JP3218748B2 - 金属箔の超音波接合方法 - Google Patents
金属箔の超音波接合方法Info
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばリチウムイオン
二次電池における集電体箔とリードとの接合に適用して
好適な金属箔の超音波接合方法に関する。
二次電池における集電体箔とリードとの接合に適用して
好適な金属箔の超音波接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属板同士の溶接方法としては、
超音波溶接法が広く用いられていた。これは、アンビル
の加工面上で金属板と金属板とを重ね、その上からこの
アンビルの加工面に対して略平行に振動する超音波ホー
ンの加工面を押し当てて、この金属板と金属板とを接合
する方法である。ここで、アンビルの加工面と超音波ホ
ーンの加工面はそれぞれは一定のピッチでピラミッド型
に加工された凹凸の面であり、金属板としては、それぞ
れの厚さが５０μｍ以上のものに応用されていた。
超音波溶接法が広く用いられていた。これは、アンビル
の加工面上で金属板と金属板とを重ね、その上からこの
アンビルの加工面に対して略平行に振動する超音波ホー
ンの加工面を押し当てて、この金属板と金属板とを接合
する方法である。ここで、アンビルの加工面と超音波ホ
ーンの加工面はそれぞれは一定のピッチでピラミッド型
に加工された凹凸の面であり、金属板としては、それぞ
れの厚さが５０μｍ以上のものに応用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の金属板の超音波接合方法では、５０μｍ以下の
厚さの金属板を用いた場合、この金属板が破けてしま
い、使用に耐えるものを製造することができなかった。
た従来の金属板の超音波接合方法では、５０μｍ以下の
厚さの金属板を用いた場合、この金属板が破けてしま
い、使用に耐えるものを製造することができなかった。
【０００４】例えば，厚さが１０μｍの銅箔側より超音
波ホーンを押し当てると、この１０μｍの銅箔はホーン
に接触した点は接合するが、接合部の周囲で銅箔の破れ
が発生してしまう。また、アンビルにピラミッド型に加
工した面を用いると箔に孔が明きやすく接合の条件が容
易でないという問題があった。
波ホーンを押し当てると、この１０μｍの銅箔はホーン
に接触した点は接合するが、接合部の周囲で銅箔の破れ
が発生してしまう。また、アンビルにピラミッド型に加
工した面を用いると箔に孔が明きやすく接合の条件が容
易でないという問題があった。
【０００５】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、金属箔に破れを生ずることなく接合をする
ことができる金属箔の超音波接合方法を得ることを目的
とする。
ものであり、金属箔に破れを生ずることなく接合をする
ことができる金属箔の超音波接合方法を得ることを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の金属箔の超音波
接合方法は、例えば図１に示すように、アンビル１の加
工面１ａ上で金属箔２を金属板３と重ね、その上からこ
のアンビル１の加工面１ａに対して略平行に振動する超
音波ホーン４の加工面４ａを押し当てて、この金属箔２
とこの金属板３とを接合する金属箔２の超音波接合方法
において、このアンビル１の加工面１ａはサンドブラス
ト処理された粗面であり、この超音波ホーン４の加工面
４ａは一定のピッチで加工された凹凸の面であり、この
金属箔２はアンビル１の加工面１ａに配されて金属板３
と重ねられ、金属板３の金属箔と接しない面側から超音
波ホーン４の加工面４ａで押し当てられる方法である。
接合方法は、例えば図１に示すように、アンビル１の加
工面１ａ上で金属箔２を金属板３と重ね、その上からこ
のアンビル１の加工面１ａに対して略平行に振動する超
音波ホーン４の加工面４ａを押し当てて、この金属箔２
とこの金属板３とを接合する金属箔２の超音波接合方法
において、このアンビル１の加工面１ａはサンドブラス
ト処理された粗面であり、この超音波ホーン４の加工面
４ａは一定のピッチで加工された凹凸の面であり、この
金属箔２はアンビル１の加工面１ａに配されて金属板３
と重ねられ、金属板３の金属箔と接しない面側から超音
波ホーン４の加工面４ａで押し当てられる方法である。
【０００７】また、本発明の金属箔の超音波接合方法
は、金属箔２の厚さは５μｍ〜３０μｍである上述構成
の超音波接合方法である。
は、金属箔２の厚さは５μｍ〜３０μｍである上述構成
の超音波接合方法である。
【０００８】
