JPH03175609A

JPH03175609A - 非連続陰極要素を備えたタンタルコンデンサおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH03175609A
Application number: JP2308458A
Authority: JP
Inventors: Stephen C Breithaupt; ステファン　シー．ブリーハウト
Original assignee: TANSISTOR ELECTRON Inc
Current assignee: TANSISTOR ELECTRON Inc
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1990-11-13
Publication date: 1991-07-30
Also published as: US5001607A; EP0434196A3; EP0434196A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〉本発明は、コンデンサおよびその製造方法に関し、特に
非連続陰極要素を備えたタンタルコンデンサに関する。

（従来の技術）タンタルコンデンサは、その電気的および物理的特性の
ために非常に高く評価されている。典型的な湿式タンタ
ルコンデンサは、タンタル容器に収納され、密閉された
多孔性陽極を有する。このようなコンデンサは、フィル
タ、バイパス、カップリング、メモリおよびタイミング
の適用における質および信頼が要求される軍事用および
民生用回路の使用に非常に適している。コンデンサは、
−５５’Ｃから＋１２５’Ｃの温度範囲を越えても信頼
できる作用が提供されるように設計されており、従って
アビオニクス（ａｖｉｏｎｉｃｓ）および航空産業の要
求に適合している。

このタイプの特に優れたコンデンサの中で、ＰｕｒｉＴ
ａｎ　（商標）コンデンサがＴａｎ５ｉｔｏｒ　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓｉｎｅ、、（バーモント州のベニント
ン）かう得うれる。その優れたリップル能力のためにＰ
ｕｔｉＴａｎ　（商標）コンデンサは、要求される比較
的高いリップル電流定格の故にスイッチングレギ二し−
夕への適用、即ち従来の湿式コンデンサが通常使用され
ない領域における濾過に例外的に非常に適している。

（発明が解決しようとする課題）これらのコンデンサは、通常、予成形されたタンタルの
シリンダをタンタル缶に挿入することによって製造され
る。完成した装置において、シリンダは陰極として作用
する。タンタル陽極、電解液、ならびに適切な密閉およ
び連結手段とで構築が完了する。しかし、多数の応用に
おいて、特にタンタルのコストが高いことを考慮すれば
、全陰極シリンダによって提供されるのと同量の陰極容
量を有する必要はない。この問題を解決する明らかな方
法としては、より薄い陰極シリンダを形成することであ
る。

残念なことに、タンタルの薄いシリンダはその製造およ
び取扱いが非常に困難である。破損による損失は、薄い
シリンダを使用することによって期待される節約よりも
大きい。

従って、陰極容量が使用者のニーズに答えるように調整
され得、存在する装置上で組み立てられ。

産業上使用できるような従来の形態のタンタルコンデン
サに対する必要性が残っている。

（課題を解決するための手段）本発明の電解コンデンサは、協同した組合せにおいて、
金属容器、多孔性ペレット陽極、電解液、および該容器
の内部に付着した少なくとも２つの非連続陰極要素を包
含する分離陰極を備え、該陰極要素の各々がシリンダ状
になっており、該陰極要素の１つが該容器の一端に位置
し、他方が該容器の他端に位置している。

前記構成に於いて、２つの陰極要素を有し、その１つが
容器の一端に位置し、第２の陰極要素が該容器の他端に
位置することもできる。

前記陰極要素が、少なくともいずれかの断面の高さと同
等の間隔を置いて互いに分離されていてもよい。

また、複数の非連続陰極要素を有するようにしてもよい
。

或は、前記陰極部分が異なる高さを有していてもよい。

前記陰極要素が前記容器の壁に拡散結合されていること
もできる。

前記陰極要素がタンタル要素であり、前記陽極がタンタ
ルであり、前記容器がタンタル缶とすることもできる。

本発明の湿式タンタル電解コンデンサは、協同した組合
せにおいて、少なくとも１つの開放端およびそれに取り
付けられた陰極リード手段を有するタンタル容器、該容
器の内壁に付着した複数の非連続タンタル陰極要素、該
容器を実質的に満たす電解溶液、該容器内に配置され、
絶縁支持体によって該容器および非連続陰極要素から分
離され陽極リード手段が取り付けられたタンタル陽極、
並びに該開放端を密閉する手段を備えている。

