JPH11224832A - 固体電解コンデンサ用多孔質陽極体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多孔質陽極体の表面状態を改良して陽極体の
表面空孔を拡大する効果により、固体電解質母液の含浸
性を向上させてコンデンサの電気抵抗特性、静電容量変
化率が優れた固体電解コンデンサを得ることができる固
体電解コンデンサ用多孔質陽極体の製造方法を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 弁作用金属粉末を平均粒子径を２０μｍ
以下とし、粉体圧縮度が３０％以下となるように造粒し
た粉末を用いて多孔質陽極体を作製する製造方法とする
ことにより、陽極体表面空孔を大きくした固体電解コン
デンサ用多孔質陽極体を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体電解コンデンサ
用多孔質陽極体の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に固体電解コンデンサはタンタル等
の弁作用金属からなる陽極導出線を植設した状態で弁作
用金属粉末を加圧成形することで成形体を形成し、かつ
この成形体を高温高真空中で焼結することにより多孔質
陽極体を作製し、その後この多孔質陽極体の表面に誘電
体酸化皮膜層、半導体層、カーボン層、銀ペイント層を
順次形成してコンデンサ素子を構成するようにしている
ものである。また、上記半導体層は誘電体酸化皮膜層を
形成した多孔質陽極体に固体電解質母液を含浸した後、
熱分解、重合等の方法によって形成され、この半導体層
の形成状態は固体電解質母液の多孔質陽極体への含浸性
に依存するため、多孔質陽極体の表面状態、特に表面の
空孔径の影響が強い。すなわち、表面空孔径が大きいほ
ど半導体層の形成状態は良い。そしてこの半導体層の形
成状態は、固体電解コンデンサの静電容量変化率、電気
抵抗特性に強く影響を与え、形状状態が悪いとこれらの
特性は著しく悪化することが知られている。

【０００３】最近、固体電解コンデンサの小形大容量化
が進み、使用される弁作用金属粉末の高ＣＶ化（ただし
ＣＶは弁作用金属粉末の電気特性を示す指数で、誘電体
酸化皮膜形成電圧Ｖ（Ｖ）とその時に発現する弁作用金
属粉末単位重量当たりの静電容量Ｃ（μＦ）の積）が進
んでいるが、弁作用金属粉末の高ＣＶ化は構成する粉末
粒子の微細化によって実現されているので、この高ＣＶ
化は一方で多孔質陽極体の表面空孔径の縮小をもたら
し、これが固体電解質母液の含浸性の悪化をもたらすた
め、結果として固体電解コンデンサの静電容量変化率、
電気抵抗特性の悪化を引き起こしていた。

【０００４】また、この固体電解質母液の含浸性の悪化
を防ぐために、弁作用金属粉末を成形前にバインダと混
合造粒する際にバインダ混合割合を高めたり、あるいは
成形体密度を低く設定することによって焼結体の空孔径
を確保すること、または粉末粒子の粒子破壊強度を測定
してその強度の強い粉末を選別し、この粉末を使用する
ことで焼結体の空孔径を確保することが行われてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の製造方法では、弁作用金属粉末粒子の微細化は成形性
の悪化を引き起こし、多孔質陽極体の表面の空孔径の縮
小、及び成形時の成形体の表面の目つぶれをもたらし、
このため陽極酸化時の化成液の含浸、半導体固体電解質
層の形成時の固体電解質母液の多孔質陽極体への含浸が
困難になり、結果として固体電解コンデンサの静電容量
変化率、電気抵抗特性の悪化を引き起こしていた。そこ
で、上記従来の技術で示したように、固体電解質母液の
含浸性の悪化を防ぐための焼結体の空孔を確保する手段
として、成形体密度を低く設定することや、弁作用金属
粉末をバインダと混合造粒する際にそのバインダ混合割
合を高める方法がとられているが、これらの方法は電極
体素子の強度が低下するために固体電解コンデンサの漏
れ電流特性の悪化を引き起こすという欠点があった。

【０００６】さらに、高ＣＶ化のために微粒子化した弁
作用金属粉末は粒子強度が弱いため、従来と同程度の圧
縮度４０％程度の造粒では、成形において粒子が崩れて
粒子間間隙がなくなり、焼結体の表面の目つぶれ、焼結
体の空孔径の縮小をもたらすものであった。また、造粒
粒子の破壊強度を測定して破壊強度の強い粉末を使用す
ることで、成形時の目つぶれ、焼結体の空孔径の減少を
減少させる方法が提案されているが、この方法ではサン
プリングした粒子によって測定値のばらつきが多く、特
性把握が極めて困難であり、充分な効果を上げることが
できず、この結果、陽極酸化時の化成液の含浸、固体電
解質形成時の固体電解質母液の多孔質陽極体への含浸が
困難になり、コンデンサ静電容量、電気抵抗特性の悪化
をもたらすという問題点があった。

