CN109890598B - 具有倒角边缘的密封模具 - Google Patents

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Abstract

一种用于将第一材料片(102a)和第二材料片(102b)焊接在一起的焊接设备(100)，其包括密封模具(110)、台板(120)、控制单元(130)和适于向密封模具(110)提供能量的电源(140)。密封模具(110)由导电材料制成，并且被构造用以向第一材料片(102a)和第二材料片(102b)施加热‑机械能。密封模具(110)包括：底部表面(310)，其被构造用以接触第一片(102a)；内边缘(320)；倒角(330)，其在底部表面(310)和内边缘(320)之间延伸；第一转接倒圆(340)；以及第二转接倒圆(350)。第一倒圆(340)在倒角(330)和底部表面(310)之间延伸，而第二倒圆(350)在倒角(330)和内边缘(320)之间延伸。台板(120)被构造用以支撑第二片(120b)，而控制单元(130)被编程为朝向台板(120)引导密封模具(110)。

Description

具有倒角边缘的密封模具
优先权
本申请要求2016年10月20日提交的标题为“射频倒角模具(Radio FrequencyChamfer Die)”的美国临时申请第62/410,759号的优先权，其全部内容通过引用并入本文并以此为基础。
背景技术
可以使用射频密封模具或热封模具将材料片或材料层焊接在一起。美国专利第8,092,631号宽泛地教导了在高频焊接模具上使用斜切边缘(例如，倒角)。美国公布第2009/0113851号教导了一种密封板，其在底部表面上具有倒圆以形成弯曲轮廓和倒角边缘。国际公开WO2016/079702教导了一种具有倒圆侧面的射频焊接电极。
遗憾的是，具有倒角边缘的密封模具可能导致倒角的边缘处的电场集中，这对密封质量产生负面影响。倒圆密封模具轮廓(例如，具有圆化边缘或倒圆)需要大的倒圆以接近用于形成袋状件的片之间的线性压缩，这可能需要大的、重的、昂贵的且效率较低的RF电极设计。另外，倒圆密封模具可以减少在密封模具的倒圆部分下方保持受压缩的熔融材料的量，这可以导致材料层之间的内聚力较小。此外，圆化密封模具可能导致较小的凸缘质量，这增加了由于畸形的凸缘引起的应力上升的风险。
因此，需要一种用于密封材料片或材料层的改进的模具。
发明内容
本公开提供了改进的焊接设备(例如，射频焊接设备和热焊接设备)和密封模具(例如，射频密封模具和热封模具)。在一个示例性实施例中，用于将第一材料片和第二材料片焊接在一起以形成袋状件的射频焊接设备包括：密封模具、台板、控制单元和电源。密封模具由导电材料制成并且被构造用以向第一材料片和第二材料片施加热-机械能。密封模具包括底部表面、内边缘、直倒角、第一转接倒圆和第二转接倒圆。底部表面被构造用以接触第一材料片。直倒角在底部表面和内边缘之间延伸。
另外，直倒角具有相对于底部表面的定向角。第一转接倒圆位于直倒角和底部表面之间，而第二转接倒圆位于直倒角和内边缘之间。直倒角、第一转接倒圆和第二转接倒圆形成过渡区域。
台板被构造用以支撑第二材料片，而控制单元被配置为朝向台板引导密封模具，使得密封模具将第一材料片和第二材料片在密封模具和台板之间压缩在一起。控制单元控制电源，该电源适于向密封模具提供能量，使得密封模具施加热能以将第一材料片和第二材料片焊接在一起。
在另一示例性实施例中，在用于将第一材料片和第二材料片焊接在一起的设备中使用的导电射频密封模具包括底部表面、内边缘、直倒角、第一转接倒圆和第二转接倒圆。底部表面被构造用以接触第一材料片。直倒角位于底部表面和内边缘之间。直倒角具有一长度并且相对于底部表面形成一角度。第一转接倒圆位于直倒角和底部表面之间。第二转接倒圆位于直倒角和内边缘之间。直倒角、第一转接倒圆和第二转接倒圆形成过渡区域。
在一个实施例中，第一转接倒圆和第二转接倒圆为倒角的长度的至少45％。
在另一实施例中，倒角相对于模具的底部表面成至少25度的角度。
在另一实施例中，模具的内边缘从模具的底部表面偏移1.0mm(0.0394英寸)。
在其他示例性实施例中，第一转接倒圆和第二转接倒圆为至少0.5mm(0.0197英寸)。
在另一示例性实施例中，一种经由通过一种方法焊接在一起的第一材料片和第二材料片形成的结构，该方法包括将第一材料片定位在第二材料片上。第二材料片由台板支撑。该方法还包括经由自动运动朝向台板引导密封模具、经由自动运动将第一材料片和第二材料片在密封模具和台板之间压缩在一起、以及向密封模具提供能量使得密封模具施加热能以将第一材料片和第二材料片焊接在一起。
在另一示例性实施例中，一种经由通过一种方法焊接在一起的第一材料片和第二材料片形成的结构，该方法包括：将第一材料片定位在第二材料片上；朝向台板引导密封模具；将第一材料片和第二材料片压缩在一起以在密封模具和台板之间形成密封间隙；以及对密封模具通电以将热能施加至密封间隙内的第一材料片和第二材料片。
在一个实施例中，该结构是袋状件。
因此，本公开的优点是减少由于薄膜厚度变化所引起的袋状件缺陷。
本公开的另一优点是减少由于不完美的薄膜轮廓所引起的袋状件缺陷。
本公开的另一优点是减少由于层(例如，材料片)的过度或不足的压缩或加热所引起的袋状件缺陷。
本公开的又一优点是减少由于层之间缺乏气隙所引起的在层交接面处的机械应力集中。
本公开的又一优点是抑制模具中的电场集中度。
本公开的再一优点是防止密封模具内的天线效应。
本公开的再一优点是为顶部层提供应变消除并减少模具边缘处的机械剪切。
此外，本公开的另一优点是在密封区和未密封的薄膜之间提供更平缓的机械性能或聚合物性质变化，这可以减少机械应力上升的出现。
本公开的再一优点是提供密封凸缘挤出速度和密封凸缘压力的更平缓降低，这可以改进对材料片(例如，上片)的凸缘密封。
