超音波溶着装置、超音波接合装置、布線装置
【課題】所定の押圧を正確に行うという条件を精密に管理して良好な溶着を行う。
【解決手段】本体フレーム１０に対してスライド自在な超音波振動ユニット４０に取り付けた工具ホーン４４をワークに押圧して超音波溶着を行う超音波溶着装置において、工具ホーン４４の移動量を測定する第一のリニアスケール５０と、超音波振動ユニットを押圧する圧縮バネと、圧縮バネを圧縮する駆動手段２８と圧縮バネの圧縮量を測定する第二のリニアスケール５１と、圧縮バネによる押圧力を測定するロードセル４５とを設け、駆動手段２８を駆動して圧縮バネを圧縮したときに、ロードセル４５で測定した圧縮バネによる押圧力と、第一のリニアスケール５０で測定した工具ホーンの移動量と、第二のリニアスケール５１で測定した圧縮バネの圧縮量とを駆動手段２８にフィードバック制御して、ワークに任意の押圧力を付与した状態で超音波溶着を行う。
【解決手段】本体フレーム１０に対してスライド自在な超音波振動ユニット４０に取り付けた工具ホーン４４をワークに押圧して超音波溶着を行う超音波溶着装置において、工具ホーン４４の移動量を測定する第一のリニアスケール５０と、超音波振動ユニットを押圧する圧縮バネと、圧縮バネを圧縮する駆動手段２８と圧縮バネの圧縮量を測定する第二のリニアスケール５１と、圧縮バネによる押圧力を測定するロードセル４５とを設け、駆動手段２８を駆動して圧縮バネを圧縮したときに、ロードセル４５で測定した圧縮バネによる押圧力と、第一のリニアスケール５０で測定した工具ホーンの移動量と、第二のリニアスケール５１で測定した圧縮バネの圧縮量とを駆動手段２８にフィードバック制御して、ワークに任意の押圧力を付与した状態で超音波溶着を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波溶着装置、超音波接合装置および布線装置に関し、特に超音波溶着時、超音波接合時、あるいは布線時に、被溶着物あるいは被接合物であるワークを所望の圧力で押圧するようにした超音波溶着装置、超音波接合装置および布線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小さな部品や薄い部品を超音波溶着する、あるいは金属線板や金属板などを超音波接合する、絶縁被覆電線（ワイヤー）を布線する際には、被溶着物や被接合物を小さい押圧力あるいは所定の押圧力で正確に押圧した状態で超音波エネルギーを付与することが求められている（例えば、特許文献１参照）。
そこで、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行う方法として、超音波発振手段に往復運動を伝えるエアーシリンダのロッドと超音波発振手段との間に移動方向に沿って伸縮自在な圧縮バネからなる荷重印加手段を設け、押圧時に超音波発振手段に弾性荷重を印加することが提案されていた。この方法によれば、超音波発振手段に往復運動を伝えるエアーシリンダのロッドと超音波発振手段との間に移動方向に沿って伸縮自在な圧縮バネを介在させて、圧縮バネによる緩衝作用により押圧力をある程度の範囲内で一定に保つことが可能である。
【０００３】
ただし、作業条件が変わる都度、圧縮バネの設定荷重やバネ定数の適否の検討が必要で、必要により圧縮バネの荷重設定を変えていた。なお、圧縮バネを交換する場合もあった（例えば、特許文献２参照）。
一方、従来の超音波溶着装置や超音波接合装置では、超音波ホーンを変位させて被溶着物を押圧するサーボモータと、超音波ホーンが被溶着物に与える圧力を検知して信号に変換するロードセルと、超音波ホーンの変位を検知して信号に変換するデジタルゲージ（リニアスケールとも言う）とを用い、ロードセル及びデジタルゲージからの信号に基づきサーボモータの運転制御を行ってサーボモータにはロードセルからの信号に基づくフィードバック制御を行う方法が提案されていた。しかし、上記の超音波発振手段に伸縮自在な圧縮バネからなる荷重印加手段を設けた超音波溶着装置等にフィードバック制御を適用することは検討されていなかった（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５０８６２号公報
【特許文献２】特開２００１−１０５１６０号公報
【特許文献３】特開２００６−２３１６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、伸縮自在な圧縮バネからなる荷重印加手段を用いた超音波溶着装置、超音波接合装置あるいは布線装置において、工具ホーンの位置（ｈ１）と圧縮バネの圧縮量（ｈ２）と圧縮バネによる押圧力（Ｐ）をフィードバック制御することにより超音波溶着条件あるいは超音波接合条件を精密に管理し、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行って良好な溶着結果、接合結果、あるいは布線結果を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、本体フレームに対してスライド自在な超音波振動ユニットに取り付けた工具ホーンをワークに押圧して超音波溶着、超音波接合、または布線を行う超音波溶着装置、超音波接合装置、または布線装置において、工具ホーンの移動量（ｈ１）を測定する第一のリニアスケールと、超音波振動ユニットを押圧する圧縮バネと、圧縮バネを圧縮する駆動手段と、圧縮バネの圧縮量（ｈ２）を測定する第二のリニアスケールと、圧縮バネによる押圧力（Ｐ）を測定するロードセルとを設け、駆動手段を駆動して圧縮バネを圧縮したときに、ロードセルで測定した圧縮バネによる押圧力（Ｐ）と、第一のリニアスケールで測定した工具ホーンの移動量（ｈ１）と、第二のリニアスケールで測定した圧縮バネの圧縮量（ｈ２）を駆動手段にフィードバック制御して、ワークに任意の押圧力を付与した状態で超音波溶着または超音波接合を行う制御手段と、を備えるようにしている。
【０００７】
そして本発明では、制御手段は、駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことをロードセルが検出したときに、前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）と圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を等しく保つことにより圧縮バネ自体の圧縮量（δ）を変えず、圧縮バネの押圧力を一定値に保っている。このことにより、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行うことを精密に管理し、良好な溶着結果を得るようにしている。
【０００８】
また本発明の前記制御手段は、駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことをロードセルが検出したときに、前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）に対する圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を増大あるいは減少することにより、圧縮バネの圧縮量を変えて圧縮バネの押圧力（Ｐ）を変化させて所定の押圧力（Ｐｂ）を変化させるようにしている。
【０００９】
また本発明の前記制御手段は、圧縮バネのバネ定数等の特性値を記憶手段に予め記憶しておくことにより、工具ホーンを超音波溶着作業等の始点から終点まで変位させて被溶着物あるいは被接合物を押圧する際に、記憶手段から圧縮バネのバネ定数等の特性値を読み出して駆動手段による圧縮バネの圧縮量を逐次算出して駆動制御するようにしている。
このことにより、圧縮バネのバネ定数がその作業に対して大きい、あるいは小さい場合であっても、駆動手段による圧縮バネの圧縮量を逐次算出して加減することにより、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行うことを精密に管理し、良好な溶着結果を得ることができるようにしている。
【００１０】
また本発明は、押圧方向と平行な軸周りに回転自在な回転体を有し、圧縮バネは、回転体の軸周りに複数設けられており、回転体を回転させることで押圧に用いる圧縮バネを選択可能としたり、圧縮バネを交換可能に設けたりしている。そのため、溶着作業、あるいは接合作業、あるいは布線作業の条件が変わっても、複数の圧縮バネの中から条件を満たす圧縮バネを選定して溶着作業、接合作業、あるいは布線作業に迅速に対応できるようにしている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、駆動手段で圧縮バネを圧縮したときに、ロードセルが検出した圧縮バネの押圧力（Ｐ）と工具ホーンの移動量（ｈ１）と圧縮バネの圧縮量（ｈ２）をフィードバックし、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）と圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を算出して駆動制御することにより、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行うことを精密に管理し、良好な溶着結果あるいは接合結果を得ることができる。
【００１２】
また、圧縮バネのバネ定数がその超音波溶着作業、超音波接合作業あるいは布線作業に対して大きい、あるいは小さい場合であっても、駆動手段による圧縮バネの圧縮量を細かく制御することにより、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行うことを精密に管理し、良好な溶着結果あるいは接合結果を得ることができる。
更に、超音波溶着作業、超音波接合作業、あるいは布線作業の条件が変わっても、予め準備した複数の圧縮バネの中から条件を満たす圧縮バネを選定して各種の溶着作業、超音波接合作業、あるいは布線作業に迅速に対応することができる。
【００１３】
そして、圧縮バネを交換可能にしたことにより、作業条件が変わっても迅速に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の右側面図。
【図２】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の正面図。
【図３】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の斜視図。
【図４】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の制御ブロックの構成を示した図。
【図５】（ａ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の圧縮バネの交換作業を示す部分断面図（ｂ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の圧縮バネの交換作業を示す部分断面図。
【図６】（ａ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の圧縮バネの交換作業を示す部分断面図（ｂ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の圧縮バネの交換作業を示す部分断面図。
【図７】（ａ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の圧縮バネの力の変化を示すグラフ（ｂ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の被溶着物にかかる押圧力の変化を示すグラフ。
【図８】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での溶着作業の動作手順を示すフローチャート。
【図９】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での圧縮バネの圧縮量（δ）、押圧力（Ｐ）、その他のパラメータ（ｈ１、ｈ２）の位置関係を示した図。
【図１０】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置で押圧力を段階的に変化させる制御をしたときの被溶着物にかかる圧力変化を示すグラフ。
【図１１】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置で押圧力を段階的に変化させる制御をしたときの動作手順を示すフローチャート。
【図１２】（ａ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での押圧状況の推移を示したグラフ（ｂ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での押圧状況の推移を示したグラフ（ｃ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での押圧状況の推移を示したグラフ。
【図１３】本発明の第一の実施の形態にかかる他の超音波溶着装置の右側面図。
【図１４】本発明の第二の実施の形態にかかる超音波接合装置の斜視図。
【図１５】本発明の第二の実施の形態にかかる超音波接合装置のホーン先端の下から見た部分斜視図。
【図１６】本発明の第二の実施の形態にかかる超音波接合装置の他のホーン先端の下から見た部分斜視図。
【図１７】本発明の第三の実施の形態にかかる布線装置の斜視図。
