JP4944279B2

JP4944279B2 - リード用クラッド材およびリード用クラッド材の溶接方法

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Description

この発明は、リード用クラッド材およびリード用クラッド材の溶接方法に関し、特に、電池の端子に溶接されるリード用クラッド材およびリード用クラッド材の溶接方法に関する。

従来、電池の端子に溶接されるリードが知られている。このようなリードは、たとえば、特開２００７−３５６５０号公報に開示されている。上記特開２００７−３５６５０号公報には、軟鋼板の表面上にＮｉ−Ｆｅ合金からなるめっき層が形成された電池缶および蓋に、軟鋼板の表面上にＮｉからなるめっき層が形成されたリード材を抵抗溶接する電池容器の溶接方法が開示されている。また、抵抗溶接する際には、リード材のＮｉからなるめっき層と、抵抗溶接用の電極とが接触した状態で電極に電流が流されることによって、電池缶および蓋にリード材が抵抗溶接されるように構成されている。なお、上記特開２００７−３５６５０号公報には明記されていないが、リード材の軟鋼板にＮｉをめっきする際には、水分やＮｉ以外の不純物が含まれるＮｉめっき槽に軟鋼板を入れることによってめっき浴を行うと考えられる。

特開２００７−３５６５０号公報

しかしながら、上記特開２００７−３５６５０号公報に開示された電池容器の溶接方法では、リード材にＮｉからなるめっき層を形成する際に、Ｎｉめっき槽に含まれていた水分やＮｉ以外の不純物がリード材のめっき層に残存する場合があると考えられる。この場合、電池缶および蓋に対して抵抗溶接を行う際に、リード材のめっき層に残存する不純物が溶接の際の高熱によりガス化するという不都合がある。このため、抵抗溶接を行う際に、リード材のめっき層に残存するガス化した不純物と、抵抗溶接用の電極とが反応することに起因して、リード材のめっき層に電極の一部が異物として残存する場合があるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、表面上に異物が残存するのを抑制することが可能なリード用クラッド材およびリード用クラッド材の溶接方法を提供することである。

この発明の第１の局面によるリード用クラッド材は、電池の端子に溶接されるリード用クラッド材であって、電池の端子に対して溶接される側に配置される第１Ｎｉ層と、溶接される側とは反対側に配置される第２Ｎｉ層と、第１Ｎｉ層と第２Ｎｉ層とに挟まれるように配置されるＦｅ層とを備え、第１Ｎｉ層の厚みは、第１Ｎｉ層、第２Ｎｉ層およびＦｅ層からなるクラッド材の厚みの２．１％以上８．２％以下である。

この発明の第１の局面によるリード用クラッド材では、上記のように、リード材として第１Ｎｉ層と第２Ｎｉ層とＦｅ層とからなるクラッド材を用いることによって、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いる場合と異なり、水分やＮｉ以外の不純物が含まれるＮｉめっき槽を用いて第２Ｎｉ層を形成していないので、溶接される側とは反対側に配置される第２Ｎｉ層に水分やＮｉ以外の不純物が残存するのを抑制することができる。これにより、水分やＮｉ以外の不純物が溶接の際の高熱によりガス化するのを抑制することができるので、リード用クラッド材を電池の端子に溶接する際に第２Ｎｉ層と溶接に用いられる電極などとが反応することに起因して第２Ｎｉ層の表面上に異物が残存するのを抑制することができる。また、第１Ｎｉ層および第２Ｎｉ層をリード材の表面に配置することができるので、リード材の表面にＮｉ−Ｆｅ合金などを配置する場合と比べて、リード用クラッド材の耐食性を向上させることができる。また、Ｎｉのみからなるリード材と比べて、リード用クラッド材は、Ｎｉよりも安価な鉄を有するＦｅ層を基材としているので、安価にリード材を作製することができる。

また、上記第１の局面によるリード用クラッド材では、第１Ｎｉ層の厚みをクラッド材の厚みの２．１％以上８．２％以下にすることによって、リード用クラッド材を電池の端子に溶接した際に、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いた場合と同程度以上の接合強度を得ることができる。なお、第１Ｎｉ層の厚みをクラッド材の厚みの２．１％以上８．２％以下にすることによって、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いた場合と同程度以上の接合強度を得ることができることは、本願発明者が鋭意検討した結果見出したものである。

上記第１の局面によるリード用クラッド材において、好ましくは、第１Ｎｉ層の厚みは、クラッド材の厚みの３．１％以上７．５％以下である。このように構成すれば、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いた場合と比べて、リード用クラッド材を電池の端子に溶接した際の接合強度を確実に確保することができる。

上記第１の局面によるリード用クラッド材において、好ましくは、第１Ｎｉ層の厚みは、２．１μｍ以上２０．５μｍ以下である。このように構成すれば、クラッド材の厚みが０．１ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下の場合において、リード用クラッド材を電池の端子に溶接した際に、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いた場合と同程度以上の接合強度を得ることができる。

