一种超声波换能器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种超声波换能器，包括外壳，和部分设置在所述外壳内部的振子装置，所述振子装置包括第一驱动块，第二驱动块，多个固定设置在所述第一驱动块和所述第二驱动块之间的压电晶片，及多个固定设置在所述压电晶片之间的电极片，所述超声波换能器还包括设置在所述第二驱动块上的法兰。其中法兰上还设有散热孔。本实用新型提供的超声波换能器既能解决散热的问题，又能缓解隔振效果差的问题。
【专利说明】一种超声波换能器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种换能器，特别地，涉及一种超声波换能器。
【背景技术】
[0002]超声波塑料焊接技术已获得较为普遍的应用。它是利用换能器产生的超声振动，通过上焊件把超声振动能量传送到焊区。由于焊区即两焊件交界处声能量最大，所以会产生局部高温使塑料熔化，在接触压力的作用下完成焊接工作。超声塑料焊接可方便焊接其他焊接法无法焊接的部位。超声波换能器是超声塑料焊接的核心部件，超声波换能器主要包括外壳和振子装置。超声波换能器功能是将电能转化为机械能。在转换的过程中其自身也会消耗一定的能量，故频率越高，对散热的要求也越高。因此根据超声波换能器的技术特点，对超声波换能器的设计既要考虑能量转化效率，又要考虑散热效果，同时还要考虑加工成本、使用寿命以及使用安全的影响。由于换能器的谐振尺寸由其谐振频率决定，频率越高，尺寸越小，零件的设计和加工的难度就越大，对散热的要求也越高。特别是对于高频换能器来说，要同时满足这些要求十分困难。
[0003]目前考虑到换能器的散热，通常会在换能器上增设散热装置，以达到散热的目的。但这样便会增加生产工艺的难度，也会额外增加换能器的生产成本，且在装配上也需要较大的空间来容纳该散热装置。另外在换能器工作时，振子装置的振动会影响换能器的转换效率，现有的做法是在换能器外壳与振子装置间设置橡胶圈以达到隔振的目的，但实际应用中，橡胶圈的硬度不够，当受到侧向力时，很容易发生形变而引起轴向偏移，从而导致隔振的效果较差，影响焊接质量。
实用新型内容
[0004]综上所述，本实用新型旨在提供一种超声波换能器，一方面解决散热的问题，进一步又能缓解隔振效果差的问题。
[0005]本实用新型提供的超声波换能器，包括外壳，和部分设置在所述外壳内部的振子装置，所述振子装置包括第一驱动块，第二驱动块，多个固定设置在所述第一驱动块和所述第二驱动块之间的压电晶片，及多个固定设置在所述压电晶片之间的电极片，所述超声波换能器还包括设置在所述第二驱动块上的法兰，当处于装配状态时，所述法兰位于所述外壳内部且处于所述第一驱动块与所述第二驱动块之间；所述法兰上还设有多个散热孔。
[0006]上述法兰包括柱形的薄壁，以及沿着所述薄壁径向向外延伸的安装端；当处于装配状态时，所述安装端与所述外壳配合连接。
[0007]上述薄壁的直径大于所述第一驱动块和所述第二驱动块的直径；所述安装端为环形的且所述安装端的直径大于所述薄壁的直径，当处于装配状态时，所述薄壁与所述外壳之间存在间隙区域。
[0008]上述安装端与所述外壳为卡接式配合连接。
[0009]上述法兰还包括沿着所述薄壁轴向向所述第二驱动块延伸的引出端；当处于装配状态时，所述法兰与所述第二驱动块通过所述引出端连接。
[0010]上述法兰与所述第二驱动块是一体成型的金属件。
[0011]上述压电晶片和所述电极片均为环形；所述第一驱动块上还设有螺孔，所述第二驱动块、所述压电晶片及所述电极片上也相应设有螺孔；当处于装配状态时，螺栓通过所述第一驱动块、第二驱动块、压电晶片及电极片上的螺孔，以固定旋紧所述第一驱动块、所述第二驱动块、所述压电晶片及所述电极片。
[0012]上述第二驱动块与外部组件连接的一端上还设有输出端螺孔，以连接所述外部组件。
[0013]上述多个散热孔设置在所述薄壁部分上。
[0014]上述多个散热孔设置在所述薄壁部分对应所述压电晶片的位置。
[0015]本实用新型中超声波换能器上设置的法兰既能作为外壳与振子装置的连接件，起到隔振的目的，又能作为散热装置为超声波换能器提供散热，由于法兰采用硬度较高的材料制成，其承受侧向力影响的能力也较好，从而具有较好的隔振效果，且作为超声波换能器内部的连接件，在无需增设其他散热装置的情况下，就能达到为超声波换能器散热的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]通过以下对附图的描述，本实用新型实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中
