JP6101513B2 - Metal foil lap joint method and joint structure - Google Patents
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Description
本発明は、複数枚の金属箔を仮止めした後に非接触溶接する金属箔の重ね接合方法及び接合構造体に関する。 The present invention relates to a metal foil lap joining method and a joining structure in which a plurality of metal foils are temporarily fixed and then contactlessly welded.
従来、リチウムイオン電池、キャパシター、コンデンサー等の製造工程でアルミニウム箔や銅箔等の金属箔の重ね接合が広汎に行われている。一般的に、この種の金属箔の重ね接合は、超音波接合又は抵抗溶接により行われている。 Conventionally, metal foils such as aluminum foil and copper foil are widely joined in the manufacturing process of lithium ion batteries, capacitors, capacitors and the like. Generally, this type of metal foil lap bonding is performed by ultrasonic bonding or resistance welding.
しかしながら、超音波接合又は抵抗溶接により金属箔の重ね接合を行う場合、金属箔の積層枚数が増加すると(例えば、60枚以上になると)、接合が難しいという問題がある。すなわち、超音波接合により金属箔の重ね接合を行う場合には、金属箔の積層枚数の増加によりホーンの押圧力や超音波の振動エネルギを大きく設定する必要があるため金属箔が破損し易くなる。また、抵抗溶接により金属箔の重ね接合を行う場合には、金属箔の積層枚数の増加により抵抗溶接の電流値を大きく設定したり通電時間を長く設定したりする必要があるため電極が酸化し易くなり十分な接合強度を得られないことがある。 However, when metal foils are lap-joined by ultrasonic joining or resistance welding, there is a problem that joining is difficult when the number of laminated metal foils increases (for example, 60 or more). In other words, when metal foils are laminated by ultrasonic bonding, the metal foil tends to be damaged because it is necessary to increase the pressing force of the horn and the vibration energy of the ultrasonic waves by increasing the number of laminated metal foils. . In addition, when metal foils are joined by resistance welding, it is necessary to increase the resistance welding current value or set the energization time longer due to the increase in the number of laminated metal foils. It becomes easy and sufficient joint strength may not be obtained.
また、超音波接合は、金属箔の溶融を伴わない拡散接合であるため、複数の金属箔の全てが確実に接合されているか否かの評価を行うことが容易でない。このことは、拡散接合を伴う銅箔の抵抗溶接(抵抗接合)についても同様である。 In addition, since ultrasonic bonding is diffusion bonding that does not involve melting of the metal foil, it is not easy to evaluate whether or not all of the plurality of metal foils are securely bonded. The same applies to resistance welding (resistance bonding) of copper foil accompanied by diffusion bonding.
さらに、抵抗溶接によりアルミニウム箔の重ね接合を行う場合には、クロム銅やタングステン等で構成された電極がアルミニウム合金化し、当該電極の寿命が著しく短くなるため合理的でない。 Furthermore, when aluminum foil is lap-joined by resistance welding, an electrode composed of chromium copper, tungsten, or the like becomes an aluminum alloy, and the life of the electrode is remarkably shortened, which is not rational.
このような問題を解決するために、近年では、金属箔の重ね接合をレーザ溶接等の非接触溶接で行うことが検討されている。しかしながら、この場合、隣接する金属箔間には多数の隙間が形成されているため、前記金属箔に貫通孔が形成されたり、ブローホール等の溶接欠陥が発生したりしてしまう。 In order to solve such a problem, in recent years, it has been studied to perform lap joining of metal foils by non-contact welding such as laser welding. However, in this case, since a large number of gaps are formed between adjacent metal foils, through holes are formed in the metal foil, or welding defects such as blow holes are generated.
例えば、特許文献1には、積層した金属箔に押圧ローラと圧力気体を作用させることにより隣接する金属箔を互いに密着させた状態でその密着部位にレーザ光を照射して溶接する技術的思想が提案されている。 For example, Patent Document 1 has a technical idea of welding by irradiating a laser beam to a contact portion in a state where adjacent metal foils are in close contact with each other by applying a pressure roller and a pressure gas to the stacked metal foils. Proposed.
また、例えば、特許文献2には、積層したアルミニウム箔に超音波振動を付与して各アルミニウム箔の酸化被膜を除去した後で抵抗溶接を行うことにより、複数枚のアルミニウム箔を安定して抵抗溶接する技術的思想が提案されている。 In addition, for example, in Patent Document 2, a plurality of aluminum foils are stably resisted by applying ultrasonic vibration to the laminated aluminum foils to remove the oxide film of each aluminum foil and then performing resistance welding. A technical idea of welding has been proposed.
上述した特許文献1に記載の従来技術は、押圧ローラや圧力気体を噴出する装置等の押圧手段を設けた特殊なレーザ溶接装置が必要となるため、当該装置が複雑化すると共に大型化してしまう。また、上述した特許文献2に記載の従来技術は、安定した抵抗溶接を得ることを目的に、アルミニウム箔に超音波振動を付与して当該アルミニウム箔の酸化被膜を除去するものであるため、抵抗溶接工程における電極の酸化及びアルミニウム合金化等の問題は解消されない。 The prior art described in Patent Document 1 described above requires a special laser welding apparatus provided with a pressing means such as a pressing roller or a device for jetting pressurized gas, so that the apparatus becomes complicated and large. . Moreover, since the prior art described in Patent Document 2 described above is to remove the oxide film of the aluminum foil by applying ultrasonic vibration to the aluminum foil for the purpose of obtaining stable resistance welding, Problems such as electrode oxidation and aluminum alloying in the welding process are not solved.
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、汎用の非接触溶接装置を用いて金属箔の重ね接合を確実に行うことができる金属箔の重ね接合方法及び接合構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and provides a metal foil lap joining method and a joining structure capable of reliably performing metal foil lap joining using a general-purpose non-contact welding apparatus. The purpose is to provide.
本発明に係る金属箔の重ね接合方法は、複数枚の金属箔の片側の最外に金属板を重ねた状態で、前記金属板と前記金属箔とが密着すると共に隣接する前記金属箔が互いに密着するように仮止め接合する第1の工程と、複数枚の前記金属箔と前記金属板の仮止め接合された密着部位を当該金属箔側から非接触溶接する第2の工程とを行うことを特徴とする。
The metal foil lap joining method according to the present invention is such that the metal plate and the metal foil are in close contact with each other and the adjacent metal foils are in contact with each other with the metal plate stacked on the outermost side of one side of the plurality of metal foils. Performing a first step of temporarily fixing and bonding so as to closely contact each other, and a second step of performing non-contact welding of the plurality of the metal foils and the metal plate temporarily bonded to each other from the metal foil side. It is characterized by.
本発明に係る金属箔の重ね接合方法によれば、隣接する金属箔が密着するように仮止め接合する第1の工程と、仮止め接合された密着部位を非接触溶接する第2の工程とを行うので、非接触溶接時に金属箔に貫通孔が形成されたりブローホール等の溶接欠陥が発生することを抑制できる。また、予め仮止め接合をしているため、上述した従来技術のように非接触溶接装置自体に押圧手段を設ける必要がない。よって、汎用の非接触溶接装置を用いて金属箔の重ね接合を確実に行うことができる。また、金属板と金属箔とを密着すると共に隣接する金属箔が互いに密着するように仮止め接合した後に、その密着部位を非接触溶接しているので、金属板と複数枚の金属箔とを確実に接合することができる。さらに、例えば、第2の工程において、非接触溶接としてレーザ溶接を用いるときには、レーザ光の集光点を金属板の内部に設定した状態で、密着部位に金属箔側からレーザ光を照射することができる。こうすれば、金属板に隣接する金属箔の裏面(金属板側の面)からスパッタが発生することを抑えることができる。
According to the metal foil lap joining method according to the present invention, a first step of temporarily fixing and bonding so that adjacent metal foils are in close contact with each other, and a second step of non-contact welding the temporarily bonded bonding portion. Therefore, it is possible to suppress the formation of through holes in the metal foil or the occurrence of welding defects such as blow holes during non-contact welding. In addition, since temporary bonding is performed in advance, there is no need to provide pressing means in the non-contact welding apparatus itself as in the above-described prior art. Therefore, it is possible to reliably perform metal foil lap joining using a general-purpose non-contact welding apparatus. In addition, since the metal plate and the metal foil are in close contact with each other and the adjacent metal foils are temporarily bonded so that they are in close contact with each other, the contact portions are non-contact welded. It can be reliably joined. Further, for example, when laser welding is used as the non-contact welding in the second step, the laser beam is irradiated from the metal foil side to the close contact portion in a state where the condensing point of the laser beam is set inside the metal plate. Can do. If it carries out like this, it can suppress that a sputter | spatter generate | occur | produces from the back surface (surface by the side of a metal plate) of metal foil adjacent to a metal plate.