前記容器が缶の形態をしていてもよい。

本発明の他の面からは、タンタル缶の内壁に結合した非
連続タンタル陰極要素を備えた、タンタルコンデンサの
ための対向電極が提供される。

また、本発明の湿式電解コンデンサを製造する方法は、
少なくとも１つの予成形されたシリンダ状陰極要素を、
内径が該予成形された陰極要素の外径よりも小さいシリ
ンダレジューサを通してコンデンサ容器に挿入し、該陰
極容器アセンブリを、該陰極要素が該容器の内壁に拡散
結合するのに十分な温度になるまで加熱し、絶縁手段、
陽極、電解液、密閉手段および電気接続手段を導入し協
同的に付着させることを包含している。

前記方法に於いて、複数の陰極要素が前記容器に挿入さ
れるようにすることもできる。

前記レジューサの内径が予成形された前記陰極要素の外
径よりも約０．１％から約２．５％小さいのが好ましい
。

前記容器がタンタル容器であり、陰極要素がタンタル陰
極要素とすることもできる。

前記陰極容器アセンブリが少なくとも１４００’Ｃで少
なくとも３０分間加熱されるようにすることもできる。

本発明の更に池の面からは、予成形されたタンタル陰極
要素を、内径が該予成形された要素の外径の内径よりも
小さいレジューサを通してタンタル缶に挿入し、該アセ
ンブリを、該要素が該缶に拡散結合するのに十分な温度
で加熱することを包含する、タンタルコンデンサのため
の対向電極を形成する方法が提供される。

容器に搭載され接着された非連続陰極要素を備えたコン
デンサが提供される。陰極全容量は、少なくとも２個以
上で容器の容量領域を満たすのに必要とされる数までの
範囲で使用される陰極要素の総数によって決定される。

更に、予成形された要素を、予成形された要素の直径よ
りもわずかに小さい直径のレジューサに押し通すことに
よって、陰極要素を容器に挿入する新しい手段が提供さ
れる。

（実施例）第１図を参照すると、構築が完成したコンデンサ１０は
、缶の中の陰極要素３０の配置を示す切欠側面図におい
て示−される。缶２０は、通常の円筒状のタンタル缶で
あり、コンデンサの外容器として作用する。完全に組み
立てられた形態では、缶は上部で密閉され、電気接続を
形成するために各先端部にリード線が設けられている。

典型的な構造は、本願で引例として取り入れたリビー（
Ｌｉｂｂｙ）の米国特許４，７８０，７９７号およびロ
ジャーズ（Ｒｏｇｅｒｓ）の米国特許４．５２３．２５
５号に示される。しかし、本発明は当該技術の密閉また
は接続の特徴、あるいは完全に組み立てられたコンデン
サの特定の形態またはサイズによって限定されないこと
が理解される。更に、本発明をタンタルコンデンサによ
って説明するが、炭素またはそれに代わるバルブ金属等
が本発明の実施においてタンタルの代わりに使用され得
る。

予め成形された円筒状のタンタル陰極要素３０を缶２σ
に挿入する。要素３０は、第１Ａ図に示すように、缶の
底部および頂部のみに配置され得るが、第１Ｂ図、ｔＣ
図、およびＩＤ図に示すように様々な位置にも配置され
得る。要素の数の選択は、所望の陰極容量およびシリン
ダ要素の高さによって制御される。陰極要素の高さがす
べて同じである必要はない。要素の数およびサイズの選
択は、当業者の予測範囲内である。

陰極要素３０は、缶２０にスリップフィツト（ｓｌｉｐ
　ｆｉｔ）または詰め込まれ得、この方法は陰極シリン
ダの挿入に従来から広く使用されている。

次いで、陰極要素を缶２０の壁に接着させるために、溶
融（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）またはレーザ溶接が必要とさ
れる。強化陰極結合と称しているのであるが、好ましい
実施態様では、陰極要素３０は、陰極要素または缶より
もわずかに直径の小さいレジューサ（ｒｅｄｕｃｅｒ）
を通して缶２０に挿入される。この工程については、以
下に更に詳細に説明する。

