专利名称：用高频或超声加热来焊接合成树脂构件的方法和装置的制作方法
发明
背景技术：
领域本发明关于用如高频振动或超声振动来焊接合成树脂构件的方法和装置。本发明尤其关于一种用高频振动或超声振动来焊接合成树脂构件的方法和装置，其中在焊接操作中可不考虑周围温度条件进行合成树脂构件的有效焊接，并且焊接是在短时间内重复进行的。
相关技术的描述通常，为了使一个合成树脂的薄膜或带子粘接到一个物体上或将合成树脂形成的板粘结在一起，采用高频波或超声波来进行焊接。例如，JP-B-51-7424公开了采用超声波或高频波来将合成树脂片加压并焊接到拉链的牙链上，由此形成止码部分。
为了有效而大量地生产拉链，采用高频波或超声波来形成止码部分的压力焊接是在短时间内重复进行的，另外为了将合成树脂片牢固地焊接到拉链牙链上，该压力焊接是在合适的温度条件下进行的。在焊接中，焊接时间小于2秒，待机时间是一秒，这样一个循环在总计大约3秒时间内结束。
为了在这么短的时间内将合成树脂片牢固焊接到拉链牙链上，由超声波或高频波迅速地将大量的热量送到合成树脂片、链牙、拉链带上。如果供给过量的热能，合成树脂片、链牙和拉链带会过热。这样，在焊接后或在拉链带上切掉线头时，由于加上弯曲或推力等外力可使这些构件变脆和使止码破裂。另一方面，如果加上的热能减少，又不能进行有效的焊接，从而使止码部分在焊接后与拉链牙链分开。因此，对于用超声波或高频波来焊接来说，要求有很严格的温度设置。
为了进行温度设置，按照JP-Y-63-33531，在切割模上设有一个加热器和一个温度探测器来引导热塑性薄膜，该薄膜由超声辐射体装置焊接，在薄膜温度由温度控制器保持在预定温度下来形成止码部分。按照同一个公开文件，切割模的温度控制成对薄膜预加热并缩短加上超声的量所需要的时间。这样止码部分的形成步骤在短时间内结束，这样可提高拉链的生产率，并且使薄膜在没有在超声辐射体装置加上过度热量的情况下进行焊接。因此可防止薄膜和拉链带变脆。
然而，正如上面所述，这种焊接是在短循环上长时间重复进行的。因此，在焊接时由于薄膜和拉链带产生的热量进行的加热和超声辐射体或高频电极的温度逐步上升，即使与温度升高相对应的热量自然地排放到大气中，辐射体和电极也不能得到有效的冷却。因此，过度的热能逐步加到合成树脂片、拉链链牙和拉链带上，从而使它变脆。
正如在JP-Y-63-33531中特别描述的，在切割模中设有加热器的情况下，超声辐射体的温度大大升高，不能进行专门的冷却，因此就会出现一种情况，即在操作期间，由温度控制器控制的切割模的温度的设定值将发生变化。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用高频或超声加热来焊接合成树脂构件的方法和装置，它可以在超声辐射体或高频电极的温度不上升到设定温度或该温度以上的情况下、总是在合适的焊接温度上焊接合成树脂构件。
该目的可由与第一到第四个方面的焊接方法相关的发明、和与第五到第九个方面的焊接装置相关的发明来有效地获得。正如在第一个方面所述，本发明关于一种由高频或超声加热来焊接合成树脂构件的方法，其特征在于包括下列步骤。
一种由高频或超声加热来焊接合成树脂构件的方法，包括下列步骤由温度探测器探测高频振动部分或超声振动部分的温度，在高频或超声振动超过一个预设的温度范围期间，在由温度探测器探测温度时，用冷却装置冷却一个高频电极或一个超声辐射体和砧座，由此使温度迅速下降到该温度范围，在高频振动部分和超声振动部分的温度已下降到预定温度范围时，停止冷却装置的操作，并重复启动和停止冷却装置。
该焊接方法宜由与第五到第九个方面的焊接装置有关的本发明进行。正如在第五个方面所述，本发明的焊接装置的主要特征在于它具有下列结构。
