JP2003285008A

JP2003285008A - 超音波発生方法及び装置

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Publication number: JP2003285008A
Application number: JP2002180468A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Inoue; 井上潔
Original assignee: INR Kenkyusho KK
Current assignee: INR Kenkyusho KK
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2003-10-07
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP4088665B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ゼロ点検出器、励振電流としてとして正負のサ
イン波を正確に出力することなく、簡単で安価な回路に
より安定した超音波を発振し得る方法及び装置を提供す
る。【解決手段】超音波発振器(78、88−1、88−2、88−3)
に、その振動子(782、881−1、881−2、881−3)の機械
的共振周波数Fに近似の周波数の励振電流を供給し、超
音波を発生させる方法において、超音波発振器(78、88
−1、88−2、88−3)の励振回路を、上記振動子(782、88
1−1、881−2、881−3)の機械的共振周波数Fを共振周波
数とする共振回路（73、83）に接続し、超音波の周期Ｔ
の100分の1以上、3分の１以下のパルス幅の衝撃電流パ
ルスを共振回路（73、83）に供給し、共振を生ぜしめ、
超音波発生させることを特徴とする上記の超音波発生方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波発生方法及
びその方法を実施するため好ましい超音波発生装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】超音波は、機械加工、溶接、洗浄、微粒
子の分散、凝集、メッキ、化学、医療及び診断装置、害
獣害虫の防除、距離計、ソナー、魚群探知、非破壊検査
等の分野で広く用いられている。特に強力な超音波は、
主として10KHzないし50KHzの帯域のものが使用されてお
り、それらの超音波は、電歪材や磁歪材から成る振動子
に高周波変動電界又は磁界を作用させて超音波帯域の周
波数で機械的振動を発生させ、その振動を拡大するホー
ン及び導波筒を用いて所望の位置に導き、外方の媒体中
に超音波を放射させるものである。超音波の媒体となる
ものには、大気、加工液、海水その他の液体及び溶液、
人体又は動物の身体、各種機械部品、素材などがある。

【０００３】而して、一般的には、周波数が50KHz以下
の超音波発振装置の回路構成は、図1に示されているよ
うに、共振回路が用いられる。図1に示した装置は、共
振回路10、直流電源接続端子11、周波数可変型のマルチ
バイブレーター12、スイッチング素子13、結合トランス
14、及びホーン一体型の振動子を備えた超音波発振器15
その他から成る公知の超音波発振装置である。

【０００４】超音波発振器15は、フェライトコア即ち振
動子にコイルを巻き回したものである。マルチバイブレ
ーター12はパワートランジスターやSCR（半導体制御整
流器）等を用いたものであり、スイッチング素子13を駆
動して所望の繰返し周波数の矩形波電圧パルスを発生さ
せ、共振回路10に高周波正弦波電流を発生させる。この
正弦波電流は結合トランス14を介して超音波発振器15の
コイルに供給され、フェライトコアを高周波で縦方向に
振動させ、その先端のコーンから強力な超音波を放射さ
せる。

【０００５】このとき、マルチバイブレーター12の出力
パルスの繰返し周波数と、振動子の固有振動数とを合致
させておけば、共振により強力な超音波が効率よく得ら
れることとなる。然しながら、この装置では、温度ドリ
フトなどのため生じる振動子の固有振動数の変動に追従
して、マルチバイブレーター12の出力パルスの繰返し周
波数を制御し、両者を常時完全に合致させておくことが
困難であり、そのため安定した超音波が得られないと言
う問題がある。

【０００６】図2に示すものは、電歪素子などにより直
接超音波を発生させるよう構成されている。この種の回
路は、単一の衝撃超音波パルスを発生するのに適してい
る。図2において、21は直流電源端子、22は周波数可変
型のマルチバイブレーター、23はスイッチング素子、24
はフィルター回路、25は静電型超音波発振器である。こ
の装置の作動については最早説明の必要がないであろ
う。この装置においても、温度ドリフトなどのため、安
定した超音波が得られないものである。