【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、コンデンサ静電容量、電気抵抗特性が極めて優れた
固体電解コンデンサを得ることができる、固体電解コン
デンサ用多孔質陽極体の製造方法を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の固体電解コンデンサ用多孔質陽極体の製造方
法は、弁作用金属粉末を熱処理またはバインダ添加のい
ずれかの方法で粉体圧縮度が３０％以下となるよう粉末
を造粒し、この粉末を用いて多孔質陽極体を作製するよ
うにしたもので、この製造方法によれば、従来の問題点
であった成形時の多孔質陽極体の表面の空孔径の減少、
目つぶれが少なくなるため、固体電解質母液を多孔質陽
極体の内部に容易に含浸させることができ、コンデンサ
静電容量変化率、電気抵抗特性が極めて優れた固体電解
コンデンサを得ることができるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、弁作用金属粉末を造粒した後、この造粒後の粉末を
弁作用金属からなる陽極導出線を植設した状態で加圧成
形して成形体を形成し、この成形体を高温高真空中で焼
結することにより固体電解コンデンサ用多孔質陽極体を
製造する際に、上記弁作用金属粉末の平均粒子径を２
０．０μｍ以下とし、かつその造粒後の粉末の粉体圧縮
度を３０％以下として行うようにしたものであり、この
製造方法により、粉体圧縮度が３０％以下の粒子強度を
持つため、成形時の圧密において粒子間の間隙が多く残
留し、かつ目つぶれも少なく、しかもこの粒子間間隙は
多孔質陽極体中の空孔となるため、表面の空孔径の大き
な多孔質陽極体を得ることができ、この結果、陽極酸化
時の化成液の含浸、半導体固体電解質層の形成時の固体
電解質母液の多孔質陽極体への含浸が容易となり、コン
デンサ静電容量、電気抵抗特性の向上を可能にすること
ができるという作用を有する。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、弁作用金属がタンタルを主成分とする
ものであるとしたもので、請求項１に記載の発明による
作用と同様の作用を有する。

【００１１】次に、本発明の具体的な実施の形態につい
て、比較例とともに説明する。 （実施の形態１）以下、本発明の第１の実施の形態につ
いて、タンタル固体電解コンデンサを例として説明す
る。

【００１２】まず、タンタル粉末を１０^-3Ｐａの真空下
において焼結温度よりも１００度低い温度で熱処理を行
った後、樟脳とともに混合造粒して、その平均粒子径を
２０μｍ、粉体圧縮度を２０％に加工した。ここで、粉
体圧縮度とは粉体の疎充填かさ密度と密充填かさ密度の
比で定義される指数であり、粉体圧縮度の値が低いほど
粒子強度が強いことを示し、その結果、焼結体の最大空
孔径は大きくなる。粒子強度の把握を粒子単独の破壊強
度測定による方法で行う方法も提案されているが、この
方法は、サンプリングした粒子の形状による測定値のば
らつきが多く判断が困難であるが、この方法では粉末全
体としての特性がより確実に把握できる。続いて、この
造粒粉末１５０ｍｇをタンタル線からなる陽極リードを
植設した状態で、成形体密度６．０、φ３．０×４．０
mmの円柱形に加圧成形することによって成形体を形成
し、さらにこの成形体を焼結温度１４００度、真空度が
１０ ^-3Ｐａの真空中において２０分間焼結を行うことで
多孔質陽極体を作製した。

【００１３】（実施の形態２）以下、本発明の第２の実
施の形態について、タンタル固体電解コンデンサを例と
して説明する。

【００１４】まず、タンタル粉末を１０^-3Ｐａの真空下
において焼結温度よりも１５０度低い温度で熱処理を行
った後、樟脳とともに混合造粒して、その平均粒子径を
２０μｍ、粉体圧縮度を２５％に加工した。続いて、こ
の造粒粉末１５０ｍｇをタンタル線からなる陽極リード
を植設した状態で、成形体密度６．０、φ３．０×４．
０mmの円柱形に加圧成形することによって成形体を形成
し、さらにこの成形体を焼結温度１４００度、真空度が
１０^-3Ｐａの真空中において２０分間焼結を行うことで
多孔質陽極体を作製した。

【００１５】（比較例）以下、本発明の比較例につい
て、タンタル固体電解コンデンサを例として説明する。

【００１６】まず、タンタル粉末を樟脳とともに混合造
粒して平均粒子径が２０μｍ、粉体圧縮度が３５％の造
粒粉末を作成し、この粉末１５０ｍｇをタンタル線から
なる陽極リードを植設した状態で、成形体密度６．０、
φ３．０×４．０mmの円柱形に加圧成形することによっ
て成形体を形成し、さらにこの成形体を焼結温度１４０
０度、真空度が１０^-3Ｐａの真空中において２０分間焼
結を行うことで多孔質陽極体を作製した。