上記の接合方法において、前記第1の工程では、抵抗接合、超音波接合及び加締め接合のうちの少なくとも1つによって複数枚の前記金属箔を仮止め接合してもよい。
The joining method of the above SL, in the first step, the resistance joining, a plurality of the metal foil by at least one of ultrasonic bonding and caulking joint can be temporarily fixed joint.
このような接合方法によれば、第1の工程において、抵抗接合、超音波接合及び加締め接合のうちの少なくとも1つによって複数枚の金属箔を仮止め接合するので、隣接する金属箔を確実に密着させることができる。また、この第1の工程は、隣接する金属箔が互いに密着できる程度の仮止め接合であればよいため、金属箔の積層枚数が増加したとしても、抵抗接合や超音波接合を用いることが可能である。すなわち、第1の工程に抵抗接合を用いた場合には、複数枚の金属箔を抵抗接合のみにより完全に接合する場合と比較して電極の使用温度を低くすることができるため、抵抗接合時の電極の酸化を好適に抑えることができ、その結果、電極の長寿命化を図ることが可能となる。また、第1の工程に超音波接合を用いた場合には、複数枚の金属箔を超音波接合のみにより完全に接合する場合と比較してホーンの押圧力や振動エネルギを小さくすることができるため、この超音波接合によって、金属箔が破損することを抑えることができる。 According to such a joining method, in the first step, the plurality of metal foils are temporarily bonded by at least one of resistance joining, ultrasonic joining, and caulking joining. Can be adhered to. In addition, since the first step may be temporary bonding that allows adjacent metal foils to be in close contact with each other, resistance bonding or ultrasonic bonding can be used even when the number of stacked metal foils is increased. It is. That is, when resistance bonding is used in the first step, the operating temperature of the electrode can be lowered compared to the case where a plurality of metal foils are completely bonded only by resistance bonding. As a result, it is possible to prolong the life of the electrode. In addition, when ultrasonic bonding is used in the first step, the pressing force and vibration energy of the horn can be reduced as compared with the case where a plurality of metal foils are completely bonded only by ultrasonic bonding. Therefore, it is possible to suppress the metal foil from being damaged by this ultrasonic bonding.
本発明に係る金属箔の重ね接合方法は、複数枚の金属箔を重ねた状態で隣接する前記金属箔が互いに密着するように抵抗接合によって仮止め接合する第1の工程と、複数枚の前記金属箔のうち仮止め接合された密着部位を非接触溶接する第2の工程とを行い、各前記金属箔がアルミニウムで構成されており、前記抵抗接合で用いられる電極がカーボンで構成されていることを特徴とする。
The metal foil lap bonding method according to the present invention includes a first step of temporarily bonding by resistance bonding so that the adjacent metal foils are in close contact with each other in a state where a plurality of metal foils are stacked, and a plurality of the metal foils performs a second step of non-contact welding tacking bonded adhesion portion of the metal foil, each of the metal foil is constituted by aluminum, electrodes used in the resistance junction that consists of carbon It is characterized by that .
このような接合方法によれば、アルミニウムで構成された各金属箔をカーボンで構成された電極で抵抗接合しているので、当該電極がアルミニウム合金化することはない。また、電極を比較的低い温度で使用することができるため、電極をカーボンで構成した場合でも当該電極が酸化することを好適に抑えることができる。 According to such a joining method, since each metal foil made of aluminum is resistance-bonded by an electrode made of carbon, the electrode does not become an aluminum alloy. In addition, since the electrode can be used at a relatively low temperature, it is possible to suitably suppress oxidation of the electrode even when the electrode is made of carbon.
上記の接合方法において、前記第1の工程では、前記抵抗接合中の前記電極の温度を放射温度計で取得し、取得した温度に基づいて当該抵抗接合の通電条件を制御してもよい。
The joining method of the above SL, in the first step to obtain a temperature of the electrode in the resistance junction with a radiation thermometer may be used to control the energization condition of the resistor junction on the basis of the acquired temperature.
このような接合方法によれば、放射温度計により取得された電極の温度に基づいて抵抗接合の通電条件を制御するので、複数枚の金属箔の仮止め接合を効率的に行うことができる。また、カーボンで構成された電極は黒体に近いため、電極の温度を放射温度計により高精度に取得することができる。 According to such a joining method, since the energization conditions for resistance joining are controlled based on the temperature of the electrodes acquired by the radiation thermometer, temporary fixing joining of a plurality of metal foils can be performed efficiently. In addition, since an electrode made of carbon is close to a black body, the temperature of the electrode can be obtained with high accuracy by a radiation thermometer.
上記の接合方法において、前記第2の工程では、レーザ溶接、TIG溶接及び電子ビーム溶接のうちの少なくとも1つによって前記密着部位を非接触溶接してもよい。
The joining method of the above SL, in the second step, the laser welding may be non-contact welding the contact portions by at least one of TIG welding and electron beam welding.
このような接合方法によれば、第2の工程において、レーザ溶接、TIG溶接及び電子ビーム溶接のうちの少なくとも1つによって複数枚の金属箔の密着部位を非接触溶接するので、複数枚の金属箔を確実に溶融接合することができる。 According to such a joining method, in the second step, the contact portions of the plurality of metal foils are non-contact welded by at least one of laser welding, TIG welding, and electron beam welding. The foil can be reliably melt-bonded.
上記の接合方法において、前記第2の工程では、前記密着部位の複数個所を非接触溶接してもよい。
The joining method of the above SL, in the second step, the plurality of positions of the contact portion may be a non-contact welding.
このような接合方法によれば、密着部位の複数個所を非接触溶接しているので、複数枚の金属箔の接合強度を高めることができる。 According to such a joining method, since a plurality of close contact portions are welded in a non-contact manner, the joining strength of the plurality of metal foils can be increased.
上記の接合方法において、前記第2の工程では、ガルバノスキャナによってレーザ光の前記密着部位に対する照射位置を変更して当該密着部位の複数個所をレーザ溶接してもよい。
The joining method of the above SL, in the second step, by changing the irradiation position with respect to the contact portion of the laser light a plurality of locations of the contact portions may be laser welded by galvanometer scanner.
このような接合方法によれば、ガルバノスキャナを用いているため、密着部位に対するレーザ光の照射位置の変更を効率的に行うことができる。 According to such a joining method, since the galvano scanner is used, it is possible to efficiently change the irradiation position of the laser beam on the close contact portion.
本発明に係る接合方法は、複数枚の金属箔の両側の最外に金属製の平板部を重ねた状態で、各前記平板部と前記金属箔とが密着すると共に隣接する前記金属箔が互いに密着するように仮止め接合する第1の工程と、複数枚の前記金属箔と各前記平板部の仮止め接合された密着部位を非接触溶接する第2の工程とを行うことを特徴とする。
The metal foil bonding method according to the present invention, adjacent with in a state of overlapping metal plate portion on the outermost sides of the double number of sheets of gold Shokuhaku, and the said metal foil and each of said plate in close contact There a first step of temporarily stop engagement to close contact with each other, to carry out the second step of non-contact welding tacking bonded contact portion of the metal foil and the said plate of several sheets double Features .
このような接合方法によれば、各平板部と金属箔とを密着すると共に隣接する金属箔が互いに密着するように仮止め接合した後に、その密着部位を非接触溶接しているので、複数の平板部と複数枚の金属箔とを確実に接合することができる。また、例えば、第1の工程において、仮止め接合に加締め接合を用いるときには、平板部を設けない場合と比較して、複数枚の金属箔を確実且つ強固に加締めることができるため、密着部位の密着強度を高めることができる。これにより、密着部位を非接触溶接する際に溶接欠陥が発生することを一層抑制することができるため、密着部位の接合品質を向上させることが可能となる。 According to such a joining method, since the flat plate portion and the metal foil are brought into close contact with each other and the adjacent metal foils are temporarily bonded so that they are brought into close contact with each other, the contact portions are non-contact welded. The flat plate portion and the plurality of metal foils can be reliably bonded. Further, for example, in the first step, when caulking bonding is used for temporary bonding, a plurality of metal foils can be caulked securely and firmly as compared with the case where no flat plate portion is provided. The adhesion strength of the part can be increased. Thereby, since it can suppress further that a welding defect generate | occur | produces when non-contact welding a close_contact | adherence site | part, it becomes possible to improve the joint quality of a close_contact | adherence site | part.
