KR101199246B1 - 용접 영역, 압축 공간을 형성하는 측면뿐만 아니라 압축공간을 갖는 초음파 용접 장치 - Google Patents

용접 영역, 압축 공간을 형성하는 측면뿐만 아니라 압축공간을 갖는 초음파 용접 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축 공간(18), 대향 측면들에 위치되는 2개의 용접 표면(36)과, 작업 표면을 가로질러 연장하고 함께 압축 공간을 형성하는 2개의 측면 제한 표면(44)들을 포함하는 접합 지점을 만들기 위한 금속 도전체를 용접하기 위한 초음파 용접 장치에 관한 것이다. 용접 동안 도전체의 길이방향 운동을 제거하기 위하여, 측면 제한면(44)들중 적어도 하나는 구조화된 용접 표면들에 이웃하여 추가적으로 구조화된다.
Figure R1020077020047
초음파 용접, 압축 공간, 측면 제한, 도전체

Description

용접 영역, 압축 공간을 형성하는 측면뿐만 아니라 압축 공간을 갖는 초음파 용접 장치{Ultrasound welding device with opposite welding and lateral surfaces that delimit a compression space, and a compression space}
본 발명은 연선(stranded wire)과 같은 금속 스트립의 용접을 위한, 특히 접합부를 형성하기 위한, 압축 공간을 포함하는 초음파 용접 장치에 관한 것으로, 상기 압축 공간은 마주 놓인 측면에서 압축 공간을 제한하는 2개의 작업 표면과 상기 작업 표면에 대해 횡으로 연장된 서로에 대해 조절 가능한 2개의 측면 제한면을 포함하고, 하나의 작업 표면 구역은 초음파 진동시 변위될 수 있는, 초음파 용접 장치의 음파 전달봉(sonotrode)이고, 마주 놓인 작업 표면 구역은 카운터 전극이고, 상기 작업 표면들은 구조화되어 있다. 또한, 본 발명은 측면 제한면이 압축 공간을 제한하는, 카운터 전극의 측면 시프트 또는 캐리어 형태인 상응하는 초음파 용접 장치용 공구에 관한 것이다.
플라스틱 재료뿐만 아니라 금속은 초음파에 의해 용접될 수 있다. 금속의 초음파 용접에서, 기계적 진동이 용접된 연결 표면에 평행하게 정렬된다. 복잡한 관계가 정적 힘, 진동 전단력과 용접 영역에서의 온도의 적당한 증가 사이에 형성된다. 이러한 목적을 위해, 작업편은 음파 전달봉과, 필요하다면 음파 전달봉과 관련하여 조정 가능한 정적 카운터 전극 사이에 위치되며, 정적 카운터 전극은 음파 전달봉에 의해 압축 공간, 즉 그 헤드의 작업 영역을 제한하도록 다중 부분으로 설계될 수 있다. EP-B-0 143 936호 또는 DE-C-35 08 122호의 이론에 따라서, 이러한 것은 서로 직각으로 연장하는 2개의 방향, 특히 높이 및 폭에서 조정 가능하도록 구조화될 수 있다.
이러한 것은 예를 들어 용접될 도전체의 단면에 대한 조정을 초래할 수 있다.
본질적으로 직사각형 단면을 갖는 공지의 압축 공간에서, 그 개방 측면에서 압축 공간에 침투하는 연선은 초음파에 의해 중계 노드 또는 엔드 노드(end node)에 용접된다. 거의 용접하기 어려운 도전체는 연선들이 용접 중에 그 길이방향으로 이동되어서 이것들이 접합부를 지나 돌출하는 단점을 보인다. 이러한 길이방향 이동을 감소시키기 위해, 에너지 입력 및/또는 압력 인가는 용접 공정 중에 보다 용이하게 용접 가능한 연선과 비교하여 감소된다. 그러나, 이는 강도의 감소를 유발할 수 있다.
높이 및 폭 조절이 가능한, 초음파 용접 장치의 압축 공간이 US-B-6 299 052에 제시되어 있다. 음파 전달봉 및 카운터 전극의 작업 표면들은 구조화되어 있다. 나머지 제한면들은 평평하게 형성된다.
금속을 서로 용접하기 위해, US-A-6 089 438, US-A-6 158 645 및 US-A-2002/130159에 따라 음파 전달봉 및 카운터 전극의 작업 표면은 구조화되어 있다.
플라스틱을 용접하기 위해, CH-A-525 755 또는 JP-A-60201928에 따라 음파 전달봉 또는 음파 전달봉과 앤빌(anvil)이 구조화될 수 있다.
플라스틱의 용접시 다수의 용접 지점들을 동시에 형성하기 위해, GB-A-2 012 211에 따라 초음파 용접 장치의 음파 전달봉과 앤빌의 작업 표면에 피라미드형으로 형성된 돌출부가 제공된다.
