Sistemas y métodos de vibración.

Un sistema de vibración (10) incluyendo:

una chapa circular vibrátil (101) que tiene una circunferencia exterior;

un elemento de soporte tubular (102) para recibir y sujetar la chapa vibrátil (101) concéntricamente en el elemento de soporte tubular de modo que la chapa vibrátil sea perpendicular al eje central del elemento de soporte tubular, rodeando el elemento de soporte (102) la circunferencia exterior de la chapa vibrátil (101) y alineando la chapa vibrátil (101), donde el elemento de soporte tubular (102) tiene una circunferencia interior (105) y una circunferencia exterior (104); y donde la circunferencia exterior de la chapa vibrátil (101) está colocada dentro y contacta la circunferencia interior (105) del elemento de soporte (102);

un elemento anular de inducción de vibración (103) dispuesto concéntricamente alrededor de la circunferencia exterior (104) del elemento de soporte y rodeando el elemento de soporte (102), donde el elemento de inducción de vibración (103) está configurado para expandirse y contraerse radialmente contra el elemento de soporte (102) con el fin de producir vibración axial de la chapa vibrátil (101), y

una estructura de montaje (111) dispuesta dentro del elemento de soporte tubular (102), soportando la estructura de montaje (111) la chapa vibrátil (101).

Sistemas y métodos de vibración Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere en general a un sistema de vibración que transfiere eficientemente vibración radial desde un elemento de inducción de vibración para producir vibración axial en un elemento vibrátil a través de un elemento de soporte que filtra la vibración indeseable. En realizaciones preferidas, un transductor piezoeléctrico imparte oscilación ultrasónica a una chapa vibrátil, en particular una chapa perforada (con orificios) vibrátil de un dispositivo generador de aerosol, donde la chapa vibrante está perforada con agujeros y puede operar en un medio fluido. La invención también puede ser útil en el campo de la transmisión de ondas ultrasónicas en un medio fluido incluyendo, aunque sin limitación, sonar subacuático, sonar de profundidad y sonar de detección de obstáculos.

Los dispositivos donde una chapa circular perforada se hace vibrar usando un transductor piezoeléctrico en forma de un aro son conocidos en la técnica. Por ejemplo, en la Patente de Estados Unidos de Maehara número 4.65.167, una chapa vibrátil que tiene al menos una abertura de boquilla está fijada a un alojamiento rígido y un aro piezoeléctrico está fijado a la chapa vibrátil para inducir en ella un desplazamiento para descargar una cantidad pequeña de líquido a través de la abertura de boquilla. En otros dispositivos descritos en la técnica, una chapa circular vibrátil está unida directamente al aro piezoeléctrico y cubre la abertura central en el aro piezoeléctrico; por ejemplo, como se describe en la Patente de Estados Unidos de Toda número 5.297.734. Como otros ejemplos, la Patente de Estados Unidos de Humberstone y colaboradores número 5.518.179, la Patente de Estados Unidos de Ross y colaboradores número 5.261.61 y la Patente de Estados Unidos de Davison y colaboradores número 6.62.212 describen dispositivos vibrantes donde una chapa circular vibrátil está montada sobre la abertura central de un elemento anular fino o "arandela", que está unida a un aro piezoeléctrico. Cuando es accionado, el aro piezoeléctrico vibra radlalmente haciendo que la arandela opere en un "modo de flexión" que hace vibrar la chapa vibrátil en la dirección axial. Cuando se fabrican estos tipos de dispositivos, los componentes deben ser alineados con cuidado concéntricamente uno con otro cuando la chapa vibrátil se monta en la arandela y la arandela se coloca sobre la abertura en el aro piezoeléctrico.

