KR20100047873A

KR20100047873A - 초음파 진동 접합 장치

Info

Publication number: KR20100047873A
Application number: KR1020107003975A
Authority: KR
Inventors: 마사요시 아라이; 시게토미 모리타
Original assignee: 브란손 울트라소닉스 코포레이숀
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-05-10
Also published as: KR101490803B1; DE112008001998T5; CN101883656B; DE112008001998B4; US20100206487A1; CN101883656A; US8025087B2; WO2009014130A1; JP2009028733A; CH699654B1; JP4138850B1

Abstract

종래에 있어서의 혼과 진동전달봉의 접합부분의 파손 문제를 해소함과 아울러, 진동전달봉의 선단에 팁을 부착하는 경우의 문제점도 해소한다. 단면(5a, 5b)을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉(5)을 축 단면 다각형으로 한다. 이 진동전달봉(5)을 혼(4)의 선단에 일체로 진동하도록 설치한다. 진동전달봉(5)과 매스(8)를 별체로 하고, 진동전달봉(5)에서의 노달 포인트에 형성한 돌기(6, 7) 중 한쪽을 매스(8)가 누르도록 한다.

Description

초음파 진동 접합 장치{ULTRASONIC VIBRATION JOINTING APPARATUS}

본 발명은 초음파 진동 접합 장치에 관한 것이다.

중첩한 금속 또는 수지재 등의 초음파 접합 가능한 부재에 초음파 진동과 함께 가압력을 부여하여 그들 부재를 접합하는 초음파 진동 접합 장치로서, 종래 여러 가지의 것이 실용에 제공되고 있다. 그리고 그 중 하나로서 특허문헌 1에 개시되어 있는 장치가 있다. 도 10은 이 장치의 주요부를 나타내는 것이다.

특허문헌 1: 일본 특허 제2756433호 공보

도 10에서 100은 초음파 진동 접합 장치이며, 후기 부재로 이루어지는 것이다. 101은 전기적 주파수를 발진시키는 발진기, 102는 이 발진기(101)로부터의 주파수를 기계적 진동으로 변환하는 진동자, 103은 선단측의 두께감을 줄인 형상을 하고, 상기 진동자(102)에 고정한 진동 증폭용의 혼이다. 또, 104는 상기 혼(103)의 선단부에, 이 혼(103)의 축과 직교하도록 하여 접합한 진동전달봉, 104A는 가압용 공진체인 매스(mass), 105는 이 매스(104A)에 접속한 가압 장치이다. 또한, 혼(103)과 진동전달봉(104)의 접합은 용접 또는 납땜 등에 의해 행하고 있다. 또한 106은 상기 진동전달봉(104)의 선단부에 부착 고정한 팁, 107은 이 팁(106)과 대응하는 위치에 배치한 앤빌, 108은 이 앤빌(107)을 지지하는 앤빌 지지대이다. 한편, W, W는 피접합재이다.

이러한 초음파 진동 접합 장치(100)는 가압 장치(105)에 의한 가압력이 가해진 상태에서 혼(103)에 의해 진동전달봉(104)을 휘어 진동시키고, 이 진동전달봉(104)의 진동을 가지고 피접합재(W, W)와의 사이에 마찰작용을 일으키고, 그리고 그 마찰작용에 의해 발생하는 마찰열에 의해 피접합재(W, W)의 마찰부를 확산 또는 용융 결합시켜서, 양 부재를 접합하는 것이다.

그렇지만, 이 초음파 진동 접합 장치(100)의 경우에서는, 진동전달봉(104)의 축 단면 형상이 원형으로, 이 때문에 그 중심축에 대하여 어떠한 방향의 굽힘 진동도 동일 주파수로 공진하는 것이 가능하게 되어 있다. 그리고 이 경우에 있어서는 접합중의 진동방향이 반드시 이상적인 혼(103)의 축방향을 따른 진동으로만 진동하는 것이 보증되는 것은 아니며, 접합부 부하의 상태에 따라서는 혼(103)의 축방향에 대하여 각도를 가진 이상적이지 않은 진동으로 진동전달봉(104)이 진동해 버리는 경우가 있다. 또, 구조적으로 이 현상을 막기 위한 연구는 행해지지 않았다. 이러한 점들 때문에, 진동자(102)나 혼(103)과 진동전달봉(104)의 접합부분의 파손을 일으키기 쉽다고 하는 문제점이 있다.

