JP7397257B2 - 超音波式噴霧器 - Google Patents

Description

本発明は、超音波式噴霧器に関する。

従来から部屋の加湿等の目的で用いられる液体噴霧器が知られている（例えば、特許文献１参照）。この液体噴霧器は、液体貯留部と、液体貯留部に設置された超音波振動素子とを有する。超音波振動素子が振動することにより、液体貯留部内の液体が霧状になり、液体貯留部外に噴霧される。これにより、室内の加湿を行うことができる。

しかしながら、特許文献１に記載の液体噴霧器は、外部環境の状態（例えば、湿度等）に応じて加湿の程度を調整することができない。すなわち、外部環境に寄らず、霧の噴出量が一定である。

また、近年では、いわゆるミストスクリーンと呼ばれる装置が知られている。このミストスクリーンは、上述した液体噴霧器と同じ原理で霧を噴出（噴出）し、この霧に映像光を投影して用いられるものである。

このようなミストスクリーンにおいても、霧の噴出量が一定であり、外部環境の状態（例えば、湿度、温度、気圧および明るさ等）によっては、霧が薄くなる。その結果、映像光を投影しても映像光が見えにくくなったりする。

特開２０１６－０５０６８６号公報

本発明の目的は、外部環境の状態に応じて霧の噴出量を調整することができる超音波式噴霧器を提供することにある。

このような目的は、下記（１）～（３）の本発明により達成される。
（１） 液体が貯留される液体貯留部と、前記液体貯留部内の前記液体に超音波振動を付与する超音波振動素子とを有し、前記超音波振動素子の振動によって発生した霧を噴出する霧噴出口を有する噴出部と、
ファンと、前記霧噴出口を介して一対配置され、前記ファンから送風された空気を噴出する空気噴出口とを有する送風部と、
外部環境の温度、湿度および気圧を検出する第１検出部と、
前記第１検出部の検出結果に基づいて前記噴出部および前記送風部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１検出部の検出結果である前記温度の情報、前記湿度の情報および前記気圧の情報に基づいて、前記外部環境の露点温度を求め、前記露点温度の情報に基づいて、前記超音波振動素子への通電量を制御し、前記噴出部から噴出される単位時間当たりの前記霧の量を調整し、
前記制御部は、前記露点温度と前記通電量との関係を示す検量線が記憶された記憶部を有し、前記露点温度の情報と前記検量線とに基づいて前記超音波振動素子を制御することを特徴とする超音波式噴霧器。

（２） 噴出した前記霧に映像が投影されるミストスクリーン発生装置として用いられるものである上記（１）に記載の超音波式噴霧器。

（３） 前記外部環境の明るさを検出する第２検出部を有する上記（２）に記載の超音波式噴霧器。

本願発明によれば、外部環境の状態に応じて霧の噴出量を調整することができる超音波式噴霧器を提供することができる。

図１は、本発明の超音波式噴霧器（第１実施形態）の使用状態を示す斜視図である。 図２は、図１に示す超音波式噴霧器の断面図（部分断面図）である。 図３は、図１に示す超音波式噴霧器のブロック図である。 図４は、図１に示す超音波式噴霧器が備える制御部が行う制御動作のフローチャートである。 図５は、図１に示す超音波式噴霧器が備える液体貯留部および加振部の断面図である。 図６は、図１に示す超音波式噴霧器が備える液体貯留部および加振部の断面図である。 図７は、図１に示す超音波式噴霧器を正面から見た図である。 図８は、図１に示す超音波式噴霧器を正面から見た図である。 図９は、本発明の超音波式噴霧器（第２実施形態）のブロック図である。 図１０は、図９に示す制御部が行う制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の超音波式噴霧器を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の超音波式噴霧器（第１実施形態）の使用状態を示す斜視図である。図２は、図１に示す超音波式噴霧器の断面図（部分断面図）である。図３は、図１に示す超音波式噴霧器のブロック図である。図４は、図１に示す超音波式噴霧器が備える制御部が行う制御動作のフローチャートである。図５は、図１に示す超音波式噴霧器が備える液体貯留部および加振部の断面図である。図６は、図１に示す超音波式噴霧器が備える液体貯留部および加振部の断面図である。図７は、図１に示す超音波式噴霧器を正面から見た図である。図８は、図１に示す超音波式噴霧器を正面から見た図である。

