JPH05500495A

JPH05500495A - 一緒に結合されたセラミック部材と金属部材とを含む物品

Info

Publication number: JPH05500495A
Application number: JP2509050A
Authority: JP
Inventors: オネイル　―　ベル，クリストファー; マックラクラン，スチュアート
Original assignee: クローライド　サイレント　パワー　リミテッド
Priority date: 1989-07-04
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1993-02-04
Also published as: EP0480962A1; DE69018077T2; ATE120159T1; KR920703479A; CA2062785A1; WO1991000255A1; DE69018077D1; US5270135A; ZA905186B; GB8915316D0; DD296585A5; EP0480962B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】一緒に結合されたセラミック部材と金属部材とを含む物品本発明は、金属とセ・ラミック又は穐々の材料との結合に関し、特に密封部を形成する一緒に結合されたセラミック又は種々の部材と金属部材とを含む物品、及びセラミック又はガラス状部材に金属部材を固定して密封部を形成する方法に関する。

金属部材をセラミック部材に結合して密封部を形成することは、特別な例として二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｂａｔｔ、ｅｒｙ）として用いられるナトリウム／硫黄電池の製造では、屡々必要になる。

二つの固体電極を液体電解質（希硫酸）が分離している慣用的鉛酸蓄電池とは異なって、ナトリウム／硫黄電池では、固体電解質（一般にβアルミナ）が二つの液体電極、即ち液体硫黄電極と液体ナトリウム電極とを分離している。

そのようなナトリウム／硫黄電池は、一部分断面で示した電池の斜視図である第１図に示されている。そこに示されているように、電池は直円筒状の形をした、例えば鋼のケース１と、その中に入ったβアルミナの固体電解質カップ２とを有し、カップ２の中にはナトリウム電極３が入っており、ケース１とカップ２との間の空間には硫黄電極４が入っている。使用する場合、電池を３００℃〜４００ ℃の温度に維持し、ナトリウム電極と硫黄電極とが液体状になるようにする。

カップ２の開口端はαアルミナの絶縁性円板５によって閉ざされており、ケース１は環状密封銅円板６によって閉ざされている。

ケース１は硫黄電極４の端子としての働きをし、ナトリウム電極３は長い金属の集電極８を含み、その集電極はケースｌの軸に沿って円板５を通って伸び、そこで円板５に取り付けられた中心端子円板７に結合され、溶接によって必要な結合が行われている。

硫黄は本質的には非伝導性であるので、ケース１とカップ２との間の電気的結合を行う機構を与えなければならず、これは一般に硫黄を極４を硫黄が含浸された炭素繊維として形成することにより達成される。

そのような電池では、ナトリウム電極３と硫黄電極４とはそれらの位置を逆にすることができることは分かるであろう。

そのような電池の場合、αアルミナ円［５がβアルミナカップ２の開口端を密封していることが必要であり、これは一般に釉薬結合（ｇｌａｚｉｎｇ）法により行われている。

円板６と端子円板７とはαアルミナ円板５に固定され、密封部を形成している必要もあり、αアルミナはイオン的にも電気的にも絶縁性であるので、拡散結合が一般に用いられている。

用いられている拡散結合の種類は二つの広い分類に入り、３５０℃〜６５０℃の温度を用いた「低温」及び８００℃より高い温度を用いた［高温Ｊ法がある。しがし、これらの方法は両方共欠点を有する９例えば、両方共、結合される金属部材とセラミック部材との間に別の中間的変形可能な密封部材を使用する必要がある。

異なった工程で用いられる温度のため低温結合はαアルミナ円板５をβアルミナカップ２釉薬結合した後に行われる。低温結合で用いられる温度は、後の製造操作中、又は電池の使用中、釉薬結合密封部の破壊を起こすことがある。更に、β アルミナカップの存在は、αアルミナ円板５と円板６又は端子７のいずれが一方との間の拡散結合工程を一層複雑にする。

高温結合では、使用される高温及び結合操作中に生ずる熱応力に耐えることができる材料を使用する必要がある。しかし、高温結合はαアルミナ円板５をβアルミナカップ２に結合する前に行うことができるので、この釉薬結合の際の応力水準は最小に保つことができる。

Ｇ　Ｂ　１１＋７６０　（フィリップス）には、アルミニウム又は銅の如き展性金属を、ガラス或は他のガラス状又はセラミック基体の如き固い材料へ超音波溶接することが記載されている。厚さ０．Ｉｙｙ以下のアルミニウム箔の如き展性金属の箔を、スノトロード（ｓｏｎｏｔｒｏｄｅ）と固いアンビルとの間で、例えばセラミックの層に対してプレスする。

