(57)【要約】【課題】画像形成装置に使用する各種ベルト、部品、ユニット、特に、プラスチック製部品の超音波接合において、超音波接合時に、接合状態を計測可能にし、接合不良の発生を検出できるようにすることによって、常に良好な接合を維持可能にする。【解決手段】超音波接合を行う被接合物、あるいはそれを保持する治具に振動センサーを取り付け、超音波接合時に振動センサーで振動を測定し、得た振動をフーリエ変換するか、あるいはウェーブレット変換等の多重解像度解析を行い、その結果によって超音波接合の状態を把握する。【選択図】　　　図１
2004058523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合物又は被接合物を保持する治具に振動センサーを取り付け、超音波接合時に、該振動センサーによって被接合物の振動を計測し、その計測信号をフーリエ変換し、得られた情報に基づいて超音波接合状態を把握しながら超音波接合を行うことを特徴とする超音波接合方法。
【請求項２】
被接合物又は被接合物を保持する治具に振動センサーを取り付け、超音波接合時に、該振動センサーによって被接合物の振動を計測し、その計測信号の多重解像度解析を行い、得られた情報に基づいて超音波接合状態を把握しながら超音波接合を行うことを特徴とする超音波接合方法。
【請求項３】
多重解像度解析の方法が短時間高速フーリエ変換であることを特徴とする請求項２に記載の超音波接合方法。
【請求項４】
多重解像度解析の方法がウェーブレット変換であることを特徴とする請求項２に記載の超音波接合方法。
【請求項５】
多重解像度解析の方法がフィルター処理によるものであることを特徴とする請求項２に記載の超音波接合方法。
【請求項６】
多重解像度解析の方法がウィグナー−ビレ分布を求める方法であることを特徴とする請求項２に記載の超音波接合方法。
【請求項７】
測定する周波数の範囲が５００Ｈｚ以上、２００００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の超音波接合方法。
【請求項８】
接合対象が、プラスチック製電子写真装置用部品であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の超音波接合方法。
【請求項９】
被接合物が、プラスチックフィルム上に導電層と電子写真感光体層を形成した電子写真感光体であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の超音波接合方法。
【請求項１０】
被接合物が、リサイクル樹脂材料を含むプラスチック部品であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の超音波接合方法。
【請求項１１】
超音波発振装置と、超音波振動子を取り付けた超音波接合ホーンと、超音波接合時に被接合物又は被接合物を保持する治具の振動を検出する振動センサーと、該振動センサーで検出した振動データーのフーリエ変換あるいは多重解像度解析を行い、超音波接合状態に関する情報を得るソフトウェア又はハードウェアを備えたことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれかに記載の方法で超音波接合されたプラスチック部品を有することを特徴とする電子写真装置用プロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波接合方法及び超音波接合装置に関し、詳しくは、例えば画像形成装置に使用するプラスチック部品の超音波接合方法及び超音波接合装置、さらには電子写真装置等における各種部品の接合技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックの接着方法として、超音波接合は、加工が瞬時に終了し、硬化時間等を要しない、溶剤を使用しない、自動化が可能である等の利点から多く使用されている。ここで、超音波接合は、超音波溶着、あるいは超音波融着、あるいは超音波熔着と呼ぶこともある。
【０００３】
超音波接合の電子写真装置における実用化の例としてはシート状物体の接合やブロック状物体の接合に使用されている。プラスチックシートの接合の例としては、電子写真感光体ベルトの作成や、搬送ベルトの作成に使用されている。例えば、特開平７―２６６４２２では超音波接合で転写材搬送ベルトを作製している。
【０００４】
また、プラスチック部品の接合の例としては、トナー用の容器の接合、感光体カートリッジ、プロセスカートリッジの接合に使用されている。電子写真装置以外にも、インクジェット印字装置用インクカートリッジの接合にも使用されている。例えば、特開平７―１２５０７４ではプラスチック部品の超音波接合を行っており、特開２０００−７５６５１では電子写真装置の現像ユニットの超音波接合を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プラスチックシートあるいはプラスチック部品の超音波接合では、以下のような問題がある。
