JP5548877B2 - コンデンサ用リード端子の製造方法 - Google Patents

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、錫を主体とした金属めっき層を形成した金属線をアーク溶接して構成されるコンデンサ用リード端子に関する。

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。

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においては、アルミニウム線と錫めっき銅被覆鋼線との接続部（溶接部）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等電子部品の端子間を短絡させる虞がある。

そこで、本発明者等は、上記の問題点を解決するため鋭意研究した結果、金属線の金属めっき層を機械的に除去し、この金属線の金属めっき層の無い部分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の両者間に溶接電流を流すことにより溶接させることで、鉛を含まないコンデンサ用リード端子を製造でき、かつ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発明（特願２００７−９３９５７号）した。

しかしながら、金属線の金属めっき層を除去することで、溶接部に錫が存在しないため、ウィスカの発生は低減されたものの、金属線とアルミニウム線との溶接部の形状が安定せず、溶融したアルミニウムが金属線を覆うように溶接部が形成されるのではなく、金属線とアルミニウム線との間に隙間ができる等が生じ、溶接部の機械的強度が低下するなど、リード端子の信頼性を満足できない場合があった。
この現象を分析したところ、金属線の表面は錫めっき層が除去されているためその表面のぬれ性が低い状態となっており、溶接時に溶融したアルミニウム線の一部が金属線の表面に沿って覆えず、溶融したアルミニウムと金属線との間に隙間が生じてしまうことが分かった。
特開２０００−１２４０７３号公報

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の製造方法において、ウィスカの発生を防ぐことができ、かつ溶接部を安定した形状に形成できるコンデンサ用リード端子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、本発明の請求項１に記載のコンデンサ用リード端子の製造方法は、
心材の外周に銅覆層を形成し、更にその外周に錫を主体とした金属めっき層を形成した金属線とアルミニウム線とを当接させ、前記金属線と前記アルミニウム線とをアーク溶接するコンデンサ用リード端子の製造方法において、前記金属めっき層及び前記銅覆層の一部を機械的手段によって除去し、前記金属線の一端に金属めっき層の無い部分を設け、該金属めっき層の無い部分にアルミニウムよりも融点が低い物質、酸化しにくい物質又はアルミニウム表面を還元可能な物質を被覆し、該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、前記アーク溶接を行うことを特徴としている。

また、錫を主体とした金属めっき層を形成した金属線とアルニウム線とを当接させ、前記金属線と前記アルミニウム線とをアーク溶接するコンデンサ用リード端子の製造方法において、前記金属線の先端近傍に金属めっき層が残り、該金属線の先端近傍に連続して金属めっき層の無い部分が設けられるように、前記金属めっき層の一部を除去し、前記金属めっき層の無い部分にアルミニウムよりも融点が低い物質、酸化しにくい物質又はアルミニウム表面を還元可能な物質を被覆し、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、前記アーク溶接を行うことを特徴としている。

前記アルミニウムよりも融点が低い物質は白色軟金属、前記酸化しにくい物質は貴金属、前記アルミニウム表面を還元可能な物質は活性金属、フッ化物、塩化物、水酸化物で、これらの物質を単独で又は組み合わせてなることを特徴としている。

この特徴によれば、アーク溶接により形成される金属線とアルミニウム線との溶接部には、金属線の溶接部の表面には錫めっき層が無いため、アルミニウムに対する表面のぬれ性が低い状態となっているが、この金属めっき層の無い部分に、アルミニウムよりも融点が低い物質、酸化しにくい物質又はアルミニウム表面を還元可能な物質を被覆することで、金属めっき層の無い部分の表面におけるアルミニウムへのぬれ性が改善されるため、溶接時に溶融したアルミニウム線の一部が金属線の表面に沿って覆われ、所望の溶接部形状を安定して形成でき、リード端子の溶接部の機械的強度を向上できる。
これらの物質を前記金属めっき層の無い部分に被覆することで、アルミニウムに対する表面のぬれ性が改善され、溶接時に所望の溶接部形状を安定して形成することができる。

