JP4753012B2 - コンデンサの製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
一般に陽極基体は小寸法であり、かつ多数個の一括処理が望ましいため、通常は、支持部材を用いて複数の素子を同時に処理している。すなわち、図1に示すように、支持部材(テンポラリーバーと称される)1に複数の陽極基体2を取り付け(図1(a))、各陽極基体2をモノマー溶液3中に浸漬(図1(b))し、テンポラリーバーへの通電により電解重合を行い必要な厚みの固体電解質層を形成する。製品部分4を残片5から分離して固体電解コンデンサ素子を得る。実際には、複数のテンポラリーバーを枠体に保持し、この枠体に保持された支持部材について一括して処理を行なう(後述する図2〜3参照)。
しかし、支持部材のそれぞれに「+」電極を接続するためには多数の「+」電極端子及びそのための回路が必要となり装置構成が複雑になる。また、化成時の液はねや空気酸化等により「+」電極端子の導通が経時的に劣化する場合がある。
一方、「+」電源に接続された金属集電体を複数の支持部材に共通に接触させるためには、金属集電体と支持部材との均一な接触を実現しなければならない。しかし、例えば、支持部材は繰り返し使用され、その度に撓みや歪みが蓄積するため、枠体内の支持部材の位置には微小なずれが生じることがあり、このような支持部材に対し通常の金属平板を集電体として押し当てた場合、金属集電体と支持部材との間の接触が不良、不均一または不安定となって化成製品の不良や製品品質のバラツキを生じる原因の一つとなっていた。
コンデンサの電極として固体電解質層(半導体層)を形成する方法としては、例えば、特開2000−188239号公報(特許文献3)や特開平2−299213号公報(特許文献4)に記載された通電手法による方法がある。これらについても、上述した化成の場合と同様の問題点がある。
すなわち、本発明は以下に示す重合方法及び重合装置及び前記重合方法による工程を含む固体電解コンデンサの製造方法に関する。
2.重合して固体電解質となるモノマーの溶液中に、導電性支持部材に固定した複数個の陽極基体を一括して浸漬し、前記陽極集電体を前記導電性支持部材に密着させて通電する前記1に記載のコンデンサの製造方法。
3.複数の導電性支持部材を枠体内に保持し、枠体内に保持した前記複数の導電性支持部材に陽極集電体を密着させて通電する前記2に記載のコンデンサの製造方法。
4.導電性スポンジが金属製スポンジである前記1〜3のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
5.金属製スポンジが互いに絡み合った金属箔または金属線の集合体である前記4に記載のコンデンサの製造方法。
6.金属製スポンジがステンレス製スポンジである前記4または5に記載のコンデンサの製造方法。
7.導電性スポンジが研磨材を含むスポンジである前記1〜6のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
8.研磨材が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化チタン、炭化ケイ素、及びダイヤモンドからなる群から選択される前記7に記載のコンデンサの製造方法。
9.研磨材の平均粒径が1〜120μmである前記7または8に記載のコンデンサの製造方法。
10.研磨材がバインダーにより導電性スポンジに固定されている前記7〜9のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
11.陽極基体が表面に多孔質層を有する前記1〜10のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
12.陽極基体が、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、珪素、これらの合金、及び一酸化ニオブからなる群から選択される前記1〜11のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
13.表面に誘電体酸化皮膜を形成した陽極基体を陽極として通電手法によりモノマーを重合して固体電解質層を形成するコンデンサの製造装置において、前記通電を導電性スポンジを含む陽極集電体を介して行なうことを特徴とするコンデンサの製造装置。
