JP4309697B2

JP4309697B2 - Ultrasonic welding equipment

Info

Publication number: JP4309697B2
Application number: JP2003148958A
Authority: JP
Inventors: 肇高田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-05-27
Also published as: JP2004351428A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複数の被覆電線などの溶着対象物を溶着する超音波溶着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体としての自動車には、種々の電子機器が搭載される。前記自動車は、前記電子機器にバッテリなどの電源から電力や制御装置から制御信号などを伝えるためにワイヤハーネスを配索している。前述したワイヤハーネスは、複数の電線などを備えている。
【０００３】
これらの電線には、それぞれの芯線に外部からのノイズが侵入することを防止するために、シールド電線が用いられることがある。シールド電線は、導電性を有する編組からなるシールド部を備えている。このシールド部が、前記芯線内にノイズが侵入することを防止する。
【０００４】
ここで、近年、前述したワイヤハーネスの低コスト化を図ることが望まれている。このために、前記シールド部を備えない電線を複数本束ね、これらの複数本の電線に薄膜の導体層を有する導体薄膜シートを巻き付けて、ワイヤハーネスを構成することが提案されている。このような構成にすることによって、低コスト化とノイズの侵入防止とを図ることができる。
【０００５】
また、このような構成においても、前記ノイズを取り出すために、前記導体層にアース電線または端子などを取り付ける必要がある。アース電線は、導電性の芯線と、絶縁性の被覆部とを備えている。芯線は、複数の導線からなる。被覆部は絶縁性の合成樹脂からなり、前記芯線を被覆している。
【０００６】
前記導体層にアース電線などを取り付けるために、導体薄膜シートに孔を開けて、該孔に前述したアース電線などの端部を通した後、ワッシャ、ボルト、ナットなどを用いて導体薄膜シートとアース電線とを固定することが考えられる。
【０００７】
この場合、前記アース電線の被覆部の一部を除去するなどの皮むき作業が必要となり、組み立てにかかる工数が増加することが考えられる。また、ワッシャ、ボルト、ナットなどの部品が必要になるので、部品点数が増加する。したがって、コストが高騰することが考えられる。さらに、前述したボルトとナットなどを締め付ける際に、導体層が破損して、確実に前述したアース電線を導体層に接続できないことが考えられる。このため、電線の芯線に侵入しようとするノイズを、外部に逃がすことが困難となる。
【０００８】
前述した課題を解決するために、本発明の出願人は、導体薄膜シートとアース電線とを重ねて、これらを近づける方向に加圧した状態で、超音波振動エネルギを付与することを提案している。超音波振動エネルギを付与することにより、前記導体薄膜シートの導体層とアース電線の芯線とを金属結合（接合）する。こうして、導体薄膜シートの導体層とアース電線とを電気的に接続する。この方法では、周知の超音波溶着装置（超音波接合装置又は超音波溶接装置ともいい、例えば、特許文献１参照。）を用いる。
【０００９】
前記超音波溶着装置は、チップ（工具ホーンともいう）と、このチップに相対するアンビルと、図示しない圧電振動子などを備えている。超音波溶着装置は、前記チップとアンビルとの間に溶着対象物としての導体薄膜シートとアース電線とを挟む。超音波溶着装置は、圧電振動子を振動させ、この振動をチップを介して溶着対象物に加える。超音波溶着装置は、これらの溶着対象物としての導体薄膜シートとアース電線とを接合する。
【００１０】
このとき、超音波溶着装置は、溶着対象物に与えるエネルギに基づいて、前記チップなどの振動状況を制御している。溶着対象物に加える超音波振動エネルギが一定となるように、前記圧電振動子の発振時間即ちチップの振動時間を制御している。超音波振動エネルギとは、発振時間と、チップが溶着対象物に加える仕事率（工率）と、の積である。チップが溶着対象物に加える仕事率（工率）とは、チップの振幅と、チップと溶着対象物との圧力と、の積である。又、チップが溶着対象物に加える仕事率（工率）は、前記圧電振動子に加えられた電力値と同等である。
【００１１】
前述した従来の超音波溶着装置では、チップとアンビルとを予め定められる圧力で加圧した状態で、圧電振動子を予め定められる振幅で振動する。そして、この振動をチップを介して、溶着対象物に伝える。圧電振動子の発振時間が、予め定められる時間を超えると、圧電振動子を停止して、溶着対象物の接合を停止する。このように、従来の超音波溶着装置は、圧電振動子の振幅と、圧電振動子の発振時間に基づいて、溶着対象物を接合する。
【００１２】
また、前述した従来の超音波溶着装置では、前記発振時間に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定している。即ち、実際に圧電振動子が発振した時間が、予め定められる時間内であるか否かで良否を判定する。
【００１３】
前述した従来の超音波溶着装置では、圧電振動子の発振に関する情報を、制御に用いている。実際には、超音波溶着する際に、溶着対象物から異音が発生したり、該溶着対象物が発熱するなどの、圧電振動子が発振して得られた超音波振動エネルギの全てが溶着対象物に加わるわけではない。このため、前述した超音波溶着装置は、溶着対象物を所望の強度で接合できるとはいえないとともに、溶着対象物の溶着状況の良否を正確に判定できない。
【００１４】
このため、特開平５−２０６２２４号公報に示された超音波溶着装置では、チップが振動する際の振幅を測定している。前述した公報に示された超音波溶着装置は、圧電振動子の発振開始即ち超音波溶着（超音波溶接または超音波接合ともいう）の開始後、チップの振幅が予め定められる振幅を下回ると、圧電振動子の発振即ち超音波溶着を停止する。そして、圧電振動子の発振時間が、予め定められる時間内であるか否かで良否を判定する。
【００１５】
超音波溶着では、溶着対象物の形状及び大きさなどによって、時間の経過に対するチップの振幅の変化が種々異なる。このため、前述した公報に記載された超音波溶着装置では、チップの振幅が予め定められる振幅を下回ると超音波溶着を停止するため、溶着対象物に実際に加わった超音波振動エネルギは、溶着対象物の変更により種々変化することとなる。また、圧電振動子の発振時間に基づいて良否を判定するため、溶着対象物の溶着状況を正確に判定できないのは、勿論である。このため、前述した特許文献１に記載の超音波溶着装置は、溶着対象物を所望の強度で接合できるとはいえないとともに、溶着対象物の溶着状況の良否を正確に判定できない。
【００１６】
このため、本発明の出願人は、チップの総変位量を算出し、この算出したチップの総変位量に基づいて、圧電振動子を制御するとともに溶着対象物の溶着状態の良否を判定する超音波溶着装置（例えば、特許文献２参照。）を提案している。
【００１７】
【特許文献１】
特開平５−２０６２２４号公報
【特許文献２】
特願２００２−１４３３８３号
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
また、前述した溶着対象物として、金属からなる導体と、該導体を被覆する合成樹脂とからなる電線などを用いる場合がある。この場合、複数の溶着対象物を重ねて、これらの溶着対象物を接合する際に、まず、合成樹脂が溶けて、導体間から除去される。その後、溶着対象物の導体が相互に超音波溶着する。
【００１９】
このように、金属からなる導体と該導体を被覆する合成樹脂とからなる電線などを溶着対象物として超音波溶着すると、溶着対象物に与えた超音波振動エネルギで絶縁体を溶かす。絶縁体を溶かすために用いられる超音波振動エネルギがばらつくことが知られている。このため、前述した特許文献２に記載の超音波溶着装置は、溶着対象物を所望の強度で接合できないのが明らかであるとともに、溶着対象物の溶着状況の良否を正確に判定できないのは明らかである。
【００２０】
したがって、本発明の第１の目的は、合成樹脂で被覆された溶着対象物を所望の強度で確実に接合できる超音波溶着装置を提供することにある。第２の目的は、合成樹脂で被覆された溶着対象物の溶着状況の良否を正確に判定できる超音波溶着装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前述した第１の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の超音波溶着装置は、駆動源により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に複数の溶着対象物を挟みかつチップとアンビルとを互いに近づける方向に加圧した状態で、前記駆動源によりチップを振動させて該振動を前記溶着対象物に伝えることで、前記溶着対象物を互いに溶着する超音波溶着装置において、前記溶着対象物は、金属からなる導体と、前記導体を被覆する合成樹脂からなる被覆部とからなり、前記チップの振動する際の速度を検出可能な検出手段と、前記チップと前記アンビルとを互いに近づける方向に加圧する加圧機と、予め定められた溶着対象物同士の摩擦係数と前記検出手段が検出した前記チップの振動する際の速度と前記加圧機が前記溶着対象物を互いに近づく方向に加圧する力とを掛け算して、前記溶着対象物に加えられた仕事率を算出する仕事率算出手段と、前記仕事率算出手段が算出した仕事率の変化率を求め、該変化率が第１の所定の値以下となった後に当該第１の所定の値よりも大きな第２の所定の値以上となると、前記導体間から被覆部が除去されたと判定する変化率判定手段と、前記変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、前記検出手段が検出した前記チップの振動する際の速度から前記導体間から被覆部が除去されてからの前記チップの総変位量を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した前記チップの総変位量に基づいて、前記チップの振動を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２２】
前述した第１の目的にくわえ、第２の目的を達成するために、請求項２に記載の本発明の超音波溶着装置は、請求項１に記載の超音波溶着装置において、前記算出手段が算出した前記チップの総変位量に基づいて、前記溶着対象物の溶着状況の良否を判定する判定手段を備えたことを特徴としている。
【００２３】
前述した第２の目的を達成するために、請求項３に記載の本発明の超音波溶着装置は、駆動源により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に複数の溶着対象物を挟んで、前記駆動源によりチップを振動させて該振動を前記溶着対象物に伝えることで、前記溶着対象物を互いに溶着する超音波溶着装置において、前記溶着対象物は、金属からなる導体と、前記導体を被覆する合成樹脂からなる被覆部とからなり、前記チップの振動する際の速度を検出可能な検出手段と、前記チップと前記アンビルとを互いに近づける方向に加圧する加圧機と、予め定められた溶着対象物同士の摩擦係数と前記検出手段が検出した前記チップの振動する際の速度と前記加圧機が前記溶着対象物を互いに近づく方向に加圧する力とを掛け算して、前記溶着対象物に加えられた仕事率を算出する仕事率算出手段と、前記仕事率算出手段が算出した仕事率の変化率を求め、該変化率が第１の所定の値以下となった後に当該第１の所定の値よりも大きな第２の所定の値以上となると、前記導体間から被覆部が除去されたと判定する変化率判定手段と、前記変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、前記検出手段が検出した前記チップの振動する際の速度から前記導体間から被覆部が除去されてからの前記チップの総変位量を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した前記チップの総変位量に基づいて、前記溶着対象物の溶着状況の良否を判定する判定手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２６】
複数の溶着対象物が金属からなる導体と該導体を被覆する合成樹脂からなる被覆部とを備えている場合に、これらの溶着対象物同士を超音波溶着すると、最初に、被覆部が溶けて、該被覆部が導体間から除去されることが知られている。その後、導体同士が接触して、これらの導体同士が超音波溶着されることが知られている。
【００２７】
このとき、溶着対象物に加わる仕事率は、図１３に示すように、時間の経過とともに変化する。図１３中の範囲Ａで示す仕事率の変化率が比較的低い間は、被覆部が溶けて、溶けた被覆部が導体間から除去される。そして、導体同士が互いに接触すると、図１３中の範囲Ｂで示すように仕事率が急激に高くなって、該仕事率の変化率が大きくなる。これは、被覆部が溶けて、溶けた被覆部が導体間から除去されて、導体同士が接触するまでは、溶着対象物間の摩擦が低いためと考えられる。また、導体同士が接触すると、溶着対象物間の摩擦が高くなるためと考えられる。
【００２８】
また、同じ条件で同じ溶着対象物同士を超音波溶着しても、図１４に示すように、時間の経過に対する溶着対象物に加わる仕事率の変化が異なることが知られている。図１４中の実線と一点鎖線と二点鎖線と点線は、同じ溶着対象物同士を超音波溶着したときの時間の経過に対する溶着対象物に加わる仕事率の変化を示している。図１４中の実線は、１組目の溶着対象物同士を超音波溶着したときを示している。図１４中の一点鎖線は、２組目の溶着対象物同士を超音波溶着したときを示している、図１４中の二点鎖線は、３組目の溶着対象物同士を超音波溶着したときを示している。図１４中の点線は、４組目の溶着対象物同士を超音波溶着したときを示している。
【００２９】
同じ条件で同じ溶着対象物同士を超音波溶着しても、図１４に示すように、時間の経過に対する溶着対象物に加わる仕事率の変化が異なるため、前記溶着対象物に加わる超音波振動エネルギも異なることとなる。このため、勿論、溶着対象物同士を超音波溶着するときのチップの総変位量も異なり、勿論、溶着後の溶着対象物同士の引張り強度も異なることとなる。
【００３０】
