JP4983236B2 - 超音波接合検査装置、超音波接合検査方法、超音波接合装置、および超音波接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波接合検査装置、超音波接合検査方法、超音波接合装置、および超音波接合方法に関する。

電気自動車およびハイブリッド電気自動車のモータ駆動用電源として、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池などの二次電池の開発が盛んである。発電要素を外装部材内に封止した扁平形状の単電池を複数積層するとともに電気的に接続して構成される組電池では、隣接する複数の単電池の外装部材から導出される電極タブが、超音波接合法によって相互に接合されている。

超音波接合された電極タブの接合状態を検査する方法としては、相互に接合された電極タブを引き剥がす方向に所定の力を作用させ、電極タブが破断するか否かを判定することにより電極タブの接合強度を検査する方法が知られている。しかしながら、電極タブが破断するか否かを判定する機械的な検査方法では、電極タブに力を加える際の電極タブの変形および電極タブの金属疲労（荷重印加履歴）などにより、電極タブの接合強度が劣化するおそれがある。したがって、検査後の電極タブ（単電池）は破棄されなければならず、電極タブは抜き取り検査されるのが現状である。

なお、下記の特許文献１には、超音波接合時における超音波振動の振幅を測定することにより、ワークの接合状態を代替的に検知する方法が開示されている。
特開平０６−０９９２８９号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、電極タブに力を加えることなく超音波接合状態を検査することができる超音波接合検査装置および超音波接合検査方法ならびにこれらを用いた超音波接合装置および超音波接合方法を提供することである。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

本発明の超音波接合検査装置は、超音波接合されたワークの温度分布を測定する温度測定手段と、前記温度分布が測定されるワークの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該ワークの超音波接合領域を算出する算出手段と、通電により前記超音波接合領域でジュール熱を発生させる通電手段と、を有し、前記温度測定手段は、前記超音波接合領域でのジュール熱により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有しているワークの温度分布を測定することを特徴とする。
本発明の超音波接合検査装置は、超音波接合されたワークの温度分布を測定する温度測定手段と、前記温度分布が測定されるワークの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該ワークの超音波接合領域を算出する算出手段と、前記ワークを構成する一の部材を輻射熱により加熱する加熱手段と、を有し、前記温度測定手段は、前記一の部材からの熱伝導により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有している前記ワークの他の部材の温度分布を測定することを特徴とする。

本発明の超音波接合検査方法は、通電により、超音波接合されたワークの超音波接合領域でジュール熱を発生させる段階と、前記ワークの温度分布を測定する段階と、前記温度分布が測定されるワークの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該ワークの超音波接合領域を算出する段階と、を有し、前記温度分布を測定する段階において、前記超音波接合領域でのジュール熱により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有しているワークの温度分布が測定されることを特徴とする。
本発明の超音波接合検査方法は、超音波接合されたワークを構成する一の部材を輻射熱により加熱する段階と、前記ワークの温度分布を測定する段階と、前記温度分布が測定されるワークの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該ワークの超音波接合領域を算出する段階と、を有し、前記温度分布を測定する段階において、前記一の部材からの熱伝導により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有している前記ワークの他の部材の温度分布が測定されることを特徴とする。

本発明の超音波接合装置は、接合条件にしたがってワークを超音波接合する超音波接合手段と、上記の超音波接合検査装置と、前記超音波接合検査装置により算出される超音波接合領域に基づいて、次のワークを超音波接合する際の接合条件を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明の超音波接合方法は、上記の超音波接合検査方法により算出される超音波接合領域に基づいて、次のワークを超音波接合する際の接合条件を制御することを特徴とする。

本発明の超音波接合検査装置および超音波接合検査方法によれば、超音波接合されたワークの温度分布から当該ワークの超音波接合領域を算出することができるため、ワークに力を加えることなく、接合状態を検査することができる。したがって、検査後のワークを破棄する必要がなく、全てのワークの接合状態を検査することができる。

また、本発明の超音波接合装置および超音波接合方法によれば、超音波接合されたワークの温度分布から当該ワークの超音波接合領域を算出することができるため、上記の効果に加えて、ワークの検査結果を接合条件にフィードバックすることができる。したがって、最適な接合条件での超音波接合を維持することができる。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波接合検査装置の概略構成を示す図である。図１に示されるとおり、本実施の形態の超音波接合検査装置１００は、サーモカメラ２００および処理部３００を備える。

サーモカメラ２００は、温度測定手段として、超音波接合された電極タブ９００の温度分布を測定するものである。サーモカメラ２００は、超音波接合された一対の電極タブ９００のうち下側電極タブ９００ｂに対向するように配置され、電極タブ９００の温度分布を撮像する。サーモカメラ自体は一般的なサーモカメラであるため、詳細な説明は省略する。また、サーモカメラ２００で取得された画像情報は、処理部３００に送信される。

処理部３００は、測定される電極タブ９００の温度分布に基づいて、電極タブ９００の超音波接合領域を算出するものである。処理部３００は、サーモカメラ２００から送信される画像情報を受信して、画像情報における所定温度以上の画素数を計算することにより、電極タブ９００における超音波接合領域の面積を算出する。処理部３００は、たとえば、一般的なコンピュータである。

次に、図２を参照して、本実施の形態の処理部３００について詳細に説明する。図２は、本実施の形態における処理部３００の概略構成を示すブロック図である。図２に示されるとおり、本実施の形態の処理部３００は、ＣＰＵ３１０、ＲＡＭ３２０、ＲＯＭ３３０、ハードディスク３４０、入力部３５０、表示部３６０、およびインタフェース３７０を有する。これらの各部は、バスを介して相互に接続されている。

ＣＰＵ３１０は、サーモカメラ２００で取得される画像情報に対して種々の演算を実行するものである。ＣＰＵ３１０は、算出部（算出手段）、第１判定部（第１の判定手段）、および判断部（判断手段）として機能する。

ここで、算出部は、画像情報における所定温度以上の画素数を計算することにより、超音波接合領域の面積を算出するものである。第１判定部は、算出される超音波接合領域の面積が下限値未満か否かを判定するものである。判断部は、超音波接合領域の面積が下限値未満の場合、電極タブが接合不良であると判断するものである。なお、各部の具体的な処理内容については、後述する。

ＲＡＭ３２０は、上述した画像情報を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭ３３０は、制御プログラムおよびパラメータなどを予め記憶するものである。

ハードディスク３４０は、複数の電極タブに対してそれぞれ算出される超音波接合領域の面積を、対応する電極タブの接合情報とともに記憶する記憶手段として機能する。また、ハードディスク３４０は、画像情報における所定温度以上の画素数を計算することにより、超音波接合領域の面積を算出する算出プログラム、算出される超音波接合領域の面積が下限値未満か否かを判定する判定プログラム、および超音波接合領域の面積が下限値未満の場合、電極タブが接合不良であると判断する判断プログラムを格納する。

入力部３５０は、たとえば、キーボード、タッチパネル、およびマウスなどのポインティングデバイスであり、表示部３６０は、たとえば、液晶ディスプレイおよびＣＲＴディスプレイなどである。

インタフェース３７０は、サーモカメラ２００から送信される画像信号を受信する。

以上のとおり、構成される本実施の形態における超音波接合検査装置では、超音波接合された電極タブの温度分布が測定され、測定される電極タブの温度分布に基づいて、当該電極タブの超音波接合領域の面積が算出される。そして、算出される超音波接合領域の面積に基づいて、電極タブの超音波接合の良否が判断される。以下、本実施の形態における超音波接合検査方法について詳細に説明する。

図３は、本実施の形態の超音波接合検査方法を示すフローチャートである。本実施の形態では、超音波接合時の摩擦熱により発熱している超音波接合直後の電極タブの温度分布が測定され、測定結果に基づいて超音波接合の良否が判断される。より具体的には、超音波接合直後の超音波接合領域は未接合領域よりも高い温度を有しており、サーモカメラにより超音波接合領域に対応する高温領域の面積が算出され、当該面積から超音波接合の接合強度が十分か否か、すなわち、超音波接合の良否が判断される。

図３に示されるとおり、本実施の形態の超音波接合検査方法では、まず、超音波接合が終了したか否かが判断される（ステップＳ１０１）。超音波接合が終了していない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、超音波接合が終了するまで待機する。一方、超音波接合が終了した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、超音波接合の終了時点から所定時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ１０２）。

所定時間が経過していない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、所定時間が経過するまで待機する。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、電極タブの温度分布をサーモカメラにて撮像し、画像情報が取得される（ステップＳ１０３）。上述したとおり、超音波接合直後の電極タブは、超音波接合時の摩擦熱により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有している。

