JP2011114254A - コンデンサ用リード端子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛を含まないコンデンサ用リード端子において、ウィスカの発生を防ぐことができるコンデンサ用リード端子を提供すること。
【解決手段】金属線１とアルミニウム線５とを当接させ、金属線１とアルミニウム線５とを溶接したコンデンサ用リード端子Ｔにおいて、金属線１の一端近傍の周囲が被覆部９により覆われた状態で、金属線１の一端とアルミニウム線５の一端とが互いに当接されて溶接されており、金属線１の少なくとも被覆部９に覆われていない部位に金属めっき層２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ素子に接続されるアルミニウム線に、金属線を溶接して構成されるコンデンサ用リード端子及びその製造方法に関する。

従来、電子部品のリード端子においては、鉛めっき層を形成した銅被覆鋼線を、アルミニウム線にアーク溶接にて接合したものを用いている。しかしながら、鉛を含む銅被覆鋼線では、鉛は人体に有害であるばかりか自然環境に悪影響を与える物質であり、近年、環境保護の観点から、鉛を一切使用しない電子部品の開発が進められている。例えば、特許文献１に示すアルミ電解コンデンサのように、錫１００％からなる錫めっきを施した銅被覆鋼線を、アルミニウム線の一端に設けた凹部に挿入してアーク溶接により接合している。このアルミ電解コンデンサでは、銅被覆鋼線とアルミニウム線との接合部に、銅被覆鋼線と錫めっきとアルミニウム線とが加熱されることで生成される銅と錫とアルミニウムの合金層が形成されている。

特開２０００−１２４０７３号公報（第３頁、第１図）

しかしながら、特許文献１に記載のアルミ電解コンデンサにあっては、鉛を使用しないリード線（リード端子）においては、アルミニウム線と錫めっき銅被覆鋼線（金属線）との接続部に生成された合金層には、アルミニウムと錫との混合層が含まれ、この混合層の存在によって錫のウィスカが発生してしまう虞がある。このウィスカは直径が１μｍに対して１ｍｍ以上の長さに達することがあり、このウィスカがコンデンサの電子部品を短絡させる虞がある。またアーク溶接の熱影響による金属材質の熱歪みや残留応力によってウィスカが発生し易くなるという問題がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、鉛を含まないコンデンサ用リード端子及びその製造方法において、ウィスカの発生を防ぐことができるコンデンサ用リード端子及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のコンデンサ用リード端子は、
金属線とアルミニウム線とを当接させ、前記金属線とアルミニウム線とを溶接したコンデンサ用リード端子において、
前記金属線の一端近傍の周囲が被覆部により覆われた状態で、前記金属線の一端と前記アルミニウム線の一端とが互いに当接されて溶接されており、前記金属線の少なくとも前記被覆部に覆われていない部位に金属めっき層が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、溶接前に予め金属線の周囲に金属めっき層が形成されている場合には、溶接部が形成される際に、溶融した溶接部の表面近傍と金属めっき層との接触が被覆部により防止され、溶接部の表面近傍には、めっき用金属が殆ど混合されずに済むようになり、溶接部のウィスカの発生が抑制される。また、溶接後に金属線の周囲に金属めっき層を形成する場合には、金属線とアルミニウム線との溶接部と、金属線の被覆部に覆われていない部位と、の間が離間されるため、溶接部にめっき液が付着しないようにめっき液の液面から溶接部を離してめっきを施すことができ、溶接部に金属めっき層が形成されることを防止できるばかりか、金属線の全ての部位が金属めっき層と被覆部により覆われるため、金属線の酸化や変色や腐食が防止できる。

本発明のコンデンサ用リード端子は、
前記被覆部は、樹脂またはセラミックで構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、樹脂またはセラミックで形成された被覆部は酸化や変色や腐食の虞がなく、さらには被覆部として絶縁性の材料を用いると被覆部がリード端子の電気特性に影響を与えずに済むようになる。

本発明のコンデンサ用リード端子の製造方法は、
金属線とアルミニウム線とを当接させ、前記金属線とアルミニウム線とを溶接するコンデンサ用リード端子の製造方法において、
金属めっき層が形成された金属線の一端近傍の周囲を被覆部で覆い、その後、前記金属線の一端と前記アルミニウム線の一端とを互いに当接させて溶接を行うことを特徴としている。
この特徴によれば、溶接部が形成される際に、溶融した溶接部の表面近傍と金属めっき層との接触が被覆部により防止され、溶接部の表面近傍には、めっき用金属が殆ど混合されずに済むようになり、溶接部のウィスカの発生が抑制される。