スノトロードは回転体の形をしており、それはセラミック層と平行な回転軸の周りに回転する。スノトロードはその回転軸の方向に超音波周波数で振動し、金属箔と接触する。セラミックとアンビルとの間には弾力性物質の層が与えられている。アンビルと製造部品との瞬間的接触表面は、スノトロードの瞬間的接触表面と同じ速度で同じ方向に移動する。このようにして展性金属箔と固く脆い材料の層との間に連続的溶接継ぎ目を形成することができる。

本発明の目的は、セラミック又はガラス状部材と金属部材とを有する物品で、そのセラミック又はガラス状部材と金属部材とが一緒に結合されている改良された物品を与えることである。

本発明の第一の態様によれば、セラミック又はガラス状部材と、複合体部材で、基体部材とその基体部材に機械的に固定された変形可能な金属の層とがらなり、前記基体部材が前記変形可能な金属よりも固い材料で形成されている複合体部材とを含む物品において、前記セラミック又はガラス状部材及び前記変形可能な金属層が超音波溶接により形成された固相結合により一緒に結合されている物品が与えられる。

Ｇ　Ｂ　１１１７７６０の記載とは対照的に、本発明による物品は、セラミック又はガラス状部材に結合された複合体部材を有する。その複合体部材は、基体部材と変形可能な金属層とからなり、その基体部材は前記変形可能な金属よりも固い材料から形成されている。このようにしてその物品の構造的一体性が改良されている。

基体部材は鋼の如き金属から形成されているのが有利である。変形可能な金属は耐食性の如き他の有利な性質を持つように選択することができる。

本発明の第二の態様によれば、セラミック又はガラス状部材を、複合体部材で、基体部材とその基体部材に機械的に固定された変形可能な金属の層とからなり、前記基体部材が前記変形可能な金属よりも固い材料から形成されている複合体部材に結合する方法において、前記セラミック又はガラス状部材と前記複合体部材とを、前記セラミック又はガラス状部材が前記変形可能な金属層に隣接するように配置し、前記セラミック又はガラス状部材と前記変形可能な金属層とを超音波溶接により一緒に固定する諸工程を含む結合方法が与えられる。

本発明のこの態様による方法により、セラミック又はガラス状部材を外囲温度で基体部材に結合することができる。これは、上昇させた温度を必要とする拡散結合の如きそれら二つの部材の間の結合部を形成する他の方法よりも利点を有する。

本発明の第三の態様によれば、セラミック又はガラス状部材と、複合体部材で、基体部材とその基体部材に機械的に固定された変形可能な金属層とからなり、前記基体部材が前記変形可能な金属よりも固い材料で形成されている複合体部材とを有するナトリウム／［黄電池において、前記セラミック又はガラス状部材及び前記変形可能な金属層が超音波溶接により形成された固相結合により一緒に結合されているナトリウム／硫黄電池が与えられる。

基体部材は鋼の如き金属から形成されているのが有利であり、それはナトリウム／硫黄電池の構造的一体性を与える。変形可能な金属はアルミニウム、又は耐食性の如き有利な性質を有する成る他の金属でもよい、特にナトリウム／硫黄電池のケースは、その内部表面に耐食性層を有する鋼から形成することができる。

アルミニウムと他の金属からなる複合体をナトリウム／硫黄電池の部品、例えばケースとして用いた場合、超音波溶接の方法により、複合体のセラミック部材とアルミニウムとの間にそのアルミニウムの超音波変形の結果として固相結合が形成されることが確認されている。その結合はセラミック部材と複合体との閏の気密な密封部を与え、その金属とセラミック部材との間に他の変形可能な中間的部材又は結合助剤を使用する必要はない。

従って、本発明の第四の！’Ｅｉ様として、セラミック又はガラス状部材と、複合体部材で、基体部材とその基体部材に機械的に固定された変形可能な金属の層とがらなり、前記基体部材が前記変形可能な金属よりも固い材料から形成されている複合体部材とを有するナトリウム／硫黄電池を製造する方法において、前記セラミック又はガラス状部材と前記複合体部材とを、前記セラミック又はカラス状部材が前記変形可能な金属層に隣接するように配置し、前記セラミック又はガラス状部材と前記変形可能な金属層とを超音波溶接により一緒に固定する諸工程を含むナトリウム／硫黄電池製造方法が与えられる。