ここで、図４（Ａ）は、本実施の形態における電極タブの超音波接合を説明するための図である。図４（Ａ）に示されるとおり、本実施の形態では、重ね合わされた一組の電極タブ９００がホーン７１０とアンビル７２０とにより挟み込まれ、所定の加圧力を与えられながら、ホーン７１０が超音波振動により往復直線運動することで、電極タブ９００が超音波接合される。より具体的には、本実施の形態のホーン７１０およびアンビル７２０はそれぞれ複数の突起部７１１，７２１を有しており、突起部７１１，７２１に対応する電極タブ９００の領域が超音波接合される。

図４（Ｂ）は、サーモカメラによって測定される電極タブの温度分布のサーモグラフィを示す図である。図４（Ｂ）に示されるとおり、本実施の形態の超音波接合直後の電極タブは、複数の突起部に対応する超音波接合領域（図の黒色部分）９１０が未接合領域９２０よりも高い温度を有している。なお、超音波接合される上側電極タブ９００ａと下側電極タブ９００ｂとの間に油などが介在して電極タブ９００が摩擦されない場合には、図４（Ｂ）に示す図とは異なり、全体的に温度が低い画像情報が得られる。

次に、画像情報における所定温度以上の画素数が計算され（ステップＳ１０４）、画像情報が格納される（ステップＳ１０５）。本実施の形態では、未接合領域よりも温度の高い超音波接合領域の面積が算出されるように所定温度が設定され、当該温度以上の画素数が計算されることにより、超音波接合領域の面積が算出される。また、画素数が算出された画像情報は、別途に入力される接合情報とともにハードディスク３４０に格納される。なお、接合情報とは、画像情報が取得された電極タブの表面粗さ、超音波接合時の接合条件、および超音波接合時の環境（たとえば、湿度）などである。

次に、算出された画素数が下限値未満か否かが判断される（ステップＳ１０６）。言い換えれば、電極タブの超音波接合領域の面積が、必要な接合強度に対応する下限面積未満か否かが判断される。本実施の形態では、予め測定される超音波接合が良好な電極タブの温度分布に基づいて、上記の下限値が設定される。算出された画素数が下限値未満の場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、接合強度不足、すなわち超音波接合が不良であると判断され（ステップＳ１０７）、処理が終了される。なお、判断結果は、たとえば、表示部３６０に表示される。

一方、算出された画素数が下限値以上の場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、当該画素数が上限値以下か否かが判断される（ステップＳ１０８）。ここで、電極タブに必要以上に大きな摩擦力がかる場合、超音波接合領域に対応する高温領域が大きくなる一方で、電極タブが劣化してしまうおそれがある。したがって、本実施の形態では、接合強度を判定するための下限値（下限面積）に加えて、電極タブの劣化を判定するための上限値（上限面積）が設定されることが好ましい。

算出された画素数が上限値以上の場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、超音波接合が不良であると判断され（ステップＳ１０７）、処理が終了される。一方、算出された画素数が上限値未満の場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、超音波接合が良好であると判断され（ステップＳ１０９）、処理が終了される。

以上のとおり、図３に示すフローチャートの処理によれば、超音波接合直後の電極タブの超音波接合領域と未接合領域との温度差を利用して、電極タブにおける超音波接合領域の面積が算出される。そして、算出される面積に基づいて、電極タブの接合強度、すなわち超音波接合の良否が判断される。より具体的には、超音波接合領域の面積が上限値以上および下限値未満の場合、超音波接合が不良であると判断される。

なお、本実施の形態の超音波接合検査装置では、電極タブにおける超音波接合領域の面積を算出した。しかしながら、画像情報から超音波接合領域の分布形状（分布状況）を算出することもできる。このような構成にすれば、超音波接合の接合強度のみならず、電極タブの所望の領域が均一に超音波接合されているか否かを判断することができる。その結果、電極タブの接合品質がより向上される。

また、本実施の形態では、所定温度以上の画素数を計算することにより超音波接合領域の面積を算出した。しかしながら、所定温度未満の画素数を計算して未接合領域を計算し、全体の面積からの差分を求めることにより、超音波接合領域の面積を算出することもできる。

