噴霧装置及び圧電振動子の駆動制御方法
【課題】所定の噴霧量を確保しつつ、圧電振動子に印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子の共振周波数に調整する調整工程や再調整を不要とする圧電振動子の駆動制御方法及び噴霧装置を提供する。
【課題手段】
液体を霧状に噴霧するビートプレートと、前記ビートプレートを振動させる圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動する駆動手段と、を備え、前記駆動手段は、前記圧電振動子の振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて前記圧電振動子を駆動する。ここで、前記圧電振動子の共振周波数は、前記圧電振動子の振動周波数である前記所定範囲の周波数域内に含まれ、特に、前記圧電振動子の振動周波数である前記中心周波数は、前記圧電振動子の共振周波数に略等しい。
【課題手段】
液体を霧状に噴霧するビートプレートと、前記ビートプレートを振動させる圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動する駆動手段と、を備え、前記駆動手段は、前記圧電振動子の振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて前記圧電振動子を駆動する。ここで、前記圧電振動子の共振周波数は、前記圧電振動子の振動周波数である前記所定範囲の周波数域内に含まれ、特に、前記圧電振動子の振動周波数である前記中心周波数は、前記圧電振動子の共振周波数に略等しい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば衛生用又は化粧用として使用される薬剤等の原料液を霧状にして空気中に放出する噴霧装置に関し、特に、このような噴霧装置内の噴霧手段を構成するビートプレートを振動駆動する圧電振動子の駆動制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛生用又は化粧用としての薬効成分等を含む液体を霧状にして空気中に放出する噴霧装置は、ビートプレート（振動板）に液滴を供給し、このビートプレートに接合された圧電振動子を例えば超音波周波数帯域の周波数で振動駆動することにより液体を噴霧する。
【０００３】
このような噴霧装置においては、従来から、圧電振動子に印加する電圧の周波数を圧電振動子の共振周波数と一致されることにより、圧電振動子の振動幅を大きくして噴霧量の増大を図るようにしている。
【０００４】
ところで、圧電振動子を駆動する駆動方法としては、自励式駆動方法と他励式駆動方法の２種類の駆動方法が知られている。自励式駆動方法とは、圧電振動子の自己発振特性を利用するものであり、他励式駆動方法とは、圧電振動子の自己発振特性を利用することなく、外部から圧電振動子に所定の周波数の電圧を印加するものである。
【０００５】
そして、このような他励式駆動方式として、圧電振動子に印加する電圧の周波数をビートプレートと圧電振動子の複合体の共振振動数に一致させることにより、最大の噴霧量を得るようにした超音波成膜装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３５２７９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、自励式駆動方法においては、圧電振動子をその共振周波数と同一の周波数で駆動しても、圧電振動子の共振周波数がビートプレートの共振周波数と一定以上ずれている場合に、噴霧しないことがあった。また、圧電振動子の共振周波数で振動駆動をし続けることにより圧電振動子やビートプレートを劣化させるので噴霧装置の寿命を長期化させることが困難であった。
【０００７】
一方、他励式駆動方法においては、使用する圧電振動子の共振周波数を、圧電振動子毎にひとつひとつ測定した上で、当該圧電振動子に印加する電圧の周波数をその測定結果に合わせる発振回路の駆動周波数を調整する工程を必要としていた。また、ビートプレートの振動周波数の２０乃至４０分の１の可聴音領域の音が発生することがあった。
【０００８】
さらには、圧電素子やビートプレートは、長期間使用するとその共振周波数がずれてくることがあり、この場合、発振回路の駆動周波数を再調整するか、再調整できなければ噴霧能力が著しく低下してしまうことから噴霧装置を廃棄しなければならない事態も生じていた。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、所定の噴霧量を確保しつつ、圧電振動子に印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子の共振周波数に調整する調整工程や再調整を不要とする圧電振動子の駆動制御方法及び噴霧装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するべく、本発明は、液体を霧状に噴霧するビートプレートと、前記ビートプレートを振動させる圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動する駆動手段と、を備え、前記駆動手段は、前記圧電振動子の振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて前記圧電振動子を駆動することを特徴とする噴霧装置を提供するものである。
【００１１】
ここで、前記振動周波数は超音波周波数であって、前記スイープさせる周波数域は、所定の中心周波数±５ｋＨｚの範囲であることを特徴とする。そして、前記圧電振動子の共振周波数は、前記圧電振動子の振動周波数である前記所定範囲の周波数域内に含まれ、特に、前記圧電振動子の振動周波数である前記中心周波数は、前記圧電振動子の共振周波数に略等しいことを特徴とする。
【００１２】
そして、前記駆動手段は、０．５乃至５ミリ秒間隔毎に前記所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数を連続的に１段階ずつ順次変化させて前記圧電振動子を駆動するようにする。
【００１３】
本発明は、さらに、液体を霧状に噴霧するビートプレートに振動エネルギーを供給する圧電振動子の駆動制御方法であって、前記圧電振動子の振動周波数を、所定範囲の周波数域内でスイープさせて駆動することを特徴とする圧電振動子の駆動制御方法を提供するものである。
【００１４】
ここで、本駆動制御方法においては、（ａ）前記所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数の一つで前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、（ｂ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階高い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、（ｃ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最大周波数で所定時間駆動するステップと、（ｄ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階低い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、（ｅ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最小周波数で所定時間駆動するステップとの各スッテプを有し、前記ステップ（ｂ）乃至（ｅ）を繰り返すのである。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本噴霧装置及び圧電振動子の駆動制御方法においては、圧電振動子の振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて駆動するので、圧電振動子に印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子の共振周波数に調整する調整工程を不要とした。
【００１６】
一方、圧電振動子の共振周波数は、圧電振動子の振動周波数である前記所定範囲の周波数域内に含まれ、また、前記圧電振動子の振動周波数である前記中心周波数は、前記圧電振動子の共振周波数に略等しいことにより、一定以上の噴霧量を確保したのである。
【００１７】
さらに、本噴霧装置においては、圧電振動子やビートプレートをその共振周波数で駆動し続けることがないので、振動駆動に伴って生じる装置のビビリ音や機械的振動の発生を抑制すると共に、装置の耐久性を向上させ、装置の寿命を長期化させることができたのである。
