KR100745271B1 - 초음파 접합 장치 및 접합 구조체 - Google Patents

초음파 접합 장치 및 접합 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 초음파 접합 종료 후에 있어서 피접합물의 접합부의 강도를 향상시키는 초음파 접합 장치 및 접합 구조체에 관한 것이다.
앤빌(110)과, 해당 앤빌에 대향하여 배치되는 혼(140)을 가지고, 앤빌 상에 겹쳐 세트된 복수의 피접합물인 전극 탭(210)을 혼으로 가압 및 가진함으로써 해당 피접합물을 초음파 접합하는 초음파 접합 장치로서, 앤빌 및 혼에 의한 피접합물에 대한 파지 영역에서, 외측부에서의 파지력이, 내측부에서의 파지력보다 작게 설정되어 있다.

Description

초음파 접합 장치 및 접합 구조체{ULTRASONIC ADHERENCE APPARATUS AND ADHERENCE STRUCTURE}
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 초음파 접합 장치의 개략 구성도.
도 2는 본 실시형태에 관한 초음파 접합 장치의 부분 개략 사시도.
도 3은 피접합물이 되는 편평형 단전지의 개략 구성도.
도 4는 본 실시형태에 관한 초음파 접합 장치로 단전지의 전극 탭이 접합되어 있는 상태를 도시한 도면.
도 5는 도 4에 도시한 초음파 접합 장치에 의해 접합된 피접합물의 부분 확대 단면도.
도 6은 돌기부 형상의 변형예를 도시한 도면.
도 7은 다른 실시형태에 관한 초음파 접합 장치로 단전지의 전극 탭이 접합되어 있는 상태를 도시한 도면.
도 8은 도 7에 도시한 초음파 접합 장치에 의해 접합된 복수의 피접합물을 가진 접합 구조체의 부분 확대 단면도.
도 9는 내측부의 압흔에 대한 접합 영역에서의 접합 강도의 분포도.
도 10은 외측부의 압흔에 대한 접합 영역에서의 접합 강도의 분포도.
도 11은 또 다른 실시형태에 관한 초음파 접합 장치로 단전지의 전극 탭이 접합되어 있는 상태를 도시한 도면.
도 12는 도 11에 도시한 초음파 접합 장치에 의해 접합된 복수의 피접합물을 가진 접합 구조체의 부분 확대 단면도.
도 13은 또 다른 실시형태에 관한 초음파 접합 장치로 단전지의 전극 탭이 접합되어 있는 상태를 도시한 단면도.
도 14는 도 13에 도시된 앤빌의 평면도.
도 15는 도 13 및 도 14에 도시한 초음파 접합 장치에 의해 접합된 복수의 피접합물을 가진 접합 구조체의 부분 확대 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 초음파 접합 장치
110, 110a, 110b, 110c, 110x : 앤빌
111, 111a, 111b, 112, 111x, 112x : 돌기부
113, 115 : 경사면 140 : 혼
150, 150a, 150b, 150c : 혼 칩
151, 151a, 151b, 152 : 돌기부 153, 155 : 경사면
157, 158 : 돌기부 170 : 초음파 진동자
180 : 가압 장치 190 : 승강 장치
200 : 단전지 210, 210A, 210B : 전극 탭
211, 212, 211a, 212a, 211b, 212b, 217 : 압흔
215 : 접합부 221, 225 : 바닥면
231i, 235i : 내측의 내벽면 231o, 235o : 외측의 내벽면
본 발명은, 앤빌(anvil)과, 해당 앤빌에 대향하여 배치된 혼(horn)을 가진 초음파 접합 장치 및 적층된 복수의 피접합물이 초음파 접합되어 이루어진 접합 구조체에 관한 것이다.
초음파 접합 장치는, 서로 겹쳐진 예를 들어 2매의 금속판(동종 또는 이종)을, 표면에 돌기부가 형성된 앤빌 및 혼이라고 불리는 접합 공구로 끼우고, 소정의 가압력(파지력)을 가하면서, 혼을 초음파 진동에 의해 왕복 직선 운동시켜 접합한다(특허문헌 1 및 2 참조).
초음파 접합 장치의 사용 시에는, 2매의 금속판의 접촉면이 마찰됨으로써, 산화막 등의 불순물이 제거되어, 금속의 깨끗한 면끼리 서로 접촉되어 발생하는 마찰열에 의해 고상 접합이 행하여진다.
[특허문헌 1] 일본국 특개평9-239567호 공보
[특허문헌 2] 일본국 특개평10-225779호 공보
그런데, 초음파 접합 장치에서 금속판을 진동시킬 때, 접합 공구와 금속판을 서로 고정하도록 일체화시키기 위해 접합 공구에 형성된 돌기부가 금속판에 가압되어 파고들어가게 된다.
