CN115922047A - 超声波接合用焊头 - Google Patents

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Abstract

根据本公开，提供一种能够控制在超声波接合时产生的毛刺的高度的超声波接合用焊头。这里公开的超声波接合用焊头能够在规定的振动方向实现超声波振动，具备：基座部；台部，从基座部的上表面立起；以及压接部，由从台部的上表面突出的多个突起构成。构成压接部的多个突起形成为棱锥状或者棱锥台状而被排列，在俯视下，多个突起的排列部分的周缘的至少一部分为锯齿形状，该锯齿形状的部分沿着上述振动方向以及与上述振动方向垂直的方向的至少任一方形成。而且，基座部的上表面具有未形成台部的露出面。

Description

超声波接合用焊头
技术领域
本公开涉及超声波接合用焊头。
背景技术
以往，作为将金属部件彼此接合的方法之一，公知有超声波接合。例如，在专利文献1中公开了一种超声波接合用的焊头(horn)。该焊头在对被接合件进行加压的面具有多个突起，通过一边借助这些多个突起按压被接合件一边进行超声波振动来实现超声波接合。该突起是六棱锥形状，构成为其对置的一对面的对置方向相对于振动方向垂直。根据上述焊头，能够抑制毛刺的产生、飞散，并且能够减小突起的因磨损引起的形状变化。
另外，在专利文献2中公开了一种使金属部件彼此或者设置有电路等的金属电极与供电流流动的导线状的金属板直接接合的超声波接合工具。该超声波接合工具具备对多个金属部件进行按压的工具接合部，在该工具接合部中，在与金属部件接触的压接部设置有具备长方形的平面的四棱锥状的突起。该突起构成为朝向传递超声波振动的焊头扩展、且该突起的压接部的平面的长方形与超声波振动方向平行。由此，在进行超声波接合的工序中，能够长期实现稳定的接合。
专利文献1：日本专利申请公开第2007－330851号公报
专利文献2：日本专利申请公开第2018－69308号公报
在超声波接合中，在对被接合件按压了焊头的部位(接触部)的周围形成毛刺。毛刺因被接合件被焊头削除而产生，在接触部的周围无秩序地形成。若在被接合件形成了毛刺而不进行处理，则在具备该被接合件的电子设备等中，由于在毛刺剥离时可能作为异物而混入，所以可能成为电子设备等发生不良状况的原因。因此，一般毛刺通过清洗处理等而被除去。由于这样的追加的处理耗费成本、制造时间，所以不优选。
需要说明的是，本发明人研究对了在被接合件设置凹部并通过在该凹部进行超声波接合来将毛刺留在该凹部的内部。若能够将毛刺留在凹部，则通过利用其他部件封闭该凹部，能够省略毛刺的清洗处理等追加的处理。作为用于将毛刺留在凹部的内部的一个研究方向，期望开发控制毛刺的高度的机制。
发明内容
鉴于此，本公开是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够控制在超声波接合时产生的毛刺的高度的超声波接合用焊头。
为了实现上述目的，这里公开的超声波接合用焊头能够在规定的振动方向实现超声波振动，具备：基座部；台部，从上述基座部的上表面立起；以及压接部，由从上述台部的上表面突出的多个突起构成。构成上述压接部的上述多个突起形成为棱锥状或者棱锥台状而被排列，在俯视下，该多个突起的排列部分的周缘的至少一部分为锯齿形状，该锯齿形状的部分沿着上述振动方向以及与上述振动方向垂直的方向的至少任一方形成。而且，上述基座部的上表面具有未形成上述台部的露出面。
根据上述结构，由于俯视下的焊头的突起的排列部分的周缘具有锯齿形状的部分，所以超声波接合时产生的毛刺容易被向锯齿形状的谷部引导。另外，上述结构的焊头在基座部与压接部之间具备台部，在基座部存在未形成台部的露出面。由此，由于因超声波接合而产生的毛刺(特别是被向锯齿形状的部分的谷部引导了的毛刺)被该露出面从高度方向压制，所以能够控制毛刺的高度。
这里公开的焊头的优选的一个方式中，上述台部的周壁的至少一部分形成为波纹板状，该波纹板状的部分与上述多个突起的排列部分的周缘的上述锯齿形状的部分对应。由此，被向突起的排列部分的周缘的锯齿形状的部分的谷部引导了的毛刺能够顺畅地进入至台部的周壁的波纹板状的凹陷的空间。其结果是，可更适宜地控制毛刺的扩展，能够更高效地控制毛刺的高度。
另外，在这里公开的焊头的优选的一个方式中，在俯视下，形成于上述台部的周壁的上述波纹板状的部分的凹陷的部分形成为圆弧状。由此，由于难以形成前端锐利的毛刺，所以能够减少毛刺向焊头的扎刺，可更高效地控制毛刺。
另外，在这里公开的焊头的优选的一个方式中，上述多个突起以在该突起间不存在平坦的槽的方式相互邻接配置。由此，抑制毛刺进入至突起之间，能够更适宜地控制毛刺。
另外，在这里公开的焊头的优选的一个方式中，在俯视下，上述多个突起的排列部分的周缘不具有沿上述振动方向延伸的边以及沿与该振动方向垂直的方向延伸的边的任意一个。由此，可控制毛刺无秩序地扩展，可更适宜地控制毛刺的高度。
另外，在这里公开的焊头的优选的一个方式中，在俯视下，上述露出面设置于上述台部的整个周围。由此，在超声波接合部的周围的任何方向均可适宜地控制毛刺的高度。
另外，在这里公开的焊头的优选的一个方式中，上述基座部的上表面与上述台部的周壁的边界部分形成为斜坡状。由此，毛刺难以向露出面扎刺。
另外，在这里公开的焊头的优选的一个方式中，上述台部的从上述基座部的上表面起的高度T1与上述突起的从上述台部的上表面起的高度T2的比率为5：1～1：1。由此，能够更适宜地控制毛刺的高度。
