複合振動を用いた超音波連続シ-ム溶接装置に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11355030
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 神奈川大学
• 研究代表者: 辻野 次郎丸 神奈川大学, 工学部, 教授 (20078299)
• 研究分担者: 中村 茂夫 神奈川大学, 工学部, 教授 (10011008) ; 浦田 暎三 神奈川大学, 工学部, 教授 (90016452)
• キーワード: 超音波溶接 / 超音波シーム溶接 / 複合振動超音波溶接 / 縦-ねじり複合振動変換器 / 曲げ-ねじり複合振動変換器 / アルミニウム薄板の連続接合 / 複数部のシーム溶接 / ヒートシンク・熱交換器の製造

研究概要

従来の一次元の直線振動軌跡を用いた超音波シーム溶接装置では金属箔またはごく薄い金属板の接合が可能であり、また近接した複数部分の連続接合は極めて困難であった。これに対し2次元の楕円または円形の複合振動軌跡を用いた27kHzの超音波シーム溶接装置を構成して溶接特性を検討した結果,板厚0.3〜0.7mmのアルミニウム板を板厚3.0〜10mmのアルミニウム基板上に連続してシーム溶接することが可能となることを明らかにした。
27kHzの複合振動超音波連続シーム溶接装置は、ボルト締めランジュバン形PZT振動子および段付きホーンからなる縦振動系で、斜めスリット付き縦-ねじり振動変換器を介して曲げ-ねじり複合振動円板を駆動している。溶接チップは曲げ-ねじり複合振動円板の外周部に設置している。溶接試料は円板溶接チップと下部作業台間に挿入し、静圧力を印加した状態で溶接チップを複合振動系とともに回転させ、更に溶接試料を作業台を回転と同期させて平行に移動させてシーム溶接を行う。
複合振動溶接チップにより2次元の溶接面を一様に大面積で効果的に接合することが可能になる。また溶接試料の振動により接合の難易が生じ、直線振動軌跡では振動方向によって溶接特性が大きく変化するが、複合振動を用いることにより360°のいずれかの方向で接合が可能となり、溶接位置が変化しても一様な接合が可能になり、さらに近接した複数部で連続シーム溶接を行うことが可能となる事が明らかになった。
さらに振動容量を大にして溶接特性を向上する目的で19kHzの複合振動超音波連続シーム溶接装置を試作して振動特性、溶接条件、溶接状態を検討した。

研究成果

• [文献書誌] Jiromaru TSUJINO and Tetsugi UEOKA: "Ultrasonic seam welding system using a complex vibration circular disk in transverse and torsional vibrations"Jpn. J. Applied Physics.. Vol・38 No.5B. 3307-3311 (1999)
• [文献書誌] 辻野次郎丸,上岡哲宜,花田忠: "複合振動を用いた金属薄板の超音波金属シ-ム溶接装置について"電子情報通信学会・音響学会超音波研究会技術研究報告. US99-14. 41-48 (1999)
• [文献書誌] Jiromaru TSUJINO and Tetsugi UEOKA: "Vibration charavteristics of one-dimensional longitudinal-torsional converter with multiple slitted parts"Proc. 1998 IEEE International Ultrasonics Symposium. 723-728 (1999)
• [文献書誌] Jiromaru TSUJINO, Tetugi UEOKA Takashi KASHINO and Fumiharu SUGAHARA: "Transverseand torsional complex vibration systems for ultrasonic seam welding of metal plates"ULTRASONICS(Elsevier). (to be poblished). (2000)
• [文献書誌] 辻野次郎丸: "超音波複合振動加工の幕開け"超音波TECHNO(日本工業出版). Vol.12,No.4. 2-6 (2000)
• [文献書誌] 辻野次郎丸、上岡哲宜: "複合振動円板による金属板の超音波連続シ-ム溶接"超音波TECHNO(日本工業出版). Vol.12,No.4. 7-12 (2000)