(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁作用金属粉末を加圧成形した後、該加圧成形体を焼結し、得られた焼結体素子に弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接して製造される固体電解コンデンサ用陽極素子であって、
前記焼結体素子は弁作用金属塊を含み、
前記弁作用金属塊は、前記弁作用金属粉末と同種の弁作用金属からなり、前記焼結体素子よりも高く、かつ前記弁作用金属ワイヤー以下の比重を有し、その少なくとも一部が、前記弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接すべき溶接領域と、前記抵抗溶接時に前記焼結体素子側の給電を行うべき給電領域において露出し、
前記溶接領域から露出した前記弁作用金属塊に前記弁作用金属ワイヤーが抵抗溶接されていることを特徴とする固体電解コンデンサ用陽極素子。
【請求項２】
弁作用金属粉末を加圧成形した後、該加圧成形体を焼結し、得られた焼結体素子に弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接する固体電解コンデンサ用陽極素子の製造方法であって、
前記弁作用金属粉末と同種の弁作用金属からなり、前記焼結体素子よりも高く、かつ前記弁作用金属ワイヤー以下の比重を有する弁作用金属塊を形成し、
前記弁作用金属塊とともに前記弁作用金属粉末を加圧成形する際に、前記弁作用金属塊の少なくとも一部を、前記弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接すべき溶接領域と、前記抵抗溶接時に前記焼結体素子側の給電を行うべき給電領域において露出させ、
前記溶接領域から露出した前記弁作用金属塊に前記弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接することを特徴とする固体電解コンデンサ用陽極素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンタル、ニオブ等の弁作用金属粉末を使用した固体電解コンデンサ用陽極素子、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、小形かつ高静電容量の固体電解コンデンサには、静電容量と化成電圧の積（ＣＶ値）が大きい弁作用金属粉末が用いられており、この弁作用金属粉末のＣＶ値は、粒径を小さくして比表面積を大きくすることによって高められている。また、固体電解コンデンサ用陽極素子は、弁作用金属粉末に陽極引き出し用の弁作用金属ワイヤーを埋設させつつ加圧成形し、その後この加圧成形体を真空中で焼結して焼結体素子を形成し、製造されている。
【０００３】
ＣＶ値が高い弁作用金属粉末、すなわち粒径が小さく比表面積が大きい弁作用金属粉末は、ＣＶ値が低い弁作用金属粉末に比べて熱収縮率が高い。従って、ＣＶ値が高い弁作用金属粉末を使用する場合は、その大きな比表面積を有効活用するため、低い温度で焼結するのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、上記従来の製造方法において、ＣＶ値が高い弁作用金属粉末を使用すると、焼結体素子の強度が低下してしまう。この焼結体素子の強度低下に伴い、弁作用金属ワイヤー埋め込み部の接合強度が低下し、固体電解コンデンサの漏れ電流特性に悪影響を与えることが知られている。
【０００５】
そこで、この焼結体素子と弁作用金属ワイヤーとの接合強度を向上させる方法として、例えば特許文献１には、弁作用金属粉末を加圧成形した後、この加圧成形体を真空中で焼結し、これに陽極引き出し用の弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接して焼結体素子を形成し、その後、この焼結体素子を還元材料で還元し、再度真空中で焼結する固体電解コンデンサ用陽極素子の製造方法が開示されている。
【０００６】
また、例えば特許文献２、３には、弁作用金属粉末を加圧成形した後、この加圧成形体を真空中で焼結し、この焼結体素子を還元材料で還元し、その後、これに陽極引き出し用の弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接し、再度真空中で焼結する固体電解コンデンサ用陽極素子の製造方法が開示されている。
【０００７】
上記２つの製造方法で製造された固体電解コンデンサ用陽極素子は、焼結体素子が還元材料で還元されているので、陽極引き出し用の弁作用金属ワイヤーを弁作用金属粉末の加圧成形体に埋め込んで製造された固体電解コンデンサ用陽極素子に比べて、焼結体素子中の酸素濃度が低く、欠陥が少ない安定した誘電体酸化皮膜を形成することができる。