以上のとおり、説明された本実施の形態は、以下の効果を奏する。

本実施の形態の超音波接合検査装置は、超音波接合された電極タブの温度分布を測定するサーモカメラと、温度分布が測定される電極タブの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該電極タブの超音波接合領域を算出する算出部と、を有する。したがって、超音波接合された電極タブの温度分布から当該電極タブの超音波接合領域を算出することができるため、電極タブに力を加えることなく、接合状態を検査することができる。その結果、全ての電極タブの接合状態を検査することができる。

また、超音波接合領域の面積が直接的に算出されるため、ホーンの振動状態をモニタするといった間接的な接合強度判定方法と比較して、誤差要因が少ない。さらに、ホーンの振動状態は接合時の摩擦熱および装置の発熱などに振動状態が変化し易いことと比較して、本実施の形態の超音波接合装置は、温度をモニタするため簡単に補正することが可能である。

算出部は、サーモカメラによって取得される画像情報、電極タブの超音波接合領域を算出する。したがって、電極タブの温度分布から、電極タブにおける超音波接合領域の大きさおよび分布形状などを算出することができる。

算出部は、画像情報における所定温度以上の画素数を計算することにより、超音波接合領域の大きさを算出する。したがって、超音波接合領域の面積を容易に算出することができる。

本実施の形態の超音波接合検査装置は、超音波接合領域の面積が下限値未満か否かを判定する第１判定部と、超音波接合領域の面積が下限値未満の場合、電極タブが接合不良であると判断する判断部と、をさらに有する。したがって、超音波接合領域の面積から超音波接合の強度が判定され、超音波接合の良否を判断することができる。

サーモカメラは、超音波接合時の摩擦熱により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有している超音波接合直後の電極タブの温度分布を測定する。したがって、外部からエネルギーを加えることなく、電極タブの温度分布を測定することができる。

本実施の形態の超音波接合検査装置は、複数の電極タブに対してそれぞれ算出される超音波接合領域を、対応する電極タブの接合情報とともに記憶する記憶部をさらに有する。したがって、検査結果を累積することができ、超音波接合結果を統計処理して傾向を把握することができる。また、材料のロッド変化および他の誤差要因の変化に対して、検査結果を超音波接合にフィードバックすることができる。

本実施の形態の超音波接合検査方法は、超音波接合された電極タブの温度分布を測定する段階と、温度分布が測定される電極タブの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該電極タブの超音波接合領域を算出する段階と、を有する。したがって、超音波接合された電極タブの温度分布から当該電極タブの超音波接合領域を算出することができるため、電極タブに力を加えることなく、接合状態を検査することができる。したがって、全ての電極タブの接合状態を検査することができる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、超音波接合時の摩擦により発熱した超音波接合直後の電極タブの温度分布を測定する場合について述べた。本実施の形態では、超音波接合済みの常温状態の電極タブに外部からエネルギーを加えることにより電極タブを発熱させ、発熱させた電極タブの温度分布を測定する場合について述べる。

図５（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態における超音波接合検査装置の概略構成を示す図である。図５（Ａ）に示されるとおり、本実施の形態の超音波接合検査装置１００は、サーモカメラ２００、処理部３００、および電源４００を備える。電源４００を除いては、サーモカメラ２００および処理部３００は、第１の実施の形態の場合と同様であるため、説明は省略する。

電源４００は、通電手段として、通電により電極タブ９００でジュール熱を発生させるものである。電源４００は、超音波接合されている一対の電極タブ９００を構成する上側電極タブ９００ａおよび下側電極タブ９００ｂにそれぞれ接続され、電極タブ９００に電圧を印加する。また、電源４００は、処理部３００に電気的に接続されていて、処理部３００からの指令に応じて、電圧を印加することができる。

以上のとおり構成される本実施の形態の超音波接合検査装置１００によれば、まず、処理部３００からの指令に基づいて電源４００が電極タブ９００に電圧を印加することにより、上側電極タブ９００ａと下側電極タブ９００ｂとが固相接合されている超音波接合領域９１０に電流が流れ、超音波接合領域９１０でジュール熱が発生する（図５（Ｂ）参照）。超音波接合領域９１０で発生するジュール熱により超音波接合領域９１０が未接合領域よりも高い温度を有している電極タブ９００の温度分布がサーモカメラにより測定され、測定結果に基づいて、超音波接合の良否が判断される。

