CZ20031492A3

CZ20031492A3 - Elektrostatické rozprašovací zařízení

Info

Publication number: CZ20031492A3
Application number: CZ20031492A
Authority: CZ
Inventors: Bryan Michael Kadlubowski; David Edward Wilson; Jeffrey Keith Leppla; Wataru Hirose; Yoshihiro Wakiyama; Yakeshi Aoyama; Takeshi Mori; Yoshito Komada; Toru Sumiyoshi; Joseph Michael Crowley
Original assignee: The Procter & Gamble Company
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2003-11-12
Also published as: DE60227778D1; US6682004B2; MXPA03006257A; JP2004517716A; JP2007111699A; ATE401964T1; CA2432229A1; US20010020652A1; EP1349669A1; JP3959026B2; CN1256184C; CN1484549A; WO2002055212A1; KR20030071812A; EP1349669B1

Description

Elektrostatické rozprašovací zařízení

Odkaz na příbuznou přihlášku

Tato přihláška je přihláška částečně pokračovací našich dřívějších přihlášek US pořadové č. 09/377,332, podané 18. srpna 1999 a US pořadové č. 09/377,333, podané 18. srpna 1999.

Oblast techniky

Vynález se týká přenosného elektrostatického rozprašovacího zařízení určeného pro osobní použití. Přesněji, tento vynález je zaměřen na poskytnutí zlepšení jak elektronického obvodu, tak mechanické konstrukce, které vedou ke snížení nebo odstranění šokových potenciálů, a tím ke zlepšení bezpečnosti zařízení pro uživatele.

Dosavadní stav techniky

V US 4,549,243, Owen popisuje rozprašovací přístroj, který může být držen v lidské ruce pro použití jako je grafická práce, kde se požaduje, aby plocha, na kterou je postřik nanášen mohla být přesně ovládána (sl. 1, ř. 5-9). Owen potvrzuje jak výhody tak nebezpečí spojená s akumulovanou kapacitou, když popisuje, že vysokonapěťový obvod má dostatečnou kapacitu, aby během použití byl mezi pulsy udržován požadovaný elektrický gradient na trysce, ale na druhé straně by měl mít nízkou uloženou energii, přednostně méně než 10 mJ tak, aby nebylo přítomno žádné bezpečnostní riziko pro uživatele, například náhodným dotykem uživatele s tryskou nebo na styku trysky s uzemněným povrchem (sl. 5, ř. 52-59). Owen dále popisuje výskyt jiskrových výbojů a nabízí řešení pro omezení takových výbojů, „...když se tryska s přiloženým vysokým potenciálem přiblíží k uzemněnému povrchu, mohou místo rozprašování nastat jiskrové výboje • ·

• · · · »· ·· ·· · ·

16118 -2z trysky na uzemněný povrch.; dává se přednost tomu, aby intenzita pole na trysce byla taková, aby maximální vzdálenost trysky od uzemněného povrchu, při které nastávají jiskrové výboje byla menší než 5 mm (sl. 6, ř. 14-20). Ačkoliv Owen rozpoznal nebezpečí spojená s akumulovanou kapacitou v zařízení, nedostal se k tomu, aby navrhl prostředky rozptýlení uvedené kapacity a rozhodl se pro konstrukci kolem ní. Přístup konstruování kolem vnitřní kapacity omezením na 10 mJ nebo méně, omezuje velikost či množství kondenzátorů v obvodu, které naopak omezuje schopnost udržet výstupní vysoké napětí na stabilní hodnotě. Dále Owenova konstrukce potenciálu omezením vzdálenosti na které jiskrový výboj nastane není spotřebitelsky životaschopné řešení, protože je velmi pravděpodobné, že zákazník přijde do přímého styku s oblastí trysky (tj. na vzdálenost menší než je 5 mm) buď když je zařízení v činnosti nebo krátce na to dříve než se akumulovaný náboj rozptýlil ze zařízení.

V US 5,222,667, Noakes poskytuje elektrostatické rozprašovací zařízení s přidanou výhodou potlačení šoku pomocí vysokonapěťového obvodu s bipolárním výstupem s kmitočtem ne větším než 10 Hz. Systém popsaný Noakesem používá napájení se střídavou polaritou pro generování vysokonapěťového potenciálu. Noakes rozlišuje, například, kde je použito stejnosměrné elektrostatické rozprašovací zařízení, které je zcela drženo v ruce (a tudíž kde neexistuje jiná cesta k zemi než skrz obsluhujícího) a jestliže obsluhující je v podstatě izolován nebo se isoluje od země (například jako výsledek stání na koberci ze syntetických vláken nebo nošením obuvi s podrážkami z izolačního materiálu) během rozprašování, náboj se bude akumulovat na obsluhujícím a jestliže se obsluhující následně dotkne uzemněného vodiče, zakusí elektrický šok (sl. 1, ř. 46-56). Owen navrhuje řešení takového problému vhodným výběrem kmitočtu (vysokonapěťového napájení • ·

16118 přepínajícího mezi opačnými polaritami), že je možné zamezit pocítění elektrického šoku obsluhujícím nebo alespoň snížit pocit na úroveň, při které je nebezpečí nehody jako výsledku bezděčné reakce obsluhujícího sníženo (sl. 2, ř. 26-30). Avšak řešení, které Noakes předkládá jako prostředek pro omezení potenciálu pro uživatele pro vytvoření náboje a následného vybití tohoto náboje v podobě šoku, je poskytnutí specifikace pro přepínací kmitočet napájení se střídavou polaritou.