以下では、説明の都合上、図１、図２、図５～図８中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。

［超音波式噴霧器］
図１に示すように、超音波式噴霧器１は、全体形状が長尺状をなし、霧Ｍを面上に噴出する装置である。また、超音波式噴霧器１が噴出した霧Ｍには、光源１００からの映像光ＬＬが投影される。すなわち、超音波式噴霧器１は、ミストスクリーンを発生させるミストスクリーン発生装置として用いられる。

この超音波式噴霧器１は、図２に示すように、霧Ｍを発生させて噴出する噴出部２と、送風部３と、外部環境の状態を検出する検出部４と、制御部５と、これらを収納する長尺な筐体６と、筐体６の外部に設置されたタンク７と、を備える。

以下、各部について詳細に説明する。
（噴出部２）
噴出部２は、霧噴出ユニット２０を有している。霧噴出ユニット２０は、筐体６の長手方向に沿って１個、または複数設けられており、これらは、同様の構成であるため、１つの霧噴出ユニット２０について代表的に説明する。

図２に示すように、霧噴出ユニット２０は、液体貯留部２１と、超音波振動素子２２と、配管２３と、ファン２４と、フィルター２５を有している。

液体貯留部２１は、筐体６の底部に設置されている。液体貯留部２１は、内部で発生した霧Ｍを噴出する噴出口２１１と、給水口２１２とを有するタンクである。この液体貯留部２１の底部には、超音波振動素子２２が設けられている。

超音波振動素子２２は、通電により超音波振動を発生させる機能を有する。超音波振動素子２２から付与される超音波振動によって水柱Ｌ’が生じる。そして、この状態が繰り返されることにより、水柱Ｌ’から微細な液滴が多数飛散して、これが霧Ｍとなる。そして、霧Ｍは、液体貯留部２１の上部側面に設置されたファン２４により噴出口２１１に接続された配管２３内を通って霧噴出口６１から噴出される。配管２３は、縦断面形状が三角形をなしている、すなわち、上方に行くに連れて内側の断面積が小さくなる形状をなしている。これにより、配管２３内を通る霧Ｍの厚さ（図２中左右方向の長さ）が収束され、霧噴出口６１から噴出される。

また、超音波振動素子２２は、通電量を調節することにより超音波振動の強弱が可変である。これにより、水柱Ｌ’の大きさを調節することができ、霧Ｍの発生量を調節することができる。

また、配管２３の開口には、フィルター２５が設けられている。フィルター２５は、多孔質体で構成されている。これにより、霧噴出口６１から噴出される霧Ｍの粒の流れが整流され、真っ直ぐ高くまで揺らぎが少ない状態で吹き上がり、投影された映像光ＬＬの解像度を高めることができる。なお、後述する配管３２もフィルター２５に接続されている。

なお、フィルター２５を通過した霧Ｍの粒子径は、４μｍ以上６μｍ以下程度とされる。これにより、映像光ＬＬを投影した際、鮮明な映像が得られる。

筐体６の霧噴出口６１は、長尺状をなしており、各配管２３から噴出された霧Ｍは、面状に噴出される。

また、図３に示すように、超音波振動素子２２およびファン２４は、後述する制御部５と電気的に接続されており、制御部５によってその作動が制御される。

（送風部３）
送風部３は、複数（図示の構成では、１０個）の送風ユニット３０を有している。各送風ユニットは、噴出部２を介して両側に配置されており、かつ、５個ずつ、筐体６の長手方向に沿って配置されている。各送風ユニット３０は、同様の構成であるため、１つの送風ユニット３０について代表的に説明する。

