JPH1147956A - 金属容器の超音波接合方法 - Google Patents
金属容器の超音波接合方法Info
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- JPH1147956A JPH1147956A JP9221953A JP22195397A JPH1147956A JP H1147956 A JPH1147956 A JP H1147956A JP 9221953 A JP9221953 A JP 9221953A JP 22195397 A JP22195397 A JP 22195397A JP H1147956 A JPH1147956 A JP H1147956A
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- Japan
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- ultrasonic
- joining
- ultrasonic bonding
- metal
- metal container
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波ホーンとアンビルの間が大きく離れて
いる場合においても、熱的履歴を与えることなく、確実
に気密に、接合強度を高く接合する超音波接合できる方
法の提供。 【解決手段】 金属材料からなる容器本体１及び蓋材２
とを、これらの接合部１０の全面を一度に加圧できる形
状を有する超音波ホーン３とアンビル４の間にセット
し、かつ容器本体１及び蓋材２を確実に固定する治具５
でクランプし、周波数２０〜４０ＫＨｚ、振幅３〜８０
μｍ、加圧力３〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2 、最大出力７００
〜３０００ワットで行う超音波接合する金属容器の超音
波接合方法。
いる場合においても、熱的履歴を与えることなく、確実
に気密に、接合強度を高く接合する超音波接合できる方
法の提供。 【解決手段】 金属材料からなる容器本体１及び蓋材２
とを、これらの接合部１０の全面を一度に加圧できる形
状を有する超音波ホーン３とアンビル４の間にセット
し、かつ容器本体１及び蓋材２を確実に固定する治具５
でクランプし、周波数２０〜４０ＫＨｚ、振幅３〜８０
μｍ、加圧力３〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2 、最大出力７００
〜３０００ワットで行う超音波接合する金属容器の超音
波接合方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品、特に携
帯電話等に使用されている角型電池（Ｎｉ−ＭＨ電池、
リチウムイオン電池などの二次電池）のケースなどにお
いて必要とされる金属材料からなる容器本体と蓋材の接
合において、内容物に熱履歴を与えることなく、超音波
接合により質の良い金属接合部を得るに有利な方法に関
する。
帯電話等に使用されている角型電池（Ｎｉ−ＭＨ電池、
リチウムイオン電池などの二次電池）のケースなどにお
いて必要とされる金属材料からなる容器本体と蓋材の接
合において、内容物に熱履歴を与えることなく、超音波
接合により質の良い金属接合部を得るに有利な方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来金属板同士の接合においては、通常
アセチレンフレーム溶接、ＴＩＧまたはＭＩＧなどのア
ーク溶接、抵抗スポット溶接、ろう付けなどの方法があ
る。従来の電池ケースの接合は、大きな熱的履歴を与え
ないレーザー接合がほとんどであった。角型電池のケー
スのレーザー接合は、板厚０．５ｍｍ程度の容器本体
に、板厚１．０ｍｍ前後の蓋材をインローで填め合わせ
た材料を、先端を絞ったビームのレーザーの熱エネルギ
ーにより容器本体と蓋材の接触面を溶融して接合する方
法である。しかしながら、容器本体はプレス加工で成形
されるために、寸法精度上の問題で容器本体と蓋材との
接合部は、レーザー接合に適切なクリアランスの精度を
