(57)【要約】【課題】パラレル式抵抗溶接方法でリード材を溶接したときに、低い溶接電流であってもリード材との溶接強度が大きくなり、しかもそのばらつきが小さくなる電池容器の溶接方法を提供する。【解決手段】外側表面の一部または全部には、Ｎｉ基合金から成るめっき層が形成されている電池容器の前記めっき層の表面にリード材を配置し、前記リード材を２本の溶接電極により加圧力２２Ｎで押し付けて、溶接電流１．２ｋＡ〜１．６ｋＡでパラレル式抵抗溶接を行って、前記リード材を溶接強度５３．５〜７５．３Ｎで前記電池容器に溶接することを特徴とする電池容器の溶接方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側表面の一部または全部には、Ｎｉ基合金から成るめっき層が形成されている電池容器の前記めっき層の表面にリード材を配置し、前記リード材を２本の溶接電極により加圧力２２Ｎで押し付けて、溶接電流１．２ｋＡ〜１．６ｋＡでパラレル式抵抗溶接を行って、前記リード材を溶接強度５３．５〜７５．３Ｎで前記電池容器に溶接することを特徴とする電池容器の溶接方法。
【請求項２】
前記Ｎｉ基合金が、Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｎｉ−Ｚｎ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金のいずれか一種である請求項１の電池容器の溶接方法。
【請求項３】
前記Ｎｉ基合金が、Ｆｅ含有率５０原子％以下のＮｉ−Ｆｅ合金である請求項２の電池容器の溶接方法。
【請求項４】
前記めっき層の厚みは、厚くても５μｍである請求項１の電池容器の溶接方法。
【請求項５】
前記めっき層の厚みは、厚くても４.５μｍである請求項３の電池容器の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池容器の溶接方法に関し、更に詳しくは、リード材を抵抗溶接したときに、当該リード材との間で高い溶接強度を発揮する電池容器の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の電気・電子機器の普及に伴い、その駆動源である電池の複数個をパッケージした状態で、直接、当該機器の中に組み込むケースが増えている。その場合、電池の充電または放電のために、各電池の間やパッケージ端子と電池の間はリード材で電気的に接続することが必要である。すなわち、電池の外側表面、例えば蓋の部分や底部など電池容器の一部表面にリード材を固定することが必要になる。
【０００３】
また、１個の電池を充放電制御回路などと一緒にパッケージ化した電池パックについても同様の状況が必要とされる。
電池容器とリード材の接続に関しては、従来から、図３で示したようなパラレル式抵抗溶接方法が広く実施されている。以下に、この方法について説明する。
図３において、電池容器１の正極端子の表面１ａには、リード材２が配設され、このリード材２の表面２ａには、電源３と接続された２本の溶接電極４ａ，４ｂが所定の間隔を置いた平行状態で配置されている。そして、これら溶接電極４ａ，４ｂに所定の加圧力を印加してその先端をリード材２の表面２ａに押しつけることにより、リード材２の裏面２ｂは正極端子の表面１ａに圧接されている。
【０００４】
この状態で、電源３から所定値の電流を通電する。電流は、例えば一方の溶接電流４ａからリード材２に入力し、その一部はリード材を通って他方の溶接電極４ｂから電源に帰還し、残りは溶接電極４ａの直下に位置するリード材２の部分近傍を通って正極端子の表面１ａ側に流れ、ついで、他方の溶接電極４ｂの直下に位置するリード材２の部分近傍からリード材を通り溶接電極４ｂから電源に帰還していく。
【０００５】
この過程で、各溶接電極の直下付近に位置するリード材の裏面２ｂと正極端子の表面１ａとの接触界面ではジュール熱が発生し、その接触界面近傍における両部材が溶融してナゲットを形成し、両部材が点溶接される。
ところで、リード材の表面と正極端子の表面は、いずれも、巨視的にみれば平滑面であるが、微視的にみると複雑な凹凸面になっている。したがって、リード材を正極端子の表面に配置しても両者は均質な接触状態にあるわけではなく、リード材の裏面２ｂにおける微小凸起、正極端子の表面１ａにおける微小凸起がそれぞれ相手材の表面と接触する状態になっている。そして、その微小接触部に電流が通電してその部分でジュール熱を発生し、ナゲット形成が進む。
【０００６】
このとき、リード材２への溶接電極４ａ，４ｂの押し付け加圧によるリード材２などの微小変形に基づく接触状態への影響などが加わり、溶接挙動をより複雑なものにしている。
