(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属化フィルムコンデンサを構成する誘電体フィルムと該誘電体フィルムの表面に配された内部電極層とからなる金属化フィルムの製造方法であって、
誘電体フィルムの表面に金属を蒸着させて金属蒸着膜とし、冷間加工にて該金属蒸着膜の結晶内に加工歪を導入し、該誘電体フィルムと加工歪を導入した金属蒸着膜からなる中間体を製造する第１のステップ、
前記中間体を構成する金属蒸着膜に通電して自己発熱させる熱処理をおこない、金属蒸着膜の少なくとも一部を再結晶化して内部電極層とし、誘電体フィルムと内部電極層とからなる金属化フィルムを製造する第２のステップからなる金属化フィルムの製造方法。
【請求項２】
第２のステップでは、金属の再結晶化が完全におこなわれて内部電極層が形成される請求項１に記載の金属化フィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属化フィルムコンデンサを構成する金属化フィルムの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属化フィルムを巻き回してなる巻回し型、もしくは金属化フィルムを積層してなる積層型の金属化フィルムコンデンサは、巻き回しもしくは積層してなる金属化フィルムの内部電極（金属化フィルム柱体）の両端の２つの電極取り出し面に金属溶射部（もしくはメタリコン、メタリコン電極）が形成され、これら２つの金属溶射部に外部引き出し端子をはんだ接合することで製造されている。
【０００３】
金属化フィルムコンデンサの内部電極は、アルミニウムや亜鉛などの金属をポリプロピレン（ＰＰ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などからなる誘電体フィルムの一側面に蒸着して形成されているが、この蒸着の際の熱で誘電体フィルムがダメージを受けたり、フィルムを走行させるためにテンションがかかった状態で加熱されてフィルムが変形したり、フィルムからガスが発生して蒸着膜に取り込まれる等の影響があるため、誘電体フィルムを冷却しながら蒸着がおこなわれている。なお、このように、誘電体フィルムを冷却しながら金属蒸着をおこなって金属化フィルムコンデンサの内部電極を製造する方法が特許文献１に開示されている。
【０００４】
しかし、このように誘電体フィルムを冷却しながらその一側面に蒸着をおこなうと、蒸着金属は往々にして島状に成長する。そして、蒸着金属が島状に成長すると、導通に必要な膜厚が増加し、粒界や格子欠陥が多数存在するために電気抵抗率の高いものとなってしまう。これは、真空蒸着法において、溶融した金属から蒸発した原子が基材である誘電体フィルムに付着し、堆積することによって蒸着膜が形成されるが、誘電体フィルムに到着した原子は基材温度が低いためにエネルギー的に安定な位置に移動し難く、結果として図５ａで示すように冷却ロールＣＲで冷却された基材Ｆの表面には蒸着金属Ｇが島状（島状ブロックＧＭ）に成長するためと推測される。そして、図５ｂで示すように、島状ブロックＧＭの間に堆積した蒸着金属の堆積層Ｋでは粒界や格子欠陥の回復や再結晶が起こり難く、蒸着膜は格子欠陥や結晶粒界を多く含むことになってしまうのである。このような格子欠陥や結晶粒界は冷却蒸着の際に顕著であるが、冷却しない場合や弱い冷却で蒸着する場合であっても少なからず蒸着膜に欠陥は存在する。
【０００５】
このように蒸着膜が格子欠陥や結晶粒界を含んでいると、電気抵抗率が高くなり、発熱する。そしてフィルムコンデンサの発熱量の９０％以上が内部電極を構成する蒸着膜からの寄与によるものであることが分かっており、そのために、蒸着膜の抵抗を下げる必要がある。
【０００６】
蒸着膜の抵抗を下げるに当たり、当業者であれば蒸着膜を厚くすることで対応するのが一般的である。
【０００７】
