JP2005026522A

JP2005026522A - Porous structure and capacitor

Info

Publication number: JP2005026522A
Application number: JP2003191336A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Ishikawa; 勝之石川; Hiroyuki Ohira; 弘之大平; Noboru Miyata; 昇宮田; Takemi Aizawa; 健実相沢
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-01-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous structure formed as a frame by covering a core constituting a three-dimensional (3D) net structure with a dielectric layer and a conductive layer and a capacitor using the porous structure. <P>SOLUTION: The porous structure having the 3D net structure is provided with the core (21) constituting the 3D net structure, the frame formed on the surface of the core (21) and constituted of a coat formed by laminating the dielectric layer (22), and the conductive layer (23) and a gap area surrounding the frame. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元的な網目構造を有する多孔質構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、発泡ウレタンシートに鉄粉末、酸化鉄あるいは水酸化鉄粉末を所定の割合で混合して得たスラリーを塗布し、還元雰囲気で焼成することにより鉄の３次元多孔性焼結体を作製する技術が知られている。そして、そのような３次元多孔性焼結体の応用技術には、その表面にニッケルめっきを施したものを電解液に浸して電池を作製するものがある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、単位体積あたりの容量を向上させるため、コンデンサの電極の面積を大きくする技術が知られている。
【０００４】
そのようなコンデンサには、多孔質弁金属箔の表面および空孔表面全体に誘電体酸化被膜を形成させ、その誘電体酸化被膜を陰極用集電体に接合する導電性ポリマーで覆い、それらをユニットとして、積層させて形成するコンデンサもある（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−４５３６６号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１９８６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の発泡ウレタンシートをプリフォームとして作製される３次元多孔性焼結体については、その骨格部の表面に多層の被覆部を設けてコンデンサを作製することはなされていない。
【０００７】
また、多孔質弁金属箔は薄い２次元的な形状をしており、積層したとしても、３次元網目構造に比べると表面積は小さく、コンデンサとして利用しても体積あたりの容量は小さい。
【０００８】
本発明は、３次元的な網目構造を構成する芯部を誘電体層および導体層で覆って骨格部として形成した多孔質構造体およびこれを用いたコンデンサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の多孔質構造体は、３次元的な網目構造を有する多孔質構造体であって、前記３次元的な網目構造を構成する芯部および前記芯部の表面に設けられ、誘電体層および導体層を積層して形成される被覆部から構成される骨格部と、前記骨格部を囲繞する空隙領域と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
このように本発明では、多孔質構造体は、骨格部が３次元的な網目構造を構成する芯部および芯部の表面に設けられ、誘電体層および導体層を積層して形成される被覆部から構成される。そして、この多孔質構造体はスポンジ状の３次元的な網目構造を形成しているため、その芯部および各層の表面積は非常に大きい。
【００１１】
これにより、この多孔質構造体を対抗電極の面積の大きいコンデンサとして利用することができる。その結果、対抗電極の面積が大きいため、体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。
【００１２】
また、多孔質構造体の作製に際し、その形状については制約がないため、用途に応じた形状のコンデンサを作製することができる。特に、通常のフィルムコンデンサは、形状を変形させると局所的に電界が集中し不具合が生じ易いが、本発明に係る多孔質構造体を応用したコンデンサでは、最初から望みの形状の多孔質構造体を作製することができるため、そのようなことは生じない。
【００１３】
また、本発明にかかる多孔質構造体をコンデンサとして利用する場合には、端子電極を引き出している部分以外に、電極のエッジ部分がないコンデンサを作製することができる。その結果、通常のフィルムコンデンサなどと比べて、ショートなどの不具合を生じ難くすることができる。
【００１４】
また、コンデンサは対抗電極の面積が異なる場合には、小さい方の対抗電極の面積が容量に影響するが、本発明の多孔質構造体のように対抗電極の面積がほぼ同じである場合には、電極面積を無駄にすることなく表面積の大きさを効率よく容量に反映させることができる。
【００１５】
（２）また、本発明の多孔質構造体は、前記被覆部は、複数の誘電体層および複数の導体層を交互に積層して形成されることを特徴としている。
【００１６】
これにより、交互に対抗電極を積層して構成される並列配置と等価のコンデンサを作製することができる。その結果、さらに単位体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。
【００１７】
（３）また、本発明の多孔質構造体は、前記誘電体層は、前記導体層側または前記芯部側の少なくとも一方に保護層を備えることを特徴としている。
【００１８】
これにより、本発明の多孔質構造体をコンデンサとして用いた場合、芯部または導体層から誘電体層への金属粒子のマイグレーションを防止することができる。その結果、コンデンサにショートなどの不具合を生じ難くすることができる。また、芯部または導体層の酸化や劣化を防止することもできる。
【００１９】
（４）また、本発明の多孔質構造体は、前記多孔質構造体の体積あたりの骨格部の表面積が７００ｍ^２／ｍ^３以上６０００ｍ^２／ｍ^３以下であることを特徴としている。
【００２０】
このように本発明の多孔質構造体の表面積は大きいため、骨格部に対抗電極を設けた場合には、容量の大きいコンデンサとして利用することができる。これにより、体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。
【００２１】
（５）また、本発明のコンデンサは、導電性を有する前記芯部または前記芯部に最も近い導体層と前記芯部から最も離れた導体層との間に少なくとも一層以上の誘電体層を備える前記多孔質構造体と、前記導電性を有する芯部および少なくとも一つの導体層に設けられ、またはいずれか一つの導体層および前記いずれか一つの導体層以外の少なくとも一つの導体層に設けられた複数の端子電極と、を備えることを特徴としている。
【００２２】
このように、本発明では、少なくとも一層以上の誘電体層を挟む芯部および複数の導体層のうちの２つ以上に端子電極を設け、コンデンサを形成する。
【００２３】
これにより、対抗電極の面積の大きいコンデンサを作製することができる。その結果、対抗電極の面積が大きいため、体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。
【００２４】
また、多孔質構造体の作製に際し、その形状については制約がないため、用途に応じた形状のコンデンサを作製することができる。特に、通常のフィルムコンデンサは、形状を変形させると局所的に電界が集中し不具合が生じ易いが、本発明に係る多孔質構造体を応用したコンデンサでは、最初から望みの形状の多孔質構造体を作製することができるため、そのようなことは生じない。
