專利名稱:超音波點焊組件及方法
本發(fā)明是關(guān)于超音波焊接裝置。更特殊地，此應(yīng)用例是關(guān)于超音波點焊裝置之焊頭。
已有人使用超音波焊接來連結(jié)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(dá)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(yōu)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(biāo)準(zhǔn)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(fā)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(huán)設(shè)計的一般優(yōu)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(dāng)裝置。在此區(qū)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(xù)熔化，促成熱裂解(thermal degradation)，因而導(dǎo)致焊點強度不足。此外，熔化材料可能引起焊頭結(jié)構(gòu)過熱，如此可能傷害到焊接部份與周圍的片料。
本發(fā)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(nèi)，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(xù)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(tài)。貯存空間的構(gòu)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(fā)明提供一種用來將多片熱塑材料點焊在一起之系統(tǒng)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(yù)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(nèi)。
多種焊頭形狀可用在同一座上，鐵砧上的焊頭可依據(jù)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(qū)域產(chǎn)生較弱的超音波能量，諸如接近換能器之頂部區(qū)域。因此，為了補償在這些區(qū)域中之較弱超音波能量，可把邊緣部的焊頭制得比中間區(qū)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(nèi)，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(yīng)。
本發(fā)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(jù)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(fā)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(fā)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(fā)明又另一目的是提供沿著相當(dāng)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(dāng)完成焊接時，焊頭將從片材料中自動釋出。
本發(fā)明另一目的是提供一種具充分高度的焊端，以形成焊頭結(jié)構(gòu)的支撐底部與焊頭本身之間之天然貯存空間。
