本发明为提供一种感应式热压接设备，特别是利用感应涡电流加热工件的热压接设备。
背景技术：
热熔接技术目前普遍使用在导线连接工艺上。既有的热熔接技术与设备请同时参考图1(A)与图1(B)。其中，图1(A)是两条绝缘电线10与20连接前的鸟瞰图。其中，绝缘电线10具有一个或多个导电用的铜线11，以及包覆铜线11的绝缘层13。后续请同时参考图1(A)与图1(B)，图1(B)是绝缘导线进行既有的热熔接技术时，热熔接设备与绝缘电线的侧视图。热熔接设备30包括了可以在必要时连接电源供应器40的，以金属制作的压头31，以及同为金属制作、具有凹槽32的底座33。压头31与底座33另外具有电热丝(图1B未显示)，以使电流导通后能够发热。将预计进行热熔接的一条或多条绝缘电线10的接合面12与绝缘电线20的接合面21碰触，并放上热熔接设备30中的凹槽32以形成待处理工件F。后续将电源供应器40开启电流后，电连接至压头31，并且将压头31往-Y方向移动，直到压头31与待处理工件F紧密压合为止。此时，电源供应器40、压头31、待处理工件F与底座33就会形成电流回路。此时压头31与底座33中的电热丝(图1B未显示)会产生热量，使待处理工件F的温度会升高。导线产生的热与压头产生的压力会让待处理工件F的绝缘层13溶解，进而使待处理工件F软化，这时压头将待处理工件F压成一体。热熔接工序完成后，将压头往+Y方向挪动，待处理工件F就会在室温下冷却，软化的电线会冷却，变硬定型。就完成了两条绝缘电线10与20的连接。
但是，既有的热熔接技术存在有以下缺点：因为热熔接技术需通以较大电流，大电流容易使得压头31氧化，加上长期的与待处理工件F的高压力接触，容易造成压头31损坏，所以需要时常更换压头31，而且，压头31长时间使用容易造成污损，污损就会导致电源供应器40供给能量不稳定，容易伤害电源供应器40。而且既有的热熔接设备需使用1000安培以上的大电流，不仅耗电，压头31的电阻过小，造成整体电能热能转换效率低，浪费不少能源。再者，使用既有的热熔接设备时，必须对待处理工件F不断挤压，让压头和待处理工件F接触良好保证电路回路通畅，这样就无法让待处理工件在尺寸不变的情况下实现加热，从而难以控制热熔接技术完成后工件的尺寸。可见，现有技术仅适用于手工作业的场景，较难以应用于自动化作业的场景。另外，使用既有的热熔接设备时，会有绝缘层13溶解后的杂质存在于电流路径中，此杂质严重影响温度上升速率并且造成整体电能热能转换效率下降，进而影响熔接品质；若是在热熔接技术前以人工方式刮除，又会增加生产成本。
技术实现要素：
为了改善现有技术所提及的缺失，本发明的目的是提供一种感应式热压接设备，用于压接连接主体及待接件碰触形成的压接主体，感应式热压接设备包括驱动部、压模部、加热部，驱动部与压模部连接，加热部与驱动部固接，加热部通过电激活，压接主体放置于加热部上，加热部包含感应加热线圈，感应加热线圈围绕在加热部中，感应加热线圈加热压接主体，使压接主体软化；其中驱动部驱动压模部，以抵压软化的压接主体，藉此，连接主体与待接件压接，冷却后形成刚性的工件；连接主体是电缆，待接件是线鼻子。
优选的，驱动部驱动压模部在第一方向、第二方向或第三方向移动。
优选的，压模部具有滑块、凸模固定装置、凸模以及导轨，滑块设置于导轨中，导轨平行设置于第三方向，且凸模的构成选自于铜合金、不锈钢、陶瓷，或是上述材料的组合。
优选的，加热部还包含凹模与导磁体，凹模叠设于导磁体上，导磁体叠设于感应加热线圈上，并围绕设置于凹模外侧。且感应加热线圈，在第一平面上的投影形状是弧形或是马鞍形。
优选的，在第三平面上，感应加热线圈包围凹模。
