CN104505459A - 一种环形压电换能器的粘胶固化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形压电换能器的粘胶固化装置，包括基座、超声振动装置、支撑绝热板和加热装置；所述超声振动装置包括兰杰文振子和弹性片，弹性片设置在兰杰文振子的振动截面处；述基座上开有孔，超声振动装置通过该孔，所述弹性片的外径大于兰杰文振子的外径，其下表面贴着基座的上表面，用于固定兰杰文振子；支撑绝热板设置在兰杰文振子的上端上表面；加热装置设置在支撑绝热板的上表面，其包括上下依次设置的加热圆盒和导热台，加热圆盒内部设置有电阻丝。本发明装置提供了一种恒温、恒压的超声振动粘胶技术，能实现粘胶均匀可控，并减少胶层中的气泡，提高被粘贴的压电换能器寿命和性能。此外，本装置体积小，拆卸组装方便，可移动性强。

Description

一种环形压电换能器的粘胶固化装置

技术领域

本发明涉及一种环形压电换能器的粘胶固化装置，属于环形压电换能器粘胶工艺技术领域。

背景技术

压电换能器是利用压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能的装置，是超声波设备的核心器件。影响压电换能器性能的关键技术是压电材料和振子的粘接。由于粘接技术含量高，工艺难度大，特别是粘接胶层的厚度、均匀度难以有效的保证，因此压电换能器的粘接技术成为了其性能和可靠性进一步提升的最大阻碍。目前，压电换能器的粘胶工艺方法，通常是利用人工将粘胶涂在压电材料要粘接的表面，再将振子要粘接的表面贴合在粘胶上，形成粘胶层，之后将压电换能器放入烘箱进行加热、加压固化。由于烘箱内温度不易稳定控制，而且加热时对压电换能器施加的压力容易波动，因此胶层通常固化不均匀，甚至经常存在气泡或缺胶的情况，大大降低了胶层的均匀度和强度，损害了换能器的性能。

发明内容

所要解决的技术问题：

本发明提供了一种能满足压电换能器粘胶固化所需的恒温和恒压的装置，同时该装置通过在粘胶固化过程中持续施加微幅振动，使胶层能在换能器表面均匀分布，消除气泡。

技术方案：

为了实现以上功能，本发明提供了一种环形压电换能器的粘胶固化装置，包括基座1、超声振动装置、支撑绝热板6和加热装置；其特征在于：所述超声振动装置包括兰杰文振子4和弹性片3，所述的弹性片3设置在所述的兰杰文振子4的振动截面处；所述基座1上开有孔，超声振动装置通过该孔，所述弹性片3的外径大于兰杰文振子4的外径，其下表面贴着基座1的上表面，用于固定兰杰文振子4；所述支撑绝热板6设置在兰杰文振子4的上端上表面；所述加热装置设置在支撑绝热板6的上表面，其包括上下依次设置的加热圆盒7和导热台8，所述加热圆盒7内部设置有电阻丝13。

所述支撑绝热板6为圆板结构，材料为聚四氟乙烯。

所述加热圆盒7材料为聚四氟乙烯，上端开口，内部设置有环形凹槽用于放置电阻丝13；所述导热台8为圆板结构，材料为铝合金。

所述加热装置和所述超声振动装置之间用双头螺栓11连接定位，双头螺栓11的一端伸入兰杰文振子4的端部，通过螺纹连接，另一端设有夹板9和螺母10，其由下至上依次排列有超声振动装置、支撑绝热板6、加热装置、夹板9和螺母10，用夹板9和锁紧螺母10夹紧。

所述兰杰文振子4和所述弹性片3之间通过一根螺栓12定位并夹紧。

所述弹性片3通过螺栓固定在基座1的上表面上。

有益效果：

本发明中的兰杰文振子是超声振动装置的主要工作部分，外加驱动电压后兰杰文振子产生微幅振动，由于其上端与导热台直接相连，振动可以均匀传递到导热台表面，为装夹在导热台上的压电换能器提供持续的微幅振动，使换能器压电材料和振子之间的粘胶层尽可能地均匀分布，减少气泡和脱胶；加热装置是利用电阻丝加热工作的，外部连接电源和温度检测传感器，通过控制电流大小来控制所需的加热温度并稳定，为粘胶层的固化提供恒温；夹板和夹紧螺母利用螺纹连接受到载荷后产生压力，将被粘接的压电换能器定位并夹紧，压力大小根据夹紧螺母的位移改变，因此在夹板上方设置应力传感器后，根据反馈改变螺母位置，控制工作所需的压力并稳定，为粘胶层的厚度要求和固化提供恒压。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是超声振动装置结构示意图；

