TW201341093A - 超音波熔接結構及超音波熔接方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種超音波熔接結構，第一構件及第二構件的其中一者係形成有熔接面，且第一構件及第二構件的其中另一者係形成有對應熔接面之導能凸緣，該熔接面係相對超音波裝置之壓合方向為傾斜平面，當該第一構件沿壓合方向壓合於該第二構件時，該導能凸緣對應該熔接面產生接觸壓力並藉由超音波熔融接合該第一構件與該第二構件；因此，本發明係可藉由該熔接面與對應該熔接面之導能凸緣而減少習知超音波熔接所需之面積與對位結構，進而降低行動電子產品整體體積之尺寸而達成輕薄化之功效。

Description

超音波熔接結構及超音波熔接方法

本發明係關於一種熔接結構及方法，其係應用於超音波裝置之超音波熔接結構及其熔接方法。

超音波熔接技術係將所欲熔接的二構件藉由超音波震動產生之能量使該等構件產生材料熔融，並同時將該等構件相對壓合，而使熔融之材料流動填注於該等構件之間後，再進行冷卻定型，進而將該等構件接合在一起。

請參照第1圖，其係為習知超音波熔接結構之示意圖，欲熔接之第一構件110與第二構件120上需設計相互對應之熔接結構，即該等構件110、120需分別具有相互對應之熔接面121與導能線111之熔接結構，該導能線111係截面具有一尖端之三角形尖緣，其係設於該第一構件110邊緣對應該熔接面121的底部並以尖端面向該熔接面121，用以縮減接觸面積而使超音波能量集中並產生高溫於三角形尖緣處，以利用高溫使該第一構件110與該第二構件120在三角形尖緣處產生材料熔融，而使得該第一構件110與該第二構件120在壓合過程中融熔接合在一起。

同時，在超音波熔接過程中的壓合步驟係藉由焊頭對構件施以平均力來相對壓合，該第一構件110與該第二構件120係必須確實對位後才能進行壓合，以確保接合位置的正確性，故構件之對位結構將影響熔接結果；此外，由於超音波熔接技術係藉由超音波使構件震動而形成摩擦及產生高溫，並使融熔之材料流動填注於該第一構件110與該第二構件120之間所欲接合的位置，故該第一構件110與該第二構件120之間必需具有一間隙以供震動與材料填注所需之空間。

請參照第2A圖及第2B圖，該第一構件110上係具有對應該熔接面121之導熔線111，該導熔線111係截面具有一尖端之三角形尖緣，其係設於該第一構件110邊緣對應該熔接面121的底部，並以尖端面向該熔接面121，以使該第一構件110在壓合過程中於該導熔線111之尖端相對該熔接面121接觸並產生壓力；同時，由於超音波能量係被集中於該導熔線111之尖端而產生高溫，而使得該第一構件110與該第二構件120在壓合過程中融熔接合在一起，接著冷卻固化後始完成超音波熔接。

第2A圖及第2B圖係分別為階梯式熔接與溝槽式熔接的超音波熔接構造示意圖，第一構件110係安裝熔接至第二構件120，該第二構件120係具有如第2A圖所示之階梯式結構，該階梯式結構之底面係作為熔接面121，該階梯式結構之側面係作為該第一構件110之對位面122，以使該第一構件110在壓合過程中沿著該對位面122向下壓合，同時該第一構件110與該第二構件120之對位面122之間必需形成一間隙以供震動所需之空間；或者，該第二構件120係具有如第2B圖所示之溝槽式結構，該溝槽式結構之底面係作為熔接面121，該溝槽式結構之二側面係作為第一構件110之對位面122a、122b，以使該第一構件110在壓合過程中沿著該對位面122a、122b向下壓合，壓合的同時熔融的材料矽填注於該熔接面121與該導熔線111之間，並該對位面122a、122b係可避免熔融材料溢出溝槽之外，同時該第一構件110與該第二構件120之對位面122a、122b之間必需形成一間隙以供震動所需之空間。

然而，現今行動電子產品之輕薄化係成為消費市場的主流趨勢，例如智慧型手機、平板電腦或筆記型電腦等電子產品相繼推出機身薄且重量輕的新式機種，以符合現代人對於電子產品的可攜性、操作性並同時兼顧運作效能之要求，而各種行動電子產品為了達成上述輕薄化等目的，其整體體積係被產品內部構件的設計與製造所影響。而上述習知的超音波熔接結構中，其係由於二構件之間對應的導能線與熔接面的結構設計，同時兼顧的對位結構、超音波震動及融熔材料填注所需的間隙，而必須具備如第2A及2B圖所示之特定結構、定位外框之外加結構或元件厚度，而導致元件的尺寸無法降低，進而無法進一步減少行動電子產品整體體積。

