JPH10146679A

JPH10146679A - 異種材料の電気抵抗溶接方法

Info

Publication number: JPH10146679A
Application number: JP8301933A
Authority: JP
Inventors: Junji Otobe; 潤二乙部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】高電気伝導性を有するシート状の第１の金属部
材およびこの第１の金属部材より電気伝導性の低い第２
の金属部材の異種材料どうしを容易にかつ強固に接合で
きる異種材料の電気抵抗溶接方法を提供する。【解決手段】本発明の異種材料の電気抵抗溶接方法は、
第２の金属部材はその一部が折り重ねられた折り重ね部
３１をもち第１の金属部材の一側端部２１をこの折り重
ね部３１に挿着し、１対の電気溶接接点４０ａ、４１ａ
で第１の金属部材の一側端部２１が挿着されたこの折り
重ね部３１を挟持して通電し、第１の金属部材と第２の
金属部材とを溶接することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電気伝導性を有
するシート状の金属部材とこの金属部材より電気伝導性
の低い金属部材とを接合する異種材料の電気抵抗溶接方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話や携帯ビデオカメラ、ノ
ートパソコン等の携帯用電気機器の普及に伴い、電源と
なる電池の大容量化、高エネルギー密度化のニーズが急
速に高まっている。そのような中で鉛やニッカドに代わ
る新しい２次電池として、リチウム２次電池が注目を集
めている。これは、同容量の鉛電池やニッカド電池に比
べ３〜４倍の高い重量エネルギー密度を持つため、先述
した高密度化のニーズに最適である。

【０００３】この電池は、一般的に、金属の密閉された
電池ケースの中に正負極の電極を対向して配置させた構
成となっており、電流は電極につながったリードから電
池ケースを介して取り出されている。また、電池ケース
には、電解液等の化学薬品に対する耐食性が良いことと
強度の必要性からステンレス鋼が用いられることが多
い。一方、電池ケースに接続される負極リードには、耐
電食性と高導電率の必要性から銅が用いられることが多
い。このため、異種材料からなるリードと電池ケースを
溶接等で接続する必要があった。

【０００４】このように、高電気伝導性を有するシート
状の第１の金属部材およびこの第１の金属部材より電気
伝導性の低い第２の金属部材の異種材料どうしを容易に
かつ強固に接合する方法が求められていた。一方、２枚
のシート状の金属部材を溶接する方法として、２枚のシ
ート状の金属部材を重ね合わせ、１対の電極を用いて互
いに近接する方向に加圧された状態で通電することによ
りこれらの金属部材を溶接する電気抵抗溶接方法があ
る。この方法は、通電で金属部材間の接触抵抗によって
高温の熱を発生させ、この高熱により電気溶接接点で金
属部材どうしを溶融して溶接する方法で、１対の溶接電
極をもつ電気抵抗溶接機等を用いて行うことができ、容
易に２種の板状の金属部材を強固に接合することができ
る。

【０００５】しかし、一方の金属部材が高熱伝導性を有
する場合、従来の電気抵抗溶接方法では、金属部材間の
接触抵抗によって発生した熱はこの高熱伝導性の金属部
材を伝わって発散してしまい、溶接熱の集中性が悪くな
るなどして溶接が不安定になり、溶接後に溶接が外れて
しまう問題があった。特に、前述の銅からなるリードと
ステンレスからなる電池ケースの溶接においては、銅の
熱伝導性が非常に良好であるため顕著であり、電池の使
用中に溶接が外れて電流が取り出せなくなってしまう問
題が生じている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、高電気伝導性を有するシート
状の第１の金属部材およびこの第１の金属部材より電気
伝導性の低い第２の金属部材の異種材料どうしを容易に
かつ強固に接合できる異種材料の電気抵抗溶接方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、第２の金属
部材にその一部が折り重ねられた折り重ね部をもたせ、
第１の金属部材の一側端部をこの折り重ね部に挿着し、
続いて１対の電気溶接接点で第１の金属部材の一側端部
が挿着されたこの折り重ね部を挟持して通電することに
より、第１の金属部材と第２の金属部材とを容易にかつ
強固に溶接することができることを見出し、本発明に至
ったものである。

