JP4604946B2 - Method for producing porous metal sintered body - Google Patents
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Description
本発明は、ガス用フィルタ部材、電池用セパレータ、非鉄金属鋳造用金型、およびコンデンサ素子などに好適に利用できる多孔質金属焼結体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a porous metal sintered body that can be suitably used for gas filter members, battery separators, non-ferrous metal casting molds, capacitor elements, and the like.
近年、携帯電話、パソコン、デジタルカメラなど、電子機器における部品の技術が飛躍的に進歩している。こうした中、多孔質金属焼結体は様々な分野で利用されている。例えば、ニッケル多孔板がニッケル水素電池の正極等に使用され、また、多孔質金属焼結体がコンデンサ素子に使用され、その大きな表面積が利用されている。その他の分野においても、例えば金属扁平粉から成形された中空状金属多孔質体がガス用フィルタ部材に用いられている。また、多孔質金属の金型が、低圧鋳造やダイカスト用等の鋳造用金型に用いられている。 In recent years, the technology of parts in electronic devices such as mobile phones, personal computers, digital cameras, etc. has dramatically improved. Under such circumstances, porous metal sintered bodies are used in various fields. For example, a porous nickel plate is used for a positive electrode of a nickel metal hydride battery, a porous metal sintered body is used for a capacitor element, and its large surface area is utilized. Also in other fields, for example, hollow metal porous bodies formed from flat metal powder are used for gas filter members. Porous metal molds are used for casting molds such as low pressure casting and die casting.
これらの多孔質金属焼結体は、例えば金属粉、または金属粉と樹脂を用いて造粒された金属造粒粉と、必要に応じてバインダ樹脂を撹拌混合して混合物を形成後、該混合物をプレス成形して得られた成形体を焼成して製造されている。あるいは金属粉及びバインダ樹脂を含有する混合物を混練して混練物を形成し、前記混練物を成形した成形体を焼成して製造されている。
例えば、金属粉に有機酸エステルを添加、混練し、その後、アルカリ水溶性フェノール樹脂を添加、混練し、これにより得られた混合物を金型形状に成形し、真空中もしくは不活性雰囲気中で成形体を焼成する製造方法が開示されている(特許文献1参照)。
また、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂にニッケル微粉を混合し、その後、押し出し成形し、紫外線を照射して短繊維を製造した後、その短繊維と、水、整包剤、結合剤、および分散剤とを混合して、グリーンテープに成形し、還元性の雰囲気で脱脂し、焼結して金属多孔板を製造する方法が開示されている(特許文献2参照)。
また、タンタル金属微粒子、バインダ、および易焼結性金属を含むペーストを基材に塗布し、真空中あるいは不活性雰囲気中で焼結した後、易焼結性金属を溶出除去する製造方法が開示されている(特許文献3参照)。
These porous metal sintered bodies are, for example, formed by mixing metal powder or metal granulated powder granulated using metal powder and resin and, if necessary, a binder resin to form a mixture. It is manufactured by firing a molded body obtained by press molding. Alternatively, it is manufactured by kneading a mixture containing metal powder and a binder resin to form a kneaded product, and firing a molded body obtained by molding the kneaded product.
For example, an organic acid ester is added to a metal powder and kneaded, and then an alkaline water-soluble phenol resin is added and kneaded. The resulting mixture is molded into a mold shape and molded in a vacuum or in an inert atmosphere. A manufacturing method for firing a body is disclosed (see Patent Document 1).
Also, after mixing nickel fine powder into a thermoplastic resin such as polyethylene, and then extruding and producing short fibers by irradiating with ultraviolet rays, the short fibers and water, a packing agent, a binder, and a dispersing agent Is formed into a green tape, degreased in a reducing atmosphere, and sintered to produce a metal porous plate (see Patent Document 2).
Also disclosed is a manufacturing method in which a paste containing fine particles of tantalum metal, a binder, and an easily sinterable metal is applied to a substrate and sintered in a vacuum or in an inert atmosphere, and then the sinterable metal is eluted and removed. (See Patent Document 3).
このような多孔質金属焼結体においては、各用途における特性向上を図るためには空孔率を上げることが重要なことが多い。空孔率を上げることにより多孔質体の表面積が向上するため、例えばニッケル水素電池の正極に用いられるニッケル多孔板やタンタル電解コンデンサ陽極素子、触媒などの用途においては、機能性を有する部分が増加してその特性が向上する。また、フィルタや含油軸受けでは、連通孔が多数形成された空孔率の高い多孔質体を形成することによって良好な特性を得ることができる。
多孔質体の空孔は、金属粉間に形成されていた小さな隙間や、バインダとしての樹脂が消失、除去された空間に発生する。空孔率を上げるためには金属粉の密度を下げ、バインダを多く含有した焼結用成形体を作製する方法が考えられるが、バインダを消失させる過程において成形体形状が破損するため、所望の構造の焼結体を得ることは困難である。
特に、多孔質体の表面積を向上させるために、多孔質体を構成する金属粉の粒径を小さくした場合には、逆に空孔が目詰まりを起こして有効な空孔体積を確保できなくなることがあった。また、バインダが消失しきれず炭素残渣となって焼結体中に残留することがあった。
In such a porous metal sintered body, it is often important to increase the porosity in order to improve the characteristics in each application. Since the surface area of the porous body is improved by increasing the porosity, the number of functional parts increases in applications such as nickel porous plates, tantalum electrolytic capacitor anode elements, and catalysts used for the positive electrode of nickel metal hydride batteries. Thus, the characteristics are improved. Moreover, in a filter or an oil-impregnated bearing, good characteristics can be obtained by forming a porous body having a high porosity in which a large number of communication holes are formed.
The pores of the porous body are generated in a space where a small gap formed between the metal powders or a resin as a binder disappears and is removed. In order to increase the porosity, it is conceivable to reduce the density of the metal powder and prepare a sintered compact containing a large amount of binder. However, the shape of the compact is damaged in the process of disappearing the binder. It is difficult to obtain a sintered body having a structure.
In particular, when the particle size of the metal powder constituting the porous body is reduced in order to improve the surface area of the porous body, the pores are clogged and it becomes impossible to secure an effective pore volume. There was a thing. In addition, the binder may not be completely lost and may remain as a carbon residue in the sintered body.
このような問題を解決し、空孔率の大きい多孔質金属焼結体を作製するために、焼結用成形体中に空孔形成用の微粒子を含有させ、該微粒子の消失によって安定した空孔を形成することが行われている。例えば、タンタル電解コンデンサの陽極体を形成させる際に、材料として50〜200μmの弁作用金属造粒粉と平均粒径20μm以下の固形有機物とを混合した粉末を使用することにより、陽極体中の空孔・空隙を増大させる製造方法が開示されている(特許文献4参照)。この製造方法では、成形体の焼結の際に固形有機物を消失させることで、多孔質金属焼結体に空孔を形成させ、陰極形成用電解質液の浸透を容易にするとされており、有機固形物(空孔形成材)として、ポリビニルアルコール系の有機固形物、アクリル系有機固形物、樟脳が例示されている。
しかし、バインダと固形有機物との加熱による消失、除去は、ほぼ同時に進行するため、空孔を形成している外壁が破損しやすく、焼結用成形体や焼結体の形状を維持しつつ空孔率を増加させることが困難であった。特に、樟脳はバインダに先立って消失し、除去することが可能であるが、小粒径化することが困難であり、10μm以下の微小な孔径の空孔を形成するために使用することはできなかった。
In order to solve such problems and produce a porous metal sintered body having a high porosity, fine particles for forming pores are contained in the sintered compact, and stable voids are formed by the disappearance of the fine particles. The formation of holes is performed. For example, when forming an anode body of a tantalum electrolytic capacitor, by using a powder obtained by mixing 50 to 200 μm of valve action metal granulated powder and a solid organic substance having an average particle diameter of 20 μm or less as a material, The manufacturing method which increases a void | hole and a space | gap is disclosed (refer patent document 4). In this manufacturing method, it is said that by eliminating solid organic matter during sintering of the molded body, pores are formed in the porous metal sintered body and the penetration of the electrolyte solution for forming the cathode is facilitated. Examples of solids (hole forming materials) include polyvinyl alcohol organic solids, acrylic organic solids, and camphor.
