JP7355486B2 - Ultrasonic bonding tool and method for manufacturing ultrasonic bonding tool - Google Patents
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Description
本発明は、超音波接合用工具および超音波接合用工具の製造方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic bonding tool and a method for manufacturing an ultrasonic bonding tool.
例えば二次電池を構成する単電池から導出される電極タブは、単電池の内部に収容された集電体と接合される。電極タブおよび集電体の接合は、ホーンおよびアンビルなどの超音波接合用工具を用いて超音波接合することが一般的である。 For example, an electrode tab derived from a unit cell that constitutes a secondary battery is joined to a current collector housed inside the unit cell. The electrode tab and the current collector are generally joined by ultrasonic bonding using an ultrasonic bonding tool such as a horn and an anvil.
一般的に超音波接合用工具には、超音波接合用工具および被接合材の間の滑りを防止するための突起部が設けられている。この突起部は、接合回数とともに摩耗して削れるため、決められた回数または突起部の摩耗量によって超音波接合用工具の使用限界が決まり、限界を超えた超音波接合用工具は、例えば突起部近傍を研削して再度使用する。 Generally, an ultrasonic welding tool is provided with a protrusion for preventing slippage between the ultrasonic welding tool and the materials to be welded. This protrusion wears and scrapes with the number of times we join, so the usage limit of the ultrasonic welding tool is determined by the predetermined number of times or the amount of wear on the protrusion, and if the ultrasonic welding tool exceeds the limit, Grind the vicinity and use it again.
このような超音波接合用工具において、超音波接合用工具の突起部が被接合材に接触した場合に、突起部が被接合材と凝着する虞がある。 In such an ultrasonic bonding tool, when the protrusion of the ultrasonic bonding tool comes into contact with the material to be welded, there is a possibility that the protrusion may adhere to the material to be welded.
これに関連して、例えば、下記の特許文献1には、工具基材のうち少なくとも被接合材に接する部分の表面に炭化物層をコーティングした超音波接合用工具が開示されている。このような超音波接合用工具によれば、超音波接合用工具に対する被接合材の凝着を防止することができる。 In connection with this, for example, Patent Document 1 listed below discloses an ultrasonic bonding tool in which a carbide layer is coated on the surface of at least a portion of a tool base material that is in contact with a material to be bonded. According to such an ultrasonic bonding tool, it is possible to prevent the materials to be bonded from adhering to the ultrasonic bonding tool.
しかしながら、特許文献1に記載の超音波接合用工具のように工具基材の表面にコーティングが施されている構成では、接合時の摩擦熱による超音波接合用工具の膨張・収縮や摩擦熱自体に起因して、コーティングが剥がれてしまい、工具寿命が短くなる。これによって、工具の交換頻度が増えて生産性が低下する虞がある。 However, in a structure in which the surface of the tool base material is coated like the ultrasonic welding tool described in Patent Document 1, the ultrasonic welding tool expands and contracts due to frictional heat during welding, and the frictional heat itself This causes the coating to peel off and shorten tool life. This may increase the frequency of tool replacement and reduce productivity.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、表面に形成された硬質層が剥がれることを好適に防止することのできる超音波接合用工具および超音波接合用工具の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides an ultrasonic bonding tool and a method for manufacturing an ultrasonic bonding tool that can suitably prevent the hard layer formed on the surface from peeling off. The purpose is to provide.
上記目的を達成する本発明に係る超音波接合用工具は、被接合材同士の超音波接合に用いる超音波接合用工具である。超音波接合用工具は、表面に突起部が形成した工具基材と、前記突起部の表面に設けられ、前記工具基材の熱膨張を吸収する下地層と、前記下地層の表面に設けられ、前記下地層よりも硬度の高い硬質層と、を有する。また、前記突起部は、前記下地層側の先端が半球状に形成された半球部、および前記半球部の両端に連続して設けられ直線状の直線部を有しており、前記下地層および前記硬質層は膜厚が一定となるように形成されている。 An ultrasonic bonding tool according to the present invention that achieves the above object is an ultrasonic bonding tool used for ultrasonic bonding of materials to be bonded. The ultrasonic bonding tool includes a tool base material having a protrusion formed on its surface, a base layer provided on the surface of the protrusion and absorbing thermal expansion of the tool base material, and a base layer provided on the surface of the base layer. , a hard layer having higher hardness than the base layer. Further, the protrusion has a hemispherical part whose tip on the base layer side is formed into a hemispherical shape, and a linear part that is continuously provided at both ends of the hemispherical part, and has a straight line part that is continuous with the base layer and the hemispherical part. The hard layer is formed to have a constant thickness.
