(57)【要約】【課題】本発明は、負荷が変化した場合でも安定的に発振し得る圧電振動子の駆動装置および該駆動装置を用いた超音波髪処理装置を提供する。【解決手段】本発明では、コルピッツ型自励発振回路によって圧電振動子ＰＺを駆動するための圧電振動子の駆動装置１において、圧電振動子ＰＺが接続された場合に、圧電振動子ＰＺと並列に接続されるように、コンデンサＣ５とコイルＬ２との直列回路をコルピッツ型自励発振回路にさらに備える。【選択図】図１
2008160244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コルピッツ型自励発振回路によって圧電振動子を駆動するための圧電振動子の駆動装置において、
前記圧電振動子が接続された場合に、前記圧電振動子と並列に接続されるように、コンデンサとコイルとの直列回路を前記コルピッツ型自励発振回路にさらに備えること
を特徴とする圧電振動子の駆動装置。
【請求項２】
前記直列回路のコイルの値は、前記圧電振動子が無負荷状態であって、前記圧電振動子を等価回路で表現した場合における前記等価回路のコイルの値の約４パーセントであること
を特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の駆動装置。
【請求項３】
前記圧電振動子をさらに備えること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動子の駆動装置。
【請求項４】
超音波を発生させる圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動するための圧電振動子の駆動装置と、一方面に前記圧電振動子が接合され前記圧電振動子からの前記超音波を他方面の放射面に伝達する伝達部材とを備え、前記放射面に接触させた髪に前記超音波を作用させて処理剤の前記髪内への浸透促進を行う超音波髪処理装置において、
前記圧電振動子の駆動装置は、請求項１または請求項２に記載の圧電振動子の駆動装置であること
を特徴とする超音波髪処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コルピッツ型自励発振回路によって圧電振動子を駆動するための圧電振動子の駆動装置およびこの圧電振動子の駆動装置を用いた超音波髪処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波は、その性質から、剤浸透促進、美容、霧化、乳化、分散、攪拌、洗浄、接合、加工等の様々な分野に応用されている。この超音波は、駆動装置からの電気振動を超音波の機械振動に変換する、例えばＰＺＴや水晶等の圧電材料を電極で挟んだ構造の圧電振動子によって発生される。この圧電振動子の駆動方法には、圧電振動子が目標の駆動周波数で振動するように発振回路を予め設定しておく他励発振方式と、圧電振動子の周波数を発振回路に帰還することによって目標の駆動周波数で圧電振動子が振動するように発振回路を調整する自励発振方式とがある。この自励発振方式の発振回路の一例として、コルピッツ型自励発振回路が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
図１０は、背景技術にかかるコルピッツ型自励発振回路を用いた圧電振動子の駆動装置を示す図である。図１０（Ａ）は、特許文献１に記載の圧電振動子の駆動装置を示し、図１０（Ｂ）および（Ｃ）は、特許文献２に記載の圧電振動子の駆動装置を示す。
【０００４】
図１０（Ａ）において、特許文献１に記載の圧電振動子の駆動装置１００は、コレクタ接地形コルピッツ型自励発振回路を用いたものであり、トランジスタＱ１０１と、コンデンサＣ１０１〜Ｃ１０４と、コイルＬ１０１〜１０３と、抵抗素子Ｒ１０１とを備えて構成され、圧電振動子ＰＺを駆動している。コンデンサＣ１０１は、＋電源ラインと−電源ラインとの間に接続される。発振用のトランジスタＱ１０１は、そのコレクタが＋電源ラインに接続され、そのエミッタがコイルＬ１０１とコイルＬ１０２との直列回路を介して−電源ラインに接続される。コンデンサＣ１０２は、トランジスタＱ１０１のコレクタとコイルＬ１０１およびコイルＬ１０２の接続点との間に接続され、コンデンサＣ１０３は、トランジスタＱ１０１のベースとコイルＬ１０１およびコイルＬ１０２の接続点との間に接続される。また、バイアス用の抵抗素子Ｒ１０１およびこれに直列に接続されたコイルＬ１０３とコンデンサＣ１０４とのフィルタ回路を介してトランジスタＱ１０１のベースにバイアス電流が供給される。そして、圧電振動子ＰＺは、トランジスタＱ１０１のコレクタとベースとの間に接続される。圧電振動子ＰＺは、金属キャップの内側底部に接着され、超音波プローブを構成する。このような圧電振動子の駆動装置１００では、コンデンサＣ１０２とコイルＬ１０２の並列共振回路における回路定数を調整し、無負荷時に主共振と副共振との複合共振を起こさせることにより、無負荷時電力が軽減され、電力損失および超音波プローブの温度上昇が抑制される。
【０００５】
また、図１０（Ｂ）において、特許文献２に記載の第１の圧電振動子の駆動装置２００は、直流電源Ｅと、トランジスタＱ２０１と、コンデンサＣ２０１〜Ｃ２０５と、コイルＬ２０１、Ｌ２０２と、抵抗素子Ｒ２０１〜Ｒ２０３と、可変抵抗素子ＶＲ２０１とを備えて構成され、圧電振動子ＰＺを駆動している。コンデンサＣ２０１は、直流電源Ｅの正側ラインＰと負側ラインＮとの間に接続される。発振用のトランジスタＱ２０１は、そのコレクタが正側ラインＰに接続され、そのエミッタがコイルＬ２０１を介して負側ラインＮに接続される。コンデンサＣ２０２は、トランジスタＱ２０１のコレクタとそのエミッタおよびコイルＬ２０１の接続点との間に接続され、コンデンサＣ２０３は、トランジスタＱ２０１のベースとそのエミッタおよびコイルＬ２０１の接続点との間に接続される。また、バイアス用の抵抗素子Ｒ２０１、可変抵抗素子ＶＲ２０１および抵抗素子Ｒ２０３の直列回路が正側ラインＰと負側ラインとの間に接続され、可変抵抗素子ＶＲ２０１と抵抗素子Ｒ２０３との接続点がコイルＬ２０２および抵抗素子Ｒ２０２を介してトランジスタＱ２０１のベースに接続される。また、コンデンサＣ２０５が正側ラインＰとコイルＬ２０２との間に接続され、コンデンサＣ２０５およびコイルＬ２０２がノイズフィルタを構成している。そして、圧電振動子ＰＺは、コンデンサＣ２０４に直列に接続され、圧電振動子ＰＺとコンデンサＣ２０４との直列回路がトランジスタＱ２０１のコレクタとベースとの間に接続される。このような圧電振動子の駆動装置２００は、圧電振動子ＰＺのインピーダンスが誘導性となる領域で安定に発振するため、圧電振動子ＰＺの共振周波数よりも高い方向にずれた点で圧電振動子ＰＺを駆動している。
