JP6769858B2

JP6769858B2 - Life management method and life management device for ultrasonic bonding tools

Info

Publication number: JP6769858B2
Application number: JP2016242439A
Authority: JP
Inventors: 悠平土井; 泰元金
Original assignee: Envision AESC Japan Ltd
Current assignee: Envision AESC Japan Ltd
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: JP2018094602A

Description

本発明は、超音波接合工具の交換時期を判断するのに用いられる寿命管理方法及び寿命管理装置に関するものである。 The present invention relates to a life management method and a life management device used to determine when to replace an ultrasonic bonding tool.

従来、超音波接合工具の寿命管理方法としては、超音波接合工具判定装置及びその方法の名称で、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の判定方法は、超音波接合工具であるアンビル及びホーンのローレット面をカメラにより撮像する。ローレット面は、ワークとの接触面であって、多数の突起を配列した表面形態を成している。そして、上記判定方法は、撮像した画像からローレット面の突起先端の幅を求め、突起先端の幅から、予め求めてある判別関数により超音波接合工具の交換時期を判定する。 Conventionally, as a method for managing the life of an ultrasonic bonding tool, there is one described in Patent Document 1 under the name of an ultrasonic bonding tool determining device and the method. In the determination method described in Patent Document 1, the knurled surfaces of anvil and horn, which are ultrasonic bonding tools, are imaged by a camera. The knurled surface is a contact surface with the work and has a surface shape in which a large number of protrusions are arranged. Then, in the above-mentioned determination method, the width of the protrusion tip of the knurled surface is obtained from the captured image, and the replacement time of the ultrasonic bonding tool is determined from the width of the protrusion tip by a discrimination function obtained in advance.

特開２０１０−２０７８３７号公報JP-A-2010-207837

ところが、上記したような従来の判定方法にあっては、超音波接合工具がローレット面を有する場合に限られるうえに、ローレット面の摩耗や凝着の進行とともに光沢が変化して、カメラの画像から突起先端の幅を検出することが難しくなる場合があった。そこで、カメラを用いない新たな寿命管理方法を検討する必要性があった。 However, in the conventional determination method as described above, it is limited to the case where the ultrasonic bonding tool has a knurled surface, and the gloss changes as the knurled surface is worn and adhered, resulting in a camera image. It may be difficult to detect the width of the tip of the protrusion. Therefore, it was necessary to consider a new life management method that does not use a camera.

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであって、超音波接合工具の表面形態に左右されることなく、カメラ等を用いずに工具寿命を把握して、適切な工具交換の時期を判断することができる超音波接合工具の寿命管理方法及び寿命管理装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional situation, and it is possible to grasp the tool life without using a camera or the like without being influenced by the surface form of the ultrasonic bonding tool, and to perform appropriate tool replacement. It is an object of the present invention to provide a life management method and a life management device for an ultrasonic bonding tool capable of determining the time of the above.

本発明に係わる超音波接合工具の寿命管理方法は、アンビルとホーンとで複数の被接合部材を挟むとともにホーンに超音波振動を付与することにより、被接合部材同士を接合するに際に用いる方法である。この寿命管理方法は、アンビルに対してホーンを進退させる進退駆動機構と、進退駆動機構により進退させたホーンの位置を検出するための位置検出機構とを用いる。そして、寿命管理方法は、被接合部材同士の接合を行う度に、原位置から接合完了位置に至るホーンの全変位量と、接合時におけるホーンの変位である沈み込み量との差に基づいて、ホーンの発振開始位置を算出し、アンビルの使用開始以降におけるホーンの発振開始位置の変化量に基づいて、アンビルの工具寿命を推定することを特徴としている。 The method for managing the life of an ultrasonic bonding tool according to the present invention is a method used when a plurality of members to be bonded are sandwiched between an anvil and a horn and ultrasonic vibration is applied to the horn to bond the members to be bonded to each other. Is. This life management method uses an advancing / retreating drive mechanism for advancing and retreating the horn with respect to the anvil, and a position detecting mechanism for detecting the position of the horn advancing / retreating by the advancing / retreating drive mechanism. Then, the life management method is based on the difference between the total displacement amount of the horn from the original position to the joining completion position and the sinking amount which is the displacement of the horn at the time of joining each time the members to be joined are joined. , The horn oscillation start position is calculated, and the tool life of the anvil is estimated based on the amount of change in the horn oscillation start position after the start of use of the anvil.

本発明に係わる超音波接合工具の寿命管理装置は、超音波接合に用いるアンビルの工具寿命を管理する装置である。この寿命管理装置は、アンビルに対してホーンを進退させる進退駆動機構と、進退駆動機構により進退させたホーンの位置を検出するための位置検出機構と、位置検出機構の検出信号を入力して演算する管理制御部とを備えている。そして、寿命管理装置は、前記管理制御部が、原位置から接合完了位置に至るホーンの全変位量と、接合時におけるホーンの変位である沈み込み量との差に基づいて、ホーンの発振開始位置を算出する機能と、アンビルの使用開始以降におけるホーンの発振開始位置の変化量に基づいて、アンビルの工具寿命を推定する機能と、アンビルの使用開始以降におけるホーンの発振開始位置の変化量に基づいて、現在時におけるアンビルの工具寿命を判定する機能とを備えていることを特徴としている。 The life management device for ultrasonic bonding tools according to the present invention is a device for managing the life of anvil tools used for ultrasonic bonding. This life management device inputs and calculates an advance / retreat drive mechanism for advancing and retreating the horn with respect to the anvil, a position detection mechanism for detecting the position of the horn advanced / retreated by the advance / retreat drive mechanism, and a detection signal of the position detection mechanism. It is equipped with a management control unit. Then, in the life management device, the management control unit starts oscillating the horn based on the difference between the total displacement amount of the horn from the original position to the joining completion position and the sinking amount which is the displacement of the horn at the time of joining. The function to calculate the position, the function to estimate the tool life of the anvil based on the amount of change in the horn oscillation start position after the start of use of the anvil, and the amount of change in the horn oscillation start position after the start of use of the anvil. Based on this, it is characterized by having a function of determining the tool life of the anvil at the present time.

