(57)【要約】【課題】焼結皿の変形が抑制されて、長期間の使用が可能となる焼結用ユニットを提供する。【解決手段】焼結対象物が載置される第１面およびその反対側の第２面を有する第１焼結皿と、前記第１焼結皿を支持する支持体と、を備え、前記支持体は、前記第２面に当接して、前記第２面の外周部の少なくとも一部を支持する、焼結用ユニットである。前記支持体は筒状であってもよく、前記支持体の前記第２面に対向する端部は、前記第２面の前記外周部に当接してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結対象物が載置される第１面およびその反対側の第２面を有する第１焼結皿と、
前記第１焼結皿を支持する支持体と、を備え、
前記支持体は、前記第２面に当接して、前記第２面の外周部の少なくとも一部を支持する、焼結用ユニット。
【請求項２】
前記支持体は筒状であり、
前記支持体の前記第２面に対向する端部は、前記第２面の前記外周部に当接する、請求項１に記載の焼結用ユニット。
【請求項３】
前記第１面における前記焼結対象物が載置される領域は、平坦である、請求項１または２に記載の焼結用ユニット。
【請求項４】
前記焼結対象物は、主成分として第１弁作用金属を含み、
前記第１焼結皿は、主成分として前記第１弁作用金属を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼結用ユニット。
【請求項５】
前記支持体を介して、前記第１焼結皿に対向するように配置される第２焼結皿を備え、
前記第２焼結皿は、前記第１焼結皿に対向する第３面およびその反対側の第４面を備え、
前記支持体は、前記第３面に当接する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の焼結用ユニット。
【請求項６】
前記第３面の外縁には、前記第１焼結皿に向かって立ち上がる立上り部が設けられており、
前記支持体の前記第３面からの高さは、前記立上り部の前記第３面からの高さよりも大きい、請求項５に記載の焼結用ユニット。
【請求項７】
前記支持体は、前記支持体と前記第２面と前記第３面とにより形成された空間と、前記支持体の外側とを連結する孔を備える、請求項５または６に記載の焼結用ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結用ユニットに関し、詳細には、電解コンデンサに用いられる多孔質焼結体を製造するのに適する焼結用ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化および軽量化に伴って、小型かつ大容量の高周波用コンデンサが求められている。このようなコンデンサとして、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく、周波数特性に優れている固体電解コンデンサの開発が進められている。固体電解コンデンサは、陽極体と、陽極体の表面に形成された誘電体層と、誘電体層の表面に形成された固体電解質層と、固体電解質層上に形成された陰極層と、を具備する。陽極体としては、タンタル、ニオブ、チタンなどの弁作用金属粒子を焼結した多孔質焼結体が用いられる。
【０００３】
多孔質焼結体は、通常、弁作用金属粒子およびバインダを加圧成形して多孔質成型体を得た後、この多孔質成型体を焼結皿に載置した状態で、減圧下で焼結することにより製造される。焼結は、例えば１０００℃以上で行われる。そのため、焼結皿は、熱によって変形し易い。そこで、特許文献１は、焼結皿に同心円状の複数のひも出しリブを設けるとともに、十字型の仕切壁を設置することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１によれば、焼結皿の熱分布差が小さくなって、熱変形が抑制される。
