JPWO2010070938A1 - コンデンサ用リード端子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

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を目的とする。コンデンサ素子に接続されるアルミニウム線２に、錫を主体とした金属めっき層６を形成した金属線３を溶接して構成されるコンデンサ用リード端子であって、アルミニウム線２の端面に開口された穴部１２は、金属線３の外径Ｃと略同一の内径Ｄ１’を有する第１内径部１３と、金属線３の外径Ｃよりも大きな内径Ｄ２’を有する第２内径部１４と、を有し、金属線３がアルミニウム線２の端面の開口から第２内径部１４を通して第１内径部１３に圧入される。

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、錫を主体として鉛を含まない金属めっき層を形成した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、コンデンサ用リード線においては、アルミ線丸棒部（アルミニウム線）の端面の中心に孔加工パンチで孔加工を施して孔を形成し、この端面の孔に銅下地錫引鉄線（金属線）を押し込んだ後、バーナーで加熱してアルミ線丸棒部と銅下地錫引鉄線を接合し、外部引出しリード線（リード端子）を製作している（例えば、特許文献１参照）。

また、ＣＰ線（金属線）の外径よりやや小さい外径の先段と、テーパ部を経由してＣＰ線より大きい外径でなる後段と、を有する２段ポンチを用いて、アルミニウム線の端面に傾斜部を有する穴を開け、このアルミニウム線の穴にＣＰ線を圧入する際に剥がれた錫めっき層を、穴の縁部に形成された傾斜部に溜めることで、剥がれた錫が飛散して他のリード線に混入することを防止するコンデンサ用リード線の製造装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特許第３２９１９９３号公報（第３頁、第３図） 特許第３８３２１７８号公報（第５頁、第３図）

特許文献１及び２に記載のコンデンサ用リード線（リード端子）にあっては、金属線にアルミニウム線を圧入する際に剥がれた錫が、銅下地錫引鉄線（金属線）の孔の外部に露出したり、ＣＰ線（金属線）の穴の縁部に形成された傾斜部に溜められたりして、リード線の溶接時に剥がれた錫が外部に露出した状態となり、錫とアルミニウムの混合層が外部に露出した状態で形成されてしまう。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おり、鉛を使用しないリード線においては、錫めっき層にも鉛が一切含まれないため、前述した錫とアルミニウムとの混合層に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、このウィスカが前記外部に露出した錫とアルミニウムとの混合層より発生し、コンデンサ等電子部品の端子間を短絡させる虞がある。

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において、ウィスカの発生を抑制し、またこのウィスカのコンデンサ外部への露出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溶接して構成されるコンデンサ用リード端子であって、
前記アルミニウム線の端面に開口された穴部は、前記金属線の外径と略同一の内径を有する第１内径部と、前記金属線の外径よりも大きな内径を有する第２内径部と、を有し、前記金属線が前記アルミニウム線の端面の開口から前記第２内径部を通して前記第１内径部に圧入されたことを特徴としている。
この特徴によれば、金属線が第１内径部に圧入されたときに、金属めっき層が剥がれても、剥がれた金属めっき層が第２内径部に、特に第1内径部との境界付近の第2内径部に溜まるようになり、溶接後にウィスカの発生源となる金属めっき層とアルミニウムとの混合層が外部に露出しないようになり、ウィスカの外部への発生を防ぐことができる。また、アルミニウム線における第２内径部と金属線との間に隙間（アルミニウムと金属めっき層との非接触状態）が形成されるため、アルミニウム線における第１内径部と金属線との溶接時に、アルミニウム線における第２内径部の部位が加熱されても、熱が金属線に伝導され難くなり、第２内径部内に配置される金属線の金属めっき層の溶融を避け、この第2内径部内でのアルミニウムと金属めっき層との混合層の形成を抑制することができる。

本発明の請求項２に記載のコンデンサ用リード端子は、請求項１に記載のコンデンサ用リード端子であって、
前記アルミニウム線の端部近傍によって、前記金属線が覆われていることを特徴としている。
この特徴によれば、溶接後にウィスカの発生源となる金属めっき層とアルミニウムとの混合層を第２内径部に閉じ込めることができる。