本發(fā)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(shù)與大小，如此，隨著被焊接材料的變化與厚度變化，可達(dá)成沿著焊接線之最佳焊接強度。
本發(fā)明又另一目的是提供具最佳尺寸和形狀的焊頭，以產(chǎn)生最佳強度焊點以及焊頭從熔化片料中光滑自動釋出。
本發(fā)明又另一目的是提供一種可用在熱塑材料反點焊之焊頭，并僅可沿著平行于焊接線之方向上，靠排開作用使材料脫離接觸而移動。
本發(fā)明之目的可參考下列有關(guān)本發(fā)明之較佳實施例的說明，請求專利部份與圖式而完全明顯看出。
本發(fā)明將依據(jù)下文詳細(xì)說明，連同附圖而更充分了解之，其中圖1為本發(fā)明焊頭之部份透視圖；圖2為本發(fā)明焊頭使用在反點焊方法中焊接片料的概要透視圖；圖3為本發(fā)明焊頭之部份透視圖，說明其中所提供之冷卻通道；圖4是依據(jù)本發(fā)明方法之焊頭部份透視圖，其中半球形貯存空間是以毗鄰于圓柱形突起物且與焊接線平行之槽(troughs)來取代之；圖5為本發(fā)明第一較佳實施例之焊頭形狀透視圖；圖6為本發(fā)明第一較佳實施例之單個焊頭的放大前視圖；圖7為圖6所示之單個焊頭的操作型式之概要側(cè)視圖，其換能器被正向止擋限位，并且用反點焊方法焊接片料；圖8為鐵砧支撐棒之頂面圖，說明沿著焊接線排列之多群焊頭；及圖9是依據(jù)本發(fā)明之焊頭的第二較佳實施例，用來在一反焊點方法中焊接片料，其可除去圖7之正向止擋。
執(zhí)行本發(fā)明之最佳模態(tài)參考圖1，本發(fā)明之焊頭(概略表示為10)是包括多個錐形突起物12，其中沿著焊頭底部16，交替散布著多個貯存空間14。錐形突起物12用來集中超音波能量，而它們各自的頂點18用來接觸片料。此錐形突起物可采用適用來集中超音波能量且有助于下文將說明之自動釋出作用之任何形狀，圖1說明錐形的一種樣式。應(yīng)注意到此“錐形”一詞是用來涵蓋廣義的錐形，而不限于正圓錐形，正圓錐形只是可施用在本發(fā)明焊頭中之一種錐形實施例。
諸如圖1所示之焊頭中，錐形體頂點與底部之間的距離應(yīng)該約略為被焊接之片材料厚度的
倍。此外，錐體底部的寬度最好約為錐體高度的兩倍，或是約為被焊接之片材料厚度的3倍。
圖2的應(yīng)用例說明圖1之焊頭10使用在超音波反點焊方法中的情形。為了有助于超音波反點焊接，焊頭10是固定至鐵砧或座鐵20，此座鐵20是位于被焊接之兩片料30、40的一邊上。圖2進一步說明安置在兩片料的另一邊上之超音波換能器或角狀物50，此兩片料是依據(jù)本發(fā)明之點焊法來焊接之。
圖2概略所示的點焊件之功能是如下所述。將被焊接的材料以支撐件60支撐住，其中第一與第二片30，40是沿著將要焊接之所欲線并行排列。本發(fā)明之焊頭10是藉著移動其上放置著焊頭之鐵砧20，與第一及第二并列片料30，40的一面相接觸。同時，超音波換能器或角狀物50在垂直于各片料之平面的線上移動，以壓接兩片料的另一面。超音波能量是經(jīng)由超音波角狀物50施至將要焊接的片料。當(dāng)焊頭10的錐形突起物12沿著不同點接觸片料時，超音波能量即集中在這些點中。片料因而軟化。由于錐形突起物12的接觸，軟化的材料被排開去。被軟化的片料是聚積在貯存空間14內(nèi)，材料從超音波能量集中區(qū)域中移開，避免了軟化材料的過熱，并且將超音波能量集中到未軟化的材料上去。
當(dāng)點焊已達(dá)到予定深度，且錐形突起物已完全插入片料時，即撤去超音波能量。熱塑片的冷卻將導(dǎo)致其本身收縮。錐形突起物12的形狀使得焊頭從片材料中自動釋出。如此，圖1之焊頭形狀有助于焊頭在焊接之后從片料中自動釋出，并且藉著提供貯存空間來把軟化材料堆集在錐形突起物l2的旁邊，如此以得出改良式焊接。
圖2之本發(fā)明實施例是說明眾所熟知之反點焊法，惟亦可將本發(fā)明的焊頭裝在超音波角狀物50上來進行正常點焊。
圖l焊端的貯存空間14為半球形，一般可堆集片料的體積約為相關(guān)錐形突起物所排開體積的1·5倍。每個貯存空間的體積至少應(yīng)為相關(guān)錐形角狀物體積的