그러나, 금속판을 진동시키는 동안, 돌기부가 금속판에 가압된 상태인 채로 가진(加振)되기 때문에, 돌기부가 금속판에 점차 파고들어가는 현상이 일어난다. 이러한 현상에 의해, 돌기부 주변의 금속판의 판 두께가 얇아지게 되어 접합 종료 후의 금속판의 접합부에 인장 하중이나 진동이 가해지면, 해당 접합부에 균열이 발생하고, 경우에 따라서는 파단될 우려가 있다는 문제가 있었다.
즉, 금속판의 접합 시에는, 앤빌 및 혼에 의해 끼워져 있는 금속판의 파지 영역은, 혼에 의해 진동되는 한편, 앤빌 및 혼에 의해 끼워져 있지 않은 금속판의 비파지 영역은, 관성에 의해 그 위치에 머무르고자 한다. 이 때문에, 파지 영역과 비파지 영역의 경계점이 진동 시에 가장 많이 늘어나거나 줄어들게 되어, 균열이 발생하기 쉽다. 또한, 금속판의 접합 후에는, 접합부의 외측부에서의 판 두께가 얇아진 부분에 외력에 의한 응력 집중이 발생하기 쉬워져, 균열 발생의 원인이 된다.
본 발명은, 상기한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 초음파 접합 종료 후의 피접합물의 접합부의 강도를 향상시키는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 청구항별로 이하와 같이 구성된다.
청구항 1에 기재된 발명은, 앤빌과, 해당 앤빌에 대향하여 배치되는 혼을 가지고, 상기 앤빌 상에 겹쳐 세트된 복수의 피접합물을 상기 혼으로 가압 및 가진함으로써 해당 피접합물을 초음파 접합하는 초음파 접합 장치로서, 상기 앤빌 및 상기 혼에 의한 피접합물에 대한 파지 영역에서, 혼의 진동 방향 외측부에서의 파지력을, 내측부에서의 파지력보다 작게 설정한 것을 특징으로 하는 초음파 접합 장치 이다.
청구항 5에 기재된 발명은, 앤빌과 해당 앤빌에 대향하여 배치되는 혼을 가지고, 상기 앤빌 상에 겹쳐 세트된 복수의 피접합물을 상기 혼으로 가압 및 가진함으로써 해당 피접합물을 초음파 접합하는 초음파 접합 장치로서, 상기 앤빌 및 상기 혼은, 피접합물에 접촉 가능한 복수의 돌기부를 각각 가지고, 상기 앤빌 및 상기 혼 중 적어도 한 쪽의 복수의 돌기부 중, 외측부의 돌기부의 형성 간격을, 내측부의 돌기부의 형성 간격보다 크게 설정한 것을 특징으로 하는 초음파 접합 장치이다.
청구항 7에 기재된 발명은, 적층된 복수의 피접합물을 가진 접합 구조체로서, 상기 적층된 복수의 피접합물은, 외부로부터 가압 및 가진됨으로써 초음파 접합되어 있는 동시에, 상기 적층된 복수의 피접합물의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔(壓痕)이 형성되어 있고, 상기 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔의 깊이가 내측부의 압흔의 깊이보다 작은 것을 특징으로 하는 접합 구조체이다.
청구항 8에 기재된 발명은, 적층된 복수의 피접합물을 가진 접합 구조체로서, 상기 적층된 복수의 피접합물은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로써 초음파 접합되어 있는 동시에, 상기 적층된 복수의 피접합물의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성되어 있고, 상기 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔의 바닥면은, 접합 구조체의 외측을 향하여 깊이가 감소하는 경사면인 것을 특징으로 하는 접합 구조체이다.
청구항 11에 기재된 발명은, 적층된 복수의 피접합물을 가지는 접합 구조체 로서, 상기 적층된 복수의 피접합물은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로써 초음파 접합되어 있는 동시에, 상기 적층된 복수의 피접합물의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성되어 있고, 상기 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔의 내벽면은, 상기 압흔에 의한 접합 영역에서, 접합 구조체에 관하여 내측의 내벽면의 경사보다 외측의 내벽면의 경사 쪽이 완만해지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 접합 구조체이다.
청구항 12에 기재된 발명은, 적층된 복수의 피접합물을 가지는 접합 구조체로서, 상기 적층된 복수의 피접합물은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로써 초음파 접합되어 있는 동시에, 상기 적층된 복수의 피접합물의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성되어 있고, 상기 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔의 형성 간격이, 내측부의 압흔의 형성 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 접합 구조체이다.
