一種超聲波換能器的製造方法
2023-05-19 04:55:11
一種超聲波換能器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超聲波換能器，包括外殼，和部分設置在所述外殼內部的振子裝置，所述振子裝置包括第一驅動塊，第二驅動塊，多個固定設置在所述第一驅動塊和所述第二驅動塊之間的壓電晶片，及多個固定設置在所述壓電晶片之間的電極片，所述超聲波換能器還包括設置在所述第二驅動塊上的法蘭。其中法蘭上還設有散熱孔。本實用新型提供的超聲波換能器既能解決散熱的問題，又能緩解隔振效果差的問題。
【專利說明】一種超聲波換能器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種換能器，特別地，涉及一種超聲波換能器。
【背景技術】
[0002]超聲波塑料焊接技術已獲得較為普遍的應用。它是利用換能器產生的超聲振動，通過上焊件把超聲振動能量傳送到焊區。由於焊區即兩焊件交界處聲能量最大，所以會產生局部高溫使塑料熔化，在接觸壓力的作用下完成焊接工作。超聲塑料焊接可方便焊接其他焊接法無法焊接的部位。超聲波換能器是超聲塑料焊接的核心部件，超聲波換能器主要包括外殼和振子裝置。超聲波換能器功能是將電能轉化為機械能。在轉換的過程中其自身也會消耗一定的能量，故頻率越高，對散熱的要求也越高。因此根據超聲波換能器的技術特點，對超聲波換能器的設計既要考慮能量轉化效率，又要考慮散熱效果，同時還要考慮加工成本、使用壽命以及使用安全的影響。由於換能器的諧振尺寸由其諧振頻率決定，頻率越高，尺寸越小，零件的設計和加工的難度就越大，對散熱的要求也越高。特別是對於高頻換能器來說，要同時滿足這些要求十分困難。
[0003]目前考慮到換能器的散熱，通常會在換能器上增設散熱裝置，以達到散熱的目的。但這樣便會增加生產工藝的難度，也會額外增加換能器的生產成本，且在裝配上也需要較大的空間來容納該散熱裝置。另外在換能器工作時，振子裝置的振動會影響換能器的轉換效率，現有的做法是在換能器外殼與振子裝置間設置橡膠圈以達到隔振的目的，但實際應用中，橡膠圈的硬度不夠，當受到側向力時，很容易發生形變而引起軸向偏移，從而導致隔振的效果較差，影響焊接質量。
實用新型內容
[0004]綜上所述，本實用新型旨在提供一種超聲波換能器，一方面解決散熱的問題，進一步又能緩解隔振效果差的問題。
[0005]本實用新型提供的超聲波換能器，包括外殼，和部分設置在所述外殼內部的振子裝置，所述振子裝置包括第一驅動塊，第二驅動塊，多個固定設置在所述第一驅動塊和所述第二驅動塊之間的壓電晶片，及多個固定設置在所述壓電晶片之間的電極片，所述超聲波換能器還包括設置在所述第二驅動塊上的法蘭，當處於裝配狀態時，所述法蘭位於所述外殼內部且處於所述第一驅動塊與所述第二驅動塊之間；所述法蘭上還設有多個散熱孔。
[0006]上述法蘭包括柱形的薄壁，以及沿著所述薄壁徑向向外延伸的安裝端；當處於裝配狀態時，所述安裝端與所述外殼配合連接。
[0007]上述薄壁的直徑大於所述第一驅動塊和所述第二驅動塊的直徑；所述安裝端為環形的且所述安裝端的直徑大於所述薄壁的直徑，當處於裝配狀態時，所述薄壁與所述外殼之間存在間隙區域。
[0008]上述安裝端與所述外殼為卡接式配合連接。
[0009]上述法蘭還包括沿著所述薄壁軸向向所述第二驅動塊延伸的引出端；當處於裝配狀態時，所述法蘭與所述第二驅動塊通過所述引出端連接。
[0010]上述法蘭與所述第二驅動塊是一體成型的金屬件。
[0011]上述壓電晶片和所述電極片均為環形；所述第一驅動塊上還設有螺孔，所述第二驅動塊、所述壓電晶片及所述電極片上也相應設有螺孔；當處於裝配狀態時，螺栓通過所述第一驅動塊、第二驅動塊、壓電晶片及電極片上的螺孔，以固定旋緊所述第一驅動塊、所述第二驅動塊、所述壓電晶片及所述電極片。
[0012]上述第二驅動塊與外部組件連接的一端上還設有輸出端螺孔，以連接所述外部組件。
[0013]上述多個散熱孔設置在所述薄壁部分上。
[0014]上述多個散熱孔設置在所述薄壁部分對應所述壓電晶片的位置。
[0015]本實用新型中超聲波換能器上設置的法蘭既能作為外殼與振子裝置的連接件，起到隔振的目的，又能作為散熱裝置為超聲波換能器提供散熱，由於法蘭採用硬度較高的材料製成，其承受側向力影響的能力也較好，從而具有較好的隔振效果，且作為超聲波換能器內部的連接件，在無需增設其他散熱裝置的情況下，就能達到為超聲波換能器散熱的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]通過以下對附圖的描述，本實用新型實施方式的特徵和優點將變得更加容易理解，其中
