TW526098B - Improved attachment method for piezoelectric elements and the atomizer using this method - Google Patents

Description

526098 、發明説明（i 技術領域 、、X月大體上係有關以浮粒之形式來散佈液體之霧化 的項域，更特別在於，本發明係有關藉著一壓電元件，以 微顆粒或疋小滴之形式作為細微噴霧，用來散佈液體作 2材料之構件，諸如香水、空氣清香劑、殺蟲劑製劑，或 〃材料。尤其是，本發明係旨在藉著一機電或電聲學之 °°以產生液滴或是液體懸浮粒之壓電液體傳送系 統。更特別在於，本發明係有關一電池操作之壓電配送器， 用子L 口板與壓電元件交流。已知由焊接之方法，而 不疋傳統之黏著或結合技術，藉其將孔口板連結到振動中 之壓電元件，可以避免壓電霧化之性能下降（換言之，釋 訂 放率之衰退）。此於香水與芳香油之霧化中特別有益處， 特別處於高速率之彎曲或振動情況下，其會侵害正常之黏 著劑。 背景技藝 經 濟 部 智 慧 財 產 局 昌 消 費 合 作 社 印 製 來 藉由形成一細微噴霧，或霧化散佈液體係已熟為人 知，-用來散佈之方法係藉著聲音振動來霧化液體，該振 動係藉著超音波壓電振動器產生。此方法之一範例係於卡 特（Carter)，美國專利第4 7()2 418號中顯示，其公開一浮 質配送器’該配送器包括··一用來保持欲分配液體之喷嘴 室；及一至少於噴嘴室一部所形成之隔板。於其中配置一 浮粒刀配I嘴4噴鳴帶有限制通道，用來從貯存器將流 體引進到喷嘴；-與低電壓電源結合之脈衝產生器，豆用 來壓電彎曲卫具，其由貯存器經喷嘴驅動流體 中國國家標準("cns ) 4 526098 A7 B7 五、發明説明l 產生一浮質噴霧。 另務化噴霧裝置藉由漢柏史東(Hamberstone)等人 於美國專利第5 518 179號中顯示，其講授一流體液滴生 產工具，其包含一藉著一引動器振動之薄膜，該引動器具 有複合薄壁結構，且係配置來以彎曲方式操作。流體係直 接供應到薄膜之表面，並依靠薄膜之振動，於該處以細微 液滴噴灑。 圖達（Toda)之美國專利第5 297 734號講授超音波霧 化裝置，該裝置包含壓電振動器，該振動器有一振動板， 其藉著傳導黏合與振動器連結。於此專利中，係將振動板 描述成其中具有大量之細密孔，該細密孔用來當作流體之 通道。 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依伏利（Ivd)等人於美國專利第5 586 55〇號講授用來 傳送具療效液體之工具，其包括一可振動非平面構件，其 具有漸細開孔到達欲傳送之液體，藉著擠壓液體貯存器， 以所有液體皆藉著表面張力黏附於可振動構件之方式，來 將其直接沉澱於表面上。壓電構件係結合到一振動器懸臂 樑’來提供振動給承載板及薄殼非平面構件，以便來使與 之接觸的液體成為喷霧狀。 梅達（Maeda )等人之美國專利第4 479 609號公開一 液體喷霧器，其包含有：一超音波振動器；一液體喷麗室； 及一液體吸收器，其用來將液體由噴灑室運送到振動器， 壓電元件係藉著傳導黏合連結到金屬製喇U八。此外，於美 國專利第4 533 082號中，梅契拉（Machara)等人講授一用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X：297公釐） 526098 Α7 Β7 五、發明説明（ 來釋放液滴之配置，其中係將一壓電變換器固定到振動構 件，來引起通過噴嘴孔之液體的位移。一輔助振動碟係以 水泥接合到一極化陶製之環形壓電變換器。這些專利的公 開内容，以及所有其他於此交付之宣佈，係在此併入本案 以為完整之參考資料。 此類噴霧器且/或配送器無法提供一系統，藉其將欲 散發之液體供應到振動器機構/表面，而不會因活性液體 導致腐蝕、溶解活動，或是於壓電元件與孔口板之連接點 其接合失敗，特別是當活性液體係諸如香水或殺蟲劑時， 其於高振動率具有高活性商數。此外，習知技藝已經無法 提供一容易攜帶、由電池操作、連續作用之配送器，其使 用一孔口板與陶製壓電元件焊接連結，該陶製壓電元件使 其能夠以很少或沒有振動之傳送率長期使用。因此，對用 來將壓電變換器連接到孔口板或壓電喷霧器其他元件之改 良方法存在一需要。 