JP7334215B2 - ホーン、端子部品および二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、ホーン、端子部品および二次電池に関する。

複数の金属から構成された端子部品を製造するため、金属間を超音波接合によって接合することが提案されている。超音波接合には、被接合物に超音波振動を伝達するホーンが用いられる。
特開２００７－３３０８５１号公報には、超音波接合に用いるホーンが開示されている。同公報に開示されているホーンは、被接合材を加圧する面に複数の突起部を有しており、これら複数の突起部を介して被接合材を押圧しつつ超音波振動させる。当該突起部は六角錐形状であり、その対向する一対の面の対向方向が振動方向に対して垂直となるように構成されている。かかるホーンによると、バリの発生や飛散を抑制することができるとともに、突起部の摩耗による形状変化を小さくすることができるとされている。
特開２０１８－１５６８４１号公報には、超音波接合によって接合された電極接合構造体が開示されている。同公報には、電極接合構造体を製造するために用いられるホーンが併せて開示されている。かかるホーンは、ホーン基部の加圧面に複数の突起を備えており、複数の突起は円弧状に配列されている。円弧状に突起が配列された領域は複数設けられている。突起間および突起が複数配列された領域間には、堀溝が形成されている。かかるホーンを用いることによって、接合構造体の切れ、破れ、バリの発生を抑制することができるとされている。

特開２００７－３３０８５１号公報 特開２０１８－１５６８４１号公報

ところで、二次電池の用途によっては、超音波接合によって接合された接合部に大きな負荷がかかる場合がある。例えば、二次電池が車載用として用いられる場合、車両の走行振動がバスバを通じて二次電池の外部端子に伝わる。そのため、接合部にも大きな負荷がかかりうる。超音波接合による接合状態を長期にわたって維持するため、接合部の接合強度を向上させることが求められている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、接合強度の高い端子部品を提供すること、および、そのような端子部品を製造するためのホーンを提供することを目的とする。

ここで開示されるホーンは、被接合物に超音波振動を伝達するホーンであって、ベース部と、ベース部から突出し、被接合物に押し当てられる先端部とを備えている。先端部の少なくとも一部は、枠状に形成された枠状凸部である。かかる構成を有するホーンを用いて超音波接合を実施することによって、超音波接合の接合強度を向上させることができる。

枠状凸部は、矩形状に形成されていてもよい。また、先端部の一部として、枠状凸部の内側には内側凸部が設けられていてもよい。かかる構成によって、被接合物の接合強度をより向上させうる。

ここで開示される端子部品は、第１金属と、第２金属とを備えている。第１金属と前記第２金属との境界には、超音波接合によって接合された接合部が形成されている。接合部は、枠状に形成されてた枠状接合領域を備えている。かかる構成を有する端子部品は、第１金属と第２金属との接合強度が向上されている。

枠状接合領域は、矩形状であってもよい。接合部は、前記枠状接合領域の内側に内側接合領域を備えていてもよい。かかる構成によって、第１金属と第２金属との接合強度がより向上されうる。

ここに開示される技術の他の側面として、正極および負極を含む電極体と、電極体を内部に収容した電池ケースと、電極体における正極および負極それぞれと電気的に接続された正極端子および負極端子とを備えた二次電池が提供される。正極端子および負極端子の少なくとも一方は、ここで開示される端子部品を含んでいるとよい。

図１は、リチウムイオン二次電池１０の部分断面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図４は、端子部品２００を模式的に示す断面図である。 図５は、平面視におけるホーン１００の模式図である。 図６は、図５のＶＩ－ＶＩ断面を示す断面図である。 図７は、接合部２０３の形状を示す模式図である。 図８は、比較例１を作製するために用いたホーン１２０の模式図である。

以下、ここで開示される端子部品および二次電池の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」などの表記は、特に言及されない限りにおいて「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。なお、以下に説明する図面において、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。

本明細書において「二次電池」とは、電解質を介して一対の電極（正極と負極）の間で電荷担体が移動することによって充放電反応が生じる蓄電デバイス一般をいう。かかる二次電池は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池の他に、電気二重層キャパシタ等のキャパシタなども包含する。以下では、上述した二次電池のうち、リチウムイオン二次電池を対象とした場合の実施形態について説明する。

