專利名稱：壓電流體霧化裝置及方法
技術領域：
本發明涉及壓電流體霧化器。更具體地，本發明涉及利用隧道和 凸臺結構的壓電流體霧化器。
背景技術：
壓電材料當承受機械力時具有不一般的特性，所述材料，特別是 結晶材料，獲得電極性，而且當所述材料處于電場時，按照電場的極 性并與電場強度成正比，材料被拉長或者被縮短。由于這些特性，壓 電材料已經被廣泛使用。例如，壓電材料已經用在檢測場合，比如力 或位移傳感器，而且帶有逆向壓電效果的材料的應用場合包括致動應 用，比如在馬達和精確控制定位的裝置中，和產生聲信號及超聲信號 的應用。壓電式換能器將電能轉換為要執行任務的振動機械能，比如聲波 或超聲波。壓電式換能器被用來產生超聲波振動，用于清潔、霧化液 體、鉆井、研磨陶瓷或者其它難加工材料、焊接塑料、和醫學診斷。 在一個應用中可以使用一個或者多個壓電式換能器。傳統的霧化器通常利用布置在霧化室下方部分的超聲振動部件。 電路，其在超聲波頻率振蕩，驅動振動部件，并且在儲液器內沿著液 體線放置的液面傳感器的正極端和負極端測量并維持流體的安全體 積。在操作過程中，超聲波振動部件產生使儲液器內液體霧化的聲場。 因為傳統的霧化器的儲液器是敞口設計，液體必須被維持在較高的體 積和液面，由此超聲波振動部件不可避免地需要更大的聲波激勵表面以產生足夠的使儲液器內液體霧化的聲場。因此，傳統霧化器的設計 一般需要高功率消耗和AC適配器。盡管霧化器可由手工起動，但是這樣的霧化器只能近距離使用，不能用于遙控地提供霧化流體。也存 在其它設計元件，但這些元件妨礙霧化器的發展，還沒有發生更廣泛 的使用。流體霧化器需要的是，緊湊、帶有低功率消耗、并且能夠遙控使用。發明內容本發明一般包括提供霧化流體的方法和裝置。具體地，本發明的 裝置是緊湊的，并且具有低功率消耗的功能。本發明的各個實施例包 括能夠由AC電流供以電力的流體霧化器，或者可選擇地由通過，包括但不限于，電池和許多其它的DC電流源提供的DC電流供以電力的 流體霧化器。本發明的裝置方面可以被遙控控制。通過使用計時設備， 所述裝置可在任何時間被起動以提供例如霧化的香水、空氣清新劑或 者藥劑。所述裝置的各個實施例包括含有對稱或非對稱壓電部件的壓 電霧化器。壓電霧化器的各個實施例包括限定開口的壓電部件，所述 壓電部件被粘結到限定儲霧器的金屬板。更具體地，所述儲霧器限定 多個基本垂直定向的孔(或洞)，并且所述壓電部件的開口可被置于 儲霧器的上方。本發明的方法包括使用此處公開的裝置來提供霧化流體。極小的 流體可包括影響環境或環境中人或動物的流體，包括但不限于，香水、 空氣清新劑、或者藥劑。本發明的各個目的、有益效果和優點在參照附圖閱讀并理解本說 明書后將變得更明顯。
圖1A-C是含有隧道結構的本發明的實施例的圖。 圖2是本發明的實施例一方面的圖，該實施例包括具有隧道結構 的壓電部件。圖3是浮標式墊圈結合本發明的壓電部件的實施例的圖。 圖4是浮標式墊圈支架結合本發明的壓電部件的實施例的圖。 圖5是錐形彈簧系統結合本發明的壓電部件的實施例的圖。 圖6是保持系統室結合本發明的壓電部件的實施例的圖。 圖7A-C是含有凸臺結構的本發明的實施例的圖。 圖8是含有帶凸臺結構的壓電部件的本發明的實施例的圖。 圖9是浮標式墊圈結合本發明的壓電部件的實施例的圖。 圖10是浮標式墊圈支架結合本發明的壓電部件的實施例的圖。 圖11是錐形彈簧系統結合本發明的壓電部件的實施例的圖。 圖12是保持系統室結合本發明的壓電部件的實施例的圖。 圖13是功能性地連接到流體箱的壓電裝置的實施例的圖。 圖14是利用按照本發明的示意性實施例的隧道結構的超聲霧化 器的圖。圖15是用按照本發明的示意性實施例的隧道結構的超聲霧化器 的置換方案圖。圖16A-C是超聲霧化器的多個焊接類型的圖，該超聲霧化器利用 按照本發明的示意性實施例的隧道結構。圖17是利用按照本發明的示意性實施例的凸臺結構的超聲霧化 器的圖。圖18是利用按照本發明的示意性實施例的凸臺結構的超聲霧化 器的置換方案圖。圖19A-C是超聲霧化器的多個焊接類型的圖，該超聲霧化器利用按照本發明的示意性實施例的凸臺結構。圖20A-D是多種焊接類型的圖。