一种用高频或超声加热来焊接合成树脂构件的装置包括一个高频或超声振动器，一个连到该振动器上的高频振动部分或超声振动部分，另外设在高频振动部分或超声振动部分上的温度探测装置，冷却高频电极或砧座的冷却装置；和将由温度探测装置测出的温度与设定温度相比较的控制装置，由此来进行冷却装置的启动和停止。
一对高频振动部分包括由电极构成的、连接到高频振动器上的上下模，或者超声振动部分包括一个砧座和连到超声振动器上的超声辐射体，将要被焊接的合成树脂构件以叠层状态放置在上下模或超声辐射体和砧座之间，通过压力来焊接该合成树脂构件。按预定的时间来操作高频振动器和超声振动器，由合成树脂构件的内部加热来焊接合成树脂构件。该操作是连续重复的。随着重复进行焊接操作，在焊接合成树脂构件期间产生的热量会使高频电极或超声辐射体和砧座的温度逐步上升。
此时，用以支承在高频电极或超声辐射体中的待焊接的合成树脂构件的下模电极的温度一直由温度探测装置探测，探测到的温度信号送到控制装置，以决定该温度是否处于预定的温度范围内。如果下模电极或超声辐射体的温度不在预定的温度范围内，控制装置就产生一个起动指示信号，冷却装置开始操作，以积极地冷却下模电极或超声辐射体，由此使温度降低到该温度范围内。当下模电极或超声辐射体的温度进入该温度范围时，控制装置产生一个停止指示信号，由此停止冷却装置的操作。
因此，当高频振动部分或超声振动部分的温度超过预定的温度范围时，冷却装置操作以积极地降低高频振动部分或超声振动部分的温度。因此，在焊接装置的操作期间，高频电极或超声辐射体(砧座)的温度可一直保持在恒定的范围内。因此，该焊接合成树脂构件的操作一直在精确的时间内和合适的温度上进行。结果，可获得高质量的产品，另外还可大大提高生产率。
冷却装置的例子包括除了如在本发明的第七个方面限定的从气体喷嘴喷射冷却空气外，还在高频振动部分或超声振动部分中提供冷却套。
本发明的第二个方面是导向一种方法，其中将高频振动部分或超声振动部分预热到一个预定温度，该温度等于或低于外部加热的合成树脂构件的焊接温度。为进行预热，本发明的第六个方面导向一种装置，其中高频振动部分或超声振动部分具有预热装置。本发明的第八个方面最好导向一种装置，其中采用电加热器作为预热装置，该装置可移动地安装到高频振动部分或超声振动部分上。
通过在高频振动部分或超声振动部分中提供预热装置，可以预先升高待焊接的合成树脂构件的温度。因此可减少所加的高频或超声能量；另外，还可缩短焊接时间。另外，由于振动部分的温度可在寒冷地区或在装置开始操作时迅速上升，可大大缩短开始操作时的准备时间。特别推荐用电加热器作为预热装置，因为温度比较容易控制。另外，如果电加热器可拆卸地安装在高频振动部分或超声振动部分上，可以控制加到电加热器上的电能，还可通过调节插入量来调节电加热器的加热量。
此时，预热温度设定成低于待焊接的合成树脂的熔化温度。通常，用作拉链的合成树脂材料的例子包括聚丙烯、聚酯、尼龙和聚醛。在考虑这些树脂的熔化温度时，建议预热温度设定成如本发明第三个方面中限定的65～90℃。
在本发明的第四个方面中，规定了合成树脂构件的应用领域，特别是，焊接操作的一个循环是短的，另外还用于大量重复地进行该循环以形成拉链的止码部分，该合成树脂中的一个是拉链牙链，另一个是用作止码的薄膜片。
按照本发明的第九个方面，在高频振动部分的下电极或超声辐射体的表面上提供翅片、孔或凹凸部分，由于在下电极或超声辐射体的表面上提供了翅片、孔或凹凸部分，增大了与周围大气的接触面积，从而增强了辐射效果，特别是在形成孔或凹凸部分的情况下，可大大增强下电极或超声辐射体的本体内部的热交换能力。
附图概述
图1是表示本发明典型实施例的合成树脂构件的高频焊接装置的概略示图；图2是该装置的剖视图；图3是表示该装置焊接步骤的主要部分的剖视图；图4是表示本发明另一典型实施例的合成树脂构件的高频焊接装置的概略示图；图5是由高频或超声焊接装置提供的具有一个止码的拉链的平面图。
