(57)【要約】      （修正有）【課題】アンビル及びホーンの交換時期を判別可能な超音波接合装置、ホーン及びアンビルの交換時期の検出方法、及び超音波接合装置を用いた蓄電素子の製造方法を提供する。【解決手段】複数の凸部２２が形成され且つ重ね合わされた接合対象物を押圧する押圧面２０を有するホーン２と、複数の凸部４２が形成され且つ接合対象物を押圧面との間に挟み込んで支持する支持面４０を有するアンビル４と、ホーンを押圧面の押圧方向と略直交する方向に超音波振動させる装置本体６と、ホーンを超音波振動させるときの、該ホーンに加えられるエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量を検出する検出部７０と、を備え、押圧面及び支持面の少なくとも一方は、複数の凸部に含まれ且つ押圧面の押圧方向において先端が他の凸部の先端より後方に位置して接合対象物に接したときにホーンの振動に対する抵抗となる後方凸部を有する。【選択図】図１
2016107292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の凸部が形成され且つ重ね合わされた接合対象物を押圧する押圧面を有するホーンと、
複数の凸部が形成され且つ前記接合対象物を前記押圧面との間に挟み込んで支持する支持面を有するアンビルと、
前記ホーン及び前記アンビルが着脱可能に取り付けられる装置本体であって、前記ホーンを前記押圧面の押圧方向と略直交する方向に超音波振動させる装置本体と、
前記ホーンを超音波振動させるときの、該ホーンに加えられるエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量を検出する検出部と、を備え、
前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方は、前記複数の凸部に含まれ且つ前記押圧面の押圧方向において先端が他の凸部の先端より後方に位置する後方凸部であって、前記接合対象物に接したときに前記ホーンの振動に対する抵抗となる後方凸部を有する、超音波接合装置。
【請求項２】
前記後方凸部は、前記ホーンの振動方向と交差する方向に延びる、請求項１に記載の超音波接合装置。
【請求項３】
前記後方突部は、先端に前記接合対象物と面接触する先端面を有する、請求項１又は２に記載の超音波接合装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記接合対象物を接合させたときの前記ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量と、前回の前記接合対象物を接合させたときの前記ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量との差から、前記ホーン及び前記アンビルの少なくとも一方の交換時期を判断する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
【請求項５】
複数の凸部が形成され且つ接合対象物を押圧する押圧面を有するホーンの該押圧面と、複数の凸部が形成され且つ前記接合対象物を支持する支持面を有するアンビルの該支持面との間に、重ね合わされた前記接合対象物を挟み込んだ状態で、前記ホーンを前記押圧面の押圧方向と交差する方向に超音波振動させて前記重ね合わされた接合対象物を接合している間に、該ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量を検出することと、
前記接合対象物を接合させたときの前記ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量から、前記ホーン及び前記アンビルの少なくとも一方の交換時期を判断することと、を備え、
前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方は、前記複数の凸部に含まれ且つ前記押圧面の押圧方向において先端が他の凸部の先端より後方に位置する後方凸部であって、前記接合対象物に接したときに前記ホーンの振動の抵抗となる後方凸部を有する、ホーン及びアンビルの交換時期の検出方法。
【請求項６】
前記交換時期の判断では、前記接合対象物を接合させたときの前記ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量と、前回の前記接合対象物を接合させたときの前記ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量との差が所定の閾値を超えたときに、前記ホーン及び前記アンビルの少なくとも一方が交換時期であると判断する、請求項５に記載のホーン及びアンビルの交換時期の検出方法。
【請求項７】
複数の凸部が形成され且つ重ね合わされた電極体及び集電体を押圧する押圧面を有するホーンと、複数の凸部が形成され且つ前記電極体及び前記集電体を前記押圧面との間に挟み込んで支持する支持面を有するアンビルと、前記ホーン及び前記アンビルが着脱可能に取り付けられる装置本体であって、前記ホーンを前記押圧面の押圧方向と略直交する方向に超音波振動させる装置本体と、前記ホーンを超音波振動させるときの、該ホーンに加えられるエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量を検出する検出部と、を備え、前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方が、前記複数の凸部に含まれ且つ前記押圧面の押圧方向において先端が他の凸部の先端より後方に位置する後方凸部であって、前記電極体又は前記集電体に接したときに前記ホーンの振動に対する抵抗となる後方凸部を有する超音波接合装置によって、重ね合わされた前記電極体と前記集電体とを接合することを、備える、超音波接合装置を用いた蓄電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重ね合わせた接合対象物を加圧しつつ超音波振動を与えることで接合する超音波接合装置、ホーン及びアンビルの交換時期の検出方法、及び超音波接合装置を用いた蓄電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、重ね合わせた金属製の接合対象物を超音波接合する超音波溶接機が知られている（特許文献１参照）。この超音波溶接機は、接合対象物である角形電池の集電接続板、集電箔積層部、及び保護板が載置される加工面を有するアンビルと、前記加工面との間に前記接合対象物を挟み込んで押圧する押圧面を有し且つ超音波振動する超音波ホーンと、を備える。前記加工面と前記押圧面とは、それぞれ複数の凸部を有する。