本發明之目的為提供一種超音波熔接結構及超音波熔接方法，其係可節省超音波熔接所需之空間，進而降低行動電子產品整體體積之尺寸而達成輕薄化之功效。

為了達成上述目的，本發明提供一種超音波熔接結構，係與超音波裝置相應用，以供將一第一構件沿一壓合方向壓合並熔接結合至一第二構件，該超音波熔接結構包含：熔接面，係形成於該第一構件及該第二構件的其中一者，該熔接面係相對該壓合方向為傾斜平面；及導能凸緣，係與該熔接面相對應並形成於該第一構件及該第二構件的其中另一者，用以當該第一構件沿該壓合方向壓合於該第二構件時，該導能凸緣對應該熔接面產生一接觸壓力，並藉由超音波熔融接合該第一構件與該第二構件。

上述之超音波熔接結構，其中該第二構件係設有一，該安裝部係為一凹槽；其中，該凹槽係可形成有對應該第一構件之外型的容置空間。

上述之超音波熔接結構，其中該導能凸緣係為階梯狀結構。

上述之超音波熔接結構，其中該第二構件係設有一安裝部，該安裝部係為一凹槽；其中，該導能凸緣係形成於該第一構件之邊緣；並且，該導能凸緣係可形成直角形狀。

此外，為了達成上述目的，本發明另提供一種超音波熔接方法，其係應用於一超音波裝置，該超音波熔接方法包含：提供一第一構件及一第二構件，且於該第一構件及該第二構件的其中一者形成有一熔接面，並於該第一構件及該第二構件的其中另一者形成有一導能凸緣，該導能凸緣係對應該熔接面；及將該第一構件與該第二構件壓合並熔接，且該第一構件沿一壓合方向壓合，該熔接面相對該壓合方向為傾斜平面，以使該導能凸緣對該熔接面產生接觸壓力，以供藉由該超音波裝置之超音波震動而將該第一構件與該第二構件熔融結合。

上述之超音波熔接方法，其中該第二構件形成有安裝部，該安裝部係為一凹槽；其中，該凹槽係形成有對應該第一構件之外型的容置空間。

上述之超音波熔接方法，該導能凸緣係為階梯狀結構。

上述之超音波熔接方法，其中該第二構件形成有安裝部，該安裝部係為一凹槽；其中，該導能凸緣係形成於該第一構件之邊緣；並且，該導能凸緣係可形成直角形狀。

因此，本發明實施例之超音波熔接結構係藉由相對壓合方向傾斜之熔接面而增加用於熔接之面積，可使在降低材料厚度的同時保持足夠的熔接強度；另外，根據本發明之實施例的超音波熔接結構係可藉由熔接面、導能凸緣與安裝部之結構達成對位功效，而可節省在構件上形成對位凹槽、溝槽或定位外框等額外對位結構，故可降低構件之材料厚度及節省內部配置空間，進而有助於行動電子產品的輕薄化，並降低製造成本。

為充分了解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由以下具體實施例，並配合所附圖式，對本發明作一詳細說明。

請參照第3A圖至第3C圖，其係為本發明第一實施例之超音波熔接結構的示意圖。本發明第一實施例之超音波熔接結構係與超音波裝置相應用，以供將一第一構件10沿一壓合方向A壓合並熔接結合至一第二構件20，該超音波熔接結構包含：熔接面11，係形成於該第一構件10，該熔接面11係相對該壓合方向A為傾斜平面；及導能凸緣22，係與該熔接面11相對應並形成於該第二構件20，用以當該第一構件10沿該壓合方向A壓合於該第二構件20時，該導能凸緣22對應該熔接面11產生一接觸壓力，並藉由超音波熔融接合該第一構件10與該第二構件20。

於本實施例中，該第二構件20係設有一安裝部21，該安裝部21係為一凹槽，如圖所示，該凹槽係形成有對應該第一構件10之外型的容置空間，且該導能凸緣22係為形成於該第二構件20之安裝部21中的階梯狀結構，即該導能凸緣22係具有階梯狀結構的尖端邊緣，用以集中與導引超音波能量，以在第一構件10與第二構件20之間藉由摩擦產生高溫而使材料融熔，同時於壓合程序中，該導能凸緣22以尖端邊緣對該熔接面11形成壓力，並使融熔之材料流動填注於該第一構件10的熔接面11與該第二構件20的導能凸緣22之間。

