装套筒的超声换能器制造技术

装套筒的超声换能器（４０），具有两部分的头端块（４２），它包括用不同材料组成的带螺纹的套筒（４４）和外壳（４６）。带螺纹的套筒（４４）优选地是诸如钛那样的金属，它提供用于与挤压螺栓（２４）配合的优越的螺纹强度，而外壳（４６）优选地是铝或陶瓷或其他金属或非金属材料，它提供良好的散热片容量和／或振动能量的传输。这两个部件（４４，４６）的组合提供改进的超声换能器。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及超声发生器、换能器和变换器，以及更具体地，涉及具有两件式的头端块或前端驱动器的超声换能器，其中一个块提供良好的螺纹完整性，另一个块提供良好的声和/或热传递性质。
技术介绍
典型的现有技术堆叠式超声换能器或变换器10和12被显示在图1和2。两种换能器10和12具有多个压电晶体或换能器(PZT)14，它们是环状的，且位于尾部块或后端驱动器16与头端块或前端驱动器18(图1)或20(图2)之间。螺栓22以螺纹旋入头端块18或20中的内螺纹，以便将变换器保持在一起和挤压在头端块与尾部块之间的PZT 14。绝缘套筒23使得PZT 14与螺栓22绝缘，以及电触点25提供与PZT的电连接。带螺纹的延伸部分24把变换器连接到增强器或喇叭(未示出)，以便使用于超声焊接或类似的应用。PZT以厚度模式工作，这意味着它们主要沿换能器的中心轴26的方向扩张和收缩。头端块18或20变尖，以便放大PZT 14的振动幅度。在图1上，头端块18是单一材料，诸如铝或钛。铝具有优点它具有高的热容量，这对于作为把热量从PZT传出的散热片是有用的。然而，铝是相当软的金属，且它对于夹持螺栓22和带螺纹的延伸部分24所需要的螺纹相应是弱的。钛比起铝来说具有优越的材料强度和螺纹强度，但具有较低的热容量，且不能像铝那样有效地吸收热量。图2所示的换能器12在头端块的螺纹区域用钛替换铝。两件式的头端块20在靠近PZT 14的相邻的块28中是由铝组成，且在尾部块30中是由钛组成，该尾部块包含内螺纹，以便与螺栓22和带螺纹的延伸部分24相配合。这样的两件式的头端块20设计的缺点在于，它不如单块的头端块(图1)工作得好，因为用两种材料会影响变尖的头端块的幅度增益和从PZT到增强器或喇叭的超声振动能量的传输。在其他应用中，超声换能器可被附着到超声振动能量要被传送到的表面。例如，该表面可以是装清洗溶液且其中插入要被超声清洗的物体的容器的外表面。在这样应用中，超声换能器可被粘结地接合到容器表面。然而，如果容器的材料和前端块的表面不同，它们的热膨胀系数可能不一致，这会造成粘结的接合失败。容器可能由石英制成以及换能器的前端块可能由铝制成，它们的热膨胀系数有很大的不同。
技术实现思路
总之，本专利技术是装套筒的超声换能器，包括用于头端块的一部分的带螺纹的套筒和用于头端块的另一个部分的不同的材料制成的外壳。由于头端块由两个部分组成，它们用不同的材料制成，每个部分被选择成使得不同的性质或功能最佳化。带螺纹的套筒优选地是诸如钛那样的材料，它提供优越的螺纹强度，用于与螺栓和带螺纹的延伸部分(如果有的话)相配合，而外壳优选地是铝或陶瓷，它提供良好的散热容量和/或振动能量的传输。这两个部件的组合提供改进的超声换能器。更具体地，本专利技术的超声换能器包括一个或多个盘形压电晶体，其中每个压电晶体具有一个轴向孔；尾部块位于压电晶体的一侧，其中尾部块包括一个轴向孔；头端块位于压电晶体的与尾部块相反的一侧，其中头端块具有带内部螺纹的轴向孔；以及螺栓，被放置在每个压电晶体的轴向孔和尾部块与头端块的轴向孔内，以及以螺纹旋入头端块的带内螺纹的轴向孔，其中螺栓挤压头端块与尾部块之间的压电晶体。头端块包括由不同的材料构成的两个部件，包括带螺纹的套筒，该套筒具有带内部螺纹的轴向孔和具有直径减小的部分，以及还包括外壳，该外壳在轴向上在带螺纹的套筒的直径减小的部分以外。优选地，带螺纹的套筒和外壳在垂直于换能器的轴线的一个面上具有配合接触面。还优选地，带螺纹的套筒的直径减小的部分的外径基本上等于一个或多个压电晶体的内径。在说明书中描述的特性和优点不是穷举的，具体地，在本专利技术的附图、说明书和权利要求书中，许多附加特性和优点对于本领域技术人员是显而易见的。而且，应当看到，藉助于对于确定这样的本专利技术的主题所必须的权利要求，在说明书中使用的语言主要被选择成为了可读性和教导的目的，而不是被选择来描述或限定本专利技术的主题。