專利名稱：壓電流體霧化裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電流體霧化器。更具體地，本發(fā)明涉及利用隧道和 凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的壓電流體霧化器。
背景技術(shù)：
壓電材料當(dāng)承受機(jī)械力時(shí)具有不一般的特性，所述材料，特別是 結(jié)晶材料，獲得電極性，而且當(dāng)所述材料處于電場(chǎng)時(shí)，按照電場(chǎng)的極 性并與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，材料被拉長(zhǎng)或者被縮短。由于這些特性，壓 電材料已經(jīng)被廣泛使用。例如，壓電材料已經(jīng)用在檢測(cè)場(chǎng)合，比如力 或位移傳感器，而且?guī)в心嫦驂弘娦Ч牟牧系膽?yīng)用場(chǎng)合包括致動(dòng)應(yīng) 用，比如在馬達(dá)和精確控制定位的裝置中，和產(chǎn)生聲信號(hào)及超聲信號(hào) 的應(yīng)用。壓電式換能器將電能轉(zhuǎn)換為要執(zhí)行任務(wù)的振動(dòng)機(jī)械能，比如聲波 或超聲波。壓電式換能器被用來(lái)產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，用于清潔、霧化液 體、鉆井、研磨陶瓷或者其它難加工材料、焊接塑料、和醫(yī)學(xué)診斷。 在一個(gè)應(yīng)用中可以使用一個(gè)或者多個(gè)壓電式換能器。傳統(tǒng)的霧化器通常利用布置在霧化室下方部分的超聲振動(dòng)部件。 電路，其在超聲波頻率振蕩，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)部件，并且在儲(chǔ)液器內(nèi)沿著液 體線放置的液面?zhèn)鞲衅鞯恼龢O端和負(fù)極端測(cè)量并維持流體的安全體 積。在操作過(guò)程中，超聲波振動(dòng)部件產(chǎn)生使儲(chǔ)液器內(nèi)液體霧化的聲場(chǎng)。 因?yàn)閭鹘y(tǒng)的霧化器的儲(chǔ)液器是敞口設(shè)計(jì)，液體必須被維持在較高的體 積和液面，由此超聲波振動(dòng)部件不可避免地需要更大的聲波激勵(lì)表面以產(chǎn)生足夠的使儲(chǔ)液器內(nèi)液體霧化的聲場(chǎng)。因此，傳統(tǒng)霧化器的設(shè)計(jì) 一般需要高功率消耗和AC適配器。盡管霧化器可由手工起動(dòng)，但是這樣的霧化器只能近距離使用，不能用于遙控地提供霧化流體。也存 在其它設(shè)計(jì)元件，但這些元件妨礙霧化器的發(fā)展，還沒(méi)有發(fā)生更廣泛 的使用。流體霧化器需要的是，緊湊、帶有低功率消耗、并且能夠遙控使用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明一般包括提供霧化流體的方法和裝置。具體地，本發(fā)明的 裝置是緊湊的，并且具有低功率消耗的功能。本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例包 括能夠由AC電流供以電力的流體霧化器，或者可選擇地由通過(guò)，包括但不限于，電池和許多其它的DC電流源提供的DC電流供以電力的 流體霧化器。本發(fā)明的裝置方面可以被遙控控制。通過(guò)使用計(jì)時(shí)設(shè)備， 所述裝置可在任何時(shí)間被起動(dòng)以提供例如霧化的香水、空氣清新劑或 者藥劑。所述裝置的各個(gè)實(shí)施例包括含有對(duì)稱或非對(duì)稱壓電部件的壓 電霧化器。壓電霧化器的各個(gè)實(shí)施例包括限定開口的壓電部件，所述 壓電部件被粘結(jié)到限定儲(chǔ)霧器的金屬板。更具體地，所述儲(chǔ)霧器限定 多個(gè)基本垂直定向的孔(或洞)，并且所述壓電部件的開口可被置于 儲(chǔ)霧器的上方。本發(fā)明的方法包括使用此處公開的裝置來(lái)提供霧化流體。極小的 流體可包括影響環(huán)境或環(huán)境中人或動(dòng)物的流體，包括但不限于，香水、 空氣清新劑、或者藥劑。本發(fā)明的各個(gè)目的、有益效果和優(yōu)點(diǎn)在參照附圖閱讀并理解本說(shuō) 明書后將變得更明顯。


圖1A-C是含有隧道結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的實(shí)施例的圖。 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一方面的圖，該實(shí)施例包括具有隧道結(jié)構(gòu) 的壓電部件。圖3是浮標(biāo)式墊圈結(jié)合本發(fā)明的壓電部件的實(shí)施例的圖。 圖4是浮標(biāo)式墊圈支架結(jié)合本發(fā)明的壓電部件的實(shí)施例的圖。 圖5是錐形彈簧系統(tǒng)結(jié)合本發(fā)明的壓電部件的實(shí)施例的圖。 圖6是保持系統(tǒng)室結(jié)合本發(fā)明的壓電部件的實(shí)施例的圖。 圖7A-C是含有凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的實(shí)施例的圖。 圖8是含有帶凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的壓電部件的本發(fā)明的實(shí)施例的圖。 圖9是浮標(biāo)式墊圈結(jié)合本發(fā)明的壓電部件的實(shí)施例的圖。 