JP5335450B2 - Ultrasonic metal bonding machine - Google Patents
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Abstract
Description
本件発明は、二枚の金属板を接合するために使用される超音波金属接合機に関する。 Present invention relates to an ultrasonic metal joining machine that is used to join two metal plates.
従来、二枚の金属板（例えば電極端子）を接合するために、例えば、特許文献１に記載されているような超音波金属接合機が使用されている。 Conventionally, in order to join two metal plates (for example, electrode terminals), for example, an ultrasonic metal bonding machine as described in Patent Document 1 is used.
この超音波金属接合機は、アンビル及びホーンを備えている。この超音波金属接合機を用いて二枚の金属板を接合するには、作業者は、まず、アンビルに二枚の金属板を上下に重ねた状態で載置する。次に、作業者は、超音波金属接合機を駆動し、超音波金属接合機の加圧装置がホーンを下方に押圧することにより、ホーンとアンビルとで二枚の金属板を挟持する。 This ultrasonic metal bonding machine includes an anvil and a horn. In order to join two metal plates using this ultrasonic metal joining machine, an operator first places the two metal plates on the anvil in a state where they are stacked one above the other. Next, the operator drives the ultrasonic metal bonding machine, and the pressurizing device of the ultrasonic metal bonding machine presses the horn downward, thereby holding the two metal plates between the horn and the anvil.
さらに、この状態で、超音波金属接合機の超音波振動子が駆動することによってホーンが水平方向に超音波振動し、ホーンから上側の金属板に超音波振動が与えられて、双方の金属板が左右に摺り合わせられる。これにより、双方の金属板の接触面に付着している酸化膜等の不純物が除去されるとともに、双方の金属板が重なっている重合部分に摩擦熱が生じる。この摩擦熱により、重合部分に急激な塑性流動が生じることにより重合部分が接合されて接合金属板が得られる。また、ホーンの超音波振動を停止する方法としては、以下の３つの方法が知られている。
（１）予め設定したホーンの駆動時間を経過した時に超音波振動を停止する。
（２）予め設定した上側の金属板の沈み込み量に達した時に超音波振動を停止する。
（３）予め設定した超音波振動のエネルギー量に達した時に超音波振動を停止する。
Further, in this state, the horn vibrates in the horizontal direction by driving the ultrasonic vibrator of the ultrasonic metal bonding machine, and the ultrasonic vibration is applied from the horn to the upper metal plate. Are slid left and right. As a result, impurities such as oxide films adhering to the contact surfaces of both metal plates are removed, and frictional heat is generated in the overlapping portion where both metal plates overlap. Due to this frictional heat, a sudden plastic flow is generated in the superposed part, so that the superposed part is joined to obtain a joined metal plate. The following three methods are known as methods for stopping the ultrasonic vibration of the horn.
(1) The ultrasonic vibration is stopped when a preset driving time of the horn has elapsed.
(2) The ultrasonic vibration is stopped when a preset amount of sinking of the upper metal plate is reached.
(3) The ultrasonic vibration is stopped when a preset amount of ultrasonic vibration energy is reached.
しかしながら、上記の（１）〜（３）の方法では、超音波接合機の駆動前に、予め条件値（駆動時間、沈み込み量、エネルギー量）を設定している。このため、条件値が必要以上に大きく設定された場合には、金属板の接合が完了しても、ホーンは超音波振動していることになる。したがって、アンビルと下側の金属板とが無駄に擦られてしまい、接合金属板は下側の金属板が薄くなる等のダメージを受けるので、接合強度が安定しなかった。 However, in the above methods (1) to (3), the condition values (driving time, sinking amount, energy amount) are set in advance before the ultrasonic bonding machine is driven. For this reason, when the condition value is set to be larger than necessary, the horn is ultrasonically vibrated even when the joining of the metal plates is completed. Therefore, the anvil and the lower metal plate are rubbed unnecessarily, and the bonded metal plate suffers damage such as thinning of the lower metal plate, so that the bonding strength is not stable.
本件発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、接合強度が安定した接合金属板を得ることができる超音波金属接合機を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this conventional subject, and it aims at providing the ultrasonic metal joining machine which can obtain the joining metal plate with stable joining strength.
前記課題を解決するために本件発明の請求項１に記載の超音波金属接合機は、超音波金属接合機のホーンの駆動力を超音波振動の開始時から連続的に検出する駆動力検出手段と、この駆動力検出手段で検出された駆動力値を順次保存し、その保存開始時から所定時間毎の駆動力値の変動幅が３回連続して所定幅以内にあるか否かを判断し、当該変動幅が３回連続して所定幅以内にあると判断した場合は、前記二枚の金属板の接合が完了したと判断して前記ホーンの超音波振動を停止するホーン駆動制御手段とを備えていることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the ultrasonic metal bonding machine according to claim 1 of the present invention is a driving force detection means for continuously detecting the driving force of the horn of the ultrasonic metal bonding machine from the start of ultrasonic vibration. The driving force values detected by the driving force detecting means are sequentially stored, and it is determined whether or not the fluctuation range of the driving force value every predetermined time from the start of the storage is within the predetermined width three times in succession. If it is determined that the fluctuation range is within a predetermined range for three consecutive times, it is determined that the joining of the two metal plates is completed, and the horn drive control means stops the ultrasonic vibration of the horn. It is characterized by having.
