JP2014039473A - 適応型圧電アクチュエータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】液体小滴スプレーデバイスのための適応型圧電アクチュエータ制御システムを提供すること。
【解決手段】本発明によって提供される適応型圧電アクチュエータ制御システムは、電源手段（１、２）と、圧電アクチュエータと、液体小滴スプレーデバイス（８）を活性化するために、圧電アクチュエータを駆動するためのドライバ（３）と、周波数信号によって規定されるような周波数において、圧電アクチュエータ（８）を駆動するためのドライバ（３）に対して周波数信号を提供するための信号発生器（７）と、液体小滴スプレーデバイスの動作条件をユーザが入力することを可能にするためのユーザインタフェース（４）と、圧電アクチュエータの内部パラメータおよび外部パラメータを格納するためのメモリ手段と、電源手段、該ドライバ、信号発生器およびメモリ手段（６）を制御するためのシステム制御手段（５）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、適応型圧電アクチュエータ制御システムに関し、特に、電池駆動式の液体小滴スプレーデバイス用の適応型圧電アクチュエータ制御システムに関する。

そのような小滴スプレーデバイスは、エーロゾル生成器、噴霧器などと時には呼ばれる。それらは、支持部分の上にノズル本体、特に、小滴スプレーデバイスのノズル本体を標準的に含む。そのノズル本体は、液体小滴スプレーとして液体物質を分与（ｄｉｓｐｅｎｓｅ）するか、またはノズル本体のノズルを介してデバイスから分与する。小滴スプレーデバイスはさらに、振動要素として用いられる圧電アクチュエータからなり、液体が加速され小滴として吐き出されるように、液体を振動させる。小滴スプレーデバイスはさらに、液体空間、貯蔵容器への液体供給および流動体インタフェース、貯蔵容器（ならびに振動要素と対応する電子回路との間の電気的接続）などの要素からなる。液体は、例えば、環境芳香剤、香水、殺虫剤、アロマテラピーエッセンス、薬剤の調合液体、水溶性の液体および可燃性または燃えやすい液体であり得る。

そのようなノズル本体は、アパーチャプレート、ノズルアレイ、投薬アパーチャ、開口部プレート、震動（ｖｉｂｒａｔａｂｌｅ）膜メンバー、投薬アパーチャ配列、エーロゾル生成器、などと時には呼ばれる。それゆえ、それらの用語は、本明細書全体を通してお互いに交換可能であることとして理解されるべきである。

実際、そのようなノズル本体および小滴スプレーデバイスは、周知である。例えば、本出願人名における文献 ＥＰ １ １２９ ７４１を参照されたい。この文献は、メイン本体およびノズル本体から形成された一番上の基板を有する、液体小滴スプレーデバイスを記述する。ノズル本体は、液体小滴のアウトレット手段（ｏｕｔｌｅｔ ｍｅａｎｓ）のノズルアレイを含む。このアウトレット手段は、液体小滴スプレーデバイス内に含まれる液体物質が、デバイスから（この場合には小滴のスプレーとして）出て行くことを可能にする。圧電アクチュエータは、小滴スプレーを生成するために、液体が振動を受けるようにするために用いられる。

一般に、そのような圧電アクチュエータは、エネルギー効率を改善するために、圧電アクチュエータの共振周波数またはそれに近い周波数において発振するように駆動される。

さらに、温度の振れが電気的諸特性の変化をもたらすことは公知なので、圧電アクチュエータの動作周波数を制御することが重要である。

また、一旦貯蔵容器が空になった際に、エネルギーの浪費を避けるために圧電アクチュエータを停止することが好適である。さらに、一旦貯蔵容器が空になり、圧電アクチュエータが機能し続ける場合、液体供給手段が乾燥するという危険性がある。芯が、液体を供給するために用いられる場合に、このことは、液体供給手段が乾燥するような状況において、望ましくない臭いが芯から発し得る欠点を有する。一旦新しい貯蔵容器が追加されると、吐き出される液体の総量を制御することは困難であり得る。なぜならば、特に熱放散デバイスにおいて、芯が適切に機能し得る前に、まず芯が液体に完全に浸されなければならないからである。

多くの圧電アクチュエータ制御システムは、そのようなものとして公知である。

例えば、非特許文献１は、柔軟な構造の能動型振動制御のための、洗練された圧電アクチュエータの設計および実装を記述する。外乱（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）推定技法は、圧電アクチュエータに誘起されたひずみを推定するために用いられ、その技法は、自己感知型圧電アクチュエータをもたらす。提案された自己感知型圧電アクチュエータは次いで、単純なレートフィードバック制御を用いて、柔軟な梁構造における振動除去に適用される。片持ち梁に対するシミュレーションおよび実験結果は、提案された自己感知型アクチュエータの振動制御に対する正確さを証明するために示される。

文献 ＥＰ １ ０４３ １６２は、インクジェット装置を記述する。その装置は、液体がスプレー経路を通過したか否かを決定するために、赤外線検出器を用いた液体の検出方法を有する。制御手段は、それ自身でスプレーを調整するために提供される。

文献 ＥＰ １ １６９ ５６８は、圧電アクチュエータを用いた燃料噴射器を記述する。圧電アクチュエータは、電圧がそれに適用される場合に、燃料噴射器に作用する。圧電アクチュエータに適用される、結果として生じる機械的負荷は、電荷を生成し、電荷は、機械的負荷と比例している。機械的負荷が適用される限り、電荷は、保持される。電荷の電圧を監視することによって、噴射される燃料を制御することは、可能である。しかし、この文献に記述された燃料噴射器は、ただ１つの液体物質、すなわち燃料、の使用と関連し、そして液体の貯蔵容器の状態（空である否か）を全く検出しない。

