KR20220103795A - 회전 음향 혼 - Google Patents

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KR20220103795A
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acoustic horn
weld
shaft
axial
holes
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KR1020227022308A
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페이후웨이 장
로널드 더블유 저드스
제니퍼 엘 트라이스
새틴더 케이 네이어
티모시 제이 로웰
베를린 더블유 셸하스
도널드 에스 오블락
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

전 음향 혼. 회전 음향 혼은 축방향 입력 단부 및 축방향 출력 단부를 갖는 샤프트; 및 적어도 하나의 용접 부분을 포함하고; 용접 부분은 음향 에너지의 적용에 의해 팽창 및 수축되는 외부 용접 면을 포함하고; 용접 부분은 제1 반대편 단부 부분 및 제2 반대편 단부 부분을 포함하고; 용접 부분은 실질적으로 용접 부분의 축방향을 따라 제1 반대편 단부 부분으로부터 제2 반대편 단부 부분까지 연장되는 관통 홀들을 포함하고; 관통 홀들은 용접 면과 샤프트 사이에 위치된다.

Description

회전 음향 혼
초음파 용접과 같은 음향 용접에서, 결합될 2개의 부품(전형적으로 열가소성 부품)은 초음파 혼(ultrasonic horn) 바로 아래에 배치된다. 플런지 용접(plunge welding)에서, 혼이 급락하여(부품을 향해 이동하여) 진동을 인접한 부품으로 전달한다. 진동은 이 부품을 통해 두 부품의 계면으로 이동한다. 여기서, 진동 에너지는 두 부품을 용융시키고 융합하는 분자간 마찰로 인해 열로 변환된다. 진동이 정지될 때, 두 부품은 강제로 고화되어, 결합 표면에서 용접을 생성한다.
연속 초음파 용접은 전형적으로 천, 필름, 및 기타 부품들을 밀봉하기 위해 사용된다. 이러한 모드에 있어서, 전형적으로 초음파 혼은 고정식이며, 부품이 그 아래로 이동된다. 스캔 용접은 부품이 하나 이상의 고정 혼 아래에서 스캔되는 연속 용접의 유형이다. 횡방향 용접에서, 부품이 위에 위치되는 테이블 및 용접되는 부품 둘 모두는 혼의 아래에서 이동하는 동안 또는 혼이 그 위로 이동하는 동안 서로에 대해 고정된 상태로 유지된다.
열가소성 재료를 접합 및 절단하기 위한 초음파 에너지의 많은 용도는 초음파 혼 또는 도구를 포함한다. 소노트로드(sonotrode)라고도 불리는 혼은, 보통 혼 재료 파장의 1/2 배수의 길이를 갖고 기계적 진동 에너지를 부품으로 전달하는, 예를 들어 알루미늄, 티타늄, 또는 강철로 제조된 음향 도구이다. (전형적으로, 이러한 재료는 20 ㎑의 진동 주파수에 대해 대략 25 cm(10 in)의 파장을 갖는다.) 혼 변위 또는 진폭은 혼 면의 피크 대 피크 이동이다. 혼 입력 진폭에 대한 혼 출력 진폭의 비율은 게인(gain)으로 지칭된다. 게인은 진동 입력 및 출력 섹션들에서의 혼의 질량의 비율의 함수이다. 대체적으로, 혼에서, 혼의 면에서의 진폭 방향은 적용된 기계적 진동의 방향과 일치한다. 대안적인 회전 음향 혼에 대한 필요성이 존재한다.