また、本件発明の請求項２に記載の超音波金属接合機は、超音波金属接合機のホーンの駆動力を超音波振動の開始時から連続的に検出する駆動力検出手段と、上側の金属板の沈み込み量を超音波振動の開始時から連続的に検出する沈み込み量検出手段と、ホーン駆動制御手段とを備え、このホーン駆動制御手段は、前記駆動力検出手段で検出された駆動力値を順次保存し、その保存開始時から所定時間毎の駆動力値の変動幅が３回連続して所定幅以内にあるか否かを判断する手段と、前記沈み込み量検出手段で検出された沈み込み量を順次保存し、その保存開始時から所定時間毎に前記沈み込み量の変化量を算出する沈み込み変化量算出手段と、前記所定時間毎の駆動力値の変動幅が３回連続して所定幅以内にあり、且つ、前記所定時間毎の沈み込み量の変化量が少なくとも３回連続して一定である場合は、前記二枚の金属板の接合が完了したと判断して前記ホーンの超音波振動を停止する超音波振動停止手段とを備えていることを特徴としている。 The ultrasonic metal bonding machine according to claim 2 of the present invention includes a driving force detecting means for continuously detecting the driving force of the horn of the ultrasonic metal bonding machine from the start of ultrasonic vibration, and the upper metal A subsidence amount detecting means for continuously detecting the subsidence amount of the plate from the start of the ultrasonic vibration, and a horn drive control means, the horn drive control means is a drive detected by the driving force detection means. The force value is sequentially stored, and a means for determining whether or not the fluctuation range of the driving force value every predetermined time from the start of the storage is within a predetermined range for three consecutive times and detected by the subtraction amount detecting means The subsidence amount calculation means for sequentially storing the subsidence amount and calculating the subsidence amount change amount every predetermined time from the start of the storage, and the fluctuation range of the driving force value for each predetermined time is 3 times continuously is within a predetermined range, and, for each of the predetermined time If the amount of change in the penetration amount is constant at least three times continuously, it is judged that the joining of the two metal plates is completed, and an ultrasonic vibration stopping means for stopping the ultrasonic vibration of the horn is provided. It is characterized by having.
また、本件の接合金属板では、二枚の金属板を、請求項１または請求項２に記載の超音波金属接合機を用いて接合することにより得られるようにしても良い。 Further, in junction metal sheet of the present matter, the two metal plates, may be obtained by bonding using an ultrasonic metal bonding machine according to claim 1 or claim 2.
本件発明の請求項１に記載の超音波金属接合機では、所定時間毎の駆動力値の変動幅が３回連続して所定幅以内にある場合には、二枚の金属板の接合が完了したと判断してホーンの超音波振動を停止するようにした。このため、アンビルと下側の金属板とが無駄に擦られてしまうことがないので、接合金属板は、下側の金属板が薄くなる等のダメージを受けてしまうことはない。よって、請求項１に記載の超音波金属接合機は、接合強度が安定した接合金属板を得ることができる。 In the ultrasonic metal bonding machine according to claim 1 of the present invention, when the fluctuation width of the driving force value for each predetermined time three consecutive Ru near within a predetermined width, the joining of two metal plates Judging that it was completed, the ultrasonic vibration of the horn was stopped. For this reason, since the anvil and the lower metal plate are not rubbed unnecessarily, the bonded metal plate is not damaged such as the lower metal plate being thinned. Therefore, the ultrasonic metal bonding machine according to claim 1 can obtain a bonded metal plate with stable bonding strength.
また、本件発明の請求項２に記載の超音波金属接合機では、所定時間毎の駆動力値の変動幅が３回連続して所定幅以内にあり、且つ、所定時間毎の沈み込み量の変化量が少なくとも３回連続して一定である場合には、二枚の金属板の接合が完了したと判断してホーンの超音波振動を停止するようにした。このため、請求項２に記載の超音波金属接合機は、アンビルと下側の金属板とが無駄に擦られてしまうことがないので、接合強度が安定した接合金属板を得ることができる。 Further, in the ultrasonic metal bonding machine according to claim 2 of the present invention, the fluctuation range of the driving force value every predetermined time is within the predetermined width three times continuously , and the amount of subsidence per predetermined time is When the amount of change was constant at least three times continuously, it was judged that the joining of the two metal plates was completed, and the ultrasonic vibration of the horn was stopped. For this reason, since the anvil and the lower metal plate are not rubbed unnecessarily, the ultrasonic metal bonding machine according to claim 2 can obtain a bonded metal plate with stable bonding strength.
また、請求項２に記載の超音波金属接合機は、請求項１に記載の超音波金属接合機に比べて、金属板の接合完了の判断条件が多いので接合完了の判断が正確になる。よって、請求項２に記載の超音波金属接合機は、接合強度が確実に安定した接合金属板を得ることができる。 Further, the ultrasonic metal joining machine according to claim 2 has more judgment conditions for the completion of joining of the metal plates than the ultrasonic metal joining machine according to claim 1, so that the judgment of the completion of joining becomes accurate. Therefore, the ultrasonic metal bonding machine according to claim 2 can obtain a bonded metal plate with a stable bonding strength.
また、本件の接合金属板は、二枚の金属板を、請求項１または請求項２に記載の超音波金属接合機を用いて接合することにより得られるようにした。したがって、本件の接合金属板は、従来の接合金属板よりも安定した接合強度を得ることができるので、品質が向上する。 Also, junction metal sheet of the present matter, the two metal plates, and the like and joining using an ultrasonic metal bonding machine according to claim 1 or claim 2. Therefore, since the joining metal plate of this case can obtain the joining strength more stable than the conventional joining metal plate, quality improves.