電子写真装置用ベルトを超音波接合で作製する際に、充分な接合が行われている必要があるが、接合部の強度の検査は破壊検査となるので、全接合部、あるいは全製品の検査は不可能である。
【０００６】
同様に、プラスチック部品の超音波接合においても、外観だけでは接合品質が判らない問題がある。これらのプラスチック部品の超音波接合でも、全接合部、あるいは全製品の検査は不可能な問題がある。プラスチック部品に接合状態監視用部分を設けることが一部で行われているが、プラスチック部品が微小な場合は、この方法は実施できない。
【０００７】
以下、具体的にこれらの従来技術を紹介する。
特許第２７０５４２３（特開平５−２０６２２４）では、超音波制御装置と、接合ヘッドからなる接合系と、レーザー発振器と、レーザー光学系と、振動計からなる振動モニタリング系を使用し、モニタリング結果を接合条件にフィードバックする機構を備えた超音波接合装置を提案している。しかし、この装置では、被接合物がシート状である場合は、振動モニタリングが行えない問題があった。また、特開平５−２０６２２４に示されているような振動状態のみでは接合状態の微小な変化を把握できない問題があった。
【０００８】
特開２００１−２２５３８９では、被振動溶着部の溶着を正確且つ迅速に確認する方法として、振動溶着される第１及び第２合成樹脂部材の一方の被振動溶着部に、その被振動溶着部を貫通して他方の被振動溶着部に臨む確認孔を形成し、そして、振動溶着過程における確認孔内への溶融合成樹脂の進入を視認して両被振動溶着部の溶着を確認する方法を提案している。ところが、この方法では確認孔が必要となり、電子写真装置用部品等の部品の様に小さくて、確認窓を設ける余裕の無いものには適用できない。また、確認窓を観察する確認が必要になり、自動的に状況を監視する目的には適さない。
【０００９】
特開平１１−４２７１０では、加熱時における溶着面の最適溶融状態を確認でき、且つ溶着後における結合強度も確認することができる溶着用合成樹脂部品及びその溶着方法を提供する方法として、溶着面４には、熱手段により溶融して貫通孔となる薄肉部を一体形成し、加熱時に、この薄肉部が溶融して無くなることにより、溶着面が予定された最適溶融状態になったことを確認する方法を提案している。ところが、この方法では溶融して貫通孔となる薄肉部を設けることが必要となり、小さな部品には使用できない。
【００１０】
特開平１０−１００２５９では、赤外線を利用した融着装置において、熱可塑性のポリエチレン材の接着層に赤外線を照射し、接着層を加熱溶融させる赤外線照射手段と、接着層に照射された赤外線の反射光又は透過光の強度を検出する赤外線検出手段と、赤外線検出手段が検出する赤外線の反射光又は透過光の強度の変化から接着層の溶融状態を判断する溶融判断手段を提案しているが、超音波接合ではこの手段は使えない。
【００１１】
また、近年の資源リサイクルの要請からリサイクルしたプラスチックを使用する場合があるが、これらのリサイクルプラスチックでは異種プラスチックの混入や、異グレードプラスチックの混入が避けられない。このような異種プラスチックの混入したリサイクルプラスチックで超音波接合を行う場合、異種プラスチックの混入によって接合状態が変化する場合がある。リサイクルプラスチックでは、異種プラスチックの混入は予測できることは少なく、異種プラスチックの混入による接合不良を防止することは困難である。また、リサイクルプラスチックでは熱可塑性プラスチック以外の材料、例えば、酸化チタンや二酸化ケイ素等の無機粉末、ガラス繊維や金属繊維、木綿等の天然繊維が混入している可能があり、このような材料では超音波接合が完全に行われず、接合強度が不十分になる問題がある。また、リサイクルするプラスチックが無機フィラーや粉末を配合したり、あるいは有機フィラーや粉末を配合したプラスチックの場合は、該配合フィラーあるいは該粉末の配合比率が一定範囲から外れることがあり、そのような場合、接合過剰になったり、あるいは接合不足になる。しかし、リサイクルプラスチックの接合を行う場合、このような接合不良の発生を予知することが難しい問題がある。
【００１２】
従って、本発明の目的は、電子写真装置、インクジェット印字装置等に使用する各種プラスチック製ベルト、プラスチック製部品等の超音波接合において、超音波接合時に、接合状態を計測可能にし、接合不良の発生を検出できるようにすることによって、常に良好な接合を維持可能にすることのできる超音波接合方法及び超音波接合装置を提供するものである。
また、本発明の別の目的は、被接合物に接合状態監視用の窓やリブを設けること無く、接合状態を計測可能にし、接合不良の発生を検出できるようにすることによって、常に良好な接合を維持可能にすることのできる超音波接合方法及び超音波接合装置を提供するものである。
さらに、本発明の別の目的は、非破壊で被接合物の接合状態を把握することのできる超音波接合方法及び超音波接合装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは誠意検討を重ねた結果、超音波接合では超音波発振子の振動が超音波ホーンを伝播して被接合物に伝わり、良好な接合の場合は振動が熱に転換して融着が行われ、接合が不良の場合は振動の熱への転換が充分でなく、振動として被接合物やその保持治具を振動させることを見出した。従って、被接合物あるいはその保持治具の振動を計測することにより、接合状態の把握が可能になることを確認し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
