JPWO2014034385A1 - 蓄電装置の製造方法及び蓄電装置 - Google Patents

Abstract

層状に重ねられた電極板から延出する金属箔を、第１の金属部材と第２の金属部材とによって挟み込み、前記第１の金属部材側から複数の作用位置に超音波振動を作用させることによって前記金属箔と前記第１の金属部材及び前記第２の金属部材とを接合させる。前記第１の金属部材のビッカース硬さは、４０Ｈｖ以上で、且つ、７５Ｈｖ以下に設定されている。

Description

関連出願の相互参照

本願は、日本国特願２０１２−１８７１５４号の優先権を主張し、日本国特願２０１２−１８７１５４号の内容は、引用によって本願明細書の記載に組み込まれる。

本発明は、電極体を構成する層状に重ねられた電極板から延出した金属箔を、第１の金属部材と第２の金属部材とで挟み込んだ状態で前記第１の金属部材側から複数の作用位置に超音波振動を作用させて接合する蓄電装置の製造方法、及び蓄電装置に関する。

一般に、蓄電装置の蓄電要素は、蓄電効率の向上のために、層状に重ねられた電極板によって構成される。この蓄電要素との配線形態としては、各電極板から延出する金属箔を束ねて配線部材と直接的に又は間接的に接合する場合が多い。

この場合、超音波溶接技術が上記金属箔の接合技術として広く用いられている。

上記金属箔を超音波溶接する際には、単純に上記金属箔に対して超音波振動を作用させて溶接するのではない。具体的には、以下の通りである。下記特許文献１に記載されるように、超音波振動を上記金属箔に作用させる工具（いわゆるホーンの先端部）と上記金属箔との間に金属部材（第１の金属部材）を挟むと共に、束ねた上記金属箔の反対側の面にも金属部材（第２の金属部材）を配置する。このように、束ねた金属箔を上記第１の金属部材と上記第２の金属部材とによって挟んだ状態で、上記第１の金属部材に対して超音波振動を作用させて接合させることによって上記金属箔を保護している。

更に、超音波溶接を複数箇所で行うことによって、ホーンの先端部の大型化を回避しながら接合エリアを確保することも行われている。

しかしながら、上記従来構成では、超音波溶接を複数箇所で行った結果、上記金属箔の保護のための金属部材（上記第１の金属部材）が損傷する場合があった。

すなわち、上記第１の金属部材に対して超音波振動を作用させたときに、超音波振動を作用させた位置夫々の周囲で上記第１の金属部材が波を打つように変形し、隣接する超音波振動の作用位置間において、両側からの上記変形が重なる。

この変形の重なりが、上記第１の金属部材に応力による亀裂を生じさせる程の変形となってしまう場合があった。このように亀裂が生じると、上記第１の金属部材と上記金属箔との相対的な位置関係が好ましい位置から変化したり、歩留まりの低下に繋がったりする。このため、生産性が低下する場合がある。

日本国特開２００４−７１１９９号公報

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属部材で溶接対象の金属箔を保護しながら複数箇所で超音波溶接する場合でも、その金属部材の損傷を可及的に防止する点にある。

本発明に係る蓄電装置の製造方法は、
層状に重ねられた電極板から延出する金属箔を、第１の金属部材と第２の金属部材とによって挟み込む工程と、
第１の金属部材側から複数の作用位置に超音波振動を作用させることによって第１の金属箔と第１の金属部材及び第２の金属部材とを接合させる工程と、を備え、
第１の金属部材のビッカース硬さは、４０Ｈｖ以上で、且つ、７５Ｈｖ以下に設定されている。

ここで、本発明に係る蓄電装置の製造方法の一態様として、
接合させる工程では、第１の金属部材と接触可能な接触面を有し、第１の金属部材に対して超音波振動を作用させる振動工具が用いられ、
接触面は、１又は複数の凸部によって形成されていてもよい。

また、本発明に係る蓄電装置の製造方法の他の態様として、
第１の金属部材と第２の金属部材との端縁同士が連結部にて連結され、
挟み込む工程では、金属箔の端縁が連結部に接するように、第１の金属部材と第２の金属部材とによって挟み込まれてもよい。

また、本発明に係る蓄電装置は、
一端側に金属箔が延出した電極板が層状に重ねられることによって構成される電極板と、超音波振動によって金属箔と接合された接合部を複数有し、束ねられた金属箔に当て付けられる超音波溶接用の補助板と、を有する蓄電要素を備え、
補助板のビッカース硬さは、４０Ｈｖ以上で、且つ、７５Ｈｖ以下である。

図１は、本発明の実施の形態にかかる蓄電装置の外観斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる蓄電装置の内部構成を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかる蓄電装置の要部断面図である。 図４は、本発明の実施の形態にかかる超音波溶接用の補助板を展開した状態の拡大図である。 図５は、本発明の実施形態にかかる超音波溶接用の補助板の拡大斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態にかかる超音波溶接作業を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態にかかる蓄電要素の組立作業を示す斜視図であって、補助板を取り付ける前の斜視図である。 図８は、本発明の実施の形態にかかる蓄電要素の組立作業を示す斜視図であって、補助板を取り付けた状態の斜視図である。 図９は、本発明の実施の形態にかかる蓄電要素の組立作業を示す斜視図であって、集電体を取り付けた状態の斜視図である。 図１０は、超音波溶接の出力特性を示すグラフである。 図１１は、超音波溶接用の補助板の硬さと割れ発生率との関係を示すグラフである。 図１２は、本発明のその他の実施形態にかかる超音波溶接作業を示す断面図である。 図１３は、本発明のその他の実施形態にかかる超音波溶接作業を示す断面図である