以下、本件発明の実施の形態を図にしたがって説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１の実施の形態：
図１は、本件発明の第１の実施の形態を示す超音波金属接合機１のシステム図である。この超音波金属接合機１は、二枚の金属板１０、１１を接合するために使用される。金属板の例としては、下側の金属板１０は黄銅にスズメッキを施したもの、上側の金属板１１は銅にニッケルメッキを施したものが挙げられる。
First embodiment:
FIG. 1 is a system diagram of an ultrasonic metal bonding machine 1 showing a first embodiment of the present invention. The ultrasonic metal bonding machine 1 is used for bonding two metal plates 10 and 11. As an example of the metal plate, the lower metal plate 10 may be brass plated with tin, and the upper metal plate 11 may be copper plated with nickel.
また、この超音波金属接合機１は、アンビル２と、ホーン３と、出力センサ４と、超音波金属接合機コントローラ５と、超音波振動子および加圧装置（図示せず）とを備えている。アンビル２、ホーン３、超音波振動子および加圧装置については従来と同様なので、本実施の形態では、出力センサ４と超音波金属接合機コントローラ５について説明する。 The ultrasonic metal bonding machine 1 includes an anvil 2, a horn 3, an output sensor 4, an ultrasonic metal bonding machine controller 5, an ultrasonic vibrator and a pressure device (not shown). Yes. Since the anvil 2, the horn 3, the ultrasonic vibrator, and the pressure device are the same as those in the conventional art, the output sensor 4 and the ultrasonic metal bonding machine controller 5 will be described in the present embodiment.
出力センサ４は、本件発明の駆動力検出手段を構成している。この出力センサ４は、超音波金属接合機１の出力を検出して検出信号を出力するように構成されている。この出力センサ４によって検出される出力としては、超音波金属接合機１全体の出力（駆動力）や、ホーン３や超音波振動子の出力（駆動力）等が挙げられる。 The output sensor 4 constitutes the driving force detection means of the present invention. The output sensor 4 is configured to detect the output of the ultrasonic metal bonding machine 1 and output a detection signal. Examples of the output detected by the output sensor 4 include the output (driving force) of the entire ultrasonic metal bonding machine 1, the output (driving force) of the horn 3 and the ultrasonic transducer, and the like.
超音波金属接合機コントローラ５は、出力センサ４等に接続されている。この超音波金属接合機コントローラ５は、本件発明のホーン駆動制御手段を構成している。この超音波金属接合機コントローラ５は、出力センサ４等から出力された各種の信号に基づいて、ホーン３の駆動制御等、各種の制御を行うように構成されている。 The ultrasonic metal bonding machine controller 5 is connected to the output sensor 4 and the like. This ultrasonic metal bonding machine controller 5 constitutes the horn drive control means of the present invention. The ultrasonic metal bonding machine controller 5 is configured to perform various controls such as drive control of the horn 3 based on various signals output from the output sensor 4 and the like.
以上のように構成されている超音波金属接合機１において、次に、金属板１０、１１の接合方法を説明する。作業者は、アンビル２に金属板１０を載せて、その上に別の金属板１１を重ねて、超音波金属接合機１の開始スィッチ（図示せず）を押す。すると、超音波金属接合機１の加圧装置がホーン３を下方に押圧して、ホーン３とアンビル２が二枚の金属板１０、１１を挟持する。 Next, a method of joining the metal plates 10 and 11 in the ultrasonic metal joining machine 1 configured as described above will be described. An operator places the metal plate 10 on the anvil 2, puts another metal plate 11 thereon, and pushes a start switch (not shown) of the ultrasonic metal bonding machine 1. Then, the pressurization device of the ultrasonic metal bonding machine 1 presses the horn 3 downward, and the horn 3 and the anvil 2 sandwich the two metal plates 10 and 11.
次に、超音波金属接合機１の超音波振動子が駆動する。これにより、図２に示すように、ホーン３が水平方向に超音波振動して、ホーン３から上側の金属板１１に超音波振動が与えられる。 Next, the ultrasonic transducer of the ultrasonic metal bonding machine 1 is driven. As a result, as shown in FIG. 2, the horn 3 is ultrasonically vibrated in the horizontal direction, and ultrasonic vibration is applied from the horn 3 to the upper metal plate 11.
最初は、ホーン３の振動と一緒に上側の金属板１１が振動して、下側の金属板１０は振動せずに、双方の金属板１０、１１が左右に摺り合わせられる。すると、双方の金属板１０、１１の接触面に付着している酸化膜等の不純物が除去されるとともに、双方の金属板１０、１１の重合部分１２に摩擦熱が生じる。この摩擦熱により、重合部分１２に急激な塑性流動が生じて、双方の金属板１０、１１が接合し始める。 Initially, the upper metal plate 11 vibrates together with the vibration of the horn 3, and the lower metal plate 10 does not vibrate, and the two metal plates 10 and 11 are slid right and left. Then, impurities such as an oxide film adhering to the contact surfaces of both metal plates 10 and 11 are removed, and frictional heat is generated in the overlapping portions 12 of both metal plates 10 and 11. Due to this frictional heat, an abrupt plastic flow occurs in the overlapped portion 12, and both the metal plates 10 and 11 begin to join.