이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 초음파 접합 장치의 개략 구성도이고, 도 2는, 본 실시형태에 관한 초음파 접합 장치의 부분 개략 사시도이며, 도 3은, 피접합물이 되는 편평형 단전지의 개략 구성도이고, 도 4는, 본 실시형태에 관한 초음파 접합 장치에서 단전지의 전극 탭이 접합되어 있는 상태를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 초음파 접합 장치(100)는, 앤빌(110), 혼(140), 초음파 진동자(170) 및 가압 장치(180)를 가지고 있다. 앤빌(110)이란, 초 음파 접합 장치(100)에서, 초음파 진동을 받는, 고정 측의 공구이고, 혼(140)이란, 초음파 진동자(170)에 의해 발생한 초음파 진동을 워크(피접합물)로 전달하는 부재이다. 혼(140)은, 해당 혼(140)의 선단부에 형성되어 워크에 접촉하는 부분인 혼 칩(150)을 구비하고 있다. 가압 장치(180)는, 가압 패드(181)를 구비하고 있고, 해당 가압 패드(181)를 도면 중의 화살표로 나타낸 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 의해, 가압 장치(180)는, 소정의 가압력으로 혼(140)을 아래쪽으로 가압할 수 있다.
또한, 초음파 접합 장치(100)는, 혼(140)을 상하로 이동시키기 위한 승강 장치(190)를 가지고 있다. 승강 장치(190)는, 가이드(191)를 구비하고 있고, 해당 가이드(191)를 따라 도면 중의 화살표로 나타낸 상하 방향으로 혼(140) 및 초음파 진동자(170)를 이동시킬 수 있다.
본 실시형태에서는, 승강 장치(190)에 의해 혼(140)이 상승된 상태에서, 워크(피접합물)인 단전지(200)의 전극 탭(210)이 투입되어 앤빌(110) 상에 재치된다. 워크 투입 후, 승강 장치(190)에 의해 혼(140)이 하강되어 혼 칩(150)이 워크에 접촉된다. 그 후, 가압 장치(180)에 의해 혼(140)을 아래쪽으로 가압한다. 혼(140)은, 초음파 진동자(170)에 의해 도 2의 A-B로 나타낸 수평 방향의 초음파 진동이 가해지는 동시에, 가압 장치(180)에 의해 도 2의 C로 나타낸 수직 방향의 가압력이 가해진다. 즉, 혼 칩(150)을, 전극 탭(210)을 개재시킨 상태에서 앤빌(110) 상에 가압시키고, 가압시킨 채로 혼 칩(150)을 초음파 진동시킬 수 있다. 또한, 전극 탭(210)은 전극 탭(210A, 210B)의 총칭이다(도 3 참조). 앤빌(110)은, 치구 베이 스(160)에 장착되어 있다.
앤빌(110)의 표면에는, 피접합물에 접촉 가능한 복수의 돌기부(111, 112)가 형성되고, 또한, 혼(140)에 착탈 자유하게 장착되는 혼 칩(150)의 표면에도, 피접합물에 접촉 가능한 복수의 돌기부(151, 152)가 형성되어 있다(도 4 참조). 이들 돌기부가 피접합물에 가압되어 파고들어감으로써, 앤빌(110) 및 혼 칩(150)과 각 피접합물을 각각 서로 고정되어 일체화시킬 수 있다. 또, 앤빌(110) 및 혼 칩(150)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
단전지(200)는, 도 3에 도시한 바와 같은 직사각형 형상의 편평형 적층 2차 전지이고, 적어도 양극층과 음극층을 차례로 적층한 적층형의 전지 요소(220)를 포함하고 있으며, 예를 들어, 일본국 특개 2003-059486호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 구조를 가진 것이다. 단전지(200)는 그 외장재로서 라미네이트 필름이 이용되고, 내장되어 있는 전지 요소(220)는 단전지(200)의 주연부가 열 융착 접합됨으로써 밀봉된다.
단전지(200)의 길이 방향 양 측면으로부터는 전극 탭(210A, 210B)이 인출되어 있다. 전극 탭(210A)은 +의 전극 탭이고 알루미늄박으로 구성되어 있다. 한편, 전극 탭(210B)은 -의 전극 탭이고 구리박으로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 단전지를 2개를 서로 반대 방향을 향하도록(양 단전지의 전지 요소에 의한 팽출부가 외측을 향하도록 합친다) 하여, 각 단전지의 한쪽의 +의 전극 탭(210A)과 -의 전극 탭(210B)을 초음파 접합한다. 또, 도 3에서의 ×표시는, 앤빌(110) 및 혼 칩(150)의 돌기부가 접촉되는 위치를 나타내고 있다.
본 발명에 의한 초음파 접합 장치(100)에서는, 앤빌(110) 및 혼(140)의 혼 칩(150)에 의한 피접합물인 전극 탭(210)에 대한 파지 영역에서, 외측부에서의 파지력이, 내측부에서의 파지력보다 작게 설정되어 있다. 여기서, 파지력이란, 혼(140)과 앤빌(110)에 의해 워크를 파지하는 힘이다.
