KR100387553B1

KR100387553B1 - 고전압발생기

Info

Publication number: KR100387553B1
Application number: KR1019970702342A
Authority: KR
Inventors: 티모시 제임스 노애키스; 마이클 레슬리 그린; 앤드류 제프리스; 모리스 프랜더게스트
Original assignee: 더 프록터 앤드 갬블 캄파니
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 2003-11-20
Also published as: MX9702576A; GB9420511D0; JPH10506838A; ES2153494T3; HUT77277A; DE69519588T2; AU3525795A; DE69519588D1; CZ110697A3; US5992771A; NZ292943A; HK1006358A1; WO1996011062A1; AU710434B2; BR9509323A; PT785823E; GR3035518T3; HU218334B; CN1168645A; EP0785823B1

Abstract

고전압 발생기는 전류 요구량이 적으나 고전압이 요구되는 응용 분야에서 사용되기 위하여 제공된다. 이 발생기는 솔라셀을 위해 사용되는 재료의 웨이퍼를 레이져 스크라이빙하거나 에칭해서 생성되는 광기전성 소자들의 어레이와 같은 전압 생성 소자들의 대형 어레이를 포함하고, 이 다수의 전압 생성 소자들이 상호 접속되어 적어도 1 kV의 고전압을 출력시킨다.

Description

고전압 발생기

본 발명은 전류 요구량이 적은 응용 분야에서 사용되기 위한 고전압 발생에 관한 것이다. 이러한 분야중 한 분야는 재료를 정전기적으로 스프레이하는 것인데 전류 필요량이 마이크로 암페어 또는 심지어 나노 암페어 정도인데 반해 전압 필요량은 1kV를 초과할 수 있는 분야이다.

재료를 정전기적으로 스프레이하는 것에 관한 종래의 유럽 특허(즉, EP-A-120633, 441501, 468735, 468736, 482814, 486198, 503766 및 607182와 PCT-A-WO94/13063)에는, 전지 전원에 의해 전력이 공급되는 고전압 발생기를 사용하는 다양한 장치들이 기술되어 있다. 이러한 장치들에 사용되기 적당한 한 형태의 전압 발생기가 EP-A-163390에 기술되어 있다. 이 형태의 전압 발생기들은 제조하기가 비싸고 특히 소형의 크기가 요구되는 정전기적 스프레이 장치, 즉, 화장품이나 향수용 분무기에 사용되기에는 비교적 부피가 크다. 게다가, 전원용으로 필요한 배터리 팩(battery pack)은 분무기의 하우징 내에 구비되어야 하고 배터리를 자주 교체하거나 재충전하는 것이 필요하다.

본 발명은 고전압 발생기의 대안적인 형태를 제공하려고 한다.

발명의 한 특징에 따르면, 스프레이 또는 스트림을 발생시키는 위치를 정하는 수단을 포함하여 정전기적으로 충전된 입자들의 스프레이 또는 스트림을 생성시키고, 전압 발생기를 포함하여 고전압을 이 위치와 환경간에 생성시키는 장치가 제공되는데, 이 장치의 발생기는 고전압을 생성시키도록 상호 접속된 이산 전압 생성 소자로 된 대형 어레이를 포함한다.

양호하게는, 이 발생기는 집단적으로 고전압 출력을 생성시키도록 직렬로 접속된 수백 또는 수천개의 전압 생성 소자들을 포함하는 고체 상태 장치이다.

발명중 한가지 형태는 정전기적으로 스프레이될 재료가 방전될 수 있는 배출구(outlet)를 갖는 정전기적 스프레이 장치를 포함하는데, 이 배출구는 상기 위치와 관련이 있고, 소자들의 어레이는 재료를 장치로부터 정전기적으로 스프레이하는데 충분한 고전압을 생성시키도록 상호 접속되어 있다.

통상적으로, 발생기의 전류 출력은 발생기의 정격 전력(power rating)이 대략 100mW 이하 및 더 일반적으로 50mW 이하 정도일 때와 같을 것이다. 예를 들면, 페인트 스프레이 장치용으로 전압이 25kV를 초과하고 전류가 1마이크로 암페어(전력 정격이 30mW) 정도인데 반해 방향제 분무기용으로는 전압이 0.5 내지 2.0mW 정도이고, 통상, 1.2mW(즉, 100nA의 전류이고 12kV의 전압) 정도이다.

이 고전압 발생기는 감광성 소자들의 어레이를 포함하는데 이 감광성 소자들의 어레이는 조사되는 경우 적어도 1kV의 전압 출력을 생성시키도록 배치되어 있다.

양호하게는, 감광성 소자들의 어레이는 적어도 4kV, 통상 적어도 5kV 및 더 양호하게는 8kV 이상의 전압 출력을 생성시키도록 배치되어 있다.

