一种改进的压电晶片式超声波换能器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及一种新型的换能器结构，尤其是压电晶片形式的超声换能器。
【背景技术】
[0002]超声波换能器是超声波设备中最核心的部件，是一种将高频电能转换为机械能(即超声波)的能量转换装置，通常有磁致伸缩换能器和压电晶片式换能器两种。磁致伸缩换能器的电声转换效率比较低，且在使用一定时间后会慢慢丧失电声转换能力，所以应用已较少。
[0003]目前比较成熟可靠的是压电式换能器，主要利用压电陶瓷片的压电效应，其一般结构如图1所示，是由后盖板、陶瓷片、电极片、前盖板、预应力螺杆组成。根据形状可以分为柱形、倒喇叭型、钢后盖型、中间夹铝片等几种形状。主要使用在超声焊接、超声波清洗、超声波萃取乳化等领域。
[0004]该结构形式的换能器主要存在以下两点不足:
[0005]第一，钢结构的换能器电极片一般由薄铜片或者镍片制作，又由于现有压电式换能器晶堆一般并未分布在换能器的节面上，所以在换能器产生纵向振动的同时，电极片也会产生与之频率一致的纵向振动。因超声高频率的特性，使得电极片始终处于高强度的疲劳状态下，工作一段时间后容易产生断裂的现象。
[0006]其次，为了方便电信号输入到换能器，现有的电极片通常会在外缘延伸出两个焊点，用来连接信号电缆线。由于在工作中换能器的陶瓷片会带有较高的非安全电压，为了增加安全性，实际使用中通常会在换能器上增加一个保护外壳，此时，因电极片给外壳的尺寸带来限制，使得整个产品无法做到更小。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是，针对电极片在工作后比较容易断裂、外壳设计局限性大的不足，提供一种能大幅提升电极片寿命的超声波换能器，并通过改变陶瓷片的形状来获得更大的安装空间。
[0008]为解决上述问题，本发明的技术方案是:
[0009]提供一种改进的压电晶片式超声波换能器，包括多组间隔布置的陶瓷片与电极片，以及设于首尾两端的后盖板和前盖板；预应力螺杆穿过后盖板、陶瓷片、电极片和前盖板的中心所述后盖板、陶瓷片和电极片均为尺寸一致的环状结构；其中，在后盖板和陶瓷片上设有缺口，在缺口处露出的电极片表面设有供电压输入线缆接入的焊接位。
[0010]作为一种改进，所述各个缺口对齐或交错布置。
[0011]作为一种改进，所述缺口的形状为椭圆形、凹月形、弓形、扇形或扇环形。
[0012]作为一种改进，所述前盖板上设有带螺纹的安装孔。
[0013]与现有技术相比，本发明采用逆向设计思维，不增设加固部件而是靠做减法来简化部件结构。因而，本发明的技术效果在于:
[0014]1、本发明的换能器所使用的陶瓷片在形状上由传统的正圆环型改变为带缺口的圆环形，同时对后盖板的尺寸与形状进行相应调整。使得所产生超声振动强度与传统形式换能器保持一致的前提下，能在很大程度上可以减少电极片断裂的情况。
[0015]2、本发明通过对后盖板、陶瓷片外缘形状进行改良，通过采用圆环状电极片，大大的减小了电极片的投影范围，使保护外壳的设计及使用范围更加灵活。
[0016]3、本发明通过对陶瓷片边缘形状的改良设计，提高了电极片焊接位的面积，因此增加了该部位的强度，极大减小了电极片断裂发生的概率。
【附图说明】
[0017]图1是该发明的通用结构立体示意图；
[0018]图2是图1的横截面示意图；
[0019]图3是本发明的一种实现方式的立体视图；
[0020]图4是图3中产品的俯视图；
[0021]图5是本发明的另一种实现方式的立体视图；
[0022]图6是图5中产品的俯视图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0024]本发明的超声波换能器包括依次布置的后盖板1、陶瓷片2、电极片3、前盖板4，其中陶瓷片2和电极片3有若干组且相互间隔布置，并以由预应力螺杆5穿过其中心而串联起来。后盖板I的材质可选取铝合金、钛合金、不锈钢或合金钢，电极片3 —般选用铜合金或镍合金材质制造。前盖板4上预留一个带螺纹的安装孔，可利用螺栓将常规的超声波变幅杆(也可能直接连接模具)与前盖板4连接。本发明的超声波换能器依次与变幅杆、超声波模具和超声波驱动电源相连接即形成一个完整的超声波发射系统。
[0025]本发明中，后盖板1、陶瓷片2和电极片3均为尺寸一致的环状结构；其中，在后盖板I和陶瓷片2上设有缺口，在缺口处露出的电极片3表面设有供电压输入线缆接入的焊接位。各个缺口可以是对齐的，也可以是交错布置的。缺口的形状有多种形式可选，如椭圆形、凹月形、弓形、扇形或扇环形。
[0026]本发明通过采用保持正圆形外缘的设计，大大的减小了电极片3的投影范围，使保护外壳的设计及使用范围更加灵活。通过保留电极片3正圆形而对后盖板I和陶瓷片2形状改良的设计，可有效增加电极片3设焊接位部分的面积，并增加电极片3强度，极大减小了断裂发生的概率。
【主权项】
1.一种改进的压电晶片式超声波换能器，包括多组间隔布置的陶瓷片与电极片，以及设于首尾两端的后盖板和前盖板；预应力螺杆穿过后盖板、陶瓷片、电极片和前盖板的中心；其特征在于，所述后盖板、陶瓷片和电极片均为尺寸一致的环状结构；其中，在后盖板和陶瓷片上设有缺口，在缺口处露出的电极片表面设供电压输入线缆接入的焊接位。
2.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述各个缺口对齐或交错布置。
3.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述缺口的形状为椭圆形、凹月形、弓形、扇形或扇环形。
4.根据权利要求1至3任意一项中所述的超声波换能器，其特征在于，所述前盖板上设有带螺纹的安装孔。
【专利摘要】本发明涉及换能器结构，旨在提供一种改进的压电晶片式超声波换能器。该换能器包括多组间隔布置的陶瓷片与电极片，以及设于首尾两端的后盖板和前盖板，预应力螺杆穿过其中心；后盖板、陶瓷片和电极片均为尺寸一致的环状结构；在后盖板和陶瓷片上设有缺口，在缺口处露出的电极片表面设供电压输入线缆接入的焊接位。本发明在所产生超声振动强度与传统形式换能器保持一致的前提下，能在很大程度上可以减少电极片断裂的情况。通过采用圆环状电极片，大大的减小了电极片的投影范围，使保护外壳的设计及使用范围更加灵活。提高了电极片焊接位的面积，因此增加了该部位的强度，极大减小了电极片断裂发生的概率。
【IPC分类】B06B1-06
【公开号】CN104801477
【申请号】CN201510170620
【发明人】余捷, 华大成, 陈元平
【申请人】杭州成功超声设备有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月10日