本発明に係る蓄電装置の製造方法は、
層状に重ねられた電極板から延出する金属箔を、第１の金属部材と第２の金属部材とによって挟み込む工程と、
第１の金属部材側から複数の作用位置に超音波振動を作用させることによって第１の金属箔と第１の金属部材及び第２の金属部材とを接合させる工程と、を備え、
第１の金属部材のビッカース硬さは、４０Ｈｖ以上で、且つ、７５Ｈｖ以下に設定されている。

このように、上記第１の金属部材のビッカース硬さを適切に設定することによって、上記第１の金属部材で溶接対象の金属箔を保護しながら、複数箇所で超音波溶接する場合でも、上記第１の金属部材の損傷を可及的に防止できる。詳しくは、以下の通りである。

上記第２の金属部材と、溶接対象の金属箔の保護のための金属部材であってビッカース硬さが４０Ｈｖ以上で且つ７５Ｈｖ以下の第１の金属部材とによって、束ねた金属箔を挟み込み、金属箔に対して上記第１の金属部材側から超音波振動を作用させて金属箔と第１の金属部材及び第２の金属部材とを接合する。

ここで、上記第１の金属部材のビッカース硬さが４０Ｈｖよりも小さいときには、上記第１の金属部材が柔らかくなり過ぎて、超音波振動を作用させている位置とその位置の周辺部分との相対変位による応力が大きくなる。このため、亀裂等の損傷が、超音波振動を作用させている位置とその位置の周辺部分との境界において発生する場合がある。

このため、上記第１の金属部材のビッカース硬さを４０Ｈｖ以上に設定することで、超音波振動の作用位置の振動が周辺へも適度に伝播するため、超音波振動を作用させている位置とその位置の周辺部分との境界で損傷が発生するのを可及的に防止することができる。

一方、上記第１の金属部材のビッカース硬さを７５Ｈｖ以下に設定することで、隣り合う超音波振動の作用位置間において、両側の作用位置からの超音波溶接に伴う変形が重なりあって変形が大きくなっても、上記第１の金属部材が適度に柔らかいために、その変形位置で損傷が発生するのを防止することができる。

ここで、本発明に係る蓄電装置の製造方法の一態様として、
接合させる工程では、第１の金属部材と接触可能な接触面を有し、第１の金属部材に対して超音波振動を作用させる振動工具が用いられ、
接触面は、１又は複数の凸部によって形成されていてもよい。

かかる構成によれば、上記第１の金属部材のビッカース硬さが適切に設定されているため、接触面が凸部形状の振動工具を使用する場合において、上記第１の金属部材に過剰な超音波振動のエネルギーがかかるのを回避して、上記第１の金属部材の損傷を可及的に防止できる。詳しくは、以下の通りである。

上記第１の金属部材との接触面を１又は複数の凸部形状とした振動工具（例えば、ホーンの先端部）を使用して超音波溶接を行う場合、上記第１の金属部材の硬度が高いと、振動工具の上記凸部形状が上記第１の金属部材に転写されづらくなる。このため、超音波溶接の初期段階において、金属箔側における第一の金属部材の表面は、ほぼフラットである。又、上記凸部形状が上記第１の金属部材に完全に転写されていない場合、更に内側に位置する金属箔にも転写が進行しづらいため、金属箔の表面も、ほぼフラットである。従って、超音波溶接の初期段階では、上記第１の金属部材と金属箔との接触面、金属箔同士の接触面、及び、金属箔と上記第２の金属部材との接触面の少なくともいずれか一つにおいて、滑りが生じてしまい、超音波振動の伝達度合いが小さい状態になる。

その後、超音波溶接が継続されると、徐々に振動工具の上記凸部形状が上記第１の金属部材に転写される。これにより、上記第１の金属部材や金属箔への超音波振動のエネルギーの伝達度合いが大きくなり、接合のためのエネルギーとしての寄与が大きくなっていく。即ち、上記凸部形状が上記第１の金属部材に転写されることで、超音波振動のエネルギーの伝達度合いが小さい状態から大きい状態へ移行する。

このように、振動工具からの超音波振動のエネルギーが接合に有効に寄与せず、上記第１の金属部材等が超音波溶接によって確実に接合した状態となるまでの所要時間が長くなる。これにより、上記第１の金属部材に対して過度の超音波振動のエネルギーを与えてしまうことになる。

これに対して、上記第１の金属部材の硬度が適度に低い（柔らかい）と、振動工具の上記凸部形状が上記第１の金属部材に転写され易い。このため、超音波溶接の初期段階から、振動工具の上記凸部形状が上記第１の金属部材に転写され、これにより、超音波振動のエネルギーが上記第１の金属部材や金属箔へ有効に伝達され、接合のためのエネルギーとして有効に寄与する。

従って、上記第１の金属部材等が超音波溶接によって確実に接合された状態となるまでの所要時間を短くすることができる。その結果、上記第１の金属部材に対して過度の超音波振動のエネルギーを与えてしまうことがない。

上述のような現象は、振動工具における凸部が一つの場合であっても、複数の場合であっても生じる。

上記の関係を具体的な実験例で説明する。

図１０は、薄板状の金属部材を屈曲形成した補助板によって束ねた金属箔を挟み、それを集電体と超音波溶接した場合の溶接時間と制御出力との関係を例示したものである。すなわち、図１０は、上記第１の金属部材と上記第２の金属部材とを単一の薄板状の金属部材によって構成し、金属箔を挟んで集電体の存在側と反対側に位置する上記第１の金属部材側から超音波振動を作用させた場合を例示している。