圖10是浮標(biāo)式墊圈支架結(jié)合本發(fā)明的壓電部件的實(shí)施例的圖。 圖11是錐形彈簧系統(tǒng)結(jié)合本發(fā)明的壓電部件的實(shí)施例的圖。 圖12是保持系統(tǒng)室結(jié)合本發(fā)明的壓電部件的實(shí)施例的圖。 圖13是功能性地連接到流體箱的壓電裝置的實(shí)施例的圖。 圖14是利用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)的超聲霧化 器的圖。圖15是用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)的超聲霧化器 的置換方案圖。圖16A-C是超聲霧化器的多個(gè)焊接類型的圖，該超聲霧化器利用 按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)。圖17是利用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的超聲霧化 器的圖。圖18是利用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的超聲霧化 器的置換方案圖。圖19A-C是超聲霧化器的多個(gè)焊接類型的圖，該超聲霧化器利用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)。圖20A-D是多種焊接類型的圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明包括用于霧化流體的方法和裝置。本發(fā)明的裝置包括連接 (結(jié)合)到金屬膜的壓電陶瓷盤，比如通過(guò)用膠把壓電盤粘到金屬膜 上。壓電陶瓷連接到金屬板或金屬膜的一側(cè)，此處被稱為非對(duì)稱的連 接。本發(fā)明包括由非對(duì)稱壓電部件制成的流體霧化器。本發(fā)明的裝置 的一方面包括膠粘到金屬膜上的環(huán)形壓電陶瓷?，F(xiàn)有技術(shù)中非對(duì)稱壓 電部件包括連接到更大直徑的金屬板或金屬膜一側(cè)的更小直徑的壓 電盤。本發(fā)明的霧化裝置包括形成在金屬鋼板或者膜中的室和儲(chǔ)霧器。 當(dāng)所述非對(duì)稱部件被起動(dòng)時(shí)，通過(guò)儲(chǔ)霧器頂部中的錐形孔提供液體。 所述液體從液體源被供應(yīng)到儲(chǔ)霧器或室。液體源為瓶子或者任何其它 容器，而且所述容器有選擇地連接到本發(fā)明的霧化裝置。容器內(nèi)的液 體借助運(yùn)送液體的裝置從容器運(yùn)送到儲(chǔ)霧器。這樣的裝置的例子包括，但不限于，吸油繩。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，吸油繩(wick)通常是借助毛細(xì)作用輸送液體的一段材料。吸油繩可包括，但不限于， 無(wú)紡織物比如無(wú)紡織毛氈，紡織材料比如松散紡織的繩、擰絞或編織 纖維，或者任何將液體例如從容器抽吸到吸油繩頂端的材料。霧化裝 置還可包括浮標(biāo)式墊圈，用于浮標(biāo)式墊圈的支架，蓋，用于向壓電部 件供應(yīng)電流的裝置，和可選擇的，用于液體容器的連接的裝置。 現(xiàn)在參照附圖，在這些附圖中相同的序號(hào)代表相同的元件或者步驟，圖1A-C表示壓電霧化裝置100的示意圖，所述霧化裝置100利 用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)。壓電霧化裝置100通常包 括壓電部件105和金屬板110，也被稱為膜。在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，壓電部件105作成盤的形狀，所述盤具有從它的中心區(qū)域120去除掉的小圓形部分，以形成在壓電部件105中心的圓柱形孔(或開 口) 125 (例如壓電部件105可以為圓環(huán)形狀)。壓電部件105具有頂 面122和底面124。壓電部件105包括具有壓電特性的陶瓷。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，陶瓷的壓電特性不是來(lái)自它的化學(xué) 成份，但是必須包括適當(dāng)?shù)呐浞剑⑶叶虝r(shí)間內(nèi)承受高強(qiáng)度電場(chǎng)以促 使無(wú)序定向的微小雙極子成整齊排列(有時(shí)稱為"極性還原")。之后， 如果在相反方向施加低強(qiáng)度電場(chǎng)，微小雙極子承受移動(dòng)壓力，但是陶 瓷的極性在去除電場(chǎng)后會(huì)反彈。這種移動(dòng)壓力和極性的反彈引起陶瓷 發(fā)生振動(dòng)，因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)換為內(nèi)部電場(chǎng)的移動(dòng)和內(nèi)部電場(chǎng)的移動(dòng)轉(zhuǎn) 換為機(jī)械應(yīng)力。金屬板110形成為盤的形狀，其具有中心區(qū)域130和在中心區(qū)域 130內(nèi)帶開口的腔135。金屬板110還具有頂面132和底面134。金 屬板110具有的直徑大于壓電部件105的直徑。金屬板110為金、銀、 銅、鋅、鋁、鋼或者任何其它的導(dǎo)電金屬、或者這些金屬的組合。在 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，金屬板110為不銹鋼。壓電部件105被粘貼在金屬板110上，于是壓電部件105的底面 靠近金屬板110的頂面。另外，壓電部件105的中心120通常與金屬 板110的中心130對(duì)齊，于是壓電部件105的圓柱形孔125坐落在緊 貼金屬板110的中心130的位置。