したがって、チップの総変位量が同じであっても、同じ条件で同じ溶着対象物同士を超音波溶着したときの溶着対象物同士の引張り強度がばらつくこととなる。さらに、溶着対象物同士の引張り強度が同じであっても、同じ条件で同じ溶着対象物同士を超音波溶着したときのチップの総変位量がばらつくこととなる。これは、被覆部を溶かして導体間から除去するために必要となる超音波振動エネルギがばらつくためと考えられる。
【００３１】
請求項１に記載した本発明の超音波溶着装置によれば、仕事率算出手段が算出した仕事率の変化率に基づいて、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたか否かを判定する。変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、チップの振動即ち溶着対象物の導体に加わる超音波振動エネルギを制御する。
【００３２】
このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて超音波溶着を制御する。このため、溶着対象物に所望の超音波振動エネルギを確実に付与できる。
【００３３】
溶着対象物に加わる仕事率の変化率が第１の所定の値以下となった後に、溶着対象物に加わる仕事率の変化率が第２の所定の値以上となると、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定するのが望ましい。第１の所定の値は、導体間の被覆部が溶けて、溶けた被覆部が導体間に位置していることを示す値であるのが望ましい。第１の所定の値は、図１３中にＡで示される範囲の仕事率Ｗの変化率以上で、かつ図１３中にＢで示される範囲の仕事率Ｗの変化率より小さいのが望ましい。
【００３４】
また、第２の所定の値は、導体間から溶けた被覆部が除去されて導体同士が接触したことを示す値であるのが望ましい。第２の所定の値は、第１の所定の値より大きく、かつ図１３中にＢで示される範囲の仕事率Ｗの変化率以下であるのが望ましい。
【００３５】
変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定した後に、チップの総変位量が予め定められる値を超えると、チップの振動を停止するように、制御するのが望ましい。チップの総変位量の予め定められる値とは、溶着対象物の導体同士を所望の接合強度で溶着できる総変位量を示している。このため、チップの総変位量の予め定められる値とは、溶着対象物及び求められる接合強度により、種々変化する。この場合、溶着対象物に所望の超音波振動エネルギをより確実に付与できる。
【００３６】
なお、超音波振動エネルギとは、発振時間と、電源が圧電振動子に印加する際の電力値（Ｗ：ワット数）と、の積である。しかし、実際に、溶着対象物に加わる超音波振動エネルギとは、溶着対象物同士の挙動に基づくこととなる。図１２に示す超音波溶着装置１は、圧電振動子により振動されるチップ９と、このチップ９と相対するアンビル１０とを備えている。チップ９とアンビル１０との間に溶着対象物２，３を挟み、これらの溶着対象物２，３が互いに近づく方向に加圧した状態でチップ９を矢印Ｓに沿って振動する。この図１２に示された超音波溶着装置１において、チップ９の振幅をＡ、チップ９の角周波数をω＝２πｆ、チップ９の振動速度をｖ＝ωＡ＝２πｆ・Ａとすると、チップ９の出力（パワー）Ｗは、以下の式１で示される。なお、ｆはチップ９の振動の周波数であり、チップ９の出力（パワー）Ｗは、溶着対象物２，３に加わる仕事率であり、前述した圧電振動子に印加する際の電力値である。
【００３７】
Ｗ＝μＦ×ｖ………式１
なお、上記式１において、μは、溶着対象物２，３間の摩擦係数、Ｆは溶着対象物２，３が互いに近づけられる方向に加圧された荷重値である。
【００３８】
前述した式１を用いて、溶着対象物２，３に加わる超音波振動エネルギＥを示すと以下の式２のようになる。
Ｅ＝∫Ｗ×ｄｔ＝∫μＦ×ωＡ×ｄｔ………式２
【００３９】
上記式２において、μＦは、溶着対象物２，３間の圧力となり、∫ωＡ×ｄｔは、チップ９の総変位量となる。このため、溶着対象物２，３に加わる超音波振動エネルギＥは、溶着対象物２，３間の圧力と、チップ９の総変位量との積で示すことができる。したがって、チップ９の総変位量に基づいて、超音波溶着することにより所望の超音波振動エネルギを溶着対象物２，３に確実に付与できることが明らかとなった。さらに、チップ９の総変位量に基づいて、良否を判定することにより、溶着対象物２，３の良否を確実に判定できることが明らかとなった。
【００４０】
請求項２に記載した本発明の超音波溶着装置によれば、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。このため、前述した請求項１の効果にくわえ、溶着対象物の溶着状況を正確に判定できる。
【００４１】
請求項３に記載した本発明の超音波溶着装置によれば、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。このため、溶着対象物の溶着状況を正確に判定できる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態にかかる超音波溶着装置を、図１ないし図７を参照して説明する。
【００４５】
図１に示す本実施形態の超音波溶着装置１は、図２ないし図４に示す一対のフレキシブルフラットケーブル（Flexible Flat Cable：以下ＦＦＣと呼ぶ）２０の後述の導体２１同士を電気的、機械的に接続する。ＦＦＣ２０は、図２などに示すように、複数の導体２１と、これらの導体２１を覆う（即ち被覆する）被覆部２２と、を備えている。
【００４６】
導体２１は、それぞれ、断面形状が矩形状に形成されている。導体２１は、直線状に延びた帯状に形成されている。これらの導体２１は、互いに平行（即ち並行）である。これらの導体２１は、一方向に沿って、互いに間隔を存して並べられている。導体２１は、それぞれ、導電性の金属からなる。図示例では、導体２１は、６本設けられている。
【００４７】
被覆部２２は、図３及び図４に示すように、一対の絶縁シート２２ａ，２２ｂを備えている。絶縁シート２２ａ，２２ｂは、絶縁性の合成樹脂からなり、帯状に形成されている。このため、被覆部２２は、勿論絶縁性を有している。絶縁シート２２ａ，２２ｂは、互いの間に複数の導体２１を挟んで、該導体２１を被覆している。このため、絶縁シート２２ａ，２２ｂ即ち被覆部２２は、導体２１を被覆する合成樹脂からなる。導体２１と被覆部２２とは、可撓性を有している。また、ＦＦＣ２０は、図２に示すように、折り曲げられている。
【００４８】
こうして、ＦＦＣ２０は、可撓性を有した扁平な帯状に形成されている。ＦＣＣ２０は、本明細書に記した溶着対象物をなしている。また、ＦＦＣ２０は、フラット回路体をなしている。フラット回路体とは、互いに並行な複数の導体と、該導体を被覆する絶縁性の被覆部と、を有し、扁平な帯状に形成されているものを示している。
【００４９】
一対のＦＦＣ２０は、互いに重ねられ、接合箇所Ｓａにおいて、少なくとも一対の互いに重なる導体２１同士が接合している。ＦＦＣ２０は、長手方向が互いに交差する格好で互いに重なっている。図示例では、一方のＦＦＣ２０の導体２１の長手方向と他方のＦＦＣ２０の導体２１の長手方向とが、互いに直交する格好で、ＦＦＣ２０同士が重なっている。
【００５０】
接合箇所Ｓａは、図示例では、複数設けられている。接合箇所Ｓａでは、図３及び図４に示すように、互いに重なる導体２１同士が金属結合して接合している。また、前記接合箇所Ｓａ及び該接合箇所Ｓａの近傍では、それぞれの被覆部２２が一旦溶けて、これらの被覆部２２同士が着け合っている。即ち、接合箇所Ｓａ及び該接合箇所Ｓａの近傍では、被覆部２２同士が溶着している。
【００５１】
接合箇所Ｓａで、導体２１同士が接合することによって、ＦＦＣ２０の導体２１同士を予め定められるパターンにしたがって電気的に接続する。また、前述したように重ねられたＦＦＣ２０の任意の導体２１を互いに接合しても良いことは勿論である。
【００５２】
本実施形態の超音波溶着装置１は、ＦＦＣ２０同士を重ねて、前記接合箇所Ｓａをチップ９とアンビル１０との間に挟んで、導体２１同士を接合するとともに被覆部２２同士を溶着する。
【００５３】
超音波溶着装置１は、図１に示すように、超音波溶着機４と、検出手段としてのレーザドップラ速度計５と、制御装置６と、電源ユニット３１と、電圧計３２を備えている。
【００５４】
超音波溶着機４は、図１に示すように、駆動源としての圧電振動子７と、ホーン８と、チップ９（工具ホーンともいう）と、このチップ９に相対するアンビル１０と、図示しない加圧機などを備えている。圧電振動子７は、図示しない電源などにより印加されて振動する。
【００５５】
ホーン８は、圧電振動子７に取り付けられている。チップ９は、ホーン８の先端部に取り付けられている。このため、圧電振動子７は、ホーン８などを介してチップ９を図１中の矢印Ｓに沿って振動する。アンビル１０は、チップ９との間に、溶着対象物としてのＦＦＣ２０を挟むことができる。加圧機は、チップ９とアンビル１０とを互いに近づける方向に加圧する。加圧機は、チップ９とアンビル１０とを加圧する荷重値（圧力値）を変更できる。
【００５６】
超音波溶着機４は、チップ９とアンビル１０との間に溶着対象物としてのＦＦＣ２０を挟み、加圧機でこれらのチップ９とアンビル１０とを互いに近づける方向に加圧した状態で、圧電振動子７を振動してこの振動をホーン８経由でチップ９に伝える。そして、超音波溶着機４は、チップ９とアンビル１０との間に挟んだ溶着対象物としてのＦＦＣ２０に超音波振動エネルギを与えて該対象物を溶着する。又、前述した電力値は、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に加わる仕事率Ｗと等しい。
【００５７】
また、本明細書でいう超音波振動エネルギとは、超音波溶着装置１が溶着対象物を溶着させる際に、該溶着対象物に与えるエネルギを示している。超音波振動エネルギとは、例えば、電源が圧電振動子７に印加する際の電力値（Ｗ：ワット数）に、前記電源が圧電振動子７に印加する時間を、かけて得られるエネルギである。さらに、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に実際に加わる超音波振動エネルギとは、前述した式２に示すように、チップ９の総変位量と、ＦＦＣ２０間の圧力との積である。
【００５８】
レーザドップラ速度計５は、レーザ発振器１１と、ビームスプリッタ１２と、レーザ集光ヘッド１３と、反射ミラー１４と、検出器１５と、光ファイバ１６とを備えている。レーザ発振器１１は、レーザ光を出射する。ビームスプリッタ１２は、レーザ発振器１１が出射したレーザ光をレーザ集光ヘッド１３に導く。レーザ集光ヘッド１３は、レーザ光をチップ９のアンビル１０寄りの先端部に向けて出射する。レーザ集光ヘッド１３は、チップ９のアンビル１０寄りの先端部が反射したレーザ光を受光する。
【００５９】
レーザ集光ヘッド１３が受光したレーザ光は、ビームスプリッタ１２や反射ミラー１４を介して検出器１５に導かれる。光ファイバ１６は、ビームスプリッタ１２とレーザ集光ヘッド１３とを光学的に接続している。検出器１５は、受光したレーザ光のドップラ周波数（周波数変化）などから前述した矢印Ｓに沿ったチップ９の速度を算出して、この速度に基づいた情報を制御装置６に向かって出力する。
【００６０】
こうして、レーザドップラ速度計５は、チップ９の先端部にレーザ光をあてることにより、チップ９の速度に比例した周波数変化（ドップラ周波数）を検出する。レーザドップラ速度計５は、前述した周波数変化（ドップラ周波数）を検出することにより、矢印Ｓに沿ったチップ９の速度を算出する。こうして、レーザドップラ速度計５は、チップ９の振動に関する情報（チップ９の速度）を検出する。
【００６１】
制御装置６は、周知のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵなどを備えたコンピュータであって、前述した超音波溶着機４と、レーザドップラ速度計５とに接続して、これらを制御することにより、超音波溶着装置１全体の制御をつかさどる。制御装置６は、算出手段としての算出部１７と、制御手段としての制御部１８と、判定手段としての判定部１９とを備えている。算出部１７は、検出器１５に接続している。
【００６２】
算出部１７は、前記検出器１５から入力したチップ９の振動に関する情報としてのチップ９の速度を積分などして、チップ９の変位量を算出する。算出部１７は、算出したチップ９の変位量を累積して、後述の変化率判定部２６から仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であることを示す情報が入力してからのチップ９の総（累積）変位量を算出する。算出部１７は、算出したチップ９の総変位量に関する情報を制御部１８に向かって出力する。
【００６３】
制御部１８は、チップ９の総変位量が予め定められる第３の所定の値を超えているか否かを判定する。制御部１８は、チップ９の総変位量が第３の所定の値を超えていると判定すると、圧電振動子７を停止する。制御部１８は、チップ９の総変位量が第３の所定の値を超えていないと判定すると、圧電振動子７をそのまま駆動する。こうして、制御部１８は、チップ９の総変位量に基づいて、チップ９の振動を制御する。また、制御部１８は、圧電振動子７を停止した時のチップ９の総変位量に関する情報を、判定部１９に向かって出力する。
【００６４】
なお、総変位量の予め定められる第３の所定の値とは、溶着対象物としてのＦＦＣ２０を所望の強度で接合できる総変位量であり、ＦＦＣ２０を接合する前に予め定められる値である。さらに、総変位量の予め定められる第３の所定の値とは、溶着対象物や要求される接合強度などにより、種々変化する。
【００６５】
判定部１９は、圧電振動子７を停止した時のチップ９の総変位量が予め定められる第４の所定の値を超えているか否かを判定する。判定部１９は、チップ９の総変位量が第４の所定の値を超えていると判定すると、溶着対象物の溶着状況を不良であると判定する。判定部１９は、チップ９の総変位量が第４の所定の値を超えていないと判定すると、溶着対象物の溶着状況を良であると判定する。こうして、判定部１９は、チップ９の総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。
【００６６】
また、制御装置６は、図１に示すように、算出部１７と制御部１８と判定部１９にくわえ、仕事率算出手段としての仕事率算出部２５と、変化率判定手段としての変化率判定部２６と、を備えている。仕事率算出部２５は、予め溶着対象物としてのＦＦＣ２０同士の摩擦係数μ（式１に示す）と前述した式１などを記憶している。また、仕事率算出部２５には、検出器１５からチップ９の振動に関する情報としてのチップ９の速度ｖ（式１に示す）が入力する。
【００６７】
