JP2020037085A - 超音波霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】霧化用振動子の破損を防止しつつ、雑菌の繁殖を防止することができる超音波霧化装置を提供すること。【解決手段】本発明の超音波霧化装置は、霧化用振動子２０、第１の出力回路５０、第２の出力回路６０及び超音波発振器を備える。第１の出力回路５０及び第２の出力回路６０は、霧化用振動子２０に印加する電圧を発生させる。超音波発振器は、第１の出力回路５０から霧化用振動子２０に電圧を印加させるための第１の発振制御信号を出力するとともに、第２の出力回路６０から霧化用振動子２０に電圧を印加させるための第２の発振制御信号を、第１の発振制御信号と同一周波数でかつ第１の発振制御信号とは逆位相となるように出力する。また、超音波発振器は、第１の出力回路５０及び第２の出力回路６０がそれぞれ出力する電圧の電位の正負が逆となるように、第１の発振制御信号及び第２の発振制御信号を出力する。【選択図】図４

Description

本発明は、超音波により液体を霧化する超音波霧化装置に関するものである。

従来、超音波により処理槽内の液体を霧化する超音波霧化装置として、室内を加湿する家庭用霧化器（例えば、特許文献１参照）や、薬液等を霧化する医療用霧化器などが知られている。なお、特許文献１に記載の超音波霧化装置は、液体を溜めた処理槽の底部に霧化用振動子を設置した構造を有している。そして、霧化用振動子が発生した超音波を液体に照射すると、液体が霧化して室内に散布されるため、室内の加湿が可能となる。

特開２００８−１２６１９０号公報（図１等）

ところで、超音波霧化装置では、処理槽内における霧化用振動子の設置領域内に、一定量の液体を常時溜めておくシステムが必要である。また、このシステムは、液体の量を維持できないことをフロートセンサ等で検知して、霧化用振動子による霧化動作を強制的に停止させる機能を有している。仮に、霧化動作を停止させる機能を有しない場合には、霧化用振動子が空焚きの状態となり、霧化用振動子が破損してしまうからである。しかしながら、霧化動作を停止させる際には、処理槽内に液体が残留してしまう。この場合、残留した液体中に雑菌が繁殖してしまう可能性がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、霧化用振動子の破損を防止しつつ、雑菌の繁殖を防止することができる超音波霧化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、超音波により液体を霧化する超音波霧化装置であって、前記超音波を発生させる霧化用振動子と、前記霧化用振動子の第１の電極に接続され、前記霧化用振動子に印加する電圧を発生させる第１の出力回路と、前記霧化用振動子の第２の電極に接続され、前記霧化用振動子に印加する電圧を発生させる第２の出力回路と、前記第１の出力回路から前記霧化用振動子に電圧を印加させるための第１の発振制御信号を出力するとともに、前記第２の出力回路から前記霧化用振動子に電圧を印加させるための第２の発振制御信号を、前記第１の発振制御信号と同一周波数でかつ前記第１の発振制御信号とは逆位相となるように出力する超音波発振器とを備え、前記第１の出力回路及び前記第２の出力回路は、接地電位から正の電位を経て前記接地電位に戻る波形となる正パルスと、前記接地電位から負の電位を経て前記接地電位に戻る波形となる負パルスとを交互に連続させることにより構成された電圧を出力し、前記超音波発振器は、前記第１の出力回路及び前記第２の出力回路がそれぞれ出力する電圧の電位の正負が逆となるように、前記第１の発振制御信号及び前記第２の発振制御信号を出力することを特徴とする超音波霧化装置をその要旨とする。

従って、請求項１に記載の発明によると、超音波霧化装置内に液体が残留している場合であっても、霧化用振動子が駆動時に発生する熱により、残留した液体を完全に蒸発させることができる。このため、液体中での雑菌の繁殖を防止することができる。また、霧化用振動子に印加される電圧は、正の電位となる正パルスと負の電位となる負パルスとを交互に連続させることにより構成される。よって、霧化用振動子に印加される電圧の電位差（電位の最大値と電位の最小値との差）が、電圧が例えば正パルスのみまたは負パルスのみにより構成される場合の電位差と同じであったとしても、電圧の絶対値が小さくなる。その結果、霧化用振動子の出力が小さくなるため、霧化用振動子が空焚きの状態になったとしても、霧化用振動子の破損を防止することができる。

