JP2018141191A - 通電方法、通電治具、化成処理方法、及び、固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定的な通電が可能な通電方法を提供すること。【解決手段】一方の表面から突出した凸部を有する通電治具を準備する工程と、導電体からなり、貫通孔を有するワークを準備する工程と、上記通電治具の上記凸部を上記ワークの上記貫通孔に挿通して、上記凸部を上記貫通孔の壁面と接触させることにより、上記ワークを上記通電治具に固定する工程と、上記通電治具に固定された上記ワークを処理液に浸漬して通電する工程と、を備えることを特徴とする通電方法。【選択図】図３

Description

本発明は、通電方法、通電治具、化成処理方法、及び、固体電解コンデンサの製造方法に関する。

小型で大容量の固体電解コンデンサとして、アルミニウム箔等の弁作用金属基体と、弁作用金属基体の表面に形成された誘電体層と、誘電体層の表面に形成された陰極層とを備える固体電解コンデンサが知られている。通常、陰極層は、固体電解質層、カーボン層及び銀層を含んでいる。

このような固体電解コンデンサを製造するため、従来は、溶接により弁作用金属基体を金属製の通電治具に固定し、これを誘電体層及び固体電解質層を形成するための処理に順次付している（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、通電治具に固定された弁作用金属基体を化成処理液に浸漬し、通電治具に接続した給電用端子を陽極とし、化成処理液が入った容器中の電極を陰極として通電することによって誘電体層を形成することができる。その後、導電性高分子となるモノマーを含有する溶液に上記弁作用金属基体を浸漬し、通電することによって誘電体層上に固体電解質層を電気化学的に形成することができる。

特開昭６０−２４９３１０号公報

しかし、溶接により弁作用金属基体を通電治具に固定する方法では、通電治具と弁作用金属基体との接合状態を目視で確認することができないため、接合状態が不安定である場合に誘電体層等を安定して形成することができないといった問題が生じる。

なお、このような問題は、固体電解コンデンサを製造する場合に限らず、導電体からなるワークを処理液に浸漬して通電する場合に共通する問題である。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、安定的な通電が可能な通電方法を提供することを目的とする。本発明はまた、上記通電方法に用いられる通電治具、上記通電方法を用いた化成処理方法、及び、上記化成処理方法を用いて誘電体層を形成する固体電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の通電方法は、一方の表面から突出した凸部を有する通電治具を準備する工程と、導電体からなり、貫通孔を有するワークを準備する工程と、上記通電治具の上記凸部を上記ワークの上記貫通孔に挿通して、上記凸部を上記貫通孔の壁面と接触させることにより、上記ワークを上記通電治具に固定する工程と、上記通電治具に固定された上記ワークを処理液に浸漬して通電する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の通電方法においては、上記通電治具が２個以上の上記凸部を有するとともに、上記ワークが少なくとも上記凸部と同じ個数の貫通孔を有し、上記凸部をそれぞれ上記貫通孔の壁面と接触させることが好ましい。

本発明の通電方法においては、上記凸部が、弾性体の弾性力によって上記通電治具の表面上をスライド可能であり、上記弾性力によって上記凸部が上記貫通孔の壁面を押圧することが好ましい。

本発明の通電治具は、導電体からなるワークを処理液に浸漬して通電するための通電治具であって、一方の表面から突出した凸部を有し、上記凸部を上記ワークが有する貫通孔に挿通して、上記凸部を上記貫通孔の壁面と接触させることにより、上記ワークを固定することが可能であることを特徴とする。

本発明の通電治具は、２個以上の上記凸部を有することが好ましい。

本発明の通電治具においては、上記凸部が、弾性体の弾性力によって上記通電治具の表面上をスライド可能であり、上記弾性力によって上記凸部が上記貫通孔の壁面を押圧することが可能であることが好ましい。

本発明の化成処理方法は、一方の表面から突出した凸部を有する通電治具を準備する工程と、弁作用金属からなり、貫通孔を有する弁作用金属基体を準備する工程と、上記通電治具の上記凸部を上記弁作用金属基体の上記貫通孔に挿通して、上記凸部を上記貫通孔の壁面と接触させることにより、上記弁作用金属基体を上記通電治具に固定する工程と、上記通電治具に固定された上記弁作用金属基体を化成処理液に浸漬して通電する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の化成処理方法においては、上記通電治具が２個以上の上記凸部を有するとともに、上記弁作用金属基体が少なくとも上記凸部と同じ個数の貫通孔を有し、上記凸部をそれぞれ上記貫通孔の壁面と接触させることが好ましい。

本発明の化成処理方法においては、上記凸部が、弾性体の弾性力によって上記通電治具の表面上をスライド可能であり、上記弾性力によって上記凸部が上記貫通孔の壁面を押圧することが好ましい。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、本発明の化成処理方法を用いて、上記弁作用金属基体に誘電体層を形成する工程を備えることを特徴とする。