倍。
當(dāng)本發(fā)明之系統(tǒng)施用在自動化生產(chǎn)時，焊頭內(nèi)的殘余熱堆積(buildup)可能會造成麻煩。若沒有適當(dāng)?shù)姆婪洞胧?，焊頭的溫度可能高到足以使片料熔融。參考圖3，其中與圖1相同數(shù)目字代表相同元件，在焊端10內(nèi)提供了冷卻通道，以便控制其溫度。藉著控制冷卻劑的流速或其余裝置，可將溫度控制住，使焊頭維持至所欲溫度。對于聚乙烯，可將溫度維持在約華氏9O°。當(dāng)焊頭溫度到達(dá)華氏13O°至140°時，聚乙烯開始粘附至焊頭。本發(fā)明之焊頭lO可與鐵砧20構(gòu)成一體或是可裝拆的。
可施用本發(fā)明系統(tǒng)之特定應(yīng)用例中，必須把鐵砧20與焊頭1O移至適當(dāng)位置，把鐵砧放在平行于所產(chǎn)生焊接線之方向上。在此實施中不容許在垂直于片料平面之方向上顯著地移動。因此，焊頭的形狀最好使其可沿著平行于焊接線的方向，從完成的焊接件中滑開。
圖4(相同元件亦以相同數(shù)目字表示)中是說明一修正焊頭，其中圖1的半球形貯存空間是以一對排列在交叉布置的錐形突起物l2的兩邊之柱形槽22，24來取代之。這些槽22，24由多個饋送槽貯存部份26饋給，此貯存部份26將溶化材料引入槽22，24以便收集起來。焊接完成時，圖4的焊頭可在平行于焊接線之方向上，從與片材料并列之位置中更輕易地移去，因為在交叉散布的錐形突起物12之間不會顯著地聚積材料，至于圖1實施例之貯存空間14則會聚集材料。因此，可更輕易地橫向移動此焊頭。
參考圖5，單群焊頭(概略表示為10)包括多個交錯錐形突起物82，此突起物82可拆換地裝在鐵砧或支撐板90內(nèi)。在突起物82之間也可改用多個用占頭鉆成的凹形貯存空間R。此類多個焊接群一般是沿著焊接線配置。錐形突起物82用來集中超音波能量，且排開熔融物而突起物的各個頂點88則接觸片料。此錐形突起物82可采用適用來集中超音波能量且?guī)椭詣俞尦鲋魏涡螤睿瑘D5是說明錐形的一種形式。應(yīng)注意到“錐形”一詞是涵蓋廣義的錐形，并不限于正圓錐形，正圓錐形僅為可使用在本發(fā)明的焊頭中之一種錐形實施例。舉例言之，金字塔形亦屬于錐形之一般定義范圍內(nèi)。
圖6是本發(fā)明第一較佳實施例之單個焊頭的放大圖。焊頭11為單個單元，其包括一軸柄83，具直徑B之底部84以及從此底部向上延伸之具高度A的錐形突起物82。諸如圖6所示之焊頭中，頂點88與底部84之間之高度A的距離約為兩個厚度相等被焊片料中的單個片料厚度的3倍。此外，焊頭的構(gòu)造方式最好使高度A與底部84的寬度B之比率約略等于1.2。
圖7之側(cè)視圖說明在反焊點方法中，用來焊接片料之本發(fā)明單個焊頭11的操作方式。為了有助于超音波反點焊接，焊頭11是固定至一固定鐵砧或座鐵90，座鐵90放置在兩個具相等厚度且將焊在一起之片料100，110的一邊上。圖7進一步說明放置在片料的相反面上之活動角狀物120，此片料藉著本發(fā)明之點焊法焊接起來。裝設(shè)在角狀物120上面之正向止擋86A是與固定止擋86B有效配合以限制角狀物之向下沖程。當(dāng)角狀物120下降時，其將片100與110推向焊頭81，導(dǎo)致錐體82刺穿片110，并且約略穿過片100的一半厚度，此貫穿程度是由止擋86A，86B加以控制。因此，錐體82約略貫穿材料片厚度A1的1.5倍。錐體82的高度約為3A1(片料厚度的3倍)，如此，在片料110與鐵砧90之間即產(chǎn)生厚度B1之自由貯存空間89。
超音波能量是經(jīng)由超音波角狀物120施至被焊接的片料。當(dāng)許多超音波焊頭81的錐形突起物82沿著焊接線貫穿片料時，超音波能量被集中而熔融物被于這些點排出。片料因而軟化，在片料之間構(gòu)成熔化池92。諸如94處之熔化材料亦聚積在鐵砧90與材料片110之間的自由空間89內(nèi)。如同前述，空間89是由止擋86A與86B造成的，其容許錐體82僅插入片料110與片料100厚度的一半。超音波焊接作用所造成之逆流熔化材料在鐵砧90的上方，從片料100，110中懸垂下來。自由流動之熔融片料乃從超音波能量聚集區(qū)域中有效地移去大部份的熔化材料，避免熔化材料被過度加熱。如此，超音波能量可較佳地集中在未熔化材料上，以繼續(xù)進行焊接處理。