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在壓電 部件105的底面124與金屬板110的頂面132之間存在粘接層115。 本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，粘接層115包括適當(dāng)?shù)恼辰咏橘|(zhì)，比如， 但不限于，膠、環(huán)氧樹脂或者合成丙烯酸樹脂。壓電霧化裝置100的 壓電部件105和金屬板IIO形成非對(duì)稱的組合物，當(dāng)比如通過(guò)計(jì)時(shí)電 路產(chǎn)生的電壓、AC或DC或脈動(dòng)DC被施加到壓電部件105和金屬板 110時(shí)，所述裝置會(huì)發(fā)生振動(dòng)。圖2表示壓電霧化裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置利用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)。金屬板110包括儲(chǔ)霧器205和錐形孔 210，微量的液體通過(guò)錐形孔從儲(chǔ)霧器205被運(yùn)送到金屬板110的頂 面132以及以上。儲(chǔ)霧器205通常位于金屬板110的底面134的中心 區(qū)域130。在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，儲(chǔ)霧器205具有與壓電部件 105的圓柱形孔125大約一樣的直徑。因此，儲(chǔ)霧器205還可為圓柱 形，并直接位于壓電部件105的圓柱形孔125下面。儲(chǔ)霧器205為金屬板110底面134中的空腔或者刻蝕物。通過(guò)其 中具有錐形孔210的金屬板110的頂面132，儲(chǔ)霧器205形成在其頂 面被粘接的封閉(enclosure),并且為了接觸吸油繩在底面是敞口的。 換句話說(shuō)，除了錐形孔210，金屬板110的頂面132完整，形成儲(chǔ)霧 器205的頂215。儲(chǔ)霧器205的頂215位于包括錐形孔210的金屬板 110的頂面132的中心部分。錐形孔210例如可以通過(guò)激光鉆孔或刻 蝕金屬板110的頂面132獲得。錐形孔210基本上垂直于儲(chǔ)霧器205 的頂215進(jìn)行定位，并且提供液體從儲(chǔ)霧器205流過(guò)的通道。當(dāng)起動(dòng) 壓電霧化裝置100時(shí)，儲(chǔ)霧器205允許液體流過(guò)錐形孔210后被噴射 或者霧化。壓電霧化裝置100的結(jié)構(gòu)，如上所述，當(dāng)采用徑向振動(dòng)模式起動(dòng) 壓電霧化裝置100時(shí)，在壓電霧化裝置100的中心區(qū)域120處，產(chǎn)生 具有有效功率的振幅和輸出的超聲頻率的共振。壓電霧化裝置100的 效率通過(guò)兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的非平行位移波得到實(shí)現(xiàn)。第一，在壓電霧化 裝置100的中心區(qū)域120處發(fā)生最大位移量，這個(gè)位移量是通過(guò)垂直 振動(dòng)模式產(chǎn)生的強(qiáng)大超聲頻率引起的。超聲頻率的振幅和輸出在中心 區(qū)域120處最大。因此，壓電部件105的圓柱形孔125、儲(chǔ)霧器205 和錐形孔210在壓電霧化裝置100的中心120處的定位利用了所述位 移。第二，壓電霧化裝置100的從其中心向外延伸的區(qū)域經(jīng)歷了在振幅和輸出上逐漸減少的位移。因此，靠近壓電霧化裝置100的中心120的位移比靠近壓電霧化裝置100的外邊緣220的位移具有更高的 超聲頻率，更高的振幅和輸出。另外，如果壓電霧化裝置100的外邊 緣220或者邊界區(qū)域被固定或者被限制，那么在外邊緣220處的位移 大約等于零。假設(shè)位移不保持為零，例如，外邊緣沒(méi)有進(jìn)行固定或者 限制，盡管外邊緣220的軸向共振是微弱的，但是在外邊緣220處的 位移有效地支撐被起動(dòng)的壓電霧化裝置100。如上所述，只要外邊緣220不被固定，外邊緣220處的位移有效 地支撐被起動(dòng)的壓電霧化裝置100。受限制的或者被固定的外邊緣 220會(huì)干涉被起動(dòng)的壓電霧化裝置100的效果。因此，壓電霧化裝置 的支架或者支撐物不應(yīng)當(dāng)限制或者固定壓電霧化裝置100的外邊緣 220。相反，壓電霧化裝置100的外邊緣220應(yīng)當(dāng)在起動(dòng)過(guò)程中能夠 盡可能地自由移動(dòng)。圖3表示應(yīng)用到壓電霧化裝置100的浮標(biāo)式墊圈305的示意圖， 所述霧化裝置利用了按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)。為了保 持壓電霧化裝置100的外邊緣220在起動(dòng)過(guò)程中盡可能地自由，對(duì)壓 電霧化裝置IOO可以利用浮標(biāo)式墊圈305。浮標(biāo)式墊圈305通常為圓 屋頂形狀。浮標(biāo)式墊圈305可以被放置在壓電霧化裝置100的頂部上 方，沒(méi)有干擾壓電霧化裝置100的功能。浮標(biāo)式墊圈305具有放置壓 電霧化裝置100的室310。浮標(biāo)式墊圈305的外邊緣315可形成垂直 的壁320,此處垂直的壁的內(nèi)側(cè)325鄰近或者靠近壓電霧化裝置100 的外邊緣220。在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，垂直壁320的內(nèi)側(cè)325 足夠靠近以充分地定位壓電霧化裝置100,但是沒(méi)有固定或者限制壓 電霧化裝置100的外邊緣220。