JP4807845B2 - 固体電解コンデンサの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体電解コンデンサの製造装置に関し、詳しくは、タンタル、ニオブなどの弁作用金属からなる陽極体に誘電体酸化皮膜を形成する化成装置に関する。

タンタル固体電解コンデンサ等の固体電解コンデンサは、例えば次に示す方法で製造される。
まず、タンタル等の弁作用金属の微粉末にバインダーを混合したものに、タンタル等の弁作用金属からなる陽極用リード線の一端を埋め込み、加圧成形する。成形後、真空中において高温で焼結し、焼結体を形成する。
次に、この焼結体に対し、化成槽内の化成液中で電圧を印加することで化成処理を行い、誘電体酸化皮膜を形成する。化成処理後、二酸化マンガン層またはポリピロールやポリアニリン等の導電性高分子層を形成する。その後、カーボン層および銀層を順次形成して陰極引出層とし、陽極用リード線に陽極フレームを接続するとともに、陰極引出層に陰極フレームを接続する。
そして、銀層を形成した後のコンデンサ素子と、陽極フレームおよび陰極フレームの一部とを、絶縁樹脂等からなる外装により被覆する。

ところで、焼結体に誘電体酸化皮膜を形成する際、一般的に、化成液の温度が低いと誘電体酸化皮膜の形成反応が遅くなるため、処理時間を要する。逆に、温度が高すぎると、形成した誘電体酸化皮膜の欠陥が増加し、製造した固体電解コンデンサの漏れ電流が増大する。
そのため、化成工程においては、化成液の温度を化成処理に適した温度に保つことが重要となる。

これに対し、従来は、化成液を化成槽の一方側から循環装置によって吸入し、温度調節した後に化成槽の他方側へ還流させることによって、化成液の温度を一定に保ちながら化成処理が行われていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−９２７００号公報

しかしながら、上記方法では、化成工程中、化成液に浸漬した焼結体に電圧を印加することによってジュール熱が発生するため、焼結体近傍における化成液の温度が局所的に上昇する問題がある。
従来の化成方法では、この焼結体近傍での化成液の局所的な温度上昇を回避することができないため、焼結体に形成される誘電体酸化皮膜に欠陥が生じ、固体電解コンデンサの漏れ電流特性が悪化するという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、化成工程中、焼結体近傍における化成液の温度を化成処理に適した温度に保つことにより、欠陥の少ない誘電体酸化皮膜を形成し、良好な漏れ電流特性を有する固体電解コンデンサを製造する装置を提供するものである。

本発明は、上記目的を達成するにあたり、弁作用金属からなる複数の焼結体を化成液に浸漬し、当該焼結体に電圧を印加することによって、その表面に誘電体酸化皮膜を形成する固体電解コンデンサの製造装置において、
化成液を貯留する化成槽と、前記化成槽から延びる吸入管を介して化成液を吸入するとともに、供給管を介して化成液を前記化成槽内に供給することで化成液を循環させる、温度調節器付きの循環装置と、前記複数の焼結体が所定の列方向に沿って吊下げられた金属バーと、前記化成槽の底部に配置された陰極と、前記金属バーと前記陰極との間に直流電圧を印加する直流電源とを備え、
前記循環装置は、化成液を化成処理に適した温度に調整し、前記供給管は、前記複数の焼結体の側方に前記所定の列方向に沿って延びるように形成され、前記複数の焼結体に対向した供給孔から前記温度調整された化成液を前記焼結体に供給することを特徴とする固体電解コンデンサの製造装置を提供するものである。

本発明の固体電解コンデンサの製造装置によれば、温度調節した化成液を焼結体近傍から焼結体に向けて供給することにより、各焼結体に供給される化成液の温度をその化成処理に適した温度に保つことができる。
したがって、焼結体に対して欠陥の少ない誘電体酸化皮膜を形成することができ、良好な漏れ電流特性を有する固体電解コンデンサを製造することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好ましい一実施例について説明する。なお、本発明の固体電解コンデンサの製造装置での製造方法における他の工程については、従来と同じであるため、詳細な説明は省略する。
図１は、本実施例にかかる固体電解コンデンサの製造方法における化成工程で使用される化成装置を示す概略斜視図である。

［実施例１〜５］
まず、本実施例にかかる化成工程において使用する化成装置１について説明する。化成装置１は、図１に示す如く、化成槽２と、化成槽２内の化成液Ｃを温度調節して循環させるためのヒーター／クーラー・ポンプ３（温度調節器付き循環装置）と、化成液Ｃを化成槽２からヒーター／クーラー・ポンプ３へ吸入するための吸入管４と、
化成液Ｃをヒーター／クーラー・ポンプ３から化成槽２へ供給するための供給管５と、化成槽２の底部に配置された陰極８と、陰極８とそのマイナス側が接続される可変直流電源７と、を備えている。