优选实施例的详细描述下面将参照附图来专门描述本发明的优选实施例。图1～3示出本发明的典型实施例的、用高频振动将作为止码(下止码)的薄膜片焊接到拉链牙链上的止码部分形成装置的结构。图1是表示止码部分形成装置的概略示图，图2是表示该装置的剖视图，图3是表示该装置的焊接步骤的主要部分的剖视图。
拉链的牙链1具有这样的结构，拉链的链牙1b通过将合成树脂类的单丝形成线圈，再将线圈用缝线4沿左右相对的一对拉链带1a的侧边缘缝合，拉链带通过针织或编织得到。另外，拉链牙链的构形不仅限于本实施例的形状，线圈形拉链链牙可和编织和针织拉链带同时编织或针织。
在这些附图中，参照数字11代表由连接到高频振动器10上的下电极构成的下模，该下模通过导线12产生高频振动。参照数字13代表一个冲头，它设置在下电极11的对面，并由图中未示出的导线连到高频振动器10上的上电极构成。冲头13与切割模14一起以预定的冲程独立地垂直移动，切割模14与这种传统的止码形成装置一样垂直移动。
下模11包括一个立方体形本体11a和一个柱形部分11b，该柱形部分11b从本体11a上表面中部向上凸出，柱形部分11b的上表面与冲头13的下表面相对。在本体11a的下表面中部向上形成一个用以插入加热器的孔11c，圆柱形的电加热器15可移动地插入加热器插入孔11c，使插入位置可以调节。供给电加热器15的电力可通过温度控制器(未示出)控制。另外，下部本体11a设有辐射通道11d，使通道具有多个通孔和盲孔，这些孔设在远离如图2所示的加热器插入孔11c的一部分与气体喷嘴17相对的表面上。
一个温度探测器16装到下模11本体侧面的一部分上，用来一直探测本体11a的温度。另外，采用冷却空气的气体喷嘴17在本体11a的侧部朝向本体11a。温度探测器16通过控制装置18连到气体喷嘴17的气源(未示出)上，由温度探测器16探测的温度作为一个数字信号输入到控制装置18，并操作控制装置18的相关的操作部分(未示出)，并决定是否处于预定的温度范围。如果探测的温度超过该温度范围，气源起动从而使冷却空气从喷嘴17喷向本体11a。另外，当探测的温度处于温度范围内时，控制装置18对气源输出一个止动信号，从而停止喷射冷却空气。
该温度范围包括一个最高温度和一个最低温度，在本体11a的温度超过最高温度时开始喷射冷却空气，在本体11a的温度低于最高温度和到达最低温度时，停止喷射冷却空气。当本体11a的温度在最高温度和最低温度的范围内时，重复进行薄膜片3和拉链牙链1的焊接。
通常，下模11由固体的块状构件构成。即使冷却空气如上所述从气体喷嘴17喷向本体11a，冷却速度较低，几乎不可能在作为拉链止码片的薄膜片3焊接到拉链牙链1上、形成一个止码部分和进行下一个焊接操作之前的一秒内冷却到预定的温度范围。在该实施例中，如上所述，在本体11a上形成了包括多个通孔或盲孔的辐射通道，以此来增加与冷却空气的接触面积，由此来顺利地冷却到预定的温度范围。该辐射通道11a还可设在不是与气体喷嘴17相对的表面上。另外，它的构形不仅限于孔形，本体11a的表面可以加工成凹凸构形或翅片形。
切割模14具有长的连续的带状薄膜2的引入孔14a，在焊接期间，包括一对从上下固定薄膜2的供给辊19a、19b的供给装置19以需要的长度通过引入孔14a将带状薄膜2间歇性地供到切割模14的凹入的切割部分上。当具有预定长度的带状薄膜2供到切割模14的凹入的切割部分时，切割模14向下、然后冲头以预定的时间差向下，从而切割带形薄膜2，由此形成止码的薄膜片3。然后切下的薄膜片3随着冲头13向下移动而向下穿过下部的拉链牙链1的止码形成区推靠在下模11的上表面上。
当薄膜片3进入拉链牙链1的止码形成区时，控制装置18产生一个操作信号，打开高频振动器10，以在下模11和冲头13之间加上一高频电压。正如图3所示，止码形成部分和薄膜片3由拉链牙链1和薄膜片3的止码形成区的内部加热而相互焊接在一起。该焊接所需要的时间约两秒。
