【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、熱可塑性プラスチックに超音波振動を加えて
波着するために用いる超音波溶着機用工具ホーンに関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a tool horn for an ultrasonic welding machine that is used for applying ultrasonic vibration to a thermoplastic to bond it.
゛〔従来の技術〕熱可塑性プラスチックを超音波溶着する場合、プラスチ
ックと接せしめられる工具ホーンの面（加工面、放射面
）が同位相でほぼ均一の縦振動変位をなすことが、溶着
を均−璧行なうために必要である。[Conventional technology] When welding thermoplastic plastics by ultrasonic waves, the surfaces of the tool horn that come into contact with the plastic (machining surface, radiation surface) should have almost uniform longitudinal vibration displacement in the same phase to ensure even welding. - Necessary for performing well.
プラスチックに形成する溶着部の長さが、工具ホーンの
振動の波長の１／４波長以上の長さになると、第１１図
に示すように、板形の場合、加振面ｌから放射面２の方
向に延長するスリット８を横幅ｌの長さに応じて設けな
いと、放射面２を均一に振動できないことが知られてい
る。この縦幅り。When the length of the welded part formed on the plastic is longer than 1/4 wavelength of the vibration wavelength of the tool horn, in the case of a plate shape, as shown in Fig. It is known that the radiation surface 2 cannot be vibrated uniformly unless the slit 8 extending in the direction is provided in accordance with the length of the width l. This height and width.
スリットの幅８、スリット数、スリット間の幅ｗ１スリ
ット８の両端から加振面１や放射面２までの距離ｔは、
これを決定するための設計方法がないため、経験的にお
およその寸法に削り出し、振動させて使用周波数の調整
や、振動変位が放射面２で均一となるように試行錯誤的
に削り直しを行なって作っている。この問題を解決する
ために、境界値問題を扱う観点から有限要素法により、
振動モードの解析や、応力分布の解析を行ない多数のモ
デルについて実証し上記の縦幅Ｌ１スリットノ幅８、ス
リット数、スリット間の幅ｗ１スリット８の両端から加
振面１や放射面２までの距離を等を決定する方法が特公
昭６２−５８８９９号公報にて提案されている。The width 8 of the slit, the number of slits, the width between the slits w1, the distance t from both ends of the slit 8 to the excitation surface 1 and the radiation surface 2 are:
Since there is no design method for determining this, it is necessary to cut it to approximate dimensions empirically, vibrate it, adjust the operating frequency, and re-cut it by trial and error so that the vibration displacement becomes uniform on the radiation surface 2. I'm doing it and making it. In order to solve this problem, we use the finite element method from the perspective of dealing with boundary value problems.
We analyzed the vibration mode and stress distribution and verified a number of models. A method for determining distance, etc. is proposed in Japanese Patent Publication No. 62-58899.
しかし、このようなスリット８を有する工具では、使用
によりスリット８の両端部から亀裂が発生し、使用でき
なくなることがある。この原因は、この部分に繰返し応
力が集中するためと考えられ、その対策としてスリット
８の両端内面を鎮面仕上げにすることも行なわれている
が、完全な解決に至っていない。However, in a tool having such a slit 8, cracks may occur from both ends of the slit 8 due to use, and the tool may become unusable. The cause of this is thought to be that repeated stress is concentrated in this part, and as a countermeasure to this problem, attempts have been made to give the inner surfaces of both ends of the slit 8 a surface finish, but a complete solution has not yet been achieved.
又この工具ホーンは共振現象を利用している為、横幅ｌ
は、使用周波数によってとびとびの値をとり、溶着部の
長さ又は形状によって、プラスチックに傷がついたり、
溶着不完全となったりすることがあった。Also, since this tool horn utilizes a resonance phenomenon, the width is
takes discrete values depending on the frequency used, and depending on the length or shape of the welded part, the plastic may be damaged or
In some cases, welding was incomplete.
本発明は、スリットがなく従って亀裂の発生を防止でさ
、横幅ｌも使用周波数に関係なく自由に定めることので
さる工具ホーンを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a tool horn that does not have slits, thereby preventing the occurrence of cracks, and whose width l can be freely determined regardless of the operating frequency.
本発明による課題を解決するための手段は、使用超音波
振動の波長で、縦幅が１／２波長、横幅が１／４波長以
上、厚さが１／６波長以下の板状体であって）加振面が
上記の縦幅及び横幅を有する正面及び背面からみて、中
央が高い左右対称の山形をなし、正面及び背面の、前記
山の裾と放射面との間に、横幅方向に一列に、中央に凸
部と、その左右に凹部が、左右対称に、正面及び背面で
同一に形成されている超音波溶着機用工具ホーン、及び
使用超音波振動の波長で、縦幅が１７２波長、横幅が１
／４波長以上、厚さが１７６波長以下の板状体であって
、加振面が、上記の縦幅及び横幅を有する正面及び背面
からみて、中央とその左右に頂部を有する左右対称の波
形をなし、正面及び背面の、前記波形の谷と放射面との
間に、横幅方向に一列に、前記波形の中央の頂部に対応
する位置に凸部が、前記波形の傾斜部の途中から谷に対
応する位置に凹部が、前記波形の中央の頂部の左右にあ
る頂部に対応する位置に凸部が、順次に前記波形に対応
して左右対称に、正面及び背面で同一に形成されている
超音波溶着機用工具ホーンにある。Means for solving the problems according to the present invention is a plate-shaped body having a vertical width of 1/2 wavelength, a horizontal width of 1/4 wavelength or more, and a thickness of 1/6 wavelength or less at the wavelength of the ultrasonic vibration used. ) The excitation surface has the above-mentioned vertical and horizontal widths, and forms a symmetrical mountain shape with a high center when viewed from the front and back, and between the foot of the mountain and the radiation surface on the front and back, in the width direction. A tool horn for an ultrasonic welding machine in which a convex part in the center and concave parts on the left and right sides are formed symmetrically in a line and are the same on the front and back sides, and the vertical width is 172 mm at the wavelength of the ultrasonic vibration used. Wavelength and width are 1
A plate-shaped body with a thickness of /4 wavelengths or more and a thickness of 176 wavelengths or less, and the excitation surface has a symmetrical waveform with peaks at the center and to the left and right of the center when viewed from the front and back sides having the above-mentioned vertical and horizontal widths. A convex portion is formed in a row in the width direction between the trough of the waveform and the radiation surface on the front and back sides at a position corresponding to the central peak of the waveform, and a trough is formed from the middle of the slope of the waveform. A concave portion is formed at a position corresponding to the central apex of the waveform, and a convex portion is formed at a position corresponding to the apex on the left and right sides of the central apex of the waveform. Found in the tool horn for ultrasonic welding machines.
本発明は、振動モードの解析を縦幅が１７２波長、横幅
が１／４波長以上、厚さが１／６波長以下の板状体に限
定して、有限要素法により解析を行ない、多数のシュミ
レーション３行なった。第７図がら第８図に示す振動モ
ードの解析図は、何れも仮状の工具ホーンの加振面の中
央に振動子を結合して振動させた場合の加振点から右半
分の振動モードを示したものである。これらの図におい
て、実線は静止状態を、点線は動作（振動）状態を示し
たものである。第７図はスリットを有しない表面が平ら
な矩形の板からなる工具ホーンを振動させた場合であっ
て、両端（図では右端、以下同じ）で大さく歪むことが
判る。第８図は第１〜３図に示した実施例の振動モード
な示したもので、正面３からみて振動子を結合する部分
を頂部とする左右対称な山形に加振面１を形成し、この
山に対応して正面３及び背面４に同一の、凸部５及び凹
部６を形成すると、放射面２を均一に振動させることが
出来ることを見いだしたものである。第９図は、正面３
及び背面４が平らな板の加振面１に、中央と両端に山な
作りその間に谷を有する波形としたものである。この場
合には、谷に相対する放射面２では振動が殆ど生ぜず、
その両側では大きく振動し、放射面２が均一に振動しな
いことが判る。The present invention limits the vibration mode analysis to a plate-shaped body with a vertical width of 172 wavelengths, a horizontal width of 1/4 wavelength or more, and a thickness of 1/6 wavelength or less, and performs analysis using the finite element method to analyze a large number of vibration modes. I did 3 simulations. The analysis diagrams of the vibration modes shown in Figures 7 and 8 are the vibration modes in the right half from the excitation point when a vibrator is coupled to the center of the excitation surface of a temporary tool horn and vibrated. This is what is shown. In these figures, solid lines indicate a stationary state, and dotted lines indicate a moving (vibrating) state. FIG. 7 shows a case where a tool horn made of a rectangular plate with a flat surface and no slits is vibrated, and it can be seen that it is greatly distorted at both ends (the right end in the figure, the same applies hereinafter). FIG. 8 shows the vibration mode of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, in which the excitation surface 1 is formed in a symmetrical chevron shape with the portion where the vibrator is coupled as the top when viewed from the front 3. It has been discovered that if the same convex portions 5 and concave portions 6 are formed on the front surface 3 and the rear surface 4 in correspondence with these peaks, the radiation surface 2 can be vibrated uniformly. Figure 9 shows front view 3
The excitation surface 1 of a plate with a flat back surface 4 has a corrugated shape with ridges at the center and both ends and troughs in between. In this case, almost no vibration occurs on the radiation surface 2 facing the valley,
It can be seen that the radiation surface 2 does not vibrate uniformly because it vibrates greatly on both sides.
第１０図は、第４〜６図に示した実施例の振動モードを
示したもので、正面３及び背面４の、加振面１の中央の
山に対応する部分には、凸部５を、加振面１の両端の山
に対応する部分には凸部７を、加振面１の中央の山の裾
から谷にかけてに対応する部分には凹部６を形成すると
、放射面２が均一に振動することを示すものである。Fig. 10 shows the vibration mode of the embodiment shown in Figs. By forming convex portions 7 in the portions corresponding to the peaks at both ends of the excitation surface 1, and forming concave portions 6 in the portion corresponding to the valley from the base of the central peak of the excitation surface 1, the radiation surface 2 can be made uniform. This shows that it vibrates.
実施例１第１図ないし第３図は、請求項（１）に対応する実施例
な示したものである。使用超音波振動の波長で、縦幅り
が１７２波長、横幅ｌが１／４波長以上、厚さＴが１７
６波長以下の板状体の長平方向に沿う一側面を加振面１
とし、加振面１を、縦幅り及び横幅ｔｆｒ：’：ｘする
正面３及び背面４からみて、中央が高い左右対称の山形
に形成しである。正面３及び背面４の、前記用の裾と、
放射面２との間に、横幅！方向に一列に、中央に凸部５
と、その左右に凹部６が、左右対称に正面３及び背面４
で同一に形成されている。凹部６は両端側半分が中央側
よりも深くなっている。この図形は、材質をジュラルミ
ンとし、１８．３６２ ＫＨ２で、厚さＴ４５鼎、横幅
１２５５ 止、縦幅Ｌ １６０．２ Ｍでシュミレーシ
ョンして得たものである。横幅！及び縦幅りが多少大さ
くても小さくても、同様に加振面２がほぼ均一に振動す
る。Embodiment 1 FIGS. 1 to 3 show an embodiment corresponding to claim (1). The wavelength of the ultrasonic vibration used is 172 wavelengths in length, 1/4 wavelength or more in width l, and 17 in thickness T.
One side along the longitudinal direction of the plate-shaped body with 6 wavelengths or less is the excitation surface 1
The excitation surface 1 is formed into a symmetrical chevron shape with a high center when viewed from the front 3 and back 4 with vertical and horizontal widths tfr:':x. The hem for the front side 3 and the back side 4,
Width between radiation surface 2! Convex portion 5 in the center in a row in the direction
and a recess 6 on the left and right sides, and a front 3 and a back 4 symmetrically.
are formed identically. The recessed portion 6 is deeper at both end halves than at the center. This figure was obtained by simulation using duralumin as the material, 18.362 KH2, thickness T45, width 1255 mm, and vertical width L 160.2 M. Width! Even if the vertical width is somewhat large or small, the excitation surface 2 vibrates almost uniformly.
実施例２第４図ないし第６図は請求項（２）に対応する実施例３
示したものである。縦幅りが１７２波長、横幅ｌが１／
４波長以上、厚さＴが１７６波長以下の板状体の長平方
向に沿う一側面を加振面１とし、加振面１を、縦幅り及
び横幅ｔを有する正面３及び背面４からみて、中央とそ
の左右に頂部を有する左右対称の波形に形成しである。Example 2 FIGS. 4 to 6 are Example 3 corresponding to claim (2)
This is what is shown. The vertical width is 172 wavelengths, and the horizontal width l is 1/
One side along the longitudinal direction of a plate-shaped body having 4 wavelengths or more and a thickness T of 176 wavelengths or less is an excitation surface 1, and the excitation surface 1 is viewed from a front surface 3 and a rear surface 4 having a vertical width and a horizontal width t. It is formed into a symmetrical waveform with a center and peaks on either side.
正面３及び背面４の、前記波形の谷と放射面２との間に
、横幅方向に一列に、前記波形の中央の頂部に対応する
位置に凸部５を、前記波形の傾斜部の途中から谷に対応
する位置に凹部６を、前記波形の中央の頂部の左右にあ
る頂部に対応する位置に凸部７を、順次に前記波形に対
応して左右対称に、正面３及び背面４で同一に形成され
ている。左右両端の凸部７は中央側半分が外側半分より
ちゃ〈低くなっている。この図形は、材質をジュラルミ
ンとし、使用周波数１８．３６０ ＫＨｚで、厚さＴ４
０ｍｆｌ、縦幅Ｌ１５２ｍｍ 、横幅１４００ ”でシ
ュミレーションして得たものである。この場合も、縦幅
Ｌ１横幅ｔが多少大さくても、小さくても、放射面２企
均−に振動させることが出来る。又、横幅ｔが更に長い
場合には、放射面２で振動が均一となるように、シュミ
レーションにより、谷や山を左右に連続して形成すると
共に、それに対応して正面３及び背面４に凹部や凸部を
形成することができる。On the front face 3 and back face 4, between the trough of the waveform and the radiation surface 2, a convex part 5 is arranged in a row in the width direction at a position corresponding to the central peak of the waveform, and from the middle of the slope part of the waveform. Concave portions 6 are formed at positions corresponding to the valleys, and convex portions 7 are formed at positions corresponding to the apexes on the left and right of the central apex of the waveform. is formed. The center half of the convex portions 7 on both the left and right ends is much lower than the outer half. This figure is made of duralumin, has a working frequency of 18.360 KHz, and has a thickness of T4.
0mfl, height L152mm, and width 1400''.In this case, even if the vertical width L1 and the horizontal width t are somewhat larger or smaller, it is possible to vibrate the radiation surface 2 evenly. In addition, if the width t is even longer, in order to make the vibration uniform on the radiation surface 2, by simulation, valleys and peaks are formed continuously on the left and right, and the front surface 3 and rear surface 4 are formed in a corresponding manner. Concave portions and convex portions can be formed on the surface.
本発明工具ホーンによれば、スリットが無いので亀裂が
発生しにくい。従って、工具寿命を著しく大きくでさる
。スリットがないので工具ホーンの横幅を使用周波数に
無関係に取ることが出来るので、必要な溶着長さに一致
した工具ホーンを提供できる。放射面を溶着面に合わせ
て途中を一部切り欠く場合、スリットがあるとスリット
の端から切り欠きまでが薄くなり、亀裂が発生しゃすい
問題があったが、この問題も無くなる。According to the tool horn of the present invention, since there is no slit, cracks are less likely to occur. Therefore, the tool life is significantly increased. Since there is no slit, the width of the tool horn can be adjusted regardless of the operating frequency, so a tool horn that matches the required welding length can be provided. When aligning the radiation surface with the welding surface and cutting out part of the way, if there was a slit, the area from the end of the slit to the notch would be thin, which caused cracks to easily occur, but this problem is also eliminated.
第１図は本発明工具ホーンの実施例１の正面図、第２図
は第１図の上面図、第３図は第１図の右側面図、第４図
は本発明工具の実施例２の正面図、第５図は第４図の上
面図、第６図は第４図の右側面図、第７図は正面及び背
面に凸部、凹部がなくスリットもない表面が平らな板を
加振面１で振動せしめた場合のシュミレーション図、第
８図は実施例１のシュミレーション図、第９図は加振面
１に左右対称に２個の谷を有する正面、背面が平らな飯
のシュミレーション図、第１０図は実施例２のシュミレ
ーション図、第１１図はスリットを有する従来の工具ホ
ーンの正面図、第１２図は第１１図の右側面図である。Ｌ・・縦幅 ｌ・・横幅 Ｔ・・厚さｌ・・加振面 ２・・放射面 ３・・正面４・・背面
５・・凸部 ６・・凹部 ７・・凸部８・・スリット
Ｓ・・スリット幅Ｗ・・スリット間の幅ｔ・・スリットの両端がら加振面、放射面までの距離Figure 1 is a front view of Example 1 of the tool horn of the present invention, Figure 2 is a top view of Figure 1, Figure 3 is a right side view of Figure 1, and Figure 4 is Example 2 of the tool of the present invention. Fig. 5 is a top view of Fig. 4, Fig. 6 is a right side view of Fig. 4, and Fig. 7 shows a flat plate with no protrusions, recesses, or slits on the front and back sides. Fig. 8 is a simulation diagram of Example 1 when vibration is made on the excitation surface 1, and Fig. 9 is a simulation diagram of a rice plate with two symmetrical valleys on the excitation surface 1 with a flat front and back surface. 10 is a simulation diagram of the second embodiment, FIG. 11 is a front view of a conventional tool horn having a slit, and FIG. 12 is a right side view of FIG. 11. L... Vertical width l... Width T... Thickness l... Excitation surface 2... Radiation surface 3... Front 4... Back
5. Convex portion 6. Concave portion 7. Convex portion 8. Slit
S...Slit width W...Width between slits t...Distance from both ends of the slit to the excitation surface and radiation surface
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63057657AJPH01316249A (en) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | Tool horn for supersonic welding machine |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63057657AJPH01316249A (en) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | Tool horn for supersonic welding machine |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01316249Atrue JPH01316249A (en) | 1989-12-21 |
| JPH0469870B2 JPH0469870B2 (en) | 1992-11-09 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63057657AGrantedJPH01316249A (en) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | Tool horn for supersonic welding machine |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01316249A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5643801A (en) | 1992-11-06 | 1997-07-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser processing method and alignment |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0469870B2 (en) | 1992-11-09 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
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