專利名稱：開關裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子開關裝置，其應用范圍即工作電壓至少為1KV，一般至少為5KV，最高達50KV。
本發明應用范圍廣泛，尤其是適于用作材料的，尤其是液料靜電噴涂的裝置。和本發明相關的較典型的這種裝置被公開在EP-A-120633，EP-A-441501，EP-A-468735和EP-A-468736中。
按照本發明的一種情況，所提供的電子開關裝置包括一連串對輻射敏感的半導體結，它們總起來說具有至少為1KV的最大直流反向電壓(最好至少為5KV，經常取至少為10KV)，包括用于將高壓作用到這些結上的端部設備，當這些結被所施加的電壓正向偏置時，只允許電流單向流過這些結，還包括可選擇性操作的輻射發生器，它們與所述的結相聯系，用于選擇性地發射，當這些結被所施加的電壓反向偏置時，同樣產生反向流動的電流，所述的結和輻射發生器按固定的預定的關系支撐在一個密封材料的容積內，這種密封材料傳送由輻射發生器所發射的輻射。
所述的結總起來說最好具有至少為5KV的最大直流反向電壓，更推薦的值為至少10KV。
可以認為，如果所述一連串的結是反向偏置的，并且沒有暴露在由輻射發生器產生的輻射中，則仍然可以如同傳統的二極管的情況一樣有小電流流過(暗流)，與將結正向偏置具有同樣大小的電壓幅值和相反極性時產生的電流相比，這個反向電流可忽略不計。相反，如果這些結反向偏置，并且在受到輻射的情況下，電流則比沒受到輻射的情況大得多。
所述密封容積可以在這些結的附近提供這樣的反射表面，使得沒有直接投射到結上的輻射也能被反射，從而提高了被輻射的結的效率這種反射表面可由一個或多個專門的反射材料層制成，這種材料層對輻射發生器在發射的波長下的發射予以反射;或其反射性能可通過改變密封材料容積內的反射系數而獲得。
眾所周知，具有ph結的硅二極管是光敏性的，當其反向偏置和暴露在紅外放射源附近時，這種二極管變成導通狀態，允許電流遠遠超過暗電流。這就是光敏二極管的工作原理。與傳統的光敏二極管相反，本發明的一種開關裝置設計成可在大大超過傳統光敏二極管啟動工作電壓的電壓值下工作，傳統的光敏二極管的結構或設計是有效地利用入射光，因此其最大直流反向電壓最高達600伏(參見美國佛羅里達卅Englewood商業出版社1992年出版的“光敏二極管”中第613頁上的D.A.T.A.Digest的“光電子”(第25版))。而本發明的一種開關裝置可以使用至少為1KV的高壓，一般常使用的電壓至少為5KV，最高達50KV。
在本發明的一個優選實施例中，所述的一連串半導體結構成一個高壓半導體二極管，最好是具有成組疊積的ph結的高壓硅二極管。
輻射發生器最好包括一個發光二極管。這里“光”的含義是指其電磁波長在波譜可見部分之外及波長在可視光譜之內。例如，采用一種發光二極管的合適的形式可產生接近紅外線的輸出，并且構成所述系列結的高壓二極管對這種紅外發射是能感知的。
雖然形成本發明開關裝置的組件可以采用大規模集成電路形式裝配，但在其外圍構造中也包括分立的組件。
接下來，本發明的第二種情況是提供一種制造如上所述的電子開關裝置的方法，其中高壓半導體二極管和一個固態光發射源按預定的關系裝配，以使這些二極管的結易受到所述光源的光照射，然后采用一種密封材料封閉這些有關的二極管和光源，該密封材料能傳送由該光源發射的光。
所述預定的關系通常包括使光源以下述方式盡可能靠近二極管結定位，即從光源發出的光的主要部分能入射到二極管結上。
本發明的這種情況可以利用商業上流通的分立部件實現。商業流行的高壓二極管的結構或設計為一系列串疊起來的ph結(典型的是超過10個這種結，常為20或更多個)，用于分配高電位，在二極管裝配時不必考慮采用密封材料的光感應效應，(這種密封材料實際上極不適于接收外部的輻射到這些結上;實際上，通常認為這是很不符合要求的。
因此，根據本發明的這種情況，二極管的構成是將傳統的商業流通的高壓二極管封閉在一種電絕緣材料中，在這種情況下，所選擇的二極管可以是帶有這樣的密封材料的二極管，該材料相應于由所述光源發射的光的波長來說總是具有實質性的傳導性，或者該光源可交變選擇，以便根據后者的傳導性相應于由該光源發射的光的波長而與二極管密封材料相協調。
商業上流通的二極管的密封材料是不透光的，或相應于由光源發射的光來說具有很低的傳導率，本發明的方法改善了二極管的密封材料，從而在光源和二極管的一連串結之間提供了或增強了高效的光耦合。
這種改進可以采用至少局部地拆除二極管密封材料實現，也可以采用增加該密封材料的光傳導性的某些處理方式。例如，一種廣泛使用的高壓二極管是由玻璃材料密封的，采用熱處理則可改進這種材料的傳導率。
進一步本發明還提供一種高壓發生電路，在其輸出端上它產生輸出電壓至少為1KV，一般至少為5KV，所述電路與一個如前所述的電子開關裝置相結合，可有效地連接到該輸出終端上。
根據本發明的這一實例，專門為高壓發生電路配置有低壓功率電源，例如一組電池。
在一個實施例中，該電路配置成產生一個單極的高壓輸出，而電子開關裝置與所述輸出端是這樣耦合的，即所述多個結是由所述的單極輸出電壓反向偏置的。
在另一個實施例中，該電路被控制產生一個交變的高電壓輸出，所述開關裝置與該電路系統是這樣耦合的，以便將所述交變輸出電壓整流，并在輸出端上產生一個單極的高壓，所述的耦合是使多個結由交變輸出電壓的反向極性周期實現反向偏置的。