３８％の１１２ｓ０４等の電解液が領域５０に入れられ
ている。絶縁体が取り付けられたタンタル陽極６０を缶
の中に挿入する。適切なものであれば、あらゆる絶縁材
料が使用され得るが、ポリテトラフルオロエチレン絶縁
体が多方面に渡って好ましく適用される。次いで、活性
領域を適切な密閉手段で周囲から密閉する。タンタル引
上げワイヤ８０は密閉手段を貫通して陽極６０をリード
ワイヤ９０に接続する。

１つの実施態様では、完成したコンデンサは、スペーサ
７２の領域においてクリンプされ、レーザで溶接された
タンタル−ガラス−タンタルのシール７４で終了する。

タンタル６上げワイヤ８０は、タンタル管８２中のガラ
スを通り抜け、その引上げ部と管は溶接で閉じられ、そ
の溶接部はすずめつきニッケルリード９０に溶接され、
これによって陽極６０への電気接続が提供される。すず
めつきされたニッケルリード９２は、缶２０の底部に溶
接されて陰極への電気接続を提供する。本発明の陰極構
造には、代替の密閉および接続手段が使用されるため、
これらの特定的に記述された密閉および接続手段にはい
ずれも限定されないことが理解される。

本発明の実施において、陰極要素は、上記で言及した強
化陰極結合方法によって缶に付着されることが好ましい
。この方法では、スプリングバックが作用して予成形で
の加圧に於て生じていた応力が緩和される前に、予成形
された陰極要素を缶に挿入する。それに次ぐ溶融によっ
て、陰極要素と缶の壁との間に拡散結合が提供される。

このような結合は、当該技術のスリップフィツト／溶融
方法によって提供される結合またはレーザ溶接による結
合よりも非常に強力である。この方法によって製造され
たコンデンサは、応力の下で分解することはなく、従っ
て、コンデンサ製造の技術における特筆すべき進歩を示
すと思われる。

第２図を参照すると、タンタル粉末と、しょうのう、サ
リシル酸またはステアリン酸等の約８％までの適切な結
合剤／潤滑剤とから形成されたシリンダ陰極要素３０は
、パンチ１００によって缶保持体１２０の中のタンタル
缶２０へとシリンダレジューサ１１０の間隙を通して駆
動される。レジューサ１１０は、陰極要素３０の外径よ
りもわずかに小さい内径を有し、要素３０を更に圧縮し
た状態にする。レジューサ１１０の壁は、要素３０がレ
ジューサを通過するにつれて圧力が徐々に増すようにテ
ーバ状にされている。缶２０の内径は、応力の緩和が次
いで行われる工程中に起こるように、レジューサ１１０
の内径（およびレジューサから出て来る圧縮された陰極
要素３０の外径）よりもわずかに大きい。一般に、レジ
ューサの内径は、予成形された要素の外径よりも約０．
１％から２．５％小さい。好ましくは、レジューサの内
径は、予成形された要素の外径よりも約０．５％から約
１．５％小さい。

要素３０をレジューサ１１０を通して缶２０に挿入した
後、アセンブリを２００−４００°Ｃに調整したオーブ
ンに約２時間以内放置し、結合剤／潤滑剤を除去する。

この潤滑除去ステップによって、陰極要素３０上の応力
緩和の工程が開始される。要素は室温まで冷却され、次
いで約１５００’Ｃに維持された真空溶融炉に移して約
３０分間放置する。缶の壁および陰極要素の間の結合は
約９５０’Ｃで開始する。しかし、半径方向応力は、約
１２００°Ｃの温度に達するまで十分に緩和されない。

この後者の温度に近づくと、陰極は、缶の壁に対して拡
散結合を開始する。約１３５０℃で、陰極要素は収縮し
始めるが、拡散結合の強度のために、すべての収縮は内
側から外側へ起こる。当業者は、本発明の工程が、単体
陰極要素部の挿入または複合非連続要素の挿入に同様に
適用されることを認めるであろう。

本発明は、タンタルコンデンサおよび出願人に既知の最
善の様式に基づいたその製造方法について説明したが、
多数の改変および応用は当業者の予測範囲内であり、本
発明で記述および請求されるものと同様のものと見なさ
れる。