このような抵抗溶接方法において、電池容器とリード材との溶接強度を高め、しかもその強度ばらつきを小さくして点溶接部を安定した状態にするためには、基本的には、２本の溶接電極の直下で発生させるジュール熱を大きくして確実に安定したナゲットを形成すればよい。
【０００７】
その場合、発生するジュール熱は、電源からの電流値の大小、電池容器とリード材の各比抵抗、通電時間、更には溶接電極によるリード材への加圧力、すなわちリード材の裏面と電池容器との密着状態などによって規定される。
ところで、電池容器としては、一般に、軟鋼板を塑性加工して所定の缶形状にし、更に防錆を目的として、その表面を例えば所望厚みのＮｉめっき層で被覆したものが用いられている。また、蓋部材も同様である。更には、抵抗溶接されるリード材も電池容器の場合と同じように軟鋼板にＮｉめっきを施したものが多用されている。
【０００８】
しかしながら、上記したような材料の場合、両者を抵抗溶接すると、両者間の溶接強度は必ずしも高くなるとはいえず、しかも強度のばらつきが大きくなるという問題がある。とくに、溶接幅が広くなる底部の場合にこの傾向は大きくなる。
そこで、例えば通電する電流値を高く設定したり、また通電時間を長くしたりして発生ジュール熱を大きくすることが行われているが、そのような処置を施すと、溶接電極がリード材の表面と融着することがあり、円滑な溶接工程を組むことができなくなる。更には、過剰な発熱のため、正極端子の表面やリード材を構成する金属材料の溶融物ダストが生成して逆に溶接強度が低下することもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、電池容器とリード材とをパラレル式抵抗溶接方法で溶接したときにおける上記した問題を解決し、融着が起こりにくく、また溶融物ダストの生成を生じないような、小電流値であっても溶接強度が高くなり、しかもそのばらつきが小さくなる電池容器の溶接方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明においては、外側表面の一部または全部には、Ｎｉ基合金から成るめっき層が形成されている電池容器の前記めっき層の表面にリード材を配置し、前記リード材を２本の溶接電極により加圧力２２Ｎで押し付けて、溶接電流１．２ｋＡ〜１．６ｋＡでパラレル式抵抗溶接を行って、前記リード材を溶接強度５３．５〜７５．３Ｎで前記電池容器に溶接することを特徴とする電池容器の溶接方法が提供される。とくに、前記めっき層のＮｉ基合金が、Ｆｅ含有率５０原子％以下のＮｉ−Ｆｅ合金であり、まためっき層の厚みは、厚くても５μｍになっている電池容器の溶接方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
以上の説明で明らかなように、本発明の電池容器はその表面が比抵抗の大きいＮｉ基合金、好ましくはＮｉ−Ｆｅ合金で被覆されているので、ここにリード材をパラレル式抵抗溶接方法で溶接したときに、従来よりも低い溶接電流によっても、電池容器とリード材の間の溶接強度は大きくなり、しかもそのばらつきは小さくなり、その工業的価値は大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に本発明の電池容器の１例を示す。図１は、電池容器を構成する正極端子を兼ねる蓋１の一部切欠断面図である。この蓋１は、例えば軟鋼板から成る基材１ｂを図１のような形状に塑性加工し、その表面を、後述するＮｉ基合金から成るめっき層１ｃで被覆して形成されている。
【００１３】
このめっき層１ｃは基材１ｂの全面を被覆して形成されていてもよいが、少なくとも相手材であるリード材を溶接する箇所を部分的に被覆して形成されていてもよい。
なお、図１では電池容器として蓋を例示したが、本発明における電池容器は蓋に限定されるものではなく、当該蓋の相手材であり、内部に発電要素と電解液を収容する電池缶であってもよい。
【００１４】
めっき層１ｃは、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金であるが、Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｎｉ−Ｚｎ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金などのＮｉ基合金のいずれか１種で構成されていてもよく、前記した蓋１の表面に電気めっきを施すことにより形成される。
