CN1142034C - 用于连接承受振荡的雾化器部件的方法及雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种通过电池驱动式喷雾器产生液滴或液态悬浮体的压电液体释放系统或雾化器，它具有一块与陶瓷压电件(2)相连的孔板(3)。通过利用钎焊连接孔板与压电件以及随后如果需要的话重新极化压电件，获得了出色的结果。

Description

用于连接承受振荡的雾化器部件的方法及雾化器

优先权

本发明要求享受于1999年3月8日提交的美国临时申请号60/123208的申请。

技术领域

泛泛地讲，本发明涉及液体雾化以便以气悬体形式散布的领域。确切地说，本发明涉及像香水、空气清新剂、杀虫剂成分或其它材料的活性液体通过压电器件以微粒或液滴形式(如细微喷雾形式)散布的装置。尤其是，本发明的目标是一种用于制造液滴的压电液体释放系统。确切地说，本发明涉及采用与压电件相连的孔板的电池驱动式压电分配器。人们已经发现，通过用钎焊法而不是用传统的粘接剂或粘接技术把孔板连接到振动的压电件上，避免了压电雾化性能降低即释放速率降低。在尤其是在伸缩或振动速率高的情况下破坏普通粘接剂的香水和香精油雾化中，这是很有价值的。

背景技术

通过形成细微喷雾或雾化来分配液体是众所周知的。一个这样的分配方法就是通过由超声压电振荡件产生的声音振动来雾化液体。卡特的美国专利US4702418表示出了这样的方法的一个例子，它披露了一种具有一个容纳要分配液体的喷嘴腔、一片形成至少该腔的一部分的膜的气雾分配器，其中设置了一个气雾喷嘴，它具有把液体从罐中引到喷嘴的有限通道。一个与低压电源相连的脉冲发生器被用来驱动一个驱动液体从罐中流过喷嘴以便产生气雾的压电弯管。

胡伯司通等人在美国专利US5518179中披露了另一种雾化喷射器，这篇文献教导了一种液滴制造装置，它具有一片通过具有复合薄壁结构的致动件而振动的并且被布置成弯曲工作的膜。液体被直接供给膜表面并且在膜振动时以液滴形式从表面上被喷射出去。

托达的美国专利US5297734教导了超声雾化装置，它包括具有通过导电粘接剂与之相连的振荡板的压电振荡件。在这篇专利中，振荡板被描述成具有许多个用于液体流通的小孔。

艾佛里等人在美国专利US5586550中教导了分配药液的装置，它包括一个具有锥形孔的振荡的非平面件，液体通过挤压液罐而被送给所述孔，从而如此直接将液体滴到表面上，即所有液体通过表面张力粘附在振荡件上。压电件粘在一个振荡的悬臂梁上以便使载板和薄套非平面件振荡，从而与之接触地使液体雾化。

梅达等人的美国专利US4479609披露了一种液体释放装置，它包括一个超声振荡件、一个供液腔和一个把液体从腔中送往振荡件的吸液件。压电件通过导电粘接件与金属喇叭相连。此外，马卡拉等人在美国专利US4533082中教导了一种喷射液滴的装置，其中压电转换器被固定在振荡件上以使液体经过喷嘴口。一个轴向振动盘与一个由极化陶瓷构成的环形压电转换器粘结。这两篇专利的披露内容以及所有其它公开文献就像在本文中充分说明了那样作为参考地被引入。

这样的雾化器和/或分配器无法提供一种要分配液体被喷到振荡机构/表面上，而又没有导致腐蚀、活性液体的溶剂活性或者在压电件与孔板的接点处的粘接失败，尤其是当活性液体是像香水或杀虫剂这样的在高速振荡时具有高活性系数的物质时。此外，现有技术无法提供一种采用了与陶瓷压电件焊接的孔板的、能够分配速率不变或变化很小地长期使用的且连续工作的电池驱动式便携分配器。因而，人们需要一种把压电转换器连接到孔板或其它压电雾化器部件上的改进方法。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种很有效的、连续不变的且可靠的活性液体分配器，它采用了与陶瓷压电件机械连接的孔板。尽管本发明如上所述地包括陶瓷压电件，但应该理解的是，本发明不局限于此，而是延及其它具有必须的使用性能并且能抵抗随着钎焊部件而出现高温的压电材料。活性液体包括像香水、空气清新剂、家用清洗材料、消毒剂、防水剂、杀虫剂、芳香药剂成分、药剂、药液或其它液体或得利于雾化的悬浮液。这些成分可以是含水的或含有各种溶剂。在本发明的优选实施例中，压电液体释放系统是便携式的、电池驱动的且可方便地重新填充原来物质或不同液体活性物质。

本发明的进一步目的在于提供一种能够依靠低压电池有效工作数月之久的并同时在整个期间内保持分配一致性的压电泵。在这样的目的中包括了提供一种适于和像9伏电池、传统干电池如A、AA、AAA、C、D、纽扣电池、手表电池和太阳能电池这样的电源或太阳能电源一起使用的压电雾化器。与本发明联合使用的优选电源是AA电池和AAA电池。

在本发明的另一个目的中，希望提供一种能够随时间成线性地雾化香精油或杀虫剂成分并同时在使用第一天和最后一天都可以保持不变的特性/成分即成分不变或不随时间分离的液体配送系统。这种装置的电器最好可以是编程的并且可以被用于设定准确的配送速率(如毫克/小时)，或者可以允许消费者根据个人喜好、效力或房间大小把强度和效率调节到理想程度。

本发明的另一个目的是提供由纯香水或杀虫剂成分构成的小滴，它们间歇地被从装置中排出而形成了小云雾或烟气，所述液滴快速分散并依靠气流散布于整个大面积区域内。我们发现，这样的液滴小尺寸以及相应高的表面积与质量之比导致了这些液滴快速均匀地蒸发。在优选实施例中，配送系统依靠1.5伏“AA”型电池以线性分配速度工作达数月之久，它在整个期间内分配出大小基本一样的均匀液滴体。

通过用于香水、杀虫剂成分和其它高活性液体的压电分配器实现了本发明的这些和其它目的，其中分配器包括一个用于要分配液体的腔、把液体从该腔中送往一个孔板以便分配液体的机构、一个陶瓷压电件，其中压电件通过钎焊与孔板相连，从而获得了一个比传统的粘接连接好的连接。

通过毛细管供流系统把香水或杀虫剂成分送往孔板背面，所述供流系统依靠与板的表面张力接触来配送液体，而没有降低板接受压电件振荡的振动频率。一个电子器件控制所述液体配送。通过小电池驱动压电件，所述电池激励压电件并使其迫使液体经过孔板，所述孔板垂直于其表面地具有一些锥形或渐缩的小孔，孔的出口的直径为6微米左右。定时电路被用于给压电件提供间歇激励，从而按照依赖时间的方式分配出小液滴。由于雾化液体的性质，即在香精油和/或杀虫剂成分中有有机成分或溶剂，我们发现，把孔板连接到传统的压电驱动件的金属悬臂梁上的传统连接方法是不够用的。当接触香精油时，传统的粘接剂显示出了其质量随时间明显降低的性能，而这种质量下降据说因由压电振荡引起的弯曲力而加速。已经发展利用铅/锡焊剂的钎焊方法来消除这个问题。此外，我们发现，孔板可以直接被连接到压电陶瓷件上，由此就不需要像悬臂梁或金属增强板这样的附件。

从以下只是优选实施例的说明中，了解了本发明的这些和其它目的和优点。因此，应该通过权利要求书来理解本发明的整个范围。

图面简介

图1是适用于本发明优选实施例的压电雾化器的电路板的等角局部图。

图2是适用于把液体供给孔板表面的输液机构和液体容器的等角图。

图3是表示液体容器、供液机构和压电件之间关系的横截面图。

图4是图3所示圆所包含的图3区域的放大图。

图5是被装在优选实施例的底座上的印刷电路板和压电件的俯视图。

图6表示适用于本发明优选实施例的压电泵装置的简化横截面图。

图7具体表示图6的局部，它画出了与陶瓷压电件相连的圆顶形孔板，这两个部件按照本发明地通过焊接部相连。

图8表示悬臂杆型压电分配装置的侧视图。

本发明的实施方式

尽管图1-图6更确切地指向了本发明的一个优选实施例，但图7、8概括地指出了本发明的整个范围，它们预见了如此连接压电件与孔板，即这种连接方式与本领域普通技术人员的公知常识是不同的。

图1画出了压电件2所在印刷电路板1之间的整体关系。为了清楚起见和便于理解本发明，电路板1如图所示地没有电路和与之相连的电池。还要理解的是，电路板在使用中与分配器底座相连，所述底座又位于装饰性壳型外罩中或插座(未示出)中以便使用。在图5中，以俯视图画出了底板11，而没有画出外罩。装饰性插座或外罩可以是适用于固定分配器部件的任何形式或形状的，同时又为消费者提供了赏心悦目的外观并允许液体以喷雾形式从分配器流入大气。因此，可有利地通过高速模塑任何适于与要分配液体一起使用和接触的材料来制造分配器壳。

压电件2可以被安装在电路板1中并且通过橡胶密封圈4或其它任何不阻碍压电件振荡的适当相似方式被固定到位。环形压电件2相对孔板3同心地定位并且如此与孔板凸缘相连，即它与之振动连接。陶瓷压电件一般包括压电陶瓷材料如锆酸铅(PZT)或黑铌酸铅(PN)，但也可以是任何显示出压电性能的材料。陶瓷压电件按照后述方式与孔板相连。

孔板含有任何适用于此的传统材料，但它最好由在光敏抗蚀基板上形成的电镀镍钴化合物构成，所述材料随后按照传统方式被除去，从而留下均匀的且厚约10微米-100微米且最好为20微米-80微米并更优选为50微米的多孔镍钴组织。可以采用其它适用的孔板材料，如镍、锰锆合金、各种其它金属、金属合金、化合物或塑料以及其组合物。可以采用其它适用材料，它们具有适当的晶粒大小和润湿性能。通过电镀形成镍钴层，可以制成具有光敏抗蚀基板轮廓的多孔结构，其中通过形成出口侧直径约为6微米且入口侧直径更大的锥形孔而获得了渗透性。孔板可以是平面的，但最好是圆顶形的，即在中心略微隆起，并且可以是从平面到抛物面形状，或成半球形状。所述板应该具有比较高的抗弯强度，以确保其中的孔应承受同样的振荡，从而同时喷出大小一样的液滴。如果需要，孔板也可以镀有像金、银、白金这样的材料以防止腐蚀。

图2画出了存放香水、空气清新剂、杀虫液或其它要分配材料的液体容器5。如图所示，活动盖8且最好是用夹子夹上的或拧上的盖盖住了容器。在图中画出了卡口夹6，它们用于固定活动顶盖或用于容器输送和存放的盖(未示出)并且可以在需要把容器放入分配器并允许使用其盛装物时被轻松地除掉。供液机构7、圈形绳芯或圆顶供液件从穿过盖8的瓶口9中伸出。为了方便起见，我们把供液机构称为绳芯，尽管它可以包括许多不同的形状和材料，如从硬塑料毛细管系统到软的多孔绳芯。绳芯功能是把液体从容器5中送往接触孔板的位置。因此，绳芯应该不受输送液体的影响并且是多孔的并允许符合孔板地成形。绳芯的多孔性应足以在整个绳芯弯曲范围内及按照其任何形状产生均匀的液体流动。为了最佳地把液体送往孔板表面，我们发现必须使绳芯本身实体接触板，以便把液体送往板。液体最好被如此送往孔板，即基本上所有配送液体将通过表面张力粘附并转往孔板表面。在适用的绳芯材料中，我们发现优选像纸这样的材料(如过滤纸或棉布、尼龙布、聚丙烯织物、玻璃纤维布等)。绳芯最好含有非常多孔的材料，它们的多孔性和柔软性与过滤纸或薄绢相似。优选的绳芯材料包括由斯普林工厂作为绒面呢织物提供的100％纯棉布，它具有68×68经纬密度和1.116×10^-4克/毫米²的密度。所用的绳圈或绳芯最好为3.175毫米宽、69.85毫米长和0.254毫米厚。优选的绳圈高度(在绳芯座上)最好为1.27毫米-3.81毫米，尽管绳圈高度由液体容器、绳芯座和雾化器的设计来决定。绳芯的形状最好可以符合并列孔板的表面形状并且通过位于瓶口9中的液体容器5盖8的绳芯座或定位件10被保持在正确位置上。液体因液体的粘性和表面张力而轻松地从绳芯流向板。要注意的是，作为供液机构的一部分地加入绳芯，所述供液机构包括容器、液体、瓶盖、绳芯和绳芯座或定位件以及密封存放运输机构的顶盖。这样的机构可以包括分配器的重装瓶，为了方便消费者，它适于安放在分配器中。为此，液体容器5可以在瓶盖8上具有连接机构16以便插入在底座11中的适当接纳机构16，从而在除去顶盖或盖后，将其锁定在工作位置上。但是，绳芯可以作为孔板、底座或雾化器另一部分的整体地配设有使液体容器中的液体接触绳芯的部分如绳芯尾。

图3以横截面图画出了本发明特定优选实施例的液体容器5、绳芯7、压电件2及孔板3之间的关系。例如，压电件2通过橡胶密封圈4或其它任何不影响压电件振荡的适当方式被定位于印刷电路板1中。在优选实施例中，环形压电件与之机械连接地围绕着孔板3。孔板又与绳芯7并列，由此允许要配送的流体从容器5流向孔板，在这里，通过表面张力接触而出现了液体转移。没有画出分配器的底座板11，它把电路板1和液体容器保持在适于使绳芯7与孔板3并列的位置上。绳芯7通过绳芯座10被保持在盖8的开口中，从而允许其有一定的调节范围，而绳芯尾15保证了完全利用容器5中的所有液体。这种自由度允许相对孔板表面自我调节绳芯，以补偿由加工和运输的变化引起的位置波动并且保证了柔顺的供流机构以便把液体从容器送往孔板表面。如本领域普通技术人员所熟悉的那样，绳芯高度如图3、4所示地可以进行调节以改变如图4、6所示的液体间隙14并保证绳芯适当地接触板，注意图4，其中画出了图3圆圈的放大细节，其中与圆顶孔板3并列地画出了环形绳芯7，其中要转移的液体通过表面张力接触孔板。尽管图4画出了实质上接触孔板圆顶的整个圆弧的绳芯和板，但要理解的是，这只是为了示范，板3实际上可以只在有限的弧度上接触绳芯7，如图6所示地，从而根据粘性、表面张力和液体温度以及绳芯的特定多孔性和柔软性以及液体间隙14而实现了液体转移。如图所示，经过盖8的开口9的绳芯7通道由绳芯座/定位件10来控制。图4还画出了陶瓷压电件2的安装垫圈4、孔板3以及孔板凸缘12和把活动盖(未示出)夹固在瓶盖8上的夹子6。

图5是俯视图，它表示本发明一个优选实施例的电路板1、压电件2、孔板3和安装垫圈4及底座板11之间的关系。如上所述，压电件2与孔板3同心地被垫圈4保持在电路板1中。电路板按照传统方式如通过夹子17和定位角架18被安装在底座板11上。

在图6中，本发明一个优选实施例的简化横截面图画出了各部件的整体关系。孔板3如图所示地具有孔板凸缘12，它们又被固定在本发明的压电件2上。绳芯7如图所示地接触孔板3，由此产生了液体间隙14，要配送的液体在所述间隙中被转往孔板。绳芯如图所示地具有尾布15，它们伸入未示出的液体容器5中。

图7画出了图6的压电件和孔板组件，其中陶瓷压电件2围绕着圆顶形孔板3并且通过在接点13处把孔板凸缘12钎焊到陶瓷压电件上而与孔板相连。与公知常识相比，我们发现这种连接方式最适当地是钎焊接头，而不是普通的粘接方式。为了获得成功的钎焊接头，使陶瓷件金属化以便给焊剂提供粘接基础是适当的。要注意的是，传统知识的教导与此不同，因为这将需要把陶瓷压电件加热到其会退极的温度，由此需要压电件重新极化。我们发现，考虑到陶瓷件与孔板之间接头在尤其是在含有机液的香水和杀虫剂的侵蚀介质中的抗破坏性能得到极大加强，这个附加步骤不仅是必要的，而且是经济可行的，所述有机液通常可以溶于环氧树脂中并破坏它们。在准备这样的钎焊接头时，适用焊药膏可以按照理想图形接受丝网印刷处理，它在加热时将均匀地分布以便涂覆焊珠。

虽然上述图中描述的是围绕孔板的同心的陶瓷压电件，但应该想到本发明也适合于与传统的压电件使用，传统压电件包括如图8所示的振荡件和与膜、喷嘴、或适于分配液滴或雾气的孔板相接触的悬臂杆。