４、　　　の。　な！ｌ第１Ａ図は、２つの非連続陰極要素を備えた本発明のコ
ンデンサの部分切欠側面図である。

第１Ｂ図、ＩＣ図およびＩＤ図は、５個、４個および３
個の要素をそれぞれ備えた他の実施例を示す図である。

第２図は、陰極要素をレジューサを通して缶に挿入する
際の配置を示す断面図である。

２０、、、缶、３０．、、　　シリンダ状タンタル陰極
要素、４０．１．絶縁体、５０．、、領域、６０、、、
タンタル陽極、７２．、、　　スペーサ、７４、、、　
　タンタル−ガラス−タンタルシール、８０、、、　タ
ンタル引上げワイヤ、８２．、、　　タンタル缶、９０
．、、　　リードワイヤ、９２．、。

ニッケルリード、１００．、、パンチ、１１０．。

レジューサ、１２０．、、缶保持体。

以上

Claims

【特許請求の範囲】

１．協同した組合せにおいて、金属容器、多孔性ペレッ
ト陽極、電解液、および該容器の内部に付着した少なく
とも２つの非連続陰極要素を包含する分離陰極を備え、
該陰極要素の各々がシリンダ状になっており、該陰極要
素の１つが該容器の一端に位置し、他方が該容器の他端
に位置する、電解コンデンサ。
２．２つの陰極要素を有し、その１つが容器の一端に位
置し、第２の陰極要素が該容器の他端に位置する、請求
項１に記載のコンデンサ。
３．前記陰極要素が、少なくともいずれかの断面の高さ
と同等の間隔を置いて互いに分離される、請求項１に記
載のコンデンサ。
４．複数の非連続陰極要素を有する、請求項１に記載の
コンデンサ。
５．前記陰極部分が異なる高さを有する、請求項１に記
載のコンデンサ。
６．前記陰極要素が前記容器の壁に拡散結合されている
、請求項１に記載のコンデンサ。
７．前記陰極要素がタンタル要素であり、前記陽極がタ
ンタルであり、前記容器がタンタル缶である、請求項１
に記載のコンデンサ。
８．協同した組合せにおいて、少なくとも１つの開放端
およびそれに取り付けられた陰極リード手段を有するタ
ンタル容器、該容器の内壁に付着した複数の非連続タン
タル陰極要素、該容器を実質的に満たす電解溶液、該容
器内に配置され、絶縁支持体によって該容器および非連
続陰極要素から分離され陽極リード手段が取り付けられ
たタンタル陽極、並びに該開放端を密閉する手段を備え
た湿式タンタル電解コンデンサ。
９．前記容器が缶の形態をした、請求項８に記載のコン
デンサ。
１０．タンタル缶の内壁に結合した非連続タンタル陰極
要素を備えた、タンタルコンデンサのための対向電極。
１１．少なくとも１つの予成形されたシリンダ状陰極要
素を、内径が該予成形された陰極要素の外径よりも小さ
いシリンダレジューサを通してコンデンサ容器に挿入し
、該陰極容器アセンブリを、該陰極要素が該容器の内壁
に拡散結合するのに十分な温度になるまで加熱し、絶縁
手段、陽極、電解液、密閉手段および電気接続手段を導
入し協同的に付着させることを包含する湿式電解コンデ
ンサを製造する方法。
１２．複数の陰極要素が前記容器に挿入される、請求項
１１に記載の方法。
１３．前記レジューサの内径が予成形された前記陰極要
素の外径よりも約０．１％から約２．５％小さい、請求
項１１に記載の方法。
１４．前記容器がタンタル容器であり、陰極要素がタン
タル陰極要素である、請求項１１に記載の方法。
１５．前記陰極容器アセンブリが少なくとも１４００℃
で少なくとも３０分間加熱される、請求項１４に記載の
方法。
１６．予成形されたタンタル陰極要素を、内径が該予成
形された要素の外径の内径よりも小さいレジューサを通
してタンタル缶に挿入し、該アセンブリを、該要素が該
缶に拡散結合するのに十分な温度で加熱することを包含
する、タンタルコンデンサのための対向電極を形成する
方法。