また、上記２つの製造方法によれば、弁作用金属ワイヤーと焼結体素子との接合強度を高くすることができるとともに、固体電解コンデンサの漏れ電流特性を向上させることができる。
【特許文献１】特開平８−６９９４６号公報
【特許文献２】特開平７-１４７２１６号公報
【特許文献３】特開平８−８１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１〜３に係る製造方法において、ＣＶ値が低い弁作用金属粉末からなる比較的強度が高い焼結体素子（または還元された焼結体素子）と弁作用金属ワイヤーとを抵抗溶接すると、弁作用金属ワイヤーは焼結体素子内部に十分に溶け込むことができる。このため、その接合強度は、抵抗溶接時の印加電流値のばらつき等の影響が少なく、安定している。
【０００９】
しかしながら、ＣＶ値が高い弁作用金属粉末からなる比較的強度が低い焼結体素子との抵抗溶接では、焼結体素子中への弁作用金属ワイヤーの溶け込み量は印加電流のばらつきの影響を受けてしまう。そして、この溶け込み量のばらつきによって、弁作用金属ワイヤーと焼結体素子との接合強度にばらつきが生じていた。
【００１０】
また、弁作用金属ワイヤーと焼結体素子との抵抗溶接は、弁作用金属ワイヤー表面と焼結体素子表面から電流を印加することによって行われるが、元々焼結体素子は多孔質であり、密度および表面状態が一定ではなく、このことも印加電流にばらつきを生じさせる要因となっている。
従って、ＣＶ値が高い弁作用金属粉末からなる比較的強度が低い焼結体素子と弁作用金属ワイヤーとの抵抗溶接では、焼結体素子の密度および表面状態のばらつきによっても、接合強度にばらつきが生じていた。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、高いＣＶ値を有する弁作用金属粉末からなる焼結体素子と弁作用金属ワイヤーとを、接合強度が高く、かつ安定して抵抗溶接することができる、固体電解コンデンサ用陽極素子、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る固体電解コンデンサ用陽極素子は、弁作用金属粉末を加圧成形した後、該加圧成形体を焼結し、得られた焼結体素子に弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接して製造される固体電解コンデンサ用陽極素子であって、
前記焼結体素子は弁作用金属塊を含み、前記弁作用金属塊は、前記弁作用金属粉末と同種の弁作用金属からなり、前記焼結体素子よりも高く、かつ前記弁作用金属ワイヤー以下の比重を有し、その少なくとも一部が、前記弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接すべき溶接領域と、前記抵抗溶接時に前記焼結体素子側の給電を行うべき給電領域において露出し、前記溶接領域から露出した前記弁作用金属塊に前記弁作用金属ワイヤーが抵抗溶接されていることを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る固体電解コンデンサ用陽極素子の製造方法は、弁作用金属粉末を加圧成形した後、該加圧成形体を焼結し、得られた焼結体素子に弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接する固体電解コンデンサ用陽極素子の製造方法であって、
前記弁作用金属粉末と同種の弁作用金属からなり、前記焼結体素子よりも高く、かつ前記弁作用金属ワイヤー以下の比重を有する弁作用金属塊を形成し、前記弁作用金属塊とともに前記弁作用金属粉末を加圧成形する際に、前記弁作用金属塊の少なくとも一部を、前記弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接すべき溶接領域と、前記抵抗溶接時に前記焼結体素子側の給電を行うべき給電領域において露出させ、前記溶接領域から露出した前記弁作用金属塊に前記弁作用金属ワイヤーを抵抗溶接することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高いＣＶ値を有する弁作用金属粉末からなる焼結体素子と弁作用金属ワイヤーとを、接合強度が高く、かつ安定して抵抗溶接することができる、固体電解コンデンサ用陽極素子、およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１６】