일 태양에서, 본 개시내용은 회전 음향 혼을 제공하고, 회전 음향 혼은 축방향 입력 단부 및 축방향 출력 단부를 갖는 샤프트; 및 적어도 하나의 용접 부분을 포함하고; 여기서 용접 부분은 음향 에너지의 적용에 의해 팽창 및 수축되는 외부 용접 면을 포함하고; 여기서 용접 부분은 제1 반대편 단부 부분 및 제2 반대편 단부 부분을 포함하고, 여기서 용접 부분은 실질적으로 용접 부분의 축방향을 따라 제1 반대편 단부 부분으로부터 제2 반대편 단부 부분까지 연장되는 관통 홀들을 포함하고; 여기서 관통 홀들은 용접 면과 샤프트 사이에 위치된다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 다양한 태양 및 이점을 요약하였다. 상기의 발명의 내용은 본 발명의 각각의 예시된 실시 형태 또는 모든 구현 형태를 설명하고자 하는 것은 아니다. 추가의 특징 및 이점이 하기의 실시 형태에서 개시된다. '도면' 및 하기의 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'은 본 명세서에 개시된 원리를 사용하는 소정 실시 형태를 더 구체적으로 예시한다.
첨부 도면과 관련하여 본 발명의 다양한 실시 형태의 하기의 상세한 설명을 고찰할 때 본 발명이 더 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 혼의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 형태의 혼의 단면도이다.
일정한 축척으로 도시되지 않을 수 있는 전술된 도면은 본 발명의 다양한 실시 형태를 개시하고 있지만, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 언급된 바와 같이 다른 실시 형태가 또한 고려된다. 모든 경우에, 이러한 개시 내용은 명백한 제한에 의해서가 아니라 예시적인 실시 형태의 표현으로서 현재 개시되는 발명을 기술한다. 본 발명의 범주 및 사상에 속하는 많은 다른 변형 및 실시 형태가 당업자에 의해 고안될 수 있는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 임의의 실시 형태를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 그의 응용에 있어서 하기의 설명에 기재된 구성요소들의 사용, 구성, 및 배열의 상세 사항으로 제한되지 않음이 이해된다. 본 발명은 다른 실시 형태가 가능하며, 본 명세서를 읽을 때 당업자에게 명백해질 다양한 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 표현 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며, 제한적인 것으로 간주되어서는 안 됨이 이해된다. 본 명세서에서 "포함하는" "구비하는" 또는 "갖는" 및 이들의 활용형의 사용은 그 뒤에 열거된 항목 및 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함함을 의미한다. 다른 실시 형태가 이용될 수 있고, 구조적 또는 논리적 변화가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 이해된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수를 포함한다 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.8, 4, 및 5 등을 포함한다).
달리 나타내지 않는 한, 본 명세서 및 실시 형태에 사용되는, 성분의 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 실시 형태의 목록에 기재된 수치 파라미터는 본 발명의 교시 내용을 이용하는 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있다. 최소한으로, 그리고 청구된 실시 형태의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 통상의 반올림 기법을 적용함으로써 적어도 해석되어야 한다.
본 발명의 회전 혼은 전파장 음향 회전 혼, 반파장 혼, 또는 반파장의 배수의 혼일 수 있다. 혼은 초음파 혼일 수 있다. 혼은 선택된 파장, 주파수 및 진폭의 에너지를 부여할 수 있다. 혼은 반경 방향 용접 면에서 원하는 (종종 일정한) 진폭으로 비교적 긴 폭에 걸쳐 부품들을 초음파 용접할 수 있다.
도 1에 도시된 회전 음향 혼(10)은 축방향 입력 단부(11) 및 축방향 출력 단부(13)를 갖는 샤프트(12)를 포함한다. 용접 부분(14)은 샤프트(12)의 축방향 입력 단부(11)와 축방향 출력 단부(13) 사이에 위치된다. 용접 부분(14)은 샤프트(12)와 동축이다. 도 1의 실시 형태에서, 용접 부분(14)이 샤프트(12) 상에 장착될 수 있다. 도 1의 실시 형태에서, 용접 부분(14) 및 샤프트(12)는 2개의 별개의 조각일 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 용접 부분(14) 및 샤프트(12)는 단일편(one piece)일 수 있다.