在進一步的實施例中，該電路被控制產生一個交變高壓輸出，一對開關裝置與該輸出端相連接，每個開關裝置是這樣配置的，其中一個開關裝置是反向偏置，而另一個正向偏置，相應施加的電壓為交變電壓的正半周和負半周，該電路還包括用于控制每個開關裝置的輻射產生器操作的裝置，改變每個開關裝置在反向偏置狀態下導通。這些開關裝置在這個實施例中可以相互串接或并接。
在另一個實施例中，該電路包括一對輸出端，在每個輸出端上產生一個單極的輸出，這種輸出的方式是，在一個輸出端上的輸出是與另一個輸出端上的輸出極性相反，還包括一對與所述輸出端相連接的開關裝置，將每個輸出端連接到一個公共的端部裝置上，但由相關的單極輸出么向偏置，還包括控制開關裝置的輻射產生源的裝置，使得當在所述公共端部上產生雙極輸出時，這些開關裝置被交替導通。
本發明從廣義上說是不受限制的，但前述的電子開關裝置/高壓發生電路特別適合于較低電流消耗的設備，在這樣設備中由一系列結所產生的最大反向電流最好不大于10μA，更佳范圍為不大于2μA。
根據本發明的另一種情況，提供一種靜電噴涂設備，包括一個殼體，一個噴嘴，向噴嘴供應材料以便從噴嘴噴射的裝置，和用于直接或間接提供材料高電位的高壓發生電路，使被噴涂的材料充有靜電，所述電路包括如上所述的電子開關裝置，它與電路的高壓輸出相聯接，并且控制該設備的電流和/或電壓通斷的操作。
本發明的電子開關裝置尤其適于這樣的靜電噴涂設備，它的電流消耗小(典型地不大于10μA，尤其是不大于2μA)，并且其緊湊度和經濟性等因素均是優質的。傳統的光敏二極管在這里完全不適用，因為它們只能用在低電壓條件下，而且在任何埸合下，僅考慮用于信號處理，而不是電流處理。大多數商業流通的高壓開關適合用于大電流應用(例如開關裝置)埸合，并且具有笨重和昂貴的機械特性，完全不適用這里所討論的噴射設備內。舌簧繼電器被廣泛用在小電流埸合，但由于它本身的電機械特性對輸入要求嚴格，導致較昂貴，壽命短，而且電極等級上限為12KV。任何機械式開關裝置都要受到尺寸的限制，這是由于在升高電壓時必須使用分立組件組裝。
噴涂設備的一個實施例中的開關裝置受控地提供一個對應高壓發生電路的去激勵的電流放電通路，在這種情況下，當該噴涂設備進行噴涂操作時，該開關裝置可由該高壓反向偏置，有關的配置可以是，相應于該電路的去激勵，輻射發生器啟動向該開關裝置照射，從而使后者導通，以便為存儲在該電路高壓輸出側的任何電容電荷提供一個電流放電通路。這些電容組件可以由與該高壓電路聯接的電容器構成，和/或由與負載有關的電容器構成，該負載接到該電路的輸出電壓，例如是用于噴涂的含有液體的金屬，如涂料。
這種開關裝置如果用在這種方式下，顯然在該電路的輸出側需要接電阻元件，以便泄放掉任何積存的容性電流，如果在該高壓電路去激勵時沒有放電，則用戶遭受電沖擊的危險將增加，這種電阻元件的使用使噴涂操作期間產生一個電流消耗，因此設計該高壓電路時必須考慮這個電流消耗，結果該高壓電路必須能夠產生一個超過噴涂所需電流量的電流值。
為滿足緊湊度和經濟性的要求，希望避免這個電流消耗，特別是對于手持式或輕便便攜式自封裝的噴涂設備而言，這種噴涂設備的動力源一般是低壓電池電源，例如用于個人和衛生保健物品的噴霧用手提設備，象香味劑、除臭劑等等，還例如噴涂涂料的手提式設備，或噴灑室內清新劑和芳香藥劑的便攜式自由固定式設備。凡是使用低壓電池電源之外，為了延長電池使用壽命，顯然應盡可能減少不必要的電源消耗。考慮經濟的因素，對高壓電路結構的輸出要求希望盡量小，這樣可使用便宜的電路設計，本發明的開關裝置特別適用于上述限制應用的情況，因為該電流消耗局限于暗流部件上(實際上可忽略不計)，LED12均是已密封的產品，如果本發明的開關元件從
圖11所示并且當高壓電路損壞時，該開關裝置可以沿反向偏置方向變為導通，以便有效地將積累的電荷放掉。
在本發明的這個實施例中，該開關裝置相應于使高壓電路去激勵和非連續噴涂的用戶操縱的開關的操作可變為自動導通，因此，該設備通常包括用戶操縱裝置和控制裝置，前者用于選擇性地激勵和去激勵高壓電路，后者用于中斷由輻射發生器產生的發射，使開關裝置相應于用戶操縱裝置的操作變導通，從而有效地作用該高壓電路的去激勵。
如果開關裝置中提供了電容積累電荷的放電通路的話，該開關裝置以這樣的方式與高壓電路相耦合，即配置有整流裝置。例如在這種情況下，該高壓電路可以帶有一個升壓變壓器，其付邊的一側分接頭提供一個交變的高壓輸出，而付邊的另一側連接到地或低電位，該開關裝置可以與變壓器付邊串聯連接，將交變電壓整流，從而產生一個單極的高壓輸出，它經過電容濾波，消去或至少基本上衰減掉高壓峰值。在這種配置中，當電路去激勵時，由電容濾波部件積累的電荷朝所述低電位(即地電位)放電，這是將開關裝置沿反向偏置方向變為導通而實現的，并且該開關裝置在這種條件下能自動地相應于高壓電路的去激勵動作就位。
根據本發明的又一種情況，所提供的靜電噴涂設備包括一個殼體，噴嘴裝置，為噴嘴裝置供應噴涂料的裝置，具有一個輸出端的高壓發生電路，用于向所述噴料施加高電壓，以實現靜電噴涂，一個圍繞噴嘴裝置的環形元件，在噴射期間該環形件上具有與施加到噴料上的電壓同極性的高電壓，以便改善在噴嘴出口附近的電埸密度。以及在停止噴涂時工作的裝置，從而放掉在噴射中由該設備的電容組件積存的電荷。
本發明的這種情況尤其適合于噴射液體，這種液體具有比較高的粘度和較低的電阻率，也可以包含懸浮的固體，例如涂料劑配方，并且采用現有的工藝在至少為4CC/分以下的低速下噴涂這種固體粒料難以取得滿意效果。較典型地，要噴涂的液體具有至少為0.5泊的粘度，例如在0.5至10泊之間，其電阻率范圍是5×105至5×107歐姆·厘米。