しかしながら、蒸着膜を厚くすることによってコンデンサの体格が増大することは必至であり、その小型化を図ることができないとともに材料コストも増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２２４４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、誘電体フィルムの表面に蒸着された蒸着膜中の粒界面積の減少と格子欠陥の修復を図り、電気抵抗率の小さな金属化フィルムコンデンサの内部電極を構成する金属化フィルムの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明による金属化フィルムの製造方法は、金属化フィルムコンデンサを構成する誘電体フィルムと該誘電体フィルムの表面に配された内部電極層とからなる金属化フィルムの製造方法であって、誘電体フィルムの表面に金属を蒸着させて金属蒸着膜とし、冷間加工にて該金属蒸着膜の結晶内に加工歪を導入し、該誘電体フィルムと加工歪を導入した金属蒸着膜からなる中間体を製造する第１のステップ、前記中間体を熱処理し、金属蒸着膜の少なくとも一部を再結晶化して内部電極層とし、誘電体フィルムと内部電極層とからなる金属化フィルムを製造する第２のステップからなるものである。
【００１１】
本発明の金属化フィルムの製造方法は、金属化フィルムコンデンサを構成する内部電極となる金属化フィルムの製造方法であり、誘電体フィルムを冷却しながら蒸着金属を蒸着し、この蒸着金属が誘電体フィルム表面で急激に冷却されることによって生じると考えられる蒸着金属膜の格子欠陥や結晶粒界を解消するべく、冷間加工をおこなって加工歪を蒸着金属に導入し、その後にこれを熱処理することによって蒸着金属の再結晶化を図り、金属蒸着の際に生じた欠陥を修復させ、さらには結晶粒を大きくすることができるものである。加工歪を付与して再結晶しないと再結晶の駆動力が弱く、そのために温度を上げる必要があるが、温度を上げた際にはフィルムへのダメージが危惧される。一方で加工歪を付与せずに再結晶化の熱処理をしても効果が小さいことから、誘電体フィルムへの熱ダメージを避けながら再結晶化させるには加工歪の付与が必須となる。
【００１２】
第１のステップにおける誘電体フィルムの表面への金属の蒸着の際には、蒸着の際の熱で誘電体フィルムがダメージを受けないようにたとえばマイナス数十℃程度の冷却ロール上に誘電体フィルムを搬送させながら金属蒸着をおこなう。
【００１３】
ここで、誘電体フィルムは、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などから形成でき、この誘電体フィルムの表面に溶融したアルミニウムや亜鉛などの金属を蒸着する。
【００１４】
誘電体フィルムの表面に金属を蒸着したら、これをさらに連続搬送し、たとえば上下に載置される圧延ロールの間に誘電体フィルムとその表面に蒸着された金属を通して冷間加工をおこない、金属の結晶内に加工歪を導入して金属蒸着膜を形成し、誘電体フィルムと金属蒸着膜からなる中間体を製造する。
【００１５】
次に、第２のステップにおいて、第１のステップで製作された中間体を熱処理し、金属蒸着膜を内部電極層とし、誘電体フィルムと内部電極層とからなる金属化フィルム（内部電極）を製造する。
【００１６】
ここで、第２のステップでは、金属の再結晶化が完全におこなわれることは必ずしも必須でなく、再結晶化が不完全な状態であっても一部の再結晶化をもって内部電極層が形成されたとすることができる。尤も、金属の再結晶化が完全におこなわれることが好ましいことは勿論のことである。
【００１７】
ここで、第２のステップにおける熱処理の実施の形態としては、以下２つの形態を挙げることができる。
【００１８】
その一つは、中間体を金属の再結晶温度以上で誘電体フィルムの融点以下の加熱炉内に載置して熱処理をおこなう方法である。加熱炉内に中間体を載置後、再結晶化が終了するまで所定の温度が維持されるのがよい。
【００１９】
また、他の方法は、金属蒸着膜に通電して自己発熱させて熱処理をおこなう方法である。たとえば第１のステップで製作された中間体を巻き取ってロール状とし、その両端を金属板で挟んで通電する。この通電の際に生じるジュール熱によって金属蒸着膜の再結晶化を図るものである。
【００２０】
再結晶化に要する時間は、高温保持した温度条件や圧延率等によって相違するものであり、温度が高いほど、また、圧延率が高いほど再結晶化が完了するまでの時間は短くなる。しかしながら、既述するように、必ずしも再結晶化が完全におこなわれる必要はなく、所望の抵抗率が得られる程度に再結晶化が図られていればよい。
【００２１】
上記する本発明の金属化フィルムの製造方法によれば、誘電体フィルムを冷却しながら金属粒子を蒸着する過程で生じる金属粒子の欠陥を解消でき、もって電気抵抗の低い内部電極を構成する金属化フィルムを製造することができる。