上記第１の局面によるリード用クラッド材において、好ましくは、第１Ｎｉ層の厚みと第２Ｎｉ層の厚みとは略等しい。このように構成すれば、リード用クラッド材を電池の端子に溶接する際に、第１Ｎｉ層と第２Ｎｉ層とを区別する必要がない。これにより、容易に、リード用クラッド材を電池の端子に溶接することができる。

上記第１の局面によるリード用クラッド材において、好ましくは、第２Ｎｉ層の厚みは、クラッド材の厚みの１．３％以上８．４％以下である。このように構成すれば、より確実に、第２Ｎｉ層の表面上に異物が残存するのを抑制することができる。

上記第１の局面によるリード用クラッド材において、好ましくは、第１Ｎｉ層は、Ｎｉ層を含む電池の端子のＮｉ層の表面に溶接されるように構成されている。このように構成すれば、同一のＮｉ元素を含むリード材の第１Ｎｉ層と電池の端子のＮｉ層とを溶接することができるので、他の元素からなる層同士を溶接する場合と比べて、より接合強度を向上させることができるとともに、容易に溶接することができる。

この発明の第２の局面によるリード用クラッド材の溶接方法は、第１Ｎｉ層と、第２Ｎｉ層と、第１Ｎｉ層と第２Ｎｉ層とに挟まれるように配置されるＦｅ層とを含み、第１Ｎｉ層の厚みが第１Ｎｉ層、第２Ｎｉ層およびＦｅ層からなるクラッド材の厚みの２．１％以上８．２％以下であるクラッド材を電池の端子に抵抗溶接するリード用クラッド材の溶接方法であって、第１Ｎｉ層が電池の端子側に位置するように、クラッド材を電池の端子に配置する工程と、電池の端子が位置する側とは反対側の第２Ｎｉ層側に抵抗溶接用の電極を配置した状態で、電極に電気を流すことによって、第１Ｎｉ層を電池の端子に抵抗溶接する工程とを備える。

この発明の第２の局面によるリード用クラッド材の溶接方法では、上記のように、電池の端子に抵抗溶接するリード材として第１Ｎｉ層と第２Ｎｉ層とＦｅ層とからなるクラッド材を用いることによって、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いる場合と異なり、水分やＮｉ以外の不純物が含まれるＮｉめっき槽を用いて第２Ｎｉ層を形成していないので、抵抗溶接される側とは反対側に配置される第２Ｎｉ層に水分やＮｉ以外の不純物が残存するのを抑制することができる。これにより、水分やＮｉ以外の不純物が抵抗溶接の際の高熱によりガス化するのを抑制することができるので、リード用クラッド材を電池の端子に抵抗溶接する際に第２Ｎｉ層と抵抗溶接用の電極とが反応することに起因して第２Ｎｉ層の表面上に異物が残存するのを抑制することができる。また、第１Ｎｉ層および第２Ｎｉ層をリード材の表面に配置することができるので、リード材の表面にＮｉ−Ｆｅ合金などを配置する場合と比べて、リード用クラッド材の耐食性を向上させることができる。また、Ｎｉのみからなるリード材と比べて、リード用クラッド材は、Ｎｉよりも安価な鉄を有するＦｅ層を基材としているので、安価にリード材を作製することができる。また、第１Ｎｉ層の厚みをクラッド材の厚みの２．１％以上８．２％以下にすることによって、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いた場合と同程度以上の接合強度を得ることができる。

上記第２の局面によるリード用クラッド材の溶接方法において、好ましくは、第１Ｎｉ層の厚みは、クラッド材の厚みの３．１％以上７．５％以下である。このように構成すれば、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いた場合と比べて、接合強度を確実に確保することができる。

本発明の一実施形態によるリード材が携帯電話機用の二次電池の正極端子および負極端子に溶接されている状態を示した模式図である。本発明の一実施形態によるリード材が正極端子または負極端子の表面上に溶接されている状態を示した拡大断面図である。本発明の一実施形態によるリード材を抵抗溶接により正極端子または負極端子に溶接する際の状態を示した斜視図である。本発明の効果を確認するために行った接合強度評価試験を説明するための斜視図である。本発明の効果を確認するために行った接合強度評価試験の結果を示した表である。本発明の効果を確認するために行った接合強度評価試験の結果を示したグラフである。本発明の効果を確認するために行った電極溶着評価試験の結果を示した表である。本発明の効果を確認するために行った試験材３（実施例）の電極溶着の状態を示したグラフである。本発明の効果を確認するために行った試験材８（比較例）の電極溶着の状態を示したグラフである。本発明の効果を確認するために行った耐食性評価試験を説明するための図である。本発明の効果を確認するために行った耐食性評価試験の結果を示した表である。本発明の一実施形態によるリード材がノートパソコン用の二次電池の正極端子および負極端子に溶接されている状態を示した模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態によるリード材１の構造について説明する。

