(57)【要約】【課題】  金属薄板積層部材の破損や脆弱化を防止する。【解決手段】  金属薄板を積層してなる金属薄板積層部材２０をアンビル１によって水平に支持し、金属薄板積層部材上面と超音波発振ホーン４との間に、保護用金属薄板３を介在させつつ、超音波発振ホーンによって金属薄板積層部材２０を励振する。  超音波発振ホーンは、保護用金属薄板のエッジ部３Ｅによって、金属薄板積層部材２０に大きな面圧、応力が生じないように、保護用金属薄板３に対して位置決めされる。  経験的には、図２に示すように、保護用金属薄板３のエッジ部３Ｅから超音波発振ホーン４の外周までの距離ｗｅを０．５ｍｍ以上に設定し、超音波発振ホーン４の幅に対応する溶接領域Ｗを溶接したときに、良好な溶接品質が得られている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄板を積層した金属薄板積層部材を支持手段で支持しつつ、超音波発振ホーンによって前記金属積層部材を励振して、前記金属積層部材を溶接する超音波溶接法であって、
前記金属積層部材と前記超音波発振ホーンとの間に前記金属薄板よりも厚い保護用金属薄板を介在させ、
前記保護用金属薄板のエッジ部が前記金属薄板積層部材の金属薄板に溶接されず、前記超音波発振ホーンと接する領域の前記金属薄板積層部材が溶接されるように、前記保護用金属薄板を介して前記超音波発振ホーンによって前記金属薄板積層部材を励振することを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載の超音波溶接方法において、
前記保護用金属薄板のエッジ部を前記超音波発振ホーンの外周面の外側に位置させて、前記保護用金属薄板を介して前記超音波発振ホーンによって前記金属薄板積層部材を励振することを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項３】
請求項２記載の超音波溶接方法において、
前記保護用金属薄板のエッジ部から、前記超音波発振ホーンの外周面を前記保護用金属薄板上に投影した線までの距離を０．５ｍｍ以上に設定することを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか1項に記載の超音波溶接方法において、
前記保護用金属薄板は、前記金属薄板積層部材を構成する前記金属薄板と相溶性を有することを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか1項に記載される超音波溶接方法において、
前記保護用金属薄板は、焼鈍した材料もしくは加工硬化の程度を抑えた材料であることを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか1項に記載される超音波溶接方法において、
前記保護用金属薄板の厚みが５０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項７】
請求項１に記載される超音波溶接方法において、
前記超音波発振ホーンが対向する前記金属積層部材の表面上に、前記金属薄板よりも厚い第１の保護用金属薄板を配置するとともに、前記支持部材と前記第１の保護用金属薄板との間の前記金属薄板間に、前記金属薄板よりも厚い第２の保護用金属薄板を配置して、前記保護用金属薄板を介して前記超音波発振ホーンによって前記金属薄板積層部材を励振することを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項８】
請求項１に記載される超音波溶接方法において、
前記超音波発振ホーンが対向する前記金属積層部材の表面上に、前記金属薄板よりも厚い第１の保護用金属薄板を配置するとともに、前記支持部材と前記金属製造部材との間に、前記金属薄板よりも厚い第２の保護用金属薄板を配置して、前記保護用金属薄板を介して前記超音波発振ホーンによって前記金属薄板積層部材を励振することを特徴とする超音波溶接方法。
【請求項９】
金属薄板を積層した金属薄板積層部材を支持手段で支持しつつ、超音波発振ホーンによって前記金属積層部材を励振して、前記金属積層部材を溶接する超音波溶接法であって、