용접 부분(14)의 직경은 샤프트(12)의 직경보다 클 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 용접 부분(14)은 초음파 에너지의 적용에 의해 팽창 및 수축되는 직경을 갖는 외부 용접 면(16)을 갖는다. 도 1의 실시 형태에서, 외부 용접 면(16)은 매끄러운 표면이다. 대안적인 실시 형태에서, 외부 용접 면(16)은 매끄럽지 않은 표면을 형성하는 특징부를 가질 수 있다. 제1 및 제2 반대편 단부 부분들(18, 20)은 용접 부분(14)의 단부들 상에 형성된다. 용접 부분(14)은 실질적으로 용접 부분(14)의 축방향(x)을 따라 제1 반대편 단부 부분(18)으로부터 제2 반대편 단부 부분(20)까지 연장되는 관통 홀(22)을 가질 수 있다. 관통 홀(22)은 용접 면(16)과 샤프트(12) 사이에 위치된다.
일부 실시 형태에서, 관통 홀들(22)은 용접 부분(14)의 원주 방향(y)을 따라 동일하게 이격될 수 있다. 도 1의 실시 형태에서, 관통 홀들(22)은 용접 부분(14)의 원주 방향(y)을 따라 동일한 반경으로 위치된다. 다른 실시 형태에서, 관통 홀들(22)은 용접 부분(14)의 원주 방향을 따라 상이한 반경으로 위치될 수 있다. 관통 홀의 단면은 다각형, 원형 또는 평행사변형의 형상을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 관통 홀들의 단면들은 동일하거나 상이한 직경들을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 관통 홀들(22)의 단면들은 동일하거나 상이한 폭들 및 깊이들을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 관통 홀들(22)의 단면들은 동일하거나 상이한 면적들을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 일부 관통 홀들의 단면들은 관통 홀들의 축방향을 따라 변할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 일부 관통 홀들의 단면들은 관통 홀들의 축방향을 따라 대칭 또는 비대칭일 수 있다.
용접 부분(14)은 반대편 내부 면(23)을 추가로 포함할 수 있다. 관통 홀(22)은 용접 면(16)과 내부 면(23) 사이에 위치된다. 일부 실시 형태에서, 용접 부분(14)은 각각의 관통 홀(22) 사이에 스포크(spoke)(25)를 가질 수 있고, 스포크(25)는 용접 부분(14)의 반경 방향을 따라 연장된다.
샤프트(12) 및 용접 부분(14)이 일정한 직경의 동심 실린더들로서 도 1에 도시되어 있다. 예를 들어, 샤프트 및 용접 부분 둘 모두는 원통형일 수 있고, 용접 부분은 샤프트와 동축일 수 있다. 그러나, 실린더들은 다양한 반경들을 가질 수 있거나 또는 비-동심일 수 있고, 용접 부분은 다양한 용접 구성들로 작업하기 위해 원통형일 필요는 없다. 예를 들어, 용접 부분은 비-원통형의 원추 섹션일 수 있다. 이는 반경 방향으로 타원형일 수 있거나 또는 구형일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 샤프트는 원통형이고, 용접 부분은 원통형이 아니다.
용접 면(16), 내부 면(23) 및 관통 홀(22)의 치수들은, 용접 면의 전체 축방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 진폭 프로파일; 용접 면의 전체 원주 방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 진폭 프로파일; 축방향 중심에서보다 용접 면의 축방향 단부들에서 더 큰 진폭 프로파일; 축방향 단부들에서보다 용접 면의 축방향 중심에서 더 큰 진폭 프로파일; 및 용접 면의 하나의 축방향 단부로부터 다른 축방향 단부까지 증가하는 진폭 프로파일 중 하나인 진폭 프로파일을 제공하기 위해 용접 면(16)에서의 진동의 진폭에 영향을 주도록 선택될 수 있고, 진폭 프로파일들 중 임의의 것이 달성가능하다.
관통 홀(22) 및 용접 부분(14)을 사용하고 정확한 위치에 배치함으로써, 용접 면(16)의 진폭의 크기 및 변화가 제어될 수 있다. 샤프트(12)의 진동 모드 형상은 용접 부분(14)의 진동 모드 형상과 매칭되어 용접 면(16)을 가로질러 균일한 진폭을 제공할 수 있다. 진동하는 동안, 로딩은 질량의 관성 효과로부터 나오고 있다. 용접 면(16)의 중심에서 더 큰 진폭이 요구되는 경우, 관통 홀(22)이 더 작게 만들어질 수 있다. 관통 홀(22)이 더 큰 경우, 용접 면(16)의 단부에서의 진폭이 더 크고 중심을 향해 점점 줄어든다. 따라서, 균일한 진폭을 얻기 위해, 최적의 관통 홀(22)의 크기가 선택된다.
추가로, 용접 면(16)의 중심은 샤프트(12)의 반경 방향으로 최대 진폭의 지점에 배치될 수 있다. 관통 홀(22), 및 샤프트(12) 상에서의 용접 면(16) 및 내부 면(23)의 배치는 용접 면(16)을 따른 진폭 변화를 제어한다. 이러한 회전 혼(10)에 대한 반경 방향 편향에 대한 주요 특징부는 용접 부분(14)의 두께; 관통 홀(22)의 직경 또는 면적; 및 샤프트 상의 용접 부분(14)의 축방향 위치에 기초한다.
도 2는 최대 8.9 cm(3.5")의 용접 폭을 갖는 회전 혼(10)을 도시한다. 진폭의 균일성은 용접 면(16) 및 내부 면(23)의 배치, 관통 홀(22)의 폭, 및 관통 홀들(22) 사이의 공간에 의존한다. 진폭의 크기는 재료 의존적이며, 사용되는 혼 재료의 피로 한계로 제한된다. 관통 홀(22)의 폭과 관통 홀들(22) 사이의 공간을 변화시키는 것은 진동의 진폭의 균일성 및 더 큰 크기를 달성할 수 있다. 관통 홀(22)을 사용함으로써, (16)용접 부분의 굽힘 및 굴곡이 변경되고 제어될 수 있다. 다수의 관통 홀(22)을 사용하는 것은 또한, 반경 방향 용접 면에서 진동의 진폭의 크기 및 균일성의 제어된 프로파일을 달성하는 데 도움이 된다.
다수의 회전 혼을 사용하지 않고서 앤빌(anvil) 상에서(회전 앤빌 상에서든 또는 편평한 앤빌 상에서든) 용접하기 위해, 도 1의 혼들은 그들의 길이를 따라 단일 유닛으로 적층될 수 있다. 구성은 "쉬슈 케밥(shish-kabob)" 구조와 유사하게 보일 것이다. 용접 부분(16)은 연속적인 용접 부분의 반경 방향 용접 면에서 유사한 진폭 분포를 달성하기 위해 샤프트(12)의 정확한 진동 위치에 배치될 수 있다. 또한, 인접한 용접 부분들(14) 사이의 간격은 비교적 일정한 두께의 부품을 용접하는 동안 각각의 용접 부분에서의 진동의 진폭이 균일하도록 선택될 수 있다.
개별 혼들을 적층함으로써 또는 단일의 일체로 형성된 단일편 구조체를 기계가공함으로써 적층된 구조체가 제조될 수 있다.
초음파 진동의 진폭 및 그의 균일성은 치수들(예컨대, 관통 홀의 반경 방향 직경), 관통 홀의 반경 방향 외측에 있는 용접 부분의 두께, 샤프트의 직경, 및 용접 부분의 용접 면의 길이에 의해 영향을 받는다.
본 발명의 회전 혼은 하나의 재료로 제조된 혼과 비교할 때, 저전력 사용, 증가된 용접 표면 경도, 더 긴 혼의 내구성, 및 혼 설계에서의 증가된 융통성과 같은 특정 이점을 달성하도록 2개 이상의 재료의 조합으로 제조될 수 있다. (저전력 사용은 동작 주파수의 강하를 야기하는 혼의 가열을 감소시킨다. 열 생성은 공정 조건을 변화시키고 공정에서 변동성을 도입한다.)
