专利名称：一种大振幅和高稳定性超声波换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超声波焊接及利用超声振动进行机械加工的超声波技术领域，主要是一 种大振幅和高稳定性超声波换能器。
背景技术：
在现用技术中，大振幅超声波换能器存在大振幅和稳定性不能同时兼顾的缺点换能器工作 稳定性较好的情况下，输出振幅不够；输出振幅较大时，换能器工作不稳定或寿命较短。究 其原因，主要有以下几点
1. 现用超声波换能器结构设计中，放大系数A不合理其中A= 小晶片 。放大系数太
》前盖板辐射面X fs
小，超声波换能器输出振幅太小；放大系数太大，超声波换能器工作带宽太窄，超声波 换能器工作不稳定或发热太大。 '
2. 现用超声波换能器前、后盖板与压电晶片外径尺寸等值，导致换能器压电晶片受压力不 均匀，易导致压电晶片破碎或晶片错位。
3. 现用大振幅超声波换能器为了提高输出振幅，往往加大前盖板节面直径，换能器在输出 纵向振幅的同时产生横向振动，导致换能器发热量过大后工作频率漂移，使机器不能稳 定工作。
4. 现用大振幅超声波换能器前盖板铝合金，由于化学活性较大和硬度较软，存在耐超声空 化、环境水汽腐蚀和耐磨性能较差等缺陷，影响换能器使用寿命。
因此，上述现有产品存在缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的正是为了克服上述技术的不足，而提供的一种工作寿命较长的大振幅 和高稳定性超声波换能器。
本实用新型解决技术问题采用的技术方案这种大振幅和高稳定性超声波换能器，主要包括后盖板、前盖板和预应力螺杆，后盖板和前盖板之间设置有压电晶片和电极片，预应力 螺杆插装在后盖板、压电晶片和前盖板中间将三者固定连接在一起，前盖板与压电晶片连接 处设有前盖板节面，前盖板辐射面直径小于压电晶片的直径。
所述的前盖板节面直径小于等于1/4波长，并且沿前盖板节面外圆设有一组通孔。 所述的后盖板和前盖板的装配面外径相等，比压电晶片的直径大1 2mm。 所述的前盖板辐射面通过节面圆弧过渡到前盖板节面5。
所述的电极片为表面电镀银金属的铍青铜，其外圆尺寸比压电晶片大1 2mm。 所述的后盖板和前盖板的表面设有硬质阳极氧化处理的膜层。
本实用新型有益的效果是1、在超声波换能器结构设计中，将后盖板与前盖板装配面 外径相等，但比压电晶片大1 2mm，保证压电晶片表面压力的均匀分布，提高换能器的机 电耦和系数，降低换能器工作时的发热量。2、前盖板节面直径《l/4波长，并且沿前盖板的 节面外圆均布24个4)3 5mm的圆孔，既避免了超声波换能器的横向振动，又有利于超声波 换能器的散热，进而提高了换能器工作的稳定性。3、电极片采用表面电镀银金属的铍青铜， 利用银金属的良好导电、导热和良好延展性，降低换能器压电晶片间的接触阻抗；同时利用 外圆尺寸比压电晶片大l 2mm的电极片，确保换能器工作时内部热量的有效散发，防止换 能器因发热后温度太高后工作频率的漂移导致工作不稳定。4、在超声波换能器前、后盖板 铝合金表面经硬质阳极氧化处理，形成厚度30 50um和显微硬度约500HV左右的膜层，比 基体硬度提高400倍，具有优异抗超声空化、环境水汽腐蚀和耐磨性能，进而提高换能器的 使用寿命。
图1为大振幅、高稳定性超声波换能器的结构示意图； 图2为图1的A-A方向剖视图。
附图标记说明预应力螺杆l，后盖板2，压电晶片3，电极片4，前盖板节面5，前盖板6， 前盖板辐射面7，节面圆弧8，通孔9。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步介绍-如图所示，这种大振幅和高稳定性超声波换能器，主要包括后盖板2、前盖板6和预应 力螺杆l，后盖板2和前盖板6之间设置有压电晶片3和电极片4，预应力螺杆l插装在后 盖板2、压电晶片3和前盖板6中间将三者固定连接在一起，前盖板6与压电晶片3连接处 设有前盖板节面5，前盖板辐射面7直径小于压电晶片3的直径。