また、上記目的を達成する本発明に係る超音波接合用工具の製造方法は、被接合材同士の超音波接合に用いる超音波接合用工具の製造方法である。また、工具基材の表面に形成した突起部の表面に、前記工具基材の熱膨張を吸収する下地層を形成し、前記下地層の表面に、前記下地層よりも硬度の高い硬質層を形成する。また、前記下地層側の先端が半球状に形成された半球部、および前記半球部の両端に連続して直線状に形成された直線部を備える前記突起部に対して、前記下地層および前記硬質層を形成するコーティング剤を、前記直線部に直交する方向かつ前記突起部の突出方向から照射して、前記下地層および前記硬質層の膜厚がそれぞれ一定となるように形成する。 Moreover, the method for manufacturing an ultrasonic bonding tool according to the present invention that achieves the above object is a method for manufacturing an ultrasonic bonding tool used for ultrasonic bonding between materials to be bonded. Further, a base layer that absorbs thermal expansion of the tool base material is formed on the surface of the protrusion formed on the surface of the tool base material, and a hard layer having higher hardness than the base layer is formed on the surface of the base layer. Form. Further, the base layer and the protrusion include a hemispherical portion having a hemispherical tip on the base layer side, and a linear portion continuously formed in a straight line at both ends of the hemispherical portion. A coating agent for forming a hard layer is irradiated from a direction perpendicular to the straight line portion and from a direction in which the protrusion portions protrude, so that the base layer and the hard layer each have a constant thickness.
上述した超音波接合用工具によれば、下地層によって、接合時における硬質層に対する振動や衝撃を低減できるため、硬質層の剥がれを防止することができる。したがって、表面に形成された硬質層が剥がれることを好適に防止することのできる超音波接合用工具を提供することができる。 According to the above-mentioned ultrasonic bonding tool, the underlayer can reduce vibrations and shocks to the hard layer during bonding, so peeling of the hard layer can be prevented. Therefore, it is possible to provide an ultrasonic bonding tool that can suitably prevent the hard layer formed on the surface from peeling off.
また、上述した超音波接合用工具の製造方法によって製造された超音波接合用工具によれば、下地層によって、接合時における硬質層に対する振動や衝撃を低減できるため、硬質層の剥がれを防止することができる。したがって、表面に形成された硬質層が剥がれることを好適に防止することのできる超音波接合用工具の製造方法を提供することができる。 Further, according to the ultrasonic bonding tool manufactured by the above-described method for manufacturing an ultrasonic bonding tool, the base layer can reduce vibration and impact on the hard layer during bonding, thereby preventing peeling of the hard layer. be able to. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing an ultrasonic bonding tool that can suitably prevent the hard layer formed on the surface from peeling off.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the attached drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The sizes and proportions of parts in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual sizes and proportions.
まず、本実施形態に係るアンビル30(超音波接合用工具に相当)が適用される対象の一つである二次電池200の構成について説明する。 First, the configuration of a secondary battery 200 to which the anvil 30 (corresponding to an ultrasonic bonding tool) according to the present embodiment is applied will be described.
図7は、本実施形態に係るアンビル30が適用される対象の一つである二次電池200の断面図である。概説すると、二次電池200は、図7に示すように、正極210と負極220との間にセパレーター230を介在させた単電池240を積層した発電要素260を外装体250に収容して構成している。正極210は正極集電体211に正極活物質層212を設けて構成し、負極220は負極集電体221に負極活物質層222を設けて構成している。図7に示す二次電池200は、いわゆる積層型の二次電池として構成している。 FIG. 7 is a cross-sectional view of a secondary battery 200 to which the anvil 30 according to the present embodiment is applied. Briefly, as shown in FIG. 7, the secondary battery 200 is configured by housing a power generating element 260 in an exterior body 250, which is a stack of unit cells 240 with a separator 230 interposed between a positive electrode 210 and a negative electrode 220. ing. The positive electrode 210 is configured by providing a positive electrode active material layer 212 on a positive electrode current collector 211, and the negative electrode 220 is configured by providing a negative electrode active material layer 222 on a negative electrode current collector 221. The secondary battery 200 shown in FIG. 7 is configured as a so-called stacked type secondary battery.
