TW500997B - IR welding of fluoropolymers - Google Patents

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A7 ------------B7 五、發明說明（1 ) 相關申請奮 本發明爲申請於2000年5月10曰的美國非臨時專利申請案 序號09/567,603 ”氟聚合物之IR熔接”的續篇並申請其利益 處，將該揭示的全文完全已參考資科併於本文。 發明之技銜領媸 本發明係廣泛地關於熔接或連接非金屬氟聚合物零件。 更特別的是，本發明係關於用於輻射熔接兩個半製品的方 法及裝置，其中在熔接操作期間可將半製品加熱至不同溫 度。 發明之背景 已知用來熔接或連接塑膠零件或半製品的技術爲輻射加 熱，有時稱爲紅外線或IR熔接。在已知的方法中，將半製 ^加熱，而後壓在一起並使之冷卻。使用加熱器來提供輻 射熱源，將其保持靠近半製品欲連接在一起的部分。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 許多缺失存在於已知IR熔接系統中。其中有不良再現 性、熔接處的不一致及長熔接周期時間。可將此歸因於許 多因素，許多係關於熔接操作者必須以視覺決定何時各半 製品以備充分加熱的事實。例如，用鐵氟龍類材料如 PFA，操作者尋找半製品的不透明變化。此爲非常主觀的 決定’造成不一致的熔接。 已知的系統僅有用於熔接相同材質的兩個半製品，且僅 適用於熔化可加工的村質如pF A。熔化可加工意指材料可 j熔化且進一步加工，如射入成型或其他於其中熔化後材 質流動之加工技術。非熔化可加工的材質迄今不認爲曾利 .................................................................................................................................................-........................................................................ — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）

五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 用已知m系統IR溶接過。已知系統另—重要的限制 將多少半製品加熱有非常少的控制。對於一個典型溶肿 作而言，通常半製品僅有小部份需要加熱。然而，已知= 統加熱半製品的部分不同於實際疼接處。如此的熱可不利 地或不良地影響半製品熔接處外的材料特性。再者，已知 熔接系統通常在熔接及冷卻時間期間利用固定物來固定半 製mi此等固疋物在冷卻期間通常軸向限制半製品的移 動’因而製造殘餘的應力於焊接處。 夕 對於輻射熔接方法及用來熔接塑膠零件的裝置以製造高 印驁可再現的熔接處的需要持續存在。如此的方法及裝置 將特別適用但不僅限於熔接具有不同熔點及分解溫度的= 的不同材料之半製品。 發明之概诫 本發明考慮於一個具體實施例中一個用來熔接塑膠零件 的裝置，其中此裝置包含具有第一個及第二個加熱輻射表 面的加熱塊，用來幅射來自該第一個表面熱的第一個加熱 兀件；及用來幅射來.自該第二個表面熱的第二個加熱元 件；其中將第一個及第二個加熱元件分別用來控制溫度。 加熱塊的另一方面爲可將加熱元件及/或輻射表面以聚焦 或指示或集中輻射熱至熔接面積或區域的幾何形狀描输輪 廓。在一個具體實施例中，將加熱元件規劃於拋物線狀、 凸狀或其他非平面方式。 根據本發明的另一觀點，熔接系統分開或組合包含加熱 元件的溫度感應器及用來偵測半製品熔接處的溫度之溫度 -:-------------------- ：___ Ί_______ 本紙張尺度適财目(CNS)A4 (210 X2971m ) I— n i- n n n »n i n n n I— I « n n n n I» I n · n n n n n n n I {請先閱讀背面之注意亊項再填寫本頁) 500997 A7 B7 五、發明說明（3 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 感應器。 n發明的另—觀點，將待料的半製品裝配於固定 助合適的熔接處形成。根據本發明的此觀點，使 個+製品在料後的期間▼相對於其他半製品輛二 自由轉移4自由㈣使得料處冷卻而不產生殘餘 於炫接處。在本發明的-個具體實施例中，使用固定物 -部份溶接操作期間固定半製品及在熔接和冷卻期間軸向 釋放半製品。 本發明的此等及其他觀點及優點由下列發明的詳細説明 參考隨附的圖示將更清楚的了解及明白。 星式之簡犟説日3 圖1爲根據本發明溶接系統的功能方塊圖； 圖2 A - 2D分別爲根據本發明加熱塊裝配的侧視、前视、 頂視及等容積國； $ ' 圖3A-3G爲根據本發明典型熔接操作的簡化示意圖♦, 圖4A及4B爲根據本發明對於不同大小的零件，加龟塊的 加熱效果的簡化説明t 、 圖5A及5B爲利用本發明可實現的模範熔接方法之軟體流 程圖； l 圖6及7爲根據本發明模範半製品加熱曲線的溫度對時門 圖； 圖8A-8C説明根據本發明固定物觀念的第一個 to貫施 例；及 «II ΙΙΙΓΙΙ ^ i — {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線* 圖 9A-9D説明根據本發明固定物觀念的第二個具體實 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）