本発明では、先ず、弁作用金属塊を形成する。弁作用金属塊は、通常のコンデンサ用陽極素子を製造する弁作用金属粉末の加圧成形よりも高い圧力で冶金用弁作用金属粉末を加圧成形し、その後、コンデンサ用陽極素子の焼結温度よりも高い温度で焼結して形成する。このため、通常の焼結体素子が多孔質で、その比重が弁作用金属（一例として、タンタル）の３０〜６０％（５．０〜１０．０ｇ／ｃｃ）であるのに対して、弁作用金属塊は、高圧、高温で形成されるため、金属体（タンタル１６．６ｇ／ｃｃ）に限りなく近い比重を示す。なお、“金属体”とは、単一の金属元素からなる純粋な固体状態の金属を意味する。
【００１７】
弁作用金属塊の形成に続き、この弁作用金属塊を埋め込んだ弁作用金属粉末の加圧成形体を成形する。弁作用金属塊６は、図１に示す焼結体素子１’と弁作用金属ワイヤー２との溶接領域５、および抵抗溶接時に焼結体素子側に電流を印加する給電領域４に少なくとも一部が露出するような状態で埋め込まれる。ここで、弁作用金属塊６の溶接領域５における露出面積は、弁作用金属ワイヤー２の直径よりも大きくし（条件１）、また、給電領域４における露出面積は、抵抗溶接時に弁作用金属塊６に対して電流印加を行い得るような面積としておく（条件２）。なお、弁作用金属ワイヤー２は弁作用金属塊１を引き伸ばして形成されるもので、弁作用金属塊１と同等、もしくは弁作用金属塊１よりもやや高い比重を有する。
【００１８】
図１および図２（Ａ）〜（Ｃ）に、弁作用金属塊６の形状、および加圧成形体１内における弁作用金属塊６の配置が例示されているが、これらは本発明の好適な一実施形態に過ぎず、上記条件１、２を満足する限りにおいて、弁作用金属塊６の形状、および加圧成形体１内における弁作用金属塊６の配置は適宜変更することができる。
【００１９】
その後、成形した加圧成形体１を真空中で焼結し、焼結体素子１’を形成する。
【００２０】
次に、焼結体素子１’をマグネシウム、アルミニウム等の還元材料で還元し、弁作用金属ワイヤー２を溶接領域５に抵抗溶接する。還元は抵抗溶接の後に行ってもよい。抵抗溶接時における焼結体素子側の給電は、給電領域４に露出した弁作用金属塊６から行う。抵抗溶接によって、弁作用金属ワイヤー２が焼結体素子１’に溶け込み、溶け込み部３が形成される。その後、弁作用金属ワイヤー２が抵抗溶接された焼結体素子１’を再度真空中で焼結し、固体電解コンデンサ用陽極素子を作製する。
【００２１】
（実施例）
以下、本発明の実施例１〜４に係るタンタル固体電解コンデンサ用陽極素子の製造方法につき説明する。
【００２２】
各実施例では、図１に示す態様でタンタル金属塊（弁作用金属塊）６を加圧成形体１に埋め込んだ。タンタル粉末の加圧成形は、５．７ｇ／ｃｃで行った。タンタル金属塊６は一辺の長さが０．４ｍｍの立方体で、溶接領域５および給電領域４において、それぞれ、０．４ｍｍ×０．４ｍｍの面積で露出するようにした。
【００２３】
また、各実施例では、各々公称７０ｋＣＶのタンタル粉末（実施例１）、公称８０ｋＣＶのタンタル粉末（実施例２）、公称１００ｋＣＶのタンタル粉末（実施例３）、公称１５０ｋＣＶのタンタル粉末（実施例４）をそれぞれ用い、さらに各実施例とも弁作用金属塊として、冶金用粉末を成形密度１２．０ｇ／ｃｃで加圧成形した後、２１００℃で焼結し、比重１６．０ｇ／ｃｃとしたものを用い、３２１６サイズの製品に使用される固体電解コンデンサ用陽極素子を作製した。
【００２４】
次に、この加圧成形体１を真空中で１３００℃にて焼結して焼結体素子１’を形成し、これを還元材料であるマグネシウムを用いて還元した後、直径０．１９ｍｍのタンタル金属ワイヤー（弁作用金属ワイヤー）２を焼結体素子１’の溶接領域５に露出したタンタル金属塊６に抵抗溶接した。焼結体素子側の給電は、焼結体素子１’の給電領域４に露出したタンタル金属塊６から行った。なお、各実施例では、焼結体素子１’をマグネシウムで還元した後にタンタル金属ワイヤー２を抵抗溶接したが、焼結体素子１’にタンタル金属ワイヤー２を抵抗溶接した後に還元してもよい。
【００２５】
その後、タンタル金属ワイヤー２が抵抗溶接された焼結体素子１’を再度真空中で焼結し、実施例１〜４に係るタンタル固体電解コンデンサ用陽極素子を作製した。
【００２６】
（従来例）
続いて、従来例１〜４に係るタンタル固体電解コンデンサ用陽極素子の製造方法につき説明する。
【００２７】
各従来例では、各々公称７０ｋＣＶのタンタル粉末（従来例１）、公称８０ｋＣＶのタンタル粉末（従来例２）、公称１００ｋＣＶのタンタル粉末（従来例３）、公称１５０ｋＣＶのタンタル粉末（従来例４）をそれぞれ用いて、３２１６サイズの製品に使用される固体電解コンデンサ用陽極素子を作製した。
【００２８】
図３に示すように、各従来例ではタンタル金属塊を使用せず、直径０．１９ｍｍのタンタル金属ワイヤー２を焼結体素子１’の溶接領域５に直接抵抗溶接した。また、焼結体素子側の給電は、焼結体素子１’の給電領域４から行った。
