專利名稱：一種大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超聲波焊接及利用超聲振動(dòng)進(jìn)行機(jī)械加工的超聲波技術(shù)領(lǐng)域，主要是一 種大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)用技術(shù)中，大振幅超聲波換能器存在大振幅和穩(wěn)定性不能同時(shí)兼顧的缺點(diǎn)換能器工作 穩(wěn)定性較好的情況下，輸出振幅不夠；輸出振幅較大時(shí)，換能器工作不穩(wěn)定或壽命較短。究 其原因，主要有以下幾點(diǎn)
1. 現(xiàn)用超聲波換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，放大系數(shù)A不合理其中A= 小晶片 。放大系數(shù)太
》前蓋板輻射面X fs
小，超聲波換能器輸出振幅太小；放大系數(shù)太大，超聲波換能器工作帶寬太窄，超聲波 換能器工作不穩(wěn)定或發(fā)熱太大。 '
2. 現(xiàn)用超聲波換能器前、后蓋板與壓電晶片外徑尺寸等值，導(dǎo)致?lián)Q能器壓電晶片受壓力不 均勻，易導(dǎo)致壓電晶片破碎或晶片錯(cuò)位。
3. 現(xiàn)用大振幅超聲波換能器為了提高輸出振幅，往往加大前蓋板節(jié)面直徑，換能器在輸出 縱向振幅的同時(shí)產(chǎn)生橫向振動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q能器發(fā)熱量過大后工作頻率漂移，使機(jī)器不能穩(wěn) 定工作。
4. 現(xiàn)用大振幅超聲波換能器前蓋板鋁合金，由于化學(xué)活性較大和硬度較軟，存在耐超聲空 化、環(huán)境水汽腐蝕和耐磨性能較差等缺陷，影響換能器使用壽命。
因此，上述現(xiàn)有產(chǎn)品存在缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的正是為了克服上述技術(shù)的不足，而提供的一種工作壽命較長的大振幅 和高穩(wěn)定性超聲波換能器。
本實(shí)用新型解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器，主要包括后蓋板、前蓋板和預(yù)應(yīng)力螺桿，后蓋板和前蓋板之間設(shè)置有壓電晶片和電極片，預(yù)應(yīng)力 螺桿插裝在后蓋板、壓電晶片和前蓋板中間將三者固定連接在一起，前蓋板與壓電晶片連接 處設(shè)有前蓋板節(jié)面，前蓋板輻射面直徑小于壓電晶片的直徑。
所述的前蓋板節(jié)面直徑小于等于1/4波長，并且沿前蓋板節(jié)面外圓設(shè)有一組通孔。 所述的后蓋板和前蓋板的裝配面外徑相等，比壓電晶片的直徑大1 2mm。 所述的前蓋板輻射面通過節(jié)面圓弧過渡到前蓋板節(jié)面5。
所述的電極片為表面電鍍銀金屬的鈹青銅，其外圓尺寸比壓電晶片大1 2mm。 所述的后蓋板和前蓋板的表面設(shè)有硬質(zhì)陽極氧化處理的膜層。
本實(shí)用新型有益的效果是1、在超聲波換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，將后蓋板與前蓋板裝配面 外徑相等，但比壓電晶片大1 2mm，保證壓電晶片表面壓力的均勻分布，提高換能器的機(jī) 電耦和系數(shù)，降低換能器工作時(shí)的發(fā)熱量。2、前蓋板節(jié)面直徑《l/4波長，并且沿前蓋板的 節(jié)面外圓均布24個(gè)4)3 5mm的圓孔，既避免了超聲波換能器的橫向振動(dòng)，又有利于超聲波 換能器的散熱，進(jìn)而提高了換能器工作的穩(wěn)定性。3、電極片采用表面電鍍銀金屬的鈹青銅， 利用銀金屬的良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱和良好延展性，降低換能器壓電晶片間的接觸阻抗；同時(shí)利用 外圓尺寸比壓電晶片大l 2mm的電極片，確保換能器工作時(shí)內(nèi)部熱量的有效散發(fā)，防止換 能器因發(fā)熱后溫度太高后工作頻率的漂移導(dǎo)致工作不穩(wěn)定。4、在超聲波換能器前、后蓋板 鋁合金表面經(jīng)硬質(zhì)陽極氧化處理，形成厚度30 50um和顯微硬度約500HV左右的膜層，比 基體硬度提高400倍，具有優(yōu)異抗超聲空化、環(huán)境水汽腐蝕和耐磨性能，進(jìn)而提高換能器的 使用壽命。


圖1為大振幅、高穩(wěn)定性超聲波換能器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的A-A方向剖視圖。
附圖標(biāo)記說明預(yù)應(yīng)力螺桿l，后蓋板2，壓電晶片3，電極片4，前蓋板節(jié)面5，前蓋板6， 前蓋板輻射面7，節(jié)面圓弧8，通孔9。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步介紹-如圖所示，這種大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器，主要包括后蓋板2、前蓋板6和預(yù)應(yīng) 力螺桿l，后蓋板2和前蓋板6之間設(shè)置有壓電晶片3和電極片4，預(yù)應(yīng)力螺桿l插裝在后 蓋板2、壓電晶片3和前蓋板6中間將三者固定連接在一起，前蓋板6與壓電晶片3連接處 設(shè)有前蓋板節(jié)面5，前蓋板輻射面7直徑小于壓電晶片3的直徑。
