一種超聲波換能器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種超聲波換能器，包括外殼，和部分設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的振子裝置，所述振子裝置包括第一驅(qū)動(dòng)塊，第二驅(qū)動(dòng)塊，多個(gè)固定設(shè)置在所述第一驅(qū)動(dòng)塊和所述第二驅(qū)動(dòng)塊之間的壓電晶片，及多個(gè)固定設(shè)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(shè)置在所述第二驅(qū)動(dòng)塊上的法蘭。其中法蘭上還設(shè)有散熱孔。本實(shí)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)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(shù)】
[0002]超聲波塑料焊接技術(shù)已獲得較為普遍的應(yīng)用。它是利用換能器產(chǎn)生的超聲振動(dòng)，通過上焊件把超聲振動(dòng)能量傳送到焊區(qū)。由于焊區(qū)即兩焊件交界處聲能量最大，所以會(huì)產(chǎn)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(zhuǎn)化為機(jī)械能。在轉(zhuǎn)換的過程中其自身也會(huì)消耗一定的能量，故頻率越高，對(duì)散熱的要求也越高。因此根據(jù)超聲波換能器的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)超聲波換能器的設(shè)計(jì)既要考慮能量轉(zhuǎn)化效率，又要考慮散熱效果，同時(shí)還要考慮加工成本、使用壽命以及使用安全的影響。由于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(shè)計(jì)和加工的難度就越大，對(duì)散熱的要求也越高。特別是對(duì)于高頻換能器來說，要同時(shí)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(huì)在換能器上增設(shè)散熱裝置，以達(dá)到散熱的目的。但這樣便會(huì)增加生產(chǎn)工藝的難度，也會(huì)額外增加換能器的生產(chǎn)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(shí)，振子裝置的振動(dòng)會(huì)影響換能器的轉(zhuǎn)換效率，現(xiàn)有的做法是在換能器外殼與振子裝置間設(shè)置橡膠圈以達(dá)到隔振的目的，但實(shí)際應(yīng)用中，橡膠圈的硬度不夠，當(dāng)受到側(cè)向力時(shí)，很容易發(fā)生形變而引起軸向偏移，從而導(dǎo)致隔振的效果較差，影響焊接質(zhì)量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]綜上所述，本實(shí)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(jìn)一步又能緩解隔振效果差的問題。
[0005]本實(shí)用新型提供的超聲波換能器，包括外殼，和部分設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的振子裝置，所述振子裝置包括第一驅(qū)動(dòng)塊，第二驅(qū)動(dòng)塊，多個(gè)固定設(shè)置在所述第一驅(qū)動(dòng)塊和所述第二驅(qū)動(dòng)塊之間的壓電晶片，及多個(gè)固定設(shè)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(shè)置在所述第二驅(qū)動(dòng)塊上的法蘭，當(dāng)處于裝配狀態(tài)時(shí)，所述法蘭位于所述外殼內(nèi)部且處于所述第一驅(qū)動(dòng)塊與所述第二驅(qū)動(dòng)塊之間；所述法蘭上還設(shè)有多個(gè)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(dāng)處于裝配狀態(tài)時(shí)，所述安裝端與所述外殼配合連接。
[0007]上述薄壁的直徑大于所述第一驅(qū)動(dòng)塊和所述第二驅(qū)動(dòng)塊的直徑；所述安裝端為環(huán)形的且所述安裝端的直徑大于所述薄壁的直徑，當(dāng)處于裝配狀態(tài)時(shí)，所述薄壁與所述外殼之間存在間隙區(qū)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(qū)動(dòng)塊延伸的引出端；當(dāng)處于裝配狀態(tài)時(shí)，所述法蘭與所述第二驅(qū)動(dòng)塊通過所述引出端連接。
[0010]上述法蘭與所述第二驅(qū)動(dòng)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(huán)形；所述第一驅(qū)動(dòng)塊上還設(shè)有螺孔，所述第二驅(qū)動(dòng)塊、所述壓電晶片及所述電極片上也相應(yīng)設(shè)有螺孔；當(dāng)處于裝配狀態(tài)時(shí)，螺栓通過所述第一驅(qū)動(dòng)塊、第二驅(qū)動(dòng)塊、壓電晶片及電極片上的螺孔，以固定旋緊所述第一驅(qū)動(dòng)塊、所述第二驅(qū)動(dòng)塊、所述壓電晶片及所述電極片。
[0012]上述第二驅(qū)動(dòng)塊與外部組件連接的一端上還設(shè)有輸出端螺孔，以連接所述外部組件。
[0013]上述多個(gè)散熱孔設(shè)置在所述薄壁部分上。
[0014]上述多個(gè)散熱孔設(shè)置在所述薄壁部分對(duì)應(yīng)所述壓電晶片的位置。
[0015]本實(shí)用新型中超聲波換能器上設(shè)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，由于法蘭采用硬度較高的材料制成，其承受側(cè)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(nèi)部的連接件，在無需增設(shè)其他散熱裝置的情況下，就能達(dá)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(duì)附圖的描述，本實(shí)用新型實(shí)施方式的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加容易理解，其中
