JP2006114272A - 電気部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アルミニウム製の外装缶を用いた電池等において、外装缶表面に導電接続端子部形成した電気部品を提供する。
【解決手段】 一体に成形された金属材料からなる外装缶に収容した電気部品において、前記外装缶の底面の外面、あるいは上部開口部を封口した板状体の少なくともいずれか一方は、前記外装缶もしくは前記板状体と異種金属との間でクラッド体を形成した導電接続端子を有する電気部品。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外装缶を一方の極性の導電接続端子とした電池、あるいはキャパシタ等の電気部品において、アルミニウム等の溶接、半田等による接合が困難な部材を外装缶とした場合に、外装缶の底面、あるいは外装缶の開口部を封口した板状体に、溶接、半田付け等が容易にできる導電接続端子を形成した電気部品に関するものである。

金属製の外装缶の外面を一方の極性の導電接続端子とした電気部品がひろく用いられている。外装缶の金属材料としては、アルミニウムあるいはその合金等は比重が小さいので、これらを外装缶とした場合には、質量当りの容量密度が大きな電池、キャパシタを得ることが可能である。
しかしながら、アルミニウムあるいはその合金等は、表面に酸化被膜を形成する金属、すなわち薄膜形成性金属であるため、アルミニウムあるいはその合金を外装缶にした電気部品にあっては、これらの外装缶の外面、あるいは開口部に装着した電池ヘッダを形成する金属板を一方の極性の導電接続端子として利用するために、これらの表面に直接にリード線等の導電接続用の部材を溶接あるいは半田付けによって接続することは極めて困難である。

そこで、アルミニウム製の電池外装缶の表面に、アルミニウムとニッケルからなるクラッド体をレーザー溶接によって接合して導電接続部を形成した電池が提案されている（例えば、特許文献１）。また、アルミニウム製の電池外装缶の電池ヘッダの金属板に対して、同様にアルミニウムとニッケルからなるクラッド体を接合した電池が提案されている（例えば、特許文献２）。

図４は、従来の電気部品の一例を説明する図であり、電池を例に説明する図である。
図４（Ａ）は、電池の外観を示す斜視図であり、図４（Ｂ）には、電池ヘッダを上部から見た平面図を示す。
アルミニウム製の密閉型電池１の外装缶２には、その開口部に電池ヘッダ３が溶接されており、電池ヘッダ３には、絶縁体４を介して負極端子５が設けられている。また、電池ヘッダ３には、アルミニウムとニッケルとのクラッド体６のアルミニウム面を電池ヘッダ３面に対向させて接合した外面にニッケルからなる導電接続部７が配置されている。
図４（Ｃ）にクラッド体６の接合部の断面を示すように、クラッド体６は、アルミニウム板７とニッケル板８から構成されており、クラッド体６のアルミニウム板は、電池ヘッダ３面に、レーザー溶接等の溶接によって接合されているので、クラッド体６の表面には溶接痕１０や溶接に伴うバリあるいは突起部１１が形成されている。

また、図４（Ｄ）は、電池外装缶２の底部外面１２に底部導電接続部１３を設けた例を示すものであって、クラッド体６を接合した底部導電接続部１３には、図４（Ｃ）で示したものと同様に溶接による溶接痕、ばり、あるいは突起等が形成されている。
このように、これらの電池において、アルミニウムとニッケルとのクラッド体の接合は、クラッド体のアルミニウム面を電池外装缶あるいは電池ヘッダの金属板の表面と接触してレーザ溶接、超音波溶接、抵抗溶接等の方法によって接合した場合には、接合部に溶接に伴うバリ等が生じ、電池使用時には問題となる場合があるために、接合部の後処理をすることが必要であった。
また、クラッド体をレーザ溶接する際には溶接時の熱により電池要素等の内部に収容した部材に悪影響を及ぼす可能性があった。
また、小型化、薄型化した電池では、電池外装缶の底面の面積が小さくなるが、クラッド体をレーザ溶接によって溶接した場合には、レーザ溶接痕の部分は端子の接続等が困難となり、溶接に使用可能な有効面積が小さくなるという問題点があった。
特開平９−３３０６９６号公報 特開２００１−６７４６号公報