正極集電体211は、図7に示すように、外装体250の外周付近において正極タブ213と接合される。負極集電体221は、正極と同様に、外装体250の外周付近において負極タブ223と接合される。本実施形態において、ホーン20およびアンビル30は、負極タブ223(被接合材に相当)と複数の負極集電体221(被接合材に相当)とを接合する際に利用される。 The positive electrode current collector 211 is joined to the positive electrode tab 213 near the outer periphery of the exterior body 250, as shown in FIG. Similarly to the positive electrode, the negative electrode current collector 221 is joined to the negative electrode tab 223 near the outer periphery of the exterior body 250. In this embodiment, the horn 20 and the anvil 30 are used when joining a negative electrode tab 223 (corresponding to a material to be joined) to a plurality of negative electrode current collectors 221 (corresponding to a material to be joined).
次に、図1~図3を参照して、本実施形態に係るアンビル30を備える接合装置1の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る接合装置1を示す概略図である。図2は、図1のA部における拡大図である。図3は、アンビル30の突起部31近傍における構成を説明するための図である。 Next, the configuration of the welding apparatus 1 including the anvil 30 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic diagram showing a bonding apparatus 1 according to this embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of section A in FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the anvil 30 in the vicinity of the protrusion 31. As shown in FIG.
接合装置1は、図1に示すように、振動発生部10と、ホーン20と、アンビル30と、モータ40と、スプリング50と、制御部(不図示)と、を有する。 As shown in FIG. 1, the bonding device 1 includes a vibration generating section 10, a horn 20, an anvil 30, a motor 40, a spring 50, and a control section (not shown).
振動発生部10は、超音波振動子とブースターによって構成する。超音波振動子はトランスデューサーなどによって構成し、外部から供給された電力によって超音波の周波数に相当する振動を発生させる。超音波振動子は、一端をブースターに接続し、他端を電源ケーブルなどに接続している。ブースターは金属から構成し、ホーン20と超音波振動子に接続される。ブースターは、超音波振動子によって発生した振動を増幅させる。 The vibration generator 10 includes an ultrasonic vibrator and a booster. The ultrasonic vibrator is composed of a transducer or the like, and generates vibrations corresponding to the frequency of ultrasonic waves using electric power supplied from the outside. One end of the ultrasonic transducer is connected to the booster, and the other end is connected to a power cable or the like. The booster is made of metal and is connected to the horn 20 and the ultrasonic vibrator. The booster amplifies the vibrations generated by the ultrasonic transducer.
ホーン20は、負極集電体221および負極タブ223を接合する接合部のうち、負極集電体221側に超音波を印加して振動させることによって摩擦熱を発生させる。ホーン20は、モータ40によって、図1の鉛直方向に沿って、負極集電体221に対して接近および離間可能に構成している。 The horn 20 generates frictional heat by applying ultrasonic waves to the negative electrode current collector 221 side of the joint where the negative electrode current collector 221 and the negative electrode tab 223 are joined to vibrate it. The horn 20 is configured to be able to approach and separate from the negative electrode current collector 221 along the vertical direction in FIG. 1 by the motor 40.
ホーン20の先端面には、図2に示すように、無数の突起部21が設けられている。突起部21は、負極集電体221と当接する。突起部21は、繰り返しの使用によって摩耗し、突起部21の先端が減少し、これにより工具の交換や工具の加工が必要となる。 As shown in FIG. 2, numerous protrusions 21 are provided on the tip surface of the horn 20. As shown in FIG. The protrusion 21 comes into contact with the negative electrode current collector 221 . The protrusion 21 wears out through repeated use, and the tip of the protrusion 21 decreases, making it necessary to replace the tool or process the tool.
本実施形態において、ホーン20は、負極集電体221を構成する比較的柔らかい銅と接触するため、ホーン20には、後述するアンビル30のように、下地層や硬質層は形成されていない。 In this embodiment, since the horn 20 comes into contact with the relatively soft copper that constitutes the negative electrode current collector 221, the horn 20 is not provided with a base layer or a hard layer like an anvil 30 described later.
ホーン20を構成する材料としては、強度、加工性、コストなどの観点から、鋼材を用いることが好ましい。 As the material constituting the horn 20, it is preferable to use steel from the viewpoints of strength, workability, cost, etc.