【０００８】即ち、本発明の異種材料の電気抵抗溶接方
法は、高電気伝導性を有するシート状の第１の金属部材
と前記第１の金属部材より電気伝導性の低い第２の金属
部材とを接合する異種材料の電気抵抗溶接方法であっ
て、前記第２の金属部材はその一部が折り重ねられた折
り重ね部をもち前記第１の金属部材の一側端部を該折り
重ね部に挿着し、１対の電気溶接接点で該第１の金属部
材の一側端部が挿着された該折り重ね部を挟持して通電
し、該第１の金属部材と該第２の金属部材とを接合する
ことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の異種材料の電気抵抗溶接
方法では、第１の金属部材の一側端部が第２の金属部材
の折り重ね部に挿着された状態で、１対の電気溶接接点
で挟持されて通電されることにより溶接される。その実
施形態は以下のとおりである。まず、第１の金属部材
は、高電気伝導性を有するシート状の金属部材である
が、その材質については特に限定されるものではなく、
一般的に電気伝導率が高いと言われ、また工業的に広く
使われている鉄、銅、アルミニウム等の単体金属、もし
くは合金等を材料とする金属部材を用いることができ
る。

【００１０】また、第１の金属部材の構造については特
に限定されるものではなく、箔状の金属材が複数積層さ
れたものでも用いることができる。さらに、この第１の
金属部材は、表面に該金属部材より電気伝導性の低い皮
膜をもつものでもよい。次に、第２の金属部材は、第１
の金属部材より電気伝導性の低い金属部材であり、第１
の金属部材の材質によりその種類が限られてくる。しか
しながら、第１の金属部材と第２の金属部材との組み合
わせは特に限定されるものではなく、第２の金属部材が
第１の金属部材より電気伝導性の低い金属部材であれ
ば、第１の金属部材の熱伝導性等に関係なく任意にその
組み合わせを選択できる。例えば、第１の金属部材は銅
あるいは銅合金からなり、第２の金属部材はステンレス
鋼からなる場合であってもよい。

【００１１】また、この第２の金属部材はその一部が折
り重ねられて折り重ね部をもつが、この折り重ね部の形
状については特に限定されるものではなく、第１の金属
部材の一側端部の形状に応じて選択することができる。
このとき、第１の金属部材の一側端部が断面方形の形状
である場合、この折り重ね部の形状は断面コの字形状で
あることが望ましい。これにより、第１の金属部材の一
側端部が第２の金属部材の折り重ね部にすき間なく挿着
される。

【００１２】また、この折り重ね部の幅および長さは特
に限定されるものではなく、第１の金属部材の大きさ、
溶接部の大きさ、溶接部数等に応じて選択することがで
きる。また、第２の金属部材は弾性部材からなり、折り
重ね部は挿着された第１の金属部材の一側端部をバネ作
用で挟持することが望ましい。これにより、第１の金属
部材の一側端部が第２の金属部材の折り重ね部に強固に
挟持され、互いにずれないように固定することができ
る。特に、第１の金属部材が箔状の金属材が複数積層さ
れたものである場合、互いに近接する方向にバネ作用が
働き、ピンチで挟んだように固定だけでなく同時に加圧
もなされる。

【００１３】次に、通電手段としては、１対の溶接電極
をもつ電気抵抗溶接機等を用いて行うことができる。こ
のとき、抵抗溶接機としてはコンデンサ式抵抗溶接機等
を用いることができる。また、この溶接電極の形状、大
きさ等についても特に限定されるものではなく、溶接ス
ペース、溶接部の大きさ等に応じて選択することができ
る。また、一対の溶接電極はそれぞれ同じものを用いて
も良いし、異なるものであってもよい。

【００１４】

【作用】本発明の異種材料の電気抵抗溶接方法では、通
電により第２の金属部材の電気抵抗および第１の金属部
材と第２の金属部材の折り重ね部の２箇所の接触部での
接触抵抗によって高温の熱が発生する。この２箇所から
発生する高熱により溶接熱の集中性が良くなり、極めて
効果的に第１の金属部材と第２の金属部材とが電気溶接
接点で互いに溶融して溶接される。このため、第１の金
属部材と第２の金属部材とは２箇所で溶接されているた
め、接合が強固なものとなる。

