KR20230022122A - 초음파 접합용 혼 - Google Patents

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die
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다카히로 사쿠라이
고스케 스즈키
고타 오하타
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프라임 플래닛 에너지 앤드 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 개시에 의해, 초음파 접합 시에 발생하는 버의 높이를 제어 가능한 초음파 접합용 혼이 제공된다. 여기에서 개시되는 초음파 접합용 혼은, 소정의 진동 방향으로 초음파 진동이 가능한 초음파 접합용 혼이며, 베이스부와, 베이스부의 상면으로부터 올라간 다이부와, 다이부의 상면으로부터 돌출된 복수의 돌기로 이루어지는 압접부를 구비한다. 압접부를 구성하는 복수의 돌기는, 각뿔형 또는 각뿔대형으로 형성되어 배열되어 있고, 평면에서 볼 때, 복수의 돌기의 배열 부분의 주연의 적어도 일부는 지그재그형이며, 당해 지그재그형 부분은, 상기 진동 방향 및 상기 진동 방향과 수직 방향 중 적어도 어느 쪽이든 한쪽을 따라 형성되어 있다. 그리고, 베이스부의 상면은, 다이부가 형성되지 않은 노출면을 갖는다.

Description

초음파 접합용 혼{ULTRASONIC JOINING HORN}
본 개시는, 초음파 접합용 혼에 관한 것이다.
종래부터, 금속 부재끼리를 접합하는 방법의 하나로서, 초음파 접합이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 초음파 접합용의 혼이 개시되어 있다. 이 혼은, 피접합재를 가압하는 면에 복수의 돌기를 갖고 있으며, 이들 복수의 돌기를 통해 피접합재를 압박하면서 초음파 진동시킴으로써, 초음파 접합을 실현한다. 당해 돌기는 육각뿔 형상이며, 그 대향하는 한 쌍의 면의 대향 방향이 진동 방향에 대하여 수직이 되도록 구성되어 있다. 이러한 혼에 의하면, 버의 발생이나 비산을 억제할 수 있음과 함께, 돌기의 마모에 의한 형상 변화를 작게 할 수 있도록 되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 금속 부재끼리 또는 회로 등이 마련된 금속 전극과, 전기를 흘리는 리드형의 금속판을 직접 접합시키는 초음파 접합 툴이 개시되어 있다. 이 초음파 접합 툴은, 복수의 금속 부재를 압박하는 툴 접합부를 구비하고 있고, 당해 툴 접합부에 있어서, 금속 부재와 접촉하는 압접부에는, 직사각형의 평면을 구비한 사각뿔형의 돌기가 마련되어 있다. 당해 돌기는, 초음파 진동을 전달하는 혼을 향해 넓어지고, 또한, 당해 돌기의 압접부의 평면의 직사각형이, 초음파 진동 방향과 평행해지도록 구성되어 있다. 이에 의해, 초음파 접합을 하는 공정에 있어서, 장기적으로 안정된 접합을 가능하게 하도록 되어 있다.
일본 특허출원 공개 제2007-330851호 공보 일본 특허출원 공개 제2018-69308호 공보
초음파 접합에서는, 피접합재에 혼이 압박 접촉된 부위(접촉부)의 주위에 버가 형성된다. 버는, 혼에 의해 피접합재가 깎임으로써 발생하고, 접촉부의 주위에 무질서하게 형성되어버린다. 피접합재에 버가 형성된 상태 그대로이면, 당해 피접합재를 구비하는 전자 기기 등에 있어서, 버가 박리했을 때에 이물로서 혼입될 수 있기 때문에, 전자 기기 등의 문제를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 그 때문에, 일반적으로 버는 세정 처리 등에 의해 제거된다. 이와 같은 추가의 처리는, 비용이나 제조 시간을 허비하게 되므로 바람직하지 않다.
그런데, 본 발명자는, 피접합재에 오목부를 마련하고, 당해 오목부에서 초음파 접합을 행함으로써, 버를 당해 오목부의 내부에 머물게 할 것을 검토하고 있다. 버를 오목부에 머물게 할 수 있으면, 당해 오목부를 다른 부재로 밀폐함으로써, 버의 세정 처리 등의 추가의 처리가 생략될 수 있다. 버를 오목부의 내부에 머물게 하기 위한 하나의 어프로치로서, 버의 높이를 제어하는 구조의 개발이 요망된다.
그래서, 본 개시는, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 초음파 접합 시에 발생하는 버의 높이를 제어 가능한 초음파 접합용 혼을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 실현하기 위해, 여기에서 개시되는 초음파 접합용 혼은, 소정의 진동 방향으로 초음파 진동이 가능한 초음파 접합용 혼이며, 베이스부와, 상기 베이스부의 상면으로부터 올라간 다이부와, 상기 다이부의 상면으로부터 돌출된 복수의 돌기로 이루어지는 압접부를 구비한다. 상기 압접부를 구성하는 상기 복수의 돌기는, 각뿔형 또는 각뿔대형으로 형성되어 배열되어 있으며, 평면에서 볼 때, 당해 복수의 돌기의 배열 부분의 주연의 적어도 일부는 지그재그형이며, 당해 지그재그형 부분은, 상기 진동 방향 및 상기 진동 방향과 수직 방향 중 적어도 어느 쪽이든 한쪽을 따라 형성되어 있다. 그리고, 상기 베이스부의 상면은, 상기 다이부가 형성되지 않은 노출면을 갖는다.
이러한 구성에 의하면, 평면에서 볼 때의 혼의 돌기의 배열 부분의 주연은 지그재그형 부분을 갖기 때문에, 초음파 접합 시에 발생하는 버는 지그재그형의 골부로 유도되기 쉬워진다. 또한, 이러한 구성의 혼은, 베이스부와 압접부 사이에 다이부를 구비하고 있고, 베이스부에는, 다이부가 형성되지 않은 노출면이 존재한다. 이에 의해, 초음파 접합에 의해 발생하는 버(특히 지그재그형 부분의 골부로 유도된 버)는, 당해 노출면에 의해 높이 방향으로부터 눌러지기 때문에, 버의 높이를 제어할 수 있다.
여기에서 개시되는 혼의 바람직한 일 형태에서는, 상기 다이부의 둘레벽의 적어도 일부는 골판형으로 형성되어 있고, 당해 골판형의 부분은, 상기 복수의 돌기의 배열 부분의 주연의 상기 지그재그형 부분과 대응하고 있다. 이에 의해, 돌기의 배열 부분의 주연의 지그재그형 부분의 골부로 유도된 버가, 다이부의 둘레벽의 골판형의 오목한 스페이스로 원활하게 들어갈 수 있다. 그 결과, 버의 확대가 보다 적합하게 제어되어, 버의 높이를 보다 효율적으로 제어할 수 있다.
또한, 여기에서 개시되는 혼의 바람직한 일 형태에서는, 평면에서 볼 때, 상기 다이부의 둘레벽에 형성된 상기 골판형 부분의 오목한 부분은 원호형으로 형성되어 있다. 이에 의해, 선단이 예리한 버가 형성되기 어려워지기 때문에, 혼에 대한 버의 돌출을 저감시킬 수 있어, 버가 보다 효율적으로 제어된다.
또한, 여기에서 개시되는 혼의 바람직한 일 형태에서는, 상기 복수의 돌기는, 당해 돌기 간에 평탄한 홈이 없도록 서로 인접해서 배치되어 있다. 이에 의해, 버가 돌기의 사이에 들어가는 것을 억제하여, 버를 보다 적합하게 제어할 수 있다.
또한, 여기에서 개시되는 혼의 바람직한 일 형태에서는, 평면에서 볼 때, 상기 복수의 돌기의 배열 부분의 주연은, 상기 진동 방향으로 연장되는 변 및 해당 진동 방향과 수직 방향으로 연장되는 변 모두를 갖지 않는다. 이에 의해, 버가 무질서하게 넓어지는 것이 억제되어, 보다 적합하게 버의 높이가 제어된다.
또한, 여기에서 개시되는 혼의 바람직한 일 형태에서는, 평면에서 볼 때, 상기 노출면은, 상기 다이부의 전체 주위에 마련되어 있다. 이에 의해, 초음파 접합부의 주위 어느 방향에 있어서도, 버의 높이가 적합하게 제어된다.
