KR100477423B1

KR100477423B1 - 압전 진동기로 액체를 분무하는 제어시스템

Info

Publication number: KR100477423B1
Application number: KR10-2001-7011313A
Authority: KR
Inventors: 데니스 제이. 데닌; 게리 이. 마이어스; 레온 엠. 헤딩스; 조오지 에이. 클락크; 에릭 알. 나빈; 트드 엘. 제임스
Original assignee: 에스.씨. 존슨 앤드 선, 인코포레이티드
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2005-03-23
Also published as: DE60008074D1; US6296196B1; JP2002537985A; HK1043752B; KR20020003198A; AR030524A1; EP1159079A1; US6439474B2; CA2371873A1; HK1043752A1; NZ514272A; CN1349438A; PL351479A1; ZA200107249B; AR031470A2; TW510827B; EP1159079B1; ES2209857T3; WO2000051747A1; PL194790B1

Abstract

교류전압이 압전 액튜에이터 소자(10)에 인가되어 그 소자가 팽창 및 수축하고 오리피스 플레이트를 분무화하는 배터리 구동 분무화기가 기술된다. 교류전압은 구동기간의 제 1 부분동안에는 분무화를 시작하도록 높은 진폭 진동을 생성하고, 구동기간의 나머지 기간 동안에 분무화를 지속하도록 낮은 진폭의 진동을 생성하도록 제어된다. 교류전압의 주파수는 각각의 구동기간 동안에 반복적으로 스위프된다.

Description

압전 진동기로 액체를 분무하는 제어시스템{CONTROL SYSTEM FOR ATOMIZING LIQUIDS WITH A PIEZOELECTRIC VIBRATOR}

본 발명은 압전 진동기에 의해 액체를 분무화하는 것에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 효율적이고 실효적인 방식으로 이러한 분무화를 제어하는 새로운 방법과 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 향료, 공기 청정제, 살충제제 등의 액체 활성물질을 압전장치에 의해 미세한 스프레이와 같은 미세입자 또는 미세한 방울의 형태로 분배하는 수단에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전기기계 또는 전기음향 액튜에이터에 의해 액체 또는 현탁액의 방울을 만들어내는 압전 액체 분배시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 이러한 장치와 함께 사용되는 개선된 제어회로에 관한 것이다.

종래부터 액체를 분무화하기 위한 압전 진동기의 사용은 잘 알려져 있다. 미국특허 제5,164,740호, 제4,632,311호, 및 제4,533,734호에는 이러한 장치의 예들이 기재되어 있다. 일반적으로, 이들 장치는 압전소자에 교류전압을 인가하여 압전소자를 팽창 및 수축시킨다. 압전소자는 천공된 오리피스 플레이트(orifice plate)에 결합되며, 이는 다시 액체 공급원과 접촉한다. 압전소자의 팽창과 수축은 오리피스 플레이트를 상하로 진동하게 하고, 그 때 액체는 오리피스 플레이트의 구멍들을 통해 주입되어 미세하게 연무화된 입자의 형태로 상부로 배출된다.

성능의 열화없이 장기간에 걸쳐 작동하고 출력전압이 배터리의 작동수명 중에 서서히 줄어드는 것으로 알려진 저렴한 알칼라인 배터리의 사용을 허용하는 배터리 구동 압전 분무화기를 제공하는 것이 바람직하다.

압전 분무화기가 경제적으로 구동될 수 있는 하나의 방법으로 휴지기간에 의해 구분되는 구동기간 중에 압전 분무화기를 작동하게 제어하여 구동기간 중에 연속으로 짧게 불어내 액체가 분무화하게 하는 것이 있다. 그러나 불어내는 행위 사이의 휴지기간 중에 액체가 오리피스 플레이트에 누적되고, 다음 구동기간에 계속되는 불어내기를 시작하기 위해 오리피스 플레이트는 큰 진폭으로 구동되지 않으면 안된다.

배터리 구동 압전 분무화기가 경제적으로 작동될 수 있는 다른 방법으로는 오리피스 플레이트, 압전소자 및 이들 오리피스 플레이트와 압전소자 사이의 다른 기계적 결합부를 포함하는 분무화기 진동시스템의 공진주파수에서 분무화기를 구동시키는 것이 있다. 그러나 공진주파수는 장치마다 다소 달라 상이한 구동주파수가 각각의 장치마다 설정되어야만 하기 때문에 문제점이 있다.

미세한 스프레이액의 형성 또는 분무화에 의해 액체를 분배하는 기술은 공지의 기술이다. 이러한 분배방법의 하나로서 초음파 압전 진동기에 의해 발생된 음향진동에 의해 액체를 분무화하는 것이 있다. 이러한 방법의 일례가 미국특허 제4,702,418호에 나타나 있으며, 이 특허에는 분배될 유체를 유지하기 위한 노즐챔버와 이 노즐챔버의 적어도 일부분에 형성되는 격막(diaphragm)을 포함하는 에어로졸 분배기가 개시되어 있다. 에어로졸 분배노즐은 액체를 보관용기로부터 노즐로 도입하기 위한 제한된 통로와 함께 내부에 배치된다. 저전압 전원과 결합하는 펄스 발생기는 압전 벤더(bender)를 구동하기 위해 사용되며, 이 압전벤더는 보관용기로부터 노즐을 통해 유체를 움직이게 하여 에어로졸 스프레이를 생성한다.

다른 분무화기 스프레이 장치로서 미국특허 제5,518,179호에 나타난 것이 있다. 이 특허에는 복합 박형 벽구조를 갖는 액튜에이터에 의해 진동되며, 벤딩모드로 작동하도록 배열된 오리피스 플레이트를 구비하는 액체방울 생성장치가 개시되어 있다. 오리피스 플레이트의 표면에는 직접 액체가 공급되며 오리피스 플레이트의 진동시에 액체는 미세한 방울의 형태로 오리피스 플레이트로부터 스프레이된다.

미국특허 제5,297,734호와 제5,657,926호에는 압전 진동기와 거기에 접속된 진동판을 구비한 초음파 분무화장치가 개시되어 있다.

미국특허 제5,297,734호에는 액체의 통과를 위해 많은 미세구멍을 갖는 진동판이 개시되어 있다.

다른 많은 추가의 특허들이 초음파 분무화에 의해 액체를 분배하거나 정기적인 분배간격을 위한 수단을 개시하고 있으나, 이러한 특허들은 향수 등의 물질의 효율적인 분무화에 적당한 성공만을 달성한다. 이러한 특허로는 예컨대, 미국특허 제3,543,122호, 제3,615,041호, 제4,479,609호, 제4,533,082호 및 제4,790,479호가 있다. 이들 특허 및 본 명세서에서 참조되는 모든 공보의 발표내용은 여기에서 충분히 설명되는 바와 같이 참고로 포함된다.

이러한 분무화기는 분배속도의 변화가 거의 없거나 전혀 없이 장기간 사용할 수 있는, 압전소자와 기계적으로 접속되어 오리피스 플레이트를 이용하는 용이하게 휴대가능한 배터리 작동 분배기를 제공할 수 없다. 더욱이, 이들 분무화기의 효율성은 분무화기 압전펌프 부품의 제조차 때문에 다를 수 있다. 따라서 방향제, 살충제 등의 활성 유체를 분배하는데 사용하기 위한 개선된 분무화기 또는 분배기, 즉 액체의 폭넓은 확산을 제공하면서 효율성이 높고 전력을 최소로 소비하는 분무화기 또는 분배기의 필요성이 대두되었다.

도 1은 본 발명에 따르는 분무화 장치의 단면도.

도 2는 본 발명에 따르는 도 1의 분무화 장치의 동작을 나타내는 타이밍도.

도 3은 본 발명에 따르는 제어시스템의 소자 배열을 나타낸 단순 블록도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 압전 분무화기로 사용하는데 적합한 회로기판의 부분 등축도.

도 5는 액체를 오리피스 플레이트의 표면에 이동하는데 적합한 액체 용기와 액체 이송수단의 등축도.

도 6은 액체용기, 공급수단 및 압전소자가 함께 조립될 때의 관계를 나타낸 단면도.

도 7은 원의 내부에 둘러싸인 도 6 영역의 확대 세부도.

도 8은 바람직한 실시예의 새시에 장착된 인쇄회로기판과 압전소자의 평면도.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예의 사용에 적합한 압전펌프 어셈블리의 단순 단면도.

도 10은 압전소자를 구동하기 위한 바람직한 제어회로의 블록도.

도 11은 도 10의 상태기기의 세부도.

도 12는 제어회로의 출력신호의 변조를 도시한 도면.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하고 다양한 특징을 갖는다.

첫번째 특징으로, 본 발명은 분무화될 액체가 공급될 오리피스 플레이트가 진동하여 그 표면으로부터의 액체를 미세한 연무 액체입자의 형태로 추진되도록 하는 형태의 진동식 액체 분무화기를 작동시키는 신규한 방법을 포함한다. 이 신규한 방법은 처음에 비교적 높은 진폭으로 상기 오리피스 플레이트를 진동시켜 액체의 분무화를 시작하는 단계와, 다음으로 상기 분무화를 지속시키기에 충분한 비교적 낮은 진폭으로 상기 오리피스 플레이트를 진동시키는 단계를 포함한다.

두 번째 특징으로, 본 발명은 압전 액튜에이터 소자가 교류전압에 의해 활성화되어 팽창 및 수축함으로써 분무화될 액체가 공급되는 오리피스 플레이트를 진동시키고, 상기 오리피스 플레이트의 진동이 상기 액체를 분무화시켜 상기 오리피스 플레이트로부터 미세하게 연무화된 액체 입자의 형태로 분출하는 형태의 압전 진동 액체 분무화기를 작동시키는 신규한 방법을 포함한다. 이 신규한 방법은 먼저 상기 압전 액튜에이터 소자에 높은 교류전압을 인가하여 압전 액튜에이터 소자가 상기 오리피스 플레이트를 높은 진폭으로 진동하게 함으로써 상기 액체의 분무화를 시작하게 하는 단계와, 다음으로 상기 압전 액튜에이터 소자에 비교적 낮은 교류전압을 인가하여 상기 분무화를 지속하는 단계를 포함한다.

세번째 특징으로, 본 발명은 오리피스 플레이트, 분무화될 액체를 오리피스 플레이트에 공급하도록 배열된 액체도관, 및 먼저 구동기간 동안 액체의 비교적 높은 진폭으로 오리피스 플레이트를 진동시켜 액체의 분무화를 시작하고, 다음으로 동일한 구동기간 동안 상기 분무화를 지속시키기에 충분한 비교적 낮은 진폭으로 오리피스 플레이트를 진동시키도록 연결된 진동 액튜에이터를 포함하는 신규한 진동 액체 분무화기를 포함한다.