具體實施方式
本發明包括用于霧化流體的方法和裝置。本發明的裝置包括連接 (結合)到金屬膜的壓電陶瓷盤，比如通過用膠把壓電盤粘到金屬膜 上。壓電陶瓷連接到金屬板或金屬膜的一側，此處被稱為非對稱的連 接。本發明包括由非對稱壓電部件制成的流體霧化器。本發明的裝置 的一方面包括膠粘到金屬膜上的環形壓電陶瓷。現有技術中非對稱壓 電部件包括連接到更大直徑的金屬板或金屬膜一側的更小直徑的壓 電盤。本發明的霧化裝置包括形成在金屬鋼板或者膜中的室和儲霧器。 當所述非對稱部件被起動時，通過儲霧器頂部中的錐形孔提供液體。 所述液體從液體源被供應到儲霧器或室。液體源為瓶子或者任何其它 容器，而且所述容器有選擇地連接到本發明的霧化裝置。容器內的液 體借助運送液體的裝置從容器運送到儲霧器。這樣的裝置的例子包括，但不限于，吸油繩。本領域的技術人員會認識到，吸油繩(wick)通常是借助毛細作用輸送液體的一段材料。吸油繩可包括，但不限于， 無紡織物比如無紡織毛氈，紡織材料比如松散紡織的繩、擰絞或編織 纖維，或者任何將液體例如從容器抽吸到吸油繩頂端的材料。霧化裝 置還可包括浮標式墊圈，用于浮標式墊圈的支架，蓋，用于向壓電部 件供應電流的裝置，和可選擇的，用于液體容器的連接的裝置。 現在參照附圖，在這些附圖中相同的序號代表相同的元件或者步驟，圖1A-C表示壓電霧化裝置100的示意圖，所述霧化裝置100利 用按照本發明的示意性實施例的隧道結構。壓電霧化裝置100通常包 括壓電部件105和金屬板110，也被稱為膜。在本發明的示意性實施例中，壓電部件105作成盤的形狀，所述盤具有從它的中心區域120去除掉的小圓形部分，以形成在壓電部件105中心的圓柱形孔(或開 口) 125 (例如壓電部件105可以為圓環形狀)。壓電部件105具有頂 面122和底面124。壓電部件105包括具有壓電特性的陶瓷。本領域的技術人員會認識到，陶瓷的壓電特性不是來自它的化學 成份，但是必須包括適當的配方，并且短時間內承受高強度電場以促 使無序定向的微小雙極子成整齊排列(有時稱為"極性還原")。之后， 如果在相反方向施加低強度電場，微小雙極子承受移動壓力，但是陶 瓷的極性在去除電場后會反彈。這種移動壓力和極性的反彈引起陶瓷 發生振動，因為機械應力轉換為內部電場的移動和內部電場的移動轉 換為機械應力。金屬板110形成為盤的形狀，其具有中心區域130和在中心區域 130內帶開口的腔135。金屬板110還具有頂面132和底面134。金 屬板110具有的直徑大于壓電部件105的直徑。金屬板110為金、銀、 銅、鋅、鋁、鋼或者任何其它的導電金屬、或者這些金屬的組合。在 本發明的優選實施例中，金屬板110為不銹鋼。壓電部件105被粘貼在金屬板110上，于是壓電部件105的底面 靠近金屬板110的頂面。另外，壓電部件105的中心120通常與金屬 板110的中心130對齊，于是壓電部件105的圓柱形孔125坐落在緊 貼金屬板110的中心130的位置。在本發明的優選實施例中，在壓電 部件105的底面124與金屬板110的頂面132之間存在粘接層115。 本領域的技術人員會認識到，粘接層115包括適當的粘接介質，比如， 但不限于，膠、環氧樹脂或者合成丙烯酸樹脂。壓電霧化裝置100的 壓電部件105和金屬板IIO形成非對稱的組合物，當比如通過計時電 路產生的電壓、AC或DC或脈動DC被施加到壓電部件105和金屬板 110時，所述裝置會發生振動。圖2表示壓電霧化裝置100的結構示意圖，該裝置利用按照本發明的示意性實施例的隧道結構。金屬板110包括儲霧器205和錐形孔 210，微量的液體通過錐形孔從儲霧器205被運送到金屬板110的頂 面132以及以上。儲霧器205通常位于金屬板110的底面134的中心 區域130。在本發明的示意性實施例中，儲霧器205具有與壓電部件 105的圓柱形孔125大約一樣的直徑。因此，儲霧器205還可為圓柱 形，并直接位于壓電部件105的圓柱形孔125下面。