KR20200035203A - 약물 및 치료제의 정밀한 전달을 위한 핸드헬드 필라멘트 연장 분무기 - Google Patents

약물 및 치료제의 정밀한 전달을 위한 핸드헬드 필라멘트 연장 분무기 Download PDF

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베네딕트 마이클
매튜 존슨 데이비드
이. 솔버그 스콧
칼브 제이미
닐라칸탄 라비
우니닷 제롬
찰스 테일러 데이비드
얀 프란체스
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팔로 알토 리서치 센터 인코포레이티드
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Abstract

유체를 분배하는 핸드헬드 분배기는 사용자의 손에 맞는 케이싱; 미스트를 분배하는, 케이싱 내의 노즐; 미스트로 변화될 유체를 보유하기 위해 케이싱 내에 수용되는 유체 저장조; 미스트를 발생시키기 위해 케이싱 내에 수용되는 필라멘트 연장 분무기; 공기 유동을 제공하여 미스트를 노즐로 지향시키기 위해 케이싱 내에 수용되는 공기 공급원; 필라멘트 연장 분무기를 작동시키기 위해 케이싱 내에 수용되는 모터; 분배기를 가동시키기 위해 케이싱 상에 위치되는 액추에이터; 액추에이터로부터 신호를 수신하고 모터로 신호를 송신하여서 모터가 작동하게 하기 위해 케이싱 내에 수용되는 제어 회로; 및 제어 회로로부터 신호를 수신할 때 모터에 전력을 제공하기 위해 케이싱 내에 수용되는 전원을 포함한다.

Description

약물 및 치료제의 정밀한 전달을 위한 핸드헬드 필라멘트 연장 분무기{HANDHELD FILAMENT EXTENSION ATOMIZER FOR PRECISION DELIVERY OF DRUGS AND THERAPEUTICS}
본 발명은 유체의 분무화(atomization)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 약물 및 치료제 전달을 위한 핸드헬드 분무기(hand-held atomizer)에 관한 것이다.
점안제(eye drop)의 전달을 위한 주된 방법은 또한 점적용기(droptainer)로 지칭되는 점안제 분배기(eye drop dispenser)였다. 이들 작은 용기는 전형적으로, 용기 팁이 전도될 때 얼마나 많은 액체가 나오는지를 조절하는 제어된 크기를 갖는 오리피스를 구비한다.
그러나, 많은 사용자는 점안제가 사용하기 어렵다는 것을 알게 되고, 눈에 물질을 전달하기 위한 대안적인 방법을 환영할 것이다. 또한, 점적용기가 하나의 큰 액적으로서 단일 방울만을 전달하기 때문에, 전달되는 물질의 양 중 많은 것이 손실된다. 전달되는 양은 점적용기로부터의 활성 물질의 양의 10%만을 가질 수 있다.
스프레이 전달은 이들 약물의 전달을 위한 방법을 제공한다. 스프레이 전달은, 스프레이 입자들에 부여되는 추가의 운동량이 전달 장치로 하여금 눈에 대해 임의의 각도로 작동하게 하기 때문에, 점적용기와 연관된 난제들 중 많은 것을 극복할 수 있다. 그러나, 기존의 스프레이 전달 시스템은 그들 자체의 난제를 갖는다. 하나의 접근법인 공압 분무화(pneumatic atomization)는 스트로크의 시작 동안에 스프레이의 큰 방울을 생성할 수 있다. 또한, 비-뉴턴 연장 경화 유체(non-Newtonian, extensionally hardening fluid)가 사용될 때, 공압 액추에이터가 작은 액적들의 미스트(mist)가 아니라 유체의 필라멘트 유사 스트림(filament like stream)을 생성할 것이다. 초음파 및 진동 메시(mesh) 기술이 큰 액적 없이 미세한 작은 미스트를 생성할 수 있지만, 리올로지(rheology)에 대한 극단적인 제한을 갖고, 심지어 소량의 연장 경화 특성을 갖는 유체를 전혀 처리할 수 없다.
일 실시예는 사용자의 손에 맞는 케이싱; 미스트를 분배하는, 케이싱 내의 노즐; 미스트로 변화될 유체를 보유하기 위해 케이싱 내에 수용되는 유체 저장조; 미스트를 발생시키기 위해 케이싱 내에 수용되는 필라멘트 연장 분무기; 공기 유동을 제공하여 미스트를 노즐로 지향시키기 위해 케이싱 내에 수용되는 공기 공급원; 필라멘트 연장 분무기를 작동시키기 위해 케이싱 내에 수용되는 모터; 분배기를 가동시키기 위해 케이싱 상에 위치되는 액추에이터; 액추에이터로부터 신호를 수신하고 모터로 신호를 송신하여서 모터가 작동하게 하기 위해 케이싱 내에 수용되는 제어 회로; 및 제어 회로로부터 신호를 수신할 때 모터에 전력을 제공하기 위해 케이싱 내에 수용되는 전원을 포함하는, 유체를 분배하는 핸드헬드 분배기이다.
