(57)【要約】【課題】この種の霧生成装置における振動板の経年劣化や破損による霧生成不良乃至霧生成不能を未然に防止すること。【解決手段】高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置であって、前記振動板への前記液体の接触有無を検知するための接液検知手段と、前記接液検知手段が、前記振動板への前記液体の接触なしを検知したとき、前記振動板の空振動を防止するための保護動作を実行する保護動作実行手段と、を有する。【選択図】図１５
2018051286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置であって、
前記振動板への前記液体の接触有無を検知するための接液検知手段と、
前記接液検知手段が、前記振動板への前記液体の接触なしを検知したとき、前記振動板の空振動を防止するための保護動作を実行する保護動作実行手段と、を有する霧生成装置。
【請求項２】
前記保護動作が、前記振動板の振動を禁止する動作である、請求項１に記載の霧発生装置。
【請求項３】
前記接液検知手段は、
前記振動板に対して前記液体が接触しているときに限り、それらの間に前記液体が満たされる第１及び第２の検知電極と、
前記第１の検知電極と前記第２の検知電極との間のインピーダンスに基づいて、前記振動板への前記液体の接触有無を判定する判定手段とを含む、請求項１に記載の霧生成装置。
【請求項４】
前記インピーダンスは、非検出時には、両電極間インピーダンスとプル抵抗との直列回路の両端に同電位を付与しておく一方、検出時には、前記直列回路の両端に既知の電位差を与えて、そのとき、前記プル抵抗に生ずる電圧降下を介して検出される、請求項３に記載の霧生成装置。
【請求項５】
前記第１の検知電極及び前記第２の検知電極は、いずれも、剥き出しの導体からなり、かつ前記インピーダンスが電気抵抗からなる、請求項３に記載の霧生成装置。
【請求項６】
前記第１の検知電極及び前記第２の検知電極の少なくともいずれか一方は、表面に薄い誘電体被膜を有する導体からなり、前記インピーダンスが容量性リアクタンスからなる、請求項３に記載の霧生成装置。
【請求項７】
前記給液機構が、注入口から注入乃至滴下された微量液体を前記振動板へと案内する注液案内部と、前記注液案内部にて案内された微量液体を、霧生成作用により消費し尽くされるまで、前記振動板に接触した状態に保持する微量液体保持部とを有する、請求項１に記載の霧生成装置。
【請求項８】
前記微量液体保持部が、前記液体の表面張力を利用して、前記液体を前記振動板に接触した状態に保持する、請求項７に記載の霧生成装置。
【請求項９】
前記振動板が、表裏いずれか一方の面が接液面かつ他方の面が霧放出面となる細孔付き振動板であって、前記霧放出面を上に向けた姿勢で配置されており、
前記注液案内部が、その上流端が前記注液口に、下流端が前記細孔付き振動板の下側に位置するように配置される傾斜樋であり、
前記微量液体保持部が、前記細孔付き振動板の下面と前記傾斜樋の樋床上面との間に形成された狭い隙間である、請求項７に記載の霧生成装置。
【請求項１０】
前記細孔付き振動板が、細孔を有する金属薄板と、環状第１駆動電極と、環状圧電材料層と、環状第２駆動電極と、を順に重ねて一体化すると共に、前記金属薄板の表裏を残して周囲を絶縁被覆してなる圧電式振動板であり、
前記第１の検知電極が前記金属薄板であり、かつ前記第２の検知電極が前記樋床面に設けられた突起状電極である、請求項９に記載の霧生成装置。
【請求項１１】
高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置であって、
前記振動板への前記液体の接触有無を検知するための接液検知手段と、
前記接液検知手段が、前記振動板への前記液体の接触なしから接触ありへの変化を検知したとき、給液完了を報知するための報知動作を実行する報知動作実行手段を有する霧生成装置。
【請求項１２】
前記報知動作が、前記振動板を所定の態様にて振動させて霧の発生により給液動作の完了を報知する動作である、請求項１１に記載の霧生成装置。
【請求項１３】
煙や水煙の演出を行う玩具に組み込まれている、請求項１に記載の霧生成装置。
【請求項１４】
高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置が、蒸気機関車の外観を模した外殻体の内部に組み込まれ、前記霧生成装置にて生成される霧を、前記外殻体に設けられた煙突を通じて外部へ排出することにより煙を演出する蒸気機関車玩具であって、
前記振動板への前記液体の接触有無を検知するための接液検知手段と、
前記接液検知手段が、前記振動板への前記液体の接触なしを検知したとき、前記振動板の空振動を防止するための保護動作を実行する保護動作実行手段と、を有する蒸気機関車玩具。
【請求項１５】
前記保護動作が、噴霧指令が与えられても、前記振動板の振動を禁止する動作である、請求項１４に記載の蒸気機関車玩具。
【請求項１６】
前記接液検知手段は、
前記振動板に対して前記液体が接触しているときに限り、それらの間に前記液体が満たされる第１及び第２の検知電極と、
前記第１の検知電極と前記第２の検知電極との間のインピーダンスに基づいて、前記振動板への前記液体の接触有無を判定する判定手段とを含む、請求項１４に記載の蒸気機関車玩具。
【請求項１７】
前記インピーダンスは、非検出時には、両電極間インピーダンスとプル抵抗との直列回路の両端に同電位を与えておく一方、検出時には、前記直列回路の両端に既知の電位差を与えて、そのとき、前記プル抵抗に生ずる電圧降下を介して検出される、請求項１４に記載の蒸気機関車玩具。
【請求項１８】
前記給液機構が、前記外殻体に設けられた注入口から注入乃至滴下された微量液体を前記振動板へと案内する注液案内部と、前記注液案内部により導かれた微量液体を、霧生成作用により消費し尽くされるまで、前記振動板に接触した状態に保持する微量液体保持部とを有する、請求項１４に記載の蒸気機関車玩具。
【請求項１９】
前記微量液体保持部が、前記液体の表面張力を利用して、前記液体を前記振動板に接触した状態に保持する、請求項１８に記載の蒸気機関車玩具。
【請求項２０】
前記振動板が、表裏いずれか一方の面が接液面かつ他方の面が霧放出面となる細孔付振動板であって、前記霧放出面を上に向けた姿勢で配置されており、
前記注液案内部が、その上流端が前記注液口に、下流端が前記細孔付き振動板の下側に位置するように配置される傾斜樋であり、
前記微量液体保持部が、前記細孔付き振動板の下面と前記傾斜樋の樋床上面との間に形成された狭い隙間である、請求項１８に記載の蒸気機関車玩具。
【請求項２１】
前記細孔付振動板が、微粒化のための細孔を有する金属薄板と、環状第１駆動電極と、環状圧電材料層と、環状第２駆動電極とを順に重ねて一体化すると共に、前記金属薄板の表面を残して周囲を絶縁被覆してなる圧電式振動板であって、かつ前記金属薄板側が上を向く姿勢にて固定され、
前記第１の検知電極は前記金属薄板からなり、かつ前記第２の検知電極は前記傾斜樋の樋床面から前記圧電振動板の下面に向けて突出する突起状電極からなる、請求項２０に記載の蒸気機関車玩具。
【請求項２２】
高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置が、蒸気機関車の外観を模した外殻体の内部に組み込まれ、前記霧生成装置にて生成される霧を、前記外殻体に設けられた煙突を通じて外部へ排出することにより煙を演出する蒸気機関車玩具であって、
前記振動板への前記液体の接触有無を検知するための接液検知手段と、
前記接液検知手段が、前記振動板への前記液体の接触なしから接触ありへの変化を検知したとき、給液完了を報知するための報知動作を実行する報知動作実行手段を有する蒸気機関車玩具。
【請求項２３】
前記報知動作が、前記振動板を所定の態様にて振動させて霧の発生により給液動作の完了を報知する動作である、請求項２２に記載の蒸気機関車玩具。
【請求項２４】
高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置が、蒸気機関車の外観を模した外殻体の内部に組み込まれ、前記霧生成装置にて生成される霧を、前記外殻体に設けられた煙突を通じて外部へ排出することにより煙を演出する蒸気機関車玩具であって、
前記給液機構は、
前記外殻体に設けられた注入口から注入乃至滴下された微量液体を前記振動板へと案内する注液案内部と、
前記注液案内部により案内された微量液体を、霧生成作用により消費し尽くされるまで、前記振動板に接触した状態に保持する微量液体保持部とを有する、蒸気機関車玩具。
【請求項２５】
前記微量液体保持部が、前記液体の表面張力を利用して、前記液体を前記振動板に接触した状態に保持する、請求項２４に記載の蒸気機関車玩具。
【請求項２６】
前記振動板が、表裏いずれか一方の面が接液面かつ他方の面が霧放出面となる細孔付き振動板であって、前記霧放出面を上に向けた姿勢で配置されており、
前記注液案内部が、その上流端が前記注液口に、下流端が前記細孔付き振動板の下側に位置するように配置される傾斜樋であり、
前記微量液体保持部が、前記細孔付き振動板の下面と前記傾斜樋の樋床上面との間に形成された狭い隙間である、請求項２４に記載の蒸気機関車玩具。
【請求項２７】
軌道と、
前記軌道の途中に設けられた停車場と、
請求項１４〜２６のいずれか１つに記載の蒸気機関車玩具とからなり、
前記停車場には、所定の注液操作により、前記停車場に停車中の前記蒸気機関車玩具の注液口へと前記液体を微量注入するための注液ノズルを有する注液設備が設けられている、蒸気機関車玩具システム。
【請求項２８】
前記蒸気機関車玩具の外殻体には、前記振動板から溢れた前記液体を外部へと排出するための排液口が設けられ、かつ
前記軌道上の停車場には、停車中の前記蒸気機関車玩具の前記排出口から流出する前記液体を貯留する凹部が設けられている、請求項２７に記載の蒸気機関車玩具システム。
【請求項２９】
高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置であって、
前記振動板への前記液体の接触有無を検知するための接液検知手段を有する、ことを特徴とする霧生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水などの液体を高周波振動する振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
給液機構を介して供給された液体（例えば、水）を高周波振動する振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置は、煙の演出を行う各種の玩具（例えば、煙突から煙を吐き出す蒸気機関車玩具、排気管から煙を吹き出す自動車玩具、水煙を吹き上げる噴水玩具、等々）に広く採用されている（例えば、特許文献１、２、及び３等参照）。
【０００３】
振動板としては、様々な構造のものが知られており、例えば、圧電材料を一対の駆動電極で挟持してなる振動子そのものを振動板とするもの（特許文献２参照）、あるいは、上述の振動子に片持ち支持された金属製舌片を振動板とするもの（特許文献１、３参照）等が存在する。
【０００４】
給液機構としても、様々な構造のものが知られており、例えば、貯液槽に溜めた液体を流量調整弁付きのチューブを介して水平姿勢にある振動板上に滴下して霧を生成するもの（特許文献１、２）、あるいは、略水平姿勢にある細孔付き振動板の下面にあてがったスポンジ等の保液材を介して、振動板の下面に液体を供給して上面側から霧を生成するもの（特許文献３）等が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０４−１５０９６８号公報
【特許文献２】実開平０５−０７０５９２号公報
【特許文献３】特許第３７４４９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の霧生成装置の故障の１つに、振動板の経年劣化や破損による霧生成不良乃至霧生成不能がある。本発明者等は、鋭意研究の結果、その原因が、液体が接触していない状態での高周波振動（以下、「空振動」という）に基づく振動板の疲労蓄積（金属疲労蓄積）にあるとの知見を得た。
【０００７】
この発明は、上述の知見に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、この種の霧生成装置における振動板の経年劣化や破損による霧生成不良乃至霧生成不能を未然に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の技術的課題は、以下の構成を有する本発明に係る霧生成装置により解決できると考えれる。
すなわち、本発明に係る霧生成装置は、高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置であって、前記振動板への前記液体の接触有無を検知するための接液検知手段と、前記接液検知手段が、前記振動板への前記液体の接触なしを検知したとき、前記振動板の空振動を防止するための保護動作を実行する保護動作実行手段と、を有する。
【０００９】
このような構成によれば、貯液槽が空となったり、貯液槽から振動板へ至る給液経路が詰まったり、保液材であるスポンジが乾いてしまったり、と言ったように、給液機構の構造に起因する様々な理由で、振動板に霧原料となる液体が接触しない状態が出現すると、直ちに、振動板の空振動を防止するための保護動作が実行される結果、振動板の疲労蓄積に起因する経年劣化や破損による霧生成不良乃至霧生成不能を未然に防止することができる。
【００１０】
しかも、上述の構成によれば、給液経路の末端に位置する振動板自体の接液有無を検知するのであって、給液経路の途中に位置する貯液槽の液位や保液材（例えば、スポンジ）の電気導通率を見るのではないから、貯液槽や保液材を取り除いて、１回の霧生成サイクル（例えば、数十秒）に必要な液量を振動板へとその都度に供給すると言った斬新な設計により、貯液層や保液材に長期間に亘り使用液体が放置されることによるカビ発生、異臭発生、炭酸カルシウムの析出といった事態を未然に防止することもできる。加えて、このような霧原料液体の微量都度供給によれば、水が接触することによる振動板のダンピング負荷を必要最小限に留めることにより、霧発生に要する消費電力の軽減化も実現することができる。
【００１１】
なお、上述の霧生成装置において、振動板としては、後述する特定構造（例えば、片面に金属薄膜を有するドーナツ状）のものに限らず、例えば、圧電材料を一対の駆動電極で挟持してなる振動子そのものを振動板とするもの（特許文献２参照）、あるいは、上述の振動子に片持ち支持された金属製舌片を振動板とするもの（特許文献１、３参照）等々、従前から存在する様々な構造のものを採用することができる。
【００１２】
また、給液機構としても、後述する傾斜樋に限らず、例えば、貯液槽に溜めた液体を流量調整弁付きのチューブを介して水平姿勢にある振動板上に滴下して霧を生成するもの（特許文献１、２）、あるいは、略水平姿勢にある細孔付き振動板の下面にあてがったスポンジ等の保液材を介して、振動板の下面に液体を供給して上面側から霧を生成するもの（特許文献３）等々、従前から存在する様々な構造のものを採用することができる。
【００１３】
好ましい実施の態様としては、前記保護動作が、前記振動板そのものの振動を禁止（阻止）する動作であってもよい。すなわち、上述の保護動作としては、例えば、接液なしをユーザに報知したり、あるいは液の補給をユーザに促すための警告音（例えば、ブザーや音声）、警告表示（例えば、ランプの点灯、点滅、文字表示）等々の様々な手段が考えられるが、それらと併用あるいは単独で、振動板の振動それ自体を禁止（阻止）すれば、振動板の空振動による疲労蓄積をより確実に防止することができる。
【００１４】
好ましい実施の態様としては、前記接液検知手段が、前記振動板に対して前記液体が接触しているときに限り、それらの間に前記液体が満たされる第１及び第２の検知電極と、前記第１の検知電極と前記第２の検知電極との間のインピーダンスの変化に基づいて、前記振動板への前記液体の接触有無を判定する判定手段とを含む、ものであってもよい。
【００１５】
このような構成によれば、接液ありの状態と接液なしの状態とでは、前記第１の電極と前記第２の電極との間のインピーダンス（より具体的には、電気抵抗値又は容量性リアクタンス）は大きく変動するため、その変化に基づいて、接液の有無を確実に検知することができる。
【００１６】
好ましい実施の態様としては、前記インピーダンスは、非検出時には、両電極間インピーダンスとプル抵抗との直列回路の両端に同電位を付与しておく一方、検出時には、前記直列回路の両端に既知の電位差を与えて、そのとき、前記プル抵抗に生ずる電圧降下を介して検出されるものであってもよい。