當(dāng)點焊已達(dá)所欲深度(底片料110之厚度的1.5倍，正止擋86A，86B控制此距離)時，超音波能量即停止供給，熱塑性片料的冷卻將使其收縮。錐形突起物82的形狀使得焊頭81的錐體82從片料中自動釋出。
如此，圖5，6與7之焊頭形狀有助于焊頭在焊接之后從片料中自動釋出，并且藉著提供一天然貯存空間來堆積從并列片料至錐形空起物82的位置中流出之大部份熔化片料，因而得出改良式焊接。
此外，高度與基部比率約為1.2之頭長的焊頭部份82(如同圖6中所示)可加強貫穿片料的能力，其在焊接過程中，要求的電源負(fù)載較低，而仍提供適度焊接強度。
另外，錐形突起物82的錐度約為45°，因而造成排開的熔化片料較少，面提供外觀較合人意的焊接。
本發(fā)明之圖7實施例說明眾所熟知的反點焊法，惟亦可藉著將焊頭裝在超音波角狀物120上，如此以使本發(fā)明之焊頭可施用在正常點焊中。
超音波焊接角狀物120的外部區(qū)域一般是產(chǎn)生較低超音波能量，因而在角狀物之外圍區(qū)域中造成較弱焊接。依據(jù)圖8所示之本發(fā)明，在鐵砧座鐵AB之外圍區(qū)域中的焊頭組W1與W7具有的埋頭孔深度(圖7之85)，以放置可裝拆的焊頭的底部，此埋頭孔比沿著焊接線之鐵砧座鐵上的其余焊頭組W2至W6之埋頭孔深度約淺0.010吋。如此，焊頭組W1至W7中的錐體將進一步貫穿至材料100，110內(nèi)。此乃補償了超音波角狀物120之外圍區(qū)域之較低功力輸出的固有特征。
如圖7所示，焊頭11之軸柄83與底部84可在鐵砧體90的埋頭孔內(nèi)裝拆，以利維護與拆換。更重要地，鐵砧上之每組焊頭的個數(shù)與大小可較易地改變，以獲得沿著焊接線之最佳焊接強度，因而能用于焊接較多種聚合物材料及/或具較寬厚度范圍之各種片料。雖然一般說來某組中如有較多熔化池，則該組就有較高的拉力強度。
較佳實施例中，本發(fā)明之焊頭是用來點焊高密度聚乙烯片。然而，任何適當(dāng)材料皆可施用本發(fā)明之焊接裝置來焊接之。
同理，本發(fā)明之焊接角狀物與焊頭可由任何適當(dāng)材料制成。較佳實施例中，焊頭81由鋁制成，且隨即接受硬層陽極處理(hard-coat anodized)，以獲得較佳磨損阻抗。此焊端隨后以商標(biāo)名稱為“TEFLON”之聚四氟乙烯加以處理，防止表面粘附住。此外，焊頭81亦可由其余諸如碳鋼之類材料，藉著適當(dāng)熱處理制成的。
以前若在自動化生產(chǎn)中使用此數(shù)型系統(tǒng)，將在焊頭內(nèi)造成殘余熱堆積。因此必須在鐵砧內(nèi)提供冷卻通道，以控制焊頭的溫度。本發(fā)明中，藉著焊接線之每組焊頭的適當(dāng)個數(shù)與幾何形狀可降低如上所揭示之殘余熱堆積。
另外，由于鐵砧從不接觸熔化材料或是被焊接的片料，故傳到鐵砧上的熱較少。
圖9為用在反焊接方法中之本發(fā)明第二較佳實施例單個焊頭的放大圖。焊頭8l為單個單元，其包括一軸柄83，直徑為B之底部84以及從此底部中延伸出之具高度A的截頭錐形突起物82。依據(jù)本發(fā)明，吾人應(yīng)了解到圖9的焊頭可取代圖5，6與8中之焊頭。諸如圖9所示之焊頭中，末稍與底部84之間之高度A約為被焊接的兩個厚度相等之片料中單個片料厚度的
倍。此外，焊頭的構(gòu)造方式較佳是使得高度A與底部84之寬度B的比率約等于0.76。
圖9亦說明在反焊點處理中，用來焊接片料之圖9單個焊頭81之第二較佳實施例操作方式。為了有助于超音波反點焊，焊頭81是固定鐵砧或座鐵90上，此鐵砧90放置在兩個厚度約略相等且將被焊接在一起的材料片l00，110的一邊上。圖9進一步說明放置在將依據(jù)本發(fā)明之點焊法焊接之片料的反面之活動角狀物l20。