본 발명의 목적은 불량하게 용접될 수 있는 연선에서도 양호한 품질이 달성될 수 있고, 많은 에너지 유입시 또는 압력 작용시 연선의 이동이 방지되도록, 압축 공간 또는 상기 압축 공간을 제한하는 공구를 가진 초음파 용접 장치를 개선하는 것이다.
이 목적을 성취하기 위해, 본 발명은 본질적으로 측면 제한 영역의 적어도 한쪽, 바람직하게 양쪽 측면 제한 영역이 적어도 부분적으로 구조화되는 것을 제공한다. 이와 관련하여, 구조체는 이들이 본질적으로 압축 공간의 길이방향 축선을 가로질러, 즉 용접될 도전체의 길이방향 축선 방향으로 연장하는 방식으로 선택되는 것에 의하여, 도전체의 길이방향 이동이 제거될 수 있어서, 공통의 및/또는 증가된 에너지 레벨 또는 압력은 용접 연결의 품질에 부정적으로 영향을 주지 않고 용접을 위해 적용될 수 있다.
특히 적어도 하나의 제한 영역이 압축 공간의 길이방향 축선을 가로질러 연장하는 함몰부 및/또는 상승부에 의해 형성되는 구조체 및/또는 프로파일을 갖는 것이 제공된다. 여기서 함몰부는 제한 영역에 의해 형성된 평면에 대해 후방에 배치된다. 상승부는 평면 위로 대응하게 돌출한다.
제한 영역 전체에 걸쳐 구조체를 균일하게 분포시키는 것이 가능하면, 본 발명의 부가의 개선은 제한 영역이 단지 부분적으로 구조화되는 것을 제공한다. 구조체는 특히 서로로부터 일정 거리에 위치된 그룹으로 세분될 수 있다. 제한 영역은 중간 영역 내에서 균일하게 형성될 수 있다. 구조체 그룹은 또한 병합될 수 있는 것에 의하여, 하나의 그룹의 구조체는 다른 그룹의 구조체와 상이할 수 있다.
특히 구조체가 톱니 형상의 상승부에 의해 형성되는 것이 제공되는 것에 의하여, 톱니 형상의 상승부의 2개의 그룹은 용접될 도전체와의 상호 작용 동안 용접될 도전체의 이동을 배제하는 후크를 구비하는 준 제한 영역이 생성되도록 제공될 수 있다.
카운터 전극이 음파 전달봉의 측면을 따라서 음파 전달봉의 작업 영역에 대해 수직으로 또는 거의 수직으로 연장하는 캐리어로부터 시작하는 또 다른 제안이 제공되고, 압축 공간을 대면하는 카운터 전극의 측면은 측면 제한 영역이거나, 또는 외측에 있는 제한 영역을 갖는 바람직하게는 플레이트형 요소가 시작하는 것이고, 제한 영역의 구조체가 음파 전달봉의 구조체를 보충하도록 또한 형성된다. 이는 활주 영역들 사이에 준 래비린스(labyrinth) 밀봉부를 형성하고, 그 결과 음파 전달봉의 방향으로 카운터 전극의 이동 중에 연선이 영역들 사이로 연장하는 슬롯 내로 진입할 수 없다.
구조체는 바람직하게는 라인 또는 홈형 함몰부 및/또는 예를 들면 특히 삼각형, 사다리꼴 또는 원형의 단면을 갖는 각각 연속하는 주름형 상승부 또는 돌출부로 형성된다. 파형 구역에 상승부 및/또는 함몰부를 구조화하는 것이 또한 가능하다.
본 발명의 기초 목적은 측면 제한 영역을 갖는 공구가 구조화되고, 바람직하게는 구조체 및/또는 프로파일이 측면 제한 영역에 의해 제한되는 압축 공간에 대해 길이방향을 가로질러 안내되어 제공되는 것이다.
상승부는 측면 제한 영역에 의해 형성된 평면을 지나 돌출되고 및/또는 함몰부는 평면에 대해 후방에 배치되어 연장되는 것이 특히 제공된다. 톱니 형상의 기하학적 프로파일이 상승부로서 가능하여, 상승부는 바람직하게는 서로를 향해 위치된 가장자리를 갖는 2개의 그룹으로 분할된다.
이로부터 벗어나서, 주름형 상승부 및/또는 채널형 함몰부는 바람직하게 삼각형, 사다리꼴 또는 원형의 단면을 가질 수 있다. 용접될 연선의 이동이 제거되는 것을 보장하는 다른 적합한 기하학적 프로파일이 또한 가능하다.
측면 영역에 제공된 구조체 및/또는 프로파일은 또한 앤빌의 및/또는 음파 전달봉의 작업 영역 및/또는 용접 영역에 제공될 수 있다.