儲霧器205為金屬板110底面134中的空腔或者刻蝕物。通過其 中具有錐形孔210的金屬板110的頂面132，儲霧器205形成在其頂 面被粘接的封閉(enclosure),并且為了接觸吸油繩在底面是敞口的。 換句話說，除了錐形孔210，金屬板110的頂面132完整，形成儲霧 器205的頂215。儲霧器205的頂215位于包括錐形孔210的金屬板 110的頂面132的中心部分。錐形孔210例如可以通過激光鉆孔或刻 蝕金屬板110的頂面132獲得。錐形孔210基本上垂直于儲霧器205 的頂215進行定位，并且提供液體從儲霧器205流過的通道。當起動 壓電霧化裝置100時，儲霧器205允許液體流過錐形孔210后被噴射 或者霧化。壓電霧化裝置100的結構，如上所述，當采用徑向振動模式起動 壓電霧化裝置100時，在壓電霧化裝置100的中心區域120處，產生 具有有效功率的振幅和輸出的超聲頻率的共振。壓電霧化裝置100的 效率通過兩個同時發生的非平行位移波得到實現。第一，在壓電霧化 裝置100的中心區域120處發生最大位移量，這個位移量是通過垂直 振動模式產生的強大超聲頻率引起的。超聲頻率的振幅和輸出在中心 區域120處最大。因此，壓電部件105的圓柱形孔125、儲霧器205 和錐形孔210在壓電霧化裝置100的中心120處的定位利用了所述位 移。第二，壓電霧化裝置100的從其中心向外延伸的區域經歷了在振幅和輸出上逐漸減少的位移。因此，靠近壓電霧化裝置100的中心120的位移比靠近壓電霧化裝置100的外邊緣220的位移具有更高的 超聲頻率，更高的振幅和輸出。另外，如果壓電霧化裝置100的外邊 緣220或者邊界區域被固定或者被限制，那么在外邊緣220處的位移 大約等于零。假設位移不保持為零，例如，外邊緣沒有進行固定或者 限制，盡管外邊緣220的軸向共振是微弱的，但是在外邊緣220處的 位移有效地支撐被起動的壓電霧化裝置100。如上所述，只要外邊緣220不被固定，外邊緣220處的位移有效 地支撐被起動的壓電霧化裝置100。受限制的或者被固定的外邊緣 220會干涉被起動的壓電霧化裝置100的效果。因此，壓電霧化裝置 的支架或者支撐物不應當限制或者固定壓電霧化裝置100的外邊緣 220。相反，壓電霧化裝置100的外邊緣220應當在起動過程中能夠 盡可能地自由移動。圖3表示應用到壓電霧化裝置100的浮標式墊圈305的示意圖， 所述霧化裝置利用了按照本發明的示意性實施例的隧道結構。為了保 持壓電霧化裝置100的外邊緣220在起動過程中盡可能地自由，對壓 電霧化裝置IOO可以利用浮標式墊圈305。浮標式墊圈305通常為圓 屋頂形狀。浮標式墊圈305可以被放置在壓電霧化裝置100的頂部上 方，沒有干擾壓電霧化裝置100的功能。浮標式墊圈305具有放置壓 電霧化裝置100的室310。浮標式墊圈305的外邊緣315可形成垂直 的壁320,此處垂直的壁的內側325鄰近或者靠近壓電霧化裝置100 的外邊緣220。在本發明的示意性實施例中，垂直壁320的內側325 足夠靠近以充分地定位壓電霧化裝置100,但是沒有固定或者限制壓 電霧化裝置100的外邊緣220。另外，浮標式墊圈305的垂直壁320 的內側325坐落在最接近壓電霧化裝置100的外邊緣220的位置，于 是浮標式墊圈305不會干擾壓電霧化裝置IOO在起動過程中的共振。浮標式墊圈305的垂直壁320包括角335，浮標式墊圈305的內 壁325和底面340 (例如圓頂的頂板)在此角處相遇。這個角335以 及垂直壁320的高度有效地限制壓電霧化裝置100在起動過程中向上 運動。浮標式墊圈305的中心部分350具有從中穿過的錐形孔，于是 來自壓電霧化裝置的儲霧器的液體通過浮標式墊圈進行輸送。中心部 分350與壓電霧化裝置的中心對齊。例如，所述蓋可以具有在其中心 軸線上的一個開口，霧化后的液體從所述開口噴出。那么在工作中， 液體被吸進儲霧器并通過儲霧器頂中的開口、浮標式墊圈中的孔、彈 簧的中心和蓋的開口進行輸送。