依據(jù)圖9的焊頭，若有必要，圖7的正向止擋86A可除去，或是可保留之。當(dāng)角狀物120降低時，將片料100與l10推向焊頭81，導(dǎo)致截頭錐形端82刺穿110并且貫穿材料片100的一半以上厚度。當(dāng)然，貫穿程度是由焊頭81之底部84的肩部84S以上的截頭錐形端82控制止。截頭錐形端82所貫穿距離為材料片厚度A1的1.5倍以上。截頭錐形端82的高度加上鐵砧體20的頂部上方之底部84的延伸高度約為3.5A1(材料片厚度的3.5倍)。如此，乃在片料110與鐵砧90之間造成厚度B1之自由貯存空間89。
超音波能量是經(jīng)由超音波角狀物120，施至被焊接的片料。當(dāng)超音波焊頭82之多個錐形突起物82沿該焊接線貫穿片料時，超音波能量即集中在這些點中。片料因而軟化，構(gòu)成片料之間之熔化池92。諸如在94處之熔化材料是堆積在鐵砧90與片料110之間之自由空間89內(nèi)。如上所述，空間89是由底部84的延伸部份與鐵砧90的頂部上方之肩部84S產(chǎn)生的，其乃容許截頭錐形端82被插入片料100，110之受控深度中。如同在圖7實施例中一般，超音波焊接作用所產(chǎn)生之逆流熔化材料將從鐵砧90上方之片料100，110中橫向懸垂下來到94。熔化材料的自由流動可將大部份的熔化材料從超音波能量集中區(qū)域中有效地移除，避免過度加熱熔化材料。如此，超音波能量可較佳地集中在未軟化材料上，以繼續(xù)焊接。
當(dāng)點焊已到達(dá)所欲深度(底部84的肩部84S控制此距離)即中止施加超音波能量。熱塑片料的冷卻導(dǎo)致其自身收縮。截頭錐形端82的形狀使得焊頭81的末端82從片料中自動釋出。
此外，當(dāng)?shù)撞?4的肩部84S在鐵砧體90的頂部上方延伸一距離B1時，熔化材料亦均勻且徑向地散布在并列片之間，產(chǎn)生一勻稱且強度較強的焊接，此是由于角狀物施力使片料100與110靠向底部84的肩部84S之緣故。
另外，在截頭錐形端82上面的錐形具有一夾角約為45°，排開較少的熔化材料，而提供一個外觀更合人意的焊接。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明可用來點焊熱塑片料。
很明顯地，熟悉本科技之士可對本發(fā)明之裝置作各種變化與修正。本發(fā)明之范圍并不限于說明文或圖式，而是由所附請求專利部份決定的。
權(quán)利要求
1.一種用來點焊片料的裝置包括用來提供超音波振動能量以加熱該材料之超音波能量應(yīng)用裝置；用來將該超音波振動能量集中在被焊接之予定點上的裝置；毗鄰該點但具有一定空間之貯存裝置，其用來容納從與該集中裝置并列之位置中移出的材料因而加強所造成焊接的強度。
2.依據(jù)權(quán)利要書中第1項的裝置，特征為，該集中裝置包括相應(yīng)被焊接點之錐形突起物，該錐形突起物的形狀使其能從該片料中自動釋出。
3.一種用來點焊片料的裝置包括用來提供超音波振動能量以加熱該材料之超音波能量應(yīng)用裝置；用來將超音波振動能量至少集中在被焊接的予定點上之裝置；用來將該超音波應(yīng)用裝置與該集中裝置沿著被焊接的接縫，移至與該片料相接觸的裝置，并且維持該接觸，直到焊接完成為止；及毗鄰該點之貯存裝置，其可容納從該集中裝置的并列位置中移出的材料，因而加強所造成焊接的強度。
4.依據(jù)權(quán)利要求
書第3項的裝置，特征為，該集中裝置包括相應(yīng)被焊接點之錐形突起物，該錐形突起物的形狀使其可從該片材料中自動釋出。
5.依據(jù)權(quán)利要求
書第4項的裝置，特征為，該錐體為正圓錐形。
6.依據(jù)權(quán)利要求
書第4項的裝置，特征為，該錐體為金字塔形。
7.依據(jù)權(quán)利要求
書第4項的裝置，特征為，該貯存裝置包括與每個錐形突起物相關(guān)聯(lián)的貯存空間。
8.依據(jù)權(quán)利要求
