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JP7678709B2 - Ultrasonic bonding equipment - Google Patents

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JP7678709B2 JP2021093367A JP2021093367A JP7678709B2 JP 7678709 B2 JP7678709 B2 JP 7678709B2 JP 2021093367 A JP2021093367 A JP 2021093367A JP 2021093367 A JP2021093367 A JP 2021093367A JP 7678709 B2 JP7678709 B2 JP 7678709B2
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Description

本発明は、超音波接合装置に関し、詳しくは、加圧された超音波ホーンの先端を樹脂ボスの頭部に当接させ、該超音波ホーンに超音波振動を印加することにより樹脂ボスを溶融して超音波カシメ加工を行う超音波接合装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic bonding device, and more specifically, to an ultrasonic bonding device that brings the tip of a pressurized ultrasonic horn into contact with the head of a resin boss and applies ultrasonic vibrations to the ultrasonic horn to melt the resin boss and perform ultrasonic crimping.

従来、樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工を行う超音波接合装置としては特許文献1に開示された「超音波接合装置」が知られている。 Conventionally, the "ultrasonic bonding device" disclosed in Patent Document 1 is known as an ultrasonic bonding device that performs ultrasonic crimping using a resin boss.

この特許文献1に開示された「超音波接合装置」は、アンビルに埋め込まれた熱流センサにより接合部位に発生する熱流をモニタし、このモニタした熱流に基づき超音波ホーンに印加する超音波振動を制御するように構成されており、その図4乃至図6には、樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工の実施例が記載されている。 The "ultrasonic bonding device" disclosed in this patent document is configured to monitor the heat flow generated at the bonding site using a heat flow sensor embedded in the anvil and control the ultrasonic vibration applied to the ultrasonic horn based on this monitored heat flow, and Figures 4 to 6 of the document show an example of ultrasonic crimping using a resin boss.

しかし、特許文献1に開示された樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工は、超音波ホーンに対して超音波振動を連続して印加するように構成されているため、超音波振動の制御が難しく、また、超音波ホーン接触部の樹脂過昇温による樹脂の劣化、変色や、樹脂液化にともなうキャビテーション現象で超音波ホーン浸食(エロージョン)が生じ、超音波ホーンの寿命が短くなるという問題があった。 However, the ultrasonic crimping process using a resin boss disclosed in Patent Document 1 is configured to continuously apply ultrasonic vibrations to the ultrasonic horn, which makes it difficult to control the ultrasonic vibrations. In addition, there are problems with the resin deteriorating and discoloring due to excessive heating of the resin at the contact point with the ultrasonic horn, and with the cavitation phenomenon caused by liquefaction of the resin, which causes erosion of the ultrasonic horn and shortens the lifespan of the ultrasonic horn.

特開2018-1176号公報JP 2018-1176 A

そこで、本発明は、超音波ホーンに対して超音波振動を間欠的に印加するようにして、樹脂過昇温を抑制し、無駄な時間を与えることなく効率よく高品質な超音波カシメ加工を行うことができるようにした超音波接合装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an ultrasonic bonding device that applies ultrasonic vibrations to an ultrasonic horn intermittently, thereby preventing the resin from overheating and enabling efficient, high-quality ultrasonic crimping without wasting time.

上記の目的を達成するため、請求項1の発明は、超音波ホーンの先端を樹脂ボスの頭部に当接させ、該超音波ホーンに超音波振動を印加することにより前記樹脂ボスを溶融して該樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工を行う超音波接合装置であって、前記樹脂ボスの溶融にとともなう前記超音波ホーンの変位を検知する変位検知手段と、前記変位検知手段による前記超音波ホーンの変位量が所定の単位変位量に達するまで前記超音波振動の印加を継続し、当該変位量が前記単位変位量になると前記超音波振動の印加を停止し、前記超音波ホーンの変位が停滞すると再び前記超音波振動の印加を開始し、この制御を前記樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工が完了するまで繰り返す超音波制御手段と、を具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is an ultrasonic joining device that abuts the tip of an ultrasonic horn against the head of a resin boss and applies ultrasonic vibrations to the ultrasonic horn to melt the resin boss and perform ultrasonic crimping using the resin boss, and is characterized in having a displacement detection means for detecting the displacement of the ultrasonic horn accompanying the melting of the resin boss, and ultrasonic control means for continuing to apply the ultrasonic vibrations until the displacement amount of the ultrasonic horn detected by the displacement detection means reaches a predetermined unit displacement amount , stopping the application of the ultrasonic vibrations when the displacement amount reaches the unit displacement amount, and starting the application of the ultrasonic vibrations again when the displacement of the ultrasonic horn stagnates, and repeating this control until the ultrasonic crimping using the resin boss is completed.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記超音波制御手段は、前記変位検知手段による前記超音波ホーンの変位が予め設定した目標変位量に達すると前記樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工の完了と判断する、ことを特徴とする。 The invention of claim 2 is the invention of claim 1, characterized in that the ultrasonic control means determines that the ultrasonic crimping process using the resin boss is completed when the displacement of the ultrasonic horn detected by the displacement detection means reaches a preset target displacement amount.