基于上述，本发明所提出的感应式热压接设备，不须经由传统需要将上下电极接触压接主体的方式加热压接主体，仅通过通电的线圈，以电磁感应的方式加热压接主体，不仅电流不需要经过压头，也不需要使用电极，减少压头的损坏与额外使用电极的成本；并且，通过适当的磁路设计及电控系统，使得加热均匀外，更重要的是，在加热前不需要使用人工刮除压接主体表面、电缆的绝缘物质，使得机器产能大增。配合可移动及旋转的凸模，让压接主体的抵压质量更优良。使本发明的感应式热压接设备在加工产业上更具竞争力。
附图说明
图1(A)是进行既有的热熔接技术前，两条绝缘电线连接前的斜视图；
图1(B)是进行既有的热熔接技术时，热熔接设备与绝缘电线的在XY平面上的视图；
图2是根据本发明所述的技术，表示感应式热压接设备的斜视图；
图3是根据本发明所述的技术，表示感应式热压接设备在第一平面的视图；
图4是根据本发明所述的技术，表示感应式热压接设备在第一平面的视图；
图5(A)是根据本发明所述的技术，表示感应式热压接设备的局部斜视图；
图5(B)是根据本发明所述的技术，表示感应式热压接设备的局部在第三平面的视图；
图6是根据本发明所述的技术，表示感应式热压接设备在第二平面的视图；
图7是根据本发明所述的技术，表示感应式热压接设备在第三平面的局部视图；
图8(A)是使用背景技术的机台进行热压接程序后，压接主体的压接点在第一平面的剖视图；以及
图8(B)是使用本发明所提供的机台进行热压接程序后，压接主体的压接点在第一平面的剖视图。
附图标记
绝缘电线10、铜线11、接合面12、绝缘层13、绝缘电线20、接合面21、热熔接设备30、电源供应器40、压头31、凹槽32、底座33、待处理工件F。
机体100、油缸200、滑块300、固定螺帽400、凸模固定装置500、凸模600、导轨700、感应加热线圈组件800、线圈固定装置900、过渡件1000、电缆组件1100、电缆1200、线鼻子外圈1201、电缆导线束1202、线鼻子1300、感应加热线圈801、线圈顶端801t、凹模802、绝缘板803、线圈底座804、导磁体805、驱动部A、压模部B、加热部C、工件W、压接点W1、弯折角度θ、交流电流源P、感应式热压接设备T。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本发明，在此配合所附的图式、具体阐明本发明的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本发明特征有关的示意，并不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。
在本发明中，所述的X轴、Y轴与Z轴系采用右旋的卡式坐标系(Cartesian coordinate system)。X轴、Y轴、Z轴与原点的详细方向在本创作中，是依照各个图式内容所标示，其中X轴方向为第一方向、Y轴方向为第二方向、Z轴方向为第三方向。又定义Y轴与Z轴所构成的平面为第一平面，X轴与Z轴所构成的平面为第二平面，X轴与Y轴所构成的平面为第三平面。
首先请参照图2，是表示感应式热压接设备T的斜视图。感应式热压接设备T包括驱动部A、压模部B、加热部C，其中驱动部A与压模部B连接。驱动部A可以外部电连接驱动芯片、控制装置(图2未显示)，或是机械枢接操纵杆，以供用户操纵用。驱动部A与压模部B的连接方式有电性连接、机械连接、液压连接或是油压连接。最佳的是油压连接，以让驱动部A机械式的、电机式的或是压缸式的驱动压模部B。加热部C包含感应加热线圈801与凹模802(显示于图4)，感应加热线圈801通电后会产生磁场。加热部C可以承载压接主体W。在此感应式热压接设备T所组成的坐标系中，以压接主体W的质心定为坐标系的0点(原点)。当用户要进行压接工艺时，可以先将两个物件放置在加热部C上并使他们碰触，以形成压接主体W。后续加热压接主体W并对于压接主体W压接后，放置室温下冷却，就形成了工件，也完成了压接工艺。两个物件在本发明中分别为连接主体及待接件。