電気めっきによって形成された上記したＮｉ基合金は、いずれも、Ｎｉの結晶格子内にＦｅ，Ｃｏ，Ｚｎなどの他の元素が固溶した単相、または複数の相の組合せによりなるものであって、一般に、Ｎｉ単体や他の元素単体の場合よりも比抵抗が大きくなっている。これらのＮｉ基合金めっき層を有する電池容量に前記したパラレル式抵抗溶接方法を適用した場合、従来よりも小さい電流を流した場合でも安定したナゲットの形成が可能となり、溶接強度の向上を実現することができるが、その１つの理由としては、前記したＮｉ基合金めっき層の電気抵抗の高さが考えられる。
【００１５】
とくに、Ｎｉ−Ｆｅ合金は小電流でも溶接強度を高めることができるという点で有効である。
その場合、Ｆｅ含有率が多すぎると、電池容器を高温・多湿の環境下に曝しておくと当該電池容器の表面が発錆しやすくなるので、その含有率は５０原子％以下、好ましくは４５原子％以下となるように規制することが好ましい。
【００１６】
このようなＦｅ含有率の規制は、例えば電気めっきで用いるめっき浴におけるＦｅ源の濃度を調整することにより容易に達成することができる。
また、Ｎｉ−Ｃｏ合金の場合は、Ｃｏ含有率を５〜５０原子％に規制することが好ましく、Ｎｉ−Ｚｎ合金の場合は、Ｚｎ含有率を５〜３０原子％に規制することが好ましく、更に、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金の場合は、Ｆｅ：０より多く５０原子％以下，Ｃｏ：５〜５０原子％に規制することが好ましい。ただし、ＦｅとＣｏの原子％の和は５０原子％以下とする。
【００１７】
このめっき層１ｃの厚みは５μｍ以下にすることが好ましい。厚みが５μｍよりも厚くなると、リード材との溶接強度のばらつきが増大傾向を示す。
なお、めっき層１ｃがＮｉ−Ｆｅ合金から成る場合は、その厚みを４.５μｍ以下に規制することがより好ましい。その理由は明らかではないが、めっき厚が４.５μｍより厚くなるとリード材との溶接強度に大きなばらつきが認められるからである。
【００１８】
このようなめっき層１ｃの厚みは、例えば電気めっきを行う時間や電流密度を調整することなどの方法により容易に調節することができる。
【実施例】
【００１９】
実施例１〜６
ＡＡサイズ電池用の電池缶と蓋を用意した。これらの材質はいずれも軟鋼板である。
塩化第一鉄，塩化ニッケル，塩化カルシウムから成るＮｉ−Ｆｅ合金用のめっき浴を建浴した。このとき、塩化第一鉄濃度：２１０〜３８０ｇ／Ｌ，塩化ニッケル濃度：３０〜８０ｇ／Ｌ，塩化カルシウム濃度：１５０〜１８０ｇ／Ｌからなる、Ｆｅ濃度が異なる各種のめっき浴を作成した。必要に応じ、１ｇ／Ｌ以下の濃度でチオ尿素を添加した。
【００２０】
これらめっき浴を用いて、前記した電池缶と蓋に電気めっきをしてＦｅ含有率が異なるＮｉ−Ｆｅ合金めっき層を電池缶や蓋の表面に形成した。めっき条件としては、ｐＨ０.９〜１.５，浴温６０〜９０℃，電流密度３〜５／dm２の範囲内で適切な条件を選択し、まためっき時間は、めっき層の厚みが３μｍとなるように設定した。
なお、めっき浴，めっき条件は上記したものに限定されるものではなく、例えば硫酸塩浴，硫酸塩−塩化物浴，クエン酸浴，ピロリン酸浴などを選択することも可能である。
【００２１】
得られた電池缶と蓋を用いてＡＡサイズのニッケル水素二次電池を組み立てて、その電池の底部表面に、厚み０.１５mm，幅５mmのＮｉめっき軟鋼板から成るリード材を表１で示した条件でパラレル式抵抗溶接方法を適用して溶接した。なお、溶接電極によるリード材への加圧力はいずれの場合も２２Ｎとした。
ただし、この加圧力の値は２つの溶接電極に加わる力の総計であり、またそれぞれの溶接電極に加わる力は略均等となるように設定されている。
【００２２】
ついで、図２で示したようにして溶接強度の測定試験を行った。すなわち、電池５の底部表面に溶接されているリード材２の一端２ｃをチャック６で把持し、このチャック６を引張試験器７で引き上げて前記リード材２を引き剥がす試験である。このとき、リード材２を引き上げる方向は略電池缶の中心軸方向とし、かつ、試験器７がチャック６を引っ張る強さは略一定の速さで増加するようにして引き剥がし試験を行い、リード材２が電池５の底部表面から完全に引き剥がされたときの引張強さをもって溶接強度とした。その結果を電池容器３０個の平均値として一括して表１に示した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１から次のことが明らかである。
（１）各実施例、比較例のいずれにおいても、溶接電流が大きくなると溶接強度は大きくなっている。
（２）抵抗溶接時の溶接条件が同一である場合には、本発明のめっき層で表面が被覆されている電池容器とリード材との溶接強度は、従来のＮｉめっき軟鋼板のみから成る電池容器とリード材との溶接強度に比べて大きくなっている。