【００２２】
また、本発明は金属化フィルムにも及ぶものであり、この金属化フィルムは、金属化フィルムコンデンサを構成する誘電体フィルムと該誘電体フィルムの表面に配された内部電極層とからなる金属化フィルムであって、内部電極層が誘電体フィルムの表面に蒸着された蒸着金属の再結晶組織を有するものである。
【００２３】
内部電極層が誘電体フィルムの表面に蒸着された蒸着金属の再結晶組織を有していることにより、金属蒸着の際に生じた欠陥が修復され、大きな結晶粒となって粒界面積が減少し、もって電気抵抗率の小さな金属化フィルムコンデンサとなる。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から理解できるように、本発明の金属化フィルムの製造方法によれば、誘電体フィルム表面に金属を蒸着した後にこれを冷間加工して加工歪を蒸着金属に導入し、次いで熱処理して蒸着金属の再結晶化を図ることにより、蒸着金属が誘電体フィルム表面に蒸着される際に生じる格子欠陥を修復することができ、かつ粒界面積を減少することができ、もって電気抵抗率の低い、高性能な金属化フィルムコンデンサに供される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】
【００２５】
【図１】本発明の金属化フィルムの製造方法の第１のステップを説明する模式図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はともに、第２のステップの実施の形態を説明する模式図である。
【図３】製造された金属化フィルムを説明する模式図である。
【図４】金属化フィルムを内部電極に用いる金属化フィルムコンデンサを説明する縦断面図である。
【図５】従来の金属化フィルムの製造方法を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の金属化フィルムの製造方法の実施の形態を説明する。図１は本発明の金属化フィルムの製造方法の第１のステップを説明する模式図であり、図２ａ，ｂは第２のステップの実施の形態を説明する模式図である。
【００２７】
図示する製造方法は、第１のステップとして、巻装ロールＭＲ１に巻装されている誘電体フィルム１を巻装ロールＭＲ１を回転させることによって（Ｘ１方向）巻き出し、巻き出された誘電体フィルム１を搬送する過程で蒸着装置ＤＰが収容された真空容器ＳＹを通過させる（Ｘ２方向）。
【００２８】
ここで、誘電体フィルム１は、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などから形成されるものである。
【００２９】
真空容器ＳＹ内では、蒸着装置ＤＰから溶融したアルミニウムや亜鉛などの蒸着金属２”が搬送される誘電体フィルム１の下面に蒸着される。
【００３０】
この真空容器ＳＹ内では、誘電体フィルム１の上面がその搬送方向に回転する（Ｘ３方向）冷却ロールＣＲ（マイナス数十℃程度の温度に調整）で冷却されながら蒸着金属２”の蒸着がおこなわれる。
【００３１】
真空容器ＳＹを通過し、その下面に蒸着金属２”が堆積した誘電体フィルム１は次いで上下一対の回転自在な（Ｘ４方向）圧延ロールＦＲ，ＦＲを通過する過程で圧延処理される。
【００３２】
この圧延処理では、圧延ロールＦＲが蒸着金属２”の融点の２５％以下の温度に調整されており、圧延ロールＦＲ，ＦＲを通過する過程で誘電体フィルム１とその表面に堆積する蒸着金属２”が冷間加工されるものである。この冷間加工により、蒸着金属２”の結晶内には加工歪が導入される。
【００３３】
なお、真空容器ＳＹ内の温度も蒸着金属２”の融点の２５％以下の温度に調整されているのがよい。
【００３４】
たとえば、蒸着金属２”がアルミニウムの場合には、その融点が９３３Ｋであることから、蒸着時の真空容器ＳＹ内の温度や冷間加工時の圧延ロールＦＲの温度が２３３Ｋ（−４０℃）程度に調整される。
【００３５】
冷間加工されることにより、誘電体フィルム１とその表面で圧延処理されてできた金属蒸着膜２’からなる中間体３が製造され、この中間体３が巻取りロールＭＲ２で巻き取られることになる（Ｘ５方向）。
【００３６】
次に、第２のステップに移行する。この第２のステップは、図２ａ，ｂで示す２つの方法がある。