在一个实施方式中，连接主体可以是如图2所示例的电缆1200，待接件可以是线鼻子1300。压接主体W上就包含了压接点W1，压接点W是连接主体及待接件碰触时的碰触点。之后将压接主体W上的压接点W1放入加热部C后，用户通过交变电流激活加热部C，使其发出交变磁场。交变磁场通过工件时，工件内部感应出电流，有电流就会产生热量，这样工件就被加热。在几秒钟后，包含压接点W1的压接主体W就会软化。后续，用户可以手动的方式，或是电动控制驱动部A，以使压模部B在第三方向上移动，并压在压接主体W上的压接点W1，使压接主体W上的压接点W1压接。当压接完成后，用户关掉通向加热部C的交变电流，并且驱动压模部B在第三方向上离开压接主体W。待包含压接点W1的压接主体W冷却后，从感应热压接设备T的加热部C上取出，此时压接主体W就会定形，连接主体与待接件就会形成刚性连接的工件。
后续将详细说明各部所包的零组件，请一并参考图2与图3，其中图3是感应式热压接设备T在第一平面的视图。其中，驱动部A具有机体100、油缸200与固定螺帽400。机体100是整个感应式热压接设备T的机构主体，机体100以不锈钢或是铝等金属构成，其用于支撑与接合感应式热压接设备T的所有零部件，以组成整体机构。在第一平面上，机体100是呈现(倒)C字形的形状。驱动部A、压模部B、加热部C都放置在(倒)C字形的缺口中。此种(倒)C字形的设计不仅可以节省感应式热压接设备T的体积，更重要的，(倒)C字形的设计能让压接主体W在加工时，感应式热压接设备T的整体能够稳固在工作平台(图2与图3未显示)上，进行压接工艺时，机体100采用(倒)C字形比采用背景技术的“凹”字形所得到的压接主体W的工件质量更高，详见图8(A)和图8(B)的对比。油缸200连接机体100与压模部B，油缸200接收外部装置(图2与图3未显示)的驱动信号后，其内部的液体压力产生变化，藉此可以推动压模部B运动，使压模部B可以在第三方向上进行往复的直线运动。本发明中的油缸200可以是一般业界所使用的活塞式、柱塞式或是摆动式的油缸200。油缸200的种类不在本发明的限制中。固定螺帽400则是将油缸200与压模部B的一部分锁紧，以使油缸200在进行往复运动时，不会与压模部B脱离。固定螺帽400是一般公知的六角螺丝或是圆形螺丝。
感应式热压接设备T还包括有压模部B。其中，压模部B具有滑块300、凸模固定装置500、凸模600以及导轨700。滑块300与导轨700是让压模部B在第三方向往复运动的关键部件。滑块300接受驱动部A的油缸200驱动后，就会进行线性的往复运动。另外，因为滑块300安装在导轨700中，所以滑块300往复运动的方向是受限于导轨700的设计。因本发明的压模部B是要对其下方的压接主体W施加压力，所以并须限制滑块300往复运动的方向是第三方向，所以将导轨700设计成在第三方向延伸。另外，导轨700在第一平面上的投影是一条平行于第三方向的直线。导轨700是由公知的线性滑轨所构成，数量上可以是一条线性滑轨；或是由多条线性滑轨，以增加滑块运动时的稳固性。在本具体实施方式中，多条线性滑轨最佳的是设置在C形机体100(倒)C字形缺口旁的壁上，并且每条线性滑轨都是平行于第三方向设计，以使导轨700能稳定的往复运动，以提高压接主体W加工精度。凸模固定装置500是用于固定凸模用。从图2可以看到，凸模固定装置500是倒凹字型的构造，凸模600则是被设置在倒凹字型的凹口中。其中，凸模600的材质可以是铜合金或是不锈钢等金属凸块，也可以是陶瓷等非金属凸块，很明显的，在本发明的实施例中，凸模600是不需要通电或是加热的，所以本发明的感应式热压接设备T的凸模600的更换次数是远小于背景技术的压接设备的。在本发明中，凸模600的主要目的是将高温软化后的压接主体W加工塑形。此外，凸模600的构成需要具有耐高温的特性，以使凸模600接触到高温的压接主体W时，不会融化。