네번째 특징으로, 본 발명은 진동되도록 장착된 오리피스 플레이트와, 상기 오리피스 플레이트가 진동되는 동안 상기 오리피스 플레이트에 액체를 공급하도록 배열된 액체공급 도관과, 팽창 및 수축할 때 상기 오리피스 플레이트를 진동시키도록 상기 오리피스 플레이트에 결합된 압전 액튜에이터 소자와, 구동기간 동안 상기 액튜에이터 소자에 교류전압을 인가하도록 접속되어 상기 액튜에이터 소자가 팽창 및 수축되도록 함으로써 상기 오리피스 플레이트를 진동하게 하여 액체를 분무화시키고 미세하게 연무화된 액체입자의 형태로 상기 액체를 분사시키게 하는 전력 공급 시스템을 구비하는 진동 액체 분무화기를 포함한다. 이 전력 공급 시스템은 먼저 상기 압전 액튜에이터 소자에 높은 교류전압을 인가하여 비교적 높은 진폭으로 상기 오리피스 플레이트를 진동하게 함으로써 액체의 분무화를 시작하게 하고, 다음으로 상기 압전 액튜에이터 소자에 비교적 낮은 교류전압을 인가하여 분무화를 지속시키도록 연결된 회로들을 포함한다.

본 발명의 주된 목적은 향료, 공기 청정제 및 기타 액체 등을 분배하기 위한 고효율의 방법을 제공하기 위한 것이다. 기타 액체로는 가정용 세정제, 살균제, 소독제, 방충제, 살충제, 방향요법제제, 의약제, 치료액, 또는 사용시 분무화로 이익을 얻을 수 있는 기타 액체 및 액체 현탁액 등이 있다. 이들 조성물은 수용성일 수 있으며, 다양한 용매를 포함할 수도 있다.

본 발명의 다른 목적은 압전소자와 기계적으로 연결된 돔형 오리피스 플레이트를 이용하여 용이하게 휴대가능하고 배터리로 작동되는 분배기와 함께 사용되는 개선된 제어회로를 제공하기 위한 것이다. 압전펌프는 저전압 배터리로 수개월 동안 효율적으로 작동할 수 있으며 그 기간 내내 분배의 일관성을 유지할 수 있다. 압전 분무화기는 9볼트 배터리, "A", "AA", "AAA", "C", 및 "D"전지와 같은 종래의 건전지, 버튼전지(button cell), 시계 배터리, 및 태양전지 등의 전원과 함께 사용할 수 있다. 본 발명과 함께 조합하여 이용하기 위한 바람직한 에너지원으로는 "AA" 및 "AAA" 전지가 있다.

압전펌프는 펌프 구성요소의 제조차를 보상하기 위한 회로를 갖는다. 이러한 회로의 전자기술은 프로그램가능하며, 정밀한 공급속도(시간당 밀리그램, 이하 mg/hr이라 함)를 설정하기 위해 사용될 수 있다. 이와 달리 전자회로는 소비자가 개인적인 취향, 유효성, 또는 방 크기에 따라 원하는 레벨로 강도나 효율성을 조정할 수 있도록 해준다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 본 발명의 이들 및 기타의 목적은 방향제, 살충제제, 및 전술한 바와 같은 기타의 액체를 위한 분무화기에 의해 달성되는데, 이때, 분무화 시스템은 분배될 액체를 위한 챔버와, 상기 챔버로부터의 액체를 액체 분배용의 오리피스 플레이트에 공급하기 위한 수단과, 압전소자와, 에너지원과, 압전소자를 구동 및 제어하기 위한 개선된 회로를 포함한다. 압전소자를 구동하는 신호의 진폭과 주파수를 제어함으로써 탁월한 결과를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서 본 발명은 총 분산기간 내내 분배될 액체의 보다 균일한 분무화를 위한 수단을 제공하므로, 분산 시작시나 분산이 종료될 무렵의 단위시간당 분산될 양이 크게 다르지 않게 된다. 본 발명의 이들 및 기타의 목적과 장점은 상세한 설명으로부터 명백해질 것이나 이 설명은 단순히 바람직한 실시예에 불과하다. 따라서 본 발명의 완전한 범위를 이해하기 위해서는 청구항에 주목하여야 한다.

본 발명은 전술한 특징과 조합하여 추가의 장점을 제공하는 후술하는 다른 특징을 또한 가지고 있다.

도 1은 본 발명에 따라 작동될 수 있는 진동분무장치를 도시한 도면이다. 이 장치는 환형의 압전 액튜에이터(10)를 구비한다. 이 압전 액튜에이터(10)는 중앙의 구멍(12)과, 액튜에이터의 하부측에서 상기 구멍(12)을 가로질러 연장되며 액튜에이터의 내부영역(15)과 약간 겹쳐지는 원형 오리피스 플레이트(14)를 구비한다. 오리피스 플레이트(14)는 겹쳐지는 중복영역(15)의 액튜에이터(10)의 하부측에 고정된다. 오리피스 플레이트(14)를 압전소자(10)에 고정하기 위해서는 임의의 적합한 접합수단이 사용될 수 있다. 그러나 부식성 또는 침식성인 액체가 오리피스 플레이트를 압전 액튜에이터에 결합하는 물질을 용해하거나 연화시키는 경향이 있다는 점에서 그 액체를 분무화하기 위해 진동분무장치가 사용될 수 있는 경우에는 오리피스 플레이트가 주석-납 또는 은납에 의해 압전소자에 납땜되는 것이 바람직하다.

압전 액튜에이터(10)는 인가된 전기장의 방향에 수직 방향으로 치수상의 변경을 야기시키는 압전특성을 갖는 임의의 물질로부터 만들어 질 수 있다. 따라서 예시된 실시예에서 압전 액튜에이터(10)는 전기장이 그 상부면 또는 하부면을 가로질러 인가될 때 방사상의 방향으로 팽창 또는 수축될 것이다. 압전 액튜에이터(10)는 예를들면 지르콘티탄산납(lead zirconate titanate; PZT) 또는 납 메타니오베이트(lead metaniobate; PN)로부터 만들어지는 세라믹 물질일 수 있다. 여기에서 예시된 실시예에서 압전 액튜에이터는 약 0.382인치의 외경과 약 0.025인치의 두께를 갖는다. 중앙 구멍(12)의 직경은 약 0.177인치이다. 이들 직경은 중요한 것이 아니며 예로 주어진 것일 뿐이다.

예시된 실시예에서 오리피스 플레이트(14)는 직경이 약 0.250이며, 약 0.002인치의 두께를 갖는다. 오리피스 플레이트(14)는 약간 돔형의 중앙영역(16) 및 오리피스 플레이트가 액튜에이터(10)에 부착된 영역과 상기 중앙영역(16) 사이에서 연장된 에워싸는 가요성의 플랜지 영역(18)으로 형성된다. 돔형의 중앙영역(16)은 약 0.103인치의 직경을 가지며, 약 0.0065인치만큼 오리피스 플레이트의 평면으로부터 외부로 연장된다. 돔형 중앙영역은 약 0.000236인치의 직경을 가지며 약 0.005인치의 간격을 갖는 수개의 (예를들면 85개) 작은 천공(20)을 포함한다. 플랜지 영역(18)에는 정반대로 대향하는 한 쌍의 홀(22)이 형성된다. 이들 홀은 약 0.029인치의 직경을 갖는다.

이들 직경 또한 중요한 것이 아니며, 구체적 실시예를 설명하도록 작용할 뿐이다. 천공(20)을 포함하는 중앙영역을 돔형으로 하는 것은 이 영역을 강화시켜 작동중에 그것이 구부러지지 않도록 하는 반면 홀(22)을 갖는 플랜지 영역(18)은 작동중에 구부러지도록 가요성을 유지한다는 점이다. 돔형 중앙영역은 형상이 구형이나 그 영역의 강직성을 유지할 수 있다면 어떤 형상이어도 좋다. 예컨대, 중앙영역(16)은 포물선형 또는 아치형을 가질 수 있다.

오리피스 플레이트(14)는 전기주조 공정으로 형성되는 천공(20) 및 홀(22)을 갖도록 전기주조에 의해 만들어지는 것이 바람직하다. 그러나 오리피스 플레이트는 롤링 등의 다른 방법에 의해 제조될 수도 있으며, 천공과 홀이 별개로 형성될 수도 있다. 제조의 용이성을 위해 중앙영역(16)은 오리피스 플레이트에 천공(20)이 형성된 후 돔형상으로 된다.

오리피스 플레이트(14)는 비록 굽힘력이 가해지는 동안 오리피스 플레이트의 형상을 유지할 수 있을 정도로 충분한 강도와 가요성을 갖기만 한다면 다른 물질이 사용될 수도 있지만 니켈로 만들어지는 것이 바람직하다. 사용될 수 있는 합금의 일부 예로는 니켈-코발트 및 니켈 팔라듐 합금이 있다.

압전 액튜에이터(10)는 주어진 위치에 유지되지만 그 진동에 의해 간섭받지 않는 적합한 방식으로 지지될 수 있다. 따라서 액튜에이터는 그로밋형 장착(grommet type mounting)(도시생략)으로 지지될 수 있다. 예를들면, 은과 니켈을 포함하는 다른 전기적 도전성 물질로부터 코팅이 형성될 수 있다.

압전소자(10)는 그 상부면과 하부면이 알루미늄과 같은 도전성 피막으로 코팅된다. 도시된 바와 같이, 전기 리드(26, 28)는 액튜에이터(10) 상부면 및 하부면 상의 도전성 피막에 납땜된다. 이들 리드는 교류전압원(도시생략)으로부터 연장된다.

분무될 액체(31)를 수용하는 액체 저장소(30)는 액튜에이터(10)와 오리피스 플레이트(14) 하부와 장착된다. 저장소(30)의 내부에서부터 오리피스 플레이트(14)의 하부까지에는 심지(32)가 연장되어 심지(32)가 중앙영역(16)의 오리피스 플레이트와 가볍게 접촉하고 또한 천공들(20)과 접촉한다. 그러나, 심지(32)는 홀(22)과는 접촉하지 않으며, 이들 홀은 심지로부터 측면으로 이동되어 있다. 심지(32)는 저장소(30)의 액체에 양호한 모세관 작용을 제공하여 액체가 오리피스 플레이트(14)의 하부측으로 끌어올려질 수 있도록 다공성의 가요성 물질로 만들어질 수 있다. 동시에 심지는 진동운동에 의해 방해되는 오리피스 플레이트에 대하여 압력을 가하지 않도록 충분히 가요성을 가져야 한다. 이를 조건을 전제로 하여 심지(32)는 예컨대, 종이, 나일론, 면, 폴리프로필렌, 유리섬유 등의 물질 중의 어느 것으로도 만들 수 있다. 심지(32)의 바람직한 형태는 심지가 오리피스 플레이트와 접촉하는 곳에서 스스로 구부러지는 나일론 셔닐얀(nylon chenille yarn)이다. 이것은 스트랜드(strand)의 매우 가는 섬유를 오리피스 플레이트 표면으로까지 위로 연장시킨다. 이들 매우 가는 섬유는 액체를 오리피스 플레이트까지 상승시키는 모세관 작용을 할 수 있으나 그 진동운동을 방해하는 상당한 힘을 오리피스 플레이트에 가하지 못한다.

