特許 6493782 超音波接合装置、及び超音波接合装置を用いた蓄電素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6493782

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】超音波接合装置、及び超音波接合装置を用いた蓄電素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/10 20060101AFI20190325BHJP

   H01M 2/26 20060101ALI20190325BHJP

   H01G 11/84 20130101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/10

   H01M2/26 A

   H01G11/84

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-245763(P2014-245763)

(22)【出願日】2014年12月4日

(65)【公開番号】特開2016-107291(P2016-107291A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年9月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(74)【代理人】

【識別番号】100074332

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100114432

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 寛昭

(72)【発明者】

【氏名】吉竹 伸介

(72)【発明者】

【氏名】村上 聡

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１２５８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１０３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１７６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３７２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３３０８５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１０

Ｈ０１Ｇ １１／８４

Ｈ０１Ｍ ２／２６

(57)【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と共に、超音波振動するホーンと、
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、を備え、
前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面は、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少なくとも一つの後方凸部を有し、
前記後方凸部は、前記押圧面及び前記支持面によって前記接合対象物を挟み込んで接合するときに、該後方凸部の設けられた前記ホーン又は前記アンビルにおいて前記他の凸部が摩耗していない状態では前記接合対象物に当接せず、該後方凸部の設けられた前記ホーン又は前記アンビルにおいて前記他の凸部が所定量以上摩耗した状態では前記接合対象物に当接する、超音波接合装置。

【請求項2】

前記後方凸部は、前記接合対象物に当接したときに前記接合対象物の接合に寄与する形状を有する、請求項１に記載の超音波接合装置。

【請求項3】

前記後方凸部は、前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面における前記他の凸部が配置されている領域内に配置されている、請求項１又は２に記載の超音波接合装置。

【請求項4】

前記後方凸部は、前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面における前記他の凸部が配置されている領域の周囲に配置されている、請求項１又は２に記載の超音波接合装置。

【請求項5】

前記ホーンは、前記押圧面の押圧方向と略直交する方向に超音波振動し、
前記他の凸部は、前記超音波振動の振動方向に長い領域に配置されている、請求項４に記載の超音波接合装置。

【請求項6】

前記押圧面及び前記支持面は、前記超音波振動の振動方向に間隔を空けて並び且つ前記他の凸部がそれぞれ形成された複数の領域を有し、
前記後方凸部は、前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面における隣り合う前記領域間に配置されている、請求項４に記載の超音波接合装置。

【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と共に、超音波振動するホーンと、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、を備え、前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面が、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少なくとも一つの後方凸部を有し、前記後方凸部が、前記押圧面及び前記支持面によって前記電極体及び前記集電体を挟み込んで接合するときに、該後方凸部の設けられた前記ホーン又は前記アンビルにおいて前記他の凸部が摩耗していない状態では前記接合対象物に当接せず、該後方凸部の設けられた前記ホーン又は前記アンビルにおいて前記他の凸部が所定量摩耗した状態では前記電極体又は前記集電体に当接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、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、及び前記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、及び前記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と共に、超音波振動するホーンと、
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、を備え、
前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面は、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少なくとも一つの後方凸部を有し、
前記後方凸部は、前記押圧面及び前記支持面によって前記接合対象物を挟み込んで接合するときに、該後方凸部の設けられた前記ホーン又は前記アンビルにおいて前記他の凸部が摩耗していない状態では前記接合対象物に当接せず、該後方凸部の設けられた前記ホーン又は前記アンビルにおいて前記他の凸部が所定量以上摩耗した状態では前記接合対象物に当接する。

【0009】

かかる構成によれば、他の凸部が使用によって所定量以上摩耗したときに、接合対象物に形成される圧痕（複数の凸部によって形成された圧痕）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と対応する形状（圧痕）が現れることで、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。