請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記超音波制御手段は、前記超音波ホーンに印加される超音波振動がピークパワーに到達すると前記超音波カシメ加工の完了と判断する、ことを特徴とする。 The invention of claim 3 is the invention of claim 1, characterized in that the ultrasonic control means determines that the ultrasonic crimping process is complete when the ultrasonic vibration applied to the ultrasonic horn reaches a peak power.

請求項4の発明は、超音波ホーンの先端を樹脂ボスの頭部に当接させ、前記超音波ホーンに超音波振動を印加することにより前記樹脂ボスを溶融して該樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工を行う超音波接合装置であって、前記超音波ホーンの変位を検知する変位検知手段と、前記変位検知手段による前記超音波ホーンの変位量が所定の単位変位量に達するまで前記超音波振動の印加を継続し、当該変位量が前記単位変位量になると前記超音波振動の印加を停止し、一定時間経過すると再び前記超音波振動の印加を開始し、この制御を前記樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工が完了するまで繰り返す超音波制御手段と、を具備することを特徴とする。

The invention of claim 4 is an ultrasonic joining device that abuts the tip of an ultrasonic horn against the head of a resin boss and applies ultrasonic vibrations to the ultrasonic horn to melt the resin boss and perform ultrasonic crimping using the resin boss, and is characterized in having a displacement detection means for detecting the displacement of the ultrasonic horn, and ultrasonic control means for continuing to apply the ultrasonic vibrations until the displacement amount of the ultrasonic horn detected by the displacement detection means reaches a predetermined unit displacement amount, stopping the application of the ultrasonic vibrations when the displacement amount becomes the unit displacement amount , and starting the application of the ultrasonic vibrations again after a certain time has elapsed, and repeating this control until the ultrasonic crimping using the resin boss is completed.

請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記超音波制御手段は、前記変位検知手段による前記超音波ホーンの変位が予め設定した目標変位量に達すると前記樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工の完了と判断する、ことを特徴とする。 The invention of claim 5 is characterized in that, in the invention of claim 4, the ultrasonic control means determines that the ultrasonic crimping process using the resin boss is completed when the displacement of the ultrasonic horn detected by the displacement detection means reaches a preset target displacement amount.

請求項6の発明は、請求項4の発明において、前記超音波制御手段は、前記超音波ホーンに印加される超音波振動がピークパワーに到達すると前記超音波カシメ加工の完了と判断する、ことを特徴とする。 The invention of claim 6 is the invention of claim 4, characterized in that the ultrasonic control means determines that the ultrasonic crimping process is complete when the ultrasonic vibration applied to the ultrasonic horn reaches a peak power.

本発明によれば、超音波ホーンの先端を樹脂ボスの頭部に当接させ、該超音波ホーンに超音波振動を印加することにより前記樹脂ボスを溶融して該樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工を行う超音波接合装置であって、前記樹脂ボスの溶融にとともなう前記超音波ホーンの変位を検知する変位検知手段と、前記変位検知手段による前記超音波ホーンの変位量が所定の単位変位量になると前記超音波振動の印加を停止し、前記超音波ホーンの変位が停滞すると再び前記超音波振動の印加を開始し、この制御を前記樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工が完了するまで繰り返す超音波制御手段と、を具備して構成したので、樹脂過昇温を抑制し、無駄な時間を与えることなく効率よく超音波カシメ加工を行うことができるという効果を奏する。 According to the present invention, an ultrasonic joining device that brings the tip of an ultrasonic horn into contact with the head of a resin boss and applies ultrasonic vibrations to the ultrasonic horn to melt the resin boss and perform ultrasonic crimping using the resin boss is provided with a displacement detection means that detects the displacement of the ultrasonic horn accompanying the melting of the resin boss, and an ultrasonic control means that stops applying the ultrasonic vibrations when the displacement of the ultrasonic horn detected by the displacement detection means reaches a predetermined unit displacement amount, and starts applying the ultrasonic vibrations again when the displacement of the ultrasonic horn stagnates, and repeats this control until the ultrasonic crimping using the resin boss is completed. This has the effect of suppressing excessive heating of the resin and efficiently performing ultrasonic crimping without wasting time.

図1は、本発明に係る超音波接合装置の概略を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing an outline of an ultrasonic bonding apparatus according to the present invention. 図2は、図1に示した超音波接合装置による超音波カシメ加工の動作を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of ultrasonic crimping by the ultrasonic bonding apparatus shown in FIG. 図3は、図1に示した超音波接合装置による超音波カシメ加工の動作を説明するグラフである。FIG. 3 is a graph illustrating the operation of ultrasonic crimping by the ultrasonic bonding apparatus shown in FIG. 図4は、図1に示した超音波接合装置による超音波カシメ加工の動作を説明するフローチャートである。FIG. 4 is a flow chart for explaining the operation of the ultrasonic crimping process by the ultrasonic bonding apparatus shown in FIG. 図5は、図1に示した超音波接合装置による超音波カシメ加工の他の動作を説明するフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart for explaining another operation of the ultrasonic crimping process by the ultrasonic bonding apparatus shown in FIG.

以下、本発明を実施するための実施例について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the attached drawings.

図1は、本発明に係る超音波接合装置の概略を示す側面図である。 Figure 1 is a side view showing an outline of the ultrasonic bonding device according to the present invention.