분무화기의 작동에서 리드(26, 28)를 통해 외부전원으로부터의 교류전압이 액튜에이터(10)의 상부면과 하부면의 도전성 피막에 인가된다. 이것은 액튜에이터 물질에 압전효과를 일으켜 액튜에이터가 방사상의 방향으로 팽창 및 수축하게 한다. 결국, 이들 교류전압에 따라 중앙 구멍(12)의 직경이 증가 및 감소한다. 이들 직경의 변화는 오리피스 플레이트(14)에 방사상의 힘으로서 인가되며, 결국 플랜지 영역(18)은 구부러져 돔형 중앙영역(16)을 상하로 민다. 이것은 심지(32)에 의해 중앙영역(16)의 하부면에 부딪히는 액체에 대해 펌핑작용을 일으킨다. 심지의 모세관 작용은 오리피스 플레이트(14) 상부의 대기압력보다 약간 높아지도록 오리피스 플레이트(14)의 하부면에 액체의 압력을 일으킨다. 결국, 액체(31)는 천공(20)을 통해 상향 힘을 받으며, 미세한 액체입자로서 오리피스 플레이트의 상부면으로부터 대기 중으로 방출된다.

도 2는 본 발명에 따르는 압전 액튜에이터(10)의 구동 시퀀스를 보여준다. 도 2에 도시된 바와 같이, 구동 시퀀스는 5.5밀리초의 교번 구동기간과 9 내지 18초의 휴지기간으로 분할된다.

5.5 밀리초의 구동기간 중에, 압전 액튜에이터(10)를 구동하기 위해 사용되는 전압은 3.3볼트에서 약 1볼트로 지수함수적으로 감소한다. 따라서 압전 액튜에이터(10)는 초기에는 높은 진폭으로 구동되고, 나중에는 상당히 낮은 진폭으로 구동된다. 높은 진폭에서는 액튜에이터로부터 액체가 제거되어 분무화를 시작하고, 낮은 진폭에서는 작동을 유지할 수 있을 정도로 충분하나 단지 최소의 구동전력만을 소비할 뿐이다. 본 발명은 특정 구동기간 동안에 고저 진폭구동을 1사이클로 제한하는 것은 아니지만 사실상 고저진폭 시퀀스는 분무화를 유지하는데 필수적인 회수를 반복할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

각각의 구동기간 후에, 시스템은 9 내지 18초의 휴지기간을 갖는다. 각 휴지기간의 처음 4초 동안 시스템은 3.3볼트로 다시 재충전되고 이 전압은 다음 구동기간 동안 사용을 위해 유지된다. 일부 응용에서는 고저 진폭구동의 연속이 어떠한 중간의 휴지기간없이 계속 반복될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

액튜에이터(10)는, 액튜에이터(10)가 단지 1.5볼트의 공급전압원으로 구동되는 경우 액체(31)를 분무화하기에 충분한 진폭으로 오리피스 플레이트(14)를 구동할 수 있지만, 분무화를 시작하기 위해서는 액튜에이터(10)가 3.3볼트와 같은 보다 높은 공급전압원을 이용하여 구동되어, 이전 휴지기간 중에 외표면에 축적된 액체막을 제거하기에 충분한 진폭으로 오리피스 플레이트(14)를 진동시켜야 한다. 따라서 오리피스 플레이트(14)는 초기에는 높은 전력으로 구동되어 분무화를 시작하는 높은 진폭의 진동을 생성하지만 일단 분무화가 시작되면 훨씬 낮은 진동의 진폭을 사용하여 분무화를 유지할 수 있다. 구동전압을 3.3볼트에서 1볼트로 지수함수의 비율로 저하시킴으로써 소비된 총에너지가 감축되어 배터리 수명이 상당히 연장될 수 있다.

각 5.5밀리초 구동기간의 말미에 시스템은 9초에서 18초의 "휴지기간"에 들어가게 된다. 이 휴지기간의 길이는 후술하는 바와 같이 선택기 스위치에 의해 9초, 13.5초 또는 18초로 설정될 수 있다.

각 휴지기간의 처음 4초는 1볼트에서 3.3볼트로 다시 시스템을 구동하기 위한 전원을 재충전하기 위해 사용된다. 따라서 다음의 연속 구동기간이 시작하면 오리피스 플레이트(14)는 초기에는 3.3볼트의 구동전압원에 의해 높은 진폭으로 구동될 것이다.

오리피스 플레이트(14)의 진동진폭은 진동을 발생하기 위해 사용되는 전압뿐 아니라 오리피스 플레이트를 구동하기 위해 사용되는 주파수에도 의존한다. 그 이유는 오리피스 플레이트(14), 압전구동 액튜에이터(10), 및 이들 부재 사이의 다른 상호접속부를 포함하는 진동시스템이 자연 공진주파수를 갖기 때문이다. 이 시스템이 그 자연 공진주파수에서 구동되면, 오리피스 플레이트의 진동진폭은 최대화되는 반면 구동력은 최소화된다. 그러나 제조공차 때문에 오리피스 플레이트와 액튜에이터 시스템의 공진주파수는 장치마다 다르다.

이 문제를 해소하기 위하여 구동주파수는 오리피스 플레이트와 액튜에이터 시스템의 공진주파수의 고조파를 포함하는 범위에서 변화되거나 스위프(sweep)된다. 따라서 구동주파수는 기본 자연 공진주파수(제 1 고조파)를 포함하는 범위 또는 오리피스 플레이트와 액튜에이터 시스템의 자연 공진주파수의 보다 높은 고조파를 포함하는 범위에서 스위프되어야 한다. 따라서 특정 시스템의 특정 공진주파수가 알려져 있지 않더라도 주파수 범위를 통해 특정 시스템을 구동함으로써 이러한 주파수 범위의 어떤 주파수에서 이 시스템은 공진될 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 구동주파수는 120KHz 내지 160KHz의 미리 결정된 주파수 범위에 대하여 스위프된다. 이 주파수 범위는 각 5.5밀리초의 구동기간 동안 전후로 적어도 11회 스위프된다. 구동진폭과 관련하여 이미 설명된 바와 같이, 이 주파수 스위프는 간섭하는 휴지기간없이 연속으로 수행될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 압전 액튜에이터 소자(10)를 구동하기 위해 사용될 수 있는 회로배열을 설명하는 단순 블록도이다. 설명을 위해 이 회로배열은 점선으로 나타낸 기능부의 그룹으로서 설명한다. 이들 기능부는 다음과 같다.

(a) 작동 전력 공급부(40)

(b) 구동전압 패턴 제어부(42)

(c) 구동신호 증폭부(44)

(d) 압전 액튜에이터 소자(10)

(e) 휴지기간 제어부(46)

(f) 주파수 패턴 제어부(48)

(g) 저배터리 검출 및 제어부(50)

이들 각 부의 일부분은 공통 집적회로(52)(점선으로 도시)에 형성되나, 다른 부분은 보다 상세하게 후술하는 바와 같이 인쇄회로기판(도시생략)에 상기 집적회로(52)와 함께 실장된다. 먼저 도 3의 회로배열의 작동을 기능부(40, 42, 44, 46, 48 및 50)의 전반적인 동작과 관련해 먼저 설명하고, 다음으로 각 기능부의 개별동작에 대해 설명하기로 한다.

기능부의 전반적 설명

작동 전력 공급부(40)는 1.5볼트 "AA" 알칼라인 배터리(54)의 출력전압을 3.3볼트 작동전압으로 변환한다. 3.3볼트 작동전압은 구동전압 패턴 제어부(42)를 포함하는 시스템의 다른 회로에 전력을 공급하기 위해 사용된다.

구동전압 패턴 제어부(42)는 도 2에 도시된 연속되는 5.5밀리초 구동기간 동안에 작동전압이 3.3볼트에서 1볼트로 대체로 지수함수적으로 감소하도록 한다. 여기에서 지수함수적인 감소는 본 발명에서 중요한 것은 아니다. 실제로 각 구동기간의 초기에 일단 분무화가 시작되면 분무화 기능이 지속되는 한 전압은 배터리 전력을 보존하기 위해 가능한 한 급속하게 낮아질 수 있다. 구동전압 패턴 제어부(42)로부터의 전압이 구동신호 증폭 제어부(44)에 공급된다. 구동신호 증폭제어부(44)에서 전압은 증폭되고 압전 액튜에이터 소자(10)를 구동시키기 위해 사용되는 스위프된 주파수 출력전압으로 변환된다.

휴지기간(sleep period) 제어부(46)는 도 2에 표시된 휴지기간의 존속기간을 제어한다. 예시된 실시예에서, 이들 휴지기간은 9초, 13.5초 또는 18초의 존속기간 동안 설정될 수 있다. 이 휴지기간들은 그 기간들이 작동 전력 공급부(40)가 구동전압 패턴제어부(42)를 다시 다음 구동기간 동안의 3.3볼트 레벨로 이동시킬 정도로 충분히 길기만 하다면 다른 존속기간에 대하여도 설정될 수 있다. 본 실시예에서 3.3볼트로의 재충전에 약 4.5초가 필요하다.

주파수 패턴 제어부(48)는 약 120KHz와 160KHz 사이에서 스위프되는 주파수를 갖는 교류전압 신호를 생성한다. 이 신호는 구동신호 증폭 및 주파수 제어부(44)에 인가되며, 이 제어부(44)는 다시 이들 주파수와 구동전압 패턴제어부(42)에 의해 설정된 구동기간 전압 패턴에 대응하는 감소진폭에서 압전 액튜에이터(10)를 구동시킨다. 저배터리 검출 및 제어부(50)는 배터리(54)의 출력전압을 감지하고, 이 출력전압이 배터리가 더 이상 신뢰성있게 작동하지 못할 정도의 소정 레벨로 감소하면 검출 및 제어부(50)가 시스템의 추가 작동을 막아준다. 동시에, 검출 및 제어부(50)는 분무화기의 우연한 돌발동작을 야기시키기에 충분한 출력전압을 회복할 수 없을 정도의 레벨로 배터리를 고갈시킨다. 작동 전력 공급부

작동 전력 공급부(40)는 배터리(54)에 더하여 펌핑코일(56), 제너 다이오드(58) 및 저장 커패시터(60)를 포함한다. 배터리(54)는 캐소드측의 접지와 펌핑코일(56)의 일단부 사이에 접속된다. 펌핑코일(56)의 타단부는 제너다이오드(58)의 애노드에 접속되나 다이오드의 캐소드는 저장 커패시터(60)의 일측에 접속된다. 커패시터(60)의 타측은 접지에 연결된다. 전압제어 스위치(62)는 코일(56)과 다이오드(58) 사이에 접속되는 일측을 가지며, 스위치(62)의 타측은 접지에 연결된다. 스위치(62)는 200KHz 펌핑 오실레이터(64)의 출력에 의해 200KHz의 속도로 번갈아 개폐된다. 전압 검출기(66)는 제너 다이오드(58)와 저장 커패시터(60) 사이의 지점에서 전압을 감지할 수 있도록 연결된다. 전압 검출기(66)는 높은 감지전압 출력단자(66a)와 낮은 감지전압 출력단자(66b)를 구비한다. 이들 출력단자는 펌핑 오실레이터(64)의 정지 단자(64a) 및 시작 단자(64b)에 각각 연결된다.

