JP5335463B2

JP5335463B2 - 超音波金属接合機

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Publication number: JP5335463B2
Application number: JP2009028905A
Authority: JP
Inventors: 晋一吉岡; 佑介昼田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: JP2010184252A

Description

本件発明は、二枚の金属板を接合するために使用される超音波金属接合機に関する。

従来、二枚の金属板（例えば電極端子）を接合するために、例えば、特許文献１に記載されているような超音波金属接合機が使用されている。

この超音波金属接合機は、アンビル及びホーンを備えている。この超音波金属接合機を用いて二枚の金属板を接合するには、作業者は、まず、アンビルに二枚の金属板を上下に重ねた状態で載置する。次に、作業者は、超音波金属接合機を駆動し、超音波金属接合機の加圧装置がホーンを下方に押圧することにより、ホーンとアンビルとで二枚の金属板を挟持する。

さらに、この状態で、超音波金属接合機の超音波振動子が駆動することによってホーンが水平方向に超音波振動し、ホーンから上側の金属板に超音波振動が与えられて、双方の金属板が左右に摺り合わせられる。これにより、双方の金属板の接触面に付着している酸化膜等の不純物が除去されるとともに、双方の金属板が重なっている重合部分に摩擦熱が生じる。この摩擦熱により、重合部分に急激な塑性流動が生じることにより重合部分が接合されて接合金属板が得られる。

特開２００６−２３１４０２号公報

一方、超音波金属接合機は、金属板の接合面が油脂等で汚れている場合には、双方の金属板が滑ってしまうので接合が上手くいかない。その結果、この場合の接合金属板は、通常の接合金属板よりも接合強度が低下してしまい不良品となる。しかしながら、従来の超音波金属接合機では、結果的に接合金属板が不良品となる場合でも、予め設定された接合時間駆動しなければならないので、良品の接合金属板を効率良く製造することができなかった。

本件発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、良品の接合金属板を効率良く製造することができる超音波金属接合機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本件発明の請求項１に記載の超音波金属接合機は、ホーンの超音波振動の開始時から前記超音波金属接合機のホーンの駆動力を連続的に検出して検出信号を出力する検出手段と、この検出手段から出力された検出信号に基づき、所定時間が経過するまで出力波形を作成し、この波形の状態が正常接合時の波形の状態と相違する場合には、前記二枚の金属板の接合が不良であると判断して前記ホーンの超音波振動を停止するホーン駆動制御手段とを備えていることを特徴としている。

また、本件発明の請求項１に記載の超音波金属接合機では、前記ホーン駆動制御手段は、前記出力波形で示される比例的に増加する出力の軌跡に対して一時的に出力が低下する回数が正常接合時よりも少ない場合に、前記出力波形の状態が正常接合時の出力波形の状態と相違していると判断し、前記ホーンの超音波振動を停止することを特徴としている。

また、本件発明の超音波金属接合機は、請求項１に記載の超音波金属接合機において、前記ホーン駆動制御手段は、前記沈み込み量波形で示される沈み込み量の一時的な停滞回数が、正常接合時の沈み込み量波形で示される沈み込み量の一時的な停滞回数よりも少ない場合に、前記沈み込み量波形の状態が正常接合時の沈み込み量波形の状態と相違していると判断し、前記ホーンの超音波振動を停止するようにしても良い。

また、本件発明の超音波金属接合機は、請求項１に記載の超音波金属接合機において、前記ホーン駆動制御手段は、前記沈み込み量波形で示される段部の数が、正常接合時の沈み込み量波形で示される段部の数よりも少ない場合に、前記沈み込み量波形の状態が正常接合時の沈み込み量波形の状態と相違していると判断し、前記ホーンの超音波振動を停止するようにしても良い。

また、本件の接合金属板では、二枚の金属板を、本件発明の超音波金属接合機を用いて接合することにより得られるようにしても良い。

本件発明の超音波金属接合機では、ホーンの超音波振動の開始から所定時間が経過するまでに出力波形または沈み込み量波形の少なくとも一方の波形の状態が、正常接合時の波形の状態と相違する場合には、二枚の金属板の接合が不良であると判断してホーンの超音波振動を停止するようにした。したがって、作業者は、二枚の金属板の接合面が油脂等で汚れていても、接合作業の途中でこの二枚の金属板を超音波金属接合機から外して次の接合作業に移ることが可能になる。よって、本件発明の超音波金属接合機は、良品の接合金属板を効率良く製造することができる。

