CN102152478B - 振动焊接装置 - Google Patents

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Abstract

一种振动焊接装置，该振动焊接装置在振动侧处理元件在压力之下与固定侧处理元件发生接触的状态下使振动侧处理元件振动，并且焊接振动侧处理元件和固定侧处理元件，该振动焊接装置包括：构造成夹持振动侧处理元件的第一夹持单元；构造成夹持固定侧处理元件的第二夹持单元；构造成振动第一夹持单元的振动单元；以及构造成释放第一夹持单元夹持振动侧处理元件的状态的释放单元，其中第一夹持单元利用弹性元件的弹性力来移动一施压元件，并对振动侧处理元件施压以夹持振动侧处理元件，并且释放单元相对于第一夹持单元独立地布置，并将利用弹性元件的弹性力施压的振动侧处理元件与第一夹持单元分开。

Description

振动焊接装置
技术领域
本发明涉及一种振动焊接装置，借助于该振动焊接装置，包含热塑材料的振动侧处理元件和固定侧处理元件在其中固定侧上的处理元件被压至振动侧处理元件的状态下通过使振动侧处理元件振动而焊接在一起。
背景技术
本发明涉及一种振动焊接装置，借助于该振动焊接装置，包含热塑材料的振动侧处理元件和固定侧处理元件在其中固定侧上的处理元件被压至振动侧处理元件的状态下通过使振动侧处理元件振动而焊接在一起。
通常，这种类型的振动焊接装置包括：上夹具，其具有夹持振动侧处理元件的电磁驱动系统的振动单元以及比如板簧的振动传递单元；以及下夹具，其具有夹持固定侧上的处理元件的施压设备。振动焊接装置通过使振动侧处理元件粘附于固定侧处理元件并使振动侧处理元件振动来焊接振动侧处理元件和固定侧处理元件两者。
对于振动焊接装置，日本专利申请特开No.10-296460讨论了一种振动焊接装置，其中上夹具包括例如弹性体的缓冲部分，缓冲部分被压至振动侧处理元件，从而夹持振动侧处理元件。缓冲部分的抵靠于上夹具的振动侧处理元件上的抵靠表面和抵靠于下夹具的振动侧处理元件上的抵靠表面都是粗糙表面。因此，上夹具和下夹具与振动侧处理元件的抵靠表面之间由于振动所导致的位置偏差受到抑制，并且因此防止了振动侧处理元件的表面上由于振动传递损失所导致的瑕疵。
然而，常规振动焊接装置用粗糙表面上的摩擦力夹持振动侧处理元件。因此，长期使用会使上夹具的所述表面上的摩擦力退化，并且上夹具的夹持力降低。因而就变得难以减少振动侧处理元件表面上的损伤。
发明内容
本发明旨在提供一种振动焊接装置，其中通过减少振动传递损失防止振动侧处理元件表面上的瑕疵。
根据本发明的一个方面，一种振动焊接装置在振动侧处理元件与固定侧处理元件在压力下相接触的状态下使振动侧处理元件振动，并且焊接振动侧处理元件和固定侧处理元件。该振动焊接装置包括构造成夹持振动侧处理元件的第一夹持单元、构造成夹持固定侧处理元件的第二夹持单元、构造成振动第一夹持单元的振动单元、以及构造成释放第一夹持单元夹持振动侧处理元件的状态的释放单元。第一夹持单元利用弹性元件的弹性力来移动施压元件，并对振动侧处理元件施压以夹持振动侧处理元件，并且释放单元相对于第一夹持单元独立地布置，并将处于弹性元件的弹性力作用下的振动侧处理元件与第一夹持单元分离。
本发明的其他特点和方面从下面参照附图对示例性实施例的详细描述中将变得明显。
附图说明
结合入说明书并构成其一部分的附图示出了本发明的示例性实施例、特点和方面，并且连同说明书一起用来解释本发明的原理。
图1示出了根据本发明示例性实施例的振动焊接装置中的振动侧单元从底侧看到的透视图。
图2示出了图1的分解透视图。
图3A和图3B示出了根据本发明示例性实施例的振动焊接装置的正视图。
图4A和图4B示出了根据本发明示例性实施例的振动焊接装置的振动侧单元的仰视图。
图5A和图5B示出了根据本发明另一示例性实施例的操作的示意图。
具体实施方式