文献 ＤＥ １０ ２００６ ００２ ７３６は、燃料噴射の別の例示を記述する。圧電アクチュエータに供給される電流を測定することによって、圧電アクチュエータの動作を制御することは、可能である。この文献もまた、貯蔵容器の状態に言及せず、１つのタイプの液体を用いるのみである。

そのようなシステムのさらなる例示は、文献 ＤＥ １０ ２００６ ００４ ７６５に記述される。

特許文献１は、圧電で活性化されるポンプに対する駆動制御回路を記述する。圧電アクチュエータの内部インピーダンスを測定することによって、動作周波数を制御することは、可能である。

特許文献２は、霧状にする物質のための噴霧器および貯蔵容器を記述する。貯蔵容器は、霧状にされる物質を噴霧デバイスに供給するために配置された計量室と、計量室中において収容される容量を超過する、この物質をいくらでも収容し保持するために配置された第２の小室とを有する。デバイスは、１回分の単位量の噴出を検出することが可能であるので、原則において、空の貯蔵容器が検出され得るけれども、これは、計量室を介して噴出された物質の総量を測定することによってなされる。

特許文献３は、周波数制御手段を有するエーロゾル生成器を記述する。周波数制御手段は、実際の周波数を追跡するために、圧電アクチュエータの内部インピーダンスを用いる。電流を測定することによって、適用される周波数は、制御され得、共振点において考えると、内部インピーダンスが最も低いときに、電流は最も低い。しかし、この点は最も安定ではなく、すなわち、周波数におけるわずかなシフトは、この文献の図２に例示されるように、インピーダンス変化において大きなシフトを引き起こし得るので、消費される電流と周波数とのトレードオフがなされる必要がある。

米国特許出願公開第２００７／０２１６２５６号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１４６３００号明細書 米国特許第６，５４６，９２７号明細書

Ｆ．Ｐｏｕｒｂｏｇｈｒａｔ ｅｔ ａｌ．，「Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｂｅａｍｓ ｕｓｉｎｇ ｓｅｌｆ−ｓｅｎｓｉｎｇ ａｃｔｕａｔｏｒｓ」、Ｅｌｅｃｔｒ．＆Ｃｏｍｐｕｔ．Ｅｎｇ．，Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｉｌｌｉｎｏｉｓ Ｕｎｉｖ．，Ｅｄｗａｒｄｓｖｉｌｌｅ，ＩＬ，ＵＳＡ；Ｗｏｒｌｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，２００２．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ５ｔｈ Ｂｉａｎｎｕａｌ、第１４巻、１３３〜１３９頁

しかし、この文献または他の引用文献のいずれも、液体粘度または周囲温度のいかなる影響または制御にも言及していない。液体粘度または周囲温度の両方とも、圧電アクチュエータの動作特性に直接的な影響を有する。例えば、上で引用されたＵＳ ６，５４６，９２７において、周囲温度の変化は、共振周波数から離れる周波数のシフトを引き起こし得る。

従って、本発明の目的は、液体小滴スプレーデバイスのための革新的な圧電アクチュエータ制御システムを提供することである。この圧電アクチュエータ制御システムは、従来技術の文献によって提示された不便性および限界を克服する。

従って、本発明は、効率的にこれらの目的を果たす適応型圧電アクチュエータ制御システムに関係し、この適応型圧電アクチュエータ制御システムは、添付の特許請求の範囲において定義されるように、比較的単純で、かつ安価な手法において取得され得る。

本発明はまた、添付の特許請求の範囲において定義されるように、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムを含む噴霧器に関する。

本発明による圧電アクチュエータ制御システムの特徴のおかげで、液体の貯蔵容器の状態、すなわち、空か否かを確実に検出することができる。さらに、香水、燃料、エアフレッシュナなどのスプレーされる液体の粘度の比較的大きな範囲に対して、いかなるセンサも必要とせずに、適切な動作を保証することが、可能である。

さらに、本発明による圧電アクチュエータ制御システムの独特な設計のおかげで、１つ以上の噴霧器を他よりずっと早く空にする危険性なしに、複数の噴霧器を有するスプレーデバイスを制御することが、可能である。

本発明による圧電アクチュエータ制御システムの他の特徴および利点は、以下の説明を読み取ることから明白になり、それは、以下の添付の図面を参照することによって、限定的でない例示としてのみ与えられる。