【００２５】
また、本発明にかかる多孔質構造体をコンデンサとして利用する場合には、端子電極を引き出している部分以外には、ほとんど電極のエッジ部分がないコンデンサを作製することができる。その結果、通常のフィルムコンデンサなどと比べて、ショートなどの不具合を生じ難くすることができる。
【００２６】
また、コンデンサは対抗電極の面積が異なる場合には、小さい方の対抗電極の面積が容量に影響するが、本発明の多孔質構造体のように対抗電極の面積がほぼ同じである場合には、電極面積を無駄にすることなく表面積の大きさを効率よく容量に反映させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る多孔質構造体について説明する。実施の形態１に係る多孔質構造体は、骨格部が３次元的な網目構造を構成する芯部および芯部の表面に設けられ、誘電体層および導体層を積層して形成される被覆部から構成される。
【００２８】
図１は、実施の形態１に係る多孔質構造体および端子電極の斜視図である。図２は、図１に示す多孔質構造体１の部分１ａを矢印方向から見た拡大図である。図２に示すように、多孔質構造体１は骨格部２とそれを囲繞する空隙部３から構成されている。
【００２９】
この多孔質構造体１はスポンジ状の３次元的な網目構造を形成しているため、その芯部１および各層の表面積は非常に大きい。これにより、この多孔質構造体を対抗電極の面積の大きいコンデンサとして利用することができる。その結果、対抗電極の面積が大きいため、体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。
【００３０】
また、コンデンサは対抗電極の面積が異なる場合には、小さい方の対抗電極の面積が容量に影響するが、本発明の多孔質構造体のように対抗電極の面積がほぼ同じである場合には、電極面積を無駄にすることなく表面積の大きさを効率よく容量に反映させることができる。
【００３１】
図３は、図２に示す多孔質構造体１の骨格部２を枝状に伸びる方向に垂直な面ＡＡで切った断面図である。図３に示すように、骨格部２は芯部２１と、それを覆う誘電体層２２および導体層２３により構成されている。芯部２１の材料は、炭化珪素セラミックス、金属珪素、またはその複合材料である。誘電体層２２の材料は、チタン酸バリウムである。導体層２３の材料は、ニッケルである。なお、芯部２１の材料は、他の導電性を有するセラミックス、金属、またはその複合材料であってもよい。また、誘電体層２２の材料は、チタン酸鉛などの他の誘電セラミックスを用いてもよい。また、導体層２３の材料は、銀等の他の導電性を有する金属を用いてもよい。
【００３２】
図１に示すように、多孔質構造体１は端子電極３０ｂおよび３０ｃに接合されている。多孔質構造体に端子電極を設けることにより、コンデンサを形成することができる。端子電極の材料は、銅、ニッケルなどの金属である。図４は、図１に示す多孔質構造体１の部分１ｂを矢印の方向から見た拡大図である。図５は、図４に示す多孔質構造体１の骨格部２と端子電極３０ｂの接合部分を骨格部が枝状に伸びる方向に垂直な面ＢＢで切った断面図である。
【００３３】
図５に示すように、端子電極３０ｂと芯部２１は接合材１１により接合されている。接合材としては、たとえばニッケルロウや銀ロウなどが使われる。
【００３４】
そして、芯部２１、接合材１１および端子電極３０ｂを誘電体層２２が覆い、さらにその空隙部側を導体層２３が覆っている。
【００３５】
図６は、図１に示す多孔質構造体１の部分１ｃを矢印の方向から見た拡大図である。図７は、図４に示す多孔質構造体１の骨格部２と端子電極３０ｃの接合部分を骨格部が枝状に伸びる方向に垂直な面ＣＣで切った断面図である。
【００３６】
図７に示すように、芯部２１は誘電体層２２および導体層２３に覆われている。そして、端子電極３０ｃと導体層２３は接合材１１により接合されている。接合材としては、たとえばニッケルロウや銀ロウなどが使われる。
【００３７】
次に、以上のように構成された実施の形態１に係る多孔質構造体の製造方法について説明する。図８は、実施の形態１に係る多孔質構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【００３８】
まず、文献（特開２００１−２２６１７４または特開２０００−１０９３７５）に記載された製造方法により、珪素スラリーに浸したポリウレタンプリフォームから作製された炭化珪素多孔質構造体を洗浄処理する（ステップＳ１）。実施の形態１に係る多孔質構造体を応用したコンデンサを作製する場合には、銅電極をニッケルロウで接合する。
【００３９】
上記文献に記載された製造方法では、ポリウレタン等の樹脂製のプリフォームから、多孔質構造体を作製している。したがって、多孔質構造体の作製に際し、その形状については制約がないため、用途に応じた形状のコンデンサを作製することができる。特に、通常のフィルムコンデンサは、形状を変形させると局所的に電界が集中し不具合が生じ易いが、本発明に係る多孔質構造体を応用したコンデンサでは、最初から望みの形状の多孔質構造体を作製することができるため、そのようなことは生じない。
【００４０】
市販のチタン酸バリウムを７００℃で、１時間、大気中で熱処理し、その後ボールミルで２４時間粉砕して、チタン酸バリウムの分散質を作製する。アセチルアセトンが４０体積％となる割合で混合したアルコールアセチルアセトン混合溶媒を用いて、分散媒を作製する。チタン酸バリウムの分散質およびアルコールアセチルアセトン混合溶媒を１０ｋｇ／ｍ^３の濃度になるように混合する（ステップＳ２）。
【００４１】
３ｍｍの間隔で多孔質構造体を取り囲む程度の大きさの白金枠を作製し、脱脂洗浄処理を行なう。多孔質構造体および白金枠を３ｍｍの間隔で白金枠が多孔質構造体を取り囲むような状態で混合液に浸す（ステップＳ３）。
【００４２】
容器を超音波で１８０秒攪拌した後、３０秒静置する。多孔質構造体を陰極、白金枠を陽極として、１０から１０００Ｖの電圧下で、電気泳動電着を行なう（ステップＳ４）。
【００４３】
チタン酸バリウム粒子によって骨格部の表面を被膜された多孔質構造体を取り出し、１４０℃で１時間乾燥する。被膜された多孔質構造体を窒素雰囲気において８５０℃で２時間焼成する（ステップＳ５）。このように、電気泳動法によりセラミックス粒子を芯部表面に付着させることにより、誘電体層の厚みを均一にすることができる。その結果、コンデンサに応用した場合には、電界の局所的な集中を防止し、その特性を向上させることができる。このようにして作製された誘電体層の厚みは数μｍ程度であることが確認されている。
【００４４】
なお、誘電体層の材料としてはチタン酸バリウムの他に、チタン酸鉛などの誘電セラミックスを用いることができる。
【００４５】
焼成された多孔質構造体の表面を処理して活性化させる。ニッケル塩の水溶液に還元剤を加え無電解ニッケル浴とし、多孔質構造体をその中に浸し、表面にニッケルめっきを施す（ステップＳ６）。コンデンサを作製する場合には、骨格部の表面のニッケル層に端子電極を半田により接合する。この場合には、端子電極を引き出している部分以外に、電極のエッジ部分がないコンデンサを作製することができる。その結果、通常のフィルムコンデンサなどと比べて、ショートなどの不具合を生じ難くすることができる。
【００４６】
以上の製造方法により作製された実施の形態１に係る多孔質構造体の、表面積を測定した結果、平均孔径３ｍｍの多孔質構造体の単位体積あたりの表面積は７００ｍ^２／ｍ^３、平均孔径２ｍｍの多孔質構造体の単位あたりの表面積は１２００ｍ^２／ｍ^３、平均孔径０．６ｍｍの多孔質構造体の単位体積あたりの表面積は１５００ｍ^２／ｍ^３、平均孔径０．１〜０．３の多孔質構造体の単位体積あたりの表面積は３０００ｍ^２／ｍ^３であった。ここで、平均孔径とは単位長さあたりの気孔の数を測定し、その逆数としたものである。
【００４７】
また、本願出願人による特願２００３−１６２８７６に示すように、上記の文献（特開２００１−２２６１７４または特開２０００−１０９３７５）に記載された製造工程において珪素スラリーを含浸させたポリウレタンプリフォームを、乾燥させた後、金属板で挟み、厚さが２分の１となるようにプレス機を用いて加圧した状態で炉に入れて１３０℃で６時間加熱し、圧縮して骨格部の体積率を上げた場合には、得られた多孔質構造体の単位体積あたりの表面積は６０００ｍ^２／ｍ^３であった。
【００４８】
このように、実施の形態１に係る多孔質構造体の単位体積あたりの表面積が大きいことが確認された。したがって、本発明の多孔質構造体の表面積は大きいため、表面に対抗電極を設けた場合には、容量の大きいコンデンサとして利用することができる。これにより、体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る多孔質構造体について説明する。実施の形態２に係る多孔質構造体は、その骨格部の表面部分を構成する被覆部が、複数の誘電体層および複数の導体層を交互に積層して形成されている。
【００５０】
図９は、実施の形態２に係る多孔質構造体の骨格部をその枝状に伸びる方向に垂直に切った断面図である。骨格部２は芯部２１の表面に誘電体層２２ａ、２２ｂおよび２２ｃならびに導体層２３ａ、２３ｂおよび２３ｃを交互に積層して形成されている。芯部２１と芯部側から２層目の導体層２３ｂ、および芯部側から１層目の導体層２３ａと３層目の導体層２３ｃはそれぞれ骨格部の先端部分において接続され、並列のコンデンサを形成している。これにより、実施の形態１の多孔質構造体よりもさらに単位体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。並列コンデンサを形成するように芯部または導体層が接合される骨格部の先端は２種類必要であるが、それぞれの位置は、重ならないことを条件として任意に選ぶことができる。
【００５１】
実施の形態１と同様に芯部２１の材料は、炭化珪素セラミックス、金属珪素、またはその複合材料である。誘電体層２２の材料は、チタン酸バリウムである。導体層２３の材料は、ニッケルである。なお、芯部２１の材料は、他の導電性を有するセラミックス、金属、またはその複合材料であってもよい。また、誘電体層２２の材料は、チタン酸鉛などの他の誘電セラミックスを用いてもよい。また、導体層２３の材料は、銀等の他の導電性を有する金属を用いてもよい。
【００５２】
図１０は、実施の形態２に係る多孔質構造体の骨格部の先端部分２ａをその枝状に伸びる方向に平行に切った断面図である。図１０に示すように、芯部側から１層目の導体層２３ａおよび３層目の導体層２３ｃは、芯部２１または芯部側から２層目の導体層２３ｂと直接接触しない構造をとっている。一方、芯部２１と芯部側から２層目の導体層２３ｂは直接接触している。
【００５３】
次に、実施の形態２に係る多孔質構造体の骨格部の先端部分２ａの製造方法を説明する。まず、上記実施の形態１の多孔質構造体の製造方法により、誘電体層２２ａおよび導体層２３ａを芯部２１の表面に作製する。次に、骨格部の先端部分２ａの先端を削り、芯部２１および誘電体層２２ａを露出させる。上記実施の形態１の製造方法のステップＳ２からＳ５と同様の工程を行ない、その多孔質構造体の骨格部の表面に誘電体層２２ｂを作製し、被覆する。骨格部の先端部分２ａの先端を削り、芯部２１のみを露出させる。上記実施の形態１の製造方法のステップＳ６と同様の工程を行ない、骨格部の表面を導体層２３ｂで被覆する。さらに、上記実施の形態１の製造方法のステップＳ２からＳ６と同様の工程により、誘電体層２２ｃおよび導体層２３ｃを芯部２１の表面に作製する。
【００５４】
このようにして、図１０に示す実施の形態２に係る多孔質構造体の骨格部の先端部分２ａを作製することができる。なお、骨格部の表面を削る代わりに、表面の一部を露出した状態での被覆工程またはマスキングなどにより同様の構造を作製することができる。また、芯部２１と芯部側から２層目の導体層２３ｂをそれぞれから引き出した端子電極で結ぶことにより、同様の構造を作製することもできる。
【００５５】
図１１は、実施の形態２に係る多孔質構造体の骨格部の先端部分２ｂをその枝状に伸びる方向に平行に切った断面図である。図１１に示すように、芯部２１および芯部側から２層目の導体層２３ｂは、芯部側から１層目の導体層２３ａまたは３層目の導体層２３ｃと直接接触しない構造をとっている。一方、芯部側から１層目の導体層２３ａと３層目の導体層２３ｃは直接接触している。
【００５６】
次に、実施の形態２に係る多孔質構造体の骨格部の先端部分２ｂの製造方法を説明する。まず、上記実施の形態１の多孔質構造体の製造方法により、誘電体層２２ａおよび導体層２３ａを芯部２１の表面に作製する。次に、骨格部の先端部分２３ａが露出するように保持しつつ、上記実施の形態１に記載された製造方法のステップＳ２からＳ５と同様の工程を行ない、その多孔質構造体の骨格部の表面に誘電体層２２ｂを作製し、被覆する。さらに、導体層２３ａおよび誘電体層２２ｂが露出するように保持しつつ、導体層２３ｂを覆うように上記実施の形態１の製造方法のステップＳ６と同様の工程を行ない、骨格部の表面を導体層２３ｂにより被覆する。さらに、導体層２３ａが露出した状態を保持しつつ、上記実施の形態１の製造方法のステップＳ２からＳ５と同様の工程を行ない、誘電体層２２ｃを作製し、被覆する。最後に、上記実施の形態１の製造方法のステップＳ６と同様の工程を行ない、骨格部の表面を導体層２３ｃにより被覆する。
【００５７】
このようにして、図１１に示す実施の形態２に係る多孔質構造体の骨格部の先端部分２ｂを作製することができる。上記の手順で工程を行なう限り、骨格部の先端部分２ａの作製と同時に並行して骨格部の先端部分２ｂを作製することができる。
【００５８】
なお、骨格部の先端の表面を露出した状態で被覆する代わりに、表面の切削またはマスキングなどにより同様の構造を作製することができる。また、芯部２１と芯部側から２層目の導体層２３ｂを端子電極で結ぶことにより、同様の構造を作製することもできる。
【００５９】
なお、実施の形態２においては、芯部２１の材料は、導電性を有する材料であるが、誘電セラミックス等の誘電体であってもよい。その場合には、最も芯部側の導電体層が実施の形態２の芯部と同様の役割を果たすことになる。このようにしても、同様の効果を有するコンデンサを作製することが可能である。
【００６０】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る多孔質構造体について説明する。実施の形態３に係る多孔質構造体は、その骨格部内部において、誘電体層が導体層側または芯部側の少なくとも一方に保護層を備えている。
【００６１】
図１２は、実施の形態３に係る多孔質構造体の骨格部を枝状に伸びる方向に垂直に切った断面図である。図１２に示すように、実施の形態３に係る多孔質構造体の骨格部２は芯部２１と、それを覆う誘電体層２２、保護層４０および導体層２３により構成されている。これにより、本発明の多孔質構造体をコンデンサとして用いた場合、芯部または導体層から誘電体層への金属粒子のマイグレーションを防止することができる。その結果、コンデンサにショートなどの不具合を生じ難くすることができる。また、芯部または導体層の酸化や劣化を防止することもできる。保護層４０の材料は、たとえばシアネート樹脂などの耐マイグレーション性に優れたコーティング用の樹脂である。なお、保護層４０の材料は、耐マイグレーション性に優れたコーティングに用いられる材料であれば、シアネート樹脂に限られない。
【００６２】
実施の形態３に係る多孔質構造体の骨格部２の製造方法は、上記実施の形態１の多孔質構造体の製造方法において、誘電体層２２の焼成後に保護層を骨格部表面に作製する工程を加えたものである。すなわち、上記の製造方法のステップＳ５とステップＳ６の間に保護層４０を設ける工程が加わる。
【００６３】
保護層４０を設ける工程では、あらかじめコーティング用の樹脂を有機溶媒に溶かして作製した溶液に、誘電体層２２で芯部２１を被覆した状態の多孔質構造体を浸した後引きあげ、それを乾燥し、誘電体層２２の表面に樹脂の保護層４０を作製する。保護層４０を設けた後は、上記実施の形態１の多孔質構造体の製造方法のステップＳ６と同様の工程を行ない、保護層４０の表面を導体層２３で被覆する。このようにして、実施の形態３に係る多孔質構造体を作製する。
【００６４】
実施の形態１と同様に芯部２１の材料は、炭化珪素セラミックス、金属珪素、またはその複合材料である。誘電体層２２の材料は、チタン酸バリウムである。導体層２３の材料は、ニッケルである。なお、芯部２１の材料は、他の導電性を有するセラミックス、金属、またはその複合材料であってもよい。また、誘電体層２２の材料は、チタン酸鉛などの他の誘電セラミックスを用いてもよい。また、導体層２３の材料は、銀等の他の導電性を有する金属を用いてもよい。
【００６５】
なお、実施の形態１から３の多孔質構造体の芯部はセラミックス、金属またはこれらの複合物により構成されているが、導電性樹脂により構成されていてもよい。この場合には、導電性樹脂製のプリフォームを、有機誘電体である樹脂を有機溶媒に溶かした溶液に浸して、表面に誘電体の樹脂の層を設け、さらにその誘電体の樹脂層の表面に導電性樹脂またはニッケル等の金属めっきによる層を設ける。このようにして、導電性樹脂を芯部にした本発明に係る多孔質構造体を作製することもできる。
【００６６】