前記超音波発振ホーンに対向する前記金属積層部材に載置される第１の保護金属薄板はそのエッジが前記超音波発振ホーンの外周面より内側に位置するとともに、前記超音波発振ホーンと当接する中央部の第２の保護金属薄板のエッジが前記第１の保護金属薄板のエッジよりも内側に位置するようにして、前記保護用金属薄板を介して前記超音波発振ホーンによって前記金属薄板積層部材を励振することを特徴とする超音波溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の金属薄板から成る金属積層部材を超音波溶接する方法に関するものであり、例えばリチウムイオン二次電池等に用いられる集電体金属箔が複数積層する部材に適する超音波溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接には、溶融溶接、固相溶接、ろう付け等があり、固相溶接に分類される超音波溶接法は、被接合部材の接触面をほとんど溶融しないか、もしくは極めて限られた表層のみを溶融させて接合させる。
【０００３】
超音波溶接は、例えば、アンビルの加工面上で被接合部材である金属薄板を重ね、その上から超音波発振ホーンを押し当て加圧し、超音波発振ホーンによって、加圧方向に対して略垂直に振動する超音波振動を被接合部材界面に与えるものである。
これによって、被接合部材界面付近に塑性変形が生じ、被接合部材表面に存在する酸化物等は取り除かれ、さらに摩擦熱により原子の拡散が促進されることにより、溶接がなされる。
【０００４】
しかし、金属箔のような機械的強度が比較的弱い部材を超音波溶接する場合、印加する超音波振動のために金属箔に切断、穿孔等の損傷が生じ易い。
そこで、特許文献１記載の超音波溶接方法では、被接合部材である金属箔の上面に、金属箔よりも機械的強度が大きい保護用金属板を配し、この保護用金属板を介して、金属箔に超音波振動を印加して、金属箔の損傷を防止しつつ、保護用金属板を金属箔と一体化して、溶接品質を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４４３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の超音波溶接方法では、保護用金属板のエッジ部において、被接合部材に損傷が生じる可能性がある。
【０００７】
また、溶接直後に損傷が確認されなかった場合でも、被接合部材が脆弱になっている可能性があり、その場合、後続の工程中や製品の使用中において、被接合部材が破損することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）請求項１の発明による超音波溶接方法は、金属薄板を積層した金属薄板積層部材を支持手段で支持しつつ、超音波発振ホーンによって前記金属積層部材を励振して、前記金属積層部材を溶接する超音波溶接法であって、前記金属積層部材と前記超音波発振ホーンとの間に前記金属薄板よりも厚い保護用金属薄板を介在させ、前記保護用金属薄板のエッジ部が前記金属薄板積層部材の金属薄板に溶接されず、前記超音波発振ホーンと接する領域の前記金属薄板積層部材が溶接されるように、前記保護用金属薄板を介して前記超音波発振ホーンによって前記金属薄板積層部材を励振することを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１記載の超音波溶接方法において、前記保護用金属薄板のエッジ部を前記超音波発振ホーンの外周面の外側に位置させて、前記保護用金属薄板を介して前記超音波発振ホーンによって前記金属薄板積層部材を励振することを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２記載の超音波溶接方法において、前記保護用金属薄板のエッジ部から、前記超音波発振ホーンの外周面を前記保護用金属薄板上に投影した線までの距離を０．５ｍｍ以上に設定することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか1項に記載の超音波溶接方法において、前記保護用金属薄板は、前記金属薄板積層部材を構成する前記金属薄板と相溶性を有することを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか1項に記載される超音波溶接方法において、前記保護用金属薄板は、焼鈍した材料もしくは加工硬化の程度を抑えた材料であることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか1項に記載される超音波溶接方法において、前記保護用金属薄板の厚みが５０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項１に記載される超音波溶接方法において、前記超音波発振ホーンが対向する前記金属積層部材の表面上に、前記金属薄板よりも厚い第１の保護用金属薄板を配置するとともに、前記支持部材と前記第１の保護用金属薄板との間の前記金属薄板間に、前記金属薄板よりも厚い第２の保護用金属薄板を配置して、前記保護用金属薄板を介して前記超音波発振ホーンによって前記金属薄板積層部材を励振することを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項１に記載される超音波溶接方法において、前記超音波発振ホーンが対向する前記金属積層部材の表面上に、前記金属薄板よりも厚い第１の保護用金属薄板を配置するとともに、前記支持部材と前記金属製造部材との間に、前記金属薄板よりも厚い第２の保護用金属薄板を配置して、前記保護用金属薄板を介して前記超音波発振ホーンによって前記金属薄板積層部材を励振することを特徴とする。
（９）請求項９の発明は、金属薄板を積層した金属薄板積層部材を支持手段で支持しつつ、超音波発振ホーンによって前記金属積層部材を励振して、前記金属積層部材を溶接する超音波溶接法であって、前記超音波発振ホーンに対向する前記金属積層部材に載置される第１の保護金属薄板はそのエッジが前記超音波発振ホーンの外周面より内側に位置するとともに、前記超音波発振ホーンと当接する中央部の第２の保護金属薄板のエッジが前記第１の保護金属薄板のエッジよりも内側に位置するようにして、前記保護用金属薄板を介して前記超音波発振ホーンによって前記金属薄板積層部材を励振することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金属薄板積層部材の破損や脆弱化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による超音波溶接方法の第１の実施の形態のための装置を示す斜視図。
【図２】図１のＸ−Ｙ平面に沿う縦断面図。
【図３】第１の実施の形態との比較例３、６のための装置を示す縦断面図。
【図４】第１の実施の形態における実施例１〜１２および比較例１〜６の仕様を示す表１、表２。
【図５】実施例１〜１２、比較例１〜６の試験結果を示す表３、表４。
【図６】本発明による超音波溶接方法の第２の実施の形態のための装置を示す斜視図。
【図７】本発明による超音波溶接方法の第３の実施の形態のための装置を示す斜視図。
【図８】第３の実施の形態による正負極板部を示す正面図。
【図９】本発明による超音波溶接方法の第４の実施の形態のための装置を示す斜視図。
【図１０】本発明による超音波溶接方法の第５の実施の形態のための装置を示す斜視図。
【図１１】本発明による超音波溶接方法の第６の実施の形態を適用する電池および保護用金属薄板を示す斜視図。
【図１２】第６の実施の形態を実施するための装置を示す斜視図。
【図１３】図１２の縦断面図。
【図１４】本発明により製造された金属薄板積層部材により構成される発電要素群を示す斜視図。
【図１５】本発明により製造された金属薄板積層部材により構成される他の発電要素群を示す斜視図。
【図１６】本発明により製造された金属薄板積層部材により構成される他の発電要素群を示す概念図。
【図１７】本発明により製造された金属薄板積層部材により構成される他の発電要素群を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係る超音波溶接方法の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
【００１２】
図１、図２に示すように、第１の実施の形態では、金属薄板２を積層してなる金属薄板積層部材２０をアンビル（支持手段）１によって水平に支持し、金属薄板積層部材２０の上面と超音波発振ホーン４との間に、平板状の保護用金属薄板３を介在させつつ、超音波発振ホーン４によって金属薄板積層部材２０を励振する。このとき、保護用金属板３も金属薄板積層部材２０上面に溶接される。
【００１３】
超音波発振ホーン４は、保護用金属薄板３のエッジ部３Ｅによって、金属薄板積層部材２０に大きな面圧、応力が生じないように、保護用金属薄板３に対して位置決めされる。この条件が満足されるとき、保護用金属薄板３のエッジ部３Ｅは金属薄板積層部材２０に溶接されない。経験的には、図２に示すように、保護用金属薄板３のエッジ部３Ｅから超音波発振ホーン４の外周までの距離ｗｅを０．５ｍｍ以上に設定し、超音波発振ホーン４の幅に対応する溶接領域Ｗを溶接したときに、良好な溶接品質が得られている。
