JP2012055907A - 超音波接合制御装置及び超音波接合制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合強度の割には被接合部材の重量が重く、被接合部材の機械的な振動振幅が小さくなって接合完了に伴う振動振幅の検出が困難な超音波接合であっても、正確な接合良否の判定が可能であり、不良品の流出を防止することができる超音波接合制御装置を得る。
【解決手段】超音波接合制御装置（３００Ａ）は、振動子駆動電圧源から駆動される超音波振動子（１３２）を用いて接合部材（１２１）と被接合部材（１２０）を接合する超音波接合装置（１００Ａ）を制御するものであって、被接合部材に対して密着当接される第１の振動センサ（１１６）は被接合部材または接合部材の機械的振動を検出するものではなく、接合部材と被接合部材が押圧・加振されて生起する摺動摩擦による擦れ振動を検出し、加振開始に伴う擦れ振動の発生と接合完了に伴う擦れ振動の消滅を検出して接合状態を判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、接合部材を被接合部材に押圧する接触子に超音波振動を付与して両部材を接合するようにした超音波接合制御装置の改良、特には超音波接合の完了が厚さ寸法の変化として顕在化しにくい材料であって、しかも接合強度の割合には被接合部材の重量が大きくて、接合完了時に発生する被接合部材の機械的振動が過少である場合に最適となる超音波接合制御装置及び超音波接合制御方法の改良に関するものである。

圧接面に付与された超音波振動に伴う摩擦熱によって金属部材同士を溶融接合する超音波溶接装置や、摩擦研磨によって発生した活性面同士の間に作用する物理結合による超音波接合装置は広く実用されているが、溶融に伴う寸法変化を伴わないものでは、超音波接合が正常完了したかどうかを判定することには困難があり、一般には所定時間において所定の超音波エネルギーが付与されたかどうかによって正常な接合が行われたものと看做すようになっている。

しかし、付与された超音波エネルギーが少ないと所定の接合力が得られない問題が発生し、付与された超音波エネルギーが多すぎると接合部分と接合剥離部分とが混在して、接合強度が低下する問題が発生するので、適用材料の材質や寸法、環境温度に応じた超音波エネルギーの調整が必要となる。

このような背景のもとで、超音波発生源に連結されたツールによって、接合部材であるダイパッドを被接合部材である金属放熱板に圧しつけた状態で、ツールを介してダイパッドに超音波振動を与えることによる超音波接合方法が開示され、金属放熱板ないしその支持部材の振動状態にしたがって、超音波発生源による超音波振動を停止しまたは低減する（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、超音波接合が進行するにしたがって、被接合部材（金属放熱板）が接合部材（ダイパッド）に同期して振動を始めるが、この状態を直接的に検出して、必要以上の超音波振動エネルギーが印加されることがないようにしている。
また、金属放熱板の振動状態を検出することによって、適正な接合状態が得られたかどうかをも判断することができ、常に金属放熱板に不具合を生じさせることなく、適正な接合状態を得ることができると主張している。

また、超音波発生手段、超音波発生手段から発せられた超音波を接合部材に加える手段、接合部材と接合させる被接合部材を固定する固定材を保持する治具、を有する超音波接合装置が開示され、接合部材及び被接合部材の相対振動状態を検出する手段、検出結果を診断する手段、及び診断結果を超音波発生手段にフィードバックする手段を備えており、検出手段としてレーザドップラー効果を利用した検出器が使用されている（例えば、特許文献２参照）。

具体的には、超音波接合が進行するにしたがって、被接合部材である第２のワークが接合部材である第１のワークを加振するツールと同期して振動を始めるとともに、ツールの振動振幅は減少し始めて、両者の振幅差は次第に減少してやがてゼロになることによって接合完了したと判定されるようになっている。

特開平０９−０４５７３７号公報 特開平０５−２０６２２４号公報

特許文献１による超音波接合方法及び装置は、被接合部材ないしはその支持部材の振動状態にしたがって超音波発生源による超音波振動を停止し、過剰なエネルギーの付与に伴う不具合の発生を抑制するものであるが、接合強度の割合には被接合部材の重さが大きくて接合完了に伴う被接合部材の振動振幅が過少である場合や、接合完了に伴って加振側の振動振幅が低下して、その結果として被接合部材の振動振幅が過少である場合には、振動センサによって被接合部材の振動を検出することが困難となり、正確な接合判定が行えない問題点がある。

また、特許文献２による超音波接合装置及び品質モニタリング方法の場合は、振動センサは加振ツール側（接合部材側）と被加振側（被接合部材側）の双方に設けられ、当初は加振ツール側のみが振動し、やがて被加振側も振動し、接合完了に伴って両者の振幅が一致して振幅偏差がゼロになることによって接合完了を判定するようになっている。
従って、接合強度の割合には被接合部材の重さが大きくて接合完了に伴う被接合部材の振動振幅が過少である場合には、振動センサによって被接合部材の振動を検出することが困難となり、正確な接合判定が行えない問題点がある。

また、特許文献２の場合にはレーザドップラー効果を利用した非接触形の振動計が使用されて、装置が高価になるとともに、加振側と被加振側の振動センサの出力信号には位相差があって、単純には両者の偏差を算出することができず、接合判定の応答遅れによって接合剥離が発生する問題点がある。

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、接合強度の割には被接合部材の重量が重く、被接合部材の機械的な振動振幅が小さくなって接合完了に伴う振動振幅の検出が困難な超音波接合であっても、正確な接合良否の判定が可能であり、不良品の流出を防止することができる超音波接合制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構から押圧される接触子により接合部材を被接合部材に圧接するとともに、前記接触子には振動子駆動電圧源の出力電圧が印加される超音波振動子が連結されて加振され、前記接触子により加振されて生起する圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材と前記被接合部材とを接合する超音波接合制御装置に対する超音波接合制御装置であって、前記被接合部材に対して着脱可能に密着当接される第１の振動センサ、または前記接触子側に設けられる第２の振動センサの検出出力に応動する異常検出ユニットを備え、前記異常検出ユニットは、第１の帯域フィルタまたは第２の帯域フィルタと、接合完了判定手段と、第１の異常判定手段とを備え、前記第１の帯域フィルタおよび前記第２の帯域フィルタの中心周波数は、前記接合部材と前記被接合部材とが押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域内にあり、前記接合完了判定手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサの出力信号、または前記第２の帯域フィルタを介して得られる前記第２の振動センサの出力信号の信号振幅が増加から減少に転じた後に、所定の下限値未満に達したとき超音波接合が完了したと判定し、前記第１の異常判定手段は、前記接触子に対する加振開始からの経過時間が所定の最大設定時間に達する時点までに前記接合完了判定手段による接合完了判定が得られなければ接合異常であると判定し、前記最大設定時間として、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用され、前記最大設定時間の到来は、測定する加振開始後の経過時間が前記最大設定時間に達したとき、または前記振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したときに到来したと判定する。

この発明に係る超音波接合制御装置は、振動子駆動電圧源から駆動される超音波振動子を用いて接合部材と被接合部材を接合するものであって、被接合部材に当接する第１の振動センサ、または加振側に固定された第２の振動センサは被接合部材の機械的振動を検出するものではなく、摺動摩擦による擦れ振動を検出し、一旦擦れ振動が発生してからやがて接合完了に伴って擦れ振動が消滅することを検出することによって接合完了を判定するようになっている。
従って、接合強度の割合には被接合部材の重量が重く、被接合部材の機械的な振動振幅が小さくなって接合完了に伴う振動振幅の検出が困難な超音波接合であっても、加振側と被加振側の振動振幅の偏差の有無を擦れ振動の有無によって直接検出することによって、正確な接合良否の判定が可能となり、不良品の流出を防止することができるという効果を奏する。

また、被接合部材に付与される超音波振動の周波数に比べて、摺動摩擦に伴う擦れ振動の周波数は大きな値となり、帯域フィルタの中心周波数を擦れ振動の周波数帯域に合わせることによって、機械的振動成分のノイズを除去し、擦れ振動成分を強調して検出することができるので、微弱な検出信号であっても正確な接合良否の判定が可能となるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置の全体構成図である。 図１のＡ−Ａ線による超音波接合制御装置の部分平面図である。 図１の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である。 図１の超音波接合制御装置の説明用タイムチャートである。 図１の超音波接合制御装置の動作説明用のフローチャートである。 図５の中の一部工程の詳細動作説明用のフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の全体構成図である。 図７の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である。 図７の超音波接合制御装置の説明用タイムチャートである。 図７の超音波接合制御装置の動作説明用のフローチャートである。 図１０の中の一部工程の詳細動作説明用のフローチャートである。

以下、本発明の超音波接合制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
（１）実施の形態１に係る超音波接合制御装置の構成の詳細な説明
以下、この発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置の全体構成図である図１と、図１の超音波接合制御装置のＡ−Ａ線による部分平面図である図２と、図１の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である図３によって、実施の形態１に係る超音波接合制御装置の構成を詳細に説明する。

図１、図２において、超音波接合装置１００Ａは第一から第四部分によって構成されており、第一部分は基台１１０と背柱１１１と天板１１２によって構成された側面形状がコの字形の静止機構と、この静止機構に設けられた後述の可動部及び駆動部によって構成されている。
第二部分は基台１１０の上面に搬入搭載されて、図２の上方へ移送される例えばセラミックスまたはガラス、鉄板などの被接合部材１２０と、この被接合部材１２０の表面に所定の間隔をおいて順次接合される薄膜テープ状の接合部材１２１であり、この接合部材１２１は図示しない巻枠リールから巻出されるようになっている。
第三部分は被接合部材１２０を順次移送する搬送移動機構１６０であり、第四部分は基台１１０の近隣に設置された全体制御盤１９０Ａとなっている。

まず、第一部分における天板１１２には後述のバランサ１３６を保持固定するための壁板１１３が固定され、基台１１０の上面陥没部には例えばゴム材である緩衝部材１１５を介して第１の振動センサ１１６が取り付けられており、この第１の振動センサ１１６は搬入到来した被接合部材１２０の下面に対して図示しない非硬化性グリースを介して当接するようになっている。

第１の振動センサ１１６は数１００ＫＨｚから数ＭＨｚ帯で応答する例えば圧電素子を用いた半導体センサであり、被接合部材１２０に発生する振動に基づく圧力を検出して、圧力に比例した電圧信号を発生するものであって、所定の換算係数を用いて機械的な振動振幅にも換算することができる。