所述的前蓋板節(jié)面5直徑小于等于1/4波長，并且沿前蓋板節(jié)面5外圓設(shè)有一組均布24 個(gè)巾3 5mm的通孔9，避免超聲波換能器的橫向振動(dòng)，同時(shí)有利于超聲波換能器的散熱， 進(jìn)而提高了換能器工作的穩(wěn)定性。
所述的后蓋板2和前蓋板6的裝配面外徑相等，比壓電晶片3的直徑大l 2mm，保證 壓電晶片表面壓力的均勻分布，提高換能器的機(jī)電耦和系數(shù)，降低換能器工作時(shí)的發(fā)熱量。
所述的前蓋板輻射面7通過節(jié)面圓弧8過渡到前蓋板節(jié)面5。
所述的電極片4為表面電鍍銀金屬的鈹青銅，利用銀金屬的良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱和良好延展 性，降低換能器壓電晶片間的接觸阻抗；同時(shí)利用外圓尺寸比壓電晶片大1 2mm的電極片， 確保換能器工作時(shí)內(nèi)部熱量的有效散發(fā)，防止換能器因發(fā)熱后溫度太高后工作頻率的漂移導(dǎo) 致工作不穩(wěn)定。
所述的后蓋板2和前蓋板6的表面鋁合金表面經(jīng)硬質(zhì)陽極氧化處理，形成厚度30 50um 和顯微硬度約500HV左右的膜層，比基體硬度提高400倍，具有優(yōu)異抗超聲空化、環(huán)境水 汽腐蝕和耐磨性能，進(jìn)而提高換能器的使用壽命。
在超聲波換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，將放大系數(shù)A確定為0.06 0.08之間。
(其中A= 》晶片 4)晶片——壓電晶片外徑；4>前蓋板輻射面——前蓋板
々前蓋板輻射面X fs
輻射面外徑，fs——超聲波換能器的工作頻率)
除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成 的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器，主要包括后蓋板(2)、前蓋板(6)和預(yù)應(yīng)力螺桿(1)，其特征在于后蓋板(2)和前蓋板(6)之間設(shè)置有壓電晶片(3)和電極片(4)，預(yù)應(yīng)力螺桿(1)插裝在后蓋板(2)、壓電晶片(3)和前蓋板(6)中間將三者固定連接在一起，前蓋板(6)與壓電晶片(3)連接處設(shè)有前蓋板節(jié)面(5)，前蓋板輻射面(7)直徑小于壓電晶片(3)的直徑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器，其特征在于所述的前蓋 板節(jié)面(5)直徑小于等于l/4波長，并且沿前蓋板節(jié)面(5)外圓設(shè)有一組通孔(9)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器，其特征在于所述的后蓋 板(2)和前蓋板(6)的裝配面外徑相等，比壓電晶片(3)的直徑大l 2mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器，其特征在于所述的前蓋 板輻射面(7)通過節(jié)面圓弧(8)過渡到前蓋板節(jié)面(5)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器，其特征在于所述的電極 片(4)為表面電鍍銀金屬的鈹青銅，其外圓尺寸比壓電晶片大l 2mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器，其特征在于所 述的后蓋板(2)和前蓋板(6)的表面設(shè)有硬質(zhì)陽極氧化處理的膜層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大振幅和高穩(wěn)定性超聲波換能器，主要包括后蓋板、前蓋板和預(yù)應(yīng)力螺桿，后蓋板和前蓋板之間設(shè)置有壓電晶片和電極片，預(yù)應(yīng)力螺桿插裝在后蓋板、壓電晶片和前蓋板中間將三者固定連接在一起，前蓋板與壓電晶片連接處設(shè)有前蓋板節(jié)面，前蓋板輻射面直徑小于壓電晶片的直徑。本實(shí)用新型有益的效果是1.保證壓電晶片表面壓力的均勻分布，提高換能器的機(jī)電耦和系數(shù)，降低換能器工作時(shí)的發(fā)熱量。2.避免了超聲波換能器的橫向振動(dòng)，又有利于超聲波換能器的散熱，進(jìn)而提高了換能器工作的穩(wěn)定性。3.具有優(yōu)異抗超聲空化、環(huán)境水汽腐蝕和耐磨性能，進(jìn)而提高換能器的使用壽命。
文檔編號B06B1/06GK201143493SQ20072030316
公開日2008年11月5日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者汪躍群, 陳俊波 申請人:杭州瑞利聲電技術(shù)公司