当焊接结束时，冲头13升起到切割模14的凹入切割部分中的预定的待机位置。在收到控制装置18发出的信号时，起动图中未示的带状薄膜2的供给机构，使具有预定长度的带状薄膜2通过引入孔14a引入切割模14的凹入切割部分。接着进行如上所述同样的操作和下一个焊接操作。此时，下一个焊接操作开始之前和前一次焊接结束之后的时间少于1秒。因此该焊接操作可重复地进行。
当重复地进行该焊接操作时，下模11和冲头13的温度由于拉链牙链1和薄膜片3的止码形成区产生的内部加热而逐步上升，最终使止码形成区和薄膜片3形成过热状态，从而使止码形成区由于焊接操作而变脆。在下模上设有预热的加热器的情况下，过热状态很容易由在早期阶段由加热器加热引起。在此情况下，即使由温度控制器进行自动温控，在下次焊接开始前的时间象如上面所述那样短时，也不可能迅速地将下模11冷却到预定的温度范围。
另一方面，在本实施例中，下模11由外部冷却装置进行积极的冷却，因此，下模11可在如上所述的短时间内冷却到预定的温度范围。因此，可避免止码形成部分在长时间操作的情况下变脆。
由于在本实施例中，电加热器15可移动地插入加热器孔11d，用于电加热器15的止动件是台阶形的，由此控制电加热器15的插入量，当下模11的预热温度上升到或高于预定温度，不能仅由气体喷嘴17迅速进行冷却时，就将电加热器15的插入量控制成使预热温度降低，使气体喷嘴17能有效地进行冷却。
图4概略示出本发明的第二个实施例。按照该实施例，拉链链牙1和薄膜片3中的止码形成区用超声振动焊接在一起。在图4中，并未示出普通的公知的构件，仅示出与本发明有直接关系的部分中的构件。因此，在下面的描述中，省略了对普通构件的详细描述。
图4中的拉链牙链1具有类似于图1和2所示的结构。在图4所示的牙链1中，由合成树脂制成的单丝而形成的交错的拉链链牙1b，由缝线4沿通过编织或针织得到的一对左右拉链带1a的相对侧边缘缝合。
本实施例的拉链的止码部分形成装置20包括一个超声振动器21，一个连到超声振动器21上的超声辐射体22，一个设在超声辐射体22下方的砧座23，一个拉链牙链1的支承台24，一个朝向超声辐射体22的冷却空气的气体喷嘴25，一个控制装置26用来控制止码部分形成装置20的操作构件的移动。该超声振动器产生超声振动。
砧座23设在支承台24的垂直方向的导向孔中，可作垂直移动。砧座23的上表面设定成加压表面，其形状和止码部分的下表面相同，超声辐射体22的下表面设定成加压表面，其形状与止码部分的上表面形状相同。超声辐射体22设在砧座23的上方，可垂直移动。
一个温度探测器27装到超声辐射体22上，由该温度探测器27探测的温度信号输入到控制装置26，并将探测到的温度与控制装置中的预存储的温度相比较。如果确定探测的温度超过该温度范围，控制装置产生对图中未示的如风扇那样的驱动源一个驱动信号，来自空气喷嘴25喷出的冷却空气喷到超声辐射体22上，从而积极地冷却该辐射体。
例如，安装一个电热器，超声辐射体22的预热温度由供到电热器上的电能或能源的开/关操作来控制，从而使超声操作也以小的超声能量来进行。在此情况下，电加热器的能源的开/关与超声振动器20的起动/停止操作同时进行，由此与能源的开/关操作同时地起动/停止如风扇那样的驱动源的驱动操作。此时，为了增强冷却效果，最好使空气喷嘴25转向超声辐射体22的加压表面。
按照如上所述构成的本实施例的拉链止码部分形成装置20，首先，砧座23向下，超声辐射体22升起，在此状态下将合成树脂片5装在砧座23上。然后，止码形成部分设定在合成树脂片5的上表面上，使拉链牙链1的表面侧设定在砧座23侧。然后砧座23升起和超声辐射体22下降，使合成树脂片5和止码形成区以叠层状态夹在砧座23和超声辐射体22之间。然后，在加压同时加上超声波，由内部的加热使合成树脂片5焊接到拉链牙链1的止码形成区上。通过在间歇地供给预定长度的拉链牙链1的同时重复地进行焊接操作，就依次地形成每个预定长度的所需要区域上的止码部分。
