JP4088665B2

JP4088665B2 - Ultrasonic wave generation method and apparatus

Info

Publication number: JP4088665B2
Application number: JP2002180468A
Authority: JP
Inventors: 井上潔
Original assignee: 株式会社Ｉｊｒ
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP2003285008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波発生方法及びその方法を実施するため好ましい超音波発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波は、機械加工、溶接、洗浄、微粒子の分散、凝集、メッキ、化学、医療及び診断装置、害獣害虫の防除、距離計、ソナー、魚群探知、非破壊検査等の分野で広く用いられている。
特に強力な超音波は、主として10KHzないし50KHzの帯域のものが使用されており、それらの超音波は、電歪材や磁歪材から成る振動子に高周波変動電界又は磁界を作用させて超音波帯域の周波数で機械的振動を発生させ、その振動を拡大するホーン及び導波筒を用いて所望の位置に導き、外方の媒体中に超音波を放射させるものである。超音波の媒体となるものには、大気、加工液、海水その他の液体及び溶液、人体又は動物の身体、各種機械部品、素材などがある。
【０００３】
而して、一般的には、周波数が50KHz以下の超音波発振装置の回路構成は、図1に示されているように、共振回路が用いられる。
図1に示した装置は、共振回路10、直流電源接続端子11、周波数可変型のマルチバイブレーター12、スイッチング素子13、結合トランス14、及びホーン一体型の振動子を備えた超音波発振器15その他から成る公知の超音波発振装置である。
【０００４】
超音波発振器15は、フェライトコア即ち振動子にコイルを巻き回したものである。マルチバイブレーター12はパワートランジスターやSCR（半導体制御整流器）等を用いたものであり、スイッチング素子13を駆動して所望の繰返し周波数の矩形波電圧パルスを発生させ、共振回路10に高周波正弦波電流を発生させる。この正弦波電流は結合トランス14を介して超音波発振器15のコイルに供給され、フェライトコアを高周波で縦方向に振動させ、その先端のコーンから強力な超音波を放射させる。
【０００５】
このとき、マルチバイブレーター12の出力パルスの繰返し周波数と、振動子の固有振動数とを合致させておけば、共振により強力な超音波が効率よく得られることとなる。
然しながら、この装置では、温度ドリフトなどのため生じる振動子の固有振動数の変動に追従して、マルチバイブレーター12の出力パルスの繰返し周波数を制御し、両者を常時完全に合致させておくことが困難であり、そのため安定した超音波が得られないと言う問題がある。
【０００６】
図2に示すものは、電歪素子などにより直接超音波を発生させるよう構成されている。この種の回路は、単一の衝撃超音波パルスを発生するのに適している。
図2において、21は直流電源端子、22は周波数可変型のマルチバイブレーター、23はスイッチング素子、24はフィルター回路、25は静電型超音波発振器である。この装置の作動については最早説明の必要がないであろう。この装置においても、温度ドリフトなどのため、安定した超音波が得られないものである。
【０００７】
このため、図3に示す如き装置が提案されている。この回路は強力な超音波の発生源として広く用いられているものである。
図3において、31は検波回路、32はコンパレーター、33は増幅器、34は移相回路、35はゲイン可変増幅器、36はバンドパスフィルター、37は振幅制限回路、38は電力増幅器、39は振動子である。
【０００８】
この装置では、振動子39の振動が検波回路31により検出され、その振幅がコンパレーター32により基準値と比較され、そのコンパレーター32の出力によりゲイン可変増幅器35のゲインが制御される。一方、検波回路31の出力信号は移相回路34により位相が修正され、ゲイン可変増幅器35に入力し、振動子39の振動と完全に同期した所定振幅の正弦波電圧信号に変換され、バンドパスフィルター36を経て、電力増幅器38により増幅され、振動子39のコイルに供給される。
【０００９】
この装置では、振動子39のフェライトコアの共振周波数と同一の周波数で、かつ、完全に同期した励磁電流が振動コイルに与えられるが、振動検出の帰還量が大きいので、重負荷のときにはしばしば発振が停止すると言う問題がある上、バンドパスLCフィルターを用いるので、Q値が小さくなり、鋭い共振点を利用することが困難である。又、電力増幅器38の出力電流の位相が共振によって変動すると言う問題もあり、更に、振動コイルの制動アドミッタンスがなくなるので、共振周波数で共振が維持されるようにするため適切なインダクタンスを振動コイルに並列に接続する必要がある。このため装置は複雑で高価なものとなる上、使用可能範囲の狭いものとなる。
【００１０】
このため、更に図4に示す如き装置が提案されている。
図4中、41は検波回路、42は制御信号発生回路、43は直流増幅器、44はゼロ点検出回路、45は位相差検出回路、46は位相整合回路、47は電力増幅器、48は振動子、49はマイクロホンである。
制御信号発生回路42は、図3に示された回路と略同様な構成であり、コンパレーター421、時常数回路422、ゲイン可変増幅器423、波形整形回路424、電圧制御発振回路425とから成る。
【００１１】
この装置においては、振動子48の振動は、マイクロホン49と検波回路41とにより検出され、その検出信号は制御信号発生回路42により振動子48に同期した正弦波信号に変換される。
この出力は、直流増幅器43により増幅され、その直流増幅器43の出力は、一方において位相差検出回路45に送られ、その位相が、ゼロ点検出回路44により検出される振動子の振動のゼロ点、即ち振動子の振動の位相と比較され、その位相差を示す信号は位相整合回路46の制御入力として用いられる。この回路の各部の電圧波形は図5に示されている。図中、aに示す波形51は、制御信号発生回路42の出力電圧矩形波、b、c 及びdに示す波形52、53及び54は、何れも位相差検出回路45に入力する直流増幅器43の出力電流波形であり、そのハッチング部分は、aに示す波形51のオンタイムに当たる部分を示している。位相差検出回路45の出力は、このハッチング部分の平均電流であり、上記電流と電圧が同位相であるbにおいては正の値521、位相差180度であるcにおいては531、位相差が90度であるdにおいては0となる。
【００１２】
更に上記直流増幅器43の出力は、他の一方において位相整合回路46に送られ、位相差検出回路45の出力する位相差信号電圧により制御され、振動子48の振動と完全に同一位相に整合され、次いで電力増幅器47に送られて電力増幅された後、振動子48の振動コイルに供給され、これにより発信コイルが励起され、コアが振動し、超音波が発振されるものである。
この装置によれば、振動子48の共振周波数にシャープに追随して常時安定した発振が可能であるが、この装置は複雑で高価であるばかりでなく、大型で実用に適さないと言う欠点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、簡単で安価な回路により安価で電力効率が高く安定した超音波を発振し得る方法及び装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、超音波発振器に、その振動子の機械的共振周波数Ｆに近似の周波数の励振電流を供給し、超音波を発生させる方法において、
超音波発振器の励振電極を、上記振動子の機械的共振周波数Ｆを共振周波数とする共振回路に接続し、
当該共振回路に、超音波の周期Ｔの100分の１以上、３分の１以下のパルス幅の衝撃電流パルスを供給して共振を生ぜしめ、超音波を発生させると共に、
負荷の変動、温度変化等による振動子の機械的共振周波数の変化に伴う音圧レベルの変化をマイクロホンにより検出し、これが一定に保たれるよう上記衝撃電流パルスの繰返し周波数を制御するよう構成することにより達成される。
【００１５】
望ましい実施例においては、衝撃電流パルスの繰返し周波数が、振動子の機械的共振周波数Ｆの２倍と等しくなるように追従制御され、振動子の共振周期の半波毎に正負の極性が反転するようにしてトランスの一次コイルに供給される。
上記の目的を達成するため、本発明方法を実施する装置においては、振動子に機械的共振を生じさせ、且つ二次側を電源と絶縁するため、トランスが用いられる。而して、トランスとしては、二次コイルが複数の出力端子を有するものも使用される。それらの端子間にそれぞれ固有の共振周波数を有する振動子を接続し、各振動子がそれぞれ固有の共振周波数で共振せしめられるよう構成することも可能である。
更に、本発明の第二の課題は、
上記の超音波発生方法を実施するための超音波発生装置であって、
少なくとも一つの超音波発振器と、
中間タップを有する一次コイルと、上記超音波発振器の励振電極に接続され共振回路を形成する二次コイルとを有するトランスと、
トランスの一次コイルに、超音波発振器の振動子の機械的共振振動の各半波毎にオンタイムが上記機械的共振振動の周期Ｔの100分の1 以上、３分の１以下の衝撃パルス電流を供給する電源回路と、
負荷の変動、温度変化等による振動子の機械的共振周波数の変化に伴う音圧レベルの変化を検出するマイクロホンと、当該マイクロホンの出力に応じて上記電源回路の出力周波数を制御するフィードバック型周波数制御装置付パルス発振器と、
から構成されたことを特徴とする超音波発生装置により達成される。
而して好ましい実施例においては、
トランスの二次コイルが複数の出力端子を有し、それらの端子間にそれぞれ固有の共振周波数を有する超音波発振器の励振電極が接続され、各超音波発振器がそれぞれ固有の共振周波数で共振せしめられるよう構成される。
【００１６】
而して、上記トランスの二次コイルには、複数の出力端子を設け、それらの端子間にそれぞれ振動子を接続し、更に、それらの振動子に適宜の時間差をもって衝撃パルス電流を与えてそれぞれ異なった周波数で共振させ得るよう構成することも可能である。
【００１７】
作用としては、振動子の機械的共振等価回路を考えたとき、インピーダンスをZとすると、
【数１】