However, since the disappearance and removal of the binder and the solid organic matter by heating proceed almost simultaneously, the outer wall forming the pores is likely to be damaged, and the shape of the sintered compact or sintered body is maintained while maintaining the shape. It was difficult to increase the porosity. In particular, camphor disappears prior to the binder and can be removed, but it is difficult to reduce the particle size, and it cannot be used to form pores with a fine pore size of 10 μm or less. There wasn't.
このため空孔形成材とバインダの消失温度に差を付けて安定した空孔を形成する試みがなされており、バインダの分解開始温度より高い分解開始温度を有する空間形成材を用いて、バインダを除去する第1工程と、空孔形成材を除去して焼結体を得る第2工程を経て多孔質焼結体を得ることが検討されている(特許文献5参照)。しかし、第2工程の空孔形成材の分解に伴う多量のガス発生によって、バインダが除去された成形体が破損しやすいという問題があった。
さらに、空孔形成体である樹脂粒子を溶剤によって選択的に抽出した後、バインダを加熱脱脂する方法が提案されている(特許文献6参照)。しかし、樹脂粒子の粒径が小さい場合には、多孔質の細部にまで溶媒を浸透させることは困難であるため、抽出操作に時間がかかる上、樹脂粒子を完全に除去することは困難であった。
このように、安定した空孔率の大きい焼結体を形成することは容易ではなく、特に金属粉の粒径が小さい場合には、充分な量の空孔を有し、かつ形状安定性に優れる焼結体を製造することは困難であった。
For this reason, attempts have been made to form stable pores by making a difference between the disappearance temperature of the hole forming material and the binder, and using a space forming material having a decomposition start temperature higher than the decomposition start temperature of the binder, It has been studied to obtain a porous sintered body through a first step of removing and a second step of removing a pore forming material to obtain a sintered body (see Patent Document 5). However, there has been a problem that the molded body from which the binder has been removed is liable to be damaged by the generation of a large amount of gas accompanying the decomposition of the pore forming material in the second step.
Furthermore, a method has been proposed in which resin particles that are pore forming bodies are selectively extracted with a solvent, and then the binder is heated and degreased (see Patent Document 6). However, when the particle size of the resin particles is small, it is difficult to allow the solvent to penetrate into the porous details. Therefore, the extraction operation takes time and it is difficult to completely remove the resin particles. It was.
As described above, it is not easy to form a stable sintered body having a large porosity, and in particular when the metal powder has a small particle size, it has a sufficient amount of pores and has shape stability. It was difficult to produce an excellent sintered body.
具体的な例として、タンタル電解コンデンサ陽極素子に使用されるタンタル金属の多孔質金属焼結体では、バインダ樹脂を混ぜたタンタル金属粉を所定の金型で成形し、焼結した後、一次粒子が凝集して形成された二次粒子間に空孔を形成することにより、一定の空孔率を確保していた。タンタル電解コンデンサをさらに小型化、大容量化するためには、多孔質金属焼結体の表面積を大きくする必要があり、そのため、多孔質金属焼結体を構成するタンタル金属粉の粒子径を小さくする検討が行われている。
しかし、タンタル金属粉の粒子径を小さくすると、比較的低温でも融着し、空孔がつぶれやすいばかりでなく、二次粒子内における粒子間の凝集力が低下して二次粒子が崩れやすくなるため、金型成形後に空孔が潰れ、多孔質体を形成しにくくなる。また、二次粒子同士の隙間に形成される細孔は一次粒子同士の隙間に形成される細孔より孔径が大きいため、二次粒子が崩壊すると陰極形成用の電解質液を焼結体中に浸透させるための十分な空隙が形成されなくなる。このため、タンタル電解コンデンサにおいて、タンタル金属粉の粒子径を小さくして、空孔面積を増やし静電容量を上げようとすると、静電容量の引き出し率が向上せず、コンデンサの性能を充分に向上させることができない。
特にCV値が10kCV以上の粒径の小さいタンタル金属粉を用いたときにタンタル金属粉の特性に充分対応した静電容量の電解コンデンサを製造することができず問題となっていた。
However, when the particle size of the tantalum metal powder is reduced, not only does it melt at a relatively low temperature and the vacancies are easily crushed, but the cohesive force between the particles in the secondary particles is reduced and the secondary particles are liable to collapse. For this reason, the pores are crushed after the mold is formed, and it becomes difficult to form a porous body. Moreover, since the pores formed in the gaps between the secondary particles have a larger pore diameter than the pores formed in the gaps between the primary particles, when the secondary particles collapse, the electrolyte solution for forming the cathode is put into the sintered body. Sufficient voids for penetration are not formed. For this reason, in a tantalum electrolytic capacitor, if the particle size of the tantalum metal powder is reduced to increase the hole area and increase the capacitance, the capacitance extraction rate does not improve and the performance of the capacitor is sufficiently improved. It cannot be improved.
In particular, when a small tantalum metal powder having a CV value of 10 kCV or more is used, an electrolytic capacitor having a capacitance sufficiently corresponding to the characteristics of the tantalum metal powder cannot be manufactured.
本発明の目的は、空孔率の大きい多孔質金属焼結体を安定して製造することのできる製造方法であって、特に体積の小さな空孔が多数分布することによって高い空孔率を形成している多孔質金属焼結体を安定に製造する製造方法を提供することにある。
特に、本発明の目的は、高容量化のために小さな一次粒径の弁作用金属を用いた場合でも高い空孔率の多孔質金属焼結体の製造が可能であって、電解質液が浸透しやすいために容易に表面処理できる電解コンデンサ用陽極素子用の多孔質金属焼結体の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is a production method capable of stably producing a porous metal sintered body having a large porosity, and in particular, a high porosity is formed by the distribution of a large number of pores having a small volume. Another object of the present invention is to provide a production method for stably producing a porous metal sintered body.
In particular, the object of the present invention is to produce a porous metal sintered body having a high porosity even when a valve metal having a small primary particle size is used for high capacity, and the electrolyte solution penetrates. It is an object of the present invention to provide a method for producing a porous metal sintered body for an anode element for an electrolytic capacitor that can be easily surface-treated.
本願請求項1の多孔質金属焼結体の製造方法は、金属粉と空孔形成材とバインダ樹脂とを含有する成形体を形成し、前記成形体を前記空孔形成材の分解温度以上に加熱して前記空孔形成材を熱分解させた後、これより高温の燒結温度で前記成形体を焼結する多孔質金属焼結体の製造方法において、前記空孔形成材が、微生物の細胞内で生産されたポリヒドロキシアルカノエートの粒子であることを特徴とする。
本発明の多孔質金属焼結体の製造方法は、前記成形体が金属粉と空孔形成材とバインダ樹脂と溶媒とを含有する金属粉末分散液を基体に塗布または印刷して成形体を形成した後、前記塗布物または印刷物から前記基体を剥離して形成されるものであってもよい。このような塗布または印刷工程を経ることにより膜厚の薄い成形体を形成でき、シート状の多孔質金属焼結体を容易に作製することができる。
本発明の多孔質金属焼結体の製造方法においては、前記金属粉が弁作用金属であってもよく、この場合CV値が100kCV以上であると本発明の効果が顕著であり好ましい。
また、本発明の多孔質金属焼結体の製造方法においては、前記弁作用金属がタンタルからなってもよい。また、本発明の多孔質金属焼結体の製造方法においては、前記成形体にリードを設けた後に焼結してもよい。
The method for producing a porous metal sintered body according to
In the method for producing a sintered porous metal according to the present invention, the molded body is formed by applying or printing a metal powder dispersion containing metal powder, a pore forming material, a binder resin and a solvent on a substrate. Then, the substrate may be formed by peeling the substrate from the coated or printed material. By passing through such a coating or printing process, a thin molded body can be formed, and a sheet-like porous metal sintered body can be easily produced.