以上、本発明を用いることにより、鉛を含まないコンデンサ用リード端子の製造方法において、ウィスカの発生を防ぐことができ、かつ溶接部を安定した形状に形成できる。

本発明に係るコンデンサ用リード端子の製造方法を実施するための最良の形態を一実施例に基づいて以下に説明する。

本発明の一実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図１（ａ）は、本発明のコンデンサ用リード端子の製造方法の一実施例における金属線の表面に形成された錫めっき層の除去工程を示す概略断面図であり、図１（ｂ）は、錫めっき層が除去された金属線を示す概略断面図であり、図２（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、図２（ｂ）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。

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低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２（ａ）に示すように、リード端子は、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。図１（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覆層３を形成し、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。
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。

図１（ａ）に示すように、金属線１は、棒状体を複数に切断することで形成される。ここで、金属線１の先端部（一端）に係る部分には、カッター８等の機械的手段によって、金属線１の表面の錫めっき層２が除去され、棒状体に複数の錫めっき層の無い部分９が形成される。
この錫めっき層の無い部分９の端部で棒状体を切断することで（図１（ｂ）の一点鎖線参照）、先端部（一端）に錫めっき層の無い部分９を形成した金属線１が形成される。本実施例では、カッター８を錫めっき層２から銅覆層３の一部に達する深さまで押し込み、矢印方向にカッター８を移動させることで、図１（ｂ）に示すように、錫めっき層２及び銅覆層３の一部を除去し、錫めっき層の無い部分９を形成している。
ここで銅覆層３も含めて除去し、表面に軟鋼線４を露出させることもできるが、銅覆線３の一部を残すことで、後述のアルミニウム線５とのアーク溶接を精度良く行うことができる。このほか、研磨や研削等の手段で錫めっき層２を除去することもできる。
この錫めっき層の無い部分９の範囲は、後述のアルミニウム線５との溶接部１０に含まれないように、錫めっき層２を除去することが好ましく、１．５〜５ｍｍほど錫めっき層２を金属線1の先端部より除去するとよい。
コンデンサ用リード端子におけ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（図２（ｃ）参照）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、錫へ加わる応力によってウィスカが発生すると考えられる。
このため、金属線１の先端部の錫めっき層２は確実に除去する必要があり、そのため機械的手段を用いているが、さらには、錫めっき層２に加えて銅覆層３の一部を含めて除去するとより効果的である。

金属線１における錫めっき層の無い部分９の表面は、アルミニウムに対してぬれ性が低下した状態となっている。そこで、この錫めっき層の無い部分９の表面に、アルミニウムよりも融点が低い物質、酸化しにくい物質又はアルミニウム表面を還元可能な物質を被覆する。
このアルミニウムより融点が低い物質としては、白色軟金属、酸化しにくい物質としては、貴金属、アルミニウム表面を還元可能な物質としては、活性金属、フッ化物、塩化物、水酸化物があげられる。
これらの物質は単独で用いてもよく又はそれらを組み合わせて用いることもできる。これらの物質を被覆することで、金属線１の錫めっき層の無い部分９の表面は、アルミニウムに対するぬれ性が改善される。