[0017]圖1為本實用新型提供的超聲波換能器的立體結構示意圖。
[0018]圖2為如圖1所示的超聲波換能器的截面圖。
[0019]圖3為本實用新型中振子裝置的立體結構示意圖。
[0020]圖4為如圖3所示的振子裝置的截面圖。
【具體實施方式】
[0021]下面對優選實施方式的描述僅僅是示範性的，而絕不是對本實用新型及其應用或用法的限制。在各個附圖中採用相同的附圖標記來表示相同的部件，因此相同部件的構造將不再重複描述。
[0022]以下結合附圖以及【具體實施方式】對本實用新型的技術方案做進一步說明。
[0023]本實用新型提供的超聲波換能器，如圖1所示，包括外殼I和部分設置在外殼I內部的振子裝置2。圖2為如圖1所示的超聲波換能器的截面圖。其中，振子裝置2包括第一驅動塊21和第二驅動塊22，振子裝置2還包括多個固定設置在第一驅動塊21和第二驅動塊22之間的壓電晶片23，及多個固定設置在壓電晶片23之間的電極片24。進一步地，振子裝置2還包括設置在第二驅動塊22上的法蘭25。優選地，法蘭25位於外殼I內部且處於第一驅動塊21與第二驅動塊22之間。
[0024]圖3為本實用新型中振子裝置的立體結構示意圖。如圖3所示，法蘭25上還設有多個散熱孔251。法蘭25上的散熱孔251可對振子裝置2在運行過程中產生的熱量進行有效地散熱，提高了超聲波換能器的散熱效率。其中，本實用新型中法蘭25上的散熱孔251的個數為任意個數，也不對散熱孔251的形狀或排列方式等做任何的限制。
[0025]圖4為如圖3所示的振子裝置的截面圖。優選地，法蘭25還包括柱形的薄壁252，以及沿著薄壁252徑向向外延伸的安裝端253。安裝時，安裝端253與外殼I配合連接。可選地，安裝端253與外殼I為卡接式連接，本領域技術人員應該明白，安裝端253與外殼的連接方式也可以是其他任意的連接方式，或是相同或相類似的方式。
[0026]進一步地，薄壁252或安裝端253的厚度可根據具體超聲波換能器的要求而定。
[0027]其中，法蘭25上的薄壁252，可為振子裝置提供剛性支撐，從而克服側向力對其引起的軸向偏移問題，又因為薄壁252在徑向具有很高的柔韌性，從而抵消振子裝置2的徑向振動以起到減振作用，阻止徑向振動傳遞至殼體1，起到較好的減振的作用。
[0028]實際運行過程中，振子裝置2產生的熱量，尤其是壓電晶片23在運行過程中產生的熱量，可通過法蘭25上的散熱孔251與外界空氣形成對流，較高程度地改善了換能器的散熱效果，解決了超聲波換能器散熱的問題。從而達到了不額外增設散熱裝置的前提下，既較好地改善了換能器的散熱問題，又能實現對換能器減振的作用。
[0029]根據上述描述可知，本實用新型中散熱孔的個數可以是任意個數，且散熱孔的位置也可以是任意的。優選地，散熱孔251設置在薄壁252上對應壓電晶片23所在的位置上。這樣的設置有利於壓電晶片23的散熱，散熱孔251的尺寸及加工也不會受到限制。
[0030]實際運行中發現散熱孔251還能夠提高薄壁252的韌性，更有助於它的減振效果。
[0031]法蘭25安裝在第二驅動塊22上不會對其功能產生任何影響。法蘭25的安裝端253還可以用於連接外殼I與振子裝置2。相對其他散熱裝置，法蘭25的生產工藝難度小，結構簡單，安裝方便，更具有使用價值。
[0032]優選地，薄壁252的直徑大於第一驅動塊21和第二驅動塊22的直徑。安裝端253的形狀呈環形，且安裝端253的直徑大於薄壁252的直徑。從而在裝配狀態下，薄壁252與外殼I之間還存在間隙區域。在運行過程中。此間隙區域保證殼體內振子產生的熱量能夠經由散熱孔251耗散到大氣中，以保證散熱效果，殼體I又可以起到阻止異物和防塵的作用，從而有效地延長換能器的使用壽命，同時也可以對操作者提供安全保護，以免誤操作發生危險。
[0033]法蘭25還包括沿著薄壁252軸向向第二驅動塊22延伸的引出端254。法蘭25與第二驅動塊22通過引出端254連接。優選地，引出端254設置在振子裝置2振幅為零的水平面上。從而可減小振子裝置2的機械損耗，保證其能量轉換效率不受殼體組裝的影響。
[0034]優選地，法蘭25與第二驅動塊22是一體成型的金屬件。即法蘭為第二驅動塊的一部分，此時，法蘭25與第二驅動塊22無需通過額外的安裝，結構更加簡單。
[0035]本實用新型中壓電晶片23和電極片24均為環形。其中電極片24上還設有多個引線。振子裝置2可通過電極片24上的引線連接外部電源。
