JP2002523636A - リン酸塩陽極酸化処理電解質と超微細金属紛から製造されるコンデンサ弁作用金属陽極体を製造するためのその使用 - Google Patents
リン酸塩陽極酸化処理電解質と超微細金属紛から製造されるコンデンサ弁作用金属陽極体を製造するためのその使用Info
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- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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- C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
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- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
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Abstract
(57)【要約】
水、少なくとも1種の有機溶媒および少なくとも1種のアルカリ金属リン酸塩を含有する電解液を表面積が少なくとも0.35 m2/gまたは35,000 CV/gである金属粉末から製造される弁作用金属を陽極酸化処理するために使用することができる。アルカリ金属リン酸塩は電解液の有機部分に相対的に不溶性であるが、有機溶媒中の水溶液には溶解性が高くなくてはいけない。陽極酸化処理用電解液は導電性が相対的に高く、高い陽極酸化処理電流で使用することができる。これらの電解液によってバルブの金属上に形成される陽極膜は実質的に均一な厚さで、電気的パラメーターが改善され、電圧印加時の安定化時間がより短くてすむ。
Description
【０００１】発明の分野 本発明は、微細粉末から製造されるバルブの金属陽極体を陽極酸化処理するの
に適当な電解質と、コンデンサーを製造する方法、ならびに、微細粉末陽極体お
よび適当な電解質を用いて製造されるコンデンサーとを目的とする。
に適当な電解質と、コンデンサーを製造する方法、ならびに、微細粉末陽極体お
よび適当な電解質を用いて製造されるコンデンサーとを目的とする。
【０００２】発明の背景 高い容積効率および信頼性を有する固体タンタルコンデンサーは1950年代に開
発されてから、現在では年間数10億個の固体タンタルコンデンサーの世界市場に
成長した。市場は、低コストでのさらにより高い容積効率およびより多い制限パ
ラメーター（例えば、より低い等価直列抵抗、より低い直流漏れ電流等）を有す
る信頼性のあるコンデンサーを求めつづけている。
発されてから、現在では年間数10億個の固体タンタルコンデンサーの世界市場に
成長した。市場は、低コストでのさらにより高い容積効率およびより多い制限パ
ラメーター（例えば、より低い等価直列抵抗、より低い直流漏れ電流等）を有す
る信頼性のあるコンデンサーを求めつづけている。
【０００３】 粉末冶金タンタルコンデンサーを製造するために今日使用されている電気化学
的陽極酸化処理方法は、一般に、水、エチレングリコールまたはポリエチレング
リコールおよびリン酸を含有する電解質を使用する。これらの電解質の抵抗率は
、通常、リン酸含量が約1容量％を超えない場合には、高い表面積の金属粉末（
表面積は35,000マイクロファラッド-ボルト/gより大きい）から製造される陽極
体の低電圧陽極酸化処理には過剰に高い。プロトン性酸性溶液（すなわち、水お
よびグリコールまたはポリグリコール）中のリン酸の割合が比較的高いと、結果
としてpH値が相対的に低くなり（例えば、約2より低いpH）、電解質中の腐食生
成物の蓄積により電解質寿命が短くなるだけでなく、バルブの金属粉末から製造
される粉末冶金陽極体の小孔にリン酸塩残渣が沈殿することにより電解質の電流
容量が低くなる。
的陽極酸化処理方法は、一般に、水、エチレングリコールまたはポリエチレング
リコールおよびリン酸を含有する電解質を使用する。これらの電解質の抵抗率は
、通常、リン酸含量が約1容量％を超えない場合には、高い表面積の金属粉末（
表面積は35,000マイクロファラッド-ボルト/gより大きい）から製造される陽極
体の低電圧陽極酸化処理には過剰に高い。プロトン性酸性溶液（すなわち、水お
よびグリコールまたはポリグリコール）中のリン酸の割合が比較的高いと、結果
としてpH値が相対的に低くなり（例えば、約2より低いpH）、電解質中の腐食生
成物の蓄積により電解質寿命が短くなるだけでなく、バルブの金属粉末から製造
