本发明专利技术关于一种通孔音极及具有通孔音极的超音波装置，该通孔音极于输出面具有多个通孔。该通孔音极具有大工作端面，端面周围具有高位移放大率。利用高声压辐射声场，以及通孔与非通孔之间的惯性力及速度明显差异，经由组合多个通孔音极，可以有效的进行超音波化学反应、生质能物质前处理、物质破碎、物质尺度微纳米化、细胞破坏、纳米颗粒分散、高级乳化、混合、搅拌、去除外部附着物或内部附着物等作业。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术关于一种音极及其超音波装置，特别是关于一种通孔音极及其超音波装置。
技术介绍
超音波音极(ultrasonic horn or sonotrode)的应用范围极其广泛,举凡清洗、乳化、混合、分散、雾化、布料或材料切割、布料切花、钻孔、机械加工、机械研磨、机械铣切、塑胶熔接、金属焊接(welding)、细胞破坏、各种型式的材料或物件破坏等，皆可利用超音波音极的高速运动来达到其工作效果。在上述的应用中，为达到较高的高速运动，于超音波音极的设计上皆希望有较大的位移放大率(输出面位移/输入面位移)以达到工作要求的效率。然而在公知的超音波音极设计上多属纵向运动，其形状多为阶梯形(stuped)、指数形(exponential)、圆维形(conical)、傅立叶形(Fourier)、Catenoidal 形、Bezier 形、或是上述型式的组合设计等，在上述型式的设计或其组合设计中，如图I所示为了要增加超音波音极的输出端2的位移，多缩小其输出端2区域的面积，以增加其位移放大率，例如在一维运动假设下，阶梯形音极的位移放大率最大值与输入端3面积除以输出端2面积成正比，但是上述这种超音波音极在位移放大后，将造成其输出端2的工作面积减少。例如位·移放大倍率为4时，工作面积亦将减为1/4。也因此先前技术多用在小范围局部固体或液体的加工作业，例如切断、塑胶熔接、钻孔、IC产业的线焊接(wire bonding, welding)、液体雾化、眼球水晶体乳化、手术刀等。又为了增加位移放大倍率且适用于太空地质探测下的轻负载要求，而采用纵向(longitudinal)振动转换为弯曲(bending)振动设计的小尺寸折迭超音波音极(foldedsonotrode)作为岩石钻孔之用；或是为了得到比较平整的大尺寸输出面，而设计侧向槽孔(slot)的超音波音极。但是上述超音波音极的输出端皆有工作面积变小的现象，以致于传统设计的超音波音极仅能于实验室环境中使用，而难以将该设备放大并应用于实际作业环境中。然而上述这些超音波音极的输出端皆为实心，基本上其工作区域皆集中在超音波音极的前方，对于通过于音极边缘的液体基本上是属于无效工作区域的，因此先前技术多利用不同程序或是组件的安排来增加液体通过超音波音极前方的停留时间，以利用超音波音极前端高压福射声场于液体中产生的声蚀效应(acoustic cavitation)或超音波化学(sono-chemistry)效应来进行工作，并未利用到超音波音极本身高速的剪切运动及惯性作用。此外，上述传统的超音波音极由于为实心设计，如果是放置于液体通道中使用时，则会阻挡液体的流动，增加液体的阻力。为了减轻液体流动的阻力，于是采取缩小超音波音极工作面积或是增加管径，但是此种安排皆会导致设备体积增大及减少有效工作范围，以及仅有少部分的液体被超音波音极有效处理，如果想要去除沾附于管壁内径的附着物更是因为有管径内液体流动的阻力难以进行去除作业。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供通孔音极，其具有多个通孔，以供利用高速的剪切运动及惯性作用将音极的作用物均匀化或击碎。 本专利技术揭示一种通孔音极。此通孔音极包含一输出端、一颈部以及一输入端。该输出端包含一本体以及多个通孔，其中该本体包含一第一表面以及相对于该第一表面的该第二表面，且该些通孔穿透该本体而开口于该第一表面及该第二表面。该颈部连接该第二表面，而该输入端连接该颈部，因此该颈部间接连接了该输入端及该输出端，其中该输入端的横切面的面积可大于或小于或等于该第一表面的面积。另外，本专利技术亦专利技术一种超音波装置。此超音波装置包含一换能器、一升压装置以及一通孔音极。该换能器包含一压电装置。该升压装置连接该换能器并放大该压电装置所产生的一振幅。该通孔音极包含具有一本体以及多个通孔的一输出端。该本体包含一第一表面以及相对于该第一表面的该第二表面，且该些通孔穿透该本体而开口于该第一表面及该第二表面，该输出端输出该振幅以供将通孔音极的作用物均匀化或击碎。连接该输出端的该第二表面的颈部连接该输入端，其中该输入端的横切面的面积可小于或等于该第一表面的面积，但仍然维持高倍数的位移放大率。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。附图说明图I显不一传统超音波音极的不意图；图2显示根据本专利技术一实施例的通孔音极的示意图；图3显示根据本专利技术一实施例的通孔音极的独立通孔的示意图；图4显示根据本专利技术另一实施例的通孔音极的通孔的示意图；图5显示根据本专利技术一实施例的超音波装置的示意图；图6显示根据本专利技术一实施例的由多个具有不同通孔音极的超音波装置所组成的系统的不意图；图7显示根据本专利技术另一实施例的由单一超音波装置所组成的系统的示意图；图8显示根据本专利技术另一实施例的由单一超音波装置与垂直管路所组成的系统的不意图；以及图9显示根据本专利技术另一实施例的由多个超音波装置以串联组合方式所组成的系统的不意图。其中，附图标记1,1' ,I"，1" !系统10,IOi通孔音极20输出端21 本体22 通孔23第一表面24第二表面30 颈部40，40'输入端41 孔洞50升压装置51凸缘结构52环形板 53贯穿孔60换能器61压电装置80垂直管路100超音波装置具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本专利技术的目的、方案及功效，但并非作为本专利技术所附权利要求保护范围的限制。如图2的实施例所示,通孔音极lO(sonotrode)包含一输出端20、一颈部30以及一输入端40。输出端20包含一本体21以及多个通孔22。本体21包含一第一表面23以及相对于该第一表面23的该第二表面24,该些通孔22穿透该本体21而开口于该第一表面23及该第二表面24。如图2所示的实施例中，输入端40进一步包含一多个孔洞41，该些孔洞41的开口面向该第二表面24。在此实施例中，该些孔洞41或该些通孔22皆为圆形孔。然而在其他实施例(图未示)，该些孔洞41或该些通孔22独立选自圆孔、方孔以及多边形孔，此处的独立是指各个通孔22或孔洞41可单独为圆孔、方孔或多边形孔如图3所示。此夕卜，通孔音极10的通孔22或孔洞41形状，可以依照需求为圆形、方形或其他形状，通孔的尺度则可视待处理物质尺度而加以变化，以达到最佳化处理程度。再者，如图2所示，通孔22的轴向Y也可平行于音极10的轴向X ;在图4的实施例中，通孔22的轴向Y亦可与音极10轴向X相互形成一夹角α，该夹角α范围介于10度至60度之间，以增加液体行经路径及液体扰动效果。当物件以200 μ m的位移振幅振动时，虽然此位移量看来不起眼，仅约为三根头发的厚度,但是当此一物件以频率20kHz往复振动时，则此时的速度振幅可达到25m/s,等同每小时90km的速度,而加速度振幅更高达3. 16X 106m/s2,也就是超过30万倍的地球重力加速度。当物件以100 μ m的位移振幅振动且其频率为40kHz时，则此时的速度振幅可达到25m/s，而加速度振幅更高达6. 23 X 106m/s2,也就是超过60万倍的地球重力加速度。由此可知，当产生上述振动行为时，此振动除了有极高的速度振幅，而且有极其强大的动态作用力量及惯性力量，可用来进行物质本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通孔音极，其特征在于，包含：一输出端，包含一本体以及多个通孔，其中该本体包含一第一表面以及相对于该第一表面的第二表面，且该些通孔穿透该本体而开口于该第一表面及该第二表面；一颈部，连接该第二表面；以及一输入端，连接该颈部，其中该输入端的横切面的面积小于或等于或大于该第一表面的面积。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴，周珊珊，陈幸德，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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