Brevet FR2500953A1 — publié le 19820903

L'invention concerne les condensateurs bobinés lamellaires ou multifeuilles, ainsi qu'un procédé et un appareil de fabrication de ces condensateurs. Un procédé et un appareil de ce type sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 670 378. Le procédé de production de condensateurs décrit dans ce brevet consiste à former d'abord des corps de condensa- teurs en bobinant alternativement sur un tambour des feuilles métalliques et des feuilles diélectriques, à bobiner simultanément des couches de séparation entre les corps de condensateurs pour former un bobinage mère compor- tant des couches alternées de corps de condensateurs et des couches de séparation, puis à appliquer par pulvérisa- tion un revêtement métallique sur les bords du bobinage mère pour connecter les feuilles métalliques, et à sectionner ensuite le bobinage mère perpendiculairement aux couches de séparation pour former les corps individuels de condensateurs. Ces corps de condensateurs ainsi obtenus comportent des couches métalliques entrelacées qui sont séparée. par des couches diélectriques. Les couches d'un premier groupe comprenant des substrats diélectriques et des feuilles métalliques dépassent vers l'extérieur d'un premier côté du corps du condensateur, tandis qu'un autre groupe de substrats et de feuilles dépasse de l'autre côté du corps du condensateur. Le revêtement métallique est appliqué de manière à connecter électriquement entre elles les feuilles métalliques sur le groupe de couches dépassant vers l'extérieur. Ainsi, on réalise deux électrodes ou jeux de "plaques" de condensateurs isolés diélectriquement l'un de l'autre, mais intercalés. Dans l'agencement décrit ci-dessus, il arrive parfois que, pendant l'opération de bobinage, les couches en cours de bobinage s'intercalent ou s'écartent des trajets souhaités, ce qui a pour résultat un mauvais posi- tionnement d'une ou plusieurs couches par rapport aux couches adjacentes. Si la séparation des groupes de couches n'est pas suffisante, le condensateur peut être court- circuité ou bien il peut avoir une rigidité diélectrique inférieure à celle prévue, dans une ou plusieurs zones. Si la séparation est excessive, la capacité résultante du condensateur est réduite. L'invention a pour objet un condensateur indus- triel de haute qualité, du type général décrit, mais ayant une structure différente et dont le procédé de fabrication est mis en oeuvre à un coût considérablement réduit.-L'in- vention a également pour objet un agencement du type décrit, qui réduit sensiblement le risque d'apparition de court-circuit du condensateur bobiné par suite d'une mauvaise disposition des feuilles métalliques et diélectri- ques. L'invention permet de produire des condensateurs plus rapidement qu'il n'est possible avec les équipements actuellement disponibles. L'invention a également pour objet un appareil du type décrit, qui a pour fonction d'appliquer les couches formant le condensateur sur un tambour ou une roue de transfert, directement à partir de rouleaux de feuilletage ou de superposition. Un tel agencement empêche la matière d'alimentation de se déplacer sans support dans l'espace, ce qui réduit l'entremêlement et, par conséquent, le mauvais alignement des couches du condensateur. Conformément aux objets précités, le condensateur selon l'invention comprend plusieurs couches présentant des bords opposés et constituées chacune d'un substrat diélectrique et d'une feuille métallique qui s'étend d'un premier bord vers l'autre bord, chaque couche présentant une zone sans feuille métallique, adjacente audit autre bord, mais cependant écartée de ce dernier pour délimiter avec lui une bande marginale étroite de feuille séparée par ladite zone de la partie restante de la feuille métalli- que, les couches étant disposées de manière que la feuille métallique d'une couche soit séparée par une matière diélectrique de la feuille métallique de la couche adjacente. Les couches sont décalées de manière que, sur un premier côté du condensateur, les bords d'un premier groupe de couches dépassent vers l'extérieur desdits autres bords d'un second groupe de couches et que, sur le côté opposé du condensateur, les bords du second groupe de couches dépassent vers l'extérieur desdits autres bords du premier groupe de couches. Les