ここで、液体としては、例えば、純水、水道水、次亜塩素酸水（次亜水）などを挙げることができる。なお、次亜塩素酸水は、ノロウイルス等のウイルスやＯ１５７等の細菌の消毒に用いられる薬剤であるため、液体として次亜塩素酸水を用いれば、液体中での雑菌の繁殖を確実に防止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記液体を溜める処理槽を備え、前記処理槽の底部の一部に、前記処理槽の内部空間において開口する凹部が形成され、前記凹部の形成領域内に前記霧化用振動子が設置されることをその要旨とする。

従って、請求項２に記載の発明によると、処理槽内に残留した液体が、霧化用振動子が設置された凹部の形成領域内に溜まるようになる。このため、凹部が形成されない場合と比べて、より多くの液体を霧化用振動子に接触させることができる。よって、霧化用振動子を駆動させれば、駆動時に霧化用振動子が発生する熱により、液体を素早く蒸発させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記霧化用振動子の過熱を検知する温度センサを備えることをその要旨とする。

従って、請求項３に記載の発明によると、霧化用振動子の過熱を温度センサで検知したことを契機として、霧化用振動子の駆動を停止させることができる。このとき、霧化用振動子のそれ以上の温度上昇が防止されるため、過熱に起因する霧化用振動子の破損を確実に防止することができる。なお、温度センサとしては特に限定されないが、例えば、サーミスタ、サーモグラフィ、赤外線センサなどを挙げることができる。

以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によると、霧化用振動子の破損を防止しつつ、雑菌の繁殖を防止することができる超音波霧化装置を提供することができる。

本実施形態における超音波霧化装置を示す概略構成図。 超音波霧化装置の電気的構成を示すブロック図。 第１の出力回路及び第２の出力回路の電気的構成を示す回路図。 第１の出力回路及び第２の出力回路の電気的構成を示す回路図。 第１の発振制御信号及び第２の発振制御信号の波形を示すタイムチャート。 （ａ）は、第１の発振制御信号及び第２の発振制御信号に基づいて霧化用振動子に印加される電圧の波形を示すタイムチャート、（ｂ）は、１種類の発振信号のみを出力する場合における、霧化用振動子に印加される電圧の波形を示すタイムチャート。

以下、本発明を超音波霧化装置に具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、超音波霧化装置１０は、液体Ａ１（本実施形態では水道水）を溜める処理槽１１を備えている。本実施形態の超音波霧化装置１０は、処理槽１１内の液体Ａ１に超音波Ｓ１を照射することにより、液体Ａ１を霧化する装置である。なお、処理槽１１は、底部１２と、互いに対向する一対の側壁１３，１４とを有しており、ＡＢＳ樹脂などの樹脂材料を用いて略直方体状に形成されている。

また、超音波霧化装置１０は霧化用振動子２０を備えている。詳述すると、処理槽１１の底部１２の中央部には、処理槽１１の内部空間１５において開口する凹部１６が形成されている。そして、凹部１６の形成領域内、具体的に言うと、凹部１６の底面上には、霧化用振動子２０が設置されている。なお、霧化用振動子２０は、凹部１６の底面と面接合する接合面、及び、接合面の反対側に位置する非接合面を有する円板状をなしており、アルミニウム合金やステンレス、圧電セラミックス材料等からなっている。

図１に示されるように、超音波霧化装置１０は、霧化用振動子２０の過熱を検知する温度センサ３１を有している。温度センサ３１は、凹部１６の形成領域内であって、底部１２の外側面となる箇所に取り付けられている。なお、本実施形態の温度センサ３１は、測定温度が所定温度（具体的には、霧化用振動子２０が破損してしまう温度よりもやや低い温度）を超えたことを契機として、抵抗値が急激に上昇するＰＴＣサーミスタである。温度センサ３１は、霧化用振動子２０の過熱を検知して、制御装置７１に過熱検知信号を出力するようになっている。

次に、超音波霧化装置１０の電気的構成について説明する。

図２〜図４に示されるように、超音波霧化装置１０には制御基板（図示略）が設けられ、制御基板上には電気回路４０が形成されている。電気回路４０は、超音波発振器４１、ドライブ回路４２、第１の出力回路５０及び第２の出力回路６０を備えている。

