专利名称：分配挥发物的释放系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过压电器件以细微颗粒或液滴形式(如细微喷雾形式)分配活性液体如香水、空气清新剂、杀虫剂成分或其它材料的装置。尤其是，本发明的目标是一种通过电子机械或电声致动件产生液滴或悬浮液的压电液体释放系统。确切地说，本发明涉及采用与压电件相连的孔板的电池驱动式分配器。通过适当选择把液体从液体容器转往孔板的装置，获得了一种分配这样的液体的改进方法。
胡伯司通等人在美国专利US5518179中披露了另一种雾化喷射器，这篇文献教导了一种液滴制造装置，它具有一片通过具有复合薄壁结构的致动件而振动的并且被布置成弯曲工作的膜。液体被直接供给膜表面并且在膜振动时以液滴形式从表面上被喷射出去。
托达的美国专利US5297734、US5657926教导了超声雾化装置，它包括具有一与之相连的振荡板的压电振荡件。在US5297734中，振荡板具有许多使液体流过的且与蓄液件如海绵实体接触的小孔。
在美国专利US4301093中，埃克教导了使用由弹性材料构成的且压在振荡的雾化件上并以多多少少被减缓的振荡幅度共振的绳芯。绳芯管围绕着绳芯地几乎达到接触振荡件的地方。
艾佛里等人在美国专利US5586550中教导了分配药液的装置，它包括一个具有锥形孔的振荡的非平面件，液体通过挤压液罐而被送给所述孔，从而如此直接将液体滴到表面上，即所有液体通过表面张力粘附在振荡件上。压电件粘在一个振荡的悬臂梁上以使载板接触非平面件地振荡，从而与之接触地使液体雾化。
日本专利公开号06320083A披露了一种超声雾化装置，其蓄液能力强的材料(如海绵)把液体释放给响应于压电振荡而振动的带孔膜。蓄液材料对膜的接触压力通过弹簧绷紧件而保持不变。
尽管一些其它专利描述了通过超声雾化分配液体的装置或者定时间歇分配的装置，但它们只获得了适度的成功。例如，见美国专利US3543122、US3615041、US4479609、US4533082和US4790479。这些专利的内容以及上述其它所有公开文献的内容就象已充分说明地作为参看被引入。
但是，这样的雾化器和/或分配器无法提供一种既要分配液体被喷到振荡机构/表面上而又不导致压电振荡频率衰减的系统。此外，现有技术无法提供一种采用了与压电件机械连接的孔板的、能够分配速率不变或变化很小地长期使用的且连续工作的电池驱动式便携分配器。因而，人们需要一种用于分配活性液体如香水和杀虫剂的改进型雾化器或分配器，它改进了把要配送的液体供给振荡孔面的装置。
本发明的进一步目的在于提供一种能够依靠低压电池而有效工作数月之久的并同时在整个期间内保持分配一致性的压电泵。在这样的目的中，包括了提供一种适于和象9伏电池、传统干电池如A、AA、AAA、C、D、纽扣电池、手表电池和太阳能电池这样的电源或太阳能电源一起使用的压电雾化器。与本发明联合使用的优选电源是AA电池和AAA电池。
在本发明的另一个目的中，希望提供一种液体配送系统，其能够随时间成线性地雾化香精油或杀虫剂成分并同时在使用第一天直到最后一天都保持不变的特性/成分即成分不变或不随时间分离。这种装置的电器最好可以是编程的并且可以被用于设定准确的配送速率(如毫克/小时)，或者可以允许消费者根据个人喜好、效力或房间大小把强度和效率调节到理想程度。