上で示したように、超音波溶接工程は外囲温度温度で行うことができる。従って、従来の溶接法と比較して、電池の種々の部品に対して行われる熱的工程の数は少なくなる。特に、釉薬結合密封部の応力程度は、３００℃より高い「低温」拡散結合の場合でも、拡散結合に必要な上昇させた温度によって惹き起こされる応力程大きくはない。この方法は速度（１回の操作で必要な時閉は１秒より短い）及び簡単さの利点を更に有する。特に、複合体部材の構造は、超音波溶接操作を行えるようにすると共に、基体部材の表面特性が変形可能な金属層の存在によって改良された構造を与えることができる６本発明の第五の態様によれば、セラミック又はガラス状部材と、複合体部材で、基体部材とその基体部材に機械的に固定された変形可能な金属の層とからなり、前記基体部材が前記変形可能な金属よりも固い材料から形成されている複合体部材とを有する物品を製造するための装置において、前記セラミック又はガラス状部材と前記複合体部材とを、前記セラミック又はガラス状部材が前記変形可能な金属層に隣接するように互いに配置する機構、及び前記基体部材を通して前記変形可能な金属層へ超ａ波周波数のエネルギーを伝達し７、それによって前記変形可能な金属層と前記セラミック又はカラス状部材とを互いに相対的に振動させ、それらの間に固相結合部を形成することができる機構とを具えている装置が４えられる０本発明のこの態様による装置によって、本発明の方法を実施することができる。

本発明の態様を、次に図面を参照し、単なる例として記述する。

第１図は、上で記述した従来法のナトリウム／硫黄電池の斜視図である。

第２図は、本発明の方法を実施するための装置の概略的構成図である。

第３図は、第２図の装置の一部分を一層詳細に示した断面図である。

第４図は、本発明により製造される多くの部品の幾つかを示す断面図である。

第５図〜第９図は、本発明によるナトリウム／硫黄電池の異なった構造の概略的断面図である、本発明の方法で用いるための装置の概略的図が第２図に示されている。−緒に超音波溶接される二つの部材、製造部品、がＩＯの二つの部分１０ａ、ＩＯｂとして示されている。１０〜３６ｋＨｚの出力を与えることができる周波数発生器１２を用いて希望の周波数の高周波数出力信号を発生させる。この信号をピエゾ電気結晶１４に伝達し、それに呼応して印加信号と同様な周波数の小さな運動量を送る２その運動はソノトロード１６によって製造部品１０に伝達される。環状ソノトロード１６は必要な大きさを持ぢ、硬化鋼、チタン又は成る他の適当な材ｔ１から作られ、超音波振動（矢印Ａで示されている方向）が増幅され、次に希望の位置に集中されるような形になっている。超音波振動はソフトロード１６中の鋸歯状部１７によって上の製造部品１０ａに伝達される。溶接荷重（矢印Ｂで示されている）を製造部品１０に加えると、ソノトロードの表面にある鋸歯状部１７が部品中に埋まり、それによって上の部品１０ａに超音波振動が伝達される。下の部品１０ｂは、第３図に一層詳細に示したような、支持体１８上に配置されている。

二つの金属部品の間に環状溶接部を形成するために提案されている従来の方法では、溶接界面（上と「の部品の間）に平行な平面内で溶接先端（鋸歯状部）の捩れ振動変位を与えるのに捩れ駆動結合装置を用いているのに対し、本発明の装置では横に駆動されるソ、ノ１−ロードを用いており、そのため溶接界面に対する溶接先端の運動は、並進超音波運動だけが溶接を発生するのに用いられる非捩れ運動になっている。これは、捩れ損失がないことにより一層低いエネルギーで溶接部を形成することができる利点を有する。別法として、ン、ノドロードが印加荷重の軸の周りに振動及び回転する捩れ超音波溶接機を用いてもよい。

支持体１８は金属支持体２０を有する。金属支持体２０と下の部品１０ｂとの間には、弾力性、展性、又は変形可能な材料から作られた支持体部材２２が与えられているのが有利である。円い又は四角い形をしたゴムとプラスチックとの任意の組合せから作った非金属支持体部材２２を用いて許容出来る結果が得られている。非金属配置機構２４は、各々の顎の上にプラスチック先端を有する三方類チャックの形をしていてもよく（他のそのような機構、例えばコレットでも同様に機能を果たすと考えられている）、それは金属支持体２０の上に配置され、下の部品１０ｂを取り巻いている。支持体１８はセラミック部品ｌＯｂを、溶接中、上と下の部品１０ａ、　１０ｂとが相対的に運動できるような位置に固定する。

非金属支持体２２ど１：の部品１０ｂとの間に溶接中下の部品１０ｂの過度の運動を防ぐのに充分な摩擦力が存在すれば、チャック２４の顎は溶接中、下の部品１０１）の周りに固定される必要はなく、畦に上の部品１０ａに対し下の部品１０ｂを配置させるのに用いられるだけでよいことが判明している。

もし必要ならば、Ｆの部品１０ｈが１−の部品１０ａに対し適所に固定されるようにチャック２４の顎を締めて装置を操作することができる。しかし、これは、ゴムを非金属支持体２２として用いた場合、僅かに位置か相対的に動く問題を起こすことがある。これは、溶接荷重を適用及び除去する間にゴムが弾性変形及び回復することによる。

上の部品１０ａを簡単なジグにより、又は取」二げ配置装置（図示されていない）により配置する６上の部品１０ａが下の部品１０ｂに対し動き過ぎた場合のような成る種の溶接開始時については、ジグを使用するのが好ましい。

