JP2005116589A - 成形方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の成形装置で成形された成形体４の場合には上下の両面の稜が直角になって面取りされていないため、後工程で多孔質焼結体の誘電体層に固体電解質層を形成する際に、多孔質焼結体の面取りされていない各稜において固体電解質層が平面部より膨らんで膨出部が形成される。そこで、この課題を解決するために平面部の固体電解質層を膨出部に合わせて厚くして固体電解質層を均一な厚さに仕上げる方法もあるが、この方法では平面部を厚くした分だけコンデンサ素子の容積が大きくなる。
【解決手段】本発明の成形方法は、第１の凹部１１Ａを有する下ダイ１１と第２の凹部１２Ａを有する下ダイ１２を接触させ、第１、第２の凹部１１Ａ、１２Ａによって形成される成形空間内にタンタル粉末Ｔａを圧縮し、この空間内で全ての稜に丸みを有する矩形状のコンデンサ素子用の成形体２０を成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電解コンデンサ素子の陽極素子を形成する成形体の成形方法及び成形装置に関し、更に詳しくは、矩形状の陽極素子の稜において固体電解質層が膨らむことのない成形体を成形することができる成形方法及び成形装置に関するものである。

例えばタンタル、アルミニウム、ニオブ等の弁作用金属によって形成されるコンデンサ素子、例えばチップ型タンタル固体電解コンデンサ素子（以下、「タンタルコンデンサ素子」と称す。）は、カメラ一体型ＶＴＲ、携帯電話等の電気機器や、自動車、コンピュータ等の産業機器に広く用いられている。タンタルコンデンサ素子は、例えば平均粒径が数μｍあるいはそれ以下の高純度タンタル粉末にタンタルリード線を取り付け、これを所定の矩形状に加圧成形した成形体から製造することができる。この成形体は、高温、高真空下で焼結されることで多孔質焼結体からなる陽極素子として形成される。次いで、この陽極素子を化成処理してその表面に酸化タンタルからなる誘電体層を形成した後、この誘電体層の表面に二酸化マンガン等により固体電解質層を形成する。更に、カーボン、銀ペースト等で陰極層を形成する。

ところで、従来から上記成形体を成形する場合には、例えば図３に示すよう成形装置を用いた製造工程によって成形することができる。この成形装置は、同図の（ａ）〜（ｄ）に示すように、四隅に丸みを有する貫通孔１Ａが形成されたダイ１と、ダイ１の貫通孔１Ａ内へ下方から挿入される下型２と、ダイ１の貫通孔１Ａ内へ上方から挿入される上型３とを備え、ダイ１の貫通孔１Ａ内で上下の型２、３によってタンタル粉末Ｔａを加圧成形することによって上下方向の４つの稜に丸みを有する矩形状の成形体４（図４参照）を成形することができる。また、上型３の中心にはタンタルリード線Ｌを挿入する孔３Ａが形成され、この孔３Ａを介してタンタルリード線Ｌを上型３から繰り出すようにしている。

上記成形装置を用いてタンタルコンデンサ素子用の成形体を成形する場合には、図３の（ａ）に示すように下型２をダイ１の下方から貫通孔１Ａ内に挿入し、貫通孔１Ａ内にタンタル粉末Ｔａを充填する空間を形成する。次いで、同図に示すように貫通孔１Ａの上部開口からタンタル粉末Ｔａを供給して貫通孔１Ａ内の空間にタンタル粉末Ｔａを充填し、タンタル粉末Ｔａの上面をダイ１の上面に揃えて面一にする。その後、同図の（ｂ）に示すようにタンタルリード線Ｌが下方に突出した上型３を下型２の軸心と一致する状態で降下させてタンタルリード線Ｌをタンタル粉末Ｔａ内に差し込み、更に同図の（ｃ）に示すように下型２及び上型３それぞれに圧力を付与してタンタル粉末Ｔａを上下から圧縮して矩形状の成形体４を加圧成形する。成形後には同図の（ｄ）に示すように上型３を上昇させてダイ１から上型３を抜き取ると共に、下型２をダイ１の貫通孔１Ａ内で押し上げてダイ１から成形体４を押し出し、図４の（ａ）〜（ｃ）に示す成形体４を得る。この成形体４は、図４の（ａ）〜（ｃ）に示すように、タンタルリード線Ｌに沿った方向の４つの稜に丸みがついて面取りされている。