[0017]图1为本实用新型提供的超声波换能器的立体结构示意图。
[0018]图2为如图1所示的超声波换能器的截面图。
[0019]图3为本实用新型中振子装置的立体结构示意图。
[0020]图4为如图3所示的振子装置的截面图。
【具体实施方式】
[0021]下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不再重复描述。
[0022]以下结合附图以及【具体实施方式】对本实用新型的技术方案做进一步说明。
[0023]本实用新型提供的超声波换能器，如图1所示，包括外壳I和部分设置在外壳I内部的振子装置2。图2为如图1所示的超声波换能器的截面图。其中，振子装置2包括第一驱动块21和第二驱动块22，振子装置2还包括多个固定设置在第一驱动块21和第二驱动块22之间的压电晶片23，及多个固定设置在压电晶片23之间的电极片24。进一步地，振子装置2还包括设置在第二驱动块22上的法兰25。优选地，法兰25位于外壳I内部且处于第一驱动块21与第二驱动块22之间。
[0024]图3为本实用新型中振子装置的立体结构示意图。如图3所示，法兰25上还设有多个散热孔251。法兰25上的散热孔251可对振子装置2在运行过程中产生的热量进行有效地散热，提高了超声波换能器的散热效率。其中，本实用新型中法兰25上的散热孔251的个数为任意个数，也不对散热孔251的形状或排列方式等做任何的限制。
[0025]图4为如图3所示的振子装置的截面图。优选地，法兰25还包括柱形的薄壁252，以及沿着薄壁252径向向外延伸的安装端253。安装时，安装端253与外壳I配合连接。可选地，安装端253与外壳I为卡接式连接，本领域技术人员应该明白，安装端253与外壳的连接方式也可以是其他任意的连接方式，或是相同或相类似的方式。
[0026]进一步地，薄壁252或安装端253的厚度可根据具体超声波换能器的要求而定。
[0027]其中，法兰25上的薄壁252，可为振子装置提供刚性支撑，从而克服侧向力对其引起的轴向偏移问题，又因为薄壁252在径向具有很高的柔韧性，从而抵消振子装置2的径向振动以起到减振作用，阻止径向振动传递至壳体1，起到较好的减振的作用。
[0028]实际运行过程中，振子装置2产生的热量，尤其是压电晶片23在运行过程中产生的热量，可通过法兰25上的散热孔251与外界空气形成对流，较高程度地改善了换能器的散热效果，解决了超声波换能器散热的问题。从而达到了不额外增设散热装置的前提下，既较好地改善了换能器的散热问题，又能实现对换能器减振的作用。
[0029]根据上述描述可知，本实用新型中散热孔的个数可以是任意个数，且散热孔的位置也可以是任意的。优选地，散热孔251设置在薄壁252上对应压电晶片23所在的位置上。这样的设置有利于压电晶片23的散热，散热孔251的尺寸及加工也不会受到限制。
[0030]实际运行中发现散热孔251还能够提高薄壁252的韧性，更有助于它的减振效果。
[0031]法兰25安装在第二驱动块22上不会对其功能产生任何影响。法兰25的安装端253还可以用于连接外壳I与振子装置2。相对其他散热装置，法兰25的生产工艺难度小，结构简单，安装方便，更具有使用价值。
[0032]优选地，薄壁252的直径大于第一驱动块21和第二驱动块22的直径。安装端253的形状呈环形，且安装端253的直径大于薄壁252的直径。从而在装配状态下，薄壁252与外壳I之间还存在间隙区域。在运行过程中。此间隙区域保证壳体内振子产生的热量能够经由散热孔251耗散到大气中，以保证散热效果，壳体I又可以起到阻止异物和防尘的作用，从而有效地延长换能器的使用寿命，同时也可以对操作者提供安全保护，以免误操作发生危险。
[0033]法兰25还包括沿着薄壁252轴向向第二驱动块22延伸的引出端254。法兰25与第二驱动块22通过引出端254连接。优选地，引出端254设置在振子装置2振幅为零的水平面上。从而可减小振子装置2的机械损耗，保证其能量转换效率不受壳体组装的影响。
[0034]优选地，法兰25与第二驱动块22是一体成型的金属件。即法兰为第二驱动块的一部分，此时，法兰25与第二驱动块22无需通过额外的安装，结构更加简单。
[0035]本实用新型中压电晶片23和电极片24均为环形。其中电极片24上还设有多个引线。振子装置2可通过电极片24上的引线连接外部电源。
