JP6278548B2 - 超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法 - Google Patents

超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法に関し、詳しくは工具ホーンに対する超音波振動の立ち上げ及び立ち下げ時の振動制御技術に関する。
超音波溶着装置は、振動子に電圧を印加して、当該振動子と連結された工具ホーンを一般には１５ｋＨｚ以上の振動周波数で、且つ、数μｍから数十μｍ程度の振幅で振動させる。そして、当該工具ホーンの先端を、重ね合わせた複数のプラスチック等の溶着対象たるワーク表面に押圧して溶着を行っている。
工具ホーンの振動を立ち上げるときには、工具ホーンの先端をワーク表面に押圧した状態（重負荷状態）で立ち上げる場合もあるし、工具ホーンの先端をワーク表面から離した状態（軽負荷状態）で立ち上げる場合もある。工具ホーンの基部が超音波溶着装置の支持部材に支持され、工具ホーンの先端がワーク表面を押圧していると、工具ホーンの振動は安定的に立ち上がっていく。
一方、工具ホーンの先端がワーク表面から離れていると、工具ホーンの先端が空中で自由に振動する。そのため、工具ホーンの振幅が目標とする振幅よりもオーバーシュートして異常な振幅で振動することがある。工具ホーンが異常な振幅で振動すると、予期しない工具ホーンの捩じれ、波打ち、金属疲労を起こし、極端な場合には、工具ホーンにクラックが入る可能性が高くなる。
また工具ホーンの振動を止めるとき、つまり、工具ホーンの振動を立ち下げるときも、工具ホーンの先端をワーク表面に押圧した状態（重負荷状態）で立ち下げる場合もあるし、工具ホーンの先端をワーク表面から離した状態（軽負荷状態）で立ち下げる場合もある。
工具ホーンの振動を立ち下げるときは、既に振動している工具ホーンの振動エネルギ（運動エネルギ）を消失させながら、超音波振動子の駆動を止めることが必要である。工具ホーンの基部が超音波溶着装置の支持部材に支持され、工具ホーンの先端をワーク表面に押圧した状態では、工具ホーンの振動エネルギはワーク表面を押圧している先端から失われるため、工具ホーンの振動は短い時間で安定的に停止する。
一方、工具ホーンの先端をワーク表面から離した状態では、工具ホーンの振動エネルギは直ぐに消失せず、工具ホーンの先端は空中で自由に振動する。そのため、工具ホーンの振動が停止するまで、予期しない捩れ、波打ち、金属疲労を起こし、極端な場合には工具ホーンにクラックが入る可能性が高くなる。
従来の超音波溶着装置では、実際的な対応方法として、工具ホーンの先端とワーク表面の押圧状態にかかわらず、振動の立ち上げ時と立ち下げ時に異常な振幅で振動しないように、十分に余裕のある長い時間をかけてゆっくりと振動を立ち上げ、あるいは立ち下げていた。
異常な振幅で振動しない十分に余裕のある長い時間をかける振動制御をしておけば、工具ホーンの先端とワーク表面の押圧状態に関係なく、振動の立ち上げ時であっても、立ち下げ時であっても、工具ホーンが異常振動しないという考え方である。
図１９に、従来の超音波溶着装置の一部を断面とした概略側面図を示す（例えば、特許文献１参照）。図１９で、２２は超音波振動子、２３は固定ホーン、２４は工具ホーンであり、これらは一体に組み立てられて上下動する。超音波溶着装置各部の詳しい説明はここでは省略するが、従来の超音波溶着装置では、受治具３１上に載置した一対のプラスチックのワーク３２の上方に工具ホーン２４があり、超音波振動子２２により工具ホーン２４を所定振動周波数で、且つ、所定振幅で振動させた状態で、下降させ、工具ホーン２４の先端をワーク３２の表面に押圧して超音波溶着する。
図２０に、横軸に時間、縦軸に工具ホーン２４の振幅の大きさを示し、工具ホーン２４の先端がワーク３２の表面から離れた状態で工具ホーン２４の振動を立ち上げたときの工具ホーン２４の振幅の変化を示す。工具ホーン２４の先端は空中で自由に振動するため、短い時間（ｔ1、例えば１００ｍsec）で目標振幅（例えば、４０μｍ）に振動を立ち上げるように、超音波振動子２２に供給する電圧を上げていくと、図２０の実線Ａのように振幅は急激に増大し、目標振幅を越えて、例えば５０μｍまで振幅が大きくオーバーシュートする。その後、振幅が一定時間、波のように変動して収束する。このように工具ホーン２４の振幅が異常振動すると、工具ホーン２４に予期しない捩れ、波打ち、金属疲労を起こし、極端な場合には工具ホーン２４にクラックが入る可能性が高くなる。
そこで従来は、工具ホーン２４の振幅をオーバーシュートさせないように、図２０の実線Ｂのように、余裕のある十分に長い時間（ｔ2、例えば３００ｍsec）をかけて工具ホーン２４の振動をゆっくりと立ち上げ、異常な振幅で振動しないようにしていた。
図２１（ａ）（ｂ）に、工具ホーン２４の振動の立ち下げ時の振幅の変化を示す。横軸に時間を、縦軸に振幅を示しているのは図２０と同じである。また、図２１（ａ）（ｂ）の縦軸には、超音波振動子２２に印加する電圧の大きさも示している。
所定の振動周波数、且つ、所定の振幅で振動している工具ホーン２４を止めるのに、超音波振動子２２に印加していた電圧を例えば、図２１（ａ）の破線Ｖ0ように短い時間（ｔ3）でゼロにしても、工具ホーン２４に振動エネルギが残っているため、工具ホーン２４の振幅は直ぐに小さくはならない。超音波振動子２２に印加する電圧をゼロにしても、工具ホーン２４は自らが持つ振動エネルギで振動する。圧電素子である超音波振動子２２は圧迫されることで電流を生じるが、この電流は行き場がなく、いわゆる戻り電流として超音波振動子２２を再び振動させて工具ホーン２４を振動させることとなる。このため、工具ホーン２４の振幅は、電圧を短時間でゼロにした場合、図２１（ａ）の実線Ｃのように不安定に減少し、工具ホーン２４の振幅がゼロになるまで、予期しない捩れ、波打ち、金属疲労を起こし、極端な場合には工具ホーンにクラックが入る可能性があった。
そこで、従来の超音波溶着装置では、図２１（ｂ）の破線Ｖ１のように、十分に余裕のある長い時間（ｔ４）をかけてゆっくりと超音波振動子２２に印加する電圧をゼロにしていた。これにより、工具ホーン２４の振動エネルギを十分に消失させながら振幅を減少させ、実線Ｄで示すように異常な振幅を生じさせずに振動を減少させていた。
特開平１０−１１３９９２号公報
しかしながら、従来のように長い時間をかけて振幅の立ち上げ及び立ち下げを行うと超音波溶着の開始及び終了に時間がかかることとなり、作業効率を悪化させることとなる。特に工具ホーンがワーク表面を押圧している重負荷状態では短時間で振幅を立ち上げ及び立ち下げてもオーバーシュートや異常な振動を招く可能性が低いにも関わらず振幅の立ち上げ及び立ち下げに時間をかけると、無駄に時間をかけることとなる。また、作業者がワークを変更する度にワークに応じた振幅の立ち上げ及び立ち下げ時間を設定するのも非効率である。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、工具ホーンの負荷状態に応じ、振幅のオーバーシュートや異常な振動を生じさせず且つ極力短い時間で効率のよい振動の立ち上げ及び立ち下げを行うことのできる超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を提供することにある。
より具体的には、本発明は、工具ホーンの先端がワーク表面から離れている軽負荷状態での、工具ホーンの振動の立ち上げ時と立ち下げ時に、異常な振幅で振動しないようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現することを課題としている。
また本発明は、工具ホーンの振動の立ち上げ方あるいは立ち下げ方を、工具ホーンの先端とワーク表面の押圧状態に応じて自動的に切り替えるようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現することを課題としている。
また本発明は、工具ホーンの先端とワーク表面の押圧状態が途中で変動したときに、変動に応じて工具ホーンの振動の立ち上げ方あるいは立ち下げ方を自動的に変化させる超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現することを課題としている。
また本発明は、工具ホーンの振動の立ち下げ時において、工具ホーンの振動エネルギの減少状況に応じて、振幅を段階的にあるいは連続的に小さくして工具ホーンを所定振幅の振動状態から静止状態に安定的に遷移させ、工具ホーンが異常振動しないようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現することを課題としている。
本発明の超音波溶着装置は、超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置であって、前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出する電流検出手段と、前記超音波振動子に印加される振動子電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段により検出された振動子電流と前記電圧検出手段により検出された振動子電圧とに基づき、前記振動エネルギに相関するパワー値を算出するパワー値算出手段と、前記超音波振動子に印加する印加電圧を調節して前記工具ホーンの振動の立ち上げを制御する振動制御手段と、を備え、前記振動制御手段は、予めパワー値の閾値であるパワー判定値を複数設定するとともに、各パワー判定値間のパワー範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記パワー値算出手段により算出されるパワー値が属する前記パワー範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記工具ホーンの振動の立ち上げを行うようにしている。
好ましくは、前記振動制御手段は、予め電圧を立ち上げる際の上限となる電圧立ち上げ基準線を設定し、前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記電圧立ち上げ基準線に達した場合には当該電圧立ち上げ基準線に沿って印加する電圧を変化させる。
また好ましくは、前記振動制御手段は、前記パワー値の高い前記パワー判定値間のパワー範囲ほど、当該パワー範囲に対応した前記電圧変化量を大きくする。
さらに好ましくは、前記振動制御手段は、前記パワー値算出手段により算出されるパワー値が低下して、低下前よりもパワー値の低い前記パワー判定値間のパワー範囲に属するようになったときに、低下前のパワー判定値間のパワー範囲に対応した電圧変化量を維持する。
また、本発明の超音波溶着装置は、超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置であって、前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された振動子電流に基づき、前記振動エネルギに相関する電流値を算出する電流値算出手段と、前記超音波振動子に印加する印加電圧を調節して前記工具ホーンの振動の立ち下げを制御する振動制御手段と、を備え、前記振動制御手段は、予め前記電流値の閾値である電流判定値を複数設定するとともに、各電流判定値間の電流範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記電流値算出手段により算出される電流値が属する前記電流範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記工具ホーンの振動の立ち下げを行うようにしている。
