超音波点焊组件及方法技术

本发明专利技术是揭示一种超音波焊头组件及相关使用方法，由于提供了用来收集熔化材料的贮存空间，使熔化材料可从焊点与焊点中流出去，因此，克服了熔化材料聚积在焊点与焊头四周之问题．所揭示的锥形焊头之锥体高度为Ａ，基部宽度为Ｂ，Ａ／Ｂ的比率就锥形焊头而言为１．２，就截头锥（ｆｒｕｓｔｏ－ｃｏｎｉｃａｌ）焊头而言为０．７６．此焊头是支撑在铁砧（ａｎｕｉｌｓ）上．在焊接处理中，焊头仅部分插入材料内，以使铁砧维持与材料隔开．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于超音波焊接装置。更特殊地，此应用例是关于超音波点焊装置之焊头。已有人使用超音波焊接来连结多种材料。一般最普通地，超音波焊接被用在热塑材料上。最近已达成一种超音波点焊法，此类资料请参看，例如1980年11-12月份之Plastics Design Forum，第86页。此刊物揭示超音波点焊方法以及在焊接的反面上造成无瑕疵外观的优点。这篇文章说明将两个热塑片焊接在一起的方法，其中一标准焊头贯穿第一片，并且延伸至第二片的中间。这篇文章还进一步提出反点焊(inverse spot welding)的可能性，亦即将焊头接合至一夹具或铁砧，并且施用一平面组成的换能器来提供超音波能量。超音波点焊的使用进一步在1980-1981年之ModernPlastics Encyclopedia上面，第447-450页中由R.A.Clarke所发表之“Ultrasonic Assembly”一文中说明。这篇文章中，Clarke揭示超音波点焊之换能器或焊头中之圆环设计的一般优点。前文所述的超音波点焊形状或方法并未提供在焊接过程中用来使熔化热塑材料从焊点与焊头中流出的适当装置。在此区域中之熔化材料的聚积作用可能会影响到焊接部份(因其吸收超音波能量)之未熔化材料，使其连续熔化，促成热裂解(thermal degradation)，因而导致焊点强度不足。此外，熔化材料可能引起焊头结构过热，如此可能伤害到焊接部份与周围的片料。本专利技术所揭示的焊头包括多个交叉间隔着贮存空间之锥形突起物。锥形突起物的放置方式是与将焊接之材料相接触，超音波能量即施至此材料。此超音波能量乃被集中，熔融物被锥形突起物所排开而使毗邻这些锥形突起物的片料受热，因而软化材料。此软化材料被锥形突起物排开，并聚集在焊头边的贮存空间内，此贮存空间是提供用来堆积此被排开过来的材料。此材料连续被软化和被排开，直到锥形突起物约略完全插入片材料中为止。较佳实施例中的锥形突起物为正圆锥形，正圆截头锥形或金字塔形，或是采用容许其从片料中自动释出之形态。贮存空间的构造体积显著大于锥形突起物的体积，以容许被排开过来的材料的膨胀。本专利技术提供一种用来将多片热塑材料点焊在一起之系统其包括(a)接近该并列热塑材料片的表面之焊头组件，它包括一铁砧，从铁砧中延伸出之至少一个焊头，该焊头具有一个附着至该铁砧的底部，以及一个在该铁砧上方且与该铁砧相隔一预定高度之顶点，(b)用来将该焊头插入该并列片的表面一段距离之装置，以便至少部份贯穿被焊接之每个材料片，该距离小于该焊头的高度，以提供片料之表面与该铁砧之间的贮存空间；及(c)用来将超音波能量施至接近该焊头的热塑片料之装置；熔化热塑材料可自由流至该贮存空间内。多种焊头形状可用在同一座上，铁砧上的焊头可依据被焊接材料的特征，选择性地装拆，以提供不同焊头形状。焊头座是沿着焊接线放置，超音波能量是由沿着焊接线延伸之换能器施予。此换能器一般在边缘区域产生较弱的超音波能量，诸如接近换能器之顶部区域。因此，为了补偿在这些区域中之较弱超音波能量，可把边缘部的焊头制得比中间区域的焊头稍长，或是这些焊头可装在相连接的铁砧之较浅的埋头孔(counterbores)内，使连接焊头外之直径较大，因而能排开更多的材料。另一种方法是采用长度比焊线长之换能器，以避免边缘效应。本专利技术之第一实施例中，焊头为正圆锥形，其中铁砧以上的高度为A，在铁砧上之基部直径为B.A/B之理想比率在第一较佳实施例中为1.2，在第二较佳实施例中为0.76。依据这些比率，焊端是自动释出(self-releasing)，并且以最低能量贯穿片料。本专利技术之主要目的是提供一种改良式超音波焊接装置与方法。本专利技术另一目的是在提出用于热塑片料中之改良式超音波点焊。本专利技术又另一目的是提供沿着相当长焊接线之焊接，并且这些焊接具焊头形状，由于是对称的退拔形，当完成焊接时，焊头将从片材料中自动释出。本专利技术另一目的是提供一种具充分高度的焊端，以形成焊头结构的支撑底部与焊头本身之间之天然贮存空间。