【0010】

この場合、前記超音波接合装置において、
前記後方凸部は、前記接合対象物に当接したときに前記接合対象物の接合に寄与する形状を有することが好ましい。

【0011】

かかる構成によれば、他の凸部が所定量以上摩耗しても、後方凸部が接合対象物に当接して接合対象物の接合に寄与するため、前記他の凸部の摩耗による接合強度の低下を防ぐことができる。

【0012】

前記超音波接合装置では、
前記後方凸部は、前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面における前記他の凸部が配置されている領域内に配置されてもよい。

【0013】

かかる構成によれば、接合対象物に形成される圧痕における他の凸部と対応する領域内に後方凸部の圧痕が現れることで、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。

【0014】

前記超音波接合装置では、
前記後方凸部は、前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面における前記他の凸部が配置されている領域の周囲に配置されてもよい。

【0015】

かかる構成によれば、接合対象物に形成される圧痕における他の凸部と対応する領域の周囲に後方凸部の形状が現れることで、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。しかも、上記の構成によれば、押圧面と支持面とで接合対象物を挟み込んで超音波振動させたときに、該接合対象物に他の凸部が食い込むときの該他の凸部間の肉（接合対象物を構成する素材の一部）の移動が後方凸部によって阻害されないため、他の凸部が接合対象物に十分に食い込む。このため、超音波振動が接合対象物に十分に伝達される。

【0016】

前記超音波接合装置では、
前記ホーンは、前記押圧面の押圧方向と略直交する方向に超音波振動し、
前記他の凸部は、前記超音波振動の振動方向に長い領域に配置されてもよい。

【0017】

かかる構成によれば、接合対象物における接合領域が振動方向に長くなるため、ホーンの超音波振動が重ね合わされた接合対象物に効率よく伝達され、これにより、接合対象物同士が効率よく接合される。

【0018】

この場合、
前記押圧面及び前記支持面は、前記超音波振動の振動方向に間隔を空けて並び且つ前記他の凸部がそれぞれ形成された複数の領域を有し、
前記後方凸部は、前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面における隣り合う前記領域間に配置されてもよい。

【0019】

かかる構成によれば、押圧面と支持面とで接合対象物を挟み込んで超音波振動させたときに該接合対象物に他の凸部が食い込むときの該他の凸部間の肉（接合対象物を構成する素材の一部）の移動が後方凸部によって阻害されないことで、該他の凸部が接合対象物に十分に食い込む。これにより、ホーンの超音波振動が接合対象物により効率よく伝達され、その結果、接合対象物同士がより効率よく接合される。

【0020】

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と共に、超音波振動するホーンと、
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、を備え、
前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面は、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複数の後方凸部が設けられると共に、前記他の凸部が配置される第一領域と、前記第一領域に隣り合う第二領域であって前記複数の後方凸部が配置される第二領域と、を有し、
前記第二領域における複数の後方凸部は、前記第一領域から離れるほど先端が後方側に位置するように構成される。

【0021】

かかる構成によれば、使用によって第一領域の他の凸部が磨り減るのに伴って、第一領域に近い位置の後方凸部から該第一領域と離れた位置の後方凸部に向かって順に第二領域の後方凸部が接合対象物に当接する。これにより、接合対象物に形成された圧痕の大きさ（圧痕が形成される範囲の拡がり）から、アンビル及びホーンの交換時期を判別することができる。

【0022】

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と共に、超音波振動するホーンと、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、を備え、前記押圧面及び前記支持面の少なくとも一方の面が、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少なくとも一つの後方凸部を有し、前記後方凸部が、前記押圧面及び前記支持面によって前記電極体及び前記集電体を挟み込んで接合するときに、該後方凸部の設けられた前記ホーン又は前記アンビルにおいて前記他の凸部が摩耗していない状態では前記電極体及び前記集電体に当接せず、該後方凸部の設けられた前記ホーン又は前記アンビルにおいて前記他の凸部が所定量摩耗した状態では前記電極体又は前記集電体に当接する超音波接合装置によって、重ね合わされた前記電極と前記集電体とを接合することを、備える。