Zatímco toto může představovat životaschopné řešení pro některé případy, nenachází to použití v elektrostatických rozprašovacích zařízeních pro energie používající usměrňovač, výstup.

generování vysokonapěťové který používá jednosměrný

V US 5,337,963, Noakes poskytuje elektrostatické rozprašovací zařízení pro rozprašování kapalin a zejména se týká zařízení pro rozprašování kapalin do prostředí. Jeden aspekt zařízení předkládaného Noakesem je, že když vložka je umístěna v interiéru a je spojena s vysokonapěťovým výstupem generátoru, skutečnost, že napětí je přivedeno sloupcem kapaliny v úzkém otvoru trubky, poskytne dráhu o vysokém odporu (a tudíž potlačení šoku, který by byl jinak pocítěn při dotknutí konce trubky) následkem odporu kapaliny a rozměrů průřezu a délky otvoru trubky (sl. 10, ř. 22-30). Tato konstrukce, zatímco nabízí některé prostředky pro potlačení šoku, není spotřebitelsky životaschopným systémem v tom, že ignoruje variantu činnosti kde sloupec kapaliny mezí nabíjecím místem a bodem výboje není už naplněna výrobkem, a tudíž již nenabízí odporovou dráhu. To je pravděpodobná varianta činnosti kdy by uživatel obdržel šok od takového zařízení.

Podstata vynálezu

Elektrostatické rozprašovací zařízení, které je sestaveno a uzpůsobeno pro elektrostatické nabití a vydávání produktu • · · · • ·· ·

z přívodu do rozptylového bodu. Elektrostatické rozprašovací zařízení obsahuje nádržku uspořádanou pro zásobu produktu a trysku pro rozptylování produktu. Tryska je umístěna v rozptylovém bodu. Tryska má výstupní ústí. Mezi nádrží a tryskou je umístěn kanálek, který umožňuje elektrostatické nabíjení produktu při jeho pohybu v kanálku. Pro pohyb produktu z nádržky do trysky je použit objemový výtlačný mechanizmus. Zdroj energie dodává elektrický náboj. Jsou použity vysokonapěťový zdroj energie, vysokonapěťový dotyk a vysokonapěťové elektroda. Část vysokonapěťové elektrody umísténá mezi nádržkou a tryskou je použita pro elektrostatické nabíjení produktu v kanálku v nabíjecím místě. Vzdálenost mezi nabíjecím místem a výstupním ústím trysky se řídí následujícím vztahem: V_o/d<100 000, kde V_o = výstupní napětí vysokonapěťového zdroje energie a d = lineární vzdálenost mezi nabíjecím místem a výstupním ústím trysky. Pro podstatné zakrytí vysokonapěťového dotyku, když je ze zařízení vyjmuta jednorázová vložka, může být použit pohyblivý kryt elektrody. Vysokonapěťové elektroda se může zasunout když je jednorázová vyjmuta ze zařízení nebo znovu vysunout když je jednorázová vložka vložena do zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Když je popis uzavřen nároky zejména označujícími a jasně definujícími vynález předpokládá se, že to samé bude lépe pochopeno z následujícího popisu ve spojení s připojenými výkresy, na kterých:

obr. 1 je izometrický pohled na rozložené ruční nezávislé elektrostatické rozprašovací zařízení s jednorázovou vložkou;

obr. 2 je izometrický pohled na sestavené zařízení z obr. 1;

• · · · ·· · · • · · ·· ···«

16118 -5~ obr. 3 je izometrický pohled na rozloženou jednorázovou vložku z obr. 1;

obr.	4	je řez výstupní částí zařízení z obr. 1;
obr.	5	je schéma soustavy elektrických obvodů	j ednoho
provedení		elektrostatického rozprašovacího zařízení	podle
vynálezu;
obr.	6	je schéma části soustavy elektrických	obvodů

dalšího provedení elektrostatického rozprašovacího zařízení podle vynálezu;

obr. 7 je schéma části soustavy elektrických obvodů dalšího provedení elektrostatického rozprašovacího zařízení podle vynálezu;

obr. 8 je schéma části soustavy elektrických obvodů dalšího provedení elektrostatického rozprašovacího zařízení podle vynálezu;

obr. 9 je schéma části soustavy elektrických obvodů dalšího provedení elektrostatického rozprašovacího zařízení podle vynálezu;

obr. 10 je izomerický pohled na rozložené vložené pouzdro a doprovázející součásti z obr. 1.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 a 2 je znázorněno v ruce držené samostatné elektrostatické rozprašovací zařízení 5 s jednorázovou vložkou 200. Jednorázová vložka 200 může obsahovat různé produkty, včetně kosmetiky, pleťových krémů a pleťových vod, ale není omezena jen na ně. Produkt v jednorázové vložce 200 může být objemově vytlačen (bude probráno níže) a poháněn poháněcím agregátem 10. Poháněči agregát 10 může být upevněn na levý či ·· · ·

první kryt 30. Poháněči agregát 10 může být ve svém místě upevněn mechanicky, přilepením anebo jakýmkoliv jiným vhodným způsobem. Poháněči agregát 10 přednostně obsahuje přesný motor 10a spojený s převodovkou 10b. Energetický zdroj 20 poskytuje energii zařízení. Příklad vhodného energetického zdroje 20 zahrnuje dvě baterie typu „AAA, ale není na ně omezen. Energetický zdroj 20 poskytuje energii zařízení prostřednictvím ovládacího obvodu 60, vysokonapěťového zdroje 40 a pak vysokonapěťového kontaktu 50, který je ve styku s jednorázovou vložkou 200. Vysokonapěťový zdroj 40 je napájen a ovládán ovládacím obvodem 60 (bude probrán níže). Vypínač 80 napájení je konstruován tak, že napětí je přiváděno do zbytku obvodu pouze když vypínač 80 je v zapnuté či uzavřené poloze. Aplikační spínač 70 umožňuje uživateli výběrově aktivovat motor 10a a tím aktivovat podávání a rozprašování produktu. Poháněči agregát 10 obsahuje unášeč 90 upevněný na hřídel (není znázorněn na obr. 1 a 2, viz obr. 3) převodovky 10b, například stavěcím šroubem (není znázorněn). Unášeč 90 obsahuje vystupující ozuby, např. tři, které mohou zapadat do odpovídajících vybrání na zadní části poháněcího dílu 240.

