(57)【要約】【課題】固有の共振周波数をもつ超音波振動子４０に対して変換回路６３を介して正弦波状の交番電圧Ｖａを駆動電圧として印加する超音波振動子駆動装置６０であって、接地ＧＮＤへのリーク電流を抑制できるものを提供すること。【解決手段】駆動電圧発生部６２から変換回路６３へ流れる第１の電流ｉ１を検出する第１の電流検出部６５と、変換回路６３から超音波振動子４０へ流れる第２の電流ｉ２を検出する第２の電流検出部６６とを備える。周波数制御部６１は、第１の電流ｉ１と第２の電流ｉ２との間の差が極小値に近づくように、駆動電圧発生部６２に対して矩形波状の交番電圧Ｖｇの周波数を変更させる制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を含み固有の共振周波数をもつ超音波振動子に対して、駆動電圧を印加して駆動する超音波振動子駆動装置であって、
上記駆動電圧の元になる矩形波状の交番電圧を、上記超音波振動子の共振周波数を含む周波数範囲で周波数可変に発生する駆動電圧発生部と、
上記駆動電圧発生部から上記超音波振動子への配線経路に介挿され、誘導性リアクタンス素子と容量性リアクタンス素子とによって、上記駆動電圧発生部が発生した矩形波状の交番電圧を正弦波状の交番電圧に変換する変換回路とを備え、この正弦波状の交番電圧が上記駆動電圧として上記超音波振動子に印加され、
上記駆動電圧発生部から上記変換回路へ流れる第１の電流を検出する第１の電流検出部と、
上記変換回路から上記超音波振動子へ流れる第２の電流を検出する第２の電流検出部と、
上記第１の電流と上記第２の電流との間の差が極小値に近づくように、上記駆動電圧発生部に対して上記矩形波状の交番電圧の周波数を変更させる制御を行う周波数制御部と
を備えたことを特徴とする超音波振動子駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波振動子駆動装置において、
上記第１の電流と上記第２の電流との間の差は、上記第１の電流のピーク・ツー・ピーク値と上記第２の電流のピーク・ツー・ピーク値との間の差、上記第１の電流の振幅と上記第２の電流の振幅との間の差、または、上記第１の電流の実効値と上記第２の電流の実効値との間の差であることを特徴とする超音波振動子駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波振動子駆動装置において、
上記超音波振動子の共振周波数を含む周波数範囲で上記変換回路が示すインピーダンスは、上記超音波振動子のインピーダンスの最小値に実質的に一致するように設定されていることを特徴とする超音波振動子駆動装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一つに記載の超音波振動子駆動装置において、
上記超音波振動子は、上記圧電素子とこの圧電素子の振動を伝えるホーンとが一体に組み合わされて構成されたホーン振動子であることを特徴とする超音波振動子駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波振動子駆動装置と、
上記ホーン振動子の振動面に対向して配置された平板状またはシート状のメッシュ部とを備え、
上記振動面と上記メッシュ部との間に供給された液体を、上記メッシュ部を通して霧化して噴霧することを特徴とするメッシュ式ネブライザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は超音波振動子駆動装置に関し、より詳しくは、固有の共振周波数をもつ超音波振動子に対して、駆動電圧（交番電圧）を印加して駆動する超音波振動子駆動装置に関する。また、この発明は、そのような超音波振動子駆動装置を備えたメッシュ式ネブライザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の超音波振動子駆動装置としては、例えば特許文献１（特開２００３−０３８６４６号公報）に、超音波振動子としての圧電素子に正弦波または矩形波の駆動電圧を印加して、この圧電素子の超音波振動によって薬液を霧化して噴霧するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０３８６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記超音波振動子が、例えばメッシュ式ネブライザを構成するのに広く用いられているような、圧電素子とこの圧電素子の振動を伝えるホーンとが一体に組み合わされたタイプのもの（適宜「ホーン振動子」と呼ぶ。）である場合、図８から分かるように、Ｑ値（共振の鋭さ）が非常に高い。このため、図９に例示するように、或るホーン振動子（固有の共振周波数をｆｒとする。ｆｒの単位はｋＨｚとする。）について、駆動電圧の周波数の実用的な範囲は、（ｆｒ−０．８ｋＨｚ）からｆｒまでの範囲Δｆに限られている。なお、図８、図９では、横軸が駆動電圧の周波数を表し、縦軸がホーン振動子のインピーダンス（実線で示す）と位相（破線で示す）を表している。
【０００５】
さらに、ホーン振動子の共振周波数ｆｒには、±１．５ｋＨｚ程度の製造ばらつきがあることが知られている。図１０は、製造ばらつきにより共振周波数が異なる３つのサンプルＮｏ．１〜３について、矩形波からなる駆動電圧の周波数を変化させたときの単位時間当たりの噴霧量の変化を示している。駆動電圧の周波数が、サンプルＮｏ．１では共振周波数ｆｒ１＝１７８．８５ｋＨｚ、サンプルＮｏ．２では共振周波数ｆｒ２＝１７９．１５ｋＨｚ、サンプルＮｏ．３では共振周波数ｆｒ３＝１７９．４０ｋＨｚを、それぞれ高々０．０３ｋＨｚ程度上回ると、単位時間当たりの噴霧量が約半分に低下している。
【０００６】
このため、例えば駆動用ＩＣ（集積回路）が出力した矩形波状の交番電圧をそのまま駆動電圧としてホーン振動子に印加すると、駆動電圧の周波数がホーン振動子の共振周波数から外れて、ホーン振動子の駆動効率が低下することがある。
【０００７】
これに対して、駆動用ＩＣが発生した矩形波状の交番電圧（駆動電圧の元になる）を、誘導性リアクタンス素子（Ｌ）と容量性リアクタンス素子（Ｃ）とを含む変換回路を介して正弦波状の交番電圧に変換した状態でホーン振動子に印加すると、駆動電圧の周波数がホーン振動子の共振周波数を少し外れたとしても、駆動効率の低下を抑制でき、単位時間当たりの噴霧量の減少を抑制できる。しかしながら、単に駆動用ＩＣとホーン振動子との間に変換回路を介挿すると、上記変換回路を介して接地（ＧＮＤ）へリーク電流が流れて、消費電流が増大するという問題がある。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、固有の共振周波数をもつ超音波振動子に対して変換回路を介して正弦波状の交番電圧を駆動電圧として印加する超音波振動子駆動装置であって、接地へのリーク電流を抑制できるものを提供することにある。また、この発明の課題は、そのような超音波振動子駆動装置を備えたメッシュ式ネブライザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、この発明の超音波振動子駆動装置は、
圧電素子を含み固有の共振周波数をもつ超音波振動子に対して、駆動電圧を印加して駆動する超音波振動子駆動装置であって、
上記駆動電圧の元になる矩形波状の交番電圧を、上記超音波振動子の共振周波数を含む周波数範囲で周波数可変に発生する駆動電圧発生部と、
上記駆動電圧発生部から上記超音波振動子への配線経路に介挿され、誘導性リアクタンス素子と容量性リアクタンス素子とによって、上記駆動電圧発生部が発生した矩形波状の交番電圧を正弦波状の交番電圧に変換する変換回路とを備え、この正弦波状の交番電圧が上記駆動電圧として上記超音波振動子に印加され、
上記駆動電圧発生部から上記変換回路へ流れる第１の電流を検出する第１の電流検出部と、
上記変換回路から上記超音波振動子へ流れる第２の電流を検出する第２の電流検出部と、
上記第１の電流と上記第２の電流との間の差が極小値に近づくように、上記駆動電圧発生部に対して上記矩形波状の交番電圧の周波数を変更させる制御を行う周波数制御部と
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、「矩形波状」とは、厳密な矩形波だけでなく、上記超音波振動子に対する駆動電圧としての用途において実質的に矩形波と見なせるような、角をもつ波形を含む。また、「正弦波状」とは、厳密な正弦波だけでなく、上記超音波振動子に対する駆動電圧としての用途において実質的に正弦波と見なせるような、滑らかに変化する波形を含む。
【００１１】
この発明の超音波振動子駆動装置では、駆動電圧発生部が、上記駆動電圧の元になる矩形波状の交番電圧を、上記超音波振動子の共振周波数を含む周波数範囲で周波数可変に発生する。上記駆動電圧発生部から上記超音波振動子へ向かう配線経路に介挿された変換回路が、誘導性リアクタンス素子と容量性リアクタンス素子とによって、上記駆動電圧発生部が発生した矩形波状の交番電圧を正弦波状の交番電圧に変換する。この正弦波状の交番電圧が上記駆動電圧として上記超音波振動子に印加される。したがって、上記駆動電圧の周波数が上記超音波振動子の共振周波数を少し外れたとしても、駆動効率の低下を抑制できる。しかも、この超音波振動子駆動装置では、第１の電流検出部が、上記駆動電圧発生部から上記変換回路へ流れる第１の電流を検出すると共に、第２の電流検出部が、上記変換回路から上記超音波振動子へ流れる第２の電流を検出する。周波数制御部は、上記第１の電流と上記第２の電流との間の差が極小値に近づくように、上記駆動電圧発生部に対して上記矩形波状の交番電圧の周波数を変更させる制御を行う。上記制御によって上記第１の電流と上記第２の電流との間の差が極小値近傍になったとき、上記変換回路のインピーダンスと上記超音波振動子のインピーダンスとが整合する。したがって、上記第１の電流と上記第２の電流との差、すなわち、上記変換回路を介した接地へのリーク電流が抑制される。この結果、消費電流の増大を抑制できる。
【００１２】
一実施形態の超音波振動子駆動装置では、上記第１の電流と上記第２の電流との間の差は、上記第１の電流のピーク・ツー・ピーク値と上記第２の電流のピーク・ツー・ピーク値との間の差、上記第１の電流の振幅と上記第２の電流の振幅との間の差、または、上記第１の電流の実効値と上記第２の電流の実効値との間の差であることを特徴とする。
【００１３】
この一実施形態の超音波振動子駆動装置では、上記第１、第２の電流の位相にかかわらず、上記第１の電流と上記第２の電流との間の差を簡単に求めることができる。
【００１４】
一実施形態の超音波振動子駆動装置では、上記超音波振動子の共振周波数を含む周波数範囲で上記変換回路が示すインピーダンスは、上記超音波振動子のインピーダンスの最小値に実質的に一致するように設定されていることを特徴とする。
【００１５】
ここで、超音波振動子のインピーダンスの最小値に「実質的に一致」するとは、丁度一致する場合に加えて、インピーダンス整合の観点から、最小値に実質的に一致していると見なせる範囲（例えば、上記最小値から、上記最小値の１．５倍までの範囲）を含む。
【００１６】
この一実施形態の超音波振動子駆動装置では、上記超音波振動子の共振周波数を含む周波数範囲で上記変換回路が示すインピーダンスは、上記超音波振動子のインピーダンスの最小値に実質的に一致するように設定されている。ここで、上述のように、上記周波数制御部による上記制御によって上記第１の電流と上記第２の電流との間の差が極小値近傍になったとき、上記変換回路のインピーダンスと上記超音波振動子のインピーダンスとが整合する。したがって、そのとき、上記矩形波状の交番電圧の周波数が上記超音波振動子の共振周波数（上記超音波振動子のインピーダンスの最小値を与える周波数）に略一致する。この結果、上記超音波振動子の駆動効率が高まる。
【００１７】
一実施形態の超音波振動子駆動装置では、上記超音波振動子は、上記圧電素子とこの圧電素子の振動を伝えるホーンとが一体に組み合わされて構成されたホーン振動子であることを特徴とする。
【００１８】
この一実施形態の超音波振動子駆動装置では、上記超音波振動子は、上記圧電素子とこの圧電素子の振動を伝えるホーンとが一体に組み合わされて構成されたホーン振動子である。したがって、上記駆動電圧の周波数が上記超音波振動子の共振周波数を少し外れたとしても、駆動効率の低下を抑制できる、という本発明による利益が大きい。
【００１９】
別の局面では、この発明のメッシュ式ネブライザは、
上記発明の超音波振動子駆動装置であって、上記超音波振動子が、上記圧電素子とこの圧電素子の振動を伝えるホーンとが一体に組み合わされて構成されたホーン振動子であるものと、
上記ホーン振動子の振動面に対向して配置された平板状またはシート状のメッシュ部とを備え、
上記振動面と上記メッシュ部との間に供給された液体を、上記メッシュ部を通して霧化して噴霧することを特徴とする。
【００２０】
本明細書で、「平板状またはシート状のメッシュ部」とは、平板またはシートを貫通する複数の貫通孔を有し、これらの貫通孔を通過させて液体を霧化するための要素を意味する。なお、シートはフィルムを含む。
【００２１】
この発明のメッシュ式ネブライザによれば、上記液体を効率良く霧化して噴霧でき、また、消費電流の増大を抑制できる。
【発明の効果】
【００２２】
以上より明らかなように、この発明の超音波振動子駆動装置は、固有の共振周波数をもつ超音波振動子に対して変換回路を介して正弦波状の交番電圧を駆動電圧として印加する超音波振動子駆動装置であって、接地へのリーク電流を抑制できる。また、この発明のメッシュ式ネブライザによれば、液体を効率良く霧化して噴霧でき、また、消費電流の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態の超音波振動子駆動装置の、駆動電圧発生部から超音波振動子としてのホーン振動子への配線経路に変換回路が介挿された回路構成を示す図である。
【図２】上記超音波振動子駆動装置を搭載したメッシュ式ネブライザの霧化部の構成を示す図である。
【図３】上記超音波振動子駆動装置を構成する制御部による制御の概略フローを示す図である。
【図４】上記制御部による周波数制御のフローを示す図である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｃ）は、上記駆動電圧発生部が発生する矩形波状の交番電圧の周波数を順次上昇させたときの、上記駆動電圧発生部から上記変換回路へ流れる第１の電流の変化を示す図である。図５（Ｂ）、図５（Ｄ）は、それぞれ図５（Ａ）、図５（Ｃ）に対応して、上記駆動電圧発生部が発生する矩形波状の交番電圧の周波数を順次上昇させたときの、上記変換回路から上記ホーン振動子へ流れる第２の電流の変化を示す図である。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｃ）は、上記駆動電圧発生部が発生する矩形波状の交番電圧の周波数を順次上昇させたときの、上記駆動電圧発生部から上記変換回路へ流れる第１の電流の変化を示す図である。図６（Ｂ）、図６（Ｄ）は、それぞれ図６（Ａ）、図６（Ｃ）に対応して、上記駆動電圧発生部が発生する矩形波状の交番電圧の周波数を順次上昇させたときの、上記変換回路から上記ホーン振動子へ流れる第２の電流の変化を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は、上記駆動電圧発生部が発生する矩形波状の交番電圧の周波数をさらに上昇させたときの、上記駆動電圧発生部から上記変換回路へ流れる第１の電流の変化を示す図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に対応して、上記駆動電圧発生部が発生する矩形波状の交番電圧の周波数をさらに上昇させたときの、上記変換回路から上記ホーン振動子へ流れる第２の電流の変化を示す図である。
【図８】駆動電圧の周波数の変化に伴う、ホーン振動子のインピーダンス（実線で示す）と位相（破線で示す）の変化を示す図である。
【図９】或るホーン振動子（共振周波数をｆｒとする。）について、駆動電圧の周波数の実用的な範囲を示す図である。
【図１０】製造ばらつきにより共振周波数が異なる３つのホーン振動子サンプルについて、駆動電圧の周波数を変化させたときの単位時間当たりの噴霧量の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図２は、この発明の一実施形態の超音波振動子駆動装置を搭載したメッシュ式ネブライザ（全体を符号１で表す。）の霧化部の構成を示している。このメッシュ式ネブライザ１は、上部に開口１８を有する本体１０と、この本体１０内に内蔵された超音波振動子としてのホーン振動子４０を備えている。本体１０の外面には、図示しない電源スイッチが設けられている。
【００２６】
ホーン振動子４０は、上方の開口１８に対向して水平に配された振動面４３と、この振動面４３から下方に離間した位置に配された圧電素子４１と、圧電素子４１と振動面４３との間に配され、圧電素子４１の振動を増幅するとともに振動面４３へ伝達するホーン４２とが、一体に組み合わされて構成されている。ホーン振動子４０（正確には、圧電素子４１）に対する駆動電圧は、後述する超音波振動子駆動装置６０によって供給されるようになっている。このホーン振動子４０は、図８、図９中に例示したような固有の共振周波数ｆｒを有している。
【００２７】
開口１８と振動面４３との間には、交換部材２０が着脱可能に装着されて配置されている。この交換部材２０は、振動面４３に対向する平坦なシートとしてのフィルム２１と、このフィルム２１の周縁を支持する略円環状の底板部２２とを含んでいる。フィルム２１は、底板部２２の上面に接着または溶着により取り付けられている。フィルム２１のうち略中央の領域がメッシュ部２１ａを構成している。メッシュ部２１ａには、フィルム２１を貫通する多数の微細な貫通孔（図示せず）が形成されている。底板部２２は、位置決めのために、この例では振動面４３の縁部４３ｅに１箇所で当接している。交換部材２０は、振動面４３に対して少し傾斜した状態で、ホーン振動子４０とともに、本体１０内の図示しない要素によって支持されている。なお、メッシュ部２１ａは、フィルム２１に代えて、平板に多数の微細な貫通孔を形成して構成されていてもよい。
【００２８】
このメッシュ式ネブライザ１の動作時には、ユーザが鉛直方向に対して本体１０を少しだけ傾ける。これにより、本体１０内の給液部１７から、矢印Ｆで示すようにホーン振動子４０の振動面４３上へ向けて液体（この例では、薬液）が供給される。つまり、振動面４３とメッシュ部２１ａとの間に薬液が供給される。そして、ユーザが電源スイッチをオンすると、ホーン振動子４０の圧電素子４１に駆動電圧が印加されて、ホーン４２を介して振動面４３が振動される。これにより、メッシュ部２１ａ（より正確には、フィルム２１を貫通する複数の貫通孔）を通して薬液が霧化され、開口１８を通して噴霧される。
【００２９】
図１は、メッシュ式ネブライザ１に搭載された超音波振動子駆動装置６０のブロック構成を示している。
【００３０】
この超音波振動子駆動装置６０は、駆動電圧発生部６２と、駆動電圧発生部６２からホーン振動子４０へ延びる配線経路としての一対の配線６７，６８と、これらの配線６７，６８に介挿された変換回路６３とを含んでいる。また、この超音波振動子駆動装置６０は、第１の電流検出部６５と、第２の電流検出部６６と、これらの第１の電流検出部６５、第２の電流検出部６６の出力に基づいて上述の駆動電圧発生部６２を制御する制御部６１とを含んでいる。
【００３１】
駆動電圧発生部６２は、例えば市販のファンクション・ジェネレータ用ＩＣ（集積回路）を含み、駆動電圧の元になる矩形波状の交番電圧Ｖｇを、ホーン振動子４０の共振周波数ｆｒを含む周波数範囲で周波数可変に発生する。この例では、駆動電圧発生部６２は、少なくとも１７５ｋＨｚ〜１８５ｋＨｚの範囲で０．０５ｋＨｚずつ周波数ｆを可変できる機能を有するものとする。また、交番電圧Ｖｇのプラス電圧期間とマイナス電圧期間との比は、可変であるが、この例では１対１（デューティ５０％）であるものとする。この駆動電圧発生部６２は、増幅部を含み、ホーン振動子４０を駆動するのに十分な振幅をもつ交番電圧Ｖｇを出力する。
【００３２】
変換回路６３は、一方の配線６７に介挿された誘導性リアクタンス素子としてのコイルＬ１と、その配線６７のうちコイルＬ１よりもホーン振動子４０側（図１において右側を指す。以下、単に「右側」という。）の箇所６７ｃと接地ＧＮＤ（図１中に▽印で示す。以下同様。）との間に接続された容量性リアクタンス素子としてのコンデンサＣ１と、他方の配線６８に介挿された誘導性リアクタンス素子としてのコイルＬ２と、その配線６８のうちコイルＬ２よりも右側の箇所６８ｃと接地ＧＮＤとの間に接続された容量性リアクタンス素子としてのコンデンサＣ２とを含んでいる。この変換回路６３は、例えば図５（Ａ）中に示すように、駆動電圧発生部６２が発生した矩形波状の交番電圧Ｖｇを、正弦波状の交番電圧Ｖａに変換する。この正弦波状の交番電圧Ｖａが駆動電圧として図１中に示すホーン振動子４０に印加される。したがって、駆動電圧の周波数ｆがホーン振動子４０の共振周波数ｆｒを少し外れたとしても、駆動効率の低下を抑制できる。
【００３３】
この例では、ホーン振動子４０の共振周波数ｆｒを含む１７５ｋＨｚ〜１８５ｋＨｚの周波数範囲で変換回路６３が示すインピーダンスは、ホーン振動子４０のインピーダンスの最小値Ｚｍｉｎ（この例では、約１００Ω）に略一致するように設定されている。具体的には、Ｌ１＝Ｌ２＝４７μＨ、Ｃ１＝Ｃ２＝４７００ｐＦに設定されている。これにより、周波数ｆ＝１７９ｋＨｚ近傍で、Ｌ１とＣ１との直列インピーダンス、Ｌ２とＣ２との直列インピーダンスは、それぞれ約１３６Ωになっている。
【００３４】
第１の電流検出部６５は、上述の配線６８のうち駆動電圧発生部６２とコイルＬ２との間に介挿された電流検出用の抵抗素子Ｒ２と、この抵抗素子Ｒ２に降下した電圧を増幅する演算増幅器（オペレーショナル・アンプリファイア）Ｕ１とを含んでいる。その配線６８のうち抵抗素子Ｒ２の駆動電圧発生部６２側（図１において左側を指す。以下、単に「左側」という。）の箇所６８ａと接地ＧＮＤとの間に、分圧用の抵抗素子Ｒ５，Ｒ６が直列に接続されている。これらの抵抗素子Ｒ５，Ｒ６の間の接続点の電位が演算増幅器Ｕ１の非反転入力端子（＋）に入力される。また、その配線６８のうち抵抗素子Ｒ２の右側の箇所６８ｂと接地ＧＮＤとの間に、分圧用の抵抗素子Ｒ７，Ｒ８が直列に接続されている。これらの抵抗素子Ｒ７，Ｒ８の間の接続点の電位が演算増幅器Ｕ１の反転入力端子（−）に入力される。演算増幅器Ｕ１の出力端子（ＯＵＴ）と反転入力端子（−）との間には、帰還用の抵抗素子Ｒ９が接続されている。この構成により、第１の電流検出部６５は、駆動電圧発生部６２から抵抗素子Ｒ２を通して変換回路６３へ流れる第１の電流ｉ１を検出する。第１の電流検出部６５の出力ｉ１ａは、制御部６１に入力される。
【００３５】
同様に、第２の電流検出部６６は、上述の配線６８のうちコイルＬ２とホーン振動子４０との間に介挿された電流検出用の抵抗素子Ｒ４と、この抵抗素子Ｒ４に降下した電圧を増幅する演算増幅器Ｕ２とを含んでいる。その配線６８のうち抵抗素子Ｒ４の左側の箇所６８ｄと接地ＧＮＤとの間に、分圧用の抵抗素子Ｒ１０，Ｒ１１が直列に接続されている。これらの抵抗素子Ｒ１０，Ｒ１１の間の接続点の電位が演算増幅器Ｕ２の非反転入力端子（＋）に入力される。また、その配線６８のうち抵抗素子Ｒ４の右側の箇所６８ｅと接地ＧＮＤとの間に、分圧用の抵抗素子Ｒ１２，Ｒ１３が直列に接続されている。これらの抵抗素子Ｒ１２，Ｒ１３の間の接続点の電位が演算増幅器Ｕ２の反転入力端子（−）に入力される。演算増幅器Ｕ１の出力端子（ＯＵＴ）と反転入力端子（−）との間には、帰還用の抵抗素子Ｒ１４が接続されている。この構成により、第２の電流検出部６６は、変換回路６３からホーン振動子４０へ流れる第２の電流ｉ２を検出する。第２の電流検出部６６の出力ｉ２ａは、制御部６１に入力される。
【００３６】
この例では、Ｒ２＝Ｒ４＝１００ｍΩ、Ｒ５＝Ｒ６＝Ｒ７＝Ｒ８＝Ｒ９＝Ｒ１０＝Ｒ１１＝Ｒ１２＝Ｒ１３＝Ｒ１４＝１００ｋΩにそれぞれ設定されている。
【００３７】
なお、配線６７，６８間のインピーダンスのバランスをとるために、配線６７のうち駆動電圧発生部６２とコイルＬ１との間には抵抗素子Ｒ１が介挿されている。また、配線６７のうちコイルＬ１とホーン振動子４０との間には抵抗素子Ｒ３が介挿されている。この例では、Ｒ１，Ｒ３の値はＲ２，Ｒ４に等しく、Ｒ１＝Ｒ３＝１００ｍΩに設定されている。
【００３８】
制御部６１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）を含み、周波数制御部として働いて、第１の電流検出部６５の出力ｉ１ａと第２の電流検出部６６の出力ｉ２ａとに基づいて、制御信号Ｃｎｔ１ｆによって駆動電圧発生部６２の動作を制御する。そのほか、制御部６１は、メッシュ式ネブライザ１の動作全体を制御する。
【００３９】
図３に示すように、メッシュ式ネブライザ１の電源スイッチがオンされると、制御部６１が周波数制御部として働いて、次に述べるような周波数制御の処理を行う（図３のステップＳ１１）。ユーザが電源スイッチをオンしてから一定期間（例えば１０分間）が経過したとき、または、ユーザが電源スイッチをオフしたとき、制御部６１は処理を終了する（図３のステップＳ１２）。
【００４０】
制御部６１による周波数制御の処理は、図４に示すフローに従って行われる。
【００４１】
すなわち、図４のステップＳ２１に示すように、制御部６１は、まず、駆動電圧発生部６２が発生する矩形波状の交番電圧Ｖｇの周波数ｆを、予め定められたスタート周波数ｆｏに設定する。このスタート周波数ｆｏは、例えば、個々のホーン振動子４０毎に予め定められていても良いし、または、共振周波数の製造ばらつきを考慮して、ホーン振動子４０のロット毎に例えば共振周波数の代表値（平均値）に一致するように予め定められていても良い。
【００４２】
次に、図４のステップＳ２２に示すように、制御部６１は、第１の電流検出部６５の出力ｉ１ａに基づいて、駆動電圧発生部６２から変換回路６３へ流れる第１の電流ｉ１を検出するとともに、第２の電流検出部６６の出力ｉ２ａに基づいて、変換回路６３からホーン振動子４０へ流れる第２の電流ｉ２を検出する。この例では、例えば図５（Ａ）中に示すように、第１の電流ｉ１のピーク・ツー・ピーク値ｉ１ｐ−ｐを検出するとともに、図５（Ｂ）中に示すように、第２の電流ｉ２のピーク・ツー・ピーク値ｉ２ｐ−ｐを検出する。
【００４３】
次に、図４のステップＳ２３に示すように、制御部６１は、第１の電流ｉ１と第２の電流ｉ２との間の差、この例では第１の電流ｉ１のピーク・ツー・ピーク値ｉ１ｐ−ｐと第２の電流ｉ２のピーク・ツー・ピーク値ｉ２ｐ−ｐとの間の差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）が極小値近傍にあるか否かを判断する。ここで、極小値近傍にあるか否かは、差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）が予め定められた閾値以下であるか否かに応じて判断してもよい。
【００４４】
ここで、差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）が極小値近傍にあれば（図４のステップＳ２３でＹＥＳ）、制御部６１は、駆動電圧発生部６２に対して矩形波状の交番電圧Ｖｇの周波数ｆを維持させる制御を行う。そして、ステップＳ２２〜Ｓ２４の処理を繰り返す。
【００４５】
一方、差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）が極小値近傍になければ（図４のステップＳ２３でＮＯ）、制御部６１は、差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）が極小値近傍に近づくように、駆動電圧発生部６２に対して矩形波状の交番電圧Ｖｇの周波数ｆを高く又は低く変更させる制御を行う（図４のステップＳ２５）。そして、制御部６１は、差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）が極小値近傍にくるまで、ステップＳ２２〜Ｓ２３、Ｓ２５の処理を繰り返す。
【００４６】
このようにした場合、上述の制御によってｉ１ｐ−ｐとｉ２ｐ−ｐとの間の差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）が極小値近傍になったとき、変換回路６３のインピーダンスとホーン振動子４０のインピーダンスとが整合する。したがって、第１の電流ｉ１と第２の電流ｉ２との間の差、すなわち、変換回路６３を介した接地ＧＮＤへのリーク電流が抑制される。この結果、消費電流の増大を抑制できる。
【００４７】
検証のために、図５（Ａ）、図５（Ｃ）、図６（Ａ）、図６（Ｃ）、図７（Ａ）は、或るホーン振動子４０について、駆動電圧発生部６２が発生する矩形波状の交番電圧Ｖｇの周波数ｆを、ｆ＝１７８．８５ｋＨｚから０．１ｋＨｚずつ順次上昇させたときの、駆動電圧発生部６２から変換回路６３へ流れる第１の電流ｉ１の変化を示している。これらの図中には、第１の電流ｉ１のピーク・ツー・ピーク値ｉ１ｐ−ｐが図示されている。また、図５（Ｂ）、図５（Ｄ）、図６（Ｂ）、図６（Ｄ）、図７（Ｂ）は、それぞれ図５（Ａ）、図５（Ｃ）、図６（Ａ）、図６（Ｃ）、図７（Ａ）に対応して、駆動電圧発生部６２が発生する矩形波状の交番電圧Ｖｇの周波数ｆを、ｆ＝１７８．８５ｋＨｚから０．１ｋＨｚずつ順次上昇させたときの、変換回路６３からホーン振動子４０へ流れる第２の電流ｉ２の変化を示している。これらの図中には、第２の電流ｉ２のピーク・ツー・ピーク値ｉ２ｐ−ｐが図示されている。さらに、これらの図中には、駆動電圧発生部６２が発生した矩形波状の交番電圧Ｖｇ、変換回路６３による変換後の正弦波状の交番電圧Ｖａが、理解の容易のためにゼロレベルをシフトして図示されている。
【００４８】
これらの図中の第１の電流ｉ１のピーク・ツー・ピーク値ｉ１ｐ−ｐ、第２の電流ｉ２のピーク・ツー・ピーク値ｉ２ｐ−ｐを読み取ると、それぞれ次の表１の左から第２欄、第３欄に記載の通りであった。また、これらのｉ１ｐ−ｐとｉ２ｐ−ｐとの間の差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）を算出すると、表１の最右欄に記載の通りであった。なお、ｉ１ｐ−ｐ、ｉ２ｐ−ｐの読み取り、差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）の算出は、共通の単位（ＣＰＵがデジタル処理に用いる任意単位）で行われた。この結果では、矩形波状の交番電圧Ｖｇの周波数ｆが、ｆ＝１７８．８５ｋＨｚから０．１ｋＨｚずつ順次上昇するにつれて、差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）は、１０９、８０、２４、５６、６８というように変化している。すなわち、周波数ｆ＝１７９．０５ｋＨｚで、差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）が２４となり、極小値またはその近傍になっている。
（表１）
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【００４９】
したがって、このホーン振動子４０の場合、制御部６１は、上述の周波数制御によって、駆動電圧発生部６２が矩形波状の交番電圧Ｖｇの周波数ｆを、ｆ＝１７９．０５ｋＨｚに制御（維持）することになる。この結果、変換回路６３を介した接地ＧＮＤへのリーク電流を抑制して、消費電流の増大を抑制できる。
【００５０】
また、既述のように、ホーン振動子４０の共振周波数ｆｒを含む１７５ｋＨｚ〜１８５ｋＨｚの周波数範囲で変換回路６３が示すインピーダンスは、ホーン振動子４０のインピーダンスの最小値Ｚｍｉｎ（この例では、約１００Ω）に略一致するように設定されている。ここで、上述の周波数制御によってｉ１ｐ−ｐとｉ２ｐ−ｐとの間の差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）が極小値近傍になったとき、変換回路６３のインピーダンスとホーン振動子４０のインピーダンスとが整合する。したがって、そのとき、矩形波状の交番電圧Ｖｇの周波数ｆがホーン振動子４０の共振周波数ｆｒ（ホーン振動子４０のインピーダンスの最小値Ｚｍｉｎ≒１００Ωを与える周波数）に略一致する。この結果、ホーン振動子４０の駆動効率が高まる。
【００５１】
したがって、このメッシュ式ネブライザ１によれば、液体を効率良く霧化して噴霧でき、また、消費電流の増大を抑制できる。
【００５２】
なお、上の例では、第１の電流ｉ１と第２の電流ｉ２との間の差は、第１の電流ｉ１のピーク・ツー・ピーク値ｉ１ｐ−ｐと第２の電流ｉ２のピーク・ツー・ピーク値ｉ２ｐ−ｐとの間の差（ｉ１ｐ−ｐ−ｉ２ｐ−ｐ）であるものとした。しかしながら、これに限られるものではない。第１の電流ｉ１と第２の電流ｉ２との間の差は、第１の電流ｉ１の振幅と第２の電流ｉ２の振幅との間の差、または、第１の電流ｉ１の実効値と第２の電流ｉ２の実効値との間の差であるものとしてもよい。いずれの場合も、第１の電流ｉ１、第２の電流ｉ２第１、第２の電流の位相にかかわらず、上記「差」を簡単に求めることができる。
【００５３】
以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。上述した複数の実施の形態は、それぞれ単独で成立し得るものであるが、実施の形態同士の組みあわせも可能である。また、異なる実施の形態の中の種々の特徴も、それぞれ単独で成立し得るものであるが、異なる実施の形態の中の特徴同士の組みあわせも可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  メッシュ式ネブライザ
１０  本体
２０  交換部材
２１ａ  メッシュ部
４０  ホーン振動子
４１  圧電素子
４２  ホーン
４３  振動面
６０  超音波振動子駆動装置
６１  制御部
６２  駆動電圧発生部
６３  変換回路
６５  第１の電流検出部
６６  第２の電流検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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