〈リチウムイオン二次電池１０〉
図１は、リチウムイオン二次電池１０の部分断面図である。図１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１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２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す断面図である。図２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。

リチウムイオン二次電池１０は、図１に示されているように、電極体２０と、電池ケース４１と、正極端子４２，負極端子４３とを備えている。

〈電極体２０〉
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。

正極シート２１は、予め定められた幅および厚さの正極集電箔２１ａ（例えば、アルミニウム箔）に、幅方向の片側の端部に一定の幅で設定された未形成部２１ａ１を除いて、正極活物質を含む正極活物質層２１ｂが両面に形成されている。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。

負極シート２２は、予め定められた幅および厚さの負極集電箔２２ａ（ここでは、銅箔）に、幅方向の片側の縁に一定の幅で設定された未形成部２２ａ１を除いて、負極活物質を含む負極活物質層２２ｂが両面に形成されている。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。

セパレータシート３１，３２には、例えば、所要の耐熱性を有する電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートが用いられる。セパレータシート３１，３２についても種々提案されており、特に限定されない。

ここで、負極活物質層２２ｂの幅は、例えば、正極活物質層２１ｂよりも広く形成されている。セパレータシート３１，３２の幅は、負極活物質層２２ｂよりも広い。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１と、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１とは、幅方向において互いに反対側に向けられている。また、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、それぞれ長さ方向に向きを揃え、順に重ねられて捲回されている。負極活物質層２２ｂは、セパレータシート３１，３２を介在させた状態で正極活物質層２１ｂを覆っている。負極活物質層２２ｂは、セパレータシート３１，３２に覆われている。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１は、セパレータシート３１，３２の幅方向の片側からはみ出ている。負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１は、幅方向の反対側においてセパレータシート３１，３２からはみ出ている。

上述した電極体２０は、図１に示されているように、電池ケース４１のケース本体４１ａに収容されうるように、捲回軸を含む一平面に沿った扁平な状態とされる。そして、電極体２０の捲回軸に沿って、片側に正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１が配置され、反対側に負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１が配置されている。

〈電池ケース４１〉
電池ケース４１は、図１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〉
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２参照）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〉
蓋４１ｂは、一対の幅広面部６２，６３（図２参照）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、レーザ溶接によって実現されうる。

この実施形態では、蓋４１ｂには、正極端子４２と、負極端子４３とが取り付けられている。正極端子４２は、内部端子４２ａと、外部端子４２ｂとを備えている。負極端子４３は、内部端子４３ａと、外部端子４３ｂとを備えている。内部端子４２ａ，４３ａは、それぞれインシュレータ７２を介して蓋４１ｂの内側に取り付けられている。外部端子４２ｂ，４３ｂは、それぞれガスケット７１を介して蓋４１ｂの外側に取り付けられている。内部端子４２ａ，４３ａは、それぞれケース本体４１ａの内部に延びている。正極の内部端子４２ａは、正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１に接続されている。負極の内部端子４３ａは、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１に接続されている。

電極体２０の正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１と、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１とは、図１に示されているように、蓋４１ｂの長手方向の両側部にそれぞれ取り付けられた内部端子４２ａ，４３ａに取り付けられている。電極体２０は、蓋４１ｂに取り付けられた内部端子４２ａ，４３ａに取付けられた状態で、電池ケース４１に収容される。なお、ここでは、捲回型の電極体２０が例示されている。電極体２０の構造はかかる形態に限定されない。電極体２０の構造は、例えば、正極シートと負極シートとが、セパレータシートとを介在させて交互に積層された積層構造でもよい。また、電池ケース４１内には、複数の電極体２０が収容されていてもよい。

また、電池ケース４１は、電極体２０と一緒に、図示しない電解液を収容していてもよい。電解液としては、非水系溶媒に支持塩を溶解させた非水電解液を使用できる。非水系溶媒の一例として、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒が挙げられる。支持塩の一例として、ＬｉＰＦ_６等のフッ素含有リチウム塩が挙げられる。

図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。図３では、負極端子４３が蓋４１ｂに取り付けられた部位の断面が示されている。この実施形態では、負極の外部端子４３ｂには、異種金属を接合した部材が用いられている。図３では、外部端子４３ｂを構成する異種金属の構造や異種金属の界面などは図示されず、外部端子４３ｂの断面形状が模式的に示されている。