仕事率算出部２５は、検出器１５から入力したチップ９の振動に関する情報としてのチップ９の速度ｖと、前述した摩擦係数μと、チップ９とアンビル１０との間に挟んで互いに近づける方向にＦＦＣ２０を加圧する力Ｆ（式１に示す）と、前述した式１とに基づいて、ＦＦＣ２０に加わった仕事率Ｗ（上記式１に示し、チップ９の出力ともいう）を算出する。仕事率算出部２５は、算出した仕事率Ｗを、変化率判定部２６に向かって出力する。
【００６８】
変化率判定部２６は、仕事率算出部２５から入力した仕事率Ｗを時間で微分して、仕事率Ｗの変化率を算出する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が、第１の所定の値以下であるか否かを判定する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であると判定するまで、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であるか否かを判定する。
【００６９】
変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であると判定すると、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であるか否かを判定する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であると判定するまで、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であるか否かを判定する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であると判定すると、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であることを示す情報を算出部１７に向かって出力する。
【００７０】
また、変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であると判定すると、一度、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となったことを記憶しておく。そして、変化率判定部２６は、一度の超音波溶着作業で、仕事率Ｗの変化率が一度第１の所定の値以下となったことを記憶した状態では、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であるか否かを判定せずに、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であるか否かを判定する。こうして、変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となった後、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上となったか否かを判定する。
【００７１】
第１の所定の値は、一対のＦＦＣ２０の導体２１間の被覆部２２が溶けて、溶けた被覆部２２が導体２１間に位置していることを示す値であるのが望ましい。第１の所定の値は、図１３中にＡで示される範囲の仕事率Ｗの変化率以上で、かつ図１３中にＢで示される範囲の仕事率Ｗの変化率より小さいのが望ましい。また、第２の所定の値は、一対のＦＦＣ２０の導体２１間から溶けた被覆部２２が除去されて導体２１同士が接触したことを示す値であるのが望ましい。第２の所定の値は、第１の所定の値より大きく、かつ図１３中にＢで示される範囲の仕事率Ｗの変化率以下であるのが望ましい。
【００７２】
前述した変化率判定部２６は、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に加わる仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となった後に、ＦＦＣ２０に加わる仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上となると、一対のＦＦＣ２０の導体２１間から被覆部２２が除去されたと判定する。こうして、変化率判定部２６は、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に加わる仕事率Ｗの変化率に基づいて、一対のＦＦＣ２０の導体２１間から被覆部２２が除去されたか否かを判定する。
【００７３】
本実施形態の制御装置６の算出部１７は、変化率判定部２６から仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であることを示す情報と、検出器１５からチップ９の振動に関する情報としてのチップ９の速度ｖが入力する。算出部１７は、変化率判定部２６から仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であることを示す情報が入力してくると、検出器１５からのチップ９の速度ｖを積分などして、チップ９の変位量を算出する。算出部１７は、算出したチップ９の変位量を累積して、第２の所定の値以上であることを示す情報が入力してからのチップ９の総（累積）変位量を算出する。算出部１７は、算出したチップ９の総変位量に関する情報を制御部１８に向かって出力する。
【００７４】
制御部１８は、チップ９の総変位量に基づいて、チップ９の振動を制御する。制御部１８には、電圧計３２が接続しており、該電圧計３２から圧電振動子７に印加される電圧値が入力する。制御部１８は、電圧計３２からの電圧値に基づいて、電源ユニット３１の後述の出力制御ユニット３４を介して電源３３から圧電振動子７に印加される電圧値を制御する。
【００７７】
電源ユニット３１は、電源３３と出力制御ユニット３４とを備えている。電源３３は、圧電振動子７に電力を供給する。出力制御ユニット３４は、制御装置６の制御部１８からの命令どおりに、圧電振動子７に電源３３から供給される電力の電圧値などを制御する。
【００７８】
電圧計３２は、圧電振動子７に加えられる電圧値を測定して、測定した電圧値を制御装置６の制御部１８に向かって出力する。
【００８８】
本実施形態によれば、仕事率算出部２５が算出した仕事率Ｗの変化率を前述した第１及び第２の所定の値に基づいて判定することで、変化率判定部２６が導体２１間から被覆部２２が除去されたか否かを判定する。変化率判定部２５が導体２１間から被覆部２２が除去されたと判定すると、制御部１８がチップ９の総変位量に基づいて、チップ９の振動即ち溶着対象物の導体２１に加わる超音波振動エネルギを制御する。
【００８９】
このため、チップ９を介して溶着対象物の導体２１に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、超音波溶着を制御する。このため、溶着対象物の導体２１に所望の超音波振動エネルギを確実に付与できる。したがって、所望の接合強度が得られるように溶着対象物を溶着できる。
【００９０】
変化率判定部２６が導体２１間から被覆部２２が除去されたと判定すると、判定部１９がチップ９の総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、チップ９を介して溶着対象物の導体２１に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。したがって、溶着対象物の導体２１の溶着状況を正確に判定できる。
【００９１】
また、チップ９の速度を検出し、チップ９の総変位量を算出することで、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に加わった仕事率Ｗを算出している。このため、仕事率Ｗを確実に算出できる。
【００９２】
次に、本発明の発明者らは、前述した本実施形態の超音波溶着装置１と、従来から周知の超音波溶着装置で、種々のＦＦＣ２０同士を種々の条件で溶着した。そして、これらの溶着対象物としてのＦＦＣ２０の導体２１の接合強度（図中には引張り強度と記す）と、チップ９の総変位量との関係を調べた。結果を図７及び図８に示す。
【００９３】
図８は、従来より周知の超音波溶着装置でＦＦＣ２０の導体２１同士を接合したときの圧電振動子７の振動開始から即ち超音波溶着の開始から終了までのチップ９の総変位量と、ＦＦＣ２０の導体２１同士の接合強度（図中には引張り強度と示す）との関係を示している。図７は、本実施形態の超音波溶着装置１でＦＦＣ２０の導体２１同士を接合したときの変位量判定部２６が仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であると判定してから即ちＦＦＣ２０の導体２１同士が接触してから終了までのチップ９の総変位量と、ＦＦＣ２０の導体２１同士の接合強度（図中には引張り強度と示す）との関係を示している。
【００９４】
図８では、チップ９の総変位量とＦＦＣ２０の導体２１同士の接合強度との間には、何ら相対的な関係を導き出すことができない。このため、ＦＦＣ２０のように導体２１が合成樹脂からなる被覆部２２で被覆された溶着対象物を溶着した際には、溶着開始からのチップ９の総変位量を基にしても、超音波溶着の制御が困難であることが明らかとなった。さらに、溶着開始からのチップ９の総変位量を基にしても、溶着対象物の溶着状況の良否を判定することが困難であることが明らかとなった。
【００９５】
図７では、チップ９の総変位量とＦＦＣ２０の導体２１同士の接合強度との間には、符号Ｐ５で示す回帰曲線（期間内データの中心を通る曲線）を導き出すことができる。このため、ＦＦＣ２０のように導体２１が合成樹脂からなる被覆部２２で被覆された溶着対象物を溶着した場合でも、導体２１同士が互いに接触してからの総変位量を基にすることで、超音波溶着の制御が可能であることが明らかとなった。さらに、導体２１同士が互いに接触してからの総変位量を基にすることで、溶着対象物の溶着状況の良否を判定することが可能であることが明らかとなった。
【００９６】
次に、本発明の開示例にかかる超音波溶着装置１を、図９を参照して説明する。前述した第１の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００９７】
本開示例の超音波溶着装置１は、図９に示すように、第２検出手段としての電圧計３２と、第２検出手段としての電流計３５を備えている。電圧計３２は、圧電振動子７に印加される電圧値を測定して、該測定した電圧値を制御装置６の制御部１８と、仕事率算出部２５との双方に出力する。電圧計３２は、圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての前述した電圧値を測定する。
【００９８】
電流計３５は、圧電振動子７に流れる電流値を測定して、該測定した電流値を仕事率算出部２５に出力する。電流計３５は、圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての前述した電流値を測定する。
【００９９】
本開示例の仕事率算出部２５は、電圧計３２からの圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての電圧値と、電流計３５からの圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての電流値とを掛けて、圧電振動子７に与えられる電力値を算出する。この電力値は、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に与えられた仕事率Ｗと同等である。このように、仕事率算出部２５は、電圧計３２からの圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての電圧値と、電流計３５からの圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての電流値とに基づいて、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に与えられた仕事率Ｗを算出する。仕事率算出部２５は、前述した第１の実施形態と同様に、算出した仕事率Ｗを、変化率判定部２６に向かって出力する。
【０１０９】
本開示例によれば、仕事率算出部２５が算出した仕事率Ｗの変化率を前述した第１及び第２の所定の値に基づいて判定することで、変化率判定部２６が導体２１間から被覆部２２が除去されたか否かを判定する。変化率判定部２５が導体２１間から被覆部２２が除去されたと判定すると、制御部１８がチップ９の総変位量に基づいて、チップ９の振動即ち溶着対象物の導体２１に加わる超音波振動エネルギを制御する。
【０１１０】
このため、チップ９を介して溶着対象物の導体２１に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、超音波溶着を制御する。このため、溶着対象物の導体２１に所望の超音波振動エネルギを確実に付与できる。したがって、所望の接合強度が得られるように溶着対象物を溶着できる。
【０１１１】
変化率判定部２６が導体２１間から被覆部２２が除去されたと判定すると、判定部１９がチップ９の総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、チップ９を介して溶着対象物の導体２１に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。したがって、溶着対象物の導体２１の溶着状況を正確に判定できる。
【０１１２】
また、圧電振動子７に加えられた電流値と電圧値を検出し、圧電振動子７に加えられた電力値を算出することで、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に加わった仕事率Ｗを算出している。このため、仕事率Ｗを確実に算出できる。
【０１１３】
また、前述した第１の実施形態及び開示例では、一対のＦＦＣ２０同士を接合していることを示している。しかしながら、本発明では、図１０及び図１１に示す一対の電線２７同士を超音波溶着しても良く、フレキシブルプリントサーキット（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）同士などを超音波溶着しても良い。電線２７とＦＰＣなどは、本明細書に記した溶着対象物に相当する。
【０１１４】
