(57)【要約】【課題】溶着対象物を所望の強度で確実に接合できかつ溶着対象物の溶着状況を正確に判定できる超音波溶着装置を提供する。【解決手段】  超音波溶着装置１は超音波溶着機４とレーザドップラ速度計５と制御装置６を備えている。超音波溶着機４は溶着対象物としてのＦＦＣを挟むチップ９とアンビル１０とを備えている。レーザドップラ速度計５はチップ９の速度を検出して制御装置６に向かって出力する。制御装置６は超音波溶着機４の圧電振動子に印加された電圧値と電流値に基づいてチップ９に加えられた仕事率を算出する。制御装置６は仕事率の変化率を算出する。制御装置６は仕事率の変化率が第１の所定の値以下となった後に第２の所定の値以上となるとチップ９の総変位量を算出しこの総変位量が第３の所定の値を超えると超音波溶着機４を停止する。制御装置６はチップ９の総変位量に基づいて溶着対象物としてのＦＦＣの溶着状況の良否を判定する。【選択図】図１０
2008183622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に複数の溶着対象物を挟みかつチップとアンビルとを互いに近づける方向に加圧した状態で、前記圧電振動子によりチップを振動させて該振動を前記溶着対象物に伝えることで、前記溶着対象物を互いに溶着する超音波溶着装置において、
前記溶着対象物は、金属からなる導体と、前記導体を被覆する合成樹脂からなる被覆部とからなり、
前記チップの振動する際の速度を検出可能な検出手段と、
前記圧電振動子に印加される電圧値と、当該圧電振動子に流れる電流値を検出する第２検出手段と、
前記第２検出手段が検出した電圧値と電流値とを掛け算して、前記溶着対象物に加えられた仕事率を算出する仕事率算出手段と、
前記仕事率算出手段が算出した仕事率の変化率を求め、該変化率が第１の所定の値以下となった後に当該第１の所定の値よりも大きな第２の所定の値以上となると、前記導体間から被覆部が除去されたと判定する変化率判定手段と、
前記変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、前記検出手段が検出した前記チップの振動する際の速度から前記導体間から被覆部が除去されてからの前記チップの総変位量を算出する算出手段と、
前記算出手段が算出した前記チップの総変位量に基づいて、前記チップの振動を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする超音波溶着装置。
【請求項２】
前記算出手段が算出した前記チップの総変位量に基づいて、前記溶着対象物の溶着状況の良否を判定する判定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波溶着装置。
【請求項３】
圧電振動子により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に複数の溶着対象物を挟んで、前記圧電振動子によりチップを振動させて該振動を前記溶着対象物に伝えることで、前記溶着対象物を互いに溶着する超音波溶着装置において、
前記溶着対象物は、金属からなる導体と、前記導体を被覆する合成樹脂からなる被覆部とからなり、
前記チップの振動する際の速度を検出可能な検出手段と、
前記圧電振動子に印加される電圧値と、当該圧電振動子に流れる電流値を検出する第２検出手段と、
前記第２検出手段が検出した電圧値と電流値とを掛け算して、前記溶着対象物に加えられた仕事率を算出する仕事率算出手段と、
前記仕事率算出手段が算出した仕事率の変化率を求め、該変化率が第１の所定の値以下となった後に当該第１の所定の値よりも大きな第２の所定の値以上となると、前記導体間から被覆部が除去されたと判定する変化率判定手段と、
前記変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、前記検出手段が検出した前記チップの振動する際の速度から前記導体間から被覆部が除去されてからの前記チップの総変位量を算出する算出手段と、
前記算出手段が算出した前記チップの総変位量に基づいて、前記溶着対象物の溶着状況の良否を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする超音波溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、複数の被覆電線などの溶着対象物を溶着する超音波溶着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体としての自動車には、種々の電子機器が搭載される。前記自動車は、前記電子機器にバッテリなどの電源から電力や制御装置から制御信号などを伝えるためにワイヤハーネスを配索している。前述したワイヤハーネスは、複数の電線などを備えている。
【０００３】
これらの電線には、それぞれの芯線に外部からのノイズが侵入することを防止するために、シールド電線が用いられることがある。シールド電線は、導電性を有する編組からなるシールド部を備えている。このシールド部が、前記芯線内にノイズが侵入することを防止する。
【０００４】
ここで、近年、前述したワイヤハーネスの低コスト化を図ることが望まれている。このために、前記シールド部を備えない電線を複数本束ね、これらの複数本の電線に薄膜の導体層を有する導体薄膜シートを巻き付けて、ワイヤハーネスを構成することが提案されている。このような構成にすることによって、低コスト化とノイズの侵入防止とを図ることができる。
【０００５】
また、このような構成においても、前記ノイズを取り出すために、前記導体層にアース電線または端子などを取り付ける必要がある。アース電線は、導電性の芯線と、絶縁性の被覆部とを備えている。芯線は、複数の導線からなる。被覆部は絶縁性の合成樹脂からなり、前記芯線を被覆している。
【０００６】
前記導体層にアース電線などを取り付けるために、導体薄膜シートに孔を開けて、該孔に前述したアース電線などの端部を通した後、ワッシャ、ボルト、ナットなどを用いて導体薄膜シートとアース電線とを固定することが考えられる。
【０００７】
この場合、前記アース電線の被覆部の一部を除去するなどの皮むき作業が必要となり、組み立てにかかる工数が増加することが考えられる。また、ワッシャ、ボルト、ナットなどの部品が必要になるので、部品点数が増加する。したがって、コストが高騰することが考えられる。さらに、前述したボルトとナットなどを締め付ける際に、導体層が破損して、確実に前述したアース電線を導体層に接続できないことが考えられる。このため、電線の芯線に侵入しようとするノイズを、外部に逃がすことが困難となる。
【０００８】
前述した課題を解決するために、本発明の出願人は、導体薄膜シートとアース電線とを重ねて、これらを近づける方向に加圧した状態で、超音波振動エネルギを付与することを提案している。超音波振動エネルギを付与することにより、前記導体薄膜シートの導体層とアース電線の芯線とを金属結合（接合）する。こうして、導体薄膜シートの導体層とアース電線とを電気的に接続する。この方法では、周知の超音波溶着装置（超音波接合装置又は超音波溶接装置ともいい、例えば、特許文献１参照。）を用いる。
【０００９】
前記超音波溶着装置は、チップ（工具ホーンともいう）と、このチップに相対するアンビルと、図示しない圧電振動子などを備えている。超音波溶着装置は、前記チップとアンビルとの間に溶着対象物としての導体薄膜シートとアース電線とを挟む。超音波溶着装置は、圧電振動子を振動させ、この振動をチップを介して溶着対象物に加える。超音波溶着装置は、これらの溶着対象物としての導体薄膜シートとアース電線とを接合する。
【００１０】
このとき、超音波溶着装置は、溶着対象物に与えるエネルギに基づいて、前記チップなどの振動状況を制御している。溶着対象物に加える超音波振動エネルギが一定となるように、前記圧電振動子の発振時間即ちチップの振動時間を制御している。超音波振動エネルギとは、発振時間と、チップが溶着対象物に加える仕事率（工率）と、の積である。チップが溶着対象物に加える仕事率（工率）とは、チップの振幅と、チップと溶着対象物との圧力と、の積である。又、チップが溶着対象物に加える仕事率（工率）は、前記圧電振動子に加えられた電力値と同等である。