アンビル30は、負極集電体221および負極タブ223を接合する接合部のうち、負極タブ223側を載置する。アンビル30は、ホーン20からの超音波振動を受け止め、ホーン20とともに、被接合材を挟持する。 The anvil 30 places the negative electrode tab 223 side of the joint where the negative electrode current collector 221 and the negative electrode tab 223 are joined. The anvil 30 receives ultrasonic vibrations from the horn 20 and holds the material to be joined together with the horn 20.
アンビル30は、図2、図3に示すように、表面に突起部31が形成した工具基材32と、突起部31の表面に設けられる下地層33と、下地層33の表面に設けられる硬質層34と、を有する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the anvil 30 includes a tool base material 32 having a protrusion 31 formed on its surface, a base layer 33 provided on the surface of the protrusion 31, and a hard material provided on the surface of the base layer 33. layer 34.
アンビル30は、負極タブ223に形成される比較的硬いNiメッキに対して接触するため、下地層33および硬質層34が設けられる。 Since the anvil 30 comes into contact with the relatively hard Ni plating formed on the negative electrode tab 223, a base layer 33 and a hard layer 34 are provided.
突起部31は、図3に示すように、半球状に形成された半球部31a、および半球部31aの両端に連続して設けられ直線状の直線部31bを有している。換言すれば、突起部31は、滑らかに変曲して構成している。 As shown in FIG. 3, the protrusion 31 has a hemispherical portion 31a formed in a hemispherical shape, and linear portions 31b continuously provided at both ends of the hemispherical portion 31a. In other words, the protrusion 31 is configured to be smoothly curved.
工具基材32を構成する材料としては、強度、加工性、コストなどの観点から、鋼材を用いることが好ましい。 As the material constituting the tool base material 32, it is preferable to use steel from the viewpoints of strength, workability, cost, etc.
下地層33は、超音波接合時の摩擦熱に起因する工具基材32の熱膨張を吸収する。すなわち、下地層33は、緩衝材として機能する。下地層33は、図3に示すように、工具基材32の表面に膜厚が略一定となるように連続的に形成されている。 The base layer 33 absorbs thermal expansion of the tool base material 32 caused by frictional heat during ultrasonic welding. That is, the base layer 33 functions as a buffer material. As shown in FIG. 3, the base layer 33 is continuously formed on the surface of the tool base material 32 so that the film thickness is approximately constant.
下地層33を構成する材料としては、柔らかくかつ耐久性を備える観点から、Crを用いることが好ましいが、これに限定されない。 From the viewpoint of being soft and durable, it is preferable to use Cr as the material constituting the base layer 33, but the material is not limited thereto.
硬質層34は、下地層33よりも硬度が高い。硬質層34は、図3に示すように、下地層33の表面に膜厚が略一定となるように連続的に形成されている。 The hard layer 34 has higher hardness than the base layer 33. As shown in FIG. 3, the hard layer 34 is continuously formed on the surface of the base layer 33 so that the thickness thereof is substantially constant.
硬質層34を構成する材料としては、工具基材32を構成する材料である鋼材と比較して、被接合材に対する親和性が低いことが好ましい。このような材料としては、例えば、TiAlCrを用いることができる。このような材料を用いることによって、超音波接合時の硬質層34の被接合材に対する凝着摩耗の進行を遅らせることができ、工具寿命を延ばすことができる。 The material constituting the hard layer 34 preferably has a lower affinity for the welded material than the steel material constituting the tool base material 32. As such a material, for example, TiAlCr can be used. By using such a material, the progress of adhesive wear of the hard layer 34 against the material to be joined during ultrasonic welding can be delayed, and the tool life can be extended.
下地層33および硬質層34を合わせた厚さは、特に限定されないが、例えば、10~14μmである。 The combined thickness of the base layer 33 and the hard layer 34 is not particularly limited, but is, for example, 10 to 14 μm.
ここで例えば、下地層33が設けられないアンビルの場合、硬質層34の被接合材に当接した個所を起点として、硬質層34が工具基材32から剥がれてしまう虞がある。これに対して、本実施形態に係るアンビル30によれば、工具基材32および硬質層34の間に硬質層34よりも柔らかい下地層33が設けられているため、下地層33が緩衝材として機能し、硬質層34が工具基材32から剥がれることを好適に抑制することができる。 For example, in the case of an anvil in which the base layer 33 is not provided, there is a risk that the hard layer 34 may peel off from the tool base material 32 starting from the point where the hard layer 34 contacts the material to be welded. On the other hand, according to the anvil 30 according to the present embodiment, the base layer 33 which is softer than the hard layer 34 is provided between the tool base material 32 and the hard layer 34, so the base layer 33 acts as a cushioning material. Therefore, peeling of the hard layer 34 from the tool base material 32 can be suitably suppressed.
