本发明涉及空泡效应的振动组件，尤其涉及一种超声波振动组件、具有该振动组件的美容装置及其使用方法。
背景技术
空化是指当液体内局部压力降低时，液体内部或液固交界面上蒸气或气体的空穴(空泡)的形成、发展和溃灭的过程。空化机理指空泡形成、发展和溃灭过程的物理本质，影响上述过程的主要因素有：液体本身的特性(表面张力、抗拉强度、温度、总空气含量、自由气体浓度、核谱即空化核的大小和尺度分布、粘性、压缩性、密度、饱和蒸气压等)，液体的流体动力特性(湍流度、流场中的压力梯度、压力随时间的变化过程、热传导、气体扩散效应等)和沉浸物体表面的物化特性(表面浸润性、多孔性、粗糙度等)。其中空化核的存在是液体空化的先决条件；压力场的作用是液体空化的外部原因，压力幅值和施加时间决定液体空化状态。工程上常用流场中最低压力系数cfmin来预测起始空化数σi，空化起始的经典相似律就是σi＝-cfmin。但是，偏离经典相似律的情况是常见的，而且在相同的空化数值下，原型与模型的空化状态也往往不同，这就是所谓的空化的尺度效应。
液体中的微小气泡核在超声波作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡将迅速膨胀，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，这种膨胀、闭合、振荡等一系列动力学过程称超声波空化作用。超声波能量足够高时，就会产生“超声波空化”现象。存在于液体中的微小气泡(空化核)在超声场的作用下振动、生长并不断聚集声场能量，当能量达到某个阈值时，空化气泡急剧崩溃闭合的过程。现象气泡的寿命约0.1μs，它在急剧崩溃时可释放出巨大的能量，并产生速度约为110m/s、有强大冲击力的微射流，使碰撞密度高达1.5kg/cm2。现象气泡在急剧崩溃的瞬间产生局部高温高压(5000k，1800atm)，冷却速度可达109k/s。
空洞内为液体蒸气或溶于液体的另一种气体，甚至可能是真空。因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生激波。与空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷，并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中进行超声处理的技术大多与空化作用有关。空化作用一般包括3个阶段：空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。当盛满液体的容器通入超声波后，由于液体振动而产生数以万计的微小气泡，即空化泡。这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区生长，而在正压区迅速闭合，从而在交替正负压强下受到压缩和拉伸。在气泡被压缩直至崩溃的一瞬间，会产生巨大的瞬时压力，一般可高达几十兆帕至上百兆帕。
目前，市面上有产品应用空化作用来进行皮肤清洁、美容以及瘦身。但是上述的产品的液体介质与振动件接触的表面为平面，振动件在振动时其表面的振动频率单一、相位一致，能量发散，不适合多种液体成份在振动时都能产生空泡，因而对皮肤清洁、美容以及瘦身效果差。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种振动组件、具有该振动组件的美容装置及其使用方法，通过在其振动件表面设置振动凹部实现不同振幅的振动。
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种振动组件，包括：
振动件，所述振动件包括振动本体和设置在所述振动本体上的至少一个振动凹部，
超声波振子，驱动所述振动本体和至少一个振动凹部以不同的振幅振动。
优选地，所述振动件包括多个振动凹部，所述多个振动凹部具有不同形状和深度。
优选地，所述超声波振子贴设于所述振动本体的一侧，所述振动凹部位于所述振动本体中远离所述超声波振子的一侧，并由所述振动本体去料形成。
优选地，所述振动凹部包括靠近所述超声波振子的凹底壁和环绕所述凹底壁的凹侧壁，所述凹底壁与凹侧壁共同构成带有开口的半封闭腔体。
优选地，所述凹底壁呈平面或弧面，所述凹侧壁呈圆柱面或圆锥面。
优选地，所述振动件由金属或陶瓷材料制成。
优选地，所述振动本体上还开设有安装槽，所述安装槽与所述振动凹部连通；
所述振动组件还包括安装在所述安装槽内的柔性件，所述柔性件用于吸附液体介质。
