JP2006088607A - Ultrasonic processing method and ultrasonic processing apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide, in the processing of a synthetic resin material using an ultrasonic oscillation, an ultrasonic processing method capable of managing the processing conditions and an ultrasonic processing apparatus provided with a quality managing function. <P>SOLUTION: In an ultrasonic jointing apparatus (1) which controls an ultrasonic oscillator (2) through an oscillation time pertinent to the temperature of an electric horn (3) detected by a temperature sensor (9), there are memorized in a memory section in a plural number the combinations of an oscillation time of the case where the jointing between synthetic resin materials (10, 11) is performed normally and a reference waveform pattern formed together with a load current output from the ultrasonic oscillator (2) at that time. By a comparison judging apparatus (6) there is formed a first waveform pattern (18, 19) from the above relationship between a load current and an oscillation time obtained by an actual jointing work, and the reference waveform pattern corresponding to the oscillation time of the first waveform pattern (18, 19) is read out from the memory section, and by comparing it with the first waveform pattern the condition of the jointing, whether good or bad, is managed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波振動により加工処理を行った合成樹脂材の加工処理状態についての管理を行う超音波加工方法及び超音波加工装置に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic processing method and an ultrasonic processing apparatus for managing the processing state of a synthetic resin material processed by ultrasonic vibration.

従来から超音波振動を利用した接合装置、溶接装置としては、超音波振動を発振する超音波発振器とその超音波発振器に取り付けられたホーン及び同ホーンとの間で互いに接合する材料を挟持するアンビルとを備え、ホーンとアンビルとの間で接合する材料を挟持し、ホーンを超音波振動させることで、対象物を発熱させて溶着することで材料間を接合する装置が知られている。   Conventionally, a joining device and a welding device using ultrasonic vibration include an ultrasonic oscillator that oscillates ultrasonic vibration, a horn attached to the ultrasonic oscillator, and an anvil that sandwiches a material to be joined to each other. There is known an apparatus that joins materials by heating and welding an object by sandwiching a material to be joined between the horn and the anvil and ultrasonically vibrating the horn.

この超音波振動を用いた装置の制御方法としては、例えば超音波接着方法と装置(特許文献1)が本願出願人により既に提案されており、ホーンの温度を検知して、検出したホーンの温度が予め設定した複数の温度範囲のうちでどの温度範囲に入るかを判断し、予め設定した温度範囲毎に対応して設定した発振時間に基づいて、超音波発振器の発振時間を制御することができる。   As an apparatus control method using this ultrasonic vibration, for example, an ultrasonic bonding method and apparatus (Patent Document 1) have already been proposed by the applicant of the present application, and the temperature of the detected horn is detected by detecting the temperature of the horn. Can determine which temperature range is included in a plurality of preset temperature ranges, and control the oscillation time of the ultrasonic oscillator based on the oscillation time set corresponding to each preset temperature range it can.

また、例えば超音波溶接装置における溶接状態監視方法(特許文献2)が提案されており、超音波ホーンに振動を加える超音波発振器に流れる電流の波形パターンを観測することにより、被溶接物の支持面および超音波ホーンの先端面などの目詰まり、摩耗、被溶接物の位置ずれ、押圧力の不良などの溶接状態の異常を検出できる。   In addition, for example, a welding state monitoring method in an ultrasonic welding apparatus (Patent Document 2) has been proposed, and the object to be welded is supported by observing a waveform pattern of a current flowing in an ultrasonic oscillator that applies vibration to an ultrasonic horn. It is possible to detect abnormalities in the welding state such as clogging of the surface and the tip surface of the ultrasonic horn, wear, misalignment of the work piece, and poor pressing force.

特許文献1における超音波接着方法及び超音波接着装置は、発明者の多大なる研究・研鑽によって、図2の実線で示す領域aにおいては適切な超音波接着が行われる関係にあることを見いだし、これより外れた破線で示す領域において、領域aよりも発振時間が短くなったり又はホーンの温度が低くなったりしている場合には、接着強度が不足することを見いだした。また、領域aよりも発振時間が長くなったり又はホーン温度が高くなっている場合には、脆化した状態で接着されていることを見いだし、これに基づいて発明が構成されているものである。   The ultrasonic bonding method and ultrasonic bonding apparatus in Patent Document 1 have been found by the inventors' extensive research and research to find that there is a relationship in which appropriate ultrasonic bonding is performed in the region a indicated by the solid line in FIG. In a region indicated by a broken line outside this range, it was found that the adhesive strength is insufficient when the oscillation time is shorter than the region a or the temperature of the horn is low. Further, when the oscillation time is longer than that of the region a or the horn temperature is high, it is found that they are bonded in a brittle state, and the invention is configured based on this. .

特許文献2における溶接状態監視方法では、図7に示すような超音波発振器に流れる電流の波形パターンの特性を利用して、溶接が正常に行われているかの観察を行っている。即ち、溶接状態が正常に行われている場合には、超音波発振器に流れる電流の波形パターンにおいて、半田を溶融するための期間Dにおいては、半田の溶融から接合部のなじみなどにより、負荷電流が減少する。このため、波形形状としては直線的に下降する形状を示している。続いて溶融状態の維持および接合完了までの期間Eにおいては、溶融状態にあるため、負荷が一定となり、電流の波形パターンが水平となる形状を示している。   In the welding state monitoring method in Patent Document 2, the characteristics of the waveform pattern of the current flowing in the ultrasonic oscillator as shown in FIG. 7 are used to observe whether welding is normally performed. That is, when the welding state is normally performed, in the waveform pattern of the current flowing through the ultrasonic oscillator, in the period D for melting the solder, the load current is increased due to the familiarity of the joint from the melting of the solder. Decrease. For this reason, as a waveform shape, the shape which falls linearly is shown. Subsequently, in the period E until the molten state is maintained and the joining is completed, since the molten state is present, the load is constant and the current waveform pattern is horizontal.

特に、特許文献2における溶接状態監視方法では、期間Dにおける直線的に下降する波形形状に注目して、溶接が正常に行われているかの観察を行っている。即ち、ホーンの押圧力が正常な押圧力よりも段々に低下してくると、電流の下降期間Dが徐々に無くなってくる現象を取り出して、押圧力が不足してきた場合の判断条件としている。   In particular, in the welding state monitoring method in Patent Document 2, paying attention to the waveform shape that falls linearly in period D, observation is made as to whether welding is normally performed. That is, when the pressing force of the horn gradually decreases from the normal pressing force, a phenomenon that the current falling period D gradually disappears is taken out and used as a determination condition when the pressing force is insufficient.

また、アンビルの支持面及びホーンの加圧面が摩耗していたり、また目詰まりなどが発生したり、更には、溶接部分の巻き込みなどが発生して導電膜側が上下面に露出した場合や、電導膜の裏面に接着されている絶縁膜側が上下面に露出した場合などにおいて、下降期間D が観測されない現象を取り出して、溶接不良の判断条件としている。
特開2001−179837号公報 特開平6−341966号公報
Also, if the support surface of the anvil and the pressure surface of the horn are worn, clogged, etc., or if the welded part is caught and the conductive film side is exposed on the top and bottom surfaces, When the insulating film side bonded to the back surface of the film is exposed on the top and bottom surfaces, a phenomenon in which the descent period D is not observed is taken out and used as a condition for judging poor welding.
JP 2001-179837 A JP-A-6-341966

特許文献1に示す超音波接着方法及び超音波接着装置では、ホーンの温度と超音波発振器の発振時間とが最適な関係となるように制御することができる。このため、正確で安定した接着を行うことのできるものであるが、超音波発振により接合された合成樹脂材間の接合状態に対する最終的な検査は、抜き取り検査により行っているのが現状であった。   In the ultrasonic bonding method and the ultrasonic bonding apparatus shown in Patent Document 1, the temperature of the horn and the oscillation time of the ultrasonic oscillator can be controlled so as to have an optimum relationship. For this reason, accurate and stable bonding can be performed, but the final inspection of the bonding state between synthetic resin materials bonded by ultrasonic oscillation is currently performed by sampling inspection. It was.

特許文献2に示す溶接状態監視方法では、超音波発振器に流れる電流の波形パターンは、ホーンの温度やホーンを発振させておく発振時間、ホーンとアンビルとのクリアランス等によって変化してしまうものである。しかも、特許文献2に記載された溶接状態監視方法は、導電膜と絶縁膜とを互いに積層した状態における導電膜に電極を溶接するときに適用することのできる監視方法である。このため、超音波発振器に流れる電流の波形パターン形状としては、導電幕と絶縁膜とを互いに積層した状態において、同導電膜に電極を溶接するときに形成できる特殊な波形パターンを用いている。   In the welding state monitoring method shown in Patent Document 2, the waveform pattern of the current flowing in the ultrasonic oscillator changes depending on the temperature of the horn, the oscillation time during which the horn is oscillated, the clearance between the horn and the anvil, and the like. . Moreover, the welding state monitoring method described in Patent Document 2 is a monitoring method that can be applied when welding an electrode to a conductive film in a state where the conductive film and the insulating film are stacked on each other. For this reason, as a waveform pattern shape of the current flowing through the ultrasonic oscillator, a special waveform pattern that can be formed when an electrode is welded to the conductive film in a state where the conductive curtain and the insulating film are stacked on each other is used.

