JP2006524907A - 粉末圧縮成形プレスおよびコンデンサの陽極を製造するための方法 - Google Patents

粉末圧縮成形プレスおよびコンデンサの陽極を製造するための方法 Download PDF

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Abstract

交互に配置された対向するリブおよびチャネルパンチを有する粉末圧縮成形プレスおよび製造方法を使用して、均一な圧縮密度を有する表面欠陥のないコンデンサ素子を製造する。

Description

本発明は粉末圧縮成形プレス(powder compaction press)およびコンデンサの陽極を製造するための方法に関する。
1999年9月7日にT.Malda他に発行された「a Capacitor Element for Solid Electrolytic Capacitor, Device and Process for Making the Same」という名称の米国特許第5949639号明細書の開示、および2001年2月20日にD.A.Webber他に発行された「a Capacitor Having Textured Pellet and Method for Making Same」という名称の米国特許第6191936号明細書の開示によって明白に示されているとおり、タンタルまたはバルブ粉末(valve powder)を圧縮成形してコンデンサ素子を製造することは当技術分野で知られている。
バルブ粉末の圧縮成形によってコンデンサの陽極を製作するときには均一な圧縮が得られることが望ましい。しかし、圧縮成形装置は一般に、コンデンサ素子が不規則な外表面を有するときに均一に圧縮されたコンデンサ素子を生み出さない。さらに、コンデンサ素子を形成する際に使用されるパンチ(punch)の後退(withdrawal)によってコンデンサ素子が損傷する可能性があることが分かっている。
米国特許第5949639号明細書 米国特許第6191936号明細書
本発明の主たる目的は、素子全体の圧縮の程度が均一になるような方法でバルブ粉末を圧縮成形することによって、不規則な外表面を有するコンデンサ素子を形成することにある。本発明の他の目的は、不規則な外表面を有するコンデンサ素子を均一に圧縮成形する粉末圧縮成形プレスであって、コンデンサ素子から成形用ポンチを後退させるときにコンデンサ素子を傷つけない粉末圧縮成形プレスを提供することにある。
このコンデンサ素子は、水平プレスまたは垂直プレスの中で、交互に配置された対向するリブパンチおよび対向するチャネルパンチを使用して形成される。これらの対向するリブおよびチャネルパンチは、圧縮室の中の粉末が圧縮されていない非圧縮位置に、圧縮位置まで移動する際にコンデンサ素子全体にわたって粉末が同じ程度に圧縮されるように配置される。コンデンサ素子が形成された後、素子の摩擦破壊を防ぐために、対向するチャネルパンチを最初に後退させる。
図面には本発明の2つの実施形態が示されている。
水平粉末プレス26を図1、2および3に示す。平らな支持体28の形態の底壁と、支持体28の上を向いた表面から上方へ延びる同じ高さの向い合った平行な垂直面を有する平行な一対の側壁31、32と、側壁31、32の共面をなす2つの上面と係合した平らな底面を有する頂壁33とによって、四辺形の均一な断面の細長い圧縮室(compression chamber)27が形成されている。対向する6つのリブパンチ(rib punch)36、36’および対向する4つのチャネルパンチ(channel punch)37、37’が圧縮室27の開いた両端の中へ延びている。直線往復運動が可能なリブパンチ36およびチャネルパンチ37は交互に配置された平らなプレートである。頂壁33は、頂壁33の開口43を通して粉末圧縮室27の内部へ挿入される線(wire)42を収容するための垂直に延びる開口41を有するプレスフット(press foot)39によって、側壁31、32の上面の所定の位置に保持されている。