図１０における縦軸の「制御出力」は、超音波振動を上記第１の金属部材に作用させるホーンの先端部が所定の振幅を維持して振動するのに必要とした出力（電力）である。ホーンの先端部に上記第１の金属部材側からかかる負荷の大きさが大きいほど、上記制御出力が大きくなる関係にある。

図１０では、Ｃ１０２０（ＪＩＳ Ｈ ３１００に規定の材料記号）のＯ材（柔らかい方）によって形成された上記第１の金属部材についての実験結果を曲線Ｌで示す。ここで、Ｃ１０２０は、純度が９９％よりも高い銅である。詳しくは、以下のように規定されている。Ｃ１０２０は、質量分率で示す場合、Ｃｕが９９．９６％よりも大きい。

また、図１０では、Ｃ１０２０の１／４Ｈ材（硬い方）によって形成された上記第１の金属部材についての実験結果を曲線Ｍで示している。ここで、Ｃ１０２０のＯ材のビッカース硬さは５０Ｈｖであり、Ｃ１０２０の１／４Ｈ材のビッカース硬さは８５Ｈｖであった。

ビッカース硬さが高い上記第１の金属部材を使用した曲線Ｍの測定結果では、制御出力は、点「ｐ」まで上昇した後、点「ｑ」まではそれほど上昇していない。これは、滑りが上記第１の金属部材と金属箔との間で発生し、ホーンの先端部にかかる負荷が増大していないことを意味している。

その後、上記第１の金属部材へのホーン先端部の凸部形状の転写が進み、ホーン先端部にかかる負荷が点「ｒ」，点「ｓ」と大きくなり（すなわち、超音波溶接が進行し）、溶接が点「ｔ」で完了する。

一方、ビッカース硬さの低い上記第１の金属部材を使用した曲線Ｌの測定結果では、ホーン先端部にかかる負荷が点「ａ」から点「ｂ」へと急速に上昇している。これは、上記第１の金属部材へのホーン先端部の凸部形状の転写と、超音波溶接とが、超音波溶接の初期段階から急速に進行していることを示している。

図１０の曲線Ｌの特性と曲線Ｍの特性との対比から明らかなように、ビッカース硬さの高い第１の金属部材では、超音波溶接初期段階での凸部形状の転写の遅れや、その後の制御電力の上昇度合いの低さによって、点「ｔ」の溶接完了に至るまでの溶接所要時間が長くなる。これにより、過度の超音波振動のエネルギーがビッカース硬さの高い第１の金属部材に印加されてしまう。その結果、ビッカース硬さの高い第１の金属部材には、図１０における矢印Ｎで示す位置（時間）で割れが発生した。

これに対して、ビッカース硬さの低い第１の金属部材では、点「ｃ」の溶接完了に至るまでの溶接所要時間が短く、印加した超音波振動のエネルギーが有効に接合に利用されている。これにより、割れ等の損傷は発生しない。

また、本発明に係る蓄電装置の製造方法の他の態様として、
第１の金属部材と第２の金属部材との端縁同士が連結部にて連結され、
挟み込む工程では、金属箔の端縁が連結部に接するように、第１の金属部材と第２の金属部材とによって挟み込まれてもよい。

かかる構成によれば、 溶接対象の金属箔の両側に位置する金属部材を一つの部材として取り扱うことができると共に、上記連結部を利用して、溶接対象の金属箔と第１の金属部材及び第２の金属部材との位置合わせを行うことができる。具体的には、以下の通りである。

連結部の存在により第１の金属部材と第２の金属部材とが繋がっているため、溶接対象の金属箔の両側に位置する金属部材を一つの部材として取り扱うことができる。これに加えて、上記連結部を利用して、溶接対象の金属箔と第１の金属部材及び第２の金属部材との位置合わせを行うことができる。

一つの部材となっている第１の金属部材及び第２の金属部材を溶接対象の金属箔に取り付ける際に、その金属箔の先端を上記連結部の内側に当て付けるように配置することで、両者の位置決めを行うことができる。その結果、上記金属箔と第１の金属部材および第２の金属部材との相対的な位置合わせ、並びに、超音波振動を作用させる位置の設定を簡単に行える。

また、本発明に係る蓄電装置は、
一端側に金属箔が延出した電極板が層状に重ねられることによって構成される電極板と、超音波振動によって金属箔と接合された接合部を複数有し、束ねられた金属箔に当て付けられる超音波溶接用の補助板と、を有する蓄電要素を備え、
補助板のビッカース硬さは、４０Ｈｖ以上で、且つ、７５Ｈｖ以下である。

かかる構成によれば、電極体の金属箔を超音波溶接にて溶接するに際して上記金属箔の保護のために使用する超音波溶接用の補助板の損傷を、防ぐことができる。これにより、蓄電装置の品質を向上させることができる。

以下、本発明を適用した蓄電装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施の形態では、蓄電装置として電池、特に、二次電池の１例である非水電解液二次電池（より具体的にはリチウムイオン電池）を例示して説明する。