S poukazem na obr. 4, první hledisko vynálezu je zaměřeno na vymezení přeskokové dráhy 300 jiskry mezi nabíjecím místem 310 (např. bodem v otevřené komoře jednorázové vložky 200 a také blízko vysokonapěťové elektrody 210) a výstupním vyústěním 280 (např. bodem kde rozstřik opouští zařízení 5) trysky 270. Pro minimalizování nebezpečí elektrického šoku v podobě dotykového výboje na uživatele je podstatné maximalizovat vzdálenost mezi nabíjecím místem 310 a výstupním vyústěním 280 trysky 270. V současné době se domníváme, že v předchozím stavu techniky chybí poučení o tomto důležitém vztahu nezbytném pro minimalizování nebezpečí elektrického šoku.

• · · ·

16118 -7Přednostní vzdálenost mezi nabíjecím místem 310 a výstupním vyústěním 280 trysky 270 se řídí následujícím vztahem:

V_o/d < 100 000

Kde:

V_o = výstupní napětí vysokonapěťového zdroje 40 [V] d = přeskoková vzdálenost 300 jiskry (tj. lineární vzdálenost mezi nabíjecím místem 310 a výstupním vyústěním 280 trysky 270 [in] )

Jak je znázorněno, je žádoucí, aby tento kvocient (V_o/d) byl omezen přednostně na méně než 100 000 V/in (3937 V/mm) , více je dávána přednost omezit tento kvocient na méně než 70 000 V/in (2756 V/mm) a nejvýhodnější je omezit tento kvocient na méně než 50 000 V/in (1968 V/mm) . Ačkoliv to není omezeno na následující hodnoty, přednostně se „V_o pohybuje v rozsahu od 10 000 v až 20 000 V a „d v rozsahu od 0,1 in do 0,5 in (od 2,54 mm do 12,7 mm) . Odborník v oboru může využít hodnoty vně těchto mezí, pokud bude zachován výše uvedený kvocient.

V prvním provedení vynálezu, jehož příklad je na obr. 3 a 4, obsahuje jednorázová vložka 200 vodivý plášť 210, který je umístěn v podstatě kolem vnějšího obvodu nádržky 220 s produktem. Vodivý plášť 210 může být sestrojen s použitím vodivého plastu (např. akrylonitril butadien styrenu (ABS) plněného 10 % uhlíkových vláken), kovu (např. hliníku) anebo jakéhokoliv jiného vhodného materiálu. Vodivý plášť 210 může být vytvořen jako integrální část izolátoru 260 vložky 200 prostřednictvím společného vstřikování nebo jakýmkoliv jiným výrobním způsobem. Alternativně může být vodivý plášť 210 vytvořen odděleně a pak později spojen s izolátorem 260 vložky

16118

-8·· · ♦ • ·· · • * • · • · • « ·

200 jakýmkoliv vhodným způsobem včetně lisovaného uloženi. Poháněči díl 240 je umístěn na konci jednorázové vložky 200 protilehlém k jejímu vyprazdňovacímu konci. Poháněči díl 240 může být opatřen vnitřním závitem (není znázorněn) pro průchod jednoho konce závitové tyče 250 a zaskakovacím okrajem 245 pro zaskočení do otevřeného konce nádržky 220 s produktem. Opačný konec závitové tyče 250 může být opatřen pohyblivým pístem 230. Závitová tyč 250 může tak spojovat píst 230 s poháněcím dílem 240 tak, že píst 230 se může posouvat podél vnitřního povrchu nádržky 220 s produktem směrem k trysce 270 v odezvě na otáčení poháněcího dílu 240 poháněcím agregátem 10. Tento pohyb pístu 230 může tak vytlačit produkt z nádržky 220 s produktem.

Když není v přeskokové dráze 300 umístěn žádný produkt, je pravděpodobné, že může nastat elektrický šok v podobě dotykového výboje na uživatele. Takové podmínky mohou nastat, například, když uživatel používá jednorázovou vložku 200 poprvé (tj. před tím, než se přeskoková dráha 300 naplní produktem během prvního nanášení produktu). Za těchto podmínek se výše uvedený vztah optimalizuje (tj. minimalizuje se hodnota kvocientu) potenciálu vzduchu, obsluhujícího, se pro zabránění překročení poruchového když uzemněný předmět, jako je prst dostane do bezprostřední blízkosti výstupního vyústění 280 trysky 270.

Pro vodivé tekutiny je také pravděpodobné, že nastane elektrostatický šok v podobě dotykového výboje na uživatele když produkt vyplní přeskokovou dráhu 300 jiskry. Takové podmínky nastanou, například, když uživatel již plně uvolnil jednorázovou vložku 200, a tudíž dráha produktu je plná. Za těchto podmínek výše uvedený vztah může potřebovat být nastaven na hodnotu menší než 100 000 pro zabránění výskytu elektrického šoku. Skutečná snížená hodnota kvocientu bude ·· ····

16118 -9závislá na vodivosti vodivé tekutiny (tj. vyšší hodnota vodivosti tekutiny bude vyžadovat nižší hodnotu kvocientu).

Odborníkovi v oboru bude zřejmé, že použití výše uvedeného vztahu musí být také vyváženo potřebou udržovat určité napětí na výstupním vyústění 280 trysky 270, které je ideální pro elektrostatická rozprašovací zařízení, kde nabíjení tekutiny nastává v bodě vzdáleném od trysky (např. v nabíjecím místě 310) . Ideální situací pro nabíjení tekutiny je, aby nastávalo na maximální vzdálenosti od výstupního vyústění 280 trysky 270, což poskytne nejvyšší stupeň bezpečnosti. Avšak existuje vzdálenost, že když se nabíjení uskuteční za touto vzdáleností, je pokles napětí v objemu tekutiny mezi nabíjecím místem 310 a výstupním vyústěním 280 trysky 270 dostatečně rozsáhlý, aby ovlivnil utváření rozprašování. Utváření rozprašování je ovlivněno, protože napětí na výstupním vyústění 280 trysky 270 je pod napětím, které je potřebné pro vytvoření optimálního rozprašování. Proto musí být tato vzdálenost optimalizovaná tak, aby nijak významně neovlivnila kvalitu rozprašování.