この一つの例は、スノトロード１ｂが振動しながら製造部品１０と接触するようになる注入Ｎｎｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）型溶接である。

第２図及び第３図に示した装置を用いて、Ｊ４の部品１０ａを下のセラミック部品１０ｂに超音波溶接する。第３図に関連した述べたような非金属部品を用い゛Ｃセラミック部品を支持及び配置するのが、次の理由から望ましいことが判明している：１、セラミック部品が成る形の金属固定部材りに取付けられた場合、５二つの部品を溶接するのに必要な荷重は、そのセラミックと金属支持体との間の接触点てセラミックを破壊する結果になることがある。

２、セラミックが焼成された状態で完全に平坦である場合はめったにないため、金属固定部材に支持されたセラミック部品に荷重を加えると、点荷重を与え、セラミックの破損を起こすことがある。これはセラミック部品を完全に平坦に☆るまで゛研磨することによって解決することはできるが、これは時間がががり高価になる。

３、上の部品と下の部品が溶接中相対的に動くことができるようにセラミック部品を適所に固定することが必要である。しかし、鋸歯はセラミックに刺さらないので、二つの金属部品を超音波溶接するための従来の装置のように、鋸歯状アンビルを用いることはできない。

金属部品１０ａは、一方がセラミックへ溶接するのに用いられる変形可能な層で、他方がそれよりも強く、固く、或は靭性のある材料がら形成さハた基体である少なくとも二つの部分から形成された複合体である。変形可能な材料の層を、冷間圧延、拡散結合、爆発溶接、超音波溶接、又は機械的又は化学的手段の如き多数の方法のい噂″れかにより基体部材に対し、適所にｌ！械的（８、−因５打計る。十と下の部品１０ａ及びｌＯｂを、セラミック部品ＩＯりが変形ｉｉＪ能なｌ（２形可能な層は第３図中にｌＯｒと１７で示されているが大きさは正確ではない）に隣接するように互いに対し配置する。用いられる複合体部材の一例は、　；ち゛の側にアルミニウム層がＩＭ相溶接された原さ０，２５ｉｚの鋼基体である。〈アルミニウムは変形１１能な層を与え、一般にセラミックに結合し７ようとする鋼の表面上にな（）必要になる）、厚さ２５μｍ６０Ｂのアルミニウムの被覆を用いて気密な密封部が形成されているが、この範囲以外の厚、＼２恐らく１５０μ以上までのアルミニウムを用いることも１丁能であるど考えられている。

本発明者は１、二のやり方で形成された複り体部材はセラミック部材に容易に超音波溶接することができ、完全に気密な密封部を形成することができることを見出（２でいる。鋼基体は疲労亀裂を防ぐものと考えろ）じでいる。

複合体部材を用いた１：の方法が成功している別の理由は、この複合体部材の構造によって、全体どして溶接中のアルミニウム／セラミック界面で、他のやり方て′可能り、二なる圧力よりも高い圧力のＮ積が可能になることであろう、既に記述したように、＃ｌ基体を他の任意の材料によ−って１き換えてもよい。１旦Ｌ５その材料がアルミニウム被覆よりも靭性を持つが又は強いものであるとする。更に、使用される商業的純度のアルミニウムを、殆どとのような他のアルミニウム会社によって置き換えてもよい。

当業者は、金属部品又はプラスナック部品力仁−緒に超音波溶接される能力に部品の形が重要であることを知っているて゛あろう。従一つで、部品の形は金属部品をセラミック部品と一緒に超音波溶接するのに重要であることは分かるであろう。部品を一緒に超音波溶接した場合、典型的には、イれら金属部品がその部品の端又はその材料の鋭い局部的方向性の変質部分から溶接領域に互って裂けることがある。プラスチック材料では、裂ける代わりにそれらプラスチックが溶融することがある。裂は又は溶融は、前述の部品振動の一つど正弦波エネルギーカ仁一致１、て最大になり、その点でエネルギーの急灘な発散が行われることにより惹き起こされる、本発明者は、ｆｒｉ、翼部品をセラミック部品と一緒に超音波溶接する際のそのような厳しい問題に遭遇しておらず１種々の形又は大きさの部品によって種々の量のエネルギーが吸収されていることを認めている。

部品の厚さく即ち　ソノトロードと支持部材との間のそれらの大きさ）に関し、上の部品の厚さは３ｋＷの電力の周波数発生器に対し約１５１履〜２ｕを越えるべきではないが、千の部品〈今の区ではセラミック部品〉の厚さは重要て゛はないと通常述べられている。もし上の部品が厚過ぎると、その材料の展性により、また部品界面で運動が起きる代わりに二つの部品の間の界面で串擦的停止が起きることにより、超音波運動は材料に吸収される。