また、例えば、下地層33が設けられないアンビルの場合、突起部31の耐摩耗性を上げるために硬質層34の膜厚を厚くする必要があり、これによって突起部31にコーティングの盛り上がりができてしまう。このようにコーティングの盛り上がりが生じると、超音波接合時の振動、衝撃でコーティングの盛り上がりからコーティングが剥ぎとられてしまい、コーティングの効果が目減りしてしまう虞がある。これに対して本実施形態に係るアンビル30によれば、工具基材32および硬質層34の間に硬質層34よりも柔らかい下地層33が設けられているため、硬質層34の膜厚を厚くする必要がなく、上述した課題は発生しない。 Furthermore, for example, in the case of an anvil in which the base layer 33 is not provided, it is necessary to increase the thickness of the hard layer 34 in order to increase the wear resistance of the protrusion 31, and this may cause the coating to bulge on the protrusion 31. I end up. When a bulge in the coating occurs in this manner, the coating may be peeled off from the bulge due to vibrations and impacts during ultrasonic bonding, and the effectiveness of the coating may be reduced. On the other hand, according to the anvil 30 according to the present embodiment, since the base layer 33 which is softer than the hard layer 34 is provided between the tool base material 32 and the hard layer 34, the thickness of the hard layer 34 is increased. There is no need to do so, and the above-mentioned problem does not occur.
次に、図4を参照して、本実施形態に係るアンビル30の製造方法について説明する。図4は、アンビル30の製造方法を説明するための図であって、図4(A)は、下地層33を形成する際の様子を示し、図4(B)は、硬質層34を形成する際の様子を示す。アンビル30は、例えば物理蒸着法によって、工具基材32の表面に、下地層33および硬質層34が形成される。 Next, with reference to FIG. 4, a method for manufacturing the anvil 30 according to this embodiment will be described. 4A and 4B are diagrams for explaining the method of manufacturing the anvil 30, in which FIG. 4A shows how the base layer 33 is formed, and FIG. 4B shows how the hard layer 34 is formed. This shows how it works. In the anvil 30, a base layer 33 and a hard layer 34 are formed on the surface of a tool base material 32 by, for example, physical vapor deposition.
まず、工具基材32の表面を洗浄した後に、物理蒸着用の炉内にセットする。そして、炉内を加熱した後、真空引きを実施する。ここでは、例えば4時間かけて、炉内を450℃に加熱する。 First, after cleaning the surface of the tool base material 32, it is set in a physical vapor deposition furnace. After heating the inside of the furnace, vacuuming is performed. Here, the inside of the furnace is heated to 450° C. over a period of, for example, 4 hours.
次に、クリーニング装置によって工具基材32の表面にイオン粒子を衝突させて、工具基材32の表面をクリーニングする。 Next, the surface of the tool base material 32 is cleaned by colliding ion particles with the surface of the tool base material 32 using a cleaning device.
次に、図4(A)に示すように、下地層用生成装置80を用いて工具基材32の表面に下地層33を形成する。具体的には、図4(A)に示すように、下地層33を形成するコーティング剤を、直線部31bに直交する方向V1から照射するとともに、突起部31の突出方向V2(図4の上下方向)から工具基材32に向けて照射する。このように、下地層33を形成するコーティング剤を、直線部31bに直交する方向V1かつ突起部31の突出方向V2から照射することによって、下地層33の膜厚が略一定となる(図3参照)。 Next, as shown in FIG. 4(A), a base layer 33 is formed on the surface of the tool base material 32 using a base layer generation device 80. Specifically, as shown in FIG. 4A, the coating agent forming the base layer 33 is irradiated from the direction V1 perpendicular to the straight portion 31b, and the protrusion direction V2 of the protrusion 31 (up and down in FIG. 4) is applied. direction) toward the tool base material 32. In this way, by irradiating the coating agent for forming the base layer 33 from the direction V1 perpendicular to the straight portion 31b and the protrusion direction V2 of the protrusion 31, the film thickness of the base layer 33 becomes approximately constant (Fig. 3 reference).
