JP2014534900A - Ｖｏｃを用いない静電流体分配装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使い捨ての、ハンドヘルドの、低圧静電霧化装置を提供する。【解決手段】揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を用いることなく静電的に霧化された殺虫剤及び同様の低導電性活物質を急速に霧化及び分配するためのシステム及び方法であって、活物質は、分配装置内への使い捨てカートリッジ（１０６）の挿入によって分配される。分配装置は、手動式であり、消耗されたカートリッジは、チューインガムの塊の大きさまで最小化され、任意の残渣の活物質が環境内に漏出するのを防ぐために二重にシールされる。噴霧流れ及び構成は、使用者が選択可能であってもよい。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、一般的に、揮発性有機化合物（「ＶＯＣ」）を用いることなく、静電的に霧化された活物質を分配するためのシステム及び方法に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、一般的に、推進剤及び他の添加物を用いることなく、殺虫剤及び同様の低導電性流体を急速に霧化及び分配するためのシステム及び方法に関する。

エアゾール缶ディスペンサーは、現代社会の必需品である。数十億も製造され、現在のエアゾール缶は、必要に応じて、高流量（グラム／秒）の、細かくエアロゾル化された用量の多様な生成物を分配することが可能である。その継続的な改良及び有用性にも拘らず、エアゾール缶ディスペンサーは、スプレー生成及び活物質の標的への移動のための基本的に非効率的及び汚染手段である。

一例として、よく知られている、典型的な殺虫エアゾール缶は、約３７０グラム（１３オンス）の正味重量を有し、その活性成分（ピレトリン）及び（「石油蒸留物」を含む）「関連」物質は、成分の総重量の２％未満を占める。残りの「不活性」物質、９８．０８７％は、エアロゾル化工程のために必要とされる。８グラム未満の活物質を霧化及び分配するために、３６０グラムを超える環境に有害な推進剤／希釈剤に加え高価な圧力容器及び噴霧ノズルが必要である。

エアゾール缶ディスペンサーは、単に、液圧又はガス補助式ノズルである。油圧からなる、（約５バールの）作動圧、推進剤蒸気、又は二つの組み合わせは、バルク流体を指向性液滴噴煙（ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｄｒｏｐｌｅｔ ｐｌｕｍｅ）に、機械的及び空気力学的に変換する。有意数の少量の（１０マイクロメートルより小さい）液滴によって特徴付けられる広い液滴粒度分布に伴って、これらの容易に滞留されるエアロゾルは、また、呼吸性の健康被害を提起する。この非常に非効率的な霧化及び分散工程は効果的であるが、それは、費用がかかる。大気中に放出される促進剤の、環境影響、廃棄された圧力容器、及びスプレーに対する反復暴露による吸入上の健康被害は、依然として十分に取り組まれるべき費用である。

十分に証明された直接電荷注入静電霧化装置技術は、全ての関連の適用のために必要な少量の活性成分の高い瞬時流量を提供する。そのように生成される荷電されたスプレー液滴は、自己分散型であり、標的の周囲を選択的に包囲するとともに被覆している。流体の標的への移動は、従来のエアゾールディスペンサーを使用して行うよりも本質的により効果的である。同様に重要なことであるが、荷電スプレーは、呼吸性クラウド（ｒｅｓｐｉｒａｂｌｅ ｃｌｏｕｄ）を形成することができない。非荷電スプレーより三倍以上狭い液滴粒度分布を有するため、（１０マイクロメートルより）小さい及び（１００マイクロメートル以上の）大きい液滴は存在しない。全ての液滴は、荷電され、標的に付着され、吸入されることができない。

最も重要なことに、手動ポンピングによって利用可能な（１バール未満の）適度の供給圧は、自己分散型の小液滴噴煙（ｓｍａｌｌ ｄｒｏｐｌｅｔ ｐｌｕｍｅ）を生成するのに十分である。この能力によって、推進剤及び希釈剤等のＶＯＣ並びに噴霧化／分散化のために以前必要であった高圧容器を無くすことが可能となる。しかしながら、直接電荷注入静電霧化装置の現在の兆候は、大型かつ高価である。

必要なものは、エアゾール缶操作に固有の推進剤及び／又は希釈剤を無くす代替のエアロゾル化及び／又は分配装置である。環境又は使用者の健康に有害な影響を与えることなく、同程度の低費用で、使用者に優しく便利なエアゾール缶を提供することが可能な、「活性的な」無希釈成分がスプレーされる、使い捨ての、ハンドヘルドの、低圧静電霧化装置を提供することが、本発明の目的である。

流体を静電的に分配するための携帯装置が開示され、該携帯装置は、作動機構と、高電圧を供給するための高電圧発生器と、該高電圧発生器に電力を供給するための電源と、使い捨てカートリッジと、それによって駆動されるために作動機構に接続される加圧機構と、該加圧機構は、使い捨てカートリッジに隣接して配置されるとともに、使い捨てカートリッジを変形及び加圧するために該使い捨てカートリッジの第二の端部に連通され、ハウジングと、該ハウジングは、作動機構の少なくとも部分、高電圧発生器、電源、及び加圧機構を略取り囲み、ハウジングは、使い捨てカートリッジを着脱可能に受けるための第一のカートリッジ収容部を含み、スプレー電荷散逸機構と、を含む。

使い捨てカートリッジは、流体を含むリザーバと、該リザーバから使い捨てカートリッジの第一の端部の外壁を通って延びる流体放出流路と、使い捨てカートリッジの第一の端部の外壁に隣接及び外壁の外側に配置される可動オリフィス構造と、を備え、該可動オリフィス構造は、少なくとも一つの出口開口部と、導体と、絶縁体と、を含み、少なくとも一つの出口開口部は、導体を貫通し、導体は、使い捨てカートリッジが分配位置に配置される場合、電気的に接地され、絶縁体は、可動オリフィス構造が非分配位置に配置される場合、流体放出流路及びエミッタ電極の外側端を覆うように位置決めされ、それによって、エミッタ電極及び流体を、使い捨てカートリッジの外部の環境から隔離し、可動オリフィス構造は、使い捨てカートリッジが分配位置に配置される場合、それによって流体放出流路に対して位置決めされるように作動機構に接続され、エミッタ電極は、エミッタ電極先端部及びエミッタ電極端子を含み、該エミッタ電極端子は、使い捨てカートリッジの外側に配置されるとともに、エミッタ電極先端部は、使い捨てカートリッジの内側に配置され、エミッタ電極端子は、使い捨てカートリッジが分配位置にある場合、流体を静電的に荷電するために高電圧発生器に電気的に接続され、エミッタ電極先端部は、可動オリフィス構造が分配位置にある場合、少なくとも一つの出口開口部の一つと略軸方向に整列するように位置決めされ、エミッタ電極流路は、エミッタ電極先端部から流体放出流路に延び、エミッタ電極流路は、エミッタ電極先端部と軸方向に整列されている。

前述の発明の概要、及び以下の発明の好ましい実施形態の詳細な説明は、添付図面と併せて読まれる場合、より理解されよう。発明の例示のために、現在好ましい実施形態を図中に示す。しかしながら、本発明は、示される正確な配置及び手段に限定されないことが、理解されるべきである。

本発明の一実施形態に係る流体を静電的に分配するための装置の概略図である。 本発明の一実施形態に係る図１の装置の典型的な電気回路図である。 線形オリフィス構造を有する使い捨てカートリッジの斜視断面図である。 図１〜３に示される使い捨てカートリッジの線形オリフィス構造の分解図である。 図１〜４Ａに示される使い捨てカートリッジの線形開口部構造の組み立てられた状態の内側図である。 図１〜４Ｂに示される使い捨てカートリッジの線形開口部構造の組み立てられた状態の外側図である。 本発明の他の実施形態に係る回転オリフィス構造を有する流体を静電的に分配するための装置の使い捨てカートリッジの斜視断面図である。 図５に示される使い捨てカートリッジの回転オリフィス構造の分解図である。 図５に示される使い捨てカートリッジの回転オリフィス構造の組み立てられた状態の内側図である。 図５に示される使い捨てカートリッジの回転開口部構造の組み立てられた状態の外側図である。 図１〜３に示される装置とともに使用するための包含された回転開口部構造の切り取り内側図である。 図７Ａの包含された回転オリフィス構造の切り取り外側図である。

特定の用語が、便発明が属する宜上、以下の明細書中で使用され得るが、限定されるものではない。用語「下側」、「上側」、「上部」及び「下部」は、参照符号が付与される図面中の方向を示す。用語は、特に上記した用語、その派生語及び同様の意味の用語を含む。