보다 구체적으로는, 도 4에 도시한 바와 같이, 앤빌(110) 및 혼(140)의 혼 칩(150)에서의 복수의 돌기부 중, 앤빌(111, 151)의 높이(Ho)가, 내측부의 돌기부(l12, 152)의 높이(Hi)보다 작게 설정되어 있다. 돌기부(111, 112, 151, 152)는, 예를 들어 사각뿔의 선단 근방을 절제하여 얻어지는 사각뿔대 형상을 나타내고 있지만, 원뿔대 등의 다른 형상을 나타내고 있어도 된다. 단, 앤빌(110) 및 혼 칩(150) 중 어느 한 쪽의 외측부의 돌기부의 높이가, 내측부의 돌기부의 높이보다 작게 설정되어 있어도 된다.
다음으로, 초음파 접합 장치(100)를 사용하여, 2개의 단전지를 초음파 접합하는 경우에 관해서 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 단전지(200)의 +의 전극 탭(210A)과, 다른 단전지(200)의 -의 전극 탭(210B)이 겹쳐져, 앤빌(110) 상에 재치되고, 혼 칩(150)에 의해, 전극 탭(210A)의 위로부터 수직 하방의 가압력이 주어진다.
이 때, 앤빌(110) 및 혼 칩(150)에 의해 파지되는 전극 탭(210)의 파지 영역에서의 외측부, 즉 높이가 낮은 돌기부(111, 151) 근방은, 내측부, 즉 높이가 높은 돌기부(112, 152) 근방보다, 돌기부에 의해 형성되는 압흔때문에 판 두께가 얇아지는 양이 작게 억제된다.
계속해서, 수직 하방의 가압력이 가해지면서, 혼(140)의 혼 칩(150)이 도시의 A-B방향으로 초음파 진동된다. 그리고, 초음파 진동에 의해 발생하는 마찰열에 의해, 전극 탭(210A)과 전극 탭(210B)이 고상 접합된다.
도 5는, 도 4에 도시한 초음파 접합 장치에 의해 접합된 복수의 피접합물을 가진 접합 구조체의 부분 확대 단면도이다. 적층된 복수의 피접합물인 전극 탭(210)은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로써 초음파 접합되어 있는 동시에, 전극 탭(210)의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성된다. 그리고, 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔(211)의 깊이(Do)가, 내측부(212)의 깊이(Di)보다 작다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 앤빌 및 혼에 의한 전극 탭(210)에 대한 파지 영역에서, 외측부에서의 파지력이, 내측부에서의 파지력보다 작게 설정되어 있다. 이 때문에, 외측부에서 돌기부(111, 151)가 전극 탭(210)으로 파고들어가는 양이, 내측부에서 파고들어가는 양보다 적어진다. 이에 의해, 전극 탭(210)의 파지 영역에서의 외측부의 판 두께의 감소량을, 내측부의 판 두께의 감소량보다 낮게 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 외측부의 압흔(211) 부위의 판 두께(To)가, 내측부의 압흔(212) 부위의 판 두께(Ti)보다 커진다. 따라서, 외측부의 압흔(211) 부위에서의 파단 강도가 내측부의 압흔(212) 부위보다 높아지기 때문에, 접합부(215)의 가장자리에서의 균열 발생을 방지하는 것이 가능해진다.
즉, 접합 종료 후의 전극 탭(210)의 접합부(215)에 인장 하중이나 진동 등에 의한 외력이 가해진 경우, 우선, 전극 탭(210)의 접합부(215)의 외측부에서의 판 두께가 얇아진 부분에 외력이 집중하여 작용한다. 여기서, 외측부의 판 두께의 감소량이 내측부보다 작기 때문에, 외력이 집중하는 부분의 판 두께를 적절히 확보할 수 있다. 따라서, 전극 탭(210) 자체의 파단 강도를 종래보다 향상시킬 수 있다. 특히, 낮은 하중의 반복 입력 등에 대한 피로 강도의 향상에 효과적이다.
또한, 본 실시형태에서는, 돌기부(111, 151)는, 돌기부(112, 152)에 대하여 선단 근방이 더 크게 절제(切除)된 사각뿔대 형상으로서, 돌기부(112, 152)와 형상이 상이하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 본 발명에서는, 예를 들어 돌기부(111, 151)는, 돌기부(112, 152)에 대하여 형상(선단부 형상)이 같고 길이를 낮게 한 것이어도 된다.
또한, 돌기부는 사각뿔대 형상에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, 산등성이 형상의 돌기부(111x, 112x)가 앤빌(110x)에 형성되어 있어도 된다. 또, 혼 칩(150)에도 동일한 산등성이 형상의 돌기부가 형성된다. 여기서, 산등성이 형상의 돌기부는, 돌기부의 길이 방향이 혼 칩(150)의 초음파 진동에 의한 이동 방향과 직교하도록 형성되어 있고, 이에 의해, 워크를 단단히 확실하게 파지하여 초음파 진동을 워크로 전달할 수 있다.