또, 진동자(102)와 혼(103)에서 발생되는 초음파 진동이 진동전달봉(104)을 경유하여 팁(106)에 전달됨과 아울러, 접합에 필요한 가압도 가압 장치(105), 진동전달봉(104) 및 팁(106)을 경유하여 피접합재(W, W)에 주어지게 되어 있기 때문에, 이하에 설명하는 것과 같은 문제점을 갖는 구조로 되어 있는 것이다.

진동전달봉(104)의 선단에는 피접합재(W, W)에 접촉하는 팁(106)을 부착 고정 하고 있지만, 팁(106)을 진동전달봉(104)과 별체로 하고, 그리고 이 팁(106)을 접속하여 일체화하는 점에 있어서 문제가 있다. 즉, 이 팁(106)을 진동전달봉(104)의 선단에 부착 고정하는 방법으로서는, 도시된 비틀어넣기식과, 도시되지 않은 테이퍼 섕크 방식이 있다.

이러한 비틀어 넣기식의 경우, 나사의 결합부착면에 구리의 와셔(도시되어 있지 않음)를 끼워 넣는데, 발열과 초음파의 진동전달 응력에 의해 이 와셔가 열화되어, 장기간의 사용(약 5000∼10000회)에 견딜 수 없다고 하는 문제점이 있다. 또, 비틀어 넣을 때, 규정 조임력으로 비틀어 넣으면 진동방향에 대하여 팁 패턴의 방향이 정해지지 않기 때문에, 팁의 패턴과 초음파의 진동방향을 적절하게 정하지 않으면 안되는 피접합재의 접합에는 사용할 수 없다고 하는 문제점도 있다.

또, 테이퍼 섕크 방식의 경우에는, 진동방향에 대한 팁 패턴의 방향을 정할 수는 있지만, 팁이 압입이기 때문에, 진동 중의 가압력이 낮으면 팁이 탈락해 버리거나, 끼워넣기가 헐거워져 버린다고 하는 사태가 일어나기 쉽다. 이 때문에, 진동의 튜닝은 피접합재를 앤빌과의 사이에 개재시키고, 정상적인 진동이 얻어지는 충분한 가압력이 가해진 상태에서 행할 필요가 있다고 하는 불편함이 있음과 아울러, 접합시의 가압력을 낮게 할 수 없기 때문에, 소품이나 얇은 물건 등 낮은 압력하에서 초음파 진동을 주지 않으면 안 되는 제품의 경우에 있어서 정상적인 초음파 진동을 얻을 수 없어, 접합할 수 없다고 하는 문제점이 있다. 또, 초음파 진동과 접합시의 가압의 양쪽이 진동전달봉을 경유하여 팁에 전달되기 때문에, 높은 압력하에서의 접합을 행하는 경우에는 진동전달봉의 섕크부가 변형 확장되어 버려, 진동전달봉의 내구성이 없다고 하는 문제점도 있다.

더욱이 또한, 종래의 초음파 진동 접합 장치(100)에서는, 진동전달봉(104)에 있어서의 팁(106)의 부착부와 반대측의 단부에, 매스(mass)(104A)가 일체로 성형되어 있으므로, 상기 사정에 의해 진동전달봉(104)을 교환할 필요가 발생했을 때에는, 이것과 일체의 매스(mass)(104A)까지도 함께 교환하지 않으면 안 되어, 불필요한 비용이 든다고 하는 문제점도 있다.

특허문헌1:일본특허제2756433호공보

(발명의 개시)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 일체적으로 진동하도록 설치하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에 있어서의 노달 포인트(nodal point)를 누르도록 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치를 제공하고자 하는 것이다.

그리하여, 본 발명의 요지로 하는 바는, 단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉의 노달 포인트에 이 진동전달봉의 축과 직교하는 돌기를 형성하는 한편, 상기 매스의 선단면에 이 진동전달봉의 단부가 들어가는 오목부를 설치하고, 이 오목부에 이 진동전달봉의 단부가 들어간 상태에서 상기 매스의 선단면이 이 진동전달봉의 상기 돌기에 접촉하도록 하여, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가, 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서, 상기 진동전달봉을, 상기 혼의 축방향의 공진 주파수와 상기 혼의 축과 교차하는 방향의 공진 주파수 사이에 적어도 500Hz 이상의 차가 있도록 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치에 있다.

