JP2007201313A - 金属蒸着フィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】
保安機能を備え、かつ、隣り合う分割部への影響を低減し、かつ任意の膜抵抗に対応する金属蒸着フィルムを手供する。
【解決手段】
高分子フィルムの少なくとも片面に金属が蒸着された金属蒸着フィルムであって、該金属蒸着面に、長手方向に連続した少なくとも1本の非蒸着マージン、及び、下記(1)〜(3)を満たす複数本の幅方向の非蒸着マージンを含む金属蒸着フィルム。
(1)各非蒸着マージンには、それぞれ少なくとも1箇所の不連続部分がある。
(2)各非蒸着マージンは交差しない。
(3)隣り合う非蒸着マージンの間に、幅方向で少なくとも1ヶ所の狭隘部がある。
【選択図】なし

Description

本発明はコンデンサー用フイルム加工品に関するものである。さらに詳しくは、フィルム基材に導電性金属を連続蒸着する金属蒸着フィルムを所定の幅に細断した後にリール上に巻かれたフィルムであって、コンデンサー素子を形成するために用いられる金属蒸着フィルムに関する。
従来より、フィルム基材の上に導電性金属、すなわちアルミニウム、金、チタン、鉄、銀、銅、スズ、インジウム、亜鉛等の金属を蒸着する際に、マージンやパターンと呼ばれる非蒸着箇所を形成することによって、長手方向並びに幅方向に金属蒸着部を分割する方法が知られている。このことから例えば特許文献1、2が提案されている。
仏国特許第2651602号公報 特開平2001−35743号公報
しかしながら、分割部を細分化すると保安機能は向上するものの、発熱しやすく、隣り合う分割部で電流通路を共用するため、保安機能が作動する際に互いに影響して正常部分も容量も減少するという課題があった。また、細分化せずにピッチを狭めた形でかつ膜抵抗を上げて、自己回復性を向上させたパターンも提案されているが、膜抵抗に制限があるという課題があった。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、十分な保安機能を備え、かつ、隣り合う分割部への影響を低減し、かつ任意の膜抵抗に対応する金属蒸着フィルムを手供することによる。
本発明の金属蒸着フィルムは、上記課題を解決するために以下の構成をとるものである。すなわち、フィルム基材の少なくとも片面に金属が蒸着された金属蒸着フィルムであって、該金属蒸着面に、長手方向に連続した少なくとも1本の非蒸着マージン、及び、下記(1)〜(3)を満たす複数本の幅方向の非蒸着マージンを含む金属蒸着フィルム。
(1)各非蒸着マージンには、それぞれに少なくとも1箇所の不連続部分がある。
(2)各非蒸着マージンは交差しない。
(3)隣り合う非蒸着マージンの間に、幅方向で少なくとも1ヶ所の狭隘部がある。
である。
本発明の金属蒸着フィルムによれば、コンデンサ素子を形成した際に容量減少が少なく、直流耐電圧の高い金属蒸着フィルムを提供することができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明にかかるフィルム基材は、導電性金属が蒸着できるものであれば特に限定されないが、ポリエチレン、無延伸あるいは延伸ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、シクロオレフィン系ポリマー、ノルボルネン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、液晶ポリマーなどの単体、またはこれら2種以上の混合物並びにポリマーアロイからなる有機高分子フィルムが好ましく、コンデンサーを形成した場合の耐電圧特性、誘電正接特性、絶縁抵抗特性に優れる点から、無延伸あるいは延伸のポリプロピレン系フィルムが特に好ましく用いられる。また、これらフィルム基材の蒸着面側に各種コーティング、スパッタ、CVD、蒸着膜が誘電率を上げるなどの諸特性を向上させるために設けられた場合でも、本発明の目的を達成させる限りにおいてフィルム基材の種類は特に限定されない。