또, 본 발명에서는, 적어도 혼의 진동 방향 외측부에서의 파지력이, 내측부에서의 파지력보다 작게 설정되어 있으면 된다. 즉, 본 실시형태에서는, 적어도 혼의 진동 방향 외측부의 돌기부의 높이가, 내측부의 돌기부의 높이보다 작게 설정되어 있으면 된다. 단, 외측부 전체의 파지력이, 내측부에서의 파지력보다 작게 설정되어 있는 편이 보다 양호한 효과가 얻어지기 때문에 바람직하다.
도 7은, 다른 실시형태에 관한 초음파 접합 장치로 단전지의 전극 탭이 접합 되어 있는 상태를 도시한 도면이다. 본 실시형태는, 앤빌(110a) 및 혼(140)의 혼 칩(150a)의 복수의 돌기부의 구성에서 상기한 실시형태와 상이하다. 또, 상기한 실시형태와 공통하는 부분의 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는, 앤빌(110a) 및 혼(140)의 혼 칩(150a)에서의 복수의 돌기부 중, 가장 외측의 돌기부(111a, 151a)에 대하여, 내측 부위로부터 외측 부위를 향하여 높이가 감소하는 단면 직선 형상의 경사면(113, 153)을 각각 형성하기 위한 챔퍼링(chamfering) 가공이 실시되어 있다. 여기서, 1개의 돌기부에 형성되는 경사면은, 예를 들어 수평면에 대하여 대략 일정한 각도(α)를 가지는 연속면이다. 단, 돌기부(111a)와 돌기부(151a)에서 경사면의 각도가 상이하여도 된다. 또한, 앤빌(110a) 및 혼 칩(150a) 중 어느 한 쪽의 외측부의 돌기부에 대하여, 상기 챔퍼링 가공이 실시되어 있어도 된다.
도 8은, 도 7에 도시한 초음파 접합 장치에 의해 접합된 복수의 피접합물을 가지는 접합 구조체의 부분 확대 단면도이다. 적층된 복수의 피접합물인 전극 탭(210)은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로써 초음파 접합되어 있는 동시에, 전극 탭(210)의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성되어 있다. 그리고, 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔(211a)의 바닥면(221)은, 접합 구조체의 외측을 향하여 깊이가 감소하는 경사면이다. 본 실시형태에서는, 외측부의 압흔(211a)의 바닥면(221)은, 단면 직선 형상의 경사면을 형성한다.
도 8에서, 피접합물인 전극 탭(210)이 소정 깊이(D) 이상 눌러 찌부러트려진 AB간 영역 및 CD간 영역은, 전극 탭(210A) 및 전극 탭(210B)이 유효하게 접합되어 있는 접합 영역을 나타낸다. 한편, BC간 영역 및 점(D)의 외측의 영역은, 전극 탭(210A)과 전극 탭(210B)이 접합되어 있지 않은 비접합 영역을 나타낸다.
바꾸어 말하면, 본 실시형태에서는, 외측면의 압흔(211a)의 내벽면은, 해당 압흔에 대한 접합 영역(CD간 영역)에서, 피접합 구조체에 관하여 내측의 내벽면(231i)의 경사보다 외측의 내벽면(231o)의 경사 쪽이 완만해지도록 형성되어 있다.
따라서 본 실시형태에 의하면, 외측부의 압흔(211a)에 대한 접합 영역에서, 해당 접합 영역의 외측에 근접할수록, 파지력이 작게 설정되어 있어, 돌기부가 피접합물에 파고들어가는 양이 감소한다. 이에 의해, 전극 탭(210)의 파지 영역에서의 바깥 가장자리 근방의 판 두께의 감소량을, 바깥 가장자리보다 내측 부분의 판 두께의 감소량보다 낮게 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 본 실시형태에 의해서도, 상기한 실시형태와 동일한 효과를 얻는 것이 가능해진다.
도 9는, 내측부의 압흔(212a)에 대한 접합 영역에서의 접합 강도의 분포도이고, 도 10은 외측부의 압흔(211a)에 대한 접합 영역에서의 접합 강도의 분포도이다. 접합 강도란, 초음파 영역이 완료된 후의 접합부에서의 부하에 대한 구조적인 강도를 말한다. 여기서, 돌기부가 피접합물에 파고들어가는 양이 작을수록, 피접합물들의 가압력이 작아져, 접합 강도가 작아진다. 도 10에 도시한 바와 같이, 외측부의 압흔(211a)에 대한 접합 영역(CD간 영역)에서는, 해당 접합 영역의 바깥 가장자리 근방에서 바깥 가장자리에 근접할수록 접합 강도가 서서히 작아지기 때문에, 접합 강도의 변화가 완만해진다.
따라서, 본 실시형태에 의하면 또한, 접합부(215)에 인장 하중이나 진동 등에 의한 외력이 가해진 경우, 외력에 의한 응력 집중을 완화할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 챔퍼링 가공을 실시한 돌기부에서의 경사면의 내측 단부(114, 154)가, 피접합물인 전극 탭(210)에 강하게 가압되기 때문에, 해당 부분의 접합 강도가 높아지는 이점도 있다.