また、非硬化性グリースは例えばゲル状のシリコーングリースであって、第１の振動センサ１１６と被接合部材１２０間の密着性を向上して、超音波振動が伝わりやすくするためのものである。
また、緩衝部材１１５は超音波振動が基体１１０へ伝播漏洩するのを防止するためのものであり、例えば硬度８０〜９０Ｈｓ程度のゴム材が使用されている。

第一部分における可動部は、接合部材１２１を押圧する接触子１３０と、この接触子１３０に固定された第３の振動センサ１３７Ａと、この接触子１３０が一端に固定された第１のリード部材１３１と、例えば２０ＫＨｚの一定周波数で振動する超音波振動子１３２と、この超音波振動子１３２と第１のリード部材１３１の一端または接触子１３０との間に連結され、超音波振動を増幅する超音波ホーン１３３と、一端に超音波振動子１３２が固定された第２のリード部材１３４と、第１のリード部材１３１と第２のリード部材１３４の他端に固定された結合ブロック１３５とによって構成されており、後述の押圧センサ１４４と可動部全体の重力は壁板１１３に固定された例えばエアシリンダであるバランサ１３６によって減殺するように、一定推力で持上げ駆動されている。

第一部分における駆動部は、天板１１２の上面に固定され、回転センサ１４１を備えたサーボモータ１４０と、このサーボモータ１４０の出力回転軸であるスクリューシャフト１４２に対して噛合い係合して、サーボモータ１４０の回転方向に応じて上下方向に昇降する押圧駆動機構１４３と、この押圧駆動機構１４３と可動部の結合ブロック１３５との間に設けられた例えばロードセルである押圧センサ１４４と、例えば一対のエアシリンダである補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂの可動ピストンである可動部分１４６ａ、１４６ｂと、可動部分１４６ａ、１４６ｂの下端に固定された押圧駆動機構１５０と、によって構成されている。

押圧駆動機構１５０の下面にはゴム材である緩衝部材１５１が接着されており、押圧駆動機構１５０の一部部領域は図２で示すとおり一対の押圧板１５０ａ・１５０ｂに分割され、接触子１３０によって押圧されている接合部材１２１の前後（図２の上下位置）を押圧するようになっている。
補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂは押圧駆動機構１５０によって被接合部材１２０と接合部材１２１を基台１１０に押圧して、微振動による被接合部材１２０の這い出しを防止し、接合部材１２１の接合点の変動を防止するためのものとなっている。

第三部分となる搬送移動機構１６０には、図１、図２で示すとおり、４個のエアシリンダである昇降機構１６１ａ（１６１ｂ〜１６１ｄは図示せず）と、この昇降機構の可動ピストンの先端に設けられた吸着盤１６２ａ〜１６２ｄが設けられ、吸着盤１６２ａ〜１６２ｄによって被接合部材１２０を吸着し、昇降機構１６１ａ〜１６１ｄを上昇させてから搬送移動機構１６０を図２の上方に移動させて停止し、昇降機構１６１ａ〜１６１ｄを下降させてから吸着盤１６２ａ〜１６２ｄを開放し、再び昇降機構１６１ａ〜１６１ｄを上昇させてから図２の下方に移動復帰することによって、被接合部材１２０を順次前進移送するようになっている。
なお、被接合部材１２０を前進移動（図２の上方）させると、接合部材１２１は図示しない巻枠リールから巻出されて被接合部材１２０と一体になって移動するようになっている。
第四部分となる全体制御盤１９０Ａは図３で後述するとおり、超音波接合制御装置３００Ａ、搬送制御ユニット３１０、電源制御ユニット３３０Ａ、駆動制御ユニット３４０によって構成されている。

図３において、超音波接合制御装置３００Ａはマイクロプロセッサ３０１と協働するプログラムメモリ３０２Ａを主体として構成されており、その制御機能は異常検出ユニット３２０Ａと、搬入移送指令ユニット６０３と、押圧制御指令ユニット６０４と、電源制御指令ユニット６０６に大別されている。
搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動する搬送制御ユニット３１０は例えばプログラマブルコントローラによって構成され、前述したエアシリンダを主体として構成されたワーク搬送機構３１１を制御し、被接合部材１２０や接合部材１２１であるワークの上昇・移送・下降駆動を行ったり、補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂの押圧制御を行なうようになったりしている。

駆動制御ユニット３４０は搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動した速度パターン３４１に基づいてサーボアンプ３４２を介してサーボモータ１４０を回転駆動し、回転センサ１４１によって検出された回転速度が目標とする回転速度となるように制御して、接触子１３０を接合部材１２１に対して接近駆動したり、離間駆動したりするようになっている。
また、駆動制御ユニット３４０は、押圧制御指令ユニット６０４からの押圧指令に応動した押圧力パターン３４４に基づいてサーボアンプ３４２を介してサーボモータ１４０の発生トルクを制御し、押圧センサ１４４によって検出された押圧力が目標とする押圧力となるように制御して、接触子１３０を接合部材１２１に対して押圧駆動するようになっている。

電源制御ユニット３３０Ａは電源制御指令ユニット６０６からの加振制御指令に応動する電圧／電流発生パターン３３１に基づいて振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流の目標値を設定し、電源センサ３３３によって検出された振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を監視しながら負帰還制御を行なうようになっている。
なお、振動子駆動電圧源３３２は例えばＡＣ１００Ｖの商用電源を入力電源として動作し、昇圧回路を介してＡＣ１０００Ｖ以下で２０ＫＨｚの一定高周波数の高電圧を発生するが、その出力電圧や出力電流は昇圧回路の前段部または後段部において検出されるようになっている。
また、目標電圧または目標電流は後述の振幅抑制手段３２１ｃからの指令によって漸減するとともに、検出出力電流が過大にならないように目標出力電圧を抑制するか、検出出力電圧が過大とならないように目標出力電流を抑制するようになっている。

異常検出ユニット３２０Ａは第１の帯域フィルタ３２１ａと低周波帯域フィルタ３２３ａとを包含し、第１の振動センサ１１６の出力信号を第１の異常判定手段３２１ｂと振幅抑制手段３２１ｃと、接合完了判定手段３２４へ入力するようになっている。
また、第２の異常判定手段３２２ｂｂは電源センサ３３３と第３の振動センサ１３７Ａの出力信号が入力された低周波帯域フィルタ３２３ａの出力信号に応動するようになっている。

第１の帯域フィルタ３２１ａの中心周波数は振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数（例えば２０ＫＨｚ）よりも格段に高い周波数であって、接合部材１２１と被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域である例えば２００ＫＨｚ〜１ＭＨｚの間の特定周波数で入出力ゲインが大きな値となるようにフィルタ特性が選択決定されている。
低周波帯域フィルタ３２３ａの中心周波数は振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数（例えば２０ｋＨｚ）に相当した周波数であって、この実施の形態１においては第３の振動センサ１３７Ａは接触子１３０の機械的振動を検出するためのものとなっている。

接合完了判定手段３２４は第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる第１の振動センサ１１６の出力信号が図４（Ｇ）で後述する第１の判定閾値Ｈ１１を超えて増加してからから減少に転じ、所定の下限値Ｈ１３未満となったことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。

なお、接合完了判定手段３２４は第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる第１の振動センサ１１６の出力信号データを、シフトレジスタである旧データ更新記憶手段３２４ａへ時々刻々に順次格納し、新旧データ比較手段３２４ｂによって所定の時間差をおいた新旧データを対比して、接合完了判定部３２４ｃにおいて信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１未満から以上に変化した後に、当該第１の判定閾値Ｈ１１よりも小さな値である所定の下限値Ｈ１３未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。

更に、接合完了判定手段３２４は、接触子１３０に対する加振が開始されてから、出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小設定時間未満であった場合には、接合異常であると判定するかまたは少なくとも当該接合完了判定を無効とする尚早異常判定部３２４ｄを備えている。

但し、所定の最小設定時間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うのに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用されていて、最小設定時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。

第１の異常判定手段３２１ｂは接触子１３０に対する加振開始からの最大設定時間内に接合完了判定手段３２４による接合完了判定が得られなければ接合異常であると判定するようになっている。
但し、ここでいう最大設定時間とは、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うのに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、最大設定時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。

振幅抑制手段３２１ｃは第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる第１の振動センサ１１６の出力信号の信号振幅が、図４（Ｇ）で後述する第１の判定閾値Ｈ１１未満から以上に変化した後に所定の遅延時間Δτだけ時間が経過するか、または下限値Ｈ１３よりも大きな値である第２の判定閾値Ｈ１２未満に減少したことを検出したことによって接合開始したと推定して、振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を時間経過に伴って漸減する。

第２の異常判定手段３２２ｂｂは、電源センサ３３３の検出信号の出力特性について測定記憶された標準特性と、新に測定された検出信号の出力特性とを対比して、振動子駆動電圧源３３２に供給された入力電圧に対応した出力電流が得られているかどうかによって電源異常の有無を判定すると共に、電源センサ３３３の検出信号と低周波帯域フィルタ３２３ａの出力信号を対比して、接触子１３０を含む加振機構の振動振幅が振動子駆動電圧源３３２の出力電流に対応した振動振幅となっているかどうかを判定して設備異常の有無を判定するようになっている。

第１の異常判定手段３２１ｂと第２の異常判定手段３２２ｂｂのいずれかが異常判定を行うと異常発生処理指令６１８Ａが発生して、異常報知と異常発生情報の保存記憶と装置の自動停止を行うようになっている。
第１の異常判定手段３２１ｂおよび第２の異常判定手段３２２ｂｂのいずれもが異常判定を行わなかったときは、図示しない手動停止指令が発生していない限りは継続運転を許可する継続指令６１４を発生するようになっている。

（２）実施の形態１に係る超音波接合制御装置の作用・動作の詳細な説明
以下、図１〜図３のとおり構成されたこの発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置について、図４に示すタイムチャートに基づいて制御動作の概要を説明する。
図４（Ａ）はワークの搬入、搬出移送動作を示しており、板状の被接合部材１２０と薄膜テープ状の接合部材１２１であるワークを順次移動させて、超音波接合部位を順次接触子１３０の下部に移動させるために、搬送移動機構１６０と昇降機構１６１ａ〜１６１ｄと吸着盤１６２ａ〜１６２ｄが協働して、第１時刻帯４０１ａで前進して搬出と搬入を行い、隣接する第１’時刻帯４０１ａａにおいて空荷で後退し、第６時刻帯４０６ａから同様の繰返し動作を行うようになっている。