本発明のフィルム基材として好ましく用いられるポリプロピレン系フィルムは、ポリプロピレンのホモポリマーからなるフィルム以外に、プロピレンと他のαーオレフィン(例えばエチレン、ブテンなど)の共重合体からなるフィルムであっても、またポリプロピレンと他のα−オレフイン重合体(例えばポリエチレン、ポリブテンなど)とのブレンド品からなるフィルムであってもかまわない。
また本発明にかかるフィルム基材に含有される添加剤は特に限定されるものではなく、本発明の目的とする特性に支障を及ぼさない範囲で、適宜選択添加してもよい。
なお、フィルム基材表面はコロナ放電処理、火炎処理、プラズマ処理などの表面処理、或いは、接着剤のコーティング層、樹脂コーティング層、溶融押し出しによる樹脂層などの積層が行われていても良いが、蒸着面の濡れ張力の均一化が容易である点からコロナ放電処理を行うことが好ましい。
本発明にかかる導電性金属の蒸着膜は、アルミニウムの含有率が80重量%以上、もしくは亜鉛の含有率が80重量%以上であれば特に限定されず、アルミニウム、金、チタン、鉄、銀、銅、スズ、インジウム、亜鉛などの導電性金属、或いはこれらを組み合わせたもの、またはその他の導電性金属との合金を蒸着することにより得られるが、均一で安定した導電性金属の蒸着膜を得る観点から、亜鉛単体、または亜鉛とアルミニウムの積層品、アロイ、または亜鉛とアルミニウムの合金、アルミニウム単体を用いることが好ましい。また、金属膜の抵抗値(金属膜の厚み)は特に制限されず、連続マージンが形成される側と反対側の金属膜が厚い、いわゆるヘビーエッジ構造や、幅方向に渡って膜抵抗が漸減(膜厚漸増)、漸増(膜厚漸減)される構造であっても特に構わない。
本発明の金属蒸着フィルムにはフィルム基材の少なくとも片面に金属蒸着面が形成され、該金属蒸着面側に長手方向に連続した非蒸着マージンが形成されており、金属蒸着面には幅方向にさらに規則性のある幾何学的パターンの非蒸着マージンが形成されたものである。該幅方向の非蒸着マージンは少なくとも1箇所の不連続部分があり、隣り合う非蒸着マージンと幅方向に渡って交差することなく、かつ隣り合う非蒸着マージンとの間に幅方向で少なくとも一箇所の狭隘部を持つことが必須である。ここで、長手方向とはフィルム基材の巻き取り方向のことであり、幅方向とは長手方向に直交する方向のことをいう。
幅方向の非蒸着マージンに不連続箇所が形成されないと、長手方向に隣り合うマージン間に渡って蒸着膜に亀裂が入った場合、電極側の蒸着面はコンデンサーとして機能するが、反電極側である長手方向マージン側の電極面はコンデンサーとして機能しないため、電極側により近い側で亀裂が生じた場合に容量減少の割合が大きくなる。その場合でも、幅方向の非蒸着マージンに不連続部分を形成することによって、この不連続部分を通じて他の電極からの電流供給が得られるため、容量減少の低下を抑えることができる。つまり、耐電圧が低い部分のみ限定的に容量減少させて、他の蒸着領域をより確保することが可能となる。
また、幅方向に隣り合う非蒸着マージンが互いに交差している場合は不連続部分からの電流供給のみとなり、発熱などの弊害を生じてしまう。しかし、幅方向に隣り合う非蒸着マージンが互いに交差せずに狭隘部を設けることにより、電極からの電流供給低減を抑えて発熱を防止して、フィルム基材並びに蒸着金属の劣化促進を低減し、かつ、ヒューズ効果によって、耐電圧が低下した領域のみを容量減少分として限定的に取り除くことを可能とするものである。
前記狭隘部の幅と、前記幅方向の非蒸着マージンの不連続部分の幅は蒸着膜の膜抵抗を鑑みて適切に選択すれば良く、0.2mm以上Pmm未満であれば良いが、より適切に容量減少を抑えるために望ましくは0.3mm以上4mm以下、更に望ましくは0.4mm以上2mm以下である。ここで、P(mm):長手方向の非蒸着マージンと各幅方向の非蒸着マージンとの各交点の間隔を意味する(以下、パターンピッチとする)。
更に、不連続部分の幅は幅方向に同一でなくても良く、例えば、電極側が容量減少した場合を考慮して、電極側よりも反電極側の不連続部分の幅を大きく、あるいは小さくさせても良い。
狭隘部は幅方向に少なくとも1箇所あればよいが、2箇所以上5箇所以内が望ましく、より望ましくは2箇所以上3箇所以内である。6箇所以上では狭隘部による発熱が増加して劣化につながる恐れがあり、1個では容量減少低減効果が小さい。
また、幅方向に複数狭隘部を持つ場合は、狭隘部から狭隘部までの間隔が一定でなくても良く、例えば、電極側から反電極側に向かって、順次増大、あるいは減少されていても構わない。
幅方向の非蒸着マージンと電極端面の距離はコンデンサを形成したときに所定の特性が得られれば特に制限されない。例えば、パターンピッチが比較的小さい場合に、電極端面とメタリコン(溶射金属)との接触状態が低下して誘電正接が増大することが懸念され、それが求められるコンデンサ特性に影響することを重視する場合には該電極端面から一定の距離を形成しても良く、また、特に誘電正接を重視する必要のない場合は、該距離をとらずに該電極端面まで幅方向非蒸着マージンを形成しても構わない。
長手方向に連続した非蒸着マージンの幅は絶縁性の観点から0.3mm以上が望ましく、0.5mm以上が更に望ましい。
幅方向の非蒸着マージンの幅は容量減少につながるため、小さいことが望ましいが、絶縁性を確保するためにその幅は0.05mm以上、更に望ましくは0.1mm以上である。
幅方向の非蒸着マージンの幾何学的パターンは、幅方向に狭隘部が形成されれば特に制限されない。隣り合う幅方向の非蒸着マージンがいずれも曲線である場合、狭隘部は曲線の頂点同士や、曲線の頂点同士以外のいずれで形成されていても良い。隣り合う幅方向マージンが直線と曲線の場合、狭隘部は直線と曲線の頂点で形成されていても良い。つまるところ、狭隘部が幅方向に少なくとも1箇所形成されていれば、幅方向の非蒸着マージンはどのようなパターンであってもよい。幅方向の非蒸着マージンが曲線同士で形成される代表的なパターン例を図1〜3に示し、直線と曲線から形成される代表的なパターンを図4に示す。
本発明にかかる長手方向の非蒸着マージンの非蒸着区分帯を形成するために用いられる方法として、オイルを用いる方法が挙げられる。オイルとしては、一般にシリコーン系オイル、フッ素系オイル、流動パラフィンなどが挙げられる。また、このほかの方法として他にテープ、レーザーを用いる方法があるが、いずれの方法でも所定の幅で非蒸着部分が長手方向連続的に形成されれば良く、特に方法に限定されない。
本発明にかかる幅方向の非蒸着マージンを形成する方法としてオイルを用いる方法、スクリーンを用いる方法、レーザーを用いる方法が挙げられるが、生産性およびマージン形成後の寸法精密性から、あらかじめ適量のオイルを非蒸着区分帯を凸状に形成した印刷ロールの凸部に付着させ、転写する方法が最も好ましい。
ここでの印刷ロールのオイル付着面は金属、樹脂やゴムなどの有機物素材、および各種素材の多孔質素材のいずれであっても、印刷後の寸法精密性が損なわなければ特に限定されるものではないが、生産性並びに寸法精密性の観点から 樹脂やゴム素材並びに樹脂やゴムの多孔質素材であることが望ましい。
本発明にかかる金属蒸着フイルムの構成は、フィルム基材/蒸着または蒸着と印刷によるマージン形成/金属蒸着膜/または金属蒸着膜の積層、及びまたは金属膜の混合(アロイ)を取るが、更に金属膜保護のためのオイル膜、高分子膜、酸化膜の形成、並びにフィルム基材と金属蒸着膜との間に高分子膜、酸化膜が形成されても良く、これら金属蒸着膜前後の膜の働きを強めるために放射線処理を行っても構わない。
ここでいう放射線とは紫外線、赤外線、電子線、イオン粒子、α線、β線、γ線、励起原子、励起分子、グロー放電、プラズマなどを指す。特に放射線が、電子線、不活性原子イオン、酸素イオンまたは励起酸素(分子または原子)からなる群から選ばれた少なくとも1種以上であることが好ましい。不活性原子イオン、酸素イオン、励起酸素(分子または原子)は不活性ガス、または/及び酸素原子を含む分子からなるガス、或いは他のガスとの混合ガスを用いたプラズマ中に存在し、よって有機物層をプラズマにさらすことによっても有機物を重合及び/または架橋させることができる。通常、プラズマ中のイオン、励起ガス粒子は有機化合物層深くには進入できないが、本発明では有機物層の厚みが薄いので重合及び/または架橋可能である。またプラズマの際に酸素ガス、アルゴンガスなどのガスを用いても良い。
本発明により得られた金属蒸着フィルムがコンデンサー用途に好適に用いられるためには、膜抵抗値が1.5〜100Ω/□であることが好ましい。また、本発明に用いられる蒸着フィルムはヘビーエッジの有無を問わない。へビーエッジとは、細断後の金属蒸着膜の幅方向端面の電極形成部付近において金属膜厚が、他に比べて厚い部分を示す。ヘビーエッジ形成方法としては蒸着源上方にスリット板を設け、ヘビーエッジを形成する箇所のスリットを長手方向に長くする方法や、蒸着ステージを多数設け、所定の箇所を厚くする方法があるが、いずれの方法を用いても良い。
本発明により用いられる金属蒸着フィルムは金属蒸着及び後処理工程終了後、所定の幅に切断され、リール状に巻き取られたものである。細断方法はリール状に整えられるものであれば特限定されないが、金属蒸着後のフィルムを長手方向に連続的に所定幅に切断するスリッッターを用いることが、フィルム幅の均一性、端面形状から望ましい。また、フィルム幅はフィルムの長手軸方向のカット端面形状は上面(金属蒸着面側から基材面を透かす、或いはその逆の方向)から見て直線である必要はなく、一定周期で、連続的な波形であっても構わない。
本発明により得られた金属蒸着フィルムはリール状に巻き取られた後にフィルムの寸法や各種特性を著しく損なわない限りにおいて加熱処理を行っても良く、加熱処理の方法として熱風オーブン、真空オーブンのいずれを用いても構わない。
次に、本発明に用いる測定法及び評価法について説明する。
(1)ステップアップDCBDV
a.サンプル作成方法:
細断後リール状に巻かれた金属蒸着フィルムをPBT製Φ9円筒状コアに巻回方式により素子巻きを行い、熱処理後両側端面電極部に金属溶射(以下メタリコン)による電極を形成した後に、リード線を半田付けにて接合し、電圧処理を行って、静電容量10μFのコンデンサー素子を形成した。
b.電圧印可方法:
2KV電源(ハイデン研究所製:型式HD2K2P−PS)に素子のリード線を接続し、常温にて開始電圧800V、ステップ昇圧100V、各ステップ保持時間10分の条件で、ステップアップDCBDVを行った。容量の測定は各ステップ終了毎にLCRメータで行った。
c.容量測定方法:
安藤電気株式会社製TYPE AG−4311 LCRMETERを用いて、1VAC×1kHzを課電して測定した。
(2)高温DCVT
予め100℃のオーブンに素子を2時間以上投入しておき、その後、700VDCを課電して24Hr、48Hr経過後の容量をそれぞれ常温で測定した。
素子容量が35μFであること以外はステップアップDCBDV用の素子形成と同様に実施した。また、電圧印可装置並びに容量測定装置もステップアップDCBDVと同一、加熱オーブンはTABAI ESPEC社製PR−4Sを用いた。
(3)非蒸着マージンの狭隘部の幅、不連続部分の幅
バックライト投影板の上に測定用の蒸着フィルム一枚を載せ、非蒸着マージンの狭隘部の幅、並びに不連続部分の幅をPEAK社製SCALE LUPE(×10)で目視測定した。
以下、本発明の詳細につき実施例を用いてさらに説明する。
(実施例1〜3、比較例1〜3)
フィルム基材として幅640mm、厚み3.2μmの2軸延伸ポリプロピレンフィルム(東レ(株)製:トレファン(登録商標)2172)を用いた。真空蒸着機上室内を5×10−3torrに減圧し、予めオイル蒸発器の中に供給しておいたフッ素系オイルを90℃以上に加熱し、オイル蒸発器上部に設けられたスリットを通してフィルム基材に長手方向の非蒸着マージンを形成する。次いで、転写ロールに蒸気状のオイルを供給して付着させ、転写ロールの表面に形成されたオイルを、図1,2にそれぞれ示す(1)開発A、(2)開発B、及び図5に示す(3)半TD、(4)T、(5)クロス、のパターンが同一のロールに彫刻された印刷ロールに転写させる。更に印刷ロールの彫刻パターン表面に形成されたオイル層を、連続的に巻き出し側から巻き取り側に移動するフィルム基材に転写させて、幅方向の非蒸着マージンを形成した。次いで、2×10−4torr以下に排気された真空蒸着機下室に位置する冷却ロール下部で、アルミニウムの膜抵抗がヘビー部で2〜3Ω/□、アクティブ部で8〜11Ω/□となるようにスリットを通して蒸着し、印刷パターン(マージンパターン)の形成されたアルミ蒸着フィルムを作成した。フィルム速度は350m/minで連続的に行った。
次にアルミ蒸着フィルムをスリッターと呼ばれる細断機で50mm幅に連続的に細断し、同幅で3000m以上の長さを巻き取ったリール状蒸着品を作成した。そして長手マージン位置が左右対称となるヘビーエッジ印刷パターン蒸着リールとヘビーエッジ一般蒸着リールを組み合わせて、PBTコアを用いる素子巻き機で200〜300gfの張力をかけて巻き上げ、容量10μF、35μFの素子を作成した。各マージンパターンが形成されたアルミ蒸着フィルムを用いたコンデンサを、それぞれ
実施例1:(1)開発Aパターン
パターンピッチ :4mm(長手方向)
幅方向非蒸着マージンの狭隘部の幅 :1.8mm
幅方向非蒸着マージンの不連続部分の幅 :2.0mm
幅方向の非蒸着マージンと電極端面との距離:10mm
実施例2:(2)開発Bパターン
パターンピッチ :4mm(長手方向)
幅方向非蒸着マージンの狭隘部の幅 :1.8mm
幅方向非蒸着マージンの不連続部分の幅 :2.0mm
幅方向の非蒸着マージンと電極端面との距離:10mm
比較例1:(3)半TDパターン
パターンピッチ :4mm(長手方向)
幅方向の非蒸着マージンと電極端面との距離:10mm
比較例2:(4)Tパターン
パターンピッチ :17mm(長手方向)
ヒューズ幅 :0.5mm
比較例3:(5)クロスパターン
パターンピッチ :15.3mm(長手方向)
ヒューズ幅 :0.5mm
とした。
次いで各コンデンサー素子の電極作成のため、メタリコン、リード線付けを行い、初期容量を安藤電気製LCRメーターで測定した。
10μFのコンデンサ素子を用いて、ステップアップDCBDVを実施し図6に示す結果を得た。35μFのコンデンサ素子を用いて、高温DCVTを実施し図7に示す結果を得た。
容量減少10%時でのステップアップDCBDVでは実施例1,2の電圧が高く、高温VTでも48時間後の容量低下がないことが確認された。
(実施例3,4、比較例4)
フィルム基材として幅640mm、厚み3.2μmの2軸延伸ポリプロピレンフィルム(東レ(株)製:トレファン(登録商標)2172)を用いた。真空蒸着機上室内を5×10−3torrに減圧し、予めオイル蒸発器の中に供給しておいたフッ素系オイルを90℃以上に加熱し、オイル蒸発器上部に設けられたスリットを通して高分子フィルムに長手方向の非蒸着マージンを形成する。次いで、転写ロールに蒸気状のオイルを供給して付着させ、転写ロールの表面に形成されたオイルを、図1,2にそれぞれ示す(1)開発A、(2)開発B、及び図5に示す(3)半TD、(4)T、(5)クロス、のパターンが同一のロールに彫刻された印刷ロールに転写させる。更に印刷ロールの彫刻パターン表面に形成されたオイル層を、連続的に巻き出し側から巻き取り側に移動するフィルム基材に転写させて、幅方向の非蒸着マージンを形成した。次いで、2×10−4torr以下に排気された真空蒸着機下室に位置する冷却ロール下部で、アルミニウムの膜抵抗がヘビー部で3〜4Ω/□、アクティブ部で12〜20Ω/□となるようにスリットを通して蒸着し、印刷パターン(マージンパターン)の形成されたアルミ蒸着フィルムを作成した。フィルム速度は350m/minで連続的に行った。
次にアルミ蒸着フィルムをスリッターと呼ばれる細断機で50mm幅に連続的に細断し、同幅で3000m以上の長さを巻き取ったリール状蒸着品を作成した。そして長手マージン位置が左右対称となるヘビーエッジ印刷パターン蒸着リールとヘビーエッジ一般蒸着リールを組み合わせて、PBTコアを用いる素子巻き機で200〜300gfの張力をかけて巻き上げ、容量10μF、35μFの素子を作成した。各マージンパターンが形成されたアルミ蒸着フィルムを用いたコンデンサを、それぞれ
実施例3:(1)開発Aパターン
パターンピッチ :4mm(長手方向)
幅方向非蒸着マージンの狭隘部の幅 :1.8mm
幅方向非蒸着マージンの不連続部分の幅 :2.0mm
幅方向の非蒸着マージンと電極端面との距離:10mm
実施例4:(2)開発Bパターン
パターンピッチ4mm(長手方向)
幅方向非蒸着マージンの狭隘部の幅 :1.8mm
幅方向非蒸着マージンの不連続部分の幅 :2.0mm
幅方向の非蒸着マージンと電極端面との距離:10mm
比較例4:(3)半TDパターン
パターンピッチ :4mm(長手方向)
幅方向の非蒸着マージンと電極端面との距離:10mm
とした。
次いで各コンデンサー素子の電極作成のため、メタリコン、リード線付けを行い、その後初期容量を安藤電気製LCRメーターで測定した。
10μFのコンデンサ素子を用いて、ステップアップDCBDVを実施し図6に示す結果を得た。また、35μFのコンデンサ素子を用いて、高温DCVTを実施し図7に示す結果を得た。
容量減少10%時でのステップアップDCBDVでは実施例3,4の電圧が高く、高温VTでも48Hr後の容量低下がないことが確認された。
本願発明にかかる非蒸着マージンパターン 本願発明にかかる非蒸着マージンパターン 本願発明にかかる非蒸着マージンパターン 本願発明にかかる非蒸着マージンパターン 従来技術の非蒸着マージンパターン ステップアップDCBDVの測定結果 高温DCVTの測定結果 狭隘部の幅、不連続部分の幅、パターンピッチ、幅方向の非蒸着マージンと電極端面との距離を説明する図
符号の説明
1 長手方向の非蒸着マージン
2 幅方向の非蒸着マージン
3 不連続箇所
4 狭隘部
5 金属蒸着面
6 狭隘部の幅
7 不連続部分の幅
8 パターンピッチ
9 ヒューズ
10 ヒューズ幅
11 幅方向の非蒸着マージンと電極端面との距離

Claims (5)

  1. フィルム基材の少なくとも片面に金属が蒸着された金属蒸着フィルムであって、該金属蒸着面に、長手方向に連続した少なくとも1本の非蒸着マージン、及び、下記(1)〜(3)を満たす複数本の幅方向の非蒸着マージンを含む金属蒸着フィルム。
    (1)各非蒸着マージンには、それぞれに少なくとも1箇所の不連続部分がある。
    (2)各非蒸着マージンは交差しない。
    (3)隣り合う非蒸着マージンの間に、幅方向で少なくとも1ヶ所の狭隘部がある。
  2. 前記複数本の幅方向の非蒸着マージンが全て曲線である請求項1に記載の金属蒸着フィルム。
  3. 前記複数本の幅方向の非蒸着マージンが、直線と曲線が交互に並んだものである請求項1に記載の金属蒸着フィルム。
  4. 前記狭隘部の幅と、前記幅方向の非蒸着マージンの不連続部分の幅とが0.2mm以上P(mm)未満である請求項1〜4のいずれかに記載の金属蒸着フィルム。
    (ただし、P(mm):長手方向の非蒸着マージンと各幅方向の非蒸着マージンとの各交点の間隔。)
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の金属蒸着フィルムを構成材料とするフィルムコンデンサ。
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