도 11은, 또 다른 실시형태에 관한 초음파 접합 장치로 단전지의 전극 탭이 접합되어 있는 상태를 도시한 도면이다. 본 실시형태는, 앤빌(110b) 및 혼(140)의 혼 칩(150b)의 복수의 돌기부의 구성에서 상기한 실시형태와 상이하다. 또, 상기한 실시형태와 공통하는 부분의 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는, 앤빌(110b) 및 혼(140)의 혼 칩(150b)에서의 복수의 돌기부 중, 가장 외측의 돌기부(111b, 151b)에 대하여, 내측 부위로부터 외측 부위를 향하여 높이가 감소하는 단면이 대략 원호 형상인 경사면(115, 155)을 각각 형성하기 위한 챔퍼링 가공이 실시되어 있다. 단, 돌기부(111b)와 돌기부(151b)에서 경사면의 대략 원호 형상의 곡률 반경이 상이하여도 된다. 또한, 앤빌(110b) 및 혼 칩(150b) 중, 어느 한쪽의 외측부의 돌기부에 대하여 상기 챔퍼링 가공이 실시되어 있어도 된다.
도 12는, 도 11에 도시한 초음파 접합 장치에 의해 접합된 복수의 돌기부의 피접합물을 가진 접합 구조체의 부분 확대 단면도이다. 적층된 복수의 피접합물인 전극 탭(210)은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로써, 초음파 접합되어 있는 동시에, 전극 탭(210)의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성된다. 그리고, 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔(211b)의 바닥면(225)은, 접합 구조체의 외측을 향하여 깊이가 감소하는 경사면이다. 본 실시형태에서는, 외측부의 압흔(211b)의 바닥면(225)은, 단면이 대략 원호 형상인 경사면을 형성하고 있다.
도 12에서, 피접합물인 전극 탭(210)이 소정 깊이(D) 이상 눌러 찌부러뜨려진 AB간 영역 및 CDR간 영역은, 전극 탭(210A)과 전극 탭(210B)이 유효하게 접합되어 있는 접합 영역을 나타낸다. 한편, BC간 영역 및 점(D)의 외측의 영역은, 전극 탭(210A)과 전극 탭(210B)이 접합되어 있지 않은 비접합 영역을 나타낸다.
바꾸어 말하면, 본 실시형태에서는, 외측부의 압흔(211b)의 내벽면은, 해당 압흔에 대한 접합 영역(CD간 영역)에서, 접합 구조체에 대하여 내측의 내벽면(235i)의 경사보다 외측의 내벽면(235o)의 경사 쪽이 완만해지도록 형성되어 있다.
따라서 본 실시형태에 의하면, 외측부의 압흔(211b)에 대한 접합 영역에서, 해당 접합 영역의 외측에 근접할수록, 파지력이 작게 설정되어 있어, 돌기부가 피접합물에 파고들어가는 양이 감소한다. 이에 의해, 전극 탭(210)의 파지 영역에서의 바깥 가장자리 근방의 판 두께의 감소량을, 바깥 가장자리보다 내측인 부분의 판 두께의 감소량보다 낮게 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 본 실시형태에 의해서도 상기한 실시형태와 동일한 효과를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 도 7∼10에 도시한 실시형태와 같이, 외측부의 압흔(211b)에 대한 접합 영역(CD간 영역)에서는 해당 접합 영역의 바깥 가장자리 근방에서 바깥 가장자리로 근접할수록 접합 강도가 서서히 작아지기 때문에, 접합 강도의 변화가 완만해진다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 접합부(215)에 인장 하중이나 가진 등에 의한 외력이 가해진 경우, 외력에 의한 응력 집중을 완화할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 챔퍼링 가공을 실시한 돌기부에서의 경사면의 내측 단부(116, 156)가, 피접합물인 전극 탭(210)에 강하게 가압되기 때문에, 해당 부분의 접합 강도가 높아지는 이점도 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 외측부의 압흔(211b)의 외측의 모퉁이에 둥근부분이 형성되어 있기 때문에, 응력 집중을 한층 더 완화할 수 있다. 이에 의해, 초음파 접합 시 및 접합 후에 부하가 걸렸을 때 양측에서, 균열이 발생하는 것을 더 확실하게 방지할 수 있다.