本発明の一実施形態によるリード材１の適用例として、図１に示すように、リード材１は、携帯電話機用の二次電池２の正極端子２１および負極端子２２に抵抗溶接により溶接されている。具体的には、一対のリード材１のうちの一方の一方端部は、携帯電話機用の二次電池２に形成された突出部分からなる正極端子２１に抵抗溶接により溶接されているとともに、他方端部は、保護回路３に接続されている。また、一対のリード材１のうちの他方の一方端部は、携帯電話機用の二次電池２のケース部分からなる負極端子２２に抵抗溶接により溶接されているとともに、他方端部は、保護回路３に接続されている。なお、リード材１は、本発明の「リード用クラッド材」の一例である。また、携帯電話機用の二次電池２は、本発明の「電池」の一例であり、正極端子２１および負極端子２２は、本発明の「端子」の一例である。

なお、保護回路３は、携帯電話機用の二次電池２の充放電を制御するように構成されており、保護回路３によって、二次電池２への過充電と二次電池２から制御回路部（図示せず）への過放電とが抑制されるように構成されている。

ここで、本実施形態では、リード材１は、図２に示すように、ＳＰＣＤ（深絞り用の冷間圧延鋼板）からなるＦｅ層１０の上面および下面の両表面上に、それぞれ、Ｎｉからなる溶接側Ｎｉ層１１と、Ｎｉからなる非溶接側Ｎｉ層１２とが圧接により貼り合わされて形成されている。すなわち、リード材１は、Ｆｅ層１０を基材とする３層（Ｎｉ層／Ｆｅ層／Ｎｉ層）からなるクラッド材として構成されている。また、溶接側Ｎｉ層１１は、図１に示す正極端子２１および負極端子２２の表面に溶接される側（Ｚ１側）に配置されているともに、非溶接側Ｎｉ層１２は、溶接される側とは反対側（Ｚ２側）に配置されている。なお、溶接側Ｎｉ層１１は、本発明の「第１Ｎｉ層」の一例であり、非溶接側Ｎｉ層１２は、本発明の「第２Ｎｉ層」の一例である。

また、本実施形態では、リード材１の厚みｔ３は、約０．１ｍｍ以上約０．２５ｍｍ以下になるように構成されているとともに、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１は、リード材１の厚みｔ３の約２．１％以上約８．２％以下になるように構成されている。すなわち、リード材１の厚みｔ３が約０．１ｍｍの場合には、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１は、約２．１μｍ（リード材１の厚みｔ３の約２．１％）以上約８．２μｍ（リード材１の厚みｔ３の約８．２％）以下になるように構成されている。ここで、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１は、約３．１μｍ（リード材１の厚みｔ３の約３．１％）以上約７．５μｍ（リード材１の厚みｔ３の約７．５％）以下であるのがより好ましい。また、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１は、約５．２μｍ（リード材１の厚みｔ３の約５．２％）であるのがさらに好ましい。

また、リード材１の厚みｔ３が約０．１ｍｍの場合には、非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２は、約２．１μｍ（リード材１の厚みｔ３の約２．１％）以上約８．２μｍ（リード材１の厚みｔ３の約８．２％）以下になるように構成されている。また、Ｆｅ層１０の厚みｔ４は、約８３．６μｍ以上約９５．８μｍ以下になるように構成されている。

また、リード材１の厚みｔ３が約０．２５ｍｍの場合には、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１は、約５．３μｍ（リード材１の厚みｔ３の約２．１％）以上約２０．５μｍ（リード材１の厚みｔ３の約８．２％）以下になるように構成されている。ここで、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１は、約７．８μｍ（リード材１の厚みｔ３の約３．１％）以上約１８．８μｍ（リード材１の厚みｔ３の約７．５％）以下であるのがより好ましい。また、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１は、約１３．０μｍ（リード材１の厚みｔ３の約５．２％）であるのがさらに好ましい。

また、リード材１の厚みｔ３が約０．２５ｍｍの場合には、非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２は、約５．３μｍ（リード材１の厚みｔ３の約２．１％）以上約２０．５μｍ（リード材１の厚みｔ３の約８．２％）以下になるように構成されている。また、Ｆｅ層１０の厚みｔ４は、約１５９．０μｍ以上約１８９．４μｍ以下になるように構成されている。

また、本実施形態においては、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１と非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２とは略等しくなるように構成されている。

また、正極端子２１および負極端子２２は、図２に示すように、それぞれ、Ａｌまたは低炭素鋼からなる基材２１ａおよび２２ａと、基材２１ａおよび２２ａの溶接される側（矢印Ｚ２方向側）の表面上に形成されたＮｉ層２１ｂおよび２２ｂとを含む。これにより、リード材１の溶接側Ｎｉ層１１は、正極端子２１のＮｉ層２１ｂの表面および負極端子２２のＮｉ層２２ｂの表面に溶接されるように構成されている。