〔二次電池の構成〕
図１の斜視図に示すように、本実施の形態の非水電解液二次電池ＲＢは、電池筐体ＢＣ（以下において、単に「筐体ＢＣ」と称する）を有する。筐体ＢＣは、有底筒状（より具体的には有底矩形筒状）の缶体１と、缶体１の開放面に被せる蓋部２とを有する。筐体ＢＣは、缶体１の開放面に蓋部２を被せて溶接することにより構成されている。蓋部２は、短冊状の長方形の板材にて形成されている。正極の電極端子である端子ボルト５と負極の電極端子である端子ボルト７とが、蓋部２の筐体ＢＣ外方側となる面に取り付けられている。

缶体１は、蓋部２の形状に合わせて扁平形状の直方体である。従って、筐体ＢＣは、全体として扁平な略直方体形状を有している。

図２において２点鎖線で概略的に示す蓄電要素３と板状の集電体４，６とが、筐体ＢＣの内方側に収納されている。図２は、缶体１を除いた状態で、下方側から見上げた筐体ＢＣの内方側の斜視図である。

集電体４，６は、蓄電要素３と端子ボルト５，７とを電気的に接続するための部材である。

尚、本実施の形態では、蓄電装置として二次電池ＲＢを例示している関係で、以下において、蓄電要素３を「発電要素３」と称する。

集電体４と集電体６とは何れも導電体であり、略同一形状を有する。これら集電体４と集電体６とは、対称に配置される。集電体４の材質と集電体６の材質とは異なる。正極側の集電体４はアルミニウムにて形成され、負極側の集電体６は銅にて形成されている。

集電体４，６は、上記金属材料の板状部材を所定の形状に屈曲することにより形成されている。集電体４，６は、横姿勢部分と、縦姿勢部分とを有し、これら横姿勢部分及び縦姿勢部分とが連なる略Ｌ字状の屈曲形状を有している。横姿勢部分は、端子ボルト５，７の配置面である蓋部２の表面に沿って延びる。縦姿勢部分は、蓋部２の長手方向の端部付近において下方側（端子ボルト５，７の存在側と反対側）へ９０度屈曲して、蓋部２の筐体ＢＣ内方側の面の法線方向に延びる。発電要素３と接続するための接続部４ａ，６ａは、縦姿勢部分の一部を発電要素３側に屈曲させることによって形成されている。接続部４ａ，６ａは、以下のように形成されている。集電体４，６夫々の縦姿勢部分において、平板の状態で上下一対の貫通孔４ｃ，４ｄ及び貫通孔６ｃ，６ｄが形成されると共に、貫通孔４ｃ，４ｄ間、及び、貫通孔６ｃ，６ｄ間に切り込みが形成される。そして、プレス加工等によって、上記切り込み部分が押し出されることによって接続部４ａ，６ａが形成されている。

集電体４，６は、筐体ＢＣが扁平形状を有しているのと対応して、幅狭の長方形形状である。集電体４，６は、全体として、筐体ＢＣの短辺側の側面に沿う姿勢で屈曲形成されている。

発電要素３は、いわゆる巻回型の発電要素である。発電要素３は、電極体を主たる構成要素としている。電極体は、正極の箔状電極板と、負極の箔状電極板と、長尺帯状のセパレータと、を有している。正極の箔状電極板は、アルミニウムにて形成される長尺帯状の下地金属箔に正極活物質を塗布したものである。負極の箔状電極板は、銅にて形成される長尺帯状の下地金属箔に負極活物質を塗布したものである。そして、電極体は、正極の箔状電極板と負極の箔状電極板との間にセパレータを挟み、それらを長手方向に扁平形状に巻回して正極の箔状電極板及び負極の箔状電極板の対を層状に重ねた構造である。

この巻回型の発電要素３を構成する電極体は、上記集電体４，６との電気的な接続のために、正極及び負極の箔状電極板の夫々において、幅方向の一方側端部に上記下地金属箔を露出させた未塗工部３ａ，３ｂを備えている。正極側の未塗工部３ａと負極側の未塗工部３ｂとは、幅方向において反対側に位置している。そして、上記のように巻回した状態では、正極側の未塗工部３ａが発電要素３の巻回軸芯方向（箔状電極板の幅方向）の一端側から延出し、負極側の未塗工部３ｂも発電要素３の巻回軸芯方向（箔状電極板の幅方向）の他端側（未塗工部３ａとは反対側）から延出している。

発電要素３と集電体４，６とは、以下のようにして接合されている。発電要素３における正極の箔状電極板から延出した金属箔である未塗工部３ａが束ねられて集電体４と超音波溶接にて接合されると共に、発電要素３における負極の箔状電極板から延出した金属箔である未塗工部３ｂが束ねられて集電体６と超音波溶接にて接合されている。

但し、上記の束ねた金属箔と集電体４，６とだけが超音波溶接されているのではない。上記の束ねた金属箔と集電体４，６とは、図４及び図５に示す超音波溶接用の補助板２１を用いて超音波溶接されている。

この超音波溶接用の補助板２１については、後述の二次電池ＲＢの製造工程の説明において詳述する。

上述のように金属製（具体的には、例えば、アルミニウム製）の蓋部２に取り付けられている正極側の端子ボルト５は、正極側の集電体４に電気的に接続されている。また、前記金属製の蓋部２に取り付けられている負極側の端子ボルト７は、負極側の集電体６に電気的に接続されている。

端子ボルト５の蓋部２への取り付け構造及び端子ボルト５と集電体４との接続構造と、端子ボルト７の蓋部２への取り付け構造及び端子ボルト７と集電体６との接続構造とは、略同一であり、対称に配置されている。以下において、正極側の構成を主体に説明する。

端子ボルト５は、図３の断面図に示すように、リベット８と金属プレート９とを介して集電体４と電気的に接続されている。リベット８は金属材料によって構成されている。より具体的に、正極側のリベット８は、正極側の他の金属部材と同様にアルミニウムにて構成されている。金属プレート９は、銅にニッケルメッキを施したもの等である。

リベット８の頭部側は、金属プレート９を挟み込むことにより当該金属プレート９を固定している。

保持枠１０が蓋部２に設けられている。保持枠１０は、上面側が開放すると共に端子ボルト５の頭部５ｂの形状（本実施形態の例では矩形形状）に適合した皿状の凹部を有する。端子ボルト５の頭部５ｂがその凹部に嵌合することで、端子ボルト５が回り止めされている。

保持枠１０は、電気的な絶縁材料である樹脂にて形成されており、端子ボルト５と蓋部２との間の電気的な絶縁を確保している。

集電体４から端子ボルト５へ至る電流経路は、上部ガスケット１１及び下部ガスケット１２によって蓋部２との電気的絶縁を確保している。また、集電体４から端子ボルト５へ至る電流経路は、蓋部２におけるリベット８の貫通箇所において上部ガスケット１１及び下部ガスケット１２によって気密封止されている。上部ガスケット１１及び下部ガスケット１２は、いずれも電気的な絶縁材料（より具体的には、樹脂）にて形成されると共にシール用部材である。

上部ガスケット１１は、上部が開放した皿状の直方体容器の底部に、蓋部２の開口に嵌入する筒部１１ａが取り付けられた構造を有している。上部ガスケット１１は、上記皿状の直方体容器によってリベット８の頭部付近を保持する。また、リベット８が筒部１１ａの内部空間に嵌入される。

端子ボルト５等が蓋部２に取り付けられた状態では、上部ガスケット１１の底部が、リベット８の頭部と蓋部２との間に挟み込まれる。

集電体４等が蓋部２に取り付けられた状態では、下部ガスケット１２は、集電体４の上記横姿勢部分と蓋部２との間に挟み込まれる。

リベット８は、上部ガスケット１１の筒部１１ａ，蓋部２，下部ガスケット１２及び集電体４の上記横姿勢部分を貫通した状態でかしめられている。これにより、リベット８は、集電体４の上記横姿勢部分を蓋部２に固定すると共に、集電体４と金属プレート９とを電気的に接続する。その結果、集電体４と端子ボルト５とが電気的に接続される。

図２の斜視図に示すように、負極側の構成は、正極側の構成を、蓋部２の中心に対して対称に配置したものである。筐体ＢＣ外方側では、蓋部２に設けられた保持枠１４が端子ボルト７の頭部を保持すると共に、リベット１５に固定された金属プレート１６がリベット１５と端子ボルト７とを電気的に接続する。

リベット１５は、頭部を上部ガスケット１７に保持された状態で、上部ガスケット１７，蓋部２，下部ガスケット１８及び集電体６を挟み込んだ状態で、かしめられている。

リベット１５は、集電体６と同様に銅にて構成され、金属プレート１６を介して集電体６と端子ボルト７とを電気的に接続する。

〔二次電池ＲＢの製造工程〕
次に、二次電池ＲＢの製造工程について、発電要素３の組み立てを中心に説明する。

正極の箔状電極板は、例えばリン酸鉄リチウム等の正極活物質層が長尺帯状のアルミニウム（具体的には、Ａ１０８５（ＪＩＳ Ｈ４０００に規定の材料記号）製）の下地金属箔の表裏両面に塗布され、更にプレス加工処理等が行われることによって作製される。尚、Ａ１０８５は、純度が９９％以上のアルミニウムである。詳しくは、以下のように規定されている。Ａ１０８５は、質量分率で示す場合、Ｓｉが０．１０％以下、Ｆｅが０．１２％以下、Ｃｕが０．０３％以下、Ｍｎが０．０２％以下、Ｍｇが０．０２％以下、Ｚｎが０．０３％以下、Ｇａが０．０３％以下、Ｖが０．０５％以下、Ｔｉが０．０２％以下であり、Ａｌが９９．８５％以上である。

上述のように、幅方向の一端側には、正極活物質を塗布せずに帯状の下地金属層を露出させた露出部が形成される。この露出部を上記未塗工部３ａとする。

負極の箔状電極板は、例えばグラファイト等の負極活物質層が長尺帯状の銅（具体的には、Ｃ１０２０（ＪＩＳ Ｈ ３１００に規定の材料記号）の１／４Ｈ製）の下地金属箔の表裏両面に塗布され、更にプレス加工処理等が行われることによって作製される。

負極の箔状電極板についても、幅方向の一端側には、負極活物質を塗布せずに帯状の下地金属層を露出させた露出部が形成される。この露出部を上記未塗工部３ｂとする。

所定の長さ分の上述の正極の箔状電極板と所定の長さ分の負極の箔状電極板とを、セパレータを挟んだ状態で、扁平な板状の巻回軸周りに巻回する。この際に、巻回軸芯方向の一方側へ未塗工部３ａがはみ出す一方、巻回軸芯方向の他方側へ未塗工部３ｂがはみ出した状態となるように、正極の箔状電極板，負極の箔状電極板及びセパレータを位置合わせする。

発電要素３では、セパレータが最外周に巻回されている。

次に、未塗工部３ａ，３ｂと集電体４，６の接続部４ａ，６ａとを超音波溶接するための下準備として、未塗工部３ａ，３ｂに、図４及び図５に示す超音波溶接用の補助板２１を取り付ける。

補助板２１は、図５に示すように、対向配置される一対の金属部材２１ａ，２１ｂと、これら一対の金属部材２１ａ，２１ｂの端縁同士を連結する連結部２１ｃと、を有している。

補助板２１は、束ねた未塗工部３ａ，３ｂを一対の金属部材２１ａ，２１ｂにて挟み込むことにより当該未塗工部３ａ，３ｂへ取り付けられる。

未塗工部３ａ，３ｂ等の超音波溶接では、このように取り付けられた一対の金属部材２１ａ，２１ｂのうちの一方の金属部材２１ａに対して超音波振動を作用させる。

以下では、説明の便宜上、一対の金属部材２１ａ，２１ｂのうち、超音波振動を作用させる側の金属部材２１ａを「第１の金属部材」と称し、他方の金属部材２１ｂを「第２の金属部材」と称する。

正極側の未塗工部３ａに取り付ける補助板２１と、負極側の未塗工部３ｂに取り付ける補助板２１とは、ほぼ同一形状に形成されている。正極側の未塗工部３ａに取り付ける補助板２１は、未塗工部３ａと同一材料のアルミニウムにて形成されている。

負極側の未塗工部３ｂに取り付ける超音波溶接用の補助板２１は、未塗工部３ｂと同じく銅にて形成されている。この負極側の未塗工部３ｂは、加工硬化されていない銅板（具体的には、Ｃ１０２０（ＪＩＳ Ｈ ３１００に規定の材料記号）のＯ材製）によって形成されている。これにより、負極側の未塗工部３ｂのビッカース硬さは、４０Ｈｖ以上で、且つ、７５Ｈｖ以下となる。これは、超音波溶接時に補助板２１が損傷してしまうのを防止するためであり、詳しくは後述する。尚、ここで「ビッカース硬さ」とは、部材の表面硬さを示す指標である。このビッカース硬さは、対象となる部材表面のうちの超音波溶接箇所の中心箇所において、ＪＩＳ Ｚ ２２４４のビッカース硬さ試験−試験方法によって測定できる。具体的には、ビッカース硬さは、ダイヤモンド製の四角錐の圧子を試験片の表面に押しつけて圧痕をつくり、この圧痕の対角線を測定して圧痕の表面積を求め、押しつけた力を前記表面積で割ることによって求められる。

補助板２１の構成要素である第１の金属部材２１ａ，第２の金属部材２１ｂ及び連結部２１ｃは、１枚の薄板状の金属部材によって形成されている。薄板状の金属部材（正極用はアルミニウム板、負極用は銅板）を図４に示す形状に加工し、この加工されたものを図４に示す中心線Ａで二つ折りにして図５に示す形状とする。この薄板状の金属部材を二つ折りにした補助板２１は、束ねられた未塗工部３ａ，３ｂをその内側に挟み込む。

未塗工部３ａ，３ｂへの補助板２１の取り付け態様を例えば負極側で説明する。扁平形状に巻回した発電要素３において、図７に示すように、未塗工部３ｂを、幅方向中央から左右に押し分けるように二つに束ねる。そして、図８に示すように、二つに束ねた夫々を補助板２１によって挟み込む。この際、未塗工部３ｂの端縁を連結部２１ｃの内面側に当て付けて補助板２１の位置合わせを行い、未塗工部３ｂの端縁が連結部２１ｃに接するように補助板２１を取り付ける。

更に、二つの補助板２１を夫々かしめて、しっかりと未塗工部３ｂに固定する。これによって、箔状の溶接対象物である未塗工部３ｂの溶接面に補助板２１が強固に当て付けられる。第１の金属部材２１ａにおいて、未塗工部３ｂとの接触面と反対側の面が、超音波振動の作用面となる。

正極側においても上記と同様に、未塗工部３ａに二つの補助板２１を取り付ける。

一方、蓋部２側の組品の正極側では、リベット８に取り付けられた金属プレート９が、保持枠１０に保持させた端子ボルト５のねじ部５ａを貫通させた状態で配置される。また、リベット８は、上部ガスケット１１，蓋部２，下部ガスケット１２及び集電体４を貫通した状態で蓋部２に組み付けられ、リベット８の筐体ＢＣ内方側の端部をかしめることによって固定される。

負極側でも、リベット１５に取り付けられた金属プレート１６が、保持枠１４に保持させた端子ボルト７のねじ部７ａを貫通させた状態で配置される。また、リベット１５は、上部ガスケット１７，蓋部２，下部ガスケット１８及び集電体６を貫通した状態で蓋部２に組み付けられ、リベット１５の筐体ＢＣ内方側の端部をかしめることによって固定される。

尚、この状態では、集電体４，６は、接続部４ａ，６ａが既に形成されているものの、Ｌ字状の屈曲姿勢とはなっていない。即ち、集電体４，６は、接続部４ａ，６ａが形成されている部分（上記縦姿勢部分となる部分）も、蓋部２の長手方向に沿って延びる略直線形状となっている。

上述のようにして補助板２１を取り付けた発電要素３を、蓋部２側の組品における下部ガスケット１２，１８の取り付け面の直下に配置する。このとき、発電要素３は、箔状電極板の巻回軸芯が蓋部２の長手方向と平行で、且つ、発電要素３の扁平面が蓋部２と直交する姿勢となるように配置される。次に、正負の集電体４，６を、図２で示すＬ字状に屈曲させて、図９に示すように、接続部４ａ，６ａの夫々を、一対の補助板２１の間の空間に嵌入させる。尚、図９では、図７等と対応させて負極側のみを示しているが、正極側も同様の配置である。