ここで等価変換をして、
【数２】

と置いたとき、
【数３】

【００１８】
電気的励振周期と機械系の自己共振周波数が一致し、同期したとき、図６に示すように、励振電流波一定の時間経過後は振幅一定の単一正弦波となる。
図中、60は励振電流、61はその包絡線である。
このときの共振電流iは、
【数４】

となり、LRC共振回路と同等となる。
類推の理により、機械的な意義とは、
【数５】

【００１９】
このときの電流は図6に示した状態となり、定常状態に達するまでに一定の時間Tを必要とする。この時常数TはL/Rであって結局質量と抵抗の比として求めることができる。
即ち、超音波振動の振幅が所定値の63％に達するまでの時間Tは電源をオフにしたとき、この時間Tの関数の一定の時間T'の間は、減衰しながらも振動を保つことができる。この時間T'の間は振動が続いているので、この時間T'の間に電源周波数を振動子の共振周波数に追随して変化させ合致させれば、共振を続けることができる。
【００２０】
実際には、T'は0.1〜1msec程度であるので、略1msec程度の間に発振周波数の0.1〜1％程度の修正を続ければ安定した連続共振を保持できることになる。
図7に実験回路を示す。トランスを空心として超音波振動部分を機械的に結合しないで、超音波を発生させることができる。
この場合、電源側と超音波振動側とが空隙を介してエネルギーを授受するので、回転やレシプロ運動の際は特に有効である。
場合によってはフェライトトランスを使用することができる。
この場合特に有効なのは、30〜100KHzとか、0.3〜3MHz程度の周波数帯域などでは有効である。勿論空心トランスや、高周波（フェライト）トランスを用いることが出来る。
【００２１】
【数６】

と示すことができる。コイルの間隙長が一定のときは周波数fの二乗に比例してトランス結合度は大きくなり、電力供給結合率は向上することになる。
超音波モーターでは、パルス幅が小さくなるに従ってより単位波長は短くなり、結局回転位置精度を高めることができることになる。
【００２２】
【数７】

密度が大きく圧縮率の小さいものほど、衝撃インピーダンスが高くなる。超音波モーターに利用する場合には衝撃が大きいことが有利となる。
従って、表1に示す材料は有利なモーター材として利用できるものである。
【表１】

アーク溶接の放電中に超音波を供給したとき、アーク放電によるクレーター部分に生じるデンドライと層の改善がなされ、溶接の強度が高められた。
【００２３】
パルス電流を流して抵抗溶接するときの溶接部分の温度と時間の関係は、式（8）のようになる。
【数８】