[0036]优选地，第一驱动块21上和第二驱动块22上还设有螺孔，压电晶片23及电极片24在与第一、第二驱动块相应的位置上也有螺孔或通孔。安装时，螺栓26先后通过第一驱动块21、压电晶片23和/或电极片24、第二驱动块，从而将第一驱动块21、第二驱动块22、压电晶片23及电极片24固定。本领域技术人员应该明白，上述连接方式不限于螺栓的连接，也可以为其他相同或相似的连接方式。
[0037]优选地，第二驱动块22与外部组件连接的一端上还设有输出端螺孔221。安装时，螺栓通过输出端螺孔221与外部组件上的螺孔，将超声波换能器与外部组件连接在一起。本领域技术人员应该理解，这里描述的外部组件可以是调幅器或焊头等组件。[0038]本实用新型的超声波换能器的工作原理是:利用压电材料的压电效应，当在压电晶片两端施加一定频率的交变电压时，压电晶片就会随着电压极性的变化在厚度方向上产生伸张压缩形变，形变频率和交变电压的频率一致，形变的幅度和电压值成正比。整个振子在压电晶片的驱动下发生简谐振动，并通过前后驱动块的放大作用，把电能转化为机械能，以周期性振动的形式，由焊接单元传递至焊接区域，从而实现焊接的目的，且换能器上法兰的通孔允许空气的对流，对换能器及时的散热。
[0039]本实用新型中的超声波换能器在保证其能量转化效率的前提下，振子装置上的法兰作为外壳与振子装置的连接件，既能起到减振的目的，又能提高超声波换能器的散热效果。其设计加工也不会受到高频的限制。同时，振子装置同壳体组装后，壳体既不会影响振子装置的散热，同时又可以起到阻止异物和防尘的作用。
[0040]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0041]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用 新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种超声波换能器，包括外壳，和部分设置在所述外壳内部的振子装置，所述振子装置包括 第一驱动块， 第二驱动块， 多个固定设置在所述第一驱动块和所述第二驱动块之间的压电晶片，及 多个固定设置在所述压电晶片之间的电极片，其特征在于， 所述超声波换能器还包括设置在所述第二驱动块上的法兰，当处于装配状态时，所述法兰位于所述外壳内部且处于所述第一驱动块与所述第二驱动块之间；所述法兰上还设有多个散热孔。
2.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述法兰包括柱形的薄壁，以及沿着所述薄壁径向向外延伸的安装端； 当处于装配状态时，所述安装端与所述外壳配合连接。
3.根据权利要求2所述的超声波换能器，其特征在于，所述薄壁的直径大于所述第一驱动块和所述第二驱动块的直径；所述安装端为环形的且所述安装端的直径大于所述薄壁的直径，当处于装配状态时，所述薄壁与所述外壳之间存在间隙区域。
4.根据权利要求3所述的超声波换能器，其特征在于，所述安装端与所述外壳为卡接式配合连接。
5.根据权利要求2所述的超声波换能器，其特征在于，所述法兰还包括沿着所述薄壁轴向向所述第二驱动块延伸的引出端； 当处于装配状态时，所述法兰与所述第二驱动块通过所述引出端连接。
6.根据权利要求1-5任一所述的超声波换能器，其特征在于，所述法兰与所述第二驱动块是一体成型的金属件。
7.根据权利要求1-5任一所述的超声波换能器，其特征在于，所述压电晶片和所述电极片均为环形；所述第一驱动块上还设有螺孔，所述第二驱动块、所述压电晶片及所述电极片上也相应设有螺孔； 当处于装配状态时，螺栓通过所述第一驱动块、第二驱动块、压电晶片及电极片上的螺孔，以固定旋紧所述第一驱动块、所述第二驱动块、所述压电晶片及所述电极片。
8.根据权利要求1-5任一所述的超声波换能器，其特征在于，在所述第二驱动块与外部组件连接的一端上还设有输出端螺孔，以连接所述外部组件。
9.根据权利要求1-5任一所述的超声波换能器，其特征在于，所述多个散热孔设置在所述薄壁部分上。
10.根据权利要求1-5任一所述的超声波换能器，其特征在于，所述多个散热孔设置在所述薄壁部分对应所述压电晶片的位置。
【文档编号】B06B1/06GK203648821SQ201320691050
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】刘蕊 申请人:必能信超声(上海)有限公司