図1において、本発明に係る超音波接合装置100は、台座10に固定されたアンビル20上に樹脂ボス31aを含むワーク30を載置し、このワーク30の樹脂ボス31に図示しない加圧装置から加重を与えるとともに、超音波ホーン(以下、単にホーンという)40の先端から超音波振動を印加することにより、ワーク30の樹脂ボス31aの溶融カシメ加工を行うものである。 In FIG. 1, the ultrasonic joining device 100 according to the present invention places a workpiece 30 including a resin boss 31a on an anvil 20 fixed to a base 10, applies pressure to the resin boss 31 of the workpiece 30 from a pressure device (not shown), and applies ultrasonic vibrations from the tip of an ultrasonic horn (hereinafter simply referred to as the horn) 40, thereby melting and crimping the resin boss 31a of the workpiece 30.

ホーン40は、コーン50を介して超音波振動子(以下、単に振動子という)60に接続され、振動子60は、超音波発振機70によりその超音波振動が制御される。ここで、ワーク30の接合対象部位に対してホーン40の先端から印加される超音波振動は、接合対象部位に対して垂直な縦方向Yの振動であり、縦方向Yの振動は、樹脂に対する溶融接合等に適している
ホーン40、コーン50、振動子60を含む部分は、コーン50に取り付けられた超音波振動子ホルダ(以下、単に振動子ホルダという)61により保持され、図示しない加重装置からのワーク30への加重は、この振動子ホルダ61を介して行われ、コーンの変位は振動子ホルダ61の移動を検出する変位計80により検出される。
The horn 40 is connected to an ultrasonic vibrator (hereinafter simply referred to as the vibrator) 60 via a cone 50, and the ultrasonic vibration of the vibrator 60 is controlled by an ultrasonic generator 70. Here, the ultrasonic vibration applied from the tip of the horn 40 to the part to be joined of the workpiece 30 is a vibration in the vertical direction Y perpendicular to the part to be joined, and the vibration in the vertical direction Y is suitable for melt joining of resin, etc. The part including the horn 40, the cone 50, and the vibrator 60 is held by an ultrasonic vibrator holder (hereinafter simply referred to as the vibrator holder) 61 attached to the cone 50, and a load is applied to the workpiece 30 from a load device (not shown) via the vibrator holder 61, and the displacement of the cone is detected by a displacement meter 80 that detects the movement of the vibrator holder 61.

この超音波接合装置100で用いられるワーク30は、図2(A)に詳細を示すように、樹脂板31と金属板32を重ね合わせ、樹脂板31に植設された樹脂ボス31aを金属板32の孔32aを通って金属板32の上に露出させて構成されており、この超音波接合装置100においては、金属板32の上に露出させた樹脂ボス31aに、ホーン40を接触させ超音波振動を印加するとともに加重を与えることにより樹脂ボス31aを溶融させて樹脂板31と金属板32との樹脂ボス31aを行う。ここで、金属板32の代わりに樹脂板を用いてもよい。 As shown in detail in FIG. 2(A), the workpiece 30 used in the ultrasonic bonding device 100 is constructed by overlapping a resin plate 31 and a metal plate 32, and exposing a resin boss 31a embedded in the resin plate 31 on the metal plate 32 through a hole 32a in the metal plate 32. In the ultrasonic bonding device 100, the horn 40 is brought into contact with the resin boss 31a exposed on the metal plate 32, ultrasonic vibration is applied, and weight is applied to melt the resin boss 31a, thereby bonding the resin plate 31 and the metal plate 32. Here, a resin plate may be used instead of the metal plate 32.

この溶融カシメ接合するワーク30の代表的なものとしては、例えば、自動車内装品のドアトリムなどが挙げられる。 A typical example of the workpiece 30 to be joined by fusion crimping is the door trim of an automobile interior.

一般に、上記のような超音波カシメプロセスにおいては、ワーク30の温度が上昇することで、熱伝導によりホーン40の先端温度が上昇するとともに、ホーン40の先端に接触する樹脂ボス31aの過昇温が生じ、樹脂の劣化、変色や、樹脂液化にともなうキャビテーション現象によるホーン40の先端の浸食(エロージョン)が生じることがあり、この結果、適切な超音波カシメ加工ができなくなるとともに、ホーン40の寿命が短くなるという問題があった。 In general, in the ultrasonic crimping process described above, as the temperature of the workpiece 30 rises, the temperature of the tip of the horn 40 rises due to thermal conduction, and the resin boss 31a in contact with the tip of the horn 40 becomes overheated, which can cause deterioration and discoloration of the resin, and erosion of the tip of the horn 40 due to the cavitation phenomenon caused by the resin liquefaction. As a result, proper ultrasonic crimping cannot be performed, and the life of the horn 40 is shortened.

そこで、本発明に係る超音波接合装置100においては、ホーン40に対して超音波振動を間欠的に印加するようにして、樹脂ボス31aの過昇温を抑制し、これにより無駄な時間を与えることなく効率よく高品質の超音波カシメ加工を行うことができるようにしている。 Therefore, in the ultrasonic bonding device 100 according to the present invention, ultrasonic vibrations are applied intermittently to the horn 40 to prevent the resin boss 31a from overheating, thereby enabling efficient, high-quality ultrasonic crimping to be performed without wasting time.

