TWI458558B - Spray holes and the use of its atomization module - Google Patents

Description

噴孔片及使用其之霧化模組

本案係屬於霧化器之領域，特別是指一種於噴孔片中央具有幾何造型圖案之輻射狀或環狀排列之多曲面結構的噴孔片及使用其之霧化模組。

霧化器，如一般常見之超音波霧化器，其主要係由鋯鈦酸鉛材料所構成之壓電(PZT)陶瓷，輸入一電壓後，陶瓷本體及附屬之金屬背板產生伸縮形變現象，而能量係以波動形態來進行傳遞，使其於超音波之頻率下工作，且其振幅約在微米的範圍，並由輸入電壓所控制。而利用壓電材料所產生之振動，將超音波傳遞至噴孔片，使靠近噴孔處之液體受到雷利波(Rayleigh Wave)或表面波之作用，將液體截斷成為細小分子，以利噴出及霧化。

請參照第1圖及第2圖，其係為習知技術之一種霧化裝置之分解圖及作動示意圖。圖中，該霧化裝置1包括一霧化模組11及一腔體12。該霧化模組11包括一壓電環片113(一噴孔片112及一制動環片111。該噴孔片112係呈一圓盤形，其上設有複數個擊發孔1121，且該噴孔片112夾設於該壓電環片113及該制動環片111之間。該霧化模組11則設於該腔體12之一側。當該壓電環片113受電壓驅動而開始振動時，則振動波傳遞至該噴孔片112上，使靠近該等擊發孔1121之液體化為水分子。

然而，由於該噴孔片112因其為圓形平面造型，將造成下述缺點：

1：當該壓電環片113振動時，其所產生之振動波，其傳遞方向係由該噴孔片112之外緣處往中心處傳遞，導致振動能量過度集中於該噴孔片112中心處，造成該噴孔片112之中心區域振幅過大，容易因應力集中而破裂，使用壽命因此縮短。

2：由於振動能量均集中於該噴孔片112中心處，而僅能於該噴孔片112中心處附近形成霧化區域。因霧化區域僅形成於該噴孔片112中心處，使得該噴孔片112上有效使用該等擊發孔1121減少，霧化量不佳。

3：於霧化過程中，液體與氣體須交換以維持霧化裝置之內外壓力差平衡，由於霧化區域過小，導致噴霧狀態不穩定，噴霧量容易忽大忽小。

4：因噴霧區域過度集中於中心區域，造成霧化之液體分子密度過度集中，而容易使液滴碰撞在一起，而結合形成大粒徑的液滴，導致霧化效率下降。

請參照第3圖、第4圖、第5圖及第6圖，其係為習知技術另一種水霧產生器之分解圖、剖面圖、作動示意圖及霧化區域示意圖。為改善上述習知技術的缺點，中華民國專利I331055揭露一種水霧產生器。圖中，該水霧產生器2用以霧化一液體，且應用於一具有透孔之霧化裝置。該水霧產生器2包含一制動環片21、一噴孔片22、一壓電環片23及一腔體24，該噴孔片22設有複數個擊發孔221並夾設於該制動環片21及該壓電環片23之間，並於該噴孔片22之中心處形成一霧化區域223。其中該噴孔片22之中心處形成一半球面之曲面結構222。

雖然藉由此種半球面結構設計，理論上可較習知技術增加霧化量，並降低集中於該噴孔片22中心處之應力，及產生較大的霧化區域223。然而，上述水霧產生器2，於實際應用時，仍有下述缺點：

1：當對此種具半球面結構之該噴孔片22進行加工時，因加工材料及加工特性的關係，對半球面之形狀而言，會有加工深度與半球面曲率半徑大小成相反的問題。為達上述增加霧化量之功效，該噴孔片22中心處加工深度須達一定深度。當半球面曲率半徑越小時，就比較容易達到所需的深度。為達此半球面形狀最佳霧化效能的深度，必定要縮小半球面之曲率半徑。然而，有效霧化範圍將被縮減。若要增大有效霧化範圍，又須增大加工曲率半徑，導致加工深度變淺，使霧化效能變差。若要於相同尺寸下可達到較小曲率半徑所能加工的深度，該噴孔片22容易受過大應力，導致結構變形量超過其限制而破裂，或因降伏強度下降，經多次反覆振動後而破裂。

2：由於該噴孔片22材料本身之特性，若加工後之半球面直徑越長，結構張力也隨之降低，造成輸入力量減弱，抗低頻共振之能力亦隨之下降，容易產生伴隨而來的噪音現象。

3：此種霧化方式之封裝結構，為能穩定夾持該噴孔片22，該制動環片21之內環徑通常較該壓電環片23之內環徑為小，並使大部份振盪能量傳遞至該噴孔片22，及消除其半球面設計無法有效霧化之外圍振動區域，造成該噴孔片22之部份該擊發孔221的使用率下降，使得該噴孔片22上可霧化區域及霧化量相對減少。此外，當該壓電環片21作動時，由於該壓電環片21、該噴孔片22及該制動環片23各夾層之間的黏膠因施力臂不等長，容易於操作過程中導致各元件之間之膠著力失效。

4.由於習知技術噴孔片半球面結構之設計，其振動波能量經傳遞後，大部份仍會集中於中心區域，導致僅位於中心部分之微孔能有效作動，而外圍區域之微孔則因振動能量不足而無法有效使用，導致霧化面積無法達到原設計面積。

本發明之主要目的，旨在提供一種噴孔片及使用其之霧化模組，其可藉由於噴孔片上形成複數個隆起部，而形成輻射狀或環狀排列之多曲面結構，以加大霧化區域，增加霧化過程穩定性、抑制低頻振動及減少加工拉伸應力。

為達上述目的，本發明之噴孔片，其係包含複數個擊發孔及複數個第一隆起部。該等第一隆起部呈非圓形，該等第一隆起部以該噴孔片之中心為基準作排列設置而形成一幾何圖案。

其中，該噴孔片具有三個第一隆起部，該等第一隆起部係呈橢圓形，且其一端朝向該噴孔片之中心向外放射等間隔排列設置。

其中，該噴孔片具有四個第一隆起部，每一該等第一隆起部係呈橢圓形，且其一端朝向該噴孔片之中心而向外放射等間隔排列設置。

其中，該等隆起部係分別偏轉一預設角度，且以一端朝向該噴孔片之中心而向外放射等間隔排列設置。

其中，該噴孔片具有三個第一隆起部，該等第一隆起部係呈圓弧造型，且以該噴孔片之中心而呈環狀排列設置。

其中，該噴孔片具有九個第一隆起部，每三個相鄰之該第一隆起部係呈等間隔放射狀排列。

其中，該第一隆起部之外形係呈菱形、橢圓形、三角形、矩形、砂漏形、彎月型或心形。

其中，該第一隆起部之橫剖面係為三角錐面、單弧面、斜面或梯形面。

其中，該噴孔片更包括複數個第二隆起部，該各第二隆起部係間隔設置於對應之該等第一隆起部之間，且各該第二隆起部之隆起突伸方向係與各該第一隆起部之隆起突伸方向相同。

其中，該等第二隆起部係呈圓弧造形。

其中，該噴孔片具有三個第二隆起部，該等第二隆起部係以該噴孔片之中心呈環狀排列設置。

其中，該第二隆起部係呈菱形、橢圓形、三角形、砂漏形、彎月形或心形。

其中，該第二隆起部之橫剖面係為三角錐面、單弧面、斜面或梯形面。

其中，該噴孔片厚度與該第二隆起部之比例約為1:0.5~1:20之間。

其中，該制動環片之內環徑等於該壓電環片之內環徑，該制動環片之外環徑大於該壓電環片之外環徑。

其中，該噴孔片厚度與該第一隆起部之比例約為1:0.5~1:20之間。

為達上述目的，本發明之霧化模組，設置於一腔體之一側，該霧化模組包含一壓電環片、一制動環片及一如上所述之噴孔片，該噴孔片係設置於該壓電環片及該制動環片之間。

其中，該制動環片之外環徑大於該壓電環片之外環徑。

其中，當該制動環片設置於鄰近該腔體之一側時，各該第一隆起部係朝該壓電環片之方向隆起突伸。

其中，當該壓電環片設置於鄰近該腔體之一側時，各該第一隆起部係朝向該制動環片之方向隆起突伸。

為使　貴審查委員能清楚了解本發明之內容，謹以下列說明搭配圖式，敬請參閱。

請參閱第7a圖、第7b圖、第8圖所示及第9圖，其係為本發明噴孔片及使用其之霧化模組第一實施例之分解圖、噴孔片示意圖、剖視圖及噴孔片之示意圖。圖中，該霧化模組3設置於一腔體34之一側，並包含一壓電環片31、一噴孔片32及一制動環片33。

