WO2015050228A1

WO2015050228A1 - 電気デバイスのセパレータ接合装置

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Publication number: WO2015050228A1
Application number: PCT/JP2014/076453
Authority: WO
Inventors: 岳洋柳
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2015-04-09
Also published as: JP6115648B2; JPWO2015050228A1; US20160211544A1; EP3054501A4; CN105637675B; EP3054501A1; KR20160046876A; EP3054501B1; US9793571B2; KR101749468B1; CN105637675A

Abstract

【課題】超音波を用いて接合するユニットをライン設備に適用しても設備が占めるスペースをコンパクトにできる電気デバイスのセパレータ接合装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、電極２０を挟持する一対のセパレータ４０を互いに接合する電気デバイスのセパレータ接合装置１００であって、超音波振動を発生させる振動子１５３と、発生した振動を増幅させるブースタ１５２と、増幅した振動をセパレータに与えて一対のセパレータを接合するホーン１５１と、ホーンによって一対のセパレータを接合する接合位置に一対のセパレータを搬送するセパレータ搬送部１２０，１３０と、を備え、振動子と、ブースタと、ホーンと、をセパレータの搬送方向Ｘに平行、かつ、セパレータの面と直交する面に並べる、または、振動子、およびブースタをセパレータの搬送方向と平行な方向から見てホーンよりもセパレータの幅方向中央に寄せて並べる。

Description

電気デバイスのセパレータ接合装置

　本発明は、電気デバイスのセパレータ接合装置に関する。

　従来から、リチウムイオン二次電池のような電池は、充放電が行われる発電要素を外装材によって封止して構成している。発電要素は、例えば、正極を一対のセパレータで挟持して形成した袋詰電極と、負極とを交互に複数積層して構成している。袋詰電極は、その両端を接合して正極の移動を抑制することによって、セパレータを介して隣り合う負極との短絡を防止している（例えば、特許文献１参照。）。また、二次電池の構成部材の接合には超音波を用いるものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平９－３２０６３６号公報特開２０１２－５９６９６号公報

　二次電池のような電気デバイスの構成部材の接合を超音波を用いて接合する場合、温度特性が高く、箔のように薄い部材同士の接合ができる。しかし、超音波を使用するユニットは超音波を発生させる振動子や振動を増幅させるブースタなど構成が複雑であるため、様々な設備が並ぶ量産ラインに配置した場合に設備全体としての寸法が大きくなり、工場などの建屋におけるスペースを圧迫してしまう、といった問題がある。

　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、超音波を用いて接合するユニットをライン設備に適用しても設備が占めるスペースをコンパクトにできる電気デバイスのセパレータ接合装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成する本発明は、電極を挟持する一対のセパレータを互いに接合する電気デバイスのセパレータ接合装置である。当該装置は、超音波振動を発生させる発信部と、発生した振動を増幅させる増幅部と、増幅した振動をセパレータに与えて前記一対のセパレータを接合する当接部と、当接部によって一対のセパレータを接合する接合位置に一対のセパレータを搬送するセパレータ搬送部と、を備える。本発明において、発信部と増幅部と当接部とは、セパレータの搬送方向に平行、かつ、セパレータの面と直交する面に並べる、または、発信部および増幅部を、セパレータの搬送方向と平行な方向から見て当接部よりもセパレータの幅方向中央に寄せて並べることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る電気デバイス（袋詰電極）を用いて構成したリチウムイオン二次電池を示す斜視図である。図１のリチウムイオン二次電池を各構成部材に分解して示す分解斜視図である。図１の袋詰電極の両面に負極をそれぞれ積層した状態を示す斜視図である。図３の構成を図３中に示す４－４線に沿って示す部分断面図である。本発明の一実施形態に係る電気デバイスのセパレータ接合装置を示す斜視図である。同接合装置を搬送方向の上流側から見た図である。同接合装置におけるセパレータ接合部付近を示す側面図である。同接合装置におけるセパレータ接合部の変形例を示す斜視図である。図５Ｄの正面図である。図５Ｄの平面図である。図５Ａのセパレータ保持部とセパレータ接合部とセパレータ搬送追随部と袋詰電極搬送部とを示す斜視図である。図５Ａのセパレータ接合部を示す斜視図である。図５Ａのセパレータ接合部によって一対のセラミックセパレータを接合する直前の状態を模式的に示す部分断面図である。図８の状態における一対のセラミックセパレータを搬送方向に沿った側面から示す写真である。図５Ａのセパレータ接合部によって一対のセラミックセパレータを接合した直後の状態を模式的に示す部分断面図である。図１０の状態における一対のセラミックセパレータを搬送方向に沿った側面から示す写真である。図５Ａのセパレータ接合部のホーンの様々な形態を示す斜視図である。第１実施形態の変形例に係る電気デバイスのセパレータ接合装置において、セパレータ保持部とセパレータ接合部とセパレータ搬送追随部と袋詰電極搬送部とを示す斜視図である。図１３のセパレータ保持部とセパレータ接合部の作動を示す断面図である。

　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。図１～図１４の全ての図において、Ｘ、Ｙ、およびＺで表す矢印を用いて、方位を示している。Ｘで表す矢印の方向は、セラミックセパレータ４０や正極２０等の搬送方向Ｘを示している。Ｙで表す矢印の方向は、セラミックセパレータ４０や正極２０等の搬送方向と交差した方向Ｙを示している。Ｚで表す矢印の方向は、セラミックセパレータ４０や正極２０等の積層方向Ｚを示している。

　（電気デバイス）
セパレータ接合装置１００によって接合して形成する電気デバイスは、図１～図４に示すように、例えばリチウムイオン二次電池１０の袋詰電極１１に相当する。リチウムイオン二次電池１０は、充放電が行われる発電要素１２を外装材５０で封止して構成している。発電要素１２は、正極２０を一対のセラミックセパレータ４０で挟持して接合した袋詰電極１１と、負極３０とを交互に積層して構成している。

　リチウムイオン二次電池１０が振動したり衝撃を受けたりしても、一対のセラミックセパレータ４０の両端に形成した接合部４０ｈによって正極２０の移動を抑制することによって、セラミックセパレータ４０を介して隣り合う正極２０と負極３０との短絡を防止する。接合部４０ｈは、セラミックス層４２同士を対面させた状態で、ポリプロピレン層４１同士を部分的に溶融させつつ、溶融するポリプロピレン層４１に隣接するセラミックス層４２を周囲の領域に移動させて粗にし、対面したポリプロピレン層４１同士を溶着させて形成している。

　セパレータ接合装置１００は、図５Ａ～図７等に示している。セパレータ接合装置１００は、電気デバイス（リチウムイオン二次電池１０の袋詰電極１１）の接合において使用される。セパレータ接合装置１００は、シート状の溶融材（ポリプロピレン層４１に相当）と、ポリプロピレン層４１に積層しポリプロピレン層４１よりも溶融温度が高い溶融材（ポリプロピレン層４１に相当）を含むセラミックセパレータ４０同士を接合する。

　セパレータ接合装置１００は、電極（正極２０または負極３０）を搬送する電極搬送部１１０、正極２０の一面に積層するセラミックセパレータ４０を搬送する第１セパレータ搬送部１２０（セパレータ搬送部に相当）、および正極２０の他面に積層するセラミックセパレータ４０を搬送する第２セパレータ搬送部１３０（セパレータ搬送部に相当）を、含んでいる。また、セパレータ接合装置１００は、正極２０を挟持した一対のセラミックセパレータ４０を保持するセパレータ保持部１４０、一対のセラミックセパレータ４０を互いに接合するセパレータ接合部１５０、セラミックセパレータ４０同士が接合されている間、袋詰電極搬送部１７０の搬送動作に追随するセパレータ搬送追随部１６０を、含んでいる。さらに、セパレータ接合装置１００は、袋詰電極１１を搬送する袋詰電極搬送部１７０、および各構成部材の作動をそれぞれ制御する制御部１８０を、含んでいる。

　先ず、セパレータ接合装置１００によって接合して形成する袋詰電極１１を、その袋詰電極１１を包含するリチウムイオン二次電池１０の構成に基づき、図１～図４を参照しながら説明する。

　図１は、電気デバイス（袋詰電極１１）を用いて構成したリチウムイオン二次電池１０を示す斜視図である。図２は、図１のリチウムイオン二次電池１０を各構成部材に分解して示す分解斜視図である。図３は、図１の袋詰電極１１の両面に負極３０をそれぞれ積層した状態を示す斜視図である。図４は、図３の構成を図３中に示す４－４線に沿って示す部分断面図である。

