(57)【要約】  【課題】金属ケース接合部を半田付けして密閉する金属ケース入りコンデンサにおいて、環境汚染物質（Ｐｂ）を含まず、耐久性に優れたコンデンサを提供する。  【解決手段】コンデンサ素子を金属ケースに収納してなるコンデンサにおいて、  金属ケース接合部をＳｎ−Ｃｕ系はんだで、はんだ付けし密閉したことを特徴とし、上記のＳｎ−Ｃｕ系はんだのＣｕ組成が１．０〜２．５ｗｔ％であり、金属ケースの材質がブリキまたは黄銅であることを特徴としている。  【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサ素子を金属ケースに収納してなるコンデンサにおいて、
金属ケース接合部をＳｎ−Ｃｕ系はんだで、はんだ付けし密閉したことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
請求項１記載のＳｎ−Ｃｕ系はんだのＣｕ組成が１．０〜２．５ｗｔ％であることを特徴とするコンデンサ。
【請求項３】
請求項１記載の金属ケースの材質がブリキまたは黄銅であることを特徴とするコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ケース入りコンデンサに関するものであり、特に環境対応および信頼性改善を図ったコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種産業機器用、車輌用等の電気回路に用いられている金属ケース入りコンデンサを製缶するには、内部の気密性を維持し、絶縁油またはガス漏れを防止するため、Ｓｎ−Ｐｂ合金を主体としたはんだによりはんだ付けし、密閉している（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】実開昭５２−５８４４５号公報
【０００３】
具体的に、金属ケース入りコンデンサの製缶について説明する。
まず、ブリキ板または黄銅板をケースの大きさに合わせて切断し、側面、底蓋、および上蓋に加工する。上蓋には端子（碍子）付け加工を行う。
そして、製缶は、側面と底蓋とを組合せ、巻締めを行い、この巻締め部にＳｎ−Ｐｂ系はんだ（例えばＳｎ５０ｗｔ％−Ｐｂ５０ｗｔ％、その他微量の不純物含有）にてはんだ付けし、コンデンサ素子体を挿入する。
その後、上蓋と組合せ巻締めを行い、上記組成のＳｎ−Ｐｂ系はんだではんだ付けして製缶を行う。
次いで、絶縁油を真空含浸して、上蓋に設けられた封印孔を、上記組成のはんだにてはんだ付けして密閉し、コンデンサを作製する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来用いられているはんだは、主にＰｂ３７〜６０ｗｔ％を含有するＳｎ−Ｐｂ系はんだで、環境を汚染する有害物質のＰｂ（鉛）を多量に含んでおり、環境対策としてＰｂフリー化（Ｐｂを含まないはんだで、不純物として０．１ｗｔ％以下）を図る必要がある。
これに代わるものとして、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚｎ系などのはんだが考えられるが、耐久性に劣るという問題があった。
上記のような問題があったため、環境対策が可能であり、かつ、耐久性の改善もできるはんだを使用したコンデンサが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するものであり、コンデンサ素子を金属ケースに収納してなるコンデンサにおいて、金属ケース接合部をＳｎ−Ｃｕ系はんだで、はんだ付けし密閉したことを特徴とするコンデンサである。
【０００６】
また、上記のＳｎ−Ｃｕ系はんだのＣｕ組成が１．０〜２．５ｗｔ％であることを特徴とするコンデンサである。
【０００７】
さらに、上記の金属ケースの材質がブリキまたは黄銅であることを特徴とするコンデンサである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の金属ケース入りコンデンサは、金属接合部を、ＰｂフリーはんだであるＣｕ１．０〜２．５ｗｔ％のＳｎ−Ｃｕ系はんだではんだ付けをし密閉しているので、環境汚染物質のＰｂ（鉛）を含まず、耐久性に優れ、かつはんだ付け性が良好なコンデンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
コンデンサ素子を金属ケースに収納してなるコンデンサの金属ケース接合部を、Ｃｕ１．０〜２．５ｗｔ％のＳｎ−Ｃｕ系はんだで、はんだ付けし密閉する。
上記の金属ケース材料には、厚さ０．３〜０．８ｍｍのブリキまたは黄銅の金属板を用い、上蓋、ケース側面、底蓋に、切断、加工し、上蓋には端子を取付ける。このケース側面と底蓋とを組合せ、巻締めを行い、巻締め部とケース側面を接合したハゼ部（つなぎ部）をはんだ付けする。
このケースにコンデンサ素子単体または複数の素子集合体を挿入し、上蓋を組合せ、巻締めを行い、巻締め部をはんだ付けする。上記のように組立てたコンデンサを、真空乾燥し、絶縁油を含浸して、大気圧下で封印孔をはんだ付けして密封する。