また、本件の接合金属板は、二枚の金属板を本件発明の超音波金属接合機を用いて接合することで得られるようにしたので確実に良品となり、従来の接合金属板よりも高い品質を確保することができる。

本件発明の第１の実施の形態を示す超音波金属接合機のシステム図である。同実施の形態において超音波振動による金属板の状態を示す模式図である。同実施の形態において超音波振動による金属板の別の状態を示す模式図である。同実施の形態の超音波金属接合機において超音波振動の停止制御処理を示すフローチャートである。同実施の形態において超音波金属接合機の出力波形を示す図である。本件発明の第２の実施の形態を示す超音波金属接合機のシステム図である。同実施の形態の超音波金属接合機において超音波振動の停止制御処理を示すフローチャートである。同実施の形態において上側の金属の沈み込み量波形を示す図である。本件発明の第３の実施の形態において超音波振動の停止制御処理を示すフローチャートである。本件発明の第４の実施の形態を示す超音波金属接合機のシステム図である。同実施の形態の超音波金属接合機において超音波振動の停止制御処理を示すフローチャートである。同実施の形態において超音波金属接合機の出力波形および上側の金属の沈み込み量波形を示す図である。本件発明の第４の実施の形態を示す超音波金属接合機において超音波振動の停止制御処理を示すフローチャートである。

以下、本件発明の実施の形態を図にしたがって説明する。

第１の実施の形態：
図１は、本件発明の第１の実施の形態を示す超音波金属接合機１のシステム図である。この超音波金属接合機１は、二枚の金属板１０、１１を接合するために使用される。金属板の例としては、下側の金属板１０は黄銅にスズメッキを施したもの、上側の金属板１１は銅にニッケルメッキを施したものが挙げられる。

また、この超音波金属接合機１は、アンビル２と、ホーン３と、出力センサ４と、超音波金属接合機コントローラ５と、超音波振動子および加圧装置（図示せず）とを備えている。アンビル２、ホーン３、超音波振動子および加圧装置については従来と同様なので、本実施の形態では、出力センサ４と超音波金属接合機コントローラ５について説明する。

出力センサ４は、本件発明の検出手段を構成している。この出力センサ４は、超音波金属接合機１の出力を検出して検出信号を出力するように構成されている。この出力センサ４によって検出される出力としては、超音波金属接合機１全体の出力（駆動力）や、ホーン３や超音波振動子の出力（駆動力）等が挙げられる。

超音波金属接合機コントローラ５は、本件発明のホーン駆動制御手段を構成しており、出力センサ４等に接続されている。この超音波金属接合機コントローラ５には、各種の接合条件に応じた正常接合時の出力波形が記憶されている。そして、この超音波金属接合機コントローラ５は、出力センサ４等から出力された各種の信号に基づいて、ホーン３の駆動制御等、各種の制御を行うように構成されている。

以上のように構成されている超音波金属接合機１において、次に、金属板１０、１１の接合方法を説明する。作業者は、アンビル２に金属板１０を載せて、その上に別の金属板１１を重ねて、超音波金属接合機１の開始スィッチ（図示せず）を押す。すると、超音波金属接合機１の加圧装置がホーン３を下方に押圧して、ホーン３とアンビル２が二枚の金属板１０、１１を挟持する。

次に、超音波金属接合機１の超音波振動子が駆動する。これにより、図２に示すように、ホーン３が水平方向に超音波振動して、ホーン３から上側の金属板１１に超音波振動が与えられる。

最初は、ホーン３の振動と一緒に上側の金属板１１が振動して、下側の金属板１０は振動せずに、双方の金属板１０、１１が左右に摺り合わせられる。すると、双方の金属板１０、１１の接触面に付着している酸化膜等の不純物が除去されるとともに、双方の金属板１０、１１の重合部分１２に摩擦熱が生じる。この摩擦熱により、重合部分１２に急激な塑性流動が生じて、双方の金属板１０、１１が接合し始める。

双方の金属板１０、１１が接合し始めると、図３に示すように下側の金属板１０も振動を開始する。この振動の継続時間は、例えば２〜１０ｍＳと短い時間である。この振動が終了すると、図２に示したように、上側の金属板１１のみが振動している状態に戻る。