蓋４１ｂは、図３に示されているように、負極の外部端子４３ｂを取り付けるための取付孔４１ｂ１を有している。取付孔４１ｂ１は、蓋４１ｂの予め定められた位置において蓋４１ｂを貫通している。蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１には、ガスケット７１とインシュレータ７２を介在させて、負極の内部端子４３ａと外部端子４３ｂとが取り付けられる。取付孔４１ｂ１の外側には、取付孔４１ｂ１の周りにガスケット７１が装着される段差４１ｂ２が設けられている。段差４１ｂ２には、ガスケット７１が配置される座面４１ｂ３が設けられている。座面４１ｂ３には、ガスケット７１を位置決めするための突起４１ｂ４が設けられている。

ここで、負極の外部端子４３ｂは、図３に示されているように、頭部４３ｂ１と、軸部４３ｂ２と、カシメ片４３ｂ３とを備えている。頭部４３ｂ１は、蓋４１ｂの外側に配置される部位である。頭部４３ｂ１は、取付孔４１ｂ１よりも大きな略平板状の部位である。軸部４３ｂ２は、ガスケット７１を介して取付孔４１ｂ１に装着される部位である。軸部４３ｂ２は、頭部４３ｂ１の略中央部から下方に突出している。カシメ片４３ｂ３は、図３に示されているように、蓋４１ｂの内部において、負極の内部端子４３ａにかしめられる部位である。カシメ片４３ｂ３は、軸部４３ｂ２から延びており、蓋４１ｂに挿通された後で折曲げられて負極の内部端子４３にかしめられる。

〈ガスケット７１〉
ガスケット７１は、図３に示されているように、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１および座面４１ｂ３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の取付孔４１ｂ１周りの外側面に設けられた座面４１ｂ３に装着される部位である。座部７１ａは、座面４１ｂ３に合わせて略平坦な面を有する。座部７１ａは、座面４１ｂ３の突起４１ｂ４に応じた凹みを備えている。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、外部端子４３ｂの軸部４３ｂ２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。外部端子４３ｂの頭部４３ｂ１は、ガスケット７１の側壁７１ｃで囲まれた部位に装着される。

ガスケット７１は、蓋４１ｂと外部端子４３ｂとの間に配置され、蓋４１ｂと外部端子４３ｂとの絶縁を確保している。また、ガスケット７１は、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１の気密性を確保している。かかる観点で、耐薬品性や耐候性に優れた材料が用いられるとよい。この実施形態では、ガスケット７１には、ＰＦＡが用いられている。ＰＦＡは、四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体（Tetrafluoroethylene-Perfluoroalkylvinylether Copolymer）である。なお、ガスケット７１に用いられる材料は、ＰＦＡに限定されない。

〈インシュレータ７２〉
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、側壁７２ｃ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、ケース本体４１ａに収められるように、蓋４１ｂからはみ出ない程度の大きさを有している。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。この実施形態では、孔７２ｂは、底壁７２ａの略中央部に設けられている。蓋４１ｂの内側面に対向する側面において、孔７２ｂの周りには凹んだ段差７２ｂ１が設けられている。段差７２ｂ１には、取付孔４１ｂ１に装着されたガスケット７１のボス部７１ｂの先端が干渉しないように収められている。側壁７２ｃは、底壁７２ａの周縁部から下方に立ち上がっている。底壁７２ａには、負極の内部端子４３ａの一端に設けられる基部４３ａ１が収められる。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。

負極の内部端子４３ａは、基部４３ａ１と、接続片４３ａ２（図１および図２参照）とを備えている。基部４３ａ１は、インシュレータ７２の底壁７２ａに装着される部位である。この実施形態では、基部４３ａ１は、インシュレータ７２の底壁７２ａの周りの側壁７２ｃの内側に応じた形状を有している。接続片４３ａ２は、基部４３ａ１の一端から延びており、ケース本体４１ａ内に延びて電極体２０の負極の未形成部２２ａ１に接続されている（図１および図２参照）。

