專利名稱：超聲波振動釬焊裝置及其所用的共振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將工件浸入釬料中的超聲波釬焊裝置，它對在一釬料箱內(nèi)受到加熱并熔化的釬料熔液施加超聲波振動。
已知的超聲波釬焊是通過對在一釬料箱內(nèi)受熱并熔化的釬料熔液施加超聲波振動并將一工件浸在釬料中，但不使需焊接的工件部分涂覆焊劑。
在這種類型的超聲波釬焊中，曾有人作出這樣的設(shè)計，即使來自一超聲波喇叭的超聲波振動通過釬料施加給工件，所述超聲波喇叭的對釬料施加振動的部分最好是連接在釬料箱的低于箱內(nèi)釬料液面的位置上，所述超聲波喇叭是以這樣的方式連接，即，它穿過釬料箱的壁并且與浸在熔融釬料內(nèi)的工件相互面對。當(dāng)與超聲波喇叭相面對的工件釬焊區(qū)域增大時，超聲波喇叭的超聲波施加區(qū)域也增加。因此，當(dāng)連接于超聲波喇叭的振子與超聲波施加區(qū)域的距離增大時，該區(qū)域內(nèi)的振動幅度將越來越小，從而使釬料容易以不均勻的厚度粘附于工件。
如

圖17所示，通過在超聲波喇叭1-10的喇叭主體1-10a中形成槽1-10b、1-10c、1-10d，1-10e可以改善振幅狀態(tài)，除了釬焊之外，這個超聲波喇叭還可用于連接或其它能利用超聲波振動的場合。圖17a是超聲波喇叭1-10的平面圖，它具有一用來將圖中未示出的振子或增強器(booster)連接到喇叭主體1-10a的一個端面上的螺紋孔1-10f以及在螺紋孔1-10f左右兩側(cè)等距離間隔的多個槽1-10b。圖17b至圖17d是槽的各種變化形式的剖視圖，其中圖17b示出了一個貫穿整個喇叭主體1-10a的槽1-10c，圖17c示出了兩個從喇叭主體1-10a的前后兩側(cè)相對鉆設(shè)、并且封閉在相應(yīng)于螺紋孔1-10f的中間部分的槽1-10d，而圖17d則示出了一個從喇叭1-10a的后側(cè)鉆設(shè)并且封閉在主體部分1-10a前側(cè)的槽1-10e。
當(dāng)具有圖17所示各槽1-10b、1-10c、1-10d或1-10e的超聲波喇叭穿過釬料箱壁而連接在釬料箱上低于箱內(nèi)釬料平面的位置上時，因為槽1-10b、1-10c、1-10d或1-10e使釬料箱的內(nèi)外兩側(cè)連通，所以在釬料箱內(nèi)熔化的釬料可通過槽1-10b、1-10c、1-10d或1-10e流到外面。因此，這種結(jié)構(gòu)幾乎不能被采用。
因此，本發(fā)明的一個目的在于，提供一種能防止釬料箱內(nèi)的釬料泄漏到外面，并且能改善振幅狀態(tài)的超聲波振動釬焊裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在一種超聲波振動釬焊裝置中，在喇叭主體上振幅最小的波節(jié)點處設(shè)有一支承部分，該支承部分安裝在所述釬料箱內(nèi)。由于該支承部分未被施加過多的振動，所以能防止長時間使用后的損壞或破損情況。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在一種超聲波振動釬焊裝置中，所述支承部分是由板材制成，它從喇叭主體的外周面起，沿垂直于喇叭主體前后方向的方向突伸。因為該喇叭主體能借助板材安裝在釬料箱內(nèi)，所以其安裝較為方便。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在一種超聲波振動釬焊裝置中，所述支承部分是在波節(jié)點處圍繞喇叭主體形成的。因為喇叭主體可由圍繞它的支承部分來支持，所以可增加支持的力量。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在一種超聲波振動釬焊裝置中，所述喇叭主體和支承部分是整體形成為一單個裝置。因為支承部分不能與喇叭主體脫開，所以增加了可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在一種超聲波振動釬焊裝置中，在喇叭主體的前、后部分中形成了若干槽，支承部分設(shè)置在喇叭主體的前、后部分之間。因為各槽之間相互分開，所以可防止釬料熔液從這些槽泄漏到外面。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在一種超聲波振動釬焊裝置中，在喇叭主體和振子之間設(shè)有兩個互相連接的增強器。因此，可將超聲波振動有效地傳遞至喇叭主體。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在一種超聲波振動釬焊裝置中，靠近喇叭主體的增強器是形成為桿狀，而靠近振子的增強器是形成為翅片型增強器，其外周面上帶有多個翅片。