[0017]圖1為本實(shí)用新型提供的超聲波換能器的立體結(jié)構(gòu)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(shí)用新型中振子裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為如圖3所示的振子裝置的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的描述僅僅是示范性的，而絕不是對(duì)本實(shí)用新型及其應(yīng)用或用法的限制。在各個(gè)附圖中采用相同的附圖標(biāo)記來表示相同的部件，因此相同部件的構(gòu)造將不再重復(fù)描述。
[0022]以下結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0023]本實(shí)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(shè)置在外殼I內(nèi)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(qū)動(dòng)塊21和第二驅(qū)動(dòng)塊22，振子裝置2還包括多個(gè)固定設(shè)置在第一驅(qū)動(dòng)塊21和第二驅(qū)動(dòng)塊22之間的壓電晶片23，及多個(gè)固定設(shè)置在壓電晶片23之間的電極片24。進(jìn)一步地，振子裝置2還包括設(shè)置在第二驅(qū)動(dòng)塊22上的法蘭25。優(yōu)選地，法蘭25位于外殼I內(nèi)部且處于第一驅(qū)動(dòng)塊21與第二驅(qū)動(dòng)塊22之間。
[0024]圖3為本實(shí)用新型中振子裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，法蘭25上還設(shè)有多個(gè)散熱孔251。法蘭25上的散熱孔251可對(duì)振子裝置2在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行有效地散熱，提高了超聲波換能器的散熱效率。其中，本實(shí)用新型中法蘭25上的散熱孔251的個(gè)數(shù)為任意個(gè)數(shù)，也不對(duì)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(yōu)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(shí)，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(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)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(jìn)一步地，薄壁252或安裝端253的厚度可根據(jù)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(cè)向力對(duì)其引起的軸向偏移問題，又因?yàn)楸”?52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(dòng)以起到減振作用，阻止徑向振動(dòng)傳遞至殼體1，起到較好的減振的作用。
[0028]實(shí)際運(yùn)行過程中，振子裝置2產(chǎn)生的熱量，尤其是壓電晶片23在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量，可通過法蘭25上的散熱孔251與外界空氣形成對(duì)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(dá)到了不額外增設(shè)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(shí)現(xiàn)對(duì)換能器減振的作用。
[0029]根據(jù)上述描述可知，本實(shí)用新型中散熱孔的個(gè)數(shù)可以是任意個(gè)數(shù)，且散熱孔的位置也可以是任意的。優(yōu)選地，散熱孔251設(shè)置在薄壁252上對(duì)應(yīng)壓電晶片23所在的位置上。這樣的設(shè)置有利于壓電晶片23的散熱，散熱孔251的尺寸及加工也不會(huì)受到限制。
[0030]實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)散熱孔251還能夠提高薄壁252的韌性，更有助于它的減振效果。
[0031]法蘭25安裝在第二驅(qū)動(dòng)塊22上不會(huì)對(duì)其功能產(chǎn)生任何影響。法蘭25的安裝端253還可以用于連接外殼I與振子裝置2。相對(duì)其他散熱裝置，法蘭25的生產(chǎn)工藝難度小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，更具有使用價(jià)值。
[0032]優(yōu)選地，薄壁252的直徑大于第一驅(qū)動(dòng)塊21和第二驅(qū)動(dòng)塊22的直徑。安裝端253的形狀呈環(huán)形，且安裝端253的直徑大于薄壁252的直徑。從而在裝配狀態(tài)下，薄壁252與外殼I之間還存在間隙區(qū)域。在運(yùn)行過程中。此間隙區(qū)域保證殼體內(nèi)振子產(chǎn)生的熱量能夠經(jīng)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(shí)也可以對(duì)操作者提供安全保護(hù)，以免誤操作發(fā)生危險(xiǎn)。
[0033]法蘭25還包括沿著薄壁252軸向向第二驅(qū)動(dòng)塊22延伸的引出端254。法蘭25與第二驅(qū)動(dòng)塊22通過引出端254連接。優(yōu)選地，引出端254設(shè)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(jī)械損耗，保證其能量轉(zhuǎn)換效率不受殼體組裝的影響。
[0034]優(yōu)選地，法蘭25與第二驅(qū)動(dòng)塊22是一體成型的金屬件。即法蘭為第二驅(qū)動(dòng)塊的一部分，此時(shí)，法蘭25與第二驅(qū)動(dòng)塊22無需通過額外的安裝，結(jié)構(gòu)更加簡單。
[0035]本實(shí)用新型中壓電晶片23和電極片24均為環(huán)形。其中電極片24上還設(shè)有多個(gè)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(yōu)選地，第一驅(qū)動(dòng)塊21上和第二驅(qū)動(dòng)塊22上還設(shè)有螺孔，壓電晶片23及電極片24在與第一、第二驅(qū)動(dòng)塊相應(yīng)的位置上也有螺孔或通孔。安裝時(shí)，螺栓26先后通過第一驅(qū)動(dòng)塊21、壓電晶片23和/或電極片24、第二驅(qū)動(dòng)塊，從而將第一驅(qū)動(dòng)塊21、第二驅(qū)動(dòng)塊22、壓電晶片23及電極片24固定。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述連接方式不限于螺栓的連接，也可以為其他相同或相似的連接方式。