또, 단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서, 상기 진동전달봉에서의 노달 포인트에 이 진동전달봉의 축과 직교하는 오목부를 설치하는 한편, 매스의 선단면에 진동전달봉의 단부가 들어가는 오목부를 설치하고, 상기 진동전달봉에 설치한 오목부에, 진동전달봉과 별체로 형성한 부재를 끼워맞추고, 상기 매스의 오목부에 진동전달봉의 단부가 들어간 상태에서 이 매스의 선단면이 상기 진동전달봉에 설치한 오목부에 끼워맞추어지거나 부재에 접촉하도록 해서, 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치를 그 특징으로 하는 것이다.

또, 단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가, 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서, 상기 진동전달봉에서의 노달 포인트에 이 진동전달봉의 축과 직교하는 오목부를 설치하는 한편, 매스의 선단면에 상기 진동전달봉의 단부가 들어가는 오목부를 설치함과 아울러 이 매스의 선단에 상기 진동전달봉의 오목부에 들어가는 내측을 향하는 돌기를 설치하고, 이 매스의 오목부에 진동전달봉의 단부가 들어간 상태에 있어서 이 매스의 선단에 설치한 내측을 향하는 돌기가 진동전달봉에 설치한 오목부에 들어가서 이 오목부의 내면에 접촉하도록 해서서 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치를 그 특징으로 하는 것이다.

또, 단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서, 상기 매스의 축방향의 공진주파수를 상기 진동전달봉의 공진주파수±25% 이내로 한 초음파 진동 접합 장치를 그 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 구성이며, 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 하고, 단면을 진동 및 가압작용면으로 했으므로, 접합 중의 진동방향이 혼의 축방향을 따른 진동으로만 진동하게 되고, 그래서 종래에 있어서의 혼과 진동전달봉과의 접합부분의 파손의 문제를 완전히 해소할 수 있는 것이다.

또, 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 축방향의 공진주파수와 혼의 축과 교차하는 방향의 공진주파수와의 사이에 적어도 500Hz 이상의 차가 있도록 했으므로, 이 진동전달봉의 접합 중의 진동방향이 혼의 축방향을 따른 진동으로만 진동하게 되고, 그래서 종래에 있어서의 혼과 진동전달봉의 접합부분의 파손 문제를 완전히 해소할 수 있는 것이다.

또, 진동전달봉의 선단에는 종래와 같은 팁을 부착하지 않고, 그것 자체의 단면을 진동 및 가압작용면으로 하는 것이므로, 종래에 있어서의 진동전달봉의 선단에 팁을 부착하는 경우의 문제점을 전부 해소할 수 있는 것이다. 아울러, 방향을 반전시킴으로써, 양쪽의 단면을 진동 및 가압작용면으로서 사용할 수 있는 것이다.

또, 진동전달봉과 매스를 별체로 했기 때문에, 종래와 같은 진동전달봉과 매스를 일체로 형성한 경우의 문제점을 해소할 수 있는 것이다. 더구나, 진동전달봉에 접촉하는 매스가, 진동전달봉에 있어서의 노달 포인트를 누르도록 했기 때문에, 진동전달봉의 진동에 영향을 미치지 않고 가압할 수 있는 것이다. 또, 가압시에 있어서의 진동전달봉의 돌기와 매스와의 접촉부분의 스침에 의한 마찰열의 발생을 최대한 적게 할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초음파 진동 접합 장치의 일부 생략하여 나타낸 정면도이다.
도 2는 일부 단면으로 도시한 도 1에 나타낸 실시예의 측면도이다.
도 3은 혼과 진동전달봉의 정면도이다.
도 4는 혼과 진동전달봉의 측면도이다.
도 5는 매스가 진동전달봉에 있어서의 노달 포인트를 누르는 구성의 다른 예의 설명도이다.
도 6은 매스가 진동전달봉에 있어서의 노달 포인트를 누르는 구성의 다른 예의 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 진동 접합 장치에서의 혼과 진동전달봉의 정면도이다.
도 8은 일부 단면으로 도시한 도 7에 나타낸 실시예에서의 혼과 진동전달봉의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 초음파 진동 접합 장치에서의 매스의 정면도이다.
도 10은 종래의 초음파 진동 접합 장치의 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태는 이하의 점에 있다.

(1) 단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉의 노달 포인트에 이 진동전달봉의 축과 직교하는 돌기를 형성하는 한편, 상기 매스의 선단면에 이 진동전달봉의 단부가 들어가는 오목부를 설치하고, 이 오목부에 이 진동전달봉의 단부가 들어간 상태에서 상기 매스의 선단면이 이 진동전달봉의 상기 돌기에 접촉하도록 하고, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서, 상기 진동전달봉을 상기 혼의 축방향의 공진주파수와 상기 혼의 축과 교차하는 방향의 공진주파수의 사이에 적어도 500Hz 이상의 차가 있도록 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.

(2) 상기 진동전달봉의 단면은, 이 진동전달봉의 상하를 반전시켰을 때, 진동 및 가압작용면으로서 공용할 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(3) 상기 진동전달봉을 상기 혼의 선단에 나사고정한 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(4) 상기 매스의 축방향의 공진주파수를 상기 진동전달봉의 공진주파수±25% 이내로 한 상기 (1)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(5) 단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서, 상기 진동전달봉에서의 노달 포인트에 이 진동전달봉의 축과 직교하는 오목부를 설치하는 한편, 매스의 선단면에 진동전달봉의 단부가 들어가는 오목부를 설치하고, 상기 진동전달봉에 설치한 오목부에, 진동전달봉과 별체로 형성한 부재를 끼워맞추고, 상기 매스의 오목부에 진동전달봉의 단부가 들어간 상태에서 이 매스의 선단면이 상기 진동전달봉에 설치한 오목부에 끼워맞춘 부재에 접촉하도록 해서, 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치.

(6) 상기 진동전달봉의 단면은 이 진동전달봉의 상하를 반전시켰을 때, 진동 및 가압작용면으로서 공용할 수 있게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (5)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(7) 상기 진동전달봉을 상기 혼의 선단에 나사고정한 것을 특징으로 하는 상기 (5)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(8) 상기 매스의 축방향의 공진주파수를 상기 진동전달봉의 공진주파수±25% 이내로 한 상기 (5)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(9) 단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서, 상기 진동전달봉에서의 노달 포인트에 이 진동전달봉의 축과 직교하는 오목부를 설치하는 한편, 매스의 선단면에 상기 진동전달봉의 단부가 들어가는 오목부를 설치함과 아울러 이 매스의 선단에 상기 진동전달봉의 오목부에 들어가는 내측을 향하는 돌기를 설치하고, 이 매스의 오목부에 진동전달봉의 단부가 들어간 상태에서 이 매스의 선단에 설치한 내측을 향하는 돌기가 진동전달봉에 설치한 오목부에 들어가 이 오목부의 내면에 접촉하도록 하여, 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치.

(10) 상기 진동전달봉의 단면은, 이 진동전달봉의 상하를 반전시켰을 때, 진동 및 가압작용면으로서 공용할 수 있게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (9)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(11) 상기 진동전달봉을 상기 혼의 선단에 나사고정한 것을 특징으로 하는 상기 (9)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(12) 상기 매스의 축방향의 공진주파수를 상기 진동전달봉의 공진주파수±25% 이내로 한 상기 (9)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(13) 단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서, 상기 매스의 축방향의 공진주파수를 상기 진동전달봉의 공진주파수±25% 이내로 한 초음파 진동 접합 장치.

(14) 상기 매스의 축방향의 대략 중앙부의 노달 포인트에 가압용 플랜지를 설치하고, 이 가압용 플랜지의 상면을 가압 기구에 의해 가압하도록 한 것을 특징으로 하는 상기 (13)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(15) 상기 진동전달봉의 단면은, 이 진동전달봉의 상하를 반전시켰을 때, 진동 및 가압작용면으로서 공용할 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (13)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

(16) 상기 진동전달봉을 상기 혼의 선단에 나사고정한 것을 특징으로 하는 상기 (13)에 기재된 초음파 진동 접합 장치.

실시예 1

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초음파 진동 접합 장치의 일부 생략하여 나타낸 정면도, 도 2는 일부 단면으로 나타낸 동 측면도, 도 3은 혼과 진동전달봉의 정면도, 도 4는 동 측면도이다.

도면 중, 1은 후기 각 부재를 지지하는 프레임, 2는 진동자, 3은 상기 진동자(2)와 후기 혼 사이에 개재한 폴라 마운트 부스터, 4는 혼이다. 또한 이 혼(4)은 선단측의 두께감을 줄인 형상을 하고 있다.

5는 상기 혼(4)의 선단에 일체적으로 진동하도록 설치한 진동전달봉으로, 본 실시예에서는 혼(4)의 선단에, 이 혼(4)의 축과 직교하는 2개의 봉(5A, 5B)을 형성하고, 이들 2개의 봉(5A, 5B)을 1쌍으로 하여 진동전달봉으로 하고 있다. 또, 이 진동전달봉(5)은 축 단면 다각형으로 하고, 그 단면(5a, 5b)을 진동 및 가압작용면으로 하고 있다. 또, 이 진동전달봉(5)에서의 노달 포인트에는, 그 축과 직교하는 돌기(6, 7)를 형성하고 있다. 또, 이 진동전달봉(5)은 상기한 바와 같이 축 단면이 다각형이며, 상기 혼(4)의 축방향의 공진주파수와 타방향의 공진주파수 사이에 적어도 500Hz 이상의 차가 있도록 하고, 또한, 상기 혼(4)의 진동방향과 동일한 방향의 진동에 대해서는 이 혼(4)과 함께 요구되는 주파수에서의 공진체를 형성한다.

8은 가압용 매스(mass)이며, 상기 진동전달봉(5)과 별개로 성형되어 있다. 또, 이 매스(8)는 상기 진동전달봉(5)에 접촉하고, 진동전달봉(5)에서의 노달 포인트를 누르도록 하고 있다. 본 실시예에서는, 이 매스(8)의 선단면에 진동전달봉(5)의 단부가 들어가는 오목부(8A)를 설치하고, 이 오목부(8A)에 진동전달봉(5)의 단부가 들어간 상태에서 이 매스(8)의 선단면(8a)이 상기 진동전달봉(5)의 돌기(6 또는 7)의 일방에 접촉하도록 하고, 그래서 이 매스(8)가 진동전달봉(5)에서의 노달 포인트를 누르도록 하고 있다.

또, 도 5에 도시하는 바와 같이, 진동전달봉(5)에서의 노달 포인트에 축과 직교하는 오목부(5', 5')를 설치하는 한편, 매스(8)의 선단면에 진동전달봉(5)의 단부가 들어가는 오목부(8A)를 설치하고, 상기 진동전달봉(5)에 설치한 오목부(5', 5')에, 진동전달봉(5)과 별체로 형성한 부재(5", 5")를 끼워맞추고, 오목부(8A)에 진동전달봉(5)의 단부가 들어간 상태에서 매스(8)의 선단면(8a)이 상기 부재(5", 5")에 접촉하도록 해서, 매스(8)가 진동전달봉(5)에서의 노달 포인트를 누르도록 해도 된다.

또, 도 6에 도시하는 바와 같이, 진동전달봉(5)에서의 노달 포인트에 축과 직교하는 오목부(5', 5')를 설치하는 한편, 매스(8)의 선단면에 진동전달봉(5)의 단부가 들어가는 오목부(8A)를 설치함과 아울러 선단에 상기 진동전달봉(5)의 오목부(5', 5')에 들어가는 내측을 향하는 돌기(8b, 8b)를 설치하고, 이 매스(8)의 오목부(8A)에 진동전달봉(5)의 단부가 들어간 상태에서 이 매스(8)의 선단에 설치한 내측을 향하는 돌기(8b, 8b)가 진동전달봉(5)에 설치한 오목부(5', 5')에 들어가 이 오목부(5', 5')의 내면에 접촉하도록 해서, 매스(8)가 진동전달봉(5)에서의 노달 포인트를 누르도록 해도 된다.

9는 상기 매스(8)에 접속한 실린더 등의 가압 장치이다. 또, 이 가압 장치(9)는 상기 매스(8)에 접속되어 있다. 10은 상기 진동전달봉(5)과 대응하는 위치에 배치한 앤빌, 11은 이 앤빌(10)을 지지하는 앤빌 지지대이다. 한편, 12, 13은 피접합재이다. 또한, 14는 진동부 유지 프레임, 15, 15는 상기 진동부 유지 프레임(14)을 슬라이딩 자유롭게 지지하는 가이드 포스트, 16, 17은 상기 가이드 포스트(15, 15)의 지지부, 18, 18은 상기 가이드 포스트(15, 15)에 부착하고, 상기 진동부 유지 프레임(14)을 원래의 위치로 복귀시키기 위한 확압(expanding-pressure) 코일스프링이다.

다음에, 상기 실시예의 작용에 대하여 설명한다.

가압 장치(9)에 의한 가압력이 매스(8)를 통하여 진동전달봉(5)의 노달 포인트에 가해진 상태에서 혼(4)에 의해 진동전달봉(5)을 휨진동시키고, 이 진동전달봉(5)의 진동을 가지고 피접합재(12, 13) 간에 마찰작용을 일으키고, 그리고 이 마찰작용에 의해 발생하는 마찰열에 의해 피접합재(12, 13)의 마찰부를 확산 또는 용융결합시켜, 양쪽 부재를 접합하는 것이다.

그리고, 본 실시예에서는, 진동전달봉(5)가 다각형의 단면 형상을 갖고, 혼(4)의 축방향의 공진주파수와 타방향의 공진주파수 사이에 적어도 500Hz 이상의 차가 있도록 하고, 또한, 혼(4)의 진동방향과 동일한 방향의 진동에 대해서는 이 혼(4)과 함께 요구되는 주파수에서의 공진체를 형성하는 것이므로, 접합중의 진동방향이 혼(4)의 축방향을 따른 진동으로만 진동하게 되어, 종래에 있어서의 혼과 진동전달봉의 접합부분의 파손의 문제를 완전히 해소할 수 있는 것이다.

또, 진동전달봉(5)의 선단에는 종래와 같은 팁을 부착하지 않고, 그것 자체의 단면(5a, 5b)을 진동 및 가압작용면으로 하는 것이므로, 종래에 있어서의 진동전달봉의 선단에 팁을 부착하는 경우의 문제점을 전부 해소할 수 있는 것이다. 아울러, 방향을 반전시킴으로써, 양쪽 단면(5a, 5b)을 진동 및 가압작용면으로서 사용할 수 있는 것이다.

또, 진동전달봉(5)과 매스(8)를 별체로 했으므로, 종래와 같은 진동전달봉과 매스를 일체로 형성한 경우의 문제점을 해소할 수 있는 것이다. 더구나, 진동전달봉(5)에 접촉하는 매스(8)가 진동전달봉(5)에서의 노달 포인트를 누르도록 했기 때문에, 진동전달봉(5)의 진동에 영향을 마치지 않고 가압할 수 있는 것이다. 또, 가압시에 있어서의 진동전달봉(5)의 돌기(6 또는 7)와 매스(8)의 접촉부분의 스침에 의한 마찰열의 발생을 최대한 적게 할 수 있는 것이다.

실시예 2

다음에 도 7 및 도 8에 도시한 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다.

본 실시예와 상기 제 1 실시예는 본 실시예에서 혼(4)과 진동전달봉(5)을 별체로 하고, 이것들을 나사(T)를 가지고 결합한 점에서 상이한 것이다. 또한, 그 밖의 구성 및 작용은 상기 제 1 실시예와 동일하므로, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.

실시예 3

다음에 도 9에 도시한 본 발명의 제 3 실시예에 대하여 설명한다.

본 실시예와 상기 제 1 실시예는 본 실시예에서 가압용 매스(8)를 축방향의 공진체로 한 점에서 상이한 것이다. 이 경우에 있어서 이 매스(8)에서의 축방향의 대략 중앙부의 노달 포인트에는 가압용 플랜지(8B)를 설치하고, 그리고, 이 가압용 플랜지(8B)의 상면(8B', 8B')을 도시하지 않은 가압 기구에 의해 가압하도록 하는 것이다. 또, 이 매스(8)의 축방향의 공진주파수를 진동전달봉(5)의 공진주파수±25%로 하고 있다. 또한, 그 밖의 구성 및 작용은 상기 제 1 실시예와 동일하므로, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

(산업상의 이용가능성)

종래에 있어서의 혼과 진동전달봉과의 접합부분의 파손 문제를 해소함과 아울러, 진동전달봉의 선단에 팁을 부착하는 경우의 문제점도 해소한다.

1 프레임
2 진동자
3 폴라 마운트 부스터
4 혼
5 진동전달봉
6, 7 돌기
8 매스(mass)
9 가압 장치

Claims

단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉의 노달 포인트에 이 진동전달봉의 축과 직교하는 돌기를 형성하는 한편, 상기 매스의 선단면에 이 진동전달봉의 단부가 들어가는 오목부를 설치하고, 이 오목부에 이 진동전달봉의 단부가 들어간 상태에서 상기 매스의 선단면이 이 진동전달봉의 상기 돌기에 접촉하도록 하고, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서,
상기 진동전달봉을 상기 혼의 축방향의 공진주파수와 상기 혼의 축과 교차하는 방향의 공진주파수 사이에 적어도 500Hz이상의 차가 있도록 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 진동전달봉의 단면은 이 진동전달봉의 상하를 반전시켰을 때, 진동 및 가압작용면으로서 공용할 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 진동전달봉을 상기 혼의 선단에 나사고정한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 매스의 축방향의 공진주파수를 상기 진동전달봉의 공진주파수±25% 이내로 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서,
상기 진동전달봉에서의 노달 포인트에 이 진동전달봉의 축과 직교하는 오목부를 설치하는 한편, 매스의 선단면에 진동전달봉의 단부가 들어가는 오목부를 설치하고, 상기 진동전달봉에 설치한 오목부에, 진동전달봉과 별체로 형성한 부재를 끼워맞추고, 상기 매스의 오목부에 진동전달봉의 단부가 들어간 상태에서 이 매스의 선단면이 상기 진동전달봉에 설치한 오목부에 끼워맞춘 부재에 접촉하도록 해서, 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 진동전달봉의 단면은 이 진동전달봉의 상하를 반전시켰을 때, 진동 및 가압작용면으로서 공용할 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 진동전달봉을 상기 혼의 선단에 나사고정한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 매스의 축방향의 공진주파수를 상기 진동전달봉의 공진주파수±25% 이내로 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서,
상기 진동전달봉에서의 노달 포인트에 이 진동전달봉의 축과 직교하는 오목부를 설치하는 한편, 매스의 선단면에 상기 진동전달봉의 단부가 들어가는 오목부를 설치함과 아울러 이 매스의 선단에 상기 진동전달봉의 오목부에 들어가는 내측을 향하는 돌기를 설치하고, 이 매스의 오목부에 진동전달봉의 단부가 들어간 상태에서 이 매스의 선단에 설치한 내측을 향하는 돌기가 진동전달봉에 설치한 오목부에 들어가 이 오목부의 내면에 접촉하도록 해서, 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 진동전달봉의 단면은 이 진동전달봉의 상하를 반전시켰을 때, 진동 및 가압작용면으로서 공용할 수 있게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 진동전달봉을 상기 혼의 선단에 나사고정한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 매스의 축방향의 공진주파수를 상기 진동전달봉의 공진주파수±25% 이내로 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
단면을 진동 및 가압작용면으로 한 진동전달봉을 축 단면 다각형으로 함과 아울러, 이 진동전달봉을 혼의 선단에 이 혼의 축과 직교하도록 구비하고, 또한 이 진동전달봉과 매스를 별체로 함과 아울러, 이 진동전달봉에 접촉하는 상기 매스가 진동전달봉에서의 노달 포인트를 누르도록 한 초음파 진동 접합 장치로서,
상기 매스의 축방향의 공진주파수를 상기 진동전달봉의 공진주파수±25% 이내로 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 매스의 축방향의 대략 중앙부의 노달 포인트에 가압용 플랜지를 설치하고, 이 가압용 플랜지의 상면을 가압 기구에 의해 가압하도록 한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 진동전달봉의 단면은 이 진동전달봉의 상하를 반전시켰을 때, 진동 및 가압작용면으로서 공용할 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 진동전달봉을 상기 혼의 선단에 나사고정한 것을 특징으로 하는 초음파 진동 접합 장치.