所述的放電裝置最好包括一個如前所述的開關裝置，所述電壓發生電路可控地產生一個至少為25KV的輸出電壓。當所噴涂的液體比較粘滯時和/或需要大面積低速噴涂之處，這樣高的電壓幅值是必要的;一般可認為這個電壓超過了目前能采用的電壓，但不會導致假噴涂效果的可能性變大，所述假噴涂效應可認為至少部分地由于電暈放電所引起。而且，采用這樣高的電壓等級操作引起大量容性電荷積聚，致使用戶在特定環境中遭受不希望的電沖擊的可能性增加。不過采用最后提到的本發明的組合特征允許使用大電壓，而且能保證比較粘滯的具有低電阻率的液體的令人滿意的噴涂效果，這類液體包括涂料劑等，并且對用戶提供防容性電荷放電的保護。
通常上述各種情況下的本發明的靜電噴涂設備是由低壓電源驅動的，例如電池組，這個低壓電源連接到高壓發生電路的輸入側，并且該設備常采用便于手提的便攜式自封裝單元形式。
可以認為，這里所討論的靜電噴涂設備適用于噴涂許多材料，例如個人美容保健用物質，芳香適于清新空氣的物質，噴涂涂料，殺蟲劑，殺菌劑和金屬配制劑。如果將這些材料中的任一種裝入一個管殼內，本發明的靜電噴涂設備外圍構造內當然也包括該管殼。
本發明的許多其它的特性和方案將由權利要求和下述描述的內容中得以清楚地展現，有關的附圖中描述了多個本發明的實施例。
在這些附圖中圖1是本發明的光敏高壓電子開關裝置的一個實例的示意圖;
圖2是接有包括圖1所示的電子開關裝置的高壓發生電路的靜電噴涂設備的電路圖;
圖3是圖2所示實施例的改進形式的電路圖;
圖4是產生雙極高壓輸出的電路的電路圖，這種電路用于需要雙極輸出的靜電噴射設備，可以抑制電沖擊和/或允許采用一般難于噴射的噴射靶，例如電絕緣材料的靶;
圖5是提供高壓輸出和可選擇地依次輸出到多個輸出設備的電路的示意圖;
圖6是可用在圖2或3的結構中的一種噴槍的示意圖。
參見圖1，一個本發明的開關元件包括一個超高壓二極管10，典型地采用菲利浦EHT二極管，部件號BY713(可使用RS元器件有限公司的產品，代號為RS262-781)。這個二極管是一個硅二極管，包括密封在密封材料P1(這里稱為初級密封)的殼體內的一系列串疊的pn結，該二極管設計成用于高壓埸合，它的最大直流反向電壓為24KV，在發光二極管(LED)12內形成的光源封閉在一種密封材料P2的殼體內(初級密封，但不是必須用與P1相同的材料)，該光源安裝在緊靠EHT二極管之處，使得LED12激勵后發射的光能入射到該EHT二極管10上。一般LED12由高功率紅外發射的LED構成，例如可使用RS元器件有限公司的RS635-296號產品。兩個二極管EHT10和LED12均是已密封的產品，如果本發明的開關元件從圖11所示的分立元件接收紅外照射，應選擇EHT二極管的密封件的傳導率至少與由LED產生的光的波長相符合。因此，我們已發現了上述元件組合的優越性，可將帶玻璃密封件的菲利浦BY713EHT二極管與RS635-296LED組合使用，因為前者的傳導率得產生的IR(紅外)波長匹配。
在制造過程中，EHT二極管10和LED12是以光學校準的關系安裝的，以保證由LED12發射的紅外光全部有效地入射到二極管10的pn結上，并且考慮到二極管10的結構設計是努力爭取處于高壓控制下，而不是起光收集作用的事實(當在光敏二極管的情況下)。一旦光學校準精確后，將該EHT二極管10和LED12密封在一種相對于LED的發射波長具有合適的傳導率的密封殼體14內(第二密封件S)，該密封殼體14圍繞著二極管10和LED12布置，不允許在有關的交界面上擴大氣隙，并且起到反射界面的作用，這一點通過下面的制造工藝是容易實現的，即在固化該密封材料期間保證所產生所任何收縮量是哪生在該殼體14的外表面上而不是在二極管10和LED112的交界面上，為避免產生有害界面效應，在選擇構成殼體14的密封材料時，至少具有與二極管10和LED12的密封材料相匹配的合適的折射系數，在采用某些特定組件(BY713二極管和RS635-296LED)的情況下，適用的密封材料是感光固化樹脂LUXTRAKLCROOO(LUXTRAK是帝國化學工業公司集團的一種運轉計時器(RTM))和RS505-202號UV固化樹脂。此外第二密封件S還提供處于低壓的二極管12和處于高壓的HT二極管10之間的高等級電氣絕緣性能。
如前所述，重要的是在第二密封件S內封裝二極管10和12的制造工藝要確保由二極管12發射的輻射能充分使用。特別是，必須謹慎地避免在第一和第二密封件之間形成層間空隙，這種空隙的存在使第二密封件固化收縮時形成較大的內應力，這可以通過向制模內增加釋放媒質來得以避免，防止第二密封件附著到該模件的側面，因此在收縮時最好使固化的第二密封件粘附到第一密封件上，而不是粘以該模件表面上，另外，不用釋放媒質的話，在該模件上可套上一個柔韌的薄膜套管，以防止第二密封件粘附到該模件表面上。
如前所述，傳統的高壓二極管的結構并不能有效地利用所投射的光;的確，許多高壓二極管以這樣的材料密裝，該材料可以有效的將ph結與暴光屏蔽開。相反，本發明試圖利用公知的光所具有的在pn結上的原理，將本發明的開關元件用在商業流通的分立的高壓二極管上，而不是將該二極管與暴露的光隔開，本發明的結構希望獲得盡可能大的光暴露，而在光收集方面的性能并不是最佳的，因此，在需要增強暴光之處，將LED12盡可能靠近EIIT二極管10布置，并且滿足與EHT二極管10最優定向的關系，保證形成反射表面或使光變更路徑的表面，所述的光并不直接投射到EHT二極管上。
在圖中的實施例中，材料層或涂層16包圍著EHT二極管10和LED12，用于向著需要暴光的EHT二極管的部位反射光，層/涂層16的至少一部分具有大致為球形的周線。該層/涂層16例如可以由Mgo制成。