本発明溝は、今の例では、アルミニウムの厚さが約２００１．１に近づくと、基体の強化効果が失われるため、複合体の溶接は一層困難になると号えている５、アルＥ−Ｔ″７．１’−の展性は、部品界面は停止ＦＬ？：ｆｉで、運動がそのアルミニウムに吸収される結果になるであろう。本発明者は、４５０μの厚さのアルミニウム層を辷ラミ・・１２部品ど一緒に超音波溶接イる試みを行なった時、密封部が形成されないにとを見出し、ている。一層大きな電力の発生器を用いると、一層厚い材料を一緒に溶接するごどができる可能性が与えちれと考えられる。。

＋まで述べた複合体部材は多くのセラミック材料に超音波溶接することができると考えられる。ｍいパノするー・つの例は一般にσアルミナと呼ばれるセラ、ミツで、７〔ウェーズ　セラミックス（ｌ１ａｄｅｓ　Ｃｗｃａｍｉｃｓ　）がら【−川−、３００の番号で製造されている〕は次の組成を存する・拝１　％チター７′０．旧酸化第二鉄　０（）８石灰（Ｃａｂ）　ｉ、１３マグネシア　０．０３カリ（ｐｏｔａｓｈ）　０．０１ソーダ　０．０５未満他の例は、次の組成を有すると考えられる低品位アルミナ（コルス・セラミックにより製造された）である：■　覆シリカ　０〜３．０チタニア　０．１未満酸化第二鉄　０．２未満石灰（ＣａＯ）　Ｏ〜ｌＯマグネシア　Ｏ〜２．０カリ（ｐｏｔａｓｈ）　０．１未満ソーダ　０．３未満アルミナ　残余上記材料と一緒に用いられる溶接因子の例は次の通りである：ｌ子　鮮ユ　昨ス発生器周波数、ｋ）−１ｚ　２０　２０密封部面積、ｍｙ２３０　４０溶接荷重、ｋｇ６９　１００溶接時間、秒　０．１６　０．１８第一の例の条件を用いて、２５０組の部品を連続的超音波溶接して２５０個の気密な組立体を製造した。第二の例の条件を用いて一層変動した結果が得られたが、これらの変動した結果は部品の配置及び固定、及び溶接手順中の池の変動によるものであろう。工程を最適にするためのこれらの因子に対する修正は、当業者には明らがであろう。

本発明者は次の如き多数の池の金属部材をαアルミナと超音波溶接する試験も行なった：０．５６ｖｍ厚のＮＳ３アルミニウム合金０．４５ｚｘ厚のＮＳ３アルミニウム合金０．５６ｚｚ厚の商業的に純粋なアルミニウム０．４５ｚｙ厚の商業的に純粋なアルミニウム０．２ｘｚ厚の９９．９９％純度のアルミニウム０　、１５ｚｚ厚のインコネル６０００、］５ｚｚ厚のフェクラロイ（ＦｅｃｒａＪＩｏｙ）”ＢＨ３，０７５１１厚のフェクラロイ゛Ｂ″０．２ｘｚ厚のチタン本発明者は、成る量のチタン合金をセラミック部品に付着させることはできるが、構造体に元のま丈の気密で完全な環状溶接領域を形成することはできないように見えることを発見している６池の材料を試みたが、少量の金属はセラミックの表面に京耗され、何等の結合も形成されなかった。

これらの結果は、薄い金属箔（厚さ０　、　Ｉｚｚ以下）をセラミック部品に超音波溶接する従来法と比較することができる。本発明者は、一層厚い金属部材を、その金属部材が上で述べたような複合体部材の形をしている場合だけ、セラミック部材に超音波溶接することができることを見出している。

第４図には、金属とセラミックとを結合して層の間に気密な密封部を形成することができる技術の開発にょる本発明に従って製造することができる金属とセラミック部品から形成された数多くの部品の中の幾つかが示されている。それら部品は円筒形をしており、一部分が断面で示されている１表現を簡単にするため、変形可能な金属層は示されていない。第４ａ図は、超音波密封部３４によってセラミック管３２に結合された金属円板３０を示している。他の図でも同様な部品は同じ番号で示されている６第４ｂ図では、金属部品は環状円板である。第４ｃ図の金属部品には、局部的凹み３６が与えられており、それはセラミック構造体３２と接きし、二つの部品の相対的位置を定めている。第４ｄ図には、二つの金属部品３０ａ及び３０ｈを有する部品が示されている。第４ｅ図では、中心金属部品３０ｂに上で述べたような局部的凹みが形成されている。４ｆ、４ｇ、４ｈ、及び−４ｉの図は、全て金属部品３０とセラミック部品３２との相対的位置が、セラミック構造体３２の凹み又は突起の開と接合する金属部品３０の突起により確定された構造体を示している。

