(57)【要約】【課題】接合範囲よりもその面積が小さい押圧面を有する小型の押圧体により、各シート状部材を押圧体による押圧方向にほぼ直交する方向に確実に移動させながら押圧して接合範囲の全範囲に渡って接合することができる技術を提供する。【解決手段】押圧面３５ａにより各シート状部材Ｓが押圧方向Ｚに押圧されて加圧された状態で、ホーン３５を予め設定された低周波振動周期で低周波振動させることにより、低周波振動周期の１周期における所定の加圧期間に各シート状部材Ｓがホーン３５により繰り返し加圧される。したがって、各シート状部材Ｓを押圧方向Ｚにほぼ直交する方向に確実に移動させながら、接合範囲よりもその面積が小さい押圧面３５ａを有する小型のホーン３５により、各シート状部材Ｓをホーン３５による押圧方向Ｚにほぼ直交する方向に確実に移動させながら押圧して接合範囲の全範囲に渡って接合することができる。【選択図】図１
2015016504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材を押圧して接合する接合装置において、
バックアップ面を有するバックアップ部材と、
前記各シート状部材の接合範囲よりもその面積が小さい押圧面を有し、該押圧面により前記各シート状部材を前記バックアップ面に対して押圧方向に押圧する押圧体と、
前記各シート状部材が前記押圧面に対向する部分を、前記押圧方向にほぼ直交する方向に前記押圧面に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記押圧体を振動させる振動生成手段とを備え、
前記振動生成手段は、
前記押圧体を超音波振動させて前記押圧面から前記各シート状部材に超音波振動を印加する振動子と、
超音波振動する前記押圧体の前記押圧面により、前記各シート状部材を前記バックアップ面に対して押圧して加圧する加圧部とを備え、
前記加圧部は、
前記振動子により超音波振動する前記押圧体を、前記押圧方向と平行な振動方向に予め設定された低周波振動周期で低周波振動させながら前記低周波振動周期の１周期における所定の加圧期間に前記各シート状部材を繰り返し加圧する
ことを特徴とする接合装置。
【請求項２】
前記移動手段は、前記各シート状部材が重ね合わされた状態で前記バックアップ面に固定配置された前記バックアップ部材を前記押圧方向にほぼ直交する方向に一定速度で移動させることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記加圧期間における移動速度を、前記低周波振動周期の１周期における前記加圧期間を除く期間における移動速度よりも低下させて、前記各シート状部材が重ね合わされた状態で前記バックアップ面に固定配置された前記バックアップ部材を前記押圧方向にほぼ直交する方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項４】
振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材を押圧して接合する接合方法において、
バックアップ部材のバックアップ面に対して、前記各シート状部材の接合範囲よりもその面積が小さく形成された押圧体の押圧面により前記各シート状部材を押圧方向に押圧して加圧するときに、
振動子により超音波振動する押圧体を、前記押圧方向と平行な振動方向に予め設定された低周波振動周期で低周波振動させながら前記低周波振動周期の１周期における所定の加圧期間に前記各シート状部材を繰り返し加圧しつつ、
前記各シート状部材が前記押圧面に対向する部分を、前記押圧方向にほぼ直交する方向に前記押圧面に対して相対的に移動させる
ことを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材を押圧して接合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステージのバックアップ面と、ホーン（押圧体）の押圧面との間に重ね合わされた複数のシート状部材が挟持され加圧された状態で、ホーンが超音波振動して超音波振動が各シート状部材に印加されることにより、重ね合わされた複数のシート状部材が接合される技術が知られている。この場合、押圧面とバックアップ面との間に挟持され加圧された状態で超音波振動が印可されることにより重ね合わされた複数のシート状部材が一気に接合されるが、各シート状部材が広範囲に渡って接合される場合には、次のような問題があった。
【０００３】
すなわち、重ね合わされた複数のシート状部材が広範囲に渡って一気に接合される場合には、各シート状部材を接合範囲の全範囲に渡ってバックアップ面に対して押圧方向に一気に押圧して加圧できるように押圧面の面積が大きく構成された大型の押圧体を準備する必要がある。ところが、この場合、押圧体が超音波振動することによる押圧面の振幅は、押圧面上の離れた位置どうしではその振幅の大きさが大きく異なると共にその位相差が大きくなる。したがって、押圧面による押圧範囲の全範囲に渡って均一に振幅が同じ大きさの超音波振動を各シート状部材に印加するのが困難である。また、大面積の押圧面を有する大型の押圧体が準備されるのに伴い、大面積の押圧面による加圧力を所定の大きさとするためには押圧体を押圧方向に駆動する駆動力も大きくする必要がある。したがって、押圧体を支持する支持手段も大掛かりな構成にする必要があるため、装置が大掛かりになるという問題も生じる。
【０００４】
そこで、接合範囲よりもその面積が小さい押圧面により各シート状部材がバックアップ面に対して押圧方向に押圧された状態で、各シート状部材を押圧方向にほぼ直交する方向に移動させることにより、接合範囲の全範囲に渡って各シート状部材をバックアップ面に対して押圧して加圧する方法が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１に開示された装置では、押圧方向にほぼ直交する方向に移動する重ね合わされた複数のシート状部材が、接合範囲よりもその面積が小さい押圧面により加圧されることで接合範囲の全範囲に渡って接合される。また、小面積の押圧面による加圧力を所定の大きさとするために押圧体を押圧方向に駆動する駆動力は従来の大型の押圧体に必要な駆動力と比較すると小さくて済み、小面積の押圧面を有する小型の押圧体を用いることができるので、コンパクトな構成の装置により重ね合わされた複数のシート状部材を接合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９８２３３号公報（段落００１０，００１１、図１〜３、要約書など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、接合対象である各シート状部材の材質や厚み等の構成によっては、押圧体の押圧面により各シート状部材がバックアップ面に対して押圧され加圧されるときの加圧力を大きくする必要がある。ところが、各シート状部材が押圧体による押圧方向にほぼ直交する方向に移動しながら加圧されることにより接合が行われる特許文献１に開示された装置では、各シート状部材に対する加圧力が大きいと次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、加圧力が大きくなると摩擦力が大きくなるので、バックアップ面と押圧面との間に挟持され加圧された状態の複数のシート状部材を移動させるのが困難であり、各シート状部材に位置ずれが生じたり、最悪の場合、各シート状部材が破損するおそれがあった。
【０００７】