また、本発明の多孔質構造体の芯部として、ポリウレタン等の有機物スポンジを用いることもできる。その場合には、その有機物スポンジの表面に無電解ニッケルめっきを施し、さらにシアノエチル化物等の有機誘電体の層を設け、その上に無電解ニッケルめっきを施す。なお、無電解ニッケルめっきの代わりに、導電性樹脂の層を設けてもよい。このようにして、有機物スポンジを芯部にした本発明に係る多孔質構造体を作製することもできる。
【００６７】
このように、本発明の多孔質構造体の芯部に有機物を用いることができる。これにより、還元雰囲気における高温炉を用いた焼成の工程が不要となり、時間、コストを削減することができる。また、変形可能で軽量な本発明に係る多孔質構造体を作製することができる。
【００６８】
なお、実施の形態１から３に係る多孔質構造体は、コンデンサ以外にもセンサー、電池、フィルターにも応用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る多孔質構造体によれば、スポンジ状の３次元的な網目構造を形成しているため、その芯部および各層の表面積は非常に大きい。
【００７０】
これにより、この多孔質構造体を対抗電極の面積の大きいコンデンサとして利用することができる。その結果、対抗電極の面積が大きいため、体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。
【００７１】
また、多孔質構造体の作製に際し、その形状については制約がないため、用途に応じた形状のコンデンサを作製することができる。特に、通常のフィルムコンデンサは、形状を変形させると局所的に電界が集中し不具合が生じ易いが、本発明に係る多孔質構造体を応用したコンデンサでは、最初から望みの形状の多孔質構造体を作製することができるため、そのようなことは生じない。
【００７２】
また、本発明にかかる多孔質構造体をコンデンサとして利用する場合には、端子電極を引き出している部分以外に、電極のエッジ部分がないコンデンサを作製することができる。その結果、通常のフィルムコンデンサなどと比べて、ショートなどの不具合を生じ難くすることができる。
【００７３】
また、コンデンサは対抗電極の面積が異なる場合には、小さい方の対抗電極の面積が容量に影響するが、本発明の多孔質構造体のように対抗電極の面積がほぼ同じである場合には、電極面積を無駄にすることなく表面積の大きさを効率よく容量に反映させることができる。
【００７４】
また、本発明に係る多孔質構造体によれば、その被覆部は、複数の誘電体層および複数の導体層を交互に積層して形成されるため、交互に対抗電極を積層して構成される並列配置と等価のコンデンサを作製することができる。その結果、さらに単位体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。
【００７５】
また、本発明に係る多孔質構造体によれば、本発明の多孔質構造体をコンデンサとして用いた場合、芯部または導体層から誘電体層への金属粒子のマイグレーションを防止することができる。その結果、コンデンサにショートなどの不具合を生じ難くすることができる。また、芯部または導体層の酸化や劣化を防止することもできる。
【００７６】
また、本発明に係る多孔質構造体によれば、多孔質構造体の表面積は大きいため、骨格部に対抗電極を設けた場合には、容量の大きいコンデンサとして利用することができる。これにより、体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。
【００７７】
また、本発明に係るコンデンサによれば、少なくとも一層以上の誘電体層を挟む芯部および複数の導体層のうちの２つ以上に端子電極を設け、コンデンサを形成する。
【００７８】
これにより、対抗電極の面積の大きいコンデンサを作製することができる。その結果、対抗電極の面積が大きいため、体積あたりの容量の大きいコンデンサを作製することができる。
【００７９】
また、多孔質構造体の作製に際し、その形状については制約がないため、用途に応じた形状のコンデンサを作製することができる。特に、通常のフィルムコンデンサは、形状を変形させると局所的に電界が集中し不具合が生じ易いが、本発明に係る多孔質構造体を応用したコンデンサでは、最初から望みの形状の多孔質構造体を作製することができるため、そのようなことは生じない。
【００８０】
また、本発明にかかる多孔質構造体をコンデンサとして利用する場合には、端子電極を引き出している部分以外には、ほとんど電極のエッジ部分がないコンデンサを作製することができる。その結果、通常のフィルムコンデンサなどと比べて、ショートなどの不具合を生じ難くすることができる。
【００８１】
また、コンデンサは対抗電極の面積が異なる場合には、小さい方の対抗電極の面積が容量に影響するが、本発明の多孔質構造体のように対抗電極の面積がほぼ同じである場合には、電極面積を無駄にすることなく表面積の大きさを効率よく容量に反映させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る多孔質構造体および端子電極の斜視図である。
【図２】図１に示す多孔質構造体１の部分１ａを矢印方向から見た拡大図である。
【図３】多孔質構造体１の骨格部２を枝状に伸びる方向に垂直な面ＡＡで切った断面図である。
【図４】図１に示す多孔質構造体１の部分１ｂを矢印の方向から見た拡大図である。
【図５】図４に示す多孔質構造体１の骨格部２と端子電極３０ｂの接合部分を骨格部が枝状に伸びる方向に垂直な面ＢＢで切った断面図である。
【図６】図１に示す多孔質構造体１の部分１ｃを矢印の方向から見た拡大図である。
【図７】図４に示す多孔質構造体１の骨格部２と端子電極３０ｃの接合部分を骨格部が枝状に伸びる方向に垂直な面ＣＣで切った断面図である。
【図８】実施の形態１に係る多孔質構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態２に係る多孔質構造体の骨格部を枝状に伸びる方向に垂直に切った断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る多孔質構造体の骨格部の先端部分２ａを枝状に伸びる方向に平行に切った断面図である。
【図１１】実施の形態２に係る多孔質構造体の骨格部の先端部分２ｂを枝状に伸びる方向に平行に切った断面図である。
【図１２】実施の形態３に係る多孔質構造体の骨格部を枝状に伸びる方向に垂直に切った断面図である。
【符号の説明】
１…多孔質構造体
１ａ…多孔質構造体の部分
１ｂ…多孔質構造体の部分
１ｃ…多孔質構造体の部分
２…骨格部
２ａ…骨格部の先端部分
２ｂ…骨格部の先端部分
２ａ…骨格部の先端部分
３…空隙部
１１…接合材
２１…芯部
２２…誘電体層
２２ａ…誘電体層
２２ｂ…誘電体層
２２ｃ…誘電体層
２３…導体層
２３ａ…導体層
２３ｂ…導体層
２３ｃ…導体層
３０ｂ…端子電極
３０ｃ…端子電極
４０…保護層
ＢＢ…面
ＣＣ…面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a porous structure having a three-dimensional network structure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a three-dimensional porous sintered body of iron is produced by applying a slurry obtained by mixing iron powder, iron oxide or iron hydroxide powder in a predetermined ratio to a urethane foam sheet and firing it in a reducing atmosphere. The technology to do is known. And as an application technique of such a three-dimensional porous sintered body, there is a technique for manufacturing a battery by immersing a surface of which nickel plating is applied in an electrolytic solution (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
In addition, a technique for increasing the area of a capacitor electrode in order to improve the capacity per unit volume is known.