このように、蓋部２側の組品と発電要素３とが組み付けられた状態で、発電要素３の未塗工部３ａ，３ｂと集電体４，６の接続部４ａ，６ａとが超音波溶接にて接合される。

この超音波溶接に際しては、未塗工部３ａ，３ｂを挟み込んだ各補助板２１と、集電体４，６の接続部４ａ，６ａとを当て付けた状態で、補助板２１側から超音波振動を作用させて溶接する。

具体的には、超音波溶接時の概略配置を図示する図６に示すように、集電体４，６側にアンビル３１を当て付けると共に、補助板２１における集電体４，６との接触面と反対側の面（上記第１の金属部材２１ａの表面）に、超音波振動を作用させる振動工具であるホーンの先端部３２を当て付ける。そして、補助板２１と集電体４，６とによって未塗工部３ａ，３ｂを挟み込んだ状態で、図６において矢印Ｂで示す方向（未塗工部３ａ，３ｂの長手方向）に沿って超音波振動を作用させる。

すなわち、補助板２１と集電体４，６とを接触させた状態で、屈曲形成された補助板２１の一対の側面のうち、集電体４，６の存在側と反対側に位置する側面（上記第１の金属部材２１ａの表面）側から超音波振動を作用させて接合する。

ホーンの先端部３２における補助板２１との接触面は、図６の矢印Ｂで示す方向に細長い長方形形状である。ホーンの先端部３２は、ホーンの先端部３２の長手方向が発電要素３の扁平面における未塗工部３ａ，３ｂの長手方向となる姿勢で、補助板２１に当て付けられる。補助板２１に対する超音波振動の作用位置を、図４、図５及び図９において２点鎖線Ｃで示す。超音波溶接後には、溶接痕が２点鎖線Ｃで示す位置に残る。

ホーンの先端部３２における補助板２１との接触面、及び、アンビル３１における集電体４，６との接触面は、図６に概略的に示すように、複数の正四角錐形状の凸部が配列された、いわゆるローレット（ｋｎｕｒｌｉｎｇ）形状になっている。ホーンの先端部３２の突起は、アンビル３１側の突起よりも大きい。

図４及び図５等において２点鎖線Ｃで示す超音波振動の作用位置は、補助板２１毎に複数箇所（本実施の形態では、３箇所）設定されている。そして、集電体４，６と未塗工部３ａ，３ｂとは、図６に示す形態で、各補助板２１において超音波溶接の各作用位置を順次に超音波溶接することによって接合される。

この際、負極側の未塗工部３ｂに取り付けた補助板２１の隣り合う超音波溶接の作用位置間では、両側の作用位置からの超音波溶接に伴う補助板２１の変形が重なり合い、変形の度合いが大きくなる。

負極側の未塗工部３ｂに取り付けた補助板２１は、上述のように、ビッカース硬さが４０Ｈｖ以上で、且つ、７５Ｈｖ以下である。このため、超音波溶接に伴って大きく変形しても、割れ等の損傷の発生を防止することができる。

この補助板２１における損傷の防止について、具体的な実験例によって説明する。

負極側の未塗工部３ｂに取り付ける銅製の補助板２１を準備する。具体的には、銅板のビッカース硬さを種々に変化させた補助板２１を、硬さ毎に１００枚ずつ準備する。そして、上述の組み立て方法と同様にして補助板２１，未塗工部３ｂ及び集電体６を超音波溶接する。このときの補助板２１の割れ等の損傷の発生結果を図１１に示す。図１１では、横軸にビッカース硬さをとり、縦軸に割れ等の損傷の発生率をとっている。ここで、割れ等の損傷の発生率は、１００枚の補助板２１のうちの割れ等の損傷が生じた枚数を示す。

図１１から明らかなように、ビッカース硬さが４０Ｈｖ以上且つ７５Ｈｖ以下のときに、割れ発生率が「０％」となっている。これは、補助板２１に上述のような変形が発生しても、割れ等の損傷の発生を防止できることを示している。

一方、ビッカース硬さが４０Ｈｖよりも小さいときは、補助板２１が柔らかくなり過ぎて、超音波振動の作用位置の周囲で割れ等の損傷が発生する。これは、溶接時に伴う加圧により、必要以上に補助板２１が変形したためと考えられる。

上述のようにして、正極側及び負極側の夫々で２個の補助板２１について超音波溶接が完了した発電要素３が組み付けられる。続いて、この蓋部２側の組品を缶体１に挿入して、蓋部２の端縁と缶体１の開口端とをレーザ溶接する。

その後、電解液の注液及び初期充電等の工程を経て二次電池ＲＢが完成する。

〔別実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態を列記する。尚、上記実施形態の各構成と対応する構成については、同じ符号を用いる。

（１）上記実施の形態では、第１の金属部材２１ａと第２の金属部材２１ｂとの端縁同士を連結部２１ｃにて連結した超音波溶接の補助板２１によって未塗工部３ａ，３ｂを挟み込み、その挟み込んだものを集電体４，６の接続部４ａ，６ａと重ね合わせ、重ね合わせたものをまとめて超音波溶接する場合を例示している。しかし、未塗工部３ａ，３ｂ等の超音波溶接と集電体４，６との接合とが別個のタイミングで行われても良い。