双方の金属板１０、１１は、図２の状態と図３の状態を、例えば５〜７回程度繰り返した後に、図３の状態が維持される。つまり、双方の金属板１０、１１の振動状態が維持される。これは、双方の金属板１０、１１の接合が完了していることを意味している。超音波金属接合機１は、金属板１０、１１の接合が完了していると判断した場合には、ホーン３の超音波振動を停止する。

また、この超音波金属接合機１は、金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れている場合にも、ホーン３の超音波振動を停止する。その制御処理について、図４のフローチャートを用いて以下に説明する。この制御処理は、超音波金属接合機１の出力状態を利用して行うものである。

（ステップＳ１）
まず、ホーン３が超音波振動を開始すると、出力センサ４は、超音波金属接合機１の出力（ホーン３の駆動力）を連続的に検出して検出信号を超音波金属接合機コントローラ５に出力する。
（ステップＳ２）
超音波金属接合機コントローラ５は、出力センサ４から出力された検出信号に基づき、ホーン３の超音波振動の開始から所定時間ｔが経過するまで、超音波金属接合機１の出力波形を作成する（図５参照）。なお、所定時間ｔは、予め金属板１０、１１の接合実験によって決められ、金属板１０、１１の接合に要する時間よりも短い。また、この所定時間ｔは、金属板の種類や金属板の接合の際の各種条件により異なる。
（ステップＳ３）
次に、超音波金属接合機コントローラ５は、図５の出力波形から、所定時間ｔ内に出力Ｐが一時的に低下する回数が、正常接合時よりも少ないか否かを判断する。
（ステップＳ４）
次に、超音波金属接合機コントローラ５は、図５の様な、所定時間ｔ内に出力ＰがＡに示す一時的に低下する状態の回数が正常接合時よりも少ないと判断した場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）、図５の出力波形の状態が正常接合時の出力波形の状態と相違すると判断する。これにより、超音波金属接合機コントローラ５は、金属板１０、１１の接合が不良であると判断して超音波振動子の駆動を停止する。したがって、図５のＳ時点でホーン３の超音波振動が停止して制御処理が終了する。
（ステップＳ５〜ステップＳ６）
また、超音波金属接合機コントローラ５は、所定時間ｔ内に出力Ｐが一時的に低下する回数が正常接合時と同じまたは多いと判断した場合には（ステップＳ３でＮＯ）、出力波形の状態が正常接合時の出力波形の状態と同じであると判断する。これにより、超音波金属接合機コントローラ５は、金属板１０、１１の接合が良好であると判断して、接合が完了するまでホーン３の超音波振動の駆動を続ける。そして、超音波金属接合機コントローラ５は、金属板１０、１１の接合が完了したらホーン３の超音波振動を停止して（ステップＳ４）、制御処理を終了する。

なお、所定時間ｔ内に出力Ｐが一時的に低下する回数が正常接合時よりも少ない場合に、金属板１０、１１の接合が不良である理由について以下に説明する。

出力Ｐの一時的な低下は、金属板１０、１１が図２の状態から図３の状態に移る時に発生する。金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れている場合には、金属板１０、１１は、正常接合時（金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れていない場合）よりも滑るため、図２の状態が正常接合時よりも長くかかる。

したがって、所定時間ｔ内に金属板１０、１１が図２の状態から図３の状態に移る回数が正常接合時よりも少なくなる。このことから、出力Ｐが一時的に低下する回数も正常接合時よりも少なくなるので、金属板１０、１１の接合が不良であると判断できる。

このように、本実施の形態の超音波金属接合機１では、金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れていても、接合途中でホーン３の超音波振動を停止するようにした。

したがって、作業者は、金属板１０、１１を超音波金属接合機１から外して次の接合作業に移ることが可能になる。よって、本実施の形態の超音波金属接合機１は、接合強度の低下が確実に抑えられている良品の接合金属板１３（図３参照）を効率良く製造することができる。したがって、この接合金属板１３は、従来の接合金属板よりも高い品質を確保することができる。

第２の実施の形態：
図６は、本件発明の第２の実施の形態を示す超音波金属接合機１０１のシステム図である。なお、本実施の形態の超音波金属接合機１０１では、第１の実施の形態の超音波金属接合機１と同じ部分には同じ符号を付して、第１の実施の形態の超音波金属接合機１と異なる部分について説明する。

この超音波金属接合機１０１は、アンビル２と、ホーン３と、変位量センサ４０と、超音波金属接合機コントローラ５０と、超音波振動子および加圧装置（図示せず）とを備えている。