本発明によれば、上記課題は下記の技術的手段により解決される。
（１）被接合物又は被接合物を保持する治具に振動センサーを取り付け、超音波接合時に、該振動センサーによって被接合物の振動を計測し、その計測信号をフーリエ変換し、得られた情報に基づいて超音波接合状態を把握しながら超音波接合を行うことを特徴とする超音波接合方法。
本方法によれば、被接合物に接合状態確認孔を設けたりすることなく超音波接合の状態が監視可能になり、従って、接合状態確認孔を設けることのできない微小な部品やシートの超音波接合状態の監視を正確に行うことが可能になる。
ここで、振動センサーで計測した信号には、評価したい信号以外にノイズや超音波接合装置からの信号等多くの信号が重畳しているが、この信号をフーリエ変換しているので、計測した信号のみを取り出すことが可能になり、超音波接合の状態把握が正確に行なえるようになる。また、このフーリエ変換処理は数値演算回路等のハードウェアで実施するか、あるいはコンピューターを使用してソフトウェアで実施するが、これらのハードウェアあるいはソフトウェアで実施することにより、迅速で正確な判断評価が可能になる。
【００１５】
（２）被接合物又は被接合物を保持する治具に振動センサーを取り付け、超音波接合時に、該振動センサーによって被接合物の振動を計測し、その計測信号の多重解像度解析を行い、得られた情報に基づいて超音波接合状態を把握しながら超音波接合を行うことを特徴とする超音波接合方法。
本方法によれば、スポット接合のような接合の時間が数秒以下の短い接合に於いても超音波接合の状態が監視可能になる。
本方法によれば、超音波接合時の振動を、センサーで測定し、これを多重解像度解析しているので信号の時間変化が急激な場合でも信号の時間−周波数分布解析が可能になる。
従って、本方法によれば、スポット接合のような接合の時間が数秒以下の短い接合に於いても超音波接合の状態が監視可能になる。
また、多重解像度解析は、数値演算回路等のハードウェアで実施するか、あるいはコンピューターを使用してソフトウェアで実施するが、これらのハードウェアあるいはソフトウェアで実施することにより、迅速で正確な判断評価が可能になる。
【００１６】
（３）多重解像度解析の方法が短時間高速フーリエ変換であることを特徴とする前記（２）に記載の超音波接合方法。
本方法によれば、高速で精度の高い超音波接合の状態が監視可能になる。
【００１７】
（４）多重解像度解析の方法がウェーブレット変換であることを特徴とする前記（２）に記載の超音波接合方法。
本方法によれば、高速で精度の高い超音波接合の状態が監視可能になる。
【００１８】
（５）多重解像度解析の方法がフィルター処理によるものであることを特徴とする前記（２）に記載の超音波接合方法。
本方法によれば、高速で精度の高い超音波接合の状態が監視可能になる。
【００１９】
（６）多重解像度解析の方法がウィグナー−ビレ分布を求める方法であることを特徴とする前記（２）に記載の超音波接合方法。
本方法によれば、高速で精度の高い超音波接合の状態が監視可能になる。
【００２０】
（７）測定する周波数の範囲が５００Ｈｚ以上、２００００Ｈｚ以下であることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の超音波接合方法。
本方法によれば、ノイズの少なく、精度の高い超音波接合が可能になる。
【００２１】
（８）接合対象が、プラスチック製電子写真装置用部品であることを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の超音波接合方法。
本方法によれば、被接合物が高い接合強度が必要とされるプラスチック製電子写真装置用部品であっても、非破壊で接合状態の監視が可能になる。
【００２２】
（９）被接合物が、プラスチックフィルム上に導電層と電子写真感光体層を形成した電子写真感光体であることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載の超音波接合方法。
本方法によれば、前記（９）に示す超音波接合方法では、被接合物が高い接合強度が必要とされるプラスチックフィルム上に導電層と、電子写真感光体層を形成した、電子写真感光体であっても、非破壊で接合状態の監視が可能になる。
【００２３】
（１０）被接合物が、リサイクル樹脂材料を含むプラスチック部品であることを特徴とする前記（１）〜（９）のいずれかに記載の超音波接合方法。
本方法によれば、被接合物が品質に大きなバラツキがあり、接合不良の発生することのあるリサイクルプラスチックであっても、非破壊で接合状態の監視が可能になる。
【００２４】
