JP6667409B2 - Judging method and joining apparatus for judging replacement of ultrasonic welding tool - Google Patents
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Description
本発明は、超音波接合工具の交換を判定する判定方法および接合装置に関する。 The present invention relates to a determination method and a welding device for determining replacement of an ultrasonic welding tool.
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。当該箇所の接合は、超音波接合により行なわれることがあり、超音波接合はホーンやアンビルなどの超音波接合工具を用いて行なうのが一般的である。超音波接合に用いられるホーンやアンビルは使用によって溶着を行なう箇所の摩耗または被接合材の工具への凝着等が経時的に進行して交換が必要になる。 An electrode tab derived from a cell constituting the secondary battery is joined to a current collector housed inside the cell. The joining at the location may be performed by ultrasonic joining, and the ultrasonic joining is generally performed using an ultrasonic joining tool such as a horn or an anvil. Horns and anvils used for ultrasonic welding require replacement because wear or abrasion of a material to be welded to a tool progresses over time with use.
従来から知られている超音波接合工具の交換の判定方法としては、ワークを加工する工具の加工箇所に設けられた段差の経時的な変化を摩耗量として検出する技術がある(特許文献1参照)。 As a conventionally known method of determining the replacement of an ultrasonic welding tool, there is a technique of detecting a change over time of a step provided at a processing portion of a tool for processing a work as a wear amount (see Patent Document 1). ).
本発明者は、上記工具のより長期的な使用について検討したところ、特許文献1のように加工箇所の段差の摩耗量が相当程度進行したような場合であっても工具の使用が可能な場合があることを見出した。 The present inventor has studied the use of the tool for a longer period of time, and found that the tool can be used even when the wear amount of the step at the machining location has advanced to a considerable extent as in Patent Document 1. I found that there is.
そこで、本発明は、加工箇所の段差の摩耗量に代えて超音波溶接に必要な工具を寿命近くまで効率的に使用することができる超音波接合工具の交換を判定する判定方法および当該判定方法を実施する接合装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method and a method for determining the replacement of an ultrasonic welding tool that can efficiently use a tool required for ultrasonic welding until near the life instead of the wear amount of a step at a processing location. It is an object of the present invention to provide a joining device that performs the following.
上記目的を達成する本発明は、超音波接合工具を用いて複数の部材を含む被接合材に接合箇所を形成する場合であって、超音波接合工具の繰り返しの使用を考慮して超音波接合工具の交換を判定する判定方法である。上記判定方法は、接合箇所の形成後に被接合材から超音波接合工具を引き剥がす際の剥離力について閾値を予め設定し、一の被接合材に超音波接合工具を当接させて接合箇所を形成する。そして、一の被接合材から超音波接合工具を引き剥がす際の剥離力を測定し、剥離力と閾値とを比較して超音波接合工具の交換を判定する。 The present invention for achieving the above object is a case where a joining portion is formed on a material to be joined including a plurality of members using an ultrasonic joining tool, and the ultrasonic joining is performed in consideration of repeated use of the ultrasonic joining tool. This is a determination method for determining replacement of a tool. The above-mentioned determination method sets a threshold value in advance for a peeling force when the ultrasonic welding tool is peeled off from the workpiece after forming the welding location, and makes the ultrasonic welding tool abut on one workpiece to form the welding location. Form. Then, a peeling force at the time of peeling the ultrasonic welding tool from one workpiece is measured, and the peeling force is compared with a threshold to determine whether to replace the ultrasonic welding tool.
上記目的を達成する本発明は、接合部と、測定部と、制御部と、を有する接合装置である。接合部は超音波接合工具を用いて複数の部材を含む被接合材に接合箇所を形成し、超音波接合工具の繰り返しの使用によって上記超音波接合工具が交換される。測定部は、接合箇所の形成後に被接合材から超音波接合工具を引き剥がす際の剥離力を測定する。制御部は、上記剥離力について閾値を予め記憶し、上記剥離力と上記閾値とを比較して超音波接合工具の交換を判定する。 The present invention that achieves the above object is a joining device having a joining unit, a measuring unit, and a control unit. The joining portion forms a joining portion on a material to be joined including a plurality of members using an ultrasonic joining tool, and the ultrasonic joining tool is replaced by repeated use of the ultrasonic joining tool. The measuring unit measures a peeling force when the ultrasonic welding tool is peeled off from the material to be welded after the formation of the joining portion. The control unit previously stores a threshold value for the peeling force, and compares the peeling force with the threshold value to determine whether to replace the ultrasonic welding tool.
本発明における判定方法および接合装置によれば、超音波溶接に必要な工具を寿命近くまで効率的に使用することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the determination method and joining apparatus in this invention, the tool required for ultrasonic welding can be used efficiently until near life.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. The sizes and ratios of the members in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may be different from the actual sizes and ratios.