本発明の請求項３に記載のコンデンサ用リード端子は、請求項１または２に記載のコンデンサ用リード端子であって、
前記アルミニウム線の端面からの前記第２内径部の奥行きは、０．２ｍｍ以上となっていることを特徴としている。
この特徴によれば、奥行きが０．２ｍｍ以上の第２内径部であれば、溶接後にウィスカの発生源となる金属めっき層とアルミニウムとの混合層を外部に露出しないようにできる。

本発明の請求項４に記載のコンデンサ用リード端子の製造方法は、
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溶接して構成されるコンデンサ用リード端子の製造方法であって、
前記金属線の外径と略同一の内径を有する第１内径部と、前記金属線の外径よりも大きな内径を有する第２内径部と、を有する穴部を前記アルミニウム線の端面に開口させる工程と、
前記金属線を前記アルミニウム線の端面の開口から前記第２内径部を通して前記第１内径部に圧入する工程と、
を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、金属線が第１内径部に圧入されたときに、金属めっき層が剥がれても、剥がれた金属めっき層が第２内径部に、特に第１内径部との境界付近の第２内径部に溜まるようになり、溶接後にウィスカの発生源となる金属めっき層とアルミニウムとの混合層が外部に露出しないようになり、ウィスカの外部への発生を防ぐことができるコンデンサ用リード端子を製造できる。また、アルミニウム線における第２内径部と金属線との間に隙間（アルミニウムと金属めっき層との非接触状態）が形成されるため、アルミニウム線における第１内径部と金属線との溶接時に、アルミニウム線における第２内径部の部位が加熱されても、熱が金属線に伝導され難くなり、第２内径部内に配置される金属線の金属めっき層の溶融を避け、この第２内径部内でのアルミニウムと金属めっき層との混合層の形成を抑制することができる。

本発明の請求項５に記載のコンデンサ用リード端子の製造方法は、請求項４に記載のコンデンサ用リード端子の製造方法であって、
前記金属線が前記穴部に圧入された状態で、前記アルミニウム線の端部近傍を前記金属線に向かって圧接する工程をさらに含むことを特徴としている。
この特徴によれば、溶接後にウィスカの発生源となる金属めっき層とアルミニウムとの混合層を第２内径部に閉じ込めるコンデンサ用リード端子を製造できる。

アルミニウム線と段付パンチとを示す概略断面図である。 穴部をアルミニウム線の端面に開口させる工程を示す概略断面図である。 アルミニウム線と金属線とを示す概略断面図である。 金属線をアルミニウム線の穴部に挿設する工程を示す概略断面図である。 アルミニウム線の端部近傍を加締める工程を示す概略断面図である。 電磁誘導加熱装置によりアルミニウム線と金属線との溶接を行う工程を示す概略断面図である。 剥がれた錫の状態を示す写真である。 加締めた後に熱処理して金属線とアルミニウム線とを接続した状態を示す写真である。

本発明に係るコンデンサ用リード端子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。

本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図１は、アルミニウム線と段付パンチとを示す概略断面図であり、図２は、穴部をアルミニウム線の端面に開口させる工程を示す概略断面図であり、図３は、アルミニウム線と金属線とを示す概略断面図であり、図４は、金属線をアルミニウム線の穴部に挿設する工程を示す概略断面図であり、図５は、アルミニウム線の端部近傍を加締める工程を示す概略断面図であり、図６は、電磁誘導加熱装置によりアルミニウム線と金属線との溶接を行う工程を示す概略断面図であり、図７は、剥がれた錫の状態を示す写真であり、図８は、加締めた後に熱処理して金属線とアルミニウム線とを接続した状態を示す写真である。

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に、駆動用電解液を含浸又は固体電解質層を形成した後、このコンデンサ素子を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１を封口体に貫通させて外部に導出させる部材である（図６参照）。

図３に示すように、リード端子１は、コンデンサ素子に接続されるアルミニウム線２と、軟鋼線４を心材とする金属線３（ＣＰ線）とにより構成されている。金属線３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５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６を形成したものである。この金属線３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２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。

錫めっき層を用いたコンデンサ用リード端子１においては、ウィスカが発生する虞がある。リード端子１におけるウィスカの発生部位は、金属線３とアルミニウム線２との溶接部であり、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。そのため溶接部はリード端子１の外部に露出しないようにする必要がある。

次に、アルミニウム線２と金属線３とを用いたコンデンサ用リード端子１の製造方法について説明する。先ず図１及び図２に示すように、略円柱形状をなすアルミニウム線２の端面に段付パンチ７を用いて穴部１２を開口させる。