용접 중에 음파 전달봉이 그 길이방향 축선에 대해 수직으로 강하게 편향되어 용접될 부분과 음파 전달봉으로부터 이어지는 작업 영역들 사이에 간극을 유도하는 것을 피하기 위해, 작업 영역을 갖는 음파 전달봉 헤드의 후방 및/또는 음파 전달봉의 접합면은 주름부와 같은 적어도 하나의 지주를 갖도록 의도된다. 이와 관련하여, 지주는 음파 전달봉의 길이방향 축선의 방향으로 삼각형 기하학적 구역을 가질 수 있다.
바람직하게, 지주는 접합면의 원주방향 여유 및/또는 음파 전달봉의 작업 공간으로부터 접합면을 너머로 더욱 음파 전달봉의 길이방향 축선 방향으로 돌출한다. 여기서 지주는 특히 작업 공간에 대해 수직으로 연장할 수 있다.
지주가 음파 전달봉의 전체 또는 거의 전체 접합면을 너머 돌출할 가능성이 존재하면, 원치않는 음파 전달봉의 만곡을 방지하는 지주는 구역적으로 형성되는 한편, 바람직하게 음파 전달봉의 접촉 구역으로부터 시작할 뿐만 아니라 그로부터 돌출한다.
지주는 라인 또는 전구형으로서 구조화될 수 있다. 지주는 특히 음파 전달봉의 길이방향 축선이 연장하는 평면에 대해 대칭으로 형성된다.
이와 관계없이, 음파 전달봉은 초음파의 발생이 길이방향 축선(Az)의 방향으로 그리고 작업 영역에 대해 수직으로의 편향이 따르고, 편향(Ay)은 3 ≤ Az/Ay ≤20의 관계를 가진다.
기하학적으로 선호할 수 있는 조건은 특히 접합면 위에서 지주의 최대 길이가 3㎜ 내지 25㎜, 바람직한 예에서 5㎜ 내지 15㎜일 때 성취된다.
본 발명의 부가의 상세, 장점 및 특징은 청구범위에서뿐만 아니라, 이들(독립적으로 및/또는 조합하여)로부터 추측되는 특징은 도면으로부터 추측되는 바람직한 실시예의 이하의 설명에서 발견된다.
도 1은 초음파 용접 장치의 개략도.
도 2 내지 도 4는 압축 공간에 의해 포위된 요소의 다양한 사시도.
도 5는 제한 요소의 단면도.
도 6은 도 5의 단면도에 따른 제한 요소의 대안적인 디자인의 도면.
도 7은 제한 요소의 다른 실시예의 단면도.
도 8은 도 7의 대안 실시예의 확대도.
도 9는 제한 요소의 제3 실시예의 단면도.
도 10은 제한 요소의 제4 실시예의 단면도.
도 11은 제한 요소의 제5 실시예의 단면도.
도 12는 제한 요소의 제6 실시예의 단면도.
도 13은 음파 전달봉의 구역을 갖는 제한 요소의 다른 실시예의 단면도.
도 14는 음파 전달봉의 개략도(무한 요소 계산).
도 15는 음파 전달봉 디자인의 개략도(무한 요소 계산).
도 16은 음파 전달봉의 특정 실시예의 도면.
도 17은 음파 전달봉의 다른 실시예의 도면.
도 18은 도 17에 따른 음파 전달봉의 정면도.
도 19는 제한 요소의 다른 실시예의 도면.
도 1은 바람직한 사용을 위한 예를 언급하기 위해 연선의 형태로 금속 부품을 서로 용접하는데 사용되는 초음파 용접 장치를 개략적으로 도시한다.
초음파 용접 장치는 실시예에서 컨버터(12), 부스터(14) 및 음파 전달봉(16)으로 이루어진 발진기(10)를 포함한다. 음파 전달봉은 이하에 설명되는 압축 공간(18)을 제한한다. 각각의 압축 공간의 기본 디자인은 예를 들면 US-A-4,869,419호에서 발견될 수 있다.
널리 공지된 바와 같이, 컨버터(12)는 라인(20)을 통하여 발생기(22)에 접속되고, 이 발생기는 그 일부에서 라인(24)을 통하여 프로세서(26)에 접속되며, 이 프로세서는 발생기(22)를 제어하고, 컨버터(12)에 의해 예를 들면 압전 소자를 통해 전기적 공진을 기계적 공진으로 변환하며, 공진은 부스터(14)를 통해 증폭되고 이에 따라 음파 전달봉(16)을 자극한다.
용접 중에 측면을 침투하는 압축 공간의 길이방향으로[즉 화살표(18)의 방향으로] 도전체가 탈선하는 위험 없이 단면에서 직사각형이고 개방 측면을 갖는 압축 공간(18)에서의 충분한 품질의 접합으로 연선과 같은 열악한 용접성 도전체를 용접하는 것을 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따라, 압축 공간(18)이 적어도 3개의 제한 영역, 바람직하게 4개의 모든 제한 영역에서 구조화된다. 이는 도 2에서 도 4로 이어진다. 그러므로, 음파 전달봉 헤드(30)를 갖는 음파 전달봉(16)은 개략적으로 사시도로 나타내고, 음파 전달봉 헤드(30)를 따라 조정 가능한 캐리어(34)로부터 시작하는 카운터 전극(32)으로서 지정되는 앤빌이 음파 전달봉에 할당된다. 구성은 종래에 따라 선택되고 이는 US-A-4,869,419호에 예로서 나타나 있다.