ここでぬれ性の改善可能な白色軟金属としては、アルミニウム、亜鉛があげられる。この白色軟金属は低融点で流動性が良く、特にアルミニウムより融点が低い、亜鉛が好ましく、金属線１の錫めっき層の無い部分９の表面に被覆すると、溶接の際に過熱されて溶融するため錫めっき層の無い部分９の表面のぬれ性が改善される。貴金属としては、金、銀、白金があげられる。
この貴金属を金属線１の錫めっき層の無い部分９の表面に被覆すると、溶接時のアルミニウム線５の酸化を防ぎ、該錫めっき層の無い部分９の表面のぬれ性が改善される。活性金属としては、チタンがあげられる。
この活性金属は、金属表面の酸素と結合して酸化物を形成して金属表面を還元するため、金属線１の錫めっき層の無い部分９の表面のぬれ性が改善される。
またフッ化物としては、ＡｌＦ_３、ＬｉＦ、ＫＡｌＦ₄があげられ、塩化物としては、ＺｎＣｌ₂、ＮＨ₄Ｃｌ、ＺｎＣｌ_2、ＮａＣｌ、ＳｎＣｌ₂、ＢａＣｌ_２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＺｎＣｌ_２、ＢａＣｌ_２−ＮａＣｌ−ＫＣｌの三元共晶組成があげられ、水酸化物としては、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨがあげられ、その他の物質としては、金属炭酸塩、例えば炭酸亜鉛があげられる。
これらのフッ化物、塩化物又は水酸化物を貴金属を金属線１の錫めっき層の無い部分９の表面に被覆すると、フッ化物、塩化物又は水酸化物自身が酸化することにより、溶接時のアルミニウム線５の表面から酸素を奪い還元し、錫めっき層の無い部分９の表面のぬれ性が改善される。

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２（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、この丸棒部６が封口体から導出されて金属線１に接続されている。また、アルミニウム線５の他端には、略扁平形状をなす扁平部７が形成され、この扁平部７がコンデンサ素子の電極箔に接続されている。
このアルミニウム線５をチャック固定し、金属線１を可動チャックに把持させてその錫めっき層２を除去した先端部を一定間隔で対向配置する。この場合、金属線１とアルミニウム線５との間には、アーク溶接装置が接続される。

次に、金属線１を可動チャック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流開始から、金属線１の先端部をアルミニウム線５の端面から少し離し、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。

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すると、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。
金属線１における錫めっき層の無い部分９の表面は、上述したアルミニウムよりも融点が低い物質、酸化しにくい物質又はアルミニウム表面を還元可能な物質の被覆により、アルミニウムに対するぬれ性が改善されているため、溶融したアルミニウムは表面張力によって球形化し、半球状の溶接部１０が形成され、図２（ｂ）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。
この溶接部１０には、金属線１の表面に形成された錫めっき層２が予め除去されているため、この溶接部１０には、錫めっき層２が混在されないことになる。従って錫めっき層２とアルミニウムの混合層によるウィスカの発生は抑制される。

なお、ここで、溶接部１０への錫めっき層2の混在を確実に防止するには、金属線1とアルミニウム線５との溶接後における露出した錫めっき層の無い部分９の長さ寸法を2ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以下とするとよい。
また、この露出した錫めっき層の無い部分９には、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、フッ素樹脂等の絶縁樹脂層によって被覆したり、金属線１の錫めっき層２を圧延して露出した錫めっき層の無い部分９を被覆したりすることで、この錫めっき層の無い部分9を外気による酸化等から防ぐことができる。

次に、本発明の他の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図３（ａ）は、他の実施例における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、図３（ｂ）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。

他の実施例では、金属線１の先端部（一端）の金属めっき層２を除去して、錫めっき層の無い部分９を設けているが、金属線1の先端近傍に錫めっき部２ａを残して、錫めっきの無い部分９を連続して設けた金属線1を用いることもできる。
この金属線１の少なくとも錫めっきの無い部分９の表面に、一実施例にて述べた、アルミニウムよりも融点が低い物質、酸化しにくい物質又はアルミニウム表面を還元可能な物質を被覆し、一実施例と同様にアーク溶接を行う。この場合、金属線１の先端近傍に残った錫めっき部２ａにより、溶接時の金属線１とアルミニウム線５との接触抵抗を低くして安定した電流を流すことができ、溶接不良を低減できる。

前記一実施例と同様に、この溶接部１０には、金属線１の外周面に部分的に残された箇所（錫めっき部２ａ）を除き、錫めっき層２は予め除去されているため、この溶接部１０にはほとんど錫めっき層２が混在されないことになる。
しかも、前記金属線１の外周面に部分的に残された錫めっき部２ａは、溶接時にアルミニウム線５の内部に埋没されるため、溶接部１０の表面近傍には錫めっき層２はなく、従って錫めっき層２とアルミニウムの混合層によるウィスカの発生は抑制される。