送風ユニット３０は、ファン３１と、配管３２とを有している。
ファン３１は、筐体６の側部に設置されており、プロペラが回転することにより筐体６の外部から内部に空気を吸引することができる。また、図３に示すように、ファン３１は、後述する制御部５と電気的に接続されており、制御部５によってその作動が制御される。

配管３２は、ファン３１と接続されている。ファン３１によって吸引された空気は、配管３２内を通って、その後、配管３２の開口上に設置されたフィルター２５で吸引された空気の流れが整流されて、筐体６の上部に設けられた空気噴出口６２から噴出される。空気噴出口６２は、長尺状をなしており、霧噴出口６１を介して一対配置されている。

このような構成により、面状に噴出された霧Ｍが、空気Ａの気流によって、厚さ方向（図２中左右方向）に広がるのを規制することができる。また、得られるミストスクリーンの主面（投影面）を可及的に平坦にすることができ、投影された映像光ＬＬの解像度を高めることができる。

（検出部４）
検出部４は、筐体６の側部に設置されている。この検出部４は、温度センサー４１（第１検出部）と、湿度センサー４２（第１検出部）と、気圧センサー４３（第１検出部）とを有している。

図３に示すように、温度センサー４１は、筐体６の外部の温度を検出し、その情報（検出結果）を電気信号に変換して制御部５に送信する。湿度センサー４２は、筐体６の外部の湿度を検出し、その情報（検出結果）を電気信号に変換して制御部５に送信する。気圧センサー４３は、筐体６の外部の気圧を検出し、その情報（検出結果）を電気信号に変換して制御部５に送信する。

このように、検出部４は、外部環境の湿度、温度および気圧のうちの少なくとも１つ（本実施形態では、全部）を検出する。これにより、後述するように、制御部５は、これらの検出結果に基づいて霧Ｍの噴出量（単位時間当たりの噴出量）を調節することができる。

（制御部）
制御部５は、制御部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１と、記憶部５２とを有している。

ＣＰＵ５１は、各種モジュールや、各種プログラム等を実行する。
記憶部５２は、例えば不揮発性半導体メモリーの一種であるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等で構成されている。

また、記憶部５２には、ＣＰＵ５１が実行する各種モジュールや、各種プログラムや、後述する検量線等が記憶されている。また、記憶部５２には、検出部４の検出結果が一時的に記憶される。

（タンク）
タンク７は、筐体６の外部に設置されており、内部に液体Ｌを貯留している。また、タンク７は、配管７１によって筐体６内の液体貯留部２１が有する給水口２１２と接続されている。これにより、液体貯留部２１内に液体Ｌを供給することができる。

液体Ｌとしては、特に限定されないが、例えば、水（真水、水道水等）や、水にその他の成分が含まれた液体であってもよい。当該成分としては、例えば、消臭、殺菌、滅菌、消毒機能を有する成分（例えば、次亜塩素酸水）や、香り成分や、着色剤（染料、顔料等）等が挙げられる。

また、図示はしないが、配管７１には、給水ポンプが設置されているのが好ましい。
また、図示はしないが、液体貯留部２１内には、液体Ｌの残量を検出する残量センサーが設けられているのが好ましい。また、この残量センサーの検出結果に基づいて給水ポンプを制御するのが好ましい。

このような超音波式噴霧器１では、筐体６の外側には、図示しない電源スイッチ等の各種スイッチが設けられている。電源スイッチを使用者が操作することにより、超音波式噴霧器１の電源のＯＮ／ＯＦＦを決定する。

［光源］
光源１００は、超音波式噴霧器１が噴出した霧Ｍ、すなわち、ミストスクリーンに映像光ＬＬを照射する。本明細書における「映像光」とは、静止画および動画の双方を含む。

また、図示の構成では、超音波式噴霧器１と光源１００とは、同一平面上（例えば、床）に設置されているが、これに限定されず、例えば、光源は、超音波式噴霧器１の上方に設置されていてもよい。

ここで、水蒸気を含む空気がある温度を下回った場合、凝結が始まる温度がある。この温度を露点温度という。この露点温度は、外部環境（温度、湿度および気圧）に依存し、変化する。