本発明に係わる超音波接合工具の寿命管理方法及び寿命管理装置は、上記構成を採用したことにより、超音波接合工具の表面形態に左右されることなく、カメラ等を用いずに工具寿命を推定して、適切な工具交換の時期を判断することができる。 By adopting the above configuration, the life management method and life management device of the ultrasonic bonding tool according to the present invention estimate the tool life without using a camera or the like without being influenced by the surface form of the ultrasonic bonding tool. Therefore, it is possible to determine the appropriate time for tool replacement.

本発明に係わる寿命管理方法及び寿命管理装置が適用される超音波接合装置を説明する側面図である。It is a side view explaining the ultrasonic bonding apparatus to which the life management method and the life management apparatus which concerns on this invention are applied. 図１に示す超音波接合装置におけるホーンの変位を説明する側面図である。It is a side view explaining the displacement of the horn in the ultrasonic bonding apparatus shown in FIG. 本発明に係わる超音波接合工具の寿命管理方法の第１実施形態を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the 1st Embodiment of the life management method of the ultrasonic bonding tool which concerns on this invention. 超音波接合の打点数と発振開始位置の変化量とを関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of points of ultrasonic bonding and the amount of change of the oscillation start position. 寿命管理方法の第２実施形態を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the 2nd Embodiment of the life management method. 寿命管理方法の第３実施形態を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the 3rd Embodiment of the life management method. ホーンの変位と下降速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the displacement of a horn and the descending speed.

〈第１実施形態〉
図１に示す超音波接合装置は、装置本体１に、ホーン２を備えたヘッド３を昇降可能に備えると共に、ホーン２の下側に、アンビル４を備えている。また、超音波接合装置は、アンビル４に対してホーン２を進退させる進退駆動機構５と、進退駆動機構５により進退させたホーン２の位置を検出するための位置検出機構とを備えている。この実施形態では、ホーン２の下降及び上昇が、アンビル４に対する前進及び後退の方向である。 <First Embodiment>
In the ultrasonic bonding device shown in FIG. 1, a head 3 provided with a horn 2 is provided in the device main body 1 so as to be able to move up and down, and an anvil 4 is provided under the horn 2. Further, the ultrasonic bonding device includes an advancing / retreating drive mechanism 5 for advancing / retreating the horn 2 with respect to the anvil 4, and a position detecting mechanism for detecting the position of the horn 2 advanced / retreated by the advancing / retreating drive mechanism 5. In this embodiment, the descent and ascent of the horn 2 is the forward and backward directions with respect to the anvil 4.

進退駆動機構５は、装置本体１に収容されており、図示を省略したが、駆動源であるアクチュエータ類や、昇降用の案内機構などを含むものである。また、この実施形態の位置検出機構は、ヘッド３の位置を検出するリニアエンコーダ６であり、ヘッド３の位置を検出することで、実質的にホーン２の位置を検出し得る。 The advancing / retreating drive mechanism 5 is housed in the apparatus main body 1, and although not shown, it includes actuators as a drive source, a guide mechanism for raising / lowering, and the like. Further, the position detection mechanism of this embodiment is a linear encoder 6 that detects the position of the head 3, and by detecting the position of the head 3, the position of the horn 2 can be substantially detected.

ホーン２は、その下端部に、ワークＷに接触する加工面２Ａを有する。ヘッド３は、一端部にホーン２を備えると共に、他端部には、ホーン２に水平方向の超音波振動を付与するためのトランスデューサ７を備えている。アンビル４は、その上端部に、ワークＷに接触する加工面４Ａを有しており、固定治具８により装置本体１に着脱可能に固定してある。 The horn 2 has a machined surface 2A in contact with the work W at its lower end. The head 3 is provided with a horn 2 at one end and a transducer 7 at the other end for applying horizontal ultrasonic vibration to the horn 2. The anvil 4 has a machined surface 4A in contact with the work W at its upper end, and is detachably fixed to the apparatus main body 1 by a fixing jig 8.

ワークＷは、例えば金属製の複数の被接合部材Ｗａ，Ｗｂであり、これらを重ねた状態にして接合される。なお、図示例のワークＷは、２枚の被接合部材Ｗａ，Ｗｂから成るものであるが、それ以上の枚数であっても良いことは勿論である。このワークＷは、図示しない搬送手段によりアンビル４上に搬入される。 The work W is, for example, a plurality of metal members Wa and Wb to be joined, and these are joined in a stacked state. The work W in the illustrated example is composed of two members Wa and Wb to be joined, but it goes without saying that the number may be larger than that. This work W is carried onto the anvil 4 by a transport means (not shown).

さらに、超音波接合装置は、リニアエンコーダ（位置検出機構）６の検出信号を入力して演算する管理制御部１０と、管理制御部１０による推定及び判定の結果を表示する表示部１１を備えている。管理制御部１０は、コンピュータであって、リニアエンコーダ６の検出信号を入力する他、進退駆動機構５及びトランスデューサ７に駆動信号を出力する。表示部１１は、例えばモニターであり、管理制御部１０による演算結果を工具寿命や交換時期として表示する。 Further, the ultrasonic bonding device includes a management control unit 10 that inputs and calculates a detection signal of a linear encoder (position detection mechanism) 6, and a display unit 11 that displays the results of estimation and determination by the management control unit 10. There is. The management control unit 10 is a computer that inputs the detection signal of the linear encoder 6 and outputs the drive signal to the advance / retreat drive mechanism 5 and the transducer 7. The display unit 11 is, for example, a monitor, and displays the calculation result by the management control unit 10 as the tool life and the replacement time.