双方の金属板１０、１１が接合し始めると、図３に示すように下側の金属板１０も振動を開始する。この振動の継続時間は、例えば２〜１０ｍＳと短い時間である。この振動が終了すると、図２に示したように、上側の金属板１１のみが振動している状態に戻る。 When both the metal plates 10 and 11 start to be joined, the lower metal plate 10 also starts to vibrate as shown in FIG. The duration of this vibration is as short as 2 to 10 mS, for example. When this vibration is completed, as shown in FIG. 2, only the upper metal plate 11 returns to a vibrating state.
双方の金属板１０、１１は、図２の状態と図３の状態を、例えば５〜７回程度繰り返した後に、図３の状態が維持される。つまり、双方の金属板１０、１１の振動状態が維持される。これは、双方の金属板１０、１１の接合が完了していることを意味している。 Both the metal plates 10 and 11 maintain the state of FIG. 3 after repeating the state of FIG. 2 and the state of FIG. 3 about 5-7 times, for example. That is, the vibration state of both the metal plates 10 and 11 is maintained. This means that the joining of both the metal plates 10 and 11 is completed.
これにより、超音波金属接合機１は、ホーン３の超音波振動を停止するための制御処理を行う。その制御処理について、図４のフローチャートを用いて以下に説明する。この制御処理は、超音波金属接合機１の出力状態を利用して行うものである。 Thereby, the ultrasonic metal bonding machine 1 performs a control process for stopping the ultrasonic vibration of the horn 3. The control process will be described below using the flowchart of FIG. This control process is performed using the output state of the ultrasonic metal bonding machine 1.
（ステップＳ１）
まず、ホーン３が超音波振動を開始すると、出力センサ４は、超音波金属接合機１の出力（ホーン３の駆動力）を連続的に検出して検出信号を超音波金属接合機コントローラ５に出力する。
（ステップＳ２）
超音波金属接合機コントローラ５は、出力センサ４から出力された検出信号に基づいて超音波金属接合機１の出力（ホーン３の駆動力値）を算出して、この出力を順次保存する。図５は、超音波金属接合機１の出力Ｐの変化を示すグラフである。
（ステップＳ３）
次に、超音波金属接合機コントローラ５は、図５に示すように超音波金属接合機１の出力Ｐの保存開始から所定時間ｔ毎に出力状態を監視する。この所定時間ｔは、予め金属板１０、１１の接合実験によって決められ、金属板１０、１１の接合に要する時間よりも短い。また、この所定時間ｔは、金属板の種類や金属板の接合の際の各種条件により異なる。
（ステップＳ４）
次に、超音波金属接合機コントローラ５は、所定時間ｔ毎の出力状態が３回連続して安定しているか否かを判断する。言い換えれば、図５に示すように、所定時間ｔ毎の出力Ｐの変動幅ａが３回連続して所定幅以内にあるか否かを判断する。この所定幅は、予め金属板１０、１１の接合実験によって決められ、金属板１０、１１の接合前における出力Ｐの変動幅ａよりもはるかに小さい。
（ステップＳ５）
次に、超音波金属接合機コントローラ５は、図５のＡに示すように所定時間ｔ毎の出力状態が３回連続して安定している場合には（ステップＳ４でＹＥＳ）、金属板１０、１１の接合が完了したと判断して超音波振動子の駆動を停止する。これにより、図５のＳ時点でホーン３の超音波振動が停止して制御処理が終了する。その結果、図３に示すような接合金属板１３が得られる。
(Step S1)
First, when the horn 3 starts ultrasonic vibration, the output sensor 4 continuously detects the output of the ultrasonic metal bonding machine 1 (the driving force of the horn 3) and sends a detection signal to the ultrasonic metal bonding machine controller 5. Output.
(Step S2)
The ultrasonic metal bonding machine controller 5 calculates the output of the ultrasonic metal bonding machine 1 (the driving force value of the horn 3) based on the detection signal output from the output sensor 4, and sequentially stores the output. FIG. 5 is a graph showing a change in the output P of the ultrasonic metal bonding machine 1.
(Step S3)
Next, an ultrasonic metal bonding machine controller 5 monitors the output state as shown in FIG. 5 from the storage start of the output P of the ultrasonic metal bonding machine 1 every predetermined time t. The predetermined time t is determined in advance by a joining experiment of the metal plates 10 and 11 and is shorter than the time required for joining the metal plates 10 and 11. In addition, the predetermined time t varies depending on the type of metal plate and various conditions when the metal plate is joined.
(Step S4)
Next, the ultrasonic metal bonding machine controller 5 determines whether or not the output state at every predetermined time t is stable three times continuously. In other words, as shown in FIG. 5, it is determined whether or not the fluctuation range a of the output P every predetermined time t is within a predetermined range for three consecutive times. This predetermined width is determined in advance by a joining experiment of the metal plates 10 and 11, and is much smaller than the fluctuation width a of the output P before the joining of the metal plates 10 and 11.
(Step S5)
Next, when the output state at every predetermined time t is stable three times continuously as shown in A of FIG. , 11 is completed, the driving of the ultrasonic transducer is stopped. As a result, the ultrasonic vibration of the horn 3 is stopped at the point S in FIG. 5, and the control process ends. As a result, a bonded metal plate 13 as shown in FIG. 3 is obtained.
なお、所定時間ｔ毎の出力状態が３回連続して安定している場合に金属板１０、１１の接合が完了したと判断する理由は次の通りである。 The reason for determining that the joining of the metal plates 10 and 11 has been completed when the output state at every predetermined time t is stable three times continuously is as follows.
