JPH11221682A - 金属箔の超音波接合方法および装置 - Google Patents

金属箔の超音波接合方法および装置

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JPH11221682A
JPH11221682A JP10026023A JP2602398A JPH11221682A JP H11221682 A JPH11221682 A JP H11221682A JP 10026023 A JP10026023 A JP 10026023A JP 2602398 A JP2602398 A JP 2602398A JP H11221682 A JPH11221682 A JP H11221682A
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JP
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metal foil
anvil
ultrasonic
metal
welding
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JP10026023A
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English (en)
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Akihito Kamatani
彰人 鎌谷
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】効率的かつ高品質な溶接作業が遂行されるとと
もに、繰り返しの使用にも良好に適用可能にする。 【解決手段】金属箔12と金属リード14が重ね合わせ
て載置されるアンビル16と、前記金属リード14側か
ら前記アンビル16上の該金属リード14と前記金属箔
12との重ね合わせ部位を加圧しながら超音波振動を付
与して溶接する超音波ホーン18とを備える。アンビル
16はダイス鋼またはハイス鋼製であり、このアンビル
16の平滑加工面20a〜20dは、金属箔12の厚さ
以下の表面荒さに研削加工されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンビルと超音波
ホーンにより金属箔と金属板を溶接するための金属箔の
超音波接合方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、リチウムイオン電池のような二
次電池を製造する際、アルミニウム箔または銅箔等の金
属箔に活物質を設けることにより、正極板および負極板
(以下、集電体という)が形成された後、この集電体に
短冊状の金属リード(ニッケル板またはアルミニウム板
等)が溶接されている。
【0003】この場合、集電体に金属リードを溶接する
ために、超音波ホーンが広範に使用されている。すなわ
ち、アンビルの加工面上に集電体と金属リードとを重ね
合わせて載置し、この集電体とこの金属リードとの重ね
合わせ部位を、超音波ホーンの加工面で加圧しながら超
音波振動を付与して溶接するものである。
【0004】ところで、金属リードが集電体上で滑り易
いため、超音波ホーンの加圧力が弱いと、前記金属リー
ドが前記集電体上で位置ずれを生じた状態で溶接されて
しまうという不具合がある。そこで、特開平7−105
946号公報に開示されているように、アンビルの加工
面に細かい凹凸部が多数設けられる一方、超音波ホーン
の加工面に、集電体の露出部分と合致する大きさの方形
であって複数の凸部が間隔をおいて一列に配置され、か
つその各凸部表面に細かい凹凸部が多数設けられ、前記
アンビルと前記超音波ホーンにより溶接を行う電池用極
板の製造方法が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、特に50μm以下の厚さの集電体が用い
られる際に、アンビルの加工面に設けられた凹凸部によ
り前記集電体に破損が惹起され易いという問題がある。
【0006】そこで、特開平6−155051号公報に
開示されているように、アンビルの加工面がサンドブラ
スト処理された粗面であり、超音波ホーンの加工面が一
定のピッチで加工された凹凸の面であり、前記アンビル
と前記超音波ホーンにより溶接を行う金属箔の超音波接
合方法が知られている。
【0007】ところが、上記の従来技術では、サンドブ
ラスト処理された粗面が200回〜300回の溶接作業
により著しく摩耗してしまい、加工面が平滑化してい
く。これにより、溶接条件が溶接を重ねる毎に変化して
しまい、溶接条件範囲が変化する等、所望の溶接作業を
効率的に遂行することができないという問題が指摘され
ている。
【0008】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、効率的かつ高品質な溶接作業が遂行されるととも
に、繰り返しの使用にも良好に適用可能な金属箔の超音
波接合方法および装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明に係る金属箔の超音波接合方法および装置
では、アンビルの加工面が金属箔の厚さ以下の表面荒さ