上記の管理制御部１０は、コンピュータソフトとして、以下の機能０１〜０３がプログラムされている。また、接合時におけるホーン２の位置や変位量を図２に示す。
機能０１：原位置Ｐ１から接合完了位置Ｐ２に至るホーン２の全変位量ＡＢＳと、接合時におけるホーン２の変位である沈み込み量ＴＣとの差に基づいて、ホーン２の発振開始位置Ｐ３を算出する。
機能０２：アンビル４の使用開始以降におけるホーン２の発振開始位置Ｐ３の変化量に基づいて、アンビル４の工具寿命を推定する。
機能０３：アンビル４の使用開始以降におけるホーン２の発振開始位置Ｐ３の変化量に基づいて、現在時におけるアンビル４の工具寿命を判定する。 The management control unit 10 is programmed with the following functions 01 to 03 as computer software. Further, FIG. 2 shows the position and the amount of displacement of the horn 2 at the time of joining.
Function 01: The oscillation start position P3 of the horn 2 is set based on the difference between the total displacement amount ABS of the horn 2 from the original position P1 to the joining completion position P2 and the sinking amount TC which is the displacement of the horn 2 at the time of joining. calculate.
Function 02: The tool life of the anvil 4 is estimated based on the amount of change in the oscillation start position P3 of the horn 2 after the start of use of the anvil 4.
Function 03: The tool life of the anvil 4 at the present time is determined based on the amount of change in the oscillation start position P3 of the horn 2 after the start of use of the anvil 4.

さらに、上記の管理制御部１０は、同じくコンピュータソフトとして、後述する第２及び第３の実施形態に用いる機能０４〜０７がプログラムされている。
機能０４：アンビル４に接触した際のホーン２の前進位置Ｐ４を検出する。
機能０５：進退駆動機構５により前進するホーン２の移動速度を算出する。
機能０６：ホーン２の移動速度の変化に基づいて被接合部材（ワークＷ）に接触した際のホーン２の前進位置Ｐ５を検出する。
機能０７：ホーン２の夫々の前進位置Ｐ４，Ｐ５に基づいてアンビル４の摩耗量を判定する。 Further, the management control unit 10 is programmed with the functions 04 to 07 used in the second and third embodiments described later as computer software.
Function 04: Detects the forward position P4 of the horn 2 when it comes into contact with the anvil 4.
Function 05: The moving speed of the horn 2 advancing by the advancing / retreating drive mechanism 5 is calculated.
Function 06: Detects the forward position P5 of the horn 2 when it comes into contact with the member to be joined (work W) based on the change in the moving speed of the horn 2.
Function 07: The amount of wear of the anvil 4 is determined based on the forward positions P4 and P5 of the horn 2.

この実施形態においては、超音波接合装置の寿命管理装置は、上記した進退駆動機構５と、リニアエンコーダ（位置検出機構）６と、機能０１〜０７を有する管理制御部１０と、表示部１１とで構成されている。なお、超音波接合装置は、ワークＷに対するホーン２の加圧力を検出する圧力検出器を備えた構成としても良い。 In this embodiment, the life management device of the ultrasonic bonding device includes the above-mentioned advance / retreat drive mechanism 5, a linear encoder (position detection mechanism) 6, a management control unit 10 having functions 01 to 07, and a display unit 11. It is composed of. The ultrasonic bonding device may be configured to include a pressure detector that detects the pressing force of the horn 2 on the work W.

上記構成を備えた超音波接合装置は、アンビル４上に、複数の被接合部材Ｗａ，Ｗｂから成るワークＷを搬入した後、進退駆動機構５によりヘッド３とともにホーン２を下降（前進）させ、アンビル４とホーン２とでワークＷを挟むと共に、ホーン２による加圧力が所定の値に達した時点で、トランスデューサ７によりホーン２に水平方向の超音波振動を付与する。これにより、ワークＷは、被接合部材Ｗａ，Ｗｂ同士が接触界面にて摩擦され、原子拡散により材料の融点以下の低い温度で被接合部材Ｗａ，Ｗｂ同士が一体化する。 The ultrasonic bonding apparatus having the above configuration carries a work W composed of a plurality of members Wa and Wb to be bonded onto the anvil 4, and then lowers (advances) the horn 2 together with the head 3 by the advance / retreat drive mechanism 5. The work W is sandwiched between the anvil 4 and the horn 2, and when the pressing force by the horn 2 reaches a predetermined value, the transducer 7 applies ultrasonic vibration in the horizontal direction to the horn 2. As a result, in the work W, the members Wa and Wb to be joined are rubbed against each other at the contact interface, and the members Wa and Wb to be joined are integrated with each other at a low temperature below the melting point of the material due to atomic diffusion.

ここで、超音波接合装置は、ワークＷの接合作業を繰り返し行うと、接合工具であるホーン２及びアンビル４の加工面２Ａ，４Ｂに摩耗が生じ、とくに、アンビル４の加工面４Ａの摩耗が顕著である。このため、超音波接合装置は、アンビル４の交換時期を適切に見極める必要があり、以下に述べる寿命管理方法により工具寿命を管理する。 Here, in the ultrasonic bonding apparatus, when the bonding work of the work W is repeatedly performed, the machined surfaces 2A and 4B of the horn 2 and the anvil 4 which are bonding tools are worn, and in particular, the machined surface 4A of the anvil 4 is worn. It is remarkable. Therefore, in the ultrasonic bonding device, it is necessary to appropriately determine the replacement time of the anvil 4, and the tool life is managed by the life management method described below.

すなわち、超音波接合工具の寿命管理方法は、基本的構成として、被接合部材Ｗａ，Ｗｂ同士の接合を行う度に、原位置Ｐ１から接合完了位置Ｐ２に至るホーン２の全変位量ＡＢＳと、接合時におけるホーン２の変位である沈み込み量ＴＣとの差に基づいて、ホーン２の発振開始位置Ｐ３を算出する。そして、寿命管理方法は、アンビル４の使用開始以降におけるホーン２の発振開始位置Ｐ３の変化量に基づいて、アンビル４の工具寿命を推定する。また、寿命管理方法は、上記発振開始位置Ｐ３の変化量に基づいて、現在時におけるアンビル４の工具寿命を判定する。 That is, as a basic configuration of the ultrasonic bonding tool life management method, every time the members Wa and Wb to be bonded are bonded to each other, the total displacement amount ABS of the horn 2 from the original position P1 to the bonding completion position P2 is used. The oscillation start position P3 of the horn 2 is calculated based on the difference from the sinking amount TC which is the displacement of the horn 2 at the time of bonding. Then, the life management method estimates the tool life of the anvil 4 based on the amount of change in the oscillation start position P3 of the horn 2 after the start of use of the anvil 4. Further, the life management method determines the tool life of the anvil 4 at the present time based on the amount of change in the oscillation start position P3.

