超音波接合制御装置及び超音波接合制御方法
【課題】被接合部材の振動振幅が小さい超音波接合であっても接合良否の判定ができるとともに、接合不良と亀裂破損または接合剥離異常を安価に検出することのできる超音波接合制御装置を得る。
【解決手段】超音波接合制御装置は、振動子駆動電圧源（３３２）から駆動される超音波振動子（１３２）を用いて接合部材（１２１）と被接合部材（１２０）を接合するものであって、第一の振動センサ（１５２）は被接合部材（１２０）または接合部材（１２１）の機械的振動を検出するものではなく、摺動摩擦による擦れ振動の発生と接合完了に伴う擦れ振動の消滅を検出して接合状態を判定する。
【解決手段】超音波接合制御装置は、振動子駆動電圧源（３３２）から駆動される超音波振動子（１３２）を用いて接合部材（１２１）と被接合部材（１２０）を接合するものであって、第一の振動センサ（１５２）は被接合部材（１２０）または接合部材（１２１）の機械的振動を検出するものではなく、摺動摩擦による擦れ振動の発生と接合完了に伴う擦れ振動の消滅を検出して接合状態を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、接合部材を被接合部材に押圧する接触子に超音波振動を付与して両部材を接合するようにした超音波接合制御装置の改良、特には一方の部材が亀裂破損を生じやすい高硬度の脆性部材であったり、接合強度の割合には被接合部材の重量が大きくて、接合後の過剰な加振によって接合剥離が発生しやすい材料であったりした場合に適した超音波接合制御装置及び超音波接合制御方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧接面に付与された超音波振動に伴う摩擦熱によって金属部材どうしを溶融接合する超音波溶接装置や、摩擦研磨によって発生した活性面どうしの間に作用する物理結合による超音波接合制御装置は広く実用されているが、超音波接合が正常完了したかどうかを判定することには困難があり、一般には所定時間において所定の超音波エネルギーが付与されたかどうかによって正常な接合が行われたものと看做すようになっている。
【０００３】
しかし、付与された超音波エネルギーが少ないと所定の接合力が得られない問題が発生し、付与された超音波エネルギーが多すぎると亀裂破損や接合剥離の問題が発生するので、適用材料の材質や寸法、環境温度に応じた超音波エネルギーの調整が必要となる。
【０００４】
このような背景のもとで、太陽電池製造時において内部割れのある太陽電池を選別するために、太陽電池セル自体を強制的に湾曲させて検査する湾曲検査工程を設け、湾曲時に発生する振動波を超音波センサによって検出し、これを分析して内部割れの有無を非破壊検査する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、超音波発生源に連結されたツールによって、接合部材であるダイパッドを被接合部材である金属放熱板に圧しつけた状態で、上記ツールを介して上記ダイパッドに超音波振動を与えることによる超音波接合方法であって、上記金属放熱板ないしその支持部材の振動状態にしたがって、上記超音波発生源による超音波振動を停止しまたは低減することを特徴とする、超音波接合方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
具体的には、超音波接合が進行するにしたがって、金属放熱板がダイパッドに同期して振動を始めるが、この状態を振動センサによって直接的に検出して、必要以上の超音波振動エネルギーが印加されることがないようにしている。
また、金属放熱板の振動状態を検出することによって、適正な接合状態が得られたかどうかをも判断することができ、常に金属放熱板に不具合を生じさせることなく、適正な接合状態を得ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３４３９９２号公報
【特許文献２】特開平０９−０４５７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記の特許文献１による太陽電池の内部割れ検査方法およびその検査装置は、製造工程の中で例えば単なる搬送工程を含む全工程において発生する可能性のある内部割れの有無を、最終工程で選別検査するのには適しているが、超音波接合工程の中で超音波接合に伴う過剰な超音波エネルギーによる亀裂発生を検出する手段としては適していない。
【０００９】
なぜならば、接合部材間を押圧し超音波振動が付与されるツール（接触子）の押圧力は、接合部材を湾曲させるために必要とされる押圧力とは一致せず、たとえ一致させたとしても湾曲面に発生する平面振動によって超音波接合が阻害されることになるからである。
従って、内部割れの発生しやすい主要原因工程で、内部割れの発生の有無が検出できず、超音波接合方法の改善に結び付け難い問題点がある。
【００１０】
一方、前記特許文献２による超音波接合方法及び装置は、被接合部材ないしはその支持部材の振動状態にしたがって超音波発生源による超音波振動を停止し、過剰なエネルギーの付与に伴う不具合の発生を抑制するものであるが、使用されている振動センサは被接合部材の振動を直接検出するために、超音波振動子と同じ周波数帯である例えば２０ＫＨｚ帯で動作するものとなっている。
【００１１】
従って、接合状態を被接合部材の機械的振動によって検出しているので、接合強度に比べて被接合部材の重量が大きい場合には十分な振動振幅が得られず、接合状態の判定が困難になる欠点がある。
また、被接合部材に発生する亀裂破損を検出するためには数ＭＨｚ帯の信号を検出する必要があり、同一の振動センサによって数１０ＫＨｚから数ＭＨｚまでの広帯域の信号を検出することはできない問題点がある。
【００１２】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、被接合部材の振動振幅が小さい超音波接合であっても接合良否の判定ができるとともに、接合不良と亀裂破損または接合剥離異常を安価に検出することのできる超音波接合制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構から押圧される接触子によって、接合部材を被接合部材に圧接するとともに、前記接触子には振動子駆動電圧源の出力電圧が印加される超音波振動子が連結されて、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材と前記被接合部材とを接合するようにした超音波接合制御装置に対する超音波接合制御装置であって、前記接合部材が前記接触子によって押圧されているときに、前記被接合部材に当接される第１の振動センサの検出出力に、または前記接触子側に設けられた第２の振動センサの検出出力に応動する異常検出ユニットを備え、前記異常検出ユニットは前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサで検出可能な周波数帯域全体の中の下方帯域である第１の周波数帯域の出力信号を抽出する第１の帯域フィルタと、前記周波数帯域全体の中の上方帯域である第２の周波数帯域の出力信号を抽出する第２の帯域フィルタと、第１の異常判定手段と、第２の異常判定手段とを備える。
【００１４】
また、この発明に係る超音波接合制御装置において、前記第１の帯域フィルタの中心周波数は、前記振動子駆動電圧源が発生する出力電圧の周波数よりも高い周波数であるとともに、前記接合部材と前記被接合部材が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域と重なり合い、前記第２の帯域フィルタの中心周波数は、適用された前記被接合部材または前記接合部材の材質と寸法によって定まる亀裂破損または接合剥離発生時の固有振動周波数に応じて選択切換または可変調整され、前記第１の異常判定手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサの出力信号を監視して、加振開始後の所定時間域において当該出力信号の信号振幅が第１の判定閾値に達していなかった場合には接合不良であると判定し、前記第２の異常判定手段は、前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサの出力信号の少なくとも一方の信号振幅が、前記第２の周波数帯域において第２の限界振幅を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、当該記憶情報に基づいて前記被接合部材または前記接合部材の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したと判定する。
【発明の効果】
【００１５】
以上のとおり、この発明による超音波接合制御装置は、振動子駆動電圧源から駆動される超音波振動子を用いて接合部材と被接合部材を接合するものであって、第１または第２の振動センサは被接合部材または接合部材の機械的振動を検出するものではなく、摺動摩擦による擦れ振動の発生と接合完了に伴う擦れ振動の消滅を検出して接合状態を判定し、同一仕様の振動センサによって亀裂破損または接合剥離異常の検出が行えるようになっている。
従って、接合強度の割合には被接合部材の重量が重く、被接合部材の振動振幅が小さくなって振動振幅の検出が困難な超音波接合であっても接合良否の判定が可能となるとともに、第１または第２の振動センサは超音波振動子の振動周波数域よりは格段に高い振動周波数帯域で接合良否判定を行うので、応動周波数の帯域幅が圧縮され、１種類の安価な振動センサによって第１の周波数帯域から第２の周波数帯域の全体帯域において信号検出が可能となり、１個または複数個のセンサによって接合不良と亀裂破損または接合剥離異常とを単独または協調して検出することによって小型安価な超音波接合制御装置が得られる効果がある。
【００１６】
また、接合良否の判定と亀裂破損または接合剥離異常の有無は、異なる周波数帯域の検出信号に分離してから判定され、少なくとも亀裂破損または接合剥離異常の判定結果は記憶回路に一時保存されるので、異常判定手段の負担が軽減され高速・高精度な異常判定を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置の全体構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線による超音波接合制御装置の部分平面図である。
【図３】図１の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である。
【図４】図１の超音波接合制御装置の説明用タイムチャートである。
【図５】図１の超音波接合制御装置の説明用特性線図である。
【図６】図１の超音波接合制御装置の動作説明用のフローチャートである。
【図７】図６の中の１部工程の詳細動作説明用のフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の全体構成図である。
【図９】図８の超音波接合制御装置の部分平面図である。
【図１０】図８の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である。
【図１１】図８の超音波接合制御装置の説明用タイムチャートである。
【図１２】図８の超音波接合制御装置の動作説明用のフローチャートである。
【図１３】図１２の中の１部工程の詳細動作説明用のフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置における全体制御ブロック図である。
【図１５】図１４の超音波接合制御装置の説明用タイムチャートである。
【図１６】図１４の超音波接合制御装置の動作説明用のフローチャートである。
【図１７】図１６の中の一部工程の詳細動作説明用のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の超音波接合制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
（１）実施の形態１に係る超音波接合制御装置の構成の詳細な説明
以下、この発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置の全体構成図である図１と、図１の超音波接合制御装置のＡ−Ａ線による部分平面図である図２と、図１の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である図３によって、実施の形態１に係る超音波接合制御装置の構成を詳細に説明する。
【００１９】
図１、図２において、超音波接合装置１００Ａは第一から第四部分によって構成されており、第一部分は基台１１０と背柱１１１と天板１１２によって構成された側面形状がコの字形の静止機構と、この静止機構に設けられた後述の可動部及び駆動部によって構成されている。
第二部分は基台１１０の上面に搬入搭載されて、図２の上方へ移送される例えば陶器またはセラミックス、ガラスなどの被接合部材１２０と、この被接合部材１２０の表面に所定の間隔をおいて順次接合される薄膜テープ状の接合部材１２１であり、この接合部材１２１は図示しない巻枠リールから巻出されるようになっている。
第三部分は被接合部材１２０を順次移送する搬送移動機構１６０であり、第四部分は基台１１０の近隣に設置された全体制御盤１９０Ａとなっている。
【００２０】
まず、第一部分における天板１１２には後述のバランサ１３６を保持固定するための壁板１１３が固定され、基台１１０の右上面には例えばエアシリンダである補助押圧機構１１４が固定され、この補助押圧機構１１４の可動ピストンの先端にはゴム材である緩衝部材１１５を介して第１の振動センサ１１６が取り付けられており、ピストンが左動押出しされると第１の振動センサ１１６は被接合部材１２０の右端面に対して図示しない非硬化性グリースを介して当接するようになっている。
【００２１】
第１の振動センサ１１６は数１００ＫＨｚから数ＭＨｚ帯で応答する例えば圧電素子を用いた半導体センサであり、被接合部材１２０に発生する振動に基づく圧力を検出して、圧力に比例した電圧信号を発生するものであって、所定の換算係数を用いて機械的な振動振幅にも換算することができる。
なお、後述する第１の振動センサ１５２の場合も同様であるが、第１の振動センサ１５２を使用する場合には第１の振動センサ１１６は不要である。
【００２２】
また、非硬化性グリースは例えばゲル状のシリコーングリースであって、第１の振動センサ１１６と被接合部材１２０間の密着性を向上して、超音波振動が伝わりやすくするためのものである。
また、緩衝部材１１５は超音波振動が補助押圧機構１１４へ伝播するのを防止するためのものであり、例えば硬度８０〜９０Ｈｓ程度のゴム材が使用されている。
【００２３】
第一部分における可動部は、接合部材１２１を押圧する接触子１３０と、この接触子１３０が１端に固定された第１のリード部材１３１と、例えば２０ＫＨｚの一定周波数で振動する超音波振動子１３２と、この超音波振動子１３２と第１のリード部材１３１の１端または接触子１３０との間に連結され、超音波振動を増幅する超音波ホーン１３３と、１端に超音波振動子１３２が固定された第２のリード部材１３４と、第１・第２のリード部材１３１・１３４の他端に固定された結合ブロック１３５とによって構成されており、後述の押圧センサ１４４と可動部全体の重力は壁板１１３に固定された例えばエアシリンダであるバランサ１３６によって減殺するように、一定推力で持上げ駆動されている。なお、接触子１３０には加振側の振動状態を検出するための第３の振動センサ１３８が取付け設置されている。
【００２４】
第一部分における駆動部は、天板１１２の上面に固定され、回転センサ１４１を備えたサーボモータ１４０と、このサーボモータ１４０の出力回転軸であるスクリューシャフト１４２に対して噛合い係合して、サーボモータ１４０の回転方向に応じて上下方向に昇降する押圧駆動機構１４３と、この押圧駆動機構１４３と可動部の結合ブロック１３５との間に設けられた例えばロードセルである押圧センサ１４４と、例えば１対のエアシリンダである補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂの可動ピストンである可動部分１４６ａ、１４６ｂと、可動部分１４６ａ、１４６ｂの下端に固定された押圧駆動機構１５０と、によって構成されている。
【００２５】
押圧駆動機構１５０の下面にはゴム材である緩衝部材１５１が接着されており、緩衝部材１５１の下面には第１の振動センサ１５２が埋設され、被接合部材１２０の上面に対して図示しない非硬化性グリースを介して当接するようになっている。
なお、押圧駆動機構１５０の一部部領域は図２で示すとおり一対の押圧板１５０ａ・１５０ｂに分割され、接触子１３０によって押圧されている接合部材１２１の前後（図２の上下位置）を押圧するようになっている。
補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂは押圧駆動機構１５０によって被接合部材１２０と接合部材１２１を基台１１０に押圧して、微振動による被接合部材１２０の這い出しを防止し、接合部材１２１の接合点の変動を防止するためのものとなっている。
【００２６】
第三部分となる搬送移動機構１６０には、図１、図２で示すとおり４個のエアシリンダである昇降機構１６１ａ（１６１ｂ〜１６１ｄは図示せず）と、この昇降機構の可動ピストンの先端に設けられた吸着盤１６２ａ〜１６２ｄが設けられ、吸着盤１６２ａ〜１６２ｄによって被接合部材１２０を吸着し、昇降機構１６１ａ〜１６１ｄを上昇させてから搬送移動機構１６０を図２の上方に移動させて停止し、昇降機構１６１ａ〜１６１ｄを下降させてから吸着盤１６２ａ〜１６２ｄを開放し、再び昇降機構１６１ａ〜１６１ｄを上昇させてから図２の下方に移動復帰することによって、被接合部材１２０を順次前進移送するようになっている。
なお、被接合部材１２０を前進移動（図２の上方）させると、接合部材１２１は図示しない巻枠リールから巻出されて被接合部材１２０と一体になって移動するようになっている。
第四部分となる全体制御盤１９０Ａは図３で後述するとおり、超音波接合制御装置３００Ａ、搬送制御ユニット３１０、電源制御ユニット３３０Ａ、駆動制御ユニット３４０によって構成されている。
【００２７】
図３において、超音波接合制御装置３００Ａはマイクロプロセッサ３０１と協働するプログラムメモリ３０２Ａを主体として構成されており、その制御機能は異常検出ユニット３２０Ａと、搬入移送指令ユニット６０３と、押圧制御指令ユニット６０４と、電源制御指令ユニット６０６に大別されている。
搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動する搬送制御ユニット３１０は例えばプログラマブルコントローラによって構成され、前述したエアシリンダを主体として構成されたワーク搬送機構３１１を制御し、被接合部材１２０や接合部材１２１であるワークの上昇・移送・下降駆動を行ったり、補助押圧機構１１４、１４５ａ、１４５ｂの押圧制御を行なうようになったりしている。
駆動制御ユニット３４０は搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動した速度パターン３４１に基づいてサーボアンプ３４２を介してサーボモータ１４０を回転駆動し、回転センサ１４１によって検出された回転速度が目標とする回転速度となるように制御して、接触子１３０を接合部材１２１に対して接近駆動したり、離間駆動したりするようになっている。
また、駆動制御ユニット３４０は、押圧制御指令ユニット６０４からの押圧指令に応動した押圧力パターン３４４に基づいてサーボアンプ３４２を介してサーボモータ１４０の発生トルクを制御し、押圧センサ１４４によって検出された押圧力が目標とする押圧力となるように制御して、接触子１３０を接合部材１２１に対して押圧駆動するようになっている。
【００２８】
電源制御ユニット３３０Ａは電源制御指令ユニット６０６からの加振制御指令に応動する電圧／電流発生パターン３３１に基づいて振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流の目標値を設定し、電圧／電流センサ３３３によって検出された振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を監視しながら負帰還制御を行なうようになっている。
なお、振動子駆動電圧源３３２は例えばＡＣ１００Ｖの商用電源を入力電源として動作し、昇圧回路を介してＡＣ１０００Ｖ以下で２０ＫＨｚの一定高周波数の高電圧を発生するが、その出力電圧や出力電流は昇圧回路の前段部または後段部において検出されるようになっている。
また、目標電圧または目標電流は後述の第１の振幅抑制手段３２１ｃと第２の振幅抑制手段３２２ｃからの指令によって漸減するとともに、検出出力電流が過大にならないように目標出力電圧を抑制するか、検出出力電圧が過大とならないように目標出力電流を抑制するようになっている。
異常検出ユニット３２０Ａは第１の帯域フィルタ３２１ａ、第２の帯域フィルタ３２２ａ、第３の帯域フィルタ３２３ａを包含し、第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号を第１の異常判定手段３２１ｂ、第２の異常判定手段３２２ｂ、第３の異常判定手段３２３ｂと第１の振幅抑制手段３２１ｃ、第２の振幅抑制手段３２２ｃへ入力するようになっている。
また、第４の異常判定手段３２４ｂは電圧／電流センサ３３３と第３の振動センサ１３８の出力信号が入力された第４の帯域フィルタ３２４ａの出力信号に応動するようになっている。
【００２９】
第１の帯域フィルタ３２１ａの中心周波数は振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数（例えば２０ＫＨｚ）よりも格段に高い周波数であって、接合部材１２１と被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域である例えば２００ＫＨｚ〜１ＭＨｚの間の特定周波数で入出力ゲインが大きな値となるようにフィルタ特性が選択決定されている。
第２の帯域フィルタ３２２ａの中心周波数は、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる亀裂発生時または接合剥離異常発生時のどちらか一方の固有振動周波数として、例えば０．５〜４ＭＨｚの中の特定周波数で入出力ゲインが大きな値となるようにフィルタ特性が選択調整されている。
第３の帯域フィルタ３２３ａの中心周波数は、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる亀裂発生時または接合剥離異常発生時のどちらか他方の固有振動周波数として、例えば０．５〜４ＭＨｚの中の特定周波数で入出力ゲインが大きな値となるようにフィルタ特性が選択調整されている。
なお、第２の帯域フィルタ３２２ａ、第３の帯域フィルタ３２３ａはフィルタ特性の特性選択調整指令３２２ｄによって選択調整されるが、第１の帯域フィルタ３２１ａについても可変調整するのが望ましいく、実機運転の中でフーリエ解析によって特定周波数域を抽出し、この特定周波数域において信号振幅の監視を行うようになっている。
第４の帯域フィルタ３２４ａの中心周波数は振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の周波数に相当した例えば２０ＫＨｚとなっている。
【００３０】
第１の異常判定手段３２１ｂは、第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号を監視して、図４（Ｇ）で後述するとおり加振開始後の所定時間域においてこの出力信号の信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１に達していなかった場合には接合不良であると判定するようになっている。
第２の異常判定手段３２２ｂは、第２の帯域フィルタ３２２ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号を監視して、図５（Ａ）で後述するとおりこの出力信号の信号振幅が第２の限界振幅Ｈ２２を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて被接合部材１２０に亀裂破損異常が発生したと判定するようになっている。
第３の異常判定手段３２３ｂは、第３の帯域フィルタ３２３ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号を監視して、図５（Ｂ）で後述するとおりこの出力信号の信号振幅が第３の限界振幅Ｈ３を超えたときに第３の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて被接合部材１２０と接合部材１２１との間に接合剥離異常が発生したと判定するようになっている。
第４の異常判定手段３２４ｂは、第４の帯域フィルタ３２４ａを介して得られる第３の振動センサ１３８の出力信号と、電圧／電流センサ３３３の検出信号とを対比して、振動子駆動電圧源３３２に供給された入力電圧に対応した出力電流と振動振幅が得られているかどうかによって設備異常の有無を判定するようになっている。
【００３１】
第１から第４の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂのいずれかが異常判定を行うと異常処理指令発生ユニット６１８Ａが異常処理指令を発生して、異常報知と異常発生情報の保存記憶と装置の自動停止を行うようになっている。
第１から第４の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂのいずれもが異常判定を行わなかったときは、図示しない手動停止指令が発生していない限りは継続指令発生ユニット６１４が継続運転を許可する継続指令を発生するようになっている。
第１の振幅抑制手段３２１ｃは第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）による信号振幅が図４（Ｇ）、（Ｅ）で後述する第１の判定閾値Ｈ１１を超過したときには、所定の遅延時間Δτをおいてから振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を時間経過にともなって漸減させるようになっていて、漸減度合は一定値であるかまたは第１の判定閾値Ｈ１１からの超過度合に比例して急減させるようにしてもよい。
第２の振幅抑制手段３２２ｃは第２の帯域フィルタ３２２ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）による信号振幅が図５（Ａ）で後述するとおり第２の判定閾値Ｈ２１を超過しているときに振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を所定量だけ低減させるようになっていて、低減度合は所定値であるかまたは第２の判定閾値Ｈ２１からの超過度合に比例して低減させるようにしてもよい。
【００３２】
（２）実施の形態１に係る超音波接合制御装置の作用・動作の詳細な説明
以下、図１〜図３のとおり構成されたこの発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置について、図４に示すタイムチャートと図５に示す特性線図に基づいて制御動作の概要を説明する。
図４（Ａ）はワークの搬入、搬出移送動作を示しており、板状の被接合部材１２０と薄膜テープ状の接合部材１２１であるワークを順次移動させて、超音波接合部位を順次接触子１３０の下部に移動させるために、搬送移動機構１６０と昇降機構１６１ａ〜１６１ｄと吸着盤１６２ａ〜１６２ｄが協働して、第１時刻帯４０１ａで前進して搬出と搬入を行い、隣接する第１’時刻帯４０１ａａにおいて空荷で後退し、第６時刻帯４０６ａから同様の繰返し動作を行うようになっている。
図４（Ｂ）はサーボモータ１４０による接触子１３０の昇降動作を示しており、第１時刻帯４０１ａに続く後続時刻帯４０１ｂにおいて下降動作を行い、第６時刻帯４０６ａの先行時刻帯４０６ｂにおいて上昇動作を行うようになっている。
図４（Ｃ）は補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂによる押圧駆動機構１５０の昇降動作を示しており、後続時刻帯４０１ｂに続く後続時刻帯４０１ｃにおいて下降動作を行い、先行時刻帯４０６ｂの更なる先行時刻帯４０６ｃにおいて上昇動作を行うようになっている。
【００３３】
なお、エアシリンダである補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂは接触子１３０を昇降させる押圧駆動機構１４３と連動して昇降し、接触子１３０の下降完了に伴って押圧駆動機構１５０の下降押圧動作を行い、やがて押圧駆動機構１５０の上昇動作の開始を待って接触子１３０の上昇動作を行うようになっている。
図４（Ｄ）はサーボモータ１４０による接触子１３０の押圧動作を示しており、後続時刻帯４０１ｃに続くに後続時刻帯４０１ｄにおいて押圧動作を行い、先行時刻帯４０６ｃの更なる先行時刻帯４０６ｄにおいて押圧解除動作を行うようになっている。
押圧力の上昇・下降パターンについては様々な考え方があり、例えば図４（Ｄ）の点線
で示したとおりなだらかに漸増させてもよい。
図４（Ｅ）は超音波振動子１３２に印加される振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の波高値を示しており、接合部材１２１が接触子１３０によって所定圧力以上の圧力で押圧された後続時刻帯４０１ｄに続く第１時刻４０１ｅで加振開始し、所定の出力電圧を維持しながら後述する第４’時刻４０４ｅｅに至り、第４’時刻４０４ｅｅ以降は後述の加振抑制動作によって漸減し、後述する第５時刻４０５ｅまでには出力電圧はゼロになっている。
【００３４】
加振開始時刻４０１ｅと加振完了時刻４０５ｅとの間の時間である指令発生期間は予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
加振完了時刻４０５ｅ以後は先行時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂを経て第６時刻帯４０６ａへ移行するようになっている。
図４（Ｆ）は接触子１３０の機械的振動を検出するために設けられた第３の振動センサ１３８から第４の帯域フィルタ３２４ａを介して得られる加振側の振動振幅を示している。
接触子１３０の振動は加振開始時刻４０１ｅと同じ振動開始時刻４０１ｆから発生開始し、摺動面の汚れ具合によって変化する滑動振動振幅を維持しながら滑動終了時刻である第２時刻４０２ｆに至り、第２時刻４０２ｆから図４（Ｇ）の接合開始時刻４０４ｇにかけては摺動面の研磨を行うための負荷増加に伴って振動振幅は漸減し、加振抑制が開始する第４’時刻４０４ｆｆから信号振幅は更に漸減して、加振完了に伴って信号振幅はゼロになっている。
【００３５】
図４（Ｇ）は第１の振動センサ１５２（または１１６）による被加振側の信号振幅を示しており、この出力信号は図４（Ｆ）の場合の機械的振動信号電圧とは異なっており、振動開始時刻４０１ｇ、滑動終了時刻４０２ｇ、接合開始時刻４０４ｇを経て加振完了時刻４０５ｇに至るようになっている。
図４（Ｅ）における第４’時刻４０４ｅｅは、図５（Ｇ）における擦れ振動の信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１未満から以上に増加した時点から遅延時間Δτだけ経過した時点に相当しており、この遅延時間Δτは接合開始時刻４０４ｇを過ぎて、振動振幅がＨ１２まで低下した時点に相当している。
なお、遅延時間Δτの設定に代わって第１の振動センサ１５２の出力信号の減少開始時点を検出し、この時点で加振抑制を開始するようにしてもよい。
【００３６】
図３の第２の帯域フィルタ３２２ａの出力波形の一例を示す図５（Ａ）において、２ＭＨｚ付近の周波数において信号検出出力が増大しており、これは被接合部材１２０がガラス板である場合のクラック発生時点の波形を示している。
図３で示した第２の振幅抑制手段３２２ｃは、第２の帯域フィルタ３２２ａの出力が図５（Ａ）で示された第２の判定閾値Ｈ２１を超過すると、直ちに超音波振動子１３２に対する印加電圧を低減するようになっている。
図３で示した第２の異常判定手段３２２ｂは、第２の帯域フィルタ３２２ａの出力が図５（Ａ）で示された第２の限界振幅Ｈ２２を超過すると、亀裂破損が発生したと判定するようになっている。
図３の第３の帯域フィルタ３２３ａの出力波形の一例を示す図５（Ｂ）において、１ＭＨｚ付近の周波数において信号検出出力が増大しており、これは被接合部材１２０がガラス板である場合の接合剥離異常の発生時点の波形を示している。
図３で示した第３の異常判定手段３２３ｂは、第３の帯域フィルタ３２３ａの出力が図５（Ｂ）で示された第３の限界振幅Ｈ３を超過すると、接合剥離異常が発生したと判定するようになっている。
【００３７】
次に、図１〜図３のとおり構成されたこの発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置について、図６、図７に示すフローチャートに基づいて制御動作の詳細を説明する。
図６において、工程６００は超音波接合制御装置３００Ａの主体構成要素であるマイクロプロセッサ３０１の制御動作の開始ステップ、続く工程６０１ａはサーボモータ１４０によって接触子１３０を上昇させるとともに、補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂによって押圧駆動機構１５０を上昇するように上昇指令を発生するステップであり、後述の工程６１３で既に上昇動作が行われているときは工程６０１ａによる上昇動作は不要である。
続く工程６０２はワークの搬入移送指令を発生するステップであり、この指令によって搬送制御ユニット３１０は図１、図２における吸着盤１６２ａ〜１６２ｄを下降して被接合部材１２０を吸着・上昇し、搬送移動機構１６０を前進移動させてから吸着盤１６２ａ〜１６２ｄを下降・解除・上昇し、空荷で初期位置に後退する一連の搬送制御が行われるようになっている。
続く工程６０１ｂはサーボモータ１４０に対して接触子１３０を下降させる指令を発生するとともに、補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂによって押圧駆動機構１５０を下降させるステップであり、工程６０１ａ、６０２、６０１ｂによって構成された工程ブロック６０３は搬入移送指令発生工程となっていて、これらの動作は図４（Ａ）の第１時刻帯４０１ａと第１’時刻帯４０１ａａ、図４（Ｂ）の第１時刻帯４０１ｂ、図４（Ｃ）の第１時刻帯４０１ｃにおいて実行されるものである。
続く工程６０４はサーボモータ１４０に対して接触子１３０を接合部材１２１に押圧するための指令を発生する押圧制御指令発生工程である。
続く工程６０５は接触子１３０の押圧力が所定値に到達したかどうかを判定し、未到達であればＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、到達すればＹＥＳの判定を行って工程６０６へ移行する判定ステップであり、これらの動作は図４（Ｄ）の第１時刻帯４０１ｄ以降で実行されるものである。
【００３８】
なお、接触子１３０の昇降制御と押圧制御は図３の駆動制御ユニット３４０によって実行されており、マイクロプロセッサ３０１は押圧センサ１４４の出力を監視して、押圧制御指令の発生と停止のみを行うようになっている。
続く工程６０６は超音波振動子１３２に対して所定周波数の駆動電圧を印加するための電源制御指令発生工程であり、電源制御指令が発生すると図３の電源制御ユニット３３０Ａは所定の出力パターンに基づいて振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を負帰還制御するようになっている。