在以下详细描述和附图中描述了所公开的焊接设备和密封模具的附加特征和优点，并且其将是显而易见的。本文描述的特征和优点并非详尽的，并且特别地，鉴于附图和说明书，许多附加特征和优点对于本领域普通技术人员将是显而易见的。而且，任何特定实施例不一定具有本文列出的所有优点。此外，应该注意，说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导目的而选择的，而不是限制本公开主题的范围。
附图说明
图1A和图1B是根据本公开的示例性实施例的焊接设备的示意图。
图1C是根据本公开的示例性实施例的焊接设备的示意图。
图2A和图2B是根据本公开的密封模具和由其形成的袋状件的仰视图。
图3A是沿图2A的线III-III截取的侧立面截面图，其示出了根据本公开的密封模具的实施例。
图3B是沿图2A的线III-III截取的侧立面截面图，其示出了根据本公开的具有撕裂密封部分的密封模具的实施例。
图4A和图4B是形成密封的本公开的密封模具和下台板的实施例的侧立面图，其示出了焊接在一起的两个塑料片(例如，用于袋状件)。
图5是用于将第一材料片和第二材料片焊接在一起以形成结构(例如，袋状件)的示例性过程的流程图。
图6是用于将第一和第二材料片焊接在一起以形成结构(例如，袋状件)的示例性过程的流程图。
具体实施方式
如上所述，提供了一种改进的密封模具和焊接设备，以减少袋状件中的不完美和密封缺陷。密封缺陷是有问题的，因为它们增加了与废料相关的成本，并且可能需要大量的检测检查点。密封缺陷可能导致袋状件会在正常操作下失效，和/或可能导致产品由于意外故障而缩短保质期。本文讨论的密封设备和密封模具减少了袋状件中的密封缺陷，并提供了一种可用于更广泛应用且更加独立于薄膜厚度和密封厚度变化的密封模具。
密封模具(例如，射频(“RF”)密封模具或热密封模具)在密封过程中撞击两个材料层，施加热-机械能以在第一材料片和第二材料片之间形成密封。当RF密封模具用RF能量通电时，第一材料片和第二材料片在与密封模具接触的区域中被加热并焊接在一起。类似地，热密封模具被加热以将热能传递到第一材料片和第二材料片，并将第一材料片和第二材料片焊接在一起。将密封模具远离台板升起，并使密封的片移动以用于进一步处理(例如，切割)，同时将新的未密封的片区段定位在密封模具和台板之间。
参考附图，且特别是图1A，在一个实施例中，本公开的焊接设备100被设置成将第一材料片和第二材料片(例如，第一片102a和第二片102b，下文中的片102)焊接在一起。在一个实施例中，焊接设备100包括密封模具110a、台板120、控制单元130和电源140。控制单元130可以包括一个或多个处理器(例如，CPU 132)和一个或多个存储器(例如，存储装置134)。
应当理解，台板120可以由底部密封模具代替。例如，焊接设备100可以使用顶部密封模具(例如，密封模具110a)和底部密封模具将片102焊接在一起，如下面参考图1C进一步说明的。
在图1B所示的另一示例性实施例中，密封模具可以在密封过程期间撞击三个材料层。例如，三个或更多个材料片可以用于多室袋状件。另外，第三层(例如，第三片102c)可以在第二片102b与台板120之间用作缓冲材料，下面将更详细地讨论。第三层(例如，第三片102c)可以引入另外的变化点以改进所得袋状件的坚固性。
如本文所使用的，术语“处理器”可以指的是能够执行指令编码算术、逻辑和/或I/O操作的装置。在一个说明性示例中，处理器可以遵循冯诺依曼架构模型，并且可以包括算术逻辑单元(“ALU”)、控制单元和多个寄存器。在另一方面，处理器可以是通常能够一次执行一个指令(或处理单个指令流)的单核处理器，或者可以同时执行多个指令的多核处理器。在另一方面，处理器可以实现为单个集成电路、两个或更多个集成电路，或者可以是多芯片模块的组件(例如，其中各个微处理器管芯被包括在单个集成电路封装件中并因此共享一个插座)。处理器也可以被称为中央处理单元(CPU)。
如本文所使用的，术语“存储器”可以指的是易失性或非易失性存储装置，诸如RAM、ROM、EEPROM或能够存储数据的任何其他装置。
电源140可以适于向密封模具110a(下文中为密封模具110)提供能量(例如，RF能量)，使得密封模具110施加热能以将第一材料片和第二材料片102焊接在一起。在所示实施例中，电源140经由开关150连接到控制单元130，使得控制单元130可以根据需要选择性地接通和断开开关150以将电力引导到密封模具110。
在示例性实施例中，电源140可以包括一个或多个变压器(例如，变压器142)和/或转换器(例如，AC/DC转换器144)以将AC输入电力转换为期望的输出电力。电源140可以例如将RF能量或热能输出到密封模具110。在示例中，电源可以具有0.5kW到至少30kW的功率范围。RF能量可以作为RF高压(例如，低于8kV的平均值)电场供应。RF能量可以具有批准用于工业、科学和医疗设备的频率。例如，RF能量可以具有13.56MHz±7.0kHz、27.12MHz±163.0kHz、40.68MHz±20.0kHz的频率或其他合适频率的频率。在示例中，频率可以是27.12MHz。较高频率的能量(例如，RF能量)在密封模具110和台板120之间产生RF电磁场。应当理解，密封模具110不限于本文所述的RF工艺，并且密封模具110与广泛的RF工艺实施范围兼容。
如图1A所示，第一材料片或层和第二材料片或层102从第一材料辊和第二材料辊(例如，第一材料辊104a和第二材料辊104b，在下文中称为辊104)拉过台板120。如本文所用的，术语“片”和“层”可以指的是由聚氯乙烯(“PVC”)、聚氨酯、乙烯乙酸乙烯酯(“EVA”)，聚乙烯乙酸乙烯酯(“PEVA”)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET-G”)和其他类似的RF响应材料制成的薄材料或薄膜102。片102通过一个或多个驱动辊(例如，182a、182b，下文中为182)和一个或多个张紧辊(例如，184a、184b)定位在密封模具110与台板120之间。一个或多个驱动辊182可以由控制辊驱动器180的控制单元130控制。
