KR101747081B1 - 트랜스듀서용 드라이브 핀 성형 방법 및 조립체 - Google Patents

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케빈 엠. 베드웰
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슈레 애쿼지션 홀딩스, 인코포레이티드
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Abstract

트랜스듀서 및 트랜스듀서 형성 방법이 개시된다. 이 방법은 리드(reed) 표면 상에 구동 핀을 형성하기 위한 피드 와이어를 위치시키는 단계, 상기 피드 와이어의 제 1 단부를 상기 리드에 용접하는 단계, 구동 핀을 형성하기 위해서 상기 피드 와이어를 절단하는 단계, 및 상기 구동 핀을 패들에 고정하는 단계를 포함한다. 상기 피드 와이어의 제 1 단부는 레이저 용접 작업에 의해 상기 리드에 용접될 수 있다. 레이저는 용융된 리드 재료를 형성하도록 상기 리드를 용융시키며, 용융된 리드 재료가 응고되면, 상기 피드 와이어는 피드 와이어와 리드 사이에 용접물을 형성하도록 용융된 리드 재료를 통해 밀어넣어진다. 이후, 와이어 코일은 구동 핀을 형성하기 위해서 제 2 레이저에 의해 절단된다. 이후, 구동 핀은 접착제에 의해 패들에 부착된다.

Description

트랜스듀서용 드라이브 핀 성형 방법 및 조립체 {DRIVE PIN FORMING METHOD AND ASSEMBLY FOR A TRANSDUCER}
본 출원은 사운드 재생(sound reproduction) 분야, 보다 자세하게는, 이어폰을 사용하는 사운드 재생 분야에 관한 것이다. 본 출원의 양태들은 보청기(hearing aids)로부터 고품질 오디오 리스닝 디바이스들, 소비자 리스닝 디바이스들 범위의 인이어(in-ear) 리스닝 디바이스들용 이어폰 드라이버들 및 이들의 제조 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 출원의 양태들은 패들로의 구동 핀의 조립에 관한 것이다. 추가로, 그러나, 본 출원의 양태들은 2 또는 그 초과의 구성요소들을 결합하여 구현될 수 있다.
개인을 위한 "인-이어(in-ear)" 모니터링 시스템들은, 무대(stage) 또는 레코딩 스튜디오(recording studio)에서의 퍼포먼스(performance)들을 모니터하기 위해서 음악가들, 레코딩 스튜디오 엔지니어들, 및 라이브 사운드 엔지니어들에 의해서 사용된다. 인-이어 시스템들은 다른 무대 또는 스튜디오의 사운드들과의 경쟁없이 음악가들 또는 엔지니어들의 귀(ear)에 직접적으로 뮤직 믹스(music mix)를 전달한다. 이러한 시스템들은 기구(instrument)들 및 트랙(track)들의 밸런스 및 볼륨에 대한 증가된 제어를 음악가 또는 엔지니어에게 제공하여, 저음(lower volume) 셋팅에서 보다 양호한 음질(sound quality)을 통해 음악가 또는 엔지니어의 히어링(hearing)을 보호하도록 작동한다. 인-이어 모니터링 시스템들은 종래의 플로어 웨지(floor wedge)들 또는 스피커들에 대한 개선된 대안을 제공하여, 그 결과, 무대 및 스튜디오에서의 음악가들 및 사운드 엔지니어들의 작업 방식을 상당히 변화시켰다.
게다가, 많은 소비자들은, 그들이 음악, DVD 사운드트랙들, 팟캐스트들 또는 핸드폰 대화들을 듣는지 간에 고품질의 오디오 사운드를 소망한다. 사용자들은 사용자들의 외부 환경으로부터 주변(background ambient) 사운드들을 효과적으로 차단하는 소형의 이어폰들을 소망할 것이다.
보청기(hearing aid)들, 인-이어 시스템들 및 소비자 리스닝 디바이스들은 전형적으로 리스너의 귀의 내부측에 적어도 부분적으로 결합되는 이어폰들을 사용한다. 전형적인 이어폰들은 다이나믹 드라이버들을 포함하는 다양한 형식들일 수 있는 하우징 내에 장착되는 하나 또는 그 초과의 드라이버들 및 밸런싱된 아마추어들을 갖는다. 전형적으로, 원통형 사운드 포트 또는 노즐을 통해 드라이버(들)의 출력으로부터 사운드가 전달된다.
본 출원은 이어폰 드라이버 조립체들, 자세하게는 밸런싱된 아마추어 드라이버 조립체들을 구현한다. 이어폰 드라이버 조립체들은 임의의 보청기, 고 품질 리스닝 장치 또는 소비자 리스닝 장치에 사용될 수 있다. 예컨대, 본 출원은 인용에 의해 전체 내용이 본 발명에 병합된, "이어폰 조립체(Earphone Assembly)" 이란 발명의 명칭을 가지는 미국 변호사 사건 수임 번호 제010886.01320호 및 "이어폰 드라이버 및 제조 방법(Earphone Driver and Method of Manufacture)" 이란 발명의 명칭을 가지는 미국 변호사 사건 수임 번호 제010886.01321호에 개시된 이어폰 조립체들, 드라이버들 및 방법들로 구현되거나 이들과 함께 구현될 수 있다.