続く工程６０７は工程６０６が駆動電圧を発生する指令発生期間を決定するための加振完了時期判定工程となるステップであり、この指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定され、未到達であればＮＯの判定を行って工程ブロック６２０Ａへ移行し、到達であればＹＥＳの判定を行って工程６０８へ移行するようになっている。
【００３９】
工程ブロック６２０Ａは図７で後述するとおり接合良否と異常発生の有無を判定するための接合良否判定工程であり、続く工程６１７Ａは図７の工程６２８が異常判定情報を記憶しているかどうかを読み出して、異常発生ならＹＥＳの判定を行って工程６１８Ａへ移行し、異常発生していなければＮＯの判定を行って工程６０９ａへ移行する異常判定工程である。
工程６０９ａは図７の工程６３１が一定量の加振抑制指令を記憶しているか、または工程６３４が漸減加振抑制指令を記憶しているかどうかを読み出して、加振抑制指令を記憶していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、加振抑制指令を記憶しておればＹＥＳの判定を行って工程６１９へ移行する判定ステップ、工程６１９は図３の電源制御ユニット３３０Ａに対して目標とする出力電圧または出力電流を一定量だけ低減するか、または時間経過に伴って漸減する指令を発生してから工程６０９ｂへ移行するステップである。
工程６０９ｂは振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が所定の下限電圧以下に低下したかどうかを判定し、低下していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、低下すればＹＥＳの判定を行って工程６１２へ移行するようになっている。
工程６１８Ａは少なくとも異常発生を報知し、異常発生情報を保存記憶してから工程６１２へ移行する異常発生処理工程である。
【００４０】
工程６０８では第一の異常判定が行われ、時間超過異常の発生を記憶して少なくとも異常報知を行なって工程６１２へ移行する。
工程６１２は電源制御ユニット３３０Ａに対して超音波振動子１３２への駆動停止指令を発生するステップであり、工程６０６から工程６１２の間で図４（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）の第１時刻４０１ｅから第５時刻４０５ｅまでの動作が実行されるようになっている。
続く工程６１３は電源制御ユニット３３０Ａに対して接触子１３０の押圧停止指令と接触子１３０及び補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂの上昇指令を発生するステップであり、これは図４（Ｄ）、（Ｃ）、（Ｂ）の第６時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂにおいて実行されるものである。
続く工程６１４は運転を継続するかどうかの判定ステップであり、図示しない手動操作スイッチによる運転停止要求が発生していたり、工程６１８Ａによる異常処理が運転停止を行うものであった場合にはＮＯの判定を行って動作終了行程６１５へ移行し、運転継続許可である場合にはＹＥＳの判定を行って工程６０１ａへ復帰するようになっている。
動作終了行程６１５では図示しない手動操作スイッチによって再始動指令が発生すると動作開始工程６００へ移行するようになっている。
【００４１】
図７において、工程６２１は図６の工程ブロック６２０Ａで示したサブルーチンプログラムの開始工程であり、一連の制御プログラムの後に設けられた工程６２９は図６の工程６１７Ａへ移行する復帰工程となっている。
工程６２１に続いて実行される工程６２２ａは、図３で示された第４の異常判定手段３２４ｂとなるものであり、振動子駆動電圧源３３２による出力電圧対出力電流特性に関する標準特性に比べて、実際の出力電流が過大または過少であった場合には、振動子駆動電圧源３３２または超音波振動子１３２の異常であるとしてＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、出力電流に異常がなければＮＯの判定を行って工程６２２ｂへ移行する判定ステップである。
工程６２２ｂは、図３で示された第２の異常判定手段３２２ｂ、第３の異常判定手段３２３ｂに相当しており、第２の帯域フィルタ３２２ａ、第３の帯域フィルタ３２３ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の検出出力が図５（Ａ）の第２の限界振幅Ｈ２２や図５（Ｂ）の第３の限界振幅Ｈ３で示された限界振幅を超過したときに亀裂破損異常または接合剥離異常が発生したとしてＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、異常発生が無ければＮＯの判定を行って工程６３０へ移行する判定ステップである。
工程６２８は異常発生を記憶して工程６２９へ移行するステップである。
工程６３０は図３で示された第２の振幅抑制手段３２２ｃに相当しており、第２の帯域フィルタ３２２ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の検出出力が図５（Ａ）で示された第２の判定閾値Ｈ２１を超過したときにＹＥＳの判定を行って工程６３１へ移行し、第２の判定閾値Ｈ２１に達しないときにはＮＯの判定を行って工程６３２へ移行する判定ステップである。
【００４２】
工程６３１では振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を一定量だけ低減する定量加振抑制指令を記憶してから工程６３２へ移行するようになっている。
工程６３２は図３で示された第１の振幅抑制手段３２１ｃに相当しており、第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の検出出力が図４（Ｇ）で示された第１の判定閾値Ｈ１１を超過したときに接合見込みがあるとしてＹＥＳの判定を行って工程６３３へ移行し、第１の閾値Ｈ１１に達しないときにはＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップである。
工程６３３は図４（Ｇ）における遅延時間Δτが経過したかどうかを判定し、経過していなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行し、経過すればＹＥＳの判定を行って工程６３４へ移行する判定ステップである。
【００４３】
工程６３４は振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を時間経過に伴って順次漸減する漸減加振抑制指令を記憶してから工程６２９へ移行するステップである。
なお、工程６２８、工程６３１、工程６３４が異常発生と加振抑制指令を記憶していないときには、図６において工程ブロック６２０Ａから工程６１７Ａ（ＮＯの判定）と工程６０９ａ（ＮＯの判定）と工程６０４、工程６０５、工程６０６と工程６０７（ＮＯの判定）を経て工程ブロック６２０Ａが繰返して実行され、やがて工程６０７がＹＥＳの判定を行えば工程６０８へ移行して巡回ルーチンを脱出し、その前に異常発生の判定が行われると工程６１８Ａへ移行して巡回ルーチンを脱出し、加振抑制指令が記憶されると工程６１９を含む巡回ルーチンとなって工程６０６において超音波振動子１３２に対する印加電圧が低減または順次漸減することになる。
その後は工程６０９ｂによって振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が所定の下限電圧以下となったことを判定して工程６１２へ脱出するか、工程６０７が時間超過の判定を行って工程６０８へ脱出することになる。
【００４４】
（３）実施の形態１に係る超音波接合制御装置の要点と特徴
以上の説明で明らかなとおりこの発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構１４３から押圧される接触子１３０によって、接合部材１２１を被接合部材１２０に圧接するとともに、前記接触子１３０には振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が印加される超音波振動子１３２が連結されて、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材１２１と被接合部材１２０とを接合するようにした超音波接合装置１００Ａに対する超音波接合制御装置３００Ａであって、前記接合部材１２１が前記接触子１３０によって押圧されているときに、前記被接合部材１２０に当接される第１の振動センサ１５２（または１１６）の検出出力に応動する異常検出ユニット３２０Ａを備え、前記異常検出ユニット３２０Ａは前記第１の振動センサ１５２（または１１６）で検出可能な周波数帯域全体の中の下方帯域であって、第１の周波数帯域の出力信号を抽出する第１の帯域フィルタ３２１ａと、前記周波数帯域全体の中の上方帯域である第２の周波数帯域の出力信号を抽出する第２の帯域フィルタ３２２ａとを備えるとともに、第１及び第２の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂを備えている。
【００４５】
前記第１の帯域フィルタ３２１ａの中心周波数は前記振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数よりも高い周波数であって、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域と重なり合っており、前記第２の帯域フィルタ３２２ａの中心周波数は、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる亀裂破損または接合剥離発生時の固有振動周波数に応じて、選択切換または可変調整され、前記第１の異常判定手段３２１ｂは、前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号を監視して、加振開始後の所定時間域においてこの出力信号の信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１に達していなかった場合には接合不良であると判定し、前記第２の異常判定手段３２２ｂは、前記第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号の信号振幅が、前記第２の周波数帯域において第２の限界振幅Ｈ２２を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて前記被接合部材１２０または前記接合部材１２１の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したと判定するようになっている。
【００４６】
前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、第１の振幅抑制手段３２１ｃ及び第２の振幅抑制手段３２２ｃを備え、前記第１の振幅抑制手段３２１ｃは前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号の信号振幅が前記第１の判定閾値Ｈ１１を超過してから所定の遅延時間Δτだけ遅れた時点または前記出力信号が減少を開始した時点において前記振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を漸減開始し、前記第２の振幅抑制手段３２２ｃは前記第２の帯域フィルタ３２２ａを介して得られる前記第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号の信号振幅が第２の判定閾値Ｈ２１を超過したときに前記振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を低減し、前記第２の判定閾値Ｈ２１は前記第２の異常判定手段３２２ｂにおいて適用される第２の限界振幅Ｈ２２よりは低い信号振幅となっている。
【００４７】
以上のとおり、第１及び第２の帯域フィルタを介して得られる第１の振動センサによる信号振幅が、第１、第２の判定閾値を超過すると振動子駆動電圧源に対する目標出力電圧または目標出力電流を漸減または低減するようになっている。
従って、摩擦摺動の進行に伴って第１の振動センサによって検出される信号振幅が増大したときに、接合完了時刻を予測して加振振幅を抑制し、接合剥離や亀裂破損が発生するのを防止することができる。
【００４８】
前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、第３の帯域フィルタ３２３ａと第３の異常判定手段３２３ｂとを備え、前記第３の帯域フィルタ３２３ａの中心周波数は、前記第１の振動センサ１５２（または１１６）で検出可能な周波数帯域全体の中にある第３の周波数帯域にあって、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる接合剥離または亀裂破損異常の一方が発生するときの固有振動周波数に応じて、選択切換または可変調整され、前記第３の異常判定手段３２３ｂは、前記第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号の信号振幅が、前記第３の周波数帯域において第３の限界振幅Ｈ３を超えたときに第３の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて前記被接合部材１２０と前記接合部材１２１との間で接合剥離または亀裂破損異常の一方が発生したと判定し、前記第２の帯域フィルタ３２２ａと第２の異常判定手段３２２ｂは接合剥離または亀裂破損異常の他方の判定を行うように相互に機能分担している。
【００４９】
以上のとおり、第３の帯域フィルタと第３の異常判定手段とを備え、第１の振動センサを用いて接合部材と被接合部材間に発生する接合剥離異常または亀裂破損異常の一方を検出し、他方の異常は第２の帯域フィルタと第２の異常判定手段によって検出するようになっている。
従って、亀裂破損異常と接合剥離異常の有無は、それぞれに固有の周波数帯域の検出信号に分離してから判定され、亀裂破損異常と接合剥離異常の判定結果はそれぞれ個別の記憶回路に一時保存されるので、異常判定手段の負担が軽減され高速・高精度な異常判定を行うことができる。
【００５０】
前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、前記振動子駆動電圧源３３２の入力回路または出力回路に設けられた電圧または電流検出手段である電圧／電流センサ３３３に応動する第４の異常判定手段３２４ｂを備え、第４の異常判定手段３２４ｂは、前記電圧／電流センサ３３３の検出信号の出力特性について測定記憶された標準特性と、新に測定された検出信号の出力特性とを対比して、前記振動子駆動電圧源３３２に供給された入力電圧に対応した出力電流が得られているかどうかによって電源異常の有無を判定するようになっている。
【００５１】
以上のとおり、振動子駆動電圧源に対する電圧／電流センサを備え、第４の異常判定手段が付加されて振動子駆動電圧源の出力信号を監視するようになっている。
従って、超音波接合作業工程の中で、接合良否の判定処理と並行して振動子駆動電圧源の異常の有無が検出されるので、不良品が流出するのが防止されるとともに、異常発生要因が明確になって異常処理を容易に行うことができる。
また、接合完了に伴って摺動摩擦が消滅し、第１の振動センサの信号出力がゼロになったとする判定において、電源異常による信号出力の停止ではないことを確認することによって誤った判定を回避することができる。
【００５２】
前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、第３の振動センサ１３８の出力信号が入力される第４の帯域フィルタ３２４ａを備え、前記第３の振動センサ１３８は前記接触子１３０に接近して設置された加振機構の振動振幅を検出するための振動センサであり、前記第４の帯域フィルタ３２４ａは、前記振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数を中心周波数として動作する帯域フィルタであり、前記第４の異常判定手段３２４ｂは更に、前記電圧／電流センサ３３３の検出信号と前記第４の帯域フィルタ３２４ａの出力信号を対比して、前記接触子１３０を含む加振機構の振動振幅が前記電圧／電流センサ３３３の検出出力に対応した振動振幅となっているかどうかを判定するようになっている。
【００５３】
以上のとおり、加振機構の振動振幅を検出するための第３の振動センサと第４の帯域フィルタが設けられ、第４の異常判定手段によって加振機構の異常の有無を含めた設備異常の有無を判定するようになっている。
従って、超音波接合作業工程の中で、接合良否の判定処理と並行して振動子駆動電圧源及び超音波振動子を含む加振機構の異常の有無が検出されるので、不良品が流出するのが防止されるとともに、異常発生要因が明確になって異常処理を容易に行うことができる。
【００５４】
前記押圧駆動機構１４３は駆動制御ユニット３４０から駆動制御されるサーボモータ１４０によって押圧駆動され、この駆動制御ユニット３４０には回転センサ１４１と押圧センサ１４４とが入力信号として接続されていて、前記駆動制御ユニット３４０は速度制御モードとトルク制御モードとを有するサーボアンプ３４２を備え、前記速度制御モードでは前記回転センサ１４１によって検出された前記サーボモータ１４０の回転速度が所定の速度パターン３４１と一致するよう負帰還制御が行われて、前記接触子１３０を前記接合部材１２１に対して接近駆動または離間駆動し、前記トルク制御モードでは前記押圧センサ１４４によって検出された前記接触子１３０と前記接合部材１２１との間の圧力が、所定の押圧力パターン３４４に基づいて漸増して一定値を保ち、前記振動子駆動電圧源３３２の出力停止に伴って押圧力が解除され、前記接触子１３０が離間駆動されている間に前記接合部材１２１と被接合部材１２０が搬入または移送されるようになっている。
【００５５】
以上のとおり、速度制御モードとトルク制御モードで制御されるサーボモータによって、接触子の接近・離間駆動と押圧駆動が行われるようになっている。
従って、接触子の接近・離間駆動を速やかに行うとともに、接合部材とは微速接触して回転慣性体の突合による接合部材または被接合部材の亀裂破損を防止することができる。
また、押圧力は押圧センサによって検出されて正確に制御され、安定した超音波接合が行える。
【００５６】
前記接触子１３０は第１のリード部材１３１の１端に取付け固定されるとともに、前記超音波振動子１３２は第２のリード部材１３４の１端に取付け固定され、前記第１及び第２のリード部材１３１、１３４の他端は共通の結合ブロック１３５に固定され、前記超音波振動子１３２と前記接触子１３０または前記第１のリード部材１３１の１端との間は超音波振動を増幅する超音波ホーン１３３によって連結され、前記接触子１３０と第１のリード部材１３１と結合ブロック１３５と第２のリード部材１３４と超音波振動子１３２と超音波ホーン１３３とは一体化された可動部を構成し、前記可動部は前記押圧センサ１４４を介して前記サーボモータ１４０から押圧駆動されるとともに、前記可動部の全体の重力は対抗設置されたバランサ１３６によって減殺されている。
【００５７】
以上のとおり、押圧センサはサーボモータによる押圧駆動機構と、超音波発生源を含む可動部との間に設置され、可動部全体の重力はバランサによって減殺されて接触子の押圧力として作用しないようになっている。
従って、押圧センサによって接触子に作用する押圧力を正確に検出することができるとともに、押圧センサには超音波振動が直接印加されないので、超音波振動による押圧センサの検出特性の悪化が防止され、更に超音波振動子は無駄な重量体の加振を行わないので消費電力が抑制される。
【００５８】
前記振動子駆動電圧源３３２は電源制御ユニット３３０Ａを構成し、当該電源制御ユニット３３０Ａは前記電圧／電流センサ３３３によって検出された出力電圧または出力電流が、目標とする出力電圧または出力電流と合致するように振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を負帰還制御するとともに、目標出力電圧と検出された出力電流との積は所定値以下となるように目標出力電圧が抑制されるか、または目標出力電流と検出された出力電圧との積は所定値以下となるように目標出力電流が抑制されるようになっている。
【００５９】
以上のとおり、超音波振動子に供給される振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流は電圧／電流センサを用いて負帰還制御されている。
従って、負荷抵抗の変動があっても目標とする出力電圧または出力電流が得られ、電圧／電流センサの出力信号と振動センサの出力信号とを対比して異常の有無を正確に判定することができるとともに、過大な振動振幅が発生するのを防止することができる。
【００６０】
超音波接合制御装置３００Ａを用いた超音波接合制御方法であって、前記接合部材１２１に対する前記接触子１３０の押圧力が所定値以上になってから、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程６０６と、前記出力電圧をゼロにして、前記接触子１３０の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程６０７と、前記第２の異常判定手段３２２ｂの判定結果に応動する異常判定工程６１７Ａと、前記第１または第２の振幅抑制手段３２１ｃ、３２２ｃが加振振幅の抑制指令を発生したときに、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸減または低減させる加振抑制開始工程６１９と、前記異常判定工程６１７Ａによって亀裂破損異常または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常処理工程６１８Ａとを備えている。
【００６１】
前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間内に前記加振抑制開始工程６１９による加振抑制が完了して振動子駆動電圧源３３２ぼ出力電圧が所定の下限電圧以下に低下していないときには第１の異常判定が行われて、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われ、前記異常判定工程６１７Ａが異常判定を行ったときと、前記加振抑制開始工程６１９による加振抑制が完了したときは、予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっている。
【００６２】
以上のとおり、異常検出方法は、電源制御指令発生工程と、加振完了時期判定工程、異常判定工程と、加振抑制開始工程と、異常発生処理工程となる手順によって構成されていて、加振指令発生期間内に異常判定が行われると加振動作を停止し、加振指令発生期間内に加振振幅の抑制指令が発生すると加振振幅は漸減又は低減するとともに、加振指令発生期間内に異常判定が行われず，加振抑制が完了しないときは加振指令期間の完了によって第一の異常判定が行われ，加振指令発生期間内に異常判定が行われず、加振抑制が完了したときは加振指令期間は短縮されて正常接合が行われたと判定するようになっている。
従って、異常発生が検出されない限りは、正常に超音波接合が行われたものと看做して所定時間後には超音波振動の発生を停止して、次回作業に移行できるとともに、過少時間による接合不良や過大時間にわたる振動付与に伴う亀裂破損の発生が防止される。
また、被加振側の振幅が過大とならないように抑制されるとともに、異常発生時には自動的に加振動作を停止することができる。
また，第二の帯域フィルタによって亀裂破損又は接合剥離異常の危険が予知されると段階的に加振抑制を強化して，強力な振動付与に伴う亀裂破損や接合剥離異常の発生が防止される。
【００６３】
実施の形態２．
（１）この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の構成の詳細な説明
以下、この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の全体構成図である図８と、図８の超音波接合制御装置のＢ−Ｂ線による部分平面図である図９（Ａ）と、図９（Ａ）のＣ−Ｃ線による部分断面図である図９（Ｂ）と、図８の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である図１０によって、図１〜図３の超音波接合制御装置との相違点を中心にしてその構成を詳細に説明する。
なお、各図において同一符号は同一または相当部分を示し、符号に対する添字ＡとＢは実施形態の違いによる相当部分を示しており、実施形態２の場合には加振側に第２の振動センサ１３７が設けられているのが大きな相違点となっている。
図８、図９において、超音波接合装置１００Ｂは第１から第四部分によって構成されており、第一部分は図１の超音波接合制御装置と同様に基台１１０と背柱１１１と天板１１２によって構成された側面形状がコの字形の静止機構と、この静止機構に設けられた後述の可動部と駆動部によって構成されている。
【００６４】
第二部分も同様であり、基台１１０の上面に搬入搭載されて、図９（Ａ）の上方へ移送される例えば陶器やセラミックス、ガラスなどの被接合部材１２０と、この被接合部材１２０の表面に所定の間隔をおいて順次接合される薄膜テープ状の接合部材１２１によって構成されており、この接合部材１２１は図示しない巻枠リールから巻出されるようになっている。
第三部分は被接合部材１２０を順次移送する搬送架台１７０であり、第四部分は基台１１０の近隣に設置された全体制御盤１９０Ｂとなっている。
まず、第一部分における天板１１２には後述のバランサ１３６を保持固定するための壁板１１３が固定され、基台１１０の上面には緩衝部材１１７を介して第１の振動センサ１１８が固定され、この第１の振動センサ１１８は被接合部材１２０の下面に対して図示しない非硬化性グリースを介して当接するようになっている。
第１の振動センサ１１８は数１００ＫＨｚから数ＭＨｚ帯で応答する例えば圧電素子を用いた半導体センサであり、被接合部材１２０に発生する振動に基づく圧力を検出して、圧力に比例した電圧信号を発生するものであって、所定の換算係数を用いて機械的な振動振幅にも換算することができる。
【００６５】
なお、後述する第１の振動センサ１７２の場合も同様であるが、第１の振動センサ１７２を使用する場合には第１の振動センサ１１８は不要である。
また、非硬化性グリースは例えばゲル状のシリコーングリースであって、第１の振動センサ１１８と被接合部材１２０間の密着性を向上して、超音波振動が伝わりやすくするためのものである。
また、緩衝部材１１７は超音波振動が基台１１０へ伝播するのを防止するためのものであり、例えば硬度８０〜９０Ｈｓ程度のゴム材が使用されている。
第一部分における可動部は、図１の場合と同様に構成されており、接合部材１２１を押圧する接触子１３０と、第１のリード部材１３１と、超音波振動子１３２と、超音波振動を増幅する超音波ホーン１３３と、第２のリード部材１３４と、第１、第２のリード部材１３１、１３４の他端に固定された結合ブロック１３５とによって構成されており、押圧センサ１４４と可動部全体の重力は壁板１１３に固定された例えばエアシリンダであるバランサ１３６によって減殺するように、一定推力で持上げ駆動されている。
【００６６】
なお、接触子１３０には加振側の振動状態を測定するための第２の振動センサ１３７が設けられていて、第２の振動センサ１３７の場合も第１の振動センサ１７２（または１１８）と同様に摺動摩擦による擦れ振動を検出するためのものであって、数１００ＫＨｚから数ＭＨｚ帯域の振動信号を検出することができるようになっている。
第一部分における駆動部は、図１の場合と同様に回転センサ１４１を備えたサーボモータ１４０と、スクリューシャフト１４２に対して噛合い係合する押圧駆動機構１４３とロードセルである押圧センサ１４４と、補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂの可動ピストンである可動部分１４６ａ、１４６ｂと、可動部分１４６ａ、１４６ｂの下端に固定された押圧駆動機構１５０とによって構成されている。
押圧駆動機構１５０の下面にはゴム材である緩衝部材１５１が接着されており、緩衝部材１５１の下面には第１の振動センサ１５２が埋設され、被接合部材１２０の上面に対して図示しない非硬化性グリースを介して当接するようになっている。
【００６７】
但し、後述する第１の振動センサ１７２や前述した第１の振動センサ１１８を設ける場合には第１の振動センサ１５２は不要である。
なお、押圧駆動機構１５０の一部領域は図９（Ａ）で示すとおり一対の押圧板１５０ａ、１５０ｂに分割され、接触子１３０によって押圧されている接合部材１２１の前後（図９（Ａ）の上下位置）を押圧するようになっている。
図９（Ａ）（Ｂ）で示すとおり、緩衝部材１５１の下面には第１の振動センサ１５２が設けられ、図示しない非硬化性グリースを介して被接合部材１２０の上面に接触するようになっている。
第三部分となる搬送架台１７０には、図示しない昇降機構と、前進後退駆動機構によって被接合部材１２０を上昇・移送・下降させて図９（Ａ）の上方に移動させて停止し、被接合部材１２０を載置してから再び昇降機構を更に下降させてから図９（Ａ）の下方に移動復帰することによって、被接合部材１２０を順次前進移送するようになっている。
搬送架台１７０の上面には緩衝部材１７１を介して第１の振動センサ１７２が設けられ、この第１の振動センサ１７２は図示しない非硬化性グリースを介して被接合部材１２０の下面に接触するようになっている。
第四部分となる全体制御盤１９０Ｂは図１０で後述するとおり、超音波接合制御装置３００Ｂ、搬送制御ユニット３１０、電源制御ユニット３３０Ｂ、駆動制御ユニット３４０によって構成されている。
【００６８】
図１０において、超音波接合制御装置３００Ｂはマイクロプロセッサ３０１と協働するプログラムメモリ３０２Ｂを主体として構成されており、その制御機能は異常検出ユニット３２０Ｂと、搬入移送指令ユニット６０３と、押圧制御指令ユニット６０４と、電源制御指令ユニット６０６に大別されている。
搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動する搬送制御ユニット３１０と、搬入移送指令ユニット６０３及び押圧制御ユニット６０４からの指令に応動する駆動制御ユニット３４０は図３の場合と同様である。
電源制御指令ユニット６０６に応動する電源制御ユニット３３０Ｂも図３の場合と同様であるが、図１０の場合には目標出力電圧または出力電流を漸減させる機能が設けられていない。
異常検出ユニット３２０Ｂは一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａ及び第２の帯域フィルタ３２２ａを包含し、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）及び第２の振動センサ１３７の出力信号を第１の異常判定手段３２１ｂ、第２の異常判定手段３２２ｂへ入力するようになっている。
また、電源異常を検出するための第４の異常判定手段３２４ｂｂには電源制御ユニット３３０Ｂの電圧／電流センサ３３３が入力信号として接続されている。
【００６９】
摩擦摺動面の擦れ振動と亀裂破損異常の両方を検出するための第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）は図３の場合と同様に２００ＫＨｚから４ＭＨｚの周波数帯域の振動が検出できるものであり、第１の帯域フィルタ３２１ａ、第２の帯域フィルタ３２２ａと第１の異常判定手段３２１ｂ、第２の異常判定手段３２２ｂも図３の場合と同様である。
第４の異常判定手段３２４ｂは、振動子駆動電圧源３３２に供給された入力電圧に対応した出力電流が得られているかどうかによって電源異常の有無を判定するようになっている。
【００７０】
なお、第２の振動センサ１３７による検出信号の周波数を振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の周波数に等しい例えば２０ＫＨｚにし、第１の帯域フィルタ３２１ａａは第１の帯域フィルタ３２１ａとは異なるものにしておけば、電圧／電流センサ３３３の動作状態と第２の振動センサ１３７の検出出力を対比して設備異常の有無をより正確に判定することができる。
但し、以下の説明では第２の振動センサ１３７も第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）と同じ周波数帯域で動作して、摺動摩擦面の擦れ振動を検出するものとして説明する。
旧データ更新記憶手段３２５ａは一対の多段階シフトレジスタであって、第１の帯域フィルタ３２１ａから得られる第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の出力信号を順次記憶し、所定時間以上の旧データはオーバーフローして消失するとともに、第１の帯域フィルタ３２１ａａから得られる第２の振動センサ１３７の出力信号を順次記憶し、所定時間以上の旧データはオーバーフローして消失するように構成されている。
【００７１】
新旧データ比較手段３２５ｂは旧データ更新記憶手段３２５ａに格納された最新データと所定時間以前の旧データとを比較して新旧データの変化の有無を判定するようになっている。
前記接合完了判定手段３２５Ｂは図１１（Ｇ）、（Ｆ）で後述するとおり、第１、第２の振動センサによって検出された擦れ振動の信号振幅が、第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１未満から以上に変化した後に、所定の下限閾値Ｈ１３、ｈ１３未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
第１、第２、第４の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂ、３２４ｂｂのどれかが異常判定を行うか、所定時間内に接合完了判定部３２５ｃが接合完了判定を行わなかった場合には異常処理指令発生ユニット６１８Ｂが異常処理指令を発生して、異常報知と異常発生情報の保存記憶と装置の自動停止を行うようになっている。
第１、第２、第４の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂ、３２４ｂｂのどれもが異常判定を行わなかったときは、図示しない手動停止指令が発生していないがきりは継続指令発生ユニット６１４が継続運転を許可する継続指令を発生するようになっている。
【００７２】
接合完了判定手段３２５Ｂは更に、尚早異常判定部３２５ｄを包含しており、接触子１３０に対する加振が開始されてから、出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小時間未満であった場合には、接合異常であると判定するかまたは少なくとも当該接合完了判定を無効とするようになっている。
但し、所定の最小時間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用されていて、最小時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
【００７３】
（２）この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の作用・動作の詳細な説明
以下、図８〜図１０のとおり構成されたこの発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置について、図１１に示すタイムチャートに基づき、図４の場合との相違点を中心にして制御動作の概要を説明する。