【０００３】
前記超音波溶接機では、前記加工面及び前記押圧面が前記接合対象物を挟み込んだ状態で前記超音波ホーンが超音波振動する。このとき、前記加工面の複数の凸部及び前記押圧面の複数の凸部が重ね合わされた接合対象物にそれぞれ食い込んだ状態で超音波ホーンが超音波振動するため、前記重ね合わされた接合対象物は、加圧された状態で互いに擦れあい、これにより、接合（超音波接合）される。
【０００４】
前記超音波溶接機では、前記アンビルの加工面及び前記ホーンの押圧面に形成された複数の凸部が、超音波接合が繰り返されることで徐々に磨り減って接合対象物への超音波振動の伝達性能等が低下する。このため、前記複数の凸部が所定量以上磨り減ったときに前記アンビル及び前記ホーンが交換される。この交換は、過去の経験等から設定された回数の超音波接合が行われた後に行われている。
【０００５】
しかし、前記アンビル、前記ホーン及び前記接合対象物の品質等の公差等や、試験接合等を前記設定された回数に含めない場合があるため、前記設定された回数の超音波接合が行われても、交換が必要な量まで前記凸部が磨り減っていない場合があり、この場合、未だ使用できるアンビル及びホーンが交換されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−４２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、アンビル及びホーンの交換時期を判別可能な超音波接合装置、ホーン及びアンビルの交換時期の検出方法、及び超音波接合装置を用いた蓄電素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る超音波接合装置は、
複数の凸部が形成され且つ重ね合わされた接合対象物を押圧する押圧面を有するホーンと、
複数の凸部が形成され且つ前記接合対象物を前記押圧面との間に挟み込んで支持する支持面を有するアンビルと、
前記ホーン及び前記アンビルが着脱可能に取り付けられる装置本体であって、前記ホーンを前記押圧面の押圧方向と略直交する方向に超音波振動させる装置本体と、
前記ホーンを超音波振動させるときの、該ホーンに加えられるエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量を検出する検出部と、を備え、
前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方は、前記複数の凸部に含まれ且つ前記押圧面の押圧方向において先端が他の凸部の先端より後方に位置する後方凸部であって、前記接合対象物に接したときに前記ホーンの振動に対する抵抗となる後方凸部を有する。
【０００９】
かかる構成によれば、他の凸部が磨り減って（摩耗して）後方凸部が接合対象物に接したときの装置本体がホーンを振動させるときのエネルギーの大きさ（ホーンに加えられるエネルギー量）又は前記エネルギーに関連する物理量に基づいて、アンビル及びホーンの少なくとも一方が交換時期か否かを的確に判別することができる。即ち、他の凸部が磨り減ったときに後方凸部が接合対象物に接することで、ホーンが振動するときの抵抗が増大するため、装置本体がホーンを振動させるときのエネルギーの大きさ（ホーンに加えられるエネルギー量）又は前記エネルギーに関連する物理量が大きく変化し、この大きく変化したエネルギー量を検出することによって、ホーン又はアンビルの少なくとも一方が交換時期であることを判別することができる。
【００１０】
前記超音波接合装置では、
前記後方凸部は、前記ホーンの振動方向と交差する方向に延びてもよい。
【００１１】
かかる構成によれば、ホーンが超音波振動した状態で後方凸部が接合対象物に当接したときの後方凸部と接続対象物との接触面積がより大きくなるため、該ホーンに対する抵抗の増大量がより大きくなり、これにより、ホーンに加えられるエネルギー量が大きく変化し、その結果、ホーン又はアンビルの少なくとも一方の交換時期をより確実に判別することができる。
【００１２】
前記超音波接合装置では、
前記後方突部は、先端に前記接合対象物と面接触する先端面を有してもよい。
【００１３】
かかる構成によっても、ホーンが超音波振動した状態で後方凸部が接合対象物に当接したときの後方凸部と接続対象物との接触面積がより大きくなるため、該ホーンに対する抵抗の増大量がより大きくなり、これにより、ホーンに加えられるエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量が大きく変化し、その結果、ホーン又はアンビルの少なくとも一方の交換時期をより確実に判別することができる。
【００１４】
前記超音波接合装置では、
前記検出部は、前記接合対象物を接合させたときの前記ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量と、前回の前記接合対象物を接合させたときの前記ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量との差から、前記ホーン及び前記アンビルの少なくとも一方の交換時期を判断してもよい。