この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、接合範囲よりもその面積が小さい押圧面を有する小型の押圧体により、各シート状部材を押圧体による押圧方向にほぼ直交する方向に確実に移動させながら押圧して接合範囲の全範囲に渡って接合することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、本発明にかかる接合装置は、振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材を押圧して接合する接合装置において、バックアップ面を有するバックアップ部材と、前記各シート状部材の接合範囲よりもその面積が小さい押圧面を有し、該押圧面により前記各シート状部材を前記バックアップ面に対して押圧方向に押圧する押圧体と、前記各シート状部材が前記押圧面に対向する部分を、前記押圧方向にほぼ直交する方向に前記押圧面に対して相対的に移動させる移動手段と、前記押圧体を振動させる振動生成手段とを備え、前記振動生成手段は、前記押圧体を超音波振動させて前記押圧面から前記各シート状部材に超音波振動を印加する振動子と、超音波振動する前記押圧体の前記押圧面により、前記各シート状部材を前記バックアップ面に対して押圧して加圧する加圧部とを備え、前記加圧部は、前記振動子により超音波振動する前記押圧体を、前記押圧方向と平行な振動方向に予め設定された低周波振動周期で低周波振動させながら前記低周波振動周期の１周期における所定の加圧期間に前記各シート状部材を繰り返し加圧することを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
また、前記移動手段は、前記各シート状部材が重ね合わされた状態で前記バックアップ面に固定配置された前記バックアップ部材を前記押圧方向にほぼ直交する方向に一定速度で移動させるとよい（請求項２）。
【００１０】
また、前記移動手段は、前記加圧期間における移動速度を、前記低周波振動周期の１周期における前記加圧期間を除く期間における移動速度よりも低下させて、前記各シート状部材が重ね合わされた状態で前記バックアップ面に固定配置された前記バックアップ部材を前記押圧方向にほぼ直交する方向に移動させてもよい（請求項３）。
【００１１】
また、本発明にかかる接合方法は、振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材を押圧して接合する接合方法において、バックアップ部材のバックアップ面に対して、前記各シート状部材の接合範囲よりもその面積が小さく形成された押圧体の押圧面により前記各シート状部材を押圧方向に押圧して加圧するときに、振動子により超音波振動する押圧体を、前記押圧方向と平行な振動方向に予め設定された低周波振動周期で低周波振動させながら前記低周波振動周期の１周期における所定の加圧期間に前記各シート状部材を繰り返し加圧しつつ、前記各シート状部材が前記押圧面に対向する部分を、前記押圧方向にほぼ直交する方向に前記押圧面に対して相対的に移動させることを特徴としている（請求項４）。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１，４に記載の発明によれば、振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材が接合される際に、各シート状部材の接合範囲よりもその面積が小さい押圧面を有する押圧体が振動生成手段が備える加圧部により押圧方向に駆動される。そして、バックアップ部材のバックアップ面に対して、加圧部により駆動された押圧体の押圧面により各シート状部材が押圧方向に押圧されて加圧された状態で、振動生成手段が備える振動子が超音波振動させた押圧体の押圧面から各シート状部材に超音波振動が印加される。このとき、加圧部により、振動子により超音波振動する押圧体を押圧方向と平行な振動方向に予め設定された低周波振動周期で低周波振動させながら、低周波振動周期の１周期における所定の加圧期間に各シート状部材が押圧体により繰り返し加圧される。したがって、加圧部による押圧体の低周波振動周期において、加圧期間を除く期間および加圧期間における押圧体によるバックアップ面に対する各シート状部材への加圧力が弱くなるタイミングで、移動手段により、各シート状部材が押圧面に対向する部分を押圧体の押圧方向にほぼ直交する方向に確実に移動させることができる。
【００１３】
そのため、シート状部材と押圧面との移動手段による相対的な移動速度と、加圧部による押圧体の低周波振動周期とが適切に設定されることで、次のような効果を奏することができる。すなわち、接合範囲よりもその面積が小さい押圧面を有する小型の押圧体により各シート状部材に超音波振動を印加しつつ、超音波振動する押圧体を押圧方向に低周波振動させながら各シート状部材をその加圧期間において繰り返し加圧すると共に、シート状部材が押圧面に対向する部分を、移動手段により、押圧方向にほぼ直交する方向に確実に移動させることができる。したがって、押圧体の押圧面によるシート状部材の押圧位置を連続的に確実に移動させながら、小型の押圧体により各シート状部材を接合範囲の全範囲に渡って接合することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、各シート状部材が重ね合わされた状態でバックアップ面に固定配置されたバックアップ部材を移動手段により押圧方向にほぼ直交する移動方向に一定速度で移動させるため、シート状部材が押圧面に対向する部分を、上記移動方向に簡単に一定速度で移動させながら接合することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、加圧期間における移動速度を、低周波振動周期の１周期における加圧期間を除く期間における移動速度よりも低下させて、各シート状部材が重ね合わされた状態でバックアップ面に固定配置されたバックアップ部材を移動手段により押圧方向にほぼ直交する移動方向に移動させるため、シート状部材が押圧面に対向する部分を、上記移動方向に高低に移動速度を変えながら移動させることができる。また、各シート状部材がバックアップ面に対して押圧体の押圧面により押圧されて大きな摩擦力が発生する加圧期間において、各シート状部材がそのバックアップ面に固定配置されたバックアップ部材の移動手段による移動速度が低下するので、加圧期間において発生する摩擦力によって、押圧面とバックアップ面との間に挟持された各シート状部材に位置ずれが生じたり、各シート状部材が破損するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる接合装置を示す側面図である。
【図２】図１の接合装置を正面から見た要部拡大図である。
【図３】押圧体の振動態様を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる接合装置の加圧期間におけるステージの移動状態を説明するための図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる接合装置を示す側面図である。
【図６】本発明の第４実施形態にかかる接合装置のヘッド部および加圧手段を示す側面図である。
【図７】本発明の第５実施形態にかかる接合装置へのシート状部材の供給方法の一例を示す図である。
【図８】本発明の第６実施形態にかかる接合装置の加圧期間におけるステージの移動状態を説明するための図である。
【図９】本発明の第７実施形態にかかる接合装置が備えるホーンを示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第８実施形態にかかる接合装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第９実施形態にかかる接合装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
この発明の第１実施形態について図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態にかかる接合装置を示す側面図、図２は図１の接合装置を正面から見た要部拡大図である。また、図３は押圧体の振動態様を説明するための図である。
【００１８】
（接合装置）