【００１７】
このような構成によれば、第１の検知電極と第２の検知電極とを異種金属にて形成することにより、それらが水に触れて電池が構成されるときにも、電池の起電力に影響を受けること無く、振動板への水の接触有無を確実に検知することが可能となる。
【００１８】
このとき、前記第１の検知電極及び前記第２の検知電極が、いずれも、剥き出しの導体からなり、かつ前記インピーダンスが電気抵抗値であれば、接液ありの状態と接液なしの状態とでは、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電気抵抗値は大きく変動するため、例えば、前記２つの検知電極のいずれか一方を接地電位又は電源電位に固定する一方、他方をプル抵抗を介して電源電位又は接地電位に固定しておくことにより、前記プルポイントの電位変化を適宜なコンパレータを介してハードウェア的又はソフトウェア的に判定するだけで、振動板への接液有無を簡単に検知することができる。
【００１９】
他方、前記第１の検知電極及び前記第２の検知電極の少なくともいずれか一方が、表面に薄い誘電体被膜を有する導体からなり、かつ前記インピーダンスが容量性リアクタンスであれば、接液ありの状態と接液なしの状態とでは、前記第１の電極と前記第２の電極との間の容量性リアクタンスは大きく変動するため、例えば、前記２つの検知電極のいずれか一方を接地電位又は電源電位に固定する一方、他方をプル抵抗を介して電源電位又は接地電位に固定しておいて、前記電極間の容量性リアクタンスをリセットしたのち、前記プルポイントの電位が基準電位に達するまでの充電時間を適宜なコンパレータ及びタイマを介してハードウェア的又はソフトウェア的に判定するだけで、振動板への接液有無を簡単に検知することができる。
【００２０】
加えて、この容量性リアクタンスの変化を利用して接液有無を検知するものにあっては、電極を構成する導体金属が霧原料液に露出して電蝕することにより導通不良を生じ易い環境下にあっても、振動板への水の接触有無を確実に検知できると言う利点もある。
【００２１】
好ましい実施の態様においては、前記給液機構が、注入口から注入乃至滴下された微量液体を前記振動板へと案内する注液案内部と、前記注液案内部にて案内された微量液体を、霧生成作用により消費し尽くされるまで、前記振動板に接触した状態に保持する微量液体保持部とを有する、ものであってもよい。
【００２２】
このような構成によれば、例えば、１回の霧生成サイクル（例えば、数十秒）に必要な微量液体を振動板へとその都度に供給すると言った斬新な設計を採用することにより、余分な液体が給液機構に残されて、カビの発生や異臭やカルシウムの析出といった問題の発生を未然に防止することができる。
【００２３】
このとき、前記微量液体保持部が、前記液体の表面張力を利用して、前記液体を前記振動板に接触した状態に保持するものであれば、微量液体の振動板への保持を効率よく実現することができる。
【００２４】
好ましい実施の態様によれば、前記振動板が、表裏いずれか一方の面が接液面かつ他方の面が霧放出面となる細孔付き振動板であって、前記霧放出面を上に向けた姿勢で配置されており、前記注液案内部が、その上流端が前記注液口に、下流端が前記細孔付き振動板の下側に位置するように配置される傾斜樋であり、前記微量液体保持部が、前記細孔付き振動板の下面と前記傾斜樋の樋床上面との間に形成された狭い隙間であってもよい。
【００２５】
このような構成によれば、表面張力、及び／又は、液体の微粒化にに伴う吸引力（負圧）を利用することにより、微量液体の保持をより簡単な構造にて実現することができる。
【００２６】
このとき、前記細孔付き振動板が、細孔を有する金属薄板と、環状第１駆動電極と、環状圧電材料層と、環状第２駆動電極と、を順に重ねて一体化すると共に、前記金属薄板の表裏を残して周囲を絶縁被覆してなる圧電式振動板であり、前記第１の検知電極が前記金属薄板であり、かつ前記第２の検知電極が前記樋床面に設けられた突起状電極であれば、１回の霧生成サイクルに必要な微量液体の振動板への正確な付着を液体の表面張力及び／又は、液体の微粒化にに伴う吸引力（負圧）を利用して適切に行うと共に、その出現から消失に至る過程を２つの電極を介して確実に検知可能となる。
【００２７】
別の一面から見た本発明は、給液完了報知機能を有する霧生成装置として把握することもできる。すなわち、この霧生成装置は、高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置であって、前記振動板への前記液体の接触有無を検知するための接液検知手段と、前記接液検知手段が、前記振動板への前記液体の接触なしから接触ありへの変化を検知したとき、給液完了を報知するための報知動作を実行する報知動作実行手段を有する。
【００２８】
このような構成によれば、給液中にあって、ユーザは、報知動作に基づいて、給液完了を確認ことができる。
【００２９】
このとき、前記報知動作が、前記振動板を所定の態様にて振動させて霧の発生により給液動作の完了を報知する動作であれば、霧の発生に基づいて、給駅動作の完了をより確実に知ることができる。
【００３０】
好ましい実施の態様によれば、上述の様々な実施の態様を有する霧生成装置は、煙や水煙の演出を行う各種の玩具（例えば、煙突から煙を吐き出す蒸気機関車玩具、排気管から煙を吹き出す自動車玩具、水煙を吹き出す噴水玩具）等に広く採用することができる。
【００３１】
別の一面から見た本発明は、煙突から煙を吐き出す蒸気機関車玩具としてより具体的に把握することもできる。この蒸気機関車玩具は、高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置が、蒸気機関車の外観を模した外殻体の内部に組み込まれ、前記霧生成装置にて生成される霧を、前記外殻体に設けられた煙突を通じて外部へ排出することにより煙を演出するものであって、前記振動板への前記液体の接触有無を検知するための接液検知手段と、前記接液検知手段が、前記振動板への前記液体の接触なしを検知したとき、前記振動板の空振動を防止するための保護動作を実行する保護動作実行手段と、を有する。
【００３２】
このような構成によれば、上述した霧発生装置本来の有する優れた作用効果を通じて、振動板の経年劣化や破損による霧生成不良乃至霧生成不能を未然に防止することにより、煙突からの煙吐き出し機能を長期に亘り安定的に維持可能な信頼性の高い蒸気機関車玩具を実現することができる。
【００３３】
このとき、前記保護動作が、噴霧指令が与えられても、前記振動板自体の振動を禁止（阻止）する動作であれば、上述した霧発生装置の対応する実施態様本来の有する優れた作用効果を通じて、より一層、信頼性の高い蒸気機関車玩具を実現することができる。
【００３４】
好ましい実施の態様においては、前記接液検知手段は、前記振動板に対して前記液体が接触しているときに限り、それらの間に前記液体が満たされる第１及び第２の検知電極と、前記第１の検知電極と前記第２の検知電極との間の電気的特性の変化に基づいて、前記振動板への前記液体の接触有無を判定する判定手段とを含む、ものであってもよい。
【００３５】
このような構成によれば、上述した霧発生装置の対応する実施態様本来の有する優れた作用効果を通じて、煙突からの煙吐き出し機能を長期に亘り安定的に維持可能な信頼性の高い蒸気機関車玩具を実現することができる。
【００３６】
好ましい実施の態様としては、前記インピーダンスは、非検出時には、両電極間インピーダンスとプル抵抗との直列回路の両端に同電位を付与しておく一方、検出時には、前記直列回路の両端に既知の電位差を与えて、そのとき、前記プル抵抗に生ずる電圧降下を介して検出されるものであってもよい。
【００３７】
このような構成によれば、第１の検知電極と第２の検知電極とを異種金属にて形成することにより、それらが水に触れて電池が構成されるときにも、電池の起電力に影響を受けること無く、振動板への水の接触有無を確実に検知することが可能となる。
【００３８】
好ましい実施の態様においては、前記給液機構が、前記外殻体に設けられた注入口から注入乃至滴下された微量液体を前記振動板へと案内する注液案内部と、前記注液案内部により導かれた微量液体を、霧生成作用により消費し尽くされるまで、前記振動板に接触した状態に保持する微量液体保持部とを有する、ものであってもよい。
【００３９】
このような構成によれば、上述した霧発生装置の対応する実施態様本来の有する優れた作用効果（電蝕対策）を通じて、煙突からの煙吐き出し機能を長期に亘り安定的に維持可能な信頼性の高い蒸気機関車玩具を実現することができる。
【００４０】
このとき、前記微量液体保持部が、前記液体の表面張力を利用して、前記液体を前記振動板に接触した状態に保持するものであれば、微量液体の振動板への保持を効率よく実現することができる。
【００４１】
好ましい実施の態様においては、前記振動板が、表裏いずれか一方の面が接液面かつ他方の面が霧放出面となる細孔付振動板であって、前記霧放出面を上に向けた姿勢で配置されており、前記注液案内部が、その上流端が前記注液口に、下流端が前記細孔付き振動板の下に位置するように配置される傾斜樋であり、前記微量液体保持部が、前記細孔付き振動板の下面と前記傾斜樋の樋床上面との間に形成された狭い隙間であってもよい。
【００４２】
このような構成によれば、上述した霧発生装置の対応する実施態様本来の有する優れた作用効果を通じて、煙突からの煙吐き出し機能を長期に亘り安定的に維持可能な信頼性の高い蒸気機関車玩具を実現することができる。
【００４３】
このとき、前記振動板が、微粒化のための細孔を有する金属薄板と、環状第１駆動電極と、環状圧電材料層と、環状第２駆動電極とを順に重ねて一体化すると共に、前記金属薄板の表面を残して周囲を絶縁被覆してなる圧電式振動板であって、かつ前記金属薄板側が上を向く姿勢にて固定され、前記給液機構が、前記外殻体の上部に開口する注液口と、前記注液口から注入された前記液体を、途中に貯留することなく、前記圧電式振動板の下面側へと案内する傾斜樋からなり、前記圧電式振動板の下面とその下に位置する傾斜樋の上面との間には、表面張力による前記液体の侵入捕捉を促す狭い間隙が設けられ、さらに前記第１の検知電極は前記金属薄板からなり、かつ前記第２の検知電極は前記傾斜樋の上面から前記圧電振動板の下面に向けて突出する突起状電極からなる、ものであってもよい。
【００４４】
このような構成によれば、外殻体の上部に配置された注液口から、１回の霧生成サイクル（例えば、蒸気機関車玩具の１回の煙吹き出し走行サイクルに相当する数十秒）に必要な微量の霧原料液体（例えば、導電性液体である水）を注入又は滴下すれば、こうして注入又は滴下された微量液体は、その上流部が注液口の真下に位置する傾斜樋に案内されて下流端近傍にまで運ばれる。
【００４５】
下流端近傍の樋床上面とその上に覆い被さる圧電振動板下面との間には、表面張力による液体の侵入を促す狭い隙間が設けられている。そのため、下流端近傍に辿り着いた微量液体は、表面張力により上記隙間に充満すると共に、その状態で上下の壁面に吸着捕捉される。
【００４６】
このとき、吸着捕捉された微量液体は、環状第１駆動電極と環状圧電材料層と環状第２駆動電極との三者を順に重ねて一体化してなる環状積層体の中心孔を介してその上に重ねられた多数の細孔（ミクロンサイズ）を有する金属薄板の中心領域下面に接するため、金属薄板の高周波振動による液体微粒子化作用により、金属薄板の中心部上面からは、細孔を通って金属薄板を下から上へと透過する液体の微粒子からなる霧が立ち上る。
【００４７】
上記金属薄板は第１の検知電極としても機能する。これにより、原料液体と第１の検知電極とが接触する。一方、上記の隙間に微量液体が吸着捕捉されているとき、この微量液体は樋床上面から突出する突起状電極（第２の検知電極）とも接触する。
【００４８】
こうして、圧電振動板下面と樋床上面との間に微量の原料液体が満たされている霧生成作用の初期状態では、第１の検知電極（金属薄板）及び第２の検知電極（突起状電極）はいずれも原料液体（水）と接触する。同時に、第１の検知電極と第２の検知電極とは、原料液体（水）を介しても電気的に導通する。
【００４９】
霧生成作用が進んで、原料液体の量が減少し、その量が隙間を満たさなくなると、原料液体の塊（水滴）は、樋床上面を離れて、圧電振動板下面に負圧を介して吸着保持される。この状態においては、なおも、第１の検知電極（金属薄板）及び第２の検知電極（突起状電極）はいずれも原料液体（水）と接触する。同時に、第１の検知電極と第２の検知電極とは、原料液体（水）を介しても電気的に導通する。
【００５０】
霧生成作用がさらに進んで、原料液体の塊（水滴）のサイズが減少すると、遂には、原料液体の塊（水滴）は消滅するのであるが、その寸前になると、第１の検知電極（金属薄板）及び第２の検知電極（突起状電極）と原料液体との接触は断たれ、同時に、第１の検知電極と第２の検知電極との間も非導通となる。
【００５１】
したがって、第１の検知電極と第２の検知電極との間の電気的特性（例えば、電気抵抗値や静電容量値）の変化を監視すれば、圧電振動板への霧原料液体の接触有無を的確に判定することができる。
【００５２】
なお、第１の検知電極と第２の検知電極との間の電気的特性を監視するための簡便な回路としては、第１の検知電極を接地電位（ＧＮＤ）又は電源電位（Ｖｃｃ）に固定する一方、第２の検知電極を抵抗素子を介して電源電位又は接地電位にプルアップ又はプルダウンしておき、プルアップ点又はプルダウン点の電位変動をハードウェア的又はソフトウェア的なコンパレート処理にて判定するものを挙げることができる。
【００５３】
上述の圧電振動板においても、第１の駆動電極を接地電位又は電源電位となるように回路構成することにより、それと導通する金属薄板（第１の検知電極）の電位についても、接地電位又は電源電位に固定することができる。
【００５４】
そのため、上述の圧電振動板を含む霧生成装置によれば、第１の検知電極それ自体は既に接地電位又は電源電位に固定されているため、第２の検知電極である突起状電極を電源電位又は接地電位に抵抗を介してプルアップ又はプルダウンするだけで、接液検知用の回路を簡便に実現することができる。
【００５５】
別の一面から見た本発明は、給液完了報知機能を有する蒸気機関車玩具として把握することもできる。すなわち、この上記機関車玩具は、高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置であって、前記振動板への前記液体の接触有無を検知するための接液検知手段と、前記接液検知手段が、前記振動板への前記液体の接触なしから接触ありへの変化を検知したとき、給液完了を報知するための報知動作を実行する報知動作実行手段を有する。
【００５６】
このような構成によれば、給液中にあって、ユーザは、報知動作に基づいて、給液完了を確認ことができる。
【００５７】
このとき、前記報知動作が、前記振動板を所定の態様にて振動させて霧の発生により給液動作の完了を報知する動作であれば、霧の発生に基づいて、給駅動作の完了をより確実に知ることができる。
【００５８】
別の一面から見た本発明は、例えば、１回の煙吹き出し走行サイクル（例えば、数１０秒）に対応する微量の霧原料液体をその都度に付与することで作動する蒸気機関車玩具として把握することもできる。この場合、振動板の空振動による疲労蓄積については、振動時間積算値が規定の最大値に達したところで、振動板の振動を停止させる等の別の方法で解決すればよい。
【００５９】
すなわち、この電気機関車玩具は、高周波振動する振動板と、前記振動板へと水などの導電性の液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置が、蒸気機関車の外観を模した外殻体の内部に組み込まれ、前記霧生成装置にて生成される霧を、前記外殻体に設けられた煙突を通じて外部へ排出することにより煙を演出する蒸気機関車玩具であって、前記給液機構は、前記外殻体に設けられた注入口から注入乃至滴下された微量液体を前記振動板へと案内する注液案内部と、前記注液案内部により案内された微量液体を、霧生成作用により消費し尽くされるまで、前記振動板に接触した状態に保持する微量液体保持部とを有する。
【００６０】
このような構成によれば、例えば、１回の煙出し走行サイクルに要する微量の霧原料液体を注入すると共に、これが使用し尽くされる都度に、次の注入を行うことにより、使用されずに残された液体によりカビが発生したり、腐臭がしたり、内部にカルシウムが析出する等の問題を未然に防止することができる。
【００６１】
このとき、前記微量液体保持部が、前記液体の表面張力を利用して、前記液体を前記振動板に接触した状態に保持するものであれば、微量液体の振動板への保持を効率よく実現することができる。
