JP5570263B2 - 電解コンデンサ用陽極 - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサ用陽極に関するものである。

電解コンデンサ用の電極、特に陽極には、単位面積当たりの静電容量を高めるため、電気化学的または化学的にエッチング処理することにより、エッチングピットを形成したエッチング箔の表面に、化成により酸化皮膜を設けるタイプと、支持箔表面に電極用の粉末焼結体を設け、化成により酸化皮膜を設けるタイプとがある。そして、外部との接続には、別部品としてリードタブ端子を陽極に重ね、ハトメまたはコールドウエル等により、化成により生じた酸化皮膜を貫いて電気的な接続をとっている。
また、エッチングピットの深さの限界や、エッチング処理を省けるメリットから、支持箔表面に電極用の粉末焼結体を設けるタイプの陽極の提案が盛んになってきている。

ところで、小形のコンデンサの場合には、リードタブ端子の使用が困難であるため、特許文献１では、陽極箔内の一部に、エッチング前にマスキングすることにより、外部接続用の未エッチング部を設けることが記載されている。
また、支持箔表面に陽極用の粉末焼結体を設けるタイプ場合には、化成前にマスキングしようとしてもマスキング部の粉末焼結体内部に化成液がしみ込んでしまうために、外部接続用のマスキングが難しい。そのため、特許文献２には、格子状のマスクを使用して、陽極用の粉末とバインダとのスラリーをディスペンサーにより支持箔上に部分的に塗布し、焼結して陽極用の粉末焼結体を設け、次に粉末焼結体を設けていないそれより外側の部分をマスキングテープで被うことで化成処理することが記載されている。

特開２００２−２３１５８２号公報 特開２００３−２４３２６２号公報

しかしながら、支持箔表面に部分的に陽極用の粉末焼結体を設ける方法では、粉末焼結体を設ける作業が煩雑になり、また外部との接続のための部分として、粉末焼結体を設けていないそれより外側のはみ出した部分を使用する必要があるため、その分陽極の形状が大きくなってしまう。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、支持箔表面に陽極用の粉末焼結体と外部との安定な接続体とを容易に設ける、小形対応の電解コンデンサ用陽極およびその製造方法を得ることを目的としている。

本発明は、支持箔の表面に焼結体層を設けた電解コンデンサ用陽極において、前記支持箔に凸状の肉厚部を設け、この凸状の肉厚部上の前記焼結体層に外部接続用の圧縮部分を設けた電解コンデンサ用陽極を提供するものである。

本発明は、焼結体層に外部接続用の圧縮部分を設けたことにより、焼結体層の圧縮部分は、空孔率が充分減少するため、化成工程において化成液が浸透しにくく酸化皮膜形成が抑制されるので、陽極の一部に、外部との安定な接続体を容易に設けることができ、小形対応の電解コンデンサ用陽極を得ることができる。

本発明の電解コンデンサ用陽極の作成方法を示している。 本発明の電解コンデンサ用陽極の別の作成方法を示している。

本発明に述べる支持箔は、粉末焼結体を支持するための支持体で、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属箔が使用できる。支持箔としては、特に限定されないが、加工が容易な点でアルミニウム箔が好ましい。また、支持箔の純度は、９９．５質量％以上が好ましい。
また、支持箔は、その組成として、珪素、鉄、銅、マグネシウム、マンガン、チタン、クロム、亜鉛、ガリウム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の少なくとも１種の合金元素を必要範囲内において添加した合金あるいは上記の不可避的不純物元素の含有量を限定したものも含まれる。
支持箔の厚みは、特に限定されないが、５μｍ以上１００μｍ以下、特に、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とするのが好ましい。また、支持箔の表面は、粗面化しても良い。粗面化方法は、特に限定されず、エッチング、サンドブラスト等の公知の技術を用いることができる。