在该实施例中，超声辐射体22由外部喷出的冷却空气积极地进行冷却，即使一个循环的焊接操作在如上所述的短时间内进行，超声辐射体22也可迅速冷却到预定的温度范围。因此，即使长时间地重复进行焊接操作，也可防止止码部分变脆。
通过采用高频或超声焊接装置，可以在拉链6的拉链链牙线7的端部上提供止码部分8，该止码部分8包括上止码8a和下止码8b，合成树脂片或薄膜片焊接到合成树脂制成的止码上。在一些情况下，采用叠层的尼龙、聚酯、尼龙和变性聚脂夹层的叠层片来作为合成树脂片或薄膜片。
如上所述，按照本发明的用超声波或高频波来焊接合成树脂构件的方法和装置，本发明可产生下列独特的和巨大的效果。
通过冷却而使在高频振动部分或超声振动部分设定的温度和预定的温度范围之间产生温差，因此，可使预热温度的误差在该温差之内，在高频或超声振动器操作期间、温度上升时，迅速可靠地进行冷却。因此可提高生产率并可获得高质量的产品。在用喷射空气作为冷却装置的情况下，可在低成本下很容易地冷却高频振动部分或超声振动部分。另外，在高频振动部分或超声振动部分上形成了翅片、孔或凹凸部分，因此该高频振动部分或超声振动部分的表面积增大，因此可很容易地从振动部分辐射热量，并可进一步增强冷却效果。
通过在焊接前将高频振动部分或超声振动部分预热到预定的温度，就可在进行焊接的周围环境是冷天或冬季的条件下在适当的温度下顺利地进行高频或超声焊接。另外，通过预热可很容易地使温度升到高频振动部分或超声振动部分的设定温度上。
权利要求
1.一种用高频振动或超声振动来焊接合成树脂构件的焊接方法，包括下列步骤用一温度探测器探测振动部分的温度，在高频振动或超声振动期间当由温度探测器探测的温度超出预定的温度范围时，由冷却装置冷却振动部分，由此使温度迅速降低到预定的温度范围；在振动部分的温度降低到预定的温度范围时停止冷却装置的操作；和重复起动和停止冷却装置。
2.按照权利要求1的焊接方法，还包括下列步骤将振动部分预热到等于或低于合成树脂构件的焊接温度的预定温度上。
3.按照权利要求2的焊接方法，其中预热温度是65～90℃。
4.按照权利要求1的焊接方法，其中一种合成树脂构件是拉链的牙链，另一种是用作止码的薄膜片和合成树脂片中的一种。
5.按照权利要求1的焊接方法，其中预定的温度范围包括一个最高温度和一个最低温度，在温度超过最高温度时，冷却装置开始操作，在温度到达最低温度时，冷却装置停止操作。
6.一种用高频振动或超声振动来焊接合成树脂构件的焊接装置，包括一个产生高频振动或超声振动的振动器，一个连到振动器上的振动部分，一个探测振动部分的温度的温度探测器，一个冷却振动部分的冷却装置，一个控制器，它将由温度探测器探测的温度与预定的温度相比较，由此来操作或停止冷却装置。
7.按照权利要求6的焊接装置，其中冷却装置包括冷却空气的喷嘴。
8.按照权利要求6的焊接装置，其中冷却装置是设在振动部分上的冷却套。
9.按照权利要求6的焊接装置，其中振动部分包括预热装置。
10.按照权利要求9的焊接装置，其中预热装置是一个插入振动部分中的电热器。
11.按照权利要求6的焊接装置，其中在振动部分的表面上设有多个辐射通道，该辐射通道做成翅片、孔和凹凸部分中的至少一种。
全文摘要
一种焊接合成树脂构件的方法包括下列步骤用温度探测器探测高频电极或超声辐射体(或砧座)的温度，在高频或超声振动期间由温度探测器探测的温度超过预定的温度范围时用冷却装置冷却高频电极或超声辐射体(或砧座)，由此迅速使温度降低到预定温度范围内，在高频电极或超声辐射体(或砧座)的温度降低到预设温度范围内时，停止冷却装置的操作。
文档编号B29C65/18GK1421309SQ0215288
公开日2003年6月4日 申请日期2002年11月26日 优先权日2001年11月27日
发明者仲田佳史, 五十岚治, 伊藤美智夫 申请人:Ykk株式会社