도 13은, 또 다른 실시형태에 관한 초음파 접합 장치로 단전지의 전극 탭이 접합되어 있는 상태를 도시한 단면도, 도 14는, 도 13에 도시된 앤빌의 평면도이다. 본 실시형태는, 앤빌(110c) 및 혼(140)의 혼 칩(150c)의 복수의 돌기부의 구성에서 상기한 실시형태와 상이하다. 또, 상기한 실시형태와 공통되는 부분의 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는, 앤빌(110c) 및 혼(140)의 혼 칩(150c)에서의 복수의 돌기부 중, 가장 외측의 돌기부(157)의 형성 간격이, 내측부의 돌기부(158)의 형성 간격보다 크게 설정되어 있다. 단, 앤빌(110c) 및 혼 칩(150c) 중 어느 한 쪽의 외측부의 돌기부(157)의 형성 간격이, 내측부의 돌기부(158)의 형성 간격보다 크게 설정되어 있어도 된다. 또한, 외측부의 돌기부(157)의 형성 간격의 치수는 임의이며, 돌기부 1개 분의 간격에 한정되는 것이 아니다. 또, 도 13은, 외측부의 돌기부(157)만을 통과하는 연직면에서 절단한 단면도를 도시한다. 여기서, 돌기부(157, 158)는, 예를 들어 사각뿔대 형상을 나타내고 있다. 또한, 혼 칩의 돌기부 는, 도 12에 도시한 앤빌의 돌기부와 동일하게 형성되어 있다.
도 15는, 도 13 및 도 14에 도시한 초음파 접합 장치에 의해 접합된 복수의 피접합물을 가지는 접합 구조체의 부분 확대 단면도이다. 또한, 도 15는, 외측부의 압흔(217)만을 통과하는 연직면에서 절단한 절단면을 도시한다. 적층된 복수의 피접합물인 전극 탭(210)은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로써 초음파 접합되어 있는 동시에, 전극 탭(210)의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성되어 있다. 그리고, 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔(217)의 형성 간격이, 내측부의 압흔의 형성 간격보다 크다.
이와 같이 본 실시형태에서의 초음파 접합 장치에 의하면, 외측부의 돌기부(157)의 형성 간격이, 내측부의 돌기부(158)의 형성 간격보다 크게 설정되어 있다. 따라서 돌기부에 의해 전극 탭(210)의 외표면에 형성되는 압흔들의 간격이 내측부보다 외측부에서 커지기 때문에, 외측부에서의 인접하는 압흔에 파탄 현상이 연쇄적으로 이어져 발생할 우려를 방지할 수 있다.
또한, 도 4∼6에 도시한 실시형태와 같이, 도 7∼15에 도시한 다른 실시형태에서도, 적어도 혼의 진동 방향 외측부의 돌기부가, 내측부의 돌기부에 대하여 상이한 형태로 형성되어 있으면 된다. 단, 외주부 전체에서의 돌기부가, 내주부의 돌기부에 대하여 상이한 형태로 형성되어 있는 편이 보다 양호한 효과가 얻어지기 때문에 바람직하다.
본 발명은, 상기한 실시형태에만 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위 내에서, 다양하게 변경할 수 있다.
예를 들면, 상기 실시형태에서, 피용접물의 예로서 단전지의 전극 탭을 들었지만, 피용접물은 이에 한정되는 것이 아니다. 또한, 앤빌 및 혼의 혼 칩에 형성되는 돌기부의 형상도, 도면에 도시한 것에 한정되지 않고 임의의 형상을 나타낼 수 있다. 또한, 상기한 복수의 실시형태에서의 돌기부의 구성 중 2개 이상을 조합하여 실시하는 것도 가능하다.
청구항 1, 7, 8, 11에 기재된 발명에 의하면, 외측부에서 돌기부가 피접합물에 파고들어가는 양이, 내측부에서 파고들어가는 양보다 적어진다. 이에 의해, 피접합물의 파지 영역에서의 외측부의 판 두께의 감소량을, 내측부의 판 두께의 감소량보다 낮게 억제하는 것이 가능해진다. 이 결과, 외측부의 압흔 부위의 판 두께가, 내측부의 압흔 부위의 판 두께보다 커진다. 따라서 외측부의 압흔 부위에서의 파단 강도가 내측부의 압흔 부위보다 높아지기 때문에, 접합부의 가장자리에서 균열이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
즉, 접합 종료 후의 피접합물의 접합부에 인장 하중이나 진동 등에 의한 외력이 가해진 경우, 우선 피접합물의 접합부의 외측부에서의 판 두께가 얇아진 부분에 외력이 집중하여 작용한다. 여기서, 외측부의 판 두께의 감소량이 내측부보다 작기 때문에, 외력이 집중하는 부분의 판 두께를 적절하게 확보할 수 있다. 따라 서 피접합물 자체의 파단 강도를 종래보다 향상시킬 수 있다. 특히 낮은 하중의 반복 입력 등에 대한 피로 강도의 향상에 효과적이다.
청구항 8, 11에 기재된 발명에 의하면 또한, 외측부의 압흔에 대한 접합 영역에서는, 해당 접합 영역의 바깥 가장자리 근방에서 바깥 가장자리에 근접할수록 접합 강도가 서서히 작아지기 때문에, 접합 강도의 변화가 완만해진다. 따라서, 접합부에 인장 하중이나 진동 등에 의한 외력이 가해진 경우, 외력에 의한 응력 집중을 완화할 수 있다.
