JP6763090B1 - 超音波振動接合装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、超音波接合用ヘッド部における下降動作及び加圧動作の制御を比較的簡単に行うことができる、超音波振動接合装置の構造を提供することを目的とする。そして、本発明の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部（６）に連結され、超音波接合用ヘッド部（６）に対し加圧する加圧動作を実行するエアシリンダ（４）と、超音波接合用ヘッド部（６）及びエアシリンダ（４）を一括して下降させる下降動作を含む昇降動作を実行する昇降用サーボモータ２とを互いに分離した部品として有している。

Description

この発明は、加圧式の超音波振動接合装置に関し、例えば、薄厚の基板上に導電性を有する電極を超音波接合する場合に適用される、超音波振動接合装置に関する。
従来、薄膜系太陽電池用の基板上面に集電用の電極線を配置した後、基板に電極線を接合する工程において、基板上に配置された電極線に圧力を加えながら超音波を印加する超音波接合処理を実行する超音波振動接合装置を用いていた。このような超音波振動接合装置として例えば特許文献１に開示された加圧式の超音波振動接合装置がある。
図９は従来の加圧式の超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。図９にＸＹＺ直交座標系を記している。
同図に示すように、水平方向（Ｘ方向）に移動可能な１ヘッド走行フレーム８１において、ＸＺ平面を有する側面に昇降・加圧用サーボモータ８２が固定される。
ネジ軸２１の上端（＋Ｚ方向）は昇降・加圧用サーボモータ８２に取り付けられ、ネジ軸２１の下端は、図示しないナットを介して昇降・加圧用スライダ８３に接続する態様で、昇降・加圧用スライダ８３に取り付けられる。
このような構成において、昇降・加圧用サーボモータ８２の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させると、昇降・加圧用スライダ８３を下方（−Ｚ方向）に移動させる下降動作を行うことができる。
一方、昇降・加圧用サーボモータ８２によってネジ軸２１を第２の回転方向（第１の回転方向と反対の回転方向）で回転させると、昇降・加圧用スライダ８３を上方（＋Ｚ方向）に移動させる上昇動作を行うことができる。
昇降・加圧用スライダ８３の下部に超音波接合用ヘッド部８６が取り付けられる。超音波接合用ヘッド部８６はヘッド形成方向（Ｙ方向）に延びて形成され、先端部に超音波接合部１６ａを有している。
超音波接合用ヘッド部８６は、超音波接合部１６ａから超音波振動を印加する超音波振動動作を実行する。
また、昇降・加圧用スライダ８３はその上部に圧力センサ８７を有している。圧力センサ８７としては例えば歪みゲージが考えられる。圧力センサ８７は、超音波接合用ヘッド部８６が、基板上に配置される電極線等の接合対象物を押圧する加圧用押圧力を測定圧力値として検出することができる。
このように、超音波接合用ヘッド部８６は昇降・加圧用スライダ８３に固定されているため、昇降・加圧用サーボモータ８２は超音波接合用ヘッド部８６を動作対象として昇降動作（上昇動作＋下降動作）と加圧動作とを行うことができる。
すなわち、超音波接合部１６ａが接合対象物と接触していない接合部無接触期間において、昇降・加圧用サーボモータ８２は超音波接合用ヘッド部８６に対する昇降動作を行い、超音波接合部１６ａが接合対象物と接触している接合部接触期間において、昇降・加圧用サーボモータ８２は超音波接合用ヘッド部８６に対する加圧動作を行う。
上述した昇降・加圧用サーボモータ８２の下降動作及び上昇動作、並びに超音波接合用ヘッド部８６の超音波振動動作は、図示しない制御部の制御下で実行される。
このような構成の従来の超音波振動接合装置は、制御部の制御下で以下のステップ１〜ステップ４が実行される。
ステップ１：超音波接合用ヘッド部８６の超音波接合部１６ａが上記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置する。
ステップ２：昇降・加圧用サーボモータ８２の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させ、昇降・加圧用スライダ８３及び超音波接合用ヘッド部８６を下方に移動させる下降動作を実行させる。
ステップ３：圧力センサ８７によって接合対象物の印加部に超音波接合用ヘッド部８６の超音波接合部１６ａの下方先端部が接触する接合部接触状態が検出されると、超音波接合用ヘッド部８６による加圧用押圧力が所望の圧力値になるように昇降・加圧用サーボモータ８２の駆動内容を制御する。
ステップ４：圧力センサ８７によって加圧用押圧力が所望の圧力値となったことが認識されると、超音波接合用ヘッド部８６に超音波振動動作を実行させる。
なお、ステップ３において、圧力センサ８７によって検出された測定圧力値が“０”から上昇することにより、上記接合部接触状態を検出することができる。
また、ステップ４において、圧力センサ８７によって検出された測定圧力値が所望の圧力値を示すとき、加圧用押圧力が所望の圧力値となったことを認識することができる。
上記接合部接触状態なった後は、超音波接合用ヘッド部８６の超音波接合部１６ａによって、接合対象物は加圧用押圧力で加圧されることになる。
特開２０１１−９２６１号公報