図２に示されるように、超音波発振器４１は、ドライブ回路４２を介して出力回路５０，６０に対して電気的に接続されている。超音波発振器４１は、第１の出力回路５０から霧化用振動子２０に電圧を印加させるための第１の発振制御信号を出力するとともに、第２の出力回路６０から霧化用振動子２０に電圧を印加させるための第２の発振制御信号を出力する。その結果、霧化用振動子２０は、超音波Ｓ１を処理槽１１内の液体Ａ１に照射する。なお、本実施形態の超音波発振器４１は、反共振周波数付近の周波数（２．５ＭＨｚ）で第１の発振制御信号及び第２の発振制御信号を出力する。即ち、超音波発振器４１は、第１の発振制御信号及び第２の発振制御信号を互いに同一周波数で出力する。なお、ドライブ回路４２は、超音波発振器４１から出力された第１の発振制御信号を第１の出力回路５０に導くとともに、超音波発振器４１から出力された第２の発振制御信号を第２の出力回路６０に導く機能を有している。また、ドライブ回路４２は、第２の発振制御信号を遅延または反転させて位相を１８０°ずらすことにより、第２の発振制御信号を第１の発振制御信号とは逆位相にする機能も有している。

図３に示されるように、電気回路４０には、直流電源４３及び電源用コンデンサ４４が設けられている。直流電源４３は、第１の出力回路５０及び第２の出力回路６０に接続されており、それらに電力を供給する機能を有している。また、電源用コンデンサ４４の正極は直流電源４３の正極端子に接続され、電源用コンデンサ４４の負極は直流電源４３の負極端子に接続されている。電源用コンデンサ４４は、電気回路４０を流れる大電流によって直流電源４３が不安定になった際に、電流を直流電源４３に供給することにより、直流電源４３の電圧を安定化させる機能を有している。

また、電気回路４０には、４つのトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が設けられている。なお、本実施形態のトランジスタＱ１，Ｑ２は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ（ＢＪＴ：Bipolar Junction Transistor ）であり、本実施形態のトランジスタＱ３，Ｑ４は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。トランジスタＱ１のコレクタ端子は、直流電源４３の正極端子に電気的に接続され、トランジスタＱ１のエミッタ端子は、トランジスタＱ３のエミッタ端子に電気的に接続されている。トランジスタＱ３のコレクタ端子は、直流電源４３の負極端子に電気的に接続されている。トランジスタＱ２のコレクタ端子は、直流電源４３の正極端子に電気的に接続され、トランジスタＱ２のエミッタ端子は、トランジスタＱ４のエミッタ端子に電気的に接続されている。トランジスタＱ４のコレクタ端子は、直流電源４３の負極端子に電気的に接続されている。さらに、トランジスタＱ１，Ｑ３のベース端子には第１の信号経路４５の終端が電気的に接続され、トランジスタＱ２，Ｑ４のベース端子には第２の信号経路４６の終端が電気的に接続されている。そして、第１の信号経路４５の始端及び第２の信号経路４６の始端は、ドライブ回路４２に電気的に接続されている。

なお、図３に示されるトランジスタＱ１〜Ｑ４は、超音波発振器４１から出力された発振信号（第１の発振制御信号または第２の発振制御信号）が入力されたことを契機として動作するようになっている。具体的に言うと、第１の発振制御信号はトランジスタＱ１，Ｑ３のベース端子に入力され、第２の発振制御信号はトランジスタＱ２，Ｑ４のベース端子に入力される。また、本実施形態では、トランジスタＱ１，Ｑ３のベース端子に対する第１の発振制御信号の入力とトランジスタＱ２，Ｑ４のベース端子に対する第２の発振制御信号の入力とが交互に行われる。即ち、トランジスタＱ１，Ｑ３及びトランジスタＱ２，Ｑ４は、交互にオンオフされるようになっている。詳述すると、まず、トランジスタＱ１，Ｑ３がオン状態に切り替わった後、トランジスタＱ１，Ｑ３がオフ状態に切り替わる。次に、トランジスタＱ２，Ｑ４がオン状態に切り替わった後、トランジスタＱ２，Ｑ４がオフ状態に切り替わるようになる。

図３に示されるように、電気回路４０は、直流電源４３の正極端子とトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ端子とを繋ぐ正極側電気経路４７と、直流電源４３の負極端子とトランジスタＱ３，Ｑ４のコレクタ端子とを繋ぐ負極側電気経路４８とを備えている。また、正極側電気経路４７には電源用コンデンサ４４の正極が接続され、負極側電気経路４８には電源用コンデンサ４４の負極が接続されている。

そして、図２〜図４に示されるように、第１の出力回路５０は、霧化用振動子２０の第１の電極２１に接続され、霧化用振動子２０に印加する電圧Ｖ（図６（ａ）参照）を発生させるようになっている。第１の出力回路５０は、電気経路５１及び信号経路５２を有している。電気経路５１上には、第１のコイルＬ１及び第１のトランジスタ５３が設けられている。なお、本実施形態の第１のトランジスタ５３は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ）である。