또한, 여기에서 개시되는 혼의 바람직한 일 형태에서는, 상기 베이스부의 상면과 상기 다이부의 둘레벽의 경계 부분은, 슬로프형으로 형성되어 있다. 이에 의해, 버가 노출면으로 돌출되기 어려워진다.
또한, 여기에서 개시되는 혼의 바람직한 일 형태에서는, 상기 다이부의 상기 베이스부의 상면으로부터의 높이 T1과, 상기 돌기의 상기 다이부의 상면으로부터의 높이 T2의 비율이, 5:1 내지 1:1이다. 이에 반하여, 버의 높이를 보다 적합하게 제어할 수 있다.
도 1은, 일 실시 형태에 따른 혼의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 일 실시 형태에 따른 혼의 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은, 일 실시 형태에 따른 혼의 구성을 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 4는, 변형예 1에 따른 혼의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 변형예 1에 따른 혼의 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6은, 변형예 2에 따른 혼의 구성을 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 7a는, 단자 부품의 초음파 접합 전의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7b는, 초음파 접합의 공정을 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 8은, 리튬 이온 이차 전지의 구성을 모식적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 9는, 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 단면을 나타내는 단면도이다.
도 10은, 리튬 이온 이차 전지의 부극 단자의 외부 단자로서 일 실시 형태에 따른 혼을 사용하여 제조된 단자 부품을 채용했을 때의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은, 비교예 1에서 사용한 혼의 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 12a는, 실시예 1의 평가용 단자 부품의 초음파 접합부 부근의 형상을 나타내는 화상이다.
도 12b는, 실시예 1의 평가용 단자 부품의 단면의 형상을 나타내는 그래프이다.
도 13a는, 실시예 2의 평가용 단자 부품의 초음파 접합부 부근의 형상을 나타내는 화상이다.
도 13b는, 실시예 2의 평가용 단자 부품의 단면의 형상을 나타내는 그래프이다.
도 14a는, 비교예 1의 평가용 단자 부품의 초음파 접합부 부근의 형상을 나타내는 화상이다.
도 14b는, 비교예 1의 평가용 단자 부품의 단면의 형상을 나타내는 그래프이다.
이하, 여기에서 개시되는 초음파 접합용 혼(이하, 단순히 「혼」이라고도 함)의 실시 형태, 및 여기에서 개시되는 혼을 사용하여 적합하게 제조되는 물품의 일례로서 이차 전지에 사용되는 단자 부품에 대하여 설명한다. 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항이어도 실시에 필요한 사항은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하여 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 여기에서 개시되는 기술의 내용은, 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다.
또한, 각 도면은 모식적으로 묘화되어 있으며, 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다. 또한, 이하에 설명하는 도면에 있어서, 동일한 작용을 발휘하는 부재, 부위에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화하는 경우가 있다.
본 명세서에 있어서, 수치 범위를 A 내지 B(여기서 A, B는 임의의 수치)로 기재하고 있는 경우에는, 일반적인 해석과 마찬가지이며, A 이상 B 이하(A를 상회하지만 B를 하회하는 범위를 포함함)를 의미한다.
본 명세서에 있어서 「이차 전지」란, 전해질을 개재시켜 한 쌍의 전극(정극과 부극)의 사이에 전하 담체가 이동함으로써 충방전 반응이 발생하는 축전 디바이스 일반을 말한다. 이러한 이차 전지는, 리튬 이온 이차 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등의 소위 축전지 외에, 전기 이중층 캐패시터 등의 캐패시터 등도 포함한다.
여기에서 개시되는 혼(100)의 일 실시 형태를 도 1 내지 도 3에 나타낸다. 도 1은, 혼(100)의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 혼(100)의 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 3은, 혼(100)의 구성을 모식적으로 나타내는 측면도이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 도면 중의 부호 F, B, L, R, U, D는, 각각 전, 후, 좌, 우, 상, 하를 나타낸다. 단, 이들 설명은 편의상의 방향에 불과하며, 혼(100)의 설치 형태를 전혀 한정하는 것은 아니다.
도 1에 도시한 바와 같이, 혼(100)은, 베이스부(110)와, 다이부(130)와, 압접부(150)를 구비하고 있다. 혼(100)은, 초음파 발진기(도시생략)에 설치됨으로써, 소정의 방향으로 초음파 진동을 할 수 있다. 이에 의해, 초음파 진동을 피접합재로 전달하고, 초음파 접합을 실현할 수 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 초음파 진동의 방향(이하, 단순히 「진동 방향」이라고도 함)을 전후 방향으로 하여 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「평면에서 볼 때」라 함은, 일반적인 해석과 마찬가지이며, 혼(100)을 상측(도면 중 U측)으로부터 하측(도면 중 D측)을 향해 보았을 때의 시야이며, 다시 말해, 압접부(150)측으로부터 베이스부(110)측을 향해 보았을 때의 시야임을 의미한다.
베이스부(110)는, 초음파 발진기와 접속되는 부분이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 여기에서는, 베이스부(110)는 평면에서 볼 때 직사각 형상의 표면을 갖고 있다. 베이스부(110)의 표면(상면)으로부터는, 다이부(130)가 올라가 형성되어 있다. 평면에서 볼 때, 베이스부(110)의 상면은, 다이부(130)보다도 넓은 면적을 갖고 있으며, 다이부(130)가 형성되지 않은 노출면(112)을 갖고 있다. 이 실시 형태에 있어서는, 베이스부(110)는 직육면체형으로 형성되어 있지만, 다이부(130)가 올라가는 상면을 갖고 있으면, 베이스부(110)의 전체 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 평면에서 볼 때의 베이스부(110)의 상면 형상도 특별히 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 다각 형상, 원형, 타원형 등일 수 있다. 베이스부(110)는, 종래 혼에 사용되는 재질로 구성되어 있으면 되며, 예를 들어 초경질 합금, 다이스강, 하이스 강 등을 사용할 수 있다.
다이부(130)는, 베이스부(110)의 표면으로부터 올라간 부분이며, 베이스부(110)와 압접부(150) 사이에 존재하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때, 다이부(130)는, 베이스부(110)의 표면보다도 좁은 면적 범위에서 형성되어 있다. 또한, 이 실시 형태에서는, 평면에서 볼 때, 다이부(130)의 상면(131)은 압접부(150)보다도 넓은 면적을 갖고 있다. 여기에서는, 다이부(130)의 상면(131)은, 베이스부(110)의 상면과 평행하다.
도 2에 도시한 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 다이부(130)의 외형은, 평면에서 볼 때 좌우 방향으로 긴 변을 갖는 육각 형상이다. 다이부(130)의 상면(131)과 베이스부(110)의 상면 사이에는, 둘레벽(132)이 형성되어 있다. 둘레벽(132)은, 진동 방향을 향해 대향하는 한 쌍의 광폭면(132a)과, 4개의 협폭면(132b)을 구비하고 있다.
또한, 다이부(130)의 외형 형상은 특별히 한정되는 것이 아니라, 평면에서 볼 때, 다각 형상, 원형, 타원형 등일 수 있다. 또한, 다이부(130)는, 베이스부(110)와 동일한 재질로 구성할 수 있다. 또한, 다이부(130)의 피접합재와 접촉할 수 있는 부분(예를 들어, 다이부(130)의 상면(131))에, 다이아몬드 라이크 카본(DLC) 코트나, 질화티타늄(TiN) 코트 등의 코트 처리를 실시해도 된다. 이에 의해, 피접합재를 구성하는 금속(예를 들어 알루미늄)의 응착이 저감될 수 있다. 또한, 코트 처리에 의해 내마모성이 향상될 수 있다.