發明之公開 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之宗旨係在於提供一高效率、堅固且可靠之配 ^ σσ其用於液體作用材料，使用一孔口板與陶製壓電元 件牛固的連結。儘管本發明以—包含陶製壓電元件加以描 述，然本發明非限定於此，且亦延伸到其他壓電材料係可 以理解的。忒材料具有使用上必須的特性，及藉著焊接結 合70件時所伴隨升高溫度之抵抗性。藉著液體作用材料， 其係預U括諸如香水、空氣芳香劑、家用清潔劑、消毒 劑、防水劑、殺蟲劑、芳香療法製劑、藥用的治療液體，

本紙張尺度適用中_^Τ^Γΰ^ΤΤΓ〇Χ297公釐） 526098 五 、發明説明（ 4 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 或其他得益於使其霧化來使用之液體或液體懸浮粒之液 體’這些合成物可以如水一般，或是包含許多溶劑。於本 發明之較佳具體實施例中，其壓電液體傳送系統係容易攜 f、以電池操作，且可方便地以相同（或不同）液體作用材 料重灌者。 其另外之宗旨係在於提供一壓電泵，其能夠以低電壓 電池有效地操作數月，期間並同時維持傳送之濃度。其宗 旨包括提供一壓電噴霧器，其適合來使用諸如9伏特電 池、傳統乾電池（諸如”A”、’’Aa，，、，，AAA，，、，，C，，及，，D，，電 池）、釦狀電池、手錶電池、太陽能電池或太陽能之電源。 與本發明結合之較佳能源係使用，，Aa，，及”AAA”電池。 於另一宗旨中，係提供一液體傳送系統，其能夠對時 間線性耪化芳香油或殺蟲劑製劑，於最後一天傳送同時維 持與第一次傳送相同之特性/成分，換言之，沒有成分會 隨著時間而改變或分離。該單元之電子設備較佳係可程式 化’並可以用來設定精確的傳送率（例如：以每小時之毫 克或毫克/小時），或可以容許客戶依個人喜好、功效、或 是房間大小來將濃度或效力調整到所需之程度。 本發明之另一宗旨係在於提供純正芳香或殺蟲劑製劑 之微小液滴，其係間歇地由單元推動來形成一小塊，，雲狀 物或噴氣”，其液滴快速地擴散，並靠著出現在該區域 之氣流移動遍及一大區域。此種液滴之小尺寸，及表面積 對貝里之相應大比率，導致液滴快速且均勻地揮發。於較 佳具體實施例中，傳送系統以線性傳送率操作達數月，靠 ---------批衣------1T------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 526098 五、發明説明（ 者早- 1.5伏特，，AA，，尺寸之電池，整段期間傳送該液體 均勻體積之液滴，其液滴基本上大小相同。 這些以及其他本發明之宗旨係藉著一壓電配送器達 成，該壓電配送器用於芳香劑、殺蟲劑製劑，及其他高廣 活性液體，其中配送器包括有··一用來分配液體：室：: 上述之室供應液體到-孔口板之構件，該孔口板用來散播 液體；與-陶製壓電元件，其中壓電元件係藉著焊接連結 到孔口板，來達成優於傳統黏合結合之結合。 芳香劑或殺蟲劑製劑係經由一毛細供應系統供應到孔 口板之後側，該毛細供應系統以液體與板子接觸之表面張 力傳送液體，而沒有降低板子藉由壓電元件所承受之振動 頻率。壓電it件係由-小電池驅動，該電池能夠激發壓電 元件，並導致壓電元件來強迫液體經過孔口板，其具有許 多小漸尖孔或是圓錐孔於其中，並垂直於其表面。上述孔 之出口直徑等級係為6微米。 使用計時電路系統來提供壓電元件週期性的激發，以 便以取決於時間的方式分配上述液體之小液滴。由於霧化 液體之本質，換言之，芳香油且/或殺蟲劑製劑中存在之 有機成分或溶劑，經發現傳統用來將孔口板連結到一傳統 壓電驅動器之金屬懸臂樑的結合方法係為不足者。當與芳 香油接觸時，傳統黏合劑之效果在時間方面顯出顯著的降 低，藉著壓電元件振動所導致的收縮力認為會加速降低黏 合效果。故使用一鉛/錫焊料，發展一焊接程序來消除此 問題，經發現孔口板可以直接附接到壓電陶製元件，消除 ---------#-1 * , . 二- :* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

526098 A7 B7 五、發明説明（ 夕餘部分之需要，諸如懸臂樑或是金屬擴大板。 這些以及其他本發明之宗旨與優點將從以下描述使其 更為明顯，然而，其僅為較佳具體實施例，因此，為了要 了解本發明之完全範疇，應該注意專利申請範圍。 圖示之簡單描述 第1圖係為一線路板之等角視圖，該電路板適合用於 依照本發明之一較佳具體實施例之壓電喷霧器中。 第2圖係為一液體容器與液體運送構件之等角視圖， 該構件適合用來將液體帶到孔口板之表面。 第3圖係顯示液體容器、供應構件與壓電元件之橫截 面圖。 第4圖係以第3圖中所示之圓所圍繞第3圖之區域的 放大詳細圖。 第5圖係壓電元件與印刷電路板之俯視圖，其固裝於 一較佳具體實施例的底架之上。 第6圖說明一壓電泵總成其更加簡化之橫截面圖，其 適合用於本發明之較佳具體實施例。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第7圖詳細地說明第6圖之一部份之部份視圖，其顯 示半球形孔口板與-陶製壓電元件交&，根#本發明，該 兩元件藉著焊接結合。 第8圖說明-懸臂棒型之壓電配送器總成的側視圖。 用來實現本發明之方法 第1圖到第6圖更特別係用於本發明之較佳具體實施 例’第7圖與第8圖-般更為用於本發明之完整範鳴，其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210X297公釐 526098 五、發明説明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 想像以-種方式將壓電元件連接到—孔口板，該方式與傳 統之平凡技藝工作形成對比。 第1圖說明印刷電路板（1)，與其中設置一壓電元件（2) 之間的-般關係。^ 了清楚且使本發明容易瞭解，以沒有 包子電路系統以及與其聯繫之電池的圖示來說明該印刷電 路板（1) ’使用中之印刷電路板係附裝到一配送器之底架 係為可以理解者，其底架係依次放置於裝飾性之殼狀外罩 或谷裔（未顯不）内來使用。底架板（11)於第5圖中以俯視 圖顯示，而無外罩之圖解。裝飾用之容器或外罩可以為任 何形式或形狀，其適合用於保持配送器之構件，同時提供 小費者一滿意的外觀之目的，且容許液體以喷霧之形式從 配达為通過到空氣中。就其本身而言，配送器外罩可以藉 著任何材質之高速成形模有利地製造，該材質適合.來使用 且接觸該欲分配之液體。 壓電元件（2)可以固裝於電路板（丨）内，藉著金屬扣眼（4) 於適當的地方加以固持，或藉著任何類似之合適構件，其 不會抑制壓電元件之振動。環狀形式之壓電元件（2)與孔 口板（3)以同中心之關係放置，且係附裝到孔口板凸緣， 以便與其振動的交流。陶製壓電元件一般包含有；一壓電 陶器材質，諸如一錯酸鉛lead zirconate(PZT)或是偏鈮酸 鉛lead metaniobate(PN)，但其可為任何顯出壓電特性之 材料。 陶製壓電元件係以此後提出之方式連接到孔口板。 孔口板包含任何適合此目的之傳統材質，然其較佳係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 526098

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由在抗感光基質之上形成之一電鍵㈣合成物所組成，其 隨後以傳統方式移開，以留下一均勻的鎳綠多孔構造，其 具有之厚度從ίο到約100微米，較佳從2〇到約8〇微米， 且最佳約為50微米。對孔口板可以使用其他合適的材料， 諸如鎳、㈣合金、多種其他金屬、金屬合金、複合材料、 或塑膠’及其組合。可以使用其他合適的材料，其具有適 當的晶粒大小與潤濕特性。藉著電鍍形成_祕層，可= I造-多孔構造’其具有一抗感光基質之輪廊線，其令藉 著圓錐孔的形成達成滲透性，該圓錐孔於其出口側具有約 6微米之直徑’以及於其進口側一較大之直徑。孔口板可 為平面的，但較佳係半球狀，換言之，於中心處稍微升高， 且可以從平坦變成抛物線、弧形，或是半球狀之形狀。該 板子應具有一相對之高彎曲強度，來確保其中之裝置會承 受相同振幅之振動，以便來同步噴射液體之液滴，該液滴 其直徑係均勻者。如有需要，孔口板亦可以諸如黃金、銀， 與白金之材質加以電鍍來保護腐蝕。 第2圖中顯示係液體容器（5)，其用來貯藏並供應芳 香劑、空氣清香劑、昆蟲控制液，或其他欲分配之材質。 如圖示’該容器係藉著-可動式之鎖合門⑻加以關閉、， 其較佳為以夾子失上或是以螺检旋上之鎖合門。圖面亦顯 不卡栓夾(6) ’其係來固持一可動式項鎖合門或是蓋子（未 顯示），其係用來搬運並貯藏容器，且當需要將容器放入 配送器且容許使用其中所含之物時，該蓋子可以容易地移 除。從瓶口⑼經由鎖合門（8)離開，投射液體供應構件⑺， 本紙張尺錢财國國冢標準（CNS ) Μ規格(一210x297公餐]

-m m · ---批衣| I-請先閲讀背面之注意事項辱—tf ) 訂 線 11 526098 五、發明説明（ 訂 多 包 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 其為-環狀怎或是半球形液體供應媒介。為了方便起見， 吾人將芯作為液體供應構件，雖然其可包含—些不同 與材料，從硬塑膠毛細管系統到柔軟多孔芯。芯之功能係 在於將液體由容器（5)運送到與孔口板接觸之位置，因此， 該芯應為不受所運送液體之影響、為多孔的，且容許順應 2吨者。以多孔性應足以來提供_均勻液體流遍佈: 。之彈11區域且其以任意之結構者。欲將液體最佳運送 至孔口板之表面，經發現芯之本身必須實際上與板接觸， 以將液體運送到板子。液體較佳係以—方式傳送到孔口 板，基本上其所有欲傳送之液體皆藉著表面張力黏附且傳 达到孔口板。於合適的芯材之中，吾人發現來使用諸如紙、 過遽紙、或是棉織品、尼龍、聚丙稀 '玻璃纖維等材料較 佳。芯材包含-高度多孔材料係為較佳者，該材料具有 孔性以及類似於過I紙或面紙之柔軟性。—較佳之芯材 含有：-職棉織品之織物，其藉著斯貝林(Spr㈣工 業提供作為粗絨布織物，該織物具有68乘68之編織數， 且密度約為每100平方英吋7.2公克(7.2公克/100平方英 对）。較佳使用之環線或芯係以〇 125英忖寬、2.乃英吋 ^以及G.G1英°切為較佳，雖Μ線高度係依靠液體 容器、芯材支架，及噴霧器之設計而定’芯材支竿以上之 較佳環線高度係從0.05到0.15英吁為較佳。可以將思材 製作成符合孔口板之表面，其與怎材並列，且藉由-芯材 支架或定位器⑽將其固持於正媒位置為較佳，該固定哭 係位於液體容ϋ(5)之鎖合門（8)的瓶口⑺之内。由於液體 —張尺細刪瓣（ 12 經濟報智慧財產局員工消費合作社印製 526098 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) 的黏性及表面張力，液體將很快地由芯流到板子。注意的 是預定將芯包括來做為一液體重灌單元之整體部分，其將 包含有：容器；液體；瓶鎖合門；芯以及芯材支架或固定 器，和頂鎖合門，該頂鎖合門以密封該單元用來貯藏以及 裝運。因此這種單元可以包含一配送器之重裝瓶，其適合 放置於配送器内以方便消費者，移除頂鎖合門或蓋之後， 用來插入一合適的接收構件，該接收構件於底架（11)之 内，來將瓶鎖定於操作位置中。為此，容器（5)於瓶鎖合 門（8)上可以具有附裝構件（16)。然而，以具有之構件（諸 如芯尾），來將液體容器之液體帶入與芯接觸，提供芯做 為孔口板、底架之一整體部分，或是喷霧器的其他部分係 為可能者。 第3圖以橫截面圖說明本發明之特定較佳具體實施 例，其液體容器（5)、芯（7)、壓電元件（2)，以及孔口板（3) 之間的關係。例如，壓電元件（2)係藉著金屬扣眼或任合 適當的構件放置於印刷電路板（1)内，該構件不會束制壓 電元件之振動。於一較佳具體實施例中，環形壓電元件圍 繞孔口板（3)，與其以機械連接。孔口板（3)依序與芯（7)並 列，該芯容許欲分配之液體流從容器（5)到孔口板，其經 由表面張力接觸產生轉運。圖面未顯示之配送器的底架板 (11)，其將電路板（1)及液體容器固持於適當的位置，來使 芯（7)與孔口板（3)並列。芯（7)係藉著芯材支架（10)固持於 鎖合門（8)之開孔内，其使彈性且高順從之芯（7)容許一自 由度，以便於其容許一調整之範圍，同時芯尾（15)確保完 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------装------、玎------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -13 - 526098 13 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（ 電元件，其包含一振盪器以及一與膜片接觸之懸臂樑、噴 嘴，或是孔口板，其適合用於液體液滴或霧之散佈，如第 8圖之舉例。 如先前指出，本發明其本身係非限定於在此之前提出 之較佳具體實施例，而係適用於任何壓電元件與散佈構件 之結構，諸如第8圖中所示之懸臂棒裝置。此處一懸臂棒 (2〇)係藉著焊接連接在裝附點（13)，直接與壓電元件（2)接 觸’該懸臂棒具有用來附裝到霧化裝置本體之附裝構件 Π9)。該懸臂棒另外與孔口板（3)機械連接，其以半球狀孔 口板顯示，然可以使用任何形狀者。懸臂棒（2〇)係於附裝 點（13)焊接到孔口板凸緣（12)，來提供一機械發聲之振動 凡件’該振動元件用來於壓電噴霧器内使用。 如上指出，其係認識到元件與所描述配送器使用方法 之改進的特定組合導致驚人的改良結果。然而，此種結果 非限疋於較佳具體實施例，而係延伸到一般的壓電喷霧 的尤其疋’吾人認識到當將芳香油與殺蟲劑製劑霧化時， 孔口板與陶製壓電元件之間的黏接機構經常失去作用。於 傳統噴霧器中，此黏接機構常常使用懸臂樑的形式，該懸 臂樑介於振動陶製壓電元件與孔口板或薄膜之間。另外， 板可包含一凸緣，其係機械連接到此類的運送構件成 為一金屬放大板，此類構件之接合通常係藉著使用膠黏劑 、元成諸如環氧樹脂與氰基丙稀酸g旨黏性製劑，然而， 此颁膠黏劑係容易藉著侵蝕性媒介物，諸如芳香油與含有 有機4劑之製劑而退化，特別是處於高度振動頻率下，其 口氏張尺CNS ) A4規格( (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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經濟部·智慧財產局員工消費合作社印製 促使媒介物擴散進入黏著材料中。欲克服此問題，經發現 使用一鉛/錫焊料可以消除此種退化。然而，傳統知識口 述避免此依靠加熱之連接方》，因為其導致許多陶製壓電 元件之退極化。gj此，將欲連接之構件焊接之後，取決於 壓電7G件之特定特性，其可能需要將陶製壓電元件再極 化。此外，經發現藉著使用焊接來將陶製壓電元件直接連 接到金屬的孔口板，其可能消除此振動傳送構件之需要， 諸如懸臂樑或是放大板。例如，經發現當配送一些芳香劑 時’孔口板到壓電驅動裝置之環氧黏合接合點會快速的二 化。相反地，即使經過長期使用之後，相同的芳香劑對孔 口板到壓電驅動裝置之接合點具有無關緊要的影響，其接 合點以焊接連接。 工業上之適用性 本發明之霧化系統可以使用來於任何已知環境下，長 時間自動配送液體，諸如空氣清香劑、香水、殺蟲劑、或 其他活性液體，其具有於驅動配送器之電池壽命期間，均 勻地配送等量之液體到空氣中之優點。此外，藉著重裝瓶 或是代換瓶’配送ϋ可简意重複使用，以便;肖費者;以 依照所需更換欲配送到空氣之液體，具有可以改變配送到 空氣之液體量的附加優點，來對個人喜好、功效、或房間 大小將強度或效力調整到所需之程度。 儘管以有關目前考慮之較佳具體實施例已經描述過本 發明’本發明非限定於揭露之具體實施例料可以理解 的。相反的，於附加專射請範圍之精神與料内，本發

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Claims (1)

1. 526098 έ> Α8 Β8 C8 D8 申請專利範圍 第89104075號專利申請案申請專利範圍修正本 修正曰期：91年06月 1 · 一種用於壓電元件之改良的附接方法，該方法包含.有： 將一陶製壓電元件焊接到一金屬構件，該金屬構件係由 懸臂樑、擴大板及孔口板構成之群組選出·，且之後將該 陶製壓電元件再極化。 2 ·如申請專利範圍第1項之附接方法，其更包括一步驟， 其於焊接之前在該陶製壓電引動器元件之表面使用一 助熔劑材料糊，來使焊料均句地分佈於上述之表面上。 3. —種霧化器，其包含有：一孔口板，該孔口板其中具有 孔’該板與一陶製壓電元件機械交流；一毛細管注入構 件，俾以將欲.配送之液體供應到上述孔口板；以及用來 控制上述液體配送之電子零件，上述孔口板係藉著焊接 連接到該陶製壓電元件，且該陶製壓電元件於上述焊接 之後係加以再極化。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .、句丨.* 4