図１および図２に示す接合装置１は、振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材Ｓを押圧して加圧することにより超音波接合するものであり、ステージ２と、シート状部材Ｓに超音波振動を印加する共振器３１を備えるヘッド部３と、支持手段３３に支持された共振器３１を駆動して押圧方向である矢印Ｚ方向に往復移動させる加圧手段４と、ステージ２を駆動して押圧方向にほぼ直交する矢印Ｙ方向（移動方向）に往復移動させる移動手段５と、接合装置１の各部の制御を行う制御装置（図示省略）とを備えている。なお、シート状部材Ｓは、不織布、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ等の金属板や金属箔、炭素繊維複合材料、熱可塑性や熱硬化性の樹脂シートにより構成されたり、それぞれ接合部を有する半導体ウエハや回路基板、合成樹脂による積層基板、樹脂板、もしくはこれらの積層体などにより構成される。
【００１９】
ステージ２（本発明の「バックアップ部材」に相当）は、各シート状部材Ｓが重ね合わされた状態で固定配置されるバックアップ面２１を有し、バックアップ面２１には真空吸着機構や静電吸着機構、機械式のチャック機構等の一般的な保持機構（図示省略）が設けられており、重ね合わされた状態の各シート状部材Ｓは保持機構によって保持されることによりバックアップ面２１に配置される。また、バックアップ面２１に配置された各シート状部材Ｓの矢印Ｙ方向における両端部が、それぞれ、長尺の板状のクランプ部材２２とステージ２の矢印Ｙ方向における両側部に形成されたフランジ部２３との間に矢印Ｘ方向に沿って挟持されて図示省略されたねじやボルトにより締め付けられることにより、シート状部材Ｓがバックアップ面２１に固定配置される。
【００２０】
ヘッド部３は、振動子３２（振動生成手段）がその一方端に接続された共振器３１と、共振器３１を支持する支持手段３３とを備え、振動子３２が共振器３１（ホーン３５）を超音波振動させることにより押圧面３５ａからシート状部材Ｓに超音波振動が印加される。
【００２１】
具体的には、共振器３１は、制御装置に制御されて振動子３２が生成する超音波振動に共振してその中心軸の方向に超音波振動するものであって、ブースタ３４とホーン３５とを備え、ブースタ３４の他方端とホーン３５の一方端とが、互いの中心軸が同軸になるように無頭ねじにより連結されている。
【００２２】
ブースタ３４は、この実施形態では、例えば図１中の矢印Ｚ方向におけるそのほぼ中央の位置と、その両端位置とが最大振幅点となるように、共振周波数の一波長の長さに形成されている。このとき、矢印Ｚ方向において各最大振幅点から１／４波長離れた２つの位置が、それぞれブースタ３４の第１および第２最小振幅点に相当する。また、ブースタ３４は、その断面形状が円形状である円柱状に形成されている。そして、ブースタ３４の一方端に、ブースタ３４の中心軸と同軸になるように振動子３２が無頭ねじにより接続されている。
【００２３】
また、ブースタ３４の第１および第２最小振幅点に相当する位置の外周面には、それぞれの周方向に沿って凹状の溝が形成されることによりブースタ３４（共振器３１）が支持手段３３に把持されるための被把持部が形成されている。なお、この実施形態では、ブースタ３４の中心軸にほぼ直交する断面形状が八角形状となるように被把持部が形成されているが、その断面形状が円形状やその他の多角形状となるように被把持部を形成してもよい。
【００２４】
ホーン３５（本発明の「押圧体」に相当）は、各シート状部材Ｓの接合範囲よりもその面積が小さい押圧面３５ａを有し、該押圧面３５ａにより各シート状部材Ｓをステージ２のバックアップ面２１に対して押圧方向Ｚに押圧し、振動子３２の振動に共振して超音波振動することにより押圧面３５ａから各シート状部材Ｓに超音波振動を印加するものである。ホーン３５は、例えば図１中の矢印Ｚ方向におけるその両端位置が最大振幅点となるように、共振周波数の半波長の長さに形成されている。このとき、矢印Ｚ方向におけるホーン３５のほぼ中央の位置が第３最小振幅点に相当する。また、図１および図２に示すように、ホーン３５は、直方体状に形成されている。そして、ホーン３５の押圧面３５ａは、各シート状部材Ｓの接合範囲に対して、押圧方向Ｚおよび移動方向Ｙにほぼ直交する幅方向Ｘにおいて幅広に（ホーン３５の幅Ｗｈ≧接合範囲の幅Ｗｍ）、移動方向Ｙにおける長さＬｈが短く形成されている（ホーン３５の長さＬｈ＜接合範囲の長さＬｍ）。
【００２５】
なお、この実施形態では、共振器３１は、その共振周波数が約１５ｋＨｚ〜約６０ｋＨｚ、その振動振幅が約２μｍ〜約３００μｍとなるように構成されており、振動子３２により生成される超音波振動に共振して共振器３１が超音波振動することにより、ホーン３５の押圧面３５ａからシート状部材Ｓに対して超音波振動が印加される。
【００２６】
支持手段３３は、基部３６とクランプ手段３７とを備え、クランプ手段３７でブースタ３４の被把持部を把持することにより共振器３１を支持するものであり、基部３６には、加圧手段４のボールねじ４２に螺合するねじ穴が矢印Ｚ方向に形成されている。
【００２７】
また、クランプ手段３７は、ブースタ３４に形成された２つの被把持部を把持できるように、基部３６の２ヶ所に設けられており、それぞれ、ブースタ３４の被把持部を挟持する第１および第２部材を備えている。具体的には、クランプ手段３７の第１および第２の部材には、被把持部の断面形状に係合可能な形状を有する凹部がそれぞれ設けられている。そして、第１および第２部材の凹部でブースタ３４の被把持部を狭持するように、被把持部を形成する凹状の溝に、基部３６に支持されたクランプ手段３７の第１および第２部材が嵌挿され、ボルトで第１および第２部材が固定されることにより、ブースタ３４の被把持部がクランプ手段３７により把持される。
【００２８】
なお、共振器３１を支持する支持手段３３の構成は、上記したように、ブースタ３４に形成された被把持部を把持（クランプ）した状態でボルトにより固定されるクランプ手段３７に限られず、例えば、電気制御可能に構成された機械的なクランプ機構や、ワンタッチで取り付け可能なクランプ機構など、ブースタ３４の被把持部を支持することができる構成あればどのようなものであってもよい。
【００２９】
また、共振器３１に形成される被把持部の位置は、最小振幅点に限らず、共振器３１の任意の位置に被把持部を形成すればよい。また、被把持部の構成は、共振器３１の外周面に周方向に沿って凹状の溝が形成された構成に限られず、例えば、共振器３１の外周面に周方向に沿って凸状のフランジが形成された構成など、支持手段３３により把持することができれば、被把持部がどのような形状に構成されてもよい。また、被把持部が支持手段３３により、Ｏリングやダイアフラム等の弾性部材を介して支持されていてもよい。
【００３０】
加圧手段４（本発明の「加圧部」「振動生成手段」に相当）は、ホーン３５の押圧面３５ａがステージ２のバックアップ面２１と対向するように支持手段３３に支持された共振器３１を、押圧方向Ｚに駆動してステージ２に近接またはステージ２から離間させるものであって、駆動モータ４１とボールねじ４２とを備えている。また、架台（図示省略）に立設された支柱（図示省略）にガイド４３が結合されており、加圧手段４は、フレーム４４を介して支柱およびガイド４３に連結されている。
【００３１】
そして、制御装置に制御されて駆動モータ４１が回転することにより、ガイド４３に矢印Ｚ方向に設けられた凸状のレール４３ａと支持手段３３に設けられたガイド（図示省略）とが摺接しつつ、ボールねじ４２に螺合された支持手段３３が移動方向Ｚにおいて上下動し、これにより、支持手段３３に支持された共振器３１がステージ２に近接またはステージ２から離間する。
【００３２】
また、加圧手段４は、制御装置による制御に基づいて駆動モータ４１の駆動トルクを調整することにより、所定の加圧力で支持手段３３に支持された共振器３１をステージ２に近接させることができるように構成されている。また、加圧手段４は、制御装置による制御に基づいて駆動モータ４１を所定の振動周期で正逆方向に回転方向を切り換えることにより、支持手段３３に支持された共振器３１を押圧方向Ｚにおいて所定の振動周期および振幅で振動させることができるように構成されている。