펌핑 오실레이터(64)의 시작 단자(64b)는 배터리(54)의 1.5볼트 출력을 직접 받도록 연결된다. 따라서 전압 검출기의 낮은 감지전압단자(66b)와 배터리(54)의 출력부는 OR 게이트(68)를 통해 펌핑 오실레이터(64)의 시작 단자에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있다.

우선 배터리(54)가 설치되면, 1.5볼트의 출력이 OR 게이트(68)를 통해 펌핑 오실레이터(64)의 시작 입력단자에 공급되어 오실레이터의 동작이 시작된다. 오실레이터의 출력으로 스위치(62)는 200KHz의 속도로 개폐된다. 스위치가 닫히면, 배터리(54)로부터 펌핑코일(56)을 통해 접지로 전류가 흐른다. 그리고 스위치(62)가 닫히면, 전류의 흐름이 갑자기 중단되어 펌핑코일의 인덕턴스가 갑작스런 전압의 상승을 일으키고, 그에 따라 전류가 제너다이오드(58)를 통과하여 저장 커패시터(60)로 흐르게 된다. 스위치(62)가 개방되면 다시 펌핑코일의 전압이 감소하지만 다이오드 효과 때문에 전류는 다시 코일(56)을 통해 흐를 수 없다. 오실레이터(64)는 계속해서 작동하기 때문에 전압이 약 3.3볼트에 도달할 때까지 저장 커패시터(60)의 전압이 증가한다.

저장 커패시터(60)의 전압은 전압검출기(66)에 의해 검출된다. 전압 검출기(66)는 전압이 3.3볼트 이상으로 될 때 높은 감지전압 출력단자(66a)에서 신호를 생성한다. 이 신호는 오실레이터(64)의 정지단자(64a)로 공급되어 오실레이터를 정지시키고, 스위치(62)는 개방상태로 있게 된다. 전류가 저장 커패시터로부터 드레인되는 결과로서 전압 검출기(66)가 낮은 감지전압 단자(66b)에서 신호를 생성하는 지점에 도달할 때까지 그 전압은 감소한다.

낮은 감지전압은 오실레이터(64)의 시작단자(64a)에 인가된다. 이것으로 스위치(62)의 스위칭 작용이 재개되며, 저장 커패시터(60)에 전류의 추가적인 펌핑을 시작한다.

따라서 커패시터(60)에서의 전압이 전압 검출기(66)의 고전압 설정과 저전압 설정에 따라 3.3볼트 약간 위나 아래 사이에서 변화한다는 것을 알 수 있을 것이다. 커패시터(60)의 3.3볼트 전압은 출력전원 단자(70)로 대표되는 나머지 구성요소를 작동시키도록 공급된다.

구동전압 패턴 제어부

구동전압 패턴 제어부(42)는 일 단부에서 작동 전력 공급부(40)의 저장 커패시터(60)에 연결된 저항(72)을 포함한다. 저항(72)의 타 단부는 전압 패턴 제어 커패시터(74)의 일측에 연결된다. 이 커패시터(74)의 타측은 접지에 연결된다. 저항(72)과 커패시터(74)는 표준 RC 시간회로를 형성하며, 저항과 커패시터 사이의 접합부(76)에서의 전압은 그것이 한정된 임피던스에 접속되면 지수함수적인 비율로 감소한다. 본 실시예에서는 접합부(76)에서 약 5.5밀리초 내에 전압이 3.3볼트에서 약 1볼트로 감소한다.

구동신호 증폭부

구동신호 증폭부(44)는 구동전압 패턴 제어부(42) 내의 접합부(76)와 압전 액튜에이터 소자(10)의 일측 사이에서 직렬접속된 평활코일(80)과 단권 변압기(78)를 포함한다. 또한 단권 변압기(78)를 따르는 지점(78a)과 접지 사이에 연결된 전계효과 트랜지스터(82)가 제공된다. 이 전계효과 트랜지스터(82)는 스위치로서 작용하며, 주파수 패턴 제어부(48)로부터 양의 전압을 받으면 도전성이 되어 지점(78a)을 접지에 연결한다.

지점(78a)은 구동전압 패턴 제어부(42)에 가장 가까운 단권변압기(78)의 상단부 부근에 위치되므로 단권변압기 코일의 마이너 부분만이 지점(78a)과 구동전압 패턴 제어부(42) 사이에 있게된다. 지점(78a)이 접지로부터 분리되면, 단권변압기 효과는 액튜에이터 소자(10)에 가장 근접한 단부에 매우 높은 전압을 발생시켜 액튜에이터 소자가 팽창 및 수축되게 한다. 단권변압기로부터의 전압신호는 먼저 평활코일(80)을 통과하여, 이 신호를 액튜에이터 소자(10)의 발진 패턴의 것과 보다 밀접하게 대응하는 패턴으로 변환시킨다.

휴지기간 제어부

휴지기간 제어부(46)는 공통단자가 접지에 연결되고 3개의 스위치 단자중 2개가 시간제어 저항(86, 88)을 통해 샘플링 스위치(90)에 접속된 3위치 선택기 스위치(84)를 구비한다. 이 스위치(90)는 다시 3.3볼트 전압원에 연결된다. 3번째 스위치 단자는 연결되지 않는다.

저항(86, 88)은 또한 접지에 연결된 특정 스위치 단자에 따라 휴지기간 논리회로(92)에 상이한 전압을 공급하도록 연결된다. 논리회로(92)는 저항(86, 88)으로부터 받은 전압들을 비교하여 출력단자(92a)에 3개의 상이한 전압중의 하나를 출력한다. 이 전압은 논리회로(92)로부터 신호를 수신한 후 9초, 13.5초 또는 18초에서 출력단자(94a)에 출력을 생성하도록 타이머로서 작용하는 휴지 듀티 사이클 회로(94)에 공급된다.

2킬로사이클의 속도로 클록신호를 공급하는 시스템 타이밍 클록(96)이 구비된다. 이들 클록 신호는 듀티 사이클 회로(94)를 포함하여 장치내의 모든 타이밍 회로와 테이블 판독회로에 사용된다.

듀티 사이클 회로(94)는 설정된 9초, 13.5초 또는 18초 간격에 도달하면, 출력단자(94a)에 신호를 발생시키고, 이 신호는 주파수 패턴 제어부(48)에 공급되어 압전 액튜에이터 소자(10)의 구동을 시작하게 한다. 이것이 수행되는 방식을 주파수 패턴 제어부(48)의 상세한 설명과 관련하여 이하에 상세히 설명하기로 한다.

휴지 듀티 사이클회로의 출력단자(94a)에서의 신호는 압전 액튜에이터 소자(10)에 대한 구동기간을 설정하는 구동 타이머(98)에 공급된다. 이 예시적인 실시예에서, 이 구동기간은 5.5밀리초이다. 이 기간의 말미에서, 구동 타이머(98)는 출력단자(98a)로부터 신호를 출력한다. 이 신호는 주파수 패턴 제어부(48)에 전송되어 압전 액튜에이터 소자(10)의 구동을 중단시킨다.

구동타이머의 출력부(98a)로부터의 신호는 또한 샘플링 스위치(90)에 전송되어 잠시 샘플링 스위치를 중단시킨다. 이것은 선택기 스위치(84)의 설정에 의해 선택된 저항(86, 88) 양단에 전압강하를 일으킨다. 만약 선택기 스위치가 그것의 연결되지 않은 단자에 설정되면 어떠한 전압강하도 일어나지 않는다. 따라서 샘플 스위치(90)가 닫힐 때마다 영전압, 제1전압 또는 제2전압이 생성된다. 이 전압은 휴지시간 선택 논리부(92)에 인가되어 휴지 선택기 스위치(84)의 위치에 대응하는 휴지시간 기간을 시작하게 한다. 따라서 압전 액튜에이터 소자(10)의 각 구동기간 말미에 새로운 휴지기간이 시작되고, 이 휴지기간의 길이는 휴지기간이 시작하는 시간에서 선택기 스위치의 위치에 종속된다.

주파수 패턴 제어부

주파수 패턴 제어부(48)는 스위프 주파수 오실레이터(100)를 포함한다. 본 실시예에서 이 오실레이터(100)는 130KHz와 160KHz 사이를 스위프하는 주파수에서 3각파형 출력을 생성시킨다. 이 출력은 구동기간 온오프 스위치(102)에 인가된다. 이 스위치(102)는 휴지 듀티 사이클회로(94)의 출력단자(94a)로부터 신호에 의해 닫혀지고 구동 타이머(98)의 출력단자(98a)로부터의 신호에 의해 개방되도록 연결된다. 따라서 압전 액튜에이터(10)에 대해 5.5밀리초의 구동기간 동안에만 구동기간 온오프 스위치(102)를 통해 오실레이터(100)로부터 가변 주파수가 출력된다.

스위치(102)를 통해 흐르는 가변주파수의 출력은 파전압 임계값 검출기(104)에 인가된다. 이 장치는 스위프 주파수 오실레이터(100)로부터 각 출력 사이클의 특정 지점, 즉 오실레이터로부터의 출력전압이 미리 결정된 임계값에 도달할 때의 각 사이클의 지점에서 출력단자(104a)에 출력신호를 생성한다. 파형전압 임계 검출기(104)로부터의 이 출력신호는 구동스위치(106)에 인가되어 그것을 닫는다. 구동스위치(106)가 닫히면 구동스위치는 3.3볼트 전원과 같은 양의 전압을 전계효과 트랜지스터(82)의 게이트 단자에 연결하여 이를 도전성으로 만든다. 전압 임계 검출기(104)의 출력부로부터의 신호는 또한 파(wave) 세그먼트 제어 타이머(108)에 공급된다. 이 타이머는 스위프 주파수 오실레이터(100)의 1사이클 기간보다 작은 고정기간 후에 출력신호를 생성한다. 타이머(108)로부터의 출력신호는 구동 스위치(106)에 인가되어 그것이 개방되게 한다. 구동 스위치(106)의 개방은 전계효과 트랜지스터(82)가 비도전성이 되도록 하여 단권변압기(78)의 상부로부터 접지로 더 이상 전류가 흐를 수 없게 한다. 이 기간동안 단권변압기는 매우 큰 전압이 압전 액튜에이터(10)에 부과되도록 한다.

