CN113290312A - 超声波熔接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不易产生熔接不良的超声波熔接装置。超声波焊头(21)在将其压接面(21a)压接于层压片(15、16)的周缘部的状态下沿X方向移动，由此对层压片(15、16)的周缘部进行超声波熔接。超声波焊头(21)的压接面(21a)成为向压接方向突出的圆弧形状。压接面(21a)形成为压接面(21a)与载置面之间的间隔从熔接时超声波焊头(21)的移动方向的前端朝向后端侧而连续地逐渐减小，载置面将层压片(15、16)夹在压接面(21a)与载置面之间。通过该压接面(21a)使层压片(15、16)顺畅地密接。

Description

超声波熔接装置

技术领域

本发明涉及超声波熔接装置。

背景技术

近年来，从面向民用的小型电池到面向车辆或住宅的大型电池，锂离子二次电池等二次电池的需求急速扩大。特别是对于大型电池，在混合动力机动车、EV机动车中的普及很活跃。关于二次电池的外装，除了金属罐壳体之外，用层压片包装电池元件的层压型电池的需求增大。层压型电池通过对包装了电池元件的层压片的周缘部进行熔接，从而在由层压片形成的外装体内封入电池元件。作为熔接层压片的熔接装置，例如通过专利文献1已知有将密封杆推压于层压片的周缘部的装置。在专利文献1的熔接装置中，例如，在将层压片对折以包覆电池元件之后，将密封杆依次按压于重合的层压片的各边并进行加热，由此对层压片的周缘部进行热熔接。

另外，已知一种层压型电池用超声波熔接装置，其通过一边将超声波焊头按压于包装了电池元件的层压片重叠的部分一边使超声波焊头移动，从而对层压片的周缘部进行热熔接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-134604号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的熔接装置中，由于密封杆的变形、倾斜等，导致熔接不均匀，或者产生未熔接的部分，容易导致熔接不良。另外，在层压型电池中，电极端子从外装体内的电池元件引出到容纳体外部。因此，引出电极端子的部分的厚度增大与电极端子的厚度相应的量，密封杆不能均匀地接触周缘部，因此容易导致产生熔接不良。另外，如上所述，在一边按压超声波焊头一边使超声波焊头移动的方式中，有时由于超声波焊头的移动而在层压片产生褶皱，将该褶皱热熔接而导致熔接不良。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种不易产生熔接不良的超声波熔接装置。

用于解决课题的方法

本发明提供一种超声波熔接装置，使用超声波对用于包装被包装物的层压片的重叠的周缘部进行熔接，包括：超声波焊头，其形成有压接面；加压机构，其对所述压接面加压而使所述压接面压接于所述周缘部；以及移动机构，其在将所述压接面压接于所述周缘部的状态下使所述超声波焊头和所述层压片相对移动，所述压接面的形状形成为，所述压接面与将所述周缘部夹在与所述压接面之间的面之间的间隔从所述超声波焊头相对于所述层压片的移动方向的前端朝向后端侧而连续地逐渐减小。

发明效果

根据本发明，在用压接面压接重叠的层压片的周缘部时，由于压接面的从移动方向的前端朝向后端侧连续逐渐减小的形状而使层压片的周缘部被顺畅地密接并熔接，因此能够抑制褶皱等引起的熔接不良的发生。

附图说明

图1是表示按照实施方式制作的层压型电池的外观的立体图。

图2是表示层压型电池的电池元件的外观的立体图。

图3是表示层压型电池用超声波熔接装置的结构的示意图。

图4是表示设置在旋转台上的定位部件的说明图。

图5是表示熔接头的结构的立体图。

图6是表示超声波焊头的圆弧形状的压接面的说明图。

图7是表示在监视器上显示的信息的一例的说明图。

图8是表示熔接时的熔接头的上下位置和移动速度的变化的图表。

图9是表示再测定时的熔接头的上下位置和移动速度的变化的图表。

图10是表示使用砧座并且使层压片移动的层压型电池用超声波熔接装置的结构的示意图。

附图标记说明

10：层压型电池；

12：外装体；

14：电池元件；

14b：极耳；

15、16：层压片；

18：熔接部；

18A：熔接对象区域；

20、60：层压型电池用超声波熔接装置；

21：超声波焊头；

21a、61a：压接面；

22：熔接头；

27：移动机构；

41：加压单元；

61：砧座。

具体实施方式

以下说明的实施方式是一个示例，本发明并不限定于此。在图1中，在按照该实施方式制作的层压型电池10中，在外装体12的内部封入有电池元件14的电极层叠体14a。在外装体12的内部，除了电极层叠体14a之外还封入有电解液(省略图示)。外装体12由层压片15、16构成，层压片15、16的周缘部被熔接。该示例的外装体12俯视为矩形，在层压片15、16的周缘部的四边通过超声波熔接形成有沿着四边的各熔接部18。