該壓電環片31可以鋯鈦酸鉛材料所構成之壓電陶瓷來製造，並具有一外環徑311及一內環徑312。

該制動環片33則為一金屬材質之環片，其具有一外環徑331及一內環徑332，並設置於該壓電環片31之一側。在本實施例中，該制動環片33之內環徑與該壓電環片31之內環徑312相等，而該制動環片33之外環徑331可大於該壓電環片31之外環徑311。

該噴孔片32則呈一盤體形狀，其外徑介於該壓電環片31及該制動環片33之內環徑及外環徑之間，而可供夾設於其中。其中，該噴孔片32上可以準分子雷射或其他方式間隔形成複數個擊發孔321，每一該第一隆起部322皆為非平面狀之曲面結構，而該等第一隆起部322係呈非圓形且於該噴孔片32上排列形成一特定造型之幾何圖案。於第一實施例中，該等第一隆起部322係以三個來實施，且該等隆起部322之外形呈一橢圓狀，並以一端朝向該噴孔片32之中心呈等間隔放射狀排列設置。此外，由剖面看來，該噴孔片32及該等形成於該噴孔片32上之第一隆起部322呈一輻射狀多曲面結構。此外，該噴孔片32與各該第一隆起部322高度的比例可為1:0.5~1:20之間，但不以此為限，可隨加工技術或實際需求而增加或減少。

當組裝該霧化模組3時，可以一黏著劑(圖未示)接合該壓電環片31、該噴孔片32及該制動環片33，並使該霧化模組3之該壓電環片31或該制動環片33設置於鄰近該腔體34之一側。當該壓電環片31設置於鄰近該腔體34之一側時，則各該第一隆起部322係朝該制動環片33之方向隆起突伸，當該制動環片33設置於鄰近該腔體34之一側時，則各該第一隆起322部係朝該壓電環片31之方向隆起突伸，以發揮霧化效果。

請參閱第10圖及第11圖，其係為本發明霧化模組較佳實施例之作動示意圖及霧化區域之示意圖。當該霧化模組3開始運作時，藉由輸入一電壓至該壓電環片31，使該壓電環片31產生反覆性伸縮形變，並以振波形態傳遞能量至該噴孔片32，而使該噴孔片32振動。由於該噴孔片32藉由設置該等第一隆起部322，當該噴孔片32振動時，液體將受位於該等第一隆起部322所形成之曲面區域及其鄰近之平面區域的擊發孔321，因雷利波(或稱表面波)之作用所擊發而形成細小分子，並產生霧化作用，因此會形成一霧化區域324即該等第一隆起部322及其鄰近部位所構成之曲面與平面區域，而可遠大於習知技術之霧化區域，而可充分使用噴孔片32上之擊發孔321以增加霧化量，且能噴擊出具微奈米等級且均勻分佈之液滴。

其中，該噴孔片32上隆起部之排列方式及變化不僅以上述較佳實施例為限，亦可以如下所述之實施態樣：於第二實施例中，該噴孔片32具有四個第一隆起部322，該等第一隆起部322之外形係呈橢圓形，且以一端朝向該噴孔片32之中心而向外放射等間隔排列設置，且該噴孔片32表面更具有該等擊發孔321，如第12圖所示。

於第三實施例中，該等第一隆起部322具有四個第一隆起部322，各該第一隆起部322之外形係呈橢圓形，則分別偏轉一預設角度，且以一端朝向該噴孔片32之中心而向外放射等間隔排列設置，且該噴孔片32表面更具有該等擊發孔321，如第13圖所述。

於第四實施例中，該噴孔片32具有三個第一隆起部322，該等第一隆起部322之外形係呈圓弧造型，且以該噴孔片32之中心而環狀排列設置，且該噴孔片32表面更具有該等擊發孔321，如第14圖所示。

於第五實施例中，該噴孔片32具有三個第一隆起部322，該等第一隆起部322係呈一端小一端大之弧形造型，該以該噴孔片32之中心而環狀排列設置，且該噴孔片32表面更具有該等擊發孔321，如第15圖所示。

於第六實施例中，該噴孔片32具有九個第一隆起部322，每三個相鄰之該第一隆起部322可呈一組幾何圖案，並呈等間隔放射狀排列，且該噴孔片32表面更具有該等擊發孔321，如第16圖所示。