전술한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 스위프 주파수 오실레이터(100)의 각 출력 사이클 동안 구동제어 스위치(106)는 고정 기간 동안 닫히게 되어 고정량의 에너지를 발생시켜 압전 액튜에이터 소자(10)를 구동시킨다. 동시에, 이들 연속적인 고정기간의 시간 간격은 가변 주파수 오실레이터(100)의 주파수에 따라 변화한다. 각각의 구동 사이클에 대한 이 고정 구동기간은 주파수에 무관한 구동 에너지를 유지하면서 압전 액튜에이터(10)가 가변 주파수에서 구동되도록 한다. 따라서 압전 액튜에이터(10)의 구동에너지 또는 구동진폭은 구동전압 패턴 제어부(42) 내의 커패시터(74)와 저항(72) 사이의 접합부(76)에서 임의의 특정 시간에서 전압에 의존하도록 된다. 결국, 각각의 구동기간 동안에 압전 액튜에이터(10)는 감소하는 진폭에서 변화하는 주파수에서 구동된다. 이 주파수는 각각의 구동기간 중에 약 11회 130KHz와 160KHz 사이에서 스위프되고 구동 진폭은 한번 감소된다.

저배터리 검출 및 제어부

저배터리 검출 및 제어부(50)는 배터리(54)가 미리 결정된 기간, 즉, 각 휴지기간의 첫 번째 4초 내에 3.3볼트 레벨로 펌핑되는 전압을 가질 수 있는 한 시스템을 작동중으로 유지하도록 동작한다. 저배터리 검출 및 제어부(50)는 작동 전력 공급부(40) 내의 전압 검출회로(66)의 저전압 출력단자(66b)로부터 시작시간 입력신호를 수신하고, 전압 검출회로(66)의 고전압 출력단자(66a)로부터 휴지시간 신호를 수신하도록 연결되는 저배터리 타이머(110)를 포함한다. 따라서 동작이 공급전압을 3.3볼트로 펌핑하기 시작하도록 개시될 때마다 저배터리 타이머(110)의 시간동작이 개시된다.

만약 펌핑작용이 타이머에 대해 설정된 기간, 예컨대 4초 내에 완료되면, 전압검출기(66)의 고전압 단자로부터의 신호는 타이밍 작용을 정지시킬 것이다. 그러나 펌핑작용은 보다 장기간 계속되고(배터리 조건이 열화될 때 발생함), 저배터리 타이머(110)는 출력단자(110a)에 신호를 발생시킬 것이다.

저배터리 타이머(110a)로부터의 신호는 구동스위치(106)의 근접 단자(106a)에 인가되어 스위치를 닫힌 상태로 유지한다. 이것은 전계효과 트랜지스터(82)의 게이트를 3.3볼트 전원으로 고정하여 트랜지스터가 도전성의 상태를 유지하도록 한다. 결국, 커패시터(60, 74)의 전압은 드레인되고, 전류는 전계효과 트랜지스터(82)를 통해 배터리(54)로부터 접지로 인출된다. 이 작용으로 배터리의 나머지 수명이 강제로 드레인되므로 배터리가 소모되면 나타나는 경우와 같이 소량의 전압을 복구할 경우에 압전 액튜에이터(10)를 돌발적으로 작동시키는 것이 방지된다.

본 발명의 구동시스템으로 저렴한 저전압 알칼라인 배터리가 압전 액튜에이터를 구동하기 위해 사용될 수 있으며, 액튜에이터의 작동은 배터리 자체가 소모되는 경우에도 균일하게 유지될 수 있는 것으로 평가된다. 배터리가 소정 레벨로 열화되면 장치는 그 작동에 어떠한 점진적인 감소를 경험하지 않고도 적극적으로 중지된다.

도면과 여기에서 설명되는 것들은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이나, 본 발명 그 자체는 예시된 것보다 넓다. 특히, 본 발명은 캔틸레버 빔 및/또는 증폭 플레이트의 사용과 같은 압전 분무화의 다른 형태에 동등하게 적용가능할 뿐만 아니라 배터리 전원외에 통상적인 전원, 즉, 벽 플러그에 의해 구동되는 분무화기에도 적용가능하다.

여기에서 도시된 구체적인 회로구성은 본 발명에 있어 불가결한 것은 아니며 당업자라면 다른 수정을 용이하게 가할 수 있는 것으로 평가될 수 있다. 여기에서 도시된 회로배열은 본 발명의 중요한 개념을 가장 명백하게 도시하고 설명하도록 주어진 것이다.

도 4는 인쇄회로기판(201)과 그 내부에 위치된 압전소자(202) 사이의 일반적인 관계를 나타내고 있다. 회로기판은 사용시 분배기의 새시에 부착될 수 있으며, 이 새시는 사용을 위해 장식적인 쉘형 하우징이나 리셉터클(도시생략)에 차례로 위치될 수 있다. 이 새시보드(211)는 도 8의 평면도로 도시되어 있으나 하우징은 도시되어 있지 않다. 장식적인 리셉터클 또는 하우징은 소비자에게 호감을 주는 외관을 가지고 스프레이 형태로 분배기에서 대기중으로 액체의 통과를 허용하면서 분배기 소자를 유지 및 보호하기 위한 목적에 적합한 형상 또는 형태이면 어떠한 것이라도 좋다. 이처럼 분배기 하우징은 분배될 액체와 함께 사용하고 접촉되기에 적합한, 임의의 물질을 고속으로 성형함으로써 생성되는 것이 유익하다.

압전소자(202)는 도시된 바와 같이 그로밋(204) 또는 압전소자의 진동을 방해하지 않는 다른 임의의 적합한 수단에 의해 제위치에 유지된 회로기판(201)에 실장될 수 있다. 링형태의 압전소자(202)는 오리피스 플레이트(203)에 환형관계로 위치되며, 그들과 진동 소통 관계를 가지도록 오리피스 플레이트 플랜지에 부착된다. 압전소자는 일반적으로 PZT나 PN 등의 압전 세라믹 물질을 포함하지만 압전특성을 나타내는 어떠한 물질이라도 좋다.

오리피스 플레이트는 목적에 적합한 임의의 종래의 물질을 포함하지만, 포토레지스트 기판에 형성된 후에 통상의 방식으로 제거되어 약 10 내지 100미크론, 바람직하게는 약 20 내지 80미크론, 가장 바람직하게는 약 50미크론의 두께를 갖는 니켈 코발트의 균일한 다공성 구조를 남기는 전기도금 니켈 코발트 조성물로 이루어지는 것이 바람직하다. 오리피스 플레이트에 적합한 다른 물질로는 니켈, 마그네슘-지르코늄 합금, 다른 다양한 금속 및 금속합금, 복합물 또는 플라스틱뿐 아니라 이들을 조합한 물질 등의 다른 적합한 물질이 이용될 수 있다. 전기도금을 통해 니켈 코발트층을 형성함으로써 포토레지스트 기판의 윤곽을 갖는 다공성 구조물이 제조될 수 있으며, 출구측에 약 6미크론의 직경을 가지며 입구측에 보다 큰 직경을 갖는 원추형 구멍을 형성함으로써 투과성을 달성할 수 있다. 오리피스 플레이트는 돔형상, 즉 중앙부분이 다소 높은 것이 바람직하나 평면으로부터 포물선형, 아크형, 반구형 또는 성능을 향상시키는 다른 임의의 형상으로 변화할 수 있다. 플레이트는 내부의 개구부가 필연적으로 진동의 동일한 진폭에 놓이게 하고 동시에 직경이 균일한 액체방울을 분사하게 하는 것을 보증하도록 비교적 높은 굽힘 강성율을 가져야 한다.

본 발명에서 압전소자는 오리피스 플레이트 또는 개구부를 에워싸는 환형 세라믹 압전소자의 형상으로 도시되었으나, 본 발명은 격막(diaphragm), 노즐, 또는 액체방울이나 연무의 분산에 적합한 오리피스 플레이트와 접촉하는 캔틸레버 빔과, 오실레이터를 포함하는 종래의 압전 소자와 함께 사용하는데에도 적합한 것으로 고려된다.

도 4에는 방향제, 공기 청정제, 곤충억제제 또는 분산될 다른 물질의 저장 및 공급용의 액체용기(205)가 또한 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이 용기는 덮개(208)로 밀폐된다. 도 4에는 또한 베이오닛 클립(bayonet clip)(206)이 도시되어 있다. 이 클립은 도시되지 않은 탈착가능한 상부 덮개나 캡을 유지하기 위해 존재한다. 이 상부덮개나 캡은 용기의 이송과 저장에 이용되며, 용기를 분배기에 넣고 그 내용물의 사용을 허용하는 것이 바람직할 때 용이하게 제거될 수 있다. 병의 개방부(209)로부터 덮개(208) 밖으로 액체공급수단(207), 심지 또는 돔형 액체공급 매체가 돌출된다. 비록 액체공급수단은 다수의 경질의 모세관 시스템으로부터 연질의 다공성 심지에 이르기까지 다양한 형상의 물질을 포함할 수 있으나 편의상 액체공급수단을 심지라 하기로 한다. 심지의 기능은 용기(205)로부터 오리피스 플레이트와 접촉하는 위치로 액체를 이송하기 위한 것이다. 따라서, 심지는 이동될 액체에 의해 영향을 받지 않아야 하며, 다공성이고, 오리피스 플레이트에 대해 유연해야 한다. 심지의 다공성은 심지의 가요성의 범위를 통해 그리고 임의의 형상으로, 액체의 균일한 흐름을 제공하기에 충분해야 한다. 액체를 오리피스 플레이트의 표면에 가장 잘 이송하기 위해 심지자체가 물리적으로 오리피스 플레이트와 접촉하여 액체를 오리피스 플레이트에 전달하는 것이 필수적임을 발견하였다. 액체는 필수적으로 모든 분배된 액체가 표면장력에 의해 오리피스 플레이트의 표면에 부착되어 전달되는 방식으로 오리피스 플레이트에 전달되는 것이 바람직하다. 본 발명자들은 적합한 심지재료 중에서 종이, 또는 나일론, 면, 폴리프로필렌, 유리섬유 등의 직물과 같은 물질을 이용하는 것이 바람직함을 발견하였다. 심지는 그것과 나란히 인접배치되는 오리피스 플레이트의 표면에 부합하도록 형성되고, 액체용기(205) 덮개(208)의 병 개구부(209)에 위치된 심지 홀더 또는 포지셔너(210)에 의해 정확한 위치에 유지되는 것이 바람직하다. 액체의 점성도와 표면장력의 결과로서 액체는 심지로부터 오리피스 플레이트로 용이하게 흐를 것이다. 심지는 액체 재공급부의 일체부로서 포함되도록 의도되며, 용기, 액체, 병뚜껑, 심지, 및 심지홀더 또는 포지셔너 뿐만 아니라 저장 및 선적용의 유닛을 밀봉하기 위한 상부 덮개까지도 포함한다. 따라서 이러한 유닛은 소비자가 편리하게 분배기에 위치시키기에 적합한 분배기용의 리필 병을 포함한다. 이를 위해 액체 용기(205)는 부착수단(201)과, 새시(211)에 적합한 수용수단을 삽입하고 상부 덮개 또는 캡을 제거한 후, 그것을 작동위치에 고정시키기 위한 병 덮개(208)를 구비한다.