確保できないことが多い。そのため精度が不十分な時に
は、接合面に割れ、ブローホールなどの接合不良が発生
することになる。また内容物に熱履歴を与えることがで
きない場合にはレーザー接合のような熱的な溶接方法を
用いることができず、接合部に熱を与えないまたは熱的
影響の小さくて接合する、機械的な接合（例えば巻き締
め）、接着、超音波接合などを採用することが必要とさ
れている。
アセチレンフレーム溶接、ＴＩＧまたはＭＩＧなどのア
ーク溶接、抵抗スポット溶接、ろう付けなどの方法があ
る。従来の電池ケースの接合は、大きな熱的履歴を与え
ないレーザー接合がほとんどであった。角型電池のケー
スのレーザー接合は、板厚０．５ｍｍ程度の容器本体
に、板厚１．０ｍｍ前後の蓋材をインローで填め合わせ
た材料を、先端を絞ったビームのレーザーの熱エネルギ
ーにより容器本体と蓋材の接触面を溶融して接合する方
法である。しかしながら、容器本体はプレス加工で成形
されるために、寸法精度上の問題で容器本体と蓋材との
接合部は、レーザー接合に適切なクリアランスの精度を
確保できないことが多い。そのため精度が不十分な時に
は、接合面に割れ、ブローホールなどの接合不良が発生
することになる。また内容物に熱履歴を与えることがで
きない場合にはレーザー接合のような熱的な溶接方法を
用いることができず、接合部に熱を与えないまたは熱的
影響の小さくて接合する、機械的な接合（例えば巻き締
め）、接着、超音波接合などを採用することが必要とさ
れている。
【０００３】これらの方法のうち、気密性を必要とする
場合には、機械的接合は不都合が多く、接着法を採用す
る時は接着剤を必要とするため接合部に導電性を欠くこ
とになり、接合部に気密性を必要とし、かつ導電性を必
要とする場合にはこれらの方法は問題がある。また超音
波接合においては、接合部の金属板同士の厚さが１ｍｍ
以上と厚かったり、あるいは図５に示すように容器本体
の縁部と蓋材のように超音波ホーンとアンビルの間のク
ランプ距離が大きい時は、容器本体全体がおそらく共振
をして接合部に超音波振動をうまく伝えられず接合がで
きなかった。また図６に示すように容器本体の共振を抑
えるために拘束金型にて容器本体の外周をクランプして
も、接合面の一部を加圧する超音波ホーン及びアンビル
を用いて超音波接合する時は同じ図５と結果になる。ま
た、接合部のみ板厚０．５ｍｍに削り容器本体に填め合
わせられるように研削加工した蓋材を作成して接合を行
ったが、同様に気密には接合できなかった。更に接合で
きない箇所をなくそうと加圧力を高めると容器本体の金
属材料がちぎれる箇所、穴が明く箇所ができる等の問題
があり、また超音波接合においては厚板（１ｍｍ以上）
の場合には不向きであり、超音波ホーン及びアンビルの
形状を変えてこれを克服したとしても高強度の接合には
不適当であった。
場合には、機械的接合は不都合が多く、接着法を採用す
る時は接着剤を必要とするため接合部に導電性を欠くこ
とになり、接合部に気密性を必要とし、かつ導電性を必
要とする場合にはこれらの方法は問題がある。また超音
波接合においては、接合部の金属板同士の厚さが１ｍｍ
以上と厚かったり、あるいは図５に示すように容器本体
の縁部と蓋材のように超音波ホーンとアンビルの間のク
ランプ距離が大きい時は、容器本体全体がおそらく共振
をして接合部に超音波振動をうまく伝えられず接合がで
きなかった。また図６に示すように容器本体の共振を抑
えるために拘束金型にて容器本体の外周をクランプして
も、接合面の一部を加圧する超音波ホーン及びアンビル
を用いて超音波接合する時は同じ図５と結果になる。ま
た、接合部のみ板厚０．５ｍｍに削り容器本体に填め合
わせられるように研削加工した蓋材を作成して接合を行
ったが、同様に気密には接合できなかった。更に接合で
きない箇所をなくそうと加圧力を高めると容器本体の金
属材料がちぎれる箇所、穴が明く箇所ができる等の問題
があり、また超音波接合においては厚板（１ｍｍ以上）
の場合には不向きであり、超音波ホーン及びアンビルの
形状を変えてこれを克服したとしても高強度の接合には
不適当であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属容器の
容器本体と蓋体を、熱的履歴を与えることなく、確実に