図2(A)~(E)は、図1に示した超音波接合装置100の超音波カシメ加工の動作を説明する図であり、図3は、図1に示した超音波接合装置による超音波カシメ加工の動作を説明するグラフである。 Figures 2(A) to (E) are diagrams explaining the operation of the ultrasonic crimping process by the ultrasonic bonding device 100 shown in Figure 1, and Figure 3 is a graph explaining the operation of the ultrasonic crimping process by the ultrasonic bonding device shown in Figure 1.

図2及び図3において、図2(A)に示すように、ホーン40の先端が樹脂ボス31aの頭部に接触すると、超音波発振機70の制御により振動子60の超音波発振動作が開始され(図3の時点t0)、この振動子60で発振された超音波振動は、コーン50、ホーン40を経由してホーン40の先端から樹脂ボス31aの頭部に伝達される。 In Figures 2 and 3, as shown in Figure 2 (A), when the tip of the horn 40 comes into contact with the head of the resin boss 31a, the ultrasonic oscillation operation of the transducer 60 is started under the control of the ultrasonic oscillator 70 (time t0 in Figure 3), and the ultrasonic vibration oscillated by the transducer 60 is transmitted from the tip of the horn 40 via the cone 50 and the horn 40 to the head of the resin boss 31a.

ホーン40の先端には、樹脂ボス31aをカシメ加工するためのカシメ型41が形成されており、樹脂ボス31aはその頭部からカシメ型41に沿って溶融し、ホーン40の変位量は所定の単位変位量ΔZだけ下降する(図3の時点t0から時点t1)。この状態が図2(B)に示される。 At the tip of the horn 40, a crimping die 41 is formed for crimping the resin boss 31a. The resin boss 31a melts from its head along the crimping die 41, and the displacement of the horn 40 decreases by a predetermined unit displacement amount ΔZ (from time t0 to time t1 in FIG. 3). This state is shown in FIG. 2(B).

ここで、単位変位量ΔZは、振動子60の発振周波数、樹脂ボス31aによる超音波カシメ加工の速度等に応じた予め設定されている。 Here, the unit displacement amount ΔZ is preset according to the oscillation frequency of the vibrator 60, the speed of the ultrasonic crimping process using the resin boss 31a, etc.

ホーン40が所定の単位変位量ΔZだけ下降すると、樹脂ボス31aの過昇温を抑制するために、振動子60の超音波発振動作を一時停止する(図3の時点t1)。これにより、樹脂ボス31aの溶融動作は遅くなり、ホーン40の変位は停滞する(図3の時点t1から時点t2)。 When the horn 40 descends by a predetermined unit displacement amount ΔZ, the ultrasonic oscillation operation of the vibrator 60 is temporarily stopped in order to prevent the resin boss 31a from overheating (time t1 in FIG. 3). This slows down the melting operation of the resin boss 31a, and the displacement of the horn 40 stagnates (from time t1 to time t2 in FIG. 3).

ホーン40の変位が停滞すると、再び振動子60の超音波発振動作を開始する(図3の時点t2)。これにより樹脂ボス31aは溶融を再開し、ホーン40の変位量は更に所定の単位変位量ΔZだけ下降する(図3の時点t2から時点t3)。この状態が図2(C)に示される。 When the displacement of the horn 40 stagnates, the ultrasonic oscillation of the vibrator 60 starts again (time t2 in FIG. 3). This causes the resin boss 31a to start melting again, and the displacement of the horn 40 further decreases by a predetermined unit displacement amount ΔZ (from time t2 to time t3 in FIG. 3). This state is shown in FIG. 2(C).

ホーン40が所定の単位変位量ΔZだけ更に下降すると、再び樹脂ボス31aの過昇温を抑制するために、振動子60の超音波発振動作を一時停止する(図3の時点t3)。これにより、樹脂ボス31aの溶融動作は遅くなり、ホーン40の変位は停滞する(図3の時点t3から時点t4)。 When the horn 40 further descends by a predetermined unit displacement amount ΔZ, the ultrasonic oscillation operation of the vibrator 60 is temporarily stopped again to prevent the resin boss 31a from overheating (time t3 in FIG. 3). This slows down the melting operation of the resin boss 31a, and the displacement of the horn 40 stagnates (from time t3 to time t4 in FIG. 3).

ホーン40の変位が停滞すると、振動子60の超音波発振動作を再開する(図3の時点t4)。これにより樹脂ボス31aは溶融し、ホーン40は変位量は所定の単位変位量ΔZだけ更に下降する(図3の時点t4から時点t5)。この状態が図2(D)に示される。 When the displacement of the horn 40 stagnates, the ultrasonic oscillation of the vibrator 60 is resumed (time t4 in FIG. 3). This causes the resin boss 31a to melt, and the displacement of the horn 40 further decreases by a predetermined unit displacement amount ΔZ (from time t4 to time t5 in FIG. 3). This state is shown in FIG. 2 (D).