本发明的另一个目的是提供由纯香水或杀虫剂成分构成的小滴，它们间歇地被从装置中排出而形成了小云雾或烟气，所述液滴快速分散并依靠气流散布于整个大面积区域内。我们发现，这样的液滴小尺寸以及相应高的表面积与质量之比导致了这些液滴快速均匀地蒸发。在优选实施例中，配送系统依靠1.5伏电池以线性分配速度工作达数月之久，它在整个期间内分配出大小基本一样的均匀液滴体。
通过一种用于香水、杀虫剂成分和其它液体的上述雾化器而实现了这些和其它发明目的，其中雾化系统包括一个用于要分配液体的腔室、把液体从该腔室中送往一个孔板以便分配液体的机构、一个压电件、一个电源和驱动并控制压电件的电路。香水或杀虫剂成分通过毛细管供流系统被送往孔板背面，所述供流系统把液体送往孔板而没有对孔板施加足以降低板所受压电件的振动频率。可以用由小电池供电的电路来驱动压电件，它能够激励压电件并迫使流体流经孔板，该孔板垂直于其表面地具有一些锥形或渐缩的小孔，孔的出口的直径为1微米-25微米左右并最好为4微米-10微米并优选地为5微米-7微米。定时电路被用于给压电件提供间歇激励，从而按照依赖时间的方式分配出小液滴。我们认识到，利用很柔顺的且能够不减缓其振荡地始终接触孔板的绳芯材料将保证出色地把液体供给孔板，这导致了出色的工作效果。
从以下的说明中，了解到本发明的这些和其它目的和优点。但是，应该注意权利要求书以便理解本发明的整个范围。
图面简介
图1是适用于本发明优选实施例的压电雾化器的电路板的等角局部图。
图2是适用于把液体供给孔板表面的输液机构和液体容器的等角图。
图3是表示液体容器、供液机构和压电件之间关系的横截面图。
图4是圆所包含的图3区域的放大图。
图5是被装在优选实施例的底座上的印刷电路板和压电件的俯视图。
图6表示适用于本发明优选实施例的压电泵装置的简化横截面图。
发明的实施方式要理解的是，图及以下的说明指向了本发明的优选实施例，但是本发明本身比所示例子更宽。确切地说，本发明同样适用于其它压电雾化形式，如使用悬臂梁和/或加强板以及被传统电源如墙壁插头驱动的而不是电池驱动的雾化器。
图1画出了压电件2所在印刷电路板1之间的整体关系。为了清楚起见和便于理解本发明，电路板1如图所示地没有电路和与之相连的电池。还要理解的是，电路板可以在使用中与分配器底座相连，所述底座又位于装饰性壳型外罩中或插座(未示出)中以便使用。在图5中，以俯视图画出了底板11，而没有画出外罩。装饰性插座或外罩可以是任何适用于固定分配器部件的形式或形状的，同时又为消费者提供了赏心悦目的外观并允许液体以喷雾形式从分配器流入大气。因此，可以通过高速模塑任何适于与要分配的液体一起使用和接触的材料来有利地制造分配器壳。
压电件2可以被安装在电路板1中并且通过橡胶密封圈4或其它任何不阻碍压电件振荡的适当相似方式被固定到位。环形压电件2相对孔板3同心地定位并且如此与孔板凸缘相连，即它与之振动连接。压电件一般包括压电陶瓷材料如锆酸铅(PZT)或黑铌酸铅(PN)，但也可以是任何显示出压电性能的材料。
孔板含有任何适用于此的传统材料，但它最好由在光敏抗蚀基板上形成的电镀镍钴化合物构成，所述材料随后按照传统方式被除去，从而留下均匀的且厚约10微米-100微米且最好为20微米-80微米并优选地为50微米的多孔镍钴组织。可以采用其它适用的孔板材料，如镍、锰锆合金、各种其它金属、金属合金、化合物或塑料以及其组合物。可以采用其它适用材料，它们具有适当的晶粒大小和润湿性能。通过电镀形成镍钴层，可以制成具有光敏抗蚀基板轮廓的多孔结构，其中通过形成出口侧直径约为6微米且入口侧直径更大的锥形孔而获得了渗透性。孔板可以是平面的，但最好是圆顶形的，即在中心略微隆起，并且可以是从平面到抛物面形成半球形状。所述板应该具有比较高的抗弯强度，以确保其中的孔应承受同样的振荡，从而同时喷出大小一样的液滴。