ここで、上記距離ｗｅは、図２に示すように、保護用金属薄板３のエッジ部３Ｅから、超音波発振ホーン４の超音波放射領域の端縁４Ｅを保護用金属薄板３上に投影した線４Ｌまでの距離と云うことができる。
【００１４】
図１では、金属薄板積層部材２０の水平な長手方向をＸ方向、金属薄板積層部材２０の幅方向をＺ方向、上下方向をＹ方向と定義しており、図２はＸ−Ｙ方向の断面図である。
【００１５】
図３に示すように、比較例３、６の超音波溶接に際しては、保護用金属薄板３をＸ方向に変位させ、超音波発振ホーン４を保護用金属薄板３のエッジ部３Ｅに直接当接させる。すなわち、超音波発振ホーン４をエッジ部３Ｅから僅かにはみ出すように配置する。
また、比較例２、５は保護用金属薄板３を使用せず、超音波発振ホーン４を直接金属薄板積層部材２０に当接させた。これによって、金属薄板積層部材２０には、超音波発振ホーン４のエッジ部に接する部分に大きな面圧、応力が生じる。
【００１６】
図４の表１には、実施例１〜６の材質、硬度、厚さ、エッジ部３Ｅ溶接の有無を一覧表示する。
実施例１〜６では、金属薄板積層部材２０は５０枚積層されたアルミニウム箔である。また実施例１〜４，６では、保護用金属薄板３はアルミニウム薄板リボン（１枚）であり、実施例５では、ニッケル薄板リボン（１枚）である。
【００１７】
図４の表２には、実施例７〜１２の材質、硬度、厚さ、エッジ部３Ｅ溶接の有無を一覧表示する。
実施例７〜１２では、金属薄板積層部材２０は５０枚積層された電解銅箔である。また実施例７〜１０，１２の保護用金属薄板３は銅薄板リボン（１枚）であり、実施例１１では、ニッケル薄板リボン（１枚）である。
【００１８】
図４の表１、表２は、比較例１〜６の材質、硬度、厚さ、エッジ部３Ｅ溶接の有無を一覧表示する。
比較例１〜３では、金属薄板積層部材２０は、実施例１〜６と同様であり、比較例４〜６では、金属薄板積層部材２０は、実施例７〜１２と同様である。
【００１９】
実施例１〜６、比較例１〜３において、超音波発振ホーン４は、周波数２０ｋＨｚ、出力３０００Ｗの超音波発振装置で駆動し、その振幅５０μｍ、加圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ２、印加エネルギー２００Ｊとした。また、超音波発振ホーン４の保護用金属薄板３への当接面は、長さ６０ｍｍ、幅３ｍｍとした。
【００２０】
実施例７〜１２、比較例４〜６において、超音波発振ホーン４は、周波数２０ｋＨｚ、出力３０００Ｗの超音波発振装置で駆動し、その振幅６５μｍ、加圧力３００ｋｇｆ／ｃｍ２、印加エネルギー２０００Ｊとした。
また、超音波発振ホーン４の保護用金属薄板３への当接面は、長さ６０ｍｍ、幅３ｍｍとした。
［実施例・比較例仕様］
次に、実施例、比較例の仕様を詳述する。
【００２１】
［実施例１］
実施例１の金属薄板積層部材２０は５０枚積層されたアルミニウム箔であるが、その材質は（Ａ１０８５−Ｈ１８）、厚さは２０μｍである。
また保護用金属薄板３はアルミニウム薄板リボン（１枚）であるが、その寸法は、長さ６０ｍｍ、幅６ｍｍ、厚さ１００μｍであり、材質は（Ａ１０５０−Ｈ１２）である。
【００２２】
［実施例２］
実施例２では、保護用金属薄板３であるアルミニウム薄板リボンの厚さを５０μｍとし、他の仕様は実施例１と同様とした。
【００２３】
［実施例３］
実施例３では、保護用金属薄板３であるアルミニウム薄板リボンの厚さを２００μｍとし、他の仕様は実施例１と同様とした。
【００２４】
［実施例４］
実施例４では、保護用金属薄板３であるアルミニウム薄板リボンの厚さを３００μｍとし、他の仕様は実施例１と同様とした。
【００２５】
［実施例５］
実施例５では、保護用金属薄板３は厚さ１００μｍのニッケル薄板リボンとし、他の仕様は実施例１と同様とした。
【００２６】
［実施例６］
実施例６では、保護用金属薄板３であるアルミニウム薄板リボンの材質を、加工硬化の程度が最も大きいＡ１０５０−Ｈ１８とし、他の仕様は実施例１と同様とした。
【００２７】
［実施例７］
実施例７の金属薄板積層部材２０は５０枚積層された電解銅箔であるが、その材質は（Ｃ１０２０−Ｈ１／４）、厚さは３０μｍである。
また保護用金属薄板３は銅薄板リボン（１枚）であるが、その寸法は、長さ６０ｍｍ、幅６ｍｍ、厚さ１００μｍであり、材質は（Ｃ１０２０−Ｈ１／４）である。
【００２８】
［実施例８］
実施例８では、保護用金属薄板３である銅薄板リボンの厚さを５０μｍとし、他の仕様は実施例７と同様とした。
【００２９】
［実施例９］