このことは、同等の溶接強度を得る際に、本発明の電池容器を用いれば、従来に比べて溶接電流を小さくしても可能であることを意味する。
【００２５】
（３）また、めっき層を構成するＮｉ−Ｆｅ合金において、Ｆｅ含有率が高くなっていくと溶接強度も大きくなっていくが、しかしこのＦｅ含有率が高くなりすぎると、逆に溶接強度の低下が起こっている。このようなことから、めっき層がＮｉ−Ｆｅ合金から成る場合は、発錆問題も含めて、Ｆｅ含有率は５０原子％以下、より好ましくは１０〜４５原子％程度であることが好ましい。
【００２６】
実施例７〜１１
めっき層におけるＦｅ含有率が２０原子％となるように浴組成を調整しためっき浴を用い、めっき時間を変化させて表２で示したようなめっき厚のめっき層を電池容器に形成した。ついで、各電池容器を用いて電池を３０個組み立てて、その底部表面に前記したリード材を配置し、溶接電極で２２Ｎの加圧力を印加しながら１.５ｋＡの溶接電流を通電して両者を抵抗溶接した。
【００２７】
ここで、この加圧力の値は２つの溶接電極に加わる力の総計であり、そのときそれぞれの溶接電極に加わる力は略均等となるように設定されている。
そして、実施例１〜６の場合と同じ仕様で溶接強度を測定した。溶接強度の最大値、最小値、および３０個の平均値を表２に示した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
表２から明らかなように、めっき層の厚みが５μｍより厚くなると溶接強度の低下傾向が発現してくるだけではなく、溶接強度のばらつきも大きくなってくる。このようなことから、めっき層の厚みは５μｍ以下にすることが好ましい。とくに、３μｍ程度のときは、溶接強度も大きく、しかもそのばらつきは非常に小さくなり、安定した品質管理の実現という点で好適である。
【００３０】
実施例１２
軟鋼板の表面をＮｉ−２５％Ｆｅ合金から成る厚み２.０μｍのＮｉめっき層で被覆して厚み０.３mmのめっき鋼板とし、それを塑性加工して電池用の蓋とした。
この蓋１００個の表面に、厚み２.０μｍのＮｉ−めっき層が形成されている厚み０.３mmの軟鋼製リード材を配置して２２Ｎの加圧力で圧接し、表３で示した溶接電流で約５ms間の抵抗溶接を行った。
【００３１】
ここで、加圧力の値は、実施例１〜６，実施例７〜１１の場合と同様の意味を有する。
ついで、実施例１〜１１と同じようにして溶接強度を測定した。その結果を表３に示した。なお、リード材を引き剥がしたときに、２つのナゲットが蓋の方に残留する場合の個数を測定しそれも表３に示した。この個数が多いほど、抵抗溶接時に安定したナゲットが形成されていることを意味している。
【００３２】
比較のために、Ｎｉ−２５％Ｆｅ合金めっき層の代わりに、同じ厚みのＮｉめっき層を有する蓋を用いた場合についても同様の抵抗溶接を行い、その結果も表３に併記した。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
表３から明らかなように、Ｎｉ−２５％Ｆｅ合金をめっきしていない蓋（比較例）への抵抗溶接の場合は、１.６kAの溶接電流にしたときにはじめて２個のナゲットの残留が認められる。それに反し、本発明の蓋の場合には、溶接電流が１.２kAであっても２個のナゲットが確実に生成し、かつその溶接強度も比較例を１.６kAの溶接電流で溶接した場合と同等になっている。
すなわち、本発明の蓋は小さい溶接電流でも高い溶接強度を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の電池容器例を示す一部切欠断面図である。
【図２】溶接強度の測定法を説明するための概略図である。
【図３】パラレル式抵抗溶接方法を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１          電池容器（正極端子も兼ねる蓋）
１ａ        電池容器１の表面
１ｂ        基材
１ｃ        めっき層
２          リード材
２ａ        リード材２の表面
２ｂ        リード材２の裏面
３          電源
４ａ，４ｂ  溶接電極
５          電池
６          チャック
７          引張試験器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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