同じ量の霧Ｍを噴出しても、露点温度が比較的低い場合、霧Ｍが濃く見えるが、露点温度が比較的高い場合、霧Ｍが薄く見える。このため、霧Ｍに映像光ＬＬを照射した場合、露点温度が比較的低い場合には、映像光ＬＬが見えやすいが、露点温度が比較的高い場合には、映像光ＬＬが見えにくくなる。

従来の超音波式噴霧器では、霧の噴出量（単位時間当たりの噴出量）が一定であるため、外部環境に依存して霧が見えにくくなることがあったが、本発明では、このような不具合を防止するのに有効な構成となっている。以下、制御部５の制御動作について説明する。

次に、制御部５の制御動作について、図４に示すフローチャートおよび図５～図８を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、制御部５が各超音波振動素子２２に対して行う制御は同じであるため、以下、１つの超音波振動素子２２に行う制御について代表的に説明する。

まず、ステップＳ１０１に示すように、外部環境の状態、すなわち、温度、湿度および気圧を検出する。

次に、ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１での検出結果に基づいて、霧Ｍの噴出量（単位時間当たりの噴出量）を決定する。具体的には、検出した温度Ｔ、湿度Ｓおよび気圧Ｐの情報から露点温度Ｆを算出し、算出した露点温度Ｆの値に基づいて噴出量を決定する。なお、露点温度Ｆの算出は、公知の算出方法を用いることができる。

また、噴出量は、露点温度Ｆと、超音波振動素子２２への通電量との関係を示す検量線に基づいて算出される。この検量線（第１検量線）は、記憶部５２に記憶されており、予め実験的に求められたものとすることができる。

次に、ステップＳ１０２にて決定した通電量で超音波振動素子２２を駆動し、霧Ｍの噴出を開始する（ステップＳ１０３）。

なお、超音波振動素子２２の通電量の大小で水柱Ｌ’の高さを調節することができ、水柱Ｌ’から生じる霧Ｍの量を調節することができる。例えば、図５に示す状態における通電量を大きくすることにより、図６に示すように、水柱Ｌ’が大きくなり、その結果、生じる霧Ｍの量を多くすることができる。

これにより、例えば、図５に示す状態では、図７に示すように、霧Ｍ（ミストスクリーン）が比較的薄く、投影された映像光ＬＬが見えにくいが、図６に示す状態とすることにより、図８に示すように、霧Ｍ（ミストスクリーン）が濃くなり、投影された映像光ＬＬの視認性が上がる。

このように、本発明では、外部環境の状態、すなわち、温度、湿度および気圧に応じて通電量を決定するため、外部環境の状態によらず、投影された映像光ＬＬを見えやすくすることができる。

そして、超音波式噴霧器１では、噴霧中も、温度、湿度および気圧を検出する（ステップＳ１０４）。

次いで、ステップＳ１０４で検出した温度Ｔ、湿度Ｓおよび気圧Ｐの情報から現時点での露点温度Ｆを算出し、露点温度Ｆが閾値Ｆ０を下回ったか否かを判断する（ステップＳ１０５）。Ｆ＞Ｆ０であった場合には、現状の噴出量を維持して噴霧を継続する（ステップＳ１０６）。

Ｆ≦Ｆ０であった場合、噴出量の調節が必要で有ると判断し、適切な噴出量を算出する（ステップＳ１０７）。噴出量の算出は、ステップＳ１０２と同様に、算出した露点温度Ｆと、超音波振動素子２２への通電量との検量線（第１検量線）に基づいて行われる。