本专利技术又另一目的是提供可装拆的焊头与装置，以改变所使用焊头的个数与大小，如此，随着被焊接材料的变化与厚度变化，可达成沿着焊接线之最佳焊接强度。本专利技术又另一目的是提供具最佳尺寸和形状的焊头，以产生最佳强度焊点以及焊头从熔化片料中光滑自动释出。本专利技术又另一目的是提供一种可用在热塑材料反点焊之焊头，并仅可沿着平行于焊接线之方向上，靠排开作用使材料脱离接触而移动。本专利技术之目的可参考下列有关本专利技术之较佳实施例的说明，请求专利部份与图式而完全明显看出。本专利技术将依据下文详细说明，连同附图而更充分了解之，其中图1为本专利技术焊头之部份透视图；图2为本专利技术焊头使用在反点焊方法中焊接片料的概要透视图；图3为本专利技术焊头之部份透视图，说明其中所提供之冷却通道；图4是依据本专利技术方法之焊头部份透视图，其中半球形贮存空间是以毗邻于圆柱形突起物且与焊接线平行之槽(troughs)来取代之；图5为本专利技术第一较佳实施例之焊头形状透视图；图6为本专利技术第一较佳实施例之单个焊头的放大前视图；图7为图6所示之单个焊头的操作型式之概要侧视图，其换能器被正向止挡限位，并且用反点焊方法焊接片料；图8为铁砧支撑棒之顶面图，说明沿着焊接线排列之多群焊头；及图9是依据本专利技术之焊头的第二较佳实施例，用来在一反焊点方法中焊接片料，其可除去图7之正向止挡。执行本专利技术之最佳模态参考图1，本专利技术之焊头(概略表示为10)是包括多个锥形突起物12，其中沿着焊头底部16，交替散布着多个贮存空间14。锥形突起物12用来集中超音波能量，而它们各自的顶点18用来接触片料。此锥形突起物可采用适用来集中超音波能量且有助于下文将说明之自动释出作用之任何形状，图1说明锥形的一种样式。应注意到此“锥形”一词是用来涵盖广义的锥形，而不限于正圆锥形，正圆锥形只是可施用在本专利技术焊头中之一种锥形实施例。诸如图1所示之焊头中，锥形体顶点与底部之间的距离应该约略为被焊接之片材料厚度的 倍。此外，锥体底部的宽度最好约为锥体高度的两倍，或是约为被焊接之片材料厚度的3倍。图2的应用例说明图1之焊头10使用在超音波反点焊方法中的情形。为了有助于超音波反点焊接，焊头10是固定至铁砧或座铁20，此座铁20是位于被焊接之两片料30、40的一边上。图2进一步说明安置在两片料的另一边上之超音波换能器或角状物50，此两片料是依据本专利技术之点焊法来焊接之。图2概略所示的点焊件之功能是如下所述。将被焊接的材料以支撑件60支撑住，其中第一与第二片30，40是沿着将要焊接之所欲线并行排列。本专利技术之焊头10是藉着移动其上放置着焊头之铁砧20，与第一及第二并列片料30，40的一面相接触。同时，超音波换能器或角状物50在垂直于各片料之平面的线上移动，以压接两片料的另一面。超音波能量是经由超音波角状物50施至将要焊接的片料。当焊头10的锥形突起物12沿着不同点接触片料时，超音波能量即集中在这些点中。片料因而软化。由于锥形突起物12的接触，软化的材料被排开去。被软化的片料是聚积在贮存空间14内，材料从超音波能量集中区域中移开，避免了软化材料的过热，并且将超音波能量集中到未软化的材料上去。当点焊已达到予定深度，且锥形突起物已完全插入片料时，即撤去超音波能量。热塑片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来点焊片料的装置包括：用来提供超音波振动能量以加热该材料之超音波能量应用装置；用来将该超音波振动能量集中在被焊接之予定点上的装置；毗邻该点但具有一定空间之贮存装置，其用来容纳从与该集中装置并列之位置中移出的材料因而加强所造 成焊接的强度。

【技术特征摘要】
US 1985-3-21 N714 2751.一种用来点焊片料的装置包括用来提供超音波振动能量以加热该材料之超音波能量应用装置；用来将该超音波振动能量集中在被焊接之予定点上的装置；毗邻该点但具有一定空间之贮存装置，其用来容纳从与该集中装置并列之位置中移出的材料因而加强所造成焊接的强度。2.依据权利要书中第1项的装置，特征为，该集中装置包括相应被焊接点之锥形突起物，该锥形突起物的形状使其能从该片料中自动释出。3.一种用来点焊片料的装置包括用来提供超音波振动能量以加热该材料之超音波能量应用装置；用来将超音波振动能量至少集中在被焊接的予定点上之装置；用来将该超音波应用装置与该集中装置沿着被焊接的接缝，移至与该片料相接触的装置，并且维持该接触，直到焊接完成为止；及毗邻该点之贮存装置，其可容纳从该集中装置的并列位置中移出的材料，因而加强所造成焊接的强度。4.依据权利要求书第3项的装置，特征为，该集中装置包括相应被焊接点之锥形突起物，该锥形突起物的形状使其可从该片材料中自动释出。