【００１５】
このように、接合対象物を接合させるために振動するホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量の変化量（エネルギー量の差等）から、ホーン及びアンビルの少なくとも一方の交換時期を容易且つ確実に判断することができる。
【００１６】
本発明に係るホーン及びアンビルの交換時期の検出方法は、
複数の凸部が形成され且つ接合対象物を押圧する押圧面を有するホーンの該押圧面と、複数の凸部が形成され且つ前記接合対象物を支持する支持面を有するアンビルの該支持面との間に、重ね合わされた前記接合対象物を挟み込んだ状態で、前記ホーンを前記押圧面の押圧方向と交差する方向に超音波振動させて前記重ね合わされた接合対象物を接合している間に、該ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量を検出することと、
前記接合対象物を接合させたときの前記ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量から、前記ホーン及び前記アンビルの少なくとも一方の交換時期を判断することと、を備え、
前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方は、前記複数の凸部に含まれ且つ前記押圧面の押圧方向において先端が他の凸部の先端より後方に位置する後方凸部であって、前記接合対象物に接したときに前記ホーンの振動の抵抗となる後方凸部を有する。
【００１７】
かかる構成によれば、他の凸部が磨り減って後方凸部が接合対象物に当接したときのホーンに加えられるエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量から、アンビル及びホーンの少なくとも一方が交換時期か否かを的確に判別することができる。即ち、他の凸部が磨り減ったときに後方凸部が接合対象物に接することで、ホーンが振動するときの抵抗が増大するため、ホーンを振動させるときのエネルギーの大きさ（ホーンに加えられるエネルギー量）又は前記エネルギーに関連する物理量が大きく変化し、この大きく変化したエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量を検出することによって、ホーン又はアンビルの少なくとも一方が交換時期であることを的確に判別することができる。
【００１８】
前記ホーン及びアンビルの交換時期の検出方法では、
前記交換時期の判断では、前記接合対象物を接合させたときの前記ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量と、前回の前記接合対象物を接合させたときの前記ホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量との差が所定の閾値を超えたときに、前記ホーン及び前記アンビルの少なくとも一方が交換時期であると判断してもよい。
【００１９】
かかる構成では、後方凸部が接合対象物に当接した状態と当接していない状態とでは、ホーンに加えられるエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量が大きく変化するため、接合対象物の接合においてホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量と、前回の接合対象物の接合においてホーンに加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量との差を閾値と比較することによって、ホーン及びアンビルの少なくとも一方の交換時期を容易且つ確実に判断することができる。
【００２０】
本発明に係る超音波接合装置を用いた蓄電素子の製造方法は、
複数の凸部が形成され且つ重ね合わされた電極体及び集電体を押圧する押圧面を有するホーンと、複数の凸部が形成され且つ前記電極体及び前記集電体を前記押圧面との間に挟み込んで支持する支持面を有するアンビルと、前記ホーン及び前記アンビルが着脱可能に取り付けられる装置本体であって、前記ホーンを前記押圧面の押圧方向と略直交する方向に超音波振動させる装置本体と、前記ホーンを超音波振動させるときの、該ホーンに加えられるエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量を検出する検出部と、を備え、前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方が、前記複数の凸部に含まれ且つ前記押圧面の押圧方向において先端が他の凸部の先端より後方に位置する後方凸部であって、前記電極体又は前記集電体に接したときに前記ホーンの振動に対する抵抗となる後方凸部を有する超音波接合装置によって、重ね合わされた前記電極体と前記集電体とを接合することを、備える。
【００２１】
かかる構成によれば、超音波接合装置において、超音波振動するホーンの抵抗の変化に伴う該ホーンに加えられるエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量から、アンビル及びホーンの少なくとも一方が交換時期か否かを的確に判別することができる。このため、超音波接合装置において、アンビル及ホーンの摩耗による交換を適切なタイミングで行うことができ、これにより、他の凸部の摩耗に起因する電極体と集電体との接合不良が抑えられるため、品質の高い蓄電素子が得られる。
【発明の効果】
【００２２】
以上より、本発明によれば、アンビル及びホーンの交換時期を判別可能な超音波接合装置、ホーン及びアンビルの交換時期の検出方法、及び超音波接合装置を用いた蓄電素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本実施形態に係る超音波接合装置の模式図である。