이하, 일부 양태들의 기본적인 이해를 제공하기 위해서 본 출원을 단순화시켜 요약한다. 이는 본 발명의 범주를 제한하거나 본 발명의 핵심 또는 중요한 요소들을 식별하고자 의도된 것은 아니다. 이하의 요약은 단지 하기에 제공된 상세한 설명에 대한 서론으로서 본 출원의 일부 컨셉들이 단순화된 형태로 존재한다.
예시적 실시예에서, 밸런싱된 아마추어 트랜스듀서 조립체 형성 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 와이어 접촉 지점에서 리드(reed) 표면 상에 구동 핀을 형성하는 피드 와이어를 위치시키는 단계, 상기 피드 와이어의 제 1 단부를 상기 리드에 용접하는 단계, 구동 핀을 형성하기 위해서 상기 피드 와이어를 절단하는 단계, 및 상기 구동 핀을 패들에 고정하는 단계를 포함한다. 상기 피드 와이어의 제 1 단부는 제 1 레이저를 사용하여 레이저 용접 작업에 의해 상기 리드에 용접될 수 있다. 용접 작업 이전에, 상기 피드 와이어는 상기 피드 와이어에 좌굴부를 형성하도록 제 1 리드 표면에 의해 또는 제 1 리드 표면에 대해 압축된다. 제 1 레이저는 상기 와이어 접촉 지점에 반대편(opposite) 리드의 제 2 표면으로 지향된다. 이후, 제 1 레이저는 용융된 리드 재료를 형성하도록 상기 리드의 일부를 용융시키며, 상기 피드 와이어는, 용융된 리드 재료가 응고되면 피드 와이어와 리드 사이에 용접물을 형성하도록 용융된 리드 재료를 관통해 밀어넣어진다. 이후, 피드 와이어는 구동 핀을 형성하기 위해서 제 2 레이저에 의해 절단되며, 제 2 레이저는 상기 구동 핀 상에 구근 형상(bulbous) 단부를 형성한다. 이후, 구동 핀은 구근 형상 단부에서 접착제에 의해 패들에 부착되며, 접착제는 구근 형상 단부 부분을 수용하기 위한 소켓을 형성한다.
다른 예시적 실시예에서, 밸런싱된 아마추어 트랜스듀서가 개시되어 있다. 트랜스듀서는 리드를 갖는 아마추어, 구동 핀 및 패들을 포함한다. 패들은 진동하여 사운드를 발생시키도록 구성된다. 구동 핀은 리드에 용접되어 리드와 패들을 연결할 수 있다. 리드는 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지며, 구동 핀은 리드를 통과하며, 제 1 표면을 통해 돌출하며 제 2 표면을 통해 돌출하지 않지만, 대안으로 구동 핀은 리드의 제 2 표면을 통해 약간 돌출할 수 있다. 구동 핀의 구근 형상 또는 볼 형상 단부 부분은 패들에 아교접착되며, 아교는 볼 형상 단부 부분을 수용하기 위한 소켓을 형성한다. 구동 핀의 볼 형상 단부 부분은 상기 구동 핀의 평균 직경보다 더 큰 직경을 갖는다.
다른 예시적 방법은 와이어 접촉 지점에 리드와 접촉하는 피드 와이어를 배치시키는 단계, 레이저 또는 다른 고에너지원과 같은 열원을 리드 상의 와이어 접촉 지점 근처의 리드에 지향시키는 단계, 용융 재료를 형성하기 위해서 열원으로부터 에너지 작용 하에 리드의 일부를 용융시키는 단계, 및 리드와 피드 와이어 사이에 용접물을 형성하기 위해서 리드 상의 용융 재료 내로 피드 와이어를 밀어넣는 단계를 포함한다. 이 방법은, 구동 핀을 형성하기 위해서 제 2 레이저에 의해 피드 와이어를 절단하는 단계 및 구동 핀을 통해 리드와 패들 사이에 연결부를 형성하도록 구동 핀을 패들에 고정하는 단계를 더 포함한다.
본 출원은 예시로서 설명되며 첨부 도면으로 제한되지 않는다.
도 1a는 예시적 실시예에 따른 모터 조립체의 분해도를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 모터 조립체의 정면도를 도시한다.
도 1c는 도 1a의 모터 조립체와 함께 사용될 수 있는 예시적 노즐 조립체를 도시한다.
도 1d는 도 1c 중 클로우즈업된 부분을 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 예시적 실시예에 따른 리드(reed)에 고정된 구동 핀의 사시도를 도시한다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 구동 핀 용접기의 사시도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 구동 핀 용접기의 다른 사시도를 도시한다.
도 5a는 도 3에 도시된 구동 핀 용접기의 또다른 사시도를 도시한다.
도 5b는 도 5a에 도시된 와이어 가이드의 횡단면도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6f는 예시적인 구동 핀 형성 프로세스의 사시도를 도시한다.
도 6aa 내지 도 6dd 및 도 6ff는 도 6a 내지 도 6d 및 도 6f 중 클로즈업된 부분의 횡단면도를 도시한다.