このように、従来の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部８６の昇降動作（上昇動作及び下降動作）と、超音波接合用ヘッド部８６に加圧用押圧力を付与する加圧動作とを、同一の昇降・加圧用サーボモータ８２を駆動させることにより行っていた。
このため、昇降・加圧用サーボモータ８２の駆動制御が比較的困難になる問題点があった。具体的には、圧力センサ８７を用いて、上記接合部接触状態の有無を検出する処理（ステップ３）、及び、加圧用押圧力が所望の圧力値となったことを検出する処理（ステップ４）が必要となる。このように、従来の超音波振動接合装置は、圧力センサ８７を用いた２種類の検出処理を行う分、昇降・加圧用サーボモータ８２の駆動制御が困難となる問題点があった。
本発明では、上記のような問題点を解決し、超音波接合用ヘッド部における下降動作及び加圧動作の制御を比較的簡単に行うことができる、超音波振動接合装置の構造を提供することを目的とする。
この発明における超音波振動接合装置は、接合対象物を載置するテーブルと、超音波接合部から超音波振動を印加する超音波振動動作を実行する超音波接合用ヘッド部と、前記超音波接合用ヘッド部に連結され、前記超音波接合用ヘッド部に対し前記テーブル側に向けて加圧する加圧動作を実行する加圧機構と、前記超音波接合用ヘッド部及び前記加圧機構を一括して下降させる下降動作を実行する下降機構と、前記超音波接合用ヘッド部による前記超音波振動動作、前記加圧機構による前記加圧動作、及び前記下降機構による前記下降動作を制御する制御動作を実行する制御部をさらに備え、前記超音波接合用ヘッド部は複数の超音波接合用ヘッド部を含み、前記加圧機構は、前記複数の超音波接合用ヘッド部に対応して設けられる、複数の加圧機構を含み、前記複数の加圧機構はそれぞれ前記複数の超音波接合用ヘッド部のうち対応する超音波接合用ヘッド部に対し前記加圧動作を実行し、前記下降機構が実行する前記下降動作は、前記複数の超音波接合用ヘッド部及び前記複数の加圧機構を一括して下降させる複数一括下降動作を含む。
請求項１記載の本願発明である超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部に対し加圧用押圧力を付与する加圧動作を実行する加圧機構と、超音波接合用ヘッド部を下降させる下降動作を実行する下降機構とを有しているため、超音波接合用ヘッド部を動作対象とした下降動作及び加圧動作をそれぞれ個別に実行することができる。
その結果、本願発明の超音波振動接合装置は、制御部の制御下で下降動作及び加圧動作を比較的簡単に実行して、接合対象物に対する超音波接合処理を行うことができる。
さらに、加圧機構は超音波接合用ヘッド部を下降させる機能を必要としないため、常に一定の加圧用押圧力で加圧動作を実行することができる。このため、加圧機構は、加圧用押圧力を測定する圧力センサを設けることなく、精度の高い加圧用押圧力に設定することができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
この発明の実施の形態１である超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。 実施の形態１の超音波振動接合装置の構造の一部を模式的に示す説明図である。 実施の形態１の超音波振動接合装置の制御系を模式的に示すブロック図である。 図１で示したエアシリンダの内部状態を模式的に示す説明図（その１）である。 図１で示したエアシリンダの内部状態を模式的に示す説明図（その２）である。 この発明の実施の形態２である超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。 実施の形態２の超音波振動接合装置の制御系を模式的に示すブロック図である。 接合対象物の具体的構成を示す説明図である。 従来の加圧式の超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。 ３つの超音波接合用ヘッド部を有する、従来の加圧式の超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。
＜実施の形態１＞
（基本構成）
図１はこの発明の実施の形態１である超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。図２は実施の形態１の超音波振動接合装置の構造の一部を模式的に示す説明図である。図１及び図２それぞれにＸＹＺ直交座標系を記している。図１はＸＺ平面から視た正面図に相当し、図２はＹＺ平面から視た側面図に相当する。
図１に示すように、水平方向（Ｘ方向）に移動可能な１ヘッド走行フレーム１において、ＸＺ平面を有する側面に昇降用サーボモータ２が固定される。
ネジ軸２１の上端（＋Ｚ方向）は昇降用サーボモータ２に取り付けられ、ネジ軸２１の下端は、図示しないナットを介して昇降用スライダ３に接続する態様で、昇降用スライダ３に取り付けられる。
このような構成において、昇降用サーボモータ２の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させると、昇降用スライダ３を下方（−Ｚ方向）に移動させる下降動作を行うことができる。
一方、昇降用サーボモータ２によってネジ軸２１を第２の回転方向（第１の回転方向と反対の回転方向）で回転させると、昇降用スライダ３を上方（＋Ｚ方向）に移動させる上昇動作を行うことができる。
このように、昇降用サーボモータ２は、上述した下降動作を行う下降機構と、上述した上昇動作を行う上昇機構とを兼ねた昇降機構として機能する。