図１０及び図１１に示す電線２７は、導体としての導電性の芯線２９と、絶縁性の被覆部３０とを備えている。芯線２９は、複数の素線からなる。素線は、金属からなる。芯線２９は、断面丸形に形成されている。被覆部３０は、絶縁性の合成樹脂からなり円管状に形成されている。図１０及び図１１に示す場合では、接合箇所Ｓａで芯線２９同士が超音波溶着により互いに接合されている。また、接合箇所Ｓａ及び接合箇所Ｓａの近傍で、被覆部３０同士が溶着している。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明によれば、仕事率算出手段が算出した仕事率の変化率に基づいて、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたか否かを判定する。変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、チップの振動即ち溶着対象物の導体に加わる超音波振動エネルギを制御する。
【０１１６】
このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて超音波溶着を制御する。このため、溶着対象物の導体に所望の超音波振動エネルギを確実に付与できる。したがって、所望の接合強度が得られるように合成樹脂で被覆された溶着対象物を溶着できる。
【０１１７】
請求項２に記載の本発明によれば、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。このため、所望の接合強度が得られるように合成樹脂で被覆された溶着対象物を溶着できることにくわえ、合成樹脂で被覆された溶着対象物の溶着状況を正確に判定できる。
【０１１８】
請求項３に記載の本発明によれば、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。このため、合成樹脂で被覆された溶着対象物の溶着状況を正確に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる超音波溶着装置の概略の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示された超音波溶着装置で超音波溶着された溶着対象物としての一対のＦＦＣを示す平面図である。
【図３】図２中のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図４】図２中のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。
【図５】図２に示されたＦＦＣをチップとアンビルとの間に挟んだ状態を示す断面図である。
【図６】図５に示されたＦＦＣの導体同士を接合した状態を示す断面図である。
【図７】図１に示された超音波溶着装置で溶着対象物を溶着した際の導体同士が接触してからのチップの総変位量と接合強度との関係を示す説明図である。
【図８】従来より周知の超音波溶着装置で圧電振動子を振動させてからのチップの総変位量と接合強度との関係を示す説明図である。
【図９】本発明の開示例にかかる超音波溶着装置の概略の構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の超音波溶着装置で超音波溶着された溶着対象物の他の例としての一対の電線を示す斜視図である。
【図１１】図１０中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図１２】この発明の超音波溶着装置で溶着対象物を溶着する状態を模式的に示す説明図である。
【図１３】導体とこの導体を被覆する被覆部を備えた溶着対象物を超音波溶着装置で溶着した時の溶着対象物に加わった仕事率の変化を示す説明図である。
【図１４】導体とこの導体を被覆する被覆部を備えた同一の溶着対象物を、複数回、超音波溶着装置で溶着した時の溶着対象物に加わった仕事率の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１超音波溶着装置
２，３溶着対象物
５レーザドップラ速度計（検出手段）
７圧電振動子（駆動源）
９チップ
１０アンビル
１７算出部（算出手段）
１８制御部（制御手段）
１９判定部（判定手段）
２０ＦＦＣ（溶着対象物）
２１導体
２２被覆部
２５仕事率算出部（仕事率算出手段）
２６変化率判定部（変化率判定手段）
２７電線（溶着対象物）
２９芯線（導体）
３０被覆部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic welding apparatus for welding a welding object such as a plurality of covered electric wires.
[0002]
[Prior art]
Various electronic devices are mounted on an automobile as a moving body. In the automobile, a wire harness is routed to transmit electric power from a power source such as a battery or a control signal from a control device to the electronic device. The wire harness described above includes a plurality of electric wires.
[0003]
For these electric wires, shielded electric wires may be used in order to prevent external noise from entering the respective core wires. The shielded electric wire includes a shield part made of a braid having conductivity. This shield portion prevents noise from entering the core wire.
[0004]
In recent years, it has been desired to reduce the cost of the wire harness described above. For this reason, it is proposed that a plurality of electric wires not provided with the shield part are bundled, and a conductive thin film sheet having a thin conductive layer is wound around the plurality of electric wires to constitute a wire harness. With such a configuration, it is possible to reduce costs and prevent noise from entering.
[0005]
Also in such a configuration, it is necessary to attach a ground wire or a terminal to the conductor layer in order to extract the noise. The ground wire includes a conductive core wire and an insulating covering portion. The core wire is composed of a plurality of conductive wires. The covering portion is made of an insulating synthetic resin and covers the core wire.
[0006]
In order to attach a ground wire or the like to the conductor layer, a hole is formed in the conductor thin film sheet, and the end portion of the ground wire or the like is passed through the hole, and then the conductor thin film sheet and It is conceivable to fix the ground wire.
[0007]
In this case, a peeling operation such as removing a part of the covering portion of the ground wire is required, and it is considered that the number of man-hours required for assembly increases. In addition, since parts such as washers, bolts, and nuts are required, the number of parts increases. Therefore, it can be considered that the cost will rise. Further, when the bolts and nuts described above are tightened, the conductor layer may be damaged, and the above-described ground wire cannot be reliably connected to the conductor layer. For this reason, it becomes difficult to let the noise which tries to penetrate into the core of the electric wire escape to the outside.
[0008]
In order to solve the above-described problems, the applicant of the present invention proposes to apply ultrasonic vibration energy in a state where the conductor thin film sheet and the ground wire are stacked and pressed in a direction in which they are brought close to each other. Yes. By applying ultrasonic vibration energy, the conductor layer of the conductor thin film sheet and the core wire of the ground wire are metal-bonded (joined). Thus, the conductor layer of the conductor thin film sheet and the ground wire are electrically connected. In this method, a known ultrasonic welding apparatus (also referred to as an ultrasonic bonding apparatus or an ultrasonic welding apparatus, for example, see Patent Document 1) is used.
[0009]
The ultrasonic welding apparatus includes a tip (also referred to as a tool horn), an anvil facing the tip, a piezoelectric vibrator (not shown), and the like. The ultrasonic welding apparatus sandwiches a conductive thin film sheet and a ground wire as an object to be welded between the chip and the anvil. The ultrasonic welding apparatus vibrates the piezoelectric vibrator and applies this vibration to the object to be welded through the chip. The ultrasonic welding apparatus joins the conductor thin film sheet as the welding object and the ground wire.
[0010]
At this time, the ultrasonic welding apparatus controls the vibration state of the chip and the like based on the energy given to the welding object. The oscillation time of the piezoelectric vibrator, that is, the vibration time of the chip is controlled so that the ultrasonic vibration energy applied to the object to be welded is constant. The ultrasonic vibration energy is a product of the oscillation time and the work rate (work rate) applied to the object to be welded by the chip. The work rate (work rate) applied to the welding object by the chip is the product of the amplitude of the chip and the pressure between the chip and the welding object. Further, the work rate (work rate) applied to the object to be welded by the chip is equal to the power value applied to the piezoelectric vibrator.
[0011]
In the conventional ultrasonic welding apparatus described above, the piezoelectric vibrator is vibrated with a predetermined amplitude in a state where the tip and the anvil are pressurized with a predetermined pressure. And this vibration is transmitted to a welding target object via a chip. When the oscillation time of the piezoelectric vibrator exceeds a predetermined time, the piezoelectric vibrator is stopped and the welding of the welding object is stopped. Thus, the conventional ultrasonic welding apparatus joins the welding object based on the amplitude of the piezoelectric vibrator and the oscillation time of the piezoelectric vibrator.
[0012]
Moreover, in the conventional ultrasonic welding apparatus mentioned above, the quality of the welding condition of the welding target object is determined based on the oscillation time. That is, whether or not the piezoelectric vibrator actually oscillates is within a predetermined time.
[0013]
In the conventional ultrasonic welding apparatus described above, information related to the oscillation of the piezoelectric vibrator is used for control. Actually, when ultrasonic welding is performed, all of the ultrasonic vibration energy obtained by oscillation of the piezoelectric vibrator, such as the generation of abnormal noise from the welding target or the generation of heat from the welding target, is welded. It does not join the object. For this reason, it cannot be said that the ultrasonic welding apparatus mentioned above can join a welding target object with desired intensity | strength, and cannot judge correctly the quality of the welding condition of a welding target object.
[0014]
For this reason, the ultrasonic welding apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-206224 measures the amplitude when the chip vibrates. In the ultrasonic welding device shown in the above-mentioned publication, when the amplitude of the chip falls below a predetermined amplitude after the start of oscillation of the piezoelectric vibrator, that is, ultrasonic welding (also referred to as ultrasonic welding or ultrasonic bonding), The oscillation of the piezoelectric vibrator, that is, ultrasonic welding is stopped. Then, whether or not the oscillation time of the piezoelectric vibrator is within a predetermined time is determined.
[0015]
In ultrasonic welding, the change in the amplitude of the chip over time varies depending on the shape and size of the object to be welded. For this reason, in the ultrasonic welding apparatus described in the aforementioned publication, since ultrasonic welding is stopped when the amplitude of the chip falls below a predetermined amplitude, the ultrasonic vibration energy actually applied to the welding target is It will change variously by the change of a target object. In addition, since the quality is determined based on the oscillation time of the piezoelectric vibrator, it is needless to say that the welding status of the welding object cannot be accurately determined. For this reason, it cannot be said that the ultrasonic welding apparatus described in Patent Document 1 described above can join the objects to be welded with a desired strength, and cannot accurately determine the quality of the welding state of the objects to be welded.
[0016]
For this reason, the applicant of the present invention calculates the total displacement amount of the chip, controls the piezoelectric vibrator based on the calculated total displacement amount of the chip, and determines the quality of the welding state of the welding object. A sonic welding apparatus (see, for example, Patent Document 2) is proposed.
[0017]
[Patent Document 1]
JP-A-5-206224
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application No. 2002-143383
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
Further, as the above-described welding object, an electric wire made of a metal conductor and a synthetic resin covering the conductor may be used. In this case, when a plurality of welding objects are stacked and these welding objects are joined, first, the synthetic resin is melted and removed from between the conductors. Thereafter, the conductors of the welding object are ultrasonically welded to each other.
[0019]
As described above, when an ultrasonic welding is performed using an electric wire made of a metal conductor and a synthetic resin covering the conductor as an object to be welded, the insulator is melted by ultrasonic vibration energy applied to the object to be welded. It is known that the ultrasonic vibration energy used to melt the insulator varies. For this reason, it is clear that the ultrasonic welding apparatus described in Patent Document 2 described above cannot join the welding target object with a desired strength, and cannot accurately determine whether the welding state of the welding target object is good or bad. It is.
[0020]
Accordingly, a first object of the present invention is to provide an ultrasonic welding apparatus capable of reliably joining a welding object coated with a synthetic resin with a desired strength. The second object is to provide an ultrasonic welding apparatus that can accurately determine the quality of the welding condition of a welding object coated with a synthetic resin.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object described above, an ultrasonic welding apparatus of the present invention according to claim 1 includes a chip vibrated by a drive source and an anvil facing the chip, and the chip. In a state where a plurality of objects to be welded are sandwiched between the anvil and the tip and the anvil are pressurized in a direction approaching each other, the tip is vibrated by the drive source to transmit the vibration to the object to be welded. In the ultrasonic welding apparatus for welding objects to be welded together, the object to be welded includes a conductor made of metal and a covering portion made of a synthetic resin covering the conductor, and the vibration of the chip Speed when Detecting means capable of detecting A pressurizing machine that pressurizes the tip and the anvil in a direction approaching each other; a predetermined coefficient of friction between welding objects; a speed at which the tip is vibrated detected by the detecting means; and the pressurizing machine Multiply by the force to press the objects in the direction approaching each other, A power calculation means for calculating a power applied to the welding object, and a change rate of the power calculated by the power calculation means When the rate of change becomes equal to or higher than a second predetermined value greater than the first predetermined value after the change rate becomes equal to or lower than the first predetermined value, The covering was removed from between the conductors. And When the change rate determination means and the change rate determination means determine that the covering portion has been removed from between the conductors, the detection means detects Speed at which the tip vibrates From After the covering is removed from between the conductors It is characterized by comprising calculation means for calculating the total displacement amount of the chip, and control means for controlling the vibration of the chip based on the total displacement amount of the chip calculated by the calculation means.
[0022]
In order to achieve the second object in addition to the first object described above, the ultrasonic welding apparatus of the present invention according to claim 2 is the ultrasonic welding apparatus according to claim 1, wherein the calculating means includes: Calculated total displacement of the tip To quantity On the basis of this, it is characterized in that there is provided a judging means for judging the quality of the welding condition of the welding object.
[0023]
In order to achieve the second object described above, an ultrasonic welding apparatus according to a third aspect of the present invention includes a chip vibrated by a driving source and an anvil facing the chip, and the chip. In the ultrasonic welding apparatus for welding the welding objects to each other by sandwiching a plurality of welding objects between the anvil and vibrating the chip by the driving source and transmitting the vibration to the welding objects. The object to be welded comprises a conductor made of metal and a covering portion made of a synthetic resin that covers the conductor, and the vibration of the chip Speed when Detecting means capable of detecting A pressurizing machine that pressurizes the tip and the anvil in a direction approaching each other; a predetermined coefficient of friction between welding objects; a speed at which the tip is vibrated detected by the detecting means; and the pressurizing machine Multiply by the force to press the objects in the direction approaching each other, A power calculation means for calculating a power applied to the welding object, and a change rate of the power calculated by the power calculation means When the rate of change becomes equal to or higher than a second predetermined value greater than the first predetermined value after the change rate becomes equal to or lower than the first predetermined value, The covering is removed from between the conductors I think When the change rate determination means and the change rate determination means determine that the covering portion has been removed from between the conductors, the detection means detects Speed at which the tip vibrates From After the covering is removed from between the conductors A calculating means for calculating a total displacement amount of the chip; and a total displacement of the chip calculated by the calculating means. To quantity And determining means for determining whether or not the welding condition of the welding object is good.
[0026]
When a plurality of objects to be welded are provided with a conductor made of metal and a covering portion made of synthetic resin that covers the conductor, when these welding objects are ultrasonically welded together, the covering portion is first melted. It is known that the covering portion is removed from between the conductors. Thereafter, it is known that the conductors come into contact with each other and these conductors are ultrasonically welded.
[0027]
At this time, the work rate applied to the welding object is FIG. As shown in FIG. FIG. While the rate of change of the power indicated by the middle range A is relatively low, the covering portion melts and the melted covering portion is removed from between the conductors. And when the conductors touch each other, FIG. As shown by the middle range B, the power increases rapidly, and the change rate of the power increases. This is considered to be because the friction between the welding objects is low until the covering portion melts, the melted covering portion is removed from between the conductors, and the conductors contact each other. Moreover, it is considered that when the conductors come into contact with each other, the friction between the welding objects increases.
[0028]
Also, even if the same welding objects are ultrasonically welded under the same conditions, FIG. As shown in FIG. 4, it is known that the change in the work rate applied to the object to be welded with the passage of time is different. FIG. The solid line, the alternate long and short dash line, the alternate long and two short dashes line, and the dotted line show the change in the work rate applied to the welding object with the passage of time when the same welding objects are ultrasonically welded to each other. FIG. The solid line in the figure shows the time when the first set of welding objects are ultrasonically welded together. FIG. The one-dot chain line in the figure shows the time when the second set of welding objects are ultrasonically welded together, FIG. The middle two-dot chain line indicates when the third set of objects to be welded is ultrasonically welded. FIG. The middle dotted line shows the time when the fourth set of welding objects are ultrasonically welded together.
[0029]
Even if the same welding objects are ultrasonically welded under the same conditions, FIG. As shown in FIG. 3, since the change in the work rate applied to the welding target object with the passage of time is different, the ultrasonic vibration energy applied to the welding target object is also different. For this reason, of course, the total displacement of the tip when the welding objects are ultrasonically welded is different, and of course, the tensile strengths of the welding objects after welding are also different.
[0030]
Therefore, even if the total displacement of the tip is the same, the tensile strength between the welding objects varies when the same welding objects are ultrasonically welded under the same conditions. Furthermore, even if the welding objects have the same tensile strength, the total amount of displacement of the tip when the same welding objects are ultrasonically welded under the same conditions varies. This is presumably because the ultrasonic vibration energy required for melting the covering portion and removing it from between the conductors varies.
[0031]
According to the ultrasonic welding apparatus of the present invention described in claim 1, based on the change rate of the power calculated by the power calculation means, the change rate determination means determines whether or not the covering portion has been removed from between the conductors. judge. When the change rate determination means determines that the covering portion has been removed from between the conductors, the vibration of the chip, that is, the ultrasonic vibration energy applied to the conductor of the welding object is controlled based on the total displacement of the chip.
[0032]
For this reason, the ultrasonic vibration energy applied to melt the coating portion and remove the coating portion from between the conductors is excluded, and the ultrasonic vibration energy actually applied to the conductor of the object to be welded via the tip is used to perform super Control sonic welding. For this reason, desired ultrasonic vibration energy can be reliably given to the welding object.
[0033]
When the rate of change of the work rate applied to the welding object becomes equal to or higher than the second predetermined value after the rate of change of the work rate applied to the welding target becomes equal to or less than the first predetermined value, the rate of change determination means It is desirable to determine that the covering portion has been removed from the gap. The first predetermined value is desirably a value indicating that the covering portion between the conductors is melted and the melted covering portion is located between the conductors. The first predetermined value is FIG. Greater than or equal to the rate of change of the work rate W in the range indicated by A, and FIG. It is desirable that the rate of change of the work power W in the range indicated by B is smaller than that.
[0034]
The second predetermined value is preferably a value indicating that the covered portion melted from between the conductors is removed and the conductors are in contact with each other. The second predetermined value is greater than the first predetermined value; and FIG. It is desirable that it is not more than the rate of change of the work rate W in the range indicated by B.
[0035]
After the change rate determining means determines that the covering portion has been removed from between the conductors, it is desirable to perform control so as to stop the vibration of the chip when the total displacement of the chip exceeds a predetermined value. The predetermined value of the total displacement amount of the chip indicates the total displacement amount at which the conductors of the welding object can be welded with a desired bonding strength. For this reason, the predetermined value of the total displacement amount of the tip varies depending on the welding object and the required bonding strength. In this case, desired ultrasonic vibration energy can be more reliably applied to the welding object.