500997 A7 五、發明說明（5 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 文，如此的實例並非用來或不應解釋爲詳盡無遣的名單。 許多與説明的具體實施例不同之電、機械及材料變異對熟 悉本技藝者而言爲輕易地顯而易見，無論於此是否有明^ 地敘述，可做如此的變化而不離開年發明的精神及範圍。 而後參照_ 1，説明具體表達本發明不同觀點的輻射熔接 系統。於此提及的”熔接"應以其最廣觀念來了解，即藉由 她加熱將兩件半製品結合或合併。本發明是針對藉由自輻 射表面傳播熱至半製品而不使半製品直接接觸加熱輻射表 面的輻射或IR加熱技術。此確保清潔的熔接處。 系統10包括控制電路12、加熱塊裝配14及固定物平台 框架16(未示）。可以許多形式將控制電路12實現，該;八 包括$技藝人士所習知之個體電路、積體電路、類比及/或 數\笔路等。在圖！之例示態樣中，該控制電路1 2包括數 =控制器18，其可爲任何合適的微處理器或其他數位控制 2裝置或迴路。控制器18於熔接操作期間執行許多控制 月b此等功能包括：丨）控制半製品及貿2對於彼此之間 t對ί置；2)控制加熱塊裝配14對半製品的相對位置； 乙制％力至於加熱塊裝配14中的加熱元件20,22;4)接收 j里關於半製品及加纟器位置之不同回鑽信號及溫度回 5)根據—或多種已儲存的程式、控制參數、加熱 線及操作輸入執行熔接操作。 可=¥見的伺服系統控制來進行ΐ製品W,及w2及加熱 〜的f至板制’然而，可使用任何其他適當的位置控制 ;Γ氡由I制迴路12經由第一及第二半製品位置伺服系 或 式

I I 訂 功 線 3) 及 饋 曲 技 統

-8 2心釐） 五、發明說明（6 ) 24,26將半製品Wl&W2移動及定位。適當的伺服控制如可 購自IDS的零件B 8001可用作爲實例。使用第三個位置控制 25來移動及定位加熱塊裝配14。例如， 於汽缸25控制下的可移動手臂上，以便可將加 回或原位及非近半製品Wi&W2的伸展或溶接位置間移動。 或者，可將加熱塊14固定於位置上。允許加熱塊14的位置 控制使得加熱器得以在不使用時安全地自人員收回。同 時’藉由具有可移動的加熱塊14，可使用多個加埶塊14於 不同零件大小或料參數。再者，在電子㈣下的可移動 =熱塊14實質上增加熔接系統1〇的彈性，以進行可重複的 高品質熔接，如下文進一步説明。 控制迴路12可進一步包括標準輸入/輸出迴路28，購自葛 =爾^以多個外部感應器與控制器18界面，加熱心 :力^’及操作者介面裝置3〇如鍵盤、觸拄勞幕、滑鼠 二。h的介面裝置爲購自愛森㈣4⑽。操作者 ， 溶接零件的材質，零件大小，溫度參數等，及選 的儲存於記憶體的炫接程序，或使控制器Η選擇適 可將炫接參數輸入並經由常見的影像顯示器或其 裝置：監I ’及選項驅動程式等。可使用資料儲存 趨勢八^ 及熔接器資料作爲歷史紀錄、品管、 趨勢刀析及其他統計分析所需之用。 自本發明説明爲具體表達於在電腦化或 單的系统= :: Γ可將本發明的許多觀點實行於較簡 匕 系統。例如，可將加熱塊14輕易地以手 卿997 五、發明說明（ 動熔接系統使用，在其中利用任何適當的固定裝置將半製 品相對於加熱器14手動地排列。不同溫度回饋也可爲—操 作者需要而侧及調整。然而，我們認爲自動系统在大部 分情況中較爲適合，因爲一旦將參數設定好，可進行完整 的熔接操作’而與操作者交互作用無關。此大幅增加熔接 品質、可重複性及降低熔接時間。 巍 得 與各個加熱元件20、22相it的是溫度感應器32、34。與 2情況中的溫度感應器32、34爲標準熱電偶，較佳但不一 足需要置於靠近加熱塊裝配14内的加熱元件。可使用任何 適當的溫度感應器。將各感應器32、34監測以便將加熱元 件20、22各自的溫度控制而彼此無關。各加熱元件2〇、22 的獨互且精確溫度控制，及準確溫度控制及可選擇的加 曲線’爲本發明重要特徵之-，使得不同材㈣半製品 以熔接在一起。 品 購 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 明 感 電 將另外的溫度感應器36、38設置用來偵測熔接處半製 的溫度。於此具體實施例中，準確紅外線感應器，如可解 自RA YTEK的型號RA YTXSLTCF2偵測各半製品w ^及w 2的 熔接處溫度。