(57)【要約】【課題】接合時の超音波接合装置の安定性を確保する。【解決手段】  超音波接合装置１は、上下方向に移動可能に支持されたアンビル１２と、アンビル１２の上方に位置するホーン１４と、アンビル１２の下方に設けられたローラカムフォロア４２と、ローラカムフォロア４２が接するカム面７８を有し、基台６２上に架設されたガイドレール５８上を移動するカム５６と、を備える。カム面７８は、アンビル１２を上昇させる第１区間７８ａと、第１区間７８ａの終端に連続し、接合時の荷重の作用方向に直交した第２区間７８ｂと、を有する。接合時にはローラカムフォロア４２は第２区間７８ｂ上に位置し、アンビル１２がタブ４に当接する。アンビル１２との間にタブ４等を挟持した状態でホーン１４を加振することで集電箔３及びタブ４が接合される。アンビル１２に加わる接合時の荷重は第２区間７８ｂが受け、ガイドレール５８等を介して基台６２に直線的に伝達される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に移動可能に支持されたアンビルと、
上記アンビルの上方に位置し、上記アンビルとの間でワークを挟持して超音波接合を行うホーンと、
上記アンビルの下方に設けられたカムフォロアと、
上記カムフォロアが接するカム面を上方へ向かって備え、基台上を水平方向に沿って移動するカムと、
を備え、
上記カム面は、上記アンビルを徐々に上昇させる第１区間と、この第１区間の終端に連続し、接合時の荷重の作用方向に直交した第２区間と、を有する、超音波接合装置。
【請求項２】
上記カムは、上記基台上に起立した略三角形のプレート状をなし、上端面が上記カム面を構成している、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合装置。
【請求項３】
上記カムの側面に、上記カム面のカムプロフィールに対応した補助カム面を上縁に備えた補助カム溝が設けられ、この補助カム溝に係合した補助カムフォロアをさらに備える、ことを特徴とする請求項２に記載の超音波接合装置。
【請求項４】
上記カムが上記基台に設けられたガイドレール上に支持され、上記カムを駆動するアクチュエータが上記ガイドレールの側方に配置され、上記カムに連結されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波接合装置。
【請求項５】
上記カムフォロアがローラカムフォロアであり、このローラカムフォロアの回転軸が上記アンビルの真下に位置する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波接合装置。
【請求項６】
上記アンビルを上端に備えた棒状のアンビル支持部材の下端に一対の軸受ボス部が設けられ、上記ローラカムフォロアの回転軸の両端が上記軸受ボス部にそれぞれ支持されている、ことを特徴とする請求項５に記載の超音波接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホーンとアンビルとの間にワークを挟持して超音波接合を行う超音波接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、互いに重ねられた複数のプラスチックシートを超音波接合する超音波接合装置が開示されている。この超音波接合装置は、ホーンと、ホーンの下方に位置し、ホーンとの間に複数のプラスチックシートを挟持するアンビルと、ホーンに対してアンビルを上下方向に昇降させる駆動機構と、を備える。駆動機構は、アンビルの底面に設けられた第１のくさびエレメントと、アクチュエータに取り付けられた第２のくさびエレメントと、からなる。第１のくさびエレメント及び第２のくさびエレメントは傾斜面をそれぞれ有しており、これらの傾斜面が当接するように互いに配置されている。アクチュエータにより第２のくさびエレメントが水平方向に移動すると、この第２のくさびエレメントの傾斜面に沿って第１のくさびエレメントの傾斜面が摺動して第１のくさびエレメントが押し上げられ、これにより、アンビルがプラスチックシートに向けて上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５０５６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の超音波接合装置では、第２のくさびエレメントの傾斜面が接合時の荷重を受ける面となるが、この面は荷重の作用方向に対して傾斜しているため、接合時に横方向の分力が生じ、第２のくさびエレメントによって支持されるアンビルの位置が安定しないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明における超音波接合装置は、アンビルとホーンとの間でワークを挟持して超音波接合を行う。アンビルの下方に設けられたカムフォロアが接するカムのカム面は、アンビルを上昇させる第１区間と、第１区間の終端に連続し、接合時の荷重の作用方向に直交した水平な第２区間と、を有する。
