JP2013074081A

JP2013074081A - 電解コンデンサ用の焼結体電極の製造方法

Info

Publication number: JP2013074081A
Application number: JP2011211740A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Iida; 和幸飯田
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Lincstech Circuit Co Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-22

Abstract

【課題】粉末焼結体は、エッチング箔タイプの陽極よりも、厚膜に成形することができる反面、粉末焼結体を打ち抜き前に、化成すると、端面の未化成部分の面積が大きく、再化成しても、充分漏れ電流が下がらない場合が生ずる。また、粉末焼結体を打ち抜いた後に、化成すると、化成作業が煩雑になってしまう。そのため、漏れ電流を低減しながら、焼結体の化成作業の煩雑性を解消した電解コンデンサの焼結体電極を得ることを目的としている。
【解決手段】本発明は、複数枚の粉末焼結体のすき間をあけて並列に並べ、それらの表面方向とは直角方向に、それらの端面とそれぞれ接触する連絡体を設ける。次に、この連絡体から通電することにより、化成液中で化成し、その後、粉末焼結体ごとに、連絡体を分離する製造方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解コンデンサ用の焼結体電極の製造方法に関するものである。

一般に電解コンデンサ用の電極材には、単位面積当たりの静電容量を高めるため、電気化学的または化学的にエッチング処理することにより、エッチングピットを形成したエッチング箔の表面に、化成により酸化皮膜を設けるタイプと、粉末を電極用に焼結し、化成により酸化皮膜を設けるタイプとがある。そして、エッチング箔のエッチングピットの深さの限界や、エッチング処理を省けるメリットから、特許文献１のように、支持箔表面に電極用の粉末焼結体を設ける焼結体電極の提案が盛んになってきている。この作成方法は、アルミニウムの支持箔表面にペースト状にしたアルミニウム粉末を塗布するなどして層状に堆積させ、これを焼結しその後打ち抜くなどして電極とすることによって得られている。

ところで、上記のような支持箔のある粉末焼結体タイプ、または支持箔のない粉末焼結体タイプなどの粉末焼結体タイプの焼結体電極は、エッチング箔タイプの電極よりも厚膜に成形することができる反面、もろいシート状になりやすく、この電極を使用して巻き回してコンデンサ素子を作成するのは困難となる。そのため、積層タイプのコンデンサ素子用として使用されている。

特開２００８−９８２７９号公報

粉末焼結体タイプの焼結体電極は、エッチング箔タイプの電極よりも、厚膜に成形することができる反面、化成により酸化皮膜を設けた後に、打ち抜いて電極形状に加工すると、打ち抜き端面の未化成部分の面積が大きく、コンデンサ素子にした後、再化成しても、充分漏れ電流が下がらない場合が生ずる。
また、粉末焼結体を電極形に打ち抜いた後に、または型により電極形に粉末焼結体を成形した後に、化成により酸化皮膜を設けると、化成作業が煩雑になりがちとなる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、漏れ電流を低減しながら、焼結体の化成作業の煩雑性を解消した電解コンデンサ用の焼結体電極を得ることを目的としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、
表面とその端面とを有する板状の粉末焼結体を複数枚得る工程と、
それらの前記粉末焼結体の間をあけて、その粉末焼結体の表面どうしが平行になるように、並列に並べる工程と、
それらの前記粉末焼結体の表面方向とは直角方向に、それらの前記粉末焼結体の端面とそれぞれ接続する連絡体を設ける工程と、
この連絡体から通電することにより、化成液中で前記粉末焼結体を化成する工程と、
化成後、前記粉末焼結体ごとに、前記連絡体を分離する工程と、を有する電解コンデンサ用の焼結体電極の製造方法を提供するものである。

本発明は、複数枚の粉末焼結体を同時に、また同時にそれらの粉末焼結体の表面と端面とを化成することができるので、漏れ電流を低減しながら、粉末焼結体の化成作業の煩雑性を解消した電解コンデンサ用の焼結体電極を得ることができる。

本発明の電解コンデンサ用の焼結体電極の製造方法を示している。本発明の別の電解コンデンサ用の焼結体電極の製造方法を示している本発明の焼結体電極を使用した電解コンデンサの例を示している。

本発明に述べる焼結体電極は、表面と端面とを有する板状の電極で、支持材のあるまたは支持材のない粉末焼結体を電極形に打ち抜くか、または型により電極形状に粉末を焼結させるなどによりにより得られる。いずれも表面にも耐電圧性の酸化皮膜を設ける。厚さは特に限定はなく２００μｍから２０００μｍ程度となる。