　正極２０は、電極に相当し、導電体である正極集電体２１の両面に正極活物質２２を結着して形成している。電力を取り出す正極電極端子２１ａは、正極集電体２１の一端の一部から延在して形成している。複数積層された正極２０の正極電極端子２１ａは、溶接または接着によって互いに固定している。

　正極２０の正極集電体２１の材料には、例えば、アルミニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、アルミニウム製パンチドメタルを用いている。正極２０の正極活物質２２の材料には、種々の酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４のようなリチウムマンガン酸化物、二酸化マンガン、ＬｉＮｉＯ_２のようなリチウムニッケル酸化物、ＬｉＣｏＯ_２のようなリチウムコバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、またはリチウムを含む非晶質五酸化バナジウム）またはカルコゲン化合物（二硫化チタン、二硫化モリブテン）等を用いている。

　負極３０は、正極２０と極性が異なる電極に相当し、導電体である負極集電体３１の両面に負極活物質３２を結着して形成している。負極電極端子３１ａは、正極２０に形成した正極電極端子２１ａと重ならないように、負極集電体３１の一端の一部から延在して形成している。負極３０の長手方向の長さは、正極２０の長手方向の長さよりも長い。負極３０の短手方向の長さは、正極２０の短手方向の長さと同様である。複数積層された負極３０の負極電極端子３１ａは、溶接または接着によって互いに固定している。

　負極３０の負極集電体３１の材料には、例えば、銅製エキスパンドメタル、銅製メッシュ、または銅製パンチドメタルを用いている。負極３０の負極活物質３２の材料には、リチウムイオンを吸蔵して放出する炭素材料を用いている。このような炭素材料には、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、または有機前駆体（フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、またはセルロース）を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素を用いている。

　セラミックセパレータ４０は、正極２０と負極３０の間に設けられ、その正極２０と負極３０を電気的に隔離している。セラミックセパレータ４０は、正極２０と負極３０との間に電解液を保持して、イオンの伝導性を担保している。セラミックセパレータ４０は、矩形状に形成している。セラミックセパレータ４０の長手方向の長さは、負極電極端子３１ａの部分を除いた負極３０の長手方向の長さよりも長い。

　セラミックセパレータ４０は、図４に示すように、例えば、溶融材に相当するポリプロピレン層４１に対して、耐熱材に相当するセラミックス層４２を積層して形成している。セラミックス層４２は、ポリプロピレン層４１よりも溶融温度が高い。一対のセラミックセパレータ４０は、正極２０を挟持し、セラミックス層４２同士を対面させて積層している。セラミックス層４２は、正極２０の正極活物質２２に当接している。

　セラミックセパレータ４０のポリプロピレン層４１は、ポリプロピレンをシート状に形成している。ポリプロピレン層４１には、非水溶媒に電解質を溶解することによって調製した非水電解液を含浸させている。非水電解液をポリプロピレン層４１に保持するために、ポリマーを含有させている。セラミックス層４２は、例えば、無機化合物を高温で成形したセラミックスをポリプロピレン層４１に塗布して乾燥させることによって形成している。セラミックスは、シリカ、アルミナ、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物等のセラミック粒子とバインダーの結合により形成された多孔質からなる。

　一対のセラミックセパレータ４０は、セパレータ接合装置１００の搬送方向Ｘに沿った長手方向の両端にそれぞれ形成した複数の接合部４０ｈによって、互いに接合している。接合部４０ｈは、セラミックス層４２同士を対面させた状態で、ポリプロピレン層４１同士を部分的に溶融しつつ、ポリプロピレン層４１に隣接するセラミックス層４２を周囲の領域に移動させて粗にし、対面したポリプロピレン層４１同士を溶着することによって、形成している。

　一対のセラミックセパレータ４０によって、正極２０の両面を挟持するように積層して袋詰めし、袋詰電極１１を構成している。接合部４０ｈは、一対のセラミックセパレータ４０の長手方向に沿った両側において、たとえば両端部と中央部に合計３つずつ形成している。リチウムイオン二次電池１０が振動したり衝撃を受けたりしても、セラミックセパレータ４０の長手方向の両端に形成した接合部４０ｈによって、袋詰電極１１内における正極２０の移動を抑制することができる。すなわち、セラミックセパレータ４０を介して、隣り合う正極２０と負極３０の短絡を防止できる。したがって、リチウムイオン二次電池１０は、所期の電気的特性を維持することができる。

　外装材５０は、例えば、内部に金属板を備えたラミネートシート５１および５２から構成し、発電要素１２を両側から被覆して封止している。ラミネートシート５１および５２で発電要素１２を封止する際に、そのラミネートシート５１および５２の周囲の一部を開放して、その他の周囲を熱溶着等によって封止する。ラミネートシート５１および５２の開放している部分から電解液を注入し、セラミックセパレータ４０等に電解液を含浸させる。ラミネートシート５１および５２の開放部から内部を減圧することによって空気を抜きつつ、その開放部も熱融着して完全に密封する。

　外装材５０のラミネートシート５１および５２は、例えば、それぞれ３種類の材料を積層して３層構造を形成している。１層目は、熱融着性樹脂に相当し、例えばポリエチレン（ＰＥ）、アイオノマー、またはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を用いている。１層目の材料は、負極３０に隣接させる。２層目は、金属を箔状に形成したものに相当し、例えばＡｌ箔またはＮｉ箔を用いている。３層目は、樹脂性のフィルムに相当し、例えば剛性を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはナイロンを用いている。

　（電気デバイスのセパレータ接合装置）
次に、電気デバイス（リチウムイオン二次電池１０の袋詰電極１１に相当）のセパレータ接合方法を具現化したセパレータ接合装置１００の各構成部材（電極搬送部１１０、第１セパレータ搬送部１２０、第２セパレータ搬送部１３０、セパレータ保持部１４０、セパレータ接合部１５０、セパレータ搬送追随部１６０、袋詰電極搬送部１７０、および制御部１８０）について、図５Ａ～図１２を参照しながら順に説明する。

　図５Ａは、電気デバイス（袋詰電極１１）のセパレータ接合装置１００を示す斜視図、図５Ｂは同接合装置を搬送方向の上流側から見た図、図５Ｃは同接合装置におけるセパレータ接合部付近を示す側面図である。図６は、図５Ａのセパレータ保持部１４０とセパレータ接合部１５０とセパレータ搬送追随部１６０と袋詰電極搬送部１７０とを示す斜視図である。図７は、図５Ａのセパレータ接合部１５０を示す斜視図である。図８は、図５Ａのセパレータ接合部１５０によって一対のセラミックセパレータ４０を接合する直前の状態を模式的に示す部分断面図である。図９は、図８の状態における一対のセラミックセパレータ４０を搬送方向Ｘに沿った側面から示す写真である。図１０は、図５Ａのセパレータ接合部１５０によって一対のセラミックセパレータ４０を接合した直後の状態を模式的に示す部分断面図である。図１１は、図１０の状態における一対のセラミックセパレータ４０を搬送方向Ｘに沿った側面から示す写真である。図１２は、図５Ａのセパレータ接合部１５０のホーンの様々な形態を示す斜視図である。

　（電極搬送部）
電極搬送部１１０は、図５Ａ、図５Ｂに示し、長尺状の正極用基材２０Ａから正極２０を切り出して搬送する。

　電極搬送部１１０の電極供給ローラ１１１は、円柱形状からなり、長尺状の正極用基材２０Ａを巻き付けて保持している。搬送ローラ１１２は、細長い円柱形状からなり、電極供給ローラ１１１に巻き付けられた正極用基材２０Ａに対して一定の張力をかけた状態で搬送ベルト１１３に導く。搬送ベルト１１３は、外周面に吸引口を複数設けた無端状のベルトからなり、正極用基材２０Ａを吸引した状態で搬送方向Ｘに沿って搬送する。搬送ベルト１１３は、搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿った幅が、正極用基材２０Ａの幅よりも長い。回転ローラ１１４は、搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿って、搬送ベルト１１３の内周面に複数配設し、搬送ベルト１１３を回転させる。複数の回転ローラ１１４のうち、一つが動力を設けた駆動ローラであり、その他が駆動ローラに従動する従動ローラである。搬送ローラ１１２および電極供給ローラ１１１は、搬送ベルト１１３の回転に従動して回転する。