本発明によれば、安定的な通電が可能な通電方法を提供することができる。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る化成処理方法に用いられる通電治具を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る化成処理方法に用いられる通電治具を模式的に示す上面図である。 図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る化成処理方法に用いられる弁作用金属基体を模式的に示す断面図であり、図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る化成処理方法に用いられる弁作用金属基体を模式的に示す上面図である。 図３（ａ）は、弁作用金属基体を通電治具に固定した状態を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は、弁作用金属基体を通電治具に固定した状態を模式的に示す上面図である。 図４は、通電治具に固定された弁作用金属基体を化成処理液に浸漬した状態を模式的に示す上面図である。 図５は、固体電解コンデンサの一例を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下に記載する個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

以下においては、本発明の通電方法の一実施形態として、固体電解コンデンサを構成する弁作用金属基体に誘電体層を形成するための化成処理方法について説明するが、本発明の通電方法は化成処理方法に限定されず、例えば、固体電解質層を形成するための方法にも適用することができる。また、本発明の通電方法は、固体電解コンデンサを製造する方法に限定されるものではなく、弁作用金属基体以外の導電体からなるワークに対しても適用することができる。なお、本発明の通電方法（化成処理方法）に用いられる通電治具もまた、本発明の１つである。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る化成処理方法に用いられる通電治具を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る化成処理方法に用いられる通電治具を模式的に示す上面図である。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す通電治具１０は、一方の表面から突出した凸部１１ａ及び１１ｂを有している。本実施形態では、通電治具１０は基板１２を有しており、基板１２の一方の表面から凸部１１ａ及び１１ｂが突出している。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す通電治具１０は、さらに、凸部１１ａと接続されたばね１３を有している。ばね１３は弾性体であるため、ばね１３の弾性力によって凸部１１ａは通電治具１０の表面上をスライド可能である。図１（ａ）には、凸部１１ａがスライド可能な向きを両矢印で示している。

図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る化成処理方法に用いられる弁作用金属基体を模式的に示す断面図であり、図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る化成処理方法に用いられる弁作用金属基体を模式的に示す上面図である。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す弁作用金属基体２０は、弁作用金属からなり、貫通孔２１ａ及び２１ｂを有している。本実施形態では、弁作用金属基体２０は平板状であり、両側の主面を貫通する貫通孔２１ａ及び２１ｂを有している。貫通孔２１ａ及び２１ｂは、通電治具１０の凸部１１ａ及び１１ｂに対応する位置にそれぞれ形成されている。

図２（ａ）に示す弁作用金属基体２０は、芯部２２と、芯部２２の表面に設けられた多孔質部２３とからなる。図２（ａ）に示す弁作用金属基体２０では、芯部２２の両方の表面に多孔質部２３が設けられているが、芯部２２の一方の表面に多孔質部２３が設けられていてもよい。

弁作用金属は、いわゆる弁作用を示す金属であり、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム等の金属単体、又は、これらの金属を含む合金等が挙げられる。これらの中では、アルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。

弁作用金属基体の形状は、平板状であることが好ましく、箔状であることがより好ましい。弁作用金属基体は、芯部の表面に多孔質部を有している構造であることが好ましく、芯部の表面にエッチング層等の多孔質層が設けられていることがより好ましい。本発明においては、弁作用金属基体を通電治具に固定した状態で、エッチング層等の多孔質層を形成してもよい。

図３（ａ）は、弁作用金属基体を通電治具に固定した状態を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は、弁作用金属基体を通電治具に固定した状態を模式的に示す上面図である。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、通電治具１０の凸部１１ａ及び１１ｂをそれぞれ弁作用金属基体２０の貫通孔２１ａ及び２１ｂに挿通して、凸部１１ａ及び１１ｂをそれぞれ貫通孔２１ａ及び２１ｂの壁面と接触させることにより、弁作用金属基体２０を通電治具１０に固定している。図３（ａ）及び図３（ｂ）には、凸部１１ａと貫通孔２１ａとの接触部分Ａ、及び、凸部１１ｂと貫通孔２１ｂとの接触部分Ｂを示している。

本実施形態においては、ばね１３の弾性力によって凸部１１ａが通電治具１０の表面上をスライド可能であるため、上記弾性力によって凸部１１ａが貫通孔２１ａの壁面を押圧している。その結果、凸部１１ａと貫通孔２１ａ、及び、凸部１１ｂと貫通孔２１ｂとが確実に接触するため、弁作用金属基体２０を通電治具１０に安定して固定することができる。