於第七實施例中，該噴孔片32，不但包括如第一實施例其對應之圖式所呈現之該等第一隆起部322，更包括三個第二隆起部323，該等第二隆起部323係朝與各該第一隆起部322之方向隆起突伸，並呈圓弧造形，並間隔設置於對應之該等第一隆起部之間，且該噴孔片32表面更具有該等擊發孔321，如第17圖所示。此外，該噴孔片32厚度與各該第二隆起部323之比例可為1:0.5~1:20之間，但不以此為限。

其中，上述各實施例中，該等第一隆起部322及該等第二隆起部323之外形不僅以上述圖式為限，以可係呈菱形、橢圓形、三角形、砂漏形、彎月形、心形或其他形狀，如第18圖所示。而各該第一隆起部322及各該第二隆起部323之數量及排列方式，亦不以上述實施方式為限，亦可為任意形狀或數量所構成。

其中，上述各實施例中，該等第一隆起部322及該等第二隆起部323之橫剖面係為三角錐面、單弧面、斜面或梯形面，或為任意形式，如第19圖所示。

此外，該霧化模組3由於具有上述結構之該噴孔片32，更具有下述優點：

1：由於霧化面積增大，而可提高該噴孔片32內外側之液體及氣體之交換速率，以增進霧化過程穩定性，減少噴霧量容易忽大忽小的現象。

2：與習知技術之單一半球面結構之噴孔片22相比較，各該第一隆起部322及各該第二隆起部323，所需之加工深度，由於霧化區域加大，其彎曲曲度便可調整至最佳值，並僅需習知技術之一半左右之加工深度即可。由於加工深度縮減，而可避免當噴孔片加工時，因應力過大而破裂。

3：由各該第一隆起部322或各該第二隆起部323所組合排列形成之幾何圖案，於該噴孔片32形成之輻射狀或環狀排列多曲面結構，可打散改變傳遞其上之振動波行動方向，進而破壞振動波等向集中於該噴孔片32中心的規則性，以改善習知技術噴孔片因其中心區域振幅值過大，易應力集中而遭受破壞的缺點。

4：由於該噴孔片32所形成之輻射狀多曲面結構，可提昇每一曲面結構之結構張力，以強化抗低頻共振之能力。

5：由於該制動環片33之內環徑332與該壓電環片31之內環徑312相等，而可於封裝過程使切口對齊，而可確保該噴孔片32可以被緊密的夾持於中間，避免該壓電環片31作動時，施力臂不等長，造成各夾層之間之膠著劑失效。

6：由於該噴孔片32所形成之幅射狀多曲面結構可有效傳遞及均勻分散振波能量，而使該具多曲面結構之噴孔片可產生共振的霧化面積區間遍及於非隆起部的其他位置，故相較於習知技術在相同單位面積的噴孔片的可霧化區域為多。

7：由於該噴孔片藉由排列設置該等隆起部而形成多曲面結構，此種結構可使與其配合之壓電環片，即使其未能作動於一單一操作頻率下而產生微量偏移跳動的情況下，工作時仍能保持有效之霧化量，相較習知技術須配合非常高精度之壓電環片與驅動電路才能有效運作而言，更能降低製造成本。

唯，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

綜上所述，本發明之霧化模組，係具有專利之發明性，及對產業的利用價值；申請人爰依專利法之規定，向　鈞局提起發明專利之申請。

【習知】

1．．．霧化裝置

11．．．霧化模組

111．．．制動環片

112．．．噴孔片

1121．．．擊發孔

113．．．壓電環片

12．．．腔體

2．．．水霧產生器

21．．．制動環片

22．．．噴孔片

221．．．擊發孔

222．．．曲面結構

223．．．霧化區域

23．．．壓電環片

24．．．腔體

【本發明】

3．．．霧化模組

31．．．壓電環片

311．．．外環徑

312．．．內環徑

32．．．噴孔片

321．．．擊發孔

322．．．第一隆起部

323．．．第二隆起部

324．．．霧化區域

33．．．制動環片

331．．．外環徑

332．．．內環徑

34．．．腔體

第1圖，為習知技術之一種霧化裝置分解圖。

第2圖，為習知技術一種霧化裝置之作動示意圖。

第3圖，為習知技術另一種水霧產生器分解圖。

第4圖，為習知技術另一種水霧產生器剖面圖。

第5圖，為習知技術另一種水霧產生器作動示意圖。

第6圖，為習知技術另一種水霧產生器霧化區域示意圖。

第7a圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組第一實施例分解圖。

第7b圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組其噴孔片立體示意圖。

第8圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組第一實施例之剖視圖。

第9圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組第一實施例噴孔片之平面示意圖。

第10圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組較佳實施例之作動示意圖。

第11圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組較佳實施例之霧化區域示意圖。

第12圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組，噴孔片第二實施例示意圖。

第13圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組，噴孔片第三實施例示意圖。

第14圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組，噴孔片第四實施例示意圖。

第15圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組，噴孔片第五實施例示意圖。

第16圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組，噴孔片第六實施例示意圖。

第17圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組，噴孔片第七實施例示意圖。

第18圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組，噴孔片外形示意圖。

第19圖，為本發明噴孔片及使用其之霧化模組，噴孔片隆起部橫剖面示意圖。

3．．．霧化模組

31．．．壓電環片

32．．．噴孔片

321．．．擊發孔

322．．．第一隆起部

33．．．制動環片

34．．．腔體

Claims (17)

1. 一種噴孔片，係呈圓片狀，包含：至少三個第一隆起部，係呈非圓形，設於該噴孔片上而以該噴孔片之中心間隔排列設置，該等第一隆起部以該噴孔片之中心為基準作排列設置而形成一幾何圖案；該等第一隆起部的每一個之一端係朝向該噴孔片之中心，該等第一隆起部相對於該噴孔片之中心向外放射等間隔排列設置；以及複數個擊發孔，該等擊發孔設置於該噴孔片及該等第一隆起部之上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之噴孔片，更包括複數個第二隆起部，該各第二隆起部係間隔設置於對應之該等第一隆起部之間，且各該第二隆起部之隆起突伸方向係與各該第一隆起部之隆起突伸方向相同。
3. 如申請專利範圍第2項所述之噴孔片，其中，該等第二隆起部係呈圓弧造形。
4. 如申請專利範圍第2項所述之噴孔片，係具有三個第二隆起部，且該等第二隆起部以該噴孔片之中心呈環狀排列設置。
5. 如申請專利範圍第2項所述之噴孔片，其中，該第二隆起部係呈菱形、橢圓形、三角形、砂漏型、彎月形或心形。
6. 如申請專利範圍第5項所述之噴孔片，其中，該第二隆起部之橫剖面係為三角錐面、單弧面、斜面或梯形 面。
7. 如申請專利範圍第2項所述之噴孔片，其中，該噴孔片厚度與該第二隆起部高度的比例約為1：0.5~1：20之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之噴孔片，其中，該等隆起部係分別偏轉一預設角度，且以一端朝向該噴孔片之中心而向外放射等間隔排列設置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之噴孔片，係具有三個第一隆起部，該等第一隆起部係呈圓弧造形且以該噴孔片之中心而環狀排列設置。
10. 如申請專利範圍第1項所述之噴孔片，係具有九個第一隆起部，每三個相鄰之該第一隆起部係呈等間隔放射狀排列。
11. 如申請專利範圍第1項所述之噴孔片，其中，該第一隆起部之外形係呈菱形、橢圓形、三角形、矩形、砂漏形、彎月形或心形。
12. 如申請專利範圍第1項所述之噴孔片，其中，該第一隆起部之橫剖面係為三角錐面、單弧面、斜面或梯形面。
13. 如申請專利範圍第1項所述之噴孔片，其中，該噴孔片厚度與該第一隆起部高度的比例約為1：0.5~1：20之間。
14. 一種霧化模組，設置於一腔體之一側，包含：一壓電環片； 一制動環片，設於該壓電環片一側；及一如專利範圍第1至15項所述之噴孔片，該噴孔片係設置於該壓電環片及該制動環片之間。
15. 如申請專利範圍第14項所述之霧化模組，其中，該制動環片之內環徑等於該壓電環片之內環徑，該制動環片之外環徑大於該壓電環片之外環徑。
16. 如申請專利範圍第15項所述之霧化模組，當該制動環片設置於鄰近該腔體之一側時，各該第一隆起部係朝該壓電環片之方向隆起突伸。
17. 如申請專利範圍第15項所述之霧化模組，當該壓電環片係設置於鄰近該腔體之一側時，各該第一隆起部係朝該制動環片之方向隆起突伸。