段付パンチ７は、金属線３の外径Ｃ（図３参照）よりも若干小さな（略同一）外径Ｄ１を有する第１円柱部８と、金属線３の外径Ｃよりも大きな外径Ｄ２を有する第２円柱部９と、を有している。第１円柱部８は第２円柱部９よりも先端側に設けられ、更に、第１円柱部８の先端部は円錐形状に尖がった円錐部１０が設けられる。また、第１円柱部８と第２円柱部９との間には、テーパ部１１が設けられている。

図２に示すように、段付パンチ７をアルミニウム線２の端面に押し込んで穴部１２を形成する。この穴部１２をアルミニウム線２の端面に開口させる工程にて、段付パンチ７をアルミニウム線２に押し込む際に、段付パンチ７におけるテーパ部１１がアルミニウム線２の端面から所定の深さＬまで押し込まれる。尚、本実施例では、所定の深さＬは約０．２ｍｍ以上となっている。

図３に示すように、段付パンチ７が引き抜かれたアルミニウム線２には、金属線３の外径Ｃより若干小さな（略同一）内径Ｄ１’を有する第１内径部１３と、金属線３の外径Ｃよりも大きな内径Ｄ２’を有する第２内径部１４と、を有する穴部１２が開口される。第１内径部１３は第２内径部１４よりも奥側に形成され、更に、第１内径部１３の奥側は円錐形状に窄まった奥部１５が形成される。また、第１内径部１３と第２内径部１４との間には、傾斜部１６が形成される。

また、アルミニウム線２の端面から傾斜部１６までの奥行きは、約０．２ｍｍ以上となっている。つまり第２内径部１４と傾斜部１６とを合わせたアルミニウム線２の軸方向の長さＬが約０．２ｍｍ以上となっている。尚、本実施例では、傾斜部１６は第２内径部の一部を構成している。

図４に示すように、金属線３をアルミニウム線２の穴部１２に挿設する工程にて、金属線３をアルミニウム線２の端面の開口から第２内径部１４を通して第１内径部１３に圧入する。尚、金属線３の先端部は圧入し易いように、円錐形状に尖がった円錐部１０や、他にも先端を上下より押しつぶしたくさび状として形成されている。更に尚、金属線３がアルミニウム線２の穴部１２に圧入された状態では、金属線３と穴部１２の第２内径部１４との間に隙間が形成される。

金属線３が第１内径部１３に圧入されるときに、第１内径部１３が金属線３の外径Ｃより若干小さな（略同一）内径Ｄ１’であるため、金属線３の表面の錫めっき層６が若干剥がれ落ちるようになる。そして、剥がれた錫１７が第２内径部１４の傾斜部１６内に溜まるようになっている（図７参照）。このように傾斜部１６を用いることで剥がれた錫１７がこの傾斜部１６内に効率的に収納されるため好ましいが、傾斜部１６を用いず、第1内径部と第２内径部とを段状とすることもできる。

なお、金属線３がアルミニウム線２の穴部１２に圧入された状態における金属線３と穴部１２の第２内径部１４との間に隙間Ｄ３’は、５μｍ〜５０μｍが好ましく、ウィスカの外径を考慮すると、５μｍ〜３０μｍが好ましい。隙間を５μｍ以下とすると、アルミニウム線２の穴部１２に金属線３を圧入する際に、圧入の角度によっては、金属線３の錫めっき層６が穴部１２の第２内径部の入り口付近と当接して剥がれ、該入り口付近に付着して外部に露出する可能性がある。

次の工程では、図５に示すように、加締部材１８を用いてアルミニウム線２の穴部１２の開口を金属線３側に向かって圧接する作業を行う。加締部材１８は、金属線３の外径Ｃよりも大きくアルミニウム線２の外径よりも小さい内径を有する孔部１９を有し、この孔部１９の縁周部２０は、外方に向かって広がるような傾斜面となっている。