(本実施形態に係る接合方法の適用例)
図6は、本発明の一実施形態に係る超音波接合が適用される対象の一つである二次電池の代表的な断面図である。二次電池200について概説すれば、図6に示すように正極210と負極220との間にセパレータ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6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。
(Application example of the joining method according to the present embodiment)
FIG. 6 is a typical cross-sectional view of a secondary battery to which ultrasonic bonding according to an embodiment of the present invention is applied. Briefly describing the secondary battery 200, as shown in FIG. I have. The positive electrode 210 includes a positive electrode current collector 211 provided with a positive electrode active material layer 212, and the negative electrode 220 includes a negative electrode current collector 221 provided with a negative electrode active material layer 222. The secondary battery 200 shown in FIG. 6 is configured as a so-called stacked secondary battery.
正極集電体211は、図6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。本実施形態に係る超音波接合は、上記した正極タブ213と複数の正極集電体211とを接合する際、および負極タブ223と複数の負極集電体221とを接合する際などに利用される。なお、以下では正極と負極とを区別せず、電極タブと集電体を接合する場合について説明する。 The positive electrode current collector 211 is joined to the positive electrode tab 213 near the outer periphery of the outer package 250 as shown in FIG. The negative electrode current collector 221 is joined to the negative electrode tab 223 in the vicinity of the outer periphery of the outer package 250, similarly to the positive electrode. The ultrasonic bonding according to the present embodiment is used when bonding the above-described positive electrode tab 213 and the plurality of positive electrode current collectors 211 and when bonding the negative electrode tab 223 and the plurality of negative electrode current collectors 221. You. In the following, the case where the electrode tab and the current collector are joined without distinction between the positive electrode and the negative electrode will be described.
(接合装置)
図1は本発明の一実施形態に係る接合装置を示す斜視図、図2は図1の側面図である。本実施形態に係る接合装置100は、図1、2を参照して概説すれば、搬送部10と、接合部20と、測定部30と、制御部40と、を有する。
(Joining equipment)
FIG. 1 is a perspective view showing a joining device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of FIG. The bonding apparatus 100 according to the present embodiment includes a transport unit 10, a bonding unit 20, a measuring unit 30, and a control unit 40, as generally described with reference to FIGS.
搬送部10は、載置台11と、モータ12と、を有する。載置台11は、ワークとなる複数の被接合材(被接合部材)を載置する台であり、本実施形態では設置面を平面の金属で構成している。載置台11は、図2において右側の端部が後述するホーン22およびアンビル23の位置を超えて伸延するように構成している。載置台11は、アンビル23の頭上の部分を貫通して構成し(図1の破線参照)、ワークとアンビル23とが当接できるように構成している。しかし、ワークが接合中に意図せずに動いたり、滑ったりせず、ワークとホーン22およびアンビル23との接触が可能であれば、載置台の材料や形状は上記に限定されない。 The transport unit 10 has a mounting table 11 and a motor 12. The mounting table 11 is a table on which a plurality of materials to be bonded (members to be bonded) to be works are mounted. In the present embodiment, the mounting surface is made of a flat metal. The mounting table 11 is configured such that the right end in FIG. 2 extends beyond the positions of a horn 22 and an anvil 23 described later. The mounting table 11 is configured to penetrate a portion above the head of the anvil 23 (see the broken line in FIG. 1) so that the workpiece and the anvil 23 can abut. However, the material and shape of the mounting table are not limited to the above, as long as the work does not move or slide unintentionally during joining and the work can contact the horn 22 and the anvil 23.
モータ12は、図2に示す筐体の内部に収容しており、ワークを載置した載置台11を接合部20を構成するアンビル23に接近させたり、接合後のワークをアンビル23から離間させるために構成される。載置台11は、本実施形態においてモータ12によって図2における上下方向に移動し、後述する接合部20を構成するアンビル23に対して接近または離間する。モータ12は本実施形態においてサーボモータとして構成している。しかし、アンビル23に対して載置台11を接近および離間移動できれば、これに限定されない。 The motor 12 is housed in the housing shown in FIG. 2, and causes the mounting table 11 on which the work is mounted to approach the anvil 23 forming the joint 20 or separates the joined work from the anvil 23. Be configured for. The mounting table 11 is moved up and down in FIG. 2 by the motor 12 in the present embodiment, and approaches or separates from an anvil 23 forming a joint 20 described later. The motor 12 is configured as a servomotor in the present embodiment. However, the present invention is not limited to this as long as the mounting table 11 can be moved toward and away from the anvil 23.