（１１）超音波発振装置と、超音波振動子を取り付けた超音波接合ホーンと、超音波接合時に被接合物又は被接合物を保持する治具の振動を検出する振動センサーと、該振動センサーで検出した振動データーのフーリエ変換あるいは多重解像度解析を行い、超音波接合状態に関する情報を得るソフトウェア又はハードウェアを備えたことを特徴とする超音波接合装置。
本超音波接合装置によれば、前記（１）〜（１０）に示す接合方法が実施できる。
【００２５】
（１２）前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の方法で超音波接合されたプラスチック部品を有することを特徴とする電子写真装置用プロセスカートリッジ。
本電子写真装置用プロセスカートリッジは、プラスチック部品が上記方法で超音波接合されているので、接合状態を常に良好に維持することが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の超音波接合方法は、被接合物又は被接合物を保持する治具に振動センサーを取り付け、超音波接合時に、該振動センサーによって被接合物の振動を計測し、その計測信号をフーリエ変換するか、あるいは多重解像度解析し、それから得た情報に基づいて超音波接合状態を把握しながら超音波接合を行うことを特徴とするものである。
【００２７】
ここで、超音波接合には超音波ホーンあるいは被接合物を移動させながら接合を行う連続接合と、移動させないで行うスポット接合がある。
スポット接合の場合、接合は数秒、短い場合は１秒以下で行われるので、振動は極く短時間しか発生せず、また短い時間内で信号は大きく変異する。このような場合、フーリエ変換では、接合状態を正確に把握することはできないため、接合状態の把握法としては、多重解像度解析が適している。ここで、使用可能な多重解像度解析法としては、前記で示した様に、短時間高速フーリエ変換、ウェーブレット変換、ウィグナー分布等が適している。
連続接合の場合は、上記方法も使用できるが、それ以外に、フーリエ変換法も使用可能である。
【００２８】
ここで、多重解析度解析法の一つであるウェーブレット変換を説明する。
関数ｆ（ｔ）のウェーブレット変換は（数１）で表される。
【数１】
2004058523.tif 000003
ここで、
Ｗ（ｂ，ａ）　ウェーブレット変換
ψ（ｔ）　マザーウェーブレット
ａ　スケールパラメータ
ｂ　トランスレートパラメータ
である。
（数１）は連続関数のウェーブレット変換、すなわち連続ウェーブレット変換である。
【００２９】
本発明では、サンプリングを一定間隔に行うので、離散系であり、離散ウェーブレット変換を行う。離散ウェーブレット変換において、ウェーブレット係数ｃｊ，ｋは（数２）で表される。
【数２】
2004058523.tif 000004
また、スケーリング係数ｄｊ，ｋは（数３）で表される。
【数３】
2004058523.tif 000005
（数３）においてφ（ｔ）はスケーリング関数である。
また、（数２）、（数３）においてｊはレベルであり、元信号に対する解像度である階層の番号を示す。ウェーブレット係数ｃｊ，ｋは信号の周波と時間分布を示す。また、スケーリング関数ｄｊ，ｋは元信号のｊ次の解像度の離散化表現である。
【００３０】
離散ウェーブレット変換では、データーを（数４）によって計算する。
【数４】
2004058523.tif 000006
（数４）において、係数群ｐ及びｑはウェーブレット変換の為の変換基底であり、それぞれローパスフィルター、ハイパスフィルターの機能がある。従って、（ｊ＋１）次のスケーリング係数ｄｊ＋１，ｋは、ｊ次のスケーリング係数ｄｊ，ｋより１つ下の解像度表現となり、解析可能な周波数及び時間的な解像度がｊ次の１／２になる。
【００３１】
一方、（ｊ＋１）次のウェーブレット係数ｃｊ＋１，ｋはｊ次のスケーリング係数ｄｊ，ｋをハイパスフィルターに通すことにより得られ、スケーリング係数ｄｊ＋１，ｋとｄｊ，ｋの間の周波数成分を表すことになる。
【００３２】
図３はウェーブレット変換の処理フローを示した図であり、元信号２２（Ｓｏｕｒｃｅ　Ｓｉｇｎａｌ）をハイパスフィルター（ＨＰＦ）に通し、さらにデーターをひとつ置きに間引く処理（ＳＳ）を行って、信号２２に示されるＨ成分（Ｈ　ｐａｒｔ）を得る。
また、元信号２１（Ｓｏｕｒｃｅ　Ｓｉｇｎａｌ）をローパスフィルター（ＬＰＦ）に通し、さらにデーターをひとつ置きに間引く処理（ＳＳ）を行って信号２３を得る。
このようにして得た信号２３をハイパスフィルター（ＨＰＦ）に通し、さらにデーターをひとつ置きに間引く処理（ＳＳ）を行って、信号２４に示されるＬＨ成分（ＬＨ　ｐａｒｔ）を得る。
また、信号２３をローパスフィルター（ＬＰＦ）に通し、さらにデーターをひとつ置きに間引く処理（ＳＳ）を行って信号２５を得る。
【００３３】
このようにして得た信号２５をハイパスフィルター（ＨＰＦ）に通し、さらにデーターをひとつ置きに間引く処理（ＳＳ）を行って、信号２６に示されるＬＬＨ成分（ＬＬＨ　ｐａｒｔ）を得る。また、信号２５をローパスフィルター（ＬＰＦ）に通し、さらにデーターをひとつ置きに間引く処理（ＳＳ）を行って、信号２７に示されるＬＬＬ成分（ＬＬＬ　ｐａｒｔ）を得る。このようにして多重解像度解析処理を行い、元信号はＬＬＬ成分、ＬＬＨ成分、ＬＨ成分、Ｈ成分の４成分に分解される。