実施例９では、保護用金属薄板３である銅薄板リボンの厚さを２００μｍとし、他の仕様は実施例７と同様とした。
【００３０】
［実施例１０］
実施例１０では、保護用金属薄板３である銅薄板リボンの厚さを３００μｍとし、他の仕様は実施例７と同様とした。
【００３１】
［実施例１１］
実施例１１では、保護用金属薄板３は厚さ１００μｍのニッケル薄板リボンとし、他の仕様は実施例７と同様とした。
【００３２】
［実施例１２］
実施例１２では、保護用金属薄板３である銅薄板リボンの材質を、加工硬化の程度が最も大きいＣ１０２０−Ｈとし、他の仕様は実施例７と同様とした。
【００３３】
［比較例１］
比較例１では、保護用金属薄板３であるアルミニウム薄板リボンの厚さを３０μｍとし、他の仕様は実施例１と同様とした。
【００３４】
［比較例２］
比較例２は、保護用金属薄板３を使用せず、超音波発振ホーン４を金属薄板積層部材２０に直接当接した。その他の仕様は実施例１と同様である。
【００３５】
［比較例３］
比較例３は、超音波発振ホーン４を保護用金属薄板３のエッジ部３Ｅから僅かにはみ出すように配置した。その他の仕様は実施例１と同様である。
【００３６】
［比較例４］
比較例４では、保護用金属薄板３である銅薄板リボンの厚さを３０μｍとし、他の仕様は実施例７と同様とした。
【００３７】
［比較例５］
比較例５は、保護用金属薄板３を使用せず、超音波発振ホーン４を金属薄板積層部材２０に直接当接した。その他の仕様は実施例７と同様である。
【００３８】
［比較例６］
比較例６は、超音波発振ホーン４を保護用金属薄板３のエッジ部３Ｅから僅かにはみ出すように配置した。その他の仕様は実施例７と同様である。
【００３９】
［試験・評価結果］
【００４０】
図５の表３、表４を参照して試験・評価結果を説明する。
（定義）
表３は、実施例１〜６および比較例１〜３について、各々６サンプルの超音波溶接試験を行った結果を示す。
表４は、実施例７〜１２および比較例４〜６について、各々６サンプルの超音波溶接試験を行った結果を示す。
【００４１】
表３、表４において、溶接が不完全であったサンプル数とは、各構成の試験サンプルに対して超音波溶接時の印加エネルギーが不足したために被溶接部材が完全に一体化せず、少なくとも一部の部材が溶着しなかったり溶着が不完全であったりした試験サンプルの数を示す。
【００４２】
表３、表４において、金属薄板のエッジ溶接部位とは、金属薄板積層部材２０において、保護用金属薄板３のエッジ部３Ｅに接する部位を示す。
【００４３】
表３、表４において、破損サンプル数とは、超音波溶接を行った結果、金属薄板積層部材２０に亀裂、切断、穿孔等の破損が発生した試験サンプルの数を示す。
【００４４】
表３、表４において、脆弱化サンプル数とは、超音波溶接によって亀裂、切断、穿孔等の破損が生じなかった試験サンプルを、超音波洗浄器の洗浄水槽に没し、周波数３８ｋＨｚ、出力４８０Ｗの超音波振動を５分間印加して振動負荷を与えた際に、破損が生じた試験サンプルの数を示す。
【００４５】
（結果１）
保護用金属薄板３を使用しなかった比較例２、５では、全ての試験サンプルで金属薄板積層部材２０に破損が生じた。
【００４６】
（結果２）
保護用金属薄板３を使用したが、エッジ部３Ｅを金属薄板積層部材２０に溶接した比較例３、６では、エッジ溶接部位以外での破損は見られなかったが、エッジ溶接部位において、エッジ部３Ｅに沿って金属薄板積層部材２０に切断が生じたものがあった。
また、比較例３、６では、破損が観察されなかった試験サンプルにおいて、その後超音波洗浄器を用いて振動負荷を与えたときに、エッジ溶接部位に切断が生じたものがあった。
【００４７】
（結果３）
保護用金属薄板３を使用し、エッジ部３Ｅを溶接しなかった実施例１、７では、金属薄板積層部材２０の破損は発生せず、さらに超音波洗浄器を用いて振動負荷を与えても新たな破損は観察されなかった。
【００４８】
（結果４）
保護用金属薄板３の厚さを３０μｍとした比較例１、４では、超音波発振ホーン４に接した保護用金属薄板３および金属薄板積層部材２０に亀裂が生じた試験サンプルがあった。
【００４９】
（結果５）
保護用金属薄板３の厚さを５０μｍとした実施例２、８、厚さを２００μｍとした実施例３、９では、良好な溶接状態が得られた。すなわち、金属薄板積層部材２０を構成する金属薄板２よりも厚い保護用金属薄板３を使用することによって良好な結果が得られた。
また、保護用金属薄板３の厚さを３００μｍとした実施例４、１０では、金属薄板積層部材２０の一部が溶接されなかった試験サンプルがあり、超音波溶接時の印加エネルギーが不足していたものと考えられた。