【図１８】本発明の第三の実施の形態にかかる布線装置の工具ホーン先端近傍の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第一の実施の形態）
本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置を説明する。図１に本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００の右側面図を、図２に超音波溶着装置１００の正面図を、図３に超音波溶着装置１００の斜視図を示す。
超音波溶着装置１００は、側面から見てＬ字型をした本体フレーム１０の底部１０ｂの上にアンビル１１を設け、アンビル１１の上に被溶着物であるプラスチック板のワークＷ１、Ｗ２を重ねた状態で載置できるようにしている。本体フレーム１０は、アンビル１１から所定距離だけ離した位置に支柱部分１０ａを設け、支柱部分１０ａに対して超音波振動ユニット４０を垂直方向に上下動自在に支持している。
【００１６】
支柱部分１０ａの上部には、滑車支持部材２１を設け、滑車回転軸２２の周りに滑車２３を回転自在に支持している。滑車２３は、一端にバランスウェイト２５を他端に超音波振動ユニット４０を結びつけたワイヤ２４を移動自在に支持している。超音波振動ユニット４０は、ワイヤ固定部４１を持つユニットフレーム４２に超音波振動手段４３を固定し、超音波振動手段４３の先端には工具ホーン４４を取り付けている。バランスウェイト２５の重量は、超音波振動ユニット４０の重量より、いくらか重くしてある。そのため、滑車２３でワイヤ２４を支持しただけの状態では、重量のアンバランスにより、バランスウェイト２５が下降し、超音波振動ユニット４０が上昇する。
【００１７】
支柱部分１０ａの上部には、超音波振動ユニット４０を押し下げるための駆動手段２８を、回転軸を下に向けた状態で固定し、駆動手段２８の回転軸に送りネジ２９を取り付けている。送りネジ２９の先端には押圧部材３０を取り付けている。駆動手段２８はサーボモータであり所定角度だけ回転することができ、回転した角度に応じた量だけ押圧部材３０が上下動する。
【００１８】
駆動手段２８の直下には、支柱部分１０ａから上下一対の水平壁２６ａ、２６ｂが水平方向に張り出している。水平壁２６ａ、２６ｂの間には、回転式拳銃のレンコン状の回転式弾倉のような形をした圧縮バネ収容部３１（回転体）を入れ、押圧方向と平行な軸２７を通した状態で、軸２７を中心に圧縮バネ収容部３１を回転自在に支持している。本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００の圧縮バネ収容部３１には、３つの貫通孔が開いており、バネ定数の異なる３種類の圧縮バネ（Ａ）３２ｂ、（Ｂ）３３ｂ、（Ｃ）３４ｂを収納している。圧縮バネ（Ａ）３２ｂ、（Ｂ）３３ｂ、（Ｃ）３４ｂの下方には、バネ座３２ｃ、３３ｃ、３４ｃを、上方には、バネ用蓋３２ａ、３３ａ、３４ａを当てている。なお、バネ座、圧縮バネそしてバネ用蓋を重ねたときの自然長（高さ）を圧縮バネ収容部３１の貫通孔の長さより短くしている。このことにより、圧縮バネ収容部３１を軸２７を中心に回転したときに、上部のバネ用蓋が水平壁２６ａに引っかからないようにしている。
【００１９】
駆動手段２８の直下の水平壁２６ａ、２６ｂには貫通孔を開けており、上方の水平壁２６ａには押圧部材３０を出入り自在にしている。また、下方の水平壁２６ｂには、フランジ付きストッパ４６を出入り自在にしている。
なお、既に説明した超音波振動ユニット４０には、ロードセル４５を載せ、ロードセル４５の上にフランジ付きストッパ４６を載せている。超音波振動ユニット４０は外力が加わらなければ、バランスウェイト２５の自重により上方に移動する。そのため、フランジ付きストッパ４６を水平壁２６ｂの貫通孔に貫入させると、駆動手段２８から工具ホーン４４までの各部分（２８、２９、３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、４６、４５、４２、４３、４４）は一体的に動く。そのため、駆動手段２８が回転すると、圧縮バネ３２ｂを圧縮してその弾性力で工具ホーン４４の下面をワークＷ１、Ｗ２に押し付けることができる。
【００２０】
また図３に示したように、本体フレームの支柱部分１０ａには、工具ホーン４４の移動量（ｈ１）を測定する第一のリニアスケール５０が設けられている。工具ホーン４４の移動量（ｈ１）は、本体フレーム１０に対しての上下方向の移動量である。
さらに、上方の水平壁２６ａの上面には、圧縮バネの圧縮量（ｈ２）を測定する第二のリニアスケール５１が設けられている。圧縮バネの圧縮量（ｈ２）は、上方の水平壁２６ａの上面からの押圧部材３０の相対位置から測定される。
【００２１】
図４に、本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００の制御ブロックの構成を示す。主制御部６０に駆動制御部６１を接続し、駆動制御部６１で駆動手段２８の回転方向および回転角度を制御している。同様に、超音波振動手段４３には超音波振動駆動部６２を、第一のリニアスケール５０には工具ホーンの位置読取部６３を、ロードセル４５には荷重読取部６４を、圧縮バネ収容部３１には荷重設定部６５を、第二のリニアスケール５１には圧縮バネの圧縮量読取部６６をそれぞれ接続して主制御部６０で一括制御している。更に主制御部６０には、記憶部６７と操作部６８を接続している。記憶部６７には、複数種類ある圧縮バネのバネ定数や溶着作業の終点の位置、超音波溶着時のタイミング等の制御プログラムを記憶させており、操作部６８からは、操作者が溶着作業条件の詳細データの入力や、電源入の指示、溶着開始指示、電源断の指示等の操作情報を入力できるようにしている。主制御部６０は逐次、記憶部６７から情報を読み出して超音波溶着装置１００を制御する。
【００２２】
本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００で圧縮バネを交換する作業手順を図５（ａ）（ｂ）、図６（ａ）（ｂ）の部分断面図を用いて説明する。図５（ａ）では、サーボモータである駆動手段２８を駆動して押圧部材３０を上方に持ち上げた状態を示している。図５（ａ）のように、押圧部材３０を上方に持ち上げると、超音波振動ユニット４０は、バランスウェイト２５の自重により上昇して、フランジ付きストッパ４６のフランジが水平壁２６ｂの下面に当たった位置で停止する。押圧部材の凸部３０ａは圧縮バネの蓋３２ａから所定寸法だけ完全に離れる。この時点で、３種類の圧縮バネを入れた圧縮バネ収納部３１を、軸２７を中心に回転する。すると、図５（ｂ）のように、圧縮バネ収納部３１が回転して押圧部材の凸部３０ａの下に元々あった圧縮バネ（Ａ）３２ｂの代わりに異なるバネ定数の圧縮バネ（Ｂ）３３ｂを位置させることができる。圧縮バネ収納部３１には、バネ定数が大、中、小という３種類の圧縮バネを入れているので、行おうとしている超音波溶着作業等に適する圧縮バネを選択することができる。
【００２３】
ちなみに、図６（ａ）では、押圧部材の凸部３０ａの下に他の圧縮バネ（Ｃ）３４ｂを位置させた状態を示した。このように、超音波溶着作業等に応じた圧縮バネを選定して図６（ｂ）のように、駆動手段２８を反転駆動して押圧部材３０を下方に移動する。そして駆動手段２８で圧縮バネ３４ｂを押圧して超音波溶着作業を開始することができる。
なお、圧縮バネ収納部３１を回転して位置決めし、駆動手段２８を反転駆動すると、図４で示した荷重設定部６５は、どの圧縮バネが選定されたかを検出して主制御部６０に伝える。
【００２４】
図７（ａ）には各圧縮バネごとの圧縮バネ自体の圧縮量δと力Ｆとの関係を示しており、図７（ｂ）には各圧縮バネを用いて超音波溶着するときの被溶着物に与える工具ホーンの押圧力Ｐ、つまり圧縮バネの力（Ｆ）を工具ホーンの押圧面積（Ａｐ）で除した値（Ｐ＝Ｆ／Ａｐ）の変化を時系列的に示している。本実施形態において、超音波溶着装置は、図７（ａ）のようにバネ定数が相対的に大（ｋ１）、中（ｋ２）、小（ｋ３）と異なる強さの圧縮バネ３２ｂ、３３ｂ、３４ｂを任意に選択可能である。そして、本発明では、各圧縮バネを限界まで圧縮せず、ある程度圧縮できる余裕を残したときの圧縮バネ自体の圧縮量（δ１）での力（Ｆｂ＝ｋ＊δ１）を使用することにしている。
【００２５】
つまり、図７（ｂ）のように、Ａゾーンという範囲内の大きい押圧力が必要なときには、バネ定数が大（ｋ１）の圧縮バネ（Ａ）３２ｂを用い、Ｂゾーンという範囲内の中間的な押圧力が必要なときには、バネ定数が中（ｋ２）の圧縮バネ（Ｂ）３３ｂを用い、Ｃゾーンという範囲内の小さい押圧力が必要なときには、バネ定数が小（ｋ３）の圧縮バネ（Ｃ）３４ｂを用いて対応することができる。図７（ｂ）では、圧縮バネ（Ｂ）３３ｂ自体をδ１だけ圧縮したときの力（Ｆｂ＝ｋ２＊δ１）で超音波溶着することを太線カーブで示している。
【００２６】
図７（ａ）に示すように、圧縮バネＢを選択しバネ自体の圧縮量（δ）をδ１とした場合、圧縮バネには、Ｆｂ＝ｋ２＊δ１だけの力が付与される。図７（ｂ）で、駆動手段２８を駆動して圧縮バネＢをバネ自体の圧縮量δ１まで圧縮していくと、工具ホーンのワークＷ１、Ｗ２に対する押圧力ＰはＰｂまで圧力上昇する。超音波溶着をするとワークＷ１、Ｗ２が溶融して工具ホーンの位置（ｈ１）が下がるので、駆動手段２８を駆動して工具ホーンの位置の変化量（Δｈ１）と同じ量だけ圧縮バネを逐次圧縮すれば（Δｈ２＝Δｈ１）、圧縮バネ３２ｂの圧縮量が変わらず一定圧でワークＷ１、Ｗ２を押圧し続ける、いわゆる保圧動作をすることができる。保圧動作が始まってから超音波振動を開始し、工具ホーン４４の位置が終点に達するまでワークＷ１、Ｗ２に超音波エネルギーを与えることで、両者を超音波溶着することができる。
【００２７】
図８に、本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での溶着作業の動作手順をフローチャートとして示す。また、理解のために、図９に本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での圧縮バネの圧縮量（δ）、押圧力（Ｐ）、その他のパラメータ（ｈ１、ｈ２）の位置関係を示した。
以下、図８のフローチャートに沿って、溶着作業の動作手順を説明する。必要により、図９を参照してほしい。
【００２８】
まず、操作部６８から超音波溶着装置の「電源入」が指示されると、超音波溶着装置の主制御部６０が起動する（ステップＳＴ１）、操作部６８から所定の押圧力（Ｐｂ）を始めとする溶着条件が入力されると、主制御部６０は記憶部６７に記憶し溶着条件を設定する（ステップＳＴ２）。ここでは、実施しようとする超音波溶着作業に適した任意の圧縮バネが自動または作業者の操作により選定され、選定されセットされた圧縮バネに対応した動作条件を記憶部６７から主制御部６０が読み出して、溶着開始の指示を待つ。
【００２９】
より具体的には、操作部６８から入力された工具ホーンの押圧面積（Ａｐ）と、超音波溶着作業に用いたい所定の押圧力（Ｐｂ）から、必要な圧縮バネの圧縮力（Ｆｂ＝Ｐｂ＊Ａｐ）を求め、バネ定数（ｋ２）で除して、所定の押圧力（Ｐｂ）を得るために必要な圧縮量（δ１＝Ｆｂ／ｋ２＝Ｐｂ＊Ａｐ／ｋ２）を計算する。
操作部６８より溶着開始の指示が入力されると（ステップＳＴ３のＹｅｓ）、主制御部６０より駆動制御部６１を介してサーボモータである駆動手段２８を駆動する。駆動手段２８を駆動して送りネジ２９を押し下げると、押圧部３０は下降してバネ用蓋３２ａと圧縮バネ３２ｂを圧縮する。本発明の構成では、圧縮バネ３２ｂが圧縮バネ収容部３１内にあって圧縮量を直接測定できないため、バネ用蓋３２ａと圧縮バネ３２ｂを押し下げる押圧部３０の位置（ｈ２）を第二のリニアスケール５１により測定している。バネ座３２ｃの位置を動かさないで押圧部３０を下方に移動した距離と圧縮バネ３２ｂ自体の圧縮量（δ）の値が等しいことは容易に理解されよう。
【００３０】
なお、第一のリニアスケール５０は、「工具ホーン４４の位置（ｈ１）」を読み取る。また、ロードセル４５は、「圧縮バネ３２ｂによる押圧力（Ｐ）」を読み取る。主制御部６０は、これらの値を駆動制御部６１にフィードバックするようにしている。
駆動手段２８を駆動して押圧部３０を下降すると圧縮バネ３２ｂは圧縮量に応じた力を生じる。圧縮バネ３２ｂは、フランジ付きストッパ４６とロードセル４５を押し下げ、下方の超音波振動ユニット４０を押し下げる。超音波振動ユニット４０の先端に取り付けた工具ホーン４４は、ワークＷ１，２を押圧する。圧縮バネ３２ｂ自体を所定量（δ１）圧縮したとき、圧縮バネ３２ｂは力（Ｆ＝ｋ２＊δ１）を生じて、所定の押圧力（Ｐｂ＝Ｆ／Ａｐ）に達する（ステップＳＴ４）。
【００３１】
ロードセル４５の測定値（Ｐ）が予定している押圧力（Ｐｂ）であることを確認して（ステップＳＴ５）。ロードセル４５の測定値（Ｐ）が予定している押圧力（Ｐｂ）であれば（ステップＳＴ５のＹｅｓ）、超音波振動を開始し、ワークＷ１、Ｗ２を溶融する（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ５でロードセル４５の測定値（Ｐ）が予定している押圧力（Ｐｂ）でなければ（ステップＳＴ５のＮｏ）、圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を必要量（α）だけ増減して（ステップＳＴ９）、ロードセル４５の測定値（Ｐ）を予定している押圧力（Ｐｂ）にする。なお、必要量（α）は、主制御部６０が記憶部６７に記憶したバネ定数その他のデータから求める。
【００３２】