特に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての技術的及び科学的用語は、この発明が属する技術の通常の知識を有する者によって共通に理解されるのと同様の意味を有する。本明細書中に記載される方法及び材料と同様又は同等の任意の方法及び材料は、本発明の実施又は試験において使用されることができるが、ここでは、好ましい方法、構成及び材料について説明する。本明細書中に記載される全ての刊行物は、それらの全体において参照によって本明細書中に援用される。参照によって援用される参考文献中に使用される用語及び定義における相違があるが、本願において使用される用語は、本明細書中で与えられる定義を有するものとする。

本発明の目的は、ハンドヘルド及び手動であり得るとともに使い捨ての流体カートリッジを含む、静電式の、自己内蔵型の流体分配装置によって達成されることができる。スプレー流体を含むことに加えて、各カートリッジは、オリフィス構造及び一体型の直接電荷注入エミッタ電極を有し、静電噴霧を促進する。この安価な噴霧器は、エアゾール缶によって提供されるスプレープロフィールと同等に便利な、高い、瞬時流量及び制御された用量のスプレープロフィールを提供することが可能である。

消耗された使い捨てプラスチックカートリッジは、チューインガムの塊のエコロジカルフットプリントまで、エコロジカルフットプリントを低減することができる。残渣の活物質は、消耗されたカートリッジ内に閉じ込められ、漏出に対して二重にシールされるため、環境に優しい。分配装置は、静電霧化装置のための電源を包含するハウジングと、流体カートリッジのために圧力を生成するための及びオリフィス構造を移動させるための作動機構と、を含む。ハウジングは、流体カートリッジを収容するとともに取り外し可能に保持するための収容部を含む。収容部内に配置される場合、流体カートリッジは、電源と電気的接続を形成するとともに、作動機構と機械的接続を形成する。

作動機構は、少なくとも部分的にハウジングの内部に位置され、所定量の圧力及び移動が、操作者による機構の作動を介して作動機構に付与される場合、流体カートリッジ内部に十分量の圧力及びオリフィス構造の十分な移動を提供する。作動機構は、ハンドル又は他の機械的レバーを絞る操作者によって作動される。交換式カートリッジは、単量又は複数用量の、好ましくは、約１０ｍｌ〜約６０ｍｌの濃縮された活性成分を提供するように形成される。

装置の手作動によって同時に、噴霧器が作動されるとともに、流体カートリッジ内部の流体に、流体カートリッジから流体を押し出すのに十分な圧力を、付与する。噴霧器の作動は、出口開口部を有するオリフィス構造を移動することを含み、出口開口部の少なくとも一つは、流体放出流路及びエミッタ電極先端部と整列し、それによって、流体が流体放出流路の内部で静電的に荷電され、流体が装置を出た後、流体の霧化及び分配が行われる。

（線形オリフィス構造）
まず図１を参照して、流体を静電的に分配するための分配装置１００の概略図を示す。分配装置１００は、とりわけ、ハウジング１０２と、（十分に伸長された位置に示す）加圧機構１０４と、使い捨てカートリッジ１０６と、カートリッジ収容部１１６と、使い捨てカートリッジエミッタ電極端子１０８と、電源１１０と、スプレー電荷散逸機構１１２と、アクチュエータキャビティ１１４と、を含む。

人間工学的なハウジング１０２は、ハンドヘルドに及び装置内で使用される全ての要素のために十分な空間を提供するように構成されている。そのような要素として、例えば、使い捨てカートリッジ１０６を受けるとともに取り外し可能に保持するためのカートリッジ収容部１１６と、電源１１０と、電気回路２０２（図２）と、加圧機構１０４と、スプレー電荷散逸機構１１２と、作動機構（図示せず）等が挙げられ、作動機構（図示せず）は、とりわけ、加圧機構１０４と、レバー２２６（図２）と、を含むが、これらに限定されるものではない。ハウジング１０２及びその要素の適切な大きさは、図１に示す１０ミリメートル（１０^-３メートル）スケールで示される。

カートリッジ収容部１１６は、好ましくは、カートリッジ収容部１１６内部に使い捨てカートリッジ１０６を取り外し可能に固定するための固定機構を含む。適切な固定機構として、摩擦嵌合、ピン、ねじ、ばね装填ピン、ばね装填ラッチ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。固定機構は、使い捨てカートリッジ１０６がカートリッジ収容部１１６内部に十分に配置される場合、手動で又は自動的に係合されることができる。

好ましい一実施形態において、使い捨てカートリッジ１０６は、一以上の固定収容部（ｌｏｃｋｉｎｇ ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）２３０と、カートリッジ収容部１１６の壁に取り付けられる又は貫通する対応するばね装填の、半球状ピンとの係合によって、カートリッジ収容部１１６内部にしっかりと保持されている。使い捨てカートリッジ１０６がカートリッジ収容部１１６内に挿入される間、各ばね装填ピンは、カートリッジ収容部１１６の壁内を十分に押し下げられ、使い捨てカートリッジ１０６がカートリッジ収容部１１６内に入る。使い捨てカートリッジ１０６がカートリッジ収容部１１６内部の適切な位置に完全に挿入されることによって、ばね装填の、半球状ピンと、それらの対応する固定収容部（ｌｏｃｋｉｎｇ ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）２３０とが一致し、それによって、ばね装填ピンが固定収容部（ｌｏｃｋｉｎｇ ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）２３０内に開放されるとともに、使い捨てカートリッジ１０６がカートリッジ収容部１１６内で固定される。そのような固定によって、特に、使い捨てカートリッジ１０６の加圧及び／又はレバー２２６の作動の間、カートリッジ収容部１１６内部での使い捨てカートリッジ１０６の移動が阻止されるか、最小限にされる。使い捨てカートリッジ１０６が十分に消耗されると、加圧機構１０４は、さらに、カートリッジ収容部１１６内を移動し、一以上の脱係合延長部（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ）２３４がばね装填の、半球状ピン上に圧力を付与し、ばね装填の、半球状ピンが押圧され、固定収容部（ｌｏｃｋｉｎｇ ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）２３０から外される。これにより、使い捨てカートリッジ１０６が消耗される場合、操作者は、カートリッジ収容部１１６から使い捨てカートリッジ１０６を容易に取り外すことが可能となる。

図１〜４Ｃに示される本発明の実施形態において、電気気回路２０２は、パワーエミッタ電極３１８及び比較回路２０６に十分な高電圧を供給するための電圧変換器２０４を含む。電圧変換器２０４は、操作者に、装置の一以上の運転状態の表示を提供する。ＤＣ‐ＤＣ電圧変換器２０４は、電源１１０からの電圧を、好ましくは、-１マイクロアンペア（μＡ）〜-１０μＡ又は-１μＡ〜-１００μＡの範囲内の出力電流で、-５ｋＶ（キロボルト）〜-１０ｋＶ又は-５００Ｖ〜-１５ｋＶの範囲内の、静電霧化装置に出力するのに十分な電圧に変換する。

本発明の一実施形態において、ＤＣ‐ＤＣ電圧変換器２０４の出力は、一以上の出口開口部２１２が詰まるか、又は操作不可能となる場合、或いは、電気的短絡が電極間（エミッタ‐オリフィス）領域における異物の存在に起因して生じる場合、分配装置１００に対する損害を防ぐための短絡保護を含む。すなわち、ＤＣ‐ＤＣ電圧変換器２０４は、損傷することなく、その出力の連続的な短絡を許容することができる。ＤＣ‐ＤＣ電圧変換器２０４の出力電圧リップルは、好ましくは、３％未満であるが、一般的には、分配装置１００の適応する（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｎｇ）設計に起因して、１０％以上であり得る。電圧偏位及び／又は変動からの故障及びスプレー途絶を受けない、分配装置１００等の分配装置は、上述のレベルでの電圧リップルによって生じる電源変動に、本質的に非感受性である。

分配装置１００のＤＣ‐ＤＣ電圧変換器２０４の設計は、単位当たり１０ドル未満の好ましいコストを有する低コスト生産を達成するように最適化される。例えば、市場要求によって決定されるような、より高価な変換器は、本発明の範囲から逸脱することなく代用されてもよい。好ましくは、ＤＣ‐ＤＣ電圧変換器２０４は、２０ｍｌ未満の全容積を有するが、より大きな容積の変換器及び変換器設計は、分配装置１００のハウジング１０２内部に容易に収容され得る。一実施形態において、ＤＣ‐ＤＣ電圧変換器２０４回路は、二以上の相互接続されたモジュール間で分離され、それらは、分配装置１００のハウジング１０２の範囲内に分配され、単一回路基板のＤＣ‐ＤＣ電圧変換器と同様の機能を提供する。

