• 한국공작기계학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.63-70
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• 2008

Conical horn is used in many high frequency ultrasonic horns, to achieve a longitudinal vibration mode across a wide ultrasonic tool horn output surface. Modal analysis is method for designing tuned ultrasonic tool horn and for the prediction natural frequency of ultrasonic tool horn vibration mode. The design of ultrasonic horn is based on prototype estimate obtained by FEM analysis. The FEM simulated ultrasonic tool horn is built and characterized experimentally through laser vibrometer and electrical impedance analysis. In this paper, FEM analysis is developed to predict the natural frequency of ultrasonic tool horn and use of in the optimal design of ultrasonic horn shape.

• 한국정밀공학회지
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• 제28권3호
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• pp.363-369
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• 2011

In this study, a direct pattern forming process on a plastic film using ultrasonic vibration energy is investigated. A tool horn containing micro-patterns is attached to an ultrasonic power supply, and is used to press a plastic film with ultrasonic vibration in order to replicate micro-patterns on the surface of the plastic film. To replicate micro-patterns with high accuracy, the tool horn should be designed to allow only the longitudinal vibration, not the transverse vibration. For this purpose, the design of a tool horn is investigated through finite element analysis, from which the resulting natural frequency of the tool horn can be adjusted in the range of the ultrasonic power supply. The analysis result is then reflected on the optimal design and fabrication of the tool horn. The validity of the developed tool horn is discussed through pattern-forming experiments using the ultrasonic vibration of the developed tool horn.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 1991년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.39-45
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• 1991

최근 진동 절삭 가공 및 용착 등에 초음파 진동을 동력적으로 응용하려는 시도가 급증하고 있다. 이 분야에서는 진동자에서 발생되는 미소한 진폭의 적은 초음파 에너지를 큰 에너지로변환시키는 방법으로서 진동자의 끝단에 진동자와 동일한 진동수의 고유진동수를 가진 부스터와 tool horn을 부착하여 공진에 의해 진폭의 증폭으로 큰 에너지를 얻고 있다. 그러나 부스터와 tool horndml의 고유 진동수가 진동자의 진동수와 일치하지 않을 경우에는 tool horn 의 끝단에 진동이 전달되지 않는 결과를 초래하게 된다. 본 연구에서는 유한 요소법을 이용하여 축대칭 및 3차원 형상의 tool horn에 대한 고유 진동수 계산 퍼스널 컴퓨터만으로도 tool horn을 설계할 수 있도록 하여 이 결과를 실용 tool horn 설계 제작에 손쉽게 이용할 수 있도록 하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제8권3호
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• pp.55-63
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• 1991

Transforming small ultrasonic energy into large mechanical energy is the essential feature of ultrasonic vibration in various application fields. This energy amplification can be obtained by achieving resonance condition between booster or tool horn and transducer. When it has uniform section with small sectional area, one dimensional analysis provides good estimation of the natural frequency of the horn. But, for arbitrary shape of horn, one dimensional analysis can no longer be applied. At present, designing tool horn whose natural frequency is identical to that of transducer requires serveral stages of trial and error in actual manufacturing process. In this paper, frequency analysis program is developed to easily predict the natural frequency of ultrasonic vibration cutting tool with axisymmetry and 3- dimensional shape using finite element method.

• 한국융합학회논문지
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• 제9권6호
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• pp.175-182
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• 2018

본 연구에서는 초음파 진동에너지가 융합된 커팅기용 공구 혼 제작에 대한 기초 연구 자료를 제작하고자 이론적방법과 유한요소해석을 병행하여 설계하였다. 고 성능의 초음파 절단을 진행하기 위해서는 횡진동이 아닌 종진동으로만 진동해야 하며, 기계적 진동에너지를 효율적으로 전달하기 위해 출력부에 최대진폭이 발생해야 한다. 따라서 공구 혼은 발진기의 가진 주파수와 공구 혼의 고유주파수가 동일하게 설계되어야만 한다. 공구 혼을 공진설계하기 위해서는 1차원 파동방정식을 이용한 이론적 접근법과, 유한요소 해석결과를 설계모델에 반영하는 방법이 있는데, 본 연구에서는 최초에 공구 혼의 대략적인 치수를 1차원 파동방정식을 통해 결정하고, 유한요소 해석 결과를 바탕으로 최적 모델을 선정하여 공구 혼의 최종 형상에 반영하였다. 이와 같은 내용을 실제 커팅용 공구 혼의 기초자료로 활용하고자 하며, 추후 제작 및 실험 데이터를 본 연구내용과 비교할 예정이다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제21권8호
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• pp.720-725
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• 2011