ホーン40が更に所定の単位変位量ΔZだけ下降すると、再び樹脂ボス31aの過昇温を抑制するために、振動子60の超音波発振動作を一時停止する(図3の時点t5)。これにより、樹脂ボス31aの溶融動作は遅くなり、ホーン40の変位は停滞する(図3の時点t5から時点t6)。 When the horn 40 further descends by a predetermined unit displacement amount ΔZ, the ultrasonic oscillation operation of the vibrator 60 is temporarily stopped again to prevent the resin boss 31a from overheating (time t5 in FIG. 3). This slows down the melting operation of the resin boss 31a, and the displacement of the horn 40 stagnates (from time t5 to time t6 in FIG. 3).

ホーン40の変位が停滞すると、振動子60の超音波発振動作を再開する(図3の時点t6)。これにより樹脂ボス31aは溶融し、ホーン40は更に下降し(図3の時点t6から時点t7)、図2(E)に示すように、ホーン40の変位量がGDに達すると、樹脂冷却のため所定の時間加圧のみで保持するプロセスを経過後、この超音波カシメ加工を完了する。 When the displacement of the horn 40 stagnates, the ultrasonic oscillation of the vibrator 60 is resumed (time t6 in FIG. 3). This causes the resin boss 31a to melt, and the horn 40 further descends (from time t6 to time t7 in FIG. 3). As shown in FIG. 2(E), when the displacement of the horn 40 reaches GD, a process of holding the resin by pressure alone for a predetermined time to cool the resin is performed, and then the ultrasonic crimping process is completed.

図4は、図1に示した超音波接合装置による超音波カシメ加工の動作を説明するフローチャートである。 Figure 4 is a flow chart explaining the operation of ultrasonic crimping using the ultrasonic joining device shown in Figure 1.

この超音波カシメ加工が開始されると、まず、ホーン40を下降制御する(ステップ401)。そして、次に、ホーン40の先端が樹脂ボス31aの頭部に接触したかを調べる(ステップ402)。このホーン40の先端が樹脂ボス31aの頭部に接触したかの判断は変位計82の出力等を用いた周知の技術で検出できる。 When the ultrasonic crimping process is started, first, the horn 40 is controlled to descend (step 401). Then, it is checked whether the tip of the horn 40 has come into contact with the head of the resin boss 31a (step 402). Whether the tip of the horn 40 has come into contact with the head of the resin boss 31a can be detected by a well-known technique using the output of the displacement meter 82, etc.

ステップ402で、ホーン40の先端が樹脂ボス31aの頭部に接触していないと判断されると(ステップ402でN0)、ステップ402に戻り、ホーン40の先端が樹脂ボス31aの頭部に接触するのを待つが、ホーン40の先端が樹脂ボス31aの頭部に接触したと判断されると(ステップ402でYES)、ホーン40に印加する超音波発振を開始する(ステップ403)。 If it is determined in step 402 that the tip of the horn 40 is not in contact with the head of the resin boss 31a (NO in step 402), the process returns to step 402 and waits for the tip of the horn 40 to come into contact with the head of the resin boss 31a. However, if it is determined that the tip of the horn 40 has come into contact with the head of the resin boss 31a (YES in step 402), ultrasonic oscillation is applied to the horn 40 and is started (step 403).

次に、ホーンの変位量が単位変位量ΔZになったかを調べ(ステップ404)、ここで、ホーンの変位量が単位変位量ΔZになっていない場合は(ステップ404でNO)、ステップ404に戻って、ホーンの変位量が単位変位量ΔZになるのを待つが、ホーンの変位量が単位変位量ΔZになると(ステップ404でYES)、ホーン40に印加していた超音波発振を停止する(ステップ405)。 Next, it is checked whether the displacement of the horn has reached the unit displacement amount ΔZ (step 404). If the displacement of the horn has not reached the unit displacement amount ΔZ (NO in step 404), the process returns to step 404 and waits for the displacement of the horn to reach the unit displacement amount ΔZ. If the displacement of the horn reaches the unit displacement amount ΔZ (YES in step 404), the ultrasonic oscillation applied to the horn 40 is stopped (step 405).

ステップ405でホーン40に印加していた超音波発振を停止すると、次に、ホーン40の変位が停滞したかを調べる(ステップ406)。ここで、ホーン40の変位が停滞したかの判断は、一定時間内のホーン40の変位量を調べ、この変位量が所定の値以下になるとホーン40の変位が停滞したと判断する。 When the ultrasonic oscillation applied to the horn 40 is stopped in step 405, it is then checked whether the displacement of the horn 40 has stagnated (step 406). Here, the determination of whether the displacement of the horn 40 has stagnated is made by checking the amount of displacement of the horn 40 within a certain period of time, and if this amount of displacement becomes equal to or less than a predetermined value, it is determined that the displacement of the horn 40 has stagnated.

ステップ406で、ホーン40が停滞していないと判断されると(ステップ406でNO)、ステップ406に戻り、ホーン40の変位が停滞するのを待つが、ホーン40の変位が停滞していると判断されると(ステップ406でYES)、次に、ホーン40の変位が目標変位GDに達したかを調べる(ステップ407)。 If it is determined in step 406 that the horn 40 is not stagnating (NO in step 406), the process returns to step 406 and waits for the displacement of the horn 40 to stagnate. However, if it is determined that the displacement of the horn 40 is stagnating (YES in step 406), then it is checked whether the displacement of the horn 40 has reached the target displacement GD (step 407).