なお、基材２１ａ（２２ａ）がＡｌからなる場合は、基材２１ａ（２２ａ）とＮｉ層２１ｂ（２２ｂ）とが貼り合わされたクラッド材として正極端子２１（負極端子２２）が構成されている。一方、基材２１ａ（２２ａ）が低炭素鋼からなる場合は、基材２１ａ（２２ａ）にＮｉ層２１ｂ（２２ｂ）がめっきされたＮｉめっき材として正極端子２１（負極端子２２）が構成されている。

次に、図２および図３を参照して、本発明の一実施形態によるリード材１の溶接方法について説明する。

まず、厚みが約２ｍｍのＳＰＣＤの鋼板と、厚みが約４３．８μｍ以上約１９６．２μｍ以下のＮｉからなるＮｉ板を準備する。なお、Ｎｉ板の厚みが約４３．８μｍの場合、Ｎｉ板の厚みは、ＳＰＣＤの鋼板の厚みと一対のＮｉ板の厚みとの合計（約２０８７．６μｍ）の約２．１％になるように設定されている。同様に、Ｎｉ板の厚みが約１９６．２μｍの場合、Ｎｉ板の厚みは、ＳＰＣＤの鋼板の厚みと一対のＮｉ板の厚みとの合計（約２３９２．４μｍ）の約８．２％になるように設定されている。

そして、ＳＰＣＤの両表面に同一のＮｉ板を配置した状態で、圧延前の厚みに対する圧延後の厚みの割合が約６０％になるように、ＳＰＣＤの鋼板と一対のＮｉ板とを圧接する。これにより、約０．８４ｍｍ（Ｎｉ板の厚みが合計の厚みの約２．１％の場合）以上約０．９６ｍｍ以下（Ｎｉ板の厚みが合計の厚みの約８．２％の場合）の厚みを有し、Ｆｅ層の両表面上にＮｉ層が貼り合わされたＮｉ層／Ｆｅ層／Ｎｉ層のクラッド材を作製する。

そして、作製した約０．８４ｍｍ以上約０．９６ｍｍ以下の厚みを有するＮｉ層／Ｆｅ層／Ｎｉ層のクラッド材を約１０００℃の環境下で約３分間保持することによって、拡散焼鈍を行う。その後、圧延を行うことによって、約０．１ｍｍ以上約０．２５ｍｍ以下の厚みｔ３を有するリード材１を作製する。この際、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１および非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２は、共に、リード材１の厚みｔ３の約２．１％以上約８．２％以下になる。

そして、図３に示すように、リード材１の溶接側Ｎｉ層１１が二次電池２の正極端子２１のＮｉ層２１ｂの表面（負極端子２２のＮｉ層２２ｂの表面）に位置するように、リード材１を正極端子２１（負極端子２２）に配置する。なお、本実施形態では、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１と非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２とが略同一になるように構成しているので、リード材１の両表面のいずれか一方をＮｉ層２１ｂ（２２ｂ）の表面に配置すればよい。すなわち、Ｎｉ層２１ｂ（２２ｂ）の表面に配置された側の層が溶接側Ｎｉ層１１になり、Ｎｉ層２１ｂ（２２ｂ）の表面に配置された側と反対側の層が非溶接側Ｎｉ層１２になる。そして、リード材１の非溶接側Ｎｉ層１２側の表面上に、アルミナ分散銅からなり、約１ｍｍの直径を有する円柱状の抵抗溶接用の電極４ａを一対配置する。この際、一対の電極４ａを、距離Ｌ１（約４．５ｍｍ）を隔てて配置する。

この一対の電極４ａは、直流電流を交流電流に変換して一対の電極４ａに供給する電源装置４ｂに接続されており、一対の電極４ａと電源装置４ｂとによって直流インバータ式抵抗溶接機４が構成されている。

ここで、本実施形態では、一対の電極４ａをリード材１の非溶接側Ｎｉ層１２に約７８．５Ｎの力で押し付けながら、電極４ａに約３．５ｋＡの電流を約０．００４秒（４ｍ秒）流す。これにより、一対の電極４ａ付近のリード材１と二次電池２の正極端子２１（負極端子２２）とに電流が流れる際に、リード材１と正極端子２１（負極端子２２）とは、各々が有する電気抵抗により発熱する。この結果、溶接側Ｎｉ層１１とＮｉ層２１ｂ（２２ｂ）とが溶融することによって、リード材１と正極端子２１（負極端子２２）とが溶接される。