支持材は、特に限定されないが、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属箔、穴あき箔またはエキスパンドメタルなどが使用できる。加工が容易な点でアルミニウム箔が好ましい。また、支持材の純度は、９９．５質量％以上が好ましい。支持材の厚みは、特に限定されないが、５μｍ以上１００μｍ以下、特に、１０μｍ以上６０μｍ以下の範囲内とするのが好ましい。また、支持箔の表面は、粗面化しても良い。粗面化方法は、特に限定されず、エッチング、サンドブラスト等の公知の技術を用いることができる。

粉末焼結体は、純度９９．８質量％以上のアルミニウム、タンタルなどの弁作用金属粉末のうち少なくとも１種から構成され、必要に応じてバインダ、溶剤、焼結助剤、界面活性剤等が含まれる分散体を、粒子どうしが互いに空孔を維持しながら焼結したもので、この場合の空孔率は、通常３０％以上７０％以内の範囲内で、所望の静電容量等に応じて適宜設定することができる。また、空孔率は、例えば出発材料の弁作用金属又は弁作用金属合金の粉末の粒径、添加するバインダ等により制御することができる。
弁作用金属粉末の形状は、特に限定されず、球状、不定形状、鱗片状、繊維状等のいずれも使用できる。粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上３０μｍ以下、特に１μｍ以上２０μｍが好ましい。平均粒径が０．１μｍより小さいと、所望の耐電圧が得られないおそれがある。また、３０μｍより大きいと、所望の静電容量が得られない場合がある。
バインダは、たとえばポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチラール樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、酢酸ビニルエマルジョン、ポリウレタン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ニトロセルロース樹脂、樟脳などがあげられ、これらは単独、あるいは、上記の樹脂を２種以上混合して利用することができる。
溶剤は、沸点が８０℃以上２００℃以下のものが好ましく使用できる。具体的な溶剤としてはシクロヘキサノン、メチルセルソルブ、アニソール、キシレン、ベンジルアルコール、ジエチレングリコールなどがあげられる。この他、水、あるいはメタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、セルソルブ類、アセトン、メチルエチルケトン、イソホロン等のケトン類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、酢酸エチル等のエステル類、ジオキサン等のエーテル類、塩化メチル等の塩素系溶媒、トルエン等の芳香族系炭化水素類等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの溶剤は、単独又は２種類以上混合して用いても良い。
上述の混合体は、各種の混練・分散機を用いて分散することができる。混練・分散にあたっては、攪拌機、二本ロール、三本ロール等のロール型混練機、縦型ニーダー、加圧ニーダー、プラネタリーミキサー等の羽根型混練機、ボール型回転ミル、サンドミル、アトライター等の分散機、超音波分散機、ナノマイザー等が使用できる。

このようにして作製された分散体は、種々の塗布方法により塗布物として形成することができる。例えば、支持材のある粉末焼結体の場合、公知のロール塗布方法等により支持材上に塗布物を形成することができる。支持材のない粉末焼結体の場合、公知のロール塗布方法等により支持シート上に塗布物を形成、その後支持シートから剥離して得ることができる。また、型により電極形に粉末を焼結する場合は、たとえば上記弁作用金属粉末に必要に応じて上記バインダ、焼結助剤等が含まれる分散体を型に詰め、加圧下においてパルス状の電流を直接通電させることで、粒子間に火花放電とプラズマ発生を引き起こさせ粉末を多孔質に焼結させる放電プラズマ焼結などの方法が利用できる。
また、塗布物の乾燥後、単位体積当たりの金属粉末の密度を上げるためにまた膜厚を平均化するために、プレスあるいはカレンダー処理をしてもよい。

本発明に述べる化成は、粉末焼結体の表面に耐電圧性の酸化皮膜を設けることで、酸化皮膜の厚さは、耐電圧の大きさに比例する。
化成処理は、通常の処理方法でよい。たとえば沸騰した純水中に浸漬し、表面に擬似ベーマイトを形成する。次に、ホウ酸、リン酸等の無機酸イオンや、モノカルボン酸、ジカルボン酸、オキシカルボン酸等の有機酸イオンを含む水溶液中に積層箔を浸漬し、所定の電圧を印加し、陽極酸化を行う。その後、熱処理、減極処理、陽極酸化を繰り返し、その後、洗浄、乾燥して化成工程を終了する。