電源１１０は、例えば、限定されることなく、一以上のＡＡバッテリ（単三電池）及び一以上の９ボルトのトランジスタバッテリ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｂａｔｔｅｒｙ）を含む使い捨てバッテリと、交換可能な又は再充電可能なバッテリと、燃料電池と、太陽光発電と、オルタネータと、限定されることなく、レバー２２６によって作動される圧電又は摩擦電気発電機を含む機械的に作動される発電機と、を含んでもよいが、これらに限定されるものではない。一実施形態において、電源１１０は、三つのＡＡバッテリ（単三電池）を含み、図２に示される電気回路２０２と電気的に接続され、電源１１０の電圧が約４．８Ｖから約３．６Ｖまで用途に伴って変化するのにつれて、ＤＣ‐ＤＣ電圧変換器２０４の必要な一定の出力電圧を提供するだろう。

比較回路２０６は、オリフィス構造２０８、（示される実施形態における導電性の操作レバーである）レバー２２６、及びスプレー電荷散逸機構１１２からの電流を受容する。スプレー散逸は、例えば、周囲の雰囲気に対してスプレー電荷蓄積を散逸するように作用する静電芯（ｓｔａｔｉｃ ｗｉｃｋ）又はドラグラインを含んでもよいが、これらに限定されるものではない。一実施形態において、スプレー電荷散逸機構１１２は、エアゾール缶の静電芯（ｓｔａｔｉｃ ｗｉｃｋ）材料と同様の使用利便性を促進するハウジング１０２内に内蔵される市販の静電芯（ｓｔａｔｉｃ ｗｉｃｋ）材料である。

本発明の代替の実施形態において、スプレー電荷散逸機構１１２は、限定することなく、Ｕｌｔｒａｆａｂ社によって製造されたＵｌｔｒａ Ｓｔａｔ（登録商標）Ｓｔａｔｉｃ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ Ｂｒｕｓｈｅｓを含む一以上のブラシ片である。この散逸機構は、分配装置１００によって生成される約１μＡのスプレー電流を散逸することが可能であり、連続的なスプレー動作を達成するために重要である。一実施形態において、線形のブラシ片の長さは、２０ｃｍ未満であり、その剛毛の長さは、約６ｍｍ長である。この大きさによって、ブラシ片が、分配装置１００内に容易に組み込まれることができる。

さらに別の代替の実施形態において、スプレー電荷散逸機構１１２は、Ａｎｔｉｓｔａｔｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ社によって製造される帯電防止用塗料等の帯電防止用塗料である。そのような一実施形態において、約３ｃｍ×４ｃｍ片の帯電防止用塗料は、分配装置１００のハウジング１０２の基部に添加されている。しかしながら、代替のスプレー電荷散逸機構は、限定することなく、トリエーテッド、ランタネート、又はセシエーテッド（ｃｅｓｉａｔｅｄ）タングステン線、再構成された酸化物‐金属複合体、及び３２５×３２５０．００１４’’径のステンレス鋼製金網を含む上述の散逸機構の何れかに置き換えられてもよい。

これらの三つの電流の相対レベルに基づいて、比較回路２０６は、適切なインジケータ２１０を作動させて、例えば、装置１００が待機モードにあること、装置１００が適切に作動していること、カートリッジ１０６が空であること、及び／又は出口開口部２１２の一つが詰まっていること及び新しい出口開口部２１２が、該当する場合、所定の位置に移動されなければならないことを含むが、これらに限定されない状態を、操作者に示す。インジケータ２１０は、例えば、ライト、ブザー、振動器、及び他の視覚的、機械的、及び／又は聴覚的警報を含むが、これらに限定されるものではない。

スプレー電荷散逸機構１１２、オリフィス構造２０８、及び／又はレバー２２６への電流フローがない場合、比較回路２０６は、装置が待機モード（又はその非分配位置）にあることを示す。装置１００が一度流体３１０を噴霧し始めると、スプレー電荷散逸機構１１２、オリフィス構造２０８、及び／又はレバー２２６への電流フローが開始する。電流フローを検知すると、比較回路２０６は、装置１００が適切に作動していることを、インジケータ２１０を介して操作者に示す。さらに、カートリッジ枯渇スイッチ２２０がインジケータ延長部２１８によって作動される場合、カートリッジ枯渇スイッチ２２０の位置における変更は、加圧機構１０４が十分に伸展されるとともに、カートリッジ１０６の交換が必要であることを、比較回路２０６に示す。スプレー電荷散逸機構１１２への電流及びカートリッジ１０６が枯渇されるというスイッチ２２０からの信号の何れもない場合、レバー動作は、オリフィス構造２０８が詰まっていること、不良であること、及び代用又は交換の必要があることを示す。

図１及び３において最も明らかなように、加圧機構１０４は、流体放出流路３１４を通って、エミッタ電極先端部３２０を通過し、そして、出口開口部２１２を通ってカートリッジ１０６から流体２１０を噴出するために、流体リザーバ３０２に十分な圧力を提供する。好ましい実施形態において、加圧機構１０４は、ピストン及び該ピストンを移動させるための機構であり、そのような機構は、レバー２２６に連結されるとともに、装置１００の操作者によって作動される。

流体３１０は、それが非分配位置に位置される場合、流体放出流路３１４をシールするように作用するオリフィス構造２０８によってカートリッジ１０６の流体リザーバ３０２内部に含まれている。流体３１０は、例えば、殺虫剤、潤滑油（例えば、ＷＤ‐４０）、食用油（例えば、菜種油、大豆油、オリーブ油及びコーンオイル）、香料、医薬品、身だしなみ用品、塗料等を含むがこれらに限定されない任意の非導電流体であってもよい。

加圧機構１０４は、ハウジング１０２の内側に配置される。加圧機構１０４は、それがカートリッジ収容部１１６内に挿入された後、カートリッジ１０６と係合する。加圧機構１０４は、カートリッジ１０６の内部を長手方向に移動し、それによって、加圧機構１０４がカートリッジ１０６内を移動するにつれて、流体リザーバ３０２に圧力を付与する。

好ましい実施形態において、加圧機構１０４は、カートリッジ１０６の外側にインジケータ延長部２１８を含み、インジケータ延長部２１８は、流体３１０が流体リザーバ３０２から十分に消費されるとともに、加圧機構１０４がその移動範囲の端部まで移動した場合、カートリッジ枯渇スイッチ２２０と係合する。インジケータ延長部２１８によるカートリッジ枯渇スイッチ２２０の作動に起因して、カートリッジ枯渇スイッチ２２０の位置が変更されることで、比較回路２０６は、例えば、インジケータ２１０を介して操作者にカートリッジ枯渇警報を示し、それによって、操作者に、カートリッジが取り外されるか交換されることが必要であることを知らせる。

加圧機構１０４は、また、一以上の脱係合延長部２３４を含み、その移動範囲の端部で、一以上のカートリッジ固定機構と脱係合し、カートリッジ収容部１１６からカートリッジ１０６を解除する。脱係合延長部２３４は、また、作動機構からオリフィス構造２０８を脱係合し、それによって、操作者は、カートリッジ収容部１１６及びハウジング１０２からカートリッジ１０６を取り外すことが可能となる。

ハウジング１０２は、オリフィス構造２０８及び加圧機構１０４を含むが、これらに限定されない装置１００内部の一以上の機構を作動するための作動機構を含み、最終的に一以上の噴霧スプレーの開始となる。そのような作動機構は、一以上のソレノイド及びスイッチ、機械的リンク機構及び歯車、それらの任意の組み合わせ等を含むことができよう。

カートリッジ１０６がカートリッジ収容部１１６内に十分に固定及び着座されると、１）カートリッジ１０６が一以上の固定機構によってハウジング１０２に固定されること、２）作動機構と可動オリフィス構造２０８との間に、機械的及び電気的接続が確立されること、３）エミッタ電極端子１０８が、電圧変換器端子２２８と物理的に接触し、それによって、電圧変換器２０４が電圧変換器端子２２８の通電のためにエミッタ電極３１８に電力を供給すること、を含むが、これらに限定されない多数の事柄が生じる。

オリフィス構造２０８は、カートリッジ１０６がハウジング１０２内に挿入される前に非分配位置に位置付けされるため、電圧変圧器２０４の通電の前にカートリッジ１０６をカートリッジ収容部１１６内に確実に着座させることは、電圧変圧器２０４によって提供される内部の高電圧源から電圧変換器端子２２８までの操作者の絶対的隔離（ａｂｓｏｌｕｔｅ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を保証する。すなわち、本明細書中で詳述するように、非分配位置において、オリフィス構造２０８の絶縁体４０２は、エミッタ電極３１８及び流体放出流路３１４を覆い、それによって、装置１００の外側の環境が流体又は電流フローから隔離されるようになる。

好ましい一実施形態において、カートリッジ１０６は、上側ピン部分２２４ａ及び下側ピン部分２２４ｂを有するピン２２４を含む。カートリッジ１０６がカートリッジ収容部１１６内に十分に挿入されることによって、下側ピン部分２２４ｂは、加圧機構１０４上に取り付けられる防水性のカートリッジ挿入状態スイッチ２２２を作動させ、それによって、電源１１０と電気回路２０２との間の電気的接続が確立される。この電気的接続は、電圧変圧器２０４及び比較回路２０６を通電する。比較回路２０６は、開口部構造を接地し、カートリッジ１０６の挿入の状態を含むが、これに限定されない種々の運転状態を示す。