【００３３】
また、支柱にはリニアエンコーダ（図示省略）が設けられており、これによりヘッド部３の高さが検出されて、リニアエンコーダの検出信号に基づいて制御装置により駆動モータ４１を制御することにより、ヘッド部３の高さを調整することができる。
【００３４】
そして、共振器３１の中心軸の方向が基部３６に形成されたねじ穴とほぼ同じ方向、すなわち、共振器３１の中心軸の方向と加圧手段４による共振器３１の移動方向（押圧方向Ｚ）とがほぼ同方向となり、ホーン３５の押圧面３５ａがステージ２と対向するように、支持手段３３により共振器３１が支持されている。したがって、加圧手段４により基部３６が下動されることで共振器３１（ホーン３５）が押圧方向Ｚに駆動されて一体的にステージ２に近接し、これにより、加圧手段４による加圧力が押圧面３５ａからステージ２のバックアップ面２１に載置された各シート状部材Ｓに加えられる。すなわち、加圧手段４により制御されることにより、超音波振動するホーン３５の押圧面３５ａによりシート状部材Ｓがステージ２のバックアップ面２１に対して押圧されて加圧される。
【００３５】
また、図１および図３に示すように、加圧手段４は、振動子３２により超音波振動する共振器３１を、押圧方向Ｚに平行な振動方向に予め設定された振動周期（約１Ｈｚ〜約１ｋＨｚ：本発明の「低周波振動周期」に相当）および振幅Ａｈ（約０．０１ｍｍ〜約５．０ｍｍ）で正弦波状に低周波振動させながら、低周波振動周期の１周期における所定の加圧期間Ｐに各シート状部材Ｓを繰り返し加圧する。なお、この実施形態における低周波振動とは、振動子３２による超音波振動よりも低周波の振動のことであり、この実施形態では、例えば、その振動周期が、約５Ｈｚ〜約１００Ｈｚに設定され、振幅Ａｈが、約０．１ｍｍ〜約２．０ｍｍに設定される。また、この実施形態では、共振器３１の低周波振動の振動周期において、図３中の実線で示す共振器３１が下動する期間に各シート状部材Ｓに押圧方向Ｚへの加圧力が加わるときの加圧力が所定値で一定となるように加圧手段４が制御装置により制御される。この実施形態では、低周波振動の中心である位置Ｏにおいて押圧面３５ａが各シート状部材Ｓに接触するように構成されている。したがって、押圧面３５ａが各シート状部材Ｓに接触する図３中に示す加圧期間Ｐのうち実線で示される期間において、各シート状部材Ｓが押圧面３５ａにより一定の加圧力で加圧される。
【００３６】
なお、ホーン３５の押圧面３５ａが各シート状部材Ｓに接触する位置は、低周波振動の中心である位置Ｏに限られるものではない。例えば、各シート状部材Ｓが押圧面３５ａにより加圧される時間をより長くする必要があれば、ホーン３５の上限位置近傍もしくは若干ホーン３５が下動した位置において、押圧面３５ａと各シート状部材Ｓとが接触するように構成すればよい。また、例えば、各シート状部材Ｓが加圧される時間をより短くする必要があれば、ホーン３５が振動の中心位置Ｏよりもさらに下動した位置において、押圧面３５ａと各シート状部材Ｓとが接触するように構成すればよい。また、押圧面３５ａが各シート状部材Ｓに接触する図３中に示す加圧期間Ｐの全ての期間において、＋Ｚ方向における加圧力が所定値で一定となるように加圧手段４が制御装置により制御されるようにしてもよい。
【００３７】
移動手段５は、ステージ２を移動方向Ｙに一定速度で移動させることで、各シート状部材Ｓが押圧面３５ａに対向する部分を、押圧方向Ｚにほぼ直交する移動方向Ｙに一定速度で押圧面３５ａに対して相対的に移動させものであって、駆動モータ５１と、ボールねじ５２と、ボールねじ５２に螺合するねじ穴が設けられた移動部材５３と、ガイド５４とを備えている。
【００３８】
ステージ２は、図２に示すように、基台５５の矢印Ｘ方向における両側それぞれに矢印Ｙ方向に沿って設けられたガイド５４に、矢印Ｙ方向（移動方向Ｙ）において往復移動自在にガイドされた状態でその下面側から支持されている。また、ボールねじ５２は、基台５５の矢印Ｘ方向におけるほぼ中央の位置においてその長軸方向が矢印Ｙ方向に沿うように配置されており、ボールねじ５２は、基台５５の矢印Ｙ方向における両側に設けられたフレーム５６にその中心軸を回転中心として回転自在に支持されている。また、移動部材５３は、ボールねじ５２と螺合した状態でステージ２の下面に結合されている。
【００３９】
そして、制御装置に制御されてボールねじ５２の一端に連結された駆動モータ５１が回転することにより、ボールねじ５２と螺合した移動部材５３が移動方向Ｙにおいて往復移動し、これにより、結合部材５３に結合されたステージ２がガイド５４にガイドされつつ移動方向Ｙにおいて往復移動する。
【００４０】
（接合処理）
次に、接合装置１において実行される接合処理の一例について説明する。
【００４１】
まず、複数のシート状部材Ｓがステージ２のバックアップ面２１上の所定位置に重ね合わされた状態で固定配置された後、移動手段５によりステージ２が駆動されることにより、各シート状部材Ｓの接合範囲の移動方向Ｙにおける先端部分（図１の紙面に向かって左側）がホーン３５の押圧面３５ａに対向する位置に位置決めされる。次に、加圧手段４によりヘッド部３が押圧方向Ｚに駆動されることにより、ステージ２のバックアップ面２１に対して、ホーン３５の押圧面３５ａにより重ね合わされた状態の各シート状部材Ｓが押圧方向Ｚに押圧されて加圧される。
【００４２】
続いて、振動子３２が駆動されて共振器３１が超音波振動することにより押圧面３５ａから各シート状部材Ｓへの超音波振動の印加が開始されると共に、加圧手段４により、超音波振動する共振器３１の低周波振動が開始される。そして、移動手段５によりステージ２が駆動されることにより、押圧面３５ａに対して移動方向Ｙ（図１の紙面に向かって左方向）への各シート状部材Ｓの一定速度での移動が開始される。
【００４３】
次に、ステージ２が移動手段５により移動方向Ｙに駆動されることにより、接合範囲の移動方向Ｙにおける後端部分（図１の紙面に向かって右側）がホーン３５の押圧面３５ａに対向する位置まで移動すると、振動子３２が駆動されることによる共振器３１の超音波振動および加圧手段４による共振器３１の低周波振動が停止され、共振器３１が加圧手段４によりステージ２から離間する方向に駆動されて所定の待機位置まで移動することにより接合処理が終了する。
【００４４】
以上のように、この実施形態では、振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材Ｓが接合される際に、各シート状部材Ｓの接合範囲よりもその面積が小さい押圧面３５ａを有するホーン３５（共振器３１）が加圧手段４により押圧方向Ｚに駆動される。そして、ステージ２のバックアップ面２１に対して、加圧手段４により駆動されたホーン３５の押圧面３５ａにより各シート状部材Ｓが押圧方向Ｚに押圧されて加圧された状態で、振動子３２が超音波振動させたホーン３５の押圧面３５ａから各シート状部材Ｓに超音波振動が印加される。このとき、加圧手段４により、振動子３２により超音波振動するホーン３５を押圧方向Ｚと平行な振動方向に予め設定された低周波振動周期で低周波振動させながら、低周波振動周期の１周期における所定の加圧期間Ｐに各シート状部材Ｓがホーン３５により繰り返し加圧される。したがって、加圧手段４によるホーン３５の低周波振動周期において、加圧期間Ｐを除く期間および加圧期間Ｐにおけるホーン３５によるバックアップ面２１に対する各シート状部材Ｓへの加圧力が弱くなるタイミングで、移動手段５により、各シート状部材Ｓが押圧面３５ａに対向する部分をホーン３５の押圧方向Ｚにほぼ直交する移動方向Ｙに確実に移動させることができる。
【００４５】