【実施例】
【００１０】
［実施例１−１〜１−６］
本発明の実施例を図１において説明する。図１（ａ）〜（ｃ）に示すように厚さ０．５ｍｍのブリキ板より上蓋１、ケース側面２、および底蓋３に切断、加工する。上蓋にはゴムパッキンを介して端子４を取り付け、封印孔５を設けておく。
【００１１】
ケース側面２と底蓋３とを組合せて巻締めを行い、この巻締め部とケース側面ハゼ部６を、Ｓｎ−Ｃｕ系のＰｂフリーはんだを用い、はんだごてにてはんだ付けする。
このケースにコンデンサ素子単体または複数の素子集合体（図示していない）を挿入し、リード線を端子に結線した後、上蓋を組合せて巻締めを行い、この巻締め部を上記のＳｎ−Ｃｕ系はんだを用い、はんだごてにてはんだ付けしてブリキケースを製缶する。
はんだ付けにおいては適正なフラックスを用いた。
上記ケースに入れ、組立てたコンデンサは、真空乾燥した後、絶縁油を含浸して、大気圧下で封印孔を上記のＰｂフリーはんだを用い、はんだごてにてはんだ付け密封し、図２のコンデンサ７を作製する。
ここで用いたＳｎ−Ｃｕ系はんだは、表１に示すＣｕの組成が０．７，１．０，１．５，２．０，２．５，および３．０ｗｔ％の６種類である（実施例１−１〜１−６）。
上記実施例に用いたコンデンサケースは、幅２２０ｍｍ、奥行１００ｍｍ、高さ２２０ｍｍの標準サイズである。なお、各試料数はｎ＝５とした。
【００１２】
製缶および封印孔のはんだ付け部の耐久性評価として、温度サイクル試験（−２０℃／２ｈ〜＋９０℃／２ｈ、２回／日）を行い、はんだ付け部に膨張収縮の歪み応力により、はんだにクラックが入り、油漏れするかどうかを確認し、表１（左欄）の結果を得た。
【００１３】
（比較例１−１〜１−６）
比較例として、表１に示すＰｂフリーはんだに、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−１Ａｇ−０．７Ｃｕ、Ｓｎ−０．３Ａｇ−０．８Ｃｕを、Ｓｎ−Ａｇ系としてＳｎ−３．５Ａｇ、Ｓｎ−０．３Ａｇを、Ｓｎ−Ｚｎ系としてＳｎ−１０Ｚｎを用い、上記実施例と同様にブリキ板のケースを製缶して金属ケース入りコンデンサを作製し、上記温度サイクル試験（−２０℃／２ｈ〜＋９０℃／２ｈ、２回／日）を行い、比較した。
【００１４】
（従来例１）
更に、従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだとして、Ｓｎ−５０Ｐｂを用い、上記実施例と同様にブリキ板のケースを製缶して金属ケース入りコンデンサを作製し、上記温度サイクル試験（−２０℃／２ｈ〜＋９０℃／２ｈ、２回／日）を行い比較した。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１の温度サイクル試験結果（左欄）より、従来例によるＳｎ−５０Ｐｂはんだは５００回の耐久性があるが、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだは９０〜２１０回でクラックが入り、油漏れが発生し耐久性に劣る。
一方、Ｓｎ−Ｃｕ系においては、Ｃｕが０．７ｗｔ％では２８０回で油漏れが発生したが、Ｃｕが１．０ｗｔ％以上では５００回でも油漏れせず、優れた耐久性を示している。
ここで、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだの融点は図３に示す通り、Ｃｕが０．７ｗｔ％（共晶）より大きくなると、液相温度が上昇し、３．０ｗｔ％では３３５℃となり、はんだ付け時のはんだの流れ性が劣り、引けすが発生するため、作業性も考慮すると、Ｃｕ２．５ｗｔ％が上限となる。
よって、Ｃｕ量は、１．０〜２．５ｗｔ％の範囲が適当である。
【００１７】
［実施例２−１〜２−６］
次に、厚さ０．５ｍｍの黄銅板を用い、上記実施例と同様に製缶して金属ケース入りコンデンサを製作した。Ｓｎ−Ｃｕ系はんだも同じものを使用し、上記実施例と同様の温度サイクル試験（−２０℃／２ｈ〜＋９０℃／２ｈ、２回／日）を実施した。その結果を表１（右欄）に示す。
【００１８】
（比較例２−１〜２−６）
比較例１−１〜１−６と同様の表１に示すＰｂフリーはんだを用い、上記実施例と同様に黄銅板のケースを製缶して金属ケース入りコンデンサを作製した。そして、上記実施例と同様に温度サイクル試験（−２０℃／２ｈ〜＋９０℃／２ｈ、２回／日）を行い、比較した。
【００１９】
（従来例２）
更に、従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだとして、Ｓｎ−５０Ｐｂを用い、上記実施例と同様に黄銅板のケースを製缶して金属ケース入りコンデンサを作製し、上記温度サイクル試験（−２０℃／２ｈ〜＋９０℃／２ｈ、２回／日）を行い比較した。
【００２０】