ワークＷ１、Ｗ２が溶融を始めると工具ホーン４４が下降する。主制御部６０は、工具ホーン４４の位置が予定している溶着作業の終点に達していなければ（ステップＳＴ７のＮｏ）、工具ホーン４４の位置の変化量（Δｈ１）と圧縮バネを圧縮する変化量（Δｈ２）を算出する。本発明の第一の実施の形態では、工具ホーン４４の位置の変化量（Δｈ１）と圧縮バネを圧縮する変化量（Δｈ２）を等しくして、ワークＷ１とＷ２とが溶着して工具ホーン４４が所定量下がったとしても、駆動手段２８は同じ量だけ圧縮バネの蓋３２ａを押し下げて圧縮バネ３２ｂの長さを一定に保ち、圧縮バネ３２ｂの押圧力を所定の押圧力（Ｐｂ）を保ったまま、ワークＷ１，Ｗ２を溶着する。
【００３３】
工具ホーン４４の位置が溶着作業の終点に達すると（ステップＳＴ７のＹｅｓ）、超音波振動を停止し、駆動手段２８を反転駆動して原点復帰する（ステップＳＴ１０）。操作部６８に「電源断」の指示があれば（ステップ１１のＹＥＳ）、電源を切断する（ステップ１２）。
なお、このフローチャートは実施の形態の一つを例示したものであり、必要により、超音波振動を開始するタイミングを、工具ホーンが任意の特定位置に到達した時点で超音波振動を開始するようにしてもよい。
【００３４】
「電源断」の指示が無ければ（ステップ１１のＮｏ）、フローチャートのステップＳＴ３の直前に戻り、次の溶着開始指示が入力されるのを待機する。再び、操作部６８に溶着開始の指示が入力されれば、同じ溶着条件設定のままステップＳＴ４からステップＳＴ１０までの超音波溶着作業を行う。もし、ステップＳＴ３で、既に設定されている溶着条件で溶着を開始しないと入力されると（ステップＳＴ３のＮｏ）、溶着条件設定のステップＳＴ２の直前に戻るので、新たな溶着条件を設定して（ステップＳＴ２）、溶着開始の指示が入力されるのを待つ（ステップＳＴ３）。
【００３５】
本発明では、圧縮バネ収容部３１に予め３種類のバネ定数の圧縮バネ（Ａ）３２ｂ、（Ｂ）３３ｂ、（Ｃ）３４ｂを入れておき、溶着作業に応じていずれかの圧縮バネを選択可能にしている。また、それぞれの圧縮バネを実際に圧縮した際の圧縮量に対する力（Ｆ）の実測値をバネ特性として記憶部６７に記憶している。
先にも説明したように、溶着が始まり、工具ホーンの位置（ｈ１）が下がったときに、駆動手段２８を駆動し、工具ホーンの位置の変化（Δｈ１）と同じ量だけ圧縮バネを圧縮すれば（Δｈ２＝Δｈ１）、圧縮バネ３２ｂ自体の圧縮量（δ）は変わらない。そのため、一定圧でワークＷ１、Ｗ２を押圧することができる。
【００３６】
もしロードセル４５の測定値（Ｐ）が予定している押圧力（Ｐｂ）と異なる場合には、主制御部６０はロードセル４５の測定値（Ｐ）を駆動手段２８の駆動制御部６１にフィードバックすることで、圧縮バネ自体の圧縮量（δ）を変えるよう駆動手段２８による圧縮量（ｈ２）を増減し、予定している押圧力でワークＷ１、Ｗ２を押圧する。具体的には、主制御部６０は、工具ホーンの位置の変化（Δｈ１）と圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を同じにしているにも関わらず、ロードセル４５の測定値（Ｐ）が予定している押圧力（Ｐｂ）より増えた場合には圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を工具ホーンの位置の変化（Δｈ１）より必要量（α）減らし（Δｈ２＝Δｈ１−α）、押圧力（Ｐ）が減った場合には圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を工具ホーンの位置の変化（Δｈ１）より必要量（α）増やすように（Δｈ２＝Δｈ１＋α）、駆動制御部６１を介して駆動手段２８を制御する。このように、圧縮バネ３２ｂについて圧縮量を細かく制御することにより最小限の押圧力変化で所定の押圧力を与えることができる。超音波溶着の溶着作業はごく短い時間で行われる。本発明は、短い溶着作業の時間内でワークが溶け出したときに所定の押圧力を一定に保つことができる。
【００３７】
なお、本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００について、図１０にＢ１として示したように、工具ホーン４４の位置が超音波溶着作業の始点から終点に至る間に、第一の押圧力（Ｐｂ１）に達した後、第一の押圧力（Ｐｂ１）を保って押圧して、所定時間（Δｔ）経過した時点から、押圧力を変化させて、超音波溶着作業の終点までを第一の押圧力（Ｐｂ１）より低い第二の押圧力（Ｐｂ２）で押圧するというように、二段階に押圧する超音波溶着をすることもできる。
【００３８】
図１１に、本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置で押圧力を段階的に変化させたときの動作手順をフローチャートとして示す。図１１では、図８のフローチャートと比べると、ステップＳＴ６とステップＳＴ７の間に、ステップＳＴ２０からステップＳＴ２４の手順を追加している。以下、図８のフローチャートと異なる部分を中心に説明し、重複した部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３９】
ステップＳＴ６で、所定押圧力（Ｐｂ１）でワークを押圧した状態で超音波振動を加えた後、所定時間（Δｔ）が経過すると（ステップＳＴ２０）、圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を第一の押圧力（Ｐｂ１）と第二の押圧力（Ｐｂ２）の差分（−β）だけ変化させる（ステップＳＴ２１）、その後直ぐに、押圧力（Ｐ）が第二の所定押圧力（Ｐｂ２）になったことを確認する（ステップＳＴ２２）、押圧力（Ｐ）が第二の所定押圧力（Ｐｂ２）になっていれば、工具ホーン４４の位置が溶着作業の終点に達するまでワークを押圧する（ステップＳＴ７）。もし、押圧力が第二の押圧力（Ｐｂ２）になっていないときは、図８のステップＳＴ９と同じように、圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を必要量（α）だけ増減する（ステップＳＴ２４）。
【００４０】
工具ホーン４４の位置が予定している溶着作業の終点に達していなければ（ステップＳＴ７のＮｏ）、工具ホーン４４の位置の変化量（Δｈ１）と圧縮バネを圧縮する変化量（Δｈ２）を算出する。そして、工具ホーン４４の位置の変化量（Δｈ１）と圧縮バネを圧縮する変化量（Δｈ２）を等しくする（ステップＳＴ２３）。
工具ホーン４４が溶着作業の終点に達したら（ステップＳＴ７のＹｅｓ）、超音波振動を停止して工具ホーン４４を原点復帰させる（ステップＳＴ１０）。「電源断」の指示が操作部６８に入力されると（ステップＳＴ１１のＹｅｓ）、電源を切断する（ステップＳＴ１２）。このことにより、図１０のように押圧力を二段階に変える超音波溶着ができる。
【００４１】
なお、押圧力や超音波振動を付与するタイミング等の溶着条件については、フィードバックの内容を任意に設定して、所望の超音波溶着をすることができる。例えば、図１２（ａ）は、圧縮バネ（Ｂ）３２ｂを用いて超音波接合作業を行う際に、一定の押圧力に達する過程を急峻に立ち上げる場合（Ｂ２）と、なだらかに立ち上げる場合（Ｂ４）と、それらの中間的に立ち上げる場合（Ｂ３）の荷重曲線を示す。
【００４２】
一定の押圧力に達する過程を急峻に立ち上げるか、なだらかに立ち上げるかは、記憶部６７に駆動制御の方法として、駆動手段２８であるサーボモータを急速回転駆動する制御プログラム、あるいは低速回転駆動するプログラムを記憶させておき、所望により選択して読み出して使用すればよい。
同様に、図１２（ｂ）のＢ５に示した曲線のように、一定の押圧力に達した後、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）より圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を所定の割合で大きくしていけば、一定の押圧力に達した後、更に押圧力を高くすることができる。逆に、一定の押圧力に達した後、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）より圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を所定の割合で小さくしていけば、図１２（ｂ）のＢ６に示した曲線のように、一定の押圧力に達した後、押圧力を小さくすることができる。
【００４３】
また、図１２（ｃ）のＢ７に示した曲線のように、一定の押圧力に達した後、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）に対して圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）をより大きく、あるいはより小さく交番的に変化させることにより、押圧力の大きさが波を打つように変化させることもできる。
なお、本発明を適用した超音波溶着装置を、汎用的な装置として使用する際には、複数のバネの一つを図１３に示したような中実な剛体３９としておき、必要により、バネを中実な剛体に置き換えられるようにしてもよい。
【００４４】
なお、上記本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００では、汎用装置として複数の圧縮バネを交換可能に収容して任意に選択する構造を示したが、かならずしも複数の圧縮バネを同時に収容しなくても、一つの圧縮バネだけを収容可能にして、必要により圧縮バネを取り替えるようにしてもよい。記憶部６８に複数の圧縮バネのバネ定数等のバネ特性と超音波溶着条件を記憶させておけば、各種の超音波溶着条件に容易に設定可能だからである。
【００４５】
また、本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００では、本体フレーム１０に対して超音波振動ユニット４０をスライド可能に支持した場合を説明したが、図１３に本発明の第一の実施の形態にかかる他の超音波溶着装置１０１を示したように、本体フレーム１０の支柱部分１０ａの一部を、支柱部分１０ａに対してスライド可能な別部品、すなわちスライド部材２０として、このスライド部材２０に対して超音波振動ユニット４０をスライド可能に支持してもよい。図１３では、スライド部材２０の輪郭を他と識別し易くするため、太い実線で示した。本体フレーム１０の底部１０ｂにサーボモータ１３を回転軸を上に向けた状態で固定し、サーボモータ１３の回転軸に送りネジ１４を取り付け、スライド部２０には、送りネジ１４と対をなすナットを埋め込んで、サーボモータ１３を回転して回転角度に応じてスライド部２０が上下動するようにすれば、工具ホーン４４を原点復帰するときにスライド部２０を一定量上昇させることにより、アンビル１１と工具ホーン４４の間を大きく開けて、ワークＷ１、２の出し入れを容易にすることができる。また、サーボモータ１３の代わりに、エアーシリンダ等を用いて、空気圧によりスライド部２０を支柱部分１０ａに沿って上下動するようにしてもよい。
【００４６】
一般に、超音波溶着作業、超音波接合作業、あるいは布線作業に要する時間は１秒程度以下という短時間である。そのため、従来の方法では、短時間の作業途中に押圧力を細かく制御して一定に保つことができなかったのであるが、本発明によれば、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行うことを精密に管理し、良好な溶着結果あるいは接合結果を得ることができる。
【００４７】
なお上記では、超音波振動ユニット４０をバランスウェイト２５で上方に持ち上げる構成を説明したが、駆動手段２８であるサーボモータに十分な回転保持力があるときは、バランスウェイト２５を設けなくてもよい。また、圧縮バネの特性値を記憶部６７に予め記憶する際に、バネ定数を記憶して利用しても良いし、変位に対するバネ力を実測した値を記憶して利用しても良い。力を一定に保つには実測値を利用したほうが良い場合があるからである。
【００４８】
（第二の実施の形態）
次に本発明の第二の実施の形態として、超音波接合装置を説明する。図１４に示したように、本発明の超音波接合装置２００は、基本的な構成は既に説明した本発明の第一の実施の形態の超音波溶着装置１００と同じであるが、超音波振動ユニット４０’において工具ホーン９０の端面の軸心から偏心した位置に牙状突起９１を設け、捩り振動をする超音波振動手段９３を用いて、工具ホーンの牙状突起９１が工具ホーン９０の軸を中心に微小な円弧を描く捩り振動をさせている。
【００４９】
このような牙状突起９１を設けた工具ホーン９０を用いて金属板などの被接合物（Ｗ３、Ｗ４）を固相結合することは、出願人が既に特願２０１０−３２３６６で詳細に説明した。図１５は、牙状突起９１を設けた工具ホーン９０の一例を斜視図で示したものである。同図に示すように、牙状突起９１は工具ホーン９０の端面において軸心（Ｖ軸）から所定の偏心量（ｅ）偏心した位置を軸（Ｔ軸）として突出している。
【００５０】
また、被接合物の一方あるいは両方の接合対象面に凹凸を設けて、被接合物を強固に固相結合することについても出願人が特願２０１１−１３７７６１で詳細に説明した。図１６は、被接合物を強固に固相結合する際に用いた工具ホーン９５の一例を斜視図で示したものである。同図に示す工具ホーン９５には、突起９６が工具ホーン９５の端面において軸心（Ｖ軸）から偏心した位置を軸（Ｔ軸）として突出しており、突起９６の先端は僅かに捩り振動方向に沿い、押圧方向に凸の円弧状をなしている。金属板などの被接合物（Ｗ３、Ｗ４）を固相結合するには、ある程度強い押圧力を付与した状態で超音波エネルギーを与えることが求められる。本発明の第二の実施の形態の超音波接合装置によれば、超音波接合条件を精密に管理し、所定の押圧を正確に行って良好な接合結果を実現することができる。
【００５１】
本発明によれば、超音波接合装置であっても、押圧力を付与する条件を任意に制御できるという利点がある。例えば、第一の実施の形態で、超音波溶着装置を例として説明した図１０や図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）のように、押圧力や超音波振動を付与するタイミング等の諸条件については、フィードバックの内容を任意に設定することで押圧力の所定値を変えて、所望の超音波接合をすることができる。
【００５２】
例えば、先に説明した図１２（ｂ）のようにすれば、圧縮バネ（Ｂ）３２ｂを用いて超音波接合作業を行う際に、一定の押圧力に達した後、押圧力を増加する場合（Ｂ５）、一定の押圧力を持続する場合（Ｂ３）、一定の押圧力に達した後、押圧力を減少する場合（Ｂ６）の荷重曲線のように超音波接合作業をすることができる。
先に説明した図１２（ｃ）のようにすれば、圧縮バネ（Ｂ）３２ｂを用いて超音波接合作業を行う際に、一定の押圧力に達した後、押圧力の増減を繰り返す荷重曲線（Ｂ７）のように超音波接合作業をすることができる。本発明によれば、同じ超音波接合装置であっても、このように多様な荷重曲線を用いた超音波接合作業をすることができるという利点がある。
【００５３】
超音波接合作業では、以上説明したように押圧力を付与する条件を任意に変化させることにより接合強度を増すことが期待される。
【００５４】
（第三の実施の形態）
本発明は、超音波溶着装置、超音波接合装置の他に、布線装置にも適用することができる。図１７に第三の実施の形態として、本発明を適用した布線装置３００の概略を斜視図として示す。布線装置３００では、ホーン８０に超音波振動を伝えるのであるが、本体フレームの支柱部分と底部を切り離して、支柱部分を本体フレーム１０’とし、底部を移動テーブル１２として紙面右方向（白抜き矢印）に移動できるようにしている。また、ホーン８０の先端に牙状の突状押圧部８１を設け、突状押圧部８１の下面に絶縁被覆電線Ｗ６をガイドしながら押圧するガイド溝を設けている。そして、ホーン８０の軸に対して傾斜して設けたワイヤーガイド８２から突状押圧部８１の下に、絶縁被覆電線（ワイヤー）Ｗ６を送り出すよう構成している。
【００５５】
移動テーブル１２に載置した接着剤付絶縁基板（ワーク）Ｗ５の上に絶縁被覆電線Ｗ６を乗せ、その上をホーン８０の突状押圧部８１で押圧して超音波振動を加え、接着剤付絶縁基板（ワーク）Ｗ５上の接着剤と絶縁被覆電線Ｗ６の表面に塗布された接着剤とを活性化して接着・固定し、更に移動テーブル１２を移動して、他の位置に絶縁被覆電線（ワイヤー）Ｗ６を布線していく。
【００５６】
突状押圧部８１はホーン８０の端面において軸心（Ｖ軸）から所定の偏心量（ｅ）偏心した位置を軸（Ｔ軸）として突出しており、捩り振動をする超音波振動手段９３を用いて、ホーン８０は、突起状押圧部８１に図１７の符号Ｓで示した捩り振動を与えている。牙状の突起状押圧部８１が絶縁被覆電線（ワイヤー）Ｗ６を接着剤付絶縁基板（ワーク）Ｗ５に押圧する押圧力は、既に第一、第二の実施の形態で説明したように、圧縮バネの圧縮量と、ホーン８０の位置、ロードセル４５による押圧力の各測定値をフィードバックして一定値を保つことができる。
【００５７】
そのため、均一な押圧力のもと、牙状の突起状押圧部８１から超音波捩り振動を与え、絶縁被覆電線（ワイヤー）Ｗ６の絶縁被覆を容易に溶かして、絶縁被覆電線（ワイヤー）Ｗ６を接着剤付絶縁基板（ワーク）Ｗ５に接着・固定することができる。
図１８に、本発明の第三の実施の形態にかかる布線装置の工具ホーン先端近傍の正面図を示した。詳しい説明は省略するが、図１８によれば、布線機３００のホーン８０とワイヤＷ６と接合対象物Ｗ５の位置関係が理解されよう。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、超音波溶着装置、超音波接合装置および布線装置に関し、特に超音波溶着時、超音波接合時、あるいは布線時に、被溶着物あるいは被接合物であるワークを所望の圧力を保って押圧する超音波溶着装置、超音波接合装置および布線装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 本体フレーム
１０ａ 支柱部分
１０ｂ 底部
１１ アンビル
２１ 滑車支持部材
２２ 滑車回転軸
２３ 滑車
２４ ワイヤ
２５ バランスウェイト
２６ａ、２６ｂ 水平壁
２７ 軸
２８ 駆動手段
２９ 送りネジ
３０ 押圧部材
３１ 圧縮バネ収容部
３２ａ、３３ａ、３４ａ バネ用蓋
３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ 圧縮バネ
３２ｃ、３３ｃ、３４ｃ バネ座
４０ 超音波振動ユニット
４１ ワイヤ固定部
４２ ユニットフレーム
４３ 超音波振動手段
４４ 工具ホーン
４５ ロードセル
４６ フランジ付きストッパ
５０ 第一のリニアスケール
５１ 第二のリニアスケール
６０ 主制御部
６１ 駆動制御部
６２ 超音波振動駆動部
６３ 工具ホーンの位置読取部
６４ 荷重読取部
６５ 荷重設定部
６６ 圧縮バネの圧縮量読取部
６７ 記憶部
６８ 操作部
９０ 超音波接合用工具ホーン
９１ 牙状突起
Ｗ１、Ｗ２ 被溶着物
Ｗ３、Ｗ４ 被接合物
Ｗ５ 接着剤付絶縁基板
Ｗ６ 絶縁被覆電線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波溶着装置、超音波接合装置および布線装置に関し、特に超音波溶着時、超音波接合時、あるいは布線時に、被溶着物あるいは被接合物であるワークを所望の圧力で押圧するようにした超音波溶着装置、超音波接合装置および布線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小さな部品や薄い部品を超音波溶着する、あるいは金属線板や金属板などを超音波接合する、絶縁被覆電線（ワイヤー）を布線する際には、被溶着物や被接合物を小さい押圧力あるいは所定の押圧力で正確に押圧した状態で超音波エネルギーを付与することが求められている（例えば、特許文献１参照）。
そこで、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行う方法として、超音波発振手段に往復運動を伝えるエアーシリンダのロッドと超音波発振手段との間に移動方向に沿って伸縮自在な圧縮バネからなる荷重印加手段を設け、押圧時に超音波発振手段に弾性荷重を印加することが提案されていた。この方法によれば、超音波発振手段に往復運動を伝えるエアーシリンダのロッドと超音波発振手段との間に移動方向に沿って伸縮自在な圧縮バネを介在させて、圧縮バネによる緩衝作用により押圧力をある程度の範囲内で一定に保つことが可能である。
【０００３】
ただし、作業条件が変わる都度、圧縮バネの設定荷重やバネ定数の適否の検討が必要で、必要により圧縮バネの荷重設定を変えていた。なお、圧縮バネを交換する場合もあった（例えば、特許文献２参照）。
一方、従来の超音波溶着装置や超音波接合装置では、超音波ホーンを変位させて被溶着物を押圧するサーボモータと、超音波ホーンが被溶着物に与える圧力を検知して信号に変換するロードセルと、超音波ホーンの変位を検知して信号に変換するデジタルゲージ（リニアスケールとも言う）とを用い、ロードセル及びデジタルゲージからの信号に基づきサーボモータの運転制御を行ってサーボモータにはロードセルからの信号に基づくフィードバック制御を行う方法が提案されていた。しかし、上記の超音波発振手段に伸縮自在な圧縮バネからなる荷重印加手段を設けた超音波溶着装置等にフィードバック制御を適用することは検討されていなかった（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５０８６２号公報
【特許文献２】特開２００１−１０５１６０号公報
【特許文献３】特開２００６−２３１６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、伸縮自在な圧縮バネからなる荷重印加手段を用いた超音波溶着装置、超音波接合装置あるいは布線装置において、工具ホーンの位置（ｈ１）と圧縮バネの圧縮量（ｈ２）と圧縮バネによる押圧力（Ｐ）をフィードバック制御することにより超音波溶着条件あるいは超音波接合条件を精密に管理し、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行って良好な溶着結果、接合結果、あるいは布線結果を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、本体フレームに対してスライド自在な超音波振動ユニットに取り付けた工具ホーンをワークに押圧して超音波溶着、超音波接合、または布線を行う超音波溶着装置、超音波接合装置、または布線装置において、工具ホーンの移動量（ｈ１）を測定する第一のリニアスケールと、超音波振動ユニットを押圧する圧縮バネと、圧縮バネを圧縮する駆動手段と、圧縮バネの圧縮量（ｈ２）を測定する第二のリニアスケールと、圧縮バネによる押圧力（Ｐ）を測定するロードセルとを設け、駆動手段を駆動して圧縮バネを圧縮したときに、ロードセルで測定した圧縮バネによる押圧力（Ｐ）と、第一のリニアスケールで測定した工具ホーンの移動量（ｈ１）と、第二のリニアスケールで測定した圧縮バネの圧縮量（ｈ２）を駆動手段にフィードバック制御して、ワークに任意の押圧力を付与した状態で超音波溶着または超音波接合を行う制御手段と、を備えるようにしている。
【０００７】
そして本発明では、制御手段は、駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことをロードセルが検出したときに、前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）と圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を等しく保つことにより圧縮バネ自体の圧縮量（δ）を変えず、圧縮バネの押圧力を一定値に保っている。このことにより、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行うことを精密に管理し、良好な溶着結果を得るようにしている。
【０００８】
また本発明の前記制御手段は、駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことをロードセルが検出したときに、前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）に対する圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を増大あるいは減少することにより、圧縮バネの圧縮量を変えて圧縮バネの押圧力（Ｐ）を変化させて所定の押圧力（Ｐｂ）を変化させるようにしている。
【０００９】
また本発明の前記制御手段は、圧縮バネのバネ定数等の特性値を記憶手段に予め記憶しておくことにより、工具ホーンを超音波溶着作業等の始点から終点まで変位させて被溶着物あるいは被接合物を押圧する際に、記憶手段から圧縮バネのバネ定数等の特性値を読み出して駆動手段による圧縮バネの圧縮量を逐次算出して駆動制御するようにしている。
このことにより、圧縮バネのバネ定数がその作業に対して大きい、あるいは小さい場合であっても、駆動手段による圧縮バネの圧縮量を逐次算出して加減することにより、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行うことを精密に管理し、良好な溶着結果を得ることができるようにしている。
【００１０】
また本発明は、押圧方向と平行な軸周りに回転自在な回転体を有し、圧縮バネは、回転体の軸周りに複数設けられており、回転体を回転させることで押圧に用いる圧縮バネを選択可能としたり、圧縮バネを交換可能に設けたりしている。そのため、溶着作業、あるいは接合作業、あるいは布線作業の条件が変わっても、複数の圧縮バネの中から条件を満たす圧縮バネを選定して溶着作業、接合作業、あるいは布線作業に迅速に対応できるようにしている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、駆動手段で圧縮バネを圧縮したときに、ロードセルが検出した圧縮バネの押圧力（Ｐ）と工具ホーンの移動量（ｈ１）と圧縮バネの圧縮量（ｈ２）をフィードバックし、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）と圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を算出して駆動制御することにより、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行うことを精密に管理し、良好な溶着結果あるいは接合結果を得ることができる。
【００１２】
また、圧縮バネのバネ定数がその超音波溶着作業、超音波接合作業あるいは布線作業に対して大きい、あるいは小さい場合であっても、駆動手段による圧縮バネの圧縮量を細かく制御することにより、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行うことを精密に管理し、良好な溶着結果あるいは接合結果を得ることができる。