달리 말하면, 압축 공간(18)은 각각 구조화되는 음파 전달봉 헤드(30)의 작업 영역 또는 용접 영역(36) 및 앤빌(32)의 대향 작업 영역 또는 용접 영역(38)에 의해 경계가 정해진다.
높이뿐만 아니라 폭에서 압축 공간(18)을 조정하는 것을 가능하게 하기 위해, 조정 가능한 측면 슬라이드(42)가 본 발명에 따라 구조화된 측면 제한 영역(44)을 갖는 용접 영역들(36, 38)을 가로지르는 실시예에서 화살표(40)의 방향으로 조정 가능하게 연장한다. 앤빌(32)의 캐리어(34)에 의해 또는 캐리어(34)로부터 시작하는 플레이트 요소에 의해 형성된 대향 측면 제한 영역(46)이 또한 구조화된다. 측면 제한 영역들(44, 46)의 특정 구조체의 특정 기하학적 형상은 도 5 내지 도 13에 도시된다.
용접될 도전체의 단면에 따라서 압축 공간(18)을 조정하기 위해, 측면 슬라이드(42)가 화살표(40)의 방향으로 조정되어야만 할 뿐만 아니라, 캐리어(34)가 음파 전달봉 헤드(30)를 따라, 즉 화살표(48)를 따라 조정되어야만 하여서, 거리는 음파 전달봉 헤드(30)와 앤빌(32)의 작업 영역들(36, 38) 사이에서 조정된다.
연선을 용접할 때, 이들의 길이방향으로의 이동, 즉 압축 공간(18)으로부터의 이동을 회피하기 위해, 용접 영역들(36, 38)이 상술한 바와 같이 본 발명에 따라 구조화될 뿐만 아니라, 측면 제한 영역(44, 46)도 구조화된다.
바람직하게, 각각의 측면 제한 영역(44, 46)이 구조화되면, 각각 영역들(44 또는 46) 중 하나만이 특정 구조를 가질 수 있는 것이 용이하게 가능하다. 그러나, 구조체(44, 46)는 이와 관계없이 압축 공간(18)의 길이방향(화살표 28)을 가로질러, 즉 용접될 도전체의 길이방향 축선을 가로질러 연장해야 한다.
바람직한 구조체는 예를 들면 도면 부호 34로 도 13과 함께 도 5에 도시된 앤빌(32)을 수용하는 캐리어(34)의 단면도에 기초하여 결정될 수 있다. 측면 슬라이드(42), 예를 들면 그 제한 영역(44)은 또한 대응 구조체를 도시한다.
도 5에 따른 캐리어(34)는, 그 측면 제한 영역(46)에서, 서로 평행하게 연장하는 스트립 형상이고 도 3에서 이중 화살표(48)를 따라서 연장하는 3개의 영역(A, B, C)을 갖는다. 외부 영역들(A)은 동일한 폭을 갖고, 이에 의해, 중간 영역(B)은 더 넓게 설계된다.
측면 제한 영역(46)에 의해 설정된 평면과 비교하면, 중간 영역(B)은 함몰부(58, 60)를 갖고, 이 함몰부는 후방에 배치되고 채널형이며 서로 평행하게 위치되어 캐리어(34)의 방향에 평행하거나 또는 이와 대략 평행하게, 그리고 음파 전달봉 헤드(30) 및/또는 앤빌(32)의 용접 영역 또는 작업 영역(36, 38)에 대해 수직이거나 거의 수직으로 연장한다.
도 5의 실시예에서, 채널형 또는 홈형 함몰부(58, 60)는 일정 거리(T)로 연장하도록 위치되고, 대체로 삼각형 기하학적 형상을 가지는 것에 의하여, 아암은 30°≤α≤120°의 각도(α)를 갖는다. 거리(T)는 바람직하게는 0.4㎜ ≤ T ≤3.0㎜이다.
함몰부로서 또한 인용될 수 있는 함몰부의 깊이(H)는 예를 들면 0.03㎜≤H1 ≤0.5㎜이다.
도 6에 따르면, 대체로 사다리꼴 프로파일이 형성되는 채널형 함몰부(62, 64)를 설계하는 것이 대안인 것에 의하여, 교차 아암은 30°≤β≤120°의 각도로 위치된다.