【００１５】特に、第１の金属部材の一側端部を第２の
金属部材の折り重ね部に挿着された状態で溶接されるた
め、第１の金属部材と第２の金属部材とが強固に接合さ
れる。また、本発明の異種材料の電気抵抗溶接方法で
は、第１の金属部材と第２の金属部材間に電気抵抗の大
きい皮膜が介在している場合でも、電極間の電流は接触
抵抗により第１の金属部材を迂回して第２の金属部材中
を流れ、この第２の金属部材中を流れる電流の電気抵抗
によって高温の熱が発生する。この高熱により第１の金
属部材と第２の金属部材とが電気溶接接点で互いに溶融
して溶接される。

【００１６】さらに、第１の金属部材が箔状の金属材が
複数積層されたものであり、また第２の金属部材は弾性
部材からなるものであって折り重ね部は挿着された第１
の金属部材の一側端部をバネ作用で挟持する場合、固定
だけでなく同時に加圧もなされるため、通電するとき電
極で加圧する大きさを小さくでき、さらに容易に溶接す
ることができる。

【００１７】また、第１の金属部材は銅あるいは銅合金
からなり、第２の金属部材はステンレス鋼からなる組み
合わせの溶接は、前述した電池の形成におけるリードと
電池ケースとの組み合わせの溶接と同じものであり、こ
のような電池の部品の接続に本溶接方法を用いることが
できる。なお、リードと電池ケースの接続においては、
リードよりも電気伝導性の低いスペーサ等の金属部材を
用い、先にリードとこのスペーサを溶接し、次にスペー
サと電池ケースを溶接することにより、スペーサを介し
てリードと電池ケースを接続してもよい。

【００１８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。（実施例１）本実施例では、図１に示される円筒形リチ
ウムイオン二次電池の作製において、負極リードと電池
ケースとを接続するのに本発明を実施した。

【００１９】この円筒形リチウムイオン二次電池１は、
シート状の正極２と負極３とを間にセパレータ４を介在
させた状態で円筒形に巻き重ね、円筒形の電池ケース５
の中に収納して形成されるものである。正極２は、アル
ミニウム箔からなる集電体の両面にリチウムマンガン酸
化物等の正極活物質を塗布または蒸着等により結着した
もので、負極３は、銅の箔からなる集電体の両面に金属
リチウムまたはその合金を圧着したものである。電池ケ
ース５はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる。また
セパレータ４はポリエチレンまたはプリプロピレンから
なるものである。負極３には電流を取り出す負極リード
６がつながっており、負極リード６が電池ケース５の底
部に接続されている。正極２にも電流を取り出す正極リ
ード７がつながっており、正極リード７が電池の上面の
集電体に接続されている。

【００２０】この円筒形リチウムイオン二次電池１の形
成には、先ず、図２に示されるような所定サイズで厚さ
２０μｍの負極リード６をもつシート状の負極３とこの
負極３とほぼ同サイズの正極２とを１枚づつ用意し、そ
れぞれセパレータを介在させて交互に巻き重ね、図３に
示される円筒形の積層体１０を形成した。負極３につな
がった４本の負極リード５はそれぞれ一束に束ねられて
リード束２０となっており、そのリード束２０の一側端
部２１は負極リード５の積層構造となっている。

【００２１】続いて、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）か
らなり、コの字形状の折り重ね部３１をもつ厚さ５０μ
ｍのスペーサ３０を用意し、このリード束２０の一側端
部２１をスペーサ３０の折り重ね部３１に挿着し、コン
デンサ式抵抗溶接機を用いて１対の電気溶接接点で挟持
して通電し、リード束２０とスペーサ３０とを溶接し
た。図４に、リード束２０の一側端部２１がスペーサ３
０の折り重ね部３１に挿着された様子を示すとともに、
リード束２０の一側端部２１とスペーサ３０の折り重ね
部３１とが溶接電極４０、４１により一対の電気溶接接
点４０ａ、４１ａで挟持されて溶接される様子を示す。