支持体28上には4つの電動駆動機構51、52、53、54が取り付けられている。駆動機構51は、スラストブロック(thrust block)59の中のねじが切られた開口58を貫通して延びる水平に配置されたねじ57を駆動する、支持体28に固定された電動機56を含む。スラストブロック59は支持体28とのT形材溝形接続(T−bar tongue and groove connection)60を有し、この接続は、電動機56によってねじ57が回転されたときにスラストブロック59がこのねじの軸方向に移動することを可能にする。スラストブロック59は、スラストバー62によってリブパンチ36に接続された一対の片持ばりアーム61を含む。駆動機構52は、スラストブロック69を貫く内側にねじが切られた開口68とねじ式に係合した出力ねじ67を有する電動機66の形態の動力駆動部(a powered driver)を含む。スラストブロック69は支持体28とのT形材溝形接続を有する。スラストブロック69は、スラストバー72によってチャネルパンチ37に接続された片持ばりアーム71を含む。
駆動機構53、54も同様に、駆動電動機76、77、ねじ78、79およびねじブロック81、82を含み、ねじブロック81、82は、スラストアーム83、84およびスラストバー86、87によってリブパンチおよびチャネルパンチ36’、37’に接続されている。
図4は、頂壁33およびプレスフット39が取り外されたプレス26の空の圧縮室27の上面図である。圧縮室27はバルブ粉末を充てんする準備ができている。リブおよびチャネルパンチ36、36’、37、37’は、圧縮操作段階中に所望の圧縮度を達成するための適当な非圧縮位置ないし粉末装てん位置に調整されている。図4〜9に示す例では圧縮比が3:1である。図5はバルブ粉末88が充てんされた圧縮室を示している。側壁31、32の上には頂壁(図示せず)が置かれ、頂壁33(図示せず)にはプレスフット39(図示せず)が載せられている。次いで、粉末88の中の適当な深さまで線42が延ばされる。この時点で、粉末88を圧縮成形してコンデンサ素子にする準備ができている。図示の例では圧縮中に、リブパンチ36、36’の対向する端部間の距離が1/3に短縮され、チャネルパンチ37、37’の端部間の距離が1/3に短縮される。したがってリブ領域と互いの反対側にあるチャネル間のウェブ(web)領域とは等しく圧縮され、すなわち同じ程度に圧縮される。図6は、リブおよびチャネルパンチ36、36’、37、37’がそれらの圧縮位置まで移動した、この製造プロセスの圧縮ステップが完了した状態を示している。これらのパンチは、図4および5に示した非圧縮位置ないし室装てん位置から、図6に示した圧縮位置まで、これらのパンチが非圧縮位置から圧縮位置まで移動する距離に比例した速度で移動される。リブパンチ36、36’はチャネルパンチ37、37’よりも速く移動し、これらのパンチは図6に示したそれらの圧縮位置に同時に到達する。したがって素子89のリブ領域における粉末の圧縮率は、この素子89の互いの反対側に配置されたチャネル間のウェブにおける粉末の圧縮率と同じである。コンデンサ素子89のリブおよびウェブ領域の仕上がり幅に比例した間隔をあけて配置されたパンチで圧縮を開始し、圧縮中にパンチを、圧縮中にパンチが移動する距離に比例した速度で移動させることによって、均一な密度の素子89が生み出される。
図7に示す次の製造ステップでは、素子89の中に形成されたチャネルからチャネルパンチ37、37’を後退させる。操作上の目的から、チャネルパンチ37、37’を、図4および5に示したそれらの粉末装てん位置まで後退させることができる。チャネルパンチ37、37’を後退させる間、リブパンチ36、36’をそれらの圧縮位置に保持し続けることによって、形成された素子89の縁の破壊が防止される。
図8ではリブパンチ36、36’がすでに後退されている。リブパンチ36、36’は図4および5に示したそれらの室装てん位置に配置することができる。図9に示す次の製造ステップでは、プレスフット39および頂壁33を持ち上げ、側壁31、32を互いに遠ざかるように側方へ移動させて素子89を完全に解放する。この時点で素子89は、素子89の側面のバニシング(burnishing)なしで取り出すことができる。