図４は、通電治具に固定された弁作用金属基体を化成処理液に浸漬した状態を模式的に示す上面図である。
図４に示すように、通電治具１０に固定された弁作用金属基体２０を化成処理液３０に浸漬する。化成処理液としては、例えば、アジピン酸アンモニウム等を含む水溶液が用いられる。

通電治具１０に接続した給電用端子（図示せず）を陽極とし、化成処理液３０が入った容器中の電極（図示せず）を陰極として、接触部分Ａ及びＢを通して通電することにより、酸化皮膜からなる誘電体層を弁作用金属基体２０の多孔質部２３に形成することができる。

本発明においては、通電治具の凸部を弁作用金属基体の貫通孔に挿通して、凸部を貫通孔の壁面と接触させることにより、弁作用金属基体を通電治具に固定することを特徴としている。そのため、溶接により弁作用金属基体を通電治具に固定する場合と異なり、通電治具と弁作用金属基体との接合状態を目視で確認することができる。したがって、安定した接合状態で通電を行いやすいため、安定的な通電が可能となる。

また、弁作用金属基体の表面には、予め化成膜が形成されている場合がある。このような場合であっても、弁作用金属基体に貫通孔を形成することによって、抵抗の低い金属面を貫通孔の壁面に露出させることができる。したがって、本発明においては、抵抗の低い金属面と通電治具の凸部を接触させて通電を行うことができるため、安定的な通電が可能となる。

さらに、溶接により弁作用金属基体を通電治具に固定する場合と比べて、通電治具へのダメージが小さいため、品質の安定化が期待できる。

本発明において、通電治具は、少なくとも１個の凸部を有していればよいが、２個以上の凸部を有することが好ましい。凸部が設けられる位置は特に限定されない。

本発明において、凸部の形状及び大きさは、貫通孔に挿通できるものであれば特に限定されない。また、凸部の材質についても、通電が可能であれば特に限定されない。

本発明において、凸部がスライド可能である場合、弾性体としては、例えば、ばね、ゴム等が挙げられる。凸部がスライド可能な向きは、特に限定されない。通電治具が２個以上の凸部を有する場合、１個の凸部がスライド可能であってもよいし、２個以上の凸部がスライド可能であってもよい。２個以上の凸部がスライド可能である場合、弾性体の種類は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

本発明においては、通電治具が弾性体を有しておらず、すべての凸部がスライド可能でなくてもよい。このような場合であっても、例えば重力によって凸部を貫通孔の壁面と接触させることが可能である。

本発明において、通電治具は、凸部以外に、弁作用金属基体等のワークを固定するための機構を有していてもよい。

本発明において、通電治具が基板を有する場合、基板の形状及び材質等は特に限定されない。

本発明において、弁作用金属基体等のワークが有する貫通孔の個数は、少なくとも凸部と同じ個数であることが好ましい。貫通孔の個数が凸部と少なくとも同じ個数であれば、凸部をそれぞれ貫通孔の壁面と接触させることができる。また、貫通孔の形状及び大きさは、凸部が挿通できるものであれば特に限定されない。なお、１個の貫通孔に２個以上の凸部を挿通してもよい。

本発明において、固体電解コンデンサを製造する場合、貫通孔は、コンデンサ素子を構成しない箇所に設けられていることが好ましい。この場合、必要な処理が完了した後に、コンデンサ素子を構成する部分と貫通孔が設けられている部分とを分離すればよい。

上述したように、本発明においては、弁作用金属基体等のワークに貫通孔を形成することによって、抵抗の低い金属面を貫通孔の壁面に露出させることができる。

本発明においては、上記の化成処理方法を用いて弁作用金属基体に誘電体層を形成することができる。その後、誘電体層の表面に陰極層を形成することにより、固体電解コンデンサを製造することができる。陰極層としては、誘電体層の表面に固体電解質層を形成することが好ましく、固体電解質層の表面に集電層を形成することがより好ましい。本発明においては、弁作用金属基体を通電治具に固定したまま、陰極層を形成することができる。

固体電解質層を形成する方法としては、例えば、３，４−エチレンジオキシチオフェン等のモノマーを含む処理液を用いて、誘電体層の表面にポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）等の重合膜を形成する方法や、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）等のポリマーの分散液を誘電体層の表面に塗布して乾燥させる方法等が挙げられる。重合膜を形成する方法としては、本発明の通電方法を用いることができる。

集電層として、カーボン層及び銀層を順次積層して形成することが好ましいが、カーボン層のみを形成してもよく、銀層のみを形成してもよい。例えば、カーボンペーストを塗布及び乾燥させた後に、銀ペーストを塗布及び乾燥させることにより、カーボン層及び銀層を形成することができる。

陰極層を形成した後、弁作用金属基体を通電治具から外し、必要に応じて、コンデンサ素子を構成する部分と貫通孔が設けられている部分とを分離すればよい。以上により、固体電解コンデンサが得られる。