优选地，所述柔性材料包括海绵、蚕丝、棉、涤纶、混纺、天丝或生物纤维中任一种。
优选地，所述超声波振子和所述振动件一体成型。
一种美容装置，包括上述的振动组件。
一种美容装置的使用方法，包括以下步骤：
s1、提供上述的美容装置和液体介质；
s2、将液体介质注入所述美容装置的振动凹部中；
s3、启动超声波振子带动振动本体和振动凹部以不同的振幅振动；
s4、液体介质在超声波振子的不同振幅的振动下产生空化，从而使振动凹部中的液体形成微型喷射流体并射出。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明通过在振动件的表面设有振动凹部，当振动件的表面涂覆液体介质，超声波振子带动振动件振动时，振动件表面的液体介质流入该多个振动凹部中形成空泡胞，一方面，由于振动凹部具有一定深度，底部连接超声波振子而振动，形成炮管效应，沿轴向汇聚能量并将液体向外发射，大大促进和增强了空泡形成；另一方面，利用超声波振子的振动能量，振动件发生振动产生超声波基波以及振动凹部产生的不同频率和不同相位的二次或多次谐波，在振动件表面形成一个由高强度基波和多频率多相位的谐波群组成的超声波群，该超声波群作用于水和化妆品混合成的液体介质，使其中各主要成份对应的分子量都能谐振，产生空泡，达成空化作用，有效提高了对皮肤清洁、美容以及瘦身效果。
附图说明
图1为本发明提供的第一实施例的振动组件的结构示意图；
图2为图1所示的振动组件，振动本体和振动凹部在超声波振子的驱动下产生不同频率和相位的超声波谐波；
图3示出了向图1所示的振动组件中注入液体介质，液体介质在振动作用下朝向振动凹部的开口方向汇聚；
图4示出了图3中的液体介质在超声波谐波的作用下空化并喷出；
图5为本发明提供的第二实施例的振动组件的结构示意图；
图6为本发明提供的第三实施例的振动组件的结构示意图；
图7为本发明提供的振动组件应用于手持便携式美容仪中的结构示意图；
图8为本发明提供的振动组件应用于美眼仪中的结构示意图；
图9为本发明提供的振动组件应用于铲皮刀的结构示意图。
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，本领域技术人员在没有作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。
如图1所示，在本发明的一实施例中，振动组件100包括超声波振子110和振动件120，超声波振子110与振动件120连接，以带动振动件120产生振动。在本实施例中，超声波振子110贴设于振动件120的一侧。超声波振子110带动振动件120以设定频率振动，设定频率不低于20khz。可以理解的是，超声波振子与振动件也可以采用其他的方式连接，如螺纹紧固等方式，或者超声波振子与振动件之间间接连接，如两者之间还设有传递振动的其它零部件。在其他实施例中，超声波振子110和振动件120也可以一体成型。
在本实施例中，振动件120包括大致呈平板状的振动本体121和设置在振动本体121上的振动凹部122。该振动件120由金属或陶瓷材料制成。超声波振子110贴设于振动本体121的一侧，振动凹部122位于振动本体121中远离超声波振子110的一侧。优选地，振动凹部122为振动本体121中远离超声波振子110的一侧去料形成的凹坑。振动凹部122包括靠近超声波振子110的凹底壁1221和环绕凹底壁1221的凹侧壁1222。凹侧壁1222与凹底壁1221一起构成带有开口1220的半封闭腔体，也可称为空泡胞，其可以用于增强和协助空泡的产生。凹底壁1221可以是平面或弧面，凹侧壁1222可以是平面、圆柱面或圆锥面。
如图2-图4所示，当超声波振子110工作时，超声波振子110带动振动件120以设定的频率产生振动，该设定的频率不小20khz。振动件120的振动本体中，由于振动凹部122和振动本体121的质量不同，从而使得振动凹部122与振动本体121以不同的振幅振动。振动件120在超声波振子110的驱动下产生超声波基波，振动本体121振动产生具有第一频率和第一相位的第一谐波1211，振动凹部122振动产生具有第二频率和第二相位的第二谐波1223。其中，第二谐波1223的波长可设计为与振动凹部122的深度成整倍数关系，以提高第二谐波1223的空化效率。