【図２】図２は、前記超音波接合装置におけるホーンの先端部の斜視図である。
【図３】図３は、前記超音波接合装置のホーン及びアンビルの正面図である。
【図４】図４は、前記超音波接合装置によって電極体と集電体とが接合される蓄電素子の斜視図である。
【図５】図５は、前記蓄電素子の分解斜視図である。
【図６】図６は、前記蓄電素子の電極体、正極、負極、及びセパレータを説明するための斜視図である。
【図７】図７は、前記超音波接合装置の出力部に表示される図であって、ホーンを超音波振動させるエネルギーとショット数との関係を示す図である。
【図８】図８は、前記超音波接合装置による超音波接合を説明するための図である。
【図９】図９は、他実施形態に係る押圧面及び支持面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図８を参照しつつ説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。
【００２５】
本実施形態に係る超音波接合装置は、図１〜図３に示すように、重ね合わされた金属製の接合対象物８（図８参照）を押圧する押圧面２０を有するホーン２と、接合対象物８を押圧面２０との間に挟み込んで支持する支持面４０を有するアンビル４と、ホーン２及びアンビル４が着脱可能に取り付けられる装置本体６であって、ホーン２を押圧面２０の押圧方向と直交する方向（図１における左右方向）に超音波振動させる装置本体６と、を備える。また、本実施形態の超音波接合装置１は、該超音波接合装置１の各構成要素を制御する制御部７を備える。
【００２６】
尚、本実施形態の超音波接合装置１によって接合される接合対象物８は、例えば、図４及び図５に示すような蓄電素子８０の電極体８１及び集電体８２である。これら電極体８１及び集電体８２は、絶縁性を有する袋状の絶縁部材８３に収容された状態で、ケース８４内に収容され、蓄電素子８０を構成する。即ち、絶縁部材８３は、ケース８４内において電極体８１及び集電体８２とケース８４との間に配置され、ケース８４と電極体８１等との絶縁を図る。電極体８１は、図６にも示すように、正極８１１と負極８１２とがセパレータ８１３によって互いに絶縁された状態で、正極８１１、負極８１２及びセパレータ８１３が積層された積層体を備える。正極８１１は、帯状の金属箔と、金属箔の上に形成された正極活物質層と、を有する。正極８１１は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、正極活物質層の非被覆部（正極活物質層が形成されていない部位：金属箔のみの部位）８１１１を有する。正極８１１において正極活物質層が形成される部位を被覆部８１１２と称する。負極８１２は、帯状の金属箔と、金属箔の上に形成された負極活物質層と、を有する。負極８１２は、帯形状の短手方向である幅方向の他方（正極８１１の非被覆部８１１１と反対側）の端縁部に、負極活物質層の非被覆部（負極活物質層が形成されていない部位：金属箔のみの部位）８１２１を有する。負極８１２において正極活物質層が形成される部位を被覆部８１２２と称する。セパレータ８１３は、帯状である。セパレータ８１３は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。このセパレータ８１３は、被覆部８１１２、８１２２同士が重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極８１１と負極８１２との間に配置される。積層された状態の正極８１１、負極８１２、及びセパレータ８１３が巻回されることによって、電極体８１が形成される。正極８１１の非被覆部（金属箔のみの部位）８１１１又は負極８１２の非被覆部（金属箔のみの部位）８１２１のみが積層された部位によって、電極体８１における非被覆積層部８１５が構成される。
【００２７】
ホーン２は、柱状の部材であり、先端に押圧面２０を有する。本実施形態のホーン２は、下方に延び、下端に押圧面２０を有する。このホーン２は、装置本体６に着脱可能に取り付けられる。
【００２８】
押圧面２０は、複数の凸部２２を有する。具体的に、押圧面２０は、複数の凸部２２に含まれる第一凸部（他の凸部）２２１と、複数の凸部２２に含まれ且つ押圧面２０の押圧方向において先端が第一凸部２２１の先端より後方に位置する第二凸部２２２であって、接合対象物８に接したときにホーン２の振動に対する抵抗となる第二凸部（後方凸部）２２２と、を有する。
【００２９】
第一凸部２２１は、四角錐形状を有する。押圧面２０において、複数の第一凸部２２１が整列している。各第一凸部２２１の先端が共通の平面（本実施形態の例では水平面）２２３上に位置するように、複数の第一凸部２２１が構成されている（図３参照）。
【００３０】
第二凸部２２２は、押圧面２０の押圧方向において先端（頂）が第一凸部２２１より後方に位置する。この第二凸部２２２は、図２に示すように、押圧面２０における第一凸部２２１が配置されている領域内に配置されている。本実施形態の第二凸部２２２は、ホーン２の振動方向と交差する方向（より詳しくは直交する方向）に延びている。具体的に、第二凸部２２２は、先端に接合対象物８と面接触する先端面を有する。より具体的に、第二凸部２２２は、前記振動方向と直交する方向に長い矩形状の輪郭を有し、且つ、先端（先端面）が矩形状の平面によって構成される形状を有する。尚、先端面は、平面に限定されず、曲面等であってもよい。即ち、先端面は、第二凸部２２２が接合対象物８に当接したときに、該第二凸部２２２と接合対象物８とが面接触できる形状であればよい。
【００３１】
アンビル４は、ブロック状の部材であり、先端に支持面４０を有する。本実施形態のアンビル４は、上方に延び、上端に支持面４０を有する。このアンビル４は、装置本体６に着脱可能に取り付けられる。
【００３２】
支持面４０は、複数の凸部４２を有する。具体的に、支持面４０は、複数の凸部４２に含まれる第三凸部（他の凸部）４２１と、複数の凸部２２に含まれ且つ押圧面２０の押圧方向において先端が第三凸部４２１の先端より後方に位置する第四凸部４２２であって、接合対象物８に接したときにホーン２の振動に対する抵抗となる第四凸部（後方凸部）４２２と、を有する。
【００３３】
第三凸部４２１は、四角錐形状を有する。支持面４０において、複数の第三凸部４２１が整列している。各第三凸部４２１の先端が共通の平面（本実施形態の例では水平面）４２３上に位置するように、複数の第三凸部４２１が構成されている（図３参照）。
【００３４】
第四凸部４２２は、押圧面２０の押圧方向（本実施形態の例では上下方向）において先端（頂）が第三凸部４２１より後方に位置する。この第四凸部４２２は、第二凸部２２２同様に、支持面４０における第三凸部４２１が配置されている領域内に配置されている。本実施形態の第四凸部４２２は、ホーン２の振動方向と交差する方向（詳しくは直交する方向）に延びている。具体的に、第四凸部４２２は、先端に接合対象物８と面接触する先端面を有する。より具体的に、第四凸部４２２は、前記振動方向と直交する方向に長い矩形状の輪郭を有し、且つ、先端（先端面）が矩形状の平面によって構成される形状を有する。尚、先端面は、平面に限定されず、曲面等であってもよい。即ち、先端面は、第四凸部４２２が接合対象物８に当接したときに、該第四凸部４２２と接合対象物８とが面接触できる形状であればよい。
【００３５】
装置本体６は、ホーン２を駆動する（超音波振動させる）駆動部６０を有する。駆動部６０は、超音波振動子６１を有し、該超音波振動子６１によって生成された超音波振動をホーン２に伝達することでホーン２を超音波振動させる。即ち、駆動部６０は、超音波振動するようにホーン２を駆動する。詳しくは、駆動部６０は、ホーン２を押圧面２０の押圧方向と直交する方向（本実施形態の例では、水平方向）に所定の振幅で超音波振動させる。この駆動部６０は、ホーン２の振動に対する負荷が変化しても、消費電力を変化させる（調整する）ことでホーン２の振幅を一定に保つ。この装置本体６は、押圧面２０と支持面４０とが対向した状態でホーン２及びアンビル４を保持する。本実施形態の装置本体６は、ホーン２の押圧面２０が下方を向き、且つ、アンビル４の支持面４０が上方を向いた状態で押圧面２０と対向するように、ホーン２及びアンビル４を保持する。この装置本体６は、アンビル４に向けてホーン２を進退させる昇降機構を有する。即ち、装置本体６は、押圧面２０と支持面４０との間隔を変更できる。装置本体６は、ホーン２を降下させたときに該ホーン２に生じた荷重を検出（測定）できる。また、前記昇降機構は、ホーン２を降下させたときに該ホーン２に対して押し返される方向（上向き）に力が加わっても、消費電力を増大させて降下させ続けようとする。
【００３６】
制御部７は、超音波接合装置１の全体制御を行い、例えば、マイクロプロセッサやメモリ等を備えるマイクロコンピュータを有する。制御部７は、メモリ等に格納されている、例えば、ホーン２及びアンビル４の交換時期検出プログラムが実行されることで、機能的に、ホーン２を超音波振動させるときの該ホーン２に加えられるエネルギー量を検出する検出部７０を備える。また、制御部７は、検出部７０での検出結果を外部に出力可能な出力部７１を備える。尚、出力部７１は、制御部７とは独立して構成されてもよい。
【００３７】
検出部７０は、接合対象物８を接合するために駆動部６０によってホーン２を超音波振動させるときにホーン２に加えられるエネルギー量を検出する。検出部７０は、接合対象物８を超音波接合させるときに、ホーン２の超音波振動の開始から、接合対象物８が接合されてホーン２の超音波振動が終了するまでの間に装置本体６（前記昇降機構、駆動部６０等）において要したエネルギーを検出する。本実施形態の検出部７０は、超音波溶接に要した消費電力（パワー）及び時間から、ホーン２に加えられたエネルギー量を検出する。具体的に、検出部７０は、ホーン２を超音波振動させる際に装置本体６（前記昇降機構、駆動部６０等）に供給された電力と、超音波溶接に要した時間と、から前記エネルギーを算出（検出）する。尚、検出部７０における具体的なエネルギーの検出方法は限定されない。例えば、検出部７０は、ホーン２を昇降及び振動させる際に装置本体６に供給される電流と、装置本体６に印加される電圧と、超音波溶接に要した時間と、から前記エネルギーを検出しても（算出しても）よい。
【００３８】
また、検出部７０は、接合対象物８を接合させたときのホーン２に加えられたエネルギー量から、ホーン２及びアンビル４の少なくとも一方の交換時期を判断する。例えば、検出部７０は、一回の超音波溶接において検出されたエネルギー量が閾値を超えたときに、ホーン２及びアンビル４の少なくとも一方の交換時期が到来したと判断する。
【００３９】
出力部７１は、検出部７０によって検出された装置本体６でのエネルギー量の大きさを外部に出力する。本実施形態の出力部７１は、図７に示すような前記エネルギーとショット数との関係を示すグラフ等を画面に表示する。また、出力部７１は、検出部７０が前記エネルギー量からホーン２又はアンビル４の交換時期であると判断した場合に、その判断結果も表示する。尚、ショット数とは、超音波接合装置１において、接合対象物８を接合（超音波溶接）した回数である。
【００４０】
以上の超音波接合装置１は、以下のように接合対象物８を接合させる。
【００４１】
先ず、アンビル４の支持面４０上に、接合対象物８が配置される。本実施形態の超音波接合装置１では、図８に示すように、アンビル４の支持面４０上に、電極体８１と集電体８２とが重ね合わされた状態で配置される。詳しくは、電極体８１の非被覆積層部８１５（電極体８１における非被覆部（金属箔）８１１１、８１２１が積層された部位）と、集電体８２とが重ね合わされた状態で配置される。このとき、非被覆積層部８１５の上には金属製の保護板が配置されてもよい。このとき、電極体８１は、前記保護板を含む。
【００４２】
次に、ホーン２が降下し、重ね合わされた接合対象物８がアンビル４の支持面４０とホーン２の押圧面２０とによって挟み込まれた状態で、ホーン２が超音波振動する。詳しくは、以下の通りである。
【００４３】
ホーン２が装置本体６の昇降機構によって降下させられる。このとき、ホーン２が接合対象物８に当接すると、ホーン２への荷重が発生し、さらにホーン２が降下することで前記荷重が増大する。装置本体６が、ホーン２の降下時において前記荷重が予め設定されていた値（以下、「初期荷重」と称する。）になったと判断すると、駆動部６０がホーン２を超音波振動させ始める。そして、ホーン２は、超音波振動しつつ、超音波振動し始めた位置（初期荷重が測定された位置）から所定の変位量に達するまで降下し続ける。これにより、ホーン２が接合対象物８を押圧した状態で超音波振動する（図８の矢印参照）。その結果、各接合対象物８に超音波振動が伝達される。このとき、重ね合わされた接合対象物８は、加圧された状態で互いに擦れ合い、これにより、超音波接合される。ここで、超音波溶接について説明する。ホーン２から伝達された超音波振動によって、接合対象物８同士の境界面において摩擦が発生し、接合対象物８の表面（金属表面）の酸化被膜、吸着ガス等の不純物が除去され、前記境界面（接合面）に清浄な活性化した金属分子が現れる。更にホーン２から超音波振動が接合対象物８に伝達されることで、摩擦熱による加熱から前記境界面における原子運動が盛んになる。この状態で境界面同士の原子間距離が所定値以下になると、金属原子相互間に引力が発生して結び付き（固相溶接状態となり）、接合対象物８が接合される。
【００４４】
超音波溶接のときに、ホーン２の第一凸部２２１及びアンビル４の第三凸部４２１の摩耗が進行する（即ち、凸部２２１、４２１の先端が丸まって接合対象物８に食い込み難くなる）と、これに伴って、昇降機構に供給される電力（昇降機構での消費電力）が大きくなる。また、前記摩耗の進行が所定量以上になると、ホーン２が超音波振動している状態で、ホーン２では第二凸部２２２が接合対象物８に当接し、アンビル４では、第四凸部４２２が接合対象物８に当接する。このため、ホーン２の振動に対する抵抗が増大するが、このときホーン２の超音波振動の振幅が保たれる（前記抵抗が増大する前の振幅が保たれる）ように、装置本体６では、駆動部６０に供給される電力（駆動部６０での消費電力）が増大する。
【００４５】
ここで、超音波溶接の際のホーン２及びアンビル４と、接合対象物８との当接状態を、より詳しく説明する。
【００４６】
ホーン２が、前記初期加重が測定された位置から所定の変位量だけさらに降下すると、ホーン２の複数の凸部２２及びアンビル４の複数の凸部４２が接合対象物８にそれぞれ食い込む。本実施形態の超音波接合装置１では、ホーン２及びアンビル４の新品時（各凸部２２、４２が摩耗していない状態）において、ホーン２が前記所定の変位量降下したときに、ホーン２の第一凸部２２１とアンビル４の第三凸部４２１とは、接合対象物８にそれぞれ食い込むが、ホーン２の第二凸部（後方凸部）２２２とアンビル４の第四凸部（後方凸部）４２２とは、接合対象物８に当接しない。
【００４７】
そして、超音波接合装置１においてホーン２とアンビル４との使用を続けると、ホーン２の第一凸部２２１とアンビル４の第三凸部４２１とがそれぞれ摩耗して低くなる。第一凸部２２１と第三凸部４２１とがあまり摩耗していない状態では、ホーン２が前記所定の変位量降下しても、ホーン２の第二凸部２２２とアンビル４の第四凸部４２２とは、接合対象物８には当接しない。
【００４８】
しかし、第二凸部２２２と第四凸部４２２の高さ（先端位置）は、第一凸部２２１と第三凸部４２１との摩耗が進行し、それ以上摩耗が進行すると接合対象物８における超音波接合の品質が低下する状態になると、第二凸部２２２及び第四凸部４２２の少なくとも一方が接合対象物８に当接するような高さに設定されている。本実施形態の超音波接合装置１では、第一凸部２２１の摩耗が進行して前記品質が低下する状態になると第二凸部２２２が接合対象物８に当接し、第三凸部４２１の摩耗が進行して前記品質が低下する状態になると第四凸部４２２が接合対象物８に当接するように、第二凸部２２２と第四凸部４２２との高さがそれぞれ設定されている。具体的に、第二凸部２２２及び第四凸部４２２の高さ（先端位置）は、ホーン２の前記所定の変位量、第一凸部２２１及び第三凸部４２１の初期（摩耗していな状態での）高さ、第一凸部２２１及び第三凸部４２１の摩耗したときの高さと接合対象物８における接合強度との関係を示すデータ等に基づいて設定されている。
【００４９】
装置本体６は、ホーン２の降下（詳しくは、初期荷重が測定された位置から所定の変位量に達するまで）の際の消費電力、ホーン２の振動のための（詳しくは、一回のショットにおける駆動部６０での）消費電力、及び超音波振動に要した（詳しくは、一回のショットの）時間を記録（前記メモリ等に格納）し、この記録を用いて検出部７０が一回のショットでの前記エネルギー量を算出（検出）する。
【００５０】
本実施形態の超音波接合装置１は、蓄電素子８０の電極体８１と集電体８２とを接合する。この接合された電極体８１及び集電体８２が袋状の絶縁部材８３に入れられた状態でケース８４内に収容されることで、蓄電素子８０が製造される。
【００５１】
以上の超音波接合装置１によれば、第一凸部２２１（又は第三凸部４２１）が磨り減って第二凸部２２２（又は第四凸部４２２）が接合対象物８に接したときの装置本体６がホーン２を振動させるエネルギーの大きさ（ホーン２に加えられるエネルギー量）又は前記エネルギーに関連する物理量の変化によって、アンビル４及びホーン２の少なくとも一方が交換時期か否かを的確に判別することができる。即ち、第一凸部２２１（又は第三凸部４２１）が磨り減ったときに第二凸部２２２（又は第四凸部４２２）が接合対象物８に接することで、ホーン２が振動するときの抵抗が増大するため、装置本体６（詳しくは駆動部６０）がホーン２を振動させるときのエネルギーの大きさ（ホーン２に加えられるエネルギー量）又は前記エネルギーに関連する物理量が大きく変化し（図７におけるショット数βの位置を参照）、検出部７０が大きく変化したエネルギー量を検出することによって、ホーン２及びアンビル４の少なくとも一方が交換時期であることを判別する。具体的には、以下の通りである。
【００５２】
ホーン２が超音波振動しているときに該ホーン２に加わる抵抗が大きくなると、駆動部６０がホーン２を一定の振幅（抵抗が大きくなる前の振幅）で超音波振動させようとするため、前記抵抗の増大に伴って駆動部６０によるホーン２を超音波振動させるときのエネルギー量が増大する。このため、第一凸部２２１（又は第三凸部４２１）が磨り減って第二凸部２２２（又は第四凸部４２２）が接合対象物８に接してホーン２又はアンビル４と接合対象物８との間の抵抗が急激に増大すると、駆動部６０での前記エネルギー量が前記抵抗の増大に伴って急激に増大する。
【００５３】
このとき、検出部７０が装置本体６で消費される前記エネルギー量の急激な増大を検出し、出力部７１が前記エネルギーの変化を例えば図７のようなグラフとして画面上に表示（出力）する。また、検出部７０が、前記エネルギー量が所定の閾値を超えたと判断すると、ホーン２及びアンビル４のすくなくとも一方が交換時期になったと判別し、出力部７１がこの判断結果を表示する。これにより、ホーン２又はアンビル４が交換される。このとき、前記エネルギー量の値だけでは、ホーン２及びアンビル４のいずれを交換すべきかが判別できないため、押圧面２０と支持面４０の目視によって判別する。
【００５４】
尚、ホーン２又はアンビル４のいずれか一方を交換するタイミングで両方を交換してもよい。また、図７において、ショット数αの位置でもエネルギー量が増大しているが、これは、第一凸部２２１又は第三凸部４２１において摩耗が発生したことに起因する増大である。この程度のエネルギー量の増大では、ホーン２及びアンビル４は、使用可能であるため、交換されずに使用し続けられる。
【００５５】
本実施形態の超音波接合装置１によれば、第二凸部２２２（又は第四凸部４２２）は、押圧面２０（又は支持面４０）における第一凸部２２１（又は第三凸部４２１）が配置されている領域内に配置されている。このため、押圧面２０（又は支持面４０）において、第一凸部２２１（又は第三凸部４２１）が配置された領域の外に第二凸部２２２（又は第四凸部４２２）が配置される場合に比べ、複数の凸部２２（又は凸部４２）が配置されている領域を小さくすることができる。即ち、ホーン２及びアンビル４の小型化を図ることができる。
【００５６】
本実施形態のホーン２及びアンビル４では、第二凸部２２２、第四凸部４２２がホーン２の振動方向と直交する方向に延びている。このため、第二凸部２２２、第四凸部４２２が接合対象物８に接したときの抵抗が最も大きくなり、即ち、第二凸部２２２、第四凸部４２２が他の方向に延びている場合に比べて前記抵抗が大きくなり、これにより、装置本体６（駆動部６０）のホーン２を振動させるエネルギーの大きさの変化も最も大きくなる。その結果、ホーン２及びアンビル４の少なくとも一方が交換時期か否かをより確実に判別することができる。
【００５７】
尚、本発明の超音波接合装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。
【００５８】
上記実施形態の超音波接合装置１では、検出部７０によって検出されるエネルギー量に基づいてホーン２等の交換時期が判断されるが、この構成に限定されない。例えば、超音波接合装置１は、検出部７０によって検出される前記エネルギーに関連する物理量（前記エネルギーを算出するために用いられる物理量の測定値等）に基づいてホーン２等の交換時期が判断される構成であってもよい。この場合、超音波接合装置１は、前記物理量として、例えば、一回のショットでの装置本体６において消費又は供給されるパワー（Ｗ）、電流値（Ａ）、及び電圧値（Ｖ）の少なくとも一つを用いてもよい。即ち、エネルギー＝パワー×時間＝電力×時間＝電流×電圧×時間の関係が成り立つことから、一回のショットでの時間が一定であれば、パワー、電力、電流、及び電圧のそれぞれはエネルギーと比例するため、検出部７０がこれらの物理量を検出し、この物理量に基づいてホーン２等の交換時期が判断されてもよい。
【００５９】
上記実施形態の超音波接合装置１は、接合対象物８を接合させたときのホーン２に加えられたエネルギー量が閾値を超えたか否かによって、ホーン２及びアンビル４の少なくとも一方の交換時期を判断するが、この構成に限定されない。例えば、超音波接合装置１は、接合対象物８を接合させたときのホーン２に加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量と、前回の接合対象物８を接合させたときのホーン２に加えられたエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量とから、ホーン２等の交換時期を判断する構成であってもよい。具体的には、超音波接合装置１において接合対象物８の接合が複数回行われる場合、該超音波接合装置１は、接合対象物８を接合させたときのホーン２に加えられたエネルギー量と、前回の接合対象物８を接合させたときのホーン２に加えられたエネルギー量との差（エネルギー量同士の差）を求め、この差が所定の閾値を超えたときに、ホーン２及びアンビル４の少なくとも一方が交換時期であると判断する構成等であってもよい。
【００６０】