次いで、ステップＳ１０７で決定した通電量で超音波振動素子２２を駆動し、霧Ｍの噴出量を変更する（ステップＳ１０８）。

そして、ステップＳ１０９において、終了するか否かを判断する。本ステップにおける判断は、前述した電源スイッチがＯＦＦになったか否かに基づいて行われる。

ステップＳ１０９で電源スイッチがＯＦＦになっていない、すなわち、終了指示がないと判断した場合、再度、ステップＳ１０４に戻り、以下のステップを順次繰り返す。

このように、超音波式噴霧器１は、液体Ｌが貯留される液体貯留部２１と、液体貯留部２１内の液体Ｌに超音波振動を付与する超音波振動素子２２とを有し、超音波振動素子２２の振動によって発生した霧を噴出する噴出部２と、外部環境の状態を検出する検出部４と、検出部４の検出結果に基づいて超音波振動素子２２の作動を制御する制御部５と、を備える。

これにより、外部環境の状態に応じて霧Ｍの噴出量を調節することができる。特に、超音波式噴霧器１がミストスクリーン発生装置として用いられるため、外部環境の状態に応じてミストスクリーンの濃さを調節することができる。よって、外部環境の状態に関わらず、映像光ＬＬを鮮明に投影することができる。

また、制御部５は、超音波振動素子２２を制御することにより、噴出部２から噴出される単位時間当たりの霧Ｍの量を調整する。これにより、超音波振動素子２２を制御するという簡単な制御で霧Ｍの噴出量を調節することができる。

また、制御部５は、超音波振動素子２２への通電量を制御する。これにより、超音波振動素子２２への通電量を制御するという簡単な制御で霧Ｍの噴出量を調節することができる。

また、制御部５は、外部環境の状態と通電量との関係を示す検量線が記憶された記憶部５２を有し、外部環境の状態の情報と検量線とに基づいて超音波振動素子２２を制御する。これにより、複雑な演算を省略することができ、簡単な制御によって霧Ｍの噴出量を調節することができる。

なお、本発明の超音波式噴霧器１は、本実施形態では、ミストスクリーン発生装置に適用した場合について説明したが、本発明ではこれに限定されず、例えば、超音波加湿器にも適用することができる。

＜第２実施形態＞
図９は、本発明の超音波式噴霧器（第２実施形態）のブロック図である。図１０は、図９に示す制御部が行う制御動作を示すフローチャートである。

以下、これらの図を参照して本発明の超音波式噴霧器の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、検出部の構成および制御部の制御動作が異なること以外は前記実施形態と同様である。

図９に示すように、検出部４は、外部環境の明るさ（例えば、照度）を検出する照度センサー４４（第２検出部）を有している。照度センサー４４は、筐体６の外部に設けられており、筐体６の外部の照度を検出し、その情報（検出結果）を電気信号に変換して制御部５に送信する。これにより、後述するように、制御部５は、外部環境の明るさに応じて霧Ｍの噴出量を調節することができる。

次に、制御部５の制御動作について、図１０に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、制御部５が各超音波振動素子２２に対して行う制御は同じであるため、以下、１つの超音波振動素子２２に行う制御について代表的に説明する。

まず、ステップＳ２０１に示すように、外部環境の状態、すなわち、照度を検出する。
次に、ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１での検出結果に基づいて、霧Ｍの噴出量（単位時間当たりの噴出量）を決定する。具体的には、検出した照度と超音波振動素子２２への通電量との関係を示す検量線に基づいて算出される。この検量線（第２検量線）は、記憶部５２に記憶されており、予め実験的に求められたものとすることができる。

次に、ステップＳ２０２にて決定した通電量で超音波振動素子２２を駆動し、霧Ｍの噴出を開始する（ステップＳ２０３）。

外部環境が明るくなると、ミストスクリーンが薄く見えてしまう傾向を示す。このため、投影された映像光ＬＬが見えにくくなる。これに対し、本実施形態では、外部環境が比較的明るい場合、霧Ｍの噴出量を比較的多くすることができ、ミストスクリーンを比較的濃くすることができる。よって、外部環境が明るくても映像光ＬＬを鮮明に見えやすくすることができる。
そして、超音波式噴霧器１では、噴霧中も、照度を検出する（ステップＳ２０４）。