本発明は、さらに以下の手段を提供する。

（項目１）
液体小滴スプレーデバイスのための適応型圧電アクチュエータ制御システムであって、
電源手段（１、２）と、
圧電アクチュエータと、
該液体小滴スプレーデバイス（８）を活性化するために、該圧電アクチュエータを駆動するためのドライバ（３）と、
周波数信号によって規定されるような周波数において、該圧電アクチュエータ（８）を駆動するための該ドライバ（３）に対して該周波数信号を提供するための信号発生器（７）と、
該液体小滴スプレーデバイス（８）の動作条件をユーザが入力することを可能にするためのユーザインタフェース（４）と、
該圧電アクチュエータの内部パラメータおよび外部パラメータを格納するためのメモリ手段と、
該電源手段、（２、３）、該ドライバ（３）、該信号発生器（７）および該メモリ手段（６）を制御するためのシステム制御手段（５）であって、該制御することにより、該圧電アクチュエータが可能な限り小さな電力を消費しながらも適切に動作するように、該圧電アクチュエータの動作周波数が監視され、そして調節される、システム制御手段（５）と
を備え、
該ドライバ（３）は、
該信号発生器（７）によって提供されるテスト信号を該圧電アクチュエータに対して提供するテスト信号手段と、
該テスト信号によってもたらされる該圧電アクチュエータに対して適用される電圧を測定し、該周波数信号によってもたらされる該圧電アクチュエータに対して適用される電圧を測定するための電圧測定手段と
を備え、
該システム制御手段（５）は、該テスト信号に応答して応答信号を受信し、該電圧測定手段によって測定された該電圧を受信し、かつ、該応答信号のエンベロープを作成するための信号解析手段を含んでおり、該エンベロープの最大に対応する周波数信号を生成するように、該信号発生器を制御する、適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目２）
上記メモリ手段（６）は、上記圧電アクチュエータが、満たされた貯蔵容器を有する液体小滴スプレーデバイスおよび空の貯蔵容器を有する液体小滴スプレーデバイスを活性化するように編成されるときに、上記応答信号のエンベロープを事前に格納し、上記システム制御手段はさらに、該圧電アクチュエータが空の貯蔵容器に接続されているか、または満たされた貯蔵容器に接続されているかを決定するために、該システム制御手段によって作成されたエンベロープを、該事前に格納されたエンベロープと比較するように編成される、項目１に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目３）
上記メモリ手段（６）はさらに、上記圧電アクチュエータの種々の周囲温度に対する応答信号のエンベロープを格納するように編成され、上記システム制御手段はさらに、該圧電アクチュエータの温度を決定するために、上記作成されたエンベロープを該事前に格納された温度エンベロープと比較するように編成される、項目１に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目４）
上記メモリ手段（６）はさらに、上記圧電アクチュエータが、満たされた貯蔵容器を有する液体小滴スプレーデバイスを活性化するように編成されるときに、該貯蔵容器内の種々の液体の粘度に対する応答信号のエンベロープを格納するように編成され、上記システム制御手段はさらに、該圧電アクチュエータが貯蔵容器に接続されるときに、特定の液体の粘度に対する動作周波数を決定するために、該システム制御手段によって上記作成されたエンベロープを該事前に格納されたエンベロープと比較するように編成される、項目２または項目３に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目５）
上記電圧測定手段は、上記圧電アクチュエータに対して適用される第１の電圧（Ａ）を決定するための、上記ドライバ（３）と該圧電アクチュエータとの間に接続された、第１のインピーダンス（３．１）と、上記システム制御手段（５）に対して該第１の電圧の値を提供するための、該圧電アクチュエータと該システム制御手段との間に接続された、第１の電圧を決定する分岐とを含む、項目１〜項目４のいずれか一項に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目６）
複数の圧電アクチュエータであって、各圧電アクチュエータは、液体小滴スプレーデバイスを駆動するように編成される、複数の圧電アクチュエータと、
該複数の圧電アクチュエータのうちの１つを順次に選択するためのスイッチ（９）であって、該スイッチは、上記システム制御手段（５）によって制御される、スイッチと
を含む、項目１〜項目５のいずれか一項に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目７）
上記システム制御手段はさらに、上記圧電アクチュエータを加熱し、それによって該圧電アクチュエータによって作用される任意の液体の粘度を低減させ、それによって液体小滴スプレーデバイスの流量を制御するために、該圧電アクチュエータのうちの１つを活性化するように編成される、項目６に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目８）
上記電圧測定手段は、第２の電圧（Ｂ）を測定するための第２のインピーダンス（３．７）をさらに含み、該第２のインピーダンスは、上記システム制御手段に対して該第２の電圧の値を提供するために、上記ドライバ（３）と上記選択式スイッチ（９）との間に接続される、項目５に従属する項目６に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目９）
上記該メモリ手段（６）は、ルックアップテーブルを含み、該ルックアップテーブルは、その中に事前に格納された上記圧電アクチュエータの製造パラメータを有する、項目１〜項目８のいずれか一項に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目１０）
上記内部パラメータは、いくつかの種々の温度に対する、上記圧電アクチュエータの時間依存の周波数応答信号を含む、項目１〜項目９のいずれか一項に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目１１）
上記外部パラメータは、上記液体小滴スプレーデバイスによって用いられる、特定の温度における液体の粘度の範囲を含む、項目１〜項目１０のいずれか一項に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目１２）
上記システム制御手段は、ファジイ論理を用いて上記動作周波数を制御するように構成される、項目１〜項目１１のいずれか一項に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システム。

（項目１３）
噴霧器（１１）であって、
複数の液体小滴スプレーデバイスと、
該液体小滴スプレーデバイスのうちの１つを順次に選択するためのセレクタと、
項目１〜項目１２のいずれか一項に記載の適応型圧電アクチュエータ制御システムと
を備える、噴霧器。

（項目１４）
各液体小滴スプレーデバイスは、スプレーとして噴出される液体を収容するための取り外し可能な貯蔵容器を有する、項目１３に記載の噴霧器。

（項目１５）
上記貯蔵容器は識別手段を提供され、該識別手段は、該貯蔵容器の中に収容される液体の粘度を示す、項目１４に記載の噴霧器。

（項目１６）
上記貯蔵容器が空であることを示すための第１の表示器をさらに含み、該第１の表示器は、上記システム制御手段（５）によって制御される、項目１３〜項目１５のいずれか一項に記載の噴霧器。

（項目１７）
上記液体小滴スプレーデバイスのうちの１つが故障であることを示すための第２の表示器をさらに備え、該第２の表示器は、上記システム制御手段（５）によって制御される、項目１３〜項目１６のいずれか一項に記載の噴霧器。

（摘要）
液体小滴スプレーデバイスのための適応型圧電アクチュエータ制御システムであって、
電源手段（１、２）と、
圧電アクチュエータと、
液体小滴スプレーデバイス（８）を活性化するために、圧電アクチュエータを駆動するためのドライバ（３）と、
周波数信号によって規定される周波数において、圧電アクチュエータ（８）を駆動するためのドライバ（３）に周波数信号を提供するための信号生成器（７）と、
ユーザが液体小滴スプレーデバイス（８）の動作条件を入力することを可能にするためのユーザインターフェース（４）と、
圧電アクチュエータの内部パラメータと外部パラメータとを格納するためのメモリ手段と、
電源手段（２、３）、ドライバ（３）、信号発生器（７）およびメモリ手段（６）を制御するためのシステム制御手段（５）であって、制御することにより、圧電アクチュエータが可能な限り小さな電力を消費しながらも適切に動作するように、圧電アクチュエータの動作周波数が監視され、そして調節される、システム制御手段（５）と
を備え、
ドライバ（３）は、
信号発生器（７）によって提供されるテスト信号を、圧電アクチュエータに対して提供するテスト信号手段と、
テスト信号によってもたらされる圧電アクチュエータに対して適用される電圧を測定し、周波数信号によってもたらされる圧電アクチュエータに対して適用される電圧を測定するための電圧測定手段と
を備え、
システム制御手段（５）は、テスト信号に応答して応答信号を受信し、電圧測定手段によって測定された電圧を受信し、かつ、応答信号のエンベロープを作成するための信号解析手段を含んでおり、エンベロープの最大に対応する周波数信号を生成するように、信号発生器を制御する、適応型圧電アクチュエータ制御システム。

図１は、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムのための一般的なブロック図の一例を示す。 図２は、図１の制御システムのドライバのブロック図の一例を示す。 図３は、第１の動作モードにおける本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムの動作ステップのフローチャートを示す。 図４は、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムによって分析および制御するために用いられる駆動信号（明瞭さのために減縮して示される）の図を示す。 図５は、第２の動作モードにおける本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムの動作ステップのフローチャートを示す。 図６〜図８は、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムによって取得される、液体小滴スプレーデバイスの液体貯蔵容器の状態を検出することを可能にする信号の例を示す。 図６〜図８は、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムによって取得される、液体小滴スプレーデバイスの液体貯蔵容器の状態を検出することを可能にする信号の例を示す。 図６〜図８は、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムによって取得される、液体小滴スプレーデバイスの液体貯蔵容器の状態を検出することを可能にする信号の例を示す。 図９は、温度の範囲に対する温度較正モードにおける応答信号の一例を示す。 図１０は、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムを備える噴霧器配列の一例を示す。

好適な実施形態の例示は、図を参照しながらここで記述される。一般に、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムは、液体小滴スプレーデバイスにおける圧電アクチュエータの動作を制御するために用いられる。液体小滴スプレーデバイスは、１つ以上の出力手段を有し得、各出力手段は、それ自身の圧電アクチュエータおよび貯蔵容器を有する。インクジェットプリンタから分かるように、１つ以上の貯蔵容器がまだ実質的に満たされているけれども、１つが空であるために、とにかく貯蔵容器を交換する必要があることはいくぶんわずらわしいことである。複数の液体小滴スプレーデバイスを有する噴霧器配列、それぞれ異なる液体（例えば、エアフレッシュナの場合の異なる芳香剤）を噴出することが可能なデバイスにおいて、同じ問題が存在する。本発明は、この問題を克服し、各液体小滴スプレーデバイスの噴出を制御することを可能にするので、以下の詳細な説明から明らかになるように、貯蔵容器が実質的に同時に空になる。

図１に示すように、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムは、１つ以上の液体小滴スプレーデバイスまたは噴霧器８を駆動するために配置される、ドライバ３に電力を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータ２に接続される電源１を含む。電源１は、電池式、例えば、単３電池（ＡＡ ｂａｔｔｅｒｙ）であり得る。この例示において、１つの電池あたり１．５ボルトの３個の単３電池が、圧電アクチュエータをそれぞれ含む３つの噴霧器８を駆動するために提供される。もちろん、電池の数は、駆動される噴霧器の数と、時間とともにスプレーされた液体の全体の容量とに依存する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、システムの他の構成要素を動作させるために有用な電圧を取得するために電池の電力を変換する。ユーザインタフェース、すなわちユーザ制御手段４がさらに提供され、これは、噴霧器を動作させるためのプログラムに従って設定を入力することにより、ユーザがシステムを制御することを可能にする。もちろん、このユーザ制御は、有線式またはワイヤレス式であり得る。システムは、システムプロセッサ５をさらに含み、システムプロセッサ５は、ＣＰＵ、メモリ手段６および信号発生器７であり得る。電子スイッチ９は、噴霧器の選択を可能にするためにドライバ３、信号発生器７と噴霧器８との間で接続される。好適には、このスイッチは、１つの噴霧器から次の噴霧器に切り換えるように、順次方式で動作する。この切り換えは、例えば、１つの噴霧器が空であると考えられる場合に、または定期的に芳香剤類を変更するようにユーザがシステムをプログラムした場合に、行われる。