そのため、シート状部材Ｓと押圧面３５ａとの移動手段５による相対的な移動速度と、加圧手段４によるホーン３５の低周波振動周期とが適切に設定されることで、次のような効果を奏することができる。すなわち、接合範囲よりもその面積が小さい押圧面３５ａを有する小型のホーン３５により各シート状部材Ｓに超音波振動を印加しつつ、超音波振動するホーン３５を押圧方向Ｚに低周波振動させながら各シート状部材Ｓをその加圧期間Ｐにおいて繰り返し加圧すると共に、シート状部材Ｓが押圧面に対向する部分を、移動手段５によりステージ２を移動方向Ｙに移動させることで押圧方向Ｚにほぼ直交する移動方向Ｙに確実に移動させることができる。したがって、各シート状部材Ｓが固定配置されたステージ２を移動手段５により移動方向Ｙに移動させて、矢印Ｙ方向におけるホーン３５の押圧面３５ａとステージ２のバックアップ面２１（各シート状部材Ｓ）とを相対的に移動させることによって、ホーン３５の押圧面３５ａによるシート状部材Ｓの押圧位置を連続的に確実に移動させながら、小型のホーン３５により各シート状部材Ｓを接合範囲の全範囲に渡って押圧して接合することができる。
【００４６】
また、加圧手段４は、超音波振動するホーン３５（共振器３１）を押圧方向Ｚにおいて低周波振動させるため、ホーン３５により各シート状部材Ｓがバックアップ面２１に対して加圧される際に、加圧手段４によりホーン３５が押圧方向Ｚに駆動されるときのホーン３５の押圧面３５ａとバックアップ面２１との間隔（ギャップ）を精度よく制御するのは困難である。したがって、加圧手段４により、ホーン３５が下動するときの各シート状部材Ｓへの加圧力が所定値で一定となるようにホーン３５が振動すべく制御されることで、ホーン３５によってバックアップ面２１に固定配置された各シート状部材Ｓが過剰に押圧され加圧されるのを防止することができるので、各シート状部材Ｓがホーン３５により押圧されて破損するのを防止することができる。
【００４７】
また、ホーン３５の押圧面３５ａが、各シート状部材Ｓの接合範囲に対して、押圧方向Ｚおよび移動方向Ｙに直交する幅方向Ｘにおいて幅広に、移動方向Ｙにおける長さＬｈが短く形成されているので、移動手段５により、バックアップ面２１に重ね合わされた状態で固定配置された各シート状部材Ｓを、移動方向Ｙにおける接合範囲の長さＬｍだけホーン３５の押圧面３５ａに対して相対的に移動させるだけで、ホーン３５の押圧面３５ａにより接合範囲の全範囲に渡って各シート状部材Ｓをバックアップ面２１に対して効率よく押圧して加圧することができる。
【００４８】
また、バックアップ部材として、各シート状部材Ｓが重ね合わされた状態でバックアップ面２１に固定配置されたステージ２を、移動手段５により移動方向Ｙに一定速度で移動させることにより、シート状部材Ｓが押圧面３５ａに対応する部分を押圧面３５ａに対して相対的に一定速度で移動方向Ｙに移動させることができる実用的な構成の接合装置１を提供することができる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
この発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。図４は本発明の第２実施形態にかかる接合装置の加圧期間におけるステージの移動状態を説明するための図である。
【００５０】
この実施形態が上記した第１実施形態と異なるのは、図４中に実線で示すように、加圧期間Ｐにおける移動手段５によるステージ２の移動がオフされて、加圧期間Ｐの間、ステージ２が移動停止する点である。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。
【００５１】
この実施形態によれば、上記した実施形態と同様の効果を奏することができると共に、次のような効果を奏することができる。すなわち、各シート状部材Ｓがバックアップ面２１に対してホーン３５の押圧面３５ａにより押圧されて大きな摩擦力が発生する加圧期間Ｐにおいて、各シート状部材Ｓがそのバックアップ面２１に固定配置されたステージ２の移動手段５による移動が停止するので、加圧期間Ｐにおいて発生する摩擦力によって、押圧面３５とバックアップ面２１との間に挟持された各シート状部材Ｓに位置ずれが生じたり、各シート状部材Ｓが破損するのを防止することができる。
【００５２】
なお、この実施形態では、加圧期間Ｐにおけるステージ２の移動を停止させることにより、加圧期間Ｐにおけるステージ２の移動速度が、低周波振動周期の１周期における加圧期間Ｐを除く期間におけるステージ２の移動速度よりも低下するように構成されているが、加圧期間Ｐにおけるステージ２の移動速度を、加圧期間Ｐを除く期間におけるステージ２の移動速度よりも遅くしてステージ２を移動手段５により移動方向Ｙに移動させるだけでもよい。このようにしても、各シート状部材Ｓがバックアップ面２１に対してホーン３５の押圧面３５ａにより押圧されて大きな摩擦力が発生する加圧期間Ｐにおいて、ステージ２の移動手段５による移動速度が低下するので、加圧期間Ｐにおいて発生する摩擦力によって、ホーン３５とバックアップ面２１との間に挟持された各シート状部材Ｓに位置ずれが生じたり、各シート状部材Ｓが破損するのを防止することができる。
【００５３】
なお、ステージ２やヘッド部３にロードセル等により構成される加圧センサを設け、押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧力を加圧センサにより検出できるようにしてもよい。この場合、加圧センサにより押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧力を検出することによって、加圧センサによる検出加圧力に基づいて加圧期間Ｐを検出し、加圧期間Ｐにおける各シート状部材Ｓ（ステージ２）の移動速度が、低周波振動周期の１周期における加圧期間Ｐを除く期間におけるシート状部材Ｓの移動速度よりも低下するように構成してもよい。すなわち、加圧センサによる検出加圧力に基づいて、シート状部材Ｓ（ステージ２）の移動速度が調整されるようにしてもよい。
【００５４】
＜第３実施形態＞
この発明の第３実施形態について図５を参照して説明する。図５は本発明の第３実施形態にかかる接合装置を示す側面図である。
【００５５】
この実施形態が上記した第１および第２実施形態と異なるのは、図５に示すように、接合装置１００が、本発明のバックアップ部材として、ホーン３５の押圧面３５ａに対向する位置に配置され、その外周面１２１により本発明のバックアップ面が形成される回転ドラム１０２を備えている点である。以下では上記した第１実施形態と異なる点を中心に説明し、その他の構成および動作は上記した第１実施形態と同様であるため同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。
【００５６】
この実施形態では、図５に示すように、回転ドラム１０２は、図示省略された駆動モータやプーリー等が組み合わされることにより構成された移動手段によって駆動されることによりその中心軸を回転中心として矢印α方向に回転する。具体的には、移動手段により駆動された回転ドラム１０２は、回転ドラム１０２の外周面１２１のホーン３５の押圧面３５ａとの間にシート状部材Ｓを挟持する位置が移動方向Ｙに一定速度で移動するように回転する。また、重ね合わされた状態の各シート状部材Ｓは、図示省略された巻回ローラや駆動モータ等により構成された移動手段により駆動されて回転ドラム１０２の周速と同じ速度で移動方向Ｙに移動する。
【００５７】
以上のように、この実施形態では、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することができると共に、次のような効果を奏することができる。すなわち、バックアップ部材として、その外周面１２１によりバックアップ面が形成された回転ドラム１０２を、図示省略された移動手段により回転ドラム１０２の外周面１２１の押圧面３５ａとの間にシート状部材Ｓが挟持される位置が移動方向Ｙに一定速度で移動するように回転させることにより、回転ドラム１０２の外周面１２１の押圧面３５ａとの対向位置に供給される各シート状部材Ｓを押圧面３５ａに対して相対的に一定速度で移動させることができる実用的な構成の接合装置１００を提供することができる。
【００５８】
なお、回転ドラム１０２の外周面１０２ａに複数のシート状部材Ｓが重ね合わされた状態で貼り付けられていてもよい。
【００５９】
＜第４実施形態＞