도 6은 본 발명의 특정 바람직한 실시예의 액체용기(205), 심지(207), 압전소자(202), 및 오리피스 플레이트(203) 사이의 조립관계를 나타낸 단면도이다. 압전소자(202)는 예를들면, 그로밋(204) 또는 압전소자의 진동을 제한하지 않는 임의의 적합한 수단에 의해 인쇄회로기판(201)에 위치된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 환형 압전소자는 그들과 기계적인 연결로 오리피스 플레이트(203)를 에워싼다. 오리피스 플레이트는 차례로 심지(207)와 접촉하여 액체가 용기(205)로부터 오리피스 플레이트로 분배되도록 하며, 여기에서 표면장력 접촉을 통해 전달이 달성된다. 도시되지는 않았지만, 분배기의 새시 볼은 심지(207)가 오리피스 플레이트(203)와 나란히 인접배치되게 하는 적절한 위치에 회로기판과 액체용기를 유지한다. 심지(207)는 심지홀더(210)에 의해 덮개(8)의 개구부에 유지되며, 이 심지홀더는 가요성 심지(207)에 자유도를 허용하므로 그 조정범위가 허용되고, 한편 심지의 꼬리(215)는 용기(205) 내의 모든 액체를 완전하게 이용할 수 있게 해준다. 이 자유도는 오리피스 플레이트의 표면에 대한 심지의 자기조정을 허용하여 제조시의 변화로부터 비롯되는 위치변화를 보상하고, 용기로부터 액체를 오리피스 플레이트의 표면으로 이송하기 위한 유연한 공급수단을 제공한다. 당업자라면 분명히 알 수 있는 바와 같이, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 심지의 높이는 도 7에 도시된 바와 같이 액체 갭(214)을 변화시키고, 심지와 플레이트 사이의 적절한 접촉도를 보증하도록 조정될 수 있다. 심지와 오리피스 플레이트 사이의 관계의 보다 상세한 도면은 도 7에 도시되어 있으며, 도 7은 도 6의 부분을 확대한 세부도이다. 도 7에는 돔형 오리피스 플레이트(203)와 인접배치되어 있는 루프형 심지(207)가 도시되어 있으며, 이와 같은 구성에 따라 액체 갭(214)이 형성되고 여기에서 전달될 액체는 오리피스 플레이트와 표면장력으로 접촉한다. 도 7이 실제로 접촉하지 않는 심지와 플레이트를 도시하고 있으나 이 갭은 단지 예시를 위한 것이고, 플레이트(203)는 사실상 액체의 전달을 위해 심지(207)와 접촉하는 것으로 이해해야 한다. 도시된 바와 같이, 덮개소자(208)의 개구부(209)를 통한 심지(207)의 통로는 심지 홀더/포지셔너(210)에 의해 제어된다. 도 7에는 압전소자(202), 오리피스 플레이트(203), 및 오리피스 플레이트 플랜지(212)용의 실장 그로밋(204)뿐 아니라 탈착가능한 캡(도시생략)을 병덮개(208)에 유지시키는 클립(206)이 도시되어 있다.

도 8은 회로기판(201), 압전소자(202), 오리피스 플레이트(203), 실장 그로밋(204) 및 새시보드(211)의 관계를 도시한 평면도이다. 이미 표시된 바와 같이, 오리피스 플레이트(203)와 환형관계인 압전소자(202)는 그로밋(204)에 의해 회로기판(201)의 제위치에 유지된다. 회로기판은 클립(217)과 위치결정 브래킷(218)과 같은 종래의 방식으로 새시보드(211)에 실장된다.

도 9에서, 본 발명의 단순화된 단면도는 각종 소자의 전반적인 관계를 도시하고 있다. 오리피스 플레이트(203)는 오리피스 플레이트 플랜지(212)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이들 플랜지(212)는 에폭시 접착제와 같은 적합한 부착수단(213)에 의해 압전소자(202)에 부착된다. 심지(207)는 오리피스 플레이트(213)와 부분적으로 접촉하여 액체 갭(214)을 생성하는 것으로 도시되어 있으며, 분배될 액체는 그것에 의해 오리피스 플레이트로 전달된다. 심지는 또한 직물 말단부(215)를 포함하는 것으로 도시되어 있으며, 이 직물말단부는 액체용기(205)(도시생략) 내로 연장된다.

압전소자(202)는 연장된 기간 동안 일정한 성능을 제공하도록 회로기판(201)상의 제어회로에 의해 제어된다. 도 10과 관련하여 제어회로는 배터리(102)로부터 전력을 받는 응용 특정 집적회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)(300)에 의해 이행된다. 배터리(302)는 외부 구성요소(305)와 함께 직류-직류 단계 업 컨버터(DC-to-DC step up converter)로서 작용하는 충전펌프(304)에 연결된다. 충전펌프의 동작은, 예컨대 충전펌프(304)에 인가되는 20MHz 클록신호를 생성하는 오실레이터(308)로부터 타이밍 신호를 수신하는 상태기기(306)에 의해 제어된다. 상태기기는 또한 저배터리 표시기 회로(310)로부터의 표시를 수신한다.

제어회로 및 특히 상태기기(306)의 기능성은 상태기기(306)에 입력신호 A, B, C를 생성하는 3선택기 스위치(312)의 세트에 의해 결정된다. 선택기 스위치(312)로부터의 상태기기 입력단자는 상태기기(306)로부터의 인에이블(ENABLE) 신호에 의해 양의 공급전압 Vcc에 선택적으로 결합되는 개개의 풀업 저항(313)에 접속된다. 이것은 풀업저항(313)으로부터 전압이 분리되도록 하여 제어회로의 비활성 기간동안 배터리 전력을 보존하도록 하여준다. 설명된 바와 같이, 상태기기의 동작은 출력신호와 압전소자(202)를 구동하기 위한 진폭과 301 주파수를 갖는 라인(314)상에 출력신호를 생성한다. 라인(314)상의 출력신호는 ASIC(300)의 출력을 생성하도록 출력 드라이버(216)를 통해 결합된다. 출력 드라이버(216)는 충전펌프(304)로부터 압전소자(202)로 흐르는 전류를 차례로 제어하는 금속 산화물 전계효과 트랜지스터(MOSFET)(316)의 도전성 상태를 제어한다.

상태기기(306)의 세부는 도 11에 도시되어 있다. 상태기기(306)의 바람직한 실시예는 ASIC의 하드웨어 회로를 이용하지만 선택적으로 마이크로프로세서와 관련 회로와 같은 프로그램가능한 장치에 의해 이행될 수 있다. 이 상태기기(306)는 선택기 입력 A, B 및 C가 인가되는 판정 논리부(320)를 구비한다. 판정 논리부(320)는 또한 압전소자(202)를 구동시키는 출력신호에 대한 기간과 듀티 사이클에 관한 데이터를 각각 포함하는 저장장치(322, 324)에 인터페이스된다. 판정논리부는 저장장치(322, 324)로부터 적절한 기간과 듀티값을 선택하여 그들을 각각 주파수 카운터(326)와 진폭 카운터(328)의 프리로드 입력부에 전달한다. 이들 카운터(326, 328)는 오실레이터(308)로부터 클록신호를 수신하고, 판정논리부(320)로부터 신호에 의해 인에이블된다. 설명된 바와 같이, 주파수 카운터(326)가 0으로 다운 카운트하면 주파수 카운터는 플립/플롭(330)의 세트에 인가되는 출력펄스 지정 기간을 생성한다. 이와 유사하게 진폭카운터(328)가 0에 도달하면, 진폭카운터는 플립/플롭(330)의 입력을 리셋하는 듀티신호를 생성한다. 플립/플롭은 판정논리부(320)로부터의 신호에 의해 인에이블되어 라인(314)에 출력신호를 생성한다.

압전소자(202)용의 구동회로는 압전소자(202)에 전력을 부여하도록 진폭 및 주파수 변조를 이용하여 공기 청정제 또는 살충제 분야에 연속 사용하기 위한 휴대형 배터리 작동 분배기를 제공하게 된다. 이 회로는 비교적 저전압 배터리(302)를 이용하여 확장된 작동을 가능하게 하고 원료 분배속도의 범위를 제공한다. 이 회로는 간헐적인 듀티 사이클을 이용하는 진폭 및 주파수 변조로 압전소자(202)를 구동시킨다. 전자회로는 프로그램가능하고 정확한 분무화 분배속도를 시간당 밀리그램으로 설정하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 사용자가 사이클 사이의 오프시간을 조정하도록 하고 따라서 강도/효율성을 개인적인 선호도 또는 상이한 실내 크기에 기초하여 원하는 레벨로 변화시키는 선택기 스위치(312)에 의해 달성된다. 분배기의 성능은 압전소자(102)의 여기전압에 직접 관련되어 있음을 발견하였다. 그러나 증가된 전압으로는, 분배기가 덜 효율적으로 제한된 배터리 에너지를 이용함을 발견하였다. 따라서 고레벨에서 저레벨로 여기전압의 진폭을 변화시킴으로써 효율성을 감소시키지 않으면서 분배성능이 향상된다. 이러한 결과는 "고성능" 모드로 분무화를 개시하는 일시적인 높은 레벨의 여기에 기인한다. 이후에 성능레벨을 유지하기 위해서는 낮은 레벨의 여기가 필요할 뿐이다.

본 발명들은 또한 압전소자(202)에 대한 최적 작동 주파수가 회로와 압전소자(202)와 같은 분배기 구성요소에 제조상 차이가 있는 것으로 믿어지는 것 때문에 장치마다 변화한다는 것을 발견하였다. 이 현상은 미리 정의된 범위를 통해 여기 주파수를 스위프함으로써 극복될 수 있으며, 장치마다의 변화를 보상한다.