そして、電極４ａをリード材１の非溶接側Ｎｉ層１２から離すことによって、リード材１の正極端子２１（負極端子２２）への溶接が終了する。

本実施形態では、上記のように、リード材１として、溶接側Ｎｉ層１１と非溶接側Ｎｉ層１２とＦｅ層１０とからなる３層（Ｎｉ層／Ｆｅ層／Ｎｉ層）のクラッド材を用いることによって、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いる場合と異なり、水分やＮｉ以外の不純物が含まれるＮｉめっき槽を用いて非溶接側Ｎｉ層１２を形成していないので、溶接される側とは反対側に配置される非溶接側Ｎｉ層１２に水分やＮｉ以外の不純物が残存するのを抑制することができる。これにより、水分やＮｉ以外の不純物が溶接の際の高熱によりガス化するのを抑制することができるので、リード材１を正極端子２１または負極端子２２に溶接する際に非溶接側Ｎｉ層１２と溶接に用いられる一対の電極４ａとが反応することに起因して、非溶接側Ｎｉ層１２に異物が残存するのを抑制することができる。また、溶接側Ｎｉ層１１および非溶接側Ｎｉ層１２をリード材１として用いるクラッド材の表面に配置することができるので、リード材１の表面にＮｉ−Ｆｅ合金などを配置する場合と比べて、リード材１の耐食性を向上させることができる。また、Ｎｉのみからなるリード材と比べて、リード材１は、Ｎｉよりも安価な鉄を有するＦｅ層１０を基材としているので、安価にリード材１を作製することができる。

また、本実施形態では、上記のように、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１をリード材１の厚みｔ３の約２．１％以上約８．２％以下にすることによって、リード材１を正極端子２１または負極端子２２に溶接した際に、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いた場合と同程度以上の接合強度を得ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１をリード材１の厚みｔ３の約３．１％以上約７．５％以下にすることによって、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いた場合と比べて、リード材１を正極端子２１または負極端子２２に溶接した際の接合強度を確実に確保することができる。

また、本実施形態では、上記のように、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１を、２．１μｍ以上２０．５μｍ以下にすることによって、リード材１の厚みｔ３が０．１ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下の場合において、リード材１を正極端子２１または負極端子２２に溶接した際に、リード材としてＮｉがめっきされた材料を用いた場合と同程度以上の接合強度を得ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１と非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２とを略等しくすることによって、リード材１を正極端子２１または負極端子２２に溶接する際に、溶接側Ｎｉ層１１と非溶接側Ｎｉ層１２とを区別する必要がない。これにより、容易に、リード材１を正極端子２１または負極端子２２に溶接することができる。

また、非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２をリード材１の厚みｔ３の約２．１％以上約８．２％以下にすることによって、より確実に、非溶接側Ｎｉ層１２に異物が残存するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１を、正極端子２１のＮｉ層２１ｂの表面（負極端子２２のＮｉ層２２ｂの表面）に溶接することによって、同一のＮｉ元素を含む溶接側Ｎｉ層１１とＮｉ層２１ｂ（２２ｂ）とを溶接することができるので、互いに他の元素からなる層同士を溶接する場合と比べて、より接合強度を向上させることができるとともに、容易に溶接することができる。

（本実施形態の変形例）
上記実施形態では、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１と非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２とを略等しくした例を示したが、上記実施形態の変形例として、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１と非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２とを異ならせてもよい。この場合、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１は、リード材１の厚みｔ３の約２．１％以上約８．２％以下である一方、非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２は、リード材１の厚みｔ３の約２．１％未満であってもよいし、リード材１の厚みｔ３の約８．２％よりも大きくてもよい。ここで、非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２は、非溶接側Ｎｉ層１２の表面上に異物が残存するのをより確実に抑制するために、リード材１の厚みｔ３の約１．３％以上約８．４％以下であるのがより好ましい。

[実施例]
次に、図２〜図１１を参照して、本実施形態による効果を確認するために行った接合強度評価試験、電極溶着評価試験および耐食性評価試験に関する確認実験について説明する。

以下に説明する接合強度評価試験および電極溶着評価試験では、本実施形態のリード材１に対応する試験材１〜７として、上記した本実施形態のリード材１の溶接方法を用いて、０．１ｍｍの厚みｔ３（図２参照）を有するとともに、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１（非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２：図２参照）を異ならせたリード材１を複数作製した。この際、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１と非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２とが同一になるように各々のリード材１を作製した。

具体的には、図５および図７に示すように、試験材１のリード材１では、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１（非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２）を１．３μｍ（リード材１の厚みｔ３（０．１ｍｍ）の１．３％）にした。また、試験材２のリード材１では、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１（非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２）を２．１μｍ（リード材１の厚みｔ３の２．１％）にした。

また、試験材３のリード材１では、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１（非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２）を３．１μｍ（リード材１の厚みｔ３の３．１％）にした。また、試験材４のリード材１では、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１（非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２）を５．２μｍ（リード材１の厚みｔ３の５．２％）にした。

また、試験材５のリード材１では、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１（非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２）を７．５μｍ（リード材１の厚みｔ３の７．５％）にした。また、試験材６のリード材１では、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１（非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２）を８．２μｍ（リード材１の厚みｔ３の８．２％）にした。