La instalación de un transductor ultrasónico directamente sobre un bastidor o alojamiento rígido, tal como describe Maehara, también es problemática. La razón es que todo el cuerpo del transductor vibra, vibrando algunas porciones a una amplitud pequeña y vibrando algunas porciones a una amplitud amplificada. Cuando el transductor está instalado en la pieza de fijación rígida, la amplitud de oscilación se reduce. Otro problema de las disposiciones de la técnica anterior es que el aro piezoeléctrico vibra naturalmente en 3 direcciones (es decir, los ejes X, Y y Z) y transmite dicha vibración a la chapa vibrante. Las vibraciones que son transmitidas a la chapa se superponen y la contribución de la vibración axial puede ser cancelada o cancelada parcialmente. Por tanto, es deseable filtrar la vibración indeseable del elemento piezoeléctrico y usar solamente vibración en una sola dirección, por ejemplo, la dirección axial. Los intentos de resolver este problema han Incluido montar la chapa vibrátil en elementos elásticos de retención, o "dedos", por ejemplo, como se describe en la Patente de Estados Unidos de Martens III y colaboradores número 6.45.419; soportar un transductor de tipo bimorfo en juntas tóricas de caucho, por ejemplo, como se describe en la Patente de Estados Unidos de Ross y colaboradores número 5.261.61 y la Patente de Estados Unidos de Humberstone y colaboradores número 5.518.179; y sujetar el aro piezoeléctrico en posición con una arandela, por ejemplo, como se describe en la Patente de Estados Unidos de Helf y colaboradores número 6.293.474 y la Patente de Estados Unidos de Tomkins y colaboradores número 6.382.522.

Los dispositivos antes descritos convierten la vibración radial de un aro piezoeléctrico en vibración axial de una chapa perforada para dispersar un líquido como un aerosol. En otro tipo de dispositivo, el transductor piezoeléctrico puede ser tubular y se puede expandir y contraer axialmente (en la dirección del eje central del tubo) para mover una chapa perforada. Por ejemplo, véase la Patente de Estados Unidos de Newcombe y colaboradores número 5.838.35.

En general, en un transductor piezoeléctrico que opera en un medio fluido, tal como los usados en aerosollzadores, hay que separar el elemento piezoeléctrico del elemento vibrátil de modo que el elemento vibrátil pueda ser sumergido en líquido y el elemento piezoeléctrico pueda estar eléctricamente aislado del líquido. En algunos casos, tal aislamiento se puede facilitar encapsulando el elemento piezoeléctrico con material elastomérico. Tal material, al mismo tiempo que proporciona aislamiento eléctrico, también tiene características de absorción de energía que amortiguan la amplitud de oscilación del transductor piezoeléctrico y por lo tanto tiene un efecto adverso en la eficiencia del dispositivo.

Hay actualmente una amplia variedad de aerosolizadores y nebulizadores. De especial interés son los que hacen vibrar una chapa perforada u otro elemento para producir el aerosol. Se describen ejemplos de algunos de estos aerosolizadores en las Patentes de Estados Unidos números 5.169.74, 5.938.117, 6.54.154, 5.586.55, 5.75.647, 6.467.476, 6.14.97, 6.755.189, 6.814.71, 6.554.21, 6.732.944, 6.615.824, 6.845.77 y 6.851.626. US 6.651.626 describe un método de administrar un fluido nebulizado para inhalación, incluyendo los pasos de proporcionar un dispositivo nebulizador, un depósito y un recipiente, estando adaptados el depósito y el recipiente

para contener volúmenes de fluidos y siendo sustituibles; administrar un volumen de fluido correspondiente a un tamaño de dosis seleccionado desde el recipiente al depósito; transferir el volumen de fluido desde el depósito al dispositivo nebulizador; usar el dispositivo nebulizador para nebulizar el volumen de fluido; repetir los pasos de administración y uso un número de veces con el mismo recipiente; sacar y sustituir el recipiente; y sacar y sustituir el depósito.

Un problema de los aerosolizadores (especialmente los usados para aplicaciones médicas usando líquidos altamente corrosivos) es la contaminación y la corrosión de las piezas. Es posible que algunas piezas del aerosolizador que están expuestas a líquidos tengan que lavarse o desecharse con el fin de mantener el aerosolizador en buenas condiciones de trabajo. Muchas de estas piezas son difíciles de limpiar y, dado que los transductores piezoeléctricos y su electrónica asociada pueden ser relativamente caros, hacerlos desechables puede no ser económicamente factible. Por lo tanto, puede ser deseable hacer extraíbles o sustituibles algunos componentes de los aerosolizadores.