层压片15、16例如具有内表面为热塑性树脂的聚丙烯、外表面为聚对苯二甲酸乙二醇酯或尼龙、且在内表面与外表面之间层叠有铝或不锈钢等金属箔的层结构。层压片15、16中的一个层压片15为平面状，在另一个层压片16形成有在其内部容纳电极层叠体14a的向外侧鼓起的鼓泡(blister)部16a。

在电极层叠体14a设置有作为电极端子的一对极耳(正极端子、负极端子)14b，这些极耳14b的前端向外装体12的外侧突出。极耳14b为金属制且为薄板状。极耳14b的中央部被层压片15、16夹持。在该例中，从外装体12的四边中的对置的两边(在该例中为短边)分别突出有一个极耳14b。

如图2所示，电池元件14从电极层叠体14a分别引出一对极耳14b。电极层叠体14a是将隔膜夹在正极和负极之间并交替层叠而成的。在极耳14b中，以包围其中央部的方式熔接有密封材料19。密封材料19是众所周知用于确保极耳14b与层压片15、16之间的密接性的构件，且熔接于层压片15、16。

需要说明的是，图1、图2所示的层压型电池10、电极层叠体14a的形状等仅是示例，本发明并不限定于此。例如，也可以是一对极耳14b从外装体12的一边的部分并列突出的形状。

在图3中，层压型电池用超声波熔接装置(以下简称为熔接装置)20对与层压片15、16的周缘部、即层压片15、16的四边的各熔接部18对应的熔接对象区域18A(参照图5)分别进行超声波熔接，将电池元件14封入外装体12内。

熔接装置20包括熔接头22和基座24，熔接头22包括超声波焊头21，基座24具有旋转台23。此外，熔接装置20包括控制部25，并且熔接装置20的各个部分由控制部25整体控制。以下，将熔接头22水平移动的方向设为X方向，将上下方向设为Z方向，将与X方向和Z方向正交的进深方向设为Y方向。

熔接头22滑动自如地安装于移动机构27的水平延伸的导轨27a。熔接头22通过移动机构27的驱动部27b沿着导轨27a在X方向上直线往复运动。超声波焊头21沿Z方向移动自如地设置，如后面详细叙述的那样，在旋转台23上的对层压片15、16的周缘部进行压接并进行超声波熔接的压接位置和从该压接位置向上方移动的压接解除位置之间移动。在该例中，仅在熔接头22向X方向的一个方向的移动过程中、例如朝向图3的右方移动的往动过程中，利用超声波焊头21对层压片15、16进行超声波熔接。在移动机构27设置有例如输出与熔接信号的X方向的位置对应的信号的编码器，来自该编码器的信号被发送到控制部25。控制部25根据来自编码器的信号，进行熔接头22的位置的检测、控制。

超声波焊头21向压接的层压片15、16传递来自振荡单元26的机械超声波振动。由此，使超声波焊头21所压接的层压片15、16的部分发热，将该层压片15、16的部分相互熔接。通过利用移动机构27使超声波焊头21沿X方向移动，对沿着层压片15、16的边的熔接对象区域18A进行超声波熔接，由此在熔接对象区域18A形成熔接部18。振荡单元26由被来自控制部25的电信号驱动的超声波振子和将来自该超声波振子的机械超声波振动放大的增压器等构成。在该例中，传递到超声波焊头21的超声波振动例如频率在20kHz以上且40kHz以下的范围内，振幅在10μm以上且50μm以下的范围内。

在进行超声波熔接时，移动机构27通过控制部25的控制使超声波焊头21的移动速度发生变化。具体而言，超声波焊头21以第一移动速度V1和比该第一移动速度V1慢的第二移动速度V2中的任一移动速度在X方向上移动。第一移动速度是对层压片15、16的各内表面直接接触的部分进行熔接的速度。第二移动速度V2是对层压片15、16的夹持极耳14b的部分进行熔接的速度，在夹持极耳14b的部分和其前后的预先设定的极耳(tab)区间中，超声波焊头21被设定为第二移动速度V2。这样，通过设为第二移动速度V2，能够可靠地进行厚度较大的极耳14b的部分的熔接。与极耳区间的一端和另一端对应的减速开始位置和减速结束位置预先登记在控制部25中。需要说明的是，也可以按照厚度越大移动速度越慢的方式根据超声波焊头21所熔接的部分的厚度使移动速度多阶段或连续地发生变化。该例的第一移动速度V1、第二移动速度V2例如可以设定在15mm/sec以上且100mm/sec以下的范围内。另外，第二移动速度V2相对于第一移动速度V1的速度比(＝V2/V1)例如设定在0.01以上且0.9以下的范围内，但不限于该范围内的速度比。

