JP2000140760A - 超音波振動子の駆動装置 - Google Patents
超音波振動子の駆動装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波振動子を常にその共振周波数にて確実
に駆動し、多様化する外科手術用超音波処置装置や超音
波溶着等にも容易に対応できる超音波振動子の駆動装置
を提供する。 【解決手段】 超音波振動子１の電圧信号Ｖ１と補正用
コンデンサ１０ａの電圧信号Ｖ２を増幅器２０により増
幅したものとから位相合成用演算器２１により共振回路
位相信号Ｖｆ２を算出する。増幅器２０の増幅率Ａを発
振周波数ｆｏに基づいて増幅率調整回路２２により調整
する。電圧信号Ｖ１に相当する印加電圧位相信号Ｖｆ１
と共振回路位相信号Ｖｆ２とを用いてＰＬＬ制御回路３
０により発振周波数ｆｏを調整する。これにより超音波
振動子１が常に共振周波数で確実に駆動される。
に駆動し、多様化する外科手術用超音波処置装置や超音
波溶着等にも容易に対応できる超音波振動子の駆動装置
を提供する。 【解決手段】 超音波振動子１の電圧信号Ｖ１と補正用
コンデンサ１０ａの電圧信号Ｖ２を増幅器２０により増
幅したものとから位相合成用演算器２１により共振回路
位相信号Ｖｆ２を算出する。増幅器２０の増幅率Ａを発
振周波数ｆｏに基づいて増幅率調整回路２２により調整
する。電圧信号Ｖ１に相当する印加電圧位相信号Ｖｆ１
と共振回路位相信号Ｖｆ２とを用いてＰＬＬ制御回路３
０により発振周波数ｆｏを調整する。これにより超音波
振動子１が常に共振周波数で確実に駆動される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動子の駆
動装置に関するものである。更に詳細には、外科手術用
超音波処置装置や超音波溶着機等に用いられるランジュ
バン型超音波振動子のような圧電型超音波振動子の駆動
装置に関するものである。
動装置に関するものである。更に詳細には、外科手術用
超音波処置装置や超音波溶着機等に用いられるランジュ
バン型超音波振動子のような圧電型超音波振動子の駆動
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般にランジュバン型超音波振動子は、
圧電素子と電極板を交互に重ね合わせた積層体を金属ブ
ロックで挟み込み、それら全体をボルトで締め付けるこ
とにより構成されている。このような超音波振動子は、
その構造等から物理的に定まる共振周波数を有してお
り、この共振周波数付近で駆動されるとき、超音波振動
子の電気的等価回路は機械的振動特性を表すコイルおよ
びコンデンサと、機械的負荷を表す抵抗とから成る直列
共振回路に、圧電素子と電極板により生じる制動コンデ
ンサが並列に接続された回路となる。この等価回路の直
列共振回路に流れる電流だけが超音波振動子の振動に寄
与する。したがって直列共振回路に流れる電流をできる
だけ大きくすることによって、超音波振動子は最も効率
よく振動せしめられる。換言すると、超音波振動子を最
も効率よく振動させるためには、超音波振動子の直列共
振回路のインピーダンスが最小になる周波数すなわち共
振周波数で超音波振動子が駆動されればよい。ところ
が、共振周波数を決定するコイルおよびコンデンサは超
音波振動子の先端に加わる負荷条件や温度等の環境条件
や経時変化によって微妙に変化し、超音波振動子の共振
周波数は変動してしまう。
圧電素子と電極板を交互に重ね合わせた積層体を金属ブ
ロックで挟み込み、それら全体をボルトで締め付けるこ
とにより構成されている。このような超音波振動子は、
その構造等から物理的に定まる共振周波数を有してお
り、この共振周波数付近で駆動されるとき、超音波振動
子の電気的等価回路は機械的振動特性を表すコイルおよ
びコンデンサと、機械的負荷を表す抵抗とから成る直列
共振回路に、圧電素子と電極板により生じる制動コンデ
ンサが並列に接続された回路となる。この等価回路の直
列共振回路に流れる電流だけが超音波振動子の振動に寄
与する。したがって直列共振回路に流れる電流をできる
だけ大きくすることによって、超音波振動子は最も効率
よく振動せしめられる。換言すると、超音波振動子を最
も効率よく振動させるためには、超音波振動子の直列共
振回路のインピーダンスが最小になる周波数すなわち共
振周波数で超音波振動子が駆動されればよい。ところ
が、共振周波数を決定するコイルおよびコンデンサは超
音波振動子の先端に加わる負荷条件や温度等の環境条件
や経時変化によって微妙に変化し、超音波振動子の共振
周波数は変動してしまう。
【０００３】一方超音波振動子が共振するとき、その等
価回路の直列共振回路が抵抗のみになり、このため直列
共振回路に流れる電流と超音波振動子に印加される電圧
とが同位相になる。このことを利用して、超音波振動子
の駆動周波数を調整すれば、超音波振動子がその共振周
波数の変動に追従して駆動可能である。
価回路の直列共振回路が抵抗のみになり、このため直列
共振回路に流れる電流と超音波振動子に印加される電圧
とが同位相になる。このことを利用して、超音波振動子
の駆動周波数を調整すれば、超音波振動子がその共振周
波数の変動に追従して駆動可能である。
【０００４】以上のようなランジュバン型超音波振動子
をその共振周波数の変動に追従して効率よく駆動するた
めの駆動装置として、特開平８−１１７６８７号公報に
開示された装置が知られている。この超音波振動子の駆
動装置では、超音波振動子をその変動する共振周波数で
駆動するために、超音波振動子の等価回路の直列共振回
路に流れる電流の位相成分が所定の方法で検出されてい
る。詳述すると、超音波振動子に対して補正用コンデン
サが並列に接続され、この補正用コンデンサに流れる電
流と、超音波振動子に流れる電流とが検出される。この
検出された補正用コンデンサに流れる電流は増幅器によ
り所定の増幅率で増幅される。この増幅器の増幅率は、
超音波振動子の制動コンデンサに流れる電流と、補正用
コンデンサに流れる電流を増幅したものとが等しくなる
ように予め定められている。このように増幅率を定め、
その増幅率で増幅された補正用コンデンサに流れる電流
と、超音波振動子に流れる電流とを位相合成することに
より、超音波振動子の直列共振回路に流れる電流の位相
成分が算出されている。そして算出された直列共振回路
に流れる電流の位相成分と、超音波振動子に印加される
電圧の位相成分とが同位相になるように超音波振動子の
駆動周波数がフェイズロックループ（ＰＬＬ）制御で調
整される。これにより超音波振動子はその共振周波数の
変動に追従して駆動される。
をその共振周波数の変動に追従して効率よく駆動するた
めの駆動装置として、特開平８−１１７６８７号公報に
開示された装置が知られている。この超音波振動子の駆
動装置では、超音波振動子をその変動する共振周波数で
駆動するために、超音波振動子の等価回路の直列共振回
路に流れる電流の位相成分が所定の方法で検出されてい
る。詳述すると、超音波振動子に対して補正用コンデン
サが並列に接続され、この補正用コンデンサに流れる電
流と、超音波振動子に流れる電流とが検出される。この
検出された補正用コンデンサに流れる電流は増幅器によ
り所定の増幅率で増幅される。この増幅器の増幅率は、
超音波振動子の制動コンデンサに流れる電流と、補正用
コンデンサに流れる電流を増幅したものとが等しくなる
ように予め定められている。このように増幅率を定め、
その増幅率で増幅された補正用コンデンサに流れる電流
と、超音波振動子に流れる電流とを位相合成することに
より、超音波振動子の直列共振回路に流れる電流の位相
成分が算出されている。そして算出された直列共振回路
に流れる電流の位相成分と、超音波振動子に印加される
電圧の位相成分とが同位相になるように超音波振動子の
駆動周波数がフェイズロックループ（ＰＬＬ）制御で調
整される。これにより超音波振動子はその共振周波数の
変動に追従して駆動される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような超音波振動
子の駆動装置では、補正用コンデンサに流れる電流を増
幅したものと、超音波振動子の制動コンデンサに流れる
電流とが等しくなるように増幅器の増幅率が予め定めら
れている。しかしながら、超音波振動子が長時間駆動さ
れるとき、あるいは超音波振動子が低温雰囲気中に長時
間放置されるとき、超音波振動子それ自体の温度変化に
よって、制動コンデンサの静電容量が変化してしまう。
これにより超音波振動子の駆動中に、超音波振動子の制
動コンデンサに流れる電流が変化するため、予め定めら
れた増幅率で補正用コンデンサに流れる電流を増幅して
も、この増幅された電流と、超音波振動子の制動コンデ
ンサに流れる電流とは等しくならない。したがって増幅
された補正用コンデンサに流れる電流と超音波振動子に
流れる電流とを位相合成しても、その結果として超音波
振動子の直列共振回路に流れる電流の位相成分を適正に
算出することは不可能であった。このように算出された
超音波振動子の直列共振回路に流れる電流が適正ではな
いため、ＰＬＬ制御が正しく行なわれず、超音波振動子
を常にその共振周波数で駆動することが不可能であっ
た。
子の駆動装置では、補正用コンデンサに流れる電流を増
幅したものと、超音波振動子の制動コンデンサに流れる
電流とが等しくなるように増幅器の増幅率が予め定めら
れている。しかしながら、超音波振動子が長時間駆動さ
れるとき、あるいは超音波振動子が低温雰囲気中に長時
間放置されるとき、超音波振動子それ自体の温度変化に
よって、制動コンデンサの静電容量が変化してしまう。
これにより超音波振動子の駆動中に、超音波振動子の制
動コンデンサに流れる電流が変化するため、予め定めら
れた増幅率で補正用コンデンサに流れる電流を増幅して
も、この増幅された電流と、超音波振動子の制動コンデ
ンサに流れる電流とは等しくならない。したがって増幅
された補正用コンデンサに流れる電流と超音波振動子に
流れる電流とを位相合成しても、その結果として超音波
振動子の直列共振回路に流れる電流の位相成分を適正に
算出することは不可能であった。このように算出された
超音波振動子の直列共振回路に流れる電流が適正ではな
いため、ＰＬＬ制御が正しく行なわれず、超音波振動子
を常にその共振周波数で駆動することが不可能であっ
た。
【０００６】本発明は上述の課題に着目してなされたも
のであり、その目的とするところは、超音波振動子を常
にその共振周波数にて確実に駆動し、多様化する外科手
術用超音波処置装置や超音波溶着等にも容易に対応でき
る超音波振動子の駆動装置を提供することにある。
のであり、その目的とするところは、超音波振動子を常
にその共振周波数にて確実に駆動し、多様化する外科手
術用超音波処置装置や超音波溶着等にも容易に対応でき
る超音波振動子の駆動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波振動
子の駆動装置は、超音波振動子をその共振周波数にて駆
動する超音波振動子の駆動装置において、超音波振動子
を駆動するための信号を出力する発振源と、超音波振動
子に発生する第１の電気信号を検出する振動子信号検出
手段と、超音波振動子に直列または並列に接続された補
正用素子に発生する第２の電気信号を検出する補正用素
子信号検出手段と、振動子信号検出手段により検出され
た第１の電気信号と、補正用素子信号検出手段により検
出された第２の電気信号との少なくとも一方を用いて、
超音波振動子の直列共振回路に流れる電流に対応する共
振回路位相信号を算出する位相信号演算手段と、共振回
路位相信号と、発振源の出力信号または超音波振動子に
印加される電圧信号とを用いて、超音波振動子をその共
振周波数で駆動するために発振源の出力信号の発振周波
数を制御する周波数制御手段とを備えたことを特徴とし
ている。
子の駆動装置は、超音波振動子をその共振周波数にて駆
動する超音波振動子の駆動装置において、超音波振動子
を駆動するための信号を出力する発振源と、超音波振動
子に発生する第１の電気信号を検出する振動子信号検出
手段と、超音波振動子に直列または並列に接続された補
正用素子に発生する第２の電気信号を検出する補正用素
子信号検出手段と、振動子信号検出手段により検出され
た第１の電気信号と、補正用素子信号検出手段により検
出された第２の電気信号との少なくとも一方を用いて、
超音波振動子の直列共振回路に流れる電流に対応する共
振回路位相信号を算出する位相信号演算手段と、共振回
路位相信号と、発振源の出力信号または超音波振動子に
印加される電圧信号とを用いて、超音波振動子をその共
振周波数で駆動するために発振源の出力信号の発振周波
数を制御する周波数制御手段とを備えたことを特徴とし
ている。
【０００８】好ましくは、第１および第２の電気信号の
少なくとも一方を増幅する増幅手段が設けられ、位相信
号演算手段は増幅手段により第１または第２の電気信号
の少なくとも一方が増幅された状態で、これらの第１お
よび第２の電気信号を位相合成することにより共振回路
位相信号を算出する。あるいは好ましくは、補正用素子
は超音波振動子に直列に接続され、さらに２個の補正用
素子が設けられ、この２個の補正用素子と補正用素子お
よび超音波振動子とはブリッジ状に接続され、２個の補
正用素子の何れか一方に発生する第３の電気信号を検出
する並列素子信号検出手段と、第２および第３の電気信
号の少なくとも一方を増幅する増幅手段とが設けられ、
位相信号演算手段は増幅手段により第２および第３の電
気信号の少なくとも一方が増幅された状態で、これらの
第２および第３の電気信号を位相合成することにより共
振回路位相信号を算出する。
少なくとも一方を増幅する増幅手段が設けられ、位相信
号演算手段は増幅手段により第１または第２の電気信号
の少なくとも一方が増幅された状態で、これらの第１お
よび第２の電気信号を位相合成することにより共振回路
位相信号を算出する。あるいは好ましくは、補正用素子
は超音波振動子に直列に接続され、さらに２個の補正用
素子が設けられ、この２個の補正用素子と補正用素子お
よび超音波振動子とはブリッジ状に接続され、２個の補
正用素子の何れか一方に発生する第３の電気信号を検出
する並列素子信号検出手段と、第２および第３の電気信
号の少なくとも一方を増幅する増幅手段とが設けられ、
位相信号演算手段は増幅手段により第２および第３の電
気信号の少なくとも一方が増幅された状態で、これらの
第２および第３の電気信号を位相合成することにより共
振回路位相信号を算出する。
【０００９】好ましくは、補正用素子は超音波振動子に
直列に接続され、第１の電気信号は超音波振動子に印加
される電圧信号であり、第２の電気信号は補正用素子に
印加された電圧信号である。あるいは好ましくは、第２
の電気信号は補正用素子に印加される電圧信号であり、
第３の電気信号は２個の補正用素子の何れか一方に印加
される電圧信号である。あるいは、補正用素子は超音波
振動子に並列に接続され、第２の電気信号は補正用素子
に流れる電流であり、第１の電気信号は超音波振動子に
流れる電流であることが好ましい。
直列に接続され、第１の電気信号は超音波振動子に印加
される電圧信号であり、第２の電気信号は補正用素子に
印加された電圧信号である。あるいは好ましくは、第２
の電気信号は補正用素子に印加される電圧信号であり、
第３の電気信号は２個の補正用素子の何れか一方に印加
される電圧信号である。あるいは、補正用素子は超音波
振動子に並列に接続され、第２の電気信号は補正用素子
に流れる電流であり、第１の電気信号は超音波振動子に
流れる電流であることが好ましい。
【００１０】好ましくは、増幅手段の増幅率を調整する
増幅率調整手段が設けられる。さらに好ましくは、増幅
率調整手段は共振回路位相信号の位相と超音波振動子の
直列共振回路に流れる電流の位相とが所定の位相差を有
するように、増幅率を調整する。あるいは好ましくは、
増幅率調整手段は発振周波数に応じて増幅率を調整す
る。あるいは、増幅率調整手段は発振周波数と超音波振
動子の共振周波数とを略一致させるように増幅率を調整
することが好ましい。
増幅率調整手段が設けられる。さらに好ましくは、増幅
率調整手段は共振回路位相信号の位相と超音波振動子の
直列共振回路に流れる電流の位相とが所定の位相差を有
するように、増幅率を調整する。あるいは好ましくは、
増幅率調整手段は発振周波数に応じて増幅率を調整す
る。あるいは、増幅率調整手段は発振周波数と超音波振
動子の共振周波数とを略一致させるように増幅率を調整
することが好ましい。
【００１１】好ましくは、共振回路位相信号の位相を補
正する位相補正手段と、位相補正手段により補正される
位相補正量を調整する位相補正量調整手段とが設けら
れ、位相補正手段は位相信号演算手段により算出された
共振回路位相信号の位相を、位相補正量調整手段により
調整された位相補正量だけ補正する。この場合好ましく
は、位相補正量調整手段は超音波振動子の直列共振回路
に流れる電流に対する共振回路位相信号の位相ずれを補
正するように位相補正量を調整する。あるいは、位相補
正量調整手段は発振周波数に応じて位相補正量を調整す
ることが好ましい。あるいはまた、位相補正量調整手段
は発振周波数と超音波振動子の共振周波数とを略一致さ
せるように位相補正量を調整することが望ましい。例え
ば、補正用素子はコンデンサまたはコイルである。
正する位相補正手段と、位相補正手段により補正される
位相補正量を調整する位相補正量調整手段とが設けら
れ、位相補正手段は位相信号演算手段により算出された
共振回路位相信号の位相を、位相補正量調整手段により
調整された位相補正量だけ補正する。この場合好ましく
は、位相補正量調整手段は超音波振動子の直列共振回路
に流れる電流に対する共振回路位相信号の位相ずれを補
正するように位相補正量を調整する。あるいは、位相補
正量調整手段は発振周波数に応じて位相補正量を調整す
ることが好ましい。あるいはまた、位相補正量調整手段
は発振周波数と超音波振動子の共振周波数とを略一致さ
せるように位相補正量を調整することが望ましい。例え
ば、補正用素子はコンデンサまたはコイルである。
【００１２】好ましくは、発振源の出力信号を超音波振
動子に印加される電圧信号とほぼ同位相とするために発
振源の出力信号の位相を補正する位相補正手段が設けら
れ、周波数制御手段により発振源の出力信号と共振回路
位相信号とを用いて発振周波数は制御される。さらに好
ましくは、超音波振動子と補正用素子との合成静電容量
と共振可能なコイルが超音波振動子に直列に接続され
る。
動子に印加される電圧信号とほぼ同位相とするために発
振源の出力信号の位相を補正する位相補正手段が設けら
れ、周波数制御手段により発振源の出力信号と共振回路
位相信号とを用いて発振周波数は制御される。さらに好
ましくは、超音波振動子と補正用素子との合成静電容量
と共振可能なコイルが超音波振動子に直列に接続され
る。
【００１３】好ましくは、周波数制御手段は共振回路位
相信号と、発振源の出力信号または超音波振動子に印加
される電圧信号とが所定の位相差になるように、フェー
ズロックループ制御を行なって、発振周波数を調整す
る。
相信号と、発振源の出力信号または超音波振動子に印加
される電圧信号とが所定の位相差になるように、フェー
ズロックループ制御を行なって、発振周波数を調整す
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態
である超音波振動子の駆動装置を示す回路図である。第
１の実施形態である超音波振動子の駆動装置は、超音波
振動子１をできるだけ効率よく駆動するための装置であ
る。超音波振動子１をその共振周波数付近で駆動してい
るとき、その超音波振動子１の等価回路は図１中に示す
ように、コイル（Ｌ）およびコンデンサ（Ｃ）と抵抗
（Ｒ）とを直列に接続した直列共振回路と、この直列共
振回路に対して並列に接続される制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）とから成る。
形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態
である超音波振動子の駆動装置を示す回路図である。第
１の実施形態である超音波振動子の駆動装置は、超音波
振動子１をできるだけ効率よく駆動するための装置であ
る。超音波振動子１をその共振周波数付近で駆動してい
るとき、その超音波振動子１の等価回路は図１中に示す
ように、コイル（Ｌ）およびコンデンサ（Ｃ）と抵抗
（Ｒ）とを直列に接続した直列共振回路と、この直列共
振回路に対して並列に接続される制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）とから成る。
【００１５】超音波振動子１を効率よく駆動するために
は、超音波振動子１はその共振周波数で駆動されなけれ
ばならない。そこで超音波振動子１の負荷条件や温度等
の環境条件や経時変化によって変動する超音波振動子１
の共振周波数に追従するように、超音波振動子１を駆動
するための駆動信号の周波数（駆動周波数）が制御され
る。
は、超音波振動子１はその共振周波数で駆動されなけれ
ばならない。そこで超音波振動子１の負荷条件や温度等
の環境条件や経時変化によって変動する超音波振動子１
の共振周波数に追従するように、超音波振動子１を駆動
するための駆動信号の周波数（駆動周波数）が制御され
る。
【００１６】一方超音波振動子１が共振周波数で駆動さ
れるとき、図２に示すように超音波振動子１の直列共振
回路が抵抗（Ｒ）のみになり、直列共振回路に流れる電
流ｉＺと超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１とが
同位相になる。このことを利用して、超音波振動子１の
駆動周波数が制御される。この駆動周波数の制御では、
超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位相の信
号（以下印加電圧位相信号という）Ｖｆ１が検出され、
超音波振動子１の等価回路の直列共振回路に流れる電流
ｉＺに対応する信号（以下共振回路位相信号という）Ｖ
ｆ２が算出される。そしてこれらの印加電圧位相信号Ｖ
ｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２とが所定の位相差（例え
ば９０°）を有するようにフェイズロックループ（ＰＬ
Ｌ）制御により超音波振動子１の駆動周波数が制御され
る。
れるとき、図２に示すように超音波振動子１の直列共振
回路が抵抗（Ｒ）のみになり、直列共振回路に流れる電
流ｉＺと超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１とが
同位相になる。このことを利用して、超音波振動子１の
駆動周波数が制御される。この駆動周波数の制御では、
超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位相の信
号（以下印加電圧位相信号という）Ｖｆ１が検出され、
超音波振動子１の等価回路の直列共振回路に流れる電流
ｉＺに対応する信号（以下共振回路位相信号という）Ｖ
ｆ２が算出される。そしてこれらの印加電圧位相信号Ｖ
ｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２とが所定の位相差（例え
ば９０°）を有するようにフェイズロックループ（ＰＬ
Ｌ）制御により超音波振動子１の駆動周波数が制御され
る。
【００１７】第１の実施形態である超音波振動子の駆動
装置の電気的構成を詳述する。この駆動装置には、発振
源３１が設けられる。発振源３１により発振周波数ｆo
で出力された電圧信号は電力増幅回路３２により増幅さ
れ、電圧信号Ｖとなる。この電圧信号Ｖは、超音波振動
子１とそれに直列に接続されている補正用コンデンサ１
０ａとの両端に印加される。
装置の電気的構成を詳述する。この駆動装置には、発振
源３１が設けられる。発振源３１により発振周波数ｆo
で出力された電圧信号は電力増幅回路３２により増幅さ
れ、電圧信号Ｖとなる。この電圧信号Ｖは、超音波振動
子１とそれに直列に接続されている補正用コンデンサ１
０ａとの両端に印加される。
【００１８】超音波振動子１の両端には、第１の電圧検
出器３３ａが接続され、補正用コンデンサ１０ａの両端
には、第２の電圧検出器３３ｂが接続される。これらの
第１および第２の電圧検出器３３ａ、３３ｂにより、そ
れぞれ超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１、補正
用コンデンサ１０ａに印加される電圧信号Ｖ２が検出さ
れる。
出器３３ａが接続され、補正用コンデンサ１０ａの両端
には、第２の電圧検出器３３ｂが接続される。これらの
第１および第２の電圧検出器３３ａ、３３ｂにより、そ
れぞれ超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１、補正
用コンデンサ１０ａに印加される電圧信号Ｖ２が検出さ
れる。
【００１９】補正用コンデンサ１０ａに印加される電圧
信号Ｖ２は増幅器２０により増幅率Ａで増幅される。増
幅器２０は電圧制御増幅器（ＶＣＡ）であり、その増幅
率Ａは発振源３１の発振周波数ｆo に基づいて増幅率調
整回路２２により調整される。増幅率Ａで増幅された補
正用コンデンサ１０ａに印加される電圧信号Ｖ２と超音
波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１とは、減算器であ
る位相合成用演算器２１に入力され、そこで位相合成さ
れた算出結果として共振回路位相信号Ｖｆ２が出力され
る。この共振回路位相信号Ｖｆ２は、超音波振動子１の
等価回路の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対応してお
り、電流ｉＺに対して所定の位相差（例えば９０°進
相）を有する。この信号Ｖｆ２がＰＬＬ制御回路３０に
帰還される。
信号Ｖ２は増幅器２０により増幅率Ａで増幅される。増
幅器２０は電圧制御増幅器（ＶＣＡ）であり、その増幅
率Ａは発振源３１の発振周波数ｆo に基づいて増幅率調
整回路２２により調整される。増幅率Ａで増幅された補
正用コンデンサ１０ａに印加される電圧信号Ｖ２と超音
波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１とは、減算器であ
る位相合成用演算器２１に入力され、そこで位相合成さ
れた算出結果として共振回路位相信号Ｖｆ２が出力され
る。この共振回路位相信号Ｖｆ２は、超音波振動子１の
等価回路の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対応してお
り、電流ｉＺに対して所定の位相差（例えば９０°進
相）を有する。この信号Ｖｆ２がＰＬＬ制御回路３０に
帰還される。
【００２０】一方第１の電圧検出器３３ａにより検出さ
れた電圧信号Ｖ１と同位相である信号すなわち印加電圧
位相信号Ｖｆ１もＰＬＬ制御回路３０に帰還される。こ
の印加電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２と
が所定の位相差（例えば９０°）を有するようにＰＬＬ
制御回路３０によって発振源３１の発振周波数ｆｏが制
御される。この制御により発振源３１から出力される電
圧信号の発振周波数ｆｏは超音波振動子１の共振周波数
に追従する。したがって超音波振動子１はその共振周波
数で駆動される。
れた電圧信号Ｖ１と同位相である信号すなわち印加電圧
位相信号Ｖｆ１もＰＬＬ制御回路３０に帰還される。こ
の印加電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２と
が所定の位相差（例えば９０°）を有するようにＰＬＬ
制御回路３０によって発振源３１の発振周波数ｆｏが制
御される。この制御により発振源３１から出力される電
圧信号の発振周波数ｆｏは超音波振動子１の共振周波数
に追従する。したがって超音波振動子１はその共振周波
数で駆動される。
【００２１】ここで、印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相お
よび共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が、それぞれ超音波
振動子１に印加される電圧信号Ｖ１の位相および超音波
振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位相に対応
することを説明する。
よび共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が、それぞれ超音波
振動子１に印加される電圧信号Ｖ１の位相および超音波
振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位相に対応
することを説明する。
【００２２】図１に示すように印加電圧位相信号Ｖｆ１
は超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１そのもので
あることは明らかである。すなわち印加電圧位相信号Ｖ
ｆ１は（１）式で表される。 Ｖｆ１＝Ｖ１ ＝Ｖ・Ｚ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（１） ただし、Ｃｄは制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量であ
り、Ｃｃは補正用コンデンサ１０ａの静電容量である。
超音波振動子１の直列共振回路の合成インピーダンスを
Ｚとし、抵抗（Ｒ）の抵抗値をＲ、コイル（Ｌ）のイン
ダクタンスをＬ、コンデンサ（Ｃ）の静電容量をＣとし
たとき、Ｚ＝Ｒ＋ｊ・ω0 ・Ｌ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃ）
であり、超音波振動子１と補正用コンデンサ１０ａの両
端に印加される電圧をＶとしている。またω0 ＝２πｆ
ｏである。
は超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１そのもので
あることは明らかである。すなわち印加電圧位相信号Ｖ
ｆ１は（１）式で表される。 Ｖｆ１＝Ｖ１ ＝Ｖ・Ｚ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（１） ただし、Ｃｄは制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量であ
り、Ｃｃは補正用コンデンサ１０ａの静電容量である。
超音波振動子１の直列共振回路の合成インピーダンスを
Ｚとし、抵抗（Ｒ）の抵抗値をＲ、コイル（Ｌ）のイン
ダクタンスをＬ、コンデンサ（Ｃ）の静電容量をＣとし
たとき、Ｚ＝Ｒ＋ｊ・ω0 ・Ｌ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃ）
であり、超音波振動子１と補正用コンデンサ１０ａの両
端に印加される電圧をＶとしている。またω0 ＝２πｆ
ｏである。
【００２３】補正用コンデンサ１０ａに印加される電圧
信号Ｖ２は（２）式で表される。 Ｖ２＝Ｖ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（２）
信号Ｖ２は（２）式で表される。 Ｖ２＝Ｖ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（２）
【００２４】共振回路位相信号Ｖｆ２は、超音波振動子
１に印加される電圧信号Ｖ１と補正用コンデンサ１０ａ
に印加される電圧信号Ｖ２を増幅率Ａで増幅した信号と
の差であり、（３）式により算出される。 Ｖｆ２＝Ｖ１−Ａ・Ｖ２ ＝Ｖ・（Ｚ−Ａ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（３） ここで、Ａは増幅器２０の増幅率であり、Ａ＝Ｃｃ／Ｃ
ｄに設定することにより、共振回路位相信号Ｖｆ２は
（４）式で表される。 Ｖｆ２＝ｊ・Ｖ・Ｚ ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））／Ｚ ／（ω0 ・Ｃｄ） ＝ｊ・Ｖ１／Ｚ／（ω0 ・Ｃｄ） ＝ｊ・ｉＺ／（ω0 ・Ｃｄ） ∽ｊ・ｉＺ ・・・（４） ただし、ｉＺは超音波振動子１の直列共振回路に流れる
電流であり、ｉＺ＝Ｖ１／Ｚである。（４）式から明ら
かなように、共振回路位相信号Ｖｆ２は超音波振動子１
の直列共振回路に流れる電流ｉＺに比例し、電流ｉＺの
位相より９０°位相の進んだ信号である。
１に印加される電圧信号Ｖ１と補正用コンデンサ１０ａ
に印加される電圧信号Ｖ２を増幅率Ａで増幅した信号と
の差であり、（３）式により算出される。 Ｖｆ２＝Ｖ１−Ａ・Ｖ２ ＝Ｖ・（Ｚ−Ａ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（３） ここで、Ａは増幅器２０の増幅率であり、Ａ＝Ｃｃ／Ｃ
ｄに設定することにより、共振回路位相信号Ｖｆ２は
（４）式で表される。 Ｖｆ２＝ｊ・Ｖ・Ｚ ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））／Ｚ ／（ω0 ・Ｃｄ） ＝ｊ・Ｖ１／Ｚ／（ω0 ・Ｃｄ） ＝ｊ・ｉＺ／（ω0 ・Ｃｄ） ∽ｊ・ｉＺ ・・・（４） ただし、ｉＺは超音波振動子１の直列共振回路に流れる