次いで、ステップＳ２０４で検出した照度Ｘが閾値Ｘ０を上回ったか否かを判断する（ステップＳ２０５）。Ｘ＜Ｘ０であった場合には、現状の噴出量を維持して噴霧を継続する（ステップＳ２０６）。

Ｘ≧Ｘ０であった場合、噴出量の調節が必要で有ると判断し、適切な噴出量を算出する（ステップＳ２０７）。噴出量の算出は、ステップＳ２０２と同様に、照度Ｘと、超音波振動素子２２への通電量との検量線（第２検量線）に基づいて行われる。

次いで、ステップＳ２０７で決定した通電量で超音波振動素子２２を駆動し、霧Ｍの噴出量を変更する（ステップＳ２０８）。

そして、ステップＳ２０９において、終了するか否かを判断する。本ステップにおける判断は、前述した電源スイッチがＯＦＦになったか否かに基づいて行われる。

ステップＳ２０９で電源スイッチがＯＦＦになっていない、すなわち、終了指示がないと判断した場合、再度、ステップＳ２０４に戻り、以下のステップを順次繰り返す。

以上、本発明の超音波式噴霧器を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、超音波式噴霧器を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明の超音波式噴霧器は、各実施形態の構成を組み合わせたものであってもよい。

また、前記各実施形態では、外部環境から露点温度を算出し、その算出した露点温度を霧の噴出量の調節に用いる場合について説明したが本発明ではこれに限定されず、例えば、湿度、気温、気圧および照度ごとに検量線または閾値を設定し、霧の噴出量の調節に用いてもよい。また、湿度、気温、気圧および照度のうちの少なくとも１つを検出する構成であってもよい。

また、前記各実施形態では、各超音波振動素子への通電量を制御する構成であったが、本発明ではこれに限定されず、例えば、各超音波振動素子への通電のＯＮ／ＯＦＦで制御するいわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行う構成であってもよい。あるいは、駆動する超音波振動素子の数によって制御してもよい。

１ 超音波式噴霧器
１００ 光源
２ 噴出部
２０ 霧噴出ユニット
２１ 液体貯留部
２１１ 噴出口
２１２ 給水口
２２ 超音波振動素子
２３ 配管
２４ ファン
２５ フィルター
３ 送風部
３０ 送風ユニット
３１ ファン
３２ 配管
４ 検出部
４１ 温度センサー
４２ 湿度センサー
４３ 気圧センサー
４４ 照度センサー
５ 制御部
５１ ＣＰＵ
５２ 記憶部
６ 筐体
６１ 霧噴出口
６２ 空気噴出口
７ タンク
７１ 配管
Ａ 空気
Ｌ 液体
Ｌ’ 水柱
ＬＬ 映像光
Ｍ 霧

Claims (3)

1. 液体が貯留される液体貯留部と、前記液体貯留部内の前記液体に超音波振動を付与する超音波振動素子とを有し、前記超音波振動素子の振動によって発生した霧を噴出する霧噴出口を有する噴出部と、
   ファンと、前記霧噴出口を介して一対配置され、前記ファンから送風された空気を噴出する空気噴出口とを有する送風部と、
   外部環境の温度、湿度および気圧を検出する第１検出部と、
   前記第１検出部の検出結果に基づいて前記噴出部および前記送風部の作動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１検出部の検出結果である前記温度の情報、前記湿度の情報および前記気圧の情報に基づいて、前記外部環境の露点温度を求め、前記露点温度の情報に基づいて、前記超音波振動素子への通電量を制御し、前記噴出部から噴出される単位時間当たりの前記霧の量を調整し、
   前記制御部は、前記露点温度と前記通電量との関係を示す検量線が記憶された記憶部を有し、前記露点温度の情報と前記検量線とに基づいて前記超音波振動素子を制御することを特徴とする超音波式噴霧器。
2. 噴出した前記霧に映像が投影されるミストスクリーン発生装置として用いられるものである請求項１に記載の超音波式噴霧器。
3. 前記外部環境の明るさを検出する第２検出部を有する請求項２に記載の超音波式噴霧器。

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