图3是加热圆盒结构示意图；

图4是导热台结构示意图；

图5是本发明的结构功能框图；

图中，1.基座 ，2.压电陶瓷片（含电极片），3.弹性片，4.兰杰文振子，5.紧固金属圈，6.支撑绝热板，7.加热圆盒，8.导热台，9.夹板，10.夹紧螺母，11.双头螺栓，12.长螺栓，13.电阻丝，14.导线。

具体实施方式

本发明提供一种环形压电换能器的粘胶固化装置，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明做进一步说明。本发明的环形压电换能器的粘胶固化装置，包括基座1、超声振动装置、支撑绝热板6和加热装置，如图1所示。超声振动装置由兰杰文振子4和弹性片3组成，兰杰文振子4连接可调压、调频信号源，整个超声振动装置通过一根长螺栓12完成定位和装夹，如图2所示。同时弹性片3和基座1上表面及紧固金属圈5上均打有三个通孔，通过三个小螺栓完成超声振动装置与基座1的装配和固定，其中紧固金属圈5使得弹性片3受力均匀、与基座1上表面贴合紧密，保证了弹性片与基座上表面的平行度。加热装置包括加热圆盒7和导热台8，分别如图3和图4所示，其中加热圆盒7顶部无端盖，内部设置有凹槽并布置了规则的加热电阻丝13，外部设有导线14与电源和温度检测传感器相连接，其材料可选为耐高温耐腐蚀的聚四氟乙烯。导热台8的伸出端与加热圆盒7的中心孔相配合，充当加热圆盒7的端盖，保证热量传递，其材料可选为铝合金。整个加热装置通过一根穿过其中心孔的双头螺栓11实现与超声振动装置的连接。在超声振动装置和加热装置之间，设有一个绝热支撑薄板6，其作用除了隔热外，在压力作用下，绝热支撑板6能使导热台8的伸出端穿过加热圆盒7的中心孔的长度达到最大，同时恰好穿过绝热支撑板6自身的中心孔，使导热台8的伸出端直接与兰杰文振子4的上端相连，这样既保证了加热装置的密封性，又保证了兰杰文振子4与导热台8之间的微幅振动的传递，其材料可选为聚四氟乙烯。接着将压电换能器要粘接的表面进行清洗等预处理，利用人工涂胶后在换能器压电材料和振子之间形成粘胶层，把该换能器安装在导热台8上，用夹板9和夹紧螺母10施加一定的压力夹紧，夹板9的上表面贴有应变片等压力传感器，根据反馈调节夹紧螺母10使之给予合适压力。最后，给加热装置通电并调节好温度，整个粘胶固化装置便开始工作，各部分结构功能框图如图5所示。

本发明利用压电陶瓷的逆压电效应使兰杰文振子产生幅频大小可控的持续微幅振动，并通过导热台将振动传递到放置在导热台8上的压电换能器，让振动作用在换能器压电材料和振子之间的胶层，使胶层在粘接面分布均匀；同时利用加热装置中的电阻丝13，将电能转化为热能，通过导热台8将热能传递给压电换能器和胶层，为胶层的固化提供方便可控的恒温；而通过在最上端的夹板上添加应变片等压力传感装置，即可控制夹紧螺母10施加压力的大小，为胶层的均匀性提供恒压；最后，合理调整装置结构尺寸，能满足多种环形压电换能器粘胶技术的需要。本发明装置体积轻巧，方便组装和拆卸，易于移动，因此，本发明装置具有以下特点：

（1）为粘胶层的固化提供恒温，温度由电阻丝通电加热产生，温度的高低由电源电流大小控制，通过温度检测传感器实时反馈。此外，由于加热圆盒不密封，电阻丝型号可以自由选定，损坏时也方便更换。