を有する平滑加工面に設定されており、この平滑加工面
上に前記金属箔と金属板を重ね合わせて載置した状態
で、一定ピッチで凹凸面が形成された超音波ホーンの加
工面により、前記金属板側から前記アンビル上の該金属
板と前記金属箔との重ね合わせ部位を加圧しながら超音
波振動を付与して溶接する。このため、特に50μm以
下の厚さの金属箔が使用される際にも、アンビルの平滑
加工面により前記金属箔が破損することを確実に阻止す
ることができる。
【0010】さらに、アンビルの加工面に凹凸部やサン
ドブラスト面が設けられる場合に比べて、アンビルの平
滑加工面の表面状態が変化し難く、しかも超音波ホーン
の加工面に付与される圧力が均一化する。従って、溶接
条件範囲の変化を抑えるとともに、超音波ホーンやアン
ビルの偏摩耗を阻止し、安定した溶接作業および繰り返
しの使用に適する。また、平滑加工面を有するアンビル
では、製造コストが有効に削減され、設備費の高騰を抑
えることが可能になる。
【0011】さらにまた、超音波ホーンにより金属板と
金属箔との重ね合わせ部位を加圧しながら超音波振動を
付与して溶接する際、前記金属箔を押圧保持する押さえ
部材を備えている。このため、アンビルの平滑加工面と
金属箔との滑りを確実に防止し、一層安定した溶接作業
が遂行される。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施形態
に係る金属箔の超音波接合方法を実施するための超音波
接合装置10の概略斜視説明図である。この超音波接合
装置10は、金属箔12の所定の位置に金属リード(金
属板)14を溶接するものであり、第1の実施形態で
は、前記金属箔12が厚さ17μmの銅箔で構成され、
前記金属リード14が厚さ100μmのニッケル板で構
成される。
【0013】超音波接合装置10は、金属箔12と金属
リード14を重ね合わせて載置するアンビル16と、前
記金属リード14側から前記アンビル16上の該金属リ
ード14と前記金属箔12との重ね合わせ部位を加圧し
ながら超音波振動を付与して溶接する超音波ホーン18
とを備える。
【0014】アンビル16はダイス鋼またはハイス鋼製
であり、図1および図2に示すように、このアンビル1
6の4つの面に平滑加工面20a〜20dが設定され
る。平滑加工面20a〜20dは、金属箔12の厚さ以
下の表面荒さに研削加工されており、具体的には、前記
金属箔12の厚さが17μmであるために、前記表面荒
さがRMAX =8μmに設定される。アンビル16には、
このアンビル16を固定するために複数の孔部21が形
成されている。
【0015】図1、図3および図4に示すように、超音
波ホーン18は、両面にそれぞれ第1および第2加工面
22、24を有する。図3に示すように、第1加工面2
2は、幅広な第1加圧部26と、各第1加圧部26同士
を連結する幅狭な第2加圧部28とを有する。第1およ
び第2加圧部26、28には、第1加工面22の長手方
向(矢印A方向)および短手方向(矢印B方向)にそれ
ぞれ45゜ずつ傾斜して所定のピッチ間隔で配列された
複数の細かい凹凸部30が設けられる。なお、第2加工
面24は第1加工面22と同様に構成されており、同一
の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説
明は省略する。
【0016】このように構成される超音波接合装置10
の動作について、第1の実施形態に係る超音波接合方法
との関連で、以下に説明する。
【0017】先ず、図1に示すように、アンビル16の
平滑加工面20a上に金属箔12が載置された後、この
金属箔12上に短冊状の金属リード14が配置される。
次いで、金属箔12と金属リード14との重ね合わせ部
位を、前記金属リード14側から超音波ホーン18の第
1加工面22で加圧しながら超音波振動を付与して溶接
する。なお、超音波ホーン18では、第1加工面22に
よる溶接が不能になった際、上下面が入れ替えられて第
2加工面24により溶接作業が行われる。
【0018】この場合、第1の実施形態では、アンビル
16の平滑加工面20aが金属箔12の厚さ(17μ
m)以下の表面荒さ(RMAX =8μm)に設定されてお
り、この平滑加工面20a上に前記金属箔12と金属リ
ード14を重ね合わせて載置した状態で、超音波ホーン
18の第1加工面22で前記金属リード14と前記金属
箔12との重ね合わせ部位を溶接している。このため、
例えば、50μm以下の厚さの金属箔12が使用される
際にも、アンビル16の平滑加工面20aにより前記金
属箔12が破損することを確実に阻止することができる
という効果が得られる。
【0019】さらに、凹凸部やサンドブラスト面が設け
られた従来のアンビル加工面に比べて、アンビル16の
平滑加工面20aの表面状態が変化し難く、しかも超音
波ホーン18の第1および第2加工面22、24に付与
される圧力が均一化する。従って、溶接条件範囲の変化
を抑えるとともに、超音波ホーン18やアンビル16の
偏摩耗を阻止し、安定した溶接作業および繰り返しの使
用に適するという利点がある。また、平滑加工面20a
を有するアンビル16では、従来の凹凸部やサンドブラ
スト面に比べて製造コストが有効に削減され、設備費の
高騰を抑えることが可能になる。
【0020】図5は、本発明の第2の実施形態に係る金