V ještě dalším aspektu vynálezu, jak je znázorněno v

příkladech	na obr.	1 a 10 je	přidán pohyblivý	kryt	400
elektrody.	Kryt 400 elektrody	je konstruován	tak,	aby
podstatně	zakryl	vysokonapěťový	kontakt 50,	když	je
jednorázová	vložka	200 vyjmuta	ze zařízení 5.	Kryt	400
elektrody	může být	spojen s vkládacím pouzdrem	110.	Do
vkládacího	pouzdra	110 může být	vložena jednorázová vložka

200. Kryt 400 elektrody je pohyblivě spojen s vodicím vybráním 410. Předpínací pružiny 420 jsou umístěny tak, že když není ve vkládacím pouzdru 110 žádná jednorázová vložka 200, předpínací pružiny 420 posunou kryt 400 elektrody do normálně uzavřené polohy, která kryje vysokonapěťový kontakt 50. Když je jednorázová vložka 200 umístěna do vkládacího kanálu 110, je ·· ···· ·· ·· • · · · • · · • · · • · · • · · · · ·

16118 -10kryt 400 elektrody posunut zpět ve vodicím odkryl vysokonapěťový kontakt 50 tak, aby s< s vodivým pláštěm na jednorázové vložce 200. Kryt 400 elektrody má dostatečnou izolační jakost, aby zabránil elektrickým výbojům z vysokonapěťového kontaktu 50 přes kryt 400 elektrody na uživatele.

Další provedení ochrany elektrody může také být v podobě vysokonapěťové elektrody v zařízení umístěné tak, aby se uvedená vysokonapěťové elektroda ukryla, když je vložka vyjmuta a tvoří řádný dotyk s elektrodou vložky, když je vložka řádně instalovaná (není znázorněno).

Obr. 5 znázorňuje elektrické schéma jednoho provedení elektrostatického rozprašovacího zařízení. Znázorněný zdroj 510 energie může být tvořen baterií nebo jiným zdrojem energie známým v oboru. Například může být zdrojem energie jedna nebo více uživatelem vyměnitelných baterií jako dvě standardní baterie „AAA. Alternativně mohou být zdrojem energie uživatelem nabíjené články, bezobslužný nabíjecí proudový zdroj nebo vnější zdroj (tj. síťový zdroj). Alespoň v jednom uspořádání obvodu může být zdroj energie oddělen od zbytku obvodu vypínačem 520 napájení. Vypínač 520 napájení může prodloužit životnost samostatného zdroje 510 energie jako je baterie. Vypínač 520 napájení může také přidat zálohu bezpečnosti při napájení síťovým napětím dodáváním energie do zbytku obvodu pouze když je vypínač 520 sepnut. V jednom provedení může být vypínačem 520 napájení kolébkový vypínač, který je schopen udržovat své nastavení až do dalšího ovládání. Když je vypínač 520 sepnut je energie dodávána do stejnosměrného měniče 530.

Stejnosměrný měnič 530 přijímá napájení o vstupním napětí ze zdroje 510 energie, například nominální 3,0 voltové napájení z běžných baterií typu „AAA a mění je na signál o vybrání 410, aby e dostal do styku • 4 *«··

16118 -11vyšším napětí jako je 5,0 voltové napájení. Stejnosměrný měnič 530 může být, například stejnosměrný měnič ze 3 na 5 V dostupný od Linear Technology Corporation (součást č. LT1317BCMS8-TR). Stejnosměrný měnič 30 může být také použit pro odeslání signálu do indikátoru 540. Tento signál může být buď součástí napájecího signálu ze zdroje 10 energie, nebo součástí výstupního signálu , např. 5,0 voltů. Indikátor 540 může být, například svítivá dioda (LED), která emituje světlo v oranžovém rozsahu viditelného elektromagnetického spektra. Jak je znázorněno na obr. 5, indikátor 540 může být uspořádán, aby emitoval viditelné světlo pouze když vypínač 520 napájení je v zapnuté poloze a dostatečné napětí je dodáváno do indikátoru 540 ze stejnosměrného měniče 530. Uživatelem ovládaný aplikační spínač 545 může být stlačen nebo otočen do sepnuté polohy, v závislosti na typu použitého spínače, pro uzavření napájecího obvodu a poskytnutí energie napěťovému regulátoru 550. Napěťový regulátor 550 může ovládat vstupní napětí do motoru 560, jestliže je to nutné. Nominální napěťový výstup z napěťového regulátoru může být přibližně 3,3 voltu. Napěťový regulátor 550 může také vysílat výstupní signál do vysokonapěťového spínače 570. Vysokonapěťový spínač 570 může být například tranzistorový nebo diodový prvek jako je tranzistor od NEC Corporation číslo součástky 2SA812.

Vysokonapěťový spínač 570 dodává energii do zbývajícího obvodu pro generování vysokého napětí v odezvě na signál z napěťového regulátoru 550. Vysokonapěťový spínač 570 posílá signál jak vysokonapěťovému ovládacímu bloku 580, tak signálnímu generátoru jako je generátor 590 obdélníkových kmitů. Vysokonapěťový ovládací blok 580 porovnává signál z akumulačního kondenzátoru 610 a proudového omezovače 670 s vnitřně nataveným referenčním napětím. V závislosti na hodnotě zpětnovazebního signálu z akumulačního kondenzátoru 110 a/nebo signálu z omezovače proudu 670, vysokonapěťový

16118

-12ovládací blok 580 bude vysílat buď signál pro zapnutí nebo vypnutí do stejnosměrného měniče 600. Vysokonapěťový ovládací blok 580 může být, například operační zesilovač Toshiba Corporation č. součásti TC75W57FU.