ここで、ホーン40の変位が目標変位GDに達していないと判断されると(ステップ407でNO)、ステップ403に戻り、ステップ403からステップ407の処理を、ステップ407でホーン40の変位が目標変位GDに達したと判断されるまで繰り返す。 If it is determined that the displacement of the horn 40 has not reached the target displacement GD (NO in step 407), the process returns to step 403, and the processing from step 403 to step 407 is repeated until it is determined in step 407 that the displacement of the horn 40 has reached the target displacement GD.

ステップ407でホーン40の変位が目標変位GDに達したと判断されると(ステップ407でYES)、所定の時間加圧のみで保持するプロセスを経過後、ホーン40を上昇制御して(ステップ408)、この超音波カシメ加工を終了する。 When it is determined in step 407 that the displacement of the horn 40 has reached the target displacement GD (YES in step 407), a process of maintaining the horn 40 by applying pressure only for a predetermined time is completed, and then the horn 40 is controlled to rise (step 408), thereby completing the ultrasonic crimping process.

図5は、図1に示した超音波接合装置による超音波カシメ加工の他の動作を説明するフローチャートである。 Figure 5 is a flowchart that explains other operations of ultrasonic crimping using the ultrasonic joining device shown in Figure 1.

この超音波カシメ加工においては、図4のステップ406で示した「変位が停滞したか」の判断を図5のステップ506に示すように「一定の時間経過したか」の判断に置換し、図4のステップ407で示した「目標変位GDに達したか」の判断を図5のステップ507に示すように「所定の目標ピークパワーに達したか」の判断に置換している。その他の処理は、図4に示したフローチャートの処理と同様である。 In this ultrasonic crimping process, the determination of "Has the displacement stagnated?" shown in step 406 of FIG. 4 is replaced with a determination of "Has a certain amount of time passed?" as shown in step 506 of FIG. 5, and the determination of "Has the target displacement GD been reached?" shown in step 407 of FIG. 4 is replaced with a determination of "Has a predetermined target peak power been reached?" as shown in step 507 of FIG. 5. The other processes are the same as those in the flowchart shown in FIG. 4.

すなわち、図4のステップ406の「変位が停滞したか」の判断は、樹脂ボス31aの過昇温が抑制できたかの判断であるので、この判断を樹脂ボス31aの過昇温を抑制する「一定の時間経過したか」の判断に置換した。 In other words, the determination of "Has the displacement stagnated?" in step 406 in FIG. 4 is a determination of whether excessive heating of the resin boss 31a has been suppressed, so this determination has been replaced with a determination of "Has a certain amount of time passed?" to suppress excessive heating of the resin boss 31a.

また、図4のステップ407の「目標変位GDに達したか」の判断は、超音波カシメ加工が完了したかの判断であるので、この判断を超音波振動のパワー(W)が「所定の目標ピークパワーに達したか」の判断に置換した。 In addition, the determination in step 407 in FIG. 4 of "Has the target displacement GD been reached?" is a determination of whether the ultrasonic crimping process is complete, so this determination has been replaced with a determination of whether the power (W) of the ultrasonic vibration has "reached a predetermined target peak power."

すなわち、一般の超音波カシメ加工においては、樹脂ボスを押し潰した時に負荷が増して超音波パワーが急峻に増大する。これは、これ以上樹脂ボスを潰すことはできないのに、超音波振動は継続されるからであり、超音波発振機側で大きなパワーを消費することが要因である。したがって、パワー(W)が急峻に増大する場合は、樹脂ボスを潰し切ったと捉えることができるので、パワー(W)をモニタすることで、樹脂ボスが完全に潰されたかを判断することができる。 In other words, in general ultrasonic crimping, when the resin boss is crushed, the load increases and the ultrasonic power increases sharply. This is because the ultrasonic vibration continues even though the resin boss cannot be crushed any further, and this causes a large amount of power to be consumed by the ultrasonic generator. Therefore, when the power (W) increases sharply, it can be assumed that the resin boss has been completely crushed, and by monitoring the power (W), it is possible to determine whether the resin boss has been completely crushed.

この場合、超音波振動振幅を一定に保つため、駆動電流が増加するので、この図5のフローチャートでは、パワー(W)を超音波発振機内部で演算(電流Aと電圧Vの積)してモニタし、ピークパワー(W)が目標ピークパワーGPに達すると、樹脂ボスを潰し切ったと判断するように構成されている。 In this case, the drive current increases to keep the ultrasonic vibration amplitude constant, so in the flowchart in Figure 5, the power (W) is calculated (the product of current A and voltage V) and monitored inside the ultrasonic oscillator, and when the peak power (W) reaches the target peak power GP, it is determined that the resin boss has been completely crushed.

図5においては、まず、まず、ホーン40を下降制御する(ステップ501)。そして、次に、ホーン40の先端が樹脂ボス31aの頭部に接触したかを調べ(ステップ502)、ここで、ホーン40の先端が樹脂ボス31aの頭部に接触していないと判断されると(ステップ502でN0)、ステップ502に戻り、ホーン40の先端が樹脂ボス31aの頭部に接触するのを待つが、ホーン40の先端が樹脂ボス31aの頭部に接触したと判断されると(ステップ502でYES)、ホーン40に印加する超音波発振を開始する(ステップ503)。 In FIG. 5, first, the horn 40 is controlled to descend (step 501). Then, it is checked whether the tip of the horn 40 has contacted the head of the resin boss 31a (step 502). If it is determined that the tip of the horn 40 has not contacted the head of the resin boss 31a (NO in step 502), the process returns to step 502 and waits for the tip of the horn 40 to contact the head of the resin boss 31a. If it is determined that the tip of the horn 40 has contacted the head of the resin boss 31a (YES in step 502), ultrasonic oscillation to be applied to the horn 40 is started (step 503).