EHT二極管10，.LED12和密封殼體14均裝在一種封裝復合物(第三密封件)的殼體18內，它具有良好的電絕緣性能，并且包含了用于與外部電路連接的EHT二極管10的引線20和LED12的電極22，同時將二極管10與周圍的光屏蔽開。如果合理地選擇了這個第三密封件，有可能節省掉隔離的反射層16;例如第三密封件18可以采用RS公司的RS552-668號白色反射材料。
這些組件的形狀和尺寸這樣選擇，以使得在操作二極管12的低壓的操作HT二極管10的高得多的電壓之間具有合適的電絕緣，在只采用第二密封件之處，(帶有或不帶有反射層16)，第二密封件的形狀和尺寸要選擇得使跨在第二密封件暴光表面上測量用的高壓引線20，22間的距離保持在至少為3毫米，這里指相對于施加到HT二極管10上的單位KV電壓而言，但如果該裝置是密封在一種封裝復合物(如與其他組件一起共同形成包括二極管10和12組合的電路)中，其第二密封件的外表面并不暴露在空氣中，這種情況下該裝置的形狀和尺寸要選擇得使跨在第二封裝件的外表面上測量用的引線20，22之間的距離至少保持在1毫米，該值是相對于施加到二極管10上的單位KV電壓而言。
在采用RS635-296LED管的情況下，當超過約為1.3V的閾值電壓時，產生足以使高壓二極管反向導通的光。通常LED只需要1mA就能斷開該形狀，但是若用在下面有關圖4的描述中產生雙極輸出的情況時，最好使供給LED的初始峰值電流最高達到約300毫安，以便提供一個最大載流能力。接著供給一個5-30mA的(最好是5-10mA)電流，以維持足夠的HT輸出電流，這些數值適用于一般的如下將要描述的靜電噴射的應用埸合。
高電壓、低電流開關元件的一種應用描述在圖2中，它與圖1的內容有關，這是用于靜電噴涂內的電壓發生電路連接圖，這種噴涂設備可以采用公開在EP-A-120633，EP-A-441501，EP-A-468735和EP-A-468736任一文獻中的形式，如圖2所示，一個高壓發生器30由一個電池組34構成的低壓電路32供電，一個用戶操作開關36與地端相連。這個接地可由用戶采用與設備金屬相接觸的方式實現，使用戶能自動地造成與該設備手持部分的固定接觸，這種連接實例可參閱EP-A-120633的內容。
該手柄區域可裝配有一個觸發器，當它由用戶啟動后，用于操縱開關36和向裝有供給噴嘴42液體的容器40施壓，使液體由噴嘴噴出實現靜電噴涂。為容器加壓的合適的機構舉例為公開在EP-A-482814中的一種小封袋(sachet)，該文獻對此進行了詳細的描述。該發生器30的高壓輸出電壓(在圖示的實施例中為正)被施加到所連接的一個輸出端44，在使用中，這種連接可采用一些適合的方式(已公開在前述的歐洲專利申請公開文獻中的各種可能性)實現，以使在噴嘴42的出口處產生的液體帶電。在圖3中，端子44連接到一個電極上，該電極位于液體經由噴嘴42的饋給通路中;在一個替換方案中，可將該端子44電氣連接到在噴嘴出口的上流位置處的液體上，例如若容器40的壁是上絕緣材料制成，這種電氣連接可通過貫穿式接觸實現，若該容器是由導電材料制成的，這種電接觸可通過該容器壁實現。高壓發生器30最好采用連接到低壓電路32的振蕩器類型，用于產生一個基本上交變的方波輸出，該輸出電壓饋給一個升壓變壓器，從變壓器的次級繞組輸出的高壓(一般為具有20HE頻率的脈沖系列)通過整流裝置和電容電路饋給輸出44，從而提供一個10-30KV等級的單極高太，該值是將發生器的高壓輸出接到具有30千歐內阻的Brandenburg139D高壓儀上測出的，該電容提供一個平滑的脈沖系列，并且用于消除在次級輸出中具有的超高壓峰值，該值可達100KV。
產生噴涂的機構可以是這樣的，其中噴涂用液體和低電位(例如由專門的中間電極產生，圍繞著或裝在該設備的噴嘴附近的低電位電極)之間存在的靜電埸能影響該液體形成一或多根線帶，然后擴散，以產生帶電的液滴噴射。在這種情況下，由容器40到噴嘴42的出口的饋給可以具有被動的特性，例如采用公開在EP-A-120633或EP-A-486198或PCT專利申請GB92/0172中的那些虹吸結構在重力下或在毛細作用下運行。可替換的機構可以是這樣的，要饋送的液體處于可泄放的足夠的壓力下，起一個小功率噴射器作用，靜電埸發生作用引起該噴射器頸射到一個遠小于該噴射流的孔口的直徑上，從而形成一根射線，它分裂以產生帶電的液滴噴射。這種后者所述的設備類型公開在EP-A-501725中，并且尤其適用于具有較低電阻率的液體噴射。
在該設備的正常使用中，用戶操作開關36，啟動觸發器，從而供給發生器30能量，使處于噴嘴42附近或內部的液體帶電，如上所述，饋給噴嘴口的液體可以具有從動的或主動的特性;在后者的情況下，由用戶作用到觸發器上的壓力可以轉變成一種容器(例如小封袋)的壓縮，從而驅動液體到噴嘴去，在停止噴射操作時，例如釋放該觸發器和打開開關36，盡管該發生器30已被去激勵，在系列中仍有剩余的電荷，例如由與負載(例如形成液體容器的金屬箱或在發生器30高壓側的任何金屬部件)相關的容性電荷的積存。除非采用適當的手段，否則這些積聚的電荷導致用戶的電沖擊危險，例如當操作者在剛剛停止噴射時，企圖更換其中的容器的話。