接合部20は、図2に示すように振動発生部21と、ホーン22と、アンビル23と、モータ24と、スプリング25と、を有する。振動発生部21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22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。 As shown in FIG. 2, the joint 20 includes a vibration generator 21, a horn 22, an anvil 23, a motor 24, and a spring 25. The vibration generator 21 is configured by an ultrasonic vibrator and a booster. The ultrasonic vibrator is constituted by a transducer or the like, and generates vibration corresponding to the frequency of the ultrasonic wave by electric power supplied from the outside. The ultrasonic transducer has one end connected to a booster and the other end connected to a power cable or the like. The booster is made of metal and is connected to the horn 22 and the ultrasonic vibrator. The booster amplifies the vibration generated by the ultrasonic transducer.
図3〜5は、超音波接合に用いるホーンの先端部を示す斜視図、側面図、正面図である。ホーン22は、ワークを構成する集電体または電極タブの接合面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22は、モータ24によって図2における垂直方向においてワークに対して接近および離間移動できるように構成している。 3 to 5 are a perspective view, a side view, and a front view showing the tip of a horn used for ultrasonic bonding. The horn 22 generates frictional heat by applying ultrasonic waves to the joining surfaces of the current collectors or the electrode tabs constituting the work and causing them to vibrate. The horn 22 is configured to be able to move toward and away from the workpiece in the vertical direction in FIG.
ホーン22の先端面には、図3〜5に示すように無数の略四角錐または四角錐台の突起形状22aが設けられている。突起形状22aの先端はワークと当接する。突起形状22aは、ローレットまたはナーリングなどとも呼ばれる。突起形状22aの先端は、繰り返しの使用によって先端が摩耗し、図4に示す略四角錐における頂点から根元までの高さが徐々に減少し、これにより工具の交換が必要になる。ホーン22および/またはアンビル23の交換については後述する。 As shown in FIGS. 3 to 5, countless substantially quadrangular pyramids or truncated quadrangular pyramid projections 22 a are provided on the distal end surface of the horn 22. The tip of the protruding shape 22a contacts the work. The projection shape 22a is also called knurling or knurling. The tip of the protruding shape 22a wears due to repeated use, and the height from the apex to the root of the substantially quadrangular pyramid shown in FIG. 4 gradually decreases, which necessitates tool replacement. The replacement of the horn 22 and / or the anvil 23 will be described later.
アンビル23は、ホーン22によってワークを接合する際にワークにおける接合箇所を載置する台であり、ホーン22からの超音波振動を受け止め、ホーン22とともにワークを挟持する。アンビル23は、図3〜図5に示すホーン22と同様にワークとの接合箇所に無数の突起形状を並べて設けている。ホーン22およびアンビル23は、本実施形態において超音波接合工具にあたる。 The anvil 23 is a table on which a joint portion of the work is placed when the work is joined by the horn 22, receives ultrasonic vibration from the horn 22, and holds the work together with the horn 22. The anvil 23 is provided with an infinite number of protrusions at the joint with the workpiece, similarly to the horn 22 shown in FIGS. 3 to 5. The horn 22 and the anvil 23 correspond to an ultrasonic welding tool in the present embodiment.
モータ24は、モータ12と同様に図2における垂直方向において振動発生部21およびホーン22をワークに接近または離間移動させる。スプリング25は、振動発生部21についてモータ24による押圧力に対する反力を付与するように構成され、これにより振動発生部21の位置が保持される。なお、モータ24とスプリング25は、振動発生部21の移動部を構成する。 The motor 24 moves the vibration generator 21 and the horn 22 closer to or away from the workpiece in the vertical direction in FIG. The spring 25 is configured to apply a reaction force to the pressing force of the motor 24 with respect to the vibration generating unit 21, whereby the position of the vibration generating unit 21 is maintained. Note that the motor 24 and the spring 25 constitute a moving unit of the vibration generating unit 21.
測定部30は、ホーン22またはアンビル23をワークから剥離させる際の剥離力に関する情報を測定によって収集する。測定部30は、図2に示すように力センサ31、32と、位置センサ33と、を有する。力センサ31は、接合後のワークをホーン22から離間させる際の加圧力の変化を監視するために設置される。力センサ31は、例えば圧電式のロードセルを挙げることができるが、これに限定されない。力センサ32は、接合後のワークをアンビル23から離間させる際に搬送部10の載置台11を移動させるのに必要な加圧力の変化を監視する。 The measuring unit 30 collects information on a peeling force when the horn 22 or the anvil 23 is peeled from the workpiece by measurement. The measurement unit 30 has force sensors 31, 32 and a position sensor 33 as shown in FIG. The force sensor 31 is installed to monitor a change in the pressing force when the joined workpiece is separated from the horn 22. The force sensor 31 can be, for example, a piezoelectric load cell, but is not limited thereto. The force sensor 32 monitors a change in the pressing force required to move the mounting table 11 of the transport unit 10 when separating the joined workpiece from the anvil 23.