例えば、以下の通りである。上記実施の形態の図６と対応する断面表示の図１２のように、上記実施の形態で示す超音波溶接用の補助板２１にて未塗工部３ａ，３ｂを挟み込んでかしめたもの、すなわち、補助板２１を構成する第１の金属部材２１ａと第２の金属部材２１ｂとで挟み込んだだけのものを、ホーンの先端部３２とアンビル３１との間に配置する。この状態で、図４等において２点鎖線Ｃによって示す位置に超音波振動を作用させて超音波溶接を行ってもよい。

この場合、補助板２１は、第１の金属部材２１ａと第２の金属部材２１ｂとを連結部２１ｃにて連結した構成に限定されない。超音波振動を作用させる第１の金属部材２１ａと、未塗工部３ａ，３ｂを挟んで反対側に位置する第２の金属部材２１ｂとが別体であっても良い。

このように溶接したものと集電体４，６の接続部４ａ，６ａとは、例えば、補助板２１と集電体４，６の接続部４ａ，６ａとを抵抗溶接等することによって接合されても良い。

（２）上記実施の形態では、薄板状の金属部材で形成する補助板２１を二つ折りに屈曲させて、第１の金属部材２１ａと第２の金属部材２１ｂとの端縁同士が連結部２１ｃによって連結された構成とし、その補助板２１によって未塗工部３ａ，３ｂを挟み込む例を示している。しかし、上記実施の形態の図６と対応する断面表示の図１３に示すように、束ねた未塗工部３ａ，３ｂを、略平担な板材として形成された補助板２１と、集電体４，６とによって挟み込んだものに、補助板２１側から超音波振動を作用させて超音波溶接する構成でも良い。

この場合、補助板２１は、上記第１の金属部材２１ａのみによって構成される。そして、集電体４，６が、上記第１の金属部材２１ａと共に未塗工部３ａ，３ｂを挟み込む上記第２の金属部材となる。

（３）上記実施の形態では、超音波振動の作用位置は、１つの超音波溶接用の補助板２１に対して３箇所設定されているが、２箇所設定されても良いし、４箇所以上設定されても良い。

（４）上記実施の形態では、本発明が適用される蓄電装置として非水電解液二次電池ＲＢを例示しているが、キャパシタ等の各種の蓄電装置にも本発明を適用できる。

（５）上記実施の形態の補助板２１では、加工硬化されていない銅板（Ｃ１０２０のＯ材）が用いられたが、補助板２１の材料はこれに限られない。例えば、Ｃ１０２０の１／２Ｈ材や１／４Ｈ材などを焼き鈍しして低硬度化した材料が使用されても良い。また、Ｃ１０２０に限られず、Ｃ１１００などの銅が使用されても良い。また、銅合金のＯ材が使用されても良い。又、ビッカース硬さが４０Ｈｖ以上で、且つ、７５Ｈｖ以下であれば、銅材料に限らず、Ａ５０００番代などの比較的硬度を高めたアルミニウム合金が使用されても良い。

（６）上記実施の形態では、負極側に本発明を適用したものを例示しているが、正極側でも同様に本発明を適用できる。

（７）上記実施の形態では、長尺帯状の正極側の電極板と長尺帯状の負極側の電極板とを、セパレータを挟んで巻回した巻回型の蓄電要素３を例示している。しかし、正極側の電極板と負極側の電極板とが層状に重ねられている蓄電要素を備えた蓄電装置であれば本発明を適用できる。即ち、巻回型の蓄電要素に限定されない。例えば、複数の正極側の電極板と複数の負極側の電極板とを、セパレータを挟んで交互に積層した積層型の蓄電要素を備えた蓄電装置にも本発明を適用できる。その他の例として、蓄電要素は、正極側の電極板、負極側の電極板、及びセパレータのうち少なくとも一つを蛇腹状に折りたたんで層状に重ねた構成であっても良い。

３ 蓄電要素
４，６ 集電体
２１ 超音波溶接用の補助板
２１ａ 第１の金属部材
２１ｂ 第２の金属部材
２１ｃ 連結部
３２ 振動工具

Claims (4)

1. 層状に重ねられた電極板から延出する金属箔を、第１の金属部材と第２の金属部材とによって挟み込む工程と、
   前記第１の金属部材側から複数の作用位置に超音波振動を作用させることによって前記第１の金属箔と前記第１の金属部材及び前記第２の金属部材とを接合させる工程と、を備え、
   前記第１の金属部材のビッカース硬さは、４０Ｈｖ以上で、且つ、７５Ｈｖ以下に設定されている蓄電装置の製造方法。
2. 前記接合させる工程では、前記第１の金属部材と接触可能な接触面を有し、前記第１の金属部材に対して超音波振動を作用させる振動工具が用いられ、
   前記接触面は、１又は複数の凸部によって構成されている請求項１記載の蓄電装置の製造方法。
3. 前記第１の金属部材と前記第２の金属部材との端縁同士が連結部にて連結され、
   前記挟み込む工程では、前記金属箔の端縁が前記連結部に接するように、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とによって挟み込まれる請求項１又は２記載の蓄電装置の製造方法。
4. 一端側に金属箔が延出した電極板が層状に重ねられることによって構成される電極板と、超音波振動によって前記金属箔と接合された接合部を複数有し、束ねられた前記金属箔に当て付けられる超音波溶接用の補助板と、を有する蓄電要素を備え、
   前記補助板のビッカース硬さは、４０Ｈｖ以上で、且つ、７５Ｈｖ以下である、蓄電装置。

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