超音波溶着について理解する

画像をクリックすると拡大表示されます図1ウェッジリードシステムで振動を発生させる手段は横駆動システムとは異なりますが、結果は同じです。

超音波振動は、1950 年代から金属とプラスチックの溶接に使用されてきました。 超音波金属溶接の場合、プロセスのソリッドステートの性質やその他の利点により、電子、自動車、航空宇宙、家電、医療業界での幅広い用途につながっています。 超音波金属溶接のさまざまな機能とプロセス開発の最近の傾向により、多くの業界分野でこのプロセスの使用が拡大しています。

超音波溶接では、超音波振動により、圧力下で保持される 2 つの表面間に摩擦のような相対運動が生じます。 この動きにより、局所的な表面の凹凸が変形、せん断、平坦化され、界面の酸化物や汚染物質が分散され、金属間の接触と表面間の結合が生じます。1、2 このプロセスは固体状態であり、融解や融着を伴わずに発生します。卑金属の。

図1は、超音波金属溶接に使用される 2 つの主なタイプのシステムを示し、溶接ゾーンの局所的な動作の詳細も示しています。 横方向駆動システムは、超音波トランスデューサー、ブースター、ホーン/ソノトロードで構成されます。 電源は圧電ベースのトランスデューサーに高周波電力を供給し、トランスデューサーの端で高周波の機械振動を生成します。 一般的な動作周波数は 20 kHz ですが、30 kHz 以上も可能です。 この振動は、振動を増幅するように設計されたブースターセクションを介して伝達され、次にホーン/ソノトロードに伝達され、振動がワークピースに伝達されます。

画像をクリックすると拡大表示されます図2aここに示されている横方向駆動溶接システムは、圧電ベースのトランスデューサーに高周波電力を供給し、トランスデューサーの端で高周波の機械振動を生成します。 写真提供：EWI

ワークピースは、通常は単純な重ね接合の 2 枚の薄い金属シートであり、静力によってソノトロードと剛性アンビルの間にしっかりとクランプされます。 上部のワークピースは、ソノトロード表面の刻み付きパターンによって、移動するソノトロードに対してグリップされます。 同様に、底部のワークピースは、アンビル上のローレットパターンによってアンビルに対してグリップされます。 ワークピースの表面に平行なソノトロードの超音波振動は、ワークピースの界面間に相対的な摩擦のような動きを引き起こし、前述の凹凸の変形、せん断、平坦化を引き起こします。

溶接システムのコンポーネントは、超音波振動を減衰させないように重要な位置で溶接アセンブリをグリップするエンクロージャ ケースに収容されており、アセンブリに力を加えて移動させてソノトロードをワークピースに接触させ、溶接アセンブリを移動させる手段を提供します。静的な力を加えます。 横駆動溶接機の例を以下に示します。図2A。

2 番目のタイプの超音波金属溶接システムは、ウェッジリードとして知られています。 このシステムの重要な要素は、ブースターを駆動する圧電ベースのトランスデューサーです。ブースターは、その独特の形状からウェッジと呼ばれます (ただし、それ以外の点では、前述のブースターと同じ役割を果たします)。 次に、ウェッジは垂直ロッド (リード) を駆動して曲げ振動を引き起こします。 リードの端の振動は、リード上のソノトロードを介してワークピースに伝達されます（参照図2B）。

ワークピースの配置は横方向駆動システムに似ており、静力によってソノトロードとアンビルの間にクランプされます。 ウェッジリードシステムのアンビルは (横方向ドライブの場合と同様) 硬くありませんが、超音波振動の作用下でわずかに曲がるように設計されています。 ウェッジリードで振動が発生する方法は横方向の駆動とは異なりますが、結果は同じです。ソノトロードの振動運動はワークピースの表面に平行であり、ワークピースに相対的な摩擦のような動きを引き起こします。 ' インターフェース。