用于工業目的的臟污環境下的噴涂設備是由交流電源供電的，該電源與該噴涂設備是分離的，它們間的耦合是通過一個泄流電阻將發生器的高壓輸出接地，因此當噴涂停頓時，剩余的電荷可經由該泄流電阻很快放到大地中，為保證快速放電，該泄流電阻的值是較小的，因此，供應給該設備的電源應提供足夠的功率，以補償由于低值泄流電阻所消耗的連續的電流。對于由分立的交流電源供電的工業設備，一般不會引起特殊的問題。但是，在小型和便宜的噴霧器的情況下，例如消費(用于個人保健衛生，香水，室內清新劑、噴漆等)使用的產品，電源采用機殼內裝直流電池電源的形式，而且采用泄流電阻顯然是不經濟的，否則在噴霧使用期間它會泄放掉可觀的電流能量。
如圖2所示，為了在發生器30去激勵時為剩余的容性電荷提供放電通路，開關元件46如圖1所示耦接在正的高壓輸出端44和帶有反向偏置的EHT二極管48的地端之間。在正常噴涂操作中，LED50是不起作用的，而二極管48是非導通的，僅流過可忽略不計的暗流。當發生器被去激勵時，LED50暫時地激活，從而使EHTF二極管反向導通，提供了剩余電荷到大地的通路。
用戶釋放觸發器時，LED50可自動響應并激活，觸發器釋放操作是將開關36從極52移到極54實現的，這時該開關經電阻分壓R1，R2與發生器30的輸入側耦接。結果，使發生器30輸入側積聚的標號為56的內部電容通過分壓器R1和R2泄流到地。這個電流驅動晶體管開關58基極的控制電壓，變為“接通”狀態，通過限流電阻60將LED50耦接到電池電源34上，在這種情況下，LED被激活，使EH二極管48導通，以便泄放掉剩余電荷。
由內部電容56所產生的這個控制電流僅在一個有限的時間間隔內是有效的，這個時間間隔的控制是元件56，R1，R2形成的阻/容回路的時間常數所決定的。一旦該控制電流衰減了，晶體管開關58返回“斷開”條件，并且LED50又回到不起作用狀態。實際上，該電路的結構足以保證(一般完全地)快速泄放掉在發生器30輸出側的剩余電荷，以排除對于操作人員可能帶來的任何電沖擊危險。
在圖2中只示出一個開關元件46，不過在某些情況下，尤其是當發生器30的高壓輸出特別高時，例如30KV或更多，可以配置兩個開關組件46(或更多，雖然對大部分埸合兩個已足夠了)，均帶有EHT二極管48，串接在輸出電極44和地電極之間。在這種情況下，該電路可改進為激勵兩個LED50。
在圖2中，EHT二極管48與饋給端部的高壓輸出電壓配置成反向偏置關系，在一個變換的方案中，可改為提供一種對偶的功能，即當噴涂停止時，泄放剩余電荷，并且整流電路裝在發生器30的升壓變壓器的次級輸出端，參見圖3，與圖2的實施例類似，低壓電路32用一個方塊表示，但可以理解其電路完全與圖2中的相同，圖3中同樣的元件采用圖2中相同的符號標注。圖3實施例的工作方式一般來說也與圖2中相同，區別之處描述如下，在這種情況下EHT二極管48是在升壓變壓器的副邊繞組S和輸出端44之間呈正向偏置耦合，電容器62(可以是一個分立的電路組件或可以是負載所產生的電容)用于消除高磁峰值，并且提供一個如圖2的關系所述的平滑作用。在發生器30工作中，副邊輸出由EHT二極管48整流，從而提供一個單極輸出到端部44上。當噴涂中斷時，了生器30處于去激勵態，LED50按圖2中有關的方式暫時激活，使EHT二極管48反向導通，從而通過副S提供一個將電容器62和負載產生的電容積聚的剩余電荷向地泄流的通路。
圖4示出了使用本發明開關裝置的一個實施例。用于在該設備的輸出端產生一個雙極輸出。一個產生雙極輸出的設備可用于如EP-A-468736所述的抑制電沖擊，或能有效地實現靶的噴涂，這種靶往往很難實現靜電噴涂(例如靶包括電絕緣材料)，類似的描述可參閱EP-A-468735。所述公開文獻EP-A-468735和468736結合在此作為參考。圖4的電路可使用在圖2中有關描述的類型的多種噴涂設備中，例如對被動地或主動驅動輸送液體到該噴嘴的情況均適用。
在圖4中，高壓發生器72的低壓輸入端與直流電池電源34相連接，而用戶操縱的開關36則構成低壓電路68的一部分。高壓發生器72內的升壓變壓器的副邊繞組S的高壓側產生一個交變脈沖系列式的高壓電壓(一般具有20HE的頻率)，它與一對慣用的高壓二極管74、76相耦合，在副邊繞組S中感應的交變的EMF(電動勢)經過整流，二極管74在正半周導通，而二極管76在負半周導通。電容器78，80各與二極管74，76之一相連，以消去電壓尖峰和提供平滑的脈沖，開關組件82A，B控制該發生器電壓耦合到輸出端子80，該輸出端依次與任何適當的方式耦合到噴嘴上，以便處于噴嘴口睡的液體施加高電壓，每個開關元件82A，B包括一個高壓二極管84A，B，和相關的LED86A，B，它們配置成具有圖1至3所述功能的方式。
每個二極管84A，B串聯連接，并且背靠背地與常規二極管74，76之一相連接。控制電路88以下述方式激勵LED86A，B，使二極管84A，B交替地和周期性地沿反向偏置方向導通，控制電路88相應于用戶操縱的開關36的截止而被激勵(例如與該設備的手柄相關的觸發器的壓接產生該激勵)。控制電路88應使二極管84A，B受雙極輸出引起的交變頻率的影響而變導通，例如抑制沖擊或如公開在EP-A-468736和468735中的絕緣中間電極的噴射。因此，例如該控制電路88可以用于控制二極管84A和84B的導通，以在終端80上產生一個雙極輸出，通常為方波形式，具有最高達10HE的頻率，典型地為1-2HE。
可以認為，在圖2至4中所示的電路和液體供給應容納在一個公共殼體內，這樣使該謐是自封裝的和便攜式的。