更に、超音波溶着作業、超音波接合作業、あるいは布線作業の条件が変わっても、予め準備した複数の圧縮バネの中から条件を満たす圧縮バネを選定して各種の溶着作業、超音波接合作業、あるいは布線作業に迅速に対応することができる。
【００１３】
そして、圧縮バネを交換可能にしたことにより、作業条件が変わっても迅速に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の右側面図。
【図２】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の正面図。
【図３】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の斜視図。
【図４】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の制御ブロックの構成を示した図。
【図５】（ａ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の圧縮バネの交換作業を示す部分断面図（ｂ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の圧縮バネの交換作業を示す部分断面図。
【図６】（ａ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の圧縮バネの交換作業を示す部分断面図（ｂ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の圧縮バネの交換作業を示す部分断面図。
【図７】（ａ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の圧縮バネの力の変化を示すグラフ（ｂ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置の被溶着物にかかる押圧力の変化を示すグラフ。
【図８】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での溶着作業の動作手順を示すフローチャート。
【図９】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での圧縮バネの圧縮量（δ）、押圧力（Ｐ）、その他のパラメータ（ｈ１、ｈ２）の位置関係を示した図。
【図１０】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置で押圧力を段階的に変化させる制御をしたときの被溶着物にかかる圧力変化を示すグラフ。
【図１１】本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置で押圧力を段階的に変化させる制御をしたときの動作手順を示すフローチャート。
【図１２】（ａ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での押圧状況の推移を示したグラフ（ｂ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での押圧状況の推移を示したグラフ（ｃ）本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での押圧状況の推移を示したグラフ。
【図１３】本発明の第一の実施の形態にかかる他の超音波溶着装置の右側面図。
【図１４】本発明の第二の実施の形態にかかる超音波接合装置の斜視図。
【図１５】本発明の第二の実施の形態にかかる超音波接合装置のホーン先端の下から見た部分斜視図。
【図１６】本発明の第二の実施の形態にかかる超音波接合装置の他のホーン先端の下から見た部分斜視図。
【図１７】本発明の第三の実施の形態にかかる布線装置の斜視図。
【図１８】本発明の第三の実施の形態にかかる布線装置の工具ホーン先端近傍の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第一の実施の形態）
本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置を説明する。図１に本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００の右側面図を、図２に超音波溶着装置１００の正面図を、図３に超音波溶着装置１００の斜視図を示す。
超音波溶着装置１００は、側面から見てＬ字型をした本体フレーム１０の底部１０ｂの上にアンビル１１を設け、アンビル１１の上に被溶着物であるプラスチック板のワークＷ１、Ｗ２を重ねた状態で載置できるようにしている。本体フレーム１０は、アンビル１１から所定距離だけ離した位置に支柱部分１０ａを設け、支柱部分１０ａに対して超音波振動ユニット４０を垂直方向に上下動自在に支持している。
【００１６】
支柱部分１０ａの上部には、滑車支持部材２１を設け、滑車回転軸２２の周りに滑車２３を回転自在に支持している。滑車２３は、一端にバランスウェイト２５を他端に超音波振動ユニット４０を結びつけたワイヤ２４を移動自在に支持している。超音波振動ユニット４０は、ワイヤ固定部４１を持つユニットフレーム４２に超音波振動手段４３を固定し、超音波振動手段４３の先端には工具ホーン４４を取り付けている。バランスウェイト２５の重量は、超音波振動ユニット４０の重量より、いくらか重くしてある。そのため、滑車２３でワイヤ２４を支持しただけの状態では、重量のアンバランスにより、バランスウェイト２５が下降し、超音波振動ユニット４０が上昇する。
【００１７】
支柱部分１０ａの上部には、超音波振動ユニット４０を押し下げるための駆動手段２８を、回転軸を下に向けた状態で固定し、駆動手段２８の回転軸に送りネジ２９を取り付けている。送りネジ２９の先端には押圧部材３０を取り付けている。駆動手段２８はサーボモータであり所定角度だけ回転することができ、回転した角度に応じた量だけ押圧部材３０が上下動する。
【００１８】
駆動手段２８の直下には、支柱部分１０ａから上下一対の水平壁２６ａ、２６ｂが水平方向に張り出している。水平壁２６ａ、２６ｂの間には、回転式拳銃のレンコン状の回転式弾倉のような形をした圧縮バネ収容部３１（回転体）を入れ、押圧方向と平行な軸２７を通した状態で、軸２７を中心に圧縮バネ収容部３１を回転自在に支持している。本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００の圧縮バネ収容部３１には、３つの貫通孔が開いており、バネ定数の異なる３種類の圧縮バネ（Ａ）３２ｂ、（Ｂ）３３ｂ、（Ｃ）３４ｂを収納している。圧縮バネ（Ａ）３２ｂ、（Ｂ）３３ｂ、（Ｃ）３４ｂの下方には、バネ座３２ｃ、３３ｃ、３４ｃを、上方には、バネ用蓋３２ａ、３３ａ、３４ａを当てている。なお、バネ座、圧縮バネそしてバネ用蓋を重ねたときの自然長（高さ）を圧縮バネ収容部３１の貫通孔の長さより短くしている。このことにより、圧縮バネ収容部３１を軸２７を中心に回転したときに、上部のバネ用蓋が水平壁２６ａに引っかからないようにしている。
【００１９】
駆動手段２８の直下の水平壁２６ａ、２６ｂには貫通孔を開けており、上方の水平壁２６ａには押圧部材３０を出入り自在にしている。また、下方の水平壁２６ｂには、フランジ付きストッパ４６を出入り自在にしている。
なお、既に説明した超音波振動ユニット４０には、ロードセル４５を載せ、ロードセル４５の上にフランジ付きストッパ４６を載せている。超音波振動ユニット４０は外力が加わらなければ、バランスウェイト２５の自重により上方に移動する。そのため、フランジ付きストッパ４６を水平壁２６ｂの貫通孔に貫入させると、駆動手段２８から工具ホーン４４までの各部分（２８、２９、３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、４６、４５、４２、４３、４４）は一体的に動く。そのため、駆動手段２８が回転すると、圧縮バネ３２ｂを圧縮してその弾性力で工具ホーン４４の下面をワークＷ１、Ｗ２に押し付けることができる。
【００２０】
また図３に示したように、本体フレームの支柱部分１０ａには、工具ホーン４４の移動量（ｈ１）を測定する第一のリニアスケール５０が設けられている。工具ホーン４４の移動量（ｈ１）は、本体フレーム１０に対しての上下方向の移動量である。
さらに、上方の水平壁２６ａの上面には、圧縮バネの圧縮量（ｈ２）を測定する第二のリニアスケール５１が設けられている。圧縮バネの圧縮量（ｈ２）は、上方の水平壁２６ａの上面からの押圧部材３０の相対位置から測定される。
【００２１】
図４に、本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００の制御ブロックの構成を示す。主制御部６０に駆動制御部６１を接続し、駆動制御部６１で駆動手段２８の回転方向および回転角度を制御している。同様に、超音波振動手段４３には超音波振動駆動部６２を、第一のリニアスケール５０には工具ホーンの位置読取部６３を、ロードセル４５には荷重読取部６４を、圧縮バネ収容部３１には荷重設定部６５を、第二のリニアスケール５１には圧縮バネの圧縮量読取部６６をそれぞれ接続して主制御部６０で一括制御している。更に主制御部６０には、記憶部６７と操作部６８を接続している。記憶部６７には、複数種類ある圧縮バネのバネ定数や溶着作業の終点の位置、超音波溶着時のタイミング等の制御プログラムを記憶させており、操作部６８からは、操作者が溶着作業条件の詳細データの入力や、電源入の指示、溶着開始指示、電源断の指示等の操作情報を入力できるようにしている。主制御部６０は逐次、記憶部６７から情報を読み出して超音波溶着装置１００を制御する。
【００２２】
本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００で圧縮バネを交換する作業手順を図５（ａ）（ｂ）、図６（ａ）（ｂ）の部分断面図を用いて説明する。図５（ａ）では、サーボモータである駆動手段２８を駆動して押圧部材３０を上方に持ち上げた状態を示している。図５（ａ）のように、押圧部材３０を上方に持ち上げると、超音波振動ユニット４０は、バランスウェイト２５の自重により上昇して、フランジ付きストッパ４６のフランジが水平壁２６ｂの下面に当たった位置で停止する。押圧部材の凸部３０ａは圧縮バネの蓋３２ａから所定寸法だけ完全に離れる。この時点で、３種類の圧縮バネを入れた圧縮バネ収納部３１を、軸２７を中心に回転する。すると、図５（ｂ）のように、圧縮バネ収納部３１が回転して押圧部材の凸部３０ａの下に元々あった圧縮バネ（Ａ）３２ｂの代わりに異なるバネ定数の圧縮バネ（Ｂ）３３ｂを位置させることができる。圧縮バネ収納部３１には、バネ定数が大、中、小という３種類の圧縮バネを入れているので、行おうとしている超音波溶着作業等に適する圧縮バネを選択することができる。
【００２３】
ちなみに、図６（ａ）では、押圧部材の凸部３０ａの下に他の圧縮バネ（Ｃ）３４ｂを位置させた状態を示した。このように、超音波溶着作業等に応じた圧縮バネを選定して図６（ｂ）のように、駆動手段２８を反転駆動して押圧部材３０を下方に移動する。そして駆動手段２８で圧縮バネ３４ｂを押圧して超音波溶着作業を開始することができる。
なお、圧縮バネ収納部３１を回転して位置決めし、駆動手段２８を反転駆動すると、図４で示した荷重設定部６５は、どの圧縮バネが選定されたかを検出して主制御部６０に伝える。
【００２４】
図７（ａ）には各圧縮バネごとの圧縮バネ自体の圧縮量δと力Ｆとの関係を示しており、図７（ｂ）には各圧縮バネを用いて超音波溶着するときの被溶着物に与える工具ホーンの押圧力Ｐ、つまり圧縮バネの力（Ｆ）を工具ホーンの押圧面積（Ａｐ）で除した値（Ｐ＝Ｆ／Ａｐ）の変化を時系列的に示している。本実施形態において、超音波溶着装置は、図７（ａ）のようにバネ定数が相対的に大（ｋ１）、中（ｋ２）、小（ｋ３）と異なる強さの圧縮バネ３２ｂ、３３ｂ、３４ｂを任意に選択可能である。そして、本発明では、各圧縮バネを限界まで圧縮せず、ある程度圧縮できる余裕を残したときの圧縮バネ自体の圧縮量（δ１）での力（Ｆｂ＝ｋ＊δ１）を使用することにしている。
【００２５】
つまり、図７（ｂ）のように、Ａゾーンという範囲内の大きい押圧力が必要なときには、バネ定数が大（ｋ１）の圧縮バネ（Ａ）３２ｂを用い、Ｂゾーンという範囲内の中間的な押圧力が必要なときには、バネ定数が中（ｋ２）の圧縮バネ（Ｂ）３３ｂを用い、Ｃゾーンという範囲内の小さい押圧力が必要なときには、バネ定数が小（ｋ３）の圧縮バネ（Ｃ）３４ｂを用いて対応することができる。図７（ｂ）では、圧縮バネ（Ｂ）３３ｂ自体をδ１だけ圧縮したときの力（Ｆｂ＝ｋ２＊δ１）で超音波溶着することを太線カーブで示している。
【００２６】
図７（ａ）に示すように、圧縮バネＢを選択しバネ自体の圧縮量（δ）をδ１とした場合、圧縮バネには、Ｆｂ＝ｋ２＊δ１だけの力が付与される。図７（ｂ）で、駆動手段２８を駆動して圧縮バネＢをバネ自体の圧縮量δ１まで圧縮していくと、工具ホーンのワークＷ１、Ｗ２に対する押圧力ＰはＰｂまで圧力上昇する。超音波溶着をするとワークＷ１、Ｗ２が溶融して工具ホーンの位置（ｈ１）が下がるので、駆動手段２８を駆動して工具ホーンの位置の変化量（Δｈ１）と同じ量だけ圧縮バネを逐次圧縮すれば（Δｈ２＝Δｈ１）、圧縮バネ３２ｂの圧縮量が変わらず一定圧でワークＷ１、Ｗ２を押圧し続ける、いわゆる保圧動作をすることができる。保圧動作が始まってから超音波振動を開始し、工具ホーン４４の位置が終点に達するまでワークＷ１、Ｗ２に超音波エネルギーを与えることで、両者を超音波溶着することができる。
