(57)【要約】【課題】半田付けに際して半田鍍金を無用とし得るニッケル圧延材の製造方法を提供する。【解決手段】第２冷間圧延工程Ｒ７において帯状に圧延された後、低温熱処理工程Ｒ９において600(℃)程度の温度で熱処理が施されることにより、表面および表層部の炭素や酸素が除去される。そのため、これらが除去されることにより半田濡れ性が改善されるので、半田付けに際して半田鍍金が無用となる。このとき、低温熱処理は純ニッケルの再結晶温度以下の低温、すなわち600(℃)程度の温度で施されることから、その機械的性質は殆ど変化しない。そのため、半田濡れ性の改善に伴う純ニッケル圧延材の表面性状や物性の変化は殆どない。すなわち、圧延後の光沢のある外観や硬さ等機械的性質が保たれる。【選択図】                    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度99(%)以上の純ニッケルに圧延加工を施すことにより得られる所定形状の純ニッケル圧延材の製造方法であって、
前記圧延加工の後に純ニッケルの再結晶温度以下の所定温度で熱処理を施すことにより表面および表層部の不純物を除去する低温熱処理工程を含むことを特徴とする純ニッケル圧延材の製造方法。
【請求項２】
前記低温熱処理工程は、1乃至100(％)の水素(H2)を含み残部が不活性ガスで構成された還元雰囲気で行われるものである請求項１の純ニッケル圧延材の製造方法。
【請求項３】
前記所定温度は、550乃至700(℃)の範囲内の温度である請求項１または請求項２の純ニッケル圧延材の製造方法。
【請求項４】
前記純ニッケル圧延材は、電池リードに用いられる薄板材である請求項１乃至請求項３の何れかの純ニッケル圧延材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純度99(％)以上の純ニッケル圧延材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、純度が99(％)以上の純ニッケルは、例えば、冷間圧延加工等により帯状(或いは薄板状)に加工されて二次電池の電池リード等に用いられている。このような用途においては、例えば純ニッケルの帯状部品を電池の電極に溶接等によって接合すると共に、充電制御用ＩＣ等により構成される充電制御回路や保護用ＩＣおよび放電制御用ＦＥＴ等により構成される保護回路等が設けられた回路基板とその帯状部品とが半田等によって接合される(例えば特許文献１等参照)。
【特許文献１】特開２００２−１３４０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ニッケルは半田との濡れ性が悪いことから、直接半田付けすることは困難である。そのため、一般に、半田付けに先立ってニッケル製帯状部品に半田鍍金を施すことが行われている。この半田鍍金には鉛が含まれることから環境上好ましくなく、また、工程を簡略にして製造コストを低くするためにも半田鍍金を省略することが望まれている。
【０００４】
これに対して、表面性状を変化させることにより濡れ性を改善し、半田鍍金を省略することが試みられている。例えば、アルカリ液による脱脂処理を施して表面に付着している油分を除去するものがその一例である。また、研磨加工を施して酸化皮膜を除去することも提案されている(前記特許文献１参照)。しかしながら、これらの処理には一応の効果は認められるものの、必ずしも直接半田付けができず、安定した効果が得られないので量産工程には採用し得なかった。ロボットにより半田付けを行う量産ラインでは一定条件で半田付けが確実に行われることが必要なのである。また、処理直後には効果があっても、経時的な変化により、例えば２〜３ヶ月後には直接半田付けができなくなる場合もあった。また、研磨加工による方法では脱脂よりも若干高い効果が認められるものの、圧延加工直後に比較して表面が粗くなって光沢が無くなるので外観上の問題もあった。
【０００５】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的は、半田付けに際して半田鍍金を無用とし得るニッケル圧延材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