因此，可改善熱輻射的性能。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在一種超聲波振動釬焊裝置中，所述翅片是沿翅片型增強器的縱向設(shè)置。因此，可更有效地改善熱輻射的性能。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，在一種超聲波振動釬焊裝置中，在共振器外周面的波節(jié)點處設(shè)有一向外凸伸的支承部分，釬料箱上形成了一接納部分，該接納部分上具有一接納面，接納面是形成在一個階梯部分上，這個階梯部分是借助一穿過釬料箱延伸并且直徑大于處在共振器之支承部分前部的前半部分直徑的孔以及一直徑大于該孔并可使共振器之支承部分插入其中的孔之間的直徑差來形成的，所述接納部分上緊固著用來夾持共振器之支承部分的壓配件，壓配件的前半部分插在接納部分的孔中并且不和接納部分的接納面接觸。因此，可將喇叭主體固定于釬料箱。
通過下面結(jié)合各附圖所作的描述，可以更清楚的了解本發(fā)明的上述以及其它的目的、特征和優(yōu)點。
圖1是本發(fā)明第一實施例的立體圖；圖2也是本發(fā)明第一實施例的立體圖，其中有一個超聲波喇叭連接于釬料箱；圖3是沿圖2中的線A-A剖取的剖視圖4是本發(fā)明第二實施例的平面圖；圖5是本發(fā)明第三實施例的平面圖；圖6示出了本發(fā)明的第四實施例，其中圖A是一個剖視圖，而圖B是一個平面圖；圖7沿圖8中的線A-A剖取的剖視圖，示出了本發(fā)明的第五實施例；圖8是本發(fā)明第五實施例的立體圖；圖9是本發(fā)明第五實施例的關(guān)鍵部分的分解立體圖；圖10是一個示意圖，示出了本發(fā)明第五實施例的共振器、振子和超聲波振動波形之間的關(guān)系；圖11是沿圖12中的線B-B剖取的剖視圖，示出了本發(fā)明的第六實施例；圖12是本發(fā)明第六實施例的立體圖；圖13是本發(fā)明第七實施例的剖面圖；圖14是一個示意圖，示出了本發(fā)明第八實施例的共振器、振子和超聲波振動波形之間的關(guān)系；圖15是根據(jù)本發(fā)明第九實施例的一個翅片型增強器的示意圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明第九實施例的另一個翅片型增強器的示意圖；以及圖17示出了一個具有已有技術(shù)的各種槽的超聲波喇叭，其中圖A是平面圖，而圖B至D是沿圖A中的線A-A剖取的剖視圖。
圖1至圖3示出了本發(fā)明的第一實施例。首先，在圖1中，超聲波喇叭1-1具有一形成為矩形或方形并且由鈦合金之類合金制成的四邊形喇叭主體1-1a。在該實施例中，喇叭主體1-1a在側(cè)向比較長，而由單點劃線表示的橫向L是超聲波振動的傳播方向，其長度等于從最大振幅點f1到下一個最大振幅點f3，即共振頻率波長的1/2。在喇叭主體1-1a的兩相對端面中的一個端面的中間沿橫向L形成有一螺紋連接孔1-1b。介于喇叭主體1-1a的兩最大振幅點f1和f3中間的最小振幅點f2處安裝了一個由板材形成、用于連接的支承部分1-1c，該連接部分是以一個矩形環(huán)的形式向外突伸。由于支承部分1-1c在垂直于喇叭主體1-1a的前、后方向上突伸，所以該支承部分1-1c是介于形成在喇叭主體1-1a上的多個槽1-1d和1-1e之間。圖1中的字母A表示螺紋孔1-1b附近的內(nèi)槽1-1d和1-1d之間以及螺紋孔1-1b附近的內(nèi)槽1-1e和1-1e之間的中心間隔，B表示喇叭主體1-1a沿縱向的寬度，C表示槽1-1d及1-1e與喇叭主體1-1a的端面沿橫向的間隔，E是槽1-1d和1-1e的寬度，D是兩相鄰的槽1-1d和1-1e沿喇叭主體1-1a之縱向的間隔以及外槽1-1d和1-1e與喇叭主體1-1a的端面在縱向上的間隔，而F是支承部分1-1c和喇叭主體1-1a的端面沿縱向的間隔。在上述構(gòu)造中，支承部分1-1c和喇叭主體部分1-1a是形成為一個整體。
在圖2和圖3中，超聲波喇叭1-1安裝在釬料箱1-3上，振子1-2是由把電能轉(zhuǎn)換成機械能的壓電元件或磁致伸縮元件組成的電聲或電振動振子，它借助來自圖中未示的超聲波發(fā)生器所供給的電力而發(fā)生并輸出具有預(yù)定頻率的縱向超聲波振動，振子1-2借助形成在超聲波喇叭1-1內(nèi)的螺紋孔1-1b、形成在振子1-2內(nèi)的未示出的螺紋孔以及旋在螺紋孔1-1b及未示出之螺紋孔內(nèi)的元頭螺絲(未示出)而連接于超聲波喇叭1-1。