次に、図３に示すフローチャートを用いて、上記寿命管理方法を説明する。
図３のステップＳ１においてワークＷの超音波接合を実施する。超音波接合は、一般的な制御方式として、超音波振動の発振時間、発振時の出力、発振時又は接合開始からのヘッド３の変位、及び発振時のエネルギのいずれかが設定値に到達するまで行われる。 Next, the life management method will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
Ultrasonic bonding of the work W is performed in step S1 of FIG. As a general control method for ultrasonic bonding, any one of the oscillation time of ultrasonic vibration, the output during oscillation, the displacement of the head 3 during oscillation or from the start of bonding, and the energy during oscillation reach the set value. Will be done.

この際、超音波接合では、ワークＷの厚みや進退駆動機構５の機械的動作に不可避的なばらつき（誤差）があるので、ホーン２の発振開始位置Ｐ３が変動する。これに対して、アンビル４の工具寿命を正確に判断するには、上記の不可避的なばらつきを排除するために、少なくとも接合回数が数打点〜数百打点の範囲で発振開始位置Ｐ３の移動平均を把握する必要がある。 At this time, in ultrasonic bonding, there is an unavoidable variation (error) in the thickness of the work W and the mechanical operation of the advance / retreat drive mechanism 5, so that the oscillation start position P3 of the horn 2 fluctuates. On the other hand, in order to accurately determine the tool life of the anvil 4, in order to eliminate the above-mentioned unavoidable variation, the moving average of the oscillation start position P3 is at least in the range of several to several hundred dots. Need to know.

そこで、寿命管理方法では、ワークＷの接合を行う度に、ステップＳ２において接合時におけるホーン２の変位である沈み込み量ＴＣを計測する。沈み込み量ＴＣは、先述した超音波接合の制御方式で用いる発振時間等々の設定値やリニアエンコーダ６の検出値を利用して算出することができる。ただし、沈み込み量ＴＣには、上記の不可避的なばらつきも含まれる。 Therefore, in the life management method, every time the work W is joined, the sinking amount TC, which is the displacement of the horn 2 at the time of joining, is measured in step S2. The subduction amount TC can be calculated by using the set values such as the oscillation time used in the above-mentioned ultrasonic bonding control method and the detection values of the linear encoder 6. However, the subduction amount TC also includes the above-mentioned unavoidable variation.

次に、寿命管理方法では、ステップＳ３において、リニアエンコーダ６により、原位置Ｐ１から接合完了位置Ｐ２に至るホーン２の全変位量ＡＢＳを計測し、ステップＳ４において、ホーン２の全変位量ＡＢＳと沈み込み量ＴＣとの差（ＡＢＳ−ＴＣ）から発振開始位置Ｐ３を算出する。 Next, in the life management method, in step S3, the total displacement amount ABS of the horn 2 from the original position P1 to the joining completion position P2 is measured by the linear encoder 6, and in step S4, the total displacement amount ABS of the horn 2 is used. The oscillation start position P3 is calculated from the difference from the sinking amount TC (ABS-TC).

ここで、超音波接合では、アンビル４の摩耗が進行する（加工面４Ａが下がる）と、ホーン２の原位置Ｐ１が一定であるから、ホーン２の接合完了位置Ｐ２が下がって全変位量ＡＢＳも増大する。これにより、超音波接合では、図４に示すように、打点数の増加に伴って、ホーン２の発振開始位置Ｐ３の変化量も増大する。 Here, in ultrasonic bonding, as the wear of the anvil 4 progresses (the machined surface 4A is lowered), the original position P1 of the horn 2 is constant, so the bonding completion position P2 of the horn 2 is lowered and the total displacement amount ABS. Will also increase. As a result, in ultrasonic bonding, as shown in FIG. 4, the amount of change in the oscillation start position P3 of the horn 2 increases as the number of striking points increases.

そこで、寿命管理方法では、ステップＳ５において、アンビル４の使用開始以降における発振開始位置Ｐ３の変化量が規定値以内であるかを判定する。ステップＳ５で既定値以内ではないと判定した場合（Ｎｏ）には、アンビル４の加工面４Ａの著しい摩耗や欠損の発生が原因であるから、ステップＳ１０に移行して表示部１１に工具交換を表示する。 Therefore, in the life management method, in step S5, it is determined whether or not the amount of change in the oscillation start position P3 after the start of use of the anvil 4 is within the specified value. If it is determined in step S5 that the value is not within the default value (No), the cause is significant wear or chipping of the machined surface 4A of the anvil 4, so the process proceeds to step S10 and the display unit 11 is replaced with a tool. indicate.

また、ステップＳ５で規定値以内であると判定した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ６に移行して、発振開始位置Ｐ３の打点数による変化の近似式を求めた後、ステップＳ７において近似式により発振開始位置Ｐ３が既定値に到達するまでの打点数を算出する。 If it is determined in step S5 that the value is within the specified value (Yes), the process proceeds to step S6 to obtain an approximate expression of the change depending on the number of hit points at the oscillation start position P3, and then in step S7, the approximate expression is used. The number of hit points until the oscillation start position P3 reaches the default value is calculated.

ステップＳ６における近似式は、図４に示す打点数と発振開始位置Ｐ３の変化量との関係から求めることができる。つまり、図４中に白線で示すように、発振開始位置Ｐ３の移動平均は、打点数の増加に伴って増大することが予め判っている。したがって、少なくともアンビル４の使用開始から数打点〜数百打点の範囲で発振開始位置Ｐ３の移動平均を把握すれば、発振開始位置Ｐ３が将来的に既定値に到達するまでの打点数を算出し得る。ステップＳ７における既定値は、図４中に点線で例示する値であり、アンビル４の工具交換を必要とする値であると同時に、工具交換を必要とする打点数も示している。 The approximate expression in step S6 can be obtained from the relationship between the number of hit points shown in FIG. 4 and the amount of change in the oscillation start position P3. That is, as shown by the white line in FIG. 4, it is known in advance that the moving average of the oscillation start position P3 increases as the number of hit points increases. Therefore, if the moving average of the oscillation start position P3 is grasped at least in the range of several hit points to several hundred hit points from the start of use of the anvil 4, the number of hit points until the oscillation start position P3 reaches the predetermined value in the future is calculated. obtain. The default value in step S7 is a value illustrated by a dotted line in FIG. 4, which is a value that requires a tool change for the anvil 4, and at the same time, indicates the number of hit points that require a tool change.