In the method for producing a sintered porous metal according to the present invention, the metal powder may be a valve metal. In this case, it is preferable that the CV value is 100 kCV or more because the effect of the present invention is remarkable.
In the method for producing a sintered porous metal according to the present invention, the valve metal may be tantalum. Moreover, in the manufacturing method of the porous metal sintered body of this invention, you may sinter after providing a lead | read | reed to the said molded object .
本発明の多孔質金属焼結体の製造方法によれば、空孔形成材として微生物の細胞内で生産された生産されたポリヒドロキシアルカノエートの微小粒子を用いているため、空孔径の小さく、形状と大きさの均一な多数の空孔を形成できる。また該微小粒子は分解開始温度が低くかつ一定であるため、バインダ樹脂よりも先にかつ速やかにほとんど全ての空孔形成材が分解する。このため、脱脂、焼結の多孔質金属焼結体形成のための諸過程において成形体や焼結体が破損することがなく、かつ残留炭素を燒結体内に残すことなく、空孔率の高い焼結体を安定にかつ容易に製造できる。
特に前記製造方法を電解コンデンサの陽極素子の製造に用いた場合には、陽極素子中に空孔を安定して形成することができ、陰極形成用電解質液を浸透させやすくできる。その結果、粒径の小さい弁作用金属粉を用いた場合でも空孔を形成することができ、小粒径の弁作用金属粉が本来有している大きな静電容量を実現でき、電解コンデンサの性能を向上させることができる。
According to the method for producing a sintered porous metal of the present invention, since the produced polyhydroxyalkanoate microparticles produced in the cells of microorganisms are used as the pore forming material, the pore diameter is small, A large number of holes having a uniform shape and size can be formed. Further, since the decomposition start temperature of the fine particles is low and constant, almost all the pore forming materials are decomposed earlier and more quickly than the binder resin. For this reason, in the various processes for forming a porous metal sintered body of degreasing and sintering, the molded body and the sintered body are not damaged, and the residual carbon is not left in the sintered body, and the porosity is high. A sintered body can be manufactured stably and easily.
In particular, when the manufacturing method is used for manufacturing an anode element of an electrolytic capacitor, pores can be stably formed in the anode element, and the cathode forming electrolyte solution can be easily infiltrated. As a result, even when a valve metal powder having a small particle size is used, holes can be formed, and the large capacitance inherent in the valve metal powder having a small particle size can be realized. Performance can be improved.
(第1の実施形態例)
本発明の多孔質金属焼結体の製造方法における第1の実施形態例について説明する。第1の実施形態例の製造方法は、いわゆる乾式法であり、まず、金属粉と空孔形成材とバインダ樹脂とを含有する混合物を金型に充填しプレス成形等で成形体を形成する。その後、該成形体を空孔形成材の分解温度以上に加熱して、該空孔形成材を熱分解させた後、これより高温の燒結温度で該成形体を燒結して多孔質金属焼結体を形成する。
(First embodiment)
A first embodiment in the method for producing a porous metal sintered body of the present invention will be described. The manufacturing method of the first embodiment is a so-called dry method. First, a mixture containing metal powder, a hole forming material, and a binder resin is filled in a mold and a molded body is formed by press molding or the like. Thereafter, the molded body is heated to a temperature higher than the decomposition temperature of the pore-forming material to thermally decompose the pore-forming material, and then the molded body is sintered at a sintering temperature higher than this to sinter porous metal. Form the body.
金属粉を構成する金属材料としては特に限定されず、例えばFe、Ni、Co、Cr、Mn、Zn、Pt、Au、Ag、Cu、Pd、Al、W、Ti、V、Mo、Nb、Zr、Ta、等のうち少なくとも1種、あるいはこれらのうち少なくとも1種を含む合金が挙げられる。金属粉は純度99.5%以上であることが好ましく、また安定した多孔質体を形成するためには体積平均粒径が1〜100μmの凝集粉であることが好ましい。金属粉の中でも、コンデンサ素子としての適性の点においては、弁作用金属からなり、CV値が100kCV以上のものが好ましい。弁作用金属としては、タンタル、アルミニウム、ニオブ、チタンなどが挙げられ、これらの弁作用金属の中でも、タンタル、ニオブが好適であ
り、さらには、タンタルが特に好ましい。
またその一次粒子径は、コンデンサ素子として利用した際に高容量にできることから、0.01〜5.0μmであることが好ましく、0.01〜1.0μmであることがより好ましい。
金属粉は一次粒子が凝集した凝集粉であってもよい。また樹脂を用いて造粒された金属造粒粉であってもよい。金属造粒粉の場合はそのまま空孔形成材と混合してプレス成形を行うことによって成形体を形成することができる。
The metal material constituting the metal powder is not particularly limited. For example, Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Zn, Pt, Au, Ag, Cu, Pd, Al, W, Ti, V, Mo, Nb, Zr , Ta, etc., or an alloy containing at least one of these. The metal powder preferably has a purity of 99.5% or more, and is preferably an aggregated powder having a volume average particle diameter of 1 to 100 μm in order to form a stable porous body. Among metal powders, in terms of suitability as a capacitor element, those made of valve metal and having a CV value of 100 kCV or more are preferable. Examples of the valve action metal include tantalum, aluminum, niobium, and titanium. Among these valve action metals, tantalum and niobium are preferable, and tantalum is particularly preferable.
Further, the primary particle diameter is preferably 0.01 to 5.0 μm, more preferably 0.01 to 1.0 μm, because it can have a high capacity when used as a capacitor element.
The metal powder may be an agglomerated powder in which primary particles are agglomerated. Moreover, the metal granulated powder granulated using resin may be sufficient. In the case of metal granulated powder, a molded body can be formed by mixing with a pore forming material as it is and performing press molding.
本発明における空孔形成材は、微生物の細胞内で生産されたポリヒドロキシアルカノエートの粒子である。本発明のポリヒドロキシアルカノエートは化学的合成も行われているが、立体規則性をもって高分子量の重合を行うことが困難で、すでに工業的生産検討の始まった微生物を用いた方法に比べて遅れている。また、かりに化学的方法によって合成されたとしても、さらに均一な粒子化を行う点で困難が伴うと予想される。
本発明のポリヒドロキシアルカノエートは、下式(1)で示される3−ヒドロキシアルカノエートの縮合重合体であって、RはCnH2n+1で表されるアルキル基であり、n=1〜15であることが好ましい。
The pore-forming material in the present invention is polyhydroxyalkanoate particles produced in the cells of a microorganism. Although the polyhydroxyalkanoate of the present invention has been chemically synthesized, it is difficult to carry out high molecular weight polymerization with stereoregularity, which is behind the method using microorganisms that have already begun industrial production studies. ing. Moreover, even if synthesized by a chemical method, it is expected that there will be difficulties in terms of further uniform particle formation.
The polyhydroxyalkanoate of the present invention is a condensation polymer of 3-hydroxyalkanoate represented by the following formula (1), wherein R is an alkyl group represented by C n H 2n + 1 , and n = 1 to 15 It is preferable that
3−ヒドロキシアルカノエートの具体例としては、n=1の3−ヒドロキシブチレート、n=2の3−ヒドロキシバレレート、n=3の3−ヒドロキシヘキサノエート、n=4の3−ヒドロキシヘプタノエート、n=5の3−ヒドロキシオクタノエート、n=6の3−ヒドロキシノナノエート、n=7の3−ヒドロキシデカノエート、n=8の3−ヒドロキシウンデカノエート、n=9の3−ヒドロキシドデカノエートなどが挙げられ、これらの単独重合体であってもよいし、共重合体であってもよい。
ポリヒドロキシアルカノエートの中でも、n=1の3−ヒドロキシブチレートとn=3の3−ヒドロキシヘキサノエートとの共重合体(PHBH)が好ましい。
Specific examples of 3-hydroxyalkanoates include: n = 1 3-hydroxybutyrate, n = 2 3-hydroxyvalerate, n = 3 3-hydroxyhexanoate, n = 4 3-hydroxyhepta Noate, 3-hydroxyoctanoate with n = 5, 3-hydroxynonanoate with n = 6, 3-hydroxydecanoate with n = 7, 3-hydroxyundecanoate with n = 8, n = 9 3-hydroxydodecanoate etc. are mentioned, These homopolymers may be sufficient and a copolymer may be sufficient.