さらに、本発明の超音波溶着装置は、超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置であって、前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された振動子電流に基づき、前記振動エネルギに相関する電流値を算出する電流値算出手段と、前記超音波振動子に印加する印加電圧を調節して前記工具ホーンの振動の立ち下げを制御する振動制御手段と、を備え、前記振動制御手段は、予め前記電流値の閾値である電流判定値を複数設定するとともに、各電流判定値間の電流範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記電流値算出手段により算出される電流値が属する前記電流範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を段階的に変化させて前記工具ホーンの振動の立ち下げを行うようにしている。
好ましくは、前記振動制御手段は、予め電圧を立ち下げる際の下限となる電圧立ち下げ基準線を設定し、前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記電圧立ち下げ基準線に達した場合には当該電圧立ち下げ基準線に沿って印加する電圧を変化させる。
また好ましくは、前記振動制御手段は、前記電流値の低い前記電流判定値間の電流範囲ほど、当該電流範囲に対応した前記電圧変化量を大きくする。
さらに好ましくは、前記振動制御手段は、前記電流値算出手段により算出される電流値が増加して、増加前よりも電流値の高い前記電流判定値間の電流範囲に属するようになったときに、増加前の電流判定値間の電流範囲に対応した電圧変化量を維持する。
また、上記のようにして工具ホーンの立ち上げ制御を行う超音波溶着装置と、上記のようにして工具ホーンの立ち下げ制御を行う超音波溶着装置とを組み合わせるのが好ましい。
本発明の超音波溶着装置の振動制御方法は、超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置の振動制御方法であって、前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出し、前記超音波振動子に印加される振動子電圧を検出し、前記検出した振動子電流と振動子電圧とに基づき、前記振動エネルギに相関するパワー値を算出し、予めパワー値の閾値であるパワー判定値を複数設定するとともに、各パワー判定値間のパワー範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記算出したパワー値が属する前記パワー範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記工具ホーンの振動を立ち上げるようにしている。
また本発明の超音波溶着装置の振動制御方法は、超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置の振動制御方法であって、前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出し、前記検出した振動子電流に基づき、前記振動エネルギに相関する電流値を算出し、予め前記電流値の閾値である電流判定値を複数設定するとともに、各電流判定値間の電流範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記算出した電流値が属する前記電流範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記工具ホーンの振動を立ち下げるようにしている。
さらに、本発明の超音波溶着装置の振動制御方法は、超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置の振動制御方法であって、前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出し、前記検出した振動子電流に基づき、前記振動エネルギに相関する電流値を算出し、予め前記電流値の閾値である電流判定値を複数設定するとともに、各電流判定値間の電流範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記算出した電流値が属する前記電流範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を段階的に変化させて前記工具ホーンの振動を立ち下げるようにしている。
また、上記のようにして工具ホーンの立ち上げ制御を行う振動制御方法と、上記のようにして工具ホーンの立ち下げ制御を行う振動制御方法とを組み合わせるのが好ましい。
本発明の超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法によれば、工具ホーンからの振動エネルギに相関する値として、工具ホーンの立ち上げ制御についてはパワー値を、立ち下げ制御については電流値を算出し、当該パワー値又は電流値の属する範囲に応じた電圧変化量で超音波振動子への印加電圧を変化させる。
こうすることで、パワー値又は電流値に応じて自動的に印加電圧を変化させることができ、パワー値又は電流値が速やかに変化する重負荷時には短時間で、パワー値又は電流値が緩やかに変化する軽負荷時には長時間をかけて、印加電圧の立ち下げ及び立ち上げを行うこととなる。
これにより、工具ホーンの負荷状態に応じ、振幅のオーバーシュートや異常な振動を防ぐことができ且つ極力短い時間で効率の良い振動の立ち上げ及び立ち下げを行うことができる。
具体的には、本発明は、工具ホーンの先端がワーク表面から離れている軽負荷状態での、工具ホーンの振幅の立ち上げ時と立ち下げ時に、異常な振幅で振動しないようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
また本発明は、工具ホーンの先端とワーク表面の押圧状態に応じて、工具ホーンの振幅の立ち上げ方あるいは立ち下げ方を、工具ホーンの先端とワーク表面の押圧状態に応じて自動的に切り替えるようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
また本発明は、工具ホーンの先端とワーク表面の押圧状態が途中で変動したときに、変動に応じて工具ホーンの振動の立ち上げ方あるいは立ち下げ方を自動的に変化させる超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
また本発明は、超音波振動の立ち下げ時において、工具ホーンの振動エネルギの減少状況に応じて、振幅を段階的にあるいは連続的に小さくして工具ホーンを所定振幅の振動状態から静止状態に安定的に遷移させ、工具ホーンが異常振動しないようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置の一部を断面とした側面図。 本発明の一実施形態にかかる制御装置の概略構成図。 本発明の一実施形態にかかる制御装置の内、工具ホーンの振動の立ち上げに関する手段を実線で示し、立ち下げに関する手段を破線で示した構成図。 本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置の工具ホーンの振動の立ち上げ制御手順をフローチャートで示した図。 重負荷時の立ち上げ制御における各パラメータの変化を示したタイムチャート。 軽負荷時の立ち上げ制御における各パラメータの変化を示したタイムチャート。 工具ホーンの振動の立ち上げ途中で、パワー値が変動した場合の各パラメータの変化を示したタイムチャート。 工具ホーンの振動の立ち上げ途中で、パワー値が変動した場合であり、電圧変化量維持設定がなされている場合の各パラメータの変化を示したタイムチャート。 工具ホーンの振動を重負荷状態と軽負荷状態で立ち上げたときの振幅の推移を示したタイムチャート。 本発明の一実施形態にかかる制御装置の内、工具ホーンの振動の立ち下げに関する手段を実線で示し、立ち上げに関する手段を破線で示した構成図。 本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置の工具ホーンの振動の立ち下げ制御手順をフローチャートで示した図。 重負荷時の立ち下げ制御における各パラメータの変化を示したタイムチャート。 軽負荷時の立ち下げ制御における各パラメータの変化を示したタイムチャート。 本発明の変形例にかかる超音波溶着装置の工具ホーンの振動の立ち下げ制御手順をフローチャートで示した図。 変形例の場合の重負荷時の立ち下げ制御における各パラメータの変化を示したタイムチャート。 変形例の場合の軽負荷時の立ち下げ制御における各パラメータの変化を示したタイムチャート。 本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置の工具ホーンの振動を重負荷状態で立ち上げ、立ち下げたときの振幅の推移を示したタイムチャート。 本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置の工具ホーンの振動を軽負荷状態で立ち上げ、立ち下げたときの振幅の推移を示したタイムチャート。 従来の超音波溶着装置の基本構成を示した一部を断面とした側面図。 従来の超音波溶着装置の工具ホーンを軽負荷状態で立ち上げたときの振幅の推移を示したタイムチャート。 （ａ）従来の超音波溶着装置の工具ホーンを軽負荷状態で、短時間で立ち下げたときの振幅の推移を示したタイムチャート、及び（ｂ）長時間で立ち下げたときの振幅の推移を示したタイムチャート。
以下、図面と共に本発明の実施形態を詳しく説明する。図１に、本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置の一部を断面とした側面図を示す。なお上述した図１９と同じ構成については同じ符号を付している。
本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置１では、超音波振動子２２に固定ホーン２３を介して工具ホーン２４が連結されており、これらは一体に組み立てられて上下動自在な可動枠２５に支持されている。また、超音波溶着装置１は、工具ホーン２４より下方位置に受治具３１を備え、当該受治具３１上であって工具ホーン２４先端と対向する位置にワーク３２が載置されている。溶着対象であるワーク３２は上下一対に重ね合わされたプラスチック板である。なお、工具ホーン２４やワーク３２の構成はこれに限られない。
超音波振動子２２には電流検出回路２（電流検出手段）、電圧検出回路３（電圧検出手段）、及び振幅検出回路１３が接続されている。これら電流検出回路２、電圧検出回路３、及び振幅検出回路１３は制御装置４（振動制御手段）に接続されており、制御装置４は発振器であるインバータ回路２１と接続されている。そして、当該インバータ回路２１は電流検出回路２及び電圧検出回路３に接続されている。