【作用】本発明の金属箔の超音波接合方法によれば、ア
ンビル１の加工面１ａ上で金属箔２を金属板３と重ね、
その上からこのアンビル１の加工面１ａに対して略平行
に振動する超音波ホーン４の加工面４ａを押し当てて、
この金属箔２とこの金属板３とを接合する金属箔２の超
音波接合方法において、このアンビル１の加工面１ａは
サンドブラスト処理された粗面であり、この超音波ホー
ン４の加工面４ａは一定のピッチで加工された凹凸の面
であり、この金属箔２はアンビル１の加工面１ａに配さ
れて金属板３と重ねられ、金属板３の金属箔と接しない
面側から超音波ホーン４の加工面４ａで押し当てられる
方法とすることにより、金属箔に切れや破れによる孔を
生ずることなく、金属箔の接合をすることができる。
ンビル１の加工面１ａ上で金属箔２を金属板３と重ね、
その上からこのアンビル１の加工面１ａに対して略平行
に振動する超音波ホーン４の加工面４ａを押し当てて、
この金属箔２とこの金属板３とを接合する金属箔２の超
音波接合方法において、このアンビル１の加工面１ａは
サンドブラスト処理された粗面であり、この超音波ホー
ン４の加工面４ａは一定のピッチで加工された凹凸の面
であり、この金属箔２はアンビル１の加工面１ａに配さ
れて金属板３と重ねられ、金属板３の金属箔と接しない
面側から超音波ホーン４の加工面４ａで押し当てられる
方法とすることにより、金属箔に切れや破れによる孔を
生ずることなく、金属箔の接合をすることができる。
【０００９】また、本発明の金属箔の超音波接合方法に
よれば、金属箔２の厚さが５μｍ〜３０μｍである上述
構成の超音波接合方法とすることにより、極薄い金属箔
においても、切れや破れによる孔を生ずることなく、金
属箔の接合をすることができる。
よれば、金属箔２の厚さが５μｍ〜３０μｍである上述
構成の超音波接合方法とすることにより、極薄い金属箔
においても、切れや破れによる孔を生ずることなく、金
属箔の接合をすることができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明金属箔の超音波接合方法の一実
施例について図１〜図５を参照しながら説明しよう。
施例について図１〜図５を参照しながら説明しよう。
【００１１】図１は、本例金属箔の超音波接合方法に用
いる全体装置を示すものである。ここで、１はアンビル
を示し、このアンビル１の長手方向の各面の両側の側辺
には長方形の加工面１ａがそれぞれ設けてあり、各面の
ものを合計すると８面設けてある（図２参照）。この加
工面は、それぞれサンドブラスト処理がなされている。
いる全体装置を示すものである。ここで、１はアンビル
を示し、このアンビル１の長手方向の各面の両側の側辺
には長方形の加工面１ａがそれぞれ設けてあり、各面の
ものを合計すると８面設けてある（図２参照）。この加
工面は、それぞれサンドブラスト処理がなされている。
【００１２】アンビル１の加工面１ａの上には、２で示
す金属箔と、３で示すリードが設置してあり、この場
合、金属箔２とリード３との接合しようとする部分がち
ょうど加工面１ａの範囲内に入るようにする必要があ
る。金属箔２としては銅箔（厚さは５μｍ〜３０μｍ）
またはアルミ箔（厚さは５μｍ〜３０μｍ）を用い、リ
ード３としてはニッケル板（厚さは５０μｍ〜１００μ
ｍ）またはアルミ板（厚さは１００μｍ〜２００μｍ）
を用いた。
す金属箔と、３で示すリードが設置してあり、この場
合、金属箔２とリード３との接合しようとする部分がち
ょうど加工面１ａの範囲内に入るようにする必要があ
る。金属箔２としては銅箔（厚さは５μｍ〜３０μｍ）
またはアルミ箔（厚さは５μｍ〜３０μｍ）を用い、リ
ード３としてはニッケル板（厚さは５０μｍ〜１００μ
ｍ）またはアルミ板（厚さは１００μｍ〜２００μｍ）
を用いた。
【００１３】４は超音波ホーンを示し、この超音波ホー
ン４は中心軸方向に振動する超音波を発生するものであ
る。この超音波ホーン４の先端部近くには、中心軸を含
む水平面に対称に上面側及び下面側に加工面（群）４ａ
が設けられている（図３及び図４参照）。この加工面４
ａには、一定のピッチによりピラミッド型の凹凸を設け
てある。金属箔２とリード３とを接合させるためには、
この超音波ホーン４を鉛直方向に押し下げることによ
り、この超音波ホーン４の加工面４ａがリード３に押し
付けられるようにする。
ン４は中心軸方向に振動する超音波を発生するものであ
る。この超音波ホーン４の先端部近くには、中心軸を含
む水平面に対称に上面側及び下面側に加工面（群）４ａ
が設けられている（図３及び図４参照）。この加工面４
ａには、一定のピッチによりピラミッド型の凹凸を設け