청구항 5, 12에 기재된 발명에 의하면, 피접합물의 외표면에 형성된 압흔들의 간격이, 내측부보다 외측부에서 커지기 때문에, 외측부에서의 인접하는 압흔에 파단 현상이 연쇄적으로 이어서 발생할 우려를 방지할 수 있다.

Claims (13)

  1. 앤빌과, 해당 앤빌에 대향하여 배치되는 혼을 가지고, 상기 앤빌 상에 겹쳐 세트된 복수의 피접합물을 상기 혼으로 가압 및 가진(加振)함으로써 해당 피접합물을 초음파 접합하는 초음파 접합 장치로서,
    상기 앤빌 및 상기 혼에 의한 피접합물에 대한 파지 영역에서, 혼의 진동 방향 외측부에서의 파지력을, 내측부에서의 파지력보다 작게 설정한 것을 특징으로 하는 초음파 접합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 앤빌 및 상기 혼은, 피접합물에 접촉 가능한 복수의 돌기부를 각각 가지고,
    상기 앤빌 및 상기 혼 중 적어도 한 쪽의 복수의 돌기부 중, 가장 외측의 돌기부의 높이를, 내측부의 돌기부의 높이보다 작게 설정한 것을 특징으로 하는 초음파 접합 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 앤빌 및 상기 혼은, 피접합물에 접촉 가능한 복수의 돌기부를 각각 가지고,
    상기 앤빌 및 상기 혼 중 적어도 한 쪽의 복수의 돌기부 중, 가장 외측의 돌 기부에 대하여, 내측 부위로부터 외측 부위를 향하여 높이가 감소하는 단면 직선 형상의 경사면을 형성하기 위한 챔퍼링 가공을 실시한 것을 특징으로 하는 초음파 접합 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 앤빌 및 상기 혼은, 피접합물에 접촉 가능한 복수의 돌기부를 각각 가지고,
    상기 앤빌 및 상기 혼 중, 적어도 한 쪽의 복수의 돌기부 중, 가장 외측의 돌기부에 대하여, 내측 부위로부터 외측 부위를 향하여 높이가 감소하는 단면이 대략 원호 형상인 경사면을 형성하기 위한 챔퍼링 가공을 실시한 것을 특징으로 하는 초음파 접합 장치.
  5. 앤빌과, 해당 앤빌에 대향하여 배치되는 혼을 가지고 상기 앤빌 상에 겹쳐 세트된 복수의 피접합물을 상기 혼으로 가압 및 가진함으로써 해당 피접합물을 초음파 접합하는 초음파 접합 장치로서,
    상기 앤빌 및 상기 혼은, 피접합물에 접촉 가능한 복수의 돌기부를 각각 가지고,
    상기 앤빌 및 상기 혼 중 적어도 한 쪽의 복수의 돌기부 중, 외측부의 돌기부의 형성 간격을, 내측부의 돌기부의 형성 간격보다 크게 설정한 것을 특징으로 하는 초음파 접합 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피접합물은, 편평형 단전지의 전극 탭인 것을 특징으로 하는 초음파 접합 장치.
  7. 적층된 복수의 피접합물을 가진 접합 구조체로서,
    상기 적층된 복수의 피접합물은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로써 초음파 접합되어 있는 동시에, 상기 적층된 복수의 피접합물의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성되어 있고,
    상기 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔의 깊이가 내측부의 압흔의 깊이보다 작은 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  8. 적층된 복수의 피접합물을 가진 접합 구조체로서,
    상기 적층된 복수의 피접합물은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로써 초음파 접합되어 있는 동시에, 상기 적층된 복수의 피접합물의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성되어 있고,
    상기 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔의 바닥면은, 접합 구조체의 외측을 향하여 깊이가 감소하는 경사면인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외측부의 압흔의 바닥면은, 단면 직선 형상의 경사면인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 외측부의 압흔의 바닥면은, 단면이 대략 원호 형상인 경사면인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  11. 적층된 복수의 피접합물을 가진 접합 구조체로서,
    상기 적층된 복수의 피접합물은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로서 초음파 접합되어 있는 동시에, 상기 적층된 복수의 피접합물의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성되어 있고,
    상기 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔의 내벽면은, 해당 압흔에 대한 접합 영역에 있어서, 접합 구조체에 관하여 내측의 내벽면의 경사보다 외측의 내벽면의 경사 쪽이 완만해지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  12. 적층된 복수의 피접합물을 가진 접합 구조체로서,
    상기 적층된 복수의 피접합물은, 외부로부터 가압 및 가진이 실시됨으로써 초음파 접합되어 있는 동시에, 상기 적층된 복수의 피접합물의 외표면에는, 가압에 의한 복수의 압흔이 형성되어 있고,
    상기 복수의 압흔 중, 외측부의 압흔의 형성 간격이, 내측부의 압흔의 형성 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피접합물은, 편평형 단전지의 전극 탭인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
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