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超音波ホーンは治具同様、溶着するワークに合わせて個別に設計製作します。周波数によってホーンサイズは異なります。
形状は、角形と丸形の２種類に大別されます。
角形---Rectangler Horn --- レクト
丸形---Cylindorical Horn --- シリンドリカル
半波長ホーンが一般に多く使用されていますが、時々半波長ホーンを連結させてコンポジットホーンとして使用する場合があります。まれに一波長ホーンを使用します。
ホーン材料としては、軽量で共振特性の良いアルミ合金が最も多く使用され、次に高振幅に耐えるチタン合金、硬度の高い炭素鋼が使用されています。熱処理や表面処理・メッキ処理を施して使用することが多いです。
ホーンは形状によって増幅率(ホーンゲイン)が異なります。先端を絞った(細くした)ホーンはゲインが高く、より高い振幅で振動します。融点の高い樹脂を溶着する場合は、先端を細く加工します。
■ 振動解析
サイズの大きなホーンや、形状が対象的でないホーンなどは、複雑な振動モードを発生する場合があります。ホーンを加工する前に振動解析を行い、不具合を検討し形状を修正変更することで、ホーンの耐用年数を延ばしたり、より安定したホーンを製作することが可能です。また、振動解析によって溶着を行う上て都合のよいホーンを設計することも可能です。例えば、ホーン端面振幅を均一にする方法などです。いくつかの方法をご紹介します。
振動モードを変えて端面振幅を均一にする方法①スロット
端面振幅を均一にする方法②ライザーブロック
端面振幅を均一にする方法③フルート
ワークを固定するための治具には、さまざまな方式や材料があります。ワークの材料や形状、特にジョイント部の形状を考慮して設計製作します。また、治具材料の選定では、溶着に必要な振幅やエネルギーも選定の条件になります。
上の写真は、手動のトグルクランプ治具です。治具材料にアルミニウムを使用し、ハードクロムメッキを施しています。溶着時下ケースが膨らまないようにサイドからの押さえが必要になります。また、シャアジョイントの溶着では、溶着部の側面をしっかり押さえている必要があります。エアーシリンダを用いスタートスイッチに連動させてクランプする方法もあります。
下の写真は、エポキシ樹脂の流し込み治具です。ワークの形状が複雑であったり、意匠面であったりする場合に、流し込み治具を用います。金属に比べて軟らかいため、長期間使用するとキズや磨耗が発生する可能性があります。
流し込み用の樹脂には、硬度や機械加工の容易さなどで種類があります。ブランソンは、用途に応じて最適な樹脂を選定しています。
治具が溶着の良し悪しを決定するケースは多々あります。安定した溶着品質を得るために、どのような治具を製作するべきかを検討することは重要なことです。
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