在基座24的上表面设有旋转台23。旋转台23在水平面内转动自如，通过马达28而旋转。旋转台23的上表面成为平坦的载置面23a，在该载置面23a上依次重叠放置层压片15、电池元件14、层压片16。基座24在Y方向上移动自如。

基座24与旋转台23一起通过工作台移动机构29在Y方向上移动。通过这些旋转台23的旋转和基座24的Y方向的移动，以使超声波焊头21对熔接对象区域18A进行熔接的方式，设置层压片15、16相对于超声波焊头21的位置及朝向。在该例中，通过后述的定位部31(参照图4)以相同的朝向将层压片15、16配置于旋转台23。因此，通过使旋转台23每次旋转90°，使层压片15、16成为规定的朝向。

如图4所示，在旋转台23的载置面23a设有定位部31。定位部31由决定载置面23a上的层压片15、16的位置的多个销31a和决定该层压片15、16上的电池元件14的位置的一对突条31b构成。层压片15、16通过以使各边与多个销31a接触的方式配置在载置面23a上，从而在载置面23a上以预先确定的朝向被定位配置。突条31b形成为与层压片15、16的对角相对应设置的弯曲成直角的L字状，通过使一对极耳14b的对角与各突条31b的内侧的角配合，电池元件14被配置在被定位了的层压片15、16上的预先确定的位置上。另外，在载置面23a设有固定极耳14b的固定部件(省略图示)。需要说明的是，定位部31的结构并不限于此。

如图3所示，在旋转台23的上方设有夹持单元35。夹持单元35具有沿X方向延伸的夹持器35a。在超声波熔接时，夹持单元35通过夹持器35a按压层压片15、16的比熔接对象区域18A靠内侧的部分。由此，在与层压片15、16压接的超声波焊头21沿X方向移动时，防止层压片16相对于层压片15偏移。夹持器35a例如由单体浇铸尼龙等树脂制成。需要说明的是，夹持器35a在Z方向和Y方向上移动自如，在按压层压片15、16的按压位置和从该按压位置上升的按压解除位置之间上下移动，并且在从按压解除位置向旋转台23的外侧沿Y方向移动的待机位置之间移动。

控制部25连接有监视器36。在监视器36上显示熔接时测定的超声波焊头21的沉入量、施加于超声波焊头21的超声波的功率、熔接头的位置信息等。

在图5中，熔接头22大致分为作为加压机构的加压单元41和通过该加压单元41上下移动的焊头单元42。加压单元41由升降缸44、上部可动部件45、弹簧部47、负荷传感器48等构成。焊头单元42除了上述的超声波焊头21、振荡单元26以外，还包括下部可动部件51、压板52、负荷施加部53、位移传感器54等。另外，在熔接头22设有对熔接头22、上部可动部件45、下部可动部件51等的Z方向的移动进行引导的引导部件(省略图示)。

加压单元41安装有升降缸44，该滑块SL在导轨27a上滑动自如。由此，熔接头22在X方向上移动自如。升降缸44在其轴44a的下端固定有上部可动部件45。在上部可动部件45经由弹簧部47安装有下部可动部件51。

在焊头单元42中，在下部可动部件51组装有超声波焊头21、振荡单元26、压板52、负荷施加部53。超声波焊头21固定在下部可动部件51的下侧，振荡单元26固定在下部可动部件51的上侧。

弹簧部47具有上侧承接部件47a、下侧承接部47b、引导轴47c及压缩弹簧47d。上侧承接部件47a经由负荷传感器48安装于上部可动部件45的下表面，下侧承接部47b安装于下部可动部件51的上表面。压缩弹簧47d以引导轴47c穿过压缩弹簧47d的中央的状态配置在上侧承接部件47a和下侧承接部47b之间。引导轴47c的上端部固定于上侧承接部件47a，另一端贯通下侧承接部47b的上表面中央部相对于下侧承接部47b在Z方向上滑动自如。

升降缸44通过其轴44a的上下运动，使上部可动部件45在上升位置和下降位置之间上下运动，与上部可动部件45的上下运动连动地借助弹簧部47使下部可动部件51即焊头单元42上下运动。

上部可动部件45的下降位置设定在比与超声波焊头21和层压片16抵接而停止的位置对应的位置更低的位置。即，上部可动部件45即使在其下降过程中超声波焊头21与层压片16抵接而下部可动部件51的下降停止，也在上部可动部件45和下部可动部件51之间一边压缩压缩弹簧47d一边下降到下降位置而停止。

如上所述，加压单元41利用被压缩的压缩弹簧47d对超声波焊头21施加负荷，利用压接面21a以规定的加压力对层压片15、16进行压接。另外，由于使用弹簧部47对超声波焊头21施加负荷，所以超声波焊头21例如在对极耳14b的部分进行压接时允许超声波焊头21向上方移动。该例中的加压力例如在10MPa以上且100MPa以下的范围内。另外，对超声波焊头21施加负荷的加压机构的结构不限于上述结构。

负荷传感器48测定对超声波焊头21施加的负荷。由负荷传感器48测定的负荷被发送到控制部25，显示在监视器36上。

超声波焊头21在其下端设有对层压片15、16进行压接并施加超声波振动的压接面21a。压接面21a具有与要形成的熔接部18大致相同的宽度(Y方向的长度)。如图6所示，从Y方向观察时，压接面21a成为向压接的方向鼓起的弯曲形状。在该例中，从Y方向观察时，压接面21a为圆弧形状。这样，通过将压接面21a形成为弯曲形状，将与旋转台23的载置面23a的间隔形成为在熔接时从超声波焊头21移动的方向的前端朝向后端侧逐渐减小的形状，从而使层压片15、16顺畅地密接，抑制由层压片15、16的褶皱等引起的熔接不良的发生。

需要说明的是，压接面21a的形状只要是压接面21a与将层压片15、16夹在与压接面21a之间的面(在该例中为载置面23a)之间的间隔形成为在熔接时从超声波焊头21的移动方向的前端朝向后端侧连续地逐渐减小的形状即可。例如，压接面21a的形状也可以是将压接面21a的移动方向的前端部分设为弯曲面，在实际压接层压片15、16的中央部与弯曲面之间设置倾斜的平坦面的形状。另外，在该例中，设为仅在往动中进行熔接的结构，但由于为从X方向的两端分别朝向实际压接层压片15、16的中央部的最突出的部分而与夹着层压片15、16的面之间的间隔逐渐减小的压接面21a的形状，所以无论是往动还是复动，都能够使层压片15、16顺畅地密接而抑制褶皱等引起的熔接不良的发生。

压板52是在利用超声波焊头21进行熔接之前从熔接对象区域18A的重叠的层压片15、16之间挤出空气等而使其成为密接的状态的部件。该压板52具有沿X方向延伸的平板状的主体部52a和一体地设置在该主体部52a的X方向的两端的引导部52b。主体部52a是压接层压片15、16的周缘部的部分，作为与周缘部接触的接触面的下表面为平坦的表面。在该主体部52a中，在其中央部设有开口55，超声波焊头21的压接面21a通过该开口55与层压片15、16压接。在该例中，在压接面21a与压板52不干涉的范围内，使开口55的X方向的长度小于压接面21a的X方向的长度。

负荷施加部53由固定于下部可动部件51的一对弹簧缸56构成。这些弹簧缸56的向其下方延伸的活塞杆56a的下端分别转动自如地安装于在主体部52a的两端部设置的Y方向的轴57。由此，一对弹簧缸56经由活塞杆56a对压板52施加压接层压片15、16的负荷。另外，如上所述，通过将压板52安装于负荷施加部53，能够与压接部分的不同厚度对应地使压板52倾斜。

调整各弹簧缸56的活塞杆56a的长度，使得在超声波焊头21压接于层压片15、16时，与层压片15、16接触的压板52由此克服各弹簧缸56的作用力而将活塞杆56a向上方推起。需要说明的是，在该例中，使用弹簧缸56对压板52施加负荷，但负荷施加部53的结构不限于此。也可以代替弹簧缸56而使用气缸。

为了从熔接对象区域18A的重叠的层压片15、16之间顺畅且有效地挤出空气等而使层压片15、16密接，压板52的引导部52b的作为引导面的下表面从主体部52a的下表面向上方即与压接的方向相反的方向弯曲。在该例中，引导部52b的下表面是向上方倾斜的平面。

需要说明的是，引导部52b的下表面的形状并不限于倾斜的平面，只要是与将层压片15、16夹在与其下表面之间的面(在该例中为载置面23a)的间隔从熔接时超声波焊头21移动的方向的前端朝向后端侧逐渐减小的形状即可。例如，也可以使引导部52b的下表面成为向上方即与压接方向相反的方向翘曲的弯曲面。另外，在该例中，在移动方向的两端分别设置有引导部52b，能够应对超声波焊头21的移动方向的各朝向的移动过程中的熔接，但在超声波焊头21仅在一个方向的移动过程中进行熔接的情况下，也可以仅在成为该移动的前端的主体部的端部设置引导部52b。

位移传感器54与控制部25一起构成监视超声波焊头21的沉入量的沉入量测定部。该位移传感器54具有固定于上部可动部件45的传感器主体部54a和沿上下方向滑动自如的传感器杆54b。该传感器杆54b的下端与固定于下部可动部件51的上表面的平坦的固定板54c接触。该位移传感器54例如由线性标尺(线性编码器)等构成，检测传感器杆54b的上下方向的位移、即与超声波焊头21一体地上下移动的下部可动部件51相对于上部可动部件45的位移，并输出与该位移对应的信号。来自位移传感器54的信号被发送到控制部25。

控制部25取得传感器杆54b的上下方向的位移作为超声波焊头21的沉入量。控制部25使用预先登记的修正量对使用位移传感器54测定的沉入量进行修正，监视该修正后的沉入量，并显示在监视器36上。

超声波焊头21的压接面21a与旋转台23的载置面23a之间的间隔一般在超声波焊头21的移动方向上多少有些变动。另外，压接面21a与载置面23a的间隔也因旋转台23的旋转等而发生变化。因此，预先将超声波焊头21的移动范围(对应于熔接对象区域18A的范围)中的载置面23a相对于压接面21a的距离的相关关系数据化，作为修正量存储在控制部25中。由于各熔接对象区域18A配置在载置面23a的不同的面上，所以在与各熔接对象区域18A对应的载置面23a的各范围内，对修正量进行数据化。

在测定超声波焊头21的移动范围内的载置面23a相对于压接面21a的距离的情况下，一边以规定的间隔(例如1mm间隔)使超声波焊头21沿X方向移动，一边进行熔接头22的下降和上升并测定距离。载置面23a相对于压接面21a的距离设为将上部可动部件45下降到下降位置而压接面21a与载置面23a接触的状态下的位移传感器54的位移来进行检测并取得。需要说明的是，压接面21a是否与载置面23a接触可以通过负荷传感器48的测定值的变化来检测，也可以根据该检测结果来判定载置面23a的距离没有异常。与各熔接对象区域18A对应的载置面23a的各范围的修正量例如以熔接对象区域18A的一端即熔接开始位置的修正量为基准(0)而求出。

对于沉入量的测定而言，有在熔接过程中连续进行的熔接时测定和熔接结束后在预先设定的多个测定点测定沉入量的再测定。对于再测定而言，每当通过一次往动进行的一个熔接对象区域18A的超声波熔接结束，对该熔接对象区域18A测定超声波焊头21的沉入量。在再测定中，如上所述，在预先设定的多个测定点测定沉入量，但优选在极耳区间内设定一个或多个测定点。由此，能够判断包含夹着极耳14b的层压片15、16的部分在内是否适当地进行了熔接。需要说明的是，多个测定点的X方向的间隔可以是等间隔，也可以不是等间隔。

控制部25监视熔接过程中由位移传感器54测定的超声波焊头21的沉入量、由负荷传感器48测定的对超声波焊头21施加的负荷(加压力)、超声波焊头21的输出功率(电力)。根据这些沉入量、加压力、输出功率，控制部25判定熔接状态是否良好。该判定结果例如显示在监视器36上。需要说明的是，输出功率由内置在控制部25中的超声波控制器获得。

如在图7中示出一例那样，在监视器36上显示熔接过程中的超声波焊头21的沉入量、通过再测定得到的超声波焊头21的沉入量、对超声波焊头21施加的负荷、超声波焊头21的输出功率、各种设定值。在该例中，熔接过程中的超声波焊头21的沉入量、通过再测定得到的超声波焊头21的沉入量、对超声波焊头21施加的负荷、超声波焊头21的输出功率用图表表示。另外，将夹持器35a按压(夹持)层压片15、16的压力的测定值显示为夹持压力。在该例中，用压力计测定向对夹持器35a施加按压力的气缸供给的空气的压力，将得到的测定值作为夹持压力进行显示。并且，作为显示的设定值，有对超声波焊头21施加的负荷、第一移动速度V1、第二移动速度V2、熔接开始位置、熔接结束位置、减速开始位置、减速结束位置等。例如，操作者通过参照该监视器36的显示，能够判断是否正在适当地进行熔接，或者是否适当地进行了熔接等。

需要说明的是，显示的内容、显示方式不限于此。例如也可以显示实际测定得到的熔接头22的移动速度等测定值或其图表。另外，也可以显示实际检测出的第一移动速度V1和第二移动速度V2的信息(例如平均值、最大值、最小值等)、熔接开始位置、熔接结束位置、减速开始位置、减速结束位置等。

接着，对上述结构的作用进行说明。需要说明的是，关于以下的说明中的左右，设为图3中的左右进行说明。在制作层压型电池10时，首先在旋转台23的载置面23a上载置层压片15。此时，通过以使层压片15的各边与销31a接触的方式进行载置，从而层压片15被定位配置在载置面23a上。接着，使用突条31b将电池元件14定位配置在层压片15上。之后，利用固定部件将电池元件14的极耳14b固定在旋转台23上。

并且，与层压片15同样地使用销31a将层压片16定位并载置在层压片15上。由此，电池元件14的电极层叠体14a被容纳在鼓泡部16a内，另外，成为各极耳14b由层压片15、16夹着的状态。

之后，调整旋转台23的旋转位置和基座24的Y方向的位置，旋转台23上的层压片15、16的进行熔接的第一个熔接对象区域18A处于超声波焊头21的移动轨迹的正下方且与超声波焊头21的X方向平行。

接着，夹持器35a从待机位置移动到旋转台23的上方的按压解除位置后，下降到按压位置。由此，层压片15、16的第一个熔接对象区域18A与鼓泡部16a之间的部分被夹持器35a按压，被夹持在夹持器35a与旋转台23之间。在该夹持器35a向按压位置移动后，形成于旋转台23的载置面23a的多个槽(省略图示)被真空吸引，由此，层压片15被吸附固定于载置面23a上。

如上所述，在将层压片15、16固定于载置面23a后，如图8所示，熔接头22通过由控制部25控制的移动机构27，从X方向的原点位置向右方移动，移动到第一个熔接对象区域18A的左端的位置即熔接开始位置的上方。

当熔接头22在熔接开始位置的上方停止时，升降缸44被驱动，熔接头22的上部可动部件45从上升位置移动到下降位置。通过该上部可动部件45的下降，超声波焊头21与下部可动部件51一体地下降。而且，在上部可动部件45的下降的中途，在压接面21a与载置面23a之间夹着层压片15、16的状态、即压接面21a压接层压片15、16的压接位置，超声波焊头21及下部可动部件51的下降停止。

在超声波焊头21的下降停止后，上部可动部件45也一边压缩与下部可动部件51之间的压缩弹簧47d，一边进一步下降规定长度而停止在下降位置。由此，通过压缩弹簧47d对超声波焊头21施加负荷，压接面21a以规定的加压力压接层压片15、16。另外，例如通过调整决定升降缸44的轴44a的行程的下限位置的挡块，使上部可动部件45的下降位置上下移动，从而能够容易地增减该加压力。

另一方面，压板52先于超声波焊头21的压接面21a而下降，成为在主体部52a的下表面与载置面23a之间夹着层压片15、16的状态而停止下降。因此，在压板52的下降停止以后，下部可动部件51也克服各弹簧缸56的作用力而下降，直到超声波焊头21的下降停止。由此，通过弹簧缸56的作用力，压板52压接层压片15、16。

在上部可动部件45到达下降位置后，振荡单元26开始动作，并且熔接头22通过移动机构27以第一移动速度V1从熔接开始位置开始向右方移动。来自振荡单元26的超声波振动从压接面21a施加到其压接的层压片15、16的部分。由此，压接面21a压接的熔接对象区域18A的层压片15、16的部分相互熔接。

并且，随着熔接头22的移动，压接面21a所压接的层压片15、16的部分依次偏移，由此，熔接对象区域18A从左端向右端被熔接而形成熔接部18。由于压接面21a为弯曲形状，所以重叠的层压片15、16顺畅地进入压接面21a和载置面23a之间并密接而进行超声波熔接。其结果是，在熔接对象区域18A不会产生褶皱等，不会发生其褶皱等被熔接而导致熔接不良的情况。

