TWI412222B - 具有散熱導引功能之壓電震盪裝置 - Google Patents

Description

具有散熱導引功能之壓電震盪裝置

本發明係關於一種壓電裝置之設計，特別是關於一種具有散熱導引功能之壓電震盪裝置。

利用壓電陶瓷(Piezoelectric Ceramic)通電而產生震動之裝置包含有，例如：超音波清洗裝置、超音波熔接裝置、乳化裝置等。其中超音波清洗是一種無污染的清洗方法，利用超音波在液體中的空化效應達到清洗目的，超音波在液體中能加速溶解，除氣效果也非常顯著，故此被廣泛應用在機械、電子、醫療、化學等領域。

超音波的洗淨原理是利用超音波裝置(Ultrasonic Cleaner)發出高頻震盪信號，通過一轉換器轉換成高頻機械震盪，並在清洗液體中散播，使得液體流動產生數以萬計的微小氣泡，這些氣泡在超音波傳播過程所形成的負壓區中成型、生長，並在正壓區中迅速閉合。此過程可產生1000個大氣壓的瞬間高壓，且連續不斷，稱之為空化效應(Cavitation)。就像一連串爆炸，不斷沖擊物體表面及縫隙，可將附著在物件表面及死角細縫之污垢打散，達到清洗的效果。

超音波熔接裝置主要是利用於塑膠工件之密合加工，藉由超音波震動子之音波震動，經焊頭接觸塑膠工件之加工部位，得以將該部位熔合，並形成良好外觀。

乳化裝置主要是利用電路產生高頻電壓訊號，經過換能器將電能轉換成機械能，最後把不相溶的二相進行乳化而製備成乳化物，其中針對原料不同而有不同的操作頻率，其作用原理主要分為機械震動作用(Mechanical Effect)、對流運輸(Convective Transport or Streaming)與空化效應(Cavitation Effect)等。

壓電陶瓷係在通電的情況下會有震動效應的產生，然而，壓電陶瓷產生震動的同時必然會產生熱能，溫度越高，壓電陶瓷的壓電性會逐漸減弱，高於一特定溫度(居禮溫度)時，甚至會造成壓電陶瓷永久喪失壓電性，再者，由於壓電陶瓷係靠通電而產生震動，故通電的功率越高，壓電陶瓷發熱的溫度也越高，會造成去極化或破損的現象。

對於利用壓電陶瓷產生震動的裝置來說，散熱效果就顯得極為重要，但是，現今市面上或已公開的超音波洗淨裝置並沒有特別針對散熱這方面提出實質且有效的具體改良。

再者，傳統超音波洗淨裝置放置於清洗槽時，其二端之壓電陶瓷在接收高頻震盪信號後，係同時產生具有相同極化方向之震動而造成一樣的振幅堆疊，亦即，其震動方向頻率相同，此一震盪模態雖然可使置於清洗槽中之物件達到清洗的目的，但卻無法達到更趨完美的洗淨效果以及更廣闊及細微的物件清洗面積。

緣此，本發明之目的即是提供一種具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，用以改善習知壓電陶瓷裝置的整體結構因工作時所產生的熱能無法有效排出而導致超音波變化不穩定的缺點。

本發明之再一目的是提供一種具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，係可應用於各種利用壓電陶瓷之超音波震動裝置。

本發明之另一目的是提供一種能產生不同極化方向之震動的壓電震盪裝置，藉由產生更複雜及更多型態之震動方向而使得洗淨效果及物件清洗面積更加良好及廣闊。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係為一種具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，該壓電震盪裝置包含有一金屬容置構件、一壓電構件及一散熱導引構件。壓電構件設置在金屬容置構件之內，而散熱導引構件包括有複數個散熱導引鰭片，每一個散熱導引鰭片具有一第一熱導連接端及一第二熱導連接端，第一熱導連接端係設置在壓電構件之外表面，而第二熱導連接端係連接金屬容置構件之內壁面，其中壓電構件係藉由壓電控制訊號而產生具有特定極化方向之震動，以及壓電構件因震動所產生之熱能係經由散熱導引構件而傳導至金屬容置構件之外壁面。