[0036]優選地，第一驅動塊21上和第二驅動塊22上還設有螺孔，壓電晶片23及電極片24在與第一、第二驅動塊相應的位置上也有螺孔或通孔。安裝時，螺栓26先後通過第一驅動塊21、壓電晶片23和/或電極片24、第二驅動塊，從而將第一驅動塊21、第二驅動塊22、壓電晶片23及電極片24固定。本領域技術人員應該明白，上述連接方式不限於螺栓的連接，也可以為其他相同或相似的連接方式。
[0037]優選地，第二驅動塊22與外部組件連接的一端上還設有輸出端螺孔221。安裝時，螺栓通過輸出端螺孔221與外部組件上的螺孔，將超聲波換能器與外部組件連接在一起。本領域技術人員應該理解，這裡描述的外部組件可以是調幅器或焊頭等組件。[0038]本實用新型的超聲波換能器的工作原理是:利用壓電材料的壓電效應，當在壓電晶片兩端施加一定頻率的交變電壓時，壓電晶片就會隨著電壓極性的變化在厚度方向上產生伸張壓縮形變，形變頻率和交變電壓的頻率一致，形變的幅度和電壓值成正比。整個振子在壓電晶片的驅動下發生簡諧振動，並通過前後驅動塊的放大作用，把電能轉化為機械能，以周期性振動的形式，由焊接單元傳遞至焊接區域，從而實現焊接的目的，且換能器上法蘭的通孔允許空氣的對流，對換能器及時的散熱。
[0039]本實用新型中的超聲波換能器在保證其能量轉化效率的前提下，振子裝置上的法蘭作為外殼與振子裝置的連接件，既能起到減振的目的，又能提高超聲波換能器的散熱效果。其設計加工也不會受到高頻的限制。同時，振子裝置同殼體組裝後，殼體既不會影響振子裝置的散熱，同時又可以起到阻止異物和防塵的作用。
[0040]需要說明的是，在本文中，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0041]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍。凡在本實用 新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種超聲波換能器，包括外殼，和部分設置在所述外殼內部的振子裝置，所述振子裝置包括 第一驅動塊， 第二驅動塊， 多個固定設置在所述第一驅動塊和所述第二驅動塊之間的壓電晶片，及 多個固定設置在所述壓電晶片之間的電極片，其特徵在於， 所述超聲波換能器還包括設置在所述第二驅動塊上的法蘭，當處於裝配狀態時，所述法蘭位於所述外殼內部且處於所述第一驅動塊與所述第二驅動塊之間；所述法蘭上還設有多個散熱孔。
2.根據權利要求1所述的超聲波換能器，其特徵在於，所述法蘭包括柱形的薄壁，以及沿著所述薄壁徑向向外延伸的安裝端； 當處於裝配狀態時，所述安裝端與所述外殼配合連接。
3.根據權利要求2所述的超聲波換能器，其特徵在於，所述薄壁的直徑大於所述第一驅動塊和所述第二驅動塊的直徑；所述安裝端為環形的且所述安裝端的直徑大於所述薄壁的直徑，當處於裝配狀態時，所述薄壁與所述外殼之間存在間隙區域。
4.根據權利要求3所述的超聲波換能器，其特徵在於，所述安裝端與所述外殼為卡接式配合連接。
5.根據權利要求2所述的超聲波換能器，其特徵在於，所述法蘭還包括沿著所述薄壁軸向向所述第二驅動塊延伸的引出端； 當處於裝配狀態時，所述法蘭與所述第二驅動塊通過所述引出端連接。
6.根據權利要求1-5任一所述的超聲波換能器，其特徵在於，所述法蘭與所述第二驅動塊是一體成型的金屬件。
7.根據權利要求1-5任一所述的超聲波換能器，其特徵在於，所述壓電晶片和所述電極片均為環形；所述第一驅動塊上還設有螺孔，所述第二驅動塊、所述壓電晶片及所述電極片上也相應設有螺孔； 當處於裝配狀態時，螺栓通過所述第一驅動塊、第二驅動塊、壓電晶片及電極片上的螺孔，以固定旋緊所述第一驅動塊、所述第二驅動塊、所述壓電晶片及所述電極片。
8.根據權利要求1-5任一所述的超聲波換能器，其特徵在於，在所述第二驅動塊與外部組件連接的一端上還設有輸出端螺孔，以連接所述外部組件。
9.根據權利要求1-5任一所述的超聲波換能器，其特徵在於，所述多個散熱孔設置在所述薄壁部分上。
10.根據權利要求1-5任一所述的超聲波換能器，其特徵在於，所述多個散熱孔設置在所述薄壁部分對應所述壓電晶片的位置。
【文檔編號】B06B1/06GK203648821SQ201320691050
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】劉蕊 申請人:必能信超聲(上海)有限公司