ＣＰＵ５は、システム信号を制御し分析する。分析は、システムの動作の監視を可能にするために、例えば、パターン分類分析を用いることによって行う。ＣＰＵ５はさらに、外部のパラメータをチェックし制御するために編成される。外部のパラメータは、周囲温度および貯蔵容器の状態、すなわち貯蔵容器が空であるか否か、などであり、より詳細はさらに説明される。メモリ手段６、例えばＲＡＭは、システムによって実行される分析および測定の結果もたらされるデータを格納するために用いられる。これらのデータを格納することによって、ある期間にわたり、圧電アクチュエータの内部パラメータなどの噴霧器システムの動的パラメータの進展を追うことが可能である。内部パラメータは例えば、アクチュエータ内で用いられる圧電要素の物理特性であり得る。このことは、システムによる時間依存の信号処理を可能にする。

信号発生器７は、例えば、ＤＤＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｅｒ）、ＶＣＯ（ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）またはＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）であり得、噴霧器のそれぞれに動作周波数を提供する。これはさらに、噴霧器の動的パラメータを分析することと、噴霧器の最適な動作を保証することとに必要とされる、すべての信号を生成する。周波数および振幅の両方は、この発生器７によってさらに制御され得る。

ドライバ３は、このように、圧電アクチュエータに適用される周波数および電圧を制御することによって噴霧器を駆動する。

図３において示されるシステムのすべてのブロックは、噴霧器と関連するブロック８を除いて、ＡＳＩＣ内に完全にまたは部分的に統合され得る。

本発明によれば、ドライバは、２つの別個のモードにおいて動作し得る。第１の、いわゆる非線形モードは、噴霧器が機能を果たすために必要な信号を噴霧器に供給するための、動作モードに相当する。そして、第２の線形モードは、噴霧器の挙動を最適化しシステムのエネルギー効率を最大化するために信号を測定し分析するための、測定および分析モードに相当する。

図２は、ドライバ３のブロック図の例示をより詳細に示す。上記したように、本発明によれば、ドライバは、２つの別個のモード（１つが、噴霧器の適切な機能を保証するためのモードであり、１つが、噴霧器の内部パラメータを測定し分析するためのモードである）において動作し得、その結果として、システムによる制御を可能にする。

実際、原則的には、直接駆動信号から内部パラメータに関連する情報を抜き出すことは可能であるけれども、このことは、非常に制限される。噴霧器の通常動作とともに定期的に断続的に活性化される、別個の測定モードを導入することによって、はるかに信頼できる分析が取得され得る。

図２に示すように、ドライバは、演算増幅器、電力増幅器３．２を含み、増幅器３．２は、その入力において周波数発生器７からの生成された信号を受信する。増幅器３．２は、第１の分岐においてインピーダンス整合回路３．１（以下、第１のインピーダンスとして示される）に接続され、インピーダンス整合回路３．１は、噴霧器８の組に接続される。第１のインピーダンス３．１は、最も効率的な出力を可能にするために、ドライバのインピーダンスを噴霧器の圧電アクチュエータのそれに適応させるために必要とされる。これはまた、電圧を測定するためにも用いられる。その電圧は、インピーダンス３．１から噴霧器までの分岐内の点「Ａ」において圧電アクチュエータに提供される。公知であるように、圧電アクチュエータの電気的パラメータは、その負荷によって変化する。点「Ａ」において電圧を測定することによって、負荷の明確な指示が、結果として取得され得る。図３に関してより詳細に説明されるように、その測定値は、それから、システムを制御するために用いられ得る。別の分岐は、点「Ａ」をＣＰＵ５の入力／出力端子に接続された出力に接続する。この分岐は、この例示において、点「Ａ」の電圧（測定モードにおいて、例えばピークツーピーク１３０ボルトであり得る）を低減させるための減衰器３．３（整流器（３．４．０）の電源に適合する電圧、すなわち約２〜３ボルトの電圧まで落す減衰器）、整流器３．４．０、低域通過フィルタ３．５．０および増幅器３．６．０の接続を含む。増幅器３．６．０はこの例示において、測定回路の出力インピーダンスをＣＰＵの入力インピーダンスに適応させるために用いられる。この分岐は従って、点「Ａ」の電圧の絶対値を測定することと、システムによる制御のためにＣＰＵ５に対して結果を提供することとを可能にする。

増幅器３．２は、第２の分岐において、電子スイッチ３．８と第２のインピーダンス３．７との並列接続に接続される。第２のインピーダンス３．７は、点「Ｂ」の電圧を決定するために、このインピーダンスを介するさらなる電圧測定を可能にするために提供される。この電圧は、スイッチ３．８を開くこと（すなわち、電流がインピーダンス３．７を通過する）、またはスイッチ３．８を閉じること（すなわち、インピーダンス３．７に関しての短絡）によって決定され得る。上記の点「Ａ」の接続に類似して、点「Ｂ」は、整流器３．４．１、低域通過フィルタ３．５．１および増幅器３．６．１の直列接続を介してＣＰＵに接続される。この分岐は従って、点「Ｂ」の電圧の絶対値を測定することと、システムによる制御のためにＣＰＵ５に対して結果を提供することとを可能にする。電圧が確実に決定され得るように、インピーダンス３．７の値が選択される。点「Ｂ」は、噴霧器を選択するための順次スイッチ９とさらに接続される。この順次スイッチ９はまた、ＣＰＵ５によるこのスイッチの制御を可能にするためにＣＰＵ５と接続される。

スイッチ３．８は、このようにインピーダンス３．７を介して電流が流れることを可能にする。このインピーダンス３．７は、電気的な計測値を介して噴霧器の挙動を特徴付けるために用いられる測定要素であり得る。