このように構成された回路群は、電流検出回路２と電圧検出回路３で検出した超音波振動子２２に流れる振動子電流と振動子電圧、そして振幅検出回路１３で検出した超音波振動子２２の振幅の各情報が制御装置４にフィードバックされる。制御装置４は、これらの情報を基に、インバータ回路２１を介して超音波振動子２２に印加する電圧をコントロールすることで、超音波振動子２２から固定ホーン２３を介して、工具ホーン２４の振動の立ち上げ制御及び立ち下げ制御を行う。
ここで図２に、本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置の制御装置４の概略構成図を示した。なお、説明を簡単にするため、図２では、工具ホーンの振幅の立ち上げ制御と立ち下げ制御に関係する手段のみを示し、他の手段については図示を省略した。
図２の制御装置４において、図１の電流検出回路２と電圧検出回路３で検出した超音波振動子２２に流れる振動子電流（ｉ（θ））と振動子電圧（Ｖ（θ））の情報は、それぞれの増幅器２ａ、３ａを経由してパワー演算部１２（パワー値算出手段）に入る。パワー演算部１２は、振動子電流と振動子電圧から、超音波振動子２２からワーク３２に供給されるパワー（振動エネルギに相関するパラメータ）を演算し、演算したパワーの値（以下パワー値という）を発振開始制御判定部１６に送る。
振幅検出回路１３は超音波振動子２２の振幅を検出し、増幅器１３ａを経由して振幅算出部１４に検出した振幅（Ａｍｐ（θ））の情報を送る。振幅算出部１４は算出した振幅情報を、発振開始制御判定部１６に送る。発振開始制御判定部１６は、発振開始条件記憶部１５に予め記憶されているパワー判定値（Ｐ（ｎ））、電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）等の出力電圧制御量、出力電圧制御方法、電圧立ち上げ基準線を読み出し、これら読み出した情報と、入力されるパワー値、振動子電圧（Ｖ（θ））、振幅（Ａｍｐ（θ））の各情報に基づき超音波振動子２２に印加する電圧の値を設定して電圧制御量出力部１７に送る。ここで本実施形態では電圧立ち上げ基準線として電圧立ち上げ基準曲線を採用した場合を説明する。電圧制御量出力部１７は設定された電圧を超音波振動子２２に印加すべく、増幅器１７ａを経由して超音波振動子２２に電圧を印加する。工具ホーン２４の振幅は超音波振動子２２に印加する電圧にほぼ比例して変化することから、当該電圧を調整することで工具ホーン２４の振幅を制御する。
なお一般に、超音波振動子に供給するパワー値（振動エネルギ）は、パワー値をＰ、電圧実効値をＶ、電流実効値をＩ、電圧と電流の位相差をφとすると、
Ｐ＝Ｖ・Ｉ・ｃｏｓφ
で求められる。
ここで注意すべきは、工具ホーン２４の先端とワーク３２表面の押圧状態、即ち工具ホーン２４の負荷状態によっては電圧を上げてもパワー値Ｐが増大しないことである。工具ホーン２４の先端とワーク３２表面の押圧状態が変わると、印加する電圧を上げても他の変数である電流実効値（Ｉ）、電圧と電流の位相差（φ）が変化し、パワー値Ｐが増大しないことがある。
そこで、制御装置４は、パワー値Ｐを算出して、当該パワー値Ｐに基づき超音波振動子２２に印加する電圧を設定することで、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面を押圧している状態（重負荷状態）、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から離れている状態（軽負荷状態）、又は、工具ホーン２４の先端でワーク３２表面が溶けて工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から離れているに近い状態等の、それぞれの状態に応じて電圧を上げていくこととしている。
なお、図２に記載されている電流値算出部１８、発振終了動作制御判定部１９、発振終了動作条件記憶部２０は工具ホーン２４の振動の立ち下げ制御に関係する手段である。これら振動の立ち下げ制御に関係する各部１８、１９、２０の内容と作用は、後に立ち下げ制御を説明する際に詳述する。
（工具ホーンの振動の立ち上げ制御）
以下、図１で示した超音波溶着装置１の工具ホーン２４を振幅ゼロから目標振幅まで増大させるべく、制御装置４が実行する振動の立ち上げ制御を詳しく説明する。発明理解のため、図２の制御装置４の内、超音波振動子２２の振動の立ち上げ制御に関係する手段だけを図３に実線で記載し、振動の立ち下げ制御に関係する手段である電流値算出部１８、発振終了動作制御判定部１９、発振終了動作条件記憶部２０を破線で示した。図４には、本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置の工具ホーンの振動を立ち上げるときの制御手順をフローチャートとして示した。
制御装置４は、工具ホーン２４の振動の立ち上げ時に、超音波振動子２２のパワー値を算出し、予め定めたパワー判定値Ｐ（ｎ）と比較し、パワー判定値間のパワー範囲毎に定めたどのパワー段階ｎに属するかを判定して、該当するパワー段階の電圧変化量ΔＶｕを加えた電圧を超音波振動子２２に印加していくことで、工具ホーン２４の振幅を大きくする。
この立ち上げ制御の手順を簡単に述べると、（１）パワー値Ｐを算出し、（２）パワー判定値Ｐ（ｎ）と比較してパワー段階ｎ（パワーの大きさの範囲を示す、いわゆるパワーランク）を判定し、（３）該当するパワー段階ｎの電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を加えた印加電圧Ｖを超音波振動子２２に印加する。なお、パワー段階ｎが上がるほど（パワー値Ｐが属するパワー範囲が上がるほど）、そのパワー段階ｎに対応する電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）が大きくなるように予め定めておく。（４）その後、パワー判定値Ｐ（ｎ）を超えて他のパワー段階ｎになったと判定したら、該当する他のパワー段階ｎの電圧変化量ΔＶ（ｎ）を印加電圧Ｖに加える。（５）印加電圧Ｖが電圧立ち上げ基準曲線に達したときは、印加電圧Ｖを電圧立ち上げ基準曲線に沿って変化させる。印加電圧Ｖが超音波振動子２２の目標振幅に相当する目標電圧になるまで単位時間毎に（１）から（５）を繰り返す、というものである。なお、電圧変化量の設定によっては、振動子電圧に各電流段階の電圧変化量を加えていっても、上限である電圧立ち上げ基準曲線と交わらない場合がある。この場合は、（１）から（４）を繰り返すことになる。
パワー値Ｐは振動立ち上げ時においてはワーク３２に供給する振動エネルギに相関する値であることから、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面を押圧している重負荷状態であると電圧の増加に伴いワーク３２に供給される振動エネルギが増え、パワー値Ｐはすぐに増大するので、各パワー段階の順番通りに、各パワー段階の電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を順次加えていくこととなる。
一方、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から離れている状態、又は離れているに近い状態等の軽負荷状態では、パワー値Ｐはすぐに増大しない。パワー値Ｐが次のパワー段階（ｎ＋１）のパワー範囲に入ったと判定されるまで、現パワー段階（ｎ）の電圧変化量ΔＶ（ｎ）を加える操作を繰り返す。そして、パワー値Ｐが次のパワー段階（ｎ＋１）のパワー範囲に入ると、次のパワー段階の電圧変化量ΔＶ(ｎ＋１)を加える。これらの操作を繰り返すことで、超音波振動子２２への印加電圧Ｖを時間をかけて緩やかに増やし、振幅を目標振幅まで立ち上げることとなる。
このことは、パワー値Ｐが増大して次のパワー段階のパワー範囲に入ったと判定されるまで、電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を次の段階の電圧変化量ΔＶｕ（ｎ＋１）とするのを遅らせることとなり、電圧の立ち上がりを時間的に間延びした形にすることができる。例えば、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面を押圧している状態だと１ミリ秒で目標振幅の１％立ち上げるところを、ワーク３２表面を押圧していない状態では２ミリ秒あるいは３ミリ秒で目標振幅の１％立ち上げるように間延びさせる。そして、超音波振動子２２の振幅が超音波振動子２２の目標振幅になると、又は所定時間経過すると、立ち上げ制御を終えるというものである。
具体的には、制御装置４が実行する工具ホーン２４の振動の立ち上げ制御について図４に示すフローチャートに基づいて以下説明する。
制御装置４は、超音波溶着装置の図示しない発振開始スイッチが入ると、工具ホーン２４の振動を立ち上げるための振動立ち上げ制御を開始する。なお、制御装置４は単位時間毎に当該フローチャートを繰り返す。
まず制御装置４は、振動立ち上げ制御のための各パラメータの初期化を行う（ステップＳＴ１）。具体的には、パワー段階ｎの値を１とし（ｎ＝１）、パワー判定値（Ｐ（ｎ））及び電圧変化量（ΔＶｕ（ｎ））を初期化（Ｐ（１）、ΔＶｕ（１））する。また、発振開始制御判定部１６において、ユーザの選択に応じた目標振幅に相当する目標電圧、出力電圧制御方法、及び電圧立ち上げ基準曲線を設定する。なお、出力電圧制御方法及び電圧立ち上げ基準曲線は、制御装置４の記憶部に工具ホーン２４やワーク３２に応じて複数の出力電圧制御方法及び電圧立ち上げ基準曲線が記憶されており、溶着作業開始前に、ユーザが予めこれらを選択するものである。また、出力電圧制御方法には、パワー値が途中で低下して現段階よりも低いパワー段階ｎのパワー範囲に移行した際に電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を維持する電圧変化量維持設定が含まれており、出力電圧制御方法の選択の際に当該電圧変化量維持設定を実行するか否かの設定も行うものとする。ステップＳＴ１では、各パラメータを初期化して、最初の電圧変化量ΔＶｕ（１）に相当する電圧を印加する。
次に、制御装置４は、発振開始制御判定部１６において、振幅算出部１４により算出される振幅が目標振幅に達したか否かを判別する（ステップＳＴ２）。
振幅が目標振幅に達していない場合（ステップＳＴ２がＮｏ）には、制御装置４の発振開始制御判定部１６は印加電圧Ｖが電圧立ち上げ基準曲線以上であるか否かを判別する（ステップＳＴ３）。
振動子電圧が電圧立ち上げ基準曲線以上でない場合（ステップＳＴ３がＮｏ）、即ち電圧立ち上げ基準曲線より小さい電圧である場合には、制御装置４はこの時点におけるパワー値Ｐを算出する（ステップＳＴ４）。
そして、制御装置４は、算出したパワー値Ｐが一つ前のパワー判定値Ｐ（ｎ−１）より大であるか否かを判別する（ステップＳＴ５）。なお、制御装置４は、最初に当該処理を行う際はＰ（１−１）＝Ｐ（０）の値を記憶部から読み込む。
パワー値Ｐが一つ前のパワー判定値Ｐ（ｎ−１）より大である場合（ステップＳＴ５がＹｅｓ）、制御装置４は次に、算出したパワー値Ｐがこの時点でのパワー段階ｎに対応したパワー判定値Ｐ（ｎ）より大であるか否かを判別する（ステップＳＴ６）。