電極加圧力150MPaで1.6mmの鉄板を溶接するとき、一般的にはδ値は1〜2KA/mm²程度となる。溶接材に33KHz、1.0Wの超音波を加えたときは、0.8KA/mm²で、1スポット当たり5,000〜6,000Nの溶接強度が得られた。
従って、特に低抵抗材の溶接には有利となる。更に又、電極自体に超音波を加えたとき同じ条件で1スポット当たりの溶接強度は6,500Nとなった。
【００２４】
図7に本発明に係る超音波発振装置の一実施例を示す。而して図中、71は交流電源、72は直流安定化電源、73はフィードバック型周波数制御装置付パルス発振器、74及び75はスイッチング素子、76はコンデンサー、77はトランス、78は超音波発振器ある。尚、ここでは、振動子78−1、電極78−2及びホーン78−3からなる静電型の超音波発振器の例を示す。又、トランスは空心トランスであっても有心のものであっても良いこと勿論である。又、このトランス77の二次側に適切なインダクタンスを入れることも推奨される。
【００２５】
フィードバック型周波数制御装置付パルス発振器73は、周波数可変型マルチバイブレーター731 、振動子78 − 1の頭に取り付けられたマイクロホン732 、増幅器733 、コンパレーター734 から成る。
而して、トランス77の一次コイルは、中心タップ付のコイルであり、中心タップにより区分される二つのコイル、即ち第一コイル771 及び第二コイル772 から成り、二次コイル773 は超音波発振器78の一対の励振電極78−2 、78−2 と直列に接続される。
ホーン78−3 とマイクロホン732 は、振動子78−1に固く取り付けられており、一体として振動する振動系を形成し、一つの共振周波数Ｆを有する。以下の説明では、説明を簡略にするため、この共振周波数を単に振動子の共振周波数Ｆと言うものとする。
【００２６】
トランス77の一次コイル771 、772 に励起電流を供給する電源回路は、直流安定化電源72及びスイッチング素子74、75から成る。
第一コイル771 に励起電流を供給する電源回路は、直流安定化電源72及びスイッチング素子75からなり、第二コイル772 に励起電流を供給する電源回路は、直流安定化電源72及びスイッチング素子74からなる。
而して、スイッチング素子74、75は、何れも周波数可変型マルチバイブレーター731 から供給される制御パルスでオンオフ制御されるが、これらのスイッチング素子74、75の制御パルスは公知の装置のそれと異なるものである。
即ち、公知の装置においては、これらのスイッチング素子74及び75は交互にオン、オフし、一方がオンである期間、他の一方はオフとされ、このため、トランス77の端子には図9 の上段に示す如き矩形波電圧が加えられ、コイルには同図下段に示される如き正弦波振動電流が流れる。而してこの振動電流の周波数は、振動子78 − 1の機械的共振周波数に厳密に等しくなるよう精密に制御されなければならない。
そのような公知の方法では、スイッチング素子74及び75を制御するパルスの繰返し周波数を振動子78 − 1の機械的共振周波数Ｆのドリフトに対応して厳密に追従制御する必要があるが、この制御は相当に困難であった。
又、そのような超音波発生装置は、入力電力のAV値に比して超音波として放射されるエネルギーが僅かである為、力率が悪く、その出力に比して相当に大きな最大需要電力を必要とすると言う問題があった。
【００２７】
本発明において、スイッチング素子74及び75に供給される駆動パルスは、従来公知のものと異なり、そのオンタイムは、図10の最下段に示されているように、振動子78−1の機械的共振周期Tの3分の１以下、100分の1以上である。
このように、本発明方法で供給される駆動パルスなそのオンタイムが短いので電源の無効電力が少なくて済み、電源の電力効率が高まる。
又、この共振系はQ値が低いので、多少の環境変化があっても共振は安定しており、超音波レベルの変動は軽微であり、そのため一般的な用途の場合、手動制御によっても超音波の発振レベルの変動を一定の許容範囲内に限定することが可能である。
【００２８】
このスイッチング素子74及び75は一定の間隔を置いて交互にオンオフされ、それぞれ図７に示されているようにトランス77の一次コイル771、772に結線され、二次コイル773に逆方向の誘導電流を生じるようになっている。
即ち、コイル771側と772側には逆方向のパルス電流が流れ、このため二次コイルには図10の中段に示すような交番パルス電流が発生する。
而して、本発明においては、このようなスイッチング素子74及び75のオンオフによる刺激により、この装置の電気回路、即ち、コンデンサ76とトランス77の一次コイルからなるタンク回路と、トランス77の二次コイル773と超音波発振器78の一対の電極78−2、78−2の間のキャパシタンスからなる共振回路と、によって共振を発生させ、これにより超音波を発生させるものである。
【００２９】
而して、前述の如く、この回路においては、スイッチング素子74、75に供給される駆動パルスは、図10の最下段に示されているように、一次コイル771 、772 に流れる正弦波励磁電流の周期Ｔの２分の１の周期で発振されるものであり、そのオンタイムは上記周期Ｔの100分の１以上、３分の１以下である。
そのため、この励磁電流のデューティファクタは小さく、従って平均電流値も亦小さい。
このスイッチング素子74、75の開閉駆動により、一次コイル771、772には、図10の中段に示されているような交番衝撃電流が供給されることになる。このとき二次コイル773には、正弦波共振電流も流れているので、結局、トランスの二次コイル773 即ち振動子78 − 1の励振コイルには、図10の上段に示されているような励磁電流が流れ、これにより超音波が発生することとなる。
【００３０】
振動子78−1 の機械的共振周波数は略一定ではあるが、その作動環境によって多少とも変動することは免れない。
振動子78−1 の機械的共振周波数が変化すると、音圧レベルが低下するので、マイクロホン732 で振幅を検出して、コンパレーター734により始めに設定したレベルと比較し、振幅が設定したレベルに保持されるよう周波数可変型マルチバイブレーター731 の発振パルスの繰返し周波数を調整するものである。
【００３１】
次に、図8に示された装置に就いて説明する。
この装置は、複数の振動子を設ける点を除けば、図7に示したものと基本的に同様のものである。
而して、図中、交流電源81、直流安定化電源82、周波数制御装置付パルス発振器83、スイッチング素子84及び85、コンデンサー86は、前記図7に示した交流電源71、直流安定化電源72、周波数制御装置付パルス発振器73、スイッチング素子74及び75、コンデンサー76と同様の構成要素であるが、87はフェライトトランス、88−1、88−2及び88−3はそれぞれ固有の機械的共振周波数を有する振動子を具備する超音波発振器である。
これら超音波発振器88−1、88−2及び88−3の共振周波数は同一であっても良く、互いに異なっていても良い。
【００３２】
而して、フェライトトランス87の一次コイルは中間タップ付コイルであり、二次コイル873 は３個の超音波振動子88−1 、88−2 及び88−3 のそれぞれの励振コイルを接続するため４個の中間タップA 、B 、C 及びD を有する。
而して、先ず、前述の図7 の説明に記載したように、トランスの一次コイル871 、872 のインピーダンスと、コンデンサー86のインピーダンスを整合して、これらからなるタンク回路が、超音波発振器88−1 の共振周波数F₁で共振するよう構成し、次いで、
トランス87のタップA 、D 間のインピーダンスと超音波発振器88−1 のインピーダンスを整合して、これらからなるタンク回路の共振周波数が超音波発振器88−1 の共振周波数F₁となるようにし、
更に、トランス87のタップB 、D 間のインピーダンスと超音波発振器88−2 のインピーダンスを整合して、これらからなるタンク回路の共振周波数が超音波発振器88−2 の共振周波数F₂となるようにし、
更に、トランス87のタップC 、D 間のインピーダンスと超音波発振器88 − 3のインピーダンスを整合して、これらからなるタンク回路の共振周波数が超音波発振器88 − 3の共振周波数F₃となるようにする。
【００３３】
このようにすると、これら全てのタンク回路で共振が発生し、それぞれの超音波発振器88−1、88−2、88−3が周波数F₁、F₂及びF₃の超音波を発振するようになる。
一実施例において、振動子88−1、88−2及び88−3の極間静電容量を3,000pFとし、トランス二次コイルの端子間インダクタンスを、A−B間 3.3mH、A−C間 6.8mH、A−D間 13.5mHとしたとき、振動子88−1、88−2及び88−3をそれぞれ25KHz、30KHz及び50KHzの共振周波数で共振させることができた。
【００３４】
この実施例では、代表的な振動子88−2にマイクロホン832を取り付け、これにより前述の図7に示した実施例と同様に発振レベルが一定となるよう制御をするものである。
勿論、総ての振動子88−1、88−2及び88−3にマイクロホンを取り付け、それらの出力を総合的に判断して周波数制御装置付パルス発振器83を制御するようにすることも可能である。
【００３５】
尚、ここでは、トランスの二次コイルに中間タップを設けるよう説明したが、このトランスの巻線は多重コイルでも良いこと勿論である。
本発明方法では、制御の時間的裕度が高いので、手動で制御して使用することもでき、又本発明によるときは、発振器が単一の場合のみでなく、複数の場合でも実用的に利用することができるものであり、このことも本発明の極めて有利な点と言うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は叙上の如く構成されるから、本発明によるときは、振動子は常時その共振周波数で励振されるので、安定した超音波が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】共振回路を用いた公知の超音波発振装置の一例を示す回路図である。
【図２】共振回路を用いない公知の高周波超音波発振装置の一例を示す回路図である。
【図３】広く用いられている公知の超音波発振装置の実用的な一例を示す回路図である。
【図４】図3に示したものとは別異の公知の超音波発振装置の実用的な一例を示す回路図である。
【図５】図4に示した回路の各部に現れる電圧波形図である。
【図６】電気的励振周期と機械系の自己共振周波数が一致し、同期したときの、励振電流を示す波形図である。
【図７】本発明に係る超音波発振装置の一実施例を示す回路図である。
【図８】本発明に係る超音波発振装置の他の一実施例を示す回路図である。
【図９】公知の方式において、振動部に加えられる電圧−時間関係と、トランスの一次側コイルに流れる電流−時間関係を示す波形図である。
【図１０】下段はスィッチングトランジスタのゲート電圧−時間関係を示す波形図、中段は下段のスィッチングトランジスタのゲート開閉により一次コイルに与えられるパルス電流波形図、上段はトランス二次コイルに流れる電流波形図である。
【符号の説明】
10 共振回路
11 直流電源接続端子
12 周波数可変型のマルチバイブレーター
13 スイッチング素子
14 結合トランス
15 ホーン一体型の振動子を有する超音波発振器
21 直流電源端子
22 周波数可変型のマルチバイブレーター
23 スイッチング素子
24 フィルター回路
25 静電型超音波発振器
31 検波回路
32 コンパレーター
33 増幅器
34 移相回路
35 ゲイン可変増幅器
36 バンドパスフィルター
37 振幅制限回路
38 電力増幅器
39 振動子
41 検波回路
42 制御信号発生回路
421 コンパレーター
422 時常数回路
423 ゲイン可変増幅器
424 波形整形回路
425 電圧制御発振回路
43 直流増幅器
44 ゼロ点検出回路
45 位相差検出回路
46 位相整合回路
47 電力増幅器
48 振動子
49 マイクロホン
71 交流電源
72 直流安定化電源
73 フィードバック型周波数制御装置付パルス発振器
731 周波数可変型マルチバイブレーター
732 マイクロホン
733 増幅器
734 コンパレーター
74、75 スイッチング素子
76 コンデンサー
77 空心トランス
771 第一コイル
772 第二コイル
773 二次コイル
78 超音波発振器
78−1 振動子
78−2 電極
78−3 ホーン
81 交流電源
82 直流安定化電源
83 周波数制御装置付パルス発振器
831 周波数可変型マルチバイブレーター
832 マイクロホン
833 増幅器
834 コンパレーター
84、85 スイッチング素子
86 コンデンサー
87 トランス
88−1 、88−2 、88−3 振動子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic wave generation method and an ultrasonic wave generator preferable for carrying out the method.
[0002]
[Prior art]
Ultrasound is widely used in fields such as machining, welding, cleaning, fine particle dispersion, agglomeration, plating, chemistry, medical and diagnostic equipment, pest control, distance meter, sonar, fish detection, non-destructive inspection, etc. ing.