位置センサ33は、モータ24の動作に応じて変位する振動発生部21の位置を測定する。位置センサ33は、例えばリニアエンコーダで構成することができるが、これに限定されない。 The position sensor 33 measures the position of the vibration generator 21 that is displaced in accordance with the operation of the motor 24. The position sensor 33 can be constituted by, for example, a linear encoder, but is not limited to this.
制御部40は、図1、2などに示す筐体にCPU、RAM、ROMなどを格納して構成している。制御部40は、これらの構成によって、ホーン22とアンビル23を用いてワークに接合箇所を形成し、その後、ワークからホーン22やアンビル23を剥離させ、離間させるよう指示する。また、制御部40はホーン22やアンビル23の交換が必要となる際の剥離力を閾値として記憶し、測定部30が記憶した測定値と閾値とを比較して工具の交換を判定する。そして、必要に応じて工具の交換を指示する。詳細については後述する。 The control unit 40 is configured by storing a CPU, a RAM, a ROM, and the like in the housing shown in FIGS. With these configurations, the control unit 40 forms a joint portion on the work using the horn 22 and the anvil 23, and then instructs the horn 22 and the anvil 23 to be separated from the work and separated. Further, the control unit 40 stores the peeling force when the horn 22 or the anvil 23 needs to be replaced as a threshold, and compares the measured value stored by the measuring unit 30 with the threshold to determine the tool replacement. Then, an instruction to change the tool is issued as needed. Details will be described later.
(接合方法)
次に本実施形態に係る接合方法について説明する。図7は本実施形態に係る接合方法について示すフローチャートである。本実施形態では図6に示す二次電池200において集電体と電極タブとを接合する場合を例に説明する。しかし、これは一例であり、超音波を用いて二以上の部材を接合する限り、本発明に係る接合方法は二次電池以外のワークの接合にも適用可能である。
(Joining method)
Next, a joining method according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart illustrating the joining method according to the present embodiment. In the present embodiment, a case where the current collector and the electrode tab are joined in the secondary battery 200 shown in FIG. 6 will be described as an example. However, this is only an example, and the joining method according to the present invention can be applied to joining of works other than the secondary battery as long as two or more members are joined using ultrasonic waves.
本実施形態に係る接合方法について図7を参照して概説すれば、集電体と電極タブとを接合し、アンビル23またはホーン22を集電体または電極タブから剥離させた際にホーン22またはアンビル23の交換を判定する閾値を設定する(ST1)。次にワークとなる集電体および電極タブを載置台11に設置する(ST2)。次に、集電体と電極タブとの所定位置に接合箇所を形成する(ST3)。 The bonding method according to the present embodiment will be briefly described with reference to FIG. 7. When the current collector and the electrode tab are bonded to each other and the anvil 23 or the horn 22 is separated from the current collector or the electrode tab, the horn 22 or the horn 22 is removed. A threshold for determining replacement of the anvil 23 is set (ST1). Next, a current collector and an electrode tab serving as a work are installed on the mounting table 11 (ST2). Next, a junction is formed at a predetermined position between the current collector and the electrode tab (ST3).
次にホーン22またはアンビル23をワークから離間させる(ST4)。そして、ホーン22およびアンビル23がワークから離間する際の剥離力(剥離荷重)を力センサ31、32で測定し(ST5)、測定した剥離力と設定した閾値とを比較する(ST6)。剥離力が閾値を超えた場合、工具の交換を指示する(ST8)。以下、詳述する。 Next, the horn 22 or the anvil 23 is separated from the work (ST4). Then, the peeling force (peeling load) when the horn 22 and the anvil 23 separate from the work is measured by the force sensors 31 and 32 (ST5), and the measured peeling force is compared with the set threshold (ST6). If the peeling force exceeds the threshold value, an instruction is given to change the tool (ST8). The details will be described below.
(工具の摩耗について)
まず、工具の交換を判定する閾値について説明する。図8は本発明の一実施形態として接合部品がアンビルに付着した際としない際における接合部品からアンビルを剥離させる際の時間と荷重との関係について示すグラフである。図9は本発明の一実施形態として接合部品がホーンに付着した際としない際における接合部品からホーンを剥離させる際の時間と荷重との関係について示すグラフである。
(About tool wear)
First, a threshold value for determining tool replacement will be described. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the time and the load when the anvil is peeled off from the joined component when the joined component is attached to the anvil and when the joined component is not attached to the anvil as one embodiment of the present invention. FIG. 9 is a graph showing a relationship between a time and a load when the horn is peeled off from the joined component when the joined component is attached to the horn or not, as one embodiment of the present invention.
本発明者は、工具をより長期にわたって使用する事項について鋭意研究した。 The inventor of the present invention has intensively studied a matter of using a tool for a longer period of time.