図２に示すように、昇降用スライダ３のＸＺ平面を有する側面にエアシリンダ４が直接取り付けられる。
エアシリンダ４のピストンロッド２３の先端部に加圧用スライダ５が連結される。また、エアシリンダ４は内部に後に詳述する位置検出部７を有している。
そして、加圧用スライダ５の下方領域に超音波接合用ヘッド部６が取り付けられる。超音波接合用ヘッド部６は、超音波ホーン１６及び超音波振動子１７を主要構成部として含んでおり、超音波ホーン１６の先端部分が超音波接合部１６ａとなっている。
超音波接合用ヘッド部６は、超音波振動子１７及び超音波ホーン１６の順でヘッド形成方向（Ｙ方向）に延びて形成され、超音波ホーン１６の先端部に超音波接合部１６ａを有している。
超音波接合用ヘッド部６は、超音波振動子１７に超音波振動ＵＶを発生させ、超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを伝達することにより、超音波接合部１６ａから超音波振動を接合対象物の印加部に印加する超音波振動動作を実行する。
なお、接合対象物としては、例えば、図２に示すように、テーブル３０上に載置されたガラス基板３１と、ガラス基板３１の上面上に配置された線状の電極３３とが考えられる。電極３３の上面の所定箇所が印加部となり、超音波接合用ヘッド部６による超音波振動動作により、電極３３の印加部にて、電極３３とガラス基板３１との超音波接合を図ることができる。なお、ガラス基板３１は太陽電池パネル等の基板として用いられる。
（制御部）
図３は実施の形態１の超音波振動接合装置の制御系を模式的に示すブロック図である。同図に示すように、実施の形態１の超音波振動接合装置は制御部１５をさらに有している。制御部１５は、昇降用サーボモータ２、エアシリンダ４、超音波接合用ヘッド部６内の超音波振動子１７及び駆動部１９の駆動を制御する制御動作を実行する。
なお、駆動部１９は１ヘッド走行フレーム１を水平方向に移動させる移動処理を実行し、超音波振動子１７は超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを与える超音波振動動作を実行する。
制御部１５は、昇降用サーボモータ２の駆動を制御することにより、昇降用サーボモータ２よる−Ｚ方向への押圧力Ｆ１を制御することができ、エアシリンダ４を制御することにより、−Ｚ方向への押圧力Ｆ２を制御することができる。このとき、押圧力Ｆ１及びＦ２は「Ｆ１＞Ｆ２」の関係を満足する。
超音波接合用ヘッド部６は、加圧用スライダ５、ピストンロッド２３、及びエアシリンダ４を介して昇降用スライダ３と連結されている。このため、昇降用サーボモータ２の駆動により実行される下降動作時に生じる−Ｚ方向の押圧力Ｆ１は、超音波接合用ヘッド部６を動作対象とした下降動作における下降用押圧力となる。
超音波接合用ヘッド部６は、加圧用スライダ５及びピストンロッド２３を介してエアシリンダ４と連結されている。このため、エアシリンダ４のピストンロッド２３に伝達される−Ｚ方向の押圧力Ｆ２は、テーブル３０側に向けて超音波接合用ヘッド部６に付与される加圧用押圧力となる。このように、加圧用押圧力はエアシリンダ４のピストンロッド２３から超音波接合用ヘッド部６に付与される。
制御部１５は、駆動部１９を制御することにより１ヘッド走行フレーム１の水平方向に沿った移動処理を制御することができる。
さらに、制御部１５は、超音波振動子１７を制御して超音波接合用ヘッド部６の超音波振動動作を制御することができる。
このような構成の実施の形態１の超音波振動接合装置は、制御部１５の制御下で以下のステップＳ１〜Ｓ４からなる超音波接合処理を実行することができる。すなわち、制御部１５はステップＳ１〜Ｓ４からなる制御動作を実行している。
ステップＳ１：超音波接合用ヘッド部６の超音波接合部１６ａが、上記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置する。
ステップＳ２：エアシリンダ４に押圧力Ｆ２で加圧動作を実行させる。
ステップＳ３：昇降用サーボモータ２の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させ、昇降用スライダ３、エアシリンダ４、加圧用スライダ５及び超音波接合用ヘッド部６を下方に移動させる下降動作を実行させる。下降動作は押圧力Ｆ１で実行される。
なお、押圧力Ｆ１及び押圧力Ｆ２は予め設定されおり、超音波接合処理の実行中において、押圧力Ｆ１及び押圧力Ｆ２は、「Ｆ１＞Ｆ２」を満足し、かつ、それぞれ一定の圧力値となるように制御される。
ステップＳ４：位置検出部７によって、接合対象物の印加部に超音波接合用ヘッド部６の超音波接合部１６ａの下方先端部が接触する接合部接触状態が検出されると、超音波接合用ヘッド部６に超音波振動動作を実行させる。
このように、制御部１５は、ステップＳ４において、上記接合部接触状態の認識をトリガとして、超音波接合用ヘッド部６に超音波振動処理を実行させている。
図４及び図５はエアシリンダ４の内部状態を模式的に示す説明図である。図４は接合部無接触期間の状況、図５は接合部接触状態後の状況を示している。図４及び図５それぞれにＸＹＺ直交座標系を記している。
図４に示すように、接合部無接触期間では、エアシリンダ４は昇降用サーボモータ２より押圧力Ｆ１で下降されながら、エアシリンダ４自身による押圧力Ｆ２の加圧動作が可能な状態となっている。このとき、超音波接合部１６ａは接続対象物と接触していないため、エアシリンダ４の下方の所定位置でピストン２５の位置が固定される。