【００１１】
前述した従来の超音波溶着装置では、チップとアンビルとを予め定められる圧力で加圧した状態で、圧電振動子を予め定められる振幅で振動する。そして、この振動をチップを介して、溶着対象物に伝える。圧電振動子の発振時間が、予め定められる時間を超えると、圧電振動子を停止して、溶着対象物の接合を停止する。このように、従来の超音波溶着装置は、圧電振動子の振幅と、圧電振動子の発振時間に基づいて、溶着対象物を接合する。
【００１２】
また、前述した従来の超音波溶着装置では、前記発振時間に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定している。即ち、実際に圧電振動子が発振した時間が、予め定められる時間内であるか否かで良否を判定する。
【００１３】
前述した従来の超音波溶着装置では、圧電振動子の発振に関する情報を、制御に用いている。実際には、超音波溶着する際に、溶着対象物から異音が発生したり、該溶着対象物が発熱するなどの、圧電振動子が発振して得られた超音波振動エネルギの全てが溶着対象物に加わるわけではない。このため、前述した超音波溶着装置は、溶着対象物を所望の強度で接合できるとはいえないとともに、溶着対象物の溶着状況の良否を正確に判定できない。
【００１４】
このため、特開平５−２０６２２４号公報に示された超音波溶着装置では、チップが振動する際の振幅を測定している。前述した公報に示された超音波溶着装置は、圧電振動子の発振開始即ち超音波溶着（超音波溶接または超音波接合ともいう）の開始後、チップの振幅が予め定められる振幅を下回ると、圧電振動子の発振即ち超音波溶着を停止する。そして、圧電振動子の発振時間が、予め定められる時間内であるか否かで良否を判定する。
【００１５】
超音波溶着では、溶着対象物の形状及び大きさなどによって、時間の経過に対するチップの振幅の変化が種々異なる。このため、前述した公報に記載された超音波溶着装置では、チップの振幅が予め定められる振幅を下回ると超音波溶着を停止するため、溶着対象物に実際に加わった超音波振動エネルギは、溶着対象物の変更により種々変化することとなる。また、圧電振動子の発振時間に基づいて良否を判定するため、溶着対象物の溶着状況を正確に判定できないのは、勿論である。このため、前述した特許文献１に記載の超音波溶着装置は、溶着対象物を所望の強度で接合できるとはいえないとともに、溶着対象物の溶着状況の良否を正確に判定できない。
【００１６】
このため、本発明の出願人は、チップの総変位量を算出し、この算出したチップの総変位量に基づいて、圧電振動子を制御するとともに溶着対象物の溶着状態の良否を判定する超音波溶着装置（例えば、特許文献２参照。）を提案している。
【００１７】
【特許文献１】特開平５−２０６２２４号公報
【特許文献２】特願２００２−１４３３８３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
また、前述した溶着対象物として、金属からなる導体と、該導体を被覆する合成樹脂とからなる電線などを用いる場合がある。この場合、複数の溶着対象物を重ねて、これらの溶着対象物を接合する際に、まず、合成樹脂が溶けて、導体間から除去される。その後、溶着対象物の導体が相互に超音波溶着する。
【００１９】
このように、金属からなる導体と該導体を被覆する合成樹脂とからなる電線などを溶着対象物として超音波溶着すると、溶着対象物に与えた超音波振動エネルギで絶縁体を溶かす。絶縁体を溶かすために用いられる超音波振動エネルギがばらつくことが知られている。このため、前述した特許文献２に記載の超音波溶着装置は、溶着対象物を所望の強度で接合できないのが明らかであるとともに、溶着対象物の溶着状況の良否を正確に判定できないのは明らかである。
【００２０】
したがって、本発明の第１の目的は、合成樹脂で被覆された溶着対象物を所望の強度で確実に接合できる超音波溶着装置を提供することにある。第２の目的は、合成樹脂で被覆された溶着対象物の溶着状況の良否を正確に判定できる超音波溶着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前述した第１の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の超音波溶着装置は、圧電振動子により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に複数の溶着対象物を挟みかつチップとアンビルとを互いに近づける方向に加圧した状態で、前記圧電振動子によりチップを振動させて該振動を前記溶着対象物に伝えることで、前記溶着対象物を互いに溶着する超音波溶着装置において、前記溶着対象物は、金属からなる導体と、前記導体を被覆する合成樹脂からなる被覆部とからなり、前記チップの振動する際の速度を検出可能な検出手段と、前記圧電振動子に印加される電圧値と、当該圧電振動子に流れる電流値を検出する第２検出手段と、前記第２検出手段が検出した電圧値と電流値とを掛け算して、前記溶着対象物に加えられた仕事率を算出する仕事率算出手段と、前記仕事率算出手段が算出した仕事率の変化率を求め、該変化率が第１の所定の値以下となった後に当該第１の所定の値よりも大きな第２の所定の値以上となると、前記導体間から被覆部が除去されたと判定する変化率判定手段と、前記変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、前記検出手段が検出した前記チップの振動する際の速度から前記導体間から被覆部が除去されてからの前記チップの総変位量を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した前記チップの総変位量に基づいて、前記チップの振動を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２２】
前述した第１の目的にくわえ、第２の目的を達成するために、請求項２に記載の本発明の超音波溶着装置は、請求項１に記載の超音波溶着装置において、前記算出手段が算出した前記チップの総変位量に基づいて、前記溶着対象物の溶着状況の良否を判定する判定手段を備えたことを特徴としている。
【００２３】
前述した第２の目的を達成するために、請求項３に記載の本発明の超音波溶着装置は、圧電振動子により振動されるチップと、前記チップに相対するアンビルと、を備え、前記チップとアンビルとの間に複数の溶着対象物を挟んで、前記圧電振動子によりチップを振動させて該振動を前記溶着対象物に伝えることで、前記溶着対象物を互いに溶着する超音波溶着装置において、前記溶着対象物は、金属からなる導体と、前記導体を被覆する合成樹脂からなる被覆部とからなり、前記チップの振動する際の速度を検出可能な検出手段と、前記圧電振動子に印加される電圧値と、当該圧電振動子に流れる電流値を検出する第２検出手段と、前記第２検出手段が検出した電圧値と電流値とを掛け算して、前記溶着対象物に加えられた仕事率を算出する仕事率算出手段と、前記仕事率算出手段が算出した仕事率の変化率を求め、該変化率が第１の所定の値以下となった後に当該第１の所定の値よりも大きな第２の所定の値以上となると、前記導体間から被覆部が除去されたと判定する変化率判定手段と、前記変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、前記検出手段が検出した前記チップの振動する際の速度から前記導体間から被覆部が除去されてからの前記チップの総変位量を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した前記チップの総変位量に基づいて、前記溶着対象物の溶着状況の良否を判定する判定手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２４】