另外，浮標(biāo)式墊圈305的垂直壁320 的內(nèi)側(cè)325坐落在最接近壓電霧化裝置100的外邊緣220的位置，于 是浮標(biāo)式墊圈305不會(huì)干擾壓電霧化裝置IOO在起動(dòng)過(guò)程中的共振。浮標(biāo)式墊圈305的垂直壁320包括角335，浮標(biāo)式墊圈305的內(nèi) 壁325和底面340 (例如圓頂?shù)捻敯?在此角處相遇。這個(gè)角335以 及垂直壁320的高度有效地限制壓電霧化裝置100在起動(dòng)過(guò)程中向上 運(yùn)動(dòng)。浮標(biāo)式墊圈305的中心部分350具有從中穿過(guò)的錐形孔，于是 來(lái)自壓電霧化裝置的儲(chǔ)霧器的液體通過(guò)浮標(biāo)式墊圈進(jìn)行輸送。中心部 分350與壓電霧化裝置的中心對(duì)齊。例如，所述蓋可以具有在其中心 軸線上的一個(gè)開口，霧化后的液體從所述開口噴出。那么在工作中， 液體被吸進(jìn)儲(chǔ)霧器并通過(guò)儲(chǔ)霧器頂中的開口、浮標(biāo)式墊圈中的孔、彈 簧的中心和蓋的開口進(jìn)行輸送。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，浮標(biāo)式墊圈305可以由任何適當(dāng)?shù)?材料制造，這些材料被選擇為，在允許壓電霧化裝置IOO有效振動(dòng)的 自由度的同時(shí)，最大程度地支撐壓電霧化裝置100。適當(dāng)?shù)牟牧习?塑料或者低密度金屬板，包括但不限于聚縮醛樹脂如縮醛樹脂，聚氟 甲烯(POM)，聚丙烯，PP,尼龍和其它聚酰胺(PA)，和鋁。適當(dāng)?shù)?材料可以是任何能夠提供浮標(biāo)式墊圈的功能并不被從儲(chǔ)霧器分配的 液體比如有機(jī)溶劑影響的輕質(zhì)材料。圖4表示應(yīng)用到壓電霧化裝置100的浮標(biāo)式墊圈支架405的示意圖，所述壓電霧化裝置利用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)。 為了確保浮標(biāo)式墊圈305圍繞壓電霧化裝置IOO適當(dāng)?shù)乇３衷谖?，?發(fā)明可包括浮標(biāo)式墊圈支架405。浮標(biāo)式墊圈支架405可包括垂直壁 410，此處垂直壁410的內(nèi)側(cè)415靠近浮標(biāo)式墊圈305的外壁315 (例 如外邊緣)。垂直壁410的底部與浮標(biāo)式墊圈支架405的底面420垂 直相交，于是浮標(biāo)式墊圈支架405的橫截面視圖大致類似于字母"L" 的形狀。浮標(biāo)式墊圈支架405的底面410足夠長(zhǎng)，以充分支撐浮標(biāo)式 墊圈305和壓電霧化裝置100，但是不會(huì)干涉金屬板110的儲(chǔ)霧器 205。因此浮標(biāo)式墊圈支架405允許吸油繩(沒(méi)有畫出)自由接觸壓電霧化裝置100 (例如靠近儲(chǔ)霧器205)。因此，浮標(biāo)式墊圈支架405 使得吸油繩能夠接觸壓電霧化裝置100的儲(chǔ)霧器。這樣的浮標(biāo)式墊圈 支架405幫助提高壓電霧化裝置的自由度，以在共振過(guò)程中自由振 動(dòng)。圖5表示應(yīng)用到壓電霧化裝置100的錐形彈簧系統(tǒng)505的示意圖， 所述壓電霧化裝置利用了按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)及 浮標(biāo)式墊圈。本發(fā)明可包括錐形彈簧系統(tǒng)505以幫助壓電霧化裝置 100使吸油繩550的所有頂面基本上配合儲(chǔ)霧器205的下方開口 ，無(wú) 論吸油繩550向不同角度如何移動(dòng)。通常，錐形彈簧系統(tǒng)505包括柔 性材料，比如非常軟而薄的黃銅。錐形彈簧系統(tǒng)505通常成錐形，在 它的長(zhǎng)度方向具有漸變的直徑。錐形彈簧系統(tǒng)505的小直徑端515定 位在靠近浮標(biāo)式墊圈305的外頂512的位置，錐形彈簧系統(tǒng)505的大 直徑端520定位在遠(yuǎn)離浮標(biāo)式墊圈305的位置。為了充分支撐錐形彈 性系統(tǒng)505的小直徑端515，在浮標(biāo)式墊圈305的頂或圓頂512的中 心上可存在凹陷525 (或凹槽)。凹陷525提供放置錐形彈簧系統(tǒng)505 的小直徑端515的空間。錐形彈簧系統(tǒng)505提供從錐形彈簧系統(tǒng)505 的大直徑端520到小直徑端515的張力和壓力的平滑過(guò)渡。因此，錐 形彈簧系統(tǒng)505提供浮標(biāo)式墊圈305和壓電霧化裝置100容納吸油繩 550任何運(yùn)動(dòng)的能力。圖6表示應(yīng)用到壓電霧化裝置100的保持系統(tǒng)室605的示意圖， 所述壓電霧化裝置100利用按照本發(fā)明示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)及 錐形彈簧系統(tǒng)505。保持系統(tǒng)室605通常包括底部件650和帽660。 如圖所示，吸油繩550從容器640伸到儲(chǔ)霧器205的下方開口。為了 給錐形彈簧系統(tǒng)505提供必要的張力，本發(fā)明可包括放置在壓電霧化 裝置100、浮標(biāo)式墊圈305、浮標(biāo)式墊圈支架405和錐形彈簧系統(tǒng)505 上方的保持系統(tǒng)室605。所述保持系統(tǒng)室605具有平頂610，平頂610的內(nèi)側(cè)615與錐形 彈簧系統(tǒng)505的大端520在平頂610交會(huì)。保持系統(tǒng)室605還可包括 在保持系統(tǒng)室605的外邊緣625處的垂直壁620，垂直壁620的內(nèi)側(cè) 630靠近浮標(biāo)式墊圈支架405。保持系統(tǒng)室605包括任何適當(dāng)?shù)牟牧希?比如但不限于，塑料，PP， PA和POM。保持系統(tǒng)室605用作壓電霧化 裝置100、浮標(biāo)式墊圈305、浮標(biāo)式墊圈支架405和錐形彈簧系統(tǒng)505 的帽660，其中保持系統(tǒng)室605不會(huì)干涉壓電霧化裝置100的性能。 如圖，錐形彈簧系統(tǒng)505的大直徑端520在內(nèi)側(cè)615上接合帽660， 小直徑端515接合浮標(biāo)式墊圈305，使得浮標(biāo)式墊圈305浮在壓電霧 化裝置100的上方，而且帽660被安裝到底部件650。在工作中，如上參照?qǐng)D1 —6所述的本發(fā)明的示意性實(shí)施例可應(yīng) 用到利用吸油繩系統(tǒng)的多數(shù)裝置。按照設(shè)計(jì)的，吸油繩550與壓電霧 化裝置100的儲(chǔ)霧器205保持自由接觸，其中儲(chǔ)霧器205接近吸油繩 550的頂面。當(dāng)液體從容器640被吸取到吸油繩550的頂部時(shí)，液體 在儲(chǔ)霧器205中找到出口。當(dāng)將電流應(yīng)用到壓電霧化裝置100時(shí)，超 聲頻率在靠近儲(chǔ)霧器205的中心120處最強(qiáng)。振動(dòng)迅速地將儲(chǔ)霧器 205內(nèi)的液體吸向金屬板110的錐形孔210。通過(guò)由壓電部件105引 起的金屬板的共振，液體的高速微粒在離開錐形孔210、浮標(biāo)式墊圈 和帽的對(duì)齊孔時(shí)形成霧。圖7A-C是壓電霧化裝置100的替換方案的圖，所述壓電霧化裝 置IOO利用按照本發(fā)明示意性實(shí)施例的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的另一實(shí) 施例中，類似于上述參照?qǐng)D1A-C所述的，壓電霧化裝置100包括壓 電陶瓷105，金屬板IIO和粘接層115。該實(shí)施例是非對(duì)稱壓電部件， 其中環(huán)形壓電陶瓷105被粘接或者被連接到金屬板110，優(yōu)選為不銹 鋼板。在此實(shí)施例中，金屬板110形成為，包括在金屬板110的中心 區(qū)域130內(nèi)的升起凸臺(tái)705。如其它實(shí)施例所述，振幅和頻率在中心區(qū)域是最高的。當(dāng)被起動(dòng)時(shí)，壓電部件105在共振過(guò)程中產(chǎn)生徑向模 式振動(dòng)。圖8表示壓電霧化裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖，所述壓電霧化裝置100利用按照本發(fā)明示意性實(shí)施例的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)。使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的工藝，比如壓制工藝，升起的凸臺(tái)705可通過(guò)壓制單個(gè)的金屬薄板 比如，但不限于，不銹鋼板，來(lái)成形。升起的凸臺(tái)705可形成在金屬 板110的中心區(qū)域130，以產(chǎn)生位于升起的凸臺(tái)705下面的儲(chǔ)霧器 205。如圖8所示，金屬板110全部具有相同的厚度，反之，儲(chǔ)霧器 205采用隧道形式的實(shí)施例可具有更薄的中心，如圖l一6所示的金 屬板110。升起的凸臺(tái)705通常位于頂面132的中心區(qū)域130并且從 金屬板110的頂面132向上升起。在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，升起 的凸臺(tái)705的直徑可小于在壓電部件105的孔125內(nèi)的升起凸臺(tái)的直 徑。因此，升起的凸臺(tái)705也為圓柱形形狀，并且直接置于壓電部件 105的圓柱形孔125的下面。升起的凸臺(tái)705的頂面形成直接位于下面的儲(chǔ)霧器205的頂215。 儲(chǔ)霧器205的頂215 (例如，升起的凸臺(tái)705的頂面710)包括錐形 孔210，所述錐形孔可通過(guò)例如激光鉆孔或蝕刻金屬板110的頂面710 制成。錐形孔210可基本上垂直于儲(chǔ)霧器205的頂215定向，并提供 液體從儲(chǔ)霧器205流過(guò)的通道。除了在金屬板110中升起的凸臺(tái)705，如上所述，利用凸臺(tái)結(jié)構(gòu) 的壓電霧化裝置100的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)(包括浮標(biāo)式墊圈305，浮標(biāo)式墊 圈支架405，錐形彈簧系統(tǒng)505和保持系統(tǒng)室605)基本上類似于利 用隧道結(jié)構(gòu)的壓電霧化裝置100的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。因此，圖2 —6的詳 細(xì)描述分別充分公開和描述了圖9一12，在此引入作為參考。圖13表示按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例，功能性地連接到流體 1310的容器1305的壓電霧化裝置100的示意圖。在工作中，壓電霧化裝置100 (利用隧道結(jié)構(gòu)或者利用凸臺(tái)結(jié)構(gòu))可以物理連接到容器1305(例如瓶1305)，其中吸油繩1320向上伸出容器1305的開口 1325 以最靠近壓電霧化裝置100的儲(chǔ)霧器205。