专利名称:色带超声波焊接方法及其焊接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及色带超声波焊接方法及其焊接装置，特别是应用于针式打印机的色带的超声波焊接方法及其焊接装置，这里的色带采用高强度有弹性的合成聚合物如尼龙编织而成。
背景技术：
针式打印机使用的色带通常由尼龙带涂敷油墨而成。
这种色带一般情况下需要焊接成无缝环形，安装在塑料盒内，以便在色带盒内循环使用。在色带带基织物无瑕疵的情况下，色带的接缝质量决定了色带的可打印寿命。目前常用的色带连接方法一般是超声波焊机焊接，由焊头将15khz～40KHZ的高频振动传递给焊接区域的色带带基，利用超声波振动产生的机械能使色带带基分子产生热能。只要色带带基分子温度大于熔点，就能在压力下使色带结合，使色带带基熔化后固接。一般的超声波焊接，其焊头的高频振动使色带带基表面产生热量，并传递给带基内层焊接面，因此带基与焊头和焊刀接触的外层表面温度远高于带基内层焊接面，这样势必造成色带表面严重焦化，使色带带基表面的组织结构遭到严重破坏。因此，经过高温和高压冲击的色带织物，尤其是带基表面的耐击打性能大大低于未经过超声振动冲击的部分，造成在色带油墨未获得充分利用的情形下色带接缝区域就过早断裂，影响色带的使用寿命。而如果降低超声波焊接强度，虽可以减少表面焦化，但焊缝强度结合降低，打印时焊缝剪裁后的边缘容易散开。
为此，各打印耗材生产厂家都在研究如何提高色带的接缝质量，提高色带的使用时间。日本专利JP01-218876介绍的环行色带生产方法，提出一种在焊头或焊刀表面涂环氧树脂以分散释放高温高压的冲击。该方法缺点是不易控制环氧树脂用量，焊接质量不稳定，效率较低下。美国专利US4018955公开了一种单色或多色环形色带及其制备方法，在色带表面铺垫细铁丝网可以缓解高压高温的冲击。其中所用的铁丝网，只能一次性运用，二次焊接则需要更换新的铁丝网，才能完成一个焊接步骤。且采用该种垫网焊接方法，色带驳口质量受辅助材料的质量影响而变得不稳定，同时色带焊缝的耐击打能力并未获得明显提高。如1所示，色带带基的端头3平行对接叠放于上下对置的发振焊头1和固定焊刀2之间。在带基端头3与发振焊头1或固定焊刀2之间，加置铁丝网或其它材料的网状衬垫。焊接后在带基端头3对接部位形成焊缝5。此外，还可见到将焊刀加工成槽形，如图2所示，色带带基的端头3`平行对接叠放于上下对置的发振焊头1`和固定焊刀2`之间。固定焊刀2`与带基端头3`接触的表面被加工成其长边走向垂直于色带带基长度的多个条形焊刀头4`。焊刀头4`之间以凹槽形成间隔。当然，也可以是其长边走向平行于色带带基长度的多个条形焊刀头。上述这些焊接方式都具有基本相同的缺陷，即加工环节较多，耗用辅材严重，因此其成本高昂，效率低下，且色带带基的焊缝连接质量还有待进一步提高。
此外，还有一种延长色带使用寿命的方法，即采用多层色带带基叠置的复层色带。如CN00120027.5书，介绍了一种打印寿命长且印字均匀的复层色带及其制造方法。其复层色带的布置方式是，重叠以复丝作为经线和纬线的多张织物，然后按照色带的宽度熔断并接合重叠后的织物制成色带。前述织物中的至少一件通过热压使色带的厚度压缩，并且前述织物中的至少一件不进行热压或者以与前述通过热压被压缩的织物不同的程度进行压缩，一边对重叠的织物加压一边按照色带的宽度熔断、封接，在具有色带宽度的子带上涂布油墨，制成色带。
发明内容本发明目的在于提供一种针式打印机用色带的超声波焊接方法，该方法可有效提高色带接缝的连接质量，延长色带的使用寿命。
本发明的又一个目的是提供一种专用于色带超声波焊接方法的超声波焊接装置。