Among polyhydroxyalkanoates, a copolymer (PHBH) of 3-hydroxybutyrate with n = 1 and 3-hydroxyhexanoate with n = 3 is preferable.
ポリヒドロキシアルカノエートを生産する微生物としては、例えば、A.lipolytica、A.eutrophus、A.latusなどのアルカリゲネス属(Alcaligenes)、シュウドモナス属(Pseudomonas)、バチルス属(Bacillus)、アゾトバクター属(Azotobacter)、ノカルディア属(Nocardia)、アエロモナス属(Aeromonas)などの菌が挙げられる。これらの中でも、特にA.caviaeなどの菌株、さらにはPHA合成酵素群の遺伝子を導入したAlcaligenes eutrophus AC32(FERM P−15786)(J.Bacteriol.,179,4821−4830頁(1997))などが好ましい。
これらの微生物を適切な条件で培養することで菌体内にポリヒドロキシアルカノエートを蓄積させた微生物菌体を得ることができ、その微生物菌体を処理して微生物の組織から円心分離法等による分離を行って、ポリヒドロキシアルカノエートを取り出すことができる。
Examples of microorganisms that produce polyhydroxyalkanoates include A. lipolytica, A.I. eutrophus, A.M. Examples include alkalis such as latus, Alcaligenes, Pseudomonas, Bacillus, Azotobacter, Nocardia, Aeromonas and the like. Among these, A. A strain such as Caviae, and Alcaligenes eutrophus AC32 (FERM P-15786) (J. Bacteriol., 179, pages 4821-4830 (1997)) into which genes of the PHA synthase group have been introduced are preferred.
By culturing these microorganisms under appropriate conditions, it is possible to obtain microbial cells in which polyhydroxyalkanoate is accumulated in the microbial cells. Separation can be performed to remove the polyhydroxyalkanoate.
また微生物を用いた生産では、通常、光学異性体の一方のみが選択的に生産されるため、化学的、物理的性質の一様性が高く、化学構造的にも均質である。このため分解温度の分布も狭く、一定の温度範囲で速やかに全量が分解するという特徴を有する。さらに硬度も高く成形体を形成する過程で変形を起こしにくい。
さらにこれら微生物を用いて生産されるポリヒドロキシアルカノエートは、多くの有機溶剤に対して化学的に安定であって、金属粉、バインダ、有機溶剤とともに混合してスラリーを形成するときに、溶解、膨潤することが少なく、湿式法によって多孔質焼結体を作製するときの溶剤が制限されることがほとんど無いため、特に湿式法において好適に使用することができる。
これら微生物を用いて生産されるポリヒドロキシアルカノエートは、微生物の個体の形状や大きさによって規制されるため、粒径が小さくまた粒度分布が一様であるという特徴を有している。このため微生物の属種を選択することによりその形状や大きさを調整することができる。また微生物にポリヒドロキシアルカノエートを産生させるときの培養条件によって制御することもできる。
このようにポリヒドロキシアルカノエートの粒子径により、多孔質金属焼結体に形成する空孔の径を制御することができる。またその添加量によって空孔の数を制御することができる。このため、ポリヒドロキシアルカノエートの粒径、添加量を選定することによって、使用する金属粉の種類やその一次粒子径の大きさに適合して良好な機械的強度を有し、また各用途に適合した空孔の大きさやその数、分布を実現することができる。多孔質金属焼結体を電解コンデンサに使用する場合には、より適切な空孔を形成し、容量の低下をより抑えて高容量にしつつ陰極形成用電解質液をより浸透しやすくできることから、ポリヒドロキシアルカノエートの粒子径は特に1〜10μmであることが好ましい。またその添加量は、金属焼結体の機械的強度を低下させず効果的な空孔を形成するためのは金属粉との体積比で1〜50%であることが好ましく、5〜30%であることがさらに好ましい。
また微生物の細胞内で生産されたポリヒドロキシアルカノエートを微粒子として取り出すためには、ポリヒドロキシアルカノエートを含有する微生物を、タンパク質分解酵素や界面活性剤、または機能水で処理してポリヒドロキシアルカノエート以外の細胞物質を可溶化し、ポリヒドロキシアルカノエートの微粒子を取り出す方法が用いられる(特開昭60−145097、特開2000−166585)。
In production using microorganisms, usually only one of the optical isomers is selectively produced, so that the uniformity of chemical and physical properties is high and the chemical structure is homogeneous. For this reason, the distribution of the decomposition temperature is narrow, and the entire amount is rapidly decomposed within a certain temperature range. Furthermore, it has high hardness and is less likely to be deformed in the process of forming a molded body.
Furthermore, the polyhydroxyalkanoate produced using these microorganisms is chemically stable to many organic solvents, and dissolves when mixed with metal powder, binder and organic solvent to form a slurry. Since it hardly swells and the solvent for producing the porous sintered body by the wet method is hardly limited, it can be suitably used particularly in the wet method.
Polyhydroxyalkanoates produced using these microorganisms are characterized by their small particle size and uniform particle size distribution because they are regulated by the shape and size of the individual microorganisms. For this reason, the shape and size can be adjusted by selecting the genus species of the microorganism. It can also be controlled by the culture conditions when the microorganism produces polyhydroxyalkanoate.
Thus, the diameter of the pores formed in the porous metal sintered body can be controlled by the particle diameter of the polyhydroxyalkanoate. Further, the number of holes can be controlled by the added amount. For this reason, by selecting the particle size and addition amount of polyhydroxyalkanoate, it has good mechanical strength according to the type of metal powder used and the size of its primary particle size, and for each application It is possible to realize the size, number, and distribution of adapted holes. When a porous metal sintered body is used for an electrolytic capacitor, it is possible to form a more appropriate hole, and more easily permeate the electrolyte solution for forming a cathode while suppressing a decrease in capacity and increasing the capacity. The particle diameter of the hydroxyalkanoate is particularly preferably 1 to 10 μm. The amount added is preferably 1 to 50% in volume ratio with the metal powder in order to form effective pores without reducing the mechanical strength of the sintered metal, and 5 to 30%. More preferably.
In addition, in order to take out the polyhydroxyalkanoate produced in the cells of the microorganism as fine particles, the polyhydroxyalkanoate containing the polyhydroxyalkanoate is treated with a proteolytic enzyme, a surfactant, or functional water to obtain polyhydroxyalkanoate. A method of solubilizing cellular materials other than those and taking out polyhydroxyalkanoate fine particles is used (Japanese Patent Laid-Open Nos. 60-145097 and 2000-166585).