在本发明中，耐高温指的是构成材料在1100℃以下时不会融化，且保持洛氏硬度在HRC35或HRC35以上。用户可以将设计好的图样经由公知的生产制程转移到凸模600上。在本发明的另一具体实施方式中，凸模固定装置500中可以包括可旋转式接头。在此处所说的可旋转式是相对于凸模固定装置500。通过的外部装置(图2与图3未显示)的驱动，使驱动凸模600以第三方向为转轴旋转，让压接主体W能够抵压出更多图样。另外，凸模固定装置500还可以通过两层式的结构设计，带动凸模600在第三平面上运动，以扩大凸模600处理压接主体W的工作区域。
另外，感应式热压接设备T还包括有加热部C，加热部C具有感应加热线圈组件800、线圈固定装置900、过渡件1000以及电缆组件1100。其中，感应加热线圈组件800被线圈固定装置900固定在C型机体100的底部平面位置，并且通过过渡件1000电性连接电缆组件1100。电缆组件1100可以连接外部的电源(图2与图3未显示)。透过外部的电源的供电，使感应加热线圈组件800导通交变电流，以激活感应加热线圈组件800，并且产生磁场，以感应加热放置在加热部C上的压接主体W，使压接主体W高温软化。
接着请参考图4，是感应式热压接设备T在第一平面的视图。图4仅将加热部C中的部件标示出来。其中，感应加热线圈组件800包括感应加热线圈801、凹模802、绝缘板803、线圈底座804与导磁体805。加工前，用户必须将压接主体W放置在加热部C的凹模802中。凹模802在第一平面呈现凹字型，可让压接主体W加工时不易滑出加热部外。凹模802可以由铜合金、不锈钢、陶瓷或是由上述三种材料的任意组合所构成。感应加热线圈801围绕压接主体W设置，并往第三方向延伸设置，以接触线圈底座804。在本发明中，感应加热线圈801是一般业内所使用的空心水冷线圈，其透过外接的水冷式设备(图4未示)，冷却线圈，并使线圈免于在电磁感应加热时本身过热烧毁，另一方面冷却凹模802。另一具体实施方式，感应加热线圈801还可以设置于一个马蹄形的塑料管(图4未显示)后，再放置于线圈底座804上，以防止感应加热线圈801通电时，操作的客户端被电到或是被烫伤。此时图4中所显示的感应加热线圈801就是里面包有导线的塑料管。感应加热线圈801通过线圈底座804与电性连接过渡件1000，电性连接于外部电源(图4未显示)。通过外部电源激活感应加热线圈801。此时感应加热线圈801与外部电源形成电路回路。感应加热线圈801所包围的区域就会生成电路回路电磁场。外部的电源必须是交流电，才能让感应加热线圈801进行生成电路回路电磁场(也就是进行电磁感应)，但是所述交流电不限于电压变化或是电流变化。由于凹模802、线圈底座804以及感应加热线圈801可以是由金属等导电材料组成，为了防止在供电时，外部的电源供应的电流经由凹模802直接流到压接主体W上造成用户触电危险，所以在线圈底座804与凹模802之间设计了绝缘板803，以减低漏电发生的机会，维护用户安全。另外，为增加电磁转换效率，避免感应加热线圈801产生的磁束不正(即生成的磁束不在第三方向上)的状况，有漏磁情形产生，本发明在加热部C中特别设置了一个导磁体805，以使多数磁束能保持在第三方向上。导磁体805的不同形状与位置会影响本发明的电磁转换效率，本发明中，磁体805叠设于感应加热线圈801上，并设置于所述凹模802中。所以从的图4看来，导磁体805亦呈现凹型，并紧贴设置于凹模的侧壁。导磁体805是由磁性物质所构成的方块体，例如铁、钴、镍，或是此三种元素所形成的化合物，其利用磁场较易通过磁阻低的材料(磁性物质)的特性，让感应加热线圈801生成的磁场能够集中通过压接主体W。而且，本发明可在线圈底座804内选择性地增设过载保护器，以防止过大的电流通过感应加热线圈801，造成感应加热线圈801烧毁以发生危险。