このため、下降期間Dが発生しない波形パターンとなる溶融装置や接着装置においては、観測すべき下降期間Dがそもそも発生せず、発生したとしても極めて短時間しか発生しないので、特許文献2の監視方法をこれらの溶融装置や接着装置に適用することができなかった。   For this reason, in the melting apparatus and the bonding apparatus having a waveform pattern in which the falling period D does not occur, the falling period D to be observed does not occur in the first place, and even if it occurs, it occurs only for a very short time. The method could not be applied to these melting and bonding devices.

本発明の目的は、これらの問題点を解決するとともに、合成樹脂材に対する接合、溶着、溶接、穴あけ、打ち抜き、切断等を行うことのできる超音波加工装置を用いて、加工処理を行った合成樹脂材の加工処理状態を管理できる超音波加工方法及び超音波加工装置を提供することにある。   The object of the present invention is to solve these problems and to perform synthesis using an ultrasonic machining apparatus capable of performing bonding, welding, welding, drilling, punching, cutting, etc. to a synthetic resin material. An object of the present invention is to provide an ultrasonic processing method and an ultrasonic processing apparatus capable of managing the processing state of a resin material.

上記課題は本発明の以下の構成を採用することにより効果的に達成される。
即ち、本発明の超音波加工方法の基本的な構成は、合成樹脂材を超音波発振器のホーンとアンビルとの間に挟持し、前記ホーンを超音波振動させて前記合成樹脂材に対して加工処理を行い、同加工処理を行った前記合成樹脂材の加工処理状態についての管理を行う超音波加工方法において、前記合成樹脂材に対する加工処理工程での正常加工処理時における、前記超音波発振器の振動エネルギーと前記ホーンを発振させた時からの経過時間との関係を示す基準波形パターンとして、時間長さを異にする発振時間毎に基準波形パターンを形成してこれらを記憶部に記憶させ、同超音波発振器の振動エネルギーと前記ホーンを発振させた時からの経過時間との関係を第1波形パターンとして求め、かつ前記合成樹脂材に対する加工処理に要した前記超音波発振器の発振時間を第1発振時間として検出し、前記記憶部から前記第1発振時間に最も近い発振時間を選定し、同選定した発振時間に対応した基準波形パターンを前記記憶部から読み出し、同読み出した基準波形パターンと前記第1波形パターンとを比較し、同基準波形パターンと第1波形パターンとのパターン形状の偏差状態に応じて、前記合成樹脂材の加工処理状態に係わる不良状態の管理を行うことを最も主要な特徴となしている。
The said subject is effectively achieved by employ | adopting the following structures of this invention.
That is, the basic configuration of the ultrasonic processing method of the present invention is that the synthetic resin material is sandwiched between the horn and the anvil of the ultrasonic oscillator, and the horn is ultrasonically vibrated to process the synthetic resin material. In the ultrasonic processing method for performing processing and managing the processing state of the synthetic resin material that has been subjected to the processing processing, the ultrasonic oscillator at the time of normal processing in the processing step for the synthetic resin material As a reference waveform pattern showing the relationship between vibration energy and the elapsed time from when the horn was oscillated, a reference waveform pattern is formed for each oscillation time with different time lengths, and these are stored in the storage unit, Before determining the relationship between the vibration energy of the ultrasonic oscillator and the elapsed time from when the horn was oscillated as a first waveform pattern, and before processing the synthetic resin material The oscillation time of the ultrasonic oscillator is detected as the first oscillation time, the oscillation time closest to the first oscillation time is selected from the storage unit, and the reference waveform pattern corresponding to the selected oscillation time is read from the storage unit The reference waveform pattern read out and the first waveform pattern are compared, and the defect state related to the processing state of the synthetic resin material according to the deviation state of the pattern shape between the reference waveform pattern and the first waveform pattern. Management is the most important feature.

また、本発明では波形パターンを形成するための振動エネルギーとして超音波発振器の負荷電力を用いること、超音波発振器を発振させた時間又は第1波形パターンから第1発振時間を検出すること、合成樹脂材に対する超音波発振器の発振時間と検出したホーンの温度との関係を、予め所定の温度範囲毎に前記発振時間を対応させて記憶部に記憶させ、検出したホーンの温度から記憶部に記憶した前記発振時間を選定すること、などを行わせている。好ましくは、前記振動エネルギーとして、前記超音波発振器の負荷電流値を用い、また前記第1発振時間が、前記第1波形パターンから検出されるようにするとよい。   In the present invention, the load power of the ultrasonic oscillator is used as vibration energy for forming the waveform pattern, the time when the ultrasonic oscillator is oscillated or the first oscillation time is detected from the first waveform pattern, synthetic resin The relationship between the oscillation time of the ultrasonic oscillator with respect to the material and the detected horn temperature is stored in advance in the storage unit in association with the oscillation time for each predetermined temperature range, and stored in the storage unit from the detected horn temperature. The oscillation time is selected. Preferably, a load current value of the ultrasonic oscillator is used as the vibration energy, and the first oscillation time is detected from the first waveform pattern.

一方、本発明の超音波加工装置は、合成樹脂材を載置するアンビルと、ホーンを備え、同ホーンに超音波振動を発生させる超音波発振器と、前記ホーンを前記アンビルに対して接離自在に駆動する駆動装置と、前記超音波発振器から出力された振動エネルギーを入力する前記比較判定装置と、前記比較判定装置からの出力信号を入力し、少なくとも前記駆動装置、超音波発振器及び比較判定装置に対して制御信号を出力する制御装置と、前記制御装置及び前記比較判定装置のうち少なくとも一方の装置に接続した記憶部と、を備え、前記記憶部が、前記ホーンとアンビルとによる正常加工処理時における、前記超音波発振器の振動エネルギーと前記ホーンを発振させた時からの経過時間との関係を示す基準波形パターンとして、時間長さを異にする発振時間毎に基準パターンを対応させて記憶する機能を有し、前記制御装置が、前記記憶部に記憶された前記発振時間を選定する機能、同選定した発振時間に基づいて前記駆動装置及び超音波発振器に対して制御信号を出力する機能を有し、前記比較判定装置が、前記超音波発振器から入力した前記振動エネルギーと同振動エネルギーが入力された時からの経過時間とから、前記振動エネルギーと発振時間との関係を示す第1波形パターンを演算形成する機能を有し、前記制御装置又は前記比較判定装置が、前記合成樹脂材に対する加工処理に要した前記超音波発振器の発振時間を第1発振時間として検出する機能を有し、前記制御装置又は前記比較判定装置が、前記第1発振時間に基づいて前記記憶部から同第1発振時間に最も近い発振時間を選び出し、同選び出した発振時間に対応した基準波形パターンを前記記憶部から読み出す機能を有し、前記比較判定装置が、前記読み出した基準波形パターンと前記演算形成した第1波形パターンとの比較判断を行い、同比較判断結果を出力する機能を更に有してなることを最も主要な特徴となしている。   On the other hand, an ultrasonic processing apparatus according to the present invention includes an anvil on which a synthetic resin material is placed, a horn, an ultrasonic oscillator that generates ultrasonic vibrations in the horn, and the horn can be moved toward and away from the anvil. A drive device for driving the motor, the comparison determination device for inputting the vibration energy output from the ultrasonic oscillator, and an output signal from the comparison determination device, and at least the drive device, the ultrasonic oscillator, and the comparison determination device And a storage unit connected to at least one of the control unit and the comparison / determination unit, wherein the storage unit is a normal machining process by the horn and the anvil. As a reference waveform pattern showing the relationship between the vibration energy of the ultrasonic oscillator and the elapsed time since the horn was oscillated, the time length is different. A function of storing a reference pattern in correspondence with each oscillation time to be performed, the control device selecting the oscillation time stored in the storage unit, the drive device based on the selected oscillation time, and A function of outputting a control signal to the ultrasonic oscillator, and the comparison and determination device receives the vibration energy input from the ultrasonic oscillator and an elapsed time from when the vibration energy is input. A function of calculating and forming a first waveform pattern indicating a relationship between energy and oscillation time, and the control device or the comparison / determination device calculates an oscillation time of the ultrasonic oscillator required for processing the synthetic resin material. It has a function of detecting as a first oscillation time, and the control device or the comparison determination device is closest to the first oscillation time from the storage unit based on the first oscillation time. And a function of reading out a reference waveform pattern corresponding to the selected oscillation time from the storage unit, and the comparison / determination device is configured such that the reference waveform pattern thus read out and the first waveform pattern calculated and formed The main feature is that it further has a function of making a comparison decision and outputting the comparison decision result.

