JP2792480B2 - タンタル陽極体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タンタル固体電解
コンデンサに用いられるタンタル陽極体の製造方法に関
し、特に、陽極リード線となるべきタンタル線がタンタ
ル焼結体に溶接されている構造のタンタル陽極体を製造
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】タンタル固体電解コンデンサに用いられ
るタンタル陽極体（陽極リード線が導電的に固着された
柱状のタンタル焼結体）を製造するには、陽極リード
線となるべきタンタル線を、タンタル粉末を加圧成形し
て柱状の成形体とする際に予め成形体に埋設しておい
て、タンタル線付きの柱状成形体にしてから、両者を共
に焼結する方法と、先ず（タンタル線のない）柱状の
成形体だけを形成し、これを予め焼結した後、その柱状
焼結体にタンタル線を溶接する方法とがある。の方法
によると、成形体内部のタンタル線の埋設部分でタンタ
ル線とタンタル粉末との結合が弱く、焼結後にタンタル
線が抜けたり電気的接続不良が生じることがある。後者
の方法は、その点を改良するために発明されたものであ
って、タンタル線と焼結体との結合を溶接に変更するこ
とにより、両者の間の結合力を高めている。本発明は上
記の、タンタル線と焼結体とが溶接により結合された
構造のタンタル陽極体を製造する方法に係るものであ
る。

【０００３】ところで、上記の溶接を用いたタンタル
陽極体には、例えば特公昭６０ー５１２５４号公報や或
いは特開平２ー１８５０１３号公報に記載されているも
ののような、焼結体の密度が焼結体全体に亘って均一な
構造のものと、例えば特公平５ー１６０９号公報に開示
されているもののような、タンタル線が溶接される部分
の密度を高くしたものとがあるが、いずれの場合も焼結
が二回行われる点が共通している。すなわち、予め（タ
ンタル線のない柱状の）成形体のみを焼結し、その焼結
体表面にタンタル線を溶接した後、再度、焼結を行う。
第一回目の成形体のみに対する焼結は、所定の容量を得
るためと、成形体に機械的強度を与えるためのものであ
る。タンタル線溶接後の第二回目の焼結は、溶接時の高
熱により溶接部分近傍に酸化変質層が生じコンデンサと
したときの漏れ電流の増大など、電気的劣化が起るのを
防ぐためのものであって、再焼結によって上記の酸化変
質層をクリーニングするのである。

【０００４】ここで、上記の溶接構造の陽極体でタンタ
ル線と焼結体との間の結合力は、焼結体の密度に依存
し、低密度の場合の方が高密度の場合より、低い。しか
るに近年、コンデンサを小型大容量化するために、微粉
末を用いたり空孔率を大きくする傾向にある。すなわ
ち、焼結体が低密度化し、タンタル線の焼結体に対する
固着力が低下しつつある。上記特公平５ー１６０９号公
報は、このような焼結体の低密度化に伴うタンタル線の
固着力低下を防ぐことを目的とする発明であって、焼結
体のタンタル線溶接部近傍のみを高密度にしてタンタル
線と焼結体との結合力を高めている。本発明の適用対象
のタンタル陽極体は、上記特公平５ー１６０９号公報記
載のタンタル陽極体と同じく、焼結体のタンタル線溶接
部近傍の密度が高くされた構造を持つ。

【０００５】図４に、上述の特公平５ー１６０９号公報
記載のタンタル陽極体の断面図を示す。図４を参照し
て、タンタル陽極体１では、柱状の焼結体２の一つの端
面に、軸方向に向くタンタル線３が直立に溶接されてい
る。焼結体２内部の大部分は相対的に低密度であるが、
その低密度焼結領域２Ｂの中のタンタル線溶接部４近傍
に、相対的に高密度の領域２Ａが埋め込まれている。タ
ンタル線３はその焼結体の高密度焼結領域２Ａに溶接さ
れている。