藉由利用此等半製品溫度回饋，控制器财 精確地決定何時已將半製品加熱至熔接的預定溫度。此消 除了先前系統主要的缺失’即操作者必須藉由更件不透 的變化以《蚊料已被充分加熱。利料製品溫度 應器36、38也使得控制器18可調整到加熱元件2〇、22的電 力’以避免過熱’例如’當一個半製品達到其溶接溫度後 另-個半製品仍未完全地加熱。也可將控制器職式設計 -10- 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 500997 五、發明說明（8 來調整加熱器與半製品的距離作爲部分半製品溫度控制功 能。此可與加熱器電力-綱整結合或替代而完成。 標準電力介面迴路40提供電壓即電流至加熱元件2〇、 22。適合的迴路爲可購自瓦特露的定阿邁特迴路。若需要 也可使用系見的私力限制迴路42、44。例如可講自瓦特露 的系列146控制迴路。 ⑽於圖1的模範具體實施例中，控制迴路12進一步包括加熱 絡控制器33、35。各加熱器控㈣33、35獨立地調整供應 至其相對應的加熱器之電壓及電流，以達到由系統控制器 18設足的程式設計加熱器溫度。各加熱器控制器η、％可 爲例如可購自瓦特露的系列988控制器。各加熱器控制器監 測各加熱器熱電偶32、34並調整至電力迴路4〇的電力，以 維持加熱器於選定的溫度。加熱器控制器33、乃也監測各 IR感應器信冑。當相關的熔接處達到理想熔接溫度日^加 熱器控制器送一適當信號至系統控制器18。當兩個半製品 都達到熔接溫度時，I统控制器18將加熱塊自半製品 開，並將兩件半製品接觸而產生熔接。 部 智 慧 局 ϊ 兩個加熱器獨立的溫度控制，及半製品溶接處分開的㈤ 度監測，幫助熔接不同材料的兩個半製品。例如，一個= 製品可能比另-個較快達到熔接溫度。若此發生，相關的 加熱器控制功能可以調整至加熱器的電力，以維持半^ ◎ 於熔接溫度而不過熱，直到第二個半製品達到其熔接溫j 的時候。各半製品的溶接溫度可爲4皮此相同或不同，且 爲零件可以不同速率加熱，可在不同時間到達。 、 印 取 L-_- _ · 11 導 本紙張尺度適用中_ ^標準（CNS)A4規格（21G x 297公爱） A7 B7 五、發明說明（9 此實:二，’本發明計畫-種加熱塊裝配14，於 =2 或包裝5〇。在外殼5。内爲溫度或熱 匕射基貝2。於此模範具體實施例中，基質52是由嶋 =料二Π自瓦特露崎纖維絕緣製成。此特別 然：，任何合適的材料可用作爲加熱 土冑’、限制條件爲在需要時支撑加熱it件，並於溶 接過程輻射充分熱。 包裝50包括末端塊用來連接電力導線至嵌入基質μ中的 加熱兀件2G、22。將加熱器溫度感應器32、34(圖1)置於某 質52内靠近各自的加熱元㈣、22。可使用連接器導^ %、58來經由開關電路板28連接感應器34、犯系、统控制 器18 〇 於此具體實施例中，將各加熱元件2〇、22以常見的電阻 加熱線圈60、62如鐵路！呂線圈的形式實現。將各線圈6〇、 62排列成迂回的方式（圖2Β)，及沿著一彎曲的或其他非平 面曲線或結構（圖2Α)。於此模範情沉中非平面曲線通常爲 拋物線或凹的，以致對輻射的熱有聚焦或指引的效果。本 發明的一個觀點包含具有指引的或集中的輻射熱源的觀 念。輻射熱可爲經"聚焦"的，如於此説明利用拋物線或凹 的加熱7L件曲線，然而，聚焦至特定的焦點爲不必要的。 所以本發明的大致觀念爲將輻射熱大體地指引或集中於熔 接處的區域。 非平面曲線可爲任何對輻射熱產生指引集中或聚焦效果 的幾何形狀。然而，可能在某些熔接系統中，經聚焦或集 12» 500997 A7

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ---— R7 五、發明說明（12 ) 列來做熔接。此達到更均句的熔接球。或者，可將半製品 以水平排列或任何其他需要的方位來熔接。較簡單的熔接 系統也可利用一個可移動的半製品。 將加熱塊14也裝在可移動平台或手臂上，經由加熱器伺 服系統24受控制電路12的控制。於此模範具體實施例中， 知加熱塊14橫向於半製品％1及冒2運動轴調動（即水平地或 橫過圖3A-3G紙的平面）。若需要可將加熱塊14以相對於半 製paWi、W2轉換軸不同角度移動，但爲了方便可以大致橫 向跨越的平面或其他非平行於可移動半製品Wi&W2轉換軸 方向移動。 參照圖j A，熔接程序開始是藉由控制電路12移動半製品 W1至加熱塊14將要被移動到的位置.，決定半製品冒1的零 點參考位置。在國3A中將加熱器14在位置上説明，但是實 際上加熱器的位置可以電容位置感應器代表。可將零參考 點設定移動半製品W !向上直到電容感應器（未示）指示半製 品位於加熱器位置。電容感應器、臨近感應器活其他適當 的位置感應器可用於決定何時已位於零點位置。 參照圖3B，而後將第一個半製品Wi收回預定的距離或與 零點位置有間距。此距離可基於自加熱器14輻射熱的量及 熔接操作期間半製品要達到的理想溫度，及熔接操作期間 於受到熱輻照零件的增大，而完全根據經驗決定。 