另外，压板52先于压接面21a向右方移动。因此，在被压接面21a压接之前，熔接对象区域18A从设置在压板52的前端的引导部52b的下侧进入主体部52a的下侧，此时，利用引导部52b的向上方倾斜的下表面，顺畅且有效地排出层压片15与层压片16之间的空气等，使它们密接。然后，该密接的层压片15、16的熔接对象区域18A如上所述由超声波焊头21进行超声波熔接。其结果是，空气等不会进入熔接部18中的层压片15和层压片16之间。

例如，在第一个熔接对象区域18A沿着在层压片15和层压片16之间夹有极耳14b的短边的情况下，当由控制部25检测到超声波焊头21到达减速开始位置时，熔接头22即超声波焊头21减速到第二移动速度V2。然后，一边以第二移动速度V2向右方移动，一边对熔接对象区域18A的层压片15、16的部分进行超声波熔接。之后，当控制部25检测到超声波焊头21到达减速结束位置时，超声波焊头21(熔接头22)增速到第一移动速度V1，一边以该第一移动速度V1移动一边进行超声波熔接。由此，在包含极耳14b的极耳区间中，一边以相对较慢的第二移动速度V2移动超声波焊头21，一边进行熔接。在该极耳区间中，极耳14b、密封材料19被夹在层压片15、16之间而厚度变大，但由于一边以速度较慢的第二移动速度V2移动一边进行超声波熔接，所以该部分能够得到可靠熔接。

当超声波焊头21到达熔接结束位置时，完成对第一个熔接对象区域18A的熔接。停止振荡单元26的超声波振荡，另外，熔接头22停止水平方向的移动，并且，上部可动部件45上升到上升位置。由此，解除超声波焊头21、压板52对层压片15、16的压接。之后，为了对此次熔接的熔接对象区域18A的沉入量进行再测定，熔接头22向左方向移动，返回到原点位置。

另外，在如上所述对熔接对象区域18A进行超声波熔接的期间，如图7所示，熔接过程中的超声波焊头21的沉入量、对超声波焊头21施加的负荷、超声波焊头21的输出功率与各种设定值一起显示。由此，例如操作者能够判断进行中的超声波熔接有无异常等。

如图9所示，在再测定中，首先，熔接头22沿X方向移动到熔接对象区域18A的第一个测定点MP1(在本例中为熔接开始位置)的上方的位置。该移动后，通过升降缸44使上部可动部件45下降到下降位置。由此，超声波焊头21的压接面21a压接于熔接了的熔接对象区域18A。然后，此时，控制部25取得用预先准备的测定点MP1的修正量对从位移传感器54得到的超声波焊头21的沉入量进行修正后的值，作为测定点MP1的沉入量。

在取得测定点MP1的沉入量后，上部可动部件45上升到上升位置，解除超声波焊头21、压板52的压接，然后，熔接头22移动到测定点MP1的右侧的第二个测定点MP2的上方。之后，通过升降缸44使上部可动部件45下降到下降位置。控制部25取得用预先准备的测定点MP2的修正量对此时从位移传感器43得到的超声波焊头21的沉入量进行修正后的值，作为测定点MP2的沉入量。

同样，一边使熔接头22向右方移动，一边对第三个以后的测定点MP3、MP4…进行沉入量的测定和修正，依次取得各修正后的沉入量。如图7所示，这样取得的沉入量与熔接过程中的沉入量等信息一起显示在监视器36上。由此，例如操作者能够根据再测定的沉入量等判断超声波熔接有无异常等。此时，由于在极耳区间内设定测定点，所以也可以知道夹着极耳14b的层压片15、16的部分的熔接状态。

在再测定结束后，上部可动部件45上升到上升位置，超声波焊头21、压板52的压接被解除后，熔接头22返回到原点位置。另外，夹持器35a上升到按压解除位置。之后，旋转台23旋转90°。

之后，以同样的顺序，依次进行对于剩余的各熔接对象区域18A的超声波熔接和沉入量的再测定。此时，在对沿着没有极耳区间的长边的熔接对象区域18A进行超声波熔接时，超声波焊头21一边以第一移动速度V1移动到熔接结束位置一边进行熔接。另外，在三个熔接对象区域18A的超声波熔接和沉入量的再测定后，向成为袋状的层压片15、16之间注入电解液。然后，在注入该电解液后，对第四个熔接对象区域18A进行熔接。由此，得到在熔接了层压片15、16的外装体12内封入了电极层叠体14a和电解液的层压型电池10。