てある。金属箔２とリード３とを接合させるためには、
この超音波ホーン４を鉛直方向に押し下げることによ
り、この超音波ホーン４の加工面４ａがリード３に押し
付けられるようにする。
【００１４】次に、本実施例において採用した種々の条
件について説明する。
件について説明する。
【００１５】金属箔とリードの重ね合わせる順序 図１に示すようにアンビル１側に金属箔２、超音波ホー
ン４側にリード３を配置し、リード３側から超音波ホー
ン４を押し当てて、超音波発振して接合する。
ン４側にリード３を配置し、リード３側から超音波ホー
ン４を押し当てて、超音波発振して接合する。
【００１６】ここで、なぜ超音波ホーン４をリード３側
から押し当てるようにしたか、言い替えると、なぜ金属
箔２側から超音波ホーン４を押し当てるようにしないの
かの理由は以下に述べるとおりである。まず、金属箔２
にホーン目によるダメージが多く発生し、接合後のはが
し強度が低下してしまうことによる。銅箔２とニッケル
板３を同じ条件で接合させ、その後はがし強度を測定し
た場合（図５参照）、超音波ホーン４をニッケル板３側
より押し当てて接合した場合は、はがし強度Ｐ＝１ｋｇ
であるのに対して、銅箔２側より接合した場合は、Ｐ＝
０．３ｋｇであり、約３倍の強度が得られる。また、接
合後銅箔（厚さ１０μｍ）には孔が明き、ニッケルが露
出しやすくなる。これは、ショートの原因にもなるもの
である。またこの他、接合後の金属箔にしわが発生しや
すいことや、最適条件の範囲が狭いことによるものであ
る。
から押し当てるようにしたか、言い替えると、なぜ金属
箔２側から超音波ホーン４を押し当てるようにしないの
かの理由は以下に述べるとおりである。まず、金属箔２
にホーン目によるダメージが多く発生し、接合後のはが
し強度が低下してしまうことによる。銅箔２とニッケル
板３を同じ条件で接合させ、その後はがし強度を測定し
た場合（図５参照）、超音波ホーン４をニッケル板３側
より押し当てて接合した場合は、はがし強度Ｐ＝１ｋｇ
であるのに対して、銅箔２側より接合した場合は、Ｐ＝
０．３ｋｇであり、約３倍の強度が得られる。また、接
合後銅箔（厚さ１０μｍ）には孔が明き、ニッケルが露
出しやすくなる。これは、ショートの原因にもなるもの
である。またこの他、接合後の金属箔にしわが発生しや
すいことや、最適条件の範囲が狭いことによるものであ
る。
【００１７】アンビルの加工面の表面荒さアンビルの加
工面はサンドブラスト処理を行い、その表面荒さはＲｍ
ａｘ＝１８〜２５μｍの範囲とした。表１には、アンビ
ル表面荒さと仕上げ方法と超音波接合時の結果を示し
た。
工面はサンドブラスト処理を行い、その表面荒さはＲｍ
ａｘ＝１８〜２５μｍの範囲とした。表１には、アンビ
ル表面荒さと仕上げ方法と超音波接合時の結果を示し
た。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１の結果からもわかるように、サンプル
Ｃ及びサンプルＤ、すなわち表面荒さＲｍａｘ＝１８〜
２５μｍの範囲では、金属箔の滑りも発生せず良好な接
合結果が得られた。なお、アンビルの加工面の表面荒さ
Ｒｍａｘが８μｍ未満の場合は、接合時の金属箔のグリ
ップ力が低下し、接合後、金属箔にしわの発生が多くな
る。また、表面荒さＲｍａｘが２５μｍ以上の場合は、
接合後の銅箔に孔が明き、ニッケルが露出しやすく、接
合強度が低下する。また、アンビルの加工面をサンドブ
ラスト処理すると、接合後の銅箔に孔明きがないこと、
加工費用が安いこと、接合後に金属箔がアンビルに付着
がないことなどの利点がある。
Ｃ及びサンプルＤ、すなわち表面荒さＲｍａｘ＝１８〜
２５μｍの範囲では、金属箔の滑りも発生せず良好な接
合結果が得られた。なお、アンビルの加工面の表面荒さ
Ｒｍａｘが８μｍ未満の場合は、接合時の金属箔のグリ
ップ力が低下し、接合後、金属箔にしわの発生が多くな
る。また、表面荒さＲｍａｘが２５μｍ以上の場合は、
接合後の銅箔に孔が明き、ニッケルが露出しやすく、接
合強度が低下する。また、アンビルの加工面をサンドブ
ラスト処理すると、接合後の銅箔に孔明きがないこと、
加工費用が安いこと、接合後に金属箔がアンビルに付着
がないことなどの利点がある。
【００２０】超音波ホーンの条件 超音波ホーンのホーン目の加工ピッチは０．３ｍｍ〜
０．７ｍｍの範囲とした。加工ピッチが０．３ｍｍ未満
の場合はホーンとリード（タブ）とのグリップ力が低下
し、接合後、金属箔にしわの発生が多くなる。一方、
０．７ｍｍを越える場合は接合面積が少なくなり、はが
し強度が低下してしまう。
０．７ｍｍの範囲とした。加工ピッチが０．３ｍｍ未満
の場合はホーンとリード（タブ）とのグリップ力が低下