この実施形態では、取付孔４１ｂ１にボス部７１ｂを装着しつつ、蓋４１ｂの外側にガスケット７１を取付ける。外部端子４３ｂがガスケット７１に装着される。この際、外部端子４３ｂの軸部４３ｂ２がガスケット７１のボス部７１ｂに挿通され、かつ、ガスケット７１の座部７１ａに外部端子４３ｂの頭部４３ｂ１が配置される。蓋４１ｂの内側は、インシュレータ７２と負極端子４３が取り付けられる。そして、図３に示されているように、外部端子４３ｂのカシメ片４３ｂ３が折曲げられて、負極端子４３の基部４３ａ１にかしめられる。外部端子４３ｂのカシメ片４３ｂ３と負極端子４３の基部４３ａ１とは、導通性を向上させるために部分的に溶接や金属接合により接合されているとよい。

ところで、リチウムイオン二次電池１０の正極の内部端子４２ａ（図１参照）では、耐酸化還元性の要求レベルが負極に比べて高くない。そして、要求される耐酸化還元性と、軽量化の観点で、正極の内部端子４２ａにはアルミニウムが用いられうる。これに対して、負極の内部端子４３ａでは、耐酸化還元性の要求レベルが正極よりも高い。かかる観点で、負極の内部端子４３ａには、銅が用いられうる。他方で、外部端子４３ｂが接続されるバスバでは、軽量化および低コスト化の観点で、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられうる。

本発明者は、内部端子４３ａに接続される部位とバスバと接続される部位とで異なる種類の金属を用いることを検討している。すなわち、外部端子４３ｂのうち、バスバと接続される部位と、内部端子４３ａと接続される部位とで、それぞれに対して溶接性の高い金属を用いることを検討している。しかしながら、本発明者の知見では、異種金属接合は、導通性や接合強度への課題がある。本発明者は、金属間の導通を確保するために冶金的に接合すること、接合部の接合強度を向上させることを検討している。以下、ここで開示される端子部品２００について説明する。

〈端子部品２００〉
図４は、端子部品２００を模式的に示す断面図である。端子部品２００は、図３に示された負極の外部端子４３ｂとして用いられうる。図４では、端子部品２００について、異種金属の構造や異種金属の界面が模式的に示されている。また、図４では、端子部品２００を構成する第１金属２０１と第２金属２０２とが超音波接合によって接合される工程が模式的に示されている。

端子部品２００は、図４に示されているように、第１金属２０１と、第１金属２０１に重ねられた第２金属２０２とを備えている。この実施形態では、第１金属２０１は、銅から構成されている。第２金属は、アルミニウムから構成されている。第１金属２０１と第２金属２０２との境界には、超音波接合によって接合された接合部２０３が形成されている。以下では、端子部品２００について、端子部品２００の製造方法および端子部品の製造に用いられるホーン１００とを併せて説明する。

第１金属２０１は、端子部品２００のうち電池ケース４１（図１および図２参照）の内部に向けて配置され、負極の内部端子４３ａ（図３参照）に接続される部位を構成する。第１金属２０１は、例えば、第１金属２０１の材料（この実施形態では、銅）を所定の形状に加工することにより、用意することができる。加工方法としては、例えば、鍛造加工や切削加工等の公知の金属加工方法が挙げられる。

この実施形態では、第１金属２０１は、軸部２０１ａと、軸部２０１ａの一端から外径方向に延びたフランジ部２０１ｂとを有している。第１金属２０１の、フランジ部２０１ｂが設けられた端部２０１ａ１は、円形状である。フランジ部２０１ｂは、軸部２０１ａの周方向に連続して形成されている。フランジ部２０１ｂの外縁は、端部２０１ａ１に対して垂直に形成されている。また、軸部２０１ａには、フランジ部２０１ｂが設けられた側とは反対側に、さらに内部端子４３ａにかしめられるカシメ片４３ｂ３となる部位２０１ｃが設けられている。

第２金属２０２は、端子部品２００のうち電池ケース４１（図１参照）の外部に露出し、バスバ等の外部の接続部品と接続される部位を構成する。第１金属２０１同様、第２金属２０２は、第２金属２０２の材料（この実施形態では、アルミニウム）を所定の形状に加工することにより、用意することができる。