変位量センサ４０は、本件発明の検出手段を構成している。この変位量センサ４０は、上側の金属板１１の沈み込み量を検出して検出信号を出力するように構成されている。

超音波金属接合機コントローラ５０は、本件発明のホーン駆動制御手段を構成しており、変位量センサ４０等に接続されている。また、この超音波金属接合機コントローラ５０には、各種の接合条件に応じた正常接合時の沈み込み量波形が記憶されている。そして、この超音波金属接合機コントローラ５０は、変位量センサ４０等から出力された各種の信号に基づいて、ホーン３の駆動制御等、各種の制御を行うように構成されている。

以上のように構成されている超音波金属接合機１０１は、第１の実施の形態で説明したように金属板１０、１１の接合が完了した場合や、金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れている場合に、ホーン３の超音波振動を停止する。その制御処理を図７のフローチャートを用いて以下に説明する。この制御処理は、上側の金属板１１の沈み込み状態を利用して行うものである。

（ステップＳ１０１）
まず、ホーン３が超音波振動を開始すると、変位量センサ４０は、上側の金属板１１の沈み込み量を連続的に検出して検出信号を超音波金属接合機コントローラ５０に出力する。
（ステップＳ１０２）
次に、超音波金属接合機コントローラ５０は、変位量センサ４０から出力された検出信号に基づき、ホーン３の超音波振動の開始から所定時間ｔが経過するまで、階段状の沈み込み量波形を作成する（図８参照）。なお、所定時間ｔは、予め金属板１０、１１の接合実験によって決められ、金属板１０、１１の接合に要する時間よりも短い。また、この所定時間ｔは、金属板の種類や金属板の接合の際の各種条件により異なる。
（ステップＳ１０３）
次に、超音波金属接合機コントローラ５０は、図８の沈み込み量波形から、所定時間ｔ内に沈み込み量Ｄが一時的に停滞する回数が正常接合時よりも少ないか否かを判断する。
（ステップＳ１０４）
次に、超音波金属接合機コントローラ５０は、図８の様な、所定時間ｔ内に沈み込み量ＤがＢに示す一時的に停滞する状態の回数が正常接合時よりも少ないと判断した場合には（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、図８の沈み込み量波形の状態が正常接合時の沈み込み量波形の状態と相違すると判断する。これにより、超音波金属接合機コントローラ５０は、金属板１０、１１の接合が不良であると判断して超音波振動子の駆動を停止する。したがって、図８のＳ時点でホーン３の超音波振動が停止して制御処理が終了する。
（ステップＳ１０５〜ステップＳ１０６）
また、超音波金属接合機コントローラ５０は、所定時間ｔ内に沈み込み量Ｄが一時的に停滞する回数が正常接合時の場合と同じまたは多いと判断した場合には（ステップＳ１０３でＮＯ）、沈み込み量波形の状態が、正常接合時の沈み込み量波形の状態と同じであると判断する。これにより、超音波金属接合機コントローラ５０は、金属板１０、１１の接合が良好であると判断して、接合が完了するまでホーン３の超音波振動の駆動を続ける。そして、超音波金属接合機コントローラ５０は、金属板１０、１１の接合が完了したらホーン３の超音波振動を停止して（ステップＳ１０４）、制御処理を終了する。

なお、所定時間ｔ内に沈み込み量Ｄが一時的に停滞する回数が正常接合時よりも少ない場合に、金属板１０、１１の接合が不良である理由について以下に説明する。

沈み込み量Ｄの一時的な停滞は、金属板１０、１１が図２の状態から図３の状態に移る時に発生する。金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れている場合には、金属板１０、１１は正常接合時よりも滑るため、図２の状態が正常接合時よりも長くかかる。したがって、所定時間ｔ内に金属板１０、１１が図２の状態から図３の状態に移る回数が正常接合時よりも少なくなる。このことから、沈み込み量Ｄが一時的に停滞する回数は正常接合時よりも少なくなるので、金属板１０、１１の接合が不良であると判断できる。

このように、本実施の形態の超音波金属接合機１０１では、第１の実施の形態の超音波金属接合機１と同様に、金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れていても、接合途中でホーン３の超音波振動を停止するようにした。