引き続き、上述の操作を繰り返して成形体４を成形する。上記成形体４を成形した後、その後工程で上述したように上記成形体４を高真空下で熱処理して多孔質焼結体を得た後、この多孔質焼結体を化成処理してその表面に誘電体層を形成し、更に、誘電体層の表面に例えば二酸化マンガン等の固体電解質層を形成する。

しかしながら、従来の成形装置で成形された上記成形体４の場合には上下の両面の稜が直角になって面取りされていないため、後工程で多孔質焼結体の誘電体層に固体電解質層を形成する際に、多孔質焼結体の面取りされていない各稜において固体電解質層が平面部より膨らんで膨出部が形成されるという課題があった。この膨出部を放置するとコンデンサ素子の電気的特性を阻害し、その寿命を短くするという課題があった。そこで、この課題を解決するために平面部の固体電解質層を膨出部に合わせて厚くして固体電解質層を均一な厚さに仕上げる方法もあるが、この方法では平面部を厚くした分だけコンデンサ素子の容積が大きくなるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来の成形装置を多少改善するだけで全ての稜に丸みを有する矩形状のコンデンサ素子用の成形体を製造することができる成形方法及び成形装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の成形方法は、第１の凹部を有する第１の型と第２の凹部を有する第２の型を接触させ、上記第１、第２の凹部によって形成される成形空間内に金属粉末を圧縮し、この成形空間内で全ての稜に丸みを有する矩形状のコンデンサ素子用の成形体を成形する方法であって、上記第１の凹部の中央部から第１の型を貫通する第１の貫通孔に第１の押圧体を挿入する工程と、上記第１の凹部及び第１の貫通孔に上記金属粉末を充填する工程と、上記第２の凹部の中央部から第２の型を貫通する第２の貫通孔に第２の押圧体を挿入した上記第２の型と上記第１の型とを接触させて第１、第２の凹部を突き合わせる工程と、第１の押圧体及び第２の押圧体を介して上記金属粉末を上記成形空間内に圧縮する工程と、を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の成形方法は、請求項１に記載の発明において、上記第２の押圧体の貫通孔を介してリード線を上記金属粉末に差し込む工程を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の成形方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記第１の押圧体を介して上記成形体を第１の型から押し出す工程を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の成形装置は、第１の凹部を有する第１の型と第２の凹部を有する第２の型とを接触させ、上記第１、第２の凹部によって形成される成形空間内に金属粉末を圧縮し、この成形空間内で全ての稜に丸みを有する矩形状のコンデンサ素子用の成形体を成形する装置であって、上記第１の凹部の全ての稜に丸みを設けると共に上記第１の凹部の中央部から上記第１の型を貫通する第１の貫通孔を設け、且つ、上記第２の凹部の全ての稜に丸みを設けると共に上記第２の凹部の中央部から上記第２の型を貫通する第２の貫通孔を設け、更に第１、第２の貫通孔には上記金属粉末を圧縮するための第１、第２の押圧体を挿脱自在に設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の成形装置は、請求項４に記載の発明において、上記第２の型の第２の凹部は、上記成形体の一面の稜のみを含む凹部として形成したことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の成形装置は、請求項４または請求項５に記載の発明において、上記第２の押圧体は、上記コンデンサ素子のリード線が貫通する貫通孔を有することを特徴とするものである。

本発明の請求項１〜請求項６に記載の発明によれば、従来の成形装置を多少改善するだけで全ての稜に丸みを有する矩形状のコンデンサ素子用の成形体を製造することができる成形方法及び成形装置を提供することができる。

以下、図１及び図２に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。本実施形態の成形装置は、タンタル、アルミニウム、ニオブ等の弁作用を有する金属粉末を用いてコンデンサ素子の陽極素子となる成形体を成形する場合に用いられる。本実施形態では弁作用金属粉末としてタンタル粉末を用いる場合について説明する。

