と、巻取部8と、を収容する。なお、第1収容室41は、蒸着処理部7の一部(キャンロール70の一部)も収容する。
【0019】
第2収容室42は、蒸着処理部7を収容する。
【0020】
真空ポンプ45は、第2収容室42に接続されている。真空ポンプ45を作動させることにより、第2収容室42内を真空にすることができる。第1収容室41は、開口部44により第2収容室42と連通しているので、第1収容室41内も真空にすることができる。真空ポンプ45は、第2収容室42に直接接続されているので、第2収容室42を第1収容室41に比べてより高真空にしやすい。なお、「真空」とは、通常の大気圧(20℃で101.3kPa)より低い圧力の気体で満たされた空間の状態を意味する。
【0021】
このように、繰出部5、延伸処理部6、加熱処理部91、冷却処理部93、マスキング処理部97、蒸着処理部7、及び巻取部8は真空下に配置されている。以下、繰出部5、延伸処理部6、加熱処理部91、冷却処理部93、マスキング処理部97、蒸着処理部7、及び巻取部8について順に説明する。
【0022】
<繰出部>
繰出部5は、誘電体フィルム2を繰り出す部分である。具体的には、繰出部5は、繰出ロール50を有する。繰出ロール50は、長尺状をなす誘電体フィルム2を円筒状に巻いたロールである。繰出ロール50は、回転可能に配置されている。
【0023】
誘電体フィルム2の材質としては、特に限定されないが、例えば、結晶性プラスチック等が挙げられる。結晶性プラスチックとしては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、及びポリエチレンナフタレート(PEN)等が挙げられる。
【0024】
誘電体フィルム2の厚さは、特に限定されないが、例えば、1.0μm以上10.0μm以下である。
【0025】
<延伸処理部>
延伸処理部6は、繰出部5から搬送されてきた誘電体フィルム2を搬送方向に延伸する処理を行う部分である。延伸処理部6は、繰出部5よりも搬送方向の下流側に配置されている。延伸処理部6は、第1延伸ロール61と、第2延伸ロール62と、を有する。
【0026】
第1延伸ロール61は、繰出ロール50と平行かつ回転可能に配置されている。繰出部5から搬送されてきた誘電体フィルム2は、まず第1延伸ロール61に架け渡される。
【0027】
第2延伸ロール62は、第1延伸ロール61よりも搬送方向の下流側に配置されている。さらに第2延伸ロール62は、第1延伸ロール61と平行かつ回転可能に配置されている。第1延伸ロール61から搬送されてきた誘電体フィルム2は、次に第2延伸ロール62に架け渡される。
【0028】
ここで、第2延伸ロール62の周速度は、第1延伸ロール61の周速度よりも速い。すなわち、上流側の第1延伸ロール61の周速度は遅く、下流側の第2延伸ロール62の周速度は速い。このように、第1延伸ロール61及び第2延伸ロール62の周速度に差があることにより、繰出部5から搬送されてきた誘電体フィルム2が、第1延伸ロール61及び第2延伸ロール62に架け渡されると、搬送方向に延伸される。第1延伸ロール61と第2延伸ロール62との間が延伸区間である。つまり、延伸区間において誘電体フィルム2が延伸される。
【0029】
<加熱処理部>
加熱処理部91は、延伸処理部6によって延伸された誘電体フィルム2を加熱する処理を行う部分である。加熱処理部91は、延伸区間に存在する誘電体フィルム2に対向するように配置されている。本実施形態では、加熱処理部91は、赤外線ヒーターを有する。赤外線ヒーターからの赤外線が、延伸区間の誘電体フィルム2に照射されることにより、誘電体フィルム2が延伸されながら加熱される。
【0030】
赤外線は、近赤外線(波長:780nm以上2.5μm以下)及び中赤外線(波長:2.5μm以上4μm以下)の少なくともいずれかを含むことが好ましい。これにより、温度むらを低減しつつ、誘電体フィルム2を均一に加熱することができる。さらに誘電体フィルム2に揮発成分(後述の水分及び添加剤等)が含まれている場合には、揮発成分を蒸発させて除去しやすくなる。
【0031】
<冷却処理部>
冷却処理部93は、加熱された誘電体フィルム2を冷却する処理を行う部分である。冷却処理部93は、延伸処理部6及び加熱処理部91よりも搬送方向の下流側に配置されている。
【0032】
