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      具有受控?zé)熿F輸出部的超聲霧化器的制造方法

      文檔序號(hào):9071783閱讀:251來源:國(guó)知局
      具有受控?zé)熿F輸出部的超聲霧化器的制造方法
      【專利說明】
      [0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
      [0002] 本申請(qǐng)要求35U. S. C. § 119(e)下的來自Hammer等人于2013年12月18日提交 的共有美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/917, 434的優(yōu)先權(quán)。美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/917, 434的完整 公開通過引用的方式特別合并到此。
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0003] 本申請(qǐng)涉及超聲霧化器。
      【背景技術(shù)】
      [0004] 分析儀表中的超聲霧化器能夠產(chǎn)生較小直徑液滴,并且相比于氣動(dòng)霧化器對(duì)于樣 品流氣體的每單位體積霧化更大的液體體積。超聲霧化器典型地使用垂直地或者以傾斜角 度而定向的振動(dòng)壓電元件。在壓電元件上沉積的樣本液體在霧化表面上流動(dòng),并且最終跑 出霧化表面的底部。通過在霧化表面上所形成的液體膜,壓電元件受驅(qū)動(dòng)以振動(dòng),導(dǎo)致在霧 化表面上形成波。如果這些波的幅度足夠大,則液滴從波的頂峰破裂。液滴的大小取決于 波的頻率。對(duì)于l-2MHz左右的頻率,液滴大小可以典型地是大約2微米,這小于氣動(dòng)霧化 容易地產(chǎn)生的液滴大小。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
      [0005] 根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施例,提供了一種超聲霧化器,包括:壓電元件,其具有相對(duì)的 第一面和第二面,并且配置為響應(yīng)于具有交變電壓的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而振動(dòng);霧化層,其粘合到所 述壓電元件的第一面并且具有外表面,所述霧化層配置為響應(yīng)于所述壓電元件的振動(dòng)而將 所述外表面處的液體變換為煙霧。
      [0006] 根據(jù)本申請(qǐng)另一實(shí)施例,提供了一種超聲霧化器,包括:壓電元件,其具有相對(duì)的 第一面和第二面,并且配置為響應(yīng)于具有驅(qū)動(dòng)頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而振動(dòng);以及無(wú)源諧振器,其 粘合到所述壓電元件的所述第一面并且具有外表面,所述無(wú)源諧振器配置為響應(yīng)于所述 壓電元件的振動(dòng)而將所述外表面處的液體變換為煙霧,并且消散來自所述壓電元件的中心 區(qū)域的熱量,
      [0007] 所述無(wú)源諧振器具有與所述驅(qū)動(dòng)頻率的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍對(duì)應(yīng)的厚度,所述無(wú)源諧 振器的所述外表面粗糙化,以引導(dǎo)所述液體的流動(dòng)。
      [0008] 根據(jù)本申請(qǐng)又一實(shí)施例,提供了一種超聲霧化器,包括:壓電元件,其具有相對(duì)的 第一和第二面,并且配置為響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)而振動(dòng);以及霧化層,其粘合到所述第一面并且 具有外表面,所述霧化層配置為響應(yīng)于所述壓電元件的振動(dòng)而將所述外表面處的液體變換 為煙霧,所述霧化層的所述外表面粗糙化,以在所述霧化層之上封閉所述液體的流動(dòng)。
      【附圖說明】
      [0009] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí),說明性實(shí)施例從以下【具體實(shí)施方式】中得到最佳地理解。強(qiáng)調(diào) 的是,各個(gè)特征并非一定按比例繪制。實(shí)際上,為了討論的清楚性,尺寸可以任意增加或減 少。只要適用和可行,相同的附圖標(biāo)記就指代相同的要素。
      [0010] 圖1是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出壓電元件的頂透視圖。