Stejnosměrný měnič 600 mění nízké vstupní napětí na vyšší výstupní napětí. Stejnosměrný měnič 600 může například měnit jmenovité vstupní napětí přibližně 5,0 voltů na vyšší jmenovité výstupní napětí přibližně 25,0 voltů. Výstup ze stejnosměrného měniče 600 nabíjí akumulační kondenzátor 610. Akumulační kondenzátor 610 poskytuje vstupní napětí primární cívce vysokonapěťového transformátoru 620. Kmitočet výstupu stejnosměrného měniče 600 o vyšším napětí je ovládán, jak bude podrobněji popsáno později, zpětnovazební smyčkou pro zajištění, aby bylo k dispozici v podstatě konstantní napájení, např. přibližně 25,0 voltů, pro vysokonapěťový transformátor 620, z akumulačního kondenzátoru 610. Stejnosměrný měnič 600 může být, například stejnosměrný měnič od Toshiba Corporation jako součást č. TC75W57FU. Vysokonapěťový spínač 570 může také poslat signál pro zapnutí generátoru 590 obdélníkových vln, který je také spojen s primární cívkou vysokonapěťového transformátoru 620. Výsledkem toho jsou střídavé pulsy s napětím mezi špičkami 25 voltů vytvářené v primární cívce vysokonapěťového transformátoru 620. Generátor 590 obdélníkových kmitů může být, například operační zesilovač od Toshiba Corporation jako součást č. TC75W57FU. Převod vysokonapěťového transformátoru 620 může být, například přibližně 100:1, takže vstupní napětí přibližně 25,0 voltů na primární cívce může mít za následek přibližně výstupní napětí 2,5 kV (2500 voltů) ze sekundární cívky. Výstupní napětí z vysokonapěťového transformátoru 620 může být pak dodáváno do napěťového násobiče 630.

' · ♦ a »» ·«·,

16118

-13630 usměrňuje výstupní transformátoru 620 a násobí

Napěťový násobič z vysokonapěťového poskytnutí vyššího stejnosměrného výstupního napětí, výstupní napětí vysokonapěťového transformátoru signál ho pro Jestliže 620 je

Cockroft-Waltonovo

Cockroft-Waltonovo přibližně 2,5 kV střídavý signál, například napěťový násobič 630 může usměrnit tento signál a násobit ho pro poskytnutí stejnosměrného výstupu o vyšším napětí, např. 14,0 kV.

V jednom provedení napěťový násobič 630 může být šestistupňové diodové nábojové čerpadlo. Stupeň pro diodové nábojové čerpadlo je obecně definován jako kombinace jednoho kondenzátoru a jedné diody v obvodu. Odborník v oboru pozná, že počet stupňů potřebných pro napěťový násobič je funkcí velikost vstupního střídavého zdroje napětí a závisí na požadovaném výstupním napětí.

V jednom provedení mohou být vysokonapěťový transformátor 620 a napěťový násobič 630 zapouzdřeny v těsnivu jako je silikonové těsnivo, takové jako je dostupné od Shin-Etsu Chemical Company, Ltd. jako součást číslo KE1204(A.B)TLV. Zapouzdřením vysokonapěťového transformátoru 620 a napěťového násobiče 630 v těsnivu může být elektrický rozptyl a koronový výboj z těchto vysokonapěťových součástí omezen pro zvýšení jejich účinnosti.

Proudový omezovači odpor 640 může být umístěn mezi výstup vysokonapěťového násobiče 630 a vysokonapěťovou elektrodu 650. Proudový omezovači odpor 640 může být použit k omezení proudového výstupu z vysokonapěťového násobiče 630 dostupného na vysokonapěťové elektrodě 650. V jednom konkrétním provedení může mít proudový omezovači odpor 640 hodnotu například přibližně 20 megaohmů. Odborník v oboru však zjistí, že jestliže je požadován vyšší výstupní proud, pak bude požadován proudový omezovači odpor s nižším odporem. Naopak, jestliže je požadován nižší výstupní proud, pak bude požadován proudový omezovači odpor s vyšším odporem. Vysokonapěťové elektroda 650

16118

může být zhotovena z vhodného kovu nebo vodivého plastu, jako je akrylonitril butadien styren (ABS) plněný 10 % uhlíkových vláken. Může být také připojen vybíjecí odpor 660, který je podrobněji popsán níže, jak je znázorněno na obr. 5. Omezovač proudu 670 je také připojen k výstupnímu obvodu vysokonapěťového násobiče 630.

Zemnicí kontakt 680 může také být zajištěn pro ustavení společného uzemnění mezi obvodem elektrostatického rozprašovacího zařízení a uživatelem pro snížení nebezpečí elektrického šoku uživatele. Dále v použití pro osobní péči může zemnicí kontakt 680 také zabránit vytvoření náboje na pokožce uživatele jak se nabité částice akumulují na pokožce uživatele. Zemnicí kontakt 680 může být integrován do aplikačního spínače 545 a/nebo v podstatě přiléhat k aplikačnímu spínači 545 tak, že uživatel nemůže zapnout motor 560 a vysokonapěťový napájecí obvod aniž by se současně neuzemnil k zařízení. Například aplikační spínač 545 může být zhotoven z kovu a/nebo uzemňovací kontakt může být vodivý kontakt nebo uzemňovací elektroda může být umístěna vedle aplikačního spínače 545.

Další aspekt tohoto vynálezu umožňuje elektrostatickému rozprašovacímu zařízení omezit dodatečné rozprašování. Dodatečné rozprašování je definováno jako momentální pokračování rozprašování produktu z elektrostatického rozprašovacího zařízení po tom, co bylo vypnuto napájení vysokonapěťového zdroje. Elektrostatická rozprašovací zařízení s integrálními vysokonapěťovými zdroji běžně používají násobiče napětí s kondenzátory a diodami pro zvyšování výstupního napětí ze základního vysokonapěťového transformátoru. Jedním z vhodných násobičů napětí je diodová nábojová pumpa Cockroft-Waltonova typu. Kondenzátory jsou také použity v elektrostatickém rozprašovacím obvodu pro zlepšení • · • · ;··;.·*; .*·.···: .