本発明は、焼結皿の熱変形をさらに抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の局面は、焼結対象物が載置される第１面およびその反対側の第２面を有する第１焼結皿と、前記第１焼結皿を支持する支持体と、を備え、前記支持体は、前記第２面に当接して、前記第２面の外周部の少なくとも一部を支持する、焼結用ユニットに関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、焼結皿の変形が抑制されて、長期間の使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る焼結用ユニットを展開して示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る焼結用ユニットの支持体および第１焼結皿を第２面の法線方向から見た平面図である。
【図３】本発明の他の一実施形態に係る支持体の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る焼結用ユニットの断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る焼結用ユニットの使用態様を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
電解コンデンサに用いられる多孔質焼結体は、通常、弁作用金属粒子を加圧成形して多孔質成型体を得た後、この多孔質成型体を焼結皿に載置した状態で焼結することにより製造される。焼結は、例えば、複数の焼結皿をスタックした状態で行われる。上方の焼結皿は、例えば特許文献１に記載されているように、下方の焼結皿の中心付近に設けられた円筒体で支持される。このとき、支持されていない上方の焼結皿の外周部は、多孔質成型体による荷重および熱によって下方にダレて、変形する。変形が進むと、焼結皿が割れる場合もある。
【００１０】
また、後述するように、焼結皿の中央部には通常、開口が設けられている。この開口には棒状の棒状部材が挿入されて、焼結皿は位置決めされる。そのため、多孔質成型体は焼結皿の外周部に多く配置されることになり、外周部はさらに変形し易い。
【００１１】
そこで、本実施形態では、焼結皿の外周部を、焼結皿とは別部材である支持体によって下方から支持する。すなわち、本実施形態に係る焼結用ユニットは、焼結対象物が載置される第１面およびその反対側の第２面を有する第１焼結皿と、第１焼結皿を支持する支持体とを備えており、支持体は、第２面に当接して、第２面の外周部の少なくとも一部を支持する。このように、焼結皿の外周部を下方から支えることにより、焼結対象物からの荷重および加熱による焼結皿の変形が抑制される。さらに、支持体を焼結皿とは別部材にすることにより、その形状の自由度が高まる。さらに、焼結皿のクリーニング時に支持体を取り外すことにより、クリーニング作業も容易となる。焼結皿には、焼結対象物に含まれるバインダに由来するカーボンが付着しやすい。焼結皿に付着したカーボンは、焼結対象物への再汚染を引き起こすとともに、焼結皿を脆化させる原因になり得る。そのため、焼結皿を定期的にクリーニングする必要がある。
【００１２】
第２面の外周部は、第２面の外縁から、第２面の中心点Ｃと外縁とを結ぶ複数の任意の直線を引き、これら直線上にあって、中心点Ｃからの距離が当該直線の１／２である複数の地点を繋いで形成される（第２面の外形と相似形の）環状の線までの領域である。中心点Ｃは、第２面が円形の場合、円の直径の中点であり、第２面が楕円形の場合、長径および短径の中点である。第２面が円および楕円以外の点対称な形状（例えば、矩形）である場合、中心点Ｃは複数の対角線の交点である。
【００１３】
支持体は筒状であってもよい。筒状の支持体の第２面に対向する端部の少なくとも一部は、第２面の外周部に当接する。これにより、第２面の外周部が均等に支持されやすくなる。筒状の支持体の第２面に対向する端部を第１面の法線方向からみたとき、その形状は、第２面の外形と相似形であってもよい。例えば第２面の外形が円形である場合、支持体は円筒形状である。筒状とは、完全に閉じられている場合に限定されず、隙間があってもよいし、渦巻き状であってもよい。
【００１４】
第１焼結皿の第１面における焼結対象物が載置される領域は平坦であってもよい。本実施形態によれば、第１面にひも出しリブ等の凹凸を設けることなく、焼結皿の変形を抑制することができる。第１面が平坦であると、クリーニング作業はさらに容易になる。第１面が平坦であるとは、第１面に、目視できる凹凸が存在しないことを意味する。
【００１５】