【００３７】
第２のステップの一実施の形態は、図２ａで示すように、中間体３を金属の再結晶温度以上で誘電体フィルムの融点以下の加熱炉ＴＲ内に載置し、ヒータで熱処理をおこなうことによって（ヒート熱Ｈ）金属蒸着膜２’の再結晶化を図り、図３で示すように、金属蒸着膜２’から内部電極層２が形成され、誘電体フィルム１の表面に内部電極層２が積層されてなる金属化フィルム４が製造される。ここで、金属が純度９９．９９９％のアルミニウムの場合の再結晶温度は８０℃程度であり、誘電体フィルムがＰＰの場合の融点は１６５℃程度であることから、これらの素材を適用した場合には８０℃程度以上で１６５℃程度以下の熱処理温度が適用される。
【００３８】
ここで、加熱炉ＴＲ内での再結晶化に要する時間は加熱炉ＴＲ内の温度条件や冷間加工時の圧延率等によって相違するが、必ずしも再結晶化が完全におこなわれる必要はなく、所望の電気抵抗率の内部電極層２が得られる程度に再結晶化が図られていればよい。
【００３９】
一方、第２のステップの他の実施の形態は、図２ｂで示すように、巻き取られた中間体３のロールの両端を金属板Ｓ，Ｓで挟んで通電する方法であり、この通電の際の自己発熱（ジュール熱）によって金属蒸着膜２’の再結晶化を図って内部電極層２を形成し、金属化フィルム４を製造するものである。
【００４０】
図３で示す金属化フィルム４を構成する内部電極層２は、金属蒸着の際に蒸着金属にできた格子欠陥が、第１のステップにおける加工歪の導入と第２のステップにおける熱処理による再結晶化によって修復され、電気抵抗率の極めて低い内部電極層２となっている。
【００４１】
図４は、図１〜３で示す製造方法によって製造された金属化フィルム４を用いて構成された金属化フィルムコンデンサ１０を示したものである。
【００４２】
図示する金属化フィルムコンデンサ１０は、金属化フィルム４が巻装されてなる金属化フィルム柱体５と、その両端の２つの電極取り出し面に形成された金属溶射部７，７（メタリコン電極）と、この金属溶射部７，７のそれぞれにはんだ層８ａ，８ａを介して繋がれた外部引き出し端子８ｂ、８ｂ（バスバー）と、これらを収容するケース９ａと、ケース９ａ内に形成されて金属化フィルム柱体５が埋設されるモールド樹脂体９ｂとから大略構成されている。
【００４３】
金属化フィルム柱体５の具体的な構成は、内部電極層２が誘電体フィルム１の一側面に形成されて金属化フィルム４が形成され、この金属化フィルム４を２枚積層して一組とし（２枚一対の金属化フィルム）、この２枚一対の金属化フィルム４が巻き回されて構成されている。
【００４４】
ここで、一組の金属化フィルム４の一方の誘電体フィルム１の一側面に形成された内部電極層２は、その長手方向に沿う一方端が一方の金属溶射部７に密着しており、その長手方向に沿う他方端には、他方の金属溶射部７から絶縁されるべく、たとえば２ｍｍ程度の絶縁マージンｍ（図３参照）が設けられている。また、内部電極層２のうちで上記金属溶射部７に密着している端部は、電極接触を保証するために他の部位よりも厚めのいわゆるヘビーエッジｈ（図３参照）となっており、たとえば、金属蒸着膜の一般部が３０ｎｍ程度である場合に、ヘビーエッジは倍の６０ｎｍ程度に調整される。
【００４５】
金属化フィルム柱体５のうち、電極取り出し面以外の周囲にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなる外装フィルム６がたとえば数十回程度巻装されて当該周面を被覆している。
【００４６】
図示する金属化フィルムコンデンサ１０は、その構成部材である内部電極層２の電気抵抗率が極めて低いことから高性能な金属化フィルムコンデンサとなる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１…誘電体フィルム、２…内部電極層、２’…金属蒸着膜、２”…蒸着金属、３…中間体、４…金属化フィルム、５…金属化フィルム柱体、６…外装フィルム、７…金属溶射部（メタリコン電極）、８ａ…はんだ層、８ｂ…外部引き出し端子（バスバー）、９ａ…ケース、９ｂ…モールド樹脂体、１０…金属化フィルムコンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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