したがって、エアシリンダ４の側面に設けられた位置検出部７によって、ピストン２５が上記所定位置に存在することが検出されている期間が接合部無接触期間となる。
図５に示すように、接合部接触状態となった後は、超音波接合部１６ａの下方先端部が接合対象物と当接するため、エアシリンダ４は下降することなく停止する。
この時、押圧力Ｆ１＞押圧力Ｆ２であるため、この圧力差（Ｆ１−Ｆ２）によってピストン２５が所定位置から上昇する。
したがって、エアシリンダ４の側面に設けられた位置検出部７によって、ピストン２５が上記所定位置から上昇したことを検出されると、接合部接触状態になったことを認識することができる。
（効果）
このように、実施の形態１の超音波振動接合装置は、エアシリンダ４内におけるピストン２５の高さ方向（Ｚ方向）における高さ位置が、所定位置であるか所定位置より高い位置にあるかを検出可能な位置検出部７を設けることにより、ステップＳ３の実行後において上記接合部接触状態の有無を迅速、かつ正確に認識することができる。
その結果、実施の形態１の超音波振動接合装置は、ステップＳ４において、上記接合部接触状態の認識をトリガとして超音波振動動作を実行することにより、接合対象物の印加部における超音波接合処理を完了することができるため、超音波接合処理に要する動作時間の短縮化を図ることができる効果を奏する。
さらに、実施の形態１の超音波振動接合装置は、エアシリンダ４内に位置検出部７を設けるという比較的簡単な構成で上記接合部接触状態の有無を正確に検出することができる。
したがって、実施の形態１の超音波振動接合装置は、従来の超音波振動接合装置のように圧力センサを用いて上記接合部接触状態の有無を検出する必要はない。
なお、位置検出部７は、エアシリンダ４内に一般的に備わっており、圧力センサ等に比べて比較的安価に実現することができる。
上述したように、実施の形態１の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部６に対し、加圧用押圧力である押圧力Ｆ２を付与する加圧動作を実行する加圧機構であるエアシリンダ４と、超音波接合用ヘッド部６を下降させる下降動作を実行する下降機構として機能する昇降用サーボモータ２とを互いに分離した部品として有している。
このため、実施の形態１の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部６を動作対象とした下降動作及び加圧動作それぞれの実行を個別に制御することができる。
このように、実施の形態１の超音波振動接合装置は、下降動作及び加圧動作それぞれの実行を個別に制御することができるため、制御部１５の制御下で超音波接合用ヘッド部６を動作対象とした下降動作及び加圧動作を比較的簡単に実行して、接合対象物に対する超音波接合処理を行うことができる。
なお、接合対象物としては、前述したように、ガラス基板３１と、ガラス基板３１上に配置される電極３３とが想定される。
さらに、エアシリンダ４は超音波接合用ヘッド部６を下降させる機能を必要としないため、超音波接合処理の開始当初から常に一定の押圧力Ｆ２で加圧動作を実行することができる。このため、所望の圧力値となるように、押圧力Ｆ２を予め設定しておくことができる。したがって、エアシリンダ４は、圧力センサを別途設けることなく、押圧力Ｆ２の圧力値を精度良く所望の圧力値に設定することができる。
さらに、実施の形態１の超音波振動接合装置は、加圧機構としてエアシリンダ４を採用することにより、比較的安価に加圧機構を構成することができる。
＜実施の形態２＞
（基本構成）
図６はこの発明の実施の形態２である超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。図６にＸＹＺ直交座標系を記している。
図６に示すように、水平方向（Ｘ方向）に移動可能な３ヘッド走行フレーム１１において、ＸＺ平面を有する側面に昇降用サーボモータ２Ｘが固定される。
ネジ軸２１の上端（＋Ｚ方向）は昇降用サーボモータ２Ｘに取り付けられ、ネジ軸２１の下端は、図示しないナットを介して共通昇降用スライダ１３に接続する態様で、共通昇降用スライダ１３に取り付けられる。
このような構成において、昇降用サーボモータ２Ｘの駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させると、共通昇降用スライダ１３を下方（−Ｚ方向）に移動させる下降動作を行うことができる。
一方、昇降用サーボモータ２Ｘによってネジ軸２１を第２の回転方向（第１の回転方向と反対の回転方向）で回転させると、共通昇降用スライダ１３を上方（＋Ｚ方向）に移動させる上昇動作を行うことができる。
このように、昇降用サーボモータ２Ｘは、上述した下降動作を行う下降機構と、上述した上昇動作を行う上昇機構とを兼ねた昇降機構として機能する。
共通昇降用スライダ１３のＸＺ平面を有する側面に３つのエアシリンダ４１〜４３が取り付けられる。
３つのエアシリンダ４１〜４３に対応して３つの加圧用スライダ５１〜５３が設けられ、エアシリンダ４ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）のピストンロッド２３の先端部に加圧用スライダ５ｉに連結される。また、エアシリンダ４１〜４３はそれぞれ内部に位置検出部７を有している。なお、（ｉ＝１〜３のいずれか）は、正確には、（ｉ＝１〜３のうち、任意のいずれか）を意味する。
３つの加圧用スライダ５１〜５３に対応して３つの超音波接合用ヘッド部６１〜６３が設けられ、加圧用スライダ５ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の下方領域に超音波接合用ヘッド部６ｉが取り付けられる。超音波接合用ヘッド部６１〜６３は、それぞれ、実施の形態１の超音波接合用ヘッド部６と同様、超音波ホーン１６（超音波接合部１６ａ）及び超音波振動子１７を主要構成部として含んでいる。
超音波接合用ヘッド部６１〜６３はそれぞれ、超音波振動子１７及び超音波ホーン１６の順でヘッド形成方向（Ｙ方向）に延びて形成され、先端部に超音波接合部１６ａを有している。
超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａ、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａ、及び超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａは、Ｘ方向に沿って間隔ｄ６毎に均等に配置される。
超音波接合用ヘッド部６１〜６３は、それぞれ超音波振動子１７に超音波振動ＵＶを発生させ、超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを伝達することにより、超音波接合部１６ａから超音波振動を接合対象物の印加部に印加する超音波振動動作を実行する。
（制御部）
図７は実施の形態２の超音波振動接合装置の制御系を模式的に示すブロック図である。図７に示すように、実施の形態２において、制御部１５Ｘは、昇降用サーボモータ２Ｘ、エアシリンダ４１〜４３、超音波接合用ヘッド部６１〜６３それぞれ内の超音波振動子１７及び駆動部１９Ｘの駆動を制御する制御動作を実行している。
なお、駆動部１９Ｘは３ヘッド走行フレーム１１を水平方向に移動させる移動処理を実行する。また、超音波接合用ヘッド部６ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の超音波振動子１７は超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを与える超音波振動動作を実行する。
制御部１５Ｘは、昇降用サーボモータ２Ｘの駆動を制御することにより、昇降用サーボモータ２Ｘによる−Ｚ方向への押圧力Ｆ１を制御することができ、エアシリンダ４１〜４３それぞれを制御することにより、エアシリンダ４１〜４３それぞれの−Ｚ方向への押圧力Ｆ２（Ｆ２１〜Ｆ２３）を制御することができる。押圧力Ｆ１及びＦ２は「Ｆ１＞Ｆ２」の関係を満足する。
超音波接合用ヘッド部６１〜６３は、加圧用スライダ５１〜５３、エアシリンダ４１〜４３のピストンロッド２３、及びエアシリンダ４１〜４３を介して共通昇降用スライダ１３と連結されている。このため、昇降用サーボモータ２Ｘの駆動により実行される下降動作時に生じる−Ｚ方向の押圧力Ｆ１は、超音波接合用ヘッド部６１〜６３に共通の下降動作における下降用押圧力となる。
超音波接合用ヘッド部６ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）は、加圧用スライダ５ｉ及びエアシリンダ４ｉのピストンロッド２３を介してエアシリンダ４ｉと連結されているため、押圧力Ｆ２ｉは、エアシリンダ４ｉによって超音波接合用ヘッド部６ｉに付与される加圧用押圧力となる。なお、押圧力Ｆ２１〜Ｆ２３は「Ｆ２１＝Ｆ２２＝Ｆ２３（＝Ｆ２）」を満足するように設定される。
制御部１５Ｘは、駆動部１９Ｘを制御することにより３ヘッド走行フレーム１１の水平方向に沿った移動処理を制御することができる。
さらに、制御部１５Ｘは、超音波接合用ヘッド部６ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の超音波振動子１７を制御して超音波接合用ヘッド部６ｉの超音波振動動作を制御することができる。
このような構成の実施の形態２の超音波振動接合装置は、制御部１５Ｘの制御下で以下のステップＳ１１〜Ｓ１４からなる超音波接合処理を実行することができる。すなわち、制御部１５ＸはステップＳ１１〜Ｓ１４からなる制御動作を実行している。
ステップＳ１１：超音波接合用ヘッド部６１〜６３の超音波接合部１６ａが、３つの上記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置する。
ステップＳ１２：エアシリンダ４１〜４３に押圧力Ｆ２１〜Ｆ２３で加圧動作を実行させる。
ステップＳ１３：昇降用サーボモータ２Ｘの駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させ、共通昇降用スライダ１３、エアシリンダ４１〜４３、加圧用スライダ５１〜５３及び超音波接合用ヘッド部６１〜６３を一括して下方に移動させる複数一括下降動作を実行させる。この際、昇降用サーボモータ２Ｘは−Ｚ方向の圧力値が押圧力Ｆ１になるように制御される。
ステップＳ１４：エアシリンダ４ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の位置検出部７によって、接合対象物の印加部に超音波接合用ヘッド部６ｉの超音波接合部１６ａの下方先端部が接触する接合部接触状態の有無が検出される。そして、全ての超音波接合用ヘッド部６１〜６３において接合部接触状態が検出される全体接合部接触状態が認識されると、超音波接合用ヘッド部６１〜６３それぞれに超音波振動動作を実行させる。
エアシリンダ４ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の側面に設けられた位置検出部７によって、実施の形態１と同様、エアシリンダ４ｉ内のピストン２５が上記所定位置から上昇したことが検出されると、超音波接合用ヘッド部６ｉに関する接合部接触状態を認識することができる。