表１の温度サイクル試験結果（右欄）より、従来のＳｎ−５０Ｐｂはんだは５００回の耐久性があるが、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系はんだは１２０〜２００回でクラックが入り、油漏れが発生し、耐久性に劣る。Ｓｎ−Ｚｎ系はんだは５００回の耐久性がある（ただし、外観不良発生）。
一方、Ｓｎ−Ｃｕ系においては、Ｃｕ０．７ｗｔ％では５００回で油漏れが発生したが、１．０〜３．０ｗｔ％のＳｎ−Ｃｕ系はんだにおいて、５００回の耐久性があり、ブリキより優れている。
ただし、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだの融点は図３に示す通り、Ｃｕが０．７ｗｔ％（共晶）より多くなると、液相温度が上昇し、３．０ｗｔ％では３３５℃となり、はんだ付け時はんだの流れ性が劣り、引けすもひどくなるため、作業性を考慮すると、Ｃｕ２．５ｗｔ％が上限となる。
よって、Ｃｕ量は、１．０〜２．５ｗｔ％の範囲が適当である。
【００２１】
また、Ｓｎ−Ｃｕ系以外のＰｂフリーはんだを使用した比較例では、ブリキ板の金属ケースは黄銅板の金属ケースより耐久性に劣るが、Ｃｕが１．０ｗｔ％以上の組成のＳｎ−Ｃｕ系はんだを用いると、従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだと同等の長期耐久性を有している。
そして、外観上も、Ｓｎ−Ｃｕ系でＣｕを１．０〜２．５ｗｔ％含有したはんだは引けすが軽微で、実用上問題ない仕上がりである。Ｃｕ３．０ｗｔ％では上述したように、引けすが著しく、外観不良となる。
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚｎ系はいずれも、大きな引けすが発生し、外観不良となり、実使用上、問題がある。
【００２２】
上記したとおり、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだとして、Ｃｕ組成が１．０〜２．５ｗｔ％のものを用いると、はんだ付け性が良好で、従来のはんだと同等の耐久性を有し、有害物質のＰｂを用いないＰｂフリーはんだ化により地球環境の改善を図ることができる。
なお、このＳｎ−Ｃｕ系はんだの不純物としては、Ｓｂ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｆｅ等があるが、いずれも０．１ｗｔ％以下である。
【００２３】
フィールドでの耐久性と温度サイクル試験の加速性との関係は、次のＣｏｆｆｉｎ−Ｍａｎｓｏｎの式［数１］で推定できる。
【００２４】
【数１】
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α：加速定数
ｆ１：フィールドでのサイクル数
ｆ２：試験でのサイクル数
△T1：フィールドでの温度幅
△T2：試験での温度幅
T1max：フィールドでの最高温度
T2max：試験での最高温度
△Ｅ：はんだの活性化エネルギー
Ｋ：ボルツマン定数
ｍ：１／３，ｎ：２
【００２５】
ここで、ｆ１＝１［回／日］、ｆ２＝２［回／日］、ΔＴ１＝２５［Ｋ］、ΔＴ２＝１１０［Ｋ］、Ｔ１max＝３５３［Ｋ］、Ｔ２max＝３６３［Ｋ］、ΔＥ＝１．９７×１０−２０［Ｊ］、Ｋ＝１．３８×１０−２３ＪＫ−１、ｍ＝１／３、ｎ＝２を代入すると、α≒１７．２となる。
そして、耐用年数＝｛（試験サイクル数）×α｝／３６５の関係より、耐用年数１０年は２１２サイクルに相当する。
したがって、本発明のＣｕ１．０〜２．５ｗｔ％であるＳｎ−Ｃｕ系のＰｂフリーはんだの温度サイクル試験５００回以上の耐久性は、２０年以上の耐用年数に相当し、実用上充分な性能であることが分かる。
【００２６】
なお、上記コンデンサに使用したコンデンサ素子は、金属化フィルム、若しくは金属化フィルムとプラスチックフィルムを巻回するか、または、プラスチックフィルムおよび／または絶縁紙を誘電体として電極箔と重ねあわせて巻回したものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）は金属ケースの部品図で、（ａ）は端子を取付けた上蓋、（ｂ）はケース側面、（ｃ）は底蓋の斜視図である。
【図２】図１の部品を使用して組み立てた金属ケース入りコンデンサの完成図である。
【図３】Ｓｎ−Ｃｕ系はんだにおけるＣｕ含有量と融点との関係を表す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    上蓋
２    ケース側面
３    底蓋
４    端子
５    封印孔
６    ケース側面のハゼ部（つなぎ部）
７    金属ケース入りコンデンサ
８    はんだ付け部
９    封印はんだ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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