KR100474199B1 - 압전소자 부착방법 - Google Patents

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KR100474199B1
KR100474199B1 KR10-2001-7011404A KR20017011404A KR100474199B1 KR 100474199 B1 KR100474199 B1 KR 100474199B1 KR 20017011404 A KR20017011404 A KR 20017011404A KR 100474199 B1 KR100474199 B1 KR 100474199B1
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데이빗 에이. 톰킨스
조오지 에이. 클락크
에릭 알. 나빈
에드워드 제이.삼세 마튼즈
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에스.씨. 존슨 앤드 선, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 세라믹 압전소자(2)와 연결되는 오리피스 플레이트(3)를 이용하는 배터리 동작 분무화기 수단에 의해 액체 또는 액체 현탁액의 방울을 생성하기 위한 압전 액체 분배시스템 또는 분무화기를 개시하고 있다. 오리피스 플레이트를 압전소자에 결합하기 위해 땜납을 사용하고, 필요하면 나중에 압전소자의 재분극화를 실행함으로써 탁월한 효과를 얻을 수 있다

Description

압전소자 부착방법{IMPROVED ATTACHMENT METHOD FOR PIEZOELECTRIC ELEMENTS}
본 발명은 넓게는 에어로졸 형태로 분산용 액체를 분무화하는 기술분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 향료, 공기 청정제, 살충제제 등의 액체 활성물질을 압전장치에 의해 미세한 스프레이와 같은 미세입자 또는 미세한 방울의 형태로 분배하는 수단에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전기기계 또는 전기음향 액튜에이터에 의해 액체 또는 현탁액의 방울을 만들어내는 압전 액체 분배시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 압전소자와 연결된 오리피스 플레이트(orifice plate)를 이용하여 배터리로 동작되는 압전 분배기에 관한 것이다. 종래의 접착기술이나 본딩기술 보다는 납땜 방법에 의해 진동압전소자에 오리피스 플레이트를 결합함으로써 압전 분무화의 성능저하, 즉 방출속도의 감소를 피할 수 있음을 발견하였다. 이것은 특히 높은 굽힘 속도나 진동속도하에서 정상적인 접착제를 부식시키는 향료 및 향유의 분무화시에 특히 가치있다.
종래부터 미세 스프레이의 형성 또는 분무화에 의한 액체분배는 잘 알려져 있다. 이러한 분배방법의 하나로서 초음파 압전 진동기에 의해 생성된 음향 진동에 의해 액체를 분무화하는 방법이 알려져 있다. 이러한 방법의 예가 카터(Carter)의 미국특허 제4,702,418호에 나타나 있으며, 이 특허에는 분배될 유체를 유지하기 위한 노즐챔버와 이 노즐챔버의 적어도 일부분에 형성되는 격막(diaphragm)을 포함하는 에어로졸 분배기가 개시되어 있다. 에어로졸 분배노즐은 액체를 보관용기로부터 노즐로 도입하기 위한 제한된 통로와 함께 내부에 배치된다. 저전압 전원과 결합하는 펄스 발생기는 압전 벤더(bender)를 구동하기 위해 사용되며, 이 압전벤더는 보관용기로부터 노즐을 통해 유체를 움직이게 하여 에어로졸 스프레이를 생성한다.
다른 분무화기 스프레이 장치로서 험버스톤(Humberstone) 등의 미국특허 제5,518,179호에 나타난 것이 있다. 이 특허에는 복합 박형 벽구조를 갖는 액튜에이터에 의해 진동되며, 벤딩모드로 동작하도록 배열된 박막을 구비하는 액체방울 생성장치가 개시되어 있다. 박막의 표면에는 직접 액체가 공급되며 박막의 진동시에 액체는 미세한 방울의 형태로 박막으로부터 스프레이된다.
토다(Toda)의 미국특허 제5,297,734호에는 도전성 접착제에 의해 접속된 진동판을 구비하는 압전 진동기를 포함하는 초음파 분무화장치가 개시되어 있다. 이 특허에는 유체의 통로를 위해 다수의 미세한 구멍을 구비하는 진동판이 설명되어 있다.
