JP5894212B2 - ミスト発生装置およびミスト発生装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波振動子によりミストを発生させるミスト発生装置に関し、特に、超音波振動子および／または半導体素子の異常動作を防止するミスト発生装置およびミスト発生装置の制御方法に関する。

超音波振動子によりミストを発生させるミスト発生装置は、水、薬液等を貯めたタンクに設けた超音波振動子により、水、薬液等に超音波振動を加えて、ミストを発生させ、発生したミストをファンにより装置の外に放出する装置である。このミスト発生装置においては、タンク内の液体が、ミスト化により消費され、その結果、超音波振動が加えられる液体が存在しなくなると、超音波振動子は、空焚き状態となり破損してしまう。従って、ミスト発生装置においては、超音波振動子の空焚き状態を防止することが必須であり、従来から、様々な方策が採用されて来ている。

特許文献１には、第一電極部と第二電極部間の抵抗変化に基づいて液面位置を監視する抵抗センサー機構を、液貯留部に設けたミスト発生装置が開示されている。第一電極部は、起立した状態で、振動子と共にアルミニウムケースに固定されていて、その先端以外がテフロン（登録商標）チューブで被覆されているステンレス軸である。アルミニウムケースの上面部が、第二電極部となっている。液が存在している状態では、第一電極部と第二電極部との間の抵抗値が低いので、トランジスタのベースに電圧が印加され、振動子を駆動する励振回路が動作状態に保持される。他方、液が存在しない状態では、第一電極部と第二電極部との間の抵抗値が高いので、トランジスタのベースには電圧が印加されず、励振回路は動作しない。このようにして、特許文献１に開示されたミスト発生装置は、超音波振動子の空焚き状態を防止する。

特許文献２には、絶縁体でカバーされた金属棒からなる水位検知センサを、超音波振動子の面より高い位置に固定した超音波霧化装置が、開示されている。水位検知センサが液体中に浸漬されている場合には、正の電圧が第二のトランジスタのベースに印加されて、高周波発振器から超音波振動子に高周波発振出力が供給される。他方、液体が少なくなって、水位検知センサの金属棒の絶縁体でカバーされていない先端が、液体から突出すると、第二のトランジスタは遮断され、高周波発振器は停止し、超音波振動子の空焚き状態が防止される。

特許文献３には、超音波振動子付近に放熱板を配置し、その放熱板に温度センサを取り付けた携帯用超音波ミスト発生装置が、開示されている。温度センサがその近くに配置された超音波振動子の温度の上昇を検出すると、その検出信号に基づき、制御装置により発振回路の発信信号が制御され、そのエネルギーは減少する。他方、温度センサが、超音波振動子の温度の低下を検出すると、その検出信号に基づき、制御装置により発振回路の発信信号が制御され、そのエネルギーは増大する。このようにして、温度センサの検出信号に基づき、ミストの発生量および噴出量が一定に保たれる。

特開平５−２０８１５１号公報 特開２００１−６２３６１号公報 国際公開第２０１０／０４１３０９号

特許文献１のミスト発生装置では、その上面が第二電極部となるアルミニウムケースと、ステンレス軸からなりかつ起立した状態でアルミニウムケースに固定させた第一電極部とを設けて、抵抗センサー機構を準備すると言う面倒な作業が必要となる。

特許文献２の超音波霧化装置では、超音波振動子の面より高い位置に固定した、絶縁体でカバーされた金属棒からなる水位検知センサを、設ける必要がある。

特許文献３の携帯用超音波ミスト発生装置では、温度センサを設ける必要がある。

このように、従来のミスト発生装置では、抵抗センサー機構、水位検知センサ、温度センサなどの特別な構成を設けない限り、振動子の空焚き状態を防止することはできなかった。本発明の目的は、特別な構成を設けずに、振動子および／または振動子の駆動半導体素子が異常に発熱することを防止することが可能なミスト発生装置およびミスト発生装置の制御方法を提供することである。

本発明のミスト発生装置は、液体を収納するタンクと、前記液体を振動によりミスト化する振動子と、外気を導入しかつ前記タンク内に空気を送り込むファンと、前記振動子を駆動する半導体素子と、前記半導体素子が設けられている放熱板と、前記半導体素子の出力電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記電圧検出手段により検出された電圧と既定電圧との差が、一定電圧範囲を越えると、前記振動子または前記半導体素子の動作を停止させる、ことにより、上記課題を解決している。

本発明のミスト発生装置は、さらに、前記既定電圧の値が格納されているマイコンを備え、前記電圧検出手段により検出された電圧が、前記マイコンに入力され、前記マイコンが、前記検出された電圧と前記既定電圧との差が一定電圧範囲を越えたと判断すると、前記マイコンが前記振動子または前記半導体素子に動作を停止する命令を送る、ことができる。

本発明のミスト発生装置は、前記一定電圧範囲の上限値が、前記振動子の異常発熱状態に対応していても良い。

本発明のミスト発生装置は、前記一定電圧範囲の下限値が、前記半導体素子の異常発熱状態に対応していても良い。

本発明のミスト発生装置は、前記電圧検出手段が、ダイオードとコンデンサと抵抗を備えても良い。

本発明のミスト発生装置は、前記放熱板を、前記ファンにより生成される空気の流れ内に配置させても良い。

本発明のミスト発生装置は、前記振動子を、前記タンクの底面部に設置させても良い。

本発明のミスト発生装置は、前記半導体素子を、パワートランジスタとしても良い。

本発明のミスト発生装置の制御方法は、液体を収納するタンクと、前記液体を振動によりミスト化する振動子と、前記振動子を駆動する半導体素子と、前記半導体素子の出力電圧を検出する電圧検出手段とを備えるミスト発生装置において、前記電圧検出手段により検出された電圧と既定電圧との差が、一定電圧範囲を越えると、前記振動子または前記半導体素子の動作を停止させる、ことにより、上記課題を解決している。

本発明のミスト発生装置の制御方法は、マイコンが、前記検出された電圧と前記既定電圧との差が一定電圧範囲を越えたと判断すると、前記マイコンが前記振動子または前記半導体素子に動作を停止する命令を送る、ことができる。

本発明のミスト発生装置の制御方法は、前記一定電圧範囲の上限値が、前記振動子の異常発熱状態に対応していても良い。

本発明のミスト発生装置の制御方法は、前記一定電圧範囲の下限値が、前記半導体素子の異常発熱状態に対応していても良い。

本発明のミスト発生装置の制御方法は、前記電圧検出手段が、ダイオードとコンデンサと抵抗を備えても良い。

本発明のミスト発生装置の制御方法は、前記振動子を、前記タンクの底面部に設置しても良い。

本発明のミスト発生装置の制御方法は、前記半導体素子を、パワートランジスタとしても良い。

本発明のミスト発生装置およびその制御方法によると、従来の装置のように特別な構成を設けることなく、タンク内の液体が無くなることによる空焚き状態により、またはファンの故障により、振動子および／または振動子の駆動半導体素子が異常に発熱することを防止することが出来る。その結果、特別な構成を設ける必要が無いので、ミスト発生装置の製造原価を大きく下げることが可能になる。

本発明のミスト発生装置の縦方向の断面図である。 本発明のミスト発生装置を駆動するための回路図である。

図１に基づいて、本発明のミスト発生装置の構成を説明する。本発明のミスト発生装置は、円柱状をしていて、図１は、その縦方向の断面図である。このミスト発生装置は、その下部に空気を取り入れる取入れ口２６を備え、そしてその上部にミストが吹出す吹出し口２８を備えている。取入れ口２６の上部には、空気を取入れかつそれを上部に流す空気の流れを作るファン２４が設けられている。ファン２４の上部には、放熱板２２が設けられていて、この放熱板２２には、パワートランジスタである半導体素子２０が固定されている。この半導体素子２０は、回路基板１８に固定されている。この回路基板１８の上部には、水・薬液等の液体１２が入れられるタンク１０が設けられている。タンク１０の底部には、振動子１６が固定されている。