接着请参考图5(A)，是表示感应式热压接设备T中，加热部C的局部斜视图。在此撷取出感应式热压接设备T中的加热部C，以更进一步阐释本发明加热部C所运用的原理及加热方式。在图5(A)中，感应加热线圈801围绕凹模802设计。感应加热线圈801具有开口朝向+Y轴方向的U型部分，凹模802的凹口往+Z轴方向延伸设置，U型部分围绕凹口的一部分。当压接主体W放置在凹模802上时，外接的交流电流源P就会施加电流于感应加热线圈801，使得交变电流通过感应加热线圈801。感应加热线圈801与外接交流电流源P就会形成电路回路。根据电磁感应原理，电路回路所包围的区域内会产生相对应的电路回路磁场。在本发明中，因为交流电流源P是交流电，所以电路回路磁场的方向与大小是随着时间改变的，此电路回路磁场也是时变磁场。根据弗莱明右手定则，在一个具体实施方式中，若是电流在线圈顶端801t的流向为+X方向时，则磁场方向为+Z方向；在另一个具体实施方式中，若是电流在线圈顶端801t的流向为-X方向时，则磁场方向为-Z方向。接着，电路回路磁场就会穿过压接主体W表面。根据楞次定律，时变的电路回路磁场(时变的磁通密度)会造成压接主体W(此时必为导电材质)表面具有感应电位，此感应电位会因为压接主体W表面具有电阻，而形成涡电流。另外，也因压接主体W表面有电阻，所以涡电流在压接主体W表面流动时就会有能量耗损，此能量会以热能的形式散逸至压接主体W整体。因此，在感应加热线圈801通电期间，压接主体W会具有因为感应加热线圈801发生电磁感应后，所生成的热能。
在感应加热线圈801的电流值固定的情况下，压接主体W表面生成的温度是由压接主体W的材质所决定，以较广泛使用的铜合金材质而言，在感应加热线圈801的电流值是1000安培下，压接主体的温度可以到达600-700℃。感应加热线圈801的材质是由铜线所构成，可以是一匝铜线线圈，也可以是多匝铜线线圈。另外，还可以透过手动或是利用控制器(图5(A)未显示)自动调整交流电流源P本身的频率或是电流值大小，例如使用包括变频电路或是电流峰值控制电路的控制器，以根据不同的压接主体W状况调整加热温度；或是调整感应加热线圈801围绕在凹模802的面积或是形状，例如调整感应加热线圈801在第一平面上的形状，例如感应加热线圈801是马鞍形、方形或是弧形，如图5(B)由左至右显示。为配合感应加热线圈801，因为凹模802在第一平面上的形状必须适应于感应加热线圈801，所以也是采用马鞍形、方形或是弧形，如图5(B)由左至右显示。最佳地，本发明是采用弧形与马鞍形，以使工件能够被线圈包围，使工件能够完整的接受磁场，让工件加热均匀。以使本发明的电磁感应效率提升，并减少电流在感应加热线圈801上因为线内阻的热能耗。
最后说明感应式热压接设备T实际压接时的工艺。请一并参考图6与图7，其中，图6表示感应式热压接设备T在第二平面的视图，图7是表示感应式热压接设备T在第三平面的局部视图。首先，将一个连接主体及待接件碰触后，以形成压接主体W。在本发明中，连接主体及待接件都包含可以导电物质。在本具体实施方式中，连接主体是电缆1200，待接件是线鼻子1300。电缆1200的内外直径、绝缘外皮与导线材质均不在本发明的限制中。线鼻子1300的材质同样不限制。电缆1200形成压接主体W前，也不需要先将其表面的绝缘层刮除或是消除以露出导电物质。碰触是指将两个对象的表面相互接触，且是暂时性的接触。线鼻子1300与电缆1200碰触后就形成压接主体W，碰触的接触点称为压接点W1。压接主体W的在第三平面上的投影面积大小，最小是10平方毫米，最大是95平方毫米。此大小是小于凹模802在第三平面上的投影面积。将压接主体W置放在凹模802区后，用户将压接点W1微调至凹模802的边缘，以方便压接主体W后续作业，如同图7所显示。接着，用户启动驱动部A，油缸200就会带动凸模600往-Z轴的方向移动，如同图6中的箭头方向指示，以使凸模600抵压压接主体W。