本発明のコンデンサ用リード端子の製造方法は、
金属線とアルミニウム線とを当接させ、前記金属線とアルミニウム線とを溶接するコンデンサ用リード端子の製造方法において、
前記金属線の一端近傍の周囲が被覆部により覆われた状態で、前記金属線の一端と前記アルミニウム線の一端とを互いに当接させて溶接を行い、該溶接を行った後に、前記金属線の前記被覆部に覆われていない部位に金属めっき層を形成することを特徴としている。
この特徴によれば、金属線とアルミニウム線との溶接部と、金属線の被覆部に覆われていない部位と、の間が離間されるため、溶接部にめっき液が付着しないようにめっき液の液面から溶接部を離してめっきを施すことができ、溶接部に金属めっき層が形成されることを防止できるばかりか、金属線の全ての部位が金属めっき層と被覆部により覆われるため、金属線の酸化や変色や腐食が防止できる。

本発明のコンデンサ用リード端子の製造方法は、
前記アルミニウム線の一端面に凹部を設け、該凹部内に前記金属線の一端を当接させた状態で、前記溶接を行うことを特徴としている。
この特徴によれば、金属線の一端とその周囲の被覆部が凹部の奥部に配置された状態で溶接されることで、金属線とアルミニウム線との溶接部の深部にまで被覆部が配置されるようになり、被覆部と溶接部との接続強度を向上させることができる。

実施例１の電解コンデンサの製造方法であり、（ａ）は、金属線とアルミニウム線の溶接前の状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は、金属線とアルミニウム線の溶接時の状態を示す概略断面図であり、（ｃ）は、金属線とアルミニウム線の溶接後の状態を示す概略断面図である。 実施例２の電解コンデンサの製造方法であり、（ａ）は、金属線とアルミニウム線の溶接前の状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は、金属線とアルミニウム線の溶接時の状態を示す概略断面図であり、（ｃ）は、金属線とアルミニウム線の溶接後の状態を示す概略断面図である。 実施例３の電解コンデンサの製造方法であり、（ａ）は、金属線とアルミニウム線の溶接前の状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は、金属線とアルミニウム線の溶接時の状態を示す概略断面図であり、（ｃ）は、金属線とアルミニウム線の溶接後の状態を示す概略断面図である。 （ａ）は、電気めっき時のリード端子を示す概略断面図であり、（ｂ）は、電気めっき層が形成されたリード端子を示す概略断面図である。

本発明に係る電解コンデンサ及びその製造方法を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係る電解コンデンサの製造方法につき、図１を参照して説明する。本実施例のコンデンサとして、電解コンデンサを例示して説明する。この電解コンデンサは、アルミニウムで形成された複数の電極箔をセパレータを介して巻回又は積層したコンデンサ素子を、駆動用電解液とともに有底筒状の外装ケースに収納し、この外装ケースに形成された開口を封口体で密封するとともに、コンデンサ素子から導いたリード端子を封口体に貫通させて外部に導出させている。

図１（ｃ）に示すように、リード端子Ｔは、コンデンサ素子に接続されるアルミニウム線５と、軟鋼線４を心材とする金属線１（ＣＰ線）とにより構成されている。金属線１は、軟鋼線４を心材としてその外周に金属材料としての銅を厚くめっきした銅被覆層３が形成されている。更に、その外周に金属材料としての錫１００％からなる錫めっき層２を形成したものである。尚、金属線１の端部近傍の周囲がセラミック等の材質で形成された被覆部９により覆われている。また、金属線１の先端部は、被覆部９から若干露出された状態となっている。

この金属線１を構成する材質には、鉛が一切使用されていないとともに、アルミニウム線５やコンデンサ素子などを構成する材質にも、鉛が一切使用されておらず、本実施例におけるアルミ電解コンデンサは、鉛を含まずに自然環境に対する悪影響を与えない鉛フリーの電子部品となっている。

尚、本発明の課題であるウィスカの発生部位は、金属線１とアルミニウム線５との溶接部１０であり、これは金属めっきとして用いられる錫とアルミニウムとが溶接時に混合し、錫に対して溶接時の残留応力が加わり、この残留応力によってウィスカが発生すると考えられる。このウィスカの発生を抑制するために本発明では、後述するアルミニウム線５と金属線１との接続方法を用いてリード端子Ｔを製造するようにしている。

次に、金属線１を製造する際のアルミニウム線５と金属線１との接続方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、アルミニウム線５は、その一端に略円柱形状をなす丸棒部６が形成されている。この丸棒部６が本発明の製造方法により金属線１に接続される。また、アルミニウム線５の他端には、プレス加工等により略扁平形状をなす扁平部７が形成されている。この扁平部７がコンデンサ素子の電極箔に接続される。このアルミニウム線５の端部近傍を固定チャック１３により固定するとともに、金属線１の端部近傍を可動チャック１４により保持して、その先端部を一定間隔で対向配置する。この場合、金属線１及びアルミニウム線５には、アーク溶接装置が接続されている。尚、固定チャック１３や可動チャック１４をアーク溶接装置の通電具としても利用することができる。

図１（ｂ）に示すように、半割りに構成された固定チャック１３及び可動チャック１４は、それぞれ上下方向からアルミニウム線５及び金属線１を挟み込むように保持するようになっている。尚、可動チャック１４には、略半球形状をなす成型部１４ａが形成されている。この可動チャック１４は金属線１の先端部を挟み込むように保持するようになっており、成型部１４ａが先端部の周囲を覆うように配置される。

また、可動チャック１４は金属線１の先端部を保持する際に、金属線１の被覆部９の先端側の一部を成型部１４ａ内に配置するようになっており、金属線１の被覆部９の基端側の一部は可動チャック１４の外部に露出されるようになっている。

次に、金属線１を可動チャック１４によってアルミニウム線５方向に移動させ、その先端部をアルミニウム線５の端面の所定位置に衝突させて端面と当接させる。この状態において、溶接装置を動作させると、金属線１とアルミニウム線５との間に溶接電流が流れ、金属線１とアルミニウム線５との接触点、即ち、金属線１の先端部とアルミニウム線５の端面との間にアーク溶接電流が流れ始める。

このような溶接電流の通電開始から、金属線１の先端部をアルミニウム線５の端面から離し、両者間に間隔を設定すると、金属線１の先端部とアルミニウム線５の端面との間にアークが生じ、対向する金属線１及びアルミニウム線５の双方が部分的に溶融する。尚、被覆部９を構成する材質の融点は、金属線１及びアルミニウム線５の融点よりも高くなっており、アークによって金属線１及びアルミニウム線５が溶融されても、被覆部９は溶融しないようになっている。

この状態で、金属線１をアルミニウム線５の端面側に移動させて当接させ、さらに押し込むと、溶融した金属間の融合が生じ、金属線１とアルミニウム線５の端面とが溶着する。この際に可動チャック１４の成型部１４ａが、アルミニウム線５の端面側に移動するため、この成型部１４ａ内の形状に沿って、前記溶融金属が成型されて半球状の溶接部１０が形成され、図１（ｃ）に示すように、金属線１とアルミニウム線５とが一体化されたリード端子Ｔが形成される。この場合、溶接部１０は、金属線１を構成する金属とアルミニウム線５を構成する金属との融合により合金層を形成している。

尚、金属線１の先端部は、被覆部９から若干露出された状態となっているため、このようなアーク溶接を行う際に、金属線１の先端部の錫めっき層２の錫が溶接部１０に若干混合されるが、金属線１の先端部の露出部分とアルミニウム線との当接範囲が広がることによって、溶接時の金属線とアルミニウム線との接触抵抗が低く安定して電流を流すことができ、溶接不良を低減できる。金属線１の先端より、０．２mm以上露出させて被覆部９を形成するとよい。なお、金属線１の先端部の錫めっき層２の錫は、溶接部１０の深部に混合されるのみで、溶接部１０の表面には、錫めっき層２の錫が混合されないようになる。

更に、金属線１の端部近傍の周囲が被覆部９により覆われていることで、溶融された状態の溶接部１０の表面には、錫めっき層２が接触しないようになっており、溶接部１０の表面に錫が混合されないようになる。そのためリード端子Ｔの溶接部１０からウィスカが発生し難いようになっている。

以上、本実施例では、錫めっき層２が形成された金属線１の一端近傍の周囲を被覆部９で覆い、その後、金属線１の一端とアルミニウム線５の一端とを互いに当接させて溶接を行うことによりコンデンサ用リード端子Ｔを製造することで、溶接前に予め金属線１の周囲に錫めっき層２が形成されている場合には、溶接部１０が形成される際に、溶融した溶接部１０の表面近傍と錫めっき層２との接触が被覆部９により防止され、溶接部１０の表面近傍には、錫が殆ど混合されずに済むようになり、溶接部１０のウィスカの発生が抑制される。

