具有受控?zé)熿F輸出部的超聲霧化器的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求35U. S. C. § 119(e)下的來自Hammer等人于2013年12月18日提交 的共有美國臨時專利申請No. 61/917, 434的優(yōu)先權(quán)。美國臨時申請No. 61/917, 434的完整 公開通過引用的方式特別合并到此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本申請涉及超聲霧化器。
【背景技術(shù)】
[0004] 分析儀表中的超聲霧化器能夠產(chǎn)生較小直徑液滴，并且相比于氣動霧化器對于樣 品流氣體的每單位體積霧化更大的液體體積。超聲霧化器典型地使用垂直地或者以傾斜角 度而定向的振動壓電元件。在壓電元件上沉積的樣本液體在霧化表面上流動，并且最終跑 出霧化表面的底部。通過在霧化表面上所形成的液體膜，壓電元件受驅(qū)動以振動，導(dǎo)致在霧 化表面上形成波。如果這些波的幅度足夠大，則液滴從波的頂峰破裂。液滴的大小取決于 波的頻率。對于l-2MHz左右的頻率，液滴大小可以典型地是大約2微米，這小于氣動霧化 容易地產(chǎn)生的液滴大小。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 根據(jù)本申請的一實施例，提供了一種超聲霧化器，包括：壓電元件，其具有相對的 第一面和第二面，并且配置為響應(yīng)于具有交變電壓的驅(qū)動信號而振動；霧化層，其粘合到所 述壓電元件的第一面并且具有外表面，所述霧化層配置為響應(yīng)于所述壓電元件的振動而將 所述外表面處的液體變換為煙霧。
[0006] 根據(jù)本申請另一實施例，提供了一種超聲霧化器，包括：壓電元件，其具有相對的 第一面和第二面，并且配置為響應(yīng)于具有驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號而振動；以及無源諧振器，其 粘合到所述壓電元件的所述第一面并且具有外表面，所述無源諧振器配置為響應(yīng)于所述 壓電元件的振動而將所述外表面處的液體變換為煙霧，并且消散來自所述壓電元件的中心 區(qū)域的熱量，
[0007] 所述無源諧振器具有與所述驅(qū)動頻率的半波長的整數(shù)倍對應(yīng)的厚度，所述無源諧 振器的所述外表面粗糙化，以引導(dǎo)所述液體的流動。
[0008] 根據(jù)本申請又一實施例，提供了一種超聲霧化器，包括：壓電元件，其具有相對的 第一和第二面，并且配置為響應(yīng)于驅(qū)動信號而振動；以及霧化層，其粘合到所述第一面并且 具有外表面，所述霧化層配置為響應(yīng)于所述壓電元件的振動而將所述外表面處的液體變換 為煙霧，所述霧化層的所述外表面粗糙化，以在所述霧化層之上封閉所述液體的流動。
【附圖說明】
[0009] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，說明性實施例從以下【具體實施方式】中得到最佳地理解。強調(diào) 的是，各個特征并非一定按比例繪制。實際上，為了討論的清楚性，尺寸可以任意增加或減 少。只要適用和可行，相同的附圖標(biāo)記就指代相同的要素。
[0010] 圖1是根據(jù)代表性實施例的示出壓電元件的頂透視圖。
[0011] 圖2是根據(jù)代表性實施例的示出諧振器板的頂透視圖。
[0012] 圖3是根據(jù)代表性實施例的示出粘合在一起的壓電元件和諧振器板的頂透視圖。
[0013] 圖4是根據(jù)代表性實施例的進(jìn)一步示出粘合在一起的圖3的壓電元件和諧振器板 的側(cè)透視圖。
[0014] 圖5是根據(jù)代表性實施例的示出散熱片墊（heat sink pad)的頂透視圖。
[0015] 圖6是根據(jù)代表性實施例的示出散熱片的頂透視圖。
[0016] 圖7是根據(jù)代表性實施例的示出插入到圖6的散熱片中的散熱片墊的頂透視圖。
[0017] 圖8是根據(jù)代表性實施例的示出插入到圖7的散熱片中的換能器組件的頂透視 圖。
[0018] 圖9是根據(jù)代表性實施例的示出插入到圖8的散熱片中的0形環(huán)的頂透視圖。
[0019] 圖10是根據(jù)代表性實施例的示出噴射室主體的前透視圖。
[0020] 圖11是根據(jù)代表性實施例的示出包括散熱片和噴射室主體的組裝霧化器頭的左 側(cè)透視圖。
[0021] 圖12是根據(jù)代表性實施例的示出控制器以及將驅(qū)動信號提供給組裝霧化器頭的 驅(qū)動器的示意性框圖。
【具體實施方式】
[0022] 在以下【具體實施方式】中，為了解釋而非限制的目的，闡述公開具體細(xì)節(jié)的說明性 實施例，以提供對于根據(jù)本教導(dǎo)的實施例的透徹理解。然而，對于已經(jīng)受益于本公開的人明 顯的是，脫離在此所公開的具體細(xì)節(jié)的根據(jù)本教導(dǎo)的其它實施例仍然在所附權(quán)利要求的范 圍內(nèi)。此外，可以省略公知設(shè)備和方法的描述，以便不會使得示例實施例的描述模糊。這些 方法和設(shè)備處于本教導(dǎo)的范圍內(nèi)。
[0023] 通常，應(yīng)理解，如說明書和所附權(quán)利要求中使用的那樣，術(shù)語"一"、"一種"和"所 述"包括單數(shù)和復(fù)數(shù)指代，除非上下文另外清楚地指明。因此，例如，"一設(shè)備"包括一個設(shè) 備和多個設(shè)備。
[0024] 如在說明書和所附權(quán)利要求中所使用的那樣，除了它們的普通意義之外，術(shù)語"基 本上"或"實質(zhì)上"還表示在可接受的極限或程度內(nèi)。例如，"基本上消除"表示本領(lǐng)域技術(shù) 人員會認(rèn)為所述消除是可接受的。作為另一示例，"基本上移除"表示本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn) 為所述移除是可接受的。
[0025] 如在說明書和所附權(quán)利要求中所使用的那樣，除了其普通意義之外，術(shù)語"近似" 還表示本領(lǐng)域技術(shù)人員可接受的極限或數(shù)量之內(nèi)。例如，"近似相同"表示本領(lǐng)域技術(shù)人員 會認(rèn)為所比較的項是相同的。
[0026] 各個代表性實施例提供一種具有有效地將所生成的熱量耗散離開壓電元件的受 控?zé)熿F輸出部的超聲霧化器。
[0027] 圖1是根據(jù)代表性實施例的示出壓電元件100的頂透視圖。壓電元件100形成為 盤，并且可以是例如鋯鈦酸鉛（PZT)的材料。工作頻率與壓電元件100的厚度成反比，并且 理想的頻率可以處于與大約2mm至0. 4mm之間的盤厚度對應(yīng)的0. 8MHz至5MHz左右。壓電 元件100具有圖1所示的第一面110以及圖4所示的相對第二面120。圖1所示的第一面 110包括中心區(qū)域102中的薄接觸金屬化101 (例如其上所沉積的銀）。壓電元件100的中 心區(qū)域102由沒有接觸金屬化的裸露的環(huán)形區(qū)域104環(huán)繞。在代表性實施例中，中心區(qū) 域102的直徑可以是大約14_，并且包括環(huán)形區(qū)域104的壓電元件100的整體直徑可以是 大約25_，盡管壓電元件100可以具有更大或更小的直徑。以諸如銀之類的接觸金屬化層 (未示出）覆蓋壓電元件100的整個第二面120。當(dāng)驅(qū)動信號施加到第一和第二面110和 120上的接觸金屬化層時，功率僅在作為生成振動的區(qū)域的中心區(qū)域102之下驅(qū)散。在其它 代表性實施例中，壓電元件100可以具有不同的厚度，中心區(qū)域102的直徑和環(huán)形區(qū)域104 的徑向?qū)挾瓤梢允遣煌摹?br>[0028] 圖2是根據(jù)代表性實施例的示出諧振器板200的頂透視圖。具體地，諧振器板200 是具有外表面210和相對的第二表面220的無源諧振器，并且粘合到壓電元件100,如圖4 所示。諧振器板200可以是具有至少10瓦特/米開爾文的導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱材料，使得其可 以從壓電元件100的中心區(qū)域102抽離熱量。諧振器板200可以通過例如鈦、鉭、氧化鋁或 氮化鋁的材料制成，使得是惰性的并且高度抵抗液體樣本導(dǎo)致的腐蝕。諧振器板200可以 具有與施加到壓電元件100的驅(qū)動頻率的半波長的整數(shù)倍對應(yīng)的厚度，并且可以具有在諧 振頻率處的高機械品質(zhì)因數(shù)。在代表性實施例中，諧振器板200可以是具有施加到壓電元 件100的驅(qū)動頻率的一半波長的厚度的一半波諧振器板。諧振器板200的厚度取決于板的 材料中的聲音的速度。例如，對于I. 7MHz的驅(qū)動頻率，一半波鈦諧振器板將具有大約I. 6mm 的厚度。
[0029] 圖3是示出彼此粘合以形成換能器組件290的壓電元件100和諧振器板200的頂 透視圖。圖4是進(jìn)一步示出作為換能器組件290粘合在一起的壓電元件100和諧振器板 200的側(cè)透視圖。諧振器板200的第二表面220通過粘接劑240(其可以是環(huán)氧粘接劑）粘 合到壓電元件100的第一面110。粘接劑240應(yīng)盡可能薄，例如小于40微米。如上所述，諧 振器板200具有與施加到壓電元件100的驅(qū)動頻率的半波長的整數(shù)倍對應(yīng)的厚度，并且與 壓電元件100協(xié)調(diào)地振動，由此，外表面210用作霧化層或表面，其響應(yīng)于壓電元件100的 振動而將液體變換為煙霧。此外，因為諧振器板200是導(dǎo)熱材料（例如鈦、鉭、氧化鋁或氮 化鋁），所以諧振器板200將壓電元件100生成的熱量徑向向外驅(qū)散離開中心區(qū)域102。
[0030] 如將進(jìn)一步關(guān)于圖11描述的那樣，圖4所示的換能器組件290可以基本上垂直地 或以傾斜角度而定向。待霧化的液體可以沉積在諧振器板200的頂部附近，以在外表面210 之上流動并且在諧振器板200的底部附近流走。如圖3所示，在代表性實施例中，換能器 組件290的諧振器板200的外表面210的各部分可以粗糙化，以具有增強的濕潤性，以由此 在外表面（霧化層）210之上引導(dǎo)液體的流動?？梢酝ㄟ^噴砂、化學(xué)刻蝕等離子體或任何適 當(dāng)?shù)谋砻婕y理化技術(shù)來使用適當(dāng)?shù)难谀ν獗砻?10的第一部分202進(jìn)行粗糙化?？梢酝?過例如拋光來使得外表面210的第二部分204平滑，使得具有不良濕潤性，因此有