일 실시예는 유체를 미스트로서 분배하는 핸드헬드 분배기를 갖는 분배 시스템이다. 핸드헬드 분배기는 사용자의 손에 맞도록 구성되는 케이싱; 사용자의 눈 내로 미스트를 분배하도록 배열되는, 케이싱 내의 노즐; 미스트로 변화될 유체를 보유하기 위해 케이싱 내에 수용되는 유체 저장조; 저장조로부터의 유체를 수용하고 미스트를 발생시키기 위해 케이싱 내에 수용되는 필라멘트 연장 분무기; 케이싱 내에 수용되는 공기 공급원으로서, 공기 공급원은 공기 유동을 제공하여서 미스트를 노즐로 지향시키는, 상기 공기 공급원; 케이싱 내에 수용되는 모터로서, 모터는 필라멘트 연장 분무기에 연결되어 필라멘트 연장 분무기를 작동시키는, 상기 모터; 사용자가 분배기를 가동시키게 하기 위해 케이싱 상에 위치되는 액추에이터; 케이싱 내에 수용되는 제어 회로로서, 제어 회로는 모터 및 액추에이터에 전기적으로 연결되어 액추에이터로부터 신호를 수신하고 모터로 신호를 송신하여서 모터가 작동하게 하는, 상기 제어 회로; 케이싱 내에 수용되는 전원으로서, 전원은 제어 회로 및 모터에 전기적으로 연결되어 제어 회로로부터 신호를 수신할 때 모터에 전력을 제공하는, 상기 전원; 및 분배기 커넥터를 구비한다. 이 시스템은 또한 분배기 내의 전원에 전력을 제공하기 위한, 분배기 커넥터와의 전력 커넥터를 포함한다.
도 1은 핸드헬드 유체 분배기의 일 실시예를 도시한 도면.
도 2는 핸드헬드 유체 분배기를 위한 교체가능 카트리지의 일 실시예를 도시한 도면.
도 3 및 도 4는 교체가능 유체 카트리지를 갖는 핸드헬드 유체 분배기의 실시예들을 도시한 도면.
도 5 및 도 6은 핸드헬드 유체 분배기를 위한 교체가능 헤드 카트리지의 일 실시예를 도시한 도면.
도 7 및 도 8은 핸드헬드 분배기를 위한 교체가능 헤드 카트리지의 대안적인 실시예를 도시한 도면.
도 9 내지 도 11은 교체가능 헤드 카트리지를 위한 구동 샤프트의 다양한 실시예를 도시한 도면.
도 12는 연결 관을 갖는 교체가능 헤드 카트리지의 일 실시예를 도시한 도면.
도 13은 허브(hub) 모터를 갖는 필라멘트 연장 분무기 롤러의 일 실시예를 도시한 도면.
도 14는 핸드헬드 유체 분배기 내의 모터에 부착가능한 임펠러의 일 실시예를 도시한 도면.
도 15 및 도 16은 핸드헬드 유체 분배기를 위한 케이싱 및 내부 롤러의 일 실시예를 도시한 도면.
도 17 및 도 18은 핸드헬드 유체 분배기를 위한 케이싱, 내부 롤러, 및 임펠러의 일 실시예를 도시한 도면.
도 19는 핸드헬드 유체 분배기를 위한 모터 장착부 및 장착가능 임펠러의 일 실시예를 도시한 도면.
도 20은 공유되지만 분리된 롤러 및 공기 발생 구성요소를 갖는 구동 샤프트의 일 실시예를 도시한 도면.
도 21은 분배 장치를 위한 세정 과정의 일 실시예의 플로우차트.
도 22 내지 도 27은 핸드헬드 유체 분배기를 위한 도킹 및 세정 스테이션의 실시예들을 도시한 도면.
도 1은 유체를 필라멘트 연장 분무기(filament extension atomizer)를 사용하여 미스트로서 분배하기 위한 핸드헬드 분배기의 일 실시예를 도시한다. 핸드헬드 분배기는 사용자의 손에 맞도록 구성되는 케이싱(12)을 구비한다. 케이싱은 노즐(14), 액체 저장조(16), 필라멘트 연장 분무기(18), 공기 공급원(20), 모터/구동 유닛(22), 액추에이터(24), 제어 전자장치 및 회로(26), 전원(28), 및 선택적인 유동 제어부(30)를 포함한, 분배기의 모든 요소를 수용한다. 케이싱은 사용자의 손에 맞도록 설계되는 폼 팩터(form factor) 및 치수를 갖는다.
필라멘트 연장 분무기(18)는 유체 저장조(16)로부터의 유체를 수용하고, 노즐(14)에 미스트를 전달한다. 노즐(14)은 스프레이를 특정 크기의 표적 위치에 집중시키도록 선택되는 치수를 가질 수 있다. 최상의 결과를 위해, 이러한 영역은 엄격히 제어되고, 과분무(overspray)를 최소화시키고 전달을 최대화시키며 피부와의 바람직하지 않은 접촉을 방지하기 위해 가능한 한 작다. 전달될 유체는 일부 종류의 치료 물질, 예를 들어 점안제, 상처용 항생제 스프레이 등으로 이루어질 수 있다.
유체 저장조(16)는 유체를 수용한다. 저장조는 추후에 더욱 상세히 논의될 바와 같이 재충전가능하거나 교체가능할 수 있다. 게다가, 어떤 유체 저장조가 유체를 필라멘트 연장 분무기로 보낼지를 선택하는 선택기 노브(selector knob) 또는 다른 수단과 함께, 하나 초과의 저장조가 케이싱 내에 존재할 수 있다. 저장조는 예를 들어 공기, 또는 스프링과 같은 기계적 압축으로 가압될 수 있다. 액체 저장조는 포트, 관, 밸브 등을 통해 필라멘트 연장 분무기 및 시스템의 다른 구성요소들과 접속될 수 있다.