次に、図4(B)に示すように、硬質層用生成装置90を用いて下地層33の表面に硬質層34を形成する。具体的には、図4(B)に示すように、硬質層34を形成するコーティング剤を、直線部31bに直交する方向V1から照射するとともに、突起部31の突出方向V2(図4の上下方向)から工具基材32に向けて照射する。このように、硬質層34を形成するコーティング剤を直線部31bに直交する方向V1かつ突起部31の突出方向V2から照射することによって、硬質層34の膜厚が略一定となる(図3参照)。ここで、硬質層34の信頼性を向上させるために、硬質層34の成膜レートは、下地層33の成膜レートよりも遅くすることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 4(B), a hard layer 34 is formed on the surface of the base layer 33 using a hard layer generation device 90. Specifically, as shown in FIG. 4B, the coating agent forming the hard layer 34 is irradiated from the direction V1 perpendicular to the straight portion 31b, and the protrusion direction V2 of the protrusion 31 (up and down in FIG. 4) is applied. direction) toward the tool base material 32. In this way, by irradiating the coating agent for forming the hard layer 34 from the direction V1 perpendicular to the straight portion 31b and from the protruding direction V2 of the projection 31, the thickness of the hard layer 34 becomes approximately constant (see FIG. 3). ). Here, in order to improve the reliability of the hard layer 34, the film formation rate of the hard layer 34 is preferably slower than the film formation rate of the base layer 33.
下地層33および硬質層34を形成するためのトータルのコーティング時間は、特に限定されないが、例えば6時間である。 The total coating time for forming the base layer 33 and the hard layer 34 is, for example, 6 hours, although it is not particularly limited.
次に、炉内を冷却した後、アンビル30を取り出す。ここで、炉内の冷却時間は、特に限定されないが、例えば4時間である。次に、品質チェック用のテストピースで下地層33および硬質層34の膜厚、膜硬度、表面状態を検査する。 Next, after cooling the inside of the furnace, the anvil 30 is taken out. Here, the cooling time in the furnace is, for example, 4 hours, although it is not particularly limited. Next, the film thickness, film hardness, and surface condition of the base layer 33 and hard layer 34 are inspected using a test piece for quality check.
以上の工程によって、工具基材32の表面に下地層33および硬質層34を形成して、アンビル30を製造する。 Through the above steps, the base layer 33 and the hard layer 34 are formed on the surface of the tool base material 32, and the anvil 30 is manufactured.
次に、図5を参照して、本実施形態に係るアンビル30の効果について説明する。 Next, with reference to FIG. 5, the effects of the anvil 30 according to this embodiment will be described.
図5において、横軸はショット数(接合回数)を示し、縦軸はアンビルの摩耗量を示す。また実線は、本実施形態に係るアンビル30の工具摩耗量を示し、点線はコーティングなしのアンビルの工具摩耗量を示す。 In FIG. 5, the horizontal axis shows the number of shots (the number of times of joining), and the vertical axis shows the amount of wear on the anvil. Further, the solid line indicates the amount of tool wear on the anvil 30 according to the present embodiment, and the dotted line indicates the amount of tool wear on the anvil without coating.
図5に示すように、例えば工具摩耗量がおよそ95μmのとき工具を交換するとした場合、コーティングなしのアンビルに対して、本実施形態に係るアンビル30の工具寿命は3倍になることが分かった。 As shown in FIG. 5, for example, when the tool is replaced when the amount of tool wear is approximately 95 μm, it was found that the tool life of the anvil 30 according to this embodiment is three times that of an uncoated anvil. .
以上説明したように、本実施形態に係るアンビル30は、被接合材同士の超音波接合に用いる超音波接合用工具である。アンビル30は、表面に突起部31が形成した工具基材32と、突起部31の表面に設けられ、工具基材32の熱膨張を吸収する下地層33と、下地層33の表面に設けられ、下地層33よりも硬度の高い硬質層34と、を有する。このように構成されたアンビル30によれば、下地層33によって、接合時における硬質層34に対する振動や衝撃を低減できるため、硬質層34の剥がれを防止する。 As explained above, the anvil 30 according to the present embodiment is an ultrasonic bonding tool used for ultrasonic bonding between materials to be bonded. The anvil 30 includes a tool base material 32 having a protrusion 31 formed on its surface, a base layer 33 provided on the surface of the protrusion 31 to absorb thermal expansion of the tool base material 32, and a base layer 33 provided on the surface of the base layer 33. , and a hard layer 34 having higher hardness than the base layer 33. According to the anvil 30 configured in this manner, the base layer 33 can reduce vibration and impact on the hard layer 34 during bonding, thereby preventing the hard layer 34 from peeling off.
