JP5913803B2 - コンデンサ用リード線の製造方法及びそのコンデンサ用リード線、コンデンサの製造方法及びそのコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサ用リード線の製造方法及びそのコンデンサ用リード線、コンデンサの製造方法及びそのコンデンサに関し、詳しくは、銅めっきを施した後、さらに所定の厚さでニッケルをめっきした金属線と、アルミニウム線とを溶接したコンデンサ用リード線の表面に錫等の半田漏れ性の良い金属をめっきし、将来的にウィスカを発生させないようにしたコンデンサ用リード線の製造方法及びそのコンデンサ用リード線、コンデンサの製造方法及びそのコンデンサに関するものである。

図４は、コンデンサ用リード線の溶接部にウィスカが発生した状態を示す要部側面図である。従来より、極めて純度の高い錫をめっきしたＣＰ線１１１とアルミニウム線１１２とが溶接されたコンデンサ用リード線１００が知られている。

このようなコンデンサ用リード線１００では、溶接時に、溶接部１１３に錫が露出して、太さ数ミクロンメーターの繊維状結晶（以下、ウィスカ（Ｗｈｉｓｋｅｒ）という）１２０が金属結晶の表面から発生し成長する。

ウィスカは、錫からなる単体金属で構成されており、コンデンサ用リード線表面に設けられた錫めっきに由来するものであるが、コンデンサ用リード線全体にウィスカが発生することはなく、コンデンサ用リード線の溶接部に集中してウィスカが発生する。それは、アルミニウム線とＣＰ線との溶接時の残留応力が残されたままアルミニウム線とＣＰ線の鉄、銅、錫の金属が固化するが、鉄や銅と異なり、錫は融点が低く（約２３２℃）、低温でも結晶変態を起こすからである。

このように残留応力が残っている状態で常温時でも錫の結晶化が進み、針状のウィスカとなって溶接部から生じる。このウィスカの成長は、数ヶ月の間に除々に成長するため、あらゆる方法で抑制しても根本的な解決には繋がらないという問題がある。

現在、電化製品の小型化によって、プリント基板上の部品と部品との間が狭くなっており、ウィスカ１２０の成長によってショート事故が発生するおそれがある。また、ウィスカ１２０が電気・電子機器の中で脱落し、機器の中で浮遊することにより、機器の重大な故障の原因となる場合もある。このために、従来より、錫めっきに際し鉛を添加して、ウィスカ１２０の発生を防止していた。なお、ＣＰ線には、錫めっき以外にも銀或いは金めっきのものがあり、これらの金属によるものもウィスカが発生するおそれがあった。

しかし、現在、環境問題に関心が集まっており、鉛の使用を制限又は全廃する計画が話題となっており、西暦２００１年施行された家電リサイクル法では、鉛の回収が義務付けられている。このために、環境対策として、鉛の使用ができず、コンデンサ用リード線の溶接部から発生するウィスカの対策が急務とされていた。また、ウィスカの発生を防止する他の方法には、コンデンサ用リード線にビスマス錫層を被覆させる方法が提案されているが、ビスマス錫めっきのコンデンサ用リード線は汎用のＣＰ線ではなく、使用しがたい欠点があった（例えば、特許文献１参照）。

上記の問題を解決すべく、本出願人は、コンデンサ用リード線の製造に際し、銅をめっきした鉄線等とアルミニウム線とを利用してコンデンサ用リード線を製造し、この鉄線とアルミニウム線との溶接部にウィスカが発生しないコンデンサ用リード線の製造方法及びそのコンデンサ用リード線を提案している（特許文献２参照）。

特許文献２記載の発明によると、コンデンサ用リード線の製造工程の中において、銅めっきを施した鉄線とアルミニウム線とを溶接してコンデンサ用リード線を形成した後に、そのコンデンサ用リード線の表面であって、且つ、予め定められた部分に錫をめっきする工程を含むため、例えば、銅めっきを施した鉄線とアルミニウム線との溶接部を含まない部分に錫をめっきした場合は、溶接部による残留応力が働かないので、将来に渡って、ウィスカの発生を防止することができるといった優れた効果を奏するとされている。

