(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク間の接合部を含む変位部の変位量に基づき該変位部の変位変化量を求めると共に、溶接初期の所定時点で求めた前記変位部の変位変化量に基づいて接合品質の良否を判別する重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法であって、
前記変位部の変位量は、ホーン保持部の変位量を検出する変位量センサの信号に基づいて検出されることを特徴とする重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法。
【請求項２】
請求項１において、前記所定時点として複数の時点が設定されていることを特徴とする重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
重ね合わせ超音波溶接は、図４に例示するように、アンビル（作業台ともいう。）５とホーン（超音波工具ともいう。）４のスリップ防止用ローレット４ａとの間に複数のワーク６と７を重ね合わせてセットし、ホーン４を超音波振動させることによって複数のワーク６と７とを接合させる超音波溶接である。
【０００３】
このような重ね合わせ超音波溶接においては、ワーク６に対するホーン４のグリップ力が接合部１２の接合品質を大きく左右し、例えばホーン４からワーク６へ超音波振動が十分伝達されない場合、接合部１２が十分に清浄化昇温されず接合強度が低下し、接合品質が不良となる。
【０００４】
従来、接合品質を判別するにあたっては、通常、溶接時間によって振動伝達率の変化を推察するという方法が採用されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶接時間によって接合品質を判別する方法では、接合品質の良否を容易かつ正確に判別することが困難な場合が多かった。
【０００６】
そこで、本発明者らは、接合品質を容易かつ正確に判別する方法を鋭意検討したところ、次のような知見を得た。
【０００７】
重ね合わせ超音波溶接によると、図４に示すように、ワーク接合部１２を含む変位部１３が変位する。この変位部１３の変位量Ｌは、一方のワーク６に対するローレット４ａの食込量Ｌe1と、他方のワーク７に対するアンビル５の食込量Ｌe2と、実質的に接合強度に関与するワーク６と７の接合部１２の変形量ＬW との和であり、Ｌ＝Ｌe1＋Ｌe2＋ＬW で表される。
【０００８】
正常な溶接の場合、図５（Ａ）に示すように、溶接中、ホーン４の超音波振動にワーク６が十分に追従でき、ホーン４の振幅量とワーク６の振幅量とがほぼ一致する。このような場合、ローレット４ａの食込量Ｌe1は小さく、例えば変位量Ｌが約０．３ｍｍであるとき約０．０５ｍｍとなる。なお、図５（Ａ）において、ＶP は、ホーン４の振動の方向及び大きさを、ＶW は、ワーク６の振動の方向及び大きさを便宜的に表している（後述する図５（Ｂ）においても同様である。）。
【０００９】
これに対し、ホーン４のセレーションが摩耗したり加圧力が低下したような状態の下で行なわれる異常な溶接の場合、図５（Ｂ）に示すように、溶接中、ローレット４ａのグリップ力不足によりワーク６がホーン４の超音波振動に追従できず滑りが発生し、ホーン４の振幅量とワーク６の振幅量とに差が生じる。このような場合、ワーク６がローレット４ａによって長時間塑性変形され、ローレット４ａの食込量Ｌe1は増大し、例えば変位量Ｌが約０．３ｍｍであるとき約０．１５〜０．２ｍｍとなる。
【００１０】
そして、正常な溶接の場合の溶接過程と異常な溶接の場合の溶接過程を、時間ｔに対する変位量Ｌの変化として表したところ、それぞれ図６にａとｂで示すようなグラフを得ることができた。
【００１１】
図６に示したグラフａとｂとを比較することにより、溶接初期においては、異常な溶接の場合の変位量Ｌが正常な溶接の場合の変位量Ｌよりも大きいことが分かる。例えば、発電機用整流器フィンのアルミ板（ｔ＝２〜３ｍｍ）と銅板（ｔ＝０．５〜１ｍｍ）とを溶接した場合、溶接開始から０．４秒が経過した時点ｔ0 では、正常溶接時の変位量Ｌが約０．１５ｍｍであったのに対し、異常溶接時の変位量Ｌは約０．２５ｍｍもあり、異常溶接時の溶接初期における変位量Ｌが大きいことが判明した。
【００１２】
また、正常な溶接の場合の溶接過程と異常な溶接の場合の溶接過程を、図６のグラフに基づき、時間ｔに対する変位変化量Ｋ（＝ΔＬ／Δｔ）の変化として表したところ、それぞれ図７にａとｂで示すようなグラフを得ることができた。
【００１３】
図７に示したグラフａとｂとを比較することにより、溶接初期においては、異常な溶接の場合の変位変化量Ｋが正常な溶接の場合の変位変化量Ｋよりも大きいことが分かる。例えば、溶接開始から０．２秒が経過した時点ｔ0 では、正常溶接時の変位変化量Ｋが約０．２ｍｍ／秒であったのに対し、異常溶接時の変位変化量Ｋは約０．４ｍｍ／秒もあり、異常溶接時の溶接初期における変位変化量Ｋが大きいことが判明した。
【００１４】
本発明は、上述したように正常溶接時と異常溶接時とでは溶接初期における変位量及び変位変化量に大きな差異が生じることに基づき、接合品質の判別を容易かつ正確に行なうことができる重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法によると、請求項１に記載のように、溶接初期の所定時点で求めた変位部の変位変化量に基づき、この変位変化量が大きいときには異常溶接と判断し、一方、変位変化量が小さいときには正常溶接と判断することにより、接合品質の判別を容易かつ正確に行うことが可能になる。
【００１７】
ここで、変位変化量を求める時点としては、一つの時点に限定されるものではなく、請求項２に記載のように複数の時点を設定するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本実施例による重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法を実施するための超音波溶接装置の構成を示す。
【００２０】
図１に示す超音波溶接装置は、安定化電源１と発振器２と振動子３とホーン（超音波工具）４とホーン保持部８と変位量センサ９と良否判別装置１０と表示装置１１とを備える。
【００２１】
安定化電源１には、交流電源（例えば、ＡＣ２００Ｖ）が接続される。安定化電源１は、発振器２に定電圧を印加する。
【００２２】
発振器２は、振動子３を駆動する。
【００２３】
振動子３は、超音波を出力する。
【００２４】
ホーン４は、振動子３の超音波出力を増幅する。
【００２５】
変位量センサ９は、ワーク６と７の接合部１２を含む変位部１３の変位量Ｌを検出するために、ホーン保持部８の下降量（変位量）を検出する。
【００２６】
良否判別装置１０は、変位量センサ９からの検出信号を入力し、接合品質の良否を判別する。また、良否判別装置１０は、溶接終了時に安定化電源１を停止させる。
【００２７】
表示装置１１は、良否判別装置１０の判定結果を表示する。
【００２８】
次に、上記構成の超音波溶接装置を用いた重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法の第１実施例を図２に基づいて説明する。
【００２９】
まず、アンビル５とホーン４のローレット４ａとの間にワーク６と７とをセットし、加圧手段（図示せず。）によってワーク６と７に一定の圧力Ｐを加える（ステップ１０１）。なお、加圧手段は、溶接中、常に圧力Ｐが一定となるよう加圧する。
【００３０】
次に、安定化電源１を入れ、ホーン４を超音波振動させてワーク６、７の溶接を開始する（ステップ１０２）。
【００３１】
次に、良否判別装置１０において、変位量センサ９からの検出信号を入力し、変位部１３の変位量Ｌの計測を開始する（ステップ１０３）。
【００３２】
また、良否判別装置１０において、溶接時間ｔの計測を開始する（ステップ１０４）。
【００３３】
良否判別装置１０においては、溶接時間ｔが溶接初期における所定時点ｔ0 （例えば、溶接開始から０．４秒が経過した時点）に達したか否かを判断し（ステップ１０５）、溶接時間ｔが所定時点ｔ0 に達したと判断すると、この時点ｔ0 での変位量Ｌが接合品質良否判別のための基準値Ｌ0 以上か否かを判断する（ステップ１０６）。
【００３４】
変位量Ｌが基準値Ｌ0 以上であると判断した場合、異常溶接のため接合品質が悪いと判断し、表示装置１１に当該接合品が不良品である旨の表示をさせるとともに、当該接合品を不良品として排出させる（ステップ１０７）。
【００３５】
一方、変位量Ｌが基準値Ｌ0 未満であると判断した場合、正常溶接であり接合品質が良いと判断し、変位量Ｌが溶接終了判断のための基準値Ｌ1 に達したか否かを判断し（ステップ１０８）、変位量Ｌが基準値Ｌ1 に達したと判断すると、安定化電源１を停止させるなどして溶接を終了する（ステップ１０９）。
【００３６】
以上説明したように、第１実施例の重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法によると、溶接初期の所定時点ｔ0 で検出した変位部１３の変位量Ｌに基づき、この変位量Ｌが大きいときには異常溶接と判断し、一方、変位量Ｌが小さいときには正常溶接と判断するようにしたため、接合品質の判別を容易かつ正確に行なうことが可能になる。
【００３７】
次に、重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法の第２実施例を図３に基づいて説明する。
【００３８】
まず、アンビル５とホーン４のローレット４ａとの間にワーク６と７とをセットし、加圧手段（図示せず。）によってワーク６と７に一定の圧力Ｐを加える（ステップ２０１）。なお、加圧手段は、溶接中、常に圧力Ｐが一定となるよう加圧する。
【００３９】
次に、安定化電源１を入れ、ホーン４を超音波振動させてワーク６、７の溶接を開始する（ステップ２０２）。
【００４０】
次に、良否判別装置１０において、変位量センサ９からの検出信号を入力し、変位部１３の変位量Ｌの計測を開始する（ステップ２０３）。
【００４１】
また、良否判別装置１０において、溶接時間ｔの計測を開始する（ステップ２０４）。
【００４２】
また、良否判別装置１０において、上記変位量Ｌと上記溶接時間ｔとに基づいて変位変化量Ｋ（＝ΔＬ／Δｔ）を算出開始する（ステップ２０５）。
【００４３】
良否判別装置１０においては、溶接時間ｔが溶接初期における所定時点ｔ0 （例えば、溶接開始から０．２秒が経過した時点）に達したか否かを判断し（ステップ２０６）、溶接時間ｔが所定時点ｔ0 に達したと判断すると、この時点ｔ0 での変位変化量Ｋが接合品質良否判別のための基準値Ｋ0 よりも大きいか否かを判断する（ステップ２０７）。
【００４４】
変位変化量Ｋが基準値Ｋ0 よりも大きいと判断した場合、異常溶接のため接合品質が悪いと判断し、表示装置１１に当該接合品が不良品である旨の表示をさせるとともに、当該接合品を不良品として排出させる（ステップ２０８）。
【００４５】
一方、変位変化量Ｋが基準値Ｋ0 以下であると判断した場合、正常溶接であり接合品質が良いと判断し、変位量Ｌが溶接終了判断のための基準値Ｌ1 に達したか否かを判断し（ステップ２０９）、変位量Ｌが基準値Ｌ1 に達したと判断すると、安定化電源１を停止させるなどして溶接を終了する（ステップ２１０）。
【００４６】
以上説明したように、第２実施例の重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法によると、溶接初期の所定時点ｔ0 で求めた変位部１３の変位変化量Ｋに基づき、この変位変化量Ｋが大きいときには異常溶接と判断し、一方、変位変化量が小さいときには正常溶接と判断するようにしたため、接合品質の判別を容易かつ正確に行なうことが可能になる。
【００４７】
なお、変位変化量Ｋを求める時点として、図７に示すように複数の時点ｔ0 、ｔ01、ｔ02を設定し、変位変化量の全体形状から接合品質の良否を判断するようにしてもよい。
【００４８】
また、本発明は、二枚のワークの接合のみに限定して適用されるものではなく、他に、例えば、アルミ板（ｔ＝２〜３ｍｍ）と銅板（ｔ＝０．５〜１ｍｍ）との間に鉄板（ｔ＝２〜３ｍｍ）を挿入し３枚同時に接合させる場合などにも適用でき、このような場合にも、接合品質の判別を容易かつ正確に行なうことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例による重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法を実施するための超音波溶接装置の構成図である。
【図２】第１実施例による重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法を示すフローチャートである。
【図３】第２実施例による重ね合わせ超音波溶接における接合品質判別方法を示すフローチャートである。
【図４】変位部の変位量を説明するための説明図である。
【図５】正常溶接と異常溶接との相違を説明するための説明図である。
【図６】正常溶接時の変位量と異常溶接時の変位量との相違を説明するためのグラフである。
【図７】正常溶接時の変位変化量と異常溶接時の変位変化量との相違を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
６、７    ワーク
８    ホーン保持部
９    変位量センサ
１０    良否判別装置
１２    接合部
１３    変位部
Ｌ    変位量
Ｋ    変位変化量
ｔ0     所定時点
【図１】
0003780637.tif 000002
【図２】
0003780637.tif 000003
【図３】
0003780637.tif 000004
【図４】
0003780637.tif 000005
【図５】
0003780637.tif 000006
【図６】
0003780637.tif 000007
【図７】
0003780637.tif 000008