도 5 및 도 6에 따르면, 캐리어(34)의 측면 제한 영역(46)의 프로파일 및/또는 구조체는 함몰부에 의해 형성되고, 그런 다음, 도 7 및 도 8에 도시한 바에 따르면, 대체로 사다리꼴 기하학적 형상(도 7) 또는 삼각형 기하학적 형상(도 8)을 가질 수 있는 상승부(66, 68)를 갖는 특정 구조체를 형성하는 것이 또한 가능하다. 특정 상승부(66, 68 및/또는 70, 72)는 측면 제한 영역(46)에 의해 형성되는 평면을 지나서 0.03㎜ ≤ H2 ≤0.5㎜의 치수(H2)로 돌출된다. 돌출부(66, 68 및/또는 70, 72)의 측면 아암은 30°≤γ≤120°의 각도(γ, 도 7) 및/또는 30°≤δ≤120°의 각도(δ, 도 8)를 포함한다.
도 5 내지 도 8의 실시예에서, 프로파일이 주위 영역(A)에서보다 영역(B)에서 측면 제한 영역(46)의 하나의 영역에만 설계되면, 구조체는 또한 측면 제한 영역(46)의 다른 영역으로 연장할 수 있다.
도 9에 따르면, 도 5 내지 도 8의 실시예에서보다 넓은 구조체가 내부에 제공되는 영역(B)의 선택 가능성이 존재한다. 구조화된 중간 영역(B, 도 5 내지 도 8과 도 9의 비교로 도시된 바와 같이)은 실질적으로 주위 영역(A)보다 넓다.
도 9에 따른 측면 제한 영역(46)의 프로파일 및/또는 구조체는, 측면 제한 영역(46)에 의해 형성된 평면에 대향하여 연장하고 0.03㎜ ≤H3 ≤0.05㎜의 치수(H3)를 갖고 후방에 배치되는 채널형 함몰부(74, 76) 또는 채널에 의해 형성된다. 측면 제한 영역(46)에 대해 오목하게 연장하는 영역(74, 76)은 0.03㎜ ≤ R2 ≤2.0㎜의 편향 반경(R2)을 갖고, 볼록하게 이어지는 구역은 0.03㎜ ≤ R1 ≤2.0㎜의 편향 반경(R1)을 갖는다. 채널형 함몰부(74, 76) 사이의 거리는 0.4㎜≤ T ≤3.0㎜의 범위에 있는 T와 동일하다.
도 5 내지 도 9의 실시예에서, 중간 영역(B)이 구조화되는 것으로 제공되면, 도 10에 따르면, 캐리어(34)의 프로파일 및/또는 그 측면 제한 영역(46)은 프로파일(78, 80)을 갖는 영역(A)이 연결되는 중간 영역(B)이 균일하게 형성되는 것으로 성취된다. 그런 다음, 영역(A)은 프로파일을 갖지 않는 주위 영역(C)에 의해 경계가 정해진다.
이와 관계없이, 캐리어(34)의 측면 제한 영역(46)의 프로파일 및/또는 구조체가 연장하는 제한 영역(46)의 중심선에 대해 대칭성이 기본적으로 존재한다. 그러나, 이는 요구되는 특징은 아니다.
따라서, 도 11은 중간 영역에서 홈의 형상으로 연장하는 함몰부(82, 84, 86, 88, 90)가 서로에 대해 상이한 거리(T1 및/또는 T2)를 갖는 캐리어(34)의 측면 제한 영역(46)에 형성되는 것을 도시한다. 함몰부는 이와 관계없이 연장하고, 주위 영역이 프로파일을 갖지 않도록 중간 영역에서 0.03㎜≤ H4 ≤0.05㎜의 범위의 치수(H4)로 측면 제한 영역(46)에 대해 후방에 배치되어 연장한다.
도 12는 0.03㎜≤ H5 ≤0.5㎜의 범위에 있는 치수(H5)를 갖고 캐리어(34)의 측면 제한 영역(46)을 지나 돌출하는 특정하게 형성된 톱니 형상의 프로파일을 도시한다. 이 톱니 형상의 돌출부(92, 94)는 그룹으로 분리되고, 이들은 서로를 향해 회전되는 가장자리(96, 98)를 갖는다. 톱니 형상의 돌출부(92, 94)의 그룹들 사이에는 단면도로 삼각형을 형성하고 바람직한 예에서는 측면 제한 영역(46)의 중심선에 의해 교차되는 돌출부(100)가 연장한다.
톱니 형상의 돌출부(92, 94)의 경사각은 급경사 플랭크(102)에 대해 0°≤ α1 ≤30°를 갖는 α1으로 연장하고 편평한 경사 플랭크(104)에 대해 30°≤ α2 ≤120°를 갖는 α2로 연장한다.
도 5 내지 도 12에서 볼 수 있는 캐리어(34)의 측면 제한 영역(46)의 프로파일 및/또는 구조체는 측면 슬라이드(42)의 측면 제한 영역(44)에 따라 설계될 수 있다.