図５は、固体電解コンデンサの一例を模式的に示す断面図である。
図５に示す固体電解コンデンサ１００は、弁作用金属基体１２０が複数枚積層された積層体１１０によって構成されており、弁作用金属基体１２０の表面には誘電体層１２１が形成されている。弁作用金属基体１２０は、所定の位置に設けられた絶縁部１３０により陽極部１３１と陰極部１３２とに区分されている。陰極部１３２の誘電体層１２１の表面は、陰極層１２２により被覆されている。図５に示す固体電解コンデンサ１００では、陰極層１２２は、固体電解質層１２２ａと集電層１２２ｂとを備えている。陽極部１３１の弁作用金属基体１２０には陽極端子１４１が接続されており、陰極部１３２の陰極層１２２には、陰極端子１４２が接続されている。積層体１１０は、外装体１４３により被覆されている。

本発明においては、複数個のコンデンサ素子に対して一括して化成処理を行うことも可能である。この場合、それぞれがコンデンサ素子となる複数個の弁作用金属基体を１個の通電治具に固定してもよいし、複数個のコンデンサ素子となる１個の弁作用金属基体を１個の通電治具に固定してもよい。後者の方法では、必要な処理が完了した後に、それぞれのコンデンサ素子に分離すればよい。

１０ 通電治具
１１ａ，１１ｂ 凸部
１２ 基板
１３ ばね（弾性体）
２０，１２０ 弁作用金属基体（ワーク）
２１ａ，２１ｂ 貫通孔
２２ 芯部
２３ 多孔質部
３０ 化成処理液（処理液）
１００ 固体電解コンデンサ
１１０ 積層体
１２１ 誘電体層
１２２ 陰極層
１２２ａ 固体電解質層
１２２ｂ 集電層
１３０ 絶縁部
１３１ 陽極部
１３２ 陰極部
１４１ 陽極端子
１４２ 陰極端子
１４３ 外装体
Ａ，Ｂ 凸部と貫通孔との接触部分

Claims (10)

1. 一方の表面から突出した凸部を有する通電治具を準備する工程と、
   導電体からなり、貫通孔を有するワークを準備する工程と、
   前記通電治具の前記凸部を前記ワークの前記貫通孔に挿通して、前記凸部を前記貫通孔の壁面と接触させることにより、前記ワークを前記通電治具に固定する工程と、
   前記通電治具に固定された前記ワークを処理液に浸漬して通電する工程と、を備えることを特徴とする通電方法。
2. 前記通電治具が２個以上の前記凸部を有するとともに、前記ワークが少なくとも前記凸部と同じ個数の貫通孔を有し、
   前記凸部をそれぞれ前記貫通孔の壁面と接触させる請求項１に記載の通電方法。
3. 前記凸部が、弾性体の弾性力によって前記通電治具の表面上をスライド可能であり、
   前記弾性力によって前記凸部が前記貫通孔の壁面を押圧する請求項１又は２に記載の通電方法。
4. 導電体からなるワークを処理液に浸漬して通電するための通電治具であって、
   一方の表面から突出した凸部を有し、
   前記凸部を前記ワークが有する貫通孔に挿通して、前記凸部を前記貫通孔の壁面と接触させることにより、前記ワークを固定することが可能であることを特徴とする通電治具。
5. ２個以上の前記凸部を有する請求項４に記載の通電治具。
6. 前記凸部が、弾性体の弾性力によって前記通電治具の表面上をスライド可能であり、
   前記弾性力によって前記凸部が前記貫通孔の壁面を押圧することが可能である請求項４又は５に記載の通電治具。
7. 一方の表面から突出した凸部を有する通電治具を準備する工程と、
   弁作用金属からなり、貫通孔を有する弁作用金属基体を準備する工程と、
   前記通電治具の前記凸部を前記弁作用金属基体の前記貫通孔に挿通して、前記凸部を前記貫通孔の壁面と接触させることにより、前記弁作用金属基体を前記通電治具に固定する工程と、
   前記通電治具に固定された前記弁作用金属基体を化成処理液に浸漬して通電する工程と、を備えることを特徴とする化成処理方法。
8. 前記通電治具が２個以上の前記凸部を有するとともに、前記弁作用金属基体が少なくとも前記凸部と同じ個数の貫通孔を有し、
   前記凸部をそれぞれ前記貫通孔の壁面と接触させる請求項７に記載の化成処理方法。
9. 前記凸部が、弾性体の弾性力によって前記通電治具の表面上をスライド可能であり、
   前記弾性力によって前記凸部が前記貫通孔の壁面を押圧する請求項７又は８に記載の化成処理方法。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載の化成処理方法を用いて、前記弁作用金属基体に誘電体層を形成する工程を備えることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。

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