필라멘트 연장 분무기는 전자 제어 회로의 제어 하에서 그리고 모터/구동 회로(22)에 의해 급전되어 유체로부터 미스트를 발생시킨다. 공기 공급원(20)은 필라멘트 연장 분무기로부터의 미스트를 노즐로 지향시킨다. 작은 입자(100 마이크로미터 미만)들이 필라멘트 연장 분무기에 의해 생성되기 때문에, 일단 이들이 장치로부터 빠져나갔으면 이들은 급속히 운동량을 상실할 것이다. 공기 공급원은 전자 공기 펌프, 팬(fan), 압축 용기, 또는 공기량의 임의의 다른 공급원일 수 있다. 공기는 스프레이를 처리되는 표면을 향해 지향시키는 데 도움을 주고, 전달 효율을 최대화시키는 데 도움을 준다. 공기 속도 및 압력은 편안함을 최대화시키기 위해 최소화되어야 한다. 공기유동 속도 및 압력의 선택은 적용 영역에 의존할 수 있다. 예를 들어, 25 밀리미터 미만의 범위와 같은 근거리(close-range) 적용은 최대량의 물질이 작은 영역에서 기재(substrate)에 도달하게 하기 위해 낮은 공기속도를 필요로 한다. 그러나, 이러한 적용이 보다 긴 거리를 사용하면, 표적까지의 보다 긴 거리는 더 많은 운동량 및 따라서 보다 높은 공기 속도를 필요로 할 것이다. 공기는 펌프 또는 밸브의 사용을 통해 활성화된다. 저장된 공기가 사용되지 않으면 펌프가 사용될 수 있으며, 이러한 경우에 펌핑 요소는 공기로부터 압력을 생성하도록 전자 제어부를 통해 또는 구동 요소의 운동을 통해 가동된다. 압축 가스와 같은 내장 공기 공급원이 사용되면, 밸브는 압축 공기를 제어된 방식으로 방출하도록 전자 신호 또는 작동 구동 유닛의 운동을 통해 작동된다.
필라멘트 연장 분무기(18)는 유체를 발산 표면(diverging surface)들 사이에서 신장시켜 필라멘트를 형성함으로써 유체를 미스트로 변환시킨다. 발산 표면들은 필라멘트들이 미스트를 형성하는 액적들로 부서지게 한다. 필라멘트 연장 분무기는 많은 상이한 유형의 발산 표면들을 사용할 수 있다. 여기에서, 실시예들은 2개의 반대 방향으로 회전하는 롤러를 채용한다. 롤러들의 표면들이 서로 멀어지게 회전함에 따라, 유체는 필라멘트들을 형성하며, 필라멘트들은 이어서 미스트로 부서지는 점까지 연장된다.
필라멘트 연장 분무기는 모터(22)의 제어 하에서 작동한다. 이는 고속으로, 전형적으로 분당 수천 내지 수만의 회전수로 작동하도록 설계된 전기 모터로 이루어질 수 있다. 모터는 기계식 커플링을 통해 필라멘트 연장 분무기에 결합될 것이다. 이는 벨트, 풀리, 기어, 샤프트, 또는 전기 또는 자기 커플링을 포함할 수 있다. 필라멘트 연장 분무기는 또한 롤러 또는 모터를 상이한 속도로 구동시키기 위한 기어링 기구(gearing mechanism)를 포함할 수 있다.
장치는 사용자가 액추에이터(24)를 누르거나 달리 가동시킬 때 작동한다. 이는 신호가 제어 전자장치로 송신되게 하는 버튼 또는 다른 액추에이터로 이루어질 수 있다. 사용자 편의를 위해, 액추에이터(24)는 사용자가 분배기를 파지하여 동일한 손으로 액추에이터를 가동시킬 수 있도록 하는 케이싱(12) 상의 위치에 있을 수 있다. 버튼은 다수의 위치 또는 다수의 감지 모드를 가질 수 있다. 예를 들어, 버튼은 초기에 약간 눌리거나 용량성 수단을 통해 접촉을 검출하여 장치의 전자장치를 가동시키거나 서브시스템(subsystem)들 중 일부를 온(on) 상태로 하며, 이어서 장치가 추가로 눌릴 때, 시스템은 투여량을 분배할 수 있다. 대안적으로, 용량성 및 물리적 누름과 같은 다수의 감지 모드가 사용되어 2가지 가동 모드(activation mode)가 사용되게 할 수 있다.
액추에이터로부터 신호를 수신할 때, 전자 제어 회로는 장치가 작동하게 한다. 제어 회로는 배터리 또는 다른 전원(28)의 충전을 제어하고, 모터에 구동 전압을 제공하며, 임의의 펌프 또는 밸브를 스위칭하고, 사용자 피드백 및 제어를 제공할 수 있다. 전자 제어 회로는 제어기 집적 회로, 제어부를 관리하기 위한 필요 구성요소들을 갖춘 회로 기판, 현장 프로그래밍가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA), 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC), 마이크로컨트롤러 등으로 이루어질 수 있다. 액추에이터는 구성요소들을 동시에 또는 특정 순서로 가동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 먼저 공기가 온 상태로 되고, 이어서 짧은 지연 후에, 모터가 가동되어 롤러들을 온 상태로 하며, 다른 짧은 지연 후에, 펌프가 고정된 기간 동안 가동된다. 펌프가 정지되었을 때, 모터가 오프 상태로 되고, 이어서 짧은 지연 후에, 공기유동이 뒤따른다.
전자장치는 분배기가 블루투스(Bluetooth), 와이파이(WiFi), 또는 다른 근거리 통신과 같은 일반적인 무선 프로토콜을 통해 분배기 외부에 있는 장치와 통신하게 하기 위한 통신 링크를 포함할 수 있다. 배터리(28)는 전형적으로 재충전가능 배터리로 이루어질 것이고, 코드, 접점, 또는 무선 유도 충전 시스템에 의해 충전될 수 있다.