したがって、作業者は、金属板１０、１１を超音波金属接合機１０１から外して次の接合作業に移ることが可能になる。よって、本実施の形態の超音波金属接合機１０１は、良品の接合金属板を効率良く製造することができる。また、この場合の接合金属板も、第１の実施の形態の接合金属板１３と同様に、従来の接合金属板よりも高い品質を確保することができる。

第３の実施の形態：
図６に示すように、本実施の形態の超音波金属接合機２０１（括弧書きで表示）は、アンビル２と、ホーン３と、変位量センサ４０と、超音波金属接合機コントローラ５１（括弧書きで表示）と、超音波振動子および加圧装置（図示せず）とを備えている。

超音波金属接合機コントローラ５１は、本件発明のホーン駆動制御手段を構成しており、変位量センサ４０等に接続されている。また、この超音波金属接合機コントローラ５１には、各種の接合条件に応じた正常接合時の沈み込み量波形が記憶されている。そして、超音波金属接合機コントローラ５１は、変位量センサ４０等から出力された各種の信号に基づいて、ホーン３の駆動制御等、各種の制御を行うように構成されている。その他の部分は、第２の実施の形態の超音波金属接合機１０１と同じである。

以上のように構成されている超音波金属接合機２０１は、第１の実施の形態で説明したように金属板１０、１１の接合が完了した場合や、金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れている場合に、ホーン３の超音波振動を停止する。その制御処理を図９のフローチャートを用いて以下に説明する。この制御処理は、上側の金属板１１の沈み込み状態を利用して行うものである。

（ステップＳ２０１〜Ｓ２０２）
この処理では、図７のステップＳ１０１〜Ｓ１０２と同様の処理が行われる。その結果、超音波金属接合機コントローラ５１は、図８に示した階段状の沈み込み量波形を作成する。
（ステップＳ２０３）
次に、超音波金属接合機コントローラ５１は、図８の沈み込み量波形から、所定時間ｔ内の段部の数が正常接合時よりも少ないか否かを判断する。
（ステップＳ２０４）
次に、超音波金属接合機コントローラ５１は、図８の様な、所定時間ｔ内に沈み込み量ＤがＣに示す段部の状態の回数が正常接合時よりも少ないと判断した場合には（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、図８の沈み込み量波形の状態が正常接合時の沈み込み量波形の状態と相違すると判断する。これにより、超音波金属接合機コントローラ５１は、金属板１０、１１の接合が不良であると判断して超音波振動子の駆動を停止する。したがって、図８のＳ時点でホーン３の超音波振動が停止して制御処理が終了する。
（ステップＳ２０５〜ステップＳ２０６）
また、超音波金属接合機コントローラ５１は、所定時間ｔ内の段部の数が正常接合時と同じまたは多いと判断した場合には（ステップＳ２０３でＮＯ）、沈み込み量波形の状態が正常接合時の沈み込み量波形の状態と同じであると判断する。これにより、超音波金属接合機コントローラ５１は、金属板１０、１１の接合が良好であると判断して、接合が完了するまでホーン３の超音波振動の駆動を続ける。そして、超音波金属接合機コントローラ５１は、金属板１０、１１の接合が完了したらホーン３の超音波振動を停止して（ステップＳ２０４）、制御処理を終了する。

なお、沈み込み量波形の段部が正常接合時よりも少ない場合に、金属板１０、１１の接合が不良である理由について説明する。

第１の実施の形態で説明したように、金属板１０、１１の接合時には、金属板１０、１１は図２の状態と図３の状態とを繰り返す、つまり、上側の金属板１１の沈み込みが間欠的に起きる。したがって、沈み込み量波形は階段状になる。

金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れている場合には、金属板１０、１１は正常接合時（接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れていない場合）よりも滑るために、図２の状態が正常接合時よりも長くかかる。

したがって、金属板１０、１１が図２の状態から図３の状態に移る回数が正常接合時よりも少なくなる。このことから、この場合の沈み込み量波形において、段部が正常接合時よりも少なくなるので金属板１０、１１の接合が不良であると判断できる。

このように、本実施の形態の超音波金属接合機２０１では、第１の実施の形態の超音波金属接合機１と同様に、金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れていても、接合途中でホーン３の超音波振動を停止するようにした。

したがって、作業者は、金属板１０、１１を超音波金属接合機２０１から外して次の接合作業に移ることが可能になる。よって、本実施の形態の超音波金属接合機２０１は、良品の接合金属板を効率良く製造することができる。また、この場合の接合金属板も、第１の実施の形態の接合金属板１３と同様に、従来の接合金属板よりも高い品質を確保することができる。