上記から理解され得るように、点Ａおよび点Ｂの電圧を測定することによって、噴霧器の内部パラメータ、すなわち、圧電アクチュエータの内部パラメータを決定することは、可能である。

図３は、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムの第１の動作モード、すなわち、通常の活性化モード、非線形モードとも呼ばれるモードにおける動作ステップのフローチャートを示す。

最初に、ステップ３０１において、ＤＣ／ＤＣの初期化が開始され、低い電圧が、制御システムの動作を開始するために種々の要素（ＤＣ／ＤＣコンバータ２、ドライバ３、ユーザコントローラ４、ＣＰＵ５およびＲＡＭ６）に提供される。次に、ステップ３０２において、噴霧器８は、ＣＰＵ５によって制御されるときに、噴霧器を選択するために選択スイッチ９を活性化することによって選択される。この実施形態において、噴霧器は、一斉にではなく順次に動作する。ステップ３０３において、周波数掃引が、噴霧器の動作周波数を決定するために実行される。ドライバ３は、発生器７から種々の周波数の駆動テスト信号を送り、圧電アクチュエータにそのような駆動テスト信号を提供することによって活性化されて、第１のインピーダンス３．１における電圧が測定される。その間、掃引に沿った全体の周波数範囲に対して、スイッチ３．８がインピーダンス３．７を短絡させるために閉じられ、このインピーダンス３．７の電圧は、通常の動作電圧より低い。

テスト信号は、一般に、一定振幅および可変周波数のブロック型（ｂｌｏｃｋ−ｔｙｐｅ）信号であり、ドライバ３の増幅器３．２によって増幅される前に、一般的な帯域通過フィルタ（図示せず）を通過する。上記したように、増幅器３．２は、第１のインピーダンス３．１を介して噴霧器８に接続される。最適な動作構成が決定されることにより、最大のフローが、可能な限り低い電力消費量において取得される。この最適な動作構成は、このテスト信号の応答信号のエンベロープを、時間にわたって測定することによって決定される。この信号は、第１のインピーダンス３．１を通過し、それから減衰器３．３、整流器３．４、低域通過フィルタ３．５および増幅器３．６の構成要素による分岐を通過する。

図４は、駆動信号（明瞭さのためにサンプリングされて示される）の例示と、最適な動作周波数および増幅器３．２の電圧源を決定することにおいて用いられる応答信号のエンベロープとを示す。実際、このエンベロープのピークを求めることによって、最適の動作周波数が見出される。

そのようなテスト信号は、噴霧器の動作時の機能として、動作周波数および増幅器３．２の電圧源を適応させることを可能にするために、分岐を介して定期的に送信される。例えば、周囲温度の変化があると、噴霧器は、より効率的な手法で異なる周波数で動作し得る。その結果、応答信号のエンベロープをチェックすることによって、新しいピークが検出され得、そのピークが新しい最適な動作周波数を与える。

図３に戻って、続くステップ、ステップ３０４において、テスト信号に応答して取得された、つい今しがた測定された噴霧器のパラメータは、ＣＰＵ５によってＲＡＭ６内に格納される。ステップ３０５において、図４に関して上で説明されたように、最適な動作周波数は、取得された応答信号のエンベロープを分析することによって決定される。

次に、ステップ３０６において、温度パラメータの較正が実行される。実際、上記したように、ＲＡＭ６は、圧電アクチュエータからのパラメータを格納し得る。製造時に、いくつかのパラメータは、種々の周囲温度に対して測定され、そして格納され得る。従って、種々の温度における、負荷のない（ｕｎｌｏａｄｅｄ）、すなわち、電荷が圧電アクチュエータにまったく適用されないときの圧電アクチュエータ特性が、格納され得る。同様に、異なる温度および粘度における、圧電アクチュエータ特性を加えられた基準が、格納され得る。いったん噴霧器が活性化され、システムがその測定を開始すると、最適な動作周波数が決定される。そしてこの周波数は、特定の周囲温度に対応する。そして、その周波数をＲＡＭ（例えば、ルックアップテーブル）内に事前に格納された周波数と比較することによって、対応する周囲温度が求められる。

ＲＡＭ６のそのようなルックアップテーブルが、噴霧器によってスプレーするために用いられる液体と関連する情報をも格納し得ることは、注目されるべきである。例えば、いくつかの香水に対して、特定の温度の特定の粘度もまた事前に格納され得る。

次に、ステップ３０７において、供給電圧は、高い電圧を取得するためのＤＣ／ＤＣコンバータ２によって、この例示において、約１３０ボルトに変更される。ステップ３０８において、高電圧（ｈｉｇｈ−ｖｏｌｔａｇｅ）測定が実行され、インピーダンス３．１を介する電圧を測定することによって、再びエンベロープが取得されるが、今回は、第１の測定と比較してより高い電圧に対するエンベロープが取得される。この測定は、調節フィードバックループを用いることによる入力に従って、噴霧器に適用される電圧および周波数を調節することを可能にする。

ステップ３０９において、ユーザの入力パラメータがチェックされ、ユーザによってプログラムされた条件に従って噴霧器が作動するか否かについて、システムが比較する。もし作動する条件でなければ、「Ｎｏ」に対する「Ｎ」によって示されるように、この方法は、電圧を調整し、さらなる高電圧測定を実行するために、ステップ３０７に戻る。

ユーザプログラム条件が考慮される場合、この方法は、ステップ３１０に続き、決定された最適な動作周波数において、選択された噴霧器が動作させられる。この動作周波数は、所与の周囲温度、そしてまた可能性としてはスプレーされる液体の所与の粘度に対して最適である。

