JP2006255621A - Ultrasonic generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波領域での振動エネルギーをホーンに発生させ、ホーンに接触させた被処理物に超音波を作用させて、加工、接合、洗浄、剤浸透促進、攪拌、分散、乳化、霧化、美容などの超音波処理を行う超音波発生装置において、動作が高安定なものと不安定なものとを判別し、所望の動作をさせる技術に関する。
The present invention generates vibration energy in the ultrasonic region in the horn and causes the ultrasonic wave to act on the object to be processed in contact with the horn, thereby processing, joining, cleaning, promoting agent penetration, stirring, dispersing, emulsifying, fogging. BACKGROUND OF THE
従来一般の超音波発生装置としては、例えば、特許文献1に示されるようなものが知られている。図16に示すように、この種の超音波発生装置10は、電気振動を機械振動に変換する超音波振動子1(以下、振動子という)と、振動子1により変換された機械振動の振動エネルギーを、超音波音響エネルギーとして目的箇所へ伝達させる放射面を備えたホーン3からなる超音波振動ブロック4(以下、振動ブロックという)、及び、振動ブロック4内の振動子1に電気振動を供給する駆動回路などから構成されており、用途によっては水やジェル、ゲルなどの超音波伝達用媒体5を介して被処理部である生体2などに超音波を伝達させている。
As a conventional general ultrasonic generator, for example, the one disclosed in
この超音波伝達行程におけるエネルギー伝達フローにおいては、超音波美容器を例とした図17に示すように、電気振動(電気エネルギー)から機械振動(運動エネルギー)、機械振動(運動エネルギー)から超音波音響エネルギーに変換され、最終的に目的の超音波処理が行われるため、各エネルギー変換の過程においてエネルギーのロスが生じる。 In the energy transmission flow in this ultrasonic transmission process, as shown in FIG. 17 using an ultrasonic cosmetic device as an example, electrical vibration (electric energy) to mechanical vibration (kinetic energy), and mechanical vibration (kinetic energy) to ultrasonic waves. Since it is converted into acoustic energy and finally subjected to target ultrasonic treatment, energy loss occurs in the process of each energy conversion.
振動ブロックの構成としては、図18に示すように、主に振動子1をホーン3に接着剤6aにより接着する方法と、図19に示すように、振動子1を電極11とともにボルト9によりホーン3に締め付け固定する方法があり、前者は主に数百kHz以上の高周波数タイプ、後者は主に100kHz程度以下の低周波数タイプに用いられる。
As shown in FIG. 18, the vibration block is mainly composed of a method in which the
振動ブロックの構成内部においては、図20に示すように、ホーン3、振動子1のそれぞれにおいて緻密な設計が要求される他に、振動子1とホーン3という全く別の部材を接着(機械的に接続することも含む)するために、振動子1とホーン3の間には空気層干渉防止も兼ねた20μm程度の接着剤6aや潤滑油の層が存在し、振動ブロック4全体のバランスを崩す要因となり、超音波振動エネルギー伝達の定量の妨げとなる。
In the configuration of the vibration block, as shown in FIG. 20, in addition to requiring a precise design for each of the
また、装置を駆動させる際には、振動子給電リード線の断線防止や、ハウジングの防振、振動ブロックの防水などのために、シリコンゴムなどで振動ブロックの一部を保護する場合が多く、この部分でも不定量な超音波振動エネルギーのロスが生じる。 Also, when driving the device, in order to prevent breakage of the vibrator power supply lead wire, vibration isolation of the housing, waterproofing of the vibration block, etc., there are many cases where a part of the vibration block is protected with silicon rubber, etc. Even in this part, an indefinite amount of ultrasonic vibration energy loss occurs.
また、超音波振動エネルギーの損失は、主には振動ブロック発熱の原因となる。そこで、超音波発生装置の振動ブロック毎に、超音波音響出力測定装置を用いて音響出力を直接測定し、電気入力と音響出力との差が振動ブロックでの損失であることから、振動ブロックへ供給する電力を制御することも考えられるが、調整のために多くの時間を要した。 Also, the loss of ultrasonic vibration energy mainly causes vibration block heat generation. Therefore, for each vibration block of the ultrasonic generator, the sound output is directly measured using an ultrasonic sound output measuring device, and the difference between the electrical input and the sound output is the loss in the vibration block. Although it is conceivable to control the power to be supplied, it takes a lot of time for adjustment.
