JP5017582B2 - コンデンサ用リード線 - 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する金属めっきを形成した金属線を接続して構成されるコンデンサ用リード線に関する。

従来、電子部品のリード線においては、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が知られている。しかしながら、鉛を含むリード線では、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線との接合部に、銅被覆と錫めっきとアルミ線とが加熱されることで生成される銅と錫とアルミ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った。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線を製造でき、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線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のリード線は、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を形成した金属線を接続して構成されるコンデンサ用リード線であって、
前記金属線の少なくともアルミニウム線との当接する先端面に、金属材料を用いためっき層を形成し、該金属線と前記アルミニウム線とを、押圧しつつ電流を流して行う抵抗溶接にて接続した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当接面に金属材料を用いためっき層を形成することで、抵抗溶接を可能とし、比較的低熱で行う抵抗溶接により金属線とアルミニウム線とを溶接できるため、金属線に形成しためっき層がアルミニウムとの合金とならずに済むようになり、かつ溶接による熱影響を受けない状態で鋼線とアルミニウム線とが接合されるため、ウィスカの発生を防止した状態で、鉛を含まずに自然環境に対する悪影響を与えないコンデンサ用リード線を製造することができる。

本発明の請求項２に記載のコンデンサ用リード線は、請求項１に記載のコンデンサ用リード線であって、
前記金属線が、前記アルミニウム線に向って略凸状をなしてい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を押圧したときに、その押圧力が略凸状により集中させることができ、抵抗溶接による溶接の品質を向上させることができる。
尚、金属線の略凸状とは、アルミニウム線に向って幅狭に形成される山型形状や、アルミニウム線に向って膨出された湾曲状を含む。

本発明の請求項３に記載のコンデンサ用リード線は、請求項１または２に記載のコンデンサ用リード線であって、
前記金属線には、該金属線を前記アルミニウム線に向って押圧する押圧装置が係合される被係合部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、押圧装置を金属線の被係合部に係合し易くして押圧装置の構成を簡素化できるとともに、押圧装置が押圧箇所である金属線の先端面近傍を直に押圧できるようになり、金属線をアルミニウム線に向って有効にかつ押圧し易くすることができる。

本発明の請求項４に記載のコンデンサ用リード線は、請求項１ないし３のいずれかに記載のコンデンサ用リード線であって、
前記アルミニウム線には、前記金属線の案内用の凹部が形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、金属線をアルミニウム線に押圧させる際に、金属線が凹部に案内されるため、互いの先端面同士の位置ずれを防止することができる。

本発明に係るコンデンサ用リード線を実施するための最良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、実施例における電解コンデンサを示す縦断正面図であり、図２（ａ）は、金属線をアルミニウム線に接続する前の状態を示す拡大断面図であり、図２（ｂ）は、金属線をアルミニウム線に接続した後の状態を示す拡大断面図であり、図３は、金属線の構成を示す斜視図であり、図４（ａ）は、変形例における銅覆鋼線をアルミニウム線に接続する前の状態を示す拡大断面図であり、図４（ｂ）は、変形例における銅覆鋼線をアルミニウム線に接続した後の状態を示す拡大断面図であり、図５（ａ）は、他の変形例における金属線をアルミニウム線に接続する前の状態を示す拡大断面図であり、図５（ｂ）は、他の変形例における金属線をアルミニウム線に接続した後の状態を示す拡大断面図である。

図１の符号１は、本発明の適用されたアルミ電解コンデンサであり、このコンデンサ１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積層したコンデンサ素子２を、箱体形状の外装ケース３に収納し、この外装ケース３に形成された開口を封口体４で密封するとともに、コンデンサ素子２から導いたリード線５を封口体４に貫通させて外部に導出させている。

図１に示すように、リード線５は、コンデンサ素子２に接続されるアルミニウム線６と、錫めっきを形成した金属線７（ＣＰ線）とにより構成されている。アルミニウム線６には、その一端に略円柱形状をなす円柱部８が形成され、この円柱部８が封口体４から導出されて金属線７に接続されている。また、アルミニウム線６の他端には、略扁平形状をなす扁平部９が形成され、この扁平部９がコンデンサ素子２の電極箔に接続されている。