      [0011] 圖2是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出諧振器板的頂透視圖。
      [0012] 圖3是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出粘合在一起的壓電元件和諧振器板的頂透視圖。
      [0013] 圖4是根據(jù)代表性實(shí)施例的進(jìn)一步示出粘合在一起的圖3的壓電元件和諧振器板 的側(cè)透視圖。
      [0014] 圖5是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出散熱片墊(heat sink pad)的頂透視圖。
      [0015] 圖6是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出散熱片的頂透視圖。
      [0016] 圖7是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出插入到圖6的散熱片中的散熱片墊的頂透視圖。
      [0017] 圖8是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出插入到圖7的散熱片中的換能器組件的頂透視 圖。
      [0018] 圖9是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出插入到圖8的散熱片中的0形環(huán)的頂透視圖。
      [0019] 圖10是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出噴射室主體的前透視圖。
      [0020] 圖11是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出包括散熱片和噴射室主體的組裝霧化器頭的左 側(cè)透視圖。
      [0021] 圖12是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出控制器以及將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給組裝霧化器頭的 驅(qū)動(dòng)器的示意性框圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0022] 在以下【具體實(shí)施方式】中,為了解釋而非限制的目的,闡述公開具體細(xì)節(jié)的說明性 實(shí)施例,以提供對(duì)于根據(jù)本教導(dǎo)的實(shí)施例的透徹理解。然而,對(duì)于已經(jīng)受益于本公開的人明 顯的是,脫離在此所公開的具體細(xì)節(jié)的根據(jù)本教導(dǎo)的其它實(shí)施例仍然在所附權(quán)利要求的范 圍內(nèi)。此外,可以省略公知設(shè)備和方法的描述,以便不會(huì)使得示例實(shí)施例的描述模糊。這些 方法和設(shè)備處于本教導(dǎo)的范圍內(nèi)。
      [0023] 通常,應(yīng)理解,如說明書和所附權(quán)利要求中使用的那樣,術(shù)語(yǔ)"一"、"一種"和"所 述"包括單數(shù)和復(fù)數(shù)指代,除非上下文另外清楚地指明。因此,例如,"一設(shè)備"包括一個(gè)設(shè) 備和多個(gè)設(shè)備。
      [0024] 如在說明書和所附權(quán)利要求中所使用的那樣,除了它們的普通意義之外,術(shù)語(yǔ)"基 本上"或"實(shí)質(zhì)上"還表示在可接受的極限或程度內(nèi)。例如,"基本上消除"表示本領(lǐng)域技術(shù) 人員會(huì)認(rèn)為所述消除是可接受的。作為另一示例,"基本上移除"表示本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn) 為所述移除是可接受的。
      [0025] 如在說明書和所附權(quán)利要求中所使用的那樣,除了其普通意義之外,術(shù)語(yǔ)"近似" 還表示本領(lǐng)域技術(shù)人員可接受的極限或數(shù)量之內(nèi)。例如,"近似相同"表示本領(lǐng)域技術(shù)人員 會(huì)認(rèn)為所比較的項(xiàng)是相同的。
      [0026] 各個(gè)代表性實(shí)施例提供一種具有有效地將所生成的熱量耗散離開壓電元件的受 控?zé)熿F輸出部的超聲霧化器。
      [0027] 圖1是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出壓電元件100的頂透視圖。壓電元件100形成為 盤,并且可以是例如鋯鈦酸鉛(PZT)的材料。工作頻率與壓電元件100的厚度成反比,并且 理想的頻率可以處于與大約2mm至0. 4mm之間的盤厚度對(duì)應(yīng)的0. 8MHz至5MHz左右。壓電 元件100具有圖1所示的第一面110以及圖4所示的相對(duì)第二面120。圖1所示的第一面 110包括中心區(qū)域102中的薄接觸金屬化101 (例如其上所沉積的銀)。壓電元件100的中 心區(qū)域102由沒有接觸金屬化的裸露的環(huán)形區(qū)域104環(huán)繞。在代表性實(shí)施例中,中心區(qū) 域102的直徑可以是大約14_,并且包括環(huán)形區(qū)域104的壓電元件100的整體直徑可以是 大約25_,盡管壓電元件100可以具有更大或更小的直徑。以諸如銀之類的接觸金屬化層 (未示出)覆蓋壓電元件100的整個(gè)第二面120。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到第一和第二面110和 120上的接觸金屬化層時(shí),功率僅在作為生成振動(dòng)的區(qū)域的中心區(qū)域102之下驅(qū)散。在其它 代表性實(shí)施例中,壓電元件100可以具有不同的厚度,中心區(qū)域102的直徑和環(huán)形區(qū)域104 的徑向?qū)挾瓤梢允遣煌摹?br>[0028] 圖2是根據(jù)代表性實(shí)施例的示出諧振器板200的頂透視圖。具體地,諧振器板200 是具有外表面210和相對(duì)的第二表面220的無(wú)源諧振器,并且粘合到壓電元件100,如圖4 所示。諧振器板200可以是具有至少10瓦特/米開爾文的導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱材料,使得其可 以從壓電元件100的中心區(qū)域102抽離熱量。諧振器板200可以通過例如鈦、鉭、氧化鋁或 氮化鋁的材料制成,使得是惰性的并且高度抵抗液體樣本導(dǎo)致的腐蝕。諧振器板200可以 具有與施加到壓電元件100的驅(qū)動(dòng)頻率的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍對(duì)應(yīng)的厚度,并且可以具有在諧 振頻率處的高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。在代表性實(shí)施例中,諧振器板200可以是具有施加到壓電元 件100的驅(qū)動(dòng)頻率的一半波長(zhǎng)的厚度的一半波諧振器板。諧振器板200的厚度取決于板的 材料中的聲音的速度。例如,對(duì)于I. 7MHz的驅(qū)動(dòng)頻率,一半波鈦諧振器板將具有大約I. 6mm 的厚度。
      [0029] 圖3是示出彼此粘合以形成換能器組件290的壓電元件100和諧振器板200的頂 透視圖。圖4是進(jìn)一步示出作為換能器組件290粘合在一起的壓電元件100和諧振器板 200的側(cè)透視圖。諧振器板200的第二表面220通過粘接劑240(其可以是環(huán)氧粘接劑)粘 合到壓電元件100的第一面110。粘接劑240應(yīng)盡可能薄,例如小于40微米。如上所述,諧 振器板200具有與施加到壓電元件100的驅(qū)動(dòng)頻率的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍對(duì)應(yīng)的厚度,并且與 壓電元件100協(xié)調(diào)地振動(dòng),由此,外表面210用作霧化層或表面,其響應(yīng)于壓電元件100的 振動(dòng)而將液體變換為煙霧。此外,因?yàn)橹C振器板200是導(dǎo)熱材料(例如鈦、鉭、氧化鋁或氮 化鋁),所以諧振器板200將壓電元件100生成的熱量徑向向外驅(qū)散離開中心區(qū)域102。
      [0030] 如將進(jìn)一步關(guān)于圖11描述的那樣,圖4所示的換能器組件290可以基本上垂直地 或以傾斜角度而定向。待霧化的液體可以沉積在諧振器板200的頂部附近,以在外表面210 之上流動(dòng)并且在諧振器板200的底部附近流走。如圖3所示,在代表性實(shí)施例中,換能器 組件290的諧振器板200的外表面210的各部分可以粗糙化,以具有增強(qiáng)的濕潤(rùn)性,以由此 在外表面(霧化層)210之上引導(dǎo)液體的流動(dòng)??梢酝ㄟ^噴砂、化學(xué)刻蝕等離子體或任何適 當(dāng)?shù)谋砻婕y理化技術(shù)來使用適當(dāng)?shù)难谀?duì)外表面210的第一部分202進(jìn)行粗糙化??梢酝?過例如拋光來使得外表面210的第二部分204平滑,使得具有不良濕潤(rùn)性,因此有
      當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 
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