【０００６】
さらに、図１０（Ｃ）において、特許文献２に記載の第２の圧電振動子の駆動装置３００は、直流電源Ｅと、トランジスタＱ３０１、Ｑ３０２と、コンデンサＣ３０１〜Ｃ３０５と、コイルＬ３０１〜Ｌ３０３と、抵抗素子Ｒ３０１、Ｒ３０２と、可変抵抗素子ＶＲ３０１とを備えて構成され、圧電振動子ＰＺを駆動している。コンデンサＣ３０１は、直流電源Ｅの正側ラインＰと負側ラインＮとの間に接続される。発振用のトランジスタＱ３０１は、そのコレクタが正側ラインＰに接続され、そのエミッタがコイルＬ３０１を介して負側ラインＮに接続される。コンデンサＣ３０２は、トランジスタＱ３０１のコレクタとそのエミッタおよびコイルＬ３０１の接続点との間に接続され、コンデンサＣ３０３は、トランジスタＱ３０１のベースとそのエミッタおよびコイルＬ３０１の接続点との間に接続される。また、間欠発振用のトランジスタＱ３０２のコレクタが正側ラインＰに接続され、そのエミッタがバイアス用の可変抵抗素子ＶＲ３０１、抵抗素子Ｒ３０１、コイルＬ３０２および抵抗素子Ｒ３０２を介してトランジスタＱ３０１のベースに接続される。トランジスタＱ３０２のベースには、ゲートパルスＧＰが印加されている。また、コンデンサＣ３０５が正側ラインＰとコイルＬ３０２との間に接続され、コンデンサＣ３０５およびコイルＬ３０２がノイズフィルタを構成している。そして、圧電振動子ＰＺは、直列に接続されたコイルＬ３０３およびコンデンサＣ２０４に直列に接続され、圧電振動子ＰＺとコイルＬ３０３とコンデンサＣ３０４との直列回路がトランジスタＱ３０１のコレクタとベースとの間に接続される。このような圧電振動子の駆動装置３００では、所定の霧化構造で圧電振動子ＰＺを振動させた場合に、圧電振動子ＰＺに直列に周波数調整用のコイルＬ３０３を挿入することによって圧電振動子ＰＺの共振周波数に略一致、もしくは、近接した周波数領域でコルピッツ型自励発振回路を自励発振することができる。
【特許文献１】特開２００１−１４９８６４号公報
【特許文献２】特開平０６−２５４４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、圧電振動子は、負荷が変化すると、圧電振動子を等価回路で表現した場合におけるコンデンサの値やコイルの値も変化する。このため、コルピッツ型自励発振回路によって圧電振動子が駆動される場合では、このようなコンデンサの値やコイルの値の変化は、共振条件の変化となるため、コルピッツ型自励発振回路は、安定的に発振することができず、場合によっては、その発振が停止してしまう。図１０に示す各コルピッツ型自励発振回路１００、２００、３００も負荷の変化に充分に対処することができていない。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、負荷が変化した場合でも安定的に発振することができる圧電振動子の駆動装置を提供することを目的とする。そして、本発明は、このような圧電振動子の駆動装置を用いた超音波髪処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明に係る一態様では、コルピッツ型自励発振回路によって圧電振動子を駆動するための圧電振動子の駆動装置において、前記圧電振動子が接続された場合に、前記圧電振動子と並列に接続されるように、コンデンサとコイルとの直列回路を前記コルピッツ型自励発振回路にさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成の圧電振動子の駆動装置は、圧電振動子が接続された場合に、圧電振動子と並列に接続されるように、コンデンサとコイルとの直列回路をコルピッツ型自励発振回路にさらに備えるので、圧電振動子の負荷が変化した場合に、このコンデンサとコイルとの直列回路が補償的に働くので、コルピッツ型自励発振回路は、安定的に発振することができる。したがって、圧電振動子も安定的な発振状態で駆動される。
【００１１】
そして、上述の圧電振動子の駆動装置において、前記直列回路のコイルの値は、前記圧電振動子が無負荷状態であって、前記圧電振動子を等価回路で表現した場合における前記等価回路のコイルの値の約４パーセントであることを特徴とする。
【００１２】
このような構成の圧電振動子の駆動装置では、圧電振動子の負荷が変化した場合でもコルピッツ型自励発振回路は、より安定的に発振することができ、圧電振動子もより安定的な発振状態で駆動される。
【００１３】
また、これら上述の圧電振動子の駆動装置において、前記圧電振動子をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
このような構成の圧電振動子の駆動装置は、圧電振動子を含んだ圧電振動子の駆動装置が提供され、圧電振動子により適合した値の回路素子が選択可能となる。
【００１５】
そして、本発明に係る他の一態様では、超音波を発生させる圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動するための圧電振動子の駆動装置と、一方面に前記圧電振動子が接合され前記圧電振動子からの前記超音波を他方面の放射面に伝達する伝達部材とを備え、前記放射面に接触させた髪に前記超音波を作用させて処理剤の前記髪内への浸透促進を行う超音波髪処理装置において、前記圧電振動子の駆動装置は、これら上述の圧電振動子の駆動装置であることを特徴とする。
【００１６】
このような構成の超音波髪処理装置では、伝達部材、すなわち、圧電振動子の負荷が変化した場合でも、圧電振動子は、安定的な発振状態で駆動される。このため、超音波髪処理装置は、処理剤の髪内への浸透促進を安定的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる圧電振動子の駆動装置は、負荷が変化した場合でも安定的に発振することができる。そして、本発明にかかる超音波髪処理装置は、圧電振動子の負荷が変化した場合でも圧電振動子が安定的な発振状態で駆動される結果、処理剤の髪内への浸透促進を安定的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明にかかる実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１は、実施形態における圧電振動子の駆動装置の構成を示す回路図である。図１において、圧電振動子の駆動装置１は、コレクタ接地形のコルピッツ型自励発振回路によって圧電振動子ＰＺを駆動するための回路であり、トランジスタＱ１と、コンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ１１と、コイルＬ２、Ｌ１１、Ｌ１２と、抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３とを備えて構成され、直流電源Ｅから電力供給を受けることにより圧電振動子ＰＺを駆動している。
【００１９】
コンデンサＣ４は、直流電源Ｅの正側電源ライン＋と負側電源ライン−との間に接続される。コンデンサＣ１１とコイルＬ１２とは、直列に接続され、このコンデンサＣ１１とコイルＬ１２との直列回路がコンデンサＣ４に並列に接続される。すなわち、このコンデンサＣ１１とコイルＬ１２との直列回路は、直流電源Ｅの正側電源ライン＋と負側電源ライン−との間に接続されている。トランジスタＱ１は、発振用のトランジスタであり、そのコレクタが正側電源ライン＋に接続され、そのエミッタがコイルＬ１１を介して負側電源ライン−に接続される。コンデンサＣ３は、トランジスタＱ１のベースと負側電源ライン−との間に接続される。抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３は、トランジスタＱ１のバイアス回路を構成し、抵抗素子Ｒ１１と抵抗素子Ｒ１２とは、直列に接続され、この抵抗素子Ｒ１１と抵抗素子Ｒ１２との直列回路が直流電源Ｅの正側電源ライン＋と負側電源ライン−との間に接続され、そして、抵抗素子Ｒ１１と抵抗素子Ｒ１２との接続点は、抵抗素子Ｒ１３を介してトランジスタＱ１のベースに接続される。これによって直流電源Ｅの電圧Ｖが抵抗素子Ｒ１１と抵抗素子Ｒ１２とによって分圧され、抵抗素子Ｒ１３を介してトランジスタＱ１のベースに印加される。そして、圧電振動子ＰＺがこの駆動装置１に接続される場合、圧電振動子ＰＺは、トランジスタＱ１のコレクタとベースとの間に接続される。
【００２０】
注目すべきは、この駆動装置１は、このように圧電振動子ＰＺが接続された場合に、圧電振動子ＰＺと並列に接続されるように、コイルＬ２とコンデンサＣ５との直列回路をさらに備えていることである。すなわち、コイルＬ２とコンデンサＣ５との直列回路がトランジスタＱ１のコレクタとベースとの間に接続されている。
【００２１】
図２は、圧電振動子の駆動装置における等価回路を示す回路図である。図２（Ａ）は、図１に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路を示し、図２（Ｂ）は、第１比較例として図１０（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１００における等価回路を示し、図２（Ｃ）は、第２比較例として図１０（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置３００における等価回路を示す。図３は、圧電振動子のインピーダンス特性を示す図である。図３の横軸は、ＭＨｚ単位で表す周波数であり、縦軸は、Ω単位で表すインピーダンスである。図４は、図２（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路のリアクタンス特性を示す図であり、コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の約４パーセントである場合を示す。図５は、図２（Ｂ）に示す圧電振動子の駆動装置における等価回路のリアクタンス特性を示す図である。図６は、図２（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置における等価回路のリアクタンス特性を示す図である。図４ないし図６における（Ａ）は、無負荷状態の場合であり、図４ないし図６における（Ｂ）は、最大負荷状態の場合である。最大負荷状態とは、超音波放射面全域に超音波が伝導する負荷が面接した状態である。図４ないし図６における各図の横軸は、ＭＨｚ単位で表す周波数（freq.）であり、それらの縦軸は、Ω単位で表すリアクタンス（reactance）である。
【００２２】
図１に示す圧電振動子の駆動装置１は、トランジスタＱ１、コンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ５およびコイルＬ２、Ｌ１１、Ｌ１２が圧電振動子ＰＺを駆動するコレクタ接地形のコルピッツ型自励発振回路を構成しており、共振に関わる回路部品のみでその等価回路を構成すると、図２（Ａ）に示す回路となる。この図１に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路１Ａは、コイルＬ２とコンデンサＣ５との直列回路と、圧電振動子ＰＺと、コンデンサＣ４とコンデンサＣ３との直列回路とが互いに並列に接続されている。圧電振動子ＰＺの等価回路は、抵抗素子Ｒ１とコイルＬ１とコンデンサＣ１との直列回路がコンデンサＣ２に並列に接続される構成で表される。
【００２３】