また、本発明の超音波加工装置では、前記ホーンの温度を検出する温度センサを更に備え、前記記憶部が、前記超音波発振器の発振時間と前記温度センサで検出した温度とを、予め所定の温度範囲毎に前記発振時間を対応させた対応関係として記憶する機能を更に有し、前記制御装置における前記記憶部に記憶された前記発振時間を選定する機能が、前記温度センサで検出した温度信号に基づいて発振時間を選定する機能であることを主要な特徴となしている。   The ultrasonic processing apparatus of the present invention further includes a temperature sensor that detects the temperature of the horn, and the storage unit previously determines an oscillation time of the ultrasonic oscillator and a temperature detected by the temperature sensor in advance. The temperature signal detected by the temperature sensor is further provided with a function of storing the oscillation time corresponding to each temperature range as a correspondence relationship, and the function of selecting the oscillation time stored in the storage unit in the control device. The main feature is that the oscillation time is selected based on

本願発明では、最適の発振時間となるように超音波発振器の発振時間を制御して、合成樹脂材に対して超音波加工処理を行ったとき、超音波加工処理が行われた合成樹脂材に対してその加工処理状態を管理することができる。このため、時間長さを異にする発振時間毎に基準波形パターンを記憶部に記憶させていることを特徴としている。   In the present invention, when the ultrasonic processing is performed on the synthetic resin material by controlling the oscillation time of the ultrasonic oscillator so that the optimal oscillation time is obtained, the synthetic resin material subjected to the ultrasonic processing is applied. On the other hand, the processing state can be managed. For this reason, the reference waveform pattern is stored in the storage unit for each oscillation time having a different time length.

即ち、超音波発振器の振動エネルギーとホーンを発振させた時からの経過時間とによって、第1波形パターンを形成している。また、合成樹脂材に対して行った加工処理に要した時間を、第1発振時間として検出している。予め合成樹脂に対する加工処理に要する発振時間毎に設定して記憶させた基準波形パターンの中から、前記検出した第1発振時間に最も近い発振時間の基準波形パターンを選び出している。選び出した基準波形パターンと第1波形パターンとを比較判断することにより、合成樹脂材に施した加工処理状態の良否を判断し、同合成樹脂材における加工処理状態の管理を行っている。   That is, the first waveform pattern is formed by the vibration energy of the ultrasonic oscillator and the elapsed time from when the horn is oscillated. Further, the time required for the processing performed on the synthetic resin material is detected as the first oscillation time. A reference waveform pattern having an oscillation time closest to the detected first oscillation time is selected from reference waveform patterns previously set and stored for each oscillation time required for processing for the synthetic resin. By comparing and judging the selected reference waveform pattern and the first waveform pattern, the quality of the processing state applied to the synthetic resin material is determined, and the processing state of the synthetic resin material is managed.

これにより、ホーンを発振させ始めてからの時間の経過に伴って超音波発振機の振動エネルギーがどのように時間的に変化して波形パターンを形成したのかを、前記振動エネルギーとホーンを発振させ始めてからの経過時間とから求めることができる。   As a result, how the vibration energy of the ultrasonic oscillator changes with time with the passage of time since the horn began to oscillate, and the waveform pattern is formed, the oscillation energy and the horn begin to oscillate. It can be calculated from the elapsed time from.

本発明では、前記求めた波形パターンを第1波形パターンとして取り扱っている。合成樹脂材に対する加工処理を行うのに要した超音波発振器の第1発振時間としては、第1波形パターンから求めることも、検出したホーンの温度により設定した発振時間により求めることもできる。   In the present invention, the obtained waveform pattern is handled as the first waveform pattern. The first oscillation time of the ultrasonic oscillator required for processing the synthetic resin material can be obtained from the first waveform pattern or the oscillation time set by the detected horn temperature.

また、基準波形パターンを設定する発振時間や超音波加工処理を行ったときの発振時間は、ホーンの温度変化によって変化する。これ以外にも発振時間は、加工対象となる合成樹脂材における形状や厚み等の相違によっても変化し、加工形態の相違、例えば、接合加工、切断加工、穴あけ加工、打ち抜き加工などの加工の種類によっても変化する。   Further, the oscillation time for setting the reference waveform pattern and the oscillation time when the ultrasonic processing is performed change depending on the temperature change of the horn. In addition to this, the oscillation time also changes depending on the difference in shape and thickness of the synthetic resin material to be processed, and the processing types such as joining, cutting, drilling, punching, etc. It also changes depending on.

このため、超音波加工処理を行う各種加工条件に基づいて、同加工条件に対応した複数の基準波形パターンを予め求めておくことが必要となる。このとき、各基準波形パターンによる加工で要した発振時間は、基準波形パターン毎に設定しておくことが必要となる。   For this reason, it is necessary to obtain in advance a plurality of reference waveform patterns corresponding to the processing conditions based on various processing conditions for performing the ultrasonic processing. At this time, it is necessary to set the oscillation time required for processing by each reference waveform pattern for each reference waveform pattern.

この検出した第1発振時間に最も近い発振時間に対応した基準パターンを、予め正常な加工処理時において求めておいた発振時間毎の基準波形パターンの中から選び出すことができる。   A reference pattern corresponding to the oscillation time closest to the detected first oscillation time can be selected from the reference waveform patterns for each oscillation time obtained in advance during normal machining.

しかも、第1波形パターンに対して比較基準となる基準波形パターンと第1波形パターンとを比較することにより、合成樹脂材に対する加工処理が終了した製品に対して、同製品の品質管理を行うことができる。   In addition, by comparing the first waveform pattern with the reference waveform pattern serving as a comparison reference with respect to the first waveform pattern, the quality control of the product is performed on the product that has been processed for the synthetic resin material. Can do.

このため、加工処理が終了した合成樹脂材の製品毎に対して、品質管理を同時平行的に行うことができ、仮に加工処理異常が発見された場合には、例えば、加工処理工程を停止させて警報を発生させることで、不良品の発生数量を少ない数量に抑えておくことができる。また、基準波形パターンと異常が発見された第1波形パターンとを同一画面上、あるいは別々の画面として表示させることもできる。これにより、修理を行う作業者が波形パターンの相違から異常原因を見つけ易くなり、修理にかかる時間を短縮することができる。   For this reason, quality control can be performed simultaneously for each synthetic resin product that has been processed, and if a processing abnormality is found, for example, the processing step is stopped. By generating an alarm, it is possible to keep the number of defective products generated to a small number. Also, the reference waveform pattern and the first waveform pattern in which an abnormality is found can be displayed on the same screen or as separate screens. This makes it easier for the repairing operator to find the cause of the abnormality from the difference in waveform pattern, and shortens the time required for repair.

波形パターンとしては、例えば、超音波発振器の負荷電力とホーンを発振させ始めた時からの経過時間とから求めることができる。超音波発振器の振動エネルギーとしては、超音波発振器の負荷電流を用いることも、超音波発振器の負荷電圧を用いることも、他の超音波発振器の振動エネルギーとして検出することのできる物理量、例えば、超音波加工時における合成樹脂材の振動や超音波加工時に発する音響等を用いることもできる。   The waveform pattern can be obtained from, for example, the load power of the ultrasonic oscillator and the elapsed time since the horn started to oscillate. As the vibration energy of the ultrasonic oscillator, the load current of the ultrasonic oscillator, the load voltage of the ultrasonic oscillator, the physical quantity that can be detected as the vibration energy of other ultrasonic oscillators, for example, It is also possible to use the vibration of the synthetic resin material at the time of sonic processing, the sound generated at the time of ultrasonic processing, or the like.

基準波形パターンとしては、予め正常状態で加工処理が完了したときに得られた波形パターンを複数用意しておき、同波形パターンにおける発振時間を選別条件として、発振時間と波形パターンとの組み合わせを記憶部に記憶させておくことができる。基準波形パターン及び第1波形パターンの形成は、例えば、超音波発振器の負荷電流とクロック信号を用いて行う超音波発振器が発振を開始したときからの計時により形成することができる。   As a reference waveform pattern, multiple waveform patterns obtained when processing is completed in a normal state are prepared in advance, and the combination of oscillation time and waveform pattern is stored using the oscillation time in the waveform pattern as a selection condition. It can be stored in the part. The reference waveform pattern and the first waveform pattern can be formed, for example, by measuring the time from when the ultrasonic oscillator starts oscillation using the load current of the ultrasonic oscillator and the clock signal.

基準波形パターンと第1波形パターンとの比較は、それぞれの開始時点を同じ位置として互いの縦軸同士及び横軸同士を重ね合わせ、横軸とした時間軸又は縦軸とした負荷電流の出力軸において、所定の間隔毎にサンプリングを行い、サンプリングした値同士を比較することで、サンプリングした値相互の偏差量が所望の範囲内に入っているか否かを判断することにより、基準波形パターンと第1波形パターンとの偏差状態を検出することができる。   The comparison between the reference waveform pattern and the first waveform pattern is performed by superimposing the vertical axes and the horizontal axes of the respective start points at the same position, and setting the time axis as the horizontal axis or the output axis of the load current as the vertical axis. In this case, sampling is performed at predetermined intervals, and by comparing the sampled values, it is determined whether the deviation amount between the sampled values is within a desired range. A deviation state from one waveform pattern can be detected.

合成樹脂材に対する加工処理を行うのに要した第1発振時間としては、第1発振パターンから求めることも、加工処理の開始時に検出したホーンの温度で設定した発振時間をもって第1発振時間とすることもできる。検出したホーンの温度で発振時間を設定したときには、検出したホーンの温度に適した発振時間でホーンを発振させておくことができる。   As the first oscillation time required for processing the synthetic resin material, the first oscillation time can be obtained from the first oscillation pattern, or the oscillation time set by the horn temperature detected at the start of the processing process. You can also. When the oscillation time is set based on the detected horn temperature, the horn can be oscillated in an oscillation time suitable for the detected horn temperature.

ホーンの温度が合成樹脂材に対する加工処理中に変化して、超音波発振器の発振時間をホーンの温度変化に伴って変更制御する場合にあっては、最終的に形成される波形パターン、即ち、請求項1の記載における第1波形パターンによって合成樹脂材に対する加工処理に要した第1発振時間を検出することで、加工処理に要した時間をより正確に求めることができる。   If the temperature of the horn changes during processing on the synthetic resin material and the oscillation time of the ultrasonic oscillator is changed and controlled with the temperature change of the horn, the waveform pattern that is finally formed, that is, By detecting the first oscillation time required for the processing for the synthetic resin material by the first waveform pattern according to claim 1, the time required for the processing can be obtained more accurately.

また、本願発明の超音波加工装置としては、記憶部及び制御装置を備えた通常の超音波加工装置に、比較判定装置を備えた構成とすることができる。本願発明の超音波加工装置としては、超音波振動を利用した接合装置、溶着装置、溶接装置、穴あけ装置、打ち抜き装置、切断装置等を用いることができる。   Moreover, as an ultrasonic processing apparatus of this invention, it can be set as the structure provided with the comparison determination apparatus in the normal ultrasonic processing apparatus provided with the memory | storage part and the control apparatus. As the ultrasonic processing apparatus of the present invention, a joining apparatus, a welding apparatus, a welding apparatus, a punching apparatus, a punching apparatus, a cutting apparatus or the like using ultrasonic vibration can be used.

前記記憶部には、前記ホーンとアンビルとによる正常作業工程時における、前記超音波発振器の振動エネルギーと発振時間との関係を示す基準波形パターンとして、時間長さを異にする発振時間毎に基準パターンを対応させて記憶させておく機能をもたせることができる。   In the storage unit, a reference waveform pattern indicating a relationship between vibration energy and oscillation time of the ultrasonic oscillator in a normal operation process by the horn and the anvil is used as a reference for each oscillation time with different time lengths. It is possible to provide a function for storing patterns in association with each other.

前記制御装置としては、前記記憶部に記憶された前記発振時間を選定する機能、同選定した発振時間に基づいて前記駆動装置及び超音波発振器に対して制御信号を出力する機能を持たせておくことができる。   The control device has a function of selecting the oscillation time stored in the storage unit and a function of outputting a control signal to the drive device and the ultrasonic oscillator based on the selected oscillation time. be able to.

前記比較判定部としては、前記超音波発振器から入力した前記振動エネルギーとホーンを発振させてからの経過時間との関係を示す第1波形パターンを演算形成する機能をもたせておくことができる。また、前記比較判定部には、前記第1波形パターンから同第1波形パターンにおける第1発振時間を検出し、同検出した第1発振時間を前記制御装置に出力する機能をもたせておくこともできる。   The comparison / determination unit may have a function of calculating and forming a first waveform pattern indicating a relationship between the vibration energy input from the ultrasonic oscillator and an elapsed time since the horn is oscillated. The comparison determination unit may have a function of detecting a first oscillation time in the first waveform pattern from the first waveform pattern and outputting the detected first oscillation time to the control device. it can.

前記第1発振時間の検出としては、前記制御装置に、加工処理の開始時に検出したホーンの温度で設定した発振時間を持って第1発振時間とする機能を持たせておくこともできる。前記制御装置には更に、前記第1発振時間に基づいて、前記記憶部から同第1発振時間に最も近い発振時間を選定し、同選定した発振時間に対応した基準波形パターンを読み出す機能、同読み出した基準波形パターンを前記比較判定部に出力する機能をもたせておくことができる。また、前記基準波形パターンを前記記憶部から読み出す機能を前記比較判定部にもたせておくこともできる。   As the detection of the first oscillation time, the control device may have a function of setting the oscillation time set by the horn temperature detected at the start of the processing to be the first oscillation time. The control device further includes a function of selecting an oscillation time closest to the first oscillation time from the storage unit based on the first oscillation time, and reading a reference waveform pattern corresponding to the selected oscillation time; A function of outputting the read reference waveform pattern to the comparison determination unit can be provided. In addition, the comparison determination unit can be provided with a function of reading the reference waveform pattern from the storage unit.

前記比較判定部としては更に、前記基準波形パターンと第1波形パターンとの比較判断を行い、同判断結果を出力する機能をもたせておくことができる。また、必要に応じて比較判定部で演算形成した第1波形パターン、制御部から入力した基準波形パターンを表示部等に出力させる機能を比較判定部に持たせておくこともできる。   The comparison / determination unit can further have a function of comparing and determining the reference waveform pattern and the first waveform pattern and outputting the determination result. Further, if necessary, the comparison / determination unit may have a function of causing the display unit or the like to output the first waveform pattern calculated by the comparison / determination unit and the reference waveform pattern input from the control unit.

前記制御装置としては、必要に応じて比較判定部から出力された前記判断結果に基づいて、警報を発する機能、前記駆動装置及び前記超音波発振器に対して駆動停止信号を出力する機能をもたせておくこともできる。
これにより、本発明の超音波加工方法を実行することのできる超音波加工装置を得ることができる。
The control device has a function of issuing an alarm based on the determination result output from the comparison determination unit as necessary, and a function of outputting a drive stop signal to the drive device and the ultrasonic oscillator. It can also be left.
Thereby, the ultrasonic processing apparatus which can perform the ultrasonic processing method of this invention can be obtained.

制御装置と比較判定装置とを一つの制御装置として構成しておくこともできる。また、クロックを制御装置、比較判定装置のうち少なくとも一方に内蔵させておくこともできる。温度センサからの温度を検出し、駆動装置及び超音波発振装置に対して制御信号を出力することのできる制御装置の構成としては、本願発明の技術思想を逸脱しない範囲で適宜の構成を採用することができる。   The control device and the comparison determination device can be configured as one control device. In addition, the clock can be incorporated in at least one of the control device and the comparison / determination device. As a configuration of the control device that can detect the temperature from the temperature sensor and output a control signal to the drive device and the ultrasonic oscillation device, an appropriate configuration is adopted without departing from the technical idea of the present invention. be able to.

本願発明の超音波加工装置には、ホーンの温度を検出する温度センサを設け、前記記憶部に、前記超音波発振器の発振時間と前記温度センサで検出した温度とを、予め所定の温度範囲毎に前記発振時間を対応させた対応関係として記憶しておく機能を持たせることができる。   The ultrasonic processing apparatus according to the present invention is provided with a temperature sensor for detecting the temperature of the horn, and the storage unit is configured to previously set an oscillation time of the ultrasonic oscillator and a temperature detected by the temperature sensor for each predetermined temperature range. Can be provided with a function of storing the correspondence relationship corresponding to the oscillation time.

このとき制御装置としては、前記温度センサから入力した温度信号に基づき前記記憶部に記憶された前記発振時間を選定する機能を持たせておくことが必要となる。   At this time, the control device needs to have a function of selecting the oscillation time stored in the storage unit based on the temperature signal input from the temperature sensor.

温度センサとしては、ホーンに対して非接触型の温度センサを用いることも、ホーン表面に接着することのできる形式の温度センサあるいはホーン内に埋め込むことのできる形式の温度センサなどを用いることができる。望ましくは、ホーンが超音波振動する構成となっていることから、非接触型の温度センサを用いることが望ましい。非接触型の温度センサとしては、赤外線を検知する温度センサがより好ましく、サーモパイルや半導体等のセンサを用いることもできる。   As the temperature sensor, a non-contact type temperature sensor can be used for the horn, a temperature sensor of a type that can be adhered to the surface of the horn, or a temperature sensor that can be embedded in the horn can be used. . Desirably, since the horn is configured to vibrate ultrasonically, it is desirable to use a non-contact type temperature sensor. As the non-contact type temperature sensor, a temperature sensor that detects infrared rays is more preferable, and a sensor such as a thermopile or a semiconductor can also be used.

本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。以下の説明においては、超音波加工装置として超音波接合装置を例に挙げて説明を行うが、本発明の超音波加工装置及び超音波加工方法の構成としては、以下で説明する形状、配置構成に限定されるものではなく、本発明の課題を解決することができる形状、配置構成であれば、それらの形状、配置構成を採用することができるものである。このため、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。   Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. In the following description, an ultrasonic bonding apparatus will be described as an example of the ultrasonic processing apparatus. However, as the configuration of the ultrasonic processing apparatus and the ultrasonic processing method of the present invention, the shape and arrangement described below will be described. However, the present invention is not limited thereto, and any shape and arrangement configuration that can solve the problems of the present invention can be adopted. For this reason, this invention is not limited to the Example demonstrated below, A various change is possible.

図1は、本発明の実施形態に係わる超音波接合装置の概略図を示している。超音波接合装置は、超音波振動を発振する超音波発振器2と、その超音波発振器2に一体的に取り付けられ超音波振動するホーン3とを備える。超音波発振器2とホーン3は、モータやシリンダ等の駆動装置4によってアンビル8に対して接離可能に設けられている。また、アンビル8にも駆動装置を接続して、アンビル8がホーン3に対して接離可能とすることもできる。超音波発振器2と駆動装置4は、制御装置5からの制御信号によりそれぞれ駆動制御される。また、ホーン3の温度は非接触状態に配された温度センサ9により検出され、検出された温度は制御装置5に入力される。   FIG. 1 is a schematic view of an ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic bonding apparatus includes an ultrasonic oscillator 2 that oscillates ultrasonic vibrations, and a horn 3 that is attached to the ultrasonic oscillator 2 and vibrates ultrasonically. The ultrasonic oscillator 2 and the horn 3 are provided so as to be able to contact and separate from the anvil 8 by a driving device 4 such as a motor or a cylinder. Further, a drive device may be connected to the anvil 8 so that the anvil 8 can be brought into and out of contact with the horn 3. The ultrasonic oscillator 2 and the driving device 4 are driven and controlled by a control signal from the control device 5, respectively. The temperature of the horn 3 is detected by a temperature sensor 9 arranged in a non-contact state, and the detected temperature is input to the control device 5.

比較判定装置6は、超音波発振器2の負荷電流値を入力するとともに、図示せぬ記憶部と接続している。比較判定装置6は必要に応じて、制御装置5との間において信号の接受を行うことができる構成としておくこともできる。また、比較判定装置6では、前記負荷電流とホーン3が発振してからの経過時間との関係を示す波形パターン(図3参照。)を作成するとともに、作成した波形パターンを表示部7に表示する。   The comparison determination device 6 inputs a load current value of the ultrasonic oscillator 2 and is connected to a storage unit (not shown). The comparison / determination device 6 may be configured to be able to receive and receive signals with the control device 5 as necessary. Further, the comparison / determination device 6 creates a waveform pattern (see FIG. 3) indicating the relationship between the load current and the elapsed time after the horn 3 oscillates, and displays the created waveform pattern on the display unit 7. To do.

アンビル8上には、重ね合わせた合成樹脂材10、11を載置することができる。同載置した合成樹脂材10、11をホーン3との間で挟持したのち、超音波発振器2を発振させることでホーン3に超音波振動を発生させる。これにより、前記合成樹脂材間における溶融で合成樹脂材間の接合を行うことができる。   Superposed synthetic resin materials 10 and 11 can be placed on the anvil 8. After the synthetic resin materials 10 and 11 placed thereon are sandwiched between the horn 3 and the ultrasonic oscillator 2 is oscillated, ultrasonic vibration is generated in the horn 3. Thereby, the synthetic resin materials can be joined by melting between the synthetic resin materials.

図1では、アンビル8上に載置する合成樹脂材10、11として、比較的薄いシート状樹脂材を例示して以下においてその説明を行っているが、合成樹脂材10、11としてはシート状のものに限定されるものではない。合成樹脂材10、11としては、肉厚、寸法を有する形状のものであっても相互に接合することができる。   In FIG. 1, a relatively thin sheet-like resin material is exemplified as the synthetic resin materials 10 and 11 to be placed on the anvil 8 and will be described below. However, the synthetic resin materials 10 and 11 are sheet-like materials. It is not limited to those. The synthetic resin materials 10 and 11 can be joined to each other even if they have shapes having thickness and dimensions.

上記構成を有する超音波接合装置1を用いて合成樹脂材10、11の接合を行うと、ホーン3の温度は使用当初は低い状態となっているが、連続使用によりホーン3の温度が上昇することになる。   When the synthetic resin materials 10 and 11 are bonded using the ultrasonic bonding apparatus 1 having the above configuration, the temperature of the horn 3 is low at the beginning of use, but the temperature of the horn 3 increases due to continuous use. It will be.

いま、シート状の合成樹脂材10、11間を超音波接合するとき、超音波発振器2から発振される超音波振動の振幅及び周波数を一定にした場合について見ると、このときホーン3の温度が低くかつホーン3の発振時間が短いと、シート状の合成樹脂材の接合部に捻り等を加えたときの接着強度が弱くなっている。また、前記振幅及び周波数を一定にした場合でホーン3の温度が高くなり、かつホーン3の発振時間が長いと、シート状の樹脂材に脆化が生じやすくなる。   Now, when ultrasonic bonding is performed between the sheet-like synthetic resin materials 10 and 11, when looking at the case where the amplitude and frequency of the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic oscillator 2 are constant, the temperature of the horn 3 at this time is If it is low and the oscillation time of the horn 3 is short, the adhesive strength when twisting or the like is applied to the joint portion of the sheet-like synthetic resin material becomes weak. Further, when the temperature and the frequency of the horn 3 are high and the oscillation time of the horn 3 is long when the amplitude and frequency are constant, the sheet-like resin material is likely to be embrittled.

この関係をまとめると、縦軸にホーン3の発振時間をとり横軸にホーン3の温度をとった図2の関係を求めることができ、実線で示す領域a内においては、適切な超音波接合を行うことができる。これより外れた破線で示す領域では、即ち、領域aよりも発振時間が短い又はホーン3の温度が低い場合には、接着強度が不足する。また、領域aよりもホーン3の発振時間が長い又はホーン3の温度が高い場合には、シート状の合成樹脂材が脆化した状態で接着される。   Summarizing this relationship, it is possible to obtain the relationship of FIG. 2 in which the vertical axis indicates the oscillation time of the horn 3 and the horizontal axis indicates the temperature of the horn 3. It can be performed. In a region indicated by a broken line outside this range, that is, when the oscillation time is shorter than the region a or the temperature of the horn 3 is low, the adhesive strength is insufficient. Further, when the oscillation time of the horn 3 is longer than that of the region a or the temperature of the horn 3 is high, the sheet-like synthetic resin material is bonded in an embrittled state.

このため、ホーン3が合成樹脂材10に当接した状態での超音波発振器2の発振時間を、温度センサ9により検出したホーン3の温度に合わせて制御して、検出したホーン3の温度が図2で示す領域a内に入るように、ホーン3の発振時間を制御することが、接合における不良品の発生を防止する上で望ましい。   For this reason, the oscillation time of the ultrasonic oscillator 2 in a state where the horn 3 is in contact with the synthetic resin material 10 is controlled according to the temperature of the horn 3 detected by the temperature sensor 9, and the detected temperature of the horn 3 is Controlling the oscillation time of the horn 3 so as to fall within the region a shown in FIG. 2 is desirable in order to prevent the occurrence of defective products in the joining.

ホーン3の温度とホーン3の発振時間との適切な関係は、図2に示すように所定の温度範囲毎に発振時間を対応させることで、ホーン3の温度に対しての発振時間との関係を設定することができる。この関係は、下記の式で表すことができる。   As shown in FIG. 2, the appropriate relationship between the temperature of the horn 3 and the oscillation time of the horn 3 is that the oscillation time corresponds to each predetermined temperature range, as shown in FIG. Can be set. This relationship can be expressed by the following equation.

Y=B−AX、ここで、Yは発振時間、Xはホーン3の温度、Aは正の数で領域aの傾きであり発振時間を制御する上記式の係数、Bはホーン3の温度が0度とした場合の発振時間である。   Y = B−AX, where Y is the oscillation time, X is the temperature of the horn 3, A is a positive number, the slope of the region a, and the coefficient of the above equation that controls the oscillation time, B is the temperature of the horn 3 This is the oscillation time when 0 degree is set.

温度センサ9によりホーン3の温度を検出するタイミングは、ホーン3で合成樹脂材10、11を押圧して接合を行う直前に検出することが好ましい。制御装置5により検出したホーン3の温度に基づいて図2に示す関係から発振時間を設定し、設定した発振時間に基づいて制御装置5から制御信号を駆動装置4及び超音波発振器2に出力して、制御することができる。これにより、より正確な温度設定が可能となり、接合も確実に行うことができる。   The timing at which the temperature of the horn 3 is detected by the temperature sensor 9 is preferably detected immediately before the horn 3 presses the synthetic resin materials 10 and 11 to perform bonding. Based on the temperature of the horn 3 detected by the control device 5, an oscillation time is set from the relationship shown in FIG. 2, and a control signal is output from the control device 5 to the drive device 4 and the ultrasonic oscillator 2 based on the set oscillation time. Can be controlled. Thereby, more accurate temperature setting becomes possible and joining can also be performed reliably.

常時ホーン3の温度を温度センサ9により検出し、検出した温度が今まで設定していた温度範囲aから外れたときには、新しく検出した温度に対応して新たな発振時間を設定し直すこともできる。このとき、新たに設定し直した発振時間に基づいて駆動装置4及び超音波発振器2を制御することが可能となる。この場合には、残りの発振時間は、新たに設定した発振時間から今までに経過した発振時間を除いた時間とすることが必要である。   When the temperature of the horn 3 is constantly detected by the temperature sensor 9 and the detected temperature is out of the temperature range a set up to now, a new oscillation time can be reset corresponding to the newly detected temperature. . At this time, it becomes possible to control the drive device 4 and the ultrasonic oscillator 2 based on the newly set oscillation time. In this case, the remaining oscillation time needs to be a time obtained by subtracting the oscillation time that has passed so far from the newly set oscillation time.

ホーン3の温度を検出する温度センサ9としては、赤外線を検知する非接触型の温度センサがより好ましく、サーモパイルや半導体等のセンサを用いることもできる。   The temperature sensor 9 that detects the temperature of the horn 3 is more preferably a non-contact type temperature sensor that detects infrared rays, and a sensor such as a thermopile or a semiconductor can also be used.