本発明に係る接合構造体は、重ねられた複数枚の金属箔と、複数枚の前記金属箔の片側の最外に重ねられた金属板と、前記金属板と前記金属箔とが密着すると共に隣接する前記金属箔が互いに密着するように前記複数枚の金属箔を仮止め接合して形成された密着部位と、前記密着部位において前記金属板と複数枚の前記金属箔とを非接触溶接して形成された溶接部と、を備えることを特徴とする。
In the bonded structure according to the present invention, a plurality of stacked metal foils, a metal plate stacked on the outermost side of one side of the plurality of metal foils, and the metal plate and the metal foil are in close contact with each other. A contact portion formed by temporarily bonding the plurality of metal foils so that adjacent metal foils are in close contact with each other, and the metal plate and the plurality of metal foils are contactlessly welded at the contact portion. And a welded portion formed in the above manner.
本発明に係る接合構造体によれば、隣接する金属箔が互いに密着するように仮止め接合された密着部位と、密着部位を非接触溶接して形成された溶接部とを備えているので、複数枚の金属箔が確実に重ね接合された接合構造体を得ることができる。また、金属板と複数枚の金属箔とが確実に重ね接合された接合構造体を得ることができる。これにより、金属板を設けない場合と比較して接合強度を高めることができる。
According to the bonded structure according to the present invention, since the adjacent metal foil is provided with a tightly bonded portion temporarily bonded so that the adjacent metal foils are in close contact with each other, and a welded portion formed by non-contact welding the tightly bonded portion, A bonded structure in which a plurality of metal foils are surely laminated and bonded can be obtained. In addition, it is possible to obtain a bonded structure in which a metal plate and a plurality of metal foils are securely overlapped and bonded. Thereby, joining strength can be raised compared with the case where a metal plate is not provided.
上記の接合構造体において、前記密着部位は、抵抗接合、超音波接合及び加締め接合のうちの少なくとも1つによって複数枚の前記金属箔を仮止め接合して形成されていてもよい。
In the joined structure of the upper SL, the adhesion sites resistor junction may be formed by tacking joining a plurality of the metal foil by at least one of ultrasonic bonding and caulking joint.
このような構成によれば、抵抗接合、超音波接合及び加締め接合のうちの少なくとも1つによって複数枚の金属箔を仮止め接合して密着部位を形成しているので、当該密着部位を非接触溶接して形成された溶接部の接合品質を高めることができる。 According to such a configuration, since the plurality of metal foils are temporarily bonded to each other by at least one of resistance bonding, ultrasonic bonding, and caulking bonding, the adhesion portion is formed. The joint quality of the welded portion formed by contact welding can be improved.
上記の接合構造体において、前記溶接部は、レーザ溶接、TIG溶接及び電子ビーム溶接のうちの少なくとも1つによって前記密着部位を非接触溶接して形成されていてもよい。
In the joined structure of the upper SL, the weld laser welding, may be formed in a non-contact welding the contact portions by at least one of TIG welding and electron beam welding.
このような構成によれば、レーザ溶接、TIG溶接及び電子ビーム溶接のうちの少なくとも1つによって密着部位を非接触溶接して溶接部を形成しているので、複数枚の金属箔が確実に溶融接合された接合構造体を得ることができる。 According to such a configuration, since the welded portion is formed by non-contact welding of at least one of laser welding, TIG welding, and electron beam welding, the plurality of metal foils are reliably melted. A bonded bonded structure can be obtained.
本発明に係る接合構造体は、重ねられた複数枚の金属箔と、複数枚の前記金属箔の両側の最外に重ねられた金属製の平板部と、各前記平板部と前記金属箔とが密着すると共に隣接する前記金属箔が互いに密着するように複数枚の前記金属箔を仮止め接合して形成された密着部位と、前記密着部位において各前記平板部と複数枚の前記金属箔とを非接触溶接して形成された溶接部と、を備えることを特徴とする。
Junction structure according to the present invention includes a plurality of metal foils stacked, a plurality of the metal plate portion superimposed on the outermost sides of the metal foil, said metal foil and each of said plate a plurality of the metal and the contact portion formed by tacking bonded foil, before Symbol the metal foil of the plurality and each said plate in close contact portion such that the metal foil is in close contact with each other adjacent with but close contact And a welded portion formed by non-contact welding.
このような構成によれば、複数の平板部と複数枚の金属箔とが確実に重ね接合された接合構造体を得ることができる。これにより、複数枚の金属箔の片側の最外にのみ平板部を設けた場合と比較して接合強度を高めることができる。 According to such a configuration, it is possible to obtain a bonded structure in which a plurality of flat plate portions and a plurality of metal foils are securely overlapped and bonded. Thereby, joining strength can be raised compared with the case where a flat plate part is provided only on the outermost side of one side of a plurality of metal foils.
上記の接合構造体において、複数の前記平板部は、一体的に形成されていてもよい。
In the joined structure of the upper SL, a plurality of said plate may be integrally formed.
このような構成によれば、複数の平板部を一体的に形成しているので、これら平板部を別体に設けた場合と比較して接合構造体の剛性を高めることができる。また、例えば、リチウムイオン電池を構成する複数枚の集電体(金属箔)と電極タブ(金属板)との接合部に当該接合構造体を用いた場合には、複数枚の金属箔の両側の最外に重ねた各平板部から集電が可能となるため、集電効率を高めることができる。 According to such a configuration, since the plurality of flat plate portions are integrally formed, the rigidity of the joint structure can be increased as compared with the case where these flat plate portions are provided separately. In addition, for example, when the junction structure is used as a junction between a plurality of current collectors (metal foils) and electrode tabs (metal plates) constituting a lithium ion battery, both sides of the plurality of metal foils Since current can be collected from each flat plate portion stacked on the outermost surface of the metal, current collection efficiency can be increased.
本発明の金属箔の重ね接合方法によれば、隣接する金属箔が互いに密着するように仮止め接合された密着部位を非接触溶接するので、汎用の非接触溶接装置を用いて複数枚の金属箔が確実に重ね接合された接合構造体を得ることができる。 According to the metal foil lap-joining method of the present invention, since the adhering portions temporarily bonded together so that adjacent metal foils are in close contact with each other are non-contact welded, a plurality of metals are used using a general-purpose non-contact welding apparatus. It is possible to obtain a bonded structure in which the foils are securely lap bonded.