冷却処理部93は、少なくとも1つ以上(本実施形態では3つ)の冷却ロール93a、93b、93cを有する。さらに冷却ロール93a、93b、93cは、第1延伸ロール61及び第2延伸ロール62と平行かつ回転可能に配置されている。延伸処理部6で延伸されつつ加熱された誘電体フィルム2は、冷却ロール93a、93b、93cの外周面に接触しながら搬送されることで冷却される。
【0033】
なお、第2延伸ロール62が冷却機能を有していてもよい。この場合、加熱された誘電体フィルム2が第2延伸ロール62に粘着しない程度に、第2延伸ロール62は誘電体フィルム2を冷却し得る。
【0034】
<マスキング処理部>
マスキング処理部97は、誘電体フィルム2の一方の面(片面)において金属3を蒸着させない部分(非蒸着部分)をマスキングする処理を行う部分である。マスキングは、オイルの塗布により行うことができる。マスキングされた部分は、金属化フィルム1において非蒸着部20a、20bとなる(
図2A参照)。本実施形態では、誘電体フィルム2の短手方向(幅方向)Sの一方側端部において、長手方向Lに沿ってオイルを塗布するようにしている。
【0035】
マスキング処理部97は、冷却処理部93よりも搬送方向の下流側に配置されている。マスキング処理部97では、フレキソ印刷により誘電体フィルム2にオイルを塗布することができる。すなわち、マスキング処理部97は、印刷ロール94と、バックアップロール95と、を有する。印刷ロール94及びバックアップロール95は、冷却ロール93a、93b、93cと平行かつ回転可能に配置されている。
【0036】
印刷ロール94は、誘電体フィルム2の一方の面の非蒸着部分にオイルを塗布するロールである。
【0037】
バックアップロール95は、誘電体フィルム2の他方の面側に配置されている。バックアップロール95は、誘電体フィルム2を印刷ロール94に押し付けるロールである。なお、以下において、特に断らない限り、「他方の面」とは、一方の面の反対側の面を意味する。
【0038】
<蒸着処理部>
蒸着処理部7は、延伸処理部6によって延伸された誘電体フィルム2に金属3を蒸着する処理を行う部分である。これにより、金属化フィルム1が形成される。
【0039】
蒸着処理部7は、マスキング処理部97よりも搬送方向の下流側に配置されている。蒸着処理部7は、蒸発源30と、るつぼ71と、キャンロール70と、を有する。
【0040】
蒸発源30は、誘電体フィルム2に蒸着される金属3を含む。金属3としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム及び亜鉛等が挙げられる。
【0041】
るつぼ71は、蒸発源30を収容し、蒸発源30を加熱して金属3を蒸発させるための耐熱容器である。蒸発源30の加熱方法としては、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱、電子ビーム加熱、アーク放電加熱、高周波誘導加熱、及びレーザ加熱等が挙げられる。
【0042】
キャンロール70は、金属3が蒸着される誘電体フィルム2を搬送しながら冷却するためのロールである。キャンロール70によって、蒸着に伴う誘電体フィルム2への熱負荷を低減し、誘電体フィルム2にシワ及び破れが発生することを抑制することができる。なお、キャンロール70の温度は、特に限定されないが、例えば-20℃以上0℃以下である。
【0043】
キャンロール70は、仕切板43の開口部44において、回転可能に配置されている。キャンロール70の回転軸は、仕切板43と平行である。キャンロール70の一部は、第1収容室41に配置され、キャンロール70の残部は、第2収容室42に配置されている。
【0044】
誘電体フィルム2は、キャンロール70の外周面に密着しながら搬送される。誘電体フィルム2の一方の面(キャンロール70の外周面に接触していない面)に金属3が蒸着される。ただし、オイルによりマスキングされた部分には金属3は蒸着されない。一方、誘電体フィルム2の他方の面(キャンロール70の外周面に密着している面)には金属3は蒸着されない。
【0045】
<巻取部>
巻取部8は、金属化フィルム1を巻き取る部分である。巻取部8は、蒸着処理部7よりも搬送方向の下流側に配置されている。具体的には、巻取部8は、巻取ロール80を有する。巻取ロール80は、回転可能に配置されている。