아이브리(Ivri) 등의 미국특허 제5,586,550호에는 테이퍼진 개구를 갖는 진동가능한 비평면형 부재를 포함하는 치료액의 공급을 위한 장치가 개시되어 있다. 이 비평면형 부재에는 액체 보관용기를 압착함으로써 액체가 공급되어, 모든 액체가 표면장력에 의해 진동가능한 부재에 부착되는 식으로 액체가 표면에 직접 축적된다. 압전소자는 진동 캔틸레버 빔에 접합되어 캐리어 플레이트와 얇은 쉘 비평면형 부재에 진동을 제공하므로 그와 접촉하는 액체가 분무화된다.
마에다(Maeda) 등의 미국특허 제4,479,609호에는 초음파 진동기, 액체공급챔버, 및 이 챔버로부터 초음파 진동기로 액체를 이송하기 위한 액체 흡수장치를 포함하는 액체 스프레이가 개시되어 있다. 전기수축 소자는 도전성 접착제에 의해 금속 혼(horn)에 접속된다. 또한 마카라(Machara) 등의 미국특허 제4,533,082호에는 액체방울을 방출하기 위한 장치가 개시되어 있다. 이 특허에서 압전변환소자는 진동부재에 고착되어 노즐 개구부를 통해 액체의 변위를 유도한다. 보조진동 디스크는 분극 세라믹의 링형상 압전변환소자에 접합된다. 이들 특허 및 본 명세서에서 참조되는 모든 공보의 발표내용은 여기에서 충분히 설명되는 바와 같이 참고로 포함된다.
이러한 분무화기 및/또는 분배기는 특히 활성액체가 높은 진동속도에서 높은 활성값을 갖는 향료 또는 살충제 등일 때 부식이나 활성액체에 의한 용매 활성이 없이, 또는 압전소자와 오리피스 플레이트의 접합지점에서의 접합실패 없이, 분배될 액체가 진동 메커니즘/표면에 공급되게 하는 시스템을 제공하는 것은 실패하고 있다. 더욱이, 종래기술은 공급속도에 거의 변화를 주지 않거나 전혀 주지 않고 장기간 사용할 수 있는, 세라믹 압전소자와 납땜 연결된 오리피스 플레이트를 사용하여 용이하게 휴대가능하고, 배터리로 동작하며 연속적으로 작용하는 분배기를 제공하는데 실패하고 있다. 따라서 압전변환소자를 압전 분무화기의 오리피스 플레이트 또는 다른 소자에 접합하기 위한 개선된 방법에 대한 필요성이 대두되었다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 압전 분무화기로 사용하는데 적합한 회로기판의 부분 등축도.
도 2는 액체를 오리피스 플레이트의 표면에 이동하는데 적합한 액체 용기와 액체 이송수단의 등축도.
도 3은 액체용기, 공급수단 및 압전소자의 관계를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 원의 내부에 에워싸인 도 3 영역의 확대 세부도.
도 5는 바람직한 실시예의 새시에 장착된 인쇄회로기판과 압전소자의 평면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예의 사용에 적합한 압전펌프 어셈블리의 단순 단면도.
도 7은 세라믹 압전소자와 결합된 돔형 오리피스 플레이트와, 이 두 개의 소자가 본 발명에 따라 땜납 조인트에 의해 결합된 것을 보여주는 도 6 부분의 분분 상세도.
도 8은 압전소자 어셈블리의 캔틸레버 바 유형의 측면도.
본 발명의 목적은 세라믹 압전소자와 견고하게 결합되는 오리피스 플레이트를 이용하여, 고효율의 일관된 신뢰성을 갖는 액체 활성물질용의 분배기를 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 세라믹 압전소자를 포함하는 것으로서 설명되어 있으나, 그것에 한정되는 것은 아니며, 사용에 필수적인 특징을 가지며 납땜에 의해 결합소자에 수반되는 온도상승에 대한 내성을 갖는 다른 압전물질에까지 확장된다. 액체 활성물질로는 향료, 공기청정제, 가정용 세척제, 소독제, 방충제, 살충제, 방향요법제제, 의약제, 치료액, 또는 사용시 분무화로 이익을 얻을 수 있는 기타 액체 및 액체 현탁액 등이 있다. 이들 조성물은 수용성일 수 있으며, 다양한 용매를 포함할 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 압전 액체 분배시스템은 용이하게 휴대가능하고, 배터리로 동작되면서 동일하거나 상이한 활성액체를 편리하게 리필할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 저전압 배터리로 수개월 동안 효율적으로 동작할 수 있으며 그 기간 내내 분배의 일관성을 유지할 수 있는 압전펌프를 제공하기 위한 것이다. 이러한 목적에는 9볼트 배터리, "A", "AA", "AAA", "C", 및 "D" 전지와 같은 종래의 건전지, 버튼전지(button cell), 시계 배터리, 및 태양전지 등의 전원과 함께 사용할 수 있는 압전 분무화기를 제공하는 것이 포함된다. 본 발명과 함께 조합하여 이용하기 위한 바람직한 에너지원으로는 "AA" 및 "AAA" 전지가 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 처음에 공급되는 것과 마지막날 공급된 것이 동일한 특성/조성을 유지하면서, 즉 시간에 따르는 성분의 변화와 분리없이, 시간에 대해 선형으로 향유 또는 살충제제를 분무화할 수 있는 액체 분배시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 장치의 전자회로는 프로그램가능한 것이 바람직하며, 정밀한 분배속도(시간당 밀리그램, 이하 mg/hr이라 함)를 설정하기 위해 사용될 수 있거나, 또는 소비자가 개인적인 취향, 유효성, 또는 방 크기에 따라 원하는 레벨로 강도나 효율성을 조정하도록 허용해준다.
