KR100387740B1

KR100387740B1 - Ultrasonic Welding Device

Info

Publication number: KR100387740B1
Application number: KR10-1998-0007009A
Authority: KR
Inventors: 오사무 다마모토
Original assignee: 미시마 다이지
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2003-11-10
Also published as: KR19990073831A

Abstract

본 발명의 목적은 초음파 진동 발생능력이 작은 발진수단에 의해 두께나 면적이 큰 가공재를 용접할 수 있는 초음파 용접장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an ultrasonic welding apparatus capable of welding a workpiece having a large thickness or area by an oscillation means having a small ultrasonic vibration generating ability.

본 발명에 따른 초음파 용접장치는 겹쳐서 지지된 금속 혹은 수지재료 등의 가공재에 대해서 가압력과 함께 초음파 진동을 부여해서 용접처리를 하는 장치로서 혼을 가압하는 가압지그의 가압자를 혼의 공진 주파수와 같은 정도의 휨 진동 공진체로 하고 그 최대 진폭점에서 혼의 절점을 가압하도록 구성하고 가압자의 절점에서 나사로서 가압자를 가압지그에 연결한 것이다.The ultrasonic welding device according to the present invention is a device for applying welding by applying ultrasonic vibration to a workpiece such as a metal or resin material, which is overlapped and supported, and pressurizer of the pressing jig for pressurizing the horn with the resonance frequency of the horn. It is a flexural vibration resonator, configured to press the node of the horn at its maximum amplitude point, and connects the presser to the pressure jig as a screw at the node of the presser.

Description

Ultrasonic Welding Device {Ultrasonic Welding Device}

본 발명은 겹친 금속 혹은 수지재 등의 초음파로 접합가능한 부재에 초음파진동을 부여해서 그들의 부재를 접합하는 초음파 접합기술의 분야에 속하는 것이다.The present invention belongs to the field of ultrasonic bonding technology in which ultrasonic vibration is applied to ultrasonically joinable members, such as overlapping metals or resin materials, to join these members.

종래, 예를 들자면, 도 7에 도시하는 바와 같은 초음파 용접장치(A)가 알려져 있다. 이 장치(A)에 있어서는 앤빌(anvil)(B) 위에 설치한 가공재(W)에 초음파 진동을 부여하는 혼(horn)(C)은 그것의 돌출부(C')를 지지통(D)에 연결한 다이어프램형 공진판(E)의 구멍(E')에 관통시켜 지지통(D)내에 설치한 부스터(F)에 연결되어 있고 또 부스터(F)의 돌출부(F')를 다른 다이어프램형 공진판(E)의 구멍(E')에 관통시키고 컨버터(G)에 연결된 구성이다(공지기술).Conventionally, for example, the ultrasonic welding apparatus A as shown in FIG. 7 is known. In this apparatus (A), a horn (C) that gives ultrasonic vibration to the workpiece (W) installed on the anvil (B) connects its protrusion (C ') to the support cylinder (D). The diaphragm type resonator plate E is connected to the booster F installed in the support cylinder D by passing through the hole E 'of the diaphragm type resonance plate E, and the protrusion F' of the booster F is connected to the other diaphragm type resonance plate. It is a structure which penetrates through the hole E 'of (E), and is connected to the converter G (known technique).

또 혼(C)의 선단위치에서 가공재(W)에 높은 가압력을 부여하기 위해 혼(C) 자체의 최소 진폭점(절점:nodal point) 위치에서 가공재(W)를 가압하도록 설치하는 방법도 상정되어 있다(주지기술).In addition, in order to apply a high pressing force to the workpiece (W) at the tip position of the horn (C) is also assumed to be installed to press the workpiece (W) at the minimum amplitude point (nodal point) position of the horn (C) itself. (Prior art).

상기한 공지기술의 장치(A)에서도 외팔형상으로 지지된 혼(C)에 초음파 진동을 발생시키면서 가공재(W)를 가압해서 용접처리를 시키는 데에 각별한 지장은 없으나 더욱 개선해야할 과제점이 남아있다.In the above-mentioned known device A, there is no particular problem to pressurize the workpiece W while welding ultrasonically to the horn C supported by the cantilever shape, but there is a problem to be further improved.

