(57)【要約】【課題】  端子に抵抗溶接により接合する抵抗溶接用の接合材料の溶接性を改善できる接合材料の製造方法と、該接合材料の製造方法によって得られる接合材料を提供する。【解決手段】  端子に抵抗溶接により接合する抵抗溶接用の接合材料の製造方法において、前記端子に抵抗溶接する側の銅系材料の表面に、Ｔｉを蒸着してＴｉ層を形成する接合材料の製造方法である。また、本発明は、端子と抵抗溶接する接合材料において、該接合材料は、銅系材料の表面にＴｉの蒸着層を有する接合材料である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子に抵抗溶接により接合する抵抗溶接用の接合材料の製造方法において、前記端子に抵抗溶接する側の銅系材料の表面に、Ｔｉを蒸着してＴｉ層を形成することを特徴とする接合材料の製造方法。
【請求項２】
端子と抵抗溶接する接合材料において、該接合材料は、銅系材料の表面にＴｉの蒸着層を有することを特徴とする接合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電池の金属電極端子に抵抗溶接により接合する抵抗溶接用の接合材料の製造方法と接合材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やパソコンの小型薄型化に伴い、これらの機器を長時間携帯して内臓バッテリー（電池）で使用する機会が多くなっている。このため、これら機器に搭載される電池は長時間の使用が求められており、特に相対的に電力容量の大きなＬｉイオン二次電池の生産、使用量は増加傾向を示しており、また電池一個当りの容量アップの要求も益々強くなっている。
通常のＬｉイオン二次電池は、発電の心臓部である捲回体と呼ばれる部品が、鉄製あるいはアルミニウム製の缶に納めれており、捲回体内で発電された電気は、鉄製もしくはアルミニウム製の缶に取り付けられている正極もしくは負極の端子からＮｉ製のリード（箔状の形状）を通じて電池の外装に設置された外部電極と接続されている。
【０００３】
ここで使用されるＮｉ製のリードは、厚みが数十μｍから数百μｍ程度で、いわゆるテープ状の金属箔の形態を呈している。
このテープ状Ｎｉ箔が電池のリードとして使用される場合、以下の特性が要求されている。
(1)電極端子とのスポット溶接性が容易なこと。
(2)曲げ等の加工性等が良好なこと。
(3)電気の良導体であること。
これらの条件を満足し、更に、市場で入手し易いことから従来よりＮｉが選ばれている。
【０００４】
しかし、近年の新興国の急激な経済発展に伴う材料資源の逼迫、更には地球資源の精緻な探査結果に基づく近い将来の資源枯渇の懸念から、Ｎｉの価格も高騰しており、このＮｉリード代替材が求められている。
そこで、価格がＮｉよりも安く、電気の良導体である事からも銅材の使用が検討されている。しかし、銅は電気抵抗が低いことから銅もしくは銅を主成分とする銅合金（以下これらを銅系材料という）では抵抗溶接時に熱が逃げてしまい溶接可能な温度まで上昇させるために過剰なエネルギーの投入が必要であるという問題がある。
銅系材料の抵抗溶接性改善は以前から試みられており、例えば特開２００３−１１２２６９号公報（特許文献１）では、ベリリウムと銅または銅合金の接合においてベリリウムの表面にＴｉ、Ｃｒ、ＭｏまたはＳｉの薄層をＢｅとＣｕの拡散抑制として形成し、更にその上に拡散促進層としてのＡｌまたはＺｎの薄層を形成したのち、これらを中間層としてＣｕと接合させている。
【特許文献１】特開２００３−１１２２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示しされた方法は、耐熱性に優れた接合を得るために有効である。
しかしながら、特許文献１に示されるベリリウムと銅または銅合金の接合はＨＩＰ（熱間静水圧プレス）を使用したものであり、例えば、電池等の小型の電子部品への適用は困難である。
本発明の目的は、端子に抵抗溶接により接合する抵抗溶接用の接合材料の溶接性を改善できる接合材料の製造方法と、該接合材料の製造方法によって得られる接合材料を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものである。
即ち本発明は、端子に抵抗溶接により接合する抵抗溶接用の接合材料の製造方法において、前記端子に抵抗溶接する側の銅系材料の表面に、Ｔｉを蒸着してＴｉ層を形成する接合材料の製造方法である。