また、試験材７のリード材１では、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１（非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ２）を８．４μｍ（リード材１の厚みｔ３の８．４％）にした。

一方、本実施形態のＮｉ層／Ｆｅ層／Ｎｉ層のクラッド材からなるリード材１と比較するための試験材８として、Ｆｅ層１０の両表面上に形成される溶接側Ｎｉ層１１１および非溶接側Ｎｉ層１１２（図４参照）がＮｉのめっき層であるリード材１０１（図４参照）を作製した。すなわち、リード材１０１はＮｉめっき材からなる。この際、リード材１０１の厚みを０．１ｍｍにするとともに、溶接側Ｎｉ層１１１および非溶接側Ｎｉ層１１２の厚みを２．５μｍにした。

そして、リード材１（１０１）の溶接側Ｎｉ層１１（１１１）が低炭素鋼からなる溶接母材５（図４参照）の表面に位置するように、リード材１を溶接母材５に配置した状態で、電極４ａ（図３参照）をリード材１（１０１）の非溶接側Ｎｉ層１２（１１２）に７８．５Ｎの力で押し付けながら、電極４ａに３．５ｋＡの電流を０．００４秒流した。これにより、作製した試験材１〜８のリード材１（１０１）を、それぞれ、溶接母材５に抵抗溶接により溶接した。

なお、本評価試験（接合強度評価試験および電極溶着評価試験）では、上記実施形態における正極端子２１および負極端子２２の代わりに、接合強度を向上させるためのＮｉ層２１ｂおよび２２ｂ（図２参照）を有さない溶接母材５を用いて評価試験を行った。これは、本評価試験において、接合強度が向上するＮｉ層２１ｂおよび２２ｂを設けない状態で後述する基準強度以上の接合強度を得る条件を求めるためである。

（接合強度評価試験）
次に、接合強度評価試験について説明する。この接合強度評価試験では、図４に示すように、抵抗溶接された試験材１〜８のリード材１（１０１）と溶接母材５とを、互いに反対の方向に１０ｍｍ／分の速度で引っ張り、溶接箇所が破断した際の引張強度を接合強度として求めた。

なお、接合強度評価試験においては、試験材２〜６が本実施形態の実施例に対応する一方、試験材１、７および８が比較例に対応している。

なお、接合強度評価試験では、従来から用いられている試験材８（比較例）の接合強度を基準強度として判断した。すなわち、試験材８の接合強度（図５に示す１２６．５Ｎ）以上の接合強度を有する場合には、十分な接合強度がある（一重丸判定）と判断する一方、試験材８の接合強度未満の接合強度を有する場合には、十分な接合強度ではない（バツ判定）と判断した。さらに、試験材８の接合強度（１２６．５Ｎ）よりも５０Ｎ大きい１７６．５Ｎ以上の接合強度を有する場合には、より好ましい接合強度である（二重丸判定）と判断した。

図５および図６に示した接合強度評価試験の結果としては、試験材１（比較例）では、接合強度は６９．６Ｎになるとともに、試験材７（比較例）では、接合強度は１２１．６Ｎになり、試験材８の接合強度（１２６．５Ｎ）未満の接合強度になった。一方、試験材２〜６（実施例）では、接合強度は１２８．５Ｎ（試験材２）以上２２１．６Ｎ以下（試験材６）になり、試験材８の接合強度（１２６．５Ｎ）以上の接合強度になった。これにより、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１がリード材１の厚みｔ３の２．１％（試験材２）以上８．２％（試験材６）以下の場合には、試験材８（比較例）と同程度以上の接合強度を得ることができることが確認できた。

また、試験材３〜５（実施例）では、接合強度は１７６．５Ｎ（試験材３）以上２２１．６Ｎ以下（試験材４）になり、１７６．５Ｎ以上の接合強度になった。これにより、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１がリード材１の厚みｔ３の３．１％（試験材３）以上７．５％（試験材５）以下の場合には、試験材８（比較例）よりも５０Ｎ以上大きい接合強度が得られるのが確認できた。また、試験材４（実施例）において、接合強度が極大（２２１．６Ｎ）になった。これにより、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１がリード材１の厚みｔ３の５．２％の場合には、最も接合強度が大きくなることが確認できた。

なお、試験材４（溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１が５．２μｍ）において接合強度が極大になったのは、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１が５．２μｍよりも小さい場合（試験材１〜３）には、溶接に寄与する溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１が小さく溶接に寄与するＮｉの量が少ないため、試験材４と比べて、接合強度が小さくなったと考えられる。また、溶接側Ｎｉ層１１のＮｉは、Ｆｅ層１０と比べて、電気抵抗率が小さいとともに、熱伝導率が大きい。したがって、溶接側Ｎｉ層１１の厚みｔ１が５．２μｍよりも大きい場合（試験材５〜７）には、抵抗溶接の際に、流れる電流に起因する発熱が小さいとともに、発生した熱が溶接側Ｎｉ層１１の全体に伝わりやすいと考えられる。このため、試験材５〜７では、試験材４と比べて、抵抗溶接に用いられる熱量が小さくなることにより、溶接による接合強度が小さくなったと考えられる。