加締部材１８を金属線３の側からアルミニウム線２の端部に向かって押し込むと、加締部材１８の孔部１９の縁周部２０がアルミニウム線２の端部の縁に接触して押圧し、アルミニウム線２の端部近傍が金属線３に向かって加締められ、第２内径部１４の開口の縁周が金属線３に近接して穴部１２の開口が閉じられる。このように穴部１２の開口が閉じられるため、剥がれた錫１７は第２内径部１４に閉じ込められる。なお、加締部材１８にてアルミニウム線２の端部近傍が金属線３に向かって加締められる際に、加締部材１８の傾斜状の周縁部２０によって、アルミニウム線２の端部に傾斜面が形成される。この傾斜面は、電解コンデンサの組み立て工程におけるリード端子を封口体の貫通孔に挿通する際の案内となり好ましい。また、本実施例では、金属線３と穴部１２の第２内径部１４との間に設けられた隙間があるため加締めた際に所定角度の傾斜面を形成しやすい。

次の工程では、図６に示すように、バーナー２１等の加熱手段によりアルミニウム線２と金属線３との溶接作業を行う。

このバーナー２１を用いて、アルミニウム線２における第１内径部１３の部位を局所的に加熱する。すると対向する金属線３及びアルミニウム線２の双方が部分的に溶融する。そして、金属線３とアルミニウム線２とが一体化されたリード端子１が形成される。この場合、溶接された部位には、金属線３を構成する金属とアルミニウム線２を構成する金属との融合により合金層が形成される。

尚、第２内径部１４の内周面と金属線３との間に隙間が形成されているため、第２内径部１４内の錫めっき層６や剥がれた錫１７に熱が伝導され難くなっており、錫めっき層６や剥がれた錫１７が溶融されないようになっている。そのため錫めっき層６や剥がれた錫１７が溶融されることで、その体積が膨張し、閉じられている穴部１２の開口から漏れ出すことや、穴部１２の開口の近傍でウィスカの発生源となる錫とアルミニウムとの混合層が形成されることを防止できる。（図８参照）

以上、本実施例におけるコンデンサ用リード端子及びその製造方法では、金属線３の外径Ｃと略同一の内径Ｄ１’を有する第１内径部１３と、金属線３の外径Ｃよりも大きな内径Ｄ２’を有する第２内径部１４と、を有する穴部１２をアルミニウム線２の端面に開口させる工程と、金属線３をアルミニウム線２の端面の開口から第２内径部１４を通して第１内径部１３に圧入する工程と、を含むことで、金属線３が第１内径部１３に圧入されたときに、錫めっき層６が剥がれても、剥がれた錫１７が第２内径部１４に溜まるようになり、溶接後にウィスカの発生源となる錫とアルミニウムとの混合層が外部に露出しないようになり、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１を製造できる。また、アルミニウム線２における第２内径部１４と金属線３との間に隙間が形成されるため、アルミニウム線２における第１内径部１３と金属線３との溶接時に、アルミニウム線２における第２内径部１４の部位が加熱されても、熱が金属線３に伝導され難くなり、第２内径部１４内に配置される金属線３の錫めっき層６の溶融を避けることができる。

また、金属線３が穴部１２に圧入された状態で、アルミニウム線２の端部近傍を金属線３に向かって加締める工程をさらに含むことで、溶接後にウィスカの発生源となる錫とアルミニウムとの混合層を第２内径部１４に閉じ込めるコンデンサ用リード端子１を製造できる。

また、穴部１２をアルミニウム線２の端面に開口させる工程にて、アルミニウム線２の端面からの第２内径部１４の奥行きＬを、０．２ｍｍ以上に形成することで、奥行きＬが０．２ｍｍ以上の第２内径部１４であれば、溶接後にウィスカの発生源となる錫とアルミニウムとの混合層を外部に露出しないコンデンサ用リード端子１を製造できる。

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、前記実施例では、アルミニウム線２の穴部１２内に金属線３を圧入した後、アルミニウム線２の端部近傍を金属線３に向かって加締めて、アルミニウム線２の第２内径部１４の開口の縁周を金属線３に近接させて穴部１２を閉じ、その後、バーナー２１を用いてアルミニウム線２と金属線３とを一体化しているが、これに限らず、アルミニウム線２の穴部１２内に金属線３を圧入した後、バーナー２１を用いてアルミニウム線２と金属線３とを一体化し、その後、アルミニウム線２の端部近傍を金属線３に向かって加締めて、アルミニウム線２の第２内径部１４の開口の縁周を金属線３に近接させて穴部１２を閉じることもできる。これによると、バーナー２１による加熱時に、第２内径部１４の開口の縁周と金属線３との間の隙間によって、該縁周と金属線３とが溶融して混合層が形成されることを確実に防止できる。