図４（Ｂ）はサーボモータ１４０による接触子１３０の昇降動作を示しており、第１時刻帯４０１ａに続く後続時刻帯４０１ｂにおいて下降動作を行い、第６時刻帯４０６ａの先行時刻帯４０６ｂにおいて上昇動作を行うようになっている。
図４（Ｃ）は補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂによる押圧駆動機構１５０の昇降動作を示しており、後続時刻帯４０１ｂに続く後続時刻帯４０１ｃにおいて下降動作を行い、先行時刻帯４０６ｂの更なる先行時刻帯４０６ｃにおいて上昇動作を行うようになっている。
なお、エアシリンダである補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂは接触子１３０を昇降させる押圧駆動機構１４３と連動して昇降し、接触子１３０の下降完了に伴って押圧駆動機構１５０の下降押圧動作を行い、やがて押圧駆動機構１５０の上昇動作の開始を待って接触子１３０の上昇動作を行うようになっている。

図４（Ｄ）はサーボモータ１４０による接触子１３０の押圧動作を示しており、後続時刻帯４０１ｃに続くに後続時刻帯４０１ｄにおいて押圧動作を行い、先行時刻帯４０６ｃの更なる先行時刻帯４０６ｄにおいて押圧解除動作を行うようになっている。
押圧力の上昇・下降パターンについては様々な考え方があり、例えば図４（Ｄ）の点線で示したとおりなだらかに漸増させてもよい。

図４（Ｅ）は超音波振動子１３２に印加される振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の波高値を示しており、接合部材１２１が接触子１３０によって所定圧力以上の圧力で押圧された後続時刻帯４０１ｄに続く第１時刻４０１ｅで加振開始し、所定の出力電圧を維持しながら第４時刻４０４ｅに至り、第４時刻４０４ｅ以降は漸減し、後述する第５時刻４０５ｅまでには出力電圧はゼロになっている。

加振開始時刻４０１ｅと加振完了時刻４０５ｅとの間の時間である最大設定時間Ｔｍａｘは予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、最大設定時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
加振完了時刻４０５ｅ以後は先行時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂを経て第６時刻帯４０６ａへ移行するようになっている。

図４（Ｆ）は接触子１３０側の加振振幅を測定するため設けられた第３の振動センサ１３７Ａから低周波帯域フィルタ３２３ａを介して得られる加振側の振動振幅を示している。
接触子１３０の振動は加振開始時刻４０１ｅと同じ時刻である振動開始時刻４０１ｆから振動を開始し、摺動面の汚れ具合によって変化する滑動振動振幅を維持しながら滑動終了時刻である第２時刻４０２ｆに至り、第２時刻４０２ｆから第４時刻４０４ｆにおいては摺動面の研磨が行われて振動振幅は漸減し、やがて第４時刻４０４ｅ、４０４ｆにおいて加振抑制が開始することによって振動振幅は更に漸減して、加振完了時刻４０５ｆに至って振動振幅はゼロになっている。

図４（Ｇ）は第１の振動子１１６による被加振側の信号振幅を示しており、この出力信号は図４（Ｆ）の場合と異なり摺動摩擦による擦れ振動による信号電圧を示しており、振動開始時刻４０１ｇ、滑動終了時刻４０２ｇ、接合開始時刻４０４ｇを経て加振完了時刻４０５ｇに至るようになっている。
なお、図４（Ｇ）では、擦れ振動による信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１を超過してから、第２の判定閾値Ｈ１２未満まで減少して接合開始判定が行われるまでの時間と、擦れ振動による信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１を超過してから遅延時間Δτが経過するまでの時間とが偶然に一致している場合を示しており、遅延時間Δτは接合開始時刻を予測推定するための時間となっている。

次に、図１〜図３のとおり構成されたこの発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置について、図５、図６に示すフローチャートに基づいて制御動作の詳細を説明する。
図５において、工程６００は超音波接合制御装置３００Ａの主体構成要素であるマイクロプロセッサ３０１の制御動作の開始ステップ、続く工程６０１ａはサーボモータ１４０によって接触子１３０を上昇させるとともに、補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂによって押圧駆動機構１５０を上昇するように上昇指令を発生するステップであり、後述の工程６１３で既に上昇動作が行われているときは工程６０１ａによる上昇動作は不要である。
続く工程６０２はワークの搬入移送指令を発生するステップであり、この指令によって搬送制御ユニット３１０は図１、図２における吸着盤１６２ａ〜１６２ｄを下降して被接合部材１２０を吸着・上昇し、搬送移動機構１６０を前進移動させてから吸着盤１６２ａ〜１６２ｄを下降・解除・上昇し、空荷で初期位置に後退する一連の搬送制御が行われるようになっている。

続く工程６０１ｂはサーボモータ１４０に対して接触子１３０を下降させる指令を発生するとともに、補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂによって押圧駆動機構１５０を下降させるステップであり、工程６０１ａ、６０２、６０１ｂによって構成された工程ブロック６０３は搬入移送指令発生工程となっていて、これらの動作は図４（Ａ）の第１時刻帯４０１ａと第１’時刻帯４０１ａａ、図４（Ｂ）の第１時刻帯４０１ｂ、図４（Ｃ）の第１時刻帯４０１ｃにおいて実行されるものである。
続く工程６０４はサーボモータ１４０に対して接触子１３０を接合部材１２１に押圧するための指令を発生する押圧制御指令発生工程である。

続く工程６０５は接触子１３０の押圧力が所定値に到達したかどうかを判定し、未到達であればＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、到達すればＹＥＳの判定を行って工程６０６へ移行する判定ステップであり、これらの動作は図４（Ｄ）の第１時刻帯４０１ｄ以降で実行されるものである。
なお、接触子１３０の昇降制御と押圧制御は図３の駆動制御ユニット３４０によって実行されており、マイクロプロセッサ３０１は押圧センサ１４４の出力を監視して、押圧制御指令の発生と停止のみを行うようになっている。

続く工程６０６は超音波振動子１３２に対して所定周波数の駆動電圧を印加するための電源制御指令発生工程であり、電源制御指令が発生すると図３の電源制御ユニット３３０Ａは所定の出力パターン３３１に基づいて振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を負帰還制御するようになっている。

続く工程６０７は工程６０６が駆動電圧を発生する指令発生期間を決定するための加振完了時期判定工程となるステップであり、この指令発生期間で適用される最大設定時間Ｔｍａｘは、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、最大設定時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定され、未到達であればＮＯの判定を行って工程ブロック６２０Ａへ移行し、到達であればＹＥＳの判定を行って工程６０８へ移行するようになっている。

工程ブロック６２０Ａは図６で後述するとおり接合良否と異常発生の有無を判定するための接合良否判定工程であり、続く工程６１７Ａは図６の工程６２８が異常判定情報を記憶しているかどうかを読み出して、異常発生ならＹＥＳの判定を行って工程６１８Ａへ移行し、異常発生していなければＮＯの判定を行って工程６０９ａへ移行する異常判定工程である。
工程６０９ａは図６の工程６２４ｆが接合開始判定を記憶しているかどうかを読み出して、接合開始しておればＹＥＳの判定を行って工程６１９へ移行し、接合開始していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰する判定ステップとなっている。

工程６１９は図３の電源制御ユニット３３０Ａに対して目標とする出力電圧または出力電流を時間経過に伴って漸減する指令を発生してから工程６０９ｂへ移行するステップである。
工程６０９ｂは図６の工程６２７が接合完了判定を記憶しているかどうかを読み出して、接合完了しておればＹＥＳの判定を行って工程６１２へ移行し、接合完了していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰する判定ステップとなっている。
工程６１８Ａは少なくとも異常発生を報知し、異常発生情報を保存記憶してから工程６１２へ移行する異常発生処理工程である。

工程６０８では第一の異常判定が行われ、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理を行なって工程６１２へ移行するステップである。
工程６１２は電源制御ユニット３３０Ａに対して超音波振動子１３２への駆動停止指令を発生するステップであり、工程６０６から工程６１２の間で図４（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）の第１時刻４０１ｅから第５時刻４０５ｅまでの動作が実行されるようになっている。
続く工程６１３は電源制御ユニット３３０Ａに対して接触子１３０の押圧停止指令と接触子１３０及び補助押圧機構１４５ａ、１４５ｂの上昇指令を発生するステップであり、これは図４（Ｄ）、（Ｃ）、（Ｂ）の第６時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂにおいて実行されるものである。
続く工程６１４は運転を継続するかどうかの判定ステップであり、図示しない手動操作スイッチによる運転停止要求が発生していたり、工程６１８Ａによる異常処理が運転停止を行うものであった場合にはＮＯの判定を行って動作終了行程６１５へ移行し、運転継続許可である場合にはＹＥＳの判定を行って工程６０１ａへ復帰するようになっている。
動作終了行程６１５では図示しない手動操作スイッチによって再始動指令が発生すると動作開始工程６００へ移行するようになっている。

図６において、工程６２１は図５の工程ブロック６２０Ａで示したサブルーチンプログラムの開始工程であり、一連の制御プログラムの後に設けられた工程６２９は図５の工程６１７Ａへ移行する復帰工程となっている。
工程６２１に続いて実行される工程６２２は、図３で示された第２の異常判定手段３２２ｂｂとなるものであり、振動子駆動電圧源３３２による出力電圧対出力電流特性に関する標準特性に比べて、実際の出力電流が過大または過少であったり、接触子１３０の振動振幅が異常であったりした場合には、振動子駆動電圧源３３２または超音波振動子１３２の異常であるとしてＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、出力電流や振動振幅に異常がなければＮＯの判定を行って工程６２４ａへ移行する判定ステップである。

工程６２４ａは、図３における旧データ更新記憶手段３２４ａが第１の帯域フィルタ３２１ａから得られる第一データを読込んで所定時間以前の旧データはオーバーフローする多段階シフトレジスタに対する読取りシフトを行うステップである。
続く工程６２４ｂでは工程６２４ａで記憶された新旧の第一データについて大小比較を行って工程６２４ｃへ移行する。
工程６２４ｃは工程６２４ｂによる比較結果として第一データが第１の判定閾値Ｈ１１以上に増加したかどうかを判定し、超過が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２４ｄへ移行し、超過が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図４（Ｇ）における第２時刻４０２ｇと第４時刻４０４ｇとの略中間の時刻の到来が判定されることになる。

工程６２４ｄでは第一データが第１の判定閾値Ｈ１１を超過したことを記憶して工程６２４ｅへ移行する。
工程６２４ｅは工程６２４ｂによる比較結果として第一データが第２の判定閾値Ｈ１２以下に減少したかどうかを判定し、未満が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２４ｆへ移行し、未満が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、工程６２４ｆは接合開始したことを記憶して図４（Ｅ）における第４時刻４０４ｅの到来が判定され加振漸減が開始するようになっている。
なお、工程６２４ｅでは第２の判定閾値Ｈ１２との比較判定を行う代わりに、所定の遅延時間Δτが経過したかどうかの判定に置き換えることも可能である。

