CN112122244A - 一种非均布式超声波清洗用工具头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非均布式超声波清洗用工具头，包括套筒、芯体以及若干个第三声道，所述芯体上开设有两个均布的第一声道和两个均布的第二声道，所述第一声道与所述第二声道相间排列，且相互重叠形成四个重合口和一个尖端；所述第一声道由第一锥面和第一柱面组成，所述第二声道由第二锥面和第二柱面组成。本发明通过工具头的作用对超声波的声场进行改变，利用超声波的束射特性和在液体内的直进流现象，形成不均匀的超声波声场，提高超声波的搅拌效果，使得清洗液的紊乱效果更大，进而提高清洗效果。

Description

一种非均布式超声波清洗用工具头

技术领域

本发明涉及超声波清洗技术领域，具体涉及一种非均布式超声波清洗用工具头。

背景技术

超声波具有独特的性质，因此在清洗领域超声波的应用范围非常广泛，对于超声波清洗装置来说，其一般都是由超声波发生器发出高频振荡新化，通过换能器、变幅杆以及工具头等将声波发射出去。

超声波具有较强的束射特性，方向性强，在清洗液中，其会产生直进流现象，即清洗液会沿着超声波振子振动的方向流动，进在形成空化现象时产生的射流还能够去除或者削弱污层，增加搅拌作用，加快污物的清洗，因此超声波清洗不单单是空化现象的单独作用，因此增强超声波形成的搅拌效果也能进一步提高清洗效果；

在超声波清洗装置中，工具头也是一个非常重要的零部件，超声波工具头能够对超声波的声场会产生影响，例如改变超声波的辐射面积，超声波的振幅等，因此工具头也会对清洗效果产生影响。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种非均布式超声波清洗用工具头，通过工具头的作用对超声波的声场进行改变，利用超声波的束射特性和在液体内的直进流现象，形成不均匀的超声波声场，提高超声波的搅拌效果，使得清洗液的紊乱效果更大，进而提高清洗效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种非均布式超声波清洗用工具头，包括：

一套筒，所述套筒固定在变幅杆上；

一芯体，所述芯体嵌入在所述套筒内并与所述套筒的内壁相固定；所述芯体上开设有两个均布的第一声道和两个均布的第二声道，所述第一声道与所述第二声道相间排列，且相互重叠形成四个重合口和一个尖端；

其中所述第一声道由第一锥面和第一柱面组成，所述第二声道由第二锥面和第二柱面组成，且所述第一锥面与第二锥面的深度、倾斜角度均不同，所述第一柱面与所述第二柱面的深度不同；所述第一锥面、第一柱面、第二锥面以及第二柱面的轴线均与所述套筒的轴线相平行；

若干个第三声道，所述第三通道由所述芯体的外壁与所述套筒的内部围合而成，且构成所述第三声道的内壁均与所述套筒的底面相垂直。

优选地，所述第一声道的深度与所述第二声道的深度相同；

所述第一锥面的深度大于所述第二锥面的深度，所述第一锥面的倾斜角度大于所述第二锥面的倾斜角度；

所述第一柱面的深度小于所述第二柱面的深度；所述第一柱面的内径与所述第一锥面的最小内径相同，所述第二柱面的内径与所述第二锥面的最小内径相同；所述第一柱面远离所述第一锥面的端部、所述第二柱面远离所述第二锥面的端部相齐平。

优选地，所述第一锥面的倾斜角度小于20°，所述第二锥面的倾斜角度小于35°。

优选地，所述套筒的轴线穿过所述尖端的中心。

优选地，所述第一锥面与所述第二锥面的最大内径相同。

优选地，所述套筒的内径为所述第一锥面的最大内径的两倍。

优选地，所述第二柱面远离所述第二锥面的端部设置有凸出于所述第二柱面之外的凸台，两个所述第二柱面上的两个凸台也沿着套筒的周向均布，所述凸台具有与所述第二柱面内径相同的内壁、与第二锥面的最大内径相同的外壁，且所述凸台内壁、外壁均与所述第二柱面同轴线。