Most ultrasonic vibration cutting tools are operated at the resonance condition of the longitudinal vibration of the structure consisting of booster, horn and bite. In this study, a transverse vibration tool with beam shape is designed to utilize the vibration characteristics of the beam. Design point of the transverse vibration tool is to match the resonance frequency of the bite to the frequency of the signal to excite the piezoelectric element in the booster. The design process to match the natural frequency of the longitudinal vibration mode of the horn and that of the transverse vibration mode of the bite is presented. Dimensions of the horn and bite are searched by trend analysis through which the standard shapes of the horn and bite are determined. After the dimensions of each component of the cutting tool consisting of booster, horn and bite are determined, the assembled structure was experimentally tested to verify that true resonant condition is achieved and proper vibrational displacement are obtained to ensure that enough cutting force is generated.

• 한국생산제조학회지
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• 제22권4호
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• pp.717-722
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• 2013

In this study, we investigated the design of a wire wedge bonding ultrasonic tool horn using finite element method (FEM) simulations. The proposed method is based on an initial design estimate obtained by FEM analysis. An ultrasonic excitation causes various vibrations of a transducer horn and capillary. A simulated ultrasonic transducer horn and resonator are then built and characterized experimentally using a laser interferometer and electrical impedance analyzer. The vibration characteristics and resonance frequencies close to the exciting frequency are identified using ANSYS. FEM analysis is developed to predict the resonance frequency of the ultrasonic horn and use it in the optimal design of an ultrasonic horn mode shape.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권12호
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• pp.4735-4741
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• 2010

초음파 금속 용착은 신소재, 도금 구조물 등과 같은 다양한 재료의 용착에 대한 가능성 때문에 광범위한 분야에서 사용되고 있으며 용착 조건도 다양하다. 본 연구에서는, 이종 금속 박판의 초음파 금속 용착을 위해 설계된 단부가형 한파장 혼은 유한요소해석 하였다. 유한유소해석은 초음파 혼의 최적 설계와 초음파 공구혼의 고유 주파수를 예상하기 위해 사용되었다. 그리고 설계된 한파장 스텝 혼은 고유 주파수 분석 시스템을 사용하여 실험적으로 검증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권12호
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• pp.652-658
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• 2016

본 논문에서는 유한 요소법(FEM) 시뮬레이션을 사용하여 초음파 미세패턴 성형에 사용되는 초음파 공구혼을 이론적 연구와 유한요소해석을 통하여 조사 하였다. 이 방법은 FEM 해석으로 얻어진 초기 설계 추정치에 기초한다. 초음파 미세패턴 성형에 필요한 고유주파수와 공구 혼의 공진주파수를 유한요소해석을 통하여 예측하였다. ANSYS S/W를 이용한 FEM 분석은 초음파 혼의 진동모드 형상의 최적 설계기술로 공진 주파수를 예측하기 위해 사용하였다. 초음파 진동자에 전원이 공급되면, 초음파 진동자에 공급된 전기에너지가 기계적인 운동에너지로 변환되어 진동이 발생하게 된다. 초음파 공구혼의 종진동 에너지를 이용하여 절연시트위에 RFID TAG 패턴 성형을 하게 된다. 초음파 진동을 이용한 마이크로 단위의 형상정밀도 향상을 위해서는 공구혼의 종진동모드만을 이용하여 성형 해야 한다. 본 연구에서는 초음파 마이크로패턴 성형에 필요한 공구혼의 고유진동수 및 진동모드를 갖는 설계변수를 고찰하고, 유한요소해석 결과를 바탕으로 공구혼을 제작함으로써 마이크로패턴 성형에 응용하고자 한다. 유한요소해석 결과를 바탕으로 RFID TAG의 미세패턴 성형을 위한 초음파 공구혼의 최적설계 및 제작에 반영하였다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.749-750
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• 2013