couches du premier groupe alternent avec les couches du second groupe et les bords de chaque s groupe dépassant vers l'extérieur sont revêtus d'une matière conductrice du courant électrique afin que les feuilles métalliques de chaque groupe soient connectées électrique- ment, ladite bande marginale étroite constituée d'une feuille métallique séparant ainsi la matière de revêtement adjacente de la zone sans métal. Le procédé de l'invention consiste à utiliser des première et seconde bandes de matière comprenant chacune un substrat diélectrique, un revêtement constitué d'une feuille métallique et une zone longitudinale, parallèle, étroite et sans métal, à refendre lesdites bandes suivant des lignes parallèles qui sont décalées desdites zones sans métal pour former des rubans présentant chacun une bande marginale et étroite constituée d'une feuille métalli- que qui s'étend vers l'intérieur du bord longitudinal du ruban vers ladite zone sans métal, à bobiner les rubans provenant des première et seconde bandes alternativement sur un tambour et, au cours du bobinage, à décaler les rubans d'une première bande des rubans de l'autre bande pour former plusieurs anneaux adjacents de structure capa- citive comprenant chacun des couches métalliques et diélectri- ques alternées, les couches formées par les rubans prove- nant d'une bande dépassant latéralement vers l'extérieur, dans chaque structure, de ladite bande marginale des rubans de l'autre bande, le procédé consistant également à revêtir d'une substance métallique les parties de chaque structure qui dépassent latéralement pour connecter électriquement les feuilles métalliques des bandes res- pectives de la structure, et à sectionner la structure transversalement aux rubans pour former des condensateurs. L'appareil selon l'invention comporte des premier et second rouleaux débiteurs de bandes, chaque bande comprenant un substrat diélectrique revêtu d'une feuille métallique, un tambour rotatif placé à une certaine distance des bobines débitrices, des premier et second rouleaux de feuilletage disposés en des points espacés à la circonférence du tambour, un rouleau de détection de tension associé à chaque rouleau de feuilletage auquel il est parallèle, à une certaine distance, et avec lequel il constitue une paire de rouleaux, une bande étirée et tendue sur chaque paire de rouleaux et un dispositif destiné à refendre la bande en rubans avant le bobinage de ces der- niers sur le tambour pour former des couches métalliques et diélectriques alternées, les rouleaux de feuilletage étant suffisamment rapprochés du tambour et le dispositif à refendre étant suffisamment rapproché des rouleaux de feuilletage pour que les rubans soient soutenus sur prati- quement toute leur longueur avant d'être bobinés sur le tambour. Selon l'invention, il est également possible d'appliquer, sur l'une des bandes, une mince pellicule adhésive sur au moins une partie des zones de champ électri- que d'un condensateur. Cependant, l'adhésif n'est pas appliqué dans la zone o la bande est refendue ou sur les parties de la structure dépassant latéralement et sur lesquelles un contact est réalisé par l'application d'un revêtement métallique par pulvérisation. L'adhésif a pour but, dans la mesure o cela est nécessaire, de bloquer la structure feuilletée afin que le condensateur bobiné puisse être manipulé sans décollement des feuilles. Selon une autre caractéristique de l'invention, on peut faire passer les bandes dans un poste o un cer- tain nombre de faisceaux lasers peuvent éliminer le métal par brûlage afin de former des zones démétallisées, espacées de façon précise. Le brûlage par faisceaux lasers permet de donner à ces zones démétallisées une largeur très inférieure à celle pouvant être obtenue avec des matières disponibles dans le commerce, présentant des zones démétallisées classiques qui sont beaucoup plus larges qu'il n'est nécessaire pour des condensateurs à faible tension nominale. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limi- tatif et sur lesquels: - la figure 1 est une élévation schématique de l'appareil selon l'invention destiné à mettre en oeuvre le procédé de l'invention - la figure 2 est une coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une vue partielle de dessus, à échelle agrandie, de la structure montrée sur la figure 2; - la figure 4 est une coupe partielle, à échelle agrandie, suivant la ligne 4-4 de la figure 3; - la figure 5 est une coupe schématique partielle à échelle agrandie, suivant la ligne 5-5 de la figure 1; - la figure 6 est une coupe partielle, à échelle très agrandie, de certaines parties du condensateur réalisé selon l'invention; - la figure 7 est une vue à échelle agrandie d'un détail de la figure 1, montrant le dispositif destiné à appliquer de l'adhésif sur la bande; et - la figure 8 est une vue schématique partielle en perspective du poste de brûlage au laser formant les zones démétalliséés lorsque la bande est tirée de sa bobine débitrice. La figure 1 représente deux bobines débitrices 2 et 4 desquelles des bandes A et B sont tirées. Chacune des bandes A et B comprend un substrat diélectrique 6 et une feuille métallique 8. Le substrat 6 peut être en matière plastique convenable, par exemple la résine commercialisée sous la marque "Mylar". La feuille de la pellicule 8 peut être de l'aluminium déposé en phase vapeur, et le substrat 6 et la feuille métallique 8 sont très minces. A titre d'exemple non limitatif, l'épaisseur du substrat 6 peut être de l'ordre de 0,025 mm ou moins, tandis que l'épais- seur de la feuille ou pellicule 8 de métallisation peut être de l'ordre de 50 nm. Chacune des bandes A et B présente plusieurs zones parallèles démétallisées ou sans métal 10, comme mieux montré sur les figures 3 et 4 qui représentent la bande B. Il est cependant évident que la bande A présente une série analogue de zones déntétallisées,. Les zones démétallisées 10 peuvent être formées à l'avance sur les bandes A et B, ou bien elles peuvent être formées par un procédé de brûlage au laser, décrit ci-après. Dans tous les cas, les bandes passent sur plusieurs rou- leaux respectifs afin d'être refendues pour former des rubans et d'être bobinées de façon alternée ou intercalées sur un tambour ou une roue 20 de transfert de grand diamètre. En particulier, la bande A passe sur un rouleau fou 12a dont l'axe de rotation peut être déplacé afin de commander l'entrelacement de la bande A. Le rouleau fou 12a se rapproche et s'éloigne d'un seul tenant avec la bobine débitrice 2 sous la commande d'un capteur classique de guidage de bord (non représenté) pour commander l'entre- lacement. La bande est dirigée du rouleau fou 12a, par le capteur de guidage de bord précité, vers un rouleau fou 14a de détection de tension. Ce rouleau fou transmet un signal à un frein variable (non représenté) sur lequel la bobine débitrice 2 est montée. Cette commande à circuit fermé maintient la tension à toute valeur préréglée. L'ap- pareil comporte également un rouleau 16a de feuilletage ou de superposition. Un poste à refendre la bande, disposé entre les rouleaux 14a et 16a, refend la bande A en plusieurs rubans avant son passage sur le rouleau 16a de superposition et son bobinage sur le tambour ou la roue 20 de transfert. De même, la bande B passe sur un rouleau fou mobile 12b et de ce dernier sur un rouleau fou 14b de détection de tension, puis dans un poste à refendre et sur le rouleau 16b de feuilletage ou de super- position, le rouleau fou 12b réagissant à un second détecteur de guidage de bord (non représenté) pour commander l'entrelacement de la bande B tandis que le rouleau fou 14b de détection de tension transmet, comme précédemment, un signal à un frein variable (non représenté) sur lequel la bobine débitrice 4 est montée, afin de maintenir la tension à une valeur préréglée. Le poste à refendre de la bande B comprend plu- sieurs couteaux parallèles et espacés, par exemple des lames de rasoir 21b qui coopèrent avec une barre polie 22b de support de la bande sur lequelle il bande B passe. De même, dans le cas de la bande A, le poste à refendre comprend plusieurs lames de rasoir 21a parallèles et espacées (figure 7) qui coopèrent avec une barre 22a de support de la bande. Pour chaque bande, le poste à refendre forme plusieurs rubans qui passent immédiatement sur le rouleau 16a ou 16b, suivant le cas, puis sur le tambour 20. Il en résulte que les rubans sont soutenus pratiquement sur toute leur longueur avant d'être bobinés sur le tambour 20. Etant.donné que les rubans ne se déplacent pas librement dans l'espace sans être soutenus, tout entrelacement est éliminé et les