本領域的技術人員會認識到，浮標式墊圈305可以由任何適當的 材料制造，這些材料被選擇為，在允許壓電霧化裝置IOO有效振動的 自由度的同時，最大程度地支撐壓電霧化裝置100。適當的材料包括 塑料或者低密度金屬板，包括但不限于聚縮醛樹脂如縮醛樹脂，聚氟 甲烯(POM)，聚丙烯，PP,尼龍和其它聚酰胺(PA)，和鋁。適當的 材料可以是任何能夠提供浮標式墊圈的功能并不被從儲霧器分配的 液體比如有機溶劑影響的輕質材料。圖4表示應用到壓電霧化裝置100的浮標式墊圈支架405的示意圖，所述壓電霧化裝置利用按照本發明的示意性實施例的隧道結構。 為了確保浮標式墊圈305圍繞壓電霧化裝置IOO適當地保持在位，本 發明可包括浮標式墊圈支架405。浮標式墊圈支架405可包括垂直壁 410，此處垂直壁410的內側415靠近浮標式墊圈305的外壁315 (例 如外邊緣)。垂直壁410的底部與浮標式墊圈支架405的底面420垂 直相交，于是浮標式墊圈支架405的橫截面視圖大致類似于字母"L" 的形狀。浮標式墊圈支架405的底面410足夠長，以充分支撐浮標式 墊圈305和壓電霧化裝置100，但是不會干涉金屬板110的儲霧器 205。因此浮標式墊圈支架405允許吸油繩(沒有畫出)自由接觸壓電霧化裝置100 (例如靠近儲霧器205)。因此，浮標式墊圈支架405 使得吸油繩能夠接觸壓電霧化裝置100的儲霧器。這樣的浮標式墊圈 支架405幫助提高壓電霧化裝置的自由度，以在共振過程中自由振 動。圖5表示應用到壓電霧化裝置100的錐形彈簧系統505的示意圖， 所述壓電霧化裝置利用了按照本發明的示意性實施例的隧道結構及 浮標式墊圈。本發明可包括錐形彈簧系統505以幫助壓電霧化裝置 100使吸油繩550的所有頂面基本上配合儲霧器205的下方開口 ，無 論吸油繩550向不同角度如何移動。通常，錐形彈簧系統505包括柔 性材料，比如非常軟而薄的黃銅。錐形彈簧系統505通常成錐形，在 它的長度方向具有漸變的直徑。錐形彈簧系統505的小直徑端515定 位在靠近浮標式墊圈305的外頂512的位置，錐形彈簧系統505的大 直徑端520定位在遠離浮標式墊圈305的位置。為了充分支撐錐形彈 性系統505的小直徑端515，在浮標式墊圈305的頂或圓頂512的中 心上可存在凹陷525 (或凹槽)。凹陷525提供放置錐形彈簧系統505 的小直徑端515的空間。錐形彈簧系統505提供從錐形彈簧系統505 的大直徑端520到小直徑端515的張力和壓力的平滑過渡。因此，錐 形彈簧系統505提供浮標式墊圈305和壓電霧化裝置100容納吸油繩 550任何運動的能力。圖6表示應用到壓電霧化裝置100的保持系統室605的示意圖， 所述壓電霧化裝置100利用按照本發明示意性實施例的隧道結構及 錐形彈簧系統505。保持系統室605通常包括底部件650和帽660。 如圖所示，吸油繩550從容器640伸到儲霧器205的下方開口。為了 給錐形彈簧系統505提供必要的張力，本發明可包括放置在壓電霧化 裝置100、浮標式墊圈305、浮標式墊圈支架405和錐形彈簧系統505 上方的保持系統室605。所述保持系統室605具有平頂610，平頂610的內側615與錐形 彈簧系統505的大端520在平頂610交會。保持系統室605還可包括 在保持系統室605的外邊緣625處的垂直壁620，垂直壁620的內側 630靠近浮標式墊圈支架405。保持系統室605包括任何適當的材料， 比如但不限于，塑料，PP， PA和POM。保持系統室605用作壓電霧化 裝置100、浮標式墊圈305、浮標式墊圈支架405和錐形彈簧系統505 的帽660，其中保持系統室605不會干涉壓電霧化裝置100的性能。 如圖，錐形彈簧系統505的大直徑端520在內側615上接合帽660， 小直徑端515接合浮標式墊圈305，使得浮標式墊圈305浮在壓電霧 化裝置100的上方，而且帽660被安裝到底部件650。在工作中，如上參照圖1 —6所述的本發明的示意性實施例可應 用到利用吸油繩系統的多數裝置。按照設計的，吸油繩550與壓電霧 化裝置100的儲霧器205保持自由接觸，其中儲霧器205接近吸油繩 550的頂面。當液體從容器640被吸取到吸油繩550的頂部時，液體 在儲霧器205中找到出口。當將電流應用到壓電霧化裝置100時，超 聲頻率在靠近儲霧器205的中心120處最強。振動迅速地將儲霧器 205內的液體吸向金屬板110的錐形孔210。通過由壓電部件105引 起的金屬板的共振，液體的高速微粒在離開錐形孔210、浮標式墊圈 和帽的對齊孔時形成霧。圖7A-C是壓電霧化裝置100的替換方案的圖，所述壓電霧化裝 置IOO利用按照本發明示意性實施例的凸臺結構。在本發明的另一實 施例中，類似于上述參照圖1A-C所述的，壓電霧化裝置100包括壓 電陶瓷105，金屬板IIO和粘接層115。該實施例是非對稱壓電部件， 其中環形壓電陶瓷105被粘接或者被連接到金屬板110，優選為不銹 鋼板。在此實施例中，金屬板110形成為，包括在金屬板110的中心 區域130內的升起凸臺705。如其它實施例所述，振幅和頻率在中心區域是最高的。當被起動時，壓電部件105在共振過程中產生徑向模 式振動。圖8表示壓電霧化裝置100的結構示意圖，所述壓電霧化裝置100利用按照本發明示意性實施例的凸臺結構。使用本領域技術人員已知 的工藝，比如壓制工藝，升起的凸臺705可通過壓制單個的金屬薄板 比如，但不限于，不銹鋼板，來成形。升起的凸臺705可形成在金屬 板110的中心區域130，以產生位于升起的凸臺705下面的儲霧器 205。如圖8所示，金屬板110全部具有相同的厚度，反之，儲霧器 205采用隧道形式的實施例可具有更薄的中心，如圖l一6所示的金 屬板110。升起的凸臺705通常位于頂面132的中心區域130并且從 金屬板110的頂面132向上升起。在本發明的示意性實施例中，升起 的凸臺705的直徑可小于在壓電部件105的孔125內的升起凸臺的直 徑。因此，升起的凸臺705也為圓柱形形狀，并且直接置于壓電部件 105的圓柱形孔125的下面。升起的凸臺705的頂面形成直接位于下面的儲霧器205的頂215。 儲霧器205的頂215 (例如，升起的凸臺705的頂面710)包括錐形 孔210，所述錐形孔可通過例如激光鉆孔或蝕刻金屬板110的頂面710 制成。錐形孔210可基本上垂直于儲霧器205的頂215定向，并提供 液體從儲霧器205流過的通道。除了在金屬板110中升起的凸臺705，如上所述，利用凸臺結構 的壓電霧化裝置100的結構和設計(包括浮標式墊圈305，浮標式墊 圈支架405，錐形彈簧系統505和保持系統室605)基本上類似于利 用隧道結構的壓電霧化裝置100的結構和設計。因此，圖2 —6的詳 細描述分別充分公開和描述了圖9一12，在此引入作為參考。圖13表示按照本發明的示意性實施例，功能性地連接到流體 1310的容器1305的壓電霧化裝置100的示意圖。在工作中，壓電霧化裝置100 (利用隧道結構或者利用凸臺結構)可以物理連接到容器1305(例如瓶1305)，其中吸油繩1320向上伸出容器1305的開口 1325 以最靠近壓電霧化裝置100的儲霧器205。吸油繩1320向下延伸進 入容器1305和其中的液體1310。本領域的技術人員會認識到，容器 1305內的液體可包括，但不限于，水、油、潤滑油、油漆、香水、 科隆香水、或任何其它的能被轉換為氣霧的適當液體1310。當吸汕 繩1320通過毛細作用將液體1310向上吸取到儲霧器205時，壓電部 件105的振動通過儲霧器205的錐形孔210輸送液體，產生液體的霧。 為了起動壓電部件105，電力供應1315可存在并被連接到壓電霧化 裝置100。電力供應1315提供以超聲頻率起動壓電部件105所必須 的電壓，因此引起使壓電部件105振動所必須的共振。圖14表示利用了隧道結構的流體霧化器1400的結構的示意圖， 其中所述實施例包括包括非對稱壓電陶瓷和金屬組合，壓電部件105 和金屬板IIO類似于上述參照壓電霧化裝置IOO描述的件，不同的是 壓電部件105和金屬板110的直徑基本上相等。壓電部件105被粘在金屬板110上，于是壓電部件105的底面124 靠近金屬板110的頂面132。壓電部件105和金屬板110基本上具有 一樣的直徑，壓電部件105的中心區域120與金屬板110的中心區域 130對齊，從而壓電部件105的圓柱形孔125坐落在金屬板110的中 心并位于儲霧器205上方。另外，在壓電部件105的底面124和金屬 板110的頂面132之間存在粘接層115。類似于上述利用隧道結構的壓電霧化裝置100,金屬板110包括 儲霧器205和錐形孔210，微量的液體可從儲霧器205通過錐形孔被 輸送。儲霧器205通常位于金屬板110的底面134的中心區域130。 在本發明的示意性實施例中，儲霧器205具有和壓電部件105的圓柱 孔125 —樣的直徑或者比圓柱孔125的直徑小。因此，儲霧器205也具有圓柱形形狀并且可直接位于壓電部件105的圓柱形孔125下方。儲霧器205可以為金屬板110底部的腔或者刻蝕物。金屬板110的頂 面132形成儲霧器205的頂215。儲霧器205的頂215 (例如，金屬 板110頂部的中心部分130)包括錐形孔210，這些錐形孔是例如通 過激光鉆孔或者蝕刻金屬板110的頂面132制成的。錐形孔210基本 上垂直于儲霧器205的頂215定向并且提供液體從儲霧器205流過的 通道。當超聲霧化器1400被起動時，儲霧器205通過金屬板110頂 部上的錐形孔210提供要噴出或者要汽化的液體。圖15表示超聲霧化器1400的替換方案的示意圖，所述超聲霧化 器1400利用按照本發明的示意性實施例的隧道結構。當采用徑向振 動模式被起動時，超聲霧化器1400的獨特結構導致具有有效振幅和 輸出的超聲頻率在超聲霧化器1400的中心區域120處發生共振。當 電流(或電壓)應用到超聲霧化器1400時，儲霧器205 (例如金屬 板110的中心130)接受輸出和強度信號的重大移位。在本發明的示 意性實施例中，吸油繩(沒有畫出)保持與超聲霧化器1400的儲霧 器205的自由接觸，此處儲霧器205靠近吸油繩的頂面。當液體被吸 到吸油繩的頂部時，液體在儲霧器205中找到出口。在超聲霧化器 1400的起動過程中，所述振動迅速地將儲霧器205中的液體吸向金 屬板110的錐形孔210。通過由壓電部件105引起的金屬板110的振 動，高速液體微粒離開錐形孔210。圖16A-C表示超聲霧化器1400的多種焊接類型的示意圖，超聲 霧化器1400利用按照本發明的示意性實施例的隧道結構。電極1605 被應用到壓電部件105的頂面122，幫助提供起動超聲霧化器1400 所用的電流(或電壓)。本領域的技術人員會認識到，電極1605通常 是實心電導體，電流可通過該導體流動。來自電源(沒有畫出)的導 線以幾種獨特的結構被連接在超聲霧化器中。第一，導線1610被連接到在壓電部件105上形成的電極1605，并且另一個導線1615被連 接到金屬板110底部。第二，導線1620被連接到在壓電部件105上 形成的電極1605，并且另一個導線1625被連接到從金屬板110伸出 并與其連接的柱1622。第三，導線1630被連接到結合在壓電部件105 的電極1605,并且另一個導線1635被連接到屏蔽電極1640的頂部， 此處電極1605和屏蔽電極1640被分離。這些結構中的每一個都允許 電流流過超聲霧化器1400，于是起動壓電部件105并產生振動。圖17表示流體霧化器1400的結構的示意圖，流體霧化器1400 利用了按照本發明的示意性實施例的凸臺結構。在本發明的另一示意 實施例中，流體霧化器1400包括壓電部件105，金屬板IIO，和粘接 層115，類似于上述參照圖14描述的那些部件。壓電部件105和金 屬板110的直徑基本上相等。然而，金屬板110包括在金屬板110的 中心區域130內升起的凸臺705。在升起的凸臺705處(例如被起動 的超聲霧化器1400的中心120)的超聲頻率在振幅和輸出方面更高。 當被起動時，在共振過程中，壓電部件105產生徑向模式振動。如上述利用凸臺結構的壓電霧化裝置100，金屬板IIO利用壓制 工藝通過壓制薄金屬板來成形。升起的凸臺705可以形成在金屬板 110的中心區域130，以產生位于升起的凸臺705下面的儲霧器205。 金屬板110被成形(或彎曲)以具有升起的凸臺705并且形成儲霧器 205。除了金屬板110中的升起的凸臺705，如上所述，利用凸臺結構 的流體霧化器1400的結構和設計基本上類似于利用隧道結構的超聲 霧化器1400的結構和設計。圖18表示流體霧化器1400的替換結構的示意圖，流體霧化器 1400利用了按照本發明的示意性實施例的凸臺結構。當采用徑向振 動模式被起動時，超聲霧化器1400的結構導致具有最大振幅和輸出的超聲頻率在超聲霧化器1400的中心區域120處發生共振。當電流(或電壓)應用到超聲霧化器1400時，儲霧器205 (例如金屬板110 的中心130)接受輸出和強度信號的移位。在本發明的示意性實施例 中，吸油繩(沒有畫出)保持與超聲霧化器1400的儲霧器205自由 接觸，此處儲霧器205靠近吸油繩的頂面。當液體被吸到吸油繩的頂 部時，液體在儲霧器205中找到出口。在超聲霧化器1400的起動過 程中，所述振動迅速地將儲霧器205中的液體吸向金屬板110的錐形 孔210。通過由壓電部件105引起的金屬板110的振動，液體微粒離 開錐形孔210。圖19A-C表示按照本發明的示意性實施例，利用凸臺結構的、具 有尺寸基本相同的陶瓷盤和金屬板的流體霧化器1400的多種焊接位 置的示意圖。除了利用凸臺結構(而不是隧道結構)的流體霧化器 1400的使用外，對圖16A-C的描述充分地描述了圖19A-C，而圖16A-C 的描述通過參考在此引入。圖20A-D表示按照本發明、利用隧道形式和凸臺形式的儲霧器的 流體霧化器的多種焊接類型的示意圖，其中陶瓷盤的直徑比金屬板的 直徑小。超聲霧化器1400利用按照本發明的示意性實施例的。除了 利用凸臺結構(而不是隧道結構)的流體霧化器1400的使用外，對 圖16A-C的描述充分地描述了圖20A-D，而圖16A-C的描述通過參考 在此引入。本發明的方法包括，利用此處公開的一個或者多個裝置的實施例 提供霧化后的流體。壓電裝置比如本發明的裝置也可以應用到其它場 合，包括但不限于，玩具和健康護理裝置。例如，在需要特殊效果的 玩具中，比如從玩具火車發動機中冒出煙，所述"煙"的效果能夠由 本發明的壓電裝置產生的霧實現，不需要來自燃燒或者化學反應的火 或者煙。另外，為了向呼吸道、口腔或者鼻腔分配藥物，可溶藥物能從本發明的壓電裝置噴射進人體或者動物體。雖然利用一個實施例己經詳細地描述了本發明，但是應當理解， 在本發明的精祌和范圍內，如前面所述和附加的權利要求限定的，能 夠實施各種變化和修改。在下面權利要求中，所有裝置加功能的部件 的對應結構、材料、動作和等同方案，如果有的話，都意圖在于包括， 為結合所特殊要求保護的其它要求保護的部件執行所述功能的任何 結構、材料和動作。
權利要求
1、一種壓電裝置，包括具有頂面和底面并限定開口的壓電部件；具有頂面和底面并限定儲霧器的金屬板，所述儲霧器限定多個基本垂直于金屬板的頂面的孔；和所述金屬板的頂面被粘結到壓電部件的底面，其中壓電部件的開口位于儲霧器的上方。
2、 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述金屬板具有第 一厚度，所述儲霧器具有第二厚度，其中第二厚度小于第一厚度。
3、 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述儲霧器形成升 起高于金屬板頂面的凸臺，以至少局部地進入所述壓電部件的開口。
4、 如權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述壓電部件和金 屬板都是盤狀。
5、 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述金屬板是不銹 鋼的。
6、 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述金屬板具有第 一直徑，所述壓電部件具有第二直徑，其中第一直徑大約等于第二直 徑。
7、 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，金屬板和壓電部件 中的至少一個包括用于接收電壓的電極。
8、 一種壓電霧化裝置，包括霧化部件，具有外周邊并包括結合到壓電部件的金屬板，所述金 屬板具有儲霧器，所述壓電部件限定靠近儲霧器的開口；用于套在霧化部件上的墊圈，所述墊圈限定靠近霧化部件的外周 邊的垂直壁；保持所述墊圈和所述霧化部件的墊圈支架；和 接合所述墊圈支架并被彈性地結合到所述墊圈的帽，其中所述帽 用于遮住所述霧化部件。
9、 如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述墊圈具有大致 的圓屋頂形狀，所述形狀用于限制霧化部件向上運動。
10、 如權利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括用于彈性地 結合所述墊圈和所述帽的錐形彈簧。
11、 如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述儲霧器用于接 收吸油繩，所述霧化部件用于響應接收的電壓而接觸吸油繩。
12、 如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述墊圈支架具有 "L"形狀的橫截面，以支撐墊圈的垂直壁和霧化部件的外周邊。
13、 如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述儲霧器限定多 個孔，所述孔與壓電部件限定的開口流體連通，從而流體微粒可以流 過所述霧化部件。
14、 一種制造壓電裝置的方法，包括在具有頂面的金屬板中形成儲霧器，所述儲霧器限定多個基本垂 直于金屬板頂面布置的開口；在具有底面的壓電部件中形成開口；和
15.結合金屬板頂面和壓電部件底面形成壓電裝置，其中所述壓電部 件的開口位于靠近金屬板的儲霧器的位置。
16、 如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述儲霧器和壓 電部件具有中心區域，形成的所述儲霧器和所述開口包括大約在金屬 板的中心區域形成儲霧器和大約在壓電部件的中心區域形成所述開□。
17、 如權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括在壓電部 件上方放置墊圈以限制壓電裝置向上運動。
18、 如權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括設置墊圈 支架以支撐所述墊圈和壓電部件。
19、 如權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括設置帽以 接合墊圈支架并遮住所述墊圈和壓電部件。
20、 如權利要求14所述的方法，其特征在于，形成的儲霧器包 括對金屬板鉆孔或者刻蝕中的至少一個方法以在儲霧器中形成多個 開口。
21、 如權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括對所述壓 電部件施加電壓以起動壓電部件。
全文摘要
公開了壓電霧化和超聲霧化裝置。在一些實施例中，壓電霧化裝置包括限定開口的壓電部件和限定儲霧器的金屬板，所述壓電部件被粘接到所述金屬板。儲霧器限定基本垂直定向的多個小孔(或洞)，所述壓電部件的開口置于儲霧器的上方。壓電霧化裝置通常限定非對稱的組合件，而超聲霧化裝置包括在長度上基本一樣直徑的壓電部件和金屬板。也要求保護并公開了其它實施例。
文檔編號A61M11/00GK101282792SQ200680020950
公開日2008年10月8日 申請日期2006年4月26日 優先權日2005年5月2日
發明者伍立良 申請人:香港功能陶瓷有限公司