在控制单元130的控制下的线性致动器170将密封模具110向下驱动到台板120上，以将第一材料片和第二材料片102压缩在一起。在压缩期间，控制单元130控制开关150和电源140以向密封模具110提供RF能量或热能，其在与密封模具110接触的位置处将第一材料片和第二材料片102之间的交接面熔融在一起。然后，控制单元130致使线性致动器170将密封模具110远离台板120升起，在此之后密封的片102经由辊驱动器180和驱动辊182移动到切割器190。切割器190将密封的材料片102切割成各个袋状件106(例如，250mL多巴胺和多巴酚丁胺袋状件)中，其可以被引导到另一站以用于进行处理(例如，检查)。
密封模具110由导电材料制成，诸如钢、不锈钢、黄铜、紫铜、铝，及其合金。在示例性实施例中，导电材料向第一材料片和第二材料片102施加热-机械能。在示例性实施例中，密封模具110形成有与袋状件几何结构相关联的形状。密封模具110的尺寸适于产生对于目标流体体积的期望袋状件形状。
如图1A所示，台板120支撑第一材料片和第二材料片102。在一个实施例中，台板120是实心的平坦金属表面，其用作从密封模具110行进通过第一材料片和第二材料片102的RF能量的接地。
控制单元130可以用多个可选程序编程，以致使密封模具110被引导朝向台板120，使得密封模具110以期望的方式将第一和第二材料片102在密封模具110和台板120之间压缩在一起。控制单元130可以提供用户接口160以在控制单元130处编程和/或选择控制程序。例如，用户可以使用用户接口160(例如，经由触摸屏或薄膜开关)来编程或选择用于密封设备100的操作条件的程序(例如，指定所施加的RF能量或热能的量、经由线性致动器170施加的压缩力、密封过程的时间长度等中的任一个或多个)。用户接口160还可以包括显示焊接设备100的操作参数的显示屏。
在各种实施例中，线性致动器170可以是气动、液压或机电驱动的。线性致动器170可以例如包括使用小齿轮装置或蜗轮和导螺杆来驱动密封模具110的马达。
如图1B所示，台板120支撑第一材料片、第二材料片和第三材料片102。电源140可以适于向密封模具110b(下文中为密封模具110)提供能量(例如，RF能量或热能)，使得密封模具110施加热能以将第一材料片、第二材料片和第三材料片102焊接在一起。
如图1B所示，将第一材料片或层、第二材料片或层和第三材料片或层102从第一材料辊、第二材料辊和第三材料辊(例如，第一材料辊104a，第二材料辊104b和第三材料辊104c，在下文中为辊104)拉过台板120。通过一个或多个驱动辊(例如，182a、182b)和一个或多个张紧辊(例如，184a、184b)将片102定位在密封模具110与台板120之间。一个或多个驱动辊182可以由控制辊驱动器180的控制单元130控制。
如图1C所示，台板120可以由匹配的密封模具110b代替。在控制单元130的控制下的线性致动器170a和170b将密封模具110a和密封模具110b朝向彼此驱动，以将第一材料片和第二材料片102压缩在一起。在压缩期间，控制单元130控制开关150和电源140以向密封模具110a和密封模具110b提供RF能量或热能，其在与每个密封模具(例如，密封模具110a、110b)接触的位置处将第一材料片和第二材料片102熔融在一起。然后，控制单元130致使线性致动器170a和170b将密封模具110a和110b远离彼此退回，在此之后，将密封的片102经由辊子驱动器180和驱动辊182移动到切割器190。切割器190将密封的材料片102切割成单独的袋状件106，该袋状件可以被引导到另一站以用于位进行处理(例如，检查)。密封模具110a和密封模具110b可以由同一开关(例如，开关150)控制。在另一示例性实施例中，密封模具110b可以由单独的开关控制，使得密封模具110a和密封模具110b被独立地控制。密封模具110b可以匹配密封模具110a。
现在参考图2A和图2B，示出了示例性密封模具110和所得到的袋状件106。密封模具110可以包括由导电材料制成的至少一个伸长主体(具有侧面220a至220g，下文称为主体220)。例如，伸长主体220可以由钢、不锈钢、铝、紫铜、黄铜，及其合金制成。图2B示出了密封模具210可以密封具有几何结构208的袋状件106。密封模具110具有匹配并形成袋状件几何结构208的形状212。密封模具110通过密封第一材料片和第二材料片的接触模具110的位置来形成袋状件几何结构208。以这种方式，模具形状212决定了袋状件几何结构208。
如图2B所示，袋状件106上的阴影区域表示第一材料片和第二材料片102的已经经由模具110焊接在一起并密封的部分。对于更大或不同形状的袋状件几何结构208，使用对应的更大或不同的密封模具110。密封模具110可以具有并由此形成例如圆角和/或侧面。密封模具110可以具有并形成具有任何期望数量的侧面220a至220n的形状。
现在参考图3A和图3B所示，在所示实施例中，模具110包括底部表面310，该底部表面被构造用以接触第一材料片102a。密封模具110还包括内边缘320、直倒角330、第一转接倒圆(r1)340和第二转接倒圆(r2)350。直倒角330位于底部表面310和内边缘320之间。在示例性实施例中，直倒角330、第一转接倒圆340和第二转接倒圆350形成过渡区域380。
在示例性实施例中，底部表面310与第一转接倒圆340相切，而内边缘320与第二转接倒圆350相切。另外，直倒角330可以与第一转接倒圆340和第二转接倒圆350相切。
直倒角330具有长度lc并且相对于底部表面310成角度。在一个实施例中，长度lc是转接倒圆340、350的两个切向连接点之间的长度。直倒角330的角度α可以根据焊接应用而变化。例如，倒角的角度α可以具有在相对于底部表面320成20度到40度之间的范围。在另一示例性实施例中，角度α为相对于底部表面310成至少25度。在使用两个密封模具(例如，密封模具110a和密封模具110b的另一示例性实施例中，每个密封模具的倒角的角度α可以更小。例如，倒角的角度α可以具有相对于底部表面320成10度到20度之间的范围。在另一示例性实施例中，角度α为相对于底部表面310成至少12.5度。
第一转接倒圆(r1)340位于直倒角330和底部表面310之间。第二转接倒圆(r2)350位于直倒角330和内边缘320之间。在示例性实施例中，r1和r2的尺寸为直倒角330的长度lc的50％至70％。在另一示例性实施例中，r1和r2为长度lc的至少45％。在一个示例中，r1和r2均可以在0.4mm到0.9mm(0.0157到0.0354英寸)之间的范围内，例如0.75mm(0.030英寸)。在示例中，r1和r2可以是0.50mm(0.020英寸)。直倒角330致使底部表面310从竖直内边缘320偏移一特定水平偏移距离dO。例如，偏移距离dO可以在0.5mm到2.0mm(0.0197到0.0787英寸)之间的范围内，例如，1.0毫米(0.0394英寸)。在示例中，dO可以是1.5mm(0.0591英寸)。在另一示例性实施例中，偏移距离dO可以取决于底部表面的长度lB。例如，偏移距离dO可以在(dO+lB)的20％到80％之间的范围内。在示例中，lB可以在1.75mm到2.5mm(0.0689到0.0984英寸)之间的范围内，例如，2.15mm(0.085英寸)。在其他示例中，偏移距离dO、长度lB、长度lC和/或半径r1至r4可以取决于材料层厚度。
出于说明的目的，图3A仅示出了密封模具110的内边缘320及底部表面310的一部分。但是，图2A示出了还存在外边缘，并且底部表面310从内边缘320延伸到外边缘。因此可以在底部表面310和外边缘之间产生包括直倒角330和倒圆340、350的过渡区域380。因此，图3A可以被认为是沿竖直线lM镜像的镜像图像的一半。另外，直倒角330可以具有高度Hc。高度Hc可以与材料片102的厚度相关。例如，当使用两个材料片时，高度Hc可以等于第一材料片102a和第二材料片102b的组合厚度。
在另一示例性实施例中，直倒角330的偏移距离dO和长度lc可以相对于底部表面的长度lB更大，以允许更大的凸缘质量，例如，当使用撕裂密封工具时。例如，密封模具110还可以包括在竖直线lM处或在模具110的边缘处的撕裂密封部分390，如图3B所示。撕裂密封部分390可以在焊接的片102的外周上形成穿孔状接缝。在示例中，穿孔状接缝(例如，撕裂密封件)有利地使多余材料能够例如被手撕掉。在具有撕裂密封部分390的密封模具110构造中，移位的凸缘质量(例如，下面在图4中更详细地讨论的密封凸缘450)在密封模具110的倒角侧(例如，过渡区域380)处增加。例如，偏移距离dO和长度lc可以相对于底部表面lB增加，以适应附加的凸缘质量。在不使用撕裂密封工具的其他实施例中，直倒角330的偏移距离dO和长度lc可以相对于底部表面的长度lB更小。
撕裂密封差值DTS或水平密封表面(例如，底部表面310)相对于相邻的撕裂密封部分390的高度可以基于材料厚度(例如，片102的厚度)、材料类型和/或其他生产参数。差值DTS(例如，高度差)可以针对给定的双层薄膜厚度设定压缩距离目标。在一个示例中，撕裂密封部分390可以沿着密封模具110的整个外周延伸。另外，撕裂密封部分390可以不存在于密封模具110的形成袋形内部特征的部分上，诸如对于悬挂区域或填充孔眼区域。如上所述，当撕裂密封部分390邻近于水平密封表面(例如，底部表面310)时，在密封循环期间形成的熔融材料被推向袋状件106的内部并进入密封模具110的倒角部分。当不存在撕裂密封部分390时，熔融材料可以流到密封模具110的任一侧。
在一个示例中，撕裂密封差值DTS可以在0.38mm到0.50mm(0.015到0.020英寸)之间的范围内，例如0.44mm(0.0175英寸)。另外，撕裂密封差值DTS可以是成比例的薄膜厚度(例如，两层薄膜的厚度，诸如第一材料片和第二材料片102)。例如，撕裂密封差值DTS可以在薄膜厚度(例如，两层薄膜厚度)的30％到80％之间的范围内，优选在50％到70％之间。在示例中，可以在袋状件的外侧周围使用撕裂密封部分390。在另一示例中，可以在袋状件的悬挂孔周围使用撕裂密封部分390。
因此，密封模具110还可以包括外边缘、第二直倒角、第三转接倒圆(r3)和第四转接倒圆(r4)。第二直倒角可以位于底部表面310和外边缘之间。第三转接倒圆(r3)可以位于第二直倒角和底部表面310之间。第四转接倒圆(r4)可以位于第二直倒角和外边缘之间。第二直倒角、第三转接倒圆和第四转接倒圆形成与过渡区域380类似或相同的过渡区域。同样，密封模具110可以具有作为图3A的沿线lM的镜像的轮廓。
在示例性实施例中，半径r3和r4的尺寸为直倒角330的长度lc的50％到70％之间。在另一示例性实施例中，半径r3和r4为长度lc的至少45％。半径r1至r4可以相同或不同。类似地，直倒角330的长度lc可以与过渡区域380的转接倒圆部分340、350的弧长成比例。另外，底部表面310可以具有长度lB(例如，第一转接倒圆(r1)340和第三转接倒圆(r3)之间的长度)，该长度在1.0mm到4.0mm(0.040到0.1574英寸)之间，例如3.0mm(0.1182英寸)。在示例中，lB可以是2.15mm(0.085英寸)。在其他示例性实施例中，长度lB可以在0.090英寸到0.250英寸的范围内。
在示例性实施例中，密封模具110可以包括30度直倒角330，所述30度直倒角330在每个端部处以0.5mm(0.0197英寸)的转接倒圆340、350圆化，致使底部表面310从竖直内边缘210水平偏移1.0mm(0.0394英寸)。角度、转接倒圆、倒角长度和/或偏移的其他变化可以用于以期望的方式转变密封两个薄膜层的热-机械应力，并调节薄膜厚度。
将圆部或转接倒圆(例如，转接倒圆340、350)添加到在竖直内边缘320和水平底部表面310之间的直倒角330可以用于抑制电场集中度。转接倒圆340、350还可以防止密封模具110内的天线效应。在一个示例中，转接倒圆340、350的尺寸和配置可以减小局部电场效应并且防止电场集中度，否则电场集中度将超过材料(例如，第一材料片和第二材料片102)的故障等级。
直倒角330和转接倒圆(例如，转接倒圆340、350)的组合使得电场从水平底部表面310向模具的内边缘320平缓过渡。更平缓的场过渡可以用于改变模具110下方的加热曲线，致使最高热量出现在最低模具间隙区域处，并且减少密封区域的内侧边缘上的加热(下面更详细地讨论)。这有利地减轻了薄膜中的突然性质变化，其可能致使层102之间的或单层内的断裂点。
现在参考图4A和图4B，示出了在将第一材料片和第二材料片102焊接在一起的过程中的示例性密封模具110的侧立面图。图4A和图4B示出了密封模具110将第一材料片和第二材料片102在密封模具110和台板120之间压缩在一起。如上所述，密封模具110将热能施加第一材料片和第二材料片102，从而将第一材料片和第二材料片102焊接在一起。在示例性实施例中，经由线性致动器170将控制单元130编程为相对于台板120定位密封模具110，以便在密封模具110和台板120之间形成密封间隙410。密封间隙410包括第一区域412和第二区域414。第一区域412在密封模具110的底部表面310和台板120之间具有至少基本恒定的距离GS1。第二区域414在过渡区域380和台板120之间具有渐增的距离GS2。第二区域414在第一转接倒圆340和第二转接倒圆350(例如，过渡区域380)之间的区域中在密封模具110和台板120之间延伸。区域414在其最大点处的距离GS2可以是区域412距离GS1的300％大。
在另一示例性实施例中，密封凸缘450可以位于密封模具110下方。另外，GS1可以具有是两个材料层的宽度的30％的距离，并且GS2可以具有是两个材料层的厚度的120％的距离。
形成过渡区域380的直倒角330、第一转接倒圆340和第二转接倒圆350的组合使得更多熔融材料(例如，从第一材料片和第二材料片102熔融的材料)在压缩状态下保持在密封间隙410中。得到的加热曲线包括第一区域412中的第一温度T1和第二区域414中的第二温度T2。第一温度T1通常将高于第二温度T2。
另外，直倒角330、第一转接倒圆340和第二转接倒圆350的组合可以通过降低与急剧几何结构变化相关联的电场集中效应，而使得电场从水平底部表面310向模具的内边缘320平缓过渡。电场的平缓过渡可以用于改变密封模具110下方的加热曲线，以确保整个第一区域412中的曲线的最高温度，并且随着过渡区域380和台板120之间的距离GS2增加而连续地降低整个第二区域414中的曲线的温度。变化的加热曲线可以有利地减轻薄膜中的突然性质变化，这可以减少层断裂点，从而减少袋状件缺陷的数量。
形成过渡区域380的直倒角330和转接倒圆340、350的组合也是有利的，因为仅在模具边缘处提供倒圆将需要大的倒圆，这将需要大的、重额、昂贵的且RF效率较低的电极。过渡区域380还有利地使得更多的熔融材料在密封模具110下方保持压缩。过渡区域380控制熔融材料块的压缩，以在层102之间提供更好的内聚力和坚固性。直倒角330和转接倒圆340、350的组合还有利地减少了凸缘质量，这可能限制由于畸形凸缘引起的应力上升的可能性。过渡区域380下的压缩的过渡使得密封模具110能够向片102施加必要的电场和压力，以确保水平底部表面310下方的密封交接面粘结性和在密封模具110的内边缘320处的全薄膜强度。
图4示出了熔融材料形成密封凸缘450，当密封凸缘从第一区域412朝向袋状件230的内部延伸穿过第二区域414时，密封凸缘平缓降低温度。密封模具110的轮廓有利地使得密封凸缘450在第一区域412和第二区域414之间延伸，而不损坏未密封的薄膜的内表面，因此保持密封边缘处的强度。例如，密封模具110改进了材料层102之间的凸缘密封，以提供额外的容器强度(例如，增加的抗跌落测试性)。在过渡区域380和密封凸缘450路径下方的压缩有利地适应薄膜和密封厚度不完美，同时保持足够的密封性能。例如，根据本公开制备的密封横截面在偏振光下进行分析时，显示出比传统的圆化密封模具(例如，仅倒圆)在凸缘和层上更均分布的热特征。
图5示出了根据本公开的示例性实施例的用于将第一材料片和第二材料片焊接在一起以形成结构(例如，袋状件)的示例性方法500的流程图。尽管参考图5中所示的流程图描述了示例性方法500，但应当理解，可以使用执行与方法500相关联的动作的许多其他方法。例如，可以改变一些方框的顺序，可以将某些方框与其他方框组合，并且所描述的一些方框是可选的。方法500可以由处理逻辑执行，该处理逻辑可以包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件，或这两者的组合。
示例性方法500包括将第一材料片102a定位在第二材料片102b上，其中，第二材料片102b由台板120支撑(方框510)。例如，可以通过辊驱动器180将第一材料片102a定位在第二材料片102b上。然后，示例性方法500包括经由自动运动朝向台板120引导密封模具110(方框520)。密封模具110包括底部表面310，该底部表面被构造用以接触第一材料片102b。另外，密封模具110包括内边缘320、位于底部表面310和内边缘320之间的直倒角330。直倒角330具有长度lc并且相对于底部表面310形成一角度，第一转接倒圆(r1)340位于直倒角330和底部表面310之间，并且第二转接倒圆(r2)350位于直倒角330和内边缘320之间。在示例中，r1和r2的尺寸均为长度lc的至少45％。此外，示例性方法500包括经由自动运动使第一材料片和第二材料片102在密封模具110和台板120之间压缩在一起(方框530)。例如，在控制单元130的控制下的线性致动器170可以将密封模具110向下驱动到台板120上，以将第一材料片和第二材料片102压缩在一起。然后，示例性方法500包括向密封模具110提供能量，使得密封模具110施加热能以将第一材料片和第二材料片102焊接在一起(方框540)。例如，控制单元130可以控制开关150和电源140以向密封模具110提供RF能量或热能，其在与密封模具110接触的位置处将第一材料片和第二材料片102熔融在一起。
图6示出了根据本公开的示例性实施例的用于将第一材料片和第二材料片焊接在一起以形成结构(例如，袋状件)的示例性方法600的流程图。尽管参考图6中所示的流程图描述了示例性方法600，但应当理解，可以使用执行与方法600相关联的动作的许多其他方法。例如，可以改变一些方框的顺序，可以将某些方框与其他方框组合，并且所描述的一些方框是可选的。方法600可以由处理逻辑执行，该处理逻辑可以包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件或这两者的组合。
示例性方法600包括将第一材料片定位在第二材料片上(方框610)。例如，可以通过辊驱动器180将第一材料片102a定位在第二材料片102b上。然后，示例性方法600包括将密封模具110朝向台板120引导(方框620)。例如，可以用多个可选程序来编程控制单元130，以致使以期望的方式朝向台板120引导密封模具110，该台板支撑第二材料片102b。此外，示例性方法600包括将第一材料片和第二材料片102压缩在一起以在密封模具110和台板120之间形成密封间隙410(方框630)。密封间隙410包括第一区域412和第二区域414。第一区域412在密封模具110的底部表面310和台板120之间具有至少基本上恒定的距离GS1。第二区域414在过渡区域380和台板120之间具有渐增的距离GS2。然后，示例性方法600包括对密封模具110通电以将热能施加至密封间隙410内的第一材料片和第二材料片102(方框640)。例如，控制单元130可以控制开关150和电源140以向密封模具110提供RF能量或热能，其在与密封模具110接触的位置处将第一材料片和第二材料片102熔融在一起。
对密封模具110通电可以在第一材料片和第二材料片102中产生电场，并且第一材料片和第二材料片102可以响应于电场(例如，AC场)而振动。例如，第一材料片和第二材料片102可以由响应于AC场振动的极性材料构成。这些振动在材料内产生热量并在其中引起温度变化。因此，密封模具110有利地使得第一材料片和第二材料片102能够响应于电场产生它们自己的热量，使得材料片102在材料交接面而不是模具-材料交接面处熔融。在另一示例中，可以加热密封模具110以将热能传递到第一材料片和第二材料片102。
在示例中，可以使用第二密封模具来代替台板120。例如，方法500和/或方法600可以使用顶部密封模具(例如，密封模具111)和底部密封模具。顶部密封模具(例如，密封模具110)和底部密封模具可以朝向彼此被引导，以在密封过程期间将第一材料片和第二材料片102压缩在一起。在示例中，缓冲材料可以用于帮助片102的运输和/或支撑。在另一示例中，可以在不使用缓冲材料的情况下压缩和密封片102。
本文描述的主题的各方面可以单独使用或与本文描述的任一个或多个其他方面组合使用。在不限制前述描述的情况下，在本公开的示例性方面中，通过包括将第一材料片定位在第二材料片上和经由自动运动朝向表面引导密封模具的方法，而经由焊接在一起的第一材料片和第二材料片形成结构。第二材料片由表面支撑，并且密封模具包括：底部表面，其被构造用以接触第一材料片；内边缘；直倒角，其位于底部表面和内边缘之间；第一转接倒圆(r1)，其位于直倒角和底部表面之间；以及第二转接倒圆(r2)，其位于直倒角和内边缘之间。直倒角具有长度lc并且相对于底部表面形成一角度，并且r1和r2的尺寸均为长度lc的至少45％。该方法还包括经由自动运动致使第一材料片和第二材料片在密封模具和表面之间压缩在一起，以及向密封模具提供能量，使得密封模具施加热能以将第一材料片和第二材料片焊接在一起。
根据可以与前述方面结合使用的本公开的另一示例性方面，表面是台板或底部密封模具中的一个。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，直倒角的长度lc在0.6mm到2.0mm之间，底部表面的长度在2.0mm到4.0mm之间，并且直倒角的角度为至少25度。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，r1等于r2。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，结构是柔性流体容器。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，通过包括将第一材料片定位在第二材料片上和朝向表面引导密封模具的方法，而经由焊接在一起的第一材料片和第二材料片形成结构。