【００２７】
図８に、本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での溶着作業の動作手順をフローチャートとして示す。また、理解のために、図９に本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置での圧縮バネの圧縮量（δ）、押圧力（Ｐ）、その他のパラメータ（ｈ１、ｈ２）の位置関係を示した。
以下、図８のフローチャートに沿って、溶着作業の動作手順を説明する。必要により、図９を参照してほしい。
【００２８】
まず、操作部６８から超音波溶着装置の「電源入」が指示されると、超音波溶着装置の主制御部６０が起動する（ステップＳＴ１）、操作部６８から所定の押圧力（Ｐｂ）を始めとする溶着条件が入力されると、主制御部６０は記憶部６７に記憶し溶着条件を設定する（ステップＳＴ２）。ここでは、実施しようとする超音波溶着作業に適した任意の圧縮バネが自動または作業者の操作により選定され、選定されセットされた圧縮バネに対応した動作条件を記憶部６７から主制御部６０が読み出して、溶着開始の指示を待つ。
【００２９】
より具体的には、操作部６８から入力された工具ホーンの押圧面積（Ａｐ）と、超音波溶着作業に用いたい所定の押圧力（Ｐｂ）から、必要な圧縮バネの圧縮力（Ｆｂ＝Ｐｂ＊Ａｐ）を求め、バネ定数（ｋ２）で除して、所定の押圧力（Ｐｂ）を得るために必要な圧縮量（δ１＝Ｆｂ／ｋ２＝Ｐｂ＊Ａｐ／ｋ２）を計算する。
操作部６８より溶着開始の指示が入力されると（ステップＳＴ３のＹｅｓ）、主制御部６０より駆動制御部６１を介してサーボモータである駆動手段２８を駆動する。駆動手段２８を駆動して送りネジ２９を押し下げると、押圧部３０は下降してバネ用蓋３２ａと圧縮バネ３２ｂを圧縮する。本発明の構成では、圧縮バネ３２ｂが圧縮バネ収容部３１内にあって圧縮量を直接測定できないため、バネ用蓋３２ａと圧縮バネ３２ｂを押し下げる押圧部３０の位置（ｈ２）を第二のリニアスケール５１により測定している。バネ座３２ｃの位置を動かさないで押圧部３０を下方に移動した距離と圧縮バネ３２ｂ自体の圧縮量（δ）の値が等しいことは容易に理解されよう。
【００３０】
なお、第一のリニアスケール５０は、「工具ホーン４４の位置（ｈ１）」を読み取る。また、ロードセル４５は、「圧縮バネ３２ｂによる押圧力（Ｐ）」を読み取る。主制御部６０は、これらの値を駆動制御部６１にフィードバックするようにしている。
駆動手段２８を駆動して押圧部３０を下降すると圧縮バネ３２ｂは圧縮量に応じた力を生じる。圧縮バネ３２ｂは、フランジ付きストッパ４６とロードセル４５を押し下げ、下方の超音波振動ユニット４０を押し下げる。超音波振動ユニット４０の先端に取り付けた工具ホーン４４は、ワークＷ１，２を押圧する。圧縮バネ３２ｂ自体を所定量（δ１）圧縮したとき、圧縮バネ３２ｂは力（Ｆ＝ｋ２＊δ１）を生じて、所定の押圧力（Ｐｂ＝Ｆ／Ａｐ）に達する（ステップＳＴ４）。
【００３１】
ロードセル４５の測定値（Ｐ）が予定している押圧力（Ｐｂ）であることを確認して（ステップＳＴ５）。ロードセル４５の測定値（Ｐ）が予定している押圧力（Ｐｂ）であれば（ステップＳＴ５のＹｅｓ）、超音波振動を開始し、ワークＷ１、Ｗ２を溶融する（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ５でロードセル４５の測定値（Ｐ）が予定している押圧力（Ｐｂ）でなければ（ステップＳＴ５のＮｏ）、圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を必要量（α）だけ増減して（ステップＳＴ９）、ロードセル４５の測定値（Ｐ）を予定している押圧力（Ｐｂ）にする。なお、必要量（α）は、主制御部６０が記憶部６７に記憶したバネ定数その他のデータから求める。
【００３２】
ワークＷ１、Ｗ２が溶融を始めると工具ホーン４４が下降する。主制御部６０は、工具ホーン４４の位置が予定している溶着作業の終点に達していなければ（ステップＳＴ７のＮｏ）、工具ホーン４４の位置の変化量（Δｈ１）と圧縮バネを圧縮する変化量（Δｈ２）を算出する。本発明の第一の実施の形態では、工具ホーン４４の位置の変化量（Δｈ１）と圧縮バネを圧縮する変化量（Δｈ２）を等しくして、ワークＷ１とＷ２とが溶着して工具ホーン４４が所定量下がったとしても、駆動手段２８は同じ量だけ圧縮バネの蓋３２ａを押し下げて圧縮バネ３２ｂの長さを一定に保ち、圧縮バネ３２ｂの押圧力を所定の押圧力（Ｐｂ）を保ったまま、ワークＷ１，Ｗ２を溶着する。
【００３３】
工具ホーン４４の位置が溶着作業の終点に達すると（ステップＳＴ７のＹｅｓ）、超音波振動を停止し、駆動手段２８を反転駆動して原点復帰する（ステップＳＴ１０）。操作部６８に「電源断」の指示があれば（ステップ１１のＹＥＳ）、電源を切断する（ステップ１２）。
なお、このフローチャートは実施の形態の一つを例示したものであり、必要により、超音波振動を開始するタイミングを、工具ホーンが任意の特定位置に到達した時点で超音波振動を開始するようにしてもよい。
【００３４】
「電源断」の指示が無ければ（ステップ１１のＮｏ）、フローチャートのステップＳＴ３の直前に戻り、次の溶着開始指示が入力されるのを待機する。再び、操作部６８に溶着開始の指示が入力されれば、同じ溶着条件設定のままステップＳＴ４からステップＳＴ１０までの超音波溶着作業を行う。もし、ステップＳＴ３で、既に設定されている溶着条件で溶着を開始しないと入力されると（ステップＳＴ３のＮｏ）、溶着条件設定のステップＳＴ２の直前に戻るので、新たな溶着条件を設定して（ステップＳＴ２）、溶着開始の指示が入力されるのを待つ（ステップＳＴ３）。
【００３５】
本発明では、圧縮バネ収容部３１に予め３種類のバネ定数の圧縮バネ（Ａ）３２ｂ、（Ｂ）３３ｂ、（Ｃ）３４ｂを入れておき、溶着作業に応じていずれかの圧縮バネを選択可能にしている。また、それぞれの圧縮バネを実際に圧縮した際の圧縮量に対する力（Ｆ）の実測値をバネ特性として記憶部６７に記憶している。
先にも説明したように、溶着が始まり、工具ホーンの位置（ｈ１）が下がったときに、駆動手段２８を駆動し、工具ホーンの位置の変化（Δｈ１）と同じ量だけ圧縮バネを圧縮すれば（Δｈ２＝Δｈ１）、圧縮バネ３２ｂ自体の圧縮量（δ）は変わらない。そのため、一定圧でワークＷ１、Ｗ２を押圧することができる。
【００３６】
もしロードセル４５の測定値（Ｐ）が予定している押圧力（Ｐｂ）と異なる場合には、主制御部６０はロードセル４５の測定値（Ｐ）を駆動手段２８の駆動制御部６１にフィードバックすることで、圧縮バネ自体の圧縮量（δ）を変えるよう駆動手段２８による圧縮量（ｈ２）を増減し、予定している押圧力でワークＷ１、Ｗ２を押圧する。具体的には、主制御部６０は、工具ホーンの位置の変化（Δｈ１）と圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を同じにしているにも関わらず、ロードセル４５の測定値（Ｐ）が予定している押圧力（Ｐｂ）より増えた場合には圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を工具ホーンの位置の変化（Δｈ１）より必要量（α）減らし（Δｈ２＝Δｈ１−α）、押圧力（Ｐ）が減った場合には圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を工具ホーンの位置の変化（Δｈ１）より必要量（α）増やすように（Δｈ２＝Δｈ１＋α）、駆動制御部６１を介して駆動手段２８を制御する。このように、圧縮バネ３２ｂについて圧縮量を細かく制御することにより最小限の押圧力変化で所定の押圧力を与えることができる。超音波溶着の溶着作業はごく短い時間で行われる。本発明は、短い溶着作業の時間内でワークが溶け出したときに所定の押圧力を一定に保つことができる。
【００３７】
なお、本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００について、図１０にＢ１として示したように、工具ホーン４４の位置が超音波溶着作業の始点から終点に至る間に、第一の押圧力（Ｐｂ１）に達した後、第一の押圧力（Ｐｂ１）を保って押圧して、所定時間（Δｔ）経過した時点から、押圧力を変化させて、超音波溶着作業の終点までを第一の押圧力（Ｐｂ１）より低い第二の押圧力（Ｐｂ２）で押圧するというように、二段階に押圧する超音波溶着をすることもできる。
【００３８】
図１１に、本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置で押圧力を段階的に変化させたときの動作手順をフローチャートとして示す。図１１では、図８のフローチャートと比べると、ステップＳＴ６とステップＳＴ７の間に、ステップＳＴ２０からステップＳＴ２４の手順を追加している。以下、図８のフローチャートと異なる部分を中心に説明し、重複した部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３９】
ステップＳＴ６で、所定押圧力（Ｐｂ１）でワークを押圧した状態で超音波振動を加えた後、所定時間（Δｔ）が経過すると（ステップＳＴ２０）、圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を第一の押圧力（Ｐｂ１）と第二の押圧力（Ｐｂ２）の差分（−β）だけ変化させる（ステップＳＴ２１）、その後直ぐに、押圧力（Ｐ）が第二の所定押圧力（Ｐｂ２）になったことを確認する（ステップＳＴ２２）、押圧力（Ｐ）が第二の所定押圧力（Ｐｂ２）になっていれば、工具ホーン４４の位置が溶着作業の終点に達するまでワークを押圧する（ステップＳＴ７）。もし、押圧力が第二の押圧力（Ｐｂ２）になっていないときは、図８のステップＳＴ９と同じように、圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を必要量（α）だけ増減する（ステップＳＴ２４）。
【００４０】
工具ホーン４４の位置が予定している溶着作業の終点に達していなければ（ステップＳＴ７のＮｏ）、工具ホーン４４の位置の変化量（Δｈ１）と圧縮バネを圧縮する変化量（Δｈ２）を算出する。そして、工具ホーン４４の位置の変化量（Δｈ１）と圧縮バネを圧縮する変化量（Δｈ２）を等しくする（ステップＳＴ２３）。
工具ホーン４４が溶着作業の終点に達したら（ステップＳＴ７のＹｅｓ）、超音波振動を停止して工具ホーン４４を原点復帰させる（ステップＳＴ１０）。「電源断」の指示が操作部６８に入力されると（ステップＳＴ１１のＹｅｓ）、電源を切断する（ステップＳＴ１２）。このことにより、図１０のように押圧力を二段階に変える超音波溶着ができる。
【００４１】
なお、押圧力や超音波振動を付与するタイミング等の溶着条件については、フィードバックの内容を任意に設定して、所望の超音波溶着をすることができる。例えば、図１２（ａ）は、圧縮バネ（Ｂ）３２ｂを用いて超音波接合作業を行う際に、一定の押圧力に達する過程を急峻に立ち上げる場合（Ｂ２）と、なだらかに立ち上げる場合（Ｂ４）と、それらの中間的に立ち上げる場合（Ｂ３）の荷重曲線を示す。
【００４２】
一定の押圧力に達する過程を急峻に立ち上げるか、なだらかに立ち上げるかは、記憶部６７に駆動制御の方法として、駆動手段２８であるサーボモータを急速回転駆動する制御プログラム、あるいは低速回転駆動するプログラムを記憶させておき、所望により選択して読み出して使用すればよい。
同様に、図１２（ｂ）のＢ５に示した曲線のように、一定の押圧力に達した後、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）より圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を所定の割合で大きくしていけば、一定の押圧力に達した後、更に押圧力を高くすることができる。逆に、一定の押圧力に達した後、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）より圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を所定の割合で小さくしていけば、図１２（ｂ）のＢ６に示した曲線のように、一定の押圧力に達した後、押圧力を小さくすることができる。
【００４３】
また、図１２（ｃ）のＢ７に示した曲線のように、一定の押圧力に達した後、工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）に対して圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）をより大きく、あるいはより小さく交番的に変化させることにより、押圧力の大きさが波を打つように変化させることもできる。
なお、本発明を適用した超音波溶着装置を、汎用的な装置として使用する際には、複数のバネの一つを図１３に示したような中実な剛体３９としておき、必要により、バネを中実な剛体に置き換えられるようにしてもよい。
【００４４】
なお、上記本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００では、汎用装置として複数の圧縮バネを交換可能に収容して任意に選択する構造を示したが、かならずしも複数の圧縮バネを同時に収容しなくても、一つの圧縮バネだけを収容可能にして、必要により圧縮バネを取り替えるようにしてもよい。記憶部６８に複数の圧縮バネのバネ定数等のバネ特性と超音波溶着条件を記憶させておけば、各種の超音波溶着条件に容易に設定可能だからである。
【００４５】
また、本発明の第一の実施の形態にかかる超音波溶着装置１００では、本体フレーム１０に対して超音波振動ユニット４０をスライド可能に支持した場合を説明したが、図１３に本発明の第一の実施の形態にかかる他の超音波溶着装置１０１を示したように、本体フレーム１０の支柱部分１０ａの一部を、支柱部分１０ａに対してスライド可能な別部品、すなわちスライド部材２０として、このスライド部材２０に対して超音波振動ユニット４０をスライド可能に支持してもよい。図１３では、スライド部材２０の輪郭を他と識別し易くするため、太い実線で示した。本体フレーム１０の底部１０ｂにサーボモータ１３を回転軸を上に向けた状態で固定し、サーボモータ１３の回転軸に送りネジ１４を取り付け、スライド部２０には、送りネジ１４と対をなすナットを埋め込んで、サーボモータ１３を回転して回転角度に応じてスライド部２０が上下動するようにすれば、工具ホーン４４を原点復帰するときにスライド部２０を一定量上昇させることにより、アンビル１１と工具ホーン４４の間を大きく開けて、ワークＷ１、２の出し入れを容易にすることができる。また、サーボモータ１３の代わりに、エアーシリンダ等を用いて、空気圧によりスライド部２０を支柱部分１０ａに沿って上下動するようにしてもよい。
【００４６】
一般に、超音波溶着作業、超音波接合作業、あるいは布線作業に要する時間は１秒程度以下という短時間である。そのため、従来の方法では、短時間の作業途中に押圧力を細かく制御して一定に保つことができなかったのであるが、本発明によれば、小さい押圧力あるいは所定の押圧力での押圧を正確に行うことを精密に管理し、良好な溶着結果あるいは接合結果を得ることができる。
【００４７】
なお上記では、超音波振動ユニット４０をバランスウェイト２５で上方に持ち上げる構成を説明したが、駆動手段２８であるサーボモータに十分な回転保持力があるときは、バランスウェイト２５を設けなくてもよい。また、圧縮バネの特性値を記憶部６７に予め記憶する際に、バネ定数を記憶して利用しても良いし、変位に対するバネ力を実測した値を記憶して利用しても良い。力を一定に保つには実測値を利用したほうが良い場合があるからである。
【００４８】
（第二の実施の形態）
次に本発明の第二の実施の形態として、超音波接合装置を説明する。図１４に示したように、本発明の超音波接合装置２００は、基本的な構成は既に説明した本発明の第一の実施の形態の超音波溶着装置１００と同じであるが、超音波振動ユニット４０’において工具ホーン９０の端面の軸心から偏心した位置に牙状突起９１を設け、捩り振動をする超音波振動手段９３を用いて、工具ホーンの牙状突起９１が工具ホーン９０の軸を中心に微小な円弧を描く捩り振動をさせている。
【００４９】
このような牙状突起９１を設けた工具ホーン９０を用いて金属板などの被接合物（Ｗ３、Ｗ４）を固相結合することは、出願人が既に特願２０１０−３２３６６で詳細に説明した。図１５は、牙状突起９１を設けた工具ホーン９０の一例を斜視図で示したものである。同図に示すように、牙状突起９１は工具ホーン９０の端面において軸心（Ｖ軸）から所定の偏心量（ｅ）偏心した位置を軸（Ｔ軸）として突出している。
【００５０】
また、被接合物の一方あるいは両方の接合対象面に凹凸を設けて、被接合物を強固に固相結合することについても出願人が特願２０１１−１３７７６１で詳細に説明した。図１６は、被接合物を強固に固相結合する際に用いた工具ホーン９５の一例を斜視図で示したものである。同図に示す工具ホーン９５には、突起９６が工具ホーン９５の端面において軸心（Ｖ軸）から偏心した位置を軸（Ｔ軸）として突出しており、突起９６の先端は僅かに捩り振動方向に沿い、押圧方向に凸の円弧状をなしている。金属板などの被接合物（Ｗ３、Ｗ４）を固相結合するには、ある程度強い押圧力を付与した状態で超音波エネルギーを与えることが求められる。本発明の第二の実施の形態の超音波接合装置によれば、超音波接合条件を精密に管理し、所定の押圧を正確に行って良好な接合結果を実現することができる。
【００５１】
本発明によれば、超音波接合装置であっても、押圧力を付与する条件を任意に制御できるという利点がある。例えば、第一の実施の形態で、超音波溶着装置を例として説明した図１０や図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）のように、押圧力や超音波振動を付与するタイミング等の諸条件については、フィードバックの内容を任意に設定することで押圧力の所定値を変えて、所望の超音波接合をすることができる。
【００５２】
例えば、先に説明した図１２（ｂ）のようにすれば、圧縮バネ（Ｂ）３２ｂを用いて超音波接合作業を行う際に、一定の押圧力に達した後、押圧力を増加する場合（Ｂ５）、一定の押圧力を持続する場合（Ｂ３）、一定の押圧力に達した後、押圧力を減少する場合（Ｂ６）の荷重曲線のように超音波接合作業をすることができる。
先に説明した図１２（ｃ）のようにすれば、圧縮バネ（Ｂ）３２ｂを用いて超音波接合作業を行う際に、一定の押圧力に達した後、押圧力の増減を繰り返す荷重曲線（Ｂ７）のように超音波接合作業をすることができる。本発明によれば、同じ超音波接合装置であっても、このように多様な荷重曲線を用いた超音波接合作業をすることができるという利点がある。
【００５３】
超音波接合作業では、以上説明したように押圧力を付与する条件を任意に変化させることにより接合強度を増すことが期待される。
【００５４】
（第三の実施の形態）
本発明は、超音波溶着装置、超音波接合装置の他に、布線装置にも適用することができる。図１７に第三の実施の形態として、本発明を適用した布線装置３００の概略を斜視図として示す。布線装置３００では、ホーン８０に超音波振動を伝えるのであるが、本体フレームの支柱部分と底部を切り離して、支柱部分を本体フレーム１０’とし、底部を移動テーブル１２として紙面右方向（白抜き矢印）に移動できるようにしている。また、ホーン８０の先端に牙状の突状押圧部８１を設け、突状押圧部８１の下面に絶縁被覆電線Ｗ６をガイドしながら押圧するガイド溝を設けている。そして、ホーン８０の軸に対して傾斜して設けたワイヤーガイド８２から突状押圧部８１の下に、絶縁被覆電線（ワイヤー）Ｗ６を送り出すよう構成している。
【００５５】
移動テーブル１２に載置した接着剤付絶縁基板（ワーク）Ｗ５の上に絶縁被覆電線Ｗ６を乗せ、その上をホーン８０の突状押圧部８１で押圧して超音波振動を加え、接着剤付絶縁基板（ワーク）Ｗ５上の接着剤と絶縁被覆電線Ｗ６の表面に塗布された接着剤とを活性化して接着・固定し、更に移動テーブル１２を移動して、他の位置に絶縁被覆電線（ワイヤー）Ｗ６を布線していく。
【００５６】
突状押圧部８１はホーン８０の端面において軸心（Ｖ軸）から所定の偏心量（ｅ）偏心した位置を軸（Ｔ軸）として突出しており、捩り振動をする超音波振動手段９３を用いて、ホーン８０は、突起状押圧部８１に図１７の符号Ｓで示した捩り振動を与えている。牙状の突起状押圧部８１が絶縁被覆電線（ワイヤー）Ｗ６を接着剤付絶縁基板（ワーク）Ｗ５に押圧する押圧力は、既に第一、第二の実施の形態で説明したように、圧縮バネの圧縮量と、ホーン８０の位置、ロードセル４５による押圧力の各測定値をフィードバックして一定値を保つことができる。
【００５７】
そのため、均一な押圧力のもと、牙状の突起状押圧部８１から超音波捩り振動を与え、絶縁被覆電線（ワイヤー）Ｗ６の絶縁被覆を容易に溶かして、絶縁被覆電線（ワイヤー）Ｗ６を接着剤付絶縁基板（ワーク）Ｗ５に接着・固定することができる。
図１８に、本発明の第三の実施の形態にかかる布線装置の工具ホーン先端近傍の正面図を示した。詳しい説明は省略するが、図１８によれば、布線機３００のホーン８０とワイヤＷ６と接合対象物Ｗ５の位置関係が理解されよう。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、超音波溶着装置、超音波接合装置および布線装置に関し、特に超音波溶着時、超音波接合時、あるいは布線時に、被溶着物あるいは被接合物であるワークを所望の圧力を保って押圧する超音波溶着装置、超音波接合装置および布線装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 本体フレーム
１０ａ 支柱部分
１０ｂ 底部
１１ アンビル
２１ 滑車支持部材
２２ 滑車回転軸
２３ 滑車
２４ ワイヤ
２５ バランスウェイト
２６ａ、２６ｂ 水平壁
２７ 軸
２８ 駆動手段
２９ 送りネジ
３０ 押圧部材
３１ 圧縮バネ収容部
３２ａ、３３ａ、３４ａ バネ用蓋
３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ 圧縮バネ
３２ｃ、３３ｃ、３４ｃ バネ座
４０ 超音波振動ユニット
４１ ワイヤ固定部
４２ ユニットフレーム
４３ 超音波振動手段
４４ 工具ホーン
４５ ロードセル
４６ フランジ付きストッパ
５０ 第一のリニアスケール
５１ 第二のリニアスケール
６０ 主制御部
６１ 駆動制御部
６２ 超音波振動駆動部
６３ 工具ホーンの位置読取部
６４ 荷重読取部
６５ 荷重設定部
６６ 圧縮バネの圧縮量読取部
６７ 記憶部
６８ 操作部
９０ 超音波接合用工具ホーン
９１ 牙状突起
Ｗ１、Ｗ２ 被溶着物
Ｗ３、Ｗ４ 被接合物
Ｗ５ 接着剤付絶縁基板
Ｗ６ 絶縁被覆電線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体フレームに対してスライド自在な超音波振動ユニットに取り付けた工具ホーンをワークに押圧して超音波溶着を行う超音波溶着装置において、
前記工具ホーンの移動量を測定する第一のリニアスケールと、
前記超音波振動ユニットを押圧する圧縮バネと、
前記圧縮バネを圧縮する駆動手段と、
前記圧縮バネの圧縮量を測定する第二のリニアスケールと、
前記圧縮バネによる押圧力を測定するロードセルと、を設け、
前記駆動手段を駆動して前記圧縮バネを圧縮したときに、
前記ロードセルで測定した前記圧縮バネによる押圧力（Ｐ）と、
前記第一のリニアスケールで測定した前記工具ホーンの移動量（ｈ１）と、
前記第二のリニアスケールで測定した圧縮バネの圧縮量（ｈ２）と、
を前記駆動手段にフィードバック制御して、
前記ワークに任意の押圧力を付与した状態で超音波溶着を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする超音波溶着装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を等しく保って、前記圧縮バネ自体の圧縮量（δ）を変えず、前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を一定に保つよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）に対する前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を増大あるいは減少することにより、前記圧縮バネの圧縮量を変えて前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を変化させて前記所定の押圧力（Ｐｂ）を変化させるよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着装置。
【請求項４】
前記制御手段には記憶手段を設け、前記圧縮バネの特性値を前記記憶手段に予め記憶しておくことにより、前記工具ホーンを超音波溶着作業の始点から終点まで変位させて被溶着物を押圧する際に、前記記憶手段から圧縮バネの特性値を読み出して、前記駆動手段による圧縮バネの圧縮量を逐次算出して駆動制御するようにしたことを特徴とした請求項１に記載の超音波溶着装置。
【請求項５】
さらに、押圧方向と平行な軸周りに回転自在な回転体を有し、
前記圧縮バネは、前記回転体の軸周りに複数設けられており、当該回転体を回転させることで押圧に用いる圧縮バネを選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着装置。
【請求項６】
前記圧縮バネを交換可能に設けた請求項１に記載の超音波溶着装置。
【請求項７】
本体フレームに対してスライド自在な超音波振動ユニットに取り付けた工具ホーンをワークに押圧して超音波接合を行う超音波接合装置において、
前記工具ホーンの移動量を測定する第一のリニアスケールと、
前記超音波振動ユニットを押圧する圧縮バネと、
前記圧縮バネを圧縮する駆動手段と、
前記圧縮バネの圧縮量を測定する第二のリニアスケールと、
前記圧縮バネによる押圧力を測定するロードセルと、を設け、
前記駆動手段を駆動して前記圧縮バネを圧縮したときに、
前記ロードセルで測定した前記圧縮バネによる押圧力（Ｐ）と、
前記第一のリニアスケールで測定した前記工具ホーンの移動量（ｈ１）と、
前記第二のリニアスケールで測定した圧縮バネの圧縮量（ｈ２）と、
を前記駆動手段にフィードバック制御して、