本実施例の成形装置１０は、例えば図１の（ａ）〜（ｆ）に示すように、第１の凹部１１Ａを有する第１の型（以下、「下ダイ」と称す。）１１と第２の凹部１２Ａを有する第２の型（以下、「上ダイ」と称す。）１２を接触させ、第１、第２の凹部１１Ａ、１２Ａによって形成される成形空間内に金属粉末（例えば、タンタル粉末）Ｔａを圧縮し、矩形状の全ての稜に丸みを有するコンデンサ素子用の成形体２０（図２参照）を成形するものである。また、下ダイ１１の第１の凹部１１Ａの軸心と上ダイ１２の第２の凹部１２Ａの軸心は互いに一致するように配置されている。

第１の凹部１１Ａは下ダイ１１の上面から下方に向けて所定の深さで矩形状に形成され、第１の凹部１１Ａにおいて成形体２０の殆どの部分を成形する。第１の凹部１１Ａの底面の中央部には下ダイ１１を下方に貫通する第１の貫通孔１１Ｂが形成され、この第１の貫通孔１１Ｂには第１の押圧体（以下、「下型」と称す。）１３が下方から挿脱自在に挿入できるようになっている。第１の貫通孔１１Ｂ及び下型１３の水平方向の断面形状は特定の形状に制限されないが、例えば矩形状または円形状に形成することができる。また、第１の凹部１１Ａの底面及び側面によって形成される８箇所の稜にはそれぞれ丸みが設けられ、この丸みによって成形体２０の上端部の４箇所の稜を除く８箇所の稜それぞれに丸みをつけ、自ずと面取りをするようになっている。

第２の凹部１２Ａは上ダイ１２の下面に上方に向けて浅く形成され、第２の凹部１２Ａにおいて成形体２０の上端部分を成形する。第２の凹部１２Ａの天面の中央部には上ダイ１２を上方に貫通する第２の貫通孔１２Ｂが形成され、この第２の貫通孔１２Ｂには第２の押圧体（以下、「上型」と称す。）１４が上方から挿脱自在に挿入できるようになっている。第２の貫通孔１２Ｂ及び上型１４の水平方向断面形状は特定の形状に制限されないが、例えば第１の貫通孔１１Ｂ及び下型１３と同様に形成されている。また、第２の凹部１２Ａの天面及び側面によって形成される６箇所の稜にはそれぞれ丸みが設けられ、この丸みによって成形体２０の上端部の４箇所の稜にのみ丸みをつけ、面取りをするようになっている。更に云えば、第２の凹部１２Ａでは基本的に成形体２０の上下方向の稜を形成せず、これらの稜を下ダイ１１の第１の凹部１１Ａにおいて形成するようになっている。

また、上型１４の軸心には細い貫通孔１４Ａが形成され、この貫通孔１４Ａにタンタルリード線Ｌが繰り出し自在に挿入されている。このタンタルリード線Ｌは上型１４の下面から下方へ僅かに突出している。タンタルリード線Ｌの下方への突出部分は成形体２０に差し込むようになっている。この上型１４は上ダイ１２の第２の貫通孔１２Ｂ内に部分的に挿入された状態で下ダイ１１の上方の所定位置に配置されている。

また、図示してないが、成形装置１０は、下型１３及び上型１４をそれぞれ昇降駆動する駆動機構と、タンタルリード線Ｌを切断する切断手段とを備え、この駆動機構によって下型１３及び上型１４が互いに接近する方向に移動させて上下のダイ１１、１２の第１、第２の凹部１１Ａ、１２Ａ内でタンタル粉末を加圧成形して成形体２０を形成した後、切断手段によってタンタルリード線Ｌを所定の長さ切断してリード端子２１を形成する。この成形体２０は、後工程で高温、高真空下で熱処理を受けてコンデンサ素子用の陽極素子としての焼結体になる。尚、上ダイ１２は上型１４と一緒に昇降し、また上型１４は上ダイ１２とは独立に駆動し、下型１３と協働してタンタル粉末Ｔａを加圧成形するようになっている。