斯かる目的を達成するため、本発明の要旨とするところは、純度99(%)以上の純ニッケルに圧延加工を施すことにより得られる所定形状の純ニッケル圧延材の製造方法であって、(ａ)前記圧延加工の後に純ニッケルの再結晶温度以下の所定温度で熱処理を施すことにより表面および表層部の不純物を除去する低温熱処理工程を含むことにある。
【発明の効果】
【０００７】
このようにすれば、圧延加工により所定形状に加工された後、低温熱処理工程において再結晶温度以下の所定温度で熱処理が施されることにより、表面および表層部の不純物が除去される。そのため、これらの不純物が除去されることにより半田濡れ性が改善されるので、半田付けに際して半田鍍金が無用となる。また、理由は定かではないが、上記低温熱処理を施した純ニッケル圧延材は経時的な変化も殆ど無く、大気中に長期間放置しても表面および表層部における不純物濃度が処理後の値に略保たれることにより、上記の効果は長期間に亘って安定して得られる。このとき、低温熱処理では純ニッケルの再結晶温度以下の温度で処理されるため、純ニッケル圧延材の機械的性質は殆ど変化しない。そのため、半田濡れ性の改善に伴う純ニッケル圧延材の表面性状や物性の変化は殆どない。すなわち、圧延後の光沢のある外観や硬さ等機械的性質が保たれる。
【０００８】
本発明は、半田濡れ性が純ニッケル圧延材の表面性状を脱脂や研磨等で変化させることで不十分であるものの改善するという事実に基づき、これらに代わる表面処理方法を種々検討した結果、全く意外にも適当な温度範囲で熱処理を施せば安定して半田濡れ性が改善することを見出して完成されたものである。斯かる良好な結果が得られたことから、処理前後の純ニッケル圧延材の表層部をオージェ分析により調べたところ、以下のような知見が得られた。すなわち、処理前の純ニッケル圧延材では例えば表面から10(nm)程度の深さまでの範囲で酸素(O)および炭素(C)の濃度が著しく高い。これに対して、処理後の純ニッケル圧延材では酸素および炭素の存在が認められるのは例えば表面から4(nm)程度に留まり、表面および表層部における濃度は処理前に比べて著しく低下する。したがって、半田濡れ性の改善はこれらの濃度低下に基づくものと考えられるのである。上記の酸素は主に表層部のニッケルが酸化しているためであり、炭素は主に圧延時等に油分が付着したためであると考えられる。本発明において不純物とは、ニッケルの結晶相が変化しないような低温で除去され得るこれら酸素および炭素等であり、酸素は還元されることにより除去され、炭素は油脂分が蒸発させられることにより除去されるのである。
【０００９】
ここで、好適には、前記低温熱処理工程は、1乃至100(％)の水素を含み残部が不活性ガスで構成された還元雰囲気で行われるものである。このようにすれば、1(％)以上の濃度で水素が含まれることにより好適に還元雰囲気が形成されるので、表層部の酸素が好適に還元されて除去される。すなわち、還元性ガスとしては、水素の他に一酸化炭素(CO)等も使用可能であるが、炭素濃度を十分に低下させるためには炭素を含まないガスを用いることが好ましく、例えば水素が好適である。また、不活性ガスとしては、窒素(N2)やアルゴン(Ar)等の適宜のものを用い得るが、安価である窒素を用いることが好ましい。
【００１０】
一層好適には、水素は3(％)以上の濃度で含まれる。このようにすれば、還元性が一層強い雰囲気下で低温熱処理が行われることとなるので、一層確実に酸素を除去し得る。また、好適には、水素は、10(％)以下の濃度で含まれる。これよりも水素濃度が高くなっても純ニッケル圧延材の表層部の酸素除去には殆ど寄与せず、その一方、多量の水素が使用されることにより製造コストが高くなる不利益がある。一層好適には、水素濃度は5(％)程度である。
【００１１】
また、好適には、前記所定温度は、550乃至700(℃)の範囲内の温度である。550(℃)未満の温度では水素を含む雰囲気下では爆発の危険がある。また、700(℃)を越えると純ニッケル圧延材が焼きナマされて物性が変化する不都合がある。例えば硬さ等機械的性質が低下する。一層好適には、所定温度は600(℃)程度である。
【００１２】
また、好適には、前記純ニッケル圧延材は、電池リードに用いられる薄板材である。前記のように低温熱処理を施した純ニッケル圧延材は半田濡れ性が良いため、基板等に半田付けされる電池リードに好適に用いられるのである。
【００１３】