この実施形態に係わる超音波接合装置によれば、ホーン3の温度を非接触により検知して、ホーン3の温度と接着時の発振時間との関係を、良好な接合が行える発振時間として制御している。このため、使用につれてホーン3の温度が上昇しても、常に適切な接合条件で合成樹脂材10、11間の接合を行うことができる。   According to the ultrasonic bonding apparatus according to this embodiment, the temperature of the horn 3 is detected in a non-contact manner, and the relationship between the temperature of the horn 3 and the oscillation time at the time of bonding is controlled as an oscillation time that allows good bonding. ing. For this reason, even if the temperature of the horn 3 rises with use, the synthetic resin materials 10 and 11 can always be joined under appropriate joining conditions.

しかも、発振時間を制御して、接合状態が一定となるように制御しているので、超音波振動の振幅を制御する場合と比較して合成樹脂材に対して急激なエネルギーの付加がなく、局部的な破断が生じにくく、簡単且つ正確な制御が可能となっている。   Moreover, since the oscillation time is controlled and the bonding state is controlled to be constant, there is no sudden addition of energy to the synthetic resin material compared to the case of controlling the amplitude of ultrasonic vibration, Local breakage is unlikely to occur, and simple and accurate control is possible.

本発明では、上述したホーン3の温度に応じた発振時間となるように制御している超音波接合装置において、接合が行われた合成樹脂材間の接合状態の検出をオンタイムで行い、同検出結果に基づいて接合状態の良・不良を管理することを特徴としている。以下に、接合状態の良・不良を管理することのできる超音波接合装置の構成及び超音波加工方法について説明を行う。   In the present invention, in the ultrasonic bonding apparatus that is controlled so as to have an oscillation time according to the temperature of the horn 3 described above, the bonding state between the synthetic resin materials that have been bonded is detected on-time. It is characterized by managing good / bad bonding state based on the detection result. Hereinafter, a configuration of an ultrasonic bonding apparatus and an ultrasonic processing method that can manage the quality of the bonding state will be described.

図3に示すように、正常加工処理状態で正常に合成樹脂材10、11間の接合が行われたときには、正常に接合が行われたときに要した幾つかの発振時間に対応して基準波形パターン15〜17をそれぞれ得ることができる。図3では、例示的に3つの発振時間に対応した基準波形パターン15〜17を示しているが、基準波形パターンとしては3つに限定されるものではなく、必要数の発振時間に対応した基準波形パターンを予め実験等により求めておくことができる。   As shown in FIG. 3, when the joint between the synthetic resin materials 10 and 11 is normally performed in the normal processing state, the reference is made corresponding to several oscillation times required when the joint is performed normally. Waveform patterns 15 to 17 can be obtained respectively. FIG. 3 exemplarily shows the reference waveform patterns 15 to 17 corresponding to three oscillation times. However, the reference waveform pattern is not limited to three, and the reference corresponding to the required number of oscillation times. The waveform pattern can be obtained in advance by experiments or the like.

発振時間に対応した基準波形パターンは、読み出し可能な記憶部に記憶させておくことができ、制御装置5又は比較判定装置6からのアクセスにより読み出すことができるようになっている。   The reference waveform pattern corresponding to the oscillation time can be stored in a readable storage unit, and can be read by access from the control device 5 or the comparison determination device 6.

以下の説明では、図示せぬ前記記憶部からのデータの読み出しとしては、制御装置5からのアクセスによって、温度センサ9の検出結果にも基づいた発振時間を読み出し、比較判定部6からのアクセスによって、基準波形パターンを読み出す場合について説明を行う。しかし、記憶部からのデータの読み出しとしては、制御装置5からのアクセスによって基準波形パターンを読み出すこともできる。制御装置5で読み出した基準波形パターンは、第1波形パターンに出力することができる。   In the following description, as reading of data from the storage unit (not shown), the oscillation time based on the detection result of the temperature sensor 9 is read by access from the control device 5, and by access from the comparison determination unit 6. The case of reading the reference waveform pattern will be described. However, as the reading of data from the storage unit, the reference waveform pattern can also be read by access from the control device 5. The reference waveform pattern read out by the control device 5 can be output as the first waveform pattern.

ホーン3の超音波発振により合成樹脂材10、11間を接合しているときの超音波発振器2の負荷電流と、ホーン3の発振を開始してからの経過時間とを比較判定装置6に入力し、同比較判定装置6において図4に示すような第1波形パターン18又は第1波形パターン19を形成することができる。図4においては、基準波形パターン15とともに便宜的に2つの第1波形パターン18、19を例示しているが、一回の接合において得られる第1波形パターンの数は1つである。以下においては、便宜的に第1波形パターンとしては符号18で示す第1波形パターンが形成されたものとして説明を続ける。   The load current of the ultrasonic oscillator 2 when the synthetic resin materials 10 and 11 are joined by the ultrasonic oscillation of the horn 3 and the elapsed time after starting the oscillation of the horn 3 are input to the comparison determination device 6. Then, the first waveform pattern 18 or the first waveform pattern 19 as shown in FIG. In FIG. 4, two first waveform patterns 18 and 19 are illustrated together with the reference waveform pattern 15 for convenience, but the number of the first waveform patterns obtained in one bonding is one. In the following description, for the sake of convenience, the description is continued assuming that the first waveform pattern indicated by the reference numeral 18 is formed as the first waveform pattern.

ホーン3の発振を開始してからの経過時間は、制御装置5から超音波発振器2に対して発振開始信号を出力した時点から計時を開始することや、超音波発振器2からの負荷電流の出力信号が入力された時点から計時を開始すること等により得ることができる。前記計時は図示せぬクロック等からの出力信号を用いたりする適宜の方法により入手することができる。   The elapsed time from the start of the oscillation of the horn 3 is to start counting from the time when the oscillation start signal is output from the control device 5 to the ultrasonic oscillator 2 or to output the load current from the ultrasonic oscillator 2. It can be obtained by starting timing from the time when the signal is input. The time can be obtained by an appropriate method using an output signal from a clock (not shown) or the like.

比較判定装置6において第1波形パターン18が形成されると、同第1波形パターン18を表示部7に表示し、同第1波形パターン18から接合に要した第1発振時間を検出する。同第1発振時間は、前記負荷電流値が初期電流値の状態から次に初期電流値となるまでの時間を求めることで得ることができる。   When the first waveform pattern 18 is formed in the comparison determination device 6, the first waveform pattern 18 is displayed on the display unit 7, and the first oscillation time required for joining is detected from the first waveform pattern 18. The first oscillation time can be obtained by obtaining the time from when the load current value becomes the initial current value to the next initial current value.

比較判定装置6は、前記第1発振時間に基づいて、図示せぬ記憶部に予め記憶しておいた発振時間と基準波形パターンとの組み合わせの中から、第1発振時間にもっとも近い発振時間と基準波形パターンとの組み合わせを選び出し、選び出した基準波形パターン15を読み込む。比較判定装置6で検出した第1発振時間を制御装置5に入力することで、制御装置5が記憶部から基準波形パターン15を読み出すこともでき、同読み出した基準波形パターン15を制御装置5から比較判定装置6に出力させることもできる。   Based on the first oscillation time, the comparison / determination device 6 selects the oscillation time closest to the first oscillation time from the combination of the oscillation time and the reference waveform pattern stored in advance in a storage unit (not shown). A combination with the reference waveform pattern is selected, and the selected reference waveform pattern 15 is read. By inputting the first oscillation time detected by the comparison determination device 6 to the control device 5, the control device 5 can also read the reference waveform pattern 15 from the storage unit, and the read reference waveform pattern 15 can be read from the control device 5. It can also be output to the comparison judgment device 6.

基準波形パターン15を入力した比較判定装置6では、基準波形パターン15を表示部7に表示させることができる。表示方法としては、前記第1波形パターン18と基準波形パターン15とを重ね合わせた状態で表示部7に表示させることも、第1波形パターン18及び基準波形パターン15をそれぞれ単独で表示部7に表示させることもできる。また、これらの表示形態を組み合わせて、表示部7における切り替えスイッチ等の切り替え操作により、所望の表示画面が得られる構成しておくこともできる。   In the comparison / determination device 6 to which the reference waveform pattern 15 is input, the reference waveform pattern 15 can be displayed on the display unit 7. As a display method, the first waveform pattern 18 and the reference waveform pattern 15 may be displayed on the display unit 7 in an overlaid state, or the first waveform pattern 18 and the reference waveform pattern 15 may be individually displayed on the display unit 7. It can also be displayed. Further, by combining these display forms, a desired display screen can be obtained by a switching operation such as a changeover switch in the display unit 7.

比較判定部6では、基準パターン15と第1波形パターン18との間における偏差を、両パターンを時間軸方向において所定の間隔毎にサンプリングして比較することで求めることができる。偏差を求める方法としては、既存の各種方法を用いることができるものである。   The comparison / determination unit 6 can obtain the deviation between the reference pattern 15 and the first waveform pattern 18 by sampling and comparing the two patterns at predetermined intervals in the time axis direction. Various existing methods can be used as a method for obtaining the deviation.

偏差を求める方法としては、基準波形パターンに対する偏差の許容範囲となる上限値の波形パターンと下限値の波形パターンとを予め設定しておき、検出した波形パターン(例えば、第1波形パターン)が、前記上限値の波形パターンと下限値の波形パターンとの間に存在するか否かを判断する方法がある。   As a method for obtaining the deviation, an upper limit waveform pattern and a lower limit waveform pattern that are an allowable range of deviation with respect to the reference waveform pattern are set in advance, and the detected waveform pattern (for example, the first waveform pattern) is There is a method for determining whether or not the waveform pattern exists between the upper limit waveform pattern and the lower limit waveform pattern.

この方法だと、基準波形パターンの特定の部分における偏差の許容範囲幅を大きくも小さくも設定することができる。特に、不良品の発生にはつながらないものの偏差が大きく変化することの多い部分において、検出した波形パターンを許容範囲内に含ませることが可能となる。   According to this method, the allowable range of deviation in a specific part of the reference waveform pattern can be set large or small. In particular, it is possible to include the detected waveform pattern within an allowable range in a portion where the deviation often changes greatly although it does not lead to the occurrence of defective products.

偏差を求める他の方法としては、例えば、基準波形パターンを中心として上限及び下限の幅をそれぞれ設定して許容範囲を求めておき、検出した波形パターン(例えば、第1波形パターン)が、前記上限と下限との間の許容範囲内に存在するか否かを判断する方法がある。この方法だと、基準波形パターンに対して一定の幅の許容範囲を設定することができる。   As another method for obtaining the deviation, for example, an upper limit and a lower limit width are set around the reference waveform pattern to obtain an allowable range, and the detected waveform pattern (for example, the first waveform pattern) is the upper limit. There is a method for determining whether or not it is within an allowable range between the upper limit and the lower limit. With this method, an allowable range having a certain width can be set with respect to the reference waveform pattern.

基準波形パターン15と第1波形パターン18との間の偏差が、所定の範囲外となったときには、いま接合が行われた合成樹脂材10、11間は不良接合状態であるとして異常信号を制御装置5に出力する。異常信号を入力した制御装置は、適宜の手段で警報を発するとともに超音波発振器2に発振の停止信号を出力し、駆動装置4に対しては超音波発振器2を初期位置に戻した後に停止を行う停止信号を出力する。尚、警報の発信制御、超音波加工装置の停止制御は、必ずしも必要なものではなく、必要に応じて構成しておくことができるものである。   When the deviation between the reference waveform pattern 15 and the first waveform pattern 18 is out of a predetermined range, the abnormal signal is controlled by assuming that the synthetic resin materials 10 and 11 that have just been joined are in a poorly joined state. Output to the device 5. The control device that has input the abnormal signal issues an alarm by an appropriate means and outputs an oscillation stop signal to the ultrasonic oscillator 2 and returns to the driving device 4 after returning the ultrasonic oscillator 2 to the initial position. The stop signal to be output is output. The alarm transmission control and the ultrasonic machining apparatus stop control are not necessarily required, and can be configured as necessary.

図4で示す基準波形パターン15よりも大きな出力形態となった第1波形パターン18は、合成樹脂材10、11のうち少なくとも一方に脆化状態が発生していることを示しており、基準波形パターン15よりも小さな出力形態となった第1波形パターン19では接合不足が発生していることを示している。通常の接合作業では、上述したようにホーン3の温度に基づいてホーン3の発振時間を制御しているので、不良品が発生することはほとんどないが、何らかの原因で接合状態の不良が発生した場合でも、本願発明により不良品の発生を検知することができ、不良品の大量発生を防止することができる。   The first waveform pattern 18 having a larger output form than the reference waveform pattern 15 shown in FIG. 4 indicates that at least one of the synthetic resin materials 10 and 11 is in an embrittled state. The first waveform pattern 19 having an output form smaller than that of the pattern 15 indicates that insufficient bonding has occurred. In the normal joining operation, since the oscillation time of the horn 3 is controlled based on the temperature of the horn 3 as described above, a defective product is rarely generated, but a defective bonding state has occurred for some reason. Even in this case, the present invention can detect the occurrence of defective products and can prevent the generation of a large number of defective products.

しかも、表示部7において、基本波形パターン15と第1波形パターン18又は第1波形パターン19とを同時に表示することで、修理を行う作業者は、表示部7に表示されている波形パターンを見ることにより、不良品が発生した原因を特定することが容易となる。   Moreover, by displaying the basic waveform pattern 15 and the first waveform pattern 18 or the first waveform pattern 19 at the same time on the display unit 7, an operator who performs repair sees the waveform pattern displayed on the display unit 7. This makes it easy to identify the cause of the defective product.

本願発明により接合状態の不良が発見された場合でも、多くても本願発明の品質管理により発見した不良品と同不良品に続いて次に接合加工されている製品が不良品として、はねられるだけで、大量の不良品を製造してしまう危険性が防止される。   Even if a defect in the joining state is found by the present invention, at most, the defective product discovered by the quality control of the present invention and the next product that is subsequently joined are rejected as defective products. This prevents the risk of producing a large number of defective products.

本願発明を適用することができる接合例としては、図5に示すスライドファスナー20におけるファスナーテープ21と補強テープ27との接合や、合成樹脂材で形成されファスナーエレメント列の下端に固定された箱棒と箱体26との接合固定などを挙げることができる。また、図6に示すようにファスナーエレメント30の反転部31の一部をファスナーテープ21との間で接合した接合部35などについても、合成樹脂材間の接合部として挙げることができる。   Examples of joints to which the present invention can be applied include joining of the fastener tape 21 and the reinforcing tape 27 in the slide fastener 20 shown in FIG. 5, and a box bar formed of a synthetic resin material and fixed to the lower end of the fastener element row. And fixing of the box body 26 and the like. In addition, as shown in FIG. 6, a joint portion 35 in which a part of the reversing portion 31 of the fastener element 30 is joined with the fastener tape 21 can also be cited as a joint portion between synthetic resin materials.

また、ここで例示した接合例は、例示であって本願発明がスライドファスナー関係においてのみ適用されることを示しているものではない。本発明は、超音波振動による合成樹脂材間の接合以外にも、合成樹脂材に対する接合、溶着、溶接、穴あけ、打ち抜き、切断等を行う超音波加工装置に対して、超音波加工方法として適用することができるものである。更に、これらの加工を行う超音波加工装置に品質管理機能をもたせることができる。   Moreover, the joining example illustrated here is an illustration and does not indicate that the present invention is applied only in relation to the slide fastener. The present invention is applied as an ultrasonic processing method to an ultrasonic processing apparatus that performs bonding, welding, welding, drilling, punching, cutting, etc. to a synthetic resin material in addition to bonding between synthetic resin materials by ultrasonic vibration. Is something that can be done. Furthermore, a quality control function can be provided to the ultrasonic processing apparatus that performs these processes.

本発明は、本発明の技術思想を適用することができる装置等に対しては、本発明の技術思想を適用することができる。   The technical idea of the present invention can be applied to a device or the like to which the technical idea of the present invention can be applied.

本発明の実施形態に係わる超音波接合装置の概略図である。(実施例)1 is a schematic view of an ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. (Example) 発振時間と温度との関係を示す模式化したグラフ図である。(実施例)FIG. 6 is a schematic graph showing the relationship between oscillation time and temperature. (Example) 超音波発振器の出力と発振時間との関係を模式化したグラフ図である。(実施例)It is the graph which modeled the relationship between the output of an ultrasonic oscillator, and oscillation time. (Example) 基準波形パターンと第1波形パターンとの関係を模式化したグラフ図である。(実施例)It is the graph which modeled the relationship between a reference | standard waveform pattern and a 1st waveform pattern. (Example) 超音波接合装置により接合された部材を示す製品図である。(実施例)It is a product drawing which shows the member joined by the ultrasonic bonding apparatus. (Example) 超音波接合装置により接合された部材を示す部分拡大図である。(実施例)It is the elements on larger scale which show the member joined by the ultrasonic bonding apparatus. (Example) 溶接作業の正常状態を示す電流波形パターンの模式化したグラフ図である。(従来例)It is the graph which modeled the current waveform pattern which shows the normal state of welding operation. (Conventional example)

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波接合装置
2 超音波発振器
3 ホーン
4 駆動装置
5 制御装置
6 比較判定装置
7 表示部
8 アンビル
9 温度センサ
10、11 合成樹脂材
15〜17 基本波形パターン
18、19 第1波形パターン
20 スライドファスナー
21 ファスナーテープ
22 ファスナーエレメント
23 スライダー
24 引手
25 上止
26 箱体
27 補強テープ
30 ファスナーエレメント
31 反転部
32 脚部
33 縫着糸
34 芯紐
35 接合部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic bonding apparatus 2 Ultrasonic oscillator 3 Horn 4 Drive apparatus 5 Control apparatus 6 Comparison determination apparatus 7 Display part 8 Anvil 9 Temperature sensor 10, 11 Synthetic resin materials 15-17 Basic waveform pattern 18, 19 First waveform pattern 20 Slide Fastener 21 Fastener tape 22 Fastener element 23 Slider 24 Handle 25 Upper stop 26 Box 27 Reinforcement tape 30 Fastener element 31 Reverse part 32 Leg part 33 Sewing thread 34 Core string 35 Joint part

Claims (6)

合成樹脂材(10、11)を超音波発振器(2)のホーン(3)とアンビル(8)との間に挟持し、前記ホーン(3)を超音波振動させて前記合成樹脂材に対して加工処理を行い、同加工処理を行った前記合成樹脂材の加工処理状態についての管理を行う超音波加工方法において、
前記合成樹脂材(10、11)に対する加工処理工程での正常加工処理時における、前記超音波発振器(2)の振動エネルギーと前記ホーン(3)を発振させた時からの経過時間との関係を示す基準波形パターン(15〜17)として、時間長さを異にする発振時間毎に基準波形パターン(15〜17)を形成してこれらを記憶部に記憶させ、
同超音波発振器(2)の振動エネルギーと前記ホーン(3)を発振させた時からの経過時間との関係を第1波形パターン(18、19)として求め、かつ前記合成樹脂材に対する加工処理に要した前記超音波発振器(2)の発振時間を第1発振時間として検出し、
前記記憶部から前記第1発振時間に最も近い発振時間を選定し、同選定した発振時間に対応した基準波形パターン(15〜17)を前記記憶部から読み出し、
同読み出した基準波形パターン(15〜17)と前記第1波形パターン(18、19)とを比較し、同基準波形パターン(15〜17)と第1波形パターン(18、19)とのパターン形状の偏差状態に応じて、前記合成樹脂材の加工処理状態に係わる不良状態の管理を行うことを特徴とする超音波加工方法。
The synthetic resin material (10, 11) is sandwiched between the horn (3) and the anvil (8) of the ultrasonic oscillator (2), and the horn (3) is ultrasonically vibrated against the synthetic resin material. In the ultrasonic processing method for performing processing and managing the processing state of the synthetic resin material that has been subjected to the processing,
The relationship between the vibration energy of the ultrasonic oscillator (2) and the time elapsed since the horn (3) was oscillated during normal processing in the processing step for the synthetic resin material (10, 11). As a reference waveform pattern (15 to 17) to be shown, a reference waveform pattern (15 to 17) is formed for each oscillation time with different time lengths, and these are stored in the storage unit.
The relationship between the vibration energy of the ultrasonic oscillator (2) and the elapsed time since the horn (3) was oscillated is obtained as the first waveform pattern (18, 19), and the processing for the synthetic resin material is performed. The required oscillation time of the ultrasonic oscillator (2) is detected as the first oscillation time,
An oscillation time closest to the first oscillation time is selected from the storage unit, and a reference waveform pattern (15 to 17) corresponding to the selected oscillation time is read from the storage unit,
The read reference waveform pattern (15-17) and the first waveform pattern (18, 19) are compared, and the pattern shape of the reference waveform pattern (15-17) and the first waveform pattern (18, 19) is compared. An ultrasonic processing method comprising: managing a defect state related to a processing state of the synthetic resin material according to a deviation state of the synthetic resin material.
前記振動エネルギーとして、前記超音波発振器(2)の負荷電流値を用いてなることを特徴とする請求項1記載の超音波加工方法。   2. The ultrasonic processing method according to claim 1, wherein a load current value of the ultrasonic oscillator (2) is used as the vibration energy. 前記第1発振時間が、前記第1波形パターン(18、19)から検出されてなることを特徴とする請求項1又は2記載の超音波加工方法。   3. The ultrasonic processing method according to claim 1, wherein the first oscillation time is detected from the first waveform pattern (18, 19). 前記合成樹脂材(10、11)に対する加工処理工程での前記超音波発振器(2)の発振時間と検出した前記ホーン(3)の温度との関係を、予め所定の温度範囲毎に前記発振時間を対応させて記憶部に記憶させ、
前記加工処理工程において検出した前記ホーン(3)の温度から、前記記憶部に記憶した前記発振時間を選定し、
同選定した発振時間に基づいて前記超音波発振器(2) を発振させてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の超音波加工方法。
The relationship between the oscillation time of the ultrasonic oscillator (2) in the processing step for the synthetic resin material (10, 11) and the detected temperature of the horn (3) is determined in advance for each predetermined temperature range. And store it in the storage unit.
From the temperature of the horn (3) detected in the processing step, select the oscillation time stored in the storage unit,
The ultrasonic processing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the ultrasonic oscillator (2) is oscillated based on the selected oscillation time.
合成樹脂材を載置するアンビル(8)と、
ホーン(3)を備え、同ホーン(3)に超音波振動を発生させる超音波発振器(2)と、
前記ホーン(3)を前記アンビル(8)に対して接離自在に駆動する駆動装置(4)と、
前記超音波発振器(2)から出力された振動エネルギーを入力する前記比較判定装置(6)と、
前記比較判定装置(6)からの出力信号を入力し、少なくとも前記駆動装置(4)、超音波発振器(2)及び比較判定装置(6)に対して制御信号を出力する制御装置(5)と、
前記制御装置(5)及び前記比較判定装置(6)のうち少なくとも一方の装置に接続した記憶部と、
を備え、
前記記憶部が、前記ホーン(3)とアンビル(8)とによる正常加工処理時における、前記超音波発振器(2)の振動エネルギーと前記ホーン(3)を発振させた時からの経過時間との関係を示す基準波形パターン(15〜17)として、時間長さを異にする発振時間毎に基準パターン(15〜17)を対応させて記憶する機能を有し、
前記制御装置(5)が、前記記憶部に記憶された前記発振時間を選定する機能、同選定した発振時間に基づいて前記駆動装置(4)及び超音波発振器(2)に対して制御信号を出力する機能を有し、
前記比較判定装置(6)が、前記超音波発振器(2)から入力した前記振動エネルギーと同振動エネルギーが入力された時からの経過時間とから、前記振動エネルギーと発振時間との関係を示す第1波形パターン(18、19)を演算形成する機能を有し、
前記制御装置(5)又は前記比較判定装置(6)が、前記合成樹脂材に対する加工処理に要した前記超音波発振器(2)の発振時間を第1発振時間として検出する機能を有し、
前記制御装置(5)又は前記比較判定装置(6)が、前記第1発振時間に基づいて前記記憶部から同第1発振時間に最も近い発振時間を選び出し、同選び出した発振時間に対応した基準波形パターン(15〜17)を前記記憶部から読み出す機能を有し、
前記比較判定装置(6)が、前記読み出した基準波形パターン(15〜17)と前記演算形成した第1波形パターン(18、19)との比較判断を行い、同比較判断結果を出力する機能を更に有してなることを特徴とする超音波加工装置。
Anvil (8) to place synthetic resin material,
An ultrasonic oscillator (2) comprising a horn (3) and generating ultrasonic vibration in the horn (3);
A driving device (4) for driving the horn (3) so as to be able to contact with and separate from the anvil (8);
The comparison determination device (6) for inputting vibration energy output from the ultrasonic oscillator (2),
A control device (5) for inputting an output signal from the comparison determination device (6) and outputting a control signal to at least the drive device (4), the ultrasonic oscillator (2) and the comparison determination device (6); ,
A storage unit connected to at least one of the control device (5) and the comparison determination device (6);
With
The storage unit, during normal processing by the horn (3) and anvil (8), the vibration energy of the ultrasonic oscillator (2) and the elapsed time since the horn (3) was oscillated. As a reference waveform pattern (15-17) indicating the relationship, it has a function of storing the reference pattern (15-17) corresponding to each oscillation time with different time lengths,
The control device (5) has a function of selecting the oscillation time stored in the storage unit, and sends a control signal to the drive device (4) and the ultrasonic oscillator (2) based on the selected oscillation time. Has a function to output,
The comparison / determination device (6) shows a relationship between the vibration energy and the oscillation time based on the vibration energy input from the ultrasonic oscillator (2) and the elapsed time from the input of the vibration energy. It has a function to calculate and form one waveform pattern (18, 19)
The control device (5) or the comparison / determination device (6) has a function of detecting an oscillation time of the ultrasonic oscillator (2) required for processing the synthetic resin material as a first oscillation time,
The control device (5) or the comparison / determination device (6) selects an oscillation time closest to the first oscillation time from the storage unit based on the first oscillation time, and a reference corresponding to the selected oscillation time. It has a function of reading the waveform pattern (15 to 17) from the storage unit,
The comparison / determination device (6) has a function of comparing and determining the read reference waveform pattern (15 to 17) and the calculated and formed first waveform pattern (18, 19) and outputting the comparison determination result. Furthermore, the ultrasonic processing apparatus characterized by having.
前記ホーン(3)の温度を検出する温度センサ(9)を更に備え、
前記記憶部が、前記超音波発振器(2)の発振時間と前記温度センサ(9)で検出した温度とを、予め所定の温度範囲毎に前記発振時間を対応させた対応関係として記憶する機能を更に有し、
前記制御装置(5)における前記記憶部に記憶された前記発振時間を選定する機能が、前記温度センサ(9)で検出した温度信号に基づいて発振時間を選定する機能であることを特徴とする請求項5記載の超音波加工装置。
Further comprising a temperature sensor (9) for detecting the temperature of the horn (3),
The storage unit stores the oscillation time of the ultrasonic oscillator (2) and the temperature detected by the temperature sensor (9) as a correspondence relationship in which the oscillation time corresponds in advance for each predetermined temperature range. In addition,
The function of selecting the oscillation time stored in the storage unit in the control device (5) is a function of selecting the oscillation time based on a temperature signal detected by the temperature sensor (9). The ultrasonic processing apparatus according to claim 5.
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