本発明に述べる連結体は、化成時に粉末焼結体どうしを連結される導電体で、形状はたとえば短冊状または棒状で、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属が使用できる。
化成工程では、板状の粉末焼結体とそれとは別の粉末焼結体との間をあけて、その粉末焼結体の表面どうしが平行になるように、複数並列に並べ、それらの粉末焼結体の表面方向とは直角方向に、それらの粉末焼結体の端面とそれぞれ接続させ、外部電源と最終的に導通される。この接続は溶接等によりおこない、電気導通と固定とを得る。化成後、粉末焼結体ごと連絡体を分離し、電解コンデンサ用の焼結体電極を得る。
また、コンデンサ素子組み立て工程では、焼結体電極を陽極に、陰極とセパレータとを積層後、陽極のほうは分割した連絡体のところで引き出し電極と接続することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の電解コンデンサ用の焼結体電極の製造方法を示している。
図１（ａ）は化成前を、図１（ｂ）は化成後を示している。
まず、粉末焼結体１として円盤状のものを複数用意し、粉末焼結体１の表面どうしが平行になるように、間隔をあけて並列に配列する。
次に、図１（ａ）に示すように、短冊状の連結体２の長さ方向を、前記の粉末焼結体１の表面方向とは直角方向にして、前記の粉末焼結体１の端面とそれぞれ接触させ、溶接等により電気伝導と固定とを得る。連結体２の端部は、粉末焼結体１とは反対方向に折り曲げる。
次に、粉末焼結体１部分を化成液に浸漬し、連結体２の端部と導通した外部電源により化成し、粉末焼結体１の表面に、耐電圧性の酸化皮膜を形成する。
次に、図１（ｂ）に示すように、連結体２を粉末焼結体１の厚みかそれよりもわずかに長い長さで切断し、分割した連結体２ａ付きの個々の焼結体電極を得る。わずかに長い長さとは、コンデンサ素子として積層したときに、対極とショートしない、隣どうしの焼結体電極の分割した連結体２ａとがぶつからない長さとする。

図２は、本発明の別の電解コンデンサ用の焼結体電極の製造方法を示している。図２では、円盤状の粉末焼結体１の中央部分に貫通穴３を設けている。
まず、図１と同様に、円盤状の粉末焼結体１を複数、表面どうしが平行になるように、間隔をあけて並列に配列する。
次に、粉末焼結体１の中央部分に設けた貫通穴３を貫通棒４で貫通する。また、貫通棒４の両端設けた、少なくとも表面が絶縁体の化成用治具板５により、貫通棒４と粉末焼結体１を保持する。
次に、図１と同様に、短冊状の連結体２の長さ方向を、前記の粉末焼結体１の表面方向とは直角方向にして、前記の粉末焼結体１の端面とそれぞれ接触させ、溶接等により電気伝導を得る。連結体２の端部は、粉末焼結体１とは反対方向に折り曲げる。
次に、化成用治具板５の上部を持って、粉末焼結体１の部分を化成液に浸漬し、連結体２の端部と導通した外部電源により化成し、粉末焼結体１の表面に、耐電圧性の酸化皮膜を形成する。
次に、図１（ｂ）に示すのと同様に、連結体２を粉末焼結体１の厚みかそれよりも若干長い長さで切断し、分割した連結体付きの個々の焼結体電極を得る。

円盤状の粉末焼結体１の中央部分に貫通穴３を設け、その貫通穴３に貫通棒４を通すことにより、貫通棒４の強度に比例して多数の粉末焼結体１を一度に化成することができる。
また、貫通棒４を三角柱とし、化成用治具板５に化成用治具板５を貫通する貫通棒４と同形の三角柱の挿入孔５ａを設けると、貫通棒４の軸回転を抑制することができる。また、粉末焼結体１の貫通穴３を円柱とし、貫通棒４を三角柱とすると粉末焼結体１と貫通棒４とは線で接触することができるので、未化成部分が最小に抑えられる。