즉 도 7에 도시하는 바와 같이, 가공재(W)를 용접처리할 때에는 화살표(X) 방향의 가압력을 부여하는 것이 바람직하지만, 이 경우 앤빌(B)에 의한 반력에 의해 역으로 혼(C)에 화살표(Y) 방향으로 휨이 발생할 우려가 있기 때문에, 가압력이 제한되고 결과적으로 가공재의 두께나 면적을 제한하게 되는 불합리함이 있었다.That is, as shown in FIG. 7, when welding the workpiece W, it is preferable to apply a pressing force in the direction of the arrow X. However, in this case, the horn C is reversed by the reaction force by the anvil B. Since warpage may occur in the direction of the arrow Y, there was an unreasonable effect of limiting the pressing force and consequently limiting the thickness and area of the workpiece.

상기한 주지기술에서는 진동하는 혼(C) 자체의 신축에 기인해서 연결수단의각 부분에서 발열이나 마모손상이 발생하게 되어, 빈번한 보수 점검이 필요하게 될 뿐만 아니라 고장의 원인으로 될 우려가 있어서 실용성이 의문시되고 있었다.In the above-mentioned well-known technique, the heating and abrasion damage occurs at each part of the connecting means due to the expansion and contraction of the vibrating horn (C) itself, which requires frequent maintenance checks and may cause a breakdown. This was being questioned.

본 발명이 해결할려고 하는 제 1 과제는 상기한 바와 같은 혼의 휨 현상의 발생을 미연에 방지해서 가공재의 두께나 면적의 관점에서의 제한을 큰 폭으로 감소시켜서 고품질의 용접처리를 가능하게 하는 것이다.The first problem to be solved by the present invention is to prevent the occurrence of warpage of the horn as described above, and to greatly reduce the limitation in terms of the thickness and the area of the workpiece, thereby enabling high quality welding treatment.

본 발명이 해결하려고 하는 제 2 과제는 구조가 간단하고 낮은 비용으로 제조할 수 있는 우수한 성능을 제공하는 것이다.A second problem to be solved by the present invention is to provide an excellent performance that is simple in structure and can be manufactured at low cost.

본 발명이 해결하려고 하는 제 3 과제는 가압지그에서 가압자가 안정적으로 연결되어 있어서 유지 및 보수가 필요없이 실용성이 높은 것을 제공하는 것이다.The third problem to be solved by the present invention is to provide a high practicality without the need for maintenance and repair because the pressurizer is stably connected in the pressurizing jig.

도 1은 본 발명의 실시형태 1의 초음파 용접장치를 도시한 측면도.1 is a side view showing an ultrasonic welding device of Embodiment 1 of the present invention.

도 2는 도 1의 초음파 용접장치를 도시한 평면도.Figure 2 is a plan view showing the ultrasonic welding device of FIG.

도 3은 도 1의 초음파 용접장치를 도시한 정면도.Figure 3 is a front view showing the ultrasonic welding device of FIG.

도 4는 도 1의 초음파 용접장치를 도시한 요부측면도.Figure 4 is a side view of the main portion showing the ultrasonic welding device of FIG.

도 5는 도 2의 초음파 용접장치를 도시한 일부정면도.Figure 5 is a partial front view showing the ultrasonic welding device of FIG.

도 6은 본 발명의 실시형태 2의 초음파 용접장치를 도시한 요부의 일부 정면도.6 is a partial front view of a main portion showing the ultrasonic welding apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

도 7은 종래기술의 조립도.7 is an assembly view of the prior art.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1 : 초음파 용접장치 14, 14a : 혼(horn)1: Ultrasonic welding device 14, 14a: Horn

17, 17a : 가압지그 18 : 제 2 나사17, 17a: pressure jig 18: second screw

19, 19a : 가압자19, 19a: pressurizer

상기 과제를 해결하는 구체적인 대응수단은 다음과 같다.Specific countermeasures for solving the above problems are as follows.

(1) 겹쳐서 지지된 금속 혹은 수지재료 등의 가공재에 대해서 가압력과 함께 초음파 진동을 부여해서 용접처리를 하는 장치로서, 혼을 가압하는 가압지그의 가압자를 혼의 공진 주파수와 동등한 정도의 휨 진동 공진체로 하고 그것의 최대 진폭점에서 혼의 절점을 가압하도록 구성한 초음파 용접장치.(1) A device for welding by applying ultrasonic vibration to a workpiece such as a metal or resin material, which is overlapped and supported, together with a pressing force, wherein the pressurizer of the pressing jig for pressurizing the horn is a bending vibration resonator having a level equivalent to the resonance frequency of the horn. And pressurize the node of the horn at its maximum amplitude point.

(2) 상기 가압자에 있어서 절점에서 나사로 가압자를 가압지그에 연결하여 구성되는 상기 (1)에 기재된 초음파 용접장치.(2) The ultrasonic welding device according to the above (1), wherein the pressurizer is connected to the pressurizing jig with a screw at a node in the pressurizer.