次に、本発明のミスト発生装置の通常の動作を説明する。ファン２４が回転することにより、下部に位置する取入れ口から外部の空気がミスト発生装置内に取込まれる。ファン２４を通過した空気は、放熱板２２を冷却し、タンク１０とミスト発生装置の壁との間に形成されている空気流路１１を通過する。ミスト発生装置の上部に至った空気は、タンク１０内に満たされている液体１２に接触する。タンク１０の下部に設置されている振動子１６により、タンク１０内の液体１２は振動子の超音波振動により、その中心部には、液柱１４が形成され、同時にミストが発生し、このミストは空気の流れに乗って、吹出し口２８からミスト発生装置の外に放出される。

図２に基づいて、本発明のミスト発生装置を駆動する回路を説明する。この回路は、基本的には、振動子１６とこれを励振させる励振回路３４と、振動子１６および／または振動子１６を駆動するパワートランジスタＱ５の異常電圧を検出する電圧検出回路３０と、制御用マイコン３２と、励振回路３４のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うＰＮＰトランジスタＱ４を備えている。励振回路３４は、図２において一点鎖線で囲まれている部分に対応するが、抵抗Ｒ８、可変抵抗Ｗ１、コンデンサＣ４、Ｃ１０、抵抗Ｒ６、誘導子Ｌ１、抵抗Ｒ１２、Ｒ１３、コンデンサＣ５、Ｃ６、パワートランジスタＱ５、誘導子Ｌ２、およびコンデンサＣ８からなる。電圧検出回路３０は、図２において点線で囲まれている部分に対応するが、ダイオードＤ、抵抗Ｒ１、Ｒ２２およびコンデンサＣ１からなる。

次に、制御用マイコン３２の機能を説明する。1番端子には、＋２４Ｖが供給され、１４番端子には、＋１９Ｖが供給される。２番端子は、ＰＮＰトランジスタＱ４に制御信号を送り、励振回路３４のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うと同時に、ファン２４のＯＮ／ＯＦＦ制御も行う。１２番端子は、スイッチに接続されていて、振動子動作のＯＮ／ＯＦＦを行う。

電圧検出回路３０の出力電圧は、１３番端子に与えられる。１３番端子に与えられている電圧値は、４番端子にＬｏｗ信号が与えられると、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル値に変換され、内部メモリに記憶される。

制御用マイコン３２は、スイッチ（ＳＷ１）がＯＮになると、振動子を動作させる信号が出力される。スイッチ（ＳＷ１）がもう一度ＯＮになると、振動子を停止させる信号が出力される。制御用マイコン３２の入力が、通常時Ｈｉｇｈに維持されるように、抵抗Ｒ２４が、１２番端子に接続されている。

本発明のミスト発生装置の回路の動作を説明する。スイッチ（ＳＷ）がＯＮになると、制御用マイコン３２の２番端子がＬｏｗ（２４−５＝１９Ｖ）になる。これによりＰＮＰトランジスタＱ４のベースが１９Ｖになり、励振回路３４が動作し、振動子１６を駆動するパワートランジスタＱ５から振動子１６に電力が供給され、振動子１６が発信する。この動作状態は、常時、電圧検出回路３０により監視されている。電圧検出回路３０は、パワートランジスタＱ５のエミッタのピーク電圧を平滑して、検出電圧（以下、「Ｖ」と呼ぶ）を出力する。この平滑された検出電圧Ｖは、抵抗Ｒ２５を介して、制御用マイコン３２の１３番端子に与えられる。制御用マイコン３２には、正常動作時の電圧Ｖ_０が、工場出荷時に記録されている。