[0036]
The ultrasonic vibration energy is the product of the oscillation time and the power value (W: wattage) when the power source is applied to the piezoelectric vibrator. However, actually, the ultrasonic vibration energy applied to the welding object is based on the behavior of the welding objects. FIG. The ultrasonic welding apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a chip 9 that is vibrated by a piezoelectric vibrator and an anvil 10 that faces the chip 9. The welding objects 2 and 3 are sandwiched between the chip 9 and the anvil 10, and the chip 9 is vibrated along the arrow S in a state where these welding objects 2 and 3 are pressurized in a direction approaching each other. this FIG. When the amplitude of the chip 9 is A, the angular frequency of the chip 9 is ω = 2πf, and the vibration speed of the chip 9 is v = ωA = 2πf · A, the output (power) of the chip 9 is shown in FIG. ) W is shown by the following formula 1. Note that f is the vibration frequency of the chip 9, and the output (power) W of the chip 9 is the power applied to the welding objects 2 and 3, which is the power value when applied to the piezoelectric vibrator described above. .
[0037]
W = μF × v ......... Formula 1
In the above equation 1, μ is a coefficient of friction between the welding objects 2 and 3, and F is a load value pressed in a direction in which the welding objects 2 and 3 are brought close to each other.
[0038]
When the ultrasonic vibration energy E applied to the welding objects 2 and 3 is shown using the above-described formula 1, the following formula 2 is obtained.
E = ∫W × dt = ∫μF × ωA × dt...
[0039]
In the above formula 2, μF is the pressure between the welding objects 2 and 3 and ∫ωA × dt is the total displacement amount of the tip 9. For this reason, the ultrasonic vibration energy E applied to the welding objects 2 and 3 can be represented by the product of the pressure between the welding objects 2 and 3 and the total displacement of the tip 9. Accordingly, it has been clarified that desired ultrasonic vibration energy can be reliably applied to the welding objects 2 and 3 by ultrasonic welding based on the total displacement amount of the chip 9. Furthermore, it became clear that the quality of the welding objects 2 and 3 can be reliably determined by determining the quality based on the total displacement amount of the chip 9.
[0040]
According to the ultrasonic welding apparatus of the present invention described in claim 2, when the rate-of-change determining means determines that the covering portion has been removed from between the conductors, based on the total displacement amount of the chip, the welding status of the object to be welded is determined. Judge the quality. Therefore, based on the ultrasonic vibration energy actually applied to the conductor of the object to be welded via the tip, excluding the ultrasonic vibration energy required to melt the covering portion and remove the covering portion from between the conductors, The quality of the welding object can be determined. For this reason, in addition to the effect of Claim 1 mentioned above, the welding condition of a welding target object can be determined correctly.
[0041]
According to the ultrasonic welding apparatus of the present invention described in claim 3, when the rate-of-change determining means determines that the covering portion has been removed from between the conductors, the welding state of the welding object is determined based on the total displacement amount of the chip. Judge the quality. Therefore, based on the ultrasonic vibration energy actually applied to the conductor of the object to be welded via the tip, excluding the ultrasonic vibration energy required to melt the covering portion and remove the covering portion from between the conductors, The quality of the welding object can be determined. For this reason, the welding situation of a welding object can be judged correctly.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An ultrasonic welding apparatus according to a first embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. Will be described with reference to FIG.
[0045]
The ultrasonic welding apparatus 1 of this embodiment shown in FIG. FIG. Or FIG. The conductors 21 described later of a pair of flexible flat cables (hereinafter referred to as FFC) 20 are electrically and mechanically connected to each other. FFC20 is FIG. As shown in the drawings, a plurality of conductors 21 and a covering portion 22 that covers (ie, covers) these conductors 21 are provided.
[0046]
Each of the conductors 21 has a rectangular cross-sectional shape. The conductor 21 is formed in a strip shape extending linearly. These conductors 21 are parallel to each other (ie, parallel). These conductors 21 are arranged at intervals from each other along one direction. Each of the conductors 21 is made of a conductive metal. In the illustrated example, six conductors 21 are provided.
[0047]
The covering portion 22 is FIG. as well as FIG. As shown, a pair of insulating sheets 22a and 22b are provided. The insulating sheets 22a and 22b are made of an insulating synthetic resin and are formed in a strip shape. For this reason, the coating | coated part 22 has insulation of course. The insulating sheets 22a and 22b cover the conductors 21 with a plurality of conductors 21 sandwiched therebetween. For this reason, the insulating sheets 22 a and 22 b, that is, the covering portion 22 is made of a synthetic resin that covers the conductor 21. The conductor 21 and the covering portion 22 are flexible. In addition, FFC20 FIG. As shown in FIG.
[0048]
Thus, the FFC 20 is formed in a flat belt shape having flexibility. The FCC 20 is a welding object described in this specification. Further, the FFC 20 forms a flat circuit body. The flat circuit body has a plurality of conductors parallel to each other and an insulating covering portion that covers the conductors and is formed in a flat belt shape.
[0049]
The pair of FFCs 20 are overlapped with each other, and at least a pair of mutually overlapping conductors 21 are joined at the joint portion Sa. The FFCs 20 overlap each other in such a manner that their longitudinal directions intersect each other. In the illustrated example, the longitudinal direction of the conductor 21 of one FFC 20 and the longitudinal direction of the conductor 21 of the other FFC 20 are orthogonal to each other, and the FFCs 20 overlap each other.
[0050]
In the illustrated example, a plurality of joining locations Sa are provided. At the joint Sa, FIG. as well as FIG. As shown in FIG. 2, the conductors 21 that overlap each other are bonded by metal bonding. Further, in the vicinity of the joint location Sa and the joint location Sa, the respective covering portions 22 are once melted, and the covering portions 22 are adhered to each other. That is, the covering portions 22 are welded to each other at the joint location Sa and in the vicinity of the joint location Sa.
[0051]
The conductors 21 of the FFC 20 are electrically connected according to a predetermined pattern by joining the conductors 21 at the joint location Sa. Of course, the arbitrary conductors 21 of the FFC 20 stacked as described above may be joined to each other.
[0052]
The ultrasonic welding apparatus 1 of the present embodiment overlaps the FFCs 20, sandwiches the joint location Sa between the chip 9 and the anvil 10, joins the conductors 21, and welds the covering portions 22.
[0053]
As shown in FIG. 1, the ultrasonic welding apparatus 1 includes an ultrasonic welding machine 4, a laser Doppler velocimeter 5 as a detection means, a control device 6, a power supply unit 31, and a voltmeter 32.
[0054]
As shown in FIG. 1, the ultrasonic welder 4 includes a piezoelectric vibrator 7 as a drive source, a horn 8, a tip 9 (also referred to as a tool horn), an anvil 10 facing the tip 9, and an unillustrated portion. A pressurizer is provided. The piezoelectric vibrator 7 is applied with a power source (not shown) and vibrates.
[0055]
The horn 8 is attached to the piezoelectric vibrator 7. The tip 9 is attached to the tip of the horn 8. For this reason, the piezoelectric vibrator 7 vibrates the chip 9 along the arrow S in FIG. The anvil 10 can sandwich the FFC 20 as an object to be welded between the anvil 10 and the tip 9. The pressurizer pressurizes the tip 9 and the anvil 10 in a direction to bring them closer to each other. The pressurizer can change the load value (pressure value) for pressurizing the chip 9 and the anvil 10.
[0056]
The ultrasonic welder 4 sandwiches the FFC 20 as an object to be welded between the tip 9 and the anvil 10 and pressurizes the tip 9 and the anvil 10 in a direction approaching each other with a pressurizer. The vibration is transmitted to the chip 9 via the horn 8. And the ultrasonic welding machine 4 gives ultrasonic vibration energy to FFC20 as a welding target object pinched | interposed between the chip | tip 9 and the anvil 10, and welds this target object. Moreover, the electric power value mentioned above is equal to the work rate W added to FFC20 as a welding target object.
[0057]
Moreover, the ultrasonic vibration energy as used in this specification has shown the energy given to this welding object, when the ultrasonic welding apparatus 1 welds a welding object. The ultrasonic vibration energy is, for example, energy obtained by multiplying the power value (W: wattage) when the power source is applied to the piezoelectric vibrator 7 by the time that the power source is applied to the piezoelectric vibrator 7. . Furthermore, the ultrasonic vibration energy actually applied to the FFC 20 as the welding object is a product of the total displacement amount of the chip 9 and the pressure between the FFCs 20 as shown in the above-described Expression 2.
[0058]
The laser Doppler velocimeter 5 includes a laser oscillator 11, a beam splitter 12, a laser focusing head 13, a reflection mirror 14, a detector 15, and an optical fiber 16. The laser oscillator 11 emits laser light. The beam splitter 12 guides the laser beam emitted from the laser oscillator 11 to the laser focusing head 13. The laser condensing head 13 emits laser light toward the tip of the chip 9 near the anvil 10. The laser condensing head 13 receives the laser light reflected by the tip of the chip 9 near the anvil 10.
[0059]
Laser light received by the laser focusing head 13 is guided to the detector 15 via the beam splitter 12 and the reflection mirror 14. The optical fiber 16 optically connects the beam splitter 12 and the laser focusing head 13. The detector 15 calculates the speed of the chip 9 along the arrow S described above from the Doppler frequency (frequency change) of the received laser light, and outputs information based on this speed to the control device 6.
[0060]
Thus, the laser Doppler velocimeter 5 detects a frequency change (Doppler frequency) proportional to the speed of the chip 9 by applying the laser beam to the tip of the chip 9. The laser Doppler velocimeter 5 calculates the speed of the chip 9 along the arrow S by detecting the above-described frequency change (Doppler frequency). In this way, the laser Doppler velocimeter 5 detects information related to the vibration of the chip 9 (the speed of the chip 9).
[0061]
The control device 6 is a computer having a well-known RAM, ROM, CPU, etc., and is connected to the ultrasonic welder 4 and the laser Doppler velocimeter 5 described above to control the ultrasonic wave. Controls the entire welding apparatus 1. The control device 6 includes a calculation unit 17 as a calculation unit, a control unit 18 as a control unit, and a determination unit 19 as a determination unit. The calculation unit 17 is connected to the detector 15.
[0062]
The calculation unit 17 calculates the displacement amount of the chip 9 by integrating the speed of the chip 9 as information related to the vibration of the chip 9 input from the detector 15. The calculation unit 17 accumulates the calculated displacement amount of the chip 9, Since information indicating that the change rate of the work rate W is equal to or greater than the second predetermined value is input from the change rate determination unit 26 described later. Total of chip 9 (Accumulation) The displacement amount is calculated. The calculation unit 17 outputs information regarding the calculated total displacement amount of the chip 9 toward the control unit 18.
[0063]
The control unit 18 determines the total displacement amount of the chip 9 in advance. Third It is determined whether or not a predetermined value is exceeded. The control unit 18 determines that the total displacement of the chip 9 is Third If it is determined that the predetermined value is exceeded, the piezoelectric vibrator 7 is stopped. The control unit 18 determines that the total displacement of the chip 9 is Third If it is determined that the predetermined value is not exceeded, the piezoelectric vibrator 7 is driven as it is. Thus, the control unit 18 controls the vibration of the chip 9 based on the total displacement amount of the chip 9. Further, the control unit 18 outputs information related to the total displacement amount of the chip 9 when the piezoelectric vibrator 7 is stopped toward the determination unit 19.
[0064]
The total amount of displacement is predetermined. Third The predetermined value is a total displacement amount at which the FFC 20 as a welding object can be joined with a desired strength, and is a value determined in advance before joining the FFC 20. Furthermore, the total amount of displacement is predetermined. Third The predetermined value varies variously depending on the object to be welded, the required bonding strength, and the like.
[0065]
The determination unit 19 determines the total amount of displacement of the chip 9 when the piezoelectric vibrator 7 is stopped. 4 It is determined whether or not a predetermined value is exceeded. The determination unit 19 determines that the total displacement amount of the chip 9 is the first. 4 If it is determined that the predetermined value is exceeded, it is determined that the welding state of the object to be welded is defective. The determination unit 19 determines that the total displacement amount of the chip 9 is the first. 4 If it is determined that the predetermined value is not exceeded, it is determined that the welding state of the object to be welded is good. Thus, the determination unit 19 determines the quality of the welding state of the object to be welded based on the total displacement amount of the chip 9.
[0066]
Further, as shown in FIG. 1, the control device 6 includes a calculation unit 17, a control unit 18, and a determination unit 19, a work rate calculation unit 25 as a work rate calculation unit, and a change rate determination as a change rate determination unit. Part 26. The power calculation unit 25 stores in advance the friction coefficient μ (shown in Formula 1) between the FFCs 20 as the welding target, Formula 1 described above, and the like. Further, the speed v (shown in Equation 1) of the chip 9 as information related to the vibration of the chip 9 is input from the detector 15 to the power calculation unit 25.
[0067]
The power calculation unit 25 inputs the velocity v of the chip 9 as information relating to the vibration of the chip 9 input from the detector 15, the friction coefficient μ, and the direction between the chip 9 and the anvil 10 so as to approach each other. Based on the force F for pressurizing the FFC 20 (shown in Equation 1) and the above-described Equation 1, the power W applied to the FFC 20 (shown in Equation 1 above and also referred to as the output of the chip 9) is calculated. The work rate calculation unit 25 outputs the calculated work rate W toward the change rate determination unit 26.
[0068]
The change rate determination unit 26 differentiates the work rate W input from the work rate calculation unit 25 with time to calculate the change rate of the work rate W. The change rate determination unit 26 determines whether or not the change rate of the work rate W is equal to or less than a first predetermined value. The change rate determination unit 26 determines whether or not the change rate of the work rate W is equal to or lower than the first predetermined value until it is determined that the change rate of the work rate W is equal to or lower than the first predetermined value. .
[0069]
When the change rate determination unit 26 determines that the change rate of the work rate W is equal to or less than the first predetermined value, the change rate determination unit 26 determines whether the change rate of the work rate W is equal to or greater than the second predetermined value. The change rate determination unit 26 determines whether or not the change rate of the work rate W is equal to or greater than the second predetermined value until it is determined that the change rate of the work rate W is equal to or greater than the second predetermined value. . When the change rate determination unit 26 determines that the change rate of the work rate W is equal to or greater than the second predetermined value, the calculation unit calculates information indicating that the change rate of the work rate W is equal to or greater than the second predetermined value. Output to 17.
[0070]
In addition, when the change rate determination unit 26 determines that the change rate of the work rate W is equal to or less than the first predetermined value, the change rate of the work rate W once becomes less than or equal to the first predetermined value. Remember. Then, the change rate determination unit 26 stores the fact that the change rate of the work rate W once becomes equal to or less than the first predetermined value in one ultrasonic welding operation. Whether or not the change rate of the work rate W is equal to or greater than a second predetermined value is determined without determining whether or not it is equal to or less than a predetermined value of 1. Thus, the change rate determination unit 26 determines whether or not the change rate of the work rate W becomes equal to or higher than the second predetermined value after the change rate of the work rate W becomes equal to or lower than the first predetermined value. .
[0071]
The first predetermined value is desirably a value indicating that the covering portion 22 between the conductors 21 of the pair of FFCs 20 is melted and the melted covering portion 22 is located between the conductors 21. The first predetermined value is FIG. Greater than or equal to the rate of change of the work rate W in the range indicated by A, and FIG. It is desirable that the rate of change of the work power W in the range indicated by B is smaller than that. Further, the second predetermined value is desirably a value indicating that the covering portion 22 melted from between the conductors 21 of the pair of FFCs 20 is removed and the conductors 21 are in contact with each other. The second predetermined value is greater than the first predetermined value; and FIG. It is desirable that it is not more than the rate of change of the work rate W in the range indicated by B.
[0072]
The above-described change rate determination unit 26 determines that the change rate of the work rate W applied to the FFC 20 is the second predetermined rate after the change rate of the work rate W applied to the FFC 20 as the welding target is equal to or lower than the first predetermined value. When the value is equal to or greater than the value, it is determined that the covering portion 22 is removed from between the conductors 21 of the pair of FFCs 20. Thus, the change rate determination unit 26 determines whether or not the covering portion 22 has been removed from between the conductors 21 of the pair of FFCs 20 based on the change rate of the work rate W applied to the FFC 20 as a welding target.
[0073]
The calculation unit 17 of the control device 6 according to the present embodiment relates to information indicating that the change rate of the work rate W is equal to or greater than the second predetermined value from the change rate determination unit 26 and the vibration from the detector 15 to the chip 9. The speed v of the chip 9 as information is input. When the information indicating that the change rate of the work rate W is equal to or higher than the second predetermined value is input from the change rate determination unit 26, the calculation unit 17 integrates the speed v of the chip 9 from the detector 15. Thus, the displacement amount of the chip 9 is calculated. The calculation unit 17 accumulates the calculated displacement amount of the chip 9 and totals the chip 9 after inputting information indicating that it is equal to or greater than the second predetermined value. (Accumulation) The displacement amount is calculated. The calculation unit 17 outputs information regarding the calculated total displacement amount of the chip 9 toward the control unit 18.
[0074]
The control unit 18 controls the vibration of the chip 9 based on the total displacement amount of the chip 9. A voltmeter 32 is connected to the control unit 18, and a voltage value applied to the piezoelectric vibrator 7 is input from the voltmeter 32. Based on the voltage value from the voltmeter 32, the control unit 18 controls the voltage value applied to the piezoelectric vibrator 7 from the power supply 33 via the output control unit 34 described later of the power supply unit 31.
[0077]
The power supply unit 31 includes a power supply 33 and an output control unit 34. The power source 33 supplies power to the piezoelectric vibrator 7. The output control unit 34 controls the voltage value of the power supplied from the power source 33 to the piezoelectric vibrator 7 in accordance with a command from the control unit 18 of the control device 6.
[0078]
The voltmeter 32 measures the voltage value applied to the piezoelectric vibrator 7 and outputs the measured voltage value to the control unit 18 of the control device 6.
[0088]
According to the present embodiment, the change rate determination unit 26 determines the change rate of the work rate W calculated by the work rate calculation unit 25 based on the first and second predetermined values described above, so that the change rate determination unit 26 is between the conductors 21. It is determined whether or not the covering portion 22 has been removed. When the change rate determination unit 25 determines that the covering portion 22 has been removed from between the conductors 21, the control unit 18 vibrates the chip 9, that is, the ultrasonic vibration applied to the conductor 21 of the object to be welded, based on the total displacement amount of the chip 9. Control energy.
[0089]
For this reason, ultrasonic welding is controlled based on the ultrasonic vibration energy actually applied to the conductor 21 of the welding object via the chip 9. For this reason, desired ultrasonic vibration energy can be reliably given to the conductor 21 of the welding object. Therefore, the welding object can be welded so as to obtain a desired bonding strength.
[0090]
When the change rate determination unit 26 determines that the covering portion 22 has been removed from between the conductors 21, the determination unit 19 determines the quality of the welding state of the object to be welded based on the total displacement amount of the chip 9. For this reason, the quality of the welding object can be determined based on the ultrasonic vibration energy actually applied to the conductor 21 of the welding object via the chip 9. Therefore, the welding situation of the conductor 21 of the welding object can be accurately determined.
[0091]
Further, by detecting the speed of the tip 9 and calculating the total displacement amount of the tip 9, the work rate W applied to the FFC 20 as a welding object is calculated. For this reason, the work rate W can be calculated reliably.
[0092]
Next, the inventors of the present invention welded various FFCs 20 under various conditions using the ultrasonic welding apparatus 1 of the present embodiment described above and the conventionally known ultrasonic welding apparatus. Then, the relationship between the bonding strength of the conductor 21 of the FFC 20 as the welding object (denoted as tensile strength in the drawing) and the total displacement of the chip 9 was examined. The result FIG. as well as FIG. Shown in
[0093]
FIG. Are the total displacement of the chip 9 from the start of vibration of the piezoelectric vibrator 7 when the conductors 21 of the FFC 20 are joined to each other by a conventionally known ultrasonic welding apparatus, that is, from the start to the end of the ultrasonic welding, and the conductor of the FFC 20. The relationship between the bonding strengths of 21 (shown as tensile strength in the figure) is shown. FIG. After the displacement amount determination unit 26 when the conductors 21 of the FFC 20 are joined together by the ultrasonic welding apparatus 1 of the present embodiment, it is determined that the change rate of the work power W is equal to or greater than the second predetermined value. The relationship between the total displacement amount of the chip 9 from the contact of the conductors 21 of the FFC 20 to the end thereof and the bonding strength (shown as tensile strength in the figure) between the conductors 21 of the FFC 20 is shown.
[0094]
FIG. Then, no relative relationship can be derived between the total displacement amount of the chip 9 and the bonding strength between the conductors 21 of the FFC 20. For this reason, when welding the welding target object in which the conductor 21 is covered with the covering portion 22 made of synthetic resin as in the FFC 20, the ultrasonic welding is performed based on the total displacement amount of the chip 9 from the start of welding. It became clear that it was difficult to control. Furthermore, based on the total displacement amount of the tip 9 from the start of welding, it has become clear that it is difficult to determine whether the welding state of the object to be welded is good or bad.
[0095]
FIG. Then, between the total displacement amount of the chip 9 and the bonding strength between the conductors 21 of the FFC 20, a regression curve (curve passing through the center of the in-period data) indicated by the symbol P <b> 5 can be derived. For this reason, even when the welding target object in which the conductor 21 is covered with the covering portion 22 made of a synthetic resin like the FFC 20 is welded, based on the total displacement amount after the conductors 21 come into contact with each other, It became clear that the ultrasonic welding can be controlled. Furthermore, it became clear that it is possible to determine whether the welding condition of the welding object is good or not based on the total displacement amount after the conductors 21 contact each other.