rubans peuvent être déposés avec précision sur le tambour 20. Ceci est contraire aux formes de réali-, sation de l'art antérieur qui font appel à des guides de bords, ne fonctionnant pas parfois de manière satisfaisante, pour empêcher l'entrelacement des bandes. Les rouleaux de feuilletage au de superposition exercent une certaine pression contre le tambour ou la roue 20 de transfert et les lames de rasoir peuvent tra- vailler directement dans des fentes étroites des rouleaux 16a et 16b. Dans tous les cas, le dispositif destiné à refendre les bandes réalise des coupes nettes au moyen des lames de rasoir sans provoquer de fronçage de la matière des bandes. Ceci est particulièrement important, car il est difficile d'obtenir des coupes nettes, sans fronçage, sur des bandes aussi minces que celles utilisées dans la présente invention. Dans l'appareil selon l'invention, les rouleaux 16a et 16b peuvent être écartés de 90' comme montré sur la figure 1, ou bien de 1800. La bande B est refendue en plusieurs rubans 18b, comme montré sur les figures 2 à 4. La bande A est également refendue pour former des rubans 18a qui, de même que les rubans 18b, constituent finalement des couches de condensa- teurs, comme montré sur la figure 6. Les lignes de refendage de la bande B sont décalées des zones démétallisées 10 afin de former des bandes marginales métalliques 24 le long d'un bord de chaque ruban 18b. Un refendage analogue est réalisé sur la bande A hormis, cependant, que la ligne de refendage de chaque lame 21a est décalée par rapport à celle montrée sur la figure 3 afin de former des bandes marginales analogues 24 constituées de la feuille métallique sur les rubans 18a. Par conséquent, si la lame 21b est située sur la gauche de la zone démétallisée 10 lors de la coupe de la bande B (comme montré sur la figure 3), dans le cas de la bande A, la lame 21a sera située sur le côté droit de la zone démétallisée adjacente, comme indiqué par des flèches 21aa sur la figure 3. Les rubans sont appliqués simultanément sur le tambour 20 pour donner la configuration stratifiée montrée sur la figure 5. On forme ainsi plusieurs boucles ou an- neaux 30 de structure de condensateur, à partir desquels des condensateurs individuels peuvent être produits. Sur la figure 5, un seul des anneaux 30 est représenté en coupe pour plus de clarté. De plus, les sources des divers rubans, à savoir les bandes A et B d'alimentation, sont indiquées sur l'une des structures 30 de la figure 5. Il apparaît également que les rubans ne sont pas représentés à l'échelle, mais sont considérablement raccourcis. Dans tous les cas, on trouve un enroulement initial de couches A adjacent au tambour 20 comme montré par les cinq couches inférieures de ce type indiquées sur la figure 5. Ensuite, les rubans sont intercalés et décalés les uns par rapport aux autres pendant qu'ils sont bobinés simultanément sur le tambour 20 pour former la structure indiquée par les couches alternées A et B sur la figure 5. Ensuite, un autre groupe de couches A est bobiné sur le groupe de couches alternées A et B. Les couches A intérieures et exté- rieures assument une fonction de renforcement, tandis que les couches ou rubans intercalés A et B constituent la partie active de la structure du condensateur. Chacun des anneaux séparés 30 peut être retiré du tambour 20 et ses côtés 32 et 34 peuvent recevoir de manière classique un revêtement métallique 40 appliqué par pulvérisation (figure 6). L'anneau 30 peut ensuite être coupé perpendiculairement aux bords 32 et 34 pour former une longueur de structure de condensateur. Cette longueur peut ensuite être de nouveau coupée transversale- ment pour former des condensateurs individuels. La figure 6 représente en coupe, à échelle agran- die, plusieurs couches intercalées du condensateur. Il apparatt que sur un premier côté du condensateur, des feuilles ou pellicules métallisées 8a et le substrat 6a dépassent latéralement vers l'extérieur des bords adjacents 36 des couches 18b. Le revêtement métallisé 40 appliqué par pulvérisation connecte électriquement les pellicules métallisées 8a pour former un jeu d'électrodes ou de plaques de condensateur, ceci étant rendu possible par l'écartement des couches ou rubans 18a. L'espace compris entre le revêtement métallique gauche 40, représenté à la partie supérieure