[0004]
In such a capacitor, a dielectric oxide film is formed on the entire surface of the porous valve metal foil and the pore surface, and the dielectric oxide film is covered with a conductive polymer that is bonded to the cathode current collector, and these are covered. There is also a capacitor formed by stacking as a unit (for example, see Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 9-45366 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-219861
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, regarding a three-dimensional porous sintered body produced using the above urethane foam sheet as a preform, a capacitor is not produced by providing a multilayer coating on the surface of the skeleton.
[0007]
Further, the porous valve metal foil has a thin two-dimensional shape, and even when laminated, the surface area is small compared to the three-dimensional network structure, and the capacity per volume is small even when used as a capacitor.
[0008]
An object of the present invention is to provide a porous structure formed as a skeleton part by covering a core part constituting a three-dimensional network structure with a dielectric layer and a conductor layer, and a capacitor using the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the porous structure of the present invention is a porous structure having a three-dimensional network structure, and the core part constituting the three-dimensional network structure and the above-mentioned A skeleton portion provided on the surface of the core portion and constituted by a covering portion formed by laminating a dielectric layer and a conductor layer, and a void region surrounding the skeleton portion are provided.
[0010]
As described above, in the present invention, the porous structure is a core formed by stacking a dielectric layer and a conductor layer, with the skeleton part provided on the core part and the surface of the core part constituting a three-dimensional network structure. It consists of parts. And since this porous structure forms the sponge-like three-dimensional network structure, the surface area of the core part and each layer is very large.
[0011]
Thereby, this porous structure can be used as a capacitor having a large area of the counter electrode. As a result, since the area of the counter electrode is large, a capacitor having a large capacity per volume can be manufactured.
[0012]
Moreover, since there is no restriction | limiting about the shape in the case of preparation of a porous structure, the capacitor | condenser of the shape according to a use is producible. In particular, normal film capacitors tend to cause problems due to local concentration of electric field when the shape is deformed. However, in a capacitor using the porous structure according to the present invention, a porous structure having a desired shape from the beginning. Therefore, such a problem does not occur.
[0013]
Further, when the porous structure according to the present invention is used as a capacitor, a capacitor having no edge portion of the electrode other than the portion from which the terminal electrode is drawn can be produced. As a result, inconveniences such as short-circuits can be made less likely to occur than with a normal film capacitor.
[0014]
In addition, when the area of the counter electrode is different, the area of the smaller counter electrode affects the capacity, but when the area of the counter electrode is almost the same as in the porous structure of the present invention. The size of the surface area can be efficiently reflected in the capacity without wasting the electrode area.
[0015]
(2) Moreover, the porous structure of the present invention is characterized in that the covering portion is formed by alternately laminating a plurality of dielectric layers and a plurality of conductor layers.
[0016]
Thereby, a capacitor equivalent to a parallel arrangement constituted by alternately stacking counter electrodes can be produced. As a result, a capacitor having a larger capacity per unit volume can be manufactured.
[0017]
(3) Moreover, the porous structure of the present invention is characterized in that the dielectric layer includes a protective layer on at least one of the conductor layer side or the core part side.
[0018]
Thereby, when the porous structure of this invention is used as a capacitor | condenser, migration of the metal particle from a core part or a conductor layer to a dielectric material layer can be prevented. As a result, it is possible to make it difficult for defects such as short circuits to occur in the capacitor. In addition, oxidation or deterioration of the core portion or the conductor layer can be prevented.
[0019]
(4) Further, in the porous structure of the present invention, the surface area of the skeleton part per volume of the porous structure is 700 m. ² / M ³ More than 6000m ² / M ³ It is characterized by the following.
[0020]
Thus, since the surface area of the porous structure of the present invention is large, when a counter electrode is provided on the skeleton, it can be used as a capacitor having a large capacity. Thereby, a capacitor with a large capacity per volume can be produced.
[0021]
(5) Further, the capacitor of the present invention includes at least one or more dielectric layers between the conductive core part or the conductor layer closest to the core part and the conductor layer farthest from the core part. Provided in the porous structure and the conductive core and at least one conductor layer, or provided in at least one conductor layer other than any one conductor layer and any one conductor layer. And a plurality of terminal electrodes.
[0022]
Thus, in the present invention, terminal electrodes are provided on at least two of the core portion and the plurality of conductor layers sandwiching at least one dielectric layer, thereby forming a capacitor.
[0023]
Thereby, a capacitor having a large area of the counter electrode can be manufactured. As a result, since the area of the counter electrode is large, a capacitor having a large capacity per volume can be manufactured.
[0024]
Moreover, since there is no restriction | limiting about the shape in the case of preparation of a porous structure, the capacitor | condenser of the shape according to a use is producible. In particular, normal film capacitors tend to cause problems due to local concentration of electric field when the shape is deformed. However, in a capacitor using the porous structure according to the present invention, a porous structure having a desired shape from the beginning. Therefore, such a problem does not occur.
[0025]
Further, when the porous structure according to the present invention is used as a capacitor, a capacitor having almost no edge portion of the electrode other than the portion from which the terminal electrode is drawn can be produced. As a result, inconveniences such as short-circuits can be made less likely to occur than with a normal film capacitor.
[0026]
In addition, when the area of the counter electrode is different, the area of the smaller counter electrode affects the capacity, but when the area of the counter electrode is almost the same as in the porous structure of the present invention. The size of the surface area can be efficiently reflected in the capacity without wasting the electrode area.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, the porous structure according to Embodiment 1 will be described. The porous structure according to Embodiment 1 includes a core portion having a three-dimensional network structure and a covering portion formed by laminating a dielectric layer and a conductor layer. Consists of
[0028]
1 is a perspective view of a porous structure and terminal electrodes according to Embodiment 1. FIG. FIG. 2 is an enlarged view of the portion 1a of the porous structure 1 shown in FIG. 1 as viewed from the direction of the arrow. As shown in FIG. 2, the porous structure 1 is composed of a skeleton part 2 and a gap part 3 surrounding it.
[0029]
Since this porous structure 1 forms a sponge-like three-dimensional network structure, the surface area of the core 1 and each layer is very large. Thereby, this porous structure can be used as a capacitor having a large area of the counter electrode. As a result, since the area of the counter electrode is large, a capacitor having a large capacity per volume can be manufactured.
[0030]
In addition, when the area of the counter electrode is different, the area of the smaller counter electrode affects the capacity, but when the area of the counter electrode is almost the same as in the porous structure of the present invention. The size of the surface area can be efficiently reflected in the capacity without wasting the electrode area.