この発明の第４実施形態について図６を参照して説明する。図６は本発明の第４実施形態にかかる接合装置のヘッド部および加圧手段を示す側面図である。
【００６０】
この実施形態が上記した実施形態と異なるのは、図６に示すように、加圧手段４がシリンダ４５を備え、そのねじ穴が加圧手段４のボールねじ４２に螺合する支持手段３３の基部３６ａと、クランプ手段３７が設けられた支持手段３３の基部３６ｂとが、シリンダ４５を介して連結されている点である。そして、この実施形態では、シリンダ４５は、基部３６ａに対して基部３６ｂを押圧方向Ｚ（同図に向かって下方向）に所定の一定加圧力で加圧するように空気等の流体の流入量が設定されている。その他の構成および動作は上記した実施形態と同様であるため同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。
【００６１】
以上のように、この実施形態では、上記した実施形態と同様の効果を奏することができると共に、次のような効果を奏することができる。すなわち、この実施形態では、図６に示すように、加圧手段４により共振器３１が押圧方向Ｚに駆動されてホーン３５の押圧面３５ａにより重ね合わされた状態の複数のシート状部材Ｓが加圧される際に、各シート状部材Ｓ（ステージ２）側からの応力に応じてシリンダ４５内でピストンが移動することにより、各シート状部材Ｓは、シリンダ４５が基部３６ｂを加圧する所定の一定加圧力と同じ加圧力でホーン３５の押圧面３５ａにより加圧される。したがって、各シート状部材Ｓを、加圧期間Ｐにおいて、ホーン３５の押圧面３５ａにより所定の一定加圧力でより高精度に加圧することができる。
【００６２】
＜第５実施形態＞
この発明の第５実施形態について図７を参照して説明する。図７は本発明の第５実施形態にかかる接合装置へのシート状部材の供給方法の一例を示す図である。
【００６３】
この実施形態が上記した第１実施形態と異なるのは、図７に示すように、第１および第２の供給ローラ５７ａ，５７ｂそれぞれに巻回保持された各シート状部材Ｓが、矢印方向に回転する駆動ローラ５８ａおよび従動ローラ５８ｂによりニップされることで重ね合わされた状態で、ステージ２のバックアップ面２１とホーン３５の押圧面３５ａとの間に供給される点である。また、ホーン３５の押圧面３５ａにより加圧されて接合された後の各シート状部材Ｓは収納ローラ５９に巻回されて収納される。その他の構成および動作は上記した実施形態と同様であるため同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。
【００６４】
第１および第２の供給ローラ５７ａ，５７ｂそれぞれに巻回保持された各シート状部材Ｓは、例えば駆動ローラ５８ａおよび収納ローラ５９が図示省略された駆動モータ等の駆動手段により図７中の矢印方向に回転することにより、重ね合わされた状態で押圧面３５ａに対向する位置に供給される。したがって、重ね合わされた状態の各シート状部材Ｓを、駆動ローラ５８ａおよび収納ローラ５９により駆動して押圧面３５に対して所定の移動速度で相対的に移動させることにより、接合後の各シート状部材Ｓを収容ローラ５９に収容しつつ、第１および第２の供給ローラ５７ａ，５７ｂから新しいシート状部材Ｓを、押圧面３５ａとバックアップ面２１との間に重ね合わされた状態で供給することができる。
【００６５】
以上のように、この実施形態では、上記した実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、駆動ローラ５８ａおよび収容ローラ５９が本発明の「移動手段」として機能している。また、この実施形態では、ステージ２は移動手段により必ずしも駆動される必要はない。
【００６６】
＜第６実施形態＞
この発明の第６実施形態について図８を参照して説明する。図８は本発明の第６実施形態にかかる接合装置の加圧期間におけるステージの移動状態を説明するための図である。
【００６７】
この実施形態が上記した第２実施形態と異なるのは、図８中に示すように、加圧手段４が、共振器３１を矩形波状に低周波振動させている点である。その他の構成および動作は、上記した実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。
【００６８】
加圧手段４は、図８中に点線で示すように、矩形波状に低周波振動するように制御装置から出力された制御信号に基づいて駆動される。なお、加圧手段４をステップ状に駆動する制御信号に対して多少の制御遅れが加圧手段４に生じることがある。この場合には、共振器３１は、例えば、図８中の実線に示すように矩形波状の制御信号（図８中の点線）に対して少し制御遅れが生じた状態で低周波振動する。そして、上記した第２実施形態と同様に、図８中に太い実線で示す加圧期間Ｐにおいて、移動手段５によるステージ２の移動がオフされてステージ２が移動停止する。
【００６９】
なお、上記したように加圧手段４に制御遅れが生じる場合には、押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧力を検出する加圧センサによる検出加圧力に基づいて、シート状部材Ｓ（ステージ２）の移動速度が調整されるようにするとよい。このようにすると、確実に加圧期間Ｐにおけるシート状部材Ｓ（ステージ２）の移動速度を調整することができる。また、上記した第１、第３〜第５実施形態において、共振器３１を矩形波状に低周波振動させてもよい。また、共振器３１を矩形波状に低周波振動させるデューティ比は、接合の対象物であるシート状部材Ｓの材質等に応じて適宜設定すればよい。
【００７０】
この実施形態によれば、上記した第２実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７１】
＜第７実施形態＞
この発明の第７実施形態について図９を参照して説明する。図９は本発明の第７実施形態にかかる接合装置が備えるホーンを示す縦断面図である。
【００７２】
この実施形態が上記した各実施形態と異なるのは、図９のホーン３５に示すように、押圧面３５ａの端縁に沿った角部が面取りされることにより、ホーン３５の押圧面３５の端縁に沿って曲面部３５ｂが設けられている点である。その他の構成および動作は、上記した実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。
【００７３】
ホーン３５の押圧面３５ａの端縁に沿って角部が設けられていると、この角部によりエッジが形成される。そのため、シート状部材Ｓの当該エッジが当接する部分が破損するおそれがある。しかしながら、上記したように、ホーン３５の押圧面３５ａの端縁に沿って曲面部３５ｂが設けられることにより、前記エッジによりシート状部材Ｓが破損するのを防止することができる。
【００７４】
＜第８実施形態＞
この発明の第８実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は本発明の第８実施形態にかかる接合装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００７５】
この実施形態が上記した第６実施形態と異なるのは、図１０中においてホーン３５の高さ位置を示す図に示すように、接合が完了するための条件を満足すればホーン３５の押圧面３５ａによる押圧を停止してホーン３５を初期位置（この実施形態では押圧面３５ａとシート状部材Ｓとの接触位置）まで復帰移動させる駆動信号を出力する点である。なお、この実施形態では、ホーン３５の押圧面３５ａがシート状部材Ｓに接触してからの押込み量が所定値Ｚ１に達したタイミングが、接合が完了するための条件として予め設定されている。また、この実施形態では、加圧期間Ｐの間に超音波振動が印加される。その他の構成および動作は、上記した実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。
【００７６】
