JP2023024043A - 超音波接合用ホーン - Google Patents
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Abstract
Description
。上記圧接部を構成する上記複数の突起は、角錐状または角錐台状に形成されて配列されており、平面視において、当該複数の突起の配列部分の周縁の少なくとも一部はジグザグ状であり、当該ジグザグ状の部分は、上記振動方向および上記振動方向と垂直方向の少なくともどちらか一方に沿って形成されている。そして、上記ベース部の上面は、上記台部が形成されていない露出面を有する。
本明細書において、数値範囲をA~B(ここでA、Bは任意の数値)と記載している場合は、一般的な解釈と同様であり、A以上B以下(Aを上回るがBを下回る範囲を含む)を意味する。
なお、台部130の外形の形状は特に限定されるものではなく、平面視において、多角形状、円状、楕円状等であり得る。なお、台部130は、ベース部110と同じ材質で構成することができる。また、台部130の被接合材と接触し得る部分(例えば、台部130の上面131)に、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)コートや、窒化チタン(TiN)コート等のコート処理を施してもよい。これにより、被接合材を構成する金属(例えばアルミニウム)の凝着が低減し得る。また、コート処理により耐摩耗性が向上し得る。
なお、本明細書において、ジグザグ部154の谷部とは、平面視において、ジグザグ部154を構成する突起152のうち、隣接する突起152間の空間のことをいう。
なお、平面視における波板部134の窪みの形状は円弧状に限定されるものではなく、三角状、四角形状、多角形状等に切り欠いて形成されていてもよい。ホーン100Aでは、平面視において台部130の上面131が露出するように構成されているが、かかる上面131が露出しないように、複数の突起152の配列部分の周縁のジグザグ部154の形状と、台部130の周壁132の波板部134の形状とを完全に対応させてもよい。
図8は、リチウムイオン二次電池10の部分断面図である。図8では、略直方体の電池ケース41の片側の幅広面に沿って、内部を露出させた状態が描かれている。図8に示されたリチウムイオン二次電池10は、いわゆる密閉型電池である。図9は、図8のIX-IX断面を示す断面図である。図9では、略直方体の電池ケース41の片側の幅狭面に沿って内部を露出させた状態の部分断面図が模式的に描かれている。
電極体20は、絶縁フィルム(図示は省略)などで覆われた状態で、電池ケース41に収容されている。電極体20は、正極要素としての正極シート21と、負極要素としての負極シート22と、セパレータとしてのセパレータシート31、32とを備えている。正極シート21と、第1のセパレータシート31と、負極シート22と、第2のセパレータシート32とは、それぞれ長尺の帯状の部材である。
電池ケース41は、図8に示されているように、電極体20を収容している。電池ケース41は、一側面が開口した略直方体の角形形状を有するケース本体41aと、開口に装着された蓋41bとを有している。この実施形態では、ケース本体41aと蓋41bは、軽量化と所要の剛性を確保するとの観点で、それぞれアルミニウムまたはアルミニウムを主とするアルミニウム合金で形成されている。
ケース本体41aは、一側面が開口した略直方体の角形形状を有している。ケース本体41aは、略矩形の底面部61と、一対の幅広面部62,63(図9参照)と、一対の幅狭面部64,65とを有している。一対の幅広面部62,63は、それぞれ底面部61のうち長辺から立ち上がっている。一対の幅狭面部64,65は、それぞれ底面部61のうち短辺から立ち上がっている。ケース本体41aの一側面には、一対の幅広面部62,63と一対の幅狭面部64,65で囲まれた開口41a1が形成されている。
蓋41bは、一対の幅広面部62,63(図9参照)の長辺と、一対の幅狭面部64,65の短辺とで囲まれたケース本体41aの開口41a1に装着される。そして、蓋41bの周縁部が、ケース本体41aの開口41a1の縁に接合される。かかる接合は、例えば、隙間がない連続した溶接によるとよい。かかる溶接は、例えば、レーザー溶接によって実現されうる。