本発明は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金等のように表面に酸化被膜を形成する薄膜形成性金属からなる外装缶を用いた電池、あるいはキャパシタ等の電気部品の表面に、溶接等によって導電接続部材の接合が容易な導電接続端子を設けた電池、あるいはキャパシタ等の電気部品を提供することを課題とするものである。

本発明の課題は、一体に成形された金属材料からなる外装缶に収容した電気部品において、前記外装缶の底面の外面、あるいは上部開口部を封口した板状体の少なくともいずれか一方は、前記外装缶もしくは前記板状体と異種金属との間でクラッド体を形成した導電接続端子を有する電気部品によって解決することができる。
外装缶が異種金属が接合された金属材料の深絞り加工によって形成されたものである前記の電気部品である。
電気部品が電池またはキャパシタである前記の電気部品である。

一体に成形された金属材料からなる外装缶の製造方法において、板状の金属材料の一部に板状の金属材料との間でクラッド体を形成し、クラッド体の形成部を底面の外面側に配置して深絞り加工によって缶状に成形する外装缶の製造方法である。
一体に成形された金属材料からなる外装缶に収容した電気部品の製造方法において、板状の金属材料の一部に板状の金属材料と異種金属を接合して板状の金属材料との間でクラッド体を形成し、クラッド体の形成部を底面の外面側に配置して深絞り加工によって缶状に成形し得られた外装缶に電気部品の要素を収容した後に封口するか、あるいは一部に異種金属を接合して異種金属との間でクラッド体を形成した板状体を外装缶の開口部に配置して封口するか、少なくともいずれか一方の方法によって、異種金属からなる導電接続端子を形成する前記の電気部品の製造方法である。
一体に成形された金属材料からなる外装缶に収容した電気部品の製造方法において、板状の金属材料の一部に異種金属を接合して板状の金属材料との間でクラッド体を形成し、クラッド体の形成部を底面の外面側に配置して深絞り加工によって缶状に成形し、得られた外装缶に電気部品の要素を収容した後に開口部に板状体を配置して封口する前記の電気部品の製造方法である。

本発明の電気部品は、深絞り加工による缶成形用の金属材料として、その一部に、基材のアルミニウム等のように接合が困難な金属とニッケル等の易接合性金属を接合したクラッド体を形成した金属材料を、クラッド体を底面の外面に位置するように配置して深絞り成形を行ったもの、あるいは板状体の一部に板状体との間でクラッド体を形成したものを外装缶の開口部に配置したので、外装缶の底部外面、あるいは開口部を封口した板状体に易接合性金属からなる導電接続端子を有した導電接続用のリード線の接合が容易な電気部品を得ることができる。
しかも、易接合性金属は、表面を清浄に処理した後に圧接等によってクラッド体を形成したものであるので、易接合性金属は強固に接合されるとともに、溶接によって接合した際のように突起等は生じないので、電池等の電気部品の製造に利用した場合には、溶接部のバリ取り、研磨等を行うことなく導電接続端子として利用可能である。

本発明は、アルミニウムあるいはその合金等のように表面に酸化被膜を形成するため溶接等が困難となる薄膜形成性金属を外装缶とした電池等の外装缶として、外装缶の深絞り加工に供する金属材料として、外装缶の基材の金属材料の一部に基材の金属材料と異種の金属からなるクラッド体を形成した金属材料を用いて、易接合性金属材料を成形時に実質的な影響を受けない底面の外面に配置し深絞り加工によって成形し、底面に易接合性金属からなる導電接続端子を配置することが可能であることを見出したものである。
すなわち、深絞り加工によって缶状体を形成する場合には、底面には実質的に変形等を及ぼすことなく缶状体を製造することができるので、薄膜形成性金属からなる缶状体の底面の所望の位置に導電接続端子を形成することが可能となる。