本发明的各个示例性实施例、特点和方面将在下面参照附图详细描述。
图1示出了根据本发明第一示例性实施例的振动焊接装置10中的振动侧单元从底侧看到的透视图。图2示出了图1的分解透视图。图3A和图3B示出了根据本发明的该示例性实施例的振动焊接装置10的正视图。图3A示出了处于静止状态的振动焊接装置10，并且图3B示出了处于焊接操作状态的振动焊接装置10。图4A和图4B示出了图3A和图3B中的振动焊接装置10中的振动侧单元从底侧看到的视图。图4A示出了释放振动侧处理元件的夹持的振动夹具单元，并且图4B示出了夹持振动侧处理元件的振动夹具单元。
首先，描述振动焊接装置10的构造。
振动焊接装置10包括振动侧单元11和固定侧单元12。
振动侧单元11夹持振动侧处理元件W1，并使振动侧处理元件W1振动。
振动侧单元11包括振动发生单元102、振动传递单元103、振动夹具单元100、以及夹持释放单元108。
振动发生单元102、振动传递单元103和振动夹具单元100经由防振橡胶107布置于置于振动焊接装置10的基座110上的支撑杆101上。夹持释放单元108固定至支撑杆101。
防振橡胶107将由振动侧单元11产生的振动设置为仅传递至振动侧处理元件的表面，从而防止振动侧单元11和固定侧单元12的共振。因而，防振橡胶107使得振动焊接装置10更好地执行焊接操作。因此，弹簧可用作防振橡胶107的替代方案。
振动发生单元102利用电磁铁(未示出)的操作产生振动。振动传递单元103将由振动发生单元102产生的振动传递至经由板簧等附连至振动传递单元103的下表面的振动夹具单元100。
作为第一夹持单元的振动夹具单元100包括基部1001和处理元件固定块1005。基部1001由穿过附连孔1006的螺栓固定至振动传递单元103的下表面。用于固定振动侧上的处理元件W1的处理元件固定块1005利用螺栓固定至基部1001的下表面。
如图1所示，处理元件固定块1005包括呈U形布置用以接收振动侧处理元件W的端部部件1005A和一对侧部部件1005B。处理元件固定块1005包括由夹持释放单元108旋转并在振动方向上(沿箭头V的方向)对振动侧处理元件W1施压的夹持杠杆1003、旋转并支撑夹持杠杆1003的轴1008、以及衬套1004。而且，作为弹性元件的用于沿图4B中的箭头A的方向将旋转力施加至夹持杠杆1003的弹簧1002在振动和焊接处理元件W1和W2时布置于处理元件固定块1005的突出部件1007和夹持杠杆1003之间。
如图3A和图3B所示，作为释放单元的夹持释放单元108利用托架1083固定至支撑杆101。如图1所示，用于释放夹持的撑条(stay)1082附连至托架1083。柱塞1081附连至用于释放夹持的撑条1082。参照图4A，柱塞1081通过沿箭头B的方向旋转夹持杠杆1003来释放对振动侧处理元件W1的夹持。
夹持杠杆1003、处理元件固定块1005、以及弹簧1002构成用于将振动侧处理元件W1夹持至振动夹具单元100的夹持机构13。夹持机构13和柱塞1081构成夹持设备14。
对于上述构造，考虑到可加工性、刚性和使用中的腐蚀防护，振动夹具单元100和夹持释放单元108基本上由不锈钢制成。至于弹簧1002、衬套1004和柱塞1081，使用市售产品。每种材料不限于不锈钢，但是需要能承受在振动焊接装置10的振动方向上对部件的冲击。
固定侧单元12布置于振动侧单元11下方。固定侧单元12包括作为第二夹持单元的固定夹具单元104以及施压设备106。固定夹具单元104可自由升降地布置于支撑杆101，从而夹持固定侧处理元件W2。施压设备106布置于基座110上并且利用气缸等升高固定夹具单元104，并且由固定夹具单元104夹持的固定侧处理元件W2与由振动夹具单元100夹持的振动侧处理元件W1相接触地被施压。固定夹具单元104包括夹持固定侧处理元件W2以降低振动和焊接期间焊接能量损失的机构。