[0096]
Next, the present invention Disclosure example The ultrasonic welding apparatus 1 according to Figure 9 The description will be given with reference. The same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0097]
Book Disclosure example The ultrasonic welding apparatus 1 of FIG. As shown in FIG. 4, a voltmeter 32 as second detection means and an ammeter 35 as second detection means are provided. The voltmeter 32 measures the voltage value applied to the piezoelectric vibrator 7 and outputs the measured voltage value to both the control unit 18 and the power calculation unit 25 of the control device 6. The voltmeter 32 measures the above-described voltage value as information regarding the electric power applied to the piezoelectric vibrator 7.
[0098]
The ammeter 35 measures the current value flowing through the piezoelectric vibrator 7 and outputs the measured current value to the power calculation unit 25. The ammeter 35 measures the above-described current value as information regarding the electric power applied to the piezoelectric vibrator 7.
[0099]
Book Disclosure example The power calculation unit 25 includes a voltage value as information related to the electric power supplied from the voltmeter 32 to the piezoelectric vibrator 7 and a current value as information related to the electric power supplied from the ammeter 35 to the piezoelectric vibrator 7. By multiplying, the electric power value given to the piezoelectric vibrator 7 is calculated. This electric Power The value is equivalent to the power W given to the FFC 20 as the welding object. As described above, the power calculation unit 25 has a voltage value as information related to power supplied from the voltmeter 32 to the piezoelectric vibrator 7 and a current as information related to power supplied from the ammeter 35 to the piezoelectric vibrator 7. Based on the value, the power W given to the FFC 20 as the welding object is calculated. The work rate calculation unit 25 outputs the calculated work rate W toward the change rate determination unit 26 as in the first embodiment described above.
[0109]
Book Disclosure example Accordingly, the change rate determination unit 26 determines the change rate of the work rate W calculated by the work rate calculation unit 25 based on the first and second predetermined values described above so that the change rate determination unit 26 extends from between the conductors 21. It is determined whether or not 22 has been removed. When the change rate determination unit 25 determines that the covering portion 22 has been removed from between the conductors 21, the control unit 18 vibrates the chip 9, that is, the ultrasonic vibration applied to the conductor 21 of the object to be welded, based on the total displacement amount of the chip 9. Control energy.
[0110]
For this reason, ultrasonic welding is controlled based on the ultrasonic vibration energy actually applied to the conductor 21 of the welding object via the chip 9. For this reason, desired ultrasonic vibration energy can be reliably given to the conductor 21 of the welding object. Therefore, the welding object can be welded so as to obtain a desired bonding strength.
[0111]
When the change rate determination unit 26 determines that the covering portion 22 has been removed from between the conductors 21, the determination unit 19 determines the quality of the welding state of the object to be welded based on the total displacement amount of the chip 9. For this reason, the quality of the welding object can be determined based on the ultrasonic vibration energy actually applied to the conductor 21 of the welding object via the chip 9. Therefore, the welding situation of the conductor 21 of the welding object can be accurately determined.
[0112]
Further, the current value and the voltage value applied to the piezoelectric vibrator 7 are detected, and the power value applied to the piezoelectric vibrator 7 is calculated, thereby calculating the work rate W applied to the FFC 20 as a welding object. ing. For this reason, the work rate W can be calculated reliably.
[0113]
The first mentioned above Embodiments and disclosure examples Shows that a pair of FFCs 20 are joined together. However, the book invention Then FIG. as well as FIG. May be ultrasonically welded together, or a flexible printed circuit (FPC) may be ultrasonically welded. The electric wires 27 and the FPC correspond to the welding objects described in this specification.
[0114]
FIG. as well as FIG. The electric wire 27 shown in FIG. 1 includes a conductive core wire 29 as a conductor and an insulating covering portion 30. The core wire 29 is composed of a plurality of strands. The strand is made of metal. The core wire 29 has a round cross section. The covering portion 30 is made of an insulating synthetic resin and is formed in a circular tube shape. FIG. as well as FIG. In the case shown in Fig. 2, the core wires 29 are joined to each other by ultrasonic welding at the joining point Sa. Moreover, the coating | coated parts 30 are welded in the vicinity of joining location Sa and joining location Sa.
[0115]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, based on the change rate of the power calculated by the power calculation means, the change rate determination means determines whether the covering portion has been removed from between the conductors. Determine. When the change rate determination means determines that the covering portion has been removed from between the conductors, the vibration of the chip, that is, the ultrasonic vibration energy applied to the conductor of the welding object is controlled based on the total displacement of the chip.
[0116]
For this reason, the ultrasonic vibration energy applied to melt the coating portion and remove the coating portion from between the conductors is excluded, and the ultrasonic vibration energy actually applied to the conductor of the object to be welded via the tip is used to perform super Control sonic welding. For this reason, desired ultrasonic vibration energy can be reliably given to the conductor of the welding object. Therefore, it is possible to weld an object to be welded coated with a synthetic resin so as to obtain a desired bonding strength.
[0117]
According to the second aspect of the present invention, when the rate-of-change determining means determines that the covering portion has been removed from between the conductors, the quality of the welding state of the object to be welded is determined based on the total displacement of the chip. Therefore, based on the ultrasonic vibration energy actually applied to the conductor of the object to be welded via the tip, excluding the ultrasonic vibration energy required to melt the covering portion and remove the covering portion from between the conductors, The quality of the welding object can be determined. For this reason, in addition to being able to weld an object to be welded coated with a synthetic resin so as to obtain a desired bonding strength, it is possible to accurately determine the state of welding of the object to be welded coated with a synthetic resin.
[0118]
According to the third aspect of the present invention, when the change rate determining means determines that the covering portion has been removed from between the conductors, the quality of the welding state of the object to be welded is determined based on the total amount of displacement of the chip. Therefore, based on the ultrasonic vibration energy actually applied to the conductor of the object to be welded via the tip, excluding the ultrasonic vibration energy required to melt the covering portion and remove the covering portion from between the conductors, The quality of the welding object can be determined. For this reason, the welding condition of the welding target object coat | covered with the synthetic resin can be determined correctly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic welding apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a pair of FFCs as welding objects ultrasonically welded by the ultrasonic welding apparatus shown in FIG.
[Fig. 3] FIG. It is sectional drawing along the XX line in the inside.
[Fig. 4] FIG. It is sectional drawing along the XI-XI line in the inside.
[Figure 5] FIG. It is sectional drawing which shows the state which pinched | interposed FFC shown by between a chip | tip and an anvil.
[Fig. 6] FIG. It is sectional drawing which shows the state which joined the conductors of FFC shown by.
7 is an explanatory diagram showing the relationship between the total displacement of the chip and the bonding strength after the conductors contact each other when the welding object is welded by the ultrasonic welding apparatus shown in FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the total displacement of the chip and the bonding strength after the piezoelectric vibrator is vibrated with a conventionally known ultrasonic welding apparatus.
FIG. 9 Disclosure examples It is explanatory drawing which shows the structure of the outline of the ultrasonic welding apparatus concerning.
FIG. 10 is a perspective view showing a pair of electric wires as another example of a welding object ultrasonically welded by the ultrasonic welding apparatus of the present invention.
FIG. 11 FIG. It is sectional drawing along the XVII-XVII line in it.
FIG. 12 is an explanatory view schematically showing a state in which an object to be welded is welded by the ultrasonic welding apparatus of the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a change in work rate applied to a welding target object when a welding target object including a conductor and a covering portion covering the conductor is welded by an ultrasonic welding apparatus.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a change in the work rate applied to the welding object when the same welding object having a conductor and a covering portion covering the conductor is welded with an ultrasonic welding apparatus a plurality of times. is there.
[Explanation of symbols]
1 Ultrasonic welding equipment
2,3 Welding object
5 Laser Doppler velocimeter (detection means)
7 Piezoelectric vibrator (drive source)
9 chips
10 Anvil
17 Calculation unit (calculation means)
18 Control unit (control means)
19 Determination part (determination means)
20 FFC (object to be welded)
21 Conductor
22 Covering part
25 work rate calculation unit (work rate calculation means)
26 Change rate determination unit (change rate determination means)
27 Electric wires (objects to be welded)
29 Core wire (conductor)
30 Covering part

Claims

A chip that is vibrated by a drive source and an anvil facing the chip, with a plurality of objects to be welded sandwiched between the chip and the anvil, and in a state in which the chip and the anvil are pressed in a direction approaching each other In the ultrasonic welding apparatus for welding the welding objects to each other by vibrating the chip by the driving source and transmitting the vibration to the welding objects,
The welding object consists of a conductor made of metal and a covering portion made of a synthetic resin that covers the conductor,
Detection means capable of detecting the speed at which the chip vibrates;
A pressurizing machine that pressurizes the tip and the anvil in a direction to approach each other;
Multiplying a predetermined coefficient of friction between welding objects, a speed at which the tip vibrates detected by the detection means, and a force by which the pressurizer presses the welding objects in a direction approaching each other, and A power calculation means for calculating the power applied to the object to be welded;
When the change rate of the work rate calculated by the work rate calculation means is obtained and the change rate becomes equal to or lower than the first predetermined value and then becomes equal to or higher than a second predetermined value larger than the first predetermined value. , a change rate determining means for determine a constant and the coating portion is removed from between the conductor,
When the change rate determining means determines that the covering portion has been removed from between the conductors , the total displacement of the chip after the covering portion has been removed from between the conductors based on the speed of vibration of the chip detected by the detecting means. A calculating means for calculating an amount;
Control means for controlling vibration of the chip based on the total displacement amount of the chip calculated by the calculation means;
An ultrasonic welding apparatus comprising:

Based on the total amount of displacement of the chip in which the calculation means has calculated, ultrasonic welding apparatus according to claim 1, further comprising a determining means for determining the quality of the welding conditions of the welding object.

A chip vibrated by a driving source; and an anvil facing the chip; a plurality of objects to be welded are sandwiched between the chip and the anvil; the chip is vibrated by the driving source; In the ultrasonic welding apparatus that welds the welding objects to each other by transmitting them to the welding objects,
The welding object consists of a conductor made of metal and a covering portion made of a synthetic resin that covers the conductor,
Detection means capable of detecting the speed at which the chip vibrates;
A pressurizing machine that pressurizes the tip and the anvil in a direction to approach each other;
Multiplying a predetermined coefficient of friction between welding objects, a speed at which the tip vibrates detected by the detection means, and a force by which the pressurizer presses the welding objects in a direction approaching each other, and A power calculation means for calculating the power applied to the object to be welded;
When the change rate of the work rate calculated by the work rate calculation means is obtained and the change rate becomes equal to or lower than the first predetermined value and then becomes equal to or higher than a second predetermined value larger than the first predetermined value. , a change rate determining means for determine a constant and the coating portion is removed from between the conductor,
When the change rate determining means determines that the covering portion has been removed from between the conductors , the total displacement of the chip after the covering portion has been removed from between the conductors based on the speed of vibration of the chip detected by the detecting means. A calculating means for calculating an amount;
Based on the total amount of displacement of the chip in which the calculation means has calculated, a determination unit configured to determine quality of the welding conditions of the welding object,
An ultrasonic welding apparatus comprising: