(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャップ、上記キャップを貫通して弾性体で支持されたリード、上記キャップに嵌合可能なケース、上記リードの端部と上記ケースに接触する電極をもつ整流素子、上記電極の表面の少なくとも一方に設けられた摩擦軽減部を備え、上記整流素子が上記キャップと上記ケースとで加圧固定され、上記摩擦軽減部は粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の上記電極に蒸着されたカーボン微粒子であることを特徴とする加圧接触式整流装置。
【請求項２】
整流素子とリード端部との接触部、あるいは整流素子とケースとの接触部の少なくとも一方に軟質部材が挿入されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の加圧接触式整流装置。
【請求項３】
キャップの外部に位置するリードに伸縮部が設けられ、かつ上記リードが上記キャップに固定されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の加圧接触式整流装置。
【請求項４】
キャップの外周面とケースの内周面とに嵌合可能なネジを有し、上記ネジで締結されて、整流素子が上記キャップと上記ケースとで加圧固定されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の加圧接触式整流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、例えば自動車の電装部品などで使用される大電流用の整流装置に関するもので、詳しくはそのパッケージ構造に関するものである。
【背景技術】  従来の大電流用の整流装置において、整流素子であるダイオードチップは、はんだなどの低融点金属で固定されていた。しかし、鉛を含むはんだを使用することは環境負荷が大きく、はんだを使わない構造が望まれていた。
はんだを使わない整流装置の構造として、例えば、日本国特許３１９８６９３号公報では、外周面に雄ネジを有する金属製のステム、内周面に雌ネジを有する金属製のキャップ、絶縁体に固定されたリード端子、ステムの上に配置されたダイオードチップで構成され、ステムとキャップをネジで嵌め合わせることで、ダイオードチップの一方の電極とリード端子、他方の電極とステムを電気的に接続したものが開示されている。このような従来の整流装置では、鉛を含有するはんだを使わないことを実現することはできたが、動作中にダイオードチップの抵抗上昇や断線などが発生するという問題があった。
【発明の開示】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、通電中の抵抗上昇や断線のない信頼性の高い加圧接触式整流装置を得るものである。
発明者らは上述のような課題の原因を調べ、リード端子とダイオードチップとの接触面あるいはダイオードチップとステムとの接触面の電気的な接触抵抗で動作中に熱が発生し、リード端子、ダイオードチップおよびステムが温度上昇すること、このとき各材料の熱膨張率の違いによりそれぞれの接触面で摩擦による応力集中が発生することを見出した。その結果、リード端子とダイオードチップとの接触面あるいはダイオードチップとステムとの接触面での電気的導通不良、それにともなう抵抗上昇によるダイオードチップの焼損、あるいは応力によるダイオードチップの破損などの問題を引き起こすことがわかり、この発明に至った。
この発明に係わる加圧接触式整流装置は、キャップ、上記キャップを貫通して弾性体で支持されたリード、上記キャップに嵌合可能なケース、上記リードの端部と上記ケースに接触する電極をもつ整流素子、上記電極表面の少なくとも一方に設けられた摩擦軽減部で構成され、上記整流素子が上記キャップと上記ケースとで加圧固定されている。
かかる加圧接触式整流装置では、リードと整流素子との接触面あるいは整流素子とケースとの接触面に設けられた摩擦軽減部が動作中の温度上昇による摩擦を緩和して接触面の応力集中を小さくすすることができるので、電気的導通の不良、それにともなう抵抗上昇による整流素子の焼損、あるいは応力による整流素子の破損などが起こらず、信頼性の高い加圧接触式整流装置が得られる。
このように摩擦軽減部で応力集中を小さくするには、摩擦軽減部が応力によって変形すればよく、導電性の微粒子で形成されているのが好ましい。また、リードと整流素子との接触面あるいは整流素子とケースとの接触面の電気的導通をよくするためには、微粒子は、カーボン、銀、銅、金、アルミニウム、二硫化モリブデンの少なくとも一つの材料で構成されていることが好ましい。また、変形量と電気的導通とを同時に確保するためには、微粒子の粒径が０．０１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。また、粒径が小さすぎると摩擦軽減部が密になりすぎて変形量が小さくなること、さらに粒径が大きすぎると電気抵抗が大きくなることから、微粒子の粒径は０．０５μｍ以上２０μｍ以下であることがよく、さらに信頼性を考慮すると０．１μｍ以上１０μｍ以下であることがよい。