Particularly powerful ultrasonic waves are mainly used in the 10KHz to 50KHz band, and these ultrasonic waves are generated by applying a high frequency fluctuation electric field or magnetic field to a vibrator made of an electrostrictive material or a magnetostrictive material. A mechanical vibration is generated at a frequency of λ, and a horn and a waveguide tube that expands the vibration are guided to a desired position, and an ultrasonic wave is radiated into an outer medium. Examples of the ultrasonic medium include air, processing liquid, seawater and other liquids and solutions, human or animal bodies, various machine parts, and materials.
[0003]
Thus, in general, a resonance circuit is used as the circuit configuration of an ultrasonic oscillator having a frequency of 50 KHz or less, as shown in FIG.
The apparatus shown in FIG. 1 includes a resonance circuit 10, a DC power connection terminal 11, a frequency variable multivibrator 12, a switching element 13, a coupling transformer 14, an ultrasonic oscillator 15 including a horn-integrated vibrator, and others. This is a known ultrasonic oscillation device.
[0004]
The ultrasonic oscillator 15 is obtained by winding a coil around a ferrite core, that is, a vibrator. The multivibrator 12 uses a power transistor, an SCR (semiconductor control rectifier), etc., drives the switching element 13 to generate a rectangular wave voltage pulse with a desired repetition frequency, and generates a high frequency sine wave current to the resonance circuit 10. generate. This sine wave current is supplied to the coil of the ultrasonic oscillator 15 via the coupling transformer 14, and the ferrite core is vibrated in the vertical direction at a high frequency, and a strong ultrasonic wave is radiated from the tip cone.
[0005]
At this time, if the repetition frequency of the output pulse of the multivibrator 12 matches the natural frequency of the vibrator, a powerful ultrasonic wave can be efficiently obtained by resonance.
However, with this device, it is difficult to control the repetition frequency of the output pulse of the multivibrator 12 following the fluctuations in the natural frequency of the vibrator caused by temperature drift, etc. Therefore, there is a problem that a stable ultrasonic wave cannot be obtained.
[0006]
The one shown in FIG. 2 is configured to generate ultrasonic waves directly by an electrostrictive element or the like. This type of circuit is suitable for generating a single impact ultrasonic pulse.
In FIG. 2, 21 is a DC power supply terminal, 22 is a variable frequency multivibrator, 23 is a switching element, 24 is a filter circuit, and 25 is an electrostatic ultrasonic oscillator. The operation of this device will no longer need to be explained. Even in this apparatus, a stable ultrasonic wave cannot be obtained due to temperature drift or the like.
[0007]
For this reason, an apparatus as shown in FIG. 3 has been proposed. This circuit is widely used as a source of powerful ultrasonic waves.
In FIG. 3, 31 is a detection circuit, 32 is a comparator, 33 is an amplifier, 34 is a phase shift circuit, 35 is a variable gain amplifier, 36 is a band pass filter, 37 is an amplitude limiting circuit, 38 is a power amplifier, and 39 is a vibration. A child.
[0008]
In this apparatus, the vibration of the vibrator 39 is detected by the detection circuit 31, the amplitude thereof is compared with a reference value by the comparator 32, and the gain of the variable gain amplifier 35 is controlled by the output of the comparator 32. On the other hand, the phase of the output signal of the detection circuit 31 is corrected by the phase shift circuit 34, input to the variable gain amplifier 35, converted into a sine wave voltage signal having a predetermined amplitude that is completely synchronized with the vibration of the vibrator 39, and bandpass After passing through the filter 36, it is amplified by the power amplifier 38 and supplied to the coil of the vibrator 39.
[0009]
In this device, an excitation current having the same frequency as the resonance frequency of the ferrite core of the vibrator 39 and completely synchronized is given to the vibration coil. However, since the feedback amount of vibration detection is large, it often oscillates under heavy loads. In addition, since the band-pass LC filter is used, the Q value becomes small and it is difficult to use a sharp resonance point. In addition, there is a problem that the phase of the output current of the power amplifier 38 fluctuates due to resonance, and furthermore, since there is no braking admittance of the vibration coil, an appropriate inductance is provided in the vibration coil in order to maintain resonance at the resonance frequency. Must be connected in parallel. For this reason, the apparatus becomes complicated and expensive, and the usable range is narrow.
[0010]
For this reason, an apparatus as shown in FIG. 4 has been proposed.
In FIG. 4, 41 is a detection circuit, 42 is a control signal generation circuit, 43 is a DC amplifier, 44 is a zero point detection circuit, 45 is a phase difference detection circuit, 46 is a phase matching circuit, 47 is a power amplifier, and 48 is a transducer. 49 are microphones.
The control signal generation circuit 42 has substantially the same configuration as the circuit shown in FIG. 3, and includes a comparator 421, a time constant circuit 422, a gain variable amplifier 423, a waveform shaping circuit 424, and a voltage controlled oscillation circuit 425.
[0011]
In this apparatus, the vibration of the vibrator 48 is detected by the microphone 49 and the detection circuit 41, and the detection signal is converted into a sine wave signal synchronized with the vibrator 48 by the control signal generation circuit 42.
This output is amplified by the DC amplifier 43, and the output of the DC amplifier 43 is sent to the phase difference detection circuit 45 on one side, and the phase is the zero point of the vibration of the vibrator detected by the zero point detection circuit 44. That is, a signal indicating the phase difference is compared with the vibration phase of the vibrator and used as a control input of the phase matching circuit 46. The voltage waveform of each part of this circuit is shown in FIG. In the figure, a waveform 51 shown in a is an output voltage rectangular wave of the control signal generation circuit 42, and