본 발명의 또 다른 목적은 장치로부터 작은 "구름" 또는 "연무"를 형성하도록 단속적으로 추진되는 순수한 방향제 또는 살충제제의 작은 방울을 제공하기 위한 것이다. 이 방울들은 공기의 흐름에 따라 대기 중의 넓은 영역으로 신속하게 확산 및 이동한다. 이러한 입자들의 작은 크기와, 그에 대응하여 큰 표면적 대 질량 비는 이들 방울을 신속하고 균일하게 증발시킨다. 바람직한 실시예에서, 분배시스템은 단일의 1.5볼트 "AA" 배터리에 대하여 수개월 동안 선형 분배속도로 동작하여 전체기간 동안 동일하게 크기가 정해진 액체방울을 균일한 체적으로 분배한다.
본 발명의 이들 및 기타의 목적은 방향제, 살충제제, 및 전술한 바와 같은 기타 활성 액체를 위한 압전 분무화기에 의해 달성된다. 여기에서, 분무화기는 분배될 액체를 위한 챔버와, 상기 챔버로부터 액체를 액체 분배용의 오리피스 플레이트에 공급하기 위한 수단과, 세라믹 압전소자를 포함하며, 상기 압전소자는 납땜에 의해 상기 오리피스 플레이트에 결합되어 종래의 접착제 결합에 비해 우수한 결합을 달성한다.
방향제 또는 살충제제는 오리피스 플레이트가 압전소자에 의해 겪게되는 진동주파수를 감쇄시키지 않고, 오리피스 플레이트와 표면장력으로 접촉하여 액체를 공급하는 모세관식 공급시스템을 통해 오리피스 플레이트의 배면에 공급된다. 압전소자는, 압전소자를 여기시켜 압전소자가 액체를 오리피스 플레이트를 통과하도록 할 수 있는 소형 배터리에 의해 구동된다. 이 오리피스 플레이트는 그 표면에 대해 수직인 다수의 작은 테이퍼지거나 원추형의 구멍을 구비하며, 상기 구멍의 출구는 직경이 6미크론 정도이다. 타이밍 회로는 압전소자에 간헐적인 여기를 제공하여 시간 종속 방식으로 상기 액체의 작은 방울을 분배하기 위해 사용된다. 분무화되는 액체의 특성 때문에, 즉 향유 및/또는 살충제제의 유기성분이나 용매의 존재 때문에 오리피스 플레이트를 종래의 압전구동기의 금속 캔틸레버 빔에 결합시키는 종래의 결합방법은 부적당하였다. 종래의 결합제는 압전진동에 의해 야기되는 굴곡력에 의해 가속되는 것으로 믿어지는 열화와 함께 향유와 접촉시 시간에 따라 상당한 열화를 보여준다. 납땜공정은 납/주석 땜납을 이용하여 이러한 문제점을 해소하도록 발전되었다. 게다가, 오리피스 플레이트는 압전 세라믹 소자에 직접 부착될 수 있으므로, 캔틸레버 빔이나 금속 증폭 플레이트와 같은 추가의 부품을 불필요하게 한다.
본 발명의 이들 및 기타의 목적과 장점은 단순히 본 발명의 바람직한 실시예로 든 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 따라서 본 발명의 완전한 범위를 이해하기 위해서는 청구항에 주목하여야 한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 나타내고 있으며, 도 7 및 도 8은 당해 기술분야의 통상의 기술자가 종래부터 실행하는 방식과 대조적인 방식으로 오리피스 플레이트에 압전소자를 결합하는 방식을 생각하여 본 발명의 전체 범위를 보다 일반적으로 나타내고 있다.