図３は、本発明の焼結体電極を使用した電解コンデンサの例を示している。
有底で上端が開放した筒状のケース６内にコンデンサ素子を収納し、封口体７でケース６の上端を封口している。コンデンサ素子は、陽極８と陰極９とをセパレータ１０を介して積層した複数組の積層構造で、陽極８に本発明の分割した連結体付きの焼結体電極を使用している。
陰極９は、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属箔が使用できる。加工が容易な点でアルミニウム箔が好ましい。また、陰極９の純度は、９９．５質量％以上が好ましい。陰極９の厚みは、特に限定されないが、５μｍ以上１００μｍ以下、特に、３０μｍ以上６０μｍ以下の範囲内とするのが好ましい。また、陰極９の表面は、通常粗面化する。粗面化方法は、特に限定されず、エッチング等の公知の技術を用いることができる。
セパレータ１０は、通常の電解コンデンサ用のセパレータが使用できる。たとえば、マニラ紙、ヘンプ紙、クラフト紙などの従来から使用されてきた電解紙を主材料としたものが使用できる。厚さは数μｍから数１０μｍほどのものである。セパレータ１０の構成としては、単純密度紙のほか、一枚が相対的に繊維が密な高密度な層と、相対的に繊維が粗な低密度な層の複層紙などであってもよい。
図３では、ケース６底のほうから、セパレータ１０、陰極９、セパレータ１０、陽極８、セパレータ１０、の順に重ね、以下この順序で複数組積層している。また、図３では向かって左側で、積層体から左側にはみ出した各陰極９の端面と陰極引き出し端子１１とが溶接等により接続され、封口体７に設けた外部端子１２に接続されている。また、図３では向かって右側で、各陽極８の分割した連結体２ａと陽極引き出し端子１３とが溶接等により接続され、封口体７に設けたもう一方の外部端子１２に接続されている。陽極引き出し端子１３との分割した連結体２ａ部分の接続部分は、化成前に陽極８と接続した部分をさけ、化成後の連結体２の切断面付近に化成皮膜がなく好ましい。

（実施例１）
（焼結体電極の作成）
まず、平均粒径５μｍのアルミニウム粉末１００質量部に、バインダとしてカンファー１０質量部を混合し、溶剤としてのメチルセルソルブ５０質量部に分散させた。
次に、成形ダイとして、外径６０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、上下のパンチとして外径４０ｍｍ、高さ２５ｍｍの炭素材で、成形ダイとパンチを組み合わせて、成形型を構成した。
次に、この成形型内に、上記の粉末分散物を充填セットし、５ＭＰａで加圧して仮成形後、成形型を加熱しバインダや揮発分を蒸発させた。次に、真空度５Ｐａに減圧排気し、パンチにより５０ＭＰａで加圧した後、成形ダイの材料装入部付近の温度が４９０℃になるまで通電し、この温度で５分間保持して通電を停止して、焼結を終了した。上記の通電焼結により、外径４０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、空孔率５２％の円盤状の粉末焼結体が得られた。

（化成処理）
次に、この粉末焼結体を複数用意し、１０ｍｍ間隔に平行な溝のある台座に、粉末焼結体の表面同士が平行になるように並列に配列する。
次に、幅２．５ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの短冊状の連結体を、粉末焼結体の表面方向とは直角方向に、粉末焼結体の端面で接触させ、それぞれ溶接により固定した。連結体の端部は、粉末焼結体とは反対方向に折り曲げた。
次に、沸騰した純水中に浸漬し、表面に擬似ベーマイトを形成した。次に、ホウ酸を含む水溶液中に焼結体を浸漬し、５００Ｖの電圧を印加し、陽極酸化を行う。その後、熱処理、減極処理、陽極酸化を繰り返し、その後、洗浄、乾燥して化成工程を終了した。

（連結体の切断処理）
次に、連結体を粉末焼結体の厚みより０．３ｍｍ長い長さで切り分け、個々の分割した連結体付きの電解コンデンサ用の焼結体電極を得た。
（実施例２）

まず、平均粒径５μｍのアルミニウム粉末１００質量部にバインダとしてアクリル樹脂６０質量部を混合し、溶剤としてのメチルセルソルブ５０質量部に分散させ、塗工液を準備する。
次に、コイル状の幅が５００ｍｍのアルミニウムの支持箔上の両面に塗工液を塗布し、乾燥した。
次に、４００℃の真空中で、バインダを分解除去後、６５５℃で焼結し、トータル厚さ８００μｍの空孔率５６％の粉末焼結体を得た。この粉末焼結体を外径４０ｍｍに打ち抜いて円盤状の粉末焼結体を得た。以後の工程は実施例１と同様に行った。

１…粉末焼結体、２…連結体、２ａ…分割した連結体、３…貫通穴、４…貫通棒、５…化成用治具板、５ａ…三角柱の挿入孔、６…ケース、７…封口体、８…陽極、９…陰極、１０…セパレータ、１１…陰極引き出し端子、１２…外部端子、１３…陽極引き出し端子

Claims

表面とその端面とを有する板状の粉末焼結体を複数枚得る工程と、
それらの前記粉末焼結体の間をあけて、その粉末焼結体の表面どうしが平行になるように、並列に並べる工程と、
それらの前記粉末焼結体の表面方向とは直角方向に、それらの前記粉末焼結体の端面とそれぞれ接続する連絡体を設ける工程と、
この連絡体から通電することにより、化成液中で前記粉末焼結体を化成する工程と、
化成後、前記粉末焼結体ごとに、前記連絡体を分離する工程と、を有する電解コンデンサ用の焼結体電極の製造方法。