KR100331215B1 - 정전기적 분무 장치 - Google Patents

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데이비드 엠 모이어
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Abstract

액체 성형물과 같은 물질을 분배하기 위한 장치는 노즐(12, 도 3)과, 노즐로 안내되는 통로(42)와, 통로(42)내의 물질의 슬러그를 안정화하기 위한 수단(50, 56, 52, 54)과, 작동기(36)의 작동에 반응하여 노즐로부터 물질의 슬러그를 공압식으로 분출하기 위한 수단(66, 68, 72, 74)과, 슬러그가 다음 분출을 위해 분쇄되는 경우 스프레이가 전기적으로 배출된 입자를 포함하도록 물질의 슬러그에 고전압을 가하기 위한 수단(32, 46, 44)을 포함한다.

Description

정전기적 분무 장치{DISPENSING DEVICES}
유럽 특허 출원 공개 제 EP-A-224 352 호에는 개별 측정된 양으로 활성 복합물을 분배하기 위한 정전기적 분무 장치가 개시되어 있다. 개시된 장치에 있어서는, 액체가 노즐의 팁으로 공급되고, 노즐로부터 이격된 전극과 노즐 사이에 전위차가 인가되어, 하나 이상의 띠 형태로 출구로부터 성형물을 빨아들여 비말로 분쇄하기에 충분한 강도의 전계가 노즐의 출구에 제공된다. 액체가 띠 형태로 빨아들여질 수 있도록, 액체는 전위차의 인가 시점에 노즐의 실제 팁에 존재하여야 한다. 액체 공급물은 장치내의 액체 용기로부터 또는 피펫 작용을 이용하여 별개의 공급원으로부터 액체를 흡인함으로써 노즐로 공급된다.
발명의 요약
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노즐과, 칼럼의 선단 표면이 노즐 출구로부터 이격되도록 노즐 출구로 안내되는 통로내에 분무될 물질의 칼럼을 배치하기 위한 수단과, 노즐로부터 상기 물질 칼럼 또는 그 일부분을 분출시키기 위한 수단과, 노즐로부터의 분출시에 칼럼의 분쇄에 의해 형성된 스프레이가 전기적으로 충전되도록 물질에 고전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 정전기적 분무 장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 칼럼의 선단 표면이 노즐 출구로부터 이격되도록 장치의 분무 노즐의 출구로 안내되는 통로내에 분무될 물질의 칼럼을 배치하는 단계와, 노즐로부터 상기 물질 칼럼 또는 그 일부분을 공압식으로 분출시키는 단계와, 노즐로부터의 분출시에 칼럼의 분쇄에 의해 형성된 스프레이 입자가 전기적으로 충전되도록 물질에 고전압을 인가하는 단계를 포함하는 정전기적 분무 방법이 제공된다.
바람직하게, 노즐 출구로부터 이격된 선단 표면과, 노즐로부터 슬러그의 분출을 실행하기 위해서 가압하의 공기, 가스 또는 증기가 공급될 수 있는 후단 표면을 구비하는 개별 슬러그로서 상기 물질의 칼럼이 통로내에 배치된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 노즐과, 노즐 출구로 안내되는 통로내에 분무될 개별적인 물질 슬러그를 배치하기 위한 수단(슬러그의 선단 표면이 노즐 출구로부터 이격되는 방식으로 행해지는 것이 바람직함)과, 노즐로부터 상기 슬러그를 공압식으로 분출시키기 위한 수단과, 노즐로부터의 분출시에 칼럼의 분쇄에 의해 형성된 스프레이가 전기적으로 충전되도록 물질에 고전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 정전기적 분무 장치가 제공된다.
통상적으로, 상기 물질은 단상 액체 성형물을 포함하지만, 본 출원인은 현탁 고체를 함유하는 액체의 형태인 물질을 본 발명의 응용예에서 배제하지 않는다. 예를 들면, 성형물은 혼합물에 하나 이상의 액체를 포함할 수도 있다. 예를 들면 성형물은 코의 충혈제거제와 같은 활성 성분과, 희석제와, 점성 및/또는 저항률 변경제와 같은 다른 약품을 포함할 수도 있다. 또한, 본 출원인은 칼럼의 물질이 예를 들면 분말과 같이 액체가 아닌 공압식으로 이송가능한 유동성 물질의 형태로 되는 것도 배제하지 않는다.
본 발명의 상기 일 실시예에 따른 장치에 있어서, 바람직하게는 개별 슬러그의 형태로 된 분무될 물질의 칼럼이 통로내에 배치되는데, 이 칼럼/슬러그는 그 선단 표면(메니스커스)이 노즐 출구로부터 이격되도록 위치된다. 이것은 칼럼/슬러그가 노즐 출구로부터 깨끗하게 분출되도록 하는데, 그 이유는 칼럼/슬러그가 노즐 팁쪽으로 이동할 때 가속을 받아서 그것이 노즐 팁에 도달하기 전에 액체에 비교적 높은 속도가 부여될 수 있기 때문이다. 예를 들면 액체가 공압식으로 변위되기 전에 액체 선단의 메니스커스가 노즐 팁에 있도록 액체가 위치된다면, 액체가 분무 작동의 개시시에는 저속을 가질 것이고, 이 상황에서는 분무 작용을 개시할 때 노즐에 스프레이가 부착되는 경향이 있다는 것을 본 출원인은 발견하였다. 유사하게, 바람직한 방법 및 장치는 노즐 출구로 안내되는 통로내에서 액체의 슬러그를 고립시키기 때문에, 슬러그는 후단 표면을 구비하고 그리고 스프레이 부착이 발생할 심각한 가능성 없이 노즐로부터 깨끗하게 배출될 수 있다. 전술한 스프레이 부착은 통로내의 액체가 그것을 유도할 액체 본체로부터 격리되지 않고 그것의 연속물로 되어 있는 경우에 일어날 수 있는 것이다.
바람직하게는, 노즐 출구에서 또는 노즐 출구 근방에서 물질에 고전압이 인가된다.
