專利名稱：微粒物質的靜電噴灑裝置及方法
本申請案是原發明名稱為《微粒物質的靜電噴灑法》、申請號為95195481.4、申請日為1995年9月19日的專利申請案的分案申請。
本發明涉及微粒物質的靜電裝置和噴灑法。
已經有各種各樣方法用于噴灑液基物質，例如氣溶膠式噴灑器已得到廣泛應用。這種噴灑器用于噴灑個人用的護膚品和衛生制劑(例如香水、除臭劑、化妝品等)特別方便。通常在這種應用中，活性成分事實上是固體物質，為便于噴灑使它懸浮在或分散在適當的液體載體中。
按照本發明的一個方面，提供一種噴灑微粒物質的方法，該方法包括將高電壓加在一團物質上，使得微粒帶電荷，由此推動微粒離開上述一團物質。
按照本發明的第二方面，提供一種噴灑微粒物質的方法，該方法包括將高電壓加在一團物質上，使得存在于這團物質的一個或多個表面上或鄰接該表面的物質微粒帶電荷，從而產生電場，由于該電場的作用微粒便從該表面飛出。
本發明的特征在于不需要任何液體媒體來懸浮粒子物質。而且在微粒從這團物質飛出之前將高壓加在這團微粒物質上。
應用靜電場來噴灑微粒物質本質上是已知技術。例如，根據國際專利申請No.WO94/19042(Balachandran等)的說明，已知吸入物質在呼吸道內的沉積位置受到在吸入物質粒子上所帶靜電荷量的影響。該國際申請專利No.WO94/19042公開一種裝置，在這種裝置中，使要投送的藥物分散成可吸入粒子的形式(氣溶膠液體或粉末)進入由該裝置承口確定的通道內。并在該通道內設置電極，從而將靜電荷加在如此噴灑的粒子上。這樣，在噴灑粒子穿過由配置電極形成的電荷區域時便可以以可控的方式改變加在從特殊型式噴灑裝置噴灑出來的粒子上的靜電荷。這種改變被認為包括在粒子上靜電荷量的增加、降低、改變電荷符號和中和。
采用這種配置，很難保證在粒子上獲得均勻的靜電荷量，因為粒子被分散在吸入的空氣流中并穿過由電極形成的電場。因此在空氣流中不同位置的粒子傾向于得到不同量的靜電荷，導致粒子具有廣譜的靜電荷。
另一種靜電噴灑法用于將塑料噴涂在制品上。塑料首先噴在制品上，形成一層相當厚的層，然后加熱固化形成連續層。通過輸送空氣使該微粒塑料流體化，形成流體，在流體化之后再使其橫穿電暈放電電極，使其充上電荷。在這種噴涂技術中，所用微粒塑料具有很高的體電阻率(通常為1014Ωcm或更高)，即使電壓加在一團這種塑料上，它也不能形成噴霧，因為塑料的高絕緣特征大大妨礙所加電壓通過這團塑料的傳導和電荷滲透這團塑料。電荷的非傳導性是非常需要的，因為這種噴涂技術通常要求形成相當厚的塑料粘附涂層，為了保證在噴涂和隨后沉著粒子的加熱與固化之間相當長的時間內塑料粘著在靶物上，物質的噴涂法及電荷的非傳導性(即缺乏電荷耗散)是一個重要因素。
相反，在本發明的方法中，微粒物質的電阻率傾向于比上述制品噴涂法中所用塑料的電阻率低，以便通過電荷滲透這團物質使粒子帶電荷(不是利用電暈放電法帶電荷)。通過電力使微粒物質粘附的能力傾向于降低，但一般說來，待沉積層的厚度傾向于顯著減少，在重力是一個影響因素時，粘著力主要依賴微粒物質噴涂的表面濕潤性或粘性。另外在實施本發明方法時，為傳送微粒物質不需要形成氣態流體。而用電場作手段推動粒子。
如上所述，因為在實施本發明時應用較低的電阻率，由于產生的電力的作用對表面的粘著力傾向于減少，這是因為發生電荷的滲漏或耗散。但是如果待噴涂的表面是潤濕的或者粘性則可以補償這種粘著力的降低。在某些情況下，將某種形式的粘著促進劑抹在待噴涂的表面上和/或加在微粒材料中可以幫助固定噴涂的微粒物質。
一團微粒物質可以裝在具有排出口的容器中，至少在噴灑期間，這團物質的表面在該開口上露出。
所加的電壓可以是正電壓或負電壓(最好是正電壓)，典型地在3～40kV的范圍，通常小于30kV，即3～25kV。本發明的重要特征是，選擇電壓目的是防止或盡量減小電暈放電。因此，如果在沒有微粒物質的條件下使裝置處于操作狀態，則選擇的電壓是使得在沒有上述物質時，在裝置上便基本上完全沒有電暈放電。在本發明中，電暈放電是不需要的，與此相反，在先有技術中電暈放電是重要的。
在某些情況下，需要應用可以交替正負極性輸出的高壓發生器，以便例如進行緩沖或使得可以噴涂否則很難進行靜電噴涂的靶件(例如頭發，特別是干的細發)，如我們的先有專利EP-A-468735、EP-A-468736和PCT-A-WO94/13063所述，這些專利的內容包含在本文中，進入上下文。我們先有的專利EP-A-120633、482814、486198、503766和607182的其他特征可以用于實施本發明，這些專利說明公開的內容也包含在本文中，進入上下文。
高壓發生器可以是EP-A-163390中公開的那種發生器。但是這種形式的電壓發生器制造成本高，而且用于需要尺寸緊湊的靜電噴灑器時體積顯得特大，這些噴灑器例如是用于化妝品、香水、藥物和準藥物制品例如眼用、口用和鼻用制品以及皮膚治療劑的噴灑器。另外，在這種噴灑器的殼體內必須裝入電源電池組件，并且需要經常更換電池或進行再充電。