【0023】

かかる構成によれば、超音波接合装置において、他の凸部が使用によって所定量以上摩耗したときに、電極体又は集電体に形成される圧痕（複数の凸部によって形成された圧痕）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と対応する形状（圧痕）が現れることで、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】

【0024】

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、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】

【0025】

【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による超音波接合を説明するための図である。

【図8】図８は、他実施形態に係るホーン及びアンビルの先端部の正面図である。

【図9】図９は、他実施形態に係る押圧面の模式図である。

【図10】図１０は、他実施形態に係る押圧面及び支持面の模式図である。

【図11】図１１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】

【0026】

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図７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。

【0027】

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７参照）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、を備える。また、超音波接合装置１は、ホーン２及びアンビル４を保持すると共にホーン２を超音波振動させる装置本体６を、備える。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

押圧面２０は、複数の凸部２２を有する。本実施形態の押圧面２０では、各凸部２２が四角錐形状を有し、複数の凸部２２が整列している。押圧面２０は、複数の凸部２２によって、支持面４０との間に接合対象物８を挟み込んで接合したときにホーン２の交換時期か否かを判断可能な圧痕を該接合対象物８に形成する。

【0031】

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に含まれ且つ接合対象物８の挟持方向（押圧面２０の押圧方向：本実施形態の例では上下方向）において先端が第一凸部２２１の先端より後方に位置する少なくとも一つの第二凸部（後方凸部）２２２と、を有する。また、押圧面２０は、凸部２２が配置される配置領域２４であって、ホーン２の振動方向（図１における左右方向）に長い配置領域２４を有する。本実施形態の配置領域２４は、複数の第一凸部２２１が配置された第一領域２４１と、第一領域２４１と隣接し且つ複数の第二凸部２２２が配置された第二領域２４２と、を含む。具体的に、配置領域２４において、長手方向の中央部に第一領域２４１が配置され、前記長手方向における第一領域２４１の両側に第二領域２４２が配置されている。

【0032】

第一領域２４１では、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）。

【0033】

第二領域２４２では、第一領域２４１から離れるほど先端が後方側（凸部２２の突出方向における基部側）に位置するように、複数の第二凸部２２２が構成されている。本実施形態の第二領域２４２では、長手方向において平面２２３に対して傾斜する傾斜面２２４であって、第一領域２４１から離れるほど後方側（図３における上方側）に傾斜した傾斜面２２４上に各第二凸部２２２の先端が位置するように、複数の第二凸部２２２が構成されている。尚、図３は、平面２２３に対する傾斜面２２４の傾きを視認し易いように、傾斜面２２４の平面２２３に対する傾斜角を誇張して表している。

【0034】

以上のように、ホーン２の複数の凸部２２は、平坦部（第一領域２４１）と、傾斜部（第二領域２４２）とを有する。

【0035】

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。

【0036】

支持面４０は、複数の凸部４２を有する。本実施形態の支持面４０では、各凸部４２が四角錐形状を有し、複数の凸部４２が整列している。支持面４０は、複数の凸部４２によって、押圧面２０との間に接合対象物８を挟み込んで接合したときにアンビル４の交換時期か否かを判断可能な圧痕を該接合対象物８に形成する。

【0037】

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４２に含まれ且つ接合対象物８の挟持方向（本実施形態の例では上下方向）において先端が第三凸部４２１の先端より後方に位置する少なくとも一つの第四凸部（後方凸部）４２２と、を有する。この第四凸部４２２は、接合対象物８に当接したときに接合対象物８の接合に寄与する形状（本実施形態の例では、四角錐形状等の先細りの形状）を有する。また、第四凸部４２２の高さは、第三凸部４２１が所定量以上摩耗したときに接合対象物８と当接するように設定されている。この所定量は、接合対象物８の接合条件（溶接条件）等から決定される。