実施例１〜４、実施例７〜１０、比較例１、４の結果から、保護用金属薄板３の厚さは５０μｍから２００μｍが好ましいと考えられる。
【００５０】
保護用金属薄板３の厚さが５０μｍ未満の比較例１、４においても、超音波溶接時の印加エネルギーを減ずることで金属薄板積層部材２０の破損は抑えられると考えられるが、溶接強度自体の低下を招く恐れがある。
一方、保護用金属薄板３の厚さが２００μｍ超の実施例４、１０においても、超音波溶接時の印加エネルギーを増すことで良好な溶接強度が得られる可能性がある。但し、超音波振動による金属箔の破損には充分配慮すべきである。
【００５１】
（結果６）
実施例１〜４および実施例７〜１０は、溶接状態に違いはあるものの、何れにおいても金属箔のエッジ溶接部位には切断等は見られず、超音波洗浄器を用いて振動負荷を与えても新たな破損は観察されなかった。
【００５２】
（結果７）
保護用金属薄板３として、ニッケル薄板リボンを使用した実施例５、１１、加工硬化の程度が大きいアルミニウム薄板リボン（Ａ１０５０−Ｈ１８）を使用した実施例６、加工硬化の程度が大きい銅薄板リボン（Ｃ１０２０−Ｈ）を使用した実施例１２においては、金属薄板積層部材２０の一部が溶接されなかった試験サンプルがあり、超音波溶接時の印加エネルギーが不足していたものと考えられた。
【００５３】
また、保護用金属薄板３を金属薄板積層部材２０と同一材質として良好な溶接状態が得られた。これは保護用金属薄板３と金属薄板積層部材２０との塑性変形量、溶融温度が略等しくなったことに起因する。
【００５４】
さらに保護用金属薄板３は焼鈍した材料もしくは加工硬化の程度を抑えた材料であることが望ましい。これは、このような材料の保護用金属薄板３が、金属薄板積層部材２０への超音波振動の伝達効率が高いことに起因する。
【００５５】
以上の超音波溶接方法によって、金属薄板２が相互に溶接され、さらに保護用金属薄板３が溶接された金属薄板積層部材２０は、例えば、図１４〜図１７に示す二次電池の発電要素群６に使用される。
【００５６】
図１４に示すように、発電要素群６は、帯状の正極板６Ｐ１と負極板６Ｐ２とを、帯状の２枚のセパレータ６Ｃを介して捲回して、ＤＨ方向に比較してＨＨ方向が長い扁平コイル状に形成され、正極板６Ｐ１、負極板６Ｐ２の幅方向端部には、活物質合剤が塗布されない未塗工部６ＲＡ、６ＲＢが形成され、捲回後に、ＷＨ方向端部をＤＨ方向に平坦状にプレス加工することによって正極部６Ａ、負極部６Ｂが形成される。
【００５７】
正極板６Ｐ１は、例えば、アルミニウム製の金属薄板の両面に、マンガン酸リチウム等リチウム含有遷移金属複合酸化物等の正極活物質を含む正極活物質合剤を略均等かつ略均一に塗着して形成される。正極活物質合剤には、正極活物質以外に炭素材料等の導電剤およびポリフッ化ビニリデン（以下ＰＶＤＦと略記する。）等のバインダ（結着剤）が配合されている。正極集電箔への正極活物質合剤の塗工時には、Ｎ−メチルピロリドン（以下ＮＭＰと略記する。）等の分散溶媒で粘度調整される。このとき、正極集電箔の幅方向一側の側縁に未塗工部６ＲＡが形成される。すなわち未塗工部６ＲＡではアルミニウムが露出している。
正極板６Ｐ１は、乾燥後ロールプレスで密度が調整されている。
【００５８】
すなわち、正極板６Ｐ１における未塗工部６ＲＡを積層した部分は、本実施の形態におけるアルミニウム製の金属薄板２よりなる金属薄板積層部材２０に対する超音波溶接方法で溶接することができる。
【００５９】
負極板６Ｐ２は、例えば、銅製の負極集電箔の両面に、リチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材を含む負極活物質合剤を、略均等かつ略均一に塗着して形成される。負極活物質合剤には、負極活物質以外に、アセチレンブラック等の導電材やＰＶＤＦ等のバインダが配合されている。銅箔への負極活物質合剤の塗工時にはＮＭＰ等の分散溶媒で粘度調整される。このとき、銅箔の長寸方向一側の側縁に負極活物質合剤の塗工されない未塗工部６ＲＢが形成される。
【００６０】
すなわち、負極板６Ｐ２における未塗工部６ＲＡを積層した部分は、本実施の形態における銅箔製の金属薄板２よりなる金属薄板積層部材２０に対する超音波溶接方法で溶接することができる。
【００６１】
