超音波喇叭增／減益(GAIN)之設計
超音波喇叭的增益設計即是增加喇叭振幅的設計，減益即是減小
振幅的設計，超音波熔接應用時，在機台 POWER為固定時，為了達到
最佳熔接效果，增／減益的設計相當重要。正確的超音波喇叭增／減
益的設計才能保障熔接效果，達到預期的目標，並能確保超音波系統
正常運作。
超音波喇叭的振幅放大率
u1：超音波喇叭大端面的振幅，μm
u2：超音波喇叭小端面的振幅，μm
M：超音波喇叭振幅放大率
常用的超音波喇叭增／減益（GAIN）之簡易計算
A、單純階梯型喇叭
B、圓指數型喇叭
C、圓錐型喇叭
超音波喇叭增／減益（GAIN）之設計原則
熔接加工的塑膠材質考慮
A、塑膠材質的成分及熔點不同，其互熔性及熔接強度亦隨之有差異，
一般熔點較低的塑膠其熔接較容易，因此在增益倍數的設計上就不
需太大，反之塑膠材質的熔點較高時，如果沒有適當的增益倍數就
無法達到熔接的目的。
因此以熔接加工的塑膠材質，考慮超音波喇叭增／減益（GAIN）之
設計，原則是容易熔接的材質其增益愈小，愈不容易熔接的材質其
增益就需愈大。
如：PP、PE、NYLON、塑鋼、、、是屬不易熔接的塑膠材質。純的
ABS、PS、PS475、AS、、、則是屬易熔接的塑膠材質。
B、不同的塑膠材質互熔亦有其難易性，有些材質根本是無法互熔，因
此超音波喇叭增／減益（GAIN）之設計，亦需考慮不同材質塑膠其
互熔性，即互熔性愈好的材質其增益愈小，互熔性愈不好的材質其
增益就需愈大。
C、塑膠材質有添加物如石粉、防火料、玻璃纖維、、、，或為次料，
不論其是ABS、PS等易熔接材質如為次料，亦是屬於不易熔接材質
，超音波喇叭增／減益（GAIN）之設計，亦需特別考慮。
避免破壞加工物
超音波喇叭作用在塑膠加工物上時是有其破壞性，主要的破壞有
傷及壓著表面，及與工作物共振時振斷或振壞內裝物，因此對於超音
波喇叭增／減益（GAIN）之設計，需考慮避免破壞加工物。當塑膠加
工熔接時壓著面蛀熔、塑膠結構破裂或內裝零件損壞，經調整振幅段
數，及降低熔接條件後，仍無法克服時，就需評估降低超音波喇叭增
益。
近／遠場熔接的考慮
所謂近／遠場熔接是指超音波喇叭的壓著面與熔接線面之距離，
一般以 20KHz系統為例，超音波喇叭的壓著面與熔接線面之距離，超
過1／4英吋（ 6.35MM）我們就把它稱之為遠場熔接，超音波喇叭的
壓著面與熔接線面之距離在1／4英吋之內我們就把它稱之近場熔接。
而15KHz系統超過1／2英吋（12.7MM）我們就稱之為遠場熔接，
超音波喇叭的壓著面與熔接線面之距離在1／2英吋之內我們就把它稱
近場熔接。需為遠場熔接時，超音波喇叭增益設計就需較大，且隨遠
場距離增加而憎加其增益設計。
近／遠場熔接熔接與加工物材質及壓著面積亦有關係，加工物材
質如為不易熔接材質（PP、PE、NYLON、、等），這些材質都無法作
遠場熔接，如又因壓著面積過大，喇叭無法作增益設計，縱使為近場
熔接也是無法以超音波熔接來加工，此時需改以其它塑膠熔接技術來
加工。
考慮喇叭的壽命
超音波喇叭因其使用的材料不同，其所能承受高頻振盪所產生的
內交變應力亦不同，增益愈大振幅愈大，材料所承受的內交變應力亦
不宜太大，否則會造成喇叭破裂。
如：鈦合金材料耐衝擊性高、韌性高增益設計即可較大，鋁合金即不
適宜用太高的增益設計。
超音波喇叭經增益減少後仍會破壞加工物時，應考慮改變超音波
系統頻率，超音波系統頻率愈高熔接能力愈佳，造成傷及工作物的情
形會愈降低。超音波增益增加後仍無法達到完好的熔接目的話時，應
考慮增大系統POWER數，反之超音波增益減小後仍會破壞加工物時，則
應考慮降低機台POWER數。
例如：當2600W機台無法達到熔接目標，此時需改以3200W機台增加振
幅來加工。當3200W機台會破壞加工物時，此時需改以1800W機
台降低振幅來加工，如此可降低振幅造成的破壞。
超音波系統上增減振幅除上述喇叭增/減益設計方式尚有下列方法：
A、切換發振箱上之振幅段數，即調整振幅，每段振幅調整約可增減
10%左右的振幅，因此如果熔接不良的狀況僅是些微差，直接在發
振箱調整振幅解決即可。
B、更換傳動子（CONE OR BOOSTER），15KHz的CONE是固定式已以
膠黏固是不可替換，20KHz的BOOSTER是可替換，一般從1：1倍至
1：2.5倍皆有制式的BOOSTER可供調整振幅替換之用。
C、在須調整諧振點的超音波系統上，可調諧振點位置來增減振幅，
此種調整儘限於振幅微差時。
修改喇叭振幅的方法
A、減少振幅 縮小喇叭焊頭螺絲端的面積，使喇叭增益比減小。
※超音波喇叭壓著面已成型時或有TOOLING設計時，不能作增加
振幅的修改，因為可能致使喇叭的不諧振，而得到反效果。
B、增加振幅 縮小喇叭焊頭壓著端的面積，或在喇叭的中心鑽孔至
節點，使喇叭增益比增加。
階梯型喇叭兩端的直徑比在實用上約以5：1為限，此時喇叭大
端面的面積也有實用上大小的界限，下圖是以16KHz，150W輸出的
超音波系統為例，設S1/ S2為4，增大喇叭的大端面積S2時，測定喇
叭小端面的單方振幅時，圖可知，大端面積約550mm2，，亦即圓形
時的直徑D1約為26mm以內時，振幅幾乎一定，若直徑成31mm時，
振幅會驟減。
階梯型喇叭的大端面積與喇叭前端的振幅（面積比S1/ S2＝4的場合）
上述資料部份內容引述 超音波工學理論實務 復漢出版社有限公司
編著者：賴耿陽