電気的接続を確立するのに加えて、下側ピン部分２２４ｂが加圧機構１０４上に取り付けられる防水性のカートリッジ挿入状態スイッチ２２２と係合することによって、カートリッジ１０６の方位位置が確保される。そのような位置決めは、エミッタ電極端子１０８が凹型の変換器導体２２８と接触する（及び電気的接続を形成する）ことを確保するのに重要である。

オリフィス構造２０８の作動機構との機械的接続は、図３及び４Ａ〜４Ｃに関して以下に詳述するように、切り欠き４１８と作動機構のインデックス構造との係合を介して生じる。

図３に戻り、線形オリフィス構造２０８を有する使い捨てカートリッジ１０６の斜視断面図を示す。使い捨てカートリッジ１０６は、略円筒形状のリザーバ３０２を含み、その最上端は、分注装置３０４を含む。該分注装置３０４は、頭部３０６と、エミッタ電極３１８と、流体放出流路３１４と、固定収容部（ｌｏｃｋｉｎｇ ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）２３０と、オリフィス構造２０８と、を含む。

本発明の一実施形態において、カートリッジ１０６は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、又は優れた電気的及び機械的特性を有する他の可撓性ポリマを含むが、これらに限定されない薄壁の、可撓性の、電気絶縁材料から製造される。そのような材料を使用することによって、カートリッジ１０６の壁の最下部は、加圧機構１０４が上方へ及びカートリッジ１０６の中へ伸展するのにつれて加圧機構１０４によって付与される力によってそれ自身に折り重なるようになる。この力は、流体リザーバ３０２の大きさを減少させ、それによって、流体３１０に圧力を付与する。このことは、図３において最も明らかであり、カートリッジ１０６は部分的に消耗された状態で示され、加圧機構１０４は、カートリッジ１０６の後部ケーシングを内側に折り畳んでいる。

好ましい実施形態において、加圧機構１０４の形状は、カートリッジ１０６の形状とぴったり合い、加圧機構１０４は、カートリッジ１０６の内側の折り畳まれた表面間に閉じ込められた流体３１０の量を最小限にするように、カートリッジを折り畳むことが可能となる。この特徴は、廃棄されたカートリッジ１０６に関連する廃棄物及び環境影響を最小限にする。例えば、アコーディオンプリーツを有するカートリッジを含むが、これに限定されない代替の実施形態が、代用されてもよい。

カートリッジ１０６は、上側ピン部分２２４ａ及び下側ピン部分２２４ｂを有するピン２２４を含む。上側ピン部分２２４ａは、略円筒形状であり、カートリッジ１０６が十分に消耗される場合、流体放出流路３１４に密接に適合する。カートリッジ１０６が完全に消耗される場合、カートリッジ１０６の壁は潰され、リザーバ上側内壁３２８に対して押圧され、それによって、内側の折り畳まれた壁、畳み目（ｃｒｅａｓｅｓ）、又は環境への漏出から枯渇されたカートリッジ１０６の割れ目の内部に閉じ込められる任意の流体をシールする。この位置において、上側ピン部分２２４ａは、流体放出流路３１４内に閉じ込められ、それと正確に適合し、それによって、カートリッジ１０６からの任意の残渣流体３１０の噴霧を促進する。すなわち、カートリッジ１０６がほとんど完全に消耗された状態にある場合、上側ピン部分２２４ａは、流体放出流路３１４に対して内側に位置付けされ、ピンキャビティ３２６内に残っている任意の流体は、エミッタ電極３１８によって静電霧化され、それによって、霧化された流体３１０を、対応する出口開口部２１２を通ってカートリッジ１０６から押し出す。

カートリッジ１０６が一度完全に消耗されるとともに圧力がレバー２２６から開放されると、オリフィス構造２０８は、その非分配状態に戻り、内側の折り畳まれた壁、畳み目（ｃｒｅａｓｅｓ）、又は枯渇されたカートリッジ１０６の割れ目の内部に閉じ込められる任意の最小残留流体が、上側ピン部分２２４ａの最上端と流体放出流路３１４との間で開口部構造２０８の内表面３３０との接触を介して、（環境への漏出から）枯渇されたカートリッジ１０６内部に重複してシールされる。このシールは、枯渇されたカートリッジ１０６の取り外しの前に生じる。

流体リザーバ３０２の最上部は、頭部３０６によって固定されている。頭部３０６の面３１２は、略平面状であり、略円筒形状の流体リザーバ３０２の軸に対して約３０度の角度で配置されている。そのような構造が分配位置に配置される場合、略円筒形状の流体放出流路３１４は、流体リザーバ３０２から頭部３０６を通って開口部構造２０８の一以上の出口開口部と一直線上になる。

エミッタ電極３１８は、エミッタ電極端子１０８と、エミッタ電極先端部３２０と、を含む。エミッタ電極端子１０８は、使い捨てカートリッジ１０６の略円筒形状の外向き壁３２２内に組み込まれている。エミッタ電極先端部３２０は、流体放出流路３１４に向かって位置決めされている。流体放出流路３１４と整列される出口開口部２１２に対するエミッタ電極先端部３２０の位置は、エミッタ電極３１８のための望ましい作動電圧を最も達成するものである。エミッタ電極先端部３２０と出口開口部２１２との間の一般的な距離は、最小の出口開口部２１２の半径の約半分から最大の出口開口部２１２の半径の長さの２〜４倍まで変化する。複数の出口開口部２１２が、単一の中央に位置決めされたエミッタ電極先端部３２０によって作用を受ける場合、二つの間の距離は、出口開口部２１２の半径の１０倍を超えてもよい。

カートリッジ１０６の約数分の限られた有用な可動寿命によって、流体３１０の一貫した電荷注入は、マイクロメートル（１０^−６メートル）直径サイズのエミッタ電極を用いて確実に達成されることができる。幾つかの実施形態において、エミッタ電極３１８は、１マイクロメートルより大きくかつ１００マイクロメートルより小さい直径を有するトリエーテッドタングステンワイヤ電極又はランタン添加タングステンワイヤ電極である。しかしながら、他のエミッタ電極が代用されてもよい。そのようなエミッタ電極の使用によって、有用な電圧レベルで十分過ぎる電荷注入が提供されるとともに、カートリッジ１０６を製造するコストが大幅に低減される。

オリフィス構造２０８に関して、以下でさらに詳述するように、通電されると、流体３１０が一以上の出口開口部２１２を通って分配される前に、流体３１０が流体放出流路３１４を通ってカートリッジ１０６を出て、エミッタ電極先端部３２０の経路を通過するにつれて、エミッタ電極先端部３２０は、流体３１０を静電的に荷電する。すなわち、好ましい動作の一実施形態において、流体３１０は、加圧下で、流体放出流路３１４を通って液体リザーバ３０２を出て、エミッタ電極先端部３２０を通過して、オリフィス構造２０８内の一以上の出口開口部２１２から外に出る。流体３１０がエミッタ電極先端部３２０を通過すると、流体３１０は帯電され、その後霧化されて、出口開口部２１２を通ってカートリッジ１０６を出た後自己分散する。

好ましい実施形態において、オリフィス構造２０８は可動式であり、流体放出流路３１４及びエミッタ電極先端部３２０と一列になるように及び一列にならないように出口開口部２１２を位置決めするために、摺動又は回転する。ｖ構造２０８は、二つの基本状態、１）流体放出流路３１４が環境に対して閉じられるとともに、エミッタ電極３１８が環境から電気的に絶縁された状態（すなわち、非分配位置）と、２）流体放出流路３１４が環境に対して開かれるとともに、オリフィス構造２０８が接地されている状態（すなわち、分配位置）との間を移動されることができる。使用者がレバー２２６又は他の同様の作動機構を絞ると、オリフィス構造２０８は、液体リザーバ３０２の内部から流体３１０を分配するために分配位置に移動する。装置１００がその分配位置にある場合、オリフィス構造２０８の接地によって、使用者に対する感電事故を解消することができる。

図４Ａ〜４Ｃに戻り、線形オリフィス構造２０８は、絶縁体４０２及び導体４０４を含む。線形オリフィス構造は、目詰まり問題が深刻ではなく、限定された数の開口部が作動中の目詰まり問題に対処するのに適切であるコンパクトなバーナー等の用途のために最も有用である。線形オリフィス構造のコストは、十分に安価であり、カートリッジ１０６及びその関連した線形オリフィス構造が使い捨て可能であるとともに、装置の各使用に対する新規のカートリッジ１０６の使用に適合することが可能である。