図10、11および12に、コンデンサ素子を製造する従来技術のプレスを示す。側壁91、92、底壁(図示せず)および対向するパンチ93、94によって形成された圧縮室に図10に示すように粉末が充てんされ、頂壁が閉じられた後に、対向するパンチ93、94が図11に示すそれらの圧縮位置まで移動される。パンチ93、94のチャネル形成部分がリブ形成部分と同じ距離だけ移動するので、チャネル間のウェブ領域はリブよりも圧縮される程度が大きい。素子の不均一な圧縮はコンデンサの品質の観点から非常に望ましくない。パンチに拘束された圧縮された粉末の圧力は、圧縮成形された素子の引張り強度よりも大きいため、パンチ93、94が解放されまたは後退されるときに、図12に示すように素子の一部が破断しやすい。図示の従来技術の粉末圧縮成形プレスの上記の欠陥は本明細書に開示された発明によって矯正される。
図13は、プレス26によって形成されたコンデンサ素子89の透視図である。図14は3本の線を有するコンデンサ素子96を示しており、図15および16は、対向する1対のリブパンチおよび対向する2対のチャネルパンチを使用し本発明に従って形成されたコンデンサ素子97を示している。
図17および18に、本発明の垂直プレス101の一実施形態を概略的に示す。4つの電動駆動機構102、103、104、106が垂直支持壁107に固定されており、垂直壁107、側壁111、112、113、ならびに垂直壁107に取り付けられたガイドブロック121、122の中に支持された対向するリブパンチ116、116’および対向するチャネルパンチ117、117’によって、バルブ粉末圧縮室108が形成されている。側壁111、112、113は、プレスフット131、132、133によって所定の位置に取外し可能に保持されている。電動機141、142、143、144によって駆動される駆動ねじ136、137、138、139は、スラストブロック146、147、148、149のねじが切られた開口とねじ式に係合しており、スラストブロック146、147、148、149は、図1〜3に示した本発明の実施形態に対して提供した溝形接続と同様のサイディング溝形接続を壁107との間に有する。支持壁107は、そこを通して圧縮室108の中へコンデンサ線162を挿入することができる開口161を有する。
図19に、圧縮室108の中にバルブ粉末を配置することができるように圧縮室108から十分に後退された上リブパンチ116および上チャネルパンチ117を示す。下リブおよび下チャネルパンチ116’、117’の上端は、室108が頂部まで満たされたときに素子を形成するための所望の量の粉末151が装てんされるように配置される。次いで上リブパンチおよび上チャネルパンチ116、117が下ろされて、図20に示すように圧縮室108の頂部開口を閉じる。
次に、図21に示すように、圧縮室108の中へ等しい距離だけ延びるように上および下チャネルパンチ117、117’が調整される。これは、上および下チャネルパンチ117、117’を同時に同じ距離だけ下げることによって達成される。この時点でこのプレスは圧縮ステップの準備ができている。線162は圧縮される粉末151に関して中心に位置し、パンチ116と116’は、線162の中心を通る水平面152から等しい距離を置いて配置されており、パンチ117、117’も、水平面152から等しい距離を置いて配置されていることに留意されたい。図22に示した素子153は、粉末151の3:1圧縮によって形成される。言い換えると、圧縮ステップでは、図21に示された対向するリブパンチ116と116’の間の距離が1/3に縮められる。同様にこの圧縮ステップでは、図21に示された対向するチャネルパンチ117と117’の間の距離も1/3に縮められる。素子のリブ領域とウェブ領域の圧縮率を等しくするため、対向するリブパンチ116、116’は、チャネルパンチ117、117’が互いに向かって移動されるよりも速く互いに向かって移動される。この圧縮ステップでリブパンチとチャネルパンチが移動する速度の比は、圧縮ステップ中に前記リブパンチとチャネルパンチが移動する距離の比に等しい。リブ領域とチャネル間のウェブ領域の粉末の圧縮率が等しくなり、したがって圧縮中の粉末の側方への移動が防止される。素子153の均一な圧縮密度が達成される。