ステップ３１１は、システムの定期的な監視と関連し、この監視は、定期的な測定を実行することによって、および時間にわたって噴霧器の適切な動作を保証するために、ステップ３０６に戻ることによって行う。従って、温度変化があっても、噴霧器の動作周波数は、最適な動作周波数に留まるようにさらに制御される。このステップはまた、噴霧器が依然として活性状態であるか否かをチェックする。そのチェックは、ユーザ選好（ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を考慮して、ステップ３１０にループバックして調べることで行う。

最後に、ステップ３１２において、ユーザによってプログラムされた動作時間がチェックされ、この時間に到達していた場合、システムは、噴霧器を停止する。さもなければ、制御は、ステップ３０２に戻る。

上記したように、本発明によれば、時間にわたって適切な機能を保証するために、圧電アクチュエータの動作を測定し分析することは、可能である。測定および分析モード（線形モードとも呼ばれる）は、必要な測定を実行するために定期的に差し込まれる。図５は、この線形モードの動作ステップを示す。

ステップ５０１において、噴霧器が、測定のために選択される。ステップ５０２において、信号発生器７は、特定の周波数および振幅によって、信号を初期化するためにＣＰＵ５によって活性化される。初期化パラメータは、ＲＡＭ内に格納される。これらのパラメータは、選択された噴霧器のスプレーヘッド、液体のタイプ、液体の粘度および／または周囲温度に依存し得る。

次に、ステップ５０３において、スイッチ３．８は、第２のインピーダンス３．７を介する電圧の測定を可能にするために開にされる。

それから、ステップ５０４において、それから上記のステップ３０３に類似する手法において、噴霧器パラメータは、周波数掃引を用いて広い周波数範囲にわたる信号を適用することによって測定され、第２のインピーダンス３．７を介する電圧は、別の時間依存の応答信号を取得するために、各周波数に対して測定される。再び、この信号のエンベロープは、考慮され、ＲＡＭ６内に事前に格納された値と比較される。

従って、再び、発生器７によって生成された一定振幅および可変周波数のブロック信号は、ドライバ３およびその増幅器３．２に適用される前に、最初に標準的な帯域通過フィルタ（図示せず）を通過することによってシステムに適用される。

そこで、第２のインピーダンス３．７、整流器３．４．１、低域通過フィルタ３．５．２および増幅器３．６．１を含む、分岐を介する応答信号のエンベロープが測定され、分析のためにＣＰＵ５に入力される。このエンベロープ信号は、周波数掃引されたテスト信号によって適用されるような、周波数の範囲にわたる噴霧器のパラメータを表す。

噴霧器がいかなる液体も有せず、その貯蔵容器が空の間に実行される初期の測定は、ＲＡＭ６内に事前に格納される、結果として生じるエンベロープ信号を取得することを可能にする。次に、測定は、貯蔵容器内に収容された液体によって動作の間に噴霧器上で実行される。このことは、異なるエンベロープ信号をもたらす。

実際、図６に示すように、空の貯蔵容器に対する第１のエンベロープ信号は、特定の周囲温度（この例示においては２５℃）に対して、破線Ａ１によって提示される。依然として空の貯蔵容器に対する第２のエンベロープ信号Ａ２は、異なる周囲温度（この例示においては３０℃）に対して取得される。従って、周囲温度の範囲に対するいくつかのエンベロープ信号は、初期化において測定され、ＲＡＭ６内に格納される。一旦、満たされた貯蔵容器を介して液体が提供されると、同じテスト信号が適用されて、新しいエンベロープ応答信号が取得される。それぞれ２５℃および３０℃において再び測定された、曲線Ｂ１およびＢ２を観察されたい。図６から観察され得るように、このエンベロープ信号は、空の貯蔵容器のエンベロープ信号と時間、周波数および振幅において異なる。

従って、これらのエンベロープ信号を比較することによって、貯蔵容器が空であるか否かを決定することが可能である。

時間にわたって測定を繰り返すことにより、貯蔵容器が空の瞬間を決定することは、このように可能である。貯蔵容器が空であり、取り替える必要があり得ることをユーザに警告するために、表示器が提供され得る。

図５に戻って、温度は、噴霧器の較正のために決定される。すなわち、考慮される適切なエンベロープ信号は、ＲＡＭ６内のルックアップテーブル内に事前に格納された、種々の温度に対するエンベロープ信号との比較によってチェックされる。

ステップ５０６において、エンベロープ信号は、格納された空の貯蔵容器のエンベロープ信号と定期的にチェックされる。貯蔵容器が、満たされていると判断される場合、この方法は、ステップ５０９に進んでから停止し、システムは、メインモード、すなわち動作モードに戻るために線形測定モードを終了する。

しかし、貯蔵容器が、空であると判断される場合、プロセスは、ステップ５０７に続いて行き、ここで、表示（ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）が活性化される。例えば、噴霧器の貯蔵容器が空であることをユーザに示すために、警告灯がオンにされる。

ステップ５０８において、噴霧器は、不要な電力消費を避けることと、液体供給手段の可能性としては乾燥を避けることとのために、オフに切り換えられる。それから、この方法は、ステップ５０９において停止し、上記のように、測定モードが終了され、システムは、通常の動作モードに戻る。

上記から理解され得るように、空の貯蔵容器は、応答信号の取得されたエンベロープを比較することによって、容易に検出され得る。

とはいえ、噴霧器が適切に機能するか否かを決定することもまた可能である。確かに、取得されたエンベロープ信号が、空のエンベロープ信号と満たされたエンベロープ信号との両方と異なる場合、問題があると考えられる（例えば、噴霧器の動きが悪くなること、または他の故障に起因する問題があると考えられる）。そのような場合に、故障があるか、またはさらなる故障を避けるためにユーザがデバイスを掃除する必要があることをユーザに通知するために、さらなる表示が提供され得る。