【0038】

支持面４０は、第三凸部４２１が配置された第三領域４４を有する。この第三領域４４は、ホーン２の超音波振動の振動方向（図１における左右方向）に長い。本実施形態の第三領域４４は、前記振動方向において、ホーン２の押圧面２０における配置領域２４よりも長い。また、第三領域４４は、振動方向と直交する方向において、ホーン２の押圧面２０における配置領域２４より大きい。

【0039】

第三領域４４では、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）。支持面４０において、第四凸部４２２は、第三領域４４の周囲に配置されている。本実施形態の第四凸部４２２は、ホーン２の振動方向において第三領域４４を挟むように二つ配置されている。尚、第四凸部４２２は、第三領域４４を挟む各位置において、前記振動方向（図３のＺ軸方向）及び支持面４０上において前記振動方向と直交する方向（図３のＸ軸方向）に複数並ぶように配置されてもよい。また、第四凸部４２２は、二つに限定されず、第三領域４４の周囲に一つだけ配置されてもよい。

【0040】

装置本体６は、超音波振動子６０を有し、該超音波振動子６０によって生成された超音波振動をホーン２に伝達する。即ち、装置本体６は、ホーン２を超音波振動させる。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、アンビル４の支持面４０が上方を向いて押圧面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、ホーン２を水平方方向に超音波振動させる。

【0041】

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。

【0042】

先ず、アンビル４の支持面４０上に、接合対象物８（電極体８１及び集電体８２）が配置される。本実施形態の超音波接合装置１では、図７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、保護板を含む。

【0043】

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る。ホーン２が接合対象物８に当接すると、超音波振動が開始されると共に、ホーン２が接合対象物８を押圧した状態で前記当接した位置から所定の変位量に達するまで降下し続ける。そして、降下後、ホーン２は、所定時間、超音波振動する。これにより、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。詳しくは、以下の通りである。

【0044】

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。

【0045】

ホーン２が、接合対象物８に当接した後、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。

【0046】

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。

【0047】

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る。

【0048】

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がケース内に収容されることで、蓄電素子８０が製造される。

【0049】

以上の超音波接合装置１によれば、使用によってホーン２の第一領域２４１の第一凸部２２１が磨り減るのに伴って、第二領域２４２において第一領域２４１に近い位置の第二凸部２２２から該第一領域２４１と離れた位置の第二凸部２２２に向かって順に第二凸部２２２が接合対象物８に当接する。これにより、第一領域２４１の第一凸部２２１が磨り減ったことで低下した超音波振動の伝達性能の少なくとも一部が、第二領域２４２の第二凸部２２２が接合対象物８に当接することで補われ、その結果、ホーン２を使用し続けたときの超音波振動の接合対象物８への伝達性能の低下が抑制される。

【0050】

本実施形態のホーン２及びアンビル４によれば、第一凸部２２１又は第三凸部４２１が使用によって所定量以上（所定の高さ以下まで）磨り減った（摩耗した）ときに、接合対象物８に形成される圧痕（複数の凸部２２、４２によって形成された圧痕）において、先端が第一凸部２２１又は第三凸部４２１の先端より後方に位置する第二凸部２２２又は第四凸部４２２と対応する形状（圧痕）が現れる若しくは変化する。これにより、該ホーン２又は該アンビル４が交換時期か否かを的確に判別することができる。

【0051】

具体的に、ホーン２では、接合対象物８に形成された圧痕の大きさ（圧痕が形成される範囲の拡がり）から、該ホーン２の交換時期を判別することができる。即ち、第一領域２４１の第一凸部２２１が磨り減るのに伴い、圧痕が形成される範囲が大きくなる（本実施形態の例では、第一凸部２２１が磨り減るのに伴い圧痕が振動方向に拡がる）。この圧痕の振動方向の長さ寸法が、予め設定された閾値（ホーン２における超音波振動の伝達性能に基づいて設定される閾値）を超えると、ホーン２の交換時期である（振動の伝達性能が許容値よりも低下している）と判断され、ホーン２が交換される。一方、前記圧痕の振動方向の長さ寸法が、前記閾値以下であると、ホーン２における超音波振動の伝達性能が十分であると判断され、該ホーン２は、交換されずに次回の超音波接合にも用いられる。