【００６２】
さらに、前記振動板が、表裏いずれか一方の面が接液面かつ他方の面が霧放出面となる細孔付振動板であって、前記霧放出面を上に向けた姿勢で配置されており、前記注液案内部が、その上流端が前記注液口に、下流端が前記細孔付き振動板の下に位置するように配置される傾斜樋であり、前記微量液体保持部が、前記細孔付き振動板の下面と前記傾斜樋の樋床上面との間に形成された狭い隙間であれば、上述した霧発生装置の対応する実施態様本来の有する優れた作用効果（電蝕対策）を通じて、煙突からの煙吐き出し機能を長期に亘り安定的に維持可能な信頼性の高い蒸気機関車玩具を実現することができる。
【００６３】
別の一面から見た本発明は、特定の構成を有する蒸気機関車玩具システムとして把握することもできる。すなわち、この蒸気機関車玩具システムは、軌道と、上述した一連の蒸気機関車玩具のいずれか１つとからなり、前記停車場には、所定の注液操作により、前記停車場に停車中の前記蒸気機関車玩具の注液口へと前記液体を微量注入するための注液ノズルを有する注液設備が設けられている。
【００６４】
このような構成によれば、予め決められた１煙出し走行サイクルに対応する微量の霧原料液体のみを車体に保持させると共に、それが消費尽くされる毎に、停車場にて補給すると言うシステム構成のため、給液経路の途中に貯液槽を設けてそこからチューブで振動板まで給液したり、スポンジなどの保液材を振動板に接触させる場合とは異なり、車体内部に余分な霧原料液体が保持されることがないため、貯液層や保液材に長期間に亘り使用液体が放置されることによるカビ発生、異臭発生、炭酸カルシウムの析出といった事態を未然に防止することもできる。
【００６５】
好ましい実施の態様においては、前記蒸気機関車玩具の外殻体には、前記振動板から溢れた前記液体を外部へと排出するための排出口が設けられ、かつ前記軌道上の停車場には、停車中の前記蒸気機関車玩具の前記排出口から流出する前記液体を貯留する凹部が設けられていてもよい。
【００６６】
このような構成によれば、前記隙間から溢れた余分な霧原料液体が車体内部に留まることを防止すると共に、車体から排出された霧原料液体が遊び場の床の一面に広がることも防止することができる。このとき、前記凹部が、池を模した外観を呈するように形成されていれば、外観体裁上も良好なものとなる。
【００６７】
以上説明した霧生成装置、蒸気機関車玩具、及び蒸気機関車玩具システムにあっては、霧原料となる液体の振動板への接触有無を検知する接液検知手段を設けることにより、振動板の震動を制御したが、接液検知手段の用途はこれに限定されるものではなく、広く、この種の霧生成装置における運用管理に応用することができることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【発明の効果】
【００６８】
本発明によれば、貯液槽が空となったり、貯液槽から振動板へ至る給液経路が詰まったり、保液材であるスポンジが乾いてしまったり、と言ったように、給液機構の構造に起因する様々な理由で、振動板に霧原料となる液体が接触しない状態が出現すると、直ちに、振動板の空振動を防止するための保護動作が実行される結果、振動板の金属疲労蓄積に起因する経年劣化や破損による霧生成不良乃至霧生成不能を未然に防止することができる。
【００６９】
しかも、給液経路の末端に位置する振動板自体の接液有無を検知するのであって、給液経路の途中に位置する貯液槽の液位や保液材（例えば、スポンジ）の電気導通率を見るのではないから、貯液槽や保液材を取り除いて、１回の霧生成サイクル（例えば、数十秒）に必要な液量を振動板へとその都度に供給すると言った斬新な設計により、貯液層や保液材に長期間に亘り使用液体が放置されることによるカビ発生、異臭発生、炭酸カルシウムの析出といった事態を未然に防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、蒸気機関車玩具システムの構成図である。
【図２】図２は、蒸気機関車玩具の外観斜視図である。
【図３】図３は、蒸気機関車玩具内部の主要構成要素を示す斜視図である。
【図４】図４は、蒸気機関車玩具内部の主要構成要素を示す側面図である。
【図５】図５は、噴射部の作用説明図（その１）である。
【図６】図６は、噴射部の作用説明図（その２）である。
【図７】図７は、振動子の構造を示す断面図である。
【図８】図８は、電気的ハードウェア構成の全体を概略的に示す回路図（その１）である。
【図９】図９は、検知回路の説明図（その１）である。
【図１０】図１０は、水滴サイズの変動に伴う各部の信号状態を示す波形図である。
【図１１】図１１は、検知電圧（Ｖｘ）の判定結果と駆動信号（Ｓ１）との関係を説明するタイムチャートである。
【図１２】図１２は、検知回路の説明図（その１）である。
【図１３】図１３は、出力ポートＰＯ４をＶｃｃに切り替えたとき、入力ポートＰＩ２に生じる電圧の変化を示す図である。
【図１４】図１４は、検知電極を絶縁した場合に入力ポートＰＩ２に生じる電圧を示す図である。
【図１５】図１５は、蒸気機関車玩具の制御プログラムの一例を概略的に示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、検知電圧判定処理の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、検知電圧判定処理の他の例を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
以下に、本発明に係る霧生成装置、蒸気機関車玩具、及び蒸気機関車玩具システムの好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００７２】
＜蒸気機関車玩具システムについて＞
蒸気機関車玩具システムの一例を示す構成図が、図１に示されている。同図に示されるように、この蒸気機関車玩具システムは、先頭車として構成される蒸気機関車玩具１と、それに連結される２号車として構成される貨車玩具２と、それらが走行するための軌道３と、軌道上３に設けられた停車場（詳細は後述）とを主体として構成されている。なお、符号３ａ，３ｂは軌道３の左右の案内突条、４は橋梁部である。
【００７３】
蒸気機関車玩具１は、この例にあっては、駆動用モータや減速ギア列等々の走行用動力系を一切内蔵しない非動力車として構成されている。一方、貨車玩具２は、この例にあっては、駆動用モータや減速ギア列等々の走行用動力系を内蔵する動力車として構成され、操作レバー２０１を前方位置と後方位置とのいずれかに設定することにより、高速走行と低速走行との１つが選択的に実行可能とされている。そのため、蒸気機関車玩具１は、貨車玩具２に押されることで高速又は低速にて前進可能とされている。
【００７４】
このように貨車玩具２を動力車とする構成によれば、蒸気機関車玩具１内のスペースを霧生成のための機器や発音のための機器等に専用可能となると共に、貨車玩具２を取り外して、蒸気機関車玩具１だけで手押し走行させる場合にも、蒸気機関車として必要な発煙機能や発音機能や発光機能を有効に作動させることが可能となる。もっとも、本発明に係る霧生成機能は、自力走行可能な蒸気機関車玩具にも適用可能である。
【００７５】
図中、蒸気機関車玩具１が描かれている位置が停車場である。この停車場には、軌道３を挟んで互いに反対側に位置するようにして、給水設備５と池を模した凹部６とが設けられている。給水設備５は、その内部機構を省略するが、操作ボタン５ａを押すことで、内部に貯留された水を給水ノズル５ｂの先端から蒸気機関車玩具１側の注水口（図２の符号１０３）へと微量注水乃至滴下可能とされている。
【００７６】
周囲の風景にとけ込むように、池を模した凹部６は、蒸気機関車玩具１が停車場に停止しているとき、その側面に設けられた排水口１０６から排出される余剰水を受け入れて貯水するためのものである。後に詳述するが、蒸気機関車玩具１の内部には、注水口１０３から注水乃至滴下された微量水を表面張力及び負圧吸引作用を利用して捕捉する狭い隙間乃至空所が設けられており、ここで捕捉しきれない水が余剰水として排水口１０６から排出される。なお、図において、符号７は図示しない軌道面の中央部を昇降させて貨車玩具２のストップ・アンド・ゴーを制御するためのレバーである。
【００７７】
＜蒸気機関車玩具の外観及び内部構造について＞
蒸気機関車玩具の外観斜視図が図２に、同内部の主要構成要素を示す斜視図及び側面図が図３及び図４にそれぞれ示されている。図２に示されるように、蒸気機関車玩具１は蒸気機関車の外観を模した外殻体１０１を有する。この外殻体１０１の上面には、煙突１０２、注水口１０３、電源スイッチ１０４、及び内蔵するスピーカ（図３の符号１２６）の音を外部へ放出するための放音孔１０５とが設けられている。また、外殻体１０１の側面には、先ほど説明した余剰水排出のための排水口１０６が設けられている。
【００７８】
図３及び図４に示されるように、外殻体１０１の内部には、１）軌道上の走行に必要な部品（以下、「走行用部品」と言う）、２）車輪の回転に連動して車速パルスを生成するための部品（以下、「車速パルス生成用部品」と言う）、３）効果音（ラッセル音や人の声）及び効果光（煙の照明）を生成するための部品（以下、「効果生成用部品」と言う）、４）本発明の要部である霧生成用の部品（以下、「霧生成用部品」と言う）、及び５）接液検知用の部品が含まれている。以下、それらの部品について順次に説明する。
【００７９】
１）走行用部品
走行用部品としては、左右の前輪１０７ａ，１０７ｂと、左右の後輪１０８ａ，１０８ｂと、前後の車軸１０９ａ，１０９ｂと、左右の前後輪を連結する左右の連結ロッド１１１ａ，１１１ｂとを挙げることができる。左右の連結ロッド１１１ａ，１１１ｂは、後端孔１１０ａ，１１０ｂを後輪１０８ａ，１０８ｂの偏心位置に回動可能に支持されると共に、前端長孔１１２ａ，１１２ｂを前輪１０７ａ，１０７ｂの中心位置にスライド自在に支持されている。そのため、左右の連結ロッド１１１ａ，１１１ｂが恰も伸縮することで、左右の後輪１０８ａ，１０８ｂが回転駆動される如き蒸気機関車特有のピストン運動を摸した動きを呈するように構成されている。
【００８０】
２）車速パルス生成用部品
車速パルス生成用部品としては、基端部１１７を機枠に回動自在に軸止されて、それを支点として上下に揺動可能なレバー１１６と、後輪の車軸１０９ｂと一体に回転すると共に、その周面にはレバー１１６の下面と当接するカム面が形成されたカム（図４の符号１２０参照）と、レバー１１６の先端部に取り付けられて、レバー１１６の揺動に連れて昇降する操作子１１８と、操作子１１８の昇降に連れて、間欠的にオンオフすることにより、車輪の回転に同期したパルス間隔を有する一連のパルス列である車速パルス（図１１の（ｄ））を出力するスイッチ１１９とを挙げることができる。図示例にあっては、スイッチ１１９からは、左右の後輪１０８ａ，１０８ｂの１回転毎に２個のパルスが生成される。
【００８１】
３）効果生成用部品
後述するように、霧生成部にて生成された霧は、例えば、車速パルスを基準として決定された放出のタイミングで、煙突１０２から白煙となって外部へと放出される。このとき、煙突１０２を通過する霧は、適宜な色（例えば、赤色）に照明され、恰も、燃焼炉の明かりが漏れ出すかの如き様が演出される。因みに、照明手段としては、発光ダイオード１１５が利用される。また、車速パルスを基準として生成された発音タイミングで、蒸気機関車のラッセル音に相当する効果音が生成され、併せて、人の声に相当する話音も生成される。これらの音の生成はスピーカ１２６を介して行われ、こうして生成されたラッセル音及び話音は、放音孔１０５から外部へと放出される。
【００８２】
４）霧生成用部品
霧生成用部品としては、振動子として機能する圧電式振動板１１４と注入口１０３から注入乃至滴下された微量の水を圧電式振動板１１４へと案内する傾斜樋１１３とを挙げることができる。
【００８３】
圧電式振動板１１４の構造を示す断面図が、図７に示されている。同図に示されるように、圧電式振動板１１４は、ステンレス等の金属を使用してなる円盤状（ディスク状）の金属薄板１１４ａと、Ａｇ等の金属を使用してなる円環状（ドーナツ状）の第１駆動電極１１４ｂと、セラミック等の圧電材料を使用してなる円環状（ドーナツ状）の圧電材料層１１４ｃと、Ａｇ等の金属を使用してなる円環状（ドーナツ状）の第２駆動電極１１４ｄとの４者を積層一体化すると共に、金属薄板１１４ａの表面（上面及び中心孔１１４ｆに露出する下面）を除くその周囲（中心孔１１４ｆの内周、４者積層体の外周、第２駆動電極下面）を絶縁性の被膜１１４ｅにて覆うことで構成されている。この絶縁被膜は、圧電式振動板１１４の下面にある電極１１４ｄの耐腐食性にも寄与する。円盤状の金属薄板１１４ａの中心部の小円形領域１２３は、上面側へと僅かに膨出形成されており、この小円形領域１２３には多数のミクロンサイズの細孔が設けられている。なお、第１及び第２の駆動電極１１４ｂ，１１４ｄからは図示しないリード線が引き出されている。
【００８４】
そのため、後述するように、傾斜樋１１３の樋床上面と圧電式振動板１１４の下面との間に霧原料である微量の水乃至水滴１２４が捕捉されると、この水１２４は圧電式振動板１１４の中心孔１１４ｆを通って、金属薄板１１４ａの小円形領域１２３の下面に接触してこれと導通することとなる。
【００８５】
この状態において、第１及び第２の駆動電極１１４ｂ，１１４ｄの間に高周波電圧（例えば、１１０ｋＨｚ）が印加されると、圧電材料層１１４ｃの膨張収縮が高速に繰り返されて振動板１１４が損失の少ない高いＱをもって高周波振動（共振）する。すると、金属薄板１１４ａの小円形領域１２３の下面に接する水１２４は、小円形領域１２３に設けられた多数の細孔を通って上面側へと透過することにより微粒子化されて、霧１２５が生成されることとなる。
【００８６】
このようにして、霧生成作用が生じると、小円形領域１２３の下面側には負圧が生じて、捕捉されている微量の水乃至水滴１２４は、小円形領域１２３の下面に一層強く吸着されることとなり、その結果、捕捉されている微量の水乃至水滴１２４は霧生成作用により消費し尽くされるまで、表面張力とも相まって、小円形領域１２３の下面にしっかりとへばりついてこれと接触し続けることとなる。
【００８７】
一方、圧電式振動板１１４へと供給される水を、圧電式振動板１１４の全面ではなくて、小円形領域１２３の下面にのみ限定して接触させる構成によれば、霧発生のための微粒化作用に必要な電力を大幅に軽減することもできる。すなわち、圧電式振動板１１４は機械的共振状態で励振されているために大振幅が得られているが、損失の少ない高いＱにて共振しているため、水との接触による僅かなダンピングによっても振幅に影響が出易い。そのため、小円形領域１２３の下面にのみ限定して水と接触させる構成によれば、節水面積を必要最小限に止める留めることで、低消費電力による噴霧が可能となるのである。
【００８８】
図３及び図４に戻って、傾斜樋１１３は、断面Ｖ字状の樋床面（図５の符号１１３ａ）を有する樋であって、その上流部（図５の符号１１３ｂ）は注水口１０３の真下に位置し、下流部は圧電式振動板１１４の下面側に位置するような傾斜姿勢にて支持されている。断面Ｖ字状の樋床面（図５の符号１１３ａ）の表面は、注入口１０３から注入乃至滴下された微量の水乃至水滴を、下流に向けてスムーズに流下させるべく、撥水性を付与するように構成してもよい。傾斜樋１１３の下流端には、流下する水をある程度下流端に留める機能を有する下流端壁（図５の符号１１３ｃ）が設けられている。
【００８９】
圧電式振動板１１４は、図５及び図６に示されるように、金属薄板１１４ａの側を上に向けた状態にて、この例にあっては、傾斜樋１１３の傾斜角度に合わせて、傾斜樋１１３の樋床面１１３ａとほぼ平行となる傾斜姿勢にて支持されている。なお、傾斜樋１１３と圧電式振動板１１４とが平行となることは本発明にとって必須ではない。ここで、重要な点であるが、傾斜樋１１３の床面１１３ａと圧電式振動板１１４の下面との間には、それらの間への微量水乃至水滴１２４の侵入を促進するための狭い隙間１２１が設けられている。このような狭い隙間が存在すると、傾斜樋１１３の下流まで辿り着いた微量の水乃至水滴１２４は、その表面張力により、吸い込まれるようにして隙間１２１に侵入し、上下の壁面（圧電式振動板１１４の下面と樋床１１３ａの上面）及び下流端壁１１３ｃに吸着して、その場に捕捉されることとなる。
【００９０】
５）接液検知用部品