所述的前盖板节面5直径小于等于1/4波长，并且沿前盖板节面5外圆设有一组均布24 个巾3 5mm的通孔9，避免超声波换能器的横向振动，同时有利于超声波换能器的散热， 进而提高了换能器工作的稳定性。
所述的后盖板2和前盖板6的装配面外径相等，比压电晶片3的直径大l 2mm，保证 压电晶片表面压力的均匀分布，提高换能器的机电耦和系数，降低换能器工作时的发热量。
所述的前盖板辐射面7通过节面圆弧8过渡到前盖板节面5。
所述的电极片4为表面电镀银金属的铍青铜，利用银金属的良好导电、导热和良好延展 性，降低换能器压电晶片间的接触阻抗；同时利用外圆尺寸比压电晶片大1 2mm的电极片， 确保换能器工作时内部热量的有效散发，防止换能器因发热后温度太高后工作频率的漂移导 致工作不稳定。
所述的后盖板2和前盖板6的表面铝合金表面经硬质阳极氧化处理，形成厚度30 50um 和显微硬度约500HV左右的膜层，比基体硬度提高400倍，具有优异抗超声空化、环境水 汽腐蚀和耐磨性能，进而提高换能器的使用寿命。
在超声波换能器结构设计中，将放大系数A确定为0.06 0.08之间。
(其中A= 》晶片 4)晶片——压电晶片外径；4>前盖板辐射面——前盖板
々前盖板辐射面X fs
辐射面外径，fs——超声波换能器的工作频率)
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成 的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
权利要求1、一种大振幅和高稳定性超声波换能器，主要包括后盖板(2)、前盖板(6)和预应力螺杆(1)，其特征在于后盖板(2)和前盖板(6)之间设置有压电晶片(3)和电极片(4)，预应力螺杆(1)插装在后盖板(2)、压电晶片(3)和前盖板(6)中间将三者固定连接在一起，前盖板(6)与压电晶片(3)连接处设有前盖板节面(5)，前盖板辐射面(7)直径小于压电晶片(3)的直径。
2、 根据权利要求1所述的大振幅和高稳定性超声波换能器，其特征在于所述的前盖 板节面(5)直径小于等于l/4波长，并且沿前盖板节面(5)外圆设有一组通孔(9)。
3、 根据权利要求1所述的大振幅和高稳定性超声波换能器，其特征在于所述的后盖 板(2)和前盖板(6)的装配面外径相等，比压电晶片(3)的直径大l 2mm。
4、 根据权利要求1所述的大振幅和高稳定性超声波换能器，其特征在于所述的前盖 板辐射面(7)通过节面圆弧(8)过渡到前盖板节面(5)。
5、 根据权利要求1所述的大振幅和高稳定性超声波换能器，其特征在于所述的电极 片(4)为表面电镀银金属的铍青铜，其外圆尺寸比压电晶片大l 2mm。
6、 根据权利要求1或2或3所述的大振幅和高稳定性超声波换能器，其特征在于所 述的后盖板(2)和前盖板(6)的表面设有硬质阳极氧化处理的膜层。
专利摘要本实用新型涉及一种大振幅和高稳定性超声波换能器，主要包括后盖板、前盖板和预应力螺杆，后盖板和前盖板之间设置有压电晶片和电极片，预应力螺杆插装在后盖板、压电晶片和前盖板中间将三者固定连接在一起，前盖板与压电晶片连接处设有前盖板节面，前盖板辐射面直径小于压电晶片的直径。本实用新型有益的效果是1.保证压电晶片表面压力的均匀分布，提高换能器的机电耦和系数，降低换能器工作时的发热量。2.避免了超声波换能器的横向振动，又有利于超声波换能器的散热，进而提高了换能器工作的稳定性。3.具有优异抗超声空化、环境水汽腐蚀和耐磨性能，进而提高换能器的使用寿命。
文档编号B06B1/06GK201143493SQ20072030316
公开日2008年11月5日 申请日期2007年12月12日 优先权日2007年12月12日
发明者汪跃群, 陈俊波 申请人:杭州瑞利声电技术公司