複数の溶着対象物が金属からなる導体と該導体を被覆する合成樹脂からなる被覆部とを備えている場合に、これらの溶着対象物同士を超音波溶着すると、最初に、被覆部が溶けて、該被覆部が導体間から除去されることが知られている。その後、導体同士が接触して、これらの導体同士が超音波溶着されることが知られている。
【００２５】
このとき、溶着対象物に加わる仕事率は、図１５に示すように、時間の経過とともに変化する。図１５中の範囲Ａで示す仕事率の変化率が比較的低い間は、被覆部が溶けて、溶けた被覆部が導体間から除去される。そして、導体同士が互いに接触すると、図１５中の範囲Ｂで示すように仕事率が急激に高くなって、該仕事率の変化率が大きくなる。これは、被覆部が溶けて、溶けた被覆部が導体間から除去されて、導体同士が接触するまでは、溶着対象物間の摩擦が低いためと考えられる。また、導体同士が接触すると、溶着対象物間の摩擦が高くなるためと考えられる。
【００２６】
また、同じ条件で同じ溶着対象物同士を超音波溶着しても、図１６に示すように、時間の経過に対する溶着対象物に加わる仕事率の変化が異なることが知られている。図１６中の実線と一点鎖線と二点鎖線と点線は、同じ溶着対象物同士を超音波溶着したときの時間の経過に対する溶着対象物に加わる仕事率の変化を示している。図１６中の実線は、１組目の溶着対象物同士を超音波溶着したときを示している。図１６中の一点鎖線は、２組目の溶着対象物同士を超音波溶着したときを示している。図１６中の二点鎖線は、３組目の溶着対象物同士を超音波溶着したときを示している。図１６中の点線は、４組目の溶着対象物同士を超音波溶着したときを示している。
【００２７】
同じ条件で同じ溶着対象物同士を超音波溶着しても、図１６に示すように、時間の経過に対する溶着対象物に加わる仕事率の変化が異なるため、前記溶着対象物に加わる超音波振動エネルギも異なることとなる。このため、勿論、溶着対象物同士を超音波溶着するときのチップの総変位量も異なり、勿論、溶着後の溶着対象物同士の引張り強度も異なることとなる。
【００２８】
したがって、チップの総変位量が同じであっても、同じ条件で同じ溶着対象物同士を超音波溶着したときの溶着対象物同士の引張り強度がばらつくこととなる。さらに、溶着対象物同士の引張り強度が同じであっても、同じ条件で同じ溶着対象物同士を超音波溶着したときのチップの総変位量がばらつくこととなる。これは、被覆部を溶かして導体間から除去するために必要となる超音波振動エネルギがばらつくためと考えられる。
【００２９】
請求項１に記載した本発明の超音波溶着装置によれば、仕事率算出手段が算出した仕事率の変化率に基づいて、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたか否かを判定する。変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、チップの振動即ち溶着対象物の導体に加わる超音波振動エネルギを制御する。
【００３０】
このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて超音波溶着を制御する。このため、溶着対象物に所望の超音波振動エネルギを確実に付与できる。
【００３１】
また、駆動源に与えられた電力に関する情報に基づいて、仕事率を算出する。このため、仕事率を確実に算出できる。
【００３２】
溶着対象物に加わる仕事率の変化率が第１の所定の値以下となった後に、溶着対象物に加わる仕事率の変化率が第２の所定の値以上となると、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定するのが望ましい。第１の所定の値は、導体間の被覆部が溶けて、溶けた被覆部が導体間に位置していることを示す値であるのが望ましい。第１の所定の値は、図１５中にＡで示される範囲の仕事率Ｗの変化率以上で、かつ図１５中にＢで示される範囲の仕事率Ｗの変化率より小さいのが望ましい。
【００３３】
また、第２の所定の値は、導体間から溶けた被覆部が除去されて導体同士が接触したことを示す値であるのが望ましい。第２の所定の値は、第１の所定の値より大きく、かつ図１５中にＢで示される範囲の仕事率Ｗの変化率以下であるのが望ましい。
【００３４】
変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定した後に、チップの総変位量が予め定められる値を超えると、チップの振動を停止するように、制御するのが望ましい。チップの総変位量の予め定められる値とは、溶着対象物の導体同士を所望の接合強度で溶着できる総変位量を示している。このため、チップの総変位量の予め定められる値とは、溶着対象物及び求められる接合強度により、種々変化する。この場合、溶着対象物に所望の超音波振動エネルギをより確実に付与できる。
【００３５】
なお、超音波振動エネルギとは、発振時間と、電源が圧電振動子に印加する際の電力値（Ｗ：ワット数）と、の積である。しかし、実際に、溶着対象物に加わる超音波振動エネルギとは、溶着対象物同士の挙動に基づくこととなる。図１４に示す超音波溶着装置１は、圧電振動子により振動されるチップ９と、このチップ９と相対するアンビル１０とを備えている。チップ９とアンビル１０との間に溶着対象物２，３を挟み、これらの溶着対象物２，３が互いに近づく方向に加圧した状態でチップ９を矢印Ｓに沿って振動する。この図１４に示された超音波溶着装置１において、チップ９の振幅をＡ、チップ９の角周波数をω＝２πｆ、チップ９の振動速度をｖ＝ωＡ＝２πｆ・Ａとすると、チップ９の出力（パワー）Ｗは、以下の式１で示される。なお、ｆはチップ９の振動の周波数であり、チップ９の出力（パワー）Ｗは、溶着対象物２，３に加わる仕事率である。
【００３６】
Ｗ＝μＦ×ｖ………式１
なお、上記式１において、μは、溶着対象物２，３間の摩擦係数、Ｆは溶着対象物２，３が互いに近づけられる方向に加圧された荷重値である。
【００３７】
前述した式１を用いて、溶着対象物２，３に加わる超音波振動エネルギＥを示すと以下の式２のようになる。
Ｅ＝∫Ｗ×ｄｔ＝∫μＦ×ωＡ×ｄｔ………式２
【００３８】
上記式２において、μＦは、溶着対象物２，３間の圧力となり、∫ωＡ×ｄｔは、チップ９の総変位量となる。このため、溶着対象物２，３に加わる超音波振動エネルギＥは、溶着対象物２，３間の圧力と、チップ９の総変位量との積で示すことができる。したがって、チップ９の総変位量に基づいて、超音波溶着することにより所望の超音波振動エネルギを溶着対象物２，３に確実に付与できることが明らかとなった。さらに、チップ９の総変位量に基づいて、良否を判定することにより、溶着対象物２，３の良否を確実に判定できることが明らかとなった。
【００３９】
請求項２に記載した本発明の超音波溶着装置によれば、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。このため、前述した請求項１の効果にくわえ、溶着対象物の溶着状況を正確に判定できる。
【００４０】
請求項３に記載した本発明の超音波溶着装置によれば、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。このため、溶着対象物の溶着状況を正確に判定できる。
【発明の効果】
【００４１】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明によれば、仕事率算出手段が算出した仕事率の変化率に基づいて、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたか否かを判定する。変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、チップの振動即ち溶着対象物の導体に加わる超音波振動エネルギを制御する。
【００４２】
このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて超音波溶着を制御する。このため、溶着対象物の導体に所望の超音波振動エネルギを確実に付与できる。したがって、所望の接合強度が得られるように合成樹脂で被覆された溶着対象物を溶着できる。