発電要素群６は図１４の構成に限定されるものではなく、図１５に示すように、正負極板６Ｐ１、６Ｐ２を積層して形成することも可能である。積層式発電要素群６は、長方形状の正極板６Ｐ１と、長方形状の負極板６Ｐ２とを、長方形状のセパレータ６Ｃを介して、交互に積層して構成される。このとき、未塗工部６ＲＡ、６ＲＢが、反対側（相互に裏側）の面に位置するように正極板６Ｐ１、負極板６Ｐ２の表裏を設定する。
【００６２】
図１５の正負極板６Ｐ１、６Ｐ２の未塗工部６ＲＡ、６ＲＢを積層した部分は、本実施の形態における銅箔製の金属薄板２よりなる金属薄板積層部材２０に対する超音波溶接方法で溶接することができる。
［第２の実施の形態］
【００６３】
次に、本発明による超音波溶接方法の第２の実施の形態を図６を参照して説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００６４】
図６に示すように、第２の実施の形態では、保護用金属薄板３に、溶接領域Ｗの両端で折曲部３ｂを形成している。これによって、第１の実施の形態の効果に加え、保護用金属薄板３の超音波発振ホーン４に対する位置決めが容易になるという効果が得られる。
本実施の形態における距離ｗｅは、第１の実施の形態同様、保護用金属薄板３のエッジ部３Ｅから測定される。
【００６５】
以上のとおり、保護用金属薄板３は平板状に限定されるものではない。
［第３の実施の形態］
【００６６】
次に、本発明による超音波溶接方法の第３の実施の形態を図７と図８を参照して説明する。なお、図中、第１、第２の実施の形態と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００６７】
図７に示すように、アンビル１上に第１の金属薄板積層部材２１を載せるとともに、金属薄板積層部材２１上に保護用金属薄板３１を介在させつつ、第２の金属薄板積層部材２２を載置している。さらに第２の金属薄板積層部材２２の上面に保護用金属薄板３２を配置している。
【００６８】
すなわち、第3の実施の形態に超音波溶接方法では、図7に示すように、超音波発振ホーン４が対向する金属積層部材２２の表面上に、金属薄板２よりも厚い第１の保護用金属薄板３２を配置するとともに、アンビル１と第１の保護用金属薄板３２との間の金属薄板２間に、金属薄板２よりも厚い第２の保護用金属薄板３１を配置して、保護用金属薄板３１，３２を介して超音波発振ホーン４によって金属薄板積層部材２０を励振する。
【００６９】
これによって、複数の金属薄板積層部材２１、２２を同時に溶接するとともに、金属薄板積層部材２１、２２を相互に溶接することができる。
【００７０】
図８に示すように、金属薄板積層部材２１、２２を一層の金属薄板積層部材２０（想像線で示す）として超音波溶接する場合、たとえば、正負極部６Ａ、６Ｂのため金属薄板積層部材２０の端部２０Ｅをプレス成型する際、正負極部６Ａ、６Ｂの厚さが厚い場合、端部（集電部）２０Ｅのプレス部分で急激な傾斜が生じることになる。これは、正負極部６Ａ、６Ｂに大きな応力を生じさせ、生産時の破損や、耐久性の低下の原因となる。
【００７１】
本実施の形態では、一層の金属薄板積層部材２０を二層の金属薄板積層部材２１、２２に分割してそれぞれの金属薄板２を溶接するとともに、金属薄板積層部材２１、２２同士も溶接する。これによって、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また二層に分けたので、後工程で金属薄板積層部材２１，２２の端部２１Ｅ，２２Ｅに正極集電部や負極集電部を溶接する際、集電部２１Ｅ，２２Ｅに連なる傾斜部が緩やかになり、端部２１Ｅ、２２Ｅのプレス加工の品質を向上することができる。
【００７２】
なお、同時に溶接する金属薄板積層部材２１、２２の個数は２個に限定されるものではなく、各金属薄板積層部材の金属薄板枚数、印加エネルギ等の条件により、３個以上の金属薄板積層部材を同時溶接することも可能である。
［第４の実施の形態］
【００７３】
次に、本発明による超音波溶接方法の第４の実施の形態を図９を参照して説明する。なお、図中、第１〜第３の実施の形態と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００７４】
第４の実施の形態は、図９に示すように、金属薄板積層部材２０とアンビル１との間に保護用金属薄板３１を介在させ、金属薄板積層部材２０と超音波発振ホーン４との間に保護用金属薄板３２を介在させている。
【００７５】
すなわち、第４の実施の形態の超音波溶接方法では、図９に示すように、超音波発振ホーン４が対向する金属積層部材２０の表面上に、金属薄板２よりも厚い第１の保護用金属薄板３２を配置するとともに、アンビル１と金属積層部材２０との間に、金属薄板２よりも厚い第２の保護用金属薄板３１を配置して、保護用金属薄板３１，３２を介して超音波発振ホーン４によって金属薄板積層部材２０を励振する。