【0046】
<その他>
金属化フィルム1の製造装置100は、少なくとも1つ以上(本実施形態では2つ)の予熱ロール92(92a、92b)を更に備えてもよい。本実施形態では、予熱ロール92は、繰出部5と延伸処理部6との間に配置されている。特に予熱ロール92は、延伸処理部6の直前に配置されている。予熱ロール92は、誘電体フィルム2を延伸する前に加熱するためのロールである。予熱ロール92は、第1延伸ロール61及び第2延伸ロール62と平行かつ回転可能に配置されている。
【0047】
また金属化フィルム1の製造装置100は、少なくとも1つ以上(本実施形態では4つ)のガイドロール96(96a、96b、96c、96d)を更に備えてもよい。ガイドロール96は、誘電体フィルム2又は金属化フィルム1の搬送方向を変えるためのロールである。ガイドロール96は、他のロール(繰出ロール50等)と平行かつ回転可能に配置されている。ガイドロール96が配置される場所は、特に限定されない。
【0048】
(2)金属化フィルムの製造方法
次に本実施形態に係る金属化フィルム1の製造方法について説明する。金属化フィルム1の製造方法は、上述の金属化フィルム1の製造装置100を使用して実施することができる。
【0049】
本実施形態に係る金属化フィルム1の製造方法は、延伸工程と、冷却工程と、マスキング工程と、蒸着工程と、巻取工程と、を含む。延伸工程、冷却工程、及び蒸着工程は、真空下で進行させる。これにより、誘電体フィルム2に揮発成分が含まれている場合には、揮発成分を蒸発させて除去しやすくなる。揮発成分としては、例えば、水分及び添加剤等が挙げられる。これらの揮発成分は、誘電体フィルム2への金属3の蒸着を阻害し得る成分である。また蒸着工程を真空下で進行させることで、金属3が誘電体フィルム2に達する前に、第2収容室42内の気体分子に衝突することを抑制することができる。さらに蒸発源30の蒸発温度を下げて蒸着を容易にすることができる。
【0050】
<延伸工程>
延伸工程では、誘電体フィルム2を搬送しながら搬送方向に延伸する。誘電体フィルム2は、繰出部5から延伸処理部6に搬送されてくる。そして、誘電体フィルム2は、第1延伸ロール61から第2延伸ロール62に架け渡されるので、第1延伸ロール61から第2延伸ロール62に搬送される。このとき、第2延伸ロール62の周速度が第1延伸ロール61の周速度よりも速いので、誘電体フィルム2は、搬送方向に延伸される。これにより、誘電体フィルム2の厚さを薄くすることができる。さらに誘電体フィルム2が結晶領域及び非晶領域を有する場合、結晶領域及び非晶領域の分子鎖が搬送方向に配向する。すなわち、延伸前に比べて延伸後では、誘電体フィルム2の結晶領域及び非晶領域の配向度が増加する。このように、誘電体フィルム2の厚さ方向に垂直な面内において結晶領域及び非晶領域の配向度が増加することで、誘電体フィルム2の厚さ方向に電圧を印加したときに絶縁破壊が起こりにくくなる。つまり、延伸された誘電体フィルム2と、延伸されていない誘電体フィルム2とを両者の厚さを同じにして比較した場合、前者の延伸された誘電体フィルム2の方が、誘電体フィルム2の厚さ方向に流れる漏れ電流を低減することができる。
【0051】
好ましくは、延伸工程において、誘電体フィルム2を塑性変形させる。すなわち、第1延伸ロール61と第2延伸ロール62との周速度の差などを調整することにより、誘電体フィルム2に降伏点を超える力を作用させる。このように、誘電体フィルム2が弾性変形ではなく塑性変形すると、誘電体フィルム2が延伸処理部6を通過しても、誘電体フィルム2が元の形に戻らないようにすることができる。すなわち、誘電体フィルム2は、厚みが薄くなって、その構造が変化した状態を維持し続けることができる。
【0052】
さらに本実施形態では、延伸工程において、誘電体フィルム2を加熱する。すなわち、延伸区間の誘電体フィルム2を加熱処理部91で加熱する。このときの加熱温度は、誘電体フィルム2のガラス転移温度(Tg)を超える温度であれば、特に限定されない。これにより、誘電体フィルム2を延伸させやすくなる。さらに誘電体フィルム2に揮発成分が含まれている場合には、揮発成分を蒸発させて更に除去しやすくなる。揮発成分は、結晶領域に比べて非晶領域により多く存在し得る。
【0053】