[0031]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the skeleton 2 of the porous structure 1 shown in FIG. 2 cut along a plane AA perpendicular to the branching direction. As shown in FIG. 3, the skeleton part 2 is composed of a core part 21, a dielectric layer 22 and a conductor layer 23 covering the core part 21. The material of the core portion 21 is silicon carbide ceramics, metal silicon, or a composite material thereof. The material of the dielectric layer 22 is barium titanate. The material of the conductor layer 23 is nickel. In addition, the material of the core part 21 may be other conductive ceramics, metal, or a composite material thereof. The dielectric layer 22 may be made of other dielectric ceramics such as lead titanate. Further, the conductive layer 23 may be made of another conductive metal such as silver.
[0032]
As shown in FIG. 1, the porous structure 1 is joined to the terminal electrodes 30b and 30c. A capacitor can be formed by providing a terminal electrode in the porous structure. The material of the terminal electrode is a metal such as copper or nickel. FIG. 4 is an enlarged view of the portion 1b of the porous structure 1 shown in FIG. 1 as viewed from the direction of the arrow. FIG. 5 is a cross-sectional view of the joined portion between the skeleton part 2 and the terminal electrode 30b of the porous structure 1 shown in FIG. 4 taken along a plane BB perpendicular to the direction in which the skeleton part extends in a branch shape.
[0033]
As shown in FIG. 5, the terminal electrode 30 b and the core portion 21 are joined by the joining material 11. As the bonding material, for example, nickel brazing or silver brazing is used.
[0034]
The core portion 21, the bonding material 11 and the terminal electrode 30b are covered with the dielectric layer 22, and further, the conductor layer 23 covers the gap portion side.
[0035]
FIG. 6 is an enlarged view of the portion 1c of the porous structure 1 shown in FIG. 1 as viewed from the direction of the arrow. FIG. 7 is a cross-sectional view of the joined portion between the skeleton part 2 and the terminal electrode 30c of the porous structure 1 shown in FIG. 4 taken along a plane CC perpendicular to the direction in which the skeleton part extends in a branch shape.
[0036]
As shown in FIG. 7, the core portion 21 is covered with a dielectric layer 22 and a conductor layer 23. The terminal electrode 30 c and the conductor layer 23 are bonded by the bonding material 11. As the bonding material, for example, nickel brazing or silver brazing is used.
[0037]
Next, a method for manufacturing the porous structure according to Embodiment 1 configured as described above will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the method for manufacturing the porous structure according to the first embodiment.
[0038]
First, a silicon carbide porous structure manufactured from a polyurethane preform immersed in a silicon slurry is cleaned by a manufacturing method described in the literature (JP 2001-226174 or JP 2000-109375) (step S1). . When a capacitor using the porous structure according to Embodiment 1 is manufactured, the copper electrode is joined with nickel brazing.
[0039]
In the manufacturing method described in the above document, a porous structure is produced from a preform made of resin such as polyurethane. Therefore, since there is no restriction on the shape of the porous structure when it is manufactured, a capacitor having a shape corresponding to the application can be manufactured. In particular, normal film capacitors tend to cause problems due to local concentration of electric field when the shape is deformed. Therefore, such a problem does not occur.
[0040]
Commercially available barium titanate is heat-treated in the atmosphere at 700 ° C. for 1 hour, and then pulverized with a ball mill for 24 hours to produce a barium titanate dispersoid. A dispersion medium is prepared using an alcohol acetylacetone mixed solvent in which acetylacetone is mixed at a ratio of 40% by volume. 10kg / m of dispersoid of barium titanate and mixed solvent of alcohol acetylacetone ³ Are mixed so that the concentration becomes (step S2).
[0041]
A platinum frame having a size that surrounds the porous structure at intervals of 3 mm is prepared and subjected to a degreasing cleaning treatment. The porous structure and the platinum frame are immersed in the mixed solution in a state where the platinum frame surrounds the porous structure at intervals of 3 mm (step S3).
[0042]
The container is stirred for 180 seconds with ultrasonic waves, and then allowed to stand for 30 seconds. Electrophoretic electrodeposition is performed under a voltage of 10 to 1000 V using the porous structure as a cathode and the platinum frame as an anode (step S4).
[0043]
A porous structure having the surface of the skeleton coated with barium titanate particles is taken out and dried at 140 ° C. for 1 hour. The coated porous structure is baked at 850 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere (step S5). Thus, the thickness of the dielectric layer can be made uniform by attaching the ceramic particles to the surface of the core by electrophoresis. As a result, when applied to a capacitor, local concentration of the electric field can be prevented and its characteristics can be improved. It has been confirmed that the thickness of the dielectric layer thus fabricated is about several μm.
[0044]
In addition to the barium titanate, dielectric ceramics such as lead titanate can be used as the material of the dielectric layer.
[0045]
The surface of the fired porous structure is treated and activated. A reducing agent is added to an aqueous solution of nickel salt to form an electroless nickel bath, the porous structure is immersed therein, and nickel plating is applied to the surface (step S6). When manufacturing a capacitor, a terminal electrode is joined to the nickel layer on the surface of the skeleton by soldering. In this case, a capacitor having no electrode edge portion other than the portion from which the terminal electrode is drawn can be manufactured. As a result, inconveniences such as short-circuits can be made less likely to occur than with a normal film capacitor.
[0046]
As a result of measuring the surface area of the porous structure according to Embodiment 1 produced by the above manufacturing method, the surface area per unit volume of the porous structure having an average pore diameter of 3 mm was 700 m. ² / M ³ The surface area per unit of the porous structure having an average pore diameter of 2 mm is 1200 m. ² / M ³ The surface area per unit volume of the porous structure having an average pore diameter of 0.6 mm is 1500 m. ² / M ³ The surface area per unit volume of the porous structure having an average pore size of 0.1 to 0.3 is 3000 m. ² / M ³ Met. Here, the average pore diameter is obtained by measuring the number of pores per unit length and reciprocal thereof.
[0047]
Moreover, as shown in Japanese Patent Application No. 2003-162876 by the applicant of the present application, a polyurethane preform impregnated with a silicon slurry in the production process described in the above-mentioned document (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-226174 or Japanese Patent Laid-Open No. 2000-109375), After drying, it is sandwiched between metal plates, put into a furnace under pressure using a press so that the thickness is ½, heated at 130 ° C. for 6 hours, and compressed to the volume of the skeleton. When the rate is increased, the surface area per unit volume of the obtained porous structure is 6000 m. ² / M ³ Met.
[0048]
Thus, it was confirmed that the surface area per unit volume of the porous structure according to Embodiment 1 was large. Therefore, since the porous structure of the present invention has a large surface area, when a counter electrode is provided on the surface, it can be used as a capacitor having a large capacity. Thereby, a capacitor with a large capacity per volume can be produced.
[0049]
(Embodiment 2)
Next, the porous structure according to Embodiment 2 will be described. In the porous structure according to the second embodiment, the covering portion constituting the surface portion of the skeleton portion is formed by alternately laminating a plurality of dielectric layers and a plurality of conductor layers.
[0050]
FIG. 9 is a cross-sectional view obtained by cutting the skeleton part of the porous structure according to Embodiment 2 perpendicularly to the branch-extending direction. The skeleton portion 2 is formed by alternately laminating dielectric layers 22a, 22b and 22c and conductor layers 23a, 23b and 23c on the surface of the core portion 21. The core portion 21 and the second conductor layer 23b from the core portion side, and the first conductor layer 23a and the third conductor layer 23c from the core portion side are respectively connected at the tip of the skeleton portion, and are connected in parallel. Is forming. Thereby, a capacitor having a larger capacity per unit volume than that of the porous structure of the first embodiment can be produced. Two kinds of tips of the skeleton part to which the core part or the conductor layer is joined so as to form a parallel capacitor are necessary, but the respective positions can be arbitrarily selected on the condition that they do not overlap.