パワー値Ｐがパワー判定値Ｐ（ｎ）より大である場合（ステップＳＴ６がＹｅｓ）、制御装置４はパワー段階ｎを次のパワー段階ｎ＋１とする（ステップＳＴ７）。そして、制御装置４はこの時点での印加電圧Ｖに、新たなパワー段階ｎに対応した電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を加えた電圧に設定する（ステップＳＴ８）。一方、パワー値Ｐがパワー判定値Ｐ（ｎ）以下であった場合（ステップＳＴ６がＮｏ）には、制御装置４はパワー段階ｎを維持して、印加電圧Ｖに、前回と同様のパワー段階ｎに対応した電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を加えた電圧に設定する（ステップＳＴ８）。
また、パワー値Ｐがパワー判定値Ｐ（ｎ−１）以下であった場合（ステップＳＴ５がＮｏ）、即ちパワー値Ｐが低下して一つ前のパワー段階ｎ−１のパワー範囲に移った場合には、上記初期化時（ステップＳＴ１）において設定した印加電圧制御方法において電圧変化量維持設定がなされていないか否かを判別する（ステップＳＴ９）。
電圧変化量維持設定がなされていない場合（ステップＳＴ９がＹｅｓ）には、パワー段階ｎを一つ前のパワー段階（ｎ−１）とする（ステップＳＴ１０）。そして、制御装置４は、印加電圧Ｖに新たなパワー段階ｎに応じた電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を加えた電圧に設定する（ステップＳＴ８）。一方、電圧変化量維持設定がなされている場合（ステップＳＴ９がＮｏ）には、制御装置４はパワー段階ｎを維持して、印加電圧Ｖに前回と同様のパワー段階ｎに対応した電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を加算した電圧に設定する（ステップＳＴ８）。
ここで、目標振幅に到達する前に印加電圧Ｖが電圧立ち上げ基準曲線以上にまで達した場合（ステップＳＴ３がＹｅｓ）には、印加電圧Ｖを電圧立ち上げ基準曲線に沿った電圧に設定する（ステップＳＴ１１）。
そして、制御装置４は電圧制御量出力部１７を介して、以上のようにして設定した電圧を超音波振動子２２に印加する（ステップＳＴ１２）。
続いて制御装置４は、立ち上げ終了時期に達したか否かを判別する（ステップＳＴ１３）。未だ立ち上げ終了時期に達していない場合（ステップＳＴ１３のＮｏ）には上記振幅の判別（ステップＳＴ２）に戻り、立ち上げ終了時期に達した場合（ステップＳＴ１３がＹｅｓ）には当該立ち上げ制御を終了する。
また、制御装置４は、振幅算出部１４により算出される振幅が目標振幅に達した際（ステップＳＴ２がＹｅｓ）には、そのままの印加電圧を維持（電圧変化量ゼロ）し、立ち上げ終了時期になり次第立ち上げ制御を終了する（ステップＳＴ１３がＹｅｓ）。
制御装置４は、このようなフローチャートを単位時間毎に繰り返すことで工具ホーン２４の振動の立ち上げ制御を行うものであり、以下、当該立ち上げ制御を実行した際の各パラメータの変化等について、図５から図８に基づいてより具体的に説明する。
図５から図８では、いずれも横軸を時間（ｔ）とし、縦軸に印加電圧Ｖ、パワー値Ｐ、パワー判定値Ｐ（ｎ）、パワー段階ｎ、電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）の大きさを示す。なお、これらの図では、パワー判定値を段階的に値が大きくなるＰ（０）〜Ｐ（３）の４つを設定し、これらのパワー判定値間のパワー範囲に対応してパワー段階をｎ＝１〜３とし、単位時間を１０ミリ秒（ｍｓ）とする。パワー判定値Ｐ（ｎ）、パワー段階ｎ、単位時間等の数は説明を簡単にするために少なくしているが、これらの数を増やせば、振幅の変化は滑らかになり連続的になる。また、パワー判定値Ｐ（ｎ）のうち最終のパワー判定値Ｐ（３）は、目標電圧に到達するのに必要なパワー値より大きくなるよう設定されている。この最終のパワー判定値Ｐの値は無限大とすることもできる。電圧変化量ΔＶｕ(ｎ)は、全増加電圧量の１％程度という小さい値を用いることが好ましく、パワー段階ｎが上がるにつれて（ｎの数が増えるにつれて）大きくしている。つまり、各パワー段階ｎの電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）はΔＶｕ（１）＜ΔＶｕ（２）＜ΔＶｕ（３）にしている。また、工具ホーン２４の振幅は印加電圧Ｖにほぼ比例することから、これらの図では印加電圧Ｖの推移を振幅の推移として説明する。
まず、図５に示す振動の立ち上がりは、例えば工具ホーン２４の先端をワーク３２表面に一定の押圧力で押圧した状態、即ち重負荷状態で振動を立ち上げたときの各パラメータの推移であり、オーバーシュートし難く、短時間で目標振幅に到達可能な場合を説明する。
制御装置４は、超音波溶着装置１の図示しない発振開始スイッチが入ると、各パラメータを振動立ち上げのために初期化する（ステップＳＴ１）。つまり、パワー段階ｎの値を１として（ｎ＝１）、パワー判定値Ｐ（ｎ）をＰ（１）、電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を当該パワー判定値Ｐ（１）から一つ前のパワー判定値Ｐ（０）までのパワー範囲に応じた比較的少ない増加量のΔＶｕ（１）とする。そして、印加電圧制御方法及び電圧立ち上げ基準曲線を選択する。
図５の場合は重負荷状態で工具ホーン２４からワーク３２に振動エネルギが伝わることから、印加電圧Ｖを高めるほどパワー値Ｐは上昇する。なお、説明を簡略化するため図５ではパワー値Ｐが一定の割合で上昇するものとしている。
制御装置４は、パワー値Ｐがパワー判定値Ｐ（１）を超えるまで、即ちパワー判定値Ｐ（１）と一つ前のパワー判定値Ｐ（０）との間のパワー範囲に属する期間は（ステップＳＴ５がＹｅｓ、ステップＳＴ６がＮｏ）、パワー段階ｎ＝１に維持され、それに応じた電圧変化量ΔＶｕ（１）で印加電圧Ｖを増加させる（ステップＳＴ８）。
図５においては、ｔ＝２の時点でパワー値Ｐがパワー判定値Ｐ（１）を超えており（ステップＳＴ６がＹｅｓ）、これ以降次のパワー段階ｎ＝２に移行し（ステップＳＴ７）、制御装置４は、電圧変化量をΔＶｕ（１）より変化量の大きいΔＶｕ（２）に設定する。そして、パワー値Ｐがパワー判定値Ｐ（２）を超えるまでは（ステップＳＴ５がＹｅｓ、ステップＳＴ６がＮｏ）、印加電圧Ｖを電圧変化量ΔＶｕ（２）で増加させていく（ステップＳＴ８）。
図５のｔ＝５の時点でパワー値Ｐはパワー判定値Ｐ（２）を超えており（ステップＳＴ６がＹｅｓ）、次のパワー段階ｎ＝３に移行し（ステップＳＴ７）、制御装置４は、電圧変化量をΔＶｕ（２）よりさらに変化量の大きいΔＶｕ（３）に設定する。そして、パワー値Ｐがパワー判定値Ｐ（３）を超えるまでは（ステップＳＴ５がＹｅｓ、ステップＳＴ６がＮｏ）、印加電圧Ｖを電圧変化量ΔＶｕ（３）で増加させていく（ステップＳＴ８）。
ここで、図５のｔ＝７の時点において印加電圧Ｖは電圧立ち上げ基準曲線に到達する（ステップＳＴ３がＹｅｓ）。これ以降、制御装置４は電圧立ち上げ基準曲線に沿って印加電圧を推移させる（ステップＳＴ１２）。
そして、図５のｔ＝１０の時点において印加電圧Ｖが目標電圧、即ち目標振幅に到達する（ステップＳＴ２がＹｅｓ）。そして制御装置４は立ち上げ終了時期に達した後（ステップＳＴ１３がＹｅｓ）、立ち上げ制御を終了する。
このように図５で示したような、重負荷状態での工具ホーン２４の振動の立ち上げでは、パワー値Ｐの上昇に応じて印加電圧Ｖを増加させ、最終的には電圧立ち上げ基準曲線に沿って印加電圧を増加させる。重負荷状態にあることから振動のオーバーシュートを生じることはなく、立ち上げ時間の延長もすることなく、効率よく工具ホーン２４の振幅を目標振幅にまで立ち上げることができる。
次に、図６に示す工具ホーン２４の振動の立ち上がりは、例えば工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から離れた状態、即ち軽負荷状態で振動を立ち上げたときの各パラメータの推移を示している。
工具ホーン２４がワーク３２表面から離れていると、工具ホーン２４の先端は空中で自由振動するため、印加電圧Ｖを高めてもパワー値Ｐは上昇しにくい。従って、図６では、パワー値Ｐがある程度上昇した後、一定値を維持している場合を説明する。
このような場合、制御装置４は、各パラメータの初期化後（ステップＳＴ１）、パワー値Ｐがパワー判定値Ｐ（１）を超えず、パワー判定値Ｐ（１）と一つ前のパワー判定値Ｐ（０）との間のパワー範囲に属しているので（ステップＳＴ５がＹｅｓ、ステップＳＴ６がＮｏ）、パワー段階ｎ＝１に維持され、それに対応した電圧変化量ΔＶｕ（１）で印加電圧を増加させ続ける（ステップＳＴ８）。
上述したようにパワー段階ｎ＝１に対応した電圧変化量ΔＶｕ（１）は比較的少ない電圧変化量であることから、電圧立ち上げ基準曲線に比べて大幅に緩慢な電圧上昇となる、図６に示すように、ｔ＝２０の時点で目標電圧に到達しており、長時間かけた振動の立ち上げとなる。このように緩慢に振動を立ち上げることで、工具ホーン２４が軽負荷状態であってもオーバーシュートすることなく振幅を目標振幅に到達させることができる。
続いて図７、図８では、工具ホーン２４の振動立ち上げ時にパワー値が大きく変動した場合の各パラメータの変化を示している。例えばこれは、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面を押圧して振動を立ち上げている途中で、ワーク３２表面が溶融し工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から一時的に離れる等して工具ホーン２４の負荷が一時的に低下し、その後工具ホーン２４の押圧力が予定以上に大きくなり、工具ホーン２４の負荷が大きく上昇した場合を示している。そして図７では電圧変化量維持設定がなされていない場合（ステップＳＴ９がＹｅｓになる場合）を、図８では電圧変化量維持設定がなされている場合（ステップＳＴ９がＮｏになる場合）を示している。
図７では、ｔ＝３の時点までは上述の図５の場合と同じく、パワー値Ｐは一定の割合で上昇しており、ｔ＝２の時点でパワー判定値Ｐ（１）を超えて（ステップＳＴ５がＹｅｓ）、パワー段階ｎ＝２となり（ステップＳＴ７）、電圧変化量はΔＶｕ（２）に増加している（ステップＳＴ８）。
ｔ＝３の時点でパワー値Ｐは低下に転じ、ｔ＝５の時点で一つ前のパワー判定値Ｐ（１）を下回っている（ステップＳＴ５がＮｏ）。当該図７では、電圧変化量維持設定はなされていないことから（ステップＳＴ９がＹｅｓ）、制御装置４は、パワー段階ｎ＝１に低下させて（ステップＳＴ１０）、電圧変化量をΔＶｕ（１）に低下させる。
ｔ＝６の時点でパワー値Ｐは再び上昇に転じ、ｔ＝７の時点でパワー値Ｐが再びパワー判定値Ｐ（１）を上回り、パワー段階ｎ＝２となり、電圧変化量ΔＶｕ（２）となる。
そしてｔ＝８の時点以降、パワー値Ｐの上昇は急激となり、ｔ＝９の時点でパワー判定値（２）を超え、パワー段階ｎ＝３となり、電圧変化量ΔＶｕ（３）に増加する。
一方、図８は図７とパワー値Ｐの変動は同じであるが、ｔ＝５の時点でパワー値Ｐが一つ前のパワー判定値Ｐ（１）を下回った場合でも、電圧変化量ΔＶ（２）をΔＶ（１）に低下させることなく、低下前のパワー段階（ｎ＝２）に対応する電圧変化量ΔＶｕ（２）を維持している。
図７のように、パワー値Ｐの低下に応じて、電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を低下させれば、パワー値Ｐの変動に応じた精密な振動制御を行うことができる。一方、図８のように、パワー値Ｐの低下に応じて電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を低下させることなく維持すれば、制御を簡略化することができるという利点がある。
以上説明したとおり、本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置では、工具ホーン２４の振動を立ち上げるときに、パワー値Ｐに応じて電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を変化させている。工具ホーン２４の先端がワーク３２表面を押圧し、超音波振動子２２に供給する振動エネルギが順調に増大すれば、各パワー段階ｎに応じた電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を加えることにより、印加電圧Ｖを増大し、ついには選択した電圧立ち上げ基準曲線に沿って短時間で振幅を増大させ、工具ホーン２４の振幅を目標振幅に立ち上げることができる。
一方で、工具ホーン２４の振動を立ち上げる際、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から離れていたり、立ち上げの途中で工具ホーン２４の先端とワーク３２表面の押圧状態が変動することにより、工具ホーン２４が供給する振動エネルギが順調に増大しなければ、パワー段階ｎを上げずに維持し、引き続き同じパワー段階ｎの電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）で印加電圧Ｖを増加させることで、長い時間をかけてゆっくりと立ち上げ、振幅のオーバーシュートを防ぐことができる。
これにより、工具ホーン２４の負荷状態に応じ、振幅のオーバーシュートを防ぐことができ且つ極力短い時間で効率の良い振動の立ち上げを行うことができる。
具体的には、本実施形態は、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から離れている軽負荷状態での、工具ホーン２４の振幅の立ち上げ時に、異常な振幅で振動しないようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
また本実施形態は、工具ホーン２４の先端とワーク３２表面の押圧状態に応じて、工具ホーン２４の振幅の立ち上げ方を、工具ホーン２４の先端とワーク３２表面の押圧状態に応じて自動的に切り替えるようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
また本実施形態は、工具ホーン２４の先端とワーク３２表面の押圧状態が途中で変動したときに、変動に応じて工具ホーン２４の振動の立ち上げ方を自動的に変化させる超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
図５から図８では、説明のため時間ｔや、パワー判定値Ｐ（ｎ）、パワー段階ｎ、及び電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）の数を比較的少なくして説明をしたが、段階数を多くして、連続した滑らかな曲線状に振動が立ち上るようにすることが好ましい。ちなみに、立ち上げの段階数を増やして、連続した滑らかな曲線状に立ち上げたときには、図９のように、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面を押圧している重負荷状態では、破線矢印（Ｊ）で示した曲線のように短時間で工具ホーン２４の振動が立ち上がり、工具ホーン２４の先端とワーク３２表面が離れている軽負荷の状態では実線矢印（Ｋ）で示したようにゆっくり長い時間をかけて工具ホーンの振動が立ち上がることとなる。
なお、上記の制御方法の実施の形態の説明においては、パワー値Ｐが大きくなるほどパワー段階ｎを上げ、パワー段階ｎが上がるほど電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）が大きくなるように定めたとして説明した。但し、概ねこのように定めることが好ましいのであるが、超音波溶着の実際的な条件としてどのような電圧立ち上げ基準曲線を好ましいとするかによって、各パワー段階ｎの電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）の傾向は異なるので、パワー段階ｎを上げたときに各パワー段階ｎの電圧変化量ΔＶｕ（ｎ）を予め任意に設定するようにしてもよい。
（工具ホーンの振動の立ち下げ制御）
次に、工具ホーン２４の振動の立ち下げ制御について詳しく説明する。
図１０に、制御装置４の内、工具ホーン２４の立ち下げ制御に関係する手段だけを実線で示し、立ち下げ制御に関係する手段を破線で示した。
図１０の制御装置４において、超音波振動子２２に流れる振動子電流（ｉ（θ））は、増幅器２ａを経由して電流値算出部１８に入る。電流値算出部１８は、超音波振動子２２に流れるもどり電流を含めて超音波振動子２２に流れる電流値Ｉを演算し、演算した電流値Ｉを発振終了動作制御判定部１９に送る。
発振終了動作制御判定部１９は、発振終了動作条件記憶部２０に予め記憶しておいた電流判定値（Ｉ（ｍ））、電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）等の出力電圧制御量、出力電圧制御方法、電圧立ち下げ基準線、電流制御の有効／無効のどちらの設定になっているかを読み出し、印加電圧Ｖから電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を減じ、電圧制御量出力部１７より増幅器１７ａを経由して超音波振動子２２に電圧を印加する。ここで本実施形態では電圧立ち下げ基準線として電圧立ち下げ基準曲線を採用した場合を説明する。
このように構成された制御装置４による工具ホーン２４の立ち下げ制御については、工具ホーン２４に残っている振動エネルギに相関する超音波振動子２２の電流値Ｉを算出し、予め定めた電流判定値Ｉ（ｍ）と比較し、電流判定値間の電流範囲毎に定めたどの電流段階ｍに属するかを判定して、該当する電流段階ｍの電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を印加電圧Ｖから減らすことで工具ホーン２４の振幅を小さくしている。
この立ち下げ制御の手順を簡単に述べると、（１）電流値Ｉを算出し、（２）電流判定値Ｉ（ｍ）と比較して電流段階ｍ（工具ホーン２４の持っている振動エネルギの大きさを電流値Ｉの大きさのランクで示した、いわゆる電流ランク）を判定し、（３）該当する電流段階ｍの電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を減じた印加電圧Ｖを超音波振動し２２に印加する。なお、電流段階ｍが下がるほど（電流値Ｉが属する電流範囲が下がるほど）、その電流段階ｍに対応する電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）が大きくなるように定めておく。（４）その後、電流判定値Ｉ（ｍ）を下回り他の電流段階ｍ＋１になったと判定したら、該当する他の電流段階ｍ＋１の電圧変化量ΔＶｄ（ｍ＋１）を印加電圧Ｖから減らす。（５）印加電圧Ｖが電圧立ち下げ基準曲線に達したときは、印加電圧Ｖを電圧立ち下げ基準曲線に沿って変化させる。印加電圧Ｖが超音波振動子２２の振幅に相当する電圧ゼロになるまで単位時間毎に（１）から（５）を繰り返す、というものである。なお、電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）の設定によっては、印加電圧Ｖから各電流段階ｍの電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を減じていっても、下限である電圧立ち下げ基準曲線と交わらない場合がある。この場合は、（１）から（４）を繰り返すことになる。
電流値Ｉは振動立ち下げ時においてはワーク３２に供給する振動エネルギに相関する値であることから、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面を押圧している重負荷状態であると工具ホーン２４に残っている振動エネルギがワーク３２表面からすぐに減少するので、各電流段階ｍの順番通りに、各電流段階ｍの電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を順次減らしていくこととなる。
一方、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から離れている状態、又は離れているに近い状態等の軽負荷状態では、工具ホーン２４に残っている振動エネルギがすぐには減少しない。電流値Ｉが次の電流段階（ｍ＋１）の電流範囲に入ったと判定されるまで、現電流段階（ｍ）の電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を減らす操作を繰り返す。そして、電流段階Ｉが次の電流段階（ｍ＋１）の電流範囲に入ると、次の電流段階の電圧変化量ΔＶｄ（ｍ＋１）を減らす。これらの操作を繰り返すことで、超音波振動子２２への印加電圧Ｖを時間をかけて緩やかに減らし、振幅をゼロにまで立ち下げることとなる。
具体的には、制御装置４が実行する工具ホーン２４の振動の立ち下げ制御について図１１に示すフローチャートに基づいて以下説明する。
制御装置４は、超音波溶着装置の図示しない発振終了スイッチが入ると、工具ホーン２４の振動を立ち下げるための振動立ち下げ制御を開始する。なお、制御装置４は単位時間毎に当該フローチャートを繰り返す。
まず制御装置４は、振動立ち下げ制御のための各パラメータの初期化を行う（ステップＳＴ２１）。具体的には、電流段階ｍの値を１とし（ｍ＝１）、電流判定値（Ｉ（ｍ））及び電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を初期化（Ｉ（１））、ΔＶｄ（１））する。また、発振終了動作制御判定部１９において、出力電圧制御方法及び電圧立ち下げ基準曲線を選択する。電圧立ち下げ基準曲線は、印加電圧Ｖを下げるときの下限である。なお、出力電圧制御方法及び電圧立ち下げ基準曲線は、制御装置４の記憶部に工具ホーン２４やワーク３２に応じて複数の出力電圧制御方法及び電圧立ち下げ基準曲線が記憶されており、溶着作業開始前に、ユーザが予めこれらを選択するものである。また、出力電圧制御方法には、電流値Ｉが途中で増加して現段階よりも高い電流段階ｍの電流範囲に移行した際に電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を維持する電圧変化量維持設定が含まれており、出力電圧制御方法の選択の際に当該電圧変化量維持設定を実行するか否かの設定も行うものとする。
次に、制御装置４は、発振終了動作制御判定部１９において、振幅算出部１４により算出される振幅がゼロに達しているか否かを判別する（ステップＳＴ２２）。
振幅がゼロに達していない場合（ステップＳＴ２２がＮｏ）には、制御装置４の発振終了動作制御判定部１９は印加電圧Ｖが電圧立ち下げ基準曲線以下であるか否かを判別する（ステップＳＴ２３）。
印加電圧Ｖが電圧立ち下げ基準曲線以下でない場合（ステップＳＴ２３がＮｏ）、即ち電圧立ち下げ基準曲線より大きい電圧である場合には、制御装置４はこの時点における電流値Ｉを算出する（ステップＳＴ２４）。
そして、制御装置４は、算出した電流値Ｉが一つ前の電流判定値Ｉ（ｍ−１）より小であるか否かを判別する（ステップＳＴ２５）。なお、制御装置４は、最初に当該処理を行う際はＩ（１−１）＝Ｉ（０）の値を記憶部から読み込む。
電流値Ｉが一つ前の電流判定値Ｉ（ｍ−１）より小である場合（ステップＳＴ２５がＹｅｓ）、制御装置４は次に、算出した電流値Ｉがこの時点での電流段階ｍに対応した電流判定値Ｉ（ｍ）より小であるか否かを判別する（ステップＳＴ２６）。
電流値Ｉが電流判定値Ｉ（ｍ）より小である場合（ステップＳＴ２６がＹｅｓ）、制御装置４は電流段階ｍを次の電流段階ｍ＋１とする（ステップＳＴ２７）。そして、制御装置４はこの時点での印加電圧Ｖに、新たな電流段階ｍに対応した電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を減じた電圧に設定する（ステップＳＴ２８）。一方、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（ｍ）以上であった場合（ステップＳＴ２６がＮｏ）には、制御装置４は電流段階ｍを維持して、印加電圧Ｖに、前回と同様の電流段階ｍに対応した電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を減じた電圧に設定する（ステップＳＴ２８）。
また、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（ｍ−１）以上であった場合（ステップＳＴ２５がＮｏ）には、即ち電流値Ｉが増加して一つ前の電流段階ｍ−１の電流範囲に戻った場合には、上記初期化時（ステップＳＴ２１）において設定した印加電圧制御方法において電圧変化量維持設定がされていないか否かを判別する（ステップＳＴ２９）。
電圧変化量維持設定がなされていない場合（ステップＳＴ２９がＹｅｓ）には、電流段階ｍを一つ前の電流段階（ｍ−１）とする（ステップＳＴ３０）。そして、制御装置４は、印加電圧Ｖに新たな電流段階ｍに応じた電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を減じた電圧に設定する（ステップＳＴ２８）。一方、電圧変化量維持設定がなされている場合（ステップＳＴ２８がＮｏ）には、制御装置４は電流段階ｍを維持して、印加電圧Ｖに前回と同様の電流段階ｍに対応した電圧変化量ΔＶｕ（ｍ）で低下させた電圧に設定する（ステップＳＴ２８）。
ここで、振幅ゼロに到達する前に印加電圧Ｖが電圧立ち下げ基準曲線以下にまで達した場合（ステップＳＴ２３がＹｅｓ）には、印加電圧Ｖを電圧立ち下げ基準曲線に沿った電圧に設定する（ステップＳＴ３１）。
そして、制御装置４は電圧制御量出力部１７を介して、以上のようにして設定した電圧を超音波振動子２２に印加する（ステップＳＴ３２）。
続いて制御装置４は、立ち下げ終了時期に達したか否かを判別する（ステップＳＴ３３）。未だ立ち下げ終了時期に達していない場合（ステップＳＴ３３がＮｏ）には上記振幅の判別（ステップＳＴ２２）に戻り、立ち下げ終了時期に達した場合（ステップＳＴ３３がＹｅｓ）には当該立ち下げ制御を終了する。
また、制御装置４は、印加電圧Ｖがゼロに達した際、即ち振幅算出部１４により算出される振幅がゼロに達した際（ステップＳＴ２２がＹｅｓ）には、立ち下げ終了時期になって立ち下げ制御を終了する（ステップＳＴ３３がＹｅｓ）。
制御装置４はこのようなフローチャートを単位時間毎に繰り返すことで工具ホーン２４の振動の立ち下げ制御を行うものであり、以下、当該立ち下げ制御を実行した際の各パラメータの変化等について、図１２、図１３に基づいてより具体的に説明する。
図１２、図１３では、いずれも横軸を時間（ｔ）とし、縦軸に印加電圧Ｖ、電流値Ｉ、電流判定値Ｉ（ｍ）、電流段階ｍ、電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）の大きさを示す。なお、これらの図では、電流判定値を段階的に値が小さくなるI（０）〜I（４）の５つを設定し、これらの電流判定値間の電流範囲に対応して電流段階をｍ＝１〜４とし、単位時間を１０ミリ秒（ｍｓ）とする。電流判定値Ｉ（ｍ）、電流段階ｍ、単位時間等の数は説明を簡単にするために少なくしているが、これらの数を増やせば、振幅の変化は滑らかになり連続的になる。また、立ち下げ制御においては目標振幅がゼロであり、これに対応して最終の電流判定値（I（４））はゼロとなる。電圧変化量ΔＶｄ(ｍ)は、全増加電圧量の１％程度という小さい値を用いることが好ましく、電流段階が上がるにつれて（ｍの数が増えるにつれて）大きくしている。つまり、各電流段階の電圧変化量はΔＶｄ（１）＜ΔＶｄ（２）＜ΔＶｄ（３）＜ΔＶｄ（４）にしている。また、工具ホーン２４の振幅は印加電圧Ｖにほぼ比例することから、これらの図では印加電圧Ｖの推移を振幅の推移として説明する。
まず、図１２に示す振動の立ち下がりは、例えば工具ホーン２４の先端をワーク３２表面に一定の押圧力で押圧した状態、即ち重負荷状態で振動を立ち下げたときの各パラメータの推移であり、異常な振幅を生じ難く、短時間で振幅ゼロに到達可能な場合を説明する。
制御装置４は、超音波溶着装置１の図示しない発振終了スイッチが入ると、各パラメータを振動の立ち下げのために初期化する（ステップＳＴ２１）。つまり、電流段階ｍの値を１として（ｍ＝１）、電流判定値Ｉ（ｍ）をＩ（１）、電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を当該電流判定値Ｉ（１）から一つ前の電流判定値Ｉ（０）までの電流範囲に応じた比較的少ない減少量のΔＶｄ（１）とする。そして、印加電圧制御方法及び電圧立ち下げ基準曲線を選択する。
図１２の場合は重負荷状態で工具ホーン２４からワーク３２に振動エネルギが伝わることから、印加電圧Ｖを低めるほど電流値Ｉは低下する。なお、説明を簡略化するため図１２では電流値Ｉが一定の割合で低下するものとしている。
制御装置４は、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（１）を下回るまで、即ち電流判定値Ｉ（１）と一つ前の電流判定値Ｉ（０）との間の電流範囲に属する期間は（ステップＳＴ２５がＹｅｓ、ステップＳＴ２６がＮｏ）、電流段階ｍ＝１に維持され、それに応じた電圧変化量ΔＶｄ（１）で印加電圧Ｖを減少させる（ステップＳＴ２８）。
図１２においては、ｔ＝２の時点で電流値Ｉが電流判定値Ｉ（１）を下回っており（ステップＳＴ２６がＹｅｓ）、これ以降次の電流段階ｍ＝２に移行し（ステップＳＴ２７）、制御装置４は、電圧変化量をΔＶｄ（１）より変化量の大きいΔＶｄ（２）に設定する。そして、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（２）を下回るまでは（ステップＳＴ２５がＹｅｓ、ステップＳＴ２６がＮｏ）、印加電圧Ｖを電圧変化量ΔＶｄ（２）で減少させていく（ステップＳＴ２８）。
図１２のｔ＝４の時点で電流値Ｉは電流判定値Ｉ（２）を下回っており（ステップＳＴ２６がＹｅｓ）、次の電流段階ｍ＝３に移行し（ステップＳＴ２７）、制御装置４は、電圧変化量をΔＶｄ（２）よりさらに変化量の大きいΔＶｄ（３）に設定する。そして、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（３）を下回るまでは（ステップＳＴ２５がＹｅｓ、ステップＳＴ２６がＮｏ）、印加電圧Ｖを電圧変化量ΔＶｄ（３）で減少させていく（ステップＳＴ２８）。
また図１２のｔ＝６の時点で電流値Ｉは電流判定値Ｉ（３）を下回っており（ステップＳＴ２６がＹｅｓ）、次の電流段階ｍ＝４に移行し（ステップＳＴ２７）、制御装置４は、電圧変化量をΔＶｄ（３）よりさらに変化量の大きいΔＶｄ（４）に設定する。そして、電流値Ｉが最終の電流判定値Ｉ（４）に達するまでは（ステップＳＴ２５がＹｅｓ、ステップＳＴ２６がＮｏ）、印加電圧Ｖを電圧変化量ΔＶｄ（４）で減少させていく（ステップＳＴ２８）。
ここで、図１２のｔ＝７の時点において印加電圧は電圧立ち下げ基準曲線に到達する（ステップＳＴ２３がＹｅｓ）。これ以降、制御装置４は電圧立ち下げ基準曲線に沿って印加電圧を推移させる（ステップＳＴ３３）。
そして、図１２のｔ＝８の時点において印加電圧Ｖがゼロに到達する（ステップＳＴ２２がＹｅｓ）。そして制御装置４は立ち下げ終了時期に達した後、立ち下げ制御を終了する（ステップＳＴ３３がＹｅｓ）。
このように図１２で示したような、重負荷状態での工具ホーン２４の振動の立ち下げでは、電流値Ｉの低下に応じて印加電圧Ｖを減少させ、最終的には電圧立ち下げ基準曲線に沿って電圧を減少させる。重負荷状態にあることから異常な振動を生じることはなく、立ち下げ時間の延長もすることなく、効率よく工具ホーン２４の振幅を振幅ゼロにまで立ち下げることができる。
次に、図１３に示す振動の立ち下がりは、例えば工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から離した状態、即ち軽負荷状態で振動を立ち下げたときの各パラメータの推移を示している。
工具ホーン２４がワーク３２表面から離れていると、工具ホーン２４の先端は空中で自由振動するため、印加電圧Ｖを下げても戻り電流等の影響から電流値Ｉは低下しにくい。従って、図１３に示すように、電流値Ｉは緩やかに低下することとなる。
このような場合、制御装置４は、各パラメータの初期化後（ステップＳＴ２１）、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（１）と一つ前の電流判定値Ｉ（０）との間の電流範囲に属している間は（ステップＳＴ２５がＹｅｓ、ステップＳＴ２６がＮｏ）、電流段階ｍ＝１に維持され、それに対応した電圧変化量ΔＶｄ（１）で印加電圧Ｖを低下させ続ける（ステップＳＴ２８）。
上述したように電流段階ｍ＝１に対応した電圧変化量ΔＶｄ（１）は比較的小さな電圧変化量であることから、電圧立ち下げ基準曲線に比べて大幅に緩慢な電圧降下となる。
図１３では、ｔ＝４の時点で電流値Ｉが電流判定値Ｉ（１）を下回っており、電圧変化量を次の電圧変化量ΔＶｄ（２）としている。以下同じように、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（ｍ）を下回る毎に電流段階ｍを次の段階へ進めて電流変化量ΔＶｄを大きくしていくことで、長時間かけて振幅をゼロにすることとなる。このように緩慢に振動を立ち下げることで、工具ホーン２４が軽負荷状態であっても異常な振動を生じることなく振幅をゼロに到達させることができる。
また、図示しないが、工具ホーン２４の振動立ち下げ時に電流値Ｉが大きく変動した場合、例えば、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面を押圧して振動を立ち下げている途中で、ワーク３２表面が溶融し工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から一時的に離れる等して工具ホーン２４の負荷が一時的に低下し、その後工具ホーン２４の押圧力が予定以上に大きくなり、工具ホーン２４の負荷が大きく上昇した場合等、においても当該立ち下げ制御を実行することで異常な振動を防ぎつつ、効率的に振幅をゼロにまで低下させることができる。
この場合、特に上述した電圧変化量維持設定がなされていない場合は、電流値Ｉが途中上昇すると電流段階ｍが戻って電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を低下させることとなり、電流値Ｉの変動に応じた精密な振動制御を行うことができることとなる。一方、電圧変化量維持設定がなされている場合は、電流値Ｉが途中上昇しても電流段階ｍが戻っても電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を低下させることなく維持することとなり、制御を簡略化することができるという利点がある。
以上説明したとおり、本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置では、工具ホーン２４の振動を立ち下げるときに、電流値Ｉに応じて電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を変化させている。工具ホーン２４の先端がワーク３２表面を押圧し、超音波振動子２２に供給する振動エネルギが順調に減少すれば、各電流段階ｍに応じた電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を減じることにより、印加電圧Ｖを減少し、ついには選択した電圧立ち上げ基準曲線に沿って短時間で振幅を減少させ、工具ホーン２４の振幅をゼロにまで立ち下げることができる。
一方で、工具ホーン２４の振動を立ち下げる際、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から離れていたり、立ち上げの途中で工具ホーン２４の先端とワーク３２表面の押圧状態が変動することにより、工具ホーン２４が供給する振動エネルギが順調に減少しなければ、電流段階ｍを上げずに維持し、引き続き同じ電流段階ｍの電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）で印加電圧Ｖを減少させることで、長い時間をかけてゆっくりと立ち下げ、異常な振動が生じるのを防ぐことができる。
これにより、工具ホーン２４の負荷状態に応じ、異常な振動を防ぐことができ且つ極力短い時間で効率の良い振動の立ち下げを行うことができる。
具体的には、本実施形態は、工具ホーン２４の先端がワーク３２表面から離れている軽負荷状態での、工具ホーン２４の振幅の立ち下げ時に、異常な振幅で振動しないようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
また本実施形態は、工具ホーン２４の先端とワーク３２表面の押圧状態に応じて、工具ホーン２４の振幅の立ち下げ方を、工具ホーン２４の先端とワーク３２表面の押圧状態に応じて自動的に切り替えるようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
また本実施形態は、工具ホーン２４の先端とワーク３２表面の押圧状態が途中で変動したときに、変動に応じて工具ホーン２４の振動の立ち下げ方を自動的に変化させる超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
また本実施形態は、超音波振動の立ち下げ時において、工具ホーン２４の振動エネルギの減少状況に応じて、振幅を連続的に小さくして工具ホーン２４を所定振幅の振動状態から静止状態に安定的に遷移させ、工具ホーン２４が異常振動しないようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
（立ち下げ制御の変形例）
上記立ち下げ制御では、工具ホーン２４の振動エネルギに相関する電流値Ｉを算出し、現在の電流値Ｉが該当する電流段階ｍを判定し、その電流段階ｍに対応した電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を単位時間毎に連続的に印加電圧Ｖから減少させていき、最終的に工具ホーン２４の振幅をゼロにする方法を説明した。
しかし、立ち下げ制御は、工具ホーン２４を異常振動させることなく振幅をゼロにすればよいので、立ち上げ時の振動制御に比べて簡易なものとすることができる。例えば、印加電圧Ｖを所定の電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）で連続的に減らすのではなく、工具ホーン２４の振動エネルギが減少するのを待って、工具ホーン２４の振動エネルギが減少し、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（ｍ）を下回ったとき、即ち電流段階ｍが１段階進んだときに、所定の電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を減らすことで、段階的に印加電圧Ｖを減らすようにしてもよく、以下このような立ち下げ制御の変形例について説明する。
図１４に、本発明の立ち下げ制御の変形例のフローチャートが示されている。図１４では、ステップＳＴ４１〜ＳＴ４４までは、上記実施形態における図１１のステップＳＴ２１〜ＳＴ２４と同じである。つまり、制御装置４は、発振終了開始スイッチが入ると各パラメータを初期化して（ステップＳＴ４１）、工具ホーン２４の振幅がゼロであるか否か（ステップＳＴ４２）及び印加電圧Ｖが電圧立ち下げ基準曲線以下であるか否かを判別し（ステップＳＴ４３）、いずれも満たさない場合（ステップＳＴ４２及びＳＴ４３がＮｏ）には、電流値Ｉを算出する（ステップＳＴ４４）。
そして、制御装置４は、算出した電流値Ｉがこの時点での電流判定値Ｉ（ｍ）を下回ったか否かを判別する。電流値Ｉが電流判定値Ｉ（ｍ）を下回った場合（ステップＳＴ４５がＹｅｓ）には、印加電圧Ｖを現在の電流段階ｍに対応する電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を減少させた電圧に設定した後（ステップＳＴ４７）、電流段階ｍ＝ｍ＋１として次の段階に進める。そして、設定した印加電圧Ｖを超音波振動子２２に印加する（ステップＳＴ４８）。
一方、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（ｍ）以上である場合には、電流段階ｍを進めることなく、印加電圧Ｖも維持したまま前回と同じ大きさの電圧を印加する（ステップＳＴ４８）。
また、振幅ゼロに到達する前に印加電圧Ｖが電圧立ち下げ基準曲線以下にまで達した場合（ステップＳＴ４３がＹｅｓ）には、印加電圧Ｖを電圧立ち下げ基準曲線に沿った電圧に設定して（ステップＳＴ４９）、超音波振動子２２に印加する（ステップＳＴ４８）。
続いて制御装置４は、立ち下げ終了時期に達したか否かを判別する（ステップＳＴ５０）。未だ立ち下げ終了時期に達していない場合（ステップＳＴ５０がＮｏ）には上記振幅の判別（ステップＳＴ４２）に戻り、立ち下げ終了時期に達した場合（ステップＳＴ５０がＹｅｓ）には当該立ち下げ制御を終了する。
また、制御装置４は、振幅算出部１４により算出される振幅がゼロに達した際（ステップＳＴ４２がＹｅｓ）には、立ち下げ終了時期になった後、立ち下げ制御を終了する（ステップＳＴ５０がＹｅｓ）。
制御装置４はこのようなフローチャートを単位時間毎に繰り返すことで変形例における立ち下げ制御を行うものであり、以下、当該立ち下げ制御を実行した際の振動立ち下がり時における各パラメータの変化等について、図１５、図１６に基づいてより具体的に説明する。なお、当該図１５、図１６の縦軸、横軸、各パラメータの表示方法は上述の図１２、１３と同じであり説明を省略する。
まず、図１５に示す振動の立ち下がりは、重負荷状態で振動を立ち下げたときの各パラメータの推移であり、異常な振幅を生じ難く、短時間で振幅ゼロに到達可能な場合を説明する。
制御装置４は、超音波溶着装置１の図示しない発振終了のスイッチが入ると、各パラメータを振動の立ち下げのために初期化をする（ステップＳＴ４１）。つまり、電流段階ｍの値を１として（ｍ＝１）、電流判定値Ｉ（ｍ）をＩ（１）、電圧変化量ΔＶｄ（ｍ）を当該電流判定値Ｉ（１）から一つ前の電流判定値Ｉ（０）までの電流範囲に応じた比較的少ない減少量のΔＶｄ（１）とする。そして、印加電圧制御方法及び電圧立ち下げ基準曲線を選択する。
図１５の場合も図１２の場合と同様に、重負荷状態で工具ホーン２４からワーク３２に振動エネルギが伝わることから、印加電圧Ｖを低めるほど電流値Ｉは低下する。なお、ここでも説明の簡略化のために、図１５では電流値は一定の割合で低下するものとしている。
制御装置４は、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（１）を下回るまで、即ち電流判定値Ｐ（１）と一つ前の電流判定値Ｉ（１）との間の電流範囲に属する期間は（ステップＳＴ４５がＮｏ）、電流段階ｍ＝１に維持され、印加電圧Ｖは一定値を保つ（ステップＳＴ４８）。
図１５においては、ｔ＝２の時点で電流値Ｉが電流判定値Ｉ（１）を下回っており（ステップＳＴ４５がＹｅｓ）、電圧変化量ΔＶｄ（１）分を印加電圧Ｖから減少させて（ステップＳＴ４６、ＳＴ４８）、次の電流段階ｍ＝２に移行する（ステップＳＴ４７）。そして、印加電圧Ｖの減少後、電流値Ｉが次の電流判定値Ｉ（２）を下回るまでは（ステップＳＴ４５がＮｏ）、また印加電圧Ｖを一定に保つ（ステップＳＴ４８）。
図１５のｔ＝４の時点で電流値Ｉは電流判定値Ｉ（２）を下回っており（ステップＳＴ４５がＹｅｓ）、電圧変化量ΔＶｄ（２）分を印加電圧Ｖから減少させて（ステップＳＴ４６、ＳＴ４８）、次の電流段階ｍ＝３に移行する（ステップＳＴ４７）。そして、電圧降下後、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（２）を下回るまでは（ステップＳＴ４５がＮｏ）、また印加電圧Ｖを一定に保つ（ステップＳＴ４８）。
また図１５のｔ＝６の時点で電流値Ｉは電流判定値Ｉ（３）を下回っており（ステップＳＴ４５がＹｅｓ）、電圧変化量ΔＶｄ（３）分を印加電圧から減少させて（ステップＳＴ４６、ＳＴ４８）、次の電流段階ｍ＝４に移行する（ステップＳＴ４７）。
ここで、印加電圧Ｖを電圧変化量ΔＶｄ（３）分減少させるが、印加電圧Ｖが減少する途中のｔ＝７の時点において印加電圧Ｖは電圧立ち下げ基準曲線に到達する（ステップＳＴ４３がＹｅｓ）。これ以降、制御装置４は電圧立ち下げ基準曲線に沿って印加電圧Ｖを減少させる（ステップＳＴ４９）。
そして、図１５のｔ＝８の時点において印加電圧Ｖがゼロに到達する（ステップＳＴ４２がＹｅｓ）。そして、制御装置４は立ち下げ終了時期に達した後、立ち下げ制御を終了する（ステップＳＴ５０がＹｅｓ）。
このように立ち下げ制御の変形例においても、図１５で示したような、重負荷状態での工具ホーン２４の振動の立ち下げでは、電流値Ｉの低下に応じて印加電圧Ｖを段階的に減少させ、最終的には電圧立ち下げ基準曲線に沿って印加電圧Ｖを減少させる。重負荷状態にあることから異常な振動を生じることはなく、立ち下げ時間の延長もすることなく、効率よく工具ホーン２４の振幅を振幅ゼロにまで立ち下げることができる。
次に、図１６に示す振動の立ち下がりは、上述の図１３と同様に、軽負荷状態で振動を立ち下げたときの各パラメータの推移を示しており、電流値Ｉが緩やかに低下する場合を示している。
この場合、制御装置４は、初期化後（ステップＳＴ４１）、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（１）を下回るまでの期間（ステップＳＴ４５がＮｏ）が上記図１５よりも長く、その分、印加電圧を一定値に保つ期間が長くなる（ステップＳＴ４８）。