waveforms

52, 53 and 54 shown in b, c and d are all of the DC amplifier 43 input to the phase difference detection circuit 45. It is an output current waveform, and the hatched portion indicates a portion corresponding to the on-time of the waveform 51 shown in a. The output of the phase difference detection circuit 45 is an average current of the hatched portion.The current and voltage are in phase b, a positive value 521, a phase difference 180 degrees c, 531, and a phase difference 90. 0 for d, which is the degree.
[0012]
Further, the output of the DC amplifier 43 is sent to the phase matching circuit 46 on the other side, controlled by the phase difference signal voltage output from the phase difference detection circuit 45, and perfectly matched with the vibration of the vibrator 48. Then, after being sent to the power amplifier 47 and amplified, the power is supplied to the vibration coil of the vibrator 48, whereby the transmission coil is excited, the core vibrates, and ultrasonic waves are oscillated.
According to this device, it is possible to always oscillate stably by following the resonance frequency of the vibrator 48 sharply, but this device is not only complicated and expensive, but also has a disadvantage that it is large and unsuitable for practical use. is there.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to provide a method and apparatus capable of oscillating inexpensive ultrasonic waves with high power efficiency and stability with a simple and inexpensive circuit.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to supply an excitation current having a frequency approximate to the mechanical resonance frequency F of an ultrasonic oscillator to generate an ultrasonic wave.
Connecting the excitation electrode of the ultrasonic oscillator to a resonance circuit having the mechanical resonance frequency F of the vibrator as a resonance frequency;
To the resonant circuit, one or more of 100 minutes of ultrasonic wave period T, the impact current pulses less than one pulse width of the third test paper to give rise to resonance, which both generates the ultrasonic waves,
A change in sound pressure level accompanying a change in the mechanical resonance frequency of the vibrator due to a load change, a temperature change, etc. is detected by a microphone, and the repetition frequency of the shock current pulse is controlled so as to keep this constant. Is achieved.
[0015]
In yet embodiment desirability, the repetition frequency of the shock current pulses are to follow-up control equal to twice the mechanical resonance frequency F of the oscillator, positive and negative polarities every half wave of the resonance period of the vibrator Inverted and supplied to the primary coil of the transformer .
To achieve the above Symbol object of an apparatus for carrying out the method according to the invention gives rise to mechanical resonance vibrator for and to insulate the secondary power supply, transformers are used. Thus, a transformer having a secondary coil having a plurality of output terminals is also used. It is also possible to connect a vibrator having a unique resonance frequency between these terminals so that each vibrator can resonate at a unique resonance frequency.
Furthermore, the second problem of the present invention is that
An ultrasonic generator for carrying out the above ultrasonic generation method,
At least one ultrasonic oscillator;
A transformer having a primary coil having an intermediate tap and a secondary coil connected to the excitation electrode of the ultrasonic oscillator to form a resonant circuit;
An impulse pulse current having an on-time of 1/100 or more and 1/3 or less of the period T of the mechanical resonance vibration for each half wave of the mechanical resonance vibration of the vibrator of the ultrasonic oscillator is applied to the primary coil of the transformer. Power supply circuit for supplying,
A microphone that detects changes in the sound pressure level accompanying changes in the mechanical resonance frequency of the vibrator due to load fluctuations, temperature changes, etc., and feedback type frequency control that controls the output frequency of the power supply circuit in accordance with the output of the microphone A pulse generator with a device ;
It is achieved by an ultrasonic generator characterized by comprising the following.
Thus, in a preferred embodiment,
The secondary coil of the transformer has a plurality of output terminals, and excitation electrodes of ultrasonic oscillators each having a specific resonance frequency are connected between the terminals, and each ultrasonic oscillator is caused to resonate at a specific resonance frequency. It is configured as follows.
[0016]
Thus , the secondary coil of the transformer is provided with a plurality of output terminals, and vibrators are respectively connected between the terminals, and further, shock pulse currents are given to the vibrators with an appropriate time difference, respectively. It is also possible to configure to resonate at different frequencies.
[0017]
As an effect, when considering the mechanical resonance equivalent circuit of the vibrator, if the impedance is Z,
[Expression 1]