アンビル23やホーン22が比較的新しい場合、アンビル23やホーン22は、ワークに食い込むように当接し、超音波振動の際にワークとしっかりと固定された状態でワークに接合箇所を形成する。 When the anvil 23 and the horn 22 are relatively new, the anvil 23 and the horn 22 are in contact with each other so as to bite into the work, and form a joint portion on the work while being firmly fixed to the work during ultrasonic vibration.
これに対し、アンビル23やホーン22の摩耗が進行すると、接合の最中にアンビル23やホーン22とワークとの間に滑りが生じ、その状態で接合が行われる場合がある。この場合では滑りが生じた状態からアンビル23やホーン22とワークとの間に凝着箇所(貼り付いた箇所)が形成され得る。 On the other hand, when the anvil 23 or the horn 22 wears, the slip occurs between the anvil 23 or the horn 22 and the workpiece during the joining, and the joining may be performed in that state. In this case, an adhered portion (sticked portion) may be formed between the work and the anvil 23 or the horn 22 from a state where the slip has occurred.
そして、ワークとホーン22またはアンビル23との付着力によっては、ワークからホーン22又はアンビル23を剥離させ、離間させる際に、ワークとの接合箇所が接合前の状態からある程度変形してしまう場合がある。 Then, depending on the adhesive force between the work and the horn 22 or the anvil 23, when the horn 22 or the anvil 23 is separated from the work and separated, the joint portion with the work may be deformed to some extent from a state before the work. is there.
このように、接合によってワークの形状が接合前から変形してしまうと、後の工程において他部品との組み付けに影響が出たり、ワークを元の形状に戻す作業が必要になる場合が生じ得る。このような事態は防止する必要があり、そのために使用中の工具を適切なタイミングで交換する必要が生じる。 As described above, when the shape of the work is deformed from before the joining due to the joining, the assembling with other parts may be affected in a later process, or the work of returning the work to the original shape may be required. . It is necessary to prevent such a situation, and for that purpose, it is necessary to change a tool in use at an appropriate timing.
図8、9に示すように、ワークとホーン22またはアンビル23との貼り付きがない場合(図8、9の破線b参照)に比べて貼り付きがある場合(図8、9の実線a参照)には、ワークからホーン22またはアンビル23を引き剥がす力は部分的に大きくなる。本発明者は、ホーンやアンビルなどの摩耗が進行しても上記のようにワークは変形せずに接合作業が問題なく行なえる場合があることを発見した。そして、工具交換の指標として、ホーンやアンビルなどの工具の摩耗量ではなく、上記のようにワークからホーンやアンビルを剥離させる際の剥離力(引き剥がし力)を監視した方が、工具の交換をより適切に判断できることを見出した。 As shown in FIGS. 8 and 9, there is sticking (see the solid line a in FIGS. 8 and 9) as compared with the case where the work does not stick to the horn 22 or the anvil 23 (see the broken line b in FIGS. 8 and 9). In (2), the force for peeling off the horn 22 or the anvil 23 from the work is partially increased. The present inventor has discovered that even when wear of the horn, anvil, or the like progresses, the work may not be deformed as described above and the joining operation may be performed without any problem. As an index of tool change, it is better to monitor the peeling force (peeling force) when the horn or anvil is peeled off from the work as described above, rather than the wear amount of the tool such as the horn or anvil. Was found to be able to be determined more appropriately.
本実施形態に係る接合方法ではホーン22やアンビル23を用いてワークに接合箇所を形成する際に毎回図8や図9に示すデータを測定し、その最大値を測定値とする。そして、ワークからホーン22やアンビル23を引き剥がす際にワークが変形した際を特定し、例えばその時点よりひとつ手前の時点での剥離力を閾値として制御部40に記録する。 In the joining method according to the present embodiment, the data shown in FIGS. 8 and 9 is measured each time a joint is formed on a work using the horn 22 or the anvil 23, and the maximum value is used as the measured value. Then, when the horn 22 or the anvil 23 is peeled off from the work, the time when the work is deformed is specified, and for example, the peeling force at a point immediately before the point is recorded in the control unit 40 as a threshold value.
言い換えれば、集電体または電極タブが変形した状態となる直前の剥離力を閾値として、制御部40に記憶する。なお、閾値は不具合品が出ることを防止するために、算出または測定した値に安全率をかけたもの、例えば測定値の95%などとしてもよい。また、ワークである集電体および電極タブがめくれ上がる際の荷重は、量産の生産ラインなどを稼動させた際に上記事態が発生することを防止するため、生産ライン時を模擬するものの、生産ラインとは別に実験にて予め測定して算出しておく(ST1)。ここで、上記における「予め」とは、遅くとも後述する制御部40が工具の交換を判定する時点よりも前までに閾値が設定されていることを意味する。 In other words, the peeling force immediately before the current collector or the electrode tab is deformed is stored in the control unit 40 as a threshold. The threshold value may be a value obtained by multiplying the calculated or measured value by a safety factor, for example, 95% of the measured value, in order to prevent defective products from appearing. In addition, the load when the current collector and the electrode tab, which are works, are turned up, is simulated during the production line to prevent the above-mentioned situation from occurring when a mass production line is operated. It is measured and calculated in advance in an experiment separately from the line (ST1). Here, “before” in the above means that the threshold value is set at least at the latest before the point at which the control unit 40 to be described later determines that the tool should be replaced.