如第3A圖所示，當進行第一構件10與第二構件20的超音波熔接時，首先係將該第一構件10與該第二構件20設置於超音波裝置中，該第一構件10之熔接面11係對應於該第二構件20之安裝部21的導能凸緣22；接著，如第3B圖所示，將該第一構件10沿壓合方向A藉由超音波裝置之焊頭130壓合，其中，由於該安裝部21(即為一凹槽)係對應該第一構件10之外型，故該安裝部21之側壁係可提供對該第一構件10之對位，使得該第一構件10沿著該安裝部21之側壁而被向下壓合，且於壓合過程中，該導能凸緣22對該熔接面11產生接觸壓力，同時該第一構件10與該第二構件20係藉由超音波震動而彼此摩擦產生高溫，進而彼此熔融結合，如第3C圖所示，該第一構件10與該第二構件20超音波熔接後之示意圖，該第一構件10之頂部係與該安裝部21的表面(即為該凹槽之表面)齊平，即該安裝部21所形成的容置空間係可容納該第一構件10本體之全部，故該第一構件10係埋入於該安裝部21中；然而，該安裝部21所形成的容置空間係可用於容納該第一構件10之一部份或全部，例如該第一構件10熔接後亦可為突出於第二構件20表面的結構，而不限於本實施例與圖式之示例。

請參照第4A圖至第4C圖，其係為本發明第二實施例之超音波熔接結構的示意圖。本發明第二實施例之超音波熔接結構係用於將第一構件30熔接結合至第二構件40，其係藉由超音波裝置將該第一構件30沿壓合方向A壓合並熔接於第二構件40，該超音波熔接結構包含：熔接面42，係形成於該第二構件40，該熔接面42係相對該壓合方向A為傾斜平面；及導能凸緣31，係與該熔接面42相對應並形成於該第一構件30，用以當該第一構件30沿該壓合方向A壓合於該第二構件40時，該導能凸緣31對應該熔接面42產生一接觸壓力，並藉由超音波熔融接合該第一構件30與該第二構件40。

於本實施例中，該第二構件40係設有一安裝部41，如圖所示，該安裝部41係為一凹槽，並形成有對應該第一構件30之外型的容置空間。

於本實施例中，該導能凸緣31係形成於該第一構件30之邊緣，即該第一構件30係以其本體所固有的邊緣作為導能凸緣31，該導能凸緣31係形成直角形狀，用以集中與導引超音波能量，以在該第一構件30與該第二構件40之間藉由摩擦產生高溫而使材料融熔，同時於壓合程序中，該導能凸緣31以直角形狀之尖端對該熔接面42形成壓力，並使融熔之材料流動填注於該第一構件30與該第二構件40之間。

如第4A圖所示，當進行第一構件30與第二構件40的超音波熔接時，首先係將該第一構件30與該第二構件40設置於超音波裝置中，該第一構件30之導能凸緣31係對應於該第二構件40之安裝部41的熔接面42；接著，如第4B圖所示，將該第一構件30沿壓合方向A藉由超音波裝置之焊頭130壓合，其中，由於該安裝部41(即為凹槽)係對應該第一構件30之外型，故該安裝部41之側壁係可提供對該第一構件30之對位，使得第一構件30沿著該安裝部41之側壁而被向下壓合；壓合過程中，該導能凸緣31對該熔接面42產生接觸壓力，同時該第一構件30與該第二構件40係藉由超音波震動而彼此摩擦產生高溫，進而彼此熔融結合，如第4C圖所示，該第一構件30與該第二構件40超音波熔接後之示意圖，該第一構件30之頂部係與該安裝部41的表面齊平，即該安裝部41所形成的容置空間係可容納該第一構件30本體之全部，故該第一構件30係埋入於該安裝部41中；然而，該安裝部41所形成的容置空間係可用於容納該第一構件30之一部份或全部，例如該第一構件30熔接後亦可為突出於第二構件40表面的結構，而不限於本實施例與圖式之示例。

此外，配合第3A圖至第3C圖所示，應用上述本發明第一實施例之超音波熔接結構的超音波熔接方法應用於一超音波裝置，該超音波熔接方法包含：提供一第一構件10及一第二構件20，且於該第一構件10係形成有一熔接面11，該第二構件20係形成有一導能凸緣22，該導能凸緣22係對應該熔接面11；將該第一構件10與該第二構件20壓合並熔接，且該第一構件10沿一壓合方向A壓合，該熔接面11相對該壓合方向A為傾斜平面，以使該導能凸緣22對該熔接面11產生接觸壓力，以供藉由該超音波裝置之超音波震動而將第一構件10與該第二構件20熔融結合。