參照圖3C，將第二個半製品％2移動入位置並接觸第一個 半製品W〖以便找到第二個半製品相對於第一個半製品的零 點位置。可使用裝載室或其他適合的接觸感應器來決定何 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規袼（210 X 297公爱） - L If ^ ----I M ------^ i I------•線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 500997 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（13 時已位於零點位置。 於圖3D中’將第二個半製品移開第一個半製品1〇2—預定 間隔距離，取決於由於在溶接操作期間的熱各半製品預期 ，大的量及加熱時期完成後所需將兩部分壓在—起重複的 量。因㊉大體上可將間隔距離根象經驗決定。$隔距離也 作用爲可程式設計的中止。因此，將零件加熱後，將第二 個半製品移至其零參考點或中止位置，但因爲零件在加熱 期間增大”或變大，其將重疊，而較軟的熔化可加工半 製品管子末端104將被翻倒而形成熔接球（取決於提供多少 重疊量）。因此，當將零件移至接觸到完成熔接，熔接方法 舄基於位置而非基於力量。 在圖3E中，進一步已將半製品與各自的加熱面料、“分 開預疋距離。第一個半製品w 1與相關的加熱器面Μ之間實 際的距離和第二個半製品1〇4與加熱塊裝配14的第二個加埶 器面64之間的距離可爲相同或不同。同樣地·，此等距離將 視各半製品的材質及最適或根據經驗決定與相關加熱器面 的距離而定，以便在特定熔接操作中造成半製品最有效率 加熱。 ‘ 在圖3F中，已將電力施加至加熱塊14，致使將半製品末 ‘105 加熱至足夠溫度而使得半製品德已被連接或熔 接在一起〇 在國3G中，已將半製品移入彼此接合以完成熔接操作， 因而形成熔接球106。 本發明的重要優點爲獨立兩個加熱器設計使得兩個不同

本紙張〜X· +目嶋詳(〖NS)A4規格（㈤ X 297公釐） 500997 A7

五、發明說明（14 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 免氣成的半製品得以有效率地及有效地利用輻射熔接方 法溶接在一起。例如’管子接頭如第二個半製品104可由 PFA鐵氟龍類型材料製成，其爲溶化可加工材料，呈現溶 =於第一個溫度範圍。闕主體例如可由不同鐵氟龍類 乂材料如改良後的PTFE製成，其爲非熔化可加工材料，呈 現較高許多的溶點溫度。藉著具有對兩種加熱元件2〇、Μ 獨立的溫度控制及對溶接處的溫度感應器，利用輕射敎溶 接技術可將此半製品便利地溶接在—_。應注意的重點 爲，於此説明的半製品材料，即PFA及改良後的ρτρΕ是僅 用來作爲模範’而不應被認爲是對本發明範圍的限制。可 將本發明便利地用於溶接相同材質的零件及由呈現極大不 同炫點特性的不同材料製成的零件，或其中一個零件是由 非溶化可加工材料製成，而另一個零件是由熔化可加工材 料製成。較佳但不一定需要將半製品加熱至等於或稍大於 材料的熔點溫度但小於材料的分解溫度。 . 、 參照圖4A及4B，説明加熱塊14與半製品贾如卯人管子末 端之間關係的放大圖▲。如圖4八中所示，加熱元件2〇、22的 非平面曲線，於此情況爲大約拋物線或凹的曲線，有助於 焦或引導輻射熱向局部化的加熱面積或區域丨丨〇。於此實 例中，將熱以類似圓錐方式輻射。可根據經驗決定此局部 加熱面積至其位置，在熔接操作期間將半製品|的熔接處 末端移入加熱的位置，使得半製品待熔接的部分112(即熔 接處）位於輻射熱之内。然而，半製品的加熱部分不一定要 恰好位在局部化區域100上，但是可位於沿著加熱區相 -17- ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（21〇 χ 297公釐 •--III II I ---I--^ ------ -- ---11111^. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 500997 A7 五、發明說明（15 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 合 作 社 印 製 對於加熱塊14的熱輻射表面的其他位置，以在熔接操作期 間進行理想的加熱速率及半製品溫度的增加。於圖中， 將不同大小的半製品説明來舉例説明較小的零件如何傾向 於比圖4A的較大半製品離加熱塊14更遠（距離"γ"大於距離 "X”）。然而，實際加熱距離X及Y將視零件的材料、'零件 形狀、理想加錢率、理想溫度等而定。@此本發料畫 -種用於IR接程序的完全熱管理系統，其藉由控制加為元 件的溫度、半製品的溫度及半製品的位置來控制熔接處 溫度。 於圖4A中也顯示，半製品溫度感應器，於此情況爲紅π 線熱感應器36的形式，是用來偵測熔接操作期間熔接處 的半製品實際溫度。感應器36可偵測熔接處的表面溫度， 但較佳針對偵測表面以下位置的溫度，其將指示熔接溫度 已經到達並充分地穿透零件。