尽管以围绕孔板或孔的同心陶瓷压电件的形式表示了本发明，但我们也认为本发明同样适用于和传统压电件一起使用，传统压电件包括振荡件和接触膜的悬臂梁及喷嘴或适用于分配液滴或雾气的孔板。
图2画出了存放香水、空气清新剂、杀虫液或其它要分配材料的液体容器5。如图所示，盖8盖住了容器。在图中还画出了卡口夹6，它们用于固定在容器输送和存放时使用的顶盖或盖子(未示出)并且可以在需要把容器放入分配器并允许使用其盛装物时被轻松地除掉。供液机构7、套形绳芯或圆顶供液件从穿过盖8的瓶口9中伸出。为了方便起见，我们把供液机构称为绳芯，尽管它可以包括许多不同的形状和材料，如从硬塑料毛细管系列到软的多孔绳芯。绳芯功能是把液体从容器5中送往接触孔板的位置。因此，绳芯应该不受输送液体的影响并且是多孔的并允许符合孔板的成形。绳芯的多孔性应足以在整个绳芯弯曲范围内及按照其任何形状产生均匀的液体流动。为了最佳地把液体送往孔板表面，我们发现必须使绳芯本身实体接触板，以便把液体送往板。液体最好被如此送往孔板，即基本上所有配送液体将通过表面张力粘附并转往孔板表面。在适用的绳芯材料中，我们发现优选使用象纸或过滤纸或棉布、尼龙布、聚丙烯织物、玻璃纤维布等这样的材料。绳芯最好含有多孔性强的材料，它们的多孔性和柔软性与过滤纸或薄绢相似。优选的绳芯材料包括由斯普林工厂提供的作为孔板织物的100％纯棉布，它具有68×68经纬密度和7.2g/100inch2的密度(约为93.2克或3.3盎司/平方码)。一圈这种布被用作绳芯，它成0.1255英寸宽、2.75英寸长和0.01英寸厚的条带形状。优选的绳圈高度(在绳芯座上)最好为0.05英寸-0.15英寸，更优选为0.07英寸-0.10英寸，最优选为0.08英寸-0.09英寸。不过，绳圈高度由液体容器、绳芯座和雾化器的设计以及连接形状来决定。绳芯的形状最好可以符合并列孔板的表面形状并且通过位于瓶口9中的液体容器5盖8的绳芯座或定位件10被保持在正确位置上。液体因液体的粘性和表面张力而轻松地从绳芯流向板。要注意的是，作为供液机构的一部分地加入绳芯，所述供液机构包括容器、液体、瓶盖、绳芯和绳芯座或定位件以及密封存放运输机构的顶盖。这样的机构可以包括分配器的重装瓶，为方便消费者，它适于安放在分配器中。为此，液体容器5可以在瓶盖8上具有连接机构16以便插入在底座11中的适当接纳机构，从而在除去顶盖或盖后，将其锁定在工作位置上。但是，绳芯可以作为孔板、底座或雾化器另一部分的整体部分地配设有使液体从容器中被送往绳芯的部分如绳芯尾。
图3以横截面图画出了本发明特定优选实施例的液体容器5、绳芯7、压电件2及孔板3之间的关系。例如，压电件2通过橡胶密封圈4或其它任何不影响压电件振荡的适当装置被定位于印刷电路板1中。在优选的实施例中，环形压电件以机械连接方式围绕着孔板3。孔板又与绳芯7相接触，由此一来，允许要配送的流体从容器5流向孔板，在这里，通过表面张力接触而出现了液体转移。没有画出分配器的底座板11，它把电路板1和液体容器保持在适于使绳芯7与孔板3并列的位置上。绳芯7通过绳芯座10被夹持在盖8的开口中，从而允许其有一定的调节范围，而绳芯尾15保证了完全利用容器5中的所有液体。