気密に、接合強度を高く接合する超音波接合として、超
音波ホーンとアンビルの間が大きく離れている場合にお
いても、確実にかつ気密に超音波接合できる方法の開
発、特に携帯電話などに使用される軽量なアルミニウム
等製の角型二次電池のケースの開発を目的とする。
容器本体と蓋体を、熱的履歴を与えることなく、確実に
気密に、接合強度を高く接合する超音波接合として、超
音波ホーンとアンビルの間が大きく離れている場合にお
いても、確実にかつ気密に超音波接合できる方法の開
発、特に携帯電話などに使用される軽量なアルミニウム
等製の角型二次電池のケースの開発を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１） 金属
材料からなる容器本体及び蓋材とを、これらの接合部の
全面を一度に加圧できる形状を有する超音波ホーンとア
ンビルの間にセットし、かつ容器本体及び蓋材を確実に
固定する治具でクランプし、超音波接合する金属容器の
超音波接合方法、（２） 容器本体が若干のテーパーフ
ランジ部を有する時、接合部のみを接合する超音波ホー
ンを用い、超音波接合する前記（１）記載の金属容器の
超音波接合方法、（３） 容器本体が完全なフランジ部
を有する時、ワークの固定はフランジ部も確実にクラン
プして超音波接合する前記（１）記載の金属容器の超音
波接合方法、
材料からなる容器本体及び蓋材とを、これらの接合部の
全面を一度に加圧できる形状を有する超音波ホーンとア
ンビルの間にセットし、かつ容器本体及び蓋材を確実に
固定する治具でクランプし、超音波接合する金属容器の
超音波接合方法、（２） 容器本体が若干のテーパーフ
ランジ部を有する時、接合部のみを接合する超音波ホー
ンを用い、超音波接合する前記（１）記載の金属容器の
超音波接合方法、（３） 容器本体が完全なフランジ部
を有する時、ワークの固定はフランジ部も確実にクラン
プして超音波接合する前記（１）記載の金属容器の超音
波接合方法、
【０００６】（４） 超音波接合する時、超音波振動は
接合面に平行な超音波動を与える前記（１）ないし
（３）のいずれかに記載の金属容器の超音波接合方法、
（５） 金属材料がアルミニウムまたはアルミニウム合
金である前記（１）ないし（４）のいずれかに記載の金
属容器の超音波接合方法、（６） 超音波接合が、周波
数２０〜４０ＫＨｚ、振幅３〜８０μｍ、加圧力３〜５
０ｋｇｆ／ｃｍ2 、最大出力７００〜３０００ワットで
行う前記（１）ないし（５）のいずれかに記載の金属容
器の超音波接合方法、及び（７） 前記（１）〜（６）
のいずれかに記載の金属容器の超音波接合方法により製
造された角型電池ケースを開発することにより上記の目
的を達成した。
接合面に平行な超音波動を与える前記（１）ないし
（３）のいずれかに記載の金属容器の超音波接合方法、
（５） 金属材料がアルミニウムまたはアルミニウム合
金である前記（１）ないし（４）のいずれかに記載の金
属容器の超音波接合方法、（６） 超音波接合が、周波
数２０〜４０ＫＨｚ、振幅３〜８０μｍ、加圧力３〜５
０ｋｇｆ／ｃｍ2 、最大出力７００〜３０００ワットで
行う前記（１）ないし（５）のいずれかに記載の金属容
器の超音波接合方法、及び（７） 前記（１）〜（６）
のいずれかに記載の金属容器の超音波接合方法により製
造された角型電池ケースを開発することにより上記の目
的を達成した。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明における金属材料としては
特に制限はないが、角型電池のケースとして用いる場合
にはアルミニウムまたはアルミニウム合金が好適であ
る。以下実施例として図面を参照しながら本発明を詳細
に説明する。
特に制限はないが、角型電池のケースとして用いる場合
にはアルミニウムまたはアルミニウム合金が好適であ
る。以下実施例として図面を参照しながら本発明を詳細
に説明する。
【０００８】
【実施例】超音波接合は、周波数２０ＫＨｚ、振幅３５
μｍ（金属接合面に平行な振動）、加圧力（加圧した総
荷重を接合部の全面積で除した時の値。）８ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 、最大出力１５００ワットで行った。