【００３４】
図４はこのようにして多重解像度解析を行った結果を示した図であり、元信号はＬＬＬ成分、ＬＬＨ成分、ＬＨ成分、そして、Ｈ成分に分解される。
ウェーブレット変換直交ウェーブレット変換と非直交ウェーブレット変換に分類することが可能であり、このいずれを用いても良い。
【００３５】
直交ウェーブレット変換では、ウェーブレット関数は実数形のみが用いられることが多い。このウェーブレット関数としては、ドビッシー（Ｄａｕｂｅｃｉｅｓ）関数、ハール（Ｈａｒｒ）関数、メーヤー（Ｍｅｙｅｒ）関数、シムレット（Ｓｙｍｌｅｔ）関数、そしてコイフレット（Ｃｏｉｆｌｅｔ）関数等が使用可能である。ここでＤａｕｂｅｃｉｅｓはドベシィと表記することがある。これらの直交ウェーブレット変換では、演算した絶対値にローパスフィルターなどにより包絡線（エンベロープ）処理を行えば強度に相当する情報が得られる。
【００３６】
非直交ウェーブレット関数には、複素数形ウェーブレットと実数形ウェーブレットを用いるものがある。複素数形ウェーブレット関数としてはガウス形ウェーブレット関数がある。この複素数形ウェーブレット関数を用いた場合、ウェーブレット変換結果に対して絶対値を演算することにより強度が得られる。実数形ウェーブレット関数としては、メキシカンハット関数、フレンチハット関数等があるが、これを使用して得たウェーブレット変換結果に対して絶対値を演算しても強度は得られない。しかし、演算した絶対値にローパスフィルター等で包絡線（エンベロープ）処理を行うことにより強度に相当する値を得ることが可能である。
【００３７】
次に、ウィグナー−ビレ分布について説明する。
時間信号ｆ（ｔ）のウィグナー分布は（数５）で表される。
【数５】
2004058523.tif 000007
ここで、＊は複素共役を示す。ウィグナー−ビレ（Ｗｉｇｎｅｒ−Ｖｉｌｌｅ）分布はウィグナー（Ｗｉｇｎｅｒ）分布と呼ぶ場合もある。本発明では、信号は位置の関数であるが、時間の関数と読み替えてウィグナー−ビレ分布の計算を行うことが可能である。本発明では、離散ウィグナー−ビレ分布を計算する。
【００３８】
（第１の実施の形態）
図１に本発明による第１の実施の形態の構成図を示す。図において、１は超音波発振子、２は超音波ホーン、３は超音波発振電源、４は超音波発振電源３と超音波発振子１を接続するケーブルである。５は振動センサー、６は振動センサー５の検出した信号を伝えるケーブル、７は振動センサー５からの信号を処理する信号処理装置、９はフーリエ変換装置、８は振動センサー５からの信号を処理する信号処理装置７とフーリエ変換装置９を接続するケーブルである。１０は接合を行うシート、１１はそれを固定する治具である。
【００３９】
図１において、超音波ホーン２の材質としては、ジュラルミン、モネル、チタン、燐青銅等がよいが、価格や制作の容易さからジュラルミンが適している。また、超音波の周波数は１３〜７０ＫＨｚがよく、振幅は１５〜４５μｍがよい。ここで、最大振幅は超音波ホーン２の材質によってそれぞれ可能な範囲があり、モネルの場合は１５〜２５μｍ、ジュラルミンの場合は２５〜３５μｍ、チタンの場合は２５〜４５μｍが可能である。
接合時に超音波ホーン２に加える荷重、すなわち接合部にかかる荷重は５００〜９００ｇがよい。また、超音波ホーン２の移動速度は３〜９ｍｍ／ｓｅｃがよい。
【００４０】
図１ではフーリエ変換を振動センサー５からの信号を処理する信号処理装置７とは別の装置で行っているが、これは振動センサー５からの信号を処理する信号処理装置７にフーリエ変換処理を行う機能を持たせて行ってもよい。
【００４１】
振動センサー５としては各種の振動センサーが使用可能であり、例えば圧電素子、コイル等を利用したものが使用可能である。圧電素子としては、ユニモルフ型やバイモルフ型構造の各種圧電セラミックスが使用可能である。そして、圧電セラミックスとしては、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛等が使用可能である。振動センサーとしては、圧電素子以外にもレコード用ピックアップの原理やマイクロホンの原理を利用したセンサーが使用可能である。
これらの振動センサーは図１のように被接合物を保持する台１１に取り付けてもよく、あるいは被接合物に直接取り付けるが当接させてもよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図２に本発明による第２の実施の形態の構成図を示す。図において、１は超音波発振子、２は超音波ホーン、３は超音波発振電源、４は超音波発振電源３と超音波発振子１を接続するケーブルである。５は振動センサー、６は振動センサー５の検出した信号を伝えるケーブル、７は振動センサー５からの信号を処理する信号処理装置、９はフーリエ変換装置、８は振動センサー５からの信号を処理する信号処理装置７とフーリエ変換装置９を接続するケーブルである。
【００４３】
１２と１３は被接合物のプラスチック部品、１４は超音波接合時にそれを把持する治具であり、ここには振動センサー５が取り付けられている。振動センサー５は前記の振動センサーが使用可能である。
