CN103328113A - 液滴喷洒装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于将液体喷射成液滴喷洒物的液滴喷洒装置，所述装置具有套筒(15)，所述套筒(15)带有喷射液滴的喷嘴布置(13)，所述喷嘴布置(13)由压电元件(23a)通过致动元件(23)的能量振动。共振腔室设置在所述套筒的内壁(15a)与所述致动元件(23)之间，使得所述套筒内壁(15a)与所述致动元件(23)以具有长度B的间隙分开，所述套筒内壁(15a)是罩形的并且沿着所述致动元件(23)的侧表面延伸并且沿距离A摩擦地附接到所述侧表面。所述共振腔室（10）提高了向套筒传递振动的效率。

Description

液滴喷洒装置
技术领域
本发明涉及一种液滴喷洒装置。
背景技术
这种液滴喷洒装置有时也称为气雾发生器、喷雾器等。它们通常含有位于支撑部件上的喷嘴本体，具体是液滴喷洒装置的喷嘴本体，所述喷嘴本体作为液滴喷洒物分送液体物质或从所述装置穿过所述喷嘴本体的喷嘴分送液体物质。它们进一步包括致动器，所述致动器基于大体上导致液体振动从而使其加速和作为液滴排出的振动元件。它们进一步包括诸如液体空间、液体供给件以及到存储器的液体接口、存储器以及振动元件与相应电路之间的电连接件的元件。所述元件可包含在前述支撑部件中、另外的支撑部件中或者它们可以包含在多个支撑部件中。所述一个或多个支撑部件以及多个元件需要制造并且装配上致动器和振动元件。所述液体可以是例如环境香料、香水、杀虫剂、液体药物制剂、水基液体和易燃或可燃液体。
这种喷嘴本体有时称为孔口片、喷嘴阵列、定量配料孔口、漏孔挡板、可振动膜构件、定量配料孔口布置、气雾发生器等。所述术语因此在本文献中理解为可以互换。
这种喷嘴本体和液滴喷洒装置是众所周知的。例如，见EP1129741。该文献描述了具有由喷嘴本体和主体形成的顶部衬底的液滴喷洒装置。所述喷嘴本体含有液滴出口装置的喷嘴阵列，所述液滴出口装置允许包含在液滴喷洒装置中的液体物质离开所述装置-在这种情形中作为液滴离开。所述喷嘴本体通常由喷嘴阵列形成，所述喷嘴阵列由硅、聚合物、诸如SU-8的树脂、镍、金属合金、聚对二甲苯、硬质塑料或任何适当材料或者这些或使出口喷嘴阵列足够精确和制造成本低的其他材料的组合制成。在众所周知的硅、金属和SU-8树脂微细加工方法之外，所述喷嘴阵列还可由使用下述工具的方法来生产，所述工具由硅微细加工以及其他已知重现方法-如LIGA(电光刻成形)、热压印、UV印刷、聚合物和粉末微量注射模制、微细电火花加工和类似先进3D微细加工方法以及使用树脂、硅、金属和塑料的光刻和微结构的方法的适当组合来制成。
US6722582和EP1273355公开了这种微细加工方法。
PCT／EP2006／006059示出了包括喷嘴本体、支撑部件和含有振动元件的致动器的液滴喷洒装置以及装配这种装置的通用方式。
US2004／0263567和EP-A-1604701示出了可以生产并且以高效且成本低廉的方式装配成这种液滴喷洒装置所需的各种装置构造的示例。
从引用的现有技术文献可以看到，它们都具有以提供由振动元件-即压电元件输送的超声能量的高效用途的方式装配致动器的问题。
另一个问题是需要保证各种液体的泄漏密封性。泄漏密封性通常意指刚性本体构造及其部件的组装以及部件对有时具有侵蚀性的溶液的长期耐受。
另一个问题表现为，在一次或多次使用之后拆卸所述液滴喷洒装置以便在使用之后不丢弃所有部件，而是仅丢弃一个部件并且保有其他部件以便例如在清洁之后进一步使用或者周期性地拆卸某些部件来清洁它们并且再次将它们重新安装以便进一步使用。
如所属领域技术人员可以理解的是，这些标准在它们的需求和效果方面可能是非常矛盾的。此外，如之前所述，上面论述的现有技术装置都没有公开如何在一个装置或一族装置中实现这些矛盾标准。
EP2130611描述了一种用于将液体作为液滴喷洒物喷射的挥发性液体分送器装置。压电元件作用于液体以便使液体经历由超声从所述压电元件传递到液体的振动。这种装置在文献EP2130611的图3中示意性地示出。致动膜定位在第一衬底与第二衬底之间，并且可被致动-即通过适当地附接到其上的振动元件来引入振动。
所述第一衬底设置有允许接纳将通过从振动元件到液体的超声传递排出的液体的空间-例如凹入部分。该空间一旦填充了液体，便会因此构成用于喷射容纳在其中的液体的压力腔室。进一步设置有液滴出口装置以便液体喷射通过。该液滴出口装置通常是包括穿孔膜的喷洒头，所述穿孔膜以所属领域众所周知的方式具有喷嘴阵列。
然而，所述装置仅部分解决了前述关于超声传递效率的问题以便允许改进用于致动待排出液体的压电元件的效率。已经发现，从振动元件到致动元件并随后到所述空间中的液体会损失传递效率。
如果这种超声能量传递可进一步改进，那么可以实现功率消耗的降低，这在使用电池供电装置时是尤其重要的。
发明内容
本发明涉及有效地并且以各种可以相对简单和便宜的方式实现的实施方式实现这些目标的新型喷洒装置的构造。
在所附权利要求中限定了所述新颖的分送器装置。
由于根据本发明的新型并且创新性的喷洒装置的构造，可以相对简单和便宜的方式获得在各种实施方式中实现这些目标的有效装置。
附图说明
根据本发明的喷洒装置的其他特征和优点将通过参阅下面仅通过非限制性示例并且参照附图给出的描述而变得清楚，附图中：
图1示出了根据本发明的鼻部喷洒装置的示例；
图1A示出了图1的鼻部喷洒装置的分解设计；
图2示出了用于根据本发明的鼻部喷洒装置的一次性部件的分解设计；
图3详细示出了根据本发明的喷洒装置的分解图；
图4示出了具有根据本发明的一次性部件的喷洒装置的剖视图；
图4A示出了图4的喷洒装置的剖视图的放大图；
图5A示出了根据本发明的喷洒装置的致动元件的位移相对于固定距离A的图表；
图5B示出了根据本发明的喷洒装置的致动元件的位移相对于间隙B的长度的图表；
图6示出了根据本发明的喷洒装置和备用电池组件的分解图；
图6A示出了图6的备用电池组件的分解设计；
图7a和7b示出了使用备选实施方式中的自感测喷洒装置的人的检测吸入气流的时间域响应和频率响应；以及
图7c和7d类似地示出了备选实施方式中的自感测喷洒装置的检测呼出气流。
具体实施方式
本发明因此涉及液滴喷洒装置。取决于喷洒装置中使用的液体及其功能，所述装置可具有用于输送喷洒物到鼻子或嘴的鼻端件或嘴端件。在下面的示例中，将描述鼻部喷洒装置，但是本发明当然同样应用于嘴部喷洒装置，因为原则上喷洒物排出通过的鼻端件可简单地用适当的嘴端件来替代。
图1示出了根据本发明的鼻部喷洒装置的示例。在该示例中，喷洒装置包括两个部件-包括鼻端件(或者或许为嘴端件)的第一部件1以及第二或固定部件2。第一部件1可以是一次性的。然而，两个部件1和2都可以是非一次性的。图1A示出了一次性部件1与固定部件2分开的视图。
图2示出了用于根据本发明的鼻部喷洒装置的一次性部分的分解设计。一次性部件1包括用作液体出口装置的鼻端件11，因为包含在喷洒装置中的液体将排出通过鼻端件。如上所述，作为替代其可以是嘴端件。一次性部件1进一步包括设置在鼻端件11内部的套筒本体15、毛细管壁元件14、喷嘴本体13和套筒盖12。毛细管壁元件14构想为滑动到套筒本体15中。套筒本体15可以是柱形的并且设置有同心套筒内壁15a并且定位在致动元件23上以便覆盖它。套筒内壁15a的顶部表面与喷嘴本体13接触。套筒盖12定位在喷嘴本体13上并且在套筒本体15的顶部以便覆盖它。
图3详细示出了鼻部喷洒装置的固定部件的分解图。固定部件2包括前侧区段20、后侧区段21和底侧区段22。PCB设置在前侧区段20与后侧区段21之间并且含有由电池27供电的电控装置26，所述电池适当地布置在固定部件2中-例如如图4更详细示出在前侧区段20与PCB之间，并且这将在此后更详细地论述。
有利的是，连接器26b可设置在PCB上以便允许外部通讯到电控装置26。连接器26b可以是例如允许为电控装置编程或读出其中存储的数据的USB连接器。此外，电池27可以计算机外部设备领域众所周知的方式通过这种USB连接器充电。LCD屏24可设置在前侧区段20上以便示出涉及喷洒装置的操作的基本信息-例如关于待喷洒液体、喷洒的持续时间、所述装置是否打开等的信息。如后面将要解释的那样，PCB进一步包括连接装置26a，所述连接装置26a用于与外部元件（在该情形中是振动元件23a）连接。
进一步，数字化装置25也可设置在前侧区段20上以便允许授权进入喷洒装置的操作。例如，如果待喷洒液体是有害于其他人的药物，仅适用喷洒物的人将可通过数字化装置25激活喷洒装置。这提高了装置的操作安全性。
固定部件2还包括诸如压电元件的振动元件23a以及可通过所述振动元件23a致动的致动元件23。当振动元件23a通过连接装置26a以及电控装置26激活时，由所述振动元件23a生成的超声能量传递到致动元件23并且随后传递到存在于喷嘴本体8、13中的液体，因此导致所述液体经历振动并且作为喷洒液滴排出。
致动元件23是角状的。所述角状可以是逐渐减小的或台阶状的。在优选布置中，致动元件23是具有两个区段的台阶角状物。紧邻振动元件23a的一个区段的长可为a¼波长，而第二区段长为a¾波长。致动元件23固定地附接到振动元件23a，并且该对部件布置成与喷洒装置的喷嘴本体13对准以便允许生成的超声能量的最佳使用。
由于其角状，致动元件23通过以高效方式朝向液体传递由振动元件23a生成的超声而起到机械放大器的作用。
图4示出了沿着图1的喷洒装置的线D-D的剖视图，其中图4A示出了图4的鼻部喷洒装置的剖视图的放大图。
如图所示，空气出口11a可设置在鼻端件中以便通过补偿鼻端件内外可能的大气压差来确保液体的正确喷射。鼻端件11装配在套筒本体15上。套筒内壁15a的顶部表面与喷嘴本体13接触，以便允许超声从振动元件传递到致动元件、到套筒内壁15a、到喷嘴本体13中的液体。还如图所示，致动元件23夹在前侧区段20与后侧区段22之间。可设置密封件28来减少超声波损失并且确保水密性。在该示例中，套筒内壁15a是柱状的并且装配在角状致动元件23上。然而，套筒内壁15a不接触致动元件23的顶部表面，而是以距离B与其分开。由此生成的间隙构成了致动元件23与喷嘴本体13之间的共振腔室10。该距离B可通过套筒内壁15a和致动元件23的适当设计而获得。在该实施方式中，套筒内壁15a在致动元件上滑动，但直到它固定到适当位置才摩擦地接触后者-例如通过具有角状致动元件23的稍微成锥形的端部。两个元件都设计成沿着从致动元件23的顶部表面测量的距离A具有摩擦接触。
图5A示出了致动元件的位移相对于固定距离A的图表。图6B示出了致动元件的位移相对于间隙B的长度的图表。可以看出，通过改变这些距离A和B，能使致动元件的位移增加。这意味着超声能量的传递增强，因此导致超声能量从振动元件23a更高效地传递到喷嘴本体13中的液体。
喷嘴本体13可包括具有多个出口喷嘴的穿孔喷嘴膜。所述喷嘴本体13进一步包括用于包含以所属领域众所周知的方式-例如由同时待决的申请EP2130611公开的方式排出的液体的空间。
实际上，本喷洒装置与共同待决申请的喷洒装置之间的主要差异在于套筒内壁15a相对于致动元件23的布置。套筒内壁15a用作密封元件，该密封元件类似于上述共同待决的申请EP2130611中的密封元件。
我们已确定，与可能预计的相反，当在致动元件23与套筒内壁15a之间相对于固定距离A设置共振腔室10时，超声能量会更高效地传递到空间中的液体。
实际上，在该布置中，致动元件23可被优化以通过将它与振动元件23a配对高效地传递。如所属领域技术人员容易理解的是，这些元件的正确配对可以通过使用阻抗匹配技术来实现。进一步，套筒内壁15a覆盖致动元件23的顶部表面-虽然与所述致动元件23分开距离B，以便形成构成共振腔室10的间隙B并且沿着致动元件23的侧表面延伸，套筒内壁15a沿着距离A摩擦地附接到致动元件23的内表面。距离A应当足够长来确保从致动元件／振动元件对正确地传递超声能量到套筒内壁15a，但距离A不应太长从而使致动元件不能正确地振动-即应当不因纵向限制而使振动元件与致动元件的变形相干涉。
实际上，根据本发明，发明人已发现，通过提供共振腔室10，致动元件23的振动被放大并且更高效地传递到套筒内壁15a并且因此更高效地传递到液滴喷洒装置的喷嘴本体13的空间中的任何液体。实际上，如果套筒内壁15a接触致动元件23的顶部表面，如上述共同待决的申请EP2130611的情况，已发现由于使套筒内壁15a保持与致动元件23紧密接触所需的力增加而导致套筒内壁15a的位移减小。
在这种布置中，致动元件23可以间隙C固定到固定部件2中以便避免超声传递损失。
因此，通过以这种构造成优化超声传递的方式来设计致动元件，可以实现因此使用较少功率的更高效的喷洒装置。
进一步，由于中间套筒内壁15a的使用，并且通过将所述中间套筒内壁15a牢固地附接到鼻端件11，因此封闭和密封喷嘴本体13以及其含有待排出液体的空间，所以部件1可以是一次性的。实际上，一次性部件1是自我包含的可分开部件并且可在喷嘴本体中包括或不包括预填充液体，因为由于毛细管壁元件14的存在任何液体都将不会渗出。
有利地，这种自我包含的部件可设计成一次性的，因此允许液体的简单替换，并且避免随着时间的推移穿孔膜喷嘴的任何堵塞。固定部件2、致动膜以及振动元件可相反地设计成非一次性部件。
在一个变型中，外部存储器(未示出)可设置成以这种已知方式（并且还在例如共同待决的申请EP08157455.0中描述）从存储器供给液体到喷嘴本体13。随后还需要适当的毛细管液体供给装置(未示出)将液体以所属领域技术人员众所周知的方式从所述外部存储器传递到空间5。喷嘴本体13可设计成接纳预定量的液体-例如单位剂量的。然而，喷嘴本体13可替代性地具有设计成足够大以便用作内部存储器因此避免外部存储器需求的内部空间。
以这种方式，可实现能够装配到固定部件2上的独立的一次性套筒，从而确保形成一次性部件1的一部分的套筒内壁15a与形成固定部件2的一部分的致动元件23之间的接触。
由于根据本发明的分送装置的上述实施方式，可以改进超声能量传递，因此导致本喷洒装置的改进的流体性能。因为毛细特性也可进一步优化，可实现流体特性的进一步增加。
如可以理解的，这就得到更高效的装置-与由同时待决的申请EP2130611公开的常规装置相比需要较少超声能量来喷射类似量的液体，从而需要较少能量来操作所述装置，这当然是重要方面-不仅在电池供电的液滴喷洒装置中而且在总体上都是如此。
这种改进装置可用于呼吸装置。例如，可以通过使用液滴喷洒装置与嘴端件以及流体接口的组合来提供吸气装置从而将液体喷洒到人的呼吸气管中。
以类似方式，本液滴喷洒装置可用作鼻部喷洒器或口气清新喷洒器。其他应用，例如，用作眼睛清洁喷洒器，或者甚至用作医疗香烟替代装置来允许精确控制进入人的呼吸气管中的液体喷洒量。
为了进一步确保喷洒装置的可靠操作，当电池27没电或没有足够功率时可设置辅助电池来用作备用电池以确保正确操作。这可防止当使用者需要喷洒一定剂量的液体时发生故障，因为备用电池可快速地投入使用。
图6示出了根据本发明的喷洒装置和备用电池组件的分解图。
图6A示出了图6的备用电池组件的分解设计。
备用电池组件3包括备用电池壳体31、备用电池32和电子充电控制装置33。还可设置外部功率供应连接器33b来为电池27充电并且还可能为备用电池32充电。电子充电器控制装置33设置有电池充电连接器33a，所述电池充电连接器33a用于与图3所示的固定部件2的电控装置26连接。因为电控装置26可包括用于充电的USB连接器，那么电池充电连接器33a当然适于连接所述电控装置26。
在备选布置中，可设置允许液体的时间控制释放的时间控制电路。例如，在吸气装置中，通过对使用者锁定每次剂量之间的具体预定时间来避免过量分送可能是重要的。
有利地，吸气检测系统可与上面的应用组合以允许或不允许自动喷洒液体。这种吸气检测系统可以与和本申请名称相同的共同待决的申请EP2216100中描述的相同。
简而言之，并且如在前述共同待决的申请中解释的，喷洒装置设置有致动元件23，所述致动元件23是将机械扰动转换成电的压电致动器。机械扰动可以是使用喷洒装置作为吸气装置的人的吸气和呼气所导致的。原理是利用使用呼吸处理装置的人的吸气和呼气型式的检测。的确，当将嘴端件放入嘴中时，人将吸气和呼气。这种吸气／呼气导致致动元件23的扰动，以便可以检测人的吸入和呼出空气流。通过适当地分析这些吸气和呼气顺序，待供给的物质可以在适当时间通过喷洒装置喷洒排出，以便允许高效地处理-即当人实际吸气而不呼气时。
图7a和7b示出了用于人的检测到的吸气的时间响应和频率响应。通过使用适当的时间-频率分析，可以清楚地检测吸气过程的开始和结束。通过在上述分析的基础上使用例如阈值检测，电控装置(未示出)可设置成在检测到吸气过程开始之后触发用于喷洒到人的嘴中的液体的释放。
图7c和7d类似地示出了通过致动元件23a检测到的呼气过程。因此，该过程以类似于一个上述吸气过程的方式来执行。这样一来，可以防止在呼气期间触发喷洒装置。
通过使用这些检测方法，吸气可区别于呼气。的确，从图7a至7d中可以看到，吸气和呼气可通过适当的时间-频率分析来区别。
现已描述了本发明的优选实施方式，所属领域技术人员将清楚的是，本发明还可以使用包含其构思的其他实施方式。因此，认为本发明不应限于公开的实施方式，而是仅应受限于所附权利要求的范围。

Claims (15)

1. 用于将液体喷射成液滴喷洒物的液滴喷洒装置，所述装置包括：
第一部件(1)，所述第一部件(1)具有用于容纳所述液体的喷嘴本体(13)并且具有用于从所述装置喷射液体的液体出口装置(11)，所述喷嘴本体(13)紧邻所述液体出口装置(11)布置，使得所述液体可通过穿过所述液体出口装置(11)而排出所述装置，
布置成接纳并且保持所述第一部件(1)的第二部件(2)，
振动元件(23a)，所述振动元件(23a)布置成致动所述喷嘴本体(13)中的液体物质，使得所述液体经历振动并且迫使所述液体穿过所述出口装置(11)从而作为液滴喷洒物排出所述装置，
所述喷洒装置进一步包括布置在所述振动元件(23a)与所述第一衬底喷嘴本体(13)之间的致动元件(23)，以及
设置有套筒内壁(15a)的套筒本体(15)，所述套筒内壁(15a)布置在所述致动元件(23)与所述喷嘴本体(13)之间以便将液体密封在所述第一部件(1)中，
所述致动元件(23)以及所述套筒内壁(15a)布置成传递由所述振动元件(23a)的振动生成的超声能量到所述喷嘴本体(13)中的液体，以及
共振腔室(10)，所述共振腔室(10)定位在所述套筒内壁(15a)与所述致动元件(23)之间，使得所述套筒内壁(15a)与所述致动元件(23)以具有长度B的间隙分开，并且所述套筒内壁（15a）是罩形的并且沿着所述致动元件(23)的侧表面延伸并且沿距离A摩擦地附接到所述侧表面。
2. 如权利要求1所述的液滴喷洒装置，其中所述致动元件(23)是角状的或台阶状的。
3. 如前述任一项权利要求所述的液滴喷洒装置，其中所述液体出口装置(11)、所述喷嘴本体(13)以及所述套筒本体(15)一起形成所述喷洒装置的可分开部件(1)。
4. 如权利要求3所述的液滴喷洒装置，其中所述可分开部件(1)是一次性的。
5. 如权利要求3或4所述的液滴喷洒装置，其中所述喷嘴本体(13)预先填充了待排出的液体，并且所述可分开部件构成一次性液体套筒。
6. 如前述任一项权利要求所述的液滴喷洒装置，其中所述振动元件(23)是压电振动器。
7. 如前述任一项权利要求所述的液滴喷洒装置，进一步包括用于为所述振动元件(23a)供电的电池(27)。
8. 如权利要求7所述的液滴喷洒装置，进一步包括控制所述振动元件(23a)的激活的电控装置(26)。
9. 如权利要求7和8所述的液滴喷洒装置，其中所述电池(27)是可充电的。
10. 如权利要求9所述的液滴喷洒装置，进一步包括连接器(26a、26b)，所述连接器(26a、26b)允许外部连接到所述电控装置(26)并且允许为所述电池(27)充电。
11. 一种吸气装置，包括：
如前述任一项权利要求所述的液滴喷洒装置，
嘴端件，以及
流体接口。
12. 如权利要求11所述的装置，其中所述振动元件(23a)布置成通过所述嘴端件检测使用者的呼吸型式。
13. 如权利要求11或12所述的装置，进一步包括允许所述吸气装置的授权操作的数字识别器(25)。
14. 一种鼻部喷洒装置，包括：
如前述权利要求1到10中任一项所述的液滴喷洒装置，
鼻端件(11)，以及
流体接口。
15. 如权利要求14所述的鼻部喷洒装置，进一步包括允许所述鼻部喷洒装置的授权操作的数字识别器(25)。
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