下面给出振动焊接装置10的振动和焊接操作的描述。
首先，描述基本操作过程。如图3A所示，用户使得振动夹具单元100和固定夹具单元104分别夹持振动侧处理元件W1和固定侧处理元件W2。振动侧处理元件W1和固定侧处理元件W2是热塑性材料。
按压振动焊接装置10的启动按钮。然后，固定夹具单元104升高并且固定侧处理元件W2开始接触振动侧处理元件W1。在图3B的状态下，处理元件W1和处理元件W2之间的压力由布置于固定侧单元12上的压力检测机构或位置检测机构(未示出)所检测。当检测到的压力达到设定值(触发点)时，振动夹具单元100开始沿箭头V的方向振动。在开始振动之后，在振动夹具单元100的振动之下，在振动侧处理元件W1和固定侧处理元件W2之间的接触表面上产生摩擦热，并且处理元件W1和W2开始熔化。然后，在预定时间或预定熔化量之后，振动夹具单元100的振动停止并且将被焊接的振动侧处理元件W1和固定侧处理元件W2冷却。
最后，振动夹具单元100释放振动侧处理元件W1，并且固定夹具单元104夹持被焊接的振动侧处理元件W1和固定侧处理元件W2，并返回至图3A中的位置。
下面描述具体的操作过程。
图4A和图4B示出在振动和焊接时夹持释放单元108根据振动侧上是否存在处理元件W1的操作状态。图4A示出其中在准备振动焊接装置10的振动和焊接操作时振动侧处理元件W1能附着至振动夹具单元100的状态，其相应于图3A中的状态。
在这个状态下，柱塞1081的活塞1081A沿箭头C的方向伸出。因此，柱塞1081压缩弹簧1002，沿箭头B的方向(逆时针方向)旋转夹持杠杆1003，并在振动侧处理元件W1和夹持杠杆1003之间在振动方向(箭头V)上产生空隙。空隙是用于将振动侧处理元件W1附着至处理元件固定块1005的间隙。
图4B示出了其中用于振动焊接装置10的振动和焊接操作的准备完成、并且振动侧处理元件W1附着至振动夹具单元100、并且处理元件W1和W2能开始振动和焊接或者在振动和焊接期间的状态，其相应于图3B。
在这种状态下，柱塞1081的活塞1081A沿箭头D的方向缩回。因此，弹簧1002伸展，夹持杠杆1003沿箭头A的方向(顺时针方向)旋转，振动侧处理元件W1的端面在振动方向上受压，并且振动侧处理元件W1被压至处理元件固定块1005的端部部件1005A。同时，振动侧处理元件W1在与振动方向垂直的方向上受到所述一对侧部部件1005B的限制。具体地，振动侧处理元件W1沿水平方向的运动由于与振动夹具单元100成一体的处理元件固定块1005而受到限制。因此，振动侧处理元件W1就确定地与振动夹具单元100一体地振动，并且因而在振动和焊接时的焊接能量损失很小。从振动和焊接开始直到结束始终持续这种状态。
夹持杠杆1003沿箭头A的方向(顺时针方向)旋转，并且夹持杠杆1003在固定夹具单元104落下时将振动侧处理元件W1夹持至处理元件固定块1005，如图3A所示。然而，振动侧上的处理元件W1可恰好在将固定夹具单元104升高至图3B所示的位置并且然后开始振动和焊接之前被夹持至处理元件固定块1005。
实际上，在从将振动侧处理元件W1附着至振动夹具单元100至开始振动和焊接的时间期间，必须要考虑振动侧处理元件W1从振动夹具单元100的落下。因此，将振动侧处理元件W1提供至固定侧上的处理元件W2的上部。恰好在升高夹持固定侧处理元件W2的固定夹具单元104并开始振动和焊接之前，夹持杠杆1003将振动侧上的处理元件W1夹持至处理元件固定块1005。
固定夹具单元104通过施压设备106的施压操作和支撑杆101的导向而上升，从而使固定侧处理元件W2与振动侧处理元件W1发生接触。此后，振动发生单元102操作，并且在压力下接触固定侧处理元件W2的振动侧处理元件W1在图3B和图4B中的箭头V的方向上振动。于是，在振动侧处理元件W1和固定侧处理元件W2之间的接触表面上产生热，并且处理元件W1和W2彼此焊接并成一体。