この実施形態では、第２金属２０２は、板状である。第２金属２０２は、一方の面２０２ｆ１に、第１金属２０１のフランジ部２０１ｂが収められる凹部２０２ａを備えている。凹部２０２ａは、フランジ部２０１ｂの外形形状に対応した形状を有している。凹部２０２ａの底部２０２ａ１は、第１金属２０１の端部２０１ａ１の形状に対応した円形状である。凹部２０２ａの側周面２０２ａ２は、底部２０２ａ１から開口に向かって垂直に形成されている。第２金属２０２は、他方の面２０２ｆ２に、後述するホーン１００が当てられる凹部２０２ｂを備えている。ホーン１００は、凹部２０２ｂの底部２０２ｂ１に当てられる。この実施形態では、凹部２０２ｂは矩形状である。第２金属２０２に凹部２０２ｂが設けられていることにより、ホーン１００が当てられる位置を位置決めすることができる。

上述した第１金属２０１と第２金属２０２を重ね合わせ、超音波接合することにより、端子部品２００を製造する。超音波接合には、被接合物（ここでは、第１金属２０１と第２金属２０２）に超音波振動を伝達するホーン１００が用いられる。ホーン１００は、図示しない超音波発振機に取り付けられている。ホーン１００とアンビル１１０によって第１金属２０１と第２金属２０２とを挟み込み、加圧しながら超音波振動を付与することによって、第１金属２０１と第２金属２０２を接合する。以下、かかる超音波接合に用いられるホーン１００について説明する。

図５は、平面視におけるホーン１００の模式図である。図５では、ホーン１００の、被接合物に当てられる面の形状が示されている。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ断面を示す断面図である。図５に示されているように、ホーン１００は、ベース部１０１と、ベース部１０１から突出し、被接合物に押し当てられる先端部１０２を備えている。ベース部１０１は、平面視において矩形状である。ベース部１０１は、一対の長辺側の側面１０１ａと、一対の短辺側の側面１０１ｂとを有している。ベース部１０１は、角部１０１ｃが面取りされている。ホーン１００の材質は特に限定されないが、例えば、超硬合金やハイス鋼、ダイス鋼が用いられうる。

先端部１０２は、ベース部１０１の上面１０１ｄに設けられている。先端部１０２の少なくとも一部は、枠状の枠状凸部１０２ａである。この実施形態では、枠状凸部１０２ａは、ベース部１０１の上面１０１ｄから側面１０１ａ，１０１ｂに沿って垂直に立ち上がっている（図５および図６参照）。枠状凸部１０２ａの外形形状は、平面視において、ベース部１０１の外形形状に対応した形状である。枠状凸部１０２ａの角部１０２ａ１は、ベース部１０１の角部１０１ｃ同様、面取りされている。このように、枠状凸部１０２ａは、Ｃ面取りやＲ加工等によって角部１０２ａ１が加工されていてもよい。それによって、超音波接合時に角部１０２ａ１が当たる部位のバリの発生が低減されうる。

この実施形態では、枠状凸部１０２ａは、平面視において矩形状である。枠状凸部１０２ａの上面１０２ａ２は、外側から内側に向かって低くなるように傾斜する傾斜面である（図６参照）。このように、枠状凸部１０２ａの上面１０２ａ２が傾斜面であることによって、超音波接合時のバリの発生が低減されうる。

この実施形態では、枠状凸部１０２ａは矩形状であるが、かかる形態に限定さない。枠状凸部１０２ａは、例えば、正方形状であってもよい。また、枠状凸部１０２ａは、六角形状等の多角形状であってもよく、円形状や楕円形状等の多角形以外の形状であってもよい。枠状凸部は、２箇所以上設けられていてもよい。なお、枠状凸部は、実質的に枠状に形成されていればよく、必ずしも全体が連続して形成される必要はない。すなわち、枠状凸部の一部に不連続な部分があるような場合も枠状凸部の概念に含まれる。枠状凸部は、大部分が連続して形成されていることが好ましい。枠状凸部の周長の９０％以上が連続して形成されていることが好ましく、９５％以上が連続して形成されていることがより好ましく、切れ目なく連続して形成されていることがさらに好ましい。

先端部１０２は、枠状凸部１０２ａ以外にも被接合物に押し当てられる部分が設けられていてもよい。この実施形態では、先端部１０２の一部として、枠状凸部１０２ａの内側には内側凸部１０２ｂが設けられている。つまり、この実施形態では、先端部１０２は、枠状凸部１０２ａと、内側凸部１０２ｂとから構成されている。枠状凸部１０２ａと内側凸部１０２ｂの高さは、いずれの部位も超音波接合時に被接合物に押し当てられるような高さであれば良い。つまり、枠状凸部１０２ａと内側凸部１０２ｂの高さは、同程度であるとよい。この実施形態では、内側凸部１０２ｂの高さは、枠状凸部１０２ａの上面１０２ａ２の最も高い部分よりも少し低くなっている（図６参照）。このように、枠状凸部１０２ａの高さを内側凸部１０２ｂの高さよりも高くすることによって、枠状凸部１０２ａが被接合物に強く押しあてられる。それによって、枠状凸部１０２ａが押し当てられる部分において、被接合物の接合強度を向上させることができる。

内側凸部１０２ｂは、平面視において、枠状凸部１０２ａの内側に設けられている。内側凸部１０２ｂは、上面１０２ｂ１および底面１０２ｂ２が正方形状の四角錐台状である。図５に示された実施形態では、内側凸部１０２ｂは、ベース部１０１の長辺方向の左右にそれぞれ４つずつ設けられている。隣り合う内側凸部１０２ｂは、底面１０２ｂ２が互いに接している。内側凸部１０２ｂの斜辺１０２ｂ３は、ベース部１０１の側面１０１ａ，１０１ｂのいずれかと平行になるように設けられている。内側凸部１０２ｂの斜面１０２ｂ４は、側面１０１ａ，１０１ｂと平行な面を形成しないように設けられている。

内側凸部１０２ｂの数や形状は、上述した形態の形態に限定されない。内側凸部１０２ｂの形状等は、超音波接合時の接合条件等に応じて適宜設定される。内側凸部１０２ｂは、例えば、六角錐台状や八角錐台状等であってもよい。また、上述した実施形態では、内側凸部１０２ｂは、隣り合う内側凸部１０２ｂと底面１０２ｂ２が互いに接していたが、隣り合う内側凸部１０２ｂの間には隙間や溝が設けられていてもよい。内側凸部１０２ｂは、斜面１０２ｂ４がベース部１０１の側面１０１ａ，１０１ｂのいずれかと平行になるように設けられていてもよい。また、先端部１０２は、枠状凸部１０２ａや内側凸部１０２ｂ以外にも設けられていてもよい。例えば、先端部１０２の一部が枠状凸部１０２ａの外側に設けられていてもよく、枠状凸部１０２ａの内側と外側の両方に設けられていてもよい。

上述したホーン１００を用いて第１金属２０１と第２金属２０２の超音波接合を実施する。図４に示されているように、この実施形態では、第１金属２０１のフランジ部２０１ｂが第２金属２０２の凹部２０２ａに収められるように、第２金属２０２を第１金属２０１に重ねる。次いで、第２金属２０２が重ねられた状態で第１金属２０１をアンビル１１０にセットする。第２金属２０２の凹部２０２ｂの底部２０２ｂ１にホーン１００を当てる。超音波発振機によってホーン１００を振動させた状態で、ホーン１００を第２金属２０２に対して加圧し、第１金属２０１と第２金属２０２の境界面に超音波接合による接合部２０３を形成させる。

超音波接合時のホーン１００の振動方向は特に限定されない。ここでは、振動方向Ｕは、ホーン１００の短辺方向に設定し、超音波接合を実施した（図５参照）。このように、枠状凸部１０２ａの短辺と平行な方向に振動方向Ｕを設定することにより、超音波接合による接合強度が向上されうる。

なお、超音波発振機から伝達される超音波振動は、第１金属２０１と第２金属２０２の金属種、寸法、ホーンの形状等に応じて適宜設定される。これに限定されないが、例えば、振幅１０μｍ～８０μｍ程度、周波数１５ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ程度、被接合物に与えられるエネルギー量は５０Ｊ～５００Ｊ程度に設定されうる。

