專利名稱：分配揮發(fā)物的釋放系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過壓電器件以細微顆?；蛞旱涡问?如細微噴霧形式)分配活性液體如香水、空氣清新劑、殺蟲劑成分或其它材料的裝置。尤其是，本發(fā)明的目標是一種通過電子機械或電聲致動件產生液滴或懸浮液的壓電液體釋放系統(tǒng)。確切地說，本發(fā)明涉及采用與壓電件相連的孔板的電池驅動式分配器。通過適當選擇把液體從液體容器轉往孔板的裝置，獲得了一種分配這樣的液體的改進方法。
胡伯司通等人在美國專利US5518179中披露了另一種霧化噴射器，這篇文獻教導了一種液滴制造裝置，它具有一片通過具有復合薄壁結構的致動件而振動的并且被布置成彎曲工作的膜。液體被直接供給膜表面并且在膜振動時以液滴形式從表面上被噴射出去。
托達的美國專利US5297734、US5657926教導了超聲霧化裝置，它包括具有一與之相連的振蕩板的壓電振蕩件。在US5297734中，振蕩板具有許多使液體流過的且與蓄液件如海綿實體接觸的小孔。
在美國專利US4301093中，?？私虒Я耸褂糜蓮椥圆牧蠘嫵傻那覊涸谡袷幍撵F化件上并以多多少少被減緩的振蕩幅度共振的繩芯。繩芯管圍繞著繩芯地幾乎達到接觸振蕩件的地方。
艾佛里等人在美國專利US5586550中教導了分配藥液的裝置，它包括一個具有錐形孔的振蕩的非平面件，液體通過擠壓液罐而被送給所述孔，從而如此直接將液體滴到表面上，即所有液體通過表面張力粘附在振蕩件上。壓電件粘在一個振蕩的懸臂梁上以使載板接觸非平面件地振蕩，從而與之接觸地使液體霧化。
日本專利公開號06320083A披露了一種超聲霧化裝置，其蓄液能力強的材料(如海綿)把液體釋放給響應于壓電振蕩而振動的帶孔膜。蓄液材料對膜的接觸壓力通過彈簧繃緊件而保持不變。
盡管一些其它專利描述了通過超聲霧化分配液體的裝置或者定時間歇分配的裝置，但它們只獲得了適度的成功。例如，見美國專利US3543122、US3615041、US4479609、US4533082和US4790479。這些專利的內容以及上述其它所有公開文獻的內容就象已充分說明地作為參看被引入。
但是，這樣的霧化器和/或分配器無法提供一種既要分配液體被噴到振蕩機構/表面上而又不導致壓電振蕩頻率衰減的系統(tǒng)。此外，現(xiàn)有技術無法提供一種采用了與壓電件機械連接的孔板的、能夠分配速率不變或變化很小地長期使用的且連續(xù)工作的電池驅動式便攜分配器。因而，人們需要一種用于分配活性液體如香水和殺蟲劑的改進型霧化器或分配器，它改進了把要配送的液體供給振蕩孔面的裝置。
本發(fā)明的進一步目的在于提供一種能夠依靠低壓電池而有效工作數(shù)月之久的并同時在整個期間內保持分配一致性的壓電泵。在這樣的目的中，包括了提供一種適于和象9伏電池、傳統(tǒng)干電池如A、AA、AAA、C、D、紐扣電池、手表電池和太陽能電池這樣的電源或太陽能電源一起使用的壓電霧化器。與本發(fā)明聯(lián)合使用的優(yōu)選電源是AA電池和AAA電池。
在本發(fā)明的另一個目的中，希望提供一種液體配送系統(tǒng)，其能夠隨時間成線性地霧化香精油或殺蟲劑成分并同時在使用第一天直到最后一天都保持不變的特性/成分即成分不變或不隨時間分離。這種裝置的電器最好可以是編程的并且可以被用于設定準確的配送速率(如毫克/小時)，或者可以允許消費者根據個人喜好、效力或房間大小把強度和效率調節(jié)到理想程度。
本發(fā)明的另一個目的是提供由純香水或殺蟲劑成分構成的小滴，它們間歇地被從裝置中排出而形成了小云霧或煙氣，所述液滴快速分散并依靠氣流散布于整個大面積區(qū)域內。我們發(fā)現(xiàn)，這樣的液滴小尺寸以及相應高的表面積與質量之比導致了這些液滴快速均勻地蒸發(fā)。在優(yōu)選實施例中，配送系統(tǒng)依靠1.5伏電池以線性分配速度工作達數(shù)月之久，它在整個期間內分配出大小基本一樣的均勻液滴體。