次に、成形装置１０を用いた本発明の成形方法の一実施形態について図１の（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。
コンデンサ素子用の成形体を成形する場合には、まず、図１の（ａ）に示すように下ダイ１１の第１の貫通孔１１Ｂ内に下型１３を所定の深さ（成形体２０を成形するために必要なタンタル粉末Ｔａを充填する空間を形成する深さ）まで挿入して第１の貫通孔１１Ｂの下部開口を封止する。下型１３の挿入深さはタンタル粉末Ｔａの成形後に必要な素子重量及び密度等に応じて適宜設定する。第１の貫通孔１１Ｂの下部開口を封止した後、第１の凹部１１Ａ内にタンタル粉末Ｔａを供給し、第１の凹部１１Ａ及び第１の貫通孔１１Ｂの残余の空間をタンタル粉末Ｔａで満たす。この状態では上ダイ１２及び上型１４は下ダイ１１の上方の所定位置に配置されている。

次いで、図１の（ｂ）に示すように上ダイ１２及び上型１４が駆動機構を介して下降して上ダイ１２が下ダイ１１と接触して密着し、上型１４から突出したタンタルリード線Ｌの一部をタンタル粉末Ｔａ内に差し込む。下ダイ１１内で下型１３が駆動してタンタル粉末Ｔａを押し上げ、同図の（ｃ）に示すように上ダイ１２の第２の凹部１２Ｂ及び第２の貫通孔１２Ｂの空間をタンタル粉末Ｔａで埋める。上ダイ１２内の空間がタンタル粉末Ｔａで埋まり、上ダイ１２の空間が消失すると、下型１３の上昇と相俟って上型１４が駆動して上ダイ１２から下降しタンタルリード線Ｌをタンタル粉末Ｔａ内に押し込みながら、下型１３と協働してタンタル粉末Ｔａを圧縮して第１、第２の凹部１１Ａ、１２Ａで形成する成形空間内に閉じ込めてタンタル粉末Ｔａを加圧成形し、同図の（ｄ）に示すように下型１３の上端面が第１の凹部１１Ａの底面と一致した時点で下型１１が停止すると共に上型１４の下端面が第２の凹部１２Ａの天面と一致した時点で上型１４が停止する。成形体２０が加圧成形された時点でタンタルリード線Ｌは成形体２０に連結、固定される。

次いで、図１の（ｅ）に示すように上ダイ１２及び上型１４がタンタルリード線Ｌを残したまま上昇して下ダイ１１から離間して初期位置に戻る。この段階でタンタルリード線Ｌが成形体２０に連結されたままになっている。この時、図示しないリード線カッタでタンタルリード線Ｌを所定の長さに切断し、また、上型１４に残ったタンタルリード線Ｌの余分に突出している部分をリード線戻し機（図示せず）によって上方に引き上げて上型１４に引き込む。ここでタンタルリード線Ｌは上型１４の上方でループを形成しているため、引き上げられても支障のない構造になっている。上ダイ１２及び上型１４が初期位置に戻ると、同図の（ｆ）に示すように下型１３が上昇して成形体２０を下ダイ１１の第１の凹部１１Ａから押し出し、図示しない取り出し機構によって成形体２０を下ダイ１１から取り出す。この成形体２０は、図１の（ｅ）、（ｆ）及び図２の（ａ）〜（ｃ）に示すように、全ての稜に丸みを有するものとして形成されることになる。その後は、上述した動作を繰り返して成形体２０を次々と成形する。

以上説明したように本実施形態によれば、本実施形態の成形装置１０を用い、第１の凹部１１Ａを有する下ダイ１１と第２の凹部１２Ａを有する上ダイ１２とを接触させ、第１、第２の凹部１１Ａ、１２Ａによって形成される成形空間内にタンタル粉末Ｔａを圧縮し、この成形空間内で全ての稜に丸みを有する矩形状のコンデンサ素子用の成形体２０を成形する際に、下ダイ１１の第１の貫通孔１１Ｂに下型１３を挿入した後、第１の凹部１１Ａ及び第１の貫通孔１１Ｂの空間にタンタル粉末Ｔａを充填し、引き続き、下ダイ１１と上ダイ１２とを密着させた後、下型１３及び上型１４を介してタンタル粉末Ｔａを圧縮して第１、第２の凹部１１Ａ、１２Ａで形成される成形空間内で成形体２０を形成するようにしたため、従来の成形装置を多少改善するだけでタンタル粉末Ｔａによって全ての稜に丸みを有する矩形状の成形体２０を簡単且つ迅速に加圧成形することができ、延いては後工程でこの成形体２０に均一な固体電解質層を形成することができる。