【０００７】このため、図3に示す如き装置が提案され
ている。この回路は強力な超音波の発生源として広く用
いられているものである。図3において、31は検波回
路、32はコンパレーター、33は増幅器、34は移相回路、
35はゲイン可変増幅器、36はバンドパスフィルター、37
は振幅制限回路、38は電力増幅器、39は振動子である。

【０００８】この装置では、振動子39の振動が検波回路
31により検出され、その振幅がコンパレーター32により
基準値と比較され、そのコンパレーター32の出力により
ゲイン可変増幅器35のゲインが制御される。一方、検波
回路31の出力信号は移相回路34により位相が修正され、
ゲイン可変増幅器35に入力し、振動子39の振動と完全に
同期した所定振幅の正弦波電圧信号に変換され、バンド
パスフィルター36を経て、電力増幅器38により増幅さ
れ、振動子39のコイルに供給される。

【０００９】この装置では、振動子39のフェライトコア
の共振周波数と同一の周波数で、かつ、完全に同期した
励磁電流が振動コイルに与えられるが、振動検出の帰還
量が大きいので、重負荷のときにはしばしば発振が停止
すると言う問題がある上、バンドパスLCフィルターを用
いるので、Q値が小さくなり、鋭い共振点を利用するこ
とが困難である。又、電力増幅器38の出力電流の位相が
共振によって変動すると言う問題もあり、更に、振動コ
イルの制動アドミッタンスがなくなるので、共振周波数
で共振が維持されるようにするため適切なインダクタン
スを振動コイルに並列に接続する必要がある。このため
装置は複雑で高価なものとなる上、使用可能範囲の狭い
ものとなる。

【００１０】このため、更に図4に示す如き装置が提案
されている。図4中、41は検波回路、42は制御信号発生
回路、43は直流増幅器、44はゼロ点検出回路、45は位相
差検出回路、46は位相整合回路、47は電力増幅器、48は
振動子、49はマイクロホンである。制御信号発生回路42
は、図3に示された回路と略同様な構成であり、コンパ
レーター421、時常数回路422、ゲイン可変増幅器423、
波形整形回路424、電圧制御発振回路425とから成る。

【００１１】この装置においては、振動子48の振動は、
マイクロホン49と検波回路41とにより検出され、その検
出信号は制御信号発生回路42により振動子48に同期した
正弦波信号に変換される。この出力は、直流増幅器43に
より増幅され、その直流増幅器43の出力は、一方におい
て位相差検出回路45に送られ、その位相が、ゼロ点検出
回路44により検出される振動子の振動のゼロ点、即ち振
動子の振動の位相と比較され、その位相差を示す信号は
位相整合回路46の制御入力として用いられる。この回路
の各部の電圧波形は図5に示されている。図中、aに示す
波形51は、制御信号発生回路42の出力電圧矩形波、b、c
及びdに示す波形52、53及び54は、何れも位相差検出回
路45に入力する直流増幅器43の出力電流波形であり、そ
のハッチング部分は、aに示す波形51のオンタイムに当
たる部分を示している。位相差検出回路45の出力は、こ
のハッチング部分の平均電流であり、上記電流と電圧が
同位相であるbにおいては正の値521、位相差180度であ
るcにおいては531、位相差が90度であるdにおいては0と
なる。

【００１２】更に上記直流増幅器43の出力は、他の一方
において位相整合回路46に送られ、位相差検出回路45の
出力する位相差信号電圧により制御され、振動子48の振
動と完全に同一位相に整合され、次いで電力増幅器47に
送られて電力増幅された後、振動子48の振動コイルに供
給され、これにより発信コイルが励起され、コアが振動
し、超音波が発振されるものである。この装置によれ
ば、振動子48の共振周波数にシャープに追随して常時安
定した発振が可能であるが、この装置は複雑で高価であ
るばかりでなく、大型で実用に適さないと言う欠点があ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、簡単で安価な回路により安価で電力効率が
高く安定した超音波を発振し得る方法及び装置を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、超音波
発振器に、その振動子の機械的共振周波数Fに近似の周
波数の励振電流を供給し、超音波を発生させる方法にお
いて、超音波発振器の励振回路を、上記振動子の機械的
共振周波数Fを共振周波数とする共振回路に接続し、超
音波の周期Ｔの100分の1以上、3分の１以下のパルス幅
の衝撃電流パルスを共振回路に供給し、共振を生ぜし
め、超音波発生させるよう構成することにより達成され
る。