また、振動ブロックにおいては、その状態が長年の間、常に一定であるとは限らず、構成部品の劣化や、環境により超音波エネルギーのロスの割合は変化するため、常に安定的に超音波エネルギーを被処理部位へ伝達させることが困難であった。 In the vibration block, the state is not always constant for many years, and the rate of ultrasonic energy loss varies depending on the deterioration of components and the environment. It was difficult to transmit to the site to be treated.
また、超音波発生装置製造の際、超音波伝達ロスがある閾値以上の振動ブロックは、その能力を発揮できないため選別する必要があるが、選別には、実際に駆動回路を接続し、電気入力と音響出力の関係から超音波伝達ロスを導出するか、叉は、振動ブロックの発熱温度を計測する必要があり、振動ブロック毎の選別検査には多くの時間を要していた。
上述したように、高安定な超音波発生装置の実現のためには、簡単で低コストな方法で振動ブロック毎の超音波伝達ロスを導出する必要がある。そこで、本発明者らは、超音波発生装置において高安定な振動ブロックを実現する上で、簡単な方法で振動ブロックの超音波伝達ロスを導出し、安定的な音響出力の実現や、ロスの大きい振動ブロックの選別ができる方法を検討したところ、同じ構成の振動ブロック間では、共振インピーダンス値と振動ブロックのエネルギー変換効率とに高い相関関係があることを見出し、振動ブロックの共振インピーダンス値からエネルギー変換効率を導出することにより、低コストかつ容易に振動エネルギーの損失を導出できることに想到した。 As described above, in order to realize a highly stable ultrasonic generator, it is necessary to derive an ultrasonic transmission loss for each vibration block by a simple and low-cost method. Therefore, the present inventors derive the ultrasonic transmission loss of the vibration block by a simple method in order to realize a highly stable vibration block in the ultrasonic generator, to realize a stable acoustic output, We examined a method that can select large vibration blocks, and found that there is a high correlation between the resonance impedance value and the energy conversion efficiency of the vibration block between vibration blocks of the same configuration. By deriving the conversion efficiency, we came up with the idea that vibration energy loss can be easily derived at low cost.
本発明は、上記のようにして成されたもので、超音波振動ブロックを高安定に駆動させる上で、簡単に振動ブロック内のエネルギーロスを導出でき、適正に駆動制御することが可能な超音波発生装置を提供することを目的とする。 The present invention is configured as described above, and in driving the ultrasonic vibration block with high stability, the energy loss in the vibration block can be easily derived, and can be appropriately controlled. An object is to provide a sound wave generator.
上述目的を達成するため、本発明は、超音波振動を発生させる振動子と、この振動子に接着され、任意形状の超音波放射面から被処理物に超音波を伝達させるホーンにより構成される超音波振動ブロック(振動ブロックという)と、これらを駆動する駆動回路とを備えた超音波発生装置において、前記駆動回路は、前記振動ブロックの共振周波数におけるインピーダンス叉は電流の値から、当該振動ブロックの効率を導出する効率導出部を有し、前記効率導出部で導出した効率を基に、所望の超音波出力が得られるように前記振動ブロックへの電気入力を制御するものである。
また、前記効率導出部は、予め求めておいた前記振動ブロックの動アドミタンス線図から取得したデータを基に効率を算出するものとすることができる。
また、前記効率導出部は、予め求めておいた前記振動ブロックの電気入力に対する超音波出力の熱量的測定値から取得したデータを基に効率を算出するものとすることができる。
また、前記効率導出部は、予め求めておいた前記振動ブロックの電気入力に対する超音波出力の力学的測定値から取得したデータを基に効率を算出するものとすることができる。
また、前記駆動回路は、前記効率導出部で算出した効率を基に、前記振動ブロックで発熱として損失する発熱量を制御するものとすることができる。
In order to achieve the above-described object, the present invention includes a vibrator that generates ultrasonic vibrations, and a horn that is bonded to the vibrator and transmits ultrasonic waves to an object to be processed from an ultrasonic radiation surface having an arbitrary shape. In an ultrasonic generator comprising an ultrasonic vibration block (referred to as a vibration block) and a drive circuit for driving them, the drive circuit determines the vibration block from the impedance or current value at the resonance frequency of the vibration block. An efficiency deriving unit for deriving the efficiency of the current, and based on the efficiency derived by the efficiency deriving unit, the electric input to the vibration block is controlled so as to obtain a desired ultrasonic output.