また、図３に示されるように、信号経路５２上には第１のダイオード５４が設けられている。第１のダイオード５４のアノード端子は負極側電気経路４８に電気的に接続され、第１のダイオード５４のカソード端子は、第１のトランジスタ５３のゲート端子に電気的に接続されている。さらに、信号経路５２において第１のダイオード５４と第１のトランジスタ５３とを繋ぐ経路には、トランジスタＱ２のエミッタ端子とトランジスタＱ４のエミッタ端子とを繋ぐ経路から分岐したサブ信号経路５５の終端が接続されている。

図３，図４に示されるように、電気経路５１において第１のコイルＬ１と第１のトランジスタ５３とを繋ぐ経路には、電気経路５１から分岐した出力経路５６の始端が接続されている。なお、出力経路５６の終端は、霧化用振動子２０の第１の電極２１に電気的に接続されている。また、出力経路５６上には第１のコンデンサＣ１が設けられている。即ち、第１のコンデンサＣ１は、電気経路５１を有する第１の出力回路５０と霧化用振動子２０との間に配置されている。なお、第１のコンデンサＣ１の静電容量は５０００ｐＦ程度である。

図２〜図４に示されるように、第２の出力回路６０は、霧化用振動子２０の第２の電極２２に接続され、霧化用振動子２０に印加する電圧Ｖを発生させるようになっている。第２の出力回路６０は、第１の出力回路５０と同様の構成を有している。即ち、第２の出力回路６０は、電気経路６１及び信号経路６２を有している。電気経路６１上には、第２のコイルＬ２及び第２のトランジスタ６３が設けられている。なお、本実施形態の第２のトランジスタ６３はＭＯＳＦＥＴである。

また、図３に示されるように、信号経路６２上には第２のダイオード６４が設けられている。第２のダイオード６４のアノード端子は負極側電気経路４８に電気的に接続され、第２のダイオード６４のカソード端子は、第２のトランジスタ６３のゲート端子に電気的に接続されている。さらに、信号経路６２において第２のダイオード６４と第２のトランジスタ６３とを繋ぐ経路には、トランジスタＱ１のエミッタ端子とトランジスタＱ３のエミッタ端子とを繋ぐ経路から分岐したサブ信号経路６５の終端が接続されている。

図３，図４に示されるように、電気経路６１において第２のコイルＬ２と第２のトランジスタ６３とを繋ぐ経路には、電気経路６１から分岐した出力経路６６の始端が接続されている。なお、出力経路６６の終端は、霧化用振動子２０の第２の電極２２に電気的に接続されている。また、出力経路６６上には第２のコンデンサＣ２が設けられている。即ち、第２のコンデンサＣ２は、電気経路６１を有する第２の出力回路６０と霧化用振動子２０との間に配置されている。なお、第２のコンデンサＣ２の静電容量は５０００ｐＦ程度である。

なお、図６（ａ）に示されるように、第１の出力回路５０及び第２の出力回路６０から出力される電圧Ｖは、矩形状の波形となる正パルスＶ１と、同じく矩形状の波形となる負パルスＶ２とを交互に連続させることによって構成されている。正パルスＶ１は、接地電位Ｖ３から正の電位Ｖ４を経て接地電位Ｖ３に戻る波形を有している。負パルスＶ２は、接地電位Ｖ３から負の電位Ｖ５を経て接地電位Ｖ３に戻る波形を有している。なお、負パルスＶ２の始点Ｐ１は、正パルスＶ１の終点Ｐ２と一致している。また、負パルスＶ２の出力時間（幅）は正パルスＶ１の出力時間と同一であり、負パルスＶ２の振幅（高さ）は正パルスＶ１の振幅と同一である。

そして、図２に示されるように、本実施形態の超音波霧化装置１０は制御装置７１を備えている。制御装置７１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のコンピュータにより構成されている。制御装置７１は、超音波発振器４１に電気的に接続されており、超音波霧化装置１０全体を統括的に制御する。また、制御装置７１は、温度センサ３１から出力された過熱検知信号に含まれる情報（具体的には、霧化用振動子２０が過熱している旨を示す情報）に基づいて、霧化用振動子２０を停止させる制御を行う。