발생기는 편리하게 감광성 소자들의 대형 어레이를 포함하는 전자 고체 상태장치의 형태로 되어 있다. 예를 들면, 고체 상태 장치는 디스크리트 섹션(discret section)으로 적절하게 분할된 광기전성 재료(photovoltaic material)(즉, 태양 전지 및 태양 전지 판의 제조에서 사용된 것과 같은 적당하게 도핑된 다결정 실리콘)를 포함할 수 있어서, 즉, 반도체 장치 제조에서 널리 사용되는 에칭 및/또는 레이저 스크라이빙(laser scribing) 기술을 사용하여 조사되는 경우, 상술된 정도의 고전압 출력을 집단적으로 생성시키도록 상호 접속된 광기전성 소자들의 대형 어레이를 형성한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 조사되는 경우 광기전성 소자들과 같이 적어도 1kV의 전압 출력을 생성하도록 동작가능한 상호 접속 방사 반응성 소자들의 대형 어레이를 포함하는 집적 고체 상태 장치 형태의 고전압 발생기가 제공된다.

p형 재료의 순수 격자를 생성하기 위해 붕소로 도핑된 실리콘과 같은, 광기전성 재료의 셀은 조광되는 경우 셀의 표면 영역과는 무관하나 빛의 세기 및 로드에 따라서 비교적 낮은 전압 출력(전형적으로 0.45V 정도)을 생성시킨다. 한편, 전류 출력은 빛의 세기 및 셀의 표면 영역 양자 모두와 관계가 있다. 본 발명이 주된 관심을 두어 다루는 정전기적 스프레이 분야에 있어서, 전류 요구량은 매우 낮고(마이크로 암페어 및 심지어는 나노 암페어) 고전압이 유지되도록(즉, 수 kV로 유지되도록 함) 양립하는 저전압 출력 광기전성 소자들의 대형 어레이를 직렬로 접속하여 통상 태양 전지판과 관련되는 넓은 표면 영역들이 없이도 정전기적 스프레이 분야용으로 충분한 고전압을 얻을 수 있다.

통상 스프레이 장치는 스프레이될 재료가 저장되거나 재료를 담고 있는 용기를 수용하기 위한 한 구획을 포함하는데 이 재료는 정전기적으로 스프레이하기에 적당한 저항성이라는 특성을 갖는다.

스프레이 장치는 손으로 쥐고 사용하거나 휴대하기에 적당할 수 있는데 즉, 자기 수용 장치로서(self-contained unit)로서 한 손을 사용하여 운반하기 적당한 크기일 수 있다.

본 발명의 발생기는 EP-A-120633, 441501, 468735, 468736, 482814, 486198, 501725, 503766 607182, PCT-A-WO94/13063 및 국제 특허 출원 번호 PCT/GB94/01829 중 어떤것에서도 개시되고 및/또는 특허 청구된 다양한 형태의 스프레이 장치들중 어떤것에서도 구체화될 수 있는데, 상기 문헌들은 참조로서 고려된다. 이 발생기는 계류중인 영국 특허 출원 9419988.2에서 개시된 것과 같은 특정 재료 스프레이 장치에서 또한 구체화될 수 있고, 상기 문헌들은 참조로서 고려된다.

상술된 특허 명세서에서 개시된 장치들의 발생기는 본 발명의 발생기로 대치될 것이고, 이러한 스프레이 장치들은 페인트 및 관련 계통의 스프레이, 화장품, 향수, 탈취제, 다른 개인적 용도 및 위생용 스프레이, 살충 및 농약 살포 및 눈, 구강 및 코의 용도 및 피부 미용제와 같은 의학적이고 의사 의학적 용도의 투약 등에서 광범위하게 사용되도록 설계될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 있어서, 전압 생성 소자들은 광기전성 소자들과 같은 감광성 소자들로 구성되는데, 이 감광성 소자들은 주변광에 의해 조사되도록 배치되어 있는 어레이에 접속된다. 이러한 실시예에서, 어레이는 발생기를 구체화하는 스프레이 장치 또는 발생기의 하우징의 외부에 위치하여 환경에 노출될 수 있다.예를 들어, 이 실시예는 방향제 스프레이 용도의 이용법을 알아낼 수 있는데, 낮 시간(및 방의 조명이 스위치 온된 경우의 밤 시간) 동안 어레이가 조광되는 경우 발생기가 활성적이지만 방의 조명이 스위치 오프된 경우 어두운 시간 동안 비활성되기 때문이다.

고전압 출력이 필요한가 필요하지 않은가에 따라서, 선택적으로 주변광 방사/광에 어레이를 노출시키거나 주변광 방사/광으로부터 어레이를 가리기 위한 수단이 제공될 수 있다. 예를 들어, 발생기 또는 스프레이 장치의 하우징에는 주위 환경에 어레이를 숨기거나 노출시키는 위치들 사이에서 이동 가능한 외피(sheath) 또는 다른 방사 차폐부 장치가 제공될 수 있다. 차폐부는 다르게는 발생기 또는 스프레이 장치 위에 올려지거나 또는 부착된 경우에는 어레이의 조사를 방지하고 제거되는 경우에는 어레이의 조사를 허용하는 제거 가능한 형태로 되어있고, 스위칭 동작에 의해 커버를 이동시키고 제자리에 돌려놓을 수 있다.

차폐부/커버는 어레이의 노출 정도를 변화시키도록 조정될 수 있어서, 예를 들면, 스프레이율을 변화시킬 수 있다.

스프레이 장치가 한 손에 쥐고 사용되도록 설계되는 경우, 즉, 페인트 스프레이 총 또는 개인적 용도 또는 위생 용도를 위한 기구 등을 위해 설계되는 경우, 이 장치는 손에 쥐어지도록 된 부분, 즉, 손잡이, 및 통상 장치를 사용하는 중에 손으로 감싸지지 않는 부분을 포함하는데, 감광성 소자들의 어레이는 후자의 부분에 배치되어 주변 방사/광에 노출된다.

어레이가 장치 부분에 배열되어 사용중에 노출되는 경우, 이 어레이는 적어도 부분적으로 방사/광에 전달되는 재료의 중첩층 또는 커버에 의해 손상으로부터 보호될 수 있다.

다른 실시예에서, 전압 생성 소자들은 발생기 및/또는 스프레이 장치의 일부분을 형성하는 방사 소스에 의해 조사되도록 배열된 어레이에 접속되는 방사 감지 소자들로 구성된다. 방사 소스는 어레이에 대한 방사의 단일 또는 주 소스로 구성될 수 있고, 보충적 주변 방사/광 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 방사 소스는 전류가 필라멘트 또는 형광 램프를 통과하는 경우 광 방출 고체 상태 소자(즉, 광 방출 다이오드), 필라멘트(즉, 광 벌브)와 같이 광을 방출하는 방사 방출 소자일 수 있다. 이런 경우, 발생기를 스위치 온 및 스위치 오프하는 것은 방사 방출 소자를 스위치 온 및 스위치 오프함으로써 제어될 수 있는데, 이런 경우, 스위칭 장치는 고전압 출력을 제어하는 저전압 스위치이기만하면 된다. 발생기를 교대적으로 스위치 온 및 스위치 오프하는 것은 선택적으로 어레이를 방사 방출 소자에 노출하고 어레이를 방사 방출 소자로부터 가리도록 동작 가능한 수단에 의해 영향을 받을 수 있고, 이러한 수단들은 사용자에 의해서 어레이를 노출시키고 가리는 위치들간을 이동할 수 있다.

발생기 및/또는 스프레이 장치는 이러한 방사 소스를 포함하는데, 이 소스는 전자 전력 소스(저전압 배터리와 같은)가 접속되는 단자 수단에 접속될 수 있다. 이런 경우에, 스프레이 장치의 하우징에는 양호하게 전력 소스를 부착시키기 위한 구획이 포함되고, 바람직하다면, 방사 소스와 고전압 발생기는 하우징의 내부에 구비될 수 있다. 발생기의 활성화 및 비활성화는 단자 수단과 전력 소스(사용중인)를포함하는 전자 회로의 일부를 형성하는 사용자-제어가능 스위치에 의해 영향을 받을 수 있다.

어레이를 노출시키는 것은(예를 들면, 발생기의 스위치 온 및 스위치 오프를 제어하기 위해) 사용자 제어가능 작동기에 의해 제어될 수 있다. 스프레이 장치의 경우에는, 작동기가 재료를 장치의 배출구로 공급하는 것을 제어하는 역할을 할 수 있고, 재료를 스프레이 배출구에 전달하는 것에 응답해서 이동가능 마스킹 소자와 결합되어, 어레이는 재료에 인가하기 위한 고전압을 생성하도록 노출되어 전기적으로 충전된 재료의 스프레이를 전달한다. 통상적 실시예에서, 스프레이 장치는 사용자 동작 가능 트리거를 포함하여 저장기 또는 용기(예를 들면, 피스톤 및 실린더 타입의 장치 또는 압축성의 용기)에 담겨있는 정전기적으로 스프레이 가능한 재료에 압력을 가하여 재료를 스프레이 배출구에 전달하고, 트리거가 어레이에 관련하여 이동하는 마스킹 소자에 결합되어 주변 방사 또는 관련 방사 소스로부터의 방사에 어레이를 노출시키거나 또는 어레이의 노출을 증가시킨다. 대안적으로, 마스킹 소자는 제거될 수 있고, 방사 소스는 어레이가 조사되도록 에너지가 공급되고 트리거의 발동에 응답해서 트리거를 동작시키는 동안 재료를 스프레이 배출구에 전달한다.

방사 소스가 사용되면, 이 방사 소스는 2개의 목적, 즉, 감광성 어레이를 조사하기 위한 광의 생성 및 스프레이될 물체/타겟의 조명을 위한 광의 생성을 제공할 수 있다.

EP-A-468735 및 468736 및 PCT-A-WO94/13063에서 개시된 바와 같이, 몇몇 분야에서는 바이폴라 고전압 출력을 제공하는 것이 바람직한데, 예를 들면, 스프레이하기 어려운 플라스틱, 인간의 머릿카락 등의 절연 재료들을 스프레이할 수 있도록 하기 위해 및/또는 쇼크 서프레션(shock suppression) 용에 바이폴라 고전압 출력이 제공되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 이러한 분야를 위한 장치들의 발생기는 바이폴라 출력을 제공하도록 배열되는데, 즉, EP-A-468735 및 468736에서 개시된 바와 같은 출력 주파수로 바이폴라 출력을 제공한다. 예를 들면, 발생기의 고전압 출력은 발생기와 관련하여 바이폴라 출력을 생성시키는 전기 회로, 즉, PCT-A-WO94/13063에서 개시된 바와 같은 고전압 스위칭 배치를 사용해서 바람직한 주파수(사용자 제어가능한 주파수)에서 전기적으로 스위치 될 수 있다. 대안적으로, 본 발명에 따른 발생기는 2개의 어레이의 감광성 소자들을 포함할 수 있는데, 이 어레이들은 포지티브 및 네가티브 고전압 출력을 생성하도록 구성되고, 제어 수단이 제공되어 교대적으로 어레이를 조사하여(주변 방사/광 또는 관련 방사 소스 또는 소스들에 의해 생성된 방사/광에 의해서) 합성 출력이 제어 수단에 의해 결정된 주파수에서 포지티브 값과 네가티브 값 사이에서 교대적으로 출력된다.

특정한 실시예에서, 스프레이 또는 이온화 장치는 바이폴라 전압이 이온의 스프레이 또는 스트림이 발생될 위치 또는 장소에 인가되는 방식으로 발생기들을 교대적으로 스위칭하도록 배열된 국제 특허 출원 번호 WO94/13063에서 개시된 형태의 방사 반응성 스위칭 수단과 함께 상술된 고체 상태 타입의 2개의 고전압 발생기들을 포함할 수 있는데, 포지티브 전압은 한 발생기로부터 도출되고, 네가티브 전압은 나머지 발생기로부터 도출된다. 예를 들면, 각 발생기들은 각각의 방사 반응성 스위칭 수단을 통해서 상기 위치에 결합되고, 제어 회로가 제공되어 각 스위칭 수단과 관련된 방사 소스들을 제어함으로써 스위칭 수단을 소정 주기로 교대 방식으로 동작시킨다.

본 발명의 범위는 스프레이 및 이온화 장치용 고전압 발생기에 국한되지 않는다. 본 발명은 또한 고전압 발생을 필요로 하나 낮은 전류 요구량을 요구하는 다른 장치들에 적용될 수 있다. 방 이온화 장치와 같은 이온 스트림 생성 장치의 경우에는, 발생기가 고전압을 1개 또는 그 이상의 단자들, 즉, 지정된 전극들에 제공하도록 배열될 수 있어서, 전기적으로 충전된 이온들의 1개 또는 그 이상의 스트림을 생성시킨다. 예를 들면, 전압 생성 소자들의 어레이는 선반, 탁자 등과 같은 수평면 위에 위치되도록 되어 있는 하우징에 제공될 수 있고, 어레이는 하우징의 베이스를 통해 접지와 이온의 스트림이 생성되는 단자 사이에 접속된다. 단자는 하우징 위의 정점 또는 다른 지정된 위치에 위치할 수 있고 작은 직경의 전극의 형태일 수 있다. 이온화 장치의 다른 실시예에서, 어레이는 2개의 단자에 접속될 수 있고 역으로 충전된 이온의 스트림을 생성시키도록 배열되거나, 각 단자들에 접속되고, 한 단자가 포지티브로 충전된 이온을 생성시키는 반면 다른 단자가 네가티브로 충전된 이온을 생성시키도록 배열된 2개의 어레이가 있을 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 예에 의해서 기술될 것이다.

도 1은 정전기적 공기 정화기 및 순화 장치의 개략도.

도 2는 예를 들면 향수 및 탈취제 등과 같은 개인적 용도 및 위생 용품의 스프레이에서 사용되기 자기 핸드 스프레이 장치의 개략도.

도 3은 직렬로 접속된 전압 생성 장치들의 어레이를 포함하는 전압 발생기.

도 4는 도 3과 유사하나 상이한 스위칭 배치를 도시하는 도.

도 5는 제조의 한 방법을 설명하는 전압 생성 소자들의 어레이의 일부분을 나타내는 도.

도 6은 어레이의 전압 출력이 최대가 되는 어레이의 한 구성을 도시하는 도 5와 유사한 도.

도 7은 도 6의 구성과 비교하여 저전압 출력을 생성하나 고전류 출력을 생성하는 어레이의 교대적 구성을 도시하는 도 5와 유사한 도.

도 8은 바이폴라 형태의 전압 발생기의 개략도.

도 1을 참조하면, 공기 정화기 또는 순화 장치가 일반적으로 공개된 국제 특허 출원 번호 WO95/06521에서 기술된 형태로 되어 있고, 상기 문헌들은 참조로서 고려된다. 이 장치는 하우징(10)을 포함하고, 이 하우징의 밑면(12)은 탁자 위나 선반 등과 같은 일반적으로 수평한 표면 위에서 지지되도록 사용된다. 하우징(10)에는 커버(15)를 제거하여 스프레이될 액체를 담고있는 카트리지(16)의 그 내부로 부착되는 구획이 제공된다. 액체는 정전기적 스프레이에 적당하고 장치의 사용 용도에 적합한 특성들을 갖도록 선택된다. 즉, 이런 경우에는, 액체는 향기롭고 및/ 또는 공기 청정 특성을 갖는다. 카트리지(16)는 측벽(17)과 밑바닥(19)에 의해 구획 내에 제공된다. 튜브 모양일 수 있는(그러나 대안적으로 국제특허출원번호WO93/06937에서 개시된 것과 같은 거품이 이는 재료 또는 EP-A-120633에서 개시된 것과 같은 섬유질 또는 플라스틱 재료 등의 심지 재료일 수 있음) 모세관 구조(22)가 카트리지 내에서 올려져서 일반적으로 수직일 수 있고(즉, 일반적으로 카트리지의 수평 밑면(18)에 직각인), 이 모세관 구조(22)의 하단부는 밑면(18)에 근접하게 위치하여 액체 레벨이 밑면(18)에 접근함에 따라, 튜브(22)로의 액체 공급이 유지되도록 허용한다. 모세 튜브(22)의 상단부는 카트리지의 캡(24)과 커버(15)내의 개구를 통해서 외부로 돌출되어 있다.

카트리지(16)는 자신의 내부에 있는 액체를 전압 발생기(28)의 고전압 출력에 접속시키기에 적합하다. EP-A-486198에서 논의된 바와 같이 다양한 접속 방법이 있다. 예시적 실시예에서, 카트리지는 나일론과 같은 전기적 절연 재료로 형성되고 이 카트리지에는 전기적 접촉부(30)가 제공된다. 접촉부(30)는 카트리지가 벽(17)에 의해 경계된 구획에 올바르게 삽입되는 경우, 접촉부(30)가 발생기(28)의 고전압 출력에 접속되도록 위치한다.

전압 발생기(28)는 이산 전압 생성 소자들, 즉, 광기전성 소자들의 대형 어레이를 포함하는 고체 상태 장치인데, 이 이산 전압 생성 소자들은 직렬로 접속되어 있어서 광 또는 적외선과 같은 다른 전자기적 방사의 조사에 응답하여 고전압 출력을 생성시킨다. 방사는 사용자 운영 가능 스위치(44)와 저전압원(31), 즉, 1개 또는 그 이상의 전압 배터리(재충전될 수 있는)를 포함하는 저전압 회로의 일부분을 형성하는 전자 방출 다이오드(LED)(40)와 같은 방사 생성 장치에 의해 제공된다. 저전압 회로 및 발생기(28)는 하우징의 밑면(12)을 통해서 접지에 접속된다.스위치(44)의 개폐는 LED(40)에 에너지를 제공하고 또 제공하지 않는데 영향을 주어서 발생기(28)의 광기전성 소자들의 방사를 제어한다. 따라서, 스위치의 폐쇄는 발생기를 방사하여 저전류의 통상 15kV 정도의 고전압 출력을 생성시키는 역할을 하고, 사용중에 이 전압은 카트리지(16)의 액체 내용물에 인가되어 튜브(22)로부터 액체를 정전기적으로 스프레이하는데 영향을 준다. 필요하다면, 렌즈와 같은 광학 장치가 LED(40)와 관련될 수 있어서, 방출된 방사가 전압 생성 소자들의 어레이에 균일하게 분포하게 되는 것을 보장한다.

모세관(22)이 카트리지내의 액체의 레벨과는 상관없이 액체를 카트리지로부터 자신의 상단부 끝에 제공하도록 수직으로 배치되는 경우, 모세관(22)은 충분한 모세 기상(capillary rise)을 제공하는데 적합하다. 이것은 모세관의 크기와 이 모세관이 제조되는 재료를 적절하게 선택함으로써 성취될 수 있다. 적절한 재료로는 나일론, 폴리올레핀(polyolefine), 폴리액탈(polyacetal), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone) 또는 PTFE와 같은 중합 재료인데, 이 중합 재료는 스프레이될 포뮬레이션에 의해서 적당하게 젖게 되는데, 즉 접촉각이 실제로 0이 되어야한다. 일반적으로 튜브(22)는 비교적 얇은 벽으로 둘러싸여져 있는 원형부로 되어 있다. 사용중에, 액체는 튜브의 모세 작용에 의해서 튜브의 상단부 끝에 제공되는데, 이 상단부 끝에서 액체가 자신에 인가된 고전압에 의해서 리가먼트(ligament)로 흡수되고 이 흡수된 액체는 튜브의 상단부 끝으로부터 분출되어 정전기적으로 충전된 작은 물방울로 분해된다. 이 작은 물방울들은 튜브로부터 접지 전위에 있는 환경의 물체 및 구조를 향하여 분사된다. 통상, 장치가 방에서사용되므로, 벽, 천정 및 마루는 입자들이 분사되기에는 비교적 먼 타겟이 된다.

도 1에서는 고전압이 액체를 통해서 튜브(22)의 상부 개방단에 도전된다. 다른 구성에서는, 고전압이 카트리지(16)내의 액체의 바디를 통하거나 튜브(22)를 연장하는 것 보다는 몇개의 전기 도선 또는 도전 트렉을 통해서 튜브(22)의 상단부 또는 그 부근의 액체에 인가될 수 있다.

도 2를 참조하면, 도시된 장치는 한손으로 잡기 적당한 크기의 메인 유닛(70)을 포함한다. 유닛(70)은 예를 들면 스프레이될 재료가 패시브 피드(passive feed)에 의해서 공급되는 노즐(72)을 포함하는데, 이 노즐은 EP-A-120633 또는 EP-A-607182의 메인 유닛 내에 구비된 액체의 공급에서 개시된 바와 같이 심지 재료의 형태로 되어 있다. 유닛(70)에는 제거 가능한 캡(73)이 제공된다. 푸시버튼(74)을 누르는 것에 응답하여 고 전압, 즉 8kV 이상이 동작 중에 액체에 인가됨으로써 액체가 스프레이로서 EP-A-120633 EP-A-607182에서 개시된 방법으로 전달되도록 한다. 고전압은 광기전성 소자들과 같은 이산 전압 생성 소자들의 어레이(78)의 어레이를 포함하는 고체 상태 고전압 발생기에 의해서 생성되는데, 어레이는 유닛(70)의 표면위에 올려져있고 캡(73)이 제거될 때까지 주변광으로부터 가려진다. 캡(73)을 제거하는 것은 어레이(78)를 주변광에 노출시켜서 전원 없이 액체가 노즐의 상부 끝에서 유출될때 또는 유출되기 전에 액체로 인가하기 위한 고전압을 생성시키는 역할을 한다. 스프레이 동작은 액체로 고전압을 인가하는 것을 허용하는 회로를 완성시키는 역할을 하는 푸시버튼을 누름으로써 시작된다. 다른 방법으로, 푸시버튼 스위치가 모두 배재될 수 있는데, 어레이(78)를 노출시키도록캡이 제거되면 바로 스프레이가 시작될 수 있다. 그러면 스프레이는 주변광으로부터 어레이(78)를 숨기도록 캡(73)을 다시 배치시킴으로써 끝난다.

어레이(78)를 조사시키도록 캡(73)을 제거하는 것 대신에, 변형적으로 캡이 유닛(70) 위에 교대적으로 올려질 수 있고 캡을 적절하게 회전시키는데 있어서 이 캡에는 어레이와 함께 등록되는 개구부 또는 윈도우가 제공되어 어레이를 광에 노출시킨다. 이러한 변형에서, (필요하다면) 스위치(74)는 접속 가능한 상이한 위치에 제공될 수 있다.

도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2의 실시예에서 사용되기 적당한 한가지 형태의 발생기가 도시되는데, 이 발생기는 전압 생성 소자들(100), 즉, 광기전성 소자들의 대형 어레이를 기판(도시되지 않음) 위에 포함한다. 이 소자들(100)은 집적된 매우 큰 스케일의 어레이로서 전자 마이크로칩의 생산에 사용되는 종래의 기술에 의해서 생성된다. 이 소자들은 칼럼 및 로우에 분포되고 도시된 바와 같이 직렬로 접속되어 있어서 집단적으로 단자들(102 및 104)의 양단에 고전압 출력을 생성시킨다. 이 실시예에서, 스위칭 소자(108)은 고전압 출력을 제어한다. 예를 들면 스위칭 소자는 국제특허번호 WO 94/13063에서 기술된 바와 같이 고전압 광센서티브 다이오드를 포함한다. 이런 경우, 스위칭 소자(108)는 국제특허번호 WO 94/13063에서 개시된 방법으로 고전압 다이오드(106)로 싸여진 광 방사 다이오드(108)과 같은 방사 소스의 에너지화/비에너지화에 의해서 제어될 수 있다. 방사 소스는 배터리(110)와 사용자 운영 가능 스위치(112)를 포함하는 저전압 회로의 일부를 형성한다.

따라서, 예를 들면, 전압 생성 소자들(100)은 주변광에 노출되도록 배열된 광기전성 셀을 포함한다. 필요하다면, 스위칭 다이오드(106)는 주변광으로부터 스크린될 수 있어서 다이오드(106)는 소스(108)에 의해서 방출된 방사에 의해서만 영향을 받는다. 어레이는 계속해서 주변광에 노출될 수 있는 커버 또는 다른 차폐부가 제공되어, 어레이는 커버 또는 차폐부를 제거하거나 제자리에 다시 복귀시킴으로써만 노출된다. 다른 경우, 고전압은 스위칭 소자(108)가 사용자 운영 가능 스위치(112)에 의해서 도전되는 경우에 단자에 인가된다. 다른 변형에서, 고전압 스위칭 소자(108)는 전계 효과 트랜지스터와 같은 다른 형태의 전자 스위칭 장치로 구성될 수 있다. 스위칭 소자(108)가 어레이와 고전압 출력 단자(102) 사이에 접속된 것으로 도시되어 있지만, 대신에 이 스위칭 소자(103)는 어레이와 저전압 단자(104) 사이에 접속될 수 있다. 또한, 1개의 스위칭 소자가 도시되어 있지만, 그 이상의 소자가 직렬로 접속되고 실제로 동시에 도전되도록, 즉 일반 광원으로부터의 방사에 의해서 배열될 수 있다.

도 4는 어레이가 전압 생성 소자들(100)의 서브셋트(118)로 분리되는 변형을 설명하는데, 각 서브셋트들은 스위칭 소자들(120)과 관련되어 있고, 모든 전압 생성 소자들(100)은 실제로 동시에 도전적이도록 배열된다. 따라서, 각 스위칭 소자들(102)은 총 전압의 프렉션(fraction)을 스위치 온 또는 스위치 아웃하는 역할을 한다. 예를 들면, 각 서브 셋트(118)는 충분한 전압 생성 소자들(100)을 포함하여 예를 들면 전체 전압 출력에 100V의 전압을 제공한다.

스위칭 소자들(120)은 전압 생성 소자들(100)과 동일한 기판 위에 형성될 수있고 반응성 방사, 즉, 각각의 광 소스들(즉, LED) 또는 일반 광 소스로부터의 방사에 의해 도전되는 광기전성 스위치들의 형태일 수 있다. 동일한 기판 위에 형성되는 경우, 적절한 차폐부 수단은 예를 들면 전압 생성 소자들이 주변광에 노출되는 광기전성 셀들에 의해 구성되는 경우 전압 생성 소자들이 노출되는 광으로부터 스위칭 소자들(120)을 가리기 위해 필요할 수 있다. 다른 방법으로, 스위칭 소자들(120)은 필드 효과 트랜지스터(즉, MOSFET)와 같은 다른 형태를 취할 수 있고, 이 트랜지스터의 게이트 전압들은 어레이로부터 적절한 크기의 전압을 텝핑(tapping)함으로써 광-전자적으로 제어되고 및/또는 도출될 수 있다.

도 4에서, 스위칭 소자들(120)이 도전되는 경우 모든 서브셋트들을 직렬로 접속하여 단자(102)에서 고전압을 출력하는 역할을 한다. 그러나, 1개 이상의 출력 단자를 갖고 선택적으로 스위칭 소자들을 동작시켜서 모든 또는 특정한 조합의 서브셋트가 스프레이 동작의 특성에 따라서 동작하게 되는 가능성도 또한 있다. 선택은 사용자의 제어하에서 이루어질 수 있는데(즉, 장치에 적당하게 위치된 제어기에 의해서), 예를 들면, 사용자가 스프레이를 하기 전에 장치와 타겟 사이의 거리를 제어할 필요가 있다. 다른 방법으로 선택이 미리 세트될 수 있어서 일반적 디자인의 전압 발생기가 서로 다른 출력 전압을 위한 장치들에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 다른 스위칭 소자들(120)이 어레이와 102A와 같은 출력 단자들 등의 사이에 접속될 수 있다. 이런 방법으로, 예를 들면, 단자(102)와 관련된 소자(120)가 조사되지 않거나 그렇지 않은 경우, 도전 상태로 스위칭 되면, 저전압이 단자(102A) 등을 통해서 어레이로부터 텝핑될 수 있다.

상술된 바와 같이, 서로 다른 분야는 서로 다른 출력 전압들을 갖는 전압 발생기를 필요로 하는 경향이 있다. 제조하기 쉽고 또 경제성을 고려하여, 전압 생성 소자들 또는 셀들의 어레이는 초기에는 일반적 디자인에 따르고 그런 후에 출력 전압과 요구되는 전류 특성에 맞추어 제조될 수 있다. 따라서, 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 어레이는 초기에 각각의 전압 생성 소자들이 로우 방향과 칼럼의 방향으로 이웃하는 다른 전압 생성 소자들을 잇는 도전 트랙(150R 및 150C)과 함께, m의 로우와 n의 칼럼으로된 전압 생성 소자들(100)로 기판 위에 제조된다. 도 5의 어레이가 사용될 수 있기 전에, 어레이는 특정 도전 트렉들(150R 및/또는 150C)을 배재함으로써 적절하게 구성되어야 한다. 엣칭과 같은 임의의 적절한 기술로 제거가 가능하고 본래의 상태로 남겨질 이 도전 트렉들을 마스크 프로텍트함으로써 한번의 단계로 제거될 수 있다. 이 어레이에는 도 3에 도시된 단자들(102 및 104)과 같은 출력 단자들이 초기 제조동안 또는 그 다음의 제조 동안에 제공된다.

도 6은 도 3 및 도 4의 구조와 상응하는 한 구조를 도시한다. 이런 경우, 에칭 또는 다른 제거 기술을 사용하여 전부는 아니나 대부분의 칼럼 방향 도전 접속들(150)을 제거함으로써 직렬로 접속된 소자들(100)을 배치시킨다. 직렬 방식의 연속된 로우를 서로 접속하는데 필요한 경로(150C)만이 본래대로 남는다. 따라서, 0.45V 정도의 전압 출력 용량을 갖는 m×n 소자들을 포함하는 어레이에서, 이 구조에서 어레이로부터 얻을 수 있는 총 전압은 0.45mnV 정도이다.

도 7은 적어도 몇 개의 전압 생성 소자들이 서로 병렬로 그룹되어 있는 다른 구조를 도시한다. 따라서, 도시된 바와 같이, 연속된 쌍의 로우들은 접촉부에 칼럼방향 도전 경로들(150C)을 적절하게 남겨둠으로써 서로 이어질 수 있고, 각 쌍의 로우들(152K, 152L, 152M...)은 서로 직렬로 접속된다. 0.45V의 전압 출력 용량을 갖는 m×n 소자들을 포함하는 어레이에서, 도 7의 구조를 갖는 어레이로부터 얻을 수 있는 총 전압은 0.45mn/2V, 즉, 도 6의 전압보다는 작으나 고전류 출력이다.

도 6 및 도 7은 적용될 수 있는 다양한 구조들의 예일 뿐이라는 것이 이해될 것이다. 몇몇 경우에 있어서, 예를 들면 도전 경로를 제거하면 몇몇 소자들이 어레이로부터 분리되어 이 소자들은 어레이로부터 얻어지는 출력 전압에 제공되지 않는다. 또한 초기에 도 5에 도시된 바와 같이 서로 이웃하는 소자들과 전기적으로 접속된 소자들(100)로 이루어진 어레이를 제조하는것 대신에, 어레이가 서로 분리된 소자들(100)로 생성되고 계속해서 바람직한 직렬 또는 직렬/병렬 접속의 구조가 배치에 의해 이루어질 수 있고 그렇지 않은 경우 직렬 및/또는 병렬로 접속되도록 되어 있는 소자들(100)간에 도전 링크들을 기판에 인가한다.

상술된 실시예에서, 전압 발생기는 유니폴라 출력을 생성시키고 초반부에 논의한 바와 같이, 몇몇 환경에서는 바이폴라 출력, 즉 쇼크 서프레션 및/또는 EP-A-468735 및 468736에서 개시된 바와 같은 절연성의 타겟을 스프레이하기 위해 바람직하다.

도 8은 본 발명에 따라서 바이폴라 고전압 발생기의 한 형태를 설명한다. 발생기는 광기전성 셀들과 같은 전압 생성 소자들로 이루어진 2개의 어레이들(300A 및 300B)을 포함하는데, 이 전압 생성 소자들은 어레이(300A)가 포지티브 고전압을 라인(302) 상에 생성시키고 어레이(300B)가 네가티브 고전압을 라인(304) 상에 생성시키도록 배열되어 있다. 이 전압들은 각각의 고전압 스위치들(308A, 308B)에 의해서 발생기의 출력 단자(306)에 결합된다. 이 스위치들은 이전에 설명된 것과 같은 임의의 적당한 형태로 될 수 있으나, 설명을 위해서 광 방출 다이오드와 같은 관련 방사 소스(310A 및 310B)를 갖는 각각의 스위치와 함께 반응성 방사로서 도시된다. 각 소스들(310A, 310B)은 제어기(312)에 의해서 제어되어 스위치(308A, 308B)를 개방하고 폐쇄하도록 동작하고, 다른 방법으로 어레이(300A, 300B)의 포지티브 및 네가티브 고전압 출력들을 출력 단자(306)에 결합시킨다. 단자(306)에서 생성되는 다른 전압의 주파수는 제어기(312)에 의해서 결정되고, EP-A-468735 및 468736에서 개시된 것에 따라서 선택될 수 있다.

어레이들(300A 및 300B)이 각각 도시되었지만, 이 어레이들은 일반 기판 위에 지원될 수 있고, 도 5 내지 도 7에 걸쳐서 기술된 방식으로 일반적으로 적절하게 구성되는 서브 세트의 대형 어레이일 수 있다.

Claims

스프레이 또는 스트림이 발생되는 위치를 정하는 수단 및 상기 위치와 주변간에 고전압을 생성시키는 전압 발생기를 포함하고, 상기 전압 발생기는 고 전압을 생성시키도록 상호 접속된 이산적이며 방사에 민감한 전압 생성 소자로 된 대형의 고체 상태 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 충전된 입자들의 상기 스프레이 또는 상기 스트림을 생성시키는 장치.
제1항에 있어서, 정전기적으로 스프레이될 재료가 방출되는 배출구를 갖는 정전기적 스프레이 장치의 형태이며, 상기 배출구가 상기 위치와 관련되어 있고 소자들의 어레이가 상호 접속되어 있어서 상기 장치로부터 재료를 정전기적으로 스프레이하는데 충분한 고전압을 생성시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소자들이 적어도 1kV의 전압 출력을 생성하도록 상호 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 손에 쥐고 사용하기 적당하고 또는 한 손을 이용하는 자기 수용 장치(self-contained unit)로 운반하기 적당한 크기인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 어레이는 주변 방사에 의해 조사되도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 선택적으로 어레이를 주변 방사에 노출시키거나 또는 어레이를 주변 방사로부터 가리기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서, 상기 수단이 상기 어레이를 주변에 숨기거나 노출시키는 위치 사이에서 이동 가능한 방사 차폐부 장치의 형태인 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 차폐부 장치는 제거 가능한 커버를 포함하는데, 이 제거 가능한 커버가 장치 또는 발생기 상에 장착되거나 부착되는 경우 상기 어레이의 방사를 막고, 제거되는 경우에는 조사를 허용하여, 이 스위칭 동작에 의해서 상기 커버의 제거와 교체가 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서, 차폐부/커버가 조절되어 어레이가 주변 방사에 노출되는 정도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 어레이는 장치의 일부를 형성하는 방사 소스에 의해 조사되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 어레이의 노출이 사용자 제어 가능 작동기에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 상기 작동기는 장치의 배출구로 재료의 공급을 제어하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발생기는 바이폴라 출력을 생성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전압 발생기 중 2개의 전압 발생기 및 바이폴라 출력을 생성하도록 교대 방식으로 상기 전압 발생기의 전압 출력을 이용하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 어레이는 상기 전압 생성 소자들의 다수의 서브 셋트들로 분리되고, 상기 각 서브 셋트들은 이들과 관련된 각각의 스위칭 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제15항에 있어서, 상기 스위칭 소자들이 방사 반응성이고, 상기 서브 셋트들이 상호 접속하도록 상기 스위칭 소자들을 동작시키는 스위치들을 조사하기 위한수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각각의 고전압 발생기는 각 로우 내의 각 전압 생성 소자들을 이웃하는 로우 방향으로 전기적으로 링크하고, 상기 로우들을 함께 전기적으로 링크하는 도전 경로를 갖는 m 로우와 n 칼럼을 갖는 매트릭스 내에 전압 생성 소자의 고체 상태 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서, 상기 전압 생성 소자는 사용중에, 상기 어레이가 적어도 1kV의 전압 출력을 제공하는 구성으로 함께 전기적으로 링크되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전압 발생기는 포지티브 고전압을 생성시키도록 상호 접속된 전압 생성 소자들의 고체 상태인 제1 대형 어레이, 네가티브 고전압을 생성시키도록 상호 접속된 전압 생성 소자들의 고체 상태인 제2 대형 어레이 및 바이폴라 고전압 출력을 생성시키도록 상기 제1 및 제2 어레이들로부터의 전압들을 결합시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제19항에 있어서, 상기 제1 및 제2 어레이들은 기판 상에 지원되는 상기 전압 생성 소자들의 단일 대형 어레이의 서브 셋트인 것을 특징으로 하는 장치.