ガスケット71は、図10に示されているように、蓋41bの取付孔41b1および蓋41bの外表面に取り付けられる部材である。この実施形態では、ガスケット71は、座部71aと、ボス部71bと、側壁71cとを備えている。座部71aは、蓋41bの外表面に装着される部位である。座部71aは、蓋41bの外表面に合わせて略平坦な面を有する。ボス部71bは、座部71aの底面から突出している。ボス部71bは、蓋41bの取付孔41b1に装着されるように取付孔41b1の内側面に沿った外形形状を有している。ボス部71bの内側面は、第1部材210の軸部212が装着される装着孔となる。側壁71cは、座部71aの周縁から上方に立ち上がっている。第2部材220は、ガスケット71の側壁71cで囲まれた部位に装着される。
インシュレータ72は、蓋41bの取付孔41b1の周りにおいて、蓋41bの内側に装着される部材である。インシュレータ72は、底壁72aと、孔72bとを備えている。底壁72aは、蓋41bの内側面に沿って配置される部位である。この実施形態では、底壁72aは、略平板状の部位である。底壁72aは、蓋41bの内側面に沿って配置されている。孔72bは、ガスケット71のボス部71b内側面に対応して設けられた穴である。インシュレータ72には、電池ケース41の内部に配置されるため、所要の耐薬品性を備えているとよい。この実施形態では、インシュレータ72には、PPSが用いられている。PPSは、ポリフェニレンサルファイド樹脂(Poly Phenylene Sulfide Resin)である。なお、インシュレータ72に用いられる材料は、PPSに限定されない。
なお、本明細書において「アルミニウムを主体とする合金」とは、少なくとも50%以上がアルミニウムで構成された合金のことをいう。当該アルミニウム材料に含まれ得る他の元素は特に限定されるものではないが、珪素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、クロム、チタン、鉛、ジルコニウム等が挙げられる。また、本明細書において「銅を主体とする合金」とは、少なくとも50%以上が銅で構成された合金のことをいう。当該同材料に含まれ得る他の元素は特に限定されるものではないが、珪素、鉄、マンガン、マグネシウム、亜鉛、クロム、チタン、鉛、スズ、リン、アルミニウム、ニッケル、コバルト、ベリリウム、ジルコニウム等が挙げられる。
上述した第1部材210と同様の形状の銅製の試験片と、上述した第2部材220と同様の形状のアルミニウム製の試験片とを用意した。銅製の試験片にアルミニウム製の試験片を重ね、アンビルに固定した。ホーンは超音波発振機に取り付けた。ここでは、図1~3に示すホーン100と同様の形状のホーンを用いた。台部130の高さT1を0.2mm、突起152の高さT2を0.2mm(即ち、T1:T2=1:1)、露出面112の最短の幅W1がT2のおよそ2倍のホーンを準備した。ホーンの圧接部をアルミニウム製の試験片の凹部の底部に当て、荷重100Nで加圧しながら、振幅20μm、周波数20kHz、エネルギー100Jの条件で超音波接合を実施した。これにより、実施例1の評価用端子部品を製造した。
実施例1に用いたホーンの構成のうち、露出面112の最短の幅W1が台部130の高さT2のおよそ1倍であること以外は同じ構成のホーンを用いて、実施例1と同様にして、実施例2の評価用端子部品を製造した。
図11は、比較例1を作製するために用いた超音波接合用ホーン400(以下、「ホーン400」ともいう)の構成を模式的に示す平面図である。図11では、ホーン400の、被接合材に当てられる圧接部450の形状が示されている。図11に示されるように、ホーン400の圧接部は、8つの突起452から構成されている。突起452は、正方形状の上面452aと、正方形状の底面とを有する四角錐台状である。突起452は、隣り合う突起452と底面が互いに隙間なく隣接している。ホーン400においては、突起452がベース部の表面から立ち上がって形成されており、台部を有していない。
比較例1では、ホーン400を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例1の評価用端子部品を製造した。