밸런싱된 아마추어 트랜스듀서(balanced armature transducer) 또는 모터 조립체의 분해도가 도 1a에 도시되어 있으며, 모터 조립체의 조립도가 도 1b에 도시되어 있다. 밸런싱된 아마추어 모터 조립체(150)는 고품질 오디오 리스닝 장치들로부터 소비자 리스닝 장치들의 범위에 걸쳐서 임의의 이어폰으로 사용될 수 있다. 도 1c 및 도 1d에서, 밸런싱된 아마추어 모터 조립체(150)는 노즐(212)을 갖는 하우징 및 예시적 패들(152)에 연결되는 것으로 도시되어 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 모터 조립체(150)는 일반적으로, 아마추어(156), 상부 및 하부 자석(158A, 158B)들, 폴 피스(160), 보빈(162), 코일(164), 구동 핀(174), 및 플렉스 보드(167)로 구성된다. 자석(158A, 158B)들이 하나 또는 그 초과의 글루 도트(glue dot)(182)들에 의해 제 위치에 유지되는 동안 자석(158A, 158B)들은 하나 또는 그 초과의 용접물들에 의해 폴 피스(160)에 고정될 수 있다. 플렉스 보드(167)는 보빈(162)에 장착하는 가요성 인쇄 회로 기판이며, 코일(164)을 형성하는 와이어의 자유 단부들이 플렉스 보드(167)에 고정된다.
아마추어(156)는 위에서부터 볼때 일반적으로 E자 형상이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 아마추어(156)는 U자 형상 또는 임의의 다른 공지된 적절한 형상을 가질 수 있다. 아마추어는 상부 및 하부 자석(158A, 158B)들 사이에서 보빈(162) 및 코일(164)을 통해 연장하는 가요성 금속 리드(reed)(166)를 갖는다. 또한, 아마추어(156)는, 일반적으로 서로 평행하여 놓여지며 연결 부품(170)에 의해 일단부에서 상호 연결되는 2 개의 아우터 레그(168A, 168B)들을 갖는다. 도 1b에 예시된 바와 같이, 리드(166)는 자석(158A, 158B)들에 의해 형성되는 에어 갭(172) 내에 위치된다. 2 개의 아우터 아마추어 레그(168A, 168B)들은 보빈(162), 코일(164) 및 폴 피스(160)를 따라 외부측에 포개진다. 2 개의 아우터 아마추어 레그(168A, 168)들은 폴 피스(160)에 부착된다. 리드(166)는 접착제(285)에 의해 구근 형상(bulbous) 또는 볼 형상 단부 부분(284)에서 구동 핀(174)을 사용하여 패들(152)에 연결될 수 있다. 접착제(285)는 도 1에 도시된 바와 같이, 구동 핀(174)의 볼 형상 단부 부분(284) 둘레에 소켓을 형성한다. 구동 핀(174)은 스테인리스강 와이어 또는 임의의의 다른 공지된 적절한 재료로 형성될 수 있다.
전기 입력 신호는 2 개의 도전체들이 포함된 신호 케이블을 경유하여 플렉스 보드(167)로 라우팅된다. 각각의 도전체는 플렉스 보드(167) 상에서 도전체의 각각의 패드에서 납땜된 연결부를 통해 끝이난다. 이들 패드들 각각은 코일(164)의 각각의 단부 상에서 대응하는 리드(lead)에 전기 접속된다. 신호 전류가 신호 케이블을 통해 코일(164)의 권선들 내로 흐를 때, 자속(magnetic flux)이 연질의 자기 리드(soft magnetic reed)(166) 내로 유도되며, 리드(reed) 둘레에 코일(164)이 권선된다. 신호 전류의 극성(polarity)은 리드(166)에 유도된 자속의 극성을 결정한다. 리드(166)의 자유 단부는 2 개의 영구 자석(158A, 158B)들 사이에 떠있다(suspend). 이러한 2 개의 영구 자석(158A, 158B)들의 자기 축(axe)들 양자는 리드(166)의 세로축에 수직하게 배열된다. 상부 자석(158A)의 하부면은 자기 남극(magnetic south pole)으로서 작용하는 한편, 하부 자석(158B)의 상부면은 자기 북극(magnetic north pole)으로서 작용한다.
입력 신호 전류가 양극과 음극 사이에서 발진(oscillate)함에 따라, 리드(166)의 자유 단부는, 각각 자기 북극과 자기 남극의 자유 단부 사이에서 그의 거동을 발진한다. 자기 북극으로서 작용할 때, 리드(166)의 자유 단부는 하부 자석(158B)의 북극면으로부터 반발하며, 상부 자석(158A)의 남극면으로 끌린다. 리드(166)의 자유 단부가 북극과 남극 거동 사이에서 발진함에 따라, 에어 갭(172)에서의 리드의 물리적 위치가 동일하게(in kind) 발진하며, 이로써 전기 입력 신호의 파형을 미러링(mirroring)한다. 리드(166)의 모션 자체는 리드의 정면 및 후면 사이의 음향 밀봉(acoustic seal)의 부족 및 리드의 최소의 표면에 기인하여 극도로 비효율적인(extremely inefficient) 음향 방사체(acoustic radiator)로서 기능한다. 모터의 음향 효율을 개선하기 위해서, 리드(166)의 자유 단부의 기계적 모션을 상당히 큰 표면적의 음향 밀봉된 경량의 패들(152)에 연결하도록 구동 핀(174)이 사용된다. 얻어진 음향 체적 속도는 이후 이어폰 노즐(212)을 통해 최종적으로는 사용자의 이도(ear canal) 내로 전달되며, 이로써 사용자에 의해 검지되는 음향 에너지로의 전기 입력 신호의 변환(transduction)을 완료한다.