その後、寿命管理方法は、ステップＳ８において発振開始位置Ｐ３の既定値に到達するまでの打点数は規定の打点数以内であるかを判定する。ステップＳ８で規定の打点数以内であると判定した場合（Ｙｅｓ）には、アンビル４の継続使用が可能（摩耗が少ない）であるから、ステップＳ１に移行して新たな接合作業を行う。 After that, the life management method determines whether the number of hit points until reaching the predetermined value of the oscillation start position P3 in step S8 is within the specified number of hit points. If it is determined in step S8 that the number of hit points is within the specified number (Yes), the anvil 4 can be continuously used (less wear), so the process proceeds to step S1 to perform a new joining operation.

また、ステップＳ８で規定の打点数以内ではないと判定した場合（Ｎｏ）には、アンビル４の工具寿命が近いことを示すので、ステップＳ９に移行して表示部１１や別の警報機器により工具交換アラームを出力し、最終的に、ステップＳ１０において表示部１１に工具交換を表示する。 If it is determined in step S8 that the number of hit points is not within the specified number (No), it indicates that the tool life of the anvil 4 is near, so the process proceeds to step S9 and the tool is used by the display unit 11 or another alarm device. A replacement alarm is output, and finally, the tool replacement is displayed on the display unit 11 in step S10.

すなわち、上記の寿命管理方法では、ステップＳ５において、現時点でのアンビル４の工具寿命を判定し、また、ステップＳ８において、将来的なアンビル４の工具寿命を推定する。また、上記の寿命管理方法及び寿命管理装置は、進退駆動機構５、リニアエンコーダ６及び管理制御部（機能０１〜０３）７を用いるので、アンビル４の加工面４Ａがローレット面であっても良いし、それ以外の表面形態であっても工具寿命を推定及び判定し得るものである。 That is, in the above-mentioned life management method, in step S5, the current tool life of the anvil 4 is determined, and in step S8, the future tool life of the anvil 4 is estimated. Further, since the above-mentioned life management method and life management device use the advance / retreat drive mechanism 5, the linear encoder 6, and the management control unit (functions 01 to 03) 7, the machined surface 4A of the anvil 4 may be a knurled surface. However, even with other surface morphologies, the tool life can be estimated and determined.

このようにして、寿命管理方法及び寿命管理装置は、アンビル４の使用開始以降におけるホーン２の発振開始位置Ｐ３の変化量に基づいて、アンビル４の工具寿命を推定することから、アンビル４の加工面４Ａの表面形態に左右されることなく、カメラを用いずに工具寿命を把握して、適切な工具交換の時期を判断することができる。また、上記の寿命管理方法及び寿命管理装置は、一般的な超音波接合のいずれの制御方式によっても適切な工具交換の時期を判断し得る。 In this way, the life management method and the life management device estimate the tool life of the anvil 4 based on the amount of change in the oscillation start position P3 of the horn 2 after the start of use of the anvil 4, so that the anvil 4 is machined. It is possible to grasp the tool life without using a camera and determine an appropriate tool replacement time without being influenced by the surface shape of the surface 4A. Further, the life management method and the life management device described above can determine an appropriate tool change time by any control method of general ultrasonic bonding.

さらに、上記の寿命管理方法及び寿命管理装置は、アンビル４の使用開始以降におけるホーン２の発振開始位置Ｐ３の変化量に基づいて、アンビル４の工具寿命を判定することから、アンビル４の表面形態に左右されず且つカメラを用いずに、適切な工具交換の時期を判断することができる。また、アンビル４の加工面４Ａに欠損等の不具合が生じた場合には、発振開始位置Ｐ３が急激に変化するので、その不具合を速やかに検出することができる。しかも、寿命管理装置は、表示部１１を採用したことにより、作業者が接合工具の寿命や交換時期を容易に把握することができる。 Further, since the above-mentioned life management method and life management device determine the tool life of the anvil 4 based on the amount of change in the oscillation start position P3 of the horn 2 after the start of use of the anvil 4, the surface form of the anvil 4 It is possible to determine the appropriate timing of tool replacement without being influenced by and without using a camera. Further, when a defect such as a defect occurs in the machined surface 4A of the anvil 4, the oscillation start position P3 changes abruptly, so that the defect can be detected quickly. Moreover, by adopting the display unit 11 in the life management device, the operator can easily grasp the life of the joining tool and the replacement time.

さらに、上記の寿命管理方法及び寿命管理装置は、例えば、被接合部材として金属製のシートを多数積層したワークＷの接合にも好適である。このようなワークＷでは、ワークＷの全体の厚さにもばらつきが生じやすく、接合時のホーン２の沈み込み量ＴＣも大きくなる。これに対して、上記の寿命管理方法及び寿命管理装置は、ワークＷの厚さのばらつき等を排除するので、積層型のワークＷを接合する場合においても、工具寿命を良好に推定及び判定することができる。 Further, the above-mentioned life management method and life management device are also suitable for joining a work W in which a large number of metal sheets are laminated as a member to be joined. In such a work W, the overall thickness of the work W tends to vary, and the amount of sinking TC of the horn 2 at the time of joining also increases. On the other hand, since the above-mentioned life management method and life management device eliminate variations in the thickness of the work W, the tool life can be satisfactorily estimated and determined even when the laminated work W is joined. be able to.