　電極搬送部１１０の切断刃１１５および１１６は、搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿って隣り合うように配設し、正極用基材２０Ａを所定の形状に切断して正極を成形する。切断刃１１５は、先端に直線状の鋭利な刃を設け、正極用基材２０Ａの一端を方向Ｙに沿って直線状に切断する。切断刃１１６は、先端に一部を屈折させ段違いに形成した鋭利な刃を設け、一端を切断された直後の正極用基材２０Ａの他端を、正極電極端子２１ａの形状に対応して切断する。受け台１１７は、正極用基材２０Ａを切断する切断刃１１５および切断刃１１６を受ける。受け台１１７は、搬送する正極用基材２０Ａを介して、切断刃１１５および切断刃１１６と対向して配設している。電極搬送部１１０は、正極用基材２０Ａから切り出した正極２０を、第１セパレータ搬送部１２０と第２セパレータ搬送部１３０との間を通過するように搬出する。

　（セパレータ搬送部）
第１セパレータ搬送部１２０は、図５Ａ、図５Ｂに示し、セラミックセパレータ用基材４０Ａから、正極２０の一面（積層方向Ｚに沿った図５Ａ中に示す上方）に積層するためのセラミックセパレータ４０を切り出して搬送する。

　第１セパレータ搬送部１２０は、電極搬送部１１０よりも搬送方向Ｘの下流側であって、積層方向Ｚに沿った図５Ａ中に示す上方に配設している。第１セパレータ搬送部１２０の第１セパレータ供給ローラ１２１は、円柱形状からなり、長尺状のセラミックセパレータ用基材４０Ａを巻き付けて保持している。対向して配設した第１加圧ローラ１２２と第１ニップローラ１２３は、それぞれ細長い円柱形状からなり、第１セパレータ供給ローラ１２１に巻き付けられたセラミックセパレータ用基材４０Ａに対して一定の張力をかけた状態で第１搬送ドラム１２４に導く。第１搬送ドラム１２４は、円柱形状からなり、その外周面に吸引口を複数設けている。第１搬送ドラム１２４は、搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿った幅を、セラミックセパレータ用基材４０Ａの幅よりも短くしている。すなわち、セラミックセパレータ用基材４０Ａの両端は、第１搬送ドラム１２４から方向Ｙに対して外方に突出している。このようにして、第１搬送ドラム１２４は、セパレータ保持部１４０およびセパレータ接合部１５０との干渉を回避している。

　第１セパレータ搬送部１２０の第１搬送ドラム１２４を回転させると、第１加圧ローラ１２２と第１ニップローラ１２３に加えて第１セパレータ供給ローラ１２１が従動して回転する。第１切断刃１２５は、先端に直線状の鋭利な刃を設け、搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿って配設し、第１搬送ドラム１２４によって吸引されている長尺状のセラミックセパレータ用基材４０Ａを一定の幅で切断する。第１搬送ドラム１２４は、長方形状に切断されたセラミックセパレータ４０を、電極搬送部１１０から搬出された正極２０の一面の側に近接させつつ積層する。セラミックセパレータ４０は、そのセラミックス層４２の側を、正極２０の一面に対向させている。

　第２セパレータ搬送部１３０は、図５Ａに示し、セラミックセパレータ用基材４０Ａから、正極２０の一面に対向した他面（積層方向Ｚに沿った図５Ａ中に示す下方）に積層するためのセパレータ４０を切り出して搬送する。

　第２セパレータ搬送部１３０は、電極搬送部１１０よりも搬送方向Ｘの下流側であって、積層方向Ｚに沿った図５Ａ中に示す下方に配設している。第２セパレータ搬送部１３０は、第１セパレータ搬送部１２０と積層方向Ｚに沿って対向して配設している。第２セパレータ搬送部１３０の第２セパレータ供給ローラ１３１は、円柱形状からなり、長尺状のセラミックセパレータ用基材４０Ａを巻き付けて保持している。対向して配設した第２加圧ローラ１３２と第２ニップローラ１３３は、それぞれ細長い円柱形状からなり、第２セパレータ供給ローラ１３１に巻き付けられたセラミックセパレータ用基材４０Ａに対して一定の張力をかけた状態で第２搬送ドラム１３４に導く。第２搬送ドラム１３４は、円柱形状からなり、その外周面に吸引口を複数設けている。第２搬送ドラム１３４は、第１搬送ドラム１２４と同様に、搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿った幅を、セラミックセパレータ用基材４０Ａの幅よりも短くすることによって、セパレータ保持部１４０およびセパレータ接合部１５０との干渉を回避している。

　第２セパレータ搬送部１３０の第２搬送ドラム１３４を回転させると、第２加圧ローラ１３２と第２ニップローラ１３３に加えて第２セパレータ供給ローラ１３１が従動して回転する。第２切断刃１３５は、先端に直線状の鋭利な刃を設け、搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿って配設し、第２搬送ドラム１３４によって吸引されている長尺状のセラミックセパレータ４０を一定の幅で切断する。第２搬送ドラム１３４は、長方形状に切断されたセラミックセパレータ用基材４０Ａを、電極搬送部１１０から搬出された正極２０の他面の側に近接させつつ積層する。セラミックセパレータ４０は、そのセラミックス層４２の側を、正極２０の他面に対向させている。

　第１セパレータ搬送部１２０と第２セパレータ搬送部１３０は、第１搬送ドラム１２４と第２搬送ドラム１３４との隙間の部分において、一対のセラミックセパレータ４０によって正極２０を挟持させるように積層しつつ、搬送方向Ｘに沿って搬送する。搬送方向Ｘは、図５Ｃなどに示すように、一対のセパレータ４０が重なり合い、後述するセパレータ接合部１５０のホーン１５１によって接合を行う位置までセパレータ４０が搬送される方向である。その搬送方向Ｘに沿った下流側の両端には、それぞれセパレータ保持部１４０およびセパレータ接合部１５０を配設している。なお、符号１１８，１２６，１３６は、電極供給ローラ１１１、第１セパレータ供給ローラ１２１、及び第２セパレータ供給ローラ１３１を回転自在に支持する支持部材であり、壁面１９０から突出している。また、支持部材１１８、１２６、１３６はそれぞれ、壁面１９０内において図示しない動力機構と接続されている。なお、本実施例では、支持部材１１８、１２６、１３６は、電極供給ローラ１１１、第１セパレータ供給ローラ１２１、及び第２セパレータ供給ローラ１３１を片持ち状態で支持しているが、各ローラの軸を両側から支持する構造としても良い。

　（セパレータ保持部）
セパレータ保持部１４０は、図５Ａおよび図６に示し、正極２０を挟持して積層した一対のセラミックセパレータ４０を保持する。

　セパレータ保持部１４０は、電極搬送部１１０と搬送方向Ｘに沿って隣り合い、第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０よりも搬送方向Ｘの下流側に配設している。セパレータ保持部１４０は、袋詰電極搬送部１７０の搬送方向Ｘに沿った両端に一組ずつ配設している。セパレータ保持部１４０の保持プレート１４１は、長尺の板状に形成している。保持プレート１４１は、セラミックセパレータ４０の積層方向Ｚよりも図６中に示す下方であって、セラミックセパレータ４０の搬送方向Ｘに沿った端部に並行して配設している。保持プレート１４１は、一対のセラミックセパレータ４０を積層方向Ｚの図６中に示す下方から保持することによって、セパレータ接合部１５０によるセラミックセパレータ４０同士の接合を補助する。保持プレート１４１は、セパレータ接合部１５０のホーン１５１およびアンビル１５４との干渉を回避するために、矩形状の穴を備えている。

　セパレータ保持部１４０の保持プレート１４１は、セパレータ接合部１５０の駆動支柱１５８によって、積層方向Ｚに沿って上昇および降下する。保持プレート１４１は、ホーン１５１とアンビル１５４が一対のセラミックセパレータ４０を挟持するように当接している間、一対のセラミックセパレータ４０を積層方向Ｚの図６中に示す下方から保持する。一方、保持プレート１４１は、ホーン１５１とアンビル１５４が一対のセラミックセパレータ４０から離間している間、積層方向Ｚの図６中に示す下方に退避している。

　（セパレータ接合部）
セパレータ接合部１５０は、図５Ａ～図１２に関連し、正極２０を挟持するように積層したセラミックセパレータ４０同士を超音波による摩擦熱によって加熱させて接合する。