【００４３】
また、駆動源に与えられた電力に関する情報に基づいて、仕事率を算出する。このため、仕事率を確実に算出できる。
【００４４】
請求項２に記載の本発明によれば、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。このため、所望の接合強度が得られるように合成樹脂で被覆された溶着対象物を溶着できることにくわえ、合成樹脂で被覆された溶着対象物の溶着状況を正確に判定できる。
【００４５】
請求項３に記載の本発明によれば、変化率判定手段が導体間から被覆部が除去されたと判定すると、チップの総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、被覆部を溶かして該被覆部を導体間から除去するためにかかる超音波振動エネルギを除いて、チップを介して溶着対象物の導体に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。このため、合成樹脂で被覆された溶着対象物の溶着状況を正確に判定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明の開示例にかかる超音波溶着装置を、図１ないし図８を参照して説明する。図１に示す本開示例の超音波溶着装置１は、図３ないし図５に示す一対のフレキシブルフラットケーブル（Flexible Flat Cable：以下ＦＦＣと呼ぶ）２０の後述の導体２１同士を電気的、機械的に接続する。ＦＦＣ２０は、図３などに示すように、複数の導体２１と、これらの導体２１を覆う（即ち被覆する）被覆部２２と、を備えている。
【００４７】
導体２１は、それぞれ、断面形状が矩形状に形成されている。導体２１は、直線状に延びた帯状に形成されている。これらの導体２１は、互いに平行（即ち並行）である。これらの導体２１は、一方向に沿って、互いに間隔を存して並べられている。導体２１は、それぞれ、導電性の金属からなる。図示例では、導体２１は、６本設けられている。
【００４８】
被覆部２２は、図４及び図５に示すように、一対の絶縁シート２２ａ，２２ｂを備えている。絶縁シート２２ａ，２２ｂは、絶縁性の合成樹脂からなり、帯状に形成されている。このため、被覆部２２は、勿論絶縁性を有している。絶縁シート２２ａ，２２ｂは、互いの間に複数の導体２１を挟んで、該導体２１を被覆している。このため、絶縁シート２２ａ，２２ｂ即ち被覆部２２は、導体２１を被覆する合成樹脂からなる。導体２１と被覆部２２とは、可撓性を有している。また、ＦＦＣ２０は、図３に示すように、折り曲げられている。
【００４９】
こうして、ＦＦＣ２０は、可撓性を有した扁平な帯状に形成されている。ＦＣＣ２０は、本明細書に記した溶着対象物をなしている。また、ＦＦＣ２０は、フラット回路体をなしている。フラット回路体とは、互いに並行な複数の導体と、該導体を被覆する絶縁性の被覆部と、を有し、扁平な帯状に形成されているものを示している。
【００５０】
一対のＦＦＣ２０は、互いに重ねられ、接合箇所Ｓａにおいて、少なくとも一対の互いに重なる導体２１同士が接合している。ＦＦＣ２０は、長手方向が互いに交差する格好で互いに重なっている。図示例では、一方のＦＦＣ２０の導体２１の長手方向と他方のＦＦＣ２０の導体２１の長手方向とが、互いに直交する格好で、ＦＦＣ２０同士が重なっている。
【００５１】
接合箇所Ｓａは、図示例では、複数設けられている。接合箇所Ｓａでは、図４及び図５に示すように、互いに重なる導体２１同士が金属結合して接合している。また、前記接合箇所Ｓａ及び該接合箇所Ｓａの近傍では、それぞれの被覆部２２が一旦溶けて、これらの被覆部２２同士が着け合っている。即ち、接合箇所Ｓａ及び該接合箇所Ｓａの近傍では、被覆部２２同士が溶着している。
【００５２】
接合箇所Ｓａで、導体２１同士が接合することによって、ＦＦＣ２０の導体２１同士を予め定められるパターンにしたがって電気的に接続する。また、前述したように重ねられたＦＦＣ２０の任意の導体２１を互いに接合しても良いことは勿論である。
【００５３】
本開示例の超音波溶着装置１は、ＦＦＣ２０同士を重ねて、前記接合箇所Ｓａをチップ９とアンビル１０との間に挟んで、導体２１同士を接合するとともに被覆部２２同士を溶着する。
【００５４】
超音波溶着装置１は、図１に示すように、超音波溶着機４と、検出手段としてのレーザドップラ速度計５と、制御装置６と、電源ユニット３１と、電圧計３２を備えている。
【００５５】
超音波溶着機４は、図１に示すように、駆動源としての圧電振動子７と、ホーン８と、チップ９（工具ホーンともいう）と、このチップ９に相対するアンビル１０と、図示しない加圧機などを備えている。圧電振動子７は、図示しない電源などにより印加されて振動する。
【００５６】
ホーン８は、圧電振動子７に取り付けられている。チップ９は、ホーン８の先端部に取り付けられている。このため、圧電振動子７は、ホーン８などを介してチップ９を図１中の矢印Ｓに沿って振動する。アンビル１０は、チップ９との間に、溶着対象物としてのＦＦＣ２０を挟むことができる。加圧機は、チップ９とアンビル１０とを互いに近づける方向に加圧する。加圧機は、チップ９とアンビル１０とを加圧する荷重値（圧力値）を変更できる。
【００５７】
超音波溶着機４は、チップ９とアンビル１０との間に溶着対象物としてのＦＦＣ２０を挟み、加圧機でこれらのチップ９とアンビル１０とを互いに近づける方向に加圧した状態で、圧電振動子７を振動してこの振動をホーン８経由でチップ９に伝える。そして、超音波溶着機４は、チップ９とアンビル１０との間に挟んだ溶着対象物としてのＦＦＣ２０に超音波振動エネルギを与えて該対象物を溶着する。又、前述した電力値は、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に加わる仕事率Ｗと等しい。
【００５８】
また、本明細書でいう超音波振動エネルギとは、超音波溶着装置１が溶着対象物を溶着させる際に、該溶着対象物に与えるエネルギを示している。超音波振動エネルギとは、例えば、電源が圧電振動子７に印加する際の電力値（Ｗ：ワット数）に、前記電源が圧電振動子７に印加する時間を、かけて得られるエネルギである。さらに、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に実際に加わる超音波振動エネルギとは、前述した式２に示すように、チップ９の総変位量と、ＦＦＣ２０間の圧力との積である。
【００５９】
レーザドップラ速度計５は、レーザ発振器１１と、ビームスプリッタ１２と、レーザ集光ヘッド１３と、反射ミラー１４と、検出器１５と、光ファイバ１６とを備えている。レーザ発振器１１は、レーザ光を出射する。ビームスプリッタ１２は、レーザ発振器１１が出射したレーザ光をレーザ集光ヘッド１３に導く。レーザ集光ヘッド１３は、レーザ光をチップ９のアンビル１０寄りの先端部に向けて出射する。レーザ集光ヘッド１３は、チップ９のアンビル１０寄りの先端部が反射したレーザ光を受光する。
【００６０】
レーザ集光ヘッド１３が受光したレーザ光は、ビームスプリッタ１２や反射ミラー１４を介して検出器１５に導かれる。光ファイバ１６は、ビームスプリッタ１２とレーザ集光ヘッド１３とを光学的に接続している。検出器１５は、受光したレーザ光のドップラ周波数（周波数変化）などから前述した矢印Ｓに沿ったチップ９の速度を算出して、この速度に基づいた情報を制御装置６に向かって出力する。
【００６１】
こうして、レーザドップラ速度計５は、チップ９の先端部にレーザ光をあてることにより、チップ９の速度に比例した周波数変化（ドップラ周波数）を検出する。レーザドップラ速度計５は、前述した周波数変化（ドップラ周波数）を検出することにより、矢印Ｓに沿ったチップ９の速度を算出する。こうして、レーザドップラ速度計５は、チップ９の振動に関する情報（チップ９の速度）を検出する。
【００６２】
制御装置６は、周知のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵなどを備えたコンピュータであって、前述した超音波溶着機４と、レーザドップラ速度計５とに接続して、これらを制御することにより、超音波溶着装置１全体の制御をつかさどる。制御装置６は、算出手段としての算出部１７と、制御手段としての制御部１８と、判定手段としての判定部１９とを備えている。算出部１７は、検出器１５に接続している。
【００６３】
算出部１７は、前記検出器１５から入力したチップ９の振動に関する情報としてのチップ９の速度を積分などして、チップ９の変位量を算出する。算出部１７は、算出したチップ９の変位量を累積して、後述の変化率判定部２６から仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であることを示す情報が入力してからのチップ９の総（累積）変位量を算出する。算出部１７は、算出したチップ９の総変位量に関する情報を制御部１８に向かって出力する。
【００６４】
制御部１８は、チップ９の総変位量が予め定められる第３の所定の値を超えているか否かを判定する。制御部１８は、チップ９の総変位量が第３の所定の値を超えていると判定すると、圧電振動子７を停止する。制御部１８は、チップ９の総変位量が第３の所定の値を超えていないと判定すると、圧電振動子７をそのまま駆動する。こうして、制御部１８は、チップ９の総変位量に基づいて、チップ９の振動を制御する。また、制御部１８は、圧電振動子７を停止した時のチップ９の総変位量に関する情報を、判定部１９に向かって出力する。
【００６５】
なお、総変位量の予め定められる第３の所定の値とは、溶着対象物としてのＦＦＣ２０を所望の強度で接合できる総変位量であり、ＦＦＣ２０を接合する前に予め定められる値である。さらに、総変位量の予め定められる第３の所定の値とは、溶着対象物や要求される接合強度などにより、種々変化する。
【００６６】
判定部１９は、圧電振動子７を停止した時のチップ９の総変位量が予め定められる第４の所定の値を超えているか否かを判定する。判定部１９は、チップ９の総変位量が第４の所定の値を超えていると判定すると、溶着対象物の溶着状況を不良であると判定する。判定部１９は、チップ９の総変位量が第４の所定の値を超えていないと判定すると、溶着対象物の溶着状況を良であると判定する。こうして、判定部１９は、チップ９の総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。
【００６７】
また、制御装置６は、図１に示すように、算出部１７と制御部１８と判定部１９にくわえ、仕事率算出手段としての仕事率算出部２５と、変化率判定手段としての変化率判定部２６と、を備えている。仕事率算出部２５は、予め溶着対象物としてのＦＦＣ２０同士の摩擦係数μ（式１に示す）と前述した式１などを記憶している。また、仕事率算出部２５には、検出器１５からチップ９の振動に関する情報としてのチップ９の速度ｖ（式１に示す）が入力する。
【００６８】
仕事率算出部２５は、検出器１５から入力したチップ９の振動に関する情報としてのチップ９の速度ｖと、前述した摩擦係数μと、チップ９とアンビル１０との間に挟んで互いに近づける方向にＦＦＣ２０を加圧する力Ｆ（式１に示す）と、前述した式１とに基づいて、ＦＦＣ２０に加わった仕事率Ｗ（上記式１に示し、チップ９の出力ともいう）を算出する。仕事率算出部２５は、算出した仕事率Ｗを、変化率判定部２６に向かって出力する。
【００６９】
変化率判定部２６は、仕事率算出部２５から入力した仕事率Ｗを時間で微分して、仕事率Ｗの変化率を算出する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が、第１の所定の値以下であるか否かを判定する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であると判定するまで、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であるか否かを判定する。
【００７０】
変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であると判定すると、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であるか否かを判定する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であると判定するまで、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であるか否かを判定する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であると判定すると、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であることを示す情報を算出部１７に向かって出力する。
【００７１】
また、変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であると判定すると、一度、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となったことを記憶しておく。そして、変化率判定部２６は、一度の超音波溶着作業で、仕事率Ｗの変化率が一度第１の所定の値以下となったことを記憶した状態では、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であるか否かを判定せずに、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であるか否かを判定する。こうして、変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となった後、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上となったか否かを判定する。
【００７２】
第１の所定の値は、一対のＦＦＣ２０の導体２１間の被覆部２２が溶けて、溶けた被覆部２２が導体２１間に位置していることを示す値であるのが望ましい。第１の所定の値は、図１５中にＡで示される範囲の仕事率Ｗの変化率以上で、かつ図１５中にＢで示される範囲の仕事率Ｗの変化率より小さいのが望ましい。また、第２の所定の値は、一対のＦＦＣ２０の導体２１間から溶けた被覆部２２が除去されて導体２１同士が接触したことを示す値であるのが望ましい。第２の所定の値は、第１の所定の値より大きく、かつ図１５中にＢで示される範囲の仕事率Ｗの変化率以下であるのが望ましい。
【００７３】
前述した変化率判定部２６は、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に加わる仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となった後に、ＦＦＣ２０に加わる仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上となると、一対のＦＦＣ２０の導体２１間から被覆部２２が除去されたと判定する。こうして、変化率判定部２６は、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に加わる仕事率Ｗの変化率に基づいて、一対のＦＦＣ２０の導体２１間から被覆部２２が除去されたか否かを判定する。
【００７４】
本開示例の制御装置６の算出部１７は、変化率判定部２６から仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であることを示す情報と、検出器１５からチップ９の振動に関する情報としてのチップ９の速度ｖが入力する。算出部１７は、変化率判定部２６から仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であることを示す情報が入力してくると、検出器１５からのチップ９の速度ｖを積分などして、チップ９の変位量を算出する。算出部１７は、算出したチップ９の変位量を累積して、第２の所定の値以上であることを示す情報が入力してからのチップ９の総（累積）変位量を算出する。算出部１７は、算出したチップ９の総変位量に関する情報を制御部１８に向かって出力する。