[0037]優(yōu)選地，第二驅(qū)動(dòng)塊22與外部組件連接的一端上還設(shè)有輸出端螺孔221。安裝時(shí)，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(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這里描述的外部組件可以是調(diào)幅器或焊頭等組件。[0038]本實(shí)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(yīng)，當(dāng)在壓電晶片兩端施加一定頻率的交變電壓時(shí)，壓電晶片就會(huì)隨著電壓極性的變化在厚度方向上產(chǎn)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(gè)振子在壓電晶片的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生簡諧振動(dòng)，并通過前后驅(qū)動(dòng)塊的放大作用，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，以周期性振動(dòng)的形式，由焊接單元傳遞至焊接區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)焊接的目的，且換能器上法蘭的通孔允許空氣的對(duì)流，對(duì)換能器及時(shí)的散熱。
[0039]本實(shí)用新型中的超聲波換能器在保證其能量轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)加工也不會(huì)受到高頻的限制。同時(shí)，振子裝置同殼體組裝后，殼體既不會(huì)影響振子裝置的散熱，同時(shí)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(shù)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(shè)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(shè)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(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0041]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)用 新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波換能器，包括外殼，和部分設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的振子裝置，所述振子裝置包括 第一驅(qū)動(dòng)塊， 第二驅(qū)動(dòng)塊， 多個(gè)固定設(shè)置在所述第一驅(qū)動(dòng)塊和所述第二驅(qū)動(dòng)塊之間的壓電晶片，及 多個(gè)固定設(shè)置在所述壓電晶片之間的電極片，其特征在于， 所述超聲波換能器還包括設(shè)置在所述第二驅(qū)動(dòng)塊上的法蘭，當(dāng)處于裝配狀態(tài)時(shí)，所述法蘭位于所述外殼內(nèi)部且處于所述第一驅(qū)動(dòng)塊與所述第二驅(qū)動(dòng)塊之間；所述法蘭上還設(shè)有多個(gè)散熱孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，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(dāng)處于裝配狀態(tài)時(shí)，所述安裝端與所述外殼配合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波換能器，其特征在于，所述薄壁的直徑大于所述第一驅(qū)動(dòng)塊和所述第二驅(qū)動(dòng)塊的直徑；所述安裝端為環(huán)形的且所述安裝端的直徑大于所述薄壁的直徑，當(dāng)處于裝配狀態(tài)時(shí)，所述薄壁與所述外殼之間存在間隙區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波換能器，其特征在于，所述安裝端與所述外殼為卡接式配合連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波換能器，其特征在于，所述法蘭還包括沿著所述薄壁軸向向所述第二驅(qū)動(dòng)塊延伸的引出端； 當(dāng)處于裝配狀態(tài)時(shí)，所述法蘭與所述第二驅(qū)動(dòng)塊通過所述引出端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的超聲波換能器，其特征在于，所述法蘭與所述第二驅(qū)動(dòng)塊是一體成型的金屬件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的超聲波換能器，其特征在于，所述壓電晶片和所述電極片均為環(huán)形；所述第一驅(qū)動(dòng)塊上還設(shè)有螺孔，所述第二驅(qū)動(dòng)塊、所述壓電晶片及所述電極片上也相應(yīng)設(shè)有螺孔； 當(dāng)處于裝配狀態(tài)時(shí)，螺栓通過所述第一驅(qū)動(dòng)塊、第二驅(qū)動(dòng)塊、壓電晶片及電極片上的螺孔，以固定旋緊所述第一驅(qū)動(dòng)塊、所述第二驅(qū)動(dòng)塊、所述壓電晶片及所述電極片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的超聲波換能器，其特征在于，在所述第二驅(qū)動(dòng)塊與外部組件連接的一端上還設(shè)有輸出端螺孔，以連接所述外部組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的超聲波換能器，其特征在于，所述多個(gè)散熱孔設(shè)置在所述薄壁部分上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的超聲波換能器，其特征在于，所述多個(gè)散熱孔設(shè)置在所述薄壁部分對(duì)應(yīng)所述壓電晶片的位置。
【文檔編號(hào)】B06B1/06GK203648821SQ201320691050
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】劉蕊 申請(qǐng)人:必能信超聲(上海)有限公司