본 발명의 더 좁은 실시예에 따르면, 노즐과, 슬러그의 선단 표면이 노즐 출구로 안내되는 감소된 단면부의 상류에 위치하도록 노즐의 출구로 안내되는 통로내에 액체 칼럼을 배치하기 위한 수단과, 상기 슬러그를 노즐로부터 제트로서 공압식으로 분출시키기 위한 수단과, 상기 제트의 분쇄에 의해 형성된 스프레이의 비말이 전기적으로 충전되도록 슬러그에 고전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 정전기적 분무 장치가 제공된다.
특정범위의 저항률로 제한하는 것은 아니지만, 본 발명은 저저항률 물질(특히 액체), 예를 들면 1 × 103ohm ㎝ 이하와 같이 1 × 104ohm ㎝ 보다 훨씬 작은 저항률을 가진 액체를 비롯한 약 1 × 107ohm ㎝ 미만의 체저항률(bulk resistivity)을 갖는 액체에 특별한 적용성을 갖는다.
바람직하게는, 노즐로부터의 출구 지점에서 물질의 제트가 300 미크론보다 크지 않고 통상 약 15 미크론보다 작지 않은 직경을 갖도록 구성된다. 예를 들면, 출구 지점에서 제트의 직경은 약 20 내지 약 150 미크론 범위, 보다 바람직하게는 25 내지 125 미크론 범위, 가장 바람직하게는 30 내지 80 미크론 범위일 수도 있다.
분무될 물질의 출구 지점에서 노즐의 표면이 코로나 방전(corona discharge)을 발생시키는 경향을 갖지 않도록 노즐을 설계하는 것이 바람직하다. 따라서, 종래 기술인 유럽 특허 출원 공개 제 EP-A-510 725 호에 개시된 바와 같이, 분무될 물질이 저저항률을 가지는 경우에는 끝이 뭉툭한 노즐(bluff-ended nozzle)이 바람직하다.
슬러그의 공압식 분출을 실행하기 위해서 발생된 유체 압력은 사용자가 작동 수단을 작동시키는 것에 반응하여 편리하게 발생되며, 이러한 작동 수단의 작동에 동반하여 공압식 분출을 위한 준비로서 노즐 출구로 안내되는 통로에 칼럼/슬러그가 주입될 수도 있다. 주입 작용 및 유체 압축은 거의 동시에 이뤄질 수도 있으며, 작동 수단을 작동시키면 분무될 물질에 고전압을 인가하기 위한 수단과 연결된 고전압 발생기의 작동이 동반하여 일어나도록 구성됨으로써 사용자가 단일 동작으로 작동 수단을 작동시키는 것에 반응하여 전술한 모든 동작이 칼럼/슬러그의 분출과 함께 실행된다. 예를 들면, 작동 수단은 통상 대기 상태로 있을 수도 있으며, 작동 수단이 작동하면 처음에는 유체의 압축과 노즐로 안내되는 통로에의 슬러그/칼럼 주입이 수반되고, 다음에 압축 유체가 통로의 내부와 연통하며 그리고 고전압을 인가하는 수단이 작동하여서, 슬러그가 유체 압력에 의해 변위될 때 슬러그에 고전압이 인가되는 노즐 출구의 중간에서 또는 그 근방에서 슬러그가 접촉 영역을 횡단하도록 구성된다.
사용자측의 단일 동작에 반응하여 모든 동작이 수행되는 것 대신에, 그들 동작이 분리되어 있을 수도 있다. 예를 들면, 제 1 작동기를 작동시키는 것에 반응하여 슬러그/칼럼이 상기 통로에 적어도 주입되며, 제 2 작동기를 작동시키는 것에 반응하여 유체(필요한 경우)의 압축과 고전압의 인가 및 압축 유체와 슬러그/칼럼 사이의 연통이 이뤄질 수도 있다. 액체의 분출을 위해 사용되는 유체가 사전압축되어 있는 것이 아니라 장치를 이용하는 과정에서 압축되어야 하는 경우에는, 제 1 작동기 또는 제 2 작동기의 작동에 반응하여 그러한 압축이 실행될 수도 있다. 이러한 방식으로 장치를 분리 작동시키는 것은 예를 들면 장치가 코의 충혈제거제 스프레이로서 기능하는 경우 필요한 것과 같이 주입이 실행되기 전에 임의의 모든 특정 위치에 노즐을 위치시켜야 할 필요없이 사용 준비를 위하여 사용자가 초기에 장치에 주입을 실행하는 것이 더욱 편리한 경우에 바람직할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 작동 수단은 사용자에 의해 대기 상태로부터 변위될 수 있으며, 예를 들면 스프링 설치와 같은 것에 의해 대기 상태로 가압되어서, 사용자가 작동을 행한 후에 대기 위치로 자동적으로 복귀될 수도 있다. 따라서, 예를 들면 사용자가 작동기를 대기 상태로부터 변위시키면 (그리고 선택적으로 상기 통로에 주입하는 것에 의해) 상기 유체 압축이 수반될 수도 있으며, 작동기가 자동으로 복귀하면 칼럼 또는 슬러그의 공압식 분출, 및 칼럼 또는 슬러그에의 고전압 인가가 수반될 수도 있다. 선택적으로, 사용자가 작동수단을 대기 상태로부터 일방향으로 변위시키면 상기 유체 압축과 칼럼 또는 슬러그의 분출 및 슬러그에의 고전압 인가가 수반될 수도 있다. 작동기의 복귀 행정은 다음 분배 동작을 위한 준비로서 장치를 복귀시킬 수도 있으며, 예를 들면 전압원의 무용화 및 통로에의 새로운 슬러그/칼럼 주입이 수반될 수도 있다.
전형적으로, 공압식 분출은 약 100㎕까지의 칼럼 물질을 노즐로부터 반송하는 것을 포함할 것이다. 통상적으로, 각 동작에서 반송되는 양은 약 2 내지 50㎕ 범위의 실질적으로 일정한 용적일 것이다.