特開２０００−１２３８６ 特開２００８−３１１４０５

しかしながら、上記特許文献２に記載のコンデンサ用リード線の製造方法及びコンデンサ用リード線においては、銅めっきを施した鉄線とアルミニウム線は、電気的抵抗が低いため、電気溶接時に火が飛びにくく、溶接がうまくいかないことがある。その対応策としては、例えば、電気的抵抗値の高い錫をめっきしておく必要がでてくるが、それでは、ウィスカの発生に繋がる可能性がある。

本発明は、上述の問題を解決するためのもので、表面に銅層を有する金属線の表面にウィスカの発生が無く、且つ、電気的抵抗の高いニッケルをめっき等により層状に形成し（例えば、１〜２μの厚さ）、その金属線とアルミニウム線を溶接してコンデンサ用リード線を形成し、さらに、そのコンデンサ用リード線のうち、金属線の表面に錫層をめっき等により形成する事で、完全にウィスカの発生が無いコンデンサ用リード線の製造方法及びそのコンデンサ用リード線、そして、当該コンデンサ用リード線を用いるコンデンサの製造方法およびそのコンデンサを提供することを目的としたものである。

上述の課題に対応するため、本発明は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載の発明は、コンデンサ用リード線の製造方法において、 表面に銅層を有する金属線の表面にニッケル層を形成するニッケル層形成工程と、前記ニッケル層形成工程によってニッケル層が形成された金属線とアルミニウム線とを溶接してコンデンサ用リード線を形成する溶接工程と、前記溶接工程の後、前記コンデンサ用リード線のうち、金属線の表面に錫層を形成するリード線形成工程とを含むことを特徴とするコンデンサ用リード線の製造方法である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のコンデンサ用リード線の製造方法であって、前記ニッケル層形成工程は、前記銅層を有する金属線の表面に、１〜２μの厚さでニッケル層を形成することを特徴としている。

なお、上記銅層を有する金属線としては、鉄線、軟鉄鋼線を用いても良く、また、銅線自体を用いても良い。銅層の形成方法としては、銅めっきや、その他、銅の被覆層を形成する手法であれば良い。また、ニッケル層形成工程に代わり、ウィスカ発生を防止可能な金属をめっきさせる工程を含めても良い。またさらに、上記リード線形成工程は、錫層を錫めっき等により形成することにしているが、めっきする金属は、半田漏れ性のよい金属であれば良く、例えば、銀や亜鉛等を代替金属として利用しても良い。

また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のコンデンサ用リード線の製造方法であって、前記リード線形成工程は、前記コンデンサ用リード線の金属線の表面のうち、前記ニッケル層が形成された金属線と前記アルミニウム線とを溶接した溶接部を含まない部分に錫層を形成することを特徴としている。

そして、請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載のコンデンサ用リード線の製造方法であって、前記リード線形成工程は、前記コンデンサ用リード線の金属線の表面のうち、半田実装する部分に錫層を形成することを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載のコンデンサ用リード線の製造方法により製造されたコンデンサ用リード線を電極箔に接続するリード線接続工程と、前記電極箔を積層又は巻回してコンデンサ素子を形成する素子形成工程と、前記コンデンサ素子に外装を施す外装工程とを含むことを特徴とするコンデンサの製造方法である。

そして、請求項６記載の発明は、表面に銅層を有する金属線の表面にニッケル層を形成した金属線と、アルミニウム線とを溶接してなるコンデンサ用リード線のうち、金属線の表面に錫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線である。さらに、請求項７記載の発明は、請求項６記載のコンデンサ用リード線であって、前記ニッケル層の厚さが、１〜２μであることを特徴としている。