振動板が霧原料である水又は水滴１２４と接触しているか否かを検知するためには、振動板に対して水又は水滴１２４が接触しているときに限り、それらの間が水で満たされる第１の検知電極と第２の検知電極とが必要である。この例にあっては、圧電振動板１１４を構成する金属薄板（この例では、表面にニッケルメッキ層を有するステンレス製の薄板）１１４ａそれ自体が第１の検知電極として機能する。金属薄板１１４ａは、第１の駆動電極１１４ｂと導通し、かつこの例にあっては、ほぼ接地電位（ＧＮＤ）に電位固定されている（図９参照）。一方、この例にあっては、傾斜樋１１３の下流部の樋床面１１３ａから突き出た突起状電極１２２が第２の検知電極として機能する。この突起状電極１２２の先端は、圧電式振動板１１４との間に僅かな隙間が存在しても良い。この例にあっては、第２の検知電極として機能する突起状電極１２２としては、下から上へとねじ込まれたステンレス製ビス１２２ａの先端部が利用されている（図１７参照）。その先端部は、この例にあっては、僅かな隙間を介して圧電式振動板１１４の下面と離間している。
【００９１】
＜霧生成部の作用について＞
次に、傾斜樋１１３と圧電式振動板１１４とからなる霧生成部の作用について、図５及び図６を参照して説明する。霧生成部の作用説明図（その１）及び同（その２）が、図５及び図６に示されている。
【００９２】
停車場において、注水ノズル５ｂから注水口１０３へと注水乃至滴下された微量水乃至水滴１２４は、先ず、傾斜樋１１３の上流部１１３ｂの床面１１３ａに落下する（図５（ａ）参照）。続いて、微量水乃至水滴１２４は、Ｖ字状断面を有する樋床面１１３ａに案内されつつ流下して、圧電式振動板１１４の縁部近傍にまで辿り着く（図５（ｂ）参照）。圧電振動板１１４と樋床面１１３ａとの間には、表面張力による水の侵入を促す狭い隙間１２１が存在する。そのため、この隙間１２１の入口に辿り着いた微量水乃至水滴１２４は、表面張力により吸い込まれるようにして、隙間１２１内に侵入し、上下の壁面及び下流端壁１１３ｃに吸着することにより、その場に捕捉される（図５（ｃ）参照）。このとき、図７に示されるように、微量の水又は水滴１２４は、圧電式振動板１１４の中心孔１１４ｆにほぼ収まり、金属薄板１１４ａの中心に位置する小円形領域１２３の下面に接する状態となる。この状態において、圧電式振動板１１４が駆動されると、細孔を有する金属薄板１１４ａの高周波振動による水の微粒化作用によって、圧電式振動板１１４の小円形領域１２３の上面から霧１２５が生成される。こうして生成された霧１２５が煙突１０２から外部へと放出されることにより、白煙が演出され、同時に、発光ダイオード１１５が点灯又は点滅することで、煙突１０２の内部が赤色に照明されて、燃焼室からの明かり漏洩が演出される（図６（ａ）参照）。続いて、霧の生成が進むにつれて、微量水乃至水滴１２４の量乃至サイズが減少し、これが消滅することにより、霧の生成は終了する（図６（ｂ）参照）。
【００９３】
なお、上述の一連の工程において、当初、隙間１２１の中心孔部分１１４ｆに満たされた微量水乃至水滴１２４は、霧の生成が進むにつれて徐々にその量乃至サイズを減少させ、ある時点からは、水の微粒化作用に伴う負圧吸引力とも相まって、床面１１３ａを離れて振動板１１４の下面へと吸着し、その状態でさらにその量乃至サイズを減少させつつ、最終的に消滅する。一方、第１の検知電極（金属製薄板１１４ａ）と第２の検知電極（突起状電極１２２）との間は、隙間１２１に水滴１２４が満たされた時点で導通開始となり、水滴１２４が消滅する寸前の時点で非導通となる。そのため、第１の検知電極と第２の検知電極との間の電気的特性を観察することで、振動板１１４（正確には、金属薄板１１４ａの小円形領域１２３の下面）への水滴１２４の接触有無を簡便に検知することができる。
【００９４】
＜電気的ハードウェア構成について＞
次に、蒸気機関車玩具の電気的ハードウェア構成について説明する。電気的ハードウェア構成の全体を概略的に示す回路図が、図８に示されている。同図に示されるように、蒸気機関車玩具の電気回路全体は、振動子である圧電式振動板１１４をその固有振動数にて共振させるための駆動回路（詳細は後述）と、振動子である圧電式振動板１１４に水が接触していることを検知するための検知回路（詳細は後述）と、蒸気機関車玩具全体を統括制御するためのＣＰＵ１２７とを中心に構成されている。なお、符号Ｅは電源であって、例えば、単四電池２本を直列接続することで構成される。また、符号１０４は回路に電源を供給するための電源スイッチである。
【００９５】
１）駆動回路について
先ず、振動子である圧電式振動板１１４をその固有振動数にて共振させるための駆動回路について説明する。この駆動回路は、主として、アンプＡと昇圧トランスＴと駆動用トランジスタＱとからなり、圧電振動子である圧電式振動板１１４に昇圧トランスＴを介して還流する電流を微小な抵抗Ｒ２を介して電圧に変換してアンプＡに帰還をかけルことで自励発振回路として機能するように構成されている。この自励発振回路は、圧電振動子である圧電式振動板１１４の共振周波数（例えば、１１０ｋＨｚ）にて発振動作を行う。圧電振動子である圧電振動板１１４は、回路の発振動作中にあっては、昇圧トランスＴのフライバック電圧により駆動されて高周波振動し、これと接触する水の微粒化作用により、霧が生成される。この霧の生成は、ＣＰＵ２０１から送られてくるパルス列である駆動制御信号Ｓ１に応答して、スイッチＳＷ１がオンオフし、これを受けてトランジスタＱがオンオフすることにより、適宜に断続される。
【００９６】
２）検知回路について
次に、圧電式振動板１１４に水が接触していることを検知するための検知回路について説明する。この検知回路は、図８及び図９に示されるように、一対の検知電極の一方（第１検知電極）であって、ＧＮＤ電位に固定された金属薄板１１４ａと、一対の検知電極の他方（第２検知電極）であって、プル抵抗Ｒ１を介してＣＰＵ２０１の出力ポートＰＯ４に接続された突起状電極１２２と、プログラムを介して切替制御されて、Ｖｃｃ電位とＧＮＤ電位とのいずれか一方を出力ポートＰＯ４に導出するための内部スイッチＳＷ２と、プル抵抗Ｒ１と電極間抵抗Ｒｘとの接続点に現れる検知電圧ＶｘをＣＰＵ１２７に取り込むための入力ポートＰＩ２とから構成されている。
【００９７】
水の検知動作を行わないときには、内部スイッチＳＷ２はＧＮＤ側に接続され、出力ポートＰＯ４にはＧＮＤ電位が現れている。そのため、突起状電極１２２は強制的にＧＮＤ電位にプルダウンされるため、一対の電極１１４ａ，１２２はいずれもＧＮＤ電位となり、両電極間に電位差が生ずることはない。このとき、入力ポートＰＩ２に現れる電位（検知電圧Ｖｘ）は、両電極間に水が存在するか否かに拘わらず、ＧＮＤ電位に維持されることとなる。
【００９８】
これに対して、水の検知動作を行うときには、内部スイッチＳＷ２は、ＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えられ、出力ポートＰＯ４にはＶｃｃ電位が現れるから、突起状電極１２２は強制的にＶｃｃ電位にプルアップされる。すると、両電極間に水がない場合（振動板１１４に水が接触していない場合）には、図１３（ａ）に示されるように、入力ポートＰＩ２に現れる電位（検知電圧Ｖｘ）は、所定の時定数カーブを描きながら急激に上昇してある時点でしきい値電圧Ｖｔｈを超える。一方、両電極間に水がある場合（振動板１１４に水が接触している場合）には、図１３（ｂ）に示されるように、入力ポートＰＩ２に現れる電位（検知電圧Ｖｘ）は、所定の時定数カーブを描きながら緩やかに上昇するものの、しきい値電圧Ｖｔｈを超えることはない。そのため、内部スイッチＳＷ２がＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えられたのち、ある待ち時間Ｔｗをもって、検知電圧Ｖｘの値をしきい値電圧Ｖｔｈと比較することにより、振動板１１４に水が接触しているか否かを判定することができるのである。
【００９９】
水の検知動作において、水滴サイズの変動に伴う各部の信号状態を示す波形図が、図１０に示されている。今仮に、時刻ｔ１において、注水口１０３から微量の水が注入乃至滴下されたことにより、圧電式振動板１１４と樋床１１３との隙間１２１に適量の水が満たされると（図１０（ａ）参照）、検知電圧Ｖｘの値はＧＮＤ電位からＶｃｃ電位へと立ち上がり（図１０（ｂ）参照）、検知電圧Ｖｘが予め設定されたしきい値Ｖｔｈを上回ったた時点で、検知電圧判定結果の論理値は"０"から"１"へと変化する（図１０（ｃ）参照）。以後、霧発生作用が継続したことにより、水滴サイズが徐々に減少して、時刻ｔ２において、水滴が殆ど消滅すると（図１０（ａ）参照）、検知電圧Ｖｘの値はＶｃｃ電位からＧＮＤ電位へと立ち下がり（図１０（ｂ）参照）、検知電圧Ｖｘがしきい値Ｖｔｈを下回った時点で、検知電圧判定結果の論理値は"１"から"０"へと変化する（図１０（ｃ）参照）。以後、新たに注水が行われる時刻ｔ３までの間、検知電圧判定結果の論理値は"０"の状態に維持される（図１０（ｃ）参照）。後述するように、この検知電圧判定結果の論理値"０"によって、圧電式振動板１１４の振動が強制的に阻止（禁止）され、これにより、圧電式振動板１１４の空振動に起因する金属疲労の蓄積による破損等による、霧発生不良や霧発生不能の発生が未然に防止される。
【０１００】
なお、内部スイッチＳＷ２がＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えられた直後、図１０に示されるように、検知電圧Ｖｘの値が所定の時定数カーブを描いて上昇する理由は、ＣＰＵ１２７の入力ポートＰＩ２から電極１２２に至る配線容量や両電極間に水が介在することによる容量性リアクタンスが存在するためであると推定される。プル抵抗Ｒ１の値は、大きいほど水の検知感度は良好となるが、リーク電流による誤検知を考慮すれば、１０ｋΩ〜１００ｋΩ程度が好ましい。上述の待ち時間Ｔｗの値については、プル抵抗Ｒ１の値や配線状態によっても異なるが、例えば１００μｓｅｃ程度に設定することができる。
また、水の検知をおこなう場合に限り、内部スイッチＳＷ２をＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えて、突起状電極１２２をＶｃｃ電位にプルアップするのは、突起状電極１２２を常時にＶｃｃ電位にプルアップしたままの状態にしておくと、２つの電極１１４ａ，１２２が互いに異種金属の場合、イオン化傾向によって両電極間に電位差が発生して、水の検知に悪影響を及ぼすからである。本発明者等の実験によれば、一対の電極の一方（第１検知電極）が表面がニッケルメッキされたステンレスである金属薄板１１４ａ、他方（第２検知電極）が無垢のステンレス製のビス先端である突起状電極１２２であると、両電極間に水が介在すると、金属製薄板１１４ｄが負極かつ突起状電極１２２が正極となって電池が構成されてしまい、加えて、プル抵抗Ｒ１を介する充電もされるため、突起状電極１２２の電位は次第に上昇して、遂には、しきい値電圧Ｖｔｈを超えてしまい、電極間に水が残存するにも拘わらず、渇水と誤判定される不具合が考えられるからである。
【０１０１】
３）ＣＰＵについて
次に、蒸気機関車玩具全体を統括制御するためのＣＰＵ１２７について説明する。ＣＰＵ１２７は、マイクロプロセッサや各種専用機能を有するＡＳＩＣ、さらには、メモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）を含んで構成されている。ＣＰＵ２０１には、給電のための端子（Ｖｃｃ，ＧＮＤ）の他に、車速パルスを取り込むための入力ポートＰＩ１と、検知電圧Ｖｘを取り込むための入力ポートＰＩ２と、駆動信号Ｓ１（詳細は後述）を出力するための出力ポートＰＯ１と、スピーカ１２６を駆動するためのオーディオ信号Ｓ２を出力するための出力ポートＰＯ２と、発光ダイオード１１５を駆動するためのダイオード駆動信号Ｓ３を出力するための出力ポートＰＯ３と、内部スイッチＳＷ２の切替に応じて、ＧＮＤ電位とＶｃｃ電位とを択一的に出力するための出力ポートＰＯ４とが、少なくとも、設けられている。
【０１０２】
ここで、検知電圧Ｖｘとは、前述の如く、出力ポートＰＯ４の電位がＧＮＤ電位からＶｃｃ電位に切り替わったのち、適当な待ち時間Ｔｗ（抵抗Ｒ１の値や電極１２２までの配線状態により異なるが例えば１００μｓｅｃ程度）が経過した時点における入力ポートＰＩ２の電圧であって、第１の検知電極（図７の金属薄板１１４ａ）と第２の検知電極（図７の突起状電極１２２）との間の電気抵抗Ｒｘの値（図９参照）に応じてＧＮＤ電位とＶｃｃ電位との間で変動する電圧である（図１０（ｂ）参照）。なお、図１０（ｂ）においては、水の検知動作を行う都度に現れる値であって、常時に現れる者ではないことを考慮して、一点鎖線にて表されていることに注意されたい。
【０１０３】
駆動信号Ｓ１とは、先述の駆動回路の状態を制御するための二値信号であって、駆動信号Ｓ１の出力がＯＮ状態のときは発振状態、ＯＦＦ状態のときは発振停止状態をそれぞれ駆動回路に対して指示するように構成されている（図１１（ｃ）参照）。
【０１０４】
＜電気的ソフトウェア構成について＞
１）処理全体について
蒸気機関車玩具の制御プログラムの一例を概略的に示すフローチャートが、図１５に示されている。同図において、電源スイッチ１０４の投入により処理が開始されると、先ず、イニシャライズ処理により各種のフラグやレジスタ類の初期設定を行ったのち（ステップ故１０１）、続いて、入力ポートＰＩ１から車速パルスを読み込んで、車速パルスの発生態様（例えば、パルス発生タイミング、パルス発生周期、一定個数の連続性、等々）を分析する（ステップ１０２）。続いて、上述の分析結果に基づいて、各種の発生要求（煙、音、光）の発生タイミングを決定する（ステップ１０３）。以後、車速パルスの読み込み処理（ステップ１０２）及び発生タイミング決定処理（ステップ１０３）を行いつつ、決定されたタイミングによる噴霧発生要求（図１１（ｂ）参照）、発音要求、及び発光要求の内部発生を待機する（ステップ１０４ＮＯ、ステップ１０７ＮＯ、及びステップ１０９ＮＯ）。なお、ここで、噴霧要求とは、内部発生するものであって、図１１（ｂ）に示されるように、要求有りが"１"、要求なしが"０"である。
【０１０５】
この状態において、噴霧要求が発生すると（ステップ１０４ＹＥＳ）、続いて、検知電圧判定処理（詳細は後述）を実行したのち（ステップ１０５）、検知電圧Ｖｘの判定結果を参照し、その内容が"１"か"０"かの判定を行う（ステップ１０６）。ここで、検知電圧Ｖｘの判定結果が"１"（水滴あり）であれば（ステップ１０６"１"）、出力ポートＰＯ１から噴霧器駆動信号Ｓ１のＯＮ状態及び発光信号Ｓ３を出力する（ステップ１０７，１０８）。これに対して、検知電圧Ｖｘの判定結果が"０"（水滴なし）であれば（ステップ１０６"０"）、保護動作として、上述の噴霧器駆動信号Ｓ１のＯＮ状態（ステップ１０７）及び発光信号Ｓ３の出力（ステップ１０８）はスキップされ、その代わり、噴霧器駆動信号Ｓ１のＯＦＦ状態が出力される（ステップ１０９）。先に述べたように、噴霧器駆動信号Ｓ１の内容がＯＮ状態のとき、駆動回路は発振状態となって、霧生成動作が行われるのに対して、噴霧器駆動信号Ｓ１の内容がＯＦＦ状態のとき、駆動回路は発振停止状態となって、霧生成動作は行われない。これにより、振動子を構成する圧電式振動板１１４の空振動に起因する金属疲労蓄積が回避される。また、先に述べたように、発光信号Ｓ３が出力されると（ステップ１０９ＹＥＳ）、発光ダイオード１１５を点灯又は点滅させることで、煙突１０２内を通過する霧を例えば赤色に照明して、燃焼炉から明かりが漏れている如き演出を行う。なお、図１１において、車速パルスの波形（同図（ｄ））は参考に過ぎず、その周期や他の波形とのタイミング関係は、必ずしも正確とは限らないことを注記する。
【０１０６】
なお、検知電圧Ｖｘの判定結果が"０"（水滴なし）であれば（ステップ１０６ＮＯ）、保護動作として、霧生成動作が行われるのを禁止するのではなく、その代わり、または霧生成動作の禁止とともに、別途設けられた警告ランプを点灯したり、別途設けられた表示器に警告文字を表示したり、あるいはスピーカ１２６を介して警告音声を流したりすることにより、渇水状態を報知したり、水の補給を促したりしてもよいであろう。
【０１０７】
以上の処理の間に、発音要求が発生すれば（ステップ１１０ＹＥＳ）、発音信号Ｓ２の出力処理（ステップ１１１）を実行する。ここで、先に説明したように、発音信号Ｓ２とはスピーカ１２６を駆動するためのオーディオ信号であって、その内容は、蒸気機関車の発するラッセル音であったり、子供に話しかける音声（例えば、「ぼく・・・だよ」、「現在・・・・を通過中」）であってもよい。
【０１０８】
２）検知電圧判定処理（ステップ１０５）について