도 1은 또한 액체의 투여량을 제어할 수 있는 펌프/유동 제어 모듈(30)을 도시한다. 이는 전자 제어 회로의 제어 하에 있는 펌프 또는 다른 유동 제어 수단, 예를 들어 압전 펌프(piezoelectric pump)를 포함할 수 있다. 그러나, 펌프는 저장조가 가압되는 경우 선택적일 수 있다. 투여량은 펌프 대신에 밸브에 의해 제어될 것이다. 전술된 공기 공급원은 또한 제어가 밸브에 의해 달성되는 상태에서 저장조에 구동 압력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 분배기는 사용자가 유체의 미스트를 표적 영역 상에 용이하게 그리고 정확하게 분배하게 한다. 장치의 적절한 작동을 보장하는 것뿐만 아니라, 분배기를 사용자에게 더욱 편리하게 만들기 위해, 구성요소들 중 일부가 교체가능할 수 있다. 도 2 내지 도 4는 유체 저장조(16)가 교체가능 유체 카트리지로 이루어지는 분배기의 일 실시예를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유체 카트리지는 밸브/시일(seal)(32)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 시일은 분배기 상의 구조체 또는 튜브가 부서뜨릴, 부서질 수 있는 내측 표면을 구비할 수 있다. 내측 시일은 카트리지가 로딩되지 않은 때 카트리지의 내용물을 외부 오염으로부터 보호한다. 시일 링이 이어서 카트리지와의 액체 밀폐 시일을 형성하여 누출 및 오염을 회피한다. 시일 구조체는 또한 제어 전자장치가 작동시킬 수 있는 밸브를 포함할 수 있다. 이는 잉크가 잉크젯 카트리지로부터 빠져나가 종이 또는 다른 인쇄 기재 상에 떨어지게 하기 위해 개방되는 작은 전기-제어식 밸브를 구비하는 잉크젯 카트리지와 유사하게 작동할 수 있다.
유체 카트리지는 공기에 의해 또는 일부 종류의 장벽, 예를 들어 필름에 의해 분리되는 다수의 유체를 동시에 수용할 수 있다. 장치가 유체를 분배함에 따라, 장치는 궁극적으로 모든 치료제 또는 약물 유체를 소진시킨다. 장치는 이어서 세정 유체에 도달하고 세정 유체를 분배하여 시스템을 세정할 것이다. 사용자는 카트리지로부터 분배되는 투여 횟수를 계수함으로써 또는 점도, 광학 불투명도, 또는 점도와 같은 유체의 변화를 검출함으로써, 가용 유체의 종료에 도달하고 있고 세정 유체가 분배되기 직전임을 통지 받을 수 있다.
또한, 유체 카트리지는 분할기(divider)에 의해 분리되는 다수의 챔버를 수용할 수 있다. 분할기는 필름 또는 중실 벽(solid wall)일 수 있다. 다수의 챔버를 갖는 카트리지는 다수의 시일 및 천공 구조체를 포함할 것이고, 장치 자체는 다수의 유체를 수용하기 위한 다수의 밸브 또는 펌프를 구비할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 다수의 유체로부터 선택하여 분배할 수 있다. 예를 들어, 처치가 다수의 약물을 수반하면, 시스템은 이들을 사용자에게 순차적으로 분배할 수 있다. 대안적으로, 하나의 챔버는, 장치가 세정될 필요가 있으면 사용자가 활성화시키도록 선택할 수 있는 세정 용액일 수 있다.
시스템은 로딩된 카트리지에 관한 정보를 검출하기 위한 다수의 수단을 구비할 수 있다. RFID 또는 NFC 태그가 라벨의 형태로 또는 작은 구성요소로서 카트리지 상에 배치될 수 있다. 시스템 전자장치에는 삽입된 카트리지에 관한 정보를 검출하기 위해 적절한 무선 프로토콜을 사용하여 이러한 데이터를 판독하기 위한 전자장치가 구성될 수 있다. 이러한 정보는 카트리지 내에 수용된 물질, 유체량 또는 투여량, 투여량 설정, FEA 시스템에 대한 설정, 일련 번호, 유효 기간, 또는 사용자에 대한 추천 투여 빈도와 같은 것을 포함할 수 있다. 시스템은 이러한 데이터를 사용하여 공기유동 및 FEA 스프레이 시스템의 설정을 조절할 수 있거나, 사용자에게 정보 또는 프롬프트(prompt)를 제공하여 유체를 소정 빈도 또는 시간으로 사용하도록 할 수 있다.
도 3 및 도 4는 분배기의 구성에 대한 상이한 선택사양들을 도시한다. 도 3에서, 유체를 저장조로부터 필라멘트 연장 분무기로 펌핑하는 펌프가 사용되고 구동 샤프트(34)를 구비한다. 도 4에서, 전형적으로 가압 용기에 있어서, 유체를 저장조로부터 필라멘트 연장 분무기(18)로 수송하는 데 도관(36)만이 필요하다.
교체가능 유체 카트리지에 더하여, 필라멘트 연장 분무기 롤러를 포함한 다른 구성요소가 교체가능할 수 있다. 여기에서 헤드 카트리지로 지칭되는 이들 제거가능 카트리지는 롤러들을 수용한다. 도 5 내지 도 9는 교체가능 헤드 카트리지들의 실시예들을 도시한다. 도 5에서, 헤드 카트리지 시스템(40)은, 여기에서 헤드 카트리지로 지칭되는 헤드 카트리지 케이싱(38)에 의해 둘러싸이는, 반대 방향으로 회전하는 롤러(42, 442)들을 수용한다. 이러한 케이싱은 단일 유닛으로서 제거될 수 있고, 용이하게 교체될 수 있다. 헤드 카트리지는, 위에서 카트리지에 관하여 논의된 바와 같이, 헤드 카트리지가 분배기 또는 하나 이상의 외부 장치로 정보를 전송하게 하는, NFC 또는 RFID와 같은 통신 링크를 구비할 수 있다.
