[發(fā)明專利]縱彎復(fù)合振動(dòng)模式增材制造超聲振子

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810400410.3
• 申請(qǐng)日: 2018-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108880319A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張會(huì)霞;金家楣;黃衛(wèi)清;廖夢(mèng)嬌;王寅;鐘相強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 淮海工學(xué)院
• 主分類號(hào): H02N2/00
• 分類號(hào): H02N2/00
• 代理公司: 北京科家知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

本發(fā)明公開(kāi)了壓電超聲驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域的縱彎復(fù)合振動(dòng)模式增材制造超聲振子，包括兩組相對(duì)水平間隔分布的復(fù)合梁段，兩組所述復(fù)合梁段的表面外側(cè)和內(nèi)側(cè)分別設(shè)有縱振壓電陶瓷片組和彎振壓電陶瓷片組，兩組所述復(fù)合梁段的相對(duì)端部之間固定夾持有工具頭，所述復(fù)合梁段的外壁設(shè)有支撐座，激發(fā)超聲振子在兩個(gè)空間垂直平面內(nèi)的同形模態(tài)，一方面增加了金屬箔材與基板間的作用形式，能加強(qiáng)二者法向結(jié)合力和增大切向作用范圍從而實(shí)現(xiàn)高效固結(jié)；另一方面，彎曲振動(dòng)的激發(fā)能夠使作用部位產(chǎn)生橢圓軌跡振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)推動(dòng)超聲振子轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，利用作用部位的微幅橢圓振動(dòng)推動(dòng)砧板平動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)切換固結(jié)區(qū)域的功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電超聲驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為縱彎復(fù)合振動(dòng)模式增材制造超聲振子。

背景技術(shù)

超聲波振子又稱超聲波振動(dòng)子，由壓電陶瓷的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能(聲波振動(dòng))的相互轉(zhuǎn)換，并通過(guò)聲阻抗匹配的前后輻射蓋塊進(jìn)行放大的器件。

現(xiàn)有超聲固接系統(tǒng)工作過(guò)程為：高頻(超聲頻域)交變電壓信號(hào)通過(guò)逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)化為壓電振子的超聲振動(dòng)，該超聲振動(dòng)經(jīng)過(guò)特定結(jié)構(gòu)形式的波導(dǎo)傳遞至作用部位，由于作用部位在一定靜壓力的作用下將金屬箔材壓在基板上，振動(dòng)能量經(jīng)摩擦耦合作用轉(zhuǎn)化為金屬箔材之間固接所需能量，壓電振子、波導(dǎo)及其作用部位共同構(gòu)成超聲振動(dòng)系統(tǒng)，該振動(dòng)系統(tǒng)以滾壓的方式作用金屬箔材從而實(shí)現(xiàn)箔材大面積連續(xù)固接(如圖1所示)。

目前存在整個(gè)定子為一個(gè)具有凹槽的圓柱體(變截面圓柱體)，其中部?jī)蓚€(gè)圓盤為驅(qū)動(dòng)足，用于與動(dòng)子接觸，壓電陶瓷環(huán)安裝在定子兩端，通過(guò)壓塊和螺母壓緊，用于激發(fā)圓柱的橫向彎曲振動(dòng)，壓電陶瓷為兩分區(qū)反向極化的壓電陶瓷環(huán)，兩片壓電陶瓷環(huán)為一組，共四組，布置在定子外側(cè)的兩組為A相，用于激勵(lì)定子y向的彎曲模態(tài)，布置在定子內(nèi)側(cè)的兩組為B相，用于激勵(lì)定子x向的彎曲模態(tài)，其結(jié)構(gòu)與振動(dòng)模式示意圖如圖2和3所示，位于定子兩端陶瓷片中間的部件為定子支撐，用于定子的固定，兩個(gè)圓盤以橢圓軌跡振動(dòng)，當(dāng)圓盤與其他物體接觸時(shí)，將產(chǎn)生沿振動(dòng)軌跡切向的推力，從而將微米級(jí)微幅振動(dòng)轉(zhuǎn)化為物體的單向宏觀運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，作用部位是一圓柱面結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)大面積固結(jié)過(guò)程中，一方面需要該圓柱面沿其軸向產(chǎn)生較大振幅的高頻振動(dòng)，這導(dǎo)致金屬箔材與基板的作用形式單一，不能高效固結(jié)；另一方面，為了切換固結(jié)區(qū)域，需要一個(gè)輔助作動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圓柱面的滾動(dòng)以及砧板沿其滾動(dòng)方向的同步平動(dòng)，輔助作動(dòng)系統(tǒng)的存在增加的系統(tǒng)的體積，基于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了縱彎復(fù)合振動(dòng)模式增材制造超聲振子，以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供縱彎復(fù)合振動(dòng)模式增材制造超聲振子，以解決上述背景技術(shù)中提出的需使金屬箔材與基板高效固結(jié)，方便切換固結(jié)區(qū)域的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：縱彎復(fù)合振動(dòng)模式增材制造超聲振子，包括兩組相對(duì)水平間隔分布的復(fù)合梁段，兩組所述復(fù)合梁段的表面外側(cè)和內(nèi)側(cè)分別設(shè)有縱振壓電陶瓷片組和彎振壓電陶瓷片組，兩組所述復(fù)合梁段的相對(duì)端部之間固定夾持有工具頭，所述復(fù)合梁段的外壁設(shè)有支撐座，所述彎振壓電陶瓷片組包括八片彎振壓電陶瓷片，且八片彎振壓電陶瓷片分為左右兩側(cè)各四組，任意相鄰兩組所述彎振壓電陶瓷片之間均固定有電極片，且八片彎振壓電陶瓷片順序排號(hào)，第一、四、五、八所述彎振壓電陶瓷片接地，第二、七所述彎振壓電陶瓷片串聯(lián)A相電源，第三、六所述彎振壓電陶瓷片串聯(lián)B相電源，所述彎振壓電陶瓷片由對(duì)稱切分的兩個(gè)半片壓電陶瓷片組成，且兩個(gè)半片壓電陶瓷片極化方向相反。

優(yōu)選的，所述復(fù)合梁段包括法蘭、兩個(gè)口徑不同的薄壁梁和絕緣套，兩組所述薄壁梁通過(guò)絕緣套與法蘭固定連接。

優(yōu)選的，所述縱振壓電陶瓷片組包括八片單分區(qū)縱振壓電陶瓷片，且八片單分區(qū)縱振壓電陶瓷片分為左右兩側(cè)各四組，且兩兩極化方向相對(duì)布置，任意相鄰兩組所述單分區(qū)縱振壓電陶瓷片之間均固定有電極片。

優(yōu)選的，所述支撐座、法蘭和薄壁梁為一體件。

優(yōu)選的，所述彎振壓電陶瓷片的橫截面為圓形或方形。