好ましくは、延伸工程において、誘電体フィルム2を結晶化温度(Tc)以上の温度に加熱する。これにより、配向状態の誘電体フィルム2を結晶化させるための準備を整えることができる。
【0054】
ここで、「結晶化温度(Tc)」とは、誘電体フィルム2が結晶化し始める温度である。結晶化温度(Tc)の測定の一例を挙げると、DSC(示差熱分析計)を用いて、まず融解ピーク終了温度より30℃高い温度まで誘電体フィルム2を加熱し、この温度で10分間保った後、冷却速度5℃/min又は10℃/minで結晶化ピーク終了時より約50℃低い温度まで冷却し、DSC曲線を描かせる。得られたDSC曲線から、結晶化ピーク温度(Tpc)を求める。一般的に結晶化ピーク温度(Tpc)を結晶化温度(Tc)としている。結晶化温度(Tc)の具体例を挙げると、誘電体フィルム2がポリプロピレン(PP)フィルムの場合、結晶化温度(Tc)は、約120℃である。
【0055】
延伸工程において誘電体フィルム2を加熱する際の加熱温度の上限値は、特に限定されないが、例えば、誘電体フィルム2の融点又は軟化点である。具体例を挙げると、誘電体フィルム2がポリプロピレン(PP)フィルムの場合、加熱温度の上限値は、約170℃以上190℃以下である。
【0056】
<冷却工程>
冷却工程では、延伸工程と蒸着工程との間において、延伸された誘電体フィルム2を冷却する。本実施形態では、延伸されながら加熱された誘電体フィルム2を冷却する。これにより、誘電体フィルム2中の分子鎖を配向させた状態で結晶化させやすくなる。このように、誘電体フィルム2中の分子鎖を配向させた状態で結晶化させることを、以下「配向結晶化」という場合がある。
【0057】
冷却速度は、特に限定されないが、例えば、0.01℃/min以上10℃/min以下である。
【0058】
好ましくは、冷却工程において、誘電体フィルム2を結晶化温度(Tc)よりも低い温度に冷却する。これにより、誘電体フィルム2の配向結晶化を更に促進し得る。すなわち、配向状態の誘電体フィルム2の結晶化度が増加し得る。結晶化度は、結晶領域及び非晶領域の全体に対する結晶領域の分率である。このように、配向状態の誘電体フィルム2における結晶領域が非晶領域よりも増加し得る。非晶領域に比べて結晶領域では漏れ電流が流れにくいので、配向状態の誘電体フィルム2の結晶化度が増加すると、誘電体フィルム2の厚さ方向に電圧を印加したときに絶縁破壊が更に起こりにくくなる。また結晶領域に比べて非晶領域が減少することで、揮発成分が誘電体フィルム2に残存しにくくなる。
【0059】
誘電体フィルム2を冷却する際の冷却温度の下限値は、特に限定されないが、例えば、誘電体フィルム2のガラス転移温度(Tg)である。具体例を挙げると、誘電体フィルム2がポリプロプレン(PP)フィルムの場合、冷却温度の下限値は、約-20℃以上0℃以下である。
【0060】
<マスキング工程>
マスキング工程では、配向結晶化した誘電体フィルム2の一方の面において金属3を蒸着させない部分(非蒸着部分)をマスキングする。本実施形態では、誘電体フィルム2の短手方向Sの一方側端部において、長手方向Lに沿ってオイルを塗布するようにしている。
【0061】
<蒸着工程>
蒸着工程では、延伸された誘電体フィルム2に金属3を蒸着する。本実施形態では、配向結晶化した誘電体フィルム2に金属3を蒸着する。これにより、金属化フィルム1が形成される。
【0062】
ここで、蒸着工程の前に、誘電体フィルム2中に残存する揮発成分を可能な限り除去しておけば、金属3の蒸着密度を高めることができる。
【0063】
本実施形態では、配向結晶化した誘電体フィルム2の一方の面において、誘電体フィルム2の短手方向Sの一方側端部を除いて、金属3が蒸着される。誘電体フィルム2の短手方向Sの一方側端部には、オイルが塗布されているので、金属3は蒸着されない。
【0064】
<巻取工程>
巻取工程では、金属化フィルム1を巻き取る。金属化フィルム1は、長尺状をなすフィルムである。金属化フィルム1の一方の面は、蒸着部3a及び非蒸着部20aを有する(
図2A参照)。蒸着部3aは、金属3が蒸着された部分である。蒸着部3aの厚さは、特に限定されないが、例えば、5nm以上100nm以下である。非蒸着部20aは、金属3が蒸着されなかった部分である。つまり、誘電体フィルム2が露出している部分である。一方、金属化フィルム1の他方の面は、キャンロール70の外周面に密着していたので、金属3は蒸着されておらず、誘電体フィルム2が露出している。