これらの場合も、銅層を有する金属線として、鉄線、軟鉄鋼線や銅線を用いても良く、また、銅線自体を用いても良い。銅層の形成方法としては、銅めっきや、その他、銅の被覆層を形成する手法であれば良い。また、ニッケル層形成工程に代わり、ウィスカ発生を防止可能な金属をめっきする工程を採用しても良い。またさらに、コンデンサ用リード線のうち、金属線の表面に錫層を錫めっき等により形成しているが、この錫に代わり、例えば、半田漏れ性の良い銀や亜鉛等をめっきしても良い。

またさらに、請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載のコンデンサ用リード線であって、前記コンデンサ用リード線の金属線の表面のうち、錫層が形成されている部分は、前記金属線と前記アルミニウム線とを溶接した溶接部を含まないことを特徴としている。

そして、請求項９記載の発明は、請求項６又は７記載のコンデンサ用リード線であって、前記コンデンサ用リード線の金属線の表面のうち、錫層が形成されている部分は、半田実装する部分であることを特徴としている。

さらに、請求項１０記載の発明は、請求項６〜９いずれか１項記載のコンデンサ用リード線が接続された電極箔と、当該電極箔を積層又は巻回して形成したコンデンサ素子と、当該コンデンサ素子に施された外装とを含むことを特徴とするコンデンサである。

本発明によれば、銅層を有する金属線の表面に１〜２μの厚さでめっき等によりニッケル層を形成するニッケル層形成工程と、前記ニッケル層形成工程によってニッケル層が形成された金属線とアルミニウム線とを溶接してコンデンサ用リード線を形成する溶接工程と、前記溶接工程の後、前記コンデンサ用リード線のうち、金属線の表面にめっき等により錫層を形成するリード線形成工程とを含むことを特徴とするコンデンサ用リード線の製造方法及びそのコンデンサ用リード線であるため、電気溶接がしやすく、且つ、コンデンサ用リード線にウィスカが発生しなくなるという優れた効果が奏される。

また、錫層を形成する部分を、金属線とアルミニウム線との溶接部を含まない部分とした場合は、溶接部による残留応力が働かないので、将来に渡って、ウィスカの発生を防止することが可能となる。また、錫層を形成する部分を、半田実装する部分とした場合は、錫層部分が少なく済むため、費用が軽減でき、且つ、実装部での半田漏れ性が良好で、ウィスカの発生も防止することが可能となる。

さらに、本発明によれば、ウィスカ発生を防止するコンデンサ用リード線を用いて、コンデンサを製造することができ、また、そのコンデンサを用いることができるため、将来に渡って、コンデンサ自体の質の維持を図ることが可能となる。

本発明に係るコンデンサ用リード線の製造方法を示した図で、（ａ）は溶接による接続前の銅めっきを施した鉄線と、アルミニウム線を示したもの、（ｂ）は、銅めっきを施した鉄線にニッケルをめっきした状態を示したもの、（ｃ）は、ニッケルをめっきした鉄線と、アルミニウム線を溶接した状態を示したもの、（ｄ）は、コンデンサ用リード線の表面に錫等の半田漏れ性の良い金属をめっきした状態を示したものである。 本発明に係るコンデンサ用リード線を示したもので、（ａ）は、溶接した後のコンデンサ用リード線の要部側面図であり、接続部を除く部分に錫等の半田漏れ性の良い金属をめっきした状態を示したもので、（ｂ）は、後に半田実装する部分に錫等の半田漏れ性の良い金属をめっきした状態を示したものである。 本発明に係るコンデンサの製造工程を示した簡略図である。 コンデンサ用リード線の溶接部にウィスカが発生した状態を示す要部側面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るコンデンサ用リード線の製造方法の製造工程を示しており、（ａ）は銅めっきを施した鉄線１１とアルミニウム線１２の接続前を示したものである。

そして、（ｂ）は、銅めっきが施された鉄線１１にニッケル２０をめっき（斜線部分）した状態を示しており、（ｃ）は、ニッケル２０をめっきした鉄線１１と、アルミニウム線１２を溶接した状態を示しており、（ｄ）は、鉄線１１とアルミニウム線１２とを溶接してなるコンデンサ用リード線の表面に錫等の半田漏れ性の良い金属３０をめっき（網線部分）した状態を示したものである。