吸入管４は、化成槽２の一方側の底面からヒーター／クーラー・ポンプ３まで延びている。供給管５は、ヒーター／クーラー・ポンプ３から延びて複数本に分岐した後、それぞれが化成槽２の他方側を貫通して槽内まで延びている。
ここで、各供給管５は、化成処理すべき焼結体Ｓが槽内の化成液Ｃに浸漬された際、焼結体Ｓの近傍から焼結体Ｓに向けて化成液Ｃを供給し得るように延びており、かつ、焼結体Ｓに対向する供給孔５ａを複数備えている。
したがって、化成装置１は、ヒーター／クーラー・ポンプ３によって、化成槽２内の化成液Ｃを吸入し、化成液Ｃの温度を化成処理に適した温度に調節した後、供給管５の供給孔５ａから焼結体Ｓの近傍に化成液Ｃを供給し得る構成となっている。
ここで、本発明の最も重要な特徴は、ヒーター／クーラー・ポンプ３によって化成処理に適した温度に調節された化成液Ｃを、化成処理中常に、供給孔５ａから焼結体Ｓの近傍に直接供給できるところにある。

次に、化成装置１を用いた本発明の実施例について、具体的に説明する。

まず、図１に示す如く、タンタルからなる複数の焼結体Ｓを、３本の金属バー６にそれぞれ４個ずつ吊下げた。次に、金属バー６をそれぞれ、可変直流電源７のプラス側に接続すると共に、化成槽２の上方に間隔をあけて配置し、吊下げられた焼結体Ｓを化成槽２内の化成液Ｃ（濃度０．１ｍｏｌ／Ｌのリン酸水溶液）に浸漬した。

そして、ヒーター／クーラー・ポンプ３により、設定温度９０℃に温度調節された化成液Ｃを、供給管５の供給孔５ａより焼結体Ｓの近傍に供給した。ここで、ポンプ出口側の化成液Ｃの流量は、実施例１〜５において、各々１，１０，２０，５０，１００Ｌ／ｍｉｎとした。

続いて、可変直流電源７によって、金属バー６および陰極８間に４０Ｖの電圧を２時間印加して、焼結体Ｓに対して化成処理を行った。ここで、電圧を４０Ｖまで上げる際は、電流を一定にして、定電流定電圧制御とした。
また、このとき印加する電圧は、コンデンサの定格によって決まる電圧であり、通常、定格電圧の２〜５倍の値に設定される。

そして、化成処理後の焼結体Ｓについて、固体電解質層を形成し、その後、カーボン層および銀層を順次形成して陰極引出層とし、陽極用リード線に陽極フレームを接続するとともに、陰極引出層に陰極フレームを接続し、絶縁樹脂等からなる外装により被覆して、固体電解コンデンサを作製した。

［従来例１〜５］
次に、図面を参照しつつ、従来例について具体的に説明する。
図２は、従来の固体電解コンデンサの製造方法における化成工程で使用される化成装置を示す概略斜視図である。

まず、本従来例にかかる化成工程において使用する化成装置１１について説明する。化成装置１１は、図２に示す如く、化成槽１２と、化成槽１２内の化成液Ｃを温度調節して循環させるためのヒーター／クーラー・ポンプ１３と、化成液Ｃを化成槽１２からヒーター／クーラー・ポンプ１３へ吸入するための吸入管１４と、
化成液Ｃをヒーター／クーラー・ポンプ１３から化成槽１２へ供給するための供給管１５と、化成槽１２の底部に配置された陰極１８と、陰極１８とそのマイナス側が接続される可変直流電源１７と、を備えている。

吸入管１４は、化成槽１２の一方側底面からヒーター／クーラー・ポンプ１３まで延びており、供給管１５は、ヒーター／クーラー・ポンプ１３から化成槽１２の他方側底面まで延びている。
したがって、化成装置１１は、ヒーター／クーラー・ポンプ１３によって、化成槽１２の一方側から化成液Ｃを吸入し、化成液Ｃの温度を化成処理に適した温度に調節した後、供給管１５を介して化成槽１２の他方側に還流させて、化成液Ｃが循環し得る構成となっている。

この化成装置１１を化成装置１に換えて用いた以外は、上記実施例と同様の方法で従来例１〜５にかかる固体電解コンデンサを作製した。なお、従来例１〜５の他の製造条件は、上記実施例の実施例１〜５に対応している。

［比較検討］
次に、上記実施例および従来例にかかる固体電解コンデンサの特性を比較し、検討する。

まず、上記実施例および従来例にかかる固体電解コンデンサについて、漏れ電流の測定を行った。その結果を図３に示す。

また、上記実施例および従来例にかかる固体電解コンデンサの誘電体酸化皮膜の表面状態を評価すべく、化成後の焼結体Ｓａ，Ｓｂ（図１および図２参照）の表面観察を行い、コンデンサ素子表面の５００μｍ×５００μｍの範囲における誘電体酸化皮膜の欠陥部の発生数を調査した。その結果を図４に示す。

また、上記実施例および従来例にかかる化成工程について、焼結体Ｓａ，Ｓｂの近傍における化成液Ｃに関する設定温度からの温度変化量と、化成液Ｃの焼結体Ｓｃ（図１および図２参照）の近傍における流速とを測定した。その結果を表１に示す。