도 1은 인쇄회로기판(1)과 그 내부에 위치된 압전소자(2) 사이의 일반적인 관계를 나타내고 있다. 회로기판(1)은 본 발명을 분명하고 용이하게 이해하기 위해 전자회로 및 그와 관련된 배터리가 없는 것으로 도시되어 있다. 회로기판은 사용시 분배기의 새시에 부착될 수 있으며, 이 새시는 사용을 위해 장식적인 쉘형 하우징이나 리셉터클(도시생략)에 차례로 위치될 수 있다. 이 새시보드(11)는 도 5에 평면도로 도시되어 있으나 하우징은 도시되어 있지 않다. 장식적인 리셉터클 또는 하우징은 소비자에게 호감을 주는 외관을 가지고 스프레이 형태로 분배기에서 대기 중으로 액체의 통과를 허용하면서 분배기의 구성요소를 유지 및 보호하기 위한 목적에 적합한 형상 또는 형태이면 어떠한 것이라도 좋다. 이처럼 분배기 하우징은 분배될 액체와 함께 사용하고 접촉되기에 적합한, 임의의 물질을 고속으로 성형함으로써 생성되는 것이 유익하다.
압전소자(2)는 도시된 바와 같이 그로밋(4) 또는 압전소자의 진동을 방지하는 다른 임의의 적합한 수단에 의해 제위치에 유지된 회로기판(1)에 실장될 수 있다. 링 형태의 압전소자(2)는 오리피스 플레이트(3)에 동심원의 관계로 위치되며, 그들과 진동식의 연결관계를 가지도록 오리피스 플레이트 플랜지에 부착된다. 세라믹 압전소자는 일반적으로 PZT(lead zirconate titanate)나 PN(lead metaniobate) 등의 압전 세라믹 물질을 포함하지만 압전특성을 나타내는 어떤 물질이어도 좋다. 세라믹 압전소자는 후술하는 방식으로 오리피스 플레이트에 결합된다.
오리피스 플레이트는 목적에 적합한 임의의 종래의 물질을 포함하지만, 포토레지스트 기판에 형성되었을 때 통상적인 방식으로 나중에 제거되어, 약 10 내지 100미크론, 바람직하게는 약 20 내지 80미크론, 가장 바람직하게는 약 50미크론의 두께를 갖는 니켈 코발트의 균일한 다공성 구조를 남기는 전기도금 니켈 코발트로 이루어지는 것이 바람직하다. 오리피스 플레이트에 대한 다른 적합한 물질로는 니켈, 마그네슘-지르코늄 합금, 다른 다양한 금속 및 금속합금, 복합물 또는 플라스틱뿐 아니라 이들을 조합한 물질 등의 다른 적합한 물질이 이용될 수 있다. 다른 적합한 물질로는 적당한 입자크기와 습윤특성을 갖는 것이 사용될 수 있다. 전기도금을 통해 니켈 코발트층을 형성함으로써 포토레지스트 기판의 윤곽을 갖는 다공성 구조물이 제조될 수 있으며, 출구측에 약 6미크론의 직경을 가지며 입구측에 보다 큰 직경을 갖는 원추형 구멍을 형성함으로써 투과성을 달성할 수 있다. 오리피스 플레이트는 돔형상, 즉 중앙부분이 다소 높은 것이 바람직하나 평면으로부터 포물선형, 아크형, 반구형 또는 성능을 향상시키는 다른 임의의 형상으로 변화할 수 있다. 플레이트는 내부의 개구부가 필연적으로 동일한 진폭의 진동에 놓이게 하고 동시에 직경이 균일한 액체방울을 분사하게 하는 것을 보증하도록 비교적 높은 굽힘 강성율을 가져야 한다. 오리피스 플레이트는 필요하다면 부식방지를 위해 금, 은, 백금 등의 물질로 도금될 수 있다.