また、硬質層34を構成する材料は、工具基材32を構成する材料と比較して、被接合材に対する親和性が低い。このように構成されたアンビル30によれば、硬質層34が設けられないアンビルと比較して、接合時に硬質層34が剥がれる虞がさらに低減する。 Furthermore, the material that makes up the hard layer 34 has a lower affinity for the materials to be joined than the material that makes up the tool base material 32 . According to the anvil 30 configured in this way, the possibility that the hard layer 34 will peel off during bonding is further reduced compared to an anvil in which the hard layer 34 is not provided.
また、突起部31は、下地層33側の先端が半球状に形成された半球部31a、および半球部31aの両端に連続して設けられ直線状の直線部31bを有しており、下地層33および硬質層34は膜厚が一定となるように形成されている。このように構成されたアンビル30によれば、下地層33および硬質層34の膜厚が一定となるため、コーティングの信頼性が向上する。 Further, the protrusion 31 has a hemispherical part 31a whose tip on the side of the base layer 33 is formed into a hemispherical shape, and a linear straight part 31b that is continuously provided at both ends of the hemispherical part 31a. 33 and the hard layer 34 are formed to have constant film thicknesses. According to the anvil 30 configured in this way, the film thicknesses of the base layer 33 and the hard layer 34 are constant, so that the reliability of coating is improved.
また、以上説明したように、本実施形態に係るアンビル30の製造方法は、被接合材同士の超音波接合に用いる超音波接合用工具の製造方法である。アンビル30の製造方法において、工具基材32の表面に形成した突起部31の表面に、工具基材32の熱膨張を吸収する下地層33を形成し、下地層33の表面に、下地層33よりも硬度の高い硬質層34を形成する。この製造方法によって製造されたアンビル30によれば、下地層33によって、接合時における硬質層34に対する振動や衝撃を低減できるため、硬質層34の剥がれを防止する。 Furthermore, as explained above, the method for manufacturing the anvil 30 according to the present embodiment is a method for manufacturing an ultrasonic bonding tool used for ultrasonic bonding between materials to be bonded. In the method for manufacturing the anvil 30, a base layer 33 that absorbs thermal expansion of the tool base material 32 is formed on the surface of the protrusion 31 formed on the surface of the tool base material 32, and a base layer 33 is formed on the surface of the base layer 33. A hard layer 34 having a higher hardness than the above is formed. According to the anvil 30 manufactured by this manufacturing method, the base layer 33 can reduce vibration and impact on the hard layer 34 during bonding, thereby preventing the hard layer 34 from peeling off.
また、半球部31aおよび直線部31bを備える突起部31に対して、下地層33および硬質層34を形成するコーティング剤を、直線部31bに直交する方向V1かつ突起部31の突出方向V2から照射する。そして、下地層33および硬質層34の膜厚がそれぞれ一定となるように形成する。この製造方法によれば、下地層33および硬質層34の膜厚が一定となるため、コーティングの信頼性が向上する。 Further, the coating agent for forming the base layer 33 and the hard layer 34 is irradiated onto the protrusion 31 including the hemispherical part 31a and the straight part 31b from the direction V1 perpendicular to the straight part 31b and the protrusion direction V2 of the protrusion 31. do. Then, the base layer 33 and the hard layer 34 are formed to have constant film thicknesses. According to this manufacturing method, the film thicknesses of the base layer 33 and the hard layer 34 are constant, so that the reliability of the coating is improved.
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be variously modified within the scope of the claims.
例えば上述した実施形態では、アンビル30に、下地層33および硬質層34が設けられた。しかしながら、ホーンに下地層および硬質層が設けられてもよい。 For example, in the embodiment described above, the anvil 30 was provided with the base layer 33 and the hard layer 34. However, the horn may also be provided with a base layer and a hard layer.
また、上述した実施形態では、被接合材として、負極集電体221および負極タブ223を例に挙げて説明したが、被接合材は、正極集電体および正極タブであってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the negative electrode current collector 221 and the negative electrode tab 223 are exemplified as the materials to be joined, but the materials to be joined may be a positive electrode current collector and a positive electrode tab.
また、上述した実施形態では、突起部31は、半球部および直線部を有する構成であった。しかしながら、突起部131は、図6に示すように、三角形状から構成されてもよい。 Furthermore, in the embodiment described above, the protrusion 31 has a hemispherical portion and a straight portion. However, the protrusion 131 may have a triangular shape, as shown in FIG.
1 接合装置、
10 振動発生部、
20 ホーン、
30 アンビル(超音波接合用工具)、
31 突起部、
31a 半球部、
31b 直線部、
32 工具基材、
33 下地層、
34 硬質層、
221 負極集電体(被接合材)、
223 負極タブ(被接合材)、
V1 直線部に直交する方向、
V2 突起部の突出方向。
1 joining device,
10 vibration generating section,
20 horn,
30 Anvil (ultrasonic bonding tool),
31 protrusion,
31a hemisphere,
31b straight section,
32 tool base material,
33 Base layer,
34 hard layer,
221 Negative electrode current collector (material to be joined),
223 Negative electrode tab (material to be joined),
V1 Direction perpendicular to the straight line,
V2 Projection direction of the protrusion.
Claims (4)
表面に突起部が形成した工具基材と、
前記突起部の表面に設けられ、前記工具基材の熱膨張を吸収する下地層と、
前記下地層の表面に設けられ、前記下地層よりも硬度の高い硬質層と、を有し、
前記突起部は、前記下地層側の先端が半球状に形成された半球部、および前記半球部の両端に連続して設けられ直線状の直線部を有しており、
前記下地層および前記硬質層は膜厚が一定となるように形成されている超音波接合用工具。 An ultrasonic bonding tool used for ultrasonic bonding between materials to be bonded,
A tool base material with protrusions formed on its surface;
a base layer provided on the surface of the protrusion and absorbing thermal expansion of the tool base;
a hard layer provided on the surface of the base layer and having higher hardness than the base layer,
The protruding portion has a hemispherical portion whose tip on the base layer side is formed into a hemispherical shape, and linear portions that are continuously provided at both ends of the hemispherical portion, and
In the ultrasonic bonding tool, the base layer and the hard layer are formed to have constant film thicknesses.
表面に突起部が形成した工具基材と、
前記突起部の表面に設けられ、前記工具基材の熱膨張を吸収する下地層と、
前記下地層の表面に設けられ、前記下地層よりも硬度の高い硬質層と、を有し、
前記下地層および前記硬質層は膜厚が一定となるように形成され、
前記突起部は、滑らかに変曲して構成されている、または断面が三角形状から構成されている超音波接合用工具。 An ultrasonic bonding tool used for ultrasonic bonding between materials to be bonded,
A tool base material with protrusions formed on its surface;
a base layer provided on the surface of the protrusion and absorbing thermal expansion of the tool base;
a hard layer provided on the surface of the base layer and having higher hardness than the base layer,
The base layer and the hard layer are formed to have constant film thicknesses,
In the ultrasonic welding tool, the protrusion has a smoothly curved shape or a triangular cross section.
工具基材の表面に形成した突起部の表面に、前記工具基材の熱膨張を吸収する下地層を形成し、
前記下地層の表面に、前記下地層よりも硬度の高い硬質層を形成し、
前記下地層側の先端が半球状に形成された半球部、および前記半球部の両端に連続して直線状に形成された直線部を備える前記突起部に対して、
前記下地層および前記硬質層を形成するコーティング剤を、前記直線部に直交する方向かつ前記突起部の突出方向から照射して、前記下地層および前記硬質層の膜厚がそれぞれ一定となるように形成する、超音波接合用工具の製造方法。 A method for manufacturing an ultrasonic bonding tool used for ultrasonic bonding between materials to be bonded, the method comprising:
forming a base layer on the surface of the protrusion formed on the surface of the tool base material to absorb thermal expansion of the tool base material;
forming a hard layer with higher hardness than the base layer on the surface of the base layer;
The protrusion includes a hemispherical portion whose tip on the base layer side is formed into a hemispherical shape, and a linear portion continuously formed in a straight line at both ends of the hemispherical portion,
A coating agent forming the base layer and the hard layer is irradiated from a direction perpendicular to the straight line portion and from a direction in which the protrusion portions protrude, so that the thicknesses of the base layer and the hard layer are each constant. A method for manufacturing an ultrasonic bonding tool.
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