上述したホーン１００を用いて製造した端子部品２００は、第１金属２０１と第２金属２０２の境界面に、ホーン１００の先端部１０２（図５参照）の形状に応じた接合部２０３が形成される。図７は、接合部２０３の形状を示す模式図である。図７では、第２金属２０２の凹部２０２ｂの底２０２ｂ１に形成された接合部２０３が図示されており、第１金属２０１の図示は省略されている。

図７に示されているように、接合部２０３は、実質的に枠状に形成されている枠状接合領域２０３ａを備えている。枠状接合領域２０３ａは、矩形状である。枠状接合領域２０３ａは、ホーン１００の枠状凸部１０２ａ（図５参照）の短辺に対応する短辺部２０３ａ１と、長辺に対応する長辺部２０３ａ２とを有している。この実施形態では、上述したように、振動方向Ｕを枠状凸部１０２ａの短辺と平行に設定し、超音波接合を実施した。

この実施形態では、接合部２０３はさらに、枠状接合領域２０３ａの内側に形成された内側接合領域２０３ｂを備えている。内側接合領域２０３ｂは、ホーン１００の内側凸部１０２ｂに対応した部分、すなわち、ホーン１００の内側凸部１０２ｂの上面１０２ｂ１が当てられた部分に形成されている（図５および図７参照）。

上述したように、端子部品２００は、先端部１０２の一部が枠状に形成された枠状凸部１０２ａであるホーン１００を用いて製造されている。これによって、接合部２０３の接合強度が向上される。本発明者は、枠状凸部１０２ａを有するホーン１００を用いて超音波接合を行うことによって、接合部の接合強度が向上する理由を以下のように考えている。接合強度は、接合部の面積よりも、接合部の外周の周長の寄与が大きい。超音波接合では、ホーンが当てられた部分のうち、中心付近の接合強度が高くなる傾向がある。そのため、枠状凸部を有しないホーンは、接合部の中心付近のみが強く接合されうる。それに対して、枠状凸部１０２ａを有するホーン１００は、強く接合される部分が枠状凸部１０２ａの形状に沿って形成されるため、全周に亘って強く接合された状態となる。

また、超音波接合時には、被接合物の表面において、ホーンの先端部が当てられた部分にバリが発生しうる。図５に示されているように、ホーン１００が枠状凸部１０２ａを有することによって、バリの発生が枠状凸部１０２ａの内側と外側に分散されうる。それによって、被接合物の表面の局所的な荒れや変形が低減されうる。

上述した実施形態では、ホーン１００の枠状凸部１０２ａは矩形状である。かかる構成によって、第１金属２０１と第２金属２０２の接合強度をさらに向上させうる。特に、ホーン１００の振動方向を枠状凸部１０２ａの短辺方向と平行にすることによって、振動する部分の周長が長くなり、接合部２０３の接合強度がより向上されうる。

上述した実施形態では、ホーン１００には枠状凸部１０２ａの内側に内側凸部１０２ｂが設けられている。かかる構成によって、内側凸部１０２ｂが第１金属２０１と第２金属２０２の間の摩擦力が向上し、超音波接合時の位置ずれを低減することができる。それによって、接合部２０３の接合強度が向上されうる。

以下、具体的な実施例として、ここに開示される端子部品を模擬した試験片を作製し、接合部の接合強度を評価した。なお、本発明をかかる実施例に限定することを意図したものではない。

〈実施例１〉
上述した第１金属２０１と同様の形状の銅製の試験片を用意した。上述した第２金属２０２と同様の形状のアルミニウム製の試験片を用意した。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。枠状凸部を備えるホーンを超音波発振機に取り付けた。ここでは、先端部の形状が上述したホーン１００と同様のホーンを用いた。ホーンの枠状凸部は、平面視において矩形状である。ホーンをアルミニウム製の試験片の凹部の底に当て、荷重１００Ｎで加圧しながら、振幅２０μｍ、周波数２０ｋＨｚ、被接合物に与えるエネルギー量１００Ｊの条件で超音波振動を付与し、実施例１の試験片を作製した。

超音波接合によって接合された試験片の接合部に対して、垂直に引張荷重を加えられるよう、実施例１の試験片をロードセル式の引張試験機に固定した。試験片の接合部に対して垂直に引張荷重を加えた。試験片が接合部で破断した際のロードセルの値を読み取り、接合強度とした。