在本实施例中，由空化的定义可知，空化核(微小气泡)的存在是液体空化的先决条件；压力场的作用是液体空化的外部原因，压力幅值和施加时间决定液体空化状态。液体介质140为清洁液和水的混合物或护肤营养液与水的混合物，其具有空化核(微小气泡)，当超声波作用(形成压力场)于液体介质140时，使液体介质140发生空化。以下结合附图2至图4对振动组件100使液体介质140空化及利用液体介质140的空化对皮肤进行清洁或美容进行说明。
当超声波振子110带动振动件120以设定的频率振动，并向振动凹部122内注入液体介质140时，振动凹部122的凹底壁1221振动使液体介质140发生空化，由于振动凹部122的凹侧壁1222的刚性约束，振动产生的能量只能沿着开口1220的方向汇聚并聚集在振动凹部122的轴线，最终朝着开口1220的方向迸发并作用于液体介质，使得液体介质140产生空泡并向开口1220的方向发射包含空泡的流体141。同时，第一谐波1211和第二谐波1223作用于流体141，使流体141中的各主要成份的分子量都能谐振，产生空泡，达成空化作用，包含大量微气泡(空泡)的流体141不断冲击皮肤表面。流体141在冲击皮肤的过程中，微气泡破裂并产生瞬时高压而作用于皮肤表面的污渍，使污渍从皮肤上脱落，油性污渍能够有效乳化，使其易溶于水，从而达到快速而深度清洁皮肤的目的；气泡破裂并产生瞬时高压还有助于将流体141中的护肤营养液渗透到皮肤内，提高了护肤营养液的渗透力，有利于皮肤对护肤营养液的吸收。
参考图5，本发明提供的第二实施例的振动组件。在该实施例中，振动件120包括多个具有不同形状和深度的振动凹部122。深度即沿振动本体121的厚度方向的长度。该多个振动凹部122均匀或不均匀地间隔分布在振动本体121中，使得超声波振子110带动振动件120振动时，振动件120上的每个振动凹部122为单独的振动源，该多个振动凹部122分别振动产生多个不同频率和相位的第二谐波，多个第二谐波组成一个谐波群，谐波群可促进不同分子量的液体产生空泡，继而增强空化作用。
参考图6，本发明提供的第三实施例的振动组件。该实施例与第二实施例的区别仅在于，在该实施例中，振动本体121的表面上开设有安装槽123，多个振动凹部122设置在安装槽123的底部，并与安装槽123连通。安装槽123中固定有柔性件130。
柔性件130可以用于吸附液体介质140并将液体介质140锁附在振动凹部122内。可选的，柔性件130为海绵、蚕丝、棉、涤纶、混纺、天丝或生物纤维中的任一种。
如图7至图9所示，本发明还提供一种应用上述振动组件100的美容装置，其中，图7所示为应用振动组件的手持便携式美容仪的结构示意图，图8所示为应用振动组件的美眼仪的结构示意图，图9所示为应用振动组件的铲皮刀的结构示意图。在美容装置的上述实施例中，美容装置包括超声波振子110和振动件120振动件120包括振动本体121和多个振动凹部122，多个振动凹部122的横截面可以是圆形、三角形、方形或者其他正多边形，振动凹部122的深度也可以不一样，以产生由不同频率和相位的谐波组成谐波群，促进不同分子量的液体介质产生空泡，达成增强空化作用。
另外，需要说明的是，在本发明实施例中，振动凹部122的形状大小、深度、数量、分布排列方式等可根据不同产品而专门设计，不应局限于上述实施方式，此处不做具体限定。
本发明还提供上述美容装置的使用方法，包括以下步骤：
s1、在振动组件100的振动凹部122内注入液体介质140，超声波振子110带动振动件120振动，振动件120产生超声波基波，振动本体121和振动凹部122以不同的振幅振动，产生不同相位和频率的超声波谐波，该不同的谐波将液体介质140转换成流体141，由于振动凹部122为带有开口1220的半封闭腔体结构，在振动以及半封闭腔体的作用下，振动凹部122内的流体从开口1220方向射出，同时，当振动凹部122为多个，多个振动凹部122分别振动产生多个不同频率和相位的谐波，从而组成谐波群；
s2、将超声波基波和谐波群作用于流体141，以使流体141产生空泡，达成空化作用，其中，流体141是清洁液、水和空泡的混合物或/和护肤营养液、水和空泡的混合物，且流体141具有一定的速度；
s3、将包含大量空泡的流体141冲刷皮肤表面，空泡破裂并产生瞬时高压而作用于皮肤表面的污渍，使污渍从皮肤上脱落，油性污渍能够有效乳化，使其易溶于水，从而达到快速而深度清洁皮肤的目的；气泡破裂并产生瞬时高压还有助于将护肤营养液渗透到皮肤内，提高了护肤营养液的渗透力；有利于皮肤对护肤品的吸收。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。