このような圧電振動子ＰＺに後述の図９に示すホーンＰＬに内側底面に接着剤によって接着され固定されている場合におけるインピーダンス特性は、無負荷状態において、図３に示すように、大略、周波数の増大に従ってインピーダンスが徐々に低下し、周波数が約１．０２ＭＨｚで共振状態となり、その後、周波数の増大に従ってインピーダンスが徐々に増加し、周波数が約１．０７ＭＨｚで反共振状態となり、その後、周波数の増大に従ってインピーダンスが徐々に低下するプロファイルとなる。そして、圧電振動子ＰＺの接着バラツキやノイズ等によってギザギザのスプリアス（インピーダンス変化の乱れ）が大略このようなプロファイルのインピーダンス特性に重畳されている。
【００２４】
この図３に示すインピーダンス特性から圧電振動子ＰＺの等価回路における各素子の定数を見積もると、コイルＬ１は、無負荷状態では２１３μＨであり、最大負荷状態では１３６μＨであり、コンデンサＣ１は、無負荷状態では１１６ｐＦであり、最大負荷状態では１８０ｐＦであり、コンデンサＣ２は、無負荷状態では１４７０ｐＦであり、最大負荷状態では２３８０ｐＦであり、そして、抵抗素子は、無負荷状態および最大負荷状態で１０Ωである。
【００２５】
このような等価回路で表される圧電振動子ＰＺに対して、例えば、コイルＬ２は、コイルＬ１の無負荷状態における値の約４パーセントである９μＨに設定され、コンデンサＣ３は、４７０００ｐＦに設定され、コンデンサＣ４は、４７００ｐＦに設定され、そして、コンデンサＣ５は、４７００ｐＦに設定される。
【００２６】
無負荷状態では、図４（Ａ）に示すように、圧電振動子ＰＺにコイルＬ２およびコンデンサＣ５の直列回路を並列に接続した回路全体のインピーダンスＺ１ａにおける虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］は、■で示され、周波数の増加に従って緩やかに増大し、周波数が約１．００３ＭＨｚで極大となり、その後、周波数の増大に従って低下し、周波数が約１．０１０ＭＨｚで極小となり、その後、周波数の増大に従って緩やかに増大するプロファイルであり、周波数が約１．００７ＭＨｚおよび約１．０１２ＭＨｚでリアクタンスが０Ωとなっている。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］は、周波数の変化に対して約４０Ωの変動幅であり、周波数に対する変動幅が小さい。そして、自励発振に関わるコンデンサＣ３およびコンデンサＣ４のインピーダンスＺ２ａにおける虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］は、▲で示され、周波数の変化に関わらず−３７Ωで一定である。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和は、●で示され、虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］がＩｍ［Ｚ２ａ］だけシフトしたプロファイルであり、したがって、周波数の変化に対して約４０Ωの変動幅であり、周波数に対する変動幅が小さい。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和は、共振状態においては０となる。よって、無負荷状態では、図２（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路１Ａは、周波数が約１．００２ＭＨｚ（＝共振周波数ｆｒ１）で共振状態となる。
【００２７】
一方、最大負荷状態では、図４（Ｂ）に示すように、前記虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］は、■で示され、周波数の増加に従って緩やかに増大し、周波数が約０．９９９ＭＨｚで極大となり、その後、周波数の増大に従って低下し、周波数が約１．０１ＭＨｚで極小となり、その後、周波数の増大に従って緩やかに増大するプロファイルであり、周波数が約１．００８ＭＨｚおよび約１．０１３ＭＨｚでリアクタンスが０Ωとなっている。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］は、周波数の変化に対して約５０Ωの変動幅であり、周波数に対する変動幅が小さい。そして、前記虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］は、▲で示され、周波数の変化に関わらず−３７Ωで一定である。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和は、●で示され、周波数の変化に対して約４０Ωの変動幅であり、周波数に対する変動幅が小さい。最大負荷状態では、この等価回路１Ａは、周波数が約１．００１８ＭＨｚ（＝共振周波数ｆｒ２）で共振状態となる。
【００２８】
したがって、図２（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路１Ａ、すなわち、図１に示す圧電振動子の駆動装置１は、無負荷状態における共振周波数ｆｒ１が約１．００２ＭＨｚである一方、最大負荷状態における共振周波数ｆｒ２が約１．００１８ＭＨｚであり、約０．０２パーセントの相違しかなく、無負荷状態と最大負荷状態とで共振周波数ｆｒにほとんど変動がない。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和のプロファイルは、無負荷状態と最大負荷状態とで略一致し、変化があまりない。図１に示す圧電振動子の駆動装置１は、負荷が変化した場合でも、安定的に発振することができ、圧電振動子ＰＺを安定的な発振状態で駆動することができる。
【００２９】
次に、第１比較例として、図１０（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１００における無負荷状態と最大負荷状態とにおける共振周波数の変動を以下に説明する。
【００３０】