電流であり、ｉＺ＝Ｖ１／Ｚである。（４）式から明ら
かなように、共振回路位相信号Ｖｆ２は超音波振動子１
の直列共振回路に流れる電流ｉＺに比例し、電流ｉＺの
位相より９０°位相の進んだ信号である。
【００２５】以上のように、印加電圧位相信号Ｖｆ１の
位相は超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１の位相
と同位相であり、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相は超音
波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位相より
９０°進んでいる。したがって超音波振動子１に印加さ
れる電圧信号Ｖ１と超音波振動子１の直列共振回路に流
れる電流ｉＺとを同位相にするには、印加電圧位相信号
Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２との位相差が常に９０
°になるようにＰＬＬ制御回路３０により発振源３１の
発振周波数ｆｏが制御されればよい。もちろん、印加電
圧位相信号Ｖｆ１または共振回路位相信号Ｖｆ２のいず
れか一方を９０°進相または９０°遅相させ、それらの
信号が同位相になるよう制御してもよい。
位相は超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１の位相
と同位相であり、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相は超音
波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位相より
９０°進んでいる。したがって超音波振動子１に印加さ
れる電圧信号Ｖ１と超音波振動子１の直列共振回路に流
れる電流ｉＺとを同位相にするには、印加電圧位相信号
Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２との位相差が常に９０
°になるようにＰＬＬ制御回路３０により発振源３１の
発振周波数ｆｏが制御されればよい。もちろん、印加電
圧位相信号Ｖｆ１または共振回路位相信号Ｖｆ２のいず
れか一方を９０°進相または９０°遅相させ、それらの
信号が同位相になるよう制御してもよい。
【００２６】上述のＰＬＬ制御回路３０の制御を正しく
行なうためには、位相合成用演算器２１の出力信号であ
る共振回路位相信号Ｖｆ２を常に超音波振動子１の直列
共振回路に流れる電流ｉＺに対応させる必要がある。こ
のため増幅器２０の増幅率Ａは適切な値に設定されなけ
ればならない。例えば、超音波振動子１を長時間駆動し
た結果、超音波振動子１の制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ
倍の静電容量、つまりＣｄ’＝ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）にな
ったとする。この場合、Ａ＝Ｃｃ／Ｃｄ’＝Ｃｃ／（ｎ
・Ｃｄ）に調整すれば、（３）〜（４）式と同様な関係
が成立し、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相は超音波振動
子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位相より９０°
進むことになる。したがって制動コンデンサ（Ｃｄ）の
静電容量が大きく変化し、その結果、制動コンデンサ
（Ｃｄ）に流れる電流ｉＣｄが変動して、位相合成用演
算器２１から出力された共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
が超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位
相に対応しなくなっても、増幅率Ａが適切な値に調整さ
れれば、再び共振回路位相信号Ｖｆ２を超音波振動子１
の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対応させることが可
能になる。これによりＰＬＬ制御回路３０には、適正な
共振回路位相信号Ｖｆ２が帰還されるので、適正なＰＬ
Ｌ制御を行なうことができ、この制御により超音波振動
子１がその共振周波数で駆動される。また第１の実施形
態である超音波振動子の駆動装置で制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）が異なる超音波振動子１を駆動する場合でも、増幅
器２０の増幅率Ａを適切な値に設定することにより、上
述の制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量が変動したとき
と同様に、超音波振動子１をその共振周波数で駆動する
ことが可能になる。
行なうためには、位相合成用演算器２１の出力信号であ
る共振回路位相信号Ｖｆ２を常に超音波振動子１の直列
共振回路に流れる電流ｉＺに対応させる必要がある。こ
のため増幅器２０の増幅率Ａは適切な値に設定されなけ
ればならない。例えば、超音波振動子１を長時間駆動し
た結果、超音波振動子１の制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ
倍の静電容量、つまりＣｄ’＝ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）にな
ったとする。この場合、Ａ＝Ｃｃ／Ｃｄ’＝Ｃｃ／（ｎ
・Ｃｄ）に調整すれば、（３）〜（４）式と同様な関係
が成立し、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相は超音波振動
子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位相より９０°
進むことになる。したがって制動コンデンサ（Ｃｄ）の
静電容量が大きく変化し、その結果、制動コンデンサ
（Ｃｄ）に流れる電流ｉＣｄが変動して、位相合成用演
算器２１から出力された共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
が超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位
相に対応しなくなっても、増幅率Ａが適切な値に調整さ
れれば、再び共振回路位相信号Ｖｆ２を超音波振動子１
の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対応させることが可
能になる。これによりＰＬＬ制御回路３０には、適正な
共振回路位相信号Ｖｆ２が帰還されるので、適正なＰＬ
Ｌ制御を行なうことができ、この制御により超音波振動
子１がその共振周波数で駆動される。また第１の実施形
態である超音波振動子の駆動装置で制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）が異なる超音波振動子１を駆動する場合でも、増幅
器２０の増幅率Ａを適切な値に設定することにより、上
述の制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量が変動したとき
と同様に、超音波振動子１をその共振周波数で駆動する
ことが可能になる。
【００２７】以上から明らかなように第１の実施形態で
ある超音波振動子の駆動装置では、超音波振動子１を常
にその共振周波数で駆動するために、増幅器２０の増幅
率Ａが調整される。以下増幅率Ａの調整方法について説
明する。
ある超音波振動子の駆動装置では、超音波振動子１を常
にその共振周波数で駆動するために、増幅器２０の増幅
率Ａが調整される。以下増幅率Ａの調整方法について説
明する。
【００２８】増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定さ
れているときと、そうでないときとでは、ＰＬＬ制御回
路３０の制御により発振源３１から出力される電圧信号
の発振周波数ｆｏが大きく変化する。したがって増幅率
Ａの調整は発振源３１から出力された電圧信号の発振周
波数ｆｏに基づいて増幅率調整回路２２により行なわれ
る。
れているときと、そうでないときとでは、ＰＬＬ制御回
路３０の制御により発振源３１から出力される電圧信号
の発振周波数ｆｏが大きく変化する。したがって増幅率
Ａの調整は発振源３１から出力された電圧信号の発振周
波数ｆｏに基づいて増幅率調整回路２２により行なわれ
る。
【００２９】増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定さ
れているとき、超音波振動子１はその共振周波数で駆動
可能である。これに対し、増幅器２０の増幅率Ａが適切
な値に設定されていないとき、超音波振動子１はその共
振周波数とは異なる周波数で駆動される。
れているとき、超音波振動子１はその共振周波数で駆動
可能である。これに対し、増幅器２０の増幅率Ａが適切
な値に設定されていないとき、超音波振動子１はその共
振周波数とは異なる周波数で駆動される。
【００３０】ここで増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に
設定されていないときの、ＰＬＬ制御回路３０による発
振源３１の発振周波数ｆｏの制御動作について説明す
る。
設定されていないときの、ＰＬＬ制御回路３０による発
振源３１の発振周波数ｆｏの制御動作について説明す
る。
【００３１】超音波振動子１を駆動している間に、超音
波振動子１の制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍
の静電容量すなわちｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）になったとす
る。このとき、増幅器２０の増幅率Ａが変更されず、Ｃ
ｃ／Ｃｄに設定されたままであるとすると、ＰＬＬ制御
回路３０に帰還される共振回路位相信号Ｖｆ２は（５）
式により示される。 Ｖｆ２＝Ｖ１−Ａ・Ｖ２ ＝Ｖ・（Ｚ−Ａ・（Ｚ・ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））） ／（Ｚ・（１＋ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ＝Ｖ・（（１−ｎ）・Ｚ−１／（ｊ・ω0 ・Ｃｄ））） ／（Ｚ・（１＋ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ＝（１−ｎ）・Ｖ１＋ｊ・ｉＺ／（ω0 ・Ｃｄ） ・・・（５） （５）式から明らかなように、制動コンデンサ（Ｃｄ）
の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に変化
しても、増幅器２０の増幅率ＡがＡ＝Ｃｃ／（ｎ・Ｃ
ｄ）の値に変更されずに、Ａ＝Ｃｃ／Ｃｄの値に設定さ
れたままであるため、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が
超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位相
に対応せず、ＰＬＬ制御回路３０への正しい帰還が行な
われない。換言すると、ｎ≠１であるため、（５）式に
示す（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分によって共振回路位相
信号Ｖｆ２に誤差、すなわち超音波振動子１の直列共振
回路に流れる電流ｉＺの位相に対して９０°進相以外の
位相ずれが生じている。
波振動子１の制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍
の静電容量すなわちｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）になったとす
る。このとき、増幅器２０の増幅率Ａが変更されず、Ｃ
ｃ／Ｃｄに設定されたままであるとすると、ＰＬＬ制御
回路３０に帰還される共振回路位相信号Ｖｆ２は（５）
式により示される。 Ｖｆ２＝Ｖ１−Ａ・Ｖ２ ＝Ｖ・（Ｚ−Ａ・（Ｚ・ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））） ／（Ｚ・（１＋ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ＝Ｖ・（（１−ｎ）・Ｚ−１／（ｊ・ω0 ・Ｃｄ））） ／（Ｚ・（１＋ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ＝（１−ｎ）・Ｖ１＋ｊ・ｉＺ／（ω0 ・Ｃｄ） ・・・（５） （５）式から明らかなように、制動コンデンサ（Ｃｄ）
の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に変化
しても、増幅器２０の増幅率ＡがＡ＝Ｃｃ／（ｎ・Ｃ
ｄ）の値に変更されずに、Ａ＝Ｃｃ／Ｃｄの値に設定さ
れたままであるため、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が
超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位相
に対応せず、ＰＬＬ制御回路３０への正しい帰還が行な
われない。換言すると、ｎ≠１であるため、（５）式に
示す（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分によって共振回路位相
信号Ｖｆ２に誤差、すなわち超音波振動子１の直列共振
回路に流れる電流ｉＺの位相に対して９０°進相以外の
位相ずれが生じている。
【００３２】図３〜図５を参照して増幅率Ａが適切な値
に設定されていないときに生じる共振回路位相信号Ｖｆ
２の位相ずれについて詳述する。図３〜図５は、増幅器
２０の増幅率ＡをＡ＝Ｃｃ／Ｃｄに設定したときの印加
電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２との関係
を示したベクトル図である。
に設定されていないときに生じる共振回路位相信号Ｖｆ
２の位相ずれについて詳述する。図３〜図５は、増幅器
２０の増幅率ＡをＡ＝Ｃｃ／Ｃｄに設定したときの印加
電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２との関係
を示したベクトル図である。
【００３３】図３は、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量が１倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＝１）であるとき、す
なわち増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されてい
るときのベクトル図である。このとき、（５）式に示す
（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分がないので、共振回路位相
信号Ｖｆ２は超音波振動子１の直列共振回路に流れる電
流ｉＺに対応しており、ＰＬＬ制御により発振周波数ｆ
ｏが制御されると、超音波振動子１の直列共振回路に流
れる電流ｉＺと超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ
１とが同位相になる。すなわち超音波振動子１の直列共
振回路のコイル（Ｌ）およびコンデンサ（Ｃ）がなく、
直列共振回路のインピーダンスＺがＺ＝Ｒである。した
がって超音波振動子１は共振しており、発振源３１の発
振周波数ｆｏは超音波振動子１の共振周波数ｆｒと一致
している。
量が１倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＝１）であるとき、す
なわち増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されてい
るときのベクトル図である。このとき、（５）式に示す
（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分がないので、共振回路位相
信号Ｖｆ２は超音波振動子１の直列共振回路に流れる電
流ｉＺに対応しており、ＰＬＬ制御により発振周波数ｆ
ｏが制御されると、超音波振動子１の直列共振回路に流
れる電流ｉＺと超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ
１とが同位相になる。すなわち超音波振動子１の直列共
振回路のコイル（Ｌ）およびコンデンサ（Ｃ）がなく、
直列共振回路のインピーダンスＺがＺ＝Ｒである。した
がって超音波振動子１は共振しており、発振源３１の発
振周波数ｆｏは超音波振動子１の共振周波数ｆｒと一致
している。
【００３４】図４は、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）となったとき、
すなわち増幅率Ａが適切な値に設定されていないときの
ベクトル図である。例えば超音波振動子１の長時間駆動
により、制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ倍の静電容量ｎ・
Ｃｄ（ｎ＞１）に変化した直後、まだ、発振源３１の発
振周波数ｆｏは超音波振動子１の共振周波数ｆｒとほぼ
一致した状態にある。この状態のベクトル図を図４
（ａ）に示す。このとき、（５）式に示す（１−ｎ）・
Ｖ１の信号成分は、ｎ＞１であるため、超音波振動子１
に印加される電圧信号Ｖ１に対して１８０°の位相差を
生じる。すなわち（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分は印加電
圧位相信号Ｖｆ１に対して反対方向のものである。ま
た、発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒとほぼ一致してお
り、超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺが
超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位相であ
るため、（５）式に示すｊ・ｉＺ／（ωO ・Ｃｄ）の信
号成分は印加電圧位相信号Ｖｆ１に対して９０°位相が
進んだものである。これらの（１−ｎ）・Ｖ１の信号成
分とｊ・ｉＺ／（ωO ・Ｃｄ）の信号成分との合成信号
が共振回路位相信号Ｖｆ２であるので、この共振回路位
相信号Ｖｆ２の位相は印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相に
対して９０°以上進むことになる。そのため、ＰＬＬ制
御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が印加
電圧位相信号Ｖｆ１の位相より９０°進むように、発振
源３１の発振周波数ｆｏが調整され始める。
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）となったとき、
すなわち増幅率Ａが適切な値に設定されていないときの
ベクトル図である。例えば超音波振動子１の長時間駆動
により、制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ倍の静電容量ｎ・
Ｃｄ（ｎ＞１）に変化した直後、まだ、発振源３１の発
振周波数ｆｏは超音波振動子１の共振周波数ｆｒとほぼ
一致した状態にある。この状態のベクトル図を図４
（ａ）に示す。このとき、（５）式に示す（１−ｎ）・
Ｖ１の信号成分は、ｎ＞１であるため、超音波振動子１
に印加される電圧信号Ｖ１に対して１８０°の位相差を
生じる。すなわち（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分は印加電
圧位相信号Ｖｆ１に対して反対方向のものである。ま
た、発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒとほぼ一致してお
り、超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺが
超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位相であ
るため、（５）式に示すｊ・ｉＺ／（ωO ・Ｃｄ）の信
号成分は印加電圧位相信号Ｖｆ１に対して９０°位相が
進んだものである。これらの（１−ｎ）・Ｖ１の信号成
分とｊ・ｉＺ／（ωO ・Ｃｄ）の信号成分との合成信号
が共振回路位相信号Ｖｆ２であるので、この共振回路位
相信号Ｖｆ２の位相は印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相に
対して９０°以上進むことになる。そのため、ＰＬＬ制
御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が印加
電圧位相信号Ｖｆ１の位相より９０°進むように、発振
源３１の発振周波数ｆｏが調整され始める。
【００３５】ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏが調整さ
れたときのベクトル図を図４（ｂ）に示す。共振回路位
相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、（１−ｎ）・
Ｖ１の信号成分は変更不可能である。一方ｊ・ｉＺ／
（ω0 ・Ｃｄ）の信号成分は、発振周波数ｆｏすなわち
超音波振動子１の駆動周波数を変更することにより、印
加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差を変更可能である。し
たがって図４（ｂ）に示すように制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）に
なった場合、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信
号Ｖｆ２の位相を印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相より９
０°進むように、換言すると、ｊ・ｉＺ／（ωO ・Ｃ
ｄ）の信号成分と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差が
９０°以下になるように、発振源３１の発振周波数ｆｏ
が制御される。すなわち発振周波数ｆｏが共振周波数ｆ
ｒより高くなるように変更される。
れたときのベクトル図を図４（ｂ）に示す。共振回路位
相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、（１−ｎ）・
Ｖ１の信号成分は変更不可能である。一方ｊ・ｉＺ／
（ω0 ・Ｃｄ）の信号成分は、発振周波数ｆｏすなわち
超音波振動子１の駆動周波数を変更することにより、印
加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差を変更可能である。し
たがって図４（ｂ）に示すように制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）に
なった場合、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信
号Ｖｆ２の位相を印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相より９
０°進むように、換言すると、ｊ・ｉＺ／（ωO ・Ｃ
ｄ）の信号成分と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差が
９０°以下になるように、発振源３１の発振周波数ｆｏ
が制御される。すなわち発振周波数ｆｏが共振周波数ｆ
ｒより高くなるように変更される。
【００３６】以上のように（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分
によって共振回路位相信号Ｖｆ２の位相ずれが生じてい
るとき、増幅器２０の増幅率Ａは適切な値に設定されて
おらず、したがって発振周波数ｆｏが大きく変更され
る。
によって共振回路位相信号Ｖｆ２の位相ずれが生じてい
るとき、増幅器２０の増幅率Ａは適切な値に設定されて
おらず、したがって発振周波数ｆｏが大きく変更され
る。
【００３７】図５は、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）となったとき、
すなわち増幅率Ａが適切な値に設定されていないときの
ベクトル図である。例えば超音波振動子１が低温雰囲気
中に長時間放置され、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になったとき、
超音波振動子１の駆動開始時すなわちＰＬＬ制御開始時
には、発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒとほぼ一致した
状態である。その時のベクトル図を図５（ａ）に示す。
（５）式に示す（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分は、ｎ＜１
であるため、印加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相のもので
ある。また、発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒとほぼ一
致しており、超音波振動子１の直列共振回路に流れる電
流ｉＺが超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同
位相であるため、ｊ・ｉＺ／（ω O ・Ｃｄ）の信号成分
は印加電圧位相信号Ｖｆ１に対して９０°位相が進んだ
ものである。これらの（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分とｊ
・ｉＺ／（ωO ・Ｃｄ）の信号成分との合成信号が共振
回路位相信号Ｖｆ２であるので、共振回路位相信号Ｖｆ
２と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差は９０°以下と
なる。そのため、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位
相信号Ｖｆ２の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相よ
り９０°進むように、発振源３１の発振周波数ｆｏが調
整され始める。
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）となったとき、
すなわち増幅率Ａが適切な値に設定されていないときの
ベクトル図である。例えば超音波振動子１が低温雰囲気
中に長時間放置され、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になったとき、
超音波振動子１の駆動開始時すなわちＰＬＬ制御開始時
には、発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒとほぼ一致した
状態である。その時のベクトル図を図５（ａ）に示す。
（５）式に示す（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分は、ｎ＜１
であるため、印加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相のもので
ある。また、発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒとほぼ一
致しており、超音波振動子１の直列共振回路に流れる電
流ｉＺが超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同
位相であるため、ｊ・ｉＺ／（ω O ・Ｃｄ）の信号成分
は印加電圧位相信号Ｖｆ１に対して９０°位相が進んだ
ものである。これらの（１−ｎ）・Ｖ１の信号成分とｊ
・ｉＺ／（ωO ・Ｃｄ）の信号成分との合成信号が共振
回路位相信号Ｖｆ２であるので、共振回路位相信号Ｖｆ
２と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差は９０°以下と
なる。そのため、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位
相信号Ｖｆ２の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相よ
り９０°進むように、発振源３１の発振周波数ｆｏが調
整され始める。
【００３８】ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏが調整さ
れたときのベクトル図を図５（ｂ）に示す。共振回路位
相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、（１−ｎ）・
Ｖ１の信号成分は変更不可能である。一方ｊ・ｉＺ／
（ω0 ・Ｃｄ）の信号成分は発振周波数ｆｏすなわち超
音波振動子１の駆動周波数を変更することにより、印加
電圧位相信号Ｖｆ１との位相差を変更可能である。した
がって、図５（ｂ）に示すように制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）に
なった場合、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信
号Ｖｆ２の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相より９
０°進むように、すなわちｊ・ｉＺ／（ωO・Ｃｄ）の
信号成分と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差が９０°
以上になるように、ＰＬＬ制御回路３０により発振源３
１の発振周波数ｆｏが制御される。すなわち発振周波数
ｆｏが共振周波数ｆｒより低くなるように変更される。
れたときのベクトル図を図５（ｂ）に示す。共振回路位
相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、（１−ｎ）・
Ｖ１の信号成分は変更不可能である。一方ｊ・ｉＺ／
（ω0 ・Ｃｄ）の信号成分は発振周波数ｆｏすなわち超
音波振動子１の駆動周波数を変更することにより、印加
電圧位相信号Ｖｆ１との位相差を変更可能である。した
がって、図５（ｂ）に示すように制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）に
なった場合、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信
号Ｖｆ２の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相より９
０°進むように、すなわちｊ・ｉＺ／（ωO・Ｃｄ）の
信号成分と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差が９０°
以上になるように、ＰＬＬ制御回路３０により発振源３
１の発振周波数ｆｏが制御される。すなわち発振周波数
ｆｏが共振周波数ｆｒより低くなるように変更される。
【００３９】以上のように制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ
倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）になり、（１−ｎ）・
Ｖ１の信号成分によって共振回路位相信号Ｖｆ２に位相
ずれが生じているとき、すなわち増幅器２０の増幅率Ａ
が適切な値に設定されていないとき、発振周波数ｆｏは
ＰＬＬ制御により大きく変更される。
倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）になり、（１−ｎ）・
Ｖ１の信号成分によって共振回路位相信号Ｖｆ２に位相
ずれが生じているとき、すなわち増幅器２０の増幅率Ａ
が適切な値に設定されていないとき、発振周波数ｆｏは
ＰＬＬ制御により大きく変更される。
【００４０】実際には制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量の変化が僅かである場合、共振回路位相信号Ｖｆ２の
誤差（位相ずれ）が小さいため、超音波振動子１はその
共振周波数ｆｒで駆動される。つまり、僅かな制動コン
デンサ（Ｃｄ）の静電容量変化はＰＬＬ制御回路３０に
吸収され、発振周波数ｆｏが自動的に超音波振動子１の
共振周波数ｆｒに追従する。しかしながら、その限度を
超えて制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量が大きく変化
した場合、上述のように増幅率Ａが適切な値ではなくな
り、発振周波数ｆｏは調整され、共振周波数ｆｒとは大
きく異なった周波数に落ち着く。