また、好適には、前記低温熱処理工程の前にアルカリ液により前記純ニッケル圧延材の表面を洗浄して油分を除去する脱脂工程が行われる。このようにすれば、脱脂により表面の油分がある程度除去された状態で低温熱処理が行われることから、表層部の油分すなわち炭素が一層減じられる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【００１５】
図１は、本発明の純ニッケル圧延材の製造方法が適用されることにより製造された薄い純ニッケル帯が電池リード１０，１２として用いられた二次電池１４のリード取付状態を示した斜視図である。図において、二次電池１４は、例えばリチウムイオン二次電池であって、図示しない正極および負極、電解液等が外装缶(すなわちケース)１６内に液密に収容されている。
【００１６】
上記の電池リード１０，１２は、例えば何れも純度が99(％)以上の純ニッケルから成る薄板、例えば不純物としてC 0.15(％)以下、Cu 0.2(％)以下、Fe 0.4(％)以下、Mn 0.3(％)以下、S 0.010(％)以下、Si 0.3(％)以下を含む常炭素ニッケル板(JIS H4551-2000 NW2200)や、不純物としてC 0.02(％)以下、Cu 0.2(％)以下、Fe 0.4(％)以下、Mn 0.3(％)以下、S 0.010(％)以下、Si 0.3(％)以下を含む低炭素ニッケル板(JIS H4551-2000 NW2201)等から成るものである。
【００１７】
また、図において上側に位置する一方の電池リード１０は、例えば外装缶１６の上端面１８に溶接等によって接合されることにより、その上端面１８に導出された図示しない正極端子に接続されている。また、下側に位置する他方の電池リード１２は、例えば外装缶１６の下端面２０に溶接等によって接合されることにより、その下端面２０に導出された図示しない負極端子に接続されている。これら電池リード１０，１２は、何れも厚さ寸法が0.1〜0.2(mm)程度で、幅寸法が上端面１８および下端面２０の幅寸法と同程度かそれよりも僅かに細く、長さ寸法がそれら上端面１８および下端面２０の長さ寸法よりも僅かに長い寸法に構成されている。また、電池リード１０，１２は、何れもＬ字形に折り曲げられた形状を成しており、その一面が上端面１８または下端面２０上に位置し、それに垂直を成す他の一面が外装缶１６の側面２２上に位置している。
【００１８】
また、例えば上記の外装缶１６の側面２２には、充電制御回路を構成するための充電制御用ＩＣや保護回路を構成するための保護用ＩＣおよび放電制御用ＦＥＴ等の回路部品２４が実装された回路基板２６が備えられている。回路基板２６の図における上下端には接続パッド２８，３０が備えられており、電池リード１０，１２の側面２２上の部分は、ここに半田付けされることにより接続されている。なお、図示の二次電池１４は電池リード１０，１２の取付状態を説明するための中間製品であって、その全体に樹脂フィルム等が被せられて電池リード１０，１２や回路基板２６等がこれによって覆われた状態で完成品となる。
【００１９】
ところで、上記の二次電池１４に用いられている電池リード１０，１２は、例えば、図２に示す製造工程に従って製造されたものである。以下、本図に従って製造方法を詳細に説明する。
【００２０】
先ず、溶解工程Ｒ１においては、純ニッケルの原料を真空中または大気中で溶解してニッケル地金(インゴット)を得る。このとき、脱酸剤として例えばSi、Mn、Fe等が適宜添加される。これにより、例えば純度が99(％)以上のニッケル地金が得られる。例えば真空中で溶解した場合には、99.8(％)程度の純度のものが得られるが、大気中で溶解した場合にも99.6(％)程度の純度のものが得られるので、溶解雰囲気は何れであっても差し支えない。次いで、分塊工程Ｒ２では、このニッケル地金を分塊して例えばスラブを得る。
【００２１】
次いで、熱間圧延工程Ｒ３では、上記スラブを適当な温度で圧延することにより帯状圧延材を得る。次いで、酸洗工程Ｒ４では、この帯状圧延材を酸で洗浄することにより表面に形成されたスケールすなわち酸化被膜を除去する。次いで、第１冷間圧延工程Ｒ５では、ニッケルの結晶相が立方晶から六方晶に変化する250(℃)程度の温度よりも十分に低い例えば100〜200(℃)程度の温度でこの帯状圧延材を更に薄く圧延する。次いで、焼鈍工程Ｒ６では、例えば900〜1000(℃)程度の温度で焼鈍処理を施すことにより、この第１冷間圧延工程Ｒ５で生じた内部歪みを除去する。この焼鈍処理は、例えばH2雰囲気で実施される。