　先ず、セパレータ接合部１５０の構成について、図５Ａ～図７を参照しながら説明する。

　セパレータ接合部１５０は、第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０よりも搬送方向Ｘの下流側に配設している。セパレータ接合部１５０は、搬送方向Ｘに沿った両端に一組ずつ配設している。セパレータ接合部１５０は、セパレータ保持部１４０に近接している。

　セパレータ接合部１５０のホーン１５１（当接部に相当）は、超音波をセラミックセパレータ４０に印加する。ホーン１５１は、金属からなり、長方形状の本体部１５１ａとその本体部１５１ａの隅から突出して形成した突起部１５１ｂ（接触部に相当）とを一体に形成している。突起部１５１ｂは、本実施形態においてホーン１５１ｂに４つ形成しているが、これに限定されない。ホーン１５１は、図７中のＰ１の矢印で表すように押圧部材１５５によって押圧され、突起部１５１ｂがセラミックセパレータ４０のポリプロピレン層４１に当接する。ホーン１５１は、図７中のＳ１の波線で表すように、積層方向Ｚと交差したセラミックス層４２同士の接合面に沿って超音波を印加して摩擦熱を発生させて加熱させる。

　セパレータ接合部１５０のブースタ１５２（増幅部に相当）は、ホーン１５１と振動子１５３（発信部に相当）を締結しつつ、超音波を増幅させる。ブースタ１５２は、金属からなり、円柱形状に形成している。振動子１５３は、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。振動子１５３は、その一端をブースタ１５２に締結し、一端に対向する他端に電源ケーブルを接続する。アンビル１５４は、当接部材に相当し、ホーン１５１から導出される超音波振動を受け止めつつ、ホーン１５１を付勢する。アンビル１５４は、金属からなり、長方形状の本体部１５４ａとその本体部１５４ａの一端から突出して形成した突起部１５４ｂを一体に形成している。アンビル１５４の突起部１５４ｂは、一対のセラミックセパレータ４０を介して、ホーン１５１の突起部１５１ｂと対向している。アンビル１５４は、図７中のＰ２の矢印で表すように付勢部材１５６によって押圧され、ホーン１５１を付勢する。

　セパレータ接合部１５０の押圧部材１５５（保持部に相当）は、ホーン１５１を積層方向Ｚに沿って図７中に示す下方に押圧する。押圧部材１５５は、その一端を環状に形成し、ホーン１５１と締結したブースタ１５２を挿通し、ホーン１５１、ブースタ１５２、及び振動子１５３を回転自在に保持する。図７において手前側に示すホーン１５１およびブースタ１５２と奥側に示すホーン１５１およびブースタ１５２とはネジで締結されており、手前側及び奥側のホーン１５１およびブースタ１５２のネジが締まる回転方向Ｒは共に同じ方向に構成している。押圧部材１５５は、その側部を駆動支柱１５８に対して積層方向Ｚに沿って移動自在に連結している。また、押圧部材１５５は、ホーン１５１との接触または非接触の切り替えが可能な当接部材１５５ａを有している。当接部材１５５ａは、押圧部材１５５の板状の面から積層方向Ｚに沿って突出及び後退ができるように構成され、これによってホーン１５１との接触または非接触を切り換えている。付勢部材１５６は、アンビル１５４を積層方向Ｚに沿って図７中に示す上方に押圧する。付勢部材１５６は、板状に形成し、その端部にアンビル１５４を接合している。付勢部材１５６は、駆動支柱１５８に対して積層方向Ｚに沿って移動自在に連結している。

　セパレータ接合部１５０の駆動ステージ１５７は、駆動支柱１５８を介し、押圧部材１５５および付勢部材１５６を積層方向Ｚに沿って移動させる。駆動ステージ１５７で発生させた駆動力は、駆動支柱１５８によって積層方向Ｚに沿った駆動力に変換して用いている。

　セパレータ接合部１５０において、ホーン１５１とブースタ１５２と振動子１５３は、セパレータの搬送方向に平行、かつ、セラミックセパレータ４０の面と直交する面に並べている。本実施形態においてホーン１５１とブースタ１５２と振動子１５３は、セパレータ保持部１４０に対して図７中に示す上方に位置し、搬送方向Ｘに沿って配置している。押圧部材１５５は、ホーン１５１、ブースタ１５２、及び振動子１５３に対して積層方向Ｚに沿って並べて配置している。アンビル１５４と付勢部材１５６は、セパレータ保持部１４０に対して積層方向Ｚに沿って図７中に示す下方に並べて配設している。駆動ステージ１５７は、アンビル１５４を載置した付勢部材１５６と同様に積層方向Ｚに沿って図中７の直下に配設し、搬送方向Ｘに沿って配設している。このように、セパレータ接合部１５０を構成するホーン１５１、ブースタ１５２、振動子１５３を搬送方向Ｘに沿って配置し、アンビル１５４、押圧部材１５５、付勢部材１５６、駆動ステージ１５７、及び駆動支柱１５８を、駆動支柱１５８を除いて積層方向Ｚに沿って並べて配置している。接合装置１００は、ラインを伴う設備である為、ラインの搬送方向に設備の寸法が大きくなることは避け難いものの、電極供給ローラ１１１などを支持する支持部材１１８の軸方向に設備を配置する必要性はあまりない。そのため、超音波接合を行う超音波接合部１５０の上記構成部材は、電極搬送部１１０の搬送方向Ｘや電極の積層方向Ｚに沿って配置することによって、各構成部材のレイアウトを成立させながらも設備全体が占めるスペースをコンパクトにすることができる。

　図５Ｄは、本実施形態にかかる電気デバイスのセパレータ接合装置におけるセパレータ接合部の変形例について示す斜視図、図５Ｅは図５Ｄの正面図、図５Ｆは図５Ｄの平面図である。上記ではホーン１５１、ブースタ１５２、および振動子１５３を搬送方向Ｘに並べて配置すると説明したが、設備の占めるスペースを増やしにくくする点で言えば、図５Ｄに示すように積層方向Ｚに並べて配置してもよい。図５Ｄ、図５Ｅにおいて保持部材１５５ｂは、ホーン１５１ｃ、ブースタ１５２ａ、および振動子１５３ａを積層方向Ｚと平行な軸の周りに回転可能に支持する。保持部材１５５ｂにはホーン１５１ｃの本体部１５１ｄに向って突出および退避が自在な当接部材１５５ｃが設けられる。ホーン１５１ｃの突起部１５１ｅは積層方向Ｚの下に向って形成している。

　ホーン１５１、ブースタ１５２、および振動子１５３を並べる搬送方向Ｘとホーン１５１ｃ、ブースタ１５２ａ、および振動子１５３ａを並べる積層方向Ｚが形成するＸＺ平面は、上記のようにセパレータ４０の面（ＸＹ平面）と直交する面であって、かつ、セパレータ４０の搬送方向に沿う面に当たる。ホーン１５１ｃ、ブースタ１５２ａ、および振動子１５３ａを上記のようにＸＺ平面に並べて配置することによって設備の占めるスペースをコンパクトにすることができる。

　また、ホーン１５１ｃ、ブースタ１５２ａ、および振動子１５３ａは、ＸＺ平面に並べる以外にも図５Ｆの矢印Ａ１，Ａ２に示すように、ホーン１５１ｃを基準にブースタ１５２ａおよび振動子１５３ａをセパレータ４０の搬送方向における内方、言い換えればセパレータ４０の面と直交する面であって、かつ、ホーン１５１ｃを基準として内方に向けて傾斜した面に並べて配置しても設備全体の占めるスペースをコンパクトにすることができる。

　次に、セパレータ接合部１５０の作用について、図８～図１１を参照しながら説明する。

　セパレータ接合部１５０によって一対のセラミックセパレータ４０を接合する直前の状態を図８および図９に示す。ポリプロピレン層４１とセラミックス層４２を積層して形成したセラミックセパレータ４０は、図９に示すようにセラミックス層４２同士を対面させている。