図１０（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１００は、トランジスタＱ１０１、コンデンサＣ１０２、Ｃ１０３およびコイルＬ１０１、Ｌ１０２が圧電振動子ＰＺを駆動するコレクタ接地形のコルピッツ型自励発振回路を構成しており、共振に関わる回路部品のみでその等価回路を構成すると、図２（Ｂ）に示す回路となる。この図１０（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１００における等価回路１００Ａは、圧電振動子ＰＺと、コンデンサＣ１０２とコンデンサＣ１０３との直列回路とが互いに並列に接続されている。圧電振動子ＰＺの等価回路は、上述と同様に表される。
【００３１】
ここで、コイルＬ１、コンデンサＣ１、Ｃ２および抵抗素子Ｒ１は、上述の定数が採用され、また、コンデンサＣ１０２は、図２（Ａ）ではコンデンサＣ４に相当することから、４７００ｐＦに設定され、そして、コンデンサＣ１０３は、図２（Ａ）ではコンデンサＣ３に相当することから、４７００ｐＦに設定される。
【００３２】
無負荷状態では、図５（Ａ）に示すように、圧電振動子ＰＺのインピーダンスＺ１ａにおける虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｂ］は、■で示され、周波数の増加に従って徐々に増大するプロファイルであり、周波数が約１．０１３ＭＨｚでリアクタンスが０Ωとなっている。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｂ］は、周波数の変化に対して極めて大きく変化している。そして、自励発振に関わるコンデンサＣ３およびコンデンサＣ４のインピーダンスＺ２ａにおける虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｂ］は、▲で示され、周波数の変化に関わらず−３７Ωで一定である。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｂ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｂ］との和は、●で示され、虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｂ］がＩｍ［Ｚ２ｂ］だけシフトしたプロファイルであり、したがって、周波数の変化に対して極めて大きく変化している。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｂ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｂ］との和は、共振状態においては０となる。よって、無負荷状態では、図２（Ｂ）に示す圧電振動子の駆動装置１００における等価回路１００Ａは、周波数が約１．０２３ＭＨｚ（＝共振周波数ｆｒ３）で共振状態となる。
【００３３】
一方、最大負荷状態では、図５（Ｂ）に示すように、前記虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｂ］は、■で示され、周波数の増加に従って徐々に増大し、周波数が約１．０５０ＭＨｚで極大（図略）となり、その後、周波数の増大に従って低下するプロファイルであり、周波数が約１．０１８ＭＨｚおよび約１．０５３ＭＨｚでリアクタンスが０Ωとなっている。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｂ］は、周波数の変化に対して極めて大きく変化している。そして、前記虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｂ］は、▲で示され、周波数の変化に関わらず−３７Ωで一定である。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｂ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｂ］との和は、●で示され、周波数の変化に対して極めて大きく変化している。最大負荷状態では、この等価回路１００Ａは、周波数が約１．０３２ＭＨｚ（＝共振周波数ｆｒ４）で共振状態となる。
【００３４】
したがって、図２（Ｂ）に示す圧電振動子の駆動装置１００における等価回路１００Ａ、すなわち、図１０（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１００は、無負荷状態における共振周波数ｆｒ３が約１．０１３ＭＨｚである一方、最大負荷状態における共振周波数ｆｒ４が約１．０３２ＭＨｚであり、約２パーセント相違し、無負荷状態と最大負荷状態とで共振周波数ｆｒが大きく変動している。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和は、周波数の変化に対して極めて大きく変化しており、そのプロファイルは、異なっている。このため、圧電振動子ＰＺをホーンＰＬなどに接着した場合に、その接着バラツキなどから生じるスプリアスなどのために、共振周波数ｆｒで発振しない可能性もある。
【００３５】
図４と図５とを比較すると分かるように、図１に示す圧電振動子の駆動装置１は、図１０（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１００と比較して、負荷が変化した場合でもより安定的に発振することができ、圧電振動子ＰＺをより安定的な発振状態で駆動することができる。
【００３６】
次に、第２比較例として、図１０（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置３００における無負荷状態と最大負荷状態とにおける共振周波数の変動を以下に説明する。
【００３７】
図１０（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置３００は、トランジスタＱ３０１、コンデンサＣ３０２、Ｃ３０３、Ｃ３０４およびコイルＬ３０１、Ｌ３０３が圧電振動子ＰＺを駆動するコレクタ接地形のコルピッツ型自励発振回路を構成しており、共振に関わる回路部品のみでその等価回路を構成すると、図２（Ｃ）に示す回路となる。この図１０（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置３００における等価回路３００Ａは、圧電振動子ＰＺと、コイルＬ３０３、コンデンサＣ３０４、コンデンサＣ３０３およびコンデンサＣ３０２の直列回路とが互いに直列に接続されている。圧電振動子ＰＺの等価回路は、上述と同様に表される。