본 발명의 드라이버 회로의 다른 특징은 배터리 충전 상태에 상관없이 활성성분을 일정하게 분배한다는 것이다. 이 회로는 압전소자(202)를 펄스하도록 적당한 전하를 누적시키는 부분(318)을 포함한다. 배터리 전압이 쇠약해짐에 따라 회로는 적당한 양의 에너지가 일정한 펌프작용에 대해 이용가능하다는 것을 보증해준다. 배터리 전압이 회로가 더 이상 적절한 에너지를 공급할 수 없는 점까지 약해지면 회로는 장치를 턴오프시킨다. 따라서 회로가 배터리(302)의 충전상태에 상관없이 일정한 출력을 제공한다. 배터리 전압이 일정한 출력이 불가능한 지점까지 약해지면 분배기는 턴오프된다.

분배기의 작동중에, 제어회로는 그 시간의 대부분을 보통 휴지상태라고 하는 저전력 모드로 소비한다. 이 휴지상태에서, 오실레이터(308)로부터의 신호는 상태기기(306)의 판정논리부(320) 내의 타이머를 구동시킨다. 이 휴지상태중에 상태기기의 라인(314)상의 출력신호는 낮은 논리레벨로 되어 압전소자(102)를 비활성으로 만든다. 휴지상태 기간은 속도선택기 스위치(312)와 상태기기(306)에 대한 특정 입력부 A, B, C의 설정에 의해 결정된다. 스위치 설정과 수득되는 신호 A, B, C 사이의 관계를 표 A에 나타내었다.

입력부			작동상태
A	B	C	작동상태
폐	개	개	장치 오프
개	개	폐	장치 온, 휴지시간=18초
개	개	개	장치 온, 휴지시간=27초
폐	폐	개	장치 온, 휴지시간=27초
폐	개	폐	장치 온, 휴지시간=27초
개	폐	폐	장치 온, 휴지시간=27초
폐	폐	폐	장치 온, 휴지시간=27초
개	폐	개	장치 온, 휴지시간=36초

만약 속도선택기 스위치(312)가 분배기가 오프되도록 설정되거나 저배터리 회로(240)가 배터리(302)의 전하가 정상작동이 불가능할 정도로 고갈되었음을 검출하면 변조시퀀스가 실행되지 않고 분배기는 비활성 상태로 들어간다.

분배기가 온되고 상태기기(306)가 깨어나면, 분배기는 압전소자(102)를 구동시키는 간단한 출력신호를 생성한다. 이 상태기기(306)는 주파수 범위와 진폭범위를 스위프하는 압전소자를 구동하기 위한 신호를 생성한다. 바람직한 실시예에서, 듀티 사이클 테이블(322)에 저장된 19개의 진폭값과 기간 테이블에 저장된 40개의 주파수값이 있다. 판정논리부(320)는 매 26.2마이크로초마다 진폭값과 주파수 값이 다음 세트의 테이블 위치에서 2개의 카운터(326, 328)에 실리거나 철회되도록 하는 내부 타이머를 구비한다. 이산 진폭의 수와 주파수 값은 상이하기 때문에 그 진폭은 압전소자(102)를 구동시키기 위해 주어진 주파수가 주기적으로 사용됨에 따라 그 진폭 또한 변화하도록 변화한다. 이 개념은 도 12에 나타나 있으며, 도 12에서 주파수가 기간 테이블(322)에서 40개의 값(135KHz 내지 155KHz)을 스위프함에 따라 진폭은 듀티 사이클 테이블(324)로부터의 19개의 값에 대하여 스위프된다. 40은 19로 균등하게 분할될 수 없기 때문에 주파수 스위프가 반복하면 제 1주파수(135KHz)는 3의 진폭값을 가질 것이다.

이 과정은 주파수 카운터(326) 및 진폭 카운터(328)를 인에이블시키는 도 11의 판정 논리부(306)에 의해 달성된다. 카운터(326, 328)는 출력라인(314) 상의 교류신호의 기간과 듀티 사이클을 제어한다. 본질적으로 2개의 8비트 프리로드(preload)가능한 카운터(326, 328)는 오실레이터(308)에 의해 생성된 20MHz 클록신호를 2개의 테이블(322, 324)로부터의 값으로 나누어 출력신호의 기간과 듀티 사이클을 제어한다. 주파수 카운터는 20MHz 클록신호를 135KHz와 155KHz 사이의 값으로 분할한다. 매 26.2마이크로초마다, 판정논리부는 기간 테이블(322)로부터의 다음 주파수 값을 획득하고, 프리로드 카운트라인을 통해 주파수 카운터(326)에 그 값을 로딩함으로써 카운터를 리셋한다. 이것은 적절한 카운트다운값으로 카운터(326)를 리로드(reload)한다.

동시에 새로운 듀티 사이클값은 테이블(324)로부터 획득되고 진폭 카운터(328)에 로드된다. 듀티 사이클 값은 1.4마이크로초와 5.0마이크로초 사이에 라인(314) 상의 출력신호의 펄스폭을 변화시킨다. 이 듀티 사이클은 출력신호의 진폭을 제어하고 보다 긴 시간주기는 보다 큰 진폭을 부여한다.

라인(314)상의 출력신호는 전력 MOSFET(316)의 전도상태를 제어하도록 출력드라이버(216)를 통해 인가되는 디지털 신호이다. 카운터(326, 328)는, 2개의 카운터(326, 328)에 의해 결정되는 바와 같이, 또는 도 12에서는 340과 344로 표시되는 것과 같이, 주파수와 듀티 사이클을 변화시키는 사각파형 출력신호를 생성하는 플립/플롭(314)의 작동을 제어한다.

본 발명은 현재 바람직한 실시예로 고려되는 것에 대해 설명되었으나 본 발명이 개시된 실시예로 한정되는 것은 아니다. 반대로 본 발명은 첨부된 청구항의 범위와 사상 내에서 다양한 수정과 등가의 배열을 망라하도록 의도된 것이다. 다음 클레임의 범위는 이러한 모든 수정과 등가의 형성물 및 기능을 포괄하도록 가장 넓게 해석될 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 출원에 기술된 본 발명의 분무시스템은 공기청정제, 향수 또는 살충제와 같은 액체를, 분배기를 구동시키는 배터리의 수명기간에 걸쳐 대기에 동일한 액체의 양을 균일하게 분산시키는 이점을 가지면서 연장된 기간동안 자동적으로 주어진 환경에 분배시키기 위해 사용될 수 있다. 또한 분배기는 리필 및 대체 배터리에 의해 자유자재로 재사용될 수 있으므로 소비자는 원할 때 대기에 분산될 액체를 변경할 수 있고, 아울러 분산될 액체의 양이 개인적인 취향, 유효성 또는 실내 크기에 대해 원하는 레벨로 강도 또는 유효성을 조정하도록 변경될 수 있는 추가의 장점을 갖는다.

Claims

분무화될 액체(31)가 공급되는 오리피스 플레이트(14)가 진동하여 그 표면으로부터 액체(31)를 작은 액체입자의 형태로 추진시키는 형태의 진동 액체 분무화기 작동방법에 있어서,

처음에 액체의 분무화를 시작하도록 높은 진폭으로 상기 오리피스 플레이트(14)를 진동시키는 단계와,

다음에 상기 분무화를 유지하도록 낮은 진폭으로 상기 오리피스 플레이트를 진동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 1 항에 있어서,

상기 오리피스 플레이트(14)를 진동시키는 단계는 시간에 따라 지수함수적인 방식으로 감소하는 진폭으로 상기 오리피스 플레이트(14)를 진동시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 1 항에 있어서,

상기 오리피스 플레이트(14)를 진동시키는 단계 동안에, 진동주파수는 상기 오리피스 플레이트(14)를 포함하는 진동시스템의 자연 공진주파수의 고조파를 포함하는 주파수 범위에 대해서 변하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 3 항에 있어서,

상기 진동주파수는 상기 단계를 실행하는 중의 상기 주파수 범위에 대해 11회 이상 스위프되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 1 항에 있어서,

상기 진동 액체 분무화기는 압전 액튜에이터 소자(10)가 팽창 및 수축되도록 교류전압에 의해 활성화됨으로써 상기 오리피스 플레이트를 진동시키는 방식의 압전 진동 액체 분무화기이고, 처음에 높은 진폭으로 오리피스 플레이트를 진동시키는 상기 단계는 압전 액튜에이터 소자에 높은 교류전압을 인가함으로써 달성되고, 낮은 진폭으로 오리피스 플레이트를 진동시키는 상기 단계는 낮은 교류전압을 압전 액튜에이터 소자에 인가함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 5 항에 있어서,

먼저 높은 교류전압을 인가하고 다음에 낮은 교류전압을 인가하는 상기 단계는 휴지기간이 뒤따르는 구동기간 동안 1회 수행되고, 상기 단계가 상기 휴지기간 이후의 다음 구동기간 동안 반복되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 6 항에 있어서,

상기 압전 액튜에이터 소자(10)에 먼저 높은 교류전압을 인가하고 다음에 낮은 교류전압을 인가하는 단계는 감소하는 직류전압을 코일(78)의 일 단부에 인가하고, 그와 동시에 각각의 구동 기간 중에 상기 코일의 일 단부에 가장 가까운 코일(78)의 마이너 부분을 고속으로 접지에 신속하게 연결 및 분리함으로써 실행되며, 상기 코일의 타 단부는 상기 압전 액튜에이터 소자(10)에 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 7 항에 있어서,

상기 신속한 연결 및 분리는 상기 오리피스 플레이트(14)와 상기 압전 액튜에이터(10)를 포함하는 시스템의 자연 공진주파수의 고조파를 포함하는 가변속도로 실행되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 7 항에 있어서,

상기 코일(78)의 마이너 부분을 접지에 연결하는 지속기간은 서로 동일하며, 상기 코일(78)의 마이너 부분을 접지로부터 분리하는 지속기간은 변화하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 6 항에 있어서,

먼저 높은 교류전압을 인가하는 단계는 코일(56)과 다이오드(58)를 통해 배터리(54)를 커패시터(60)에 연결하는 단계와, 상기 코일(56)과 상기 다이오드(58) 사이의 지점을 접지에 연속적으로 연결 및 분리하여 상기 커패시터(60)를 상기 배터리의 전압보다 높은 조정된 전압으로 충전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 10 항에 있어서,

상기 커패시터(60)를 충전시키는데 필요한 지속기간은 구동기간의 지속기간을 초과하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 7 항에 있어서,

상기 연결 및 분리 단계는 각각의 휴지기간 후에 시작되고, 미리결정된 구동기간 동안 계속되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 10 항에 있어서,

상기 코일(56)과 상기 다이오드(58) 사이의 지점을 접지에 연결 및 분리하는 지속기간을 측정하는 단계와, 미리결정된 양을 초과하는 지속기간에 응답하여 상기 배터리를 접지에 연결하여 이를 방전시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 13 항에 있어서,