例如，说明书可交换地使用术语换能器、变换器和发生器，是指响应于电驱动信号生成超声振动的器件。术语压电晶体可以与术语压电换能器和PZT交换地使用。另外，术语头端块或前端驱动器被交换地使用，是指换能器(或变换器或发生器)的部分，超声振动能量通过它传送到感兴趣的物体。同样地，术语尾部块或后端驱动器被交换地使用，是指与头端块(或前端驱动器)相反的换能器(或变换器或发生器)的部分，它提供一个平衡压电晶体的振动的块。附图说明图1是具有由单一金属材料组成的头端块的现有技术超声换能器的侧向剖面图。图2是另一个现有技术超声换能器的侧向剖面图，这个超声换能器具有由两种金属材料组成的两件式的头端块。图3是按照本专利技术的超声换能器的第一实施例的头端块的带螺纹的套筒的侧向剖面图。图4是按照本专利技术的超声换能器的第一实施例的头端块的外壳的侧向剖面图。图5是按照本专利技术的超声换能器的侧向剖面图，该超声换能器使用图3的钛套筒和图4的铝外壳。图6是图5的换能器的装套筒的超声换能器的侧视图。图7是如图2所示的具有两件式的铝/钛前端驱动器的换能器的阻抗-频率图。图8是按照本专利技术的装套筒的超声换能器的第一实施例的阻抗-频率图。图9是类似于图3-6的换能器的按照本专利技术的装套筒的超声换能器的另一个实施例的侧向剖面图。图10是按照本专利技术的超声换能器的另一个实施例。图11是按照本专利技术的装套筒的超声换能器的再一个实施例的侧向剖面图。图12是图11的换能器的侧视图。图13是按照本专利技术的装套筒的超声换能器的再一个实施例的侧向剖面图。具体实施例方式附图显示仅仅用于说明目的的本专利技术的各种优选实施例。本领域技术人员从以下的讨论容易看到，可以采用这里描述的结构和方法的替换实施例，而不背离这里描述的本专利技术的原理。如图3-6所示，按照本专利技术的装套筒的超声换能器40具有两件式头端块42，它包括一种材料的有内螺纹的套筒44和另一个种材料的带有埋头孔的外壳46。优选地，带螺纹的套筒44由诸如钛或其他金属的材料组成，这些材料具有用于螺纹的足够强度的材料。另外，优选地，外壳由诸如铝、其他金属、或陶瓷或其他非金属材料那样的材料组成，这些材料提供有利的热和/或声性质，包括热传导、热膨胀和/或由PZT(压电换能器或石英)14生成的振动能量的有效的传导。带螺纹的套筒44具有内螺纹48，它与螺栓22和带螺纹的延伸部分24的外螺纹配合。外壳46具有与PZT堆叠块接触的平坦的上表面50，和埋头孔52，它与带螺纹的套筒44的直径减小的部分54套叠或配合。外壳46具有垂直于换能器的轴且接触带螺纹的套筒44的肩部58的平坦的下表面56。螺栓22把PZT 14挤压到外壳46的上表面50，以及把下表面挤压到带螺纹的套筒44的肩部58。来自PZT 14的轴向振动传递通过外壳46，并在外壳的表面56与带螺纹的套筒的肩部58之间的接触点处进入带螺纹的套筒44。外壳46的下表面56优选地位于头端块的圆柱段60，而不是在变尖段62。头端块的幅度增益在变尖段62完全形成，这样，圆柱段60的振动是轴向的。两件式的头端块之间的过渡部分位于圆柱段(在这里表面56与肩部58对接)，这样轴振动从外壳46有效地传送到带螺纹的套筒44。优选地，带螺纹的套筒的减小直径段54的外径基本上与PZT 14的内径相同。与带有两本文档来自技高网...

【技术保护点】
超声换能器，包括：　　　　一个或多个盘形压电晶体，其中每个压电晶体具有一个轴向孔；　　　　尾部块，位于压电晶体的一侧，其中尾部块包括一个轴向孔；　　　　头端块，位于压电晶体的与尾部块相反的一侧，其中头端块具有带内部螺纹的轴向孔；以及　　　　带螺纹的螺栓，被放置在每个压电晶体的轴向孔和尾部块与头端块的轴向孔内并且以螺纹旋入头端块的带内螺纹的轴向孔，其中螺栓挤压头端块与尾部块之间的压电晶体；　　　　其中头端块包括由不同的材料组成的两个块，包括带螺纹的套筒，套筒具有带内部螺纹的轴向孔并具有直径减小的部分，还包括外壳，该外壳在轴向上在带螺纹的套筒的直径减小的部分外侧。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJ古德森，
申请(专利权)人：顶峰集团有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]