以下に、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の電気部品を説明する図であり、電気部品として、密閉型電池例に説明する図である。
図１（Ａ）は斜視図であり、密閉型電池１は、薄膜形成性金属であるアルミニウムからなる外装缶２に電池要素を収容した後に、外装缶の開口部に電池ヘッダー３を接合して封口したものである。電池ヘッダ３には、絶縁体４を介して負極端子５が設けられており、電池ヘッダ３のアルミニウム板にニッケルが接合されて、アルミニウム板との間でクラッド体１４を形成しており、クラッド体１４を形成したニッケル板は、溶接等が容易な導電接続部７を形成されている。

図１（Ｂ）は、外装缶の底面を説明する一部の斜視図である。
外装缶２の底部外面１２に外装缶２のアルミニウム板との間でクラッド体１４を形成し、底部導電接続部１３が形成されている。
また、図１（Ｃ）は、クラッド体の断面を説明する図であり、電池ヘッダ３を構成するアルミニウム板と、ニッケル板９との間でクラッド体１４を形成したものであって、ニッケル板の表面には電池ヘッダへの溶接による溶接痕や突起等が存在しておらず、バリ取り等の後処理を行うことなくリード線等を接続することができる。
また、クラッド体の表面には凹凸がない接合面が形成されるので、薄型化、小型化した外装缶の場合でも、導電接続端子の有効接合面積が大きな外装缶を得ることができる。

図２は、外装缶の製造工程の一例を説明する図である。
図２（Ａ）に断面図を示すように、アルミニウム板２０の所定の個所に、ニッケル板２１を冷間圧延接合手段２２によって接合し、図２（Ｂ）に平面図を示すように、クラッド体２３が一部に形成されたアルミニウム板２０を作製する。
クラッド体２３を一部に形成したアルミニウム板２０を、図２（Ｃ）で示すように、クラッド体の形成部を中央にしてプレス手段２４によって打ち抜き、外装缶形成用金属材料２５を作製する。

次いで、外装缶形成用金属材料２５を、クラッド体の形成部が底部の外面となるようにカップ状に成形した中間製品を作製した後に、絞りダイス、およびしごきダイスが多段階に配置されたトランスファープレス装置のダイス列内にパンチによって押し出して深絞り加工を行って外装缶が成形される。
深絞り加工における成形工程の一例を図２（Ｄ）に示すように、パンチ２６としごきダイス２７の作用によって成形されて、外装缶の壁部２８は厚みが薄くなるものの、底面は実質的に変形を受けない。図２（Ｅ）に示すように、更に深絞り加工工程が進行して壁部２８の厚みが薄くなって同様に、底面は実質的に変形を受けず、底面に形成されたクラッド体２３は位置を変更することなく外装缶の底面の外側に存在し、底面の所望の位置にクラッド体を形成した外装缶が得られる。

本発明の外装缶の製造に使用する一部にクラッド体を形成した金属材料は、冷間圧延接合によって作製することが可能であるが、異種の金属を元の金属の厚み等を大きく変更せずに接合したものが好ましい。このためには、冷間圧延接合前に、接合される金属表面から酸化被膜等を除去して表面を活性化処理することが必要である。
例えば、減圧下で形成されるプラズマの作用によって表面をエッチングする等の方法によって活性化した金属面に減圧下で異種の金属を載置して、加熱することなく圧延することによって冷間接合することによって製造することができる。

図３は、外装缶の開口部に装着する金属部材の製造工程の一例を説明する図であり、電池外装缶の開口部に装着する電池ヘッダの製造工程を説明する図である。
図３（Ａ）に断面図を示すように、アルミニウム板２０の所定の個所に、ニッケル板２１を冷間圧延接合手段２２によって接合し、図３（Ｂ）に平面図を示すように、クラッド体２３が一部に形成されたアルミニウム板２０を作製する。
次いで、クラッド体２３を一部に形成したアルミニウム板２０を、図３（Ｃ）に平面図を示し、図３（Ｄ）に、図３（Ｃ）におけるＡ−Ａ’線の断面図を示すように、順次加工材料を移送しながら、コイニング工程３０において、導電接続端子の形成用の凹部３１を形成する。
次いで、形成された凹部の中心部に、穴あけ工程３２によって穴３３を形成する。そして、打ち抜き工程３４において、母材のアルミニウム板を打ち抜いて、一部にニッケルとのクラッド体２３が形成された電池ヘッダ用金属材料３５を作製する。