【００１５】望まし実施例においては、衝撃電流パルス
の繰返し周波数が、振動子の機械的共振周波数Fの2倍と
等しくなるように追従制御され、振動子の共振周期の半
波毎に正負の極性が反転するようにしてトランスの一次
コイルに供給される。更に、この衝撃電流パルスの繰返
し周波数の追従制御は、超音波の発振レベルが一定とな
るように、励振電流の周波数を制御することにより行わ
れることが望ましい又、別異の実施例においては、衝撃
電流パルスの繰返し周波数の追従制御が、負荷の変動に
応じて手動で行われる。上記の目的を達成するため、本
発明方法を実施する装置においては、振動子に機械的共
振を生じさせ、且つ二次側を電源と絶縁するため、ラン
スが用いられる。而して、トランスとしては、二次コイ
ルが複数の出力端子を有するものも使用される。それら
の端子間にそれぞれ固有の共振周波数を有する振動子を
接続し、各振動子がそれぞれ固有の共振周波数で共振せ
しめられるよう構成することも可能である。更に、本発
明の第二の課題は、少なくとも一つの超音波発振器と、
中間タップを有する一次コイルと、上記超音波発振器の
励振電極に接続され共振回路を形成する二次コイルとを
有するトランスと、トランスの一次コイルに、超音波発
振器の振動子の機械的共振振動の各半波毎にオンタイム
が上記機械的共振振動の周期Ｔの100分の1以上、3分の
１以下の衝撃パルス電流を供給する電源回路と、負荷の
変動、温度変化等による振動子の機械的共振周波数の変
化に追従して上記電源回路の出力周波数を制御する回路
と、から成り、請求項1に記載の方法により超音波を発
生する装置により達成される。而して好ましい実施例に
おいては、トランスの二次コイルが複数の出力端子を有
し、それらの端子間にそれぞれ固有の共振周波数を有す
る超音波発振器の励振電極が接続され、各超音波発振器
がそれぞれ固有の共振周波数で共振せしめられるよう構
成される。

【００１６】而してこの追従制御は、超音波発振器の発
振レベルをマイクロホンなどの振動レベル検出器で検出
し、そのレベルを一定に保持することにより行うことが
推奨される。而して、上記トランスの二次コイルには、
複数の出力端子を設け、それらの端子間にそれぞれ振動
子を接続し、更に、それらの振動子に適宜の時間差をも
って衝撃パルス電流を与えてそれぞれ異なった周波数で
共振させ得るよう構成することも可能である。

【００１７】作用としては、振動子の機械的共振等価回
路を考えたとき、インピーダンスをZとすると、

【数1】ここで等価変換をして、

【数２】と置いたとき、

【数３】

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

【数４】となり、LRC共振回路と同等となる。類推の理により、
機械的な意義とは、

【数５】

【００１９】このときの電流は図6に示した状態とな
り、定常状態に達するまでに一定の時間Tを必要とす
る。この時常数TはL/Rであって結局質量と抵抗の比とし
て求めることができる。即ち、超音波振動の振幅が所定
値の63％に達するまでの時間Tは電源をオフにしたと
き、この時間Tの関数の一定の時間T'の間は、減衰しな
がらも振動を保つことができる。この時間T'の間は振動
が続いているので、この時間T'の間に電源周波数を振動
子の共振周波数に追随して変化させ合致させれば、共振
を続けることができる。

【００２０】実際には、T'は0.1〜1msec程度であるの
で、略1msec程度の間に発振周波数の0.1〜1％程度の修
正を続ければ安定した連続共振を保持できることにな
る。図7に実験回路を示す。トランスを空心として超音
波振動部分を機械的に結合しないで、超音波を発生させ
ることができる。この場合、電源側と超音波振動側とが
空隙を介してエネルギーを授受するので、回転やレシプ
ロ運動の際は特に有効である。場合によってはフェライ
トトランスを使用することができる。この場合特に有効
なのは、30〜100KHzとか、0.3〜3MHz程度の周波数帯域
などでは有効である。勿論空心トランスや、高周波（フ
ェライト）トランスを用いることが出来る。