図３に示すように、金属線７は、軟鋼を心材１０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１１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１２を形成したものである。この金属線７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６やコンデンサ素子２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１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２（ａ）に示すように、金属線７の先端部は、金属線７の他の部位よりも左右幅が幅広に形成され、かつ下方側（先端側）に向って膨出された略半球形状（湾曲形状）をなす本実施例における凸部としての半球部１３が形成されている。尚、この半球部１３の上端側（基端側）には、後述する押圧装置１７の先端係合部１９が係合される被係合部１４が形成されている。更に尚、半球部１３にも前述した銅覆層１１及び錫めっき層１２が形成されている。

また、アルミニウム線６の円柱部８の直径（左右幅）は、金属線７の半球部１３の直径（左右幅）よりも大きくなるように形成されている。このアルミニウム線６の円柱部８の先端面には、略半球形状に刳り貫かれた凹部１５が形成されており、この凹部１５の大きさや形状は、金属線７の半球部１３と補形をなしている。

次に、リード線５を製造する際のアルミニウム線６と金属線７との接続方法について説明する。アルミニウム線６と金属線７とは、抵抗溶接（スポット溶接）により接続されるようになっている。図２（ａ）に示すように、本実施例では、陽電極を兼ねた固定装置１６と陰電極を兼ねた押圧装置１７とで構成される抵抗溶接機１８を用いる。

先ずアルミニウム線６の円柱部８を抵抗溶接機１８の固定装置１６に固定する。固定装置１６は、アルミニウム線６の円柱部８を左右方向から挟持するとともに、アルミニウム線６に電流を流すことができる。また、金属線７の半球部１３における被係合部１４には、押圧装置１７の先端係合部１９が係合される。この押圧装置１７は、金属線７の半球部１３をアルミニウム線６に向って押圧するとともに、金属線７に電流を流すことができる。

図２（ｂ）に示すように、押圧装置１７が金属線７をアルミニウム線６に近づけると、金属線７の半球部１３が、アルミニウム線６の先端面に形成された凹部１５に案内されながら嵌合される。半球部１３と凹部１５とが嵌合された状態で、更に押圧装置１７が半球部１３を凹部１５に向って押圧して、半球部１３と凹部１５とを互いに当接させる。

そして、抵抗溶接機１８によりアルミニウム線６及び金属線７に電流を流すと、その抵抗熱によりアルミニウム線６の凹部１５と金属線７の半球部１３とが互いに溶接される。抵抗溶接は、他の溶接方法、例えばアーク溶接等と比べて比較的低熱で溶接を行えるようになっており、この抵抗溶接を用いることにより金属線７の半球部１３に形成した錫めっき層１２が溶融されず、他の金属との合金とならずに済むようになっている。

図２（ｂ）に示すように、心材１０や錫めっき層１２や銅覆層１１が溶融されずに互いの境界が隔てられた状態で接合されている。アーク溶接などを用いて高熱でアルミニウム線６及び金属線７を溶融させて接合してしまうと、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。

ウィスカが発生する原因について考察すると、例えば、錫めっき層とアルミニウムとの混合層を含む金属線とアルミニウム線との溶接部においては、錫めっき層１２の表面付近に圧縮応力が発生すると、その応力を緩和しようとして錫の結晶が外側に向けて成長し、この結晶成長が連続的に成長し続けることで、細長い髭状の単結晶のウィスカが形成されるものと一般的に考えられている。

本実施例におけるリード線５では、抵抗溶接によってあまり熱影響を受けない状態で金属線７とアルミニウム線６とが接合されるため、金属線の錫めっき層とアルミニウムとの混合層が形成されず、ウィスカの発生を防止した状態で、鉛を含まずに自然環境に対する悪影響を与えないアルミ電解コンデンサ１のリード線５を製造することができる。

また、金属線７の先端部に半球部１３が形成されていることで、金属線７の半球部１３とアルミニウム線６の凹部１５とを押圧したときに、その押圧力が半球形状（凸状）により中央部位に集中させることができ、抵抗溶接による溶接の品質を向上させることができる。