次にワークを載置台11にセットし、搬送部10を駆動させて、ワークをアンビル23に向けて移動させ、当接させる。次にモータ24によりホーン22をワークに向けて移動させ、当接させる(ST2)。そして、振動発生部21にエネルギーを供給してホーン22に超音波振動を発生させ、ワークに接合箇所を形成する(ST3)。 Next, the work is set on the mounting table 11, the transport unit 10 is driven, the work is moved toward the anvil 23, and the work is brought into contact. Next, the horn 22 is moved toward the workpiece by the motor 24 and brought into contact with the workpiece (ST2). Then, energy is supplied to the vibration generating unit 21 to generate ultrasonic vibration in the horn 22 to form a joint in the work (ST3).
次に、モータ24を駆動させて、ホーン22をワークから剥離させ、離間させる(ST4)。接合の際にワークとアンビルまたはワークとホーンとの間の付着力が大きい場合、接合箇所が変形する場合がある。本実施形態ではそのような事態を防止すべく、剥離時の荷重を力センサ31にて測定し(ST5)、上記にて求めた閾値と比較する(ST6)。 Next, the motor 24 is driven to separate the horn 22 from the work and separate it (ST4). If the adhesion between the workpiece and the anvil or between the workpiece and the horn is large at the time of joining, the joint may be deformed. In the present embodiment, in order to prevent such a situation, the load at the time of peeling is measured by the force sensor 31 (ST5), and is compared with the threshold value obtained above (ST6).
剥離力が閾値よりも低い場合(ST6:YES)、次に全ての工具をワークから剥離させたか判定する(ST7)。現時点ではホーン22のみが剥離しているため(ST7:NO)、今度は載置台11を移動させてアンビル23をワークから剥離させ(ST4)、力センサ32にて剥離力を測定し(ST5)、閾値と比較する(ST6)。 If the peeling force is lower than the threshold (ST6: YES), it is determined whether all the tools have been peeled off from the workpiece (ST7). At this time, only the horn 22 has peeled off (ST7: NO), so the mounting table 11 is moved to peel off the anvil 23 from the work (ST4), and the peeling force is measured by the force sensor 32 (ST5). , And a threshold value (ST6).
剥離荷重が閾値未満である場合(ST6:YES)、現時点では全ての工具をワークから剥離させている(ST7:YES)。その場合、制御部40は今回、工具の交換は行なわないと判定し、ステップST2に戻って、新たなワークのセット(ST2)、接合箇所の形成(ST3)、工具の剥離(ST4)、および剥離力の測定(ST5)を行う。 When the peeling load is less than the threshold value (ST6: YES), all the tools are peeled off from the work at this time (ST7: YES). In this case, the control unit 40 determines that the tool is not to be replaced this time, and returns to step ST2 to set a new work (ST2), form a joint (ST3), peel off the tool (ST4), and The peel force is measured (ST5).
剥離力が閾値を上回っている場合(ST6:NO)、制御部40はホーン22またはアンビル23が経時的に接合に適さなくなったと判定し、新たな工具と交換するように指示する(ST8)。工具交換の指示は、作業員が認識できる限り特に限定されないが、モニタ(ディスプレイ)やランプによる表示または音による報知などを挙げることができる。 If the peeling force exceeds the threshold value (ST6: NO), the control unit 40 determines that the horn 22 or the anvil 23 has become unsuitable for joining over time, and instructs to replace it with a new tool (ST8). The tool change instruction is not particularly limited as long as the operator can recognize the tool change, and may include a monitor (display), a display by a lamp, or a notification by a sound.
(作用効果)
次に本実施形態に係る作用効果について説明する。本実施形態ではワークの接合後にホーン22およびアンビル23をワークから引き剥がす際の剥離力を予め定めた閾値と比較して工具交換の有無を判別するように構成している。本発明者らは、従来技術に記載するように、ホーンやアンビル等の摩耗が相当程度進行したような場合であっても超音波の接合が可能である場合を発見した。
(Effects)
Next, the operation and effect according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, the horn 22 and the anvil 23 are peeled off from the work after the work is joined, and the peeling force is compared with a predetermined threshold value to determine whether or not the tool is replaced. As described in the prior art, the present inventors have discovered that ultrasonic bonding is possible even when wear of a horn, anvil, or the like has progressed to a considerable extent.