本発明の電気部品は以上のように製造した、クラッド体を底面の外面に設けた外装缶を用いて、外装缶の開口部から電池要素のような電池部品の要素を収容した後に、電気部品の要素に接続した導電接続用のタブの一方を外装缶の内壁面に接合するか、あるいは外装缶の開口部に装着する電池ヘッダ等の金属部材に接合し、次いで他方のタブを電池ヘッダ等の金属部材に絶縁性部材を設けて形成した導電接続端子部に接合した後に、外装缶の開口部に金属部材を溶接して封口し、その後電解液等を注液して封口することによって製造することができる。

本発明の電気部品は、深絞り加工による缶成形用の金属材料として、その一部に、基材のアルミニウム等のように接合が困難な金属とニッケル等の易接合性金属を接合したクラッド体を形成した金属材料を用いて、クラッド体を底面の外面に配置して深絞り成形等を行ったものであるので、アルミニウム等のリード線の接合が容易でない金属材料の表面に導電接続端子を有した電気部品を提供することができる。また、クラッド体の表面には、凹凸や溶接痕がなく、導電接続端子の有効接合面積が大きな導電接続端子を有する電気部品を提供することができる。

図１は、本発明の電気部品を説明する図であり、電気部品として、密閉型電池例に説明する図である。 図２は、外装缶の製造工程の一例を説明する図である。 図３は、外装缶の開口部に装着する金属部材の製造工程の一例を説明する図である。 図４は、従来の電気部品の一例を説明する図であり、電池を例に説明する図である。

符号の説明

１…密閉型電池、２…外装缶、３…電池ヘッダ、４…絶縁体、５…負極端子、
６…クラッド体、７…導電接続部、８…アルミニウム板、９…ニッケル板、１０…溶接痕、１１…突起、１２…底部外面、１３…底部導電接続部、１４…クラッド体、２０…アルミニウム板、２１…ニッケル板、２２…冷間圧延接合手段、２３…クラッド体、２４…プレス手段、２５…外装缶形成用金属材料、２６…パンチ、２７…ダイス、２８…外装缶の壁部、３０…コイニング工程、３１…凹部、３２…穴あけ工程、３３…穴、３４…打ち抜き工程、３５…電池ヘッダ用金属材料

Claims (6)

1. 一体に成形された金属材料からなる外装缶に収容した電気部品において、前記外装缶の底面の外面、あるいは上部開口部を封口した板状体の少なくともいずれか一方は、前記外装缶もしくは前記板状体と異種金属との間でクラッド体を形成した導電接続端子を有することを特徴とする電気部品。
2. 外装缶が異種金属が接合された金属材料の深絞り加工によって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の電気部品。
3. 電気部品が電池またはキャパシタであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電気部品。
4. 一体に成形された金属材料からなる外装缶の製造方法において、板状の金属材料の一部に板状の金属材料との間でクラッド体を形成し、クラッド体の形成部を底面の外面側に配置して深絞り加工によって缶状に成形することを特徴とする外装缶の製造方法。
5. 一体に成形された金属材料からなる外装缶に収容した電気部品の製造方法において、板状の金属材料の一部に板状の金属材料と異種金属を接合して板状の金属材料との間でクラッド体を形成し、クラッド体の形成部を底面の外面側に配置して深絞り加工によって缶状に成形し得られた外装缶に電気部品の要素を収容した後に封口するか、あるいは一部に異種金属を接合して異種金属との間でクラッド体を形成した板状体を外装缶の開口部に配置して封口するか、少なくともいずれか一方の方法によって、異種金属からなる導電接続端子を形成することを特徴とする電気部品の製造方法。
6. 一体に成形された金属材料からなる外装缶に収容した電気部品の製造方法において、板状の金属材料の一部に異種金属を接合して板状の金属材料との間でクラッド体を形成し、クラッド体の形成部を底面の外面側に配置して深絞り加工によって缶状に成形し、得られた外装缶に電気部品の要素を収容した後に開口部に板状体を配置して封口することを特徴とする電気部品の製造方法。

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