도 2에는 방향제, 공기 청정제, 곤충억제제 또는 분배될 다른 물질의 저장 및 공급용의 액체용기(5)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이 용기는 탈착가능한 덮개(8), 바람직하게는 클립-온 또는 스크류-온 덮개로 밀폐된다. 도 2에는 또한 베이오닛 클립(bayonet clip)(6)이 도시되어 있다. 이 클립은 도시되지 않은 탈착가능한 상부 덮개나 캡을 유지하기 위해 존재한다. 이 상부덮개나 캡은 용기의 이송과 저장에 이용되며, 용기를 분배기에 넣고 그 내용물의 사용을 원할 때 용이하게 제거될 수 있다. 병의 개방부(9)로부터 덮개(8) 밖으로 액체공급수단(7), 루프형 심지 또는 돔형 액체 공급매체가 돌출된다. 비록 액체공급수단은 다수의 경질 플라스틱 모세관 시스템으로부터 연질의 다공성 심지에 이르기까지 다양한 형상의 물질을 포함할 수 있으나 편의상 액체공급수단을 심지라 하기로 한다. 심지의 기능은 용기(5)로부터 오리피스 플레이트와 접촉하는 위치로 액체를 이송하기 위한 것이다. 따라서, 심지는 이동될 액체에 의해 영향을 받지 않아야 하며, 다공성이고, 오리피스 플레이트에 대해 유연해야 한다. 심지의 다공성은 심지의 가요성의 범위를 통해 그리고 임의의 형상으로, 액체의 균일한 흐름을 제공하기에 충분해야 한다. 액체를 오리피스 플레이트의 표면에 가장 적합하게 이송하기 위해서는 심지자체가 물리적으로 오리피스 플레이트와 접촉하여 액체를 오리피스 플레이트에 전달하는 것이 필수적임을 발견하였다. 액체는 모든 분배된 액체가 표면장력에 의해 오리피스 플레이트의 표면에 부착되어 전달되는 방식으로 오리피스 플레이트에 전달되는 것이 바람직하다. 본 발명자들은 적합한 심지재료 중에서 필터 용지와 같은 종이, 또는 면, 나일론, 폴리프로필렌, 유리섬유 등의 직물과 같은 물질을 이용하는 것이 바람직함을 발견하였다. 심지는 필터 용지나 티슈에 유사한 다공성과 연성을 갖는 고다공성 물질인 것이 바람직하다. 바람직한 심지물질로는 100평방인치당 약 7.2그램의 밀도(평방 야드당 약 93.2그램 또는 3.3온스)를 가지며 68×68의 실수를 갖는 브로드클로스 직물로서 스프링 인더스트리즈(Spring Industries)에 의해 제공되는 100퍼센트 면섬유 직물을 포함한다. 바람직한 루프 또는 심지는 약 0.125인치 폭, 2.75인치 길이, 및 0.01인치 두께의 스트립 형태의 심지로서 이용된다. 심지 홀더 상부로의 바람직한 루프의 높이는 비록 루프의 높이가 액체용기, 심지홀더, 및 분무화기의 설계에 종속되기는 하지만 약 0.05인치에서 0.15인치인 것이 바람직하다. 심지는 그것과 나란히 인접배치되는(juxtaposed) 오리피스 플레이트의 표면에 부합하도록 형성되고, 액체용기(5) 덮개(8)의 병 개구부(9)에 위치된 심지 홀더 또는 포지셔너(10)에 의해 정확한 위치에 유지되는 것이 바람직하다. 액체의 점성도와 표면장력의 결과로서 액체는 심지로부터 오리피스 플레이트로 용이하게 흐를 것이다. 심지는 액체 재공급 유닛의 일체부로서 포함되도록 의도되며, 상기 액체 재공급 유닛은 용기, 액체, 병덮개, 심지, 및 심지홀더 또는 포지셔너뿐 아니라 저장 및 선적용의 유닛을 밀봉하기 위한 상부 덮개까지도 포함한다. 따라서 이러한 유닛은 소비자가 편리하게 분배기에 위치시키기에 적합한 분배기용의 리필 병을 포함한다. 이를 위해 액체 용기(5)는 새시(11)에 적합한 수용수단을 삽입하여 상부 덮개 또는 캡을 제거한 후, 그것을 동작위치에 고정시키기 위해 병 덮개(8)에 부착수단(16)을 구비한다. 그러나 심지는 또한 오리피스 플레이트, 새시, 또는 분무화기 조립체의 다른 부분의 일체부로서 액체 보관용기내의 액체를 심지와 접촉시키기 위해 제공되는 심지 말단부 등의 수단과 함께 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 특정 바람직한 실시예의 액체용기(5), 심지(7), 압전소자(2), 및 오리피스 플레이트(3) 사이의 조립관계를 나타낸 단면도이다. 