溫度感應器36產生一電訊 饋至系統控制器1 8，因此控制器18可於熔接操作期間，丽 由調整相關的加熱元件2〇、22的電力及/或調整半製品w相 對於熱輻射表面66的位置，精確地控制半製品溫度。以此 方式，自動熔接系統丨〇可精確地及明確地決定何時已將半 製品W充分加熱至與其他半製品熔接的狀態。此消除了 要操作者做主觀視覺決定半製品已被充分加熱。 參照圖5 A及5B，將一個模範軟體流程圖提供於可藉由 制系統12執行的典型熔接操作。在步驟2⑽操作者將第一 半製品裝在可移動平台或壓盤上，在步驟202至208中， 知半製品排列如於本技藝中已知的雷射瞄準技術。在步驟 的 外 回 藉 需 控 個 可 五 發明說明（16 ) 210將第二個半製品裝到其機器手臂，在步驟212操作者探 動自動設置流程。 在步驟214將控制第-個半製品的可移動平台抬高直到导 製品接觸加㈣Η。此設定第—個半製品的零點參考僅。 半製品與加熱塊14的接觸可藉由，例如，電容感應器及/或 裝載室或任何其他適合的位置偵測技術，如在步驟216中， 而完成。在步驟218，將半製品降低遠離加熱器至預定的起 始點’其基於許多由操作者輸人的參數包括零件大小、材 質等。此起始間距是基於零件由於加熱預期膨脹大小。在 步驟220’將控制第二個半製品^的降低到其接觸加熱塊 14，以建立第二個半製品的零參考點，同樣地由適當的接 觸感應器如步驟222的電容感應器偵測。 在步驟224,將第二個半製品括高至預定的起始點，同樣 是由零件大小及零件材暂Α^ ^ & 、 ▼干钶貝基於加熱期間預期膨脹大小決 疋。在步驟226 ’將第二個半製品向第—個半製品抬高直到 由步驟228的裝載室偵測到與半製品接觸。此建立兩個細品 之間㈣的零點m步驟23。，將第二個半製品抬高至 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 預定的間隔距離，同樣是基於零件大小及材料性質。在步 驟232，將第二個半無。&人w y 選定的熔接程序/全收回’在步驟234操作者開動 在步驟236’將加熱塊14自其原先位置延伸至其溶接位 ★藉由y驟23 8的極限開關偵測。在步骤240，將電力 =至：熱器’開始加熱塊溫度的增加。或者，可將加熱 益在加熱器在原來收回位置之時期中預熱m兄下， 500997 A7 五、發明說明（17 經 1 局 員 X 消 作 社 印 製 在步驟240，將加熱器電力增加至提高加熱器溫度至理想熔 接溫度，其由各半製品獨立選擇及控制。在步驟242，將熔 接計時器開動。藉由精確控制加熱元件2〇、22的溫度，及 半製品於熔接處的溫度，可將半製·品在步驟244開始加熱， 直到在步驟246的半製品溫度感應器決定半製品已被加熱至 其適當溫度。用於步驟248的計時器確保將半製品於預定時 間視窗内加熱，否則可能指示加熱塊或相關的電路可能有 故障。 在步驟250，半製品機盗手臂移動半製品使兩個零件接觸 而連接在一起。在步驟252，於此實例中將零件保持在一起 大約十（10)分鐘。在步驟254可設置聽得見的及/視覺警 報’以警惕操作者溶接程序已經冑成，在步壤256，操作者 可自步驟258的固定物裝置移除完成的結構。在步驟26〇， 操作者決定是否要在下一循環中熔接類似的零件或是否由 於零件改變而需要新的設定。在步驟262，將下—對半製品 裝入設備中，將熔接程序再啓動回到步驟234。若是在步= 264需要新的設定’程式循環回到步驟2〇〇，可由操作者將 用於熔接操作的許多4數輸入。 參照圖6 ’説明根據本發明的加熱元件2()、^典型加熱 曲線。於先前已知系統中’可將加熱器開動並僅加熱至某 預足但未調節的溫度。所以，在熔接處的半製品加熱並未 受控制且不-致。根據本發明，因爲使用加熱元件溫度咸 應器及半製品溫度感應器，可以任何理想的加熱曲嶋 製品加熱。於圖6的實例中，將加熱元件2〇、22開始加教 !ιί 1 — ^ ^ -裝·--III II ^— — 11^--•線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I..................................一一 ·20· 本紙張尺度_㈣國冢標準（CNS)A4規格（21^7½公楚） A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（18 ) 到弟-個溫度T1，其較佳但不一定低於半製品材料的溶化 1度T3。在實際熔接操作前可將半製品沉浸於此溫度一段 、間。我們已發現在某些運用中，此預先沉浸可造成較佳 且更-致的熔接。在此選擇性沉浸時期丁"麦，將加敖元件 2〇、21加熱，使得將熔接處的半製品溫度提高到溫度T2， 其局於熔化溫度Τ3但低於分解溫度了4。而後可將半製品藉 由將零件壓在-起而結合，如本文之前所述。溶接時期η 之後，依需要可使熔接後的零件經過冷卻的曲線。 ^照圖7 ’將另一加熱曲線説明。