振動子１６が発熱すると、検出電圧Ｖが高くなる。制御用マイコン３２は、検出電圧Ｖと正常動作時の電圧Ｖ_０との電位差Ｖ−Ｖ_０が、０．３Ｖ以上になると、空焚き状態等により振動子１６が異常に発熱していると判断する。この０．３Ｖは、振動子１６の内部温度が約２００℃である状態に対応する。振動子１６は、内部温度が２８０℃程度になると、劣化し、故障する。そのため、振動子１６の内部温度が約２００℃である状態、つまり、Ｖ−Ｖ_０が０．３Ｖ以上になると、振動子１６は、動作を停止させる必要がある。このため、制御用マイコン３２は、Ｖ−Ｖ_０が０．３Ｖ以上になると、２番端子をＨｉｇｈ（２４Ｖ）レベルにする。これにより、ＰＮＰトランジスタＱ４のベースが２４Ｖになり、励振回路３４には電流が流れなくなり、励振回路３４は動作を停止し、振動子１６の発信も停止する。

パワートランジスタＱ５が、発熱すると、検出電圧Ｖは低下する。制御用マイコン３２は、検出電圧Ｖと正常動作時の電圧Ｖ_０との電位差Ｖ−Ｖ_０が、−０．２Ｖ以下になると、パワートランジスタＱ５が異常に発熱していると判断する。この−０．２Ｖは、パワートランジスタＱ５の内部温度が約１００℃である状態に対応する。パワートランジスタＱ５は、規格上１５０℃以下で使用しなければならない。このため、パワートランジスタＱ５の内部温度が約１００℃である状態、つまり、Ｖ−Ｖ_０が−０．２Ｖ以下になると、振動子１６は、動作を停止させる必要がある。このため、制御用マイコン３２は、Ｖ−Ｖ_０が−０．２Ｖ以下になると、２番端子をＨｉｇｈ（２４Ｖ）レベルにする。これにより、ＰＮＰトランジスタＱ４のベースが２４Ｖになり、励振回路３４には電流が流れなくなり、励振回路３４は動作を停止し、パワートランジスタＱ５も動作を停止する。本発明者等が、ファンを作動させずに、ミスト発生装置を稼働させたところ、放熱板２２の温度が、３００℃を越えることを確認した。放熱板２２の温度が、３００℃を越えると言うことは、放熱板に固定されているパワートランジスタＱ５の放熱が行われていないことを意味し、この結果、ミスト発生装置の部品の発煙、プラスティック部品の変形、回路基板の故障等が発生することになる。

上述の実施態様では、Ｖ−Ｖ_０が０．３Ｖ以上または−０．２Ｖ以下になると、励振回路３４の動作を停止させることを、制御用マイコン３２を用いて、行っているが、制御用マイコン３２を用いなくても、本発明のミスト発生装置は実現できる。具体的には、電圧検出回路３０の正常動作時の電圧を確認して、マニュアルで、＋０．３Ｖの電圧および−０．２Ｖを可変抵抗器等により設定する。電圧検出回路３０の後段に設けた比較回路（コンパレータ）が、電圧検出回路３０の出力電圧が＋０．３Ｖを越えた、または−０．２Ｖを下回ったことを検出すると、励振回路３４の動作を停止させる。

１０ タンク
１１ 空気流路
１２ 液体
１４ 液柱
１６ 振動子
１８ 回路基板
２０ 半導体素子
２２ 放熱板
２４ ファン
２６ 取入れ口
２８ 吹出し口
３０ 電圧検出回路
３２ 制御用マイコン
３４ 励振回路

Claims (15)