압접부(150)는, 다이부(130)의 상면(131)으로부터 돌출된 복수의 돌기(152)에 의해 구성되어 있다. 복수의 돌기(152)는, 다이부(130)의 상면(131)에 배열되어 있다. 압접부(150)는, 피접합재에 압박 접촉되는 부분이며, 피접합재에 초음파 진동을 전달한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 압접부(150)는 돌기(152)를 10개 구비하고 있다. 또한, 돌기(152)의 수는 2개 이상이면 되며, 예를 들어 5개 이상, 8개 이상, 10개 이상, 12개 이상이어도 된다. 돌기(152)의 수는, 초음파 접합시키는 면적 등에 의해 적절히 변경될 수 있는 것이며, 특별히 상한은 설정되지 않는다. 예를 들어, 100개 이하, 50개 이하, 20개 이하로 할 수 있다. 또한, 돌기(152)는, 베이스부(110) 및 다이부(130)와 동일한 재질로 구성할 수 있다. 또한, 돌기(152)에, 다이부(130)와 마찬가지로 상술한 코트 처리를 실시해도 된다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 돌기(152)는 사각뿔대형으로 형성되어 있다. 여기에서는, 돌기(152)는 정사각형의 상면(152a)과, 정사각형의 저면(152b)과, 상면(152a)과 저면(152b) 사이에 형성되는 4개의 측면(152c)을 구비한다. 상면(152a)은, 저면(152b)보다도 좁은 면적을 갖고 있다. 또한, 돌기(152)의 형상은 이것으로 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 삼각뿔형, 사각뿔형, 육각뿔형 등의 각뿔형이나, 삼각뿔대형, 육각뿔대형 등의 각뿔대형일 수 있다. 또한, 복수의 돌기(152)의 형상이 반드시 모두 동일한 형상이 아니어도 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때, 복수의 돌기(152)의 배열 부분의 주연 중 적어도 일부에는, 지그재그형으로 된 지그재그부(154)가 형성되어 있다. 이 실시 형태에서는, 진동 방향에 수직인 방향을 따라 배치된 3개의 돌기(152)의 저면(152b)에 의해 지그재그부(154)가 형성되어 있다. 지그재그부(154)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전형적으로는, 각 정점을 직선으로 연결한 지그재그형의 형상을 갖지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어 각 정점 부분이 R 가공된 형상이어도 된다.
지그재그부(154)는, 적어도 2개의 돌기(152)가 배열됨으로써 형성되지만, 지그재그부(154)를 구성하는 돌기(152)의 수는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상이어도 된다. 또한, 지그재그부(154)를 구성하는 돌기(152)의 수는, 다이부(130)의 상면(131)의 면적에 의해 제한되는 것으로, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 20개 이하, 15개 이하, 10개 이하일 수 있다.
혼(100)은, 다이부(130)와, 베이스부(110)의 노출면(112)을 구비함으로써, 초음파 접합 시에 발생하는 버의 높이를 제어할 수 있다. 이 메커니즘의 상세는 명백하지 않지만, 이하와 같이 추정된다. 버는 혼(100)의 압접부(150)가 피접합재에 압박 접촉된 부분으로부터 발생하고, 그 주위에 형성된다. 버는, 혼(100)의 압접부(150)로부터 피접합재로 초음파 진동이 전달됨으로써, 피접합재의 표면이 깎이고, 높이 방향(상측 방향) 및 수평 방향으로 신장되면서 형성된다. 여기서, 혼(100)은 노출면(112)을 가짐으로써, 높이 방향으로 신장된 버가 노출면(112)에 접촉하기 때문에, 버의 높이 방향으로의 신장을 억제할 수 있다. 이에 의해, 버의 높이를 피접합재의 표면으로부터 노출면(112)까지의 높이로 제어할 수 있다.
또한, 혼(100)은, 복수의 돌기(152)의 배열 부분의 주연에 지그재그부(154)를 갖기 때문에, 초음파 접합 시에 발생하는 버는, 지그재그부(154)의 골부로 유도되기 쉬워진다. 이에 의해, 발생하는 버가 수평 방향으로 넓게 형성되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 버가 높이 방향으로 신장되기 쉬워진다. 그리고, 높이 방향으로 신장된 버는 노출면(112)에 의해 눌러지기 쉬워진다. 그 결과, 높이 방향뿐만 아니라, 수평 방향으로 버가 무질서하게 형성되는 것을 적합하게 제어할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 지그재그부(154)의 골부란, 평면에서 볼 때, 지그재그부(154)를 구성하는 돌기(152) 중, 인접하는 돌기(152) 사이의 공간임을 의미한다.
지그재그부(154)는, 평면에서 볼 때, 진동 방향(여기서는, 전후 방향) 및 진동 방향에 수직인 방향(여기서는, 좌우 방향) 중 적어도 어느 쪽이든 한쪽을 따라 형성되는 것이 바람직하고, 특히, 진동 방향에 수직인 방향을 따라 지그재그부(154)가 형성되는 것이 보다 바람직하다. 버는 진동 방향을 향해 발생하기 쉽기 때문에, 진동 방향에 수직인 방향을 따라 지그재그부(154)가 형성되어 있음으로써, 진동 방향을 향해 발생하는 버를 보다 확실하게 제어할 수 있다.
또한, 평면에서 볼 때, 복수의 돌기(152)의 배열 부분의 주연은, 진동 방향으로 연장되는 변 및 진동 방향에 수직인 방향으로 연장되는 변 모두를 갖지 않는 것이 바람직하다. 상기 구성이면, 진동 방향 및 진동 방향에 수직인 방향에 있어서, 돌기(152)의 측면(152c)이 피접합재와 접촉하는 것보다도 먼저, 돌기(152)의 상면(152a)과 저면(152b)을 연결하는 변(각)이 피접합재와 접촉한다. 이에 의해, 버가 돌기(152)의 측면(152c)에 의해 진동 방향으로 똑바로 압출되는 것이 억제되기 때문에, 버가 지그재그부(154)의 골부로 보다 유도되기 쉬워진다.
초음파 접합 시에 발생하는 버는, 버 축적부(170)에 효율적으로 축적된다. 버 축적부(170)는, 개략적으로, 노출면(112)의 상부 공간 중, 다이부(130)의 높이 T1까지의 공간임을 의미한다(도 3 참조). 또한, 다이부(130)의 높이 T1은, 베이스부(110)의 상면(노출면(112))으로부터의 높이임을 의미한다.
버 축적부(170)의 체적은, 돌기(152) 전체(압접부(150))의 체적보다도 큰 것이 바람직하다. 초음파 접합에 의해 발생하는 버의 체적은, 혼(100) 중 피접합재에 들어가는 체적분이라고 추측된다. 즉, 돌기(152) 전체의 체적분의 버가 발생할 수 있다고 추측된다. 그 때문에, 버 축적부(170)의 체적이 돌기(152) 전체의 체적보다도 큼으로써, 버의 높이를 보다 확실하게 제어할 수 있다. 버 축적부(170)의 체적은, 개략적으로는, (노출면(112)의 면적)×(다이부(130)의 높이 T1)로 구할 수 있다. 단, 노출면(112)의 형상이나, 다이부(130)의 형상 등에 따라 체적을 구하는 방법은 적절히 변경될 수 있다.
다이부(130)의 높이 T1과, 돌기(152)(압접부(150))의 높이 T2의 비율은, 예를 들어 5:1 내지 1:1로 할 수 있으며, 4:1 내지 1:1이 바람직하고, 3:1 내지 1:1이 보다 바람직하며, 예를 들어 2:1 내지 1:1로 할 수 있다. 돌기(152)의 높이 T2에 대하여 다이부(130)의 높이 T1이 너무 큰 경우, 강성이 저하되어, 다이부(130)의 내구성이 저하될 수 있다. 또한, 돌기(152)의 높이 T2에 대하여 다이부(130)의 높이 T1이 너무 작은 경우, 노출면(112)에 의해 압박되는 버가 수평 방향으로 연장되기 쉬워져, 무질서하게 넓어진 버가 될 수 있기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 돌기(152)의 높이 T2는, 다이부(130)의 상면(131)(돌기(152)의 저면(152b))으로부터, 돌기(152)의 상면(152a)(돌기(152)가 각뿔인 경우에는 정점)까지의 높이임을 의미한다.
또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 다이부(130)의 높이 T1은, 예를 들어 0.1㎜ 이상이면 되며, 0.3㎜ 이상일 수 있다. 또한, 다이부(130)의 높이 T1의 높이는, 예를 들어 1.5㎜ 이하이면 되며, 1㎜ 이하, 0.5㎜ 이하로 할 수 있다.