【００３８】
ここで、コイルＬ１、コンデンサＣ１、Ｃ２および抵抗素子Ｒ１は、上述の定数が採用され、また、コンデンサＣ３０２は、図２（Ａ）ではコンデンサＣ４に相当することから、４７００ｐＦに設定され、そして、コンデンサＣ３０３は、図２（Ａ）ではコンデンサＣ３に相当することから、４７００ｐＦに設定される。さらに、コイルＬ３０３は、１５μＨに設定され、コンデンサＣ３０４は、４７００ｐＦに設定される。
【００３９】
無負荷状態では、図６（Ａ）に示すように、圧電振動子ＰＺにコイルＬ３０３およびコンデンサＣ３０４の直列回路を直列に接続した回路全体のインピーダンスＺ１ｃにおける虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｃ］は、■で示され、周波数の増加に従って徐々に増大し、周波数が約１．０４４ＭＨｚで極大（図略）となり、その後、周波数の増大に従って低下するプロファイルであり、周波数が約０．９９８５ＭＨｚでリアクタンスが０Ωとなっている。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｃ］は、周波数の変化に対して極めて大きく変化している。そして、自励発振に関わるコンデンサＣ３０２およびコンデンサＣ３０３のインピーダンスＺ２ｃにおける虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｃ］は、▲で示され、周波数の変化に関わらず−３７Ωで一定である。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｃ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｃ］との和は、●で示され、虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｃ］がＩｍ［Ｚ２ｃ］だけシフトしたプロファイルであり、したがって、周波数の変化に対して極めて大きく変化している。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｃ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｃ］との和は共振状態においては０となる。よって、無負荷状態では、図２（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置３００における等価回路３００Ａは、周波数が約１．０１７５ＭＨｚ（＝共振周波数ｆｒ５）で共振状態となる。
【００４０】
一方、最大負荷状態では、図６（Ｂ）に示すように、前記虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｃ］は、■で示され、周波数の増加に従って緩やかに増大し、周波数が約１．０３５ＭＨｚで極大（図略）となり、その後、周波数の増大に従って低下するプロファイルであり、周波数が約１．０４５ＭＨｚでリアクタンスが０Ωとなっている。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｃ］は、周波数の変化に対して極めて大きく変化しているが、無負荷状態のそれよりも小さい。そして、前記虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｃ］は、▲で示され、周波数の変化に関わらず−３７Ωで一定である。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｃ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｃ］との和は、●で示され、周波数の変化に対して極めて大きく変化しているが、無負荷状態のそれよりも小さい。最大負荷状態では、この等価回路３００Ａは、周波数が約１．０３６ＭＨｚ（＝共振周波数ｆｒ６）で共振状態となる。
【００４１】
したがって、図２（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置３００における等価回路３００Ａ、すなわち、図１０（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置３００は、無負荷状態における共振周波数ｆｒ５が約１．０１７５ＭＨｚである一方、最大負荷状態における共振周波数ｆｒ６が約１．０３６ＭＨｚであり、約２パーセント相違し、無負荷状態と最大負荷状態とで共振周波数ｆｒが大きく変動している。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ｃ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ｃ］との和は、周波数の変化に対して極めて大きく変化しており、そのプロファイルは、大きく異なっている。このため、圧電振動子ＰＺをホーンＰＬなどに接着した場合に、その接着バラツキなどから生じるスプリアスなどのために、共振周波数ｆｒで発振しない可能性もある。
【００４２】
図４と図６とを比較すると分かるように、図１に示す圧電振動子の駆動装置１は、図１０（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置３００と比較して、負荷が変化した場合でもより安定的に発振することができ、圧電振動子ＰＺをより安定的な発振状態で駆動することができる。
【００４３】
次に、図１に示す圧電振動子の駆動装置１における無負荷状態と最大負荷状態とにおけるコイルＬ２の値の変化に対する共振周波数の変動を以下に説明する。
【００４４】