第４の実施の形態：
図１０は、本件発明の第４の実施の形態を示す超音波金属接合機３０１のシステム図である。この超音波金属接合機３０１は、アンビル２と、ホーン３と、出力センサ４と、変位量センサ４０と、超音波金属接合機コントローラ５２と、超音波振動子および加圧装置（図示せず）とを備えている。

超音波金属接合機コントローラ５２は本件発明のホーン駆動制御手段を構成しており、出力センサ４や変位量センサ４０等に接続されている。また、この超音波金属接合機コントローラ５２には、各種の接合条件に応じた正常接合時の出力波形や沈み込み量波形が記憶されている。そして、超音波金属接合機コントローラ５２は、出力センサ４や変位量センサ４０等から出力された各種の信号に基づいて、ホーン３の駆動制御等、各種の制御を行うように構成されている。その他の部分は、第１の実施の形態や第２の実施の形態で説明した通りである。

以上のように構成されている超音波金属接合機３０１は、第１の実施の形態で説明したように金属板１０、１１の接合が完了した場合や、金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れている場合に、ホーン３の超音波振動を停止する。その制御処理を図１１のフローチャートを用いて以下に説明する。この制御処理は、超音波金属接合機３０１の出力状態および、上側の金属板１１の沈み込み状態を利用して行うものである。

（ステップＳ３０１）
まず、ホーン３が超音波振動を開始すると、出力センサ４は、超音波金属接合機３０１の出力を連続的に検出して検出信号を超音波金属接合機コントローラ５２に出力する。これと同時に、変位量センサ４０は、上側の金属板１１の沈み込み量を連続的に検出して検出信号を超音波金属接合機コントローラ５２に出力する。
（ステップＳ３０２）
次に、超音波金属接合機コントローラ５２は、変位量センサ４０から出力された検出信号に基づき、ホーン３の超音波振動の開始から所定時間ｔが経過するまで、階段状の沈み込み量波形を作成する（図１２参照）。これと同時に、超音波金属接合機コントローラ５２は、出力センサ４から出力された検出信号に基づき、ホーン３の超音波振動の開始から所定時間ｔが経過するまで、超音波金属接合機３０１の出力波形を作成する（図１２参照）。
（ステップＳ３０３）
次に、超音波金属接合機コントローラ５２は、図１２の出力波形から、所定時間ｔ内に出力Ｐが一時的に低下する回数が正常接合時よりも少ないか否かを判断する。同時に、超音波金属接合機コントローラ５２は、図１２の沈み込み量波形から、所定時間ｔ内に沈み込み量Ｄが一時的に停滞する回数が正常接合時よりも少ないか否かを判断する。
（ステップＳ３０４）
次に、超音波金属接合機コントローラ５２は、図１２の様な所定時間ｔ内に出力ＰがＡに示す一時的に低下する状態の回数が正常接合時よりも少ないと判断した場合、または、図１２の様な所定時間ｔ内に沈み込み量ＤがＢに示す一時的に停滞する状態の回数が正常接合時よりも少ないと判断した場合には（ステップＳ３０３でＹＥＳ）、図１２の出力波形の状態または沈み込み量波形の状態が正常接合時の状態と相違すると判断する。これにより、超音波金属接合機コントローラ５２は、金属板１０、１１の接合が不良であると判断して超音波振動子の駆動を停止する。したがって、図１２のＳ時点でホーン３の超音波振動が停止して制御処理が終了する。
（ステップＳ３０５〜ステップＳ３０６）
また、超音波金属接合機コントローラ５２は、所定時間ｔ内に出力Ｐが一時的に低下する回数や、所定時間ｔ内に沈み込み量Ｄが一時的に停滞する回数が正常接合時における回数と同じまたは多いと判断した場合には（ステップＳ３０３でＮＯ）、出力波形の状態または沈み込み量波形の状態が正常接合時の状態と同じであると判断する。

したがって、超音波金属接合機コントローラ５２は、金属板１０、１１の接合が良好であると判断して、接合が完了するまでホーン３の超音波振動の駆動を続ける。そして、超音波金属接合機コントローラ５２は、金属板１０、１１の接合が完了したらホーン３の超音波振動を停止して（ステップＳ３０４）、制御処理を終了する。

なお、所定時間ｔ内に出力Ｐが一時的に低下する回数や、沈み込み量Ｄが一時的に停滞する回数が正常接合時よりも少ない場合に、金属板１０、１１の接合が不良となる理由は、第１の実施の形態や第２の実施の形態で説明した通りである。

このように、本実施の形態の超音波金属接合機３０１では、第１の実施の形態の超音波金属接合機１と同様に、金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れていても、接合途中でホーン３の超音波振動を停止するようにした。

したがって、作業者は、金属板１０、１１を超音波金属接合機３０１から外して次の接合作業に移ることが可能になる。

さらに、本実施の形態の超音波金属接合機３０１では、金属板１０、１１の接合不良の判断条件として、超音波金属接合機３０１の出力状態と、上側の金属板１１の沈み込み状態を利用した。したがって、本実施の形態の超音波金属接合機３０１は、第１の実施の形態〜第３の実施の形態の超音波金属接合機に比べて接合不良の判断条件が多くなるので、接合不良の判断が正確になる。このため、不良品を製造する可能性が非常に少なくなる。

よって、本実施の形態の超音波金属接合機３０１は、第１の実施の形態〜第３の実施の形態の超音波金属接合機に比べて、良品の接合金属板をより効率良く製造することができる。したがって、この場合の接合金属板は、第１の実施の形態〜第３の実施の形態の超音波金属接合機で製造された接合金属板よりも、さらに高い品質を確保することができる。

第５の実施の形態：
図１０に示すように、本実施の形態の超音波金属接合機４０１（括弧書きで表示）は、アンビル２と、ホーン３と、出力センサ４と、変位量センサ４０と、超音波金属接合機コントローラ５３（括弧書きで表示）と、超音波振動子および加圧装置（図示せず）とを備えている。

超音波金属接合機コントローラ５３は本件発明のホーン駆動制御手段を構成しており、出力センサ４や変位量センサ４０等に接続されている。また、この超音波金属接合機コントローラ５３には、各種の接合条件に応じた正常接合時の出力波形や沈み込み量波形が記憶されている。そして、超音波金属接合機コントローラ５３は、出力センサ４や変位量センサ４０等から出力された各種の信号に基づいて、ホーン３の駆動制御等、各種の制御を行うように構成されている。その他の部分は、第１の実施の形態や第２の実施の形態で説明した通りである。

以上のように構成されている超音波金属接合機４０１は、第１の実施の形態で説明したように金属板１０、１１の接合が完了した場合や、金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れている場合に、ホーン３の超音波振動を停止する。その制御処理を図１３のフローチャートを用いて以下に説明する。この制御処理は、超音波金属接合機４０１の出力状態および上側の金属板１１の沈み込み状態を利用して行うものである。

（ステップＳ４０１〜ステップＳ４０２）
この処理では、図１１のステップＳ３０１〜Ｓ３０２と同様の処理が行われる。つまり、超音波金属接合機コントローラ５３は、図１２に示した超音波金属接合機４０１の出力波形と上側の金属１１の沈み込み量波形を作成する。
（ステップＳ４０３）
次に、超音波金属接合機コントローラ５３は、図１２の出力波形から、所定時間ｔ内に出力Ｐが一時的に低下する回数が正常接合時よりも少ないか否かを判断する。同時に、超音波金属接合機コントローラ５３は、図１２の沈み込み量波形から、所定時間ｔ内の段部の数が正常接合時よりも少ないか否かを判断する。
（ステップＳ４０４）
次に、超音波金属接合機コントローラ５３は、図１２の様な所定時間ｔ内に出力ＰがＡに示す一時的に低下する状態の回数が正常接合時よりも少ないと判断した場合、または、図１２の様な所定時間ｔ内に沈み込み量ＤがＣに示す段部の状態の回数が正常接合時よりも少ないと判断した場合には（ステップＳ４０３でＹＥＳ）、図１２の出力波形の状態または沈み込み量波形の状態が正常接合時の状態と相違すると判断する。これにより、超音波金属接合機コントローラ５３は、金属板１０、１１の接合が不良であると判断して超音波振動子の駆動を停止する。したがって、図１２のＳ時点でホーン３の超音波振動が停止して制御処理が終了する。
（ステップＳ４０５〜ステップＳ４０６）
また、超音波金属接合機コントローラ５３は、所定時間ｔ内に出力Ｐが一時的に低下する回数や、所定時間ｔ内で沈み込み量波形の段部の数が正常接合時と同じまたは多いと判断した場合には（ステップＳ４０３でＮＯ）、出力波形の状態または沈み込み量波形の状態が正常接合時の状態と同じであると判断する。

したがって、超音波金属接合機コントローラ５３は、金属板１０、１１の接合が良好であると判断して、接合が完了するまでホーン３の超音波振動の駆動を続ける。そして、超音波金属接合機コントローラ５３は、金属板１０、１１の接合が完了したらホーン３の超音波振動を停止して（ステップＳ４０４）、制御処理を終了する。

なお、所定時間ｔ内に出力Ｐが一時的に低下する回数や、沈み込み量波形の段部Ｃの数が正常接合時よりも少ない場合に、金属板１０、１１の接合が不良となる理由は、第１の実施の形態や第３の実施の形態で説明した通りである。

このように、本実施の形態の超音波金属接合機４０１では、第１の実施の形態の超音波金属接合機１と同様に、金属板１０、１１の接合面１０ａ、１１ａが油脂等で汚れていても、接合途中でホーン３の超音波振動を停止するようにした。

したがって、作業者は、金属板１０、１１を超音波金属接合機４０１から外して次の接合作業に移ることが可能になる。

さらに、本実施の形態の超音波金属接合機４０１は、第４の実施の形態の超音波金属接合機３０１と同様に、金属板１０、１１の接合完了の判断条件として、超音波金属接合機４０１の出力状態と、上側の金属板１１の沈み込み状態を利用した。したがって、第１の実施の形態〜第３の実施の形態の超音波金属接合機に比べて、接合不良の判断が正確になるため、不良品を製造する可能性が非常に少なくなる。

よって、本実施の形態の超音波金属接合機４０１は、第１の実施の形態〜第３の実施の形態の超音波金属接合機に比べて、良品の接合金属板をより効率良く製造することができる。したがって、この場合の接合金属板は、第１の実施の形態〜第３の実施の形態の超音波金属接合機で製造された接合金属板よりも、さらに高い品質を確保することができる。

以上、本件発明にかかる実施の形態を例示したが、この実施の形態は本件発明の内容を限定するものではない。また、本件発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。例えば、出力波形や沈み込み量の波形を表示装置を用いて表示して、作業者が接合の良否を視覚的に判断するようにしても良い。

以上説明したように本件発明の超音波金属接合機では、良品の接合金属板を効率良く製造することができる。また、本件の接合金属板では、本件発明の超音波金属接合機を用いたことにより高い品質を確保することができる。したがって、本件発明を、超音波金属接合機の技術分野で充分に利用することができる。

１超音波金属接合機
２アンビル
３ホーン
４出力センサ
５超音波金属接合機コントローラ
１０金属板
１０ａ接合面
１１金属板
１１ａ接合面
１３接合金属板
４０変位量センサ
５０超音波金属接合機コントローラ
５１超音波金属接合機コントローラ
５２超音波金属接合機コントローラ
５３超音波金属接合機コントローラ
１０１超音波金属接合機
２０１超音波金属接合機
３０１超音波金属接合機
４０１超音波金属接合機
Ｃ段部
Ｄ沈み込み量
Ｐ出力
ｔ所定時間

Claims

アンビルに二枚の金属板を重ねた状態で載置させ、前記アンビルとホーンとで前記二枚の金属板を挟持して、この状態で前記ホーンが水平方向に超音波振動して上側の金属板にこの超音波振動を与えて当該二枚の金属板同士を左右に摺り合わせて接合することにより接合金属板を得る超音波金属接合機において、
前記ホーンの超音波振動の開始時から前記超音波金属接合機のホーンの駆動力を連続的に検出して検出信号を出力する検出手段と、
この検出手段から出力された検出信号に基づき、所定時間が経過するまで出力波形を作成し、この波形の状態が正常接合時の波形の状態と相違する場合には、前記二枚の金属板の接合が不良であると判断して前記ホーンの超音波振動を停止するホーン駆動制御手段とを備え、
前記ホーン駆動制御手段は、前記出力波形で示される比例的に増加する出力の軌跡に対
して一時的に出力が低下する回数が正常接合時よりも少ない場合に、前記出力波形の状態
が正常接合時の出力波形の状態と相違していると判断し、前記ホーンの超音波振動を停止
することを特徴とする超音波金属接合機。