以上、本発明の一実施例及び他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、一実施例及び他の実施例では、金属線１の全面に錫めっき層２を形成し、機械的除去等の手段によって、錫めっき層２を除去して錫めっき層の無い部分９を形成しているが、錫めっき層２を金属線１に被覆する際に、予めマスキング等によって錫めっき層２が形成されないようにして金属線１に錫めっき層の無い部分９を形成するようにしてもよい。

また、一実施例及び他の実施例では、錫めっき層２の除去手段としてカッター８等の機械的手段を例示したが、これに限らず、溶剤による除去や、レーザ照射による除去等を用いることもできる。

また、一実施例及び他の実施例では、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、一実施例及び他の実施例では、金属線１の心材として、軟鋼線を用いているが、これ以外にも銅線を用いることができる。
この場合は、この銅線（心材）からなる金属線１に錫めっき層２を直接形成することができる。

また、一実施例及び他の実施例では、アーク溶接方法として、アルミニウム線５に金属線１を（又は金属線１にアルミニウム線５を）当接した状態で、溶接電流を流し、その後、金属線１の先端部をアルミニウム線５の端面から少し離し、両者間にアークを生じさせ、対向する金属線１及びアルミニウム線５の双方を部分的に溶融させた後、金属線１をアルミニウム線５の端面側に（又はアルミニウム線５を金属線１の端面側に）移動させて当接させ、さらに押し込むことで、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を溶着しているが、これに限らず、アルミニウム線５に金属線１を（又は金属線１にアルミニウム線５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を生じさせ、金属線１とアルミニウム線５を溶着してもよい。

本発明のコンデンサ用リード端子の製造方法の一実施例における、（ａ）は金属線の表面に形成された錫めっき層の除去工程を示す概略断面図、（ｂ）は錫めっき層が除去された金属線を示す概略断面図である。 本発明のコンデンサ用リード端子の製造方法の、（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、（ｂ）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。 本発明のコンデンサ用リード端子の製造方法の他の実施例における、（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、（ｂ）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。

符号の説明

１ 金属線
２ 錫めっき層（金属めっき層）
２ａ 錫めっき部（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 カッター
９ 錫めっき層の無い部分（金属めっき層の無い部分）
１０ 溶接部

Claims (3)

1. 心材の外周に銅被覆を形成し、更にその外周に錫を主体とした金属めっき層を形成した金属線とアルミニウム線とを当接させ、前記金属線と前記アルミニウム線とをアーク溶接するコンデンサ用リード端子の製造方法において、
   前記金属めっき層及び前記銅被覆の一部を機械的手段によって除去し、前記金属線の一端に金属めっき層の無い部分を設け、該金属めっき層の無い部分にアルミニウムよりも融点が低い物質、酸化しにくい物質又はアルミニウム表面を還元可能な物質を被覆し、該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、前記アーク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。
2. 錫を主体とした金属めっき層を形成した金属線とアルニウム線とを当接させ、前記金属線と前記アルミニウム線とをアーク溶接するコンデンサ用リード端子の製造方法において、
   前記金属線の先端近傍に金属めっき層が残り、該金属線の先端近傍の金属めっき層が残った部分に連続して金属めっき層の無い部分が設けられるように、前記金属めっき層の一部を除去し、前記金属めっき層の無い部分にアルミニウムよりも融点が低い物質、酸化しにくい物質又はアルミニウム表面を還元可能な物質を被覆し、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、前記アーク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。
3. 前記アルミニウムよりも融点が低い物質は白色軟金属、前記酸化しにくい物質は貴金属、前記アルミニウム表面を還元可能な物質は活性金属、フッ化物、塩化物、水酸化物で、これらの物質を単独で又は組み合わせてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ用リード端子の製造方法。

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