される粉末冶金陽極体の小孔にリン酸塩残渣が沈殿することにより電解質の電流
容量が低くなる。
【０００４】 英国特許第2 168 383号は、陽極酸化処理する電解質に使用するための有機溶
媒および水の両方に可溶性のアミンリン酸塩の使用を記載している。残念なこと
に、可溶性リン酸塩を形成するアミン（例えば、トリ-N-プロピルアミン、ピリ
ジンおよび置換ピリジン）は標準的な陽極酸化処理温度において毒性で揮発性で
ある傾向がある（約80〜約90℃）。さらに、これらのアミンはイオン化が不完全
なリン酸塩を形成し、リン酸単独と比較して電解質導電率が低くなる。
媒および水の両方に可溶性のアミンリン酸塩の使用を記載している。残念なこと
に、可溶性リン酸塩を形成するアミン（例えば、トリ-N-プロピルアミン、ピリ
ジンおよび置換ピリジン）は標準的な陽極酸化処理温度において毒性で揮発性で
ある傾向がある（約80〜約90℃）。さらに、これらのアミンはイオン化が不完全
なリン酸塩を形成し、リン酸単独と比較して電解質導電率が低くなる。
【０００５】 米国特許第5,716,511号は、機械的に損傷されたタンタル表面に形成される高
電圧（約100陽極酸化処理ボルト）皮膜中に生じる水泡様の酸化物欠陥の発生頻
度を低下する目的で、約50℃より低い温度においてタンタル粉末冶金陽極体を陽
極酸化処理するため、75容量％までのポリエチレングリコールジメチルエーテル
を含有する電解質中にリン酸または酸性リン酸塩を使用することを記載している
。
電圧（約100陽極酸化処理ボルト）皮膜中に生じる水泡様の酸化物欠陥の発生頻
度を低下する目的で、約50℃より低い温度においてタンタル粉末冶金陽極体を陽
極酸化処理するため、75容量％までのポリエチレングリコールジメチルエーテル
を含有する電解質中にリン酸または酸性リン酸塩を使用することを記載している
。
【０００６】 コンデンサーの陽極体に使用される金属粉末の表面積は約0.35 m2/g（35,000
マイクロファラッド-ボルト/g）より高く増加しているので、均一な酸化物の厚
さを得るために電圧印加時に必要な安定化時間は、陽極体の細孔による電圧低下
のために着実に増加している。さらに、近年、粉末の表面積が増加するにつれて
、酸性リン酸塩を含有する電解質は陽極体の細孔に不用なリン酸塩残渣を残すこ
とが増えている。電圧印加時に必要な安定化時間および陽極体の細孔内のリン酸
塩残渣の蓄積は、陽極体のサイズが大きくなるにつれてますますひどくなってい
る。
マイクロファラッド-ボルト/g）より高く増加しているので、均一な酸化物の厚
さを得るために電圧印加時に必要な安定化時間は、陽極体の細孔による電圧低下
のために着実に増加している。さらに、近年、粉末の表面積が増加するにつれて
、酸性リン酸塩を含有する電解質は陽極体の細孔に不用なリン酸塩残渣を残すこ
とが増えている。電圧印加時に必要な安定化時間および陽極体の細孔内のリン酸
塩残渣の蓄積は、陽極体のサイズが大きくなるにつれてますますひどくなってい
る。
【０００７】発明の概要 本発明は、微細な金属粉末から製造される陽極体からコンデンサーを製造する
際の上記の従来の陽極酸化処理用電解質の欠点に対処している。
際の上記の従来の陽極酸化処理用電解質の欠点に対処している。
【０００８】 本発明は、微細な金属粉末の表面積が0.35 m2/gより大きい微細金属粉末陽極
体から製造されるコンデンサーを目的とする。コンデンサーは、少なくとも1種
のアルカリ金属リン酸塩、水および少なくとも1種の有機溶媒を含む電解液を使
用して微細な金属粉末電極を陽極酸化処理することによって製造される。
体から製造されるコンデンサーを目的とする。コンデンサーは、少なくとも1種
のアルカリ金属リン酸塩、水および少なくとも1種の有機溶媒を含む電解液を使
用して微細な金属粉末電極を陽極酸化処理することによって製造される。
【０００９】 電解液は、好ましくは、グリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレン
グリコールモノメチルエーテルまたはポリエチレンジメチルエーテルの一つまた
は複数を含有する。さらに、本発明は、アルカリ金属リン酸塩の総量が電解液の
総重量の約10重量％より少ない電解液を目的とする。
グリコールモノメチルエーテルまたはポリエチレンジメチルエーテルの一つまた
は複数を含有する。さらに、本発明は、アルカリ金属リン酸塩の総量が電解液の
総重量の約10重量％より少ない電解液を目的とする。
【００１０】 本発明はまた、上記電解液を使用して微細な金属粉末陽極体上に皮膜が形成さ
れる、微細な金属粉末陽極体を陽極酸化処理する方法も目的とする。微細な金属
粉末は、好ましくは、表面積が0.35 m2/gより大きいタンタルなどのバルブの金