また、被覆部９は、セラミックで構成されることで、セラミックで形成された被覆部９は酸化や変色や腐食の虞がなく、さらには被覆部として絶縁性の材料を用いると被覆部９がリード端子Ｔの電気特性に影響を与えずに済むようになる。

次に、実施例２に係る電解コンデンサの製造方法につき、図２を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

図２（ａ）に示すように、アルミニウム線５には、その金属線１との当接側の端面に、金属線１の先端部が挿入される凹部８が形成されている。図２（ｂ）に示すように、可動チャック１４に保持された金属線１の先端部は、固定チャック１３に保持されたアルミニウム線５の凹部８内に挿入され、金属線１の端面が凹部８の奥面に当接される。この状態において、溶接装置を動作させ、金属線１の先端部をアルミニウム線５の端面から離し、両者間に間隔を設定すると、金属線１の先端部とアルミニウム線５の端面との間にアークが生じ、金属線１とアルミニウム線５とが溶接される。そして、図２（ｃ）に示すように、金属線１とアルミニウム線５とが一体化されたリード端子Ｔが形成される。尚、被覆部９は、溶接部１０の内部から外部まで金属線１に沿って延設される。

以上、実施例２では、アルミニウム線５の一端面に凹部８を設け、凹部８内に金属線１の一端を当接させた状態で、溶接を行うことで、金属線１の一端とその周囲の被覆部９が凹部８の奥部に配置された状態で溶接されることで、金属線１とアルミニウム線５との溶接部１０の深部にまで被覆部９が配置されるようになり、被覆部９と溶接部１０との接続強度を向上させることができる。

次に、実施例３に係る電解コンデンサの製造方法につき、図３から図４を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、金属線１は、軟鋼線４を心材としてその外周に金属材料としての銅を厚くめっきした銅被覆層３が形成されている。更に、金属線１の端部近傍の周囲がセラミック等の材質で形成された被覆部９により覆われている。尚、実施例３における金属線１は、前述した実施例１及び２と異なり、溶接前において錫めっき層２が形成されていない金属線１となっている（図１及び図２参照）。

また、実施例２と同様にアルミニウム線５には、その金属線１との当接側の端面に、金属線１の先端部が挿入される凹部８が形成されている。図３（ｂ）に示すように、可動チャック１４に保持された金属線１の先端部は、固定チャック１３に保持されたアルミニウム線５の凹部８内に挿入され、金属線１の端面が凹部８の奥面に当接される。この状態において、溶接装置を動作させ、金属線１の先端部をアルミニウム線５の端面から離し、両者間に間隔を設定すると、金属線１の先端部とアルミニウム線５の端面との間にアークが生じ、金属線１とアルミニウム線５とが溶接される。そして、図３（ｃ）に示すように、金属線１とアルミニウム線５とが一体化されたリード端子Ｔが形成される。尚、被覆部９は、溶接部１０の内部から外部まで金属線１に沿って延設される。

次に、リード端子Ｔに対して電気めっき法を用いて本実施例における電気めっき層としての錫めっき層２を形成する（図４（ｂ）参照）。図４（ａ）に示すように、リード端子Ｔに錫めっき層２を形成する際には、まずリード端子Ｔを陰極に接続するとともに、めっき用の金属材料である錫のプレート２０を陽極に接続する。この状態でリード端子Ｔの金属線１を電気めっき槽２１内の電気めっき液２２に浸す。

尚、金属線１を電気めっき液２２に浸す際には、溶接部１０が電気めっき液２２に浸からないように、且つ電気めっき液２２の這い上がりも考慮して、溶接部１０を０．３ｍｍ以上電気めっき液２２の液面から離した状態でリード端子Ｔを浸すようにするとよい。これによると電気めっき時に電気めっき液２２の液面が多少変動されても、溶接部１０には、電気めっき液２２が着かないようになっている。

更に尚、金属線１には、被覆部９が設けられているため、この被覆部９を長く形成すれば、溶接部１０と電気めっき液２２の液面との離間距離を長くすることが可能になっており、この被覆部９の長さを適宜設定しておくことで、溶接部１０と電気めっき液２２の液面との離間距離を適宜設定することができる。被覆部９は、上述のとおり、電気めっき液２２の這い上がりも考慮して、溶接部１０の外部へ０．３ｍｍ以上延設されるとよい。

図４（ｂ）に示すように、リード端子Ｔの金属線１には、その外周に金属材料としての錫１００％からなる錫めっき層２が形成される。尚、錫めっき層２の厚みは２μｍ以上となっており、この錫めっき層２が施された部位は、はんだ付けを行うために充分な厚みを有している。更に尚、この錫めっき層２の厚みは、２〜１５μｍの範囲で任意の厚さとなっている。

以上、実施例３では、金属線１の一端近傍の周囲が被覆部９により覆われた状態で、金属線１の一端とアルミニウム線５の一端とを互いに当接させて溶接を行い、この溶接を行った後に、金属線１の被覆部９に覆われていない部位に錫めっき層２を形成することによりコンデンサ用リード端子Ｔを製造することで、金属線１とアルミニウム線５との溶接部１０と、金属線１の被覆部９に覆われていない部位と、の間が離間されるため、溶接部１０に電気めっき液２２が付着しないようにめっき液２２の液面から溶接部１０を離してめっきを施すことができ、溶接部１０に錫めっき層２が形成されることを防止できるばかりか、金属線１の全ての部位が錫めっき層２と被覆部９により覆われるため、金属線１の酸化や変色や腐食が防止できる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、各実施例では、金属線１の外周に錫１００％からなる錫めっき層２が形成されているが、必ずしも１００％の金属材料でめっき層を形成する必要はなく、例えば、錫にビスマス等の金属を添加した合金でめっき層を形成してもよい。

また、各実施例のアーク溶接方法の他の形態として、アルミニウム線５と金属線１とを当接した状態で、溶接電流を流し、この状態でアークを生じさせて金属線１及びアルミニウム線５を部分的に溶融させ、さらに金属線１（又はアルミニウム線５）を押し込むことで、溶融した金属間の融合が生じさせ、金属線１とアルミニウム線５を溶接してもよい。

また、各実施例では、金属線１とアルミニウム線５との溶接として、アーク溶接を例示したが、これに限らず、金属線１とアルミニウム線５とを当接又は一方を他方の端面に形成した凹部に圧入した状態で、加熱溶接、超音波溶接や抵抗溶接等を行うこともできる。このような溶接手法を用いた場合であっても、溶接部１０が形成される際に、溶融した溶接部１０の表面近傍と金属めっき層２との接触が被覆部９により防止され、溶接部１０の表面近傍には、めっき用金属が殆ど混合されずに済むようになり、溶接部１０のウィスカの発生が抑制される。

また、各実施例では、被覆部９を構成する材質にセラミックを用いているが、被覆部９を構成する材質はセラミックに限らず、絶縁性及び耐熱性を有する合成樹脂等の材質であってもよい。合成樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリマー等が挙げられる。

１ 金属線
２ 錫めっき層（金属めっき層）
３ 銅被覆層
４ 鋼線
５ アルミニウム線
６ 丸棒部
７ 扁平部
８ 凹部
９ 被覆部
１０ 溶接部
１３ 固定チャック
１４ 可動チャック
１４ａ 成型部
２０ 錫のプレート
２１ 電気めっき槽
２２ 電気めっき液
Ｔ リード端子

Claims (5)

1. 金属線とアルミニウム線とを当接させ、前記金属線とアルミニウム線とを溶接したコンデンサ用リード端子において、
   前記金属線の一端近傍の周囲が被覆部により覆われた状態で、前記金属線の一端と前記アルミニウム線の一端とが互いに当接されて溶接されており、前記金属線の少なくとも前記被覆部に覆われていない部位に金属めっき層が形成されていることを特徴とするコンデンサ用リード端子。
2. 前記被覆部は、樹脂またはセラミックで構成されることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ用リード端子。
3. 金属線とアルミニウム線とを当接させ、前記金属線とアルミニウム線とを溶接するコンデンサ用リード端子の製造方法において、
   金属めっき層が形成された金属線の一端近傍の周囲を被覆部で覆い、その後、前記金属線の一端と前記アルミニウム線の一端とを互いに当接させて溶接を行うことを特徴とするコンデンサ用リード端子の製造方法。
4. 金属線とアルミニウム線とを当接させ、前記金属線とアルミニウム線とを溶接するコンデンサ用リード端子の製造方法において、
   前記金属線の一端近傍の周囲が被覆部により覆われた状態で、前記金属線の一端と前記アルミニウム線の一端とを互いに当接させて溶接を行い、該溶接を行った後に、前記金属線の前記被覆部に覆われていない部位に金属めっき層を形成することを特徴とするコンデンサ用リード端子の製造方法。
5. 前記アルミニウム線の一端面に凹部を設け、該凹部内に前記金属線の一端を当接させた状態で、前記溶接を行うことを特徴とする請求項３または４に記載のコンデンサ用リード端子の製造方法。

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