本発明に述べる焼結体層は、支持箔表面に設ける粉末の焼結体の層で、焼結体は弁作用金属からなる。
上記焼結体は、純度９９．８質量％以上のアルミニウム、タンタルなどの弁作用金属少なくとも１種から構成される。また、例えば、珪素、鉄、銅、マグネシウム、マンガン、チタン、クロム、亜鉛、ガリウム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の少なくとも１種の合金元素を必要範囲内において添加した合金あるいは上記の不可避的不純物元素の含有量を限定したものも含まれる。前記焼結体は、弁作用金属及び弁作用金属合金の少なくとも１種からなる粒子どうしが互いに空孔を維持しながら焼結したもので、この場合の空孔率は、通常３０％以上７０％以内の範囲内で所望の静電容量等に応じて適宜設定することができる。また、空孔率は、例えば出発材料の弁作用金属又は弁作用金属合金の粉末の粒径、添加するバインダ等により制御することができる。
焼結体層の形状は特に制限されないが、一般的には平均厚み５０μｍ以上１０００μｍ以下、特に１００μｍ以上５００μｍ以下のシート状であることが好ましい。薄いと支持箔割合が増え、電極抵抗は減少するが単位当たりの容量が減少する。厚いと焼結体層内部まで電解液が浸透しづらく容量の増加が抑えられてしまう。

焼結体は、弁作用金属粉末、必要に応じてバインダ、溶剤、焼結助剤、界面活性剤等が含まれる分散体を焼結することにより得られる。
弁作用金属粉末の形状は、特に限定されず、球状、不定形状、鱗片状、繊維状等のいずれも使用できる。粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上３０μｍ以下、特に１μｍ以上２０μｍが好ましい。平均粒径が０．１μｍより小さいと、所望の耐電圧が得られないおそれがある。また、３０μｍより大きいと、所望の静電容量が得られない場合がある。
バインダは、たとえばポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチラール樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、酢酸ビニルエマルジョン、ポリウレタン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、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、樟脳などがあげられ、これらは単独、あるいは、上記の樹脂を２種以上混合して利用することができる。
溶剤は、８０℃以上２００℃以下が好ましく使用できる。具体的な溶剤としてはシクロヘキサノン、メチルセルソルブ、アニソール、キシレン、ベンジルアルコール、ジエチレングリコールなどがあげられる。この他、水、あるいはメタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、セルソルブ類、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、トルエン等の芳香族系炭化水素類等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの溶剤は、単独又は２種類以上混合して用いても良い。
上述の分散体は、各種の混練・分散機を用いて分散することができる。混練・分散にあたっては、攪拌機、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、ナノマイザー等が使用できる。
このようにして作製された金属粉末分散体は、種々の塗布方法により塗布物として形成することができる。例えば、公知のロール塗布方法等により支持箔上に塗布物を形成することができる。また、塗布物の乾燥後、単位体積当たりの金属粉末の密度を上げるためにまた膜厚を平均化するために、プレスあるいはカレンダー処理をしてもよい。

本発明に述べる外部接続は、陽極と別の陽極との接続、または陽極と陽極から引き出される引き出し電極などとの接続をさす。

本発明に述べる圧縮部分は、本発明でバインダが加熱等で消失することで得られた空孔を維持しながら焼結した焼結体を圧縮した部分、または本発明でバインダが加熱等で消失することで得られた空孔を圧縮し、その後焼結した部分で、空孔率が充分減少した外部接続用の部分をさす。
作成方法は、ロールもしくはプレス機を用いた圧縮処理で、プレスヘッドのヘッドを押し付けることによって、陽極表面の一部に圧縮部分を形成することができる。または、冷間圧接により形成することもできる。
圧縮処理用のプレスヘッドのヘッド形状は、円形、だ円形または角形などの、各形状の底面の柱状体や、その変形体として、底面エッジにアールまたは斜めの面取をしたものが使用できる。陽極が圧縮処理で破断しないように、底面エッジにアールまたは斜めの面取をしたものが好ましい。