【0065】
また本実施形態では、延伸工程と蒸着工程との間において、延伸された誘電体フィルム2を巻き取る巻取工程は存在しない。延伸された誘電体フィルム2は、厚みが薄くなっているので、一旦巻き取ってしまうと、シワ及び破れが発生するおそれがある。本実施形態では、延伸工程後の誘電体フィルム2を巻き取ることなく、蒸着工程に搬送するようにしているので、延伸された誘電体フィルム2にシワ及び破れが発生することを抑制することができる。蒸着工程後の金属化フィルム1は、金属3が蒸着されているので、単に延伸された誘電体フィルム2に比べて強度が向上している。そのため、金属化フィルム1を巻き取っても、シワ及び破れの発生を抑制することができる。
【0066】
<作用効果>
上述のように、本実施形態に係る金属化フィルム1の製造方法は、延伸工程と、蒸着工程と、を含む。
【0067】
延伸工程では、誘電体フィルム2を搬送しながら搬送方向に延伸する。これにより、誘電体フィルム2の厚みを薄くすることができる。一例を挙げると、延伸前の誘電体フィルム2の厚さが2.3μmの場合、延伸後の誘電体フィルム2の厚さは2.1μmとなり、約10%厚みを薄くすることができる。
【0068】
また誘電体フィルム2の構造(内部構造等)を変化させることができる。すなわち、誘電体フィルム2が延伸されることで、誘電体フィルム2中の分子鎖が延伸方向に配向する。
【0069】
そして、蒸着工程では、延伸された誘電体フィルム2に金属3を蒸着する。
【0070】
上記のように、本実施形態では、誘電体フィルム2の搬送方向と、誘電体フィルム2の延伸方向とを一致させることで、延伸工程後においても、誘電体フィルム2を、延伸前の元の状態に戻りにくくすることができる。
【0071】
したがって、本実施形態によれば、従来よりも厚みが薄く、配向度の高い金属化フィルムを製造することができる。
【0072】
(3)フィルムコンデンサの製造方法
次に本実施形態に係るフィルムコンデンサ10の製造方法について、図面を参照して説明する。なお、図中に相互に直交するX軸、Y軸及びZ軸を図示しているが、これらの軸は、説明の都合上図示しているだけであり、フィルムコンデンサ10の方向を限定する趣旨ではなく、実体を伴わない。また以下において、「側面視」とは、Y軸方向に沿って視ることを意味する。
【0073】
本実施形態に係るフィルムコンデンサ10の製造方法は、素子形成工程と、封止工程と、を含む。以下、素子形成工程及び封止工程について順に説明する。
【0074】
<素子形成工程>
素子形成工程では、コンデンサ素子16を形成する(
図2B参照)。コンデンサ素子16は、巻回型又は積層型である。本実施形態では、巻回型のコンデンサ素子16を形成している。以下、巻回型のコンデンサ素子16を形成する場合について説明する。
【0075】
まず
図2Aに示すように、上述の金属化フィルム1の製造方法を使用して製造された金属化フィルム1を巻回して本体部13を形成する。具体的には、2枚の金属化フィルム1(第1金属化フィルム11及び第2金属化フィルム12)を用意し、これらの金属化フィルム1を重ねて巻回する。なお、2枚の金属化フィルム1の短手方向Sの長さは等しい。
【0076】
すなわち、第1金属化フィルム11は、蒸着部3a及び非蒸着部20aを有する。蒸着部3a及び非蒸着部20aは、第1誘電体フィルム2aの一方の面に存在する。蒸着部3aは、第1誘電体フィルム2aの短手方向Sの一方側端部(右側端部)を除く部分に存在する。非蒸着部20aは、第1誘電体フィルム2aの短手方向Sの一方側端部(右側端部)に存在する。第1誘電体フィルム2aの他方の面には蒸着部3aは存在しない。
【0077】
一方、第2金属化フィルム12は、蒸着部3b及び非蒸着部20bを有する。蒸着部3b及び非蒸着部20bは、第2誘電体フィルム2bの一方の面に存在する。蒸着部3bは、第2誘電体フィルム2bの短手方向Sの他方側端部(左側端部)を除く部分に存在する。非蒸着部20bは、第2誘電体フィルム2bの短手方向Sの他方側端部(左側端部)に存在する。第2誘電体フィルム2bの他方の面には蒸着部3bは存在しない。
【0078】
そして、第1金属化フィルム11の他方の面と、第2金属化フィルム12の一方の面とを対向させて重ね、この状態で2枚の金属化フィルム1を長手方向Lに巻回して、円柱状をなす巻回体13aが得られる(