図22に示された圧縮ステップに続いて、駆動機構102、103、104、106によってチャネルパンチ117、117’が素子153から後退させられ、次にリブパンチ116、116’が非圧縮位置まで後退させられる。次いで側壁111、112および113が素子153から引き離されて、表面をバニシングすることなく素子153を取り出すことができるようになる。パンチ116、116’、117、117’のこの後退および側壁の取外しは、図1〜9に示した水平プレスによって素子92を製造する際に使用される手順と同様である。
本明細書に開示した水平プレス26および垂直プレス101は、均一な圧縮密度を有し、バニシングされていない欠陥のない表面を有する高品質のコンデンサ素子を生み出すコンデンサ素子の製造方法を実現する。
図示の目的から部分的に破断された、水平プレスの形態の第1の実施形態の上面図である。 図示の目的から部分的に破断された、図1の線2−2に沿ってとった図である。 図1の線3−3に沿ってとった図である。 非圧縮位置にあるリブおよびチャネルパンチを示す、図1のプレスの部分上面図である。 圧縮室の中に配置された粉末を示す、図4と同様の上面図である。 圧縮位置にあるリブおよびチャネルパンチならびに圧縮された状態にあるコンデンサ素子を示す、圧縮室の上面図である。 コンデンサ素子からのチャネルパンチの後退を示す、圧縮室の上面図である。 コンデンサ素子から後退させたリブおよびチャネルパンチを示す、圧縮室の上面図である。 圧縮室の対側壁の後退を示す上面図である。 圧縮前の圧縮室の中の粉末を示す、従来技術のプレスの断面図である。 圧縮位置にある図10の従来技術のプレスのパンチを示す断面図である。 圧縮されたコンデンサ素子から後退された従来技術のプレスのパンチを示す断面図である。 単一のリード線を有するコンデンサ素子の透視図である。 3本のリード線を有するコンデンサ素子の透視図である。 変更されたコンデンサ素子を示す透視図である。 図15の線16−16に沿ってとった図である。 図示の目的から部分的に破断された、垂直プレスの形態の第2の実施形態の側面図である。 図17の線18−18に沿ってとった図である。 粉末が充てんされた圧縮室を示すために部分的に破断された部分側面図である。 充てんされた圧縮室の頂部まで下げられた上リブおよびチャネルパンチを示す部分側面図である。 所望の圧縮前位置に調整されたリブおよびチャネルパンチを示す部分側面図である。 圧縮位置にあるリブおよびチャネルパンチならびに圧縮された状態にあるコンデンサ素子を示す部分側面図である。

Claims (19)

  1. バルブ粉末からコンデンサ素子を形成するためのプレスであって、
    その反対側の端部に開口を有する均一な断面の細長い圧縮室を形成する壁と、
    前記開口の中に延び、非圧縮位置と圧縮位置の間の第1の距離にわたって前記室の中で直線的に往復運動可能な対向する一組のリブパンチと、
    非圧縮位置と圧縮位置の間の第2の距離にわたって前記室の中で直線的に往復運動可能な対向する一組のチャネルパンチと
    を備え、
    前記対向する一組のリブパンチと前記対向する一組のチャネルパンチは交互に配置されており、
    さらに、
    前記リブパンチをそれらの非圧縮位置とそれらの圧縮位置の間で所定の第1の速度で移動させるように動作可能な第1の駆動手段と、
    前記チャネルパンチをそれらの非圧縮位置とそれらの圧縮位置の間で所定の第2の速度で移動させるように動作可能な第2の駆動手段と
    を備え、
    前記所定の第1の速度と前記所定の第2の速度の比は前記第1の距離と前記第2の距離の比に等しく、
    さらに、
    前記第1および第2の駆動手段が、前記リブおよびチャネルパンチをそれらの非圧縮位置からそれらの圧縮位置まで同時に移動させるようにするように動作可能な制御部と
    を備えることを特徴とするプレス。
  2. 前記第1および第2の駆動手段の前記制御部は、前記第2の駆動手段が前記チャネルパンチをそれらの圧縮位置からそれらの非圧縮位置まで移動させ、その後に前記第1の駆動手段が前記リブパンチをそれらの圧縮位置からそれらの非圧縮位置まで移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項1に記載のプレス。
  3. 非圧縮位置にある前記対向するリブパンチ間の直線距離と圧縮位置にある前記対向するリブパンチ間の直線距離との比は、非圧縮位置にある前記対向するチャネルパンチ間の直線距離と圧縮位置にある前記チャネルパンチ間の直線距離の比と同じであることを特徴とする請求項1に記載のプレス。