振動センサー５は図２のように被接合物１２、１３を保持する台１１に取り付けてもよく、あるいは被接合物１２、１３に直接取り付けるか、当接させてもよい。
【００４４】
【作用】
上記請求項１に記載された発明においては、各種プラスチック製ベルト、及びプラスチック製部品の超音波接合において、超音波接合時に、超音波接合を行う被接合物、あるいはそれを保持する治具に振動センサーを取り付け、超音波接合時に振動センサーで振動を測定し、得た振動をフーリエ変換し、フーリエ変換を行って得たスペクトルで接合状態を把握できる。このように接合を連続して行う場合は、請求項１に示すようにフーリエ変換を行うことにより、接合状態の把握が可能である。
【００４５】
接合を連続でなく、点状にスポット接合する場合は、超音波は連続して発生しないので、フーリエ変換では正確に接合状態を把握できない場合があり、このような場合には請求項２に示す多重解像度解析が有効であり、具体的な多重解像度解析の方法としては、請求項３に示す短時間高速フーリエ変換、請求項４に示すウェーブレット変換、請求項５に示すフィルター処理、請求項６に示すウィグナー−ビレ分布計算が有効である。
【００４６】
超音波接合では、超音波ホーンを被接合物に押し当て、超音波発振子で発生した超音波を超音波ホーンに伝播させ、被接合物に照射する。すると、被接合物は超音波振動によって発熱し、被接合物が熱可塑性プラスチックの場合には軟化あるいは融解して接合が行われる。この場合、超音波接合条件、あるいは被接合物の状態によっては、接合が不完全な場合があり問題となっていた。本発明者らは、誠意検討した結果、このような接合不良が発生したときには、超音波振動の熱への転換が完全に行われず、一部は振動となって被接合物や被接合物を保持する治具を振動させることを見出した。しかし、これらの振動は微細なものであり、その検出が困難なケースがあった。そこで、本発明者らはさらに検討を重ね、被接合物や被接合物を保持する治具に振動センサーを取り付け、振動を検出し、さらに、検出した信号をフーリエ変換したり、あるいは多重解像度解析することによって、良好な接合が行われた場合と、好ましくない接合が行われた場合の差を検出できることを見出した。
【００４７】
従って、本発明では超音波接合がうまく行われなかった場合、超音波は熱に転換されず、一部は振動として残り、これを振動センサーで検出することによって、接合状態を把握することが可能になる。超音波接合の状態を振動センサーで検出するが、その信号のままでは、接合の良否を判定するのは難しいが、信号をフーリエ変換するか、あるいは多重解像度解析し、振動のスペクトルを調べることによって、接合の良否を容易に判断できる。スペクトルの判断法としては、良い接合時の振動スペクトルを基準にすれば良く、特定の周波数の成分が強くなったり、あるいは幅は広くなったりすることを検出することで行われる。
【００４８】
通常、超音波接合の周波数は１２ＫＨｚから７０ＫＨｚであるが、測定する振動はこの範囲で無くとも良く、５００Ｈｚ〜２００００Ｈｚの振動を測定し、これをフーリエ変換することで、超音波接合の状態を判断できる。
【００４９】
本発明によれば、被接合物の材質がわずかに変わった場合、例えば、不純物の混入が不可避なリサイクルプラスチックの超音波接合を行う場合でも、接合状態を把握することが可能である。特に、無機フィラーを入れた熱可塑性プラスチックを再生したプラスチックでは、フィラーの配合比率が大きくバラツクことがあり、このような場合、同じ超音波接合条件では接合できないことが発生する場合がある。そして、この発生は予測が困難である。しかし、本発明によれば、リサイクルで得たプラスチックのように特性に大きなバラツキのあるプラスチックの接合においても、超音波接合の状態を監視することが可能になり、不良な接合の発生を検出することが可能になる。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明を実施例によるさらに詳細に説明する。
【００５１】
（実施例１）
超音波接合装置として、図１に示す超音波接合装置を使用した。被接合物は厚さ７５μｍのポリエチレンテレフタレートにアルミニウムを約０．８μｍの厚さで蒸着し、その上に厚さ約３μｍの下引き層、厚さ０．１μｍの電荷発生層、厚さ２０μｍの電荷輸送層を順次設けた電子写真感光体を使用した。ここで、超音波振動子の発振周波数は２８ＫＨｚであり、振幅は３０μｍである。また、超音波ホーン２はジュラルミン製ホーンを使用した。また、接合台１１は鋼製の台を使用し、これにソニー製のエレクトレットコンデンサーマイクロホンＥＣＭ−Ｔ１４５を取り付けて、接合台１１の振動を測定できるようにした。上記電子写真感光体の縁を０．５ｍｍ重ね合わせ、超音波ホーン２に６００ｇの荷重を加え、７ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させながら超音波接合を行った。マイクロホンの出力はアンプで増幅し、これをパーソナルコンピューターで取り込み、ソフトウェアでフーリエ変換を行った。フーリエ変換の結果を図５に示す。
