(57)【要約】【課題】  金属円筒に対して金属箔を十分な接着力で超音波接合可能な金属箔と金属円筒との超音波接合方法を提供する。【解決手段】  金属円筒１３を径方向の両側から把持し、把持された金属円筒１３の周面に金属箔３２ａを接触させ、超音波ホーン３００の加工面３００ａで金属箔３２ａを把持された金属円筒１３に対して押圧した状態で超音波ホーン３００から金属箔３２ａに超音波振動を与える。この場合、金属円筒１３の周面の形状に対応したくぼみを有する把持部材２０６，２０７で金属円筒１３を把持する。【選択図】  図６
2006320908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属円筒を径方向の両側から把持し、
前記把持された金属円筒の周面に金属箔を接触させ、
超音波ホーンの加工面を前記周面上の金属箔に押し付けると共に前記超音波ホーンから
前記金属箔に超音波振動を与える、金属箔と金属円筒との超音波接合方法。
【請求項２】
前記金属円筒を、前記金属円筒の周面の形状に対応したくぼみを有する一対の把持部材
で把持する請求項１に記載の金属箔と金属円筒との超音波接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属箔と金属円筒との超音波接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイスにおいて、心材としての金属円
筒に対して、電極部材／セパレータ／電極部材／セパレータの構造の積層体を巻きつけた
巻回型の電気化学デバイスが知られている。このような電気化学デバイスにおいては、一
方の電極部材の金属箔（集電箔部）が金属円筒に接合されており、この金属円筒が電極部
材と外部とを導通するリードとして機能する。このような電気化学デバイスにおいて、金
属円筒と電極部材の金属箔とは超音波接合により接合される場合が多い。
【特許文献１】特願平０８−２５００８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような金属円筒に対して、金属箔を十分な接着力で超音波接合する
ことが困難であった。
【０００４】
具体的には、通常、超音波接合では、表面に微小な突起が多数形成されたアンビルの加
工面上に金属箔を載置し、金属箔の上に接合対象物を載置し、さらに、表面に微小な突起
が多数形成された超音波ホーンの加工面を接合対象物に押し当て、対象物と集電箔とをプ
レスした状態で、超音波ホーンを超音波振動させて金属箔と接合対象物とを接合する（例
えば、特開平０６−１５５０５１号公報参照）。
【０００５】
この場合、超音波ホーンの加工面の突起によって接合対象物が十分に振動する一方、ア
ンビルの加工面の突起によって金属箔の振動が抑制され、これによる金属箔と接合対象物
との摩擦により金属箔と接合対象物との溶着がなされる。このような接合方法は、特に、
接合対象物が平面状であれば特に問題がない。
【０００６】
ところが、巻回型の電気化学デバイスに使用するような金属円筒の周面に対しては、こ
のような方法で金属箔を超音波接合しようとしても、周面が曲面である金属円筒を十分に
固定し、さらにこの周面上で金属箔を振動させることが困難であり、例えば、両方が一緒
に振動する等によって、溶着が困難となっていた。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、金属円筒に対して金属箔を十分な接
着力で超音波接合可能な金属箔と金属円筒との超音波接合方法を提供することを目的とす
る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る金属箔と金属円筒との接合方法は、金属円筒を径方向の両側から把持し、
把持された金属円筒の周面に金属箔を接触させ、超音波ホーンの加工面を金属円筒の周面
上の金属箔に押しつけると共に、前記超音波ホーンから金属箔に超音波振動を与える。