通過一種用于香水、殺蟲劑成分和其它液體的上述霧化器而實現(xiàn)了這些和其它發(fā)明目的，其中霧化系統(tǒng)包括一個用于要分配液體的腔室、把液體從該腔室中送往一個孔板以便分配液體的機構、一個壓電件、一個電源和驅動并控制壓電件的電路。香水或殺蟲劑成分通過毛細管供流系統(tǒng)被送往孔板背面，所述供流系統(tǒng)把液體送往孔板而沒有對孔板施加足以降低板所受壓電件的振動頻率?？梢杂糜尚‰姵毓╇姷碾娐穪眚寗訅弘娂?，它能夠激勵壓電件并迫使流體流經孔板，該孔板垂直于其表面地具有一些錐形或漸縮的小孔，孔的出口的直徑為1微米-25微米左右并最好為4微米-10微米并優(yōu)選地為5微米-7微米。定時電路被用于給壓電件提供間歇激勵，從而按照依賴時間的方式分配出小液滴。我們認識到，利用很柔順的且能夠不減緩其振蕩地始終接觸孔板的繩芯材料將保證出色地把液體供給孔板，這導致了出色的工作效果。
從以下的說明中，了解到本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點。但是，應該注意權利要求書以便理解本發(fā)明的整個范圍。
圖面簡介

圖1是適用于本發(fā)明優(yōu)選實施例的壓電霧化器的電路板的等角局部圖。
圖2是適用于把液體供給孔板表面的輸液機構和液體容器的等角圖。
圖3是表示液體容器、供液機構和壓電件之間關系的橫截面圖。
圖4是圓所包含的圖3區(qū)域的放大圖。
圖5是被裝在優(yōu)選實施例的底座上的印刷電路板和壓電件的俯視圖。
圖6表示適用于本發(fā)明優(yōu)選實施例的壓電泵裝置的簡化橫截面圖。
發(fā)明的實施方式要理解的是，圖及以下的說明指向了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本發(fā)明本身比所示例子更寬。確切地說，本發(fā)明同樣適用于其它壓電霧化形式，如使用懸臂梁和/或加強板以及被傳統(tǒng)電源如墻壁插頭驅動的而不是電池驅動的霧化器。
圖1畫出了壓電件2所在印刷電路板1之間的整體關系。為了清楚起見和便于理解本發(fā)明，電路板1如圖所示地沒有電路和與之相連的電池。還要理解的是，電路板可以在使用中與分配器底座相連，所述底座又位于裝飾性殼型外罩中或插座(未示出)中以便使用。在圖5中，以俯視圖畫出了底板11，而沒有畫出外罩。裝飾性插座或外罩可以是任何適用于固定分配器部件的形式或形狀的，同時又為消費者提供了賞心悅目的外觀并允許液體以噴霧形式從分配器流入大氣。因此，可以通過高速模塑任何適于與要分配的液體一起使用和接觸的材料來有利地制造分配器殼。
壓電件2可以被安裝在電路板1中并且通過橡膠密封圈4或其它任何不阻礙壓電件振蕩的適當相似方式被固定到位。環(huán)形壓電件2相對孔板3同心地定位并且如此與孔板凸緣相連，即它與之振動連接。壓電件一般包括壓電陶瓷材料如鋯酸鉛(PZT)或黑鈮酸鉛(PN)，但也可以是任何顯示出壓電性能的材料。
孔板含有任何適用于此的傳統(tǒng)材料，但它最好由在光敏抗蝕基板上形成的電鍍鎳鈷化合物構成，所述材料隨后按照傳統(tǒng)方式被除去，從而留下均勻的且厚約10微米-100微米且最好為20微米-80微米并優(yōu)選地為50微米的多孔鎳鈷組織?？梢圆捎闷渌m用的孔板材料，如鎳、錳鋯合金、各種其它金屬、金屬合金、化合物或塑料以及其組合物?？梢圆捎闷渌m用材料，它們具有適當?shù)木Я４笮『蜐櫇裥阅?。通過電鍍形成鎳鈷層，可以制成具有光敏抗蝕基板輪廓的多孔結構，其中通過形成出口側直徑約為6微米且入口側直徑更大的錐形孔而獲得了滲透性?？装蹇梢允瞧矫娴模詈檬菆A頂形的，即在中心略微隆起，并且可以是從平面到拋物面形成半球形狀。所述板應該具有比較高的抗彎強度，以確保其中的孔應承受同樣的振蕩，從而同時噴出大小一樣的液滴。