此时压抵面包含了压接主体W的压接点W1。很明显的，在本发明的任何实施例中，凸模600中是不需要配置任何感应加热线圈801。在本发明中，凸模600主要目的是将高温软化的压接主体W加工塑形。所以，凸模600抵压压接主体W的时间点，可以选择在感应加热线圈801加热前，就由驱动装置A驱动其与压接主体W接触来塑形，也可以选择在感应加热线圈801加热并使压接主体W软化后，再由驱动装置A驱动其与压接主体W抵压加以塑形，对此，本发明并不加以限制。
请继续参考图6与图7。用户会打开如同图5(A)所述的交流电流源P，此时加热部C就会激活，以加热压接主体W。在开启后的5-10秒，就能将压接主体W升温至600-700℃，此时压接主体W就会软化，也就是电缆1200和线鼻子1300的接触点软化。此时，驱动部A持续发出增强的电压信号，以使油缸200往第三平面的压力升高，加大抵压压接主体的力道，以将压接主体W表面塑形成用户所要的图样。另外，用户还可以操作驱动部A些微调整滑块300的位置，以使凸模600的高度些微调整；或是调整滑块300在第三平面的位置。另外，还可以将凸模600以第三方向为转轴进行旋转，以精确的将压接主体W抵压成其所要的图形，并使电缆1200及线鼻子1300紧密接合。在用户观察到压接主体W软化时，即可以手动进行微调压接主体W图案的手续。此道手续约在10秒内完成。此道手续也可经由用户使用额外的自动控制系统设定后(图6与图7未示)，让凸模600自动移动。因此相对现有技术，本发明更适合用于大规模自动化作业的应用场景。
当微调压接主体W的手续完成，此时电缆1200与线鼻子1300压接，并形成刚性的工件。随后，用户会将交流电流源P关闭，加热部C就会停止加热，并使用驱动部A驱动油缸200减压，此时滑块300就会带动凸模600往+Z轴方向移动，以使凸模600远离工件。另外，用户会开启外接式的水冷却系统(图6与图7都未揭示)，以使水冷却系统对凹模802冷却，也一并的冷却工件，以加快冷却速度。在凸模600远离压接工件之后，大概等10分钟，工件表面温度降至室温后，用户就可以从感应式热压接设备T取出工件。用户也可以不用等待，直接将工件取下，以加快工作节拍。
最后请参考图8(A)与图8(B)，其中图8(A)与图8(B)分别表示使用背景技术与使用本发明所提供的机台下，压接主体W的压接点W1在第一平面的剖视图。从两图可以观察到，使用背景技术的机台压接电缆时，电缆1200中的电缆导线束1202之间的孔隙较多，所以压接不紧密。但使用本发明所提供的感应式热压接设备T进行压接时，电缆1200中的电缆导线束1202之间孔隙较少，所以导线紧密的填充在电缆导线束1202所包围的范围。并且电缆1200整体呈C字形。
整体而言，本发明的感应式热压接设备T，不是经过传统需要将上下电极接触压接主体W的方式加热压接主体W，而是经由通电的感应加热线圈801，以电磁感应的方式加热压接主体W，不仅让压接主体W高温时不必碰触到感应加热线圈，减少通电设备的损坏，通过适当的磁路设计，让使电磁感应产生的涡电流均匀流经压接主体W表面，使得加热均匀外，更重要的是，在加热前不需要刮除压接主体W表面、电缆1200的外包绝缘保护层，使得抵压工件的整体产能大增，而且由于磁场能穿过电缆1200的外包绝缘保护层，使得绝缘体与其加热后的残渣影响加热温度的程度较少，所以使用上完全可忽略电缆1200的外包绝缘保护层的影响。配合可移动及旋转的凸模600，让工件的抵压质量更为优良。使本发明的感应式热压接设备T在加工产业上非常具有竞争力。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明之权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。