此后，操作柱塞1081。柱塞1081利用活塞1081A沿图4A中的箭头B的方向旋转夹持杠杆1003，从而释放一直被夹持的振动侧处理元件W1。
此后，施压设备106下降并降低固定夹具单元104。固定夹具单元104在夹持固定侧处理元件W2的同时下降，其中振动侧处理元件W1通过振动和焊接而焊接于固定侧处理元件W2。
因而，利用振动焊接装置10进行的一系列振动和焊接操作结束。
在以上描述中，根据第一示例性实施例，举例来说，为了易于理解构造，示出了每个单元的数值。但是数值是参考性的并且不限制本发明。
首先，作为振动焊接装置10的基本规格，振动推力是1000牛，振幅是1毫米，并且振动频率是240赫兹。处理元件W1和W2两者的摩擦系数是0.3。因此，部件所需的刚度在升高方向上是1000牛并且在水平方向上为300牛。
作为夹持杠杆1003和弹簧1002的规格，需要比上述水平方向上的力300牛要大的夹持力。因此，从夹持杠杆1003的旋转中心至与振动侧处理元件W1接触的接触表面的距离为40毫米，并且从旋转中心至与弹簧设置部分的距离为25毫米，并且弹簧1002的弹簧负荷为98牛。
在计算中，振动侧处理元件W1的外部尺寸的变化宽度设置为0.6毫米，并且夹持时的角度变化范围为1至11度。从夹持杠杆1003的旋转中心至与柱塞1081接触的接触部分的距离为30毫米。虽然距离越长，夹持弹簧的力越弱，但是必须考虑到在距离变长时行程也变长。
接着，对于柱塞1081的规格，由于夹持杠杆1003的规格，推力为82牛或更大。需要防止在振动和焊接期间活塞1081A与夹持杠杆1003相接触的状态，并且活塞1081A如图4A和4B所示与振动方向成直角地布置，原因是活塞1081A的行程需要大于8.7毫米，其中加入了与振动侧处理元件的外部尺寸的宽度变化量相对应的行程量5.8毫米以及与附连振动侧处理元件所需的空隙0.3毫米相对应的行程量2.9毫米。根据这个示例性实施例，除了上述数值之外，考虑到部件的组装精度和处理精度，选择行程量为10毫米的气缸。
在根据本示例性实施例的振动焊接装置10中，用于由夹持释放单元108对振动侧上的处理元件W1施压的表面仅是与振动方向垂直的一个表面，原因是振动夹具单元100的总重量需要尽可能地小。替代地，振动方向上的两个表面都可以受压。
接着描述第二示例性实施例。在振动焊接装置10中，通过旋转夹持杠杆1003来夹持振动侧处理元件W1。如图5A和图5B所示，可以利用线性移动的可动杠杆2003夹持振动侧处理元件W1。
图5A示出了用于振动和焊接的准备状态。图5B示出了其中振动和焊接的准备已完成的状态。弹簧2002、可动杠杆2003以及柱塞1081布置成使得其所有操作方向与振动方向(箭头V的方向)相同。假定弹簧2002和可动杠杆2003布置于图1中的振动夹具单元100上并且柱塞1081布置于支撑杆101上。
在图5A中，柱塞1081的活塞1081A沿箭头E的方向伸出，并且可动杠杆2003抵抗弹簧2002与处理元件固定块1005分开，并且振动焊接装置10正在准备振动和焊接。在此状态下，振动侧处理元件W1附着至处理元件固定块1005。
在图5B中，柱塞1081中的活塞1081A沿箭头F的方向缩回。因此，可动杠杆2003被弹簧2002按压，从而将振动侧上的处理元件W1压至处理元件固定块1005的端部部件1005A，从而振动焊接装置10准备好振动和焊接。在此状态下，振动侧处理元件W1被振动并焊接至固定侧处理元件W2。
对于上述构造，可动杠杆2003、处理元件固定块1005以及弹簧2002构成将振动侧处理元件W1夹持至振动夹具单元100的夹持机构113。夹持机构113和柱塞1081构成夹持设备114。
