CN105618317B - 喷孔片模块 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种喷孔片模块，适用于雾化器，至少包括：压电片、承载片及喷孔片；承载片具有第一表面及第二表面，以及具有一体成型的凸出结构及镂空圆孔，凸出结构凸出于承载片0.4mm以上，环绕镂空圆孔而设置；其中，压电片设置贴合于承载片上，喷孔片则对应覆盖于承载片的镂空圆孔上，当压电片压电致动时，通过凸出结构降低承载片刚性，辅助承载片的能量传递至喷孔片上提升雾化振幅。

Description

喷孔片模块

【技术领域】

本发明系关于一种喷孔片模块，尤指一种适用于雾化器的喷孔片模块。

【背景技术】

雾化器系将液体转换成大量液滴的电子装置，利用液滴的接触表面积相较于液体较大的原理，被广泛地使用于各方面，例如：医疗、美容、环境加湿及室内熏香甚至于电子元件散热等，而现今市场上的雾化器主要分为超音波式及致动式。

一般而言，已知致动式雾化器主要是通过喷孔片模块的作动以将流体通过喷孔片模块中的致动器以产生振动，再由多个喷孔将雾化的液滴喷出。因此，喷孔片模块的设计及设置方式在雾化器中极为重要的一环，且可直接影响到雾化器的雾化效率。

传统致动式雾化器的喷孔片模块系如图1所示，其中喷孔片模块1主要由压电片10及喷孔片11两者相组合而成，其中，压电片10系为一圆环的型态，喷孔片11则为一平面式的一体成型的型态，且喷孔片11的直径系大于压电片10，因此可使压电片10设置于喷孔片11之上，且两者的间再通过一粘着剂12，例如：胶，进行接合，如此以形成如图1所示的传统的喷孔片模块1。惟于此传统的喷孔片模块1中，为了因应雾化器应用于医疗产品上的需求，故喷孔片11的材质需选用贵金属材质，然由于此喷孔片11至少需要大于压电片10的面积，故此大面积的喷孔片11将会导致喷孔片模块1的零组件成本高、生产成本高等问题。

请参阅图2A及图2B，其系分别为另一改良的已知喷孔片模块的俯视图及分解结构示意图。如图所示，此改良后的喷孔片模块2主要由压电片20、承载片21及喷孔片22所构成，其中主要的改良为缩小喷孔片22的尺寸，并采用一承载片21以承载压电片20，故于此喷孔片模块2中，该承载片21的直径系大于圆环式的压电片20的直径，即其面积大于压电片20，藉此以将压电片20承载于承载片21之上，同时，并将喷孔片22设置于承载片21之下，且该压电片20、承载片21及喷孔片22之间均以一粘着剂(未图示)，例如：胶，进行贴合，如此以完成喷孔片模块2的组装。然而，此喷孔片模块2虽可通过减小面积的喷孔片22以减少制造成本，然而由于其承载片21系为全平面式的设计，故喷孔片22受到压电片20的电压致动而产生的振动幅度会受限。

请参阅图3A、图3B及图3C，其系为图2A所示的喷孔片模块于三种不同起始状态下的振动示意图。首先如图3A所示，其中图(a)系为图2A所示的喷孔片模块2的AA’剖面结构示意图，且此系为喷孔片模块2的起始示意图，其中压电片20尚未进行压电致动，此时喷孔片22维持在一平面的状态，而未有形变产生。于图(b)中，由于压电片20进行压电致动，进而使压电片20带动承载片21向圆心收缩，进而导致喷孔片22产生收缩而向下弯曲形变；而在图(c)中，即为当压电片20再进行反向压电致动，使得压电片20带动承载片21产生径向扩张，并传递至喷孔片22处，使其亦扩张并向上振动，并将喷孔片22又拉回接近于平面的状态。

至于在图3B中，其图(d)则为喷孔片22于起始状态时即为向下弯曲形变的状态，而当压电片20进行压电致动后，而使喷孔片22开始产生振动时，会如图(e)所示，由压电片20带动承载片21向圆心收缩，进而致使喷孔片22收缩，此时由于其起始状态即为向下弯曲，故当喷孔片22收缩时，则其向下弯曲的幅度会更大，而当喷孔片22扩张而向上振动时，则会如图(f)所示，该喷孔片22微幅弯曲向上形变。

另外，在图3C中，其图(g)为喷孔片22于起始状态时即为向上弯曲形变的状态，故当压电片20进行压电致动后，而使喷孔片22产生振动时，则其会如图(h)所示，使喷孔片22收缩，此时因其起始状态即为向上弯曲，故当喷孔片22收缩时，其向上弯曲的幅度更大，而当喷孔片22扩张时，则会如图(i)所示，使该喷孔片22反向作动，而向下微幅弯曲。

于此已知喷孔片模块2中，其运作原理主要为压电片20于环圆周共振模态频率的交变电压作用下产生振动，进而带动承载片21于同方向振动，波动再传导至与其粘合的喷孔片22并使的拉伸与挤压，此状态下的喷孔片22将所包覆的液体以小分子的方式挤出，形成雾状喷雾喷出。换言之，于此过程中，承载片21系扮演能量传递的角色，以将压电片20所产生的振动传递至喷孔片22，因此承载片21传递振动能量的效能将会直接影响到喷孔片22雾化液体的效率，然而由于此已知承载片21的两表面皆为平面结构，其刚性太强，会使得压电片20的能量不易通过承载片21而传递至喷孔片22，即其能量转换及传递效能差，而会导致使模块的喷率不佳，使得喷雾效能低落。

因此，如何发展一种可改善上述已知技术缺失的喷孔片模块及其所适用的雾化器，实为目前迫切需要研发的课题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种喷孔片模块，可达到降低承载片刚性、提升能量转换及传递效能、改善整体喷率的功效。

为达上述目的，本发明的一较广义实施态样为提供一种喷孔片模块，适用于雾化器，至少包括：压电片；承载片，具有第一表面及第二表面，以及具有一体成型的凸出结构及镂空圆孔，凸出结构凸出于承载片0.4mm以上，并环绕镂空圆孔而设置；以及喷孔片；其中，压电片设置贴合于承载片上，喷孔片则对应覆盖于承载片的镂空圆孔上，当压电片压电致动时，通过凸出结构降低承载片刚性，辅助承载片的能量传递至喷孔片上提升雾化振幅。

较佳地，该承载片为不锈钢金属材料制成，弹性系数为193～240GPa。

较佳地，该凸出结构为朝向该承载片的该第一表面凸出。

较佳地，该凸出结构为朝向该承载片的该第二表面凸出。

较佳地，该凸出结构为一凸出圆环结构，外缘直径为6～13mm，内缘直径为4.4～12mm。

较佳地，该凸出结构为一凸出圆环结构，外缘直径最佳值为8mm。

较佳地，该凸出结构为一凸出圆环结构，内缘直径最佳值为6.4mm。

较佳地，该承载片外缘直径最佳值为16mm。

较佳地，该承载片的该镂空圆孔直径最佳值为4.1mm。

藉由具有凸出结构的承载片以辅助能量传递，进而可达到降低承载片刚性、提升能量转换及传递效能、改善整体喷率的功效。

【附图说明】

图1：其为已知致动式雾化器的喷孔片模块的示意图。

图2A：其为另一已知喷孔片模块的俯视图。

图2B：其为另一改良的已知喷孔片模块的分解结构示意图。

图3A：其为图2A所示的喷孔片模块的起始状态为喷孔片平面设置的振动示意图。

图3B：其为图2A所示的喷孔片模块的起始状态为喷孔片向下弯曲形变的振动示意图。

图3C：其为图2A所示的喷孔片模块的起始状态为喷孔片向上弯曲形变的振动示意图。

图4A：其为本发明较佳实施例的喷孔片模块的俯视图。

图4B：其为本发明较佳实施例的喷孔片模块的分解结构示意图。

图5A：其为图4A所示的喷孔片模块的起始状态为喷孔片平面设置的振动示意图。

图5B：其为图4A所示的喷孔片模块的起始状态为喷孔片向下弯曲形变的振动示意图。

图5C：其为图4A所示的喷孔片模块的起始状态为喷孔片向上弯曲形变的振动示意图。

【主要附图标记说明】

1、2、3：喷孔片模块

10、20、30：压电片

11、22、32：喷孔片

12：粘着剂

21、31：承载片

301、313：镂空圆孔

310：第一表面

311：第二表面

312：凸出结构

【具体实施方式】

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上系当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图4A及图4B，其系分别为本发明较佳实施例的喷孔片模块的俯视图及分解结构示意图。如图4A及图4B所示，本发明的喷孔片模块3系适用于一雾化器(未图示)，且其主要由压电片30、承载片31及喷孔片32所构成，其中承载片31具有第一表面310及第二表面311，以及具有一凸出结构312及一镂空圆孔313；凸出结构312与承载片31一体成型的凸出圆环结构，凸出结构312环绕于承载片31的镂空圆孔313而设置，但不此为限，以及凸出结构312可朝向于第一表面310上凸出(如图例中所示)，或者凸出结构312可朝向于第二表面311上凸出(未图示)；再者，压电片30设置贴合于承载片31的第一表面310或第二表面311上(图例中所示为设置贴合于第一表面310上)，喷孔片32则对应设置于承载片31的第二表面311上，压电片30上也具有一镂空圆孔301；当压电片30压电致动时，通过承载片31的凸出结构312的辅助，将能量传递至喷孔片32上，以振动产生形变。于一些实施例中，该压电片30、承载片31及喷孔片32之间系以一粘着剂(未图示)，例如：胶，进行贴合，但不以此为限。

于本实施例中，压电片30及承载片31均为一圆环结构，但不以此为限；其中该压电片为高压电系数的锆钛酸铅(PZT)系列的压电粉末制造而成，该压电片30的外径为12～20mm，最佳为15mm，内环直径6～15mm，最佳8.5mm，厚度为0.2～1.0mm，最佳为0.75mm；该承载片31为不锈钢金属材料，弹性系数为193～240GPa，外径为13～21mm，最佳为16mm，镂空圆孔直径2～10mm，最佳为4.1mm，厚度0.05～0.3mm，最佳为0.2mm，该凸出结构312可朝向于第一表面310上凸出0.4mm以上，或者该凸出结构312可朝向于第二表面311上凸出0.4mm以上，外缘直径为6～13mm，最佳为8mm，内缘直径为4.4～12mm，最佳为6.4mm；而喷孔片32可为钯镍合金、不锈钢材料、钴镍合金镀钯钴、钴镍合金镀金所制成，喷孔直径2～10μm，厚度0.01～0.2mm，最佳为0.02mm，外径为4～12mm，最佳为6mm，但压电片30、承载片31及喷孔片32的材质及尺寸均不以此为限；如此该承载片31的直径大于压电片30的直径，意即承载片31的面积大于压电片30的面积，如此以使该压电片30可承载设置于承载片31的第一表面310上。

请续参阅图4B，如图所示，本实施例的压电片30的镂空圆孔301的半径系大于承载片31的圆心(未图示)至凸出结构312外缘的距离，因此当压电片30设置于承载片31的第一表面310上时，该凸出结构312系可穿越压电片30的镂空圆孔301而设置，即如图4A所示。以及，于本实施中，喷孔片32的直径亦大于承载片31的镂空圆孔313的直径，故当喷孔片32设置贴合于承载片31的第一表面310或第二表面311上时(图例中所示为设置贴合于第二表面311上)，该喷孔片32可封闭承载片31的镂空圆孔313。

请参阅图5A、图5B及图5C，其为图4A所示的喷孔片模块于三种不同起始状态下的振动示意图。首先如图5A所示，其中图(j)为图4A所示的喷孔片模块3的BB’剖面结构示意图，如图所示，可见压电片30承载设置于承载片31的上表面311上，且凸出结构312突出于压电片30的镂空圆孔301之上，且喷孔片32设置于承载片31的下表面310上，且封闭该承载片31的镂空圆孔313而设置。且于图(j)中，此为喷孔片模块3的起始示意图，其中压电片30尚未进行压电致动，此时喷孔片32维持在一平面的状态，而未有形变产生。于图(k)中，由于压电片30进行压电致动，进而使压电片30带动承载片31向圆心收缩，进而传递至喷孔片32处，使其产生收缩而向下弯曲形变；而在图(l)中，即为当压电片30再进行反向压电致动，使得压电片30带动承载片31产生径向扩张，并传递至喷孔片32处，使其亦扩张并向上振动，并将喷孔片32又拉回接近于平面的状态。

至于在图5B中，其图(m)则为喷孔片32于起始状态时即为向下弯曲形变的状态，而当压电片30进行压电致动后，而使喷孔片32开始产生振动时，会如图(n)所示，由压电片30带动承载片31向圆心收缩，进而致使喷孔片32收缩，此时由于其起始状态即为向下弯曲，故当喷孔片32收缩时，则其向下弯曲的幅度会更大，而当喷孔片32扩张而向上振动时，则会如图(o)所示，该喷孔片32将反向振动而向上弯曲形变。

另外，在图5C中，其图(p)为喷孔片32于起始状态时即为向上弯曲形变的状态，故当压电片30进行压电致动后，而使喷孔片32产生振动时，则其会如图(q)所示，使喷孔片32收缩，此时因其起始状态即为向上弯曲，故当喷孔片32收缩时，其向上弯曲的幅度更大，而当喷孔片32扩张时，则会如图(r)所示，使该喷孔片32反向振动，而向下弯曲形变。

于此喷孔片模块3中，其运作原理系如前所述，为压电片30于环圆周共振模态频率的交变电压作用下产生振动，进而带动承载片31于同方向振动，波动再传导至与其粘合的喷孔片32并使的拉伸与挤压，并通过喷孔片32的形变振动以将所包覆的液体以小分子的方式挤出，形成雾状喷雾喷出。然由于本实施例的承载片31上多了凸出结构312的设计，通过此凸出结构312的设置，进而可降低承载片31的刚性，如同将弹簧设置于承载片31上的效果，进而可使振动的能量暂存于凸出结构312处，进而可协助能量的传递，并可使喷孔片32的振幅提升，雾化液体的效率以及整体模块的效能也得以增强。因此，若将本实施例的图(j)～图(r)与已知的图(a)～图(i)相较，可明显看见本实施例的喷孔片32的振幅明显大于已知喷孔片22的振幅，故本发明实可有效提升雾化器(未图示)雾化液体的效能。

此外，为了进一步实验本实施例所适用的雾化器的组抗与频宽相较与已知雾化器的间的差异，更进一步采用组抗分析仪以进行相关实验，已知采用全平面式承载片21的喷孔片模块2及本实施例的喷孔片模块3皆采以外径15mm、内环直径8.5mm、厚度为0.75mm的压电片，外径16mm、镂空圆孔直径4.1mm，厚度0.05mm的承载片31，喷孔片厚度0.02mm、外径为6mm的喷孔片3作比对，且喷孔片的喷孔直径(未图示)2～10μm，其中本实施例的喷孔片模块3具有凸出结构312可朝向于第一表面310上凸出0.4mm，外缘直径为8mm，内缘直径为6.4mm，所进行相关实验并取得下列资料(如表1):

(1)已知采用全平面式承载片21的喷孔片模块2，于阻抗100欧姆以下频宽为0kHz，于200欧姆以下为0.96kHz；

(2)本实施例采用具有凸出结构312的承载片31的喷孔片模块3，于阻抗100欧姆以下频宽为0.56kHz，于200欧姆以下为1.23kHz；

由(1)、(2)两组实验资料可见，在固定阻抗值下的频宽，本发明采用具有凸出结构312的承载片31的喷孔片模块3相较于已知采用全平面式承载片21的喷孔片模块2的频宽较宽。

除前述在固定组抗值可增加频宽的优点之外，本发明采用凸出结构312的承载片31的喷孔片模块3更具有机电转换效率佳的功效，以下为经实验估算出本发明及已知技术的喷孔片模块的机电转换效率因子k的数据资料：

机电转换效率因子k，k值的定义为

其中，f_a为反共振频率、f_r为共振频率，且当k值愈大代表其转换效率越高。

经实验，已知采用全平面式承载片21的喷孔片模块2的共振频率为124.975kHz，反共振频率为126.790kHz；而本实施例采用具有凸出结构312的承载片31的喷孔片模块3的共振频率为111.075kHz，反共振频率为114.180kHz，将这些数值代入上式计算得到已知的喷孔片模块2的k值为0.169，而本实施例的喷孔片模块3的k为0.232；两者相较，可见本实施例采用具有凸出结构312的承载片31的喷孔片模块3的k值明显高于已知采用全平面式承载片21的喷孔片模块2。

除前述实验外，更进一步将本发明及已知技术的喷孔片模块进行液体物化的喷率实验，其中所采用的液体均为生理食盐水，并同样以交流电±20V驱动，驱动频率为各模块的环圆周模态共振频率，结果如下表1所示：

表1

由此表1中可见，此实验一共采用已知全平面的喷孔片模块2与本实施例的喷孔片模块3以进行比较，然而实验结果显示，无论是已知全平面的喷孔片模块2与本实施例的喷孔片模块3，本实施例采用具有凸出结构312的承载片31的喷孔片模块3的喷率均明显优于已知采用全平面式承载片21的喷孔片模块2。

由前述该等实验资料显见，本实施例采用具有凸出结构312的承载片31的喷孔片模块3无论是在增加固定组抗值时的频宽、或是提升机电转换效率k、又或是提升喷孔片振幅、改善整体喷率等项目上均有明显优于已知技术的表现。

综上所述，本发明系提供一种喷孔片模块，其中喷孔片模块由压电片、承载片及喷孔片所构成，且承载片上具有凸出结构，藉由该凸出结构以降低承载片的刚性，进而可辅助将压电片振动的能量通过承载片以传递至喷孔片上，进而以提升喷孔片振幅、增加固定组抗值时的频宽、提升机电转换效率k及改善整体喷率，同时亦能达到节省生产成本的功效。

本发明得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (8)

1.一种喷孔片模块，适用于一雾化器，至少包括：

一压电片；

一承载片，具有一第一表面及一第二表面，以及具有一体成型的一凸出结构及一镂空圆孔，该凸出结构凸出于该承载片0.4mm以上，并环绕该镂空圆孔而设置；以及

一喷孔片；

其中，该压电片设置贴合于该承载片上，该喷孔片则对应覆盖于该承载片的该镂空圆孔上，当该压电片压电致动时，通过该凸出结构降低该承载片刚性，辅助该承载片的能量传递至该喷孔片上提升雾化振幅。

2.如权利要求1所述的喷孔片模块，其特征在于该承载片为不锈钢金属材料制成，弹性系数为193～240GPa。

3.如权利要求1所述的喷孔片模块，其特征在于该凸出结构为朝向该承载片的该第一表面或者该第二表面凸出。

4.如权利要求1所述的喷孔片模块，其特征在于该凸出结构为一凸出圆环结构，外缘直径为6～13mm，内缘直径为4.4～12mm。

5.如权利要求1所述的喷孔片模块，其特征在于该凸出结构为一凸出圆环结构，外缘直径最佳值为8mm。

6.如权利要求1所述的喷孔片模块，其特征在于该凸出结构为一凸出圆环结构，内缘直径最佳值为6.4mm。

7.如权利要求1所述的喷孔片模块，其特征在于该承载片外缘直径最佳值为16mm。

8.如权利要求1所述的喷孔片模块，其特征在于该承载片的该镂空圆孔直径最佳值为4.1mm。