図１６ではｔ＝４の時点で電流値Ｉが電流判定値Ｉ（１）を下回っており（ステップＳＴ４５がＹｅｓ）、電圧変化量ΔＶｄ（１）分を印加電圧から減少させて（ステップＳＴ４６、ＳＴ４８）、次の電流段階ｍ＝２に移行する（ステップＳＴ４７）。そして、電圧降下後、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（２）を下回るまでは（ステップＳＴ４５がＮｏ）、印加電圧を一定に保つ（ステップＳＴ４８）。以下同じように、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（ｍ）を下回る毎に各電流段階ｍに応じた電流変化量ΔＶｄ分を減少させて、電流段階ｍを次の段階へ進めていくことで、長時間をかけて振幅をゼロにする。
このように当該変形例における立ち下げ制御では、電流値Ｉが電流判定値Ｉ（１）を下回るまでは、印加電圧Ｖを一定値に維持して電流値Ｉが下がるのを待つことから、電流値Ｉの低下が遅ければ電圧立ち下げ基準曲線に比べて大幅に緩慢な電圧降下となる。このように緩慢に振動を立ち下げることで、工具ホーン２４の軽負荷時であっても異常な振動を生じることなく振幅をゼロにまで到達させることができる。
これにより上記実施形態における立ち下げ制御による効果を奏することができ、当該変形例では、超音波振動の立ち下げ時において、工具ホーン２４の振動エネルギの減少状況に応じて、振幅を段階的に小さくして工具ホーン２４を所定振幅の振動状態から静止状態に安定的に遷移させ、工具ホーン２４が異常振動しないようにした超音波溶着装置及び超音波溶着装置の振動制御方法を実現している。
上記実施形態における制御装置４による工具ホーン２４の振動の立ち上げ制御及び立ち下げ制御を組み合わせることで、図１７に示すように工具ホーンの重負荷状態では速やかに振幅を目標振幅まで立ち上げて溶着を開始し、溶着後には速やかに振幅をゼロにすることができ、全体の作業時間を短縮することができる。
一方、工具ホーン２４の軽負荷状態では緩やかに振幅を立ち上げてオーバーシュートを防止し、溶着後には緩やかに又は段階的に振幅をゼロにすることで異常な振動を防止することができ、安定的な作業を行うことができ、ひいては工具ホーンの耐久性も向上できる。
１ 超音波溶着装置
２ 電流検出回路（電流検出手段）
３ 電圧検出回路（電圧検出手段）
４ 制御装置（振動制御手段）
１２ パワー演算部（パワー値算出手段）
１３ 振幅検出回路
１４ 振幅算出部
１５ 発振開始条件記憶部
１６ 発振開始制御判定部
１７ 電圧制御量出力部
１８ 電流値算出部（電流値算出手段）
１９ 発振終了動作制御判定部
２０ 発振終了動作条件記憶部
２１ インバータ回路
２２ 超音波振動子
２３ 固定ホーン
２４ 工具ホーン
２５ 可動枠
３２ ワーク

Claims (14)

  1. 超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置であって、
    前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出する電流検出手段と、
    前記超音波振動子に印加される振動子電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記電流検出手段により検出された振動子電流と前記電圧検出手段により検出された振動子電圧とに基づき、前記振動エネルギに相関するパワー値を算出するパワー値算出手段と、
    前記超音波振動子に印加する印加電圧を調節して前記工具ホーンの振動の立ち上げを制御する振動制御手段と、を備え、
    前記振動制御手段は、予めパワー値の閾値であるパワー判定値を複数設定するとともに、各パワー判定値間のパワー範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記パワー値算出手段により算出されるパワー値が属する前記パワー範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記工具ホーンの振動の立ち上げを行うことを特徴とする超音波溶着装置。
  2. 前記振動制御手段は、予め電圧を立ち上げる際の上限となる電圧立ち上げ基準線を設定し、前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記電圧立ち上げ基準線に達した場合には当該電圧立ち上げ基準線に沿って印加する電圧を変化させることを特徴とする請求項１記載の超音波溶着装置。
  3. 前記振動制御手段は、前記パワー値の高い前記パワー判定値間のパワー範囲ほど、当該パワー範囲に対応した前記電圧変化量を大きくすることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波溶着装置。
  4. 前記振動制御手段は、前記パワー値算出手段により算出されるパワー値が低下して、低下前よりもパワー値の低い前記パワー判定値間のパワー範囲に属するようになったときに、低下前のパワー判定値間のパワー範囲に対応した電圧変化量を維持することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波溶着装置。
  5. 超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置であって、
    前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出する電流検出手段と、
    前記電流検出手段により検出された振動子電流に基づき、前記振動エネルギに相関する電流値を算出する電流値算出手段と、
    前記超音波振動子に印加する印加電圧を調節して前記工具ホーンの振動の立ち下げを制御する振動制御手段と、を備え、
    前記振動制御手段は、予め前記電流値の閾値である電流判定値を複数設定するとともに、各電流判定値間の電流範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記電流値算出手段により算出される電流値が属する前記電流範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記工具ホーンの振動の立ち下げを行うことを特徴とする超音波溶着装置。
  6. 超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置であって、
    前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出する電流検出手段と、
    前記電流検出手段により検出された振動子電流に基づき、前記振動エネルギに相関する電流値を算出する電流値算出手段と、
    前記超音波振動子に印加する印加電圧を調節して前記工具ホーンの振動の立ち下げを制御する振動制御手段と、を備え、
    前記振動制御手段は、予め前記電流値の閾値である電流判定値を複数設定するとともに、各電流判定値間の電流範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記電流値算出手段により算出される電流値が属する前記電流範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を段階的に変化させて前記工具ホーンの振動の立ち下げを行うことを特徴とする超音波溶着装置。
  7. 前記請求項５又は６記載の振動制御手段は、予め電圧を立ち下げる際の下限となる電圧立ち下げ基準線を設定し、前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記電圧立ち下げ基準線に達した場合には当該電圧立ち下げ基準線に沿って印加する電圧を変化させることを特徴とする請求項５又は６記載の超音波溶着装置。
  8. 前記請求項５から７のいずれかに記載の振動制御手段は、前記電流値の低い前記電流判定値間の電流範囲ほど、当該電流範囲に対応した前記電圧変化量を大きくすることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の超音波溶着装置。
  9. 前記請求項５から８のいずれかに記載の振動制御手段は、前記電流値算出手段により算出される電流値が増加して、増加前よりも電流値の高い前記電流判定値間の電流範囲に属するようになったときに、増加前の電流判定値間の電流範囲に対応した電圧変化量を維持することを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の超音波溶着装置。
  10. 請求項１から４のいずれかに記載の超音波溶着装置と、請求項５から９のいずれかに記載の超音波溶着装置とを組み合わせたことを特徴とする超音波溶着装置。
  11. 超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置の振動制御方法であって、
    前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出し、
    前記超音波振動子に印加される振動子電圧を検出し、
    前記検出した振動子電流と振動子電圧とに基づき、前記振動エネルギに相関するパワー値を算出し、
    予めパワー値の閾値であるパワー判定値を複数設定するとともに、各パワー判定値間のパワー範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記算出したパワー値が属する前記パワー範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記工具ホーンの振動を立ち上げることを特徴とする超音波溶着装置の振動制御方法。
  12. 超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置の振動制御方法であって、
    前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出し、
    前記検出した振動子電流に基づき、前記振動エネルギに相関する電流値を算出し、
    予め前記電流値の閾値である電流判定値を複数設定するとともに、各電流判定値間の電流範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記算出した電流値が属する前記電流範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を変化させて前記工具ホーンの振動を立ち下げることを特徴とする超音波溶着装置の振動制御方法。
  13. 超音波振動子により工具ホーンを超音波振動させ、当該工具ホーンを介して振動エネルギを溶着対象に与えることで溶着を行う超音波溶着装置の振動制御方法であって、
    前記超音波振動子に流れる振動子電流を検出し、
    前記検出した振動子電流に基づき、前記振動エネルギに相関する電流値を算出し、
    予め前記電流値の閾値である電流判定値を複数設定するとともに、各電流判定値間の電流範囲に対応した電圧変化量を設定し、前記算出した電流値が属する前記電流範囲に対応した電圧変化量で前記超音波振動子に印加する電圧を段階的に変化させて前記工具ホーンの振動を立ち下げることを特徴とする超音波溶着装置の振動制御方法。
  14. 請求項１１に記載の超音波溶着装置の振動制御方法と、請求項１２又は１３に記載の超音波溶着装置の振動制御方法とを組み合わせたことを特徴とする超音波溶着装置の振動制御方法。
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