本発明に述べる凸状の肉厚部は、支持箔表面の片面または両面から一体的に突出した凸形状部分で、陽極同士または陽極から引き出される引き出し電極などの外部との接続用の圧縮部分の下地として設ける。
形状は、直径が１ｍｍから５ｍｍ程度の円柱、一辺が１ｍｍから１０ｍｍ程度の四角柱などとなるが、凸状の肉厚部のおおきさ、形状には特に限定はない。高さはいずれも焼結体層の厚さ程度かまたはそれ以下となる。
作成方法は、支持箔がコイル状で供給される場合には、圧延ローラに凸状の肉厚部に対応する凹部を複数設け、連続的に複数個作成する。支持箔が枚様の場合には平板プレスヘッドに凸状の肉厚部に対応する凹部を複数設け、プレスする方法で作成することができる。加工性が悪い場合には、２００℃から３００℃ほど加熱しながら成形を行ってもよい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の電解コンデンサ用陽極の作成方法を示している。
図１（ａ）は、支持箔を、図１（ｂ）は、支持箔表面に焼結体層を設けた後を、図１（ｃ）は、焼結体層に外部接続用の圧縮部分を設けた状態を示している。

以下、陽極の作成する方法を詳しく説明する。
支持箔１は、図１（ａ）に示すように、複数の陽極が一度に作成できる大きさたとえば幅が５００ｍｍ程度の弁作用金属箔の枚様またはコイル状で供給する。
次に、図１（ｂ）に示すように、弁作用金属粉末、必要に応じてバインダ、溶剤、焼結助剤、界面活性剤等が含まれる金属粉末分散体を塗布し、焼結させ焼結体層２を設ける。
次に、図１（ｃ）に示すように、プレスのプレスヘッド３を押し付けることによって、焼結体層一部に圧縮部分４を形成する。
次に、化成処理によって焼結体の表面全体に誘電体である酸化皮膜を形成する。一般的に化成処理は、沸騰した純水中に浸漬し、表面に擬似ベーマイトを形成する。次に、ホウ酸、リン酸等の無機酸イオンや、モノカルボン酸、ジカルボン酸、オキシカルボン酸等の有機酸イオンを含む水溶液中に積層箔を浸漬し、所定の電圧を印加し、陽極酸化を行う。その後、熱処理、減極処理、陽極酸化を繰り返し、その後、洗浄、乾燥して化成工程を終了する。以上の工程により、本発明の電解コンデンサ用陽極の作成が完了する。

図２は、本発明の電解コンデンサ用陽極の別の作成方法を示している。
図２（ａ）は、支持箔を、図２（ｂ）は、支持箔に凸状の肉厚部を設けた後、図２（ｃ）は、支持箔表面に焼結体層を設けた後、図２（ｄ）は、焼結体層に外部接続用の圧縮部分を設けた状態を示している。

以下、陽極の作成する別の方法を詳しく説明する。
支持箔１は、図２（ａ）に示すように、複数の陽極が一度に作成できる大きさたとえば幅が５００ｍｍ程度の弁作用金属箔の枚様またはコイル状で供給する。厚さは、後工程で凸状の肉厚部を設けるために、十分厚めに準備する。
次に、図１（ｂ）に示すように、凸状の肉厚部５は、圧延ローラに凸状の肉厚部に対応する凹部を複数設け、連続的に複数個の凸状の肉厚部を片面または両面同時場所に作成する。支持箔１が枚様の場合には平板プレスヘッドに凸状の肉厚部に対応する凹部を複数設け、プレスする方法で作成することもできる。
次に、図２（ｃ）に示すように、金属粉末分散体を塗布し、焼結させ焼結体層２を設ける。
次に、図２（ｄ）に示すように、プレスのプレスヘッド３を押し付けることによって、焼結体層一部に圧縮部分４を形成する。
以下、図１の電解コンデンサ用陽極の作成方法と同様に化成し、本発明の電解コンデンサ用陽極の作成が完了する。