（電極溶着評価試験）
次に、電極溶着評価試験について説明する。この電極溶着評価試験では、抵抗溶接による溶接後において、図４に示す電極４ａ（図３参照）が配置されていた試験材１〜８の電極配置位置６における非溶接側Ｎｉ層１２（１１２）の表面上を電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）によって分析し、電極４ａに含まれるＣｕの溶着の有無を確認した。具体的には、試験材１〜８の電極配置位置６内の任意の直線上における非溶接側Ｎｉ層１２（１１２）の表面上のＣｕの濃度を分析し、Ｃｕの濃度が７３．５％以上である測定位置が存在する場合には、Ｃｕの溶着がある（有判定）と判断した。一方、Ｃｕの濃度が７３．５％以上である測定位置が存在しない場合には、Ｃｕの溶着がない（無判定）と判断した。

なお、電極溶着評価試験においては、試験材１〜７が本実施形態の実施例に対応する一方、試験材８が比較例に対応している。

図７に示した電極溶着評価試験の結果としては、Ｎｉ層／Ｆｅ層／Ｎｉ層のクラッド材からなるリード材１の試験材１〜７（実施例）のいずれにおいても、Ｃｕの溶着は確認されなかった。たとえば、図８に示す試験材３（非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ１が３．１μｍ）の電極配置位置６における非溶接側Ｎｉ層１２の表面上においては、最大でも１０％程度の濃度のＣｕの溶着しか確認できず、Ｃｕの濃度が７３．５％以上である測定位置は存在しなかった。これにより、非溶接側Ｎｉ層１２の厚みｔ１がリード材１の厚みｔ３の１．３％（試験材１）以上８．４％（試験材７）以下の場合には、電極４ａの溶着がないことが確認できた。

一方、非溶接側Ｎｉ層１１２がＮｉのめっき層からなるリード材１０１の試験材８（比較例）では、図９に示すように、電極配置位置６における非溶接側Ｎｉ層１１２の表面上の１．１ｍｍから１．５ｍｍの間の測定位置において、９０％程度の濃度のＣｕの溶着が確認された。これにより、Ｃｕの濃度が７３．５％以上である測定位置が存在するため、非溶接側Ｎｉ層１１２がＮｉのめっき層からなるリード材１０１では、電極４ａの溶着が生じることが確認できた。これにより、Ｎｉ層／Ｆｅ層／Ｎｉ層のクラッド材からなるリード材１を用いることによって、抵抗溶接する際に、リード材１の非溶接側Ｎｉ層１２と、アルミナ分散銅からなる抵抗溶接用の電極４ａとが反応するのを抑制することができることが確認できた。

（耐食性評価試験）
最後に、確認実験として行った耐食性評価試験について説明する。この確認実験では、Ｎｉからなる板材と、Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる板材との耐食性の評価を行った。具体的には、Ｎｉからなる板材、５０％のＦｅを含むＮｉ−５０Ｆｅ合金からなる板材、５８％のＦｅを含むＮｉ−５８Ｆｅ合金からなる板材、６２％のＦｅを含むＮｉ−６２Ｆｅ合金からなる板材および６４％のＦｅを含むＮｉ−６４Ｆｅ合金からなる板材を試験材として用いて耐食性評価試験を行った。耐食性評価試験は、ＪＩＳＺ２３７１の「塩水噴霧試験方法」に準じて、３５℃の温度条件下で、５％（５０ｇ／Ｌ）ＮａＣｌ水溶液を２４時間連続的に試験材に噴霧することによって行った。そして試験後の試験材の腐食状態を観察することによって試験材の耐食性を評価した。なお、腐食状態は、図１０に示す腐食面積割合の判断基準（ＪＩＳレイティングナンバ）を参照して、一定面積に対する腐食面積の割合を基準に判断した。

図１１に示した耐食性評価試験の結果としては、Ｎｉからなる板材では、腐食面積割合が０．０２％となり、あまり腐食していないことが確認された。一方、Ｎｉ−５０Ｆｅ合金からなる板材、Ｎｉ−５８Ｆｅ合金からなる板材およびＮｉ−６２Ｆｅ合金からなる板材では、腐食面積割合が０．５％となるとともに、Ｎｉ−６４Ｆｅ合金からなる板材では、腐食面積割合が０．２５％であった。この結果、Ｎｉ−５０Ｆｅ合金、Ｎｉ−５８Ｆｅ合金、Ｎｉ−６２Ｆｅ合金およびＮｉ−６４合金からなる板材は、Ｎｉからなる板材に比べて、少なくとも１０倍以上腐食しやすいことが確認できた。これにより、図２に示すように、Ｎｉからなる溶接側Ｎｉ層１１およびＮｉからなる非溶接側Ｎｉ層１２をリード材１の表面に配置することによって、リード材の表面にＮｉ−Ｆｅ合金が配置される場合と比べて、耐食性を向上させることができることが確認できた。

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、リード材１を、携帯電話機用の二次電池２の正極端子２１および負極端子２２に抵抗溶接により溶接するリード材に適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１２に示すように、本実施形態のリード材１（本発明のリード用クラッド材）を、ノートパソコン用の二次電池７を構成する３つの二次電池８の正極端子８１と負極端子８２とに抵抗溶接により溶接するリード材に適用してもよい。この適用例では、リード材１は、３つの二次電池８の正極端子８１と負極端子８２とを互いに接続するように溶接されているとともに、ノートパソコン用の二次電池７と保護回路３とを接続するように溶接されている。なお、二次電池８は、本発明の「電池」の一例であり、正極端子８１および負極端子８２は、本発明の「端子」の一例である。また、上記した適用例以外の適用例として、本発明のリード用クラッド材を、一次電池の端子に溶接するリード材に適用してもよい。

また、上記実施形態では、リード材１の厚みｔ３が約０．１ｍｍ以上約０．２５ｍｍ以下である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、リード材の厚みは、約０．１ｍｍ未満であってもよいし、約０．２５ｍｍより大きくてもよい。この場合においても、溶接側Ｎｉ層（第１Ｎｉ層）の厚みは、リード用クラッド材の厚みの約２．１％以上約８．２％以下である必要がある。

また、上記実施形態では、リード材１を、Ｆｅ層１０の両表面上に、それぞれ、溶接側Ｎｉ層１１と非溶接側Ｎｉ層１２とを貼り合わせることによって形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、リード材の溶接される付近にのみ、溶接側Ｎｉ層と非溶接側Ｎｉ層とを貼り合わせることによって、溶接される付近にのみ３層のクラッド材からなるようにリード材を構成してもよい。

また、上記実施形態では、リード材１のＦｅ層１０としてＳＰＣＤ（深絞り用の冷間圧延鋼板）を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Ｆｅ層としてＳＰＣＣ（一般用の冷間圧延鋼板）や熱間圧延鋼板などの他のＦｅ材料を用いてもよい。

Claims

電池（２）の端子（２１、２２）に溶接されるリード用クラッド材（１）であって、
前記電池の端子に対して溶接される側に配置される第１Ｎｉ層（１１）と、
前記溶接される側とは反対側に配置される第２Ｎｉ層（１２）と、
前記第１Ｎｉ層と前記第２Ｎｉ層とに挟まれるように配置されるＦｅ層（１０）とを備え、
前記第１Ｎｉ層の厚みは、前記第１Ｎｉ層、前記第２Ｎｉ層および前記Ｆｅ層からなる前記クラッド材の厚みの２．１％以上８．２％以下である、リード用クラッド材。
前記第１Ｎｉ層の厚みは、前記クラッド材の厚みの３．１％以上７．５％以下である、請求項１に記載のリード用クラッド材。
前記第１Ｎｉ層の厚みは、２．１μｍ以上２０．５μｍ以下である、請求項１または２に記載のリード用クラッド材。
前記第１Ｎｉ層の厚みと前記第２Ｎｉ層の厚みとは略等しい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のリード用クラッド材。
前記第２Ｎｉ層の厚みは、前記クラッド材の厚みの１．３％以上８．４％以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリード用クラッド材。
前記第１Ｎｉ層は、Ｎｉ層を含む前記電池の端子の前記Ｎｉ層（２１ｂ、２２ｂ）の表面に溶接されるように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のリード用クラッド材。
第１Ｎｉ層（１１）と、第２Ｎｉ層（１２）と、前記第１Ｎｉ層と前記第２Ｎｉ層とに挟まれるように配置されるＦｅ層（１０）とを含み、前記第１Ｎｉ層の厚みが前記第１Ｎｉ層、前記第２Ｎｉ層および前記Ｆｅ層からなるクラッド材（１）の厚みの２．１％以上８．２％以下である前記クラッド材を電池（２）の端子（２１、２２）に抵抗溶接するリード用クラッド材の溶接方法であって、
前記第１Ｎｉ層が前記電池の端子側に位置するように、前記クラッド材を前記電池の端子に配置する工程と、
前記電池の端子が位置する側とは反対側の前記第２Ｎｉ層側に抵抗溶接用の電極（４ａ）を配置した状態で、前記電極に電気を流すことによって、前記第１Ｎｉ層を前記電池の端子に抵抗溶接する工程とを備える、リード用クラッド材の溶接方法。
前記第１Ｎｉ層の厚みは、前記クラッド材の厚みの３．１％以上７．５％以下である、請求項７に記載のリード用クラッド材の溶接方法。