因此在本發明中，電壓發電器是一種包括許多電壓發生元件陣列的發生器，相互連接這些元件便產生高壓。
發生器最好是固體器件，它包括上百甚至上千個單獨電壓發生元件，這些元件可以被串聯起來，共同形成高壓輸出。
發生器典型的電流輸出是使得發生器達到100mW或更低的額定功率，通常為50mW或更低。例如，對于油漆噴涂裝置，電壓可以超過25kW，電流約為1μA(額定功率為30mW)，而對于室內香氣噴霧器，功率約為0.5～2.0mW，通常為1.2mW(即100nA電流和12kV電壓)。
高電壓發生器適合包括光敏元件陣列，該元件被配置成可產生至少1kV輸出電壓。
光敏元件陣列最好這樣配置，使其至少產生5kV的輸出，最好達到8kV的輸出。
發生器最好形成包括大的光敏元件陣列的電子固體器件。例如，該固體器件可以包括光致電壓材料(例如用于生產太陽能電池和太陽能板的適當摻雜的多晶硅)，該材料利用例如普通用來生產半導體器件的腐蝕法和/或激光刻痕法可適當地分成分立部分，從而形成大的分立的光致電壓元件的陣列，將這些元件這樣相互連接，使其受到輻射時便共同地產生上述數量級的高壓輸出。
光致電壓材料元件，例如硅摻硼而形成的純晶格P型材料，在光照時產生相當低的電壓輸出(通常約為0.45V)，該輸出電壓取決于光強和負載，但和表面積無關。另一方面輸出電流則與光強和元件的表面積二者有關。對于本發明主要關心的用于靜電噴灑的這種元件，電流要求很低(微安或甚至納安)，因此采用串聯足夠大的保證所需高壓(例如幾個千伏或更高)的低壓輸出光致電壓元件陣列的方法來獲得足可用于靜電噴灑的高壓是可行的，這種應用不需要通常太陽能板要求的大的表面面積。
電壓產生元件可以由光敏元件構成，例如光致電壓元件構成，該元件連接成可受到周圍光線照射的陣列。在這種情況下，體現發生器的陣列可以配置在噴灑裝置的外部，以便曝露于外部環境。該實施例例如可以用于室內噴灑香水，因為該陣列在白天光照期間(和開著燈的夜間)是可以工作的，但在房間中的燈關著時的黑夜中，該陣列不能激勵。
可以配置一種裝置用于按照是否需要高壓輸出選擇性地露出或遮蔽該陣列，使其受到輻射或光線的照射或不受到照射。例如，發生器或噴灑裝置的外殼可以具有外蓋或其它輻射屏蔽裝置，該裝置可在陣列隱蔽和露出于外界的位置之間活動。或者該屏蔽裝置可以是一種可卸下的蓋，該蓋在裝在或固定在發生器或噴灑裝置上時可以防止該陣列受到照射，當除去該蓋時，可以受到輻照，因此除去或放上蓋子便形成開關作用。
屏蔽裝置/蓋子是可調節的，因而可以改變陣列的露出程度，以此改變例如噴灑的速度。
在手持式噴灑裝置中，裝置可以包括手持部分例如把手和使用裝置時不用手拿的部分，光敏元件陣列配置在后一部分上，從而可以受到輻射/光線的作用。
當陣列配置在一個在使用時可以露出的部分上時，采用一種至少可以部分透過輻射/光線的材料作的重疊層或蓋子可以防止陣列受到損害。
在另一個實施例中，電壓產生元件由輻射敏感元件構成，該元件連接成可受到構成噴灑裝置一部分的輻射源照射的陣列。該輻射源可以是用于陣列的專用輻射源或主要輻射源，或者它用于補充周圍的輻射/光線。例如，該輻射源可以是輻射發射元件，例如光發射固體元件(例光發光二極管)、通過電流時發光的燈絲(例如燈泡)或熒光燈。在這種情況下通過開和關輻射發射元件可以控制發生器的開和關。在這種情況下，開關裝置只要求是可控制高壓輸出的低壓開關。或者利用一種可使該陣列暴露于輻射發生元件和不暴露于該元件的裝置也可以進行發生器的開關，這種裝置可以由操作者操作，在陣列的露出位置和屏蔽位置之間移動。
在噴灑裝置包括這種輻射源時，該輻射源可通過引線裝置連接于電源(例如低壓電池)。在這種情況下，噴灑裝置的外殼最好包括裝電源的隔間，如果需要，輻射源和高壓發生器可以裝在外殼的內腔中。在使用中，利用操作者控制開關可以激勵或去激勵發生器，該開關構成包括引線裝置和電源的電路的一部分。
利用操作者可控的驅動器可控制陣列的曝光(從而可控制例如發生的開和關)。在噴霧裝置的情況下，該驅動器可用來控制物質到裝置出口的輸送，還可以與活動的屏蔽件結合，使根據物質到噴霧器出口的輸送量，使陣列曝光以產生加到物質上的高壓，由此噴出帶電荷物質的噴霧。在典型的實施例中，噴霧裝置包括操作者操作的觸發器，該觸發器用于將壓力施加在裝于貯存器或容器中的可靜電噴霧的物質上(例如該觸發器可以呈活塞和圓筒式裝置的形式，或呈可壓縮容器的形式)，從而將物質送到噴霧出口，并且該觸發器可以連接于屏蔽件，該屏蔽件可相對陣列移動(平移或轉動)，從而使陣列曝光于周圍的輻射或有關輻射源的輻射或增加這種曝光。或者可以省去屏蔽元件，而輻射源可以響應觸發器的驅動而獲得能量，因而可以在觸發器操作使物質送到噴霧出口期間照射陣列。
如果使用輻射源，它可以起雙重作用，即產生照射光敏陣列的光和產生照明被噴霧的目的物/靶件的光。另外，輻射源可以用來表示發生器在工作。
如在EP-A-468735、468736和PCT-A-WO94/13063所公開的那樣，在某些應用中，例如為了緩沖的目的和/或為了能夠向電絕緣物質例如塑料、頭發等噴灑，希望提供雙極高壓輸出，否則這些物質很難被噴灑。對于這種應用，發生器可以配置成例如以EP-A-468735和468736中所述的輸出頻率提供雙極輸出。例如發生器的高壓輸出利用與發生器有關的產生雙極輸出的電路可以以要求的頻率(可由使用人控制)進行電子轉換，以提供雙極輸出，如PCT-A-WO94/13063中公開的那樣。或者發生器可以包括兩個光敏元件陣列，該陣列被作成可以產生相應正、負高壓輸出，并裝上控制裝置，使得交替地照射陣列(或者用周圍的輻射和光，或者用有關的一個或多個輻射源產生的輻射/光)，從而可以得到在正、負值之間交替變化的混合輸出，變化頻率由控制裝置控制。
在特定的實施例中，噴灑裝置可以包括兩個上述固體式的高壓發生器以及在國際申請No.WO94/13063中所公開的輻射響應開關裝置，該開關裝置配置成以這種方式開關發生器，即使得雙極電壓加在要產生離子噴霧或離子流的區域或位置上，正電壓來自一個發生器，而負電壓來自另一個發生器。例如，每個發生器可以通過各自的輻射響應開關裝置連接到上述區域，并可以配置控制電路，使得通過控制與各個開關裝置有關的輻射光源，以預定頻率的交替方式操作開關裝置。
物質最好是散裝形式的像搗實的顆粒物一樣的電絕緣性不高的物質，其電阻率通常約1011Ω·cm或更低，一般在105～1011Ω·cm范圍內，使得電壓可以通過物質團加在表面的粒子上。
為避免疑問，材料的體電阻率本身不一定在規定的范圍內。重要的是，松散粉末的電阻率應當合適，從而保證加在松散物質上的電壓可以傳導到粒子作為噴霧飛出的表面上。例如，可以想象得到，粒子可以由高絕緣性物質的芯組成，其體電阻率遠遠超過1011Ω·cm，但在外面包一層低電阻率的材料，使得粒子在搗實成密集物而沒有壓縮密集物時其電阻率在105～1011Ω·cm的范圍內，在某些情況下，微粒物質可以包括具有不同體電阻率物質的混合物。例如當一種物質單獨使用不能滿意地噴灑時，使得與具有不同體電阻率的第二種物質混合，便可以使混合物在同樣電壓條件形成噴灑。
可用本發明方法噴灑的粒子一般其平均粒度在1～1000μm之間，通常小于400μm，最好是10～200μm。粒子最好不具有纖維特性，因為長的纖維等更容易引起電暈放電，一般最好是球狀粒子。
可以預見到本發明方法的各種應用，例如用于噴灑適合下列作用的粉末活性物質個人用的衛生和保養制品，例如除臭劑，抗汗劑、化妝品(例如混合滑合粉)、用于抹在人體上特別是鼻腔和口腔內的藥物和準藥物；家用制劑，例如家具清潔劑和表面處理劑(例如爐子去污劑、廚房器具清洗器、漂白粉、衛生粉)、殺蟲劑、消毒劑、植物營養素；工業制劑，例如食品添加劑、食品包覆劑、器皿包覆劑(例如烤盤包覆劑)。
例如，某些常用的防汗劑是基于例如鋁化合物的活性物質，例如水合氯化鋁，該化合物呈微粒形式懸浮于易揮發的有機液體媒質中以便噴灑。按照本發明，僅需要使用粉末狀的抗汗劑活性成分，不需要使用易揮發的液體媒質。
在本發明的某些應用中，可以這樣配置，使得所加電壓不足以從松散物質中排出粒子，直至這團物質靠近要在其上噴灑微粒物質的目的物或靶件而使電場大為增強。換言之，可以這樣配置，使得微粒物質的噴灑受到抑制，直到排出物質的表面與被噴灑的目的物或靶件接近到預定的距離。該距離根據特定的應用可以改變，但是對于很多應用，該預定的距離通常約25cm或更小。對于某些應用，上述預定的距離可以約為20cm或更小，在某些情況中，例如將化妝品或其它制品噴灑在身體上的情況下，上述預定距離約10cm或更小，對于要求直接準確噴霧的應用，它可以約為5cm或更小。
本發明的再一方面是提供一種噴灑微粒材料的裝置，該裝置包括待噴灑物質的容器、將高電壓加在一團微粒物質上的電壓發生器和形成發送區域的裝置，在該區域帶電荷粒子從所用的一團物質中飛出。
物質最好用裝置噴灑而不利用可流動的氣體性流體來傳送物質，高壓最好加在裝在容器中的處于靜態的這團物質上。
因為從裝置中噴出的粒子是帶電荷的，由于帶電粒子云霧的尋地特性，所以噴灑傾向于有方向性。這樣，可以基本上消除懸浮在空氣中的散開的粒子霧。另外，粒子由于帶電荷而不太容易吸入肺部。因為使粒子帶電荷的方式是將電壓加在靜止的這團物質上并伴隨著電荷滲透這團物質的這種方式，所以所有粒子將帶電荷，但在應用電暈放電來使粒子氣流帶電荷時，如國際專利申請NO.WO94/19042所公開的那樣，卻不一定是這種情況。
噴灑裝置最好是獨立裝置的形式，它具有適合用手拿的外殼或容易用一只手拿的外殼，該外殼中裝入高壓發生器和由此所需的任何電源(例如電池)。
微粒物質可以裝在裝置外殼中的貯存部分或可以通過一種適合于與裝置組裝的可以更換的和/或可以再充滿的容器輸送微粒物質，例如該容器可以插入到裝置外殼的隔間中。
在本發明的一個實施中，微粒材料容放在一個貯存器或可以替換的容器中，并且這樣配置，使得在噴灑期間可以露出這團微粒物質的表面，由此帶電粒子通過裝置的排出口從該表面飛出。可以設置用于移動這團微粒物質(或者采用轉移容器或貯存器中物質的方法，或者采用移置容器或貯槽的方法)的裝置，以便補償因噴灑形成的這團物質水平線的降低，即當微粒材料的量減小時，可以相對排出口調節上述這團物質的水平線。
最好設置使用者可操作的驅動器，用于打開和關閉排出微粒物質的排出口。該驅動器還可以控制高壓發生器的操作，使得驅動器的操作可以有效地使排出口的打開和電壓發生器的操作同步。
驅動器可以取各種形式。例如，裝微粒物質的貯存器、容器等可以具有一個送出粉末的出口，并且驅動器可以包括一個控制該出口打開和關閉的活動部件。該活動部件可呈擋板形式(例如光欄式擋板)，或者它可以具有一個或多個孔，該孔可以響應該活動部件的移動而與上述開口準直或錯開。例如，活動部件可以是滑動的，使得其上的一個或多個孔可以相對于上述開口在該孔與上述開口準直的位置和該孔移到開口一側的位置之間橫向移動，在后一位置活動部件的無孔部分覆蓋該開口，從而密封貯存器、容器等，密封到至少可以防止微粒物質跑出的程度。活動部件的滑動可以是相對裝置轉動或平動。在方便式配置中，這樣配置活動部件，使得當裝置拿在手中時，該活動部件可以在打開和關閉位置之間移動，方法是使操作者的拇指直接接觸活動部件然后來回滑動拇指，或者只接觸與控制打開和關閉操作的活動部件相連接的一部分驅動器。
如果需要，驅動器可以加偏壓于，例如用彈簧加載于關閉位置。
在本發明的其它實施例中，可以這樣配置，使得可以噴灑分立量的微粒物質。例如裝置的操作包括從主體中分出一部分微粒物質，并將高壓加在這部分分出的物質上。
或者微粒物質可以以單獨分立量的方式貯存，例如貯存在小盒或小皿中，裝置的操作包括打開或裂開小盒或小皿，露出其中裝的微粒物，隨后將高壓加在該包封的微粒物上以進行噴灑。在這種情況下，微粒物質可以封裝在一系列例如連接成條形的小盒中。可以配置一種裝置，用于將小盒接續地轉入一個位置，在該位置上每個小盒被打開或裂開并將高壓加在一團封裝的物質上，由此可被噴灑。轉動小盒的驅動力來自操者，例如移動觸發器或其它操作者可操作的驅動器時所施加的力，該觸發器或驅動器還可以配置成與微粒物質的露出同步地使高壓發生器工作。
下面參照僅作為例子的


本發明，這些附圖是圖1是主要用于朝上靜電噴灑粉末的第一實施例的示意圖；圖2是圖1裝置的垂直截面圖；圖3是主要用向下噴灑粉末的第二實施例的示意圖；圖4是圖3裝置的垂直截面圖；圖5是用于噴灑例如個人保養制品和衛生制品粉末的噴灑裝置的示意圖；圖6是圖5裝置的垂直截面圖；圖7是示意圖，示出本發明另一實施例的操作原理；圖8是細節圖，示出噴灑用粉末的露出；圖9和10是示意圖，示出另一種操作模式；圖11至13是示意圖，示出又一種操作模式；圖14是適于噴灑吸入呼吸系統藥物的裝置示意圖；圖15示意示出一種改型，該改型可應用于圖1～14所示的每個實施例；圖16是用于測定松散粉末電阻率的小盒的示意圖。
參照圖1和2，示出的粉末分散裝置包括可以放在水平面上的底座件10，該底座件的底壁12上形成經放置表面接地的連接裝置。為此，底座件的底壁12包括用導電材料或具有一定程度導電性的材料作的板13。底座件10內裝有向產生高壓的電路16供電的低壓電池14，該高壓通常約8kV或更高，用操作者操作的開關18控制。上部件20裝在底座件10上面，包括中央管形部分22，該部分22的上端24是開放的，其下端26可轉動地嚙合在底座件上，使得上述件20可繞管形部分22的軸線轉動。管形部分22封閉在外殼28中，該外殼圍繞中央管形部分22具有向上凸出的部分30。
固定桿32裝在底座件10中，并向上伸入中央管形部分22，該桿沿其長度具有外螺紋并與盤34嚙合，該盤裝在部分22中，形成放粉末的腔36的底部。盤34具有一定結構，它可以滑動地嚙合在部分22內周壁上的縱向鍵槽中，使得盤被約束而不能相對于部分22轉動，但可以響應上部件20相對于底座件10的轉動而沿縱方向移動。這樣，粉末腔36的深度可以隨腔中粉末量的減小而改變，如圖所示，圖中盤34位于其行程的中間位置。
除與盤34相配合以外，桿32還在高壓發生電路16的高壓輸出(最好是正高壓)和粉末腔的內部之間形成導電路徑，因此當開關18被操作而向電路16供電時，高壓便可加到粉末腔中的粉末上。在操作中，相對于底座件適當調節上部件便能使粉末物質的露出表面保持靠近管形部分22的開放上端。加在腔36粉末上的高壓通過粉末傳導(該粉末是一種具有相當導電性的粉末，所以可以導電)，產生電場，因而露出表面上的粒子在電場的作用下便被推離松散的粉末。部分22的上邊緣40是錐形結構，從而可以增強電場強度。由于電荷聚集在該邊緣上(在管形部分22為高絕緣材的情況下)，或者由于將電路16的高壓輸出電連接在該邊緣上，例如用適當的經桿22、盤34和沿管形部分22延伸的導電線形成的導電路徑連接在該邊緣上，因而在該上部邊緣形成高壓。
為了在不使用是將粉末保持在裝置中，上部件20或管形部分22上可以設置可除去的蓋(未示出)，用于封蓋粉末腔36。
參考圖3和4，裝置包括外殼50，殼內裝有直流電池52，該電池通過操作者控制開關56可使高壓發生器54接通電源。用操作者的手指接觸驅動開關56的按鈕57便可形成經操作者的接地連接。外殼50包括具有成型圓盤60的粉末腔58，該圓盤60裝在腔下端的下面，該圓盤具有環形道62，粉末在重力作用下可進入該環形道，該圓盤這樣設計，使得粉末的靜置角不造成粉末的溢出。發生器54的高壓輸出通過桿64連接于腔58的內部，因此連接于裝在其中的粉末上，該桿64還將圓盤60連接于外殼50。例如可以設置可相對于外殼移動或調節圓盤60位置的裝置(未示出)，從而改變圓盤60和腔58下端之間開口的尺寸和/或將圓盤60定位在一定封密位置，使得在不用裝置時可以防止粉末流出腔58。這種裝置可配合高壓發生器的操作，使得粉末腔的打開伴隨著電壓加在粉末上或相反。在操作中，當高壓加在粉末上并且圓盤處于如圖所示的伸出位置使粉末可以流入通道62時便可進行噴灑，傳到這團物質露出表面上的電壓導致物質粒子被推離該露出表面。腔58的上端部66具有一定或多個通氣孔，當粉末水平位下降時，空氣可通過該氣孔進入。所示的裝置主要用來將粉末側向/向下噴灑在適當的表面上。
現在參照圖5和6，所示出的裝置特別適合于噴灑個人用的衛生和保養制品。裝置的外殼80內裝有直流電池82，操作者通過操作開關86可使高壓發生器84接通電源。外殼80包括靠近其一端的粉末腔88，電壓通過導體90加在腔88的內部，該導體90連接于發生器84的高壓輸出。腔88的上端是開放的，但是在不用時用適當柔性材料(例如適當的塑料)作的條92密封。
條92沿外套80的側面向下延伸，并具有配合使用人拇指的凹口94。適當用拇指操作便可以使條92相對于腔的開口端部在圖6所示的密封位置和圖5所示的噴灑位置之間沿箭頭A所示的方向移動，在圖5所示的噴灑位置，孔96與腔的開放端對齊，從而露出粉末。如果需要，可使該驅動條在圖6所示的位置受到偏壓例如用彈簧加壓。驅動條92以這種方式連接于開關86(圖中示意示出)，使得發生器84的通電和斷電與響應條92的動作而打開和關閉腔的上端同步。例如可以這樣配置，使得發生器84不通電，直到孔96與腔的開放端部準直。導電區域98與凹口94連接，使得當使用人的拇指放在凹口中便形成電路的接地連接。在圖5和6所示的裝置用作個人保養制品和衛生制品的噴灑器時，常常需要這樣使用電壓，使得在發生器通電和粉末經孔96露出時，電場強度還不足以起動噴灑操作，直到裝置的上端部進入到與待噴灑的位置相距在預定的距離內，該距離例如根據要噴灑的粉末特性約在10cm或更小，例如，在眼瞼膏噴灑器的情況下，這樣配置，使得噴灑器的排出口與待噴灑的位置之間的距離接近到比如說1cm的距離內時才進行噴灑。
在圖1～6所示的實施例中，粉末裝在裝置內的容器或腔中。圖7和8示出另一種實施例，在此實施例中，要噴灑的粉末貯存在小盒中，該小盒在需要噴灑時可以被撕開，從而露出粉末。如同前述實施例一樣，外殼(僅示出部分)110內裝入直流電池112，使用人用手操作開關116便可向高壓發生器114供電。外殼110上裝有條118，該條上包括一系列在長度方向間隔開的粉末小盒。該條包括用例如箔材作的上層和下層122和124，分立量的粉末物質封裝在該上下層之間。上層122至少由可以容易撕開的材料制作，而下層至少部分由導電的或半導體的材料組成或包含這種材料，使得高壓可以加在各個小盒中的粉末上。在所示的實施例中，下層124包括分別與相應小盒120對齊的導電部分126。
可以設置使條118以步進方式穿過開口128的裝置(未示出)，使得各個小盒120依次與開口128對齊。與開口128對齊的還有沖桿130，該桿具有導電材料作的中心芯部132，該芯部連接于發生器114的高壓輸出，其頭部的導電電極部分134連接于該芯部，使得高壓可以傳到電極部分134。沖桿130可移向或移離開口128(箭頭B)，條118的移動路徑(箭頭C)在沖桿端部和開口128之間延伸，使得當小盒120轉到與開口對齊時，沖桿130的運動使電極部分134與部分126接觸，并將小盒往上推，使小盒的上層破裂，從而露出粉末，如圖8所示。使條120和沖桿130的運動與發生器114(所有這些部件均可以響應連接于開關116的驅動器的操作而起動)的供電適當配合，便可以在露出的粉末靠近開口時使高壓通過芯132、電極部分134和小盒部分126加在粉末上，隨后便噴灑分立量的粉末。
以下參考圖9和10，在此實施例中，使分立量的粉末(一杯量粉末)從貯存粉末中分離出來，然后將高壓加在這一杯量粉末上。如圖所示，貯存的粉末呈喇叭部分140的形式，該喇叭部分連接于外殼142。如上述實施例一樣，外殼中裝有直流電池，使用人操作開關(未示出)便可使高壓發生器通電。活塞144穿過位于喇叭部分140底部上的開口，并可滑動地裝在外殼內，以便在縮回位置(圖9)和伸出位置(圖10)之間移動。可以設置響應驅動器的操作而使活塞移到其伸出位置的裝置(未示出)，該驅動器也連接于控制發生器操作的開關。這種裝置也可以控制活塞的縮回、或者通過適當的加偏壓裝置例如加載的彈簧，使得在使用人松開驅動器時自動實現這種縮回操作，使用人控制的驅動器也控制高壓發生器的工作。
活塞144的上端裝有杯46，當活塞從縮回位置移到伸出位置時，它便分出一杯量的粉末，如圖10所示。發生器的高壓輸出經導線148、活塞144中的導電芯150連接于杯146中的粉末。操作是配合的，使得當活塞伸出而分開一杯量的粉末時高壓發生器接通電源，該粉末隨后在最后的靜電場的作用下被噴灑。可以設置一個蓋子(未示出)，在不用裝置時，可以密封喇叭部分140中的粉末。
在圖9和10的實施例的改型實施例(見圖11～13)中，不用活塞穿過粉末來將一定量粉末裝在杯中，而是使活塞160在孔162中移動，該孔162具有與貯存的粉末166相通的側孔164。在不用裝置時，活塞復蓋該孔164(見圖11)，因此可以防止粉末進入孔162。在使用裝置時，使用人操作的驅動機構(未示出)可以有效地首先縮回活塞(見圖12)，使得粉末可以進入位于活塞前端的杯168中，然后活塞前進到伸出位置(圖13)。當活塞處于后一位置時，高壓加在杯中物(經通過活塞的導線167)上，從而實現噴灑。高壓發生器的操作可適當地與驅動機構配合。在完成噴灑后，活塞退回到圖11所示的位置。
圖14示出用于噴灑粉末藥物或準藥物制劑進入呼吸道的裝置。待噴灑的粉末貯在小盒中，噴灑時可撕開小盒露出粉末。外殼210設計成其前端211形成一個有適當尺寸的可與鼻孔或口腔對齊(取決是用作鼻腔噴灑器還是用作口腔噴灑器)的噴口部分。開口234設置在外殼上，以便在使用人吸入時可以使空氣吸入到外殼，達到開口228。外殼210(僅示出部分)中裝入直流電池212，使用人操作開關216可使該電池向高壓發生器214供電。外殼210中裝有條218，該條包括一系列沿長度方向隔開的粉末小盒220。該條包括例如用箔材作的上、下層，在該上、下層之間封裝分立量的粉末物質。至少上導由容易撕開的材料組成，而下層至少部分由導電的或半導電的材料組成或包含這種材料，這樣高壓可以加在各個小盒內的粉末上。在所示的實施中，下層包括分別與相應小盒220對齊的導電部分。
可以設置使條218步進式通過開口228的裝置(未示出)，使得每個小盒220依次與開口228對齊。可以設置機構(如圖7和8所示)，使得小盒與開口228對齊時撕開各個小盒。由于條220與撕裂機構的運動可以與發生器214(所有這些部件均可以響應連接于開關216的驅動器的操作而動作)適當配合，所以靠近開口228露出粉末時便伴隨著高壓施加在粉末上，隨后，分立量的粉末便被噴灑進入使用人的鼻腔或口腔對齊的通道，同時被使用人吸收。在一種改型中，裝置可以包括用于檢測由于使用人部分器官吸入所產生的空氣流的裝置，這種裝置可以響應使用人的吸入而有效地起動上述操作。
一般地講，分散出口在因使用人部分器官吸收而引起的空氣流方向上位于噴口部分最前端的上游。當在噴口部分內產生噴灑時，至少部分帶電粒子將傾向于沉積在噴口部分上，因為后者當與人的鼻孔或嘴唇接觸時將處于低電位。使用良好絕緣材料制作噴口部分可以顯著降低粒子在噴口部分上的沉積，因而在噴灑期間電荷堆積在噴口部分，這樣便排斥帶電粒子沉積在該表面上。
在至今所述的各個實施例中，電壓發生器由低壓電源供電，它將低壓轉換成低電流高壓輸出。在各種情況下可以不用高壓發生器而用固體電壓發生器件，該器件不需要單獨的電源供電。例如發生器可以包括分立的電壓發生元件例如光致電壓元件的大陣列，該元件被串聯形成陣列，它響應光或其它電磁輻射例如紅外線的照射而輸出高壓。這樣配置陣列，使得它可受到環境光線的照射，例如將其配置在裝置的外表面上(例如在圖15的實施例中由編號328所示)，或者將其放在內部，靠近在裝置外殼上形成的開口或窗口，在這種情況下，每個所示的裝置可以裝一個活動蓋，當蓋上蓋子時便屏蔽住陣列，當從屏蔽位置取下或移開蓋子時，它便受到曝光，因而隨后發生電壓。
圖15示出一種可替代配置，這種配置適用于上述每種裝置，在這種配置中，構成發生器328的陣列的照射由輻射發生器件例如發光二極管(LED)340提供，該二極管340構成低壓電路的部件，該電路包括使用人的操作開關344和低壓電源341，例如一個或多個低壓電池(可再充電的)。低壓電路和發生器328具有通過裝置外殼314的壁312連接于地的連接器。通過該壁與放置裝置的接地表面的接觸或通過與使用人手的接觸便可以形成接地連接。開關344的打開和關閉可對LED340供電和斷電，因而可控制發生器328的光致電壓元件的輻照。開關閉合可輻照發生器并產生通常為約5～15kV的低電流高電壓輸出，在操作期間，此電壓通過導線316加在一團微粒物質上，從而形成其靜電噴灑。如果需要，可使一種光學裝置例如透鏡與LED340相結合，以便保證發射的輻射可以均勻地分布在電壓產生元件的陣列上。
在參照附圖所述的每個實施例中，應當明白，可以這樣配置，使得裝置靠近要噴灑的靶件在達到適當的接近度之前不進行噴灑。接近度可隨不同的應用而趨向于適當改變。例如，如果裝置用作化妝品噴灑器，則接近度與用于家用清潔劑的裝置相比更為靠近。利用例如圓筒形屏蔽件(或其它電位梯度衰減裝置)可以控制接近度，該屏蔽件包圍粉末被噴灑出的區域并攜帶電壓，因而局部電位梯度被減小，至少直到使裝置更接近要被噴灑的靶件，在接近時，靠近低電位的靶件(例如在地電位)起著增強粉末團露出表面電場的作用，所以可以開始噴灑。在屏蔽件上形成的電壓可由存在的高電位產生的雜散電暈放電產生，或者可以按通常方式將屏蔽件連接在高壓發生器上而在屏蔽上形成電壓。選擇適當電壓加在粉末上也可以另外地或附加地控制接近度，即該電壓不足以形成噴灑，直到使裝置接近低電壓靶件。
控制接近度有利的一個應用是噴灑殺蟲劑。在這種應用中，可以這樣配置裝置，使得在正常情況下該裝置不噴灑，但是一當昆蟲例如家蠅靠近噴灑位置時便開始噴灑，昆蟲的存在起著增強電場的作用，并使對昆蟲有吸引力的粉末噴出，即粉末是一種除了起殺蟲劑作用外還產生一種吸引昆蟲的氣味的粉末，或者裝置被配置成可以在例如黑夜中發射一種吸引昆蟲的輻射。
在實驗中我們發現，各種材料例如硅膠晶體、水合氯化鋁粒、紅糖和白糖均可以滿意地被噴灑。具體是，采用以下的粉末可以獲得滿意的噴灑在下列尺寸范圍的Merck Silica Gel硅膠0.015～0.04mm(Product No.1511)，0.04～0.063mm(Product No.9385)，0.063～0.2mm(Product No.7734)，0.2～0.5mm(Product No.7733)；和由美國新澤西(07922)州Berkeley Heights城Snyder Avenue大街235號的Reheis Inc.公司供應的Macrospherical 95水合氯化鋁。
在考慮接近度控制的實驗中，由聚甲醛樹脂(Delrin)作的圓筒形杯(高58mm，內徑38mm，外徑44mm)的內底面上裝有電極，該杯以其縱向軸線豎直安裝，而具其開口向上。該電極通過高壓電纜連接于高壓發生器(Applied Kilvolts KS 30/26P)，然后用硅膠粒子的各種樣品(如上所述)充滿該杯子并將高壓加在電極上。通過調節電壓可成功地噴灑各種粉末。然后調節電壓直至達到電壓低于閾值的條件，在閾值電壓下可以通過背后照明觀察到粒子被推出杯。在這些條件下已經發現，如果使目的物靠近杯的開口，則目的物充分接近將會引發噴灑(即由于引入一個低電位的近距目的物而使電場增強)。
實驗工作也表明，在單獨使用時噴灑質量不好的粉末當與具有較好噴灑特性的粉末混合時可以形成更有效的噴灑。例如，已經發現，由下面參照圖16所述方法測量的電阻率為1.3×106的純水合氯化鋁即使靠近大地噴灑也不好，而且趨向于噴出大的粒子團。但是當與硅膠粉(粒度范圍為15～40μm)混合，例如將75％質量的水合氯化鋁與25％質量的硅膠混合時，發現混合物產生相當細的噴霧。用下述方法測量該混合物電阻率為2.4×107Ω·cm。
如上所述，在本發明上下文所說的電阻率涉及搗實微粒物質即疏松粉末的電阻率，它與物質本身的體電阻率不同。疏松粉末的電阻率可以按下述方式用圖16所示的粉末裝放小室進行測定。小室200為圓筒形，其各個端部由電極202、204關閉，充滿粉末的小室通過該電極與一個交流電橋串接，該電橋例如為英國西索塞克斯的Bognor Regis市DurbanRoad大街的Farnell Instrument公司出售的B905型Wayne-Kerr自動精密電橋。除去一個電極，用粉末松松地充滿該小室，然后輕敲表面以使粉末在重力作用團集。當觀察到團集停止時，用粉末將小室充滿直至稍為凸出裝粉末的腔，然后除去多余的粉末(例如用紙片作刮片)，并再放上電極，關閉小室。隨后用交流電橋測量包在電極之間的粉末的電阻率，并用以下標準公式將測量值換算為疏松粉末電阻率ρpρp＝RI/A式中R為測量的電阻(Ω)，I是小室中粉末塞軸向長度(cm)，A是粉末塞的橫截面積(cm-2)。
權利要求
1.一種微粒物質靜電噴灑裝置，其包括外殼體；用以在所述外殼內貯存待噴灑物質的貯存裝置；用以將高壓加到微粒物質團上的電壓發生器，所述電壓發生器設置在所述外殼內；構成發送區域的裝置，使用中從所述物質團中分出的帶電微粒從所述發送區域飛出，其特征在于所述噴灑微粒物質以單獨的分立量的微粒物質的方式貯存在貯存裝置中；用以將所述噴灑物質的每個所述分立量的微粒物質定位在發送區域的定位裝置，及當所述噴灑物質的所述分立量的微粒物質與所述發送區域對齊時，所述高電壓便施加在每一個所述分立量的微粒物資上。
2.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述電壓不大于25kV。
3.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述微粒物質靜電噴灑裝置呈一種獨立單元形式，其包括適合于手持使用的或用一只手可攜帶的外殼。
4.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于包括可由使用人操作的驅動器，所述驅動器用于控制排出微粒物質的發送出口的打開和關閉。
5.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述驅動器還控制高壓發生器的操作，所述驅動器配置成使得對所述驅動器的操作可使所述發送出口的打開與所述電壓發生器的操作相配合。
6.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述驅動器包括活動部件，所述活動部件控制排出物質的開口的打開和關閉，所述活動部件配置成當將所述微粒物質靜電噴灑裝置握在手中時可以由使用人移動。
7.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述外殼設置有噴口部分，所述噴口部分適合于與鼻腔或口腔對齊并形成通道，在使用期間，發送的所述微粒物質進入所述通道，由所述通道，微粒通過所述噴口部分進入鼻腔或口腔。
8.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于在使用期間，可由使用人方面的吸氣而通過所述通道將空氣吸入，從而借助使用人引起的空氣流通過所述通道，微粒便可通過所述噴口進入鼻腔或口腔。
9.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述發送出口位于所述噴口部分最前端的上游。
10.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于其包括用以在靠近所述發送區域定位所述分立量的微粒物質的支架。
11.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述電壓發生器有雙極輸出。
12.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述電壓發生器包括相互連接以產生高電壓的大陣列的電壓發生元件。
13.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述電壓發生器是固態電子器件。
14.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述容器具有一個排出口，至少在噴灑期間，所述物質團的表面暴露于所述排開口處。
15.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述容器取一種適用于所述微粒物質靜電噴灑裝置的可替換/或可再填充容器的形式。
16如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述分立量的微粒物質是封裝在封裝材料中，并在所述發送區域處設置有用以打開或撕裂所述封裝材料的打開裝置，所述打開裝置將所述封裝材料中的微粒物質暴露在所述發送區域中，并伴隨以對所封裝的微粒物質團施加高電壓，以供噴灑。
17.如權利要求1所述的微粒物質靜電噴灑裝置，其特征在于所述分立量的微粒物質是封裝在一系列連接在一起的小盒中，并設置有順序地將各所述小盒轉到所述發送區域中、將每一個所述小盒打開或撕裂并對被封裝的微粒物質團施加高電壓以供噴灑的轉檔裝置，
18.一種微粒物質的靜電噴灑方法，所述方法包括如下步驟在噴灑裝置中以多個獨立的分立量貯存微粒物質，將每一個所述分立量的微粒物質放置在所述噴灑裝置的發送區域處，并當所述分立量的微粒物質與所述發送區域對齊時，對每一個所述分立量的微粒物質施加高電壓，以使使用中從所述一部分微粒物質分出的微粒帶電。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于將所述帶電的微粒摻雜在由使用人方面吸氣而引出的空氣流中。
全文摘要
一種噴灑微粒物質的方法和裝置(20),在這種方法和裝置中,將高電壓加在一團微粒物質上使得粒子從這團物質上飛出。電源(16)的高壓加在一團貯存于容器中的物質(36)上。這團物質(36)的表面暴露于外界環境,所加電壓通過松散的物質傳導到位于露出表面上的粒子,由此該粒子在電場作用下作為帶電荷的噴霧從這團物質上噴出,同時沒有任何伴隨的電暈放電。
文檔編號A61M11/00GK1370628SQ0013538
公開日2002年9月25日 申請日期2000年12月9日 優先權日1994年10月4日
發明者T·J·諾克斯, M·L·格蘭, A·杰弗里斯, M·J·普蘭特格斯特 申請人:寶潔公司