【００７６】
量産ラインにおいて、金属薄板積層部材２０の溶接を繰り返し行う場合、アンビル１が劣化することがあり、溶接時に、金属薄板積層部材２０がアンビル１に溶着する可能性がある。しかし、金属薄板積層部材２０とアンビル１との間に保護用金属薄板３１を介在させることにより、このような溶着を防止することができる。
【００７７】
第４の実施の形態は、第１の実施の形態の効果に加え、金属薄板積層部材２０のアンビル１への溶着を防止するという効果が得られる。
［第５の実施の形態］
【００７８】
次に、本発明による超音波溶接方法の第５の実施の形態を図１０を参照して説明する。なお、図中、第１〜第４の実施の形態と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
第５の実施の形態は、保護用金属薄板３１と超音波発振ホーン４との間に、さらに保護用金属薄板３２を介在させている。
【００８０】
図１０に示すように、超音波発振ホーン４の幅Ｗｃが溶接領域Ｗの幅よりも大きいとき、距離ｗｅを確保することが困難である。そこで、金属薄板積層部材２０上に保護用金属薄板３１を載せ、さらに溶接領域Ｗに対応する幅の保護用金属薄板３２を、保護用金属薄板３１における溶接領域Ｗに対応する位置に配置する。これによって、保護用金属薄板３２のエッジ部３２Ｅと保護用金属薄板３１のエッジ部３１Ｅとの距離として、距離ｗｅを確保し得る。
【００８１】
すなわち、第５の実施の形態の超音波溶接方法では、図１０に示すように、超音波発振ホーン４に対向する金属積層部材２０に載置される第１の保護金属薄板３１はそのエッジ３１Ｅが超音波発振ホーン４の外周面より内側（もしくは外側）に位置するとともに、超音波発振ホーン４と当接する中央部の第２の保護金属薄板３２のエッジ３２Ｅが第１の保護金属薄板３１のエッジ３１Ｅよりも内側に位置するようにして、保護用金属薄板３１，３２を介して超音波発振ホーン４によって金属薄板積層部材２０を励振する
【００８２】
第５の実施の形態は、第１の実施の形態の効果に加え、超音波発振ホーン４の幅よりも狭い溶接領域Ｗについて、距離ｗｅを確保し得るという効果が得られる。
［第６の実施の形態］
【００８３】
次に、本発明による超音波溶接方法の第６の実施の形態を図１１〜図１３を参照して説明する。なお、図中、第１〜第５の実施の形態と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００８４】
第６の実施の形態は、円筒型リチウムイオン２次電池１００における、円筒状の正極部６Ａの形成に関する。
【００８５】
図１１に示すように、円筒型リチウムイオン２次電池１００においては、正極部６Ａは、円筒状の金属薄板積層部材２０を溶接して形成される。このとき、金属薄板積層部材２０の外周にリボン状の保護用金属薄板３を捲き掛ける。保護用金属薄板３の外周面３Ｆは、金属薄板積層部材２０の外周に添った円周面となる。
【００８６】
図１２、図１３に示すように、正極部６Ａの溶接に際しては、円筒状の金属薄板積層部材２０の内周面２０Ｆにアンビル１を挿入し、外周に、保護用金属薄板３を介して超音波発振ホーン４を当接する。このとき、保護用金属薄板３の幅方向両端がエッジ部３Ｅとなり、エッジ部３Ｅから距離ｗｅの溶接領域Ｗに超音波発振ホーン４を当接する。アンビル１の内周面２Ｆに接する支持面１Ｆは、内周面２Ｆに添った円弧面とし、超音波発振ホーン４の保護用金属薄板３の接する当接面４Ｆは、外周面３Ｆに添った円弧面とする。
【００８７】
第６の実施の形態は、第１の実施の形態の効果に加え、円筒型の金属薄板積層部材２０の溶接が可能であるという効果が得られる。
【００８８】
なお本発明による効果は、上述した実施例の材質や形状および条件の構成の範囲に限って成立するものでなく、本発明の趣旨を反映した種々の材質や形状および条件の構成の下で実施可能であり具現化し得るものである。
【符号の説明】
【００８９】
１  アンビル（支持手段）
２  金属薄板
３  保護用金属薄板
４  超音波発振ホーン
２０、２１、２２  金属薄板積層部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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