도 2a 내지 도 2c는 리드(166)에 고정된 구동 핀(174)의 확대도(close-up view)를 도시한다. 구동 핀(174)은 본원에서 설명되는 구동 핀 용접기(200)를 사용하여 용접물(169)에 의해 리드(166)에 고정될 수 있다. 리드(166)는 제 1 표면(171) 및 반대되는(opposite) 제 2 표면(173)을 갖는다. 구동 핀(174)은 일반적으로 제 1 리드 표면(171)으로부터 연장한다. 그러나, 구동 핀(174)의 제 1 단부(179)는 일반적으로 제 1 표면(171) 및 리드(166)의 본체를 통과하는 리드(166)의 전체를 통해서 제 2 표면(173)으로 연장한다. 이는 용접 작업(하기에 보다 상세히 설명됨)중, 리드(166)의 일부가 용융되어 용융 재료를 형성하는 한편, 구동 핀(174)을 형성하는 피드 와이어(278)가 용융 재료 내로 넣어지기 때문에 발생한다. 일 실시예에서, 구동 핀(174)은 리드(166)의 제 2 표면(173)을 통해서 돌출하는 일은 거의 없을 것이다. 대안의 실시예들에서, 구동 핀(174)의 제 1 단부(179)는 리드(166)의 제 2 표면(173)과 같은 높이에(flush with) 있을 수 있으며 또는 제 2 표면(173)을 통과하지 않고 리드(166)의 본체의 일부만을 통과할 수 있다. 구동 핀(174)에는 (리드(166)로부터 멀리 있는)구동 핀(174)의 자유 단부 상에서 약간 구근 형상(bulbous) 또는 볼 형상의 단부 부분(284)이 형성될 수 있다. 구동 핀(174)의 볼 형상 단부 부분(284)은 구동 핀(174)의 중간 부분 보다 더 큰 직경을 갖는다. 일 실시예에서, 볼 형상 단부 부분(284)은 본원에 설명된 바와 같이, 구동 핀(174)이 제 2 레이저(264B), 이후 구근 형상의 볼 형상 단부 부분(284)을 형성하기 위해서 냉각 및 응고되는 구동 핀(174)의 금속 단부의 일부를 액화시키는 절단 프로세스에 의해 길이로 잘라질 때 형성된다.
도 3 내지 도 5a는 구동 핀 용접기(200)를 도시한다. 구동 핀 용접기(200)는 일반적으로 비디오 모니터(210), 제어 패널(220) 및 용접 유닛(250)을 포함한다.
용접 유닛(250)은 구동 핀(174)을 리드(166)에 용접하기 위한 제 1 레이저(264A) 및 구동 핀(174)을 형성하기 위해서 피드 와이어(278)를 절단하기 위한 제 2 레이저(264B)를 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 용접 유닛(250)은 부착되어 길이로 절단될 때, 드라이브 핀(174)을 형성하는 피드 와이어(278)의 공급물을 갖는 와이어 스풀(254)을 포함한다. 용접 유닛(250)은 또한 용접 영역으로 아마추어들을 이동시키기 위해서 트랙(255)에서 슬라이드하는 부품들 전달 슬라이드(256) 및 복수 개의 네스트(259)들을 갖는 부품 유지 고정부(fixture)(258)를 포함한다. 용접 유닛(250)은 또한 광학 관찰 장비(optical viewing equipment), 특히 부품 유지 고정부(258) 내에 리드(166)가 존재하는 지의 여부를 판정하기 위한 광학 현미경(260) 및, 용접 위치에서의 리드(166) 및 구동 핀(174)의 현재 영상을 만들고 그리고 레이저(264A, 264B)를 집중(focus)시키기 위해서 비디오 카메라(262)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 용접 유닛(250)에는 외부측 관찰 및 투시를 위한 투시창(253)을 포함하는 도어(252)가 또한 설치될 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 용접 유닛(250)은 또한, 리드(166) 상에 피드 와이어(278)를 적절하게 배치시키기 위한 와이어 가이드(266), 피드 와이어(278)를 파지하고 선택적으로 전진시키기 위한 프론트 및 후방 그리퍼(268, 270)들, 피드 와이어(278)를 전진시키기 위한 메인 슬라이드(272) 및 탑 슬라이드(274)를 갖는다. 리어 그리퍼(270)는 메인 슬라이드(272)와 함께 움직인다. 탑 슬라이드(274)는 메인 슬라이드(272)와 함께 움직이며 그리고 또한 도 6b에 도시된 바와 같이 메인 슬라이드(272) 상에 위치된 트랙(279)들에서 메인 슬라이드(272)에 상대적으로 움직일 수 있다. 와이어 가이드(266) 및 프론트 그리퍼(268)는 탑 슬라이드(274)와 함께 움직인다. 메인 슬라이드(272)는 도 6b에 도시된 바와 같이 트랙(281)들 내에서 움직인다. 스탑 스크류로 형성될 수 있는 프론트 스탑(276)이 탑 슬라이드(274)의 움직임을 제한하며, 스탑 브래킷(273)은 메인 슬라이드(272)의 움직임을 제한한다. 게다가, 도 6a 내지 도 6f에 도시된 바와 같이, 메인 슬라이드(272)에는 메인 슬라이드(272) 상의 탑 슬라이드(274)의 후방 움직임을 제한하는 블록(277) 및 스프링(275)이 제공될 수 있다.