:,: .· ·: : · · ·· ···· »· .

16118 -15kvality vysokonapěťového výstupu a pro snížení kolísání nebo hluku. Po tom co uživatel vypne zařízení, působí kondenzátory jako elektrické akumulační prvky a akumulují vysokonapěťový náboj dokud se náboj nerozptýlí např. prostřednictvím koronového úniku do atmosféry nebo jiskrového výboje do bodu, který má nižší elektrický potenciál (např. šok uživateli). Tento akumulovaný náboj může pokračovat v poskytování napájení vysokonapěťové elektrody 650 a může vytvářet dostatečný potenciálový rozdíl mezi produktem a blízkými povrchy aby umožnil rozprašování produktu po vypnutí napájení vysokonapěťového napájení dokud se náboj v kondenzátorech dostatečně nerozptýlí.

Stav dodatečného rozprašování je nežádoucí, protože zařízení pokračuje v rozprašování produktu po tom co uživatel vypnul zařízení a kvalita postřiku je nestálá, protože poměr náboje k hmotnosti se výrazně mění. Požadovaný poměr náboje k hmotnosti není udržován, protože neexistuje plynulé napájení vysokonapěťovým proudem využitelné zcela atomizovat produkt pro postřik. Náboj akumulovaný v zařízení může částečně atomizovat produkt po dobu kdy se náboj rozptyluje vytvářením dodatečného rozprašování. Protože napěťové napájení pro atomizaci produktu není konstantní, bude se poměr náboje k hmotnosti měnit výsledkem čehož je vytváření postřiku, který má proměnlivou kvalitu. Dále podmínky dodatečného rozprašování mohou vytvářet postřik v nezamýšleném okamžiku a/nebo místě jako je pokračování postřiku po tom co uživatel umístil zařízení do pouzdra nebo ukládací skříňky. To může vytvářet nečekaný a nežádoucí nepořádek.

Dodatečné rozprašování může být omezeno nebo vyloučeno rychlým vybitím kapacitních prvků po vypnutí napájení vysokonapěťového napájení. V prvním provedení vynálezu může být mezi vysokonapěťovou výstupní elektrodu 650 a bod na • · · · • · · • · · • · ··· ·

16118 -16nižším potenciálu v zařízení zapojen vysokonapěťový odpor, jako je vybíjecí odpor 660, znázorněný na obr. 5. Vybíjecí odpor 660 může poskytnout cestu, kterou může být nadbytečná akumulovaná energie v zařízení, jako je energie akumulovaná v kondenzátorech v napěťovém násobiči 630, rozptýlena v poměrně krátkém čase po tom co uživatel dokončil postřikovači operaci, čímž se omezí výskyt dodatečného rozprašování. Vybíjecí odpor 660 by měl být zvolen s dostatečně vysokou hodnotou, aby jeho impedance byla významně vysoká ve srovnání s omezovacím odporem výstupního proudu a rozprašovacím zatížením, aby významně neovlivnil kvalitu rozprašování nebo výstup vysokonapěťového generátoru během normální činnosti. Jestliže je hodnota vybíjecího odporu 660 příliš nízká, vybíjecí odpor 660 poskytne cestu nižšího elektrického odporu než je elektrický odpor představovaný rozprašovací činností. V tomto případě vybíjecí odpor 160 bude odvádět více proudu než je žádoucí během normální rozprašovací činnosti. Když proud procházející vybíjecím odporem 660 při normální rozprašovací činnosti je příliš vysoký, bude pro atomizaci a nabíjení produktu k dispozici nedostatečný proud. Vybíjecí odpor může dále zkrátit životnost přenosného proudového zdroje jako je baterie. Vybíjecí odpor 660 by měl však mít elektrický odpor dostatečně nízký, aby umožnil rozptýlení akumulované energie v poměrně krátké době. Čas potřebný pro rozptýlení akumulované energie v zařízení může být odhadnut s použitím hodnoty kapacity násobené hodnotou vybíjecího odporu 660 pro určení hodnoty časové konstanty RC. Tento vztah je dán:

τ_Α = C_D x R_b

Kde τ_Α ~ čas odvedení přibližně 63 % akumulované kapacity z rozprašovacího zařízení (s) • · • · · ·

• ·

16118 -17C_D = kapacita zřízení (F)

R_b = hodnota vybíjecího odporu (Ω)

Vhodný rozsah pro typický vybíjecí odpor je přibližně mezi 1 ΜΩ a 100 GQ, další vhodný rozsah je přibližně mezi 500 ΜΩ a 50 GO a ještě další vhodný rozsah je přibližně mezí 1 GQ a 20 GQ. V jednom provedení, například, může být žádoucí zcela odvést akumulovaný náboj napájení za méně než přibližně 60 sekund, přednostně za méně než přibližně 30 sekund a nejvýhodněji za méně než 5 sekund. Například pro ilustraci, jestliže je žádoucí rozptýlit alespoň 63 % akumulovaného náboje elektrostatického rozprašovacího zařízení s kapacitou přibližně 500pF (kapacita zařízení může být odhadnuta jako součet kapacity ve vysokonapěťovém zdroji, kapacity v nádržce produktu a odhadu rozptýlené kapacity zařízení) v 5 sekundách nebo dříve, vyžadovalo by to vybíjecí odpor s hodnotou ne vyšší než 10 ΰΩ.