14.複数の陽極基体の支持部材を保持し得る枠体、導電性スポンジを含む陽極集電体、陰極部を有するモノマー溶液槽を含む前記13に記載のコンデンサの製造装置。
15.陽極集電体が金属板の片面に導電性スポンジを取り付けてなる部材であり、導電性スポンジを前記枠体に保持された支持部材に対して密着させる機構をさらに備えた前記14に記載のコンデンサの製造装置。
16.導電性スポンジに導電性高分子を含むバインダーを用いて研磨材を固定したことを特徴とする集電体材料。
本発明の方法は、上述の通り、表面に誘電体酸化皮膜を形成した陽極基体を陽極として通電手法により固体電解質層形成する固体電解コンデンサの製造方法において、前記通電を導電性スポンジを含む陽極集電体を用いて行なうことを特徴とする。
図2は、陽極基体15を導電性支持部材10に取り付け、これを枠体36に複数枚嵌め込んだ状態を示す。図では最前面の支持部材10の表面のみが見えており、その背後の支持部材10は上端のみが見えているが、いずれの支持部材の下端にも陽極基体15が取り付けられている。
図は、陽極基体15を導電性支持部材10に取り付け、これを枠体36に複数枚嵌め込んだ状態を示す。図では陽極リードを有する陽極基体15の陽極リード部を導電性支持部材10に取り付けているが、図1に示すように陽極リードを有さない陽極基体(図1では陽極基体2)を導電性支持部材10(図1では支持部材1)に取り付けてもよい。取り付けは直接、溶接またはハンダ付等を用いればよい。
図中、枠体36は、導電性支持部材10に対応したスリット37を備えた受端ブロック38、39を有し、脚部41、42を有する。
なお、図には示していないが、陽極集電体20は慣用の方法をもって電源の「+」極に接続する。
また、図2では陽極集電体20を導電性支持部材10上に載せ下方に向けて圧力を加えて陽極集電体20を導電性支持部材10の上端に密着させているが、例えば、陽極集電体20をクシ状部材の剛性骨格とし、クシの歯に当たる部分に導電性スポンジを設けて、この歯を隣接する導電性支持部材10間に挿入し、横方向に力を加えて導電性スポンジ部分が導電性支持部材10の上側面に密着するように構成してもよい。
このように、陽極集電体20は導電性支持部材10のいずれの部分に密着させてもよいが、通常、導電性支持部材10の下方にはモノマー溶液槽が位置するため、導電性支持部材10の上端面または上部側面に密着させることが好ましい。
なお、導電性支持部材の材質は特に限定されないが、鉄、アルミニウム、銅若しくはこれらの合金または表面メッキ品や表面被覆品が挙げられる。合金の例としてはステンレスが挙げられる。
さらに、導電性スポンジが研磨材を含むものであれば新鮮な支持部材表面を維持する効果がさらに高まるために好ましい。研磨材は、モノマー溶液への混入をできるだけ避けるために金属製スポンジに担持されるものが好ましい。研磨材は、単に導電性スポンジの網目構造中に坦持されるだけでもよいが、より確実に坦持させるためにバインダーを用いて研磨材を導電性スポンジに固定してもよい。
研磨材の材質としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化チタン、炭化ケイ素、ダイヤモンド等が挙げられる。
研磨材の平均粒径は、大きすぎても小さすぎても導電性スポンジに坦持されにくくなることがあるので、好ましくは1〜300μm、より好ましくは5〜100μmである。
バインダーは、一般にバインダーとして用いられる樹脂(例えば、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、スチロール樹脂、ビニル樹脂等)が使用できるが、好ましくは導電性を有する樹脂(例えば、固体電解質として用いられる導電性高分子)が好ましい。
陽極集電体は導電性スポンジ部分と他の部材との複合材料でもよい。導電性スポンジと組み合わせ得る材料としては、金属板、セラミック板等の剛性材料、ゴム板等の弾性材料が挙げられる。金属板と導電性スポンジ部分の組み合わせとすれば、金属板側から圧力を加えて導電性スポンジ部分を金属基材または導電性支持部材に密着させることが容易であり、上述のように所望の形状を有する金属部の一部に導電性スポンジ部分を付着させてもよい。また、金属板上に外部電源との接続部分を設け、導電性スポンジ部分は使い捨てとすることもできる。使い捨てが可能な態様では、導電性スポンジ表面の良導性が常に維持されるため、特に好ましい。導電性スポンジを金属板に組み合わせるには、全体をワイヤで巻き締める、金属板に鍵状部分を設けて導電性スポンジを引っ掛け、あるいは突き刺す、金属板にクランプ手段を設けて導電性スポンジを挟み込んで固定するなどの方法を採ればよい。
このような陽極基体の表面に誘電体酸化皮膜を形成する方法は、公知の方法等を用いることができる。例えば、多孔質のタンタル焼結体を使用する場合には、ホウ酸、リン酸、アジピン酸、またはそれらのナトリウム塩、アンモニウム塩などを含む水溶液中で陽極酸化して誘電体酸化皮膜を形成することができる。
このように誘電体酸化皮膜を形成した陽極基体に前述したように固体電解質層を形成する。固体電解質層の形成は、再化成とともに繰り返し複数回行ってもよい。
その後、必要であれば、固体電解質層上にカーボンペースト層、銀ペースト層等の導電体層を形成し、外装してコンデンサとすることができる。
また、本発明は、導電性スポンジに導電性高分子を含むバインダーを用いて研磨材を固定したことを特徴とする集電体材料を提供する。この集電体材料は上記方法・装置において好適に用いることのできるが、金属電極板に通電を行なう際の集電体材料として広く他の技術分野でも用いることが可能である。
実施例1
誘電体酸化皮膜を形成した陽極基体を取り付けた支持部材として、長さ250mm、幅20mm、厚さ2mmのステンレス製支持部材に、その左右30mmを残して、誘電体酸化皮膜を形成した陽極基体32個がそのリード部分を溶接することにより等間隔かつ等寸に整列接続されているものを用いた。
なお、誘電体酸化皮膜を形成した陽極基体は、陽極リードを有するCV10万μF・V/gのタンタル焼結体(大きさ4.5×3.3×1mm、質量81mg、3.3×1mmの面よりリード線0.29mmφが7mm表面に出ている)を1%燐酸水溶液で80℃,9V、8時間化成し、焼結体の内部細孔表面と外部表面及びリード線の一部に五酸化二タンタルを主成分とする誘電体層を形成したものである。
この誘電体酸化皮膜を形成した陽極基体を取り付けた支持部材を200枚準備し、これらの支持部材を6mmの間隔で枠体に挿入し平行に固定した。
陽極側集電体として、長さ1290mm、幅20mm、厚さ1mmのステンレス板にステンレス製スポンジをワイヤーで固定したものを用い、ステンレス製スポンジが下になるようにして陽極側集電体を支持部材上に載せ、ステンレス板表面を押圧することによりステンレス製スポンジと支持部材を密着させた。
陽極側集電体を陽極側、固体電解質層形成容器を陰極にして25mAの定電流で2時間通電し重合を行った。その後、枠体を引き上げ、順次、水洗、エタノール洗浄及び乾燥を行なった。
前記通電手法による重合と再化成を20回繰り返した後、水洗・アルコール洗浄・乾燥し、コンデンサの陰極である固体電解質層を形成した。
ついでカーボンペースト層、銀ペースト層に焼結体部のみを順次浸漬・乾燥することを行い、導電体層を形成し陰極部を設けたコンデンサ素子を作製した。
以上作製したコンデンサの容量及びESRを以下の方法で測定した。測定結果を表1に示した。
コンデンサの容量:ヒューレットパッカード社製LCR測定器を用い、室温、120Hzで容量を測定した。
ESR値:コンデンサの等価直列抵抗を100kHzで測定した。
集電体構造を、スポンジ構造部分を有しない長さ1290mm、幅20mm、厚さ1mmのステンレス平板とした他は実施例1と同じ条件で固体電解コンデンサを640個得た。このようにして得られた固体電解コンデンサの電気特性を表1に示す。
実施例1で使用したものと同じステンレス製スポンジに平均粒子径50μmの酸化アルミニウム20質量%を分散させた3,4−エチレンジオキシチオフェン17質量%を含むイソプロパノール溶液に浸漬後、25℃で5分間放置し、次いで、酸化剤(過硫酸アンモニウム)20質量%とドーパント(ナフタレン−2−スルホン酸ナトリウム)3質量%とを含む混合水溶液に浸漬し酸化重合を行った。この含浸工程及び重合工程を合計8回繰り返した。ただし、2回目以降は酸化アルミニウムを含まない3,4−エチレンジオキシチオフェンを含むイソプロパノール溶液を用いた。このようにして導電性高分子をバインダーとし研磨材を坦持したステンレス製スポンジを得た。