5.依据权利要求书第4项的装置，特征为，该锥体为正圆锥形。6.依据权利要求书第4项的装置，特征为，该锥体为金字塔形。7.依据权利要求书第4项的装置，特征为，该贮存装置包括与每个锥形突起物相关联的贮存空间。8.依据权利要求书第7项的装置，特征为，该贮存空间的体积至少为其相关联锥形突起物的 倍。9.依据权利要求书第4项的装置，特征为，该贮存装置的总体积至少为该锥形突起物总体积的 倍。10.依据权利要求书中第3项的装置，还包括用来冷却该集中装置的装置，以使温度维持低于不致使该材料粘附至该集中装置之温度。11.依据权利要求书中第3项的装置，特征为，该片料为热塑性材料。12 .一种用来点焊片料的装置包括用来沿着一所欲焊接线，并列支撑第一与第二片料之装置；用来产生超音波能量之超音波产生装置；位于该片料的第一面上之超音波换能装置，其可沿着该焊接线，传输超音波能量至该片料；用来将超音波振动能量沿着该焊接线集中在被焊接的予定点上之装置；用来支撑住在该焊接线的第二面上的集中装置之铁砧装置；用来使该超音波换能器装置与该集中装置沿着焊接线移至与该片料相接触之装置，并且维持该接触，直到焊接完成为止；及以该铁砧装置支撑住之贮存装置，被用来容纳由与该集中之装置的并列位置中移出的材料，以加强所造本焊接。13.依据权利要求书第12项的装置，特征为，该放置与维持装置在该焊接完成时，将该换能装置与该集中装置撤去，使不与该片料相接触；该集中装置的形状有助于该材料冷却时，该集中装置从该片料中自动释出。14.依据权利要求书中第13项的装置，特征为该集中装置包括相应于各焊接点的锥形突起物，该锥形突起物的形状使其可从该片料中自动释出。15.依据权利要求书中第14项的装置，特征为该片料为热塑性材料。16.依据权利要求书中第14项的装置，特征为，该贮存装置包括多个沿着该铁砧装置，与该锥形突起物交错散布之贮存部份。17.依据权利要求书中第16项的装置，特征为，该贮存部份的形状为半球形。18.依据权利要求书第16项的装置，特征为，该放置与维持装置在基本垂直于该材料所界定之平面的方向上，降低该换能装置，使与该片材料相接触。19.依据权利要求书第13项的装置，特征为，该放置与维持装置仅在基本平行于该焊接线之横方向上移动该铁砧；该集中装置与该贮存装置的形状使其可藉着该横向移动，与焊接的片料轻易地分开。20.依据权利要求书中第16项的装置，特征为，该维持与放置装置在基本平行于该焊接线之横方向上移动该铁砧；该锥形突起物与该贮存部份的形状使其可藉着该横向移动，与焊接过的片料轻易地分开。21.依据权利要求书中第20项的装置，特征为，该贮存装置包括毗邻于该锥形突起物且基本平行于该焊接线之槽；该槽是相互连结至该贮存部份，该贮存部份将该移动材料引至槽内。22.依据权利要求书中第21项的装置，特征为，在该焊接线的每边上提供一槽。23.依据权利要求书第16项的装置，特征为，该贮存部份的体积至少为该锥形突起物体积的倍。24.依据权利要求书中第22项的装置，特征为，该槽与该贮存部份的体积至少为该锥形突起物体积的倍。25.依据权利要求书中第14项的装置，特征为，还包括用来冷却该锥形突起物的温度控制装置，以防止该片料粘附至该锥形突起物。26.依据权利要求书中第25项的装置，特征为，该温度控制装置包括在该铁砧装置内之冷却通道。27.依据权利要求书中第16项的装置，特征为，该贮存部份与锥形突起物组成一体，成为一焊头。28.依据权利要求书中第27项的装置，特征为，该焊头与该铁砧装置构成一体。29.依据权利要求书中第27项的装置，特征为，该焊头是接受硬层阳极化处理。30.一种点焊片料的方法是包括将超音波振动能量施至该片料，以加热该材料；将该振动能量集中在欲焊接的点上，及提供毗邻于该点的贮存空间，以便帮助移去该加热过程所产生的熔化材料，加强所造成的焊接。31.一种点焊多个热塑片料之方法，其步骤包括a)提供一个毗邻于该并列热塑片料表面之铁砧，其中至少一个焊头从铁砧中延伸出来，该焊头具有一个附着至该铁砧的基部以及一个在该铁砧上方且与该铁砧隔开预定高度之顶点；b)将该焊端插入该并列片料表面达一充分距离，以便至少部份贯穿被焊接的每个材料片，该距离小于该铁砧上方之该末梢的高度，因而提供该铁砧与片料表面之间的贮存空间；及c)将超音波能量施至毗邻该焊头的热塑片料；其中熔化热塑材料可自由流入该贮存空间内。32.依据权利要求书中第...

【专利技术属性】
技术研发人员：加里巴赫，
申请(专利权)人：可口可乐公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]