Further, the efficiency deriving unit may calculate the efficiency based on data obtained from a dynamic admittance diagram of the vibration block obtained in advance.
Further, the efficiency deriving unit may calculate the efficiency based on data obtained from calorimetric measurement values of ultrasonic output with respect to the electrical input of the vibration block obtained in advance.
The efficiency deriving unit may calculate the efficiency based on data obtained from a mechanical measurement value of ultrasonic output with respect to an electrical input of the vibration block obtained in advance.
Further, the drive circuit may control a heat generation amount lost as heat generation in the vibration block based on the efficiency calculated by the efficiency deriving unit.
本発明によれば、超音波発生装置の駆動回路にエネルギー変換効率算出部を設け、音響出力や発熱量などの測定しにくい量を、電気入力から導出することができるようにしたので、同装置における振動ブロック内の振動エネルギー伝達ロスを簡単な仕組みで導出することができ、安全かつ安定した駆動ができる。また、効率をもとに発熱量を制御するようにすれば、超音波による効果のみならず、熱との相乗効果を得ることができる。 According to the present invention, the energy conversion efficiency calculation unit is provided in the drive circuit of the ultrasonic generator, and the amount that is difficult to measure, such as the sound output and the calorific value, can be derived from the electrical input. The vibration energy transmission loss in the vibration block can be derived with a simple mechanism, and safe and stable driving can be achieved. Further, if the amount of heat generation is controlled based on the efficiency, not only the effect of ultrasonic waves but also the synergistic effect with heat can be obtained.
以下、本発明の実施形態に係る超音波発生装置について図面を参照して説明する。本発明は、上記の考えの基本構成を具体化したものである。図1は、本発明が適用される超音波発生装置10の構成を、図2は同装置10の振動ブロック4の構成示す。超音波発生装置10は、超音波振動の駆動源となる振動子1と、振動子1が接着され、その超音波振動を目的箇所に伝達させるホーン3から構成される振動ブロック4と、それを駆動する駆動回路7と、それらを含むハウジング8などから成る。振動ブロック4でもって変換された振動エネルギーは、ホーン放射面から音響エネルギーに変換され、水やジェル、ゲルなどの超音波伝達用媒体5を介して接触された生体2の被美容処理部に超音波振動bを与える。
Hereinafter, an ultrasonic generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention embodies the basic structure of the above idea. FIG. 1 shows a configuration of an
振動ブロック4における振動子1とホーン3を、超音波振動における1/2波長の整数倍に設定し、振動子1の両端電極11にリード線12,13を通して交流電圧(電気信号a)をかけることで、電気エネルギーを振動エネルギー(運動エネルギー)に変換して振動ブロック4は超音波振動を行う。
The
なお、本明細書、図面では、超音波振動の振幅を表現の便宜上、本来の縦波を横波に変換して記述し、超音波振動の伝達方向を矢印の方向で示し、振動振幅の大きさ及び、振動エネルギーの大きさを矢印の大きさで示している。また、振動子のマイナス側(グランド側)の電極に関しては、振動子の電極を折り返す方法、電極を折り返さずにホーンから導通させる方法と大別して2種類あるが、ここではホーンから導通させる方法で記述した。 In this specification and drawings, the amplitude of the ultrasonic vibration is described by converting the original longitudinal wave into a transverse wave for convenience of expression, the transmission direction of the ultrasonic vibration is indicated by the direction of the arrow, and the magnitude of the vibration amplitude. And the magnitude | size of vibration energy is shown by the magnitude | size of the arrow. In addition, regarding the negative electrode (ground side) electrode of the vibrator, there are roughly two types: a method of folding the electrode of the vibrator and a method of conducting from the horn without folding the electrode, but here, a method of conducting from the horn. Described.