このステンレス製スポンジを用いて実施例1と同様に固体電解コンデンサを作成した。得られた固体電解コンデンサの電気特性は実施例1と同様であった。
さらに、同じ支持部材及びステンレス製スポンジを100回繰り返し使用し固体電解コンデンサを作成した。100回目に作成した固体電解コンデンサの電気特性を表2に示す。
実施例3
実施例1を同じ支持部材及びステンレス製スポンジで100回繰り返し固体電解コンデンサを作成した。100回目に作成した固体電解コンデンサの電気特性を表2に示す。
2 陽極基体(誘電体酸化皮膜を形成品)
3 処理液
4 陽極基体(固体電解質層形成品)
5 陽極基体
10 支持部材
15 金属基材
20 導電性スポンジ
25 金属板
36 枠体
37 スリット
38、39 受端ブロック
41、42 脚部
Claims (16)
- 表面に誘電体酸化皮膜を形成した陽極基体を陽極として通電手法により固体電解質層を形成する固体電解コンデンサの製造方法において、前記通電を導電性スポンジを含む陽極集電体を用いて行なうことを特徴とするコンデンサの製造方法。
- 重合して固体電解質となるモノマーの溶液中に、導電性支持部材に固定した複数個の陽極基体を一括して浸漬し、前記陽極集電体を前記導電性支持部材に密着させて通電する請求項1に記載のコンデンサの製造方法。
- 複数の導電性支持部材を枠体内に保持し、枠体内に保持した前記複数の導電性支持部材に陽極集電体を密着させて通電する請求項2に記載のコンデンサの製造方法。
- 導電性スポンジが金属製スポンジである請求項1〜3のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
- 金属製スポンジが互いに絡み合った金属箔または金属線の集合体である請求項4に記載のコンデンサの製造方法。
- 金属製スポンジがステンレス製スポンジである請求項4または5に記載のコンデンサの製造方法。
- 導電性スポンジが研磨材を含むスポンジである請求項1〜6のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
- 研磨材が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化チタン、炭化ケイ素、及びダイヤモンドからなる群から選択される請求項7に記載のコンデンサの製造方法。
- 研磨材の平均粒径が1〜120μmである請求項7または8に記載のコンデンサの製造方法。
- 研磨材がバインダーにより導電性スポンジに固定されている請求項7〜9のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
- 陽極基体が表面に多孔質層を有する請求項1〜10のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
- 陽極基体が、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、珪素、これらの合金、及び一酸化ニオブからなる群から選択される請求項1〜11のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
- 表面に誘電体酸化皮膜を形成した陽極基体を陽極として通電手法によりモノマーを重合して固体電解質層を形成するコンデンサの製造装置において、前記通電を導電性スポンジを含む陽極集電体を介して行なうことを特徴とするコンデンサの製造装置。
- 複数の陽極基体の支持部材を保持し得る枠体、導電性スポンジを含む陽極集電体、陰極部を有するモノマー溶液槽を含む請求項13に記載のコンデンサの製造装置。
- 陽極集電体が金属板の片面に導電性スポンジを取り付けてなる部材であり、導電性スポンジを前記枠体に保持された支持部材に対して密着させる機構をさらに備えた請求項14に記載のコンデンサの製造装置。
- 前記陽極集電体が、導電性高分子を含むバインダーを用いて研磨材を固定した導電性スポンジを含む請求項13〜15のいずれかに記載のコンデンサの製造装置。
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