現在參看圖5，在這個實施例中高壓發生器100的輸入側與低壓直流電源電路101相連接，它的輸出可選擇地接到一個或多個需要高輸出電壓的設備上。因此，在圖5中發生器100在輸出端102產生一個用于供給三個輸出設備A，B和C的單極電壓，中間通過開關組件104A，B，C連接到輸出端102上，每個開關組件包括一個高壓二極管106A，B，C和LED108A，B，C，這些元件的配置和操作采用如上所述的同樣方式。二極管1106A，B，C是相對于發生器100的輸出電壓反向偏置。該開關設備由控制電路110控制，它可由程序控制或可選擇地供給電流到任何一個或多個LED管，以使有關的二極管反向導通，從而允許發生器的輸出電壓作用到相關的輸出設備上。在這種方式中，輸出設備A，B和C可按預偏程序動作或按任何所期望的方式動作。例如，控制電路110可以連接到多個用戶操縱的開關或任何用戶可選擇的裝置上，這些裝置具有可控操作的輸出設備(例如靜電噴涂噴嘴)。相應于由用戶選擇的特殊設備，該控制電路110能激勵適應的LED，從而將發生器輸出的高壓饋給該設備。
現在討論圖6，圖中所示的噴槍是手持式的，并且適合于噴涂比較粘的低電阻率的液體劑，例如漆料，噴射速度較低，最少可達4cc/分。典型的適用噴劑的粘度為1泊，電阻率為5×106Ω.厘米。該噴槍包括一個本體件202和手柄204。本體件202采用絕緣塑性材料的管狀形式，例如聚丙烯類高絕緣材料，在遠離手柄204的一端，該本體件裝有一個環狀凸緣206，它也是采用如聚丙烯類的高絕緣材料制成，并且帶有內螺紋，或與本體件202可松卸地嚙合，以便快速拔出和插入該液體容器內。該環形凸緣206將一個組件208固定在本體件202的端部位置上，該組件208包括一個基座210和一個整體環形罩212，該罩朝噴槍前面突出。
基座210帶有一個允許噴嘴214穿過的中心開孔，噴嘴214的后端帶有一個靠坐在基座210背面上的法蘭盤215。噴嘴214是由高絕緣材料制成，如聚醛樹脂(例如“Delrin”)，一般具有1015歐姆.厘米的體電阻率。本體件202內裝有一個可更換的卡盤216，用于傳送要噴射的液體到噴嘴214。作為噴槍要求液體傳送的流動速率至少為4cc/分，噴嘴214需要主動供料，在本發明的這個實施全中，是將一個卡盤放在由金屬箱218構成的所謂阻擋部件中，該金屬箱由一種液化的推時劑加壓，例如氟塑料134A，并且要噴射的液體裝在一個由該推時劑中分離出液體的柔韌的金屬膜袋220中。袋220的內部具有一個通到噴嘴內的軸向通道223，采用一個與常規的氣懸體閥門的工作方式相同的閥門224，它可在相對于箱218的相反方向置換閥門，打開閥門224使推進的液體流進通道222中(利用推進劑所產生的壓力)。該通道222在其前端終止，并且噴嘴在該處尺寸變小，形成噴嘴口。噴嘴214的前端盡頭結束在緊靠環形凸緣212的前端平面上。
在卡盤216的后面方向上，本體件202裝有一個高壓發生器226，它固定在管狀托架228上。托架228固裝在本體件上，以限制本體件202的軸向滑動。一個壓簧230緊壓在托架228的后方高壓發生器226產生一個脈動輸出，經過整流和濾濾最后輸出一個高壓直流。這種高壓發生器226的合適的類型描述在歐洲專利申請文件EP-163390中。該發生器帶有一個高壓輸出極232，經引線233連到一個固定到托架上的觸點234，它可與金屬箱體218的尾部相接觸。該發生器的第二輸出極235經由引線236接地，電阻器238和一個導電接觸帶240裝在手柄204的外表面上，從而當噴槍握在操作人員手中時，為用戶提供了一個安全接地通路。供給發生器電源的低壓直流包括電池組242，也裝在手柄204中，該電源作為低壓電路的一部分，帶有接地的引線236(通過電阻器238和用戶)，還帶有連接電池組242的引線244，并通過一個微形開關246接至發生器226的輸入側。
在使用中通過卡盤216和本體件202之間的相對運動打開閥門224，噴嘴214相對于本體件保持固定。移動發生器/托架組件，使卡盤216運動，從而操作該閥體224，而發生器/托架組件是由裝在手柄204內的觸發器248驅動的。當擠壓運動時，樞軸桿250圍繞其樞軸252樞轉，進一步帶動在256處樞轉的桿254，它由一連桿258與250耦合。桿254支撐在托架228的背端部，因此桿254的樞動有效地運動了該托架，使卡盤216向前條開閥門224。一旦觸發器248釋放，各個部件返回如圖6所示的初始位置，這是由適當的包括彈簧230的偏動裝置實現的。觸發器248的擠壓也驅動了連桿260的運動，它與微形開關246耦合，從而微形開關動作帶動觸發操作，實現向發生器226的低壓電源饋給。
由發生器產生的一般超過25KV的高電壓，用于噴射較粘滯的及電阻率低的液體，噴射速率至少為4cc/分(可達6cc/分或更多)。這一高壓輸出通過觸頭234傳送至噴嘴214的噴口上，金屬箱體218和在通道222中的液體在噴口和周圍的地電極之間提供一個電埸。這個電埸建立的目的是將位于噴嘴出口處的液體拉成一直線，它可分散而變成具有較均勻尺寸的發散式噴射，帶電的液滴適于形成一個均勻的膜。由于用于噴射的材料具有較粘滯的特性(例如1泊)，噴嘴口的尺寸必須作大些(一般至少為600微米)，以利于接收速率不低于4cc/分的液流。由于噴料較粘滯，如果在這個等級的低速下要獲得令人滿意的線形(特別是單個軸向直線形)射流，有必要在高太下操作，這與采用低粘度液體的情況不同，因為由粘性材料形成線狀噴射需要增大電埸密度。
由于這個原因，用在圖6的噴槍中的發生器226具有25KV或更高的輸出電壓，測量方式是將發生器的高壓輸出連接到具有30兆歐姆內阻的Brandenburg139D高壓儀上。但是，這樣高電壓等級的采用一般會導致由于電暈放電影響的假噴涂效果，這是由于在噴嘴口附近的電埸密度可能已超出了空氣的擊穿電位。這種假噴涂可能會引起高雜散的液滴，呈現非常細小液滴的霧狀形態，從線流中飛出和極差地發射，而傍軸的液流具有粗糙的液滴。
圖6中噴槍能夠在25KV高壓作用下取得令人滿意的線形，這是通過裝配元件208套在環形凸緣件212內實現的。部件208由半絕緣材料制成(一般具有最大為1011-1012歐姆·厘米的體電阻率)，例如Dupowt公司出品的商標為“Hytrel”的4778級產品，并且帶有向后伸出的環形部位262，與金屬箱體218相接觸，使通過觸頭234施加的電壓建立在該罩體212的最前端，并且與在噴嘴214開口的電壓具有同樣的極性，和具有差不多相同的幅值。該環形部位262被夾在本體件202的前端和在環狀凸緣206上的法蘭盤264之間，從而使部件208相對于本體件202固定。觸發器248的操作導致箱體2118相對于組件208移位，但電連接保持不斷，這是由箱體218的導引端部與環形件262內環周間的滑動觸頭實現的。
可以認為，在高壓發生器和罩之間的接觸可不采用圖中所示的滑動接觸方式，例如也可以采用一種彈性接觸。一般只要使該接觸能保證相應于在噴嘴口上建立的電壓能擴展到位于前面的罩體上，或者與噴射始點大致同步，以使該罩體在開始噴射時立即發生效應。
將罩的前端相對于噴嘴的噴口適當定位，可使噴嘴口附近的電埸密度衰減，直到足以產生一個單線形射流，它可擴散成較均勻尺寸的液滴。該罩端的最佳位置可通過試湊和誤差容易地建立，即可利用軸向可調的帶罩的槍實驗模型來實現。在這種方式下，當了解了所需噴射的性質時，該罩可以一個收縮位置向前調節。開始時該罩處于收縮態，可以觀察到上述的假噴涂效應，而當移動該罩向前到達明顯改善噴涂質量之處時，可獲得較均勻尺寸的液滴。最初在這點之外范圍的調節并不影響噴涂效果，但逐漸出現一種聚焦效果。實際上，當在罩端上建立的電壓與噴嘴噴口處的電壓值基本相同時，我們發現該最佳位置的趨勢是，該噴嘴的噴口與由罩前端保持的平面是或多或少重合的，在一種典型的配置中，該罩的內徑為16毫米，外徑為20毫米，噴口突出該平面約1毫米。通常在這種配置中應滿足，在噴嘴最尖端和罩的直徑方向上相對應前端間延伸的虛線之間的角度是在140-195度范圍內，最好是150-180度(相對于在罩前方的噴嘴尖端的角度小于180°，而相對于在噴嘴尖前方的該罩的角度大于180°)。
在同樣的條件下，采用同樣的噴液，當采用兩套噴嘴工作時，線流散射特性可被明顯地觀察出其改進，其中一個噴嘴沒有罩，另一個噴嘴帶有處于最佳位置的罩。在這種情況下，在沒設罩之處的典型的分散狀態產生由噴嘴口噴出的一個短距離的極細小液滴霧，隨著中心孔線流的分裂變成很差地擴散的粗液滴流。在這種情況下產生的噴射完全不適合在噴射表面上形成一層均勻的液膜(例如噴漆)。相反，帶有在最佳位置的罩的噴嘴尖端工作在與常規噴嘴相同的電壓下，可觀察到該線流從噴口處噴出一段相當的距離后，才分裂成具有窄小尺寸分布的擴散液滴流。如果該噴嘴是在具有處于最仁佳位置的罩內工作，很容易得到噴射液滴的體積平均直徑小于100微米的噴射效果。
由于金屬箱體218與噴嘴口處的較高電壓(通常大于25KV)相互作用，在噴射中可導致大的電容電荷積聚，當停止噴射后用戶試圖接近該設備內部時，例如更換卡盤時，很可能引起不愉快的電氣沖擊。這可以通過加裝一個泄放容性電荷的裝置而得以解決，這種裝置通常可按圖2或圖3的實施例所述的方法裝配。
圖6中的噴槍尤其適合于噴射下述液體，其粘度在0.5和10泊之間(特別是1-8泊)，其電阻率在5×107歐姆·厘米之間最好是2×106-1×107歐姆·厘米)，前提條件是噴射/流動速率至少為4cc/分，最好為6cc/分。噴嘴開口的直徑和電壓發生器226的電壓輸出應根據要噴射用液體的粘度和電阻率確定。為了避免由任何在較粘滯液體中懸浮粒子造成的阻塞，噴嘴的噴口直徑應不小于600微米(例如噴漆的情況)，這樣可獲得所希望的噴射/流動速率，而無需過分地使用觸發器的力。發生器226的直流輸出電壓一般在25和40KV之間，特別地取28-35KV更好，該測量值是采用具有30兆歐內阻的Brandn burg 139D高壓儀測得的。如果將罩212直接與發生器226的輸出連接則更簡單，這樣在罩212上的電壓基本上和噴嘴尖端具有的電壓大小相同，我們并不排除下面的可能性，即罩電壓是與噴嘴尖端的電壓不同的，在這種情況下，通過相對于噴嘴尖端調節該罩到合適的位置來補償這個壓差，從而確保獲得狹窄分布的所希望的擴散噴射液滴效果。
可以認為，圖6所示的噴射裝置可以為實現前述其它目的而加裝或換裝電子開關，例如需按照圖4的實施例加發改進時。
權利要求
1.電子開關裝置包括一連串對輻射敏感的半導體結，它們總體地具有至少為1KV的最大直流反向電壓，和端部裝置，用于將高電壓施加到這些結上，只有當所加電壓為正向偏置時，這些結才允許電流單向流過，還包括選擇性控制的輻射發生器，與所述結共同產生選擇性發射，當這些結由所施加的電壓反向偏置時，同樣產生反向流動的電流，所述的結和輻射發生器按固定的預定關系支撐在封閉的由密封材料構成的公共容積內。
2.如權利要求1所述的開關裝置，其中的封裝容積提供或附上一個位于這些結附近的反射面或表面。
3.制造如權利要求1或2的開關裝置的方法，其中高壓半導體二極管和固態光發射源以預定的關系組裝，使這一連串的二極管暴露在由所述光源發射的光內，將這此相關的二極管和光源封裝在一種可傳送由光源發射的光的密封材料中。
4.高壓發生器電路，用于產生至少為1KV的輸出電壓，所述電路包括一個高壓發生器，多個各自與有關的高壓應用裝置相連的輸出端，多個電子開關裝置，將高壓發生器與所述輸出端相連，每個開關裝置如權利要求1所述，以及控制裝置，用于選擇性地控制每個開關裝置的輻射發生器，從而實現該發生器的輸出電壓與所選的一或多個端耦接。
5.如權利要求4的電路，其中該發生器能產生一個單極的高壓輸出，該電子開關裝置以下面的方式與輸出端設備耦合，即所述的二極管結由所述單極輸出電壓反向偏置。
6.如權利要求4所述的電路，其中發生器可控地產生一個交變的高壓輸出，所述開關裝置與該電路是這樣連接的，即將所述交變輸出電壓整流，從而在輸出端裝置上產生一個單極的高壓，而所述各結是由該交變輸出電壓的反極性半周實現反向偏置的。
7.如權利要求4的電路，其中發生器可控地產生一個交變的高壓輸出，一對所述的開關裝置連接到輸出終端裝置，每個開關裝置是這樣配置的，一個開關裝置是由交變電壓的正半周反向偏置，另一個開關裝置相反是由交變電壓的負半周反向偏置，用于控制每個開關裝置的輻射發生器操作的裝置，使每個開關裝置在反向偏置條件下導通。
8.如權利要求4的電路，其中該電路包括一對輸出端裝置，這兩個端部裝置上各具有相反的極性，和一對所述開關裝置，它們與所述輸出端裝置相連，并將每個輸出端連接到電壓應用裝置，但是由有關的單極輸入進行反向偏置，控制裝置，以下述方式控制開關裝置的輻射光源，即當雙極輸出作用到所述電壓就用裝置時，這些開關裝置交替變為導通態。
9.如權利要求4至8之一所述的電路，所述電壓應用裝置是指一個靜電噴射設備。
10.一種靜電噴涂設備，包括一個殼體，噴嘴裝置，向噴嘴供應要噴涂材料的裝置，和高壓發生電路，通過該電路的輸出端將高電壓施加到所述材料上，以產生靜電噴涂，所述電路包括電子開關裝置，用于在停止噴射時操作，為泄放電流提供通路。
11.如權利要求10的設備，其中電子開關裝置是感光式的，光發生器用于照射該開關裝置，其中開關裝置在該謐噴涂操作期間由高壓反向偏置，該電路配置相應于電路的非激勵狀態，光發生器動作向開關裝置輻射，從而使后者導通，為在該電路的高壓輸出側所積聚所容性電荷提供泄放通路。
12.如權利要求10的設備，其中該開關裝置相應于用戶操縱的開關操作時自動變為導通，所述開關操作用于高壓電路處于去激勵態和中止噴射。
13.一種靜電噴涂設備，包括一殼體，噴嘴裝置，向噴嘴供應噴料的裝置，和高壓發生電路，通過該電路的輸出端將高壓施加到所述噴料上，使實現靜電噴涂，所述電路包括感光電子開關裝置和相關的光發生器，用于控制產生所述的高電壓。
14.如權利要求13所述的設備，其中開關裝置與高壓電路的耦合關系是提供整流。
15.如權利要求14所述的設備，其中高壓電路包括一個升壓變壓器，該變壓器付邊的一端輸出一個交變的高壓，另一端接到一個低電位，例如接地，開關裝置串接到該付邊，對交變電壓整流，然后提供一個單極的高壓輸出。
16.如權利要求13所述的設備，其中所述電子開關裝置包括一對電子開關元件，及其中所述光發生器可受控操作以提供一個具有預定頻率的雙極輸出電壓。
17.一種靜電噴涂設備，包括一個殼體，噴嘴裝置，向噴嘴裝置供應噴料的裝置，和高壓發生電路，向噴料施加高壓，以使噴料靜電充電，所述電路包括一個產生交變輸出的發生器，第一和第二電子開關裝置，它們直接或間接地相對于噴嘴裝置接到所述電路的相反極的輸出部件上，及控制第一和第二開關裝置的裝置，當在不同于該電路輸出的交變頻率的頻率下該輸出部件能與該噴嘴裝置匹配時，使上述開關裝置交替地導通。
18.如權利要求17所述的設備，其中每個所述的開關裝置是感光式的，其中帶有光發生器，用于使所述開關導通和截止。
19.一種靜電噴涂設備，包括一個殼體，噴嘴裝置，向噴嘴供應噴料的裝置，高壓發生電路，通過該電路的輸出端裝置將高電壓作用到所述材料上，使噴料帶靜電，一個環狀元件包繞著噴嘴裝置，其上的高壓極性與作用到所述材料上的電壓相同，在噴射過程中在該環形件上建立的高壓改善了緊靠噴嘴噴口處的電埸密度，還包括在停止噴涂時動作的裝置，從而泄放掉在噴射期間由容性元件積聚的電荷。
20.如權利要求19所述的設備，包括用戶操縱的裝置，用于控制高壓電路的激發和非激發狀態，其中所述放電裝置相應于該高壓電路的去激發態自動啟動工作。
21.如權利要求19所述的設備，其中所述放電裝置包括電子開關裝置。
22.如權利要求19所述的設備，其中所述電子開關裝置包括光敏電子開關和光發生器，用于控制電子開關的工作。
23.如權利要求19的設備，其中所述高電壓電路上接有該環形元件，以便在噴涂過程中在該環形元件上建立起所述高壓。
24.如權利要求23的設備，其中在環形元件上所建立的電壓極性和幅值大致上與在噴嘴出口處噴出的材料的電壓相同。
25.如權利要求19所述的設備，其中由所述高壓電路產生的電壓作用到要噴涂的材料上及作用到該環形元件上，該電壓不小于25KV
26.如權利要求10-25之一的設備，其中作用到噴嘴裝置上的高壓是通過噴涂材料作為媒介的。
全文摘要
用于高壓應用場合的一種半導體開關裝置(其范圍從5kV最高達50kV左右)，充分利用了硅二極管在光照下反向導通的公知原理，至今這種光二極管廣泛應用在低電壓場合。這里公開的設備采用了包括多個半導體結的高壓二極管10和發光二極管12，該管受控向這些結照射，以使該高壓二極管沿反向導通，該高壓二極管和光發射二極管以確定的預定關系支撐在可傳導由該LED所發射的光的密封材料中。
文檔編號B05B7/16GK1090092SQ9312145
公開日1994年7月27日 申請日期1993年11月25日 優先權日1992年11月25日
發明者T·J·諾亞克斯, M·J·普倫德加斯特, A·杰夫里斯, M·L·格林 申請人:帝國化學工業公司