측면 제한 영역(46)의 프로파일 및/또는 구조체는 물론 단지 단면에서보다는 전체 영역에 걸쳐 연장할 수 있다. 구조체가 측면 제한 요소(46)의 전체 영역을 커버하는 실시예가 도 18에 예로서 도시되어 있다. 함몰부들 사이의 거리(T)는 0.4㎜≤T≤3.0㎜이고, 일반적으로 삼각형 기하학적 형상을 갖는 상승부 및/또는 함몰부의 측면 아암의 각도(α)는 30°≤ α ≤120°인 것이 적합하다.
음파 전달봉 헤드(30)를 따라 조정 가능한 캐리어(34)와, 음파 전달봉 헤드(30)에 대해 회전되는 영역(106) 사이에 앤빌(32)의 하강 중에 이중 화살표(48)를 따르는 캐리어(34)의 이동에 악영향을 줄 수 있는, 연선이 진입할 수 있는 간극이 형성되는 것을 회피하기 위해, 도 13에서 알 수 있는 바와 같이 캐리어(34)의 측면 제한 영역(46) 및 음파 전달봉 헤드(30)의 영역(106)인, 서로를 향해 회전된 영역의 구조체 및/또는 프로파일을 형성하는 것이 가능하다. 여기서, 캐리어(34)의 제한 영역은 단면도로 음파 전달봉 헤드(30)의 측면 영역(106)에서 삼각형 함몰부(112, 114) 내로의 간극으로 진입하여, 연선이 진입하는 것을 방지하는 준 래비린스 밀봉부를 형성하는 삼각형 돌출부(108, 110)를 갖는다.
용접 영역(36, 38) 뿐만 아니라 앤빌(32)을 수용하는 캐리어(34) 및 측면 슬라이드(42)의 측면 제한 영역(44, 46)의 구조는 또한 연선을 용접하기 위한 경질 접합 중에 고품질 결합 조인트가 생성될 수 있고, 이에 의해 포지티브 에너지 전달이 바람직한 압력에서 발생할 수 있는 장점을 갖는다. 용접 가능 재료는 덜 손상된다. 더 정확한 에너지 입력이 또한 설계된 구조체와 관련하여 가능하다.
압축 공간의 경계를 정하는 앤빌 및/또는 음파 전달봉의 영역은 측면 제한 영역과 동일한 프로파일 및/또는 구조를 가질 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 14 내지 도 18은 음파 전달봉(16)의 다른 바람직한 개선을 도시하도록 기능할 수 있지만, 이는 보호 범위를 제한하는 것으로 이해해서는 안된다. 음파 전달봉(16)은 도 14에 유한 요소 계산으로 도시되어 있다. 음파 전달봉(16)은 베이스 부품(116) 및 이로부터 시작하는 음파 전달봉 헤드(30)로 일반적으로 구성되고, 도 2 내지 도 4에 도시된 작업 영역 또는 용접 영역(36)을 갖는다. 음파 전달봉 헤드(30)는 대각선 방향으로 대향되는 다른 작업 영역 또는 용접 영역(118)을 가져서, 음파 전달봉(16)은 작업 영역들(36, 118) 중 하나를 압축 공간(18)에 할당하기 위해 그 길이방향 축선을 따라 회전된다. 더욱이, 음파 전달봉(16)의 길이방향 축선은 Z-축에 평행하게 연장한다.
작업 영역 또는 용접 영역(36, 118)은 음파 전달봉(16)이 자극되지 않을 때 작업 영역(36, 118)에 대해 수직으로 진행하는 음파 전달봉 헤드(30)의 접합면(120)에 의해 제한된다. 실시예에서, 접합면(120)은 Y-축에 평행하게 연장하고 따라서 작업 영역(36 및/또는 118)은 음파 전달봉(16)이 자극되지 않을 때 Y-축에 대해 수직으로 진행한다.
용접 공정 중에, 음파 전달봉(16)은 음파 전달봉의 길이방향 Z-축뿐만 아니라 Y 방향에서도 편향되고, 이는 작업 영역(36, 118)의 경사를 유도한다(각도 α). 이는 용접의 품질에 영향을 줄 수 있다. Y-축에서의 음파 전달봉 헤드(30)의 편향에 따라, 이는 용접 결과의 재현 능력에 악영향을 줄 수 있다.
결점을 방지하기 위해, 음파 전달봉 헤드(30)가 그 접합면(120)으로부터 시작하는 지주를 가질 수 있는 것에 의하여, 음파 전달봉(16)의 편향은 Y-축에서 감소된다. 지주(122)는 음파 전달봉(16)의 자체 진동이 향상되도록 음파 전달봉 헤드(30)의 변형이 Y-축에서 감소되고 및/또는 제한되도록 한다.