【０００６】図４に示すタンタル陽極体は、以下のよう
にして製造される。この陽極体の製造工程のフローチャ
ートを示す図５及び、成形体、焼結体の断面を製造工程
順に示す図６〜図７を参照して、先ず、タンタル粉末を
加圧成形して、高密度焼結領域２Ａとなるべき柱状の成
形体（以後、高密度ペレットと記す）を形成する（図
５、ステップＳ１）。

【０００７】次に、同じくタンタル粉末を加圧成形し、
低密度焼結領域２Ｂとなるべき柱状の成形体（以後、低
密度ペレットと記す）を作る（図５、ステップＳ２）。
このとき、低密度ペレット形成と同時にその中に、予め
形成しておいた上記の高密度ペレットを埋め込む。すな
わち、図６（ａ）に示すように、加圧成形のときの型穴
となるダイ２１と加圧用下パンチ２２とで作られる穴の
中に、タンタル粉末２４を充填する。その際、予め高密
度ペレット５Ａを下パンチ２２上にセットして置く。そ
して、図６（ｂ）に示すように、上パンチ２３と下パン
チ２２とで粉末に圧力を加え、高密度ペレット５Ａが埋
め込まれた低密度ペレット５Ｂとする。その後、図６
（ｃ）に示すように、上パンチ２３と下パンチ２２とを
上昇させ、低密度ペレット５Ｂをダイ２１から排出する
（図５、ステップＳ３）。このようにして形成された低
密度ペレット５Ｂの下側端面には、高密度ペレット５Ａ
が露出している。以後、このような、高密度ペレット５
Ａを内部に含む低密度ペレット５Ｂを、複合ペレットと
呼ぶこととする。

【０００８】次いで、上記の複合ペレットを真空中で焼
結して（図５、ステップＳ４）焼結体を得た後、その高
密度焼結領域２Ａの露出面にタンタル線３を溶接する。
すなわち、図７（ａ）に示すように、焼結の結果得られ
た焼結体２を溶接電極３１でクランプする一方、タンタ
ル線３を同じく電極３２でクランプする（図５、ステッ
プＳ５）。そして、図７（ｂ）に示すように、タンタル
線３を焼結体２に突当てとし、電極３１，３２間に電流
を流し溶接を行う（図５、ステップＳ６）。更に、図７
（ｃ）に示すように、タンタル線３側の電極３２を開放
し、続いて図７（ｄ）に示すように、焼結体２側の電極
を開放する。

【０００９】最後に、上述のタンタル線付きの焼結体２
を再度真空中で焼結して（図５、ステップＳ７）、タン
タル陽極体を得る。

【００１０】本発明との関連で、上記特公平５ー１６０
９号公報記載のタンタル陽極体の製造方法に特徴的なの
は、ステップＳ４及びステップＳ７で、二回の焼結を行
っていることである。既に述べたように、第一回目の焼
結は、その後の溶接工程で複合ペレットにクラック、欠
け或いは割れなどの破損が生じないように、これに機械
的強度を与えるためのものであり、第二回目の焼結は、
溶接で生じた酸化変質層によりコンデンサの漏れ電流が
悪化しないように、変質層をクリーニングするためのも
のである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、図５に示
す従来の製造方法に従って製造したタンタル固体電解コ
ンデンサの漏れ電流特性が、予めタンタル線を成形体に
埋設してから焼結を行うもののような、一回の焼結で製
造されたコンデンサの漏れ電流特性に比べて劣ることに
注目した。そして、研究の結果、上記の漏れ電流特性の
悪化がタンタル陽極体の酸素含有量が多いことによるも
のであること及び、その高酸素含有性が焼結を二回繰り
返すことに基づくものであることを見出した。すなわ
ち、一度焼結したタンタル焼結体を空気中に曝すと焼結
体の表面は酸素を吸着し、その吸着された酸素が二度目
の焼結で焼結体内部へ拡散して行き酸化変質層を形成す
るからである。