도 6은 롤러(42, 44)들이 노즐(14)에 미스트를 제공하게 하기 위해 케이싱(12) 내로 하강하는, 수평 배열의 교체가능 헤드 카트리지(38)를 도시한다. 도 7 및 도 8은 롤러(42, 44)들이 수직 배향으로 있는 교체가능 헤드 카트리지를 도시한다. 이러한 실시예에서, 케이스(47)는 개구 및 커버(45)를 구비한다. 헤드 카트리지(38)가 개구 내로 활주한 다음에, 커버가 폐쇄된다. 이러한 실시예에서, 도 7의 기어 또는 스플라인(spline)(46)이 헤드 카트리지 상의 기어와 정합하여 롤러들을 위한 구동력을 제공한다. 도 8은 유사한 수직 배열을 도시하지만, 구동력이 샤프트에 의해 공급된다. 도 9 내지 도 11은 구동 연결부를 위한 다른 선택사양을 도시한다.
도 9는 샤프트(48) 및 그의 커플러(49)의 측면도 및 평면도를 도시한다. 도 10은 d-형상의 샤프트(50) 및 그의 커플러(51)를 도시한다. 도 11은 슬롯(54), 키이(53) 및 이들의 커플러(52)의 키이/키이홈(keyway) 구성의 일례를 도시한다. 헤드 카트리지가 분배기에 연결될 때, 이러한 연결은 누출-방지 유압 연결일 필요가 있다. 도 12는 우측 저장조(16)로부터의 유체의 수송을 허용하기 위해 우측 저장조(16) 내에 스냅체결되는 커플링 튜브(56)를 도시한다. 좌측 저장조는 사용자가 상이한 유체들로부터 선택하게 하기 위한, 도시되지 않은 상이한 커플링 튜브를 구비할 수 있다.
롤러들은, 교체가능 카트리지에서든 아니든, 모터 크기와 유사한 크기를 갖는다. 흔히 "허브 모터"로 지칭되는 것을 이용하여 모터 및 롤러 서브시스템을 조합하는 것이 가능하다. 이러한 구현예에서, 회전자(rotor)는 롤러이고, 고정자(stator)는 롤러 내부에 있다. 모터는 많은 상이한 구성으로 이루어질 수 있지만, 전형적인 형태는 영구 자석(PM) 회전자를 갖는 브러시리스 DC 모터(brushless DC motor)일 것이다.
도 13은 허브 모터(55)의 일 실시예를 도시한다. 영구 자석들의 어레이가 롤러 내부에 있다. 허브는 전자기 고정자를 구비할 것이고, 허브 및 롤러/회전자를 회전하는 기계적 연통 상태에 두는 베어링이 있을 것이다. 도 13은 이러한 실시예의 1/4 섹션을 도시한다. 롤러는 코팅 또는 외측 표면(58)을 구비할 수 있다. 영구 자석 어레이/회전자(60)는 롤러 내부에서 외측 에지 쪽에 있고, 고정자 허브(62)는 자석들의 어레이 내부에 있다. 외측 표면(58)은 조립체의 나머지로부터 용이한 방식으로 분리가능할 수 있다. 이러한 재료는 사용자에 의해 교체될 수 있거나, 정기적으로 전문 서비스에 의해 교체될 수 있다.
롤러들은 많은 팬 및 송풍기처럼 일정 속도들로 회전하고, 유사한 직경을 갖는다. 롤러들의 표면 상에 직접 압력차를 발생시키는 것은 필라멘트 연장 분무기에 유용한 공기 유동을 유도할 수 있다. 하나의 실시예는 도 14의 임펠러(64)로 도시된 바와 같이, 접선방향 공기 유동을 생성하기 위해 롤러의 반경방향 면 상에 직접 임펠러 특징부를 포함한다.
이러한 실시예에서, 임펠러는 공기를 롤러의 회전축 부근에서 끌어당기고, 공기를 반경 방향으로 접선방향 외향으로 송풍한다. 필라멘트 연장 분무기는 공기를 롤러/송풍기 내로 그리고 접선방향 블레이드 밖으로 지향시켜 유용한 공기 유동을 생성하기 위한 추가의 특징부를 구비할 수 있다. 도 15 및 도 16은 내부 모터, 조합된 롤러 송풍기(42, 44), 및 필라멘트 연장 분무기 상의 공기 유동 특징부를 수용하는 롤러 케이싱(38)의 외부 및 내부의 도면들을 도시한다. 케이스(38)는 공기 유동을 제공하기 위해 도면 부호 66과 같은 공기 구멍들을 구비한다. 도 17 및 도 18은 도면 부호 66과 같은 외부 구멍들, 및 하나가 임펠러(64)를 갖는, 도면 부호 42와 같은 내부 롤러들을 구비하는 케이싱(38)의 다른 실시예의 외부 및 내부 도면들을 도시한다.
도 19는 롤러들 및 공기 발생 시스템이 용이하게 교체가능한 시스템을 제공하는, 모터 고정자(68)에 장착가능한 임펠러(64)를 도시한다. 롤러 및 임펠러는 세정을 용이하게 하거나 교체되도록 모터 고정자로부터 제거되고 이에 재부착될 수 있다. 도 20은 모터(22)가 롤러(42)와의 공통 샤프트(34), 및 별개의 임펠러(64)를 구비하는 대안적인 배열을 도시한다. 대안적으로, 임펠러는 커플링을 통해 모터에 연결되지만 롤러와 동일한 구동 샤프트에 연결되지 않는 별개의 샤프트 상에 장착될 수 있다. 이는 임펠러가 롤러와 동일한 속도 이외의 속도로 작동하게 할 수 있으며, 이는 공기속도 및 압력이 별도로 조절되게 할 것이다.
모터의 사용은 시스템이 롤러의 청결도(cleanliness)를 추적하게 할 수 있다. 이러한 해법은 롤러들이 만나는 닙(nip)에서 특히 두껍게 되는 점착성 중합체 잔류물을 남길 수 있다. 이들 영역은 모터의 작동에 영향을 미치기에 충분한 점착성 물질을 가질 수 있다. 이는 과전류(over-current)를 검출하기 위해 사용될 수 있지만, 다른 방법이 사용될 수 있다.
도 21은 롤러의 청결도를 모니터링하기 위한 방법의 일 실시예를 도시한다. 도면 부호 70에서, 롤러들은 이들이 '점착성'인지 여부를 결정하기 위해 제품 용액 없이 '건조' 상태로 작동될 것이다. 모터 전류 또는 속도가 모니터링될 것이고, 시스템 마이크로컨트롤러는, 도면 부호 72에서 롤러들이 제품 용액을 사용한 스프레이 작업에 사용될 준비가 되어 있는지 여부를 결정하도록 프로그래밍될 것이다. 롤러들이 청결하고 작동 준비가 되어 있으면, 도면 부호 74에서 장치의 작동이 허용된다. 이들이 작동될 준비가 되어 있지 않으면, 사용자는 롤러들을 세정하도록 지시될 것이다.
롤러들의 세정은 롤러들의 교체를 수반할 수 있으며, 도면 부호 78에서의 위에서 논의된 헤드 카트리지 교체에서와 같이, 도면 부호 79에서 사용자가 롤러를 세정/도킹(docking) 스테이션 내로 삽입하여 롤러들이 세정되게 할 수 있거나, 사용자가 세정 용액의 카트리지를 분배기 내로 삽입하여 롤러들을 세정 용액으로 세정할 수 있다.
도킹 스테이션은 충전, 보관 등과 같은 다른 이유로 사용될 수 있지만, 이는 또한 분배기를 세정하기 위해 사용될 수 있다. 도 22 내지 도 27은 세정 용액의 다양한 구성 및 위치를 보여주는 도킹/세정 스테이션의 실시예들을 도시한다. 도 22 내지 도 27에서, 도킹 스테이션(80)은 분배기 케이싱(12)을 수용한다. 분배기 케이싱은 저장조(16), 여기에서 배터리(28)로 도시된 배터리 및 전자장치(26, 28), 및 도면 부호 42와 같은 롤러들을 구비한다. 도킹 스테이션(80)은 스테이션 전자장치(82)를 구비하고, 스테이션 전자장치는 전형적으로 커넥터, 접촉 패드, 또는 유도 충전 시스템에 의한, 분배기를 위한 재충전 지점을 포함할 것이다. 도킹 스테이션은 도면 부호 88에서 벽 전원(wall power), 전형적으로 교류원(alternative current source)에 연결될 것이다. 도킹 스테이션은 또한 세정 용액의 세정 저장조(84) 및 폐기물 수집 영역(86)을 포함할 것이다.
도 22는 세정 용액이 장치의 전방측으로부터 장치로 들어가는 구성을 도시한다. 내부 유동 채널이 유동을 롤러들로 지향시키는데, 여기서 유체는 롤러 상에 분배된다. 유체는 스프레이 작동 동안에 유체가 분배되는 방식과 유사하게 분배될 수 있다. 무선으로 또는 전기 접점을 통해 장치와 통신할 수 있는 도킹 스테이션은 롤러들을 가동시켜 이들을 세정할 수 있다. 롤러들은 사용되는 세정 용액에 기초하여, 스프레이 작동 동안에 회전할 속도보다 더 빠르게, 더 느리게, 또는 동일한 속도로 회전할 수 있다. 일 실시예에서, 식염수가 사용되고, 롤러들은 더 빠른 속도로 회전한다. 세정 용액은 롤러들만을 세정하는 것이 아니라, 전체 노즐을 따라 분산되어 내부 표면을 세정한다.
도 23에서, 세정 용액이 펌프(92)에 의해 롤러들의 전방측으로 위로 분무되거나, 롤러들이 회전할 수 있고, 용액이 이어서 폐기물 수집 영역(86) 내로 흘러내린다.
도 24는 분배기가 세정 스테이션 내에 '스냅체결'되고 래치(latch) 또는 자석(90)에 의해 제 위치에 유지되는 다른 대안을 도시한다. 펌프(92)가 세정 용액을 롤러의 후방측으로 위로 펌핑한다. 롤러들이 가동되고, 세정 용액을 세정 스테이션(80)을 향해 추진시키기 위해 매우 높은 속도로 회전된다. 세정 스테이션의 후방벽에 부딪친 후에, 잉여 유체가 시스템을 따라 폐기물 수집 영역(86)으로 흘러내린다.
도 25는 도킹 스테이션의 일 실시예를 도시하는데, 여기서 스테이션이 개방되어 분배기가 삽입되게 한 다음에 세정 용액 저장조가 분배기 뒤에서 폐쇄되어 세정 용액이 분배기의 후방측에 부착되게 한다. 이러한 실시예에서, 세정 용액은 세정 용액이 롤러들 상에 분무되게 하도록 가압된다.
도 26은 제품 유체 저장조가 제거되고, 장치가 교체가능 카트리지 구멍 내에 정합하는 특징부를 포함하는 세정 스테이션과 도킹되는 일 실시예를 도시한다. 이러한 정합을 통해, 세정 용액을 전체 시스템을 통해 흐르게 할 수 있다. 정합되는 특징부는 카트리지와 동일한 크기 및 설계일 수 있거나, 상당히 더 크고, 단지 카트리지의 정합 특징부를 복제하도록 설계될 수 있다. 세정 용액은 세정 스테이션에 의해 가동되는, 장치 내부의 펌프에 의해 시스템을 통해 이동된다. 세정 용액은 롤러들이 가동되고 유체가 롤러들 상에 분배될 때 롤러들에 의해 분무되거나 분산된다. 분배기는 스테이션 전자장치(82) 내에 접점 또는 유도 충전 시스템을 구비한다.
도 27은 세정 용액이 도킹 스테이션 내에 있고 롤러들의 전방측에 분무되는 다른 실시예를 도시한다. 도 24 및 도 26에 도시된 바와 같은 자석 또는 래치(92)가 도킹 스테이션 및 장치 자체 내에 포함된다. 이러한 두 부품은 장치가 도킹 스테이션에 부착되지만 세정 또는 충전이 완료된 때 사용자에 의해 제거될 수 있도록 서로 정합하도록 설계된다. 용액을 롤러들 자체에 가까운 거리에서 분무하는 튜브가 포함된다. 롤러들은 물질이 장치 전체에 걸쳐 그리고 궁극적으로 스테이션 자체 상에 분무되거나 분산되도록 가동될 수 있다. 용액은 이어서 다른 폐기물 수집 영역에 연결된 내부 폐기물 수집 저장조 내로 들어간다. 이들 도킹 스테이션 중 임의의 것이 롤러가 세정되게 하여 분배기의 더욱 양호한 작동을 허용할 것이다.

Claims (35)

  1. 유체를 미스트(mist)로서 분배하는 핸드헬드 분배기(hand-held dispenser)로서,
    사용자의 손에 맞도록 구성되는 케이싱;
    미스트를 분배하도록 배열되는, 상기 케이싱 내의 노즐;
    상기 미스트로 변화될 유체를 보유하기 위해 상기 케이싱 내에 수용되는 유체 저장조;
    상기 저장조로부터의 유체를 수용하고 상기 미스트를 발생시키기 위해 상기 케이싱 내에 수용되는 필라멘트 연장 분무기(filament extension atomizer);
    상기 케이싱 내에 수용되는 공기 공급원으로서, 상기 공기 공급원은 상기 필라멘트 연장 분무기에 인접하게 배열되어 공기 유동을 제공하여서 상기 미스트를 상기 노즐로 지향시키는, 상기 공기 공급원;
    상기 케이싱 내에 수용되는 모터로서, 상기 모터는 상기 필라멘트 연장 분무기에 연결되어 상기 필라멘트 연장 분무기를 작동시키는, 상기 모터;
    상기 사용자가 상기 분배기를 가동시키게 하기 위해 상기 케이싱 상에 위치되는 액추에이터;
    상기 케이싱 내에 수용되는 제어 회로로서, 상기 제어 회로는 상기 모터 및 상기 액추에이터에 전기적으로 연결되어 상기 액추에이터로부터 신호를 수신하고 상기 모터로 신호를 송신하여서 상기 모터가 작동하게 하는, 상기 제어 회로; 및
    상기 케이싱 내에 수용되는 전원으로서, 상기 전원은 상기 제어 회로 및 상기 모터에 전기적으로 연결되어 상기 제어 회로로부터 신호를 수신할 때 상기 모터에 전력을 제공하는, 상기 전원
    을 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유체 저장조 및 상기 필라멘트 연장 분무기에 연결되어 상기 저장조로부터의 유체를 상기 필라멘트 연장 분무기로 이동시키는 펌프를 추가로 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유체 저장조는 가압되고, 상기 유체 저장조는 분배될 유체의 양을 제어하는 제어 밸브를 구비하는, 핸드헬드 분배기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트 연장 분무기는 한 쌍의 반대 방향으로 회전하는 롤러들을 포함하고, 상기 롤러들은 상기 유체를 수용하고 상기 유체를 상기 롤러들의 발산 표면(diverging surface)들 사이에서 신장시킴으로써 상기 유체로부터 미스트를 발생시키도록 배열되는, 핸드헬드 분배기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 롤러들은 교체가능 헤드 카트리지 내에 수용되는, 핸드헬드 분배기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 교체가능 헤드 카트리지는 전원 연결부 및 임의의 시일(seal)의 정합을 보장하도록 사용자가 상기 헤드 카트리지를 적절히 정렬시키게 하는 정렬 특징부들을 구비하는, 핸드헬드 분배기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 교체가능 헤드 카트리지는 유체 밀폐 시일 및 공기 밀폐 시일 중 적어도 하나를 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  8. 제5항에 있어서, 상기 교체가능 헤드 카트리지는 적어도 하나의 센서 및 상기 분배기에 대한 통신 링크를 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 공기 공급원은 전자 공기 펌프, 팬(fan), 및 압축 공기 용기 중 하나를 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 전원을 제어하고, 상기 케이싱 내의 장치들에 구동 전압들을 제공하며, 상기 케이싱 내의 장치들을 위한 작동 모드들을 스위칭하고, 사용자 피드백을 제공하며, 상기 액추에이터로부터 가동 신호를 수신하고, 상기 분배기가 작동하게 하도록 구성되는, 핸드헬드 분배기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 유체 저장조는 재충전가능 저장조 또는 교체가능 카트리지 중 적어도 하나를 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 교체가능 카트리지는 상기 카트리지가 상기 케이싱 내로 삽입될 때 상기 케이싱 상의 구조체에 의해 부서질 수 있는 시일을 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 교체가능 카트리지는 영구 시일을 포함하고, 상기 영구 시일은 상기 영구 시일이 상기 케이싱 내에서 정렬되어 누출을 방지하도록 정렬 특징부들을 갖는, 핸드헬드 분배기.
  14. 제11항에 있어서, 상기 교체가능 카트리지는 적어도 하나의 센서 및 상기 분배기에 대한 통신 링크를 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  15. 제1항에 있어서, 상기 유체 저장조는 다수의 유체 저장조들을 포함하고, 각각의 저장조는 상이한 유체를 구비하는, 핸드헬드 분배기.
  16. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 버튼을 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  17. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 사용자가 상기 분배기를 파지한 동일한 손으로 상기 액추에이터를 가동시키게 하도록 상기 케이싱 상에 배열되는, 핸드헬드 분배기.
  18. 제4항에 있어서, 상기 모터는 상기 롤러들 중 하나를 회전자(rotor)로서 구비하는 허브(hub) 모터를 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 회전자는 영구 자석들의 어레이가 내부에 부착된 롤러를 포함하고, 상기 모터는 상기 롤러 내부에 있는 고정자(stator)를 구비하는, 핸드헬드 분배기.