次に、超音波霧化装置１０を用いた液体Ａ１の霧化方法について説明する。

まず、処理槽１１内に液体Ａ１を溜めた後、超音波霧化装置１０の電源（図示略）をオンする。次に、制御装置７１は、第１の出力回路５０から霧化用振動子２０に電圧を印加させるための第１の発振制御信号を、超音波発振器４１に出力させる制御を行う。詳述すると、超音波発振器４１から出力された第１の発振制御信号は、ドライブ回路４２を介して第１の信号経路４５からトランジスタＱ１，Ｑ３のベース端子に入力される。このとき、トランジスタＱ１，Ｑ３がオン状態に切り替わり、直流電源４３から出力されて正極側電気経路４７を流れてきた電流は、トランジスタＱ１のコレクタ端子→トランジスタＱ１のエミッタ端子→トランジスタＱ３のエミッタ端子→トランジスタＱ３のコレクタ端子の順に流れ、負極側電気経路４８側に供給される。

また、トランジスタＱ１，Ｑ３がオン状態に切り替わった際に、電流の一部は、トランジスタＱ１のエミッタ端子からサブ信号経路６５→第２の出力回路６０の信号経路６２の順に流れ、第２のトランジスタ６３のゲート端子に入力される（このとき、負極側電気経路４８→第２のダイオード６４→第２のトランジスタ６３の順でも電流は流れる）。その結果、第２のトランジスタ６３がオン状態に切り替えられ、正極側電気経路４７を流れる電流の一部が第２のコイルＬ２の上流側端→第２のコイルＬ２の下流側端→第２のトランジスタ６３のドレイン端子→第２のトランジスタ６３のソース端子の順に流れ、負極側電気経路４８に流れる。このとき、第２のコイルＬ２の内部に磁束が発生する。

その後、トランジスタＱ１，Ｑ３のベース端子への第１の発振制御信号の入力が終了し、トランジスタＱ１，Ｑ３がオフ状態に切り替わる。これに伴い、第２のトランジスタ６３のゲート端子への電流の入力が終了して第２のトランジスタ６３がオフ状態に切り替わり、第２のコイルＬ２を流れていた電流が停止する。このとき、第２のコイルＬ２の内部に発生していた磁束が急激に減少して消滅し、第２のコイルＬ２には、電磁誘導による高電圧が発生する。その結果、発生した高電圧は、大電流となって第２のコイルＬ２の上流側端から正極側電気経路４７側に流れる。即ち、第２のトランジスタ６３がオフ状態に切り替わる場合に第２のコイルＬ２から流れる電流は、第２のトランジスタ６３がオン状態である場合に第２のコイルＬ２を通過する電流とは逆方向に流れるようになる。

次に、制御装置７１は、第２の出力回路６０から霧化用振動子２０に電圧を印加させるための第２の発振制御信号を、超音波発振器４１に出力させる制御を行う。このとき、超音波発振器４１は、ドライブ回路４２により、第２の発振制御信号を、第１の発振制御信号とは逆位相となるように出力する（図５参照）。例えば、トランジスタＱ１，Ｑ３のベース端子への第１の発振制御信号の入力が終了すると同時に、超音波発振器４１から出力された第２の発振制御信号は、ドライブ回路４２を介して第２の信号経路４６からトランジスタＱ２，Ｑ４のベース端子に入力される。このとき、トランジスタＱ２，Ｑ４がオン状態に切り替わり、直流電源４３から出力されて正極側電気経路４７を流れてきた電流は、トランジスタＱ２のコレクタ端子→トランジスタＱ２のエミッタ端子→トランジスタＱ４のエミッタ端子→トランジスタＱ４のコレクタ端子の順に流れ、負極側電気経路４８側に供給される。

また、トランジスタＱ２，Ｑ４がオン状態に切り替わった際に、電流の一部は、トランジスタＱ２のエミッタ端子からサブ信号経路５５→第１の出力回路５０の信号経路５２の順に流れ、第１のトランジスタ５３のゲート端子に入力される（このとき、負極側電気経路４８→第１のダイオード５４→第１のトランジスタ５３の順でも電流は流れる）。その結果、第１のトランジスタ５３がオン状態に切り替えられ、正極側電気経路４７を流れる電流の一部が、電気経路５１を第１のコイルＬ１の上流側端→第１のコイルＬ１の下流側端→第１のトランジスタ５３のドレイン端子→第１のトランジスタ５３のソース端子の順に流れ、負極側電気経路４８に流れる。このとき、第１のコイルＬ１の内部には磁束が発生する。また、第１のトランジスタ５３がオン状態に切り替えられると、第２のコイルＬ２の上流側端から正極側電気経路４７に流れてきた大電流も、電気経路５１を第１のコイルＬ１の上流側端→第１のコイルＬ１の下流側端→第１のトランジスタ５３のドレイン端子→第１のトランジスタ５３のソース端子→負極側電気経路４８の順に流れる。そして、電気経路５１を流れる電流の一部は、第１のコイルＬ１の下流側端から出力経路５６に流れる。このとき、出力経路５６を流れる電流は高電圧であるため、電流は、第１のコンデンサＣ１を通過して霧化用振動子２０の第１の電極２１に入力される。また、本実施形態では、出力経路５６を備える第１の出力回路５０から霧化用振動子２０に印加される電圧が、正パルスＶ１（図６（ａ）参照）となる。