돌기(152)의 높이 T2가 너무 낮은 경우에는, 돌기(152)와 피접합재의 접촉 면적이 증가하여, 돌기(152)에 피접합재의 구성 성분(예를 들어 알루미늄)이 응착되기 쉬워진다. 그 때문에, 돌기(152)의 높이 T2는, 예를 들어 0.03㎜ 이상이면 되며, 0.1㎜ 이상, 0.2㎜ 이상일 수 있다. 또한, 돌기(152)의 높이 T2가 너무 높은 경우에는, 돌기(152)의 강성이 저하되기 때문에, 돌기(152)의 내구성이 저하되어버린다. 그 때문에, 돌기(152)의 높이 T2는, 예를 들어 0.3㎜ 이하이면 되고, 0.25㎜ 이하일 수 있다. 또한, 돌기(152)의 높이 T2는, 피접합재의 재질이나 두께, 초음파 접합의 조건에 따라 적절히 변경될 수 있기 때문에, 상기 수치 범위에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 돌기(152)의 사이에 평탄한 홈이 없도록 서로 인접해서 배치되어 있는 것이 바람직하다. 다시 말해, 평면에서 볼 때, 돌기(152) 사이에 다이부(130)의 상면(131)이 보이지 않도록, 돌기(152)의 저면(152b)이 서로 간극이 없도록 인접하고 있다. 이에 의해, 버가 돌기(152)의 사이에 들어가는 양을 저감시켜, 버를 보다 적합하게 지그재그부(154)의 골부로 유도할 수 있다. 또한, 돌기(152)의 배치는 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 돌기(152)끼리의 사이에 간극(홈)이 있어도 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 평면에서 볼 때, 다이부(130)의 전체 주위에는, 베이스부(110)의 노출면(112)이 마련되어 있다. 다시 말해, 다이부(130)는, 베이스부(110)의 상면의 단부(외형)보다 내측에 형성되어 있다. 이에 의해, 초음파 접합부의 주위 어느 방향에 있어서도, 버의 높이가 적합하게 제어된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 노출면(112)의 폭 W1은, 돌기(152)의 높이 T2에 대하여, 예를 들어 1/3배 이상이면 되며, 1/2배 이상, 1배 이상, 2배 이상 또는 4배 이상이어도 된다. 이에 의해, 버 축적부(170) 중에 버를 보다 확실하게 축적시킬 수 있어, 버의 높이가 적합하게 제어된다. 여기서, 노출면(112)의 폭 W1은, 다이부(130)의 둘레벽(132)으로부터 노출면의 외형까지를 수직으로 연결했을 때의 거리임을 의미하며, 둘레벽(132)의 각 면(여기서는, 광폭면(132a) 및 협폭면(132b))마다 폭 W1은 다를 수 있다. 또한, 노출면(112)의 폭 W1은, 상술한 비율로 제한되는 것이 아니라, 다이부(130)의 높이 T1에 의해 적절히 변경될 수 있다. 다시 말해, 버 축적부(170)의 체적이, 돌기(152) 전체(압접부(150))의 체적보다도 커지도록 설계되면 된다.
진동 방향에 있어서의 노출면(112)의 폭 W1은, 진동 방향에 수직인 방향(도면 중, 좌우 방향)의 노출면(112)의 폭보다도 넓은 편이 바람직하다. 버는 진동 방향에 있어서 다량으로 발생할 수 있기 때문에, 이러한 구성이면, 진동 방향에 있어서의 버 축적부(170)의 체적이 커져서, 보다 확실하게 버를 제어할 수 있다.
이상, 여기에 개시되는 혼의 일 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 상기 실시 형태는 일례에 불과하며, 그 밖에도 다양한 형태로 실시할 수 있다. 이하, 혼(100)의 다른 형태로서, 변형예 1(혼(100A)) 및 변형예 2(혼(100B))에 대하여 설명한다.
도 4는, 혼(100A)의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 5는, 혼(100A) 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 혼(100A)에서는, 다이부(130)의 둘레벽(132)의 적어도 일부에 골판형으로 형성된 골판부(134)를 갖고 있다. 여기에서는, 둘레벽(132)의 광폭면(132a)에 골판부(134)가 형성되어 있다. 또한, 이 골판부(134)의 형상은, 복수의 돌기(152)의 배열 부분의 주연의 지그재그부(154)와 대응하고 있다. 다시 말해, 지그재그부(154)의 골부와, 다이부(130)의 둘레벽(132)의 골판부(134)의 오목 부분의 위치가 대응하고 있다. 이에 의해, 버 축적부(170)의 체적을 크게 할 수 있다. 또한, 이러한 구성이면, 지그재그부(154)의 골부로 유도된 버가 다이부(130)의 둘레벽(132)의 골판부(134)의 오목부에 원활하게 들어갈 수 있기 때문에, 버가 높이 방향(상측 방향)으로 연장되도록 유도된다. 이에 의해, 버가 노출면(112)에 접촉하기 쉬워지기 때문에, 버의 높이가 보다 효율적으로 억제된다. 또한, 본 명세서에 있어서 「골판형」이란, 지그재그형을 포함하는 용어이며, 곡선으로 구성되는 물결형의 형상을 포함한다.
혼(100A)에서는, 평면에서 볼 때, 다이부(130)의 둘레벽(132)에 형성된 골판부(134)의 오목한 부분은 원호형으로 형성되어 있다. 이에 의해, 초음파 접합 시에 예리한 버가 형성되기 어려워져, 버의 돌출을 저감시킬 수 있다. 여기서 본 명세서에 있어서 「원호형」이란, 엄밀한 원호의 형상만을 말하는 것이 아니라, 각이 생기지 않는 둥그스름한 형상(예를 들어, 반타원형, 만곡형 등) 등을 포함하는 것이다.
또한, 평면에서 볼 때의 골판부(134)의 오목부 형상은 원호형으로 한정되는 것이 아니라, 삼각 형상, 사각 형상, 다각 형상 등으로 절결되어 형성되어 있어도 된다. 혼(100A)에서는, 평면에서 볼 때 다이부(130)의 상면(131)이 노출되도록 구성되어 있지만, 이러한 상면(131)이 노출되지 않도록, 복수의 돌기(152)의 배열 부분의 주연의 지그재그부(154)의 형상과, 다이부(130)의 둘레벽(132)의 골판부(134)의 형상을 완전히 대응시켜도 된다.
도 6은, 혼(100B)의 구성을 모식적으로 나타내는 측면도이다. 혼(100B)에서는, 다이부(130)와 베이스부(110)의 경계 부분에 슬로프형의 슬로프부(136)가 형성되어 있다. 다시 말해, 베이스부(110)의 상면과 다이부(130)의 둘레벽(132)의 경계가 둥그스름하게 형성되어 있다. 이에 의해, 버가 노출면(112)에 접촉할 때에 버의 선단이 말리기 쉽게 되기 때문에, 노출면(112)에 대한 버의 돌출이 적합하게 억제된다.
이상, 변형예로서 혼(100A, 100B)에 대하여 설명하였지만, 이들도 실시 형태의 일례에 불과하며, 여기에서 개시되는 혼의 형태를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기한 실시 형태의 일부를 다른 변형 양태로 치환하는 것도 가능하다. 예를 들어, 혼(100, 100A)에 있어서, 다이부(130)와 베이스부(110)의 경계 부분의 슬로프형으로 형성해도 된다.
이하, 여기에서 개시되는 혼의 사용 방법에 대하여, 이차 전지에 사용되는 단자 부품의 제조를 일례로 설명한다.
도 7a 및 도 7b는, 단자 부품(200)이 구비하는 제1 부재(210)와 제2 부재(220)가 초음파 접합에 의해 접합되는 과정을 개략적으로 나타내는 모식도이다. 도 7a는, 초음파 접합 전의 단자 부품(200)의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 7b는, 초음파 접합 공정을 나타내는 모식도이다.
단자 부품(200)은, 도 7a에 도시한 바와 같이, 제1 부재(210)와, 제1 부재(210)에 중첩된 제2 부재(220)를 구비하고 있다. 이 실시 형태에서는, 제1 부재(210)는 구리로 구성되어 있다. 제2 부재(220)는, 알루미늄으로 구성되어 있다.