【０００９】
本発明によれば、金属円筒が径方向の両側から把持されるので、金属円筒を容易にかつ
確実に固定することができる。したがって、金属箔の振動が金属円筒に対して伝わり難く
なり、金属円筒に対して十分に金属箔を振動させることができ、金属円筒と金属箔とを十
分な強度で接合することができる。
【００１０】
ここで、金属円筒を、金属円筒の周面の形状に対応したくぼみを有する一対の把持部材
で把持することが好ましい。この場合には、把持力を大きくしても金属円筒がつぶれ難く
なるので、より一層金属円筒を強固に固定することができ、接合強度を十分に高くできる
。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金属円筒に対して金属箔を十分な接着力で超音波接合可能な金属箔と
金属円筒との超音波接合方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施形態に係る金属箔の溶着方法について、巻回型の電気二重層キャパシタの心材に
対して金属箔としての集電箔部を超音波接合する場合について詳しく説明する。
【００１３】
まず、本実施形態で作成する電気二重層キャパシタについて概略を説明する。本実施形
態に係る電気二重層キャパシタは、いわゆる巻回型の電気二重層キャパシタ１００であり
、図１に示すように、主として、導電円筒部材１０、導電円筒部材１０の周りに巻回され
た積層体３０、導電円筒部材１０内に挿入された絶縁性の絶縁円筒部材２２、集電リード
２０、集電リング２４、端子３１ａ，３１ｂ、外装筒１６、蓋部１８、１８を主として備
える。
【００１４】
導電円筒部材１０は、導電円筒部（金属円筒）１３及び導電円筒部１３の端部に設けら
れた導電鍔部１２を備える。導電円筒部材１０の材質は、導電性の金属等であればよく、
例えば、アルミニウム等が挙げられる。導電円筒部１３の外径は例えば、６〜１６ｍｍ程
度、肉厚は、０．５〜３ｍｍ程度である。導電鍔部１２は無くても良い。また、導電円筒
部１３の長さは、例えば、５０〜１５０ｍｍとすることができる。
【００１５】
図２に積層体３０をほどいた状態を側面から示す。積層体３０は、セパレータ３６／電
極膜３１Ｂ／セパレータ３６／電極膜３１Ａの積層構造を有する。
【００１６】
電極膜３１Ａ，３１Ｂは、それぞれ、金属箔３２と、金属箔３２の両面に形成された活
物質層３３を有している。金属箔３２の材料は金属であれば特に限定されないが、例えば
、アルミニウム等があげられる。また、金属箔３２の厚みは、例えば、１０〜５０μｍ程
度とすることができる。
【００１７】
活物質層３３は、例えば活性炭等の活物質と、ＰＶＤＦ等のバインダー等を含む層であ
る。活物質としては、電気化学デバイスの態様に応じて種々の公知の活物質を使用できる
。
【００１８】
セパレータ３６は、多孔性の絶縁体であり、たとえば、セルロース製不織布等を利用で
きる。
【００１９】
なお、この積層体には、電気二重層キャパシタの態様に応じて、ホウフッ化テトラエチ
ルアンモニウム等の電解質を含む電解液が含浸されている。
【００２０】
そして、電極膜３１Ａにおいて、導電円筒部１３側の端部には、両面に活物質層３３が
形成されていない集電箔部３２ａが形成されている。そして、この集電箔部３２ａと導電
円筒部１３の周面とが接合されており、この接合に後述する超音波接合方法を用いるので
ある。
【００２１】
また、もう一方の電極膜３１Ｂの導電円筒部１３とは遠い側の端部には、両面に活物質
層３３が形成されていない集電箔部３２ｂが形成されており、集電箔部３２ｂには集電リ
ード２０が超音波接合されている。なお、セパレータ３６は、巻回された状態で、電極膜
３１Ａと電極膜３１Ｂとの間に介在し、電極膜３１Ａと電極膜３１Ｂとがショートしない
ようにする。また、セパレータ３６は、電極膜３１Ｂが導電円筒部１３に接触しないよう
にもする。
【００２２】