続く工程６２４ｇは工程６２４ｂによる比較結果として第一データが下限値Ｈ１３以下に減少したかどうかを判定し、未満が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２６ｂへ移行し、未満が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップである。
工程６２６ｂは図３の尚早異常判定部３２４ｄに相当しており、判定経過時間が所定の最小設定時間以下であったかどうかを判定し、経過時間が過小であればＹＥＳの判定を行なって工程６２８または工程６２９へ移行し、過小でなければＮＯの判定を行って工程６２７へ移行する判定ステップであり、工程６２７は接合完了したことを記憶して工程６２９へ移行し、工程６２８は異常発生したことを記憶して工程６２９へ移行するようになっている。

なお、工程６２６ｂにおける所定の最小設定時間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用されていて、最小設定時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
従って、工程６２６ｂによれば接触子１３０に対する加振が開始されてから、第１の振動センサ１１６の出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小設定時間未満であった場合には、接合異常であると判定するかまたは少なくとも当該接合完了判定を無効するようになっている。当該接合完了判定を無効とした場合には工程６２６ｂから工程６２９へ点線で示したフローで移行するようになっている。

なお、工程６２８、工程６２４ｆで異常発生と加振抑制指令を記憶していないときには、図５において工程ブロック６２０Ａから工程６１７Ａ（ＮＯの判定）と工程６０９ａ（ＮＯの判定）と工程６０４、工程６０５、工程６０６と工程６０７（ＮＯの判定）を経て工程ブロック６２０Ａが繰返して実行され、やがて工程６０７がＹＥＳの判定を行えば工程６０８へ移行して巡回ルーチンを脱出する。
その前に異常発生の判定が行われると工程６１８Ａへ移行して巡回ルーチンを脱出し、加振抑制指令が記憶されると工程６１９を含む巡回ルーチンとなって工程６０６において超音波振動子１３２に対する印加電圧が順次漸減することになる。

また、工程６０７でＹＥＳの判定を行う前に工程６２７で接合完了判定を記憶すれば、図５の工程６０９ｂでＹＥＳの判定を行って巡回ルーチンを脱出するが、接合完了判定と異常発生も無く工程６０７でＹＥＳの判定を行うと巡回ルーチンを脱出して工程６０８へ移行し第１の異常判定が行なわれることになる。

（３）実施の形態１に係る超音波接合制御装置の要点と特徴
以上の説明で明らかなとおりこの発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構１４３から押圧される接触子１３０によって、接合部材１２１を被接合部材１２０に圧接するとともに、当該接触子１３０には振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が印加される超音波振動子１３２が連結されて加振され、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材１２１と被接合部材１２０とを接合するようにした超音波接合装置１００Ａに対する超音波接合制御装置３００Ａであって、前記被接合部材１２０に対して着脱可能に密着当接される第１の振動センサ１１６の検出出力に応動する異常検出ユニット３２０Ａを備えるとともに、前記異常検出ユニット３２０Ａは、第１の帯域フィルタ３２１ａおよび接合完了判定手段３２４、第１の異常判定手段３２１ｂを備え、前記第１の帯域フィルタ３２１ａの中心周波数は、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域内にあり、前記接合完了判定手段３２４は前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１１６の出力信号の信号振幅が増加から減少に転じた後に、所定の下限値未満となったことによって超音波接合が完了したと判定し、前記第１の異常判定手段３２１ｂは前記接触子１３０に対する加振開始からの経過時間が所定の最大設定時間に達する時点までに前記接合完了判定手段３２４による接合完了判定が得られなければ接合異常であると判定し、前記最大設定時間は予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用され、最大設定時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または前記振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したときに到来したと判定するようになっている。

前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、前記振動子駆動電圧源３３２の入力回路または出力回路に設けられた電圧または電流検出手段である電源センサ３３３の出力信号に応動する第２の異常判定手段３２２ｂｂを備え、前記第２の異常判定手段３２２ｂｂは、前記電源センサ３３３の検出信号の出力特性について測定記憶された標準特性と、新に測定された検出信号の出力特性とを対比して、前記振動子駆動電圧源３３２に供給された入力電圧に対応した出力電流が得られているかどうかによって電源異常の有無を判定するようになっている。

以上のとおり、振動子駆動電圧源３３２に対する電源センサ３３３を備え、第２の異常判定手段３２２ｂｂが付加されて振動子駆動電圧源３３２の出力信号を監視するようになっている。
従って、超音波接合作業工程の中で、接合良否の判定処理と並行して振動子駆動電圧源３３２の異常の有無が検出されるので、不良品が流出するのが防止されるとともに、異常発生要因が明確になって異常処理を容易に行うことができる。
また、接合完了に伴って摺動摩擦が消滅し、第１の振動センサ１１６または第３の振動センサ１３７Ａの信号出力がゼロになったとする判定において、電源異常による信号出力の停止ではないことを確認することによって誤った判定を回避することができる。

前記接合完了判定手段３２４は、前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１１６の出力信号データについて、所定の時間差をおいた新旧データを対比して、信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１未満から以上に変化した後に、当該第１の判定閾値Ｈ１１よりも小さな値である所定の下限値Ｈ１３未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。

以上のとおり、第１の振動センサ１１６の出力信号の信号振幅が時系列として増加から減少に転じて、所定の下限値Ｈ１３未満となったことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
従って、摺動摩擦の発生と接合完了に伴う摺動摩擦の消失の両方を複合的に判断して接合完了判定が行われ、超音波接合によって寸法変化が生じ難い材料や、摩擦熱の検出が行いにくい材料に対する超音波接合であっても、正確に接合完了判定を行うことができる。

前記接合完了判定手段３２４は更に、前記接触子１３０に対する加振が開始されてから、前記出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小設定時間未満であった場合には、接合異常であると判定するかまたは少なくとも当該接合完了判定を無効とし、前記所定の最小設定時間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用されていて、最小設定時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。

以上のとおり、接合完了判定が行われる時期が尚早であるときには、接合異常であるかまたは少なくとも当該接合完了判定を無効にするようになっている。
従って、接合完了判定が有効となる時間帯が制限されるので、ノイズ誤動作によって一時的に信号出力が増大するようなことがあっても誤った接合判定が行われる確率が改善低下する。

前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、振幅抑制手段３２１ｃを備え、前記振幅抑制手段３２１ｃは前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１１６の出力信号の信号振幅が、前記第１の判定閾値Ｈ１１未満から以上に変化した後に所定の遅延時間Δτが経過するか、または前記下限値Ｈ１３よりも大きな値である第２の判定閾値Ｈ１２未満に減少したことを検出したことによって接合開始したと推定して、前記振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を時間経過に伴って漸減するようになっている。

以上のとおり、第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる第１の振動センサ１１６による信号振幅が、第１の判定閾値Ｈ１１を超過してから第２の判定閾値Ｈ１２まで減少するか、または所定の遅延時間Δτが経過したことによって振動子駆動電圧源３３２に対する目標出力電圧または目標出力電流を漸減開始するようになっている。
従って、摩擦摺動の進行に伴って第１の振動センサ１１６によって検出される信号振幅が増大から減少に転じた頃合に、加振振幅を抑制し、過剰な加振によって接合剥離や亀裂破損が発生するのを防止することができる。

前記異常検出ユニット３２０Ａは更に、第３の振動センサ１３７Ａの出力信号が入力される低周波帯域フィルタ３２３ａを備え、前記第３の振動センサ１３７Ａは前記接触子１３０に接近して設置された加振機構の振動振幅を検出するための振動センサであり、前記低周波帯域フィルタ３２３ａは、前記振動子駆動電圧源３３２が発生する出力電圧の周波数を中心周波数として動作する帯域フィルタであり、前記第２の異常判定手段３２２ｂｂは更に、前記電源センサ３３３の検出信号と前記低周波帯域フィルタ３２３ａの出力信号を対比して、前記接触子１３０を含む加振機構の振動振幅が前記振動子駆動電圧源３３２の出力電流に対応した振動振幅となっているかどうかを判定するようになっている。

以上のとおり、加振機構の振動振幅を検出するための第３の振動センサ１３７Ａと低周波帯域フィルタ３２３ａが設けられ、第２の異常判定手段３２２ｂｂによって加振機構の異常の有無を含めて判定するようになっている。
従って、超音波接合作業工程の中で、接合良否の判定処理と並行して振動子駆動電圧源３３２および超音波振動子１３２を含む加振機構の異常の有無が検出されるので、不良品が流出するのが防止されるとともに、異常発生要因が明確になって異常処理を容易に行うことができる。

前記押圧駆動機構１４３は駆動制御ユニット３４０から駆動制御されるサーボモータ１４０によって押圧駆動され、前記駆動制御ユニット３４０には回転センサ１４１と押圧センサ１４４とが入力信号として接続されていて、前記駆動制御ユニット３４０は速度制御モードとトルク制御モードとを有するサーボアンプ３４２を備え、前記速度制御モードでは前記回転センサ１４１によって検出された前記サーボモータ１４０の回転速度が所定の加減速度パターン３４１と一致するよう負帰還制御が行われて、前記接触子１３０を前記接合部材１２１に対して接近駆動または離間駆動し、前記トルク制御モードでは前記押圧センサ１４４によって検出された前記接触子１３０と前記接合部材１２１との間の圧力が、所定の押圧力パターン３４４に基づいて漸増して一定値を保ち、前記振動子駆動電圧源３３２の出力停止に伴って押圧力が解除され、前記接触子１３０が離間駆動されている間に前記接合部材１２１と被接合部材１２０が搬入または移送されるようになっている。

以上のとおり、速度制御モードとトルク制御モードで制御されるサーボモータによって、接触子１３０の接近・離間駆動と押圧駆動が行われるようになっている。
従って、接触子１３０の接近・離間駆動を速やかに行うとともに、接合部材１２１とは微速接触して回転慣性体の突合による接合部材１２１または被接合部材１２０の亀裂破損を防止することができる。
また、押圧力は押圧センサ１４４によって検出されて正確に制御され、安定した超音波接合が行える。