【０００６】
このような構成では、カムフォロアが第１区間に沿って移動し、アンビルが徐々に上昇してワークに当接する。接合時にはカムフォロアは第２区間上に位置し、この第２区間がアンビルに加わる接合時の荷重を受ける。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、荷重の作用方向に直交した面で接合時の荷重を受けるため、接合時の装置の安定性を確保することができ、従って、ワークの接合品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】初期位置にある超音波接合装置の斜視図。
【図２】同じくアンビル及びカムの斜視図。
【図３】中間位置にあるアンビル及びカムの斜視図。
【図４】接合加工位置にあるアンビル及びカムの斜視図。
【図５】同じく超音波接合装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施例の超音波接合装置１を概略的に示している。なお、図１は接合動作前の状態を示している。この実施例の超音波接合装置１は、例えば、リチウムイオン二次電池等のフィルム外装電池２に用いられる正極側及び負極側の集電箔３と、一対のタブ４（一方が正極タブ、他方が負極タブとなる）と、を重ね合わせて超音波接合するための装置である。
【００１１】
集電箔３は、例えば、アルミニウム箔もしくは銅箔で形成されている。タブ４は、集電箔３と同様の材料で集電箔３よりも厚いシート状に形成されている。本実施例では、図１に示すように、一対のタブ４がフィルム外装電池２の一方の端部６に設けられている。集電箔３上には当て板７が重ねられている。具体的には、当て板７は、一方のタブ４に重ねられた集電箔３並びに他方のタブ４に重ねられた集電箔３の上にそれぞれ重ねて配置されている。当て板７は、集電箔３と同様の材料で形成されている。なお、集電箔３、タブ４及び当て板７は、特許請求の範囲に記載の「ワーク」に相当する。
【００１２】
本実施例では、超音波接合装置１は、集電箔３と一方のタブ４との接合に用いられる。この超音波接合装置１は、図示せぬロータリインデックスマシンの１つのステーションに設置されている。そして、このロータリインデックスマシンのテーブル上に治具を介してフィルム外装電池２が水平に配置されている。
【００１３】
超音波接合装置１は、装置本体１０と、この装置本体１０に上下方向に昇降可能に支持されたアンビル１２と、アンビル１２の上方に位置し、アンビル１２との間でワーク（当て板７、集電箔３及びタブ４）を挟持して接合を行うホーン１４と、を備える。
【００１４】
装置本体１０は、基部１８上に立設された一対の側壁１９と、これらの側壁１９の間において基部１８に沿って立設された相対的に高さの低い端部壁２０と、を有する。端部壁２０には垂直方向に延びるガイドレール２１が架設されている。
【００１５】
ホーン１４は、一対の側壁１９の間において上下方向に昇降可能に装置本体１０に支持されている。ホーン１４は、図示せぬ駆動装置（例えば、エアシリンダ）によって昇降し、かつ接合加工時には下方へ向けて所定の荷重で付勢される。ホーン１４は、水平方向に延びる円柱状のホーン本体２４と、このホーン本体２４の一端に設けられた工具部２６と、を有する。工具部２６は、円盤状をなしており、その外周に沿って４つのチップ２８が突設されている。４つのチップ２８のうち、垂直方向下方に位置する１つのチップ２８が当て板７に対向しており、このチップ２８が接合に使用される。なお、他の３つのチップ２８は、接合に使用するチップ２８に摩耗が生じたときに使用される予備のチップである。各々のチップ２８の先端の加工面３０は、当て板７に当接する図示せぬ複数の突起を備えている。
【００１６】
ホーン本体２４の他端側には、超音波振動をホーン本体２４に加える加振装置３３が取り付けられている。加振装置３３は、ホーン１４の長手方向に沿った振動方向Ｄ１にホーン本体２４を加振する。
【００１７】
ホーン１４のチップ２８の下方には、このチップ２８と対向するようにアンビル１２が設けられている。アンビル１２は、図２に示すように、垂直方向に延びる棒状のアンビル支持部材３６の上端に配置されている。アンビル１２は、チップ２８に対応した加工面３８を有しており、加工面３８は、タブ４に当接する図示せぬ複数の突起を備えている。
【００１８】
図２に示すように、アンビル支持部材３６の下端には、ローラカムフォロア４２を支持するためのローラ支持部材４４が連結部４６を介して設けられている。このローラ支持部材４４は、ブロック状をなしており、アンビル１２及びアンビル支持部材３６よりも大きな断面形状を有している。ローラ支持部材４４の下端には、下方に向けて突出した一対の軸受ボス部４８が形成されている。一対の軸受ボス部４８は、互いに平行をなしており、ローラカムフォロア４２の回転軸の両端をそれぞれ支持している。このローラカムフォロア４２の回転軸は、ホーン１４の長手方向と平行に延びており、アンビル１２の真下に位置している（図１参照）。