优选地，所述凸台的内壁对应的圆心角为钝角，且其中一个所述第二柱面与两个所述第一锥面最大内径的端部在所述套筒轴向上的投影形成三个相交的圆，三个相交圆形成的两个相远端的交点与第二柱面投影圆心形成的圆心角与所述凸台的内壁对应的圆心角相同。

优选地，所述凸台凸出于所述套筒之外，所述第一柱面远离所述第一锥面的端部、所述第二柱面远离所述第二锥面的端部、所述套筒远离所述第一锥面的端部均齐平。

优选地，所述第一锥面的深度与所述第二锥面的深度均大于所述重合口的深度。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过不同结构大小的第一声道和第二声道，形成一种非均布的形式，进而使得对超声波的声场进行改变，利用超声波的束射特性和在液体内的直进流现象，形成不均匀的超声波声场，提高超声波的搅拌效果，使得清洗液的紊乱效果更大，进而提高清洗效果；

(2)本发明通过第一声道与第二声道的相交重叠，一方面使得两个声道的反射面大小不同，另一方面形成重合口和尖端，降低了声波的反方向反射，进而降低了声波外散和损耗，使得绝大部分的声波能够从该工具头发射出去；

(3)本发明利用第一声道、第二声道以及第三声道，能够形成多股直射声波(没有发生反射)和倾斜的声波，并且第一声道和第二声道形成的倾斜波的倾斜角度不同，进而当多股声波进入清洗液后，后形成多股水流，使得在该工具台附近形成错流效果，进一步提高了液体的紊乱程度，提高清洗效果；

(4)本发明通过在第二声道上设置凸台，一方面延长了第二声道的长度，使得一部分声波反射路径增加，另一方面，该凸台的设置使得第二声道的声场产生变化，促进了不均匀声场的形成，进而促进了液体的紊乱程度，提高了清洗效果；

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种非均布式超声波清洗用工具头的立体图；

图2为图1的另一视图；

图3为图2的主视图一；

图4为图2的主视图二；

图5为图3中A-A向的剖视图；

图6为图3中B-B向的剖视图；

图7为图4中C-C向的剖视图；

图8为图6中的声波反射示意图；

图9为图7中的声波反射示意图一；

图10为图7中的声波反射示意图一；

图11为图9中β角改变后的声波反射示意图；

图12为该工具头从声道射出声波的示意图；

图13为凸台的圆心角位置示意图。

附图标记说明：

1-套筒、2-芯体、21-第一声道、211-第一锥面、212-第一柱面、22-第二声道、221-第二锥面、222-第二柱面、3-第三声道、4-尖端、5-重合口、6-凸台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1和图2所示，本发明提供了一种非均布式超声波清洗用工具头，包括：一套筒1、一芯体2以及若干个第三声道3，套筒1通过螺纹连接的方式固定在变幅杆上，进而使得从变幅杆内出来的直线声波进入套筒1内，并通过芯体2和第三声道3射出进入清洗液内；

其中，芯体2嵌入在套筒1内并与套筒1的内壁相固定；芯体2上开设有两个均布的第一声道21和两个均布的第二声道22，第一声道21与第二声道22相间排列，即第一声道21和第二声道22形成90度夹角，两个第一声道21和两个第二声道22相互重叠形成四个重合口5和一个尖端4，如图3和图4所示；

如图6和图7所示，第一声道21由第一锥面211和第一柱面212组成，第二声道22由第二锥面221和第二柱面222组成，且第一锥面211与第二锥面221的深度、倾斜角度均不同，第一柱面212与第二柱面222的深度不同；第一锥面211、第一柱面212、第二锥面221以及第二柱面222的轴线均与套筒1的轴线相平行，同时第一锥面211与第一柱面212同轴、第二锥面221与第二柱面222同轴；但是需注意第一锥面211的深度与第二锥面221的深度均大于重合口5的深度；最终使得第一声道21和第二声道22的结构大小不同，而形成非均匀的声道结构。