Equivalent conversion here,
[Expression 2]

When I put
[Equation 3]

[0018]
When the electrical excitation period and the self-resonance frequency of the mechanical system coincide with each other and synchronize, as shown in FIG. 6, a single sine wave having a constant amplitude is obtained after a predetermined time has passed.
In the figure, 60 is the excitation current and 61 is the envelope.
The resonance current i at this time is
[Expression 4]

And is equivalent to an LRC resonant circuit.
By analogy, the mechanical significance is
[Equation 5]

[0019]
The current at this time is in the state shown in FIG. 6, and a certain time T is required until the steady state is reached. At this time, the constant T is L / R and can be determined as the ratio of mass to resistance.
That is, when the power is turned off during the time T until the amplitude of the ultrasonic vibration reaches 63% of the predetermined value, the vibration is maintained while being attenuated for a certain time T ′ as a function of the time T. Can do. Since the vibration continues during the time T ′, the resonance can be continued if the power source frequency is changed and matched with the resonance frequency of the vibrator during the time T ′.
[0020]
Actually, since T ′ is about 0.1 to 1 msec, stable continuous resonance can be maintained if correction of about 0.1 to 1% of the oscillation frequency is continued in about 1 msec.
Fig. 7 shows the experimental circuit. Ultrasonic waves can be generated without mechanically coupling the ultrasonic vibration parts with the transformer as an air core.
In this case, since the power source side and the ultrasonic vibration side transfer energy via the gap, they are particularly effective during rotation and reciprocating motion.
In some cases, a ferrite transformer can be used.
Particularly effective in this case is effective in a frequency band of about 30 to 100 KHz or about 0.3 to 3 MHz. Of course, an air core transformer or a high frequency (ferrite) transformer can be used.
[0021]
[Formula 6]

Can be shown. When the gap length of the coil is constant, the transformer coupling degree increases in proportion to the square of the frequency f, and the power supply coupling ratio is improved.
In the ultrasonic motor, the unit wavelength becomes shorter as the pulse width becomes smaller, and as a result, the rotational position accuracy can be improved.
[0022]
[Expression 7]

The higher the density and the lower the compressibility, the higher the impact impedance. When used in an ultrasonic motor, it is advantageous that the impact is large.
Therefore, the materials shown in Table 1 can be used as advantageous motor materials.
[Table 1]

When ultrasonic waves were supplied during the discharge of arc welding, the dendri and the layer that occurred in the crater part due to arc discharge were improved, and the strength of the weld was increased.
[0023]
The relationship between the temperature and time of the welded part when resistance welding is performed with a pulsed current is given by equation (8).
[Equation 8]