【００１２】焼結を二回実施する製造方法は又、一回で
済ませる製造方法に比べ、生産効率が低く経済性に欠け
る。

【００１３】したがって本発明は、低密度の領域中に高
密度の領域を埋め込んだタンタル焼結体の高密度焼結領
域にタンタル線を溶接で固着させた構造のタンタル陽極
体を製造する方法であって、焼結を二回実施する従来の
製造方法によるタンタル陽極体に比べ、コンデンサとし
たときの漏れ電流が小さいタンタル陽極体を製造する方
法を提供することを目的とするものである。

【００１４】本発明の他の目的は、そのような漏れ電流
特性に優れたタンタル陽極体を効率良く製造する方法を
提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のタンタル陽極体
の製造方法は、相対的に低密度の多孔質タンタル中に、
相対的に高密度の多孔質タンタルが前記低密度の多孔質
タンタルから一部露出するように埋め込まれた構造のタ
ンタル焼結体と、前記高密度の多孔質タンタルの露出表
面に溶接されたタンタル線とを含むタンタル陽極体を製
造する方法であって、予めタンタル粉末を加圧成形して
前記高密度の多孔質タンタルとなるべき第１の成形体を
形成する工程と、タンタル粉末を加圧成形して前記タン
タル焼結体となるべき、内部に前記第１の成形体が埋め
込まれた第２の成形体を形成する工程と、その第２の成
形体中に埋め込まれた第１の成形体の前記露出表面に前
記タンタル線を溶接する工程と、前記タンタル線溶接後
の第２の成形体を焼結する工程とを含むタンタル陽極体
の製造方法において、前記第２の成形体の形成工程で
は、加圧成形の外型となるダイの型穴中に、タンタル粉
末と前記予め形成した第１の成形体とを、その第１の成
形体がタンタル粉末中に埋め込まれるように充填した
後、押型部品のパンチで加圧することにより前記第２の
成形体を形成した後、その形成された第２の成形体をそ
のまま前記ダイ中に保持すると共に、前記タンタル線の
溶接工程では、前記第２の成形体をダイ中に保持した状
態で前記第１の成形体の露出表面にタンタル線を溶接す
ることにより、タンタル陽極体の製造に際して実施すべ
き焼結が一回であるようにしたことを特徴とする。

【００１６】本発明のタンタル陽極体の製造方法によれ
ば、高密度ペレットを埋め込んだ低密度ペレット（複合
ペレット）を形成した後、その複合ペレットをダイから
取り出さずダイ中に残したままで、タンタル線の溶接を
行う。従来の製造方法とは異って、溶接に際して複合ペ
レットをダイから取り出し、改めて溶接用電極でクラン
プすることをしないので、複合ペレットにクランプに対
する機械的強度を持たせるためにこれを予め焼結してお
く必要は、ない。

【００１７】本発明によれば、従来二回必要であった焼
結工程が、一回で良い。従って、生産効率が、高い。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の製造方
法によるタンタル陽極体の、製造工程のフローチャート
図である。本発明者は発明の一実施の形態として、図１
に示すフローチャート図に基づき、図４に断面を示す構
造のタンタル陽極体を製造した。図２〜図３は、本実施
の形態によるタンタル陽極体の断面を、製造工程順に示
す図である。

【００１９】図４を参照して、本実施の形態によるタン
タル陽極体１は、円柱状の焼結体２と、その焼結体２に
軸方向を向いて直立に溶接されたタンタル線３とからな
る。焼結体２は円柱状の低密度焼結領域２Ｂと、この低
密度焼結領域に、同心で且つ軸に垂直な一表面が露出す
るように埋め込まれた高密度焼結領域２Ａを備えてい
る。低密度焼結領域２Ｂは、タンタル粉末を３〜５ｇ／
ｃｃに加圧成形した低密度ペレットから得られる。高密
度焼結領域２Ａは同じくタンタル粉末を、７ｇ／ｃｃ以
上の密度に加圧成形した高密度ペレットから得られる。