발명의 실시형태Embodiment of the invention

(실시형태 1)(Embodiment 1)

도 1 내지 도 3에 도시하는 실시형태 1의 초음파 용접장치에서는 고정 형상의 지지대(10) 위에 기복점(P₁)을 받침점으로 하여 기복이 자유롭게 설치한 그 자체가 진동체를 구성하는 가동 하우징(11)내에는 컨버터(13)와 이것에 연결된 부스터 (12)를 설치하고 이 부스터(12)의 다른 쪽에 외팔 형상으로 혼(14)을 연결한 것으로서, 가동 하우징(11)에서 돌출한 혼(14)의 외측단부의 진동자(14')를 받침대(10)에 높이 조정이 가능하게 설치한 앤빌(15)에 대향하게 한 것이다.In Fig. 1 to the ultrasonic welding apparatus of the first embodiment shown in Figure 3 the movable housing which is itself freely undulating install the support 10 relief point (P ₁₎ on top of a fixed shape by the support point configuration for the oscillator ( 11, a converter 13 and a booster 12 connected thereto are provided, and the horn 14 protruding from the movable housing 11 is connected to the other side of the booster 12 in a cantilever shape. The vibrator 14 ′ of the outer end of the c) is opposed to the anvil 15 provided with a height adjustable on the pedestal 10.

또한, 가동 하우징(11) 위에는 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 나사(16)에 의해 가압지그(17)를 외팔형상으로 연결하고, 이 가압지그(17)의 자유단을 혼(14) 위에 이르게 하고, 이 가압지그(17)의 자유단의 아래면에는 제 2 나사(18)에 의해 가압자(19)를 수직으로 설치하고, 그것의 융조부(20)를 상기 혼(14)에 접촉시킨 것으로 가압지그(17)와 가압자(19)는 일체 형상으로서 그 자체가 혼(14)의 공진 주파수와 동등한 휨 진동 공진체를 구성한 것이고, 특히 도 5에 도시하는 바와 같이, 가압자(19)의 절점 위치(P₂)에 제 2 나사(18)를 배치함과 함께 절점(P₂)의 중간위치의 최대 진폭점(P₃)에서 융조부(20)가 혼(14)에 압점되도록 구성되어 있다.Moreover, on the movable housing 11, as shown in FIG. 4, the pressurizing jig 17 is connected in a cantilever shape by the 1st screw 16, and the free end of this pressurizing jig 17 is connected to the horn 14 The presser 19 is installed vertically by the second screw 18 on the lower surface of the free end of the pressurizing jig 17, and its ridge 20 is attached to the horn 14. By contacting, the pressing jig 17 and the pressurizer 19 are integrally formed and constitute a bending vibration resonator which is equivalent to the resonant frequency of the horn 14, and in particular, as shown in FIG. 19) pressure point in the node position (P _2), the second screw (maximum amplitude point (P _3), the horn (14 Melting demodulator 20 at the intermediate position between the node (P ₂₎ with a box arranged to 18)) in the It is configured to be.

또한, 도면 중에서 부호 21은 나사수단에 의한 앤빌(15)의 높이 조정기구로서 가이드 레일(22) 내에서 승강 가능하게 한 앤빌(15)을 조정 나사(23)에 의해 받침대(10)에 대해서 위치변경이 가능하게 한 것이다.In addition, in the drawing, reference numeral 21 denotes the height adjusting mechanism of the anvil 15 by the screw means, and the anvil 15 which allows the lifting and lowering in the guide rail 22 is positioned with respect to the pedestal 10 by the adjusting screw 23. Changes are made possible.