属箔の超音波接合方法を実施するための超音波接合装置
40の概略斜視説明図である。なお、第1の実施形態に
係る超音波接合装置10と同一の構成要素には同一の参
照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0021】この超音波接合装置40は、超音波ホーン
18により金属リード14と金属箔12との重ね合わせ
部位を加圧しながら超音波振動を付与して溶接する際、
前記金属箔12を押圧保持する押さえ部材42を備え
る。押さえ部材42は、略コ字状を有しており、アンビ
ル16の平滑加工面20a上に、超音波ホーン18によ
り加圧される部分の周囲全体にわたって配置される。な
お、押さえ部材42を、超音波ホーン18により加圧さ
れる部分の周囲一部に配置されるように設定してもよ
い。
【0022】このように構成される超音波接合装置40
では、アンビル16の平滑加工面20a上に金属箔12
が載置された後、この金属箔12上に短冊状の金属リー
ド14が配置される。次いで、押さえ部材42が超音波
ホーン18により加圧される部分の周囲全体にわたって
金属箔12を押圧保持した状態で、前記金属箔12と金
属リード14との重ね合わせ部位を前記超音波ホーン1
8の第1加工面22で加圧しながら超音波振動を付与し
て溶接する。
【0023】この場合、第2の実施形態では、特に金属
箔12が押さえ部材42により押圧保持されるため、こ
の金属箔12が超音波ホーン18により加圧される際、
アンビル16の平滑加工面20a〜20dと前記金属箔
12との滑りを確実に防止することができる。従って、
アンビル16と超音波ホーン18とによる溶接作業が一
層安定して高品質に遂行されるという効果が得られる。
【0024】
【発明の効果】本発明に係る金属箔の超音波接合方法お
よび装置では、アンビルの加工面が金属箔の厚さ以下の
表面荒さを有する平滑加工面に設定されるため、厚さの
薄い金属箔、例えば、50μm以下の厚さの金属箔が使
用される際にも、前記金属箔が破損することを確実に阻
止することができる。
【0025】さらに、アンビルの平滑加工面の表面状態
が変化し難く、しかも超音波ホーンの加工面に付与され
る圧力が均一化するため、溶接条件範囲の変化を抑える
とともに、前記超音波ホーンや前記アンビルの偏摩耗を
阻止し、安定した溶接作業および繰り返しの使用に適す
る。また、平滑加工面を有するアンビルでは、製造コス
トが有効に削減され、設備費の高騰を抑えることが可能
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る金属箔の超音波
接合方法を実施するための超音波接合装置の概略斜視説
明図である。
【図2】前記超音波接合装置を構成するアンビルの正面
説明図である。
【図3】前記超音波接合装置を構成する超音波ホーンの
平面説明図である。
【図4】前記超音波ホーンの側面説明図である。
【図5】本発明の第2の実施形態に係る金属箔の超音波
接合方法を実施するための超音波接合装置の概略斜視説
明図である。
【符号の説明】
10、40…超音波接合装置 12…金属箔 14…金属リード 16…アンビル 18…超音波ホーン 20a〜20d…平滑
加工面 22、24…加工面 42…押さえ部材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属箔の厚さ以下の表面荒さに設定された
    アンビルの平滑加工面上に、前記金属箔と金属板を重ね
    合わせて載置する工程と、 一定ピッチで凹凸面が形成された超音波ホーンの加工面
    で、前記金属板側から前記アンビル上の該金属板と前記
    金属箔との重ね合わせ部位を加圧しながら超音波振動を
    付与して溶接する工程と、 を有することを特徴とする金属箔の超音波接合方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の超音波接合方法において、
    前記アンビルの平滑加工面上に載置された前記金属箔を
    押さえ部材により保持した状態で、前記超音波ホーンの
    加工面によって前記金属板と前記金属箔との重ね合わせ
    部位を加圧しながら超音波振動を付与して溶接すること
    を特徴とする金属箔の超音波接合方法。
  3. 【請求項3】金属箔と金属板を重ね合わせて載置する加
    工面が、前記金属箔の厚さ以下の表面荒さを有する平滑
    加工面に設定されたアンビルと、 前記金属板側から前記アンビル上の該金属板と前記金属
    箔との重ね合わせ部位を加圧しながら超音波振動を付与
    して溶接するとともに、一定ピッチで凹凸面が形成され
    た加工面を有する超音波ホーンと、 を備えることを特徴とする金属箔の超音波接合装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載の超音波接合装置において、
    前記超音波ホーンにより前記金属板と前記金属箔との重
    ね合わせ部位を加圧しながら超音波振動を付与して溶接
    する際、前記金属箔を押圧保持する押さえ部材を備える
    ことを特徴とする金属箔の超音波接合装置。
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