検知電圧判定処理の一例を概略的に示すフローチャートが、図１６に示されている。同図において、処理が開始されると、ＣＰＵ１２７に組み込まれた内部スイッチＳＷ２をＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替え（ステップ２０１）、同時に、最大待ち時間Ｔｗ（例えば、１００μｓｅｃ）を規定するタイマをスタートしたのち（ステップ２０２）、当該タイマがタイムアップするまでの間（ステップ２０５ＮＯ）、入力ポートＰＩ２からの検知電圧Ｖｘの読込処理（ステップ２０３）及びしきい値電圧Ｖｔｈとの比較処理（ステップ２０４）を繰り返し実行する。その間に、検知電圧Ｖｘがしきい値電圧Ｖｔｈを超えた場合には（ステップ２０４ＹＥＳ）、検知電圧の判定結果は"０"（水なし）として記憶される（ステップ２０６）。これに対して、検知電圧Ｖｘがしきい値電圧Ｖｔｈを超えることなく、タイマがタイムアップした場合には（ステップ２０５ＹＥＳ）、検知電圧Ｖｘの判定結果は"１"（水あり）として記憶される（ステップ２０６）。２つの判定結果記憶処理（ステップ２０６、２０７）のいずれかが完了したならば、直ちに、内部スイッチＳＷ２をＶｃｃ側からＧＮＤ側へと切り替えたのち（ステップ２０８）、処理は終了する。そのため、検知電圧判定処理の結果が"１"か"０"かに基づいて、振動子を構成する圧電式振動板１１４の金属薄板に水が接触しているか否かを確認することができる。
【０１０９】
＜接液検知のための他の実施形態について＞
１）検知回路
次に、検知回路の他の例について説明する。この例にあっては、第１の検知電極と第２の検知電極との間の電気抵抗値ではなくて、静電容量値に基づいて振動板への接液有無を検知するものであるから、検知電極の電蝕対策として特に有効である利点がある。
【０１１０】
検知回路の説明図（その２）が、図１２に示されている。同図に示されるように、この回路にあっては、第１の検知電極と第２の検知電極とのうちの少なくとも一方（この例にあっては、第２の検知電極）は、その周囲を薄い誘電体被膜１２８ａで覆われた突起状電極１２８が採用される。突起状電極１２８それ自体としては、水と接触しないから耐腐食性を考慮する必要はなく、そのため、任意の材質の導電性金属で構成すればよい。なお、第２の検知電極の構造以外については、先に、図９を参照して説明した検知回路と同様であるから説明は省略する。
【０１１１】
誘電体被膜１２８ａの厚さは、薄ければ薄いほど、またその材質は比誘電率が大きければ大きいほど、検出性能上は好ましいが、材質としてプラスチック樹脂を使用する場合には、大きな比誘電率は期待できないので、薄くてある程度の機械的強度が保てる材質を選定することになる。被膜形成手法として、コーティングを採用するのであれば、その材質としては、テフロン（登録商標）、エポキシ、ポリエステル等を挙げることができる。被膜形成手法としてキャップを被せる場合には、キャップの材質としては、ＰＶＣやシリコン等を挙げることができる。さらに、核となる導電性電極としてアルミニウムを使用すると共に、その表面をアルマイト加工することによっても、極薄の高誘電率被膜付きの第２の検知電極を実現することができる。
【０１１２】
次に、上述の検知回路を使用した水の検知原理について説明する。いずれかの検知電極を誘電体被膜にて絶縁した場合に、入力ポートＰＩ２に生じる電圧の変化を示すグラフが、図１４に示されている。なお、このグラフは、内部スイッチＳＷ２をＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えた時点以降の電圧変化を示すものである。図１４において、上側の曲線は第１の検知電極（金属薄板１１４ａ）と第２の検知電極（誘電体被膜付きの突起状電極１２８）との間に水が存在しない状態（第１状態）のときの両電極間静電容量Ｃｘの充電曲線、下側の曲線は第１の検知電極と第２の検知電極との間に水が存在する状態（第２状態）のときの両電極間静電容量Ｃｘの充電曲線である。図から明らかなように、充電曲線の立ち上がり部分の傾きは、両電極間に水が存在しない第１状態よりも水が存在する第２状態の方が明らかに緩やかである。したがって、任意の静電容量のときの充電カーブにおける充電開始からある基準電圧Ｖｒｅｆまでの充電時間Ｔｘを、水の存在しない第１状態における充電開始から基準電圧Ｖｒｅｆまでの充電時間Ｔｒｅｆと比較することにより、振動板への水の接触有無を検知することができる。Ｔｒｅｆの値は、第２の検知電極１２８まで配線の浮遊容量の影響によって生ずるもので、予め水滴が存在しない状態で初期値として計測し、既知の値として保持しておけばよい。第２の検知電極１２８の表面積が小さい場合には、Ｔｘ−Ｔｒｅｆの値は極めて小さい値となる。そのような場合には、数回から数十回に亘り、繰り返し計測した値の積算量同士で比較判定すれば、より信頼性の高い判定結果を得ることができる。なお、プル抵抗Ｒ３の値は、大きければ大きいほど、Ｔｒｅｆ，Ｔｘの値はいずれも長くなり、ＣＰＵで数値演算する際の分解能が上がって、計測精度向上により検出感度上昇に貢献するが、外乱ノイズの影響なども考慮すると、数１０ｋ〜数１００ｋΩ程度が好ましい。
【０１１３】
２）検知電圧判定処理
上述の検知回路（図１２参照）を使用した場合における検知電圧判定処理の一例を概略的に示すフローチャートが、図１７に示されている。同図において、処理が開始されると、先ず、内部スイッチＳＷ２をＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えることにより、出力ポートＰＯ４の電位をＧＮＤ電位からＶｃｃ電位に立ち上げる（ステップ３０２）。続いて、計時用のタイマを起動したのち（ステップ３０２）、検知電圧Ｖｘの読み込み処理（ステップ３０３）及び検知電圧Ｖｘと基準電圧Ｖｒｅｆとの比較処理（ステップ３０４）を、タイマがタイムアップするまで（ステップ３０５ＮＯ）、繰り返し実行する。その間に、検知電圧Ｖｘが基準電圧Ｖｒｅｆを超えたと判定されたならば（ステップ３０４ＹＥＳ）、タイマの計時時間Ｔｘを読み込んだのち（ステップ３０６）、計時時間Ｔｘと基準時間Ｔｒｅｆとの比較を行う（ステップ３０７）。ここで、計時時間Ｔｘの値が基準時間Ｔｒｅｆの値よりも大きいと判定されると（ステップ３０７ＹＥＳ）、検知電圧Ｖｘの判定結果は"１"（水あり）として記憶される。これに対して、計時時間Ｔｘの値が基準時間Ｔｒｅｆの値に満たないと判定されたとは、又は検知電圧Ｖｘの値が基準電圧Ｖｒｅｆに達する前に、タイマがタイムアップしたときには（ステップ３０５ＹＥＳ）、検知電圧Ｖｘの判定結果は"０"（水なし）として記憶される。続いて、内部スイッチＳＷ２をＶｃｃ側からＧＮＤ側へと切り替え、出力ポートＰＯ４の電位をＶｃｃ電位からＧＮＤ電位に立ち下げて処理は終了する（ステップ３１０）。そのため、検知電圧判定処理の結果が"１"か"０"かに基づいて、振動子を構成する圧電式振動板１１４の金属薄板に水が接触しているか否かを確認することができる。
【０１１４】
＜給水完了の報知＞
上述の実施態様においては、図９又は図１２に示される検知回路、及び図１６又は図１７に示される検知電圧判定処理により、振動子を構成する圧電式振動板１１４の金属薄板に水が接触しているか否かを確認することができる。そのため、この機能を給水完了の報知に使用することもできる。その場合には、例えば、図１５に示されるフローチャートのイニシャライズ処理（ステップ１０１）において、検知電圧判定処理（ステップ１０５）を繰り返し実行しつつルーチン処理（ステップ１０２〜１１１）への移行を待機し、検知電圧判定結果が"０"（水なし）から"１"（水あり）に変化するのを待って、噴霧器駆動信号Ｓ１のＯＮ状態を出力して、噴霧動作を所定の態様にて実行することにより、煙突１０２から煙を吹き出すように構成すればよい。勿論、噴霧器駆動信号Ｓ１と共に、発光信号Ｓ３及び／又は発音信号Ｓ２を出力して、給水完了を光と音で報知するように構成してもよい。
【０１１５】
＜その他＞
なお、上述の実施形態において、振動板としては、上述の特定構造を有する圧電式振動板１１４に限らず、例えば、圧電材料を一対の駆動電極で挟持してなる振動子そのものを振動板とするもの（特許文献２参照）、あるいは、上述の振動子に片持ち支持された金属製舌片を振動板とするもの（特許文献１、３参照）等々、従前から存在する様々な構造のものを採用することができる。
【０１１６】
また、給液機構としても、上述の傾斜樋１１３に限らず、例えば、貯液槽に溜めた液体を流量調整弁付きのチューブを介して水平姿勢にある振動板上に滴下して霧を生成するもの（特許文献１、２）、あるいは、略水平姿勢にある細孔付き振動板の下面にあてがったスポンジ等の保液材を介して、振動板の下面に液体を供給して上面側から霧を生成するもの（特許文献３）等々、従前から存在する様々な構造のものを採用することができる。
【０１１７】
さらに、本発明に係る霧生成装置は、蒸気機関車玩具のみならず、煙の演出を行う各種の玩具（例えば、排気管から煙を吹き出す自動車玩具、水煙を吹き出す噴水玩具、等々）に広く採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明によれば、貯液槽が空となったり、貯液槽から振動板へ至る給液経路が詰まったり、保液材であるスポンジが乾いてしまったり、と言ったように、給液機構の構造に起因する様々な理由で、振動板に霧原料となる液体が接触しない状態が出現すると、直ちに、振動板の空振動による疲労蓄積を防止するための保護動作が実行される結果、振動板の経年劣化や破損による霧生成不良乃至霧生成不能を未然に防止することができる。
【０１１９】
しかも、給液経路の末端に位置する振動板自体の接液有無を検知するのであって、給液経路の途中に位置する貯液槽の液位や保液材（例えば、スポンジ）の電気導通率を見るのではないから、貯液槽や保液材を取り除いて、１回の霧生成サイクル（例えば、数十秒）に必要な液量を振動板へとその都度に供給すると言った斬新な設計により、貯液層や保液材に長期間に亘り使用液体が放置されることによるカビ発生、異臭発生、炭酸カルシウムの析出といった事態を未然に防止することもできる。
【符号の説明】
【０１２０】
１          蒸気機関車玩具
２          貨車玩具
３          軌道
３ａ        案内突条
３ｂ        案内突条
４          鉄橋
５          貯水タンク
５ａ        操作ボタン
５ｂ        給水ノズル
６          凹部（池）
７          操作レバー
１０１      外殻体
１０２      煙突
１０３      注水口
１０４      スライド操作子（電源スイッチ）
１０５      放音孔
１０６      排水口
１０７ａ    左前輪
１０７ｂ    右前輪
１０８ａ    左後輪
１０８ｂ    右後輪
１０９ａ    前輪の車軸
１０９ｂ    後輪の車軸
１１０ａ    左側ロッドの後端取付孔
１１０ｂ    右側ロッドの後端取付孔
１１１ａ    左側の前後輪連結ロッド
１１１ｂ    右側の前後輪連結ロッド
１１２ａ    左側ロッドの前端取付長孔
１１２ｂ    右側ロッドの前端取付長孔
１１３      傾斜樋
１１３ａ    傾斜樋の床面
１１３ｂ    傾斜樋の上流部
１１３ｃ    傾斜樋の下流端壁
１１４      圧電式振動板
１１４ａ    ディスク状金属薄板（第１検知電極）
１１４ｂ    円環状第１駆動電極
１１４ｃ    円環状圧電材料層
１１４ｄ    円環状第２駆動電極
１１４ｅ    絶縁被膜
１１５      発光ダイオード（ＬＥＤ）
１１６      揺動レバー
１１７      基端部
１１８      操作子
１１９      検出スイッチ
１２０      カム
１２１      隙間
１２２      突起状電極（第２検知電極）
１２３      円形小領域
１２４      水滴
１２５      霧
１２６      スピーカ
１２７      ＣＰＵ
１２８      誘電体被膜付きの突起状電極
１２８ａ    誘電体被膜
２０１      スイッチ
Ｒ１        プル抵抗
Ｒ２        電流帰還用抵抗
Ｒ３        プル抵抗
Ｒｘ        電極間抵抗
Ｃｘ        電極間静電容量
Ｖｘ        検知電圧
Ｅ          電源
【図１】
2018051286.tif 000003
【図２】
2018051286.tif 000004
【図３】
2018051286.tif 000005
【図４】
2018051286.tif 000006
【図５】
2018051286.tif 000007
【図６】
2018051286.tif 000008
【図７】
2018051286.tif 000009
【図８】
2018051286.tif 000010
【図９】
2018051286.tif 000011
【図１０】
2018051286.tif 000012
【図１１】
2018051286.tif 000013
【図１２】
2018051286.tif 000014
【図１３】
2018051286.tif 000015
【図１４】
2018051286.tif 000016
【図１５】
2018051286.tif 000017
【図１６】
2018051286.tif 000018
【図１７】
2018051286.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月14日(2017.4.14)
【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】
高周波振動する振動板と、前記振動板へと霧原料となる液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成部が組み込まれ、前記霧生成部にて生成される霧を、外部へ排出することにより煙を演出する発煙玩具であって、
前記振動板が、
表裏いずれか一方の面が接液面かつ他方の面が霧放出面となる細孔付き振動板であって、前記霧放出面を上に向けた姿勢で支持されており、
前記給液機構が、
所定の注入口へと外部から注入又は滴下された微量液体を、途中に貯留することなく、前記細孔付き振動板の下面側に案内することにより、前記細孔付き振動板の前記接液面に接触させるように仕組まれており、
それにより、前記細孔付き振動板の下面側に位置する前記微量液体は、霧生成作用に伴なう負圧吸引力により、霧として消費されつつ、前記細孔付き振動板の接液面に吸着保持される、発煙玩具。
【請求項２】
前記細孔付き振動板が、
環状第１駆動電極、環状圧電材料層、及び環状第２駆動電極の三者を中心孔を整合させて重ねて一体化してなる環状積層体の上に、さらに、前記中心孔を塞ぐようにして、重ねて一体化された細孔付き金属薄板であり、前記環状積層体は前記金属薄板の側を上に向けた姿勢で支持されている、請求項１に記載の発煙玩具。
【請求項３】
前記給液機構が、
その上流端が前記注液口の間近に、下流端が前記細孔付き振動板の下側に狭い隙間を介して位置するように配置される傾斜樋である、請求項１に記載の発煙玩具。
【請求項４】
前記傾斜樋は、
断面Ｖ字形の樋床を有し、かつその終端部には、前記微量液体を前記振動板の所定位置に保持するための終端壁を有する、請求項３に記載の発煙玩具。
【請求項５】
前記樋床の表面には撥水性が付与されている、請求項４に記載の発煙玩具。
【請求項６】
前記細孔付き振動板の下面の側にあって、溢れた余剰液体が外部に流出するようにした廃液口を有する、請求項１に記載の発煙玩具。
【請求項７】
蒸気機関車玩具として構成される請求項１に記載の発煙玩具。
【請求項８】
軌道と、
前記軌道の途中に設けられた停車場と、
請求項７に記載の蒸気機関車玩具として構成される発煙玩具とからなり、
前記停車場には、所定の注液操作により、前記停車場に停車中の前記蒸気機関車玩具として構成される発煙玩具の注入口へと前記液体を微量注入するためのノズルを有する注液設備が設けられている、蒸気機関車玩具システム。
【請求項９】
前記蒸気機関車玩具として構成される発煙玩具には、前記振動板から溢れた前記液体を外部へと排出するための排液口が設けられ、かつ
前記軌道上の停車場には、停車中の前記蒸気機関車玩具として構成される発煙玩具の前記排液口から流出する前記液体を貯留する池を摸した凹部が設けられている、請求項８に記載の蒸気機関車玩具システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水などの液体を高周波振動する振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置が組み込まれた発煙玩具に関する。
【背景技術】
【０００２】
給液機構を介して供給された液体（例えば、水）を高周波振動する振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成装置が組み込まれた発煙玩具としては、煙の演出を行う各種の玩具（例えば、煙突から煙を吐き出す蒸気機関車玩具、排気管から煙を吹き出す自動車玩具、水煙を吹き上げる噴水玩具、等々）が知られている（例えば、特許文献１、２、及び３等参照）。
【０００３】
振動板としては、様々な構造のものが知られており、例えば、圧電材料を一対の駆動電極で挟持してなる振動子そのものを振動板とするもの（特許文献２参照）、あるいは、上述の振動子に片持ち支持された金属製舌片を振動板とするもの（特許文献１、３参照）等が存在する。
【０００４】
給液機構としても、様々な構造のものが知られており、例えば、貯液槽に溜めた液体を流量調整弁付きのチューブを介して水平姿勢にある振動板上に滴下して霧を生成するもの（特許文献１、２）、あるいは、略水平姿勢にある細孔付き振動板の下面にあてがったスポンジ等の保液材を介して、振動板の下面に液体を供給して上面側から霧を生成するもの（特許文献３）等が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０４−１５０９６８号公報
【特許文献２】実開平０５−０７０５９２号公報
【特許文献３】特許第３７４４９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の霧生成装置の不具合の１つに、玩具内に残された霧生成用液体によりカビが発生したり、腐臭がしたり、内部にカルシウムが析出する等の問題がある。
【０００７】
この発明は、上述の問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、この種の発煙玩具において、玩具内に残された霧生成用液体によりカビが発生したり、腐臭がしたり、内部にカルシウムが析出する等の問題を未然に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の技術的課題は、以下の構成を有する本発明に係る発煙玩具により解決できると考えれる。
すなわち、本発明に係る発煙玩具は、高周波振動する振動板と、前記振動板へと霧原料となる液体を供給する給液機構とを有し、前記給液機構を介して供給された前記液体を前記振動板に接触させて微粒子化することにより霧を生成する霧生成部が組み込まれ、前記霧生成部にて生成される霧を、外部へ排出することにより煙を演出する発煙玩具であって、
前記振動板が、
表裏いずれか一方の面が接液面かつ他方の面が霧放出面となる細孔付き振動板であって、前記霧放出面を上に向けた姿勢で支持されており、
前記給液機構が、
所定の注入口へと外部から注入又は滴下された微量液体を、途中に貯留することなく、前記細孔付き振動板の下面側に案内することにより、前記細孔付き振動板の前記接液面に接触させるように仕組まれており、
それにより、前記細孔付き振動板の下面側に位置する前記微量液体は、霧生成作用に伴なう負圧吸引力により、霧として消費されつつ、前記細孔付き振動板の接液面に吸着保持される、ようにしたものである。
【０００９】
このような構成によれば、例えば、１回の煙出しサイクルに要する微量の霧原料液体を注入すると共に、これが使用し尽くされる都度に、次の注入を行うことにより、使用されずに残された液体によりカビが発生したり、腐臭がしたり、内部にカルシウムが析出する等の問題を未然に防止することができる。加えて、このような霧原料液体の微量都度供給によれば、水が接触することによる振動板のダンピング負荷を必要最小限に留めることにより、霧発生に要する消費電力の軽減化も実現することができる。
【００１０】
好ましい実施の態様としては、前記細孔付き振動板が、環状第１駆動電極、環状圧電材料層、及び環状第２駆動電極の三者を中心孔を整合させて重ねて一体化してなる環状積層体の上に、さらに、前記中心孔を塞ぐようにして、重ねて一体化された細孔付き金属薄板であり、前記環状積層体は前記金属薄板の側を上に向けた姿勢で支持されていてもよい。
【００１１】
このような構成によれば、１回の霧生成サイクルに必要な微量液体の細孔付き振動板への正確な付着を液体の表面張力及び／又は、液体の微粒化にに伴う吸引力（負圧）を利用して適切に行うことができる。
【００１２】
好ましい実施の態様としては、前記給液機構が、その上流端が前記注液口の間近に、下流端が前記細孔付き振動板の下側に狭い隙間を介して位置するように配置される傾斜樋であってもよい。
【００１３】
このような構成によれば、外殻体の上部に配置された注液口から、１回の霧生成サイクル（例えば、蒸気機関車玩具の１回の煙吹き出し走行サイクルに相当する数十秒）に必要な微量の霧原料液体（例えば、導電性液体である水）を注入又は滴下すれば、こうして注入又は滴下された微量液体は、その上流部が注液口の真下に位置する傾斜樋に案内されて下流端近傍にまで運ばれる。下流端近傍の樋床上面とその上に覆い被さる圧電振動板下面との間には、表面張力による液体の侵入を促す狭い隙間が設けられている。そのため、下流端近傍に辿り着いた微量液体は、表面張力により上記隙間に充満すると共に、その状態で上下の壁面に吸着捕捉される。
【００１４】
好ましい実施の態様としては、前記傾斜樋は、断面Ｖ字形の樋床を有し、かつその終端部には、前記微量液体を前記振動板の所定位置に保持するための終端壁を有する、ものであってもよい。
【００１５】
このような構成によれば、注液口へと注入または滴下された微量の霧原料液体は、振動板の所定位置へと正確に案内される。
【００１６】
好ましい実施の態様としては、前記傾斜樋の樋床の表面には撥水性が付与されていてもよい。
【００１７】
このような構成によれば、傾斜樋の上流端に滴下された微量な霧原料液体は、表面張力により液滴形状を維持したまま、傾斜樋の下流端へと案内されることから、樋床面にはカビや腐臭の原因となる濡れが生じにくい利点がある。
【００１８】
好ましい実施の態様としては、前記細孔付き振動板の下面の側にあって、溢れた余剰液体が外部に流出するようにした廃液口を有してもよい。
【００１９】
このような構成によれば、前記細孔付き振動板の接液面に吸着され損ねた霧原料の余剰液体が玩具内部に溜まって、カビが発生したり、腐臭がしたり、内部にカルシウムが析出する等の問題を未然に防止することができる。
【００２０】
好ましい実施の態様としては、本発明の発煙玩具は蒸気機関車玩具として構成されるものであってもよい。
【００２１】
このような構成によれば、例えば、１回の煙出し走行サイクル（例えば、数十秒）に要する微量の霧原料液体を注入すると共に、これが使用し尽くされる都度に、次の注入を行うことにより、使用されずに残された液体によりカビが発生したり、腐臭がしたり、内部にカルシウムが析出する等の問題を未然に防止することが可能な蒸気機関車玩具を提供することができる。
【００２２】
別の一面から見た本発明は、蒸気機関車玩具システムとして把握することもできる。すなわち、この蒸気機関車玩具システムは、軌道と、前記軌道の途中に設けられた停車場と、上述の蒸気機関車玩具として構成される発煙玩具とからなり、前記停車場には、所定の注液操作により、前記停車場に停車中の前記蒸気機関車玩具として構成される発煙玩具の注入口へと前記液体を微量注入するためのノズルを有する注液設備が設けられている。
【００２３】
このような構成によれば、予め決められた１煙出し走行サイクルに対応する微量の霧原料液体のみを車体に保持させると共に、それが消費尽くされる毎に、停車場にて補給すると言うシステム構成のため、給液経路の途中に貯液槽を設けてそこからチューブで振動板まで給液したり、スポンジなどの保液材を振動板に接触させる場合とは異なり、車体内部に余分な霧原料液体が保持されることがないため、貯液層や保液材に長期間に亘り使用液体が放置されることによるカビ発生、異臭発生、炭酸カルシウムの析出といった事態を未然に防止することもできる。
【００２４】
好ましい実施の態様によれば、前記蒸気機関車玩具として構成される発煙玩具には、前記振動板から溢れた前記液体を外部へと排出するための排液口が設けられ、かつ前記軌道上の停車場には、停車中の前記蒸気機関車玩具として構成される発煙玩具の前記排液口から流出する前記液体を貯留する池を摸した凹部が設けられていてもよい。
【００２５】
このような構成によれば、前記隙間から溢れた余分な霧原料液体が車体内部に留まることを防止すると共に、車体から排出された霧原料液体が遊び場の床の一面に広がることも防止することができる。このとき、前記凹部が、池を模した外観を呈するように形成されていれば、外観体裁上も良好なものとなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、例えば、１回の煙出しサイクルに要する微量の霧原料液体を注入すると共に、これが使用し尽くされる都度に、次の注入を行うことにより、使用されずに残された液体によりカビが発生したり、腐臭がしたり、内部にカルシウムが析出する等の問題を未然に防止することができる。加えて、このような霧原料液体の微量都度供給によれば、水が接触することによる振動板のダンピング負荷を必要最小限に留めることにより、霧発生に要する消費電力の軽減化も実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、蒸気機関車玩具システムの構成図である。
【図２】図２は、蒸気機関車玩具の外観斜視図である。
【図３】図３は、蒸気機関車玩具内部の主要構成要素を示す斜視図である。
【図４】図４は、蒸気機関車玩具内部の主要構成要素を示す側面図である。
【図５】図５は、噴射部の作用説明図（その１）である。
【図６】図６は、噴射部の作用説明図（その２）である。
【図７】図７は、振動子の構造を示す断面図である。
【図８】図８は、電気的ハードウェア構成の全体を概略的に示す回路図（その１）である。
【図９】図９は、検知回路の説明図（その１）である。
【図１０】図１０は、水滴サイズの変動に伴う各部の信号状態を示す波形図である。
【図１１】図１１は、検知電圧（Ｖｘ）の判定結果と駆動信号（Ｓ１）との関係を説明するタイムチャートである。
【図１２】図１２は、検知回路の説明図（その１）である。
【図１３】図１３は、出力ポートＰＯ４をＶｃｃに切り替えたとき、入力ポートＰＩ２に生じる電圧の変化を示す図である。
【図１４】図１４は、検知電極を絶縁した場合に入力ポートＰＩ２に生じる電圧を示す図である。
【図１５】図１５は、蒸気機関車玩具の制御プログラムの一例を概略的に示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、検知電圧判定処理の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、検知電圧判定処理の他の例を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明に係る霧生成装置、蒸気機関車玩具、及び蒸気機関車玩具システムの好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
＜蒸気機関車玩具システムについて＞
蒸気機関車玩具システムの一例を示す構成図が、図１に示されている。同図に示されるように、この蒸気機関車玩具システムは、先頭車として構成される蒸気機関車玩具１と、それに連結される２号車として構成される貨車玩具２と、それらが走行するための軌道３と、軌道上３に設けられた停車場（詳細は後述）とを主体として構成されている。なお、符号３ａ，３ｂは軌道３の左右の案内突条、４は橋梁部である。
【００３０】
蒸気機関車玩具１は、この例にあっては、駆動用モータや減速ギア列等々の走行用動力系を一切内蔵しない非動力車として構成されている。一方、貨車玩具２は、この例にあっては、駆動用モータや減速ギア列等々の走行用動力系を内蔵する動力車として構成され、操作レバー２０１を前方位置と後方位置とのいずれかに設定することにより、高速走行と低速走行との１つが選択的に実行可能とされている。そのため、蒸気機関車玩具１は、貨車玩具２に押されることで高速又は低速にて前進可能とされている。
【００３１】
このように貨車玩具２を動力車とする構成によれば、蒸気機関車玩具１内のスペースを霧生成のための機器や発音のための機器等に専用可能となると共に、貨車玩具２を取り外して、蒸気機関車玩具１だけで手押し走行させる場合にも、蒸気機関車として必要な発煙機能や発音機能や発光機能を有効に作動させることが可能となる。もっとも、本発明に係る霧生成機能は、自力走行可能な蒸気機関車玩具にも適用可能である。
【００３２】
図中、蒸気機関車玩具１が描かれている位置が停車場である。この停車場には、軌道３を挟んで互いに反対側に位置するようにして、給水設備５と池を模した凹部６とが設けられている。給水設備５は、その内部機構を省略するが、操作ボタン５ａを押すことで、内部に貯留された水を給水ノズル５ｂの先端から蒸気機関車玩具１側の注水口（図２の符号１０３）へと微量注水乃至滴下可能とされている。
【００３３】
周囲の風景にとけ込むように、池を模した凹部６は、蒸気機関車玩具１が停車場に停止しているとき、その側面に設けられた排水口１０６から排出される余剰水を受け入れて貯水するためのものである。後に詳述するが、蒸気機関車玩具１の内部には、注水口１０３から注水乃至滴下された微量水を表面張力及び負圧吸引作用を利用して捕捉する狭い隙間乃至空所が設けられており、ここで捕捉しきれない水が余剰水として排水口１０６から排出される。なお、図において、符号７は図示しない軌道面の中央部を昇降させて貨車玩具２のストップ・アンド・ゴーを制御するためのレバーである。
【００３４】
＜蒸気機関車玩具の外観及び内部構造について＞
蒸気機関車玩具の外観斜視図が図２に、同内部の主要構成要素を示す斜視図及び側面図が図３及び図４にそれぞれ示されている。図２に示されるように、蒸気機関車玩具１は蒸気機関車の外観を模した外殻体１０１を有する。この外殻体１０１の上面には、煙突１０２、注水口１０３、電源スイッチ１０４、及び内蔵するスピーカ（図３の符号１２６）の音を外部へ放出するための放音孔１０５とが設けられている。また、外殻体１０１の側面には、先ほど説明した余剰水排出のための排水口１０６が設けられている。
【００３５】
図３及び図４に示されるように、外殻体１０１の内部には、１）軌道上の走行に必要な部品（以下、「走行用部品」と言う）、２）車輪の回転に連動して車速パルスを生成するための部品（以下、「車速パルス生成用部品」と言う）、３）効果音（ラッセル音や人の声）及び効果光（煙の照明）を生成するための部品（以下、「効果生成用部品」と言う）、４）本発明の要部である霧生成用の部品（以下、「霧生成用部品」と言う）、及び５）接液検知用の部品が含まれている。以下、それらの部品について順次に説明する。
【００３６】
１）走行用部品
走行用部品としては、左右の前輪１０７ａ，１０７ｂと、左右の後輪１０８ａ，１０８ｂと、前後の車軸１０９ａ，１０９ｂと、左右の前後輪を連結する左右の連結ロッド１１１ａ，１１１ｂとを挙げることができる。左右の連結ロッド１１１ａ，１１１ｂは、後端孔１１０ａ，１１０ｂを後輪１０８ａ，１０８ｂの偏心位置に回動可能に支持されると共に、前端長孔１１２ａ，１１２ｂを前輪１０７ａ，１０７ｂの中心位置にスライド自在に支持されている。そのため、左右の連結ロッド１１１ａ，１１１ｂが恰も伸縮することで、左右の後輪１０８ａ，１０８ｂが回転駆動される如き蒸気機関車特有のピストン運動を摸した動きを呈するように構成されている。
【００３７】
２）車速パルス生成用部品
車速パルス生成用部品としては、基端部１１７を機枠に回動自在に軸止されて、それを支点として上下に揺動可能なレバー１１６と、後輪の車軸１０９ｂと一体に回転すると共に、その周面にはレバー１１６の下面と当接するカム面が形成されたカム（図４の符号１２０参照）と、レバー１１６の先端部に取り付けられて、レバー１１６の揺動に連れて昇降する操作子１１８と、操作子１１８の昇降に連れて、間欠的にオンオフすることにより、車輪の回転に同期したパルス間隔を有する一連のパルス列である車速パルス（図１１の（ｄ））を出力するスイッチ１１９とを挙げることができる。図示例にあっては、スイッチ１１９からは、左右の後輪１０８ａ，１０８ｂの１回転毎に２個のパルスが生成される。
【００３８】
３）効果生成用部品
後述するように、霧生成部にて生成された霧は、例えば、車速パルスを基準として決定された放出のタイミングで、煙突１０２から白煙となって外部へと放出される。このとき、煙突１０２を通過する霧は、適宜な色（例えば、赤色）に照明され、恰も、燃焼炉の明かりが漏れ出すかの如き様が演出される。因みに、照明手段としては、発光ダイオード１１５が利用される。また、車速パルスを基準として生成された発音タイミングで、蒸気機関車のラッセル音に相当する効果音が生成され、併せて、人の声に相当する話音も生成される。これらの音の生成はスピーカ１２６を介して行われ、こうして生成されたラッセル音及び話音は、放音孔１０５から外部へと放出される。