對釬焊作業(yè)而言，在釬料箱1-3的低于箱內(nèi)釬料1-4表面1-4a的位置上形成有一個方形的通孔1-3a，它大于喇叭主體1-1a的前半部分，但是小于支承部分1-1c的外徑。在釬料箱1-3的外側(cè)圍繞通孔1-3a形成了一個方形的凹槽部分1-3b。凹槽部分1-3b內(nèi)裝配有一密封元件1-5，其形狀是與凹槽部分1-3b大致相同的方形，并且是由很難讓釬料粘附的抗釬料材料制成，或者，可沿支承部1-1c圍繞喇叭主體1-1a的前半部分安裝密封件1-5，然后，把喇叭主體部分1-1a的前半部分從釬料箱1-3的外側(cè)插入通孔1-3a，并且使其突伸在釬料箱1-3的內(nèi)部。
同時，將超聲波喇叭1-1固定到釬料箱1-3上的支座1-6是矩形的，并且具有一個形狀與釬料箱1-3的通孔1-3a類似的通孔1-6a以及一個形狀與釬料箱1-3的凹槽部分1-3b類似的凹槽部分1-6b。支座1-6的凹槽部分1-6b內(nèi)裝配有一個材料和形狀均與密封件1-5相同的密封件1-7，或者，可沿圍繞喇叭主體1-1a的后半部分的支承部分1-1c來安裝密封件1-7，然后使螺栓1-8穿過支座1-6上的通孔1-6c旋入圍繞釬料箱1-3的凹槽部分1-3b形成的多個螺紋孔1-3c。由此，支承部分1-1c可借助密封件1-5和1-7而防止釬料箱1-3和支座1-6之間的釬料泄漏，而連接于振子1-2的超聲波喇叭1-1則連到釬料箱1-3上，而且穿過釬料箱1-3的壁。
根據(jù)該實施例的構(gòu)造，在把超聲波喇叭1-1連接于釬料箱1-3之后，可將釬料1-4注入釬料箱1-3，啟動設(shè)置在釬料箱1-3上的加熱器(未示出)以產(chǎn)生使釬料箱1-3內(nèi)的釬料熔化的熱，然后再驅(qū)動設(shè)置在釬料箱1-3內(nèi)的泵(未示出)使釬料1-4在釬料箱1-3內(nèi)循環(huán)流動。循環(huán)流動的釬料1-4可覆蓋突伸在釬料箱1-3內(nèi)側(cè)的超聲波喇叭1-1的前半部分，未示出的工件被浸在釬料1-4中并且與超聲波喇叭1-1相面對，通過對振子1-2供給電力可使超聲波喇叭藉超聲波振動而共振，以將釬料1-4施加給工件。
對這種釬焊作業(yè)而言，因為在其間插有支承部分1-1c的超聲波喇叭的前、后兩半部分上的槽1-1d和1-1e之間設(shè)有一隔壁1-1f，該隔壁的位置與支承部分1-1c相對應(yīng)，所以即使當(dāng)超聲波喇叭穿過釬料箱1-3的壁而連接在釬料箱1-3上低于箱內(nèi)釬料表面的位置時，處在熔融釬料1-4一側(cè)的槽1-1d也會借助隔壁1-1f而與釬料箱1-3的外側(cè)隔絕，而處在無釬料一側(cè)的槽1-1e也能借助隔壁1-1f而和釬料箱1-3的內(nèi)側(cè)隔絕。由此可以防止在釬料箱1-3內(nèi)熔化的釬料1-4經(jīng)槽1-1d和1-1e流到外側(cè)，通過處在超聲波喇叭1-1的前、后兩半部分上的槽1-1d和1-1e可改善超聲波喇叭1-1的振幅狀態(tài)，從而使向工件施加厚度均勻的釬料成為可能。
圖4示出了本發(fā)明的第二實施例。即使在超聲波喇叭1-1的喇叭主體1-1a的前、后兩半部分上(其間設(shè)有支承部分1-1c)形成有總計四個槽1-1d和1-1e，并以螺紋孔1-1b為中心設(shè)置成左右兩排，該實施例也能獲得相同的功能和效果，雖然還要看喇叭主體1-1a的水平寬度如何。
圖5示出了本發(fā)明的第三實施例。如果把靠近螺紋孔1-1b的內(nèi)槽1d-1和1e-2沿振動傳送方向的長度G以及遠(yuǎn)離螺紋孔1-1b的外側(cè)1d-2和1e-2沿振動傳送方向的長度H作成不同的大小，就可以調(diào)節(jié)振動喇叭1-1的振幅，因而可根據(jù)工件的形狀和尺寸很方便地進(jìn)行焊接。在該實施例中，G小于H。
圖6示出了本發(fā)明的第四實施例。當(dāng)槽1-1d和1-1e形成在前、后兩部分上并低于支承部分1-1c，而且隔壁1-1f做得比較薄的時候，槽1-1d和1-1e就好象沒有分開一樣，從而使進(jìn)一步地改善超聲波喇叭1-1的振幅狀態(tài)成為可能。
圖1、圖4和圖5中字母W表示由超聲波喇叭1-1的共振而引起的超聲波振動的瞬時位移(振幅)的波形，而S表示振幅的參考線(零位線)。
圖1、圖3、圖4和圖5中的字母X表示超聲波喇叭的振動方向。
在上述各實施例中，結(jié)合附圖描述了超聲波喇叭1-1直接連接于振子1-2的情況。超聲波喇叭1-1亦可通過一增強器而和振子1-2同軸互連，增強器通過無頭螺絲和螺紋孔與超聲波喇叭1-1相連，振子1-2也借助無頭螺絲和螺紋孔連接于增強器(圖中均未示出)，這樣也可以獲得與上述實施例相同的效果。在這種情況下，增強器的數(shù)量可以是一個或多個。
圖7和圖8示出了本發(fā)明的第五實施例。從這兩個附圖中可以看到，釬料箱1的形狀類似于一個澡盆，它具有一個用來注入熔融釬料2的打開的上部，以及一個藉分隔元件3而形成在釬料箱2內(nèi)的環(huán)流通道4，所述分隔元件的兩端連接于釬料箱1的左、右側(cè)壁1a和1b。在分隔元件3的下隔壁3a和釬料箱1的底壁1c之間的環(huán)流通道4內(nèi)安置了泵6以及處在泵6上游的加熱器7。被注入釬料箱1的釬料2由加熱器7來熔化，而熔融的釬料2可借助泵6在箭頭所示的方向上環(huán)流。
在該實施例中，由泵6泵送的釬料2從下隔壁3a和釬料箱1的底壁1c之間的環(huán)流通道4向上流動到前壁3b和釬料箱的前壁1d之間的環(huán)流通道4中，并經(jīng)過上隔壁3c后，沿后隔壁3d向下落入釬料箱1內(nèi)的釬料2的液面，繼而流過下隔壁3a的后端部分并返回介于下隔壁3a和釬料箱1的底壁1c之間的環(huán)流通道4，并在那里被泵6吸入。
如圖9所示，設(shè)在釬料箱1的前壁1d上并且構(gòu)成環(huán)流通道4一部分的接納部分8具有一從前壁1d向凸伸部分8a延伸的孔8b，所述凸伸部分8a從前壁1d的外表面向外凸伸。凸伸部分8a是和釬料箱1分開形成的，它通過螺絲聯(lián)接、焊接或類似方法連接于釬料箱1的前壁1d?？?b具有矩形截面，這個矩形截面類似于并大于處在共振器14(下文中將要詳細(xì)描述)的支承部分14a前面的前半部分14b，所述孔使釬料箱1的內(nèi)外兩側(cè)連通。在孔8b的前方形成有一個大于孔8b、與孔8b成階梯狀并同軸分布的孔8c，孔8c和孔8b之間形成了一個像封閉環(huán)一樣的階梯面8d，階梯面8d可接納共振器14的支承部分14a。在凸伸部分8a的前端面上圍繞孔8c設(shè)置了多個在周向上呈等距離間隔的螺紋孔8e。
密封件9和10是由很難粘附釬料2的抗釬料材料(例如含氟樹脂或聚四氟乙烯)制成，并且具有與接納面8d大致相同的封閉環(huán)形狀。
與接納部分8配合以將共振器14保持在釬料箱1內(nèi)的壓配件11具有一窗口11a，該窗口的形狀類似于并且大于處在共振器14中間的支承部分14a后面的后半部分14c。壓配件11的后端面上圍繞窗口11a設(shè)有一可裝配進(jìn)孔8c的封閉環(huán)形的凸肋11b。在圍繞壓配件11的凸肋并與接納部分8的螺紋孔相應(yīng)的位置上形成有用來接納螺絲12的穿孔11c。
振子13是由把電能轉(zhuǎn)換成機械能的壓電元件或磁致伸縮元件所形成的電聲或電振動振子，它借助來自圖中未示的超聲波發(fā)生器經(jīng)電線13a供給的電力而發(fā)生并輸出具有預(yù)定頻率的縱向超聲波振動。振子13的輸出端藉形成在該輸出端內(nèi)的螺紋孔、共振器14的連接端的螺紋孔(共振器內(nèi)的螺紋孔由圖19中的14d表示，它沒有到達(dá)共振器14的前端面)以及與螺紋孔螺旋配合的螺絲(未示出)而同軸地連接于共振器14，共振器14與來自振子13的超聲波振動產(chǎn)生共振，共振器14具有預(yù)定的長度以便提供最大振幅點和最小振幅點(下文中稱作“波節(jié)點”)。振子13之輸出端的外周面內(nèi)形成有一凹陷部13b，當(dāng)需要使共振器14與振子13連接或脫開時，可在該凹陷部內(nèi)插入一工具(未示出)就可使共振器14牢固地連接于振子13或者是很方便地從振子13上脫開。
在該實施例中，如圖10所示，共振器14形成為桿狀并由具較佳聲學(xué)性質(zhì)的合金，例如鈦合金制成，它本身也是一個能對熔融釬料2施加超聲波振動的超聲波喇叭。此外，從振子13的方向看過去，它的外形象一個棱柱，其長度等于1/2波長(從最大振幅點f1經(jīng)波節(jié)點f2到達(dá)下一個最大振幅點f3)。共振器14的后半部分14c之端面的中央部分連接于振子13的輸出端，振子14還具有一個在波節(jié)點f2處從外周面向外突伸的封閉環(huán)形凸伸部分14a。
為了將共振器14連接于釬料箱1，在共振器14的后半部分14c上裝配了密封件10和壓配件11，而振子3連接于共振器14。另一個密封件9裝配在共振器14的前半部分14b上，當(dāng)設(shè)在釬料箱1內(nèi)的泵6和加熱器7不工作，最好是釬料箱1內(nèi)沒有釬料的時候，可將共振器14的前半部分14b從釬料箱1的外側(cè)經(jīng)孔8c后插入孔8b，使共振器14的前端部分向釬料箱1的內(nèi)側(cè)突伸。隨后，把壓配件11的窗口11a裝配到共振器14的后半部分14c上，螺絲12穿過壓配件11上的通孔11c而與接納部分8的螺紋孔8e螺旋相配，從而可藉壓配件11的凸肋11b把支承部分14a及密封件9和10壓抵在接納面8d上。密封件9和10因受凸肋11b、接納面8d和支承部分14a的壓縮而具有了一定的回復(fù)彈力，支承部分14a是借助接納部分8、壓配件11以及密封件9和10來保持的。這樣，共振器14便可固定在釬料箱1內(nèi)。當(dāng)要把壓配件11固定在接納部分8中時，共振器14的前半部分14b和后半部分14c是與接納部分8的孔8b和孔8c同軸設(shè)置但不接觸，螺絲12起到了緊固作用。
同時，工件支承裝置15具有一基部15a和一桿部15b，所述基部從釬料箱1的后壁1e的頂端向前延伸，而所述桿部的一端可轉(zhuǎn)動地連接于基部15a?？苫瑒拥匮b配在桿部15b之前端部分的一長孔15c內(nèi)的夾持臂15d的長度是從一對前、后擋止件15e和15f(它們是從釬料箱1的左壁1a延伸到右壁1b)起，經(jīng)過釬料箱1的前壁1d和基部15a之間的空間，直至前壁1d和分隔元件3之間的環(huán)流通道4。該夾持臂15d有一個用來夾持工件16的夾持部分15g，工件設(shè)置在夾持臂15d的端部，它從夾持部分上懸吊下來以進(jìn)行釬焊。桿部15b的中間部分可轉(zhuǎn)動地連接于氣缸15i的活塞桿15j，而氣缸15i則可轉(zhuǎn)動地連接于豎直安裝在基部15a上的支柱15h。
當(dāng)氣缸15i收縮時，活塞桿15j可使桿部15b抬起，桿部15b圍繞其與基部15a的連接點15k向上轉(zhuǎn)動，于是，夾持臂15d便可在擋止件15e和15f的引導(dǎo)下于長孔15c內(nèi)滑動并向上運動，這樣就可以把由夾持部分15g夾持的工件16從前壁1d和分隔元件3之間的環(huán)流通道4內(nèi)的熔融釬料2中拉上來。如果在工件16拉上來時氣缸15i伸展，活塞桿15j使桿部15b向下運動，桿部15b繞連接點15k向下轉(zhuǎn)動，于是，夾持臂15d便可在擋止件15e和15f的引導(dǎo)下于長孔15c內(nèi)滑動，這樣就可以把由夾持部分15g夾持的工件16浸入前壁1d和分隔元件3之間的環(huán)流通道4內(nèi)的熔融釬料2，該工件從夾持部分懸伸并與共振器14的前端面隔開一定距離相面對。
根據(jù)上述實施例的構(gòu)造，因為接納部分8在釬料箱1一側(cè)的孔8b和在相對側(cè)的孔8c有一定的直徑差，所以就有了一個接納面8d，因而當(dāng)把共振器14的前半部分從釬料箱1的外側(cè)經(jīng)過孔8c插入孔8b時，裝配在共振器14的后半部分14c上的壓配件11的凸肋11b將裝配入孔8c，共振器14是安排成不和孔8b和窗口11a接觸，而壓配件11是藉螺絲12緊固于接納部分8，密封件9和10受到凸肋11b、共振器14的支承部分14a以及接納面8d的壓縮且同時積蓄起回復(fù)的彈力，共振器14的支承部分14a是由接納部分8以及緊固在接納部分8上的壓配件11來保持的。這樣就可以將共振器合適地固定到釬料箱1內(nèi)。在這種狀態(tài)下，共振器14是藉在波節(jié)點f2處向外突伸的支承部分14a而保持在釬料箱1內(nèi)，共振器14的前半部分14b和后半部分14c是這樣連接于釬料箱1，即，它們不和釬料箱1、接納部分8和壓配件11接觸。因此，當(dāng)向振子13提供電力而使之產(chǎn)生垂直的超聲波振動而使共振器14共振時，可將超聲波振動的能量有效地傳遞到共振器14的前端面。
特別是，根據(jù)該實施例的構(gòu)造，由于接納部分8中的孔8b和孔8c是相互同軸地設(shè)置，而在壓配件11上形成有可裝配在接納部分8的孔8c中的凸肋11b，所以當(dāng)凸肋11b被插入孔8c而壓配件11借助螺絲12略略緊固的時候，可將共振器14沿垂直方向和水平方向移動，以使在共振器14的后半部分14c和壓配件11的窗口11a之間形成了一個封閉環(huán)形狀的空間，這樣就可以很方便地確定安置在釬料箱1內(nèi)的共振器14的前半部分14b和后半部分14c是不和釬料箱1、接納部分8及壓配件11接觸。
此外，根據(jù)該實施例的構(gòu)造，由于接納部分8的多個螺紋孔8e和壓配件11的多個通孔11c是等距離間隔的，所以，通過采用例如量隙規(guī)之類的測量工具來緊固螺絲12以在螺紋孔8e附近的接納部分8的前端面和在通孔11c附近的壓配件11的后端面之間沿周向形成一個大致均勻的空間就可以使把壓配件11緊固到共振器14的支承部分14a上的緊固力變得均勻，從而可進(jìn)一步地降低從共振器14施加于釬料2和工件16的超聲波振動的能量損耗。
另一方面，在該實施例中，當(dāng)釬料注入釬料箱1中時，加熱器啟動以使釬料箱1內(nèi)的釬料受熱熔化，泵6也被驅(qū)動以使釬料2在釬料箱1內(nèi)環(huán)流，由夾持部分15夾持的工件16停在工件支承裝置15的上限位置上，夾持部分15向下移動而把工件16浸沒在釬料2中(如圖7所示)并且使工件16面對共振器14，共振器14可與通過對振子13施加電力而產(chǎn)生的縱向超聲波振動發(fā)生共振，這種縱向超聲波振動從共振器14并經(jīng)過釬料2而施加給工件16，熔融的釬料2可以正確地粘附在工件16需釬焊的部分上，經(jīng)過預(yù)定的時間之后，工件支承裝置15的夾持部分15g開始向上運動，以將工件16從釬料2中拉出來。粘附在工件16上的釬料2凝固之后，將工件16從夾持部分15上拿下來，這樣就完成了一個把釬料2施加到工件16上的工作周期。
圖11和12示出了本發(fā)明的第六實施例。該實施例的特征在于，其結(jié)構(gòu)適于那種不能將整個工件浸沒在熔融釬料2中的釬焊作業(yè)，例如，當(dāng)把釬料施加給一電子或電氣元件的導(dǎo)線時，或者是當(dāng)藉釬料2把一封裝元件的導(dǎo)線焊接于印刷電路板的導(dǎo)電體時。在圖11和圖12中，釬料箱20是形成為一個盒子的形狀以便容納熔融的釬料2，釬料箱20具有一將在下文詳細(xì)描述的、形成在頂壁20a上的、讓工件22進(jìn)出的工作孔20b(在圖12中它是以假想線來表示)，以及一從釬料箱20的底壁20c向上突伸的內(nèi)筒20d。內(nèi)筒20d的上端處在頂壁20a之下并離開一段距離，它所占據(jù)的平面要大于工作孔20b。在內(nèi)筒20d的低于其上端的位置上設(shè)置了一個隔壁20e。隔壁20e形成了一個工作箱20f，它具有一開放的頂部以在內(nèi)筒20d的上部容納預(yù)定數(shù)量的熔融釬料2。工作箱20f的底部設(shè)有一泵6，以及一與泵6的入口連通的吸入口20g。釬料箱20的下部低于工作箱20f之隔壁20e的地方形成有一個儲存室20h，用以儲存藉螺紋孔和螺絲(未示出)而同軸連接于振子13之輸出端的共振器14。
隔壁20e內(nèi)形成有接納部分8，共振器14借助壓配件11固定在該接納部分內(nèi)。換言之，密封件10和壓配件11是裝配在振子14的后半部分14c上，且振子13連接于共振器14，而另一密封件9則裝配在共振器14的前半部分14b上。而后，從儲存室20h的外側(cè)經(jīng)過接納部分8的孔8c，將共振器14的前半部分14b插入到孔8b中，并保持不相接觸，此時，釬料箱20的工作箱20f中沒有釬料2，因此可使共振器14的頂端突伸進(jìn)工作箱20f之內(nèi)。隨后，在不相接觸的情況下，把壓配件11的窗口11a裝配到共振器14的后半部分14c上，并使螺絲12經(jīng)通孔11c旋入接納部分8的螺紋孔8e從而將壓配件11固定到接納部分8上，因此，共振器14是以這樣一種方式連接于釬料箱20，即，它是由接納部分8、壓配件11以及密封件9和10來保持，密封件9和10被壓縮并積蓄起回復(fù)的彈力。
在釬料箱20內(nèi)，借助周壁20i、底壁20c和釬料箱20的內(nèi)筒20d形成了一個環(huán)流通道21。環(huán)流通道21內(nèi)設(shè)置了一加熱器7，通過加熱器7的工作可以使注入釬料箱20內(nèi)的釬料2熔化，并在泵6的驅(qū)動下沿箭頭所示的方向上環(huán)流。在該實施例中，由泵6排放的釬料2從介于釬料箱20的內(nèi)筒20d和底壁20c之間的環(huán)流通道21起，流經(jīng)吸入口20g，最后聚集在工作箱20f內(nèi)。從工作箱20f溢出的釬料2可自內(nèi)筒20d之上端的周圍進(jìn)入釬料2的液面，繼而返回環(huán)流通道21并由泵6從吸入口20g吸入。
根據(jù)該實施例的構(gòu)造，當(dāng)熔融釬料2在圖11中箭頭所示的方向上環(huán)流時，釬料2的液面會因表面張力的作用而從工作箱20f上升，并且呈現(xiàn)為鏡面，共振器14可與通過對振子13供給電力而產(chǎn)生的縱向超聲波振動產(chǎn)生共振。釬料2可被施加給如圖11中的假想線所示的電子或電氣元件22的導(dǎo)線22a(例如一工件的一部分)，即，把工件從釬料箱20上方的工作孔20b裝入釬料箱20，將電子或電氣元件22的導(dǎo)線22a浸在工作箱20f中的釬料2內(nèi)并且使其與共振器14相面對。
雖然在該實施例中沒有示出，但是還可以借助一個設(shè)置在釬料箱20中或者是與釬料箱20分開設(shè)置的工件支承裝置來夾持電子或電氣元件22，以便將釬料2施加給電子或電氣元件22的導(dǎo)線22a。
圖13示出了本發(fā)明的第七實施例。在該附圖中，釬料箱30為浴盆形狀，它具有一開放的頂端以便容納熔融的釬料2；一埋入在其底壁30a中、用來加熱和熔化釬料2的加熱器31；以及一處在底壁30a中的接納部分32。接納部分32具有一從底壁30a向凸伸部分32a延伸的孔32b，所述凸伸部分自底壁30a的外側(cè)向外凸伸。處在共振器33的支承部分33a的前面(圖13中的上側(cè))的孔32b具有一類似于并大于前半部分33b的圓形截面，該孔將釬料箱30的內(nèi)外兩側(cè)連通。在孔32b的凸伸部分32a一側(cè)與孔32b同軸、階梯狀地形成了一個帶有陰螺紋的孔32c，孔32c和孔32b之間呈封閉環(huán)形狀的階梯面可作為用來接納共振器33之支承部分33a的接納面32d。在一個用來與接納部分32一起將共振器33保持在釬料箱30內(nèi)的壓配件34的外周面上帶有可與孔32c的陰螺紋螺旋配合的陽螺紋，外周面的后端部分上具有未形成陽螺紋的工具接配部分34a。在壓配件34的中央形成了一個窗口34b，它具有一圓形截面，該截面類似于并大于處在共振器33之支承部分33a后面的后半部分33c。密封件35和36是由很難粘附熔融釬料2的材料，例如含氟樹脂或聚四氟乙烯制成，并且具有大致類似于接納面32d的封閉環(huán)形狀。
根據(jù)該實施例的構(gòu)造，密封件35和36分別裝配在共振器33的前半部分33b和后半部分33c上，當(dāng)釬料箱30內(nèi)沒有釬料2的時候，可將共振器33的前半部分33b從釬料箱30的外側(cè)經(jīng)孔32c插入孔32b，共振器33的頂端突伸凸伸在釬料箱30的內(nèi)部并保持不相接觸，將壓配件34的窗口34b裝配到共振器33的后半部分33c上，借助陽螺紋和陰螺紋的配合而將壓配件34裝配到接納部分32的孔32c中，用扳手之類的工具插入到壓配件34的工具接配部分34a，把壓配件34緊固到接納部分32上，于是，可以通過接納部分32、壓配件34以及密封件35和36來夾持共振器33的支承部分33a。這樣就可以將共振器33固定在釬料箱30內(nèi)。
在這種狀態(tài)下，將釬料2注入釬料箱30，啟動加熱器31以使釬料2受熱熔化，使共振器33與通過對未示出的振子供給電力而產(chǎn)生的縱向超聲波振動發(fā)生共振，所述振子通過沒有示出的螺紋孔以及螺旋配合在螺紋孔中的螺絲而同軸地連接于共振器33的后半部分33c，將一工件(未示出)從釬料箱30上方浸入熔融釬料2，這樣就可以把釬料2施加給工件。因此，該實施例可提供一種結(jié)構(gòu)簡單的超聲波振動釬焊裝置，它適于小批量的生產(chǎn)，而且可使釬料2不發(fā)生循環(huán)流動。
在上述的第五至第七實施例中，因為在共振器14和33的支承部分14a和33a的兩側(cè)設(shè)置了密封件9、10、35和36，所以即使當(dāng)釬料2于230至300℃的高溫下熔化而且釬料2的表面張力下降的時候，也能防止釬料2在接納部分8和支承部分14a之間的接觸面以及壓配件11和支承部分14a之間的接觸面上發(fā)生泄漏。然而，當(dāng)釬料2的熔化溫度較低而且表面張力較高的時候，即使不用密封件9、10、35和36，也可以防止釬料2在接納部分8和支承部分14a之間的接觸面以及壓配件11和支承部分14a之間的接觸面上發(fā)生泄漏，但是這要看釬料2的熔化溫度而定。
圖14示出了本發(fā)明的第八實施例。在該附圖中，共振器40是和第一至第三實施例中的共振器14和33等價，它包括一形成為桿狀、由例如鈦合金之類的合金制成的超聲波喇叭41；一桿狀增強器42，它借助螺紋孔和螺絲(未示出)而同軸連接在超聲波喇叭41一端，并且是由例如鈦、鋁或硬質(zhì)鑄鐵之類的材料制成；以及一桿狀的翅片型增強器43，它借助螺紋孔和螺絲(未示出)而同軸連接在增強器42的一端，并且是由具較高導(dǎo)熱性能的材料制成，例如鋁。翅片型增強器43的一端借助螺紋孔和螺絲(未示出)同軸連接于振子44的輸出端，振子44是和第五至第七實施例中的振子13等效。從振子44看，翅片型增強器43的長度等于1/2波長(從最大振幅點f11經(jīng)波節(jié)點f12到達(dá)下一個最大振幅點f13)，增強器42的長度等于1/2波長(從最大振幅點f13經(jīng)波節(jié)點門4到達(dá)下一個最大振幅點f15)，而超聲波喇叭41的長度等于1/2波長(從最大振幅點f15經(jīng)波節(jié)點f16到達(dá)下一個最大振幅點f17)。在波節(jié)點f16處，于超聲波喇叭41的外周面上設(shè)置了一個封閉環(huán)形狀的支承部分41a。增強器42、翅片型增強器43和振子44的各輸出端上設(shè)有凹槽部分42a、42b、43a、43b和44a，以用來接受未示出的工具在其外表面上進(jìn)行連接或脫開連接的工作。翅片型增強器43是用鋁桿切削而成，其外周面上具有多個沿周向等距離間隔的槽43c，并且具有較佳的輻射(熱量)性質(zhì)。
根據(jù)該實施例的構(gòu)造，當(dāng)借助接納部分8或32以及壓配件11或34來夾持共振器40的超聲波喇叭41的支承部分41a，并且將其固定在釬料箱1、20或30中以與第五到第七實施例的共振器14或33類似的方式來進(jìn)行釬焊作業(yè)時，從熔融釬料2起，經(jīng)超聲波喇叭41和增強器42而傳遞到翅片型增強器43的熱量可由翅片型增強器43(由具較佳輻射性能的材料制成)向外輻射，幾乎不能傳遞到振子44，因而可防止振子44受熱。