按照上述发明目的一，色带的超声波焊接方法，包括下列顺序工艺步骤①将色带带基的两个端头平行对置叠放于活动焊头和位置固定的焊刀之间。②将高频振动施加于步骤①的活动焊头上。③将步骤②的活动焊头压贴于步骤①的置放有色带带基两端头的焊刀表面，使色带带基两端头焊接为一体，形成一条完整的无缝环形色带。其特点是在实施步骤②之前，加热步骤①的焊刀至其温度达到80～150℃。
前述色带超声波焊接方法，焊刀温度最好是100～120℃。
前述色带超声波焊接方法，步骤③压贴于焊刀表面的活动焊头的贴合面与焊刀表面之间最好保持有0.05～0.08mm的间隙。
按照上述发明目的二，色带超声波焊接装置，包括高频振动发生源、焊头和焊刀。高频振动发生源将高频振动施加于焊头上使其发生高频振动。该超声波焊接装置还包括加热装置。该加热装置可把焊刀加热至温度80～150℃。
前述超声波焊接装置，加热装置最好采用电阻加热器，该电阻加热器植入焊刀中，并与焊刀保持热导通电绝缘。
上述超声波焊接装置，其电阻加热器可把焊刀加热至温度100～120℃。
本发明通过对焊刀进行预热加温，使其达到一定温度。这样色带放到焊刀上以后，在超声波发振前，色带已由焊刀获得热能，温度升高至热变形温度。在此基础上，高频振动焊接所需要的能量(气压压力、焊接时间、振幅等)大幅度降低，也即说超声波产生的热量大为减小。由此，色带带基焊接区域外层表面的瞬间温度远低于传统的超声波焊法，尼龙经纬线所承受的高温得以降低，因此尼龙织物就不会被过度焦化。在显微镜下对比观察，采用本发明方法和装置制备的无缝环形色带，其尼龙带基表面破坏程度大为降低，可以清晰地看到纤维的编织结构，其焦化深度较传统焊法浅，而焊缝连接强度仍然很高。实际应用表明，由本发明色带超声波焊接方法获得的色带，其接缝的耐击打特性获得极大提高，延长色带使用寿命30～60％。
图面说明图1现有色带超声波焊接过程示意图，其中色带两侧面铺垫有铁丝等保护网。
图2现有色带超声波焊接过程示意图，其中焊刀被加工成槽形结构。
图3本发明色带超声波焊接装置焊刀结构分解示意图。
图4本发明色带超声波焊接装置焊刀结构示意图。
图5a本发明色带超声波焊接装置焊刀加热电路示意图。
图5b本发明色带超声波焊接装置启动电路示意图。
图6本发明色带超声波焊接过程示意图。
具体实施方式本发明的色带超声波焊接装置，包括高频振动发生源、加热装置、焊头和焊刀。高频振动发生源将高频振动施加于焊头上使其发生高频振动。高频振动发生源、焊头和焊刀的构造关系可参阅美国书US4018955。下面详细描述色带超声波焊接装置的加热装置与焊刀的构造关系。
参见图3、4，焊刀208采用导热刚性材料制成，置于焊刀座202上。在焊刀208底部与焊接机工作台之间加入隔热材料如硅胶板、电木、耐高温胶布等制备的垫板207。在焊刀208四周套加一层耐高温材料保护罩201，焊刀208的刀头由保护罩201的条形通孔209中伸出。电加热管204植入焊刀208刀体内部偏向刀体的下方，它通过导线205与外接电源连通，通过温度控制器的调控可把焊刀加热至温度80～150℃，有利于色带焊接的最好的焊刀温区是100～120℃。此外，在焊刀208刀体内埋入热电偶203。
参见图5a，电加热管204的通/断电通过温度控制器LM控制。此外，植入焊刀208刀体内的热电偶203通过传输线206把焊刀208的温度变化信号传递给温度控制器LM。温度控制器LM根据预先设定的温度判断当焊刀208温度小于温度控制器LM的预先设定值时，温度控制器LM的触点LM1接通，电加热管204通电发热；当焊刀208的温度大于温度控制器LM的预先设定值时，触点LM1断开，电加热管204断电停止发热。