〈第２実施形態〉
図５は、本発明に係わる超音波接合工具の寿命管理方法の第２実施形態を説明するフローチャートである。超音波接合装置は、図１に示すものを適用することができ、ホーン２の位置や変位量は図２に示すとおりである。 <Second Embodiment>
FIG. 5 is a flowchart illustrating a second embodiment of a life management method for an ultrasonic bonding tool according to the present invention. As the ultrasonic bonding device, the one shown in FIG. 1 can be applied, and the position and the amount of displacement of the horn 2 are as shown in FIG.

この実施形態の寿命管理方法は、超音波振動を付与しない状態で前進（下降）するホーン２をアンビル４に接触させて、その際のホーン２の前進位置Ｐ４を検出し、ホーン２の前進位置Ｐ４に基づいて、アンビル４の加工面４Ａの摩耗量を判定する。よって、この寿命管理方法は、例えば、アンビル４の使用開始時に行うと共に、所定の打点数毎に定期的に行うことが望ましい。 In the life management method of this embodiment, the horn 2 that moves forward (descends) without applying ultrasonic vibration is brought into contact with the anvil 4, the forward position P4 of the horn 2 at that time is detected, and the forward position of the horn 2 is detected. Based on P4, the amount of wear of the machined surface 4A of the anvil 4 is determined. Therefore, it is desirable that this life management method is performed, for example, at the start of use of the anvil 4 and at regular intervals for each predetermined number of hit points.

この実施形態の寿命管理装置は、第１実施形態で説明した進退駆動機構５、リニアエンコーダ（位置検出機構）６、及び管理制御部１０により構成してある。また、管理制御部１０は、アンビル４に接触した際のホーン２の前進位置Ｐ４を検出する機能（０４）と、ホーン２の前進位置Ｐ４に基づいてアンビル４の摩耗量を判定する機能（０７）とを備えている。 The life management device of this embodiment is composed of an advance / retreat drive mechanism 5 described in the first embodiment, a linear encoder (position detection mechanism) 6, and a management control unit 10. Further, the management control unit 10 has a function (04) of detecting the forward position P4 of the horn 2 when it comes into contact with the anvil 4, and a function (07) of determining the amount of wear of the anvil 4 based on the forward position P4 of the horn 2. ) And.

すなわち、寿命管理方法は、ステップＳ１１において処理を開始すると、ステップＳ１２において、進退駆動機構５により、超音波振動を付与しない状態でホーン２を前進（下降）させ、ステップＳ１３においてホーン２をアンビル４に接触させる。そして、ステップＳ１４において、リニアエンコーダ（位置検出機構）６により、ホーン２の前進位置Ｐ４を検出し、ステップＳ１５においてアンビル４の摩耗量を算出する。 That is, in the life management method, when the process is started in step S11, the advance / retreat drive mechanism 5 advances (descends) the horn 2 in step S12 without applying ultrasonic vibration, and in step S13, the horn 2 is anvil 4 To contact. Then, in step S14, the linear encoder (position detection mechanism) 6 detects the forward position P4 of the horn 2, and in step S15, the amount of wear of the anvil 4 is calculated.

つまり、上記の寿命管理方法では、アンビル４に接触したホーン２の前進位置Ｐ４は、アンビル４の加工面４Ａの高さを示す。したがって、アンビル４の使用開始時に、ホーン２の初期の前進位置Ｐ４を検出しておき、使用開始以降の適当な時期に、同様に前進位置Ｐ４を検出すれば良い。その際、アンビル４の加工面４Ａの摩耗が進行、すなわち加工面４Ａの高さが減少していれば、その分、ホーン２の前進位置Ｐ４が下がり、ホーン２の原位置Ｐ１から前進位置Ｐ４までの距離が増大する。これにより、ホーン２の前進位置Ｐ４の初期値と使用後の検出値との差からアンビル４の摩耗量を算出し得る。 That is, in the above life management method, the forward position P4 of the horn 2 in contact with the anvil 4 indicates the height of the machined surface 4A of the anvil 4. Therefore, the initial forward position P4 of the horn 2 may be detected at the start of use of the anvil 4, and the forward position P4 may be detected at an appropriate time after the start of use. At that time, if the wear of the machined surface 4A of the anvil 4 progresses, that is, if the height of the machined surface 4A decreases, the forward position P4 of the horn 2 is lowered by that amount, and the forward position P4 from the original position P1 of the horn 2 The distance to is increased. As a result, the amount of wear of the anvil 4 can be calculated from the difference between the initial value of the forward position P4 of the horn 2 and the detected value after use.

そして、上記の寿命管理方法では、ステップＳ１６において、アンビル４の摩耗量が規定値以内であるかを判定し、規定値以内である場合（Ｙｅｓ）には、アンビル４の継続使用が可能であるとして、ステップＳ１７において処理を終了する。また、ステップＳ１６で規定値以内ではない場合（Ｎｏ）には、アンビル４の加工面４Ａが著しく摩耗若しくは欠損しているとして、ステップＳ１７において表示部１１に工具交換を表示する。 Then, in the above-mentioned life management method, in step S16, it is determined whether the amount of wear of the anvil 4 is within the specified value, and if it is within the specified value (Yes), the anvil 4 can be continuously used. As a result, the process ends in step S17. If the value is not within the specified value in step S16 (No), it is assumed that the machined surface 4A of the anvil 4 is significantly worn or missing, and the display unit 11 indicates the tool change in step S17.

このように、上記の寿命管理方法及び寿命管理装置によれば、ホーン２の沈み込み量ＴＣのばらつき等の影響を受けずに、アンビル４の加工面４Ａの摩耗状態を直接的に検出することができる。また、上記の寿命管理方法は、所定の打点数毎に定期的に行い、そのデータを蓄積しておけば、第１実施形態で説明した工具寿命の推定及び判定のさらなる高精度化に貢献することができる。 As described above, according to the above-mentioned life management method and life management device, the wear state of the machined surface 4A of the anvil 4 is directly detected without being affected by the variation in the sinking amount TC of the horn 2. Can be done. Further, if the above-mentioned life management method is performed periodically for each predetermined number of hit points and the data is accumulated, it contributes to further improvement in the accuracy of the estimation and determination of the tool life described in the first embodiment. be able to.