加圧手段４は、図１０中に点線で示すように、ホーン３５をステップ状に駆動させるように制御装置から出力された駆動信号に基づいて駆動される。すなわち、押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧を開始する際に、ホーン３５をＺ方向に所定値Ｚ１だけステップ状に駆動させる制御信号が制御装置から出力される。また、押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧を開始する際に超音波振動の印加が開始される。また、ホーン３５によるシート状部材Ｓの押込み量が所定値Ｚ１に達して、接合が完了するための条件を満足すれば、ホーン３５を初期位置にステップ状に復帰移動するように駆動させる制御信号が制御装置から出力される。なお、押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧を開始する際に、ホーン３５をＺ方向に所定値Ｚ１以上の大きさでステップ状に駆動させる制御信号が制御装置から出力されてもよい。
【００７７】
また、図１０中に示すように、ホーン３５の復帰移動が開始されると超音波振動の印加が停止されると共に、ステージ２の移動が開始される。そして、ステージ２が所定量だけ移動すれば、再度、ホーン３５の押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧が開始される。なお、ステージ２が所定量だけ移動すれば、ホーン３５の復帰移動が完了していなくてもホーン３５の押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧が開始されるようにしてもよい。また、ステージ２の所定量の移動が完了する前にホーン３５の復帰移動が完了した場合には、ステージ２の所定量の移動が完了するまで初期位置にホーン３５を待機させてもよいし、ステージ２の移動を停止させてホーン３５の押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧が開始されるようにしてもよい。
【００７８】
以上のように、この実施形態では、ホーン３５の押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧が、接合が完了するための条件を満足するまで継続されるので、シート状部材Ｓどうしを確実に接合することができる。
【００７９】
なお、接合が完了するための条件を満足するのに要する加圧期間Ｐの長さは、接合の対象物であるシート状部材Ｓの材質や状態等に応じて、加圧動作ごとに変化するが、ホーン３５を復帰移動させるのに要する時間はほぼ一定である。したがって、この実施形態では、各低周波振動周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、接合が完了するための条件を満足するのに要する加圧期間Ｐの長さに応じて変化すると共に、各低周波振動周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３における加圧期間Ｐのデューティ比も変化する。したがって、この実施形態では、接合が完了するための条件を満足するのに要した時間に応じてホーン３５の低周波振動周期を変化させるように制御されている。
【００８０】
また、この実施形態では、初期位置からのホーン３５の押込み量が所定値Ｚ１に達したタイミングでホーン３５の押圧面３５ａによる押圧を停止するように設定されている。しかしながら、別途、加圧センサの検出加圧力等に基づいて実際にホーン３５の押圧面３５ａがシート状部材Ｓに接触した位置を検出し、当該検出位置からのホーン３５の押込み量が所定値Ｚ１に達したタイミングでホーン３５の押圧面３５ａによる押圧を停止するようにしてもよい。このようにすれば、シート状部材Ｓにうねりが生じていたり、シート状部材Ｓの厚みにばらつきが生じている場合であっても、シート状部材Ｓをホーン３５の押圧面３５ａにより所定の押込み量だけ確実に押圧することができる。
【００８１】
＜第９実施形態＞
この発明の第９実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は本発明の第９実施形態にかかる接合装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００８２】
この実施形態が上記した第８実施形態と異なるのは、図１１中においてホーン３５の高さ位置を示す図と超音波振動エネルギーを示す図に示すように、接合が完了するための条件が異なる点である。なお、この実施形態では、ホーン３５の押圧面３５ａからシート状部材Ｓに印加された超音波振動エネルギーの総量（ワット（Ｗ）またはジュール（Ｊ））が所定値に達したタイミングが、接合が完了するための条件として予め設定されている。また、この実施形態では、加圧期間Ｐの間、すなわち、シート状部材Ｓに印加された超音波振動エネルギーの総量が所定値に達するまでの間に超音波振動が印加される。その他の構成および動作は、上記した第８実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。
【００８３】
加圧手段４は、図１１中に点線で示すように、ホーン３５をステップ状に駆動させるように制御装置から出力された駆動信号に基づいて駆動される。すなわち、押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧を開始する際に、ホーン３５をＺ方向に例えば所定値Ｚ１だけステップ状に駆動させる制御信号が制御装置から出力される。また、押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧を開始する際に超音波振動の印加が開始される。また、ホーン３５によりシート状部材Ｓに印加された超音波振動エネルギーの総量が所定値に達して、接合が完了するための条件を満足すれば、ホーン３５を初期位置にステップ状に復帰移動するように駆動させる制御信号が制御装置から出力される。なお、同図中に示すように、接合が完了するための条件を満足したタイミングでのホーン３５の高さ位置にばらつきが生じても構わない。
【００８４】
また、図１１中に示すように、ホーン３５の復帰移動が開始されると超音波振動の印加が停止されると共に、ステージ２の移動が開始される。そして、ステージ２が所定量だけ移動すれば、再度、ホーン３５の押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧が開始される。なお、ステージ２が所定量だけ移動すれば、ホーン３５の復帰移動が完了していなくてもホーン３５の押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧が開始されるようにしてもよい。また、ステージ２の所定量の移動が完了する前にホーン３５の復帰移動が完了した場合には、ステージ２の所定量の移動が完了するまで初期位置にホーン３５を待機させてもよいし、ステージ２の移動を停止させてホーン３５の押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧が開始されるようにしてもよい。
【００８５】
以上のように、この実施形態では、上記した第８実施形態と同様に、ホーン３５の押圧面３５ａによるシート状部材Ｓに対する加圧が、接合が完了するための条件を満足するまで継続されるので、シート状部材Ｓどうしを確実に接合することができる。
【００８６】
なお、上記した第８実施形態と同様に、接合が完了するための条件を満足するのに要する加圧期間Ｐの長さは、接合の対象物であるシート状部材Ｓの材質や状態等に応じて、加圧動作ごとに変化するが、ホーン３５を復帰移動させるのに要する時間はほぼ一定である。したがって、この実施形態では、各低周波振動周期Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６は、接合が完了するための条件を満足するのに要する加圧期間Ｐの長さに応じて変化すると共に、各低周波振動周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３における加圧期間Ｐのデューティ比も変化する。したがって、この実施形態では、接合が完了するための条件を満足するのに要した時間に応じてホーン３５の低周波振動周期を変化させるように制御されている。