노즐을 만드는 물질은 분무될 물질이 공압식 분출전에 특히 그 분무될 물질이 수용되어 있는 통로의 영역 위에 부착되는 경향을 갖지 않는 것이 바람직하다. 분무될 물질이 액체 또는 액체 기제의 성형물인 경우에는, 노즐이 PTFE와 같이 저습윤성을 가진 소수성 물질로 적어도 부분적으로 제조되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 노즐은 액체 "크리프(creep)" 및 습윤성이 나타나도록 상기 통로의 영역내에 및/또는 노즐 출구 둘레의 외부 표면에 소수성 피복물을 구비할 수도 있다. 예를 들면, 피복물은 유기-실리콘 화합물일 수도 있다.
바람직하게, 노즐의 팁 영역은 팁 영역의 상류에 있는 노즐 부분에 비해서 그 직경이 작다. 통상적으로 노즐 출구로 안내되는 통로의 직경은 가압 유체가 칼럼 또는 슬러그를 우회하는 경향을 방지할 수 있을 정도로 충분하게 미세할 것이다.
본 발명의 장치는 단일체로서 휴대형일 수도 있다. 즉, 본 발명의 장치는 고전압 발생기와 분무될 물질을 보유하는 용기를 구비하는 하우징을 포함하며, 노즐 튜브는 그 내로 물질의 칼럼 또는 슬러그를 이송하기 위한 수단과, 노즐 출구로부터 물질의 칼럼 또는 슬러그를 공압식으로 분출시키기 위한 수단을 구비한다. 어떤 응용예에 있어서는, 본 발명의 장치가 손으로 쥐고 사용하기에 적당할 수도 있는데, 바람직하게는 그 장치를 잡고 있는 손을 이용하여 장치를 조작함으로써 장치의 작동을 실행하도록 될 수도 있다. 예를 들면, 이러한 조작은 손가락중 하나 또는 엄지손가락을 이용하여 장치의 하나 이상의 작동기를 작동시키는 것을 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 응용예에 있어서, 본 발명의 장치는 단일체로서 휴대형일 수도 있지만 지지 표면상에 위치하도록 설계될 수도 있다. 예를 들면 본 발명의 장치는 실내 방향(芳香) 및/또는 공기 정화에 적합한 성형물을 분배하기 위해 사용될 수도 있으며, 이 경우에는 창턱 또는 선반과 같은 수평 표면상에 위치시키거나 또는 벽과 같은 수직 표면상에 장착하도록 설계될 수도 있다.
어떤 경우에는, 장치가 상기와 같은 휴대형이 아니라, 예를 들면 제품의 피복시에 또는 이에 표시제를 도포할 때에 고정된 유닛으로서 설계될 수도 있다. 이 경우에, 피복물 또는 다른 성형물이 제품에 도포될 위치에 제품이 존재하는 것을 감지하도록 배열된 센서에 의해 장치의 작동이 자동적으로 개시될 수 있다.
상술한 각각의 경우에, 즉 휴대형 장치, 손으로 잡을 수 있는 장치 및 고정된 장치의 경우에, 장치의 동작은 하나의 작동기 또는 하나 이상의 작동기나 센서의 작동에 반응하여 간단하게 개시되며, 그러한 작동 후에는 다음 단계, 즉 ① 상기 통로내로 분무될 물질을 이송하는 단계와; ② 칼럼/슬러그를 공압식으로 분출하는 단계와; ③ 분출과정에서 칼럼/슬러그에 고전압을 인가하는 단계가 개시되도록 구성된다.
고전압은 단극일 수 있고, 본 출원인의 종래 기술인 유럽 특허 출원 공개 제 EP-A-468 735 호 및 제 EP-A-468 736 호에 개시된 바와 같이 이극일 수도 있으며, 상기 공보의 전체 개시 내용은 참고로 본원에 인용된다. 따라서, 이극 전압은 충격 억제의 수단을 고정하고 및/또는 유럽 특허 출원 공개 제 EP-A-468 735 호 및 제 EP-A-468 736 호에 개시된 바와 같이 절연 타겟(예를 들면 헤어 스프레이의 경우와 같음)의 분무를 용이하게 하도록 이용될 수도 있다. 이극 전압 공급원이 이용되는 경우에는, 노즐로부터 방출된 물질의 연속 슬러그(또는 슬러그의 연속적인 그룹)가 반대 극성의 전압으로 충전되도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 물질의 연속 슬러그(또는 슬러그의 연속적인 그룹)가 반대 극성의 전압으로 충전되는 방식으로 공압식 분출로 인해서 방전된 물질에 전압을 인가하는 것을 조정하기 위한 수단이 제공될 수도 있다. 이것은, 장치의 각 작동마다 단 하나의 슬러그가 배출되지 않고 다중 슬러그가 분출되는 경우에 특히 그러하다.
전술한 바와 같이 본 발명의 각종 실시예에 있어서는, 슬러그가 장치내의 물질 용기로부터 물리적으로 분리된 후에만 각각의 물질 슬러그에 전압이 인가되도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 노즐과, 분무될 물질을 보유하기 위한 용기와, 상기 용기를 노즐에 연결하는 통로와, 상기 분무될 물질로 이루어진 칼럼의 후단 표면이 용기내의 물질의 나머지로부터 분리되도록 상기 물질의 칼럼을 통로 내에 배치하여서 그 사이의 갭에 의해 노즐의 팁과 용기 사이에 전기 절연이 제공되도록 하는 수단과, 노즐로부터의 분출시에 칼럼을 분쇄함으로써 형성되는 스프레이 입자가 전기적으로 충전되도록 액체의 칼럼에 고전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 정전기적 분무 장치가 제공된다.