미리 결정된 지속기간을 초과하는 상기 연결 및 분리에 응답하여 상기 압전 액튜에이터 소자(10)에 교류전압의 추가적인 인가를 방지하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
오리피스 플레이트(14)와,

상기 오리피스 플레이트에 분무화될 액체를 공급하도록 배열된 액체 도관과,

구동기간 중에 먼저 액체의 분무화를 개시하도록 높은 진폭으로 상기 오리피스 플레이트를 진동시키고, 이후에 동일한 구동기간 중에 상기 분무화를 지속시키기 위해 낮은 진폭으로 상기 오리피스를 진동시키도록 연결된 진동 액튜에이터(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 15 항에 있어서,

상기 진동 액튜에이터는 상기 구동기간 후에 미리 결정된 지속기간 동안 상기 오리피스 플레이트의 진동을 종료시키고, 이후에 높은 진폭 및 낮은 진폭으로 상기 오리피스 플레이트(14)를 진동시키는 단계를 반복하는 제어기(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 16 항에 있어서,

상기 제어기(52)는 상기 구동기간 동안 시간에 따라 지수함수적으로 감소하는 진폭으로 상기 오리피스 플레이트(14)를 진동시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 16 항에 있어서,

상기 제어기(52)는 진동주파수가 상기 오리피스 플레이트(14)를 포함하는 진동 시스템의 자연 공진주파수의 고조파를 포함하는 주파수 범위에 걸쳐 변화하게 하는 방식으로 상기 오리피스 플레이트를 진동시키도록 접속된 주파수 스위프 소자(100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 18 항에 있어서,

상기 주파수 스위프 소자는 진동주파수가 상기 구동기간 동안 상기 주파수 범위에 걸쳐 11회 이상 스위프되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 15 항에 있어서,

상기 진동 액튜에이터는 압전 액튜에이터 소자(10)로서, 이 소자가 팽창 및 수축할 때 상기 오리피스 플레이트(14)를 진동시키도록 상기 오리피스 플레이트에 결합되고,

전력 공급 시스템(40, 46, 96, 48, 42, 44)이 제공되는데, 상기 전력 공급 시스템은 구동기간 동안 상기 액튜에이터 소자에 교류전압을 인가하도록 접속되어 상기 액튜에이터 소자가 팽창 및 수축되도록 함으로써 상기 오리피스 플레이트(14)를 진동시켜 액체를 분무화 및 미세하게 에어로졸화된 액체 방울의 형태로 배출시키고, 상기 전력 공급 시스템은 먼저 액체의 분무화를 개시하기 위해 상기 압전 액튜에이터 소자(10)에 높은 교류전압을 인가하여 오리피스 플레이트를 높은 진폭으로 진동시키고, 이후에 액체의 분무화를 지속시키기 위해 낮은 교류전압을 압전 액튜에이터 소자에 인가하도록 연결된 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 20 항에 있어서,

상기 전력 공급 시스템(40, 42, 44, 46, 48, 96)은 상기 구동기간에 후속하는 휴지기간 동안에 상기 압전 액튜에이터 소자(10)에 교류전압의 인가를 종료하고, 이후에 연속되는 구동기간 동안에 상기 압전 액튜에이터 소자(10)에 교류전압의 인가를 재개하도록 연결 및 배열되는 타이머(94, 98) 및 스위치(92)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 21 항에 있어서,

상기 전력 공급 시스템(40, 42, 44, 46, 48, 96)은 구동기간의 출발시에 높은 전압을 인가하고, 상기 구동기간중에는 지수함수적인 속도로 감소하는 전압을 인가할 수 있는 전압공급회로(40, 42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 20 항에 있어서,

상기 전력 공급 시스템(40, 42, 44, 46, 48, 96)은 상기 오리피스 플레이트(14)를 포함하는 진동시스템의 자연 공진주파수의 고조파를 포함하는 주파수 스위프 범위를 갖는 가변 주파수 오실레이터 회로(100)를 포함하며, 상기 오실레이터 회로(100)는 상기 액튜에이터 소자(10)에 가변주파수 신호를 인가하도록 접속되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 23 항에 있어서,

상기 가변 주파수 오실레이터 회로(100)의 주파수 스위프 속도는 상기 교류전압의 주파수가 상기 구동기간 동안 상기 주파수 범위에 걸쳐 전후로 11회 이상 스위프되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 20 항에 있어서,

상기 전력 공급 시스템(40, 42, 44, 46, 48, 96)은 전하공급 커패시터(74)와, 연속되는 구동기간 사이의 기간 동안 상기 전하공급 커패시터(74)를 재충전하도록 연결되는 충전 및 타이밍 회로(72)를 포함하고, 상기 전하공급 커패시터(74)는 상기 구동기간 동안 상기 압전 액튜에이터 소자(10)에 구동전압을 공급하면서 방전하도록 접속되며, 상기 전력 공급 시스템은 상기 구동기간 동안 상기 커패시터(74)를 가로지르는 방전전압에 대응하는 교류전압을 발생시키고, 상기 교류전압을 상기 압전소자(10)에 인가하는 구동전압 패턴 제어부(42)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 20 항에 있어서,

상기 전력 공급 시스템(40, 42, 44, 46, 48, 96)은 일 단부가 전압을 강하시키는 소스(42)에 연결되고 타 단부가 상기 압전 액튜에이터 소자(10)에 연결되는 코일(78)과, 각각의 구동기간 중에 상기 코일(78)의 일 단부에 가장 가까운 상기 코일의 마이너 부분을 접지에 급속하게 고속으로 연결 및 분리하도록 접속된 스위칭 회로(48, 82)를

포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 26 항에 있어서,

상기 스위칭회로(48, 82)는 오실레이터(100)에 의해 동작되도록 연결되며, 상기 오실레이터의 주파수는 상기 급속한 연결 및 분리가 상기 오리피스 플레이트(14)와 상기 압전 액튜에이터 소자(10)를 포함하는 시스템의 자연 공진주파수를 포함하는 가변속도로 실행되도록 하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 26 항에 있어서,

상기 스위칭회로(48, 82)는 상기 연결 및 분리가 상기 코일(78)의 마이너 부분을 접지에 접속하는 지속기간이 서로 같아지도록 하고, 상기 코일(78)의 마이너 부분을 접지로부터 분리하는 지속기간은 변화하도록 하는 패턴을 따르도록 배열되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
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제 20 항에 있어서,

상기 전력 공급 시스템(40, 42, 44, 46, 48, 96)은 배터리(54)와, 서로 직렬로 연결되어 전류를 전하공급 커패시터(60)에 공급하도록 연결된 코일(56), 다이오드(58) 및 커패시터와, 상기 코일(56)과 상기 다이오드(58) 사이의 지점으로부터 접지로 연결된 스위치(62)와, 상기 전하공급 커패시터(60)의 전압이 낮은 제 1 전압으로 강하하였을 때 상기 스위치(62)를 연속적으로 개폐하고, 상기 전하 공급 커패시터(60)의 전압이 보다 높은 제 2 전압을 초과하였을 때 상기 스위치(62)를 개방된 상태로 유지하도록 연결되는 스위치 작동회로(64)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 30 항에 있어서,

상기 코일(56) 및 상기 전하공급 커패시터(60)는 상기 전하공급 커패시터(60)의 충전이 상기 분무화기의 구동기간을 초과하는 기간에 걸쳐 계속되도록 하는 크기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 26 항에 있어서,

상기 코일(78)의 마이너 부분을 신속하게 연결 및 분리하도록 접속된 상기 스위칭 회로(48, 82)는 각각의 휴지기간 이후에 시작되고, 미리결정된 구동기간 동안 계속되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 30 항에 있어서,

상기 전력 공급 시스템(40, 42, 44, 46, 48, 96)은 상기 스위치(62)의 연속 개폐의 지속기간을 측정하도록 접속되고, 미리 결정된 양을 초과하는 상기 지속기간에 응답하여 상기 배터리(54)를 접지에 연결하여 방전시키도록 하는 타이머(110)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 33 항에 있어서,

미리 결정된 양을 초과하는 상기 스위치(62)의 개폐 지속기간에 응답하여 동작하도록 배열된 스위치(106)를 추가로 포함하며, 상기 추가의 스위치는 이의 동작시 상기 액튜에이터 소자로의 교류전압 공급이 종료되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기.
제 1 항에 있어서,

낮은 진폭으로 상기 오리피스 플레이트(14)를 진동시키는 단계 후에, 미리결정된 지속시간동안 오리피스 플레이트의 진동을 종료시키고 이후에 높은 진폭 및 낮은 진폭으로 상기 오리피스 플레이트를 진동시키는 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 5 항에 있어서,

처음에 높은 교류전압을 인가하고 다음에 낮은 교류전압을 인가하는 상기 단계는 상기 압전 액튜에이터 소자에 처음에는 높고 지수함수적인 속도로 감소하는 교류전압을 인가함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 6 항에 있어서,

구동기간 중에 상기 오리피스 플레이트(14)를 포함하는 진동시스템의 자연 공진주파수의 고조파를 포함하는 주파수 범위에 대해서 교류전압의 주파수를 변화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 37 항에 있어서,

상기 교류전압의 주파수를 변화시키는 단계는 상기 구동기간동안 교류전압의 주파수를 상기 주파수 범위에 대해 전후로 11회 이상 스위프시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
제 6 항에 있어서,

먼저 높은 교류전압을 인가하고 다음에 낮은 교류전압을 인가하는 단계는 연속적인 구동기간사이의 기간동안 커패시터를 충전하고, 상기 커패시터를 상기 구동기간 동안 방전시켜 상기 구동기간 동안 커패시터를 가로지르는 전압에 대응하는 교류전압을 생성시킨 다음, 상기 교류전압을 압전 소자에 인가함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 진동 액체 분무화기 작동방법.
분배될 액체를 수용하는 챔버와;

상기 액체와 진동 소통하는 압전 소자와;

상기 압전 소자를 구동하는 변조 신호를 제공하기 위한 회로 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분배용 분배기.
제 40 항에 있어서,

상기 신호는 진폭 변조될 수 있는 것을 특징으로 하는 액체 분배용 분배기.
제 41 항에 있어서,

상기 신호 진폭은 높은 수준으로부터 낮은 수준으로 변할 수 있는 것을 특징으로 하는 액체 분배용 분배기.
제 41 항에 있어서,

상기 신호 진폭은 미리결정된 값에 따라 변조될 수 있는 것을 특징으로 하는 액체 분배용 분배기.
제 40 항에 있어서,

상기 신호는 주파수 변조될 수 있는 것을 특징으로 하는 액체 분배용 분배기.
제 44 항에 있어서, 상기 신호 주파수는 미리결정된 값에 따라 변조될 수 있는 것을 특징으로 하는 액체 분배용 분배기.
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