УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПАИВАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОМ Российский патент 1998 года по МПК B23K1/06 B29C65/08 

Данное изобретение относится к устройству для запаивания ультразвуком, включающему блок привода, подсоединенный к источнику питания переменного тока.

Обычное устройство для запаивания ультразвуком состоит из преобразователя, бустера и концентратора. В преобразователе электрические колебания преобразуются в механические колебания, бустер предназначается для фиксации системы механическим путем и усиления амплитуды. В концентраторе имеет место дальнейшее усиление амплитуды. Одновременно он обеспечивает требуемую поверхность пайки. Известные и хорошо проверенные устройства запаивания ультразвуком имеют недостаток, заключающийся в относительной громоздкости. Для определенных практических применений желательно реализовать устройство запаивания ультразвуком, который имеет значительно меньший размер.

В упаковочной промышленности, которая имеет дело с упаковками одноразового использования, обычно запаиваются пленки с термопластиком или чистого термопластикового материала. Эти пайки обычно выполняются с использованием тепла или, когда пленка включает алюминиевую фольгу, с использованием индукционного тепла. Однако желательна возможность создания пайки ультразвуком, так как это не требует пленки, которая включает металлическую фольгу. Известные устройства запаивания ультразвуком оказались слишком громоздкими.

Наиболее близким техническим решением является устройство для запаивания ультразвуком, описанное в SU, авторском свидетельство N 1222464, МКИ B 23 K 20/10, 07.04.86. Известное устройство, как и заявленное, включает блок привода, подсоединенный к источнику тока, и концентратор. Однако это устройство также имеет значительные габариты.

Малогабаритная аппаратура запаивания ультразвуком уже производится. Однако она ротационно-симметричная и может выполнять только точечную сварку.

В предлагаемой заявке в пределах упаковочной промышленности желательно выполнять поперечные спаивания определенной длины, т.е. длинную и узкую пайку.

Одним преимуществом данного изобретения является реализация устройства для запаивания ультразвуком, чьи размеры значительно меньше известных и которое обеспечивает выполнение длинных и узких сварочных соединений.

Это и другие преимущества достигаются в данном изобретении за счет оснащения его одним или более реакционными телами, которые вместе с концентратором составляют половину длины волны. Реакционное тело сопряжено с концентратором через узловую плоскость и размещено таким образом, что оно окружает блок привода.

Теперь будет детально описано предпочтительное воплощение устройства для пайки ультразвуком со ссылками на фиг. 1 - 5.

На фиг. 1 изображено устройство запаивания ультразвуком; на фиг. 2 - первое воплощение устройства в соответствии с изобретением; на фиг. 3 - второе воплощение устройства в соответствии данным с изобретением; на фиг. 4 - еще одно воплощение устройства в соответствии с данным изобретением; на фиг. 5 - принцип для амплитуды устройства.

Чтобы сделать возможным использование запаивания ультразвуком в заливочных машинах, необходимо компактное устройство запаивания, в котором амплитуда однородных колебаний устанавливается на всей поверхности пайки так, чтобы была получена равная и надежная сварка вдоль всего трансверсного шва или места соединения.

Фиг. 1 показывает принцип устройства запаивания ультразвуком в соответствии с данным изобретением, который имеет компактные конструктивные размеры и назначение которого делает возможной равномерную и надежную пайку вдоль всей поверхности пайки. Устройство включает блок привода 1 конвенционного типа, который вырабатывает колебания. В предпочтительном варианте блок привода состоит из пьезоэлектрических керамических пластин 2, которые расположены с промежуточными металлическими листами 3, предпочтительно изготовленными из никеля или бериллиевой меди. Блок привода 1, кроме того, состоит из противовеса 4, и вся схема крепится на устройстве посредством скрепляющего болта 10.

Альтернативно может быть использован магнитострикционный блок привода 1. Блок привода 1 соединен с источником питания переменного тока /не показан/.

Нижняя плоскость блока привода 1 составляет узловую плоскость 5 устройства. При этом осуществляется механическая фиксация системы, а немного скошенная кромка 6 одновременно служит как фиксационная кромка и делает возможной защиту устройства. Защита устройства должна быть упруго податливой с тем, чтобы компенсировать некоторые остаточные колебания в узловой плоскости.

Ниже узловой плоскости расположен концентратор 7, в котором имеет место усиление амплитуды. Концентратор 7 обеспечивает устройство требуемой ему поверхностью пайки 8. Конфигурация концентратора должна быть суживающейся по направлению к поверхности пайки 8. Для примера, эта конфигурация может быть получена в концентраторе 7, уменьшенном с его наибольшей поверхности около узловой плоскости 5, с изогнутой боковой поверхностью 11 к поверхности пайки 8, как показано на фиг.4. Альтернативно, эта конфигурация может быть сделана экспоненциально, т. е. быть экспоненциалом или катеноидом. Предпочтительно, чтобы поверхность пайки 8 была длинной и узкой для того, чтобы в состоянии достигнуть желаемой трансверсной пайки на упаковочном бланке. Поверхность пайки 8 пригодна к обеспечению одной или более канавками, где имеет место реальное нагревание на материале. Альтернативно, поддерживающая поверхность /не показана/ может быть обеспечена канавками, в то время как поверхность пайки 8 ровная. Еще одной альтернативой является деление поверхности пайки 8 на две более узкие взаимно дискретные, но параллельные поверхности пайки 8. Подобно фиксационной кромке 6, концентратор 7 изготовлен из легкого металла или сплава легких металлов, предпочтительно алюминия, но также могут применяться другие металлы, такие как титан.

Устройство далее включает реакционные массы, так называемые реакционные тела 9, которые окружают блок привода. Эти реакционные тела изготовлены из легкого металла, предпочтительно алюминия, таким образом, концентратор 7, фиксационная кромка 6 и реакционные тела 9 составляют однородный блок. Альтернативно, эти части могут быть изготовлены отдельно и последовательно собраны. Реакционные тела 9 могут быть различной конфигурации, но должны быть как можно более большими, и в предпочтительном воплощении согласно фиг. 2 они поэтому обеспечены мягко изогнутой поверхностью, обращенной к блоку привода 1. Реакционные тела 9 могут быть экспоненциальной конфигурации, которая также изогнута стороной, обращенной к блоку привода 1, как показано на фиг. 3, или искривленной поверхностью стороны 12, как показано на фиг. 4. Реакционные тела 9 также могут быть выполнены как полностью непрерывная масса, которая целиком или частично окружает блок привода 1.

Комбинируя соответствующим образом конфигурацию концентратора 7 и конструкции реакционных тел 9, достигается получение резонансной частоты, которая является настолько чистой, насколько возможно, без разрушающих элементов от других резонансных частот вблизи частотной камеры.

Выше описанные устройства запаивания ультразвуком согласно фиг.1-3 реализуют узкую и длинную пайку, которая соответствует длине поверхности пайки 8. Когда требуется более длинная поверхность пайки 8, несколько устройств запаивания ультразвуком, соответствующих изобретению, могут быть соединены для добавочной длины. Альтернативно, могут быть изготовлены более длинные приборы, которые затем требуют щели в концентраторе 7, с тем, чтобы компенсировать возникающие поперечные колебания. Однако более длинный концентратор дает более неровную амплитуду на поверхности пайки 8, которая может привести к неровной пайке.

Когда устройство, соответствующее изобретению, соединяется с источником питания переменного тока /не показан/ через блок привода 1, пьезоэлектрический керамический блок 2 преобразует подаваемое электрическое напряжение в механическую деформацию, которая передает энергию в концентратор 7, который в этом случае начинает колебаться. Когда концентратор 7 начинает колебаться, возникают противоположные силы /противоположные колебания/, которые ассимилируются активными телами 9. В этом случае узловая плоскость 5, которая в принципе состоит из фиксированной кромки 6, имеет место между этими колебаниями.

Фиг. 5 показывает амплитуду устройства. Устройство составляет полуволновой резонатор с центрально размещенной узловой плоскостью 5, где амплитуда равна 0. Полная длина устройства, таким образом, составляет длину полуволны. Устройству придаются также такие размеры для того, чтобы общая узловая плоскость 5 имела место для каждой точки в устройстве. Реакционные тела 9 также должны быть сконструированы так, чтобы не было нежелательных колебаний.

Как очевидно из описания, данное изобретение раскрывает устройство для запаивания ультразвуком, которое представляет собой контактный блок, который может выполнять длинную, узкую и равномерную пайку.

Данное изобретение не должно рассматриваться как органическое описание выше и показанным на фиг. 1 - 5, возможно множество модификаций без отступления от духа и сферы действия представленной формулы изобретения.

Изобретение относится к устройствам компактных конструктивных размеров для пайки ультразвуком. Состоит из блока привода 1, концентратора 7 с длинной и узкой поверхностью пайки 8 и одного или более реакционных тел 9. Длина устройства составляет половину длины волны. Реакционное тело сопряжено с концентратором через узловую плоскость. Реакционные тела размещены вокруг блока привода. Узловая плоскость представляет собой зону механической фиксации элементов устройства. Концентратор и реакционные тела выполнены из легкого металла. Устройство имеет малые габариты и обеспечивает получение узких и длинных сварных швов. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для запаивания ультразвуком, включающее блок привода, подсоединенный к источнику переменного тока, и сопряженный с ним концентратор, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним реакционным телом, сопряженным с концентратором через узловую плоскость и размещенным таким образом, что оно окружает блок привода, при этом общая длина устройства составляет половину длины волны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок привода выполнен в виде пьезокерамических пластин. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок привода выполнен в виде магнитострикционного блока. 4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что концентратор выполнен с длинной и узкой поверхностью пайки. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что концентратор выполнен с изогнутой боковой поверхностью от узловой плоскости в зоне его наибольшей протяженности поверхности пайки. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что концентратор имеет экспоненциальную или экспоненциальноподобную конфигурацию. 7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что концентратор имеет катеноидную конфигурацию. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено двумя реакционными телами. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что реакционные тела выполнены с изогнутой боковой поверхностью. 10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что реакционные тела имеют параллелепипедную форму, при этом часть поверхности, обращенная к блоку привода, выполнена изогнутой. 11. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что реакционные тела имеют экспоненциальную конфигурацию, при этом часть поверхности, обращенная к блоку привода, выполнена изогнутой. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узловая плоскость представляет собой зону механической фиксации элементов устройства. 13. Устройство по любому из пп.1 - 12, отличающееся тем, что концентратор и реакционные тела выполнены из легкого металла. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что в качестве легкого металла используют алюминий.