  4. 前記第1および第2の駆動手段の前記制御部は、前記第2の駆動手段が前記チャネルパンチをそれらの圧縮位置からそれらの非圧縮位置まで移動させ、その後に前記第1の駆動手段が前記リブパンチをそれらの圧縮位置からそれらの非圧縮位置まで移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項3に記載のプレス。
  5. 前記一組のリブパンチは、別の3つのリブパンチと対向して整列した3つのリブパンチを含み、前記一組のチャネルパンチは、別の2つのチャネルパンチと対向して整列した2つのチャネルパンチを含むことを特徴とする請求項1に記載のプレス。
  6. 前記パンチは交互に配置されたプレートであることを特徴とする請求項5に記載のプレス。
  7. 前記壁のうちの隣接した一対の壁は前記壁の残りの壁から取外し可能であり、それによって前記プレスの中に形成されたコンデンサ素子の、前記壁とのバニシング接触を生じない取出しを容易にすることを特徴とする請求項1に記載のプレス。
  8. バルブ粉末からコンデンサ素子を形成するためのプレスであって、
    上を向いた水平な平らな表面を有する据え付けの支持体と、
    前記支持体の前記上を向いた表面に載り、前記支持体の前記上を向いた表面から上向きに延びる等しい高さの平行な一対の側壁と
    を備え、
    前記側壁は、所定の距離を隔てて向い合った平行な垂直面と、前記支持体の前記水平な平らな表面に平行な共面の上面とを有し、
    さらに、
    前記側壁の前記上面と係合した平らな表面を有する取外し可能な頂壁
    を備え、
    前記支持体の前記上を向いた表面、前記側壁の前記向い合った垂直面および前記頂壁の前記平らな表面は、その対向する両端部に開口を有する四辺形断面の水平に延びる細長い圧縮室を画定し、
    さらに、
    前記室開口の中に延び、粉末装てん位置と圧縮位置の間で、前記室の前記細長い方向に、互いに向かっておよび互いから離れる方向に水平に移動可能な対向する一組のリブパンチと、
    前記室開口の中に延び、粉末装てん位置と圧縮位置の間で、前記室の前記細長い方向に、互いに向かっておよび互いから離れる方向に水平に移動可能な対向する一組のチャネルパンチと
    を備え、
    前記リブパンチと前記チャネルパンチは交互に配置されており、
    装てん位置にある前記対向するリブパンチ間の直線距離と圧縮位置にある前記対向するリブパンチ間の直線距離との比は、装てん位置にある前記対向するチャネルパンチ間の直線距離と圧縮位置にある前記チャネルパンチ間の直線距離の比と同じであり、
    さらに、
    前記リブおよびチャネルパンチをそれらの装てん位置からそれらの圧縮位置まで同時に移動させるように動作可能なアクチュエータ手段
    を備えることを特徴とするプレス。
  9. 前記アクチュエータ手段は、前記素子全体を通じて前記粉末の均一な圧縮率を生み出す速度で前記リブおよびチャネルパンチを移動させることを特徴とする請求項8に記載のプレス。
  10. 前記プレスの中に形成された素子の取出しを容易にするために、前記側壁のうちの少なくとも1つの側壁は残りの前記側壁から取外し可能であることを特徴とする請求項8に記載のプレス。
  11. バルブ粉末からコンデンサ素子を形成するためのプレスであって、
    均一な四辺形の断面の垂直に細長い圧縮室を形成し、頂部開口および底部開口を有する垂直壁と、
    前記室の中で垂直に往復運動可能な対向する一組の上下のリブパンチと、
    前記室の中で垂直に往復運動可能な対向する一組の上下のチャネルパンチと
    を備え、
    前記上リブパンチは前記上チャネルパンチと交互に配置されており、
    前記下リブパンチは前記下チャネルパンチと交互に配置されており、
    さらに、
    前記パンチに接続され、前記パンチを粉末装てん位置に配置するように動作可能な駆動手段であって、前記粉末装てん位置では、前記上リブおよび上チャネルパンチが前記頂部開口の上方の前記頂部開口から所定の距離のところに配置され、前記下リブおよび下チャネルパンチが前記底部開口の中に延びる駆動手段