附图说明
图1是示意性地表示一个实施方式所涉及的焊头的结构的立体图。
图2是示意性地表示一个实施方式所涉及的焊头的结构的俯视图。
图3是示意性地表示一个实施方式所涉及的焊头的结构的侧视图。
图4是示意性地表示变形例1所谁的焊头的结构的立体图。
图5是示意性地表示变形例1所涉及的焊头的结构的俯视图。
图6是示意性地表示变形例2所涉及的焊头的结构的侧视图。
图7A是表示端子部件的超声波接合前的结构的示意图。
图7B是示意性地表示超声波接合的工序的示意图。
图8是示意性地表示锂离子二次电池的结构的局部剖视图。
图9是表示图8的IX－IX剖面的剖视图。
图10是示意性地表示采用了使用一个实施方式所涉及的焊头制造出的端子部件作为锂离子二次电池的负极端子的外部端子时的结构的剖视图。
图11是示意性地表示在比较例1中使用的焊头的结构的俯视图。
图12A是表示实施例1的评价用端子部件的超声波接合部附近的形状的图像。
图12B是表示实施例1的评价用端子部件的剖面的形状的图表。
图13A是表示实施例2的评价用端子部件的超声波接合部附近的形状的图像。
图13B是表示实施例2的评价用端子部件的剖面的形状的图表。
图14A是表示比较例1的评价用端子部件的超声波接合部附近的形状的图像。
图14B是表示比较例1的评价用端子部件的剖面的形状的图表。
附图标记说明
10…锂离子二次电池；20…电极体；21…正极片材；21a…正极集电箔；21a1…未形成部；21b…正极活性物质层；22…负极片材；22a…负极集电箔；22a1…未形成部；22b…负极活性物质层；31、32…隔板片材；41…电池外壳；41a…外壳主体；41a1…开口；41b…盖；41b1…安装孔；42…正极端子；42a…正极的内部端子；42b…正极的外部端子；43…负极端子；43a…负极的内部端子；43a1…基部；43a2…连接片；43b…负极的外部端子；61…底面部；62、63…宽幅面部；64、65…窄幅面部；71…垫圈；71a…座部；71b…轴套(boss)部；71c…侧壁；72…绝缘体；72a…底壁；72b…孔；80…汇流条；82…焊接部；100、100A、100B…焊头；110…基座部；112…露出面；130…台部；131…上表面；132…周壁；132a…宽幅面；132b…窄幅面；134…波纹板部；136…斜坡部；150…压接部；152…突起；152a…上表面；152b…底面；152c…侧面；154…锯齿部(zigzag portion)；170…毛刺蓄积部；200…端子部件；210…第1部件；212…轴部；212a…端部；214…凸缘部；216…筒部；218…敛缝部(stud portion)；220…第2部件；221…表面；222…凹部；222a…底部；222b…侧周面；223…表面；224…凹部；224a…底部；224b…侧周面；225…隆起部；226…接触部；230…接合部；300…砧座；400…焊头；450…压接部；452…突起；452a…上表面；T1…台部的高度；T2…突起的高度；T3…凹部的深度；T4…隆起部的高度；W1…露出面的宽度。
具体实施方式
以下，对这里公开的超声波接合用焊头(以下，亦简称为“焊头”)的实施方式以及作为使用这里公开的焊头来适宜地制造的物品的一个例子而在二次电池中使用的端子部件进行说明。在本说明书中未特别提及的事项以外的事态中的实施所需的事态能够掌握为本领域技术人员基于该领域的现有技术的设计事项。这里公开的技术内容能够基于本说明书公开的内容和该领域中的技术常识来实施。
其中，各附图被示意性地描绘，尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并不反映实际的尺寸关系。另外，在以下说明的附图中，对起到相同作用的部件、部位标注相同的附图标记，重复的说明有时被省略或者简化。
在本说明书中，在将数值范围记载为A～B(这里A、B为任意的数值)的情况下，与一般的解释同样，是指A以上B以下(包括超过A但低于B的范围)。
在本说明书中，“二次电池”是指通过电荷载体经由电解质在一对电极(正极和负极)之间移动而发生充放电反应的全部蓄电设备。上述的二次电池除了锂离子二次电池、镍氢电池、镍镉电池等所谓的蓄电池之外，还包括双电层电容器等电容器等。
这里公开的焊头100的一个实施方式如图1～3所示。图1是示意性地表示焊头100的结构的立体图。图2是示意性地表示焊头100的结构的俯视图。图3是示意性表示焊头100的结构的侧视图。其中，在以下的说明中，附图中的附图标记F、B、L、R、U、D分别表示前、后、左、右、上、下。但是，这些说明只不过是方便的方向，完全不限定焊头100的设置方式。
如图1所示，焊头100具备基座部110、台部130以及压接部150。焊头100通过被安装于超声波振荡机(未图示)，能够在规定的方向进行超声波振动。由此，能够将超声波振动向被接合件传递，实现超声波接合。其中，在以下的说明中，将超声波振动的方向(以下，亦简称为“振动方向”)作为前后方向来进行说明。另外，在本说明书中，“俯视”与一般的解释同样，是从上侧(图中U侧)朝向下侧(图中D侧)观察焊头100时的视场，换言之，是指从压接部150侧朝向基座部110侧观察时的视场。