上記実施形態の超音波接合装置１では、押圧面２０及び支持面４０において、第二凸部２２２、第四凸部４２２がホーン２の振動方向と直交する方向に延びているが、この構成に限定されない。第二凸部２２２、第四凸部４２２は、ホーン２の振動方向と交差する方向に延びていればよい。かかる構成によれば、第二凸部２２２、第四凸部４２２がホーン２の振動方向に延びる場合に比べ、第一凸部２２１、第三凸部４２１が磨り減って第二凸部２２２、第四凸部４２２が接合対象物８に接したときのホーン２に加わる抵抗の増大率が大きくなる。このため、検出部７０が、前記抵抗の変化を装置本体６（駆動部６０）におけるエネルギー量の急激な変化として検出し、これにより、ホーン２及びアンビル４の少なくとも一方が交換時期であるか否かを確実に判別することができる。
【００６１】
上記実施形態の超音波接合装置１では、押圧面２０及び支持面４０において、第二凸部２２２、第四凸部４２２は、第一凸部２２１、第三凸部４２１が配置された領域内に収まる長さを有しているが、この構成に限定されない。第二凸部２２２、第三凸部４２２は、前記領域を横断する長さ（前記領域を横断する方向において一端から他端までの長さ）を有してもよく、前記領域から突出する長さを有してもよい。
【００６２】
上記実施形態の超音波接合装置１では、押圧面２０及び支持面４０において、第一凸部２２１、第三凸部４２１が配置された領域内に第二凸部２２２、第四凸部４２２が配置されているが、この構成に限定されない。第二凸部２２２、第四凸部４２２は、第一凸部２２１又は第三凸部４２１が配置された領域の周囲に配置されてもよい。この構成によれば、押圧面２０と支持面４０とで接合対象物８を挟み込んで超音波振動させたときに、該接合対象物８に第一凸部２２１及び第三凸部４２１が食い込むときの該第一凸部２２１間及び該第三凸部４２１間の肉（接合対象物８を構成する金属の一部）の移動が第二凸部２２２、第四凸部４２２によって阻害されない。このため、第一凸部２２１、第三凸部４２１が接合対象物８に十分に食い込み、超音波振動が接合対象物８に十分に伝達される。
【００６３】
この場合、第二凸部２２２、第四凸部４２２は、押圧面２０及び支持面４０において、第一凸部２２１、第三凸部４２１が配置されている領域とホーン２の振動方向に隣接する位置に配置されることが好ましい。かかる構成によれば、複数の凸部２２、４２が配置された領域におけるホーン２の振動方向と交差する方向の寸法を小さくすることができる。
【００６４】
上記実施形態の超音波接合装置１では、押圧面２０及び支持面４０に、第二凸部２２２、第四凸部４２２が一つ設けられているが、複数設けられてもよい。
【００６５】
上記実施形態の超音波接合装置１では、押圧面２０及び支持面４０において、第一凸部２２１又は第三凸部４２１が配置された領域は、一つであるが、複数設けられてもよい（図９参照）。この場合、第二凸部２２２、第四凸部４２２は、図９に示すように領域５０間に配置されてもよく、少なくとも一つの領域５０内に配置されてもよい。
【００６６】
上記実施形態の超音波接合装置１では、第二凸部２２２、第四凸部４２２がホーン２の振動方向と交差する方向に真っすぐ延びているが、この形状に限定されない。第二凸部２２２、第四凸部４２２は、屈曲、湾曲等していてもよい。
【００６７】
上記実施形態の超音波接合装置１では、第二凸部２２２、第四凸部４２２の先端（先端面）は、平面であるが、湾曲、屈曲等していてもよい。
【００６８】
上記実施形態の超音波接合装置１では、検出部７０の判断結果に基づいて、出力部７１にホーン２及びアンビル４が交換時期か否かを表示し、これに基づき作業者等がホーン２又はアンビル４の交換を行うが、この構成に限定されない。制御部７は、ホーン２又はアンビル４が交換時期であると判別すると、出力部７１の画面上で告知（警告）し、超音波接合装置１を停止させる構成等でもよい。また、超音波接合装置１は、超音波接合装置１の操作者等が出力部７１に表示された駆動部６０のエネルギー量又は前記エネルギーに関連する物理量の値、増大幅等を見てホーン２及びアンビル４の交換時期を判別し、交換する構成でもよい。
【００６９】
押圧面２０及び支持面４０の第一凸部２２１及び第三凸部４２１の具体的な形状は、限定されない。例えば、上記実施形態の第一凸部２２１及び第三凸部４２１は、四角錐形状であるが、四角錐形状以外の多角錐形状、円錐形状、角錐台形状であってもよい。
【００７０】
上記実施形態の超音波接合装置１では、超音波振動するホーン２がアンビル４の上方に配置されているが、この構成に限定されない。例えば、アンビル４がホーン２の上方に配置されてもよい。また、ホーン２とアンビル４とが接合対象物８を挟み込む方向は、上下方向（垂直方向）に限定されず、上下方向以外の方向（例えば、水平方向）であってもよい。
【００７１】
上記実施形態の超音波接合装置１では、押圧面２０と支持面４０との両方に、第二凸部２２２又は第四凸部４２２が配置されているが、この構成に限定されない。第二凸部２２２、第四凸部４２２は、押圧面２０又は支持面４０のいずれか一方の面にのみ設けられてもよい。かかる構成によっても、検出部７０によって検出される装置本体６（駆動部６０）の動力の変化から、ホーン２又はアンビル４のいずれか一方（突条２２２、４２２が設けられたもの）についての交換時期を判断することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１…超音波接合装置、２…ホーン、４…アンビル、６…装置本体、６０…駆動部、６１…超音波振動子、７…制御部、７０…検出部、７１…出力部、８…接合対象物、８０…蓄電素子、８１…電極体、８１１…正極、８１２…負極、８１１１、８１２１…非被覆部、８１１２、８１２２…被覆部、８１３…セパレータ、８１５…非被覆積層部、８２…集電体、８３…絶縁部材、８４…ケース、２０…押圧面、２２…凸部、２２１…第一凸部（他の凸部）、２２２…第二凸部（後方凸部）、４０…支持面、４２…凸部、４２１…第三凸部（他の凸部）、４２２…第四凸部（後方凸部）、５０…領域、α、β…ショット数
【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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