【００８７】
また、この実施形態において、接合が完了するための条件として、第８実施形態における押込み量の条件がさらに設定されていてもよい。この場合において、押込み量およびエネルギー総量の少なくとも一方の条件を満足した場合に、接合が完了するための条件を満足したと判定するようにしてもよいし、押込み量およびエネルギー総量の両方の条件を満足した場合に、接合が完了するための条件を満足したと判定するようにしてもよい。
【００８８】
また、この実施形態では、初期位置においてホーン３５の押圧面３５ａがシート状部材Ｓに接触することを前提としてシート状部材Ｓに超音波振動が印加されている。しかしながら、上記した第８実施形態と同様に、別途、加圧センサの検出加圧力等に基づいて実際にホーン３５の押圧面３５ａがシート状部材Ｓに接触した位置を検出し、当該検出位置に基づいてホーン３５の押圧面３５ａからシート状部材Ｓに超音波振動が印加されるようにしてもよい。このようにすれば、シート状部材Ｓにうねりが生じていたり、シート状部材Ｓの厚みにばらつきが生じている場合であっても、シート状部材Ｓにホーン３５の押圧面３５ａから所定のエネルギー総量の超音波振動エネルギーを確実に印加することができる。
【００８９】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００９０】
また、上記した実施形態において、加圧しながら超音波振動を印加することによりシート状部材Ｓ（被接合物）を接合する際に、接合の対象物であるシート状部材Ｓをヒータ等の加熱手段により加熱するようにしてもよい。超音波振動による接合処理においては、一般的に、ａ）被接合物に対する加圧力、ｂ）被接合物に印加される超音波振動の振幅の大きさ、ｃ）被接合物に対する超音波振動の印加時間、により決定される接合のエネルギーに依存することが知られている。
【００９１】
上記した実施形態では、移動手段により被接合物を加圧手段による加圧方向に直交する方向に確実に移動させるために、被接合物の種類によっては、被接合物に対する加圧力を小さくしたり、被接合物に対する超音波振動の印加時間を短くしなければならないときがある。この場合に、被接合物に印加される接合のエネルギーは小さくなるが、上記したように被接合物を加熱して熱エネルギーを加えることにより、被接合物に印加される接合のエネルギーが小さくなっても被接合物どうしを確実に接合することができる。
【００９２】
したがって、移動手段により被接合物を加圧手段による加圧方向に直交する方向に確実に移動させるために、被接合物に対する加圧力を小さくしたり、被接合物に対する超音波振動の印加時間を短くしたり、超音波振動の振幅を小さくしても、被接合物を加熱することにより被接合物どうしを確実に接合することができる。また、加熱することにより、接合が完了するための条件を満足するのに要する時間を安定させることができる。なお、被接合物を加熱するためのヒータは、ステージ（バックアップ手段）やホーン（押圧体）に設けられた穴内に埋設することにより配設したり、ホーンの押圧面にセラミックヒータを貼り付けて配設したりするとよい。
【００９３】
また、上記した実施形態では、２枚のシート状部材Ｓが重ね合わされて接合されているが、３枚以上のシート状部材Ｓが重ね合わされて接合されてもよい。
【００９４】
また、上記した各実施形態において説明した構成をどのように組み合わせてもよい。例えば、上記した第１および第２実施形態において、第３実施形態と同様に、図示省略された巻回ローラや駆動モータ等により構成された移動手段により、重ね合わされた状態の複数のシート状部材Ｓが、ホーン３５の押圧面３５ａとステージ２との間に供給されるようにしてもよい。また、例えば、上記した第３実施形態において、第５実施形態と同様に、各シート状部材Ｓが重ね合わされてホーン３５の押圧面３５ａとステージ２との間に供給されるようにしてもよい。
【００９５】
また、重ね合わされた状態の複数のシート状部材Ｓの移動方向は上記した矢印Ｙの方向に限定されるものではなく、移動方向は、押圧方向Ｚにほぼ直交する方向であればどの方向であってもよい。
【００９６】
また、押圧体および押圧面の形状等の構成は上記したホーン３５の構成に限定されるものではなく、押圧面を有し、シート状部材Ｓをバックアップ面に対して押圧面により押圧できる構成であれば、押圧体をどのような形状に構成してもよい。例えば、その側面視形状が押圧面３５ａに向ってくちばし状に先細りする形状にホーン３５を構成することができる。また、押圧体によるシート状部材Ｓに対する加圧力は、シート状部材Ｓの材質や厚み等の構成に応じて、適宜、最適な加圧力を設定すればよい。
【００９７】
また、各シート状部材Ｓの接合範囲に対して、幅方向Ｘにおいて幅が狭い押圧面３５ａを有するホーン３５を複数個並設して各シート状部材Ｓが加圧されるようにしてもよい。このようにすることにより、複数個のホーン３５により各シート状部材Ｓの接合範囲を全範囲に渡って加圧することができる。また、各シート状部材Ｓの接合範囲に対して、幅方向Ｘにおいて幅が狭い押圧面３５ａを有するホーン３５の幅方向Ｘにおける位置をずらしながら各シート状部材Ｓが加圧されるようにしてもよい。このようにすることにより、１個のホーン３５により各シート状部材Ｓの接合範囲を全範囲に渡って加圧することができる。
【００９８】
また、本発明の加圧手段および移動手段は上記した構成に限られるものではなく、ステージ２や回転ドラム１０２、共振器３１を移動させることができれば、リニアモータやシリンダ等の周知のアクチュエータを用いるなど、どのように加圧手段および移動手段を構成してもよい。また、ヘッド部２がシート状部材Ｓに対して相対的に移動するように移動手段を構成してもよいし、ヘッド部２と、シート状部材Ｓとの両方が互いに相対的に移動するように移動手段を構成してもよい。
【００９９】
また、押圧体およびバックアップ部材それぞれの配置位置は、図１の紙面に向かって上下方向に並べて配置された上記した例に限定されるものではなく、押圧体およびバックアップ部材の上下方向の位置を入れ換えて配置してもよいし、押圧体およびバックアップ部材を図１の紙面に向かって左右方向に並べて配置してもよい。
【０１００】
また、上記した実施形態において、加圧しながら超音波振動を印加することによりシート状部材Ｓ（被接合物）を接合する際に、接合の対象物であるシート状部材Ｓを空冷や水冷により冷却するようにしてもよい。このようにすると、シート状部材Ｓに対する過剰な超音波振動の印加が抑制されるので、シート状部材Ｓが破損するのを抑制することができる。
【０１０１】
また、上記した第８および第９実施形態における接合が完了するための条件を、上記した第１実施形態〜第７実施形態において、超音波振動の印加を停止するための条件としてもよい。このようにすると、シート状部材Ｓ（被接合物）に対して過剰な超音波振動が印加されるのが防止されるので、シート状部材Ｓが破損するのを防止することができる。
【０１０２】
そして、振動を印加しながら重ね合わされた複数のシート状部材を押圧して接合する技術に本発明を広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１００…接合装置
２…ステージ（バックアップ部材）
２１…バックアップ面
３２…振動子（振動生成手段）
３５…ホーン（押圧体）
３５ａ…押圧面
４…加圧手段（加圧部、振動生成手段）
５…移動手段
５８ａ…駆動ローラ（移動手段）
５９…収容ローラ（移動手段）
１０２…回転ドラム（バックアップ部材）
１２１…外周面（バックアップ面）
Ｐ…加圧期間
Ｓ…シート状部材
Ｙ…移動方向
Ｚ…押圧方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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