[其他]超音波點焊組件及方法

無效

• 申請號: 85106066
• 申請日: 1985-07-12
• 公開（公告）號: CN85106066A
• 公開（公告）日: 1986-09-17
• 發明（設計）人: 加里·巴赫
• 申請（專利權）人: 可口可樂公司
• 主分類號: B29C65/08
• 分類號: B29C65/08
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 曹永來

本發明是關于超音波焊接裝置。更特殊地，此應用例是關于超音波點焊裝置之焊頭。

已有人使用超音波焊接來連結多種材料。一般最普通地，超音波焊接被用在熱塑材料上。最近已達成一種超音波點焊法，此類資料請參看，例如1980年11-12月份之Plastics?Design?Forum，第86頁。此刊物揭示超音波點焊方法以及在焊接的反面上造成無瑕疵外觀的優點。這篇文章說明將兩個熱塑片焊接在一起的方法，其中一標準焊頭貫穿第一片，并且延伸至第二片的中間。這篇文章還進一步提出反點焊(inverse?spot?welding)的可能性，亦即將焊頭接合至一夾具或鐵砧，并且施用一平面組成的換能器來提供超音波能量。

超音波點焊的使用進一步在1980-1981年之ModernPlastics?Encyclopedia上面，第447-450頁中由R.A.Clarke所發表之“Ultrasonic?Assembly”一文中說明。這篇文章中，Clarke揭示超音波點焊之換能器或焊頭中之圓環設計的一般優點。

前文所述的超音波點焊形狀或方法并未提供在焊接過程中用來使熔化熱塑材料從焊點與焊頭中流出的適當裝置。在此區域中之熔化材料的聚積作用可能會影響到焊接部份(因其吸收超音波能量)之未熔化材料，使其連續熔化，促成熱裂解(thermal?degradation)，因而導致焊點強度不足。此外，熔化材料可能引起焊頭結構過熱，如此可能傷害到焊接部份與周圍的片料。

本發明所揭示的焊頭包括多個交叉間隔著貯存空間之錐形突起物。錐形突起物的放置方式是與將焊接之材料相接觸，超音波能量即施至此材料。此超音波能量乃被集中，熔融物被錐形突起物所排開而使毗鄰這些錐形突起物的片料受熱，因而軟化材料。此軟化材料被錐形突起物排開，并聚集在焊頭邊的貯存空間內，此貯存空間是提供用來堆積此被排開過來的材料。此材料連續被軟化和被排開，直到錐形突起物約略完全插入片材料中為止。較佳實施例中的錐形突起物為正圓錐形，正圓截頭錐形或金字塔形，或是采用容許其從片料中自動釋出之形態。貯存空間的構造體積顯著大于錐形突起物的體積，以容許被排開過來的材料的膨脹。

本發明提供一種用來將多片熱塑材料點焊在一起之系統其包括：

(a)接近該并列熱塑材料片的表面之焊頭組件，它包括一鐵砧，從鐵砧中延伸出之至少一個焊頭，該焊頭具有一個附著至該鐵砧的底部，以及一個在該鐵砧上方且與該鐵砧相隔一預定高度之頂點，

(b)用來將該焊頭插入該并列片的表面一段距離之裝置，以便至少部份貫穿被焊接之每個材料片，該距離小于該焊頭的高度，以提供片料之表面與該鐵砧之間的貯存空間；及

(c)用來將超音波能量施至接近該焊頭的熱塑片料之裝置；

熔化熱塑材料可自由流至該貯存空間內。

多種焊頭形狀可用在同一座上，鐵砧上的焊頭可依據被焊接材料的特征，選擇性地裝拆，以提供不同焊頭形狀。

焊頭座是沿著焊接線放置，超音波能量是由沿著焊接線延伸之換能器施予。此換能器一般在邊緣區域產生較弱的超音波能量，諸如接近換能器之頂部區域。因此，為了補償在這些區域中之較弱超音波能量，可把邊緣部的焊頭制得比中間區域的焊頭稍長，或是這些焊頭可裝在相連接的鐵砧之較淺的埋頭孔(counterbores)內，使連接焊頭外之直徑較大，因而能排開更多的材料。另一種方法是采用長度比焊線長之換能器，以避免邊緣效應。

本發明之第一實施例中，焊頭為正圓錐形，其中鐵砧以上的高度為A，在鐵砧上之基部直徑為B.A/B之理想比率在第一較佳實施例中為1.2，在第二較佳實施例中為0.76。依據這些比率，焊端是自動釋出(self-releasing)，并且以最低能量貫穿片料。

本發明之主要目的是提供一種改良式超音波焊接裝置與方法。

本發明另一目的是在提出用于熱塑片料中之改良式超音波點焊。

本發明又另一目的是提供沿著相當長焊接線之焊接，并且這些焊接具焊頭形狀，由于是對稱的退拔形，當完成焊接時，焊頭將從片材料中自動釋出。

本發明另一目的是提供一種具充分高度的焊端，以形成焊頭結構的支撐底部與焊頭本身之間之天然貯存空間。

本發明又另一目的是提供可裝拆的焊頭與裝置，以改變所使用焊頭的個數與大小，如此，隨著被焊接材料的變化與厚度變化，可達成沿著焊接線之最佳焊接強度。

本發明又另一目的是提供具最佳尺寸和形狀的焊頭，以產生最佳強度焊點以及焊頭從熔化片料中光滑自動釋出。