　セパレータ接合部１５０によって一対のセラミックセパレータ４０を接合した直後の状態を図１０および図１１に示す。ホーン１５１は、一対のセラミックセパレータ４０のうちの一のセラミックセパレータ４０のポリプロピレン層４１に当接し、積層方向Ｚと交差したセラミックス層４２同士の接合面に沿って図１０中の波線Ｓ１で表すように超音波を印加した。波線Ｓ１の方向は、積層方向Ｚと交差した搬送方向Ｘに相当する。同時に、押圧部材１５５は、図１０中の矢印Ｐ１で表すように、ホーン１５１をセラミックセパレータ４０のポリプロピレン層４１に向かって押圧した。また、付勢部材１５６は、図１０中の矢印Ｐ２で表すように、アンビル１５４をホーン１５１に向かって押圧した。このように作用させることによって、一対のセラミックセパレータ４０は、図１１に示すようにポリプロピレン層４１が加熱して溶融し、セラミックス層４２同士が接合部４０ｈから周囲の領域に移動して粗になったことから、対面したポリプロピレン層４１同士を接合させることができた。
次に、セパレータ接合部１５０の動作と共にホーンの様々な構成について、図１２を参照しながら説明する。

　前述したホーン１５１を、図１２（ａ）に示す。ホーン１５１は、振動子１５３によって超音波が印加されることから、アンビル１５４と対向した部分が劣化する。そこで、本体部１５１ａの一側面の一つの隅に形成した突起部１５１ｂ１が劣化すると、先ず、押圧部材１５５の当接部材１５５ａをホーン１５１の側面と接触していた状態から非接触の状態とし、本体部１５１ａを搬送方向Ｘを回転軸として１８０°回転させ（図６の符号Ｒ参照）、突起部１５１ｂ１と対向した突起部１５１ｂ２を使用する。次に、突起部１５１ｂ２が劣化すると、袋詰電極搬送部１７０を介して方向Ｙに沿って対向して１つずつ配設したホーン１５１同士を方向Ｙに沿って平行移動するように交換し、その交換したホーン１５１の突起部１５１ｂ３を使用する。さらに、突起部１５１ｂ３が劣化すると、当接部材１５５ａをホーン１５１と非接触の状態とし、本体部１５１ａを搬送方向Ｘを回転軸として１８０°回転させ、突起部１５１ｂ３と対向した突起部１５１ｂ４を使用する。このように、本体部１５１ａの一端の４隅に対して突起部１５１ｂを１個ずつ形成すれば、ホーン１５１の寿命を４倍に延ばすことができる。また、ブースタ１５２及び回転子１５３を含むホーン１５１を回転させることによって、セパレータ同士の接合を行なう突起部１５１ｂ１～１５１ｂ４における対角位置の交換を容易に行うことができる。また、押圧部材１５５の当接部材１５５ａによってホーン１５１との接触又は非接触を切り替えることによって、使用する突起部１５１ｂ１～１５１ｂ４を容易に切り替えることができる。また、図７における手前側と奥側のホーン１５１とブースタ１５２の締結に使用するねじを同種のねじを使用することによって、手前側と奥側のホーン１５１の共用化ができ、コスト削減を行うことができる。

　ホーン１５１の改変例１に係るホーン１９１を、図１２（ｂ）に示す。ホーン１９１は、本体部１９１ａの一側面の４隅に対して、互いに直交した状態で隣り合うように突起部１９１ｂを２個ずつ一体形成している。したがって、突起部１９１ｂが劣化する毎に、別の突起部１９１ｂを使用することによって、ホーン１９１の寿命を、ホーン１５１の寿命の２倍に延ばすことができる。

　ホーン１５１の改変例２に係るホーン１９２を、図１２（ｃ）に示す。ホーン１９２は、本体部１９２ａの一側面の４隅と一側面に対向する他側面の４隅に対して、それぞれ突起部１９２ｂを１個ずつ一体形成している。したがって、突起部１９２ｂが劣化する毎に、別の突起部１９２ｂを使用することによって、ホーン１９２の寿命をホーン１９１の寿命と同程度に延ばすことができる。ここで、アンビル１５４は、一対のセラミックセパレータ４０を介して、ホーン１５１から導出された超音波振動を受けることから、ホーン１５１と同様に劣化する。したがって、アンビル１５４は、ホーン１５１と同様に、本体部１５４ａに対して複数の突起部１５４ｂを一体形成しておく。

　（セパレータ搬送追随部）
セパレータ搬送追随部１６０は、図５Ａおよび図６に示し、セパレータ接合部１５０がセラミックセパレータ４０同士を接合している間、袋詰電極搬送部１７０の搬送に追随してセパレータ接合部１５０等を移動させる。

　セパレータ搬送追随部１６０は、袋詰電極搬送部１７０の積層方向Ｚに沿った図５Ａ中に示す下方であって、第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０よりも搬送方向Ｘの下流側に配設している。セパレータ搬送追随部１６０のＸ軸ステージ１６１は、セパレータ保持部１４０の全ての構成部材と、セパレータ接合部１５０の全ての構成部材を載置している。Ｘ軸ステージ１６１は、搬送方向Ｘの下流側と上流側との間を往復するように移動する。Ｘ軸ステージ１６１は、ホーン１５１およびアンビル１５４が一対のセラミックセパレータ４０に当接して接合している間、搬送方向Ｘの下流側に沿って移動する。一方、Ｘ軸ステージ１６１は、ホーン１５１およびアンビル１５４が一対のセラミックセパレータ４０の接合を完了し離間すると、搬送方向Ｘの上流側に沿って高速で移動して元の位置に戻る。

　セパレータ搬送追随部１６０によって、セパレータ保持部１４０とセパレータ接合部１５０とを搬送方向Ｘに沿って移動させることから、一対のセラミックセパレータ４０が接合されている間、第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０の動作を継続させることができる。すなわち、Ｘ軸ステージ１６１を用いることによって、第１セパレータ搬送部１２０の第１搬送ドラム１２４、および第２セパレータ搬送部１３０の第２搬送ドラム１３４の回転を止めることなく、一対のセラミックセパレータ４０の接合を完了させることができる。

　（袋詰電極搬送部）
袋詰電極搬送部１７０は、図５Ａおよび図６に示し、セパレータ接合部１５０によって形成される袋詰電極１１を搬送する。

　袋詰電極搬送部１７０は、電極搬送部１１０と搬送方向Ｘに沿って隣り合い、第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０よりも搬送方向Ｘの下流側に配設している。袋詰電極搬送部１７０の搬送ベルト１７１は、外周面に吸引口を複数設けた無端状のベルトからなり、袋詰電極１１を吸引した状態で搬送方向Ｘに沿って搬送する。搬送ベルト１７１は、搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿った幅を、袋詰電極１１の幅よりも短く形成している。すなわち、袋詰電極１１の両端は、搬送ベルト１７１から方向Ｙに対して外方に突出している。このようにして、搬送ベルト１７１は、セパレータ保持部１４０およびセパレータ接合部１５０との干渉を回避している。

　袋詰電極搬送部１７０の回転ローラ１７２は、搬送方向Ｘと交差した方向Ｙに沿って、搬送ベルト１７１の内周面に複数配設し、搬送ベルト１７１を回転させる。回転ローラ１７２は、セパレータ保持部１４０およびセパレータ接合部１５０との干渉を回避するため、搬送ベルト１７１から突出させていない。複数の回転ローラ１７２のうち、一つが動力を設けた駆動ローラであり、その他が駆動ローラに従動する従動ローラである。搬送ベルト１７１は、例えば、搬送方向Ｘに沿って３組配設している。

　袋詰電極搬送部１７０の吸着パッド１７３は、搬送ベルト１７１に載置された袋詰電極１１よりも積層方向Ｚの図５Ａ中に示す上方において、袋詰電極１１と対向するように位置している。吸着パッド１７３は、板状からなり、袋詰電極１１と当接する面に吸引口を複数設けている。伸縮部材１７４は、吸着パッド１７３よりも積層方向Ｚの図５Ａ中に示す上方に位置している。伸縮部材１７４の一端は、吸着パッドを接合している。伸縮部材１７４は、エアーコンプレッサー等を動力として、積層方向Ｚに沿って伸縮自在である。

　袋詰電極搬送部１７０のＸ軸ステージ１７５およびＸ軸補助レール１７６は、伸縮部材１７４の一端に対向した他端を移動自在に支持している。Ｘ軸ステージ１７５は、搬送方向Ｘに沿って配設し、伸縮部材１７４を搬送方向Ｘに沿って走査する。Ｘ軸補助レール１７６は、Ｘ軸ステージ１７５と並行に配設し、Ｘ軸ステージ１７５による伸縮部材１７４の走査を補助する。載置台１７７は、板状からなり、例えば３組配設された搬送ベルト１７１よりも、搬送方向Ｘに沿った下流側に配設している。載置台１７７は、袋詰電極１１を一時的に載置して保管する。