도 14 및 도 15의 도면 부호가 유사한 요소에 사용되는 도 16 내지 도 18에 따르면, 지주(122)는 일반적으로 삼각형 기하학적 형상(도 17) 또는 만곡된 기하학적 형상(도 16)을 가질 수 있는 접합면(120)으로부터 주름부(124)가 돌출되는 점에서 실현될 수 있다. 일반적으로 삼각형 기하학적 형상을 갖는 도 17의 지주는 도면 부호 122로 나타내고, 만곡된 기하학적 형상은 도면 부호 126으로 도 16에 따라 나타낸다. 이 단면도는 특히 특정 지주(122, 126)가 특정 작업 영역(36, 118)으로부터 상승하고 접합면(120)을 지나 돌출되어 최대 길이가 음파 전달봉(16)의 중앙축(130)과의 교점에서 Z-축에 위치하는 것을 나타낸다.
음파 전달봉 헤드(30)의 접합면(120) 위에서의 지주(122, 126)의 최대 돌출(d)은 15㎜이어야 하지만, 다른 치수가 음파 전달봉의 디자인에 따라 고려될 수도 있다. 15㎜ 이하의 돌출(d)은 이미 작동중인 초음파 용접 장치에 특정 음파 전달봉이 설치될 수 있는 장점을 갖는다.
지주(122, 126)는 음파 전달봉(16)의 Z-축에서의 편향이 3Az≤Az/Ay≤20과 같은 Y-축에서의 음파 전달봉(16)의 편향에 관계하여 작용하도록 특별히 설계되어야 한다.
실시예에서, 지주(122, 126)가 음파 전달봉 헤드(30)의 전체 상승에 걸쳐 연장하면, 지주가 예를 들면 접합면(120)의 중심으로 진행하여, 작업 영역(36, 118)으로부터 분리될 가능성이 존재한다. 다른 기하학적 형상이 대안적으로 가능하다.
더욱이, 작업 영역(36, 118)을 갖는 음파 전달봉 헤드(30)의 외부 구역의 후 방 측면은 하나 이상의 지주를 가질 수 있는 것에 의하여, 필요하다면 접합면을 따라 진행하는 지주는 제거될 수 있다. 지주가 후방 측면에서 연장하면, 음파 전달봉 헤드의 내부 구역의 영역 범위는 적어도 하나의 작업 영역(36, 118)을 갖는 외부 구역의 영역 범위보다 작다.

Claims (29)

  1. 연선과 같은 금속 도전체의 용접을 위해, 대향 측면들에서 경계가 정해지는 2개의 작업 영역(36, 38)과, 상기 작업 영역을 가로질러 연장하는 2개의 측면 제한 영역(44, 46)을 갖는 압축 공간을 구비한 초음파 용접 장치로서, 하나의 작업 영역이 초음파 진동에 배치될 수 있는 상기 초음파 용접 장치의 음파 전달봉(16)의 구역이고, 대향 작업 영역이 카운터 전극(32)의 일부이며, 상기 작업 영역들이 구조화되는 초음파 용접 장치에 있어서,
    상기 압축 공간(18)의 측면 제한 영역들(44, 46) 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 구조화되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역들(44, 46) 각각이 구조화되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역의 구조체는 채널형 또는 홈형 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 92, 94, 82, 84, 86, 88, 90), 주름형 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110), 또는 상기 채널형 또는 홈형 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 92, 94, 82, 84, 86, 88, 90) 및 상기 주름형 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110)로 구성되고, 이들 상승부 또는 돌출부는 서로에 대해 평행하게, 그리고 상기 압축 공간(18)의 길이방향 축선(28)에 대해 수직하게 연장하는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역(46)의 구조체는 상기 측면 제한 영역에 의해 형성된 평면에 대해 후방에 배치되는 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 88, 90)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역(46)의 구조체는 상기 측면 제한 영역에 의해 형성되는 평면에 대해 돌출하는 돌출부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역(44, 46)의 구조체는 상기 측면 제한 영역(44, 46)의 적어도 하나의 영역(A, B)에서 상승부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110), 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 88, 90), 또는 상기 상승부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110) 및 상기 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 88, 90)에 의해 형성되고, 상기 상승부 또는 돌출부는 상기 압축 공간(18)의 길이방향 축선(28)을 가로질러, 상기 길이방향 축선에 대해 수직으로 연장하는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110), 상기 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 88, 90), 또는 상기 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110) 및 상기 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 88, 90)는 삼각형, 사다리꼴 또는 원호의 형태의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 함몰부(74, 76)에 의해 형성된 구조체는 단면에서 파형 기하학적 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역의 구조체는 상기 측면 제한 영역(46, 48)에 걸쳐 균일하게 연장하는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역(44, 46)은 중앙 영역(B)에서 구조화되고 상기 중앙 영역의 외부에서 균일하게 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 108, 110), 상기 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 90), 또는 상기 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 108, 110) 및 상기 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 90)는 동일한 거리로 상호 이격되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  12. 제 3 항에 있어서, 상기 함몰부(82, 84)는 상기 측면 제한 영역(46)을 따라 변하는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  13. 제 3 항에 있어서, 상기 상승부 또는 함몰부(92, 94)는 톱니 형상의 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 톱니 형상의 기하학적 형상을 갖는 상기 상승부 또는 함몰부(92, 94)는 그룹들로 위치되고, 이 그룹들의 가장자리(96, 98)가 서로를 향해 회전되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 카운터 전극(32)은 상기 음파 전달봉(16)의 측면(106)을 따라 연장하는 캐리어(34)로부터 그리고 상기 음파 전달봉의 작업 영역(36)과 관련하여 수직으로 시작하고, 상기 압축 공간(18)에 노출되는 그 측면은 측면 제한 영역(46)이거나 또는 제한 영역의 외부에 있는 플레이트형 요소가 상기 측면들중 하나로부터 시작하는 영역이고, 상기 측면 제한 영역의 구조체는 상기 음파 전달봉의 측면의 구조체를 보충하기 위해 또한 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