【0052】

また、アンビル４では、接合対象物８に形成された圧痕における第三領域４４（第三凸部４２１）と対応する領域の周囲の形状から、該アンビル４が交換時期か否かを的確に判別することができる。即ち、接合対象物８に形成された圧痕における第三領域４４と対応する領域の周囲に、第四凸部４２２の圧痕が現れていると、アンビル４の交換時期であると判断され、アンビル４が交換される。一方、接合対象物８に形成された圧痕に第四凸部４２２の圧痕が現れていなければ、アンビル４が交換されずに次回の超音波接合にも用いられる。

【0053】

本実施形態のホーン２及びアンビル４では、第一凸部２２１が設けられた第一領域２４１、及び第三凸部４２１が設けられた第三領域４４の外側に、第二凸部２２２及び第四凸部４２２が配置されている。このため、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（又は第三凸部４２１）が食い込むときの該第一凸部２２１間（又は該第三凸部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（又は第四凸部４２２）によって阻害されない。これにより、第一凸部２２１（又は第三凸部４２１）が接合対象物８に十分に食い込み、その結果、超音波振動が接合対象物８に十分に伝達される。

【0054】

本実施形態の配置領域２４及び第三領域４４は、ホーン２の超音波振動の振動方向に長い。これにより、ホーン２の超音波振動が重ね合わされた接合対象物８に効率よく伝達され、その結果、接合対象物８同士が効率よく接合される。

【0055】

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。

【0056】

上記実施形態の超音波接合装置１では、ホーン２の押圧面２０とアンビル４の支持面４０とに設けられた複数の凸部２２、４２の構成が異なっているが、同じであってもよい。即ち、アンビル４の支持面４０が第一領域２４１と第二領域２４２とを含む配置領域２４を有する構成でもよく、又は、ホーン２の押圧面２０が第三領域４４と該第三領域４４の周囲に配置される第四凸部４２２とを有する構成でもよい。また、ホーン２の押圧面２０とアンビル４の支持面４０とに設けられた複数の凸部２２、４２の構成が逆であってもよい。即ち、アンビル４の支持面４０が第一領域２４１と第二領域２４２とを含む配置領域２４を有し、且つ、ホーン２の押圧面２０が第三領域４４と該第三領域４４の周囲に配置される第四凸部４２２とを有する構成でもよい。

【0057】

また、ホーン２の押圧面２０とアンビル４の支持面４０とは、平面であってもよい。この場合、例えば、図８に示すように、ホーン２の第一凸部２２１が設けられた領域を振動方向に挟むように該領域の両側に複数の第二凸部（後方凸部）２２２がそれぞれ設けられ、アンビル４の第三凸部４２１が設けられた領域を前記振動方向に挟むように該領域の両側に複数の第四凸部（後方凸部）４２２がそれぞれ設けられてもよい。複数の第二凸部２２２は、前記振動方向に並び、それぞれの先端が共通の平面上に位置するように構成される。また、複数の第四凸部４２２も、前記振動方向に並び、それぞれの先端が共通の平面上に位置するように構成される。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る。

【0058】

押圧面２０及び支持面４０の凸部２２、４２の具体的な形状は、限定されない。例えば、上記実施形態の凸部２２、４２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。また、凸部２２、４２は、ホーン２の振動方向と交差する方向に延びる突条等によって構成されてもよい。即ち、凸部２２、４２は、接合対象物８に当接したときに接合対象物８の接合（超音波振動）に寄与する形状（先細りの形状等）であればよい。

【0059】

上記実施形態のアンビル４における第四凸部４２２は、ホーン２の振動方向における第三領域４４の両側に配置されているが、この構成に限定されない。即ち、第四凸部４２２は、第三凸部４２１が整列する第三領域４４の周囲に配置されていれば何れの位置でもよい。

【0060】

上記実施形態のホーン２では、第二領域２４２が振動方向において第一領域２４１に隣り合うように設けられているが、この構成に限定されない。第二領域２４２は、図９に示すように、振動方向と直交する方向において第一領域２４１に隣り合うように設けられてもよい。かかる構成によれば、第一領域２４１の各第一凸部２２１が所定量以上摩耗したときに、第二領域２４２の各第二凸部２２２が振動方向における広い範囲で接合対象物８と当接する。このため、第一領域２４１の各第一凸部２２１が摩耗して該第一凸部２２１による接合対象物８への超音波振動の伝達性能が低下しても、第二領域２４２の各第二凸部２２２によって振動方向における広い範囲で超音波振動が接合対象物８へ伝達されるため、ホーン２全体での超音波振動の接合対象物８への伝達性能の低下が効果的に抑えられる。

【0061】

また、上記実施形態のホーン２では、第二領域２４２は、第一領域２４１を挟むように該第一領域２４１の両側に設けられているが、一方側のみに設けられてもよい。

【0062】

押圧面２０及び支持面４０には、配置領域２４又は第三領域４４が一つ設けられているが、複数設けられてもよい。例えば、図１０に示すように、押圧面２０（又は支持面４０）は、ホーン２の振動方向に間隔を空けて並び且つ第一凸部２２１（又は第三凸部４２１）がそれぞれ形成された複数の領域５０を有してもよい。この場合、第二凸部２２２（又は第四凸部４２２）は、隣り合う領域５０間に配置されるのが好ましい。かかる構成によれば、接合対象物８における接合領域が振動方向に長くなり、且つ、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（又は第三凸部４２１）が食い込むときの該第一凸部２２１間（又は該第三凸部４２１間）の肉の移動が第二凸部２２２（又は第四凸部４２２）によって阻害されない。これにより、該第一凸部２２１（又は該第三凸部４２１）が接合対象物８に十分に食い込み、ホーン２の超音波振動が接合対象物８により効率よく伝達される。その結果、接合対象物８同士がより効率よく接合される。尚、複数の領域５０のそれぞれにおいて、振動方向と直交する方向の寸法より振動方向の寸法が短くてもよい。この場合、複数の領域５０の全体が振動方向に長い形状であればよい。

【0063】

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。

【0064】

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、該押圧面２０及び該支持面４０によって接合対象物８を挟み込んで接合したときに、ホーン２又はアンビル４が交換時期か否かを判別可能な圧痕を該接合対象物８に形成する複数の凸部２２、４２が配置されているが、この構成に限定されない。前記交換時期か否かを判別可能な圧痕を接合対象物８に形成可能な複数の凸部２２、４２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、接合対象物８に形成された圧痕からホーン２又はアンビル４のいずれか一方（前記複数の凸部２２、４２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。

【0065】

上記実施形態の超音波接合装置１では、先端が第一凸部２２１（又は第三凸部４２１）の先端より後方に位置する第二凸部２２２（又は第四凸部４２２）が、第一領域２４１（又は第三領域４４）の外に配置されているが、この構成に限定されない。第二凸部２２２（又は第四凸部４２２）は、図１１に示すように、第一領域２４１（又は第三領域４４）内に配置されてもよい。かかる構成によっても、接合対象物８に形成される圧痕における第一領域２４１（又は第三領域４４）と対応する領域内の形状から、ホーン２（又はアンビル４）が交換時期か否かを的確に判別することができる。

【符号の説明】

【0066】

１…超音波接合装置、２…ホーン、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）、２２３…平面、２２４…傾斜面、２４…配置領域、２４１…第一領域、２４２…第二領域、４…アンビル、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）、４４…第三領域、５０…領域、６…装置本体、６０…超音波振動子、８…接合対象物、８０…蓄電素子、８１…電極体、８２…集電体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】