【００２２】
次いで、第２冷間圧延工程Ｒ７では、内部歪みが除去された帯状圧延材を更に薄く、例えば0.1〜0.2(mm)程度の厚さ寸法で360(mm)程度の幅寸法に圧延する。このとき、処理温度は例えば100〜200(℃)程度であり、結晶相が変化する温度よりは十分に低いが、帯状圧延材の表面が酸化し得る温度である。また、前記の焼鈍処理はH2ガス雰囲気で実施されることから、第１圧延工程Ｒ５において生成していた酸化膜は水素ガスにより還元されて除去されるが、帯状圧延材は焼鈍炉から取り出されて室温まで冷却される過程で大気に曝されるので、この段階でも表面が僅かに酸化する。このため、第２冷間圧延工程Ｒ７を経た帯状圧延材の表面には薄いニッケル酸化膜が存在している。また、冷間圧延時には圧延ロールの表面に油が塗布されているため、帯状圧延材の表面にはこの油分も付着している。なお、一層薄い帯状圧延材を製造する場合には、焼鈍工程Ｒ６および第２冷間圧延工程Ｒ７が適宜の回数だけ繰り返される。
【００２３】
次いで、脱脂工程Ｒ８では、帯状圧延材にアルカリ液をかけることにより表面に付着している油脂が除去される。続く低温熱処理工程Ｒ９では、脱脂した帯状圧延材が例えば600(℃)程度の低温で熱処理される。このとき、熱処理は、例えばH2が5(％)程度、残部すなわち95(％)程度がN2で構成された還元雰囲気で行われる。このため、この低温熱処理において、脱脂工程Ｒ８の後に残存していた油分が略除去されると共に、ニッケル酸化膜が還元されて酸素が略除去される。なお、低温熱処理のための熱処理炉の前段には例えば脱脂部が設けられており、上記の脱脂工程Ｒ８は、帯状圧延材が熱処理炉内を低温熱処理を実施するために送られる過程で行われる。また、この低温熱処理は、ニッケルの再結晶温度以下の温度、すなわち機械的性質が変化しないような十分に低い温度で行われることから、処理前後で硬度等の変化は特に認められず、しかも、表面の荒れなどは何ら認められなかった。
【００２４】
次いで、裁断工程Ｒ１０では、所定の幅寸法および長さ寸法に裁断(スリット加工)されることにより、前記電池リード１０，１２が得られる。この裁断工程Ｒ１０は、例えば前記の電池リード１０，１２を外装缶１６に溶接すると共に回路基板２６に半田付けする直前に行われるので、低温熱処理を終えた帯状圧延材は、例えば適当な巻き径のロール形状で保管され、必要に応じて所定の場所に運搬されて裁断処理が行われる。
【００２５】
このようにして製造された帯状圧延材を電池リード１０，１２として用いたところ、半田濡れ性が良く、半田鍍金を施さなくとも安定して半田付けをすることができた。しかも、低温熱処理工程Ｒ９の後に大気中に保管し、６ヶ月間に亘って順次に裁断して利用したところ、６ヶ月後にも何らの変化が認められず、良好な半田濡れ性が維持されていることが確かめられた。すなわち、経時的な変化は特に認められなかった。
【００２６】
図３および図４は、本実施例の低温熱処理によって良好な結果が得られた理由を確かめるために帯状圧延材のオージェ分析を行った結果を示したものである。図３が脱脂工程Ｒ８の後の分析結果を、図４が低温熱処理工程Ｒ９の後の分析結果をそれぞれ表している。また、図において、横軸は時間であるが、オージェ分析においては表面からの深さ寸法に対応し、１分が5(nm)に相当する。また、縦軸の相対強度は濃度に略対応する。
【００２７】
これらの図において、脱脂後には、酸素および炭素共に表面において30(％)程度の濃度で存在し、10(nm)程度の深さまで存在することが検出された。これに対して、低温熱処理後には、両者共に表面における濃度が低下すると共に、炭素は2(nm)以下、酸素は4(nm)以下で検出できなくなっている。すなわち、脱脂後には表層の10(nm)程度までの深さ範囲で炭素および炭素の存在が認められるが、低温熱処理後にはこれらの存在する範囲は表層の4(nm)以下の深さ範囲に減じられる。なお、帯状圧延材中にはこれら酸素および炭素の他にもFe、Cu、Mn、Si等の不純物が合計で1(％)以下の割合で存在するが、何れも微量であるため検出されていない。
【００２８】