【００２９】
これ以外の工程は各実施例と同様にして、従来例１〜４に係るタンタル固体電解コンデンサ用陽極素子を作製した。
【００３０】
（比較試験１）
以上のようにして、各実施例および各従来例に係るタンタル固体電解コンデンサ用陽極素子を各１０００個作製し、その中から任意に抜き取った各５０個のタンタル固体電解コンデンサ用陽極素子について、タンタル金属ワイヤー引き抜き強度を測定した。その測定結果を、図４に示す。なお、引き抜き強度とは、抵抗溶接されたタンタル金属ワイヤー２を、その溶接領域５に対して垂直方向に引っ張り、溶接部が破断した際の引っ張り力である。
【００３１】
図４に示す結果から明らかなように、同一のタンタル金属粉末を用いた実施例１と従来例１、実施例２と従来例２、実施例３と従来例３、および実施例４と従来例４の焼結体素子とをそれぞれ比較すると、タンタル金属塊を使用した実施例の方が従来例よりもタンタル金属ワイヤー引き抜き強度が高く、さらにばらつきが少なく安定している。これはタンタル金属塊部分にタンタル金属ワイヤーを抵抗溶接することによって、焼結体素子の強度に影響されずに、タンタル金属ワイヤーと焼結体素子とを接合できたからである。
【００３２】
さらに、各実施例では、給電領域に露出したタンタル金属塊部分から給電して抵抗溶接を行うようにしたので、多孔質である焼結体素子の表面状態および密度の影響を受けずに安定して電流を印加することができ、タンタル金属ワイヤーと焼結体素子とを安定して接合することができる。また、各従来例に係る引き抜き強度が、使用するタンタル金属粉末のＣＶ値を大きくすると低下するのに対して、各実施例に係る引き抜き強度は、タンタル金属粉末のＣＶ値に依存せず、ほぼ一定である。
【００３３】
（比較試験２）
次に、各実施例および各従来例に係るタンタル固体電解コンデンサ用陽極素子を用いて、公知の方法で誘電体酸化皮膜、固体電解質、陰極引出層を形成し、外部端子を取付けて外装し、定格電圧４Ｖ、３２１６サイズのタンタル固体電解コンデンサを各１０００個作製した。各々のタンタル固体電解コンデンサについて、陰極−陽極端子間に４Ｖの電圧を印加し、１分間充電した後の漏れ電流を測定した。各例について、測定した漏れ電流の平均値を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0004895210.tif 000002
【００３５】
表１に示す結果から明らかなように、同一のタンタル金属粉末を用いた実施例１と従来例１、実施例２と従来例２、実施例３と従来例３、および実施例４と従来例４の焼結体素子とをそれぞれ比較すると、実施例の方が従来例よりも漏れ電流値が低い。
これは各実施例に係るタンタル金属塊を使用した焼結体素子とタンタル金属ワイヤーとが、焼結体素子の強度に影響されずに、安定して接合されているからである。
【００３６】
以上の結果から、本発明に係る固体電解コンデンサ用陽極素子は、弁作用金属ワイヤーと焼結体素子との接合強度が強く安定しており、さらにこの固体電解コンデンサ用陽極素子を用いて製造される固体電解コンデンサは、従来品に比べて漏れ電流特性が優れていることが分かる。
【００３７】
なお、各実施例では、弁作用金属の一例としてタンタルを使用したが、ニオブ等の他の弁作用金属粉末、弁作用金属塊およびタンタル金属ワイヤーを使用しても同様の効果が得られる。また、各実施例では、一辺の長さが０．４ｍｍの立方体である弁作用金属塊を３２１６サイズの固体電解コンデンサ用の陽極素子に適用したが、上記条件１および２を満足する限りにおいて、これらは適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る固体電解コンデンサ用陽極素子の好ましい一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る固体電解コンデンサ用陽極素子の他の実施形態を示す斜視図である。
【図３】従来の固体電解コンデンサ用陽極素子を示す斜視図である。
【図４】各実施例および各従来例に係るタンタル固体電解コンデンサ用陽極素子のタンタル金属ワイヤー引き抜き強度を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    加圧成形体
１’  焼結体素子
２    弁作用金属ワイヤー（タンタル金属ワイヤー）
３    溶け込み部
４    給電領域
５    溶接領域
６    弁作用金属塊（タンタル金属塊）
【図１】
0004895210.tif 000003
【図２】
0004895210.tif 000004
【図３】
0004895210.tif 000005
【図４】
0004895210.tif 000006