図１１（Ａ）は図４（Ａ）と同様にワークの搬入・搬出移送動作を示しており、図４の場合は被接合部材１２０を上方の搬送移動機構１６０によって移送するものであるのに対し、図１１の場合は被接合部材１２０の下方に設けられた搬送架台１７０によって移送するようになっていることが異なっている。
図１１（Ｂ）は図４（Ｂ）と同様に接触子１３０の昇降動作を示している。
図１１（Ｃ）は図４（Ｃ）と同様に押圧駆動機構１５０の昇降動作を示している。
図１１（Ｄ）は図４（Ｄ）と同様に接触子１３０の押圧動作を示している。
【００７４】
図１１（Ｅ）は図４（Ｅ）と同様に振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の波高値を示しており、接合部材１２１が接触子１３０によって所定の圧力に押圧された後続時刻帯４０１ｄに続く第１時刻４０１ｅで加振開始し、所定の出力電圧を維持しながら第３時刻４０３ｅに至り、第３時刻４０３ｅから後述する接合完了時刻である第４時刻４０４ｅまでは出力電圧やゆるやかに漸増し、この第４時刻４０４ｅ以降は急減し、後述する加振完了時刻である第５時刻４０５ｅ以前において出力電圧はゼロになっている。
加振開始時刻４０１ｅから加振完了時刻４０５ｅの期間である加振指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間Ｔｍａｘまたは最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
【００７５】
加振開始時刻４０１ｅから漸増開始時刻４０３ｅの期間である最短指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間Ｔｍｉｎまたは最小エネルギー量が適用されていて、最短指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
加振完了時刻４０５ｅ以後は先行時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂを経て第６時刻帯４０６ａへ移行するようになっている。
図１１（Ｆ）は接触子１３０側に設けられた第２の振動センサ１３７によって検出された擦れ振動の信号振幅を示している。
図１１（Ｇ）は図４（Ｇ）と同様に被接合部材１２０側に設けられた第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）によって検出された擦れ振動の信号振幅を示している。
なお、図１１（Ｆ）、（Ｇ）において第１時刻４０１ｆ、４０１ｇは振動開始時刻、第２時刻４０２ｆ、４０２ｇは接合面の汚染による滑動終了時刻、第４時刻４０４ｆ、４０４ｇは接合開始時刻であり、第１、第２の振動センサの出力信号が下限閾値Ｈ１３、ｈ１３まで減少した時点が図１１（Ｅ）で示された接合完了時刻４０４ｅで示されている。
【００７６】
図１１（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）と図４（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）との主な相違点は、図１１側では超音波振動子１３２に対する駆動電圧を途中から漸増させ、接合完了が遅れている場合にこれを促進するようになっている。
このような漸増制御は実施の形態に限らず、前述の実施の形態１や後述の実施の形態３においても適用することができるものである。
また、図４（Ｅ）の場合には第２の振動センサ１３７を備えておらず、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の検出出力が第１の判定閾値Ｈ１１を超過してから所定の遅延時間Δτをおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を漸減させるようになっているのに対し、図１１（Ｅ）の場合には接合完了判定手段３２５Ｂが接合完了判定を行った第４時刻４０４ｅにおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を急減停止するようになっていることである。
但し、図１１（Ｅ）の場合であっても、超音波振動子１３２に対する印加電圧を急減停止しないで、点線で示すように漸減停止するようにしても良い。
【００７７】
次に、図８〜図１０のとおりに構成されたこの発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置について、図１２、図１３に示すフローチャートに基づいて、図６、図７との相違点を中心にして制御動作の詳細を説明する。
図１２において、工程６００は超音波接合制御装置３００Ｂの主体構成要素であるマイクロプロセッサ３０１の制御動作の開始ステップであるが、工程６００から工程６０６と、工程６１３から工程６１５までは図６と同じ動作を行うものであるから説明は省略する。
工程６０６に続く工程６０７は工程６０６が駆動電圧を発生する指令発生期間を決定するための加振完了時期判定工程となるステップであり、この指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定され、未到達であればＮＯの判定を行って工程ブロック６２０Ｂへ移行し、到達であればＹＥＳの判定を行って工程６０８へ移行するようになっている。
【００７８】
工程ブロック６２０Ｂは図１３で後述するとおり接合良否と異常発生の有無を判定するための接合良否判定工程であり、続く工程６１７Ｂは図１３の工程６２８が異常判定情報を記憶しているかどうかを読み出して、異常発生ならＹＥＳの判定を行って工程６１８Ｂへ移行し、異常発生していなければＮＯの判定を行って工程６０９ａへ移行する異常判定工程である。
工程６０９ａは図１３の工程６２７が接合完了判定を記憶しているかどうかを読み出して、完了判定を記憶していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、完了判定を記憶しておればＹＥＳの判定を行って工程６１２ｂへ移行する判定ステップ、工程６１２ｂは図１０の電源制御ユニット３３０Ｂに対して目標とする出力電圧または出力電流を急減停止する指令を発生してから工程６１３へ移行するステップである。
工程６１８Ｂは少なくとも異常発生を報知し、異常発生情報を保存記憶してから工程６１２ａへ移行する異常発生処理工程である。
工程６０８は工程６０７がＹＥＳの判定を行ったことに伴って、所定の加振期間内において異常判定は行われなかったものの、接合完了判定も得られていないことになるので、第１の異常判定が行われ少なくとも時間超過異常の発生を記憶してから工程６１２ａへ移行するステップとなっている。
工程６１２ａは電源制御ユニット３３０Ｂに対して超音波振動子１３２への駆動停止指令を発生するステップであり、続いて工程６１３へ移行するようになっている。
【００７９】
図１３において、工程６２１は図１２の工程ブロック６２０Ｂで示したサブルーチンプログラムの開始工程であり、一連の制御プログラムの後に設けられた工程６２９は図１２の工程６１７Ｂへ移行する復帰工程となっている。
工程６２１に続いて実行される工程６２２ａは、図１０で示された第４の異常判定手段３２４ｂｂに相当し、電源異常があればＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、電源異常が無ければＮＯの判定を行って工程６２２ｂへ移行するようになっている。
工程６２２ｂは、図１０で示された第２の異常判定手段３２２ｂに相当しており、亀裂破損異常または接合剥離異常が発生したときはＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、異常発生が無ければＮＯの判定を行って工程６２４ａへ移行する判定ステップである。
【００８０】
工程６２４ａと工程６２５ａによって構成された工程ブロック６２３は、図１０における旧データ更新記憶手段３２５ａが一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａから得られる第１データと第２データを読込んで所定時間以前の旧データはオーバーフローする多段階シフトレジスタに対する読取りシフトを行うステップである。
続く工程６２４ｂでは工程６２４ａで記憶された新旧の第１データについて大小比較を行って工程６２４ｃへ移行する。
工程６２４ｃは工程６２４ｂによる比較結果として第１データが第１の判定閾値Ｈ１１以上に増加し、やがて下限閾値Ｈ１３未満になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２５ｂへ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図１１（Ｇ）における信号振幅の消滅直前時点が検出されることになる。
続く工程６２５ｂでは工程６２５ａで記憶された新旧の第２データについて大小比較を行って工程６２５ｃへ移行する。
工程６２５ｃは工程６２５ｂによる比較結果として第２データが第１の判定閾値ｈ１１以上に増加し、やがて下限閾値ｈ１３未満になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２６へ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図１１（Ｆ）における信号振幅の消滅直前時点が検出されることになる。
但し、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）と第２の振動センサ１３７のどちらか一方だけを有するものの場合には有するものの場合には工程６２４ａ、工程６２４ｂ、工程６２４ｃか、工程６２５ａ、工程６２５ｂ、工程６２５ｃのどちらかが省略されるようになっている。
【００８１】
工程６２６は図１０の尚早異常判定部３２５ｄに相当しており、加振開始から接合完了判定までの経過時間が過小であるときにはＹＥＳの判定を行って工程６２８または工程６２９へ移行し、所定の最小時間を超過しておればＮＯの判定を行って工程６２７へ移行する。
工程６２７は接合完了判定を記憶して工程６２９へ移行するステップであり，工程６２８は異常発生を記憶して工程６２９へ移行するステップである。
なお、工程６２７、工程６２８が接合完了と異常発生を記憶していないときには、図１２において工程ブロック６２０Ｂから工程６１７Ｂ（ＮＯの判定）と工程６０９ａ（ＮＯの判定）と工程６０４、工程６０５、工程６０６と工程６０７（ＮＯの判定）を経て工程ブロック６２０Ｂが繰返して実行され、やがて工程６０７がＹＥＳの判定を行えば工程６０８へ移行して巡回ルーチンを脱出し、その前に異常発生の判定が行われると工程６１８Ｂへ移行して巡回ルーチンを脱出し、接合完了が判定されると工程６１２ｂへ移行して巡回ルーチンを脱出するようになっている。
【００８２】
（３）実施の形態２に係る超音波接合制御装置の要点と特徴
以上の説明で明らかなとおりこの発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構１４３から押圧される接触子１３０によって、接合部材１２１を被接合部材１２０に圧接するとともに、前記接触子１３０には振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が印加される超音波振動子１３２が連結されて、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材１２１と被接合部材１２０とを接合するようにした超音波接合装置１００Ｂに対する超音波接合制御装置３００Ｂであって、前記接合部材１２１が前記接触子１３０によって押圧されているときに、前記被接合部材１２０に当接される第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の検出出力であるか、または前記接触子１３０側に設けられた第２の振動センサ１３７の検出出力に応動する異常検出ユニット３２０Ｂを備え、前記異常検出ユニット３２０Ｂは前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７で検出可能な周波数帯域全体の中の下方帯域であって、第１の周波数帯域の出力信号を抽出する第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａと、前記周波数帯域全体の中の上方帯域である第２の周波数帯域の出力信号を抽出する第２の帯域フィルタ３２２ａとを備えるとともに、第１の異常判定手段３２１ｂ及び第２の異常判定手段３２２ｂを備えている。
【００８３】
前記第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａの中心周波数は前記振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数よりも高い周波数であって、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域と重なり合っており、前記第２の帯域フィルタ３２２ａの中心周波数は、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる亀裂破損または接合剥離発生時の固有振動周波数に応じて、選択切換または可変調整され、前記第１の異常判定手段３２１ｂは、前記第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａを介して得られる前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７の出力信号を監視して、加振開始後の所定時間域においてこの出力信号の信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１・ｈ１１に達していなかった場合には接合不良であると判定し、前記第２の異常判定手段３２２ｂは、前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７の出力信号の少なくとも一方の信号振幅が、前記第２の周波数帯域において第２の限界振幅Ｈ２２を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて前記被接合部材１２０または前記接合部材１２１の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したと判定するようになっている。
【００８４】
前記異常検出ユニット３２０Ｂは更に、接合完了判定手段３２５Ｂを備え、前記接合完了判定手段３２５Ｂは前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の出力信号データ、または前記第１の帯域フィルタ３２１ａａを介して得られる前記第２の振動センサ１３７の出力信号データの少なくとも一方について、所定の時間差をおいて新旧データを対比して、信号振幅が前記第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１未満から以上に変化した後に、所定の下限閾値Ｈ１３、ｈ１３未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
【００８５】
以上のとおり、第１または第２の振動センサの出力信号の信号振幅が時系列として増加から減少に転じて、所定の下限値未満となったことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
従って、摺動摩擦の発生と接合完了に伴う摺動摩擦の消失の両方を複合的に判断して接合完了判定が行われ、超音波接合によって寸法変化が生じ難い材料や、摩擦熱の検出が行いにくい材料に対する超音波接合であっても、正確に接合完了判定を行うことができる。
【００８６】
前記接合完了判定手段３２５Ｂは更に、前記接触子１３０に対する加振が開始されてから、前記出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小時間未満であった場合には、接合異常であると判定するか、または少なくとも当該接合完了判定を無効とし、前記所定の最小時間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用されていて、最小時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
【００８７】
以上のとおり、接合完了判定が行われる時期が尚早であるときには，接合異常であるかまたは少なくとも当該接合完了判定を無効にするようになっている。
従って、接合完了判定が有効となる時間帯が制限されるので、ノイズ誤動作によって一時的に信号出力が増大するようなことがあっても誤った接合判定が行われる確率が改善低下する。
【００８８】
この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置３００Ｂを用いた超音波接合制御方法であって、前記接合部材１２１に対する前記接触子１３０の押圧力が所定値以上になってから、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程６０６と、前記出力電圧をゼロにし、前記接触子１３０の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程６０７と、前記第２の異常判定手段３２２ｂに応動する異常判定工程６１７Ｂと、前記接合完了判定手段３２５Ｂを実行する接合完了判定工程６２０Ｂと、前記異常判定工程６１７Ｂによって亀裂破損または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常処理工程６１８Ｂとを備えていて、前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、前記異常判定工程６１７Ｂが異常判定を行ったときと、前記接合完了判定工程６２０Ｂが接合完了を判定したことによって、予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっていて、前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間内に前記異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果が得られないときには第１の異常判定が行われ、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われる。
【００８９】
以上のとおり、この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置を用いた異常検出方法は、電源制御指令発生工程と、加振完了時期判定工程と、異常判定工程と、接合完了判定工程と異常発生処理工程となる手順によって構成されていて、加振指令発生期間内に異常判定または接合完了判定が行われると加振動作を停止し、加振指令発生期間内に異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果も得られないときには時間超過異常処理が行われるようになっている。
従って、正常に接合完了して継続動作を持続するか、異常発生が検出されて異常内容に応じた異常処理を行うか、接合完了または異常発生のいずれの判定も得られない時間超過判定に応じた異常処理を行うことができるとともに、正常接合完了時には超音波振動の発生を停止して、接合完了後の加振延長時間が短縮されて過大時間にわたる振動付与に伴う亀裂破損や接合剥離の発生が防止される。
【００９０】
前記電源制御指令発生工程６０６では、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の発生開始直後からの初期期間では前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を一定値に維持しておいて、前記予備実験によって得られた最小接合時間または最小エネルギー量に相当する時間の経過に伴って、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸増し、前記出力抑制開始または発生停止時期の到来に伴って、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸減または停止するようになっている。
以上のとおり、出力電圧または出力電流は一定値を維持した後に漸増する特性となるよう制御されている。
従って、接合完了が遅延しているときには、徐々に加振振幅を増大させて接合を促進することができる。
【００９１】
実施の形態３．
（１）この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置の構成の詳細な説明
以下、この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である図１４によって、図１０の超音波接合制御装置との相違点を中心にしてその構成を詳細に説明する。
なお、各図において同一符号は同一または相当部分を示し、符号に対する添字ＢとＣは実施形態の違いによる相当部分を示しており、実施形態３の場合には接合完了にともなって加振振幅を漸減させるようになっていることと、超音波振動子１３２に対する印加電圧は中間時期から漸増しない一定値となっているのが大きな相違点となっている。
図１４において超音波接合装置１００Ｃの全体構成は図８の場合と同じであり、全体制御盤１９０Ｃを構成する超音波接合制御装置３００Ｃはマイクロプロセッサ３０１とプログラムメモリ３０２Ｃを主体として動作し、その制御機能は異常検出ユニット３２０Ｃと、搬入移送指令ユニット６０３と、押圧制御指令ユニット６０４と、電源制御指令ユニット６０６に大別されており、振動センサとしては被加振側の第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）と加振側の第２の振動センサ１３７が併用されている。
搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動する搬送制御ユニット３１０はワーク搬送機構３１１を制御し、搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令と押圧制御指令ユニット６０４からの押圧指令に応動する駆動制御ユニット３４０はサーボモータ１４０を制御し、電源制御指令ユニット６０６からの加振制御指令に応動する電源制御ユニット３３０Ｃは超音波振動子１３２を駆動する。
【００９２】
図１０に示される超音波接合制御装置との相違点として、異常検出ユニット３２０Ｃには相対異常判定手段３２６ｂが付加されている。
相対異常判定手段３２６ｂは第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）に接続された第１の帯域フィルタ３２１ａと第２の振動センサ１３７に接続された第１の帯域フィルタ３２１ａａの出力信号の相対比率が所定の上下限値の域外であることによって相対異常判定を行うようになっており、図１０に示される超音波接合制御装置にも適用可能なものである。
なお、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）は被接合部材１２０との密着性を維持するための非硬化性グリースの管理を適切に行えば、高感度に接合面で発生する擦れ振動を検出できる。
また、第２の振動センサ１３７による擦れ振動の検出は低感度となるが、非硬化性グリースを介して接触子１３０に取付け固定されるので相手面が固定されており、安定した密着性を有する。
異常検出ユニット３２０Ｃに付加された接合開始判定部３２５ｅは、第１の帯域フィルタ３２１ａや第１の帯域フィルタ３２１ａａを介して得られる第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）や第２の振動センサ１３７の出力信号の振幅が、後述の図１５（Ｇ）、（Ｆ）で示した第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１を超過してから、減少開始判定閾値Ｈ１２、ｈ１２まで減少した時点で接合開始判定信号を発生して、振動子駆動電圧源３３２に対して出力電圧の漸減指令を供給するようになっている。
なお、図１０で示された尚早異常判定部３２５ｄは図１４でも適用できるものであるが、説明を割愛している。
【００９３】
次に、図１４のとおり構成されたこの発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置について、図１５に示すタイムチャートに基づいて、図４、図１１の場合との相違点を中心にして制御動作の概要を説明する。
図１５（Ａ）は図４（Ａ）と同様にワークの搬入・搬出移送動作を示しており、図４の場合は被接合部材１２０を上方の搬送移動機構１６０によって移送するものであるのに対し、図１５の場合は被接合部材１２０の下方に設けられた搬送架台１７０によって移送するようになっていることが異なっている。
図１５（Ｂ）は図４（Ｂ）と同様に接触子１３０の昇降動作を示している。
図１５（Ｃ）は図４（Ｃ）と同様に押圧駆動機構１５０の昇降動作を示している。
図１５（Ｄ）は図４（Ｄ）と同様に接触子１３０の押圧動作を示している。
従って、図１５（Ａ）〜（Ｄ）と図１１（Ａ）〜（Ｄ）とは同じ動作である。
【００９４】
図１５（Ｅ）は図４（Ｅ）と同様に振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の波高値を示しており、接合部材１２１が接触子１３０によって所定の圧力に押圧された後続時刻帯４０１ｄに続く第１時刻４０１ｅで加振開始し、後述する漸減開始時刻４０４ｅｅまでは出力電圧は一定値を保ち、接合完了時刻である第４時刻４０４ｅまでは出力電圧は漸減し、第４時刻４０４ｅ以降は加振抑制動作が完了して出力電圧は所定の下限電圧（通常は０Ｖ）となり、後述する加振完了時刻である第５時刻４０５ｅ以前に出力電圧はゼロになっている。
【００９５】
加振開始時刻４０１ｅから加振完了時刻４０５ｅの期間である加振指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間Ｔｍａｘまたは最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
加振完了時刻４０５ｅ以後は先行時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂを経て第６時刻帯４０６ａへ移行するようになっている。
図１５（Ｆ）は接触子１３０側に設けられた第２の振動センサ１３７によって検出された擦れ振動の信号振幅を示している。
図１５（Ｇ）は図４（Ｇ）と同様に被接合部材１２０側に設けられた第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）によって検出された擦れ振動の信号振幅を示している。
図１５（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）と図４（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）との主な相違点として、図４（Ｅ）の場合には第２の振動センサ１３７を備えておらず、第１の振動センサ１７２の検出出力が第１の判定閾値Ｈ１１を超過してから所定の遅延時間Δτをおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を漸減させるようになっているのに対し、図１５（Ｅ）の場合には接合開始判定部３２５ｅが接合開始を判定した第４’時刻４０４ｅｅにおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を漸減開始し、接合完了判定部３２５ｃが接合完了判定を行った第４時刻４０４ｅにおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を停止するようになっている。
【００９６】
また、図１５（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）と図１１（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）との主な相違点として、図１１（Ｇ）の場合には接合完了判定部３２５ｃが接合完了判定を行った第４時刻４０４ｅにおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を急減停止し、接合開始時点での漸減開始が行なわれていないが、図１５（Ｇ）の場合には、超音波振動子１３２に対する印加電圧を漸減した後に急減停止するようになっている。
【００９７】
（２）この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置の作用・動作の詳細な説明
次に、図１４のとおりに構成されたこの発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置について、図１６に示すフローチャートに基づいて、図６、図１２との相違点を中心にして制御動作の詳細を説明する。
図１６において、工程６００は超音波接合制御装置３００Ｃの主体構成要素であるマイクロプロセッサ３０１の制御動作の開始ステップであるが、工程６００から工程６０６と、工程６１３から工程６１５までは図６、図１２と同じ動作を行うものであるから説明は省略する。
工程６０６に続く工程６０７は工程６０６が駆動電圧を発生する指令発生期間を決定するための加振完了時期判定工程となるステップであり、この指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定され、未到達であればＮＯの判定を行って工程ブロック６２０Ｃへ移行し、到達であればＹＥＳの判定を行って工程６０８へ移行するようになっている。
【００９８】
工程ブロック６２０Ｃは図１７で後述するとおり接合良否と異常発生の有無を判定するための接合良否判定工程であり、続く工程６１７Ｃは図１７の工程６２８が異常判定情報を記憶しているかどうかを読み出して、異常発生ならＹＥＳの判定を行って工程６１８Ｃへ移行し、異常発生していなければＮＯの判定を行って工程６０９ａへ移行する異常判定工程である。
工程６０９ａは図１７の工程６２７ｃが接合開始判定を記憶しているかどうかを読み出して、開始判定を記憶していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、開始判定を記憶しておればＹＥＳの判定を行って工程６１９へ移行する判定ステップ、工程６１９は図１４の電源制御ユニット３３０Ｃに対して目標とする出力電圧または出力電流を漸減して加振抑制する指令を発生してから工程６０９ａへ復帰移行するステップである。
【００９９】
工程６０９ｂは図１７の工程６３７が接合完了判定を記憶しているかどうかを読み出して、完了判定を記憶していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、完了判定を記憶しておればＹＥＳの判定を行って工程６１２ｂへ移行する判定ステップ、工程６１２ｂは図１４の電源制御ユニット３３０Ｃに対して目標とする出力電圧または出力電流を急減停止する指令を発生してから工程６１３へ移行するステップである。
工程６１８Ｃは少なくとも異常発生を報知し、異常発生情報を保存記憶してから工程６１２ａへ移行する異常発生処理工程である。
【０１００】
工程６０８は工程６０７がＹＥＳの判定を行ったことに伴って、所定の加振期間内において異常判定は行われなかったものの、接合完了判定も得られていないことになるので、第１の異常判定を行って少なくとも時間超過異常の発生を記憶してから工程６１２ａへ移行するステップとなっている。
工程６１２ａは電源制御ユニット３３０Ｃに対して超音波振動子１３２への駆動停止指令を発生するステップであり、続いて工程６１３へ移行するようになっている。
なお、図１７における工程６２７ｃ、工程６２８が接合開始と異常発生を記憶しておらず、工程６３７が接合完了を記憶していないときには、図１６において工程ブロック６２０Ｃから工程６１７Ｃ（ＮＯの判定）と工程６０９ａ（ＮＯの判定）と工程６０４、工程６０５、工程６０６と工程６０７（ＮＯの判定）を経て工程ブロック６２０Ｃが繰返して実行され、接合開始記憶が行われて工程６０９ａの判定がＹＥＳになると工程６１９を含めた循環ループが構成されて工程６０６において出力電圧が順次漸減するようになっている。
やがて、接合完了記憶が行われて工程６０９ｂの判定がＹＥＳになると循環フローを脱出して工程６１２ｂへ移行するが、その前に異常判定が行われると工程６１７Ｃから工程６１８Ｃへ脱出し、異常発生もなく接合完了も行われていない状態で工程６０７がＹＥＳの判定を行えば工程６０８へ移行して巡回ルーチンを脱出し、第１の異常が発生したと判定されるようになっている。
【０１０１】
図１７において、工程６２１は図１６の工程ブロック６２０Ｃで示したサブルーチンプログラムの開始工程であり、一連の制御プログラムの後に設けられた図１７の工程６２９は図１６の工程６１７Ｃへ移行する復帰工程となっている。
工程６２１に続いて実行される工程６２２ａは、図１４で示された第４の異常判定手段３２４ｂｂに相当し、電源異常があればＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、電源異常が無ければＮＯの判定を行って工程６２２ｂへ移行するようになっている。
【０１０２】
工程６２２ｂは、図１４で示された第２の異常判定手段３２２ｂに相当しており、亀裂破損異常または接合剥離異常が発生したときはＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、異常発生が無ければＮＯの判定を行って工程６２２ｃへ移行する判定ステップである。
工程６２２ｃは、図１４で示された相対異常判定手段３２６ｂに相当しており、相対異常が発生したときはＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、異常発生が無ければＮＯの判定を行って工程６２４ａへ移行する判定ステップである。
【０１０３】
工程６２４ａと工程６２５ａによって構成された工程ブロック６２３は、図１４における旧データ更新記憶手段３２５ａが一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａから得られる第１データと第２データを読込んで所定時間以前の旧データはオーバーフローする多段階シフトレジスタに対する読取りシフトを行うステップである。
続く工程６２４ｂでは工程６２４ａで記憶された新旧の第１データについて大小比較を行って工程６２４ｃへ移行する。
工程６２４ｃは工程６２４ｂによる比較結果として第１データが第１の判定閾値Ｈ１１以上に増加し、やがて減少判定閾値Ｈ１２以下になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２５ｂへ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って図１７の工程６３４ｂへ移行する判定ステップであり、これにより図１５（Ｅ）における漸減開始時刻４０４ｅｅが検出されることになる。
【０１０４】
続く工程６２５ｂでは工程６２５ａで記憶された新旧の第２データについて大小比較を行って工程６２５ｃへ移行する。
工程６２５ｃは工程６２５ｂによる比較結果として第２データが第１の判定閾値ｈ１１以上に増加し、やがて減少判定閾値ｈ１２以下になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２７ｃへ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って図１７の工程６３４ｂへ移行する判定ステップであり、これにより図１５（Ｅ）における漸減開始時刻４０４ｅｅが検出されることになる。
【０１０５】