基座部110是与超声波振荡机连接的部分。如图2所示，这里，基座部110在俯视下具有矩形状的表面。从基座部110的表面(上表面)起立起形成有台部130。在俯视下，基座部110的上表面具有比台部130宽大的面积，具有未形成台部130的露出面112。在该实施方式中，基座部110形成为长方体状，但只要具有供台部130立起的上表面即可，基座部110的整体的形状不特别限定。另外，俯视下的基座部110的上表面的形状也不特别限定，例如能够是多边形状、圆状、椭圆状等。基座部110只要由以往焊头所使用的材质构成即可，例如能够使用超硬质合金、模具钢、高速钢等。
台部130是从基座部110的表面立起的部分，存在于基座部110与压接部150之间。如图2所示，在俯视下，台部130在比基座部110的表面狭小的面积范围形成。另外，在该实施方式中，在俯视下，台部130的上表面131具有比压接部150宽大的面积。这里，台部130的上表面131与基座部110的上表面平行。
如图2所示，在该实施方式中，台部130的外形是在俯视下在左右方向上具有长边的六边形状。在台部130的上表面131与基座部110的上表面之间形成有周壁132。周壁132具有朝向振动方向对置的一对宽幅面132a和4个窄幅面132b。
此外，台部130的外形的形状不特别限定，在俯视下，能够为多边形状、圆状、椭圆状等。其中，台部130能够由与基座部110相同的材质构成。另外，可以对台部130的会与被接合件接触的部分(例如台部130的上表面131)实施类金刚石(DLC)涂覆、氮化钛(TiN)涂覆等涂覆处理。由此，可降低构成被接合件的金属(例如铝)的凝附。另外，通过涂覆处理能够提高耐磨性。
压接部150由从台部130的上表面131突出的多个突起152构成。多个突起152被排列在台部130的上表面131。压接部150是被按压于被接合件的部分，向被接合件传递超声波振动。
如图1以及2所示，在该实施方式中，压接部150具备10个突起152。其中，突起152的数量只要为2个以上即可，例如可以为5个以上、8个以上、10个以上、12个以上。突起152的数量能够根据进行超声波接合的面积等来适当地变更，不特别设定上限。例如能够为100个以下、50个以下、20个以下。其中，突起152能够由与基座部110以及台部130相同的材质构成。另外，可以与台部130同样，对突起152实施上述的涂覆处理。
如图1～3所示，在该实施方式中，突起152形成为四棱锥台状。这里，突起152具备正方形的上表面152a、正方形的底面152b、以及形成于上表面152a与底面152b之间的4个侧面152c。上表面152a具有比底面152b狭小的面积。此外，突起152的形状并不限定于此，例如，能够为三棱锥状、四棱锥状、六棱锥状等棱锥状、三棱锥台状、六棱锥台状等棱锥台状。另外，多个突起152的形状可以不必全部为相同的形状。
如图2所示，在俯视下，在多个突起152的排列部分的周缘的至少一部分形成有成为锯齿形状的锯齿部154。在该实施方式中，由沿着与振动方向垂直的方向配置的三个突起152的底面152b形成锯齿部154。如图1以及2所示，典型的情况，锯齿部154具有将各顶点以直线连结的锯齿状的形状，但并不局限于此，例如也可以是对各顶点部分进行了圆弧加工的形状。
锯齿部154通过排列至少2个突起152来形成，但构成锯齿部154的突起152的数量不特别限定，例如也可以为3个以上、4个以上、5个以上。另外，构成锯齿部154的突起152的数量受台部130的上表面131的面积限制，虽不特别限定，但例如可为20个以下、15个以下、10个以下。
焊头100通过具备台部130、基座部110的露出面112，能够控制在超声波接合时产生的毛刺的高度。虽然其机理的详细情况不清楚，但可如以下那样推断。从焊头100的压接部150被按压于被接合件的部分产生毛刺，形成于其周围。通过从焊头100的压接部150向被接合件传递超声波振动，使得被接合件的表面被削除，毛刺一边向高度方向(上方向)以及水平方向伸长一边形成。这里，由于通过焊头100具有露出面112，使得在高度方向伸长了的毛刺与露出面112接触，所以能够压制毛刺向高度方向的伸长。由此，能够将毛刺的高度控制为从被接合件的表面至露出面112为止的高度。
另外，由于焊头100在多个突起152的排列部分的周缘具有锯齿部154，所以超声波接合时产生的毛刺容易被向锯齿部154的谷部引导。由此，能够抑制所产生的毛刺向水平方向扩展形成，因而毛刺容易向高度方向伸长。而且，向高度方向伸长了的毛刺容易被露出面112压制。其结果是，除了高度方向以外，还能够适宜地控制毛刺向水平方向无秩序地形成。
其中，在本说明书中，锯齿部154的谷部是指俯视下构成锯齿部154的突起152中的邻接的突起152间的空间。
优选锯齿部154在俯视下沿着振动方向(这里为前后方向)以及与振动方向垂直的方向(这里为左右方向)的至少任意一方形成，特别更优选沿着与振动方向垂直的方向形成锯齿部154。由于毛刺容易朝向振动方向产生，所以通过沿着与振动方向垂直的方向形成锯齿部154，能够更可靠地控制朝向振动方向产生的毛刺。
另外，优选在俯视下，多个突起152的排列部分的周缘不具有沿振动方向延伸的边以及沿与振动方向垂直的方向延伸的边的任何边。若为上述结构，则在振动方向以及与振动方向垂直的方向上，在突起152的侧面152c与被接合件接触之前，将突起152的上表面152a与底面152b相连的边(棱)与被接合件接触。由此，由于可抑制毛刺被突起152的侧面152c向振动方向笔直地推出，所以毛刺更容易被向锯齿部154的谷部引导。
超声波接合时产生的毛刺可被毛刺蓄积部170高效地蓄积。大致来说，毛刺蓄积部170是指露出面112的上部的空间中的直至台部130的高度T1为止的空间(参照图3)。其中，台部130的高度T1是指从基座部110的上表面(露出面112)起的高度。
