JPS59200411A - タンタル電解コンデンサ用陽極体素子 - Google Patents

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】 本発明はタンタル電解コンデンサ用陽極体素子に関する
ものである。

周知の如く、タンタル電解コンデンサは次のようにして
製造される。

まず、タンタル粉末を所望の形状、寸法にプレス成形し
たのち、真空雰囲気中で１５００℃以上の温度で焼結し
陽極３本素子を得る。この陽極３子を陽極と（７、陽極
酸化によって、陽極体素子を構成する粒子の表面に酸化
タンタル皮膜を生成させる。次に、コンデンサが固体電
解コンデンサの場合には、酸化タンタル皮膜上に、陰極
となる二酸化マンガン層、グラファイト層、半田層を順
次形成させ、最後に樹脂等によシ外装している。コンデ
ンサが湿式電解コンデンサの場合は、酸化タンタル皮膜
を生成させた陽極体素子ｌを硫酸等の電解溶液の入った
金属容器に収め、コンデンサを完成させる。

一方、近年の電子産業の進展に伴ない、特に小型で且つ
安価な電子部品が要望され、電解コンデンサにおいても
、その大きさの大部分を占める陽極体素子を小型化する
工夫が検討されている。たとえば粒子径の細かいタンタ
ル粉末を使用する方法或は成形体を出来るだけ低い温度
で焼結する方法である。しかし、このように、細かい粒
子の粉末を用いることは、陽極体素子内の空孔が狭くな
るため、特に陰極層が固体の場合には陰極物質である二
酸化マンガン層が陽極体素子内部まで形成され難くな夛
、コンデンサ特性の重要な特性である誘電体損失を増加
させたシ、漏れ電流を増加させるように−なる。また、
低い温度での焼結は、粒子間の結合を弱め、さらに粉末
中に含まれるタンタル金属以外の元素の除去効果が薄れ
る結果、漏れ電流の増加、耐電圧の低下をもたらすよう
になる。

本発明の目的は、以上の欠点を改善した従来方法と異な
る新しい陽極体素子を提供し、きらには小型で安価な電
解コンデンサを提供することにある。

すなわち、本発明によれば管体の壁の厚さが０．３μｍ
以上としたほぼ円筒状を有するタンタル金属の管体を単
体とし、所望のコンデンサを得るためそれらを集め束ね
ることによって、従来よ勺、単位重量当夛の表面積並び
に単位体積当シの表面積を大きく、さらに陰極層を素子
内部まで形成し易くしたタンタル電解コンデンサ用陽極
体素子が得られる。

以下、本発明を図によシ詳しく説明する。

まず、本発明の陽極体素子ｌを説明する。中芯軸として
、有機薬品または弗酸以外の無機薬品或は数百度の温度
で蒸発する所望とする径の細長い物質、たとえばポリエ
チレン等の合成繊維、アルミニウムの低融点金属に、真
空蒸着、イオンプレーテング法等の手段によ、！ｌ）０
．３μｍｎ以上のタンタル膜を被着させる。次に上記の
中芯軸を除去出来る薬品或は熱処理によって、中芯軸を
除去しタンクルの管体を製造する。このタンタルの管体
は単独でも陽極体素子となるが、大容量のコンデンサ用
陽極体素子を得る場合には、さらに管体を束ねると同時
に束ねた管体の機械的強度を有するように撚線機等を用
いて撚シ合せるか、或はさらに高温、高真空雰囲気中で
管体同志を融層させてもよい。

なお、このようにして得た陽極体素子１をコンテンサ化
する場合には、酸化皮膜２を生成させない先端部分を設
け、それを陽極リードとして用いることが出来る。

次に本発明の単位重量当りの表面積についで、　　　　
　□説明する。第１図に示す本発明の陽極体素子単体１
を距離ｔの長さまで化成液に浸漬し、通常実施されてい
る陽械酸化手段によυ酸化皮膜を形成させると、第２図
に示すように素子の外面、内面および底面に酸化皮膜２
が形成される。この酸化皮膜２の形成面の面積Ｓｐと、
酸化皮膜の形成部分のタンタル金属の重さＷｐの比、す
なわち単位重量当シの面積Ｓｐ／Ｗｐは、タンタル金属
の密度をρＴａ％管壁の厚さをｔ（＝（ａ−ｂ）／２）
とすると次の（１）式が得られる。

