[其他]超音波点焊组件及方法

说明书

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明之第一实施例中，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。

本发明之主要目的是提供一种改良式超音波焊接装置与方法。

本发明另一目的是在提出用于热塑片料中之改良式超音波点焊。

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。