以下、本発明に係る金属箔の重ね接合方法及び接合構造体について、好適な実施形態を例示して添付の図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a metal foil lap joining method and a joining structure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings by illustrating preferred embodiments.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る金属箔12の重ね接合方法及び接合構造体200について図1〜図7を参照して説明する。本実施形態に係る金属箔12の重ね接合方法(以下、単に「重ね接合方法」と称することがある)は、金属板10に複数枚の金属箔12を重ねたワークWに対して抵抗溶接装置(抵抗接合装置)20で仮止め接合を行った後にレーザ溶接装置(非接触溶接装置)40で当該ワークWを溶接する方法である。
(First embodiment)
A method for lap joining of metal foils 12 and a
先ず、本実施形態に係るワークWについて説明する。図1に示すようにワークWは、1枚の金属板10に複数枚の金属箔12を積層して形成されている。換言すれば、ワークWは、積層された複数枚の金属箔12の片側の最外に金属板10が重ねられている。金属板10と各金属箔12の各々の構成材料は、特に限定されないが、例えば、アルミニウムや銅等が挙げられる。また、金属板10と各金属箔12は、同一の材料で構成してもよいし、異なる材料で構成しても構わない。金属板10と各金属箔12を同一の材料で構成すると、異種材料で構成した場合と比較して溶接性が高くなる。
First, the workpiece | work W which concerns on this embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 1, the workpiece W is formed by laminating a plurality of metal foils 12 on a
金属板10は、金属箔12よりも厚く形成されることは勿論である。各金属箔12の厚みは、例えば、0.006mm〜0.2mmの範囲に設定されている。なお、本実施形態では、各金属箔12の厚みは、0.007mm〜0.02mmの範囲に設定されている。また、金属箔12の積層枚数は、任意に設定可能であり、例えば、60枚以上に設定される。なお、図1では、便宜上、一部の金属箔12の図示を省略しており、他の各図においても同様である。このように構成されるワークWでは、金属板10と金属箔12の間、及び隣接する金属箔12の間に隙間Sが形成されている。
Of course, the
続いて、本実施形態で用いられる抵抗溶接装置20とレーザ溶接装置40の各々の構成について説明する。
Then, each structure of the
抵抗溶接装置20は、ワークWの仮止め接合を行うためのものであって、一対の電極22、24と、放射温度計26と、制御部28とを備えている。一対の電極22、24は、その軸線方向に沿って移動可能な状態で対向配置されている。各電極22、24は、例えば、ニッケル銅、タングステン、カーボン等の材料で構成することができる。なお、金属板10及び各金属箔12をアルミニウムで構成する場合には、各電極22、24をカーボンで構成することが好ましい。抵抗溶接中に各電極22、24がアルミニウム合金化されることを防止することができるからである。
The
放射温度計26は、一方の電極22の温度を取得し、取得した温度を制御部28に出力する。なお、放射温度計26は、他方の電極24の温度を取得してもよいし、両方の電極22、24の温度を取得してもよい。
The
制御部28は、一対の電極22、24のワークWに対する加圧を制御する加圧制御部30と、一対の電極22、24間の通電時間及び電流値を制御する通電制御部32と、放射温度計26で取得された温度に基づいて前記通電時間や前記電流値等の通電条件を設定する通電条件設定部34とを有している。通電制御部32は、通電条件設定部34で設定された通電条件に基づいて一対の電極22、24間の通電時間及び電流値を制御する。
The
図3に示すように、レーザ溶接装置40は、仮止め接合されたワークWをレーザ溶接するためのものであって、一般的な構成を有した汎用のレーザ装置である。すなわち、レーザ溶接装置40は、レーザ発振器42と、レーザ発振器42から発振されたレーザ光Lを伝送する光ファイバ44と、光ファイバ44から出射されたレーザ光LをワークWに導くレーザヘッド46とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
レーザヘッド46は、光ファイバ44から出射されたレーザ光Lをコリメートするコリメートレンズ48と、コリメートされたレーザ光LをワークWに向けて反射するミラー50と、ワークWにおけるレーザ光Lの照射位置を変更するためのガルバノスキャナ52と、ガルバノスキャナ52から導かれたレーザ光LをワークWに集光するfθレンズ54とを有している。ガルバノスキャナ52は、例えば、直交する2方向に首ふり運動の可能な図示しない一対の可動ミラーを含む周知のスキャナが用いられる。
The
次に、上述した抵抗溶接装置20とレーザ溶接装置40を用いた本実施形態の重ね接合について説明する。なお、以下では、金属板10及び各金属箔12をアルミニウムで構成すると共に各電極22、24をカーボンで構成した例について説明するが、この例に限定されないことは言うまでもない。
Next, the lap joint of this embodiment using the
本実施形態の重ね接合では、先ずワークWの仮止め工程(第1の工程)を行う。具体的には、ワークWの溶接対象箇所を挟み込むように一対の電極22、24を配置し、加圧制御部30が一対の電極22、24を近接させることによってワークWを所定の圧力で加圧する。そうすると、各金属箔12は電極24の先端形状に沿って変形するため、隣接する金属箔12が隙間なく接触すると共に金属箔12と金属板10とが隙間なく接触する(図2A参照)。なお、このとき、本実施形態において、金属板10は、各金属箔12に対して剛性が高いためほとんど変形していないが、電極22の先端形状に沿って変形することもある。
In the lap joint of the present embodiment, first, a temporary fixing process (first process) of the workpiece W is performed. Specifically, the pair of
続いて、通電制御部32が一対の電極22、24間に通電を行う。そうすると、金属板10及び金属箔12の接触部位14と隣接する金属箔の接触部位16とにジュール熱が発生し密着し、ワークWに密着部位18が形成される。このとき、通電条件設定部34が、放射温度計26により取得された発熱した電極22の温度に基づいて通電条件を設定し、通電制御部32が、前記通電条件設定部34で設定された通電条件に基づいて一対の電極22、24間の通電時間及び電流値を制御する。
Subsequently, the
これにより、金属板10及び金属箔12の接触部位14と隣接する金属箔12の接触部位16とを確実に密着させることができると共に、各電極22、24が過度に発熱することを抑えることができる。すなわち、各電極22、24の酸化が抑えられ、その結果、各電極22、24の長寿命化を図ることができる。
As a result, the
一対の電極22、24間の通電が終了すると、加圧制御部30は一対の電極22、24を離間させる。このとき、図2Bから諒解されるように、金属板10と金属箔12とが密着すると共に隣接する金属箔12が互いに密着しているため、仮止め接合された密着部位18に再び隙間Sが形成されることはない。
When the energization between the pair of
その後、溶接工程(第2の工程)を行う。具体的には、ワークWのうち仮止め接合された密着部位18に金属箔12側からレーザ光Lを照射することができるように当該ワークWをレーザ溶接装置40にセットする。本実施形態において、レーザ光Lの集光点は、金属板10の内部に設定されている(図3参照)。なお、このレーザ光Lの集光点は、金属箔12の枚数や金属板10の厚さ等に応じて、任意の位置に設定することができる。
Thereafter, a welding process (second process) is performed. Specifically, the workpiece W is set in the
そして、レーザ発振器42を駆動してレーザ光Lを発振する。レーザ発振器42から発振したレーザ光Lは、光ファイバ44に入射されてレーザヘッド46まで伝送される。光ファイバ44から出射したレーザ光Lは、コリメートレンズ48で平行化された後、ミラー50で反射されてガルバノスキャナ52を通りfθレンズ54にてワークWの密着部位18(圧痕が形成されている部位)に照射される(図4A参照)。
Then, the
ワークWの密着部位18にレーザ光Lが照射されると、金属板10と金属箔12とが隙間なく密着すると共に隣接する金属箔12が互いに隙間なく密着していることから、各金属箔12に貫通孔が形成されたりブローホール等の溶接欠陥が発生することなく金属板10と複数枚の金属箔12とが溶接されることとなる(図4B参照)。これにより、金属板10の内部まで溶け込んだ溶接部PがワークWに形成されることとなる。なお、ワークWの密着部位18に照射されるレーザ光Lは、金属箔12側から照射して金属板10を貫通しない条件に設定することが望ましい。こうずれば、ワークWの下方にスパッタが発生することを防止できる。ただし、ワークW(金属板10)の裏面まで溶け込むようにレーザ光Lの出力や集光点を設定しても構わない。この場合、ワークWの両側から溶接部Pを視認することができるため、溶接部Pの溶接の良否を判断し易くなる。
When the laser beam L is irradiated to the
なお、溶接工程(レーザ溶接工程)では、1つの密着部位18に対してレーザ溶接が複数回(本実施形態では5回)行われる。このとき、ガルバノスキャナ52の図示しない一対の可動ミラーを首ふり運動させることによって、密着部位18に対するレーザ光Lの照射位置が変更される。これにより、1つの密着部位18に複数の溶接部Pを有する接合構造体200が形成されるに至る(図5参照)。
In the welding process (laser welding process), laser welding is performed a plurality of times (in this embodiment, five times) on one
このようにして得られた接合構造体200は、複数枚の金属箔12と、複数枚の金属箔12の片側の最外に重ねられた金属板10と、金属板10と金属箔12とが密着すると共に隣接する金属箔12が互いに密着するように仮止め接合された密着部位18と、密着部位18において金属板10と複数枚の金属箔12とをレーザ溶接(非接触溶接)して形成された複数の溶接部Pとを備えている。
The bonded
接合構造体200は、リチウムイオン電池、キャパシター、コンデンサー等の種々の製品に適用することが可能である。次に、本実施形態に係る接合構造体200をリチウムイオン電池(二次電池)202に適用した場合ついて説明する。
The
図6に示すように、リチウムイオン電池202は、いわゆる積層型(ラミネート型)のリチウムイオン電池として構成されており、矩形状に形成された積層電極群204と、積層電極群204を電解質と共に封止する封止部材(ラミネートフィルム)206と、積層電極群204の一方の側に位置する第1接合構造体200aと、積層電極群204の他方の側に位置する第2接合構造体200bとを備えている。
As shown in FIG. 6, the
積層電極群204は、正極208と負極210とがセパレータ212を介して複数積層されて構成されている。正極208は、アルミニウム箔からなる正極集電体214の表面に図示しない正極活物質を塗布して形成され、負極210は、銅箔からなる負極集電体216の表面に図示しない負極活物質を塗布して形成されている。