优选毛刺蓄积部170的体积大于突起152整体(压接部150)的体积。可推测为通过超声波接合而产生的毛刺的体积是焊头100中的向被接合件进入的体积量。即，可推测为会产生突起152整体的体积量的毛刺。因此，通过毛刺蓄积部170的体积大于突起152整体的体积，能够更可靠地控制毛刺的高度。大体而言，毛刺蓄积部170的体积能够通过(露出面112的面积)×(台部130的高度T1)来求出。不过，体积的求法能够根据露出面112的形状、台部130的形状等来适当地变更。
台部130的高度T1与突起152(压接部150)的高度T2的比率例如能够为5：1～1：1，优选4：1～1：1，更优选3：1～1：1，例如能够为2：1～1：1。在台部130的高度T1过大于突起152的高度T2的情况下，刚度降低，台部130的耐久性可能降低。另外，在台部130的高度T1过小于突起152的高度T2的情况下，被露出面112压制的毛刺容易向水平方向延伸，会成为无秩序地扩展的毛刺，因而不优选。其中，突起152的高度T2是指从台部130的上表面131(突起152的底面152b)至突起152的上表面152a(在突起152为棱锥的情况下为顶点)的高度。
此外，虽不特别限定，但台部130的高度T1例如为0.1mm以上即可，能够为0.3mm以上。另外，台部130的高度T1的高度例如为1.5mm以下即可，能够为1mm以下、0.5mm以下。
在突起152的高度T2过低的情况下，突起152与被接合件的接触面积增加，被接合件的构成成分(例如铝)容易凝附于突起152。因此，突起152的高度T2例如为0.03mm以上即可，能够为0.1mm以上、0.2mm以上。另外，在突起152的高度T2过高的情况下，由于突起152的刚度降低，所以突起152的耐久性降低。因此，突起152的高度T2例如为0.3mm以下即可，能够为0.25mm以下。此外，由于突起152的高度T2能够根据被接合件的材质、厚度、超声波接合的条件来适当地变更，所以并不限定于上述数值范围。
如图1以及2所示，优选以在突起152之间不存在平坦的槽的方式相互邻接配置。换言之，以俯视下在突起152间看不到台部130的上表面131的方式邻接配置为突起152的底面152b相互不存在间隙。由此，能够减少毛刺进入至突起152之间的量，将毛刺更恰当地向锯齿部154的谷部引导。此外，突起152的配置并不局限于此，例如在突起152彼此之间也可以存在间隙(槽)。
如图2所示，在该实施方式中，俯视下在台部130的整个周围设置有基座部110的露出面112。换言之，台部130比基座部110的上表面的端部(外形)靠内侧形成。由此，在超声波接合部的周围的任何方向上均可恰当地控制毛刺的高度。
如图3所示，露出面112的宽度W1例如为突起152的高度T2的1/3倍以上即可，可以为突起152的高度T2的1/2倍以上、1倍以上、2倍以上或者4倍以上。由此，能够使毛刺更可靠地蓄积于毛刺蓄积部170中，可恰当地控制毛刺的高度。这里，露出面112的宽度W1是指从台部130的周壁132垂直地连结至露出面的外形时的距离，宽度W1能够按周壁132的各面(这里为宽幅面132a以及窄幅面132b)而不同。另外，露出面112的宽度W1不限制于上述的比率，能够根据台部130的高度T1来适当地变更。换言之，只要设计为毛刺蓄积部170的体积大于突起152整体(压接部150)的体积即可。
优选振动方向上的露出面112的宽度W1比与振动方向垂直的方向(图中为左右方向)的露出面112的宽度宽。由于毛刺会在振动方向上大量产生，所以若为该结构，则振动方向上的毛刺蓄积部170的体积变大，能够更可靠地控制毛刺。
以上，对这里公开的焊头的一个实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过是一个例子，除此之外也能够以各种方式实施。以下，作为焊头100的其他方式，对变形例1(焊头100A)以及变形例2(焊头100B)进行说明。
图4是示意性地表示焊头100A的结构的立体图。图5是示意性地表示焊头100A的结构的俯视图。在焊头100A中，在台部130的周壁132的至少一部分具有形成为波纹板状的波纹板部134。这里，在周壁132的宽幅面132a形成有波纹板部134。另外，该波纹板部134的形状与多个突起152的排列部分的周缘的锯齿部154对应。换言之，锯齿部154的谷部与台部130的周壁132的波纹板部134的凹陷部分的位置对应。由此，能够增大毛刺蓄积部170的体积。并且，若为上述结构，则由于被引导至锯齿部154的谷部的毛刺能够顺畅地进入至台部130的周壁132的波纹板部134的凹陷，所以毛刺被引导为沿高度方向(上方向)延伸。由此，由于毛刺容易向露出面112接触，所以可更高效地抑制毛刺的高度。其中，在本说明书中，“波纹板状”是包含锯齿形状的术语，包括由曲线构成的波状的形状。
在焊头100A中，俯视下形成于台部130的周壁132的波纹板部134的凹陷的部分形成为圆弧状。由此，超声波接合时难以形成锐利的毛刺，能够减少毛刺的扎刺。这里，在本说明书中，“圆弧状”不仅指精确的圆弧的形状，还包含不形成有棱那样的带圆角的形状(例如半椭圆状、弯曲状等)等。
此外，俯视下的波纹板部134的凹陷的形状并不限定于圆弧状，可以切口形成成三角状、四边形状、多边形状等。在焊头100A中，构成为在俯视下台部130的上表面131露出，但也可以使多个突起152的排列部分的周缘的锯齿部154的形状与台部130的周壁132的波纹板部134的形状完全对应以便不露出上述上表面131。