表面支撑第二材料片，并且密封模具包括：底部表面，其被构造用以接触第一材料片；内边缘；直倒角，其在底部表面和内边缘之间延伸；第一转接倒圆，其在直倒角和底部表面之间延伸；以及第二转接倒圆，其在直倒角和内边缘之间延伸。直倒角具有相对于底部表面的定向角。该方法还包括将第一材料片和第二材料片压缩在一起以在密封模具和表面之间形成密封间隙。密封间隙包括：第一区域，其在密封模具的底部表面和表面之间具有恒定的距离；以及第二区域，其由于直倒角及第一转接倒圆和第二转接倒圆而在倒角和表面之间具有渐增的距离。另外，该方法包括对密封模具通电以将热能施加至密封间隙内的第一材料片和第二材料片。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，表面是台板或底部密封模具中的一个。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，直倒角、第一转接倒圆和第二转接倒圆形成过渡区域。过渡区域被构造用以改变密封间隙的第二区域内的加热曲线，并且加热曲线导致第一区域处的第一温度和第二区域处的第二温度。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，用于将第一材料片和第二材料片焊接在一起的焊接设备，该设备包括由导电材料支撑的密封模具，其被构造用以向第一材料片和第二材料片施加热-机械能。密封模具包括；底部表面，其被构造用以接触第一材料片；内边缘；直倒角，其在底部表面和内边缘之间延伸；第一转接倒圆，其在直倒角和底部表面之间延伸；以及第二转接倒圆，其在直倒角和内边缘之间延伸。直倒角具有相对于底部表面的定向角。该设备还包括：表面，其被构造用以支撑第二材料片；控制单元，其被编程为朝向表面引导密封模具，使得密封模具将第一材料片和第二材料片在密封模具和表面之间压缩在一起；以及电源，其适于向密封模具提供能量，使得密封模具施加热能以将第一材料片和第二材料片焊接在一起。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，表面是台板或底部密封模具中的一个。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，能量是RF能量。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，密封模具包括撕裂密封部分，该撕裂密封部分被构造用以在所焊接的第一材料片和第二材料片上形成穿孔状接缝。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，控制单元被编程为将密封模具定位成在密封模具和表面之间形成密封间隙。密封间隙包括：第一区域，该第一区域在密封模具的底部表面和表面之间具有恒定的距离；以及第二区域，该第二区域在倒角和表面之间具有渐增的距离。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，第一材料片和第二材料片在密封间隙内形成熔融材料。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，直倒角、第一转接倒圆和第二转接倒圆形成过渡区域。过渡区域被构造用以改变密封间隙内的加热曲线，并且加热曲线导致第一区域处的第一温度和第二区域处的第二温度。另外，第一温度大于第二温度。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，过渡区域被构造用以使得电场能够从底部表面向密封模具的内边缘平缓过渡。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，直倒角被构造用以允许熔融材料在直倒角下方的密封间隙中保持受压缩。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，密封模具形成有与期望的袋状件几何结构相关联的形状。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，密封模具的第一转接倒圆和第二转接倒圆被构造用以抑制密封模具中的电场集中度。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，密封模具的第一转接倒圆和第二转接倒圆被构造用以防止密封模具内的天线效应。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，第一转接倒圆(r1)和第二转接倒圆(r2)为直倒角的长度的至少45％。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，一种在用于将第一材料片和第二材料片焊接在一起的设备中使用的导电的密封模具，该密封模具包括：底部表面，该底部表面被构造用以接触第一材料片；内边缘；直倒角，该直倒角位于底部表面和内边缘之间；第一转接倒圆(r1)，该第一转接倒圆位于直倒角和底部表面之间；以及第二转接倒圆(r2)，该第二转接倒圆位于直倒角和内边缘之间。直倒角具有长度lc并且相对于底部表面形成一角度。另外，r1和r2的尺寸均为长度lc的至少45％。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，密封模具用于密封具有几何结构的柔性流体容器，并且密封模具具有与几何结构相关的形状。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，密封模具的第一转接倒圆(r1)和第二转接倒圆(r2)被构造用以抑制密封模具中的电场集中度，并且密封模具的第一转接倒圆(r1)和第二转接倒圆(r2)被构造用以防止密封模具内的天线效应。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，直倒角的长度lc在0.6mm到1.0mm之间，底部表面的长度在2mm到4mm之间，并且直倒角的角度为至少25度。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，r1等于r2。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，还包括外边缘。直倒角是第一直倒角。密封模具包括：第二直倒角，该第二直倒角位于底部表面和外边缘之间；第三转接倒圆(r3)，该第三转接倒圆位于第二直倒角和底部表面之间；以及第四转接倒圆(r4)，该第四转接倒圆位于第二直倒角和外缘之间。