如上所述，本发明本身不局限于上述优选实施例，而是适用于任何形式的压电件和分配装置，例如如图8所示的悬臂杆机构。在这里，具有用于连接到雾化器体上的连接机构19的悬臂杆20通过在接点13上的钎焊接头直接接触压电件2。杆还机械接触如图所示地是圆顶孔板的孔板3，但可以使用任何其它形式。悬臂杆20在接点13处被钎焊到孔板凸缘12上，从而产生了用于压电雾化器的连续的且机械发声振荡件。

如上所述，我们认识到了，部件的改进和上述分配器使用方法的特殊组合方式导致了令人惊异地得到改进的结果。不过，这样的结果不局限于优选实施例，而大体上延及压电雾化器。确切地说，我们认识到，当雾化香精油和杀虫剂成分时，孔板与陶瓷压电件之间的连接结构经常失效。在传统的雾化器中，这种结构在振荡陶瓷压电件与孔板或膜之间通常成悬臂梁形式。或者，孔板可能包括一个凸缘，它通过机械方式与像金属增强板这样的转移机构相连。连接这样的部件通常是通过使用粘接剂完成的，如环氧树脂和丙烯酸氰粘接剂成分。可是，这样的粘接接头受到了侵蚀介质如香精油和含有机溶剂的成分的破坏，尤其是在高频振荡下，这促进了溶于粘性材料中。为了克服这个问题，人们发现使用铅/锡焊剂消除了这种破坏。但是，传统的知识表明，应该避免这样的取决于热的连接方式，因为这导致了许多陶瓷压电件的去极。因此，在钎焊上要连接的雾化器部件后，根据压电材料的特定性能，可能需要使陶瓷压电件重新极化。此外，人们发现，通过使用焊剂来直接把陶瓷压电件连接到金属孔板上，可以不需要像悬臂梁或增强板这样的振荡传递件。例如，人们发现，当分配许多香水时，压电驱动接头的环氧树脂粘接孔板很快就损坏了。相反地，即使在长期使用后，同样的香料对压电驱动接头孔板的作用可忽略不计。

工业实用性

本发明的雾化系统可以被用于长时间地自动把像空气清新剂、香水、杀虫剂或其它活性液体这样的液体分配到任何环境，优点是在驱动分配器的电池的使用寿命期间内将等量液体均匀地散布到大气中。此外，分配器可以根据需要而通过重填和备用电池来重新使用，从而消费者可根据需要改变正分配到空气中的液体，所带来的优点是，正分配的液体量可以根据个人喜好或房间大小来改变以把强度和效率调整到理想程度。

尽管已经参照目前被认为是优选实施例的例子描述了本发明，但要理解的是，本发明不局限于上述实施例。相反地，本发明要在后续权利要求书的精神和范围内覆盖各种修改方案和等同结构。后续权利要求书的范围要遵守最宽泛的解释，以便包含所有那些修改方案和等同的表达方式和功能。

Claims (3)

1.一种用于连接一个承受振荡的雾化器的部件的方法，所述雾化器包括一孔板和一压电致动件，所述孔板在中心是圆顶形的并具有一周围凸缘，所述压电致动件成形为一个环并与所述孔板同心设置，所述方法包括以下步骤：

在压电致动件上的连接处使其金属化，极化所述压电致动件，其特征在于，在使压电致动件退极的温度下利用铅/锡焊剂将所述孔板的周围凸缘钎焊在所述的压电致动件上，之后，对该压电致动件进行重新极化以克服在钎焊时发生的退极。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括在钎焊前把焊药膏涂到该压电致动件的表面上，从而焊剂均匀分布在该表面上。

3.一种雾化器，所述雾化器包括一孔板，所述孔板在中心是圆顶形的并具有一周围凸缘，和一陶瓷压电致动件，所述压电致动件成形为一个环并与所述孔板同心设置，一个将要喷射的液体供给到所述孔板的毛细管供液机构，控制所述液体配送的电子器件，其特征在于，在所述孔板周围凸缘和所述陶瓷压电致动件连接处之间的铅/锡焊剂接头是在引起所述压电致动件退极的温度下已经形成的接头，所述陶瓷压电致动件被重新极化以克服在形成所述钎焊接头处的时候发生的退极。

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