The stacked
第1接合構造体200aは、接合構造体200と同様の構成を有しており、アルミニウム板からなる正極タブ218と、正極タブ218に重ねられた複数枚の正極集電体214の第1接続部(正極集電体214のうち正極活物質が塗布されていない部分)220と、正極タブ218と複数枚の正極集電体214の第1接続部220とが互いに密着すると共にこれら第1接続部220が互いに密着するように仮止め接合された第1密着部位222と、第1密着部位222をレーザ溶接して形成された第1溶接部Paとを有している。正極タブ218には、封止部材206の一部が熱融着されている。
The first bonded
第2接合構造体200bは、接合構造体200と同様の構成を有しており、銅板からなる負極タブ224と、負極タブ224に重ねられた複数枚の負極集電体216の第2接続部(負極集電体216のうち負極活物質が塗布されていない部分)226と、負極タブ224と複数枚の負極集電体216の第2接続部226とが互いに密着すると共にこれら第2接続部226が互いに密着するように仮止め接合された第2密着部位228と、第2密着部位228をレーザ溶接して形成された第2溶接部Pbとを有している。負極タブ224には、封止部材206の一部が熱融着されている。
The
このように構成されたリチウムイオン電池202によれば、第1接合構造体200aにおいて、正極タブ218と複数枚の正極集電体214の第1接続部220とが密着すると共にこれら第1接続部220が互いに密着するように仮止め接合された第1密着部位222に第1溶接部Paを形成している。そのため、例えば、正極タブ218と複数枚の正極集電体214の第1接続部220とを超音波接合により拡散接合した場合と比較して、第1接合構造体200aの接合強度を高めることができる(信頼性の高い接合を得ることができる)ので、第1接合構造体200aをよりコンパクトにする(図6の左右方向に沿った寸法を短くする)ことが可能となる。このことは、第2接合構造体200bにおいても同様である。これにより、第1接合構造体200aと第2接合構造体200bをコンパクトにすることができる分だけ積層電極群204を大きくすることが可能となる。すなわち、リチウムイオン電池202の全体の寸法を大きくすることなく、電池容量を増大させることができる。
According to the
また、第1接合構造体200aと第2接合構造体200bの各々の接合強度を高めることができるため、当該リチウムイオン電池202を車両や航空機等に搭載した場合であっても、リチウムイオン電池202に伝わる振動等によって第1接合構造体200aと第2接合構造体200bの各々の接合部分が破損したりすることを好適に防止することができる。
In addition, since the bonding strength of each of the
また、接合構造体200は、例えば、図7に示すリチウムイオン電池(二次電池)230に適用することも可能である。図7に示すように、リチウムイオン電池230は、接合構造体200と同様の構成を有した第1接合構造体200aと第2接合構造体200bの両方が積層電極群204の一方の側に設けられている点において図6に示すリチウムイオン電池202と異なる。このようなリチウムイオン電池230であっても上述したリチウムイオン電池202と同様の効果を奏することは勿論である。
The bonded
以上説明したように、本実施形態に係る金属箔12の重ね接合方法によれば、金属板10と金属箔12が密着すると共に隣接する金属箔12が互いに密着するように仮止め接合する仮止め工程と、仮止め接合された密着部位18にレーザ光Lを照射して金属板10と複数枚の金属箔12とを溶接する溶接工程とを行っているので、レーザ溶接時に金属箔12に貫通孔が形成されたりブローホール等の溶接欠陥が発生することを抑制できる。また、予め仮止め接合をしているため、レーザ溶接装置40自体に金属箔12を押さえるための押圧手段等を設ける必要がない。よって、汎用のレーザ溶接装置40を用いて金属箔12の重ね接合を確実に行うことができる。これにより、良好な接合品質を有した接合構造体200を得ることができる。
As described above, according to the method for lap joining of the metal foils 12 according to the present embodiment, the temporary fixing for temporarily bonding the
また、抵抗溶接(抵抗接合)によってワークWの仮止め接合を行うので、金属板10と金属箔12を確実に密着させることができると共に隣接する金属箔12を互いに確実に密着させることができる。さらに、この抵抗溶接は、金属板10と金属箔12とが密着すると共に隣接する金属箔12が互いに密着できる程度に仮止め接合するものであればよいため、金属箔12の積層枚数が増加したとしても、抵抗溶接のみにより複数枚の金属箔12を完全に溶接する場合と比較して、各電極22、24の使用温度を低くすることができる。これにより、抵抗溶接時の電極22、24の酸化を好適に抑えることができ、電極22、24の長寿命化を図ることができる。
In addition, since the work W is temporarily fixed and joined by resistance welding (resistance joining), the
本実施形態の場合、金属板10と各金属箔12をアルミニウムで構成すると共に各電極22、24をカーボンで構成しているので、抵抗溶接時に各電極22、24がアルミニウム合金化することはない。また、各電極22、24を比較的低い温度で使用することができるため、各電極22、24をカーボン製にした場合でもこれら電極22、24が酸化することを好適に抑えることができる。
In the case of this embodiment, since the
本実施形態の場合、放射温度計26により取得された電極22の温度に基づいて抵抗溶接の通電条件を制御しているので、ワークWの仮止め接合を効率的に行うことができる。また、カーボン製の電極22、24は黒体に近いため、電極22の温度を放射温度計26により高精度に取得することができる。
In the case of the present embodiment, since the energization conditions for resistance welding are controlled based on the temperature of the
本実施形態の場合、1つの密着部位18の複数個所に溶接部Pを形成しているので、金属板10と各金属箔12の接合強度を高めることができる。また、ガルバノスキャナ52を用いているので、密着部位18に対するレーザ光Lの照射位置の変更を効率的に行うことができる。
In the case of the present embodiment, since the welded portion P is formed at a plurality of locations of one
本実施形態の場合、レーザ光Lの集光点を金属板10の内部に設定した状態で、ワークWの仮止めされた密着部位18に金属箔12側からレーザ光Lを照射しているので、最外に位置する金属箔12(金属板10に接触している金属箔12)の裏面からスパッタが発生することを抑えることができる。
In the case of the present embodiment, the laser light L is irradiated from the
本実施形態に係る接合構造体200によれば、複数枚の金属箔12の片側の最外に金属板10を重ねているので、金属板10を設けない場合と比較して、接合構造体200の接合強度を高めることができる。
According to the bonded
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る金属箔12の重ね接合方法及び接合構造体250について図8A〜図8Cを参照しながら説明する。なお、本実施形態において、上述した第1実施形態と同一又は同様の機能及び作用を奏する構成要素には同一の参照符号を付して、詳細な説明を省略する。後述する第3実施形態、第4実施形態及び第6実施形態についても同様である。
(Second Embodiment)
Next, a lap joining method of the
当該重ね接合方法は、金属板10に複数枚の金属箔12を重ねたワークWに対して超音波接合装置60で仮止め接合を行った後にレーザ溶接装置40で当該ワークWを溶接する方法である。すなわち、本実施形態では、第1実施形態と同じワークWが用いられ、第1実施形態と同じ溶接工程が行われる。換言すれば、本実施形態は、仮止め工程が第1実施形態の仮止め工程と異なっている。後述する第3実施形態についても同様である。
The lap joining method is a method in which the workpiece W is welded with the
具体的には、図8Aに示すように、ワークWの仮止め工程では、ワークWの溶接対象箇所を超音波接合装置60のアンゼル62にセットした状態でホーン64により押圧する。そうすると、各金属箔12はホーン64の先端形状に沿って変形するため、隣接する金属箔12が隙間なく互いに接触すると共に金属箔12と金属板10とが隙間なく接触する。なお、このとき、金属板10は、各金属箔12に対して剛性が高いためほとんど変形しない。
Specifically, as illustrated in FIG. 8A, in the temporary fixing process of the workpiece W, the welding target portion of the workpiece W is pressed by the
続いて、ホーン64を超音波振動させることによって各金属箔12を振動させる。そうすると、金属板10と金属箔12の接触部位14及び隣接する金属箔12の接触部位16に摩擦熱が発生するため、これら接触部位14、16が密着して密着部位18が形成される。
Subsequently, each
その後、溶接工程を行う。すなわち、レーザ光Lの集光点が金属板10の内部に位置するようにレーザ溶接装置40を設定した状態で仮止め接合された密着部位18に金属箔12側からレーザ光Lを照射する(図8B参照)。ワークWの密着部位18にレーザ光Lが照射されると、各金属箔12に貫通孔が形成されたりブローホール等の溶接欠陥が発生することなく金属板10と複数枚の金属箔12とが溶接されることとなる(図8C参照)。
Then, a welding process is performed. That is, the laser beam L is irradiated from the
溶接工程では、1つの密着部位18に対してレーザ溶接が複数回行われ、これによって、1つの密着部位18に複数(図8Cでは1つのみ示されている)の溶接部Pを有する接合構造体250が形成されるに至る。このようにして得られた接合構造体250は、上述した接合構造体200と同様の構成を有している。そして、接合構造体250は、例えば、上述した図6及び図7に示すリチウムイオン電池202、230に適用することができる。後述する第3〜第6実施形態に係る接合構造体252、254、256、258についても同様である。
In the welding process, laser welding is performed a plurality of times on one
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波接合によってワークWの仮止め接合を行うので、金属板10と金属箔12を確実に密着させることができると共に隣接する金属箔12を互いに確実に密着させることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the workpiece W is temporarily bonded by ultrasonic bonding, the