第５図〜第８図は、第１図に示した電池と同様なナトリウム／硫黄電池の四つの異なった構造を概略的に示しこおり、それらは本発明の方法を用いて容易に製造することができる。表現を簡単にするため変形可能な金属の層は示されていない。第１図の電池の部品に相当する電池の部品は同じ番号で示されている。第８図の電池は、αアルミナ円板５がカップ２を閉鎖する働きをしており、集電極８が入る小さな穴だけが開いている点で第１図の電池に最もよく似ている。第５図〜第７図の電池では、端子円板７がカップ２を閉鎖する働きをしており、αアルミナ部材５がカップ２の開口端の周りに固定されたリングの形をしており、円板６及び７がそれに固定されている。全ての電池でαアルミナ部材５と金属部材６及び７との間の結合は本発明の方法により行うことができる。

第９図は、本発明の方法を用いて容易に製造することができる別のナトリウム／硫黄電池の一部の構造を示している。

この横道では、集電［ｉ８は散切端子円板７に固定されるか、又はそれと一体的に形成されており、次に円板７を本発明の方法によりαアルミナ部材５に固定し、ｔＶｉ室３を密封し、必要に応じて集電極８が室３中に入っているようにする。図示されているように、円板７には大きな部材９が部品として与えられていてもよく、それによってその電池を、例えばＷ　Ｏ８９１００３４４に記載されているように、他の電池に接続することができる。

第９図に示した構造の組立体は、第１図に示したような電池と比較して製造利点を与える。二わらの利点には部品の数を少なくシ、それによって構造を一層簡惟にす−ることができ、電解質カップ２にす）・リウム電極材ｆ５↓を充填した後、本発明の方法により外囲温度で必要な密工・１部を形成することができることか含まれる。

第１図の電池の製造では、円板５をカップ２に固定（−た俺、端子円板７及び密封用円板６を拡散結合により円板５に固定し、カップ２にナトリウム（又は硫黄）を充填し、次に集電極８を挿入し、端子円板７に溶接する。

一般に行われているように、電池を池の電池に接続したい場合、電池相互接続部材を端子円板７又は集ｔａｉｓに溶接しなければならない。

そのような電池では、四つの欠陥領域が生ずる可能性がある。即ち、円板５とカップ２との間の拡散結合部、円板５と部材６及び７との間の拡散結合部、端子円板７と集電極８との間の溶接部、端子円板７又は集電極８へ電池相互接続部材を溶接することにより起こされる損傷である。

第９図に示したような電池では、円板５とカップ２、端子円板７と円板５、恐らく端子円板７と集電極８、の間の結合部だけが損傷することがあり、上で述べたように、端子円板７と円板５との結合が本発明によって行われれば、それは外囲温度で行われ、その結果組立体に応力を与える危険は少なくなる。

上の記載では、金属部材（単数又は複数）が結合されるセラミック部材はαアルミナであるが、他のセラミック材料を代わりに用いることができることは分かるであろう。

本発明者は、ガラス部品を金属複合体部品と一緒に超音波溶接する（前に述べた如く〉試みも行なった。ガラス部品が余りにも薄いと荷重を掛けている間に破損し易いが、依然として成る量のアルミニウムをガラス上に１１着させることができ、ガラスの成る領域を複合体のアルミニウム層へ結合したままにしておくことも出来ることが見出されている。従って、複合体部材（前述の如き）とガラス又はガラス状部材との間に、もしそのガラス状部材が溶接中に加えられる力に充分耐えられる厚さを持ち、充分な支持が与えられているならば、密封部を形成することができると考えられる。更に、ガラス部品を用いた溶接部によって吸収される最大電力は、αアルミナを用いた溶接部によって吸収される電力よりも遥かに低いことが観察されている。この相違は、溶接部界面の表面粗さくｇｌ擦係数）の違いによるものであると考えられる６超音波溶接中の溶接用超音波発生器から得られる最大の力は、適用される溶接荷重、溶接される部品間の溶接部領域及び窄擦係数に依存する。

更に、複合体部材の基体が次の材料のいずれかから形成されている、前述したような部品間に超音波溶接部を形成することができるであろうと考えられる：セラミック補強繊維を有するアルミニウム、プラスチック材料、金属、セラミック、又はガラス補強用繊維を有するプラスチック。