〈第３実施形態〉
図６は、本発明に係わる超音波接合工具の寿命管理方法の第３実施形態を説明するフローチャートである。超音波接合装置は、図１に示すものを適用することができ、ホーン２の位置や変位量は図２に示すとおりである。 <Third Embodiment>
FIG. 6 is a flowchart illustrating a third embodiment of a life management method for an ultrasonic bonding tool according to the present invention. As the ultrasonic bonding device, the one shown in FIG. 1 can be applied, and the position and the amount of displacement of the horn 2 are as shown in FIG.

この実施形態の寿命管理方法は、進退駆動機構５により前進するホーン２の移動速度を算出し、ホーン２の移動速度の変化に基づいて、被接合部材（ワークＷ）に接触した際のホーン２の前進位置Ｐ５を検出し、ホーン２の前進位置Ｐ５に基づいて、アンビル４の摩耗量を判定する。 In the life management method of this embodiment, the moving speed of the horn 2 moving forward is calculated by the advancing / retreating drive mechanism 5, and the horn 2 when it comes into contact with the member to be joined (work W) based on the change in the moving speed of the horn 2. The forward position P5 of the horn 2 is detected, and the amount of wear of the anvil 4 is determined based on the forward position P5 of the horn 2.

また、この実施形態の寿命管理装置は、第１実施形態で説明した進退駆動機構５、リニアエンコーダ（位置検出機構）６、及び管理制御部１０により構成してある。管理制御部１０は、進退駆動機構５により前進するホーン２の移動速度を算出する機能（０５）と、ホーン２の移動速度の変化に基づいて被接合部材（ワークＷ）に接触した際のホーン２の前進位置Ｐ５を検出する機能（０６）と、ホーン２の前進位置Ｐ５に基づいてアンビル４の摩耗量を判定する機能（０７）とを備えている。 Further, the life management device of this embodiment is composed of an advance / retreat drive mechanism 5 described in the first embodiment, a linear encoder (position detection mechanism) 6, and a management control unit 10. The management control unit 10 has a function (05) of calculating the moving speed of the horn 2 moving forward by the advancing / retreating drive mechanism 5, and a horn when it comes into contact with a member to be joined (work W) based on a change in the moving speed of the horn 2. It has a function of detecting the forward position P5 of 2 (06) and a function of determining the amount of wear of the anvil 4 based on the forward position P5 of the horn 2 (07).

なお、この実施形態における機能０７は、第２実施形態ではアンビル４と接触したホーン２の前進位置Ｐ４を判定基準としていたのに対して、ワークＷと接触したホーン２の前進位置Ｐ５を判定基準としている。つまり、ワークＷの有無が異なるだけで、ホーン２の前進位置（Ｐ４，Ｐ５）を検出すること自体は実質的に同じである。 In the second embodiment, the function 07 in this embodiment uses the forward position P4 of the horn 2 in contact with the anvil 4 as a determination criterion, whereas the function 07 uses the forward position P5 of the horn 2 in contact with the work W as a determination criterion. It is said. That is, the detection of the forward position (P4, P5) of the horn 2 is substantially the same, only the presence or absence of the work W is different.

すなわち、寿命管理方法は、ステップＳ２１において接合動作を開始すると、ステップＳ２２において、リニアエンコーダ６の検出値と時間とにより、ホーン２の移動速度を算出し、ステップＳ２３において、リニアエンコーダ６により、ワーク（被接合部材）Ｗに接触した際のホーン２の前進位置Ｐ５を検出する。 That is, in the life management method, when the joining operation is started in step S21, the moving speed of the horn 2 is calculated from the detection value and time of the linear encoder 6 in step S22, and the work is performed by the linear encoder 6 in step S23. (Member to be joined) Detects the forward position P5 of the horn 2 when it comes into contact with W.

ここで、図７は、ホーン２の変位（移動量）とホーン２の下降速度（移動速度・前進速度）との関係を示すグラフである。同図から明らかなように、ホーン２の移動速度は、ホーン２の下降（前進）とともに上昇してほぼ一定となり、ワークＷに接触すると急激に低下する。このようなホーン２の移動速度の変化から、ワークＷへの接触位置Ｐ５を検出することができる。 Here, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the displacement (movement amount) of the horn 2 and the descending speed (moving speed / advancing speed) of the horn 2. As is clear from the figure, the moving speed of the horn 2 increases as the horn 2 descends (advances) and becomes almost constant, and when it comes into contact with the work W, it sharply decreases. The contact position P5 with the work W can be detected from such a change in the moving speed of the horn 2.

その後、寿命管理方法は、ステップＳ２４においてアンビル４の摩耗量を算出する。つまり、上記の寿命管理方法では、ワークＷに接触したホーン２の前進位置Ｐ５は、ワークＷの高さを示し、この際、ワークＷの厚さは予め判っているので、アンビル４の加工面４Ａの高さを検出することができる。したがって、アンビル４の加工面４Ａの摩耗が進行していれば、ワークＷに接触したホーン２の前進位置Ｐ５も下がるので、ホーン２の原位置Ｐ１、ワークＷに接触した前進位置Ｐ５及びワークＷの厚さに基づいて、アンビル４の摩耗量を算出し得る。 After that, the life management method calculates the amount of wear of the anvil 4 in step S24. That is, in the above-mentioned life management method, the forward position P5 of the horn 2 in contact with the work W indicates the height of the work W, and at this time, since the thickness of the work W is known in advance, the machined surface of the anvil 4 The height of 4A can be detected. Therefore, if the machined surface 4A of the anvil 4 is worn, the forward position P5 of the horn 2 in contact with the work W is also lowered, so that the original position P1 of the horn 2, the forward position P5 in contact with the work W, and the work W are The amount of wear of the anvil 4 can be calculated based on the thickness of the anvil 4.