회전 혼(10)은 여러 가지 재료들의 이점들을 조합한다. 예를 들어, 혼의 샤프트는 강철, 티타늄, 또는 알루미늄의 금속 합금으로 제조될 수 있는 반면(이는 더 낮은 전력 인출을 가질 수 있음), 용접 부분은 세라믹 또는 금속으로 제조될 수 있는데, 예를 들어 내구성을 개선하도록 경화강으로 제조될 수 있다. 세라믹 재료는 질화규소, 알루미나(
Figure pct00001
), 또는 지르코니아(
Figure pct00002
)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
티타늄은 피크 응력에 대한 그의 더 높은 안전 계수로 인해 큰 진폭에서 더 양호할 수 있다. 혼에서 인출된 전력 및 발생된 열은 모듈러스 및 스트레인의 제곱근(진폭의 제곱근)의 함수인 스트레인 에너지에 비례한다. 따라서, 티타늄 및 강철 혼에서 인출된 전력은 각각 알루미늄 혼의 것보다 1.6 및 3.0배 더 크다. 진폭이 두 배가 되면, 전력 인출량(power draw)은 알루미늄 및 티타늄에 비해 강철에서 상당히 더 높다. 열 전도율이 알루미늄에서 더 높기 때문에, 높은 스트레인 영역에서의 국소화된 열 생성은 다른 부품으로 양호하게 전도되어, 혼이 신속하고 균일하게 냉각되게 한다.
공구강은 알루미늄 및 티타늄보다 훨씬 더 단단하다. 따라서, 강철 혼이 앤빌에 대해 사용될 때 표면 손상이 적다. 알루미늄 및 티타늄은 더 연성이다. 이는 미세 균열의 존재가 경화강 혼과 비교하여 덜 유해하다는 것을 의미한다.
알루미늄은 다른 재료보다 더 저렴하고 가공이 더 쉽고, 우수한 초음파 특성 및 열팽창계수를 갖는다. 강철은 티타늄보다 저렴하고 경화되기 전에 가공이 더 쉽다. 티타늄은 비싸고 가공 비용이 상당히 더 많이 든다.
회전 혼(10)은 이러한 다수의 재료의 이점들을 조합한다. 예를 들어, 샤프트가 알루미늄의 금속 합금으로 제조되고 용접 부분이 세라믹으로 제조된 경우, 혼은 알루미늄 혼과 같이 저전력을 인출하고, 세라믹과 같은 경질 용접 표면을 가지며, 세라믹 재료의 피로 강도 특성으로 인해 혼이 가혹한 환경(예를 들어, 부식성 및/또는 고온)에서 작동하는 초음파 응용에서의 극적인 마모를 감소시킬 수 있다.
샤프트 및 용접 부분은 간섭 끼워맞춤을 유지하도록 구성된다. 용접 부분은 수축 끼워맞춤, 내부 나사, 및 접착제를 포함하는 임의의 방법에 의해 샤프트 상에 배치될 수 있다. 수축 끼워맞춤에서, 샤프트의 외경은 용접 부분의 내경보다 크다. 이러한 간섭은 조심스럽게 설계되어야 한다. 간섭이 작은 경우, 진동 동안에 생성된 전단 응력은 미끄러짐(slippage)을 유발하여 코어-슬리브 계면에서 열 생성을 초래한다. 간섭이 너무 크면, 진동 응력과 중첩된 수축 끼워맞춤으로 인한 슬리브 내의 후프 인장 응력은 용접 부분이 실패하도록 야기할 수 있다. 샤프트 및 용접 부분의 계면에서의 구조적 접착제는 수축 끼워맞춤과 함께 사용될 수 있다. 수축 끼워맞춤으로부터의 압축 응력은 접착제를 유지하는 것을 돕는다. 또한, 계면 표면 상의 널링(knurling)은 접착제를 수용하는 데 도움이 될 수 있다. 수축 끼워맞춤에서, 혼의 코어는 드라이아이스에서 냉각될 수 있고, 슬리브는 오븐에서 가열된다. 샤프트의 외경에서의 수축으로 인해, 용접 부분의 가열이 필요하지 않다.
하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것이며 비제한적인 것으로 의도된다.
실시예
Figure pct00003
공진 주파수 시험
초음파 혼을 Branson Horn Analyzer 모델 A-200 A(미국 코네티컷주 댄버리 소재의 Branson Ultrasonics Corp.)에 연결하였다 계기가 초음파 도구의 공진 주파수를 찾는다.
후속하여, 초음파 혼을 Sonics & Materials Inc.(미국 코네티컷주 뉴턴 소재)의 Horn Analyzer 모델 HTS에 연결하였다 계기가 또한 초음파 도구의 공진 주파수를 찾는다.
초음파 진폭 시험
초음파 혼을 Telsonic(스위스, 브론슈호펜 소재)으로부터의 1:1.0 게인 35 ㎑ 부스터, 파트 번호 K17183-13에 연결하였다. Telsonic 35 ㎑ 변환기, 파트 번호 SE3512C를 부스터에 연결하였다. 35 ㎑ Telsonic 전력 공급부, 파트 번호 MAG-W035012-M-D-02를 변환기에 연결하였다. 전력 공급부는 공진 주파수 스윕(sweep)을 수행하고 혼의 공진 주파수를 결정하였다. 전력 공급부는 10% 진폭 설정에서 가동되었고, 원주 방향 롤 면(16) 및 샤프트 단부 면(13)의 피크 대 피크 진동 진폭이 MTI-2000 Fotonic 센서(MTI Instruments Inc., 미국 뉴욕주 알바니 소재)에 의해 측정되었다. 전력 공급부의 평균 및 피크 전력은 Telsosave 소프트웨어를 사용하여 Telsonic 전력 공급부로부터 측정되었다. 진폭 설정을 10% 증분으로 증가시켰고, 용접 면(16) 및 샤프트 단부(13) 상의 대응하는 진폭을 측정하였다.
실시예
2.17 인치(55.1 mm) 직경 및 11.75 인치(298.5 mm) 길이의 샤프트를 Al 7075로부터 제작하였다. 직경 5.48 인치(139.2 mm) 및 3.5(88.9 mm) 인치 길이의 롤(roll)을 3.18 g/cc 초과의 밀도를 갖는 Syalon으로부터 생성하였다. 롤은 8개의 동일하게 원주방향으로 이격된 관통 홀을 가졌고, 관통 홀은 롤의 축을 중심으로 25도 원호 길이인 반경 방향 측부와 함께 1.43 인치(36.32 mm)의 내부 반경 및 2.09 인치(53.08 mm)의 외부 반경을 가졌다.
롤 및 샤프트를 롤의 보어의 직경과 샤프트의 외경 사이의 간섭 끼워맞춤으로 조립하였다. 샤프트를 액체 질소에 침지시키고, 롤을 400℉(201℃)의 온도로 가열하였다. 샤프트를 실온에서 롤의 보어를 통해 삽입하고 롤에 대해 축방향으로 중심을 맞추었다
공진 주파수 시험의 경우, Branson A-200 A는 35,580 ㎐의 공진 주파수를 측정하였다. Sonics & Materials HTS는 35,303 ㎐의 공진 주파수를 측정하였다.
초음파 진폭 시험을 35,236 ㎐의 주파수에서 수행하였다. 시험 결과가 (하기) 표 1에 나타나 있다.
[표 1]
Figure pct00004
본 명세서에 인용된 모든 참고 문헌 및 간행물은 전체적으로 본 발명에 참고되어 본 명세서에 명백하게 포함된다. 본 발명의 예시적인 실시 형태가 논의되었으며, 본 발명의 범주 내에 있는 가능한 변형을 참조하였다. 예를 들어, 예시적인 일 실시 형태와 관련하여 도시된 특징부를 본 발명의 다른 실시 형태와 관련하여 사용할 수 있다. 본 발명에서의 이들 및 다른 변경 및 수정은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이며, 본 발명은 본 명세서에 기술된 예시적인 실시 형태로 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 하기에 제공되는 청구범위 및 그 등가물에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (19)

  1. 회전 음향 혼(rotary acoustic horn)으로서, 상기 회전 음향 혼은,
    축방향 입력 단부 및 축방향 출력 단부를 갖는 샤프트; 및
    상기 샤프트의 축방향 입력 단부와 축방향 출력 단부 사이에 위치된 적어도 하나의 용접 부분을 포함하고;
    상기 용접 부분은 음향 에너지의 적용에 의해 팽창 및 수축되는 외부 용접 면을 포함하고;
    상기 용접 부분은 제1 반대편 단부 부분 및 제2 반대편 단부 부분을 포함하고,
    상기 용접 부분은 실질적으로 상기 용접 부분의 축방향을 따라 상기 제1 반대편 단부 부분으로부터 상기 제2 반대편 단부 부분까지 연장되는 관통 홀들을 포함하고;
    상기 관통 홀들은 상기 용접 면과 상기 샤프트 사이에 위치되는, 회전 음향 혼.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용접 부분은 상기 샤프트 상에 장착되는, 회전 음향 혼.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관통 홀들은 상기 용접 부분의 원주 방향을 따라 동일하게 이격되는, 회전 음향 혼.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 홀들은 상기 용접 부분의 원주 방향을 따라 상이한 반경들에 위치되는, 회전 음향 혼.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 홀들의 단면들은 다각형, 원형 또는 평행사변형의 형상을 갖는, 회전 음향 혼.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 홀들의 단면들은 상이한 직경들을 갖는, 회전 음향 혼.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 홀들의 단면들은 상이한 면적들을 갖는, 회전 음향 혼.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트는 강철, 티타늄, 또는 알루미늄의 금속 합금으로 형성되는, 회전 음향 혼.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 부분은 반대편 내부 면을 추가로 포함하고, 상기 관통 홀들은 상기 용접 면과 상기 내부 면 사이에 위치되는, 회전 음향 혼.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 부분은 세라믹 또는 금속으로 형성되는, 회전 음향 혼.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 부분은 각각의 관통 홀 사이에 스포크(spoke)들을 포함하고, 상기 스포크들은 상기 용접 부분의 반경 방향을 따라 연장되는, 회전 음향 혼.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트는 원통형이고, 상기 용접 부분은 원통형이고, 상기 용접 부분은 상기 샤프트와 동축인, 회전 음향 혼.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트는 원통형이고, 상기 용접 부분은 원통형이 아닌, 회전 음향 혼.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼은 선택된 파장, 주파수 및 진폭의 에너지를 부여하기 위한 음향 혼인, 회전 음향 혼.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 면, 상기 내부 면 및 상기 관통 홀들의 치수들은, 상기 용접 면의 전체 축방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 진폭 프로파일; 상기 용접 면의 전체 원주 방향 길이를 따라 실질적으로 균일한 진폭 프로파일; 축방향 중심에서보다 상기 용접 면의 축방향 단부들에서 더 큰 진폭 프로파일; 상기 축방향 단부들에서보다 상기 용접 면의 축방향 중심에서 더 큰 진폭 프로파일; 및 상기 용접 면의 하나의 축방향 단부로부터 다른 축방향 단부까지 증가하는 진폭 프로파일 중 하나인 진폭 프로파일을 제공하기 위해 상기 용접 면에서의 진동의 진폭에 영향을 주도록 선택되고, 상기 진폭 프로파일들 중 임의의 것이 달성가능한, 회전 음향 혼.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 면의 팽창부 및 수축부는 상기 회전 음향 혼의 축방향 입력 단부의 이동과 함께 이동하는, 회전 음향 혼.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트 상에 장착된 복수의 동축 용접 부분들을 포함하고, 상기 용접 부분들은 서로 이격되는, 회전 음향 혼.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트 및 상기 용접 부분은 간섭 끼워맞춤을 유지하도록 구성되는, 회전 음향 혼.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 일부의 관통 홀들의 단면들은 상기 관통 홀들의 축방향을 따라 변하는, 회전 음향 혼.
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