また、前記実施例では、加熱手段としてバーナー２１によりアルミニウム線２と金属線３との溶接作業を行っているが、アルミニウム線２と金属線３との溶接作業に用いる加熱手段には、レーザ光線や電磁誘導を用いた高周波誘導加熱などを用いてもよい。高周波誘導加熱を用いると局所的に短時間で加熱を行うことができ、アルミニウム線２の穴部１２において奥側に配置される第１内径部１３と金属線３との溶接を行い易くなり、かつアルミニウム線２における第１内径部１３の部位を局所的に加熱して、第２内径部１４の部位は加熱させないようにでき、第２内径部１４内に錫とアルミニウムとの混合層が形成されることを防止できる。

また、前記実施例では、加締部材１８を用いてアルミニウム線２の穴部１２の開口を加締める際に、第２内径部１４の開口の縁周が金属線３に近接して穴部１２の開口が閉じられるようになっているが、加締めたときに第２内径部１４の開口の縁周が金属線３に接触せずに、多少の隙間があってもよい。

また、前記実施例では、金属線３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６を直接形成することができる。

また、前記実施例では、金属線３の外周に錫１００％からなる錫めっき層６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、前記実施例において、金属線３とアルミニウム線２を加熱等により溶接した後、この溶接された部位を、アルカリ系の洗浄液にて洗浄し、その後該洗浄液を乾燥等にて除去することで、溶接された部位自体からのウィスカの発生を抑制することもできる。また、前記アルカリ系の洗浄液に代えてリン酸系の洗浄液を用いることもできる。なお、この洗浄液を用いる場合は、前記実施例では、加締部材１８にて、アルミニウム線２の穴部１２の開口を閉じている状態で洗浄液を溶接された部位に接触させることもできるが、この加締部材１８を用いずに、アルミニウム線２の穴部１２が開口されている状態として溶接された部位を洗浄するとよい。また、アルミニウム線２の穴部１２の開口を閉じる手段として加締部材１８に代えて、絶縁樹脂等をアルミニウム線２の穴部１２に形成することもできる。また加締部材１８にてアルミニウム線２の穴部１２の開口を閉じた状態でさらにこの絶縁樹脂等にて穴部１２付近を被覆することもできる。また、溶接された部位におけるアルミニウムと錫との混合層を80度以上にて、好ましくは錫の融点以上の温度で熱処理することによって、該溶接された部位自体からのウィスカの発生を抑制することもできる。

１ リード端子
２ アルミニウム線
３ 金属線
４ 軟鋼線
５ 銅覆層
６ 錫めっき層（金属めっき層）
７ 段付パンチ
８ 第１円柱部
９ 第２円柱部
１０ 円錐部
１１ テーパ部
１２ 穴部
１３ 第１内径部
１４ 第２内径部
１５ 奥部
１６ 傾斜部
１７ 剥がれた錫
１８ 加締部材
１９ 孔部
２０ 縁周部
２１ バーナー

Claims (5)

1. 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溶接して構成されるコンデンサ用リード端子であって、
   前記アルミニウム線の端面に開口された穴部は、前記金属線の外径と略同一の内径を有する第１内径部と、前記金属線の外径よりも大きな内径を有する第２内径部と、を有し、前記金属線が前記アルミニウム線の端面の開口から前記第２内径部を通して前記第１内径部に圧入されたことを特徴とするコンデンサ用リード端子。
2. 前記アルミニウム線の端部近傍によって、前記金属線が覆われていること特徴とする請求項１に記載のコンデンサ用リード端子。
3. 前記アルミニウム線の端面からの前記第２内径部の奥行きは、０．２ｍｍ以上となってい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。
4. 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溶接して構成されるコンデンサ用リード端子の製造方法であって、
   前記金属線の外径と略同一の内径を有する第１内径部と、前記金属線の外径よりも大きな内径を有する第２内径部と、を有する穴部を前記アルミニウム線の端面に開口させる工程と、
   前記金属線を前記アルミニウム線の端面の開口から前記第２内径部を通して前記第１内径部に圧入する工程と、
   を含む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. 前記金属線が前記穴部に圧入された状態で、前記アルミニウム線の端部近傍を前記金属線に向かって圧接する工程をさらに含むことを特徴とする請求項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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