なお、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）と第２の振動センサ１３７のどちらか一方だけを有するものの場合には工程６２４ａ、工程６２４ｂ、工程６２４ｃか、工程６２５ａ、工程６２５ｂ、工程６２５ｃのどちらかが省略されるようになっている。
工程６２７ｃは接合開始判定を記憶して図１７の工程６３４ｂへ移行するステップであり、工程６２８は異常発生を記憶して工程６２９へ移行するステップである。
図１７の工程６３４ｂでは工程６２４ａで記憶された新旧の第１データについて大小比較を行って工程６３４ｃへ移行する。
工程６３４ｃは工程６３４ｂによる比較結果として第１データが第１の判定閾値Ｈ１１以上に増加し、やがて下限閾値Ｈ１３未満になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６３５ｂへ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図１５（Ｅ）における接合完了時刻４０４ｅが検出されることになる。
【０１０６】
続く工程６３５ｂでは工程６２５ａで記憶された新旧の第２データについて大小比較を行って工程６３５ｃへ移行する。
工程６３５ｃは工程６３５ｂによる比較結果として第２データが第１の判定閾値ｈ１１以上に増加し、やがて下限閾値ｈ１３未満になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６３７へ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図１５（Ｅ）における接合完了時刻４０４ｅが検出されることになる。
なお、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）と第２の振動センサ１３７のどちらか一方だけを有するものの場合には工程６３４ｂ、工程６３４ｃか、工程６３５ｂ、工程６３５ｃのどちらかが省略されるようになっている。
【０１０７】
（３）この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置の要点と特徴
以上の説明で明らかなとおりこの発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構１４３から押圧される接触子１３０によって、接合部材１２１を被接合部材１２０に圧接するとともに、前記接触子１３０には振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が印加される超音波振動子１３２が連結されて、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材１２１と被接合部材１２０とを接合するようにした超音波接合装置１００Ｃに対する超音波接合制御装置３００Ｃであって、前記接合部材１２１が前記接触子１３０によって押圧されているときに、前記被接合部材１２０に当接される第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の検出出力であるか、または前記接触子１３０側に設けられた第２の振動センサ１３７の検出出力に応動する異常検出ユニット３２０Ｃを備え、前記異常検出ユニット３２０Ｃは前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７で検出可能な周波数帯域全体の中の下方帯域であって、第１の周波数帯域の出力信号を抽出する一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａと、前記周波数帯域全体の中の上方帯域である第２の周波数帯域の出力信号を抽出する第２の帯域フィルタ３２２ａとを備えるとともに、第１及び第２の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂを備えている。
【０１０８】
前記一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａの中心周波数は前記振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数よりも高い周波数であって、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域と重なり合っており、前記第２の帯域フィルタ３２２ａの中心周波数は、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる亀裂破損または接合剥離発生時の固有振動周波数に応じて、選択切換または可変調整され、前記第１の異常判定手段３２１ｂは、前記一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａを介して得られる前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７の出力信号を監視して、加振開始後の所定時間域においてこの出力信号の信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１に達していなかった場合には接合不良であると判定し、前記第２の異常判定手段３２２ｂは、前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７の出力信号の少なくとも一方の信号振幅が、前記第２の周波数帯域において第２の限界振幅Ｈ２２を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて前記被接合部材１２０または前記接合部材１２１の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したと判定するようになっている。
【０１０９】
前記異常検出ユニット３２０Ｃは更に、接合完了判定手段３２５Ｃを備え、前記接合完了判定手段３２５Ｃは前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の出力信号データ、または前記第１の帯域フィルタ３２１ａａを介して得られる前記第２の振動センサ１３７の出力信号データの少なくとも一方について、所定の時間差をおいて新旧データを対比して、信号振幅が前記第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１未満から以上に変化した後に、所定の下限閾値Ｈ１３、ｈ１３未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
【０１１０】
以上のとおり、第１の振動センサまたは第２の振動センサの出力信号の信号振幅が時系列として増加から減少に転じて、所定の下限閾値未満となったことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
従って、摺動摩擦の発生と接合完了に伴う摺動摩擦の消失の両方を複合的に判断して接合完了判定が行われ、超音波接合によって寸法変化が生じ難い材料や、摩擦熱の検出が行いにくい材料に対する超音波接合であっても、正確に接合完了判定を行うことができる。
【０１１１】
前記異常検出ユニット３２０Ｃは更に、第２の振動センサ１３７の出力信号が入力される第１の帯域フィルタ３２１ａａと相対異常判定手段３２６ｂとを備え、前記第２の振動センサ１３７は前記接触子１３０に接近して設置されて、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動を検出する振動センサであり、前記第１の帯域フィルタ３２１ａａの中心周波数は、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域内にあり、前記相対異常判定手段３２６ｂは前記第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）に接続された第１の帯域フィルタ３２１ａと前記第２の振動センサ１３７に接続された第１の帯域フィルタ３２１ａａの出力信号の相対比率が所定の上下限値の域外であることによって相対異常判定を行うようになっている。
【０１１２】
以上のとおり、接合面の摺動摩擦による擦れ振動を検出するために、加振機構側に設けられた第２の振動センサの出力信号を第１の帯域フィルタを介して監視し、第１振動センサと第２の振動センサによって検出された擦れ振動の信号振幅を対比することによって、第１の振動センサまたは第２の振動センサの異常を検出するようになっている。
従って、相対異常が発生した場合は非硬化性グリースによって汚染されやすい第１の振動センサを疑うことになるが、第２の振動センサ側に異常がある場合であっても第１の振動センサまたは第２の振動センサの異常であるとしてこれを検出することができる。
【０１１３】
この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置３００Ｃを使用する超音波接合制御方法であって、前記接合部材１２１に対する前記接触子１３０の押圧力が所定値以上になってから、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程６０６と、前記出力電圧をゼロにし、前記接触子１３０の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程６０７と、前記第２の異常判定手段３２２ｂに応動する異常判定工程６１７Ｃと、前記接合完了判定手段３２５Ｃを実行する接合完了判定工程６２０Ｃと、前記第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａが擦れ振動の発生を検出し、接合開始に伴って擦れ振動の信号振幅が減少開始したときに前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸減させる加振抑制開始工程６１９と、前記異常判定工程６１７Ｃによって亀裂破損または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常処理工程６１８Ｃとを備えている。
【０１１４】
前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間内に前記異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果も得られないときには第１の異常判定が行われて、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われ、前記異常判定工程６１７Ｃが異常判定を行ったとき、または前記接合完了判定工程６２０Ｃで接合完了が判定されたときは、予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっている。
【０１１５】
以上のとおり、この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置を用いた異常検出方法は、電源制御指令発生工程と、加振完了時期判定工程と、異常判定工程と、接合完了判定工程と、加振抑制開始工程と、異常発生処理工程となる手順によって構成されていて、接合開始判定後には加振振幅は漸減するとともに、加振指令発生期間内に異常判定が行われるか接合完了判定が行われると加振動作を停止し、加振指令発生期間内に異常判定が行われず、接合完了判定も行われないときは加振指令期間の完了によって第１の異常判定が行われるようになっている。
【０１１６】
従って、正常に接合完了して継続動作を持続するか、異常発生が検出されて異常内容に応じた異常処理を行うか、接合完了または異常発生のいずれの判定も得られない時間超過判定に応じた異常処理を行うことができるとともに、正常接合完了時には超音波振動の発生を停止して、接合完了後の加振延長時間が短縮されて過大時間にわたる振動付与に伴う亀裂破損や接合剥離の発生が防止される。
また、接合開始時点で加振抑制動作が開始するので、接合過程での接合剥離を抑制することができる。
【０１１７】
（その他の実施の形態の説明）
以上の説明において、図３、図１０、図１４で示された全体制御ブロック図は、全体制御盤１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃの制御内容を機能単位で分割表示したものであって、実体としてのハードウエアの構成の仕方を示したものではない。
実態構成例の１つとして、全体制御盤はプログラマブルコントローラを主体として構成されていて、このプログラマブルコントローラの入出力バスにはオン・オフ制御用の汎用ボードの他に、アナログ入出力ボード、デジタルデータの入出力ボードなどの特殊オプションボードが接続され、ワーク搬送機構３１１に設けられたエアシリンダ用の電磁弁や動作確認センサと接続されるだけではなく、サーボアンプ３４２や振動子駆動電圧源３３２と直接接続され、負帰還制御の１部機能を分担するようになっている。
また、超音波接合制御装置３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ内の搬入移送指令ユニット６０３、押圧制御指令ユニット６０４、電源制御指令ユニット６０６もプログラマブルコントローラによって分担される機能である。
但し、異常検出ユニット３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃについてはハードウエアで構成された専用ボードが作成され、プログラマブルコントローラの入出力バスに接続されるようになっている。
【０１１８】
この専用ボードにはプログラマブルコントローラ内のマイクロプロセッサと直接交信する専用のマイクロプロセッサが設けられ、信号波形のフーリエ解析を行って接合判定を行うための信号周波数を決定したり、亀裂破損や接合剥離が発生する固有周波数を測定するための解析ツールに接続されるようになっている。
特に、第２、第３の帯域フィルタ３２２ａ、３２３ａを介して得られる亀裂検出信号や接合剥離検出信号は、ハードウエアによって第２、第３の限界振幅Ｈ２２・Ｈ３と比較され、比較判定結果を記憶回路で記憶し、この記憶回路の記憶情報をプログラマブルコントローラによって定期的に読出し、読出し完了に伴って記憶回路をリセットしておくことによって新な亀裂検出や接合剥離異常の発生が検出できるようになっている。
なお、この記憶回路の記憶情報は割込み信号による読出し要求を発生することによって緊急にプログラマブルコントローラから読み出すこともできる。
【０１１９】
プログラマブルコントローラにはマンマシンインタフェースとして図示しない設定表示パネルがシリアル接続され、この設定表示パネルからの画面操作によって第２、第３の帯域フィルタ３２２ａ、３２３ａの中心周波数の調整が行なわれる。
中心周波数の調整は抵抗・コンデンサ回路の抵抗値または静電容量をアナログスイッチで選択切換するのが最も簡単な方法であるが、スイッチドキャパシタを用いた帯域フィルタ回路に対してパルス幅変調信号のパルス周期を変更することによって中心周波数を調整し、パルスのＯＮ／ＯＦＦ比率を調整することによって増幅率を調整することも可能である。
【０１２０】
以上の説明において、第１実施の形態では第３の振動センサ１３８によって接触子１３０の機械的振動を検出し、これによって振動子駆動電圧源３３２及び超音波振動子１３２が正常に動作しているかどうかを判定するようになっている。
これに対し、第２の実施の形態や第３の実施の形態では第２の振動センサ１３７によって接触子１３０を介して接合部材１２１と被接合部材１２０間に発生する擦れ振動を検出し、第１の振動センサと協働して接合完了判定を行うか、相対異常判定手段３２６ｂとして利用されるようになっている。
被接合部材１２０に対して直接当接する第１の振動センサによる擦れ振動の検出感度は、接触子１３０を介して間接的に擦れ振動を検出する第２の振動センサよりは高感度であって、正確な接合完了判定を行うのに適しているが、介在する非硬化性のグリースの供給管理が必要となる。
【０１２１】
その反面、第２の振動センサ１３７は接触子１３０に固定されるので，低感度ではあるが安定して擦れ振動を検出することができる利点がある。
なお、１個の振動センサによって機械的振動と擦れ振動の両方を検出することは、振動周波数の乖離が大きすぎて困難であり、帯域フィルタの中心周波数を変更することによっては回避できない問題である。
そのため，接触子１３０に対して応動周波数帯域が異なる２個の振動センサを固定して、一方では接触子の機械的振動を検出し、他方では擦れ振動を検出するようにしてもよい。
これにより、振動子駆動電源と超音波振動子を含む設備側の異常と、第１の振動センサの密着性異常の双方を検出することができるようになる。
なお、設備側の異常判定については接触子を押圧しない無負荷状態において接触子の振動状態を測定することも可能である。
【０１２２】
以上の説明において、第１の振動センサまたは第２の振動センサはそれぞれ１個の振動センサとして記載されているが、例えば第１の振動センサ１１８、１５２、１７２の中の複数のセンサを使用して協働して接合判定と亀裂・剥離検出を行って、検出精度の向上と信頼性の向上を図ることも可能である。
また、複数使用されたセンサの一部は接合判定用と接合剥離の検出用に特化し、他は亀裂判定用に特化するなど、設置場所に適合した用途に限定して使用することも可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１００Ａ〜１００Ｃ 超音波接合装置、１１０ 基台、１１６ 振動センサ、１１８ 振動センサ、１２０ 被接合部材、１２１ 接合部材、１３０ 接触子、１３１ リード部材、１３２ 超音波振動子、１３３ 超音波ホーン、１３４ リード部材、１３５ 結合ブロック、１３６ バランサ、１３７ 第２の振動センサ、１３８ 第３の振動センサ、１４０ サーボモータ、１４１ 回転センサ、１４３ 押圧駆動機構、１４４ 押圧センサ、１５２ 振動センサ、１７２ 振動センサ、３００Ａ〜３００Ｃ 超音波接合制御装置、３２０Ａ〜３２０Ｃ 異常検出ユニット、３２１ａ、３２１ａａ 第１の帯域フィルタ、３２１ｂ 第１の異常判定手段、３２１ｃ 第１の振幅抑制手段、３２２ａ 第２の帯域フィルタ、３２２ｂ 第２の異常判定手段、３２２ｃ 第２の振幅抑制手段、３２２ｄ 特性選択調整指令、３２３ａ 第３の帯域フィルタ、３２３ｂ 第３の異常判定手段、３２４ａ 第４の帯域フィルタ、３２４ｂ、３２４ｂｂ 第４の異常判定手段、３２５ｄ 尚早異常判定部、３２５ｅ 接合開始判定部、３２５Ｂ、３２５Ｃ 接合完了判定手段、３２６ｂ 相対異常判定手段、３３０Ａ〜３３０Ｃ 電源制御ユニット、３３２ 振動子駆動電圧源、３３３ 電圧／電流センサ、３４０ 駆動制御ユニット、３４１ 速度パターン、３４２ サーボアンプ、３４４ 押圧力パターン、６０３ 搬入移送指令ユニット、６０４ 押圧制御指令ユニット、６０６ 電源制御指令ユニット、６０８時間超過処理工程（第１の異常判定手段）、６１７Ａ〜 ６１７Ｃ 異常判定工程、６１８Ａ〜６１８Ｂ 異常発生処理工程、６１９ 加振抑制開始工程、６２０Ｂ、６２０Ｃ 接合完了判定工程。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、接合部材を被接合部材に押圧する接触子に超音波振動を付与して両部材を接合するようにした超音波接合制御装置の改良、特には一方の部材が亀裂破損を生じやすい高硬度の脆性部材であったり、接合強度の割合には被接合部材の重量が大きくて、接合後の過剰な加振によって接合剥離が発生しやすい材料であったりした場合に適した超音波接合制御装置及び超音波接合制御方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧接面に付与された超音波振動に伴う摩擦熱によって金属部材どうしを溶融接合する超音波溶接装置や、摩擦研磨によって発生した活性面どうしの間に作用する物理結合による超音波接合制御装置は広く実用されているが、超音波接合が正常完了したかどうかを判定することには困難があり、一般には所定時間において所定の超音波エネルギーが付与されたかどうかによって正常な接合が行われたものと看做すようになっている。
【０００３】
しかし、付与された超音波エネルギーが少ないと所定の接合力が得られない問題が発生し、付与された超音波エネルギーが多すぎると亀裂破損や接合剥離の問題が発生するので、適用材料の材質や寸法、環境温度に応じた超音波エネルギーの調整が必要となる。
【０００４】
このような背景のもとで、太陽電池製造時において内部割れのある太陽電池を選別するために、太陽電池セル自体を強制的に湾曲させて検査する湾曲検査工程を設け、湾曲時に発生する振動波を超音波センサによって検出し、これを分析して内部割れの有無を非破壊検査する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、超音波発生源に連結されたツールによって、接合部材であるダイパッドを被接合部材である金属放熱板に圧しつけた状態で、上記ツールを介して上記ダイパッドに超音波振動を与えることによる超音波接合方法であって、上記金属放熱板ないしその支持部材の振動状態にしたがって、上記超音波発生源による超音波振動を停止しまたは低減することを特徴とする、超音波接合方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
具体的には、超音波接合が進行するにしたがって、金属放熱板がダイパッドに同期して振動を始めるが、この状態を振動センサによって直接的に検出して、必要以上の超音波振動エネルギーが印加されることがないようにしている。
また、金属放熱板の振動状態を検出することによって、適正な接合状態が得られたかどうかをも判断することができ、常に金属放熱板に不具合を生じさせることなく、適正な接合状態を得ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３４３９９２号公報
【特許文献２】特開平０９−０４５７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記の特許文献１による太陽電池の内部割れ検査方法およびその検査装置は、製造工程の中で例えば単なる搬送工程を含む全工程において発生する可能性のある内部割れの有無を、最終工程で選別検査するのには適しているが、超音波接合工程の中で超音波接合に伴う過剰な超音波エネルギーによる亀裂発生を検出する手段としては適していない。
【０００９】
なぜならば、接合部材間を押圧し超音波振動が付与されるツール（接触子）の押圧力は、接合部材を湾曲させるために必要とされる押圧力とは一致せず、たとえ一致させたとしても湾曲面に発生する平面振動によって超音波接合が阻害されることになるからである。
従って、内部割れの発生しやすい主要原因工程で、内部割れの発生の有無が検出できず、超音波接合方法の改善に結び付け難い問題点がある。
【００１０】
一方、前記特許文献２による超音波接合方法及び装置は、被接合部材ないしはその支持部材の振動状態にしたがって超音波発生源による超音波振動を停止し、過剰なエネルギーの付与に伴う不具合の発生を抑制するものであるが、使用されている振動センサは被接合部材の振動を直接検出するために、超音波振動子と同じ周波数帯である例えば２０ＫＨｚ帯で動作するものとなっている。
【００１１】
従って、接合状態を被接合部材の機械的振動によって検出しているので、接合強度に比べて被接合部材の重量が大きい場合には十分な振動振幅が得られず、接合状態の判定が困難になる欠点がある。
また、被接合部材に発生する亀裂破損を検出するためには数ＭＨｚ帯の信号を検出する必要があり、同一の振動センサによって数１０ＫＨｚから数ＭＨｚまでの広帯域の信号を検出することはできない問題点がある。
【００１２】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、被接合部材の振動振幅が小さい超音波接合であっても接合良否の判定ができるとともに、接合不良と亀裂破損または接合剥離異常を安価に検出することのできる超音波接合制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構から押圧される接触子によって、接合部材を被接合部材に圧接するとともに、前記接触子には振動子駆動電圧源の出力電圧が印加される超音波振動子が連結されて、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材と前記被接合部材とを接合するようにした超音波接合制御装置に対する超音波接合制御装置であって、前記接合部材が前記接触子によって押圧されているときに、前記被接合部材に当接される第１の振動センサの検出出力に、または前記接触子側に設けられた第２の振動センサの検出出力に応動する異常検出ユニットを備え、前記異常検出ユニットは前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサで検出可能な周波数帯域全体の中の下方帯域である第１の周波数帯域の出力信号を抽出する第１の帯域フィルタと、前記周波数帯域全体の中の上方帯域である第２の周波数帯域の出力信号を抽出する第２の帯域フィルタと、第１の異常判定手段と、第２の異常判定手段とを備える。
【００１４】
また、この発明に係る超音波接合制御装置において、前記第１の帯域フィルタの中心周波数は、前記振動子駆動電圧源が発生する出力電圧の周波数よりも高い周波数であるとともに、前記接合部材と前記被接合部材が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域と重なり合い、前記第２の帯域フィルタの中心周波数は、適用された前記被接合部材または前記接合部材の材質と寸法によって定まる亀裂破損または接合剥離発生時の固有振動周波数に応じて選択切換または可変調整され、前記第１の異常判定手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサの出力信号を監視して、加振開始後の所定時間域において当該出力信号の信号振幅が第１の判定閾値に達していなかった場合には接合不良であると判定し、前記第２の異常判定手段は、前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサの出力信号の少なくとも一方の信号振幅が、前記第２の周波数帯域において第２の限界振幅を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、当該記憶情報に基づいて前記被接合部材または前記接合部材の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したと判定する。
【発明の効果】
【００１５】
以上のとおり、この発明による超音波接合制御装置は、振動子駆動電圧源から駆動される超音波振動子を用いて接合部材と被接合部材を接合するものであって、第１または第２の振動センサは被接合部材または接合部材の機械的振動を検出するものではなく、摺動摩擦による擦れ振動の発生と接合完了に伴う擦れ振動の消滅を検出して接合状態を判定し、同一仕様の振動センサによって亀裂破損または接合剥離異常の検出が行えるようになっている。
従って、接合強度の割合には被接合部材の重量が重く、被接合部材の振動振幅が小さくなって振動振幅の検出が困難な超音波接合であっても接合良否の判定が可能となるとともに、第１または第２の振動センサは超音波振動子の振動周波数域よりは格段に高い振動周波数帯域で接合良否判定を行うので、応動周波数の帯域幅が圧縮され、１種類の安価な振動センサによって第１の周波数帯域から第２の周波数帯域の全体帯域において信号検出が可能となり、１個または複数個のセンサによって接合不良と亀裂破損または接合剥離異常とを単独または協調して検出することによって小型安価な超音波接合制御装置が得られる効果がある。
【００１６】
また、接合良否の判定と亀裂破損または接合剥離異常の有無は、異なる周波数帯域の検出信号に分離してから判定され、少なくとも亀裂破損または接合剥離異常の判定結果は記憶回路に一時保存されるので、異常判定手段の負担が軽減され高速・高精度な異常判定を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置の全体構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線による超音波接合制御装置の部分平面図である。
【図３】図１の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である。
【図４】図１の超音波接合制御装置の説明用タイムチャートである。
【図５】図１の超音波接合制御装置の説明用特性線図である。
【図６】図１の超音波接合制御装置の動作説明用のフローチャートである。
【図７】図６の中の１部工程の詳細動作説明用のフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の全体構成図である。
【図９】図８の超音波接合制御装置の部分平面図である。
【図１０】図８の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である。
【図１１】図８の超音波接合制御装置の説明用タイムチャートである。
【図１２】図８の超音波接合制御装置の動作説明用のフローチャートである。
【図１３】図１２の中の１部工程の詳細動作説明用のフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置における全体制御ブロック図である。
【図１５】図１４の超音波接合制御装置の説明用タイムチャートである。
【図１６】図１４の超音波接合制御装置の動作説明用のフローチャートである。
【図１７】図１６の中の一部工程の詳細動作説明用のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の超音波接合制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
（１）実施の形態１に係る超音波接合制御装置の構成の詳細な説明
以下、この発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置の全体構成図である図１と、図１の超音波接合制御装置のＡ−Ａ線による部分平面図である図２と、図１の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である図３によって、実施の形態１に係る超音波接合制御装置の構成を詳細に説明する。
【００１９】
図１、図２において、超音波接合装置１００Ａは第一から第四部分によって構成されており、第一部分は基台１１０と背柱１１１と天板１１２によって構成された側面形状がコの字形の静止機構と、この静止機構に設けられた後述の可動部及び駆動部によって構成されている。
第二部分は基台１１０の上面に搬入搭載されて、図２の上方へ移送される例えば陶器またはセラミックス、ガラスなどの被接合部材１２０と、この被接合部材１２０の表面に所定の間隔をおいて順次接合される薄膜テープ状の接合部材１２１であり、この接合部材１２１は図示しない巻枠リールから巻出されるようになっている。
第三部分は被接合部材１２０を順次移送する搬送移動機構１６０であり、第四部分は基台１１０の近隣に設置された全体制御盤１９０Ａとなっている。
【００２０】
まず、第一部分における天板１１２には後述のバランサ１３６を保持固定するための壁板１１３が固定され、基台１１０の右上面には例えばエアシリンダである補助押圧機構１１４が固定され、この補助押圧機構１１４の可動ピストンの先端にはゴム材である緩衝部材１１５を介して第１の振動センサ１１６が取り付けられており、ピストンが左動押出しされると第１の振動センサ１１６は被接合部材１２０の右端面に対して図示しない非硬化性グリースを介して当接するようになっている。
【００２１】
第１の振動センサ１１６は数１００ＫＨｚから数ＭＨｚ帯で応答する例えば圧電素子を用いた半導体センサであり、被接合部材１２０に発生する振動に基づく圧力を検出して、圧力に比例した電圧信号を発生するものであって、所定の換算係数を用いて機械的な振動振幅にも換算することができる。
なお、後述する第１の振動センサ１５２の場合も同様であるが、第１の振動センサ１５２を使用する場合には第１の振動センサ１１６は不要である。
【００２２】
また、非硬化性グリースは例えばゲル状のシリコーングリースであって、第１の振動センサ１１６と被接合部材１２０間の密着性を向上して、超音波振動が伝わりやすくするためのものである。
また、緩衝部材１１５は超音波振動が補助押圧機構１１４へ伝播するのを防止するためのものであり、例えば硬度８０〜９０Ｈｓ程度のゴム材が使用されている。
【００２３】
第一部分における可動部は、接合部材１２１を押圧する接触子１３０と、この接触子１３０が１端に固定された第１のリード部材１３１と、例えば２０ＫＨｚの一定周波数で振動する超音波振動子１３２と、この超音波振動子１３２と第１のリード部材１３１の１端または接触子１３０との間に連結され、超音波振動を増幅する超音波ホーン１３３と、１端に超音波振動子１３２が固定された第２のリード部材１３４と、第１・第２のリード部材１３１・１３４の他端に固定された結合ブロック１３５とによって構成されており、後述の押圧センサ１４４と可動部全体の重力は壁板１１３に固定された例えばエアシリンダであるバランサ１３６によって減殺するように、一定推力で持上げ駆動されている。なお、接触子１３０には加振側の振動状態を検出するための第３の振動センサ１３８が取付け設置されている。
【００２４】
第一部分における駆動部は、天板１１２の上面に固定され、回転センサ１４１を備えたサーボモータ１４０と、このサーボモータ１４０の出力回転軸であるスクリューシャフト１４２に対して噛合い係合して、サーボモータ１４０の回転方向に応じて上下方向に昇降する押圧駆動機構１４３と、この押圧駆動機構１４３と可動部の結合ブロック１３５との間に設けられた例えばロードセルである押圧センサ１４４と、例えば１対のエアシリンダである補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂの可動ピストンである可動部分１４６ａ、１４６ｂと、可動部分１４６ａ、１４６ｂの下端に固定された押圧駆動機構１５０と、によって構成されている。
【００２５】
押圧駆動機構１５０の下面にはゴム材である緩衝部材１５１が接着されており、緩衝部材１５１の下面には第１の振動センサ１５２が埋設され、被接合部材１２０の上面に対して図示しない非硬化性グリースを介して当接するようになっている。
なお、押圧駆動機構１５０の一部部領域は図２で示すとおり一対の押圧板１５０ａ・１５０ｂに分割され、接触子１３０によって押圧されている接合部材１２１の前後（図２の上下位置）を押圧するようになっている。
補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂは押圧駆動機構１５０によって被接合部材１２０と接合部材１２１を基台１１０に押圧して、微振動による被接合部材１２０の這い出しを防止し、接合部材１２１の接合点の変動を防止するためのものとなっている。
【００２６】
第三部分となる搬送移動機構１６０には、図１、図２で示すとおり４個のエアシリンダである昇降機構１６１ａ（１６１ｂ〜１６１ｄは図示せず）と、この昇降機構の可動ピストンの先端に設けられた吸着盤１６２ａ〜１６２ｄが設けられ、吸着盤１６２ａ〜１６２ｄによって被接合部材１２０を吸着し、昇降機構１６１ａ〜１６１ｄを上昇させてから搬送移動機構１６０を図２の上方に移動させて停止し、昇降機構１６１ａ〜１６１ｄを下降させてから吸着盤１６２ａ〜１６２ｄを開放し、再び昇降機構１６１ａ〜１６１ｄを上昇させてから図２の下方に移動復帰することによって、被接合部材１２０を順次前進移送するようになっている。
なお、被接合部材１２０を前進移動（図２の上方）させると、接合部材１２１は図示しない巻枠リールから巻出されて被接合部材１２０と一体になって移動するようになっている。
第四部分となる全体制御盤１９０Ａは図３で後述するとおり、超音波接合制御装置３００Ａ、搬送制御ユニット３１０、電源制御ユニット３３０Ａ、駆動制御ユニット３４０によって構成されている。