まず、（ａ）に示すように、銅めっきが施された鉄線１１とアルミニウム線１２を用意し、（ｂ）に示すように、銅めっきが施された鉄線１１の表面に直接厚さ１〜２μの間でニッケル２０（斜線部分）をめっきする。このように、銅めっきが施された鉄線１１の表面にさらにニッケル２０をめっきすることによって、将来に渡ってウィスカの発生を無くすことが可能となるわけである。なお、ニッケル２０をめっきするのは、ニッケルの再結晶温度が高いため、ウィスカの発生が抑えられるためであり、且つ、電気的抵抗が高いため、溶接がしやすいためである。また、本実施例では、ニッケル２０のめっきを厚さ１〜２μとすることで、ウィスカが抑制され、また、鉄線１１とアルミニウム線１２との溶接がしやすくなるが、本発明はこれに限定されるものではない。

続いて、（ｃ）に示すように、溶接によって、ニッケル２０がめっきされた鉄線１１とアルミニウム線１２を溶接部１３で密着させ電気溶接する。そして、（ｄ）に示すように、本実施例においては、溶接部１３を除いた部分（溶接部１３を含まない部分）に錫等の半田漏れ性の良い金属３０（網線部分）をめっきする。このような工程を踏むことにより、接続部１３に錫等のめっきを施さず、且つ電子部品としての機能を全うするために必要な部分には錫めっきを施すということが可能となり、さらに、銅めっきが施された鉄線にニッケル２０をめっきするため、電気溶接がしやすく、且つ、ウィスカの発生を将来に渡って防止することが可能となる。

なお、鉄線１１は、銅線でも良く、また、銅めっきの代わりに銅を被覆させた鉄線や軟鉄鋼線を用いても良い。また、ニッケル２０は、ウィスカの発生を抑えることを目的としているため、その他ウィスカの発生を抑制し、且つ、電気的抵抗の高い金属によるめっきを行っても良い。

このように形成されたコンデンサ用リード線１０は、図３に示すように、アルミニウム等の金属箔からなる陽極箔４０、陰極箔４２にそれぞれ接続（リード線接続工程）され、陽極箔４０と陰極箔４２の間にセパレータ４４を介して巻回して、コンデンサ素子４６を形成（素子形成工程）し、このコンデンサ素子４６に、駆動用電解液を含浸させる（図示せず）とともに外装４８を施す（外装工程）ことでコンデンサ５０が完成する。なお、陽極箔４０と陰極箔４２をセパレータ４４を介して積層し、コンデンサ素子４６を形成しても良い。

外装４８としては、アルミニウム等の金属ケースや樹脂製ケース等が挙げられ、これらケースの開口部はゴム又は樹脂製の封口体４９によって封止される。また、コンデンサ素子４６に樹脂モールド等によって外装を施しても良い。コンデンサ用リード線１０に錫層を形成した鉄線１１は、コンデンサ５０の外装４８から外部に導出され、基板等の半田実装部位に設置されて半田接続される。

続いて、図２を参照しながら、本発明に係るコンデンサ用リード線の実施形態について説明する。（ａ）は、銅めっきが施された後、さらに厚さ１〜２μでニッケル２０がめっき（斜線部分）された鉄線１１とアルミニウム線１２とを溶接部１３で接続したコンデンサ用リード線１０であり、その表面の任意の部分に錫等の半田漏れ性の良い金属３０をめっき（網線部分）したものである。

また、（ｂ）は、銅めっきが施された後、さらに厚さ１〜２μでニッケル２０がめっき（斜線部分）された鉄線１１とアルミニウム線１２とを溶接部１３で接続したコンデンサ用リード線１０であり、溶接部１３を除いた部分に錫等の半田漏れ性の良い金属３０をめっき（網線部分）したものである。