图6是示意性地表示焊头100B的结构的侧视图。在焊头100B中，台部130与基座部110的边界部分形成有斜坡状的斜坡部136。换言之，基座部110的上表面与台部130的周壁132的边界形成为带圆角。由此，由于在毛刺与露出面112接触时，毛刺的前端容易卷曲，所以可恰当地抑制毛刺向露出面112的扎刺。
以上，作为变形例而对焊头100A、100B进行了说明，但这些也只不过是实施方式的一个例子，并不限定这里公开的焊头的方式。另外，还能够将上述的实施方式的一部分置换为其他变形方式。例如，在焊头100、100A中，也可以形成为台部130与基座部110的边界部分的斜坡状。
以下，以在二次电池使用的端子部件的制造为一个例子，对这里公开的焊头的使用方法进行说明。
图7A以及7B是粗略地表示端子部件200所具备的第1部件210与第2部件220通过超声波接合而被接合的过程的示意图。图7A是表示超声波接合前的端子部件200的结构的示意图。图7B是表示超声波接合工序的示意图。
如图7A所示，端子部件200具备第1部件210和与第1部件210重叠的第2部件220。在该实施方式中，第1部件210由铜构成。第2部件220由铝构成。
在该实施方式中，第1部件210具有轴部212和从轴部212的一端向外径方向延伸的凸缘部214。第1部件210的设置有凸缘部214的一侧的端部212a为圆形状。凸缘部214在轴部212的周向上连续形成。凸缘部214的外缘相对于端部212a垂直形成。另外，在轴部212，在与设置有凸缘部214的一侧相反侧设置有作为被敛缝于其他部件的部位的筒部216。
在该实施方式中，第2部件220为板状。第2部件220在第1部件210侧的表面221具备收容第1部件210的凸缘部214的凹部222。凹部222具有与凸缘部214的外形形状对应的形状。凹部222的底部222a是与第1部件210的端部212a的形状对应的圆形状。凹部222的侧周面222b从底部222a朝向开口垂直形成。第2部件220在与第1部件210侧相反侧的表面223具备供焊头100抵接的凹部224。焊头100抵接到凹部224的底部224a。在该实施方式中，凹部224通过从表面223切口为长方体状而形成。凹部224的侧周面224b从底部224a朝向开口垂直形成。凹部224的深度T3被设定为高于焊头100的台部130的高度T1。其中，凹部224的深度T3是指从凹部224的底部224a至第2部件220的表面223为止的高度，这里，由于凹部224形成为长方体状，所以是指凹部224的侧周面224b的从底部224a起的高度。此外，凹部224的形状不特别限定，除了长方体状以外，例如还可以是切口为立方体状、半球状、圆柱状、三棱锥状、棱柱状、棱锥状、棱锥台状的形状等。
如图7A以及7B所示，在使第1部件210与第2部件220重叠的状态下实施超声波接合。焊头100被安装于超声波振荡机(未图示)。焊头100被按压于第2部件220的凹部224的底部224a。另一方面，从第1部件210的筒部216侧按压砧座300。由此，利用焊头100和砧座300从上下方向夹住第1部件210和第2部件220。而且，通过将超声波振荡机的超声波振动向焊头100传递，并利用焊头100一边对第2部件220进行加压、一边赋予超声波振动来将第1部件210与第2部件220接合，形成接合部230。
其中，由于超声波接合的各种条件根据被接合件(这里为第1部件210和第2部件220)的金属种类、尺寸、焊头100的形状等适当地设定，所以不特别限定。例如，在第1部件210为铜、第2部件220为铝的情况下，能够使振幅为20μm～50μm左右、频率为19kHz～21kHz左右、将焊头100向被接合件(第2部件220)按压的载荷为30N～200N、对被接合件赋予的能量为30J～200J左右。
如图7B所示，通过超声波接合形成毛刺蓄积而构成的隆起部225。由于焊头100的压接部150在超声波振动中向第2部件220加压而被按压，所以压接部150进入至第2部件220的凹部224的底部224a，在底部224a形成接触部226。接触部226成为模仿了压接部150中的进入至底部224a的部分的形状的凹陷。毛刺形成于接触部226的周围，但由于毛刺的高度被焊头100的露出面112控制，所以毛刺蓄积而构成的隆起部225的高度T4被控制为台部130的高度T1以下。由此，由于隆起部225的高度T4被控制为不超过凹部224的深度T3，所以能够将毛刺留在凹部224内。其中，隆起部225的高度T4是指从未被按压焊头100的凹部224的底部224a起的高度。
由于制造出的端子部件200能够将毛刺(隆起部225)留在凹部224内，所以通过以封闭凹部224的方式接合外部部件(例如汇流条)，能够不需要毛刺的清洗处理就使用于二次电池。以下，作为能够使用端子部件200的二次电池的一个例子，对锂离子二次电池10进行说明。
〈锂离子二次电池10〉
图8是示意性地表示锂离子二次电池10的结构的局部剖视图。在图8中，描绘了沿着大致长方体的电池外壳41的单侧的宽幅面使内部露出的状态。图8所示的锂离子二次电池10是所谓的密闭型电池。图9是表示图8的IX－IX剖面的剖视图。在图9中，示意性地描绘了沿着大致长方体的电池外壳41的单侧的窄幅面使内部露出的状态的局部剖视图。
如图8所示，锂离子二次电池10具备电极体20、电池外壳41、正极端子42以及负极端子43。