이 실시 형태에서는, 제1 부재(210)는, 축부(212)와, 축부(212)의 일단으로부터 외경 방향으로 연장된 플랜지부(214)를 갖는다. 제1 부재(210)의, 플랜지부(214)가 마련된 측의 단부(212a)는 원 형상이다. 플랜지부(214)는, 축부(212)의 둘레 방향으로 연속해서 형성되어 있다. 플랜지부(214)의 외연은, 단부(212a)에 대하여 수직으로 형성되어 있다. 또한, 축부(212)에는, 플랜지부(214)가 마련된 측과는 반대측에, 다른 부재에 코오킹되는 부위인 통부(216)가 마련되어 있다.
이 실시 형태에서는, 제2 부재(220)는 판형이다. 제2 부재(220)는, 제1 부재(210)측의 표면(221)에, 제1 부재(210)의 플랜지부(214)가 수용된 오목부(222)를 구비하고 있다. 오목부(222)는, 플랜지부(214)의 외형 형상에 대응한 형상을 갖고 있다. 오목부(222)의 저부(222a)는, 제1 부재(210)의 단부(212a)의 형상에 대응한 원 형상이다. 오목부(222)의 측주면(222b)은, 저부(222a)로부터 개구를 향해 수직으로 형성되어 있다. 제2 부재(220)는, 제1 부재(210)측과는 반대측의 표면(223)에, 혼(100)이 접촉되는 오목부(224)를 구비하고 있다. 혼(100)은, 오목부(224)의 저부(224a)에 접촉된다. 이 실시 형태에서는, 오목부(224)는, 표면(223)으로부터 직육면체형으로 절결되어 형성되어 있다. 오목부(224)의 측주면(224b)은, 저부(224a)로부터 개구를 향해 수직으로 형성되어 있다. 오목부(224)의 깊이 T3은, 혼(100)의 다이부(130)의 높이 T1보다도 높아지도록 설정되어 있다. 또한, 오목부(224)의 깊이 T3은, 오목부(224)의 저부(224a)로부터, 제2 부재(220)의 표면(223)까지의 높이임을 의미하며, 여기에서는, 오목부(224)가 직육면체형으로 형성되어 있기 때문에, 오목부(224)의 측주면(224b)의 저부(224a)로부터의 높이임을 의미한다. 또한, 오목부(224)의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니라, 직육면체형 이외에도, 예를 들어 입방체형, 반구형, 원기둥형, 삼각뿔형, 각기둥형, 각뿔형, 각뿔대형으로 절결한 형상 등이어도 된다.
도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 제1 부재(210)와 제2 부재(220)를 중첩한 상태에서, 초음파 접합이 실시된다. 혼(100)은, 초음파 발진기(도시생략)에 설치되어 있다. 혼(100)은, 제2 부재(220)의 오목부(224)의 저부(224a)에 압박 접촉된다. 한편, 제1 부재(210)의 통부(216)측으로부터 앤빌(300)이 압박 접촉된다. 이에 의해, 혼(100)과 앤빌(300)에 의해 제1 부재(210)와 제2 부재(220)를 상하 방향으로부터 끼워 넣는다. 그리고, 초음파 발진기에 의한 초음파 진동을 혼(100)으로 전달하고, 혼(100)에 의해 제2 부재(220)를 가압하면서 초음파 진동을 부여함으로써, 제1 부재(210)와 제2 부재(220)를 접합하고, 접합부(230)가 형성된다.
또한, 초음파 접합의 각종 조건은, 피접합재(여기서는, 제1 부재(210)와 제2 부재(220))의 금속종, 치수, 혼(100)의 형상 등에 따라서 적절히 설정되기 때문에, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 부재(210)가 구리, 제2 부재(220)가 알루미늄인 경우, 진폭을 20㎛ 내지 50㎛ 정도, 주파수를 19㎑ 내지 21㎑ 정도, 혼(100)을 피접합재(제2 부재(220))로 압박 접촉하는 하중을 30N 내지 200N, 피접합재에 부여되는 에너지양을 30J 내지 200J 정도로 할 수 있다.
도 7b에 도시한 바와 같이, 초음파 접합에 의해, 버가 축적되어 구성되는 융기부(225)가 형성된다. 혼(100)의 압접부(150)는, 초음파 진동 중에 제2 부재(220)로 가압되면서 압박 접촉되기 때문에, 압접부(150)는 제2 부재(220)의 오목부(224)의 저부(224a)에 들어가고, 저부(224a)에는 접촉부(226)가 형성된다. 접촉부(226)는, 압접부(150) 중, 저부(224a)에 들어간 부분의 형상을 따른 오목부로 된다. 버는 접촉부(226)의 주위에 형성되지만, 버의 높이는 혼(100)의 노출면(112)에 의해 제어되기 때문에, 버가 축적되어 구성된 융기부(225)의 높이 T4는, 다이부(130)의 높이 T1 이하로까지 제어된다. 이에 의해, 융기부(225)의 높이 T4는, 오목부(224)의 깊이 T3을 초과하지 않도록 제어되기 때문에, 버를 오목부(224) 내에 머물게 할 수 있다. 또한, 융기부(225)의 높이 T4는, 혼(100)이 압박 접촉되지 않은 오목부(224)의 저부(224a)로부터의 높이임을 의미한다.
제조된 단자 부품(200)은, 버(융기부(225))를 오목부(224) 내에 머물게 할 수 있기 때문에, 오목부(224)를 밀폐하도록 외부 부재(예를 들어, 버스바)를 접합함으로써, 버의 세정 처리를 요하지 않고, 이차 전지에 사용할 수 있다. 이하, 단자 부품(200)이 사용될 수 있는 이차 전지의 일례로서, 리튬 이온 이차 전지(10)에 대하여 설명한다.
<리튬 이온 이차 전지(10)>
도 8은, 리튬 이온 이차 전지(10)의 구성을 모식적으로 나타내는 부분 단면도이다. 도 8에서는, 대략 직육면체의 전지 케이스(41)의 편측의 광폭면을 따라 내부를 노출시킨 상태가 묘화되어 있다. 도 8에 도시된 리튬 이온 이차 전지(10)는, 소위 밀폐형 전지이다. 도 9는, 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 단면을 나타내는 단면도이다. 도 9에서는, 대략 직육면체의 전지 케이스(41)의 편측의 협폭면을 따라 내부를 노출시킨 상태의 부분 단면도가 모식적으로 묘화되어 있다.
리튬 이온 이차 전지(10)는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 전극체(20)와, 전지 케이스(41)와, 정극 단자(42), 부극 단자(43)를 구비하고 있다.
<전극체(20)>
전극체(20)는, 절연 필름(도시생략) 등으로 덮인 상태에서 전지 케이스(41)에 수용되어 있다. 전극체(20)는, 정극 요소로서의 정극 시트(21)와, 부극 요소로서의 부극 시트(22)와, 세퍼레이터로서의 세퍼레이터 시트(31, 32)를 구비하고 있다. 정극 시트(21)와, 제1 세퍼레이터 시트(31)와, 부극 시트(22)와, 제2 세퍼레이터 시트(32)는, 각각 긴 띠형의 부재이다.
정극 시트(21)는, 미리 정해진 폭 및 두께의 정극 집전박(21a)(예를 들어, 알루미늄박)에, 폭 방향의 편측의 단부에 일정한 폭으로 설정된 미형성부(21a1)를 제외하고, 정극 활물질을 포함하는 정극 활물질층(21b)이 양면에 형성되어 있다. 정극 활물질은, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지에서는, 리튬 전이 금속 복합 재료와 같이, 충전 시에 리튬 이온을 방출하고, 방전 시에 리튬 이온을 흡수할 수 있는 재료이다. 정극 활물질은, 일반적으로 리튬 전이 금속 복합 재료 이외에도 다양하게 제안되어 있으며, 특별히 한정되지는 않는다.
부극 시트(22)는, 미리 정해진 폭 및 두께의 부극 집전박(22a)(여기에서는, 구리박)에, 폭 방향의 편측의 에지에 일정한 폭으로 설정된 미형성부(22a1)를 제외하고, 부극 활물질을 포함하는 부극 활물질층(22b)이 양면에 형성되어 있다. 부극 활물질은, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지에서는, 천연 흑연과 같이, 충전 시에 리튬 이온을 흡장하고, 충전 시에 흡장한 리튬 이온을 방전 시에 방출할 수 있는 재료이다. 부극 활물질은, 일반적으로 천연 흑연 이외에도 다양하게 제안되어 있으며, 특별히 한정되지는 않는다.