なお、超音波接合領域９１０でジュール熱が発生する状態が長時間続く場合、電極タブ９００全体がほぼ同一の温度になってしまうため、超音波接合領域９１０を算出することができない。したがって、通電から所定時間経過後の電極タブ９００の温度分布を測定する。また、通電により電極タブ９００が加熱されることを除いては、第１の実施の形態と同様であるため、本実施の形態の超音波接合方法についての詳細な説明は省略する。

以上のとおり、説明された本実施の形態は、第１の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の超音波接合検査装置は、通電により超音波接合領域でジュール熱を発生させる電源をさらに有し、サーモカメラは、超音波接合領域でのジュール熱により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有している電極タブの温度分布を測定する。したがって、超音波接合直後の電極タブに限定されず、自由なタイミングで電極タブの温度分布が測定され、超音波接合領域を算出することができる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態は、超音波接合済みの常温状態の電極タブに輻射熱を加えることにより、電極タブを発熱させ、発熱させた電極タブの温度分布を測定する実施の形態である。

図６（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態における超音波接合検査装置の概略構成を示す図である。図６（Ａ）に示されるとおり、本実施の形態の超音波接合検査装置１００は、サーモカメラ２００、処理部３００、およびヒータ５００を備える。ヒータ５００を除いては、サーモカメラ２００および処理部３００は、第１の実施の形態の場合と同様であるため、説明は省略する。

ヒータ５００は、加熱手段として、超音波接合される一対の電極タブ９００のうち上側電極タブ９００ａを輻射熱により加熱するものである。ヒータ５００は、電極タブ９００を基準としてサーモカメラ２００の反対側に配置され、サーモカメラ２００と対向する下側電極タブ９００ｂと接合されている上側電極タブ９００ａに輻射熱を供給する。また、ヒータ５００は、処理部３００に電気的に接続されていて、処理部３００からの指令に応じて、輻射熱を供給することができる。

以上のとおり構成される本実施の形態の超音波接合検査装置１００によれば、まず、処理部３００からの指令に基づいてヒータ５００が電極タブ９００に輻射熱を供給することにより、当該ヒータ５００に対向する上側電極タブ９００ａが加熱される。上側電極タブ９００ａが加熱される場合、上側電極タブ９００ａと下側電極タブ９００ｂとが固相接合されている超音波接合領域９１０は、上側電極タブ９００ａと下側電極タブ９００ｂとの間に空気層が介在する未接合領域よりも短時間で熱が伝達される。したがって、上側電極タブ９００ａが加熱される場合、上側電極タブ９００ａからの熱伝導により下側電極タブ９００ｂの超音波接合領域９１０が未接合領域よりも高い温度を有する（図６（Ｂ）参照）。超音波接合領域９１０が未接合領域よりも高い温度を有している下側電極タブ９００ｂの温度分布がサーモカメラにより測定され、測定結果に基づいて、超音波接合の良否が判断される。

なお、上側電極タブ９００ａに輻射熱が長時間供給される場合、電極タブ９００全体がほぼ同一の温度になってしまうため、超音波接合領域９１０を算出することができない。したがって、輻射開始から所定時間経過後の電極タブ９００の温度分布を測定する。また、輻射熱により電極タブ９００が加熱されることを除いては、第１の実施の形態と同様であるため、本実施の形態の超音波接合方法についての詳細な説明は省略する。

以上のとおり、説明された本実施の形態は、第１および第２の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の超音波接合検査装置は、電極タブを構成する上側電極タブを輻射熱により加熱するヒータをさらに有し、サーモカメラは、上側電極タブからの熱伝導により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有している下側電極タブの温度分布を測定する。したがって、超音波接合直後の電極タブに限定されず、自由なタイミングで電極タブの温度分布が測定され、超音波接合領域を算出することができる。さらに、大掛かりな設備を必要としない。

（第４の実施の形態）
本実施の形態は、上記第１〜第３の実施の形態の超音波接合検査装置が組み込まれた超音波接合装置の実施の形態である。

図７は、本発明の第４の実施の形態における超音波接合装置の概略構成を示す図である。図７に示されるとおり、本実施の形態の超音波接合装置６００は、サーモカメラ２００、処理部３００、超音波接合部７００、および制御部８００を備える。超音波接合部７００および制御部８００を除いては、サーモカメラ２００および処理部３００は、第１の実施の形態の場合と同様であるため、説明は省略する。