　（制御部）
制御部１８０は、図５Ａに示し、電極搬送部１１０と第１セパレータ搬送部１２０と第２セパレータ搬送部１３０とセパレータ保持部１４０とセパレータ接合部１５０とセパレータ搬送追随部１６０および袋詰電極搬送部１７０の作動をそれぞれ制御する。

　制御部１８０のコントローラ１８１は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、およびＲＡＭを含んでいる。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）は、セパレータ接合装置１００に係る制御プログラムを格納している。制御プログラムは、電極搬送部１１０の回転ローラ１１４と切断刃１１５および１１６、第１セパレータ搬送部１２０の第１搬送ドラム１２４と第１切断刃１２５、および第２セパレータ搬送部１３０の第２搬送ドラム１３４と第２切断刃１３５の制御に関するものを含んでいる。さらに、制御プログラムは、セパレータ保持部１４０の保持プレート１４１、セパレータ接合部１５０の振動子１５３と駆動ステージ１５７等、セパレータ搬送追随部１６０のＸ軸ステージ１６１、袋詰電極搬送部１７０の回転ローラ１７２と伸縮部材１７４等の制御に関するものを含んでいる。

　制御部１８０のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）は、制御プログラムに基づいてセパレータ接合装置１００の各構成部材の作動を制御する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）は、制御中のセパレータ接合装置１００の各構成部材に係る様々なデータを一時的に記憶する。データは、例えば、セパレータ接合部１５０の振動子１５３の作動のタイミングに関するものである。

　（セパレータの接合）
次に、セパレータ接合装置１００の作用について説明する。

　電極搬送部１１０は、図５Ａに示すように、切断刃１１５および１１６によって、長尺状の正極用基材２０Ａを所定の形状に１枚ずつ切断して正極２０を成形する。電極搬送部１１０は、正極２０を第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０の間に搬出する。

　次いで、第１セパレータ搬送部１２０は、図５Ａに示すように、セラミックセパレータ用基材４０Ａから正極２０の一面に積層するためのセラミックセパレータ４０を切り出して搬送する。第１切断刃１２５によって、長尺状のセラミックセパレータ用基材４０Ａを長方形状に１枚ずつ切断してセラミックセパレータ４０を成形する。第１セパレータ搬送部１２０は、セラミックセパレータ４０を電極搬送部１１０から搬出された正極２０の一面の側に積層する。

　次いで、第２セパレータ搬送部１３０は、図５Ａに示すように、セラミックセパレータ用基材４０Ａから正極２０の一面に対向した他面に積層するためのセラミックセパレータ４０を切り出して搬送する。第２切断刃１３５によって、長尺状のセラミックセパレータ用基材４０Ａを長方形状に１枚ずつ切断してセラミックセパレータ４０を成形する。第２セパレータ搬送部１３０は、セラミックセパレータ４０を電極搬送部１１０から搬出された正極２０の他面の側に積層する。

　次いで、セパレータ保持部１４０は、図５Ａおよび図６に示すように、正極２０に積層した一対のセラミックセパレータ４０を保持する。保持プレート１４１は、一対のセラミックセパレータ４０を積層方向Ｚの図６中に示す下方から保持することによって、セパレータ接合部１５０によるセラミックセパレータ４０同士の接合を補助する。すなわち、保持プレート１４１は、ホーン１５１およびアンビル１５４が一対のセラミックセパレータ４０に当接している間、一対のうちの下方に位置するセラミックセパレータ４０を積層方向Ｚの図５Ａ中に示す下方から保持する。

　次いで、セパレータ接合部１５０は、図１０および図１１に示すように、正極２０を挟持するように積層したセラミックセパレータ４０同士を接合する。ホーン１５１は、セラミックセパレータ４０のポリプロピレン層４１に当接し、積層方向Ｚと交差したセラミックス層４２同士の接合面に沿って図中の波線Ｓ１で表すように超音波を印加する。波線Ｓ１の方向は、積層方向Ｚと交差した搬送方向Ｘに相当する。押圧部材１５５は、ホーン１５１を積層方向Ｚに沿って図中の矢印Ｐ１で表すように、セラミックセパレータ４０のポリプロピレン層４１に向かって押圧する。アンビル１５４は、図中の矢印Ｐ２で表すようにホーン１５１に向かって押圧する。このようにして、一対のセラミックセパレータ４０は、図１１に示すようにポリプロピレン層４１が加熱されて溶融し、セラミックス層４２同士が接合部４０ｈから周囲の領域に移動して粗になり、ポリプロピレン層４１同士が接合する。したがって、セラミックセパレータ４０は、溶融させることが困難であるセラミックス層４２同士を対面させた状態から互いに接合させることができる。

　ここで、セパレータ搬送追随部１６０は、図５Ａおよび図６に示すように、セパレータ接合部１５０がセラミックセパレータ４０同士を接合している間、袋詰電極搬送部１７０の搬送動作に追随する。Ｘ軸ステージ１６１は、セパレータ保持部１４０の全ての構成部材と、セパレータ接合部１５０の全ての構成部材を載置している。Ｘ軸ステージ１６１は、ホーン１５１およびアンビル１５４が一対のセラミックセパレータ４０に当接して接合している間、搬送方向Ｘの下流側に沿って移動する。すなわち、Ｘ軸ステージ１６１を用いることによって、第１搬送ドラム１２４および第２搬送ドラム１３４の回転を止めることなく、一対のセラミックセパレータ４０を接合することができる。

　その後、袋詰電極搬送部１７０は、図５Ａおよび図６に示すように、セパレータ接合部１５０によって形成された袋詰電極１１を搬送する。袋詰電極搬送部１７０は、袋詰電極１１を載置台１７７に載置して一時的に保管する。

　（作用効果）
上述した第１実施形態によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。

　二次電池のような電気デバイスの構成部材の接合を超音波を用いて接合する場合、温度特性が高く、箔のように薄い部材同士の接合ができるものの、超音波を使用するユニットは超音波を発生させる振動子や振動を増幅させるブースタなど構成が複雑であるため、様々な設備が並ぶ量産ラインに配置した場合に設備全体としての寸法が大きくなり、工場などの建屋におけるスペースを圧迫してしまう、といった問題がある。

　これに対し、本実施形態に係る電気デバイスのセパレータ接合装置１００では、セパレータ接合部１５０を構成するホーン１５１と、ブースタ１５２と、振動子１５３とをセパレータの搬送方向に平行、かつ、セパレータの面と直交する面に並べるか、または、ブースタ１５２および振動子１５３をセパレータの搬送方向と平行な方向からみてホーン１５１よりもセパレータの幅方向中央に寄せて並べている。ライン設備を有する以上、ラインの搬送方向に設備の寸法が大きくなる事は必然的であるが、図５Ｂに示すような搬送部材１１１などを支持する支持部材１１８などの軸方向に設備の構成部材が配置されるとは限らない。そのため、ホーン１５１とブースタ１５２と振動子１５３とをセパレータ４０の搬送方向Ｘや積層方向Ｚ、またはブースタ１５２および振動子１５３をホーン１５１よりも幅方向中央に寄せて並べることによって、装置全体として占めるスペースをコンパクトにすることができる。

　また、超音波接合を行うホーン１５１にはセパレータ４０と接触する突起部１５１ｂ１から１５１ｂ４を設け、ホーン１５１をブースタ１５２及び振動子１５３の並ぶ方向と平行な回転軸を中心に回転可能であるように構成している。そのため、ホーン１５１を回転させる動作によって使用する突起部１５１ｂ１から１５１ｂ４のうちの対角線の位置にある突起部の交換を行うことができ、突起部の交換のためにホーン１５１を接合装置１００の周囲の構成部材との間にスペースを設ける必要がなく、その分、接合装置１００全体として占めるスペースをコンパクトにすることができる。

　また、セパレータ接合部１５０を構成するホーン１５１は、ホーン１５１を保持する押圧部材１５５よりも一対のセパレータ４０を重ね合わせる位置Ｐ１にに近接させて配置するように構成している。そのため、電極搬送部１１０においてセパレータ４０の供給された位置から超音波接合が始まる位置までに押圧部材１５５を配置しないことによって、押圧部材１５５のスペース分、超音波接合の始まる位置を短くすることができ、ラインの搬送方向におけるコンパクト化に寄与することができる。

　また、ホーン１５１は、突起部１５１ｂを本体部１５１ａにおいてセパレータ４０の搬送方向Ｘと交差する方向の端部に配置するように構成している。そのため、突起部１５１ｂがセパレータ４０の端部の頭上などに配置していれば本体部１５１ａをセパレータ４０の外方などに配置することができ、セパレータの接合を行う超音波接合部１５０を量産の搬送ラインなどに適用することができる。

　また、突起部１５１ｂは、図１２（Ａ）に示すように突起部１５１ｂ１～突起部１５１ｂ４のように複数設置し、使用する突起部１５１ｂ１～１５１ｂ４を交換可能に構成している。そのため、１つのホーンを使用してセパレータ同士の接合を行なう際の工具寿命を従来よりも長くでき、コスト削減に寄与することができる。

　また、ホーン１５１の本体部１５１ａは回転可能に構成され、本体部１５１ａの回転によって一対のセパレータ４０と接触する突起部１５１ｂ１～１５１ｂ４の交換を行えるように構成している。そのため、並進移動などと比べて突起部１５１ｂ１～１５１ｂ４の交換に必要なスペースをコンパクトにできると共に、ホーン１５１において使用する突起部１５１ｂ１～１５１ｂ４の交換を容易かつ迅速に行うことができ、タクトタイムの短縮に貢献することができる。

　また、セパレータ接合部１５０は、ホーン１５１を保持する押圧部材１５５に備えられホーン１５１に対して突出および退避が可能な当接部材１５５ａを有し、当接部材１５５ａをホーン１５１に接触させるか接触させないか切り替えることによって本体部１５１ａの回転および固定を切り換えるように構成している。そのため、ホーン１５１の回転又は固定のために必要なスペースをコンパクトにすることができる。

　また、搬送方向Ｘについてセパレータ４０に対して配置したセパレータ接合部１５０のホーン１５１は、ブースタ１５２との締結のためのねじの締結方向を同じであるように構成している。そのため、搬送方向Ｘを基準として対にして配置したホーン１５１を共用化でき、コスト削減に貢献することができる。

　（第１実施形態の変形例）
　第１実施形態の変形例に係る袋詰電極１１のセパレータ接合方法を具現化したセパレータ接合装置について、図１３および図１４を参照しながら説明する。

　図１３は、セパレータ接合装置のセパレータ保持部２４０とセパレータ接合部１５０とセパレータ搬送追随部１６０と袋詰電極搬送部１７０とを示す斜視図である。図１４は、図１３のセパレータ保持部２４０とセパレータ接合部１５０の作動を示す断面図である。

　第１実施形態の変形例に係るセパレータ接合装置は、ホーン１５１をセラミックセパレータ４０のポリプロピレン層４１から離脱させた後に、一対の保持プレート２４１および２４２をポリプロピレン層４１同士から離間させる構成が、前述した第１実施形態に係るセパレータ接合装置１００の構成と異なる。
第１実施形態の変形例においては、前述した第１実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
先ず、セパレータ保持部２４０の構成について、図１３を参照しながら説明する。

　セパレータ保持部２４０は、第１セパレータ搬送部１２０および第２セパレータ搬送部１３０よりも搬送方向Ｘの下流側に配設している。セパレータ保持部２４０は、袋詰電極搬送部１７０の搬送方向Ｘに沿った両端に一組ずつ配設している。セパレータ保持部２４０の保持プレート２４１は、長尺の板状からなり、セラミックセパレータ４０の積層方向Ｚよりも図１３中に示す下方であって、セラミックセパレータ４０の搬送方向Ｘに沿った端部に並行して配設している。保持プレート２４２は、保持プレート２４１と同様の形状からなる。保持プレート２４１と保持プレート２４２は、一対のセラミックセパレータ４０を介して、積層方向Ｚに沿って対向して配設している。保持プレート２４１は、セパレータ接合部１５０のアンビル１５４との干渉を回避するために、矩形状の穴を備えている。一方、保持プレート２４２は、セパレータ接合部１５０のホーン１５１との干渉を回避するために、矩形状の穴を備えている。保持プレート２４１および２４２は、セパレータ接合部１５０の駆動支柱１５８によって、積層方向Ｚに沿って互いに接近離間するように、上昇および降下する。

　（セパレータの接合）
次に、セパレータ保持部２４０の作用について、図１４を参照しながら説明する。

　セパレータ保持部２４０は、図１４（ａ）に示すように、一対の保持プレート２４１および２４２によって、一対のセラミックセパレータ４０を積層方向Ｚに沿って挟持して保持する。ホーン１５１とアンビル１５４は、それぞれポリプロピレン層４１に押圧した状態で、一対のセラミックセパレータ４０を超音波接合する。次に、図１４（ｂ）に示すように、ホーン１５１は、図１４中のＴ１の矢印で表すように、一対のセラミックセパレータ４０から積層方向Ｚに沿って上方に離脱する。アンビル１５４は、ホーン１５１の動作と同時に、図１４中のＴ２の矢印で表すように、一対のセラミックセパレータ４０から積層方向Ｚに沿って下方に離間する。次に、図１４（ｃ）に示すように、保持プレート２４１は、図１４中のＴ４の矢印で表すように、一対のセラミックセパレータ４０から積層方向Ｚに沿って下方に離間する。保持プレート２４２は、保持プレート２４１の動作と同時に、図１４中のＴ３の矢印で表すように、一対のセラミックセパレータ４０から積層方向Ｚに沿って上方に離脱する。

　上述した第１実施形態の変形例によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。

　電気デバイス（リチウムイオン二次電池１０の袋詰電極１１に相当）のセパレータ接合装置にあっては、一対の保持プレート２４１および２４２をさらに有している。一対の保持プレート２４１および２４２は、ポリプロピレン層４１同士を積層方向Ｚに沿って挟持して保持する。一対の保持プレート２４１および２４２は、ホーン１５１がポリプロピレン層４１から離脱してから、ポリプロピレン層４１同士から離間する。

　このような構成によれば、ホーン１５１は、一対のセラミックセパレータ４０を溶着する際にポリプロピレン層４１に付着してしまっても、一対の保持プレート２４１および２４２によってポリプロピレン層４１同士を保持させた状態で、ポリプロピレン層４１から離間させることができる。したがって、ホーン１５１がポリプロピレン層４１に付着した状態で移動することを防止でき、セラミックセパレータ４０に損傷を与えることがない。

　また、第１実施形態の変形例の構成において、アンビル１５４は、一対のセラミックセパレータ４０に当接した際にポリプロピレン層４１に付着してしまっても、一対の保持プレート２４１および２４２によってポリプロピレン層４１同士を保持させた状態で、ポリプロピレン層４１から離間させることができる。したがって、アンビル１５４がポリプロピレン層４１に付着した状態で移動することを防止でき、セラミックセパレータ４０に損傷を与えることがない。
なお、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。

　例えば、セラミックセパレータ４０に超音波を伝搬させる方向は、積層方向Ｚと交差したセラミックス層４２同士の接合面に沿った方向であればよく、積層方向Ｚと交差した搬送方向Ｘと方向Ｙとでなす面内であれば、特に限定されることはない。

　また、上記では、一対のセラミックセパレータ４０のセラミックス層４２同士を部分的に周囲の領域に移動させて粗にすることによって、対面したポリプロピレン層４１同士を接合する構成として説明した。ここで、接合部となる部位のセラミックス層４２同士を周囲の領域に完全に移動させる必要はなく、粗になる程度に移動させればよい。すなわち、セラミックス層４２同士の一部が接合部となる部位に残留した状態で、対面したポリプロピレン層４１同士を接合することもできる。

　また、第１および第２実施形態では、リチウムイオン二次電池１０に用いる袋詰電極１１において、一対のセラミックセパレータ４０を互いに接合する構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。リチウムイオン二次電池１０に用いる袋詰電極１１以外の部材の接合にも適用することができる。

　また、上記では、二次電池をリチウムイオン二次電池１０の構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。二次電池は、例えば、ポリマーリチウム電池、ニッケル－水素電池、ニッケル－カドミウム電池として構成することができる。

　また、上記では、セラミックセパレータ４０の耐熱材をセラミックス層４２の構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。耐熱材は、セラミックスに限定されることはなく、溶融材よりも溶融温度が高い部材であればよい。

　また、上記では、セラミックセパレータ４０の溶融材をポリプロピレン層４１の構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。溶融材は、ポリプロピレンに限定されることはなく、耐熱材よりも溶融温度が低い部材であればよい。