μｍ（金属接合面に平行な振動）、加圧力（加圧した総
荷重を接合部の全面積で除した時の値。）８ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 、最大出力１５００ワットで行った。
【０００９】（実施例１）容器本体の金属材料として、
０．５ｍｍ厚の長さ４０ｍｍ、幅８ｍｍ、高さ５０ｍｍ
のＡ３００３−Ｏ材（アルミニウム合金材）を用い、こ
れに蓋材として、同材質の厚さ１．５ｍｍの長さ４０ｍ
ｍ、幅８ｍｍを用いた。本発明の基本的な実施の形態と
して、その模式図を図１に示す。本実施例において超音
波ホーン３及びアンビル４は、容器本体１及び蓋材２の
接合部１０全面を一度に加圧できる形状を有する。特に
超音波ホーン３の加工面は図２に示すように蓋材の中央
部には端子があることを考慮して、接合部１０以外の蓋
材部分２とは接触しない形状とし、超音波ホーン３の中
央部は凹部（非接触面７）としておく。超音波ホーン３
及びアンビル５の加工面は、超音波振動を確実に伝える
ために一定のピッチで加工された凹凸面としてある。ま
た容器本体１及び蓋材２の共振を防止するように拘束金
型５でクランプし、超音波ホーンの接する幅の中心が金
属容器の接合幅の中心になるようにして超音波接合を行
った。この結果共振も起こさず、気密性の良い超音波接
合ができた。合格率（ヘリウムガス充填：５ｋｇ／ｃｍ
2 ）は９５％以上を確保できた。本実施例においては容
器本体の内部に嵌合可能なタイプの蓋材を用いたが、容
器本体内部に嵌合せずに容器本体上面に単に載置するタ
イプの蓋材（単なる板材）であっても同様に超音波接合
できた。気密試験合格率は９４％以上であった。
０．５ｍｍ厚の長さ４０ｍｍ、幅８ｍｍ、高さ５０ｍｍ
のＡ３００３−Ｏ材（アルミニウム合金材）を用い、こ
れに蓋材として、同材質の厚さ１．５ｍｍの長さ４０ｍ
ｍ、幅８ｍｍを用いた。本発明の基本的な実施の形態と
して、その模式図を図１に示す。本実施例において超音
波ホーン３及びアンビル４は、容器本体１及び蓋材２の
接合部１０全面を一度に加圧できる形状を有する。特に
超音波ホーン３の加工面は図２に示すように蓋材の中央
部には端子があることを考慮して、接合部１０以外の蓋
材部分２とは接触しない形状とし、超音波ホーン３の中
央部は凹部（非接触面７）としておく。超音波ホーン３
及びアンビル５の加工面は、超音波振動を確実に伝える
ために一定のピッチで加工された凹凸面としてある。ま
た容器本体１及び蓋材２の共振を防止するように拘束金
型５でクランプし、超音波ホーンの接する幅の中心が金
属容器の接合幅の中心になるようにして超音波接合を行
った。この結果共振も起こさず、気密性の良い超音波接
合ができた。合格率（ヘリウムガス充填：５ｋｇ／ｃｍ
2 ）は９５％以上を確保できた。本実施例においては容
器本体の内部に嵌合可能なタイプの蓋材を用いたが、容
器本体内部に嵌合せずに容器本体上面に単に載置するタ
イプの蓋材（単なる板材）であっても同様に超音波接合
できた。気密試験合格率は９４％以上であった。
【００１０】（実施例２）実施例１と同様の金属材料を
使用し、超音波接合を行った。容器本体をプレス加工に
より成形し、開口部に若干のテーパフランジ部を残した
形状（図３−Ａ参照）とし、図１と同様に接合部のみを
フランジ部に垂直に加圧できるような超音波ホーンを作
成し、拘束金型を同時に用いて容器本体をクランプしな
がら超音波接合を行った。超音波接合後、フランジ部を
立ち上げ加工（Ａ＝０．８ｍｍ）をし、図３−Ｂの形状
に成形した。気密試験合格率は９１％であった。
使用し、超音波接合を行った。容器本体をプレス加工に
より成形し、開口部に若干のテーパフランジ部を残した
形状（図３−Ａ参照）とし、図１と同様に接合部のみを
フランジ部に垂直に加圧できるような超音波ホーンを作
成し、拘束金型を同時に用いて容器本体をクランプしな
がら超音波接合を行った。超音波接合後、フランジ部を
立ち上げ加工（Ａ＝０．８ｍｍ）をし、図３−Ｂの形状
に成形した。気密試験合格率は９１％であった。
【００１１】（実施例３）実施例１と同様の金属材料を
使用し、超音波接合を行った。図４に示すように、完全