【００７５】
制御部１８は、チップ９の総変位量に基づいて、チップ９の振動を制御する。制御部１８には、電圧計３２が接続しており、該電圧計３２から圧電振動子７に印加される電圧値が入力する。制御部１８は、電圧計３２からの電圧値に基づいて、電源ユニット３１の後述の出力制御ユニット３４を介して電源３３から圧電振動子７に印加される電圧値を制御する。
【００７６】
電源ユニット３１は、電源３３と出力制御ユニット３４とを備えている。電源３３は、圧電振動子７に電力を供給する。出力制御ユニット３４は、制御装置６の制御部１８からの命令どおりに、圧電振動子７に電源３３から供給される電力の電圧値などを制御する。
【００７７】
電圧計３２は、圧電振動子７に加えられる電圧値を測定して、測定した電圧値を制御装置６の制御部１８に向かって出力する。
【００７８】
前述した構成の超音波溶着装置１を用いて、溶着対象物としてのＦＦＣ２０同士を溶着して接合箇所Ｓａを形成する際は、まず、図６に示すように、チップ９とアンビル１０との間に一対のＦＦＣ２０を挟む。そして、図２中のステップＳ１において、加圧機で所望の荷重値（圧力）でチップ９とアンビル１０とを近づける方向に加圧して、圧電振動子７を振動させて、ステップＳ２に進む。すると、チップ９が矢印Ｓに沿って振動するとともに、チップ９寄りの一方のＦＦＣ２０が矢印Ｓに沿って振動する。
【００７９】
一対のＦＦＣ２０間に、前述した振動が生じて、まず、チップ９とアンビル１０との間に位置する被覆部２２が溶ける。チップ９とアンビル１０とが互いに近づく方向に加圧されているので、被覆部２２が溶けると、チップ９とアンビル１０との間から溶けた被覆部２２が徐々に抜け出ようとする。
【００８０】
ステップＳ２では、レーザドップラ速度計５がチップ９の速度を検出して、ステップＳ２ａに進む。ステップＳ２ａでは、仕事率算出部２５が前述した式１などに基づいて、ＦＦＣ２０に加わった仕事率Ｗを算出して、ステップＳ２ｂに進む。
【００８１】
ステップＳ２ｂでは、変化率判定部２６が仕事率Ｗの変化率を算出する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であるか否かを判定する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であると判定すると、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となったことを記憶するとともに、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であるか否かを判定する。仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であると判定すると、ステップＳ３に進み、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上でないと判定すると、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１からステップＳ２ｂを繰り返す。
【００８２】
ステップＳ２ｂで、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であると判定すると、図７に示すように、一対のＦＦＣ２０の導体２１間から溶けた被覆部２２が完全に除去されて、一対のＦＦＣ２０の導体２１が互いに接触する。一対のＦＦＣ２０の導体２１が互いに接触すると、これらの導体２１が溶融しない状態で固相のまま互いに徐々に金属結合する。こうして、導体２１は、いわゆる超音波溶着（超音波溶接または超音波接合ともいう）によって互いに接合される。
【００８３】
ステップＳ３では、制御装置６の算出部１７がチップ９の総変位量を算出して、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、制御部１８がチップ９の総（累積）変位量が第３の所定の値を超えているか否かを判定する。チップ９の総変位量が第３の所定の値を超えていないとステップＳ１に戻り、ステップＳ１からステップＳ４を繰り返す。チップ９の総変位量が第３の所定の値を超えるとステップＳ５に進む。
【００８４】
なお、ステップＳ２ｂでは、一度仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であると判定したことを記憶していると、変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であるか否かを判定せずに、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であるか否かを判定する。こうして、ステップＳ２ｂでは、変化率判定部２６が、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となった後、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上となったか否かを判定する。
【００８５】
ステップＳ２ｂで変化率判定部２６が、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となった後、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上となったと判定すると、ステップＳ３に進む。ステップＳ２ｂで変化率判定部２６が、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となった後、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上でないと判定すると、ステップＳ１に戻る。
【００８６】
ステップＳ５では、圧電振動子７を停止して、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、判定部１９がチップ９の総変位量が第４の所定の値を超えているか否かを判定する。チップ９の総変位量が第４の所定の値を超えていると溶着対象物の溶着状況を不良品と判定する。チップ９の総変位量が第４の所定の値を超えていないと溶着対象物の溶着状況を良品と判定する。こうして、一対のＦＦＣ２０は、接合箇所Ｓａで導体２１同士が所謂超音波溶着によって、互いに接合されるとともに、被覆部２２が互いに溶着される。
【００８７】
本開示例によれば、仕事率算出部２５が算出した仕事率Ｗの変化率を前述した第１及び第２の所定の値に基づいて判定することで、変化率判定部２６が導体２１間から被覆部２２が除去されたか否かを判定する。変化率判定部２６が導体２１間から被覆部２２が除去されたと判定すると、制御部１８がチップ９の総変位量に基づいて、チップ９の振動即ち溶着対象物の導体２１に加わる超音波振動エネルギを制御する。
【００８８】
このため、チップ９を介して溶着対象物の導体２１に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、超音波溶着を制御する。このため、溶着対象物の導体２１に所望の超音波振動エネルギを確実に付与できる。したがって、所望の接合強度が得られるように溶着対象物を溶着できる。
【００８９】
変化率判定部２６が導体２１間から被覆部２２が除去されたと判定すると、判定部１９がチップ９の総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、チップ９を介して溶着対象物の導体２１に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。したがって、溶着対象物の導体２１の溶着状況を正確に判定できる。
【００９０】
また、チップ９の速度を検出し、チップ９の総変位量を算出することで、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に加わった仕事率Ｗを算出している。このため、仕事率Ｗを確実に算出できる。
【００９１】
次に、本発明の発明者らは、前述した本開示例の超音波溶着装置１と、従来から周知の超音波溶着装置で、種々のＦＦＣ２０同士を種々の条件で溶着した。そして、これらの溶着対象物としてのＦＦＣ２０の導体２１の接合強度（図中には引張り強度と記す）と、チップ９の総変位量との関係を調べた。結果を図８及び図９に示す。
【００９２】
図９は、従来より周知の超音波溶着装置でＦＦＣ２０の導体２１同士を接合したときの圧電振動子７の振動開始から即ち超音波溶着の開始から終了までのチップ９の総変位量と、ＦＦＣ２０の導体２１同士の接合強度（図中には引張り強度と示す）との関係を示している。図８は、本開示例の超音波溶着装置１でＦＦＣ２０の導体２１同士を接合したときの変化率判定部２６が仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であると判定してから即ちＦＦＣ２０の導体２１同士が接触してから終了までのチップ９の総変位量と、ＦＦＣ２０の導体２１同士の接合強度（図中には引張り強度と示す）との関係を示している。
【００９３】
図９では、チップ９の総変位量とＦＦＣ２０の導体２１同士の接合強度との間には、何ら相対的な関係を導き出すことができない。このため、ＦＦＣ２０のように導体２１が合成樹脂からなる被覆部２２で被覆された溶着対象物を溶着した際には、溶着開始からのチップ９の総変位量を基にしても、超音波溶着の制御が困難であることが明らかとなった。さらに、溶着開始からのチップ９の総変位量を基にしても、溶着対象物の溶着状況の良否を判定することが困難であることが明らかとなった。
【００９４】
図８では、チップ９の総変位量とＦＦＣ２０の導体２１同士の接合強度との間には、符号Ｐ５で示す回帰曲線（期間内データの中心を通る曲線）を導き出すことができる。このため、ＦＦＣ２０のように導体２１が合成樹脂からなる被覆部２２で被覆された溶着対象物を溶着した場合でも、導体２１同士が互いに接触してからの総変位量を基にすることで、超音波溶着の制御が可能であることが明らかとなった。さらに、導体２１同士が互いに接触してからの総変位量を基にすることで、溶着対象物の溶着状況の良否を判定することが可能であることが明らかとなった。
【００９５】
次に、本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置１を、図１０及び図１１を参照して説明する。前述した開示例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００９６】
本実施形態の超音波溶着装置１は、図１０に示すように、第２検出手段としての電圧計３２と、第２検出手段としての電流計３５を備えている。電圧計３２は、圧電振動子７に印加される電圧値を測定して、該測定した電圧値を制御装置６の制御部１８と、仕事率算出部２５との双方に出力する。電圧計３２は、圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての前述した電圧値を測定する。
【００９７】
電流計３５は、圧電振動子７に流れる電流値を測定して、該測定した電流値を仕事率算出部２５に出力する。電流計３５は、圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての前述した電流値を測定する。
【００９８】
本実施形態の仕事率算出部２５は、電圧計３２からの圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての電圧値と、電流計３５からの圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての電流値とを掛けて、圧電振動子７に与えられる電力値を算出する。この電圧値は、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に与えられた仕事率Ｗと同等である。このように、仕事率算出部２５は、電圧計３２からの圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての電圧値と、電流計３５からの圧電振動子７に与えられる電力に関する情報としての電流値とに基づいて、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に与えられた仕事率Ｗを算出する。仕事率算出部２５は、前述した開示例と同様に、算出した仕事率Ｗを、変化率判定部２６に向かって出力する。
【００９９】
前述した構成の超音波溶着装置１を用いて、溶着対象物としてのＦＦＣ２０同士を溶着して接合箇所Ｓａを形成する際は、まず、チップ９とアンビル１０との間に一対のＦＦＣ２０を挟む。そして、図１１中のステップＳ１において、加圧機で所望の荷重値（圧力）でチップ９とアンビル１０とを近づける方向に加圧して、圧電振動子７を振動させて、ステップＳ２に進む。すると、チップ９が矢印Ｓに沿って振動するとともに、チップ９寄りの一方のＦＦＣ２０が振動する。
【０１００】
一対のＦＦＣ２０間に、前述した振動が生じて、まず、チップ９とアンビル１０との間に位置する被覆部２２が溶ける。チップ９とアンビル１０とが互いに近づく方向に加圧されているので、被覆部２２が溶けると、チップ９とアンビル１０との間から溶けた被覆部２２が徐々に抜け出ようとする。
【０１０１】
ステップＳ２では、電圧計３２が圧電振動子７に与えられる電圧値を測定して、該測定した電圧値を仕事率算出部２５と制御部１８に向かって出力する。電流計３５が圧電振動子７に与えられる電流値を測定して、該測定した電流値を仕事率算出部２５に向かって出力する。ステップＳ２ａでは、電圧計３２からの電圧値と電流計３５からの電流値とを掛けて、仕事率算出部２５がＦＦＣ２０に加わった仕事率Ｗを算出して、ステップＳ２ｂに進む。
【０１０２】
ステップＳ２ｂでは、変化率判定部２６が仕事率Ｗの変化率を算出する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であるか否かを判定する。変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であると判定すると、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となったことを記憶するとともに、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であるか否かを判定する。仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であると判定すると、ステップＳ３に進み、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上でないと判定すると、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１からステップＳ２ｂを繰り返す。
【０１０３】
ステップＳ２ｂで、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であると判定すると、一対のＦＦＣ２０の導体２１間から溶けた被覆部２２が完全に除去されて、一対のＦＦＣ２０の導体２１が互いに接触する。一対のＦＦＣ２０の導体２１が互いに接触すると、これらの導体２１が溶融しない状態で固相のまま互いに徐々に金属結合する。こうして、導体２１は、いわゆる超音波溶着（超音波溶接または超音波接合ともいう）によって互いに接合される。
【０１０４】