【００２０】本実施の形態によるタンタル陽極体は、下
記の製造工程により製造される。図１〜図４を参照し
て、先ず、高密度焼結領域２Ａとなるべき高密度ペレッ
トを加圧成形する（図１、ステップＳ１）。すなわち、
図２（ａ）に示すように、加圧成形の際の型穴となる貫
通孔を備えるダイ１１と、ダイの貫通孔の下部より嵌入
してタンタル粉末１４を充填する際の孔底となる下パン
チ１２と、下パンチと協働してタンタル粉末１４を加圧
硬化させる上パンチ１３とを使用し、公知の手段により
タンタル粉末１４をダイ１１の孔の中に充填する。そし
て、図２（ｂ）に示すように、上パンチ１３を下降させ
ると同時に下パンチ１２を上昇させ、７ｇ／ｃｃ以上の
密度となるに十分な圧力で加圧硬化させて高密度ペレッ
ト５Ａとする。次いで、図２（ｃ）に示すように、上パ
ンチ１３を所定位置まで上昇させた後下パンチ１２を上
昇させ、ダイ中の高密度ペレット５Ａを排出する。

【００２１】次に、上記の高密度ペレット５Ａを低密度
ペレット５Ｂに埋め込んで、複合ペレットを形成する
（図１、ステップＳ２Ａ）。すなわち、図３（ａ）に示
すように、ダイ２１と下パンチ２２とで形成される粉末
充填孔にタンタル粉末２４を充填した後、充填孔上端の
露出面中央部に前述の高密度ペレット５Ａを埋める。そ
の後、図３（ｂ）に示すように、上パンチ２３を下降さ
せると共に下パンチ２２を上昇させ、低密度ペレット５
Ｂとなるべき部分が３〜５ｇ／ｃｃの密度となるに十分
な圧力で加圧硬化させて、複合ぺレット５を得る。更
に、図２（ｃ）に示すように、上パンチ２３を所定の位
置まで上昇させる。

【００２２】次いで、上記の複合ペレット５に、タンタ
ル線３を溶接する（図１、ステップＳ６Ａ）。すなわ
ち、図２（ｄ）に示すように、予め所定の長さ（この場
合は、６ｍｍ）に切断しておいたタンタル線３を、溶接
電極３２でクランプする。その後、図２（ｅ）に示すよ
うに、タンタル線３の先端が高密度ペレット５Ａの露出
面中央に接触するまで電極３２を下降させることによっ
て、タンタル線３を高密度ペレット５Ａに突当てとし、
電極３２と下パンチ２２との間に電流を流して、複合ペ
レット５がダイ２１中に保持された状態で溶接を行う。
更に、図２（ｆ）に示すように、電極３２を所定の位置
まで上昇させ、図２（ｇ）に示すように、下パンチ２２
を上昇させ溶接済みの複合ペレット５を排出して、タン
タル線の溶接を完了する。

【００２３】最後に、ダイから取り出した複合ペレット
５を真空中で、温度１６００℃，時間３０分間の条件で
焼結して（図１、ステップＳ７）、本実施の形態のタン
タル陽極体を得る。

【００２４】本実施の形態においては、複合ペレットへ
のタンタル線の溶接に際し、複合ペレット５の周囲をダ
イ２１で保持しているので、複合ペレット５の機械的強
度が低くても、これにクラックや欠け或いは割れを発生
させることなくタンタル線２の溶接が可能である。従っ
て、タンタル陽極体の製造に当って焼結作業は、タンタ
ル線溶接後の一回だけで良い。

【００２５】本発明者は、本実施の形態により得たタン
タル陽極体およびこれを用いて製造したコンデンサと、
図５に示す従来の製造方法により得たタンタル陽極体お
よびこれを用いて製造したコンデンサについて、酸素含
有量および漏れ電流を比較した。その結果を、表１に示
す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１を参照すると、本実施の形態によるタ
ンタル固体電解コンデンサの漏れ電流は、従来の製造方
法によるコンデンサの漏れ電流の約１／２．５に激減し
ている。これは、本実施の形態によるタンタル陽極体の
酸素含有量が、従来の製造方法によるタンタル陽極体の
酸素含有量の約６０％に減じていることによるものであ
ると考えられる。