〈电极体20〉
电极体20在被绝缘膜(省略图示)等覆盖的状态下收纳于电池外壳41。电极体20具备作为正极构件的正极片材21、作为负极构件的负极片材22、以及作为隔板的隔板片材31、32。正极片材21、第1隔板片材31、负极片材22以及第2隔板片材32分别是长条的带状的部件。
对于正极片材21而言，在预先决定的宽度以及厚度的正极集电箔21a(例如铝箔)，除了以恒定的宽度设定于宽度方向的单侧的端部的未形成部21a1之外，在两面形成有包括正极活性物质的正极活性物质层21b。例如在锂离子二次电池中，正极活性物质是如锂过渡金属复合材料那样能够在充电时释放锂离子、在放电时吸收锂离子的材料。对于正极活性物质而言，一般除了锂过渡金属复合材料以外还可提出各种，不特别限定。
对于负极片材22而言，在预先决定的宽度以及厚度的负极集电箔22a(这里为铜箔)，除了以恒定的宽度设定于宽度方向的单侧的缘的未形成部22a1之外，在两面形成有包括负极活性物质的负极活性物质层22b。例如在锂离子二次电池中，负极活性物质是如天然石墨那样能够在充电时吸留锂离子、在放电时将充电时吸留的锂离子释放的材料。对于负极活性物质而言，一般除了天然石墨以外还可提出各种，不特别限定。
隔板片材31、32例如可使用具有所需的耐热性且电解质能够通过的多孔质的树脂片材。关于隔板片材31、32，也可提出各种，不特别限定。
这里，负极活性物质层22b的宽度例如形成得比正极活性物质层21b宽。隔板片材31、32的宽度比负极活性物质层22b宽。正极集电箔21a的未形成部21a1与负极集电箔22a的未形成部22a1在宽度方向相互朝向相反侧。另外，正极片材21、第1隔板片材31、负极片材22以及第2隔板片材32分别在长度方向对齐朝向，被依次重叠并卷绕。负极活性物质层22b以供隔板片材31、32夹装的状态覆盖正极活性物质层21b。负极活性物质层22b被隔板片材31、32覆盖。正极集电箔21a的未形成部21a1从隔板片材31、32的宽度方向的单侧突出。负极集电箔22a的未形成部22a1在宽度方向的相反侧从隔板片材31、32突出。
如图8所示，上述的电极体20成为沿着包括卷绕轴的一个平面的扁平的状态，以便能够收纳于电池外壳41的外壳主体41a。而且，在电极体20的卷绕轴的端部，在单侧配置正极集电箔21a的未形成部21a1，在相反侧配置负极集电箔22a的未形成部22a1。
〈电池外壳41〉
如图8所示，电池外壳41收纳电极体20。电池外壳41具有：外壳主体41a，具有一侧面开口的大致长方体的方形形状；和盖41b，安装于开口。在该实施方式中，在确保轻型化和所需的刚度的观点上，外壳主体41a和盖41b分别由铝或者以铝为主的铝合金形成。
〈外壳主体41a〉
外壳主体41a具有一侧面开口的大致长方体的方形形状。外壳主体41a具有大致矩形的底面部61、一对宽幅面部62、63(参照图9)、以及一对窄幅面部64、65。一对宽幅面部62、63分别从底面部61中的长边立起。一对窄幅面部64、65分别从底面部61中的短边立起。在外壳主体41a的一侧面形成有由一对宽幅面部62、63和一对窄幅面部64、65围成的开口41a1。
〈盖41b〉
盖41b被安装于由一对宽幅面部62、63(参照图9)的长边和一对窄幅面部64、65的短边围成的外壳主体41a的开口41a1。而且，盖41b的周缘部与外壳主体41a的开口41a1的缘接合。该接合例如基于无间隙的连续的焊接即可。该焊接例如能够通过激光焊接来实现。
在该实施方式中，在盖41b安装有正极端子42和负极端子43。正极端子42具备内部端子42a和外部端子42b。负极端子43具备内部端子43a和外部端子43b。内部端子42a、43a分别经由绝缘体72被安装于盖41b的内侧。外部端子42b、43b分别经由垫圈71被安装于盖41b的外侧。内部端子42a、43a分别延伸至外壳主体41a的内部。正极的内部端子42a与正极集电箔21a的未形成部21a1连接。负极的内部端子43a与负极集电箔22a的未形成部22a1连接。
在正极的内部端子42a中，耐氧化还原性的要求等级不高于负极。另外，在被要求的耐氧化还原性和轻型化的观点中，正极的内部端子42a(参照图8)例如能够使用铝。与此相对，在负极的内部端子43a中，耐氧化还原性的要求等级高于正极。在上述观点下，负极的内部端子43a例如能够使用铜。
如图8所示，电极体20的正极集电箔21a的未形成部21a1与负极集电箔22a的未形成部22a1被安装于内部端子42a、43a，该内部端子42a、43a分别安装于盖41b的长度方向的两侧部。电极体20以被安装于在盖41b安装的内部端子42a、43a的状态收纳于电池外壳41。此外，这里例示了卷绕型的电极体20。电极体20的构造并不限定于上述方式。电极体20的构造例如也可以是正极片材与负极片材隔着隔板片材交替层叠而成的层叠构造。另外，在电池外壳41内可以收纳有多个电极体20。
另外，电池外壳41可以一同收纳电极体20和未图示的电解液。作为电解液，能够使用使辅助盐(supporting salt)溶解于非水系溶剂而成的非水电解液。作为非水系溶剂的一个例子，可举出碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等碳酸酯系溶剂。作为辅助盐的一个例子，可举出LiPF6等含氟锂盐。
图10是示意性地表示采用了端子部件200作为负极端子43的外部端子43b时的结构的剖视图。如图10所示，盖41b具有用于安装端子部件200的安装孔41b1。安装孔41b1在盖41b的预先决定的位置贯通盖41b。在盖41b的安装孔41b1夹装垫圈71和绝缘体72来安装负极的内部端子43a和端子部件200。
这里，端子部件200如图10所示，第2部件220配置于盖41b的外侧。另外，第1部件210的轴部212经由垫圈71安装于安装孔41b1。筒部216在盖41b的内部被敛缝于负极的内部端子43a，在筒部216的前端形成敛缝部218。由此，可实现端子部件200与内部端子43a的导通。
〈垫圈71〉
如图10所示，垫圈71是安装于盖41b的安装孔41b1以及盖41b的外表面的部件。在该实施方式中，垫圈71具备座部71a、轴套部71b以及侧壁71c。座部71a是安装于盖41b的外表面的部位。座部71a具有配合盖41b的外表面而大致平坦的面。轴套部71b从座部71a的底面突出。轴套部71b具有以可被安装于盖41b的安装孔41b1的方式沿着安装孔41b1的内侧面的外形形状。轴套部71b的内侧面成为被安装第1部件210的轴部212的安装孔。侧壁71c从座部71a的周缘向上方立起。第2部件220被安装于由垫圈71的侧壁71c围成的部位。
垫圈71配置于盖41b与端子部件200之间，确保盖41b与端子部件200的绝缘。另外，垫圈71确保了盖41b的安装孔41b1的气密性。在上述观点下，只要使用耐药品性、耐久性优良的材料即可。在该实施方式中，垫圈71使用PFA。PFA是四氟乙烯与全氟烷氧基乙烯的共聚物(Tetrafluoroethylene-Perfluoroalkyl vinyl ether Copolymer)。此外，垫圈71所使用的材料并不限定于PFA。
〈绝缘体72〉
绝缘体72是在盖41b的安装孔41b1的周围被安装于盖41b的内侧的部件。绝缘体72具备底壁72a和孔72b。底壁72a是沿着盖41b的内侧面配置的部位。在该实施方式中，底壁72a是大致平板状的部位。底壁72a沿着盖41b的内侧面配置。孔72b是与垫圈71的轴套部71b内侧面对应设置的孔。绝缘体72由于配置于电池外壳41的内部，所以具备所需的耐药品性即可。在该实施方式中，绝缘体72使用PPS。PPS是聚苯硫醚树脂(Poly Phenylene SulfideResin)。此外，绝缘体72所使用的材料不限定于PPS。
负极的内部端子43a具备基部43a1和连接片43a2(参照图8以及图9)。基部43a1是被安装于绝缘体72的底壁72a的部位。连接片43a2从基部43a1的一端延伸，延伸至外壳主体41a内并与负极集电箔22a的未形成部22a1连接(参照图8以及图9)。
在该实施方式中，向安装孔41b1安装轴套部71b，并在盖41b的外侧安装垫圈71。接下来，端子部件200被安装于垫圈71。此时，第1部件210的轴部212被插通于垫圈71的轴套部71b，且在垫圈71的座部71a配置第2部件220。对于盖41b的内侧而言，在绝缘体72安装内部端子43a。而且，如图10所示，第1部件210的筒部216被向外径方向折弯，被敛缝于内部端子43a。为了使导通性提高，第1部件210的筒部216与内部端子43a可以局部通过焊接、金属接合而接合。
如图10所示，在端子部件200的第2部件220的上侧的表面223重叠有汇流条80作为外部部件的一个例子，该汇流条80通过焊接部82来接合。在该实施方式中，焊接部82通过激光焊接而形成。汇流条80被接合为将第2部件220的表面223的凹部224密闭。由此，由于能够将毛刺(隆起部225)密封在凹部224内，所以不进行毛刺的清洗就能够对二次电池使用端子部件200。其中，在该实施方式中，汇流条80由铝构成。通过使汇流条80与第2部件220为同种类的金属，从而导通性以及接合强度提高。此外，在该实施方式中，焊接了汇流条80，但也可以利用汇流条以外的外部部件来将凹部224密闭。
在该实施方式中，端子部件200具备的第1部件210为铜制，第2部件220为铝制，汇流条80为铝制，但不特别限定于此。第1部件210、第2部件220以及汇流条分别例如可以由铜、以铜为主体的合金、铝、以铝为主体的合金、镍等构成。另外，第1部件210与第2部件220可以由相互不同的金属构成，也可以由同种类的金属构成。另外，也能够适宜地采用端子部件200作为正极端子42的外部端子42b。
其中，在本说明书中，“以铝为主体的合金”是指至少50％以上由铝构成的合金。该铝材料能够包括的其他元素不特别限定，可举出硅、铁、铜、锰、镁、锌、铬、钛、铅、锆等。另外，在本说明书中，“以铜为主体的合金”是指至少50％以上由铜构成的合金。该铜材料能够包括的其他元素不特别限定，可举出硅、铁、锰、镁、锌、铬、钛、铅、锡、磷、铝、镍、钴、铍、锆等。
以上，以端子部件200的制造为例对这里公开的焊头100的使用例进行了说明，但焊头100的用途并不限定于端子部件200的制造。
以下，作为具体的实施例，制成模拟了这里公开的端子部件的试验片，并评价了接合部的接合强度。此外，并非意在将这里公开的技术限定为该实施例。
〈实施例1〉
准备与上述的第1部件210同样的形状的铜制的试验片和与上述的第2部件220同样的形状的铝制的试验片。对铜制的试验片重叠铝制的试验片，并固定于砧座。焊头被安装于超声波振荡机。这里，使用与图1～3所示的焊头100同样的形状的焊头。准备台部130的高度T1为0.2mm、突起152的高度T2为0.2mm(即T1：T2＝1：1)、露出面112的最短的宽度W1为T2的大约2倍的焊头。将焊头的压接部与铝制的试验片的凹部的底部抵接，一边以载荷100N加压、一边以振幅20μm、频率20kHz、能量100J的条件实施超声波接合。由此，制造了实施例1的评价用端子部件。
〈实施例2〉
使用除了实施例1所使用的焊头的结构中的露出面112的最短的宽度W1为台部130的高度T2的大约1倍以外均相同的结构的焊头，与实施例1同样地制造了实施例2的评价用端子部件。
〈比较例1〉
图11是示意性地表示为了制成比较例1而使用的超声波接合用焊头400(以下，亦称为“焊头400”)的结构的俯视图。在图11中，示出了焊头400的与被接合件抵接的压接部450的形状。如图11所示，焊头400的压接部由8个突起452构成。突起452是具有正方形的上表面452a和正方形的底面的四棱锥台状。突起452与相邻的突起452底面相互无间隙地邻接。在焊头400中，突起452从基座部的表面立起形成，不具有台部。
在比较例1中，除了使用焊头400以外，与实施例1同样地制造了比较例1的评价用端子部件。
＜毛刺的形状的测定＞
针对各例的评价用端子部件，为了观察超声波接合部周围的毛刺的形状，利用非接触式三维测定机VR－5000(株式会社基恩士制造)解析了接合部附近的剖面形状。沿着超声波振动的振动方向制作了剖面。图12A是表示实施例1的评价用端子部件的超声波接合部附近(按压了焊头的压接部的附近)的形状的图像。图12B是表示实施例1的评价用端子部件的剖面的形状的图表。图13A是表示实施例2的评价用端子部件的超声波接合部附近的形状的图像。图13B是表示实施例2的评价用端子部件的剖面的形状的图表。图14A是表示比较例1的评价用端子部件的超声波接合部附近的形状的图像。图14B是表示比较例1的评价用端子部件的剖面的形状的图表。其中，图12A、图13A、图14A均是从俯视拍摄铝制的试验片的超声波接合部附近而得的图像，超声波振动的振动方向均为图中的箭头方向。
对图12A、图13A、图14A进行比较，在比较例1中，可观察到在超声波接合部周围无秩序地形成有毛刺(参照图14A)，但在使用了这里公开的焊头的实施例1以及2中，可观察到超声波接合部周围的毛刺被控制而被蓄积(参照图12A以及图13A)。
在图12B、图13B、图14B所示的图表中，高度600μm附近表示被接合件的表面的高度，高度0～100μm附近表示突起进入至试验片的形状。如图12B所示，在实施例1中，可知在高度400μm附近蓄积毛刺而构成的上表面大致平坦的阶梯差(隆起部)形成于超声波接合部附近。另外，如图13B所示，在实施例2中，也可知在超声波接合部附近形成有蓄积毛刺而构成的阶梯差形状(隆起部)。另一方面，在图14B中，可知存在偏向超声波接合部附近的单侧(图表左侧)而形成的比较锐利的毛刺。
根据以上可知：通过使用这里公开的焊头，可适宜地控制形成于超声波接合部附近的毛刺的高度。另外可知：抑制毛刺无秩序地扩展，在超声波接合部的周围形成由被控制了的毛刺构成的阶梯差状的隆起部。
以上，针对这里公开的技术详细地说明了具体例，但这些只不过是例示，并不限定技术方案的范围。这里公开的技术包括对上述的具体例进行了各种变形、变更而得的技术。

Claims (8)

1.一种超声波接合用焊头，能够在规定的振动方向实现超声波振动，其特征在于，具备：
基座部；
台部，从上述基座部的上表面立起；以及
压接部，由从上述台部的上表面突出的多个突起构成，
构成上述压接部的上述多个突起形成为棱锥状或者棱锥台状而被排列，
在俯视下，该多个突起的排列部分的周缘的至少一部为锯齿形状，
该锯齿形状的部分沿着上述振动方向以及与上述振动方向垂直的方向的至少任一方形成，
这里，上述基座部的上表面具有未形成上述台部的露出面。
2.根据权利要求1所述的超声波接合用焊头，其特征在于，
上述台部的周壁的至少一部分形成为波纹板状，
该波纹板状的部分与上述多个突起的排列部分的周缘的上述锯齿形状的部分对应。
3.根据权利要求2所述的超声波接合用焊头，其特征在于，
在俯视下，形成于上述台部的周壁的上述波纹板状的部分的凹陷的部分形成为圆弧状。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的超声波接合用焊头，其特征在于，
上述多个突起以在该突起间不存在平坦的槽的方式相互邻接配置。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波接合用焊头，其特征在于，
在俯视下，上述多个突起的排列部分的周缘不具有沿上述振动方向延伸的边以及沿与该振动方向垂直的方向延伸的边的任一个。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的超声波接合用焊头，其特征在于，
在俯视下，上述露出面设置于上述台部的整个周围。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的超声波接合用焊头，其特征在于，
上述基座部的上表面与上述台部的周壁的边界部分形成为斜坡状。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的超声波接合用焊头，其特征在于，
上述台部的从上述基座部的上表面起的高度T1与上述突起的从上述台部的上表面起的高度T2的比率为5：1～1：1。
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