When a 1.6 mm iron plate is welded with an electrode pressure of 150 MPa, the δ value is generally about 1 to ² KA / mm ² . When 33 KHz and 1.0 W ultrasonic waves were applied to the welded material, a welding strength of 5,000 to 6,000 N per spot was obtained at 0.8 KA / mm ² .
Therefore, it is advantageous particularly for welding of a low resistance material. Furthermore, when ultrasonic waves were applied to the electrode itself, the welding strength per spot was 6,500 N under the same conditions.
[0024]
FIG. 7 shows an embodiment of an ultrasonic oscillator according to the present invention. Thus, in the figure, 71 is an AC power source, 72 is a DC stabilized power source, 73 is a pulse oscillator with a feedback type frequency control device, 74 and 75 are switching elements, 76 is a capacitor, 77 is a transformer, and 78 is an ultrasonic oscillator. . Here, an example of an electrostatic ultrasonic oscillator including the vibrator 78-1, the electrode 78-2, and the horn 78-3 is shown. Of course, the transformer may be an air core transformer or a centered one. It is also recommended to put an appropriate inductance on the secondary side of the transformer 77.
[0025]
Feedback frequency control with the pulse oscillator 73, variable frequency multivibrator 731, the vibrator 78 - 1 microphone 732 mounted on the head, the amplifier 733, consisting of the comparator 734.
Thus, the primary coil of the transformer 77 is a coil with a center tap, and is composed of two coils separated by the center tap, that is, a first coil 771 and a second coil 772, and the secondary coil 773 is an ultrasonic oscillator. The pair of excitation electrodes 78-2 and 78-2 of 78 are connected in series.
The horn 78-3 and the microphone 732 are firmly attached to the vibrator 78-1, form a vibration system that vibrates as a unit, and have one resonance frequency F. In the following description, for the sake of simplicity, this resonance frequency is simply referred to as the resonance frequency F of the vibrator.
[0026]
A power supply circuit for supplying an excitation current to the primary coils 771 and 772 of the transformer 77 includes a DC stabilized power supply 72 and switching elements 74 and 75.
The power supply circuit that supplies the excitation current to the first coil 771 includes a DC stabilized power supply 72 and a switching element 75 , and the power supply circuit that supplies the excitation current to the second coil 772 includes a DC stabilized power supply 72 and a switching element 74. Become.
Thus, the switching elements 74 and 75 are both turned on and off by the control pulse supplied from the variable frequency multivibrator 731, but the control pulses of these switching elements 74 and 75 are different from those of known devices. It is.
That is, in the known device, these switching elements 74 and 75 are alternately turned on and off, and during the period when one of them is on, the other one is turned off. A rectangular wave voltage as shown in the upper stage is applied, and a sinusoidal oscillating current as shown in the lower stage of the figure flows through the coil. Thus to the frequency of the oscillating current is vibrator 78 - made exactly equal to one mechanical resonance frequency as must be precisely controlled.
In such a known method, the repetition frequency of the pulses for controlling the switching elements 74 and 75 the transducer 78 - it is necessary to strictly follow-up control in response to one of the drift of the mechanical resonance frequency F, the control Was quite difficult.
In addition, since such an ultrasonic generator has a small amount of energy radiated as an ultrasonic wave compared to the AV value of the input power, the power factor is poor and the maximum demand power is considerably large compared to the output. There was a problem of needing.
[0027]
In the present invention, the driving pulses supplied to the switching elements 74 and 75 are different from those conventionally known, and the on-time is as shown in the lowermost stage of FIG. The resonance period T is 1/3 or less and 1/100 or more.
Thus, since the on-time of the drive pulse supplied by the method of the present invention is short, the reactive power of the power source can be reduced, and the power efficiency of the power source is increased.
In addition, since this resonance system has a low Q value, the resonance is stable even if there is some environmental change, and the fluctuation of the ultrasonic level is slight. It is possible to limit the fluctuation of the sound wave oscillation level within a certain allowable range.
[0028]
The switching elements 74 and 75 are alternately turned on and off at regular intervals, and are respectively connected to primary coils 771 and 772 of a transformer 77 as shown in FIG. It has come to produce.
That is, reverse pulse currents flow in the coils 771 and 772, and therefore, an alternating pulse current as shown in the middle of FIG. 10 is generated in the secondary coil.
And Thus, in the present invention, by stimulation with such on-off switching element 74 and 75, the electrical circuit of the device, i.e., a tank circuit consisting of the primary coil of the condenser 76 and the transformer 77, the secondary of the transformer 77 primary a resonance circuit consisting of the capacitance between the coils 773 of the pair of electrodes 78-2,78-2 ultrasonic oscillator 78, to generate a resonance with, thereby those which generate ultrasonic waves.
[0029]
Thus, as described above, in this circuit, the drive pulse supplied to the switching elements 74 and 75 is a sinusoidal excitation current flowing in the

primary

coils 771 and 772, as shown in the lowermost stage of FIG. The on-time is 1/100 or more and 1/3 or less of the period T.
Therefore, the duty factor of the exciting current is small, and therefore the average current value is also small.
By opening and closing the switching elements 74 and 75, the

primary

coils 771 and 772 are supplied with an alternating impact current as shown in the middle stage of FIG. At this time the secondary coil 773, so that also flows sinusoidal resonance current, eventually, the transformer secondary coil 773 words vibrator 78 - such as the one excitation coil, shown in the upper part of FIG. 10 An exciting current flows, and ultrasonic waves are thereby generated.
[0030]
The mechanical resonance frequency of the vibrator 78-1 is substantially constant, but it is inevitable that it fluctuates somewhat depending on the operating environment.
When the mechanical resonance frequency of the vibrator 78-1 changes, the sound pressure level decreases, so the amplitude is detected by the microphone 732 and compared with the level initially set by the comparator 734. The repetition frequency of the oscillation pulse of the variable frequency multivibrator 731 is adjusted so as to be maintained.
[0031]
Next, the apparatus shown in FIG. 8 will be described.
This apparatus is basically the same as that shown in FIG. 7 except that a plurality of vibrators are provided.
Thus, in the figure, the AC power supply 81, the DC stabilized power supply 82, the pulse oscillator 83 with frequency control device, the switching

elements

84 and 85, and the capacitor 86 are the AC power supply 71, the DC stabilized power supply 72 shown in FIG. , A pulse oscillator 73 with a frequency control device, switching elements 74 and 75, and components similar to the

capacitor

76, 87 is a ferrite transformer, 88-1, 88-2 and 88-3 are inherent mechanical resonance frequencies, respectively. It is an ultrasonic oscillator which comprises the vibrator which has.
The resonance frequencies of the ultrasonic oscillators 88-1, 88-2 and 88-3 may be the same or different from each other.
[0032]
Thus, the primary coil of the ferrite transformer 87 is an intermediate tapped coil, and the secondary coil 873 is used to connect the excitation coils of the three ultrasonic vibrators 88-1, 88-2 and 88-3. It has four intermediate taps A, B, C and D.
Thus, first, as described in the explanation of FIG. 7, the impedances of the

primary coils

871 and 872 of the transformer and the impedance of the capacitor 86 are matched, and the tank circuit formed by these elements is connected to the ultrasonic oscillator 88- Configured to resonate at a resonant frequency F ₁ of ₁ , and then
Tap A of transformer 87, and matching the impedance and the impedance of the ultrasonic oscillator 88-1 between D, the resonance frequency of the tank circuit consisting of these as a resonance frequencies F ₁ of the ultrasonic generator 88-1,
Furthermore, tap B of the transformer 87, and matching the impedance and the impedance of the ultrasonic oscillator 88-2 between D, the resonance frequency of the tank circuit consisting of these as a resonance frequency F ₂ of the ultrasonic oscillator 88-2 ,
Furthermore, tap C of transformer 87, impedance and ultrasonic oscillator 88 between D - and matching the impedance of 3, the resonant frequency of the tank circuit consisting ultrasonic oscillator 88 - so that the resonant frequency F ₃ of 3 To do.
[0033]
In this way, the resonance at all of the tank circuit is generated, so that each ultrasonic generator 88-1,88-2,88-3 oscillates an ultrasonic wave of frequency F _1, F ₂ and F ₃ Become.
In one embodiment, the capacitance between the electrodes of the vibrators 88-1, 88-2, and 88-3 is 3,000 pF, and the inductance between terminals of the transformer secondary coil is 3.3 mH between A and B, and between A and C. When 6.8 mH and A to D were 13.5 mH, the resonators 88-1, 88-2, and 88-3 could be resonated at resonance frequencies of 25 KHz, 30 KHz, and 50 KHz, respectively.
[0034]
In this embodiment, a microphone 832 is attached to a typical vibrator 88-2, and thereby, the oscillation level is controlled to be constant as in the embodiment shown in FIG.
Of course, it is also possible to control the pulse oscillator 83 with a frequency control device by attaching microphones to all the transducers 88-1, 88-2 and 88-3 and judging their outputs comprehensively. is there.
[0035]
Although the description has been given here of the case where the intermediate tap is provided on the secondary coil of the transformer, it goes without saying that the winding of the transformer may be a multiple coil.
In the method of the present invention, since the time margin of control is high, it can be used by manually controlling it. In addition, according to the present invention, not only a single oscillator but also a plurality of oscillators can be used practically. This can be used, and this can be said to be a very advantageous point of the present invention.
[0036]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, according to the present invention, since the vibrator is always excited at the resonance frequency, a stable ultrasonic wave can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a known ultrasonic oscillator using a resonance circuit.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a known high-frequency ultrasonic oscillation device that does not use a resonance circuit.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a practical example of a known ultrasonic oscillator widely used.
4 is a circuit diagram showing a practical example of a known ultrasonic oscillation device different from that shown in FIG. 3;
5 is a voltage waveform diagram appearing in each part of the circuit shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a waveform diagram showing an excitation current when the electrical excitation period and the self-resonance frequency of the mechanical system match and are synchronized.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an embodiment of an ultrasonic oscillator according to the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing another embodiment of the ultrasonic oscillator according to the present invention.
FIG. 9 is a waveform diagram showing a voltage-time relationship applied to a vibrating part and a current-time relationship flowing in a primary coil of a transformer in a known method.
FIG. 10 is a waveform diagram showing the gate voltage-time relationship of the switching transistor, the middle is a pulse current waveform applied to the primary coil by opening and closing the gate of the lower switching transistor, and the upper is a waveform diagram of the current flowing in the transformer secondary coil. It is.
[Explanation of symbols]
10 Resonant circuit
11 DC power connection terminal
12 frequency variable type of multi-server Yi Breakfast aerator
13 Switching element
14 Coupled transformer
15 Ultrasonic oscillator with horn integrated vibrator
21 DC power supply terminal
22 frequency variable type of multi-server Yi Breakfast aerator
23 Switching element
24 Filter circuit
25 Electrostatic ultrasonic oscillator
31 Detection circuit
32 Comparator
33 Amplifier
34 Phase shift circuit
35 Variable gain amplifier
36 Bandpass filter
37 Amplitude limiting circuit
38 Power amplifier
39 vibrator
41 Detection circuit
42 Control signal generator
421 Comparator
422 Time constant circuit
423 Variable gain amplifier
424 Waveform shaping circuit
425 Voltage controlled oscillator
43 DC amplifier
44 Zero point detection circuit
45 Phase detection circuit
46 Phase matching circuit
47 Power amplifier
48 transducers
49 Microphone
71 AC power supply
72 DC stabilized power supply
73 Pulse oscillator with feedback type frequency controller
731 variable-frequency multi-server Yi Breakfast aerator
732 microphone
733 amplifier
734 Comparator
74, 75 Switching element
76 condenser
77 Sorashin Transformer
771 First coil
772 Second coil
773 Secondary coil
78 Ultrasonic oscillator
78-1 resonator
78-2 Electrode
78-3 Horn
81 AC power supply
82 DC stabilized power supply
83 frequency control device with a pulse Oscillator
831 variable-frequency multi-server Yi Breakfast aerator
832 microphone
833 amplifier
834 Comparator
84, 85 Switching element
86 condenser
87 transformer
88-1, 88-2, 88-3 vibrator

Claims

The ultrasonic generator (78,88-1,88-2,88-3), the oscillator (78 - 1, 88 - 1, 88 - 2, 88 - 3) mechanical resonance frequency F the frequency of the approximation of In a method of supplying an excitation current of and generating ultrasonic waves,
The excitation electrode (78 -2) of the ultrasonic generator (78,88-1,88-2,88-3), the oscillator (78 - 1, 88 - 1, 88 - 2, 88 - 3) of the machine resonant frequency F a resonance circuit whose resonance frequency is connected (773, 78, 873, 88 - 1, 88 - 3 - 2, 88), the
The resonant circuit (773, 78, 873, 88 - 1, 88 - - 2, 88 3), one or more of the 100 minutes of ultrasonic wave period T, subjected to impact current pulses less than one pulse width of 3 minutes feeding to give rise to resonance, which both generates the ultrasonic waves,
Variation of the load, the transducer due to temperature change or the like (78 - 1) of the change in the sound pressure level due to changes in the mechanical resonance frequency is detected by a microphone (732, 832), the shock current so that it is kept constant Controlling the pulse repetition frequency,
A method for generating ultrasonic waves as described above.

2. The ultrasonic generation method according to claim 1, wherein the shock current pulse is supplied at a rate of one pulse to a half wave of the mechanical resonance vibration of the vibrator, and the polarity thereof is reversed between positive and negative for each pulse.

2. The ultrasonic generation method according to claim 1, wherein a transformer (77) capable of insulating the secondary side from the power source is used, and the secondary coil is used for the configuration of the resonance circuit.

An ultrasonic generator for carrying out the ultrasonic generation method according to claim 1,
At least one ultrasonic oscillator (78);
A transformer (77) having a primary coil (771, 772) having an intermediate tap and a secondary coil (773) connected to the excitation electrode (78-2) of the ultrasonic oscillator (78) to form a resonance circuit; ,
On the primary coil (771, 772) of the transformer (77), the on-time for each half wave of the mechanical resonance vibration of the vibrator (78-1) of the ultrasonic oscillator (78) is the period T of the mechanical resonance vibration. A power supply circuit for supplying a shock pulse current of 1/100 or more and 1/3 or less of
A microphone ( 732 ) for detecting a change in sound pressure level accompanying a change in the mechanical resonance frequency of the vibrator (78-1) due to a load change, a temperature change, etc., and an output of the power supply circuit in accordance with the output of the microphone A pulse oscillator with a feedback type frequency control device (73) for controlling the frequency ;
An ultrasonic generator characterized by comprising:

An ultrasonic oscillator in which the secondary coil of the transformer ( 87 ) has a plurality of output terminals (A, B, C, D), and each of the terminals (A, B, C, D) has a unique resonance frequency. (88 -1, 88 -2, 88 -3) is connected to the excitation electrodes of the ultrasonic generator (88 -1, 88 -2, 88 -3) is configured such that each is caused to resonate at the natural resonance frequency ultrasonic onset NamaSo location described in 請 Motomeko 4.