吸油繩1320向下延伸進(jìn) 入容器1305和其中的液體1310。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，容器 1305內(nèi)的液體可包括，但不限于，水、油、潤(rùn)滑油、油漆、香水、 科隆香水、或任何其它的能被轉(zhuǎn)換為氣霧的適當(dāng)液體1310。當(dāng)吸汕 繩1320通過(guò)毛細(xì)作用將液體1310向上吸取到儲(chǔ)霧器205時(shí)，壓電部 件105的振動(dòng)通過(guò)儲(chǔ)霧器205的錐形孔210輸送液體，產(chǎn)生液體的霧。 為了起動(dòng)壓電部件105，電力供應(yīng)1315可存在并被連接到壓電霧化 裝置100。電力供應(yīng)1315提供以超聲頻率起動(dòng)壓電部件105所必須 的電壓，因此引起使壓電部件105振動(dòng)所必須的共振。圖14表示利用了隧道結(jié)構(gòu)的流體霧化器1400的結(jié)構(gòu)的示意圖， 其中所述實(shí)施例包括包括非對(duì)稱壓電陶瓷和金屬組合，壓電部件105 和金屬板IIO類似于上述參照壓電霧化裝置IOO描述的件，不同的是 壓電部件105和金屬板110的直徑基本上相等。壓電部件105被粘在金屬板110上，于是壓電部件105的底面124 靠近金屬板110的頂面132。壓電部件105和金屬板110基本上具有 一樣的直徑，壓電部件105的中心區(qū)域120與金屬板110的中心區(qū)域 130對(duì)齊，從而壓電部件105的圓柱形孔125坐落在金屬板110的中 心并位于儲(chǔ)霧器205上方。另外，在壓電部件105的底面124和金屬 板110的頂面132之間存在粘接層115。類似于上述利用隧道結(jié)構(gòu)的壓電霧化裝置100,金屬板110包括 儲(chǔ)霧器205和錐形孔210，微量的液體可從儲(chǔ)霧器205通過(guò)錐形孔被 輸送。儲(chǔ)霧器205通常位于金屬板110的底面134的中心區(qū)域130。 在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，儲(chǔ)霧器205具有和壓電部件105的圓柱 孔125 —樣的直徑或者比圓柱孔125的直徑小。因此，儲(chǔ)霧器205也具有圓柱形形狀并且可直接位于壓電部件105的圓柱形孔125下方。儲(chǔ)霧器205可以為金屬板110底部的腔或者刻蝕物。金屬板110的頂 面132形成儲(chǔ)霧器205的頂215。儲(chǔ)霧器205的頂215 (例如，金屬 板110頂部的中心部分130)包括錐形孔210，這些錐形孔是例如通 過(guò)激光鉆孔或者蝕刻金屬板110的頂面132制成的。錐形孔210基本 上垂直于儲(chǔ)霧器205的頂215定向并且提供液體從儲(chǔ)霧器205流過(guò)的 通道。當(dāng)超聲霧化器1400被起動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)霧器205通過(guò)金屬板110頂 部上的錐形孔210提供要噴出或者要汽化的液體。圖15表示超聲霧化器1400的替換方案的示意圖，所述超聲霧化 器1400利用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用徑向振 動(dòng)模式被起動(dòng)時(shí)，超聲霧化器1400的獨(dú)特結(jié)構(gòu)導(dǎo)致具有有效振幅和 輸出的超聲頻率在超聲霧化器1400的中心區(qū)域120處發(fā)生共振。當(dāng) 電流(或電壓)應(yīng)用到超聲霧化器1400時(shí)，儲(chǔ)霧器205 (例如金屬 板110的中心130)接受輸出和強(qiáng)度信號(hào)的重大移位。在本發(fā)明的示 意性實(shí)施例中，吸油繩(沒(méi)有畫出)保持與超聲霧化器1400的儲(chǔ)霧 器205的自由接觸，此處儲(chǔ)霧器205靠近吸油繩的頂面。當(dāng)液體被吸 到吸油繩的頂部時(shí)，液體在儲(chǔ)霧器205中找到出口。在超聲霧化器 1400的起動(dòng)過(guò)程中，所述振動(dòng)迅速地將儲(chǔ)霧器205中的液體吸向金 屬板110的錐形孔210。通過(guò)由壓電部件105引起的金屬板110的振 動(dòng)，高速液體微粒離開錐形孔210。圖16A-C表示超聲霧化器1400的多種焊接類型的示意圖，超聲 霧化器1400利用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)。電極1605 被應(yīng)用到壓電部件105的頂面122，幫助提供起動(dòng)超聲霧化器1400 所用的電流(或電壓)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，電極1605通常 是實(shí)心電導(dǎo)體，電流可通過(guò)該導(dǎo)體流動(dòng)。來(lái)自電源(沒(méi)有畫出)的導(dǎo) 線以幾種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)被連接在超聲霧化器中。第一，導(dǎo)線1610被連接到在壓電部件105上形成的電極1605，并且另一個(gè)導(dǎo)線1615被連 接到金屬板110底部。第二，導(dǎo)線1620被連接到在壓電部件105上 形成的電極1605，并且另一個(gè)導(dǎo)線1625被連接到從金屬板110伸出 并與其連接的柱1622。第三，導(dǎo)線1630被連接到結(jié)合在壓電部件105 的電極1605,并且另一個(gè)導(dǎo)線1635被連接到屏蔽電極1640的頂部， 此處電極1605和屏蔽電極1640被分離。