金属板１０、１１の接合が完了していない状態では、金属板１０、１１は図２の状態や図３の状態を繰り返すことになる。したがって、出力Ｐの変動幅ａが所定幅を超えてしまうので出力状態が安定しない。なお、所定時間ｔ毎に出力状態を連続して監視する回数は、少なくとも３回は必要である。 In a state where the joining of the metal plates 10 and 11 is not completed, the metal plates 10 and 11 repeat the state of FIG. 2 and the state of FIG. Therefore, since the fluctuation range a of the output P exceeds the predetermined range, the output state is not stable. The number of times that the output state is continuously monitored every predetermined time t is required at least three times.
このように、本実施の形態の超音波金属接合機１では、金属板１０、１１の接合が完了した直後にホーン３の超音波振動を停止させるようにした。このため、金属板１０、１１の接合が完了しても、従来の超音波金属接合機のようにアンビル２と下側の金属板１０とが無駄に擦られてしまうことがない。したがって、接合金属板１３は、下側の金属板１０が薄くなる等のダメージを受けてしまうことはない。よって、本実施の形態の超音波金属接合機１は、接合強度が安定した接合金属板１３を得ることができる。また、この接合金属板１３は、従来の接合金属板よりも安定した接合強度を得ることができるので、品質が向上する。 As described above, in the ultrasonic metal bonding machine 1 of the present embodiment, the ultrasonic vibration of the horn 3 is stopped immediately after the metal plates 10 and 11 are completely bonded. For this reason, even if the joining of the metal plates 10 and 11 is completed, the anvil 2 and the lower metal plate 10 are not rubbed unnecessarily as in the conventional ultrasonic metal joining machine. Therefore, the bonded metal plate 13 is not damaged such as the lower metal plate 10 becoming thin. Therefore, the ultrasonic metal bonding machine 1 according to the present embodiment can obtain the bonded metal plate 13 with stable bonding strength. Moreover, since this joining metal plate 13 can obtain the joining strength more stable than the conventional joining metal plate, quality improves.
第２の実施の形態：
図６は、本件発明の第２の実施の形態を示す超音波金属接合機１０１のシステム図である。なお、本実施の形態の超音波金属接合機１０１では、第１の実施の形態の超音波金属接合機１と同じ部分には同じ符号を付して、第１の実施の形態の超音波金属接合機１と異なる部分について説明する。
Second embodiment:
FIG. 6 is a system diagram of the ultrasonic metal bonding machine 101 showing the second embodiment of the present invention. In the ultrasonic metal bonding machine 101 of the present embodiment, the same reference numerals are given to the same parts as those of the ultrasonic metal bonding machine 1 of the first embodiment, and the ultrasonic metal of the first embodiment. A different part from the joining machine 1 is demonstrated.
この超音波金属接合機１０１は、アンビル２と、ホーン３と、出力センサ４と、変位量センサ４０と、超音波金属接合機コントローラ５０と、超音波振動子および加圧装置（図示せず）とを備えている。 The ultrasonic metal bonding machine 101 includes an anvil 2, a horn 3, an output sensor 4, a displacement sensor 40, an ultrasonic metal bonding machine controller 50, an ultrasonic vibrator, and a pressure device (not shown). And.
変位量センサ４０は、本件発明の沈み込み量検出手段を構成している。この変位量センサ４０は、上側の金属板１１の沈み込み量を検出して検出信号を出力するように構成されている。 The displacement sensor 40 constitutes a sinking amount detecting means of the present invention. The displacement sensor 40 is configured to detect a sinking amount of the upper metal plate 11 and output a detection signal.
超音波金属接合機コントローラ５０は、出力センサ４や変位量センサ４０等に接続されている。この超音波金属接合機コントローラ５０は、本件発明のホーン駆動制御手段を構成している。この超音波金属接合機コントローラ５０は、出力センサ４や変位量センサ４０等から出力された各種の信号に基づいて、ホーン３の駆動制御等、各種の制御を行うように構成されている。 The ultrasonic metal bonding machine controller 50 is connected to the output sensor 4, the displacement amount sensor 40, and the like. This ultrasonic metal bonding machine controller 50 constitutes the horn drive control means of the present invention. The ultrasonic metal bonding machine controller 50 is configured to perform various controls such as drive control of the horn 3 based on various signals output from the output sensor 4, the displacement sensor 40, and the like.
以上のように構成されている超音波金属接合機１０１は、第１の実施の形態で説明したように金属板１０、１１が図２の状態と図３の状態を５〜７回程度繰り返した後、図３のように金属板１０、１１の振動状態が維持されて金属板１０、１１の接合が完了する。 In the ultrasonic metal bonding machine 101 configured as described above, as described in the first embodiment, the metal plates 10 and 11 repeat the state of FIG. 2 and the state of FIG. 3 about 5 to 7 times. Thereafter, as shown in FIG. 3, the vibration state of the metal plates 10 and 11 is maintained, and the joining of the metal plates 10 and 11 is completed.
これにより、超音波金属接合機１０１は、ホーン３の超音波振動を停止するための制御処理を行う。その制御処理について、図７のフローチャートを用いて以下に説明する。この制御処理は、超音波金属接合機１０１の出力状態と、上側の金属板１１が下側の金属板１０の方に沈み込む際の変化量を利用して行うものである。 Thereby, the ultrasonic metal bonding machine 101 performs a control process for stopping the ultrasonic vibration of the horn 3. The control process will be described below using the flowchart of FIG. This control process is performed using the output state of the ultrasonic metal bonding machine 101 and the amount of change when the upper metal plate 11 sinks toward the lower metal plate 10.
（ステップＳ１０１）
まず、ホーン３が超音波振動を開始すると、出力センサ４は、超音波金属接合機１０１の出力を連続的に検出して検出信号を超音波金属接合機コントローラ５０に出力する。これと同時に、変位量センサ４０は、上側の金属板１１の沈み込み量を連続的に検出して検出信号を超音波金属接合機コントローラ５０に出力する。
（ステップＳ１０２）
次に、超音波金属接合機コントローラ５０は、出力センサ４から出力された検出信号に基づいて超音波金属接合機１０１の出力を算出して、この出力を順次保存する。これと同時に、超音波金属接合機コントローラ５０は、変位量センサ４０から出力された検出信号に基づいて上側の金属板１１の沈み込み量を算出して、この沈み込み量を順次保存する。図８は、超音波金属接合機１０１の出力Ｐの変化と、上側の金属板１１の沈み込み量Ｄの変化を示すグラフである。
（ステップＳ１０３）
次に、超音波金属接合機コントローラ５０は、図８に示すように、所定時間ｔ毎に、超音波金属接合機１０１の出力状態の監視処理と、上側の金属板１１の沈み込み量Ｄの変化量ｂの算出処理を行う。出力状態の監視処理は、第１の実施の形態で説明した図４のステップＳ３の処理と同じである。つまり、超音波金属接合機コントローラ５０は、超音波金属接合機１０１の出力Ｐの保存開始から所定時間ｔ毎に出力状態を監視する。
(Step S101)
First, when the horn 3 starts ultrasonic vibration, the output sensor 4 continuously detects the output of the ultrasonic metal bonding machine 101 and outputs a detection signal to the ultrasonic metal bonding machine controller 50. At the same time, the displacement sensor 40 continuously detects the sinking amount of the upper metal plate 11 and outputs a detection signal to the ultrasonic metal bonding machine controller 50.
(Step S102)
Next, the ultrasonic metal bonding machine controller 50 calculates the output of the ultrasonic metal bonding machine 101 based on the detection signal output from the output sensor 4, and sequentially stores the output. At the same time, the ultrasonic metal bonding machine controller 50 calculates the amount of sinking of the upper metal plate 11 based on the detection signal output from the displacement amount sensor 40, and sequentially stores the amount of sinking. FIG. 8 is a graph showing a change in the output P of the ultrasonic metal bonding machine 101 and a change in the sinking amount D of the upper metal plate 11.
(Step S103)
Next, as shown in FIG. 8, the ultrasonic metal bonding machine controller 50 monitors the output state of the ultrasonic metal bonding machine 101 and the sinking amount D of the upper metal plate 11 every predetermined time t. A process for calculating the variation b is performed. The output state monitoring process is the same as the process in step S3 of FIG. 4 described in the first embodiment. That is, the ultrasonic metal bonding machine controller 50 monitors the output state every predetermined time t from the start of storing the output P of the ultrasonic metal bonding machine 101.
上側の金属板１１の沈み込み量Ｄの変化量ｂの算出は、超音波金属接合機コントローラ５０が、沈み込み量Ｄの保存開始から所定時間ｔ毎に沈み込み量Ｄの変化量ｂ（傾き）を算出して、この変化量ｂを保存する。 The amount of change b of the subsidence amount D of the upper metal plate 11 is calculated by the ultrasonic metal bonding machine controller 50 from the start of the storage of the subsidence amount D every time the subsidence amount D changes b (slope). ) And the amount of change b is stored.
ここで、所定時間ｔは、予め金属板１０、１１の接合実験を行って決められる。具体的には、この所定時間ｔは、金属板１０、１１の接合に要する時間よりも短い。さらに、この所定時間ｔは、金属板１０、１１の接合途中ではなく、金属板１０、１１の接合完了後に変化量ｂが少なくとも３回連続して一定に確保できるような長さに設定される。また、この所定時間ｔは、金属板の種類や金属板の接合の際の各種条件により異なる。なお、この所定時間ｔは、超音波金属接合機１０１の出力状態の監視処理で用いられる所定時間ｔと同じである。なお、双方の所定時間の長さは同じでなくても良い。 Here, the predetermined time t is determined in advance by conducting an experiment of joining the metal plates 10 and 11. Specifically, the predetermined time t is shorter than the time required for joining the metal plates 10 and 11. Further, the predetermined time t is set not to be in the middle of joining the metal plates 10 and 11, but to such a length that the change amount b can be kept constant at least three times continuously after the joining of the metal plates 10 and 11 is completed. . In addition, the predetermined time t varies depending on the type of metal plate and various conditions when the metal plate is joined. The predetermined time t is the same as the predetermined time t used in the monitoring process of the output state of the ultrasonic metal bonding machine 101. It should be noted that the length of both predetermined times may not be the same.
（ステップＳ１０４）
次に、超音波金属接合機コントローラ５０は、所定時間ｔ毎の出力状態が３回連続して安定しているか否かを判断する。この処理は、第１の実施の形態で説明した図４のステップＳ４の処理と同じである。
（ステップＳ１０５）
超音波金属接合機コントローラ５０は、図８のＡに示すように所定時間ｔ毎の出力状態が３回連続して安定している場合には（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、それと同時に沈み込み量Ｄの変化量ｂが３回連続して一定であるか否かを判断する。
（ステップＳ１０６）
超音波金属接合機コントローラ５は、図８のＢに示すように沈み込み量Ｄの変化量ｂが３回連続して一定である場合には（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、金属板１０、１１の接合が完了したと判断して超音波振動子の駆動を停止する。これにより、図８のＳ時点でホーン３の超音波振動が停止して制御処理が終了し、接合金属板が得られる。
(Step S104)
Next, the ultrasonic metal bonding machine controller 50 determines whether or not the output state at every predetermined time t is stable three times continuously. This process is the same as the process in step S4 of FIG. 4 described in the first embodiment.
(Step S105)
If the output state at every predetermined time t is stable three times continuously as shown in A of FIG. 8 (YES in step S104), the ultrasonic metal bonding machine controller 50 simultaneously sinks D. It is determined whether or not the change amount b is constant three times in succession.
(Step S106)
When the change amount b of the sinking amount D is constant three times continuously as shown in B of FIG. 8 (YES in step S105), the ultrasonic metal bonding machine controller 5 It is determined that the joining is completed, and the driving of the ultrasonic transducer is stopped. As a result, the ultrasonic vibration of the horn 3 is stopped at the point S in FIG. 8, the control process is terminated, and a bonded metal plate is obtained.
なお、沈み込み量Ｄの変化量ｂが少なくとも３回連続して一定である場合に金属板１０、１１の接合が完了したと判断する理由は次の通りである。 The reason for determining that the joining of the metal plates 10 and 11 has been completed when the amount of change b of the sinking amount D is constant at least three times in succession is as follows.
金属板１０、１１の接合が完了しない状態では、金属板１０、１１は上記で説明した図２の状態や図３の状態を繰り返すことにより、沈み込み量Ｄの変化量ｂが一定にならないからである。なお、この沈み込み量Ｄの変化量ｂの変化を監視する回数は、少なくとも３回は必要である。 In the state where the joining of the metal plates 10 and 11 is not completed, the amount of change b of the subsidence amount D does not become constant by repeating the state of FIG. 2 and the state of FIG. 3 described above. It is. It should be noted that the number of times of monitoring the change in the change amount b of the subsidence amount D is required at least three times.
このように、本実施の形態の超音波金属接合機１０１では、金属板１０、１１の接合が完了した直後にホーン３の超音波振動を停止させるようにした。このため、金属板１０、１１の接合が完了しても、アンビル２と下側の金属板１０とが無駄に擦られてしまうことがない。したがって、接合金属板１３は、下側の金属板１０が薄くなる等のダメージを受けてしまうことはない。よって、本実施の形態の超音波金属接合機１０１は、接合強度が安定した接合金属板を得ることができる。 Thus, in the ultrasonic metal bonding machine 101 of the present embodiment, the ultrasonic vibration of the horn 3 is stopped immediately after the bonding of the metal plates 10 and 11 is completed. For this reason, even if the joining of the metal plates 10 and 11 is completed, the anvil 2 and the lower metal plate 10 are not rubbed unnecessarily. Therefore, the bonded metal plate 13 is not damaged such as the lower metal plate 10 becoming thin. Therefore, the ultrasonic metal bonding machine 101 of the present embodiment can obtain a bonded metal plate with stable bonding strength.
また、本実施の形態の超音波金属接合機１０１は、金属板１０、１１の接合完了の判断条件として、超音波金属接合機１０１の出力状態と、上側の金属板１１の沈み込み量Ｄの変化量ｂを利用した。したがって、本実施の形態の超音波金属接合機１０１は、第１の実施の形態の超音波金属接合機１に比べて金属板１０、１１の接合完了の判断条件が多くなるので、接合完了の判断が正確になる。よって、本実施の形態の超音波金属接合機１０１は、接合強度が確実に安定した接合金属板を得ることができる。また、この接合金属板は、従来の接合基板よりも安定した接合強度を得ることができるので、品質がさらに向上する。 Further, the ultrasonic metal bonding machine 101 of the present embodiment uses the output state of the ultrasonic metal bonding machine 101 and the sinking amount D of the upper metal plate 11 as judgment conditions for the completion of the bonding of the metal plates 10 and 11. The amount of change b was used. Therefore, the ultrasonic metal bonding machine 101 of the present embodiment has more judgment conditions for the completion of bonding of the metal plates 10 and 11 than the ultrasonic metal bonding machine 1 of the first embodiment. Judgment becomes accurate. Therefore, the ultrasonic metal bonding machine 101 of the present embodiment can obtain a bonded metal plate with a stable bonding strength. Moreover, since this joining metal plate can obtain the joining strength more stable than the conventional joining board | substrate, quality improves further.
以上、本件発明にかかる実施の形態を例示したが、この実施の形態は本件発明の内容を限定するものではない。また、本件発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。 As mentioned above, although embodiment concerning this invention was illustrated, this embodiment does not limit the content of this invention. Various modifications can be made without departing from the scope of the claims of the present invention.
例えば、第２の実施の形態で、図７のステップＳ１０５における判断は、図８のＡとＢで示したように、ステップＳ１０４の判断と同時でも良いし、ステップＳ１０４の判断結果がＹＥＳになった以降に行うようにしても良い。また、ステップＳ１０４とステップＳ１０５を逆にして、ステップＳ１０５の判断結果がＹＥＳのときと同時に、あるいは、それ以降にステップＳ１０４の判断を行うようにしても良い。 For example, in the second embodiment, the determination in step S105 in FIG. 7 may be simultaneous with the determination in step S104, as shown by A and B in FIG. 8, and the determination result in step S104 is YES. You may make it carry out after. Alternatively, step S104 and step S105 may be reversed, and the determination in step S104 may be performed simultaneously with or after the determination result in step S105 is YES.