de la figure 6, et la couche métallisée 8b du ruban 18b est au moins égale à la largeur de la zone dérétallisée 10, augmentée de la largeur de la bande margi- nale 24 constituée de la pellicule métallique. Ainsi, en fait, la bande 24 est une électrode "flottante". En formant l'électrode flottante à l'aide de la bande 24, la zone démétallisée 10 est utilisée sur toute sa largeur pour réaliser une séparation diélectrique le long des surfaces des couches, ce qui réduit le risque de formation de court-circuit ou de variation de la capacité du condensa- teur par rapport à sa valeur nominale. Sur l'autre côté du condensateur, comme montré à la partie inférieure de la figure 6, les couches 18b dépassent vers l'extérieur du bord 37 des couches 18a afin de recevoir par pulvérisation le revêtement métallique droit 40, représenté à la partie inférieure de la figure 6. La bande marginale 24, formée par la pellicule métallique à la partie inférieure de la figure 6 et située sur la couche 18a, constitue également une électrode "flottante", de sorte qu'on tire totalement avantage des zones démétalli- sées 10, comme décrit précédemment. Dans une forme modifiée de l'invention montrée sur la figure 7, il est possible de déposer sur la bande A une mince couche de tout adhésif convenable au moyen d'un applicateur 50 placé immédiatement en amont du point auquel l'opération de refendage a lieu. Une résine époxy constitue un type d'adhésif pouvant être utilisé, bien que l'invention ne soit pas limitée à cet adhésif. Ce der- nier n'est pas appliqué dans la zone du refendage ou dans une zone étendue de la bande o la pulvérisation métallique jo doit être appliquée. La fonction de l'adhésif est, si cela est nécessaire, de bloquer la structure feuilletée après qu'elle a été bobinée sur le tambour 20, afin que les ensembles 30 puissent être manipulés sans décollement des diverses couches. L'adhésif peut être déposé et étalé pour former une pellicule d'une épaisseur sensiblement inférieure à un micromètre; et il peut donc être utilisé sans réduire notablement le rapport utile de la capacité au volume. La matière constituant la bande utilisée dans la présente invention peut être achetée avec les zones démétallisées. Cependant, ces zones démétallisées sont habituellement sensiblement plus grandes qu'il n'est néces- saire pour des condensateurs à basse tension. Par consé- quent, comme montré sur la figure 8, il est possible de former les zones démétallisées 10 pendant que la bande A ou B est tirée de la bobine débitrice. Ceci peut être obtenu par défilement de la bande dans un poste 52 de brûlage au laser, poste dans lequel des faisceaux lasers 53 peuvent être utilisés pour éliminer par brûlage le métal déposé et pour former une zone démétallisée 10 extrêmement étroite, c'est-à-dire beaucoup plus étroite que celle présente sur les bandes commercialisées. Par conséquent, ceci permet une diminution du coût des matières ainsi que de la dimension du condensateur. Les dispositifs de détection de tension et de commande par guidage de bords utilisés dans la présente invention sont disponibles auprès de la firme Advanced Web Systems, Inc., 4793 Colt Road, P.O. Box 6025, Rockford, Illinois 61125, E.U.A. REVEND ICATIONS 1. Condensateur, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs couches (18a, 18b) présentant des bords opposés (36, 37) et comprenant chacune un substrat diélectrique (6a, 6b) et une pellicule métallique (8a, 8b) qui s'étend d'un premier bord vers l'autre bord, chaque couche présentant également une zone (10) sans pellicule métalli- que, adjacente audit autre bord, mais légèrement espacée de ce dernier afin de délimiter avec lui une bande margi- nale étroite (24) constituée de ladite pellicule métalli- que et espacée par ladite zone de la partie restante de la pellicule métallique, lesdites couches étant disposées de manière que la pellicule métallique d'une couche soit séparée par de la matière diélectrique de la pelli cule métallique de la couche adjacente, lesdites couches étant décalées de manière que, sur un premier côté du condensa- teur, lesdits bords d'un premier groupe de couches dépassent vers l'extérieur desdits autres bords d'un second groupe de couches, et que, sur le côté opposé du condensateur, lesdits bords du second groupe de couches dépassent vers l'extérieur desdits autres bords du premier groupe de cou- ches, les couches du premier groupe alternant avec les couches du second groupe et les bords des couches de chaque groupe, qui dépassent vers l'extérieur, étant revêtus d'une matière conductrice du courant électrique afin que les couches à pellicules métalliques de chaque groupe soient connectées électriquement. 