量の変化が僅かである場合、共振回路位相信号Ｖｆ２の
誤差（位相ずれ）が小さいため、超音波振動子１はその
共振周波数ｆｒで駆動される。つまり、僅かな制動コン
デンサ（Ｃｄ）の静電容量変化はＰＬＬ制御回路３０に
吸収され、発振周波数ｆｏが自動的に超音波振動子１の
共振周波数ｆｒに追従する。しかしながら、その限度を
超えて制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量が大きく変化
した場合、上述のように増幅率Ａが適切な値ではなくな
り、発振周波数ｆｏは調整され、共振周波数ｆｒとは大
きく異なった周波数に落ち着く。
【００４１】ここで、増幅率Ａの設定状態に対するＰＬ
Ｌ制御回路３０による発振周波数ｆｏの制御状態を説明
する。一般にＰＬＬ制御回路３０では、図６（ａ）に示
すように制御可能な周波数範囲すなわち最低周波数ｆｍ
ｉｎから最高周波数ｆｍａｘまでの範囲が定められてお
り、この範囲を超えて発振周波数ｆｏが制御されること
はない。図６（ｂ）には制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電
容量が１倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＝１）である場合の
ＰＬＬ制御回路３０の制御状態を示す。この場合、増幅
器２０の増幅率Ａが適切な値Ｃｃ／Ｃｄに設定されてい
る。したがってＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏが共振
周波数ｆｒと一致するように制御され、その結果発振周
波数ｆｏは共振周波数ｆｒと一致する。
Ｌ制御回路３０による発振周波数ｆｏの制御状態を説明
する。一般にＰＬＬ制御回路３０では、図６（ａ）に示
すように制御可能な周波数範囲すなわち最低周波数ｆｍ
ｉｎから最高周波数ｆｍａｘまでの範囲が定められてお
り、この範囲を超えて発振周波数ｆｏが制御されること
はない。図６（ｂ）には制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電
容量が１倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＝１）である場合の
ＰＬＬ制御回路３０の制御状態を示す。この場合、増幅
器２０の増幅率Ａが適切な値Ｃｃ／Ｃｄに設定されてい
る。したがってＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏが共振
周波数ｆｒと一致するように制御され、その結果発振周
波数ｆｏは共振周波数ｆｒと一致する。
【００４２】図６（ｃ）には制動コンデンサ（Ｃｄ）の
静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）に変化し
たとき、すなわち増幅率Ａが適切な値Ｃｃ／（ｎ・Ｃ
ｄ）（ｎ＞１）ではなく、その値よりも大きな値Ｃｃ／
Ｃｄに設定されているときのＰＬＬ制御回路３０の制御
状態を示す。この場合、増幅器２０の増幅率Ａが適切な
値Ｃｃ／（ｎ・Ｃｄ）に設定されていないため、図４で
説明したように、ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏは共
振周波数ｆｒより高くなる。実際には、ＰＬＬ制御によ
り発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒより少し高い周波数
になるのではなく、ＰＬＬ制御回路３０のほぼ最高周波
数ｆｍａｘに変更される。これに対し、制動コンデンサ
（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜
１）に変化したとき、すなわち増幅率Ａが適切な値Ｃｃ
／（ｎ・Ｃｄ）（ｎ＜１）ではなく、その値より小さい
値Ｃｃ／Ｃｄに設定されているとき、図５で説明したよ
うに、ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏは共振周波数ｆ
ｒより低くなる。実際には、図６（ｄ）に示すように発
振周波数ｆｏはＰＬＬ制御回路３０のほぼ最低周波数ｆ
ｍｉｎに変更される。
静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）に変化し
たとき、すなわち増幅率Ａが適切な値Ｃｃ／（ｎ・Ｃ
ｄ）（ｎ＞１）ではなく、その値よりも大きな値Ｃｃ／
Ｃｄに設定されているときのＰＬＬ制御回路３０の制御
状態を示す。この場合、増幅器２０の増幅率Ａが適切な
値Ｃｃ／（ｎ・Ｃｄ）に設定されていないため、図４で
説明したように、ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏは共
振周波数ｆｒより高くなる。実際には、ＰＬＬ制御によ
り発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒより少し高い周波数
になるのではなく、ＰＬＬ制御回路３０のほぼ最高周波
数ｆｍａｘに変更される。これに対し、制動コンデンサ
（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜
１）に変化したとき、すなわち増幅率Ａが適切な値Ｃｃ
／（ｎ・Ｃｄ）（ｎ＜１）ではなく、その値より小さい
値Ｃｃ／Ｃｄに設定されているとき、図５で説明したよ
うに、ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏは共振周波数ｆ
ｒより低くなる。実際には、図６（ｄ）に示すように発
振周波数ｆｏはＰＬＬ制御回路３０のほぼ最低周波数ｆ
ｍｉｎに変更される。
【００４３】以上のように増幅率Ａが適切な値に設定さ
れていないとき、発振周波数ｆｏが大きく変動する。し
たがってこの発振周波数ｆｏの変化を監視することによ
り増幅率Ａが適切な値か否かが判定可能であり、また発
振周波数ｆｏの変化傾向に基づいて、増幅率Ａの値を大
きくすべきか、あるいは小さくすべきかが検知可能であ
る。したがって増幅率調整回路２２では、発振源３１の
発振周波数ｆｏに基づいて増幅率Ａが調整される。さら
に付け加えると、発振周波数ｆｏが超音波振動子の共振
周波数ｆｒに一致するように増幅率Ａが調整される。
れていないとき、発振周波数ｆｏが大きく変動する。し
たがってこの発振周波数ｆｏの変化を監視することによ
り増幅率Ａが適切な値か否かが判定可能であり、また発
振周波数ｆｏの変化傾向に基づいて、増幅率Ａの値を大
きくすべきか、あるいは小さくすべきかが検知可能であ
る。したがって増幅率調整回路２２では、発振源３１の
発振周波数ｆｏに基づいて増幅率Ａが調整される。さら
に付け加えると、発振周波数ｆｏが超音波振動子の共振
周波数ｆｒに一致するように増幅率Ａが調整される。
【００４４】通常、超音波振動子１の共振周波数ｆｒは
所定の範囲（ｆｒ−Δｆｒからｆｒ＋Δｆｒ）（例えば
Δｆｒ＝０．５ｋＨｚ）内を変動する。発振周波数ｆｏ
が共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒ＜ｆｏ＜ｆｒ＋Δｆｒ
（ｆｏ≒ｆｒ））内にあるとき、増幅率Ａは適切な値に
設定されており、発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒに一
致している。このため増幅率Ａの調整は行なわれない。
発振周波数ｆｏが共振周波数範囲の最大値（ｆｒ＋Δｆ
ｒ）より高いとき（ｆｏ＞ｆｒ＋Δｆｒ）、例えば発振
周波数ｆｏがＰＬＬ制御回路３０のほぼ最高周波数ｆｍ
ａｘであるとき、増幅率Ａは適切な値より大きな値に設
定されている。したがって増幅率Ａを小さくするように
増幅率Ａの調整が行なわれる。すなわち増幅率ＡはＡ＝
Ａ−ΔＡ（例えばΔＡ＝０．０５）に設定される。これ
に対し、発振周波数ｆｏが共振周波数範囲の最小値（ｆ
ｒ−Δｆｒ）より低いとき（ｆｏ＜ｆｒ−Δｆｒ）、例
えば発振周波数ｆｏがＰＬＬ制御回路３０のほぼ最低周
波数ｆｍｉｎであるとき、増幅率Ａは適切な値より小さ
な値に設定されている。したがって増幅率Ａを大きくす
るように増幅率Ａの調整が行なわれる。すなわち増幅率
ＡはＡ＝Ａ＋ΔＡに設定される。
所定の範囲（ｆｒ−Δｆｒからｆｒ＋Δｆｒ）（例えば
Δｆｒ＝０．５ｋＨｚ）内を変動する。発振周波数ｆｏ
が共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒ＜ｆｏ＜ｆｒ＋Δｆｒ
（ｆｏ≒ｆｒ））内にあるとき、増幅率Ａは適切な値に
設定されており、発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒに一
致している。このため増幅率Ａの調整は行なわれない。
発振周波数ｆｏが共振周波数範囲の最大値（ｆｒ＋Δｆ
ｒ）より高いとき（ｆｏ＞ｆｒ＋Δｆｒ）、例えば発振
周波数ｆｏがＰＬＬ制御回路３０のほぼ最高周波数ｆｍ
ａｘであるとき、増幅率Ａは適切な値より大きな値に設
定されている。したがって増幅率Ａを小さくするように
増幅率Ａの調整が行なわれる。すなわち増幅率ＡはＡ＝
Ａ−ΔＡ（例えばΔＡ＝０．０５）に設定される。これ
に対し、発振周波数ｆｏが共振周波数範囲の最小値（ｆ
ｒ−Δｆｒ）より低いとき（ｆｏ＜ｆｒ−Δｆｒ）、例
えば発振周波数ｆｏがＰＬＬ制御回路３０のほぼ最低周
波数ｆｍｉｎであるとき、増幅率Ａは適切な値より小さ
な値に設定されている。したがって増幅率Ａを大きくす
るように増幅率Ａの調整が行なわれる。すなわち増幅率
ＡはＡ＝Ａ＋ΔＡに設定される。
【００４５】共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒからｆｒ＋
Δｆｒ）は、上述のように、共振周波数ｆｒが変動する
可能性のある範囲であり、超音波振動子１が共振周波数
ｆｒで駆動されているか否かの判定基準となる。したが
って、例えば外科手術用超音波処置装置において生体組
織が接触すること等により、超音波振動子１の先端に負
荷がかかることで生じる共振周波数ｆｒの変化や、超音
波振動子１の製造ばらつきによる共振周波数ｆｒのばら
つきや、増幅率Ａが適切な値に設定されていない場合に
発振周波数ｆｏがＰＬＬ制御回路３０のほぼ最低周波数
ｆｍｉｎまたは最高周波数ｆｍａｘに変更されること等
を考慮して、共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒからｆｒ＋
Δｆｒ）を定めることが好ましい。
Δｆｒ）は、上述のように、共振周波数ｆｒが変動する
可能性のある範囲であり、超音波振動子１が共振周波数
ｆｒで駆動されているか否かの判定基準となる。したが
って、例えば外科手術用超音波処置装置において生体組
織が接触すること等により、超音波振動子１の先端に負
荷がかかることで生じる共振周波数ｆｒの変化や、超音
波振動子１の製造ばらつきによる共振周波数ｆｒのばら
つきや、増幅率Ａが適切な値に設定されていない場合に
発振周波数ｆｏがＰＬＬ制御回路３０のほぼ最低周波数
ｆｍｉｎまたは最高周波数ｆｍａｘに変更されること等
を考慮して、共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒからｆｒ＋
Δｆｒ）を定めることが好ましい。
【００４６】また増幅率Ａの変更量ΔＡは超音波振動子
の駆動装置全体の性能に応じて定めるとよい。なお変更
量ΔＡは常に一定である必要はなく、発振周波数ｆｏと
共振周波数ｆｒとの差に応じて変更量ΔＡが変化する構
成としてもよい。
の駆動装置全体の性能に応じて定めるとよい。なお変更
量ΔＡは常に一定である必要はなく、発振周波数ｆｏと
共振周波数ｆｒとの差に応じて変更量ΔＡが変化する構
成としてもよい。
【００４７】以上のように発振周波数ｆｏに基づいて増
幅率Ａを調整する増幅率調整回路２２の電気的構成につ
いて図７を参照して説明する。この増幅率調整回路２２
には、発振源３１からの発振周波数ｆｏの信号が取込ま
れる。この発振周波数ｆｏは周波数／電圧（ｆ／Ｖ）変
換回路２２ａによりアナログ電圧信号に変換され、その
電圧信号はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路２２
ｂにおいてデジタル信号に変換される。このデジタル電
圧信号に基づいてＣＰＵ２２ｃでは増幅器２０の増幅率
Ａが変更される。この増幅率Ａの値に対応するデジタル
電圧信号がＣＰＵ２２ｃから出力され、デジタル／アナ
ログ（Ｄ／Ａ）変換回路２２ｄに入力され、そこでアナ
ログ電圧信号に変換される。このアナログ電圧信号に応
じて電圧制御増幅器２０の増幅率Ａが変更される。
幅率Ａを調整する増幅率調整回路２２の電気的構成につ
いて図７を参照して説明する。この増幅率調整回路２２
には、発振源３１からの発振周波数ｆｏの信号が取込ま
れる。この発振周波数ｆｏは周波数／電圧（ｆ／Ｖ）変
換回路２２ａによりアナログ電圧信号に変換され、その
電圧信号はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路２２
ｂにおいてデジタル信号に変換される。このデジタル電
圧信号に基づいてＣＰＵ２２ｃでは増幅器２０の増幅率
Ａが変更される。この増幅率Ａの値に対応するデジタル
電圧信号がＣＰＵ２２ｃから出力され、デジタル／アナ
ログ（Ｄ／Ａ）変換回路２２ｄに入力され、そこでアナ
ログ電圧信号に変換される。このアナログ電圧信号に応
じて電圧制御増幅器２０の増幅率Ａが変更される。
【００４８】図８を参照して増幅率Ａを調整する増幅率
調整ルーチンについて説明する。この増幅率調整ルーチ
ンは増幅率調整回路２２内のＣＰＵ２２ｃにより実行さ
れる。
調整ルーチンについて説明する。この増幅率調整ルーチ
ンは増幅率調整回路２２内のＣＰＵ２２ｃにより実行さ
れる。
【００４９】ステップ１００において、超音波振動子１
の駆動スイッチがオンに切替えられたか否かが判定され
る。超音波振動子１の駆動スイッチがオフに切替えられ
ていると判定されたとき、この増幅率調整ルーチンは終
了する。一方超音波振動子１の駆動スイッチがオンに切
替えられたと判定されたとき、すなわち超音波振動子１
が駆動されたとき、ステップ１１０において、発振源３
１の発振周波数ｆｏが検出される。
の駆動スイッチがオンに切替えられたか否かが判定され
る。超音波振動子１の駆動スイッチがオフに切替えられ
ていると判定されたとき、この増幅率調整ルーチンは終
了する。一方超音波振動子１の駆動スイッチがオンに切
替えられたと判定されたとき、すなわち超音波振動子１
が駆動されたとき、ステップ１１０において、発振源３
１の発振周波数ｆｏが検出される。
【００５０】ステップ１２０からステップ１３０におい
て、検出された発振周波数ｆｏと超音波振動子１の共振
周波数ｆｒとが比較される。この比較により発振周波数
ｆｏが共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒからｆｒ＋Δｆ
ｒ）内にあると判定されたとき、増幅器２０の増幅率Ａ
は適切な値に設定されており、増幅率Ａを変更する必要
はないので、ステップ１００の処理が再び実行される。
て、検出された発振周波数ｆｏと超音波振動子１の共振
周波数ｆｒとが比較される。この比較により発振周波数
ｆｏが共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒからｆｒ＋Δｆ
ｒ）内にあると判定されたとき、増幅器２０の増幅率Ａ
は適切な値に設定されており、増幅率Ａを変更する必要
はないので、ステップ１００の処理が再び実行される。
【００５１】これに対してステップ１２０からステップ
１３０において、発振周波数ｆｏが共振周波数範囲（ｆ
ｒ−Δｆｒからｆｒ＋Δｆｒ）内にはないと判定された
とき（ｆｏ＜ｆｒ−Δｆｒ、ｆｒ＋Δｆｒ＜ｆｏ）、増
幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されていないの
で、ステップ１４０またはステップ１５０において、増
幅率ＡがＡ＝Ａ−ΔＡ、またはＡ＝Ａ＋ΔＡに変更さ
れ、ステップ１００の処理が実行される。
１３０において、発振周波数ｆｏが共振周波数範囲（ｆ
ｒ−Δｆｒからｆｒ＋Δｆｒ）内にはないと判定された
とき（ｆｏ＜ｆｒ−Δｆｒ、ｆｒ＋Δｆｒ＜ｆｏ）、増
幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されていないの
で、ステップ１４０またはステップ１５０において、増
幅率ＡがＡ＝Ａ−ΔＡ、またはＡ＝Ａ＋ΔＡに変更さ
れ、ステップ１００の処理が実行される。
【００５２】以上のように超音波振動子１が駆動されて
いる間、ステップ１００からステップ１５０の処理が繰
り返され、増幅率Ａが最適な値に定められる。なお駆動
開始時に、発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒと異なって
いても、ステップ１００からステップ１５０の処理を繰
り返すことによって増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に
定められる。また、増幅率Ａが一旦適切な値に設定され
ると、その後は増幅率Ａの最適な値が変化しても、即時
その変化した最適な値に増幅率Ａが定められる。これに
より超音波振動子１を常に共振周波数ｆｒで駆動するこ
とが可能である。
いる間、ステップ１００からステップ１５０の処理が繰
り返され、増幅率Ａが最適な値に定められる。なお駆動
開始時に、発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒと異なって
いても、ステップ１００からステップ１５０の処理を繰
り返すことによって増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に
定められる。また、増幅率Ａが一旦適切な値に設定され
ると、その後は増幅率Ａの最適な値が変化しても、即時
その変化した最適な値に増幅率Ａが定められる。これに
より超音波振動子１を常に共振周波数ｆｒで駆動するこ
とが可能である。
【００５３】以上のような第１の実施形態である超音波
振動子の駆動装置によれば、超音波振動子１の長時間の
駆動等によりそれ自体の温度変化が生じ、制動コンデン
サ（Ｃｄ）の値が変化しても、超音波振動子１の駆動中
に、発振周波数ｆｏに基づいて増幅率調整回路２２によ
り自動的に増幅器２０の増幅率Ａが変更され、ＰＬＬ制
御回路３０へ適切な帰還信号すなわち共振回路位相信号
Ｖｆ２が帰還される。換言すると、増幅率Ａを調整する
ことにより共振回路位相信号Ｖｆ２を常に超音波振動子
１の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対応させることが
可能となり、この共振回路位相信号Ｖｆ２を用いたＰＬ
Ｌ制御回路３０でのＰＬＬ制御が正しく行なわれ、超音
波振動子１は常にその共振周波数ｆｒで駆動される。す
なわち超音波振動子１は常に効率よく駆動される。また
制動コンデンサ（Ｃｄ）の異なる超音波振動子を駆動す
る際にも、その共振周波数ｆｒで駆動することが可能で
ある。
振動子の駆動装置によれば、超音波振動子１の長時間の
駆動等によりそれ自体の温度変化が生じ、制動コンデン
サ（Ｃｄ）の値が変化しても、超音波振動子１の駆動中
に、発振周波数ｆｏに基づいて増幅率調整回路２２によ
り自動的に増幅器２０の増幅率Ａが変更され、ＰＬＬ制
御回路３０へ適切な帰還信号すなわち共振回路位相信号
Ｖｆ２が帰還される。換言すると、増幅率Ａを調整する
ことにより共振回路位相信号Ｖｆ２を常に超音波振動子
１の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対応させることが
可能となり、この共振回路位相信号Ｖｆ２を用いたＰＬ
Ｌ制御回路３０でのＰＬＬ制御が正しく行なわれ、超音
波振動子１は常にその共振周波数ｆｒで駆動される。す
なわち超音波振動子１は常に効率よく駆動される。また
制動コンデンサ（Ｃｄ）の異なる超音波振動子を駆動す
る際にも、その共振周波数ｆｒで駆動することが可能で
ある。
【００５４】第１の実施形態では、超音波振動子１の直
列共振回路に流れる電流ｉＺを検出するために、補正用
コンデンサ１０ａに印加される電圧信号Ｖ２のみが増幅
器２０により増幅されるが、超音波振動子１に印加され
る電圧信号Ｖ１も増幅して、電圧信号Ｖ１の増幅率に増
幅率Ａを乗じた増幅率で電圧信号Ｖ２を増幅する構成と
してもよい。
列共振回路に流れる電流ｉＺを検出するために、補正用
コンデンサ１０ａに印加される電圧信号Ｖ２のみが増幅
器２０により増幅されるが、超音波振動子１に印加され
る電圧信号Ｖ１も増幅して、電圧信号Ｖ１の増幅率に増
幅率Ａを乗じた増幅率で電圧信号Ｖ２を増幅する構成と
してもよい。
【００５５】なお超音波振動子１やその先端に接続する
ホーンの損傷等により、超音波振動子１の共振周波数ｆ
ｒが大きく変動するとき、増幅器２０の増幅率Ａを変更
しても、共振周波数ｆｒで超音波振動子１を駆動するこ
とが不可能になる。このような場合に、図９に示す増幅
率調整および駆動停止ルーチンによって増幅率Ａを調整
して、異常時には強制的に超音波振動子１の駆動を停止
するとよい。
ホーンの損傷等により、超音波振動子１の共振周波数ｆ
ｒが大きく変動するとき、増幅器２０の増幅率Ａを変更
しても、共振周波数ｆｒで超音波振動子１を駆動するこ
とが不可能になる。このような場合に、図９に示す増幅
率調整および駆動停止ルーチンによって増幅率Ａを調整
して、異常時には強制的に超音波振動子１の駆動を停止
するとよい。
【００５６】図９に示す増幅率調整および駆動停止ルー
チンは第１の実施形態の図８に示す増幅率調整ルーチン
の変形例であり、図８に示す増幅率調整ルーチンにステ
ップ１４５およびステップ１５５からステップ１８０の
処理を追加したものであり、これらの追加処理によって
異常時に超音波振動子１の駆動が停止せしめられる。以
下図８に示す増幅率調整ルーチンと異なる点についての
み説明する。
チンは第１の実施形態の図８に示す増幅率調整ルーチン
の変形例であり、図８に示す増幅率調整ルーチンにステ
ップ１４５およびステップ１５５からステップ１８０の
処理を追加したものであり、これらの追加処理によって
異常時に超音波振動子１の駆動が停止せしめられる。以
下図８に示す増幅率調整ルーチンと異なる点についての
み説明する。
【００５７】この増幅率調整および駆動停止ルーチンが
実行される場合、増幅率Ａの設定可能範囲の最大値Ａｍ
ａｘおよび最小値Ａｍｉｎが予め定められる。また超音
波振動子の駆動装置には、超音波振動子１を共振周波数
ｆｒで駆動できないことを表示するための表示装置が設
けられ、さらに超音波振動子１の駆動を停止することを
警告するためのアラーム等が設けられる。
実行される場合、増幅率Ａの設定可能範囲の最大値Ａｍ
ａｘおよび最小値Ａｍｉｎが予め定められる。また超音
波振動子の駆動装置には、超音波振動子１を共振周波数
ｆｒで駆動できないことを表示するための表示装置が設
けられ、さらに超音波振動子１の駆動を停止することを
警告するためのアラーム等が設けられる。
【００５８】ステップ１４５またはステップ１５５にお
いて、変更した増幅率Ａが設定可能範囲の最小値Ａｍｉ
ｎより小さいと判定されたとき、または増幅率Ａが設定
可能範囲の最大値Ａｍａｘより大きいと判定されたと
き、ステップ１６０からステップ１８０の処理が実行さ
れる。すなわち増幅率Ａがその設定可能範囲を超えて変
更されるとき、超音波振動子１の駆動が強制的に停止せ
しめられる。
いて、変更した増幅率Ａが設定可能範囲の最小値Ａｍｉ
ｎより小さいと判定されたとき、または増幅率Ａが設定
可能範囲の最大値Ａｍａｘより大きいと判定されたと
き、ステップ１６０からステップ１８０の処理が実行さ
れる。すなわち増幅率Ａがその設定可能範囲を超えて変
更されるとき、超音波振動子１の駆動が強制的に停止せ
しめられる。
【００５９】以上の第１の実施形態の変形例でも、制動
コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量が変化しても、超音波振
動子１の駆動中に、発振周波数ｆｏに基づいて増幅率Ａ
を調整することにより共振回路位相信号Ｖｆ２を常に超
音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対応さ
せることが可能となり、この共振回路位相信号Ｖｆ２を
用いたＰＬＬ制御回路３０でのＰＬＬ制御が正しく行な
われ、超音波振動子１は常にその共振周波数ｆｒで駆動
される。また制動コンデンサ（Ｃｄ）の異なる超音波振
動子１を駆動する際にも、その共振周波数ｆｒで駆動す
ることが可能である。さらに強制停止機構を設けること
によって、超音波振動子１へ異常な高電圧が印加された
り、または超音波振動子１およびホーンの損傷が拡大す
るのが防止され、さらに使用者の安全も確保される。
コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量が変化しても、超音波振
動子１の駆動中に、発振周波数ｆｏに基づいて増幅率Ａ
を調整することにより共振回路位相信号Ｖｆ２を常に超
音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対応さ
せることが可能となり、この共振回路位相信号Ｖｆ２を
用いたＰＬＬ制御回路３０でのＰＬＬ制御が正しく行な
われ、超音波振動子１は常にその共振周波数ｆｒで駆動
される。また制動コンデンサ（Ｃｄ）の異なる超音波振
動子１を駆動する際にも、その共振周波数ｆｒで駆動す
ることが可能である。さらに強制停止機構を設けること
によって、超音波振動子１へ異常な高電圧が印加された
り、または超音波振動子１およびホーンの損傷が拡大す
るのが防止され、さらに使用者の安全も確保される。
【００６０】図１０は第２の実施形態である超音波振動
子の駆動装置である。第２の実施形態では、３個の補正
用コンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃが用いられ、この
３個の補正用コンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃと超音
波振動子１とがブリッジ状に接続される。すなわち超音
波振動子１に対して直列に補正用コンデンサ１０ａが接
続され、これらの両端に直列に接続された２個の補正用
コンデンサ１０ｂ、１０ｃが並列に接続される。補正用
コンデンサ１０ｂは超音波振動子１の制動コンデンサ
（Ｃｄ）のｍ（任意の正数：例えば１）倍の静電容量ｍ
・Ｃｄを有し、補正用コンデンサ１０ｃは補正用コンデ
ンサ１０ａのｍ倍の静電容量ｍ・Ｃｃを有する。そして
補正用コンデンサ１０ａ、１０ｃに印加される電圧信号
Ｖ２、Ｖ３がそれぞれ電圧検出器３３ｂ、３３ｃによっ
て検出される。
子の駆動装置である。第２の実施形態では、３個の補正
用コンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃが用いられ、この
３個の補正用コンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃと超音
波振動子１とがブリッジ状に接続される。すなわち超音
波振動子１に対して直列に補正用コンデンサ１０ａが接
続され、これらの両端に直列に接続された２個の補正用
コンデンサ１０ｂ、１０ｃが並列に接続される。補正用
コンデンサ１０ｂは超音波振動子１の制動コンデンサ
（Ｃｄ）のｍ（任意の正数：例えば１）倍の静電容量ｍ
・Ｃｄを有し、補正用コンデンサ１０ｃは補正用コンデ
ンサ１０ａのｍ倍の静電容量ｍ・Ｃｃを有する。そして
補正用コンデンサ１０ａ、１０ｃに印加される電圧信号
Ｖ２、Ｖ３がそれぞれ電圧検出器３３ｂ、３３ｃによっ
て検出される。
【００６１】検出された電圧信号Ｖ２は適切な増幅率Ａ
で増幅され、その増幅された信号と、電圧信号Ｖ３とが
位相合成用演算器２１により位相合成され、その出力信
号として共振回路位相信号Ｖｆ２がＰＬＬ制御回路３０
に帰還される。この共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が、
第１の実施形態と同様に、超音波振動子１に印加される
電圧信号Ｖ１と同位相である印加電圧位相信号Ｖｆ１の
位相に対して常に９０°進相となるようにＰＬＬ制御さ
れる。なお第１の実施形態と同様の電気的構成について
は説明を省略する。
で増幅され、その増幅された信号と、電圧信号Ｖ３とが
位相合成用演算器２１により位相合成され、その出力信
号として共振回路位相信号Ｖｆ２がＰＬＬ制御回路３０
に帰還される。この共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が、
第１の実施形態と同様に、超音波振動子１に印加される
電圧信号Ｖ１と同位相である印加電圧位相信号Ｖｆ１の
位相に対して常に９０°進相となるようにＰＬＬ制御さ
れる。なお第１の実施形態と同様の電気的構成について
は説明を省略する。
【００６２】印加電圧位相信号Ｖｆ１は第１の実施形態
と同様に超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同
位相の信号であり、（１）式で示される。共振回路位相
信号Ｖｆ２の位相は、超音波振動子１の直列共振回路に
流れる電流ｉＺの位相に対応している。ここで共振回路
位相信号Ｖｆ２が電流ｉＺの位相に対応することを説明
する。
と同様に超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同
位相の信号であり、（１）式で示される。共振回路位相
信号Ｖｆ２の位相は、超音波振動子１の直列共振回路に
流れる電流ｉＺの位相に対応している。ここで共振回路
位相信号Ｖｆ２が電流ｉＺの位相に対応することを説明
する。
【００６３】補正用コンデンサ１０ａに印加される電圧
信号Ｖ２と、補正用コンデンサ１０ｃに印加される電圧
信号Ｖ３とはそれぞれ（６）、（７）式で表される。 Ｖ２＝Ｖ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（６） Ｖ３＝Ｖ・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） ・・・（７） ここで、Ｃｄは制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量であ
り、Ｃｃは補正用コンデンサ１０ａの静電容量である。
Ｚは超音波振動子１の直列共振回路のインピーダンスで
ある。
信号Ｖ２と、補正用コンデンサ１０ｃに印加される電圧
信号Ｖ３とはそれぞれ（６）、（７）式で表される。 Ｖ２＝Ｖ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（６） Ｖ３＝Ｖ・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） ・・・（７） ここで、Ｃｄは制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量であ
り、Ｃｃは補正用コンデンサ１０ａの静電容量である。
Ｚは超音波振動子１の直列共振回路のインピーダンスで
ある。
【００６４】共振回路位相信号Ｖｆ２は、補正用コンデ
ンサ１０ｃに印加される電圧信号Ｖ３と補正用コンデン
サ１０ａに印加される電圧信号Ｖ２を増幅率Ａで増幅し
た信号との差である。すなわち、共振回路位相信号Ｖｆ
２は（８）式で表される。 Ｖｆ２＝Ｖ３−Ａ・Ｖ２ ＝Ｖ・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） −Ａ・Ｖ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（８） ここで、Ａは増幅器２０の増幅率であり、Ａ＝１に設定
することにより、共振回路位相信号Ｖｆ２は（９）式と
なる。 Ｖｆ２＝ｊ・Ｖ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・Ｖ・Ｚ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋ １／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））／Ｚ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・Ｖ１／Ｚ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・ｉＺ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ∽ｊ・ｉＺ ・・・（９） ただし、ｉＺは超音波振動子１の直列共振回路に流れる
電流であり、ｉＺ＝Ｖ１／Ｚで表される。したがって
（９）式から共振回路位相信号Ｖｆ２は超音波振動子１
の直列共振回路に流れる電流ｉＺに比例し、電流ｉＺの
位相より９０°位相の進んだ信号である。
ンサ１０ｃに印加される電圧信号Ｖ３と補正用コンデン
サ１０ａに印加される電圧信号Ｖ２を増幅率Ａで増幅し
た信号との差である。すなわち、共振回路位相信号Ｖｆ
２は（８）式で表される。 Ｖｆ２＝Ｖ３−Ａ・Ｖ２ ＝Ｖ・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） −Ａ・Ｖ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（８） ここで、Ａは増幅器２０の増幅率であり、Ａ＝１に設定
することにより、共振回路位相信号Ｖｆ２は（９）式と
なる。 Ｖｆ２＝ｊ・Ｖ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・Ｖ・Ｚ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋ １／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））／Ｚ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・Ｖ１／Ｚ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・ｉＺ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ∽ｊ・ｉＺ ・・・（９） ただし、ｉＺは超音波振動子１の直列共振回路に流れる
電流であり、ｉＺ＝Ｖ１／Ｚで表される。したがって
（９）式から共振回路位相信号Ｖｆ２は超音波振動子１
の直列共振回路に流れる電流ｉＺに比例し、電流ｉＺの
位相より９０°位相の進んだ信号である。
【００６５】以上のように、印加電圧位相信号Ｖｆ１は
超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位相の信
号であり、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相は超音波振動
子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位相に対応す
る。したがって超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ
１と超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺと
を同位相にするためには、共振回路位相信号Ｖｆ２の位
相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相に対して常に９０°
進むように、ＰＬＬ制御回路３０により発振源３１の発
振周波数ｆｏが制御されればよい。もちろん、印加電圧
位相信号Ｖｆ１または共振回路位相信号Ｖｆ２のいずれ
か一方を９０°進相または９０°遅相させ、それらの信
号が同位相になるよう制御してもよい。
超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位相の信
号であり、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相は超音波振動
子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺの位相に対応す
る。したがって超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ
１と超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺと
を同位相にするためには、共振回路位相信号Ｖｆ２の位
相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相に対して常に９０°
進むように、ＰＬＬ制御回路３０により発振源３１の発
振周波数ｆｏが制御されればよい。もちろん、印加電圧
位相信号Ｖｆ１または共振回路位相信号Ｖｆ２のいずれ
か一方を９０°進相または９０°遅相させ、それらの信
号が同位相になるよう制御してもよい。
【００６６】第２の実施形態において、（９）式におい
てはＡ＝１と設定したが、超音波振動子１の制動コンデ
ンサ（Ｃｄ）の静電容量が変化した場合、増幅率Ａを最
適な値に調整する必要がある。例えば、超音波振動子１
を長時間駆動した結果、制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ倍
の静電容量ｎ・Ｃｄになったとする。この場合、Ａ＝
（ｎ・Ｃｄ＋Ｃｃ）／（ｎ・（Ｃｄ＋Ｃｃ））に調整す
れば、（８）〜（９）式と同様な関係が成立する。ここ
では詳細な計算式は複雑であるので省略する。したがっ
て第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様
に、増幅器２０の増幅率Ａを適切な値に設定すれば、超
音波振動子１をその共振周波数で駆動可能である。また
制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量が異なる超音波振動
子１を駆動する場合でも、増幅器２０の増幅率Ａを調整
することにより超音波振動子１を常にその共振周波数で
駆動可能である。なお第２の実施形態の増幅率Ａの調整
方法は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略す
る。
てはＡ＝１と設定したが、超音波振動子１の制動コンデ
ンサ（Ｃｄ）の静電容量が変化した場合、増幅率Ａを最
適な値に調整する必要がある。例えば、超音波振動子１
を長時間駆動した結果、制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ倍
の静電容量ｎ・Ｃｄになったとする。この場合、Ａ＝
（ｎ・Ｃｄ＋Ｃｃ）／（ｎ・（Ｃｄ＋Ｃｃ））に調整す
れば、（８）〜（９）式と同様な関係が成立する。ここ
では詳細な計算式は複雑であるので省略する。したがっ
て第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様
に、増幅器２０の増幅率Ａを適切な値に設定すれば、超
音波振動子１をその共振周波数で駆動可能である。また
制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量が異なる超音波振動
子１を駆動する場合でも、増幅器２０の増幅率Ａを調整
することにより超音波振動子１を常にその共振周波数で
駆動可能である。なお第２の実施形態の増幅率Ａの調整
方法は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略す
る。
【００６７】図１１には第３の実施形態である超音波振
動子の駆動装置の回路図を示す。ここでは第３の実施形
態の電気的構成が第１の実施形態の電気的構成と異なる
点についてのみ述べる。第３の実施形態では、補正用コ
ンデンサ１０ａが超音波振動子１に対して並列に接続さ
れ、電圧検出器３３ａが超音波振動子１に並列に設けら
れ、この電圧検出器３３ａにより超音波振動子１に印加
される電圧信号Ｖ１が検出される。また電流検出器３４
ａが超音波振動子１に直列に接続され、電流検出器３４
ｂが補正用コンデンサ１０ａに直列に接続される。これ
らの電流検出器３４ａ、３４ｂによりそれぞれ超音波振
動子１に流れる電流ｉ１と、補正用コンデンサ１０ａに
流れる電流ｉ２とが検出され、それらの電流ｉ１、ｉ２
が所定の変換係数で電圧信号に変換される。そして電流
ｉ２に対応する電圧信号が増幅率Ａで増幅され、この増
幅された信号と、電流ｉ１に対応する電圧信号とが減算
器である位相合成用演算器２１により位相合成され、そ
の算出結果として共振回路位相信号Ｖｆ２がＰＬＬ制御
回路３０に帰還される。
動子の駆動装置の回路図を示す。ここでは第３の実施形
態の電気的構成が第１の実施形態の電気的構成と異なる
点についてのみ述べる。第３の実施形態では、補正用コ
ンデンサ１０ａが超音波振動子１に対して並列に接続さ
れ、電圧検出器３３ａが超音波振動子１に並列に設けら
れ、この電圧検出器３３ａにより超音波振動子１に印加
される電圧信号Ｖ１が検出される。また電流検出器３４
ａが超音波振動子１に直列に接続され、電流検出器３４
ｂが補正用コンデンサ１０ａに直列に接続される。これ
らの電流検出器３４ａ、３４ｂによりそれぞれ超音波振
動子１に流れる電流ｉ１と、補正用コンデンサ１０ａに
流れる電流ｉ２とが検出され、それらの電流ｉ１、ｉ２
が所定の変換係数で電圧信号に変換される。そして電流
ｉ２に対応する電圧信号が増幅率Ａで増幅され、この増
幅された信号と、電流ｉ１に対応する電圧信号とが減算
器である位相合成用演算器２１により位相合成され、そ
の算出結果として共振回路位相信号Ｖｆ２がＰＬＬ制御
回路３０に帰還される。
【００６８】第３の実施形態でも、第１の実施形態と同
様に、超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と超音
波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺとが同位相
になるように、ＰＬＬ制御回路３０によりＰＬＬ制御が
行なわれ、超音波振動子１がその共振周波数で駆動され
る。第３の実施形態では、ＰＬＬ制御回路３０に帰還さ
れる印加電圧位相信号Ｖｆ１は、超音波振動子１に印加
される電圧信号Ｖ１と同位相の信号である。またＰＬＬ
制御回路３０に帰還される共振回路位相信号Ｖｆ２は超
音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺと同位相
の信号である。以下印加電圧位相信号Ｖｆ１および共振
回路位相信号Ｖｆ２がそれぞれ電圧信号Ｖ１および電流
ｉＺと同位相の信号であることを説明する。
様に、超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と超音
波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺとが同位相
になるように、ＰＬＬ制御回路３０によりＰＬＬ制御が
行なわれ、超音波振動子１がその共振周波数で駆動され
る。第３の実施形態では、ＰＬＬ制御回路３０に帰還さ
れる印加電圧位相信号Ｖｆ１は、超音波振動子１に印加
される電圧信号Ｖ１と同位相の信号である。またＰＬＬ
制御回路３０に帰還される共振回路位相信号Ｖｆ２は超
音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺと同位相
の信号である。以下印加電圧位相信号Ｖｆ１および共振
回路位相信号Ｖｆ２がそれぞれ電圧信号Ｖ１および電流
ｉＺと同位相の信号であることを説明する。
【００６９】印加電圧位相信号Ｖｆ１は超音波振動子１
に印加される電圧信号Ｖ１そのものである。したがって
印加電圧位相信号Ｖｆ１は（１０）式で示される。 Ｖｆ１＝Ｖ１ ・・・（１０）
に印加される電圧信号Ｖ１そのものである。したがって
印加電圧位相信号Ｖｆ１は（１０）式で示される。 Ｖｆ１＝Ｖ１ ・・・（１０）
【００７０】共振回路位相信号Ｖｆ２は、位相合成用演
算器２１の出力される信号であって、補正用コンデンサ
１０ａに流れる電流ｉ２に対応する電圧信号を増幅率Ａ
で増幅した信号を、超音波振動子１に流れる電流ｉ１に
対応する電圧信号から減算した信号である。ここで電流
ｉ１、ｉ２は電流検出器３４ａ、３４ｂによりそれぞれ
検出され、そこで変換係数ｋで電圧信号に変換されると
する。この場合電流検出器３４ａ、３４ｂからの出力信
号は、それぞれｋ・ｉ１、ｋ・ｉ２となる。したがって
共振回路位相信号Ｖｆ２は（１１）式により示される。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉ１−Ａ・ｋ・ｉ２ ＝ｋ・（ｉＺ＋ｉＣｄ）−Ａ・ｋ・ｉＣｃ ＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｉＣｄ−Ａ・ｉＣｃ） ・・・（１１） ただし、Ａは増幅器２０の増幅率である。ここでｉＣｄ
＝Ａ・ｉＣｃの関係が成立するように増幅率Ａを定める
と、増幅率ＡはＡ＝ｉＣｄ／ｉＣｃすなわちＡ＝Ｃｄ／
Ｃｃとなり、共振回路位相信号Ｖｆ２は（１２）式で示
される。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉＺ ∽ｉＺ ・・・（１２） （１２）式から明らかなように、共振回路位相信号Ｖｆ
２は超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺに
比例しており、電流ｉＺと同位相である。
算器２１の出力される信号であって、補正用コンデンサ
１０ａに流れる電流ｉ２に対応する電圧信号を増幅率Ａ
で増幅した信号を、超音波振動子１に流れる電流ｉ１に
対応する電圧信号から減算した信号である。ここで電流
ｉ１、ｉ２は電流検出器３４ａ、３４ｂによりそれぞれ
検出され、そこで変換係数ｋで電圧信号に変換されると
する。この場合電流検出器３４ａ、３４ｂからの出力信
号は、それぞれｋ・ｉ１、ｋ・ｉ２となる。したがって
共振回路位相信号Ｖｆ２は（１１）式により示される。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉ１−Ａ・ｋ・ｉ２ ＝ｋ・（ｉＺ＋ｉＣｄ）−Ａ・ｋ・ｉＣｃ ＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｉＣｄ−Ａ・ｉＣｃ） ・・・（１１） ただし、Ａは増幅器２０の増幅率である。ここでｉＣｄ
＝Ａ・ｉＣｃの関係が成立するように増幅率Ａを定める
と、増幅率ＡはＡ＝ｉＣｄ／ｉＣｃすなわちＡ＝Ｃｄ／
Ｃｃとなり、共振回路位相信号Ｖｆ２は（１２）式で示
される。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉＺ ∽ｉＺ ・・・（１２） （１２）式から明らかなように、共振回路位相信号Ｖｆ
２は超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺに
比例しており、電流ｉＺと同位相である。
【００７１】超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１
と超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺとが
同位相になるように、すなわち印加電圧位相信号Ｖｆ１
と共振回路位相信号Ｖｆ２とが所定の位相差（この場合
０°）となるように、ＰＬＬ制御回路３０により発振源
３１の発振周波数ｆｏが制御される。
と超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺとが
同位相になるように、すなわち印加電圧位相信号Ｖｆ１
と共振回路位相信号Ｖｆ２とが所定の位相差（この場合
０°）となるように、ＰＬＬ制御回路３０により発振源
３１の発振周波数ｆｏが制御される。
【００７２】第３の実施形態でも、第１の実施形態と同
様に、増幅器２０の増幅率Ａを適切な値に設定すること
により、超音波振動子１をその共振周波数にて駆動可能
である。すなわち超音波振動子１の制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量が変化しても、増幅器２０の増幅率Ａを
調整すれば、ＰＬＬ制御回路３０で同様な制御を行なう
ことにより、超音波振動子１をその共振周波数にて駆動
することが可能である。
様に、増幅器２０の増幅率Ａを適切な値に設定すること
により、超音波振動子１をその共振周波数にて駆動可能
である。すなわち超音波振動子１の制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量が変化しても、増幅器２０の増幅率Ａを
調整すれば、ＰＬＬ制御回路３０で同様な制御を行なう
ことにより、超音波振動子１をその共振周波数にて駆動
することが可能である。
【００７３】例えば、超音波振動子１を長時間駆動して
それ自体の温度が上昇した結果、制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）がｎ倍の静電容量Ｃｄ’＝ｎ・Ｃｄになったとす
る。この場合、増幅率ＡをＣｄ’／Ｃｃ＝ｎ・Ｃｄ／Ｃ
ｃに調整すれば、（１１）〜（１２）式と同様な関係が
成立する。したがって、共振回路位相信号Ｖｆ２と印加
電圧位相信号Ｖｆ１とが同位相となるように、ＰＬＬ制
御回路３０の制御により発振源３１の発振周波数ｆｏが
調整されれば、超音波振動子１がその共振周波数ｆｒで
駆動可能である。見方を変えれば、第３の実施形態の超
音波振動子の駆動装置を用いて、制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量が異なる超音波振動子１を駆動する際
も、増幅器２０の増幅率Ａを調整すれば、ＰＬＬ制御回
路３０で同様に制御することにより超音波振動子１をそ
の共振周波数で駆動可能である。
それ自体の温度が上昇した結果、制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）がｎ倍の静電容量Ｃｄ’＝ｎ・Ｃｄになったとす
る。この場合、増幅率ＡをＣｄ’／Ｃｃ＝ｎ・Ｃｄ／Ｃ
ｃに調整すれば、（１１）〜（１２）式と同様な関係が
成立する。したがって、共振回路位相信号Ｖｆ２と印加
電圧位相信号Ｖｆ１とが同位相となるように、ＰＬＬ制
御回路３０の制御により発振源３１の発振周波数ｆｏが
調整されれば、超音波振動子１がその共振周波数ｆｒで
駆動可能である。見方を変えれば、第３の実施形態の超
音波振動子の駆動装置を用いて、制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量が異なる超音波振動子１を駆動する際
も、増幅器２０の増幅率Ａを調整すれば、ＰＬＬ制御回
路３０で同様に制御することにより超音波振動子１をそ
の共振周波数で駆動可能である。
【００７４】これまでの説明から明らかなように、増幅
器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されているとき、超
音波振動子１はその共振周波数ｆｒで駆動可能であり、
これに対し、増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定さ
れていないとき、超音波振動子１はその共振周波数とは
異なる周波数で駆動される。ここで増幅器２０の増幅率
Ａが適切な値に設定されていないときのＰＬＬ制御回路
３０による発振源３１の発振周波数ｆｏの制御について
説明する。
器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されているとき、超
音波振動子１はその共振周波数ｆｒで駆動可能であり、
これに対し、増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定さ
れていないとき、超音波振動子１はその共振周波数とは
異なる周波数で駆動される。ここで増幅器２０の増幅率
Ａが適切な値に設定されていないときのＰＬＬ制御回路
３０による発振源３１の発振周波数ｆｏの制御について
説明する。
【００７５】超音波振動子１を長時間駆動している間
に、それ自体の温度変化等により超音波振動子１の制動
コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃ
ｄ（ｎ≠１）になったとする。このとき、増幅器２０の
増幅率Ａが変更されず、Ｃｄ／Ｃｃに設定されたままで
あるとすると、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される共振回
路位相信号Ｖｆ２は（１３）式により示される。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｉＣｄ−Ａ・ｉＣｃ） ＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｊ・ω0 ・ｎ・Ｃｄ・Ｖ１ −Ｃｄ／Ｃｃ・ｊ・ω0 ・Ｃｃ・Ｖ１） ＝ｋ・ｉＺ＋ｊ・（ｎ−１）・ｋ・ω0 ・Ｃｄ・Ｖ１ ・・・（１３） （１３）式から明らかなように、制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に
変化しても、増幅器２０の増幅率Ａがｎ・Ｃｄ／Ｃｃの
値に変更されずに、Ｃｄ／Ｃｃの値に設定されたままで
あるため、共振回路位相信号Ｖｆ２が超音波振動子１の
直列共振回路に流れる電流ｉＺと同位相ではなくなり、
ＰＬＬ制御回路３０への正しい帰還が行なわれない。換
言すると、ｎ≠１であるため、（１３）式のｊ・（ｎ−
１）・ｋ・ω0 ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分によって共振回
路位相信号Ｖｆ２に誤差、すなわち超音波振動子１の直
列共振回路に流れる電流ｉＺの位相に対して位相ずれが
生じている。
に、それ自体の温度変化等により超音波振動子１の制動
コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃ
ｄ（ｎ≠１）になったとする。このとき、増幅器２０の
増幅率Ａが変更されず、Ｃｄ／Ｃｃに設定されたままで
あるとすると、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される共振回
路位相信号Ｖｆ２は（１３）式により示される。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｉＣｄ−Ａ・ｉＣｃ） ＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｊ・ω0 ・ｎ・Ｃｄ・Ｖ１ −Ｃｄ／Ｃｃ・ｊ・ω0 ・Ｃｃ・Ｖ１） ＝ｋ・ｉＺ＋ｊ・（ｎ−１）・ｋ・ω0 ・Ｃｄ・Ｖ１ ・・・（１３） （１３）式から明らかなように、制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に
変化しても、増幅器２０の増幅率Ａがｎ・Ｃｄ／Ｃｃの
値に変更されずに、Ｃｄ／Ｃｃの値に設定されたままで
あるため、共振回路位相信号Ｖｆ２が超音波振動子１の
直列共振回路に流れる電流ｉＺと同位相ではなくなり、
ＰＬＬ制御回路３０への正しい帰還が行なわれない。換
言すると、ｎ≠１であるため、（１３）式のｊ・（ｎ−
１）・ｋ・ω0 ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分によって共振回
路位相信号Ｖｆ２に誤差、すなわち超音波振動子１の直
列共振回路に流れる電流ｉＺの位相に対して位相ずれが
生じている。
【００７６】図１２〜図１４を参照して増幅率Ａが適切
な値に設定されていないときに生じる共振回路位相信号
Ｖｆ２の位相ずれについて詳述する。図１２〜図１４
は、増幅器２０の増幅率ＡをＣｄ／Ｃｃの値に設定した
ときの印加電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ
２との関係を示したベクトル図である。ＰＬＬ制御回路
３０により、印加電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信
号Ｖｆ２との位相差が常に０°になるようにＰＬＬ制御
が行なわれる。
な値に設定されていないときに生じる共振回路位相信号
Ｖｆ２の位相ずれについて詳述する。図１２〜図１４
は、増幅器２０の増幅率ＡをＣｄ／Ｃｃの値に設定した
ときの印加電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ
２との関係を示したベクトル図である。ＰＬＬ制御回路
３０により、印加電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信
号Ｖｆ２との位相差が常に０°になるようにＰＬＬ制御
が行なわれる。
【００７７】図１２は、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電
容量が１倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＝１）であるとき、
すなわち増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されて
いるときのベクトル図である。このとき、（１３）式に
示すｊ・（ｎ−１）・ｋ・ω 0 ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分
がないので、共振回路位相信号Ｖｆ２は超音波振動子１
の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対応しており、ＰＬ
Ｌ制御により発振周波数ｆｏが制御されると、超音波振
動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺと超音波振動子
１に印加される電圧信号Ｖ１とが同位相になる。すなわ
ち超音波振動子１の直列共振回路のコイル（Ｌ）および
コンデンサ（Ｃ）がなく、直列共振回路のインピーダン
スＺがＺ＝Ｒである。したがって超音波振動子１は共振
しており、発振源３１の発振周波数ｆｏは超音波振動子
１の共振周波数ｆｒと一致している。
容量が１倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＝１）であるとき、
すなわち増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されて
いるときのベクトル図である。このとき、（１３）式に
示すｊ・（ｎ−１）・ｋ・ω 0 ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分
がないので、共振回路位相信号Ｖｆ２は超音波振動子１
の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対応しており、ＰＬ
Ｌ制御により発振周波数ｆｏが制御されると、超音波振
動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺと超音波振動子
１に印加される電圧信号Ｖ１とが同位相になる。すなわ
ち超音波振動子１の直列共振回路のコイル（Ｌ）および
コンデンサ（Ｃ）がなく、直列共振回路のインピーダン
スＺがＺ＝Ｒである。したがって超音波振動子１は共振
しており、発振源３１の発振周波数ｆｏは超音波振動子
１の共振周波数ｆｒと一致している。
【００７８】図１３は、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電
容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）になったと
き、すなわち増幅率Ａが適切な値に設定されていないと
きのベクトル図である。例えば超音波振動子１の長時間
駆動により、制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ倍の静電容量
ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）に変化した直後、まだ、発振源３１
の発振周波数ｆｏは超音波振動子１の共振周波数ｆｒと
ほぼ一致した状態にある。この状態のベクトル図を図１
３（ａ）に示す。（１３）式に示すｊ・（ｎ−１）・ｋ
・ω0 ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分は、ｎ＞１であるため、
超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１すなわち印加
電圧位相信号Ｖｆ１に対して９０°位相の進んだもので
ある。また発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒとほぼ一致
しており、超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流
ｉＺが超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位
相であるため、（１３）式に示すｋ・ｉＺの信号成分は
印加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相である。これらのｊ・
（ｎ−１）・ｋ・ωO ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分とｋ・ｉ
Ｚの信号成分との合成信号が共振回路位相信号Ｖｆ２で
あるので、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相は印加電圧位
相信号Ｖｆ１の位相に対して位相角θ１（０〜９０°）
だけ進んでいる。そのため、ＰＬＬ制御回路３０では、
共振回路位相信号Ｖｆ２が印加電圧位相信号Ｖｆ１と同
位相になるように、発振源３１の発振周波数ｆｏが調整
され始める。
容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）になったと
き、すなわち増幅率Ａが適切な値に設定されていないと
きのベクトル図である。例えば超音波振動子１の長時間
駆動により、制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ倍の静電容量
ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）に変化した直後、まだ、発振源３１
の発振周波数ｆｏは超音波振動子１の共振周波数ｆｒと
ほぼ一致した状態にある。この状態のベクトル図を図１
３（ａ）に示す。（１３）式に示すｊ・（ｎ−１）・ｋ
・ω0 ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分は、ｎ＞１であるため、
超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１すなわち印加
電圧位相信号Ｖｆ１に対して９０°位相の進んだもので
ある。また発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒとほぼ一致
しており、超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流
ｉＺが超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位
相であるため、（１３）式に示すｋ・ｉＺの信号成分は
印加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相である。これらのｊ・
（ｎ−１）・ｋ・ωO ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分とｋ・ｉ
Ｚの信号成分との合成信号が共振回路位相信号Ｖｆ２で
あるので、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相は印加電圧位
相信号Ｖｆ１の位相に対して位相角θ１（０〜９０°）
だけ進んでいる。そのため、ＰＬＬ制御回路３０では、
共振回路位相信号Ｖｆ２が印加電圧位相信号Ｖｆ１と同
位相になるように、発振源３１の発振周波数ｆｏが調整
され始める。
【００７９】ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏが調整さ
れたときのベクトル図を図１３（ｂ）に示す。共振回路
位相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、ｊ・（ｎ−
１）・ｋ・ω0 ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分のベクトル方向
は不変であり、その大きさの変化も少ない。一方ｋ・ｉ
Ｚの信号成分は、発振周波数ｆｏすなわち超音波振動子
１の駆動周波数を変更することにより、印加電圧位相信
号Ｖｆ１との位相差を変更可能である。図１３（ｂ）に
示すように制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍の
静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）になった場合、ＰＬＬ制御
回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２が印加電圧位相
信号Ｖｆ１と同位相の信号になるように、換言すると、
ｋ・ｉＺの信号成分の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の
位相より位相角θ１’（０〜９０°）だけ遅れるよう
に、発振源３１の発振周波数ｆｏが制御される。すなわ
ち発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒよりも高くなるよう
に変更される。
れたときのベクトル図を図１３（ｂ）に示す。共振回路
位相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、ｊ・（ｎ−
１）・ｋ・ω0 ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分のベクトル方向
は不変であり、その大きさの変化も少ない。一方ｋ・ｉ
Ｚの信号成分は、発振周波数ｆｏすなわち超音波振動子
１の駆動周波数を変更することにより、印加電圧位相信
号Ｖｆ１との位相差を変更可能である。図１３（ｂ）に
示すように制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍の
静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）になった場合、ＰＬＬ制御
回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２が印加電圧位相
信号Ｖｆ１と同位相の信号になるように、換言すると、
ｋ・ｉＺの信号成分の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の
位相より位相角θ１’（０〜９０°）だけ遅れるよう
に、発振源３１の発振周波数ｆｏが制御される。すなわ
ち発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒよりも高くなるよう
に変更される。
【００８０】図１４は、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電
容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になったと
き、すなわち増幅器Ａが適切な値に設定されていないと
きのベクトル図である。例えば超音波振動子１が低温雰
囲気中に長時間放置され、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静
電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になったと
き、超音波振動子１の駆動開始時すなわちＰＬＬ制御開
始時には、発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒとほぼ一致
した状態である。その時のベクトル図を図１４（ａ）に
示す。（１３）式に示すｊ・（ｎ−１）・ｋ・ω0 ・Ｃ
ｄ・Ｖ１の信号成分は、ｎ＜１であるため、超音波振動
子１に印加される電圧信号Ｖ１に対して９０°位相の遅
れたものである。また発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒ
とほぼ一致しており、超音波振動子１の直列共振回路に
流れる電流ｉＺが超音波振動子１に印加される電圧信号
Ｖ１と同位相であるため、（１３）式に示すｋ・ｉＺの
信号成分は電圧信号Ｖ１と同位相である。これらのｊ・
（ｎ−１）・ｋ・ωO ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分とｋ・ｉ
Ｚの信号成分との合成信号が共振回路位相信号Ｖｆ２で
あり、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相はＶｆ１に対して
位相角θ２（０〜９０°）だけ遅れている。そのため、
ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２が印
加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相の信号となるように、発
振源３１の発振周波数ｆｏが調整され始める。
容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になったと
き、すなわち増幅器Ａが適切な値に設定されていないと
きのベクトル図である。例えば超音波振動子１が低温雰
囲気中に長時間放置され、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静
電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になったと
き、超音波振動子１の駆動開始時すなわちＰＬＬ制御開
始時には、発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒとほぼ一致
した状態である。その時のベクトル図を図１４（ａ）に
示す。（１３）式に示すｊ・（ｎ−１）・ｋ・ω0 ・Ｃ
ｄ・Ｖ１の信号成分は、ｎ＜１であるため、超音波振動
子１に印加される電圧信号Ｖ１に対して９０°位相の遅
れたものである。また発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒ
とほぼ一致しており、超音波振動子１の直列共振回路に
流れる電流ｉＺが超音波振動子１に印加される電圧信号
Ｖ１と同位相であるため、（１３）式に示すｋ・ｉＺの
信号成分は電圧信号Ｖ１と同位相である。これらのｊ・
（ｎ−１）・ｋ・ωO ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分とｋ・ｉ
Ｚの信号成分との合成信号が共振回路位相信号Ｖｆ２で
あり、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相はＶｆ１に対して
位相角θ２（０〜９０°）だけ遅れている。そのため、
ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２が印
加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相の信号となるように、発
振源３１の発振周波数ｆｏが調整され始める。
【００８１】ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏが調整さ
れたときのベクトル図を図１４（ｂ）に示す。共振回路
位相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、ｊ・（ｎ−
１）・ｋ・ωO ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分のベクトル方向
は不変であり、その大きさの変化も少ない。一方ｋ・ｉ
Ｚの信号成分は発振周波数ｆｏすなわち超音波振動子１
の駆動周波数を変更することにより印加電圧位相信号Ｖ
ｆ１との位相差を変更可能である。したがって、図１４
（ｂ）に示すように、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になった場合、
ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２が印
加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相の信号になるように、換
言すると、ｋ・ｉＺの信号成分の位相が印加電圧位相信
号Ｖｆ１よりも位相角θ２’（０〜９０°）だけ進むよ
うに、発振源３１の発振周波数ｆｏが制御される。すな
わち発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒよりも低くなるよ
うに変更される。
れたときのベクトル図を図１４（ｂ）に示す。共振回路
位相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、ｊ・（ｎ−
１）・ｋ・ωO ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分のベクトル方向
は不変であり、その大きさの変化も少ない。一方ｋ・ｉ
Ｚの信号成分は発振周波数ｆｏすなわち超音波振動子１
の駆動周波数を変更することにより印加電圧位相信号Ｖ
ｆ１との位相差を変更可能である。したがって、図１４
（ｂ）に示すように、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になった場合、
ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２が印
加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相の信号になるように、換
言すると、ｋ・ｉＺの信号成分の位相が印加電圧位相信
号Ｖｆ１よりも位相角θ２’（０〜９０°）だけ進むよ
うに、発振源３１の発振周波数ｆｏが制御される。すな
わち発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒよりも低くなるよ
うに変更される。
【００８２】以上のように制動コンデンサ（Ｃｄ）の静
電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）になり、ｊ
・（ｎ−１）・ｋ・ω0 ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分によっ
て共振回路位相信号Ｖｆ２の位相ずれが生じていると
き、すなわち増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定さ
れていないとき、発振周波数ｆｏはＰＬＬ制御により大
きく変更される。
電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）になり、ｊ
・（ｎ−１）・ｋ・ω0 ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分によっ
て共振回路位相信号Ｖｆ２の位相ずれが生じていると
き、すなわち増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定さ
れていないとき、発振周波数ｆｏはＰＬＬ制御により大
きく変更される。
【００８３】第３の実施形態も第１の実施形態と同様
に、図６に示すように制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）に変化したと
き、発振周波数ｆｏはＰＬＬ制御回路３０の制御可能な
周波数範囲のほぼ最高周波数ｆｍａｘに変更される。こ
のとき増幅率Ａは適切な値ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ（ｎ＞１）よ
り小さな値Ｃｄ／Ｃｃに設定されている。また制動コン
デンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ
（ｎ＜１）に変化したとき、発振周波数ｆｏはＰＬＬ制
御回路３０の制御可能な周波数範囲のほぼ最低周波数ｆ
ｍｉｎに変更される。このとき増幅率Ａは適切な値ｎ・
Ｃｄ／Ｃｃ（ｎ＜１）より大きな値Ｃｄ／Ｃｃに設定さ
れている。
に、図６に示すように制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）に変化したと
き、発振周波数ｆｏはＰＬＬ制御回路３０の制御可能な
周波数範囲のほぼ最高周波数ｆｍａｘに変更される。こ
のとき増幅率Ａは適切な値ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ（ｎ＞１）よ
り小さな値Ｃｄ／Ｃｃに設定されている。また制動コン
デンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ
（ｎ＜１）に変化したとき、発振周波数ｆｏはＰＬＬ制
御回路３０の制御可能な周波数範囲のほぼ最低周波数ｆ
ｍｉｎに変更される。このとき増幅率Ａは適切な値ｎ・
Ｃｄ／Ｃｃ（ｎ＜１）より大きな値Ｃｄ／Ｃｃに設定さ
れている。
【００８４】以上のようなＰＬＬ制御回路３０の制御動
作における増幅率Ａの調整方法について図１５、図１６
を参照して説明する。図１５、図１６は第１の実施形態
の図８に示す増幅率調整ルーチン、図９に示す増幅率調
整および駆動停止ルーチンのステップ１４０、ステップ
１５０をそれぞれステップ１４２、ステップ１５２に、
またステップ１４５、ステップ１５５をそれぞれステッ
プ１４７、ステップ１５７に変更したものであり、その
他の点は第１の実施形態と同様である。以下異なる点に
ついてのみ説明する。図１５、図１６に示すそれぞれル
ーチンを実行する際、第１の実施形態と同様に、増幅率
Ａを調整する必要のない共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒ
からｆｒ＋Δｆｒ）と、増幅率Ａの変更量ΔＡとが予め
定められる。
作における増幅率Ａの調整方法について図１５、図１６
を参照して説明する。図１５、図１６は第１の実施形態
の図８に示す増幅率調整ルーチン、図９に示す増幅率調
整および駆動停止ルーチンのステップ１４０、ステップ
１５０をそれぞれステップ１４２、ステップ１５２に、
またステップ１４５、ステップ１５５をそれぞれステッ
プ１４７、ステップ１５７に変更したものであり、その
他の点は第１の実施形態と同様である。以下異なる点に
ついてのみ説明する。図１５、図１６に示すそれぞれル
ーチンを実行する際、第１の実施形態と同様に、増幅率
Ａを調整する必要のない共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒ
からｆｒ＋Δｆｒ）と、増幅率Ａの変更量ΔＡとが予め
定められる。
【００８５】ステップ１２０からステップ１３０におい
て、発振周波数ｆｏが共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒか
らｆｒ＋Δｆｒ）にはないと判定されたとき（すなわち
ｆｏ＜ｆｒ−Δｆｒ、ｆｒ＋Δｆｒ＜ｆｏであると
き）、増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されてい
ないので、ステップ１４２またはステップ１５２におい
て、増幅率ＡがＡ＝Ａ＋ΔＡ、またはＡ＝Ａ−ΔＡに変
更される。
て、発振周波数ｆｏが共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒか
らｆｒ＋Δｆｒ）にはないと判定されたとき（すなわち
ｆｏ＜ｆｒ−Δｆｒ、ｆｒ＋Δｆｒ＜ｆｏであると
き）、増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されてい
ないので、ステップ１４２またはステップ１５２におい
て、増幅率ＡがＡ＝Ａ＋ΔＡ、またはＡ＝Ａ−ΔＡに変
更される。
【００８６】図１６に示すステップ１４７またはステッ
プ１５７において、変更された増幅率Ａが設定可能範囲
の最大値Ａｍａｘより大きいと判定されたとき、または
変更された増幅率Ａが設定可能範囲の最小値Ａｍｉｎよ
り小さいと判定されたとき、すなわち増幅率Ａがその設
定可能範囲を超えて変更されるとき、超音波振動子１の
駆動が強制的に停止せしめられる。
プ１５７において、変更された増幅率Ａが設定可能範囲
の最大値Ａｍａｘより大きいと判定されたとき、または
変更された増幅率Ａが設定可能範囲の最小値Ａｍｉｎよ
り小さいと判定されたとき、すなわち増幅率Ａがその設
定可能範囲を超えて変更されるとき、超音波振動子１の
駆動が強制的に停止せしめられる。
【００８７】以上の第３の実施形態においても、第１の
実施形態と同様に、超音波振動子１の駆動中に、発振周
波数ｆｏに基づいて増幅率調整回路２２により自動的に
増幅器２０の増幅率Ａが変更され、この変更によりＰＬ
Ｌ制御回路３０でのＰＬＬ制御が適正に行なわれ、超音
波振動子１は常にその共振周波数ｆｒで効率よく駆動さ
れる。また制動コンデンサ（Ｃｄ）の異なる超音波振動
子１を駆動する際にも、その共振周波数ｆｒで駆動する
ことが可能である。
実施形態と同様に、超音波振動子１の駆動中に、発振周
波数ｆｏに基づいて増幅率調整回路２２により自動的に
増幅器２０の増幅率Ａが変更され、この変更によりＰＬ
Ｌ制御回路３０でのＰＬＬ制御が適正に行なわれ、超音
波振動子１は常にその共振周波数ｆｒで効率よく駆動さ
れる。また制動コンデンサ（Ｃｄ）の異なる超音波振動
子１を駆動する際にも、その共振周波数ｆｒで駆動する
ことが可能である。
【００８８】図１７〜図１９を参照して第４の実施形態
の超音波振動子の駆動装置について説明する。第４の実
施形態が第３の実施形態と異なる点は、第３の実施形態
の補正用コンデンサ１０ａの代わりに、補正用コイル１
１が超音波振動子１に対して並列に設けられる点であ
り、この点に付随して変更される点以外は第３の実施形
態と同様である。以下異なる点についてのみ説明する。
の超音波振動子の駆動装置について説明する。第４の実
施形態が第３の実施形態と異なる点は、第３の実施形態
の補正用コンデンサ１０ａの代わりに、補正用コイル１
１が超音波振動子１に対して並列に設けられる点であ
り、この点に付随して変更される点以外は第３の実施形
態と同様である。以下異なる点についてのみ説明する。
【００８９】補正用コイル１１が超音波振動子１に対し
て並列に接続され、この補正用コイル１１のインダクタ
ンスはＬｄである。補正用コイル１１に流れる電流ｉ２
がこの補正用コイル１１に直列に接続された電流検出器
３４ｂにより検出され、そこで電流ｉ２が所定の変換係
数で電圧信号に変換される。そして電流ｉ２に対応する
電圧信号が増幅率Ａで増幅され、この増幅された信号
と、電流ｉ１に対応する電圧信号とが位相合成用演算器
２１により位相合成され、その結果共振回路位相信号Ｖ
ｆ２がＰＬＬ制御回路３０に帰還される。なお補正用コ
イル１１に流れる電流ｉ２は、第３の実施形態における
補正用コンデンサ１０ａに流れる電流ｉ２と１８０°の
位相差を有するので、位相合成用演算器２１は加算器と
なる。
て並列に接続され、この補正用コイル１１のインダクタ
ンスはＬｄである。補正用コイル１１に流れる電流ｉ２
がこの補正用コイル１１に直列に接続された電流検出器
３４ｂにより検出され、そこで電流ｉ２が所定の変換係
数で電圧信号に変換される。そして電流ｉ２に対応する
電圧信号が増幅率Ａで増幅され、この増幅された信号
と、電流ｉ１に対応する電圧信号とが位相合成用演算器
２１により位相合成され、その結果共振回路位相信号Ｖ
ｆ２がＰＬＬ制御回路３０に帰還される。なお補正用コ
イル１１に流れる電流ｉ２は、第３の実施形態における
補正用コンデンサ１０ａに流れる電流ｉ２と１８０°の
位相差を有するので、位相合成用演算器２１は加算器と
なる。
【００９０】第４の実施形態では、共振回路位相信号Ｖ
ｆ２は（１４）式により示される。（１４）式は第３の
実施形態の（１３）式のｉＣｃをｉＬｄに置き換えたも
のである。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉ１＋Ａ・ｋ・ｉ２ ＝ｋ・（ｉＺ＋ｉＣｄ）＋Ａ・ｋ・ｉＬｄ ＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｉＣｄ＋Ａ・ｉＬｄ） ・・・（１４） ただし、ｋは電流検出器３４ａ、３４ｂにおける変換係
数であり、Ａは増幅器２０の増幅率である。またｉＺ、
ｉＣｄ、ｉＬｄはそれぞれ超音波振動子１の直列共振回
路に流れる電流、制動コンデンサ（Ｃｄ）に流れる電
流、補正用コイル１１に流れる電流である。ここでｉＣ
ｄ＋Ａ・ｉＬｄ＝０の関係式が成り立つように増幅率Ａ
を設定すると、共振回路位相信号Ｖｆ２は（１２）式で
示される。
ｆ２は（１４）式により示される。（１４）式は第３の
実施形態の（１３）式のｉＣｃをｉＬｄに置き換えたも
のである。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉ１＋Ａ・ｋ・ｉ２ ＝ｋ・（ｉＺ＋ｉＣｄ）＋Ａ・ｋ・ｉＬｄ ＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｉＣｄ＋Ａ・ｉＬｄ） ・・・（１４） ただし、ｋは電流検出器３４ａ、３４ｂにおける変換係
数であり、Ａは増幅器２０の増幅率である。またｉＺ、
ｉＣｄ、ｉＬｄはそれぞれ超音波振動子１の直列共振回
路に流れる電流、制動コンデンサ（Ｃｄ）に流れる電
流、補正用コイル１１に流れる電流である。ここでｉＣ
ｄ＋Ａ・ｉＬｄ＝０の関係式が成り立つように増幅率Ａ
を設定すると、共振回路位相信号Ｖｆ２は（１２）式で
示される。
【００９１】なお補正用コイル１１は超音波振動子１の
共振周波数において超音波振動子１の制動コンデンサ
（Ｃｄ）と並列共振するインダクタンスＬｄを有してお
り、Ｌｄ＝１／（（ωr ）2 ・Ｃｄ）である。したがっ
てｉＣｄ＝Ａ・ｉＬｄの関係式が成立する増幅率ＡはＡ
＝１であり、この値はｊ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１＋Ａ・Ｖ１
／（ｊ・ωr ・Ｌｄ）＝０に、Ｌｄ＝１／（（ωr ）2
・Ｃｄ）を代入することにより求められる。ここで超音
波振動子１の共振周波数をｆｒとしたとき、ωr＝２π
ｆｒである。
共振周波数において超音波振動子１の制動コンデンサ
（Ｃｄ）と並列共振するインダクタンスＬｄを有してお
り、Ｌｄ＝１／（（ωr ）2 ・Ｃｄ）である。したがっ
てｉＣｄ＝Ａ・ｉＬｄの関係式が成立する増幅率ＡはＡ
＝１であり、この値はｊ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１＋Ａ・Ｖ１
／（ｊ・ωr ・Ｌｄ）＝０に、Ｌｄ＝１／（（ωr ）2
・Ｃｄ）を代入することにより求められる。ここで超音
波振動子１の共振周波数をｆｒとしたとき、ωr＝２π
ｆｒである。
【００９２】以上のように第４の実施形態においても、
第３の実施形態と同様に、超音波振動子１の制動コンデ
ンサ（Ｃｄ）の静電容量が変化したとしても、超音波振
動子１の駆動中に、増幅器２０の増幅率Ａを適切な値に
設定することにより、共振回路位相信号Ｖｆ２が超音波
振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺと同位相の信
号となる。すなわちＰＬＬ制御回路３０へ帰還される共
振回路位相信号Ｖｆ２は常に適正な信号となる。したが
ってＰＬＬ制御回路３０のＰＬＬ制御が正しく行なわ
れ、発振源３１の発振周波数ｆｏは超音波振動子１の共
振周波数に追従し、超音波振動子１はその共振周波数で
駆動可能となる。
第３の実施形態と同様に、超音波振動子１の制動コンデ
ンサ（Ｃｄ）の静電容量が変化したとしても、超音波振
動子１の駆動中に、増幅器２０の増幅率Ａを適切な値に
設定することにより、共振回路位相信号Ｖｆ２が超音波
振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺと同位相の信
号となる。すなわちＰＬＬ制御回路３０へ帰還される共
振回路位相信号Ｖｆ２は常に適正な信号となる。したが
ってＰＬＬ制御回路３０のＰＬＬ制御が正しく行なわ
れ、発振源３１の発振周波数ｆｏは超音波振動子１の共
振周波数に追従し、超音波振動子１はその共振周波数で
駆動可能となる。
【００９３】例えば制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量
がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄになったとする。この場合、
増幅率ＡをＡ＝ｎに調整すれば、（１４）および（１
２）式と同様な関係が成立する。したがって共振回路位
相信号Ｖｆ２と印加電圧位相信号Ｖｆ１とが同位相とな
るように、ＰＬＬ制御回路３０の制御により発振源３１
の発振周波数ｆｏが調整されれば、超音波振動子１がそ
の共振周波数で駆動される。
がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄになったとする。この場合、
増幅率ＡをＡ＝ｎに調整すれば、（１４）および（１
２）式と同様な関係が成立する。したがって共振回路位
相信号Ｖｆ２と印加電圧位相信号Ｖｆ１とが同位相とな
るように、ＰＬＬ制御回路３０の制御により発振源３１
の発振周波数ｆｏが調整されれば、超音波振動子１がそ
の共振周波数で駆動される。
【００９４】これまでの説明から明らかなように、増幅
器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されているとき、超
音波振動子１はその共振周波数で駆動可能であり、これ
に対し増幅率Ａが適切な値に設定されていないとき、超
音波振動子１はその共振周波数とは異なる周波数で駆動
されてしまう。ここで増幅器２０の増幅率Ａが適切な値
に設定されていないときのＰＬＬ制御回路３０の制御動
作について説明する。
器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されているとき、超
音波振動子１はその共振周波数で駆動可能であり、これ
に対し増幅率Ａが適切な値に設定されていないとき、超
音波振動子１はその共振周波数とは異なる周波数で駆動
されてしまう。ここで増幅器２０の増幅率Ａが適切な値
に設定されていないときのＰＬＬ制御回路３０の制御動
作について説明する。
【００９５】超音波振動子１を長時間駆動している間
に、それ自体の温度変化等により超音波振動子１の制動
コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃ
ｄ（ｎ≠１）になったとする。このとき、増幅器２０の
増幅率Ａが変更されず、増幅率ＡがＡ＝１に設定された
ままであるとすると、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される
共振回路位相信号Ｖｆ２は（１５）式により示される。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｉＣｄ＋Ａ・ｉＬｄ） ＝ｋ・ｉＺ ＋ｋ・（ｊ・ωr ・ｎ・Ｃｄ・Ｖ１ −１・ｊ・Ｖ１／（ωr ・Ｌｄ）） ＝ｋ・ｉＺ＋ｊ・（ｎ−１）・ｋ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１ ・・・（１５） （１５）式から明らかなように、制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に
変化しても、増幅器２０の増幅率ＡがＡ＝ｎに変更され
ずに、Ａ＝１に定められているため、共振回路位相信号
Ｖｆ２が超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉ
Ｚと同位相ではなくなり、ＰＬＬ制御回路３０への正し
い帰還が行なわれない。換言すると、ｎ≠１であるた
め、ｊ・（ｎ−１）・ｋ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分
によって共振回路位相信号Ｖｆ２に誤差、すなわち超音
波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺ対して位相
ずれが生じている。
に、それ自体の温度変化等により超音波振動子１の制動
コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃ
ｄ（ｎ≠１）になったとする。このとき、増幅器２０の
増幅率Ａが変更されず、増幅率ＡがＡ＝１に設定された
ままであるとすると、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される
共振回路位相信号Ｖｆ２は（１５）式により示される。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｉＣｄ＋Ａ・ｉＬｄ） ＝ｋ・ｉＺ ＋ｋ・（ｊ・ωr ・ｎ・Ｃｄ・Ｖ１ −１・ｊ・Ｖ１／（ωr ・Ｌｄ）） ＝ｋ・ｉＺ＋ｊ・（ｎ−１）・ｋ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１ ・・・（１５） （１５）式から明らかなように、制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の静電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に
変化しても、増幅器２０の増幅率ＡがＡ＝ｎに変更され
ずに、Ａ＝１に定められているため、共振回路位相信号
Ｖｆ２が超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉ
Ｚと同位相ではなくなり、ＰＬＬ制御回路３０への正し
い帰還が行なわれない。換言すると、ｎ≠１であるた
め、ｊ・（ｎ−１）・ｋ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分
によって共振回路位相信号Ｖｆ２に誤差、すなわち超音
波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺ対して位相
ずれが生じている。
【００９６】（１５）式は発振周波数ｆｏが共振周波数
ｆｒと一致している場合の共振回路位相信号Ｖｆ２であ
る。共振周波数ｆｒと異なる発振周波数ｆｏで超音波振
動子１を駆動している場合の共振回路位相信号Ｖｆ２は
（１６）式により示される。この場合の共振回路位相信
号Ｖｆ２も、超音波振動子１の直列共振回路に流れる電
流ｉＺの位相に対する位相ずれを有し、ＰＬＬ制御回路
３０への正しい帰還が行なわれない。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｉＣｄ＋Ａ・ｉＬｄ） ＝ｋ・ｉＺ ＋ｋ・（ｊ・ωo ・ｎ・Ｃｄ・Ｖ１ −１・ｊ・Ｖ１／（ωo ・Ｌｄ）） ＝ｋ・ｉＺ＋ｊ・（ｎ・ωo −（ωr ）2 ／ωo ）・ｋ・Ｃｄ・Ｖ１ ・・・（１６） ただし、ωo ＝２πｆｏである。この場合、ｊ・（ｎ・
ωo −（ωr ）2 ／ω o ）・ｋ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分
によって共振回路位相信号Ｖｆ２に位相ずれが生じてい
る。
ｆｒと一致している場合の共振回路位相信号Ｖｆ２であ
る。共振周波数ｆｒと異なる発振周波数ｆｏで超音波振
動子１を駆動している場合の共振回路位相信号Ｖｆ２は
（１６）式により示される。この場合の共振回路位相信
号Ｖｆ２も、超音波振動子１の直列共振回路に流れる電
流ｉＺの位相に対する位相ずれを有し、ＰＬＬ制御回路
３０への正しい帰還が行なわれない。 Ｖｆ２＝ｋ・ｉＺ＋ｋ・（ｉＣｄ＋Ａ・ｉＬｄ） ＝ｋ・ｉＺ ＋ｋ・（ｊ・ωo ・ｎ・Ｃｄ・Ｖ１ −１・ｊ・Ｖ１／（ωo ・Ｌｄ）） ＝ｋ・ｉＺ＋ｊ・（ｎ・ωo −（ωr ）2 ／ωo ）・ｋ・Ｃｄ・Ｖ１ ・・・（１６） ただし、ωo ＝２πｆｏである。この場合、ｊ・（ｎ・
ωo −（ωr ）2 ／ω o ）・ｋ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分
によって共振回路位相信号Ｖｆ２に位相ずれが生じてい
る。
【００９７】図１８、図１９を参照して共振回路位相信
号Ｖｆ２の位相ずれについて詳述する。図１８、図１９
は増幅器２０の増幅率ＡをＡ＝１に設定したときの印加
電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２との関係
を示したベクトル図である。第４の実施形態で行なわれ
るＰＬＬ制御では、第３の実施形態で行なわれるＰＬＬ
制御と同様に、印加電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相
信号Ｖｆ２との位相差が常に０°になるようにＰＬＬ制
御が行なわれる。
号Ｖｆ２の位相ずれについて詳述する。図１８、図１９
は増幅器２０の増幅率ＡをＡ＝１に設定したときの印加
電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２との関係
を示したベクトル図である。第４の実施形態で行なわれ
るＰＬＬ制御では、第３の実施形態で行なわれるＰＬＬ
制御と同様に、印加電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相
信号Ｖｆ２との位相差が常に０°になるようにＰＬＬ制
御が行なわれる。
【００９８】超音波振動子１の制動コンデンサ（Ｃｄ）
の静電容量が１倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＝１）である
とき、第３の実施形態と同様に、印加電圧位相信号Ｖｆ
１と共振回路位相信号Ｖｆ２との関係は、図１２に示す
ベクトル図となる。
の静電容量が１倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＝１）である
とき、第３の実施形態と同様に、印加電圧位相信号Ｖｆ
１と共振回路位相信号Ｖｆ２との関係は、図１２に示す
ベクトル図となる。
【００９９】図１８は制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）になったとき、
すなわち増幅率Ａが適切な値に設定されていないときの
ベクトル図である。例えば超音波振動子１の長時間駆動
により、制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ倍の静電容量ｎ・
Ｃｄ（ｎ＞１）に変化した直後、まだ、発振源３１の発
振周波数ｆｏは超音波振動子１の共振周波数ｆｒとほぼ
一致した状態にある。この状態のベクトル図を図１８
（ａ）に示す。（１５）式に示すｊ・（ｎ−１）・ｋ・
ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分は、ｎ＞１であるため、超
音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１に対して９０°
位相の進んだものである。また、発振周波数ｆｏが共振
周波数ｆｒとほぼ一致しており、超音波振動子１の直列
共振回路に流れる電流ｉＺが超音波振動子１に印加され
る電圧信号Ｖ１と同位相であるため、（１５）式に示す
ｋ・ｉＺの信号成分は、印加電圧位相信号Ｖｆ１と同位
相のものである。これらのｊ・（ｎ−１）・ｋ・ωr ・
Ｃｄ・Ｖ１の信号成分とｋ・ｉＺの信号成分との合成信
号が共振回路位相信号Ｖｆ２であるので、共振回路位相
信号Ｖｆ２の位相は印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相に対
して位相角θ１（０〜９０°）だけ進むことになる。そ
のため、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖ
ｆ２が印加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相になるように、
発振源３１の発振周波数ｆｏが調整され始める。
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）になったとき、
すなわち増幅率Ａが適切な値に設定されていないときの
ベクトル図である。例えば超音波振動子１の長時間駆動
により、制動コンデンサ（Ｃｄ）がｎ倍の静電容量ｎ・
Ｃｄ（ｎ＞１）に変化した直後、まだ、発振源３１の発
振周波数ｆｏは超音波振動子１の共振周波数ｆｒとほぼ
一致した状態にある。この状態のベクトル図を図１８
（ａ）に示す。（１５）式に示すｊ・（ｎ−１）・ｋ・
ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分は、ｎ＞１であるため、超
音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１に対して９０°
位相の進んだものである。また、発振周波数ｆｏが共振
周波数ｆｒとほぼ一致しており、超音波振動子１の直列
共振回路に流れる電流ｉＺが超音波振動子１に印加され
る電圧信号Ｖ１と同位相であるため、（１５）式に示す
ｋ・ｉＺの信号成分は、印加電圧位相信号Ｖｆ１と同位
相のものである。これらのｊ・（ｎ−１）・ｋ・ωr ・
Ｃｄ・Ｖ１の信号成分とｋ・ｉＺの信号成分との合成信
号が共振回路位相信号Ｖｆ２であるので、共振回路位相
信号Ｖｆ２の位相は印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相に対
して位相角θ１（０〜９０°）だけ進むことになる。そ
のため、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖ
ｆ２が印加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相になるように、
発振源３１の発振周波数ｆｏが調整され始める。
【０１００】ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏが調整さ
れたときのベクトル図を図１８（ｂ）に示す。共振回路
位相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、ｊ・（ｎ−
１）・ｋ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分は（１６）式に
示すようにｊ・（ｎ・ωo −（ωr ）2 ／ωo ）・ｋ・
Ｃｄ・Ｖ１に変化する。しかしながらこの信号成分の変
化では、ベクトル方向は不変であり、ベクトルの大きさ
の変化も少ない。一方、ｋ・ｉＺの信号成分は発振周波
数ｆｏを変更することにより、印加電圧位相信号Ｖｆ１
との位相差を変更可能である。したがって図１８（ｂ）
に示すように制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍
の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）になった場合、ＰＬＬ制
御回路３０では、第３の実施形態と同様に、ｋ・ｉＺの
信号成分の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１より位相角θ
１’（０〜９０°）だけ遅れるように、発振源３１の発
振周波数ｆｏが制御される。すなわち発振周波数ｆｏは
共振周波数ｆｒよりも高くなるように変更される。
れたときのベクトル図を図１８（ｂ）に示す。共振回路
位相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、ｊ・（ｎ−
１）・ｋ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分は（１６）式に
示すようにｊ・（ｎ・ωo −（ωr ）2 ／ωo ）・ｋ・
Ｃｄ・Ｖ１に変化する。しかしながらこの信号成分の変
化では、ベクトル方向は不変であり、ベクトルの大きさ
の変化も少ない。一方、ｋ・ｉＺの信号成分は発振周波
数ｆｏを変更することにより、印加電圧位相信号Ｖｆ１
との位相差を変更可能である。したがって図１８（ｂ）
に示すように制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍
の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）になった場合、ＰＬＬ制
御回路３０では、第３の実施形態と同様に、ｋ・ｉＺの
信号成分の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１より位相角θ
１’（０〜９０°）だけ遅れるように、発振源３１の発
振周波数ｆｏが制御される。すなわち発振周波数ｆｏは
共振周波数ｆｒよりも高くなるように変更される。
【０１０１】図１９は制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になったとき、
すなわち増幅率Ａが適切な値に設定されていないときの
ベクトル図である。超音波振動子１が低温雰囲気中に長
時間放置され、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ
倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）となったとき、超音波
振動子１の駆動開始時すなわちＰＬＬ制御開始時には、
発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒとほぼ一致した状態で
ある。その時のベクトル図を図１９（ａ）に示す。（１
５）式に示すｊ・（ｎ−１）・ｋ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の
信号成分は、ｎ＜１であるため、超音波振動子１に印加
される電圧信号Ｖ１に対して９０°位相の遅れたもので
ある。超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺ
が超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位相で
あるため、（１５）式に示すｋ・ｉＺの信号成分は電圧
信号Ｖ１と同位相である。これらのｊ・（ｎ−１）・ｋ
・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分とｋ・ｉＺの信号成分と
の合成信号が共振回路位相信号Ｖｆ２であり、共振回路
位相信号Ｖｆ２の位相は印加電圧位相信号Ｖｆ１に対し
て位相角θ２（０〜９０°）だけ遅れている。そのた
め、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２
が印加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相の信号となるよう
に、発振源３１の発振周波数ｆｏが調整され始める。
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になったとき、
すなわち増幅率Ａが適切な値に設定されていないときの
ベクトル図である。超音波振動子１が低温雰囲気中に長
時間放置され、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ
倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）となったとき、超音波
振動子１の駆動開始時すなわちＰＬＬ制御開始時には、
発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒとほぼ一致した状態で
ある。その時のベクトル図を図１９（ａ）に示す。（１
５）式に示すｊ・（ｎ−１）・ｋ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の
信号成分は、ｎ＜１であるため、超音波振動子１に印加
される電圧信号Ｖ１に対して９０°位相の遅れたもので
ある。超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺ
が超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位相で
あるため、（１５）式に示すｋ・ｉＺの信号成分は電圧
信号Ｖ１と同位相である。これらのｊ・（ｎ−１）・ｋ
・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分とｋ・ｉＺの信号成分と
の合成信号が共振回路位相信号Ｖｆ２であり、共振回路
位相信号Ｖｆ２の位相は印加電圧位相信号Ｖｆ１に対し
て位相角θ２（０〜９０°）だけ遅れている。そのた
め、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２
が印加電圧位相信号Ｖｆ１と同位相の信号となるよう
に、発振源３１の発振周波数ｆｏが調整され始める。
【０１０２】ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏが調整さ
れたときのベクトル図を図１９（ｂ）に示す。共振回路
位相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、ｊ・（ｎ−
１）・ｋ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分は（１６）式に
示すｊ・（ｎ・ωo −（ωr）2 ／ωo ）・ｋ・Ｃｄ・
Ｖ１に変化する。しかしながら、この信号成分の変化で
は、ベクトル方向は不変であり、ベクトルの大きさの変
化も少ない。一方、ｋ・ｉＺの信号成分は発振周波数ｆ
ｏを変更することにより印加電圧位相信号Ｖｆ１との位
相差を変更可能である。この場合、第３の実施形態と同
様に、ｋ・ｉＺの信号成分の位相を印加電圧位相信号Ｖ
ｆ１より位相角θ２’（０〜９０°）だけ進むように、
すなわち発振源３１の発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒ
より低くなるように、ＰＬＬ制御が行なわれる。
れたときのベクトル図を図１９（ｂ）に示す。共振回路
位相信号Ｖｆ２を構成する信号成分のうち、ｊ・（ｎ−
１）・ｋ・ωr ・Ｃｄ・Ｖ１の信号成分は（１６）式に
示すｊ・（ｎ・ωo −（ωr）2 ／ωo ）・ｋ・Ｃｄ・
Ｖ１に変化する。しかしながら、この信号成分の変化で
は、ベクトル方向は不変であり、ベクトルの大きさの変
化も少ない。一方、ｋ・ｉＺの信号成分は発振周波数ｆ
ｏを変更することにより印加電圧位相信号Ｖｆ１との位
相差を変更可能である。この場合、第３の実施形態と同
様に、ｋ・ｉＺの信号成分の位相を印加電圧位相信号Ｖ
ｆ１より位相角θ２’（０〜９０°）だけ進むように、
すなわち発振源３１の発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒ
より低くなるように、ＰＬＬ制御が行なわれる。
【０１０３】以上のように制動コンデンサ（Ｃｄ）の静
電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に変化し、
共振回路位相信号Ｖｆ２に誤差が生じているとき、すな
わち増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されていな
いとき、発振周波数ｆｏがＰＬＬ制御により大きく変更
される。
電容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に変化し、
共振回路位相信号Ｖｆ２に誤差が生じているとき、すな
わち増幅器２０の増幅率Ａが適切な値に設定されていな
いとき、発振周波数ｆｏがＰＬＬ制御により大きく変更
される。
【０１０４】以上第４の実施形態が第３の実施形態と異
なる点についてのみ説明した。この第４の実施形態にお
いても、第３の実施形態と同様に、超音波振動子１の駆
動中に、増幅器２０の増幅率Ａが発振周波数ｆｏに基づ
いて自動的に調整されることにより、超音波振動子１を
常にその共振周波数で効率よく駆動することが可能とな
る。また制動コンデンサ（Ｃｄ）の異なる超音波振動子
を駆動する際にも、超音波振動子１をその共振周波数で
駆動することが可能である。
なる点についてのみ説明した。この第４の実施形態にお
いても、第３の実施形態と同様に、超音波振動子１の駆
動中に、増幅器２０の増幅率Ａが発振周波数ｆｏに基づ
いて自動的に調整されることにより、超音波振動子１を
常にその共振周波数で効率よく駆動することが可能とな
る。また制動コンデンサ（Ｃｄ）の異なる超音波振動子
を駆動する際にも、超音波振動子１をその共振周波数で
駆動することが可能である。
【０１０５】図２０を参照して第５の実施形態について
説明する。第５の実施形態である超音波振動子１の駆動
装置では、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される共振回路位
相信号Ｖｆ２の位相ずれを補正する位相補正器６０と、
位相補正器６０の位相補正量を調整するための位相補正
量調整回路６１とが設けられる。また補正用コンデンサ
１０ａと補正用コンデンサ１０ｃとの間には、電圧検出
器３３ｃが設けられる。電圧検出器３３ｃにより検出さ
れる電圧信号Ｖ３は補正用コンデンサ１０ａに印加され
る電圧信号と補正用コンデンサ１０ｃに印加される電圧
信号との差であり、図１０に示す位相合成用演算器２１
の出力信号に対応する。すなわち電圧信号Ｖ３は共振回
路位相信号Ｖｆ２であり、この共振回路位相信号Ｖｆ２
が位相補正器６０に入力され、そこで位相補正を施さ
れ、その結果適正な共振回路位相信号Ｖｆ２がＰＬＬ制
御回路３０に帰還される。以上の点が第２の実施形態と
異なる点であり、その他の点は同様である。以下異なる
点についてのみ説明する。
説明する。第５の実施形態である超音波振動子１の駆動
装置では、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される共振回路位
相信号Ｖｆ２の位相ずれを補正する位相補正器６０と、
位相補正器６０の位相補正量を調整するための位相補正
量調整回路６１とが設けられる。また補正用コンデンサ
１０ａと補正用コンデンサ１０ｃとの間には、電圧検出
器３３ｃが設けられる。電圧検出器３３ｃにより検出さ
れる電圧信号Ｖ３は補正用コンデンサ１０ａに印加され
る電圧信号と補正用コンデンサ１０ｃに印加される電圧
信号との差であり、図１０に示す位相合成用演算器２１
の出力信号に対応する。すなわち電圧信号Ｖ３は共振回
路位相信号Ｖｆ２であり、この共振回路位相信号Ｖｆ２
が位相補正器６０に入力され、そこで位相補正を施さ
れ、その結果適正な共振回路位相信号Ｖｆ２がＰＬＬ制
御回路３０に帰還される。以上の点が第２の実施形態と
異なる点であり、その他の点は同様である。以下異なる
点についてのみ説明する。
【０１０６】印加電圧位相信号Ｖｆ１は、第２の実施形
態と同様に、（１）式により示される。補正用コンデン
サ１０ａに印加される電圧信号Ｖａおよび補正用コンデ
ンサ１０ｃに印加される電圧信号Ｖｃはそれぞれ（１
７）、（１８）式で表される。 Ｖａ＝Ｖ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（１７） Ｖｃ＝Ｖ・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） ・・・（１８） ただし、Ｚは超音波振動子１の直列共振回路の合成イン
ピーダンスであり、Ｃｄ、Ｃｃはそれぞれ制動コンデン
サ（Ｃｄ）の静電容量、補正用コンデンサ１０ａの静電
容量である。またＶは超音波振動子１と補正用コンデン
サ１０ａの両端に印加される電圧であり、ω0 ＝２πｆ
ｏである。
態と同様に、（１）式により示される。補正用コンデン
サ１０ａに印加される電圧信号Ｖａおよび補正用コンデ
ンサ１０ｃに印加される電圧信号Ｖｃはそれぞれ（１
７）、（１８）式で表される。 Ｖａ＝Ｖ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ・・・（１７） Ｖｃ＝Ｖ・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） ・・・（１８） ただし、Ｚは超音波振動子１の直列共振回路の合成イン
ピーダンスであり、Ｃｄ、Ｃｃはそれぞれ制動コンデン
サ（Ｃｄ）の静電容量、補正用コンデンサ１０ａの静電
容量である。またＶは超音波振動子１と補正用コンデン
サ１０ａの両端に印加される電圧であり、ω0 ＝２πｆ
ｏである。
【０１０７】共振回路位相信号Ｖｆ２は、補正用コンデ
ンサ１０ｃに印加される電圧信号Ｖｃと補正用コンデン
サ１０ａに印加される電圧信号Ｖａとの差である。すな
わち共振回路位相信号Ｖｆ２は（１９）式により示され
る。 Ｖｆ２＝Ｖｃ−Ｖａ ＝Ｖ・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） −Ｖ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ＝ｊ・Ｖ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・Ｖ・Ｚ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ） ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））／Ｚ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・Ｖ１／Ｚ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・ｉＺ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ∽ｊ・ｉＺ ・・・（１９） ただし、ｉＺは超音波振動子１の直列共振回路に流れる
電流であり、ｉＺ＝Ｖ１／Ｚである。（１９）式から明
らかなように、共振回路位相信号Ｖｆ２は超音波振動子
１の直列共振回路に流れる電流ｉＺに比例し、その位相
は電流ｉＺに対して９０°進んでいる。
ンサ１０ｃに印加される電圧信号Ｖｃと補正用コンデン
サ１０ａに印加される電圧信号Ｖａとの差である。すな
わち共振回路位相信号Ｖｆ２は（１９）式により示され
る。 Ｖｆ２＝Ｖｃ−Ｖａ ＝Ｖ・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） −Ｖ・（Ｚ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ＝ｊ・Ｖ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・Ｖ・Ｚ／（Ｚ・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ） ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））／Ｚ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・Ｖ１／Ｚ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝ｊ・ｉＺ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ∽ｊ・ｉＺ ・・・（１９） ただし、ｉＺは超音波振動子１の直列共振回路に流れる
電流であり、ｉＺ＝Ｖ１／Ｚである。（１９）式から明
らかなように、共振回路位相信号Ｖｆ２は超音波振動子
１の直列共振回路に流れる電流ｉＺに比例し、その位相
は電流ｉＺに対して９０°進んでいる。
【０１０８】以上から明らかなように、第５の実施形態
でも、第２の実施形態と同様に、共振回路位相信号Ｖｆ
２の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相に対して９０
°進むようにＰＬＬ制御が行なわれる。さらに第５の実
施形態では、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が超音波振
動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対して９０°
進相以外の状態であるとき、すなわち共振回路位相信号
Ｖｆ２に位相ずれが生じているとき、超音波振動子１の
駆動周波数すなわち発振源３１の発振周波数ｆｏに基づ
いて位相補正量調整回路６１により位相補正量が調整さ
れ、その調整された位相補正量だけ位相補正器６０によ
り共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が補正される。したが
って超音波振動子１の制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量が変化して、その結果共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
ずれが生じても、その位相ずれが位相補正器６０により
補正されるため、常にＰＬＬ制御回路３０への正しい帰
還が行なわれる。
でも、第２の実施形態と同様に、共振回路位相信号Ｖｆ
２の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相に対して９０
°進むようにＰＬＬ制御が行なわれる。さらに第５の実
施形態では、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が超音波振
動子１の直列共振回路に流れる電流ｉＺに対して９０°
進相以外の状態であるとき、すなわち共振回路位相信号
Ｖｆ２に位相ずれが生じているとき、超音波振動子１の
駆動周波数すなわち発振源３１の発振周波数ｆｏに基づ
いて位相補正量調整回路６１により位相補正量が調整さ
れ、その調整された位相補正量だけ位相補正器６０によ
り共振回路位相信号Ｖｆ２の位相が補正される。したが
って超音波振動子１の制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量が変化して、その結果共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
ずれが生じても、その位相ずれが位相補正器６０により
補正されるため、常にＰＬＬ制御回路３０への正しい帰
還が行なわれる。
【０１０９】以下共振回路位相信号Ｖｆ２の位相ずれに
ついて詳述する。超音波振動子１を長時間駆動している
間に、超音波振動子１の制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電
容量が変化して、ｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に
なったとする。この場合、共振回路位相信号Ｖｆ２は
（２０）式により示される。 Ｖｆ２＝Ｖｃ−Ｖａ ＝Ｖ・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） −Ｖ・（Ｚ・ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ＝Ｖ・（１−ｎ）・Ｚ・Ｃｄ ／（Ｚ・（１＋ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） ＋ｊ・Ｖ／（Ｚ・（１＋ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ） ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） ＋ｊ・ｉＺ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ・・・（２０） ここで、Ｖｃ、Ｖａは補正用コンデンサ１０ｃ、１０ａ
にそれぞれ印加される電圧である。（２０）式から明ら
かなように、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍
の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に変化すると、共振回路
位相信号Ｖｆ２は超音波振動子１の直列共振回路に流れ
る電流ｉＺに対応しなくなる。すなわち共振回路位相信
号Ｖｆ２の位相は超音波振動子１の直列共振回路に流れ
る電流ｉＺに対して９０°進相ではなくなる。したがっ
てＰＬＬ制御回路３０への正しい帰還が行なわれない。
換言すると、ｎ≠１であるため、（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃ
ｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ）が共振回路位相信号Ｖｆ２に位相ず
れを与えている。
ついて詳述する。超音波振動子１を長時間駆動している
間に、超音波振動子１の制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電
容量が変化して、ｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に
なったとする。この場合、共振回路位相信号Ｖｆ２は
（２０）式により示される。 Ｖｆ２＝Ｖｃ−Ｖａ ＝Ｖ・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） −Ｖ・（Ｚ・ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｚ・（１＋ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ＝Ｖ・（１−ｎ）・Ｚ・Ｃｄ ／（Ｚ・（１＋ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ）＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ）） ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） ＋ｊ・Ｖ／（Ｚ・（１＋ｎ・Ｃｄ／Ｃｃ） ＋１／（ｊ・ω0 ・Ｃｃ））／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ＝（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ） ＋ｊ・ｉＺ／（ω0 ・（Ｃｄ＋Ｃｃ）） ・・・（２０） ここで、Ｖｃ、Ｖａは補正用コンデンサ１０ｃ、１０ａ
にそれぞれ印加される電圧である。（２０）式から明ら
かなように、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍
の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ≠１）に変化すると、共振回路
位相信号Ｖｆ２は超音波振動子１の直列共振回路に流れ
る電流ｉＺに対応しなくなる。すなわち共振回路位相信
号Ｖｆ２の位相は超音波振動子１の直列共振回路に流れ
る電流ｉＺに対して９０°進相ではなくなる。したがっ
てＰＬＬ制御回路３０への正しい帰還が行なわれない。
換言すると、ｎ≠１であるため、（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃ
ｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ）が共振回路位相信号Ｖｆ２に位相ず
れを与えている。
【０１１０】図２１〜図２３を参照する。図２１〜図２
３は、印加電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ
２との関係を示すベクトル図である。第５の実施形態の
ＰＬＬ制御回路３０でも、第１の実施形態のＰＬＬ制御
回路３０と同様に、超音波振動子１に印加される電圧信
号Ｖ１と超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉ
Ｚとが同位相になるように、すなわち印加電圧位相信号
Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２との位相差が常に９０
°になるようにＰＬＬ制御が行なわれる。
３は、印加電圧位相信号Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ
２との関係を示すベクトル図である。第５の実施形態の
ＰＬＬ制御回路３０でも、第１の実施形態のＰＬＬ制御
回路３０と同様に、超音波振動子１に印加される電圧信
号Ｖ１と超音波振動子１の直列共振回路に流れる電流ｉ
Ｚとが同位相になるように、すなわち印加電圧位相信号
Ｖｆ１と共振回路位相信号Ｖｆ２との位相差が常に９０
°になるようにＰＬＬ制御が行なわれる。
【０１１１】図２１は制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量が１倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＝１）である場合のベ
クトル図である。このとき、第１の実施形態と同様に、
（２０）式に示す（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃ
ｃ）の信号成分がないので、共振回路位相信号Ｖｆ２の
位相ずれは生じていない。ＰＬＬ制御により発振周波数
ｆｏが制御されると、超音波振動子１の直列共振回路に
流れる電流ｉＺと超音波振動子１に印加される電圧信号
Ｖ１とが同位相になる。すなわち超音波振動子１は共振
しており、発振源３１の発振周波数ｆｏは超音波振動子
１の共振周波数ｆｒと一致している。
量が１倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＝１）である場合のベ
クトル図である。このとき、第１の実施形態と同様に、
（２０）式に示す（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃ
ｃ）の信号成分がないので、共振回路位相信号Ｖｆ２の
位相ずれは生じていない。ＰＬＬ制御により発振周波数
ｆｏが制御されると、超音波振動子１の直列共振回路に
流れる電流ｉＺと超音波振動子１に印加される電圧信号
Ｖ１とが同位相になる。すなわち超音波振動子１は共振
しており、発振源３１の発振周波数ｆｏは超音波振動子
１の共振周波数ｆｒと一致している。
【０１１２】図２２は制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）となった場合の
ベクトル図である。図２２（ａ）は第１の実施形態の図
４（ａ）と同様に、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量
がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）に変化した直後、
まだ発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒとほぼ一致してい
る状態のベクトル図である。この場合、（１−ｎ）・Ｖ
１・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ）の信号成分は、印加電圧位相
信号Ｖｆ１に対して１８０°の位相差を有するものであ
り、ｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋Ｃｃ））の信号成分
は、印加電圧位相信号Ｖｆ１に対して９０°位相の進ん
だものである。これらの（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃｄ／（Ｃ
ｄ＋Ｃｃ）の信号成分とｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋Ｃ
ｃ））の信号成分との合成信号が共振回路位相信号Ｖｆ
２であるので、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相は印加電
圧位相信号Ｖｆ１の位相に対して９０°以上進むことに
なる。そのため、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位
相信号Ｖｆ２の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相よ
り９０°進むように、発振源３１の発振周波数ｆｏが調
整され始める。
量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）となった場合の
ベクトル図である。図２２（ａ）は第１の実施形態の図
４（ａ）と同様に、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量
がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）に変化した直後、
まだ発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒとほぼ一致してい
る状態のベクトル図である。この場合、（１−ｎ）・Ｖ
１・Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｃ）の信号成分は、印加電圧位相
信号Ｖｆ１に対して１８０°の位相差を有するものであ
り、ｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋Ｃｃ））の信号成分
は、印加電圧位相信号Ｖｆ１に対して９０°位相の進ん
だものである。これらの（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃｄ／（Ｃ
ｄ＋Ｃｃ）の信号成分とｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋Ｃ
ｃ））の信号成分との合成信号が共振回路位相信号Ｖｆ
２であるので、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相は印加電
圧位相信号Ｖｆ１の位相に対して９０°以上進むことに
なる。そのため、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位
相信号Ｖｆ２の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相よ
り９０°進むように、発振源３１の発振周波数ｆｏが調
整され始める。
【０１１３】ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏが調整さ
れたときのベクトル図を図２２（ｂ）に示す。この場
合、第１の実施形態と同様に、共振回路位相信号Ｖｆ２
を構成する信号成分のうち、ｊ・ｉＺ／（ω0 ・（Ｃｄ
＋Ｃｃ））の信号成分は発振周波数ｆｏすなわち超音波
振動子１の駆動周波数を変更することにより、印加電圧
位相信号Ｖｆ１との位相差を変更可能である。この場
合、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２
の位相を印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相より９０°進む
ように、換言すると、ｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋Ｃ
ｃ））の信号成分と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差
が９０°以下になるように、発振源３１の発振周波数ｆ
ｏが制御される。すなわち発振周波数ｆｏが共振周波数
ｆｒより高くなるように変更される。
れたときのベクトル図を図２２（ｂ）に示す。この場
合、第１の実施形態と同様に、共振回路位相信号Ｖｆ２
を構成する信号成分のうち、ｊ・ｉＺ／（ω0 ・（Ｃｄ
＋Ｃｃ））の信号成分は発振周波数ｆｏすなわち超音波
振動子１の駆動周波数を変更することにより、印加電圧
位相信号Ｖｆ１との位相差を変更可能である。この場
合、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２
の位相を印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相より９０°進む
ように、換言すると、ｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋Ｃ
ｃ））の信号成分と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差
が９０°以下になるように、発振源３１の発振周波数ｆ
ｏが制御される。すなわち発振周波数ｆｏが共振周波数
ｆｒより高くなるように変更される。
【０１１４】図２３は、制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電
容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になった場合
のベクトル図である。図２３（ａ）は、第１の実施形態
の図５（ａ）と同様に、ＰＬＬ制御開始時に発振周波数
ｆｏが共振周波数ｆｒとほぼ一致している状態のベクト
ル図である。この場合、（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃｄ／（Ｃ
ｄ＋Ｃｃ）の信号成分は、印加電圧位相信号Ｖｆ１と同
位相であり、ｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋Ｃｃ））の信
号成分は印加電圧位相信号Ｖｆ１に対して９０°位相の
進んだものである。これらの（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃｄ／
（Ｃｄ＋Ｃｃ）の信号成分とｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ
＋Ｃｃ））の信号成分との合成信号が共振回路位相信号
Ｖｆ２であるので、共振回路位相信号Ｖｆ２と印加電圧
位相信号Ｖｆ１との位相差は９０°以下となる。そのた
め、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２
の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相より９０°進む
ように、発振源３１の発振周波数ｆｏが調整され始め
る。
容量がｎ倍の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＜１）になった場合
のベクトル図である。図２３（ａ）は、第１の実施形態
の図５（ａ）と同様に、ＰＬＬ制御開始時に発振周波数
ｆｏが共振周波数ｆｒとほぼ一致している状態のベクト
ル図である。この場合、（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃｄ／（Ｃ
ｄ＋Ｃｃ）の信号成分は、印加電圧位相信号Ｖｆ１と同
位相であり、ｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋Ｃｃ））の信
号成分は印加電圧位相信号Ｖｆ１に対して９０°位相の
進んだものである。これらの（１−ｎ）・Ｖ１・Ｃｄ／
（Ｃｄ＋Ｃｃ）の信号成分とｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ
＋Ｃｃ））の信号成分との合成信号が共振回路位相信号
Ｖｆ２であるので、共振回路位相信号Ｖｆ２と印加電圧
位相信号Ｖｆ１との位相差は９０°以下となる。そのた
め、ＰＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２
の位相が印加電圧位相信号Ｖｆ１の位相より９０°進む
ように、発振源３１の発振周波数ｆｏが調整され始め
る。
【０１１５】ＰＬＬ制御により発振周波数ｆｏが調整さ
れたときのベクトル図を図２３（ｂ）に示す。この場合
も第１の実施形態と同様に、共振回路位相信号Ｖｆ２を
構成する信号成分のうち、ｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋
Ｃｃ））の信号成分は発振周波数ｆｏすなわち超音波振
動子１の駆動周波数を変更することにより印加電圧位相
信号Ｖｆ１との位相差を変更可能である。この場合、Ｐ
ＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
が印加電圧位相信号Ｖｆ１より９０°進むように、換言
すると、ｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋Ｃｃ））の信号成
分と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差が９０°以上に
なるように、発振源３１の発振周波数ｆｏが制御され
る。すなわち発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒより低く
なるように変更される。
れたときのベクトル図を図２３（ｂ）に示す。この場合
も第１の実施形態と同様に、共振回路位相信号Ｖｆ２を
構成する信号成分のうち、ｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋
Ｃｃ））の信号成分は発振周波数ｆｏすなわち超音波振
動子１の駆動周波数を変更することにより印加電圧位相
信号Ｖｆ１との位相差を変更可能である。この場合、Ｐ
ＬＬ制御回路３０では、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
が印加電圧位相信号Ｖｆ１より９０°進むように、換言
すると、ｊ・ｉＺ／（ωO ・（Ｃｄ＋Ｃｃ））の信号成
分と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差が９０°以上に
なるように、発振源３１の発振周波数ｆｏが制御され
る。すなわち発振周波数ｆｏは共振周波数ｆｒより低く
なるように変更される。
【０１１６】第５の実施形態では、ＰＬＬ制御回路３０
のＰＬＬ制御による発振周波数ｆｏの調整は第１の実施
形態で図６に示したように行なわれるので説明を省略す
る。既に述べたように、超音波振動子１の制動コンデン
サ（Ｃｄ）の静電容量が超音波振動子１自体の温度変化
等によって変化すると、共振回路位相信号Ｖｆ２に位相
ずれが生じる。したがって、共振回路位相信号Ｖｆ２の
位相ずれを検出し、補正する必要がある。
のＰＬＬ制御による発振周波数ｆｏの調整は第１の実施
形態で図６に示したように行なわれるので説明を省略す
る。既に述べたように、超音波振動子１の制動コンデン
サ（Ｃｄ）の静電容量が超音波振動子１自体の温度変化
等によって変化すると、共振回路位相信号Ｖｆ２に位相
ずれが生じる。したがって、共振回路位相信号Ｖｆ２の
位相ずれを検出し、補正する必要がある。
【０１１７】上述のように、制動コンデンサ（Ｃｄ）の
静電容量が変化すると、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
ずれが生じ、ＰＬＬ制御回路３０の制御により発振源３
１の発振周波数ｆｏが変更される。このことを利用し
て、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相ずれを検出すること
ができる。
静電容量が変化すると、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
ずれが生じ、ＰＬＬ制御回路３０の制御により発振源３
１の発振周波数ｆｏが変更される。このことを利用し
て、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相ずれを検出すること
ができる。
【０１１８】共振回路位相信号Ｖｆ２の位相ずれのため
に、ＰＬＬ制御回路３０の制御により発振周波数ｆｏが
変更されるとき、実際には、発振周波数ｆｏは、少しだ
け高い周波数または少しだけ低い周波数に変更されるの
ではなく、制御可能なほぼ最高周波数ｆｍａｘまたは最
低周波数ｆｍｉｎに変更される。
に、ＰＬＬ制御回路３０の制御により発振周波数ｆｏが
変更されるとき、実際には、発振周波数ｆｏは、少しだ
け高い周波数または少しだけ低い周波数に変更されるの
ではなく、制御可能なほぼ最高周波数ｆｍａｘまたは最
低周波数ｆｍｉｎに変更される。
【０１１９】制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量がｎ倍
の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）であるとき、ＰＬＬ制御
により発振周波数ｆｏがほぼ最高周波数ｆｍａｘに変更
される。換言すると、発振周波数ｆｏがほぼ最高周波数
ｆｍａｘであるときは、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
が印加電圧位相信号Ｖｆ１より９０°以上進んでおり、
すなわち共振回路位相信号Ｖｆ２に位相角θ１（図２２
（ａ）参照）だけ進相方向に位相ずれが生じている。こ
れに対し制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量ｎ・Ｃｄ
（ｎ＜１）であるとき、発振周波数ｆｏがほぼ最低周波
数ｆｍｉｎに変更される。換言すると、発振周波数ｆｏ
がほぼ最低周波数ｆｍｉｎであるときは、共振回路位相
信号Ｖｆ２と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差が９０
°以下であり、共振回路位相信号Ｖｆ２に位相角θ２
（図２３（ａ）参照）だけ遅相方向に位相ずれが生じて
いる。
の静電容量ｎ・Ｃｄ（ｎ＞１）であるとき、ＰＬＬ制御
により発振周波数ｆｏがほぼ最高周波数ｆｍａｘに変更
される。換言すると、発振周波数ｆｏがほぼ最高周波数
ｆｍａｘであるときは、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
が印加電圧位相信号Ｖｆ１より９０°以上進んでおり、
すなわち共振回路位相信号Ｖｆ２に位相角θ１（図２２
（ａ）参照）だけ進相方向に位相ずれが生じている。こ
れに対し制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量ｎ・Ｃｄ
（ｎ＜１）であるとき、発振周波数ｆｏがほぼ最低周波
数ｆｍｉｎに変更される。換言すると、発振周波数ｆｏ
がほぼ最低周波数ｆｍｉｎであるときは、共振回路位相
信号Ｖｆ２と印加電圧位相信号Ｖｆ１との位相差が９０
°以下であり、共振回路位相信号Ｖｆ２に位相角θ２
（図２３（ａ）参照）だけ遅相方向に位相ずれが生じて
いる。
【０１２０】検出された共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
ずれを補正するように、位相補正器６０の位相補正量が
調整される。この位相補正量の調整について詳述する。
位相補正量をθとすると、符号＋は位相を進ませること
を意味し、符号−は位相を遅らせることを意味する。発
振周波数ｆｏが共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒ＜ｆｏ＜
ｆｒ＋Δｆｒ：ｆｏ≒ｆｒ）内であるとき、位相補正量
θは適切な値に設定されている。したがって位相補正量
θの調整は行なわれない。発振周波数ｆｏが共振周波数
範囲の最大値ｆｒ＋Δｆｒより高いとき（ｆｏ＞ｆｒ＋
Δｆｒ）、例えば発振周波数ｆｏが最高周波数ｆｍａｘ
であるとき、共振回路位相信号Ｖｆ２に進相方向の位相
ずれが生じているため、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
を遅らせる必要があり、位相補正量θが小さくなるよう
に調整される。すなわち位相補正量θがθ−Δθ（例え
ばΔθ＝１°）に設定される。これに対し、発振周波数
ｆｏが共振周波数範囲の最小値ｆｒ−Δｆｒより低いと
き（ｆｏ＜ｆｒ−Δｆｒ）、例えば発振周波数ｆｏが最
低周波数ｆｍｉｎであるとき、共振回路位相信号Ｖｆ２
に遅相方向の位相ずれが生じているため、共振回路位相
信号Ｖｆ２の位相を進ませる必要があり、位相補正量θ
が大きくなるように調整される。すなわち位相補正量θ
がθ＋Δθに設定される。
ずれを補正するように、位相補正器６０の位相補正量が
調整される。この位相補正量の調整について詳述する。
位相補正量をθとすると、符号＋は位相を進ませること
を意味し、符号−は位相を遅らせることを意味する。発
振周波数ｆｏが共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒ＜ｆｏ＜
ｆｒ＋Δｆｒ：ｆｏ≒ｆｒ）内であるとき、位相補正量
θは適切な値に設定されている。したがって位相補正量
θの調整は行なわれない。発振周波数ｆｏが共振周波数
範囲の最大値ｆｒ＋Δｆｒより高いとき（ｆｏ＞ｆｒ＋
Δｆｒ）、例えば発振周波数ｆｏが最高周波数ｆｍａｘ
であるとき、共振回路位相信号Ｖｆ２に進相方向の位相
ずれが生じているため、共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
を遅らせる必要があり、位相補正量θが小さくなるよう
に調整される。すなわち位相補正量θがθ−Δθ（例え
ばΔθ＝１°）に設定される。これに対し、発振周波数
ｆｏが共振周波数範囲の最小値ｆｒ−Δｆｒより低いと
き（ｆｏ＜ｆｒ−Δｆｒ）、例えば発振周波数ｆｏが最
低周波数ｆｍｉｎであるとき、共振回路位相信号Ｖｆ２
に遅相方向の位相ずれが生じているため、共振回路位相
信号Ｖｆ２の位相を進ませる必要があり、位相補正量θ
が大きくなるように調整される。すなわち位相補正量θ
がθ＋Δθに設定される。
【０１２１】なお共振周波数範囲（ｆｒ−Δｆｒからｆ
ｒ＋Δｆｒ）は第１の実施形態と同様に定めるとよい。
位相補正量θの変更量Δθは、超音波振動子の駆動装置
全体に基づいて設定されればよい。また変更量Δθは常
に一定である必要はなく、発振周波数ｆｏと共振周波数
ｆｒの差に応じて変更量Δθを変化させてもよい。
ｒ＋Δｆｒ）は第１の実施形態と同様に定めるとよい。
位相補正量θの変更量Δθは、超音波振動子の駆動装置
全体に基づいて設定されればよい。また変更量Δθは常
に一定である必要はなく、発振周波数ｆｏと共振周波数
ｆｒの差に応じて変更量Δθを変化させてもよい。
【０１２２】図２４を参照して位相補正量θの調整を行
なう位相補正量調整ルーチンについて説明する。この位
相補正量調整ルーチンが第１の実施形態の図８に示す増
幅率調整ルーチンと異なるステップはステップ２００、
ステップ２１０であり、その他のステップは同様であ
る。以下ステップ２００、ステップ２１０の処理につい
て説明する。この位相補正量調整ルーチンは位相補正量
調整回路６１に設けられる後述するＣＰＵにおいて実行
される。
なう位相補正量調整ルーチンについて説明する。この位
相補正量調整ルーチンが第１の実施形態の図８に示す増
幅率調整ルーチンと異なるステップはステップ２００、
ステップ２１０であり、その他のステップは同様であ
る。以下ステップ２００、ステップ２１０の処理につい
て説明する。この位相補正量調整ルーチンは位相補正量
調整回路６１に設けられる後述するＣＰＵにおいて実行
される。
【０１２３】ステップ１２０からステップ１３０におい
て、発振周波数ｆｏが共振周波数範囲内にはないと判定
されたとき（ｆｏ＜ｆｒ−Δｆｒ、またはｆｒ＋Δｆｒ
＜ｆｏ）、位相補正器６０の位相補正量θが適切な値に
設定されていないので、ステップ２００またはステップ
２１０において、位相補正量θがθ＝θ−Δθまたはθ
＝θ＋Δθに変更され、ステップ１００の処理が再び実
行される。
て、発振周波数ｆｏが共振周波数範囲内にはないと判定
されたとき（ｆｏ＜ｆｒ−Δｆｒ、またはｆｒ＋Δｆｒ
＜ｆｏ）、位相補正器６０の位相補正量θが適切な値に
設定されていないので、ステップ２００またはステップ
２１０において、位相補正量θがθ＝θ−Δθまたはθ
＝θ＋Δθに変更され、ステップ１００の処理が再び実
行される。
【０１２４】超音波振動子１が駆動されている間、上述
のような位相補正量θの調整が行なわれ、位相補正量θ
は最適な値に設定される。
のような位相補正量θの調整が行なわれ、位相補正量θ
は最適な値に設定される。
【０１２５】これまでに述べたような位相補正量の調整
を行なうための位相補正量調整回路６１と位相補正器６
０のブロック図を図２５に示す。発振源３１からの発振
周波数ｆｏの信号が位相補正量調整回路６１に取り込ま
れる。位相補正量調整回路６１は周波数／電圧（ｆ／
Ｖ）変換回路６１ａ、Ａ／Ｄ変換回路６１ｂ、ＣＰＵ６
１ｃおよびＤ／Ａ変換回路６１ｄにより構成される。取
込まれた発振周波数ｆｏはｆ／Ｖ変換回路６１ａにより
アナログ電圧信号に変換され、その電圧信号がＡ／Ｄ変
換回路６１ｂによりデジタル電圧信号に変換され、その
デジタル電圧信号がＣＰＵ６１ｃに発振周波数ｆｏの値
として入力される。ＣＰＵ６１ｃでは、発振周波数ｆｏ
の値に基づいて位相補正量調整ルーチンに示すように位
相補正量θが調整される。この調整された位相補正量θ
に対応するデジタル電圧信号がＣＰＵ６１ｃから出力さ
れ、Ｄ／Ａ変換回路６１ｄによりアナログ電圧信号に変
換される。このアナログ電圧信号に応じて位相補正器６
０の電圧制御増幅回路６０ｃでは、その増幅率Ａが変更
される。
を行なうための位相補正量調整回路６１と位相補正器６
０のブロック図を図２５に示す。発振源３１からの発振
周波数ｆｏの信号が位相補正量調整回路６１に取り込ま
れる。位相補正量調整回路６１は周波数／電圧（ｆ／
Ｖ）変換回路６１ａ、Ａ／Ｄ変換回路６１ｂ、ＣＰＵ６
１ｃおよびＤ／Ａ変換回路６１ｄにより構成される。取
込まれた発振周波数ｆｏはｆ／Ｖ変換回路６１ａにより
アナログ電圧信号に変換され、その電圧信号がＡ／Ｄ変
換回路６１ｂによりデジタル電圧信号に変換され、その
デジタル電圧信号がＣＰＵ６１ｃに発振周波数ｆｏの値
として入力される。ＣＰＵ６１ｃでは、発振周波数ｆｏ
の値に基づいて位相補正量調整ルーチンに示すように位
相補正量θが調整される。この調整された位相補正量θ
に対応するデジタル電圧信号がＣＰＵ６１ｃから出力さ
れ、Ｄ／Ａ変換回路６１ｄによりアナログ電圧信号に変
換される。このアナログ電圧信号に応じて位相補正器６
０の電圧制御増幅回路６０ｃでは、その増幅率Ａが変更
される。
【０１２６】位相補正器６０は、４５度進相回路６０
ａ、９０度遅相回路６０ｂ、電圧制御増幅回路６０ｃお
よび加算回路６０ｄにより構成される。位相補正器６０
への入力信号および出力信号をそれぞれＶf2inおよびＶ
f2out とする。位相補正器６０に入力された入力信号Ｖ
f2inは、４５度進相回路６０ａおよび９０度遅相回路６
０ｂにより位相を変更されて、その結果２つの信号すな
わちＸ方向信号ＶｘとＹ方向信号Ｖｙに変換される。Ｙ
方向信号Ｖｙは電圧制御増幅回路６０ｃにより増幅率Ａ
で増幅され、その増幅された信号と、Ｘ方向信号Ｖｘと
が加算回路６０ｄにより加算され、その加算された信号
が出力信号Ｖf2out として位相補正器６０から出力さ
れ、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される。すなわち適正な
共振回路位相信号Ｖｆ２がＰＬＬ制御回路３０に帰還さ
れる。
ａ、９０度遅相回路６０ｂ、電圧制御増幅回路６０ｃお
よび加算回路６０ｄにより構成される。位相補正器６０
への入力信号および出力信号をそれぞれＶf2inおよびＶ
f2out とする。位相補正器６０に入力された入力信号Ｖ
f2inは、４５度進相回路６０ａおよび９０度遅相回路６
０ｂにより位相を変更されて、その結果２つの信号すな
わちＸ方向信号ＶｘとＹ方向信号Ｖｙに変換される。Ｙ
方向信号Ｖｙは電圧制御増幅回路６０ｃにより増幅率Ａ
で増幅され、その増幅された信号と、Ｘ方向信号Ｖｘと
が加算回路６０ｄにより加算され、その加算された信号
が出力信号Ｖf2out として位相補正器６０から出力さ
れ、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される。すなわち適正な
共振回路位相信号Ｖｆ２がＰＬＬ制御回路３０に帰還さ
れる。
【０１２７】位相補正器６０の入力信号Ｖf2inおよび出
力信号Ｖf2out とＸおよびＹ方向信号Ｖｘ、Ｖｙのベク
トル図を図２６に示す。電圧制御増幅回路６０ｃの増幅
率をＡとすると、増幅率Ａが１／√２であるとき、図２
６（ｂ）に示すように入力信号Ｖf2inと出力信号Ｖf2ou
t とは同位相になる。図２６（ａ）に示すように増幅率
Ａが１／√２より大きいとき、出力信号Ｖf2out の位相
は入力信号Ｖf2inの位相より遅れ、図２６（ｃ）に示す
ように増幅率Ａが１／√２より小さいとき、出力信号Ｖ
f2out の位相は入力信号Ｖf2inの位相より進む。したが
って、位相補正量θの変更は、電圧制御増幅回路６０ｃ
の増幅率Ａを変更することにより行われる。電圧制御増
幅回路６０ｃでは位相補正量調整回路６１のＤ／Ａ変換
回路６１ｄから出力されたアナログ電圧信号に応じて増
幅率Ａが変更される。
力信号Ｖf2out とＸおよびＹ方向信号Ｖｘ、Ｖｙのベク
トル図を図２６に示す。電圧制御増幅回路６０ｃの増幅
率をＡとすると、増幅率Ａが１／√２であるとき、図２
６（ｂ）に示すように入力信号Ｖf2inと出力信号Ｖf2ou
t とは同位相になる。図２６（ａ）に示すように増幅率
Ａが１／√２より大きいとき、出力信号Ｖf2out の位相
は入力信号Ｖf2inの位相より遅れ、図２６（ｃ）に示す
ように増幅率Ａが１／√２より小さいとき、出力信号Ｖ
f2out の位相は入力信号Ｖf2inの位相より進む。したが
って、位相補正量θの変更は、電圧制御増幅回路６０ｃ
の増幅率Ａを変更することにより行われる。電圧制御増
幅回路６０ｃでは位相補正量調整回路６１のＤ／Ａ変換
回路６１ｄから出力されたアナログ電圧信号に応じて増
幅率Ａが変更される。
【０１２８】なお図２４に示す位相補正量調整ルーチン
では、超音波振動子１を駆動している間に、位相補正量
θを調整する処理が繰りかえされるので、超音波振動子
１の駆動開始時に、発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒと
異なっていても（ｆｏ≠ｆｒ）、位相補正器６０の位相
補正量θは適切な値に設定される。また、一旦適切な値
に設定されれば、その後は位相補正量θの適切な値が変
化しても即時その値に設定される。このため超音波振動
子１を常に共振周波数ｆｒで駆動することが可能であ
る。
では、超音波振動子１を駆動している間に、位相補正量
θを調整する処理が繰りかえされるので、超音波振動子
１の駆動開始時に、発振周波数ｆｏが共振周波数ｆｒと
異なっていても（ｆｏ≠ｆｒ）、位相補正器６０の位相
補正量θは適切な値に設定される。また、一旦適切な値
に設定されれば、その後は位相補正量θの適切な値が変
化しても即時その値に設定される。このため超音波振動
子１を常に共振周波数ｆｒで駆動することが可能であ
る。
【０１２９】以上のような第５の実施形態においても、
超音波振動子１の長時間の駆動等によるそれ自体の温度
変化のために制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量が変化
しても、発振周波数ｆｏに基づいて位相補正量調整回路
６１により位相補正器６０の位相補正量θが自動的に変
更されるため、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される共振回
路位相信号Ｖｆ２の位相ずれが補正され、ＰＬＬ制御回
路３０でのＰＬＬ制御が適正に行なわれる。これにより
超音波振動子１は常にその共振周波数ｆｒで駆動され
る。したがって超音波振動子１を常に効率よく駆動する
ことが可能である。
超音波振動子１の長時間の駆動等によるそれ自体の温度
変化のために制動コンデンサ（Ｃｄ）の静電容量が変化
しても、発振周波数ｆｏに基づいて位相補正量調整回路
６１により位相補正器６０の位相補正量θが自動的に変
更されるため、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される共振回
路位相信号Ｖｆ２の位相ずれが補正され、ＰＬＬ制御回
路３０でのＰＬＬ制御が適正に行なわれる。これにより
超音波振動子１は常にその共振周波数ｆｒで駆動され
る。したがって超音波振動子１を常に効率よく駆動する
ことが可能である。
【０１３０】第５の実施形態で行なわれる位相補正量調
整ルーチンの変形例として図２７に示す位相補正量調整
および駆動停止ルーチンについて説明する。超音波振動
子１やその先端に接続するホーンの損傷等により、超音
波振動子１の共振周波数ｆｒが大きく変動するとき、位
相補正器６０の位相補正量θを変更しても、共振周波数
ｆｒで超音波振動子１を駆動することは不可能になる。
このような場合に、図２７に示す位相補正量調整および
駆動停止ルーチンによって位相補正量θを調整して、異
常時には強制的に超音波振動子１の駆動を停止するとよ
い。なお位相補正量調整および駆動停止ルーチンを実行
する際、位相補正量θの設定可能範囲の最大値θｍａｘ
および最小値θｍｉｎが予め設定される。位相補正量θ
がその設定可能範囲を超えたとき（θ＜θｍｉｎ、θ＞
θｍａｘ）には超音波振動子１の駆動が強制的に停止さ
れ、第１の実施形態の変形例と同様に、超音波振動子１
を共振周波数ｆｒで駆動できない旨の表示が行われ、ア
ラーム等で異常が発生したことが報知される。これによ
って、超音波振動子１へ異常な高電圧の印加や、超音波
振動子１およびホーンの損傷の拡大が防止可能であり、
かつ使用者の安全も確保することができる。
整ルーチンの変形例として図２７に示す位相補正量調整
および駆動停止ルーチンについて説明する。超音波振動
子１やその先端に接続するホーンの損傷等により、超音
波振動子１の共振周波数ｆｒが大きく変動するとき、位
相補正器６０の位相補正量θを変更しても、共振周波数
ｆｒで超音波振動子１を駆動することは不可能になる。
このような場合に、図２７に示す位相補正量調整および
駆動停止ルーチンによって位相補正量θを調整して、異
常時には強制的に超音波振動子１の駆動を停止するとよ
い。なお位相補正量調整および駆動停止ルーチンを実行
する際、位相補正量θの設定可能範囲の最大値θｍａｘ
および最小値θｍｉｎが予め設定される。位相補正量θ
がその設定可能範囲を超えたとき（θ＜θｍｉｎ、θ＞
θｍａｘ）には超音波振動子１の駆動が強制的に停止さ
れ、第１の実施形態の変形例と同様に、超音波振動子１
を共振周波数ｆｒで駆動できない旨の表示が行われ、ア
ラーム等で異常が発生したことが報知される。これによ
って、超音波振動子１へ異常な高電圧の印加や、超音波
振動子１およびホーンの損傷の拡大が防止可能であり、
かつ使用者の安全も確保することができる。
【０１３１】第５の実施形態では、電圧検出器３３ｃに
より検出される電圧信号Ｖ３は補正用コンデンサ１０ａ
に印加される電圧信号と補正用コンデンサ１０ｃに印加
される電圧信号とを減算したものであり、共振回路位相
信号Ｖｆ２である。すなわち電圧検出器３３ｃは図１０
に示す第２の実施形態の位相合成用演算器２１および電
圧検出器３３ｂ、３３ｃの構成を簡略化したものであ
り、この位相合成用演算器２１および電圧検出器３３
ｂ、３３ｃと同様に機能する。したがって第５の実施形
態では、電圧検出器３３ｃの代わりに、位相合成用演算
器２１および電圧検出器３３ｂ、３３ｃを設ける構成と
してもよい。
より検出される電圧信号Ｖ３は補正用コンデンサ１０ａ
に印加される電圧信号と補正用コンデンサ１０ｃに印加
される電圧信号とを減算したものであり、共振回路位相
信号Ｖｆ２である。すなわち電圧検出器３３ｃは図１０
に示す第２の実施形態の位相合成用演算器２１および電
圧検出器３３ｂ、３３ｃの構成を簡略化したものであ
り、この位相合成用演算器２１および電圧検出器３３
ｂ、３３ｃと同様に機能する。したがって第５の実施形
態では、電圧検出器３３ｃの代わりに、位相合成用演算
器２１および電圧検出器３３ｂ、３３ｃを設ける構成と
してもよい。
【０１３２】第５の実施形態である超音波振動子の駆動
装置に設けられる位相補正器６０および位相補正量調整
回路６１を、図２８〜図３０に示すように第１の実施形
態、第３の実施形態、第４の実施形態の駆動装置に適用
することも可能である。この場合、制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の変化により生じる共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
ずれは、位相補正器６０および位相補正量調整回路６１
で補正されるため、増幅器２０の増幅率Ａを変更する必
要がない。このため増幅率調整回路２２を取除き、増幅
率Ａを所定の値（例えばＡ＝Ｃｃ／ＣｄまたはＡ＝Ｃｄ
／Ｃｃ）に固定する構成にすればよい。なお図３０で
は、電流検出器３４ａにより検出される電流ｉ１は、超
音波振動子１に流れる電流と補正用コイル１１に流れる
電流とを加算したものであり、共振回路位相信号Ｖｆ２
である。すなわち電流検出器３４ａは図１７に示す電流
検出器３４ａ、３４ｂおよび加算器である位相合成用演
算器２１の構成を簡略化したものであり、この電流検出
器３４ａ、３４ｂおよび位相合成用演算器２１と同様に
機能する。したがって電流検出器３４ａの代わりに、電
流検出器３４ａ、３４ｂおよび位相合成用演算器２１を
用いる構成としてもよい。
装置に設けられる位相補正器６０および位相補正量調整
回路６１を、図２８〜図３０に示すように第１の実施形
態、第３の実施形態、第４の実施形態の駆動装置に適用
することも可能である。この場合、制動コンデンサ（Ｃ
ｄ）の変化により生じる共振回路位相信号Ｖｆ２の位相
ずれは、位相補正器６０および位相補正量調整回路６１
で補正されるため、増幅器２０の増幅率Ａを変更する必
要がない。このため増幅率調整回路２２を取除き、増幅
率Ａを所定の値（例えばＡ＝Ｃｃ／ＣｄまたはＡ＝Ｃｄ
／Ｃｃ）に固定する構成にすればよい。なお図３０で
は、電流検出器３４ａにより検出される電流ｉ１は、超
音波振動子１に流れる電流と補正用コイル１１に流れる
電流とを加算したものであり、共振回路位相信号Ｖｆ２
である。すなわち電流検出器３４ａは図１７に示す電流
検出器３４ａ、３４ｂおよび加算器である位相合成用演
算器２１の構成を簡略化したものであり、この電流検出
器３４ａ、３４ｂおよび位相合成用演算器２１と同様に
機能する。したがって電流検出器３４ａの代わりに、電
流検出器３４ａ、３４ｂおよび位相合成用演算器２１を
用いる構成としてもよい。
【０１３３】図３１を参照して第６の実施形態である超
音波振動子の駆動装置について説明する。第６の実施形
態が第１の実施形態と異なる点は、位相補正回路３５が
設けられ、発振源３１の両端に電圧検出器３３ｄが接続
され、電圧検出器３３ｄにより検出された発振源３１の
出力信号Ｖ４が印加電圧位相信号Ｖｆ１としてＰＬＬ制
御回路３０に帰還される点である。印加電圧位相信号Ｖ
ｆ１は超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１に対応
しなければならない。一方位相補正回路３５の位相補正
量を適切に定めることにより、発振源３１の出力信号Ｖ
４を超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位相
にすることが可能である。したがって、第６の実施形態
でも、第１の実施形態と同様に、超音波振動子１がその
共振周波数で駆動可能である。
音波振動子の駆動装置について説明する。第６の実施形
態が第１の実施形態と異なる点は、位相補正回路３５が
設けられ、発振源３１の両端に電圧検出器３３ｄが接続
され、電圧検出器３３ｄにより検出された発振源３１の
出力信号Ｖ４が印加電圧位相信号Ｖｆ１としてＰＬＬ制
御回路３０に帰還される点である。印加電圧位相信号Ｖ
ｆ１は超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１に対応
しなければならない。一方位相補正回路３５の位相補正
量を適切に定めることにより、発振源３１の出力信号Ｖ
４を超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１と同位相
にすることが可能である。したがって、第６の実施形態
でも、第１の実施形態と同様に、超音波振動子１がその
共振周波数で駆動可能である。
【０１３４】通常、超音波振動子１には、数十〜数百ボ
ルトの大きな電圧信号Ｖ１が印加される。この電圧信号
Ｖ１をＰＬＬ制御回路３０に帰還可能にするためには、
電圧信号Ｖ１の大きさを低減する必要がある。また超音
波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１は、超音波振動子
１の駆動状態によってその電圧値が変化し、この電圧値
の変化に応じて、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される信号
の大きさを調整する必要がある。図３１に示す第６の実
施形態である超音波振動子の駆動装置では、発振源３１
の出力信号Ｖ４は超音波振動子１の駆動状態に関係無く
一定の大きさ（電圧値）であり、上述のようなＰＬＬ制
御回路３０へ帰還される信号の大きさを調整することな
く、適正なＰＬＬ制御が行なわれ、超音波振動子１がそ
の共振周波数で効率よく駆動可能である。
ルトの大きな電圧信号Ｖ１が印加される。この電圧信号
Ｖ１をＰＬＬ制御回路３０に帰還可能にするためには、
電圧信号Ｖ１の大きさを低減する必要がある。また超音
波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１は、超音波振動子
１の駆動状態によってその電圧値が変化し、この電圧値
の変化に応じて、ＰＬＬ制御回路３０に帰還される信号
の大きさを調整する必要がある。図３１に示す第６の実
施形態である超音波振動子の駆動装置では、発振源３１
の出力信号Ｖ４は超音波振動子１の駆動状態に関係無く
一定の大きさ（電圧値）であり、上述のようなＰＬＬ制
御回路３０へ帰還される信号の大きさを調整することな
く、適正なＰＬＬ制御が行なわれ、超音波振動子１がそ
の共振周波数で効率よく駆動可能である。
【０１３５】なお第６の実施形態に適用された位相補正
回路３５と電圧検出器３３ｄとは第２の実施形態から第
５の実施形態にも同様に適用可能であり、それぞれの装
置で上述したように発振源３１の出力信号Ｖ４がＰＬＬ
制御回路３０に帰還され、帰還される信号の大きさを調
整することなく、適正なＰＬＬ制御が行なわれる。
回路３５と電圧検出器３３ｄとは第２の実施形態から第
５の実施形態にも同様に適用可能であり、それぞれの装
置で上述したように発振源３１の出力信号Ｖ４がＰＬＬ
制御回路３０に帰還され、帰還される信号の大きさを調
整することなく、適正なＰＬＬ制御が行なわれる。
【０１３６】図３２を参照して第７の実施形態について
説明する。第７の実施形態が第１の実施形態と異なる点
は、超音波振動子１に対して直列にコイル３６が接続さ
れた点である。コイル３６は超音波振動子１の共振周波
数ｆｒにおいて超音波振動子１および補正用コンデンサ
１０ａの合成静電容量と直列共振するインダクタンスＬ
ｓを有している。すなわち超音波振動子１および補正用
コンデンサ１０ａの合成静電容量をＣｓとすると、合成
静電容量ＣｓはＣｓ＝Ｃｄ・Ｃｃ／（Ｃｄ＋Ｃｃ）であ
るので、コイル３６のインダクタンスＬｓはＬｓ＝（Ｃ
ｄ＋Ｃｃ）／（（ωr ）2 ・Ｃｄ・Ｃｃ）となる。ただ
し、ωr ＝２πｆｒである。このようなコイル３６を接
続することにより、超音波振動子１に印加される電圧信
号Ｖ１が、超音波振動子１にかかる機械的負荷Ｒに比例
する。換言すると、コイル３６の接続により機械的負荷
追従機構が実現される。
説明する。第７の実施形態が第１の実施形態と異なる点
は、超音波振動子１に対して直列にコイル３６が接続さ
れた点である。コイル３６は超音波振動子１の共振周波
数ｆｒにおいて超音波振動子１および補正用コンデンサ
１０ａの合成静電容量と直列共振するインダクタンスＬ
ｓを有している。すなわち超音波振動子１および補正用
コンデンサ１０ａの合成静電容量をＣｓとすると、合成
静電容量ＣｓはＣｓ＝Ｃｄ・Ｃｃ／（Ｃｄ＋Ｃｃ）であ
るので、コイル３６のインダクタンスＬｓはＬｓ＝（Ｃ
ｄ＋Ｃｃ）／（（ωr ）2 ・Ｃｄ・Ｃｃ）となる。ただ
し、ωr ＝２πｆｒである。このようなコイル３６を接
続することにより、超音波振動子１に印加される電圧信
号Ｖ１が、超音波振動子１にかかる機械的負荷Ｒに比例
する。換言すると、コイル３６の接続により機械的負荷
追従機構が実現される。
【０１３７】この場合、電力増幅回路３２の出力電圧Ｖ
ｓが一定であっても、超音波振動子１に印加される電圧
信号Ｖ１は、超音波振動子１にかかる機械的負荷Ｒに比
例する。このことは、超音波振動子１に印加される電圧
信号Ｖ１が（２１）式に示されることから説明される。 Ｖ１＝Ｖｓ・（Ｒ／（１＋ｊ・ωr ・Ｃｄ・Ｒ）） ／（ｊ・ωr ・Ｌｓ＋１／（ｊ・ωr ・Ｃｃ） ＋Ｒ／（１＋ｊ・ωr ・Ｃｄ・Ｒ）） ＝Ｖｓ・Ｒ ／（ｊ・ωr ・Ｌｓ＋１／（ｊ・ωr ・Ｃｃ） ＋Ｒ・（（Ｃｄ＋Ｃｃ）／Ｃｃ−（ωr ）2 ・Ｌｓ・Ｃｄ） ＝−ｊ・ωr ・Ｃｄ・Ｖｓ・Ｒ ・・・（２１） ここで、超音波振動子１はその共振周波数ｆｒで駆動さ
れており、超音波振動子１の直列共振回路の合成インピ
ーダンスＺはＺ＝Ｒとなることを利用している。（２
１）式において、角速度ωr は超音波振動子１の共振周
波数ｆｒで決まるためほぼ一定であり、制動コンデンサ
の静電容量Ｃｄは温度依存性があるが極端には変動せ
ず、電力増幅回路３２の出力電圧Ｖｓは一定であるの
で、超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１は機械的
負荷Ｒにほぼ比例する。
ｓが一定であっても、超音波振動子１に印加される電圧
信号Ｖ１は、超音波振動子１にかかる機械的負荷Ｒに比
例する。このことは、超音波振動子１に印加される電圧
信号Ｖ１が（２１）式に示されることから説明される。 Ｖ１＝Ｖｓ・（Ｒ／（１＋ｊ・ωr ・Ｃｄ・Ｒ）） ／（ｊ・ωr ・Ｌｓ＋１／（ｊ・ωr ・Ｃｃ） ＋Ｒ／（１＋ｊ・ωr ・Ｃｄ・Ｒ）） ＝Ｖｓ・Ｒ ／（ｊ・ωr ・Ｌｓ＋１／（ｊ・ωr ・Ｃｃ） ＋Ｒ・（（Ｃｄ＋Ｃｃ）／Ｃｃ−（ωr ）2 ・Ｌｓ・Ｃｄ） ＝−ｊ・ωr ・Ｃｄ・Ｖｓ・Ｒ ・・・（２１） ここで、超音波振動子１はその共振周波数ｆｒで駆動さ
れており、超音波振動子１の直列共振回路の合成インピ
ーダンスＺはＺ＝Ｒとなることを利用している。（２
１）式において、角速度ωr は超音波振動子１の共振周
波数ｆｒで決まるためほぼ一定であり、制動コンデンサ
の静電容量Ｃｄは温度依存性があるが極端には変動せ
ず、電力増幅回路３２の出力電圧Ｖｓは一定であるの
で、超音波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１は機械的
負荷Ｒにほぼ比例する。
【０１３８】一般の電力増幅回路３２の電圧増幅率は一
定であるので、電力増幅回路３２への入力電圧を変更し
ない限り出力電圧Ｖｓは一定である。第７の実施形態で
は、超音波振動子１にコイル３６を直列に接続するだけ
で、電力増幅回路３２の出力電圧Ｖｓが一定でも、超音
波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１が超音波振動子１
に加わる機械的負荷Ｒに比例するため、自動的に機械的
負荷追従機構が実現できる。また、機械的負荷Ｒに応じ
て変動する超音波振動子１に流れる電流を検出して超音
波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１を増減させる方法
と比較して、回路構成を非常に簡略化することができ
る。なお第７の実施形態に適用されたコイル３６は第２
の実施形態、第３の実施形態、第５の実施形態および第
６の実施形態にも同様に適用可能である。
定であるので、電力増幅回路３２への入力電圧を変更し
ない限り出力電圧Ｖｓは一定である。第７の実施形態で
は、超音波振動子１にコイル３６を直列に接続するだけ
で、電力増幅回路３２の出力電圧Ｖｓが一定でも、超音
波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１が超音波振動子１
に加わる機械的負荷Ｒに比例するため、自動的に機械的
負荷追従機構が実現できる。また、機械的負荷Ｒに応じ
て変動する超音波振動子１に流れる電流を検出して超音
波振動子１に印加される電圧信号Ｖ１を増減させる方法
と比較して、回路構成を非常に簡略化することができ
る。なお第７の実施形態に適用されたコイル３６は第２
の実施形態、第３の実施形態、第５の実施形態および第
６の実施形態にも同様に適用可能である。
【０１３９】図３３、図３４に示す第８の実施形態は、
超音波振動子１をフローティングで駆動したい場合に有
効であり、第１の実施形態と異なる点は、図３３におい
ては、絶縁トランス３７ａ、３７ｂ、３７ｃが設けら
れ、図３４においては、絶縁トランス３７ａが設けられ
る点である。この絶縁トランス３７ａ、３７ｂ、３７ｃ
により超音波振動子１をフローティングで駆動させる構
成は第２の実施形態から第７の実施形態においても同様
に適用可能である。
超音波振動子１をフローティングで駆動したい場合に有
効であり、第１の実施形態と異なる点は、図３３におい
ては、絶縁トランス３７ａ、３７ｂ、３７ｃが設けら
れ、図３４においては、絶縁トランス３７ａが設けられ
る点である。この絶縁トランス３７ａ、３７ｂ、３７ｃ
により超音波振動子１をフローティングで駆動させる構
成は第２の実施形態から第７の実施形態においても同様
に適用可能である。
【０１４０】
【発明の効果】本発明によれば、超音波振動子を常にそ
の共振周波数にて確実に駆動し、多様化する外科手術用
超音波処置装置や超音波溶着等にも容易に対応できる超
音波振動子の駆動装置が提供される。
の共振周波数にて確実に駆動し、多様化する外科手術用
超音波処置装置や超音波溶着等にも容易に対応できる超
音波振動子の駆動装置が提供される。
【図１】本発明の第１の実施形態である超音波振動子の
駆動装置を示す回路図である。
駆動装置を示す回路図である。
【図２】超音波振動子の共振時の等価回路を示す図であ
る。
る。
【図３】増幅器の増幅率が適切な値に設定されている場
合の共振回路位相信号と印加電圧位相信号との関係を示
すベクトル図である。
合の共振回路位相信号と印加電圧位相信号との関係を示
すベクトル図である。
【図４】増幅器の増幅率が適切な値に設定されていない
場合（ｎ＞１）の共振回路位相信号と印加電圧位相信号
との関係を示すベクトル図である。
場合（ｎ＞１）の共振回路位相信号と印加電圧位相信号
との関係を示すベクトル図である。
【図５】増幅器の増幅率が適切な値に設定されていない
場合（ｎ＜１）の共振回路位相信号と印加電圧位相信号
との関係を示すベクトル図である。
場合（ｎ＜１）の共振回路位相信号と印加電圧位相信号
との関係を示すベクトル図である。
【図６】ＰＬＬ制御の動作を示す図である。
【図７】増幅率調整回路を示すブロック図である。
【図８】増幅率を調整する増幅率調整ルーチンのフロー
チャートである。
チャートである。
【図９】増幅率の調整と異常時の駆動停止を行なう増幅
率調整および駆動停止ルーチンのフローチャートであ
る。
率調整および駆動停止ルーチンのフローチャートであ
る。
【図１０】第２の実施形態である超音波振動子の駆動装
置を示す回路図である。
置を示す回路図である。
【図１１】第３の実施形態である超音波振動子の駆動装
置を示す回路図である。
置を示す回路図である。
【図１２】第３の実施形態で増幅器の増幅率が適切な値
に設定されている場合の共振回路位相信号と印加電圧位
相信号との関係を示すベクトル図である。
に設定されている場合の共振回路位相信号と印加電圧位
相信号との関係を示すベクトル図である。
【図１３】第３の実施形態で増幅器の増幅率が適切な値
に設定されていない場合（ｎ＞１）の共振回路位相信号
と印加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
に設定されていない場合（ｎ＞１）の共振回路位相信号
と印加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
【図１４】第３の実施形態で増幅器の増幅率が適切な値
に設定されていない場合（ｎ＜１）の共振回路位相信号
と印加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
に設定されていない場合（ｎ＜１）の共振回路位相信号
と印加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
【図１５】第３の実施形態で増幅率を調整する増幅率調
整ルーチンのフローチャートである。
整ルーチンのフローチャートである。
【図１６】第３の実施形態で増幅率の調整と異常時の駆
動停止を行なう増幅率調整および駆動停止ルーチンのフ
ローチャートである。
動停止を行なう増幅率調整および駆動停止ルーチンのフ
ローチャートである。
【図１７】第４の実施形態である超音波振動子の駆動装
置を示す回路図である。
置を示す回路図である。
【図１８】第４の実施形態で増幅器の増幅率が適切な値
に設定されていない場合（ｎ＞１）の共振回路位相信号
と印加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
に設定されていない場合（ｎ＞１）の共振回路位相信号
と印加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
【図１９】第４の実施形態で増幅器の増幅率が適切な値
に設定されていない場合（ｎ＜１）の共振回路位相信号
と印加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
に設定されていない場合（ｎ＜１）の共振回路位相信号
と印加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
【図２０】第５の実施形態である超音波振動子の駆動装
置を示す回路図である。
置を示す回路図である。
【図２１】第５の実施形態で共振回路位相信号に位相ず
れが生じていない場合の共振回路位相信号と印加電圧位
相信号との関係を示すベクトル図である。
れが生じていない場合の共振回路位相信号と印加電圧位
相信号との関係を示すベクトル図である。
【図２２】第５の実施形態で共振回路位相信号に位相ず
れが生じている（ｎ＞１）場合の共振回路位相信号と印
加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
れが生じている（ｎ＞１）場合の共振回路位相信号と印
加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
【図２３】第５の実施形態で共振回路位相信号に位相ず
れが生じている（ｎ＜１）場合の共振回路位相信号と印
加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
れが生じている（ｎ＜１）場合の共振回路位相信号と印
加電圧位相信号との関係を示すベクトル図である。
【図２４】第５の実施形態で位相補正量を調整する位相
補正量調整ルーチンのフローチャートである。
補正量調整ルーチンのフローチャートである。
【図２５】第５の実施形態の位相補正量調整回路と位相
補正器を示すブロック図である。
補正器を示すブロック図である。
【図２６】位相補正器の入出力信号の関係を示すベクト
ル図である。
ル図である。
【図２７】第５の実施形態で位相補正量の調整および異
常時の駆動停止を行なう位相補正量調整および駆動停止
ルーチンのフローチャートである。
常時の駆動停止を行なう位相補正量調整および駆動停止
ルーチンのフローチャートである。
【図２８】第１の実施形態である超音波振動子の駆動装
置に位相補正量調整回路と位相補正器を適用した回路図
である。
置に位相補正量調整回路と位相補正器を適用した回路図
である。
【図２９】第３の実施形態である超音波振動子の駆動装
置に位相補正量調整回路と位相補正器を適用した回路図
である。
置に位相補正量調整回路と位相補正器を適用した回路図
である。
【図３０】第４の実施形態である超音波振動子の駆動装
置に位相補正量調整回路と位相補正器を適用した回路図
である。
置に位相補正量調整回路と位相補正器を適用した回路図
である。
【図３１】第６の実施形態である超音波振動子の駆動装
置を示す回路図である。
置を示す回路図である。
【図３２】第７の実施形態である超音波振動子の駆動装
置を示す回路図である。
置を示す回路図である。
【図３３】第８の実施形態である超音波振動子の駆動装
置の一例を示す回路図である。
置の一例を示す回路図である。
【図３４】第８の実施形態である超音波振動子の駆動装
置の一例を示す回路図である。
置の一例を示す回路図である。
１ 超音波振動子 θ 位相補正量 Ａ 増幅率 ３１ 発振源 ｆｏ 発振周波数 ｆｒ 共振周波数 Ｖ１ 電圧信号（第１の電気信号） Ｖ２ 電圧信号（第２の電気信号） Ｖ３ 電圧信号（第３の電気信号） ２１ 位相合成用演算器（位相信号演算手段） ３０ ＰＬＬ制御回路（周波数制御手段） ６０ 位相補正器（位相補正手段） ６１ 位相補正量調整回路（位相補正量調整手段） ２０ 増幅器（増幅手段） ２２ 増幅率調整回路（増幅率調整手段） ３３ａ 電圧検出器（振動子信号検出手段） ３３ｂ 電圧検出器（補正用素子信号検出手段） ３３ｃ 電圧検出器（並列素子信号検出手段） Ｖｆ２ 共振回路位相信号 １０ａ 補正用コンデンサ（補正用素子）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平10−253094 (32)優先日 平成10年９月７日(1998．9．7) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平10−253110 (32)優先日 平成10年９月７日(1998．9．7) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ）
Claims (18)
- 【請求項１】 超音波振動子をその共振周波数にて駆動
する超音波振動子の駆動装置において、 前記超音波振動子を駆動するための信号を出力する発振
源と、 前記超音波振動子に発生する第１の電気信号を検出する
振動子信号検出手段と、 前記超音波振動子に直列または並列に接続された補正用
素子に発生する第２の電気信号を検出する補正用素子信
号検出手段と、 前記振動子信号検出手段により検出された前記第１の電
気信号と、前記補正用素子信号検出手段により検出され
た前記第２の電気信号との少なくとも一方を用いて、前
記超音波振動子の直列共振回路に流れる電流に対応する
共振回路位相信号を算出する位相信号演算手段と、 前記共振回路位相信号と、前記発振源の出力信号または
前記超音波振動子に印加される電圧信号とを用いて、前
記超音波振動子をその共振周波数で駆動するために前記
発振源の出力信号の発振周波数を制御する周波数制御手
段とを備えたことを特徴とする超音波振動子の駆動装
置。 - 【請求項２】 前記第１および第２の電気信号の少なく
とも一方を増幅する増幅手段が設けられ、前記位相信号
演算手段が、前記増幅手段により前記第１または第２の
電気信号の少なくとも一方が増幅された状態で、これら
の第１および第２の電気信号を位相合成することにより
前記共振回路位相信号を算出することを特徴とする請求
項１に記載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項３】 前記補正用素子が前記超音波振動子に直
列に接続され、さらに２個の補正用素子が設けられ、こ
の２個の補正用素子と前記補正用素子および前記超音波
振動子とはブリッジ状に接続され、前記２個の補正用素
子の何れか一方に発生する第３の電気信号を検出する並
列素子信号検出手段と、前記第２および第３の電気信号
の少なくとも一方を増幅する増幅手段とが設けられ、前
記位相信号演算手段が、前記増幅手段により前記第２お
よび第３の電気信号の少なくとも一方が増幅された状態
で、これらの第２および第３の電気信号を位相合成する
ことにより前記共振回路位相信号を算出することを特徴
とする請求項１に記載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項４】 前記補正用素子が前記超音波振動子に直
列に接続され、前記第１の電気信号が前記超音波振動子
に印加される電圧信号であり、前記第２の電気信号が前
記補正用素子に印加される電圧信号であることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の超音波振動子の駆
動装置。 - 【請求項５】 前記第２の電気信号が前記補正用素子に
印加された電圧信号であり、前記第３の電気信号が前記
２個の補正用素子の何れか一方に印加される電圧信号で
あることを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子の
駆動装置。 - 【請求項６】 前記補正用素子が前記超音波振動子に並
列に接続され、前記第２の電気信号が前記補正用素子に
流れる電流であり、前記第１の電気信号が前記超音波振
動子に流れる電流であることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項７】 前記増幅手段の増幅率を調整する増幅率
調整手段が設けられることを特徴とする請求項２から請
求項６の何れか１項に記載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項８】 前記増幅率調整手段が、前記共振回路位
相信号の位相と前記超音波振動子の直列共振回路に流れ
る電流の位相とが所定の位相差を有するように、前記増
幅率を調整することを特徴とする請求項７に記載の超音
波振動子の駆動装置。 - 【請求項９】 前記増幅率調整手段が前記発振周波数に
応じて前記増幅率を調整することを特徴とする請求項７
に記載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項１０】 前記増幅率調整手段が前記発振周波数
と前記超音波振動子の共振周波数とを略一致させるよう
に前記増幅率を調整することを特徴とする請求項７に記
載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項１１】 前記共振回路位相信号の位相を補正す
る位相補正手段と、前記位相補正手段により補正される
位相補正量を調整する位相補正量調整手段とが設けら
れ、前記位相補正手段が、前記位相信号演算手段により
算出された前記共振回路位相信号の位相を、前記位相補
正量調整手段により調整された位相補正量だけ補正する
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に
記載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項１２】 前記位相補正量調整手段が、前記超音
波振動子の直列共振回路に流れる電流に対する前記共振
回路位相信号の位相ずれを補正するように前記位相補正
量を調整することを特徴とする請求項１１に記載の超音
波振動子の駆動装置。 - 【請求項１３】 前記位相補正量調整手段が、前記発振
周波数に応じて前記位相補正量を調整することを特徴と
する請求項１１に記載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項１４】 前記位相補正量調整手段が、前記発振
周波数と前記超音波振動子の共振周波数とを略一致させ
るように前記位相補正量を調整することを特徴とする請
求項１１に記載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項１５】 前記補正用素子がコンデンサまたはコ
イルであることを特徴とする請求項１から請求項１４の
何れか１項に記載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項１６】 前記発振源の出力信号を前記超音波振
動子に印加される電圧信号とほぼ同位相とするために前
記発振源の出力信号の位相を補正する位相補正手段が設
けられ、前記周波数制御手段により前記発振源の出力信
号と前記共振回路位相信号とを用いて前記発振周波数が
制御されることを特徴とする請求項１から請求項１５の
何れか１項に記載の超音波振動子の駆動装置。 - 【請求項１７】 前記超音波振動子と前記補正用素子と
の合成静電容量と共振可能なコイルが前記超音波振動子
に直列に接続されることをことを特徴とする請求項１か
ら請求項１６の何れか１項に記載の超音波振動子の駆動
装置。 - 【請求項１８】 前記周波数制御手段が、前記共振回路
位相信号と、前記発振源の出力信号または前記超音波振
動子に印加される電圧信号とが所定の位相差になるよう
に、フェーズロックループ制御を行なって、前記発振周
波数を調整することを特徴とする請求項１から請求項１
７の何れか１項に記載の超音波振動子の駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10334660A JP2000140760A (ja) | 1998-03-17 | 1998-11-25 | 超音波振動子の駆動装置 |
Applications Claiming Priority (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6723898 | 1998-03-17 | ||
| JP24934798 | 1998-09-03 | ||
| JP10-67238 | 1998-09-07 | ||
| JP10-253110 | 1998-09-07 | ||
| JP25309398 | 1998-09-07 | ||
| JP10-249347 | 1998-09-07 | ||
| JP25309498 | 1998-09-07 | ||
| JP10-253094 | 1998-09-07 | ||
| JP10-253093 | 1998-09-07 | ||
| JP25311098 | 1998-09-07 | ||
| JP10334660A JP2000140760A (ja) | 1998-03-17 | 1998-11-25 | 超音波振動子の駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000140760A true JP2000140760A (ja) | 2000-05-23 |
Family
ID=27551064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10334660A Pending JP2000140760A (ja) | 1998-03-17 | 1998-11-25 | 超音波振動子の駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000140760A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003033174A1 (fr) * | 2001-10-17 | 2003-04-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Appareil d'attaque d'oscillateur ultrasonore |
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| JP2017099917A (ja) * | 2011-04-15 | 2017-06-08 | コヴィディエン・アクチェンゲゼルシャフト | バッテリ駆動の手持ち式超音波手術用焼灼切断装置 |
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| US10799913B2 (en) | 2007-12-03 | 2020-10-13 | Covidien Lp | Battery-powered hand-held ultrasonic surgical cautery cutting device |
| JP2020175322A (ja) * | 2019-04-16 | 2020-10-29 | 株式会社タムラ製作所 | 圧電振動子の駆動装置 |
-
1998
- 1998-11-25 JP JP10334660A patent/JP2000140760A/ja active Pending
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| US11712260B2 (en) | 2013-08-07 | 2023-08-01 | Stryker Corporation | System and method for driving an ultrasonic handpiece as a function of the mechanical impedance of the handpiece |
| JP2020175322A (ja) * | 2019-04-16 | 2020-10-29 | 株式会社タムラ製作所 | 圧電振動子の駆動装置 |
| JP7369540B2 (ja) | 2019-04-16 | 2023-10-26 | 株式会社タムラ製作所 | 圧電振動子の駆動装置 |
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