支持箔に凸状の肉厚部を設け、この凸状の肉厚部上の焼結体層に外部接続用の圧縮部分を設けると、圧縮部分とその内部の支持箔の全膜厚が、圧縮部分以外の膜厚程度となることができ、陽極どうしの接続や、引き出し電極などの外部との接続に、圧縮部分が変形なく接続できる。

支持箔は、幅が５００ｍｍ、厚さ５０μｍのアルミニウム箔をコイル状で供給する。
次に、平均粒径５μｍのアルミニウム粉末１００質量部にバインダとしてアクリル樹脂３０質量部を混合し、溶剤としてのメチルセルソルブ５０質量部に分散させ塗工液を準備する。
次に、塗工液を支持箔表面に塗布し、次に４００℃の真空中で、バインダ等を分解除去後、６５０℃で焼結して片面厚さ１００μｍの焼結体層を得た。
次に、プレスのプレスヘッドを押し付けることによって、焼結体層の一部に１．５ｍｍ×２ｍｍの楕円径の圧縮部分を形成する。
次に、化成処理によって焼結体の表面全体に誘電体である酸化皮膜を形成する。まず、沸騰した純水中に浸漬し、表面に擬似ベーマイトを形成する。次に、ホウ酸を含む水溶液中に積層箔を浸漬し、２００Ｖの電圧を印加し、陽極酸化を行う。その後、熱処理、減極処理、陽極酸化を繰り返し、その後、洗浄、乾燥して化成工程を終了し、本発明の電解コンデンサ用陽極の作成が完了する。

支持箔は、幅が５００ｍｍ、厚さ５０μｍのアルミニウム箔をコイル状で供給する。
次に、凸状の肉厚部を圧延ローラに凸状の肉厚部に対応する凹部を複数設け、連続的に複数個の凸状の肉厚部を支持箔の両面の同時場所に作成する。
凸状の肉厚部は、陽極同士との接続の凸状の肉厚部を直径が１．５ｍｍの円柱形状で、陽極から引き出される引き出し電極との接続の凸状の肉厚部は、一辺が３ｍｍの四角注形状で形成する。
次に、プレスのプレスヘッドを押し付けることによって、凸状の肉厚部に圧縮部分を形成する。
次に、平均粒径５μｍのアルミニウム粉末１００質量部にバインダとしてアクリル樹脂３０質量部を混合し、溶剤としてのメチルセルソルブ５０質量部に分散させ塗工液を準備する。
次に、塗工液を塗布し、片面厚さ１００μｍの焼結体層を得た。
次に、化成処理によって焼結体の表面全体に誘電体である酸化皮膜を形成する。まず、沸騰した純水中に浸漬し、表面に擬似ベーマイトを形成する。次に、ホウ酸を含む水溶液中に積層箔を浸漬し、２００Ｖの電圧を印加し、陽極酸化を行う。その後、熱処理、減極処理、陽極酸化を繰り返し、その後、洗浄、乾燥して化成工程を終了し、本発明の電解コンデンサ用陽極の作成が完了する。

支持箔上に弁作用金属粉末とバインダが含まれる分散体を塗布し、次にこの塗布した分散体積層体を４００℃の真空中で、バインダを分解除去後、分散体に外部接続用の圧縮部分を設けてから分散体を焼結する以外実施例１と同様に作製した。

１…支持箔、２…焼結体層、３…プレスヘッド、４…圧縮部分、５…凸状の肉厚部

Claims (1)

1. 支持箔の表面に焼結体層を設けた電解コンデンサ用陽極において、前記支持箔に凸状の肉厚部を設け、この凸状の肉厚部上の前記焼結体層に外部接続用の圧縮部分を設けた電解コンデンサ用陽極。

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