そして、（ｃ）は、銅めっきが施された後、さらに厚さ１〜２μでニッケル２０がめっき（斜線部分）された鉄線１１とアルミニウム線１２とを溶接部１３で接続したコンデンサ用リード線１０であり、後に半田実装する部分に錫等の半田漏れ性の良い金属３０をめっき（網線部分）したものである。

上記に示すコンデンサ用リード線１０によると、再結晶温度の高いニッケル２０をめっきしているため、将来に渡ってウィスカの発生を無くすことが可能となるわけである。また、ニッケルは、電気的抵抗が高いため、電気溶接がしやすくなる。またさらに、錫等の半田漏れ性の良い金属３０をめっきする部分を、鉄線１１とアルミニウム線１２との溶接部１３を含まない部分とした場合は、溶接部による残留応力が働かないので、将来に渡って、ウィスカの発生を防止することが可能となる。

そして、錫等の半田漏れ性の良い金属３０をめっきする部分を、半田実装する部分とした場合は、めっき部分が少なく済むため、費用が軽減でき、且つ、実装部での半田漏れ性が良好で、ウィスカの発生も防止することが可能となる。なお、本実施例では、ニッケル２０のめっきを厚さ１〜２μとすることで、ウィスカが抑制され、また、鉄線１１とアルミニウム線１２との溶接がしやすくなるが、本発明は、これに限定されるものではない。

本発明に係るコンデンサ用リード線の製造方法及びその製造方法によって製造されるコンデンサ用リード線は、ウィスカが発生する事が無いため、将来的に安全な使用が可能となる。

１０ コンデンサ用リード線
１１ 鉄線
１２ アルミニウム線
１３ 溶接部
２０ ニッケル（斜線部分）
３０ 錫等の半田漏れ性の良い金属（網線部分）
４０ 陽極箔
４２ 陰極箔
４４ セパレータ
４６ コンデンサ素子
４８ 外装
４９ 封止体
５０ コンデンサ

Claims (7)

1. コンデンサ用リード線の製造方法において、
   表面に銅層を有する金属線の表面にニッケル層を形成するニッケル層形成工程と、
   前記ニッケル層形成工程によってニッケル層が形成された金属線とアルミニウム線とを溶接してコンデンサ用リード線を形成する溶接工程と、
   前記溶接工程の後、前記コンデンサ用リード線のうち、溶接部を含まない金属線の表面のみに錫層を形成するリード線形成工程と、
   を含むことを特徴とするコンデンサ用リード線の製造方法。
2. 前記ニッケル層形成工程は、前記銅層を有する金属線の表面に、１〜２μの厚さでニッケル層を形成することを特徴とする請求項１記載のコンデンサ用リード線の製造方法。
3. 前記リード線形成工程は、前記コンデンサ用リード線の金属線の表面のうち、半田実装する部分のみに錫層を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のコンデンサ用リード線の製造方法。
4. 請求項１〜３いずれか１項記載のコンデンサ用リード線の製造方法により製造されたコンデンサ用リード線を電極箔に接続するリード線接続工程と、
   前記電極箔を積層又は巻回してコンデンサ素子を形成する素子形成工程と、
   前記コンデンサ素子に外装を施す外装工程と、
   を含むことを特徴とするコンデンサの製造方法。
5. 表面に銅層を有する金属線の表面にニッケル層を形成した金属線と、アルミニウム線とを溶接してなるコンデンサ用リード線のうち、溶接部を含まない金属線の表面のみに錫層が形成されており、前記錫層が形成されている部分は、半田実装する部分のみであることを特徴とするコンデンサ用リード線。
6. 前記ニッケル層の厚さが、１〜２μであることを特徴とする請求項５記載のコンデンサ用リード線。
7. 請求項５又は６記載のコンデンサ用リード線が接続された電極箔と、当該電極箔を積層又は巻回して形成したコンデンサ素子と、当該コンデンサ素子に施された外装とを含むことを特徴とするコンデンサ。