【００１８】
そして、本噴霧装置においては圧電振動子に印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子の共振周波数に調整する必要がないことから、圧電振動子やビートプレートの噴霧部を含めて本装置のユーザー自身によるメンテナンスを可能にしたのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明に係る噴霧装置及び圧電振動子の駆動制御方法を詳しく説明する。
【００２０】
図１は、本発明が適用可能な電解水噴霧装置１００の例を示すものであって、本電解水噴霧装置１００は、電解水噴霧装置主体１０２と、前記電解水噴霧装置主体１０２に取付けられた噴霧部１０４とからなる。
【００２１】
電解水噴霧装置主体１０２の筐体２の内部には、電解質水溶液タンク４が収納されている。水溶液中の電解質としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム等のアルカリ金属塩やアルカリ土類塩、アスコルビン酸等の有機酸が好ましい。電解質濃度としては、０．０１５〜０．９質量％が好ましい。
【００２２】
前記電解質水溶液タンク４の下方には、ポンプ６が取付けられており、前記電解質水溶液タンク４内に収納されている電解質水溶液は電解質水溶液供給管８を通して前記ポンプ６に供給される。前記ポンプ６に供給された電解質水溶液は、次いでポンプ６により圧送されて送出管１０を通って電解槽１２に供給される。
【００２３】
図３は、電解槽１２を示す拡大図である。電解槽１２は、扁平な電解槽筐体１４内に、平行に配設された陽極１６、及び陰極１８を有する。なお、２０は陽極１６に接続された陽極端子、２２は陰極１８に接続された陰極端子で、それぞれ前記電解槽筐体１４の下端から外部に引出されている。
【００２４】
前記ポンプ６から供給される電解質水溶液は、電解槽１２の下部に形成された流入孔２４から電解槽１２内に供給され、層流状態を保ちながら電解槽１２内を上方に移動すると共に、陽極１６、陰極１８間に印加されている電圧により電気分解され、陽極１６の近傍には陽極水（酸性水）が生成し、陰極１８近傍には陰極水（アルカリ性水）が生成する。
【００２５】
電解槽１２内の電解質水溶液は層流状態で流れているので、生成した陽極水は陽極１６の表面に沿って矢印Ａで示される様に上方に流れ、陽極水のみが電解槽１２の上部側に形成された流出管２６を通って、後述する噴霧手段２８に供給される。
【００２６】
一方、電解槽１２内で生成した陰極水は、図３に示す矢印Ｂによって示される様に、陰極１８に沿って上方に移動し、電解槽１２の上部側に連結された排出管３０から前記ポンプ６の上方に取付けられた後述する廃液タンク３２に送られ廃液として一時的に蓄えられる。廃液タンク３２はポンプ６の上方に略電解槽１２及び電解質水溶液タンク４と同等の高さに筐体４内に取付けてある。
【００２７】
図１において、前記電解槽１２の上部側に形成された流出管２６の前方には、噴霧部１０４が電解水噴霧装置主体１０２に取付けられている。
【００２８】
噴霧部１０４の取付け方法としては、例えばスライドガイドや、係止突起等を用いる通常の嵌合手段が例示される。
【００２９】
図１に示すように、噴霧部１０４は、内部に前記噴霧手段２８を収納した噴霧部本体３４と、その上部に取付けた噴霧部開閉カバー３６とで構成されている。
【００３０】
噴霧部１０４において液滴を霧状にして放出する噴霧手段２８は、ビートプレート２８ａと圧電振動子２８ｂとから構成される。ビートプレート２８ａは、通常、孔径１８〜２４μｍの貫通孔が多数形成されており、その端部が前記圧電振動子２８ｂに固定されている。前記圧電振動子２８ｂには超音波領域の周波数の電圧を印加されることにより、圧電振動子２８ｂが振動し、これに伴い振動子２８ｂに固定されたビートプレート２８ａが振動する。これにより、後述するように流出管２６から供給される電解水はビートプレート２８ａに形成された多数の貫通孔を通して外部に微細液滴として噴霧されることとなる。
【００３１】
噴霧部開閉カバー３６は、上下方向に摺動自在に前記噴霧部本体３４に取付けられて前記噴霧手段２８を覆う。前記噴霧部開閉カバー３６の電解水噴霧装置主体１０２側には、カバー３６上部から流出管２６にかけて、平板からなる吐出口開閉手段３８が垂設されており、流出管２６の先端の吐出口は前記吐出口開閉手段３８に当接している。このため、流出管２６の先端は閉塞され、電解水は漏出しない。
【００３２】
前記カバー３６の上部にはマグネット４０が取付けてあり、対応する電解水噴霧装置主体１０２側に取付けたリードスイッチ４２と協働してカバー３６の位置を検出できるようになっている。
【００３３】
制御部４４は、後に詳しく説明するマイクロプロセッサ１１２を組み込むことにより、ポンプ６、電解槽１２、噴霧手段２８等を統合的に制御する。また、制御部４４にはリードスイッチ４２等の信号が入力される。駆動電源４６は、制御部４４、ポンプ６、電解槽１２、噴霧手段２８等にそれぞれ必要な電圧値の電力を供給する。駆動電源４６としては、一次電池のみならず、充電可能な二次電池の何れも使用できる。また、商用交流電源をＡＣ／ＤＣ変換にして電力を供給するようにしてもよい。ここで、配線５４は、駆動電源４６の電力を制御４４部に供給する。また、配線４８は、電気分解に適する制御された電力を電解槽１２に供給する。そして信号線５０は、リードスイッチ４２と制御部とを接続し、配線５２は、制御部４４からポンプ６に制御された電力を供給する。
【００３４】
また、パッキン５５、５６は、筐体２内壁と電解槽１２との間に介装されたゴム等の弾性体からなり、これらにより防水構造を構成している。この防水構造により、陽極水が電解水噴霧装置主体１０２内部に侵入することを防いでいる。
【００３５】
次に、上記電解水噴霧装置を用いて電解水を噴霧する場合につき説明する。
【００３６】
図２に示すように、先ずカバー３６を上方に引上げる。これにより、吐出口開閉手段３８も上方に移動し、流出管２６の吐出口は閉塞状態から、開口状態になる。
【００３７】
一方、カバー３６に取付けられたマグネット４０も上方に移動され、リードスイッチ４２から離れる。この状態を検知した制御部４４は駆動電源４６の電力をポンプ６、電解槽１２、噴霧手段２８に供給し、これによりポンプ６が作動し、電解質水溶液タンク４内の電解質水溶液は電解質水溶液供給管８、ポンプ６、送出管１０を通って電解槽１２に送られ、ここで電気分解される。
【００３８】
電解槽１２内の陽極側で生成した陽極水は流出管２６を通り、その先端の吐出口から液滴５８になって振動しているビートプレート２８ａに供給され、更にビートプレート２８ａに形成された微細貫通孔を通ってビートプレート２８ａの前方に噴霧される。一方、陰極水は排出管３０を通って廃液タンク３２に送られ、ここで一時的に貯留された後、適宜外部に排出される。
【００３９】
ところで、上に述べた噴霧装置の例では、電解質水溶液をポンプ６によって得られる水圧によってビートプレート２８ａ側に供給するようにしているが、ポンプを使用せずに、多孔性のスポンジュやフィルタが有する毛細管現象を利用して、電解質水溶液をビートプレート２８ａ側に供給するようにしてもよい。また、本噴霧装置においては、ビートプレート２８ａの多くは、従来から白金又はニッケルの素材を使用してきたが、本装置においては、それらの素材に加えて、パラジウムを使用しても良い。
【００４０】
電解水の噴霧が終り、噴霧を停止する際には、カバー３６を下方に押下げる。すると、マグネットがリードスイッチ４２に近づき信号線５０を通して信号が制御部に送られる。これにより電解槽１２及びポンプ６に供給される電力が切断され、電解水の噴霧が停止される。
【００４１】
上記例においては、リードスイッチ４２が電解水噴霧動作のスイッチの役割を果しているが、これに限られず、電源スイッチを別途設け、カバー３６をあけた後電源スイッチを入れることにより電解水の噴霧が始まるように構成しても良い。この場合は、リードスイッチ４２と電源スイッチのアンド条件で電解水の噴霧が始まるようにすることにより、カバー３６を上に引上げていないときに、電源スイッチを入れても電解水は噴霧されず、誤操作による誤噴霧を確実に防止できる。なお、長期間本発明電解水噴霧装置を使用している内に、電解水の噴霧不良を生じる場合がある。電解水の噴霧不良は、噴霧手段に電解水が付着したまま乾燥して析出する電解質によりビートプレート２８ａの貫通孔が目詰りする等の原因により起きる。
【００４２】
噴霧不良を生じた場合は、噴霧部１０４を電解水噴霧装置主体１０２から取外し、正常に噴霧する噴霧部１０４と交換する等により噴霧不良を解決できる。
【００４３】
次に、本発明の圧電振動子２８ｂ（図１）を駆動する駆動手段について説明する。