　また、上記では、セラミックセパレータ４０を、溶融材（ポリプロピレン層４１）の片面に耐熱材（セラミックス層４２）を積層させた構成として説明したが、このような構成に限定されることはない。セラミックセパレータ４０は、溶融材（ポリプロピレン層４１）の両面に耐熱材（セラミックス層４２）を積層させて構成してもよい。

　また、上記では、正極２０を一対のセラミックセパレータ４０によって袋詰めして袋詰電極１１を形成する構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。負極３０を一対のセラミックセパレータ４０によって袋詰めして袋詰電極を形成する構成としてもよい。さらに、一対のセラミックセパレータ４０を互いに接合した後に、正極２０または負極３０を挿入して袋詰電極を形成する構成としてもよい。

　また、上記では、突起部を備えたホーン１５１とアンビル１５４を用いて、一対のセラミックセパレータ４０の両端をスポット溶着する構成として説明したが、このような構成に限定されることはない。突起部を備えたホーン１５１とアンビル１５４を接合部が連なるように作動させて、一対のセラミックセパレータ４０の両端をシーム溶着する構成としてもよい。

　また、上記では、ホーン１５１の突起部１５１ｂとアンビル１５４の突起部１５４ｂによって、一対のセラミックセパレータ４０を挟持しつつ押圧する構成として説明したが、このような構成に限定されることはない。ホーン１５１またはアンビル１５４のいずれか一方に突起部を備えていればよい。すなわち、ホーン１５１の突起部１５１ｂとアンビル１５４の本体部１５４ａの平坦部分によって、一対のセラミックセパレータ４０を挟持しつつ押圧する構成としてもよい。また、ホーン１５１の凸状の突起部１５１ｂと、アンビル１５４の凹状の窪み部によって、一対のセラミックセパレータ４０の接合部となる部分を挟み込むように挟持しつつ押圧する構成としてもよい。さらに、ホーン１５１の本体部１５１ａの平坦部分の一端とアンビル１５４の本体部１５４ａの平坦部分の一端によって、一対のセラミックセパレータ４０を挟持しつつ押圧する構成としてもよい。

　また、上記では図６における搬送方向Ｘについてセパレータ４０の縁部付近に対になって配置されたホーン１５１とブースタ１５２との締結部を構成するネジが左右において同じ回転方向に締められる実施形態について説明したが、これに限定されない。セパレータ４０における一方の縁部付近ともう一方の縁部付近に配置されるホーン１５１とブースタ１５２の締結部はネジの回転方向を逆にし、各々のネジの締め付け方向がホーン１５１をセパレータ４０に当接させた際に生じる回転方向と逆側にすることによって、左右両方のホーン１５１とブースタ１５２との締結部の緩みを防止することができる。

　本出願は、２０１３年１０月３日に出願された日本特許出願番号２０１３－２０８６３９号および２０１３年１２月１８日に出願された日本特許出願番号２０１３－２６１８６７号に基づいており、その開示内容は参照され、全体として組み込まれている。

１０　　リチウムイオン二次電池、
１１，１３　袋詰電極（電気デバイス）、
１２　　発電要素、
２０　　正極（電極）、
２０Ａ　正極用基材、
２１　　正極集電体、
２１ａ　正極電極端子、
２２　正極活物質、
３０　　負極（電極）、
３１　　負極集電体、
３１ａ　負極電極端子、
３２　　負極活物質、
４０　　セラミックセパレータ（セパレータ）、
４０Ａ　セラミックセパレータ用基材、
４０ｈ，４０ｉ　接合部、
４１　　ポリプロピレン層、
４２　　セラミックス層、
５０　　外装材、
５１，５２　ラミネートシート、
１００　セパレータ接合装置、
１１０　電極搬送部、
１１１　電極供給ローラ（搬送部材）、
１１２　搬送ローラ、
１１３　搬送ベルト、
１１４　回転ローラ、
１１５，１１６　切断刃、
１１７　受け台、
１１８，１２６，１３６　支持部材、
１２０　第１セパレータ搬送部（セパレータ搬送部）、
１２１　第１セパレータ供給ローラ（搬送部材）、
１２２　第１加圧ローラ、
１２３　第１ニップローラ、
１２４　第１搬送ドラム、
１２５　第１切断刃、
１３０　第２セパレータ搬送部（セパレータ搬送部）、
１３１　第２セパレータ供給ローラ（搬送部材）、
１３２　第２加圧ローラ、
１３３　第２ニップローラ、
１３４　第２搬送ドラム、
１３５　第２切断刃、
１４０，２４０　セパレータ保持部（超音波接合部）、
１４１，２４１，２４２　保持プレート、
１５０，３５０　セパレータ接合部（超音波接合部）、
１５１，１５１ｃ，１９１，１９２，３５１　ホーン（当接部）、
１５１ａ，１５１ｄ，１９１ａ，１９２ａ　本体部、
１５１ｂ，１５１ｂ１，１５１ｂ２，１５１ｂ３，１５１ｂ４，１５１ｅ，１９１ｂ，１９２ｂ　突起部（接触部）、
１５２　ブースタ（増幅部）、
１５３　振動子（発信部）、
１５４，３５４　アンビル、
１５４ａ　本体部、
１５４ｂ　突起部、
１５５　押圧部材（保持部）、
１５５ａ　当接部材、
１５６，３５６　付勢部材、
１５７　駆動ステージ、
１５８　駆動支柱、
１６０　セパレータ搬送追随部、
１６１　Ｘ軸ステージ、
１７０　袋詰電極搬送部、
１７１　搬送ベルト、
１７２　回転ローラ、
１７３　吸着パッド、
１７４　伸縮部材、
１７５　Ｘ軸ステージ、
１７６　Ｘ軸補助レール、
１７７　載置台、
１８０　制御部、
１８１　コントローラ、
１９０　壁面、
Ｘ　　　搬送方向、
Ｙ　　　（搬送方向Ｘと交差する）方向、
Ｚ　　　積層方向、
Ｒ　　　ホーンの回転方向。

Claims

　電極を挟持する一対のセパレータを互いに接合する電気デバイスのセパレータ接合装置であって、
　超音波振動を発生させる発信部と、
　発生した振動を増幅させる増幅部と、
　増幅した振動をセパレータに与えて前記一対のセパレータを接合する当接部と、
　前記当接部によって前記一対のセパレータを接合する接合位置に前記一対のセパレータを搬送するセパレータ搬送部と、を備え、
　前記発信部、前記増幅部、および前記当接部を、前記セパレータの搬送方向に平行、かつ、前記セパレータの面と直交する面に並べる、
　または、前記発信部および前記増幅部を、前記セパレータの搬送方向と平行な方向から見て前記当接部よりも前記セパレータの幅方向中央に寄せて並べることを特徴とする電気デバイスのセパレータ接合装置。
　前記当接部は、前記セパレータと接触する接触部を複数有し、前記当接部及び前記発信部の並ぶ方向と平行な回転軸を中心に回転可能である請求項１に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。
　前記当接部を保持する保持部をさらに有し、
　前記当接部は、前記セパレータの搬送方向において前記保持部よりも前記一対のセパレータを重ね合わせる位置に接近して配置している請求項１または２に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。
　前記当接部は、前記セパレータと接触する接触部と、前記接触部を設置する本体部と、を有し、
　前記接触部を前記本体部において前記セパレータの搬送方向と交差する方向の端部に配置したことを特徴とする請求項１または３に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。
　前記接触部は、前記本体部に複数設置され、使用する前記接触部を交換可能に構成した請求項４に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。
　前記本体部は回転可能に構成され、
　前記接触部は、前記本体部の回転によって前記一対のセパレータと接触する前記接触部の交換が行われる請求項５に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。
　前記当接部を保持する保持部をさらに有し、
　前記保持部は、前記当接部に対して突出および退避が自在な当接部材を備え、
　前記保持部から前記当接部材を前記当接部に接触させるか接触させないか切り替えることによって前記本体部の回転および固定を切り替える請求項６に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。
　前記増幅部と前記当接部とはねじによって締結され、前記電極の搬送方向に対になって配置され、一方の前記増幅部、前記当接部と他方の前記増幅部、前記当接部のねじの締まり方向が同じである請求項１から７のいずれか１項に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。
　前記増幅部と前記当接部とはねじによって締結され、前記電極の搬送方向に対になって配置され、一方の前記増幅部、前記当接部と他方の前記増幅部、前記当接部のねじの締まり方向が異なる請求項１から７のいずれか１項に記載の電気デバイスのセパレータ接合装置。