し、接合後、金属箔にしわの発生が多くなる。一方、
０．７ｍｍを越える場合は接合面積が少なくなり、はが
し強度が低下してしまう。
【００２１】超音波ホーンの接触圧は、ニッケル板のリ
ードと銅箔との組み合わせ、及びアルミ板のリードとア
ルミ箔との組み合わせのそれぞれの場合において、表２
に示すような範囲とした。
ードと銅箔との組み合わせ、及びアルミ板のリードとア
ルミ箔との組み合わせのそれぞれの場合において、表２
に示すような範囲とした。
【００２２】
【表２】
【００２３】接触圧が表２に示す範囲の下限値よりも低
い場合は、充分な接合強度が得られず、金属箔とリード
板にすべりが発生する。逆に、接触圧が表２に示す上限
値よりも高くなる場合は、超音波アクチュエータ内のダ
イヤフラムに焼き付き、ワレ等が発生するという不都合
がある。
い場合は、充分な接合強度が得られず、金属箔とリード
板にすべりが発生する。逆に、接触圧が表２に示す上限
値よりも高くなる場合は、超音波アクチュエータ内のダ
イヤフラムに焼き付き、ワレ等が発生するという不都合
がある。
【００２４】超音波ホーンの端面振幅は、ニッケル板の
リードと銅箔との組み合わせ、及びアルミ板のリードと
アルミ箔との組み合わせのそれぞれの場合において、と
もに１０〜１５μｍの範囲とした。上述の範囲より振幅
が小さいと充分な接合強度が得られない。また、この範
囲より振幅が大きいと金属箔に孔明きが発生し、接合強
度が低下する結果となる。
リードと銅箔との組み合わせ、及びアルミ板のリードと
アルミ箔との組み合わせのそれぞれの場合において、と
もに１０〜１５μｍの範囲とした。上述の範囲より振幅
が小さいと充分な接合強度が得られない。また、この範
囲より振幅が大きいと金属箔に孔明きが発生し、接合強
度が低下する結果となる。
【００２５】超音波ホーンの接合エネルギーは、ニッケ
ル板のリードと銅箔との組み合わせ、及びアルミ板のリ
ードとアルミ箔との組み合わせのそれぞれの場合におい
て、表３に示すような範囲とした。
ル板のリードと銅箔との組み合わせ、及びアルミ板のリ
ードとアルミ箔との組み合わせのそれぞれの場合におい
て、表３に示すような範囲とした。
【００２６】
【表３】
【００２７】上述の範囲より接合エネルギーが小さいと
充分な接合強度が得られない。また、この範囲よりエネ
ルギーが大きいと（ニッケル板のリードと銅箔との組み
合わせの場合のみ）銅箔に孔明きが発生し、接合強度が
低下する結果となる。
充分な接合強度が得られない。また、この範囲よりエネ
ルギーが大きいと（ニッケル板のリードと銅箔との組み
合わせの場合のみ）銅箔に孔明きが発生し、接合強度が
低下する結果となる。
【００２８】以上のことから、本例によれば、金属箔に
切れや破れによる孔を生ずることなく、金属箔の接合を
することができる。従って、極薄シート同士の安定した
接合に有用であり、応用範囲が広い。また、接合後のは
がし強度を向上させることができるとともに、アンビル
への金属箔の付着、すなわち食い付きの発生を防止する
ことができる。また、接合時の条件の最適範囲（圧、接
合エネルギー、目の範囲など）が広く、条件を容易に設
定できる。
切れや破れによる孔を生ずることなく、金属箔の接合を
することができる。従って、極薄シート同士の安定した
接合に有用であり、応用範囲が広い。また、接合後のは
がし強度を向上させることができるとともに、アンビル
への金属箔の付着、すなわち食い付きの発生を防止する
ことができる。また、接合時の条件の最適範囲（圧、接
合エネルギー、目の範囲など）が広く、条件を容易に設
定できる。
【００２９】なお、本発明は上述の実施例に限らず本発
明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得
ることはもちろんである。
明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得
ることはもちろんである。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
金属箔に切れや破れによる孔を生ずることなく、金属箔
の接合をすることができるので、極薄シート同士の安定
した接合に有用であり、応用範囲が広いものとすること
ができる。また、接合後のはがし強度を向上させること
ができるとともに、アンビルへの金属箔の付着、すなわ
ち食い付きの発生を防止することができる。また、接合
時の条件の最適範囲（圧、接合エネルギー、目の範囲な
ど）が広く、条件を容易に設定できる。
金属箔に切れや破れによる孔を生ずることなく、金属箔
の接合をすることができるので、極薄シート同士の安定