更に、金属線７の半球部１３をアルミニウム線６の凹部１５に押圧させる際に、半球部１３が凹部に案内されるため、互いの当接位置の位置ずれを防止することができる。尚、本実施例では、凹部１５の大きさや形状が半球部１３と補形をなしているが、凹部１５の大きさを半球部１３よりも若干小さめに形成することで、押圧力を向上させることもできる。

また、押圧装置１７の先端係合部１９が係合される被係合部１４が、金属線７の半球部１３に形成されていることで、押圧装置１７を金属線７の被係合部１４に係合し易くして押圧装置１７の構成を簡素化できるとともに、押圧装置１７が押圧箇所である金属線７の半球部１３を直に押圧できるようになり、金属線７をアルミニウム線６に向って有効にかつ押圧し易くすることができる。

尚、前記実施例では、金属線７の先端部に略半球形状をなす半球部１３を形成するとともに、アルミニウム線６の先端面に略半球形状に刳り貫かれた凹部１５が形成されているが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、図４（ａ）に示す変形例のように、金属線７の先端部に、先端に向って幅狭になるように形成された略山型形状をなす山型部１３’を形成するとともに、アルミニウム線６の先端面に略山型形状に刳り貫かれた凹部１５’を形成し、図４（ｂ）に示すように、山型部１３’と凹部１５’とを嵌合させて抵抗溶接により接合するようにしてもよい。

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、金属線７の外周に金属材料としての錫を用いた錫めっき層１２が形成されているが、めっき層１２に用いる金属材料は錫に限ることなく、銅、金、銀、ニッケルなど鉛以外の金属であればどのような金属材料を用いてもよい。

また、前記実施例では、金属線７の外周に錫１００％からなる錫めっき層１２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、前記実施例では、金属線７の心材として、軟鋼を用いているが、これ以外にも銅を用いることができる。この場合は、この銅（心材）からなる金属線７に錫めっき層を直接形成することができる。

更に、前記実施例では、金属線７の先端部に凸部としての半球部１３が形成され、アルミニウム線６の先端面には、半球部１３が嵌合される凹部１５が形成されているが、金属線７の先端面やアルミニウム線６の先端面には、必ずしも凸部や凹部を形成する必要はなく、金属線７の先端面及びアルミニウム線６の先端面を平坦面に形成し、その平坦面同士を抵抗溶接にて接合するようにしてもよい。

尚、前記実施例では、金属線７の表面全体、すなわち金属線７の外周面や先端部の半球部１３に銅覆層１１や錫めっき層１２が形成されているが、本発明はこれに限ることなく、銅覆層１１や錫めっき層１２は、少なくとも金属線７の先端面、すなわち半球部１３におけるアルミニウム線６の凹部１５との当接面に形成されていればよい。

実施例における電解コンデンサを示す縦断正面図である。 （ａ）は、金属線をアルミニウム線に接続する前の状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、金属線をアルミニウム線に接続した後の状態を示す拡大断面図である。 金属線の構成を示す斜視図である。 （ａ）は、変形例における金属線をアルミニウム線に接続する前の状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、変形例における金属線をアルミニウム線に接続した後の状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ コンデンサ
２ コンデンサ素子
３ 外装ケース
４ 封口体
５ リード線
６ アルミニウム線
７ 金属線
８ 円柱部
９ 扁平部
１０ 心材
１１ 銅覆層
１２ 錫めっき層
１３ 半球部（先端面）
１３’ 山型部（先端面）
１３’’ 先端部（先端面）
１４ 被係合部
１５，１５’ 凹部
１５’’ 凹部
１６ 固定装置
１７ 押圧装置
１８ 抵抗溶接機
１９ 先端係合部

Claims (4)

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を形成した金属線を接続して構成されるコンデンサ用リード線であって、
   前記金属線の少なくともアルミニウム線との当接する先端面に、金属材料を用いためっき層を形成し、該金属線と前記アルミニウム線とを、押圧しつつ電流を流して行う抵抗溶接にて接続したことを特徴とするコンデンサ用リード線。
2. 前記金属線が、前記アルミニウム線に向って略凸状をなし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線。
3. 前記金属線には、該金属線を前記アルミニウム線に向って押圧する押圧装置が係合される被係合部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサ用リード線。
4. 前記アルミニウム線には、前記金属線の案内用の凹部が形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のコンデンサ用リード線。

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