その後、トランジスタＱ２，Ｑ４のベース端子への第２の発振制御信号の入力が終了し、トランジスタＱ２，Ｑ４がオフ状態に切り替わる。これに伴い、第１のトランジスタ５３のゲート端子への電流の入力が終了して第１のトランジスタ５３がオフ状態に切り替わり、第１のコイルＬ１を流れていた電流が停止する。このとき、第１のコイルＬ１の内部に発生していた磁束が急激に減少して消滅し、第１のコイルＬ１には、電磁誘導による高電圧が発生する。その結果、発生した高電圧は、大電流となって第１のコイルＬ１の上流側端から正極側電気経路４７側に流れる。即ち、第１のトランジスタ５３がオフ状態に切り替わる場合に第１のコイルＬ１から流れる電流は、第１のトランジスタ５３がオン状態である場合に第１のコイルＬ１を通過する電流とは逆方向に流れるようになる。

次に、制御装置７１は、第１の発振制御信号を超音波発振器４１に出力させる制御を再度行う。詳述すると、トランジスタＱ２，Ｑ４のベース端子への第２の発振制御信号の入力が終了すると同時に、第１の発振制御信号が、第１の信号経路４５からトランジスタＱ１，Ｑ３のベース端子に入力される。このとき、トランジスタＱ１，Ｑ３がオン状態に切り替わり、直流電源４３から出力されて正極側電気経路４７を流れてきた電流は、負極側電気経路４８側に供給される。

また、トランジスタＱ１，Ｑ３がオン状態に切り替わった際に、電流の一部は、トランジスタＱ１のエミッタ端子からサブ信号経路６５→第２の出力回路６０の信号経路６２の順に流れ、第２のトランジスタ６３のゲート端子に入力される。その結果、第２のトランジスタ６３がオン状態に切り替えられ、正極側電気経路４７を流れる電流の一部が、電気経路６１を第２のコイルＬ２の上流側端→第２のコイルＬ２の下流側端→第２のトランジスタ６３のドレイン端子→第２のトランジスタ６３のソース端子の順に流れ、負極側電気経路４８に流れる。また、第２のトランジスタ６３がオン状態に切り替えられると、第１のコイルＬ１の上流側端から正極側電気経路４７に流れてきた大電流も、電気経路６１を第２のコイルＬ２の上流側端→第２のコイルＬ２の下流側端→第２のトランジスタ６３のドレイン端子→第２のトランジスタ６３のソース端子→負極側電気経路４８の順に流れる。そして、電気経路６１を流れる電流の一部は、第２のコイルＬ２の下流側端から出力経路６６に流れる。このとき、出力経路６６を流れる電流は高電圧であるため、電流は、第２のコンデンサＣ２を通過して霧化用振動子２０の第２の電極２２に入力される。また、出力経路６６→第２の電極２２への電流の流れは、霧化用振動子２０に印加される電圧が正パルスＶ１となる際の電流の流れ（具体的には、出力経路５６→第１の電極２１への電流の流れ）とは逆方向である。よって、出力経路６６を備える第２の出力回路６０から霧化用振動子２０に印加される電圧は、負パルスＶ２（図６（ａ）参照）となる。即ち、第１の出力回路５０及び第２の出力回路６０がそれぞれ出力する電圧Ｖの電位の正負は、互いに逆となっている。

その後、制御装置７１は、トランジスタＱ１，Ｑ３のベース端子に第１の発振制御信号を入力させる制御（即ち、霧化用振動子２０に正パルスＶ１を印加させる制御）と、トランジスタＱ２，Ｑ４のベース端子に第２の発振制御信号を入力させる制御（即ち、霧化用振動子２０に負パルスＶ２を印加させる制御）とを交互に行う（図５参照）。その結果、正パルスＶ１と負パルスＶ２とを交互に連続させてなる電圧Ｖが生成され、生成された電圧Ｖが霧化用振動子２０に印加される。