バインダ樹脂としては公知のバインダ樹脂を用いることができる。好適なバインダ樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ブチラール樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、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、天然樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は単独で、あるいは2種類以上を混合して利用できる。
これらの中でも、アクリル樹脂が好ましい。アクリル樹脂は、真空中でバインダを分解、除去した後に、ほぼ完全に分解し、炭素として残留することがないため、アクリル樹脂を用いた電解コンデンサは漏れ電流を低く抑えることができる。
バインダ樹脂のガラス転移点は、50℃以下が好ましく、室温以下がより好ましい。バインダ樹脂のガラス転移点が50℃以下であれば、成形体に可撓性をもたせることができるため焼結完了に至るまでの工程中での破損を少なくすることができる。
原料混合物中のバインダ樹脂の含有量は、金属粉100質量部あたり0.01〜30質量部の範囲が好ましく、0.01〜15質量部の範囲が特に好ましい。
金属粉とバインダ樹脂と空孔形成材を含有する成形体を、塗料の塗布工程を経ない乾式法で形成する方法としては、公知の方法を広く用いることができる。例えば、樹脂を用いて造粒された金属粉と空孔形成材とを、撹拌混合して混合物とし、該混合物を金型に充填してプレス成形する方法を用いることが出来る。
また、金属粉とバインダ樹脂を溶剤に溶解して金属粉表面に吹き付け、バインダ樹脂によって被覆された金属粉と空孔形成材を撹拌混合し、金型にてプレス成形して成形体を形成することもできる。
A known binder resin can be used as the binder resin. Suitable binder resins include, for example, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, butyral resin, phenol resin, acrylic resin, urea resin, polyurethane, polyvinyl acetate, epoxy resin, melamine resin, alkyd resin, nitrocellulose resin, and natural resin. Can be mentioned. These resins can be used alone or in admixture of two or more.
Among these, an acrylic resin is preferable. Since the acrylic resin decomposes almost completely after the binder is decomposed and removed in a vacuum and does not remain as carbon, the electrolytic capacitor using the acrylic resin can keep the leakage current low.
The glass transition point of the binder resin is preferably 50 ° C. or less, and more preferably room temperature or less. If the glass transition point of the binder resin is 50 ° C. or lower, the molded body can be made flexible, so that damage during the process up to the completion of sintering can be reduced.
The content of the binder resin in the raw material mixture is preferably in the range of 0.01 to 30 parts by mass, particularly preferably in the range of 0.01 to 15 parts by mass per 100 parts by mass of the metal powder.
As a method for forming a molded body containing a metal powder, a binder resin, and a pore-forming material by a dry method that does not go through a coating step, a known method can be widely used. For example, it is possible to use a method in which metal powder granulated using a resin and a pore-forming material are mixed by stirring to form a mixture, and the mixture is filled in a mold and press-molded.
Also, the metal powder and binder resin are dissolved in a solvent and sprayed onto the surface of the metal powder, the metal powder coated with the binder resin and the pore-forming material are mixed by stirring, and press-molded with a mold to form a molded body. You can also.
乾式法で電解コンデンサ陽極素子用の多孔質金属焼結体を製造するためには、弁作用金属粉、バインダ樹脂、ポリヒドロキシアルカノエートよりなる空孔形成材を混合し、金型に充填する。次いで、リード線となるタンタルワイヤーを植立し、例えば約60℃で約60〜120分乾燥した後、真空中、約300〜600℃で熱処理して成形体中の空孔形成材およびバインダ樹脂を除去する。さらに、約10〜30分間、約1200〜1600℃で高温加熱処理(焼結)して金属粉同士および金属粉とリードとを融着させる。これにより、電解コンデンサ陽極素子形成用のリード線と一体化した多孔質金属焼結体を得ることができる。 In order to manufacture a porous metal sintered body for an electrolytic capacitor anode element by a dry method, a hole forming material made of valve action metal powder, binder resin and polyhydroxyalkanoate is mixed and filled in a mold. Next, a tantalum wire to be a lead wire is planted and dried, for example, at about 60 ° C. for about 60 to 120 minutes, and then heat treated at about 300 to 600 ° C. in a vacuum to form a pore forming material and a binder resin in the molded body Remove. Furthermore, high-temperature heat treatment (sintering) is performed at about 1200 to 1600 ° C. for about 10 to 30 minutes, and the metal powders and the metal powder and the lead are fused. Thereby, the porous metal sintered body integrated with the lead wire for forming the electrolytic capacitor anode element can be obtained.
(第2の実施形態例)
本発明の多孔質金属焼結体の製造方法における第2の実施形態例について説明する。
第2の実施形態例の製造方法は湿式法であり、まず、金属粉と空孔形成材とバインダ樹脂と溶媒とを混合分散し、好ましくは塗料様の金属粉末分散液を調製する。該金属粉末分散液を基体上に塗布または印刷を行って塗布物または印刷物を作成した後、該塗布物または印刷物から前記基体を剥離して成形体を形成する。該成形体から多孔質金属焼結体を形成する工程は第1の実施形態例と同様である。なお、第2の実施形態例の製造方法において、金属粉、空孔形成材、バインダ樹脂は第1の実施形態例の中から溶媒に可溶なものを使用することができるので、それらの説明は省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the method for producing a porous metal sintered body of the present invention will be described.
The manufacturing method of the second embodiment is a wet method. First, a metal powder, a pore forming material, a binder resin, and a solvent are mixed and dispersed, and a paint-like metal powder dispersion is preferably prepared. The metal powder dispersion is applied or printed on a substrate to produce a coated or printed material, and then the substrate is peeled off from the coated or printed material to form a molded body. The step of forming the porous metal sintered body from the molded body is the same as in the first embodiment. In addition, in the manufacturing method of the second embodiment, the metal powder, the hole forming material, and the binder resin can be used those soluble in the solvent from the first embodiment. Is omitted.
金属粉末分散液を構成する溶媒としては、水、あるいはメタノール、IPA(イソプロピルアルコール)、ジエチレングリコール等のアルコール類、メチルセロソルブ等のセロソルブ類、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、キシレン等の芳香族炭化水素類等が挙げられ、単独でまたは2種類以上混合して用いることができる。これらの中でも、孔径をより制御しやすくなることから、ポリヒドロキシアルカノエートを溶解しないものが好ましい。ポリヒドロキシアルカノエートを溶解しない溶媒としては、例えば、水、あるいはメタノール、IPA(イソプロピルアルコール)、ジエチレングリコール等のアルコール類、メチルセロソルブ等のセロソルブ類、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、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類等が挙げられ、単独でまたは2種類以上混合して用いることができる。
金属粉末分散液中の溶媒の含有量は、金属粉末分散液を適当な基体表面に塗布あるいは印刷する工程がスムーズに実行できる程度に設定される。
Examples of the solvent constituting the metal powder dispersion include water, alcohols such as methanol, IPA (isopropyl alcohol) and diethylene glycol, cellosolves such as methyl cellosolve, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and isophorone, and N, N-dimethyl. Examples include amides such as formamide, esters such as ethyl acetate, ethers such as dioxane, chlorinated solvents such as methyl chloride, and aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene. These may be used alone or in combination. Can be used. Among these, those that do not dissolve the polyhydroxyalkanoate are preferable because the pore diameter can be more easily controlled. Solvents that do not dissolve the polyhydroxyalkanoate include, for example, water, alcohols such as methanol, IPA (isopropyl alcohol) and diethylene glycol, cellosolves such as methyl cellosolve, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and isophorone, N, N -Amides such as dimethylformamide, esters such as ethyl acetate, ethers such as dioxane, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, and the like can be used alone or in admixture of two or more.
The content of the solvent in the metal powder dispersion is set to such an extent that the step of applying or printing the metal powder dispersion on an appropriate substrate surface can be performed smoothly.
また、金属粉末分散液には、前記金属粉、バインダ樹脂および溶媒の他に、金属粉末分散液を適当な基体表面に塗布あるいは印刷するために好適な物性とし、金属粉の分散を安定に保つために各種添加剤を適宜配合できる。好適な添加剤としては、例えばフタル酸エステル、燐酸エステル、脂肪酸エステル等の分散剤、グリコール類等の可塑剤、低沸点アルコール、シリコーン系あるいは非シリコーン系等の消泡剤、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、4級アンモニウム塩等の分散剤などが挙げられる。 In addition to the metal powder, binder resin, and solvent, the metal powder dispersion has suitable physical properties for applying or printing the metal powder dispersion on an appropriate substrate surface, and keeps the dispersion of the metal powder stable. Therefore, various additives can be appropriately blended. Suitable additives include, for example, dispersants such as phthalate esters, phosphate esters and fatty acid esters, plasticizers such as glycols, low-boiling alcohols, antifoaming agents such as silicone-based or non-silicone-based agents, silane coupling agents, Examples include titanium coupling agents and dispersants such as quaternary ammonium salts.