這些結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都允許 電流流過(guò)超聲霧化器1400，于是起動(dòng)壓電部件105并產(chǎn)生振動(dòng)。圖17表示流體霧化器1400的結(jié)構(gòu)的示意圖，流體霧化器1400 利用了按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的另一示意 實(shí)施例中，流體霧化器1400包括壓電部件105，金屬板IIO，和粘接 層115，類似于上述參照?qǐng)D14描述的那些部件。壓電部件105和金 屬板110的直徑基本上相等。然而，金屬板110包括在金屬板110的 中心區(qū)域130內(nèi)升起的凸臺(tái)705。在升起的凸臺(tái)705處(例如被起動(dòng) 的超聲霧化器1400的中心120)的超聲頻率在振幅和輸出方面更高。 當(dāng)被起動(dòng)時(shí)，在共振過(guò)程中，壓電部件105產(chǎn)生徑向模式振動(dòng)。如上述利用凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的壓電霧化裝置100，金屬板IIO利用壓制 工藝通過(guò)壓制薄金屬板來(lái)成形。升起的凸臺(tái)705可以形成在金屬板 110的中心區(qū)域130，以產(chǎn)生位于升起的凸臺(tái)705下面的儲(chǔ)霧器205。 金屬板110被成形(或彎曲)以具有升起的凸臺(tái)705并且形成儲(chǔ)霧器 205。除了金屬板110中的升起的凸臺(tái)705，如上所述，利用凸臺(tái)結(jié)構(gòu) 的流體霧化器1400的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)基本上類似于利用隧道結(jié)構(gòu)的超聲 霧化器1400的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。圖18表示流體霧化器1400的替換結(jié)構(gòu)的示意圖，流體霧化器 1400利用了按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用徑向振 動(dòng)模式被起動(dòng)時(shí)，超聲霧化器1400的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致具有最大振幅和輸出的超聲頻率在超聲霧化器1400的中心區(qū)域120處發(fā)生共振。當(dāng)電流(或電壓)應(yīng)用到超聲霧化器1400時(shí)，儲(chǔ)霧器205 (例如金屬板110 的中心130)接受輸出和強(qiáng)度信號(hào)的移位。在本發(fā)明的示意性實(shí)施例 中，吸油繩(沒(méi)有畫出)保持與超聲霧化器1400的儲(chǔ)霧器205自由 接觸，此處儲(chǔ)霧器205靠近吸油繩的頂面。當(dāng)液體被吸到吸油繩的頂 部時(shí)，液體在儲(chǔ)霧器205中找到出口。在超聲霧化器1400的起動(dòng)過(guò) 程中，所述振動(dòng)迅速地將儲(chǔ)霧器205中的液體吸向金屬板110的錐形 孔210。通過(guò)由壓電部件105引起的金屬板110的振動(dòng)，液體微粒離 開錐形孔210。圖19A-C表示按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例，利用凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的、具 有尺寸基本相同的陶瓷盤和金屬板的流體霧化器1400的多種焊接位 置的示意圖。除了利用凸臺(tái)結(jié)構(gòu)(而不是隧道結(jié)構(gòu))的流體霧化器 1400的使用外，對(duì)圖16A-C的描述充分地描述了圖19A-C，而圖16A-C 的描述通過(guò)參考在此引入。圖20A-D表示按照本發(fā)明、利用隧道形式和凸臺(tái)形式的儲(chǔ)霧器的 流體霧化器的多種焊接類型的示意圖，其中陶瓷盤的直徑比金屬板的 直徑小。超聲霧化器1400利用按照本發(fā)明的示意性實(shí)施例的。除了 利用凸臺(tái)結(jié)構(gòu)(而不是隧道結(jié)構(gòu))的流體霧化器1400的使用外，對(duì) 圖16A-C的描述充分地描述了圖20A-D，而圖16A-C的描述通過(guò)參考 在此引入。本發(fā)明的方法包括，利用此處公開的一個(gè)或者多個(gè)裝置的實(shí)施例 提供霧化后的流體。壓電裝置比如本發(fā)明的裝置也可以應(yīng)用到其它場(chǎng) 合，包括但不限于，玩具和健康護(hù)理裝置。例如，在需要特殊效果的 玩具中，比如從玩具火車發(fā)動(dòng)機(jī)中冒出煙，所述"煙"的效果能夠由 本發(fā)明的壓電裝置產(chǎn)生的霧實(shí)現(xiàn)，不需要來(lái)自燃燒或者化學(xué)反應(yīng)的火 或者煙。另外，為了向呼吸道、口腔或者鼻腔分配藥物，可溶藥物能從本發(fā)明的壓電裝置噴射進(jìn)人體或者動(dòng)物體。雖然利用一個(gè)實(shí)施例己經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解， 在本發(fā)明的精祌和范圍內(nèi)，如前面所述和附加的權(quán)利要求限定的，能 夠?qū)嵤└鞣N變化和修改。在下面權(quán)利要求中，所有裝置加功能的部件 的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作和等同方案，如果有的話，都意圖在于包括， 為結(jié)合所特殊要求保護(hù)的其它要求保護(hù)的部件執(zhí)行所述功能的任何 結(jié)構(gòu)、材料和動(dòng)作。