根据可以与前述方面中的任一个或多个结合使用的本公开的另一示例性方面，第三转接倒圆和第四转接倒圆的尺寸均为第二直倒角的长度的至少45％。
本公开的许多特征和优点从书面描述中是显而易见的，并因此，所附权利要求旨在涵盖本公开的所有这些特征和优点。此外，由于本领域技术人员将容易想到许多修改和变化，所以本公开不限于所示出和所描述的精确构造和操作。因此，所描述的实施例应被视为说明性的而非限制性的，并且本公开不应限于本文给出的细节，而应由所附权利要求及其等同物的全部范围来限定，无论是现在还是将来是可预见的或不可预见的。

Claims (15)

1.一种用于将第一材料片和第二材料片焊接在一起的焊接设备，所述焊接设备包括：
密封模具，所述密封模具由导电材料制成，所述密封模具被构造用以向所述第一材料片和所述第二材料片施加热-机械能，其中，所述密封模具包括：
底部表面，所述底部表面被构造用以接触所述第一材料片，
内边缘，
直倒角，所述直倒角在所述底部表面和所述内边缘之间延伸，其中，所述直倒角具有相对于所述底部表面的定向角，
第一转接倒圆，所述第一转接倒圆在所述直倒角和所述底部表面之间延伸，以及
第二转接倒圆，所述第二转接倒圆在所述直倒角和所述内边缘之间延伸；
支撑表面，所述支撑表面被构造用以支撑所述第二材料片；
控制单元，所述控制单元被编程为朝向所述支撑表面引导所述密封模具，使得所述密封模具将所述第一材料片和所述第二材料片在所述密封模具和所述支撑表面之间压缩在一起；以及
电源，所述电源适于向所述密封模具提供能量，使得所述密封模具施加热能以将所述第一材料片和所述第二材料片焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的焊接设备，其中，所述支撑表面是台板或底部密封模具中的一个。
3.根据权利要求1所述的焊接设备，其中，所述能量是RF能量。
4.根据权利要求1所述的焊接设备，其中，所述密封模具包括撕裂密封部分，所述撕裂密封部分被构造用以在所焊接的所述第一材料片和所述第二材料片上形成穿孔状接缝。
5.根据权利要求1所述的焊接设备，其中，所述控制单元被编程为定位所述密封模具以在所述密封模具和所述支撑表面之间形成密封间隙，所述密封间隙包括：第一区域，所述第一区域在所述密封模具的所述底部表面和所述支撑表面之间具有恒定的距离；以及第二区域，所述第二区域在所述倒角和所述支撑表面之间具有渐增的距离。
6.根据权利要求5所述的焊接设备，其中，所述直倒角、所述第一转接倒圆和所述第二转接倒圆形成过渡区域，所述过渡区域被构造用以改变所述密封间隙内的加热曲线，所述加热曲线导致所述第一区域处的第一温度和所述第二区域处的第二温度，并且其中，所述第一温度大于所述第二温度。
7.根据权利要求6所述的焊接设备，其中，所述过渡区域被构造用以使得电场能够从所述底部表面向所述密封模具的所述内边缘平缓过渡。
8.根据权利要求7所述的焊接设备，其中，所述第一材料片和所述第二材料片在所述密封间隙内形成熔融材料，所述直倒角被构造用以允许所述熔融材料在所述直倒角下方的所述密封间隙中保持受压缩。
9.一种导电的密封模具，所述密封模具在用于将第一材料片和第二材料片焊接在一起的焊接设备中使用，所述密封模具包括：
底部表面，所述底部表面被构造用以接触所述第一材料片；
内边缘；
直倒角，所述直倒角位于所述底部表面和所述内边缘之间，其中，所述直倒角具有长度(lc)并相对于所述底部表面形成角度；
第一转接倒圆(r1)，所述第一转接倒圆(r1)位于所述直倒角和所述底部表面之间；以及
第二转接倒圆(r2)，所述第二转接倒圆(r2)位于所述直倒角和所述内边缘之间，其中，所述第一转接倒圆的半径和所述第二转接倒圆的半径均被定尺寸为长度(lc)的至少45％。
10.根据权利要求9所述的密封模具，其中，所述密封模具用于密封具有几何结构的柔性流体容器，并且其中，所述密封模具具有与所述几何结构相关联的形状。
11.根据权利要求9所述的密封模具，其中，所述密封模具的所述第一转接倒圆(r1)和所述第二转接倒圆(r2)被构造用以抑制所述密封模具中的电场集中度，并且其中，所述密封模具的所述第一转接倒圆(r1)和所述第二转接倒圆(r2)被构造用以防止所述密封模具内的天线效应。
12.根据权利要求9所述的密封模具，其中，所述直倒角的所述长度(lc)在0.6mm到1.0mm之间，所述底部表面的所述长度在2mm到4mm之间，并且所述直倒角的所述角度为至少25度。
13.根据权利要求9所述的密封模具，其中，所述第一转接倒圆的半径等于所述第二转接倒圆的半径。
14.根据权利要求9所述的密封模具，所述密封模具包括外边缘，所述直倒角是第一直倒角，并且所述密封模具包括位于所述底部表面和所述外边缘之间的第二直倒角、位于所述第二直倒角和所述底部表面之间的第三转接倒圆(r3)以及位于所述第二直倒角和所述外边缘之间的第四转接倒圆(r4)。
15.根据权利要求14所述的密封模具，其中，所述第三转接倒圆的半径和所述第四转接倒圆的半径均被定尺寸为所述第二直倒角的长度的至少45％。
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