다음에, 이 초음파 용접장치(1)의 사용법에 대해서 살펴보면 미리 가공재(W)의 두께에 의해 조정 기구(21)에 의해 앤빌(15)의 높이를 조정한 후에 컨버터(13) 및 부스터(12)를 기동시켜서 혼(14)을 진동시키면서 기복점(P₁)을 받침점으로 하여가동 하우징(11)을 반시계 방향(도 1)으로 선회시켜서 가공재(W)에 진동자(14')를 접촉시켜 가공재(W)에 진동과 가압력을 부여하여 앤빌(15) 위에서 용접처리를 하는 것이다. 이때 앤빌(15)의 반력에 의한 혼(14)의 시계방향으로의 휨은 가압지그(17)의 가압자(19)가 외팔형상의 혼(14)을 반시계 방향으로 부가하는 것이고 가압지그 (17)와 가압자(19)는 일체 형상으로서 그 자체가 혼(14)과 동등한 휨 진동 공진체를 구성하고 있으므로 그것의 지름방향 최대 진폭점(P₃)에서 혼(14)의 절점을 가압하게 되므로 에너지 손실이 저감된 상태에서 높은 가압력에 의해 효과적으로 초음파 용접처리를 할 수 있는 것이다.Next, the usage of the ultrasonic welding device 1 will be described. After the height of the anvil 15 is adjusted by the adjusting mechanism 21 by the thickness of the workpiece W in advance, the converter 13 and the booster 12 are used. By turning the movable housing 11 counterclockwise (FIG. 1) with the relief point P ₁ as a supporting point while oscillating the horn 14 by bringing the oscillator 14 'in contact with the workpiece W. Vibration and pressing force are applied to (W) to weld on the anvil 15. At this time, the bending of the horn 14 by the reaction force of the anvil 15 in the clockwise direction is that the pressurizer 19 of the pressing jig 17 adds the cantilever-shaped horn 14 in the counterclockwise direction. 17) and the presser 19, as a unitary shape, constitute a bending vibration resonator which is equivalent to the horn 14 itself, so as to press the node of the horn 14 at its radial maximum amplitude point P ₃ . Therefore, the ultrasonic welding can be effectively performed by the high pressing force in a state where energy loss is reduced.

또한, 제 2 나사(18)에 대해서는 절점(P₂)에서 가압지그(17)와 가압자(19)를 연결하고 있기 때문에 진동에 의한 느슨해짐이 발생할 우려도 없고 안정성이 높은 것이라 할 수 있다.In addition, since the pressurizing jig 17 and the pressurizer 19 are connected to the second screw 18 at the node P ₂ , there is no fear of loosening due to vibration and the stability is high.

(실시형태 2)(Embodiment 2)

도 6에는 실시형태 2의 구성이 도시되어 있으나 도 5에 도시하는 것과 다른 점은 혼(14A)이 장방형 형상으로서 가압지그(17A)에 수직 설치한 가압자(19A)의 2개의 융조부(19A')에 의해 최대 진폭점(P₃)에서 혼(14A)을 가압하도록 구성한 것으로서 그 이외의 점에서는 실시형태 1과 공통이므로 설명을 생략한다.Although the structure of Embodiment 2 is shown in FIG. 6, it differs from what is shown in FIG. 5, The two ridges 19A of the pressurizer 19A with which the horn 14A was installed in the rectangular shape of the pressurizing jig 17A perpendicularly. It is configured to press the horn 14A at the maximum amplitude point P ₃ by '), and the description is omitted since it is common to the first embodiment in other points.

이상으로 설명한 본 발명에 의해 유지되는 독특한 효과는 다음과 같다.The unique effects maintained by the present invention described above are as follows.

① 가압수단에 의한 진동수단의 휨의 발생을 미연에 방지해서 높은 가압력을부여해서 용접처리 할 수 있는 것이므로 두께나 면적이 큰 가공재에 대해서도 낮은 에너지 상태로 효과적으로 용접처리 할 수 있는 것이다.① It is possible to prevent the occurrence of warp of vibration means by pressurizing means and to apply high pressing force, so that it can be welded effectively with low energy state even for workpieces with large thickness and area.

② 가압력을 높여서 용접처리 할 수 있으므로 발진능력이 비교적 낮은 레벨의 발진기를 채용해도 고품질의 용접처리를 할 수 있다.② The welding process can be performed by increasing the pressing force, so even if an oscillator with a relatively low oscillation capacity is adopted, high quality welding can be performed.

③ 진동수단에 혼의 가압수단을 설치하는 것만으로도 만족하기 때문에 구조의 복잡화는 회피할 수 있게 되고 간소한 구성으로 가압수단에 안정적으로 부착되어 있어 보수작업이 용이하다.③ Satisfaction by simply installing the horn press means on the vibrating means is possible to avoid the complicated structure and easy to repair because it is attached to the press means stably with a simple configuration.

Claims

In an ultrasonic welding device for welding by applying ultrasonic vibration to a workpiece such as a metal or resin material, which is overlapped and supported, together with a pressing force, the pressurizer of the pressing jig which presses the horn to a bending vibration notice body having a level equal to the resonance frequency of the horn. And pressurize the node of the horn at the maximum amplitude point of the resonator.

The ultrasonic welding apparatus according to claim 1, wherein the welding device is configured by connecting the pressurizer to the pressure jig with a screw at the node of the pressurizer.