메인 슬라이드(272)는 구동 핀 재료 또는 피드 와이어(278)를 피딩하는 기능, 와이어 가이드(266)의 총 이동(travel) 길이를 결정하는 기능 및 절단 프로세스 중 제 2 레이저(264B)로부터의 빔에서 멀어지게 와이어 가이드(266)를 이동시키는 기능을 포함하는 다수의 기능들을 갖는다.
와이어 가이드(266)는 가스 라인(267)으로부터 가스가 피딩되는 가스 분배 고정부(269)에 일체로 형성된다. 도 5b는 가스 분배 고정부(269)의 횡단면도를 도시한다. 가스 분배 고정부(269)는 용접 표면들의 냉각을 돕는 와이어 가이드(266)에 가스를 피딩하기 위한 포트(271)를 갖는다.
용접 유닛(250)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 용접 프로세스를 사용하여 리드(166)에 피드 와이어(278)의 제 1 단부(179)를 부착하고, 그후 구동 핀(174)을 형성하기 위해서 레이저에 의해 피드 와이어(278)를 절단하도록 구성된다. 대안의 실시예들에서, 이러한 프로세스는 수동 또는 자동으로 이루어질 수 있다.
머신(200)에 의해 실행되는 용접 프로세스는 도 6a 내지 도 6f 및 도 6aa 내지 도 6dd 및 도 6ff에 도시된 일련의 단계들에 도시되어 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 용접 프로세스를 시작하기 위해서, 메인 슬라이드(272)와 상부 슬라이드(274)는 폐쇄 위치에서 프론트 그리퍼(268) 및 개방 위치에서 백 그리퍼(270)를 사용하여 부품들 유지 고정부(258)를 향해 프론트으로 움직인다. 이에 의해, 피드 와이어(278)는 도 4에 도시된 스풀(254)로부터 당겨지며 와이어 가이드(266)를 통해 안내된다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 탑 슬라이드(274)가 프론트 스탑(276)에 접촉하게 되면, 와이어 가이드(266) 모션은 중단된다. 폐쇄 위치에 있는 리어 그리퍼(270) 및 개방 위치에 있는 프론트 그리퍼(268)를 갖는 메인 슬라이드(272)는 계속해서 프론트으로 이동하여 피드 와이어(278)가 도 6bb에 도시된 바와 같이 리드(166)에 반대되는 힘을 받는 것을 유발할 것이다. 와이어 가이드(266)와 제 1 리드 표면(171) 사이의 거리는 조절될 수 있는 프론트 스탑 스크류(276)의 위치에 의해 결정된다. 일 실시예에서, 스탑 스크류(276)는 피드 와이어(278) 재료에 따라서 와이어 가이드(266) 및 리드 표면 사이 거리를 0.026 내지 0.028 in 사이에서 조정할 수 있다. 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 메인 슬라이드(272)는 폐쇄 위치에 있는 리어 그리퍼(270) 및 개방 위치에 있는 프론트 그리퍼(268)를 계속해서 프론트으로 이동하여, 리드(166)가 피드 와이어(278)에 압력을 가하게 하며, 이에 의해 와이어가 굴절되게 되며, 그 결과 피드 와이어(278)의 좌굴부(buckled portion)(280)가 유발된다, 리드(166)에 대한 피드 와이어(278)의 정확한 위치 결정을 위해서, 와이어 가이드(266)는 가능한 한 제 1 리드 표면(171)에 근접될 필요가 있다.
피드 와이어(278)는 리드(166)에 반대되게 힘을 받게되어 피드 와이어(278)상에 축방향 힘을 발생시키며 이는 와이어의 구부러짐을 유발하여 좌굴부(280)를 형성한다. 이러한 단계중, 피드 와이어(278)는 제 1 리드 표면(171)에 대해 압축력을 부과할 것이다. 압축력은 피드 와이어(278)의 좌굴부(280)에서의 휨(deflection)에 의해 유발되며, 이 좌굴부는 탄성이 있으며 좌굴부의 곧은(straight) 위치로 리플렉스(reflex)되거나 "튀어 돌아옴(snap back)"되는 경향이 있다.
도 6c 및 도 6cc에 도시된 바와 같이, 제 1 레이저(264A)는 용접 스팟에서 제 2 리드 표면(173)에 적용되는 레이저 빔을 발생시키며, 레이저 에너지는 리드(166) 재료를 용융시키고 부분적으로 액화시킨다. 피드 와이어(278)의 중심은 용접 스팟의 중심에 위치된다. 제 2 리드 표면(173) 상에 또는 피드 와이어(278)의 반대측 상에 제 1 레이저(264A) 빔을 적용함으로써, 리드(166) 자체는 피드 와이어 용융을 방지하기 위해서 피드 와이어(278)를 위한 보호 차폐물(protective shield)을 형성한다. 추가로, 레이저 파라미터들은 단지 리드(166) 재료가 용융되도록 최적화될 수 있다.
도 6d 및 도 6dd에 도시된 바와 같이, 피드 와이어(278)는 동일 스팟으로 지향되며, 여기서 리드(166) 용융이 발생하여 와이어 상에서 축방향 압축력이 용접물(169)을 형성하기 위해서 용융된 영역으로의 피드 와이어(278)의 공급이 유발된다. 달리 말하면, 피드 와이어(278)의 좌굴부(280)의 리플렉스 작용은 피드 와이어(278)의 제 1 단부(179)가 리드(166)의 제 1 표면(171)을 통해 통과하고 그리고 리드(166)의 본체의 일시적으로 액화된 부분으로 통과하게 한다. 피드 와이어(278)가 용융 영역 내로 밀어넣어짐에 따라, 피드 와이어(278)의 좌굴부(280)는 도 6d에 도시된 바와 같이 곧은 와이어를 형성하도록 제거된다(relieved). 용융 영역의 응고화 이후에, 피드 와이어(278)는 리드 재료에 포획되며, 그 결과 리드(166)와 피드 와이어(278) 사이에 견고한 용접물(169)이 존재한다. 피드 와이어(278)가 리드(166)에 포획된 후에, 피드 와이어(278)의 제 1 단부(179)는 리드의 제 1 표면(171)을 통해 연장할 것이며, 리드(166)의 제 2 표면(173)으로부터 약간 돌출할 것이다. 제 1 레이저(264A) 파라미터들의 펄스 지속기간(duration)은 짧은 시간 주기 후에 용융된 리드(166)의 응고를 유발하도록 매우 짧게 설정될 수 있다.
도 6e에 도시된 바와 같이 피드 와이어(278)를 절단하기 위해서, 메인 슬라이드(272)는 개방 위치에 있는 프론트 그리퍼(268) 및 개방 위치에 있는 백 그리퍼(270)를 사용하여 후퇴되어 탑 슬라이드(274)와 와이어 가이드(266)의 후퇴를 유발한다. 이러한 프로세스는, 와이어 가이드(266)가 제 2 레이저(264B) 빔을 발사(firing)하기 전에 제 2 레이저(264B) 빔을 벗어나 이동되는 것을 보장한다.
다음으로, 도 6f 및 도 6ff에 도시된 바와 같이, 제 2 레이저(264B)는 구동 핀(174)을 형성하기 위해서 피드 와이어(278)를 절단하도록 레이저 펄스를 방사(emit)한다. 이후, 피드 와이어(278)는 소망하는 길이로 피드 와이어를 절단함으로써 구동 핀(174)을 형성하도록 제 2 레이저(264B)에 인접한 미리 정해진 위치에서 절단된다.
도 6ff에 도시된 바와 같이, 제 2 레이저(164B)는 피드 와이어(278)를 절단하며, 구근 형상 또는 볼 형상의 단부 부분(284)이 구동 핀(174)의 제 2 단부에 형성되며, 또한 구근 형상 또는 볼 형상 부분은 다음 구동 핀(174)의 제 1 단부(179)를 또한 형성하는 피드 와이어(278)의 다음 부분의 단부에 형성된다. 볼 형상의 단부 부분(284)은, 구동 핀(174)의 양단부들 상에서 전체 구동 핀의 평균 직경보다 직경이 다소 더 크다. 돌기를 갖지 않는 기계적으로 전단되는(sheared) 구동 핀에 비해, 볼 형상의 단부 부분(284)은 접착제 접촉을 위해 더 큰 표면적을 가지며, 이에 의해 패들(152)과 구동 핀(174) 사이에 보다 양호한 글루(glue) 조인트 연결이 이루어진다. 구동 핀(174)의 볼 형상의 단부 부분(284) 주위에 도 1d에 도시된 바와 같이 글루가 소켓(285)을 형성하기 때문에, 보다 강한 "볼 및 소켓" 글루 조인트가 형성되며, 즉 역학적 이력 현상(mechanical hysteresis)에 덜 민감하다.
구동 핀(174)을 형성하기 위해서 피드 와이어(278)를 절단한 이후에, 부품들 유지 고정부(258)는 그후 광학 현미경(260)이 다음 부품을 위한 부품들 유지 고정부(258)에서의 리드(166) 위치의 영상들을 제공할 수 있도록 후방으로(back) 움직인다. 광학 현미경(260)에 의해 리드가 "발견" 된다면, 상기 논의된 용접 시퀀스가 다시 시작할 것이다. 특히 네스트(259)에 어떠한 부품도 탑재되지 않는다면, 슬라이드는 다음 부품으로 이동할 것이다. 모든 탑재된 네스트(259)들로부터 부품들이 구동 핀(174)들을 가지며 절단되어 리드(166)들에 용접될 때까지 이러한 작동은 계속될 것이다. 네스트(259)들에 위치된 모터 조립체들의 전부를 위한 용접물(169)들 및 절단들을 완료한 이후에, 부품들 유지 고정부(258)는 자동으로 재탑재(re-loading) 위치로 이동하며, 도어(252)는 수동으로 개방된다. 이후, 모터 조립체(150)들은 제거될 수 있으며, 구동 핀(174)들의 대응하는 볼 형상의 단부 부분(284)들의 각각이 대응하는 패들(152)에 아교접착될 수 있다.
대안으로, 구동 핀 용접기(200)는 수동 모드로 작동될 수 있다. 작업자는 부품들 전달 슬라이드(256)를 수동으로 이동시킴으로써 부품들 유지 고정부(258)를 이동시킬 수 있다. 사용자는 광학 현미경(260) 앞쪽으로 부품들 전달 슬라이드(256) 및 부품들 유지 고정부(258)를 이동시킨다. 리드(166) 위치가 광학 현미경(260)에 의해 감지되면, 부품들 전달 슬라이드(256)는 정지되고, 구동 핀 용접기(250)는, 피드 와이어(278)를 리드(166)에 용접하기 시작하고 본원에 이미 설명된 바와 같이 핀(174)을 형성하기 위해서 피드 와이어(278)를 절단할 수 있다.
광학 현미경(260)은 비디오 모니터(210) 상에 디스플레이되는 용접 작업의 라이브 픽쳐를 제공한다. 정확한 리드 위치가 비디오 모니터(210)에 의해 감시되며, 크로스 헤어(cross hair) 발생기에 의해 생성된 좌표계(coordinate system)와 비교될 수 있다.
일 실시예에서, 불활성 가스"아르곤"이 용접 프로세스 중 용접 표면들 상에 투입될 수 있다. 표면들 상으로의 불활성 가스의 투입은 산화 방지, 구동핀(174) 가열 최소화, 및 리드 상에서 열에 영향을 받는 영역의 크기 감소를 돕는다. 가스 분배 고정부(269)는 용접 표면들에 불활성 가스가 흐르게 한다.
내구성있는 용접 조인트들을 만들기 위해서, 용접 파라미터들은 적절하게 설정되어야만 한다. 레이저 파라미터들은 피드 와이어(278)와 접촉하는 리드 표면만이 용융되고, 피드 와이어(278)가 용융된 재료 내로 공급되는 방식으로 규정된다. 이를 달성하기 위해서; (1) 스폿 크기, 피크 전력, 및 펄싱 폭과 같은 레이저 파라미터들이 리드 및 와이어/구동 핀 재료들에 따라 결정될 필요가 있으며; (2) 구동 핀 및 리드 재료가 불활성 가스 흐름을 통해 달성될 수 있는 큰 열량으로부터 보호되어야 하고, (3) 레이저 펄스는 짧게, 바람직하게는 1 내지 2 밀리초로 설정되어야 한다.
일 실시예에서, LaSag 레이저 전력 공급장치가 설명된 용접 및 절단 프로세스들에 사용되는 용접 에너지를 발생시키기 위해 사용된다. 레이저 빔들이 광섬유 케이블들을 통해 처리 헤드들로 전달될 수 있다. 처리 헤드는 100 mm 초점 거리를 갖는 렌즈를 포함할 수 있다. 리드(166) 용접 표면은 렌즈의 초점에 배치되어야 한다. 더 긴 초점 길이를 갖는 렌즈는 다음과 같은 2 개의 이점들을 갖는다: (1) 리드의 위치 결정을 위해 더 큰 간격을 허용하며, (2) 리드로부터 튀기는(splattering) 용접 재료로부터 렌즈를 보호하는 것이 용이하다. 게다가, 교환이 용이한(easy-to-change) 유리 판들이 렌즈 보호를 제공하도록 사용될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 레이저 파라미터들은 재료 및 용접 조인트 특성들에 따라 선택된다. 레이저의 파라미터들은 용접 조인트 품질, 레이저 스팟 크기, 및 레이저 투과 깊이에 대해 직접적인 효과를 갖는다. 일 실시예에서, 용접 레이저 파라미터들은 주파수 레벨 = 2Hz, 레이저 전력 = 1410W 및 레이저 펄스 지속기간 =1.2 밀리초이다. 다른 실시예에서, 피드 와이어(278)는 0.004 인치의 직경을 갖는 스테인리스 강 302 합금으로 만들어지며, 구동 핀 절단 레이저 파라미터들은, 주파수 레벨 = 2Hz, 레이저 전력 = 400W 및 펄스 지속기간 = 3 밀리초이다.
용접기 시퀀스는 프로그램 가능한 로직 제어기("PLC")에 의해 제어될 수 있다. PLC는 X51 커넥터와 같은 적절한 커넥터를 갖는 레이저(264A, 264B)들과 인터페이스로 접속될 수 있다. 게다가, 레이저(264A, 264B)들은 LaSag 레이저와 같은 임의의 적절한 유형의 레이저일 수 있다. 구동 핀을 용접 및 절단하기 위해서, 2 개의 상이한 용접 프로그램들 또는 "방안(recipe)들"이 사용될 수 있다.
용접 및 절단 프로세스를 위해서, 시분할 방식(time sharing) 이중 광섬유 레이저 시스템이 사용될 수 있는데, 여기서 PLC는 제 1 레이저(264A)로부터 제 2 레이저(264B)까지 레이저 전력 공급장치를 스위치할 수 있다. 2 개의 섬유들 사이의 시분할은 레이저들을 별개로 또는 독립적으로 발사하는 것을 허용한다. PLC는 섬유들에 연결되며, 소망하는 기능에 따라서 레이저들을 발사하도록 섬유들에 명령을 내려 용접 또는 절단 작업을 유발한다. 정확한 섬유 선택과 관련하여, PLC는 레이저 파라미터들을 변경하도록 용접에서 절단까지와 같은 프로그램 변환 또는 "방안 변환"을 실행한다. 예컨대, 용접 기능 및 절단 기능은 펄스 지속기간 및 전력 밀도에 의해 서로 구별될 수 있다. 또한, 상기 내용은 레이저(264A, 264B)들을 위한 별도의 전력 공급원들을 사용하여 이루어질 수 있음이 상정된다.
본 발명의 양태들은, 그의 예시적 실시예들의 관점에서 설명되고 있다. 개시된 발명의 범주 및 사상 내에 다양한 다른 실시예들, 수정예들 및 변형예들이 명세서 전체를 검토함으로써 당업자들에 의해 이루어질 것이다. 예컨대, 당업자는 예시적 도면들에서 예시된 단계들이 인용된 순서 이외의 다른 순서로 실행될 수 있으며, 하나 또는 그 초과의 예시된 단계들이 본 명세서의 양태들에 따라서 선택적일 수 있음을 예상할 것이다.

Claims (26)

  1. 리드(reed)의 제 1 표면 상의 와이어 접촉 지점에서 상기 리드 상에 구동 핀을 형성하기 위해 피드 와이어를 위치시키는 단계,
    제 1 레이저에 의한 레이저 용접 작업에 의해 상기 피드 와이어의 제 1 단부를 상기 리드에 용접하는 단계로서, 상기 제 1 레이저는 상기 와이어 접촉 지점에 반대되는 리드의 제 2 표면으로 지향되는, 상기 피드 와이어의 제 1 단부를 상기 리드에 용접하는 단계,
    구동 핀을 형성하기 위해서 상기 피드 와이어를 절단하는 단계, 및
    상기 구동 핀을 패들에 고정하는 단계를 포함하는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서(balanced armature transducer) 조립체를 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드 와이어는 상기 피드 와이어에 좌굴부(buckled portion)를 형성하도록 상기 리드에 대해 압축되는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서 조립체를 형성하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 레이저는 용융된 리드 재료를 형성하도록 상기 리드의 일부를 용융시키며,
    상기 피드 와이어는 상기 용융된 리드 재료가 응고되면, 상기 피드 와이어와 상기 리드 사이에 용접물을 형성하기 위해서 상기 용융된 리드 재료를 통해 밀어넣어지는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서 조립체를 형성하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 핀을 형성하기 위해서 피드 와이어를 절단하는 단계는, 제 2 레이저를 사용하여 상기 피드 와이어를 절단하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 레이저는 상기 구동 핀 상에 구근 형상(bulbous) 단부를 형성하는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서 조립체를 형성하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동 핀을 패들에 고정하는 단계는, 접착제를 사용하여 상기 패들에 상기 구동 핀의 구근 형상 단부를 접착시키는 단계를 포함하며,
    상기 접착제는 상기 구근 형상 단부를 수용하는 소켓을 형성하는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서 조립체를 형성하는 방법.
  6. 피드 와이어와 리드를 접촉시킴으로써 리드 상에 구동 핀을 형성하기 위해 피드 와이어를 위치시키는 단계,
    제 1 레이저를 사용하여 상기 리드에 상기 피드 와이어의 제 1 단부를 레이저 용접하는 단계로서, 상기 리드는 상기 피드 와이어가 용융되는 것을 방지하도록 상기 피드 와이어에 대한 보호 차폐물을 생성하며 상기 제 1 레이저는 용용된 리드 재료를 형성하도록 상기 리드의 일부를 용융시키고, 상기 피드 와이어는 상기 용융된 리드 재료의 응고시 상기 리드와 상기 피드 와이어 사이에 용접물을 형성하도록 상기 용융된 리드 재료를 관통해 전진되는, 제 1 레이저를 사용하여 상기 리드에 상기 피드 와이어의 제 1 단부를 레이저 용접하는 단계,
    제 2 레이저를 사용하여 구동 핀을 형성하도록 상기 피드 와이어를 레이저 절단하는 단계, 및
    상기 구동 핀에 패들을 접착하는 단계를 포함하는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서 조립체를 형성하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 피드 와이어는 상기 피드 와이어에 좌굴부를 형성하도록 상기 리드에 대해 압축되는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서 조립체를 형성하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 피드 와이어는 제 1 리드 표면 상에서 리드와 접촉하고,
    상기 제 1 레이저는 상기 제 1 리드 표면의 반대에 있는 제 2 리드 표면으로 지향되는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서 조립체를 형성하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 레이저는 상기 구동 핀 상에 구근 형상 단부 부분을 형성하는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서 조립체를 형성하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동 핀의 구근 형상 단부 부분은 접착제를 사용하여 패들에 접착되고,
    상기 접착제는 상기 구근 형상 단부 부분 주위에 소켓을 형성하는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서 조립체를 형성하는 방법.
  11. 와이어 접촉 지점에서 리드에 접촉하게 피드 와이어를 배치시키는 단계,
    상기 와이어 접촉 지점 근처의 리드의 일부를 액화시키기 위해서 상기 리드에 열원을 지향시키는 단계로서, 상기 리드는 상기 피드 와이어가 용융되는 것을 방지하도록 상기 피드 와이어에 대한 보호 차폐물을 생성하는, 상기 리드에 열원을 지향시키는 단계,
    상기 리드 상의 용융된 재료 내로 상기 피드 와이어를 전진시키는 단계, 및
    상기 리드와 상기 피드 와이어 사이에 용접물을 형성하도록 상기 리드의 액화된 부분을 응고시키는 단계를 포함하는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서의 리드 상에 구동 핀을 형성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    절단 단부를 갖는 구동 핀을 형성하도록 상기 피드 와이어를 절단시키는 단계를 더 포함하는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서의 리드 상에 구동 핀을 형성하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동 핀을 통해 상기 리드와 패들 사이에 연결부를 형성하도록 상기 구동 핀의 절단 단부를 상기 패들에 아교 결합하는 단계를 더 포함하는,
    밸런싱된 아마추어 트랜스듀서의 리드 상에 구동 핀을 형성하는 방법.
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