にフランジ部を有するので、実施例１で使用した超音波
ホーン及びアンビルを使用し、また金属容器の拘束はフ
ランジ部もクランプし、ワークの拘束をより確実にし、
接合面に平行な振動の超音波振動により超音波接合を行
った。超音波接合後トリミングして実施例１と同様の形
状の金属容器とした。気密試験合格率は９５％以上を確
保できた。また場合によっては実施例２と同様に、フラ
ンジ部を立ち上げ、図３−Ｂと同様の金属容器とするこ
ともできる。
使用し、超音波接合を行った。図４に示すように、完全
にフランジ部を有するので、実施例１で使用した超音波
ホーン及びアンビルを使用し、また金属容器の拘束はフ
ランジ部もクランプし、ワークの拘束をより確実にし、
接合面に平行な振動の超音波振動により超音波接合を行
った。超音波接合後トリミングして実施例１と同様の形
状の金属容器とした。気密試験合格率は９５％以上を確
保できた。また場合によっては実施例２と同様に、フラ
ンジ部を立ち上げ、図３−Ｂと同様の金属容器とするこ
ともできる。
【００１２】
【発明の効果】本発明は、従来接合する材料の厚さに制
限があり、容器のように立体的な形状を有する場合に
は、共振などを起こして超音波振動を効率よく伝えるこ
とができず、接合が効率よく行えなかった金属材料から
なる容器本体及び蓋材のようなものを、これらの接合部
の全面を一度に加圧できる形状を有する超音波ホーンと
アンビルの間にセットし、かつ被接合材である容器本体
及び蓋材を確実に固定する治具でクランプし超音波接合
する時は、従来困難とされてきた金属間の接合が極めて
効率よく行うことができた。この結果、金属容器の容器
本体と蓋体を、熱的履歴を与えることなく、確実に気密
に、接合強度を高く接合できるため、携帯電話などに使
用される軽量なアルミニウム等製の角型二次電池のケー
ス等に広く利用ができるものである。
限があり、容器のように立体的な形状を有する場合に
は、共振などを起こして超音波振動を効率よく伝えるこ
とができず、接合が効率よく行えなかった金属材料から
なる容器本体及び蓋材のようなものを、これらの接合部
の全面を一度に加圧できる形状を有する超音波ホーンと
アンビルの間にセットし、かつ被接合材である容器本体
及び蓋材を確実に固定する治具でクランプし超音波接合
する時は、従来困難とされてきた金属間の接合が極めて
効率よく行うことができた。この結果、金属容器の容器
本体と蓋体を、熱的履歴を与えることなく、確実に気密
に、接合強度を高く接合できるため、携帯電話などに使
用される軽量なアルミニウム等製の角型二次電池のケー
ス等に広く利用ができるものである。
【図１】実施例１に使用した接合部全面を加圧する超音
波ホーンを使用した１例。
波ホーンを使用した１例。
【図２】本発明に使用する超音波ホーンの加工面の加圧
部形状。
部形状。
【図３−Ａ】テーパーフランジ部を残した容器本体の超
音波接合と超音波ホーンの１例。
音波接合と超音波ホーンの１例。
【図３−Ｂ】テーパーフランジ部を有する容器本体の超
音波接合後のフランジ部の立ちあげ加工。
音波接合後のフランジ部の立ちあげ加工。
【図４】完全フランジを有する容器本体の超音波接合の
１例。
１例。
【図５】従来の超音波接合の断面図の１例。
【図６】拘束金型を使用した従来の超音波接合の１例。
１ 容器本体 ２ 蓋材 ３ 超音波ホーン ４ アンビル ５ 拘束金型 ６ 超音波ホーンの加工面 ７ 超音波ホーンの非接触面 ８ テーパーフランジ部 ９ フランジ部 １０ 接合部
Claims (7)
- 【請求項１】 金属材料からなる容器本体及び蓋材と
を、これらの接合部の全面を一度に加圧できる形状を有
する超音波ホーンとアンビルの間にセットし、かつ容器
本体及び蓋材を確実に固定する治具でクランプし、超音
波接合することを特徴とする金属容器の超音波接合方
法。 - 【請求項２】 容器本体が若干のテーパーフランジ部を
有する時、接合部のみを接合する超音波ホーンを用い、
超音波接合する請求項１記載の金属容器の超音波接合方
法。 - 【請求項３】 容器本体が完全なフランジ部を有する
時、ワークの固定はフランジ部も確実にクランプして超
音波接合する請求項１記載の金属容器の超音波接合方
法。 - 【請求項４】 超音波接合する時、超音波振動は接合面
に平行な超音波振動を与える請求項１ないし３のいずれ
かに記載の金属容器の超音波接合方法。 - 【請求項５】 金属材料がアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金である請求項１ないし４のいずれかに記載の金
属容器の超音波接合方法。 - 【請求項６】 超音波接合が、周波数２０〜４０ＫＨ
ｚ、振幅３〜８０μｍ、加圧力３〜５０ｋｇｆ／ｃｍ
2 、最大出力７００〜３０００ワットで行う請求項１な
いし５のいずれかに記載の金属容器の超音波接合方法。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の金属容
器の超音波接合方法により製造された角型電池ケース。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9221953A JPH1147956A (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 金属容器の超音波接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9221953A JPH1147956A (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 金属容器の超音波接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1147956A true JPH1147956A (ja) | 1999-02-23 |
Family
ID=16774755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9221953A Pending JPH1147956A (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 金属容器の超音波接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1147956A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006212693A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Denso Corp | 超音波接合方法、超音波接合装置および超音波接合された接合管 |
| US7648057B2 (en) | 2006-03-20 | 2010-01-19 | Denso Corporation | Ultrasonic flange joining method |
| JP2010046707A (ja) * | 2008-08-25 | 2010-03-04 | Nissan Motor Co Ltd | 超音波複合振動装置用溶接チップ、接合方法、及び超音波複合振動接合による接合体 |
| KR101077995B1 (ko) * | 2008-12-19 | 2011-10-28 | 주식회사 포스코 | 초음파 용접방법 |
| CN106425079A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-02-22 | 惠州市龙海科技有限公司 | 盖帽机极耳定位焊接机构 |
| WO2019181511A1 (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | 三菱電機株式会社 | 接触子及び接触子の製造方法 |
-
1997
- 1997-08-04 JP JP9221953A patent/JPH1147956A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4572690B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2010-11-04 | 株式会社デンソー | 超音波接合方法、および超音波接合装置 |
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