이러한 방식에 있어서는, 고전압이 인가되는 물질의 칼럼 또는 슬러그로부터 용기내의 물질의 전기적 분리를 확고히 할 수 있다. 이것은 또한 필요한 경우 용기가 접지될 수 있게 하며, 용기내의 물질로부터 사용자를 반드시 절연시켜야 할 필요없이 장치 하우징의 일부인 용기를 손으로 잡고 있을 수도 있다. 분무 동안에 장치의 용량이 대폭 감소될 수 있기 때문에 전압이 인가되는 칼럼 또는 슬러그로부터 분무될 물질의 본체부를 전기적으로 분리시키는 것이 특히 유익할 수도 있으며, 전압이 훨씬 소량의 분무될 물질에 인가되기 때문에 고전압을 가할 때에 전계를 훨씬 급속히 축적하는 것이 가능하다. 전압이 이극성인 경우에, 장치내에 저장된 물질의 본체부가 발생되는 전압 변동을 받지 않으며, 물질의 슬러그가 노즐로부터 깨끗하게 분출되기 때문에 스피팅(spitting)이 발생할 가능성이 감소된다.
이제까지, 본 발명은 스프레이 입자가, 고전압을 인가함으로써 전기적으로 충전되는 스프레이를 발생하는 것에 대해서 규정되었다. 그러나, 본 출원인은 고전압 공급원을 제거할 가능성을 배제하지 않는다. 본 발명의 이러한 실시예에 있어서, 노즐과, 상기 노즐로부터 분무될 물질을 보유하기 위한 용기와, 노즐로 안내되는 통로에 용기내의 물질의 본체부로부터 물질을 주입하기 위한 수단과, 노즐로부터 주입된 물질을 공압식으로 분출하기 위한 수단을 포함하는 분무 장치가 제공된다.
본 발명의 이러한 실시예에 있어서, 예컨대 분무될 물질은 액체 성형물을 포함하며, 이 경우에 액체는 유압 분쇄의 결과로 스프레이를 형성한다. 물질이 분말을 포함하는 경우에는 분말이 분산된 다음 노즐로부터 분출되는 결과로서 스프레이가 형성될 수도 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예로서 하기에 설명된다.
본 발명은 분배 장치(dispensing devices)에 관한 것이다.
본 발명은 예를 들면 공기 청정, 공기 정화, 살충 분무, 개인 치료/위생 제품(예를 들면, 탈취제, 화장품, 향수) 및 코와 호흡관 스프레이와 같은 의약품 및 유사의약품을 비롯한 응용예에서 사용하기 위한 정전기적 분무 장치(electrostatic spraying device)에 관한 것이다.
본 발명은 적은 양의 물질을 상대적으로 짧은 시간 동안에 효율적으로 분배할 수 있는 장치를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명에 사용하기 위한 노즐의 개략도,
도 2는 분무될 액체의 슬러그 또는 칼럼이 노즐로부터 부분적으로 분출된 것을 도시한 것으로 도 1과 유사한 개략도,
도 3은 코의 충혈제거제 등의 성형물을 반송할 때 사용하기 위한 본 발명의 실시예를 도시하는 개략도,
도 4는 작동 시퀀스가 단일 작동기에 의해 실행되는 다른 실시예의 개략도,
도 5 및 도 6은 도 1 및 도 2와 유사하지만 변형된 액체 배출 방법을 도시하는 도면.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 작동 원리를 도시하는 도면이다. 장치는 출구를 형성하는 일 단부에서 팁(12)으로 종료되는 노즐 튜브(10)를 포함하며, 분무될 액체는 사용시에 출구로부터 분배된다. 분무될 액체는, 칼럼 또는 슬러그(14)의 선단 표면이 노즐의 팁(12)으로부터 이격되는 방법으로 노즐 튜브(10)내에 칼럼 또는 슬러그(14)로서 배치된다. 이러한 방식으로, 칼럼(14)의 선단 표면과 노즐 팁 사이에 공기 포켓이 존재한다. 또한, 노즐 튜브(10)로부터 칼럼(14)을 분출하기 전이나 분출하는 동안에는, 칼럼(14)의 후단 표면에 공기(또는 다른 가스 또는 증기) 포켓이 배치된다. 칼럼(14)은 그 후단 표면에 가해진 가압 가스 또는 증기에 의해 노즐 튜브(10)로부터 분출된다(화살표 P 참조). 튜브(10)의 직경은 가압된 가스 또는 증기가 칼럼(14)을 우회하지 않을 만큼 충분히 작다.
전압 발생기(도시하지 않음)에 의해 예를 들면 전형적으로 1 내지 8kV 정도(장치의 특정 용도에 따라 좌우됨)의 고전압이 노즐 튜브에 인가된다. 이러한 목적을 달성하기 위해서, 튜브(10)는 분무될 액체에 고전압을 인가하기 위한 설계 목적으로 충분히 전기 전도성으로 된 섹션(16)을 포함한다. 섹션(16)의 상류에 있는 튜브의 나머지는 전기 절연물질로 제조된다. 섹션(16)의 하류에 있는 튜브 부분은 전기 절연성일 수도 있지만, 바람직한 것은 그 후단 표면이 전극 섹션(16)을 제거한 후에 하류 부분이 그 내의 나머지 액체에 전압을 전도하는 몇몇 수단을 구비하는 것이다. 따라서, 섹션(16) 하류의 튜브 부분은 반전도성(semi-conductive)일 수도 있고, 그 내부 표면을 따라 전도성 트랙 또는 반전도성 트랙 등을 구비할 수도 있다.
작동시에, 압축 유체가 튜브(10)에 가해지는 경우, 칼럼(14)은 노즐(12)쪽으로 변위되어 섹션(16)을 통과하며, 섹션(16)에서 칼럼은 전기적으로 충전된다. 노즐 팁(12)에 도달하기 전에, 칼럼(14)은 가압 유체에 의해 가속되며, 그 결과 칼럼(14)의 선단 면이 노즐 팁에 도달하는 시간까지 급속하게 이동할 것이다. 이러한 방식으로, 가속될 때까지는 액체가 노즐 팁에 도달하지 않기 때문에 분무 동작시에 깨끗한 출발이 이루어진다. 튜브(10)로부터의 분출시의 칼럼(14)은 안정적인 제트(18)를 형성하며, 이 제트는 스프레이로서 분산되는 전기 충전 입자로 분쇄된다. 액체의 경우에, 제트의 분쇄는 본질적으로는 주로 유압식일 수도 있고, 또 주위 또는 분무될 타겟에 비해서 노즐 팁의 영역이 우세한 높은 전위 구배로부터 적어도 어느 정도까지는 영향을 받을 수 있다. 후자의 경우에, 노즐 팁(12)으로부터 빠져나올 때 칼럼에 의해 형성된 제트는 본 출원인의 종래 기술인 유럽 특허출원 공개 제 EP-A-510 725 호에 개시된 방법으로 어떤 정전기적으로 유도된 네킹을 경험할 수도 있다. 상기 특허 출원의 전체 개시 내용은 참고로 본원에 인용한다.