（2）为胶层的固化和均匀性提供恒压，压力由螺纹连接承受载荷产生，压力大小可由粘贴在夹板上的压力传感器时反馈。

（3）超声振动装置能产生微幅振动，并将振动传递到放在导热台上的压电换能器，使胶层在粘接面分布均匀，有效防止气泡产生和局部缺胶，振动幅度和频率可由外部信号源调节控制。

（4）合理调整装置结构尺寸，能满足多种环形压电换能器粘胶技术的需要。

（5）本发明装置体积小、重量轻，方便拆卸和组装，移动性好。

下面以具体实例进行说明。超声电机是一种新型电机，其利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生强迫振动而形成弯曲振动波，并通过定、转子接触面的摩擦力驱动转子产生旋转或直线运动。超声电机的关键部件在压电陶瓷与定子的粘接，因此，压电陶瓷与定子粘接工艺的好坏，成为超声电机寿命和性能的关键影响之一。目前采用的烘箱方式进行压电陶瓷片和和定子的粘接不可避免地会使粘接胶层出现不均匀、有气泡或者脱胶等问题，在气泡和脱胶区域会产生较大的应力集中，随着压电陶瓷片通电产生高频振动，脱胶周围的胶层便更加容易脱落，导致电机转子的输出性能大大下降。而通过采用本发明提出的粘胶固化装置可大大减少以上缺陷的发生。超声振动装置产生的持续微幅振动完全可控，根据需要选择合适振动参数使得粘接胶层在压电陶瓷和定子表面趋于均匀；同时，加热装置利用电阻丝工作，有升温快、热效率高、便于操作和控制等优点，而夹板和夹紧螺母在较高加工精度基础上，能提供足够均匀的压力，即装置提供的恒温和恒压很好地避免了胶层过厚的问题，提高了粘胶效果。综上，本发明提供的装置为超声电机的粘胶技术提供了比较好的方法，有助于超声电机的产业化。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种环形压电换能器的粘胶固化装置，包括基座（1）、超声振动装置、支撑绝热板（6）和加热装置；其特征在于：所述超声振动装置包括兰杰文振子（4）和弹性片（3），所述的弹性片（3）设置在所述的兰杰文振子（4）的振动截面处；所述基座（1）上开有孔，超声振动装置通过该孔，所述弹性片（3）的外径大于兰杰文振子（4）的外径，其下表面贴着基座（1）的上表面，用于固定兰杰文振子（4）；所述支撑绝热板（6）设置在兰杰文振子（4）的上端上表面；所述加热装置设置在支撑绝热板（6）的上表面，其包括上下依次设置的加热圆盒（7）和导热台（8），所述加热圆盒（7）内部设置有电阻丝（13）。

2.根据权利要求1所述的环形压电换能器的粘胶固化装置，其特征在于：所述支撑绝热板（6）为圆板结构，材料为聚四氟乙烯。

3.根据权利要求2所述的环形压电换能器的粘胶固化装置，其特征在于：所述加热圆盒（7）材料为聚四氟乙烯，上端开口，内部设置有环形凹槽用于放置电阻丝（13），外部设有导线（14）与电源和一温度检测传感器相连接；所述导热台（8）为圆板结构，材料为铝合金。

4.根据权利要求3所述的环形压电换能器的粘胶固化装置，其特征在于：所述加热装置和所述超声振动装置之间用双头螺栓（11）连接定位，双头螺栓（11）的一端伸入兰杰文振子（4）的端部，通过螺纹连接，另一端设有夹板（9）和螺母（10），其由下至上依次排列有超声振动装置、支撑绝热板（6）、加热装置、夹板（9）和螺母（10），用夹板（9）和锁紧螺母（10）夹紧。

5.根据权利要求1至4所述的任意一种环形压电换能器的粘胶固化装置，其特征在于：所述兰杰文振子（4）和所述弹性片（3）之间通过一根螺栓（12）定位并夹紧。

6.根据权利要求1至4所述的任意一种环形压电换能器的粘胶固化装置，其特征在于：所述弹性片（3）通过螺栓固定在基座（1）的上表面上。