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超音波複合振動

     
  超音波溶接の現状 - Development of Ultrasonic Welding -  
 
 
  複合振動溶接の特性  
     
     
   従来の直線振動軌跡と比較して楕円・円形振動軌跡を用いた場合には溶接面への二次元振動応力の印加により溶接部面積が数倍以上になり、より一様な溶接強度の大な方向性のない溶接が可能である。

 図1は、27kHz及び19kHzの縦振動源により一軸構成の斜めスリットを用いた縦-曲げ振動変換器、及び、縦-ねじり振動変換器を介して複合振動円形溶接チップを駆動する複合振動超音波シーム溶接装置の構成例を示す。縦およびねじり振動の比が約2:1の楕円状振動軌跡が得られている。円形溶接チップと移動台の間に試料を重ね合わせて挿入し静圧力を印加した状態で、溶接チップの回転と作業台を同期した自動送り装置により重ね合わせた溶接試料を溶接チップ幅で連続的に溶接する。
 

             

図1 斜めスリットを用いた複合振動変換器を用いた27kHz
   及び19kHzの超音波複合振動連続シーム溶接装置
 
 
     
 

図2 27kHz複合振動溶接装置により板厚0.5mmの
 パーフォレーション付きアルミニウムフィンを
  板厚10mmのアルミニウム板に溶接した放熱器
   図2は周波数19kHzの直線振動及び複合振動溶接チップを用いて、板厚0.3mm及び3.0mm、幅50mmのアルミニウム板をシーム溶接した場合の振動振幅、入力パワー及び溶接強度の関係を示す。

直線振動では2000N近くの溶接強度を得るのに振動振幅14μm(片振動振幅)以上が必要であり、しかも大振動振幅では溶接部周辺が損傷を受け、また振動疲労により溶接部の強度が低下し、溶接強度がばらついている。これに対して複合振動を用いた場合では振動振幅(縦振動成分)3.2μm以上で2000N以上の強度が得られ、振動振幅が増加しても強度がわずかに低下するのみで安定な接合が可能になることがわかる。また入力パワーも直線振動の場合に比べて1/2以下になり、複合振動の有効性が明らかである。
 
     
    図3は板厚0.5mm、長さ300mm、幅150mのアルミニウム板にシーム溶接した試料の例である。直線振動では近接した多数の比較的厚い試料板の溶接は不可能である。    
図3 27kHzの直線40mmの超音波振動子
6本を(2,1)モードの曲げ振動円板により集積
した大容量の複合曲げ振動源の構成

 
     
  自動車技術 Vol.62, NO.7,2008.
<特集>超音波の世界 超音波の現状より
 
 

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