上述した試験片の作製および接合部の接合強度の測定を５回行い、その平均値を実施例１の試験片の接合強度とした。実施例１の試験片の接合強度は、２５４．２Ｎであった。

〈比較例１〉
図８は、比較例１を作製するために用いたホーン１２０（以下、単に「ホーン１２０」ともいう）の模式図である。図８では、ホーン１２０の、被接合物に当てられる面の形状が示されている。図８に示されているように、ホーン１２０の先端部は、８つの突起１２２から構成されている。突起１２２は、正方形状の上面１２２ａと、台形状の斜面１２２ｂとを有する四角錐台状である。突起１２２は、隣り合う突起１２２と底面が互いに接している。ホーン１２０の先端部の外周の寸法は、実施例１を作製するためのホーンの先端部の外周の寸法（すなわち、枠状凸部の外周の寸法）と同じである。

ホーン１２０を用いた以外は実施例１と同様にして、比較例１の試験片を作製し、接合強度を測定した。比較例１の試験片の作製および接合部の接合強度の測定を５回行った。平均値を比較例１の試験片の接合強度とした。比較例１の試験片の接合強度は、１４６．５Ｎであった。以上の結果から、枠状凸部を備えるホーンを用いることによって、被接合物に当てられる面の外周の寸法が同じであっても接合強度を向上させることができることが分かった。

以上、ここで開示される端子部品および当該端子部品を製造する際に用いられるホーンについて、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた端子部品やホーンの実施形態などは本発明を限定しない。また、ここで開示される内容は、種々変更でき、特段の問題が生じない限りにおいて、各構成要素やここで言及された各処理は適宜に省略され、または、適宜に組み合わされうる。

１０ リチウムイオン二次電池
２０ 電極体
２１ 正極シート
２２ 負極シート
３１，３２ セパレータシート
４１ 電池ケース
４１ａ ケース本体
４１ｂ 蓋
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
４３ｂ１ 頭部
４３ｂ２ 軸部
４３ｂ３ カシメ片
７１ ガスケット
７２ インシュレータ
１００ ホーン
１０１ ベース部
１０１ａ，１０１ｂ 側面
１０１ｃ 角部
１０１ｄ 上面
１０２ 先端部
１０２ａ 枠状凸部
１０２ａ１ 角部
１０２ａ２ 上面
１０２ｂ 内側凸部
１０２ｂ１ 上面
１０２ｂ２ 底面
１０２ｂ３ 斜辺
１０２ｂ４ 斜面
１１０ アンビル
１２０ ホーン
２００ 端子部品
２０１ 第１金属
２０１ａ 軸部
２０１ａ１ 端部
２０１ｂ フランジ部
２０１ｃ カシメ片となる部位
２０２ 第２金属
２０２ａ 凹部
２０２ａ２ 側周面
２０２ｂ 凹部
２０２ｂ１ 底部
２０２ｆ１，２０２ｆ２ 面
２０３ 接合部
２０３ａ 枠状接合領域
２０３ａ１ 短辺部
２０３ａ２ 長辺部
２０３ｂ 内側接合領域

Claims (4)

1. 被接合物に超音波振動を伝達するホーンであって、
   ベース部と、
   前記ベース部から突出し、前記被接合物に押し当てられる先端部と
   を備え、
   前記先端部の少なくとも一部は、枠状に形成された枠状凸部であり、
   前記枠状凸部の上面は、周方向に沿って周長の９０％以上において連続しており、かつ、外側から内側に向かって傾斜する傾斜面である、ホーン。
2. 前記枠状凸部は、矩形状に形成されている、請求項１に記載のホーン。
3. 前記先端部の一部として、前記枠状凸部の内側には内側凸部が設けられている、請求項１または２に記載のホーン。
4. 第１金属を用意する工程と、
   第２金属を用意する工程と、
   前記第１金属と前記第２金属を重ね合わせ、前記第２金属に対して請求項１～３のいずれか一項に記載されたホーンの先端部を押し当てつつ超音波振動を付与して前記第１金属と前記第２金属を超音波接合する工程と
   を含み、
   前記超音波接合する工程では、前記第１金属と前記第２金属の境界面に枠状に形成された接合部を形成させる、
   端子部品の製造方法。

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