焼結対象物が、主成分として第１弁作用金属を含む場合、第１焼結皿の主成分も第１弁作用金属であることが好ましい。焼結対象物の汚染を抑制するためである。主成分とは、全質量の５０質量％以上を占める成分である。
【００１６】
焼結用ユニットは、さらに第２焼結皿を備えてもよい。第２焼結皿は、支持体を介して第１焼結皿の第２面に対向するように配置される。第２焼結皿は、２つ以上あってもよい。この場合、第２焼結皿同士の間にも支持体を介在させる。第２焼結皿は、第１焼結皿と同型であってもよいし、異なっていてもよい。焼結用ユニットは、他の支持体を介して、第１焼結皿の第１面に対向するように配置される第３焼結皿を備えてもよい。
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る焼結用ユニットについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、焼結用ユニットが第１焼結皿と同型の第２焼結皿を備える場合を例示しているが、これに限定されない。図１は、本実施形態に係る焼結用ユニットを展開して示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る焼結用ユニットの支持体および第２焼結皿を第２面の法線方向から見た平面図である。図３は、他の一実施形態に係る支持体の斜視図である。図４は、本実施形態に係る焼結用ユニットの断面図である。図示例では、便宜上、焼結対象物を省略するとともに、立上り部を誇張している。
【００１８】
焼結用ユニット１００は、第１焼結皿１０と、第２焼結皿３０と、これらの間に介在する支持体２０と、を備える。
【００１９】
（第１焼結皿）
第１焼結皿１０は、焼結対象物（図示せず）が載置される第１面１０Ｘおよびその反対側の第２面１０Ｙを有する。第１面１０Ｘの中央付近には開口１１が設けられている。焼結工程において、開口１１には棒状の棒状部材が挿入されて、第１焼結皿１０は位置決めされる。開口１１の周囲には、開口１１を補強するための略円筒形の補強部材１２が配置されている。補強部材１２は、リベット等により第１面１０Ｘに接合されている。
【００２０】
第１面１０Ｘおよび第２面１０Ｙは、概ね円形である。ただし、第１面１０Ｘおよび第２面１０Ｙの形状はこれに限定されず、矩形であってもよいし、その他の任意の形状であればよい。第１面１０Ｘおよび第２面１０Ｙの直径は、例えば、１０ｃｍ〜２５ｃｍである。第１面１０Ｘと第２面１０Ｙとの間の距離（第１焼結皿１０の厚み）は、例えば、０．３ｍｍ〜２ｍｍである。
【００２１】
第１面１０Ｘの外縁には、第２面１０Ｙから第１面１０Ｘに向かって立ち上がる立上り部１０Ｚが設けられている。これにより、焼結対象物の転落が防止されるとともに、第１焼結皿１０の変形はさらに抑制される。立上り部１０Ｚの第１面１０Ｘからの高さは、例えば、３ｍｍ〜１０ｍｍである。立上り部１０Ｚは、第１面１０Ｘより大きめに打ち抜かれた板材を、例えばプレス加工することにより形成される。このとき、板材の外縁を折り返しながらプレス加工を行って、立上り部１０Ｚの板材を二重にしてもよい。
【００２２】
第１面１０Ｘの開口１１、補強部材１２および立上り部１０Ｚ以外の領域に、焼結対象物が載置される。焼結対象物が載置される上記領域（載置領域）は平坦であり、リブ等の目視できる凹凸を有さない。
【００２３】
後述するように、弁作用金属を主成分とする焼結皿は、一般に、粉末冶金法によって製造された板材を加工することにより得られる。粉末冶金法は、金属粒子を金型に入れて加圧成形した後、焼結させる方法である。そのため、得られる板材は、微視的には粒界を有する。ひも出しリブは、例えば、上記板材を焼結皿と同程度の大きさに打ち抜いた後、さらにプレス加工することにより形成される。板材は、プレス加工により機械的に屈曲されるため、粒界が広がりやすい。大きな粒界を有するリブでは、熱等によって粒界破断が生じ易い。さらに、この大きな粒界にカーボンが入り込むと、リブの脆化はさらに進行する。本実施形態によれば、第１面１０Ｘの載置領域に、このような機械的に凹凸が形成されていないため、焼結皿の変形を抑制することができる。
【００２４】