盡管以圍繞孔板或孔的同心陶瓷壓電件的形式表示了本發(fā)明，但我們也認為本發(fā)明同樣適用于和傳統(tǒng)壓電件一起使用，傳統(tǒng)壓電件包括振蕩件和接觸膜的懸臂梁及噴嘴或適用于分配液滴或霧氣的孔板。
圖2畫出了存放香水、空氣清新劑、殺蟲液或其它要分配材料的液體容器5。如圖所示，蓋8蓋住了容器。在圖中還畫出了卡口夾6，它們用于固定在容器輸送和存放時使用的頂蓋或蓋子(未示出)并且可以在需要把容器放入分配器并允許使用其盛裝物時被輕松地除掉。供液機構7、套形繩芯或圓頂供液件從穿過蓋8的瓶口9中伸出。為了方便起見，我們把供液機構稱為繩芯，盡管它可以包括許多不同的形狀和材料，如從硬塑料毛細管系列到軟的多孔繩芯。繩芯功能是把液體從容器5中送往接觸孔板的位置。因此，繩芯應該不受輸送液體的影響并且是多孔的并允許符合孔板的成形。繩芯的多孔性應足以在整個繩芯彎曲范圍內及按照其任何形狀產生均勻的液體流動。為了最佳地把液體送往孔板表面，我們發(fā)現(xiàn)必須使繩芯本身實體接觸板，以便把液體送往板。液體最好被如此送往孔板，即基本上所有配送液體將通過表面張力粘附并轉往孔板表面。在適用的繩芯材料中，我們發(fā)現(xiàn)優(yōu)選使用象紙或過濾紙或棉布、尼龍布、聚丙烯織物、玻璃纖維布等這樣的材料。繩芯最好含有多孔性強的材料，它們的多孔性和柔軟性與過濾紙或薄絹相似。優(yōu)選的繩芯材料包括由斯普林工廠提供的作為孔板織物的100％純棉布，它具有68×68經緯密度和7.2g/100inch2的密度(約為93.2克或3.3盎司/平方碼)。一圈這種布被用作繩芯，它成0.1255英寸寬、2.75英寸長和0.01英寸厚的條帶形狀。優(yōu)選的繩圈高度(在繩芯座上)最好為0.05英寸-0.15英寸，更優(yōu)選為0.07英寸-0.10英寸，最優(yōu)選為0.08英寸-0.09英寸。不過，繩圈高度由液體容器、繩芯座和霧化器的設計以及連接形狀來決定。繩芯的形狀最好可以符合并列孔板的表面形狀并且通過位于瓶口9中的液體容器5蓋8的繩芯座或定位件10被保持在正確位置上。液體因液體的粘性和表面張力而輕松地從繩芯流向板。要注意的是，作為供液機構的一部分地加入繩芯，所述供液機構包括容器、液體、瓶蓋、繩芯和繩芯座或定位件以及密封存放運輸機構的頂蓋。這樣的機構可以包括分配器的重裝瓶，為方便消費者，它適于安放在分配器中。為此，液體容器5可以在瓶蓋8上具有連接機構16以便插入在底座11中的適當接納機構，從而在除去頂蓋或蓋后，將其鎖定在工作位置上。但是，繩芯可以作為孔板、底座或霧化器另一部分的整體部分地配設有使液體從容器中被送往繩芯的部分如繩芯尾。
圖3以橫截面圖畫出了本發(fā)明特定優(yōu)選實施例的液體容器5、繩芯7、壓電件2及孔板3之間的關系。例如，壓電件2通過橡膠密封圈4或其它任何不影響壓電件振蕩的適當裝置被定位于印刷電路板1中。在優(yōu)選的實施例中，環(huán)形壓電件以機械連接方式圍繞著孔板3。孔板又與繩芯7相接觸，由此一來，允許要配送的流體從容器5流向孔板，在這里，通過表面張力接觸而出現(xiàn)了液體轉移。沒有畫出分配器的底座板11，它把電路板1和液體容器保持在適于使繩芯7與孔板3并列的位置上。繩芯7通過繩芯座10被夾持在蓋8的開口中，從而允許其有一定的調節(jié)范圍，而繩芯尾15保證了完全利用容器5中的所有液體。這種自由度允許相對孔板表面自我調節(jié)繩芯，以補償由加工和運輸?shù)淖兓鸬奈恢貌▌硬⑶冶ＷC了柔順的供流機構以便把液體從容器送往孔板表面。如本領域普通技術人員所熟悉的那樣，繩芯高度如圖3、4所示地可以進行調節(jié)以改變如圖4、6所示的液體間隙14并保證繩芯適當?shù)亟佑|板，注意圖4，其中畫出了圖3圓圈的放大細節(jié)，其中與圓頂孔板3并列地畫出了環(huán)形繩芯7，其中要轉移的液體通過表面張力接觸孔板。盡管圖4畫出了實質上接觸孔板圓頂?shù)恼麄€圓弧的繩芯和板，但要理解的是，只是為了示范而給出了這樣的結構，孔板3實際上可以只在有限的弧度上接觸繩芯7，如圖6所示地，從而根據粘性、表面張力和液體溫度以及繩芯的特定多孔性和柔軟性以及液體間隙14而實現(xiàn)了液體轉移。如圖所示，經過蓋8的開口9的繩芯7通道由繩芯座/定位件10來控制。圖4還畫出了壓電件2的安裝墊圈4、孔板3以及孔板凸緣12和把活動蓋(未示出)夾固在瓶蓋8上的夾子6。
圖5是俯視圖，它表示本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的電路板1、壓電件2、孔板3和安裝墊圈4及底座板11之間的關系。如上所述，壓電件2與孔板3同心地被墊圈4保持在電路板1中。電路板按照傳統(tǒng)方式如通過夾子17和定位角架18被安裝在底座板11上。
在圖6中，本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的簡化橫截面圖畫出了各部件的整體關系?？装?如圖所示地具有孔板凸緣12，它們利用適合的連接裝置13(如環(huán)氧樹脂粘結劑)又被固定在本發(fā)明的壓電件2上。繩芯7如圖所示接觸孔板3，由此產生了液體間隙14，要配送的液體在所述間隙中被轉往孔板。繩芯如圖所示地具有尾布15，它們伸入未示出的液體容器5中。
如上所述，我們認識到了，部件的改進和上述分配器使用方法的特殊組合方式導致了令人驚異地得到改進的結果。尤其是，我們發(fā)現(xiàn)，使用很柔順的且柔軟的繩芯材料將保證液體更好地從液體容器中被送往孔板表面。盡管這樣的控制在上述的本發(fā)明優(yōu)選實施例中是最有利的，但我們發(fā)現(xiàn)它在具有不同形狀和部件的分配器中也是有利的。
我們發(fā)現(xiàn)，繩芯7是用于象香水、空氣清新劑、殺蟲劑成分這樣的液體或其它上述活性液體的改進型霧化器的一個重要部件。過去，繩芯實際接觸孔板被認為是保證足夠強的液體轉移所必須的，但它對孔板有不利的阻尼效果。就是說，常用繩芯材料與孔板的實體接觸導致了分配器性能因壓電件振動衰減而變差。相反地，繩芯與孔板之間的不良接觸導致了不充分的液體釋放以及時有時無的釋放?，F(xiàn)在，我們發(fā)現(xiàn)了繩芯的柔順性對霧化器的性能很重要。更硬的即不柔軟的繩圈(如其重量與上述優(yōu)選的棉布繩芯相似的尼龍或聚丙烯)紡布產生了令人不滿意的結果。盡管我們發(fā)現(xiàn)試用的尼龍和聚丙烯布是令人不滿意的，但我們認識到，這樣的材料的其它形狀或重量可能令人滿意地發(fā)揮作用。我們發(fā)現(xiàn)，令人滿意的工作和把液體供給孔板的關鍵部件就是繩芯的柔順性。當繩芯的柔順性適當時，振蕩孔板的阻尼現(xiàn)象可以忽略不計。工業(yè)實用性本發(fā)明的霧化系統(tǒng)可以被用于長時間地自動把象空氣清新劑、香水、殺蟲劑或其它活性液體這樣的液體分配到任何環(huán)境，優(yōu)點是在驅動分配器的電池的使用壽命期間內將等量液體均勻地散布到大氣中。此外，分配器可以根據需要而通過重填和更換電池來重新使用，從而消費者可以根據需要改變正配送到空氣中的液體，所帶來的附加優(yōu)點就是，正分配的液體量可以根據個人喜好、效力或房間大小來改變以便把強度和效率調整到理想程度。
盡管已經參照目前被認為是優(yōu)選實施例的例子描述了本發(fā)明，但要理解的是，本發(fā)明不局限于上述實施例。相反地，本發(fā)明要在后續(xù)權利要求書的精神和范圍內覆蓋各種修改方案和等同結構。后續(xù)權利要求書的范圍要遵守最寬泛的解釋，以便包含所有那些修改方案和等同的表達方式和功能。
權利要求
1.一種分配活性液體的霧化器，它包括一個液體容器、一塊具有孔的且與一個壓電件機械連接的孔板、一個把液體送往該孔板的毛細管供液機構、控制液體分送并保證間歇地釋放小液滴的電器件，其特征在于，毛細管供液機構包括非常多孔的、很柔順的且能夠基本上不造成孔板衰減地把液體供給孔板的繩芯。
2.一種振蕩霧化器，它包括一個液體容器、一塊具有許多個穿透的微孔的孔板、一個使該孔板振動地與之相連的致動件、一個按照不影響孔板振動的方式從該容器內延伸向孔板并接觸孔板的繩芯件，所述繩芯件包括棉纖維布。
3.如權利要求2所述的振蕩霧化器，其特征在于，所述繩芯件被制成絨面呢織物(broadcloth weave)。
4.如權利要求3所述的振蕩霧化器，其特征在于，繩芯件具有68×68的經緯密度以及約7.2g/100inch2的密度。
5.如權利要求2所述的振蕩霧化器，其特征在于，繩芯件的形狀符合孔板的表面。
6.如權利要求2-5之一所述的振蕩霧化器，其特征在于，繩芯件在其接觸孔板的地方成環(huán)圈狀。
7.如權利要求2-5之一所述的振蕩霧化器，其特征在于，該致動件包括壓電件。
8.如權利要求7所述的振蕩霧化器，其特征在于，該致動件包括壓電件。
9.一種振蕩霧化器，它包括一個液體容器、一塊具有許多穿透的細孔的孔板、一個使該孔板振動地與之相連的致動件、一個按照不影響孔板振動的方式從該容器內延伸向孔板并接觸孔板的繩芯件，所述繩芯件含有纖維布并且在其接觸孔板的區(qū)域內成環(huán)圈狀。
10.如權利要求9所述的振蕩霧化器，其特征在于，繩芯件由棉構成。
11.如權利要求10所述的振蕩霧化器，其特征在于，繩芯件被制成絨面呢織物。
12.如權利要求11所述的振蕩霧化器，其特征在于，繩芯件具有68×68的經緯密度以及約7.2g/100inch2的密度。
13.如權利要求9-12之一所述的振蕩霧化器，其特征在于，繩芯件在其成圈的地方被制成符合孔板表面的形狀。
14.如權利要求9-12之一所述的振蕩霧化器，其特征在于，該致動件包括壓電件。
15.如權利要求13所述的振蕩霧化器，其特征在于，該致動件包括壓電件。
16.一種用于振蕩型霧化器的重填容器，所述霧化器具有一塊振動而使液體以極小的液滴形式被噴霧到空氣中的孔板，所述重填容器包括一個盛裝要霧化液體的液體容器、一個從容器中延伸向在容器上表面上方的部位的且在這個部位折疊的繩芯。
17.如權利要求16所述的重填容器，其特征在于，繩芯由棉構成。
18.如權利要求17所述的重填容器，其特征在于，繩芯被制成絨面呢。
19.如權利要求18所述的重填容器，其特征在于，繩芯具有68×68的經緯密度以及約7.2g/100inch2的密度。
20.如權利要求16-19之一所述的重填容器，其特征在于，繩芯具有一對伸入容器內的尾部。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種通過電池驅動式連續(xù)工作的分配器產生液滴或懸浮液的壓電液體釋放系統(tǒng)或霧化器,它采用了一塊與壓電件(2)相連的孔板(3)。通過使用具有特定性能和高柔順性的繩芯(7),獲得了出色的結果。
文檔編號B05B17/00GK1347348SQ00806411
公開日2002年5月1日 申請日期2000年2月9日 優(yōu)先權日1999年3月8日
發(fā)明者托馬斯·A·赫爾夫, 愛德華·J·馬滕斯三世, 戴維·A·湯姆金斯 申請人:約翰遜父子公司