【００１７】

【表１】

【００１８】（表１）は、本発明の実施の形態１，２と
比較例で得られたそれぞれの粉末の粉体圧縮度及び得ら
れた多孔質陽極体の表面の最大空孔径と、それぞれの多
孔質陽極体に０．５ｗｔ％のリン酸水溶液中で３０Ｖ、
２時間の陽極酸化を実施して誘電体酸化皮膜を形成した
後、そのＣＶ値を測定した結果を示したものである。

【００１９】この（表１）から明らかなように、比較例
では最大空孔径が１．０μｍ以下であったが、本実施の
形態においては２．０μｍ以上であり、特に実施の形態
１においては２．５μｍ以上であり、粉体圧縮度が低く
なるほど粒子強度が強くなり、この結果、成形時の目つ
ぶれが小さくなり、最大空孔径が大きくなったことを示
している。次に、本実施の形態１，２と比較例で得られ
た多孔質陽極体について、燐酸液中で３０Ｖの化成を実
施して誘電体皮膜を形成した後、硝酸マンガンの含浸、
熱分解により二酸化マンガン半導体層、カーボン層、銀
電極層を順次形成してコンデンサ素子を作製した後、外
部引き出し用の陰極リードおよび陽極リードを引き出
し、その後樹脂外装を施してタンタル固体電解コンデン
サを作製した。

【００２０】このそれぞれのタンタル固体電解コンデン
サの初期ｔａｎδ特性を図１に、図２に１２０度、２気
圧の耐湿過酷試験を５０時間実施後の静電容量変化率を
示す。

【００２１】図１、図２から明らかなように比較例では
粉体圧縮度が高くて粒子強度が弱いため、成形時に粒子
が崩れて粒子間間隙が消失し、多孔質陽極体の表面の空
孔が減少した結果、陰極層形成が困難となり、初期ｔａ
ｎδ特性が悪化し、静電容量変化率のばらつきも大きく
なっているのに対し、本実施の形態では粉体圧縮度が低
くて粒子強度が強いため、多孔質陽極体の表面空孔が比
較例に比べて大きくなり、陰極層形成が従来に比べて容
易になって初期ｔａｎδ特性、静電容量変化率とも比較
例に比べて安定化しているものであり、特に粉体圧縮度
の低い実施の形態１において、その特性改善効果が顕著
であることが確認できた。

【００２２】なお、上記本発明の実施の形態において
は、コンデンサ素子を構成する多孔質陽極体として弁作
用金属であるタンタル金属粉末を成形焼結したものを用
いたものについて説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、アルミ、チタンのようなその他の弁作
用金属を用いて多孔質陽極体を作製しても上記本発明と
同様の効果が得られるものである。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明の固体電解コンデン
サ用多孔質陽極体の製造方法は、弁作用金属粉末を熱処
理またはバインダ添加のいずれかの方法で粉体圧縮度が
３０％以下となるよう粉末を造粒し、この粉末を使用し
て多孔質陽極体を作製するようにしたもので、この製造
方法によれば弁作用金属粉末を構成する粒子の強度が十
分に強いために粒子間間隙が崩れにくく、空孔が大きく
目つぶれの少ない多孔質陽極体を得ることができるの
で、多孔質陽極体の表面の空孔径の減少を防止する効果
が著しい。この結果、半導体固体電解質層の形成が良好
となり、コンデンサ特性、特に静電容量変化率、電気抵
抗特性の向上をもたらすことができ、従来品と比べて極
めて良特性の固体電解コンデンサを得ることができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１，２と比較例で得られた
多孔質陽極体を使用したタンタル固体電解コンデンサの
ｔａｎδ特性を比較した特性図

【図２】本発明の実施の形態１，２と比較例で得られた
多孔質陽極体を使用したタンタル固体電解コンデンサの
静電容量を比較した特性図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁作用金属粉末を造粒した後、この造粒
   後の粉末を弁作用金属からなる陽極導出線を植設した状
   態で加圧成形して成形体を形成し、この成形体を高温高
   真空中で焼結することにより固体電解コンデンサ用多孔
   質陽極体を製造する際に、上記弁作用金属粉末の平均粒
   子径を２０．０μｍ以下とし、かつその造粒後の粉末の
   粉体圧縮度を３０％以下として行うようにした固体電解
   コンデンサ用多孔質陽極体の製造方法。
2. 【請求項２】 弁作用金属粉末がタンタル粉末を主成分
   とするものである請求項１に記載の固体電解コンデンサ
   用多孔質陽極体の製造方法。