【００４４】
上記したように、噴霧部１０４（図１）において液滴を霧状にして放出する噴霧手段２８は、ビートプレート２８ａと圧電振動子２８ｂとから構成される。そして、この圧電振動子２８ｂ（図１）は、駆動手段１１０によって振動駆動されるのである。
【００４５】
図４は、圧電振動子２８ｂを振動駆動させるための駆動手段１１０の全体構成の例を示す。図４に示すように、駆動手段１１０は、極めて安定した発振周波数の信号を出力する水晶振動子を含む発振回路１１２と、発振回路１１２から出力される所定の周波数の発振信号を入力するマイクロプロセッサ１１３と、マイクロプロセッサ１１３から出力される駆動信号によって圧電振動子２８ｂを駆動する駆動回路１１４とから構成される。ここで、マイクロプロセッサ１１３は、後述するように、圧電振動子２８ｂの振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて駆動するための駆動信号を作成してこれを駆動回路１１３側に出力するのである。
【００４６】
図４に示した本発明の駆動手段１１０の構成において注目すべきは、従来装置における圧電振動子の駆動手段の如く、発振回路１１１の発振周波数を圧電振動子２８ｂの共振周波数に合わせるための調整回路を一切必要としないことである。これにより、本発明では、圧電振動子に印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子２８ｂの共振周波数に調整する調整回路及びこの調整回路による圧電振動子２８ｂの共振周波数に調整する調整工程を不要としているのである。
【００４７】
図５は、図４に示した駆動回路１１３の具体例を示す。図５に示すように、駆動回路１１３は、マイクロプロセッサ１１３（図４）から出力される駆動信号を受けてこれを増幅する増幅器ＡＭＰと、増幅器ＡＭＰによって駆動するトランジスタＴと、その１次巻線の一方が所定の直流電圧Ｖに接続されてその他方がトランジスタＴに接続されたトランスＴｒと、トランスＴｒの２次巻線の一方に接続されたインダクタンスＬとから構成される。
そして、インダクタンスＬは、圧電振動子２８ｂの電極に接続されるのである。これにより、圧電振動子２８ｂは、マイクロプロセッサ１１３（図４）から出力される駆動信号の周波数により発振駆動することとなる。
【００４８】
ところで、圧電振動子２８ｂに印加される駆動電圧の波形は、インダクタンスＬを通過することにより、矩形波駆動波ではなく、例えば図１０に示すようなサイン波形になる。これによって、本噴霧装置は、低騒音且つ低振動の薬剤の噴射を可能としている。
【００４９】
図６は、マイクロプロセッサ１１３（図４）から出力される駆動信号の波形の例を示す。図６に示すように、圧電振動子２８ｂ又は圧電振動子とビートプレート２８ａの複合体の共振周波数が例えば１３０ＫＨｚ近辺にあったとした場合、マイクロプロセッサ１１３（図４）から出力される駆動信号は、その共振周波数である１３０ＫＨｚを含む所定範囲の周波数域内でスイープさせて圧電振動子２８ｂを駆動するのである。
【００５０】
ここで、「スイープ」とは、所定時間間隔毎に前記した所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数を連続的に１段階ずつ順次変化させて圧電振動子２８ｂを駆動することを意味する。図６に示した駆動信号の例では、１ミリ秒（ｍｓｅｃ）間隔毎に、１３０ＫＨｚ近辺を中心に１２５乃至１３５ＫＨｚの範囲内に設定された複数段階（図６の例では７段階）の周波数を連続的に１段階ずつ順次変化させて圧電振動子２８ｂを駆動している。そして、本発明の駆動方式においては、使用する圧電振動子２８ｂの共振周波数が、１２５乃至１３５ＫＨｚの範囲の周波数域内に含まれるようにするのである。望ましくは、一定値以上の噴霧量を確保するために、前記所定範囲の中心周波数は、圧電振動子２８ｂの共振周波数に略等しいことが望ましい。
【００５１】
ところで、図６に示した駆動信号の例では、１ミリ秒毎に前記した複数段階の周波数を連続的に１段階ずつ順次変化させるようにしているが、０．５乃至５ミリ秒間隔内の任意の時間間隔に設定するとよい。
【００５２】
図７は、マイクロプロセッサ１１３（図４）内において、発振回路１１２（図４）から入力される発振信号（原発振）の周波数と、この原発振信号を分周して作成する駆動信号の周波数（駆動周波数）の対応関係を記載したものである。そして、この図７の例では、使用する圧電振動子２８ｂの共振周波数が１３０ＫＨｚである場合を前提としている。
【００５３】
図７に示すように、発振回路１１２から２０ＭＨｚの発振信号が供給された場合、マイクロプロセッサ１１３（図４）内において、これを１５８分周すると１２６．５８ＫＨｚの駆動信号が得られる。同様に、１５７分周／１２７．３９Ｋｚ、１５６分周／１２８．２１Ｋｚ、１５５分周／１２９．０３Ｋｚ、１５４分周／１２９．８７Ｋｚ、１５３分周／１３０．７２Ｋｚ、１５２分周／１３１．５８Ｋｚ、１５１分周／１３２．４５Ｋｚ、１５０分周／１３３．３３Ｋｚ及び１４９分周／１３４．２３Ｋｚの合計１０段階の駆動信号を得ることができる。
【００５４】
マイクロプロセッサ１１３（図４）内において、２０ＭＨｚの原信号からこのような複数段階の周波数の駆動信号を得るには、種々の方法が知られており当業者にとって自明であることから、ここでは詳細な説明を省くが、マイクロプロセッサ１１３として、例えば「ＲＥＮＥＳＡＳ、ＲＪＪ０９Ｂ００４０−０２１０Ｚ」を使用した場合、そこに備えられている「アウトプットコンペア」の機能を使うと容易に、例えば図７に示したような原信号（２０ＭＨｚ）の分周により得られる駆動信号の作成は容易である。当然のことながら、マイクロプロセッサ１１３とは別個に設けた分周回路から図７に示したような複数段階の駆動信号を作成してもよい。
【００５５】
図８は、本発明に係る圧電振動子の駆動制御方法の第１の例を説明するフローチャートを示す。
【００５６】
図８において、本噴霧装置の電源スイッチがオンされて（Ｓ１０）、電圧が立ち上がると、先ず、使用する圧電振動子２８ｂの共振周波数を含む所定範囲の周波数域内に設定された（図７に示したような）複数段階の周波数の一つで圧電振動子２８ｂを所定時間駆動する（Ｓ１１）。
【００５７】
次に、前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階高い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動する（Ｓ１２）。これを継続して、圧電振動子２８ｂを前記駆動周波数の最大周波数で所定時間駆動する（Ｓ１３）のである。図７の例では、最大周波数は、１３４．２３ＫＨｚである。
【００５８】
次に、前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階低い周波数で圧電振動子２８ｂを所定時間駆動して（Ｓ１４）、これを継続して、圧電振動子２８ｂを前記駆動周波数の最小周波数で所定時間駆動する（Ｓ１５）。図７の例では、最小周波数は、１２６．５８ＫＨｚである。
【００５９】
そして、このようなスイープ駆動は、電源スイッチがオフされるまで噴霧動作中繰り返されるのである（Ｓ１６）。
【００６０】
図９は、本発明に係る圧電振動子の駆動制御方法の第２の例を説明するフローチャートを示す。
【００６１】
図９において、本噴霧装置の電源スイッチがオンされて（Ｓ２０）、電圧が立ち上がると、先ず、使用する圧電振動子２８ｂの共振周波数を含む所定範囲の周波数域内に設定された（図７に示したような）複数段階の周波数の一つで圧電振動子２８ｂを所定時間駆動する（Ｓ２１）。
【００６２】
次に、前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階低い周波数で圧電振動子を所定時間駆動する（Ｓ２２）。これを継続して、圧電振動子２８ｂを前記駆動周波数の最小周波数で所定時間駆動する（Ｓ２３）のである。図７の例では、最小周波数は、１２６．５８ＫＨｚである。
【００６３】
次に、前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階高い周波数で圧電振動子２８ｂを所定時間駆動して（Ｓ２４）、これを継続して、圧電振動子２８ｂを前記駆動周波数の最大周波数で所定時間駆動する（Ｓ２５）。図７の例では、最大周波数は、１３４．２２ＫＨｚである。そして、このようなスイープ駆動は、電源スイッチがオフされるまで噴霧動作中繰り返されるのである（Ｓ２６）。
【００６４】
ここで、前記した各段階の周波数の駆動期間は、多くの場合０．５乃至５ミリ秒間に設定される。そして、駆動信号の最大周波数は中心周波数の＋５ｋＨｚであり、最小周波数は中心周波数の−５ｋＨｚとする。ところで、圧電振動子２８ｂの共振周波数は、前記した最大周波数と最小周波数の間に含まれるようにする。そして、この中心周波数は、圧電振動子２８ｂの共振周波数に略等しいことが望ましい。これによって、本噴霧装置において、所定以上の噴霧量を確保することができるのである。
【００６５】
以上詳しく説明したように、本噴霧装置においては、液体を霧状に噴霧するビートプレートと、ビートプレート２８ａを振動させる圧電振動子２８ｂと、この圧電振動子２８ｂを駆動する駆動手段と、を備え、駆動手段は、圧電振動子２８ｂの振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて駆動するようにしている。これによって、従来技術において必要とされた、圧電振動子２８ｂに印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子２８ｂの共振周波数に調整する調整工程を不要とすると共に、圧電振動子２８ｂの共振周波数は、圧電振動子２８ｂの振動周波数である前記した所定範囲の周波数域内に含まれ、望ましくは、圧電振動子２８ｂの振動周波数である中心周波数は、圧電振動子２８ｂの共振周波数に略等しいことにより、一定以上の噴霧量を確保し得たのである。
【００６６】
また、本噴霧装置においては、圧電振動子やビートプレートをその共振周波数で駆動し続けることがないので、振動駆動に伴って生じる装置のビビリ音や機械的振動の発生を抑制すると共に、装置の耐久性を向上させ、装置の寿命を長期化させることを実現したのである。
【００６７】
ところで、本発明の圧電振動子の駆動方法が適用される例として噴霧装置について記載したが、本駆動装置は、超音波モータの駆動、超音波振動子を用いる医療用装置、計測器又はセンサ装置等に応用することができ、本発明の範囲は、当業者が容易に実施又は理解できる範囲においてこれ等の装置等に及ぶものである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、衛生用又は化粧用として使用される薬剤等の原料液を霧状にして空気中に放出する噴霧装置に関し、特に、このような噴霧装置内の噴霧手段を構成するビートプレートを振動駆動する圧電振動子の駆動制御装置及び方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の噴霧装置の例（電解水噴霧装置）を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した電解水噴霧装置の噴霧状態を示す説明図である。
【図３】図１に示した電解水噴霧装置の電解槽を示す拡大構成図である。
【図４】圧電振動子２８ｂを振動駆動させるための駆動手段１１０の全体構成の例を示す。
【図５】図４に示した駆動回路１１３の具体例を示す。
【図６】マイクロプロセッサ１１３（図４）から出力される駆動信号の波形の例を示す。
【図７】マイクロプロセッサ１１３（図４）内において、発振回路１１２（図４）から入力される発振信号（原発振）の周波数と、この原発振信号を分周して作成する駆動信号の周波数（駆動周波数）の対応関係を記載した表である。
【図８】本発明に係る圧電振動子の駆動制御方法の第１の例を説明するフローチャートを示す。
【図９】本発明に係る圧電振動子の駆動制御方法の第２の例を説明するフローチャートを示す。
【図１０】本発明の駆動回路において圧電振動子２８ｂに印加される駆動電圧の波形を示す。
【符号の説明】
【００７０】
２ 筐体（ケーシング）
４ 電解質水溶液タンク
６ ポンプ
８ 電解質水溶液供給管
１０ 送出管
１２ 電解槽
１４ 電解槽筐体
１６ 陽極
１８ 陰極
２０ 陽極端子
２２ 陰極端子
２４ 流入孔
２６ 流出管
２８ 噴霧手段
２８ａ ビートプレート
２８ｂ 圧電振動子
３０ 排出管
３２ 廃液タンク
３４ 噴霧部本体
３６ 噴霧部開閉カバー
３８ 吐出口開閉手段
４０ マグネット
４２ リードスイッチ
４４ 制御部
４６ 駆動電源
４８、５２、５４ 配線
５０ 信号線
５５、５６ パッキング
５８ 液滴
１００ 電解水噴霧装置
１０２ 電解水噴霧装置主体
１０４ 噴霧部
１１０ 駆動手段
１１２ 発振回路（水晶振動を含む）
１１３ 制御装置を構成するマイクロプロセッサ
１１４ 駆動回路
５００ 噴霧装置（電解質噴霧装置）
５０２ 電解質水溶液タンク
５０４ 電解質水溶液
５０６ ポンプ
５０８ 電解槽
５１０ 噴霧部
５１２ 排出管
５１４ 廃液タンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば衛生用又は化粧用として使用される薬剤等の原料液を霧状にして空気中に放出する噴霧装置に関し、特に、このような噴霧装置内の噴霧手段を構成するビートプレートを振動駆動する圧電振動子の駆動制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛生用又は化粧用としての薬効成分等を含む液体を霧状にして空気中に放出する噴霧装置は、ビートプレート（振動板）に液滴を供給し、このビートプレートに接合された圧電振動子を例えば超音波周波数帯域の周波数で振動駆動することにより液体を噴霧する。
【０００３】
このような噴霧装置においては、従来から、圧電振動子に印加する電圧の周波数を圧電振動子の共振周波数と一致されることにより、圧電振動子の振動幅を大きくして噴霧量の増大を図るようにしている。
【０００４】
ところで、圧電振動子を駆動する駆動方法としては、自励式駆動方法と他励式駆動方法の２種類の駆動方法が知られている。自励式駆動方法とは、圧電振動子の自己発振特性を利用するものであり、他励式駆動方法とは、圧電振動子の自己発振特性を利用することなく、外部から圧電振動子に所定の周波数の電圧を印加するものである。
【０００５】
そして、このような他励式駆動方式として、圧電振動子に印加する電圧の周波数をビートプレートと圧電振動子の複合体の共振振動数に一致させることにより、最大の噴霧量を得るようにした超音波成膜装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３５２７９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、自励式駆動方法においては、圧電振動子をその共振周波数と同一の周波数で駆動しても、圧電振動子の共振周波数がビートプレートの共振周波数と一定以上ずれている場合に、噴霧しないことがあった。また、圧電振動子の共振周波数で振動駆動をし続けることにより圧電振動子やビートプレートを劣化させるので噴霧装置の寿命を長期化させることが困難であった。
【０００７】
一方、他励式駆動方法においては、使用する圧電振動子の共振周波数を、圧電振動子毎にひとつひとつ測定した上で、当該圧電振動子に印加する電圧の周波数をその測定結果に合わせる発振回路の駆動周波数を調整する工程を必要としていた。また、ビートプレートの振動周波数の２０乃至４０分の１の可聴音領域の音が発生することがあった。
【０００８】
さらには、圧電素子やビートプレートは、長期間使用するとその共振周波数がずれてくることがあり、この場合、発振回路の駆動周波数を再調整するか、再調整できなければ噴霧能力が著しく低下してしまうことから噴霧装置を廃棄しなければならない事態も生じていた。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、所定の噴霧量を確保しつつ、圧電振動子に印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子の共振周波数に調整する調整工程や再調整を不要とする圧電振動子の駆動制御方法及び噴霧装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するべく、本発明は、液体を霧状に噴霧するビートプレートと、前記ビートプレートを振動させる圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動する駆動手段と、を備え、前記駆動手段は、前記圧電振動子の振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて前記圧電振動子を駆動することを特徴とする噴霧装置を提供するものである。
【００１１】
ここで、前記振動周波数は超音波周波数であって、前記スイープさせる周波数域は、所定の中心周波数±５ｋＨｚの範囲であることを特徴とする。そして、前記圧電振動子の共振周波数は、前記圧電振動子の振動周波数である前記所定範囲の周波数域内に含まれ、特に、前記圧電振動子の振動周波数である前記中心周波数は、前記圧電振動子の共振周波数に略等しいことを特徴とする。
【００１２】
そして、前記駆動手段は、０．５乃至５ミリ秒間隔毎に前記所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数を連続的に１段階ずつ順次変化させて前記圧電振動子を駆動するようにする。
【００１３】
本発明は、さらに、液体を霧状に噴霧するビートプレートに振動エネルギーを供給する圧電振動子の駆動制御方法であって、前記圧電振動子の振動周波数を、所定範囲の周波数域内でスイープさせて駆動することを特徴とする圧電振動子の駆動制御方法を提供するものである。
【００１４】
ここで、本駆動制御方法においては、（ａ）前記所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数の一つで前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、（ｂ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階高い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、（ｃ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最大周波数で所定時間駆動するステップと、（ｄ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階低い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、（ｅ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最小周波数で所定時間駆動するステップとの各スッテプを有し、前記ステップ（ｂ）乃至（ｅ）を繰り返すのである。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本噴霧装置及び圧電振動子の駆動制御方法においては、圧電振動子の振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて駆動するので、圧電振動子に印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子の共振周波数に調整する調整工程を不要とした。
【００１６】
一方、圧電振動子の共振周波数は、圧電振動子の振動周波数である前記所定範囲の周波数域内に含まれ、また、前記圧電振動子の振動周波数である前記中心周波数は、前記圧電振動子の共振周波数に略等しいことにより、一定以上の噴霧量を確保したのである。
【００１７】
さらに、本噴霧装置においては、圧電振動子やビートプレートをその共振周波数で駆動し続けることがないので、振動駆動に伴って生じる装置のビビリ音や機械的振動の発生を抑制すると共に、装置の耐久性を向上させ、装置の寿命を長期化させることができたのである。
【００１８】
そして、本噴霧装置においては圧電振動子に印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子の共振周波数に調整する必要がないことから、圧電振動子やビートプレートの噴霧部を含めて本装置のユーザー自身によるメンテナンスを可能にしたのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明に係る噴霧装置及び圧電振動子の駆動制御方法を詳しく説明する。
【００２０】
図１は、本発明が適用可能な電解水噴霧装置１００の例を示すものであって、本電解水噴霧装置１００は、電解水噴霧装置主体１０２と、前記電解水噴霧装置主体１０２に取付けられた噴霧部１０４とからなる。
【００２１】
電解水噴霧装置主体１０２の筐体２の内部には、電解質水溶液タンク４が収納されている。水溶液中の電解質としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム等のアルカリ金属塩やアルカリ土類塩、アスコルビン酸等の有機酸が好ましい。電解質濃度としては、０．０１５〜０．９質量％が好ましい。
【００２２】
前記電解質水溶液タンク４の下方には、ポンプ６が取付けられており、前記電解質水溶液タンク４内に収納されている電解質水溶液は電解質水溶液供給管８を通して前記ポンプ６に供給される。前記ポンプ６に供給された電解質水溶液は、次いでポンプ６により圧送されて送出管１０を通って電解槽１２に供給される。
【００２３】
図３は、電解槽１２を示す拡大図である。電解槽１２は、扁平な電解槽筐体１４内に、平行に配設された陽極１６、及び陰極１８を有する。なお、２０は陽極１６に接続された陽極端子、２２は陰極１８に接続された陰極端子で、それぞれ前記電解槽筐体１４の下端から外部に引出されている。
【００２４】
前記ポンプ６から供給される電解質水溶液は、電解槽１２の下部に形成された流入孔２４から電解槽１２内に供給され、層流状態を保ちながら電解槽１２内を上方に移動すると共に、陽極１６、陰極１８間に印加されている電圧により電気分解され、陽極１６の近傍には陽極水（酸性水）が生成し、陰極１８近傍には陰極水（アルカリ性水）が生成する。
【００２５】
電解槽１２内の電解質水溶液は層流状態で流れているので、生成した陽極水は陽極１６の表面に沿って矢印Ａで示される様に上方に流れ、陽極水のみが電解槽１２の上部側に形成された流出管２６を通って、後述する噴霧手段２８に供給される。
【００２６】
一方、電解槽１２内で生成した陰極水は、図３に示す矢印Ｂによって示される様に、陰極１８に沿って上方に移動し、電解槽１２の上部側に連結された排出管３０から前記ポンプ６の上方に取付けられた後述する廃液タンク３２に送られ廃液として一時的に蓄えられる。廃液タンク３２はポンプ６の上方に略電解槽１２及び電解質水溶液タンク４と同等の高さに筐体４内に取付けてある。
【００２７】
図１において、前記電解槽１２の上部側に形成された流出管２６の前方には、噴霧部１０４が電解水噴霧装置主体１０２に取付けられている。
【００２８】
噴霧部１０４の取付け方法としては、例えばスライドガイドや、係止突起等を用いる通常の嵌合手段が例示される。
【００２９】
図１に示すように、噴霧部１０４は、内部に前記噴霧手段２８を収納した噴霧部本体３４と、その上部に取付けた噴霧部開閉カバー３６とで構成されている。
【００３０】
噴霧部１０４において液滴を霧状にして放出する噴霧手段２８は、ビートプレート２８ａと圧電振動子２８ｂとから構成される。ビートプレート２８ａは、通常、孔径１８〜２４μｍの貫通孔が多数形成されており、その端部が前記圧電振動子２８ｂに固定されている。前記圧電振動子２８ｂには超音波領域の周波数の電圧を印加されることにより、圧電振動子２８ｂが振動し、これに伴い振動子２８ｂに固定されたビートプレート２８ａが振動する。これにより、後述するように流出管２６から供給される電解水はビートプレート２８ａに形成された多数の貫通孔を通して外部に微細液滴として噴霧されることとなる。
【００３１】
噴霧部開閉カバー３６は、上下方向に摺動自在に前記噴霧部本体３４に取付けられて前記噴霧手段２８を覆う。前記噴霧部開閉カバー３６の電解水噴霧装置主体１０２側には、カバー３６上部から流出管２６にかけて、平板からなる吐出口開閉手段３８が垂設されており、流出管２６の先端の吐出口は前記吐出口開閉手段３８に当接している。このため、流出管２６の先端は閉塞され、電解水は漏出しない。
【００３２】
前記カバー３６の上部にはマグネット４０が取付けてあり、対応する電解水噴霧装置主体１０２側に取付けたリードスイッチ４２と協働してカバー３６の位置を検出できるようになっている。
【００３３】
制御部４４は、後に詳しく説明するマイクロプロセッサ１１２を組み込むことにより、ポンプ６、電解槽１２、噴霧手段２８等を統合的に制御する。また、制御部４４にはリードスイッチ４２等の信号が入力される。駆動電源４６は、制御部４４、ポンプ６、電解槽１２、噴霧手段２８等にそれぞれ必要な電圧値の電力を供給する。駆動電源４６としては、一次電池のみならず、充電可能な二次電池の何れも使用できる。また、商用交流電源をＡＣ／ＤＣ変換にして電力を供給するようにしてもよい。ここで、配線５４は、駆動電源４６の電力を制御４４部に供給する。また、配線４８は、電気分解に適する制御された電力を電解槽１２に供給する。そして信号線５０は、リードスイッチ４２と制御部とを接続し、配線５２は、制御部４４からポンプ６に制御された電力を供給する。
【００３４】
また、パッキン５５、５６は、筐体２内壁と電解槽１２との間に介装されたゴム等の弾性体からなり、これらにより防水構造を構成している。この防水構造により、陽極水が電解水噴霧装置主体１０２内部に侵入することを防いでいる。
【００３５】
次に、上記電解水噴霧装置を用いて電解水を噴霧する場合につき説明する。
【００３６】
図２に示すように、先ずカバー３６を上方に引上げる。これにより、吐出口開閉手段３８も上方に移動し、流出管２６の吐出口は閉塞状態から、開口状態になる。
【００３７】
一方、カバー３６に取付けられたマグネット４０も上方に移動され、リードスイッチ４２から離れる。この状態を検知した制御部４４は駆動電源４６の電力をポンプ６、電解槽１２、噴霧手段２８に供給し、これによりポンプ６が作動し、電解質水溶液タンク４内の電解質水溶液は電解質水溶液供給管８、ポンプ６、送出管１０を通って電解槽１２に送られ、ここで電気分解される。
【００３８】
電解槽１２内の陽極側で生成した陽極水は流出管２６を通り、その先端の吐出口から液滴５８になって振動しているビートプレート２８ａに供給され、更にビートプレート２８ａに形成された微細貫通孔を通ってビートプレート２８ａの前方に噴霧される。一方、陰極水は排出管３０を通って廃液タンク３２に送られ、ここで一時的に貯留された後、適宜外部に排出される。
【００３９】
ところで、上に述べた噴霧装置の例では、電解質水溶液をポンプ６によって得られる水圧によってビートプレート２８ａ側に供給するようにしているが、ポンプを使用せずに、多孔性のスポンジュやフィルタが有する毛細管現象を利用して、電解質水溶液をビートプレート２８ａ側に供給するようにしてもよい。また、本噴霧装置においては、ビートプレート２８ａの多くは、従来から白金又はニッケルの素材を使用してきたが、本装置においては、それらの素材に加えて、パラジウムを使用しても良い。
【００４０】
電解水の噴霧が終り、噴霧を停止する際には、カバー３６を下方に押下げる。すると、マグネットがリードスイッチ４２に近づき信号線５０を通して信号が制御部に送られる。これにより電解槽１２及びポンプ６に供給される電力が切断され、電解水の噴霧が停止される。
【００４１】
上記例においては、リードスイッチ４２が電解水噴霧動作のスイッチの役割を果しているが、これに限られず、電源スイッチを別途設け、カバー３６をあけた後電源スイッチを入れることにより電解水の噴霧が始まるように構成しても良い。この場合は、リードスイッチ４２と電源スイッチのアンド条件で電解水の噴霧が始まるようにすることにより、カバー３６を上に引上げていないときに、電源スイッチを入れても電解水は噴霧されず、誤操作による誤噴霧を確実に防止できる。なお、長期間本発明電解水噴霧装置を使用している内に、電解水の噴霧不良を生じる場合がある。電解水の噴霧不良は、噴霧手段に電解水が付着したまま乾燥して析出する電解質によりビートプレート２８ａの貫通孔が目詰りする等の原因により起きる。
【００４２】
噴霧不良を生じた場合は、噴霧部１０４を電解水噴霧装置主体１０２から取外し、正常に噴霧する噴霧部１０４と交換する等により噴霧不良を解決できる。
【００４３】
次に、本発明の圧電振動子２８ｂ（図１）を駆動する駆動手段について説明する。
【００４４】
上記したように、噴霧部１０４（図１）において液滴を霧状にして放出する噴霧手段２８は、ビートプレート２８ａと圧電振動子２８ｂとから構成される。そして、この圧電振動子２８ｂ（図１）は、駆動手段１１０によって振動駆動されるのである。
【００４５】
図４は、圧電振動子２８ｂを振動駆動させるための駆動手段１１０の全体構成の例を示す。図４に示すように、駆動手段１１０は、極めて安定した発振周波数の信号を出力する水晶振動子を含む発振回路１１２と、発振回路１１２から出力される所定の周波数の発振信号を入力するマイクロプロセッサ１１３と、マイクロプロセッサ１１３から出力される駆動信号によって圧電振動子２８ｂを駆動する駆動回路１１４とから構成される。ここで、マイクロプロセッサ１１３は、後述するように、圧電振動子２８ｂの振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて駆動するための駆動信号を作成してこれを駆動回路１１３側に出力するのである。
【００４６】
図４に示した本発明の駆動手段１１０の構成において注目すべきは、従来装置における圧電振動子の駆動手段の如く、発振回路１１１の発振周波数を圧電振動子２８ｂの共振周波数に合わせるための調整回路を一切必要としないことである。これにより、本発明では、圧電振動子に印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子２８ｂの共振周波数に調整する調整回路及びこの調整回路による圧電振動子２８ｂの共振周波数に調整する調整工程を不要としているのである。
【００４７】
図５は、図４に示した駆動回路１１３の具体例を示す。図５に示すように、駆動回路１１３は、マイクロプロセッサ１１３（図４）から出力される駆動信号を受けてこれを増幅する増幅器ＡＭＰと、増幅器ＡＭＰによって駆動するトランジスタＴと、その１次巻線の一方が所定の直流電圧Ｖに接続されてその他方がトランジスタＴに接続されたトランスＴｒと、トランスＴｒの２次巻線の一方に接続されたインダクタンスＬとから構成される。
そして、インダクタンスＬは、圧電振動子２８ｂの電極に接続されるのである。これにより、圧電振動子２８ｂは、マイクロプロセッサ１１３（図４）から出力される駆動信号の周波数により発振駆動することとなる。
【００４８】
ところで、圧電振動子２８ｂに印加される駆動電圧の波形は、インダクタンスＬを通過することにより、矩形波駆動波ではなく、例えば図１０に示すようなサイン波形になる。これによって、本噴霧装置は、低騒音且つ低振動の薬剤の噴射を可能としている。
【００４９】
図６は、マイクロプロセッサ１１３（図４）から出力される駆動信号の波形の例を示す。図６に示すように、圧電振動子２８ｂ又は圧電振動子とビートプレート２８ａの複合体の共振周波数が例えば１３０ＫＨｚ近辺にあったとした場合、マイクロプロセッサ１１３（図４）から出力される駆動信号は、その共振周波数である１３０ＫＨｚを含む所定範囲の周波数域内でスイープさせて圧電振動子２８ｂを駆動するのである。
【００５０】
ここで、「スイープ」とは、所定時間間隔毎に前記した所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数を連続的に１段階ずつ順次変化させて圧電振動子２８ｂを駆動することを意味する。図６に示した駆動信号の例では、１ミリ秒（ｍｓｅｃ）間隔毎に、１３０ＫＨｚ近辺を中心に１２５乃至１３５ＫＨｚの範囲内に設定された複数段階（図６の例では７段階）の周波数を連続的に１段階ずつ順次変化させて圧電振動子２８ｂを駆動している。そして、本発明の駆動方式においては、使用する圧電振動子２８ｂの共振周波数が、１２５乃至１３５ＫＨｚの範囲の周波数域内に含まれるようにするのである。望ましくは、一定値以上の噴霧量を確保するために、前記所定範囲の中心周波数は、圧電振動子２８ｂの共振周波数に略等しいことが望ましい。
【００５１】
ところで、図６に示した駆動信号の例では、１ミリ秒毎に前記した複数段階の周波数を連続的に１段階ずつ順次変化させるようにしているが、０．５乃至５ミリ秒間隔内の任意の時間間隔に設定するとよい。
【００５２】
図７は、マイクロプロセッサ１１３（図４）内において、発振回路１１２（図４）から入力される発振信号（原発振）の周波数と、この原発振信号を分周して作成する駆動信号の周波数（駆動周波数）の対応関係を記載したものである。そして、この図７の例では、使用する圧電振動子２８ｂの共振周波数が１３０ＫＨｚである場合を前提としている。
【００５３】
図７に示すように、発振回路１１２から２０ＭＨｚの発振信号が供給された場合、マイクロプロセッサ１１３（図４）内において、これを１５８分周すると１２６．５８ＫＨｚの駆動信号が得られる。同様に、１５７分周／１２７．３９Ｋｚ、１５６分周／１２８．２１Ｋｚ、１５５分周／１２９．０３Ｋｚ、１５４分周／１２９．８７Ｋｚ、１５３分周／１３０．７２Ｋｚ、１５２分周／１３１．５８Ｋｚ、１５１分周／１３２．４５Ｋｚ、１５０分周／１３３．３３Ｋｚ及び１４９分周／１３４．２３Ｋｚの合計１０段階の駆動信号を得ることができる。
【００５４】
マイクロプロセッサ１１３（図４）内において、２０ＭＨｚの原信号からこのような複数段階の周波数の駆動信号を得るには、種々の方法が知られており当業者にとって自明であることから、ここでは詳細な説明を省くが、マイクロプロセッサ１１３として、例えば「ＲＥＮＥＳＡＳ、ＲＪＪ０９Ｂ００４０−０２１０Ｚ」を使用した場合、そこに備えられている「アウトプットコンペア」の機能を使うと容易に、例えば図７に示したような原信号（２０ＭＨｚ）の分周により得られる駆動信号の作成は容易である。当然のことながら、マイクロプロセッサ１１３とは別個に設けた分周回路から図７に示したような複数段階の駆動信号を作成してもよい。
【００５５】
図８は、本発明に係る圧電振動子の駆動制御方法の第１の例を説明するフローチャートを示す。
【００５６】
図８において、本噴霧装置の電源スイッチがオンされて（Ｓ１０）、電圧が立ち上がると、先ず、使用する圧電振動子２８ｂの共振周波数を含む所定範囲の周波数域内に設定された（図７に示したような）複数段階の周波数の一つで圧電振動子２８ｂを所定時間駆動する（Ｓ１１）。
【００５７】
次に、前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階高い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動する（Ｓ１２）。これを継続して、圧電振動子２８ｂを前記駆動周波数の最大周波数で所定時間駆動する（Ｓ１３）のである。図７の例では、最大周波数は、１３４．２３ＫＨｚである。
【００５８】
次に、前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階低い周波数で圧電振動子２８ｂを所定時間駆動して（Ｓ１４）、これを継続して、圧電振動子２８ｂを前記駆動周波数の最小周波数で所定時間駆動する（Ｓ１５）。図７の例では、最小周波数は、１２６．５８ＫＨｚである。
【００５９】
そして、このようなスイープ駆動は、電源スイッチがオフされるまで噴霧動作中繰り返されるのである（Ｓ１６）。
【００６０】
図９は、本発明に係る圧電振動子の駆動制御方法の第２の例を説明するフローチャートを示す。
【００６１】
図９において、本噴霧装置の電源スイッチがオンされて（Ｓ２０）、電圧が立ち上がると、先ず、使用する圧電振動子２８ｂの共振周波数を含む所定範囲の周波数域内に設定された（図７に示したような）複数段階の周波数の一つで圧電振動子２８ｂを所定時間駆動する（Ｓ２１）。
【００６２】
次に、前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階低い周波数で圧電振動子を所定時間駆動する（Ｓ２２）。これを継続して、圧電振動子２８ｂを前記駆動周波数の最小周波数で所定時間駆動する（Ｓ２３）のである。図７の例では、最小周波数は、１２６．５８ＫＨｚである。
【００６３】
次に、前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階高い周波数で圧電振動子２８ｂを所定時間駆動して（Ｓ２４）、これを継続して、圧電振動子２８ｂを前記駆動周波数の最大周波数で所定時間駆動する（Ｓ２５）。図７の例では、最大周波数は、１３４．２２ＫＨｚである。そして、このようなスイープ駆動は、電源スイッチがオフされるまで噴霧動作中繰り返されるのである（Ｓ２６）。
【００６４】
ここで、前記した各段階の周波数の駆動期間は、多くの場合０．５乃至５ミリ秒間に設定される。そして、駆動信号の最大周波数は中心周波数の＋５ｋＨｚであり、最小周波数は中心周波数の−５ｋＨｚとする。ところで、圧電振動子２８ｂの共振周波数は、前記した最大周波数と最小周波数の間に含まれるようにする。そして、この中心周波数は、圧電振動子２８ｂの共振周波数に略等しいことが望ましい。これによって、本噴霧装置において、所定以上の噴霧量を確保することができるのである。
【００６５】
以上詳しく説明したように、本噴霧装置においては、液体を霧状に噴霧するビートプレートと、ビートプレート２８ａを振動させる圧電振動子２８ｂと、この圧電振動子２８ｂを駆動する駆動手段と、を備え、駆動手段は、圧電振動子２８ｂの振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて駆動するようにしている。これによって、従来技術において必要とされた、圧電振動子２８ｂに印加する電圧の周波数を個々の圧電振動子２８ｂの共振周波数に調整する調整工程を不要とすると共に、圧電振動子２８ｂの共振周波数は、圧電振動子２８ｂの振動周波数である前記した所定範囲の周波数域内に含まれ、望ましくは、圧電振動子２８ｂの振動周波数である中心周波数は、圧電振動子２８ｂの共振周波数に略等しいことにより、一定以上の噴霧量を確保し得たのである。
【００６６】
また、本噴霧装置においては、圧電振動子やビートプレートをその共振周波数で駆動し続けることがないので、振動駆動に伴って生じる装置のビビリ音や機械的振動の発生を抑制すると共に、装置の耐久性を向上させ、装置の寿命を長期化させることを実現したのである。
【００６７】
ところで、本発明の圧電振動子の駆動方法が適用される例として噴霧装置について記載したが、本駆動装置は、超音波モータの駆動、超音波振動子を用いる医療用装置、計測器又はセンサ装置等に応用することができ、本発明の範囲は、当業者が容易に実施又は理解できる範囲においてこれ等の装置等に及ぶものである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、衛生用又は化粧用として使用される薬剤等の原料液を霧状にして空気中に放出する噴霧装置に関し、特に、このような噴霧装置内の噴霧手段を構成するビートプレートを振動駆動する圧電振動子の駆動制御装置及び方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の噴霧装置の例（電解水噴霧装置）を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した電解水噴霧装置の噴霧状態を示す説明図である。
【図３】図１に示した電解水噴霧装置の電解槽を示す拡大構成図である。
【図４】圧電振動子２８ｂを振動駆動させるための駆動手段１１０の全体構成の例を示す。
【図５】図４に示した駆動回路１１３の具体例を示す。
【図６】マイクロプロセッサ１１３（図４）から出力される駆動信号の波形の例を示す。
【図７】マイクロプロセッサ１１３（図４）内において、発振回路１１２（図４）から入力される発振信号（原発振）の周波数と、この原発振信号を分周して作成する駆動信号の周波数（駆動周波数）の対応関係を記載した表である。
【図８】本発明に係る圧電振動子の駆動制御方法の第１の例を説明するフローチャートを示す。
【図９】本発明に係る圧電振動子の駆動制御方法の第２の例を説明するフローチャートを示す。
【図１０】本発明の駆動回路において圧電振動子２８ｂに印加される駆動電圧の波形を示す。
【符号の説明】
【００７０】
２ 筐体（ケーシング）
４ 電解質水溶液タンク
６ ポンプ
８ 電解質水溶液供給管
１０ 送出管
１２ 電解槽
１４ 電解槽筐体
１６ 陽極
１８ 陰極
２０ 陽極端子
２２ 陰極端子
２４ 流入孔
２６ 流出管
２８ 噴霧手段
２８ａ ビートプレート
２８ｂ 圧電振動子
３０ 排出管
３２ 廃液タンク
３４ 噴霧部本体
３６ 噴霧部開閉カバー
３８ 吐出口開閉手段
４０ マグネット
４２ リードスイッチ
４４ 制御部
４６ 駆動電源
４８、５２、５４ 配線
５０ 信号線
５５、５６ パッキング
５８ 液滴
１００ 電解水噴霧装置
１０２ 電解水噴霧装置主体
１０４ 噴霧部
１１０ 駆動手段
１１２ 発振回路（水晶振動を含む）
１１３ 制御装置を構成するマイクロプロセッサ
１１４ 駆動回路
５００ 噴霧装置（電解質噴霧装置）
５０２ 電解質水溶液タンク
５０４ 電解質水溶液
５０６ ポンプ
５０８ 電解槽
５１０ 噴霧部
５１２ 排出管
５１４ 廃液タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を霧状に噴霧するビートプレートと、
前記ビートプレートを振動させる圧電振動子と、
前記圧電振動子を駆動する駆動手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記圧電振動子の振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて前記圧電振動子を駆動することを特徴とする噴霧装置。
【請求項２】
前記振動周波数は超音波周波数であって、前記スイープさせる周波数域は、所定の中心周波数±５ｋＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の噴霧装置。
【請求項３】
前記圧電振動子の共振周波数は、前記圧電振動子の振動周波数である前記所定範囲の周波数域内に含まれることを特徴とする請求項２に記載の噴霧装置。
【請求項４】
前記圧電振動子の振動周波数である前記中心周波数は、前記圧電振動子の共振周波数に略等しいことを特徴とする請求項３に記載の噴霧装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、０．５乃至５ミリ秒間隔毎に前記所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数を連続的に１段階ずつ順次変化させて前記圧電振動子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の噴霧装置。
【請求項６】
液体を霧状に噴霧するビートプレートに振動エネルギーを供給する圧電振動子の駆動制御方法であって、
前記圧電振動子の振動周波数を、所定範囲の周波数域内でスイープさせて駆動することを特徴とする圧電振動子の駆動制御方法。
【請求項７】
（ａ）前記所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数の一つで前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｂ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階高い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｃ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最大周波数で所定時間駆動するステップと、
（ｄ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階低い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｅ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最小周波数で所定時間駆動するステップと、
（ｆ）前記ステップ（ｂ）乃至（ｅ）を繰り返すステップと、
の各ステップを有することを特徴とする請求項６に記載の駆動制御方法。
【請求項８】
（ａ）前記所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数の一つで前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｂ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階低い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｃ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最小周波数で所定時間駆動するステップと、
（ｄ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階高い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｅ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最大周波数で所定時間駆動するステップと、
（ｆ）前記ステップ（ｂ）乃至（ｅ）を繰り返すステップと、
の各ステップを有することを特徴とする請求項６に記載の駆動制御方法。
【請求項９】
前記所定時間は、０．５乃至５ミリ秒間に設定されることを特徴とする請求項７又は８に記載の駆動制御方法。
【請求項１０】
前記最大周波数は中心周波数の＋５ｋＨｚであり、前記最小周波数は中心周波数の−５ｋＨｚであることを特徴とする請求項９に記載の駆動制御方法。
【請求項１１】
前記圧電振動子の共振周波数は、前記最大周波数と前記最小周波数の間に含まれることを特徴とする請求項１０に記載の駆動制御方法。
【請求項１２】
前記中心周波数は、前記圧電振動子の共振周波数に略等しいことを特徴とする請求項１０に記載の駆動制御方法。
【請求項１】
液体を霧状に噴霧するビートプレートと、
前記ビートプレートを振動させる圧電振動子と、
前記圧電振動子を駆動する駆動手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記圧電振動子の振動周波数を所定範囲の周波数域内でスイープさせて前記圧電振動子を駆動することを特徴とする噴霧装置。
【請求項２】
前記振動周波数は超音波周波数であって、前記スイープさせる周波数域は、所定の中心周波数±５ｋＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の噴霧装置。
【請求項３】
前記圧電振動子の共振周波数は、前記圧電振動子の振動周波数である前記所定範囲の周波数域内に含まれることを特徴とする請求項２に記載の噴霧装置。
【請求項４】
前記圧電振動子の振動周波数である前記中心周波数は、前記圧電振動子の共振周波数に略等しいことを特徴とする請求項３に記載の噴霧装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、０．５乃至５ミリ秒間隔毎に前記所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数を連続的に１段階ずつ順次変化させて前記圧電振動子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の噴霧装置。
【請求項６】
液体を霧状に噴霧するビートプレートに振動エネルギーを供給する圧電振動子の駆動制御方法であって、
前記圧電振動子の振動周波数を、所定範囲の周波数域内でスイープさせて駆動することを特徴とする圧電振動子の駆動制御方法。
【請求項７】
（ａ）前記所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数の一つで前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｂ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階高い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｃ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最大周波数で所定時間駆動するステップと、
（ｄ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階低い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｅ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最小周波数で所定時間駆動するステップと、
（ｆ）前記ステップ（ｂ）乃至（ｅ）を繰り返すステップと、
の各ステップを有することを特徴とする請求項６に記載の駆動制御方法。
【請求項８】
（ａ）前記所定範囲の周波数域内に設定された複数段階の周波数の一つで前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｂ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階低い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｃ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最小周波数で所定時間駆動するステップと、
（ｄ）前記複数段階の周波数を順次連続的に１段階高い周波数で前記圧電振動子を所定時間駆動するステップと、
（ｅ）前記圧電振動子を前記駆動周波数の最大周波数で所定時間駆動するステップと、
（ｆ）前記ステップ（ｂ）乃至（ｅ）を繰り返すステップと、
の各ステップを有することを特徴とする請求項６に記載の駆動制御方法。
【請求項９】
前記所定時間は、０．５乃至５ミリ秒間に設定されることを特徴とする請求項７又は８に記載の駆動制御方法。
【請求項１０】
前記最大周波数は中心周波数の＋５ｋＨｚであり、前記最小周波数は中心周波数の−５ｋＨｚであることを特徴とする請求項９に記載の駆動制御方法。
【請求項１１】
前記圧電振動子の共振周波数は、前記最大周波数と前記最小周波数の間に含まれることを特徴とする請求項１０に記載の駆動制御方法。
【請求項１２】
前記中心周波数は、前記圧電振動子の共振周波数に略等しいことを特徴とする請求項１０に記載の駆動制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−３６４５０（Ｐ２００８−３６４５０Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３８５００（Ｐ２００４−３３８５００）
【出願日】平成１６年１１月２４日（２００４．１１．２４）
【出願人】（０００１７７６１２）株式会社ミクニ (332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２４日（２００４．１１．２４）
【出願人】（０００１７７６１２）株式会社ミクニ (332)
【Ｆターム（参考）】
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