参见图5b，温度控制器LM的另一触点LM0用于控制焊接机的起动。该触点LM0串联在焊接机的双启动按钮ST1、ST2上。当焊刀208温度达到温度控制器LM预先设定值时，此触点LM0自动接通，超声波焊接机在开关按钮ST1、ST2控制下处于可以启动的状态，从而可驱动高频焊头下压；如果焊刀208的温度低于温度控制器LM的预先设定值，则此触点LM0处于断开状态，开关按钮ST1、ST2的导通状态受触点LM0控制，超声波焊接机处于断电状态，不能驱动高频焊头。这样，可确保只有当焊刀温度达到预定值后方可焊接。
本发明色带超声波焊接方法实施例。
应用本发明方法的色带原材料是尼龙66，其玻璃化转化温度为40℃～60℃，热变形温度为60℃～80℃，熔点温度为260℃～280℃。
首先将色带带基的两个端头3按图6所示的平行对置方式叠放于活动焊头1和位置固定的焊刀208之间。之后接通图5a所示焊刀加热电路对图6所示焊刀208予以加热。当焊刀208温度达到表1所示温度时，图5b所示超声波焊接机启动电路的触点LM0在温度控制器LM调控下连通，超声波焊接机在开关按钮ST1、ST2的控制下处于待启动的状态。闭合开关按钮ST1、ST2，超声波焊接机将高频振动施加于活动焊头1上，并驱动焊头1下压至焊刀208表面，对色带带基的焊接区域5施加压力，振动产生的热能将色带带基两端头3在焊接区域5焊接为一体，最终形成一条完整的无缝环形色带。鉴于色带带基需保持一定的厚度，因此，压贴于焊刀208表面的活动焊头1的贴合面与焊刀表面之间最好保持有0.05～0.08mm的间隙。
表2示出了本发明超声焊法获得的色带使用性能。
表1本发明和现有色带超声波焊接方法工作参数
注输出功率百分比数值为实际色带焊接应用功率同焊机额定值的百分比。
表2本发明和现有色带超声波焊接方法所得色带使用性能比较
权利要求
1.色带的超声波焊接方法，包括下列顺序工艺步骤①将色带带基的两个端头平行对置叠放于活动焊头和位置固定的焊刀之间，②将高频振动施加于步骤①所述活动焊头上，③将步骤②所述活动焊头压贴于步骤①所述置放有色带带基两端头的焊刀表面，使色带带基两端头焊接为一体，形成一条完整的无缝环形色带，其特征是在实施所述步骤②之前，加热步骤①所述焊刀至其温度达到80～150℃。
2.根据权利要求
1所述的色带超声波焊接方法，其特征在于所述温度为100～120℃。
3.根据权利要求
2所述的色带超声波焊接方法，其特征在于所述步骤③所述压贴于焊刀表面的活动焊头的贴合面与焊刀表面之间保持有0.05～0.08mm的间隙。
4.应用于权利要求
1的超声波焊接装置，包括高频振动发生源、焊头和焊刀，高频振动发生源将高频振动施加于焊头上使其发生高频振动，其特征在于还包括加热装置，所述加热装置可把焊刀加热至温度80～150℃。
5.根据权利要求
4所述的超声波焊接装置，其特征在于所述加热装置是电阻加热器，所述电阻加热器植入所述焊刀中并与所述焊刀保持热导通电绝缘。
6.根据权利要求
5所述的超声波焊接装置，其特征在于所述电阻加热器可把焊刀加热至温度100～120℃。
专利摘要
本发明是色带超声波焊接方法及其焊接装置。色带超声波焊接方法的特点是在焊接之前，将焊接机的焊刀升温至80～150℃。色带超声波焊接装置的结构包括高频振动发生源、加热装置、焊头和焊刀。高频振动发生源将高频振动施加于焊头上使其发生高频振动。其加热装置可把焊刀加热至温度80～150℃。本发明色带超声波焊接方法获得的色带，延长使用寿命30～60％。
文档编号B29C65/08GK1990215SQ200510121531
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月31日
发明者黄楠, 韦孟站 申请人:珠海天威技术开发有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan