CN112756763A - 产生扭曲振动的换能器和焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声波焊接的技术领域，公开了一种产生扭曲振动的换能器和焊接设备。其中，该产生扭曲振动的换能器，包括：固定座；底座，所述底座与所述固定座之间固定连接；压电陶瓷结构，所述压电陶瓷结构呈环状，所述固定座具有朝向所述底座的下表面，所述底座具有朝向所述固定座的上表面，所述压电陶瓷结构固定于所述固定座的下表面和所述底座的上表面之间，所述压电陶瓷结构至少具有一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片至少具有一扭转段，所述扭转段产生垂直于所述固定座至底座的方向且偏离所述压电陶瓷结构中心的切向振动。本发明技术方案给出的产生扭曲振动的换能器和焊接设备，精简了换能器的结构，方便使用。

Description

产生扭曲振动的换能器和焊接设备

技术领域

本发明专利涉及超声波焊接的技术领域，具体而言，涉及一种产生扭曲振动的换能器和焊接设备。

背景技术

超声波焊接是通过超声波发生器将电流转换成电能，被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过变幅结构传递到焊头，焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，待焊接工件基本上平行于其焊接表面彼此进行相对移动，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。

现有技术中，在使用超声波焊接时，一般是焊接两工件之间的水平面，焊头加压在一工件的上，焊头水平振动，使两个工件贴合的表面之间融合焊接。并且，在使用换能器进行振动的过程中，出现了一种扭曲振动的换能器，通过使焊头扭曲振动，进而实现两工件之间的融合焊接。

但是，目前所给出的可产生扭曲振动的换能器，其换能器设于扭转轴的侧边，通过换能器的轴向振动使扭转轴的侧边发生扭曲振动，进而使得焊头产生扭曲振动，显而易见的，对于这种现有可产生扭曲振动的换能器结构而言，其结构体积占比达，极大的浪费了空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产生扭曲振动的换能器，旨在解决现有技术中，可产生扭曲振动的换能器浪费空间的问题。

本发明是这样实现的，一种产生扭曲振动的换能器，包括：

固定座；

底座，所述底座的底部用于连接焊接结构，所述底座与所述固定座之间固定连接；

压电陶瓷结构，所述压电陶瓷结构呈环状，所述固定座具有朝向所述底座的下表面，所述底座具有朝向所述固定座的上表面，所述压电陶瓷结构固定于所述固定座的下表面和所述底座的上表面之间，所述压电陶瓷结构至少具有一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片至少具有一扭转段，所述扭转段产生垂直于固定座至底座的方向且偏离所述压电陶瓷结构中心的切向振动。

可选的，所述压电陶瓷片具有多个扭转段，且多个扭转段依次相邻布置，多个所述扭转段围合形成所述压电陶瓷片。

可选的，所述扭转段的数量为偶数，且多个所述扭转段的形状大小相同。

可选的，所述压电陶瓷片的数量具有多个，且沿所述固定座至底座的方向，多个所述压电陶瓷片依次叠合布置。

可选的，相邻的所述压电陶瓷片邻接的的两个所述扭转段的切向振动方向一致。

可选的，所述底座包括固定盘和转动轴，所述压电陶瓷结构设于所述固定盘和所述固定座之间，所述转动轴的顶部接驳于所述固定轴，所述转动轴的底部用于连接焊接结构。

可选的，所述转动轴具有与所述固定盘接驳的过渡段，沿所述固定盘至所述转动轴的方向，所述过渡段的直径逐渐缩小。

可选的，所述固定盘的外周设有外螺纹，所述固定盘的外周用于通过螺纹连接固定罩体。

可选的，所述固定座的中心具有固定孔，所述底座的中心具有螺纹孔，所述固定孔内设有螺栓，所述螺栓穿设于所述压电陶瓷结构的中心，且所述螺栓与所述底座的螺纹孔螺纹连接。

本发明还给出了一种焊接设备，包括焊接结构和所述产生扭曲振动的换能器。其中，所述产生扭曲振动的换能器，包括：

固定座；

底座，所述底座的底部用于连接焊接结构，所述底座与所述固定座之间固定连接；

压电陶瓷结构，所述压电陶瓷结构呈环状，所述固定座具有朝向所述底座的下表面，所述底座具有朝向所述固定座的上表面，所述压电陶瓷结构固定于所述固定座的下表面和所述底座的上表面之间，所述压电陶瓷结构至少具有一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片至少具有一扭转段，所述扭转段产生产平行于所述底座上表面且偏离所述压电陶瓷结构中心的切向振动；

所述焊接结构连接所述底座的底部，且所述焊接结构与所述产生扭曲振动的换能器同轴布置。

与现有技术相比，本发明提供的产生扭曲振动的换能器，通过压片陶瓷结构的扭转段产生切向振动，进而使得换能器产生扭曲振动，通过焊接结构，实现对工件之间的焊接。相较于现有可产生扭曲振动的换能器结构而言，不再需要将换能器设于转动轴的侧边，极大的缩减了换能器的结构体积，精简了换能器的结构，方便使用。解决了现有技术中，可产生扭曲振动的换能器浪费空间的问题。

附图说明

图1是本发明提供的产生扭曲振动的换能器的立体示意图；

图2是本发明提供的产生扭曲振动的换能器的振动模态示意图；

图3是本发明提供的产生扭曲振动的换能器的压电陶瓷片的立体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1至图3所示，为本发明提供的较佳实施例。

本发明实施例中，该产生扭曲振动的换能器，包括：

固定座10；

底座20，底座20的底部用于连接焊接结构，底座20与固定座10之间固定连接；

压电陶瓷结构30，压电陶瓷结构30呈环状，固定座10具有朝向底座20的下表面，底座20具有朝向固定座10的上表面，压电陶瓷结构30固定于固定座10的下表面和底座20的上表面之间，压电陶瓷结构30至少具有一压电陶瓷片31，压电陶瓷片31至少具有一扭转段311，扭转段311产生垂直于固定座10至底座20的方向且偏离压电陶瓷结构30中心的切向振动。

上述结构中，固定座10、底座20以及压电陶瓷结构30均呈回转体状，且三者同轴布置，压电陶瓷结构30的上表面紧贴于固定座10的下表面，压电陶瓷结构30的下表面紧贴于底座20的上表面，其中压电陶瓷结构30呈中心具有通孔的环状结构。另外，上述扭转段311所说的切向振动，即：垂直于固定座10至底座20的方向，且偏离压电陶瓷结构30中心的位置，具体而言，在一实施例中，该方向垂直于压电陶瓷结构30的径向方向，这样，在该扭转段311发生切向振动后，会使得该换能器产生绕轴向方向的转动振动，这也就是本发明所说的扭曲振动。通过其扭曲振动带动焊接结构产生扭曲振动，进而使焊接工件的焊接面摩擦，实现融合焊接。

本实施例中，通过压片陶瓷结构的扭转段311产生切向振动，进而使得换能器产生扭曲振动，通过焊接结构，实现对工件之间的焊接。相较于现有可产生扭曲振动的换能器结构而言，不再需要将换能器设于转动轴21的侧边，极大的缩减了换能器的结构体积，精简了换能器的结构，方便使用。

请结合参阅图1至图3，本发明一实施例中，压电陶瓷片31具有多个扭转段311，且多个扭转段311依次相邻布置，多个扭转段311围合形成压电陶瓷片31。

这样，整个压电陶瓷片31的多个扭转段311均可产生切向振动，使得整个换能器结构扭曲振动更为均匀，且动能更大，更易于超声波焊接。当然，在其他实施例中，压电陶瓷片31可包括扭转段311和固定段，扭转段311和固定段围合形成环状的压电陶瓷片31，固定段为非压电陶瓷的材质，这样，仅通过一扭转段311也可实现换能器的扭曲振动，不作赘述。

本实施例中，为实现上述扭转段311的切向振动，扭转段311具有靠近压电陶瓷片31中心的内侧和背离压电陶瓷片31中心的外侧，扭转段311与其内侧和外侧邻接的两侧分别设有第一电极301和第二电极302，通过第一电极301和第二电极302连接高频电流，这样，扭转段311会发生长度变形型，实现切向振动，进而使的换能器的振动模态为扭曲振动。

承接前述，扭转段311的数量为偶数，且多个扭转段311的形状大小相同。

这样，在一实施例中，相邻扭转段311的第一电极301位于其相邻处，第二电极302位于其相背处，以此连接整个压电陶瓷结构30，使得整个压电陶瓷结构30产生扭曲振动，便于线材连接。

具体的，本实施例中，扭转段311呈扇环形状，扭转段311为八个，相邻扭转段311依次抵接，当然，本发明不限于八个。而在其他实施例中，扭转段311也可以为长方形形状，相邻扭转段311这件可设填充导电块，围合形成上述压电陶瓷片31。

请结合参阅图1和图2，本发明一实施例中，压电陶瓷片31的数量具有多个，且沿固定座10至底座20的方向，多个压电陶瓷片31依次叠合布置。

这样，通过多个压电陶瓷片31同时产生上述扭曲振动，从而可提高换能器整体的扭曲振动的动能，提高超声波焊接效果。

具体的，本实施例中，压电陶瓷片31的数量为四个，当然不限于四个。

另外，相邻的压电陶瓷片31邻接的的两个扭转段311的切向振动方向一致。

这样，一方面方便线材的连接，另一方面，避免邻接的两扭转段311之间摩擦，且最大限度提高扭曲振动的动能，提高焊接效果。

请结合参阅图1和图2，本发明一实施例中，底座20包括固定盘22和转动轴21，压电陶瓷结构30设于固定盘22和固定座10之间，转动轴21的顶部接驳于固定轴，转动轴21的底部用于连接焊接结构。

这样，通过固定座10和固定盘22将压电陶瓷结构30固定，同时，通过压电陶瓷结构30产生的扭曲振动传递到换能器时，减少能量损耗，以便焊接。

并且，转动轴21具有与固定盘22接驳的过渡段211，沿固定盘22至转动轴21的方向，过渡段211的直径逐渐缩小。

通过该过渡段211一方面可提高结构强度，另一方面减少能量损耗，本实施例中，该过渡段211的侧壁呈内凹的弧面状结构。

此外，固定盘22的外周设有外螺纹，固定盘22的外周用于通过螺纹连接固定罩体。

该罩体的内侧与固定盘22螺纹连接，该罩体的内腔罩设于压电陶瓷结构30和固定座10，以便保护其内部结构，且上述连接线最终连接于罩体顶部的第一接线端和第二接线端，以便为内部的压电陶瓷结构30提高高频电流。

进一步的，为固定上述压电陶瓷结构30，固定座10的中心具有固定孔，底座20的中心具有螺纹孔，固定孔内设有螺栓，螺栓穿设于压电陶瓷结构30的中心，且螺栓与底座20的螺纹孔螺纹连接。

该螺栓的螺帽抵接于固定孔的台阶槽内，螺杆穿设于固定孔与底座20的螺纹孔螺纹连接，一方面固定了固定座10和底座20，另一方面，将压片陶瓷结构夹设于固定座10和底座20之间，实现固定，保证该换能器的结构稳定。

请结合参阅图1至图3，本发明还给出了一种焊接设备，包括焊接结构和产生扭曲振动的换能器。其中，产生扭曲振动的换能器，其结构可参考上述实施例，不再赘述。

并且，焊接结构连接底座20的底部，且焊接结构与产生扭曲振动的换能器同轴布置。

焊接结构为调幅器和焊头，该换能器的底座20的底部可连接调幅器和焊头，由于调幅器和焊头与该换能器同轴布置，这样，自换能器产生的扭曲振动可以传递到调幅器和焊头上，进而实现对工件的融合焊接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种产生扭曲振动的换能器，其特征在于，包括：

固定座；

底座，所述底座的底部用于连接焊接结构，所述底座与所述固定座之间固定连接；

压电陶瓷结构，所述压电陶瓷结构呈环状，所述固定座具有朝向所述底座的下表面，所述底座具有朝向所述固定座的上表面，所述压电陶瓷结构固定于所述固定座的下表面和所述底座的上表面之间，所述压电陶瓷结构至少具有一压电陶瓷片，所述压电陶瓷片至少具有一扭转段，所述扭转段产生垂直于所述固定座至底座的方向且偏离所述压电陶瓷结构中心的切向振动。

2.如权利要求1所述的一种产生扭曲振动的换能器，其特征在于，所述压电陶瓷片具有多个扭转段，且多个扭转段依次相邻布置，多个所述扭转段围合形成所述压电陶瓷片。

3.如权利要求2所述的一种产生扭曲振动的换能器，其特征在于，所述扭转段的数量为偶数，且多个所述扭转段的形状大小相同。

4.如权利要求1至3任意一项所述的一种产生扭曲振动的换能器，其特征在于，所述压电陶瓷片的数量具有多个，且沿所述固定座至底座的方向，多个所述压电陶瓷片依次叠合布置。

5.如权利要求4所述的一种产生扭曲振动的换能器，其特征在于，相邻的所述压电陶瓷片邻接的两个所述扭转段的切向振动方向一致。

6.如权利要求1至3任意一项所述的一种产生扭曲振动的换能器，其特征在于，所述底座包括固定盘和转动轴，所述压电陶瓷结构设于所述固定盘和所述固定座之间，所述转动轴的顶部接驳于所述固定轴，所述转动轴的底部用于连接焊接结构。

7.如权利要求6所述的一种产生扭曲振动的换能器，其特征在于，所述转动轴具有与所述固定盘接驳的过渡段，沿所述固定盘至所述转动轴的方向，所述过渡段的直径逐渐缩小。

8.如权利要求6所述的一种产生扭曲振动的换能器，其特征在于，所述固定盘的外周设有外螺纹，所述固定盘的外周用于通过螺纹连接固定罩体。

9.如权利要求1至3任意一项所述的一种产生扭曲振动的换能器，其特征在于，所述固定座的中心具有固定孔，所述底座的中心具有螺纹孔，所述固定孔内设有螺栓，所述螺栓穿设于所述压电陶瓷结构的中心，且所述螺栓与所述底座的螺纹孔螺纹连接。

10.一种焊接设备，其特征在于，包括焊接结构和如权利要求1至9任意一项所述的产生扭曲振动的换能器，所述焊接结构连接所述底座的底部，且所述焊接结构与所述产生扭曲振动的换能器同轴布置。

Images