斜めスリット振動変換器を用いた超音波複合振動溶接装置の振動特性の検討

摘要

Ultrasonic complex vibration is significantly effective for various high power ultrasonic applications including ultrasonic direct welding of various metal specimens and packaging of electronics devices without solder. Ultrasonic continuous seam welding equipments were proposed and studied on the welding characteristics of various metal plates. Complex vibration system using a longitudinal-torsional vibration converter with diagonal slits is driven only by a longitudinal vibration source in one-directional configuration and elliptical vibration locus is obtained at the welding tip. The complex vibration converter of 19 and 27 kHz developed before have eighteen to twenty four diagonal slits of 2 to 3 mm depth installed in outer surface of the cylindrical part of the converter. To decrease the number of diagonal slits, new 27 kHz converter with penetrated diagonal slits is proposed and studied on the vibration characteristics, vibration locus and welding characteristics of aluminum plate specimens. Number of diagonal slits, which penetrated from the surface to inner hole of the cylindrical part of the converter, may be decreased to only five to eight. The number, dimensions and position of the diagonal slits of the converter are designed by equivalent transmission line method and the vibration characteristics are simulated using finite element method (FEM). Vibration and welding characteristics and 27 kHz complex vibration systems using a stainless steel converter with penetrated slits were studied.%超音波複合振動は超音波溶接等をはじめ殆ど強力超音波応用に極めて有効である。先に複合振動変換器を用いた超音波シーム溶接装置を用いて、各種の板厚が比較的大な金属板のシーム溶接が可能である事を示してきた。この超音波シーム溶接装置は斜めスリット複合振動変換器を用いており、一軸構成の縦振動源のみで駆動される。斜めスリット複合振動変換器は従来、変換器表面部に深さ一定のねじり振動変換用斜めスリットを加工し、変換器内部に縦振動を通過させるために未加工部を設け、変換器先端部で楕円から円形振動軌跡を得ている。スリット数を減少させるために、斜めスリットを貫通させてスリット間隔を拡げスリット間を縦振動が通過し、また斜めスリット部でねじり振動を励振する構造とした。斜めスリット数は貫通スリットを用いることにより従来の18～24本程度から5～8本程度に減少する。27 kHz 用の貫通斜めスリットを用いた複合振動変換器の縦_ねじり振動変換特性をFEM 等を用いて再検討し、超音波複合振動連続シーム溶接装置を構成し、振動軌跡、振動特性および溶接特性について検討した。複合振動変換器の材質としてステンレス鋼（SUS304B）を用いて超音波シーム溶接装置を構成し、振動特性について検討した。