於此國表中，線Α是加 熱淼20、22其中之一的測量溫度，線B爲另一加熱器的測 ，溫度:於此具體實施例中，將加熱器逐漸坡度上升至選 定的_度T 1而後將溫度保持，同時半製品升溫。此圖表説 明控制電路12如何以常見的方式操作，以控制加熱器溫 度。例如，控制電路12可執行常見的piD控制運算法則。— 再圖7的實例中，將加熱器2〇、22兩者皆升溫至相同溫 度，但此不一定需要，將視相關的半製品大小及材質而 定。圖7，也圖示説明如何將各加熱器的溫度彼此獨立控 制。 圖7中的線C及D將半製品w〗及W 2於熔接處的溫度製圖。 半製品的溫度逐漸上升直到其達到選定的熔接溫度，其在 圖7的實例中發生於约時間T1。在那時，將加熱器移除並將 半製品如先前本文説明結合在一起。在圖7中，線c由於測 量技術而下降。線c相當於可移動的半製品，所以當把它與 其他半製品接觸時，從IR溫度感應器的”觀點”將熔接處移 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） n H ϋ n n ϋ n ϋ n n n t— I » 1 n n n ϋ ϋ n 如54t ϋ IE I ft n n n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

發明說明) 於適當載體（未示）的基部208。利用適當的機械手臂，如前 文所述，可將基部208移動。自基部208延伸的是固定物台 或針210。將針210適當地調整大小，以便在將半製品加熱 爲熔接操作的一部份前與半製品鑽孔200具有輕微抵觸或摩 擦配合。 · 在圖8A中，加熱前將半製品Wl裝在固定物21〇上並平整 地在針210上固定。在圖8B中，已將半製品加熱爲熔接= 作的一部份。在加熱時間期間，半製品，，膨脹"因而在針21〇 上具有大幅縮短的間距，然而有足夠的殘餘抓力使得半製 品不會掉出針210。在半製品與固定物2〇6之間的減低摩擦 抵觸減少到已形成熔接處的冷卻期間接頭能夠沿著針21〇滑 動。在半製品已經達到其各自熔接溫度後，將零件連接= 且將固^物及針2職持固^。在㈣中，冷卻期間（例如 自約4〇(TC到約mt:)當溶接處冷卻時將^物保持固定。 因爲將摩擦的安裝已大體上移除’由㈣接處冷卻產生的 收縮用力拉現今可沿著針210軸向滑動的半製品。熟悉本技 藝者將知道所説的移動爲很小但是重^若半製品不能自 由沿著針2H)滑動’在溶接處中會產生殘餘應力。完全冷卻 前將半製品自針21〇移去，否則半製品會回到其原來大小而 被平整地保留在針21G上。然而tf要時可使用此完全冷 部在圖8C中馬了清楚將半製品沿著針21〇的輕微輛向位移 誇大成間距212。冷卻期間半製品1仍爲放射狀地排列， ^轴向不受限制’所以溶接處可以冷卻而無或有很少殘 500997

五、發明說明（21 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 24- 參照圖9A-9D，將另一固定物觀念的具體實施例説明。 此具體實施例有用於零件如標準〗s 〇管子末端接頭，其 具有大致圓筒内部鑽孔252。此ISO接頭爲可移動半製^ ，於此例中要被熔接到閥主體W2。 準S 0接 >員特徵爲放射狀向外延伸凸緣2 $ 4。將固定物 260配置來輕輕地抓住接頭25〇，並經由延伸入接頭中心鑽 孔252的針626來保持其放射狀排列。固定物26〇包括頸間 264，其放射狀地抓住接頭25〇並具有向内延伸的凸緣， 其軸向抓住接頭凸緣254。圖9A顯示裝設於固定物26〇内的 接』250開I的裝置。若需要可使用與針輕微的牴觸配 合。接頭250爲軸向無限制但在固定物26〇内受支撑。在園 9B中，已將半製品加熱，在圖9C中，已將半製品結合。當 接頭250受熱，其不再與針262有牴觸配合。如圖9C中所 不，當熔接接點270製成，已將半製品25〇拉上靠到固定物 260中的停台266。當熔接處270冷卻，接頭250可軸向自由 倒退開，軸向不受限制，而同時仍爲放射狀排列。因此， 根據本發明的此觀點.，以至少—個連接的半製品爲轴向不 文限制，固定物使得熔接處得以冷卻。 圖8A-8C及9A-9D的模範具體實施例具有特定的結構特 徵L此，由於特定接頭設計或幾何形狀被熔接而使用。不 應將此等具體實施例以限制性意義解釋。顯著的特徵爲在 加熱步骤期間將至卜個半製品支撑，但是在溶接後冷卻 步驟期間爲軸向不受限制，以消除殘餘應力。 已將本發明參照較佳具體實施例説明。他人在讀到並了 本紙張尺度適用中&NS)A4 ϋ (210 x 297公釐_ kn t— If n CEC If I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 500997 A7 B7 五、發明說明（22 ) 解本説明書時將會想到修改及變化。意欲包括所有如此的 修改及變化在隨附的專利申請範圍或其相當的範圍内。 