また、本発明は、端子と抵抗溶接する接合材料において、該接合材料は、銅系材料の表面にＴｉの蒸着層を有する接合材料である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、端子との抵抗溶接時に、過大な電流、加圧力を必要とせず、通常の抵抗溶接条件で接合可能な接合材料の製造方法と溶接材料を提供することができる。特に特別な装置を準備せずとも低電気抵抗である銅系材料の抵抗溶接が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態に係る接合材料の製造方法について説明する。
本発明で用いる接合材料は、銅系材料の表面にＴｉを蒸着した二層構造となる。ここで、銅系材料としては、工業的純銅であるＯＦＣや、合金元素を添加した銅合金等の材料が適用可能である。材料形状は抵抗溶接用の材料を対象とするため、厚さが０．０３〜１ｍｍ程度の板状もしくは箔状の形態となる。
また、例えば、電池の電極端子は、一般的に鉄系の材料が用いられている。銅系材料と鉄系の材料を抵抗溶接しようとすると、銅系材料は低抵抗であるため、抵抗溶接時の熱の離散速度が速く温度が上昇し難いため、溶接性が悪いといった問題がある。
このため、少しでも電気抵抗を増やすことを目的とし、銅に合金元素を添加して、抵抗溶接性を改善させることも考えられるが、その抵抗溶接性改善効果は、電気伝導性とトレードオフの関係にあるため、抵抗溶接性の改善のみを優先させようとすると、銅系材料の特徴である電気伝導性を犠牲にすることになる。
そこで本発明では、銅系材料の特徴である電気伝導性を犠牲にすることなく、優れた溶接性の実現を目的に鋭意検討した結果、銅系材料全体の抵抗値は損なわずに、銅系材料の表面層のみ抵抗を増やして溶接時の発熱を助け、溶接後の全体の電気抵抗は低下しない方法として、電極端子に抵抗溶接する側の銅系材料表面にＴｉの薄い蒸着層を形成する。
なお、蒸着して得られたＴｉ層は、抵抗溶接時に銅系材料の発熱を助けると共に、溶接時の熱応力不整合の緩衝層となって、割れの発生を防止する効果も実現することができる。
【０００９】
上述したＴｉ層の蒸着では、端子に抵抗溶接する側の銅系材料表面に形成するＴｉ層の厚みは、０．３〜２μｍ程度の厚さが好ましい。この範囲の厚みであれば、上述した蒸着によるＴｉ層の効果を得ることができるだけでなく、抵抗溶接時にＴｉは鉄系材料と銅系材料に拡散し、蒸着したＴｉ層は殆ど見られなくなる。
厚みが２μｍを越えると抵抗溶接後も中間層としてのＴｉ層が残存し、その後電池として使用した場合に、このＴｉ中間層が電気抵抗として働くために結果的に電池の出力容量が低下するという問題を生じる場合がある。更にＴｉ層は蒸着で形成させるため、膜厚を厚くしようとすると、蒸着時間が長くなり費用が増大するといった問題もある。
一方で、蒸着したＴｉ層の厚みが過度に薄いと、上記の効果を得難くなるため、銅系材料表面に形成するＴｉ層の厚みは、０．３〜２μｍ程度の厚さが良い。より好ましくは０．５μｍ〜１μｍ程度の厚さである。
なお、蒸着するＴｉは、例えば不純物を含み、９５質量％以上程度のもので十分である。好ましいＴｉ含有量は、９８質量％以上である。
【００１０】
また、蒸着して得られるＴｉ層の厚みにムラがあると、局部的に抵抗溶接性に差を生じ易くなる。そのため、蒸着金属層の厚みは均一な方が好ましく、例えば、図１に示すような連続的に金属蒸着が可能な装置を用いると良い。
真空槽(1)内で銅系材料の金属帯(5)を金属帯巻出しリール(4)から巻出し、下部に設置された蒸着源過熱装置(6)上に銅系材料の帯材を搬送しながら、蒸着金属加熱のために電子銃を使用して一定量のＴｉを蒸発させ、ガイドロール(3)を通板する銅系材料の金属帯の表面にＴｉを付着させる。その後、蒸着品巻取りリール(2)にてＴｉ蒸着層を形成した二層構造の積層帯を巻き取ることで、端子に抵抗溶接する側の銅系材料の表面にＴｉ蒸着層が均一に形成された接合材料の帯材を得ることができる。
【００１１】
上述の工程にて得られた端子に抵抗溶接する側の銅系材料の表面にＴｉ蒸着層が均一に形成された接合材料の帯材を用いて、電池の電極端子と抵抗溶接により接合する。
例えば、Ｌｉイオン二次電池用リードに用いる場合、前述の接合材料は、プレス加工等によりＬｉイオン二次電池用リードの寸法に加工され、接合材料のＴｉ蒸着面を鉄系材料製缶の電極部分に接触させた状態でスポット溶接（抵抗溶接）される。
抵抗溶接後の溶接部断面においては、薄いＴｉ蒸着層は抵抗溶接時に端子の鉄系材料や銅系材料中に拡散され、溶接部には高抵抗部としては殆ど確認することができず、端子と銅系材料とを接合することができる。