[0051]
As in the first embodiment, the material of core portion 21 is silicon carbide ceramics, metal silicon, or a composite material thereof. The material of the dielectric layer 22 is barium titanate. The material of the conductor layer 23 is nickel. In addition, the material of the core part 21 may be other conductive ceramics, metal, or a composite material thereof. The dielectric layer 22 may be made of other dielectric ceramics such as lead titanate. Further, the conductive layer 23 may be made of another conductive metal such as silver.
[0052]
FIG. 10 is a cross-sectional view in which the distal end portion 2a of the skeleton portion of the porous structure according to Embodiment 2 is cut in parallel to the branching direction. As shown in FIG. 10, the first conductor layer 23a and the third conductor layer 23c from the core side do not directly contact the core 21 or the second conductor layer 23b from the core side. ing. On the other hand, the core portion 21 and the second conductor layer 23b from the core portion side are in direct contact.
[0053]
Next, the manufacturing method of the front-end | tip part 2a of the frame part of the porous structure which concerns on Embodiment 2 is demonstrated. First, the dielectric layer 22a and the conductor layer 23a are formed on the surface of the core portion 21 by the method for manufacturing the porous structure of the first embodiment. Next, the tip of the tip portion 2a of the skeleton is scraped to expose the core portion 21 and the dielectric layer 22a. The same processes as steps S2 to S5 of the manufacturing method of the first embodiment are performed to produce and cover the dielectric layer 22b on the surface of the skeleton part of the porous structure. The tip of the tip portion 2a of the skeleton is shaved to expose only the core portion 21. The same process as step S6 of the manufacturing method of the first embodiment is performed, and the surface of the skeleton is covered with the conductor layer 23b. Further, the dielectric layer 22c and the conductor layer 23c are formed on the surface of the core portion 21 by the same processes as steps S2 to S6 of the manufacturing method of the first embodiment.
[0054]
In this manner, the tip portion 2a of the skeleton part of the porous structure according to Embodiment 2 shown in FIG. 10 can be produced. Note that, instead of cutting the surface of the skeleton, a similar structure can be produced by a covering process or masking in a state where a part of the surface is exposed. Further, a similar structure can be produced by connecting the core portion 21 and the second conductor layer 23b from the core portion side with terminal electrodes drawn out from each.
[0055]
FIG. 11 is a cross-sectional view in which the distal end portion 2b of the skeleton portion of the porous structure according to Embodiment 2 is cut in parallel to the branching direction. As shown in FIG. 11, the core portion 21 and the second conductor layer 23b from the core portion side have a structure that does not directly contact the first conductor layer 23a or the third conductor layer 23c from the core portion side. ing. On the other hand, the first conductor layer 23a and the third conductor layer 23c are in direct contact with each other from the core side.
[0056]
Next, the manufacturing method of the front-end | tip part 2b of the frame part of the porous structure which concerns on Embodiment 2 is demonstrated. First, the dielectric layer 22a and the conductor layer 23a are formed on the surface of the core portion 21 by the method for manufacturing the porous structure of the first embodiment. Next, the steps similar to steps S2 to S5 of the manufacturing method described in the first embodiment are performed while holding the tip portion 23a of the skeleton portion exposed, and the skeleton portion of the porous structure body is A dielectric layer 22b is formed on the surface and covered. Further, the same process as step S6 of the manufacturing method of the first embodiment is performed so as to cover the conductor layer 23b while holding the conductor layer 23a and the dielectric layer 22b so that the surface of the skeleton part is a conductor. Cover with layer 23b. Further, while maintaining the state in which the conductor layer 23a is exposed, the same processes as steps S2 to S5 of the manufacturing method of the first embodiment are performed to produce and cover the dielectric layer 22c. Finally, the same process as step S6 of the manufacturing method of the first embodiment is performed, and the surface of the skeleton is covered with the conductor layer 23c.
[0057]
In this way, the tip portion 2b of the skeleton portion of the porous structure according to Embodiment 2 shown in FIG. 11 can be produced. As long as the steps are performed according to the above procedure, the distal end portion 2b of the skeleton portion can be fabricated in parallel with the fabrication of the distal end portion 2a of the skeleton portion.
[0058]
A similar structure can be produced by cutting or masking the surface instead of covering the exposed surface of the tip of the skeleton. Moreover, the same structure can also be produced by connecting the core part 21 and the second conductor layer 23b from the core part side with a terminal electrode.
[0059]
In the second embodiment, the material of the core portion 21 is a conductive material, but may be a dielectric such as dielectric ceramics. In that case, the conductor layer closest to the core portion plays the same role as the core portion of the second embodiment. Even in this way, it is possible to produce a capacitor having the same effect.
[0060]
(Embodiment 3)
Next, the porous structure according to Embodiment 3 will be described. In the porous structure according to Embodiment 3, the dielectric layer includes a protective layer on at least one of the conductor layer side and the core side in the skeleton portion.
[0061]
FIG. 12 is a cross-sectional view obtained by cutting the skeleton part of the porous structure according to Embodiment 3 perpendicularly to the branching direction. As shown in FIG. 12, the skeleton part 2 of the porous structure according to Embodiment 3 includes a core part 21, a dielectric layer 22 covering the core part 21, a protective layer 40, and a conductor layer 23. Thereby, when the porous structure of this invention is used as a capacitor | condenser, migration of the metal particle from a core part or a conductor layer to a dielectric material layer can be prevented. As a result, it is possible to make it difficult for defects such as short circuits to occur in the capacitor. In addition, oxidation or deterioration of the core portion or the conductor layer can be prevented. The material of the protective layer 40 is a coating resin having excellent migration resistance such as cyanate resin. The material of the protective layer 40 is not limited to cyanate resin as long as it is a material used for coating having excellent migration resistance.
[0062]
The manufacturing method of the skeleton part 2 of the porous structure according to the third embodiment is the same as the manufacturing method of the porous structure of the first embodiment, in which the protective layer is formed on the surface of the skeleton part after the dielectric layer 22 is baked. The process is added. That is, a step of providing the protective layer 40 is added between step S5 and step S6 of the above manufacturing method.
[0063]
In the step of providing the protective layer 40, the porous structure with the core portion 21 covered with the dielectric layer 22 is dipped in a solution prepared by dissolving a coating resin in an organic solvent in advance, and then dried. Then, a resin protective layer 40 is formed on the surface of the dielectric layer 22. After providing the protective layer 40, the same process as step S6 of the method for manufacturing the porous structure of the first embodiment is performed, and the surface of the protective layer 40 is covered with the conductor layer 23. In this way, the porous structure according to Embodiment 3 is produced.
[0064]
As in the first embodiment, the material of core portion 21 is silicon carbide ceramics, metal silicon, or a composite material thereof. The material of the dielectric layer 22 is barium titanate. The material of the conductor layer 23 is nickel. In addition, the material of the core part 21 may be other conductive ceramics, metal, or a composite material thereof. The dielectric layer 22 may be made of other dielectric ceramics such as lead titanate. Further, the conductive layer 23 may be made of another conductive metal such as silver.
[0065]
In addition, although the core part of the porous structure of Embodiments 1 to 3 is made of ceramics, metal, or a composite thereof, it may be made of a conductive resin. In this case, a preform made of a conductive resin is immersed in a solution of an organic dielectric resin in an organic solvent, and a dielectric resin layer is provided on the surface. A layer made of metal plating such as conductive resin or nickel is provided on the surface. In this manner, the porous structure according to the present invention having a conductive resin as a core can also be produced.