超音波接合部７００は、超音波接合手段として、接合条件にしたがって電極タブ９００を超音波接合するものである。超音波接合部７００は、重ね合わされた一組の電極タブ９００に超音波振動を加えることにより電極タブ９００を超音波接合する。また、超音波接合部７００は、超音波振動で往復直線運動されつつ電極タブ９００を加圧するホーン７１０と、ホーン７１０によって加圧される電極タブを支持するアンビル７２０とを有する。また、本実施の形態において、ホーン７１０およびアンビル７２０は、それぞれ複数の突起部７１１，７２１を備える。

制御部８００は、超音波接合部７００を制御するものである。本実施の形態において、制御部８００は、処理部３００で算出される超音波接合領域に基づいて、次の電極タブを超音波接合する際の接合条件を制御する。

以上のとおり構成される本実施の形態の超音波接合装置６００によれば、超音波接合部７００によって超音波接合された電極タブ９００の温度分布が測定され、測定される温度分布に基づいて、超音波接合領域の面積が算出される。そして、算出される超音波接合領域の面積に基づいて、次に超音波接合される電極タブの接合条件が制御される。以下、本実施の形態における超音波接合方法について詳細に説明する。

図８は、本実施の形態における超音波接合方法を示すフローチャートである。本実施の形態の超音波接合方法では、まず、電極タブが超音波接合される（ステップＳ２０１）。本実施の形態では、予め設定されている接合条件にしたがって、超音波接合部が制御され、電極タブが超音波接合される。

次に、超音波接合の終了時点から所定の時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ２０２）。所定時間が経過していない場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、所定時間が経過するまで待機する。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、電極タブの温度分布をサーモカメラにて測定し、温度分布を示す画像情報が取得される（ステップＳ２０３）。

次に、画像情報における所定温度以上の画素数が計算され（ステップＳ２０４）、画像情報が格納される（ステップＳ２０５）。本実施の形態では、未接合領域よりも温度の高い超音波接合領域の面積が算出されるように所定温度が設定され、当該温度以上の画素数が計算されることにより、超音波接合領域の面積が算出される。また、画素数が計算された画像情報は接合情報とともにハードディスク３４０に格納される。

そして、算出された画素数が下限値未満か否かが判断される（ステップＳ２０６）。算出された画素数が下限値未満の場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、超音波接合が不良であると判断され（ステップＳ２０７）、処理が終了される。一方、算出された画素数が下限値以上の場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、当該画素数が上限値以下か否かが判断される（ステップＳ２０８）。画素数が上限値以上の場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、超音波接合が不良であると判断され（ステップＳ２０７）、処理が終了される。一方、算出された画素数が上限値未満の場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、超音波接合が良好であると判断され（ステップＳ２０９）、ステップＳ２１０以下の処理に移行する。

そして、ステップＳ２１０に示す処理では、算出された画素数が最適な接合状態を示す最適範囲の下限値未満か否かが判断される（ステップＳ２１０）。言い換えれば、電極タブにおける超音波接合領域の面積が最適な接合面積の下限面積未満か否かが判断される。なお、ＣＰＵ３１０が、超音波接合領域の大きさが最適範囲から外れるか否かを判定する第２判定部（第２の判定手段）として機能する。

算出された画素数が最適範囲の下限値未満の場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、次に超音波接合する電極タブの超音波接合領域が大きくなるように接合条件が変更され（ステップＳ２１１）、処理が終了される。より具体的には、予め設定されている関係式にしたがって、超音波接合における接合時間、振動振幅、加圧力、および振動周波数などが大きくなる向きに接合条件が調整される。

一方、算出された画素数が最適範囲の下限値以上の場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、当該画素数が最適範囲の上限値以上か否かが判断される（ステップＳ２１２）。画素数が最適範囲の上限値以上の場合（ステップＳ２１２：ＹＥＳ）、次に超音波接合する電極タブの超音波接合領域が小さくなるように接合条件が変更され（ステップＳ２１１）、処理が終了される。より具体的には、予め設定されている関係式にしたがって、超音波接合における接合時間、振動振幅、加圧力、および振動周波数などが小さくなる向きに接合条件が調整される。一方、算出された画素数が最適範囲の上限値未満の場合（ステップＳ２１２：ＮＯ）、接合条件を変更することなく処理が終了される。