図１に戻って、絶縁円筒部材２２は、樹脂等の絶縁材料からなり、絶縁円筒部２２ａと
絶縁円筒部２２ａの端部に設けられた絶縁鍔部２２ｂとを有している。絶縁円筒部材２２
の絶縁円筒部２２ａが、導電円筒部材１０の導電円筒部１３における導電鍔部１２とは反
対側の端部から導電円筒部１３内に挿入されている。絶縁鍔部２２ｂにおける絶縁円筒部
２２ａとは反対側には集電リング２４が設けられている。集電リング２４は、積層体３０
の集電リード２０に接続されている。
【００２３】
絶縁円筒部材２２の絶縁円筒部２２ａの両端には、金属製の端子３１ａ，３１ｂが外側
からねじ込まれている。端子３１ａは導電円筒部材１０の導電鍔部１２と接触しており、
端子３１ａは積層体３０の電極膜３１Ａへのリードとして機能する。端子３１ｂは集電リ
ング２４に接触しており、この端子３１ｂは積層体３０の電極膜３１Ｂへのリードとして
機能する。
【００２４】
金属製の外装筒１６は積層体３０、導電円筒部材１０及び絶縁円筒部材２２を内部に収
容し、外装筒１６の開放両端には、中央部に開口が形成された金属製の蓋部１８、１８が
カシメにより固定されている。蓋部１８の開口からはそれぞれ端子３１ａ，３１ｂが突出
している。また、蓋部１８と端子３１ａ又は３１ｂとの間、及び、蓋部１８と集電リング
２４又は導電鍔部１２との間は、開口の端部を覆う絶縁性かつ環状のシール部材１９によ
り電気的に絶縁されている。
【００２５】
このような電気二重層キャパシタは、公知の方法により上述の各材料を用意し、電極膜
３１Ｂの集電箔部３２ｂに集電リード２０を超音波接合し、電極膜３１Ａの集電箔部３２
ａを導電円筒部材１０の導電円筒部１３の周面に超音波接合し、さらに、積層体３０を導
電円筒部１３の周りに巻回し、導電円筒部材１０内に集電リング２４の設けられた絶縁円
筒部材２２を挿入し、絶縁円筒部材２２の両端に端子３１ａ，３１ｂを挿入し、積層体３
０に電解液を含浸し、これらの集合体を外装筒１６内に収容し、両端を蓋部１８でシール
すればよい。
【００２６】
ここで、導電円筒部材１０の導電円筒部１３の表面への集電箔部３２ａの超音波接合方
法について詳しく説明する。
【００２７】
本実施形態では、図３〜図５に示す把持装置２００を用いて導電円筒部材１０を把持に
より固定した上で、集電箔部３２ａを導電円筒部材１０の周面上に超音波接合する。
【００２８】
この把持装置２００は、台座２０２、一対の軸支持部材２０４、一対の把持部材２０６
、２０７、把持部材２０６、２０７を回動させる回動手段２１０を主として備えている。
【００２９】
軸支持部材２０４は、図３に示すように、それぞれ板状をなし、水平な台座２０２上に
互いに対向して立設されている。軸支持部材２０４には、互いに対面する貫通孔２０４ａ
がそれぞれ形成されている。これらの貫通孔２０４ａには、一つの軸部材２４０が貫通し
ている。軸部材２４０は、導電円筒部材１０の導電円筒部１３内を貫通しており、その一
端部が一方の軸支持部材２０４の貫通孔２０４ａ内に、他端部が他方の軸支持部材２０４
の貫通孔２０４ａ内にそれぞれ挿入されている（図４等参照）。軸支持部材２０４間の距
離は、導電円筒部材１０の長さよりも長くなっており、導電円筒部材１０は、軸部材２４
０の周りを回動可能となっている。
【００３０】
把持部材２０６、２０７は、一対の軸支持部材２０４の間で、導電円筒部材１０を径方
向の両側から把持するためのものである。把持部材２０６、２０７には、図５に示すよう
に、それぞれ、導電円筒部材１０の導電円筒部１３の外周面の湾曲形状に沿った窪み２０
６ｂ，２０７ｂが形成されており、この窪み２０６ｂ、２０７ｂによって、導電円筒部材
１０の導電円筒部１３を径方向の両側から把持する。具体的には、把持部材２０６にはね
じ穴２０６ａが形成され、把持部材２０７には、貫通孔２０７ａが形成されており、貫通
孔２０７ａに挿入されたボルト２０９がねじ穴２０６ａにねじ込まれることによって、把
持部材２０６と把持部材２０７とが、導電円筒部材１０の導電円筒部１３を径方向の両側