上記の炭素は冷間圧延時等に付着した油分であると考えられ、酸素は表面のニッケル酸化膜であると考えられる。脱脂工程Ｒ８を施しても表面に付着した油分は完全には除去されておらず、これが半田濡れ性を低下させる一因であると考えられる。本実施例によれば、低温熱処理によって帯状圧延材の表面の油分が略除去されると共に、ニッケル酸化膜も還元されて薄くなるので、前述したように半田濡れ性が改善したものと考えられるのである。
【００２９】
要するに、本実施例によれば、第２冷間圧延工程Ｒ７において帯状に圧延された後、低温熱処理工程Ｒ９において600(℃)程度の温度で熱処理が施されることにより、表面および表層部の炭素や酸素が除去される。そのため、これらが除去されることにより半田濡れ性が改善されるので、半田付けに際して半田鍍金が無用となる。このとき、低温熱処理は純ニッケルの再結晶温度以下の低温すなわち600(℃)程度の温度で施されることから、その機械的性質は殆ど変化しない。そのため、半田濡れ性の改善に伴う純ニッケル圧延材の表面性状や物性の変化は殆どない。すなわち、圧延後の光沢のある外観や硬さ等機械的性質が保たれる。
【００３０】
しかも、本実施例においては、5(％)程度のH2と95(％)程度のN2から成る還元雰囲気で低温熱処理が行われるため好適に還元雰囲気が形成されるので、表層部の酸素が好適に還元されて除去される。
【００３１】
また、本実施例においては、低温熱処理が600(℃)程度の温度で実施されることから、水素を含む雰囲気下であっても爆発の危険が無く、しかも、純ニッケル圧延材が焼きナマされて物性が変化する不都合も無い。
【００３２】
また、本実施例においては、低温熱処理工程Ｒ９に先立って脱脂工程Ｒ８が実施されることから、この段階で帯状圧延材に付着している油分の殆どが除去されるため、直ちに低温熱処理を行う場合に比較して一層確実に油分が除去される利点がある。
【００３３】
以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施できる。
【００３４】
例えば、実施例においては、本発明が二次電池１４の電池リード１０，１２に利用される帯状圧延材の製造方法に適用された場合について説明したが、表面の不純物が除去された状態が安定して得られ且つ長期間に亘って維持されることの望まれる種々の純ニッケル圧延材、特に、半田濡れ性の要求される純ニッケル圧延材であれば、用途は特に限定されず種々のものの製造方法にも同様に適用される。
【００３５】
また、実施例においては、低温熱処理工程Ｒ９に先立って脱脂工程Ｒ８が実施されていたが、これは必須ではなく冷間圧延の後に直ちに低温熱処理を実施してもよい。
【００３６】
また、実施例においては電池リード１０，１２がＬ字形に構成され且つ回路基板２６に直接半田付けされていたが、電池リード１０，１２の形状は用途に応じて適宜定められるものであり、Ｌ字形に限定されない。また、電池リード１０，１２としての用途においても、純ニッケル圧延材に半田付けが成されるのであれば、回路基板２６に直接接合される場合に限られず、適当なリード線を介して接合される場合にも本発明は適用される。
【００３７】
また、実施例においては、低温熱処理が5(％)程度のH2と95(％)程度のN2とを含む還元雰囲気下において600(℃)程度の温度で加熱されることで行われていたが、熱処理雰囲気は還元性であれば構成する気体や混合比は特に限定されず、また、処理温度も所望とする機械的特性や工程の安定性等が得られる範囲で適宜変更される。
【００３８】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の純ニッケル圧延材が二次電池の電池リードに適用された使用態様を説明するための斜視図である。
【図２】図１の端子板の製造工程を説明するための工程図である。
【図３】図２に示す脱脂工程後の帯状圧延材のオージェ分析結果を示す図である。
【図４】図２に示す低温熱処理工程後の帯状圧延材のオージェ分析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０、１２：電池リード、１４：二次電池、２６：回路基板、Ｒ７：第２冷間圧延工程、Ｒ８：脱脂工程、Ｒ９：低温熱処理工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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