ところが、振動ブロック4は、各エネルギー変換行程や、振動子1とホーン3との接着面、さらには振動子1の給電リード線の断線防止や、ハウジング8の防振、振動ブロック4の防水などのために、シリコンゴムなどで振動ブロック4の一部を保護する場合が多く、必然的に不定量な超音波振動エネルギーのロスが生じる。そこで、本発明は、振動ブロック4の効率と、振動ブロック4の共振インピーダンス値が高い相関を持つことを利用し、各振動ブロックの効率を導出するようにした。
However, the
図3は、本実施形態に係る超音波発生装置10の駆動回路7の構成を示す。駆動回路7は、駆動回路本体としての超音波出力制御部11と、効率導出部12と、相関式記憶部13を備える。効率導出部12は、振動ブロック4の共振周波数におけるインピーダンス値叉は電流値を測定し、振動ブロック4の電気−音響エネルギー変換効率を導出する。すなわち、効率導出部12は、実際の各振動ブロックについて計測した共振インピーダンス値を、予め複数の振動ブロックについて求めて記憶させておいた相関式記憶部13のインピーダンス値と効率の相関式に代入することで、各振動ブロック4の効率を導出することができる。
FIG. 3 shows the configuration of the
図4は駆動回路7の効率導出部12での効率を測定する手順を示し、図5はそのときの振動ブロックでの電圧電流波形などを示し、図6は予め求めた共振インピーダンス−効率相関グラフを示す。振動ブロックのインピーダンス値と効率の相関式の求め方については、後述する。効率導出部12における好ましいインピーダンス値の測定方法としては、図5に示されるように、超音波発生装置を駆動させる周波数付近の狭域周波数範囲で1Vp-p程度の定電圧を入力し(#1)、それにより流れた電流値を検知することで、インピーダンス値叉は電流値を測定する(#2、#3)。勿論、周波数によって電圧値を可変させてもよいし、定電流を流すための電圧を検知してもよいなど、インピーダンス値と電流値の測定方法は多岐にわたる。
4 shows a procedure for measuring the efficiency in the
ここで、周波数範囲は、その範囲に存在する共振点、反共振点がそれぞれ一つの周波数になるように、狙いの共振周波数±10%程度の狭域を設定することが望ましく、これにより共振インピーダンスは、インピーダンスの最も低い値を選ぶことができるため、正確に共振インピーダンス叉は共振点の電流の値を測定することができる。 Here, it is desirable to set a narrow range of the target resonance frequency ± 10% so that the resonance range and the anti-resonance point existing in the range each have one frequency. Since the lowest impedance value can be selected, the resonance impedance or the current value at the resonance point can be accurately measured.
こうして求めた共振インピーダンスを、図6に示されるように、予め求めておいた相関グラフ(相関式)に代入することにより、振動ブロックのエネルギー変換効率を導出することが可能となる(#4、#5)。こにより、音響出力や発熱量などの、測定しにくい量を、電気入力の値から導出することができる。 By substituting the resonance impedance thus obtained into a correlation graph (correlation equation) obtained in advance as shown in FIG. 6, it is possible to derive the energy conversion efficiency of the vibration block (# 4, # 5). As a result, it is possible to derive a quantity that is difficult to measure, such as an acoustic output or a calorific value, from the value of the electrical input.