일단 전체 칼럼(14)이 분출되면, 가압 유체는 노즐 팁(12)으로부터 계속 방출되어, 다음 작동이 용이하도록 튜브를 퍼지하는 작용을 한다. 가압 유체에 의해 실행된 퍼지 작용은 흩어진 액체가 노즐 팁(12)의 근처에 잔류하는 경향을 감소시킨다. 그렇게 하지 않으면 분무 동작의 종료시 및/또는 다음 분무 동작의 개시시 스프레이가 노즐 팁에 지저분하게 부착될 수 있을 것이다. 노즐 팁(12)은 칼럼이 노즐 출구를 통해 "충격 분출"됨으로써 제트(18)의 속도를 증가시키도록 도시된 바와 같이 감소된 직경을 갖는 것이 바람직하다. 노즐 팁(12) 직경의 그러한 감소는 일 단부를 좁혀서 튜브를 인발함으로써 또는 일 단부가 막히도록 튜브를 성형한 다음 레이저 드릴링 또는 초음파 드릴링에 의해 막힌 단부에 소경 구멍을 드릴링함으로써 이루어진다.
전형적으로, 칼럼(14)의 체적은 주어진 용도에 대해서 실질적으로 일정할 것이며, 대략 2 내지 100 마이크로리터 범위, 보다 통상적으로는 2 내지 50 마이크로리터 범위일 것이다. 노즐을 적절히 설계하는 것에 의하여, 특히 노즐 팁의 출구 직경을 적절히 설계하는 것에 의하여 광범위한 체저항률을 가진 물질을 성공적으로 분무할 수 있다. 예를 들면 액체의 경우에, 1 × 103ohm ㎝ 정도로 낮은, 심지어는 보다 낮은(예를 들면 2 × 102ohm ㎝) 체저항률을 가진 액체에 의하여 만족스러운 분무를 이룰 수 있다는 것을 발견하였다. 그렇지만 체저항률이 이렇게 낮으면 상술한 "네킹(necking)" 효과가 통상은 관찰되지 않는다. 유럽 특허출원 공개 제 EP-A-510 725 호에 개시된 바와 같이, 매우 미세한 비말 사이즈가 필요한 경우에는 정전기적으로 유도된 네킹이 유익하다. 저항률이 매우 낮은 액체를 이용하는 경우에는, 경우에 따라서 소경의 노즐 출구를 사용함으로써 모든 중요한 정전기적으로 유도된 네킹의 비존재를 보상할 수 있다.
전형적으로 노즐 팁의 출구 직경은 300 미크론 이하이고, 통상적으로 약 150 미크론 이상이다. 예를 들면, 출구 직경은 약 20 내지 약 150 미크론, 보다 바람직하게 25 내지 125 미크론, 가장 바람직하게는 30 내지 80 미크론일 수도 있다.
도 3을 참조하면, 코의 분무기는 손으로 잡아 사용하기에 적당한 크기로 된 하우징(30)을 포함한다. 하우징은 고전압 발생기(32)와, 이 발생기에 동력을 공급하기 위한 저전압 전지 서플라이(34)를 수용한다. 전지 서플라이는 경우에 따라서 재충전가능한 유형을 가질 수도 있는 하나 이상의 교체가능한 전지를 포함할 수도 있다. 전형적으로, 발생기는 약 1 내지 3㎸로부터 약 12 내지 15㎸까지, 바람직하게는 2 또는 3㎸로부터 약 9 내지 12㎸까지의 고전압 출력을 생성한다. 발생기(32)의 작동은 장치를 한손으로 잡은 상태에서 사용자가 작동시킬 수 있도록 적절히 위치된 스위치 작동기(36)에 의해 제어된다. 이 실시예에서, 스위치 작동기(36)는 푸쉬버튼 스위치를 가지며, 장치를 손바닥으로 잡은 상태에서 엄지손가락 또는 다른 손가락으로 조작을 용이하게 할 수 있도록 하우징(10)의 대체로 중앙에 위치된다. 예를 들면 하우징(30)상의 스위치 작동기(36)와 같은 부위에 어떤 형태의 접점을 제공함으로써 사용자를 통하여 어스 리턴 경로를 설정하여서 장치를 손으로 잡고 있을 때 어스로의 접속이 사용자를 통해 제공되도록 할 수도 있다.
하우징(30)은 양호한 전기 절연 특성을 가진 플라스틱 물질로 제조되며, 저렴하고 콤팩트한 발생기를 사용할 수 있도록 종래 기술인 유럽 특허출원 공개 제 EP-A-441 501 호의 개시내용에 따라 설계된다. 노즐(38)은 하우징(30)의 일 단부에 제공되며, 하나 이상의 구멍(도시하지 않음)을 구비할 수도 있는 노즈편(40)내에 위치된다. 상기 구멍은 코를 통한 흡입 과정에서 사용자가 공기를 흡인하는 통로가 된다. 노즐(38)은 전기적으로 절연성의 비습윤 플라스틱 물질(예를 들면 PTFE)로 편리하게 제조되며, 전기 절연 물질로 된 튜브의 형태일 수도 있는 축방향 연장 통로(42)와 연통한다. 노즐(38)의 팁 근방에서, 통로(42)는 원통형일 수도 있는 전극(44)을 포함하며, 상기 전극의 내경은 통로(42)의 내경과 대체로 일치한다. 전극(44)은 도선(46)을 거쳐서 발생기(32)의 고전압 출력에 접속된다. 발생기(32)는 스위치 작동기(36)의 작동에 의해 기동되며, 스위치 작동기(36)의 부분(36A)은 작동기(36)가 스프링(49)의 작동에 대항하여 하우징에 대해 내측으로 변위될 때 캠 작용에 의해 스위치 접점(48)의 폐쇄를 실행하도록 배치된다. 접점(48)을 폐쇄하면 발생기(32)와 저전압 서플라이(34)를 포함하는 회로가 완성되어 발생기에 동력을 공급한다. 발생기는 유럽 특허출원 공개 제 EP-A-441 501 호에 개시된 설계를 가질 수도 있다. 스프링(49)은 발생기(32)의 비작동에 대응하는 위치로 스위치 작동기(36)를 바이어스시키는 작용을 한다.