这种自由度允许相对孔板表面自我调节绳芯，以补偿由加工和运输的变化引起的位置波动并且保证了柔顺的供流机构以便把液体从容器送往孔板表面。如本领域普通技术人员所熟悉的那样，绳芯高度如图3、4所示地可以进行调节以改变如图4、6所示的液体间隙14并保证绳芯适当地接触板，注意图4，其中画出了图3圆圈的放大细节，其中与圆顶孔板3并列地画出了环形绳芯7，其中要转移的液体通过表面张力接触孔板。尽管图4画出了实质上接触孔板圆顶的整个圆弧的绳芯和板，但要理解的是，只是为了示范而给出了这样的结构，孔板3实际上可以只在有限的弧度上接触绳芯7，如图6所示地，从而根据粘性、表面张力和液体温度以及绳芯的特定多孔性和柔软性以及液体间隙14而实现了液体转移。如图所示，经过盖8的开口9的绳芯7通道由绳芯座/定位件10来控制。图4还画出了压电件2的安装垫圈4、孔板3以及孔板凸缘12和把活动盖(未示出)夹固在瓶盖8上的夹子6。
图5是俯视图，它表示本发明一个优选实施例的电路板1、压电件2、孔板3和安装垫圈4及底座板11之间的关系。如上所述，压电件2与孔板3同心地被垫圈4保持在电路板1中。电路板按照传统方式如通过夹子17和定位角架18被安装在底座板11上。
在图6中，本发明一个优选实施例的简化横截面图画出了各部件的整体关系。孔板3如图所示地具有孔板凸缘12，它们利用适合的连接装置13(如环氧树脂粘结剂)又被固定在本发明的压电件2上。绳芯7如图所示接触孔板3，由此产生了液体间隙14，要配送的液体在所述间隙中被转往孔板。绳芯如图所示地具有尾布15，它们伸入未示出的液体容器5中。
如上所述，我们认识到了，部件的改进和上述分配器使用方法的特殊组合方式导致了令人惊异地得到改进的结果。尤其是，我们发现，使用很柔顺的且柔软的绳芯材料将保证液体更好地从液体容器中被送往孔板表面。尽管这样的控制在上述的本发明优选实施例中是最有利的，但我们发现它在具有不同形状和部件的分配器中也是有利的。
我们发现，绳芯7是用于象香水、空气清新剂、杀虫剂成分这样的液体或其它上述活性液体的改进型雾化器的一个重要部件。过去，绳芯实际接触孔板被认为是保证足够强的液体转移所必须的，但它对孔板有不利的阻尼效果。就是说，常用绳芯材料与孔板的实体接触导致了分配器性能因压电件振动衰减而变差。相反地，绳芯与孔板之间的不良接触导致了不充分的液体释放以及时有时无的释放。现在，我们发现了绳芯的柔顺性对雾化器的性能很重要。更硬的即不柔软的绳圈(如其重量与上述优选的棉布绳芯相似的尼龙或聚丙烯)纺布产生了令人不满意的结果。尽管我们发现试用的尼龙和聚丙烯布是令人不满意的，但我们认识到，这样的材料的其它形状或重量可能令人满意地发挥作用。我们发现，令人满意的工作和把液体供给孔板的关键部件就是绳芯的柔顺性。当绳芯的柔顺性适当时，振荡孔板的阻尼现象可以忽略不计。工业实用性本发明的雾化系统可以被用于长时间地自动把象空气清新剂、香水、杀虫剂或其它活性液体这样的液体分配到任何环境，优点是在驱动分配器的电池的使用寿命期间内将等量液体均匀地散布到大气中。此外，分配器可以根据需要而通过重填和更换电池来重新使用，从而消费者可以根据需要改变正配送到空气中的液体，所带来的附加优点就是，正分配的液体量可以根据个人喜好、效力或房间大小来改变以便把强度和效率调整到理想程度。
尽管已经参照目前被认为是优选实施例的例子描述了本发明，但要理解的是，本发明不局限于上述实施例。相反地，本发明要在后续权利要求书的精神和范围内覆盖各种修改方案和等同结构。后续权利要求书的范围要遵守最宽泛的解释，以便包含所有那些修改方案和等同的表达方式和功能。
权利要求
1.一种分配活性液体的雾化器，它包括一个液体容器、一块具有孔的且与一个压电件机械连接的孔板、一个把液体送往该孔板的毛细管供液机构、控制液体分送并保证间歇地释放小液滴的电器件，其特征在于，毛细管供液机构包括非常多孔的、很柔顺的且能够基本上不造成孔板衰减地把液体供给孔板的绳芯。
2.一种振荡雾化器，它包括一个液体容器、一块具有许多个穿透的微孔的孔板、一个使该孔板振动地与之相连的致动件、一个按照不影响孔板振动的方式从该容器内延伸向孔板并接触孔板的绳芯件，所述绳芯件包括棉纤维布。
3.如权利要求2所述的振荡雾化器，其特征在于，所述绳芯件被制成绒面呢织物(broadcloth weave)。
4.如权利要求3所述的振荡雾化器，其特征在于，绳芯件具有68×68的经纬密度以及约7.2g/100inch2的密度。
5.如权利要求2所述的振荡雾化器，其特征在于，绳芯件的形状符合孔板的表面。
6.如权利要求2-5之一所述的振荡雾化器，其特征在于，绳芯件在其接触孔板的地方成环圈状。
7.如权利要求2-5之一所述的振荡雾化器，其特征在于，该致动件包括压电件。
8.如权利要求7所述的振荡雾化器，其特征在于，该致动件包括压电件。
9.一种振荡雾化器，它包括一个液体容器、一块具有许多穿透的细孔的孔板、一个使该孔板振动地与之相连的致动件、一个按照不影响孔板振动的方式从该容器内延伸向孔板并接触孔板的绳芯件，所述绳芯件含有纤维布并且在其接触孔板的区域内成环圈状。
10.如权利要求9所述的振荡雾化器，其特征在于，绳芯件由棉构成。
11.如权利要求10所述的振荡雾化器，其特征在于，绳芯件被制成绒面呢织物。
12.如权利要求11所述的振荡雾化器，其特征在于，绳芯件具有68×68的经纬密度以及约7.2g/100inch2的密度。
13.如权利要求9-12之一所述的振荡雾化器，其特征在于，绳芯件在其成圈的地方被制成符合孔板表面的形状。
14.如权利要求9-12之一所述的振荡雾化器，其特征在于，该致动件包括压电件。
15.如权利要求13所述的振荡雾化器，其特征在于，该致动件包括压电件。
16.一种用于振荡型雾化器的重填容器，所述雾化器具有一块振动而使液体以极小的液滴形式被喷雾到空气中的孔板，所述重填容器包括一个盛装要雾化液体的液体容器、一个从容器中延伸向在容器上表面上方的部位的且在这个部位折叠的绳芯。
17.如权利要求16所述的重填容器，其特征在于，绳芯由棉构成。
18.如权利要求17所述的重填容器，其特征在于，绳芯被制成绒面呢。
19.如权利要求18所述的重填容器，其特征在于，绳芯具有68×68的经纬密度以及约7.2g/100inch2的密度。
20.如权利要求16-19之一所述的重填容器，其特征在于，绳芯具有一对伸入容器内的尾部。
全文摘要
本发明披露了一种通过电池驱动式连续工作的分配器产生液滴或悬浮液的压电液体释放系统或雾化器,它采用了一块与压电件(2)相连的孔板(3)。通过使用具有特定性能和高柔顺性的绳芯(7),获得了出色的结果。
文档编号B05B17/00GK1347348SQ00806411
公开日2002年5月1日 申请日期2000年2月9日 优先权日1999年3月8日
发明者托马斯·A·赫尔夫, 爱德华·J·马滕斯三世, 戴维·A·汤姆金斯 申请人:约翰逊父子公司