【実施例】
【００１２】
実施例として、図１に示した連続蒸着装置を用いて、銅系材料の表面にＴｉの蒸着層を形成した。
銅系材料として、質量％で３．０％Ｎｉ−０．６５％Ｓｉ−０．１５％Ｍｇ−Ｃｕ（合金Ａ）、２．０％Ｓｎ−０．２％Ｎｉ−０．０３％Ｐ−Ｃｕ（合金Ｂ）、０．２７％Ｃｒ−０．２５％Ｓｎ−０．２％Ｚｎ−Ｃｕ（合金Ｃ）、及び純ＣｕであるＯＦＣを用意し、比較用として現在Ｌｉイオン二次電池用リード材として使用されている純Ｎｉ材も用意した。
銅系材料と純Ｎｉ材は０．１ｍｍ厚まで圧延した。その後、銅系材料は、図１の装置を用いて、真空槽(1)内で銅系材料の金属帯(5)を金属帯巻出しリール(4)から巻出し、下部に設置された蒸着源過熱装置(6)上に銅系材料の帯材を搬送しながら、蒸着金属加熱のために電子銃を使用して一定量のＴｉを蒸発させ、ガイドロール(3)を通板する銅系材料の金属帯の表面にＴｉを付着させる。その後、蒸着品巻取りリール(2)にてＴｉ蒸着層を形成した二層構造の接合材料の帯を巻き取ることで、Ｔｉ蒸着層を形成した接合材料の帯材を得た。蒸着したＴｉ層の厚みは平均で０．５μｍ、１μｍの２条件の試料を準備した。
【００１３】
抵抗溶接する端子となる鉄系材料には、冷間圧延で０．１５ｍｍとした４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金を選定して、図２に示す装置を用いて、接合材料のＴｉ蒸着層を形成した側を４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金に接触させ、スポット溶接（抵抗溶接）した。
スポット溶接は、通常電池の電極溶接用に使用されているシリーズ溶接機で行った。溶接条件は電流値：４．５ｋＡ、通電時間：４ｍｓｅｃ．の条件とした。
溶接接合部の評価は、図２で示したスポット溶接後の溶接部材を利用し、引張試験機を用いて、引き剥がし試験を行いその時の引張り強さで評価した。
なお、上述したとおり、蒸着したＴｉ層の厚みは平均で０．５μｍ、１μｍの２条件の試料を準備し、比較用としてＴｉ蒸着層なしのものも準備した。引き剥がし試験結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１の引き剥がし試験結果から、銅系材料にＴｉを蒸着した接合材料では、Ｔｉ層を形成したものの方が接合力は向上していることがわかる。
また、比較用の純Ｎｉ材の場合と比較しても、銅系材料合金Ｂでは純Ｎｉ材とほぼ同等レベルまで接合力が向上した。銅系材料合金Ａや合金Ｃにおいても、純Ｎｉ材の約７８％程度の引き剥がし強度を得ることができた。
最後に、引き剥がし試験に供した接合材料と４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金とを抵抗溶接したものと同じ試験片を用いて、接合部の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡散層の有無、及び、Ｔｉ層の残渣を観察したところ、ＳＥＭ観察及びＳＥＭに付属したエネルギー分散型エックス線分光法装置（ＥＤＸ）の分析では、蒸着したＴｉの存在が確認できなくなっており、また、接合界面にてＴｉのエックス線ピークが確認されたことから、端子と銅系材料との接合界面にＴｉが拡散して分散されていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明によると、従来方法では製造コストの問題から銅系材料の使用をひかえていた用途においても、Ｔｉ蒸着を施すだけで抵抗溶接が可能なことから、例えば、Ｌｉイオン二次電池用リード等への適用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のＴｉ蒸着層を形成するための装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明のスポット溶接の模式図である。
【符号の説明】
【００１８】
１．真空槽、
２．蒸着品巻取りリール、
３．ガイドロール、
４．金属帯巻出しリール、
５．金属帯、
６．蒸着源加熱装置
【図１】
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【図２】
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