Ｓｐ／Ｗｐ＝（２を十ｔ）／ｌ−ｔ・ρＴａ・・・・・
・（１）ここに、単位はＣ，Ｇ、　Ｓ単位であジ後述の
式でも同じである。管体の壁の厚さｔは酸化皮膜２を形
成し得る厚さ以上に設ける必要があるので、陽極酸化時
の化成電圧によって異なってくる。本発明では、実用的
な化成電圧として、最高化成電圧を２５０　Ｖとして、
管体の壁の厚さを最低０．３μｍとした。すなわち公知
のように、陽極酸化によって生成される酸化皮膜２はタ
ンタル金属の内側に１／３、タンタル金属の外側に２／
３の割合で、且り化成電圧１■当シ１７λの厚さで生成
する。従って最高化成電圧２５０ｖではタンタル金属の
内側に＃１ぼ厚さ１４００＾の酸化皮膜２が生成される
。

又このタンタル金属には陽極として導通する金属部分が
必要であシ、その厚さを酸化皮膜２の厚さと同等程度と
して、管体の壁の厚さを約３００ＯＡ（＝　０．３μｍ
）とした。この厚さは、通常のコンデンサで化成される
距離ｔ（＞１ｍｍ）に比較し、非常に小さい。このため
上記（１）式は、次のように近似化される。

８ｐ／Ｗｐ＝２／ｌ・ρＴ８　　　　　・・・・・・・
・・　（２）一方、周知の如く、従来のタンタル粉末の
焼結体を陽極体素子ｌとするその表面積は、粉末の平均
粒子径から求めた表面積を焼結による表面積減少分を補
正して求めることが出来る。すなわち、焼結後の実効表
面積と平均粒子径によって求めた表面積の比をＫ（以下
補正係数と称す）とし、平均粒子径をＤとすると、陽極
体素子ｌの表面積Ｓ５とタンタル金属の重さＷｓの比す
なわち単位重量当シの面積８　ｓ／Ｗ５は、次の（３）
式で表わされる。

Ｓｓ／　Ｗｓ　＝　６　・Ｋ／　Ｄ−ρＴａ　　　＋＋
・・＋＋・＋＋　（３）ここにＫは１以下の値であシ、
発明者の経験ではＯ１５〜０．９である。

（２）式と（３）式から、本発明と従来の各陽極体索子
１の単位重量当９の面積比（Ｓｐ／Ｗｐ）／（ａｓ／Ｗ
ｓ）が次の（４）式で衣わされる。

（Ｓｐ／Ｗｐ）　／　（Ｓｓ／Ｗｓ　）　＝Ｄ／３　ｋ
　ｔ・・・・・・（４）この（４）式に、先に述べたｔ
の値（−”　０．３　ｔｔｍ　）、Ｋの最大値（＝　０
．９μｍ）を代入して、単位重量当りの面積比と粒子径
の関係を示した第３図の実線Ａよシ本発明と従来各陽極
体素子ｌの単位重量当シの面積が同じになるＤを求める
と０．８１μｍとなる。

これはタンタルの童が同じである場合の平均粒子径が０
．８１μｍを越えた粉末の焼結体から成る陽極体素子１
を使用する時より、本発明で製造した陽極体素子ｌの方
が、表面積を大きく出来ることを意味する。たとえば、
現在実用化されている平均粒子径約３μｍの粉末と比較
した場合で言えば、本発明によって３．７倍の表面積が
得られるようになる。同−容量のコンデンサを得る場合
で言えば、タンタル重量を１／３．７にして、製造する
ことが出来るようになる。

次に、本発明の単位体積当夛の表面積について従来の粉
末焼結体から成る陽極体素子１の金属の占める体積は、
粒子の大きさ、焼結条件によって異なってくるが、見掛
は体積（外寸法によシ求まる体積）に対し３５〜６５％
であシ、平均的にみて５０％である。仁の値は、粒子を
球とし、粒子径を一辺とした立方体の中にこの粒子を入
れた時の立方体の体積と球の体積との比率と近似してい
る。従ってこれを陽極体素子１体積の素体として評価出
来る。

本発明の場合でも、先の粒子径を一辺とした立方体中に
、外径を粒子径と同じにし、上面、底面を立方体面中に
相対して接触させた状態にして評価出来る。

このようにして、本発明の陽極体素子Ｊにおける単位体
積当シの表面積Ｓｐ／Ｖｐと従来手段の陽極体素子１に
おける単位体積当シの表面積Ｓ８／Ｖ。

の比（８ｐ／Ｖｐ）／（８ｓ／Ｖｓ）は、簡単な数式を
経て次の（５）式を得る。

（８ｐ／■ｐ）／（Ｓｓ／Ｖｓ）　＝２−（２ｔ２／Ｄ
２）　＝・（５）この（５）式に先に述べたｔの値（＝
０．３μｍ）を代入し、単位重量当りの表面積比と粒子
径の関係を示した第３図の点線Ｂよシ、本発明と従来の
各陽極体素子ｌの単位体積当シの面積が同じになるＤを
求めると、０．４２μｍとなる。これは、陽極体の単素
子において、平均粒子径が０．４２μｍを越えた粉末の
焼結体を陽極体素子１を使用する時よシ、本発明の手段
で製造した陽極体素子１の方が、表面積を大きく出来る
ことを意味する。たとえば現在実用化されている平均粒
子径約３μｍの粉末で比較した場合で言えば、本発明に
よって約２倍の表面積が得られるようになる。同一容量
のコンデンサを得る場合で言えば、体積を約１／２にし
て製造出来るようになる。

以上は、陽極体の単素子についての説明であるが単素子
の県合である実際の陽極体素子ｌでは、従来手段におい
−Ｃは、焼結による表面積の減少がメジ、その補正係数
には（５）式全体の分母に表わされるので、本発明の効
果は、先の説明以上に大きくなる。

次に陰極物質である二酸化マンガンの形成し易さについ
て説明する。

周知のように、二酸化マンガンは陽極化成した陽極体索
子ｌに硝酸マンガン溶液を付着、或は浸み込ませたあと
熱分解させて作られる。従来の粉末焼結体から成る陽極
体素子１の内部空孔は粉末の粒子径が細かくなるに従い
微細で、且つ複雑な構造になっている。

一方、本発明による陽極体素子１では、空孔が単純でほ
ぼ直線的な構造である。従って本発明の陽極体素子では
毛細管現象も働き、従来の陽極体素子に比べ硝酸マンガ
ン溶液が浸み込み易いことは容易に推察出来る。

以上、本発明の陽極体素子は（ｉ）従来の陽極体素子よ
）単位体積当９並びに重量当シの表面積を大きくできる
ので、小型で安価な陽極体素子を製造することが出来る
。（ｉｉ）従って小型で安価な電気特性の優れた電解コ
ンデンサを提供することができる。

なお本発明は陽極体素子単体例として、同心円状の円筒
状タンタル金属で説明したが、管体の最小の壁の厚さが
０．３μｍであれば、断面多角形の形状でよいことは勿
論である。

また本発明は、陽極体素子に関するもので、電解コンデ
ンサの陰極物質が固体、或は液体どちらでも有効であ）
、さらにタンタル以外の弁作用金属から成る陽極体素子
に応用出来ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の陽極体素子単体の断面図。第２図は、
酸化タンタル皮膜を形成させた本発明の陽極体素子単体
の断面図、第３図社、本発明実施と従来例会陽極体素子
の面積比と従来陽極体素子を構成する平均粒子径との関
係図である。 ｌ・・・・・・陽極体素子単体、２・・・・・・酸化皮
膜、Ａ・・・・・・単位重量当夛の従来陽極体面積に対
する本発明陽極体面積の比、Ｂ・・・・・・単位体積当
シの従来陽極体面積に対する本発明陽極体面積の比。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管体の壁の厚さが０．３ミクｐン以上の１２１１円筒状
   タンタル金属で陽性体を構成したことを特徴とするタン
   タル電解コンデンサ用陽極体素子。