図７および図８は、図２（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路のリアクタンス特性を示す図である。図７は、コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の約３パーセントである場合であり、図８は、コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の約５パーセントである場合である。図７および図８における（Ａ）は、無負荷状態の場合であり、図７および図８における（Ｂ）は、最大負荷状態の場合である。図７および図８における各図の横軸は、ＭＨｚ単位で表す周波数（freq.）であり、それらの縦軸は、Ω単位で表すリアクタンス（reactance）である。
【００４５】
コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の約３パーセントである場合、無負荷状態および最大負荷状態では、図７（Ａ）および図７（Ｂ）にそれぞれ示すように、圧電振動子ＰＺにコイルＬ２およびコンデンサＣ５の直列回路を並列に接続した回路全体のインピーダンスＺ１ａにおける虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］は、■でそれぞれ示され、周波数の増加に従って小さな凹凸があるものの略一定のプロファイルである。そして、自励発振に関わるコンデンサＣ３およびコンデンサＣ４のインピーダンスＺ２ａにおける虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］は、▲でそれぞれ示され、周波数の変化に関わらず−３７Ωで一定である。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和は、●でそれぞれ示され、虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］がＩｍ［Ｚ２ａ］だけシフトしたプロファイルであり、したがって、周波数の増加に従って小さな凹凸があるものの略一定のプロファイルである。このため、無負荷状態および最大負荷状態において、虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和が０となるケースが見られず、コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の約３パーセントである場合では、図１に示す圧電振動子の駆動装置１は、共振しない。
【００４６】
一方、コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の約５パーセントである場合、無負荷状態では、図８（Ａ）に示すように、圧電振動子ＰＺにコイルＬ２およびコンデンサＣ５の直列回路を並列に接続した回路全体のインピーダンスＺ１ａにおける虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］は、■で示され、周波数の増加に従って急激に低下し、周波数が約１．００ＭＨｚで極小となり、その後、周波数の増大に従って徐々に増大するプロファイルであり、周波数が約０．９９７５ＭＨｚおよび約１．０１３ＭＨｚでリアクタンスが０Ωとなっている。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］は、周波数の変化に対して大きく変化している。そして、自励発振に関わるコンデンサＣ３およびコンデンサＣ４のインピーダンスＺ２ａにおける虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］は、▲で示され、周波数の変化に関わらず−３７Ωで一定である。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和は、●で示され、虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］がＩｍ［Ｚ２ａ］だけシフトしたプロファイルであり、したがって、周波数の変化に対して大きく変化している。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和は、共振状態においては０となる。よって、無負荷状態では、図２（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路１Ａは、周波数が約１．０４７ＭＨｚ（＝共振周波数ｆｒ）で共振状態となる。
【００４７】
一方、最大負荷状態では、図８（Ｂ）に示すように、前記虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］は、■で示され、周波数の増加に従って徐々に増大するプロファイルであり、周波数が約１．０１７ＭＨｚでリアクタンスが０Ωとなっている。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］は、周波数の変化に対して大きく変化しているが、無負荷状態のそれよりは小さい。そして、前記虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］は、▲で示され、周波数の変化に関わらず−３７Ωで一定である。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和は、●で示され、周波数の変化に対して大きく変化しているが、無負荷状態のそれよりは小さい。最大負荷状態では、この等価回路１Ａは、周波数が約１．０５１ＭＨｚ（＝共振周波数ｆｒ８）で共振状態となる。
【００４８】
したがって、図２（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路１Ａ、すなわち、図１に示す圧電振動子の駆動装置１は、無負荷状態における共振周波数ｆｒ７が約１．０４７ＭＨｚである一方、最大負荷状態における共振周波数ｆｒ８が約１．０５１ＭＨｚであり、約０．４パーセント相違している。無負荷状態と最大負荷状態とで共振周波数ｆｒは、背景技術にかかる図１０（Ａ）、（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置１００、３００の場合よりも変動が小さいものの、コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の約４パーセントである場合に較べて変動が大きい。虚数部Ｉｍ［Ｚ１ａ］と虚数部Ｉｍ［Ｚ２ａ］との和のプロファイルは、無負荷状態と最大負荷状態とで異なっている。このため、圧電振動子ＰＺをホーンＰＬなどに接着した場合に、その接着バラツキなどから生じるスプリアスなどのために、共振周波数ｆｒで発振しないこともあり得る。