【００２７】
図３において、超音波接合制御装置３００Ａはマイクロプロセッサ３０１と協働するプログラムメモリ３０２Ａを主体として構成されており、その制御機能は異常検出ユニット３２０Ａと、搬入移送指令ユニット６０３と、押圧制御指令ユニット６０４と、電源制御指令ユニット６０６に大別されている。
搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動する搬送制御ユニット３１０は例えばプログラマブルコントローラによって構成され、前述したエアシリンダを主体として構成されたワーク搬送機構３１１を制御し、被接合部材１２０や接合部材１２１であるワークの上昇・移送・下降駆動を行ったり、補助押圧機構１１４、１４５ａ、１４５ｂの押圧制御を行なうようになったりしている。
駆動制御ユニット３４０は搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動した速度パターン３４１に基づいてサーボアンプ３４２を介してサーボモータ１４０を回転駆動し、回転センサ１４１によって検出された回転速度が目標とする回転速度となるように制御して、接触子１３０を接合部材１２１に対して接近駆動したり、離間駆動したりするようになっている。
また、駆動制御ユニット３４０は、押圧制御指令ユニット６０４からの押圧指令に応動した押圧力パターン３４４に基づいてサーボアンプ３４２を介してサーボモータ１４０の発生トルクを制御し、押圧センサ１４４によって検出された押圧力が目標とする押圧力となるように制御して、接触子１３０を接合部材１２１に対して押圧駆動するようになっている。
【００２８】
電源制御ユニット３３０Ａは電源制御指令ユニット６０６からの加振制御指令に応動する電圧／電流発生パターン３３１に基づいて振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流の目標値を設定し、電圧／電流センサ３３３によって検出された振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を監視しながら負帰還制御を行なうようになっている。
なお、振動子駆動電圧源３３２は例えばＡＣ１００Ｖの商用電源を入力電源として動作し、昇圧回路を介してＡＣ１０００Ｖ以下で２０ＫＨｚの一定高周波数の高電圧を発生するが、その出力電圧や出力電流は昇圧回路の前段部または後段部において検出されるようになっている。
また、目標電圧または目標電流は後述の第１の振幅抑制手段３２１ｃと第２の振幅抑制手段３２２ｃからの指令によって漸減するとともに、検出出力電流が過大にならないように目標出力電圧を抑制するか、検出出力電圧が過大とならないように目標出力電流を抑制するようになっている。
異常検出ユニット３２０Ａは第１の帯域フィルタ３２１ａ、第２の帯域フィルタ３２２ａ、第３の帯域フィルタ３２３ａを包含し、第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号を第１の異常判定手段３２１ｂ、第２の異常判定手段３２２ｂ、第３の異常判定手段３２３ｂと第１の振幅抑制手段３２１ｃ、第２の振幅抑制手段３２２ｃへ入力するようになっている。
また、第４の異常判定手段３２４ｂは電圧／電流センサ３３３と第３の振動センサ１３８の出力信号が入力された第４の帯域フィルタ３２４ａの出力信号に応動するようになっている。
【００２９】
第１の帯域フィルタ３２１ａの中心周波数は振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数（例えば２０ＫＨｚ）よりも格段に高い周波数であって、接合部材１２１と被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域である例えば２００ＫＨｚ〜１ＭＨｚの間の特定周波数で入出力ゲインが大きな値となるようにフィルタ特性が選択決定されている。
第２の帯域フィルタ３２２ａの中心周波数は、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる亀裂発生時または接合剥離異常発生時のどちらか一方の固有振動周波数として、例えば０．５〜４ＭＨｚの中の特定周波数で入出力ゲインが大きな値となるようにフィルタ特性が選択調整されている。
第３の帯域フィルタ３２３ａの中心周波数は、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる亀裂発生時または接合剥離異常発生時のどちらか他方の固有振動周波数として、例えば０．５〜４ＭＨｚの中の特定周波数で入出力ゲインが大きな値となるようにフィルタ特性が選択調整されている。
なお、第２の帯域フィルタ３２２ａ、第３の帯域フィルタ３２３ａはフィルタ特性の特性選択調整指令３２２ｄによって選択調整されるが、第１の帯域フィルタ３２１ａについても可変調整するのが望ましいく、実機運転の中でフーリエ解析によって特定周波数域を抽出し、この特定周波数域において信号振幅の監視を行うようになっている。
第４の帯域フィルタ３２４ａの中心周波数は振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の周波数に相当した例えば２０ＫＨｚとなっている。
【００３０】
第１の異常判定手段３２１ｂは、第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号を監視して、図４（Ｇ）で後述するとおり加振開始後の所定時間域においてこの出力信号の信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１に達していなかった場合には接合不良であると判定するようになっている。
第２の異常判定手段３２２ｂは、第２の帯域フィルタ３２２ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号を監視して、図５（Ａ）で後述するとおりこの出力信号の信号振幅が第２の限界振幅Ｈ２２を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて被接合部材１２０に亀裂破損異常が発生したと判定するようになっている。
第３の異常判定手段３２３ｂは、第３の帯域フィルタ３２３ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号を監視して、図５（Ｂ）で後述するとおりこの出力信号の信号振幅が第３の限界振幅Ｈ３を超えたときに第３の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて被接合部材１２０と接合部材１２１との間に接合剥離異常が発生したと判定するようになっている。
第４の異常判定手段３２４ｂは、第４の帯域フィルタ３２４ａを介して得られる第３の振動センサ１３８の出力信号と、電圧／電流センサ３３３の検出信号とを対比して、振動子駆動電圧源３３２に供給された入力電圧に対応した出力電流と振動振幅が得られているかどうかによって設備異常の有無を判定するようになっている。
【００３１】
第１から第４の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂのいずれかが異常判定を行うと異常処理指令発生ユニット６１８Ａが異常処理指令を発生して、異常報知と異常発生情報の保存記憶と装置の自動停止を行うようになっている。
第１から第４の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂのいずれもが異常判定を行わなかったときは、図示しない手動停止指令が発生していない限りは継続指令発生ユニット６１４が継続運転を許可する継続指令を発生するようになっている。
第１の振幅抑制手段３２１ｃは第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）による信号振幅が図４（Ｇ）、（Ｅ）で後述する第１の判定閾値Ｈ１１を超過したときには、所定の遅延時間Δτをおいてから振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を時間経過にともなって漸減させるようになっていて、漸減度合は一定値であるかまたは第１の判定閾値Ｈ１１からの超過度合に比例して急減させるようにしてもよい。
第２の振幅抑制手段３２２ｃは第２の帯域フィルタ３２２ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）による信号振幅が図５（Ａ）で後述するとおり第２の判定閾値Ｈ２１を超過しているときに振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を所定量だけ低減させるようになっていて、低減度合は所定値であるかまたは第２の判定閾値Ｈ２１からの超過度合に比例して低減させるようにしてもよい。
【００３２】
（２）実施の形態１に係る超音波接合制御装置の作用・動作の詳細な説明
以下、図１〜図３のとおり構成されたこの発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置について、図４に示すタイムチャートと図５に示す特性線図に基づいて制御動作の概要を説明する。
図４（Ａ）はワークの搬入、搬出移送動作を示しており、板状の被接合部材１２０と薄膜テープ状の接合部材１２１であるワークを順次移動させて、超音波接合部位を順次接触子１３０の下部に移動させるために、搬送移動機構１６０と昇降機構１６１ａ〜１６１ｄと吸着盤１６２ａ〜１６２ｄが協働して、第１時刻帯４０１ａで前進して搬出と搬入を行い、隣接する第１’時刻帯４０１ａａにおいて空荷で後退し、第６時刻帯４０６ａから同様の繰返し動作を行うようになっている。
図４（Ｂ）はサーボモータ１４０による接触子１３０の昇降動作を示しており、第１時刻帯４０１ａに続く後続時刻帯４０１ｂにおいて下降動作を行い、第６時刻帯４０６ａの先行時刻帯４０６ｂにおいて上昇動作を行うようになっている。
図４（Ｃ）は補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂによる押圧駆動機構１５０の昇降動作を示しており、後続時刻帯４０１ｂに続く後続時刻帯４０１ｃにおいて下降動作を行い、先行時刻帯４０６ｂの更なる先行時刻帯４０６ｃにおいて上昇動作を行うようになっている。
【００３３】
なお、エアシリンダである補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂは接触子１３０を昇降させる押圧駆動機構１４３と連動して昇降し、接触子１３０の下降完了に伴って押圧駆動機構１５０の下降押圧動作を行い、やがて押圧駆動機構１５０の上昇動作の開始を待って接触子１３０の上昇動作を行うようになっている。
図４（Ｄ）はサーボモータ１４０による接触子１３０の押圧動作を示しており、後続時刻帯４０１ｃに続くに後続時刻帯４０１ｄにおいて押圧動作を行い、先行時刻帯４０６ｃの更なる先行時刻帯４０６ｄにおいて押圧解除動作を行うようになっている。
押圧力の上昇・下降パターンについては様々な考え方があり、例えば図４（Ｄ）の点線
で示したとおりなだらかに漸増させてもよい。
図４（Ｅ）は超音波振動子１３２に印加される振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の波高値を示しており、接合部材１２１が接触子１３０によって所定圧力以上の圧力で押圧された後続時刻帯４０１ｄに続く第１時刻４０１ｅで加振開始し、所定の出力電圧を維持しながら後述する第４’時刻４０４ｅｅに至り、第４’時刻４０４ｅｅ以降は後述の加振抑制動作によって漸減し、後述する第５時刻４０５ｅまでには出力電圧はゼロになっている。
【００３４】
加振開始時刻４０１ｅと加振完了時刻４０５ｅとの間の時間である指令発生期間は予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
加振完了時刻４０５ｅ以後は先行時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂを経て第６時刻帯４０６ａへ移行するようになっている。
図４（Ｆ）は接触子１３０の機械的振動を検出するために設けられた第３の振動センサ１３８から第４の帯域フィルタ３２４ａを介して得られる加振側の振動振幅を示している。
接触子１３０の振動は加振開始時刻４０１ｅと同じ振動開始時刻４０１ｆから発生開始し、摺動面の汚れ具合によって変化する滑動振動振幅を維持しながら滑動終了時刻である第２時刻４０２ｆに至り、第２時刻４０２ｆから図４（Ｇ）の接合開始時刻４０４ｇにかけては摺動面の研磨を行うための負荷増加に伴って振動振幅は漸減し、加振抑制が開始する第４’時刻４０４ｆｆから信号振幅は更に漸減して、加振完了に伴って信号振幅はゼロになっている。
【００３５】
図４（Ｇ）は第１の振動センサ１５２（または１１６）による被加振側の信号振幅を示しており、この出力信号は図４（Ｆ）の場合の機械的振動信号電圧とは異なっており、振動開始時刻４０１ｇ、滑動終了時刻４０２ｇ、接合開始時刻４０４ｇを経て加振完了時刻４０５ｇに至るようになっている。
図４（Ｅ）における第４’時刻４０４ｅｅは、図５（Ｇ）における擦れ振動の信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１未満から以上に増加した時点から遅延時間Δτだけ経過した時点に相当しており、この遅延時間Δτは接合開始時刻４０４ｇを過ぎて、振動振幅がＨ１２まで低下した時点に相当している。
なお、遅延時間Δτの設定に代わって第１の振動センサ１５２の出力信号の減少開始時点を検出し、この時点で加振抑制を開始するようにしてもよい。
【００３６】
図３の第２の帯域フィルタ３２２ａの出力波形の一例を示す図５（Ａ）において、２ＭＨｚ付近の周波数において信号検出出力が増大しており、これは被接合部材１２０がガラス板である場合のクラック発生時点の波形を示している。
図３で示した第２の振幅抑制手段３２２ｃは、第２の帯域フィルタ３２２ａの出力が図５（Ａ）で示された第２の判定閾値Ｈ２１を超過すると、直ちに超音波振動子１３２に対する印加電圧を低減するようになっている。
図３で示した第２の異常判定手段３２２ｂは、第２の帯域フィルタ３２２ａの出力が図５（Ａ）で示された第２の限界振幅Ｈ２２を超過すると、亀裂破損が発生したと判定するようになっている。
図３の第３の帯域フィルタ３２３ａの出力波形の一例を示す図５（Ｂ）において、１ＭＨｚ付近の周波数において信号検出出力が増大しており、これは被接合部材１２０がガラス板である場合の接合剥離異常の発生時点の波形を示している。
図３で示した第３の異常判定手段３２３ｂは、第３の帯域フィルタ３２３ａの出力が図５（Ｂ）で示された第３の限界振幅Ｈ３を超過すると、接合剥離異常が発生したと判定するようになっている。
【００３７】
次に、図１〜図３のとおり構成されたこの発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置について、図６、図７に示すフローチャートに基づいて制御動作の詳細を説明する。
図６において、工程６００は超音波接合制御装置３００Ａの主体構成要素であるマイクロプロセッサ３０１の制御動作の開始ステップ、続く工程６０１ａはサーボモータ１４０によって接触子１３０を上昇させるとともに、補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂによって押圧駆動機構１５０を上昇するように上昇指令を発生するステップであり、後述の工程６１３で既に上昇動作が行われているときは工程６０１ａによる上昇動作は不要である。
続く工程６０２はワークの搬入移送指令を発生するステップであり、この指令によって搬送制御ユニット３１０は図１、図２における吸着盤１６２ａ〜１６２ｄを下降して被接合部材１２０を吸着・上昇し、搬送移動機構１６０を前進移動させてから吸着盤１６２ａ〜１６２ｄを下降・解除・上昇し、空荷で初期位置に後退する一連の搬送制御が行われるようになっている。
続く工程６０１ｂはサーボモータ１４０に対して接触子１３０を下降させる指令を発生するとともに、補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂによって押圧駆動機構１５０を下降させるステップであり、工程６０１ａ、６０２、６０１ｂによって構成された工程ブロック６０３は搬入移送指令発生工程となっていて、これらの動作は図４（Ａ）の第１時刻帯４０１ａと第１’時刻帯４０１ａａ、図４（Ｂ）の第１時刻帯４０１ｂ、図４（Ｃ）の第１時刻帯４０１ｃにおいて実行されるものである。
続く工程６０４はサーボモータ１４０に対して接触子１３０を接合部材１２１に押圧するための指令を発生する押圧制御指令発生工程である。
続く工程６０５は接触子１３０の押圧力が所定値に到達したかどうかを判定し、未到達であればＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、到達すればＹＥＳの判定を行って工程６０６へ移行する判定ステップであり、これらの動作は図４（Ｄ）の第１時刻帯４０１ｄ以降で実行されるものである。
【００３８】
なお、接触子１３０の昇降制御と押圧制御は図３の駆動制御ユニット３４０によって実行されており、マイクロプロセッサ３０１は押圧センサ１４４の出力を監視して、押圧制御指令の発生と停止のみを行うようになっている。
続く工程６０６は超音波振動子１３２に対して所定周波数の駆動電圧を印加するための電源制御指令発生工程であり、電源制御指令が発生すると図３の電源制御ユニット３３０Ａは所定の出力パターンに基づいて振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を負帰還制御するようになっている。
続く工程６０７は工程６０６が駆動電圧を発生する指令発生期間を決定するための加振完了時期判定工程となるステップであり、この指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定され、未到達であればＮＯの判定を行って工程ブロック６２０Ａへ移行し、到達であればＹＥＳの判定を行って工程６０８へ移行するようになっている。
【００３９】
工程ブロック６２０Ａは図７で後述するとおり接合良否と異常発生の有無を判定するための接合良否判定工程であり、続く工程６１７Ａは図７の工程６２８が異常判定情報を記憶しているかどうかを読み出して、異常発生ならＹＥＳの判定を行って工程６１８Ａへ移行し、異常発生していなければＮＯの判定を行って工程６０９ａへ移行する異常判定工程である。
工程６０９ａは図７の工程６３１が一定量の加振抑制指令を記憶しているか、または工程６３４が漸減加振抑制指令を記憶しているかどうかを読み出して、加振抑制指令を記憶していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、加振抑制指令を記憶しておればＹＥＳの判定を行って工程６１９へ移行する判定ステップ、工程６１９は図３の電源制御ユニット３３０Ａに対して目標とする出力電圧または出力電流を一定量だけ低減するか、または時間経過に伴って漸減する指令を発生してから工程６０９ｂへ移行するステップである。
工程６０９ｂは振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が所定の下限電圧以下に低下したかどうかを判定し、低下していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、低下すればＹＥＳの判定を行って工程６１２へ移行するようになっている。
工程６１８Ａは少なくとも異常発生を報知し、異常発生情報を保存記憶してから工程６１２へ移行する異常発生処理工程である。
【００４０】
工程６０８では第一の異常判定が行われ、時間超過異常の発生を記憶して少なくとも異常報知を行なって工程６１２へ移行する。
工程６１２は電源制御ユニット３３０Ａに対して超音波振動子１３２への駆動停止指令を発生するステップであり、工程６０６から工程６１２の間で図４（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）の第１時刻４０１ｅから第５時刻４０５ｅまでの動作が実行されるようになっている。
続く工程６１３は電源制御ユニット３３０Ａに対して接触子１３０の押圧停止指令と接触子１３０及び補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂの上昇指令を発生するステップであり、これは図４（Ｄ）、（Ｃ）、（Ｂ）の第６時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂにおいて実行されるものである。
続く工程６１４は運転を継続するかどうかの判定ステップであり、図示しない手動操作スイッチによる運転停止要求が発生していたり、工程６１８Ａによる異常処理が運転停止を行うものであった場合にはＮＯの判定を行って動作終了行程６１５へ移行し、運転継続許可である場合にはＹＥＳの判定を行って工程６０１ａへ復帰するようになっている。
動作終了行程６１５では図示しない手動操作スイッチによって再始動指令が発生すると動作開始工程６００へ移行するようになっている。
【００４１】
図７において、工程６２１は図６の工程ブロック６２０Ａで示したサブルーチンプログラムの開始工程であり、一連の制御プログラムの後に設けられた工程６２９は図６の工程６１７Ａへ移行する復帰工程となっている。
工程６２１に続いて実行される工程６２２ａは、図３で示された第４の異常判定手段３２４ｂとなるものであり、振動子駆動電圧源３３２による出力電圧対出力電流特性に関する標準特性に比べて、実際の出力電流が過大または過少であった場合には、振動子駆動電圧源３３２または超音波振動子１３２の異常であるとしてＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、出力電流に異常がなければＮＯの判定を行って工程６２２ｂへ移行する判定ステップである。
工程６２２ｂは、図３で示された第２の異常判定手段３２２ｂ、第３の異常判定手段３２３ｂに相当しており、第２の帯域フィルタ３２２ａ、第３の帯域フィルタ３２３ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の検出出力が図５（Ａ）の第２の限界振幅Ｈ２２や図５（Ｂ）の第３の限界振幅Ｈ３で示された限界振幅を超過したときに亀裂破損異常または接合剥離異常が発生したとしてＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、異常発生が無ければＮＯの判定を行って工程６３０へ移行する判定ステップである。
工程６２８は異常発生を記憶して工程６２９へ移行するステップである。
工程６３０は図３で示された第２の振幅抑制手段３２２ｃに相当しており、第２の帯域フィルタ３２２ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の検出出力が図５（Ａ）で示された第２の判定閾値Ｈ２１を超過したときにＹＥＳの判定を行って工程６３１へ移行し、第２の判定閾値Ｈ２１に達しないときにはＮＯの判定を行って工程６３２へ移行する判定ステップである。
【００４２】
工程６３１では振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を一定量だけ低減する定量加振抑制指令を記憶してから工程６３２へ移行するようになっている。
工程６３２は図３で示された第１の振幅抑制手段３２１ｃに相当しており、第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる第１の振動センサ１５２（または１１６）の検出出力が図４（Ｇ）で示された第１の判定閾値Ｈ１１を超過したときに接合見込みがあるとしてＹＥＳの判定を行って工程６３３へ移行し、第１の閾値Ｈ１１に達しないときにはＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップである。
工程６３３は図４（Ｇ）における遅延時間Δτが経過したかどうかを判定し、経過していなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行し、経過すればＹＥＳの判定を行って工程６３４へ移行する判定ステップである。
【００４３】
工程６３４は振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を時間経過に伴って順次漸減する漸減加振抑制指令を記憶してから工程６２９へ移行するステップである。
なお、工程６２８、工程６３１、工程６３４が異常発生と加振抑制指令を記憶していないときには、図６において工程ブロック６２０Ａから工程６１７Ａ（ＮＯの判定）と工程６０９ａ（ＮＯの判定）と工程６０４、工程６０５、工程６０６と工程６０７（ＮＯの判定）を経て工程ブロック６２０Ａが繰返して実行され、やがて工程６０７がＹＥＳの判定を行えば工程６０８へ移行して巡回ルーチンを脱出し、その前に異常発生の判定が行われると工程６１８Ａへ移行して巡回ルーチンを脱出し、加振抑制指令が記憶されると工程６１９を含む巡回ルーチンとなって工程６０６において超音波振動子１３２に対する印加電圧が低減または順次漸減することになる。
その後は工程６０９ｂによって振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が所定の下限電圧以下となったことを判定して工程６１２へ脱出するか、工程６０７が時間超過の判定を行って工程６０８へ脱出することになる。
【００４４】
（３）実施の形態１に係る超音波接合制御装置の要点と特徴
以上の説明で明らかなとおりこの発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構１４３から押圧される接触子１３０によって、接合部材１２１を被接合部材１２０に圧接するとともに、前記接触子１３０には振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が印加される超音波振動子１３２が連結されて、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材１２１と被接合部材１２０とを接合するようにした超音波接合装置１００Ａに対する超音波接合制御装置３００Ａであって、前記接合部材１２１が前記接触子１３０によって押圧されているときに、前記被接合部材１２０に当接される第１の振動センサ１５２（または１１６）の検出出力に応動する異常検出ユニット３２０Ａを備え、前記異常検出ユニット３２０Ａは前記第１の振動センサ１５２（または１１６）で検出可能な周波数帯域全体の中の下方帯域であって、第１の周波数帯域の出力信号を抽出する第１の帯域フィルタ３２１ａと、前記周波数帯域全体の中の上方帯域である第２の周波数帯域の出力信号を抽出する第２の帯域フィルタ３２２ａとを備えるとともに、第１及び第２の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂを備えている。
【００４５】
前記第１の帯域フィルタ３２１ａの中心周波数は前記振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数よりも高い周波数であって、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域と重なり合っており、前記第２の帯域フィルタ３２２ａの中心周波数は、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる亀裂破損または接合剥離発生時の固有振動周波数に応じて、選択切換または可変調整され、前記第１の異常判定手段３２１ｂは、前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号を監視して、加振開始後の所定時間域においてこの出力信号の信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１に達していなかった場合には接合不良であると判定し、前記第２の異常判定手段３２２ｂは、前記第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号の信号振幅が、前記第２の周波数帯域において第２の限界振幅Ｈ２２を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて前記被接合部材１２０または前記接合部材１２１の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したと判定するようになっている。
【００４６】
前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、第１の振幅抑制手段３２１ｃ及び第２の振幅抑制手段３２２ｃを備え、前記第１の振幅抑制手段３２１ｃは前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号の信号振幅が前記第１の判定閾値Ｈ１１を超過してから所定の遅延時間Δτだけ遅れた時点または前記出力信号が減少を開始した時点において前記振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を漸減開始し、前記第２の振幅抑制手段３２２ｃは前記第２の帯域フィルタ３２２ａを介して得られる前記第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号の信号振幅が第２の判定閾値Ｈ２１を超過したときに前記振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を低減し、前記第２の判定閾値Ｈ２１は前記第２の異常判定手段３２２ｂにおいて適用される第２の限界振幅Ｈ２２よりは低い信号振幅となっている。
【００４７】
以上のとおり、第１及び第２の帯域フィルタを介して得られる第１の振動センサによる信号振幅が、第１、第２の判定閾値を超過すると振動子駆動電圧源に対する目標出力電圧または目標出力電流を漸減または低減するようになっている。
従って、摩擦摺動の進行に伴って第１の振動センサによって検出される信号振幅が増大したときに、接合完了時刻を予測して加振振幅を抑制し、接合剥離や亀裂破損が発生するのを防止することができる。
【００４８】
前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、第３の帯域フィルタ３２３ａと第３の異常判定手段３２３ｂとを備え、前記第３の帯域フィルタ３２３ａの中心周波数は、前記第１の振動センサ１５２（または１１６）で検出可能な周波数帯域全体の中にある第３の周波数帯域にあって、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる接合剥離または亀裂破損異常の一方が発生するときの固有振動周波数に応じて、選択切換または可変調整され、前記第３の異常判定手段３２３ｂは、前記第１の振動センサ１５２（または１１６）の出力信号の信号振幅が、前記第３の周波数帯域において第３の限界振幅Ｈ３を超えたときに第３の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて前記被接合部材１２０と前記接合部材１２１との間で接合剥離または亀裂破損異常の一方が発生したと判定し、前記第２の帯域フィルタ３２２ａと第２の異常判定手段３２２ｂは接合剥離または亀裂破損異常の他方の判定を行うように相互に機能分担している。
【００４９】
以上のとおり、第３の帯域フィルタと第３の異常判定手段とを備え、第１の振動センサを用いて接合部材と被接合部材間に発生する接合剥離異常または亀裂破損異常の一方を検出し、他方の異常は第２の帯域フィルタと第２の異常判定手段によって検出するようになっている。
従って、亀裂破損異常と接合剥離異常の有無は、それぞれに固有の周波数帯域の検出信号に分離してから判定され、亀裂破損異常と接合剥離異常の判定結果はそれぞれ個別の記憶回路に一時保存されるので、異常判定手段の負担が軽減され高速・高精度な異常判定を行うことができる。
【００５０】
前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、前記振動子駆動電圧源３３２の入力回路または出力回路に設けられた電圧または電流検出手段である電圧／電流センサ３３３に応動する第４の異常判定手段３２４ｂを備え、第４の異常判定手段３２４ｂは、前記電圧／電流センサ３３３の検出信号の出力特性について測定記憶された標準特性と、新に測定された検出信号の出力特性とを対比して、前記振動子駆動電圧源３３２に供給された入力電圧に対応した出力電流が得られているかどうかによって電源異常の有無を判定するようになっている。
【００５１】
以上のとおり、振動子駆動電圧源に対する電圧／電流センサを備え、第４の異常判定手段が付加されて振動子駆動電圧源の出力信号を監視するようになっている。
従って、超音波接合作業工程の中で、接合良否の判定処理と並行して振動子駆動電圧源の異常の有無が検出されるので、不良品が流出するのが防止されるとともに、異常発生要因が明確になって異常処理を容易に行うことができる。
また、接合完了に伴って摺動摩擦が消滅し、第１の振動センサの信号出力がゼロになったとする判定において、電源異常による信号出力の停止ではないことを確認することによって誤った判定を回避することができる。
【００５２】
前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、第３の振動センサ１３８の出力信号が入力される第４の帯域フィルタ３２４ａを備え、前記第３の振動センサ１３８は前記接触子１３０に接近して設置された加振機構の振動振幅を検出するための振動センサであり、前記第４の帯域フィルタ３２４ａは、前記振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数を中心周波数として動作する帯域フィルタであり、前記第４の異常判定手段３２４ｂは更に、前記電圧／電流センサ３３３の検出信号と前記第４の帯域フィルタ３２４ａの出力信号を対比して、前記接触子１３０を含む加振機構の振動振幅が前記電圧／電流センサ３３３の検出出力に対応した振動振幅となっているかどうかを判定するようになっている。
【００５３】
以上のとおり、加振機構の振動振幅を検出するための第３の振動センサと第４の帯域フィルタが設けられ、第４の異常判定手段によって加振機構の異常の有無を含めた設備異常の有無を判定するようになっている。
従って、超音波接合作業工程の中で、接合良否の判定処理と並行して振動子駆動電圧源及び超音波振動子を含む加振機構の異常の有無が検出されるので、不良品が流出するのが防止されるとともに、異常発生要因が明確になって異常処理を容易に行うことができる。
【００５４】
前記押圧駆動機構１４３は駆動制御ユニット３４０から駆動制御されるサーボモータ１４０によって押圧駆動され、この駆動制御ユニット３４０には回転センサ１４１と押圧センサ１４４とが入力信号として接続されていて、前記駆動制御ユニット３４０は速度制御モードとトルク制御モードとを有するサーボアンプ３４２を備え、前記速度制御モードでは前記回転センサ１４１によって検出された前記サーボモータ１４０の回転速度が所定の速度パターン３４１と一致するよう負帰還制御が行われて、前記接触子１３０を前記接合部材１２１に対して接近駆動または離間駆動し、前記トルク制御モードでは前記押圧センサ１４４によって検出された前記接触子１３０と前記接合部材１２１との間の圧力が、所定の押圧力パターン３４４に基づいて漸増して一定値を保ち、前記振動子駆動電圧源３３２の出力停止に伴って押圧力が解除され、前記接触子１３０が離間駆動されている間に前記接合部材１２１と被接合部材１２０が搬入または移送されるようになっている。
【００５５】
以上のとおり、速度制御モードとトルク制御モードで制御されるサーボモータによって、接触子の接近・離間駆動と押圧駆動が行われるようになっている。