ステップＳ３では、制御装置６の算出部１７がレーザドップラ速度計５からのチップ９の速度に基づいて、チップ９の総変位量を算出して、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、制御部１８がチップ９の総（累積）変位量が第３の所定の値を超えているか否かを判定する。チップ９の総変位量が第３の所定の値を超えていないとステップＳ１に戻り、ステップＳ１からステップＳ４を繰り返す。チップ９の総変位量が第３の所定の値を超えるとステップＳ５に進む。
【０１０５】
なお、ステップＳ２ｂでは、一度仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であると判定したことを記憶していると、変化率判定部２６は、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下であるか否かを判定せずに、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上であるか否かを判定する。こうして、ステップＳ２ｂでは、変化率判定部２６が、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となった後、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上となったか否かを判定する。
【０１０６】
ステップＳ２ｂで変化率判定部２６が、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となった後、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上となったと判定すると、ステップＳ３に進む。ステップＳ２ｂで変化率判定部２６が、仕事率Ｗの変化率が第１の所定の値以下となった後、仕事率Ｗの変化率が第２の所定の値以上でないと判定すると、ステップＳ１に戻る。
【０１０７】
ステップＳ５では、圧電振動子７を停止して、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、判定部１９がチップ９の総変位量が第４の所定の値を超えているか否かを判定する。チップ９の総変位量が第４の所定の値を超えていると溶着対象物の溶着状況を不良品と判定する。チップ９の総変位量が第４の所定の値を超えていないと溶着対象物の溶着状況を良品と判定する。こうして、一対のＦＦＣ２０は、接合箇所Ｓａで導体２１同士が所謂超音波溶着によって、互いに接合されるとともに、被覆部２２が互いに溶着される。
【０１０８】
本実施形態によれば、仕事率算出部２５が算出した仕事率Ｗの変化率を前述した第１及び第２の所定の値に基づいて判定することで、変化率判定部２６が導体２１間から被覆部２２が除去されたか否かを判定する。変化率判定部２６が導体２１間から被覆部２２が除去されたと判定すると、制御部１８がチップ９の総変位量に基づいて、チップ９の振動即ち溶着対象物の導体２１に加わる超音波振動エネルギを制御する。
【０１０９】
このため、チップ９を介して溶着対象物の導体２１に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、超音波溶着を制御する。このため、溶着対象物の導体２１に所望の超音波振動エネルギを確実に付与できる。したがって、所望の接合強度が得られるように溶着対象物を溶着できる。
【０１１０】
変化率判定部２６が導体２１間から被覆部２２が除去されたと判定すると、判定部１９がチップ９の総変位量に基づいて、溶着対象物の溶着状況の良否を判定する。このため、チップ９を介して溶着対象物の導体２１に実際に加わった超音波振動エネルギに基づいて、溶着対象物の良否を判定できる。したがって、溶着対象物の導体２１の溶着状況を正確に判定できる。
【０１１１】
また、圧電振動子７に加えられた電流値と電圧値を検出し、圧電振動子７に加えられた電力値を算出することで、溶着対象物としてのＦＦＣ２０に加わった仕事率Ｗを算出している。このため、仕事率Ｗを確実に算出できる。
【０１１２】
また、前述した開示例及び実施形態では、一対のＦＦＣ２０同士を接合していることを示している。しかしながら、本発明では、図１２及び図１３に示す一対の電線２７同士を超音波溶着しても良く、フレキシブルプリントサーキット（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）同士などを超音波溶着しても良い。電線２７とＦＰＣなどは、本明細書に記した溶着対象物に相当する。
【０１１３】
図１２及び図１３に示す電線２７は、導体としての導電性の芯線２９と、絶縁性の被覆部３０とを備えている。芯線２９は、複数の素線からなる。素線は、金属からなる。芯線２９は、断面丸形に形成されている。被覆部３０は、絶縁性の合成樹脂からなり円管状に形成されている。図１２及び図１３に示す場合では、接合箇所Ｓａで芯線２９同士が超音波溶着により互いに接合されている。また、接合箇所Ｓａ及び接合箇所Ｓａの近傍で、被覆部３０同士が溶着している。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の開示例にかかる超音波溶着装置の概略の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示された超音波溶着装置が超音波溶着を行う際のフローチャートである。
【図３】図１に示された超音波溶着装置で超音波溶着された溶着対象物としての一対のＦＦＣを示す平面図である。
【図４】図３中のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図５】図３中のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。
【図６】図３に示されたＦＦＣをチップとアンビルとの間に挟んだ状態を示す断面図である。
【図７】図６に示されたＦＦＣの導体同士を接合した状態を示す断面図である。
【図８】図１に示された超音波溶着装置で溶着対象物を溶着した際の導体同士が接触してからのチップの総変位量と接合強度との関係を示す説明図である。
【図９】従来より周知の超音波溶着装置で圧電振動子を振動させてからのチップの総変位量と接合強度との関係を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる超音波溶着装置の概略の構成を示す説明図である。
【図１１】図１０に示された超音波溶着装置が超音波溶着を行う際のフローチャートである。
【図１２】本発明の超音波溶着装置で超音波溶着された溶着対象物の他の例としての一対の電線を示す斜視図である。
【図１３】図１２中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図１４】この発明の超音波溶着装置で溶着対象物を溶着する状態を模式的に示す説明図である。
【図１５】導体とこの導体を被覆する被覆部を備えた溶着対象物を超音波溶着装置で溶着した時の溶着対象物に加わった仕事率の変化を示す説明図である。
【図１６】導体とこの導体を被覆する被覆部を備えた同一の溶着対象物を、複数回、超音波溶着装置で溶着した時の溶着対象物に加わった仕事率の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１  超音波溶着装置
２，３  溶着対象物
５  レーザドップラ速度計（検出手段）
７  圧電振動子（駆動源）
９  チップ
１０  アンビル
１７  算出部（算出手段）
１８  制御部（制御手段）
１９  判定部（判定手段）
２０  ＦＦＣ（溶着対象物）
２１  導体
２２  被覆部
２５  仕事率算出部（仕事率算出手段）
２６  変化率判定部（変化率判定手段）
２７  電線（溶着対象物）
２９  芯線（導体）
３０  被覆部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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