1. 液体を収納するタンクと、
   前記液体を振動によりミスト化する振動子と、
   外気を導入しかつ前記タンク内に空気を送り込むファンと、
   前記振動子を駆動する半導体素子と、
   前記半導体素子が設けられている放熱板と、
   前記半導体素子の出力電圧を検出する電圧検出手段と
   を備え、
   前記電圧検出手段により検出された電圧と既定電圧との差が、一定電圧範囲の上限値以上になると、前記振動子の動作を停止させ、
   前記一定電圧範囲の上限値が、前記振動子の異常発熱状態に対応している、
   ミスト発生装置。
2. 液体を収納するタンクと、
   前記液体を振動によりミスト化する振動子と、
   外気を導入しかつ前記タンク内に空気を送り込むファンと、
   前記振動子を駆動する半導体素子と、
   前記半導体素子が設けられている放熱板と、
   前記半導体素子の出力電圧を検出する電圧検出手段と
   を備え、
   前記電圧検出手段により検出された電圧と既定電圧との差が、一定電圧範囲の下限値以下になると、前記半導体素子の動作を停止させ、
   前記一定電圧範囲の下限値が、前記半導体素子の異常発熱状態に対応している、
   ミスト発生装置。
3. さらに、前記既定電圧の値が格納されているマイコンを備え、
   前記電圧検出手段により検出された電圧が、前記マイコンに入力され、
   前記マイコンが、前記検出された電圧と前記既定電圧との差が前記一定電圧範囲の前記上限値以上になったと判断すると、前記マイコンが前記振動子に動作を停止させる命令を送る、
   請求項１に記載のミスト発生装置。
4. さらに、前記既定電圧の値が格納されているマイコンを備え、
   前記電圧検出手段により検出された電圧が、前記マイコンに入力され、
   前記マイコンが、前記検出された電圧と前記既定電圧との差が前記一定電圧範囲の前記下限値以下になったと判断すると、前記マイコンが前記半導体素子に動作を停止させる命令を送る、
   請求項２に記載のミスト発生装置。
5. 前記電圧検出手段が、ダイオードとコンデンサと抵抗を備える、請求項１〜４の何れか１項に記載のミスト発生装置。
6. 前記放熱板が、前記ファンにより生成される空気の流れ内に配置されている、請求項１〜５の何れか１項に記載のミスト発生装置。
7. 前記振動子が、前記タンクの底面部に設置されている、請求項１〜６の何れか１項に記載のミスト発生装置。
8. 前記半導体素子が、パワートランジスタである、請求項１〜７の何れか１項に記載のミスト発生装置。
9. 液体を収納するタンクと、
   前記液体を振動によりミスト化する振動子と、
   前記振動子を駆動する半導体素子と、
   前記半導体素子の出力電圧を検出する電圧検出手段と
   を備えるミスト発生装置において、
   前記電圧検出手段により検出された電圧と既定電圧との差が、一定電圧範囲の上限値以上になると、前記振動子の動作を停止させ、
   前記一定電圧範囲の上限値が、前記振動子の異常発熱状態に対応している、
   ミスト発生装置の制御方法。
10. 液体を収納するタンクと、
    前記液体を振動によりミスト化する振動子と、
    前記振動子を駆動する半導体素子と、
    前記半導体素子の出力電圧を検出する電圧検出手段と
    を備えるミスト発生装置において、
    前記電圧検出手段により検出された電圧と既定電圧との差が、一定電圧範囲の下限値以下になると、前記半導体素子の動作を停止させ、
    前記一定電圧範囲の下限値が、前記半導体素子の異常発熱状態に対応している、
    ミスト発生装置の制御方法。
11. マイコンが、前記検出された電圧と前記既定電圧との差が前記一定電圧範囲の前記上限値以上になったと判断すると、前記マイコンが前記振動子に動作を停止させる命令を送る、
    請求項９に記載のミスト発生装置の制御方法。
12. マイコンが、前記検出された電圧と前記既定電圧との差が前記一定電圧範囲の前記下限値以下になったと判断すると、前記マイコンが前記半導体素子に動作を停止させる命令を送る、
    請求項１０に記載のミスト発生装置の制御方法。
13. 前記電圧検出手段が、ダイオードとコンデンサと抵抗を備える、請求項９〜１２の何れか１項に記載のミスト発生装置の制御方法。
14. 前記振動子が、前記タンクの底面部に設置されている、請求項９〜１３の何れか１項に記載のミスト発生装置の制御方法。
15. 前記半導体素子が、パワートランジスタである、請求項９〜１４の何れか１項に記載のミスト発生装置の制御方法。