【００３９】
４）霧生成用部品
霧生成用部品としては、振動子として機能する圧電式振動板１１４と注入口１０３から注入乃至滴下された微量の水を圧電式振動板１１４へと案内する傾斜樋１１３とを挙げることができる。
【００４０】
圧電式振動板１１４の構造を示す断面図が、図７に示されている。同図に示されるように、圧電式振動板１１４は、ステンレス等の金属を使用してなる円盤状（ディスク状）の金属薄板１１４ａと、Ａｇ等の金属を使用してなる円環状（ドーナツ状）の第１駆動電極１１４ｂと、セラミック等の圧電材料を使用してなる円環状（ドーナツ状）の圧電材料層１１４ｃと、Ａｇ等の金属を使用してなる円環状（ドーナツ状）の第２駆動電極１１４ｄとの４者を積層一体化すると共に、金属薄板１１４ａの表面（上面及び中心孔１１４ｆに露出する下面）を除くその周囲（中心孔１１４ｆの内周、４者積層体の外周、第２駆動電極下面）を絶縁性の被膜１１４ｅにて覆うことで構成されている。この絶縁被膜は、圧電式振動板１１４の下面にある電極１１４ｄの耐腐食性にも寄与する。円盤状の金属薄板１１４ａの中心部の小円形領域１２３は、上面側へと僅かに膨出形成されており、この小円形領域１２３には多数のミクロンサイズの細孔が設けられている。なお、第１及び第２の駆動電極１１４ｂ，１１４ｄからは図示しないリード線が引き出されている。
【００４１】
そのため、後述するように、傾斜樋１１３の樋床上面と圧電式振動板１１４の下面との間に霧原料である微量の水乃至水滴１２４が捕捉されると、この水１２４は圧電式振動板１１４の中心孔１１４ｆを通って、金属薄板１１４ａの小円形領域１２３の下面に接触してこれと導通することとなる。
【００４２】
この状態において、第１及び第２の駆動電極１１４ｂ，１１４ｄの間に高周波電圧（例えば、１１０ｋＨｚ）が印加されると、圧電材料層１１４ｃの膨張収縮が高速に繰り返されて振動板１１４が損失の少ない高いＱをもって高周波振動（共振）する。すると、金属薄板１１４ａの小円形領域１２３の下面に接する水１２４は、小円形領域１２３に設けられた多数の細孔を通って上面側へと透過することにより微粒子化されて、霧１２５が生成されることとなる。
【００４３】
このようにして、霧生成作用が生じると、小円形領域１２３の下面側には負圧が生じて、捕捉されている微量の水乃至水滴１２４は、小円形領域１２３の下面に一層強く吸着されることとなり、その結果、捕捉されている微量の水乃至水滴１２４は霧生成作用により消費し尽くされるまで、表面張力とも相まって、小円形領域１２３の下面にしっかりとへばりついてこれと接触し続けることとなる。
【００４４】
一方、圧電式振動板１１４へと供給される水を、圧電式振動板１１４の全面ではなくて、小円形領域１２３の下面にのみ限定して接触させる構成によれば、霧発生のための微粒化作用に必要な電力を大幅に軽減することもできる。すなわち、圧電式振動板１１４は機械的共振状態で励振されているために大振幅が得られているが、損失の少ない高いＱにて共振しているため、水との接触による僅かなダンピングによっても振幅に影響が出易い。そのため、小円形領域１２３の下面にのみ限定して水と接触させる構成によれば、節水面積を必要最小限に留めることで、低消費電力による噴霧が可能となるのである。
【００４５】
図３及び図４に戻って、傾斜樋１１３は、断面Ｖ字状の樋床面（図５の符号１１３ａ）を有する樋であって、その上流部（図５の符号１１３ｂ）は注水口１０３の真下に位置し、下流部は圧電式振動板１１４の下面側に位置するような傾斜姿勢にて支持されている。断面Ｖ字状の樋床面（図５の符号１１３ａ）の表面は、注入口１０３から注入乃至滴下された微量の水乃至水滴を、下流に向けてスムーズに流下させるべく、撥水性を付与するように構成してもよい。傾斜樋１１３の下流端には、流下する水をある程度下流端に留める機能を有する下流端壁（図５の符号１１３ｃ）が設けられている。
【００４６】
圧電式振動板１１４は、図５及び図６に示されるように、金属薄板１１４ａの側を上に向けた状態にて、この例にあっては、傾斜樋１１３の傾斜角度に合わせて、傾斜樋１１３の樋床面１１３ａとほぼ平行となる傾斜姿勢にて支持されている。なお、傾斜樋１１３と圧電式振動板１１４とが平行となることは本発明にとって必須ではない。ここで、重要な点であるが、傾斜樋１１３の床面１１３ａと圧電式振動板１１４の下面との間には、それらの間への微量水乃至水滴１２４の侵入を促進するための狭い隙間１２１が設けられている。このような狭い隙間が存在すると、傾斜樋１１３の下流まで辿り着いた微量の水乃至水滴１２４は、その表面張力により、吸い込まれるようにして隙間１２１に侵入し、上下の壁面（圧電式振動板１１４の下面と樋床１１３ａの上面）及び下流端壁１１３ｃに吸着して、その場に捕捉されることとなる。
【００４７】
５）接液検知用部品
振動板が霧原料である水又は水滴１２４と接触しているか否かを検知するためには、振動板に対して水又は水滴１２４が接触しているときに限り、それらの間が水で満たされる第１の検知電極と第２の検知電極とが必要である。この例にあっては、圧電振動板１１４を構成する金属薄板（この例では、表面にニッケルメッキ層を有するステンレス製の薄板）１１４ａそれ自体が第１の検知電極として機能する。金属薄板１１４ａは、第１の駆動電極１１４ｂと導通し、かつこの例にあっては、ほぼ接地電位（ＧＮＤ）に電位固定されている（図９参照）。一方、この例にあっては、傾斜樋１１３の下流部の樋床面１１３ａから突き出た突起状電極１２２が第２の検知電極として機能する。この突起状電極１２２の先端は、圧電式振動板１１４との間に僅かな隙間が存在しても良い。この例にあっては、第２の検知電極として機能する突起状電極１２２としては、下から上へとねじ込まれたステンレス製ビス１２２ａの先端部が利用されている（図１６参照）。その先端部は、この例にあっては、僅かな隙間を介して圧電式振動板１１４の下面と離間している。
【００４８】
＜霧生成部の作用について＞
次に、傾斜樋１１３と圧電式振動板１１４とからなる霧生成部の作用について、図５及び図６を参照して説明する。霧生成部の作用説明図（その１）及び同（その２）が、図５及び図６に示されている。
【００４９】
停車場において、注水ノズル５ｂから注水口１０３へと注水乃至滴下された微量水乃至水滴１２４は、先ず、傾斜樋１１３の上流部１１３ｂの床面１１３ａに落下する（図５（ａ）参照）。続いて、微量水乃至水滴１２４は、Ｖ字状断面を有する樋床面１１３ａに案内されつつ流下して、圧電式振動板１１４の縁部近傍にまで辿り着く（図５（ｂ）参照）。圧電振動板１１４と樋床面１１３ａとの間には、表面張力による水の侵入を促す狭い隙間１２１が存在する。そのため、この隙間１２１の入口に辿り着いた微量水乃至水滴１２４は、表面張力により吸い込まれるようにして、隙間１２１内に侵入し、上下の壁面及び下流端壁１１３ｃに吸着することにより、その場に捕捉される（図５（ｃ）参照）。このとき、図７に示されるように、微量の水又は水滴１２４は、圧電式振動板１１４の中心孔１１４ｆにほぼ収まり、金属薄板１１４ａの中心に位置する小円形領域１２３の下面に接する状態となる。この状態において、圧電式振動板１１４が駆動されると、細孔を有する金属薄板１１４ａの高周波振動による水の微粒化作用によって、圧電式振動板１１４の小円形領域１２３の上面から霧１２５が生成される。こうして生成された霧１２５が煙突１０２から外部へと放出されることにより、白煙が演出され、同時に、発光ダイオード１１５が点灯又は点滅することで、煙突１０２の内部が赤色に照明されて、燃焼室からの明かり漏洩が演出される（図６（ａ）参照）。続いて、霧の生成が進むにつれて、微量水乃至水滴１２４の量乃至サイズが減少し、これが消滅することにより、霧の生成は終了する（図６（ｂ）参照）。
【００５０】
なお、上述の一連の工程において、当初、隙間１２１の中心孔部分１１４ｆに満たされた微量水乃至水滴１２４は、霧の生成が進むにつれて徐々にその量乃至サイズを減少させ、ある時点からは、水の微粒化作用に伴う負圧吸引力とも相まって、床面１１３ａを離れて振動板１１４の下面へと吸着し、その状態でさらにその量乃至サイズを減少させつつ、最終的に消滅する。一方、第１の検知電極（金属製薄板１１４ａ）と第２の検知電極（突起状電極１２２）との間は、隙間１２１に水滴１２４が満たされた時点で導通開始となり、水滴１２４が消滅する寸前の時点で非導通となる。そのため、第１の検知電極と第２の検知電極との間の電気的特性を観察することで、振動板１１４（正確には、金属薄板１１４ａの小円形領域１２３の下面）への水滴１２４の接触有無を簡便に検知することができる。
【００５１】
＜電気的ハードウェア構成について＞
次に、蒸気機関車玩具の電気的ハードウェア構成について説明する。電気的ハードウェア構成の全体を概略的に示す回路図が、図８に示されている。同図に示されるように、蒸気機関車玩具の電気回路全体は、振動子である圧電式振動板１１４をその固有振動数にて共振させるための駆動回路（詳細は後述）と、振動子である圧電式振動板１１４に水が接触していることを検知するための検知回路（詳細は後述）と、蒸気機関車玩具全体を統括制御するためのＣＰＵ１２７とを中心に構成されている。なお、符号Ｅは電源であって、例えば、単四電池２本を直列接続することで構成される。また、符号１０４は回路に電源を供給するための電源スイッチである。
【００５２】
１）駆動回路について
先ず、振動子である圧電式振動板１１４をその固有振動数にて共振させるための駆動回路について説明する。この駆動回路は、主として、アンプＡと昇圧トランスＴと駆動用トランジスタＱとからなり、圧電振動子である圧電式振動板１１４に昇圧トランスＴを介して還流する電流を微小な抵抗Ｒ２を介して電圧に変換してアンプＡに帰還をかけルことで自励発振回路として機能するように構成されている。この自励発振回路は、圧電振動子である圧電式振動板１１４の共振周波数（例えば、１１０ｋＨｚ）にて発振動作を行う。圧電振動子である圧電振動板１１４は、回路の発振動作中にあっては、昇圧トランスＴのフライバック電圧により駆動されて高周波振動し、これと接触する水の微粒化作用により、霧が生成される。この霧の生成は、ＣＰＵ１２７から送られてくるパルス列である駆動制御信号Ｓ１に応答して、スイッチＳＷ１がオンオフし、これを受けてトランジスタＱがオンオフすることにより、適宜に断続される。
【００５３】
２）検知回路について
次に、圧電式振動板１１４に水が接触していることを検知するための検知回路について説明する。この検知回路は、図８及び図９に示されるように、一対の検知電極の一方（第１検知電極）であって、ＧＮＤ電位に固定された金属薄板１１４ａと、一対の検知電極の他方（第２検知電極）であって、プル抵抗Ｒ１を介してＣＰＵ１２７の出力ポートＰＯ４に接続された突起状電極１２２と、プログラムを介して切替制御されて、Ｖｃｃ電位とＧＮＤ電位とのいずれか一方を出力ポートＰＯ４に導出するための内部スイッチＳＷ２と、プル抵抗Ｒ１と電極間抵抗Ｒｘとの接続点に現れる検知電圧ＶｘをＣＰＵ１２７に取り込むための入力ポートＰＩ２とから構成されている。
【００５４】
水の検知動作を行わないときには、内部スイッチＳＷ２はＧＮＤ側に接続され、出力ポートＰＯ４にはＧＮＤ電位が現れている。そのため、突起状電極１２２は強制的にＧＮＤ電位にプルダウンされるため、一対の電極１１４ａ，１２２はいずれもＧＮＤ電位となり、両電極間に電位差が生ずることはない。このとき、入力ポートＰＩ２に現れる電位（検知電圧Ｖｘ）は、両電極間に水が存在するか否かに拘わらず、ＧＮＤ電位に維持されることとなる。
【００５５】
これに対して、水の検知動作を行うときには、内部スイッチＳＷ２は、ＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えられ、出力ポートＰＯ４にはＶｃｃ電位が現れるから、突起状電極１２２は強制的にＶｃｃ電位にプルアップされる。すると、両電極間に水がない場合（振動板１１４に水が接触していない場合）には、図１３（ａ）に示されるように、入力ポートＰＩ２に現れる電位（検知電圧Ｖｘ）は、所定の時定数カーブを描きながら急激に上昇してある時点でしきい値電圧Ｖｔｈを超える。一方、両電極間に水がある場合（振動板１１４に水が接触している場合）には、図１３（ｂ）に示されるように、入力ポートＰＩ２に現れる電位（検知電圧Ｖｘ）は、所定の時定数カーブを描きながら緩やかに上昇するものの、しきい値電圧Ｖｔｈを超えることはない。そのため、内部スイッチＳＷ２がＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えられたのち、ある待ち時間Ｔｗをもって、検知電圧Ｖｘの値をしきい値電圧Ｖｔｈと比較することにより、振動板１１４に水が接触しているか否かを判定することができるのである。
【００５６】
水の検知動作において、水滴サイズの変動に伴う各部の信号状態を示す波形図が、図１０に示されている。今仮に、時刻ｔ１において、注水口１０３から微量の水が注入乃至滴下されたことにより、圧電式振動板１１４と樋床１１３との隙間１２１に適量の水が満たされると（図１０（ａ）参照）、検知電圧Ｖｘの値はＶｃｃ電位からＧＮＤ電位へと立ち下がり（図１０（ｂ）参照）、検知電圧判定結果の論理値は"０"から"１"へと変化する（図１０（ｃ）参照）。以後、霧発生作用が継続したことにより、水滴サイズが徐々に減少して、時刻ｔ２において、水滴が殆ど消滅すると（図１０（ａ）参照）、検知電圧Ｖｘの値はＧＮＤ電位からＶｃｃ電位へと立ち上がり（図１０（ｂ）参照）、検知電圧判定結果の論理値は"１"から"０"へと変化する（図１０（ｃ）参照）。以後、新たに注水が行われる時刻ｔ３までの間、検知電圧判定結果の論理値は"０"の状態に維持される（図１０（ｃ）参照）。後述するように、この検知電圧判定結果の論理値"０"によって、圧電式振動板１１４の振動が強制的に阻止（禁止）され、これにより、圧電式振動板１１４の空振動に起因する金属疲労の蓄積による破損等による、霧発生不良や霧発生不能の発生が未然に防止される。
【００５７】
なお、内部スイッチＳＷ２がＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えられた直後、図１３に示されるように、検知電圧Ｖｘの値が所定の時定数カーブを描いて上昇する理由は、ＣＰＵ１２７の入力ポートＰＩ２から電極１２２に至る配線容量や両電極間に水が介在することによる容量性リアクタンスが存在するためであると推定される。プル抵抗Ｒ１の値は、大きいほど水の検知感度は良好となるが、リーク電流による誤検知を考慮すれば、１０ｋΩ〜１００ｋΩ程度が好ましい。上述の待ち時間Ｔｗの値については、プル抵抗Ｒ１の値や配線状態によっても異なるが、例えば１００μｓｅｃ程度に設定することができる。また、水の検知をおこなう場合に限り、内部スイッチＳＷ２をＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えて、突起状電極１２２をＶｃｃ電位にプルアップするのは、突起状電極１２２を常時にＶｃｃ電位にプルアップしたままの状態にしておくと、２つの電極１１４ａ，１２２が互いに異種金属の場合、イオン化傾向によって両電極間に電位差が発生して、水の検知に悪影響を及ぼすからである。本発明者等の実験によれば、一対の電極の一方（第１検知電極）が表面がニッケルメッキされたステンレスである金属薄板１１４ａ、他方（第２検知電極）が無垢のステンレス製のビス先端である突起状電極１２２であると、両電極間に水が介在すると、金属製薄板１１４ｄが負極かつ突起状電極１２２が正極となって電池が構成されてしまい、加えて、プル抵抗Ｒ１を介する充電もされるため、突起状電極１２２の電位は次第に上昇して、遂には、しきい値電圧Ｖｔｈを超えてしまい、電極間に水が残存するにも拘わらず、渇水と誤判定される不具合が考えられるからである。
【００５８】
３）ＣＰＵについて
次に、蒸気機関車玩具全体を統括制御するためのＣＰＵ１２７について説明する。ＣＰＵ１２７は、マイクロプロセッサや各種専用機能を有するＡＳＩＣ、さらには、メモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）を含んで構成されている。ＣＰＵ２０１には、給電のための端子（Ｖｃｃ，ＧＮＤ）の他に、車速パルスを取り込むための入力ポートＰＩ１と、検知電圧Ｖｘを取り込むための入力ポートＰＩ２と、駆動信号Ｓ１（詳細は後述）を出力するための出力ポートＰＯ１と、スピーカ１２６を駆動するためのオーディオ信号Ｓ２を出力するための出力ポートＰＯ２と、発光ダイオード１１５を駆動するためのダイオード駆動信号Ｓ３を出力するための出力ポートＰＯ３と、内部スイッチＳＷ２の切替に応じて、ＧＮＤ電位とＶｃｃ電位とを択一的に出力するための出力ポートＰＯ４とが、少なくとも、設けられている。