書第7項的裝置，特征為，該貯存空間的體積至少為其相關(guān)聯(lián)錐形突起物的
倍。
9.依據(jù)權(quán)利要求
書第4項的裝置，特征為，該貯存裝置的總體積至少為該錐形突起物總體積的
倍。
10.依據(jù)權(quán)利要求
書中第3項的裝置，還包括用來冷卻該集中裝置的裝置，以使溫度維持低于不致使該材料粘附至該集中裝置之溫度。
11.依據(jù)權(quán)利要求
書中第3項的裝置，特征為，該片料為熱塑性材料。
12 .一種用來點焊片料的裝置包括用來沿著一所欲焊接線，并列支撐第一與第二片料之裝置；用來產(chǎn)生超音波能量之超音波產(chǎn)生裝置；位于該片料的第一面上之超音波換能裝置，其可沿著該焊接線，傳輸超音波能量至該片料；用來將超音波振動能量沿著該焊接線集中在被焊接的予定點上之裝置；用來支撐住在該焊接線的第二面上的集中裝置之鐵砧裝置；用來使該超音波換能器裝置與該集中裝置沿著焊接線移至與該片料相接觸之裝置，并且維持該接觸，直到焊接完成為止；及以該鐵砧裝置支撐住之貯存裝置，被用來容納由與該集中之裝置的并列位置中移出的材料，以加強所造本焊接。
13.依據(jù)權(quán)利要求
書第12項的裝置，特征為，該放置與維持裝置在該焊接完成時，將該換能裝置與該集中裝置撤去，使不與該片料相接觸；該集中裝置的形狀有助于該材料冷卻時，該集中裝置從該片料中自動釋出。
14.依據(jù)權(quán)利要求
書中第13項的裝置，特征為該集中裝置包括相應(yīng)于各焊接點的錐形突起物，該錐形突起物的形狀使其可從該片料中自動釋出。
15.依據(jù)權(quán)利要求
書中第14項的裝置，特征為該片料為熱塑性材料。
16.依據(jù)權(quán)利要求
書中第14項的裝置，特征為，該貯存裝置包括多個沿著該鐵砧裝置，與該錐形突起物交錯散布之貯存部份。
17.依據(jù)權(quán)利要求
書中第16項的裝置，特征為，該貯存部份的形狀為半球形。
18.依據(jù)權(quán)利要求
書第16項的裝置，特征為，該放置與維持裝置在基本垂直于該材料所界定之平面的方向上，降低該換能裝置，使與該片材料相接觸。
19.依據(jù)權(quán)利要求
書第13項的裝置，特征為，該放置與維持裝置僅在基本平行于該焊接線之橫方向上移動該鐵砧；該集中裝置與該貯存裝置的形狀使其可藉著該橫向移動，與焊接的片料輕易地分開。
20.依據(jù)權(quán)利要求
書中第16項的裝置，特征為，該維持與放置裝置在基本平行于該焊接線之橫方向上移動該鐵砧；該錐形突起物與該貯存部份的形狀使其可藉著該橫向移動，與焊接過的片料輕易地分開。
21.依據(jù)權(quán)利要求
書中第20項的裝置，特征為，該貯存裝置包括毗鄰于該錐形突起物且基本平行于該焊接線之槽；該槽是相互連結(jié)至該貯存部份，該貯存部份將該移動材料引至槽內(nèi)。
22.依據(jù)權(quán)利要求
書中第21項的裝置，特征為，在該焊接線的每邊上提供一槽。
23.依據(jù)權(quán)利要求
書第16項的裝置，特征為，該貯存部份的體積至少為該錐形突起物體積的
倍。
24.依據(jù)權(quán)利要求
書中第22項的裝置，特征為，該槽與該貯存部份的體積至少為該錐形突起物體積的
倍。
25.依據(jù)權(quán)利要求
書中第14項的裝置，特征為，還包括用來冷卻該錐形突起物的溫度控制裝置，以防止該片料粘附至該錐形突起物。
26.依據(jù)權(quán)利要求
書中第25項的裝置，特征為，該溫度控制裝置包括在該鐵砧裝置內(nèi)之冷卻通道。
27.依據(jù)權(quán)利要求
書中第16項的裝置，特征為，該貯存部份與錐形突起物組成一體，成為一焊頭。
28.依據(jù)權(quán)利要求
書中第27項的裝置，特征為，該焊頭與該鐵砧裝置構(gòu)成一體。
29.依據(jù)權(quán)利要求
書中第27項的裝置，特征為，該焊頭是接受硬層陽極化處理。
