[發明專利]控制超聲波焊接系統的焊頭與砧部間的間隙的方法和設備

有效

• 申請號: 200580045835.8
• 申請日: 2005-12-29
• 公開（公告）號: CN101094761A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 塞廷德爾·K·納亞爾;保羅·M·費蒂格;唐納德·L·泊察爾特;唐納多·S·奧布拉克;約翰·R·姆利納爾
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: B29C65/64
• 分類號: B29C65/64;B23K20/10;B29C65/08;B06B3/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 劉建功;車文

技術領域

本發明涉及超聲波焊接，更具體地說，涉及一種用于響應工藝條件的變化調節超聲波焊頭位置的系統和裝置。

背景技術

在超聲波焊接(有時稱為“射聲焊接”或“聲波焊接”)中，將要被連接在一起的兩個部件(通常為熱塑性部件)放置在用于提供振動能量的稱之為超聲波“焊頭”的工具附近。這些部件(或工件)約束在該焊頭和砧部之間。通常，焊頭豎直地設置在該工件和砧部之上。焊頭通常以20,000Hz到40,000Hz的頻率振動，通常在壓力下以摩擦熱的形式傳輸能量給該部件。由于摩擦熱和壓力，該兩部件至少其中之一的一部分變軟或熔化，因此連接該兩部件。

在焊接過程中，交流(AC)信號供給焊頭組件，該焊頭組件包括轉換器(conventer)、增強器和焊頭。該轉換器(也稱為變換器)接收AC信號并且通過以等于該AC信號的頻率進行壓縮和膨脹對其進行響應。因此，聲波通過該轉換器傳輸給增強器。由于聲波波前傳播通過增強器，其被放大，并且被焊頭所接收。最后，該波前通過焊頭傳播并且傳給工件，因而如前所述將它們焊接在一起。

另一種類型的超聲波焊接是“連續超聲波焊接”。這種類型的超聲波焊接通常用于連接織物和薄膜，或其他“幅材”(web)工件，該工件能夠以連續的方式供給通過該焊接設備。在連續焊接中，超聲波焊頭通常是固定的，而被焊接的部件在它下面移動。一種類型的連續的超聲波焊接利用旋轉地固定的條形焊頭和轉動的砧部。工件放置在該條形焊頭和砧部之間。焊頭通常向著工件縱向延伸并且振動沿著焊頭軸向傳播進入工件中。在另一種類型的連續超聲波焊接中，焊頭是旋轉型的，其為圓柱形的并且繞縱軸旋轉。輸入的振動是沿著該焊頭的軸向，而輸出的振動是沿著焊頭的徑向。焊頭放置在靠近砧部，該砧部通常也能夠旋轉，以便將被焊接的工件以線性速度通過該圓柱形表面，該速度大致等于該圓柱形表面的切線速度。這種類型的超聲焊接系統公開在美國專利No.5,976,316中，其整個內容通過參考結合于此。

在上述每種類型的超聲焊接技術中，在焊接過程中將被連接的工件設置在焊頭和砧部之間。焊頭和砧部之間的間隙在工件被連接時形成保持和擠壓工件的夾緊力。超聲波焊接工藝形成的產品的物理特征部分地是該焊頭和砧部之間間隙的函數。因此，為了制造給定的產品，希望有特定的間隙。因此，希望用于超聲波焊接系統的安裝系統使焊頭能夠沿著矢量可調節地定位，使得焊頭能夠根據希望的間隙或者更接近砧部，或者更遠離砧部。

而且，在連續超聲波焊接的范圍內，焊頭的縱軸線應當基本平行于砧部的縱軸線。這樣的設置通常確保砧部和焊頭之間的存在的間隙沿著該焊頭的長度基本上是不變的。因此，還希望安裝系統允許焊頭的縱軸能夠被調節，以便基本上平行于砧部的縱軸。

還有，由超聲波焊接工藝形成的產品的物理特征部分地是該焊頭和砧部相對位置的函數，因此希望安裝系統基本上消除焊頭和砧部的自由度，不需要調節焊頭和砧部之間的間隙，或者使焊頭的縱軸處于與砧部的縱軸成平行的關系。

發明內容

希望有一種減少可得到的自由度，以更好地控制砧部和焊頭之間的間隙的設備。該設備通常包括具有第一軸線的可旋轉的工具輥。該設備還包括用于支撐該可旋轉工具輥的安裝系統，以使該可旋轉工具輥能夠繞其第一軸線旋轉并且使得該可旋轉工具輥只具有兩個附加自由度。該第一附加自由度是沿著垂直于該第一軸線的方向的平移運動。該第二附加自由度是繞該第二軸的旋轉運動，該第二軸同時垂直于該第一軸線和該第一附加自由度的方向。

根據另一個實施例，一種處理不定長的幅材的方法，包括提供用于支撐可旋轉工具輥的安裝系統，使得它能夠繞其第一軸旋轉并且使得該可旋轉工具輥具有只具有兩個附加自由度。該第一附加自由度是沿著垂直于該第一軸的方向的平移運動。該第二附加自由度是繞一個第二軸線的旋轉運動，該第二軸同時垂直于該第一軸線和該第一附加自由度的方向。該方法還包括將具有第一軸線的可旋轉工具輥安裝在該安裝系統內，并且用該工具輥接觸該幅材以便處理該幅材。

附圖說明

在附圖的各圖中，同樣的零部件給予同樣的附圖標記，并且：

圖1是根據本發明的示范性旋轉焊接設備的前右透視圖，該設備具有多個子組件；

圖1A是根據本發明的另一個示范性旋轉焊接設備的前右透視圖，其類似于圖1的設備；

圖2是圖1設備的砧輥子組件的前視平面圖；

圖3是沿著圖2的3-3線截取的該砧輥子組件的剖視圖；

圖4是來自與圖2同一個透視圖的放大的砧輥子組件的前視平面圖；