また、本発明にかかる他の加圧接触式整流装置は、キャップ、上記キャップを貫通して弾性体で支持されたリード、上記キャップに嵌合可能なケース、上記リードの端部と上記ケースに接触する電極をもつ整流素子、上記電極の表面の少なくとも一方に設けられた摩擦軽減部で構成され、上記整流素子が上記キャップと上記ケースとで加圧固定されており、整流素子とリードとの接触部あるいは整流素子とケースとの接触部の少なくとも一方に軟質部材が挿入されたものである。
かかる加圧接触式整流装置では、キャップとケースを嵌合したときに軟質部材が変形して、リードと整流素子との接触面あるいはケースと整流素子との接触面の微小な凸凹を埋めることにより接触面積を増加させることができ、リード、整流素子およびケース間の電気伝導性および熱伝導性を向上させることができる。
また、本発明にかかる他の加圧接触式整流装置は、キャップ、上記キャップを貫通して弾性体で支持されたリード、上記キャップに嵌合可能なケース、上記リードの端部と上記ケースに接触する電極をもつ整流素子、上記電極の表面の少なくとも一方に設けられた摩擦軽減部で構成され、上記整流素子が上記キャップと上記ケースとで加圧固定されており、キャップの外部に位置するリードに伸縮部が設けられ、かつ上記リードが上記キャップに固定されたものである。
かかる加圧接触式整流装置では、リードに伸縮部が設けられ、かつリードがキャップに固定されているので、リードに外側に向かって働く力が加わっても、伸縮部が伸びてその力を吸収し、キャップより内側の構成部品の位置変移を防ぐことができるので、リードと整流素子との接触面積が変化せず、通電中の抵抗上昇や断線のない信頼性の高い加圧接触式整流装置が得られる。
また、本発明にかかる他の加圧接触式整流装置は、キャップ、上記キャップを貫通して弾性体で支持されたリード、上記キャップに嵌合可能なケース、上記リードの端部と上記ケースに接触する電極をもつ整流素子、上記電極表面の少なくとも一方に設けられた摩擦軽減部で構成され、キャップの外周面とケースの内周とに嵌合可能なネジを有し、上記ネジで締結されて、整流素子が上記キャップと上記ケースとで加圧固定されたものである。
かかる加圧接触式整流装置では、キャップとケースをネジで嵌合するので、整流素子の加圧固定のために他の部材を必要とせず、安価に加圧接触式整流装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】  第１図はこの発明の実施の形態１における加圧接触式整流装置の概略構成を示す模式図であり、第２図はこの発明の実施の形態１における加圧接触式整流装置の模式図であり、第３図はこの発明の実施の形態１における加圧接触式整流装置で摩擦軽減部がある場合と摩擦軽減部がない場合との信頼性の比較を示す説明図であり、第４図はこの発明の実施の形態３における粒径と信頼性の関係を示す説明図であり、第５図はこの発明の実施の形態４における加圧接触式整流装置の概略構成を示す模式図であり、第６図はこの発明の実施の形態５における加圧接触式整流装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明をより詳細に説明するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
実施の形態１．
第１図は、この発明を実施するための実施の形態１における加圧接触式整流装置１０の概略構成を示す模式図である。第１図において、外周表面に雄ネジ１ａが切られた絶縁性のキャップ１にリード２が貫通されている。リード２は例えばシリコンゴムでできた絶縁性の弾性体３に固定されている。リード２の下端部は下表面が平坦なリード端子２ａとなっており、これらは例えば銅で作製されている。内周表面にキャップ１と嵌合可能な雌ネジ４ａが切られ底面部を有するケース４にダイオードチップ５の位置を固定するために中央部がくり抜かれたダイオードホルダー６が挿入され、このくり抜かれた部分に整流素子としてダイオードチップ５が配置されている。ケース４は電気伝導性、熱伝導性のよい例えば銅で形成されている。ケース４の底面部の内表面のダイオードチップ５と接触する部位はダイオードチップ５との接触面積を大きくするためにとくに平坦に加工されている。例えば平坦なパンチで加圧して塑性流動を起こさせて平坦性を向上させてある。ダイオードホルダー６は絶縁性で耐熱性の高い例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルフィド）樹脂で形成されている。
ダイオードチップ５は上下の表面が電極となっており、その表面には摩擦軽減部７としてカーボンの蒸着膜が形成されている。このカーボン蒸着膜は抵抗加熱蒸着で形成されており、膜厚は約１０μｍである。上記のような膜厚のカーボンの蒸着膜は通常連続膜では形成されず、粒径が約１μｍの微粒子の積層体で構成されている。雄ネジ１ａと雌ネジ４ａを嵌め合わせてキャップ１とケース４を締め付けることで、弾性体３を介してダイオードチップ５はリード端子２ａとケース４に強固に加圧接触させられる。第２図はキャップ１とケース４をネジ部で嵌め合わせて加圧接触式整流装置１０として作動するように構成された模式図である。
このように構成された加圧接触式整流装置１０においては、動作中に発生する熱でダイオードチップ５およびダイオードチップ５に接触した部材の温度が上昇し、リード端子２ａ、ダイオードチップ５、ケース４のそれぞれの接触面で摩擦が生じても、摩擦軽減部７が摩擦で生じた応力集中を緩和することができる。具体的には摩擦軽減部７を構成するカーボン蒸着膜の微粒子が移動あるいは回転することで接触面の歪が緩和される。その結果、長時間動作させても、ダイオードチップ５の焼損などのない加圧接触式整流装置を得ることができる。第３図はこの実施の形態においてダイオードチップ５の表面に摩擦軽減部７が形成されている場合（Ａ）と摩擦軽減部７が形成されていない場合（Ｂ）の信頼性の比較を示す説明図である。第３図から、摩擦軽減部７を設けることで不具合発生率が減少し、加圧接触式整流装置の信頼性が向上することがわかる。
実施の形態２．
上記実施の形態１ではダイオードチップ５の電極表面に摩擦軽減部７としてカーボン蒸着膜が形成された例を示したが、本実施の形態は、摩擦軽減部７として金属、例えば銀を蒸着したものである。蒸着膜は、粒径が０．５μｍの微粒子で膜厚が約５μｍの積層体で構成されている。このように構成された加圧接触式整流装置１０においては、動作中に発生する熱でダイオードチップ５およびダイオードチップ５周辺の温度が上昇し、リード端子２ａ、ダイオードチップ５、ケース４のそれぞれの接触面で摩擦が生じても、摩擦軽減部７を構成する銀の微粒子が移動することで、摩擦で生じた応力集中を緩和することができる。その結果、長時間動作させても、ダイオードチップ５の焼損などのない加圧接触式整流装置を得ることができる。
なお、本実施の形態では摩擦軽減部７として銀の蒸着膜を用いたが、銅、金、アルミニウム、二硫化モリブデンの少なくとも一つの材料の蒸着膜を用いてもよい。
実施の形態３．
上記実施の形態１では摩擦軽減部７を粒径１μｍで膜厚１０μｍのカーボンの蒸着膜で形成した例を示したが、本実施の形熊ではカーボンの粒径を０．００５μｍ以上７０μｍ以下の範囲で変化させた摩擦軽減部７を形成し、加圧接触式整流装置を完成させて動作時間に対する不具合発生率を調べた。摩擦軽減部７の膜厚は粒径の１０倍とした。実際の耐久試験は１０倍に加速するため印加電圧を通常試験の１０倍にして、１年間動作後の不具合発生率を１０年後の不具合発生率とした。
第４図は粒径に対する動作年数１０年後の不具合発生率の関係を示す説明図である。粒径が０．０１μｍ以上５０μｍ以下の範囲で不具合発生率は１０％以下となり、摩擦軽減部７がない場合の不具合率１２％より改善される。また、粒径が０．０５μｍ以上２０μｍ以下の範囲で不具合率が８％以下となりさらに信頼性が向上する。さらに、粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲で不具合率が６％以下となりさらに良好となる。
粒径が０．０１μｍより小さい場合は、摩擦軽減部７が緻密になりすぎて、摩擦による応力集中を緩和させるための粒子の移動が困難になるため、ダイオードチップ５の破損が起こり易くなり不具合発生率が上昇し、粒径が５０μｍより大きい場合は、摩擦軽減部７とリード２、ダイオードチップ５およびケース４の表面との接触面積が減少することによる接触抵抗が高くなり、動作中の発熱量が増大して、ダイオードチップ５の焼損が起こり易くなり不具合発生率が上昇する。
実施の形態４．
第５図は、この実施の形態４における加圧接触式整流装置１０の概略構成を示す模式図である。第５図において、外周表面に雄ネジ１ａが切られた絶縁性のキャップ１にリード２が貫通されている。リード２は例えばシリコンゴムでできた絶縁性の弾性体３に固定されている。リード２の下端部は下表面が平坦なリード端子２ａとなっており、これらは例えば銅で作製されている。内周表面にキャップ１と嵌合可能な雌ネジ４ａが切られ底面部を有するケース４にダイオードチップ５の位置を固定するために中央部がくり抜かれたダイオードホルダー６が挿入され、このくり抜かれた部分にダイオードチップ５が配置されている。ケース４は電気伝導性、熱伝導性のよい例えば銅で形成されている。ケース４の底面部の内表面のダイオードチップ５と接触する部位はダイオードチップ５との接触面積を大きくするためにとくに平坦に加工されている。例えば平坦なパンチで加圧して塑性流動を起こさせて平坦性を向上させてある。ダイオードホルダー６は絶縁性で耐熱性の高い例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルフィド）樹脂で形成されている。リード端子２ａとダイオードチップ５との間およびケース４とダイオードチップ５の間に、軟質部材５１ａと５１ｂとして例えば板状の銀が挿入されている。