30.一種點焊片料的方法是包括將超音波振動能量施至該片料，以加熱該材料；將該振動能量集中在欲焊接的點上，及提供毗鄰于該點的貯存空間，以便幫助移去該加熱過程所產(chǎn)生的熔化材料，加強所造成的焊接。
31.一種點焊多個熱塑片料之方法，其步驟包括a)提供一個毗鄰于該并列熱塑片料表面之鐵砧，其中至少一個焊頭從鐵砧中延伸出來，該焊頭具有一個附著至該鐵砧的基部以及一個在該鐵砧上方且與該鐵砧隔開預(yù)定高度之頂點；b)將該焊端插入該并列片料表面達(dá)一充分距離，以便至少部份貫穿被焊接的每個材料片，該距離小于該鐵砧上方之該末梢的高度，因而提供該鐵砧與片料表面之間的貯存空間；及c)將超音波能量施至毗鄰該焊頭的熱塑片料；其中熔化熱塑材料可自由流入該貯存空間內(nèi)。
32.依據(jù)權(quán)利要求
書中第31項的方法，特征為，多個鐵砧提供在沿著焊接線延伸之公共支撐件上面，該焊接線是構(gòu)成在該并列片中，該每個鐵砧之中安置著多個可裝拆的焊頭。
33.依據(jù)權(quán)利要求
書中第32項的方法，特征為該超音波能量是由沿著該焊接線的整個長度延伸之焊接角狀物施予，毗鄰該焊接線的末梢所施予的超音波能數(shù)比沿著該焊接線之中間位置處能量稍弱，毗鄰該焊接線的邊緣之鐵砧上焊頭的高度比該焊接線邊緣的中間部份之鐵砧上焊頭的高度稍大；如此，焊頭之較大高度可補償焊接角狀物所施予的超音波能量較弱區(qū)域。
34.一種用來將超音波能量施至多個并列熱塑片料，以使片料點焊在一起之焊頭組件，其包括一個用來支撐至少一個錐形焊頭之鐵砧，該錐形焊頭的底部支撐在該鐵砧的主要表面上，并且具有一個平行于該主要表面之最大底部尺寸B，該錐形焊頭的頂點位于該主要表面上方之高度A中，A/B的比率約為1.2。
35.依據(jù)權(quán)利要求
書中第34項的焊頭組件，特征為，該錐形焊頭為正圓錐形，B為其底部直徑。
36.依據(jù)權(quán)利要求
書中第34項的焊頭組件，特征為，該鐵砧上面的多個焊頭是沿著鐵砧縱長方向，交錯分布在兩個平行行列中。
37.依據(jù)權(quán)利要求
書中第36項的焊頭組件，特征為，該焊頭和該鐵砧的連接是可裝拆的。
38.一種用來將多個熱塑材料片點焊在一起之系統(tǒng)，其包括a)毗鄰于該并列熱塑片料的表面之焊接鐵砧，其中至少一個焊頭從該鐵砧中延伸，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隔開一預(yù)定高度之頂部；b)用來將該焊頭插入該并列片料表面達(dá)一充分距離之裝置，以便至少部份貫穿被焊接的每個片料，該距離小于該鐵砧上方之該頂部的高度，因而提供在該鐵砧與片料表面之間之貯存空間；及c)用來將超音波能量施至毗鄰該焊頭的熱塑材料；如此，熔化熱塑材料可自由流入該貯存空間內(nèi)。
39.依據(jù)權(quán)利要求
書中第38項的系統(tǒng)，特征為，其中多個焊接鐵砧裝在沿著該并列材料片中的焊接線延伸之公共支撐件上面，該每個焊接鐵砧中具有多個可裝拆的焊頭。
40.依據(jù)權(quán)利要求
書中第39項的系統(tǒng)，特征為，該超音波能量由沿著該焊接線延伸之焊接角狀物施予，毗鄰該焊接線的邊緣所施予之超音波能量比沿著焊接線之中間位置處能量稍弱，毗鄰該焊接線邊緣之鐵砧上焊頭的高度比該焊接線邊緣的中間部份之焊接鐵砧上焊頭的高度稍高；如此，焊頭之較高高度可補償焊接角狀物在較弱區(qū)域施予的超音波能量。
41.依據(jù)權(quán)利要求
書中第38項的系統(tǒng)，特征為該鐵砧至少支撐一個錐形焊頭，該錐形焊頭的底部支撐在該鐵砧之主要表面上，且具有一個并行于該主要表面之最大底部尺寸B，該錐形焊頭的頂點位于該主要表面上方之高度A中，A/B的比率約為1.2。
42.依據(jù)權(quán)利要求
書中第41項的系統(tǒng)，特征為，該錐形焊頭為正圓錐形，B為底部直徑。
43.依據(jù)權(quán)利要求
書中第41項的系統(tǒng)，特征為，該鐵砧上面的多個焊頭是沿著縱長方向，交錯分布在兩個平行行列中。
44.依據(jù)權(quán)利要求