従って、接触子の接近・離間駆動を速やかに行うとともに、接合部材とは微速接触して回転慣性体の突合による接合部材または被接合部材の亀裂破損を防止することができる。
また、押圧力は押圧センサによって検出されて正確に制御され、安定した超音波接合が行える。
【００５６】
前記接触子１３０は第１のリード部材１３１の１端に取付け固定されるとともに、前記超音波振動子１３２は第２のリード部材１３４の１端に取付け固定され、前記第１及び第２のリード部材１３１、１３４の他端は共通の結合ブロック１３５に固定され、前記超音波振動子１３２と前記接触子１３０または前記第１のリード部材１３１の１端との間は超音波振動を増幅する超音波ホーン１３３によって連結され、前記接触子１３０と第１のリード部材１３１と結合ブロック１３５と第２のリード部材１３４と超音波振動子１３２と超音波ホーン１３３とは一体化された可動部を構成し、前記可動部は前記押圧センサ１４４を介して前記サーボモータ１４０から押圧駆動されるとともに、前記可動部の全体の重力は対抗設置されたバランサ１３６によって減殺されている。
【００５７】
以上のとおり、押圧センサはサーボモータによる押圧駆動機構と、超音波発生源を含む可動部との間に設置され、可動部全体の重力はバランサによって減殺されて接触子の押圧力として作用しないようになっている。
従って、押圧センサによって接触子に作用する押圧力を正確に検出することができるとともに、押圧センサには超音波振動が直接印加されないので、超音波振動による押圧センサの検出特性の悪化が防止され、更に超音波振動子は無駄な重量体の加振を行わないので消費電力が抑制される。
【００５８】
前記振動子駆動電圧源３３２は電源制御ユニット３３０Ａを構成し、当該電源制御ユニット３３０Ａは前記電圧／電流センサ３３３によって検出された出力電圧または出力電流が、目標とする出力電圧または出力電流と合致するように振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を負帰還制御するとともに、目標出力電圧と検出された出力電流との積は所定値以下となるように目標出力電圧が抑制されるか、または目標出力電流と検出された出力電圧との積は所定値以下となるように目標出力電流が抑制されるようになっている。
【００５９】
以上のとおり、超音波振動子に供給される振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流は電圧／電流センサを用いて負帰還制御されている。
従って、負荷抵抗の変動があっても目標とする出力電圧または出力電流が得られ、電圧／電流センサの出力信号と振動センサの出力信号とを対比して異常の有無を正確に判定することができるとともに、過大な振動振幅が発生するのを防止することができる。
【００６０】
超音波接合制御装置３００Ａを用いた超音波接合制御方法であって、前記接合部材１２１に対する前記接触子１３０の押圧力が所定値以上になってから、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程６０６と、前記出力電圧をゼロにして、前記接触子１３０の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程６０７と、前記第２の異常判定手段３２２ｂの判定結果に応動する異常判定工程６１７Ａと、前記第１または第２の振幅抑制手段３２１ｃ、３２２ｃが加振振幅の抑制指令を発生したときに、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸減または低減させる加振抑制開始工程６１９と、前記異常判定工程６１７Ａによって亀裂破損異常または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常処理工程６１８Ａとを備えている。
【００６１】
前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間内に前記加振抑制開始工程６１９による加振抑制が完了して振動子駆動電圧源３３２ぼ出力電圧が所定の下限電圧以下に低下していないときには第１の異常判定が行われて、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われ、前記異常判定工程６１７Ａが異常判定を行ったときと、前記加振抑制開始工程６１９による加振抑制が完了したときは、予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっている。
【００６２】
以上のとおり、異常検出方法は、電源制御指令発生工程と、加振完了時期判定工程、異常判定工程と、加振抑制開始工程と、異常発生処理工程となる手順によって構成されていて、加振指令発生期間内に異常判定が行われると加振動作を停止し、加振指令発生期間内に加振振幅の抑制指令が発生すると加振振幅は漸減又は低減するとともに、加振指令発生期間内に異常判定が行われず，加振抑制が完了しないときは加振指令期間の完了によって第一の異常判定が行われ，加振指令発生期間内に異常判定が行われず、加振抑制が完了したときは加振指令期間は短縮されて正常接合が行われたと判定するようになっている。
従って、異常発生が検出されない限りは、正常に超音波接合が行われたものと看做して所定時間後には超音波振動の発生を停止して、次回作業に移行できるとともに、過少時間による接合不良や過大時間にわたる振動付与に伴う亀裂破損の発生が防止される。
また、被加振側の振幅が過大とならないように抑制されるとともに、異常発生時には自動的に加振動作を停止することができる。
また，第二の帯域フィルタによって亀裂破損又は接合剥離異常の危険が予知されると段階的に加振抑制を強化して，強力な振動付与に伴う亀裂破損や接合剥離異常の発生が防止される。
【００６３】
実施の形態２．
（１）この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の構成の詳細な説明
以下、この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の全体構成図である図８と、図８の超音波接合制御装置のＢ−Ｂ線による部分平面図である図９（Ａ）と、図９（Ａ）のＣ−Ｃ線による部分断面図である図９（Ｂ）と、図８の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である図１０によって、図１〜図３の超音波接合制御装置との相違点を中心にしてその構成を詳細に説明する。
なお、各図において同一符号は同一または相当部分を示し、符号に対する添字ＡとＢは実施形態の違いによる相当部分を示しており、実施形態２の場合には加振側に第２の振動センサ１３７が設けられているのが大きな相違点となっている。
図８、図９において、超音波接合装置１００Ｂは第１から第四部分によって構成されており、第一部分は図１の超音波接合制御装置と同様に基台１１０と背柱１１１と天板１１２によって構成された側面形状がコの字形の静止機構と、この静止機構に設けられた後述の可動部と駆動部によって構成されている。
【００６４】
第二部分も同様であり、基台１１０の上面に搬入搭載されて、図９（Ａ）の上方へ移送される例えば陶器やセラミックス、ガラスなどの被接合部材１２０と、この被接合部材１２０の表面に所定の間隔をおいて順次接合される薄膜テープ状の接合部材１２１によって構成されており、この接合部材１２１は図示しない巻枠リールから巻出されるようになっている。
第三部分は被接合部材１２０を順次移送する搬送架台１７０であり、第四部分は基台１１０の近隣に設置された全体制御盤１９０Ｂとなっている。
まず、第一部分における天板１１２には後述のバランサ１３６を保持固定するための壁板１１３が固定され、基台１１０の上面には緩衝部材１１７を介して第１の振動センサ１１８が固定され、この第１の振動センサ１１８は被接合部材１２０の下面に対して図示しない非硬化性グリースを介して当接するようになっている。
第１の振動センサ１１８は数１００ＫＨｚから数ＭＨｚ帯で応答する例えば圧電素子を用いた半導体センサであり、被接合部材１２０に発生する振動に基づく圧力を検出して、圧力に比例した電圧信号を発生するものであって、所定の換算係数を用いて機械的な振動振幅にも換算することができる。
【００６５】
なお、後述する第１の振動センサ１７２の場合も同様であるが、第１の振動センサ１７２を使用する場合には第１の振動センサ１１８は不要である。
また、非硬化性グリースは例えばゲル状のシリコーングリースであって、第１の振動センサ１１８と被接合部材１２０間の密着性を向上して、超音波振動が伝わりやすくするためのものである。
また、緩衝部材１１７は超音波振動が基台１１０へ伝播するのを防止するためのものであり、例えば硬度８０〜９０Ｈｓ程度のゴム材が使用されている。
第一部分における可動部は、図１の場合と同様に構成されており、接合部材１２１を押圧する接触子１３０と、第１のリード部材１３１と、超音波振動子１３２と、超音波振動を増幅する超音波ホーン１３３と、第２のリード部材１３４と、第１、第２のリード部材１３１、１３４の他端に固定された結合ブロック１３５とによって構成されており、押圧センサ１４４と可動部全体の重力は壁板１１３に固定された例えばエアシリンダであるバランサ１３６によって減殺するように、一定推力で持上げ駆動されている。
【００６６】
なお、接触子１３０には加振側の振動状態を測定するための第２の振動センサ１３７が設けられていて、第２の振動センサ１３７の場合も第１の振動センサ１７２（または１１８）と同様に摺動摩擦による擦れ振動を検出するためのものであって、数１００ＫＨｚから数ＭＨｚ帯域の振動信号を検出することができるようになっている。
第一部分における駆動部は、図１の場合と同様に回転センサ１４１を備えたサーボモータ１４０と、スクリューシャフト１４２に対して噛合い係合する押圧駆動機構１４３とロードセルである押圧センサ１４４と、補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂの可動ピストンである可動部分１４６ａ、１４６ｂと、可動部分１４６ａ、１４６ｂの下端に固定された押圧駆動機構１５０とによって構成されている。
押圧駆動機構１５０の下面にはゴム材である緩衝部材１５１が接着されており、緩衝部材１５１の下面には第１の振動センサ１５２が埋設され、被接合部材１２０の上面に対して図示しない非硬化性グリースを介して当接するようになっている。
【００６７】
但し、後述する第１の振動センサ１７２や前述した第１の振動センサ１１８を設ける場合には第１の振動センサ１５２は不要である。
なお、押圧駆動機構１５０の一部領域は図９（Ａ）で示すとおり一対の押圧板１５０ａ、１５０ｂに分割され、接触子１３０によって押圧されている接合部材１２１の前後（図９（Ａ）の上下位置）を押圧するようになっている。
図９（Ａ）（Ｂ）で示すとおり、緩衝部材１５１の下面には第１の振動センサ１５２が設けられ、図示しない非硬化性グリースを介して被接合部材１２０の上面に接触するようになっている。
第三部分となる搬送架台１７０には、図示しない昇降機構と、前進後退駆動機構によって被接合部材１２０を上昇・移送・下降させて図９（Ａ）の上方に移動させて停止し、被接合部材１２０を載置してから再び昇降機構を更に下降させてから図９（Ａ）の下方に移動復帰することによって、被接合部材１２０を順次前進移送するようになっている。
搬送架台１７０の上面には緩衝部材１７１を介して第１の振動センサ１７２が設けられ、この第１の振動センサ１７２は図示しない非硬化性グリースを介して被接合部材１２０の下面に接触するようになっている。
第四部分となる全体制御盤１９０Ｂは図１０で後述するとおり、超音波接合制御装置３００Ｂ、搬送制御ユニット３１０、電源制御ユニット３３０Ｂ、駆動制御ユニット３４０によって構成されている。
【００６８】
図１０において、超音波接合制御装置３００Ｂはマイクロプロセッサ３０１と協働するプログラムメモリ３０２Ｂを主体として構成されており、その制御機能は異常検出ユニット３２０Ｂと、搬入移送指令ユニット６０３と、押圧制御指令ユニット６０４と、電源制御指令ユニット６０６に大別されている。
搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動する搬送制御ユニット３１０と、搬入移送指令ユニット６０３及び押圧制御ユニット６０４からの指令に応動する駆動制御ユニット３４０は図３の場合と同様である。
電源制御指令ユニット６０６に応動する電源制御ユニット３３０Ｂも図３の場合と同様であるが、図１０の場合には目標出力電圧または出力電流を漸減させる機能が設けられていない。
異常検出ユニット３２０Ｂは一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａ及び第２の帯域フィルタ３２２ａを包含し、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）及び第２の振動センサ１３７の出力信号を第１の異常判定手段３２１ｂ、第２の異常判定手段３２２ｂへ入力するようになっている。
また、電源異常を検出するための第４の異常判定手段３２４ｂｂには電源制御ユニット３３０Ｂの電圧／電流センサ３３３が入力信号として接続されている。
【００６９】
摩擦摺動面の擦れ振動と亀裂破損異常の両方を検出するための第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）は図３の場合と同様に２００ＫＨｚから４ＭＨｚの周波数帯域の振動が検出できるものであり、第１の帯域フィルタ３２１ａ、第２の帯域フィルタ３２２ａと第１の異常判定手段３２１ｂ、第２の異常判定手段３２２ｂも図３の場合と同様である。
第４の異常判定手段３２４ｂは、振動子駆動電圧源３３２に供給された入力電圧に対応した出力電流が得られているかどうかによって電源異常の有無を判定するようになっている。
【００７０】
なお、第２の振動センサ１３７による検出信号の周波数を振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の周波数に等しい例えば２０ＫＨｚにし、第１の帯域フィルタ３２１ａａは第１の帯域フィルタ３２１ａとは異なるものにしておけば、電圧／電流センサ３３３の動作状態と第２の振動センサ１３７の検出出力を対比して設備異常の有無をより正確に判定することができる。
但し、以下の説明では第２の振動センサ１３７も第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）と同じ周波数帯域で動作して、摺動摩擦面の擦れ振動を検出するものとして説明する。
旧データ更新記憶手段３２５ａは一対の多段階シフトレジスタであって、第１の帯域フィルタ３２１ａから得られる第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の出力信号を順次記憶し、所定時間以上の旧データはオーバーフローして消失するとともに、第１の帯域フィルタ３２１ａａから得られる第２の振動センサ１３７の出力信号を順次記憶し、所定時間以上の旧データはオーバーフローして消失するように構成されている。
【００７１】
新旧データ比較手段３２５ｂは旧データ更新記憶手段３２５ａに格納された最新データと所定時間以前の旧データとを比較して新旧データの変化の有無を判定するようになっている。
前記接合完了判定手段３２５Ｂは図１１（Ｇ）、（Ｆ）で後述するとおり、第１、第２の振動センサによって検出された擦れ振動の信号振幅が、第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１未満から以上に変化した後に、所定の下限閾値Ｈ１３、ｈ１３未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
第１、第２、第４の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂ、３２４ｂｂのどれかが異常判定を行うか、所定時間内に接合完了判定部３２５ｃが接合完了判定を行わなかった場合には異常処理指令発生ユニット６１８Ｂが異常処理指令を発生して、異常報知と異常発生情報の保存記憶と装置の自動停止を行うようになっている。
第１、第２、第４の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂ、３２４ｂｂのどれもが異常判定を行わなかったときは、図示しない手動停止指令が発生していないがきりは継続指令発生ユニット６１４が継続運転を許可する継続指令を発生するようになっている。
【００７２】
接合完了判定手段３２５Ｂは更に、尚早異常判定部３２５ｄを包含しており、接触子１３０に対する加振が開始されてから、出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小時間未満であった場合には、接合異常であると判定するかまたは少なくとも当該接合完了判定を無効とするようになっている。
但し、所定の最小時間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用されていて、最小時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
【００７３】
（２）この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の作用・動作の詳細な説明
以下、図８〜図１０のとおり構成されたこの発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置について、図１１に示すタイムチャートに基づき、図４の場合との相違点を中心にして制御動作の概要を説明する。
図１１（Ａ）は図４（Ａ）と同様にワークの搬入・搬出移送動作を示しており、図４の場合は被接合部材１２０を上方の搬送移動機構１６０によって移送するものであるのに対し、図１１の場合は被接合部材１２０の下方に設けられた搬送架台１７０によって移送するようになっていることが異なっている。
図１１（Ｂ）は図４（Ｂ）と同様に接触子１３０の昇降動作を示している。
図１１（Ｃ）は図４（Ｃ）と同様に押圧駆動機構１５０の昇降動作を示している。
図１１（Ｄ）は図４（Ｄ）と同様に接触子１３０の押圧動作を示している。
【００７４】
図１１（Ｅ）は図４（Ｅ）と同様に振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の波高値を示しており、接合部材１２１が接触子１３０によって所定の圧力に押圧された後続時刻帯４０１ｄに続く第１時刻４０１ｅで加振開始し、所定の出力電圧を維持しながら第３時刻４０３ｅに至り、第３時刻４０３ｅから後述する接合完了時刻である第４時刻４０４ｅまでは出力電圧やゆるやかに漸増し、この第４時刻４０４ｅ以降は急減し、後述する加振完了時刻である第５時刻４０５ｅ以前において出力電圧はゼロになっている。
加振開始時刻４０１ｅから加振完了時刻４０５ｅの期間である加振指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間Ｔｍａｘまたは最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
【００７５】
加振開始時刻４０１ｅから漸増開始時刻４０３ｅの期間である最短指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間Ｔｍｉｎまたは最小エネルギー量が適用されていて、最短指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
加振完了時刻４０５ｅ以後は先行時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂを経て第６時刻帯４０６ａへ移行するようになっている。
図１１（Ｆ）は接触子１３０側に設けられた第２の振動センサ１３７によって検出された擦れ振動の信号振幅を示している。
図１１（Ｇ）は図４（Ｇ）と同様に被接合部材１２０側に設けられた第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）によって検出された擦れ振動の信号振幅を示している。
なお、図１１（Ｆ）、（Ｇ）において第１時刻４０１ｆ、４０１ｇは振動開始時刻、第２時刻４０２ｆ、４０２ｇは接合面の汚染による滑動終了時刻、第４時刻４０４ｆ、４０４ｇは接合開始時刻であり、第１、第２の振動センサの出力信号が下限閾値Ｈ１３、ｈ１３まで減少した時点が図１１（Ｅ）で示された接合完了時刻４０４ｅで示されている。
【００７６】
図１１（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）と図４（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）との主な相違点は、図１１側では超音波振動子１３２に対する駆動電圧を途中から漸増させ、接合完了が遅れている場合にこれを促進するようになっている。
このような漸増制御は実施の形態に限らず、前述の実施の形態１や後述の実施の形態３においても適用することができるものである。
また、図４（Ｅ）の場合には第２の振動センサ１３７を備えておらず、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の検出出力が第１の判定閾値Ｈ１１を超過してから所定の遅延時間Δτをおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を漸減させるようになっているのに対し、図１１（Ｅ）の場合には接合完了判定手段３２５Ｂが接合完了判定を行った第４時刻４０４ｅにおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を急減停止するようになっていることである。
但し、図１１（Ｅ）の場合であっても、超音波振動子１３２に対する印加電圧を急減停止しないで、点線で示すように漸減停止するようにしても良い。
【００７７】
次に、図８〜図１０のとおりに構成されたこの発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置について、図１２、図１３に示すフローチャートに基づいて、図６、図７との相違点を中心にして制御動作の詳細を説明する。
図１２において、工程６００は超音波接合制御装置３００Ｂの主体構成要素であるマイクロプロセッサ３０１の制御動作の開始ステップであるが、工程６００から工程６０６と、工程６１３から工程６１５までは図６と同じ動作を行うものであるから説明は省略する。
工程６０６に続く工程６０７は工程６０６が駆動電圧を発生する指令発生期間を決定するための加振完了時期判定工程となるステップであり、この指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定され、未到達であればＮＯの判定を行って工程ブロック６２０Ｂへ移行し、到達であればＹＥＳの判定を行って工程６０８へ移行するようになっている。
【００７８】
工程ブロック６２０Ｂは図１３で後述するとおり接合良否と異常発生の有無を判定するための接合良否判定工程であり、続く工程６１７Ｂは図１３の工程６２８が異常判定情報を記憶しているかどうかを読み出して、異常発生ならＹＥＳの判定を行って工程６１８Ｂへ移行し、異常発生していなければＮＯの判定を行って工程６０９ａへ移行する異常判定工程である。
工程６０９ａは図１３の工程６２７が接合完了判定を記憶しているかどうかを読み出して、完了判定を記憶していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、完了判定を記憶しておればＹＥＳの判定を行って工程６１２ｂへ移行する判定ステップ、工程６１２ｂは図１０の電源制御ユニット３３０Ｂに対して目標とする出力電圧または出力電流を急減停止する指令を発生してから工程６１３へ移行するステップである。
工程６１８Ｂは少なくとも異常発生を報知し、異常発生情報を保存記憶してから工程６１２ａへ移行する異常発生処理工程である。
工程６０８は工程６０７がＹＥＳの判定を行ったことに伴って、所定の加振期間内において異常判定は行われなかったものの、接合完了判定も得られていないことになるので、第１の異常判定が行われ少なくとも時間超過異常の発生を記憶してから工程６１２ａへ移行するステップとなっている。
工程６１２ａは電源制御ユニット３３０Ｂに対して超音波振動子１３２への駆動停止指令を発生するステップであり、続いて工程６１３へ移行するようになっている。
【００７９】
図１３において、工程６２１は図１２の工程ブロック６２０Ｂで示したサブルーチンプログラムの開始工程であり、一連の制御プログラムの後に設けられた工程６２９は図１２の工程６１７Ｂへ移行する復帰工程となっている。
工程６２１に続いて実行される工程６２２ａは、図１０で示された第４の異常判定手段３２４ｂｂに相当し、電源異常があればＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、電源異常が無ければＮＯの判定を行って工程６２２ｂへ移行するようになっている。
工程６２２ｂは、図１０で示された第２の異常判定手段３２２ｂに相当しており、亀裂破損異常または接合剥離異常が発生したときはＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、異常発生が無ければＮＯの判定を行って工程６２４ａへ移行する判定ステップである。
【００８０】
工程６２４ａと工程６２５ａによって構成された工程ブロック６２３は、図１０における旧データ更新記憶手段３２５ａが一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａから得られる第１データと第２データを読込んで所定時間以前の旧データはオーバーフローする多段階シフトレジスタに対する読取りシフトを行うステップである。
続く工程６２４ｂでは工程６２４ａで記憶された新旧の第１データについて大小比較を行って工程６２４ｃへ移行する。
工程６２４ｃは工程６２４ｂによる比較結果として第１データが第１の判定閾値Ｈ１１以上に増加し、やがて下限閾値Ｈ１３未満になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２５ｂへ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図１１（Ｇ）における信号振幅の消滅直前時点が検出されることになる。
続く工程６２５ｂでは工程６２５ａで記憶された新旧の第２データについて大小比較を行って工程６２５ｃへ移行する。
工程６２５ｃは工程６２５ｂによる比較結果として第２データが第１の判定閾値ｈ１１以上に増加し、やがて下限閾値ｈ１３未満になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２６へ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図１１（Ｆ）における信号振幅の消滅直前時点が検出されることになる。
但し、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）と第２の振動センサ１３７のどちらか一方だけを有するものの場合には有するものの場合には工程６２４ａ、工程６２４ｂ、工程６２４ｃか、工程６２５ａ、工程６２５ｂ、工程６２５ｃのどちらかが省略されるようになっている。
【００８１】
工程６２６は図１０の尚早異常判定部３２５ｄに相当しており、加振開始から接合完了判定までの経過時間が過小であるときにはＹＥＳの判定を行って工程６２８または工程６２９へ移行し、所定の最小時間を超過しておればＮＯの判定を行って工程６２７へ移行する。
工程６２７は接合完了判定を記憶して工程６２９へ移行するステップであり，工程６２８は異常発生を記憶して工程６２９へ移行するステップである。
なお、工程６２７、工程６２８が接合完了と異常発生を記憶していないときには、図１２において工程ブロック６２０Ｂから工程６１７Ｂ（ＮＯの判定）と工程６０９ａ（ＮＯの判定）と工程６０４、工程６０５、工程６０６と工程６０７（ＮＯの判定）を経て工程ブロック６２０Ｂが繰返して実行され、やがて工程６０７がＹＥＳの判定を行えば工程６０８へ移行して巡回ルーチンを脱出し、その前に異常発生の判定が行われると工程６１８Ｂへ移行して巡回ルーチンを脱出し、接合完了が判定されると工程６１２ｂへ移行して巡回ルーチンを脱出するようになっている。
【００８２】
（３）実施の形態２に係る超音波接合制御装置の要点と特徴
以上の説明で明らかなとおりこの発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構１４３から押圧される接触子１３０によって、接合部材１２１を被接合部材１２０に圧接するとともに、前記接触子１３０には振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が印加される超音波振動子１３２が連結されて、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材１２１と被接合部材１２０とを接合するようにした超音波接合装置１００Ｂに対する超音波接合制御装置３００Ｂであって、前記接合部材１２１が前記接触子１３０によって押圧されているときに、前記被接合部材１２０に当接される第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の検出出力であるか、または前記接触子１３０側に設けられた第２の振動センサ１３７の検出出力に応動する異常検出ユニット３２０Ｂを備え、前記異常検出ユニット３２０Ｂは前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７で検出可能な周波数帯域全体の中の下方帯域であって、第１の周波数帯域の出力信号を抽出する第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａと、前記周波数帯域全体の中の上方帯域である第２の周波数帯域の出力信号を抽出する第２の帯域フィルタ３２２ａとを備えるとともに、第１の異常判定手段３２１ｂ及び第２の異常判定手段３２２ｂを備えている。
【００８３】
前記第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａの中心周波数は前記振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数よりも高い周波数であって、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域と重なり合っており、前記第２の帯域フィルタ３２２ａの中心周波数は、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる亀裂破損または接合剥離発生時の固有振動周波数に応じて、選択切換または可変調整され、前記第１の異常判定手段３２１ｂは、前記第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａを介して得られる前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７の出力信号を監視して、加振開始後の所定時間域においてこの出力信号の信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１・ｈ１１に達していなかった場合には接合不良であると判定し、前記第２の異常判定手段３２２ｂは、前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７の出力信号の少なくとも一方の信号振幅が、前記第２の周波数帯域において第２の限界振幅Ｈ２２を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて前記被接合部材１２０または前記接合部材１２１の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したと判定するようになっている。
【００８４】
前記異常検出ユニット３２０Ｂは更に、接合完了判定手段３２５Ｂを備え、前記接合完了判定手段３２５Ｂは前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の出力信号データ、または前記第１の帯域フィルタ３２１ａａを介して得られる前記第２の振動センサ１３７の出力信号データの少なくとも一方について、所定の時間差をおいて新旧データを対比して、信号振幅が前記第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１未満から以上に変化した後に、所定の下限閾値Ｈ１３、ｈ１３未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
【００８５】
以上のとおり、第１または第２の振動センサの出力信号の信号振幅が時系列として増加から減少に転じて、所定の下限値未満となったことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
従って、摺動摩擦の発生と接合完了に伴う摺動摩擦の消失の両方を複合的に判断して接合完了判定が行われ、超音波接合によって寸法変化が生じ難い材料や、摩擦熱の検出が行いにくい材料に対する超音波接合であっても、正確に接合完了判定を行うことができる。
【００８６】
前記接合完了判定手段３２５Ｂは更に、前記接触子１３０に対する加振が開始されてから、前記出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小時間未満であった場合には、接合異常であると判定するか、または少なくとも当該接合完了判定を無効とし、前記所定の最小時間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用されていて、最小時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
【００８７】
以上のとおり、接合完了判定が行われる時期が尚早であるときには，接合異常であるかまたは少なくとも当該接合完了判定を無効にするようになっている。
従って、接合完了判定が有効となる時間帯が制限されるので、ノイズ誤動作によって一時的に信号出力が増大するようなことがあっても誤った接合判定が行われる確率が改善低下する。
【００８８】
この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置３００Ｂを用いた超音波接合制御方法であって、前記接合部材１２１に対する前記接触子１３０の押圧力が所定値以上になってから、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程６０６と、前記出力電圧をゼロにし、前記接触子１３０の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程６０７と、前記第２の異常判定手段３２２ｂに応動する異常判定工程６１７Ｂと、前記接合完了判定手段３２５Ｂを実行する接合完了判定工程６２０Ｂと、前記異常判定工程６１７Ｂによって亀裂破損または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常処理工程６１８Ｂとを備えていて、前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、前記異常判定工程６１７Ｂが異常判定を行ったときと、前記接合完了判定工程６２０Ｂが接合完了を判定したことによって、予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっていて、前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間内に前記異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果が得られないときには第１の異常判定が行われ、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われる。