そして、電圧Ｖが印加されると、霧化用振動子２０が駆動し、霧化用振動子２０から液体Ａ１中に超音波Ｓ１が照射される。なお、霧化用振動子２０から照射された超音波Ｓ１は、液体Ａ１中を伝搬し、液面Ａ２に到達する。その結果、液面Ａ２における霧化用振動子２０の上方位置に超音波エネルギーが集中し、液体Ａ１が盛り上がる。そして、盛り上がった液体Ａ１の先端において、液体Ａ１の一部が霧化されて霧（液滴）となって飛散する。その結果、超音波霧化装置１０が設置された空間の湿度がコントロールされる。

なお、空間の湿度が所望の値に到達した時点で、処理槽１１内に液体Ａ１が残留していたとしても、駆動している霧化用振動子２０が発生する熱により、残留している液体Ａ１は完全に蒸発する。その結果、霧化用振動子２０が空焚きの状態となる。また、本実施形態では、霧化用振動子２０の特性変化、具体的には、熱・負荷インピーダンスの変化により、空焚き時に電気回路４０の電力低下（具体的には、霧化時２４Ｗ（１２Ｖ、２Ａ）→空焚き時１８Ｗ（１２Ｖ、１．５Ａ））が生じるため、霧化用振動子２０は、ある程度（数秒〜数十秒）の空焚きに耐えることができる。なお、制御装置７１は、温度センサ３１からの過熱検知信号が入力されたことを契機として、超音波発振器４１を停止させる制御を行い、霧化用振動子２０による液体Ａ１の霧化を停止させる。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態の超音波霧化装置１０では、処理槽１１内に液体Ａ１が残留している場合であっても、霧化用振動子２０が駆動時に発生する熱により、残留した液体Ａ１を完全に蒸発させることができる。このため、液体Ａ１中での雑菌の繁殖を防止することができる。ゆえに、液体Ａ１の加熱殺菌が可能なヒータ等の構成が不要となる。

また、図６（ａ）に示されるように、２種類の発振信号（第１の発振制御信号及び第２の発振制御信号）に基づいて霧化用振動子２０に印加される電圧Ｖは、正の電位となる正パルスＶ１と負の電位となる負パルスＶ２とを交互に連続させることにより構成される。一方、１種類の発振信号に基づいて霧化用振動子２０に電圧Ｖを印加する場合、電圧Ｖは、正パルスＶ１のみ（図６（ｂ）参照）または負パルスＶ２のみを連続させることにより構成される。よって、図６（ａ），（ｂ）に示されるように、電圧Ｖが正パルスＶ１と負パルスＶ２とによって構成される本実施形態の電位差（電位の最大値と電位の最小値との差）が、電圧Ｖが正パルスＶ１のみにより構成される場合の電位差や、電圧Ｖが負パルスＶ２のみにより構成される場合の電位差と同じであったとしても、電圧の絶対値が小さくなる。その結果、霧化用振動子２０の出力が小さくなるため、霧化用振動子２０が空焚きの状態になったとしても、霧化用振動子２０の破損を防止することができ、ひいては、霧化用振動子２０を駆動させる回路（ドライブ回路４２や出力回路５０，６０等）の破損を防止することができる。ゆえに、霧化用振動子２０の空焚きを防止するフロートセンサ等の構成が不要になる。

（２）本実施形態では、第１の出力回路５０からの第１の発振制御信号の出力と、第２の出力回路６０からの第２の発振制御信号の出力とを、１つの超音波発振器４１（及び１つのドライブ回路４２）によって行っている。つまり、第１の発振制御信号を出力するための超音波発振器４１（及びドライブ回路４２）と、第２の発振制御信号を出力するための超音波発振器４１（及びドライブ回路４２）とを別々に設けなくても済む。その結果、超音波発振器４１及びドライブ回路４２の共通化が図られるため、超音波霧化装置１０の部品点数を減らすことができ、装置コストを抑えることができる。

（３）本実施形態では、霧化用振動子２０の過熱を温度センサ３１で検知したことを契機として、霧化用振動子２０の駆動を停止させている。このとき、霧化用振動子２０のそれ以上の温度上昇が防止されるため、過熱に起因する霧化用振動子２０の破損、ひいては、霧化用振動子２０の過熱に起因する回路（ドライブ回路４２や出力回路５０，６０等）の破損を確実に防止できる。

なお、上記実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、処理槽１１の底部１２に凹部１６が形成され、凹部１６の底面上に霧化用振動子２０が設置されていた。しかし、霧化用振動子２０の設置態様を変更してもよい。例えば、霧化用振動子は、凹部１６の底部を構成するものであってもよい。また、凹部１６を省略し、処理槽１１の底部１２上に霧化用振動子２０を設置してもよい。なお、上記実施形態の凹部１６は、底部１２の中央部に形成されていたが、底部１２の外周部に形成されていてもよいし、側壁１３，１４に形成されていてもよい。

・上記実施形態では、処理槽１１に溜める液体Ａ１として水道水を用いたが、これに限定される訳ではなく、純水や次亜塩素酸水などを用いてもよい。なお、液体Ａ１として次亜塩素水を用いる場合には、液体Ａ１が触れる部材である処理槽１１を、次亜塩素酸水に対して耐性を有する材料、例えば、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ＰＰ樹脂（ポリプロピレン樹脂）、ＰＥ樹脂（ポリエチレン樹脂）などの樹脂材料で形成することがよい。

・上記実施形態の第１のトランジスタ５３及び第２のトランジスタ６３はＭＯＳＦＥＴであったが、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）やＢＪＴ（Bipolar Junction Transistor ）などの他のトランジスタであってもよい。

・上記実施形態のトランジスタＱ１，Ｑ２は、ＮＰＮ型のＢＪＴであり、上記実施形態のトランジスタＱ３，Ｑ４は、ＰＮＰ型のＢＪＴであった。しかし、トランジスタＱ１，Ｑ２をＰＮＰ型のＢＪＴとし、トランジスタＱ３，Ｑ４をＮＰＮ型のＢＪＴとしてもよい。また、トランジスタＱ１〜Ｑ４の全てを、ＮＰＮ型またはＰＮＰ型のＢＪＴとしてよい。さらに、各トランジスタＱ１〜Ｑ４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの他のトランジスタであってもよい。

・上記実施形態の処理槽１１は、略直方体状に形成されていたが、略立方体状、略円柱状などの他の形状に形成されていてもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）請求項１乃至３のいずれか１項において、前記霧化用振動子の過熱を検知して過熱検知信号を出力する温度センサと、前記過熱検知信号に含まれる情報に基づいて、前記霧化用振動子を停止させる制御を行う制御装置とを備えることを特徴とする超音波霧化装置。

（２）請求項１乃至３のいずれか１項において、前記第１の出力回路及び前記第２の出力回路は、コイル及びトランジスタが設けられる電気経路と、前記電気経路において前記コイルと前記トランジスタとを繋ぐ経路に始端が接続され、前記霧化用振動子に終端が接続される出力経路とをそれぞれ有することをと特徴とする超音波霧化装置。

１０…超音波霧化装置
１１…処理槽
１２…処理槽の底部
１５…内部空間
１６…凹部
２０…霧化用振動子
２１…第１の電極
２２…第２の電極
３１…温度センサ
４１…超音波発振器
５０…第１の出力回路
６０…第２の出力回路
Ａ１…液体
Ｃ１…第１のコンデンサ
Ｃ２…第２のコンデンサ
Ｓ１…超音波
Ｖ…電圧
Ｖ１…正パルス
Ｖ２…負パルス
Ｖ３…接地電位
Ｖ４…正の電位
Ｖ５…負の電位

Claims (3)

1. 超音波により液体を霧化する超音波霧化装置であって、
   前記超音波を発生させる霧化用振動子と、
   前記霧化用振動子の第１の電極に接続され、前記霧化用振動子に印加する電圧を発生させる第１の出力回路と、
   前記霧化用振動子の第２の電極に接続され、前記霧化用振動子に印加する電圧を発生させる第２の出力回路と、
   前記第１の出力回路から前記霧化用振動子に電圧を印加させるための第１の発振制御信号を出力するとともに、前記第２の出力回路から前記霧化用振動子に電圧を印加させるための第２の発振制御信号を、前記第１の発振制御信号と同一周波数でかつ前記第１の発振制御信号とは逆位相となるように出力する超音波発振器と
   を備え、
   前記第１の出力回路及び前記第２の出力回路は、接地電位から正の電位を経て前記接地電位に戻る波形となる正パルスと、前記接地電位から負の電位を経て前記接地電位に戻る波形となる負パルスとを交互に連続させることにより構成された電圧を出力し、
   前記超音波発振器は、前記第１の出力回路及び前記第２の出力回路がそれぞれ出力する電圧の電位の正負が逆となるように、前記第１の発振制御信号及び前記第２の発振制御信号を出力する
   ことを特徴とする超音波霧化装置。
2. 前記液体を溜める処理槽を備え、
   前記処理槽の底部の一部に、前記処理槽の内部空間において開口する凹部が形成され、
   前記凹部の形成領域内に前記霧化用振動子が設置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。
3. 前記霧化用振動子の過熱を検知する温度センサを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波霧化装置。

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