同樣地，配合第4A圖至第4C圖所示，應用上述本發明第二實施例之超音波熔接結構的超音波熔接方法係應用於一超音波裝置，該超音波熔接方法包含：提供一第一構件30及一第二構件40，且於該第二構件40係形成有一熔接面42；該第一構件30係形成有一導能凸緣31，該導能凸緣31係對應該熔接面42；將該第一構件30與該第二構件40壓合並熔接，且該第一構件30沿一壓合方向A壓合，該熔接面42相對該壓合方向A為傾斜平面，以使該導能凸緣31對該熔接面42產生接觸壓力，以供藉由該超音波裝置之超音波震動而將該第一構件30與該第二構件40熔融結合。

因此，本發明實施例之超音波熔接結構係藉由相對壓合方向傾斜之熔接面而增加用於熔接之面積，可使在降低材料厚度的同時保持足夠的熔接強度與防水功效；另外，根據本發明之實施例的超音波熔接結構係可藉由熔接面、導能凸緣與安裝部之結構達成對位功效，而可節省在構件上形成對位凹槽、溝槽或定位外框等額外對位結構，故可降低構件之材料厚度及節省內部配置空間，其係相較於習知技術可降低一半以上的用於熔接的空間結構，進而有助於行動電子產品的輕薄化，並降低製造成本。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，上述實施例僅用於說明本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍應以下文之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．第一構件

11．．．熔接面

20．．．第二構件

21．．．安裝部

22．．．導能凸緣

30．．．第一構件

31．．．導能凸緣

40．．．第二構件

41．．．安裝部

42．．．熔接面

110．．．第一構件

111．．．導能線

120．．．第二構件

121．．．熔接面

122．．．對位面

122a、122b．．．對位面

130．．．焊頭

A．．．壓合方向

第1圖係為習知超音波熔接結構之示意圖。

第2A圖及第2B圖係分別為階梯式熔接與溝槽式熔接的習知超音波熔接構造示意圖。

第3A圖至第3C圖係為本發明第一實施例之超音波熔接結構的示意圖。

第4A圖至第4C圖係為本發明第二實施例之超音波熔接結構的示意圖。

10．．．第一構件

11．．．熔接面

20．．．第二構件

21．．．安裝部

22．．．導能凸緣

A．．．壓合方向

Claims (10)

1. 一種超音波熔接結構，係與超音波裝置相應用，以供將一第一構件沿一壓合方向壓合並熔接結合至一第二構件，該超音波熔接結構包含：熔接面，係形成於該第一構件及該第二構件的其中一者，該熔接面係相對該壓合方向為傾斜平面；及導能凸緣，係與該熔接面相對應並形成於該第一構件及該第二構件的其中另一者，用以當該第一構件沿該壓合方向壓合於該第二構件時，該導能凸緣對應該熔接面產生一接觸壓力，並藉由超音波熔融接合該第一構件與該第二構件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波熔接結構，其中該第二構件係設有一安裝部，該安裝部為一凹槽。
3. 如申請專利範圍第1項所述之超音波熔接結構，其中該導能凸緣係為階梯狀結構。
4. 如申請專利範圍第2項所述之超音波熔接結構，其中該導能凸緣係形成於該第一構件之邊緣。
5. 如申請專利範圍第4項所述之超音波熔接結構，其中該導能凸緣係形成直角形狀。
6. 一種超音波熔接方法，其係應用於一超音波裝置，該方法包含：提供一第一構件及一第二構件，且於該第一構件及該第二構件的其中一者係形成有一熔接面並於該第一構件及該第二構件的其中另一者形成有一導能凸緣，該導能凸緣係對應該熔接面；及將該第一構件與該第二構件壓合並熔接，且該第一構件沿一壓合方向壓合，該熔接面相對該壓合方向為傾斜平面，以使該導能凸緣對該熔接面產生接觸壓力，以供藉由該超音波裝置之超音波震動而將第一構件與該第二構件熔融結合。
7. 如申請專利範圍第6項所述之超音波熔接方法，其中該第二構件形成有安裝部，該安裝部係為一凹槽。
8. 如申請專利範圍第6項所述之超音波熔接方法，其中該導能凸緣係為階梯狀結構。
9. 如申請專利範圍第7項所述之超音波熔接方法，其中該導能凸緣係形成於該第一構件之邊緣。
10. 如申請專利範圍第9項所述之超音波熔接方法，其中該導能凸緣係形成直角形狀。