以上説明したように本件発明の超音波金属接合機では、接合強度が安定した接合金属板を得ることができる。また、本件の接合金属板では、本件発明の超音波金属接合機を用いたことにより品質が向上する。したがって、本件発明を、超音波金属接合機の技術分野で充分に利用することができる。 As described above, in the ultrasonic metal bonding machine of the present invention, a bonded metal plate with stable bonding strength can be obtained. Further, the bonding metal plate of the present matter, quality is improved by using an ultrasonic metal bonding machine present invention. Therefore, the present invention can be fully utilized in the technical field of ultrasonic metal bonding machines.
１ 超音波金属接合機
２ アンビル
３ ホーン
４ 出力センサ
５ 超音波金属接合機コントローラ
１０ 金属板
１１ 金属板
１３ 接合金属板
４０ 変位量センサ
５０ 超音波金属接合機コントローラ
１０１ 超音波金属接合機
Ｄ 沈み込み量
Ｐ 出力
ｂ 沈み込み量の変化量
ｔ 所定時間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic metal joining machine 2 Anvil 3 Horn 4 Output sensor 5 Ultrasonic metal joining machine controller 10 Metal plate 11 Metal plate 13 Joining metal plate 40 Displacement sensor 50 Ultrasonic metal joining machine controller 101 Ultrasonic metal joining machine D Subduction Amount P Output b Amount of change in subduction amount t
Claims (2)
前記超音波金属接合機のホーンの駆動力を超音波振動の開始時から連続的に検出する駆動力検出手段と、
この駆動力検出手段で検出された駆動力値を順次保存し、その保存開始時から所定時間毎の駆動力値の変動幅が３回連続して所定幅以内にあるか否かを判断し、当該変動幅が３回連続して所定幅以内にあると判断した場合は、前記二枚の金属板の接合が完了したと判断して前記ホーンの超音波振動を停止するホーン駆動制御手段と
を備えていることを特徴とする超音波金属接合機。 The two metal plates are placed on the anvil in a stacked state, and the two metal plates are sandwiched between the anvil and the horn. In this state, the horn is ultrasonically vibrated in the horizontal direction and the upper metal plate is sandwiched between the two metal plates. In an ultrasonic metal joining machine that obtains a joined metal plate by applying this ultrasonic vibration to the plate and sliding the two metal plates to the left and right to join them,
Driving force detection means for continuously detecting the driving force of the horn of the ultrasonic metal bonding machine from the start of ultrasonic vibration;
The driving force values detected by the driving force detecting means are sequentially stored, and it is determined whether or not the fluctuation range of the driving force value every predetermined time from the start of the storage is within the predetermined width three times continuously, A horn drive control means for determining that the joining of the two metal plates is completed and stopping the ultrasonic vibration of the horn when it is determined that the fluctuation range is within a predetermined range for three consecutive times ; An ultrasonic metal bonding machine characterized by comprising:
前記超音波金属接合機のホーンの駆動力を超音波振動の開始時から連続的に検出する駆動力検出手段と、上側の金属板の沈み込み量を超音波振動の開始時から連続的に検出する沈み込み量検出手段と、ホーン駆動制御手段とを備え、
このホーン駆動制御手段は、
前記駆動力検出手段で検出された駆動力値を順次保存し、その保存開始時から所定時間毎の駆動力値の変動幅が３回連続して所定幅以内にあるか否かを判断する手段と、
前記沈み込み量検出手段で検出された沈み込み量を順次保存し、その保存開始時から所定時間毎に前記沈み込み量の変化量を算出する沈み込み変化量算出手段と、
前記所定時間毎の駆動力値の変動幅が３回連続して所定幅以内にあり、且つ、前記所定時間毎の沈み込み量の変化量が少なくとも３回連続して一定である場合は、前記二枚の金属板の接合が完了したと判断して前記ホーンの超音波振動を停止する超音波振動停止手段と
を備えていることを特徴とする超音波金属接合機。 The two metal plates are placed on the anvil in a stacked state, and the two metal plates are sandwiched between the anvil and the horn. In an ultrasonic metal joining machine that obtains a joined metal plate by applying this ultrasonic vibration to the plate and sliding the two metal plates to the left and right to join them,
Driving force detection means for continuously detecting the driving force of the horn of the ultrasonic metal bonding machine from the start of ultrasonic vibration, and continuously detecting the amount of sinking of the upper metal plate from the start of ultrasonic vibration A subsidence amount detecting means, and a horn drive control means,
This horn drive control means
Means for sequentially storing the driving force values detected by the driving force detecting means, and determining whether or not the fluctuation range of the driving force value every predetermined time from the start of the storage is within the predetermined width three times in succession. When,
A subsidence change amount calculating means for sequentially storing the subsidence amount detected by the subsidence amount detection means, and calculating a change amount of the subsidence amount every predetermined time from the start of the storage;
When the fluctuation range of the driving force value for each predetermined time is within a predetermined range for three consecutive times and the amount of change in the amount of subsidence for each predetermined time is constant for at least three consecutive times, An ultrasonic metal joining machine comprising: ultrasonic vibration stopping means for judging that the joining of two metal plates is completed and stopping the ultrasonic vibration of the horn.
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