第１焼結皿１０の材質は特に限定されず、焼結対象物に含まれる成分に応じて適宜選択すればよい。焼結対象物が主成分（全質量の５０％以上を占める成分）として第１弁作用金属を含む場合、汚染を防止するため、第１焼結皿１０の主成分も第１弁作用金属であることが好ましい。第１弁作用金属としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）等が挙げられる。
【００２５】
（支持体）
支持体２０は、第１焼結皿１０の第２面１０Ｙに対向するように配置される。支持体２０は、第２面１０Ｙに当接しており、第２面１０Ｙの外周部の少なくとも一部を支持する。
【００２６】
支持体２０は、円筒状である。ただし、支持体の形状はこれに限定されず、柱状、壁状、円筒以外の筒状（例えば、角筒等）であってもよい。柱状または壁状の支持体を使用する場合、２つ以上の支持体を、第２面１０Ｙの外周部に対応する位置に配置する。
【００２７】
支持体２０の外径Ｄ２０（図２参照）は、第２面１０Ｙの半径Ｄ１０ｂ以上であり、第２面１０Ｙの直径Ｄ１０ａ以下である。これにより、支持体２０の第２面１０Ｙに対向する端部（第１端部）２０Ｘは、第２面１０Ｙの外周部１０Ｙａに当接する。第１焼結皿１０の変形抑制効果が高い点で、支持体２０の外径Ｄ２０は、第２面１０Ｙの直径Ｄ１０ａの７５％以上、１００％以下であってもよい。なお、開口１１は、第２面１０Ｙの中央部１０Ｙｂに設けられる。
【００２８】
支持体２０は、支持体２０と第２面１０Ｙと第２焼結皿３０の第３面３０Ｘとにより形成された空間Ｓ（図４参照）と、支持体２０の外側とを連結する孔（連結孔）を備えてもよい。これにより、空間Ｓを減圧する際の排気抵抗が小さくなる。連結孔の形状は特に限定されず、円形であってもよいし矩形であってもよい。例えば、図３に示すように、連結孔２１の一部は開放されていてもよい。連結孔２１が支持体２０の外側の表面（外表面）に形成する開口の総面積は、例えば、当該外表面の面積の０．１％〜２５％である。
【００２９】
支持体２０の材質も特に限定されず、焼結対象物に含まれる成分に応じて適宜選択すればよい。焼結対象物が主成分として第１弁作用金属を含む場合、支持体２０の主成分も第１弁作用金属であることが好ましい。支持体２０の外表面と内表面との間の距離（支持体２０の厚み）は、例えば、０．３ｍｍ〜２ｍｍである。
【００３０】
（第２焼結皿）
第２焼結皿３０は、支持体２０を介して、第１焼結皿１０の第２面１０Ｙに対向するように配置される。
第２焼結皿３０は、第１焼結皿１０と同型である。ただし、第２焼結皿３０の形状は、第１焼結皿１０と異なってもよいし、第２焼結皿３０は、第１焼結皿１０より大きくてもよいし、小さくてもよい。
【００３１】
第２焼結皿３０は、焼結対象物が載置される第３面３０Ｘおよびその反対側の第４面３０Ｙを有する。第３面３０Ｘの中央付近には開口３１が設けられており、開口３１の周囲に補強部材３２が配置されている。支持体２０の第１端部２０Ｘの反対側の端部（第２端部２０Ｙ）は、第３面３０Ｘの外周部に当接する。第３面３０Ｘの外周部は、第２面１０Ｙの外周部１０Ｙａと同様に定義できる。
【００３２】
第３面３０Ｘの外縁には、第４面３０Ｙから第３面３０Ｘに向かって、つまり、第１焼結皿１０に向かって立ち上がる立上り部３０Ｚが設けられている。図４に示すように、支持体２０の第３面３０Ｘからの高さＨ２０は、立上り部３０Ｚの第３面３０Ｘからの高さＨ３０よりも大きい。これにより、第１焼結皿１０の外周部１０Ｙａは、第２焼結皿３０ではなく支持体２０によって支持される。そのため、第２焼結皿３０（特に、立上り部３０Ｚ）が変形した場合にも、第１焼結皿１０の外周部１０Ｙａの変形は抑制される。立上り部３０Ｚは、通常、プレス加工により形成される。そのため、立上り部３０Ｚは、第１焼結皿１０に向かって僅かに外側に広がっている場合がある。この場合、立上り部３０Ｚは、さらに外側に広がるように変形し易い。
【００３３】
支持体２０の高さＨ２０は特に限定されない。支持体２０の高さＨ２０は、例えば、立上り部３０Ｚの高さＨ３０の１１０％以上であってもよいし、１２０％以上であってもよい。生産性の観点から、第１焼結皿１０と第２焼結皿３０との間隔は過度に広くない方が好ましい。この点で、支持体２０の高さＨ２０は、立上り部３０Ｚの高さＨ３０の２００％以下であってもよいし、１７０％以下であってもよい。
【００３４】
（焼結対象物）