Rb = 5,0 s/500 pF = 10 GQ

V závislosti na rozdělení kapacity (v násobiči napětí 630, kapacita nádržky na produkt a další rozptýlená kapacita) nemusí 10 ΩΩ odpor, ačkoliv rozptýlí alespoň 63 % akumulované kapacity, v praxi vždy zabránit podmínkám pro dodatečné rozprašování. Tudíž pro zajištění, že 100 % kapacity zařízení je odvedeno ve stejném 5 sekundovém intervalu, neměla by být hodnota vybíjecího odporu 660 více než přibližně 2 ΰΩ.

Rb = (5,0 s/500 pF)/5 = 2 GQ

V alespoň jednom provedení by mohl být například vybíjecí odpor 660 vysokonapěťový odpor s hodnotou přibližně 10 GQ jako je vysokonapěťový odpor dostupný od Nihon Hydrajinn Company k dispozici pod číslem součásti LM20S-M 10G.

16118

-18V dalším provedení tohoto vynálezu znázorněném na obr. 6 může být k dispozici mechanický spínač 690 pro omezení účinků dodatečného rozprašování. Vysokonapěťový mechanický spínač 690 provádí podobnou funkci jako vybíjecí odpor 660 s tou výjimkou, že vysokonapěťový mechanický spínač 690 není aktivní prvek obvodu během normální rozprašovací operace. Spíše je mechanický spínač uspořádán rozprašovací operace je spínač v otevřené poloze žádný proud. Avšak když uživatel zamýšlí zastavit rozprašovací operaci a odpojí zařízení od napájení, je vysokonapěťový mechanický spínač 690 přepnut z otevřené polohy do uzavřené polohy tak, že existuje vodivá cesta mezi výstupní elektrodou přímo k uzemněné straně obvodu zařízení zajišťující téměř okamžité uvolnění jakéhokoliv akumulovaného náboje v zařízení.

konstrukce vysokonapěťového mechanického že vodivá cesta k uzemnění nepotřebuje obsahovat odpor a umožňuje větší vybíjecí rychlost. Dále,

Jednou výhodou spínače 690 je, tak, ze během normální a nevede vodivá cesta je k dispozici pouze když je zařízení odpojeno od napájení, tj. ve vypnutém stavu a nezasahuje do normální rozprašovací činnosti odváděním energie z vysokonapěťové elektrody 650 a nevyžaduje od obvodu pro generování vysokého napětí nadbytečnou energii pro kompenzování ztrát energie spojených s vybíjecím odporem 660.

V dalším provedení znázorněném na obr. 7, zařízení obsahuje vysokonapěťový elektrický spínač 700, jako je transistor v místě vybíjecího odporu 660 znázorněného na obr. 5. Během normální rozprašovací činnosti je spínač v otevřeném stavu a vodivá cesta k bodu obvodu s nižším potenciálem není aktivní. Avšak po tom co obsluha odpojí zařízení od napájení je spínač uzavřen a vodivá cesta do bodu obvodu s nižším potenciálem je pak k dispozici pro odvedení akumulovaného náboje ze zařízení. Vysokonapěťový elektrický 5 spínač 700 může opět poskytnout nižší elektrický odpor než

16118 -19vybíjecí odpor 660 a tak umožňuje rychlejší vybití akumulovaného náboje v zařízení. Vysokonapěťový elektrický spínač 700 dále poskytuje vodivou cestu, která je k dispozici pouze když je zařízení odpojeno od napájení, tj . ve vypnutém stavu a nezasahuje do normální rozprašovací činnosti odváděním energie z vysokonapěťové elektrody 650 a nevyžaduje od obvodu pro generování vysokého napětí nadbytečnou energii pro kompenzování ztrát energie spojených s vybíjecím odporem 660.

Odborníkovi v oboru bude zřejmé, že jak uspořádání znázorněné na obr. 6 nebo obr. 7 může také obsahovat vybíjecí odpor 660, jak je znázorněn na obr. 8. V některých případech může být žádoucí ovládat rychlost, kterou je akumulovaná kapacita vybíjena. V takovém případě vybíjecí odpor 660 může být spojen s vysokonapěťovým mechanickým spínačem 690 nebo s vysokonapěťovým elektrickým spínačem 700, jak je znázorněno na obr. 8. Dále odborník v oboru také pozná, že vybíjecí odpor a/nebo mechanický nebo elektrický vypínač mohou být uspořádány i jinak. Například obr. 9 znázorňuje jedno alternativní uspořádání, ve kterém je vybíjecí odpor 660 zapojen mezi napěťovým násobičem 630 a proud omezujícím odporem 670 a bodem o nižším potenciálu.

Ještě další aspekt vynálezu, jehož příklad je uveden na obr. 5, je zajištění proudového omezujícího ovládacího obvodu pro ovládání výstupního proudu z vysokonápěťového napájecího zařízení. Proudový omezovač 570 monitoruje výstupní proud na prvním stupni napěťového násobiče 530. Proudový omezovač může být operační zesilovač typu, např. od Toshiba Corporation, číslo součásti TC75W57FU. Proudový omezovač, jak je znázorněn, sleduje proud ve zpětné zemnicí smyčce napěťového násobiče 630. Když výstupní proud přesahuje předem stanovenou hodnotu, uvedené nastavení předem stanovené hodnoty používající referenční napětí pro operační zesilovač, proudový omezovač • · • · · ♦ · · • · · • · · · · ·

16118 -20670 vyšle signál o přesazení do vysokonapěťového ovládacího bloku 580. Signál o přesazení zaslaný do vysokonapěťového ovládacího bloku 580 překryje signál ze zemnicí vratné smyčky 630 a změní výstup ze stejnosměrného měniče 600 ze „zapnutí na „vypnutí, čímž zabrání dalšímu zvyšování proudu napěťovým násobičem 630. Když proud ve zpětnovazební smyčce 710 klesne pod předem stanovený nastavovací bod, signál z proudového omezovače 670 do vysokonapěťového ovládacího bloku 680 se změní, čímž umožní aby vysokonapěťový ovládací blok 580 obnovil monitorování zpětnovazební smyčky 710 a odeslání zapínacího signálu stejnosměrnému měniči 600. Potřeba proudového omezovače 670 je velmi důležitá, například při použití obvodu s nastavitelným výstupem napájení. Jak bylo popsáno, je vysokonapěťový ovládací blok 580 konstruován pro monitorování napěťového výstupu zařízení a v případě potřeby (např. v podmínkách vysoké vlhkosti) zvyšuje proudový výstup napěťového násobiče 630 pro udržení požadovaného napětí na vysokonapěťové elektrodě 650. Bez proudového omezovače 670 by v případech extrémních zatěžovacích podmínek (např. vysoké vlhkosti) mohl proudový výstup napěťového násobiče 630 vzrůst na úrovně, které jsou nebezpečné a tím vzrůstá šokový potenciál dotykového výboje pro uživatele.