属粉末である。皮膜は約60〜約100℃の温度において形成される。
れる、微細な金属粉末陽極体を陽極酸化処理する方法も目的とする。微細な金属
粉末は、好ましくは、表面積が0.35 m2/gより大きいタンタルなどのバルブの金
属粉末である。皮膜は約60〜約100℃の温度において形成される。
【００１１】 本発明の電解質は、先行技術の電解質とは異なり、陽極体の細孔への金属性リ
ン酸塩/ポリリン酸の沈着が低い。これにより、高表面積の金属粉末から製造さ
れる粉末冶金陽極体を陽極酸化処理する場合に、より均一で、静電容量がより高
くなるだけでなく、損失率が低くなる。
ン酸塩/ポリリン酸の沈着が低い。これにより、高表面積の金属粉末から製造さ
れる粉末冶金陽極体を陽極酸化処理する場合に、より均一で、静電容量がより高
くなるだけでなく、損失率が低くなる。
【００１２】 上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は単に、例示的および説明的であ
ること、ならびに、特許請求される本発明を制限するものではないことが理解さ
れるべきである。
ること、ならびに、特許請求される本発明を制限するものではないことが理解さ
れるべきである。
【００１３】好ましい態様の詳細な説明 所与の装置容積および定格電圧に対して最大の静電容量を得るために（すなわ
ち、最大容積効率）、できるだけ高い密度の粉末冶金コンデンサー陽極体を製造
することが望ましい。しかし、高表面積の金属粉末から製造されるコンデンサー
陽極体を陽極酸化処理する際に従来の電解質を使用すると、陽極体密度または金
属粉末表面積が増加するにつれて、陽極体の細孔へのリン酸塩固形物の沈積が増
加する。沈積したこれらのリン酸塩固形物は陽極酸化処理後に陽極体細孔内に残
存し、それによって均一な陽極酸化物の形成および逆電極材料（例えば、二酸化
マンガン）との接触を妨害する。この妨害の影響には、損失率の増加および電流
の漏れの増加に加えて可能な静電容量の損失が挙げられる。
ち、最大容積効率）、できるだけ高い密度の粉末冶金コンデンサー陽極体を製造
することが望ましい。しかし、高表面積の金属粉末から製造されるコンデンサー
陽極体を陽極酸化処理する際に従来の電解質を使用すると、陽極体密度または金
属粉末表面積が増加するにつれて、陽極体の細孔へのリン酸塩固形物の沈積が増
加する。沈積したこれらのリン酸塩固形物は陽極酸化処理後に陽極体細孔内に残
存し、それによって均一な陽極酸化物の形成および逆電極材料（例えば、二酸化
マンガン）との接触を妨害する。この妨害の影響には、損失率の増加および電流
の漏れの増加に加えて可能な静電容量の損失が挙げられる。
【００１４】 先行技術の電解質と比較して、本発明の電解質に実現された主要な改善は陽極
体の細孔への金属性リン酸塩/ポリリン酸塩の沈着の低下である。これにより、
高表面積の金属粉末から製造される粉末冶金陽極体を陽極酸化処理する場合に、
均一性が増し、静電容量がより高くなるだけでなく、損失率がより低下する。高
い表面積の粉末は少なくとも0.35 m2/gまたは35,000 CV/g、好ましくは0.5 m2/g
または50,000 CV/gを有する粉末と規定される。
体の細孔への金属性リン酸塩/ポリリン酸塩の沈着の低下である。これにより、
高表面積の金属粉末から製造される粉末冶金陽極体を陽極酸化処理する場合に、
均一性が増し、静電容量がより高くなるだけでなく、損失率がより低下する。高
い表面積の粉末は少なくとも0.35 m2/gまたは35,000 CV/g、好ましくは0.5 m2/g
または50,000 CV/gを有する粉末と規定される。
【００１５】 本発明の電解液は、アルカリ性または中性の電解液を得るために、水および有
機溶媒と共にアルカリ金属リン酸塩を使用する。アルカリ金属リン酸塩および有
機溶媒は、塩が有機溶媒に実質的に不溶性であるが、水/有機溶媒溶液に比較的
高い溶解性のものを選択されるべきである。本発明によると、コンデンサーは、
電解液を使用して微細な金属粉末電極を陽極酸化処理することによって製造され
る。
機溶媒と共にアルカリ金属リン酸塩を使用する。アルカリ金属リン酸塩および有
機溶媒は、塩が有機溶媒に実質的に不溶性であるが、水/有機溶媒溶液に比較的
高い溶解性のものを選択されるべきである。本発明によると、コンデンサーは、
電解液を使用して微細な金属粉末電極を陽極酸化処理することによって製造され
る。
【００１６】 アルカリ金属リン酸塩は有機溶媒に不溶性であるが、水および有機溶媒の溶液
には可溶性である。アルカリ金属リン酸塩は、好ましくは、二塩基性リン酸カリ
ウムおよび二塩基性リン酸ナトリウムなどの水溶性二塩基性塩であり、最も好ま