図2A参照)。巻回体13aをZ軸方向に加圧することにより、扁平巻回体13bが得られる(
図2B参照)。扁平巻回体13bは、側面視角丸長方形をなし、Y軸方向に延びる立体形状をなす。本実施形態では、扁平巻回体13bを本体部13として使用している。
【0079】
次に本体部13に一対の電極14を形成する。具体的には、Y軸方向における本体部13の両端に電極14を形成する。電極14は、金属溶射法により形成することができる。
【0080】
次に一対の電極14にバスバー15を接続してコンデンサ素子16を形成する。バスバー15は、Z軸方向に延びる導電性部材である。一対のバスバー15は、Y軸方向に並んで、Z軸方向に平行に配置されている。バスバー15の材質としては、特に限定されないが、例えば、銅等が挙げられる。
【0081】
なお、積層型のコンデンサ素子16を形成する場合には、金属化フィルム1を積層して本体部13を形成する。例えば、第1金属化フィルム11及び第2金属化フィルム12を所定の大きさに切り取り、これらを厚さ方向(Z軸方向)に交互に積層して本体部13を形成する。本体部13を形成した後の工程は、巻回型のコンデンサ素子16の場合と同様である。
【0082】
<封止工程>
封止工程では、
図2Cに示すように、コンデンサ素子16を樹脂17で封止する。これにより、フィルムコンデンサ10を製造することができる。
【0083】
樹脂17としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。樹脂17の硬化物で封止部18が形成されている。封止部18が、コンデンサ素子16を封止している。すなわち、封止部18にコンデンサ素子16が埋没している。本実施形態では、封止部18は、直方体状をなす。Z軸方向において、封止部18の+Z側を向く面から一対のバスバー15が突出している。一対のバスバー15間に電圧を印加することにより、フィルムコンデンサ10を充電することができる。
【0084】
<作用効果>
本実施形態によれば、耐電圧性が高いフィルムコンデンサ10を容易に製造することができる。すなわち、上述の金属化フィルム1では、誘電体フィルム2の厚さ方向に垂直な面内において結晶領域及び非晶領域の配向度が増加することで、誘電体フィルム2の厚さ方向に電圧を印加したときに絶縁破壊が起こりにくくなっている。このような金属化フィルム1を用いてフィルムコンデンサ10を製造しているので、フィルムコンデンサ10の耐電圧性を高めることができる。
【0085】
また本実施形態によれば、小型化を実現し得るフィルムコンデンサ10を容易に製造することもできる。上述の金属化フィルム1は、従来よりも厚みが薄くなっている。このような金属化フィルム1を用いてフィルムコンデンサ10を製造しているので、同一容量の従来品と比べて、フィルムコンデンサ10の小型化を実現し得る。
【0086】
さらに本実施形態によれば、高容量化を実現し得るフィルムコンデンサ10を容易に製造することもできる。上述のように、金属化フィルム1は、従来よりも厚みが薄くなっているので、同一寸法の従来品と比べて、フィルムコンデンサ10の高容量化を実現し得る。
【0087】
3.変形例
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されることなく、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0088】
上記実施形態では、加熱処理部91は、赤外線ヒーターを有するが、加熱ロールを有してもよい。
【0089】
上記実施形態では、金属化フィルム1の製造装置100は、予熱ロール92を備えるが、予熱ロール92を備えなくてもよい。
【0090】
上記実施形態では、誘電体フィルム2の短手方向Sの一方側端部をマスキングするようにしているが、マスキングする部分は特に限定されない。
【符号の説明】
【0091】
1 金属化フィルム
10 フィルムコンデンサ
13 本体部
14 電極
15 バスバー
16 コンデンサ素子
17 樹脂
2 誘電体フィルム
3 金属
5 繰出部
6 延伸処理部
61 第1延伸ロール
62 第2延伸ロール
7 蒸着処理部
8 巻取部
91 加熱処理部
93 冷却処理部
100 金属化フィルムの製造装置