【００２８】尚、本発明の実施の形態において、高密度
焼結領域２Ａの直径は、タンタル線３の直径の４〜５倍
程度であるのが適当であり、又、タンタル陽極体１の直
径の１／４以上１／２以下であるのが望ましいことが分
った。

【００２９】尚また、本実施の形態においては、高密度
焼結領域２Ａの形状を円柱とした例について述べたが、
角柱あるいは球形であっても良いことは、明かであろ
う。また、低密度焼結領域２Ｂも円柱に限らず、角柱で
あっても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のタンタル
陽極体の製造方法では、高密度ペレットを含む低密度ぺ
レットからなる複合ペレットをダイ中に保持したまま、
タンタル線の溶接を行う。これにより本発明によれば、
従来、複合ペレットに機械的強度を与えるために行って
いた焼結作業を省き、溶接により生じる不純物層のクリ
ーニングのための焼結の一度に減じ、陽極体中の酸素含
有量を低下させることができるので、コンデンサの漏れ
電流特性を改善できる。

【００３１】又、生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を説明するための、製造工程
のフローチャート図である。

【図２】一実施の形態によるタンタル陽極体の断面を、
製造工程順に示す図である。

【図３】一実施の形態によるタンタル陽極体の断面を製
造工程順に示す図であって、図２に続く工程における断
面を示す図である。

【図４】タンタル線を溶接により固着した構造のタンタ
ル陽極体であって、低密度焼結領域と高密度焼結領域と
を備えるタンタル陽極体の断面を示す図である。

【図５】従来のタンタル陽極体の製造方法を説明するた
めの、製造工程のフローチャート図である。

【図６】従来の製造方法によるタンタル陽極体の断面を
製造工程順に示す図である。

【図７】従来の製造方法によるタンタル陽極体の断面を
製造工程順に示す図であって、図６に続く工程における
断面を示す図である。

【符号の説明】

１ タンタル陽極体 ２ 焼結体 ２Ａ 高密度焼結領域 ２Ｂ 低密度焼結領域 ３ タンタル線 ４ 溶接部 ５ 成形体 ５Ａ 高密度ペレット ５Ｂ 低密度ペレット １１，２１ ダイ １２，２２ 下パンチ １３，２３ 上パンチ １４，２４ タンタル粉末 ３１，３２ 溶接電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に低密度の多孔質タンタル中に、
   相対的に高密度の多孔質タンタルが前記低密度の多孔質
   タンタルから一部露出するように埋め込まれた構造のタ
   ンタル焼結体と、前記高密度の多孔質タンタルの露出表
   面に溶接されたタンタル線とを含むタンタル陽極体を製
   造する方法であって、予めタンタル粉末を加圧成形して
   前記高密度の多孔質タンタルとなるべき第１の成形体を
   形成する工程と、タンタル粉末を加圧成形して前記タン
   タル焼結体となるべき、内部に前記第１の成形体が埋め
   込まれた第２の成形体を形成する工程と、その第２の成
   形体中に埋め込まれた第１の成形体の前記露出表面に前
   記タンタル線を溶接する工程と、前記タンタル線溶接後
   の第２の成形体を焼結する工程とを含むタンタル陽極体
   の製造方法において、 前記第２の成形体の形成工程では、加圧成形の外型とな
   るダイの型穴中に、タンタル粉末と前記予め形成した第
   １の成形体とを、その第１の成形体がタンタル粉末中に
   埋め込まれるように充填した後、押型部品のパンチで加
   圧することにより前記第２の成形体を形成した後、その
   形成された第２の成形体をそのまま前記ダイ中に保持す
   ると共に、 前記タンタル線の溶接工程では、前記第２の成形体をダ
   イ中に保持した状態で前記第１の成形体の露出表面にタ
   ンタル線を溶接することにより、 タンタル陽極体の製造に際して実施すべき焼結が一回で
   あるようにしたことを特徴とするタンタル陽極体の製造
   方法。