n ί........., n n ^^1 ti n f— ^ic I— tn 垂 0 t— n n ϋ CBS n If 訂i I— n set I CIS n K <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員X消費合作社印製 -25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 500997 _ g . .-—_ 六、申請專利範圍 1. 一種用來將氟聚合物半製品熔接在一起的笑置，包括： 具有第一個及第二個表面的加熱塊； — 用來放射來自該第一個表面熱的第一個加熱元件； 用來放射來自該第二個表面熱的第二個加熱元件； 將该第一個及該第二個加熱元件分別用來控制溫度。 2·根據申請專利範園第丨項之裝置，其中該第一個及第二個 加熱元件係置於單一處所。 3·根據申請專利範圍第1項之裝置，其中至少一個該表面爲 非平面。 ~ 4. 根據申請專利範圍第！項之裝置，其中該表面兩者皆爲非 平面。 5. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中至少一個該加熱元 件係排列於非平面結構中。 6 ·根據申請專利範圍第5項之裝置 件係沿著彎曲的路徑排列。 7 ·根據申清專利範圍第5項之裝置’ 係集中輻射自該表面之一的熱。 8 ·根據申請專利範圍第1項之裝置 加熱元件係引導自該第一個及第 9·根據申請專利範圍第1項之裝置 制該第一個及第二個加熱元件彼此獨立之個別的溫度。 10·根據申請專利範圍第9項之裝置，其中該控制電路包含第 ，一個及第二個溫度感應器，分別感應相關的_個該加熱 元件的溫度。 適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） 應— — IIIIIII應I睡*翁屢睡—謙I I 昼應睡III· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其中將該非平面加熱元 其中該非平面加熱元件 其中該第一個及第二個 二個表面輻射出的熱。 包含一控制電路，其控 艨濟部智慧財產扃員Η消費合作社印製 500997 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 11·根據♦凊專利範圍第9項之裝置，其中該控制電路包含— 個熔接溫度感應器，用來偵測由一個該加熱元件加熱的 半製品溫度。 12·根據申請專利範園第丨丨項之裝置，包含第二個熔接溫度 感應器’用來偵測由另一個該加熱元件加熱的第二個半 製品溫度。 13.根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該熔接處溫度感 應器包含一個IR熱感應器。 14·根據申請專利範圍第丨項之之裝置，包含第一個及第二個 固定物，用來固定第一個及第二個待熔接在一起的半製 品’將至少其中一個該固定物裝在可移動平台上，及一 個用來控制該半製品在熔接操作時相對於彼此的位置之 控制電路。 15·根據申請專利範圍第14項之裝置，其中該加熱塊爲可移 動於收回位置及靠近該半製品的熔接位置之間。 16·根據申請專利範圍第15項之裝置，包含第一個及第二個 加熱元件溫度感應器，其提供相當於該加熱元件的溫度 之訊號至該控制電路。 Π·根據申請專利範圍第16項之裝置，包含第一個及第二個 緣接處溫度感應器，其提供相當於該半製品的溫度之訊 號至該控制電路。 18·，據申請專利範園第9項之裝置，其中該控制電路根據預 •足的溫度曲線控制該加熱元件的加熱。 19.根據申請專利範圍第㈣之裝置，其中該溫度曲線在加 膽 · n n n n ttn I gmgm 訂！！線 r%先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

   ^00997 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 熱時間期間包括逐步的上升順序。 20· —種用於熔接塑膠半製品的加熱器，包含： 一個加熱塊； 置於該加熱塊中的第一個及第二個加熱元件，其中將 各加熱元件分別控制相對於另一加熱元件的温度。 21.根據申請專利範圍第2〇項之加熱器，其中將至少一個該 加熱元件排列於非平面結構中。 22·根據申請專利範圍第2〇項之加熱器，其中該加熱塊包含 自該第一個及第二個加熱元件輻射熱的第一個及第二個 非平面表面。 23·根據申請專利範圍第2〇項之加熱器，其中將自該加熱塊 輻射的熱聚焦。 24· —種用來熔接塑膠半製品的方法，包含步驟有： a) 加熱各半製品至預定範園溫度内的溫度； b) 該加熱步驟包含利用兩個加熱元件，各加熱元件放 射熱至各自的半製品；及至少一個該加熱元件聚集放射 的熱至各自的半製品。 25·根據申請專利範圍第24項之方法，其中將該半製品於溶 接過程中加熱至不同溫度。 26·根據申請專利範圍第25項之方法，包含分別偵測該加熱 元件溫度的步驟。 27·根據申請專利範圍第25項之方法，包含分別偾測各半製 ‘品溫度的步驟。 