したがって、エアシリンダ４１〜４３全ての位置検出部７が接合部接触状態を検出すると、制御部１５Ｘは全体接合部接触状態を認識することができる。
（効果）
このように、実施の形態２の超音波振動接合装置は、エアシリンダ４１〜４３それぞれに位置検出部７を設けることにより、ステップＳ１３の実行後において上記全体接合部接触状態を迅速、かつ正確に認識することができる。
その結果、実施の形態２の超音波振動接合装置は、ステップＳ１４において、上記全体接合部接触状態の認識をトリガとして超音波振動処理を実行することにより、３箇所の接合対象物の印加部における超音波接合を速やかに行い、動作時間の短縮を図ることができる効果を奏する。
さらに、実施の形態２の超音波振動接合装置は、エアシリンダ４１〜４３内に位置検出部７を設けるという比較的簡単な構成で上記全体接合部接触状態の認識を正確に行うことができる。
上述したように、実施の形態２の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部６１〜６３に対し加圧用押圧力である押圧力Ｆ２１〜Ｆ２３を付与する加圧動作を実行する加圧機構であるエアシリンダ４１〜４３と、超音波接合用ヘッド部６１〜６３を一体的に下降させる複数一括下降動作を実行する下降機構として機能する昇降用サーボモータ２Ｘとを互いに分離した部品として有している。
このため、実施の形態２の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部６１〜６３を動作対象とした下降動作及び加圧動作それぞれの実行を個別に制御することができる。
このように、実施の形態２の超音波振動接合装置は、実施の形態１と同様、下降動作及び加圧動作をそれぞれ個別に実行することができるため、制御部１５Ｘの制御下で超音波接合用ヘッド部６１〜６３を動作対象とした下降動作及び加圧動作を比較的簡単に実行して、接合対象物に対する超音波接合処理を行うことができる。
さらに、エアシリンダ４１〜４３は超音波接合用ヘッド部６１〜６３を下降させる機能を必要としないため、常に一定の押圧力Ｆ２１〜Ｆ２３で加圧動作を実行することができる。このため、所望の圧力値となるように、押圧力Ｆ２１〜Ｆ２３を予め設定しておくことができる。したがって、エアシリンダ４１〜４３はそれぞれ、圧力センサを別途設けることなく、押圧力Ｆ２１〜Ｆ２３それぞれを所望の圧力値に正確に設定することができる。
さらに、実施の形態２の超音波振動接合装置は、加圧機構としてエアシリンダ４１〜４３を採用することにより、比較的安価に加圧機構を構成することができる。
加えて、実施の形態２の超音波振動接合装置は以下の特徴を有している。実施の形態２は、昇降機構である昇降用サーボモータ２Ｘを１つに抑えながら、複数の加圧機構として、３つのエアシリンダ４１〜４３を有している。エアシリンダ４１〜４３は、複数の超音波接合用ヘッド部である超音波接合用ヘッド部６１〜６３に対応して設けられる。
したがって、実施の形態２の超音波振動接合装置は、１単位の昇降用サーボモータ２Ｘが実行する下降動作により、３つの超音波接合用ヘッド部６１〜６３及び３つのエアシリンダ４１〜４３に対し一括して複数一括下降動作を実行することができる。
このため、実施の形態２の超音波振動接合装置は、昇降用サーボモータ２Ｘの数を増加させない比較的小規模な構成で３つの超音波接合用ヘッド部６１〜６３を有する構成を実現することができる。
以下、上記効果について詳述する。図１０は、３つの超音波接合用ヘッド部を有する、従来の加圧式の超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。図１０にＸＹＺ直交座標系を記している。
同図に示すように、水平方向（Ｘ方向）に移動可能な３ヘッド走行フレーム９１において、ＸＺ平面を有する側面に３つの昇降・加圧用サーボモータ８２１〜８２３が固定される。そして、昇降・加圧用サーボモータ８２１〜８２３に対応して昇降・加圧用スライダ８３１〜８３３が設けられる。
ネジ軸２１の上端（＋Ｚ方向）は昇降・加圧用サーボモータ８２ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）に取り付けられ、ネジ軸２１の下端は、図示しないナットを介して昇降・加圧用スライダ８３ｉに接続する態様で、昇降・加圧用スライダ８３ｉに取り付けられる。
このような構成において、昇降・加圧用サーボモータ８２ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させると、昇降・加圧用スライダ８３ｉを下方（−Ｚ方向）に移動させる下降動作を行うことができる。
一方、昇降・加圧用サーボモータ８２ｉによってネジ軸２１を第２の回転方向（第１の回転方向と反対の回転方向）で回転させると、昇降・加圧用スライダ８３ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）を上方（＋Ｚ方向）に移動させる上昇動作を行うことができる。昇降・加圧用スライダ８３１〜８３３に対応して超音波接合用ヘッド部８６１〜８６３が設けられる。
昇降・加圧用スライダ８３ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の下部に超音波接合用ヘッド部８６ｉが取り付けられる。超音波接合用ヘッド部８６ｉはヘッド形成方向（Ｙ方向）に延びて形成され、先端部に超音波接合部１６ａを有している。
超音波接合用ヘッド部８６１〜８６３はそれぞれ、超音波接合部１６ａから超音波振動を印加する超音波振動動作を実行する。
また、昇降・加圧用スライダ８３１〜８３３は上部に圧力センサ８７１〜８７３を有している。圧力センサ８７１〜８７３としては例えば歪みゲージが考えられる。圧力センサ８７ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）は、超音波接合用ヘッド部８６ｉが接合対象物を押圧する加圧用押圧力を測定圧力値として検出することができる。
上述した昇降・加圧用サーボモータ８２１〜８２３それぞれの下降動作及び上昇動作、並びに超音波接合用ヘッド部８６１〜８６３それぞれの超音波振動動作は、図示しない制御部の制御下で実行される。
このような構成の従来の超音波振動接合装置は、制御部の制御下で以下のステップ１１〜ステップ１４が実行される。
ステップ１１：超音波接合用ヘッド部８６１〜８６３の超音波接合部１６ａが３つの上記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置する。
ステップ１２：昇降・加圧用サーボモータ８２ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させ、昇降・加圧用スライダ８３ｉ及び超音波接合用ヘッド部８６ｉを下方に移動させる下降動作を実行させる。
ステップ１３：圧力センサ８７ｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）によって、接合対象物の印加部に超音波接合用ヘッド部８６ｉの超音波接合部１６ａが接触する接合部接触状態の有無が検出されると、超音波接合用ヘッド部８６ｉによる加圧用押圧力が所望の圧力値になるように昇降・加圧用サーボモータ８２ｉの駆動内容を制御する。
ステップ１４：昇降・加圧用サーボモータ８２１〜８２３の加圧用押圧力が全て所望の圧力値となったことを確認した後、超音波接合用ヘッド部８６１〜８６３それぞれに超音波振動動作を実行させる。
このように、従来の超音波振動接合装置では、３つの超音波接合用ヘッド部８６１〜８６３を設ける場合、超音波接合用ヘッド部８６１〜８６３に対応して３つの昇降・加圧用サーボモータ８２１〜８２３を設ける必要があった。
一方、実施の形態２の超音波振動接合装置では、加圧機構（エアシリンダ４１〜４３）と昇降機構（昇降用サーボモータ２Ｘ）とを分離して設けている。
このため、実施の形態２の超音波振動接合装置は、３つの超音波接合用ヘッド部６１〜６３を設けても、昇降機構として１単位の昇降用サーボモータ２Ｘに抑え、加圧機構としてエアシリンダの数のみ増加させる態様で構成することができる。
さらに、実施の形態２の超音波振動接合装置は、複数の超音波接合用ヘッド部として３つの超音波接合用ヘッド部６１〜６３を有しているため、単一の超音波接合用ヘッド部を有する実施の形態１の超音波振動接合装置に比べ、接合対象物の印加部が複数存在する場合、複数の印加部全てに対する超音波接合処理を早期に完了することができる。
以下、この点を詳述する。図８は接合対象物の具体的構成を示す説明図である。同図に示すように、ガラス基板３１の上面上にＸ方向に沿って２つの線状の電極３３が配置される。２つの電極３３において複数の印加部である複数の超音波印加領域３５が設定される。複数の超音波印加領域３５はＸ方向に沿って間隔ｄ３５で均等に設けられる。
ここで、超音波接合用ヘッド部６１〜６３間の形成間隔ｄ６と複数の超音波印加領域３５間の間隔ｄ３５との間に「ｄ６＝３・ｄ３５」の関係が成立すると仮定する。
この場合、上述したステップＳ１１において、図８に示すように、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ３の上方に位置するように配置する。
印加位置Ｐ１，Ｐ２及びＰ３は、３つの超音波印加領域３５毎の間隔で配置される印加位置であるため、印加位置Ｐ１〜Ｐ２，Ｐ２〜Ｐ３間はそれぞれ形成間隔ｄ６となる。
その後、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４を実行することにより、ステップＳ１１〜Ｓ１４からなる１回の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ１〜Ｐ３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。
次の超音波接合処理の際、昇降用サーボモータ２Ｘを駆動して上昇動作を行い、超音波接合用ヘッド部６１〜６３を上昇させて全体接合部接触状態から開放する。その後、新たに実行されるステップＳ１１において、駆動部１９Ｘを制御して３ヘッド走行フレーム１１を＋Ｘ方向に沿って間隔ｄ３５分、移動させる。
すると、図８に示すように、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１３の上方に位置するように配置される。
その後、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４を実行することにより、ステップＳ１１〜Ｓ１４からなる２回目の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ１１〜Ｐ１３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。
さらに、次の超音波接合処理の際、昇降用サーボモータ２Ｘを駆動して上昇動作を行い、超音波接合用ヘッド部６１〜６３を上昇させて全体接合部接触状態から開放する。その後、新たに実行されるステップＳ１１において、３ヘッド走行フレーム１１を＋Ｘ方向に沿って間隔ｄ３５分、移動させる。
すると、図８に示すように、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２３の上方に位置するように配置される。
その後、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４を実行することにより、ステップＳ１１〜Ｓ１４からなる３回目の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ２１〜Ｐ２３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。
その結果、３回の超音波接合処理によって、間隔ｄ３５で連続して設けられた９箇所の超音波印加領域３５に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。
このように、実施の形態２の超音波振動接合装置は、昇降機構である昇降用サーボモータ２Ｘを１単位に抑制した比較的簡単で安価な構成で、実施の形態１の超音波振動接合装置に比べ、実質的に３倍の速度で超音波接合処理を実行することができる効果を奏する。
その結果、実施の形態２の超音波振動接合装置は、接合対象物に対し全ての超音波接合処理が完了するタクトタイムの短縮化を図ることができる。
＜その他＞
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
１ １ヘッド走行フレーム
２，２Ｘ 昇降用サーボモータ
３ 昇降用スライダ
４，４１〜４３ エアシリンダ
５，５１〜５３ 加圧用スライダ
６，６１〜６３ 超音波接合用ヘッド部
７ 位置検出部
１１ ３ヘッド走行フレーム
１３ 共通昇降用スライダ
１６ 超音波ホーン
１６ａ 超音波接合部
１７ 超音波振動子
３０ テーブル
３１ ガラス基板
３３ 電極

Claims (5)

  1. 接合対象物（３１，３３）を載置するテーブル（３０）と、
    超音波接合部（１６ａ）から超音波振動を印加する超音波振動動作を実行する超音波接合用ヘッド部（６，６１〜６３）と、
    前記超音波接合用ヘッド部に連結され、前記超音波接合用ヘッド部に対し前記テーブル側に向けて加圧する加圧動作を実行する加圧機構（４，４１〜４３）と、
    前記超音波接合用ヘッド部及び前記加圧機構を一括して下降させる下降動作を実行する下降機構（２，２Ｘ）と、
    前記超音波接合用ヘッド部による前記超音波振動動作、前記加圧機構による前記加圧動作、及び前記下降機構による前記下降動作を制御する制御動作を実行する制御部（１５）とを備え、
    前記超音波接合用ヘッド部は複数の超音波接合用ヘッド部（６１〜６３）を含み、
    前記加圧機構は、前記複数の超音波接合用ヘッド部に対応して設けられる、複数の加圧機構（４１〜４３）を含み、前記複数の加圧機構はそれぞれ前記複数の超音波接合用ヘッド部のうち対応する超音波接合用ヘッド部に対し前記加圧動作を実行し、
    前記下降機構（２Ｘ）が実行する前記下降動作は、前記複数の超音波接合用ヘッド部及び前記複数の加圧機構を一括して下降させる複数一括下降動作を含む、
    超音波振動接合装置。
  2. 請求項１記載の超音波振動接合装置であって、
    前記加圧機構はエアシリンダを含み、前記エアシリンダはピストンロッドを介して前記超音波接合用ヘッド部に連結され、
    前記エアシリンダのピストンロッドから前記超音波接合用ヘッド部に加圧用押圧力が付与される、
    超音波振動接合装置。
  3. 請求項２記載の超音波振動接合装置であって、
    前記制御部は、
    前記下降機構は下降用押圧力（Ｆ１）で前記下降動作を実行し、
    前記加圧機構は前記加圧用押圧力（Ｆ２，Ｆ２１〜Ｆ２３）で前記加圧動作を実行し、
    前記下降用押圧力は前記加圧用押圧力よりも大きくなるように設定され、
    前記制御部が実行する前記制御動作は、
    (a) 前記超音波接合用ヘッド部の前記超音波接合部が前記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置するステップと、
    (b) 前記加圧機構に前記加圧動作を実行させるステップと、
    (c) 前記下降機構に前記下降動作を実行させるステップと、
    (d) 前記接合対象物の印加部に前記超音波接合部が接触する接合部接触状態の認識をトリガとして、前記超音波接合用ヘッド部に前記超音波振動動作を実行させるステップとを含む、
    超音波振動接合装置。
  4. 請求項３記載の超音波振動接合装置であって、
    前記エアシリンダは、内部のピストンの位置を検知する位置検出部（７）をさらに有する、
    超音波振動接合装置。
  5. 請求項１から請求項４のうち、いずれか１項に記載の超音波振動接合装置であって、
    前記接合対象物は、
    ガラス基板（３１）と、
    前記ガラス基板上に配置される電極（３３）とを含む、
    超音波振動接合装置。
JP2019528945A 2018-09-20 2018-09-20 超音波振動接合装置 Active JP6763090B1 (ja)

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