세퍼레이터 시트(31, 32)에는, 예를 들어 필요로 하는 내열성을 갖고 있고, 전해질이 통과할 수 있는 다공질의 수지 시트가 사용된다. 세퍼레이터 시트(31, 32)에 대해서도 다양하게 제안되어 있으며, 특별히 한정되지는 않는다.
여기서, 부극 활물질층(22b)의 폭은, 예를 들어 정극 활물질층(21b)보다도 넓게 형성되어 있다. 세퍼레이터 시트(31, 32)의 폭은, 부극 활물질층(22b)보다도 넓다. 정극 집전박(21a)의 미형성부(21a1)와, 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)는, 폭 방향에 있어서 서로 반대측을 향하고 있다. 또한, 정극 시트(21)와, 제1 세퍼레이터 시트(31)와, 부극 시트(22)와, 제2 세퍼레이터 시트(32)는, 각각 길이 방향으로 방향이 정렬되고, 차례로 중첩되어 권회되어 있다. 부극 활물질층(22b)은, 세퍼레이터 시트(31, 32)를 개재시킨 상태에서 정극 활물질층(21b)을 덮고 있다. 부극 활물질층(22b)은, 세퍼레이터 시트(31, 32)로 덮여 있다. 정극 집전박(21a)의 미형성부(21a1)는, 세퍼레이터 시트(31, 32)의 폭 방향의 편측으로부터 비어져 나와 있다. 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)는, 폭 방향의 반대측에 있어서 세퍼레이터 시트(31, 32)로부터 비어져 나와 있다.
상술한 전극체(20)는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 전지 케이스(41)의 케이스 본체(41a)에 수용될 수 있도록, 권회축을 포함하는 일 평면을 따른 편평한 상태가 된다. 그리고, 전극체(20)의 권회축의 단부에 있어서, 편측에 정극 집전박(21a)의 미형성부(21a1)가 배치되고, 반대측에 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)가 배치되어 있다.
<전지 케이스(41)>
전지 케이스(41)는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 전극체(20)를 수용하고 있다. 전지 케이스(41)는, 일 측면이 개구된 대략 직육면체의 각형 형상을 갖는 케이스 본체(41a)와, 개구에 장착된 덮개(41b)를 갖고 있다. 이 실시 형태에서는, 케이스 본체(41a)와 덮개(41b)는, 경량화와 필요로 하는 강성을 확보한다는 관점에서, 각각 알루미늄 또는 알루미늄을 주로 하는 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
<케이스 본체(41a)>
케이스 본체(41a)는, 일 측면이 개구된 대략 직육면체의 각형 형상을 갖고 있다. 케이스 본체(41a)는, 대략 직사각형의 저면부(61)와, 한 쌍의 광폭면부(62, 63)(도 9 참조)와, 한 쌍의 협폭면부(64, 65)를 갖고 있다. 한 쌍의 광폭면부(62, 63)는, 각각 저면부(61) 중 긴 변으로부터 올라가 있다. 한 쌍의 협폭면부(64, 65)는, 각각 저면부(61) 중 짧은 변으로부터 올라가 있다. 케이스 본체(41a)의 일 측면에는, 한 쌍의 광폭면부(62, 63)와 한 쌍의 협폭면부(64, 65)로 둘러싸인 개구(41a1)가 형성되어 있다.
<덮개(41b)>
덮개(41b)는, 한 쌍의 광폭면부(62, 63)(도 9 참조)의 긴 변과, 한 쌍의 협폭면부(64, 65)의 짧은 변으로 둘러싸인 케이스 본체(41a)의 개구(41a1)에 장착된다. 그리고, 덮개(41b)의 주연부가, 케이스 본체(41a)의 개구(41a1)의 에지에 접합된다. 이러한 접합은, 예를 들어 간극이 없는 연속된 용접에 의하면 된다. 이러한 용접은, 예를 들어 레이저 용접에 의해 실현될 수 있다.
이 실시 형태에서는, 덮개(41b)에는, 정극 단자(42)와, 부극 단자(43)가 설치되어 있다. 정극 단자(42)는, 내부 단자(42a)와, 외부 단자(42b)를 구비하고 있다. 부극 단자(43)는, 내부 단자(43a)와, 외부 단자(43b)를 구비하고 있다. 내부 단자(42a, 43a)는, 각각 인슐레이터(72)를 개재시켜 덮개(41b)의 내측에 설치되어 있다. 외부 단자(42b, 43b)는, 각각 가스킷(71)을 개재시켜 덮개(41b)의 외측에 설치되어 있다. 내부 단자(42a, 43a)는, 각각 케이스 본체(41a)의 내부로 연장되어 있다. 정극의 내부 단자(42a)는, 정극 집전박(21a)의 미형성부(21a1)에 접속되어 있다. 부극의 내부 단자(43a)는, 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)에 접속되어 있다.
정극의 내부 단자(42a)에서는, 내산화환원성의 요구 레벨이 부극에 비하여 높지 않다. 또한, 요구되는 내산화환원성과, 경량화의 관점에서, 정극의 내부 단자(42a)(도 8 참조)에는 예를 들어 알루미늄이 사용될 수 있다. 이에 대해, 부극의 내부 단자(43a)에서는, 내산화환원성의 요구 레벨이 정극보다도 높다. 이러한 관점에서, 부극의 내부 단자(43a)에는, 예를 들어 구리가 사용될 수 있다.
전극체(20)의 정극 집전박(21a)의 미형성부(21a1)와, 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 덮개(41b)의 길이 방향의 양측부에 각각 설치된 내부 단자(42a, 43a)에 설치되어 있다. 전극체(20)는, 덮개(41b)에 설치된 내부 단자(42a, 43a)에 설치된 상태에서, 전지 케이스(41)에 수용된다. 또한, 여기에서는, 권회형의 전극체(20)가 예시되어 있다. 전극체(20)의 구조는 이러한 형태에 한정되지는 않는다. 전극체(20)의 구조는, 예를 들어 정극 시트와 부극 시트가, 세퍼레이터 시트를 개재시켜 교호로 적층된 적층 구조여도 된다. 또한, 전지 케이스(41) 내에는, 복수의 전극체(20)가 수용되어 있어도 된다.
또한, 전지 케이스(41)는, 전극체(20)와 함께, 도시하지 않은 전해액을 수용하고 있어도 된다. 전해액으로서는, 비수계 용매에 지지염을 용해시킨 비수 전해액을 사용할 수 있다. 비수계 용매의 일례로서, 에틸렌카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트 등의 카르보네이트계 용매를 들 수 있다. 지지염의 일례로서, LiPF6 등의 불소 함유 리튬염을 들 수 있다.
도 10은, 단자 부품(200)을 부극 단자(43)의 외부 단자(43b)로서 채용했을 때의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 덮개(41b)는, 단자 부품(200)을 설치하기 위한 설치 구멍(41b1)을 갖고 있다. 설치 구멍(41b1)은, 덮개(41b)의 미리 정해진 위치에 있어서 덮개(41b)를 관통하고 있다. 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1)에는, 가스킷(71)과 인슐레이터(72)를 개재시켜 부극의 내부 단자(43a)와 단자 부품(200)이 설치된다.
여기서, 단자 부품(200)은, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 부재(220)는, 덮개(41b)의 외측에 배치된다. 또한, 제1 부재(210)의 축부(212)는, 가스킷(71)을 개재시켜 설치 구멍(41b1)에 장착되어 있다. 통부(216)는, 덮개(41b)의 내부에 있어서, 부극의 내부 단자(43a)에 코오킹되어 있고, 통부(216)의 선단에 스터드부(218)를 형성한다. 이에 의해, 단자 부품(200)과 내부 단자(43a)의 도통이 실현되어 있다.