由于在翅片型增強器43的外周面上沿縱向設(shè)置了多個翅片，并在相鄰的翅片間形成了槽43c，所以輻射的面積增大了。因此，可進(jìn)一步改善翅片型增強器43的輻射性質(zhì)。
因為在翅片型增強器43的周向上等距離間隔地設(shè)置了多個槽43c，槽43c的深度和長度都相同，因而翅片型增強器43的重心是和翅片型增強器43的幾何中心重合，所以翅片型增強器43可以有效地把超聲波振動從振子44傳遞到增強器42。
圖15和圖16示出了與上述翅片型增強器有所不同的翅片型增強器。圖15所示的翅片型增強器43A具有多個沿周向等距離間隔的槽43d，它們具有相同的深度并且一直形成到翅片型增強器43A的兩端。在翅片型增強器43A的兩端面的中心部分上設(shè)有預(yù)定深度的螺紋孔43e和43f。如圖14所示，振子44藉螺紋孔43e而連接于翅片型增強器43A，增強器42或超聲波喇叭41是借助另一個螺紋孔43f而連接于翅片型增強器43A。
圖16所示的翅片型增強器43B具有多個深度相等、沿周向等距離間隔的槽43g，槽43g的數(shù)量和深度都大于圖15所示的翅片型增強器43A，以便進(jìn)一步改善熱輻射的性質(zhì)。翅片型增強器43B的兩端面上設(shè)有兩凸伸部分43h和43i，它們具有與槽43g的半圓底部接觸的外周面，所述凸伸部分43h和43i的端面內(nèi)分別形成了與圖15所示的螺紋孔43e和43f類似的螺紋孔43j和43k。
權(quán)利要求
1.一種超聲波振動釬焊裝置，它包括一喇叭主體，該喇叭主體的前部處在低于釬料箱內(nèi)釬料液面的位置上，而喇叭主體的后部則暴露在釬料箱的外側(cè)，一振子向所述喇叭主體供給超聲波振動，其中，在喇叭主體上振幅最小的波節(jié)點處設(shè)有一支承部分，該支承部分安裝在所述釬料箱內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波釬焊裝置，其特征在于，所述支承部分是由板材制成，它從喇叭主體的外周面起，沿垂直于喇叭主體前后方向的方向突伸。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲波釬焊裝置，其特征在于，所述支承部分是在波節(jié)點處圍繞喇叭主體形成的。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲波釬焊裝置，其特征在于，所述喇叭主體和支承部分是整體形成為一單個裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲波釬焊裝置，其特征在于，在喇叭主體的前、后部分中形成了若干槽，支承部分設(shè)置在喇叭主體的前、后部分之間。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲波釬焊裝置，其特征在于，在喇叭主體和振子之間設(shè)有兩個互相連接的增強器。
7.如權(quán)利要求6所述的超聲波釬焊裝置，其特征在于，靠近喇叭主體的增強器是形成為桿狀，而靠近振子的另一個增強器是形成為翅片型增強器，其外周面上帶有多個翅片。
8.如權(quán)利要求7所述的超聲波釬焊裝置，其特征在于，所述翅片是沿翅片型增強器的縱向設(shè)置。
9.一種將工件浸入釬料中的超聲波振動釬焊裝置，它通過一共振器對在釬料箱內(nèi)受熱熔化的釬料施加超聲波振動，所述共振器連接于可產(chǎn)生預(yù)定頻率的縱向超聲波振動的振子的輸出端，其中，在共振器外周面的波節(jié)點處設(shè)有一向外凸伸的支承部分，釬料箱上形成了一接納部分，該接納部分上具有一接納面，接納面是形成在一個階梯部分上，這個階梯部分是借助一穿過釬料箱延伸并且直徑大于處在共振器之支承部分前部的前半部分直徑的孔以及一直徑大于該孔并可使共振器之支承部分插入其中的孔之間的直徑差來形成的，所述接納部分上緊固著用來夾持共振器之支承部分的壓配件，共振器的前半部分插在接納部分的孔中并且不和接納部分的接納面接觸。
全文摘要
在喇叭主體的波節(jié)點f2處設(shè)置了一個用來將喇叭主體連接至釬料箱的支承部分,來自外部振子的超聲波振動可經(jīng)過喇叭主體傳遞給釬料箱內(nèi)的釬料。
文檔編號B06B1/02GK1169897SQ97112970
公開日1998年1月14日 申請日期1997年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月28日
發(fā)明者佐藤茂, 勝見貢, 石井僚一 申請人:株式會社厄泰克斯