しくは、二塩基性リン酸カリウムである。アルカリ金属リン酸塩の量は、好まし
くは、電解液の総重量の約0.1〜約10重量％である。好ましくは、それは、電解
液の総重量の約0.5〜約5重量％である。さらに好ましくは、それは、電解液の総
重量の約0.5〜約2.5重量％である。
には可溶性である。アルカリ金属リン酸塩は、好ましくは、二塩基性リン酸カリ
ウムおよび二塩基性リン酸ナトリウムなどの水溶性二塩基性塩であり、最も好ま
しくは、二塩基性リン酸カリウムである。アルカリ金属リン酸塩の量は、好まし
くは、電解液の総重量の約0.1〜約10重量％である。好ましくは、それは、電解
液の総重量の約0.5〜約5重量％である。さらに好ましくは、それは、電解液の総
重量の約0.5〜約2.5重量％である。
【００１７】 有機溶媒は、好ましくは、グリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレ
ングリコールモノメチルエーテルまたはポリエチレンジメチルエーテルから選択
される少なくとも1種の溶媒である。有機溶媒の量は水に対する有機溶媒の溶解
限度より少なくするべきである。有機溶媒は電解液の約1容量％より多く、約50
容量％より少なくするべきである。好ましくは、有機溶媒は電解液の約5〜約35
容量％である。さらに好ましくは、有機溶媒は電解液の約5〜約25容量％である
。
ングリコールモノメチルエーテルまたはポリエチレンジメチルエーテルから選択
される少なくとも1種の溶媒である。有機溶媒の量は水に対する有機溶媒の溶解
限度より少なくするべきである。有機溶媒は電解液の約1容量％より多く、約50
容量％より少なくするべきである。好ましくは、有機溶媒は電解液の約5〜約35
容量％である。さらに好ましくは、有機溶媒は電解液の約5〜約25容量％である
。
【００１８】 陽極体の内部温度が陽極酸化処理反応によって生ずる熱により上昇すると、本
発明の電解質は水相と有機相に相分離すると考えられるが、本出願人らは任意の
特定の理論に結びつけることを望まない。アルカリ金属リン酸塩は有機相に不溶
性であるので、この相分離中に水相がアルカリ金属リン酸塩を保持する。有機溶
媒単独へのリン酸塩の不溶性により、高電流密度において陽極体の内部に生じる
ような乾燥条件下では、電解液の導電率の低下により陽極酸化処理中の陽極体の
内部加熱が自動的に制限される。
発明の電解質は水相と有機相に相分離すると考えられるが、本出願人らは任意の
特定の理論に結びつけることを望まない。アルカリ金属リン酸塩は有機相に不溶
性であるので、この相分離中に水相がアルカリ金属リン酸塩を保持する。有機溶
媒単独へのリン酸塩の不溶性により、高電流密度において陽極体の内部に生じる
ような乾燥条件下では、電解液の導電率の低下により陽極酸化処理中の陽極体の
内部加熱が自動的に制限される。
【００１９】 この相分離により、電解液の抵抗性も増加し、陽極酸化処理反応が低下し、電
解液が冷却される。水相が有機相中へ縮合し、新たに冷却された電解液は再度一
相になり、陽極酸化処理反応速度が増加する。
解液が冷却される。水相が有機相中へ縮合し、新たに冷却された電解液は再度一
相になり、陽極酸化処理反応速度が増加する。
【００２０】 本発明の電解液のpHは中性またはわずかに塩基性であることにより、リン酸の
乾燥中に形成される陽極体の細孔への酸性ポリリン酸塩の沈積が生じにくくなる
。中性付近のpHでも、陽極酸化処理用タンクの腐食速度および電解質による金属
の取り込みが一般に低下する。pHは好ましくは約7〜9、より好ましくは約7であ
る。
乾燥中に形成される陽極体の細孔への酸性ポリリン酸塩の沈積が生じにくくなる
。中性付近のpHでも、陽極酸化処理用タンクの腐食速度および電解質による金属
の取り込みが一般に低下する。pHは好ましくは約7〜9、より好ましくは約7であ
る。
【００２１】 溶液中のアルカリ金属リン酸塩の高いイオン化は、従来の電解質より伝導率の
高い電解質を生ずる。この高い伝導率は、高表面積の金属粉末を陽極酸化処理す
るのに必要な電圧印加時の安定化時間を短縮する。
高い電解質を生ずる。この高い伝導率は、高表面積の金属粉末を陽極酸化処理す
るのに必要な電圧印加時の安定化時間を短縮する。
【００２２】 これに関して従来技術より上回る本発明の利点は、従来技術の電解質のリン酸
のように、アルカリ金属リン酸塩は有機相との粘性の混合物を形成しないことで
ある。従来技術の電解液によって形成される粘性の混合物はバルブの金属粉末の
細孔を閉塞する。さらに、陽極酸化処理反応の速度の低下による冷却により水が
凝縮すると、この粘性の混合物は一相に溶け込まない。従って、バルブの金属の
細孔は遮断されたままになり、最小程度にしか陽極酸化処理されない。細孔の陽
極酸化処理のこのような低下は得られるコンデンサーの静電容量を低下させる。
のように、アルカリ金属リン酸塩は有機相との粘性の混合物を形成しないことで
ある。従来技術の電解液によって形成される粘性の混合物はバルブの金属粉末の
細孔を閉塞する。さらに、陽極酸化処理反応の速度の低下による冷却により水が
凝縮すると、この粘性の混合物は一相に溶け込まない。従って、バルブの金属の
細孔は遮断されたままになり、最小程度にしか陽極酸化処理されない。細孔の陽
極酸化処理のこのような低下は得られるコンデンサーの静電容量を低下させる。
【００２３】 本発明はさらに、上記の電解液を用いて皮膜が金属上に形成される、金属を陽
極酸化処理する方法を目的とする。金属は、好ましくは、タンタルまたはニオブ
などのバルブの金属である。
極酸化処理する方法を目的とする。金属は、好ましくは、タンタルまたはニオブ
などのバルブの金属である。
【００２４】実施例 本発明は以下の実施例を参照してさらに説明される。これらの実施例はいかな
る形でも本発明を制限するものと解釈してはならない。
る形でも本発明を制限するものと解釈してはならない。
【００２５】 実施例1 2つのグループの陽極体（330マイクロファラッド/10ボルト）を80℃において3
2ボルトまで陽極酸化処理した。これらのグループのうち第1のグループは従来の
電解質を使用したが、第2のグループは本発明の電解質を使用した。表1は電解質
の組成を示す。陽極体を洗浄し、375℃において30分間加熱処理し、もとの電解
質中で再度陽極酸化処理した。次いで、既知の技法を使用して、陽極体を銀色ペ
イントコンデンサー体に処理し、リードフレームに接続し、表面実装仕上げした
コンデンサーに成型した。
2ボルトまで陽極酸化処理した。これらのグループのうち第1のグループは従来の
電解質を使用したが、第2のグループは本発明の電解質を使用した。表1は電解質
の組成を示す。陽極体を洗浄し、375℃において30分間加熱処理し、もとの電解
質中で再度陽極酸化処理した。次いで、既知の技法を使用して、陽極体を銀色ペ
イントコンデンサー体に処理し、リードフレームに接続し、表面実装仕上げした
コンデンサーに成型した。
【００２６】 2つの陽極体の比較を表1に示す。表1では、本発明の電解質の安定化時間が従
来の電解質の安定化時間の1/2であることが観察された。本発明の電解質は、従
来の電解質バルブと比較して、静電容量安定性値はより大きく、損失率（DF）値
および漏れ電流値はかなり低下した。最終的に陽極体のポロシメトリー(prosime
try)データから、本発明の電解質において陽極酸化処理したとき、陽極酸化処理
後の陽極体は最も微細な孔の数が少なかったことが示される。任意の特定の理論
に結び付けたくはないが、より微細な孔の数の低下の考えられる説明は、高pH条
件下では陽極体の孔内へのリン酸塩固形物の沈着が低下するということである。
来の電解質の安定化時間の1/2であることが観察された。本発明の電解質は、従
来の電解質バルブと比較して、静電容量安定性値はより大きく、損失率（DF）値
および漏れ電流値はかなり低下した。最終的に陽極体のポロシメトリー(prosime
try)データから、本発明の電解質において陽極酸化処理したとき、陽極酸化処理
後の陽極体は最も微細な孔の数が少なかったことが示される。任意の特定の理論
に結び付けたくはないが、より微細な孔の数の低下の考えられる説明は、高pH条
件下では陽極体の孔内へのリン酸塩固形物の沈着が低下するということである。
【００２７】
【表１】従来の電解質と本発明の電解質との比較
【００２８】 実施例2 本発明の電解質で観察された極めて低い腐食性および金属の取り込み率は、6
ヶ月間（4,000時間以上）ステンレス鋼陽極酸化処理用タンク内で使用されてい
た電解質の金属分析によって示された（10容量％ポリエチレングリコール300 /
2重量％K2HPO4）。ICP（誘導結合プラズマ分光光度計）を使用して金属含量を分
析し、以下の金属含量を得た： クロム＝0.012百万分率（ppm）未満 鉄＝0.010 ppm ニッケル＝0.070 ppm未満 アルミニウム＝0.190 ppm 約500時間だけの利用後の従来の電解質の典型的な金属含量値は以下のようであ
る： クロム＝5 ppm以上 鉄＝15 ppm以上 ニッケル＝5 ppm以上 アルミニウム＝少なくとも約30 ppmから約100 ppm以上
ヶ月間（4,000時間以上）ステンレス鋼陽極酸化処理用タンク内で使用されてい
た電解質の金属分析によって示された（10容量％ポリエチレングリコール300 /
2重量％K2HPO4）。ICP（誘導結合プラズマ分光光度計）を使用して金属含量を分
析し、以下の金属含量を得た： クロム＝0.012百万分率（ppm）未満 鉄＝0.010 ppm ニッケル＝0.070 ppm未満 アルミニウム＝0.190 ppm 約500時間だけの利用後の従来の電解質の典型的な金属含量値は以下のようであ
る： クロム＝5 ppm以上 鉄＝15 ppm以上 ニッケル＝5 ppm以上 アルミニウム＝少なくとも約30 ppmから約100 ppm以上
【００２９】 従来の電解質のアルミニウム含量が極めて高いのは、電解質と陽極酸化処理の
ため陽極体を支えるために使用したアルミニウム棒との接触によるものであった
。本発明の電解質の金属の取り込みをさらに直接試験するために、アルミニウム
陽極体処理棒を80℃において電解質内に配置した。3日後、電解質のアルミニウ
ム含量は0.39 ppmで、12日後では0.76 ppmであることが判明した。同じ容積の従
来の酸性電解質では、アルミニウム陽極体処理棒の溶解には約24時間必要で、ア
ルミニウム含量は約300 ppmに達する。
ため陽極体を支えるために使用したアルミニウム棒との接触によるものであった
。本発明の電解質の金属の取り込みをさらに直接試験するために、アルミニウム
陽極体処理棒を80℃において電解質内に配置した。3日後、電解質のアルミニウ
ム含量は0.39 ppmで、12日後では0.76 ppmであることが判明した。同じ容積の従
来の酸性電解質では、アルミニウム陽極体処理棒の溶解には約24時間必要で、ア
ルミニウム含量は約300 ppmに達する。
【００３０】 実施例3 本発明の電解液のタンタル以外のバルブの金属への適用性は、希釈したリン酸
水溶液中で80℃で20ボルトまで陽極酸化処理した高表面積ニオブ粉末陽極体と、
中性付近pHの電解質（10容量％ポリエチレングリコール300 / 2重量％K2HPO4）
において80℃で20ボルトまで陽極酸化処理した高表面積のニオブ粉末陽極体との
性能比較によって例示される。明らかに、表2に示すように、本発明の電解質は
、従来の電解液と比較したとき、ニオブ陽極体の静電容量および電流漏れに関し
て優れた性能を示した。
水溶液中で80℃で20ボルトまで陽極酸化処理した高表面積ニオブ粉末陽極体と、
中性付近pHの電解質（10容量％ポリエチレングリコール300 / 2重量％K2HPO4）
において80℃で20ボルトまで陽極酸化処理した高表面積のニオブ粉末陽極体との
性能比較によって例示される。明らかに、表2に示すように、本発明の電解質は
、従来の電解液と比較したとき、ニオブ陽極体の静電容量および電流漏れに関し
て優れた性能を示した。
【００３１】
【表２】 ニオブ陽極体の従来の電解質と本発明の電解質との比較 注記：DC漏出は電荷時間の60秒後に14ボルトで測定した。 nA/CV＝ナノアンペア/CV＝10-9アンペア/マイクロファラッド・ボルト
【００３２】 実施例4 470マイクロファラッド/10ボルトの定格を用いて市販の高表面積（50,000 CV/
gまたは0.5 m2/g）のタンタル粉末から一群の陽極体を製造した。次いで、陽極
体を3群に分割して、約1.5マイクロアンペア/マイクロクローンの電流密度で80
℃において32.5ボルトまで陽極酸化処理した。
gまたは0.5 m2/g）のタンタル粉末から一群の陽極体を製造した。次いで、陽極
体を3群に分割して、約1.5マイクロアンペア/マイクロクローンの電流密度で80
℃において32.5ボルトまで陽極酸化処理した。
【００３３】 第1の群は、約20容量％のエチレングリコールおよび2容量％のリン酸からなる
従来の電解質を使用して陽極酸化処理した。第2の群は、約10容量％のエチレン
グリコール300および約2重量％の二塩基性リン酸カリウムからなる電解質を使用
して陽極酸化処理した。本発明の電解質の実施例1の改善がアルカリ金属リン酸
塩の使用によるものであり、電解質のより低い有機物含量のためでないことを確
認するために、第3の群を、約10容量％のエチレングリコールおよび約2容量％の
リン酸からなる低有機物含量の従来の電解質中で陽極酸化処理した。
従来の電解質を使用して陽極酸化処理した。第2の群は、約10容量％のエチレン
グリコール300および約2重量％の二塩基性リン酸カリウムからなる電解質を使用
して陽極酸化処理した。本発明の電解質の実施例1の改善がアルカリ金属リン酸
塩の使用によるものであり、電解質のより低い有機物含量のためでないことを確
認するために、第3の群を、約10容量％のエチレングリコールおよび約2容量％の
リン酸からなる低有機物含量の従来の電解質中で陽極酸化処理した。
【００３４】 次いで、既知の方法により、3つの群全ての陽極体を銀ペイントコンデンサー
体に処理し、リードフレームに結合し、表面実装仕上げしたコンデンサーに成型
した。電気処理した陽極体の本質的な均一性および安定性（例えば、成型ストレ
スに対するコンデンサーの抵抗性等）を確認するために、さらなる電気的スクリ
ーニングを行うことなく、成型後に電気的パラメーターを測定した。
体に処理し、リードフレームに結合し、表面実装仕上げしたコンデンサーに成型
した。電気処理した陽極体の本質的な均一性および安定性（例えば、成型ストレ
スに対するコンデンサーの抵抗性等）を確認するために、さらなる電気的スクリ
ーニングを行うことなく、成型後に電気的パラメーターを測定した。
【００３５】 図1は3つの群の各々からのコンデンサーの無作為試料の静電容量値のグラフで
あり、公称470マイクロファラッドのコンデンサー値からのパーセント偏差とし
て表してある。本発明の電解質は、上記の電解質のどれよりもはるかにより均一
な静電容量値を示した。
あり、公称470マイクロファラッドのコンデンサー値からのパーセント偏差とし
て表してある。本発明の電解質は、上記の電解質のどれよりもはるかにより均一
な静電容量値を示した。
【００３６】 図2は、3つの群の各々からのコンデンサーの無作為試料の損失率（DF）値を％
DFとして表したグラフである。本発明の電解質では、DFは、エチレングリコール
含量にもかかわらず、リン酸を含有する電解質より有意に低いことが判明してい
る。
DFとして表したグラフである。本発明の電解質では、DFは、エチレングリコール
含量にもかかわらず、リン酸を含有する電解質より有意に低いことが判明してい
る。
【００３７】 図3は、コンデンサーの各群の無作為試料の等価直列抵抗（ESR）をohms単位で
表したグラフである。3群全てのコンデンサーのESR値は実質的にほぼ同じであっ
た。
表したグラフである。3群全てのコンデンサーのESR値は実質的にほぼ同じであっ
た。
【００３８】 図4は、3群の各々からのコンデンサーの無作為試料の漏れ電流値をマイクロア
ンペアで表したグラフである。漏れ電流は3群全てで実質的にほぼ同じであった
。
ンペアで表したグラフである。漏れ電流は3群全てで実質的にほぼ同じであった
。
【００３９】 実施例５ 375マイクロファラッド/ 10ボルトの定格電圧処理した陽極体群は市販の高表
面積タンタル粉末から6.0 g/cm3の密度で製造した（約50,000マイクロファラッ
ド-ボルト/gまたは0.5 m2/gのCV）。次いで、陽極体を2群に分け、80℃において
32ボルトまで陽極酸化処理した。第1の群は20容量％のエチレングリコールおよ
び2容量％のリン酸を含有する従来の電解質で陽極酸化処理した。第2の群は本発
明の電解質（10容量％のポリエチレングリコール300および2重量％の二塩基性リ
ン酸カリウム）で陽極酸化処理した。次いで、両群はコンデンサー製造の当業者
に既知の方法によって、二酸化マンガン含浸、コンデンサー体のグラファイトお
よび銀ペイントコーティング処理をされた。
面積タンタル粉末から6.0 g/cm3の密度で製造した（約50,000マイクロファラッ
ド-ボルト/gまたは0.5 m2/gのCV）。次いで、陽極体を2群に分け、80℃において
32ボルトまで陽極酸化処理した。第1の群は20容量％のエチレングリコールおよ
び2容量％のリン酸を含有する従来の電解質で陽極酸化処理した。第2の群は本発
明の電解質（10容量％のポリエチレングリコール300および2重量％の二塩基性リ
ン酸カリウム）で陽極酸化処理した。次いで、両群はコンデンサー製造の当業者
に既知の方法によって、二酸化マンガン含浸、コンデンサー体のグラファイトお
よび銀ペイントコーティング処理をされた。
【００４０】 両群の静電容量、損失率（DF）、等価直列抵抗（ESR）および漏れ電流値を図5
、6、7および8に示す。静電容量は、本発明の電解質を使用して陽極酸化処理し
たコンデンサーでは平均17%高いことが判明した。DFは、本発明の電解質を用い
て陽極酸化処理したコンデンサーと比較して、従来の電解質を用いて陽極酸化処
理したコンデンサーでは約4倍高いことが判明した。両群のESRは実質的にほぼ同
じであったが、従来の電解質を用いて陽極酸化処理したコンデンサの漏れ電流は
、本発明の電解質を用いて陽極酸化処理したコンデンサーの漏れ電流より約300
倍高かった。
、6、7および8に示す。静電容量は、本発明の電解質を使用して陽極酸化処理し
たコンデンサーでは平均17%高いことが判明した。DFは、本発明の電解質を用い
て陽極酸化処理したコンデンサーと比較して、従来の電解質を用いて陽極酸化処
理したコンデンサーでは約4倍高いことが判明した。両群のESRは実質的にほぼ同
じであったが、従来の電解質を用いて陽極酸化処理したコンデンサの漏れ電流は
、本発明の電解質を用いて陽極酸化処理したコンデンサーの漏れ電流より約300
倍高かった。
【００４１】 本発明の精神または範囲から逸脱することなく、本発明の組成および方法に種
々の修飾および変更を行うことができることが当業者には明らかであると思われ
る。従って、本発明の修飾および変更が添付された特許請求の範囲およびその同
等物の範囲内であるかぎり、本発明はそれらの修飾および変更を包合するもので
ある。
々の修飾および変更を行うことができることが当業者には明らかであると思われ
る。従って、本発明の修飾および変更が添付された特許請求の範囲およびその同
等物の範囲内であるかぎり、本発明はそれらの修飾および変更を包合するもので
ある。
【図１】 実施例4に記載するコンデンサーの容量値である。
【図２】 実施例4に記載するコンデンサーの損失率（DF）である。
【図３】 実施例4に記載するコンデンサーの等価直列抵抗（ESR）値である
。
。
【図４】 実施例4に記載するコンデンサーの電流漏れ値である。
【図５】 実施例5に記載するコンデンサーの静電容量、損失率、ESRおよび
電流漏れ値を表で示したものである。
電流漏れ値を表で示したものである。
【図６】 実施例5に記載するコンデンサーの静電容量値である。
【図７】 実施例5に記載するコンデンサーの損失率値である。
【図８】 実施例5に記載するコンデンサーのESR値である。
【図９】 実施例5に記載するコンデンサーの電流漏れ値である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人 Ｐ．Ｏ． Ｂｏｘ 5928，Ｈｉｇｈｗａｙ 385，Ｓ．Ｅ．，Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ， Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ 29606， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍ ｅｒｉｃａ (72)発明者 メロディー ブライアン ジェイ． アメリカ合衆国 サウスカロライナ州 グ リール ウッディ クリーク ロード 124
Claims (13)
- 【請求項１】 表面積が少なくとも0.35m2/gまたは35,000CV/gである金属粉
末と、少なくとも1種のアルカリ金属リン酸塩、水および少なくとも1種の有機溶
媒を含む陽極酸化処理用電解質とから製造される陽極を有するコンデンサであっ
て、アルカリ金属リン酸塩は有機溶媒単独には不溶性であるが、水と有機溶媒の
溶液に可溶性であるコンデンサ。 - 【請求項２】 有機溶媒がグリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチ
レングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレンジメチルエーテルおよびそれ
らの混合物からなる群より選択される、請求項1記載のコンデンサ。 - 【請求項３】 アルカリ金属リン酸塩が二塩基性リン酸カリウムである請求
項1記載のコンデンサ。 - 【請求項４】 アルカリ金属リン酸塩の総重量が電解液の総重量の約0.1重
量％〜約10重量％である、請求項1記載のコンデンサ。 - 【請求項５】 アルカリ金属リン酸塩の総重量が電解液の総重量の約0.5重
量％〜約5重量％である、請求項4記載のコンデンサ。 - 【請求項６】 アルカリ金属リン酸塩の総重量が電解液の約0.5重量％〜約2
.5重量％である、請求項5記載のコンデンサ。 - 【請求項７】 有機溶媒の総容量が電解液総容量の約1容量％より多く、50
容量％より少ない、請求項1記載のコンデンサ。 - 【請求項８】 有機溶媒の総容量が電解液総容量の約5容量％〜約35容量％
である、請求項8記載のコンデンサ。 - 【請求項９】 有機溶媒の総容量が電解液総容量の約5容量％〜約25容量％
である、請求項8記載のコンデンサ。 - 【請求項１０】 表面積が少なくとも0.35m2/gまたは35,000CV/gである金属
粉末から製造される金属陽極を陽極酸化処理する方法であって、金属陽極を、少
なくとも1種のアルカリ金属リン酸塩、水および少なくとも1種の有機溶媒を含む
電解質で陽極酸化処理する段階を含む方法。 - 【請求項１１】 前記金属が弁作用金属である請求項10記載の方法。
- 【請求項１２】 前記弁作用金属がタンタルである請求項11記載の方法。
- 【請求項１３】 前記弁作用金属がニオブである請求項11記載の方法。
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