(57)【要約】【課題】霧化性能の低下がない、および／または、霧化が安定して行われる、霧化装置を提供する。【解決手段】励起回路２０のバースト回路２１とスイッチ回路２２とが協働して、所定の周期で間欠的に、振動子１０を構成する圧電素子１１を励起する信号を圧電素子１１に印加し、振動部１２の振動を間欠的に行う。間欠動作における振動部１２の停止により、先端１２Ｆに過剰な水Ｗが付着することが回避されて、振動部１２に過大な負荷がかかることが防止でき、霧化性能の低下もなく、霧化が安定に継続される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、該圧電素子に接続された振動部とを有する振動子と、
前記圧電素子を励起する励起回路と
を有し、
前記振動部において液体を霧化する霧化装置であって、
前記励起回路は、所定の周期で間欠的に、前記圧電素子を励起する間欠励起回路を有する、
霧化装置。
【請求項２】
前記間欠励起回路は、前記圧電素子を励起開始するとき、バースト状のパルス信号が前記圧電素子に印加するように構成されている、
請求項１に記載の霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いて振動子を振動させて液体を霧化する霧化装置に関する。
特に、本発明は霧化性能の低下、および／または、霧化の不安定さを改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、超音波加湿器などに用いる超音波加湿器用振動子を開示している。
【０００３】
図１は、振動子を用いて超音波により霧を発生させる（霧化）方法を図解した図である。
振動子１０は、圧電素子１１と振動部１２と固定部（または基部）１３とを有する。圧電素子１１と振動部１２とは固定部（または基部）１３を介して接続されている。
圧電素子１１は、たとえば、ＰＺＴであり、電圧が印加されると矢印Ａ１で示した方向に、ＰＺＴの固有振動数で振動する。
振動部１２は、たとえば、断面が湾曲している湾曲部１２Ａと、断面が平坦な円筒状部１２Ｂとを有し、圧電素子１１の振動に応じて振動し、矢印Ａ２の方向で示した、その長手方向に振動する。
振動部１２の円筒状部１２Ｂの先端１２Ｆの下部には水供給用綿５０が接触している。水供給用綿５０からの水Ｗが円筒状部１２Ｂの先端１２Ｆの面には、振動部１２の振動によって、水がはい上がる。
円筒状部１２Ｂの先端１２Ｆの面に付着した水Ｗは、振動部１２の高速な振動によって霧化される。
【０００４】
上述した霧化原理に従って製造された、超音波霧化装置、超音波攪拌装置、超音波洗浄器などの装置が実用されている。
【特許文献１】特許第２，６５２，４４０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１を参照して述べた霧化方法において、連続的に霧化を行うと、霧化の性能が低下する、および／または、霧化が不安定になることを見出した。
たとえば、連続的に霧化を行っていくと、霧化によって発生する霧が減少していき、やがては、安定して霧化が継続できなくなる可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、長時間運転しても、霧化性能が低下しない、および／または、霧化が安定に継続可能な霧化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者の考察と実験によれば、上述した霧化の性能の低下、および／または、霧化の不安定さは、霧化の連続動作により、図２に図解したように、水供給用綿５０から円筒状部１２Ｂの先端１２Ｆの面に付着する水Ｗの量が増加する場合があることを見出した。すなわち、振動部１２の振動によって、水供給用綿５０から供給された水が過剰に先端１２Ｆの面をはい上がる。
先端１２Ｆの表面に付着した水の量が増加すると、振動部１２にとって過剰な負荷となる。つまり、先端１２Ｆの表面に付着した水の量が増加すると、振動部１２の振動力では増加した水を霧化することができず、振動部１２の振動力が不足し、霧化の能力が低下する、および／または、霧化が不安定になることを本願発明者が見出した。
【０００８】
振動部１２を大型にすれば上述した問題は克服できるが、当然、圧電素子１１を大型にする必要がある。圧電素子１１の大型化は、圧電素子１１の励起電力の増大を招き、励起回路も大型になるという不具合がある。または、駆動周波数が制限される。
【０００９】
上述した新たな課題の発生を回避して、上述した問題を克服するためには、水供給用綿５０から円筒状部１２Ｂの先端１２Ｆの面に付着する水Ｗの量が霧化する量以上に増加させないことが望ましい。
そのためには、霧化状態を実質的に継続させた状態でありながら、振動部１２の振動を間欠的に停止し、円筒状部１２Ｂの先端１２Ｆに過剰な水Ｗを付着させないことが望ましいことが判った。
【００１０】
本発明者の実験によれば、振動部１２の振動を瞬間的に停止させると、実質的に霧化が行われながら、過剰な水が振動部１２の先端１２Ｆの面に付着しないので、霧化の性能が低下しない、および／または、霧化が安定することを見出した。
【００１１】
本発明によれば、圧電素子と、該圧電素子に接続された振動部とを有する振動子と、前記圧電素子を励起する励起回路とを有し、前記振動部において液体を霧化する霧化装置であって、前記励起回路は、所定の周期で間欠的に、前記圧電素子を励起する間欠励起回路を有する、霧化装置が提供される。
【００１２】
好ましくは、前記間欠励起回路は、前記圧電素子を励起開始するとき、バースト状のパルス信号が前記圧電素子に印加するように構成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、霧化が実質的に継続されながら、霧化性能が低下しない、および／または、霧化が安定して継続できる。
なお、霧化性能が低下しない、および／または、霧化が安定して継続できるという意味は、霧化性能が低下しないこと、霧化性能が低下せずに霧化が安定して継続できること、または、霧化が安定して継続できることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態の霧化装置は、図１または図２に図解した振動子１０と、図３に図解した励起回路２０と、水供給用綿５０とを有する。
【００１５】
振動子１０は、図１または図２に図解したように、圧電素子１１と、振動部１２と、固定部（または基部）１３とを有する。振動部１２は、湾曲部１２Ａと、円筒状部１２Ｂとを有し、円筒状部１２Ｂの下面に水供給用綿５０が接触して先端１２Ｆの面に水Ｗを供給可能になっている。
【００１６】
図３は本発明の霧化装置に適用する励起回路の１実施の形態の回路を示す図である。
振動子１０の圧電素子１１を励起する励起回路２０は、バースト回路２１と、スイッチ回路２２と、昇圧トランス２３と、駆動電流検出器２４と、分圧器２５と、比較器２６と、基準電圧発生器２７と、電圧制御型発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator)）２８とを有する。
励起回路２０は、図４に図解した負荷に応じて周波数制御が可能な励起回路である。そのため、駆動電流検出器２４、分圧器２５、比較器２６、基準電圧発生器２７およびＶＣＯ２８を用いた負帰還回路を構成している。
【００１７】
励起回路２０の動作を述べる。
図示しない交流電源がバースト回路２１に印加される。
バースト回路２１は、図５に例示したように、所定の周期τで間欠的に動作してバースト状のパルス信号を出力する。
バースト回路２１の出力信号に応じて、スイッチ回路２２がＶＣＯ２８からの出力信号を昇圧トランス２３に出力する。
昇圧トランス２３にＶＣＯ２８からの信号が印加されると、昇圧トランス２３はその信号を圧電素子１１を駆動可能な電圧レベルまで昇圧して、圧電素子１１に印加する。
それにより、圧電素子１１が励起されて振動し、圧電素子１１の駆動に応じて振動部１２が、たとえば、図１を参照して述べたように振動する。それにより、水供給用綿５０から振動部１２の先端１２Ｆの表面に供給された水Ｗが霧化される。
【００１８】
駆動電流検出器２４が圧電素子１１の負荷に応じた駆動電流を検出し、分圧器２５に出力する。圧電素子１１の負荷とは、圧電素子１１に接続されている振動部１２の先端１２Ｆに付着した水Ｗの量を意味している。先端１２Ｆに付着した水Ｗの量が多ければ、振動部１２、すなわち、圧電素子１１の負荷が重いことを意味する。他方、先端１２Ｆに付着した水Ｗの量が少なければ、振動部１２、すなわち、圧電素子１１の負荷が軽いことを意味する。励起回路２０は、このように、圧電素子１１、換言すれば、振動部１２の負荷に応じた、圧電素子１１に印加される周波数、換言すれば、ＶＣＯ２８の発振周波数の制御を行う。
【００１９】
駆動電流検出器２４で検出した電流を整流した電圧と、ＶＣＯ２８で発生される発振周波数の関係は、図４に図解したようになる。
ｆｒは共振周波数である。基準電圧発生器２７は共振周波数ｆｒに対応する基準電圧ＶｒをＶＣＯ２８に出力する。
図４において、曲線ＣＶ１は、負荷が基準状態の周波数特性を示し、曲線ＣＶ２は負荷が重いときの周波数特性を示し、曲線ＣＶ３は負荷が軽いときの周波数特性を示す。
【００２０】
分圧器２５は励起回路２０において必須の回路ではないが、駆動電流検出器２４の検出電流に相当する電圧を分圧して、比較器２６に出力する。
比較器２６は基準電圧発生器２７からの共振周波数ｆｒに対応する基準電圧Ｖｒと分圧器２５からの出力信号との差の電圧をＶＣＯ２８に出力する。
ＶＣＯ２８は、入力電圧に応じた周波数の発振信号を生成し、スイッチ回路２２に出力する。
以上から圧電素子１１は、振動部１２の負荷に応じた、ＶＣＯ２８で発生された発振周波数で励起されることになる。
【００２１】
図５に図解したように、本発明の間欠励起回路を構成している、バースト回路２１とスイッチ回路２２との協働によって、ＶＣＯ２８の発振周波数信号を周期τで間欠的（周期的に）に昇圧トランス２３に出力することにより、特に、圧電素子１１の励起を停止させ振動部１２の振動を停止することにより先端１２Ｆの面に付着する水が適切に維持されるので、霧化の性能が低下しない、および／または、霧化が安定に継続して行われる。
その理由は、振動部１２が連続的に振動すると、その振動により水供給用綿５０からの水Ｗが先端１２Ｆの面をはい上がるが、振動部１２の振動の停止により、水供給用綿５０から先端１２Ｆの面にはい上がる水Ｗの量が低下し、先端１２Ｆの面に付着する水Ｗの量が適切に維持されるためである。換言すれば、先端１２Ｆの面に過剰な水Ｗが供給されないためである。よって、過剰な水による振動部１２の性能低下、および／または、霧化の不安定さが回避できる。
【００２２】
特に、図５に図解したよう、周期τでバースト状の信号を用いることにより、圧電素子１１の立ち上がり時の過渡応答を利用して圧電素子１１に印加される電圧が大きくなり、安定に霧化させることができる。すなわち、振動子１０の発熱を抑制し、安定して振動子１０を動作させることができる。
なお、周期τは、たとえば、数十Ｈｚ〜１００Ｈｚである。
【００２３】
振動子１０は、図１および図２を参照して例示した構造の振動子１０には限定されないことは勿論である。
同様に、先端１２Ｆの面の部分に水が供給されればよいので、綿状の水供給用綿５０を用いる場合には限定されない。たとえば、毛細管現象により水を先端１２Ｆの面に供給するようにしてもよい。
【００２４】
図３に図解した励起回路２０において、バースト状のパルス信号は、圧電素子１１に印加されればよいので、図３に例示した部分ではなく、たとえば、昇圧トランス２３の後の部分にバースト状の電圧を圧電素子１１に印加する回路を設けてもよい。
【００２５】
図５には好適な例として、バースト状の信号を間欠的に圧電素子１１に印加する場合について述べたが、圧電素子１１が周期的に停止する時間があればよいので、バースト状の信号ではなく、所定の周期でオン・オフする矩形パルス信号でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は圧電素子と振動部とを有する振動子を用いた霧化の原理を示す図である。
【図２】図２は圧電素子と振動部とを有する振動子を用いた霧化の性能低下を示す図である。
【図３】図３は振動子の圧電素子を励起する励起回路の回路図でである。
【図４】図４は振動子の周波数特性を示す図である。
【図５】図５は励起回路内のバースト回路によるバースト信号の波形図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０…振動子、１１…圧電素子、１２…振動部、１２Ａ…湾曲部、１２Ｂ…円筒状部、１２Ｆ…先端、２０…励起回路、２１…バースト回路、２２…スイッチ回路、２３…昇圧トランス、２４…駆動電流検出器、２５…分圧器、２６…比較器、２７…基準電圧発生器、２８…電圧制御型発振器（ＶＣＯ）
【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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