Na základě znázornění a popisu přednostních provedení vynálezu může odborník v oboru uskutečnit další úpravy vynálezu, jak je zde popsán vhodnými adaptacemi bez vybočení z rozsahu vynálezu. Několik z těchto potenciálních modifikací a alternativ bylo zmíněno a další budou zřejmé odborníkovi v oboru. Například když příkladná provedení byla probírána pro ilustrační účely je třeba rozumět, že popisované prvky budou stále modernizovány a zlepšovány s pokrokem techniky. Proto rozsah vynálezu je třeba posuzovat v podmínkách následujících nároků a není omezen na konstrukční podrobnosti nebo kroky • · ·· ·· ► · · «

16118 -21způsobu, jak jsou znázorněny a popsány v popisu a na výkresech.

Začlenění odkazem:

Významná elektrostatická rozprašovací zařízení a vložky jsou popsána v následujících společně zadaných, souběžně podaných US patentových přihláškách a zde zahrnutých odkazem:

„Elektrostatické rozprašovací zařízení, kterému je přiděleno č. 8394 advokátního seznamu.

„Elektrostatické rozprašovací zařízení, kterému je přiděleno č. 8395 advokátního seznamu.

.Jednorázová vložka pro elektrostatické rozprašovací zařízení, které je přiděleno č. 8397 advokátního seznamu.

Claims

1. Elektrostatické rozprašovací zařízení uspořádané a uzpůsobené pro elektrostatické nabití a vydávání produktu z přívodu do rozptylového bodu, vyznačující se tím, že obsahuje nádržku uspořádanou pro zásobu produktu;

trysku pro rozptylování produktu, která je umístěna v rozptylovém bodu a obsahuje výstupní ústí;

kanálek umístěný mezi nádržkou a tryskou, který umožňuje elektrostatické nabíjení produktu při jeho pohybu v kanálku;

mechanizmus pro pohyb produktu z nádržky do trysky;

zdroj energie pro dodávání elektrického náboje;

vysokonapěťový zdroj energie, který je elektricky připojen ke zdroji energie;

vysokonapěťový dotyk, který je elektricky připojen k vysokonapěťovému zdroji energie; a vysokonapěťovou elektrodu elektricky připojenou k vysokonapěťovému zdroji energie, jejíž část je umístěná mezi nádržkou a tryskou, a která elektrostaticky nabíjí produkt v kanálku v nabíjecím místě;

přičemž vzdálenost mezi nabíjecím místem a výstupním ústím trysky se řídí následujícím vztahem:

V_o/d<100 000 kde V_o = výstupní napětí vysokonapěťového zdroje energie ·· ·· ··« ·

16118 -23d = lineární vzdálenost mezi nabíjecím místem a výstupním ústím trysky.

2. Elektrostatické rozprašovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vztah V_o/d je přednostně menší než 70 000.

3. Elektrostatické rozprašovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vztah V_o/d je výhodněji menší než 50 000.

4. Elektrostatické rozprašovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že „V_o se přednostně pohybuje v rozsahu 10 000 voltů až 50 000 voltů.

5. Elektrostatické rozprašovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že „d se přednostně pohybuje v rozsahu od 0,1 do 0,5 in.

6. Elektrostatické rozprašovací zařízení uspořádané a uzpůsobené pro elektrostatické nabití a vydávání produktu z přívodu do rozptylového bodu, -vyznačující se tím, že obsahuje nádržku uspořádanou pro zásobu produktu;

mechanizmus pro pohyb produktu z nádržky do trysky;

zdroj energie pro dodávání elektrického náboje;

16118 -24vysokonapěťový dotyk, který je elektricky připojen k vysokonapěťovému zdroji energie; a vysokonapěťovou elektrodu elektricky připojenou k vysokonapěťovému zdroji energie, jejíž část je umístěná mezi nádržkou a tryskou, a která elektrostaticky nabíjí produkt v kanálku v nabíjecím místě; a pohyblivý kryt elektrody, který v podstatě zakrývá vysokonapěťový kontakt, když je jednorázová vložka vyjmuta ze zařízení.

7. Elektrostatické rozprašovací zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že kryt elektrody je spojen s vkládacím pouzdrem a je uvnitř něho pohyblivý

8. Elektrostatické rozprašovací zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že je použita alespoň jedna předpínací pružina pro umístění krytu elektrody do uzavřené polohy když je jednorázová vložka vyjmuta ze zařízení.

9. Elektrostatické rozprašovací zařízení uspořádané a uzpůsobené pro elektrostatické nabití a vydávání produktu z přívodu do rozptylového bodu, vyznačující se tím, že obsahuje nádržku uspořádanou pro zásobu produktu;

mechanizmus pro pohyb produktu z nádržky do trysky;

zdroj energie pro dodávání elektrického náboje;

• 9

99 99

49 9444

16118

-25•44 vysokonapěťový zdroj energie, který je elektricky připojen ke zdroji energie;

přičemž vysokonapěťové elektroda se zasune při vyjmutí jednorázové vložky a znovu se vysune z povrchu když je jednorázová vložka vložena do zařízení.