具体的，如图10所示，第一声道21的深度与第二声道22的深度相同(h3)；如图7所示，第一锥面211的深度大于第二锥面221的深度(h1>h2)，第一锥面211的倾斜角度小于第二锥面221的倾斜角度(α<β)；第一柱面212的深度小于第二柱面222的深度；第一柱面212的内径与第一锥面211的最小内径相同，第二柱面222的内径与第二锥面221的最小内径相同；第一柱面212远离第一锥面211的端部、第二柱面222远离第二锥面221的端部相齐平；

进一步的，套筒1的轴线穿过尖端4的中心，第一锥面211与第二锥面221的最大内径相同，且套筒1的内径为第一锥面211的最大内径的两倍，即如图3和图4所示，第一锥面211和第二锥面221的最大内径对应的四个圆相交，并有一个交点位于套筒1的轴线上，其该四个圆与套筒1内切；

考虑到降低声波的反方向反射的损耗，芯体2的外壁进行的一定的处理，即如图3和图4所示，芯体2的外周壁在套筒1轴向上的投影即为第一锥面211和第二锥面221的最大内径对应的四个相交圆围合而成的，因此第三声道3也形成了，即第三声道3由芯体2的外壁与套筒1的内壁围合而成，且构成第三声道3的内壁均与套筒1的底面相垂直，进而使得直线进入的声波能够直接射出；

从第三声道3、形成的重合口5以及尖端4来看，只有射在重合口5、尖端4和芯体2外壁边缘上的声波才会产生反方向发射，当第一锥面211和第二锥面221的最大内径对应的四个圆有一个交点位于套筒1的轴线上，且第一锥面211与第二锥面221的最大内径相同并与套筒1内切时，此时的尖端4相当于一个点，重合口5和芯体2外壁在锥面处的边缘均相当于一条线，因此能够产生反方向的声波非常少，可以认为绝大部分声波都能够通过该工具头射出。

另外，由于第一锥面211和第二锥面221的存在，声波会产生反射，其反射的路径受到锥面倾斜角度的影响，为了提高反射出去声波的量，第一锥面211的倾斜角度α小于20°，第二锥面221的倾斜角度β小于35°；

如图10和图11所示，我们给出在极限位置处的反射情况：

在图10中，其中α为18°，β为34°，当声波J1射在尖端，在第一锥面211内反射后直接射在第一柱面212上，因此在第一声道21内，声波J1不会产生反向反射而产生损耗；而在第二锥面221内声波J1反射后会产生反向反射而射入变幅杆内，因此该声波无法从工具头发射出去，造成损耗；同样的声波J2在第一声道21内不会反向反射，而在第二声道22内则会产生反向反射；但是可以看出虽然存在反向的反射，但是反射量也不会很多；

在图11中，其中α为18°，β为31°，可以看出声波J1和J2都没有产生反向反射的情况，因此合理控制α和β的角度能够影响声波的反射量，但是需要注意的是，当β能够满足没有反方向反射时，α也自然满足，同时在对α和β的角度进行变化时，需要在第一声道21和第二声道22深度不变的情况下进行，即在h3不变的情况进行，具体的图13中的h2’小于图12中的h2，而h1则不变。

通过声道的设置，最终通过该工具头的声波具有不同的方向，即第一锥面211和第二锥面221能够促使声波产生反射，从而从工具头内射出不同角度的声波，而未射在锥面上的声波则直接射出，具体如图5、图8和图9所示，其中图5中的箭头代表从变幅杆内射出的声波：