【００８９】
以上のとおり、この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置を用いた異常検出方法は、電源制御指令発生工程と、加振完了時期判定工程と、異常判定工程と、接合完了判定工程と異常発生処理工程となる手順によって構成されていて、加振指令発生期間内に異常判定または接合完了判定が行われると加振動作を停止し、加振指令発生期間内に異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果も得られないときには時間超過異常処理が行われるようになっている。
従って、正常に接合完了して継続動作を持続するか、異常発生が検出されて異常内容に応じた異常処理を行うか、接合完了または異常発生のいずれの判定も得られない時間超過判定に応じた異常処理を行うことができるとともに、正常接合完了時には超音波振動の発生を停止して、接合完了後の加振延長時間が短縮されて過大時間にわたる振動付与に伴う亀裂破損や接合剥離の発生が防止される。
【００９０】
前記電源制御指令発生工程６０６では、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の発生開始直後からの初期期間では前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を一定値に維持しておいて、前記予備実験によって得られた最小接合時間または最小エネルギー量に相当する時間の経過に伴って、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸増し、前記出力抑制開始または発生停止時期の到来に伴って、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸減または停止するようになっている。
以上のとおり、出力電圧または出力電流は一定値を維持した後に漸増する特性となるよう制御されている。
従って、接合完了が遅延しているときには、徐々に加振振幅を増大させて接合を促進することができる。
【００９１】
実施の形態３．
（１）この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置の構成の詳細な説明
以下、この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である図１４によって、図１０の超音波接合制御装置との相違点を中心にしてその構成を詳細に説明する。
なお、各図において同一符号は同一または相当部分を示し、符号に対する添字ＢとＣは実施形態の違いによる相当部分を示しており、実施形態３の場合には接合完了にともなって加振振幅を漸減させるようになっていることと、超音波振動子１３２に対する印加電圧は中間時期から漸増しない一定値となっているのが大きな相違点となっている。
図１４において超音波接合装置１００Ｃの全体構成は図８の場合と同じであり、全体制御盤１９０Ｃを構成する超音波接合制御装置３００Ｃはマイクロプロセッサ３０１とプログラムメモリ３０２Ｃを主体として動作し、その制御機能は異常検出ユニット３２０Ｃと、搬入移送指令ユニット６０３と、押圧制御指令ユニット６０４と、電源制御指令ユニット６０６に大別されており、振動センサとしては被加振側の第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）と加振側の第２の振動センサ１３７が併用されている。
搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動する搬送制御ユニット３１０はワーク搬送機構３１１を制御し、搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令と押圧制御指令ユニット６０４からの押圧指令に応動する駆動制御ユニット３４０はサーボモータ１４０を制御し、電源制御指令ユニット６０６からの加振制御指令に応動する電源制御ユニット３３０Ｃは超音波振動子１３２を駆動する。
【００９２】
図１０に示される超音波接合制御装置との相違点として、異常検出ユニット３２０Ｃには相対異常判定手段３２６ｂが付加されている。
相対異常判定手段３２６ｂは第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）に接続された第１の帯域フィルタ３２１ａと第２の振動センサ１３７に接続された第１の帯域フィルタ３２１ａａの出力信号の相対比率が所定の上下限値の域外であることによって相対異常判定を行うようになっており、図１０に示される超音波接合制御装置にも適用可能なものである。
なお、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）は被接合部材１２０との密着性を維持するための非硬化性グリースの管理を適切に行えば、高感度に接合面で発生する擦れ振動を検出できる。
また、第２の振動センサ１３７による擦れ振動の検出は低感度となるが、非硬化性グリースを介して接触子１３０に取付け固定されるので相手面が固定されており、安定した密着性を有する。
異常検出ユニット３２０Ｃに付加された接合開始判定部３２５ｅは、第１の帯域フィルタ３２１ａや第１の帯域フィルタ３２１ａａを介して得られる第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）や第２の振動センサ１３７の出力信号の振幅が、後述の図１５（Ｇ）、（Ｆ）で示した第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１を超過してから、減少開始判定閾値Ｈ１２、ｈ１２まで減少した時点で接合開始判定信号を発生して、振動子駆動電圧源３３２に対して出力電圧の漸減指令を供給するようになっている。
なお、図１０で示された尚早異常判定部３２５ｄは図１４でも適用できるものであるが、説明を割愛している。
【００９３】
次に、図１４のとおり構成されたこの発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置について、図１５に示すタイムチャートに基づいて、図４、図１１の場合との相違点を中心にして制御動作の概要を説明する。
図１５（Ａ）は図４（Ａ）と同様にワークの搬入・搬出移送動作を示しており、図４の場合は被接合部材１２０を上方の搬送移動機構１６０によって移送するものであるのに対し、図１５の場合は被接合部材１２０の下方に設けられた搬送架台１７０によって移送するようになっていることが異なっている。
図１５（Ｂ）は図４（Ｂ）と同様に接触子１３０の昇降動作を示している。
図１５（Ｃ）は図４（Ｃ）と同様に押圧駆動機構１５０の昇降動作を示している。
図１５（Ｄ）は図４（Ｄ）と同様に接触子１３０の押圧動作を示している。
従って、図１５（Ａ）〜（Ｄ）と図１１（Ａ）〜（Ｄ）とは同じ動作である。
【００９４】
図１５（Ｅ）は図４（Ｅ）と同様に振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の波高値を示しており、接合部材１２１が接触子１３０によって所定の圧力に押圧された後続時刻帯４０１ｄに続く第１時刻４０１ｅで加振開始し、後述する漸減開始時刻４０４ｅｅまでは出力電圧は一定値を保ち、接合完了時刻である第４時刻４０４ｅまでは出力電圧は漸減し、第４時刻４０４ｅ以降は加振抑制動作が完了して出力電圧は所定の下限電圧（通常は０Ｖ）となり、後述する加振完了時刻である第５時刻４０５ｅ以前に出力電圧はゼロになっている。
【００９５】
加振開始時刻４０１ｅから加振完了時刻４０５ｅの期間である加振指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間Ｔｍａｘまたは最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
加振完了時刻４０５ｅ以後は先行時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂを経て第６時刻帯４０６ａへ移行するようになっている。
図１５（Ｆ）は接触子１３０側に設けられた第２の振動センサ１３７によって検出された擦れ振動の信号振幅を示している。
図１５（Ｇ）は図４（Ｇ）と同様に被接合部材１２０側に設けられた第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）によって検出された擦れ振動の信号振幅を示している。
図１５（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）と図４（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）との主な相違点として、図４（Ｅ）の場合には第２の振動センサ１３７を備えておらず、第１の振動センサ１７２の検出出力が第１の判定閾値Ｈ１１を超過してから所定の遅延時間Δτをおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を漸減させるようになっているのに対し、図１５（Ｅ）の場合には接合開始判定部３２５ｅが接合開始を判定した第４’時刻４０４ｅｅにおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を漸減開始し、接合完了判定部３２５ｃが接合完了判定を行った第４時刻４０４ｅにおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を停止するようになっている。
【００９６】
また、図１５（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）と図１１（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）との主な相違点として、図１１（Ｇ）の場合には接合完了判定部３２５ｃが接合完了判定を行った第４時刻４０４ｅにおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を急減停止し、接合開始時点での漸減開始が行なわれていないが、図１５（Ｇ）の場合には、超音波振動子１３２に対する印加電圧を漸減した後に急減停止するようになっている。
【００９７】
（２）この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置の作用・動作の詳細な説明
次に、図１４のとおりに構成されたこの発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置について、図１６に示すフローチャートに基づいて、図６、図１２との相違点を中心にして制御動作の詳細を説明する。
図１６において、工程６００は超音波接合制御装置３００Ｃの主体構成要素であるマイクロプロセッサ３０１の制御動作の開始ステップであるが、工程６００から工程６０６と、工程６１３から工程６１５までは図６、図１２と同じ動作を行うものであるから説明は省略する。
工程６０６に続く工程６０７は工程６０６が駆動電圧を発生する指令発生期間を決定するための加振完了時期判定工程となるステップであり、この指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定され、未到達であればＮＯの判定を行って工程ブロック６２０Ｃへ移行し、到達であればＹＥＳの判定を行って工程６０８へ移行するようになっている。
【００９８】
工程ブロック６２０Ｃは図１７で後述するとおり接合良否と異常発生の有無を判定するための接合良否判定工程であり、続く工程６１７Ｃは図１７の工程６２８が異常判定情報を記憶しているかどうかを読み出して、異常発生ならＹＥＳの判定を行って工程６１８Ｃへ移行し、異常発生していなければＮＯの判定を行って工程６０９ａへ移行する異常判定工程である。
工程６０９ａは図１７の工程６２７ｃが接合開始判定を記憶しているかどうかを読み出して、開始判定を記憶していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、開始判定を記憶しておればＹＥＳの判定を行って工程６１９へ移行する判定ステップ、工程６１９は図１４の電源制御ユニット３３０Ｃに対して目標とする出力電圧または出力電流を漸減して加振抑制する指令を発生してから工程６０９ａへ復帰移行するステップである。
【００９９】
工程６０９ｂは図１７の工程６３７が接合完了判定を記憶しているかどうかを読み出して、完了判定を記憶していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、完了判定を記憶しておればＹＥＳの判定を行って工程６１２ｂへ移行する判定ステップ、工程６１２ｂは図１４の電源制御ユニット３３０Ｃに対して目標とする出力電圧または出力電流を急減停止する指令を発生してから工程６１３へ移行するステップである。
工程６１８Ｃは少なくとも異常発生を報知し、異常発生情報を保存記憶してから工程６１２ａへ移行する異常発生処理工程である。
【０１００】
工程６０８は工程６０７がＹＥＳの判定を行ったことに伴って、所定の加振期間内において異常判定は行われなかったものの、接合完了判定も得られていないことになるので、第１の異常判定を行って少なくとも時間超過異常の発生を記憶してから工程６１２ａへ移行するステップとなっている。
工程６１２ａは電源制御ユニット３３０Ｃに対して超音波振動子１３２への駆動停止指令を発生するステップであり、続いて工程６１３へ移行するようになっている。
なお、図１７における工程６２７ｃ、工程６２８が接合開始と異常発生を記憶しておらず、工程６３７が接合完了を記憶していないときには、図１６において工程ブロック６２０Ｃから工程６１７Ｃ（ＮＯの判定）と工程６０９ａ（ＮＯの判定）と工程６０４、工程６０５、工程６０６と工程６０７（ＮＯの判定）を経て工程ブロック６２０Ｃが繰返して実行され、接合開始記憶が行われて工程６０９ａの判定がＹＥＳになると工程６１９を含めた循環ループが構成されて工程６０６において出力電圧が順次漸減するようになっている。
やがて、接合完了記憶が行われて工程６０９ｂの判定がＹＥＳになると循環フローを脱出して工程６１２ｂへ移行するが、その前に異常判定が行われると工程６１７Ｃから工程６１８Ｃへ脱出し、異常発生もなく接合完了も行われていない状態で工程６０７がＹＥＳの判定を行えば工程６０８へ移行して巡回ルーチンを脱出し、第１の異常が発生したと判定されるようになっている。
【０１０１】
図１７において、工程６２１は図１６の工程ブロック６２０Ｃで示したサブルーチンプログラムの開始工程であり、一連の制御プログラムの後に設けられた図１７の工程６２９は図１６の工程６１７Ｃへ移行する復帰工程となっている。
工程６２１に続いて実行される工程６２２ａは、図１４で示された第４の異常判定手段３２４ｂｂに相当し、電源異常があればＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、電源異常が無ければＮＯの判定を行って工程６２２ｂへ移行するようになっている。
【０１０２】
工程６２２ｂは、図１４で示された第２の異常判定手段３２２ｂに相当しており、亀裂破損異常または接合剥離異常が発生したときはＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、異常発生が無ければＮＯの判定を行って工程６２２ｃへ移行する判定ステップである。
工程６２２ｃは、図１４で示された相対異常判定手段３２６ｂに相当しており、相対異常が発生したときはＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、異常発生が無ければＮＯの判定を行って工程６２４ａへ移行する判定ステップである。
【０１０３】
工程６２４ａと工程６２５ａによって構成された工程ブロック６２３は、図１４における旧データ更新記憶手段３２５ａが一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａから得られる第１データと第２データを読込んで所定時間以前の旧データはオーバーフローする多段階シフトレジスタに対する読取りシフトを行うステップである。
続く工程６２４ｂでは工程６２４ａで記憶された新旧の第１データについて大小比較を行って工程６２４ｃへ移行する。
工程６２４ｃは工程６２４ｂによる比較結果として第１データが第１の判定閾値Ｈ１１以上に増加し、やがて減少判定閾値Ｈ１２以下になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２５ｂへ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って図１７の工程６３４ｂへ移行する判定ステップであり、これにより図１５（Ｅ）における漸減開始時刻４０４ｅｅが検出されることになる。
【０１０４】
続く工程６２５ｂでは工程６２５ａで記憶された新旧の第２データについて大小比較を行って工程６２５ｃへ移行する。
工程６２５ｃは工程６２５ｂによる比較結果として第２データが第１の判定閾値ｈ１１以上に増加し、やがて減少判定閾値ｈ１２以下になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２７ｃへ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って図１７の工程６３４ｂへ移行する判定ステップであり、これにより図１５（Ｅ）における漸減開始時刻４０４ｅｅが検出されることになる。
【０１０５】
なお、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）と第２の振動センサ１３７のどちらか一方だけを有するものの場合には工程６２４ａ、工程６２４ｂ、工程６２４ｃか、工程６２５ａ、工程６２５ｂ、工程６２５ｃのどちらかが省略されるようになっている。
工程６２７ｃは接合開始判定を記憶して図１７の工程６３４ｂへ移行するステップであり、工程６２８は異常発生を記憶して工程６２９へ移行するステップである。
図１７の工程６３４ｂでは工程６２４ａで記憶された新旧の第１データについて大小比較を行って工程６３４ｃへ移行する。
工程６３４ｃは工程６３４ｂによる比較結果として第１データが第１の判定閾値Ｈ１１以上に増加し、やがて下限閾値Ｈ１３未満になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６３５ｂへ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図１５（Ｅ）における接合完了時刻４０４ｅが検出されることになる。
【０１０６】
続く工程６３５ｂでは工程６２５ａで記憶された新旧の第２データについて大小比較を行って工程６３５ｃへ移行する。
工程６３５ｃは工程６３５ｂによる比較結果として第２データが第１の判定閾値ｈ１１以上に増加し、やがて下限閾値ｈ１３未満になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６３７へ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図１５（Ｅ）における接合完了時刻４０４ｅが検出されることになる。
なお、第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）と第２の振動センサ１３７のどちらか一方だけを有するものの場合には工程６３４ｂ、工程６３４ｃか、工程６３５ｂ、工程６３５ｃのどちらかが省略されるようになっている。
【０１０７】
（３）この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置の要点と特徴
以上の説明で明らかなとおりこの発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構１４３から押圧される接触子１３０によって、接合部材１２１を被接合部材１２０に圧接するとともに、前記接触子１３０には振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が印加される超音波振動子１３２が連結されて、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材１２１と被接合部材１２０とを接合するようにした超音波接合装置１００Ｃに対する超音波接合制御装置３００Ｃであって、前記接合部材１２１が前記接触子１３０によって押圧されているときに、前記被接合部材１２０に当接される第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の検出出力であるか、または前記接触子１３０側に設けられた第２の振動センサ１３７の検出出力に応動する異常検出ユニット３２０Ｃを備え、前記異常検出ユニット３２０Ｃは前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７で検出可能な周波数帯域全体の中の下方帯域であって、第１の周波数帯域の出力信号を抽出する一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａと、前記周波数帯域全体の中の上方帯域である第２の周波数帯域の出力信号を抽出する第２の帯域フィルタ３２２ａとを備えるとともに、第１及び第２の異常判定手段３２１ｂ、３２２ｂを備えている。
【０１０８】
前記一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａの中心周波数は前記振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数よりも高い周波数であって、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域と重なり合っており、前記第２の帯域フィルタ３２２ａの中心周波数は、適用された被接合部材１２０または接合部材１２１の材質と寸法によって定まる亀裂破損または接合剥離発生時の固有振動周波数に応じて、選択切換または可変調整され、前記第１の異常判定手段３２１ｂは、前記一対の第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａを介して得られる前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７の出力信号を監視して、加振開始後の所定時間域においてこの出力信号の信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１に達していなかった場合には接合不良であると判定し、前記第２の異常判定手段３２２ｂは、前記第１または第２の振動センサ１７２（または１１８、１５２）、１３７の出力信号の少なくとも一方の信号振幅が、前記第２の周波数帯域において第２の限界振幅Ｈ２２を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、この記憶情報に基づいて前記被接合部材１２０または前記接合部材１２１の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したと判定するようになっている。
【０１０９】
前記異常検出ユニット３２０Ｃは更に、接合完了判定手段３２５Ｃを備え、前記接合完了判定手段３２５Ｃは前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）の出力信号データ、または前記第１の帯域フィルタ３２１ａａを介して得られる前記第２の振動センサ１３７の出力信号データの少なくとも一方について、所定の時間差をおいて新旧データを対比して、信号振幅が前記第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１未満から以上に変化した後に、所定の下限閾値Ｈ１３、ｈ１３未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
【０１１０】
以上のとおり、第１の振動センサまたは第２の振動センサの出力信号の信号振幅が時系列として増加から減少に転じて、所定の下限閾値未満となったことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
従って、摺動摩擦の発生と接合完了に伴う摺動摩擦の消失の両方を複合的に判断して接合完了判定が行われ、超音波接合によって寸法変化が生じ難い材料や、摩擦熱の検出が行いにくい材料に対する超音波接合であっても、正確に接合完了判定を行うことができる。
【０１１１】
前記異常検出ユニット３２０Ｃは更に、第２の振動センサ１３７の出力信号が入力される第１の帯域フィルタ３２１ａａと相対異常判定手段３２６ｂとを備え、前記第２の振動センサ１３７は前記接触子１３０に接近して設置されて、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動を検出する振動センサであり、前記第１の帯域フィルタ３２１ａａの中心周波数は、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域内にあり、前記相対異常判定手段３２６ｂは前記第１の振動センサ１７２（または１１８、１５２）に接続された第１の帯域フィルタ３２１ａと前記第２の振動センサ１３７に接続された第１の帯域フィルタ３２１ａａの出力信号の相対比率が所定の上下限値の域外であることによって相対異常判定を行うようになっている。
【０１１２】
以上のとおり、接合面の摺動摩擦による擦れ振動を検出するために、加振機構側に設けられた第２の振動センサの出力信号を第１の帯域フィルタを介して監視し、第１振動センサと第２の振動センサによって検出された擦れ振動の信号振幅を対比することによって、第１の振動センサまたは第２の振動センサの異常を検出するようになっている。
従って、相対異常が発生した場合は非硬化性グリースによって汚染されやすい第１の振動センサを疑うことになるが、第２の振動センサ側に異常がある場合であっても第１の振動センサまたは第２の振動センサの異常であるとしてこれを検出することができる。
【０１１３】
この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置３００Ｃを使用する超音波接合制御方法であって、前記接合部材１２１に対する前記接触子１３０の押圧力が所定値以上になってから、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程６０６と、前記出力電圧をゼロにし、前記接触子１３０の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程６０７と、前記第２の異常判定手段３２２ｂに応動する異常判定工程６１７Ｃと、前記接合完了判定手段３２５Ｃを実行する接合完了判定工程６２０Ｃと、前記第１の帯域フィルタ３２１ａ、３２１ａａが擦れ振動の発生を検出し、接合開始に伴って擦れ振動の信号振幅が減少開始したときに前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸減させる加振抑制開始工程６１９と、前記異常判定工程６１７Ｃによって亀裂破損または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常処理工程６１８Ｃとを備えている。
【０１１４】
前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、前記加振完了時期判定工程６０７による指令発生期間内に前記異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果も得られないときには第１の異常判定が行われて、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われ、前記異常判定工程６１７Ｃが異常判定を行ったとき、または前記接合完了判定工程６２０Ｃで接合完了が判定されたときは、予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっている。
【０１１５】
以上のとおり、この発明の実施の形態３に係る超音波接合制御装置を用いた異常検出方法は、電源制御指令発生工程と、加振完了時期判定工程と、異常判定工程と、接合完了判定工程と、加振抑制開始工程と、異常発生処理工程となる手順によって構成されていて、接合開始判定後には加振振幅は漸減するとともに、加振指令発生期間内に異常判定が行われるか接合完了判定が行われると加振動作を停止し、加振指令発生期間内に異常判定が行われず、接合完了判定も行われないときは加振指令期間の完了によって第１の異常判定が行われるようになっている。
【０１１６】
従って、正常に接合完了して継続動作を持続するか、異常発生が検出されて異常内容に応じた異常処理を行うか、接合完了または異常発生のいずれの判定も得られない時間超過判定に応じた異常処理を行うことができるとともに、正常接合完了時には超音波振動の発生を停止して、接合完了後の加振延長時間が短縮されて過大時間にわたる振動付与に伴う亀裂破損や接合剥離の発生が防止される。
また、接合開始時点で加振抑制動作が開始するので、接合過程での接合剥離を抑制することができる。
【０１１７】
（その他の実施の形態の説明）
以上の説明において、図３、図１０、図１４で示された全体制御ブロック図は、全体制御盤１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃの制御内容を機能単位で分割表示したものであって、実体としてのハードウエアの構成の仕方を示したものではない。
実態構成例の１つとして、全体制御盤はプログラマブルコントローラを主体として構成されていて、このプログラマブルコントローラの入出力バスにはオン・オフ制御用の汎用ボードの他に、アナログ入出力ボード、デジタルデータの入出力ボードなどの特殊オプションボードが接続され、ワーク搬送機構３１１に設けられたエアシリンダ用の電磁弁や動作確認センサと接続されるだけではなく、サーボアンプ３４２や振動子駆動電圧源３３２と直接接続され、負帰還制御の１部機能を分担するようになっている。
また、超音波接合制御装置３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ内の搬入移送指令ユニット６０３、押圧制御指令ユニット６０４、電源制御指令ユニット６０６もプログラマブルコントローラによって分担される機能である。
但し、異常検出ユニット３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃについてはハードウエアで構成された専用ボードが作成され、プログラマブルコントローラの入出力バスに接続されるようになっている。
【０１１８】
この専用ボードにはプログラマブルコントローラ内のマイクロプロセッサと直接交信する専用のマイクロプロセッサが設けられ、信号波形のフーリエ解析を行って接合判定を行うための信号周波数を決定したり、亀裂破損や接合剥離が発生する固有周波数を測定するための解析ツールに接続されるようになっている。
特に、第２、第３の帯域フィルタ３２２ａ、３２３ａを介して得られる亀裂検出信号や接合剥離検出信号は、ハードウエアによって第２、第３の限界振幅Ｈ２２・Ｈ３と比較され、比較判定結果を記憶回路で記憶し、この記憶回路の記憶情報をプログラマブルコントローラによって定期的に読出し、読出し完了に伴って記憶回路をリセットしておくことによって新な亀裂検出や接合剥離異常の発生が検出できるようになっている。
なお、この記憶回路の記憶情報は割込み信号による読出し要求を発生することによって緊急にプログラマブルコントローラから読み出すこともできる。
【０１１９】
プログラマブルコントローラにはマンマシンインタフェースとして図示しない設定表示パネルがシリアル接続され、この設定表示パネルからの画面操作によって第２、第３の帯域フィルタ３２２ａ、３２３ａの中心周波数の調整が行なわれる。
中心周波数の調整は抵抗・コンデンサ回路の抵抗値または静電容量をアナログスイッチで選択切換するのが最も簡単な方法であるが、スイッチドキャパシタを用いた帯域フィルタ回路に対してパルス幅変調信号のパルス周期を変更することによって中心周波数を調整し、パルスのＯＮ／ＯＦＦ比率を調整することによって増幅率を調整することも可能である。
【０１２０】
以上の説明において、第１実施の形態では第３の振動センサ１３８によって接触子１３０の機械的振動を検出し、これによって振動子駆動電圧源３３２及び超音波振動子１３２が正常に動作しているかどうかを判定するようになっている。
これに対し、第２の実施の形態や第３の実施の形態では第２の振動センサ１３７によって接触子１３０を介して接合部材１２１と被接合部材１２０間に発生する擦れ振動を検出し、第１の振動センサと協働して接合完了判定を行うか、相対異常判定手段３２６ｂとして利用されるようになっている。
被接合部材１２０に対して直接当接する第１の振動センサによる擦れ振動の検出感度は、接触子１３０を介して間接的に擦れ振動を検出する第２の振動センサよりは高感度であって、正確な接合完了判定を行うのに適しているが、介在する非硬化性のグリースの供給管理が必要となる。
【０１２１】
その反面、第２の振動センサ１３７は接触子１３０に固定されるので，低感度ではあるが安定して擦れ振動を検出することができる利点がある。
なお、１個の振動センサによって機械的振動と擦れ振動の両方を検出することは、振動周波数の乖離が大きすぎて困難であり、帯域フィルタの中心周波数を変更することによっては回避できない問題である。
そのため，接触子１３０に対して応動周波数帯域が異なる２個の振動センサを固定して、一方では接触子の機械的振動を検出し、他方では擦れ振動を検出するようにしてもよい。
これにより、振動子駆動電源と超音波振動子を含む設備側の異常と、第１の振動センサの密着性異常の双方を検出することができるようになる。
なお、設備側の異常判定については接触子を押圧しない無負荷状態において接触子の振動状態を測定することも可能である。
【０１２２】
以上の説明において、第１の振動センサまたは第２の振動センサはそれぞれ１個の振動センサとして記載されているが、例えば第１の振動センサ１１８、１５２、１７２の中の複数のセンサを使用して協働して接合判定と亀裂・剥離検出を行って、検出精度の向上と信頼性の向上を図ることも可能である。
また、複数使用されたセンサの一部は接合判定用と接合剥離の検出用に特化し、他は亀裂判定用に特化するなど、設置場所に適合した用途に限定して使用することも可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１００Ａ〜１００Ｃ 超音波接合装置、１１０ 基台、１１６ 振動センサ、１１８ 振動センサ、１２０ 被接合部材、１２１ 接合部材、１３０ 接触子、１３１ リード部材、１３２ 超音波振動子、１３３ 超音波ホーン、１３４ リード部材、１３５ 結合ブロック、１３６ バランサ、１３７ 第２の振動センサ、１３８ 第３の振動センサ、１４０ サーボモータ、１４１ 回転センサ、１４３ 押圧駆動機構、１４４ 押圧センサ、１５２ 振動センサ、１７２ 振動センサ、３００Ａ〜３００Ｃ 超音波接合制御装置、３２０Ａ〜３２０Ｃ 異常検出ユニット、３２１ａ、３２１ａａ 第１の帯域フィルタ、３２１ｂ 第１の異常判定手段、３２１ｃ 第１の振幅抑制手段、３２２ａ 第２の帯域フィルタ、３２２ｂ 第２の異常判定手段、３２２ｃ 第２の振幅抑制手段、３２２ｄ 特性選択調整指令、３２３ａ 第３の帯域フィルタ、３２３ｂ 第３の異常判定手段、３２４ａ 第４の帯域フィルタ、３２４ｂ、３２４ｂｂ 第４の異常判定手段、３２５ｄ 尚早異常判定部、３２５ｅ 接合開始判定部、３２５Ｂ、３２５Ｃ 接合完了判定手段、３２６ｂ 相対異常判定手段、３３０Ａ〜３３０Ｃ 電源制御ユニット、３３２ 振動子駆動電圧源、３３３ 電圧／電流センサ、３４０ 駆動制御ユニット、３４１ 速度パターン、３４２ サーボアンプ、３４４ 押圧力パターン、６０３ 搬入移送指令ユニット、６０４ 押圧制御指令ユニット、６０６ 電源制御指令ユニット、６０８時間超過処理工程（第１の異常判定手段）、６１７Ａ〜 ６１７Ｃ 異常判定工程、６１８Ａ〜６１８Ｂ 異常発生処理工程、６１９ 加振抑制開始工程、６２０Ｂ、６２０Ｃ 接合完了判定工程。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押圧駆動機構から押圧される接触子によって、接合部材を被接合部材に圧接するとともに、前記接触子には振動子駆動電圧源の出力電圧が印加される超音波振動子が連結されて、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材と前記被接合部材とを接合するようにした超音波接合制御装置に対する超音波接合制御装置であって、