용기(50)로부터의 액체는 플런저(56)의 변위에 반응하여 튜브(52) 및 일방향 밸브(54)를 거쳐 통로(42)로 공급된다. 플런저(56)는 노즐 단부로부터 먼쪽의 하우징 단부에서 스템(57)에 의해 미끄럼 장착식 작동기(58)에 연결된다. 용기(50)는 교체가능한 "플러그 접속식(plug-in)" 카트리지일 수 있다. 이 경우에 작동기는 래칫(62)과 협동 작용하도록 하우징내에 장착된 멈춤쇠(60)의 제어하에서 증분식으로 작동가능하며, 상기 래칫(62)은 하우징의 먼쪽 단부를 둘러싸는 캡의 형태로 된 작동기(58)의 내부에 제공된다. 분배될 액체는 용기(50)로부터 튜브(52)를 통해 밸브(54)까지 연장되어, 작동기(58)의 각각의 증분 이동에 반응해서 작은 액체 슬러그가 튜브(52)로부터 이송되어 도 1에 도시된 방법으로 통로(42)에서 방출되도록 한다.
또한, 작동기의 단계적 작동은 스템(64)상에 장착된 플런저(68)의 변위를 통해 용기(66)내의 공기를 압축시키는 작용을 한다. 공기는 밸브(70)를 거쳐 압력 챔버(72)내로 유입되고, 상기 압력 챔버(72)는 작동기(36)에 의해 지지되는 활주 밸브(74)의 제어하에서 통로(42)와 연통할 수 있다. 활주 밸브(74)는 작동기(36)가 작동할 때 통로(42)와 정렬하도록 이동하는 포트(76)를 포함한다. 통상적으로, 밸브(74)는 압력 챔버(72)를 통로(42)로부터 분리시키는 작용을 한다. 그러나, 포트(76)가 통로(42)와 정렬하도록 이동하여 압력 챔버(72)와 연통하게 될 때에는 압축 공기의 펄스가 분출되어 통로로부터 액체의 슬러그를 방출시키는 역할을 한다. 포트(76)가 통로(42)와 정렬되면 발생기의 기동이 수반되며, 그 결과 액체가 노즐 팁쪽으로 이동할 때 고전압이 전극(44)을 통해 액체에 인가된다. 고전압이 액체에 인가되는 시점에서, 슬러그의 후단 표면은 통로(42)와 튜브(52) 사이의 접합부의 하류에 있을 것이며, 따라서 슬러그는 튜브(52) 및 용기(50)내의 액체로부터 물리적 및 전기적으로 차단될 것이다. 결과적으로, 장치의 관련 부품이 전기 절연재로 제조된다면, 용기(50)내의 액체는 어스 전위에 있거나 또는 어스 전위에 근접해 있을 것이다. 노즐 팁내의 통로(80)는 도 1에 도시된 실시예와 관련하여 언급한 이유 때문에 통로(42)에 비해 감소된 단면을 갖는다.
작동시에, 사용자는 우선 장치를 기동시키고, 작동기(58)를 작동시킴으로써 즉 도 3에서 방향(A)으로 변위시킴으로써 공기를 압축한다. 이것은 액체의 슬러그가 다음 작동 단계를 위한 준비로서 통로(42) 내로 도입되게 한다. 다음에, 사용자는 노즈편(40)을 분사하고자 하는 콧구멍과 정렬시키고 작동기(36)를 작동시킨다. 작동기는 그의 초기 이동 부분중 스위치(48)를 작동시켜서 발생기(32)를 기동시키고, 그 후 포트(76)를 통로(42)와 정렬하도록 이동시킴으로써 챔버(72)로부터 공기 펄스를 방출시키고, 그러면 액체 슬러그가 도 2와 관련하여 설명한 방식으로 분출된다. 작동기(36)를 작동시키는 것과 동시에, 사용자는 적당한 노즐을 통해 흡입하여 노즈편(40)을 통해 공기 흐름을 발생시킴으로써 비강(nodal cavity) 내로 스프레이를 흡인하는데 도움을 주지만, 이것이 장치의 작동에 있어서 필수적인 것은 아니다. 스프레이 비말은 전기적으로 충전되기 때문에, 비강의 내층상에 그리고 상부 호흡관 내에 급속히 용착되어서, 스프레이의 관통이 제한되도록 할 것이다.
분무중 스프레이가 장치의 부분상에 용착되는 모든 경향은 분무 동안에 수집되는 임의의 전하를 보유하려는 경향이 있는 노즈편을 양호한 전기 절연 물질로 제조함으로써 감소될 수 있다. 따라서, 분무가 개시되면, 노즈편상에 생긴 약간의 전하 용착물에 코로나 효과가 유도되며, 그것에 의해서 유사 대전 스프레이 입자가 쫓겨날 수도 있을 것이다.
도 4를 참조하면, 이 실시예는 사용자쪽에서 단일 작동에 의해 장치를 작동시킬 수 있도록 구성되어 있는 것을 제외하고는 도 3의 실시예와 유사하다. 이 장치는 파지하여 사용하기에 적당한 크기의 하우징(80)을 포함한다. 이 하우징(80)은 고전압 발생기(82), 및 이 발생기에 전력을 인가하기 위한 저전압 전지 서플라이(84)를 수용한다. 발생기(82)의 작동은 장치를 한손으로 잡고 있는 상태에서 사용자가 작동시킬 수 있도록 적절히 위치된 스위치 작동기(86)에 의해서 제어된다. 예를 들면 하우징(80)상에 임의 형태의 접점을 제공함으로써 사용자를 통해 어스 리턴 경로를 설정하여서, 장치를 손으로 잡고 있을 때 사용자를 통해 어스에의 접속이 제공되도록 할 수도 있다.
노즐(88)이 하우징(80)의 일 단부에 제공되는데, 이 노즐은 하나 이상의 구멍(도시하지 않음)을 구비할 수도 있는 노즈편(90)내에 위치되며, 상기 구멍은 코를 통한 흡입 과정에서 사용자가 공기를 흡인하는 통로가 된다. 노즐(88)은 전기 절연성의 비습윤 플라스틱 물질(예를 들면, PTFE)로 편리하게 제조되며, 전기 절연 물질로 된 튜브의 형태일 수도 있는 축방향 연장 통로(92)와 연통한다. 노즐(82)의 팁 근처에서 통로(92)는 전극(94)을 구비하는데, 전극(94)은 통로(92)의 내경과 대체로 일치하는 내경을 가진 원통형일 수도 있다. 노즐내에 제공된 종단 통로(130)는 상술한 이유 때문에 감소된 단면을 갖는다. 전극(94)은 도선(96)을 거쳐 발생기(82)의 고전압 출력에 접속된다. 발생기(82)는 공전이 일어난 후에, 슬라이드(152)상에 장착된 아암(150)을 거쳐 스위치 작동기(86)의 작동에 의해 기동되며, 작동기(86)의 전방 말단과 슬라이드(152) 사이에는 갭(154)이 있다. 따라서, 작동기(86)가 스프링(99)의 작동에 대항하여 하우징에 대해 내측으로 변위되면, 작동기(86)의 전방 말단이 슬라이드(152)에 접촉하여 그것을 도 4에 도시한 바와 같이 좌측으로 변위시키며, 그 결과 스위치(98)가 작동하여 발생기(82)를 작동시키고, 그에 따라 전극(94)에 고전압이 인가된다. 작동기(86)의 해제시에, 작동기 및 슬라이드(152)는 스프링(99, 158)에 의해 도시된 위치로 복귀된다.
용기(100)(본래의 축척으로 도시되지 않음)로부터의 액체는 스템(107) 및 아암(108)에 의해 작동기(86)에 연결되어 있는 플런저(106)의 변위에 반응하여 튜브(102) 및 일방향 밸브(104)를 거쳐 통로(92)로 공급된다. 용기(100)는 교체가능한 "플러그 접속식(plug-in)" 카트리지 형태일 수도 있다. 용기(100)내의 액체는 작동기(86)의 복귀 운동 동안에 일방향 밸브(110)를 거쳐 튜브(102)내로 흡인되며, 작동기(86)의 내측 변위에 반응하여 통로(92)내로 슬러그로서 분출된다. 공전(154)에 대해서 통로(92)내로의 액체 주입 시점과 발생기(82)의 작동 시점 사이에 지연이 유도된다.
또한, 작동기(86)의 내측 변위는 스템(116) 및 아암(108)에 의해서 작동기에 연결되어 있는 플런저(114)를 변위시킴으로써, 튜브(119) 및 일방향 밸브(122)를 거쳐 용기(118) 및 관련 튜브(124)에 공기를 공급하여 소정 양의 가압 공기를 용기(118)내에 유지시킨다. 튜브(124)는 통로(92)와 연통될 수 있지만, 밸브로서 작용하는 슬라이더(152)에 의해 통상적으로 통로(92)로부터 분리되어 있다. 슬라이드가 작동기(86)에 의해 충분하게 변위되어 포트(126)를 튜브(124)와 정렬시킬 때 튜브(124)와 통로(92) 사이의 연통이 이루어진다. 이것은, 튜브(124)와 통로(92) 사이 연통이 설정되기 앞서 스위치(150)가 발생기(82)를 기동시키는 방식으로 위상조절된다. 일단 연통이 이루어지면, 공기의 펄스가 통로를 따라 이동하여 도 1 및 도 2와 관련하여 기술한 방식으로 통로(92)내의 액체 슬러그를 노즐(88)로부터 분출시킨다.
작동기(86)의 복귀 운동과 그에 따른 플런저(114)의 복귀 운동중 밸브(132)를 거쳐 필터 역할을 하는 종단 통로(130)를 통해 공기가 장치내로 흡인된다. 용기(118)는 이 용기가 충분하게 가압되어 분배동작을 개시하였는지에 대해 가시적 표시를 제공하는 수단을 구비할 수도 있다. 최초에, 장치가 분배 작동을 위해 사용될 수 있기 전에, 플런저(106)가 작동될 수 있는 실린더와 이와 관련된 튜브(102)는 충전되어야 한다(예를 들면 제조 공정의 일부임).
상술한 바와 같이, 작동기(86)의 단일 작동에 반응하여 작동의 시퀀스가 실행되는 것을 알 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 초기에 장치가 사용을 위해 준비되면, 사용자는 우선 노즈편(90)을 적당한 콧구멍과 정렬시키고, 다음에 작동기(86)를 내측으로 누르면 그 결과 하기의 시퀀스가 수행된다:
· 플런저(106, 114)가 작동하고, 그 결과 액체 슬러그가 튜브(92)내로 주입되고 용기(118)가 가압된다.
· 발생기가 작동하여 전극(94)에 고전압을 인가한다.
· 튜브(92)를 따라 공기 펄스가 전달된다.
· 액체 슬러그가 전기적으로 충전된다.
· 액체 슬러그가 분출되면서 스프레이의 형태로 분쇄된다.
작동기(86)가 해제되어 도시된 위치로 복귀하는 경우에는, 플런저(106, 114) 및 활주 밸브(152)가 도시된 위치로 모두 복귀되고, 그에 동반하여 튜브(102, 119)내의 액체 및 공기의 보충과 발생기(82)의 작동중단이 이루어진다.