  20. 제1항에 있어서, 상기 공기 공급원은 공기 유동을 발생시키기 위한 임펠러 특징부를 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  21. 제1항에 있어서, 상기 분배기가 외부 시스템으로 정보를 보내게 하는 통신 링크를 추가로 포함하는 핸드헬드 분배기.
  22. 제5항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 롤러들에 전력을 제공하고 임의의 제품 유체의 적용 전에 상기 롤러들을 회전시키며;
    상기 롤러들이 오염되었는지 여부를 결정하기 위해 상기 모터를 모니터링하고;
    상기 롤러들이 오염된 때 상기 사용자와 통신하도록 작동가능한, 핸드헬드 분배기.
  23. 제22항에 있어서, 상기 사용자와 통신하는 것은 상기 롤러들이 세정 또는 교체 중 하나를 필요로 함을 상기 사용자에게 알리는 것을 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  24. 제22항에 있어서, 상기 사용자와 통신하는 것은 상기 롤러들이 세정될 필요가 있음을 상기 사용자에게 알리고 상기 롤러들 상에 세정 용액을 분배하여 상기 롤러들을 세정하는 것을 포함하는, 핸드헬드 분배기.
  25. 분배 시스템으로서,
    유체를 미스트로서 분배하는 핸드헬드 분배기로서,
    사용자의 손에 맞도록 구성되는 케이싱,
    상기 사용자의 눈 내로 미스트를 분배하도록 배열되는, 상기 케이싱 내의 노즐,
    상기 미스트로 변화될 유체를 보유하기 위해 상기 케이싱 내에 수용되는 유체 저장조,
    상기 저장조로부터의 유체를 수용하고 상기 미스트를 발생시키기 위해 상기 케이싱 내에 수용되는 필라멘트 연장 분무기,
    상기 케이싱 내에 수용되는 공기 공급원으로서, 상기 공기 공급원은 공기 유동을 제공하여서 상기 미스트를 상기 노즐로 지향시키는, 상기 공기 공급원,
    상기 케이싱 내에 수용되는 모터로서, 상기 모터는 상기 필라멘트 연장 분무기에 연결되어 상기 필라멘트 연장 분무기를 작동시키는, 상기 모터,
    상기 사용자가 상기 분배기를 가동시키게 하기 위해 상기 케이싱 상에 위치되는 액추에이터,
    상기 케이싱 내에 수용되는 제어 회로로서, 상기 제어 회로는 상기 모터 및 상기 액추에이터에 전기적으로 연결되어 상기 액추에이터로부터 신호를 수신하고 상기 모터로 신호를 송신하여서 상기 모터가 작동하게 하는, 상기 제어 회로,
    상기 케이싱 내에 수용되는 전원으로서, 상기 전원은 상기 제어 회로 및 상기 모터에 전기적으로 연결되어 상기 제어 회로로부터 신호를 수신할 때 상기 모터에 전력을 제공하는, 상기 전원, 및
    분배기 커넥터
    를 포함하는, 상기 핸드헬드 분배기; 및
    상기 분배기 내의 상기 전원에 전력을 제공하기 위한, 상기 분배기 커넥터와의 전력 커넥터
    를 포함하는, 분배 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 전력 커넥터는 전력 코드(cord), 전력 접점 또는 무선 유도 커넥터 중 하나를 포함하는, 분배 시스템.
  27. 제25항에 있어서, 상기 전력 커텍터는 도킹 스테이션(docking station) 내에 있는, 분배 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 상기 도킹 스테이션은 필요할 때 상기 분배기의 상기 롤러들을 세정하는 세정 스테이션을 포함하는, 분배 시스템.
  29. 제28항에 있어서, 상기 세정 스테이션은,
    상기 세정 스테이션의 구성요소들을 내장하는 하우징;
    상기 분배기가 상기 세정 스테이션 내에 도킹될 때 상기 분배기의 상기 제어 회로 및 상기 전원과 연결되도록 배열되는 스테이션 전자장치;
    세정 용액의 세정 저장조;
    상기 세정 용액이 상기 필라멘트 연장 분무기에 적용되어 상기 필라멘트 연장 분무기를 세정한 후에 세정 용액을 수집하는 폐기물 수집 저장조; 및
    교류 전원에 대한 전력 연결부
    를 포함하는, 분배 시스템.
  30. 제28항에 있어서, 상기 필라멘트 연장 분무기가 작동함에 따라 세정 용액을 상기 필라멘트 연장 분무기를 통해 분무하도록 상기 세정 용액을 위한 도관이 상기 필라멘트 연장 분무기의 후방측에 결합되는, 분배 시스템.
  31. 제28항에 있어서, 세정 용액을 상기 필라멘트 연장 분무기의 전방측을 향해 분무하도록 상기 세정 용액을 위한 도관이 상기 필라멘트 연장 분무기의 전방측에 결합되는, 분배 시스템.
  32. 제28항에 있어서, 상기 세정 스테이션은 상기 세정 스테이션 내로의 상기 분배기의 삽입을 허용하기 위해 개방되도록 구성되는, 분배 시스템.
  33. 제29항에 있어서, 상기 하우징은 상기 분배기를 상기 세정 스테이션 내의 제 위치에 래칭시키기 위한 래칭 기구(latching mechanism)를 구비하는, 분배 시스템.
  34. 제29항에 있어서, 상기 세정 용액의 세정 저장조는 상기 분배기 내의 상기 유체 저장조를 대체하기 위한 카트리지를 포함하는, 분배 시스템.
  35. 제29항에 있어서, 상기 폐기물 수집 저장조는 상기 분배기 내부로부터의 폐기물 유체를 수용하도록 배열되는, 분배 시스템.
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