    を備え、
    前記駆動手段は、前記リブおよびチャネルパンチを前記粉末装てん位置から圧縮前位置まで移動させ、前記上下のリブおよびチャネルパンチを前記圧縮前位置から素子形成圧縮位置まで、前記リブおよびチャネルパンチがそれらの圧縮前位置からそれらの圧縮位置まで移動する際の移動距離に比例した速度で同時に移動させるように動作可能であり、それによって前記素子が均一に圧縮される
    ことを特徴とするプレス。
  12. 長方形の断面を有する圧縮室を画定する4つの側壁を有し、前記プレスによって形成されたコンデンサ素子の取出しを容易にするために、前記側壁のうちの隣接する一対の側壁は移動可能であることを特徴とする請求項11に記載のプレス。
  13. 前記駆動手段は、前記チャネルパンチおよび前記リブパンチをそれらの圧縮位置から順次に後退させるように動作可能であることを特徴とする請求項11に記載のプレス。
  14. その反対側の側面にリブおよびチャネルを画定する互いに反対側を向いたくぼみを有するコンデンサ素子を製造する方法であって、
    圧縮室と、対向する一組のリブパンチと、前記リブパンチと交互に配置され非圧縮位置と圧縮位置の間で移動可能な対向する一組のチャネルパンチと、前記非圧縮位置と前記圧縮位置の間で前記パンチを移動させるように動作可能な動力手段とを備え、非圧縮位置にある前記対向するリブパンチ間の距離と圧縮位置にある前記対向するリブパンチ間の距離との比が、非圧縮位置にある前記対向するチャネルパンチ間の距離と圧縮位置にある前記チャネルパンチ間の距離の比に等しいプレスを用意するステップと、
    前記動力手段を使用して、前記対向するリブパンチおよび前記対向するチャネルパンチをそれらの非圧縮位置に配置するステップと、
    前記室にバルブ金属粉末を充てんするステップと、
    前記動力手段を使用し、前記チャネルパンチおよび前記リブパンチを、前記素子を形成する際にそれらが移動する前記比距離に比例した速度で、それらの非圧縮位置からそれらの圧縮位置まで同時に移動させることによって、前記バルブ金属粉末を圧縮してコンデンサ素子を形成するステップと、
    前記動力手段を使用して、前記パンチをそれらの圧縮位置からそれらの非圧縮位置まで後退させるステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  15. 前記パンチを後退させるステップ中に、前記リブパンチの前に前記チャネルパンチを後退させることを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. リブと、互いの反対側に配置されたチャネルと、前記互いの反対側に配置されたチャネル間の少なくとも1つのウェブとを画定する互いの反対側にあるくぼみをその反対側の側面に有するコンデンサ素子を製造する方法であって、
    圧縮室を用意するステップと、
    前記圧縮室の中に所定の量のバルブ粉末を入れるステップと、
    交互に配置された対向するリブパンチおよび対向するチャネルパンチの組を用いて前記粉末を圧縮して、非圧縮位置から、前記チャネル間の前記ウェブと同じ程度の圧縮を前記リブにおいて生み出す圧縮位置まで前記パンチを移動させることによって前記リブおよびチャネルを形成するステップと、
    前記パンチを後退させるステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  17. 前記リブパンチを後退させる前に前記チャネルパンチを前記コンデンサ素子から後退させることを特徴とする請求項16に記載の方法。
  18. 非圧縮位置にある前記リブパンチ間の距離と圧縮位置にある前記リブパンチ間の距離の比は、非圧縮位置にある前記チャネルパンチ間の距離と圧縮位置にある前記チャネルパンチ間の距離の比と同じであることを特徴とする請求項17に記載の方法。
  19. 前記リブおよびチャネルパンチは、圧縮中に前記素子の前記リブおよび前記ウェブの中の前記粉末の均一な圧縮率を生み出す速度で移動することを特徴とする請求項18に記載の方法。
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