압전소자(2)는 예를들면, 그로밋(4) 또는 압전소자의 진동을 제한하지 않는 임의의 적합한 수단에 의해 인쇄회로기판(1)에 위치된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 환형 압전소자는 그들과 기계적인 연결로 오리피스 플레이트(3)를 에워싼다. 오리피스 플레이트는 차례로 심지(7)와 접촉하여 액체가 용기(5)로부터 오리피스 플레이트로 분배되도록 하며, 여기에서 표면장력 접촉을 통해 전달이 발생한다. 도시되지는 않았지만, 분배기의 새시 보드(11)는 심지(7)가 오리피스 플레이트(3)와 인접 배치되게 하는 적절한 위치에 회로기판과 액체용기를 유지한다. 심지(7)는 심지홀더(10)에 의해 덮개(8)의 개구부에 유지되며, 이 심지홀더는 가요성의 매우 유연한 심지(7)에 자유도를 허용하므로 그 조정범위가 허용되고, 한편 심지의 말단부(15)는 용기(5) 내의 모든 액체를 완전하게 이용할 수 있게 해준다. 이 자유도는 오리피스 플레이트의 표면에 대한 심지의 자기조정을 허용하여 제조나 선적시의 경과로부터 비롯되는 위치변화를 보상하고, 용기로부터의 액체를 오리피스 플레이트의 표면으로 이송하기 위한 유연한 공급수단을 제공한다. 당업자라면 분명히 알 수 있는 바와 같이, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 심지의 높이는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 액체 갭(14)을 변화시키고, 심지와 플레이트 사이의 적절한 접촉도를 보증하도록 조정될 수 있다. 심지와 오리피스 플레이트 사이의 관계의 보다 상세한 도면은 도 4에 도시되어 있으며, 도 4는 도 3의 일부분을 확대한 세부도이다. 도 4에는 돔형 오리피스 플레이트(3)와 나란히 인접배치되어 있는 루프형 심지(7)가 도시되어 있으며, 여기에서 전달될 액체는 오리피스 플레이트와 표면장력으로 접촉한다. 도 4는 오리피스 플레이트의 돔형의 완전한 아크를 통해 사실상 접촉하고 있는 것으로서, 심지와 플레이트를 도시하고 있으나, 이것은 단지 예시를 위한 것이고, 플레이트(3)는 점성도, 표면장력, 및 액체의 온도뿐 아니라 심지의 특정 다공성과 가요성 및 액체 갭(14)의 정도에 따라 사실상 액체의 전달을 위해 제한된 아크(도 6에 도시됨)에 대해서 심지(7)와 접촉하는 것으로 이해해야 한다. 도시된 바와 같이, 덮개소자(8)의 개구부(9)를 통한 심지(7)의 통로는 심지 홀더/포지셔너(10)에 의해 제어된다. 도 4에는 세라믹 압전소자(2), 오리피스 플레이트(3), 및 오리피스 플레이트 플랜지(12)용의 실장 그로밋(4)뿐 아니라 탈착가능한 캡(도시생략)을 병덮개(8)에 유지시키는 클립(6)이 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 회로기판(1), 압전소자(2), 오리피스 플레이트(3), 실장 그로밋(4) 및 새시보드(11)의 관계를 도시한 평면도이다. 이미 표시된 바와 같이, 오리피스 플레이트(3)와 동심원의 관계인 압전소자(2)는 그로밋(4)에 의해 회로기판(1)의 제위치에 유지된다. 회로기판은 클립(17)과 위치결정 브래킷(18)과 같은 종래의 방식으로 새시보드(11)에 실장된다.
도 6에서, 본 발명의 바람직한 실시예의 단순화된 단면도는 각종 소자의 전반적인 관계를 도시하고 있다. 오리피스 플레이트(3)는 오리피스 플레이트 플랜지(12)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이들 플랜지(12)는 본 발명에 따라 압전소자(2)에 차례로 부착된다. 심지(7)는 오리피스 플레이트(3)와 부분적으로 접촉하여 액체 갭(14)을 생성하는 것으로 도시되어 있으며, 거기에서 분배될 액체는 오리피스 플레이트로 전달된다. 심지는 또한 직물 말단부(15)를 포함하는 것으로 도시되어 있으며, 이 직물 말단부는 액체용기(5)(도시생략) 내로 연장된다.
도 7은 도 6의 압전소자와 오리피스 플레이트 어셈블리를 도시한다. 이 도면에서 세라믹 압전소자(2)는 돔형 오리피스 플레이트(3)를 에워싸며, 부착지점(13)에서 오리피스 플레이트 플랜지(12)를 세라믹 압전소자에 납땜함으로써 오리피스 플레이트에 결합된다. 종래의 기술과 대조적으로 이 부착수단은 통상의 접착제 수단보다는 가장 적절한 땜납 조인트인 것을 발견하였다. 성공적인 땜납 조인트를 달성하기 위해서는, 세라믹 소자를 금속피복하여(metallize) 부착을 위한 땜납용 베이스를 제공하는 것이 적절하다. 이러한 과정에서는 세라믹 압전소자의 탈분극(depolarization)이 발생하는 온도까지 이 소자를 가열할 필요가 있고, 따라서 이 소자의 재분극을 필요로 하기 때문에, 종래의 기술은 이러한 과정을 교시하고 있지 않음을 주목해야 한다. 본 발명자들은 이 추가적인 단계가 세라믹 소자와 오리피스 플레이트 사이의 결합이 열화되는 것에 대해 훨씬 개선된 내성을 갖는다는 관점에서, 특히 에폭시 수지에 정상적으로 확산되어 그들을 파괴할 수 있는 유기액체를 함유하는 향료 및 살충제의 침투성 매질에서는 필수적일뿐 아니라 경제적으로도 실현가능하다는 것을 발견하였다. 이러한 땜납 조인트의 제조시, 적절한 플럭스 물질의 페이스트는 원하는 패턴으로 실크스크린될 수 있고, 이는 가열될 때 땜납 비드의 도포를 위해 균일하게 분포될 것이다.
오리피스 플레이트 또는 개구를 둘러싸는 동심원의 세라믹 압전소자의 형태로 전술한 도면에 도시되어 있으나, 본 발명은 도 8에 전형적으로 도시된 바와 같이 액체방울이나 연무의 분산에 적합한 격막, 노즐 또는 오리피스 플레이트와 접촉하는 캔틸레버 빔과 오실레이터를 구비하는 종래의 압전소자와 함께 사용하기에 적합하다.
상술한 바와 같이, 본 발명자체는 상술한 바람직한 실시예로 한정되는 것이 아니라, 도 8에 도시된 바와 같은 캔틸레버 바(cantilever bar) 장치 등의 분배수단과 압전소자의 어떠한 장치에도 적용가능하다. 여기에서 분무화기 장치의 본체에 부착하기 위한 부착수단(19)을 갖는 캔틸레버 바(20)는 부착지점(13)에서 땜납 조인트 부착수단에 의해 압전소자(2)와 직접 접촉한다. 캔틸레버 바는 돔형 오리피스 플레이트로서 도시된 오리피스 플레이트(3)와 기계적으로 접촉하지만 어떠한 형태로도 사용될 수 있다. 캔틸레버 바(20)는 부착지점(13)에서 오리피스 플레이트 플랜지(12)에 땜납되어 압전 분무화기에 사용을 위한 연속적이며 기계적인 음향 진동소자를 제공한다.
상술한 바와 같이, 설명된 분배기의 구성요소와 사용방법에 대한 개선의 특정조합으로 놀랍게 탁월한 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 이러한 결과는 바람직한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 일반적인 압전 분무화기까지 확장된다. 특히, 종래에는 향유 및 살충제제를 분무화할 때 오리피스 플레이트와 세라믹 압전부재 사이의 접합 메커니즘이 빈번하게 고장난다는 것을 알 수 있다. 종래의 분무화기에서는 이러한 메커니즘이 진동 세라믹 압전소자와 오리피스 플레이트 또는 박막 사이의 캔틸레버 빔의 형태를 취한다. 그렇지 않으면 오리피스 플레이트는 금속 증폭 플레이트와 같은 전달수단에 기계적으로 접합되는 플랜지를 포함할 수 있다. 이러한 부재를 접합하는 것은 에폭시 수지와 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate) 접착제제 등의 접착제를 사용하여 관례적으로 달성된다. 그러나 이러한 접착제 결합은 접착물질내로 확산을 촉진하는 고주파 진동하에서 제제를 함유하는 향유 및 유기용매와 같은 침투성 매질에 의해 열화되기 쉽다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 이러한 열화를 없게 하는 납/주석 땜납을 사용하는 것을 발견하였다. 그러나 종래의 기술에서는 이러한 가열 의존형 결합수단에 의하면 많은 세라믹 압전소자의 탈분극이 초래되기 때문에 이 기술이 회피되고 있다. 따라서 결합될 분무화기의 부재를 납땜한 후, 압전물질의 구체적 특성에 따라 세라믹 압전소자를 재분극하는 것이 필수적이다. 또한 땜납의 사용에 의해 금속 오리피스 플레이트에 세라믹 압전소자를 직접 결합함으로써 캔틸레버 빔 또는 증폭 플레이트와 같은 진동전달수단에 대한 필요성을 없앨 수 있음을 알 수 있었다. 예컨대, 다수의 향료를 분배할 때 압전 구동조인트에 에폭시 접합된 오리피스 플레이트가 신속하게 열화됨을 알 수 있었다. 반대로, 오리피스 플레이트를 압전 구동조인트에 납땜할 때 동일한 향료를 사용해도 연장된 사용기간 후에도 열화를 무시할 수 있었다.