[0066]
Moreover, organic sponges, such as a polyurethane, can also be used as a core part of the porous structure of the present invention. In that case, electroless nickel plating is performed on the surface of the organic sponge, a layer of an organic dielectric such as cyanoethylated material is provided, and electroless nickel plating is applied thereon. Instead of electroless nickel plating, a conductive resin layer may be provided. In this manner, the porous structure according to the present invention having an organic sponge as a core can also be produced.
[0067]
Thus, an organic substance can be used for the core part of the porous structure of the present invention. Thereby, the baking process using the high-temperature furnace in a reducing atmosphere becomes unnecessary, and the time and cost can be reduced. Further, the porous structure according to the present invention that is deformable and lightweight can be produced.
[0068]
In addition, the porous structure according to Embodiments 1 to 3 can be applied to sensors, batteries, and filters in addition to capacitors.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the porous structure according to the present invention, since the sponge-like three-dimensional network structure is formed, the surface area of the core portion and each layer is very large.
[0070]
Thereby, this porous structure can be used as a capacitor having a large area of the counter electrode. As a result, since the area of the counter electrode is large, a capacitor having a large capacity per volume can be manufactured.
[0071]
Moreover, since there is no restriction | limiting about the shape in the case of preparation of a porous structure, the capacitor | condenser of the shape according to a use is producible. In particular, normal film capacitors tend to cause problems due to local concentration of electric field when the shape is deformed. However, in a capacitor using the porous structure according to the present invention, a porous structure having a desired shape from the beginning. Therefore, such a problem does not occur.
[0072]
Further, when the porous structure according to the present invention is used as a capacitor, a capacitor having no edge portion of the electrode other than the portion from which the terminal electrode is drawn can be produced. As a result, inconveniences such as short-circuits can be made less likely to occur than with a normal film capacitor.
[0073]
In addition, when the area of the counter electrode is different, the area of the smaller counter electrode affects the capacity, but when the area of the counter electrode is almost the same as in the porous structure of the present invention. The size of the surface area can be efficiently reflected in the capacity without wasting the electrode area.
[0074]
Further, according to the porous structure according to the present invention, the covering portion is formed by alternately laminating a plurality of dielectric layers and a plurality of conductor layers, and thus is configured by alternately laminating counter electrodes. A capacitor equivalent to a parallel arrangement can be produced. As a result, a capacitor having a larger capacity per unit volume can be manufactured.
[0075]
Moreover, according to the porous structure according to the present invention, when the porous structure of the present invention is used as a capacitor, migration of metal particles from the core or conductor layer to the dielectric layer can be prevented. As a result, it is possible to make it difficult for defects such as short circuits to occur in the capacitor. In addition, oxidation or deterioration of the core portion or the conductor layer can be prevented.
[0076]
In addition, according to the porous structure according to the present invention, since the surface area of the porous structure is large, when a counter electrode is provided in the skeleton, it can be used as a capacitor having a large capacity. Thereby, a capacitor with a large capacity per volume can be produced.
[0077]
Further, according to the capacitor of the present invention, the terminal electrode is provided on at least two of the core portion and the plurality of conductor layers sandwiching at least one dielectric layer, thereby forming the capacitor.
[0078]
Thereby, a capacitor having a large area of the counter electrode can be manufactured. As a result, since the area of the counter electrode is large, a capacitor having a large capacity per volume can be manufactured.
[0079]
Moreover, since there is no restriction | limiting about the shape in the case of preparation of a porous structure, the capacitor | condenser of the shape according to a use is producible. In particular, normal film capacitors tend to cause problems due to local concentration of electric field when the shape is deformed. However, in a capacitor using the porous structure according to the present invention, a porous structure having a desired shape from the beginning. Therefore, such a problem does not occur.
[0080]
Further, when the porous structure according to the present invention is used as a capacitor, a capacitor having almost no edge portion of the electrode other than the portion from which the terminal electrode is drawn can be produced. As a result, inconveniences such as short-circuits can be made less likely to occur than with a normal film capacitor.
[0081]
In addition, when the area of the counter electrode is different, the area of the smaller counter electrode affects the capacity, but when the area of the counter electrode is almost the same as in the porous structure of the present invention. The size of the surface area can be efficiently reflected in the capacity without wasting the electrode area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a porous structure and terminal electrodes according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 2 is an enlarged view of a portion 1a of the porous structure 1 shown in FIG. 1 as viewed from the direction of an arrow.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the skeleton 2 of the porous structure 1 cut along a plane AA perpendicular to the direction extending in a branch shape.
4 is an enlarged view of a portion 1b of the porous structure 1 shown in FIG. 1 as viewed from the direction of an arrow.
5 is a cross-sectional view of a joint portion between the skeleton part 2 and the terminal electrode 30b of the porous structure 1 shown in FIG. 4 cut along a plane BB perpendicular to the direction in which the skeleton part extends in a branch shape.
6 is an enlarged view of a portion 1c of the porous structure 1 shown in FIG. 1 as viewed from the direction of an arrow.
7 is a cross-sectional view of a joint portion between the skeleton part 2 and the terminal electrode 30c of the porous structure 1 shown in FIG. 4 taken along a plane CC perpendicular to the direction in which the skeleton part extends in a branch shape.
8 is a flowchart showing a method for manufacturing a porous structure according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view obtained by cutting a skeleton part of a porous structure according to Embodiment 2 perpendicularly to a branching direction.
FIG. 10 is a cross-sectional view in which a distal end portion 2a of a skeleton part of a porous structure according to Embodiment 2 is cut in parallel to a branching direction.
FIG. 11 is a cross-sectional view in which a distal end portion 2b of a skeleton part of a porous structure according to Embodiment 2 is cut in parallel to a branching direction.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a skeleton part of a porous structure according to Embodiment 3 cut perpendicularly to a branching direction.
[Explanation of symbols]
1 ... Porous structure
1a: part of porous structure
1b: part of porous structure
1c: part of porous structure
2 ... Skeletal part
2a ... the tip of the skeleton
2b ... the tip of the skeleton
2a ... the tip of the skeleton
3 ... Cavity
11 ... Joining material
21 ... Core
22 Dielectric layer
22a ... Dielectric layer
22b Dielectric layer
22c ... Dielectric layer
23 ... Conductor layer
23a ... Conductor layer
23b ... Conductor layer
23c ... Conductor layer
30b ... Terminal electrode
30c ... Terminal electrode
40 ... Protective layer
BB ... surface
CC ... surface

Claims

A porous structure having a three-dimensional network structure,
A skeleton part comprising a core part constituting the three-dimensional network structure and a covering part provided on the surface of the core part and formed by laminating a dielectric layer and a conductor layer;
And a void region surrounding the skeleton.

The porous structure according to claim 1, wherein the covering portion is formed by alternately laminating a plurality of dielectric layers and a plurality of conductor layers.

The porous structure according to claim 1, wherein the dielectric layer includes a protective layer on at least one of the conductor layer side and the core portion side.

The porous structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface area of the skeleton part per volume of the porous structure is 700 m ² / m ³ or more and 6000 m ² / m ³ or less. .

The porous structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductive core portion or a conductor layer closest to the core portion and a conductor layer farthest from the core portion. The porous structure comprising at least one or more dielectric layers;
A plurality of terminal electrodes provided on the conductive core and at least one conductor layer, or provided on any one conductor layer and at least one conductor layer other than the one conductor layer; A capacitor characterized by comprising.