前記接触子１３０は第１のリード部材１３１の一端に取付け固定されるとともに、前記超音波振動子１３２は第２のリード部材１３４の一端に取付け固定され、前記第１のリード部材１３１および第２のリード部材１３４の他端は共通の結合ブロック１３５に固定され、前記超音波振動子１３２と前記接触子１３０または前記第１のリード部材１３１の一端との間は超音波振動を増幅する超音波ホーン１３３によって連結され、前記接触子１３０と第１のリード部材１３１と結合ブロック１３５と第２のリード部材１３４と超音波振動子１３２と超音波ホーン１３３とは一体化された可動部を構成し、前記可動部は前記押圧センサ１４４を介して前記サーボモータ１４０から押圧駆動されるとともに、前記可動部の全体の重力は対抗設置されたバランサ１３６によって減殺されている。

以上のとおり、押圧センサ１４４はサーボモータ１４０による押圧駆動機構と、超音波発生源を含む可動部との間に設置され、可動部全体の重力はバランサ１３６によって減殺されて接触子１３０の押圧力として作用しないようになっている。
従って、押圧センサ１４４によって接触子１３０に作用する押圧力を正確に検出することができるとともに、押圧センサ１４４には超音波振動が直接印加されないので、超音波振動による押圧センサ１４４の検出特性の悪化が防止され、更には超音波振動子１３２は無駄な重量体の加振を行わないので消費電力が抑制される。

前記振動子駆動電圧源３３２は電源制御ユニット３３０Ａを構成し、前記電源制御ユニット３３０Ａは前記電源センサ３３３によって検出された出力電圧または出力電流が、目標とする出力電圧または出力電流と合致するように振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を負帰還制御するとともに、目標出力電圧と検出された出力電流との積は所定値以下となるように目標出力電圧が抑制されるか、または目標出力電流と検出された出力電圧との積は所定値以下となるように目標出力電流が抑制されるようになっている。

以上のとおり、超音波振動子１３２に供給される高周波可変電圧源の出力電圧または出力電流は電源センサ３３３を用いて負帰還制御されている。
従って、負荷抵抗の変動があっても目標とする出力電圧または出力電流が得られ、電源センサ３３３の出力信号と振動センサ１１６の出力信号とを対比して異常の有無を正確に判定することができるとともに、過大な振動振幅が発生するのを防止することができる。

この発明の実施の形態１に係る超音波接合制御装置３００Ａにおける超音波接合制御方法であって、前記接合部材１２１に対する前記接触子１３０の押圧力が所定値以上になってから、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程６０６と、前記出力電圧をゼロにして、前記接触子１３０の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程６０７と、前記第２の異常判定手段３２２ｂｂによる電源異常の判定結果に応動する異常判定工程６１７Ａと、前記接合完了判定手段３２４を実行する接合完了判定工程６２０Ａと、前記振幅抑制手段３２１ｃが加振振幅の抑制指令を発生したときに、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸減させる加振抑制開始工程６１９と、前記異常判定工程６１７Ａによって電源異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常発生処理工程６１８Ａとを備えている。

前記加振完了時期判定工程６０７では、指令発生期間として前記最大設定時間を適用し、前記加振完了時期判定工程６０７において指令発生期間内に前記異常判定または前記接合完了判定のいずれも行われないときには第１の異常判定が行われて、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われ、前記異常判定工程６１７Ａで異常と判定されたとき、および、前記接合完了判定工程６２０Ａで接合完了と判定されたときに、予め設定されている前記最大設定時間よりも短い時間で加振動作を停止するようになっている。

以上のとおり、超音波接合制御装置を用いた異常検出方法は、電源制御指令発生工程と、加振完了時期判定工程、異常判定工程と、接合完了判定工程と、加振抑制開始工程と、異常発生処理工程となる手順によって構成されていて、加振指令発生期間内に加振振幅の抑制指令が発生すると加振振幅は漸減するとともに、加振指令発生期間内に異常判定または接合完了判定が行われると加振動作を停止し、加振指令発生期間内に異常判定及び接合完了判定のいずれの判定結果も得られないときには第１の異常判定が行われて時間超過異常処理が行われるようになっている。
従って、正常に接合完了して継続動作を持続するか、異常発生が検出されて異常内容に応じた異常処理を行うか、接合完了または異常発生のいずれの判定も得られない時間超過判定に応じた異常処理を行うことができるとともに、接合開始時には超音波振動の発生を抑制して、過剰な振動付与に伴う接合剥離や亀裂破損の発生が防止される。
また、接合完了判定時と異常発生時には自動的に加振動作を停止し、接合完了後の加振延長時間が短縮されて過大時間にわたる振動付与に伴う接合剥離や亀裂破損の発生が防止される。

実施の形態２．
（１）この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の構成の詳細な説明
以下、この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の全体構成図である図７と、図７の超音波接合制御装置の全体制御ブロック図である図８によって、図１〜図３の超音波接合制御装置との相違点を中心にしてその構成を詳細に説明する。
なお、各図において同一符号は同一または相当部分を示し、符号に対する添字ＡとＢは実施形態の違いによる相当部分を示しており、実施の形態２の場合には加振側にも摺動摩擦による擦れ振動を検出するための第２の振動センサ１３７Ｂが設けられているのが大きな相違点となっている。
図７において、超音波接合装置１００Ｂは第一部分から第四部分によって構成されており、第一部分は図１の超音波接合制御装置と同様に基台１１０と背柱１１１と天板１１２によって構成された側面形状がコの字形の静止機構と、この静止機構に設けられた後述の可動部と駆動部によって構成されている。
但し、図１において基台１１０の上面に設けられている第１の振動センサ１１６は、後述の搬送架台１７０の上面に設けられている。

第二部分も同様であり、基台１１０の上面に搬入搭載されて、図２の上方へ移送される例えばセラミックス、ガラス、または鉄板などの被接合部材１２０と、この被接合部材１２０の表面に所定の間隔をおいて順次接合される薄膜テープ状の接合部材１２１によって構成されており、この接合部材１２１は図示しない巻枠リールから巻出されるようになっている。
第三部分は被接合部材１２０を順次移送する搬送架台１７０であり、第四部分は基台１１０の近隣に設置された全体制御盤１９０Ｂとなっている。

第一部分における可動部は、図１の場合と同様に構成されているが、接触子１３０には第３の振動センサ１３７Ａに代わって加振側において摺動摩擦振動を測定するための第２の振動センサ１３７Ｂが設けられていて、この第２の振動センサ１３７Ｂは後述する第１の振動センサ１７２と同様に摺動摩擦による擦れ振動を検出するためのものであって、数１００ＫＨｚから数ＭＨｚ帯域の振動圧力信号を検出することができるようになっている。
第一部分における駆動部は、図１の場合と同様に構成されている。

第三部分となる搬送架台１７０には、図示しない昇降機構と、前進後退駆動機構によって被接合部材１２０を上昇・移送・下降させて図２の上方に移動させて停止し、被接合部材１２０を載置してから再び昇降機構を更に下降させてから図２の下方に移動復帰することによって、被接合部材１２０を順次前進移送するようになっている。
搬送架台１７０の上面には緩衝部材１７１を介して第１の振動センサ１７２が設けられ、当該第１の振動センサ１７２は図示しない非硬化性グリースを介して被接合部材１２０の下面に接触するようになっている。
第四部分となる全体制御盤１９０Ｂは図８で後述するとおり、超音波接合制御装置３００Ｂ、搬送制御ユニット３１０、電源制御ユニット３３０Ｂ、駆動制御ユニット３４０によって構成されている。

図８において、超音波接合制御装置３００Ｂはマイクロプロセッサ３０１と協働するプログラムメモリ３０２Ｂを主体として構成されており、その制御機能は異常検出ユニット３２０Ｂと、搬入移送指令ユニット６０３と、押圧制御指令ユニット６０４と、電源制御指令ユニット６０６に大別されている。
搬入移送指令ユニット６０３からの搬入移送指令に応動する搬送制御ユニット３１０と、搬入移送指令ユニット６０３及び押圧制御ユニット６０４からの指令に応動する駆動制御ユニット３４０は図３の場合と同様である。
電源制御指令ユニット６０６に応動する電源制御ユニット３３０Ｂも図３の場合と同様であるが、図８の場合には目標出力電圧又は出力電流を漸減させる機能が設けられていない。
異常検出ユニット３２０Ｂは第１の帯域フィルタ３２１ａおよび第２の帯域フィルタ３２２ａを包含し、第１の振動センサ１７２および第２の振動センサ１３７Ｂの出力信号によって接合完了判定手段３２４と第１の異常判定手段３２１ｂが動作するようになっている。

新に追加されたセンサ異常判定手段３２３ｂは、第１の帯域フィルタ３２１ａと第２の帯域フィルタ３２２ａの出力信号の相対比率が所定の上下限値の域外であることによって、第１の振動センサ１７２または第２の振動センサ１３７Ｂの少なくとも一方が異常であると判定するようになっている。
第２の異常判定手段３２２ｂは、電源センサ３３３の検出信号の出力特性について測定記憶された標準特性と、新に測定された検出信号の出力特性とを対比して、振動子駆動電圧源３３２に供給された入力電圧に対応した出力電流が得られているかどうかによって電源異常の有無を判定するようになっている。
第１の異常判定手段３２１ｂと、第２の異常判定手段３２２ｂと、センサ異常判定手段３２３ｂのどれかが異常判定を行うか、接合完了判定手段３２４による接合完了判定が尚早であった場合には異常発生処理指令６１８Ｂが発生して、異常報知と異常発生情報の保存記憶と装置の自動停止を行うようになっている。
これ等の異常が発生しなかったときには、図示しない手動停止指令が発生していない限りは継続運転を許可する継続指令６１４を発生するようになっている。

（２）この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置の作用・動作の詳細な説明
以下、図７、図８のとおり構成されたこの発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置について、図９に示すタイムチャートに基づき、図４の場合との相違点を中心にして制御動作の概要を説明する。
図９（Ａ）は図４（Ａ）と同様にワークの搬入・搬出移送動作を示しており、図４の場合は被接合部材１２０を上方の搬送移動機構１６０によって移送するものであるのに対し、図９の場合は被接合部材１２０の下方に設けられた搬送架台１７０によって移送するようになっていることが異なっている。
図９（Ｂ）は図４（Ｂ）と同様に接触子１３０の昇降動作を示している。
図９（Ｃ）は図４（Ｃ）と同様に押圧駆動機構１５０の昇降動作を示している。
図９（Ｄ）は図４（Ｄ）と同様に接触子１３０の押圧動作を示している。

図９（Ｅ）は図４（Ｅ）と同様に振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の波高値を示しており、接合部材１２１が接触子１３０によって所定の圧力に押圧された後続時刻帯４０１ｄに続く第１時刻４０１ｅで加振開始し、所定の出力電圧を維持しながら第３時刻４０３ｅに至り、第３時刻４０３ｅから後述する接合完了時刻である第４時刻４０４ｅまでは出力電圧がゆるやかに漸増し、この第４時刻４０４ｅ以降は急減し、後述する加振完了時刻である第５時刻４０５ｅ以前において出力電圧はゼロになっている。

加振開始時刻４０１ｅから加振完了時刻４０５ｅの期間である加振指令発生期間である最大設定時間Ｔｍａｘは、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間Ｔｍａｘまたは最大エネルギー量が適用されていて、指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。

加振開始時刻４０１ｅから漸増開始時刻４０３ｅの期間である最短指令発生期間である最小設定時間Ｔｍｉｎは、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小設定時間Ｔｍｉｎまたは最小エネルギー量が適用されていて、最短指令発生時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。

加振完了時刻４０５ｅ以後は先行時刻帯４０６ｄ、４０６ｃ、４０６ｂを経て第６時刻帯４０６ａへ移行するようになっている。
図９（Ｆ）は図４（Ｇ）と同様に、接触子１３０側に設けられた第２の振動センサ１３７Ｂによって検出された擦れ振動の信号振幅を示しており、図４（Ｆ）の場合とは異なっている。
図９（Ｇ）は図４（Ｇ）と同様に被接合部材１２０側に設けられた第１の振動センサ１７２によって検出された擦れ振動の信号振幅を示している。

図９（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）と図４（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）との主な相違点は、図９側では超音波振動子１３２に対する駆動電圧を途中から漸増させ、接合完了が遅れている場合にこれを促進するようになっている。
このような漸増制御は実施の形態２に限らず、前述の実施の形態１においても適用することができるものである。
また、図４（Ｅ）の場合には擦れ振動を検出するための第２の振動センサ１３７Ｂを備えておらず、第１の振動センサ１７２の検出出力が第１の判定閾値Ｈ１１を超過してから所定の遅延時間Δτをおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を漸減させるようになっているのに対し、図９（Ｅ）の場合には接合完了判定手段３２４が接合完了判定を行った第４時刻４０４ｅにおいて超音波振動子１３２に対する印加電圧を急減停止するようになっていることである。
但し、図９（Ｅ）の場合であっても、超音波振動子１３２に対する印加電圧を急減停止しないで、点線で示すように漸減停止するようにしても良い。

次に、図７、図８のとおりに構成されたこの発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置について、図１０、図１１に示すフローチャートに基づいて、図５、図６との相違点を中心にして制御動作の詳細を説明する。
図１０において、工程６００は超音波接合制御装置３００Ｂの主体構成要素であるマイクロプロセッサ３０１の制御動作の開始ステップであるが、工程６００から工程６０６と、工程６１３から工程６１５までは図５と同じ動作を行うものであるから説明は省略する。
工程６０６に続く工程６０７は工程６０６が駆動電圧を発生する指令発生期間を決定するための加振完了時期判定工程となるステップであり、この指令発生期間となる最大設定時間Ｔｍａｘは、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用されていて、最大設定時間の到来は経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したかどうかによって判定され、未到達であればＮＯの判定を行って工程ブロック６２０Ｂへ移行し、到達であればＹＥＳの判定を行って工程６０８へ移行するようになっている。

工程ブロック６２０Ｂは図１１で後述するとおり接合良否と異常発生の有無を判定するための接合良否判定工程であり、続く工程６１７Ｂは図１１の工程６２８が異常判定情報を記憶しているかどうかを読み出して、異常発生ならＹＥＳの判定を行って工程６１８Ｂへ移行し、異常発生していなければＮＯの判定を行って工程６０９ａへ移行する異常判定工程である。

工程６０９ａは図１１の工程６２７が接合完了判定を記憶しているかどうかを読み出して、完了判定を記憶していなければＮＯの判定を行って工程６０４へ復帰し、完了判定を記憶しておればＹＥＳの判定を行って工程６１２ｂへ移行する判定ステップである。
工程６１２ｂは図８の電源制御ユニット３３０Ｂに対して目標とする出力電圧または出力電流を急減停止する指令を発生してから工程６１３へ移行するステップである。
工程６１８Ｂは少なくとも異常発生を報知し、異常発生情報を保存記憶してから工程６１２ａへ移行する異常発生処理工程である。

工程６０８は工程６０７がＹＥＳの判定を行ったことに伴って、所定の加振期間内において異常判定は行われなかったものの、接合完了判定も得られていないことになるので、第１の異常判定が行われ少なくとも時間超過異常の発生を記憶してから工程６１２ａへ移行するステップとなっている。
工程６１２ａは電源制御ユニット３３０Ｂに対して超音波振動子１３２への駆動停止指令を発生するステップであり、続いて工程６１３へ移行するようになっている。

図１１において、工程６２１は図１０の工程ブロック６２０Ｂで示したサブルーチンプログラムの開始工程であり、一連の制御プログラムの後に設けられた工程６２９は図１０の工程６１７Ｂへ移行する復帰工程となっている。
工程６２１に続いて実行される工程６２２ａは、図８で示された第２の異常判定手段３２２ｂに相当し、電源異常があればＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、電源異常が無ければＮＯの判定を行って工程６２２ｂへ移行するようになっている。
工程６２２ｂは、図８で示されたセンサ異常判定手段３２３ｂに相当しておりセンサ異常が発生したときはＹＥＳの判定を行って工程６２８へ移行し、異常発生が無ければＮＯの判定を行って工程６２４ａへ移行する判定ステップである。

工程６２４ａと工程６２５ａによって構成された工程ブロック６２３は、図８における旧データ更新記憶手段３２４ａが第１の帯域フィルタ３２１ａと第２の帯域フィルタ３２２ａから得られる第１データと第２データを読込んで所定時間以前の旧データはオーバーフローする多段階シフトレジスタに対する読取りシフトを行うステップである。
続く工程６２４ｂでは工程６２４ａで記憶された新旧の第１データについて大小比較を行って工程６２４ｃｅへ移行する。

工程６２４ｃｅは工程６２４ｂによる比較結果として第１データが第１の判定閾値Ｈ１１以上に増加し、やがて下限閾値Ｈ１３以下になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２５ｂへ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図９（Ｇ）における振動振幅の消滅直前時点が検出されることになる。

続く工程６２５ｂでは工程６２５ａで記憶された新旧の第２データについて大小比較を行って工程６２５ｃｅへ移行する。
工程６２５ｃｅは工程６２５ｂによる比較結果として第２データが第１の判定閾値ｈ１１以上に増加し、やがて下限閾値ｈ１３以下になったかどうかを判定し、増減が確認されればＹＥＳの判定を行って工程６２６ａへ移行し、増減が確認されなければＮＯの判定を行って工程６２９へ移行する判定ステップであり、これにより図９（Ｆ）における振動振幅の消滅直前時点が検出されることになる。

工程６２６ａは工程６２４ａと工程６２５ａで記憶された最新の第１データと第２データのそれぞれの増減値が相対的に一致しているかどうかを判定して、一致しておればＹＥＳの判定を行って工程６２６ｂへ移行し、一致していなければＮＯの判定を行って工程６２８へ移行するステップである。
但し、第１の振動センサ１７２と第２の振動センサ１３７Ｂのどちらか一方だけで接合完了を判定する場合には工程６２４ｃｅまたは工程６２５ｃｅと工程６２６ａとは省略されるようになっている。

工程６２６ｂは図８の尚早異常判定部３２４ｄに相当しており、判定経過時間が所定の最小設定時間以下であったかどうかを判定し、経過時間が過小であればＹＥＳの判定を行なって工程６２８または工程６２９へ移行し、過小でなければＮＯの判定を行って工程６２７へ移行する判定ステップであり、工程６２７は接合完了したことを記憶して工程６２９へ移行し、工程６２８は異常発生したことを記憶して工程６２９へ移行するようになっている。

なお，工程６２６ｂにおける所定の最小設定時間は、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用されていて、最小設定時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または振動子駆動電圧源３３２の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したかどうかによって判定されるようになっている。
従って、工程６２６ｂによれば接触子１３０に対する加振が開始されてから、第１の振動センサ１７２および第２の振動センサ１３７Ｂの出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小設定時間未満であった場合には、接合異常であると判定するかまたは少なくとも接合完了判定を無効するようになっている。当該接合完了判定を無効とした場合には工程６２６ｂから工程６２９へ点線で示したフローで移行するようになっている。

なお、工程６２７、工程６２８で接合完了と異常発生を記憶していないときには、図１０において工程ブロック６２０Ｂから工程６１７Ｂ（ＮＯの判定）と工程６０９ａ（ＮＯの判定）と工程６０４、工程６０５、工程６０６、工程６０７（ＮＯの判定）を経て工程ブロック６２０Ｂが繰返して実行され、やがて工程６０７がＹＥＳの判定を行えば工程６０８へ移行して巡回ルーチンを脱出し、その前に異常発生の判定が行われると工程６１８Ｂへ移行して巡回ルーチンを脱出し、接合完了が判定されると工程６１２ｂへ移行して巡回ルーチンを脱出するようになっている。

（３）実施の形態２に係る超音波接合制御装置の要点と特徴
以上の説明で明らかなとおりこの発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置は、押圧駆動機構１４３から押圧される接触子１３０によって、接合部材１２１を被接合部材１２０に圧接するとともに、当該接触子１３０には振動子駆動電圧源３３２の出力電圧が印加される超音波振動子１３２が連結されて加振され、圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材１２１と被接合部材１２０とを接合するようにした超音波接合装置１００Ｂに対する超音波接合制御装置３００Ｂであって、前記被接合部材１２０に対して着脱可能に密着当接される第１の振動センサ１７２、または前記接触子１３０側に設けられる第２の振動センサ１３７Ｂの検出出力に応動する異常検出ユニット３２０Ｂを備えるとともに、前記異常検出ユニット３２０Ｂは、第１の帯域フィルタ３２１ａまたは第２の帯域フィルタ３２２ａと、接合完了判定手段３２４および第１の異常判定手段３２１ｂとを備え、前記第１の帯域フィルタ３２１ａおよび前記第２の帯域フィルタ３２２ａの中心周波数は、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域内にあり、前記接合完了判定手段３２４は前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１７２の出力信号、または前記第２の帯域フィルタ３２２ａを介して得られる前記第２の振動センサ１３７Ｂの出力信号の信号振幅が増加から減少に転じた後に、所定の下限値未満に達したとき超音波接合が完了したと判定し、前記第１の異常判定手段３２１ｂは前記接触子１３０に対する加振開始からの経過時間が所定の最大設定時間に達する時点までに前記接合完了判定手段３２４による接合完了判定が得られなければ接合異常であると判定し、前記最大設定時間は予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用され、最大設定時間の到来は加振開始後の経過時間を測定するか、または前記振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したときに到来したと判定するようになっている。

前記接合完了判定手段３２４は前記第１の帯域フィルタ３２１ａを介して得られる前記第１の振動センサ１７２の出力信号データ、または前記第２の帯域フィルタ３２２ａを介して得られる前記第２の振動センサ１３７Ｂの出力信号データの少なくとも一方について、所定の時間差をおいた新旧データを対比して、信号振幅が第１の判定閾値Ｈ１１、ｈ１１未満から以上に変化した後に、この第１の判定閾値よりも小さな値である所定の下限値Ｈ１３、ｈ１３未満に減少したことを検出したことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。

以上のとおり、第１の振動センサ１７２または第２の振動センサ１３７Ｂの出力信号の信号振幅が時系列として増加から減少に転じて、所定の下限値未満となったことによって超音波接合が完了したと判定するようになっている。
従って、摺動摩擦の発生と接合完了に伴う摺動摩擦の消失の両方を複合的に判断して接合完了判定が行われ、超音波接合によって寸法変化が生じ難い材料や、摩擦熱の検出が行いにくい材料に対する超音波接合であっても、正確に接合完了判定を行うことができる。

前記異常検出ユニット３２０Ｂは，前記第１の振動センサ１７２および第２の振動センサ１３７Ｂと第１の帯域フィルタ３２１ａおよび第２の帯域フィルタ３２２ａの双方を備えるとともに、更にセンサ異常判定手段３２３ｂを備え、前記第２の振動センサ１３７Ｂは前記接触子１３０に接近して設置されて、前記接合部材１２１と前記被接合部材１２０が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動を検出する振動センサであり、前記センサ異常判定手段３２３ｂは前記第１の帯域フィルタ３２１ａと第２の帯域フィルタ３２２ａの出力信号の相対比率が所定の上下限値の域外であることによって、第１の振動センサ１７２または第２の振動センサ１３７Ｂの少なくとも一方が異常であると判定するようになっている。

以上のとおり、接合面の摺動摩擦による擦れ振動を検出するために、加振機構側に設けられた第２の振動センサ１３７Ｂの出力信号を第２の帯域フィルタ３２２ａを介して監視し、第１の帯域フィルタ３２１ａの出力信号と対比することによって第１の振動センサ１７２または第２の振動センサ１３７Ｂの異常を検出するようになっている。
従って、第１の振動センサ１７２と被接合部材１２０間の密着性に異常があるとこれを検出して保守点検を促すことができる。

この発明の実施の形態２に係る超音波接合制御装置３００Ｂを用いる超音波接合制御方法であって、前記接合部材１２１に対する前記接触子１３０の押圧力が所定値以上になってから、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程６０６と、前記出力電圧をゼロにし、前記接触子１３０の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程６０７と、前記第２の異常判定手段３２２ｂによる電源異常の判定結果に応動する異常判定工程６１７Ｂと、前記接合完了判定手段３２４を実行する接合完了判定工程６２０Ｂと、前記異常判定工程６１７Ｂによって電源異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常発生処理工程６１８Ｂとを備えている。

前記加振完了時期判定工程６０７では、指令発生期間として前記最大設定時間を適用し、前記異常判定工程６１７Ｂで異常と判定されたとき、および、前記接合完了判定工程６２０Ｂで接合完了と判定されたときに予め設定されている前記最大設定時間よりも短い時間で加振動作を停止し、前記加振完了時期判定工程６０７において指令発生期間内で前記異常判定または前記接合完了判定のいずれも行われないときには第１の異常判定が行われて、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われるようになっている。

以上のとおり、超音波接合制御装置３００Ｂにおける異常検出方法は、電源制御指令発生工程と、加振完了時期判定工程と、異常判定工程と、接合完了判定工程と、異常発生処理工程となる手順によって構成されていて、加振指令発生期間内に異常判定または接合完了判定が行われると加振動作を停止し、加振指令発生期間内に異常判定および接合完了判定のいずれの判定結果も得られないときには第１の異常判定が行われて時間超過異常処理が行われるようになっている。

従って、正常に接合完了して継続動作を持続するか、異常発生が検出されて異常内容に応じた異常処理を行うか、接合完了または異常発生のいずれの判定も得られない時間超過判定に応じた異常処理を行うことができるとともに、正常接合完了時には超音波振動の発生を停止して、接合完了後の加振延長時間が短縮されて過大時間にわたる振動付与に伴う接合剥離や亀裂破損の発生が防止される。
また、異常発生時には自動的に加振動作を停止することができる。

前記電源制御指令発生工程６０６では、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧の発生開始直後からの初期期間では、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を一定値に維持し、前記最小設定時間が経過した時点から、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸増し、前記出力抑制開始時点が到来した時点から、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を漸減し、前記発生停止時期が到来した時点で、前記振動子駆動電圧源３３２の出力電圧または出力電流を停止するようになっている。

以上のとおり、出力電圧または出力電流は所定の値に維持した後に漸増する特性となるよう制御されている。
従って、接合完了が遅延しているときには、徐々に加振振幅を増大させて接合を促進することができる。

（その他の実施の形態の説明）
以上の説明において、図３、図８で示された全体制御ブロック図は、全体制御盤１９０Ａ、１９０Ｂの制御内容を機能単位で分割表示したものであって、実体としてのハードウエアの構成の仕方を示したものではない。
実態構成例の１つとして、全体制御盤はプログラマブルコントローラを主体として構成されていて、このプログラマブルコントローラの入出力バスにはオン・オフ制御用の汎用ボードの他に、アナログ入出力ボード、デジタルデータの入出力ボードなどの特殊オプションボードが接続され、ワーク搬送機構３１１に設けられたエアシリンダ用の電磁弁や動作確認センサと接続されるだけではなく、サーボアンプ３４２や振動子駆動電圧源３３２と直接接続され、負帰還制御の一部機能を分担するようになっている。
また、超音波接合制御装置３００Ａ、３００Ｂ内の搬入移送指令ユニット６０３、押圧制御指令ユニット６０４、電源制御指令ユニット６０６もプログラマブルコントローラによって分担される機能である。
但し、異常検出ユニット３２０Ａ、３２０Ｂについてはハードウエアで構成された専用ボードが作成され、プログラマブルコントローラの入出力バスに接続されるようになっている。

この専用ボードにはプログラマブルコントローラ内のマイクロプロセッサと直接交信する専用のマイクロプロセッサが設けられ、信号波形のフーリエ解析を行って接合判定を行うための信号周波数を決定したり、亀裂破損や接合剥離が発生する固有周波数を測定したりするための解析ツールに接続されるようになっている。

以上の説明において、実施の形態１では第３の振動センサ１３７Ａによって接触子１３０の機械的振動を検出し、これによって振動子駆動電圧源３３２および超音波振動子１３２が正常に動作しているかどうかを判定するようになっている。
これに対し、実施の形態２では第２の振動センサ１３７Ｂによって接触子１３０を介して接合部材１２１と被接合部材１２０間に発生する擦れ振動を検出し、第１の振動センサ１７２と協働して接合完了判定を行うか、センサ異常判定手段３２３ｂとして利用されるようになっている。
被接合部材１２０に対して直接当接する第１の振動センサ１１６による擦れ振動の検出感度は、接触子１３０を介して間接的に擦れ振動を検出する第２の振動センサ１７３Ｂよりは高感度であって、正確な接合完了判定を行うのに適しているが、介在する非硬化性のグリースの供給管理が必要となる。

その反面、第２の振動センサ１３７Ｂは接触子１３０に固定されるので，低感度ではあるが安定して擦れ振動を検出することができる利点がある。
なお、１個の振動センサによって機械的振動と擦れ振動の両方を検出することは、振動周波数の乖離が大きすぎて困難であり、帯域フィルタの中心周波数を変更することによっては回避できない問題である。
そのため，接触子１３０に対して応動周波数帯域が異なる２個の振動センサを固定して、一方では接触子の機械的振動を検出し、他方では擦れ振動を検出するようにしてもよい。
これにより、振動子駆動電源３３２と超音波振動子１３２を含む設備側の異常と、第１の振動センサ１７２の密着性異常の双方を検出することができるようになる。
なお、設備側の異常判定については接触子を押圧しない無負荷状態において接触子の振動状態を測定することも可能である。

以上の説明において、最大設定時間と最小設定時間とは予め実験測定された複数回の超音波接合における接合所要時間の最大時間又は最小時間、あるいは最大累積エネルギー又は最小累積エネルギー対応の換算時間であるとしたが、一旦最大設定時間と最小設定時間が算出されると、類例の素材に対する超音波接合においては実験測定を省略して推論によって算出することも可能である。

１００Ａ、１００Ｂ 超音波接合装置、１１０ 基台、１１６ 第１の振動センサ、１２０ 被接合部材、１２１ 接合部材、１３０ 接触子、１３１ 第１のリード部材、１３２ 超音波振動子、１３３ 超音波ホーン、１３４ 第２のリード部材、１３５ 結合ブロック、１３６ バランサ、１３７Ａ 第３の振動センサ、１３７Ｂ 第２の振動センサ、１４０ サーボモータ、１４１ 回転センサ、１４３ 押圧駆動機構、１４４ 押圧センサ、１４５ａ、１４５ｂ 補助押圧機構、１４６ａ、１４６ｂ 可動部分、１５０ 押圧機構、１５０ａ、１５０ｂ 押圧板、１５１ 緩衝部材、１６０ 搬送移動機構、１６１ａ 昇降機構、１６２ａ〜１６２ｄ 吸着盤、１７０ 搬送架台、１７１ 緩衝部材、１７２ 第２の振動センサ、１９０Ａ、１９０Ｂ 全体制御盤、３００Ａ、３００Ｂ 超音波接合制御装置、３２０Ａ、３２０Ｂ 異常検出ユニット、３２１ａ 第１の帯域フィルタ、３２１ｂ 第１の異常判定手段、３２１ｃ 振幅抑制手段、３２２ａ 第２の帯域フィルタ、３２２ｂ 第２の異常判定手段、３２３ａ 低周波帯域フィルタ、３２３ｂ センサ異常判定手段、３２４ 接合完了判定手段、３２４ａ 旧データ更新記憶手段、３２４ｂ 新旧データ比較手段、３２４ｃ 接合完了判定部、３２４ｄ 尚早異常判定部、３３０Ａ、３３０Ｂ 電源制御ユニット、３３２ 振動子駆動電圧源、３３３ 電源センサ、３４０ 駆動制御ユニット、３４１ 速度パターン、３４２ サーボアンプ、３４４ トルクパターン、６０３ 搬入移送指令ユニット、６０４ 押圧制御指令ユニット、６０６ 電源制御指令ユニット、６０８ 時間超過処理工程、６１７Ａ、６１７Ｂ 異常判定工程、６１８Ａ、６１８Ｂ 異常発生処理工程、６１９ 加振抑制開始工程、６２０Ａ、６２０Ｂ 接合完了判定工程。

Claims (13)

1. 押圧駆動機構から押圧される接触子により接合部材を被接合部材に圧接するとともに、前記接触子には振動子駆動電圧源の出力電圧が印加される超音波振動子が連結されて加振され、前記接触子により加振されて生起する圧接面と並行する方向の超音波振動によって前記接合部材と前記被接合部材とを接合する超音波接合制御装置に対する超音波接合制御装置であって、
   前記被接合部材に対して着脱可能に密着当接される第１の振動センサ、または前記接触子側に設けられる第２の振動センサの検出出力に応動する異常検出ユニットを備え、
   前記異常検出ユニットは、第１の帯域フィルタまたは第２の帯域フィルタと、接合完了判定手段と、第１の異常判定手段とを備え、
   前記第１の帯域フィルタおよび前記第２の帯域フィルタの中心周波数は、前記接合部材と前記被接合部材とが押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動の周波数帯域内にあり、
   前記接合完了判定手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサの出力信号、または前記第２の帯域フィルタを介して得られる前記第２の振動センサの出力信号の信号振幅が増加から減少に転じた後に、所定の下限値未満に達したとき超音波接合が完了したと判定し、
   前記第１の異常判定手段は、前記接触子に対する加振開始からの経過時間が所定の最大設定時間に達する時点までに前記接合完了判定手段による接合完了判定が得られなければ接合異常であると判定し、
   前記最大設定時間として、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最大時間または最大エネルギー量が適用され、
   前記最大設定時間の到来は、測定する加振開始後の経過時間が前記最大設定時間に達したとき、または前記振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最大エネルギー量に到達したときに到来したと判定する
   ことを特徴とする超音波接合制御装置。
2. 前記異常検出ユニットは、更に、前記振動子駆動電圧源の入力回路または出力回路に設けられた電源センサからの出力信号に応動する第２の異常判定手段を備え、
   前記第２の異常判定手段は、前記電源センサからの出力信号の出力特性について測定記憶された標準特性と、新たに測定された該出力信号の出力特性とを対比し、前記振動子駆動電圧源に供給された入力電圧に対応した出力電流が得られていないとき電源異常と判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合制御装置。
3. 前記接合完了判定手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサの出力信号データ、または前記第２の帯域フィルタを介して得られる前記第２の振動センサの出力信号データの少なくとも一方について、所定の時間差をおいた新旧データを対比し、信号振幅が第１の判定閾値未満から第１の判定閾値以上に変化した後に、該第１の判定閾値よりも小さな値である所定の下限値未満に減少したことを検出したときに超音波接合が完了したと判定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波接合制御装置。
4. 前記接合完了判定手段は、前記接触子に対する加振が開始されてから、前記出力信号データが上昇から減少に転じて接合完了判定を行うまでの経過時間が所定の最小設定時間未満であった場合には、接合異常であると判定する、または当該接合完了判定を無効にし、
   前記最小設定時間として、予め実験測定された複数回の超音波接合において正常な接合を行うに必要とされた統計上の最小時間または最小エネルギー量が適用され、
   前記最小設定時間の到来は、測定する加振開始後の経過時間が前記最小設定時間に達したとき、または前記振動子駆動電圧源の発生出力を時間経過に伴って累積した出力エネルギーが所定の最小エネルギー量に到達したときに到来と判定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の超音波接合制御装置。
5. 前記異常検出ユニットは、更に、振幅抑制手段を備え、
   前記振幅抑制手段は、前記第１の帯域フィルタを介して得られる前記第１の振動センサの出力信号の信号振幅が、前記第１の判定閾値未満から前記第１の判定閾値以上に変化した後に、所定の遅延時間を経過する、または前記下限値よりも大きな値である第２の判定閾値未満に減少したことを検出したことによって接合開始したと推定し、前記振動子駆動電圧源に対する目標出力電圧または目標出力電流を時間経過に伴って漸減する
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の超音波接合制御装置。
6. 前記異常検出ユニットは、更に、上記第３の振動センサの出力信号が入力される低周波帯域フィルタを備え、
   前記第３の振動センサは、前記接触子に接近して設置された加振機構の振動振幅を検出し、
   前記低周波帯域フィルタは、更に、動作する中心周波数が前記振動子駆動電圧源が発生する出力電圧の周波数であり、
   前記第２の異常判定手段は、更に、前記電源センサからの検出信号と前記低周波帯域フィルタの出力信号を対比し、前記接触子を含む加振機構の振動振幅が前記振動子駆動電圧源の出力電流に対応した振動振幅となっていないとき異常と判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波接合制御装置。
7. 前記異常検出ユニットは、更に、前記第１の振動センサが接続される第１の帯域フィルタと、前記第２の振動センサが接続される第２の帯域フィルタの双方と、センサ異常判定手段とを備え、
   前記第２の振動センサは、前記接触子に接近して設置されるとともに、前記接合部材と前記被接合部材が押圧されて摩擦摺動することに伴う擦れ振動を検出し、
   前記センサ異常判定手段は、前記第１の帯域フィルタと前記第２の帯域フィルタの出力信号の相対比率が所定の上下限値の域外であるとき、前記第１の振動センサまたは前記第２の振動センサの少なくとも一方が異常であると判定する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波接合制御装置。
8. 前記押圧駆動機構は、駆動制御ユニットから駆動制御されるサーボモータによって押圧駆動されるとともに、前記駆動制御ユニットには回転センサおよび押圧センサから入力信号が入力され、
   前記駆動制御ユニットは、動作モードとして速度制御モードとトルク制御モードとを有する前記サーボアンプを備え、
   前記速度制御モードでは、前記回転センサによって検出された前記サーボモータの回転速度が所定の加減速度パターンと一致するよう負帰還制御が行われて、前記接触子を前記接合部材に対して接近駆動または離間駆動し、
   前記トルク制御モードでは、前記押圧センサによって検出された前記接触子と前記接合部材との間の圧力が、所定の押圧力パターンに基づいて漸増して一定値を保ち、前記振動子駆動電圧源の出力停止に伴って押圧力が解除され、前記接触子が離間駆動されている間に前記接合部材と前記被接合部材が搬入または移送される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波接合制御装置。
9. 前記接触子は、第１のリード部材の一端に取付け固定され、
   前記超音波振動子は、第２のリード部材の一端に取付け固定され、
   前記第１のリード部材および第２のリード部材は、他端が共通の結合ブロックに固定され、
   前記超音波振動子と前記接触子または前記第１のリード部材の一端との間は超音波振動を増幅する超音波ホーンによって連結され、
   前記接触子および前記第１のリード部材、前記結合ブロック、前記第２のリード部材、前記超音波振動子、前記超音波ホーンとは一体化されて可動部を構成し、
   前記可動部は、前記押圧センサを介して前記サーボモータから押圧駆動されるとともに、全体の重力は対抗設置されたバランサによって減殺されている
   ことを特徴とする請求項８に記載の超音波接合制御装置。
10. 前記振動子駆動電圧源は、電源制御ユニットを構成し、
    前記電源制御ユニットは、電源センサによって検出された出力電圧または出力電流が目標とする出力電圧または出力電流に揃うように前記振動子駆動電圧源の出力電圧を負帰還制御するとともに、目標出力電圧と検出された出力電流との積が所定値以下となるように目標出力電圧を抑制する、または目標出力電流と検出された出力電圧との積が所定値以下となるように目標出力電流を抑制する
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波接合制御装置。
11. 請求項３に記載の超音波接合制御装置を使用する超音波接合制御方法であって、
    接合部材に対する接触子の押圧力が所定値以上になってから振動子駆動電圧源の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程と、
    前記出力電圧をゼロにし，前記接触子の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程と、
    第２の異常判定手段による電源異常の判定結果に応動する異常判定工程と、
    接合完了判定手段を実行する接合完了判定工程と、
    前記異常判定工程によって電源異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常発生処理工程と
    を備え、
    前記加振完了時期判定工程では、指令発生期間として所定の最大設定時間を適用し、前記異常判定工程で異常と判定されたとき、および、前記接合完了判定工程で接合完了と判定されたときに予め設定されている前記最大設定時間よりも短い時間で加振動作を停止し、
    前記加振完了時期判定工程において指令発生期間内で前記異常判定または前記接合完了判定のいずれも行われないときには第１の異常判定が行われて、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われる
    ことを特徴とする超音波接合制御方法。
12. 請求項５に記載の超音波接合制御装置を使用する超音波接合制御方法であって、
    接合部材に対する接触子の押圧力が所定値以上になってから振動子駆動電圧源の出力電圧を発生し、所定時間後に出力電圧をゼロにする電源制御指令発生工程と、
    前記出力電圧をゼロにして前記接触子の押圧力を解除するタイミングを決定する加振完了時期判定工程と、
    第２の異常判定手段による電源異常の判定結果に応動する異常判定工程と、
    接合完了判定手段を実行する接合完了判定工程と、
    振幅抑制手段が加振振幅の抑制指令を発生したときに、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸減させる加振抑制開始工程と、
    前記異常判定工程によって電源異常を検出したときに、少なくとも異常報知を行なう異常発生処理工程と
    を備え、
    前記加振完了時期判定工程では、指令発生期間として所定の最大設定時間を適用し、前記加振完了時期判定工程において指令発生期間内に前記異常判定または前記接合完了判定のいずれも行われないときには第１の異常判定が行われて、少なくとも異常報知を含む時間超過異常処理が行われ、
    前記異常判定工程で異常と判定されたとき、および、前記接合完了判定工程で接合完了と判定されたときに、予め設定されている前記最大設定時間よりも短い時間で加振動作を停止する
    ことを特徴とする超音波接合制御方法。
13. 前記電源制御指令発生工程では、前記振動子駆動電圧源の出力電圧の発生開始直後からの初期期間では、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を一定値に維持し、所定の最小設定時間が経過した時点から、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸増し、
    前記出力抑制開始指令が発生した時点から、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を漸減し、前記発生停止指令が発生した時点で、前記振動子駆動電圧源の出力電圧または出力電流を停止する
    ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の超音波接合制御方法。

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