そのため、上記従来技術のようにホーン22やアンビル23の摩耗量ではなく、ワークからホーン22やアンビル23を離間させる際の剥離力を用いて工具を交換するように判定することによって、工具を長期的に使用することができる。 Therefore, it is determined that the tool should be replaced by using the peeling force when the horn 22 or the anvil 23 is separated from the work, instead of the wear amount of the horn 22 or the anvil 23 as in the above-described conventional technology, so that the tool can be used for a long time. Can be used
また、図7のフローチャートのステップST1では工具の交換を判定する閾値を量産などの生産ラインではなく、別途実験において予め求めることができる。これにより、量産などの生産ラインにおいて接合不良品が発生する前に工具の交換を行なうことができる。 Further, in step ST1 of the flowchart of FIG. 7, the threshold value for judging tool exchange can be obtained in advance in a separate experiment, not in a production line for mass production or the like. Thus, the tool can be changed before a defective joining product occurs in a production line such as mass production.
なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されず、特許請求の範囲において種々の変更が可能である。図10は本発明の変形例に係る接合装置を示す正面図である。図11はワークと工具とを離間させる際の時間と荷重の関係を示すグラフであって、ワークと工具との接近離間移動を流体の供給を通じて行なう場合において、供給する流体の圧力変動を考慮して工具の交換を判定するデータを修正したグラフである。なお、図10において図1と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made within the scope of the claims. FIG. 10 is a front view showing a joining device according to a modification of the present invention. FIG. 11 is a graph showing a relationship between a time and a load when the work and the tool are separated from each other. In the case where the approach and the separation movement of the work and the tool are performed through the supply of the fluid, the pressure fluctuation of the supplied fluid is taken into consideration. 7 is a graph in which data for determining tool replacement is modified. In FIG. 10, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
上記では搬送部10を構成する載置台11およびホーン22の移動をサーボモータを用いて行なう実施形態について説明したが、これに限定されない。上記以外にも例えばサーボモータに代えて図10に示すようにエアシリンダ12a、24aを用いて載置台11およびホーン22を移動させるように構成してもよい。この場合、エアシリンダ12a、24aからは流体が供給されて載置台11およびホーン22の移動が行われる。 In the above, an embodiment has been described in which the mounting table 11 and the horn 22 constituting the transport unit 10 are moved using a servomotor, but the present invention is not limited to this. In addition to the above, for example, the mounting table 11 and the horn 22 may be moved by using air cylinders 12a and 24a instead of the servo motor as shown in FIG. In this case, fluid is supplied from the air cylinders 12a and 24a, and the mounting table 11 and the horn 22 are moved.
エアシリンダ12a、24aを用いて載置台11およびホーン22を移動させる場合、図11に示すように、エアシリンダから供給される流体は圧力が変動しやすく、流体圧力の変動は加圧力の変動に反映される場合がある。エアシリンダを用いて加圧した加圧力の変化をそのまま用いて工具の交換をしたのでは、判定の正確性に影響が及ぶおそれがある。 When the mounting table 11 and the horn 22 are moved using the air cylinders 12a and 24a, as shown in FIG. 11, the fluid supplied from the air cylinder tends to fluctuate in pressure. May be reflected. If the tool is replaced using the change in the pressure applied by using the air cylinder as it is, the accuracy of the determination may be affected.
そのため、エアシリンダのような構成を用いて加圧を行なう場合、図10に示すようにエアシリンダ12aの圧力を圧力センサ35によって検出し、エアシリンダ24aによる圧力を圧力センサ34によって検出する。加圧力は上記実施形態と同様に力センサ31、32を使用して測定する。そして、図11の破線cに示すように、補正前の加圧力の変化からエアシリンダの圧力を示す二点鎖線dの圧力変動分を控除した実線eを用いて工具交換を判定する。これによって、加圧力の変動にエアシリンダの圧力変動を含めないようにでき、工具の交換の判定をより適切に行うことができる。 Therefore, when pressurization is performed using a configuration like an air cylinder, the pressure of the air cylinder 12a is detected by the pressure sensor 35 and the pressure of the air cylinder 24a is detected by the pressure sensor 34 as shown in FIG. The pressing force is measured using the force sensors 31, 32 as in the above embodiment. Then, as shown by the dashed line c in FIG. 11, the tool change is determined using the solid line e obtained by subtracting the pressure fluctuation of the two-dot chain line d indicating the pressure of the air cylinder from the change in the pressing force before correction. As a result, it is possible to exclude the pressure fluctuation of the air cylinder from being included in the fluctuation of the pressing force, and it is possible to more appropriately determine the exchange of the tool.