また、この超音波接合は、金属板10と金属箔12とが密着すると共に隣接する金属箔12が互いに密着できる程度に仮止め接合するものであるため、金属箔12の積層枚数が増加したとしても、超音波接合によって金属板10と複数枚の金属箔12とを完全に接合する場合と比較して、ホーン64の押圧力や振動エネルギを小さくすることができる。よって、仮止め工程において、金属箔12が破損することを抑えることができる。これにより、汎用のレーザ溶接装置40を用いて金属箔12の重ね接合を確実に行うことができる。したがって、良好な接合品質を有した接合構造体250を得ることができる。
In addition, since this ultrasonic bonding is a temporary bonding that allows the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る金属箔12の重ね接合方法及び接合構造体252について図9A〜図9Cを参照しながら説明する。当該重ね接合方法は、金属板10に複数枚の金属箔12を重ねたワークWに対して加締め装置70で仮止め接合を行った後にレーザ溶接装置40で当該ワークWを溶接する方法である。
(Third embodiment)
Next, a method for joining the metal foils 12 and the joining
具体的には、図9Aに示すように、ワークWの仮止め工程では、ワークWの溶接対象箇所を加締め装置70のダイス72にセットした状態でパンチ74により押圧する。そうすると、金属板10と各金属箔12がダイス72に形成された凹部76に押し込まれるようにして変形するため、金属板10と金属箔12との接触部位14と隣接する金属箔12の接触部位16とが隙間なく密着し、ワークWに密着部位18が形成される。
Specifically, as illustrated in FIG. 9A, in the temporary fixing process of the workpiece W, the
その後、溶接工程を行う。すなわち、レーザ光Lの集光点が金属板10の内部に位置するようにレーザ溶接装置40を設定した状態で仮止め接合された密着部位18に金属箔12側からレーザ光Lを照射する(図9B参照)。ワークWの密着部位18にレーザ光Lが照射されると、各金属箔12に貫通孔が形成されたりブローホール等の溶接欠陥が発生することなく金属板10と複数枚の金属箔12が溶接されることとなる(図9C参照)。
Then, a welding process is performed. That is, the laser beam L is irradiated from the
溶接工程では、1つの密着部位18に対してレーザ溶接が複数回行われ、これによって、1つの密着部位18に複数(図9Cでは1つのみ示されている)の溶接部Pを有する接合構造体252が形成されるに至る。このようにして得られた接合構造体252は、上述した接合構造体200と同様の構成を有している。
In the welding process, laser welding is performed a plurality of times on one
以上説明したように、本実施形態によれば、加締めによってワークWの仮止めを行うので、金属板10と金属箔12とを確実に密着させることができると共に隣接する金属箔12を互いに確実に密着させることができる。これにより、汎用のレーザ溶接装置40を用いて金属箔12の重ね接合を確実に行うことができる。したがって、良好な接合品質を有した接合構造体252を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the work W is temporarily fixed by caulking, the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係る金属箔12の重ね接合方法及び接合構造体254について図10A〜図11Bを参照しながら説明する。当該重ね接合方法は、複数枚の金属箔12の両側の最外に一対の金属板10、80を重ねたワークW1に対して加締め装置82で仮止め接合を行った後にレーザ溶接装置40で当該ワークW1を溶接する方法である。
(Fourth embodiment)
Next, a lap joint method and a
すなわち、本実施形態は、上述した第1〜第3実施形態のワークWとは異なるワークW1が使用される。図10Aに示すように、ワークW1を構成する金属板80は、金属板10と同一の材料、大きさ、形状を有している。ただし、金属板80は、金属板10とは異なる材料、大きさ、形状であっても構わない。
That is, in this embodiment, a workpiece W1 different from the workpiece W of the first to third embodiments described above is used. As shown in FIG. 10A, the
本実施形態のワークW1の仮止め工程で用いられる加締め装置82は、ダイス84に形成された凹部86の側面がパンチ88側に向かってテーパ状に拡開すると共に、パンチ88の凸部90が先端に向かって先細りのテーパ状に形成されている。
In the
仮止め工程において、ワークW1の溶接対象箇所を加締め装置82のダイス84にセットした状態でパンチ88により押圧すると、各金属板10、80と各金属箔12がダイス84の凹部86とパンチ88の凸部90の形状に沿って変形する(図10B参照)。このとき、各金属板10、80は、断面略U字状に塑性変形するため、金属板10と金属箔12、隣接する金属箔12、及び金属板80と金属箔12が隙間なく強固に密着し、ワークW1に密着部位92が形成される(図10B参照)。
In the temporary fixing process, when the place to be welded of the workpiece W1 is pressed by the
その後、溶接工程を行う。すなわち、レーザ光Lの照射側に凸状の金属板10が位置するようにレーザ溶接装置40の支持台41の上にワークW1を設置し、ワークW1の密着部位92にレーザ光Lを照射する(図11A参照)。詳細には、ワークW1を構成する金属板80の凹部94の底面(ワークW1の裏面)まで溶け込むようにワークW1を構成する金属板10の凸部96にレーザ光Lを照射する。
Then, a welding process is performed. That is, the workpiece W1 is placed on the
密着部位92にレーザ光Lが照射されると、各金属箔12に貫通孔が形成されたりブローホール等の溶接欠陥が発生することなく一対の金属板10、80と複数枚の金属箔12が溶接されることとなる(図11B参照)。このとき、ワークW1が載置される支持台41と金属板80の凹部94の底面との間には所定の隙間が形成されているため、溶接工程においてワークW1が支持台41に溶着することはない。
When the
図11A及び図11Bから諒解されるように、溶接工程では、1つの密着部位92に対してレーザ溶接が複数回行われ、これによって、1つの密着部位92に複数の溶接部Pを有する接合構造体254が形成されるに至る。
As understood from FIGS. 11A and 11B, in the welding process, laser welding is performed a plurality of times on one
このようにして得られた接合構造体254は、複数枚の金属箔12と、複数枚の金属箔12の両側の最外に重ねられた金属板10、80と、各金属板10、80と金属箔12が密着すると共に隣接する金属箔12が互いに密着して形成された密着部位92と、密着部位92において一対の金属板10、80と複数枚の金属箔12とをレーザ溶接して形成された複数の溶接部Pとを備えている。
The bonded
以上説明したように、本実施形態に係る金属箔12の重ね接合方法によれば、加締め接合により、各金属板10、80と金属箔12とを密着すると共に隣接する金属箔12が互いに密着するように仮止め接合した後に、その密着部位92をレーザ溶接しているので、汎用のレーザ溶接装置40を用いて一対の金属板10、80と複数枚の金属箔12とを確実に接合することができる。したがって、良好な接合品質を有した接合構造体254を得ることができる。
As described above, according to the method of laminating and joining the metal foils 12 according to the present embodiment, the
また、複数枚の金属箔12の両側の最外に金属板(平板部)10、80を重ねているので、加締め接合による仮止め工程において、例えば、金属板10、80を設けない場合と比較して、複数枚の金属箔12を確実且つ強固に加締めることができるため、密着部位92の密着強度を高めることができる。これにより、密着部位92をレーザ溶接する際に溶接欠陥が発生することを一層抑制することができるため、接合構造体254の接合品質を一層向上させることが可能となる。
In addition, since the metal plates (flat plate portions) 10 and 80 are stacked on the outermost sides of both sides of the plurality of metal foils 12, for example, in the case where the
本実施形態は上述した構成乃至方法に限定されない。例えば、溶接工程では、ワークW1を構成する金属板80の凹部94側からレーザ光Lを照射して密着部位92をレーザ溶接してもよい。この場合、溶接時に発生する熱が凹部94に籠り易くなるため、密着部位92に対して効率的に溶接部Pを形成することができる。
The present embodiment is not limited to the configuration or method described above. For example, in the welding process, the
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態に係る金属箔12の重ね接合方法及び接合構造体256について図12A〜図14Bを参照しながら説明する。なお、本実施形態において、上述した第4実施形態と同一又は同様の機能及び作用を奏する構成要素には同一の参照符号を付して、詳細な説明を省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a lap joining method and a joining
本実施形態は、ワークW2の構成が第4実施形態に係るワークW1と異なる。具体的には、図12Aに示すように、ワークW2は、積層された複数枚の金属箔12と、これら金属箔12の端部を両側から挟むように3重に曲げ加工された金属板100とを有している。
In the present embodiment, the configuration of the workpiece W2 is different from the workpiece W1 according to the fourth embodiment. Specifically, as shown in FIG. 12A, a workpiece W2 includes a plurality of stacked metal foils 12 and a
金属板100の構成材料は、特に限定されないが、例えば、上述した金属板10と同様の材料を用いることができる。金属板100は、第1平板部102と、第1折曲部104を介して第1平板部102に連なり当該第1平板部102に対向する第2平板部106と、金属板100の端部を構成し、且つ第2折曲部108を介して第2平板部106に連なり当該第2平板部106に対向する第3平板部110とを有している。
Although the constituent material of the
第2平板部106の長さ寸法(第1折曲部104と第2折曲部108との間の寸法)は、第3平板部110の長さ寸法(第2折曲部108から金属板100の端までの寸法)と略同一に設定されている。また、第1平板部102と第2平板部106とが接触すると共に、第2平板部106と第3平板部110との間に複数枚の金属箔12を配置可能な程度の隙間が形成されている。すなわち、本実施形態に係るワークW2は、複数枚の金属箔12の両側の最外に第2平板部106と第3平板部110が重ねられた構成となっている。
The length dimension of the second flat plate part 106 (the dimension between the first
本実施形態の重ね接合方法は、ワークW2に対して加締め装置82で仮止め接合を行った後にレーザ溶接装置40で当該ワークW2を溶接する方法である。本実施形態に係る仮止め工程では、ワークW2を構成する第3平板部110を加締め装置82のダイス84の上にセットした状態で第1平板部102をパンチ88により押圧する。
The lap joining method of this embodiment is a method in which the workpiece W2 is welded by the
そうすると、第1〜第3平板部102、106、110と各金属箔12がダイス84の凹部86とパンチ88の凸部90の形状に沿って変形する(図12B参照)。このとき、第1〜第3平板部102、106、110の各々が断面略U字状に塑性変形するため、第2平板部106と金属箔12、隣接する金属箔12、第3平板部110と金属箔12が隙間なく密着し、ワークW2に密着部位112が形成される。
If it does so, the 1st-3rd flat plate part 102,106,110 and each
続く溶接工程では、レーザ光Lの照射側に第3平板部110が位置するようにレーザ溶接装置40の支持台41の上にワークW2を設置し、ワークW2の密着部位112にレーザ光Lを照射する(図13A参照)。詳細には、ワークW2を構成する第1平板部102の凹部114の底面(ワークW2の裏面)まで溶け込むようにワークW2を構成する第3平板部110の凸部116にレーザ光Lを照射する。
In the subsequent welding process, the workpiece W2 is placed on the
密着部位112にレーザ光Lが照射されると、各金属箔12に貫通孔が形成されたりブローホール等の溶接欠陥が発生することなく第1〜第3平板部102、106、110及び複数枚の金属箔12が溶接されることとなる(図13B参照)。このとき、ワークW2が載置される支持台41と第1平板部102の凹部114の底面との間には所定の隙間が形成されているため、溶接工程において、ワークW2が支持台41に溶着することはない。
When the
図13A及び図13Bから諒解されるように、溶接工程では、1つの密着部位112に対してレーザ溶接が複数回行われ、これによって、1つの密着部位112に複数の溶接部Pを有する接合構造体256が形成されるに至る。
As understood from FIGS. 13A and 13B, in the welding process, laser welding is performed a plurality of times on one
このようにして得られた接合構造体256は、複数枚の金属箔12と、複数枚の金属箔12の両側の最外に重ねられた第2平板部106及び第3平板部110と、第2平板部106と金属箔12が密着すると共に第3平板部110と金属箔12が密着し、且つ隣接する金属箔12が互いに密着して形成された密着部位112と、密着部位112において第1〜第3平板部102、106、110と複数枚の金属箔12とをレーザ溶接して形成された複数の溶接部Pとを備えている。
The joined
以上説明したように、本実施形態に係る金属箔12の重ね接合方法によれば、上述した第4実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態によれば、第1〜第3平板部102、106、110を一体的に形成しているので、複数枚の金属箔12の両側の最外に別体の金属板を設けた場合と比較して接合構造体256の剛性を高めることができる。
As described above, according to the lap joining method of the
さらに、例えば、当該接合構造体256を上述した図6及び図7に示すリチウムイオン電池202、230に適用した場合には、複数枚の金属箔12の両側の最外に重ねられた第2平板部106及び第3平板部110の両方から集電が可能となるため、集電効率を高めることができる。
Furthermore, for example, when the
本実施形態は、上述した構成乃至方法に限定されない。例えば、本実施形態に係る接合方法では、図14Aに示すように、溶接工程において、レーザ溶接に代えてTIG溶接を用いても構わない。 The present embodiment is not limited to the configuration or method described above. For example, in the joining method according to the present embodiment, as shown in FIG. 14A, TIG welding may be used instead of laser welding in the welding process.
ここで、TIG溶接装置120は、棒状のTIG溶接電極122と、TIG溶接電極122を保持するためのコレット124と、TIG溶接電極122を囲繞するようにして設けられてアルゴンやヘリウム等の不活性ガスを溶接対象部に供給するためのガスノズル126とを備えている。本実施形態に係るTIG溶接装置120において、TIG溶接電極122はタングステンで構成され、コレット124は銅で構成され、ガスノズル126はセラミックスで構成されている。
Here, the
この変形例では、仮止め接合されたワークW2をTIG溶接電極122が位置する側に第3平板部110が位置するようにTIG溶接装置120の支持台128の上に配置し、第1平板部102の凹部114の底面まで溶け込むように第3平板部110の凸部116にアーク放電する。これにより、各金属箔12に貫通孔が形成されたりブローホール等の溶接欠陥が発生することなく第1〜第3平板部102、106、110と複数枚の金属箔12がTIG溶接されることとなる(図14B参照)。このとき、ワークW2が載置される支持台128と第1平板部102の凹部114の底面との間には所定の隙間が形成されているため、溶接工程において、ワークW2が支持台128に溶着することはない。
In this modification, the temporarily bonded workpiece W2 is disposed on the
溶接工程では、1つの密着部位112に対して複数のスポット状のTIG溶接が行われ、これによって、密着部位112に複数(図14Bでは1つのみ示す)の溶接部Pcを有する接合構造体258が形成されるに至る。このようにして得られた接合構造体258は、上述した接合構造体256と同様の構成を有している。
In the welding process, a plurality of spot-like TIG weldings are performed on one
このように、溶接工程において、TIG溶接を用いた場合であってもレーザ溶接を用いた場合と同様の効果を奏する。すなわち、汎用のTIG溶接装置(非接触溶接装置)120を用いて金属箔12の重ね接合を確実に行うことができる。
Thus, in the welding process, even when TIG welding is used, the same effect as that obtained when laser welding is used is produced. In other words, the
本実施形態において、溶接工程では、ワークW2を構成する第1平板部102の凹部114側からレーザ光Lを照射(アーク放電)して密着部位112を溶接しても構わない。この場合、密着部位112に対して効率的に溶接部P、Pcを形成することができる。
In the present embodiment, in the welding process, the
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態に係る金属箔12の重ね接合方法及び接合構造体260について図15A〜図15Cを参照しながら説明する。当該重ね接合方法は、複数枚の金属箔12を積層したワークW3に対して抵抗溶接装置20で仮止め接合を行った後にレーザ溶接装置40で当該ワークW3を溶接する方法である。すなわち、本実施形態のワークW3は、複数枚の金属箔12で構成されており上述した金属板10を有していない。
(Sixth embodiment)
Next, a lap joint method and a
本実施形態の仮止め工程では、複数枚の金属箔12を一対の電極22、24で加圧して通電を行うため、ワークW3が各電極22、24の先端形状に沿って変形すると共に隣接する金属箔12の接触部位16にジュール熱が発生し密着し、ワークW3に密着部位130が形成される(図15A及び図15B参照)。
In the temporary fixing process of the present embodiment, since a plurality of metal foils 12 are pressed with a pair of
そして、溶接工程では、仮止め接合されたワークW3をレーザ溶接装置40の支持台41の上に配置して当該ワークW3の裏面まで溶け込むように密着部位130にレーザ光Lを照射する(図15B参照)。密着部位130にレーザ光Lが照射されると、各金属箔12に貫通孔が形成されたりブローホール等の溶接欠陥が発生することなく複数枚の金属箔12が溶接されることとなる(図15C参照)。
Then, in the welding process, the workpiece W3 that is temporarily bonded is disposed on the
この溶接工程では、1つの密着部位130に対してレーザ溶接が複数回行われ、これによって、1つの密着部位130に複数(図15Cでは1つのみ示されている)の溶接部Pを有する接合構造体260が形成されるに至る。
In this welding process, laser welding is performed a plurality of times on one
このようにして得られた接合構造体260は、複数枚の金属箔12と、隣接する金属箔12が互いに密着して形成された密着部位130と、密着部位130において複数枚の金属箔12をレーザ溶接して形成された複数の溶接部Pとを備えている。
The bonded
本実施形態に係る金属箔12の接合方法及び接合構造体260によれば、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
According to the bonding method of the
各実施形態は、上述した構成乃至方法に限定されない。例えば、各実施形態において、仮止め工程では、抵抗接合、超音波接合及び加締め接合のうちの少なくとも1つによって仮止め接合を行うことができ、溶接工程では、レーザ溶接、TIG溶接及び電子ビーム溶接のうちの少なくとも1つによって非接触溶接を行うことができる。 Each embodiment is not limited to the configuration or method described above. For example, in each embodiment, in the temporary fixing process, the temporary bonding can be performed by at least one of resistance bonding, ultrasonic bonding, and caulking bonding, and in the welding process, laser welding, TIG welding, and electron beam can be performed. Non-contact welding can be performed by at least one of the welding.