【００２２】コンデンサ式抵抗溶接機の溶接電極４０、
４１はともにクロム銅製であり、そのサイズは、溶接電
極４０が直径３ｍｍ、先端角３０°、先端直径１ｍｍで
あり、対抗する溶接電極４１は直径５．５ｍｍ、先端角
４５°、先端直径３．５ｍｍである。このとき、通電出
力を２０Ｗ・Ｓとして通電した。続いて、図５に示され
るように、積層体１０を電池ケース５内に挿入し、厚さ
０．３ｍｍの電池ケース５の底部５１とスペーサ３０と
を重ね合わせた後、コンデンサ式抵抗溶接機を用いて溶
接電極４２、４３により電池ケース５の底部５１とスペ
ーサ３０とを溶接した。図６に、電池ケース５の底部と
スペーサ３０とが重ねられた様子をその拡大断面図で示
し、電池ケース５とスペーサ３０とが溶接電極４２、４
３により一対の電気溶接接点４２ａ、４３ａで挟持され
て溶接される様子を示す。このとき、電池ケース５の底
部５１とスペーサ３０を溶接電極４２、４３により両側
から加圧し、完全に固定した状態で通電して抵抗溶接し
た。なお、コンデンサ式抵抗溶接機の溶接電極４２、４
３として、溶接電極４２には溶接電極４０と同じものを
使用し、溶接電極４３にはクロム銅製の直径１０ｍｍの
溶接電極を使用した。このとき、通電出力を１７Ｗ・Ｓ
として通電した。（比較例１）図７に示すように、スペーサ３０を使用し
ないで、直接、リード束２０の一側端部２１と電池ケー
ス５の底部５１とを重ね、溶接電極４２、４３により一
対の電気抵抗溶接点４２ｂ、４３ｂで挟持して溶接する
以外は、実施例１と同様にしてリード束２０の一側端部
２１と電池ケース５とを溶接した。なお、このとき通電
出力を３０〜４０Ｗ・Ｓとして通電した。（品質評価）まず、実施例１および比較例１の溶接部分
について、顕微鏡を用いて溶接状態の観察をおこなっ
た。本溶接状態の観察では、表面観察により、溶接部表
面に発生するくぼみ、表散り、割れを評価した。また、
溶接部分を断面カットし、断面観察により、溶接部内部
に発生する中散り、ブローホール、割れ、板の浮き上が
りを評価し、そして品質評価においては、溶接強度を支
配するため最も重要とされるナゲットについての評価を
おこなった。

【００２３】実施例１の溶接部分については、表面観察
の結果より溶接部表面にはくぼみ、表散り、割れがほと
んど見られないことがわかり、また、断面観察により溶
接部内部には中散り、ブローホール、割れ、板の浮き上
がりがほとんど見られないことがわかった。さらに、ナ
ゲットについては、その断面部の顕微鏡写真を図８に、
その模式図を図９に示すように、リード束２０の一側端
部２１およびスペーサ３０の折り重ね部３１の積層中央
部にナゲット５０が形成されており、ナゲット５０を包
み込むようにスペーサ３０のステンレス成分が溶け込ん
でいることがわかる。このナゲット５０の観察結果よ
り、リード束２０の一側端部２１の積層部分が十分溶融
していることがわかる。これら溶接部分の表面観察およ
び断面観察により、実施例１の溶接部分の溶接状態が優
れていることがわかった。

【００２４】一方、比較例１の溶接部分については、表
面観察の結果より溶接部表面にはくぼみ、表散り、多く
見られることがわかり、また、断面観察により中散り、
ブローホール、板の浮き上がりが多く見られることがわ
かった。また図示しないが、ナゲットは径が小さく大き
さもばらつき、溶接強度は十分でないことがわかった。
これら溶接部分の表面観察および断面観察により、比較
例１の溶接部分の溶接状態は優れないことがわかった。

【００２５】次に、実施例１および比較例１の溶接部分
について溶接強度試験を実施した。本試験では、リード
束２０の一側端部２１の積層部分およびスペーサ３０の
折り重ね部３１の溶接強度を調べるため、それぞれ５つ
試料を作製し、引き剥がし法によってこれら５つの試料
の剥離強度を測定した。実施例１の溶接部分についての
測定結果を表１に示す。また、表１にナゲット残りの有
無とスパッタの状態についても併記した。

【００２６】

【表１】表１に示されるように、剥離強度は０．７２〜０．８５
ｋｇｆであることがわかった。スペーサ３０どうしの溶
接部分の剥離強度は０．７７〜０．８８ｋｇｆであるこ
とから、溶接強度が高いことがわかった。一方、比較例
１の溶接部分について剥離強度を測定したところ、表示
しないが、０．０７〜１．７７ｋｇｆであることがわか
り、溶接強度が不安定であることがわかった。また、ナ
ゲット残りの有無およびスパッタの状態についても良好
であることがわかった。

【００２７】以上の溶接状態の観察および溶接強度試験
により、実施例１の溶接は溶接品質として優れているこ
とがわかった。

【００２８】

【発明の効果】本発明の異種材料の電気抵抗溶接方法に
より、高電気伝導性を有するシート状の第１の金属部材
と第１の金属部材より電気伝導性の低い第２の金属部材
とを、容易にかつ強固に溶接することができるため、頑
丈な溶接物を製造できるようになり、また製造コストを
小さくすることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この図は、本実施例で用いた円筒形リチウムイ
オン二次電池の構造を示す斜視断面図である。

【図２】この図は、実施例１で用いたシート状の負極の
正面図である。

【図３】この図は、実施例１で用いた積層体の全体斜視
図を示す図である。

【図４】この図は、実施例１において、リード束の一側
端部がスペーサの折り重ね部に挿着された要部を示す要
部拡大図であり、リード束の一側端部とスペーサの折り
重ね部とが溶接される様子を示す図である。

【図５】この図は、実施例１において、電池ケースの底
部とスペーサとが重ね合わせられた様子を示す一部断面
図であり、電池ケースの底部とスペーサとを溶接してい
る様子を示す図である。

【図６】この図は、実施例１において、電池ケースの底
部とスペーサとが重ねられた様子を示す要部拡大断面図
であり、電池ケースの底部とスペーサとが溶接される様
子を示す図である。

【図７】この図は、比較例１において、リード束の一側
端部と電池ケースの底部とが重ねられた様子を示す要部
拡大断面図であり、リード束の一側端部と電池ケースの
底部とが溶接される様子を示す図である。

【図８】この図は、実施例１において、電池ケースの底
部とスペーサとの溶接部分の断面の様子を示す顕微鏡写
真である。

【図９】この図は、図８の顕微鏡写真を説明する模式図
である。

【手続補正書】

【提出日】平成９年１月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｂ２３Ｋ 103:22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高電気伝導性を有するシート状の第１の金
属部材と前記第１の金属部材より電気伝導性の低い第２
の金属部材とを溶接する異種材料の電気抵抗溶接方法で
あって、前記第２の金属部材はその一部が折り重ねられた折り重
ね部をもち前記第１の金属部材の一側端部を該折り重ね
部に挿着し、１対の電気溶接接点で該第１の金属部材の
一側端部が挿着された該折り重ね部を挟持して通電し、
該第１の金属部材と該第２の金属部材とを溶接すること
を特徴とする異種材料の電気抵抗溶接方法。
【請求項２】前記第１の金属部材は箔状の金属材が複数
積層されたものである請求項１に記載の異種材料の接合
方法。
【請求項３】前記第１の金属部材は、表面に該金属部材
より電気伝導性の低い皮膜をもつ請求項１に記載の異種
材料の接合方法。
【請求項４】前記第２の金属部材は断面コの字形状であ
る請求項１に記載の異種材料の接合方法。
【請求項５】前記第２の金属部材は弾性部材からなり、
折り重ね部は挿着された前記第１の金属部材の一側端部
をバネ作用で挟持する請求項１に記載の異種材料の接合
方法。
【請求項６】前記第１の金属部材は銅あるいは銅合金か
らなり、前記第２の金属部材はステンレス鋼からなる請
求項１に記載の異種材料の電気抵抗溶接方法。