既に概略述べたように、本質的な特徴は、基体部材が、使用される変形可能な金属より６固い材ｉ＋から形成されていると言うことである。

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／２りＪ国際調査報告　ＤｒＴノｊＱ　Ｑｎ＃＋ｎｏＯＱ１＋、−−１−−１１−１１− ＋ｌ−Ｎ−ρＣＴ／ＧＢ　９０１００９９９国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．セラミック又はガラス状部材と、複合体部材で、基体部材とその基体部材に機械的に固定された変形可能な金属の層とからなり、前記基体部材が前記変形可能な金属よりも固い材料から形成されている複合体部材とを含む物品において、前記セラミック又はガラス状部材と前記変形可能な金属層とが超音波溶接により形成された固相結合により一緒に結合されている物品。
２．基体部材が金属から形成されている請求項１に記載の物品。
３．基体部材が鋼から形成され、変形可能な金属層がアルミニウム及びアルミニウム合金からなる群から選択される請求項２に記載の物品。
４．変形可能な金属層が４５０μ以下の範囲の厚さを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の物品。
５．変形可能な金属層が１５０μ以下の範囲の厚さを有する請求項４に記載の物品。
６．変形可能な金属層が６０μ以下の範囲の厚さを有する請求項５に記載の物品。
７．変形可能な金属層が少なくとも２５μの厚さを有する請求項４〜６のいずれか１項に記載の物品。
８．複合体部材が２ｍｍ以下の範囲の最大厚さを有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の物品。
９．複合体部材が積層体である請求項１〜８のいずれか１項に記載の物品。
１０．セラミック又はガラス状部材がセラミックから形成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の物品。
１１．セラミック部材がαアルミナから形成されている請求項１０に記載の物品。
１２．固相結合が、セラミック又はガラス状部材と複合体部材との間の気密な密封部を形成している請求項１〜１１のいずれか１項に記載の物品。
１３．結合が環状である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の物品。
１４．セラミック又はガラス状部材と、複合体部材で、基体部材とその基体部材に機械的に固定された変形可能な金属の層とからなり、前記基体部材が前記変形可能な金属よりも固い材料から形成されている複合体部材とを有する物品を製造する方法において、前記セラミック又はガラス状部材と前記複合体部材とを、前記セラミック又はガラス状部材が前記変形可能な金属層に隣接するように互いに配置し、前記セラミック又はガラス状部材と前記変形可能な金属層とを超音波溶接により一緒に固定する諸工程を含む製造方法。
１５．基体部材が金属から形成されている請求項１４に記載の方法。
１６．基体部材が鋼から形成され、変形可能な金属層がアルミニウム及びアルミニウム合金からなる群から選択される請求項１５に記載の方法。
１７．変形可能な金属層が、その変形可能な金属層とセラミック又はガラス状部材との間の界面で超音波溶接中該変形可能な金属が振動出来るような厚さを有する請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
１８．変形可能な金属層が４５０μ以下の範囲の厚さを有する請求項１７に記載の方法。
１９．変形可能な金属層が１５０μ以下の範囲の厚さを有する請求項１８に記載の方法。
２０．変形可能な金属層が６０μ以下の範囲の厚さを有する請求項１９に記載の方法。
２１．変形可能な金属層が少なくとも２５μの厚さを有する請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の方法。
２２．複合体部材が２ｍｍ以下の範囲の最大厚さを有する請求項１４〜２１のいずれか１項に記載の方法。
２３．複合体部材が積層体である請求項１４〜２２のいずれか１項に記載の方法。
２４．セラミック又はガラス状部材がセラミックから形成されている請求項１４〜２３のいずれか１項に記載の方法。
２５．セラミック部材がαアルミナから形成されている請求項２４に記載の方法。
２６．固相結合が、セラミック又はガラス状部材と複合体部材との間の気密な密封部を形成している請求項１４〜２５のいずれか１項に記載の方法。
２７．結合が環状である請求項１４〜２６のいずれか１項に記載の方法。
２８．セラミック又はガラス状部材と、複合体部材で、基体部材とその基体部材に機械的に固定された変形可能な金属の層とからなり、前記基体部材が前記変形可能な金属よりも固い材料から形成されている複合体部材とを有するナトリウム／硫黄電池において、前記セラミック又はガラス状部材と前記変形可能な金属層とが超音波溶接により形成された固相結合により一緒に結合されているナトリウム／硫黄電池。
２９．固体電解質カップ、前記カップの開口端を閉ざすセラミック円板からなるセラミック又はガラス状部材、及び前記セラミック円板を通って前記カップ中に伸びている集電極を更に具え、複合体部材が前記集電極と電気的に結合された端子部材からなり、前記端子部材と前記セラミック円板とが同相結合部によって一緒に結合されている請求項２８に記載のナトリウム／硫黄電池。