絶縁体４０２は、導体４０４を支持することが可能な絶縁支持構造である。本発明の一実施形態において、絶縁体４０２は、ポリエーテルエーテルケトン（「ＰＥＥＫ」）で製造されるが、高温で、高強度のエンジニアリングプラスチックを含むが、これに限定されない他の材料が代用されてもよい。導体４０４は、導電性であり、ローカル接地と接触している。導体４０４は、対応する開口部４１４と一致する出口開口部２１２又は出口開口部２１２のグループを含む。

本発明の一実施形態において、円形又は円筒形の出口開口部２１２は、約３０マイクロメートル〜約１２５マイクロメートルの範囲の直径を有する。他の実施形態において、円形又は円筒形の出口開口部２１２は、約３０マイクロメートル〜約５００マイクロメートルの範囲の直径を有する。さらに他の代替の実施形態において、約３０マイクロメートル〜約１２５マイクロメートルの範囲の幅を有する切込みが、同程度の大きさの円形又は円筒形の出口開口部２１２に代用されてもよい。さらに他の代替の実施形態において、約３０マイクロメートル〜約５００マイクロメートルの範囲の幅を有する切込みが、同程度の大きさの円形又は円筒形の出口開口部２１２に代用されてもよい。この範囲が選択されるのは、大気のバックグラウンド圧力で作動する場合、約１２５マイクロメートル未満の直径又は幅を有する帯電された流体出口開口部２１２は、通常の大気のスプレー制限絶縁破壊の強さ未満である表面電場レベルを有するからである。その一方で、円形の出口開口部の直径（又はスリット出口開口部の幅）が約１２５マイクロメートルより大きい場合、（印加されたエミッタ電極電圧の増加によって生じる）表面の電界強度が外気の破壊電界強度を越えると、スプレー現像は、不意に破壊される。しかしながら、円形の出口開口部の直径（又はスリット出口開口部の幅）が約１２５マイクロメートル未満の大きさで維持される場合、そのような破壊は生じない。さらに、開口部の直径又は幅が小さくなればなるほど、絶縁破壊の強さが高くなり、それによって、より高い高度での作動が可能となる。

スプレー流体が上述のように破壊されないという条件で、装置１００の最適操作は、広範囲のコンバータ電圧に亘って達成され得る。最適操作は、最大出力電荷密度、最小液滴直径、及び最小分配範囲を有する帯電された液滴を含む。比較的小さい出口開口部２１２の使用によって、また、より大きな開口部装置によって一般的に必要な最適なコンバータ電圧（すなわち、破壊限界の数パーセント以内の電圧）を維持するための制御回路の必要性がなくなる。

さらに、約３０マイクロメートル〜約１２５マイクロメートルの範囲の直径を有する円形又は円筒形の出口開口部２１２（又は同様の範囲内の幅を有する出口スリット）の使用によって、少なくとも三つの操作上の利点が提供される。一番目に、噴霧挙動が電源出力変動によって悪影響を受けないため、上記出口開口部２１２又は出口スリットの使用によって、安価でかつ未制御の電源１１０の使用が可能となる。二番目に、噴霧挙動（すなわち、流量及び流体特性）が電圧変換器の動作電圧変動によって影響されないため、上記出口開口部２１２又は出口スリットの使用によって、一定の動作電圧が使用可能となる。変動する又は不定の流量に対する非感受性は、本明細書中に記載の未制御のブローダウン又は手押しポンプの流体供給を含むアプリケーションにとって特に重要である。三番目に、出口開口部の直径が小さいほど、最適噴霧を達成するのに必要な最小電圧変換器の動作電圧が低くなる。例えば、約５０マイクロメートルメートル径の出口開口部を有する直接噴射噴霧器は、流量に影響を及ぼすことなく約１キロボルト（ｋＶ）未満の動作電圧で作動されることができる。

さらに、上述のような比較的小さい直径を有する出口開口部は、最大電荷密度で作動するため、それから出る流体スプレーは、可能な限り狭い粒度分布を示す。すなわち、これらの粒度分布は、従来のエアゾール噴霧器の液滴直径スパンより少なくとも三倍狭い液滴直径スパンを有する出口開口部の直径が小さいほど、液滴直径スパンは狭くなる。

最も重要なことに、上述のような比較的小さい直径を有する帯電噴霧出口開口部は、大きい液滴テイル「ｔａｉｌｓ」及び約１０マイクロメートルより小さい液滴の欠如によって特徴付けられる明確に定義される粒度分布を有する。そのような噴霧は、大きくかつ無駄な液滴数（ｄｒｏｐｌｅｔ Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）がないのみならず、液滴吸入が可能ではない。唯一の吸入の危険性は、液滴が標的に向かって流れる場合の蒸発された蒸気に関連する。

示される実施形態において、絶縁体４０２は、プラスチック、ベークライト、ナイロン、セラミック、ＰＥＥＫ，ガラス、レキサン及び同類のもの等であるが、これらに限定されない任意の適切な絶縁体で製造される略四方体である。分配及び非分配位置の両方において、絶縁体４０２は、カートリッジ収容部１１６を全体的に覆い、（出口開口部２１２を除いて）装置の外部からカートリッジ収容部１１６を隔離し、それによって、装置１００の内側に対して電圧変換器端子２２８によってエミッタ電極３１８に供給される高電圧を抑制し、使用者に対する感電事故を防止する。

図４Ａに示すように、絶縁体４０２は、直線的に配置される二つのオリフィス４１４を含む。示される実施形態は、二つの別々の及び選択可能なオリフィスを含むが、より多い又はより少ない量の開口部は、本発明の範囲から逸脱することなく代用されてもよい。また、開口部及び対応する出口開口部は、同一である必要ななく、特定のニーズに見合うように構成されてもよい。さらに、非線形の実施形態は、また、代用されてもよい。そのような代替の実施形態の一例として、図５及び６Ａ〜６Ｃに関して以下に述べる六つの開口部の、回転実施形態が挙げられる。

絶縁体４０２の長さ方向第１縁部は、複数の略半円筒形の切り欠き４１８を含む。該切り欠き４１８は、流体リザーバ３０２から流体３１０を分配するのに必要なオリフィス構造２０８の移動を促進するために設けられる。絶縁体４０２の切り欠き４１８は、作動機構に不可欠な対応するインデックス構造と結合する。レバー２２６が使用者によって作動されると、これらのインデックス構造は、オリフィス構造２０８を所望の位置（すなわち、分配又は非分配）に移動（ｉｎｄｅｘ）させる。すなわち、切り欠き４１８との係合を介して、インデックス構造は、出口開口部２１２が静電噴霧を促進するためにエミッタ電極先端部３２０と整列する分配位置に、又は、絶縁体４０２がエミッタ電極３１８及び流体放出流路３１４の外端を覆い、それによって、外部環境からカートリッジ１０６をシールするとともに、外部環境からカートリッジ１０６を電気的に絶縁する非分配位置に、オリフィス構造２０８を移動させる。

本発明の幾つかの実施形態において、切り欠き４１８は、また、操作者に、開口部４１４等の複数の開口部の一つを選択することを許容する。異なる特徴を有する開口部が、使用者に特定の開口部構成を選択することを許容するように含まれる場合、そのような選択は望ましいかもしれない。しかしながら、全ての開口部が同一であっても、現在の開口部が目詰まりしているか、そうでなければ使用できない場合、操作者は、新しい開口部を選択しようとするかもしれない。この特徴を促進するために、オリフィス構造２０８等の線形オリフィス構造の場合、レバー２２６は、カートリッジ１０６を加圧することなくオリフィス構造２０８の移動を許容するように構成されるだろう。このようにする一つの方法は、操作者が開口部を選択している時のレバー２２６の戻り工程を不可能にするとともに、使用者が流体３１０をスプレーする目的で流体リザーバ３０２を加圧しようとする時のレバー２２６の戻り工程を可能にすることである。

オリフィス構造２０８内の開口部４１４は、図に示すように、異なる出口開口部サイズ及び構成を有することができる。単一及び複数開口の一例を示す。異なる構成及びサイズは、例えば、使用される流体、望ましいスプレー流量、及びスプレーの使用目的に基づいて選択される。オリフィス構造２０８は、種々の出口開口部構成を含み、使用者は、使用者の用途に最適の構成を選択することが可能である。例えば、大径の出口開口部及び／又は複数の出口開口部を有する開口部の使用は、使用者により高い流量を提供するだろう。或いは、他の例において、複数の歪んだ出口開口部を有する開口部の使用は、噴霧された流体の横方向分散を向上させ得る。出口開口部の任意の構成は、本発明の範囲から逸脱することなく、含まれ得る。

図４Ａ〜４Ｃに見られるように、オリフィス構造２０８は、二つの同様の開口部４１４ａ及び４１４ｂを含む。しかしながら、導体４０４中に位置決めされ、オリフィス構造２０８が組み立てられる場合に開口部４１４ａ及び４１４ｂの内部に位置決めされる出口開口部２１２は異なる。より具体的には、開口部４１４ａの内部に位置決めされる導体４０４の部分は、正方形の四隅として配置される四つの出口開口部２１２を含む。そのような構成は、噴霧された流体の横方向分散を最大限にする。その一方で、開口部４１４ｂの内部に位置決めされる導体４０４の部分は、開口部４１４ｂの内部の中央に位置決めされる単一の出口開口部２１２を含む。この開口部は、その出口開口部のより大きい直径に起因して、より高い流量で単一の流体の流れを提供する。

さらに、オリフィス構造２０８の内部に複数の開口部４１４を組み込むことによって、現在使用される開口部４１４が目詰まりするか或いは使用できなくなると、操作者は、新しい開口部４１４を選択することが可能である。そのような特徴は、操作者がその交換の前にカートリッジ１０６内の流体３１０の全てを使い果たす能力を有する可能性を増加させる。

絶縁体４０２の内面３３０は、凹部４０８を含み、該凹部４０８は、それぞれ、図４Ａ及び図４Ｂの分解図及び組立図において最もよく示されるように、導体４０４と結合するように構成されている。すなわち、溝４０８は、直線溝部４１０及び一連の湾曲された溝入口４１２を含む。各溝入口４１２は、対応する開口部４１４を含む。開口部は、その内面から外面まで絶縁体４０２を通って延びるため、その直径は、半球形状に広がる。

オリフィス構造２０８が分配位置に移動（ｉｎｄｅｘ）されるとともに、出口開口部２１２及びその周囲の導体４０４がエミッタ電極３１８と整列されると、導電性の導体４０４及びエミッタ電極３１８は、流体放出流路３１４内で流体３１０を静電的に帯電し、出口開口部２１２を出ると同時に流体３１０を霧化及び分散させる電荷注入静電霧化装置を形成する。逆に、オリフィス構造２０８が非分配位置に移動（ｉｎｄｅｘｅｄ）されると、エミッタ電極３１８は、（導体４０４よりむしろ）絶縁体４０２と整列され、流体放出流路３１４をシールする。さらに、エミッタ電極３１８は、静電霧化装置として作用するのを止め、エミッタ電極３１８からの電流フローはなくなり、流体３１０の流れは止められ、エミッタ電極で存在する高電圧は、装置１００の外部から隔離される。本発明のこの局面によって、エミッタ電極３１８は、装置１００又は流体３１０を損傷することなく及び操作者に危険を伴うことなく、動作電圧で連続的に維持されることが可能となる。この局面によって、また、流体３１０の噴霧は、レバー２２６の作動を介してオリフィス構造２０８の分配位置への移動（ｉｎｄｅｘｉｎｇ）直後に再開することが可能であり、電圧又は流体プロファイルを調整する必要がなく、この位置によって、エミッタ電極３１８が導体４０４と再び整列する。本発明のこの局面によって、さらに、ターンオン及びターンオフの両方の流体過渡現象並びに開口部構造の後だれ（ｄｒｉｂｂｌｅ）が最小限となる。このことは、開口部を使用可能にする「サック」容積を伝統的に有する、ディーゼルインジェクター等のバースト又はパルススプレー用途にとって特に重要である。従来の「サック」設計での状況に反して、本発明の出口開口部はカットオフ後に外部環境に曝されず、そのため、流体の後だれ（ｄｒｉｂｂｌｅ）は生じ得ない。

装置１００から（液体リザーバ３０２から流体放出流路３１４を通ってかつ出口開口部２１２を通って）流体３１０を噴霧するために、操作者は、グリース又はコーキングガンのために使用される圧力と同様の圧力でレバー２２６等を絞ることによって作動機構を作動させる。レバー２２６を絞ることによって、作動機構は、加圧機構１０４を移動（ｉｎｄｅｘ）させ、それ自身の中にカートリッジ１０６の最底部を保持し、それによって、カートリッジ１０６を加圧する一方で、（インデックス構造と切り欠き４１８との係合を介して）エミッタ電極先端部３２０との整列に向けてオリフィス構造２０８の出口開口部２１２を同時に移動させる。作動機構の機械的リンク機構は、カートリッジ１０６の加圧がエミッタ電極先端部３２０とエミッタ電極先端部３２０との整列の直前に完了するように構成される。カートリッジ１０６がカートリッジ収容部１１６の内部に着座している時はいつでも、エミッタ電極３１８は、電圧変換器端子２２８によって動作電圧まで連続的に電圧を印加されるため、出口開口部２１２が流体フローを許容するために流体放出流路３１４に十分に露出されるとすぐに、この機械的配置によって、電荷注入噴霧化が生じる。放出される流体３１０が出口開口部２１２を出た後に十分霧化及び自己分散するためにエミッタ電極先端部３２０を越えて流れる際に、放出される流体３１０が帯電され、十分に帯電されない流体３１０は、（流体３１０が十分に帯電されるまで）装置１００から全く排出されることができないように、装置１００は構成される。すなわち、流体３１０は、それが装置１００を出た後に霧化及び自己分散する。装置１００のこの特徴は、特にターンオン及びターンオフの間の、従来の（非静電的）噴霧器によって示されるような非最適の霧化を除外、又は大いに最小化する。帯電噴霧は、出口開口部２１２を出るが、帯電噴霧の比較的低い電流レベル（すなわち、マイクロアンペア電流レベル）に起因して、操作者に感電事故を生じない。

操作者がレバー２２６への加圧の適用を止めると、オリフィス構造２０８は、シールされた、非分配位置（すなわち、出口開口部２１２の何れもが流体放出流路３１４及びエミッタ電極先端部３２０と整列されていない位置）に戻る。レバー２２６への加圧の適用を止めることによって、また、加圧機構１０４は、カートリッジ１０６上に付与される圧力及びその中に含まれる流体３１０を減少させる。一実施形態において、加圧機構１０４は、ピストンであり、レバー２２６への加圧の適用を止めることによって、ピストンは後退し、それによって、カートリッジ１０６上に付与される圧力及びその中に含まれる流体３１０を減少させる。

カートリッジ１０６が完全に消耗される及び／又は操作者が何らかの他の目的でカートリッジ１０６を取り外したい場合、圧力がレバー２２６から除かれ、オリフィス構造２０８は、その非分配位置に戻る。カートリッジ収容部１１６からカートリッジを取り外すことによって、より低いピン部２２４ｂは、加圧機構１０４の上に取り付けられる防水性のカートリッジ挿入状態スイッチ２２２を停止させ、それによって、電源１１０と電気回路２０２との間の電気的接続を遮断する。この電気的接続の遮断によって、電圧変換器２０４が消勢（ｄｅ‐ｅｎｅｒｇｉｚｅ）され、比較回路２０６が停止状態となる。この消勢は、電源の寿命を増加させるとともに、感電事故を無くすことによって操作者に対する安全性を増加させる。

（回転オリフィス構造）
図５及び６Ａ〜６Ｃを参照して、オリフィス構造５０８を除いて装置１００と略同一の装置５００を示す。すなわち、装置５００は、装置５００に対して上述したオリフィス構造２０８の代わりにオリフィス構造５０８を含む。回転オリフィス構造５０８は、それぞれ、図６Ａ，６Ｂ，及び６Ｃの分解図、組み立てられた状態の内側図、及び組み立てられた状態の外側図において最もよく見られるように、線形オリフィス構造２０８と同様の特徴を有する。限られた数の開口部を有する回転オリフィス構造は、異なる流量又は噴煙形状（ｐｌｕｍｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ）を有するスプレーを生成するための必要性を含む用途にとって理想的である。

より具体的には、オリフィス構造５０８は、絶縁体６０２と、導体６０４と、を含む。絶縁体６０２は、導体６０４を支持することが可能な絶縁支持構造である。導体６０４は、導電性であり、ローカル接地と接触している。導体６０４は、対応する開口部６１４と整列する出口開口部６１２又は出口開口部６１２のグループを含む。

本発明の一実施形態において、円形又は円筒形の出口開口部６１２は、約３０マイクロメートル〜約１２５マイクロメートルの範囲の直径を有する。代替の実施形態において、約３０マイクロメートル〜約１２５マイクロメートルの範囲の幅を有する切込みが、同程度の大きさの円形又は円筒形の出口開口部６１２に代用されてもよい。この直径は、図４Ａ〜４Ｃに関して上述した種類又は理由のために選択される。

示される実施形態において、絶縁体６０２は、プラスチック、ベークライト、ナイロン、セラミック、ＰＥＥＫ，ガラス、レキサン及び同類のもの等であるが、これらに限定されない任意の適切な絶縁体で製造される略環状体である。分配及び非分配位置の両方において、絶縁体６０２は、カートリッジ収容部１１６を全体的に覆い、（出口開口部６１２を除いて）装置の外部からカートリッジ収容部１１６を隔離し、それによって、装置１００の内側に対して電圧変換器端子２２８によってエミッタ電極３１８に供給される高電圧を抑制し、使用者に対する感電事故を防止する。

図６Ａに最もよく示すように、絶縁体６０２は、環状に配置される六つのオリフィス６１４を含む。示される実施形態は、六つの別々の及び選択可能な開口部を含むが、より多い又はより少ない量の開口部は、本発明の範囲から逸脱することなく代用されてもよい。また、開口部及び対応する出口開口部は、同一である必要ななく、特定のニーズに見合うように構成されてもよい。さらに、非回転形の実施形態は、また、代用されてもよい。

絶縁体６０２の周縁部は、複数の略半円筒形の切り欠き６１８を含む。該切り欠き６１８は、装置１００に関して上述した液体リザーバ３０２から流体３１０を分配するのに必要なオリフィス構造５０８の移動を促進するために設けられる。絶縁体６０２の切り欠き６１８は、作動機構に不可欠な対応するインデックス構造と結合する。レバー２２６が使用者によって作動されると、これらのインデックス構造は、オリフィス構造５０８を所望の位置（すなわち、分配又は非分配）に移動（ｉｎｄｅｘ）させる。すなわち、切り欠き６１８との係合を介して、インデックス構造は、出口開口部２１２が静電噴霧を促進するためにエミッタ電極先端部３２０と一直線になる分配位置に、又は、絶縁体６０２がエミッタ電極３１８及び流体放出流路３１４の外端を覆い、それによって、外部環境からカートリッジ１０６をシールするとともに、外部環境からカートリッジ１０６を電気的に絶縁する非分配位置に、オリフィス構造５０８を移動させる。

本発明の幾つかの実施形態において、切り欠き６１８は、また、操作者に、開口部６１４等の複数の開口部の一つを選択することを許容する。異なる特徴を有する開口部が、使用者に特定の開口部構成を選択することを許容するように含まれる場合、そのような選択は望ましいかもしれない。しかしながら、全ての開口部が同一であっても、現在の開口部が目詰まりしているか、そうでなければ使用できない場合、操作者は、新しい開口部を選択しようとするかもしれない。この特徴を促進するために、オリフィス構造５０８等の回転オリフィス構造の場合、レバー２２６は、カートリッジ１０６を加圧することなくオリフィス構造５０８の回転を許容するように構成されるだろう。このようにする一つの方法は、操作者が開口部を選択している時のレバー２２６の戻り工程を不可能にするとともに、使用者が流体３１０をスプレーする目的で流体リザーバ３０２を加圧しようとする時のレバー２２６の戻り工程を可能にすることである。

オリフィス構造５０８内の開口部６１４は、図に示すように、例えば、たった一つの出口開口部６１２が各開口部６１４内に示されていたとしても、異なる出口開口部サイズ及び構成を有することができる。異なる構成及びサイズは、例えば、使用される流体、望ましいスプレー流量、及びスプレーの使用目的に基づいて選択される。さらに、オリフィス構造５０８の内部に複数の開口部６１４を組み込むことによって、現在使用される開口部６１４が目詰まりするか或いは使用できなくなると、操作者は、新しい開口部６１４を選択することが可能である。そのような特徴は、操作者がその交換の前にカートリッジ１０６内の流体３１０の全てを使い果たす能力を有する可能性を増加させる。

絶縁体６０２の内面６０６は、それぞれ、図６Ａ及び図６Ｂの分解図及び組立図において最もよく示されるように、導体６０４と結合するように構成される凹部６０８を含む。すなわち、溝６０８は、環状溝部６１０及び一連の線形溝延長部６１２を含む。各線形溝延長部６１２は、対応する開口部６１４を含む。開口部は、その内面から外面まで絶縁体６０２を通って延びるため、その直径は、図６Ｃの組み立てられた状態の外側図において最もよく示される半球形状に広がる。

（包含された回転開口部構造）
図７Ａ及び７Ｂを参照して、包含された回転オリフィス構造７０８の一部を切り取って、それぞれ内側及び外側を見た図を示す。すなわち、図１〜３に関して上記した装置１００は、装置１００に関して上述したオリフィス構造２０８、エミッタ電極３１８、及び流体放出流路３１４の代わりに、包含された回転オリフィス構造７０８及び流体放出経路７３０を組み込んでもよい。

限定された数の導体出口開口部７１２を有する包含された回転オリフィス構造７０８は、異なる流量又は噴煙形状（ｐｌｕｍｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ）を有するスプレーを生成するための必要性を含む用途にとって理想的である。包含された回転オリフィス構造７０８は、また、複数の開口部が高瞬時流量及び急速ターンオン及びターンオフ一過性（ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ）を提供するために使用されるディーゼル又は直接内燃機関用途にとって理想的である。

包含された回転オリフィス構造７０８は、絶縁体７０２、導体７０４、導体出口開口部７１２、専用のエミッタ電極７１８、ケース７２０、ソレノイド７２２、電機子７２４及び絶縁構造７３４を含む。絶縁体７０２は、導体７０４を支持することが可能な絶縁支持構造である。導体７０４は、導電性であり、接地されたケース７２０との接触を介してローカル接地と接触している。導体７０４は、対応する開口部７１４と一致する導体出口開口部７１２又は導体出口開口部７１２のグループを含む。各導体出口開口部７１２は、対応する専用のエミッタ電極７１８を有する。

ケース７２０は、ケース床面７２６によってその最下端で結合される略円筒形の導電性ケースである。ケース７２０は、静電噴霧器要素、すなわち、絶縁体７０２、導体７０４、専用のエミッタ電極７１８、ソレノイド７２２、電機子７２４及び絶縁構造７３４を包み込むとともに支持する。絶縁構造７３４は、ケース７２０と結合され、各エミッタ電極７１８は、絶縁構造７３４を貫通する。絶縁構造７３４は、その対応する導体出口開口部７１２及びケース出口開口部７４０に関して定位置に各エミッタ電極７１８を維持し、それとともにエミッタ電極７１８の適切な配置を確保する。絶縁構造７３４は、流路７３６を含み、流体３１０は、エミッタ電極７１８と導体出口開口部７１２／ケース出口開口部７４０との間の噴霧化のために流路７３６を通過する。

図７Ｂに最もよく示すように、ケース床面７２６は、環状に配置される八つのケース開口部７２８を含む。示される実施形態は、八つの別々の及び選択可能な開口部を含むが、より大飯又はより少ない量の開口部は、本発明の範囲から逸脱することなく代用されてもよい。また、開口部及び対応するケース出口開口部は、同一である必要ななく、特定のニーズに見合うように構成されてもよい。さらに、エミッタ電極／導体出口開口部／ケース出口開口部の組合せの複数の円形配列は、流体流速を増加させるように組み込まれてもよい。開口部は、その内面から外面までケース床面７２６を通って延びるため、その直径は、図７Ｂの外側から見た図に最も明らかなように、半球形状に広がる。

回転オリフィス構造７０８は、専用のエミッタ電極７１８によってそれぞれ供給される複数の導体出口開口部７１２を含み、従来のディーゼルインジェクターにおいて現在使用されている１０００バールより高いレベルからはるかに低いレベルまでフィード圧を制限する。導体出口開口部の量に拘らず、操作は、本明細書中に記載のものと同様であろう。エミッタ電極供給電圧及びフィード圧は、固定されるとともに連続的に供給される。絶縁体７０２が本明細書中に記載のように分配位置まで回転させられる時は何時でも、噴霧は生じ、絶縁体７０２が非分配位置まで回転させられる時は何時でも、噴霧は停止される。

示される実施形態において、絶縁体７０２は、プラスチック、ベークライト、ナイロン、セラミック、ＰＥＥＫ，ガラス、レキサン及び同類のもの等であるが、これらに限定されない任意の適切な絶縁体で製造される略環状体である。分配及び非分配位置の両方において、絶縁体７０２は、カートリッジ収容部１１６を全体的に覆い、（導体出口開口部７１２及びケース出口開口部７４０を除いて）装置の外部からカートリッジ収容部１１６を隔離し、それによって、回転オリフィス構造７０８の内側までエミッタ電極７１８に供給される高電圧を抑制し、使用者に対する感電事故を防止する。

図７Ａに最もよく示すように、絶縁体７０２は、環状に配置される八つの出口開口部７１２を含む。示される実施形態は、八つの別々の及び選択可能な出口開口部を含むが、より多い又はより少ない量の開口部は、本発明の範囲から逸脱することなく代用されてもよい。また、開口部７４０及び対応する導体出口開口部７１２は、同一である必要ななく、特定のニーズに見合うように構成されてもよい。

本発明の一実施形態において、円形又は円筒形の導体出口開口部７１２は、約３０マイクロメートル〜約１２５マイクロメートルの範囲の直径を有する。代替の実施形態において、約３０マイクロメートル〜約１２５マイクロメートルの範囲の幅を有する切込みが、同程度の大きさの円形又は円筒形の導体出口開口部７１２に代用されてもよい。この直径は、図４Ａ〜４Ｃに関して上述した種類又は理由のために選択される。

オリフィス構造７０８内のオリフィス７１４は、例えば、たった一つの導体出口開口部７１２が各オリフィス７１４内に示されていたとしても、異なるサイズ及び／又は構成の導体出口開口部７１２を有することができる。異なる構成及びサイズは、例えば、使用される流体、望ましいスプレー流量、及びスプレーの使用目的に基づいて選択される。

絶縁体７０２の外面７０６は、一以上の導体７０４と結合するように構成される凹部７０８（図示せず）を含む。絶縁体７０２の外面７０６は、ケース床面７２６の内側に向いた面と密接に接触している。導体７０４は、常にケース７２０と正の電気的接触をしている。

ソレノイド７２２は、絶縁体７０２の内側に向いた面上の中央に位置し、また、絶縁体７０２の内側に向いた面に取り付けられる電機子７２４を回転させる。ソレノイド７２２の作動によって、開口部構造は、搖動可能に又は連続的な制御可能な回転で作動されることができる。

ソレノイド７２２が搖動可能に制御される場合、ケース７２０の周縁部は、分配又は非分配位置における絶縁体７０２の正確な位置決めのための一以上のインデックスタブ（図示せず）を含む。ケース７２０のインデックスタブは、作動機構に不可欠な対応するインデックス構造と一致する。電機子７２４が使用者によって作動される場合、これらのインデックス構造は、所望の位置（すなわち、分配又は非分配）に絶縁体７０２を移動（ｉｎｄｅｘ）させる。

絶縁体７０２が分配位置に移動される（ｉｎｄｅｘｅｄ）場合、導体出口開口部７１２及びその周囲の導体７０４は、その専用のエミッタ電極７１８及びその対応するケース出口開口部７４０と軸方向に整列され、ケース出口開口部７４０は、導電性の導体７０４及びエミッタ電極７１８に、流体放出経路７３０内で流体３１０を静電霧化する電荷注入静電霧化装置を形成させる。逆に、絶縁体７０２が非分配位置に移動される（ｉｎｄｅｘｅｄ）場合、エミッタ電極７１８は、流体放出経路７３０をシールする（導体７０４よりむしろ）絶縁体７０２と整列される。さらに、エミッタ電極７１８は、静電霧化装置として作用するのを止め、エミッタ電極３１８からの電流フローはなくなり、流体３１０の流れは止められ、エミッタ電極で存在する高電圧は、分配装置の外部から隔離される。低い長さと直系の比の導体出口開口部７１２内に含まれる流体のみが、オリフィス構造移行の間、非最適霧化を潜在的に受ける。本発明のこの局面によって、エミッタ電極７１８は、分配装置又は内部に含まれる流体を損傷することなく及び操作者に危険を伴うことなく、動作電圧で連続的に維持されることが可能となる。この局面によって、また、流体３１０の噴霧は、絶縁体７０２の分配位置への移動（ｉｎｄｅｘｉｎｇ）直後に再開することが可能であり、電圧又は流体プロファイルを調整する必要がなく、この位置によって、エミッタ電極７１８が出口開口部７１２と再び整列する。

その広い発明概念から逸脱することなく、変更が上述の実施形態に行われ得ることは、当業者によって理解されよう。従って、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲内で改良を含むことが意図される。

Claims (18)

1. 流体を静電的に分配するための携帯装置であって、
   作動機構と、
   高電圧を供給するための高電圧発生器と、
   該高電圧発生器に電力を供給するための電源と、
   使い捨てカートリッジと、を備え、該使い捨てカートリッジは、
   前記流体を含むリザーバと、
   該リザーバから前記使い捨てカートリッジの第一の端部の外壁を通って延びる流体放出流路と、
   前記使い捨てカートリッジの第一の端部の外壁に隣接及び外壁の外側に配置される可動オリフィス構造と、を含み、該可動オリフィス構造は、少なくとも一つの出口開口部と、導体と、絶縁体と、を含み、前記少なくとも一つの出口開口部は、導体を貫通し、前記導体は、前記使い捨てカートリッジが分配位置に配置される場合、電気的に接地され、前記絶縁体は、前記可動オリフィス構造が非分配位置に配置される場合、前記流体放出流路及びエミッタ電極の外側端を覆うように位置決めされ、それによって、前記エミッタ電極及び流体を、前記使い捨てカートリッジの外部の環境から隔離し、前記可動オリフィス構造は、前記使い捨てカートリッジが前記分配位置に配置される場合、それによって前記流体放出流路に対して位置決めされるように前記作動機構に接続され、
   エミッタ電極先端部及びエミッタ電極端子を含むエミッタ電極と、該エミッタ電極端子は、前記使い捨てカートリッジの外側に配置されるとともに、前記エミッタ電極先端部は、前記使い捨てカートリッジの内側に配置され、前記エミッタ電極端子は、前記使い捨てカートリッジが分配位置にある場合、前記流体を静電的に荷電するために前記高電圧発生器に電気的に接続され、前記エミッタ電極先端部は、前記可動オリフィス構造が前記分配位置にある場合、前記少なくとも一つの出口開口部の一つと略軸方向に整列するように位置決めされ、
   前記エミッタ電極先端部から前記流体放出流路に延びるエミッタ電極流路と、該エミッタ電極流路は、前記エミッタ電極先端部と軸方向に整列され、
   それによって駆動されるために前記作動機構に接続される加圧機構と、該加圧機構は、前記使い捨てカートリッジに隣接して配置されるとともに、前記使い捨てカートリッジを変形及び加圧するために該使い捨てカートリッジの第二の端部に連通され、
   ハウジングと、該ハウジングは、前記作動機構の少なくとも部分、前記高電圧発生器、前記電源、及び前記加圧機構を略取り囲み、前記ハウジングは、前記使い捨てカートリッジを着脱可能に受けるための第一のカートリッジ収容部を含み、
   スプレー電荷散逸機構と、を含む、流体を静電的に分配するための携帯装置。
2. 前記スプレー電荷散逸機構は、静電芯（ｓｔａｔｉｃ ｗｉｃｋ）、ドラグライン、ブラシ片からなる群の少なくとも一つ、及びそれらの組み合わせである、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
3. 前記高電圧発生器は、前記使い捨てカートリッジが前記カートリッジ収容部内で固定される場合、励磁される、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
4. 前記可動オリフィス構造は、線形又は回転式である、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
5. 前記可動オリフィス構造の前記絶縁体は、少なくとも一つの切り欠きを介して前記作動機構に接続されている、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
6. 前記可動オリフィス構造は、回転式であり、
   前記絶縁体に結合されるソレノイドと、
   該ソレノイドを取り囲む第二の絶縁構造と、
   前記導体に結合される導電性ケースであって、少なくとも一つの開口部を含み、該開口部のそれぞれは、少なくとも一つの開口部の一つと整列される導電性ケースと、
   前記第二の絶縁構造に結合される複数の第二のエミッタ電極であって、該複数の第二のエミッタ電極のそれぞれは、前記可動オリフィス構造が前記分配位置にある場合、前記少なくとも一つの開口部の一つと整列される複数の第二のエミッタ電極と、
   をさらに備える、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
7. 前記ソレノイドは、連続回転によって又は搖動可能に作動される、請求項６に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
8. 前記エミッタ電極は、１マイクロメートルより大きくかつ１００マイクロメートルより小さい直径を有するトリエーテッドタングステンワイヤ電極又はランタン添加タングステンワイヤ電極である、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
9. 前記作動機構は、レバーを含む、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
10. 前記リザーバは、可撓性の、電気絶縁材料で形成される、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
11. 前記少なくとも一つの出口開口部の大きさは、５００マイクロメートル未満である、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
12. 前記少なくとも一つの出口開口部の大きさは、１２５マイクロメートル未満である、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
13. 前記少なくとも一つの出口開口部の大きさは、９０マイクロメートル未満である、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
14. 前記少なくとも一つの出口開口部の大きさは、７０マイクロメートル未満である、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
15. 前記少なくとも一つの出口開口部は切込みである、請求項１に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
16. 前記少なくとも一つの出口開口部の幅は、１２５マイクロメートル未満である、請求項１５に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
17. 前記少なくとも一つの出口開口部の幅は、７０マイクロメートル未満である、請求項１５に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。
18. 前記少なくとも一つの出口開口部の幅は、約５０マイクロメートルである、請求項１５に記載の流体を静電的に分配するための携帯装置。

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