本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is naturally possible to adopt various configurations without departing from the gist of the present invention.
10、80…金属板 12…金属箔
14、16…接触部位 18、92、112、130…密着部位
20…抵抗溶接装置 22、24…電極
26…放射温度計 34…通電条件設定部
40…レーザ溶接装置 60…超音波接合装置
62…アンゼル 64…ホーン
70、82…加締め装置
200、250、252、254、256、258、260…接合構造体
L…レーザ光 P、Pa、Pb、Pc…溶接部
S…隙間 W、W1〜W3…ワーク
DESCRIPTION OF
Claims (13)
複数枚の前記金属箔と前記金属板の仮止め接合された密着部位を当該金属箔側から非接触溶接する第2の工程とを行う、
ことを特徴とする金属箔の重ね接合方法。 A first step of temporarily bonding the metal plate and the metal foil so that the adjacent metal foils are in close contact with each other in a state where the metal plate is stacked on the outermost side of one side of the plurality of metal foils. When,
Performing a second step of non-contact welding a plurality of the metal foil and the metal plate and the adhesion part temporarily bonded to each other from the metal foil side ;
A metal foil lap joining method characterized by the above.
前記第1の工程では、抵抗接合、超音波接合及び加締め接合のうちの少なくとも1つによって複数枚の前記金属箔を仮止め接合する、
ことを特徴とする金属箔の重ね接合方法。 In the metal foil lap joining method according to claim 1,
In the first step, the plurality of metal foils are temporarily bonded by at least one of resistance bonding, ultrasonic bonding, and caulking bonding.
A metal foil lap joining method characterized by the above.
複数枚の前記金属箔のうち仮止め接合された密着部位を非接触溶接する第2の工程と、を行い、
各前記金属箔がアルミニウムで構成されており、
前記抵抗接合で用いられる電極がカーボンで構成されている、
ことを特徴とする金属箔の重ね接合方法。 A first step of temporarily bonding by resistance bonding so that the adjacent metal foils in close contact with each other in a state where a plurality of metal foils are stacked;
Performing a second step of non-contact welding the adhesion part temporarily bonded among the plurality of metal foils,
Each of the metal foils is made of aluminum,
The electrode used for the resistance bonding is made of carbon,
A metal foil lap joining method characterized by the above.
前記第1の工程では、前記抵抗接合中の前記電極の温度を放射温度計で取得し、取得した温度に基づいて当該抵抗接合の通電条件を制御する、
ことを特徴とする金属箔の重ね接合方法。 In the metal foil lap joining method according to claim 3,
In the first step, the temperature of the electrode during the resistance bonding is acquired with a radiation thermometer, and the energization condition of the resistance bonding is controlled based on the acquired temperature.
A metal foil lap joining method characterized by the above.
前記第2の工程では、レーザ溶接、TIG溶接及び電子ビーム溶接のうちの少なくとも1つによって前記密着部位を非接触溶接する、
ことを特徴とする金属箔の重ね接合方法。 In the metal foil lap joining method according to any one of claims 1 to 4,
In the second step, the contact portion is non-contact welded by at least one of laser welding, TIG welding, and electron beam welding.
A metal foil lap joining method characterized by the above.
前記第2の工程では、前記密着部位の複数個所を非接触溶接する、
ことを特徴とする金属箔の重ね接合方法。 In the metal foil lap joining method according to claim 5,
In the second step, non-contact welding is performed on a plurality of the close contact portions.
A metal foil lap joining method characterized by the above.
前記第2の工程では、ガルバノスキャナによってレーザ光の前記密着部位に対する照射位置を変更して当該密着部位の複数個所をレーザ溶接する、
ことを特徴とする金属箔の重ね接合方法。 The metal foil lap joining method according to claim 6,
In the second step, the laser beam is welded at a plurality of locations of the close contact portion by changing the irradiation position of the laser light to the close contact portion with a galvano scanner,
A metal foil lap joining method characterized by the above.
複数枚の前記金属箔と各前記平板部の仮止め接合された密着部位を非接触溶接する第2の工程とを行う、
ことを特徴とする金属箔の重ね接合方法。 In a state where the outermost sides of the double number of sheets of gold Shokuhaku superimposed metallic flat plate portion, temporarily fixed such that the metal foil is in close contact with each other for each said plate and the metal foil are adjacent with close contact A first step of joining;
Performing a second step of non-contact welding the metal foil of several sheets double and tacking bonded adhesion portion of each said plate,
A metal foil lap joining method characterized by the above.
複数枚の前記金属箔の片側の最外に重ねられた金属板と、
前記金属板と前記金属箔とが密着すると共に隣接する前記金属箔が互いに密着するように前記複数枚の金属箔を仮止め接合して形成された密着部位と、
前記密着部位において前記金属板と複数枚の前記金属箔とを非接触溶接して形成された溶接部と、を備える、
ことを特徴とする接合構造体。 A plurality of stacked metal foils,
A metal plate stacked on the outermost side of one side of the plurality of metal foils;
The contact portion formed by temporarily bonding the plurality of metal foils so that the metal plate and the metal foil are in close contact and the adjacent metal foils are in close contact with each other;
A welded portion formed by non-contact welding the metal plate and the plurality of metal foils at the close contact portion,
A bonded structure characterized by that.
前記密着部位は、抵抗接合、超音波接合及び加締め接合のうちの少なくとも1つによって複数枚の前記金属箔を仮止め接合して形成されている、
ことを特徴とする接合構造体。 The bonded structure according to claim 9 , wherein
The adhesion part is formed by temporarily bonding a plurality of the metal foils by at least one of resistance bonding, ultrasonic bonding, and caulking bonding,
A bonded structure characterized by that.
前記溶接部は、レーザ溶接、TIG溶接及び電子ビーム溶接のうちの少なくとも1つによって前記密着部位を非接触溶接して形成されている、
ことを特徴とする接合構造体。 In the junction structure according to claim 9 or 10 ,
The weld is formed by non-contact welding of the contact portion by at least one of laser welding, TIG welding, and electron beam welding.
A bonded structure characterized by that.
複数枚の前記金属箔の両側の最外に重ねられた金属製の平板部と、
各前記平板部と前記金属箔とが密着すると共に隣接する前記金属箔が互いに密着するように複数枚の前記金属箔を仮止め接合して形成された密着部位と、
前記密着部位において各前記平板部と複数枚の前記金属箔とを非接触溶接して形成された溶接部と、を備える、
ことを特徴とする接合構造体。 A plurality of stacked metal foils,
A metal flat plate portion stacked on the outermost sides of both sides of the plurality of metal foils ;
A close contact portion formed by temporarily fixing and joining a plurality of the metal foils so that each of the flat plate portions and the metal foil are in close contact and the adjacent metal foils are in close contact with each other;
A welding portion formed by non-contact welding and a plurality of the metal foil each said plate before Symbol adhesion sites, Ru provided with,
A bonded structure characterized by that.
複数の前記平板部は、一体的に形成されている、
ことを特徴とする接合構造体。 The joined structure according to claim 12 ,
The plurality of flat plate portions are integrally formed.
A bonded structure characterized by that.
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