金属粉末分散液中の各成分の配合比率は、例えば、金属粉100質量部に対して、バインダ樹脂が0.01〜30質量部、好ましくは0.01〜15質量部、溶媒が5〜160質量部、添加剤が5質量部以下である。
また、金属粉末分散液の粘度は、塗布性および取り扱い性の点から、0.1〜1000Pa・秒、好ましくは0.1〜100Pa・秒程度である。
The compounding ratio of each component in the metal powder dispersion is, for example, 0.01 to 30 parts by mass, preferably 0.01 to 15 parts by mass, and 5 to 160 parts by solvent for 100 parts by mass of the metal powder. The part by mass and the additive are 5 parts by mass or less.
The viscosity of the metal powder dispersion is about 0.1 to 1000 Pa · sec, preferably about 0.1 to 100 Pa · sec, from the viewpoint of applicability and handleability.
金属粉末分散液の調製では、金属粉、空孔形成材、バインダ樹脂、溶媒および添加剤を全て同時に、各種の混練・分散機を用いて分散してもよいし、それぞれ順次混合し、分散してもよい。
混練・分散機としては、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、ナノマイザーなどが挙げられる。
In the preparation of the metal powder dispersion, the metal powder, the pore forming material, the binder resin, the solvent and the additive may all be dispersed at the same time using various kneading / dispersing machines, or sequentially mixed and dispersed. May be.
As kneading and dispersing machines, roll type kneaders such as two rolls and three rolls, vertical kneaders, pressure kneaders, blade type kneaders such as planetary mixers, ball type rotary mills, sand mills, attritors, etc. Examples include a disperser, an ultrasonic disperser, and a nanomizer.
次いで、この金属粉末分散液を基体上に塗布または印刷した後、乾燥させて、金属粉末分散液中の溶媒を揮散させ、基体上に金属粉とバインダ樹脂(溶媒が残っていても構わない)からなる薄いシート(成形体)を形成する。
ここで、基体としては、金属粉末分散液、特に溶媒に対して安定なガラスや合成樹脂シートを用いることができ、好ましくはポリビニルアルコール樹脂等からなる剥離層を設けたポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)等が用いられる。
Next, the metal powder dispersion is applied or printed on the substrate and then dried to volatilize the solvent in the metal powder dispersion, and the metal powder and binder resin (the solvent may remain) on the substrate. A thin sheet (molded body) is formed.
Here, as the substrate, a metal powder dispersion, particularly a glass or a synthetic resin sheet that is stable to a solvent can be used, and preferably a polyethylene terephthalate film (PET film) provided with a release layer made of polyvinyl alcohol resin or the like. Etc. are used.
剥離層は基体上に剥離層用塗料を塗布することで形成できる。剥離層を基体上に形成することで、剥離層上に位置する金属粉末分散液より形成された塗膜をそのまま容易に基体から剥離できる上に、該塗膜上に残存した剥離層をその後金属分散液よりなる塗膜の破壊を防ぐ保護層としても機能させることができる。
剥離層に用いる樹脂としては、剥離層と金属粉末分散液からなる層との接着を良くして、剥離層と基体との界面からの剥離を容易にするために、金属粉末分散液中のバインダ樹脂と相溶するものを用いることが好ましい。そのような剥離層用樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ブチラール樹脂、アクリル樹脂が挙げられる。
剥離層の厚さは1〜20μmの範囲が好ましく、特に1〜10μmの範囲であれば、塗膜上に残存する剥離層の焼結後の残留炭素を少なくすることができ、かつ該剥離層によって塗膜の強度を適度に保たせるのでより好ましい。
The release layer can be formed by applying a release layer coating on the substrate. By forming the release layer on the substrate, the coating film formed from the metal powder dispersion located on the release layer can be easily peeled off from the substrate as it is, and the release layer remaining on the coating film is then metallized. It can be made to function also as a protective layer which prevents destruction of the coating film which consists of a dispersion liquid.
The resin used for the release layer is a binder in the metal powder dispersion in order to improve the adhesion between the release layer and the layer made of the metal powder dispersion, and to facilitate the release from the interface between the release layer and the substrate. What is compatible with the resin is preferably used. Examples of the release layer resin include polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, butyral resin, and acrylic resin.
The thickness of the release layer is preferably in the range of 1 to 20 μm, and in particular in the range of 1 to 10 μm, the residual carbon after sintering of the release layer remaining on the coating film can be reduced, and the release layer It is more preferable because the strength of the coating film can be kept moderate.
金属粉末分散液の塗布方法としては、例えば、エアードクターコート、ブレードコート、ロッドコート、押し出しコート、エアーナイフコート、スクイズコート、含浸コート、リバースロールコート、トランスファロールコート、グラビアコート、キスコート、キャストコート、スプレイコート等が挙げられる。 Examples of the method for applying the metal powder dispersion include air doctor coating, blade coating, rod coating, extrusion coating, air knife coating, squeeze coating, impregnation coating, reverse roll coating, transfer roll coating, gravure coating, kiss coating, and cast coating. , Spray coat and the like.
また、金属粉末分散液の印刷方法としては、例えば、孔版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法などが挙げられる。これらの中でも、孔版印刷方法は、焼結用成形体の形状を所望の形状、例えば直方体状、円柱状、あるいは櫛の歯形状などの種々の形状に形成できるので好ましい。 Examples of the printing method of the metal powder dispersion include a stencil printing method, an intaglio printing method, and a lithographic printing method. Among these, the stencil printing method is preferable because the shape of the sintered compact can be formed into a desired shape such as a rectangular parallelepiped shape, a cylindrical shape, or a comb tooth shape.
塗布または印刷により得られるシート(成形体)の厚さは適宜設定することが可能であり、乾燥前の塗布物(印刷物)の厚さ(湿時厚さ)は例えば数μm〜300μmの範囲とし得る。また、得られたシート(成形体)は、必要に応じて基体からの剥離前あるいは剥離後にスリット、打ち抜き等により、所望の形状にカットできる。
このような湿式法は、乾式法に比べて、多孔質金属焼結体を薄型化しやすい。
The thickness of the sheet (molded product) obtained by coating or printing can be set as appropriate, and the thickness (wet thickness) of the coated product (printed product) before drying is, for example, in the range of several μm to 300 μm. obtain. In addition, the obtained sheet (molded body) can be cut into a desired shape by slitting, punching, or the like before or after peeling from the substrate, if necessary.
Such a wet method is easy to make the porous metal sintered body thinner than the dry method.
以上説明した第1および第2の実施形態例における多孔質金属焼結体の製造方法では、空孔形成材として微生物の細胞内で生産されたポリヒドロキシアルカノエートの粒子を用いる。微生物の細胞内で生産されたポリヒドロキシアルカノエートは化学構造が均一であるため、熱分解曲線(図1参照)において分解開始温度と分解終了温度との差が小さく(すなわち、急激に分解する。)、かつ、分解終了温度がバインダ樹脂より低い。そのため、熱処理工程においては、まず、空孔形成材が消失して空孔が形成されてからバインダ樹脂が消失する。空孔形成材とバインダ樹脂とがこの順序で消失することで、構造が定まった状態で焼結できるので、所望の空孔を多孔質金属焼結体に容易に形成でき、多孔質金属焼結体の孔径分布を容易に制御できる。例えば、多孔質金属焼結体に、金属粉の一次粒子同士の隙間に形成される細孔より径の大きい孔を形成できる。 In the porous metal sintered body manufacturing method according to the first and second embodiments described above, polyhydroxyalkanoate particles produced in the cells of microorganisms are used as the pore forming material. Since the polyhydroxyalkanoate produced in the cells of the microorganism has a uniform chemical structure, the difference between the decomposition start temperature and the decomposition end temperature is small (that is, rapidly decomposes) in the thermal decomposition curve (see FIG. 1). ) And the decomposition end temperature is lower than that of the binder resin. For this reason, in the heat treatment step, the binder resin disappears after the pore forming material disappears and the pores are formed. Since the pore forming material and the binder resin disappear in this order, the structure can be sintered in a defined state, so that the desired pores can be easily formed in the porous metal sintered body, and the porous metal sintered The body pore size distribution can be easily controlled. For example, pores larger in diameter than pores formed in the gaps between the primary particles of the metal powder can be formed in the porous metal sintered body.