在本發明之一實施例中，散熱導引構件之各個散熱導引鰭片係環狀設置在壓電構件的外表面，且每一個散熱導引鰭片之間具有一間距。

在本發明之一實施例中，散熱導引構件之各個散熱導引鰭片係螺旋地間隔設置在壓電構件的外表面。

在本發明之一實施例中，壓電構件電性連接一壓電控制裝置，壓電控制裝置係產生壓電控制訊號至壓電構件，藉以控制壓電構件。

在本發明之一實施例中，金屬容置構件係為一鈦金屬材質、一不鏽鋼金屬材質、一鋁金屬材質、一銅金屬材質或任何一具有熱傳導之金屬材質。

再者，一種具有散熱導引功能之壓電震盪裝置包含有一金屬容置構件、二個壓電構件及二個散熱導引構件。金屬容置構件包括一金屬連接部及二分別連接於金屬連接部之二端的金屬容置部，而壓電構件分別設置在金屬容置部之內，散熱導引構件設置在壓電構件之外表面，散熱導引構件包括有複數個散熱導引鰭片，每一個散熱導引鰭片具有一第一熱導連接端及一第二熱導連接端，第一熱導連接端係設置在壓電構件之外表面，而第二熱導連接端係連接金屬容置部之內壁面，其中二個壓電構件係藉由壓電控制訊號而分別產生具有一特定極化方向之震動，以及其中二個壓電構件因震動所產生之熱能係經由散熱導引構件而傳導至金屬容置部之外壁面。

在本發明之一實施例中，散熱導引構件之各個散熱導引鰭片係環狀設置在壓電構件的外表面，且每一個散熱導引鰭片之間具有一間距。

在本發明之一實施例中，散熱導引構件之各個散熱導引鰭片係螺旋地間隔設置在壓電構件的外表面。

在本發明之一實施例中，壓電構件係分別電性連接壓電控制裝置，壓電控制裝置係產生該壓電控制訊號至該壓電構件，藉以控制該壓電構件。

在本發明之一實施例中，當二個壓電構件係同時接收壓電控制訊號時，其中一個壓電構件之震動之特定極化方向係為一緊縮極化方向，以及同時另一個壓電構件之震動之特定極化方向係為一擴張極化方向。

經由本發明所採用之技術手段，由於散熱導引構件係設置在壓電構件的外表面，且散熱導引構件之熱導連接端係接觸在金屬容置構件之內壁面，而包括有複數個散熱導引鰭片之散熱導引構件可環狀設置或螺旋地間隔設置在壓電構件的外表面，使得壓電構件因震動所產生的熱能可藉由各個散熱導引鰭片迅速傳達到金屬容置機構的金屬壁面，有效改善習知壓電陶瓷裝置因工作時產生熱能無法順利排出而導致超音波出現不穩定的缺點。

由於散熱的問題得以有效解決，故本發明利用壓電陶瓷產生震動之裝置，例如：超音波清洗裝置、超音波熔接裝置、乳化裝置的產品生命週期將更為持久，此外，超音波清洗裝置的清洗效果或是超音波熔接裝置、乳化裝置的熱處理效果也因熱能有效傳導及利用而更加明顯，進而使得裝置的工作效率提高。

再者，當本發明之壓電震盪裝置係用作為超音波洗淨裝置時，其二端之壓電陶瓷在接收高頻震盪信號後，藉由具有不同極化方向之震動而產生不同的振幅堆疊，亦即，其震動方向頻率相異，產生更複雜及更多型態的震動方向，使得此一震盪模態達到更好的洗淨效果以及更廣闊及細微的物件清洗效果。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

參閱第1圖所示，其係顯示本發明之一實施例之局部立體圖。本發明之具有散熱導引功能之壓電震盪裝置100包含有一金屬容置構件1、一壓電構件2及一散熱導引構件3。壓電構件2設置在金屬容置構件1之內，而散熱導引構件3包括有複數個散熱導引鰭片31，各個散熱導引鰭片31係環狀設置在壓電構件2的外表面，且每一個散熱導引鰭片31之間具有一間距。再者，每一個散熱導引鰭片31具有一第一熱導連接端311及一第二熱導連接端312，第一熱導連接端311係設置在壓電構件2之外表面，而第二熱導連接端312係連接金屬容置構件1之內壁面，此外，散熱導引鰭片31之第二熱導連接端312係向外凸伸而頂抵金屬容置構件1之內壁面，使得散熱導引鰭片31係穩固地連接在金屬容置構件1與壓電構件2之間。

在本實施例中，金屬容置構件1係為一鈦金屬材質、一不鏽鋼金屬材質、一鋁金屬材質、一銅金屬材質或任何一具有熱傳導之金屬材質。

本發明之壓電震盪裝置100更包含有一壓電控制裝置4，其係電性連接壓電構件2，壓電控制裝置4係在本發明之壓電震盪裝置100作動時產生一壓電控制訊號S1至壓電構件2，藉以使得壓電構件2產生超音波頻率的震盪。使用時，在壓電構件2之銀電極上加上壓電控制訊號S1(高週波電流)，此電流的頻率與壓電構件2之共振頻率相同，進而引起壓電構件2中之震動子共振而產生超音波。而經由壓電控制裝置4調整壓電控制訊號S1(高週波電流)之頻率可產生對應該頻率之震動，每個頻率都會產生具有一特定極化方向之震動。此外，在本發明中，壓電構件2擁有很高的能量轉換效率並可穩定產生震動。

當本發明之壓電震盪裝置100應用在例如：超音波清洗裝置、超音波熔接裝置、乳化裝置等裝置中時(將在下文中詳細說明)，經由操作而使得壓電控制裝置4產生壓電控制訊號S1至壓電構件2，壓電構件2會產生具有特定極化方向之震動，而壓電構件2因震動所產生之熱能可迅速地經由散熱導引構件3之每一個散熱導引鰭片31傳導至金屬容置構件1之壁面。

參閱第2圖所示，其係顯示本發明之另一實施例之局部立體圖。本實施例之壓電震盪裝置100a之組成元件與上述實施例相同，故相同之元件乃標示以相同之元件編號，以資對應。其差異在於本實施例中之散熱導引構件3a之各個散熱導引鰭片31a係螺旋地間隔設置在壓電構件2的外表面，同樣地，散熱導引鰭片31a包括有一第一熱導連接端311a及一第二熱導連接端312a，此一結構設計同樣地能將壓電構件2因震動所產生的熱能迅速導引至金屬容置構件1之壁面，達到散熱的效果。

同時參閱第3至第5圖所示，第3圖係顯示本發明之實際應用之一之剖面示意圖，第4圖係顯示本發明之實際應用之一之立體示意圖，第5圖係顯示本發明之實際應用之一之波形圖。此一實施例係顯示壓電震盪裝置100b係為具有超音波清洗功能之超音波清洗裝置。其中金屬容置構件1b包括一金屬連接部11及二個分別連接於金屬連接部11之二端的金屬容置部12，一引導構件13係延伸設置於二個金屬容置部12之內且通過金屬連接部11，再者，金屬容置構件1b係為管狀金屬結構，而金屬連接部11可為實心結構或中空結構。

二個壓電構件2b分別設置在二個金屬容置部12之內並電性連接引導構件13。而散熱導引構件3b係可環狀設置或螺旋地間隔設置在壓電構件2b之外表面。再者，金屬容置部12具有一插接開口121，壓電控制裝置4係可通過插接開口121並經由引導構件13電性連接壓電構件2b，其中壓電控制裝置4係可產生壓電控制訊號S1，並經由引導構件13分別傳送至壓電構件2b，藉以控制壓電構件2b的震動。在本實施例中，引導構件13除了可當訊號傳遞的媒介之外，亦可當作連接壓電構件2b與壓電控制裝置4之間的一電線由此經過之媒介(圖未顯示)。

當操作者將本實施例之壓電震盪裝置100b置入至一清洗液體中而對一待洗物進行超音波洗淨時，首先，經由操作壓電控制裝置4而使得其產生壓電控制訊號S1，壓電控制訊號S1傳送至壓電構件2b，壓電構件2b在收到壓電控制訊號S1時會分別產生超音波振動。

如同第5圖所示，二個壓電構件2b分別收到壓電控制訊號S1時，其中一個壓電構件之震動之特定極化方向係為一緊縮極化方向A1，以及同時另一個壓電構件之震動之特定極化方向係為一擴張極化方向A2，由圖可知，在同一時間點，二個壓電構件2b所產生之振波W1、W2係在同一個時間點上具有相位相反之振幅(一個緊縮及另一個擴張)。亦即，二個不同的極化方向造成不同的震盪模態，進而產生不同的振幅堆疊，故在清洗液體中之更複雜、更多型態的震動方向會造成更加廣闊及細微的清洗效果。

其中壓電構件2b因震動所產生的熱能可藉由二個散熱導引構件3b之各個散熱導引鰭片31b傳達到金屬容置構件1b之二個金屬容置部12的壁面而迅速在水中散熱，有效地將熱能排出，且因散熱導引構件3b設置在壓電構件2b及金屬容置部12之內壁面之間，其穩定的配置結構有效改善因產生熱能而導致超音波出現不穩定的缺點。

參閱第6圖所示，其係顯示本發明之實際應用之二之立體示意圖。此一實施例係顯示壓電震盪裝置100c實際應用在超音波熔接裝置中。在超音波熔接裝置5中，壓電震盪裝置100c係設置在如圖示之位置，其同樣包括有金屬容置構件、壓電構件、散熱導引構件及壓電控制裝置(圖未顯示)，藉由訊號控制壓電構件震動，使得壓電構件因高速震動所產生的熱能經由金屬容置構件及其他輔助導引構件傳導至焊頭51，再由焊頭51高溫焊接塑膠工件之加工部位(圖未顯示)，以將該加工部位熔合。

參閱第7圖所示，其係顯示本發明之實際應用之三之立體示意圖。此一實施例係顯示壓電震盪裝置100d實際應用在乳化裝置中。在乳化裝置6中，壓電震盪裝置100d係設置在如圖示之位置，其同樣包括有金屬容置構件、壓電構件、散熱導引構件及壓電控制裝置(圖未顯示)，同樣地，藉由訊號控制壓電構件高速震動，使得乳化頭61因高速震動、高溫而將不相溶的二相物質(例如：油脂、溶液)進行、攪拌、乳化而製備成乳化物。

由以上之實施例可知，本發明所提供之具有散熱導引功能之壓電震盪裝置確具產業上之利用價值，故本發明業已符合於專利之要件。惟以上之敘述僅為本發明之較佳實施例說明，凡精於此項技藝者當可依據上述之說明而作其它種種之改良，惟這些改變仍屬於本發明之發明精神及以下所界定之專利範圍中。

100、100a、100b、100c、100d．．．壓電震盪裝置

1、1b．．．金屬容置構件

11．．．金屬連接部

12．．．金屬容置部

121．．．插接開口

13．．．引導構件

2、2b．．．壓電構件

3、3a、3b．．．散熱導引構件

31、31a、31b．．．散熱導引鰭片

311、311a．．．第一熱導連接端

312、312a．．．第二熱導連接端

4．．．壓電控制裝置

5．．．超音波熔接裝置

51．．．焊頭

6．．．乳化裝置

61．．．乳化頭

A1．．．緊縮極化方向

A2．．．擴張極化方向

S1．．．壓電控制訊號

第1圖係顯示本發明之一實施例之局部立體圖。

第2圖係顯示本發明之另一實施例之局部立體圖。

第3圖係顯示本發明之實際應用之一之剖面示意圖。

第4圖係顯示本發明之實際應用之一之立體示意圖。

第5圖係顯示本發明之實際應用之一之波形圖。

第6圖係顯示本發明之實際應用之二之立體示意圖。

第7圖係顯示本發明之實際應用之三之立體示意圖。

100．．．壓電震盪裝置

1．．．金屬容置構件

2．．．壓電構件

3．．．散熱導引構件

31．．．散熱導引鰭片

311．．．第一熱導連接端

312．．．第二熱導連接端

4．．．壓電控制裝置

S1．．．壓電控制訊號

Claims (10)

1. 一種具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，包含：一金屬容置構件；一壓電構件，設置在該金屬容置構件之內；一散熱導引構件，包括有複數個散熱導引鰭片，每一個散熱導引鰭片具有一第一熱導連接端及一第二熱導連接端，該第一熱導連接端係設置在該壓電構件之外表面，而該第二熱導連接端係連接該金屬容置構件之內壁面，其中該壓電構件係藉由一壓電控制訊號而產生具有一特定極化方向之震動，以及其中該壓電構件因震動所產生之熱能係經由該散熱導引構件而傳導至該金屬容置構件之壁面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，其中該散熱導引構件之各個散熱導引鰭片係環狀設置在該壓電構件的外表面，且每一個散熱導引鰭片之間具有一間距。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，其中該散熱導引構件之各個散熱導引鰭片係螺旋地間隔設置在該壓電構件的外表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，其中該壓電構件電性連接一壓電控制裝置，該壓電控制裝置係產生該壓電控制訊號至該壓電構件，藉以控制該壓電構件。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，其中該金屬容置構件係為一鈦金屬材質、一不鏽鋼金屬材質、一鋁金屬材質、一銅金屬材質或任何一具有熱傳導之金屬材質。
6. 一種具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，包含：一金屬容置構件，包括一金屬連接部及二分別連接於該金屬連接部之二端的金屬容置部；二壓電構件，分別設置在該金屬容置部之內；一散熱導引構件，設置在該壓電構件之外表面，該散熱導引構件包括有複數個散熱導引鰭片，每一個散熱導引鰭片具有一第一熱導連接端及一第二熱導連接端，該第一熱導連接端係設置在該壓電構件之外表面，而該第二熱導連接端係連接該金屬容置部之內壁面，其中該壓電構件係藉由一壓電控制訊號而產生具有一特定極化方向之震動，以及其中該壓電構件因震動所產生之熱能係經由該散熱導引構件而傳導至該金屬容置部之壁面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，其中該散熱導引構件之各個散熱導引鰭片係環狀設置在該壓電構件的外表面，且每一個散熱導引鰭片之間具有一間距。
8. 如申請專利範圍第6項所述之具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，其中該散熱導引構件之各個散熱導引鰭片係螺旋地間隔設置在該壓電構件的外表面。
9. 如申請專利範圍第6項所述之具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，其中該壓電構件係分別電性連接一壓電控制裝置，該壓電控制裝置係產生該壓電控制訊號至該壓電構件，藉以控制該壓電構件。
10. 如申請專利範圍第6項所述之具有散熱導引功能之壓電震盪裝置，其中當該二個壓電構件係同時接收該壓電控制訊號時，該其中一個壓電構件之震動之特定極化方向係為一緊縮極化方向，以及同時該另一個壓電構件之震動之特定極化方向係為一擴張極化方向。