そして、寿命管理方法は、ステップＳ２５においてアンビル４の摩耗量が既定値以内であるかを判定し、規定値以内である場合（Ｙｅｓ）には、アンビル４の継続使用が可能であるとしてステップＳ２６で処理を終了する。また、ステップＳ２５で規定値以内ではない場合（Ｎｏ）には、アンビル４の加工面４Ａが著しく摩耗若しくは欠損しているとして、ステップＳ２７において表示部１１に工具交換を表示する。 Then, the life management method determines in step S25 whether the amount of wear of the anvil 4 is within the predetermined value, and if it is within the specified value (Yes), it is assumed that the anvil 4 can be continuously used, and step S26 Ends the process with. If the value is not within the specified value in step S25 (No), it is assumed that the machined surface 4A of the anvil 4 is significantly worn or missing, and the display unit 11 indicates the tool change in step S27.

上記の寿命管理方法及び寿命管理装置によれば、ホーン２の沈み込み量ＴＣのばらつき等の影響を受けずに、アンビル４の加工面４Ａの摩耗状況を検出して、工具交換の時期を適切に判断することができる。よって、厚さにばらつきが生じやすい積層型のワークＷの接合における寿命管理にも好適である。 According to the above-mentioned life management method and life management device, the wear state of the machined surface 4A of the anvil 4 is detected without being affected by the variation in the sinking amount TC of the horn 2, and the tool replacement time is appropriate. Can be judged. Therefore, it is also suitable for life management in joining laminated work Ws whose thickness tends to vary.

また、上記の寿命管理方法は、例えば、図３に示す第１実施形態の処理工程において、ステップＳ２の沈み込み量ＴＣを計測する際に、前進位置Ｐ５を接合開始の位置として用いることが可能である。これにより、例えば、ワークＷに対するホーン２の加圧力を検出するセンサ類を用いずに、工具寿命の推定及び判定を行うことができる。 Further, in the above-mentioned life management method, for example, in the processing step of the first embodiment shown in FIG. 3, the forward position P5 can be used as the joining start position when measuring the subduction amount TC in step S2. Is. Thereby, for example, the tool life can be estimated and determined without using sensors that detect the pressing force of the horn 2 on the work W.

本発明に係わる超音波接合工具の寿命管理方法及び寿命管理装置は、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成を適宜変更することが可能である。 The configuration of the ultrasonic bonding tool life management method and life management device according to the present invention is not limited to each of the above embodiments, and the configuration may be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. It is possible.

また、上記の寿命管理方法は、理論的には、超音波接合工具であるホーン２の寿命を推定及び判定することも可能である。ただし、超音波接合では、先述したようにホーンよりもアンビルの摩耗が顕著であるうえに、ワークの搬入等の都合上、アンビルを固定してホーンを昇降させる方が望ましいので、超音波接合工具であるアンビルの寿命管理において優れた効果を発揮する。 Further, the above-mentioned life management method can theoretically estimate and determine the life of the horn 2 which is an ultrasonic bonding tool. However, in ultrasonic bonding, as mentioned above, the anvil wear is more remarkable than the horn, and it is desirable to fix the anvil and raise and lower the horn for the convenience of carrying in the work, etc. It exerts an excellent effect on the life management of anvils.

Ｗワーク
Ｗａ，Ｗｂ被接合部材
２ホーン
４アンビル
５進退駆動機構
６リニアエンコーダ（位置検出機構）
１０管理制御部
１１表示部 W work Wa, Wb Joined member 2 Horn 4 Anvil 5 Advance / retreat drive mechanism 6 Linear encoder (position detection mechanism)
10 Management control unit 11 Display unit

Claims

When a plurality of members to be joined are sandwiched between the anvil and the horn and ultrasonic vibration is applied to the horn to join the members to be joined to each other.
Using an advance / retreat drive mechanism that advances and retreats the horn with respect to the anvil and a position detection mechanism that detects the position of the horn that has been advanced and retreated by the advance / retreat drive mechanism
Each time the members to be joined are joined, the oscillation start position of the horn is determined based on the difference between the total displacement of the horn from the original position to the joining completion position and the sinking amount, which is the displacement of the horn at the time of joining. Calculate and
A method for managing the life of an ultrasonic bonding tool, which comprises estimating the tool life of an anvil based on the amount of change in the oscillation start position of the horn after the start of use of the anvil.

The method for managing the life of an ultrasonic bonding tool according to claim 1, wherein the tool life of the anvil at the present time is determined based on the amount of change in the oscillation start position of the horn after the start of use of the anvil.

The horn that moves forward without applying ultrasonic vibration is brought into contact with the anvil, and the forward position of the horn at that time is detected.
The method for managing the life of an ultrasonic bonding tool according to claim 1 or 2, wherein the amount of wear of the anvil is determined based on the advancing position of the horn.

The moving speed of the horn moving forward is calculated by the forward / backward drive mechanism, and
Based on the change in the moving speed of the horn, the forward position of the horn when it comes into contact with the member to be joined is detected.
The method for managing the life of an ultrasonic bonding tool according to claim 1 or 2, wherein the amount of wear of the anvil is determined based on the advancing position of the horn.

A device that manages the life of anvil tools used for ultrasonic bonding.
An advance / retreat drive mechanism that moves the horn forward and backward with respect to the anvil,
A position detection mechanism for detecting the position of the horn that has been moved forward and backward by the forward / backward drive mechanism, and
It is equipped with a management control unit that inputs and calculates the detection signal of the position detection mechanism.
The management control unit has a function of calculating the oscillation start position of the horn based on the difference between the total displacement amount of the horn from the original position to the joining completion position and the sinking amount which is the displacement of the horn at the time of joining.
A function to estimate the tool life of the anvil based on the amount of change in the horn oscillation start position after the start of use of the anvil, and
A life management device for ultrasonic bonding tools, which is characterized by having a function of determining the tool life of anvil at the present time based on the amount of change in the oscillation start position of the horn after the start of use of the anvil.

The function of the management control unit to detect the forward position of the horn when it comes into contact with the anvil, and
A function to calculate the moving speed of the horn moving forward by the forward / backward drive mechanism, and
A function to detect the forward position of the horn when it comes into contact with the member to be joined based on the change in the moving speed of the horn, and
The life management device for an ultrasonic bonding tool according to claim 5, further comprising a function of determining the amount of wear of the anvil based on the forward position of each of the horns.

The life management device for an ultrasonic bonding tool according to claim 6, further comprising a display unit that displays the results of estimation and determination by the management control unit.