【００１９】
図１に示すように、ローラ支持部材４４及び連結部４６は昇降プレート５２に取り付けられている。この昇降プレート５２は、裏面に取り付けられた複数のスライダ５３を介して、装置本体１０の端部壁２０に架設されたガイドレール２１に上下方向に昇降可能に支持されている。
【００２０】
次に、図２を参照して、アンビル１２を昇降させるための機構について説明する。
【００２１】
この機構は、水平方向にスライドしてアンビル１２を昇降させるカム５６と、カム５６をスライド可能に支持するガイドレール５８と、カム５６を駆動するリニアアクチュエータ６０と、から構成されている。
【００２２】
ガイドレール５８は、プレート状の基台６２上に水平に配置されており、ホーン１４の長手方向に直交して延びている。ガイドレール５８には、ガイドレール５８上をスライドするスライダブロック６６が支持されている。このスライダブロック６６上にカム５６が配置されている。つまり、カム５６と、スライダブロック６６と、ガイドレール５８との三者が上下に重なって配置されている。
【００２３】
カム５６は、スライダブロック６６に取り付けられたベースプレート７０と、このベースプレート７０から垂直方向に起立した略三角形のカムプレート７２と、を有する。カムプレート７２は、スライド方向の一方に位置する第１の端部７４と、他方に位置する第２の端部７５と、を有している。カムプレート７２の一対の側面７３は、それぞれ垂直面をなしている（図１）。
【００２４】
カムプレート７２の上端面はローラカムフォロア４２が接する一定幅のカム面７８を構成している。このカム面７８は、第１の端部７４側から第２の端部７５側に向けて所定の角度で上方へ傾斜した第１区間７８ａと、第２の端部７５側に位置し第１区間７８ａの終端に連続する水平な第２区間７８ｂと、第１の端部７４側に位置し第１区間７８ａの始端に連続する水平な第３区間７８ｃと、を有している。第２区間７８ｂは、基台６２からの高さが相対的に高く、アンビル１２の接合加工位置に対応している。つまり、第２区間７８ｂの高さは、ローラカムフォロア４２が第２区間７８ｂ上に位置するときにアンビル１２がタブ４に当接するように設定されている。第２区間７８ｂは、ワーク接合時の荷重の作用方向に直交している。すなわち、カム面７８は、第２区間７８ｂにおいて水平面となっており、この第２区間７８ｂがアンビル１２に加わる接合時の荷重を受ける面となる。一方、第３区間７８ｃは、基台６２からの高さが相対的に低く、アンビル１２の初期位置に対応している。つまり、第３区間７８ｃは、ローラカムフォロア４２が第３区間７８ｃ上に位置するときにアンビル１２が最下降位置にあり、フィルム外装電池２を積載した図示せぬロータリインデックステーブルの移動を許容するように高さが設定されている。なお、第１区間７８ａは直線状をなしており、第１区間７８ａと第２区間７８ｂとの境界並びに第１区間７８ａと第３区間７８ｃとの境界は、それぞれ滑らかに連続している。
【００２５】
昇降プレート５２に面したカムプレート７２の一方の側面７３に補助カム溝８４が設けられている。補助カム溝８４は、上縁に補助カム面８５を備えている。この補助カム面８５は、カム面７８のカムプロフィールに対応している。つまり、補助カム面８５は、カム面７８の第１区間７８ａに対応する傾斜した第１区間８５ａと、カム面７８の第２区間７８ｂに対応する水平な第２区間８５ｂと、カム面７８の第３区間７８ｃに対応する水平な第３区間８５ｃと、を有している。
【００２６】
リニアアクチュエータ６０は、ガイドレール５８の側方においてガイドレール５８と平行をなすようにして基台６２上に配置されている。リニアアクチュエータ６０は、このリニアアクチュエータ６０上を水平方向にスライドするスライダ９２を備えている。スライダ９２は、断面Ｌ字形の連結アーム９４を介してカム５６のベースプレート７０に連結されている。
【００２７】
さらに、超音波接合装置１は、補助カム溝８４に係合する補助ローラカムフォロア９６を備えている。補助ローラカムフォロア９６は、カム５６の移動時にローラカムフォロア４２がカム面７８から浮き上がらないようにするための部材である。この補助ローラカムフォロア９６は、カム面７８及び補助カム面８５を挟んでローラカムフォロア４２と対向するように配置されており、補助カム面８５に沿って回転移動する。補助ローラカムフォロア９６の回転軸（図示せず）は、ローラカムフォロア４２の回転軸と平行をなしており、補助ローラカムフォロア９６の回転軸の一方の端部は、昇降プレート５２に取り付けられた軸受部９８に片持ち式に支持されている。補助ローラカムフォロア９６の直径は、ローラカムフォロア４２の直径よりも小さい。
【００２８】
次に、図１〜５を参照して、超音波接合装置１の接合動作について説明する。
【００２９】
まず、図１，２に示す初期位置では、カム５６はアンビル１２から離れた側に位置しており、ローラカムフォロア４２はカム面７８の第３区間７８ｃ上にあり、アンビル１２は最下降位置に位置している。一方、ホーン１４は上昇位置にある。従って、ホーン１４のチップ２８とアンビル１２とは最も離間している。この初期位置において、フィルム外装電池２が積載された図示せぬロータリインデックステーブルが回転して、互いに重ねられた当て板７、集電箔３及びタブ４がチップ２８とアンビル１２との間にセットされる。
【００３０】
次いで、リニアアクチュエータ６０が駆動され、図３に示すように、スライダ９２とともにカム５６がアンビル１２の下方に向けてスライドする。ローラカムフォロア４２はカム面７８の第１区間７８ａ上を回転・移動し、補助ローラカムフォロア９６は補助カム面８５の第１区間８５ａ上を回転・移動する。カム５６が移動するにつれて、ローラカムフォロア４２が第１区間７８ａの傾斜により上方に徐々に押し上げられ、アンビル１２がタブ４に向けて徐々に上昇する。また、図示せぬ駆動装置によりホーン１４が当て板７に向けて下降する。
【００３１】
図４，５に示すように、カム５６がさらにスライドし、ガイドレール５８の所定位置に達して停止する。このとき、ローラカムフォロア４２は第２区間７８ｂ上に位置しており、アンビル１２は最上昇位置にあり、アンビル１２の突起はタブ４に当接している。補助ローラカムフォロア９６は補助カム面８５の第２区間８５ｂに位置している。ホーン１４は、さらに下降して、チップ２８の突起が当て板７に当接する。次いで、ホーン１４により一定の荷重が下方に向けて加えられ、チップ２８とアンビル１２との間に当て板７、集電箔３及びタブ４が挟持される。集電箔３等を挟持した状態で荷重を与えながら加振装置３３によってホーン１４が加振されて、集電箔３及びタブ４が超音波接合される。この接合時には、図５に示すように、チップ２８、アンビル１２、ローラカムフォロア４２及び第２区間７８ｂが垂直方向に直線上に整列しており、アンビル１２に加わる接合時の荷重は、アンビル１２の真下に位置する第２区間７８ｂが受けている。さらに、この荷重は、第２区間７８ｂからスライダブロック６６及びガイドレール５８を介して基台６２に直線的に伝達される。
【００３２】
このように、荷重の作用方向に直交した面であるカム面７８の第２区間７８ｂで接合時の荷重を受けているため、荷重に対し分力が発生せず、接合時のアンビル１２の安定性を確保することができる。その結果、集電箔３及びタブ４の接合品質を向上させることができる。
【００３３】
さらに、カム５６を駆動するリニアアクチュエータ６０は、ガイドレール５８の側方に配置されているため、第２区間７８ｂからガイドレール５８等を介して基台６２に伝わる接合時の荷重及び超音波振動はリニアアクチュエータ６０には直接伝達されない。このため、アンビル１２の位置精度が高く得られるとともに、リニアアクチュエータ６０の耐久性が向上する。
【００３４】
さらに、上記実施例では、ローラカムフォロア４２がカム面７８上を転動するので、前述した特許文献１のように面接触させる場合に比較して、接触部での摩擦や発熱といった問題も生じない。
【００３５】
接合が終わると、ホーン１４が上昇するとともに、カム５６がアンビル１２から離れる方向に移動してアンビル１２が下降する。このとき、補助ローラカムフォロア９６が補助カム溝８４に係合しているため、ローラカムフォロア４２のカム面７８からの浮き上がりや脱離が防止される。つまり、ローラカムフォロア４２及びアンビル１２は、カム面７８に正しく追従して下降する。従って、カム５６を比較的高速で移動させることが可能である。
【００３６】
なお、集電箔３と他方のタブ４との接合は、超音波接合装置１と同一の構成を有する他の超音波接合装置によって行われる。他の超音波接合装置は、上記超音波接合装置１が設置されたステーションに隣接した次のステーションに設置されている。従って、一方のタブ４の接合終了後、図示せぬロータリインデックステーブルが回転し、フィルム外装電池２が次のステーションへと送られる。
【００３７】
以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られず、種々の変更が可能である。
【００３８】
上記実施例では、カム面７８の第１区間７８ａは直線状をなしているが、これに限定されず、例えば、曲線等、他の適宜なプロフィールとすることができる。
【００３９】
また、上記実施例では、超音波接合装置１は、フィルム外装電池２の集電箔３及びタブ４の接合に用いられているが、本発明は、これに限定されず、例えば、プラスチックシート等、他のシート状部材の接合に使用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  超音波接合装置
１２  アンビル
１４  ホーン
２８  チップ
４２  ローラカムフォロア
５６  カム
５８  ガイドレール
６２  基台
７８  カム面
７８ｂ  第２区間
【図１】
2018089661.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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