【００５２】
図５では、１５４００Ｈｚ付近にピークが認められるが、その幅は５００Ｈｚ程度である。接合状態を測定したところ、接合強度は１２６Ｎ／ｃｍであり、これは十分な接合強度であった。
【００５３】
次に、電子写真感光体の重ね合わせ幅を２ｍｍとした以外は実施例１と同様にして超音波接合を行った。この超音波接合時の振動のフーリエ変換結果を図６に示す。
図６では、１５４００Ｈｚ付近のピークは図５に比べて広く、その幅は１５００Ｈｚ程度である。接合状態を観察したところ、接合幅が広い他は実施例１と同じに見えたが、接合強度を測定したところ、接合強度は４８Ｎ／ｃｍであった。
【００５４】
図５に示すフーリエ変換結果と、図６に示すフーリエ変換結果を比較すれば判るように、１５４００Ｈｚ付近のスペクトルの様相が異なっている。従って、超音波接合時に振動をフーリエ変換し、そのスペクトルを観察することにより、超音波接合のモニタリングが可能になることがわかる。また、このとき観測する周波数は５００Ｈｚ以上、２０００００Ｈｚ以下が良く、好ましくは１００００Ｈｚ以上、２００００Ｈｚ以下が良い。
ここで、フーリエ変換結果は図で示したが、フーリエ変換は数値演算回路等のハードウェアで実施するか、あるいはコンピューターを使用してソフトウェアで実施するので、フーリエ変換の結果をこれらのハードウェアあるいはソフトウェアで行なうことにより、迅速で正確な判断評価が可能になる。
【００５５】
（実施例２）
超音波接合装置として、図２に示す超音波接合装置を使用した。ここでは、厚さ５ｍｍのＡＢＳ樹脂の上に、厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂をスポット接合した。ここで、超音波振動子の発振周波数は２８ＫＨｚであり、振幅は３０μｍである。また、超音波ホーン２はジュラルミン製ホーンを使用した。また、接合台１１は鋼製の台を使用し、これにソニー製のエレクトレットコンデンサーマイクロホンＥＣＭ−Ｔ１４５を取り付けて、接合台１１の振動を測定できるようにした。上記の厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂に超音波ホーン２を荷重６００ｇで当接させ、約０．３秒間超音波を照射し、スポット接合を行った。マイクロホンの出力はアンプで増幅し、これをパーソナルコンピューターで取り込み、ソフトウェアで短時間高速フーリエ変換を行った。短時間高速フーリエ変換の結果を図７に示す。各種条件を変えてスポット超音波接合を行ったところ、短時間高速フーリエ変換の結果に差が生じ、この方法によって接合状態を把握できることがわかった。
ここで、短時間高速フーリエ変換は短時間フーリエ変換でも良い。また、これらの演算は数値演算回路等のハードウェアで実施するか、あるいはコンピューターを使用してソフトウェアで実施することも可能である。短時間高速フーリエ変換の結果をこれらのハードウェアあるいはソフトウェアで行なうことにより、迅速で正確な判断評価が可能になる。
【００５６】
（実施例３）
超音波接合装置として、図２に示す超音波接合装置を使用した。ここでは、厚さ５ｍｍのＡＢＳ樹脂の上に、厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂をスポット接合した。ここで、超音波振動子の発振周波数は２８ＫＨｚであり、振幅は３０μｍである。また、超音波ホーン２はジュラルミン製ホーンを使用した。また、接合台１１は鋼製の台を使用し、これにソニー製のエレクトレットコンデンサーマイクロホンＥＣＭ−Ｔ１４５を取り付けて、接合台１１の振動を測定できるようにした。上記の厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂に超音波ホーン２を荷重６００ｇで当接させ、約０．３秒間超音波を照射し、スポット接合を行った。マイクロホンの出力はアンプで増幅し、これをパーソナルコンピューターで取り込み、ソフトウェアでウェーブレット変換を行った。ここで、ウェーブレット関数はドビッシー関数を使用し、６段のウェーブレット変換を行った。その結果を図８に示す。各種条件を変えてスポット超音波接合を行ったところ、ウェーブレット変換結果に差が生じ、この方法によって接合状態を把握できることがわかった。
ここでは、ウェーブレット変換により多重解像度解析を行ったが、信号を図３に示すようにフィルター処理しても多重解像度解析は可能であり、接合状態を把握できる。
ここで、ウェーブレット変換結果を図３で示したが、ウェーブレット変換は数値演算回路等のハードウェアで実施するか、あるいはコンピューターを使用してソフトウェアで実施するので、ウェーブレット変換結果の判定をこれらのハードウェアあるいはソフトウェアで行なうことにより、迅速で正確な判断評価が可能になる。
【００５７】
（実施例４）