から把持する。
【００３１】
把持部材２０６，２０７の上部は、図５に示すように、導電円筒部材１０の導電円筒部
１３の上面が露出するように形成されている。
【００３２】
さらに、把持部材２０６には、さらに下方に垂下する棒状部材２１５が設置され、棒状
部材２１５の先端には、軸部材２４０と平行な軸２１５ａ周りを回転可能なローラ２０８
が設けられている。
【００３３】
図３に戻って、回動手段２１０は、ラック２１２及びピニオン２１４を有する。ピニオ
ン２１４は台座２０２に軸支されている一方、ラック２１２はピニオン２１４と係合して
おり、ピニオン２１４の回転により、軸部材２４０の軸と直交する水平方向に往復運動可
能とされている。ラック２１２の端部には、図４及び図５に示すように、ローラ２０８を
受けるローラ受け２２１が設けられている。これにより、ピニオン２１４の回転によって
、ラック２１２が水平方向（図５の矢印参照）に移動すると、把持部材２０６が軸部材２
４０の中心Ｐを軸として回動する。すなわち、導電円筒部材１０の導電円筒部１３が把持
部材２０６，２０７に把持された状態で、導電円筒部材１０の導電円筒部１３が軸周りに
回動されることとなる。
【００３４】
なお、図４に示すように、把持部材２０６にはさらにねじ穴２０６ｃが形成されている
と共に、図３及び図４に示すように、軸支持部材２０４には、貫通孔２０４ａを中心とし
た弧状に形成された長穴２０４ｂが形成されている。これにより、長穴２０４ｂを介して
ねじ２２２をねじ穴２０６ｃにねじ込むことにより、任意の導電円筒部１３の回動状態（
回転角度）において、把持部材２０６を軸支持部材２０４に対して固定できるようになっ
ている。
【００３５】
続いて、図３〜図７を利用して、導電円筒部材１０の導電円筒部１３の周面への集電箔
部３２ａの接合方法について説明する。
【００３６】
まず、図３〜図６に示すようにして、導電円筒部材１０の導電円筒部１３を把持部材２
０６，２０７で把持した上で、この導電円筒部材１０が所定の回動角度、例えば、図６の
ような回動角度に維持されるように把持部材２０６，２０７を軸支持部材２０４に固定す
る。
【００３７】
続いて、電極膜３１Ａの集電箔部３２ａを導電円筒部１３の周面上に載せ、超音波ホー
ン３００の加工面３００ａを集電箔部３２ａの上に載せ、集電箔部３２ａを所定の圧力で
導電円筒部１３に対して押圧する。好ましい圧力は、例えば、０．３〜０．５MPaである
。さらに、この状態で、超音波振動子３０１を作動させて超音波ホーン３００に振動を与
え、加工面３００ａから振動を集電箔部３２ａに与える。好ましい、振動数は、２０〜４
０kHzであり、好ましい振幅は５〜１５μｍである。なお、超音波ホーン３００の加工面
３００ａには、微小な突起、例えば、ピラミッド状の突起（例えば、高さ３０〜４０μｍ
）が所定のピッチ（例えば１００〜３００μｍ）で多数形成されている。また、超音波振
動子３０１は、超音波ホーン３００を加工面３００ａの面内方向、より具体的には、導電
円筒部１３の軸と直交する方向に振動させる。
【００３８】
こうすると、導電円筒部１３は、把持部材２０６，２０７に把持され固定されているの
で振動が抑制される一方、集電箔部３２ａは、加工面３００ａによって振動させられるの
で導電円筒部１３の表面と集電箔部３２ａとの間に十分な摩擦が生じ、集電箔部３２ａと
導電円筒部１３の表面とを十分な強度で超音波接合することができる。この場合、一回の
接合では、円周方向接合幅は０．５ｍｍ程度であるので、十分な接合面積を得たい場合に
は、導電円筒部１３を回転させてさらなる超音波接合を繰り返す。
【００３９】
具体的には、ねじ２２２を緩め、ピニオン２１４を回転させることにより導電円筒部１
３を図７に示すように時計回りに少し回転させ、その後ねじ２２２を再び締め、再び超音
波ホーン３００を集電箔部３２ａの未接合部分に押し当て、超音波振動を印加すればよい
。このようにして、導電円筒部材１０の導電円筒部１３を円周方向に回転させることによ
り、円周方向接合幅を広げて接合面積を広げることができ、接合強度をより高めることが
できる。なお導電円筒部１３を回転させる場合には、把持部材２０６，２０７による把持
をしたままでよい。
【００４０】
また、本実施形態においては、導電円筒部１３内に、軸部材２４０を挿入した上で、超
音波ホーン３００の加工面３００ａを集電箔部３２ａを介して導電円筒部１３に押し当て
ているので、導電円筒部１３のつぶれも起こりにくい。
【００４１】
なお、上記実施形態では、電気二重層キャパシタの製造における例を具体的に説明して
いるが、これに限られるものでなく、金属円筒に対して金属箔を接合する場合に幅広く適
用可能である。
【実施例】
【００４２】
外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍのアルミ製の円筒に対して、厚み３０μ
ｍ、円筒の軸方向における長さ９５ｍｍのアルミ箔を、上述の把持装置及び超音波接合方
法を用いて接合した。
【００４３】
超音波ホーンによる接触圧力は、３〜５ｋｇ／ｍｍ２、超音波ホーンの加工面の突起の
ピッチは０．２ｍｍ、突起の高さ３５μｍ、超音波ホーンの振動周波数は４０ｋＨｚ、超
音波ホーンの振幅は水平方向に８〜１０μｍとした。ここでは、超音波接合及び円筒の回
転を複数回繰り返すことにより円周方向接合幅が５ｍｍ又は１０ｍｍとなるように超音波
接合を行った。また、接合部の軸方向長さは約８８ｍｍであった。
【００４４】
接合後に、円筒とアルミ箔の非接合側の端部との接触抵抗を測定したところ、いずれも
０．５ｍΩ程度であり良好であった。
【００４５】
続いて、アルミ箔の未接合部分を軸方向と直交する方向に短冊状に切断し、円筒の軸方
向における長さが約１０ｍｍとなる試験片を複数得、各試験片を溶着部分が接線方向に引
張られるように引張ることにより引張り試験を行った。その結果、円周方向接合幅が５ｍ
ｍの場合には平均４．５Ｎ、円周方向接合幅が１０ｍｍの場合には平均１０．５Ｎの引張
強度となった。すなわち、本実施形態によれば、軸方向における長さが１０ｍｍである金
属箔に対して１０Ｎ以上の強度での接合が十分に可能であった。
【比較例】
【００４６】
平面的なアンビル上にアルミ箔を載置し、その上に円筒を水平に載置し、円筒に対して
超音波ホーンの加工面を押し当てることにより超音波接合を行う以外は実施例と同様にし
て行った。この結果、アルミ箔を円筒に接合することはできなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本実施形態で作成する電気二重層キャパシタの概略断面図である。
【図２】図２は、図１の積層体を解いた状態を示す側面図である。
【図３】図３は、本実施形態において円筒を把持する把持装置を示す斜視図である。
【図４】図４は、図３の把持装置の上面図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖ矢視図である。
【図６】図６は、超音波接合をする様子を示す概略図である。
【図７】図７は、円筒を回転させた後にさらに超音波接合をする様子を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１３…導電円筒部（金属円筒）、３２…金属箔（金属箔）、３００…超音波ホーン、３
００ａ…加工面、２０６，２０７…把持部材、２０６ｂ、２０７ｂ…窪み、２００…把持
装置。
【図１】
2006320908.tif 000003
【図２】
2006320908.tif 000004
【図３】
2006320908.tif 000005
【図４】
2006320908.tif 000006
【図５】
2006320908.tif 000007
【図６】
2006320908.tif 000008
【図７】
2006320908.tif 000009