次に、図7は、共振点を算出する場合の説明図である。ここに、共振周波数におけるインピーダンス値叉は電流値は、共振周波数周辺のインピーダンス値叉は電流値の測定から想定(算出)する。共振周波数におけるインピーダンス値は、通常、数Ω程度と、小さい値となることが多い。そのため、インピーダンス値叉は電流値を測定するには、1V程度の微小な電圧でも、高い電力が振動ブロックにかかる可能性があり、振動子破壊や故障の原因となる。そこで、同一構成の振動ブロックでは、共振周波数と反共振周波数の差が常に同程度であることを利用し、共振周波数と反共振周波数間のインピーダンス特性の傾きから、共振インピーダンス値叉は電流値を求めることができる。 Next, FIG. 7 is an explanatory diagram for calculating a resonance point. Here, the impedance value or current value at the resonance frequency is assumed (calculated) from the measurement of the impedance value or current value around the resonance frequency. The impedance value at the resonance frequency is usually a small value of about several Ω. Therefore, when measuring an impedance value or a current value, even with a minute voltage of about 1 V, high electric power may be applied to the vibration block, which causes damage to the vibrator or failure. Therefore, by using the fact that the difference between the resonance frequency and the anti-resonance frequency is always about the same for vibration blocks with the same configuration, the resonance impedance value or current value is calculated from the slope of the impedance characteristic between the resonance frequency and the anti-resonance frequency. Can be sought.
その方法としては、ある周波数範囲内で、最低インピーダンス値叉は、最高電流値を予め決めておき、そのインピーダンス以上での周波数のみ測定を行う。ここから、共振周波数と反共振周波数間の特性を求め、その傾きから共振インピーダンスを想定する。これにより、インピーダンス値測定時に振動ブロックへかかる電気エネルギーを制限することができ、安全に効率を導出することができる。 As the method, within a certain frequency range, the minimum impedance value or the maximum current value is determined in advance, and only the frequency above the impedance is measured. From this, the characteristic between the resonance frequency and the anti-resonance frequency is obtained, and the resonance impedance is assumed from the inclination. Thereby, the electric energy applied to the vibration block at the time of impedance value measurement can be limited, and the efficiency can be derived safely.
図8(a)(b)は、導出された効率を基に所望の超音波出力が得られるように振動ブロックへの電気入力を制御する様子を示す。装置における駆動回路には、共振インピーダンス叉は電流の値から振動ブロックの効率を導出できる効率導出部(図3の12)が設けられており、導出した効率は、超音波出力を制御するために用いる。ここに、超音波発生装置においては、各振動ブロックの超音波エネルギー伝達損失によって異なる電力を入力することでもって、所望の超音波出力を得るようにしている。 FIGS. 8A and 8B show a state in which the electrical input to the vibration block is controlled so as to obtain a desired ultrasonic output based on the derived efficiency. The drive circuit in the apparatus is provided with an efficiency deriving unit (12 in FIG. 3) that can derive the efficiency of the vibration block from the value of the resonance impedance or current. The derived efficiency is used to control the ultrasonic output. Use. Here, in the ultrasonic generator, a desired ultrasonic output is obtained by inputting different electric power depending on the ultrasonic energy transmission loss of each vibration block.
例えば、所望の超音波出力3Wを実現するために、図8(a)に示すような、効率60%の振動ブロックに対しては、5Wの電気入力が必要であり、一方、図8(b)に示すような、効率80%の振動ブロックに対しては、3.75Wの電気入力が必要であり、それぞれの振動ブロックに応じて電気入力を制御する必要がある。そこで、上述したようにして予めインピーダンス周波数特性から導出したエネルギー変換効率の値により、振動ブロックへの電気入力を制御する。これにより、振動ブロック毎の制御や、振動ブロック劣化、変化にも対応して常に所望の超音波出力が得られるようになる。 For example, in order to realize a desired ultrasonic output of 3 W, an electric input of 5 W is required for a vibration block with an efficiency of 60% as shown in FIG. 8A, while FIG. ), An electrical input of 3.75 W is required for a vibration block with an efficiency of 80%, and it is necessary to control the electrical input according to each vibration block. Therefore, the electric input to the vibration block is controlled by the value of the energy conversion efficiency previously derived from the impedance frequency characteristic as described above. As a result, it is possible to always obtain a desired ultrasonic output corresponding to control for each vibration block and vibration block deterioration and change.
以下に、予め取得する相関図の上記とは別の実施形態に係る導出方法について、図9及び図10を参照して説明する。振動ブロックの動アドミタンス線図により、共振インピーダンスと効率との相関式を求めることができる。振動ブロックの圧電振動子の性質として、共振周波数付近における、無負荷時動アドミタンスと、負荷時動アドミタンスの比をとることで、電気−音響変換効率を理論算出できることは、文献にも記載されている。 Hereinafter, a derivation method according to another embodiment of the correlation diagram acquired in advance will be described with reference to FIGS. 9 and 10. From the dynamic admittance diagram of the vibration block, a correlation equation between the resonance impedance and the efficiency can be obtained. It is also described in the literature that the electrical-acoustic conversion efficiency can be theoretically calculated by taking the ratio of the no-load dynamic admittance and the loaded dynamic admittance near the resonance frequency as the property of the piezoelectric vibrator of the vibration block. Yes.
振動ブロック単体での上記各アドミタンスを計測することで動アドミタンス線図が求まるとともに当該振動ブロックの電気−音響変換効率が求まる。これより、振動ブロックについて、図11に示すようなインピーダンス実測データが得られ、このような多数の同一構成のサンプルで多数のデータを取得・蓄積することで、共振インピーダンスに対するエネルギー変換効率の相関図(上述の図6)を作成することができる。この相関図に基く相関式を駆動回路の効率導出部に格納する。 By measuring each admittance of the vibration block alone, a dynamic admittance diagram can be obtained and the electro-acoustic conversion efficiency of the vibration block can be obtained. Thus, impedance measurement data as shown in FIG. 11 is obtained for the vibration block, and by acquiring and accumulating a large number of data with such a large number of samples having the same configuration, a correlation diagram of the energy conversion efficiency with respect to the resonance impedance. (FIG. 6 above) can be created. The correlation formula based on this correlation diagram is stored in the efficiency deriving unit of the drive circuit.
この相関式を利用することにより、振動ブロックの構成が同一とみなすことが出来れば、各振動ブロックの共振インピーダンス値を代入することで、効率を算出することができる。かくして、振動ブロックの共振インピーダンス値を求めることにより、その振動ブロックの効率を導出することが可能となる。 By using this correlation equation, if the vibration blocks can be regarded as having the same configuration, the efficiency can be calculated by substituting the resonance impedance value of each vibration block. Thus, by obtaining the resonance impedance value of the vibration block, the efficiency of the vibration block can be derived.
図12は、振動ブロックの熱量測定を基に効率を導出する場合の説明図である。共振インピーダンスと効率との相関式における効率は、振動ブロックの電気入力に対する超音波出力の熱量的測定値から取得した値によっても算出できる。温度計測装置30の温度測定プルーブ31を駆動中の振動ブロック4に接触させ、その発熱量を計測する。この発熱量から同一構成の各振動ブロックの効率を算出し、これと各振動ブロック単体での共振インピーダンスとから、上述の図11に示すような相関図を作成することができる。好ましくは、各振動ブロックの使用状態における、一定時間後の温度上昇から求めることが望ましい。
FIG. 12 is an explanatory diagram for deriving the efficiency based on the calorimetric measurement of the vibration block. The efficiency in the correlation equation between the resonance impedance and the efficiency can also be calculated by a value obtained from the calorimetric measurement value of the ultrasonic output with respect to the electric input of the vibration block. The
この相関式を利用することにより、振動ブロックの構成が同一とみなすことが出来れば、各振動ブロックの共振インピーダンス値を代入することで、振動ブロックの発熱量や効率を算出することができる。これにより、振動ブロックの共振インピーダンス値を求めることにより、比較的容易に振動ブロックの発熱量や効率を導出することが可能となる。 By using this correlation equation, if the configuration of the vibration block can be regarded as the same, the amount of heat generated and the efficiency of the vibration block can be calculated by substituting the resonance impedance value of each vibration block. Thus, by obtaining the resonance impedance value of the vibration block, it is possible to derive the heat generation amount and efficiency of the vibration block relatively easily.
図13は、振動ブロックの電気入力に対する超音波出力の力学的測定値を基に効率を導出する場合の説明図である。超音波の負荷時音圧を天秤などで力学的に測定する装置乃至方法は、文献にも記載されている。この種の力学的計測装置35は、振動ブロック4を駆動させて、そのときの電気入力に対する音響出力から効率を算出する。同一構成の各振動ブロック単体での共振インピーダンスと、その力学的計測から算出された効率とから、上述の図11に示すような相関図を作成することができる。
FIG. 13 is an explanatory diagram in the case of deriving the efficiency based on the mechanical measurement value of the ultrasonic output with respect to the electric input of the vibration block. An apparatus or method for dynamically measuring the sound pressure of an ultrasonic wave under load with a balance or the like is also described in the literature. This type of
この相関図に表される相関式を利用することにより、振動ブロックの構成が同一とみなすことが出来れば、各振動ブロックの共振インピーダンス値を代入することで、振動ブロックの効率を算出することができる。これにより、振動ブロックの共振インピーダンス値を求めることにより、比較容易に振動ブロックの効率を導出することが可能となる。 By using the correlation equation shown in this correlation diagram, if the configuration of the vibration block can be regarded as the same, the efficiency of the vibration block can be calculated by substituting the resonance impedance value of each vibration block. it can. Thereby, by obtaining the resonance impedance value of the vibration block, it is possible to easily derive the efficiency of the vibration block.
図14は、超音波発生装置を温熱超音波美容器に実施した場合を示す。この温熱超音波美容器も、上記と同様、駆動回路には効率導出部が設けられている。導出した効率は、振動ブロック4の発熱を制御するために用いられる。温熱超音波美容器は、超音波処理とは別に、温熱効果を併用するものであり、振動ブロック4に温熱ヒータ40を付設している。温熱超音波加湿器を付設してもよい。振動ブロック4と温熱ヒータ40とを駆動させることで、超音波振動と温熱とによる音波・温熱マッサージの相乗効果が得られる。なお、超音波のエネルギー伝達損失による振動ブロックの発熱を利用すれば、温熱ヒータ40のような発熱のための別機構を設けなくてもよい。
FIG. 14 shows a case where the ultrasonic generator is implemented in a thermal ultrasonic cosmetic device. Similarly to the above, this thermal ultrasonic cosmetic device is also provided with an efficiency deriving unit in the drive circuit. The derived efficiency is used to control the heat generation of the
図15は、上記のような超音波処理と温熱効果を併用する温熱超音波美容器における駆動制御方法の説明図である。各振動ブロック4において計測した共振インピーダンス値を予め求められている効率導出部の相関式に代入することでエネルギー変換効率が求まり、このエネルギー変換効率を基に、振動ブロック4の発熱量を制御することができる。例えば、所望の発熱2Wを実現するために、予め振動ブロックの効率を求め、それが60%と算出されれば、発熱分は40%となり、電気入力を5Wにすることで、2Wの発熱を実現することができる。これにより、超音波による効果のみならず、熱との相乗効果も得ることができ、さらにその発熱量も制御することができる。
FIG. 15 is an explanatory diagram of a drive control method in a thermal ultrasonic cosmetic device that uses both the ultrasonic treatment and the thermal effect as described above. The energy conversion efficiency is obtained by substituting the resonance impedance value measured in each
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変形しない範囲で種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
1 振動子
3 ホーン
4 振動ブロック
7 駆動回路
10 超音波発生装置
11 超音波出力制御部
12 効率導出部
13 相関式記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記駆動回路は、前記振動ブロックの共振周波数におけるインピーダンス叉は電流の値から、当該振動ブロックの効率を導出する効率導出部を有し、前記効率導出部で導出した効率を基に、所望の超音波出力が得られるように前記振動ブロックへの電気入力を制御することを特徴とする超音波発生装置。 An ultrasonic vibration block (referred to as a vibration block) composed of a vibrator that generates ultrasonic vibration, and a horn that is bonded to the vibrator and transmits ultrasonic waves to an object to be processed from an ultrasonic radiation surface of an arbitrary shape; In an ultrasonic generator provided with a drive circuit for driving these,
The drive circuit has an efficiency deriving unit for deriving the efficiency of the vibration block from the impedance or current value at the resonance frequency of the vibration block, and based on the efficiency derived by the efficiency deriving unit, a desired super An ultrasonic generator characterized by controlling an electric input to the vibration block so as to obtain a sound wave output.
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