<가스킷(71)>
가스킷(71)은, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1) 및 덮개(41b)의 외표면에 설치되는 부재이다. 이 실시 형태에서는, 가스킷(71)은, 시트부(71a)와, 보스부(71b)와, 측벽(71c)을 구비하고 있다. 시트부(71a)는, 덮개(41b)의 외표면에 장착되는 부위이다. 시트부(71a)는, 덮개(41b)의 외표면에 맞춰서 대략 평탄한 면을 갖는다. 보스부(71b)는, 시트부(71a)의 저면으로부터 돌출되어 있다. 보스부(71b)는, 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1)에 장착되도록 설치 구멍(41b1)의 내측면을 따른 외형 형상을 갖고 있다. 보스부(71b)의 내측면은, 제1 부재(210)의 축부(212)가 장착되는 장착 구멍이 된다. 측벽(71c)은, 시트부(71a)의 주연으로부터 상방으로 올라가 있다. 제2 부재(220)는, 가스킷(71)의 측벽(71c)으로 둘러싸인 부위에 장착된다.
가스킷(71)은, 덮개(41b)와 단자 부품(200) 사이에 배치되어, 덮개(41b)와 단자 부품(200)의 절연을 확보하고 있다. 또한, 가스킷(71)은, 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1)의 기밀성을 확보하고 있다. 이러한 관점에서, 내약품성이나 내후성이 우수한 재료가 사용되면 된다. 이 실시 형태에서는, 가스킷(71)에는, PFA가 사용되고 있다. PFA는, 사불화에틸렌과 퍼플루오로알콕시에틸렌의 공중합체(Tetrafluoroethylene-Perfluoroalkylvinylether Copolymer)이다. 또한, 가스킷(71)에 사용되는 재료는, PFA에 한정되지는 않는다.
<인슐레이터(72)>
인슐레이터(72)는, 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1)의 주위에 있어서, 덮개(41b)의 내측에 장착되는 부재이다. 인슐레이터(72)는, 저벽(72a)과, 구멍(72b)을 구비하고 있다. 저벽(72a)은, 덮개(41b)의 내측면을 따라 배치되는 부위이다. 이 실시 형태에서는, 저벽(72a)은, 대략 평판형의 부위이다. 저벽(72a)은, 덮개(41b)의 내측면을 따라 배치되어 있다. 구멍(72b)은, 가스킷(71)의 보스부(71b) 내측면에 대응하여 마련된 구멍이다. 인슐레이터(72)에는, 전지 케이스(41)의 내부에 배치되기 때문에, 필요로 하는 내약품성을 구비하고 있으면 된다. 이 실시 형태에서는, 인슐레이터(72)에는, PPS가 사용되고 있다. PPS는, 폴리페닐렌술피드 수지(Poly Phenylene Sulfide Resin)이다. 또한, 인슐레이터(72)에 사용되는 재료는, PPS에 한정되지는 않는다.
부극의 내부 단자(43a)는, 기부(43a1)와, 접속편(43a2)(도 8 및 도 9 참조)을 구비하고 있다. 기부(43a1)는, 인슐레이터(72)의 저벽(72a)에 장착되는 부위이다. 접속편(43a2)은, 기부(43a1)의 일단으로부터 연장되어 있고, 케이스 본체(41a) 내로 연장되어 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)에 접속되어 있다(도 8 및 도 9 참조).
이 실시 형태에서는, 설치 구멍(41b1)에 보스부(71b)를 장착하면서, 덮개(41b)의 외측에 가스킷(71)을 설치한다. 이어서, 단자 부품(200)이 가스킷(71)에 장착된다. 이때, 제1 부재(210)의 축부(212)가 가스킷(71)의 보스부(71b)에 삽입 관통되며, 또한, 가스킷(71)의 시트부(71a)에 제2 부재(220)가 배치된다. 덮개(41b)의 내측은, 인슐레이터(72)에 내부 단자(43a)가 설치된다. 그리고, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 부재(210)의 통부(216)가 외경 방향으로 구부러져, 내부 단자(43a)에 코오킹된다. 제1 부재(210)의 통부(216)와 내부 단자(43a)는, 도통성을 향상시키기 위해 부분적으로 용접이나 금속 접합에 의해 접합되어 있어도 된다.
도 10에 도시한 바와 같이, 단자 부품(200)의 제2 부재(220)의 상측의 표면(223)에는, 외부 부재의 일례로서 버스바(80)가 중첩되어 있으며, 용접부(82)에 의해 접합되어 있다. 이 실시 형태에서는, 용접부(82)는 레이저 용접에 의해 형성되어 있다. 버스바(80)는, 제2 부재(220)의 표면(223)의 오목부(224)를 밀폐하도록 접합되어 있다. 이에 의해, 버(융기부(225))를 오목부(224) 내에 밀봉할 수 있기 때문에, 버의 세정을 하지 않고, 단자 부품(200)을 이차 전지에 사용할 수 있다. 또한, 이 실시 형태에서는 버스바(80)는 알루미늄으로 구성되어 있다. 버스바(80)와 제2 부재(220)를 동종의 금속으로 함으로써, 도통성 및 접합 강도가 향상된다. 또한, 이 실시 형태에서는 버스바(80)가 용접되어 있지만, 버스바 이외의 외부 부재로 오목부(224)를 밀폐해도 된다.
이 실시 형태에서는, 단자 부품(200)이 구비하는 제1 부재(210)를 구리제, 제2 부재(220)를 알루미늄제, 버스바(80)를 알루미늄제로 하였지만, 특별히 이것에 한정되지는 않는다. 제1 부재(210), 제2 부재(220) 및 버스바는 각각, 예를 들어 구리, 구리를 주체로 하는 합금, 알루미늄, 알루미늄을 주체로 하는 합금, 니켈 등으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 제1 부재(210)와, 제2 부재(220)는 서로 다른 금속으로 구성되어 있어도 되며, 동종의 금속으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 단자 부품(200)은 정극 단자(42)의 외부 단자(42b)로서도 적합하게 채용될 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 「알루미늄을 주체로 하는 합금」이란, 적어도 50％ 이상이 알루미늄으로 구성된 합금임을 의미한다. 당해 알루미늄 재료에 포함될 수 있는 다른 원소는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 규소, 철, 구리, 망간, 마그네슘, 아연, 크롬, 티타늄, 납, 지르코늄 등을 들 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「구리를 주체로 하는 합금」이란, 적어도 50％ 이상이 구리로 구성된 합금임을 의미한다. 당해 동일 재료에 포함될 수 있는 다른 원소는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 규소, 철, 망간, 마그네슘, 아연, 크롬, 티타늄, 납, 주석, 인, 알루미늄, 니켈, 코발트, 베릴륨, 지르코늄 등을 들 수 있다.
이상, 단자 부품(200)의 제조를 예로 여기에서 개시되는 혼(100)의 사용예를 설명하였지만, 혼(100)의 용도는 단자 부품(200)의 제조에 한정되는 것은 아니다.
이하, 구체적인 실시예로서, 여기에 개시되는 단자 부품을 모의한 시험편을 제작하고, 접합부의 접합 강도를 평가하였다. 또한, 여기에 개시되는 기술을 이러한 실시예에 한정하는 것을 의도한 것은 아니다.
<실시예 1>
상술한 제1 부재(210)와 동일한 형상의 구리제의 시험편과, 상술한 제2 부재(220)와 동일한 형상의 알루미늄제의 시험편을 준비하였다. 구리제의 시험편에 알루미늄제의 시험편을 겹쳐, 앤빌에 고정하였다. 혼은 초음파 발진기에 설치하였다. 여기에서는, 도 1 내지 도 3에 도시한 혼(100)과 동일한 형상의 혼을 사용하였다. 다이부(130)의 높이 T1을 0.2㎜, 돌기(152)의 높이 T2를 0.2㎜(즉, T1:T2=1:1), 노출면(112)의 최단 폭 W1이 T2의 약 2배인 혼을 준비하였다. 혼의 압접부를 알루미늄제의 시험편의 오목부의 저부에 대고, 하중 100N으로 가압하면서, 진폭 20㎛, 주파수 20㎑, 에너지 100J의 조건에서 초음파 접합을 실시하였다. 이에 의해, 실시예 1의 평가용 단자 부품을 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1에 사용한 혼의 구성 중, 노출면(112)의 최단의 폭 W1이 다이부(130)의 높이 T2의 약 1배인 것 이외에는 동일한 구성의 혼을 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 2의 평가용 단자 부품을 제조하였다.