ダイオードチップ５は上下の表面が電極となっており、その表面には摩擦軽減部７としてカーボンの蒸着膜が形成されている。このカーボン蒸着膜は抵抗加熱蒸着で形成されており、膜厚は約１０μｍである。雄ネジ１ａと雌ネジ４ａを嵌め合わせてキャップ１とケース４を締め付けることで、弾性体３を介してダイオードチップ５はリード端子２ａとケース４に強固に加圧接触させられて、加圧接触式整流装置１０となる。
このように構成された加圧接触式整流装置１０においては、ダイオードチップ５がリード端子２ａおよびケース４と強固に加圧接触されるときに、軟質部材５１ａと５１ｂが弾性変形してリード端子２ａ、ダイオードチップ５およびホルダーカップ４の接触面の微小な凸凹を埋めることができる。その結果、ダイオードチップ５とリード端子２ａあるいはダイオードチップ５とケース４との接触面積を増加させることができ、電気伝導性および熱伝導性を向上させることができる。
実施の形態５．
第６図は、この実施の形態６における加圧接触式整流装置１０を示すものである。第６図において、外周表面に雄ネジ１ａが切られた絶縁性のキャップ１にリード２が貫通されている。リード２は例えばシリコンゴムでできた絶縁性の弾性体３に固定されている。リード線２の外部には伸縮部６１が設けられている。伸縮部６１は、例えばリード２をＵ字型の屈曲構造にしたものである。リード２の下端部は下表面が平坦なリード端子２ａとなっており、これらは例えば銅で作製されている。内周表面にキャップ１と嵌合可能な雌ネジ４ａが切られ底面部を有するケース４にダイオードチップ５の位置を固定するために中央部がくり抜かれたダイオードホルダー６が挿入され、このくり抜かれた部分にダイオードチップ５が配置されている。ケース４は電気伝導性、熱伝導性のよい例えば銅で形成されている。ケース４の底面部の内表面のダイオードチップ５と接触する部位はダイオードチップ５との接触面積を大きくするためにとくに平坦に加工されている。例えば平坦なパンチで加圧して塑性流動を起こさせて平坦性を向上させてある。ダイオードホルダー６は絶縁性で耐熱性の高い例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂で形成されている。
ダイオードチップ５は上下の表面が電極となっており、その表面には摩擦軽減部としてカーボンの蒸着膜６が形成されている。このカーボン蒸着膜は抵抗加熱蒸着で形成されており、膜厚は約１０μｍである。雄ネジ１ａと雌ネジ４ａを嵌め合わせてキャップ１とケース４を締め付けることで、弾性体３を介してダイオードチップ５はリード端子２ａとケース４に強固に加圧接触させられる。その後、リード２はキャップ１に絶縁性を有する接着剤６２で固定される。接着剤としては、例えばエポキシ樹脂などを用いることができる。
このように構成された加圧接触式整流装置１０では、リード２に上方に引っ張られる力が加わったとしても上記伸縮部６１が変形してその力を吸収し、キャップ１より下の構成部品の位置変移を防ぐことができる。その結果、リード端子２ａとダイオードチップ５との接触面積の減少を防止することができ、通電中の抵抗上昇や断線のない信頼性の高い加圧接触式整流装置が得られる。
なお、上記の実施の形態１〜実施の形態５において、キャップの外周表面に雄ネジを、それと嵌合可能な雌ネジをケースの内周表面に形成した例を示したが、嵌合可能であればよいので、ネジの雌雄が逆であってもよい。さらにはネジ以外の例えば圧着など別の機構によってキャップとケースを嵌合してもよい。
なお、上記実施の形態１および実施の形態２において、摩擦軽減部が蒸着で形成された例を示したが、粉末微粒子を溶液に分散した懸濁液を塗布したのち乾燥させて形成するなど他の方法で形成してもよい。
また、上記実施の形態４において、軟質部材として板状の銀を用いた例を示したが、電気導電性で変形し易い材料例えば、銅、アルミニウムなどの金属や導電性ゴムでもよい。
なお、上記実施の形態５において、リードの伸縮部が屈曲構造の例を示したが、ばね構造やシリンダー構造など、他の伸縮性のある構造を用いてもよい。
また、上記実施の形態１〜実施の形態５において、整流素子としてダイオードチップを用いて説明したが、ダイオードチップの替わりに、電気的な動作が同じ別のチップ、例えばＭＯＳ−ＦＥＴを応用した整流素子などを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明にかかる加圧接触式整流装置は、大電流で動作される自動車の電装部品などに用いるのに適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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