図７は、特定の周囲温度（この場合においては２５℃）における、そのようなエンベロープ信号の１つの例を示す。空の貯蔵容器に対応するエンベロープ信号が示される。正常の、貯蔵容器が満たされたエンベロープ信号も示されており、そのエンベロープ信号は、良好な動作を示す。さらなるエンベロープ信号も示されているけれども、そのエンベロープ信号は、この例示における他の２つのエンベロープの間に挟まれており、そして不十分な動作、すなわち、なんらかの故障を示す。

変形において、高電圧の分岐、すなわち、第１のインピーダンス３．１を介して応答信号を測定することが可能である。しかし、この場合において、図６を参照して上において説明された低電圧（ｌｏｗ−ｖｏｌｔａｇｅ）測定と比較して、満たされた貯蔵容器のエンベロープ信号と空の貯蔵容器のエンベロープ信号との相違は、かなり小さい。図８は、高電圧の分岐を介して取得されたそのような信号の１つの例を示す。この場合において、測定の感度を改善するために、第１のインピーダンス３．１と直列に小さなインピーダンスを追加することは、好適である。

図９は、温度較正モードにおいて測定された応答信号のエンベロープ（すなわち噴霧器を初期化する場合に、図３および図５に関して上述されたようなエンベロープ）の一般的な概観を、周囲温度の範囲に対して、ここでは１５°から４５℃の範囲にわたって５℃刻みで示す。理解され得るように、エンベロープの形は、全く変化しないけれども、ピーク（従って、最適な動作周波数に相当する）は、温度によってシフトする。そこで本発明によるシステムは、これらの信号を測定することができ、その結果、周囲温度が変化しても噴霧器の適切な動作を保証するために、周波数を適応させることができる。そしてこのことは、比較的単純で、確実かつ有効な手法において行われる。実際、いかなる別個のセンサも測定のために必要とされないので、システムは、自己感知型と考えられ得る。

図１０は、複数の噴霧器配列１１の一例を示す。この例示において、３つの取り外し可能な液体小滴スプレーデバイス１８がパッケージ１２内に提供される。各デバイスは、それ自身の貯蔵容器（図示せず）をパッケージ１２内に有し、各貯蔵容器は、同じ液体または異なる液体とともに提供され得る。そのような複数の噴霧器配列は、係属中の出願ＥＰ ０７ ００２ １９０．２において記述されるような噴霧器であり得、参照によって本明細書中に援用される。

複数の噴霧器配列１１は、時間制御（ｔｉｍｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ）によって液体をスプレーすることを制御するための、本発明による適応型圧電アクチュエータ制御システムを含む。そして適応型圧電アクチュエータ制御システムは、以上の説明のように、貯蔵容器が空であるか否か、スプレーデバイスが適切に機能するか否かを検出し得、そして各スプレーデバイスの圧電アクチュエータの最適な動作周波数をも監視し調節し得る。

変形において、貯蔵容器は、その中に収容される液体の粘度を示すラグ（ｌｕｇ）などの識別手段を提供され得る。例えば、香水を収容する貯蔵容器は、限られた粘度の範囲によって識別され得る。このことは、そのような値もまたＲＡＭ６内に事前に格納され得るときに、全体にわたるシステム性能を改善することを可能にする。

さらに、液体の粘度を知ることによって、特定の流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）でスプレーするように噴霧器を適応させることが可能である。当業者に対して公知であるように、流量および粘度は、温度依存である（すなわち、温度がより高いほど粘度はより低く、流量はより高い）。この前提において、適応型圧電アクチュエータ制御システムは、周囲温度の変化に対応して流量を適応させることを可能にする。噴霧器の局所的な温度を変える（すなわち、当該分野において公知の手法により、噴霧器を事前に加熱することによって変える）こともまた可能であり、これによって上のように粘度を減少させ、流量を増大させることが可能である。このようにして、各噴霧器の流量が局所的な温度に対応して適応され得るときに、順次スプレーする噴霧器（種々の粘度の液体を有する）を同時に空にすることをより確実に保証することは、可能である。

種々のエンベロープを分析し比較することによって、種々の液体小滴スプレーデバイスにおける製造許容誤差などの変化に起因するいかなる影響をも制限することが可能である。なぜならば、本発明の制御システムは常に機能を最適化し得るからである。

ＲＡＭ６は、事前に格納された値と、さらに動作および測定の間に取得された値とを用いることにより、自動的にルックアップテーブルを適応させてアップデートし得る。このようにして、ＲＡＭおよびＣＰＵ５は、自己学習（ｓｅｌｆ−ｌｅａｒｎｉｎｇ）状態になる。

さらなる変形において、ＣＰＵは、処理に対して通常の論理処理の代わりに、ファジィ（ｆｕｚｚｙ）論理を用い得る。

ここで本発明の好適な実施形態が記載されてきたが、その概念を組み込む他の実施形態も用いられ得ることは、当業者には明白である。従って、本発明は開示された実施形態に制限されるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきであることが理解されるべきである。

１、２ 電源手段
３ ドライバ
４ ユーザインタフェース
５ システム制御手段
６ メモリ手段
７ 信号発生器
８ 液体小滴スプレーデバイス
９ スイッチ

Claims (1)

1. 本明細書に記載のシステム。

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