超音波接合装置として、図２に示す超音波接合装置を使用した。ここでは、厚さ５ｍｍのＡＢＳ樹脂の上に、厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂をスポット接合した。ここで、超音波振動子の発振周波数は２８ＫＨｚであり、振幅は３０μｍである。また、超音波ホーン２はジュラルミン製ホーンを使用した。また、接合台１１は鋼製の台を使用し、これにソニー製のエレクトレットコンデンサーマイクロホンＥＣＭ−Ｔ１４５を取り付けて、接合台１１の振動を測定できるようにした。上記の厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂に超音波ホーン２を荷重６００ｇで当接させ、約０．３秒間超音波を照射し、スポット接合を行った。マイクロホンの出力はアンプで増幅し、これをパーソナルコンピューターで取り込み、ソフトウェアでウェーブレット変換を行った。ここで、ウェーブレット関数はコフィレット関数を使用し、９段のウェーブレット変換を行い、その結果から更にスカログラムを求めた。ここで、スカログラム（ｓｃａｌｏｇｒａｍ）とはウェーブレット変換結果の絶対二乗値である。その結果を図９に示す。各種条件を変えてスポット超音波接合を行ったところ、スカログラムに差が生じ、この方法によって接合状態を把握できることがわかった。
ここで、スカログラムは数値演算回路等のハードウェアで求めるか、あるいはコンピューターを使用してソフトウェアで演算するので、スカログラムの判定をこれらのハードウェアあるいはソフトウェアで行なうことにより、迅速で正確な判断評価が可能になる。
【００５８】
（実施例５）
超音波接合装置として、図２に示す超音波接合装置を使用した。ここでは、厚さ５ｍｍのＡＢＳ樹脂の上に、厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂をスポット接合した。ここで、超音波振動子の発振周波数は２８ＫＨｚであり、振幅は３０μｍである。また、超音波ホーン２はジュラルミン製ホーンを使用した。また、接合台１１は鋼製の台を使用し、これにソニー製のエレクトレットコンデンサーマイクロホンＥＣＭ−Ｔ１４５を取り付けて、接合台１１の振動を測定できるようにした。上記の厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂に超音波ホーン２を荷重６００ｇで当接させ、約０．３秒間超音波を照射し、スポット接合を行った。マイクロホンの出力はアンプで増幅し、これをパーソナルコンピューターで取り込み、ソフトウェアでウィグナー−ビレ分布を求めた。その結果を図１０に示す。各種条件を変えてスポット超音波接合を行ったところ、ウィグナー分布に差が生じ、この方法によって接合状態を把握できることがわかった。
ここで、ウィグナー−ビレ分布は数値演算回路等のハードウェアで求めるか、あるいはコンピューターを使用してソフトウェアで演算するので、ウィグナー−ビレ分布の判定をこれらのハードウェアあるいはソフトウェアで行なうことにより、迅速で正確な判断評価が可能になる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、前記手法及び構成を採用したので、超音波接合時にプラスチック部品等の被接合物の接合状態を把握できるため、常に良好な接合を維持できる超音波接合方法及び超音波接合装置の提供が可能となる。特に、画像形成装置等における各種ベルト、部品、ユニット等の接合品質を常に良好な状態に維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に示す超音波接合を行っている状態の構成図
【図２】本発明に示す超音波接合を行っている状態の構成図
【図３】多重解像度解析のフロー図
【図４】信号を多重解像度解析した結果の概念図
【図５】良好な超音波接合時の振動のフーリエ変換結果
【図６】良好でない超音波接合時の振動のフーリエ変換結果
【図７】超音波接合時の振動の短時間フーリエ変換結果
【図８】超音波接合時の振動のウェーブレット変換結果
【図９】超音波接合時の振動のウェーブレット変換結果から求めたスカログラム
【図１０】超音波接合時の振動のウィグナー−ビレ分布
【符号の説明】
１　　超音波発振子
２　　超音波ホーン
３　　超音波発振電源
４　　超音波発振電源３と超音波発振子１を接続するケーブ
５　　振動センサー
６　　振動センサー５の検出した信号を伝えるケーブル
７　　振動センサー５からの信号を処理する信号処理装置
８　　振動センサー５からの信号を処理する信号処理装置８とフーリエ変換装置
９を接続するケーブル
９　　フーリエ変換装置
１０　接合を行うシート
１１　接合を行うシートを把持する治具
１２　被接合物のプラスチック部品
１３　被接合物のプラスチック部品
１４　被接合物のプラスチック部品を把持する治具
２１　元信号
２２　ハイパスフィルター通過した信号
２３　ローパスフィルターを通過した信号
２４　ハイパスフィルター通過した信号
２５　ローパスフィルターを通過した信号
２６　ハイパスフィルター通過した信号
２７　ローパスフィルターを通過した信号
【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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