在如上所述制造的层压型电池10中，由于通过如上所述的弯曲形状的压接面21a对层压片15、16进行压接和超声波熔接，所以在层压片15和16的熔接部分18中没有褶皱等。另外，由于先于压接面21a，用引导部52b的下表面相对于主体部52a的下表面向上方弯曲的压板52压接层压片15、16，所以空气等不会进入熔接部18的层压片15、16之间。并且，在熔接对象区域18A的配置有极耳14b的极耳区间中，一边以比通常的第一移动速度V1慢的第二移动速度V2移动超声波焊头21，一边进行超声波熔接，所以，该区间被可靠地实施超声波熔接。因此，可以获得没有熔接不良的层压型电池10。

在上述中，在超声波熔接时，使超声波焊头相对于固定的层压片移动，但层压片和超声波焊头只要相对移动即可。例如，也可以将超声波焊头固定，利用由辊或马达等构成的移动机构移动(输送)层压片。

图10所示的熔接装置60示出了与超声波焊头21对置地配置砧座61并且使层压片15、16的周缘部重叠通过超声波焊头21和砧座61之间的例子。在该例中，熔接头22构成为加压单元41在水平方向(X方向)上被固定，通过该加压单元41使焊头单元42上下移动。熔接头22的其它结构与上述的例子相同。

作为砧座61，使用具有与超声波焊头21的超声波振动的频率大致相同的共振频率的砧座。另外，在与压接面21a之间夹持层压片15、16的砧座61的压接面61a优选为从Y方向观察时向压接的方向(在该例中为上方)突出的弯曲形状。在该例中，压接面61a为圆弧形状。砧座61被固定，通过利用加压单元41使焊头单元42下降，从而超声波焊头21的压接面21a和砧座61的压接面61a夹持层压片15、16，即压接面21a和压接面61a压接层压片15、16。

层压片15、16以其周缘部重叠的状态在引导板65上输送。在引导板65设有使砧座61的压接面61a向上方露出的开口65a。在引导板65的输送方向的两侧分别配置有辊对67、68。辊对67、68通过马达69而同步旋转。辊对67、68夹持层压片15、16的重叠的周缘部，通过其旋转使层压片15、16沿X方向往复运动。例如，在通过辊对67、68的旋转使层压片15、16向左方向移动的期间，利用超声波焊头21进行超声波熔接。

根据这种结构，与最初的例子类似，可以获得没有熔接不良的层压型电池10。另外，通过使用砧座61，即使在层压片15、16的重叠的周缘部的厚度较大的情况下，也能够提高熔接性，能够得到没有熔接不良的层压型电池10。

Claims (5)

1.一种超声波熔接装置，使用超声波对用于包装被包装物的层压片的重叠的周缘部进行熔接，其特征在于，

所述超声波熔接装置包括：

超声波焊头，其形成有压接面；

加压机构，其对所述压接面加压而使所述加压面压接于所述周缘部；以及

移动机构，在将所述压接面压接于所述周缘部的状态下使所述超声波焊头和所述层压片相对移动，

所述压接面的形状形成为，所述压接面与将所述周缘部夹在与所述压接面之间的面的间隔从所述超声波焊头相对于所述层压片的移动方向的前端朝向后端侧而连续地逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的超声波熔接装置，其特征在于，

所述超声波熔接装置包括压板，

所述压板具有：

主体部，其配置于在所述移动方向上比所述超声波焊头靠前的位置，且具有压接所述周缘部的平坦的接触面；以及

引导部，其设置于所述主体部的所述移动方向的前端，且形成有从所述接触面向与压接所述周缘部的方向相反的方向弯曲的引导面。

3.根据权利要求1或2所述的超声波熔接装置，其特征在于，

所述被包装物是具有极耳的电池元件，

在重叠的所述层压片中具有包含夹着所述电池元件的所述极耳而熔接的部分的区间，所述移动机构使所述区间中的所述超声波焊头与所述层压片的相对移动速度比所述区间外的所述超声波焊头与所述层压片的相对移动速度慢。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的超声波熔接装置，其特征在于，

所述超声波熔接装置包括砧座，

所述砧座与所述超声波焊头对置地配置，且具有与所述超声波焊头的超声波振动的频率大致相同的共振频率，将所述周缘部夹持在所述砧座与所述超声波焊头之间。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波熔接装置，其特征在于，

所述超声波熔接装置包括对所述超声波焊头的沉入量进行监视的沉入量测定部。

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