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone sans métal et ladite bande marginale étroite, constituée de la pellicule métalli- que, ont une largeur totale égale à une petite fraction de la largeur de la couche associée. 3. Condensateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des couches (A) de renfort situées sur des côtés opposés des premier et second groupes de couches. 4. Procédé de fabrication de condensateurs, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des première et seconde bandes (A, B) constituées chacune d'un substrat diélectrique (6), d'un revêtement formé d'une pellicule métallique (8) et de zones longitudinales, parallèles et étroites (10), sans métal, à refendre les bandes sui- vant des lignes parallèles qui sont décalées desdites zones sans métal pour former des rubans (18a, 18b) compor- tant chacun une bande marginale étroite (24) formée d'une pellicule métallique et s'étendant vers l'intérieur d'un premier bord longitudinal du ruban jusqu'à ladite zone sans métal, à bobiner les rubans provenant des première et seconde bandes de façon alternée sur un tambour (20) et, au cours de ce bobinage, à décaler les-rubans d'une pre- mière bande par rapport aux rubans de l'autre bande pour former plusieurs anneaux adjacents (30) constituant des structures capacitives possédant chacune des couches mé- talliques et diélectriques alternées, et dans chacune des- quélles les couches provenant des rubans d'une bande dé- passent latéralement vers l'extérieur desdites bandes mar- ginales des rubans provenant de l'autre bande, le procédé consistant en outre à revêtir d'une substance métallique (40) les parties de chaque structure qui dépassent laté- ralement, afin de connecter électriquement les pellicules métalliques des bandes respectives de la structure, et à sectionner la structure transversalement aux rubans pour former des condensateurs. - 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à placer les bandes sous tension sur une certaine longueur et à refendre les longueurs tendues de ces bandes. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à intercaler un adhésif entre les rubans de chaque structure en cours de bobinage. 7. Appareil de fabrication de condensateurs, caractérisé en ce qu'il comporte des première et seconde bobines débitrices (2, 4) de bandes (A, B) comprenant chacune un substrat diélectrique (6) revêtu d'une pelli- cule métallique (8), un tambour rotatif (20) placé à dis- tance des bobines débitrices, des premier et second rouleaux (16a, 16b) de feuilletage espacés l'un de l'autre à la circonférence du tambour, un rouleau fou (14a, 14b) associé à chaque rouleau de feuilletage, parallèlement à et à distance de ce dernier afin de constituer avec lui une paire de rouleaux, chaque bande étant étirée et tendue sur une paire correspondante de rouleaux, et un dispositif (21a, 21b) destiné à refendre les bandes en rubans (18a, 18b) avant le bobinage desdits rubans sur le tambour, pour former des couches métalliques et diélectriques alternées, les rouleaux de feuilletage étant suffisamment proches du tambour et les dispositifs à refendre étant suffisamment proches des rouleaux de feuilletage pour que les rubans soient soutenus pratiquement sur toute leur longueur avant d'être bobinés sur le tambour. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les rouleaux de feuilletage sont espacés d'en- viron 900 ou d'environ 180 à la périphérie eu tambour. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (50) placé entre les rouleaux d'une paire afin d'appliquer un adhésif sur la surface d'une bande, le dispositif d'application d'adhésif pouvant notamment être disposé entre le rouleau (14a) ou 14b) de détection de tension et le dispositif à refendre. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif laser (52, 53) destiné à former plusieurs zones parallèles et longitudinales (10), sans métal, sur une bande avant le refendage de cette dernière.