以上の第1および第2の実施形態例の製造方法により得た多孔質金属焼結体は、電解コンデンサ陽極素子として電解コンデンサの製造に供される。以下、上記多孔質金属焼結体を用いた電解コンデンサ用陽極素子の製造方法について説明する。
乾式法により電解コンデンサ陽極素子を製造するには、金型内に、液状バインダ樹脂と弁作用金属粉とを混合して作製した造粒粉と、空孔形成材とからなる混合物を充填して焼結用成形体を形成するとき、弁作用金属からなるリード線を金型内に設置してから混合物を充填するか、もしくは混合物を充填した後にリード線を該混合物内に植立させるかして、成形体にリード線を固定し、該成形体を焼結してリード線と弁作用金属とを融着させる。
また湿式法においては、図2に示すように湿式法によって得られたシート状の成形体11a上にリード12を置き、更に別なシート状の成形体11bを重ね合わせ、必要に応じて適当な加圧処理を施して2枚のシート状成形体11a,11bとリード12とを密着させて、接合体13を形成する。あるいは、一枚の幅広シートを半分に折り曲げ、その間にリード12を挟み込んで積層して接合体13を形成してもよい。
次いで、接合体13を、例えば、約60℃で約60〜120分乾燥した後、真空中、約300〜600℃で熱処理して成形体11a,11b中の空孔形成材およびバインダ樹脂を除去する。さらに、約10〜30分間、約1200〜1600℃で高温加熱処理(焼結)して弁作用金属粉同士および弁作用金属粉とリードとを融着させる。これにより、成形体11a,11bの間にリード12が設けられ、これらが一体化した電解コンデンサ用陽極素子を得ることができる。
The porous metal sintered body obtained by the manufacturing method of the first and second embodiments is used as an electrolytic capacitor anode element for manufacturing an electrolytic capacitor. Hereinafter, the manufacturing method of the anode element for electrolytic capacitors using the said porous metal sintered compact is demonstrated.
In order to manufacture an electrolytic capacitor anode element by a dry method, a mold is filled with a mixture of granulated powder prepared by mixing liquid binder resin and valve action metal powder, and a pore forming material. When forming a sintered compact, a lead wire made of a valve metal is placed in the mold and then filled with the mixture, or the lead wire is planted in the mixture after filling the mixture. Then, the lead wire is fixed to the molded body, and the molded body is sintered to fuse the lead wire and the valve metal.
Further, in the wet method, as shown in FIG. 2, a
Next, the joined
上記電解コンデンサ用陽極素子を用いて電解コンデンサを得るためには、まず、多孔質金属焼結体を電解液槽に入れた後、所定の直流電圧を加えて化成処理を施して、多孔質金属焼結体の表面に酸化皮膜を形成させる。次いで、二酸化マンガン溶液または機能性高分子の溶液である陰極形成用電解質液を浸透させて、酸化皮膜の上に二酸化マンガン被膜または機能性高分子被膜の固体電解質を形成する。続いて、酸化皮膜・二酸化マンガン被膜または機能性高分子被膜を形成したコンデンサ用陽極素子にカーボン(グラファイト)層、銀ペースト層を形成して陰極用の処理をする。そして、図3に示すように、コンデンサ用陽極素子21の表面に陰極端子22の一端側を導電性接着剤24で接合するとともに、リード23の先端部分25を陽極端子26にスポット溶接によって接合した後、例えば樹脂成形加工により、あるいは、樹脂溶液中に浸漬させて形成させるなどして樹脂外装27を施して、電解コンデンサ20を得ることができる。
以上の電解コンデンサの製造のように、上述した製造方法により製造した多孔質金属焼結体を用いた電解コンデンサ陽極素子用焼結体を使用することにより、高い静電容量を実現することのできる小粒径の弁作用金属粉を用いた場合でも、空孔率が高い焼結体を形成できるので陰極形成用電解質液を浸透しやすくできる。
In order to obtain an electrolytic capacitor using the above anode element for an electrolytic capacitor, first, a porous metal sintered body is placed in an electrolytic solution tank, and then subjected to chemical conversion treatment by applying a predetermined DC voltage, so that the porous metal An oxide film is formed on the surface of the sintered body. Next, a cathode forming electrolyte solution that is a manganese dioxide solution or a functional polymer solution is infiltrated to form a manganese dioxide coating or a functional polymer coating solid electrolyte on the oxide coating. Subsequently, a carbon (graphite) layer and a silver paste layer are formed on the capacitor anode element on which the oxide film / manganese dioxide film or functional polymer film is formed, and the cathode treatment is performed. Then, as shown in FIG. 3, one end side of the
By using the sintered body for an electrolytic capacitor anode element using the porous metal sintered body produced by the above-described production method as in the production of the above electrolytic capacitor, a high capacitance can be realized. Even when a valve metal powder having a small particle diameter is used, a sintered body having a high porosity can be formed, so that the electrolyte solution for forming a cathode can be easily penetrated.
なお、本発明は、上述した実施形態例に限定されない。上述した実施形態例では成形体にリードを設けたが、リードを設けなくてもよい。リードのない多孔質金属焼結体は金属部品の成形用材料として利用できる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments. In the embodiment described above, the lead is provided on the molded body, but the lead may not be provided. A porous metal sintered body having no lead can be used as a molding material for metal parts.
本発明の多孔質金属焼結体の製造方法について以下に実施例を挙げて説明する。
(実施例1)
平均1次粒子径0.1μm、静電容量が150kCV/gのタンタル金属粉末S−15(キャボットスーパーメタル(株)製)50g、空孔形成材として平均1次粒子径1μmのPHBH樹脂ビーズ(鐘淵化学社製)0.5g(タンタル金属粉に対し、1質量%)、バインダ樹脂としてアクリル樹脂「NCB−166」(大日本インキ化学工業(株)製、ガラス転移点;−10℃)7.5g(固形分;3g)、シクロヘキサノン(溶剤)4.8g、および3mm径のジルコニア300gをポリ瓶に入れ、振とう機(ペイントコンディショナー)を用いて混合分散し、タンタル金属粉末分散液を得た。
一方、厚さが50μmのPETフィルム上にアクリル樹脂「IB−30」(藤倉化成(株)製)の溶液を#16のワイヤバーにて展色し、厚さ4μmの剥離層を設けた。
次に、剥離層を設けたPETフィルム上に上述の金属粉末分散液を所定の深さのアプリケータにて展色し約60℃で約60〜120分乾燥して厚さ200μmの金属粉末分散液の乾燥塗膜を得た。
前記基体上から乾燥塗膜のシート(成形体)を剥離し、このシート上に更に別な乾燥塗膜のシートを重ね合わせ、加圧処理を施して2枚のシートを密着させることによって10mm×20mmの大きさの成形体を形成した。焼結体の細孔分布を正確に測定する測定用試料とするために、シート間へのリード線を挟み込みは行わなかった。
An example is given and explained below about the manufacturing method of the porous metal sintered compact of the present invention.
Example 1
50 g of tantalum metal powder S-15 (manufactured by Cabot Super Metal Co., Ltd.) having an average primary particle size of 0.1 μm and an electrostatic capacity of 150 kCV / g, and PHBH resin beads having an average primary particle size of 1 μm as pore forming materials ( Kaneka Chemical Co., Ltd.) 0.5 g (1% by mass relative to tantalum metal powder), acrylic resin “NCB-166” (Dainippon Ink & Chemicals, glass transition point: −10 ° C.) as binder resin 7.5 g (solid content: 3 g), 4.8 g of cyclohexanone (solvent), and 300 g of zirconia having a diameter of 3 mm are placed in a plastic bottle, and mixed and dispersed using a shaker (paint conditioner). Obtained.