以上のとおり、図８に示すフローチャートの処理によれば、超音波接合領域の面積が上限値以上および下限値未満の場合、超音波接合が不良であると判断される。さらに、超音波接合領域の面積が最適範囲から外れた場合、接合条件が制御され、次の電極タブの超音波接合領域の面積が最適範囲に収まるように調整される。より具体的には、超音接合領域の面積が最適範囲の下限値未満の場合、次の電極タブの超音波接合領域が大きくなるように接合条件が制御され、超音接合領域の面積が最適範囲の上限値以上の場合、次の電極タブの超音波接合領域が小さくなるように接合条件が制御される。

図９は、本実施の形態の超音波接合装置により連続的に超音波接合される複数の電極タブの面積および接合エネルギーを説明するための図である。縦軸は超音波接合領域の面積であり、横軸は連続的に超音波接合される電極タブの番号である。図９に示されるとおり、算出された超音波接合領域の面積が最適範囲から外れた場合、次の電極タブの接合条件は制御され、算出される超音波接合領域の面積は最適範囲に維持される。接合条件が制御されることにより、超音波接合のエネルギーが制御される。

なお、本実施の形態では、超音波接合直後の電極タブの温度分布を測定した。しかしながら、第２および第３の実施の形態で述べたとおり、外部からエネルギーを加えることにより発熱した電極タブの温度分布を測定することもできる。この場合、超音波接合装置６００は、電源４００またはヒータ５００をさらに備える。

以上のとおり、説明された本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の超音波接合装置は、接合条件にしたがって電極タブを超音波接合する超音波接合部と、超音波接合された電極タブの温度分布を測定するサーモカメラと、温度分布が測定される電極タブの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該電極タブの超音波接合領域を算出する算出部と、算出される超音波接合領域に基づいて、次の電極タブを超音波接合する際の接合条件を制御する制御部と、を有する。したがって、超音波接合された電極タブの温度分布から当該電極タブの超音波接合領域を算出することができるため、電極タブの検査結果を接合条件にフィードバックすることができる。その結果、最適な接合条件の超音波接合を維持することができる。

本実施の形態の超音波接合装置は、超音波接合領域の大きさが最適範囲から外れるか否かを判定する第２判定部をさらに有し、超音波接合領域の大きさが最適範囲から外れる場合、制御部は、次の電極タブの超音波接合領域が最適範囲に収まるように接合条件を調整する。したがって、接合に関する諸条件（たとえば、材料、設備、および環境など）に変化があり、当初設定した接合条件が最適条件から外れた場合でも、追従して最適接合状態を維持することができる。

接合条件は、電極タブを超音波接合する際の接合時間である。したがって、接合条件を容易に調整することができる。

接合条件は、電極タブを超音波接合する際のホーンの振動振幅である。したがって、接合条件を容易に調整することができる。

本実施の形態の超音波接合方法は、超音波接合された電極タブの温度分布を測定する段階と、温度分布が測定される電極タブの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該電極タブの超音波接合領域を算出する段階と、算出される超音波接合領域に基づいて、次の電極タブを超音波接合する際の接合条件を制御する段階と、を有する。したがって、超音波接合された電極タブの温度分布から当該電極タブの超音波接合領域を算出することができるため、電極タブの検査結果を接合条件にフィードバックすることができる。その結果、最適な接合条件の超音波接合を維持することができる。

以上のとおり、本実施の形態において、本発明の超音波接合検査装置および超音波接合検査方法ならびにこれらを用いた超音波接合装置および超音波接合方法を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、省略することができることはいうまでもない。

たとえば、第１〜第４の実施の形態では、サーモカメラにより電極タブの温度分布を測定した。しかしながら、熱電対といった一般的な温度センサを用いて電極タブの温度分布を離散的に測定することもできる。また、電極タブの一箇所の温度を測定することにより、簡易的に超音波接合の良否を判断することもできる。

本発明の第１の実施の形態における超音波接合検査装置の概略構成を示す図である。 図１に示す超音波接合検査装置の処理部３００の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す超音波接合検査装置による超音波接合検査方法を示すフローチャートである。 図４（Ａ）は、本実施の形態における電極タブの超音波接合を説明するための図であり、図４（Ｂ）は、サーモカメラによって測定される電極タブの温度分布のサーモグラフィを示す図である。 図５（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態における超音波接合検査装置の概略構成を示す図であり、図５（Ｂ）は、超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有する電極タブを示す模式図である。 図６（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態における超音波接合検査装置の概略構成を示す図であり、図６（Ｂ）は、超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有する電極タブを示す模式図である。 本発明の第４の実施の形態における超音波接合装置の概略構成を示す図である。 図７に示す超音波接合装置による超音波接合方法を示すフローチャートである。 図７に示す超音波接合装置により連続的に超音波接合される複数の電極タブの面積および接合エネルギーを説明するための図である。