본 발명의 분무시스템은 공기청정제, 향료, 살충제 또는 기타 활성 액체와 같은 액체를, 분배기를 구동시키는 배터리의 수명기간에 걸쳐 대기에 동등한 액체의 양을 균일하게 분산시키는 이점을 가지면서 연장된 기간동안 자동적으로 주어진 환경에 분배시키기 위해 사용될 수 있다. 또한 분배기는 리필 및 교체 배터리에 의해 자유자재로 재사용될 수 있으므로 소비자는 원할 때 대기에 분산될 액체를 변경할 수 있고, 아울러 분산될 액체의 양이 개인적인 취향, 유효성 또는 실내 크기에 대해 원하는 레벨로 강도 또는 유효성을 조정하도록 변경될 수 있는 추가의 장점을 갖는다.
본 발명은 현재 바람직한 실시예로 고려되는 것에 대해 설명되어 있으나, 본 발명이 개시된 실시예로 한정되는 것은 아니다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구항의 사상과 범위 내에서 다양한 수정과 동등한 배열을 커버하도록 의도된다. 다음의 청구항의 범위는 이러한 모든 수정과 동등한 형성물 및 기능성을 갖는 것들을 모두 망라할 수 있도록 최광의로 해석될 수 있어야 한다.

Claims (3)

  1. 진동되는 분무화기의 부재들을 결합하는 방법에 있어서,
    상기 부재들은 중앙 영역이 돔 형상으로 되어있고 둘러싸는 플랜지를 갖는 오리피스 플레이트와, 링 형상으로 되어 있고 상기 오리피스 플레이트와 동심원 관계에 있도록 위치된 압전 액튜에이터 소자를 포함하고, 상기 방법은
    압전 액튜에이터 소자를 그 위의 부착지점에서 금속피복(metallizing)하는 단계,
    상기 압전 액튜에이터 소자를 분극화하는 단계,
    납/주석 땜납을 이용하여 상기 압전 액튜에이터 소자의 탈분극을 일으키는 온도에서 상기 오리피스 플레이트의 둘러싸는 플랜지를 압전 액튜에이터 소자에 납땜시키는 단계, 및
    이후에, 상기 납땜 과정중에 일어난 탈분극을 극복하기 위해 상기 압전 액튜에이터 소자를 재분극화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 압전 액튜에이터 소자(2)의 표면에 땜납이 고르게 분포되도록 하기 위해, 납땜을 하기 전에 상기 표면에 플럭스 물질의 페이스트를 도포하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 중앙 영역이 돔 형상으로 되어 있고 개구들 및 둘러싸는 플랜지를 구비하는 오리피스 플레이트(3)와, 링 형상으로 되어 있고 상기 오리피스 플레이트와 동심원 관계에 있도록 위치된 세라믹 압전소자(2)와, 상기 오리피스 플레이트(3)에 분배될 액체를 공급하기 위한 모세관식 공급수단과, 상기 액체의 분배를 제어하기 위한 전자회로부와, 상기 오리피스 플레이트(3)의 플랜지와 상기 세라믹 압전소자상의 부착지점 사이의 납/주석 땜납 조인트를 포함하고, 상기 납/주석 땜납 조인트는 상기 압전소자의 탈분극을 일으키는 온도에서 형성된 조인트이며, 상기 세라믹 압전소자는 납땜 조인트의 형성중에 일어난 탈분극을 극복하기 위해 재분극되는 것을 특징으로 하는 분무화기.
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