[發明專利]通孔音極及具有通孔音極的超音波裝置

無效

• 申請號: 201110261462.5
• 申請日: 2011-08-30
• 公開（公告）號: CN102909169A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 陳興;周珊珊;陳幸德
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮

技術領域

本發明關于一種音極及其超音波裝置，特別是關于一種通孔音極及其超音波裝置。

背景技術

超音波音極(ultrasonic?horn?or?sonotrode)的應用范圍極其廣泛，舉凡清洗、乳化、混合、分散、霧化、布料或材料切割、布料切花、鉆孔、機械加工、機械研磨、機械銑切、塑膠熔接、金屬焊接(welding)、細胞破壞、各種型式的材料或物件破壞等，皆可利用超音波音極的高速運動來達到其工作效果。

在上述的應用中，為達到較高的高速運動，于超音波音極的設計上皆希望有較大的位移放大率(輸出面位移/輸入面位移)以達到工作要求的效率。

然而在公知的超音波音極設計上多屬縱向運動，其形狀多為階梯形(stepped)、指數形(exponential)、圓錐形(conical)、傅立葉形(Fourier)、Catenoidal形、Bézier形、或是上述型式的組合設計等，在上述型式的設計或其組合設計中，如圖1所示為了要增加超音波音極的輸出端2的位移，多縮小其輸出端2區域的面積，以增加其位移放大率，例如：在一維運動假設下，階梯形音極的位移放大率最大值與輸入端3面積除以輸出端2面積成正比，但是上述這種超音波音極在位移放大后，將造成其輸出端2的工作面積減少。例如位移放大倍率為4時，工作面積亦將減為1/4。也因此先前技術多用在小范圍局部固體或液體的加工作業，例如：切斷、塑膠熔接、鉆孔、IC產業的線焊接(wire?bonding，welding)、液體霧化、眼球水晶體乳化、手術刀等。

又為了增加位移放大倍率且適用于太空地質探測下的輕負載要求，而采用縱向(longitudinal)振動轉換為彎曲(bending)振動設計的小尺寸折迭超音波音極(folded?sonotrode)作為巖石鉆孔之用；或是為了得到比較平整的大尺寸輸出面，而設計側向槽孔(slot)的超音波音極。但是上述超音波音極的輸出端皆有工作面積變小的現象，以致于傳統設計的超音波音極僅能于實驗室環境中使用，而難以將該設備放大并應用于實際作業環境中。

然而上述這些超音波音極的輸出端皆為實心，基本上其工作區域皆集中在超音波音極的前方，對于通過于音極邊緣的液體基本上是屬于無效工作區域的，因此先前技術多利用不同程序或是組件的安排來增加液體通過超音波音極前方的停留時間，以利用超音波音極前端高壓輻射聲場于液體中產生的聲蝕效應(acoustic?cavitation)或超音波化學(sono-chemistry)效應來進行工作，并未利用到超音波音極本身高速的剪切運動及慣性作用。此外，上述傳統的超音波音極由于為實心設計，如果是放置于液體通道中使用時，則會阻擋液體的流動，增加液體的阻力。為了減輕液體流動的阻力，于是采取縮小超音波音極工作面積或是增加管徑，但是此種安排皆會導致設備體積增大及減少有效工作范圍，以及僅有少部分的液體被超音波音極有效處理，如果想要去除沾附于管壁內徑的附著物更是因為有管徑內液體流動的阻力難以進行去除作業。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供通孔音極，其具有多個通孔，以供利用高速的剪切運動及慣性作用將音極的作用物均勻化或擊碎。

本發明揭示一種通孔音極。此通孔音極包含一輸出端、一頸部以及一輸入端。該輸出端包含一本體以及多個通孔，其中該本體包含一第一表面以及相對于該第一表面的該第二表面，且該些通孔穿透該本體而開口于該第一表面及該第二表面。該頸部連接該第二表面，而該輸入端連接該頸部，因此該頸部間接連接了該輸入端及該輸出端，其中該輸入端的橫切面的面積可大于或小于或等于該第一表面的面積。

另外，本發明亦發明一種超音波裝置。此超音波裝置包含一換能器、一升壓裝置以及一通孔音極。該換能器包含一壓電裝置。該升壓裝置連接該換能器并放大該壓電裝置所產生的一振幅。該通孔音極包含具有一本體以及多個通孔的一輸出端。該本體包含一第一表面以及相對于該第一表面的該第二表面，且該些通孔穿透該本體而開口于該第一表面及該第二表面，該輸出端輸出該振幅以供將通孔音極的作用物均勻化或擊碎。連接該輸出端的該第二表面的頸部連接該輸入端，其中該輸入端的橫切面的面積可小于或等于該第一表面的面積，但仍然維持高倍數的位移放大率。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

附圖說明

圖1顯示一傳統超音波音極的示意圖；

圖2顯示根據本發明一實施例的通孔音極的示意圖；

圖3顯示根據本發明一實施例的通孔音極的獨立通孔的示意圖；