各例の評価用端子部品について、超音波接合部周囲のバリの形状を観察するため、非接触式三次元測定機VR-5000(株式会社キーエンス製)により接合部近傍の断面形状を解析した。断面は、超音波振動の振動方向に沿って作製した。図12Aは、実施例1の評価用端子部品の超音波接合部付近(ホーンの圧接部が押し当てられた付近)の形状を示す画像である。図12Bは、実施例1の評価用端子部品の断面の形状を示すグラフである。図13Aは、実施例2の評価用端子部品の超音波接合部付近の形状を示す画像である。図13Bは、実施例2の評価用端子部品の断面の形状を示すグラフである。図14Aに比較例1の評価用端子部品の超音波接合部付近の形状を示す画像である。図14Bは、比較例1の評価用端子部品の断面の形状を示すグラフである。なお、図12A、13A、14Aはいずれも、アルミニウム製の試験片の超音波接合部付近を平面視から撮影した画像であり、超音波振動の振動方向はいずれも図中の矢印方向である。
20 電極体
21 正極シート
21a 正極集電箔
21a1 未形成部
21b 正極活物質層
22 負極シート
22a 負極集電箔
22a1 未形成部
22b 負極活物質層
31,32 セパレータシート
41 電池ケース
41a ケース本体
41a1 開口
41b 蓋
41b1 取付孔
42 正極端子
42a 正極の内部端子
42b 正極の外部端子
43 負極端子
43a 負極の内部端子
43a1 基部
43a2 接続片
43b 負極の外部端子
61 底面部
62,63 幅広面部
64,65 幅狭面部
71 ガスケット
71a 座部
71b ボス部
71c 側壁
72 インシュレータ
72a 底壁
72b 孔
80 バスバ
82 溶接部
100、100A、100B ホーン
110 ベース部
112 露出面
130 台部
131 上面
132 周壁
132a 幅広面
132b 幅狭面
134 波板部
136 スロープ部
150 圧接部
152 突起
152a 上面
152b 底面
152c 側面
154 ジグザグ部
170 バリ蓄積部
200 端子部品
210 第1部材
212 軸部
212a 端部
214 フランジ部
216 筒部
218 鋲部
220 第2部材
221 表面
222 凹部
222a 底部
222b 側周面
223 表面
224 凹部
224a 底部
224b 側周面
225 隆起部
226 接触部
230 接合部
300 アンビル
400 ホーン
450 圧接部
452 突起
452a 上面
T1 台部の高さ
T2 突起の高さ
T3 凹部の深さ
T4 隆起部の高さ
W1 露出面の幅
Claims (8)
- 所定の振動方向に超音波振動が可能な超音波接合用ホーンであって、
ベース部と、
前記ベース部の上面から立ち上がった台部と、
前記台部の上面から突出した複数の突起からなる圧接部と、
を備えており、
前記圧接部を構成する前記複数の突起は、角錐状または角錐台状に形成されて配列されており、
平面視において、当該複数の突起の配列部分の周縁の少なくとも一部はジグザグ状であり、
当該ジグザグ状の部分は、前記振動方向および前記振動方向と垂直方向の少なくともどちらか一方に沿って形成されており、
ここで、前記ベース部の上面は、前記台部が形成されていない露出面を有する、
超音波接合用ホーン。 - 前記台部の周壁の少なくとも一部は波板状に形成されており、
当該波板状の部分は、前記複数の突起の配列部分の周縁の前記ジグザグ状の部分と対応している、請求項1に記載の超音波接合用ホーン。 - 平面視において、前記台部の周壁に形成された前記波板状の部分の窪んだ部分は円弧状に形成されている、請求項2に記載の超音波接合用ホーン。
- 前記複数の突起は、当該突起間に平坦な溝がないように互いに隣接して配置されている、請求項1~3のいずれか一項に記載の超音波接合用ホーン。
- 平面視において、前記複数の突起の配列部分の周縁は、前記振動方向に延びる辺および該振動方向と垂直方向に延びる辺のいずれも有さない、請求項1~4のいずれか一項に記載の超音波接合用ホーン。
- 平面視において、前記露出面は、前記台部の全周囲に設けられている、請求項1~5のいずれか一項に記載の超音波接合用ホーン。
- 前記ベース部の上面と前記台部の周壁との境界部分は、スロープ状に形成されている、請求項1~6のいずれか一項に記載の超音波接合用ホーン。
- 前記台部の前記ベース部の上面からの高さT1と、前記突起の前記台部の上面からの高さT2との比率が、5:1~1:1である、請求項1~7のいずれか一項に記載の超音波接合用ホーン。
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