した接合に有用であり、応用範囲が広いものとすること
ができる。また、接合後のはがし強度を向上させること
ができるとともに、アンビルへの金属箔の付着、すなわ
ち食い付きの発生を防止することができる。また、接合
時の条件の最適範囲（圧、接合エネルギー、目の範囲な
ど）が広く、条件を容易に設定できる。
【図１】本発明金属箔の超音波接合方法に用いる全体装
置を示す斜視図である。
置を示す斜視図である。
【図２】本発明金属箔の超音波接合方法に用いるアンビ
ルの構造図である。
ルの構造図である。
【図３】本発明金属箔の超音波接合方法に用いるホーン
の構造図である。
の構造図である。
【図４】本発明金属箔の超音波接合方法に用いるホーン
の構造図である。
の構造図である。
【図５】はがし強度の測定方法を示す斜視図である。
１ アンビル １ａ 加工面 ２ 金属箔 ３ リード（タブ） ４ 超音波ホーン ４ａ 加工面 ５ 超音波接合アクチュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/10 H01M 2/26
Claims (2)
- 【請求項１】 アンビルの加工面上で金属箔を金属板と
重ね、その上から該アンビルの加工面に対して略平行に
振動する超音波ホーンの加工面を押し当てて、上記金属
箔と上記金属板とを接合する金属箔の超音波接合方法に
おいて、 上記アンビルの加工面はサンドブラスト処理された粗面
であり、 上記超音波ホーンの加工面は一定のピッチで加工された
凹凸の面であり、 上記金属箔はアンビルの加工面に配されて金属板と重ね
られ、金属板の金属箔と接しない面側から超音波ホーン
の加工面で押し当てられることを特徴とする金属箔の超
音波接合方法。 - 【請求項２】 金属箔の厚さは５μｍ〜３０μｍである
ことを特徴とする請求項１記載の金属箔の超音波接合方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31347792A JP3218748B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 金属箔の超音波接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31347792A JP3218748B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 金属箔の超音波接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06155051A JPH06155051A (ja) | 1994-06-03 |
| JP3218748B2 true JP3218748B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=18041781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31347792A Expired - Lifetime JP3218748B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 金属箔の超音波接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218748B2 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3003917B2 (ja) * | 1995-04-28 | 2000-01-31 | 矢崎総業株式会社 | 超音波溶着方法 |
| JPH09206963A (ja) * | 1996-01-29 | 1997-08-12 | Yazaki Corp | 超音波接合方法 |
| JP3099942B2 (ja) * | 1996-08-08 | 2000-10-16 | 株式会社アルテクス | 超音波振動接合用共振器 |
| JP3473512B2 (ja) * | 1999-07-23 | 2003-12-08 | 株式会社デンソー | 超音波接合方法 |
| JP2008027831A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池 |
| JP2009022977A (ja) * | 2007-07-19 | 2009-02-05 | Nec Tokin Corp | 超音波溶接装置及びそれを用いたリチウムイオン二次電池の製造方法 |
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