また、上記ではワークから工具を剥離させる際の剥離力を用いてホーン22とアンビル23の工具の交換を判定する実施形態について説明したが、これに限定されない。上記以外にも剥離力を用いてホーン22またはアンビル23のいずれか一方のみの工具の交換について判定するように構成してもよい。 Further, in the above, the embodiment in which the tool exchange between the horn 22 and the anvil 23 is determined using the peeling force when the tool is peeled from the workpiece has been described, but the present invention is not limited to this. In addition to the above, it may be configured to determine the replacement of only one of the horn 22 and the anvil 23 using the peeling force.
また、上記では実験などでワークが変形する際のデータを取得し、そこから閾値を設定すると説明したが、これに限定されない。上記に加えて、ワークが変形するまでに毎回取得したデータを用いて剥離荷重の変化を示す近似曲線を求め、これを用いて工具の交換時期を予測してもよい。 Further, in the above description, it is described that data when the work is deformed in an experiment or the like is obtained, and the threshold value is set therefrom, but the present invention is not limited to this. In addition to the above, an approximate curve indicating a change in the peeling load may be obtained by using data acquired every time until the work is deformed, and a tool replacement time may be predicted using this.
また、上記では本実施形態に係る接合方法が積層型の二次電池に適用される実施形態について説明したが、これに限定されない。上記以外にも例えば巻回型の二次電池に適用してもよい。また、上記では本実施形態に係る接合方法が二次電池における集電体と電極タブとの接合に適用される実施形態について説明したが、これに限定されない。上記以外にも二次電池では例えば複数の単電池から導出された電極タブとバスバとの接合にも利用できる。また、二次電池以外ではコンデンサにおいて電極箔とタブとを接合する際に利用してもよい。 Although the embodiment in which the bonding method according to the embodiment is applied to a stacked secondary battery has been described above, the present invention is not limited to this. In addition to the above, the present invention may be applied to, for example, a wound secondary battery. Although the embodiment in which the bonding method according to the present embodiment is applied to the bonding between the current collector and the electrode tab in the secondary battery has been described above, the present invention is not limited to this. In addition to the above, in a secondary battery, for example, it can be used for joining an electrode tab and a bus bar derived from a plurality of unit cells. In addition, other than the secondary battery, it may be used when joining the electrode foil and the tab in the capacitor.
10 搬送部、
11 載置台、
12、24 モータ、
12a、24a エアシリンダ、
100 接合装置、
20 接合部、
21 振動発生部、
22 ホーン(超音波接合工具)、
23 アンビル(超音波接合工具)、
25 スプリング、
30 測定部、
31、32 力センサ、
33 位置センサ、
34、35 圧力センサ、
40 制御部。
10 transport section,
11 mounting table,
12, 24 motors,
12a, 24a air cylinder,
100 joining equipment,
20 joints,
21 vibration generator,
22 horn (ultrasonic welding tool),
23 anvil (ultrasonic welding tool),
25 spring,
30 measuring unit,
31, 32 force sensor,
33 position sensor,
34, 35 pressure sensor,
40 control unit.
Claims (4)
前記接合箇所の形成後に前記被接合材から前記超音波接合工具を引き剥がす際の剥離力について閾値を予め設定し、
一の前記被接合材に前記超音波接合工具を当接させて前記接合箇所を形成し、
前記一の被接合材から前記超音波接合工具を引き剥がす際の前記剥離力を測定し、
前記剥離力と前記閾値とを比較して前記超音波接合工具の交換を判定する、判定方法。 A case in which a joining portion is formed in a material to be joined including a plurality of members using an ultrasonic joining tool, and a determination is made to determine whether to replace the ultrasonic joining tool in consideration of repeated use of the ultrasonic joining tool. The method
A threshold value is previously set for a peeling force when the ultrasonic welding tool is peeled off from the material to be welded after the formation of the joining portion,
The ultrasonic welding tool is brought into contact with one of the workpieces to form the joint,
Measure the peeling force when peeling the ultrasonic welding tool from the one workpiece,
A method for determining whether to replace the ultrasonic welding tool by comparing the peeling force with the threshold.
前記接合箇所の形成後に前記被接合材から前記超音波工具を引き剥がす際の剥離力を測定する測定部と、
前記剥離力について閾値を予め記憶し、前記剥離力と前記閾値とを比較して前記超音波接合工具の交換を判定する制御部と、を有する接合装置。 Using an ultrasonic welding tool to form a joint in the material to be welded including a plurality of members, the ultrasonic welding tool is replaced by repeated use of the ultrasonic welding tool, the welding portion,
A measuring unit that measures a peeling force when peeling the ultrasonic tool from the material to be joined after the formation of the joining portion,
And a controller that stores a threshold value for the peeling force in advance, and compares the peeling force with the threshold value to determine whether to replace the ultrasonic welding tool.
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