前記接合部材が前記接触子によって押圧されているときに、前記被接合部材に当接される第１の振動センサの検出出力に、または前記接触子側に設けられた第２の振動センサの検出出力に応動する異常検出ユニットを備え、
前記異常検出ユニットは前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサで検出可能な周波数帯域全体の中の下方帯域である第１の周波数帯域の出力信号を抽出する第１の帯域フィルタと、前記周波数帯域全体の中の上方帯域である第２の周波数帯域の出力信号を抽出する第２の帯域フィルタと、第１の異常判定手段と、第２の異常判定手段とを備え、
前記第１の帯域フィルタの中心周波数は、前記振動子駆動電圧源が発生する出力電圧の周波数よりも高い周波数であるとともに、前記接合部材と前記被接合部材が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域と重なり合い、
前記第２の帯域フィルタの中心周波数は、適用された前記被接合部材または前記接合部材の材質と寸法によって定まる亀裂破損または接合剥離発生時の固有振動周波数に応じて選択切換または可変調整され、
前記第１の異常判定手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサの出力信号を監視して、加振開始後の所定時間域において当該出力信号の信号振幅が第１の判定閾値に達していなかった場合には接合不良であると判定し、
前記第２の異常判定手段は、前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサの出力信号の少なくとも一方の信号振幅が、前記第２の周波数帯域において第２の限界振幅を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、当該記憶情報に基づいて前記被接合部材または前記接合部材の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したと判定する
ことを特徴とする超音波接合制御装置。
【請求項２】
前記異常検出ユニットは更に、第１の振幅抑制手段及び第２の振幅抑制手段を備え、
前記第１の振幅抑制手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサの出力信号の信号振幅が前記第１の判定閾値を超過してから所定の遅延時間だけ遅れた時点、または当該出力信号が減少を開始した時点において前記振動子駆動電圧源に対する目標出力電圧または目標出力電流を漸減開始し、
前記第２の振幅抑制手段は、前記第２の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサの出力信号の信号振幅が第２の判定閾値を超過したときに前記振動子駆動電圧源に対する目標出力電圧または目標出力電流を低減し、
前記第２の判定閾値は、前記第２の異常判定手段において適用される前記第２の限界振幅よりは低い信号振幅となっている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合制御装置。
【請求項３】
前記異常検出ユニットは更に、第３の帯域フィルタと第３の異常判定手段とを備え、
前記第３の帯域フィルタの中心周波数は、前記第１の振動センサで検出可能な周波数帯域全体の中にある第３の周波数帯域内であるとともに、適用された前記被接合部材または前記接合部材の材質と寸法によって定まる接合剥離または亀裂破損異常の一方が発生するときの固有振動周波数に応じて選択切換または可変調整され、
前記第３の異常判定手段は、前記第１の振動センサの出力信号の信号振幅が、前記第３の周波数帯域において第３の限界振幅を超えたときに第３の記憶回路で一時記憶して、当該記憶情報に基づいて前記被接合部材と前記接合部材との間で接合剥離または亀裂破損異常の一方が発生したと判定し、
前記第２の帯域フィルタと前記第２の異常判定手段は接合剥離または亀裂破損異常の他方の判定を行うように相互に機能分担している
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合制御装置。
【請求項４】
前記異常検出ユニットは更に、前記振動子駆動電圧源の入力回路または出力回路に設けられた電圧または電流検出手段である電圧／電流センサに応動する第４の異常検出手段を備え、
前記第４の異常判定手段は、前記電圧／電流センサの検出信号の出力特性について測定記憶された標準特性と、新たに測定された検出信号の出力特性とを対比して、前記振動子駆動電圧源に供給された入力電圧に対応した出力電流が得られているかどうかによって電源異常の有無を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合制御装置。
【請求項５】
前記異常検出ユニットは更に、接合完了判定手段を備え、
前記接合完了判定手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサの出力信号データ、または前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第２の振動センサの出力信号データの少なくとも一方について、所定の時間差をおいて新旧データを対比して、信号振幅が前記第１の判定閾値未満から以上に変化した後に、所定の下限閾値未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合制御装置。
【請求項６】
前記異常検出ユニットは、更に第３の振動センサの出力信号が入力される第４の帯域フィルタを備え、
前記第３の振動センサは、前記接触子に接近して設置された加振機構の振動振幅を検出するための振動センサであり、
前記第４の帯域フィルタは、前記振動子駆動電圧源が発生する出力電圧の周波数を中心周波数として動作する帯域フィルタであり、
前記第４の異常判定手段は、前記電圧／電流センサの検出信号と前記第４の帯域フィルタの出力信号を対比して、前記接触子を含む加振機構の振動振幅が前記電圧／電流センサの検出出力に対応した振動振幅となっているかどうかを判定する
ことを特徴とする請求項４に記載の超音波接合制御装置。
【請求項７】
前記異常検出ユニットは、更に前記第２の振動センサの出力信号が入力される第１の帯域フィルタと相対異常判定手段とを備え、
前記第２の振動センサは、前記接触子に接近して設置されるとともに前記接合部材と前記被接合部材が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動を検出する振動センサであり、
前記第１の帯域フィルタの中心周波数は、前記接合部材と前記被接合部材が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域内にあり、
前記相対異常判定手段は、前記第１の振動センサに接続された前記第１の帯域フィルタと前記第２の振動センサに接続された前記第１の帯域フィルタの出力信号の相対比率が所定の上下限値の域外であることによって相対異常判定を行う
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波接合制御装置。
【請求項８】
前記接合完了判定手段は、更に前記接触子に対する加振が開始されてから、前記出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小時間未満であった場合には、接合異常であると判定するかまたは少なくとも当該接合完了判定を無効とし、
前記所定の最小時間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用されていて、最小時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したかどうかによって判定される
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波接合制御装置。
【請求項９】
前記押圧駆動機構は、駆動制御ユニットから駆動制御されるサーボモータによって押圧駆動され、
前記駆動制御ユニットは、回転センサと押圧センサとが入力信号として接続されるとともに、速度制御モードとトルク制御モードとを有するサーボアンプを備え、
前記速度制御モードでは前記回転センサによって検出された前記サーボモータの回転速度が所定の加減速度パターンと一致するよう負帰還制御が行われて前記接触子を前記接合部材に対して接近駆動または離間駆動し、
前記トルク制御モードでは前記押圧センサによって検出された前記接触子と前記接合部材との間の圧力が、所定の押圧力パターンに基づいて漸増して一定値を保ち、前記振動子駆動電圧源の出力停止に伴って押圧力が解除され、前記接触子が離間駆動されている間に前記接合部材と被接合部材が搬入または移送される
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の超音波接合制御装置。
【請求項１０】
前記接触子は、第１のリード部材の一端に取付け固定され、
前記超音波振動子は、第２のリード部材の一端に取付け固定され、
前記第１及び第２のリード部材の他端は、共通の結合ブロックに固定され、
前記超音波振動子と前記接触子または前記第１のリード部材の１端との間は超音波振動を増幅する超音波ホーンによって連結され、
前記接触子と第１のリード部材と結合ブロックと第２のリード部材と超音波振動子と超音波ホーンとは一体化された可動部を構成し、
前記可動部は前記押圧センサを介して前記サーボモータから押圧駆動されるとともに、前記可動部の全体の重力は対抗設置されたバランサによって減殺されている
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波接合制御装置。
【請求項１１】
前記振動子駆動電圧源は、電源制御ユニットを構成し、
前記電源制御ユニットは、前記電圧／電流センサによって検出された出力電圧または出力電流が、目標とする出力電圧または出力電流と合致するように前記振動子駆動電圧源の出力電圧を負帰還制御するとともに、目標出力電圧と検出された出力電流との積が所定値以下となるように目標出力電圧を抑制する、または目標出力電流と検出された出力電圧との積が所定値以下となるように目標出力電流を抑制する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の超音波接合制御装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の超音波接合制御装置を使用する超音波接合制御方法であって、
接合部材に対する接触子の押圧力が所定値以上になってから、振動子駆動電圧源の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程と、
前記出力電圧をゼロにして、前記接触子の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程と、
第２の異常判定手段の判定結果に応動する異常判定工程と、
第１の振幅抑制手段または第２の振幅抑制手段が加振振幅の抑制指令を発生したときに、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸減または低減させる加振抑制開始工程と、
前記異常判定工程によって亀裂破損異常または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常発生処理工程とを含み、
前記加振完了時期判定工程による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定する、または前記振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、
前記加振完了時期判定工程による指令発生期間内に前記加振抑制開始工程による加振抑制が完了して前記振動子駆動電圧源の出力電圧が所定の下限電圧以下に低下していないときには第１の異常判定が行われるとともに少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われ、
前記異常判定工程が異常判定を行ったときと、前記加振抑制開始工程による加振抑制が完了したときには予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっている
ことを特徴とする超音波接合制御方法。
【請求項１３】
請求項５に記載の超音波接合制御装置を使用する超音波接合制御方法であって、
接合部材に対する接触子の押圧力が所定値以上になってから、振動子駆動電圧源の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程と、
前記出力電圧をゼロにし、前記接触子の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程と、
第２の異常判定手段の判定結果に応動する異常判定工程と、
接合完了判定手段を実行する接合完了判定工程と、
前記異常判定工程によって亀裂破損異常または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常発生処理工程とを含み、
前記加振完了時期判定工程による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または前記振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、前記異常判定工程が異常判定を行ったときと、前記接合完了判定工程が接合完了を判定したことによって、予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっていて、前記加振完了時期判定工程による指令発生期間内に前記異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果が得られないときには第１の異常判定が行われ、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われる
ことを特徴とする超音波接合制御方法。
【請求項１４】
請求項５に記載の超音波接合制御装置を使用する超音波接合制御方法であって、
接合部材に対する接触子の押圧力が所定値以上になってから、振動子駆動電圧源の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程と、
前記出力電圧をゼロにし、前記接触子の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程と、
第２の異常判定手段の判定結果に応動する異常判定工程と、
接合完了判定手段を実行する接合完了判定工程と、
第１の帯域フィルタが擦れ振動の発生を検出し、接合開始に伴って擦れ振動の信号振幅が減少開始したときに前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸減させる加振抑制開始工程と、
前記異常判定工程によって亀裂破損異常または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常発生処理工程とを含み、
前記加振完了時期判定工程による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、
前記加振完了時期判定工程による指令発生期間内に前記異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果も得られないときには第１の異常判定が行われ、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われ、
前記異常判定工程が異常判定を行ったとき、または前記接合完了判定工程が接合完了を判定したときは、予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっている
ことを特徴とする超音波接合制御方法。
【請求項１５】
前記電源制御指令発生工程では、前記振動子駆動電圧源の出力電圧の発生開始直後からの初期期間では前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を一定値に維持しておいて、前記予備実験によって得られた最小接合時間または最小エネルギー量に相当する時間の経過に伴って、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸増し、前記出力抑制開始または発生停止時期の到来に伴って、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸減または停止する
ことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の超音波接合制御方法。
【請求項１】
押圧駆動機構から押圧される接触子によって、接合部材を被接合部材に圧接するとともに、前記接触子には振動子駆動電圧源の出力電圧が印加される超音波振動子が連結されて、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材と前記被接合部材とを接合するようにした超音波接合制御装置に対する超音波接合制御装置であって、
前記接合部材が前記接触子によって押圧されているときに、前記被接合部材に当接される第１の振動センサの検出出力に、または前記接触子側に設けられた第２の振動センサの検出出力に応動する異常検出ユニットを備え、
前記異常検出ユニットは前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサで検出可能な周波数帯域全体の中の下方帯域である第１の周波数帯域の出力信号を抽出する第１の帯域フィルタと、前記周波数帯域全体の中の上方帯域である第２の周波数帯域の出力信号を抽出する第２の帯域フィルタと、第１の異常判定手段と、第２の異常判定手段とを備え、
前記第１の帯域フィルタの中心周波数は、前記振動子駆動電圧源が発生する出力電圧の周波数よりも高い周波数であるとともに、前記接合部材と前記被接合部材が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域と重なり合い、
前記第２の帯域フィルタの中心周波数は、適用された前記被接合部材または前記接合部材の材質と寸法によって定まる亀裂破損または接合剥離発生時の固有振動周波数に応じて選択切換または可変調整され、
前記第１の異常判定手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサの出力信号を監視して、加振開始後の所定時間域において当該出力信号の信号振幅が第１の判定閾値に達していなかった場合には接合不良であると判定し、
前記第２の異常判定手段は、前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサの出力信号の少なくとも一方の信号振幅が、前記第２の周波数帯域において第２の限界振幅を超えたときに第２の記憶回路で一時記憶して、当該記憶情報に基づいて前記被接合部材または前記接合部材の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したと判定する
ことを特徴とする超音波接合制御装置。
【請求項２】
前記異常検出ユニットは更に、第１の振幅抑制手段及び第２の振幅抑制手段を備え、
前記第１の振幅抑制手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサの出力信号の信号振幅が前記第１の判定閾値を超過してから所定の遅延時間だけ遅れた時点、または当該出力信号が減少を開始した時点において前記振動子駆動電圧源に対する目標出力電圧または目標出力電流を漸減開始し、
前記第２の振幅抑制手段は、前記第２の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサの出力信号の信号振幅が第２の判定閾値を超過したときに前記振動子駆動電圧源に対する目標出力電圧または目標出力電流を低減し、
前記第２の判定閾値は、前記第２の異常判定手段において適用される前記第２の限界振幅よりは低い信号振幅となっている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合制御装置。
【請求項３】
前記異常検出ユニットは更に、第３の帯域フィルタと第３の異常判定手段とを備え、
前記第３の帯域フィルタの中心周波数は、前記第１の振動センサで検出可能な周波数帯域全体の中にある第３の周波数帯域内であるとともに、適用された前記被接合部材または前記接合部材の材質と寸法によって定まる接合剥離または亀裂破損異常の一方が発生するときの固有振動周波数に応じて選択切換または可変調整され、
前記第３の異常判定手段は、前記第１の振動センサの出力信号の信号振幅が、前記第３の周波数帯域において第３の限界振幅を超えたときに第３の記憶回路で一時記憶して、当該記憶情報に基づいて前記被接合部材と前記接合部材との間で接合剥離または亀裂破損異常の一方が発生したと判定し、
前記第２の帯域フィルタと前記第２の異常判定手段は接合剥離または亀裂破損異常の他方の判定を行うように相互に機能分担している
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合制御装置。
【請求項４】
前記異常検出ユニットは更に、前記振動子駆動電圧源の入力回路または出力回路に設けられた電圧または電流検出手段である電圧／電流センサに応動する第４の異常検出手段を備え、
前記第４の異常判定手段は、前記電圧／電流センサの検出信号の出力特性について測定記憶された標準特性と、新たに測定された検出信号の出力特性とを対比して、前記振動子駆動電圧源に供給された入力電圧に対応した出力電流が得られているかどうかによって電源異常の有無を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合制御装置。
【請求項５】
前記異常検出ユニットは更に、接合完了判定手段を備え、
前記接合完了判定手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサの出力信号データ、または前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第２の振動センサの出力信号データの少なくとも一方について、所定の時間差をおいて新旧データを対比して、信号振幅が前記第１の判定閾値未満から以上に変化した後に、所定の下限閾値未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合制御装置。
【請求項６】
前記異常検出ユニットは、更に第３の振動センサの出力信号が入力される第４の帯域フィルタを備え、
前記第３の振動センサは、前記接触子に接近して設置された加振機構の振動振幅を検出するための振動センサであり、
前記第４の帯域フィルタは、前記振動子駆動電圧源が発生する出力電圧の周波数を中心周波数として動作する帯域フィルタであり、
前記第４の異常判定手段は、前記電圧／電流センサの検出信号と前記第４の帯域フィルタの出力信号を対比して、前記接触子を含む加振機構の振動振幅が前記電圧／電流センサの検出出力に対応した振動振幅となっているかどうかを判定する
ことを特徴とする請求項４に記載の超音波接合制御装置。
【請求項７】
前記異常検出ユニットは、更に前記第２の振動センサの出力信号が入力される第１の帯域フィルタと相対異常判定手段とを備え、
前記第２の振動センサは、前記接触子に接近して設置されるとともに前記接合部材と前記被接合部材が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動を検出する振動センサであり、
前記第１の帯域フィルタの中心周波数は、前記接合部材と前記被接合部材が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域内にあり、
前記相対異常判定手段は、前記第１の振動センサに接続された前記第１の帯域フィルタと前記第２の振動センサに接続された前記第１の帯域フィルタの出力信号の相対比率が所定の上下限値の域外であることによって相対異常判定を行う
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波接合制御装置。
【請求項８】
前記接合完了判定手段は、更に前記接触子に対する加振が開始されてから、前記出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小時間未満であった場合には、接合異常であると判定するかまたは少なくとも当該接合完了判定を無効とし、
前記所定の最小時間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用されていて、最小時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したかどうかによって判定される
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波接合制御装置。
【請求項９】
前記押圧駆動機構は、駆動制御ユニットから駆動制御されるサーボモータによって押圧駆動され、
前記駆動制御ユニットは、回転センサと押圧センサとが入力信号として接続されるとともに、速度制御モードとトルク制御モードとを有するサーボアンプを備え、
前記速度制御モードでは前記回転センサによって検出された前記サーボモータの回転速度が所定の加減速度パターンと一致するよう負帰還制御が行われて前記接触子を前記接合部材に対して接近駆動または離間駆動し、
前記トルク制御モードでは前記押圧センサによって検出された前記接触子と前記接合部材との間の圧力が、所定の押圧力パターンに基づいて漸増して一定値を保ち、前記振動子駆動電圧源の出力停止に伴って押圧力が解除され、前記接触子が離間駆動されている間に前記接合部材と被接合部材が搬入または移送される
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の超音波接合制御装置。
【請求項１０】
前記接触子は、第１のリード部材の一端に取付け固定され、
前記超音波振動子は、第２のリード部材の一端に取付け固定され、
前記第１及び第２のリード部材の他端は、共通の結合ブロックに固定され、
前記超音波振動子と前記接触子または前記第１のリード部材の１端との間は超音波振動を増幅する超音波ホーンによって連結され、
前記接触子と第１のリード部材と結合ブロックと第２のリード部材と超音波振動子と超音波ホーンとは一体化された可動部を構成し、
前記可動部は前記押圧センサを介して前記サーボモータから押圧駆動されるとともに、前記可動部の全体の重力は対抗設置されたバランサによって減殺されている
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波接合制御装置。
【請求項１１】
前記振動子駆動電圧源は、電源制御ユニットを構成し、
前記電源制御ユニットは、前記電圧／電流センサによって検出された出力電圧または出力電流が、目標とする出力電圧または出力電流と合致するように前記振動子駆動電圧源の出力電圧を負帰還制御するとともに、目標出力電圧と検出された出力電流との積が所定値以下となるように目標出力電圧を抑制する、または目標出力電流と検出された出力電圧との積が所定値以下となるように目標出力電流を抑制する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の超音波接合制御装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の超音波接合制御装置を使用する超音波接合制御方法であって、
接合部材に対する接触子の押圧力が所定値以上になってから、振動子駆動電圧源の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程と、
前記出力電圧をゼロにして、前記接触子の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程と、
第２の異常判定手段の判定結果に応動する異常判定工程と、
第１の振幅抑制手段または第２の振幅抑制手段が加振振幅の抑制指令を発生したときに、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸減または低減させる加振抑制開始工程と、
前記異常判定工程によって亀裂破損異常または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常発生処理工程とを含み、
前記加振完了時期判定工程による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定する、または前記振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、
前記加振完了時期判定工程による指令発生期間内に前記加振抑制開始工程による加振抑制が完了して前記振動子駆動電圧源の出力電圧が所定の下限電圧以下に低下していないときには第１の異常判定が行われるとともに少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われ、
前記異常判定工程が異常判定を行ったときと、前記加振抑制開始工程による加振抑制が完了したときには予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっている
ことを特徴とする超音波接合制御方法。
【請求項１３】
請求項５に記載の超音波接合制御装置を使用する超音波接合制御方法であって、
接合部材に対する接触子の押圧力が所定値以上になってから、振動子駆動電圧源の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程と、
前記出力電圧をゼロにし、前記接触子の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程と、
第２の異常判定手段の判定結果に応動する異常判定工程と、
接合完了判定手段を実行する接合完了判定工程と、
前記異常判定工程によって亀裂破損異常または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常発生処理工程とを含み、
前記加振完了時期判定工程による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または前記振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、前記異常判定工程が異常判定を行ったときと、前記接合完了判定工程が接合完了を判定したことによって、予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっていて、前記加振完了時期判定工程による指令発生期間内に前記異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果が得られないときには第１の異常判定が行われ、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われる
ことを特徴とする超音波接合制御方法。
【請求項１４】
請求項５に記載の超音波接合制御装置を使用する超音波接合制御方法であって、
接合部材に対する接触子の押圧力が所定値以上になってから、振動子駆動電圧源の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程と、
前記出力電圧をゼロにし、前記接触子の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程と、
第２の異常判定手段の判定結果に応動する異常判定工程と、
接合完了判定手段を実行する接合完了判定工程と、
第１の帯域フィルタが擦れ振動の発生を検出し、接合開始に伴って擦れ振動の信号振幅が減少開始したときに前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸減させる加振抑制開始工程と、
前記異常判定工程によって亀裂破損異常または接合剥離異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常発生処理工程とを含み、
前記加振完了時期判定工程による指令発生期間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるとともに、
前記加振完了時期判定工程による指令発生期間内に前記異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果も得られないときには第１の異常判定が行われ、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われ、
前記異常判定工程が異常判定を行ったとき、または前記接合完了判定工程が接合完了を判定したときは、予め設定されている最大時間よりも短い時間で加振動作を停止することができるようになっている
ことを特徴とする超音波接合制御方法。
【請求項１５】
前記電源制御指令発生工程では、前記振動子駆動電圧源の出力電圧の発生開始直後からの初期期間では前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を一定値に維持しておいて、前記予備実験によって得られた最小接合時間または最小エネルギー量に相当する時間の経過に伴って、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸増し、前記出力抑制開始または発生停止時期の到来に伴って、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸減または停止する
ことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の超音波接合制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−３５２９９（Ｐ２０１２−３５２９９Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７７５５３（Ｐ２０１０−１７７５５３）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（５９１０３６４５７）三菱電機エンジニアリング株式会社 (419)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（５９１０３６４５７）三菱電機エンジニアリング株式会社 (419)
【Ｆターム（参考）】
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