振动焊接装置10包括作为夹持振动侧处理元件W1的夹持工具的夹持机构13(或113)以及作为挤压并夹持固定侧处理元件W2并将固定侧处理元件W2压至振动侧处理元件W1的施压工具的固定侧单元12。而且，振动焊接装置10包括作为使夹持机构13(或113)振动的振动单元的振动发生单元102、以及作为释放其中夹持机构13(或113)夹持振动侧处理元件W1的状态的释放单元的柱塞1081。夹持机构13(或113)包括作为弹性元件的弹簧1002(或2002)、以及作为利用弹簧挤压振动侧处理元件W1的施压元件的夹持杠杆1003(或可动杠杆2003)。而且，夹持机构13(或113)包括处理元件固定块1005，其作为接收被压至夹持杠杆1003(或可动杠杆2003)的振动侧处理元件W1的接收元件。柱塞1081通常与夹持杠杆1003(或可动杠杆2003)分开。当振动侧处理元件W1从夹持机构13(或113)释放时，柱塞1081作用于夹持杠杆1003(或可动杠杆2003)上。柱塞1081抵抗弹簧1002(或2002)将夹持杠杆1003(或可动杠杆2003)与振动侧处理元件W1分开。
因此，振动焊接装置10利用夹持杠杆1003(或可动杠杆2003)将振动侧处理元件W1挤压并夹持至处理元件固定块1005，从而降低传递振动时的能量损失。这样就能减少振动侧处理元件W1上出现的瑕疵。
在根据本发明的振动焊接装置10中，柱塞1081通常与夹持杠杆1003(或可动杠杆2003)分开。因此，在将振动施加于振动侧处理元件W1时，振动不会引起柱塞释放振动侧处理元件W1。
根据本发明的振动焊接装置10中的夹持机构13(或113)和振动发生单元102经由作为防振元件的防振橡胶107支撑于作为固定元件的支撑杆101上。
因此，振动焊接装置10防止了振动发生单元102和固定侧单元12之间的共振并且准确地执行振动和焊接而不会将振动发生单元102的振动传递至固定侧单元12。
在根据本发明的振动焊接装置10中，由夹持杠杆1003(或可动杠杆2003)将振动侧上的处理元件W1压至接收元件的方向与夹持机构13(或113)的振动方向相同。
因此，振动焊接装置10可靠地夹持振动侧处理元件W1，从而对振动侧处理元件W1和固定侧上的处理元件W2进行振动和焊接而不会失败。
在根据本发明的振动焊接装置10中，夹持杠杆1003可沿利用弹簧1002对振动侧处理元件W1施压的方向旋转。
因而，在振动焊接装置10中，柱塞1081的操作力随着夹持杠杆1003的旋转而增大。夹持杠杆1003和处理元件固定块1005可靠地夹持振动侧上的处理元件W1。
虽然本发明已经参照示例性实施例进行了描述，但是将理解到本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将遵从最宽泛的解释以涵盖所有变型、等同结构以及功能。

Claims (4)

1.一种振动焊接装置，该振动焊接装置在振动侧处理元件在压力之下与固定侧处理元件发生接触的状态下使振动侧处理元件振动，并且焊接振动侧处理元件和固定侧处理元件，该振动焊接装置包括：
构造成夹持振动侧处理元件的第一夹持单元；
构造成夹持固定侧处理元件的第二夹持单元；
构造成振动第一夹持单元的振动单元；以及
构造成释放第一夹持单元夹持振动侧处理元件的状态的释放单元，
其中第一夹持单元利用弹性元件的弹性力来移动一施压元件，并对振动侧处理元件施压以夹持振动侧处理元件，并且
释放单元相对于第一夹持单元独立地布置，并将利用弹性元件的弹性力施压的振动侧处理元件与第一夹持单元分开。
2.根据权利要求1的振动焊接装置，其中第一夹持单元和振动单元经由防振元件支撑于固定元件上。
3.根据权利要求1的振动焊接装置，其中由施压元件对振动侧处理元件施压的方向与夹持单元的振动方向相同。
4.根据权利要求1的振动焊接装置，其中施压元件是能够在弹性元件的弹性力作用下旋转的夹持杠杆。
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