Breve resumen de la invención

Según la presente invención, se facilita un sistema de vibración según la reivindicación 1, y un método de hacer un sistema de vibración, según la reivindicación 26. Una o más realizaciones de la presente invención se refieren a un sistema de vibración que transfiere eficientemente la vibración radial desde un elemento de inducción de vibración para producir vibración axial en un elemento vibrátil a través de un elemento de soporte que filtra la vibración indeseable. En una disposición particular, el elemento de inducción de vibración puede ser un transductor piezoeléctrico anular que tiene una abertura central, el elemento vibrátil puede ser una chapa circular fina y el elemento de soporte puede tener una sección transversal circular para sujetar la chapa circular; sin embargo, los componentes también pueden tener posiblemente otras formas. En otras disposiciones, el elemento de inducción de vibración se puede separar de las otras estructuras de modo que pueda ser reutilizado para otras aplicaciones. Además, otras disposiciones de la presente invención aíslan efectivamente el elemento de inducción de vibración del contacto con líquidos y por lo tanto están especialmente adaptadas para operación en un medio fluido, por ejemplo, en un entorno aerosolizador. Además, la presente invención proporciona un método para autoalinear los componentes de un sistema de vibración incluyendo un aro piezoeléctrico y una chapa circular vibrátil así como hacer que la fabricación del sistema sea simple y barata.

En una o más realizaciones, el sistema de vibración de la presente invención... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de vibración (1) incluyendo:

una chapa circular vibrátil (11) que tiene una circunferencia exterior;

un elemento de soporte tubular (12) para recibir y sujetar la chapa vibrátil (11) concéntricamente en el elemento de soporte tubular de modo que la chapa vibrátil sea perpendicular al eje central del elemento de soporte tubular, rodeando el elemento de soporte (12) la circunferencia exterior de la chapa vibrátil (11) y alineando la chapa vibrátil (11), donde el elemento de soporte tubular (12) tiene una circunferencia interior (15) y una circunferencia exterior (14); y donde la circunferencia exterior de la chapa vibrátil (11) está colocada dentro y contacta la circunferencia interior (15) del elemento de soporte (12);

un elemento anular de inducción de vibración (13) dispuesto concéntricamente alrededor de la circunferencia exterior (14) del elemento de soporte y rodeando el elemento de soporte (12), donde el elemento de Inducción de vibración (13) está configurado para expandirse y contraerse radialmente contra el elemento de soporte (12) con el fin de producir vibración axial de la chapa vibrátil (11), y

una estructura de montaje (111) dispuesta dentro del elemento de soporte tubular (12), soportando la estructura de montaje (111) la chapa vibrátil (11).

2. Un sistema de vibración (1) según la reivindicación 1, donde elemento de inducción de vibración (13) tiene una abertura central (18) en la que está dispuesto el elemento de soporte (12).

3. Un sistema de vibración (1) según la reivindicación 2, donde el elemento de soporte (12) Incluye un elemento tubular de pared fina y el elemento de inducción de vibración (13) es un aro piezoeléctrico.

4. Un sistema (1) según la reivindicación 1, donde la chapa (11) incluye una pluralidad de agujeros ahusados.

5. Un sistema (1) según la reivindicación 4, donde la chapa (11) tiene un grosor del rango de aproximadamente 2 mieras a aproximadamente 1 mieras.

6. Un sistema (1) según la reivindicación 4, donde la chapa (11) tiene forma de cúpula.

7. Un sistema (1) según la reivindicación 4, incluyendo además un depósito (42) de liquido que está adaptado para suministrar el líquido a la chapa (11).

8. Un sistema (1) según la reivindicación 4, donde el elemento tubular (12) incluye un extremo afilado (91) adaptado para extraer líquido de un vial (92) de líquido perforando una membrana que cubre una abertura en dicho vial (92).

9. Un sistema (1) según la reivindicación 1, donde el elemento tubular (12) tiene un grosor de pared del rango de aproximadamente ,1 mm a aproximadamente ,5 mm.

1. Un sistema (1) según la reivindicación 1, donde el elemento de inducción de vibración (13) incluye un aro piezoeléctrico.

11. Un sistema (5) según la reivindicación 1, donde el elemento tubular (56) incluye al menos un segmento elástico (511) dispuesto en él.

12. Un sistema (5) según la reivindicación 11, donde un aro está dispuesto alrededor de la circunferencia exterior del aro piezoeléctrico (52) para regular la frecuencia operativa del aro piezoeléctrico (52).

13. Un sistema (1) según la reivindicación 1, incluyendo además un controlador para controlar la expansión y la contracción radiales del elemento de inducción de vibración (13) e hilos (416, 417) que conectan el controlador al elemento de inducción de vibración (13).

14. Un sistema (1) según la reivindicación 1, donde el elemento de inducción de vibración (13) se puede quitar del elemento tubular (12).

15. Un sistema de vibración (1) según la reivindicación 1, donde el elemento de inducción de vibración (13) es un aro piezoeléctrico que tiene un agujero central (18) con una circunferencia interior adaptada para expandirse y contraerse radialmente cuando es activada eléctricamente, y el elemento de soporte (12) es un elemento tubular dispuesto dentro del agujero central (18) del aro piezoeléctrico (13), teniendo dicho elemento tubular (12) una circunferencia exterior (14) en contacto con la circunferencia interior de dicho agujero central (18) y una pared cilindrica que define un lumen interno que se extiende la longitud del elemento tubular (12);

al menos una conexión eléctrica a dicho aro piezoeléctrico (13) para su accionamiento eléctrico;

una chapa perforada circular vibrátil (11) adaptada para aerosolizar un líquido a su vibración axial;

donde la chapa vibrátil (11) está dispuesta a través del lumen interno del elemento tubular (12) y en contacto con la circunferencia interior del lumen en una posición coincidente con la circunferencia interior del agujero central (18) del aro piezoeléctrico (13); y

un depósito (42) de líquido acoplado al elemento tubular (12) para suministrar líquido a la chapa perforada vibrátil (11), por lo que la expansión y la contracción radiales del aro piezoeléctrico (13) contra la pared del elemento tubular (12) hacen que la chapa vibrátil (11) vibre en la dirección axial y aerosolice el líquido.

16. Un sistema de vibración (1) según la reivindicación 15, donde la chapa vibrátil (11) tiene forma de cúpula y tiene una pluralidad de agujeros ahusados.

17. Un sistema de vibración (1) según la reivindicación 15, donde el aro piezoeléctrico (13) incluye material cerámico piezoeléctrico.

18. Un sistema de vibración (1) según la reivindicación 15, incluyendo además un circuito de un sistema de ventilador conectado operativamente al elemento tubular (12) con el fin de dispensar aerosol generado por dicha chapa perforada vibrátil (11) a dicho circuito.

19. Un sistema de vibración (1) según la reivindicación 15, donde dicho aro piezoeléctrico (13), dicho elemento tubular (12), dicha chapa perforada vibrátil (11) y dicho depósito (42) están dispuestos dentro del alojamiento de un nebulizador que tiene una boquilla.

2. Un sistema de vibración (1) según la reivindicación 1, donde:

el elemento de soporte (12) incluye una pared cilindrica que define un lumen longitudinal;

la estructura de montaje (111) se extiende desde la pared cilindrica y la chapa vibrátil (11) está dispuesta a través del lumen; y

el elemento de inducción de vibración (13) imparte vibración radial a la pared cilindrica del elemento de soporte tubular (12) con el fin de producir vibración axial en la chapa vibrátil (11).

21. Un sistema de vibración (1) según la reivindicación 2, donde la chapa vibrátil (13) es una chapa perforada que tiene una superficie trasera en contacto con un líquido y una superficie delantera opuesta a ella, donde gotitas de líquido son expulsadas de la superficie delantera formando un aerosol a dicha vibración axial de la chapa perforada (11).

22. El sistema de vibración (1) de la reivindicación 1, donde una porción del sistema de vibración (1) es desechable.

23. El sistema de vibración (1) de la reivindicación 1, donde el elemento de inducción de vibración (13) está en alineación coplanar con una periferia de la chapa vibrátil (11).

24. Un método de hacer un sistema de vibración (1) incluyendo:

alinear una chapa vibrátil (11) dentro de un elemento de soporte tubular (12) que rodea la chapa vibrátil (11), donde el elemento de soporte (12) tiene una circunferencia interior (15), y donde la circunferencia interior (15) del elemento de soporte (12) está en contacto con una circunferencia exterior de la chapa vibrátil (11), y donde la alineación incluye colocar la chapa vibrátil (11) en contacto con una estructura de montaje (111) del elemento de soporte tubular (12); y

colocar alrededor del elemento de soporte (12) un elemento de inducción de vibración (13) configurado para expandirse y contraerse radialmente contra el elemento de soporte (12) para producir vibración axial de la chapa vibrátil (11).

25. El método según la reivindicación 24, donde el elemento de soporte (12) es un elemento tubular que tiene un lumen longitudinal, la chapa vibrátil (11) es circular, y el elemento de inducción de vibración (13) es un aro piezoeléctrico, y donde el método incluye además: alinear y fijar la chapa circular vibrátil (11) dentro del lumen de modo que la chapa (11) sea perpendicular y cubra el lumen del elemento tubular (12);

colocar el elemento tubular (12) dentro del agujero central (18) del aro piezoeléctrico (13) de modo que la chapa

vibrátil (11) dentro del lumen del elemento tubular (12) esté rodeada por el aro piezoeléctrico (13) en contacto con la circunferencia exterior (14) del elemento tubular (12); y

fijar el aro piezoeléctrico (13) al elemento tubular (12).

26. Un método de hacer un sistema de vibración (1) según la reivindicación 25, incluyendo además los pasos de: unir una arista (111) alrededor de la circunferencia interior (15) del elemento tubular (12);

colocar la chapa vibrátil (11) en la arista (111); y broncesoldar o soldar la chapa vibrátil (11) a la arista (111).

27. Un método de hacer un sistema de vibración (1) según la reivindicación 25, donde el aro piezoeléctrico (13) está unido al elemento tubular (12) con un adhesivo capaz de transferir eficientemente la vibración desde el aro piezoeléctrico (13) al elemento tubular (12).

28. Un método según la reivindicación 24, incluyendo además los pasos de:

accionar el elemento de inducción de vibración (13) para producir expansión y contracción radiales contra el elemento de soporte (12) para producir vibración axial de la chapa vibrátil (11).

29. Un método según la reivindicación 28, donde el elemento de soporte (12) filtra la vibración distinta de la vibración axial.

3. Un método según la reivindicación 24, donde:

el elemento de soporte (12) es un elemento tubular que tiene una circunferencia exterior (14);

el elemento de inducción de vibración (13) es un aro piezoeléctrico colocado concéntricamente alrededor de la circunferencia exterior (14) del elemento tubular (12) en una posición coincidente con la circunferencia exterior de la chapa (11); y donde el método incluye además:

expandir y contraer radialmente el aro piezoeléctrico (13) contra el elemento tubular (12) con el fin de hacer que la chapa (11) vibre en la dirección axial.

31. Un método según la reivindicación 3, donde el aro piezoeléctrico (13) se hace vibrar a una frecuencia del rango de aproximadamente 2 KHz a aproximadamente 5 KHz.

32. Un método según la reivindicación 3, donde la chapa (11) incluye una pluralidad de agujeros, e incluyendo además suministrar un liquido a la chapa (11) para aerosolizar el líquido como gotitas de líquido.

33. Un método según la reivindicación 32, donde las gotitas tienen un tamaño en el rango de aproximadamente 3 mieras a 6 mieras, y donde el líquido es aerosolizado a una tasa de aproximadamente 5 microlitros/segundo a aproximadamente 2 microlitros/segundo.

34. Un método según la reivindicación 32, incluyendo además acoplar un depósito (42) al elemento tubular (12) para suministrar el líquido a la chapa (11).