符号の説明

１００ 超音波接合検査装置、
２００ サーモカメラ、
３００ 処理部、
４００ 電源、
５００ ヒータ、
６００ 超音波接合装置、
７００ 超音波接合部、
８００ 制御部。

Claims (13)

1. 超音波接合されたワークの温度分布を測定する温度測定手段と、
   前記温度分布が測定されるワークの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該ワークの超音波接合領域を算出する算出手段と、
   通電により前記超音波接合領域でジュール熱を発生させる通電手段と、を有し、
   前記温度測定手段は、前記超音波接合領域でのジュール熱により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有しているワークの温度分布を測定することを特徴とする超音波接合検査装置。
2. 超音波接合されたワークの温度分布を測定する温度測定手段と、
   前記温度分布が測定されるワークの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該ワークの超音波接合領域を算出する算出手段と、
   前記ワークを構成する一の部材を輻射熱により加熱する加熱手段と、を有し、
   前記温度測定手段は、前記一の部材からの熱伝導により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有している前記ワークの他の部材の温度分布を測定することを特徴とする超音波接合検査装置。
3. 前記温度測定手段は、前記ワークの温度分布を撮像可能なサーモカメラであって、
   前記算出手段は、前記サーモカメラによって取得される画像情報から、当該ワークの超音波接合領域を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波接合検査装置。
4. 前記算出手段は、前記画像情報における所定温度以上の画素数を計算することにより、前記超音波接合領域の大きさを算出することを特徴とする請求項３に記載の超音波接合検査装置。
5. 前記超音波接合領域の大きさが下限値未満か否かを判定する判定手段と、
   前記超音波接合領域の大きさが下限値未満の場合、前記ワークが接合不良であると判断する判断手段と、をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の超音波接合検査装置。
6. 複数のワークに対してそれぞれ算出される超音波接合領域を、対応するワークの接合情報とともに記憶する記憶手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波接合検査装置。
7. 接合条件にしたがってワークを超音波接合する超音波接合手段と、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波接合検査装置と、
   前記超音波接合検査装置により算出される超音波接合領域に基づいて、次のワークを超音波接合する際の接合条件を制御する制御手段と、を有することを特徴とする超音波接合装置。
8. 前記超音波接合領域の大きさが最適範囲から外れるか否かを判定する第２の判定手段をさらに有し、
   前記超音波接合領域の大きさが最適範囲から外れる場合、前記制御手段は、次のワークの超音波接合領域が最適範囲に収まるように接合条件を調整することを特徴とする請求項７に記載の超音波接合装置。
9. 前記接合条件は、前記超音波接合手段が前記ワークを超音波接合する際の接合時間であることを特徴とする請求項７または８に記載の超音波接合装置。
10. 前記接合条件は、前記超音波接合手段が前記ワークを超音波接合する際の振動振幅であることを特徴とする請求項７または８に記載の超音波接合装置。
11. 通電により、超音波接合されたワークの超音波接合領域でジュール熱を発生させる段階と、
    前記ワークの温度分布を測定する段階と、
    前記温度分布が測定されるワークの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該ワークの超音波接合領域を算出する段階と、を有し、
    前記温度分布を測定する段階において、前記超音波接合領域でのジュール熱により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有しているワークの温度分布が測定されることを特徴とする超音波接合検査方法。
12. 超音波接合されたワークを構成する一の部材を輻射熱により加熱する段階と、
    前記ワークの温度分布を測定する段階と、
    前記温度分布が測定されるワークの未接合領域と超音波接合領域との温度差を利用して、当該ワークの超音波接合領域を算出する段階と、を有し、
    前記温度分布を測定する段階において、前記一の部材からの熱伝導により超音波接合領域が未接合領域よりも高い温度を有している前記ワークの他の部材の温度分布が測定されることを特徴とする超音波接合検査方法。
13. 請求項１１または１２に記載の超音波接合検査方法により算出される超音波接合領域に基づいて、次のワークを超音波接合する際の接合条件を制御することを特徴とする超音波接合方法。

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