焼結対象物は、例えば、弁作用金属粒子を加圧成形して得られた多孔質成型体である。多孔質成型体には、陽極ワイヤの一部が埋設されている。陽極ワイヤの残部は、多孔質成型体から外部に導出されている。多孔質成型体は焼結された後、電解コンデンサの陽極体として用いられる。焼結対象物の形状および大きさは特に限定されず、例えば、一辺が２ｍｍ以下の直方体である。
【００３５】
焼結対象物は、１種または２種以上の弁作用金属粒子およびバインダを含む。弁作用金属粒子は、２種以上の金属からなる合金であってもよい。例えば、弁作用金属と、ケイ素、バナジウム、ホウ素等とを含む合金を用いることができる。また、弁作用金属と窒素等の典型元素とを含む化合物を用いてもよい。焼結対象物は、一種の弁作用金属（第１弁作用金属）を主成分として含んでもよい。バインダは特に限定されず、例えば、アクリル樹脂等が挙げられる。
【００３６】
図５は、焼結用ユニット１００の使用態様を示す断面図である。
図５では、第１焼結皿１０の第２焼結皿３０とは反対側に、さらに第３焼結皿４０が配置されており、各焼結皿の間に支持体２０が配置されている。第３焼結皿４０の第１焼結皿１０とは反対側には蓋５０が配置されており、第３焼結皿４０と蓋５０との間にも支持体２０が配置されている。複数の支持体２０は、同型であってもよいし、異なってもよい。第３焼結皿４０および蓋５０の中央付近には、それぞれ開口が設けられており、各開口は補強部材４２、５２によりそれぞれ補強されている。
【００３７】
第３焼結皿４０は、第１焼結皿１０と同型、同素材であってもよい。蓋５０は、少なくとも支持体２０を覆う程度の大きさを備え、例えば、第３焼結皿４０の蓋５０に対向する面と同程度の大きさである。蓋５０は、第１焼結皿１０と同素材であってもよい。
【００３８】
本実施形態に係る焼結用ユニット１００を用いた焼結工程の一例を説明する。
まず、第１焼結皿１０の第１面１０Ｘに、支持体２０を配置する。次いで、第１面１０Ｘに焼結対象物を載置する。焼結対象物は、支持体２０と立上り部１０Ｚとの間にも載置されてよい。焼結対象物は、一度に複数が載置される。第２焼結皿３０および第３焼結皿４０にも同様に、支持体２０を配置し、焼結対象物を載置する。
【００３９】
焼結対象物が載置された各焼結皿をスタックする。これにより、３枚の焼結皿を備える焼結用ユニット１００が組み上がる。各焼結皿の間隔は、各焼結皿の間に介在する支持体２０によって規定される。最上部の焼結皿（第３焼結皿４０）に蓋５０を被せた後、各焼結皿および蓋５０に形成された開口に、棒状部材６０が差し込まれる。棒状部材６０により、各焼結皿の位置が決定される。
【００４０】
焼結用ユニット１００は、例えば台座７０に載置された状態で、焼結炉内に搬送される。焼結炉は、例えば、脱バインダ室、焼結室および冷却室等を備えており、焼結用ユニット１００は、まず脱バインダ室に搬送される。脱バインダ室において、焼結用ユニット１００は減圧下、３００℃〜５００℃で加熱される。これにより、焼結対象物に含まれる少なくとも一部のバインダが除去される。ついで、焼結用ユニット１００は焼結室に搬送される。焼結室において、焼結用ユニット１００は、減圧下、１０００〜１５００℃で加熱される。これにより、焼結対象物に含まれる弁作用金属粒子同士が焼結される。その後、焼結用ユニット１００は搬送されて冷却された後、焼結炉外に搬出される。
以上の方法により、多孔質焼結体が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る焼結用ユニットは、例えば、電解コンデンサの陽極体として使用される多孔質焼結体の製造に用いられる。
【符号の説明】
【００４２】
１００：焼結用ユニット
１０：第１焼結皿
１０Ｘ：第１面
１０Ｙ：第２面
１０Ｙａ：外周部
１０Ｙｂ：中央部
１０Ｚ：立上り部
１１：開口
１２：補強部材
２０：支持体
２０Ｘ：第１端部
２０Ｙ：第２端部
２１：連結孔
３０：第２焼結皿
３０Ｘ：第３面
３０Ｙ：第４面
３０Ｚ：立上り部
３１：開口
３２：補強部材
４０：第３焼結皿
４０Ｚ：立上り部
４１：開口
４２：補強部材
５０：蓋
５２：補強部材
６０：棒状部材
７０：台座
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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