前記ワークに任意の押圧力を付与した状態で超音波接合を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を等しく保って、前記圧縮バネ自体の圧縮量（δ）を変えず、前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を一定に保つよう構成したことを特徴とする請求項７に記載の超音波接合装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）に対する前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を増大あるいは減少することにより、前記圧縮バネの圧縮量を変えて前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を変化させて前記所定の押圧力（Ｐｂ）を変化させるよう構成したことを特徴とする請求項７に記載の超音波接合装置。
【請求項１０】
前記制御手段には記憶手段を設け、前記圧縮バネの特性値を前記記憶手段に予め記憶しておくことにより、前記工具ホーンを超音波接合作業の始点から終点まで変位させて被接合物を押圧する際に、前記記憶手段から圧縮バネの特性値を読み出して、前記駆動手段による圧縮バネの圧縮量を逐次算出して駆動制御するようにしたことを特徴とした請求項７に記載の超音波接合装置。
【請求項１１】
さらに、押圧方向と平行な軸周りに回転自在な回転体を有し、
前記圧縮バネは、前記回転体の軸周りに複数設けられており、当該回転体を回転させることで押圧に用いる圧縮バネを選択可能であることを特徴とする請求項７に記載の超音波接合装置。
【請求項１２】
前記圧縮バネを交換可能に設けた請求項７に記載の超音波接合装置。
【請求項１３】
本体フレームに対してスライド自在な超音波振動ユニットに取り付けたホーンをワークに押圧して超音波接合を行う布線装置において、
前記ホーンの移動量を測定する第一のリニアスケールと、
前記超音波振動ユニットを押圧する圧縮バネと、
前記圧縮バネを圧縮する駆動手段と、
前記圧縮バネの圧縮量を測定する第二のリニアスケールと、
前記圧縮バネによる押圧力を測定するロードセルと、を設け、
前記駆動手段を駆動して前記圧縮バネを圧縮したときに、
前記ロードセルで測定した前記圧縮バネによる押圧力（Ｐ）と、
前記第一のリニアスケールで測定した前記ホーンの移動量（ｈ１）と、
前記第二のリニアスケールで測定した圧縮バネの圧縮量（ｈ２）と、
を前記駆動手段にフィードバック制御して、
前記ワークに任意の押圧力を付与した状態で超音波接合を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする布線装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記ホーンの移動量の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を等しく保って、前記圧縮バネ自体の圧縮量（δ）を変えず、前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を一定に保つよう構成したことを特徴とする請求項１３に記載の布線装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記ホーンの移動量の変化（Δｈ１）に対する前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を増大あるいは減少することにより、前記圧縮バネの圧縮量を変えて前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を変化させて前記所定の押圧力（Ｐｂ）を変化させるよう構成したことを特徴とする請求項１３に記載の布線装置。
【請求項１６】
前記制御手段には記憶手段を設け、前記圧縮バネの特性値を前記記憶手段に予め記憶しておくことにより、前記ホーンを超音波接合作業の始点から終点まで変位させて被溶着物を押圧する際に、前記記憶手段から圧縮バネの特性値を読み出して、前記駆動手段による圧縮バネの圧縮量を逐次算出して駆動制御するようにしたことを特徴とした請求項１３に記載の布線装置。
【請求項１７】
さらに、押圧方向と平行な軸周りに回転自在な回転体を有し、
前記圧縮バネは、前記回転体の軸周りに複数設けられており、当該回転体を回転させることで押圧に用いる圧縮バネを選択可能であることを特徴とする請求項１３に記載の布線装置。
【請求項１８】
前記圧縮バネを交換可能に設けた請求項１３に記載の布線装置。
【請求項１】
本体フレームに対してスライド自在な超音波振動ユニットに取り付けた工具ホーンをワークに押圧して超音波溶着を行う超音波溶着装置において、
前記工具ホーンの移動量を測定する第一のリニアスケールと、
前記超音波振動ユニットを押圧する圧縮バネと、
前記圧縮バネを圧縮する駆動手段と、
前記圧縮バネの圧縮量を測定する第二のリニアスケールと、
前記圧縮バネによる押圧力を測定するロードセルと、を設け、
前記駆動手段を駆動して前記圧縮バネを圧縮したときに、
前記ロードセルで測定した前記圧縮バネによる押圧力（Ｐ）と、
前記第一のリニアスケールで測定した前記工具ホーンの移動量（ｈ１）と、
前記第二のリニアスケールで測定した圧縮バネの圧縮量（ｈ２）と、
を前記駆動手段にフィードバック制御して、
前記ワークに任意の押圧力を付与した状態で超音波溶着を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする超音波溶着装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を等しく保って、前記圧縮バネ自体の圧縮量（δ）を変えず、前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を一定に保つよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）に対する前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を増大あるいは減少することにより、前記圧縮バネの圧縮量を変えて前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を変化させて前記所定の押圧力（Ｐｂ）を変化させるよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着装置。
【請求項４】
前記制御手段には記憶手段を設け、前記圧縮バネの特性値を前記記憶手段に予め記憶しておくことにより、前記工具ホーンを超音波溶着作業の始点から終点まで変位させて被溶着物を押圧する際に、前記記憶手段から圧縮バネの特性値を読み出して、前記駆動手段による圧縮バネの圧縮量を逐次算出して駆動制御するようにしたことを特徴とした請求項１に記載の超音波溶着装置。
【請求項５】
さらに、押圧方向と平行な軸周りに回転自在な回転体を有し、
前記圧縮バネは、前記回転体の軸周りに複数設けられており、当該回転体を回転させることで押圧に用いる圧縮バネを選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着装置。
【請求項６】
前記圧縮バネを交換可能に設けた請求項１に記載の超音波溶着装置。
【請求項７】
本体フレームに対してスライド自在な超音波振動ユニットに取り付けた工具ホーンをワークに押圧して超音波接合を行う超音波接合装置において、
前記工具ホーンの移動量を測定する第一のリニアスケールと、
前記超音波振動ユニットを押圧する圧縮バネと、
前記圧縮バネを圧縮する駆動手段と、
前記圧縮バネの圧縮量を測定する第二のリニアスケールと、
前記圧縮バネによる押圧力を測定するロードセルと、を設け、
前記駆動手段を駆動して前記圧縮バネを圧縮したときに、
前記ロードセルで測定した前記圧縮バネによる押圧力（Ｐ）と、
前記第一のリニアスケールで測定した前記工具ホーンの移動量（ｈ１）と、
前記第二のリニアスケールで測定した圧縮バネの圧縮量（ｈ２）と、
を前記駆動手段にフィードバック制御して、
前記ワークに任意の押圧力を付与した状態で超音波接合を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を等しく保って、前記圧縮バネ自体の圧縮量（δ）を変えず、前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を一定に保つよう構成したことを特徴とする請求項７に記載の超音波接合装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記工具ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記工具ホーンの移動量の変化（Δｈ１）に対する前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を増大あるいは減少することにより、前記圧縮バネの圧縮量を変えて前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を変化させて前記所定の押圧力（Ｐｂ）を変化させるよう構成したことを特徴とする請求項７に記載の超音波接合装置。
【請求項１０】
前記制御手段には記憶手段を設け、前記圧縮バネの特性値を前記記憶手段に予め記憶しておくことにより、前記工具ホーンを超音波接合作業の始点から終点まで変位させて被接合物を押圧する際に、前記記憶手段から圧縮バネの特性値を読み出して、前記駆動手段による圧縮バネの圧縮量を逐次算出して駆動制御するようにしたことを特徴とした請求項７に記載の超音波接合装置。
【請求項１１】
さらに、押圧方向と平行な軸周りに回転自在な回転体を有し、
前記圧縮バネは、前記回転体の軸周りに複数設けられており、当該回転体を回転させることで押圧に用いる圧縮バネを選択可能であることを特徴とする請求項７に記載の超音波接合装置。
【請求項１２】
前記圧縮バネを交換可能に設けた請求項７に記載の超音波接合装置。
【請求項１３】
本体フレームに対してスライド自在な超音波振動ユニットに取り付けたホーンをワークに押圧して超音波接合を行う布線装置において、
前記ホーンの移動量を測定する第一のリニアスケールと、
前記超音波振動ユニットを押圧する圧縮バネと、
前記圧縮バネを圧縮する駆動手段と、
前記圧縮バネの圧縮量を測定する第二のリニアスケールと、
前記圧縮バネによる押圧力を測定するロードセルと、を設け、
前記駆動手段を駆動して前記圧縮バネを圧縮したときに、
前記ロードセルで測定した前記圧縮バネによる押圧力（Ｐ）と、
前記第一のリニアスケールで測定した前記ホーンの移動量（ｈ１）と、
前記第二のリニアスケールで測定した圧縮バネの圧縮量（ｈ２）と、
を前記駆動手段にフィードバック制御して、
前記ワークに任意の押圧力を付与した状態で超音波接合を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする布線装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記ホーンの移動量の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を等しく保って、前記圧縮バネ自体の圧縮量（δ）を変えず、前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を一定に保つよう構成したことを特徴とする請求項１３に記載の布線装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記駆動手段で圧縮バネを圧縮して所定の押圧力（Ｐｂ）に達したことを前記ロードセルが検出したときに、
前記ホーンの移動量（ｈ１）の変化（Δｈ１）と前記圧縮バネの圧縮量（ｈ２）の変化（Δｈ２）を算出し、前記ホーンの移動量の変化（Δｈ１）に対する前記圧縮バネの圧縮量の変化（Δｈ２）を増大あるいは減少することにより、前記圧縮バネの圧縮量を変えて前記圧縮バネの押圧力（Ｐ）を変化させて前記所定の押圧力（Ｐｂ）を変化させるよう構成したことを特徴とする請求項１３に記載の布線装置。
【請求項１６】
前記制御手段には記憶手段を設け、前記圧縮バネの特性値を前記記憶手段に予め記憶しておくことにより、前記ホーンを超音波接合作業の始点から終点まで変位させて被溶着物を押圧する際に、前記記憶手段から圧縮バネの特性値を読み出して、前記駆動手段による圧縮バネの圧縮量を逐次算出して駆動制御するようにしたことを特徴とした請求項１３に記載の布線装置。
【請求項１７】
さらに、押圧方向と平行な軸周りに回転自在な回転体を有し、
前記圧縮バネは、前記回転体の軸周りに複数設けられており、当該回転体を回転させることで押圧に用いる圧縮バネを選択可能であることを特徴とする請求項１３に記載の布線装置。
【請求項１８】
前記圧縮バネを交換可能に設けた請求項１３に記載の布線装置。
【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１８】
【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１８】
【公開番号】特開２０１３−６３５２１（Ｐ２０１３−６３５２１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０２００１（Ｐ２０１１−２０２００１）
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００１９５６４９）精電舎電子工業株式会社 (27)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００１９５６４９）精電舎電子工業株式会社 (27)
【Ｆターム（参考）】
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