權(quán)利要求
1、一種壓電裝置，包括具有頂面和底面并限定開口的壓電部件；具有頂面和底面并限定儲(chǔ)霧器的金屬板，所述儲(chǔ)霧器限定多個(gè)基本垂直于金屬板的頂面的孔；和所述金屬板的頂面被粘結(jié)到壓電部件的底面，其中壓電部件的開口位于儲(chǔ)霧器的上方。
2、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述金屬板具有第 一厚度，所述儲(chǔ)霧器具有第二厚度，其中第二厚度小于第一厚度。
3、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)霧器形成升 起高于金屬板頂面的凸臺(tái)，以至少局部地進(jìn)入所述壓電部件的開口。
4、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述壓電部件和金 屬板都是盤狀。
5、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述金屬板是不銹 鋼的。
6、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述金屬板具有第 一直徑，所述壓電部件具有第二直徑，其中第一直徑大約等于第二直 徑。
7、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，金屬板和壓電部件 中的至少一個(gè)包括用于接收電壓的電極。
8、 一種壓電霧化裝置，包括霧化部件，具有外周邊并包括結(jié)合到壓電部件的金屬板，所述金 屬板具有儲(chǔ)霧器，所述壓電部件限定靠近儲(chǔ)霧器的開口；用于套在霧化部件上的墊圈，所述墊圈限定靠近霧化部件的外周 邊的垂直壁；保持所述墊圈和所述霧化部件的墊圈支架；和 接合所述墊圈支架并被彈性地結(jié)合到所述墊圈的帽，其中所述帽 用于遮住所述霧化部件。
9、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述墊圈具有大致 的圓屋頂形狀，所述形狀用于限制霧化部件向上運(yùn)動(dòng)。
10、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括用于彈性地 結(jié)合所述墊圈和所述帽的錐形彈簧。
11、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)霧器用于接 收吸油繩，所述霧化部件用于響應(yīng)接收的電壓而接觸吸油繩。
12、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述墊圈支架具有 "L"形狀的橫截面，以支撐墊圈的垂直壁和霧化部件的外周邊。
13、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)霧器限定多 個(gè)孔，所述孔與壓電部件限定的開口流體連通，從而流體微?？梢粤?過(guò)所述霧化部件。
14、 一種制造壓電裝置的方法，包括在具有頂面的金屬板中形成儲(chǔ)霧器，所述儲(chǔ)霧器限定多個(gè)基本垂 直于金屬板頂面布置的開口；在具有底面的壓電部件中形成開口；和
15.結(jié)合金屬板頂面和壓電部件底面形成壓電裝置，其中所述壓電部 件的開口位于靠近金屬板的儲(chǔ)霧器的位置。
16、 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述儲(chǔ)霧器和壓 電部件具有中心區(qū)域，形成的所述儲(chǔ)霧器和所述開口包括大約在金屬 板的中心區(qū)域形成儲(chǔ)霧器和大約在壓電部件的中心區(qū)域形成所述開□。
17、 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括在壓電部 件上方放置墊圈以限制壓電裝置向上運(yùn)動(dòng)。
18、 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括設(shè)置墊圈 支架以支撐所述墊圈和壓電部件。
19、 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括設(shè)置帽以 接合墊圈支架并遮住所述墊圈和壓電部件。
20、 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，形成的儲(chǔ)霧器包 括對(duì)金屬板鉆孔或者刻蝕中的至少一個(gè)方法以在儲(chǔ)霧器中形成多個(gè) 開口。
21、 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括對(duì)所述壓 電部件施加電壓以起動(dòng)壓電部件。
全文摘要
公開了壓電霧化和超聲霧化裝置。在一些實(shí)施例中，壓電霧化裝置包括限定開口的壓電部件和限定儲(chǔ)霧器的金屬板，所述壓電部件被粘接到所述金屬板。儲(chǔ)霧器限定基本垂直定向的多個(gè)小孔(或洞)，所述壓電部件的開口置于儲(chǔ)霧器的上方。壓電霧化裝置通常限定非對(duì)稱的組合件，而超聲霧化裝置包括在長(zhǎng)度上基本一樣直徑的壓電部件和金屬板。也要求保護(hù)并公開了其它實(shí)施例。
文檔編號(hào)A61M11/00GK101282792SQ200680020950
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月2日
發(fā)明者伍立良 申請(qǐng)人:香港功能陶瓷有限公司