  16. 측면 슬라이드(42) 또는 카운터 전극(32)의 캐리어(34)의 형태의 제 1 항에 따른 초음파 용접 장치를 이용하는 공구로서, 측면 제한 영역(44, 46)으로서의 하나의 영역이 압축 공간(18)을 형성하는 공구에 있어서,
    상기 측면 제한 영역(46)은 구조화되는 것을 특징으로 하는 공구.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역의 구조체는 채널형 또는 홈형 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 92, 94, 82, 84, 86, 88, 90), 주름형 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110), 또는 상기 채널형 또는 홈형 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 92, 94, 82, 84, 86, 88, 90) 및 상기 주름형 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110)로 구성되고, 이들 상승부 또는 돌출부는 서로에 대해 평행하게, 그리고 상기 압축 공간(18)의 길이방향 축선(28)에 대해 수직하게 연장하는 것을 특징으로 하는 공구.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역(46)의 구조체는 상기 측면 제한 영역에 의해 형성된 평면에 대해 후방에 배치되는 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 88, 90)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 공구.
  19. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역(46)의 구조체는 상기 측면 제한 영역에 의해 형성되는 평면으로부터 돌출하는 돌출부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 공구.
  20. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역(44, 46)의 구조체는 상기 측면 제한 영역(44, 46)의 적어도 하나의 영역(A, B)에서 상승부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110), 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 88, 90), 또는 상기 상승부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110) 및 상기 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 88, 90)에 의해 형성되고, 상기 상승부 또는 돌출부는 상기 압축 공간(18)의 길이방향 축선(28)을 가로질러, 뿐만 아니라 상기 길이방향 축선에 대해 수직으로 연장하는 것을 특징으로 하는 공구.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110), 상기 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 88, 90), 또는 상기 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 92, 94, 100, 108, 110) 및 상기 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 88, 90)는 삼각형, 사다리꼴 또는 원호의 형태의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 공구.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 함몰부(74, 76)에 의해 형성된 구조체는 단면에서 파형 기하학적 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 공구.
  23. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역의 구조체는 상기 측면 제한 영역(46, 48)에 걸쳐 균일하게 연장하는 것을 특징으로 하는 공구.
  24. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 측면 제한 영역(44, 46)은 중앙 영역(B)에서 구조화되고 상기 중앙 영역의 외부에서 균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 공구.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 108, 110), 상기 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 90), 또는 상기 상승부 또는 돌출부(66, 68, 70, 72, 108, 110) 및 상기 함몰부(58, 60, 62, 64, 74, 76, 82, 84, 86, 90)는 동일한 거리로 상호 이격되는 것을 특징으로 하는 공구.
  26. 제 17 항에 있어서, 상기 함몰부(82, 84)는 상기 측면 제한 영역(46)을 따라 변하는 것을 특징으로 하는 공구.
  27. 제 17 항에 있어서, 상기 상승부 또는 함몰부(92, 94)는 톱니 형상의 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 공구.
  28. 제 17 항에 있어서, 톱니 형상의 기하학적 형상을 갖는 상기 상승부 또는 돌출부(92, 94)는 그룹들로 위치되고, 이 그룹들의 가장자리(96, 98)가 서로를 향해 회전되는 것을 특징으로 하는 공구.
  29. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 카운터 전극(32)은 상기 음파 전달봉(16)의 측면(106)을 따라 연장하는 캐리어(34)로부터 그리고 상기 음파 전달봉의 작업 영역(36)과 관련하여 수직으로 시작하고, 상기 압축 공간(18)에 노출되는 그 측면은 측면 제한 영역(46)이거나 또는 제한 영역의 외부에 있는 플레이트형 요소가 상기 측면들중 하나로부터 시작하는 영역이고, 상기 측면 제한 영역의 구조체는 상기 음파 전달봉의 측면의 구조체를 보충하기 위해 또한 형성되는 것을 특징으로 하는 공구.
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