在图8中，未射在第一锥面211和第二锥面221上的声波J3则直接从该工具头内射出，而射在第二锥面221上的声波J1和J2，则在第二锥面221的作用下产生反射，最终出来的声波则发生角度的改变，与J3形成交错；同理射在第一锥面211上的声波也是如此；

在图9中，未射在第一锥面211和第二锥面221上的声波J3则直接从该工具头内射出，而射在第一锥面211和第二锥面221上的声波J1和J2，则在锥面的作用下产生反射，并利用第一锥面211和第二锥面221结构的不同，使得声波J1和J2出来的倾斜角度不同，进而也产生不同的效果；

综上可以看出，锥面的存在，使得声波形成改变，使得一部分声波具有倾斜角，进而形成多个声波方向而产生不同的方向的搅拌，同时利用第一声道21和第二声道22不同结构的设置，在形成不同方向的声波的同时由于反射路径的不同而产生不同的损耗，而形成不同能量的声波，增加了不均匀性，进而使得清洗液的流速也会产生差别，能够形成一定的层流效果，进而进一步提高清洗效果。

如图6所示，为了进一步的改变声场的分布，在第二柱面222远离第二锥面221的端部设置有凸出于第二柱面222之外的凸台6，两个第二柱面222上的两个凸台6也沿着套筒1的周向均布，凸台6具有与第二柱面222内径相同的内壁、与第二锥面221的最大内径相同的外壁，且凸台6内壁、外壁均与第二柱面222同轴线；同时，凸台6凸出于套筒1之外，第一柱面212远离第一锥面211的端部、第二柱面222远离第二锥面221的端部、套筒1远离第一锥面211的端部均齐平；

即凸台6的设置，一方面延长了第二声道22的长度，使得一部分声波的反射路径增加和出射位置得到改变，进一步增加了声场的不均匀性，另一方面，该凸台6的设置使得第二声道22的声场产生变化，使得在凸台6远离套筒1轴线的一侧基本没有声波射出，也进一步促进了不均匀声场的形成，具体如图12所示：

对于第一声道21，由于第一声道21不存在凸台6，因此从第一声道21出来的声波在周向上都存在，即图中第一声道21处的虚线箭头和实线箭头所示；

对于第二声道22，由于凸台6的存在，在凸台6的背侧则没有声波射出，结合图11，可以看出，没有射在凸台6上的声波会直接射出该工具头，而射在凸台6上的声波则会再次反射而射向套筒1的轴线处，若凸台6不存在，则会射向凸台6的背侧，因此最终在第二声道22处形成扇形的声波场(第一声道21处实线箭头所示)；

最终形成了图12的声波场，即在芯体2的中心处形成来自两个第一声道21和两个第二声道22的反射声波，此处对流程度最大；在第一声道21的相远侧具有声波，而在第二声道22的相远侧则无声波，从而在芯体2的四周形成较弱的声场；最终整体上声场分布不均，同时在第一声道21和第二声道22结构不同的情况下，声波反射不同而产生损耗不同，进而产生的能量不同，都促进不均匀声场的形成而产生不同的搅拌效果；

进一步的，凸台6的内壁对应的圆心角为钝角，且其中一个第二柱面222与两个第一锥面211最大内径的端部在套筒1轴向上的投影形成三个相交的圆，三个相交圆形成的两个相远端的交点与第二柱面222投影圆心形成的圆心角O与凸台6的内壁对应的圆心角相同；即如图13所示，凸台6的内壁对应的圆心角即为图中O所示。

使用时，该工具头安装在变幅杆上，并置于被清洗物的附近，在实际操作过程中，可在被清洗物附近设置多个该工具头，也可以移动该工具头；超声波通过该工具头后，存在能量最大的直射声波，能量弱于直射声波且倾斜射出的反射声波，并且通过第一声道21和第二声道22的反射声波的能量也存在不同，因此整体形成了不同能量的声波，当声波射入清洗液内形成直进流不同而使得液体形成不同的流速，进而产生错流和层流的效果，提高了清洗液的紊乱程度和搅拌效果；另外第一声道21和第二声道22本身结构上的区别也进一步改变了声波的分布范围，提高了声场的不均匀性；

此外，在工具头使用时，需保证变幅杆出来的声波的方向沿着套筒1的轴向，并且声波的范围尽量保持在套筒1内，降低损耗，同时对于第一声道21和第二声道22的内壁需保证较优的光整度，提高反射。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种非均布式超声波清洗用工具头，其特征在于，包括：

一套筒，所述套筒固定在变幅杆上；

一芯体，所述芯体嵌入在所述套筒内并与所述套筒的内壁相固定；所述芯体上开设有两个均布的第一声道和两个均布的第二声道，所述第一声道与所述第二声道相间排列，且相互重叠形成四个重合口和一个尖端；

其中所述第一声道由第一锥面和第一柱面组成，所述第二声道由第二锥面和第二柱面组成，且所述第一锥面与第二锥面的深度、倾斜角度均不同，所述第一柱面与所述第二柱面的深度不同；所述第一锥面、第一柱面、第二锥面以及第二柱面的轴线均与所述套筒的轴线相平行；

若干个第三声道，所述第三通道由所述芯体的外壁与所述套筒的内部围合而成，且构成所述第三声道的内壁均与所述套筒的底面相垂直。

2.如权利要求1所述的一种非均布式超声波清洗用工具头，其特征在于，所述第一声道的深度与所述第二声道的深度相同；

所述第一锥面的深度大于所述第二锥面的深度，所述第一锥面的倾斜角度大于所述第二锥面的倾斜角度；

所述第一柱面的深度小于所述第二柱面的深度；所述第一柱面的内径与所述第一锥面的最小内径相同，所述第二柱面的内径与所述第二锥面的最小内径相同；所述第一柱面远离所述第一锥面的端部、所述第二柱面远离所述第二锥面的端部相齐平。

3.如权利要求2所述的一种非均布式超声波清洗用工具头，其特征在于，所述第一锥面的倾斜角度小于20°，所述第二锥面的倾斜角度小于35°。

4.如权利要求2所述的一种非均布式超声波清洗用工具头，其特征在于，所述套筒的轴线穿过所述尖端的中心。

5.如权利要求4所述的一种非均布式超声波清洗用工具头，其特征在于，所述第一锥面与所述第二锥面的最大内径相同。

6.如权利要求5所述的一种非均布式超声波清洗用工具头，其特征在于，所述套筒的内径为所述第一锥面的最大内径的两倍。

7.如权利要求2或4所述的一种非均布式超声波清洗用工具头，其特征在于，所述第二柱面远离所述第二锥面的端部设置有凸出于所述第二柱面之外的凸台，两个所述第二柱面上的两个凸台也沿着套筒的周向均布，所述凸台具有与所述第二柱面内径相同的内壁、与第二锥面的最大内径相同的外壁，且所述凸台内壁、外壁均与所述第二柱面同轴线。

8.如权利要求7所述的一种非均布式超声波清洗用工具头，其特征在于，所述凸台的内壁对应的圆心角为钝角，且其中一个所述第二柱面与两个所述第一锥面最大内径的端部在所述套筒轴向上的投影形成三个相交的圆，三个相交圆形成的两个相远端的交点与第二柱面投影圆心形成的圆心角与所述凸台的内壁对应的圆心角相同。

9.如权利要求8所述的一种非均布式超声波清洗用工具头，其特征在于，所述凸台凸出于所述套筒之外，所述第一柱面远离所述第一锥面的端部、所述第二柱面远离所述第二锥面的端部、所述套筒远离所述第一锥面的端部均齐平。

10.如权利要求1所述的一种非均布式超声波清洗用工具头，其特征在于，所述第一锥面的深度与所述第二锥面的深度均大于所述重合口的深度。

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