３０．端子円板が、電池を他の電池に接続する働きをする相互結合部材の一部分である請求項２９に記載のナトリウム／硫黄電池。
３１．端子円板が、集電極と一体的に形成されている請求項２９又は３０に記載のナトリウム／硫黄電池。
３２．基体部材が金属から形成されている請求項２８〜３１のいずれか１項に記載のナトリウム／硫黄電池。
３３．基体部材が鋼から形成され、変形可能な金属層が耐食性材料から形成されている請求項３２に記載のナトリウム／硫黄電池。
３４．変形可能な金属層が、アルミニウム及びアルミニウム合金からなる群から選択された材料から形成されている請求項１８〜３３のいずれか１項に記載のナトリウム／硫黄電池。
３５．変形可能な金属層が４５０μ以下の範囲の厚さを有する請求項２８〜３４のいずれか１項に記載のナトリウム／硫黄電池。
３６．変形可能な金属層が１５０μ以下の範囲の厚さを有する請求項３５に記載のナトリウム／硫黄電池。
３７．変形可能な金属層が６０μ以下の範囲の厚さを有する請求項３６に記載のナトリウム／硫黄電池。
３８．変形可能な金属層が少なくとも２５μの厚さを有する請求項３５〜３７のいずれか１項に記載のナトリウム／硫黄電池。
３９．複合体部材が２ｍｍ以下の範囲の最大厚さを有する請求項２８〜３８のいずれか１項に記載のナトリウム／硫黄電池。
４０．セラミック又はガラス状部材がセラミックから形成されている請求項２８〜３９のいずれか１項に記載のナトリウム／硫黄電池。
４１．セラミック部材がαアルミナから形成されている請求項４０に記載のナトリウム／硫黄電池。
４２．固相結合が、セラミック又はガラス状部材と複合体部材との間の気密な密封部を形成している請求項２８〜４１のいずれか１項に記載のナトリウム／硫黄電池。
４３．結合が環状である請求項２８〜４２のいずれか１項に記載のナトリウム／硫黄電池。
４４．セラミック又はガラス状部材と、複合体部材で、基体部材とその基体部材に機械的に固定された変形可能な金属の層とからなり、前記基体部材が前記変形可能な金属よりも固い材料から形成されている複合体部材とを有するナトリウム／硫黄電池の製造方法において、前記セラミック又はガラス状部材と前記複合体部材とを、前記セラミック又はガラス状部材が前記変形可能な金属層に隣接するように配置し、前記セラミック又はガラス状部材と前記変形可能な金属層とを超音波溶接により一緒に固定する諸工程を含むナトリウム／硫黄電池製造方法。
４５．基体部材が金属から形成されている請求項４４に記載の方法。
４６．基体部材が鋼から形成され、変形可能な金属層が耐食性材料から形成されている請求項４５に記載の方法。
４７．変形可能な金属層がアルミニウム及びアルミニウム合金からなる群から選択された材料から形成されている請求項４４〜４６のいずれか１項に記載方法。
４８．変形可能な金属層が、その変形可能な金属層とセラミック又はガラス状部材との間の界面で超音波溶接中該変形可能な金属が振動出来るような厚さを有する請求項４４〜４７のいずれか１項に記載の方法。
４９．変形可能な金属層が４５０μ以下の範囲の厚さを有する請求項４８に記載の方法。
５０．変形可能な金属層が１５０μ以下の範囲の厚さを有する請求項４９に記載の方法。
５１．変形可能な金属層が１５０μ以下の範囲の厚さを有する請求項５０に記載の方法。
５２．変形可能な金属層が少なくとも２５μの厚さを有する請求項４９〜５１のいずれか１項に記載の方法。
５３．複合体部材が２ｍｍ以下の範囲の最大厚さを有する請求項４４〜５２のいずれか１項に記載の方法。
５４．セラミック又はガラス状部材がセラミックから形成されている請求項４４〜５３のいずれか１項に記載の方法。
５５．セラミック部材がαアルミナから形成されている請求項５４に記載の方法。
５６．固相結合が、セラミック又はガラス状部材と複合体部材との間の気密な密封部を形成している請求項４４〜５５のいずれか１項に記載の方法。
５７．結合が環状である請求項４４〜５６のいずれか１項に記載の方法。
５８．セラミック又はガラス状部材と、複合体部材で、基体部材とその基体部材に機械的に固定された変形可能な金属の層とからなり、前記基体部材が前記変形可能な金属よりも固い材料から形成されている複合体部材とを有する物品を製造するための装置において、前記セラミック又はガラス状部材と前記複合体部材とを、前記セラミック又はガラス状部材が前記変形可能な金属層に隣接するように互いに配置する機構、及び前記基体部材を通して前記変形可能な金属層へ超音波周波数のエネルギーを伝達し、それによって前記セラミック又はガラス状部材と前記変形可能な金属層との間に固相結合部を形成する機構とを具えた装置。
５９．セラミック又はガラス状部材がセラミックから形成されている請求項５５に記載の装置。
６０．セラミック又はガラス状部材及び複合体部材を配置する機構が、前記セラミック又はガラス状部材を保持するための支持部材を有し、前記支持部材が弾力性のある展性又は変形可能な材料から作られている請求項５８又５９はに記載の装置。
６１．固相結合が、セラミック又はガラス状部材と複合体部材との間の気密な密封部を形成している請求項５８〜６０のいずれか１項に記載の装置。
６２．結合が環状である請求項５８〜６１のいずれか１項に記載の装置。