また、本実施形態によれば、上型１４の貫通孔１４Ａを介してタンタルリード線Ｌをタンタル粉末Ｔａに差し込むようにしたため、タンタルリード線Ｌを成形体２０の成形と同時に取り付けることができる。また、下型１３を介して成形体２０を下ダイ１１から押し出すようにしたため、成形体２０を下ダイ１１から簡単に取り出すことができる。

尚、上記実施形態では上ダイ１２は、成形体２０の上端面の稜のみに丸みをつける第２の凹部１２Ａを設けた場合について説明したが、第２の凹部を第１の凹部と同様に成形体の側面の稜の一部を形成するようにしても良い。この場合には第２の凹部の側面の高さを短くすることは云うまでもない。また、下ダイ１１を二分割し、一方を成形体の直胴部を成形する部分とし、他方を上ダイ１２と同様に成形体の下端部のみを成形する部分とすることもできる。また、上記実施形態では弁作用を有する金属としてタンタルを用いた場合について説明したが、その他の弁作用を有する金属（アルミニウムやニオブ）を用いても良い。

本発明の成形方法及び成形装置は、例えば弁作用を有する金属粉末を用いて電解コンデンサ用の陽極素子を成形する場合に好適に利用することができる。

（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ本発明の成形装置を用いて成形体を成形する工程を示す工程図である。 図１に示す成形装置を用いて成形した成形体を示す図で、（ａ）は成形体の上面からの平面図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ成形体の側面図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ従来の成形装置を用いて成形体を成形する工程を示す工程図である。 図３に示す成形装置を用いて成形した成形体を示す図で、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図２の（ａ）〜（ｃ）に相当する図である。

符号の説明

１０ 成形装置
１１ 下ダイ（第１の型）
１１Ａ 第１の凹部
１２Ｂ 第１の貫通孔
１２ 上ダイ（第２の型）
１２Ａ 第２の凹部
１２Ｂ 第２の貫通孔
１３ 下型（第１の押圧体）
１４ 上型（第２の押圧体）
Ｔａ タンタル粉末（金属粉末）
Ｌ タンタルリード線（リード線）

Claims (6)

1. 第１の凹部を有する第１の型と第２の凹部を有する第２の型を接触させ、上記第１、第２の凹部によって形成される成形空間内に金属粉末を圧縮し、この成形空間内で全ての稜に丸みを有する矩形状のコンデンサ素子用の成形体を成形する方法であって、上記第１の凹部の中央部から第１の型を貫通する第１の貫通孔に第１の押圧体を挿入する工程と、上記第１の凹部及び第１の貫通孔に上記金属粉末を充填する工程と、上記第２の凹部の中央部から第２の型を貫通する第２の貫通孔に第２の押圧体を挿入した上記第２の型と上記第１の型とを接触させて第１、第２の凹部を突き合わせる工程と、第１の押圧体及び第２の押圧体を介して上記金属粉末を上記成形空間内に圧縮する工程と、を有することを特徴とする成形方法。
2. 上記第２の押圧体の貫通孔を介してリード線を上記金属粉末に差し込む工程を有することを特徴とする請求項１に記載の成形方法。
3. 上記第１の押圧体を介して上記成形体を第１の型から押し出す工程を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成形方法。
4. 第１の凹部を有する第１の型と第２の凹部を有する第２の型とを接触させ、上記第１、第２の凹部によって形成される成形空間内に金属粉末を圧縮し、この成形空間内で全ての稜に丸みを有する矩形状のコンデンサ素子用の成形体を成形する装置であって、上記第１の凹部の全ての稜に丸みを設けると共に上記第１の凹部の中央部から上記第１の型を貫通する第１の貫通孔を設け、且つ、上記第２の凹部の全ての稜に丸みを設けると共に上記第２の凹部の中央部から上記第２の型を貫通する第２の貫通孔を設け、更に第１、第２の貫通孔には上記金属粉末を圧縮するための第１、第２の押圧体を挿脱自在に設けたことを特徴とする成形装置。
5. 上記第２の型の第２の凹部は、上記成形体の一面の稜のみを含む凹部として形成したことを特徴とする請求項４に記載の成形装置。
6. 上記第２の押圧体は、上記コンデンサ素子のリード線が貫通する貫通孔を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の成形装置。

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