壓著面成型需調整諧振之超音波喇叭設計
超音波喇叭之設計為確保喇叭能諧振，設計上基本多採幾何型體平
衡對稱為原則，因此圓柱型喇叭是超音波喇叭設計上的首選，主要原因
是圓柱型喇叭幾何型體最為平衡對稱。但實務上超音波喇叭之設計，是
以加工物之壓著面為依據，超音波喇叭之幾何型體及壓著面，是要依據
工件的型體的需求來設計及成型，僅少數超音波加工應用上是採平面喇
叭；如此就可能會破壞喇叭完整的幾何型體，造成喇叭的不平衡、不對
稱。幾何型體遭破壞的超音波喇叭，會因此交變應力集中、振幅不均。
嚴重者超音波喇叭會無法諧振，因此壓著面成型的超音波喇叭多數需經
過特殊調整設計，才能達到振幅均勻、合諧共振。
壓著面成型而需調整諧振之超音波喇叭諧振調整方法，與平面喇叭
之調整方法有很大的差異，平面喇叭調整諧振的方法較有規律性，壓著
面成型之喇叭則因成型的不同而致使調整方法無規律性，如果又有危險
尺寸及喇叭寬度超過λ/4以上的問題，設計上就會變得很麻煩難處理，
因此常會發生設計失敗。
因壓著面成型而需調整諧振的超音波喇叭，一般會採下列方式設計：
1、增減大端質量使喇叭幾何型體與成型部份對平衡、對稱。
上圖示15KHz喇叭為例，因成型面為斜面因此造成喇叭壓著面振幅
不均，因此需予以增減大端質量使其振幅均勻。
2、成型比例過大于喇叭壓著面，需加大喇叭壓著面尺寸，以降低成型
部分所佔的比例。
上圖示20KHz原設計喇叭成型比例過大于喇叭壓著面，壓著面質量
失衡，喇叭振幅嚴重不均造成熔接不良，經加大喇叭壓著面尺寸（兩倍
），以降低成型部分所佔的比例，喇叭即振幅均勻，熔接效果亦顯著改
善。
上圖示20KHz喇叭成型比例過大于喇叭壓著面，且成型不對稱單邊
較深因此需使壓面成TOOLING，喇叭壓著面尺寸亦需予以加大，以降低
成型部分所佔的比例，使喇叭振幅均勻。
3、針對超音波喇叭成型部造成的不對稱、不平衡，予以局部增、減質
量使其能平衡對稱。
上圖示20KHz喇叭壓著面成型中間凹陷比例過大，會造成喇叭不諧
振，需大幅調整大端面使與壓著面對稱、平衡，使喇叭振幅均勻喇叭才
能諧振。
4、上列方法都無法使喇叭諧振，考慮改變導波溝數及喇叭幾何型體。
上圖示15KHz 15SW76w55L100喇叭壓著面成型中間凹陷過深，造成
喇叭不諧振，需改變喇叭溝槽數，使喇叭振幅均勻，喇叭才能諧振。
5、熔接加工特性有高振幅均勻度的需求時，可採局部精細調整振幅。
上圖示20KHz 20KW82w66w82L120喇叭壓著面成型由于加工特性的
要求，對振幅均勻度要求甚高，經局部精細調整振幅後，振幅均勻度
即顯著改善。
上圖示應用實例，由德國Herrmann Ultraschalltechnik公司設計
，應用于塑膠熔接的超音波HORN，由于加工物為不規則成型面，致使
HORN壓著面振幅不均勻，進而會影響熔接品質，因此喇叭設計者于設計
同時，即如上圖示針對HORN的三個部位，予以局部精細調整振幅。