전술한 실시예에 있어서, 개별적인 액체 슬러그는 통로내로 주입되어 노즐로 안내된다. 도 5 및 도 6에 도시된 변형 실시예에 있어서는, 액체가 노즐 팁으로 안내되는 통로내에 칼럼의 형태로 배치되며, 액체 공급 용기로부터 분리된 슬러그의 형태로 반드시 배치될 필요는 없도록 구성된다. 따라서, 도 5(도 1의 실시예와 공통인 부분은 동일한 참조 부호를 병기하였음)에 도시된 바와 같이, 주입전에 액체의 칼럼(200)이 주 액체 용기로부터 차단되지 않고 연장(필수적인 것은 아님)될 수도 있는 튜브(10)내에 배치된다. 칼럼(200)은 입구(202)를 지나 연장하지만 그의 선단 표면(204)은 노즐(12)의 팁으로부터 떨어지도록 배치된다. 입구(202)는 가압 유체(예를 들면, 공기)의 공급원에 연결된다. 스프레이로서의 액체 분배가 개시될 때에는, 공기가 입구(202)를 통해 튜브(10)내로 주입되어 그 위치에서 액체의 칼럼내로 분쇄 도입되고, 이에 의해 액체의 부분(206)이 분리되어, 고전압 전극(16)을 지나 노즐로부터 방출되어서(도 6 참조) 전기 충전된 비말 스프레이를 형성한다.

Claims (25)

  1. 하나의 물질 칼럼으로부터 스프레이를 형성하기 위한 정전기적 분무 장치(an electrostatic spraying device)에 있어서,
    노즐과, 상기 하나의 물질 칼럼의 선단 표면이 노즐 출구로부터 이격되도록 노즐 출구로 안내되는 통로내에 분무될 상기 하나의 물질 칼럼을 배치하기 위한 수단과, 상기 하나의 물질 칼럼을 상기 노즐로부터 분출시키기 위한 수단과, 노즐로부터의 분출시에 칼럼의 분쇄에 의해 형성된 스프레이 입자가 전기적으로 충전되도록 상기 하나의 물질 칼럼에 고전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는
    정전기적 분무 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나의 물질 칼럼은 상기 노즐 출구로부터 이격된 선단 표면을 갖는 개별 슬러그의 형태로 통로내에 배치되는
    정전기적 분무 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분출 수단은 상기 칼럼/슬러그를 상기 노즐로부터 공압식으로 분출시키기 위한 수단을 포함하는
    정전기적 분무 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐 출구에서 또는 노즐 출구 근방에서 상기 물질 칼럼에 고전압이 인가되는
    정전기적 분무 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물질 칼럼의 물질은 액체이며, 상기 노즐 출구로 안내되는 감소된 단면부가 제공되고, 상기 선단 표면은 감소된 단면부의 상류에 위치되는
    정전기적 분무 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐로부터의 출구점에서 상기 하나의 물질 칼럼/슬러그의 직경이 300미크론보다 크지 않도록 구성되는
    정전기적 분무 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 칼럼/슬러그를 분출하는 것은 사용자가 작동 수단을 작동시키는 것에 반응하여 이뤄지는
    정전기적 분무 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 작동 수단을 작동시키면, 분출을 위한 준비로서 칼럼/슬러그가 상기 노즐 출구로 안내되는 통로에 주입되는 것이 수반되는
    정전기적 분무 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 작동 수단을 작동시키면, 분무될 물질에 고전압을 인가하기 위한 수단과 연결된 고전압 발생기의 작동이 수반되며, 이에 의해 사용자가 작동 수단을 한번 작동시키는 것에 반응하여 이들 모든 동작이 칼럼/슬러그의 분출과 함께 실행되는
    정전기적 분무 장치.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 칼럼 또는 슬러그를 분출시키는 것 또는 이들에 고전압을 인가하는 것은 상기 작동 수단의 별개의 작동이나, 주입 또는 분출을 실행하는 다른 작동 수단의 작동에 반응하여 실행되는
    정전기적 분무 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐의 팁 영역의 직경은 팁 영역의 상류의 노즐의 영역에 비해 감소되어 있는
    정전기적 분무 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고전압은 단극성인
    정전기적 분무 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고전압은 이극성인
    정전기적 분무 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 노즐로부터 배출된 물질의 연속 칼럼/슬러그 또는 칼럼/슬러그의 연속 그룹이 반대 극성의 전압으로 충전되도록 구성되는
    정전기적 분무 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물질은 노즐로부터의 출구점에서 직경이 20 내지 150미크론 범위인 제트로서 배출되는
    정전기적 분무 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 물질은 노즐로부터의 출구점에서 직경이 25 내지 125미크론 범위인 제트로서 배출되는
    정전기적 분무 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 물질은 노즐로부터의 출구점에서 직경이 30 내지 80미크론 범위인 제트로서 배출되는
    정전기적 분무 장치.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    정전기적 분무 장치는 분무될 물질을 보유하기 위한 용기를 더 포함하며, 상기 통로는 용기를 노즐에 연결시키는
    정전기적 분무 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 칼럼/슬러그의 후단 표면은 용기내의 물질의 나머지로부터 분리되어 있는
    정전기적 분무 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 칼럼/슬러그의 후단 표면은 용기내의 물질의 나머지로부터 물리적으로 분리되어 있는
    정전기적 분무 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 칼럼/슬러그의 후단 표면은 용기내의 물질의 나머지로부터 전기적으로 분리되어 있는
    정전기적 분무 장치.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 칼럼/슬러그의 후단 표면은 용기내의 물질의 나머지로부터 물리적 및 전기적으로 분리되어 있는
    정전기적 분무 장치.
  23. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분무될 물질은 1 × 107ohm ㎝ 미만의 체저항률(a bulk resistivity)을 가진 액체인
    정전기적 분무 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 액체는 1 × 104ohm ㎝ 미만의 체저항률을 가진
    정전기적 분무 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 액체는 1 × 103ohm ㎝ 이하의 체저항률을 가진
    정전기적 분무 장치.
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