28·根據申請專利範圍第25項之方法，包含在兩個半製品皆 -OA » 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ί — ! — 藤！ ! I t 1!着 〈請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 997 997 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 AS B8 C8 -----— D8_ 六、申請專^" 已達到各自預定溫度後，藉由將半製品連結而將半製品 熔接在一起的步碟。 29.根據申請專利範圍第25項之方法，用來熔接ρρΑ半製品 至改良後PTFE半製品。 3〇·根據申請專利範圍第25項之方法，其中該半製品包含具 有不同熔化溫度的材料。 31·根據申請專利範圍第30項之方法，其中將至少一個該半 製品加熱至约爲或大於其熔化溫度並低於其分解溫度的 溫度。 32·根據申請專利範圍第25項之方法，其中在該加熱步驟期 間，將該半製品垂直排列。 33· —種用來輻射熔接氟聚合物零件的裝置，包含： 第一個及第二個加熱元件，其可被安置來加熱第一個 及第二個半製品； 用來偵測該加熱元件溫度的感應器； 用來偵測熔接處半製品溫度的感應器；及 接收該感應器的輸出並基於該溫度感應器輸出根據加 熱曲線控制半製品加熱的控制電路。 34.根據申請專利範圍第33項之裝置，其中該半製品爲相同 材料製成。 35·根據申請專利範圍第33項之裝置，其中一個半製品是由 溶化可加工材料製成，而另一半製品是由非熔化可加工 材料製成。 36.根據申請專利範圍第33項之裝置，其中一個半製品是由 n n t— n 1 n I* n n n n n I 一-»4 n n n n n I n I {請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) -29-

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   六、申請專利範圍 其中該加熱元件各個 其中將該加熱元件置 其中將該加熱元件排 其中將該加熱元件排 PF A材料製成，而另一半製品是由改良後ρτρΕ材料 成。 订根據申請專利範圍第33項之裝置，其中該加熱元件聚集 輻射出的熱於預定區域内，以加熱主要於熔接處之半製 〇 38.根據申請專利範園第33項之裝置，其中該控制電路係控 制半製品相對於彼此及該加熱元件的相對位置。 39· —種用來熔接氟聚合物半製品的裝置，包括： 。一種具有第一個及第二個加熱元件與其相闕的加熱 器，其中至少一個該加熱元件聚集輻射出的熱向半製品 的加熱區域。 40·根據申請專利範圍第39項之裝置 聚集輻射出的熱向各自的半製品c 41·根據申請專利範圍第39項之裝置 於定型成集中輻射熱的基質中。 42·根據申請專利範圍第3 9項之裝置 列於約略爲拋物線的結構中。 43. 根據申請專利範圍第39項之裝置 列於約略爲非平面結構中。 44. 一種用來熔接氟聚合物半製品的方法，包括步驟有： a) 加熱各半製品至預定範圍溫度内的溫度； b) 該加熱步驟包含利用兩個加熱元件，各加熱元件放 •射熱至各自的半製品；及 c) 分別控制各加熱元件的溫度。 ϋ n n 1 n n n n n n n n I · n- 1 _1 n «II n n-#T»J· n n n n n «I emmm I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

   500997 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 45·根據#請專利範圍第44項之方法，台本扁⑴"丄上一 、〜乃古，包含偵測藏加熱元件 各自溫度的步骤。 46. 根據申請專利範圍第45項之方法，包含在半製品溶接處 * 偵測各半製品溫度的步驟。 47, 種用來=接氟聚合物半製品的方法，包括步驟有： a) 選擇第一個及第二個待熔接的半製品，其中第一個 半製品由熔化可加工材料製成，而第二個半製品是由非 熔化可加工材料製成； b) 加熱各半製品至預定範園溫度内的溫度； c) 該加熱步驟包含利用兩個加熱元件，各加熱元件放 射熱至各自的半製品；及 d) 分別控制各加熱元件的溫度。 48· —種用於以紅外線熱將半製品熔接的固定物，此固定物 包含： 一基座； 自該基座延伸出的部分，適合接合該半製品；該部分 在將熱施予該半製品前，放射狀排列該半製品並軸向= 定該半製品； 在半製品已被加熱成爲熔接操作的一部份後，將半製 品軸向不受限制於該部分上。 49·根據申請專利範圍第48項之固定物，其中該部分包含與 半製品加熱前的半製品有抵觸配合的針。 5Q·根據申請專利範圍第48項之固定物，其中該部分包含頸 間，其抓住半製品上相對應的凸緣。 IIIIIIIIIII — - I I (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： .線*

   X 297公釐）