書中第43項的系統(tǒng)，特征為，該焊頭可從該鐵砧中自由裝拆。
45.依據(jù)權(quán)利要求
書中第40項的系統(tǒng)，特征為，該插入裝置包括用來將該焊接角狀物移向該并列片料的反面的反面之裝置，因而將材料片推入該焊頭內(nèi)，以及當(dāng)該焊頭貫穿該片料達(dá)充分距離時，用來中止該焊接角狀物的移動之止動裝置。
46.依據(jù)權(quán)利要求
書中第38項的系統(tǒng)，特征為，該鐵砧支撐至少一個截頭錐形焊頭，該焊頭的底部支撐在該鐵砧之主要表面上方之該距離中，并且具有一個平行于該主要表面之最大底部尺寸B，該截頭錐端的末梢位于該主要表面上方之高度A中，A/B的比率約為0.76。
47.依據(jù)權(quán)利要求
書中第46項的系統(tǒng)，特征為，該焊頭為正圓錐形的一部份，B為其底部直徑。
48.依據(jù)權(quán)利要求
書中第46項的系統(tǒng)，特征為，該鐵砧上面的多個焊頭是沿著縱長方向，交錯分布在兩個平行行列中。
49.依據(jù)權(quán)利要求
書中第46項的系統(tǒng)，特征為，該焊頭可從該鐵砧中自由裝拆。
50.一種用來將超音波能量施至多個并列熱塑片料，以使材料片點焊在一起之焊頭組件，其包括用來支撐至少一個截頭錐形焊頭之鐵砧，該焊頭的底部支撐在該鐵砧的主要表面上，并且具有一個并行于該主要表面之最大底部尺寸B，該錐形端的頂點位于該主要表面上方之高度A中，A/B的比率約為0.76。
51.依據(jù)權(quán)利要求
書中第34項的焊頭組件，特征為，該錐形焊頭為正圓錐形的一部份，B為其底部直徑。
52.依據(jù)權(quán)利要求
書中第50項的焊頭組件，特征為，該鐵砧上面的多個焊頭是沿著縱長方向，交錯分布在兩個平行行列中。
53.依據(jù)權(quán)利要求
書中第52項的焊頭組件，特征為，該焊頭可從該鐵砧中自由裝拆。
54.依據(jù)權(quán)利要求
書中第46項的系統(tǒng)，特征為，截頭錐形焊頭的底部以一圓柱形突起物支撐住，此圓柱形突起物從該鐵砧中延伸出，并且高度為該距離，該圓柱形突起物的直徑比最大底部直徑B大，因而提供在該基本周圍之肩部，其中該肩部作為對著該表面之止動件。
55.依據(jù)權(quán)利要求
書中第38項的系統(tǒng)，特征為，該插入裝置包括用來將焊接角狀物移向該并列片料表面的反面之裝置，因而將該片料推入該焊頭內(nèi)；以及當(dāng)該焊頭貫穿該片料達(dá)充分距離時，用來中止該焊接角狀物的移動之止動裝置。
56.依據(jù)權(quán)利要求
書中第46項的系統(tǒng)，特征為，該插入裝置包括用來將該焊接角狀物移向該并列片料表面的反面之裝置，因而將該片料推入該焊頭內(nèi)；以及當(dāng)該焊頭貫穿該片料達(dá)充分距離時，用來中止該焊接角狀物的移動之止動裝置。
57.依據(jù)權(quán)利要求
書中第54項的系統(tǒng)，特征為，該插入裝置包括用來將該焊接角狀物移向該并列片料表面的反面之裝置，因而將該片料推入該焊頭內(nèi)；以及當(dāng)該焊頭貫穿該片料達(dá)充分距離時，用來中止該焊接角狀物的移動之止動裝置。
專利摘要
本發(fā)明是揭示一種超音波焊頭組件及相關(guān)使用方法，由于提供了用來收集熔化材料的貯存空間，使熔化材料可從焊點與焊點中流出去，因此，克服了熔化材料聚積在焊點與焊頭四周之問題。所揭示的錐形焊頭之錐體高度為A，基部寬度為B，A/B的比率就錐形焊頭而言為1.2，就截頭錐(frusto-conical)焊頭而言為0.76。此焊頭是支撐在鐵砧(anuils)上。在焊接處理中，焊頭僅部分插入材料內(nèi)，以使鐵砧維持與材料隔開。
文檔編號B29C65/08GK85106066SQ85106066
公開日1986年9月17日 申請日期1985年7月12日
發(fā)明者加里·巴赫 申請人:可口可樂公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan