(57)【要約】  高周波攪拌源（Ｐ１）のための駆動回路が提供される。この駆動回路は、駆動周波数の低電圧方形波パルス（Ｓ２）の列を発生する信号発生手段（１）と、逆ＥＭＦを発生するブーストインダクタ（Ｌ１）を含むブースト手段（２）とを含む。ブースト手段（２）は、低電圧方形波パルス列（Ｓ２）に応答して高電圧パルス列（Ｓ３）を発生するように配列されている。駆動回路は更に、駆動周波数の所定の調波を有する駆動信号（Ｓ４）を発生するフィルタ手段（３）を含み、駆動信号（Ｓ４）は高周波攪拌源（Ｐ１）を駆動するために使用される。本駆動回路は、圧電結晶と共に使用するのに特に適する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波攪拌源のための駆動回路であって、
駆動周波数の低電圧方形波パルス列を発生する信号発生手段と、逆ＥＭＦを発生するブーストインダクタを含むブースト手段とを含み、上記ブースト手段は上記低電圧方形波パルス列に応答して高電圧パルス列を発生するように構成され、上記駆動回路は更に、上記駆動周波数の所定の１つの調波を有する駆動信号を生成するフィルタ手段を含み、上記駆動信号は上記高周波攪拌源を駆動するために使用されることを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
上記高周波攪拌源は、圧電結晶であることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
上記フィルタ手段は、ローパスフィルタを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動回路。
【請求項４】
上記フィルタ手段は、上記高周波攪拌源と直列接続されたインダクタ、及び上記高周波攪拌源と並列接続されたキャパシタを含むことを特徴とする請求項３に記載の駆動回路。
【請求項５】
ＤＣ電源、及び上記ＤＣ電源によって給電される電力レールを更に含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項６】
上記ブーストインダクタは、上記ＤＣ電源の電力レールと接地との間に並列に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。
【請求項７】
上記ブースト手段は更に、上記低電圧方形波パルス列に応答して上記電力レールをオンまたはオフにスイッチングするスイッチング手段を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の駆動回路。
【請求項８】
上記駆動周波数は、１．５−２ＭＨｚの範囲内にあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項９】
上記ブーストインダクタは、５０Ｖより大きい逆ＥＭＦを発生することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項１０】
添付図面を参照して記述した駆動回路。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の駆動回路を組込んだ噴霧器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の噴霧器を組込んだハンドドライヤー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波攪拌源のための駆動回路に関する。特定的には、本発明は、圧電結晶のための駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電結晶は当分野においては公知であり、多くの目的のために使用されている。圧電モータ、変圧器、及び線形ドライブが一般的である。圧電結晶のための重要な用途は、噴霧である。加熱せずに物質の細かいミストを必要とするような場合が多く存在している。その一例は、圧電結晶によって薬用配合物を噴霧させ、患者に吸入させる医用噴霧器である。噴霧器の別の用途は、庭園における散水のような水分散分野におけるものである。分散剤を効果的に分散させるためには、高電圧高周波駆動源が必要である。典型的には、噴霧に使用するための圧電結晶は、その共振周波数において駆動される。この周波数は圧電結晶毎に変化するが、通常は１．６−１．７ＭＨｚの範囲内にある。
【０００３】
圧電結晶のための駆動回路は、当分野においては公知である。このような高周波信号を発生させる簡単な方法は、トランジスタ回路を使用することである。しかしながら、それを行うためには、圧電結晶を駆動するのに必要なピーク・トゥ・ピーク電圧を発生する高電圧増幅器または変圧器が必要である。典型的には、これらの電圧は１００−１５０Ｖの範囲内にある。変圧器は、この目的のために最も一般的に使用される構成要素である。しかしながら、それらは嵩張る上に高価であることが多い。
【０００４】
商用電源を使用する電子デバイスに対するさらなる要求は、電磁環境両立性基準（ＥＭＣ）に準拠しなければならないことである。これらの標準は、電気機器が商用ＡＣ電源から引込む電流内の調波成分の受容可能なレベル、並びに電圧ひずみの受容可能なレベルを定義している。高電圧方形波信号は、圧電結晶を効率的に駆動するため及び調波成分の要求される基準に合致するためには、受容できないレベルの調波を含む可能性がある。この問題を解消する一般的な方法は、信号にローパスフィルタを通過させることである。ローパスフィルタを圧電結晶の基本駆動周波数に同調させれば高調波が濾波されて除かれ、圧電結晶を駆動するための基本周波数だけを残すことができる。またローパスフィルタは電圧利得を与えるために使用されることも多い。しかしながら、圧電結晶を共振で駆動するためには比較的高いquality factorが必要である。ＬＣ回路のようなローパスフィルタを用いてこれを達成するためには、ＬＣ回路が配置されているシステムのキャパシタンスを一定にする必要がある。しかしながら、配線及び圧電結晶自体のキャパシタンスは温度、経年、条件、及び使用と共に変化し得る。これにより、しばしばＬＣ回路は圧電結晶を精密な共振周波数で駆動するのに不適とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、高周波攪拌源のための駆動回路を提供する。この駆動回路は、駆動周波数の低電圧方形波パルス列を発生する信号発生手段と、逆起電力（ＥＭＦ）を発生するブーストインダクタを含むブースト手段とを含み、このブースト手段は、低電圧方形波パルス列に応答して高電圧パルス列を発生するように構成されている。駆動回路は更に、駆動周波数の所定の調波を有する駆動信号を生成するフィルタ手段を含み、この駆動信号は高周波攪拌源を駆動するために使用される。高電圧パルス列を発生するためにインダクタからの逆ＥＭＦを使用すると、嵩張り且つ高価な変圧器の使用が回避される。
【０００６】
好ましくは、高周波攪拌源は、圧電結晶である。
【０００７】
有利には、フィルタ手段は、高周波数攪拌源と直列のインダクタと、高周波攪拌源と並列のキャパシタとを含むローパスフィルタを含む。
【０００８】
本発明は、圧電結晶を駆動するための高電圧で，高周波数で，クリーンな正弦波信号を発生することができる簡単且つ費用有効な回路を提供する。本発明は、ハンドドライヤーに使用するための噴霧器に特に適する。
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明による駆動回路を示している。駆動回路は、直流（ＤＣ）電源（図示してない）から給電される。ＤＣ電源は、商用電源から給電されているＡＣ／ＤＣコンバータから得ている。駆動回路３つのステージ、即ち、信号発生ステージ１、ブーストステージ２、及びフィルタステージ３を含む。第１ステージは、信号発生ステージ１である。信号発生ステージ１は、例えば１６６０ｋＨｚの同期信号を発生するためのマイクロプロセッサユニットＭＰ１を含んでいる。マイクロプロセッサユニットＭＰ１には、例えば３．３Ｖの低電圧が供給されている。このマイクロプロセッサユニットＭＰ１は、同期信号を所要駆動周波数に逓倍するためのフェーズロックドループを含んでいる。マイクロプロセッサユニットＭＰ１からの出力は、一対の相補型プッシュプル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）ＴＲ１，ＴＲ２に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ ＴＲ１は低電力ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、ＭＯＳＦＥＴ ＴＲ２は低電力ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴ ＴＲ１，ＴＲ２の対は、プッシュプル出力ドライブを発生する。ゲート電荷をシンクし、ソースし、そしてスイッチング損失を最小にするためには、ＭＯＳＦＥＴ ＴＲ１，ＴＲ２のプッシュプル配列が必要である。プッシュプルＭＯＳＦＥＴ ＴＲ１，ＴＲ２からの出力はパワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３のゲートに接続されている。パワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３には、５Ｖ電力レールから給電されている。パワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３のソース及びドレインはブーストステージ２の一部を形成し、ブーストステージ２内のスイッチとして動作する。
【００１１】
ブーストステージ２は、インダクタＬ１、パワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３のソース／ドレイン、及びキャパシタＣ１を含む。キャパシタＣ１は、パワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３のソース／ドレインにまたがって並列に接続されている。これらの構成要素は、電源の２４Ｖと接地電力レールとの間に接続されている。インダクタＬ１は１５μＨのインダクタンスを有し、またキャパシタＣ１は１ｎＦのキャパシタンスを有している。
【００１２】
インダクタＬ１にまたがって接続されているのが、フィルタステージ３である。フィルタステージ３は、ローパスフィルタを含む。ローパスフィルタは、ブーストステージ２と直列のインダクタＬ２と、ブーストステージ２と並列のキャパシタＣ２とを含む。キャパシタＣ２のキャパシタンス及びインダクタＬ２のインダクタンスは、このローパスフィルタの共振周波数が圧電結晶の駆動周波数にほぼ等しくなるように選択される。キャパシタＣ２は２．２ｎＦのキャパシタンスを有し、インダクタＬ２は４．７μＨのインダクタンスを有している。図３は、フィルタステージの減衰特性を示している。これらの値は、ほぼ１．６ＭＨｚの３ｄＢロールオフ周波数を得るために選択されている。換言すれば、フィルタステージ３の共振周波数は、ｆ0＝１／（２π√ＬＣ）に従って圧電結晶の駆動周波数を中心としている。但しＬはインダクタＬ２のインダクタンスであり、ＣはキャパシタＣ２のキャパシタンスである。フィルタステージ３の出力にまたがって接続されるのが圧電結晶Ｐ１である。
【００１３】
動作中、マイクロプロセッサは１６６０ｋＨｚ同期信号を発生する。フェーズロックドループはこの同期信号を１０２４倍し、１．７ＭＨｚに極めて近い駆動信号Ｓ１を発生する。マイクロプロセッサユニットＭＰ１からの駆動信号Ｓ１は、相補型プッシュプルトランジスタドライバに供給される。プッシュプルドライブのＭＯＳＦＥＴ ＴＲ１，ＴＲ２は、方形波信号Ｓ２を発生してそれをパワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３へ供給する。
【００１４】
方形波信号Ｓ２は、その方形波信号Ｓ２が高であるか低であるかに依存して、パワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３をオンまたはオフにスイッチさせる。方形波信号Ｓ２が高である時にはパワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３はスイッチオンになり、パワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３のソース／ドレインが導通して２４Ｖ電力レールと接地との間の回路が完成する。これによりインダクタＬ１が充電され始める。方形波信号Ｓ２が低状態に戻ると、パワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３はスイッチオフになる。これは、ブーストステージ２内に大きいレートの電流変化をもたらす。ＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３のオンフェーズ中にインダクタＬ１内に確立された磁場は、電流の変化に抵抗しようとする。これにより、インダクタＬ１内に大きい逆ＥＭＦが発生し、これが高電圧出力信号Ｓ３を発生させる。この高電圧出力信号Ｓ３を図２に示す。高電圧出力信号Ｓ３は、インダクタＬ１が発生する逆ＥＭＦに対応する一連のピークからなる。これらピークの立上がり縁のタイミングは、方形波信号Ｓ２の立下がり縁のタイミングに一致している。高電圧出力信号Ｓ３は、方形波信号Ｓ２と同じようなデューティサイクルを有している。高電圧出力信号Ｓ３のピーク振幅は、９０Ｖ辺りである。高電圧出力信号Ｓ３のピーク振幅は、キャパシタＣ１によって制限される。キャパシタＣ１は、インダクタＬ１から解放されたエネルギをより長い時間にわたって広げ、発生する最大ピーク電圧を低下させる。これはパワーＭＯＳＦＥＴ ＴＲ３を破損から保護するのに必要である。
【００１５】
高電圧出力信号Ｓ３は、高電圧と、駆動周波数の逆数に等しいパルス周期とを有している。しかしながら、それは綺麗な信号ではない。これは、高電圧出力信号Ｓ３が、この基本周波数以外に多くの異なる周波数を含むことを意味している。どの波形またはパルス列も、異なる調波周波数の正弦波の重畳として表すことができる。高電圧出力信号Ｓ３は、多数の不要調波周波数を含んでいる。これらの調波周波数は、圧電結晶の動作に影響し、大量の不要調波ひずみを発生させるので望ましいものではない。
【００１６】
高電圧出力信号Ｓ３から不要な高調波周波数を除去し、基本周波数だけを残すために、フィルタステージ３を使用する。フィルタステージ３は、高電圧出力信号Ｓ３内に存在する高調波を除去し、フィルタステージ３からの出力Ｓ４は、１００−１４０Ｖのピーク・トゥ・ピーク電圧と、１．７ＭＨｚの駆動周波数を有する綺麗な正弦波になっている。図４ａは、入力波形の高電圧出力Ｓ３、及び出力波形Ｓ４を示している。図４ｂは、フィルタステージ３から出力された実際の出力波形Ｓ４、即ち圧電結晶Ｐ１が“見て”いる波形を示している。この波形は、ほぼ１．７ＭＨｚの基本周波数の正弦波である。図５は、この波形の高速フーリエ変換を示している。Ｘ軸は周波数をＭＨｚで示し、Ｙ軸は調波成分の強さをｄＢＶｒｍｓで示している。この図は、ローパスフィルタが、不要調波周波数の大部分の除去に成功していることを示している。第２調波の成分は未だ残っているが、それは減衰されていて回路はＥＭＣ要求に合致している。出力Ｓ４は、ほぼ１．７ＭＨｚの周波数で圧電結晶を駆動するために使用される。
【００１７】
上述した本発明の実施の形態は、ＤＣ源から綺麗で，高電圧な，高周波正弦波形を発生する低価格回路である。本発明は、高周波攪拌源を安価に且つ効果的に駆動する必要がある如何なる状況においても使用することができる。回路の構成要素の数が少なく、変圧器が存在していないことも、回路の物理的サイズを小さくしている。これは、例えば家庭用機器または医用デバイスのようにサイズが重大な要因であるような応用にとって有利である。
【００１８】
上述した本発明の実施の形態は、図６に示すようなハンドドライヤーに使用するのに特に適している。ハンドドライヤー１００は、空洞１１０を含んでいる。空洞１１０はその上端１２０が開いており、開口の寸法はユーザの手（図示してない）を乾燥させるために空洞１１０内に挿入可能にするのに十分である。ファン（図示してない）を有するモータユニットが、高速空気流を発生する。高速空気流は、ユーザの手を乾燥させるために、空洞１１０の上端に配置されている２つのスロット状開口１３０を通して吐出される。ユーザの手から除去された水を空洞１１０から排出させるためのドレイン（図示してない）が、空洞１１０の下端に配置されている。噴霧器１４０が、ドレインの下流に位置している。図６では、噴霧器１４０はハンドドライヤー１００から部分的に抜出されて示されている。噴霧器１４０は、上述した駆動回路１５０の位置を示すために部分的に切欠いてある。噴霧器１４０は、廃水を集めるためのコレクタ（図示してない）及び廃水を噴霧させるための圧電結晶（図示してない）を含む。圧電結晶は、駆動回路１５０によって駆動される。この構成要素の数が少なく低価格の駆動回路は、それが小型で、製造費が安く、故障が少ないことを意味している。これは、ハンドドライヤーのサイズを小さくできること、ハンドドライヤーの信頼性を改善できること、及び保守のコストが安くなることを意味している。
【００１９】
本発明は、図示した実施の形態に限定されるものではないことを理解されたい。駆動源の大きさ及び周波数は、要求される応用に依存して変化させることができる。例えば、圧電結晶をある範囲の周波数で駆動することが一般的である。しかしながら、圧電結晶をその共振周波数で、またはその直近で駆動することが最も一般的である。殆どの圧電結晶の場合、この周波数は１．５乃至２ＭＨｚの範囲内にある。
【００２０】
更に、電子構成要素の上述した物理量も値を変化させることができる。これは、例えばフィルタステージの共振点を変化させたり、またはブーストインダクタが発生する逆ＥＭＦを増減させたりするために行うことができる。しかしながら、ブーストインダクタが発生する逆ＥＭＦは、５０Ｖより大きいことが望ましい。
【００２１】
ローパスＬＣフィルタを１つだけ必要とするものではない。フィルタステージ３は高調波周波数をより良く減衰させるために、２つのＬＣフィルタを直列に含むことができる。更に、他の形状の信号発生器を使用することができる。重要なのは、パルス列を増幅するためにインダクタを使用して逆ＥＭＦを発生させ、フィルタを使用してこの信号を単一周波数の正弦波に変換することなのである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による駆動回路の回路図である。
【図２】ブーストステージへの入力信号Ｓ２と、ブーストステージからの高電圧出力信号Ｓ３を示すグラフである。
【図３】フィルタステージのカットオフ周波数を示すグラフである。
【図４ａ】フィルタステージへ入力される高電圧出力Ｓ３と、フィルタステージから出力される出力波形Ｓ４を示すグラフである。
【図４ｂ】圧電結晶へ供給される実際の出力波形Ｓ４を示すオシロスコープ画面である。
【図５】出力波形Ｓ４の高速フーリエ変換を示すグラフであって、波形Ｓ４の調波成分を示している。
【図６】図１の駆動回路によって駆動される噴霧器を組入れたハンドドライヤーを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月20日(2008.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波攪拌源のための駆動回路であって、
駆動周波数の低電圧方形波パルス列を発生する信号発生手段と、逆ＥＭＦを発生するブーストインダクタを含むブースト手段とを含み、上記ブースト手段は上記低電圧方形波パルス列に応答して高電圧パルス列を発生するように構成され、上記駆動回路は更に、上記高電圧パルス列から、上記駆動周波数の所定の１つの調波を有する駆動信号を生成するフィルタ手段を含み、上記駆動信号は上記高周波攪拌源を駆動するために使用されることを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
上記高周波攪拌源は、圧電結晶であることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
上記フィルタ手段は、ローパスフィルタを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動回路。
【請求項４】
上記フィルタ手段は、上記高周波攪拌源と直列接続されたインダクタ、及び上記高周波攪拌源と並列接続されたキャパシタを含むことを特徴とする請求項３に記載の駆動回路。
【請求項５】
ＤＣ電源、及び上記ＤＣ電源によって給電される電力レールを更に含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項６】
上記ブーストインダクタは、上記ＤＣ電源の電力レールと接地との間に並列に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。
【請求項７】
上記ブースト手段は更に、上記低電圧方形波パルス列に応答して上記電力レールをオンまたはオフにスイッチングするスイッチング手段を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の駆動回路。
【請求項８】
上記駆動周波数は、１．５−２ＭＨｚの範囲内にあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項９】
上記ブーストインダクタは、５０Ｖより大きい逆ＥＭＦを発生することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項１０】
添付図面を参照して記述した駆動回路。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の駆動回路を組込んだ噴霧器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の噴霧器を組込んだハンドドライヤー。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、高周波攪拌源のための駆動回路を提供する。この駆動回路は、駆動周波数の低電圧方形波パルス列を発生する信号発生手段と、逆起電力（ＥＭＦ）を発生するブーストインダクタを含むブースト手段とを含み、このブースト手段は、低電圧方形波パルス列に応答して高電圧パルス列を発生するように構成されている。駆動回路は更に、高電圧パルス列から、駆動周波数の所定の調波を有する駆動信号を生成するフィルタ手段を含み、この駆動信号は高周波攪拌源を駆動するために使用される。高電圧パルス列を発生するためにインダクタからの逆ＥＭＦを使用すると、嵩張り且つ高価な変圧器の使用が回避される。
【国際調査報告】
2009523603.tif 000010
2009523603.tif 000011