【００２１】

【数６】と示すことができる。コイルの間隙長が一定のときは周
波数fの二乗に比例してトランス結合度は大きくなり、
電力供給結合率は向上することになる。超音波モーター
では、パルス幅が小さくなるに従ってより単位波長は短
くなり、結局回転位置精度を高めることができることに
なる。

【００２２】

【数７】密度が大きく圧縮率の小さいものほど、衝撃インピーダ
ンスが高くなる。超音波モーターに利用する場合には衝
撃が大きいことが有利となる。従って、表1に示す材料
は有利なモーター材として利用できるものである。

【表1】アーク溶接の放電中に超音波を供給したとき、アーク放
電によるクレーター部分に生じるデンドライと層の改善
がなされ、溶接の強度が高められた。

【００２３】パルス電流を流して抵抗溶接するときの溶
接部分の温度と時間の関係は、式（8）のようになる。

【数８】電極加圧力150MPaで1.6mmの鉄板を溶接するとき、一般
的にはδ値は1〜2KA/mm²程度となる。溶接材に33KHz、
1.0Wの超音波を加えたときは、0.8KA/mm²で、1スポット
当たり5,000〜6,000Nの溶接強度が得られた。従って、
特に低抵抗材の溶接には有利となる。更に又、電極自体
に超音波を加えたとき同じ条件で1スポット当たりの溶
接強度は6,500Nとなった。

【００２４】図7に本発明に係る超音波発振装置の一実
施例を示す。而して図中、71は交流電源、72は直流安定
化電源、73はフィードバック型周波数制御装置付パルス
発振器、74及び75はスイッチング素子、76はコンデンサ
ー、77はトランス、78は超音波発振器ある。尚、ここで
は、振動子78−1、電極78−2及びホーン78−3からなる
静電型の超音波発振器の例を示す。又、トランスは空心
トランスであっても有心のものであっても良いこと勿論
である。又、このトランス77の二次側に適切なインダク
タンスを入れることも推奨される。

【００２５】フィードバック型周波数制御装置付パルス
発振器73は、周波数可変型マルチバイブレーター731、
振動子78の頭に取り付けられたマイクロホン732、増幅
器733、コンパレーター734から成る。而して、トランス
77の一次コイルは、中心タップ付のコイルであり、中心
タップにより区分される二つのコイル、即ち第一コイル
771及び第二コイル772から成り、二次コイル773は超音
波発振器78の一対の励振電極78−2、78−2と直列に接続
される。ホーン78−3とマイクロホン732は、振動子78−
1に固く取り付けられており、一体として振動する振動
系を形成し、一つの共振周波数Ｆを有する。以下の説明
では、説明を簡略にするため、この共振周波数を単に振
動子の共振周波数Fと言うものとする。

【００２６】トランス77の一次コイル771、772に励起電
流を供給する電源回路は、直流安定化電源72及びスイッ
チング素子74、75から成る。第一コイル771に励起電流
を供給する電源回路は、直流安定化電源72及びスイッチ
ング素子74からなり、第二コイル772に励起電流を供給
する電源回路は、直流安定化電源72及びスイッチング素
子75からなる。而して、スイッチング素子74、75は、何
れも周波数可変型マルチバイブレーター731から供給さ
れる制御パルスでオンオフ制御されるが、これらのスイ
ッチング素子74、75の制御パルスは公知の装置のそれと
異なるものである。即ち、公知の装置においては、これ
らのスイッチング素子74及び75は交互にオン、オフし、
一方がオンである期間、他の一方はオフとされ、このた
め、トランス77の端子には図9の上段に示す如き矩形波
電圧が加えられ、コイルには同図下段に示される如き正
弦波振動電流が流れる。而してこの振動電流の周波数
は、振動子78の機械的共振周波数に厳密に等しくなるよ
う精密に制御されなければならない。この方法では、ス
イッチング素子74及び75を制御するパルスの繰返し周波
数を振動子7−1の機械的共振周波数Fのドリフトに対応
して厳密に追従制御する必要があるが、この制御は相当
に困難であった。又、この超音波発生装置は、入力電力
のAV値に比して超音波として放射されるエネルギーが僅
かである為、力率が悪く、その出力に比して相当に大き
な最大需要電力を必要とすると言う問題があった。

【００２７】本発明において、スイッチング素子74及び
75に供給される駆動パルスは、従来公知のものと異な
り、そのオンタイムは、図10の最下段に示されているよ
うに、振動子78−1の機械的共振周期Tの3分の１以下、1
00分の1以上である。このように、本発明方法で供給され
る駆動パルスなそのオンタイムが短いので電源の無効電
力が少なくて済み、電源の電力効率が高まる。又、この
共振系はQ値が低いので、多少の環境変化があっても共振
は安定しており、超音波レベルの変動は軽微であり、そ
のため一般的な用途の場合、手動制御によっても超音波
の発振レベルの変動を一定の許容範囲内に限定すること
が可能である。

【００２８】このスイッチング素子74及び75は一定の間
隔を置いて交互にオンオフされ、それぞれ図7に示され
ているようにトランス77の一次コイル771、772に結線さ
れ、二次コイル7７3に逆方向の誘導電流を生じるように
なっている。即ち、コイル771側と772側には逆方向のパ
ルス電流が流れ、このため二次コイルには図10の中段に
示すような交番パルス電流が発生する。而して、本発明
においては、このようなスイッチング素子74及び75のオ
ンオフによる刺激により、この装置の電気回路、即ち、
コンデンサ76とトランス77の一次コイルからなるタンク
回路、及び、トランス77の二次コイル773と超音波振動
器78の一対の電極78−2、78−2の間のキャパシタンスか
らなる共振回路とによって共振を発生させ、これにより
超音波を発生させるものである。

【００２９】而して、前述の如く、この回路において
は、スイッチング素子74、75に供給される駆動パルス
は、図10の最下段に示されているように、コイル771、7
72に流れる正弦波励磁電流の周期Ｔの2分の1の周期で発
振されるものであり、そのオンタイムは上記周期Ｔの10
0分の1以上、3分の１以下である。そのため、この励磁
電流のデューティファクタは小さく、従って平均電流値
も亦小さい。このスイッチング素子74、75の開閉駆動に
より、コイル771、772には、図10の中段に示されている
ような交番衝撃電流が供給されることになる。このとき
コイル773には、正弦波共振電流も流れているので、結
局、トランスの二次コイル773即ち振動子78の励振コイ
ルには、図10の上段に示されているような励磁電流が流
れ、これにより超音波が発生することとなる。

【００３０】振動子78−1の機械的共振周波数は略一定
ではあるが、その作動環境によって多少とも変動するこ
とは免れない。振動子78−1の機械的共振周波数が変化
すると、音圧レベルが低下するので、マイクロホン732
で振幅を検出して、コンパレーター736により始めに設
定したレベルと比較し、振幅が設定したレベルに保持さ
れるよう周波数可変型マルチバイブレーター731の発振
パルスの繰返し周波数を調整するものである。

【００３１】次に、図8に示された装置に就いて説明す
る。この装置は、複数の振動子を設ける点を除けば、図
7に示したものと基本的に同様のものである。而して、
図中、交流電源81、直流安定化電源82、周波数制御装置
付パルス発振器83、スイッチング素子84及び85、コンデ
ンサー86は、前記図7に示した交流電源71、直流安定化
電源72、周波数制御装置付パルス発振器73、スイッチン
グ素子74及び75、コンデンサー76と同様の構成要素であ
るが、87はフェライトトランス、88−1、88−2及び88−
3はそれぞれ固有の機械的共振周波数を有する振動子を
具備する超音波発振器である。これら超音波発振器88−
1、88−2及び88−3の共振周波数は同一であっても良
く、互いに異なっていても良い。

【００３２】而して、フェライトトランス87の一次コイ
ルは中間タップ付コイルであり、二次コイル873は3個の
超音波振動子88−1、88−2及び88−3のそれぞれの励振
コイルを接続するため4個の中間タップA、B、C及びDを
有する。而して、先ず、前述の図7の説明に記載したよう
に、トランスの一次コイル871、872のインピーダンス
と、コンデンサー86のインピーダンスを整合して、これ
らからなるタンク回路が、超音波発振器88−1の共振周
波数F₁で共振するよう構成し、次いで、トランス87のタ
ップA、D間のインピーダンスと超音波発振器88−1のイ
ンピーダンスを整合して、これらからなるタンク回路の
共振周波数が超音波発振器88−1の共振周波数F₁となる
ようにし、更に、トランス87のタップB、D間のインピー
ダンスと超音波発振器88−2のインピーダンスを整合し
て、これらからなるタンク回路の共振周波数が超音波発
振器88−2の共振周波数F₂となるようにし、更に、トラ
ンス87のタップB、D間のインピーダンスと超音波発振器
88−2のインピーダンスを整合して、これらからなるタ
ンク回路の共振周波数が超音波発振器88−2の共振周波
数F₃となるようにする。

【００３３】このようにすると、これら全てのタンク回
路で共振が発生し、それぞれの超音波発振器88−1、88
−2、88−3が周波数F₁、F₂及びF₃の超音波を発振するよ
うになる。一実施例において、振動子88−1、88−2及び
88−3の極間静電容量を3,000pFとし、トランス二次コイ
ルの端子間インダクタンスを、A−B間 3.3mH、A−C間
6.8mH、A−D間 13.5mHとしたとき、振動子88−1、88−2
及び88−3をそれぞれ25KHz、30KHz及び50KHzの共振周波
数で共振させることができた。

【００３４】この実施例では、代表的な振動子88−2に
マイクロホン832を取り付け、これにより前述の図7に示
した実施例と同様に発振レベルが一定となるよう制御を
するものである。勿論、総ての振動子88−1、88−2及び
88−3にマイクロホンを取り付け、それらの出力を総合
的に判断して周波数制御装置付パルス発振器83を制御す
るようにすることも可能である。

【００３５】尚、ここでは、トランスの二次コイルに中
間タップを設けるよう説明したが、このトランスの巻線
は多重コイルでも良いこと勿論である。本発明方法で
は、制御の時間的裕度が高いので、手動で制御して使用
することもでき、又本発明によるときは、発振器が単一
の場合のみでなく、複数の場合でも実用的に利用するこ
とができるものであり、このことも本発明の極めて有利
な点と言うことができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は叙上の如く構成されるから、本
発明によるときは、振動子は常時その共振周波数で励振
されるので、安定した超音波が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】共振回路を用いた公知の超音波発振装置の一例
を示す回路図である。

【図２】共振回路を用いない公知の高周波超音波発振装
置の一例を示す回路図である。

【図３】広く用いられている公知の超音波発振装置の実
用的な一例を示す回路図である。

【図４】図3に示したものとは別異の公知の超音波発振
装置の実用的な一例を示す回路図である。

【図５】図4に示した回路の各部に現れる電圧波形図で
ある。

【図６】電気的励振周期と機械系の自己共振周波数が一
致し、同期したときの、励振電流を示す波形図である。

【図７】本発明に係る超音波発振装置の一実施例を示す
回路図である。

【図８】本発明に係る超音波発振装置の他の一実施例を
示す回路図である。

【図９】公知の方式において、振動部に加えられる電圧
−時間関係と、トランスの一次側コイルに流れる電流−
時間関係を示す波形図である。

【図１０】下段はスィッチングトランジスタのゲート電
圧−時間関係を示す波形図、中段は下段のスィッチング
トランジスタのゲート開閉により一次コイルに与えられ
るパルス電流波形図、上段はトランス二次コイルに流れ
る電流波形図である。

【符号の説明】

10 共振回路 11 直流電源接続端子 12 周波数可変型のマルチバイブレーター 13 23 スイッチング素子 14 結合トランス 15 ホーン一体型の振動子を有する超音波発振器 21 直流電源端子 22 周波数可変型のマルチバイブレーター 23 スイッチング素子 24 フィルター回路 25 静電型超音波発振器 31 検波回路 32 コンパレーター 33 増幅器 34 移相回路 35 ゲイン可変増幅器 36 バンドパスフィルター 37 振幅制限回路 38 電力増幅器 39 振動子 41 検波回路 42 制御信号発生回路 421 コンパレーター 422 時常数回路 423 ゲイン可変増幅器 424 波形整形回路 425 電圧制御発振回路 43 直流増幅器 44 ゼロ点検出回路 45 位相差検出回路 46 位相整合回路 47 電力増幅器 48 振動子 49 マイクロホン 71 交流電源 72 直流安定化電源 73 フィードバック型周波数制御装置付パルス発振器 731 周波数可変型マルチバイブレーター 732 マイクロホン 733 増幅器 734 コンパレーター 74、75 スイッチング素子 76 コンデンサー 77 空心トランス 771 第一コイル 772 第二コイル 773 二次コイル 78 超音波発振器 78−１振動子 78−2 電極 78−3 ホーン 81 交流電源 82 直流安定化電源 83 周波数制御装置付パルス振動子 831 周波数可変型マルチバイブレーター 832 マイクロホン 833 増幅器 834 コンパレーター 84、75 スイッチング素子 86 コンデンサー 87 空心トランス 87 フェライトトランス 88−1、88−2、88−3 振動子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】超音波発振器(78、88−1、88−2、88−3)
に、その振動子(782、881−1、881−2、881−3)の機械
的共振周波数Fに近似の周波数の励振電流を供給し、超
音波を発生させる方法において、超音波発振器(78、88
−1、88−2、88−3)の励振回路を、上記振動子(782、88
1−1、881−2、881−3)の機械的共振周波数Fを共振周波
数とする共振回路（73、83）に接続し、超音波の周期Ｔ
の100分の1以上、3分の１以下のパルス幅の衝撃電流パ
ルスを共振回路（73、83）に供給し、共振を生ぜしめ、
超音波発生させることを特徴とする上記の超音波発生方
法。
【請求項2】衝撃電流パルスが、振動子の機械的共振振
動の半波に1パルスの割合で供給され、且つその極性が1
パルス毎に正負反転するよう構成された請求項1に記載
の超音波発生方法。
【請求項3】衝撃電流パルスの繰返し周波数が、超音波
の発振レベルが一定となるように、追従制御される請求
項２に記載の超音波発生方法。
【請求項4】衝撃電流パルスの繰返し周波数の追従制御
が、負荷の変動に応じて手動で行われる請求項２に記載
の超音波発生方法。
【請求項5】二次側を電源と絶縁し得るトランス(77) を
用い、そのコイルを共振回路の構成に利用する請求項1
に記載の超音波発生方法。
【請求項6】少なくとも一つの超音波発振器(78)と、中
間タップを有する一次コイル(771、772)と、上記超音波
発振器(78)の励振電極(78−2)に接続され共振回路を形
成する二次コイル(773)とを有するトランス(77)と、ト
ランス(77)の一次コイル(771、772)に、超音波発振器(7
8)の振動子(78−1)の機械的共振振動の各半波毎にオン
タイムが上記機械的共振振動の周期Ｔの100分の1以上、
3分の１以下の衝撃パルス電流を供給する電源回路と、
負荷の変動、温度変化等による振動子(78−1)の機械的
共振周波数の変化に追従して上記電源回路の出力周波数
を制御する回路(７3)と、から成り、請求項1に記載の方
法により超音波を発生する装置。
【請求項7】トランス（86）の二次コイルが複数の出力
端子(A、B、C、D)を有し、それらの端子(A、B、C、D)間
にそれぞれ固有の共振周波数を有する超音波発振器（87
−1、87−2、87−3）の励振電極が接続され、各超音波
発振器（87−1、87−2、87−3）がそれぞれ固有の共振
周波数で共振せしめられるよう構成された、請求項6 に
記載の超音波発生方法を実施するための装置。