【００５９】
ここで、検知電圧Ｖｘとは、前述の如く、出力ポートＰＯ４の電位がＧＮＤ電位からＶｃｃ電位に切り替わったのち、適当な待ち時間Ｔｗ（抵抗Ｒ１の値や電極１２２までの配線状態により異なるが例えば１００μｓｅｃ程度）が経過した時点における入力ポートＰＩ２の電圧であって、第１の検知電極（図７の金属薄板１１４ａ）と第２の検知電極（図７の突起状電極１２２）との間の電気抵抗Ｒｘの値（図９参照）に応じてＧＮＤ電位とＶｃｃ電位との間で変動する電圧である（図１０（ｂ）参照）。なお、図１０（ｂ）においては、水の検知動作を行う都度に現れる値であって、常時に現れるものではないことを考慮して、一点鎖線にて表されていることに注意されたい。
【００６０】
駆動信号Ｓ１とは、先述の駆動回路の状態を制御するための二値信号であって、駆動信号Ｓ１の出力がＯＮ状態のときは発振状態、ＯＦＦ状態のときは発振停止状態をそれぞれ駆動回路に対して指示するように構成されている（図１１（ｃ）参照）。
【００６１】
＜電気的ソフトウェア構成について＞
１）処理全体について
蒸気機関車玩具の制御プログラムの一例を概略的に示すフローチャートが、図１５に示されている。同図において、電源スイッチ１０４の投入により処理が開始されると、先ず、イニシャライズ処理により各種のフラグやレジスタ類の初期設定を行ったのち（ステップ故１０１）、続いて、入力ポートＰＩ１から車速パルスを読み込んで、車速パルスの発生態様（例えば、パルス発生タイミング、パルス発生周期、一定個数の連続性、等々）を分析する（ステップ１０２）。続いて、上述の分析結果に基づいて、各種の発生要求（煙、音、光）の発生タイミングを決定する（ステップ１０３）。以後、車速パルスの読み込み処理（ステップ１０２）及び発生タイミング決定処理（ステップ１０３）を行いつつ、決定されたタイミングによる噴霧発生要求（図１１（ｂ）参照）、発音要求、及び発光要求の内部発生を待機する（ステップ１０４ＮＯ、ステップ１０７ＮＯ、及びステップ１０９ＮＯ）。なお、ここで、噴霧要求とは、内部発生するものであって、図１１（ｂ）に示されるように、要求有りが"１"、要求なしが"０"である。
【００６２】
この状態において、噴霧要求が発生すると（ステップ１０４ＹＥＳ）、続いて、検知電圧判定処理（詳細は後述）を実行したのち（ステップ１０５）、検知電圧Ｖｘの判定結果を参照し、その内容が"１"か"０"かの判定を行う（ステップ１０６）。ここで、検知電圧Ｖｘの判定結果が"１"（水滴あり）であれば（ステップ１０６"１"）、出力ポートＰＯ１，ＰＯ３から噴霧器駆動信号Ｓ１のＯＮ状態及び発光信号Ｓ３を出力する（ステップ１０７，１０８）。これに対して、検知電圧Ｖｘの判定結果が"０"（水滴なし）であれば（ステップ１０６"０"）、保護動作として、上述の噴霧器駆動信号Ｓ１のＯＮ状態（ステップ１０７）及び発光信号Ｓ３の出力（ステップ１０８）はスキップされ、その代わり、噴霧器駆動信号Ｓ１のＯＦＦ状態が出力される（ステップ１０９）。先に述べたように、噴霧器駆動信号Ｓ１の内容がＯＮ状態のとき、駆動回路は発振状態となって、霧生成動作が行われるのに対して、噴霧器駆動信号Ｓ１の内容がＯＦＦ状態のとき、駆動回路は発振停止状態となって、霧生成動作は行われない。これにより、振動子を構成する圧電式振動板１１４の空振動に起因する金属疲労蓄積が回避される。また、先に述べたように、発光信号Ｓ３が出力されると（ステップ１０９ＹＥＳ）、発光ダイオード１１５を点灯又は点滅させることで、煙突１０２内を通過する霧を例えば赤色に照明して、燃焼炉から明かりが漏れている如き演出を行う。なお、図１１において、車速パルスの波形（同図（ｄ））は参考に過ぎず、その周期や他の波形とのタイミング関係は、必ずしも正確とは限らないことを注記する。
【００６３】
なお、検知電圧Ｖｘの判定結果が"０"（水滴なし）であれば（ステップ１０６ＮＯ）、保護動作として、霧生成動作が行われるのを禁止するのではなく、その代わり、または霧生成動作の禁止とともに、別途設けられた警告ランプを点灯したり、別途設けられた表示器に警告文字を表示したり、あるいはスピーカ１２６を介して警告音声を流したりすることにより、渇水状態を報知したり、水の補給を促したりしてもよいであろう。
【００６４】
以上の処理の間に、発音要求が発生すれば（ステップ１１０ＹＥＳ）、出力ポートＰＯ２から発音信号Ｓ２の出力処理（ステップ１１１）を実行する。ここで、先に説明したように、発音信号Ｓ２とはスピーカ１２６を駆動するためのオーディオ信号であって、その内容は、蒸気機関車の発するラッセル音であったり、子供に話しかける音声（例えば、「ぼく・・・だよ」、「現在・・・・を通過中」）であってもよい。
【００６５】
２）検知電圧判定処理（ステップ１０５）について
検知電圧判定処理の一例を概略的に示すフローチャートが、図１６に示されている。同図において、処理が開始されると、ＣＰＵ１２７に組み込まれた内部スイッチＳＷ２をＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替え（ステップ２０１）、同時に、最大待ち時間Ｔｗ（例えば、１００μｓｅｃ）を規定するタイマをスタートしたのち（ステップ２０２）、当該タイマがタイムアップするまでの間（ステップ２０５ＮＯ）、入力ポートＰＩ２からの検知電圧Ｖｘの読込処理（ステップ２０３）及びしきい値電圧Ｖｔｈとの比較処理（ステップ２０４）を繰り返し実行する。その間に、検知電圧Ｖｘがしきい値電圧Ｖｔｈを超えた場合には（ステップ２０４ＹＥＳ）、検知電圧の判定結果は"０"（水なし）として記憶される（ステップ２０６）。これに対して、検知電圧Ｖｘがしきい値電圧Ｖｔｈを超えることなく、タイマがタイムアップした場合には（ステップ２０５ＹＥＳ）、検知電圧Ｖｘの判定結果は"１"（水あり）として記憶される（ステップ２０６）。２つの判定結果記憶処理（ステップ２０６、２０７）のいずれかが完了したならば、直ちに、内部スイッチＳＷ２をＶｃｃ側からＧＮＤ側へと切り替えたのち（ステップ２０８）、処理は終了する。そのため、検知電圧判定処理の結果が"１"か"０"かに基づいて、振動子を構成する圧電式振動板１１４の金属薄板に水が接触しているか否かを確認することができる。
【００６６】
＜接液検知のための他の実施形態について＞
１）検知回路
次に、検知回路の他の例について説明する。この例にあっては、第１の検知電極と第２の検知電極との間の電気抵抗値ではなくて、静電容量値に基づいて振動板への接液有無を検知するものであるから、検知電極の電蝕対策として特に有効である利点がある。
【００６７】
検知回路の説明図（その２）が、図１２に示されている。同図に示されるように、この回路にあっては、第１の検知電極と第２の検知電極とのうちの少なくとも一方（この例にあっては、第２の検知電極）は、その周囲を薄い誘電体被膜１２８ａで覆われた突起状電極１２８が採用される。突起状電極１２８それ自体としては、水と接触しないから耐腐食性を考慮する必要はなく、そのため、任意の材質の導電性金属で構成すればよい。なお、第２の検知電極の構造以外については、先に、図９を参照して説明した検知回路と同様であるから説明は省略する。
【００６８】
誘電体被膜１２８ａの厚さは、薄ければ薄いほど、またその材質は比誘電率が大きければ大きいほど、検出性能上は好ましいが、材質としてプラスチック樹脂を使用する場合には、大きな比誘電率は期待できないので、薄くてある程度の機械的強度が保てる材質を選定することになる。被膜形成手法として、コーティングを採用するのであれば、その材質としては、テフロン（登録商標）、エポキシ、ポリエステル等を挙げることができる。被膜形成手法としてキャップを被せる場合には、キャップの材質としては、ＰＶＣやシリコン等を挙げることができる。さらに、核となる導電性電極としてアルミニウムを使用すると共に、その表面をアルマイト加工することによっても、極薄の高誘電率被膜付きの第２の検知電極を実現することができる。
【００６９】
次に、上述の検知回路を使用した水の検知原理について説明する。いずれかの検知電極を誘電体被膜にて絶縁した場合に、入力ポートＰＩ２に生じる電圧の変化を示すグラフが、図１４に示されている。なお、このグラフは、内部スイッチＳＷ２をＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えた時点以降の電圧変化を示すものである。図１４において、上側の曲線は第１の検知電極（金属薄板１１４ａ）と第２の検知電極（誘電体被膜付きの突起状電極１２８）との間に水が存在しない状態（第１状態）のときの両電極間静電容量Ｃｘの充電曲線、下側の曲線は第１の検知電極と第２の検知電極との間に水が存在する状態（第２状態）のときの両電極間静電容量Ｃｘの充電曲線である。図から明らかなように、充電曲線の立ち上がり部分の傾きは、両電極間に水が存在しない第１状態よりも水が存在する第２状態の方が明らかに緩やかである。したがって、任意の静電容量のときの充電カーブにおける充電開始からある基準電圧Ｖｒｅｆまでの充電時間Ｔｘを、水の存在しない第１状態における充電開始から基準電圧Ｖｒｅｆまでの充電時間Ｔｒｅｆと比較することにより、振動板への水の接触有無を検知することができる。Ｔｒｅｆの値は、第２の検知電極１２８まで配線の浮遊容量の影響によって生ずるもので、予め水滴が存在しない状態で初期値として計測し、既知の値として保持しておけばよい。第２の検知電極１２８の表面積が小さい場合には、Ｔｘ−Ｔｒｅｆの値は極めて小さい値となる。そのような場合には、数回から数十回に亘り、繰り返し計測した値の積算量同士で比較判定すれば、より信頼性の高い判定結果を得ることができる。なお、プル抵抗Ｒ３の値は、大きければ大きいほど、Ｔｒｅｆ，Ｔｘの値はいずれも長くなり、ＣＰＵで数値演算する際の分解能が上がって、計測精度向上により検出感度上昇に貢献するが、外乱ノイズの影響なども考慮すると、数１０ｋ〜数１００ｋΩ程度が好ましい。
【００７０】
２）検知電圧判定処理
上述の検知回路（図１２参照）を使用した場合における検知電圧判定処理の一例を概略的に示すフローチャートが、図１７に示されている。同図において、処理が開始されると、先ず、内部スイッチＳＷ２をＧＮＤ側からＶｃｃ側へと切り替えることにより、出力ポートＰＯ４の電位をＧＮＤ電位からＶｃｃ電位に立ち上げる（ステップ３０２）。続いて、計時用のタイマを起動したのち（ステップ３０２）、検知電圧Ｖｘの読み込み処理（ステップ３０３）及び検知電圧Ｖｘと基準電圧Ｖｒｅｆとの比較処理（ステップ３０４）を、タイマがタイムアップするまで（ステップ３０５ＮＯ）、繰り返し実行する。その間に、検知電圧Ｖｘが基準電圧Ｖｒｅｆを超えたと判定されたならば（ステップ３０４ＹＥＳ）、タイマの計時時間Ｔｘを読み込んだのち（ステップ３０６）、計時時間Ｔｘと基準時間Ｔｒｅｆとの比較を行う（ステップ３０７）。ここで、計時時間Ｔｘの値が基準時間Ｔｒｅｆの値よりも大きいと判定されると（ステップ３０７ＹＥＳ）、検知電圧Ｖｘの判定結果は"１"（水あり）として記憶される。これに対して、計時時間Ｔｘの値が基準時間Ｔｒｅｆの値に満たないと判定されたとは、又は検知電圧Ｖｘの値が基準電圧Ｖｒｅｆに達する前に、タイマがタイムアップしたときには（ステップ３０５ＹＥＳ）、検知電圧Ｖｘの判定結果は"０"（水なし）として記憶される。続いて、内部スイッチＳＷ２をＶｃｃ側からＧＮＤ側へと切り替え、出力ポートＰＯ４の電位をＶｃｃ電位からＧＮＤ電位に立ち下げて処理は終了する（ステップ３１０）。そのため、検知電圧判定処理の結果が"１"か"０"かに基づいて、振動子を構成する圧電式振動板１１４の金属薄板に水が接触しているか否かを確認することができる。
【００７１】
＜給水完了の報知＞
上述の実施態様においては、図９又は図１２に示される検知回路、及び図１６又は図１７に示される検知電圧判定処理により、振動子を構成する圧電式振動板１１４の金属薄板に水が接触しているか否かを確認することができる。そのため、この機能を給水完了の報知に使用することもできる。その場合には、例えば、図１５に示されるフローチャートのイニシャライズ処理（ステップ１０１）において、検知電圧判定処理（ステップ１０５）を繰り返し実行しつつルーチン処理（ステップ１０２〜１１１）への移行を待機し、検知電圧判定結果が"０"（水なし）から"１"（水あり）に変化するのを待って、噴霧器駆動信号Ｓ１のＯＮ状態を出力して、噴霧動作を所定の態様にて実行することにより、煙突１０２から煙を吹き出すように構成すればよい。勿論、噴霧器駆動信号Ｓ１と共に、発光信号Ｓ３及び／又は発音信号Ｓ２を出力して、給水完了を光と音で報知するように構成してもよい。
【００７２】
＜その他＞
なお、上述の実施形態において、振動板としては、上述の特定構造を有する圧電式振動板１１４に限らず、例えば、圧電材料を一対の駆動電極で挟持してなる振動子そのものを振動板とするもの（特許文献２参照）、あるいは、上述の振動子に片持ち支持された金属製舌片を振動板とするもの（特許文献１、３参照）等々、従前から存在する様々な構造のものを採用することができる。
【００７３】
また、給液機構としても、上述の傾斜樋１１３に限らず、例えば、貯液槽に溜めた液体を流量調整弁付きのチューブを介して水平姿勢にある振動板上に滴下して霧を生成するもの（特許文献１、２）、あるいは、略水平姿勢にある細孔付き振動板の下面にあてがったスポンジ等の保液材を介して、振動板の下面に液体を供給して上面側から霧を生成するもの（特許文献３）等々、従前から存在する様々な構造のものを採用することができる。
【００７４】
さらに、本発明に係る霧生成装置は、蒸気機関車玩具のみならず、煙の演出を行う各種の玩具（例えば、排気管から煙を吹き出す自動車玩具、水煙を吹き出す噴水玩具、等々）に広く採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、例えば、１回の煙出しサイクルに要する微量の霧原料液体を注入すると共に、これが使用し尽くされる都度に、次の注入を行うことにより、使用されずに残された液体によりカビが発生したり、腐臭がしたり、内部にカルシウムが析出する等の問題を未然に防止することができる。加えて、このような霧原料液体の微量都度供給によれば、水が接触することによる振動板のダンピング負荷を必要最小限に留めることにより、霧発生に要する消費電力の軽減化も実現することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１          蒸気機関車玩具
２          貨車玩具
３          軌道
３ａ        案内突条
３ｂ        案内突条
４          鉄橋
５          貯水タンク
５ａ        操作ボタン
５ｂ        給水ノズル
６          凹部（池）
７          操作レバー
１０１      外殻体
１０２      煙突
１０３      注水口
１０４      スライド操作子（電源スイッチ）
１０５      放音孔
１０６      排水口
１０７ａ    左前輪
１０７ｂ    右前輪
１０８ａ    左後輪
１０８ｂ    右後輪
１０９ａ    前輪の車軸
１０９ｂ    後輪の車軸
１１０ａ    左側ロッドの後端取付孔
１１０ｂ    右側ロッドの後端取付孔
１１１ａ    左側の前後輪連結ロッド
１１１ｂ    右側の前後輪連結ロッド
１１２ａ    左側ロッドの前端取付長孔
１１２ｂ    右側ロッドの前端取付長孔
１１３      傾斜樋
１１３ａ    傾斜樋の床面
１１３ｂ    傾斜樋の上流部
１１３ｃ    傾斜樋の下流端壁
１１４      圧電式振動板
１１４ａ    ディスク状金属薄板（第１検知電極）
１１４ｂ    円環状第１駆動電極
１１４ｃ    円環状圧電材料層
１１４ｄ    円環状第２駆動電極
１１４ｅ    絶縁被膜
１１５      発光ダイオード（ＬＥＤ）
１１６      揺動レバー
１１７      基端部
１１８      操作子
１１９      検出スイッチ
１２０      カム
１２１      隙間
１２２      突起状電極（第２検知電極）
１２３      円形小領域
１２４      水滴
１２５      霧
１２６      スピーカ
１２７      ＣＰＵ
１２８      誘電体被膜付きの突起状電極
１２８ａ    誘電体被膜
２０１      スイッチ
Ｒ１        プル抵抗
Ｒ２        電流帰還用抵抗
Ｒ３        プル抵抗
Ｒｘ        電極間抵抗
Ｃｘ        電極間静電容量
Ｖｘ        検知電圧
Ｅ          電源
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2018051286.tif 000020