<비교예 1>
도 11은, 비교예 1을 제작하기 위해서 사용한 초음파 접합용 혼(400)(이하, 「혼(400)」이라고도 함)의 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 11에서는, 혼(400)의, 피접합재에 접촉되는 압접부(450)의 형상이 도시되어 있다. 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 혼(400)의 압접부는, 8개의 돌기(452)로 구성되어 있다. 돌기(452)는, 정사각 형상의 상면(452a)과, 정사각 형상의 저면을 갖는 사각뿔대형이다. 돌기(452)는, 인접하는 돌기(452)와 저면이 서로 간극 없이 인접하고 있다. 혼(400)에 있어서는, 돌기(452)가 베이스부의 표면으로부터 올라가 형성되어 있고, 다이부를 갖지 않는다.
비교예 1에서는, 혼(400)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 1의 평가용 단자 부품을 제조하였다.
<버의 형상의 측정>
각 예의 평가용 단자 부품에 대하여, 초음파 접합부 주위의 버의 형상을 관찰하기 위해서, 비접촉식 3차원 측정기 VR-5000(키엔스사 제조)에 의해 접합부 근방의 단면 형상을 해석하였다. 단면은, 초음파 진동의 진동 방향을 따라 제작하였다. 도 12a는, 실시예 1의 평가용 단자 부품의 초음파 접합부 부근(혼의 압접부가 압박 접촉된 부근)의 형상을 나타내는 화상이다. 도 12b는, 실시예 1의 평가용 단자 부품의 단면의 형상을 나타내는 그래프이다. 도 13a는, 실시예 2의 평가용 단자 부품의 초음파 접합부 부근의 형상을 나타내는 화상이다. 도 13b는, 실시예 2의 평가용 단자 부품의 단면의 형상을 나타내는 그래프이다. 도 14a는, 비교예 1의 평가용 단자 부품의 초음파 접합부 부근의 형상을 나타내는 화상이다. 도 14b는, 비교예 1의 평가용 단자 부품의 단면의 형상을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 12a, 도 13a, 도 14a는 모두, 알루미늄제의 시험편의 초음파 접합부 부근을 평면에서 보아 촬영한 화상이며, 초음파 진동의 진동 방향은 모두 도면 중의 화살표 방향이다.
도 12a, 도 13a, 도 14a를 비교하면, 비교예 1에서는, 초음파 접합부 주위에 무질서하게 버가 형성되어 있는 것이 관찰되지만(도 14a 참조), 여기에서 개시되는 혼을 사용한 실시예 1 및 2에서는, 초음파 접합부 주위의 버가 제어되어 축적되어 있는 것이 관찰된다(도 12a 및 도 13a 참조).
도 12b, 도 13b, 도 14b에 도시한 그래프에서는, 높이 600㎛ 부근이 피접합재의 표면 높이를 나타내고 있고, 높이 0 내지 100㎛ 부근은 돌기가 시험편에 들어간 형상을 나타내고 있다. 도 12b에 도시되어 있는 바와 같이, 실시예 1에서는, 높이 400㎛ 부근에 버가 축적되어 구성된 상면이 거의 평탄한 단차(융기부)가 초음파 접합부 부근에 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 13b에 도시한 바와 같이, 실시예 2에 있어서도, 초음파 접합부 부근에 버가 축적되어 구성된 단차 형상(융기부)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 한편, 도 14b에서는, 초음파 접합부 부근의 편측(그래프 좌측)에 치우쳐 형성된 비교적 예리한 버가 존재하고 있음을 알 수 있다.
이상으로부터, 여기에서 개시되는 혼을 사용함으로써 초음파 접합부 부근에 형성되는 버의 높이가 적합하게 제어된다는 것을 알 수 있다. 또한, 버가 무질서하게 넓어지는 것을 억제하여, 초음파 접합부의 주위에, 제어된 버에 의한 단차형의 융기부가 형성된다는 것을 알 수 있다.
이상, 여기에서 개시되는 기술에 대하여, 구체예를 상세히 설명하였지만, 이것은 예시에 불과하며, 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 여기에 개시되는 기술에는 상기 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.
10: 리튬 이온 이차 전지
20: 전극체
21: 정극 시트
21a: 정극 집전박
21a1: 미형성부
21b: 정극 활물질층
22: 부극 시트
22a: 부극 집전박
22a1: 미형성부
22b: 부극 활물질층
31, 32: 세퍼레이터 시트
41: 전지 케이스
41a: 케이스 본체
41a1: 개구
41b: 덮개
41b1: 설치 구멍
42: 정극 단자
42a: 정극의 내부 단자
42b: 정극의 외부 단자
43: 부극 단자
43a: 부극의 내부 단자
43a1: 기부
43a2: 접속편
43b: 부극의 외부 단자
61: 저면부
62, 63: 광폭면부
64, 65: 협폭면부
71: 가스킷
71a: 시트부
71b: 보스부
71c: 측벽
72: 인슐레이터
72a: 저벽
72b: 구멍
80: 버스바
82: 용접부
100, 100A, 100B: 혼
110: 베이스부
112: 노출면
130: 다이부
131: 상면
132: 둘레벽
132a: 광폭면
132b: 협폭면
134: 골판부
136: 슬로프부
150: 압접부
152: 돌기
152a: 상면
152b: 저면
152c: 측면
154: 지그재그부
170: 버 축적부
200: 단자 부품
210: 제1 부재
212: 축부
212a: 단부
214: 플랜지부
216: 통부
218: 스터드부
220: 제2 부재
221: 표면
222: 오목부
222a: 저부
222b: 측주면
223: 표면
224: 오목부
224a: 저부
224b: 측주면
225: 융기부
226: 접촉부
230: 접합부
300: 앤빌
400: 혼
450: 압접부
452: 돌기
452a: 상면
T1: 다이부의 높이
T2: 돌기의 높이
T3: 오목부의 깊이
T4: 융기부의 높이
W1: 노출면의 폭

Claims (8)

  1. 소정의 진동 방향으로 초음파 진동이 가능한 초음파 접합용 혼이며,
    베이스부와,
    상기 베이스부의 상면으로부터 올라간 다이부와,
    상기 다이부의 상면으로부터 돌출된 복수의 돌기로 이루어지는 압접부
    를 구비하고 있고,
    상기 압접부를 구성하는 상기 복수의 돌기는, 각뿔형 또는 각뿔대형으로 형성되어 배열되어 있으며,
    평면에서 볼 때, 당해 복수의 돌기의 배열 부분의 주연의 적어도 일부는 지그재그형이며,
    당해 지그재그형 부분은, 상기 진동 방향 및 상기 진동 방향과 수직 방향 중 적어도 어느 쪽이든 한쪽을 따라 형성되어 있고,
    여기서, 상기 베이스부의 상면은, 상기 다이부가 형성되지 않은 노출면을 갖는, 초음파 접합용 혼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이부의 둘레벽의 적어도 일부는 골판형으로 형성되어 있으며,
    당해 골판형의 부분은, 상기 복수의 돌기의 배열 부분의 주연의 상기 지그재그형 부분과 대응하고 있는, 초음파 접합용 혼.
  3. 제2항에 있어서,
    평면에서 볼 때, 상기 다이부의 둘레벽에 형성된 상기 골판형의 부분의 오목한 부분은 원호형으로 형성되어 있는, 초음파 접합용 혼.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 돌기는, 당해 돌기 간에 평탄한 홈이 없도록 서로 인접해서 배치되어 있는, 초음파 접합용 혼.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    평면에서 볼 때, 상기 복수의 돌기의 배열 부분의 주연은, 상기 진동 방향으로 연장되는 변 및 해당 진동 방향과 수직 방향으로 연장되는 변 모두를 갖지 않는, 초음파 접합용 혼.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    평면에서 볼 때, 상기 노출면은, 상기 다이부의 전제 주위에 마련되어 있는, 초음파 접합용 혼.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스부의 상면과 상기 다이부의 둘레벽의 경계 부분은, 슬로프형으로 형성되어 있는, 초음파 접합용 혼.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이부의 상기 베이스부의 상면으로부터의 높이 T1과, 상기 돌기의 상기 다이부의 상면으로부터의 높이 T2의 비율이 5:1 내지 1:1인, 초음파 접합용 혼.
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