次に、ホーンの変位量が単位変位量ΔZになったかを調べ(ステップ504)、ここで、ホーンの変位量が単位変位量ΔZになっていない場合は(ステップ504でNO)、ステップ504に戻って、ホーンの変位量が単位変位量ΔZになるのを待つが、ホーンの変位量が単位変位量ΔZになると(ステップ504でYES)、ホーン40に印加していた超音波発振を停止する(ステップ505)。 Next, it is checked whether the displacement of the horn has reached the unit displacement amount ΔZ (step 504). If the displacement of the horn has not reached the unit displacement amount ΔZ (NO in step 504), the process returns to step 504 and waits for the displacement of the horn to reach the unit displacement amount ΔZ. If the displacement of the horn reaches the unit displacement amount ΔZ (YES in step 504), the ultrasonic oscillation applied to the horn 40 is stopped (step 505).

ホーン40に印加していた超音波発振を停止すると、次に、超音波発振を停止してから一定の時間経過したかを調べる(ステップ506)。ここで、ステップ505で判断する一定の時間は、樹脂ボス31aの過昇温を抑制するための予め設定された一定の時間であり、ホーン40が加工するにしたがって順次大きくなる値若しくは小さくなる値を採用してもよい。 When the ultrasonic oscillation applied to the horn 40 is stopped, it is then checked whether a certain amount of time has passed since the ultrasonic oscillation was stopped (step 506). Here, the certain amount of time determined in step 505 is a certain amount of time that is set in advance to prevent the resin boss 31a from overheating, and a value that gradually increases or decreases as the horn 40 is processed may be used.

ステップ506で、一定の時間経過したと判断されると(ステップ506でNO)、ステップ506に戻り、一定の時間経過を待つが、一定の時間経過したと判断されると(ステップ506でYES)、次に、ホーン40に印加する超音波振動のパワー(W)が目標ピークパワーGPに達したかを調べる(ステップ507)。 If it is determined in step 506 that a certain amount of time has elapsed (NO in step 506), the process returns to step 506 and waits for the certain amount of time to elapse. If it is determined that the certain amount of time has elapsed (YES in step 506), the process next checks whether the power (W) of the ultrasonic vibration applied to the horn 40 has reached the target peak power GP (step 507).

ここで、超音波振動のパワー(W)が目標ピークパワーGPに達していないと判断されると(ステップ507でNO)、ステップ503に戻り、ステップ503からステップ507の処理を、ステップ507で、超音波振動のパワー(W)が目標ピークパワーGPに達したと判断されるまで繰り返す。 If it is determined that the power (W) of the ultrasonic vibration has not reached the target peak power GP (NO in step 507), the process returns to step 503, and the processes from step 503 to step 507 are repeated until it is determined in step 507 that the power (W) of the ultrasonic vibration has reached the target peak power GP.

ステップ507でホーン40に印加する超音波振動のパワー(W)が目標ピークパワーGPに達した判断されると(ステップ507でYES)、所定の時間加圧のみで保持するプロセスを経過後、ホーン40を上昇制御して(ステップ508)、この超音波カシメ加工を終了する。 When it is determined in step 507 that the power (W) of the ultrasonic vibration applied to the horn 40 has reached the target peak power GP (YES in step 507), a process of maintaining the power by only applying pressure for a predetermined time is completed, after which the horn 40 is controlled to rise (step 508), and the ultrasonic crimping process is terminated.

以上が本発明の一実施例の説明であるが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。 The above is an explanation of one embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment, and many modifications are possible using the ordinary creative abilities of a person skilled in the art, provided they fall within the scope of the technical concept of the present invention.

例えば、図4のフローチャートで示した超音波カシメ加工においては、樹脂ボス31aの過昇温を抑制するためにホーンに印加された超音波振動を停止する判断を再開する判断をステップ406の「変位が停滞したか」の判断で行ったが、この判断を図5のステップ506に示した「一定の時間経過したか」の判断で行ってもよい。 For example, in the ultrasonic crimping process shown in the flowchart of FIG. 4, the decision to stop the ultrasonic vibration applied to the horn to prevent the resin boss 31a from overheating was made in step 406 based on the decision of "has the displacement stagnated?", but this decision may also be made in step 506 in FIG. 5 based on the decision of "has a certain amount of time passed?".

また、図5のフローチャートでは超音波カシメ加工の完了の判断をステップ507の「所定の目標ピークパワーに達したか」の判断で行ったが、この判断を図4のステップ407に示した「目標変位GDに達したか」の判断で行ってもよい。 In addition, in the flowchart of FIG. 5, the completion of ultrasonic crimping is determined by determining "whether a predetermined target peak power has been reached" in step 507, but this determination may also be made by determining "whether a target displacement GD has been reached" as shown in step 407 of FIG. 4.