表１より、焼結体Ｓａ，Ｓｂの近傍における化成液Ｃの設定温度（９０℃）からの温度変化量を各実施例および従来例について比較すると、実施例は、設定温度からの温度変化量が小さいことがわかる。
また、焼結体Ｓａ近傍における温度変化量と焼結体Ｓｂ近傍における温度変化量とを比較すると、従来例はいずれも数℃の差があるのに対し、実施例は、いずれも差がほとんどなく、各焼結体Ｓに対して供給される化成液Ｃの温度がほぼ均一になっていることがわかる。
つまり、本発明にかかる化成工程によれば、化成処理に適した温度に調節された化成液を各焼結体に対して均一に供給することができる。

また、図４より、実施例にかかる焼結体Ｓａ，Ｓｂに形成された誘電体酸化皮膜の欠陥数は、いずれの化成液流量においても、従来例にかかる焼結体Ｓａ，Ｓｂの誘電体酸化皮膜の欠陥数と比較して少ないことがわかる。
つまり、本発明にかかる化成工程および化成装置によれば、各焼結体に対して欠陥の少ない誘電体酸化皮膜を形成することができる。

また、図３より、実施例にかかる固体電解コンデンサは、いずれの化成液流量においても、従来例にかかる固体電解コンデンサと比較して、漏れ電流特性が改善されていることがわかる。

つまり、本発明によれば、各焼結体に供給される化成液の温度を化成処理に適した温度に保つことにより、焼結体に欠陥の少ない誘電体酸化皮膜を形成することができ、良好な漏れ電流特性を有する固体電解コンデンサを製造することができる。

以上、実施例を例示しつつ本発明について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

本発明の実施例において、化成液Ｃの流量を１〜１００Ｌ／ｍｉｎの範囲で行ったが、流量の大小により効果の程度は異なるものの、この範囲に限定されるものではない。また、化成液Ｃの流速を０．０４〜３．５ｍ／ｍｉｎの範囲で行ったが、この範囲に限定されるものではない。

また、本発明の実施例においては、弁作用金属粉末としてタンタル粉末を用いたが、アルミニウム、ニオブ、チタンのような公知の弁作用金属粉末を用いても、同様の効果が得られる。

また、本発明の実施例においては、化成液に０．１ｍｏｌ／Ｌのリン酸水溶液を用いたが、硝酸、硫酸、酢酸、アジピン酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム等の公知の化成液であってよく、濃度についても適宜選択し得る。

また、化成工程中、焼結体近傍の化成液温度を温度センサーによって測定し、その温度に基づきヒーター／クーラー・ポンプの設定温度や流量を制御して、焼結体近傍の温度が予め定められた温度に自動で調節されるようにしてもよい。

さらに、本発明では、タンタルからなる焼結体を、３本の金属バーにそれぞれ４個ずつ吊下げたが、焼結体の個数と金属バーの本数は、これに限定されるものではなく、さらに多くの個数、本数で行っても、相応の個数の供給孔を設けることで、同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施例にかかる化成工程で使用される化成装置を示す概略斜視図である。 従来の化成工程で使用される化成装置を示す概略斜視図である。 実施例および従来例にかかる固体電解コンデンサの漏れ電流特性を示す図である。 実施例および従来例にかかる化成処理後の焼結体における誘電体酸化皮膜の欠陥数を示す図である。

符号の説明

Ｃ 化成液
Ｓ 焼結体（陽極体）
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ 評価用焼結体
１ 化成装置
２ 化成槽
３ ヒーター／クーラー・ポンプ
４ 吸入管
５ 供給管
５ａ 供給孔
６ 金属バー
７ 可変直流電源
８ 陰極
１１ 化成装置
１２ 化成槽
１３ ヒーター／クーラー・ポンプ
１４ 吸入管
１５ 供給管
１５ａ 供給孔
１６ 金属バー
１７ 可変直流電源
１８ 陰極

Claims (1)

1. 弁作用金属からなる複数の焼結体を化成液に浸漬し、当該焼結体に電圧を印加することによって、その表面に誘電体酸化皮膜を形成する固体電解コンデンサの製造装置において、
   化成液を貯留する化成槽と、
   前記化成槽から延びる吸入管を介して化成液を吸入するとともに、供給管を介して化成液を前記化成槽内に供給することで化成液を循環させる、温度調節器付きの循環装置と、
   前記複数の焼結体が所定の列方向に沿って吊下げられた金属バーと、
   前記化成槽の底部に配置された陰極と、
   前記金属バーと前記陰極との間に直流電圧を印加する直流電源と
   を備え、
   前記循環装置は、化成液を化成処理に適した温度に調整し、
   前記供給管は、前記複数の焼結体の側方に前記所定の列方向に沿って延びるように形成され、前記複数の焼結体に対向した供給孔から前記温度調整された化成液を前記焼結体に供給することを特徴とする固体電解コンデンサの製造装置。