On the other hand, a solution of acrylic resin “IB-30” (manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) was developed with a # 16 wire bar on a PET film having a thickness of 50 μm to provide a release layer having a thickness of 4 μm.
Next, the above-mentioned metal powder dispersion is spread on a PET film provided with a release layer with an applicator having a predetermined depth and dried at about 60 ° C. for about 60 to 120 minutes to disperse a metal powder having a thickness of 200 μm. A liquid dry coating was obtained.
A sheet (molded body) of a dried coating film is peeled off from the substrate, and another sheet of a dried coating film is superposed on the sheet, and a pressure treatment is performed to bring the two sheets into close contact with each other. A molded body having a size of 20 mm was formed. In order to obtain a measurement sample for accurately measuring the pore distribution of the sintered body, no lead wire was sandwiched between the sheets.
次いで、このようにして得られた成形体を、真空中、約400℃で4時間の熱処理工程によって有機物質(バインダ樹脂およびPHBH樹脂ビーズ)の除去を行い、さらに約20分間、約1200℃の高温加熱処理(焼結)を行った。このときの真空到達度は2.67×10−7Paであった。これにより、タンタル金属粉末同士を融着させることにより、シート状のタンタルの多孔質焼結体を得た。 Next, the molded body thus obtained was subjected to a heat treatment step in vacuum at about 400 ° C. for 4 hours to remove organic substances (binder resin and PHBH resin beads), and further about 20 minutes at about 1200 ° C. High temperature heat treatment (sintering) was performed. The degree of vacuum reached at this time was 2.67 × 10 −7 Pa. Thus, a sheet-like tantalum porous sintered body was obtained by fusing tantalum metal powders together.
得られたタンタル多孔質焼結体0.292gをポロシメータ(島津製作所製ポアサイザ9320形)の試料セルに入れ、水銀圧入法により細孔分布を測定した。このときのセル定数は10.79μl/pF、接触角は130度、表面張力は484dynes/cm、水銀比重は13.5462として計算した。
このときの全細孔体積は0.179ml/g、モード径は0.41μm、見かけの密度は3.19、空隙率は57.0%であった。細孔分布図を図4に示す。
0.292 g of the obtained tantalum porous sintered body was put into a sample cell of a porosimeter (Pore Sizer 9320, manufactured by Shimadzu Corporation), and the pore distribution was measured by a mercury intrusion method. The cell constant at this time was calculated as 10.79 μl / pF, the contact angle was 130 degrees, the surface tension was 484 dynes / cm, and the mercury specific gravity was 13.6462.
The total pore volume at this time was 0.179 ml / g, the mode diameter was 0.41 μm, the apparent density was 3.19, and the porosity was 57.0%. The pore distribution diagram is shown in FIG.
(実施例2)
平均1次粒子径1μmのPHBH樹脂ビーズ(鐘淵化学社製)の配合量を1.0g(タンタル金属粉に対し、2質量パーセント)にする以外は実施例1と同様にして、塗料化し、成形体を作製し、焼結後のシート状のタンタルの多孔質焼結体を得た。得られたタンタル多孔質焼結体0.495gをポロシメータの試料セルに入れ、水銀圧入法により細孔分布を測定した。
このときの全細孔体積は0.166ml/g、モード径は0.37μm、見かけの密度は3.41、空隙率は56.6%であった。細孔分布図を図5に示す。
(Example 2)
A paint was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of PHBH resin beads having an average primary particle diameter of 1 μm (manufactured by Kaneka Chemical Co., Ltd.) was 1.0 g (2 mass percent with respect to tantalum metal powder) A molded body was produced, and a sintered sheet-like tantalum porous sintered body was obtained. 0.495 g of the obtained tantalum porous sintered body was put into a sample cell of a porosimeter, and the pore distribution was measured by a mercury intrusion method.
At this time, the total pore volume was 0.166 ml / g, the mode diameter was 0.37 μm, the apparent density was 3.41, and the porosity was 56.6%. The pore distribution diagram is shown in FIG.
(比較例1)
平均1次粒子径1μmのPHBH樹脂ビーズ(鐘淵化学社製)を混入しない以外は実施例1と同様にして、塗料化し、成形体を作製し、焼結後のシート状のタンタルの多孔質焼結体を得た。得られたタンタル多孔質焼結体0.265gをポロシメータの試料セルに入れ、水銀圧入法により細孔分布を測定した。
このときの全細孔体積は0.165ml/g、モード径は0.24μm、見かけの密度は3.32、空隙率は54.9%であった。細孔分布図を図6に示す。
(Comparative Example 1)
Except not including PHBH resin beads (manufactured by Kaneka Chemical Co., Ltd.) having an average primary particle size of 1 μm, it is made into a paint in the same manner as in Example 1 to produce a molded body. A sintered body was obtained. 0.265 g of the obtained tantalum porous sintered body was put in a sample cell of a porosimeter, and the pore distribution was measured by a mercury intrusion method.
At this time, the total pore volume was 0.165 ml / g, the mode diameter was 0.24 μm, the apparent density was 3.32, and the porosity was 54.9%. A pore distribution diagram is shown in FIG.
図4〜図6より明らかなように、実施例1および実施例2においては、比較例1と同様の孔径にピークを有する空孔の他に、その空孔より孔径の大きい位置に鋭いピークを有する別の空孔とが形成されていることがわかる。空孔分布の変化がより明確となるように図7において実施例1、実施例2及び比較例1で作製したタンタル多孔質焼結体の空孔分布を、横軸を共通にして重ね合わせた。すなわち、空孔分布が空孔体積の大きい方向にシフトし、モード径が大きくなっている。タンタルの比重が大きく、PHBHの添加量も多くないので、見かけ密度や全細孔体積に差は出ていないが、PHBH添加の効果は明らかである。したがって、ポリヒドロキシアルカノエートの粒子の粒径と添加量を調整することにより、多孔質金属焼結体内の細孔分布を制御することができる。なおピーク位置が1μmより小さい理由としては、燒結時の融着に伴ってタンタルの自重で細孔がややつぶれた可能性がある。
このように本発明の多孔質焼結体の製造方法をタンタル電解コンデンサ用の多孔質焼結体の製造に適用した場合、CV値が10kCV以上のタンタル粉を用いたとしても、焼結体内に充分な空孔を形成できるため、電解質液を焼結体内部に深く浸透させることが可能である。したがって小型で高い静電容量を有する電解コンデンサの製造が可能となる。
As apparent from FIGS. 4 to 6, in Example 1 and Example 2, in addition to holes having a peak in the same hole diameter as in Comparative Example 1, a sharp peak is formed at a position where the hole diameter is larger than the hole. It can be seen that another hole is formed. In FIG. 7, the pore distributions of the porous tantalum sintered bodies produced in Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 were overlapped with the horizontal axis in common so that the change in the pore distribution became clearer. . That is, the hole distribution is shifted in the direction of increasing the hole volume, and the mode diameter is increased. Since the specific gravity of tantalum is large and the amount of PHBH added is not large, there is no difference in apparent density or total pore volume, but the effect of adding PHBH is clear. Therefore, the pore distribution in the porous metal sintered body can be controlled by adjusting the particle size and addition amount of the polyhydroxyalkanoate particles. The reason why the peak position is smaller than 1 μm may be that the pores are slightly crushed by the weight of tantalum due to fusion during sintering.
Thus, when the method for producing a porous sintered body of the present invention is applied to the production of a porous sintered body for a tantalum electrolytic capacitor, even if a tantalum powder having a CV value of 10 kCV or more is used, Since sufficient pores can be formed, the electrolyte solution can be deeply penetrated into the sintered body. Therefore, it is possible to manufacture a small electrolytic capacitor having a high capacitance.
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