10…台座
20…アンビル
30…ワーク
31…樹脂板
31a…樹脂ボス
32…金属板
40…ホーン
41…カシメ型
50…コーン
60…振動子
61…振動子ホルダ
70…超音波発振機
80…変位計
REFERENCE SIGNS LIST 10: Base 20: Anvil 30: Workpiece 31: Resin plate 31a: Resin boss 32: Metal plate 40: Horn 41: Crimping mold 50: Cone 60: Transducer 61: Transducer holder 70: Ultrasonic oscillator 80: Displacement meter

Claims (6)

超音波ホーンの先端を樹脂ボスの頭部に当接させ、前記超音波ホーンに超音波振動を印加することにより前記樹脂ボスを溶融して該樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工を行う超音波接合装置であって、
前記超音波ホーンの変位を検知する変位検知手段と、
前記変位検知手段による前記超音波ホーンの変位量が所定の単位変位量に達するまで前記超音波振動の印加を継続し、当該変位量が前記単位変位量になると前記超音波振動の印加を停止し、前記超音波ホーンの変位が停滞すると再び前記超音波振動の印加を開始し、この制御を前記樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工が完了するまで繰り返す超音波制御手段と、
を具備することを特徴とする超音波接合装置。
An ultrasonic bonding device that performs ultrasonic crimping using a resin boss by bringing a tip of an ultrasonic horn into contact with a head of the resin boss and applying ultrasonic vibration to the ultrasonic horn to melt the resin boss,
A displacement detection means for detecting a displacement of the ultrasonic horn;
an ultrasonic control means for continuing to apply the ultrasonic vibration until the displacement amount of the ultrasonic horn detected by the displacement detection means reaches a predetermined unit displacement amount, stopping the application of the ultrasonic vibration when the displacement amount reaches the unit displacement amount , and starting the application of the ultrasonic vibration again when the displacement of the ultrasonic horn stagnates, and repeating this control until the ultrasonic crimping process using the resin boss is completed;
An ultrasonic bonding apparatus comprising:
前記超音波制御手段は、
前記変位検知手段による前記超音波ホーンの変位量が予め設定した目標変位量に達すると前記超音波カシメ加工の完了と判断する、
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波接合装置。
The ultrasonic control means includes:
When the displacement amount of the ultrasonic horn detected by the displacement detection means reaches a preset target displacement amount, it is determined that the ultrasonic crimping process is completed.
2. The ultrasonic bonding apparatus according to claim 1 .
前記超音波制御手段は、
前記超音波ホーンに印加される超音波振動がピークパワーに到達すると前記超音波カシメ加工の完了と判断する、
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波接合装置。
The ultrasonic control means includes:
When the ultrasonic vibration applied to the ultrasonic horn reaches a peak power, the ultrasonic crimping process is determined to be completed.
2. The ultrasonic bonding apparatus according to claim 1 .
超音波ホーンの先端を樹脂ボスの頭部に当接させ、前記超音波ホーンに超音波振動を印加することにより前記樹脂ボスを溶融して該樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工を行う超音波接合装置であって、
前記超音波ホーンの変位を検知する変位検知手段と、
前記変位検知手段による前記超音波ホーンの変位量が所定の単位変位量に達するまで前記超音波振動の印加を継続し、当該変位量が前記単位変位量になると前記超音波振動の印加を停止し、一定時間経過すると再び前記超音波振動の印加を開始し、この制御を前記樹脂ボスを用いた超音波カシメ加工が完了するまで繰り返す超音波制御手段と、
を具備することを特徴とする超音波接合装置。
An ultrasonic bonding device that performs ultrasonic crimping using a resin boss by bringing a tip of an ultrasonic horn into contact with a head of the resin boss and applying ultrasonic vibration to the ultrasonic horn to melt the resin boss,
A displacement detection means for detecting a displacement of the ultrasonic horn;
an ultrasonic control means for continuing to apply the ultrasonic vibration until the displacement amount of the ultrasonic horn detected by the displacement detection means reaches a predetermined unit displacement amount, stopping the application of the ultrasonic vibration when the displacement amount reaches the unit displacement amount , and starting the application of the ultrasonic vibration again after a certain period of time has elapsed, and repeating this control until the ultrasonic crimping process using the resin boss is completed;
An ultrasonic bonding apparatus comprising:
前記超音波制御手段は、
前記変位検知手段による前記超音波ホーンの変位が予め設定した目標変位量に達すると前記超音波カシメ加工の完了と判断する、
ことを特徴とする請求項4に記載の超音波接合装置。
The ultrasonic control means includes:
When the displacement of the ultrasonic horn detected by the displacement detection means reaches a preset target displacement amount, it is determined that the ultrasonic crimping process is completed.
5. The ultrasonic bonding apparatus according to claim 4.
前記超音波制御手段は、
前記超音波ホーンに印加される超音波振動がピークパワーに到達すると前記超音波カシメ加工の完了と判断する、
ことを特徴とする請求項4に記載の超音波接合装置。
The ultrasonic control means includes:
When the ultrasonic vibration applied to the ultrasonic horn reaches a peak power, the ultrasonic crimping process is determined to be completed.
5. The ultrasonic bonding apparatus according to claim 4.
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