【００４９】
よって、図１に示す圧電振動子の駆動装置１は、コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の約３パーセントである場合やコイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の約５パーセントである場合に較べて、コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の約４パーセントである場合が、負荷の変化に対して安定的に発振することができ、圧電振動子ＰＺを安定的な発振状態で駆動することができる。
【００５０】
次に、別の実施形態について説明する。
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、図１に示す圧電振動子の駆動装置１を超音波髪処理装置に適用した実施形態である。
【００５１】
図９は、超音波髪処理装置の構成を示す回路図である。超音波髪処理装置は、例えば、特開平０９−２６２１２０号公報や特開２００５−３３４２５６号公報などによって知られている。本実施形態における超音波髪処理装置２は、図９に示すように、超音波を発生させる圧電振動子ＰＺと、圧電振動子ＰＺを駆動するための圧電振動子の駆動装置１と、一方面に圧電振動子ＰＺが接合され圧電振動子ＰＺからの超音波を他方面の放射面に伝達するホーンＰＬとを備え、放射面に接触させた髪Ｈｒに超音波を作用させて処理剤の髪Ｈｒ内への浸透促進を行う装置である。ホーンＰＬは、一方面に圧電振動子ＰＺが接合され圧電振動子ＰＺからの超音波を他方面の放射面に伝達する伝達部材の一例であり、短高有底の円筒形状をした例えばアルミニウムや軽合金等の金属部材であり、圧電振動子ＰＺがホーンＰＬの内底面に接着剤によって接着され、固定されている。処理剤は、水、毛染め剤、トリートメント剤およびセットローションなどであり、より具体的には、ヘアーマニュキア剤、ヘアートリートメント剤、ヘアースタイリング剤、ヘアーリンス剤、ヘアークリーム剤、ヘアームース剤、ヘアージェル剤およびヘアーパック剤などがある。
【００５２】
ここで、注目すべきは、この超音波髪処理装置２は、圧電振動子の駆動装置１が図１に示す装置であることである。
【００５３】
このため、このような超音波髪処理装置２では、例えば髪Ｈｒの量が変化するなどの負荷が変化する場合でも、圧電振動子の駆動装置１は、安定的に発振することができ、圧電振動子ＰＺを安定的な発振状態で駆動することができる。したがって、超音波髪処理装置２は、処理剤の髪内への浸透促進を安定的に行うことができる。
【００５４】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態における圧電振動子の駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】圧電振動子の駆動装置における等価回路を示す回路図である。
【図３】圧電振動子のインピーダンス特性を示す図である。
【図４】図２（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路のリアクタンス特性を示す図（コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の４パーセントである場合）である。
【図５】図２（Ｂ）に示す圧電振動子の駆動装置における等価回路のリアクタンス特性を示す図である。
【図６】図２（Ｃ）に示す圧電振動子の駆動装置における等価回路のリアクタンス特性を示す図である。
【図７】図２（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路のリアクタンス特性を示す図（コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の３パーセントである場合）である。
【図８】図２（Ａ）に示す圧電振動子の駆動装置１における等価回路のリアクタンス特性を示す図（コイルＬ２の値が無負荷状態におけるコイルＬ１の値の５パーセントである場合）である。
【図９】超音波髪処理装置の構成を示す回路図である。
【図１０】背景技術にかかるコルピッツ型自励発振回路を用いた圧電振動子の駆動装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  圧電振動子の駆動装置
１Ａ  圧電振動子の駆動装置の等価回路
２  超音波髪処理装置
Ｑ１  トランジスタ
Ｃ１〜Ｃ５  コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１１、Ｌ１２  コイル
Ｒ１、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３  抵抗素子
Ｅ  直流電源
ＰＺ  圧電振動子
ＰＬ  ホーン
【図１】
2008160244.tif 000003
【図２】
2008160244.tif 000004
【図３】
2008160244.tif 000005
【図４】
2008160244.tif 000006
【図５】
2008160244.tif 000007
【図６】
2008160244.tif 000008
【図７】
2008160244.tif 000009
【図８】
2008160244.tif 000010
【図９】
2008160244.tif 000011
【図１０】
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