JP2008219420A - Ultrasonic oscillator - Google Patents

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Hiroki Tsuji
寛樹 辻
Toru Yasui
亨 安井
Hidekazu Ando
英一 安藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic oscillator for stably obtaining an effective ultrasonic output. <P>SOLUTION: A switching high frequency voltage at secondary side of an output transformer being the voltage of the switching high frequency power at secondary side of output transformer, which is an ultrasonic wave output and is corrected with a power factor, and a switching high frequency voltage at secondary side of an output transformer being a current are respectively converted into an output voltage value detection voltage and an output current value detection voltage. An output power value detection voltage is calculated based on the converted output voltage value detection voltage and output current value detection voltage. Frequencies are swept by a prescribed frequency width at prescribed time interval based on an initial setting oscillation frequency. The frequency having the highest output power value detection voltage for each frequency in sweeping is set as the oscillation frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波発振器に関し、さらに詳細には、超音波洗浄装置や超音波計測装置などの各種の超音波装置に用いられる超音波振動子に高周波電力を印加する際に用いて好適な超音波発振器に関し、特に、超音波振動子を用いた各種の超音波装置の超音波出力が最大となる周波数を発振周波数として追尾することのできる超音波発振器に関する。   The present invention relates to an ultrasonic oscillator. More specifically, the present invention is suitable for use in applying high-frequency power to an ultrasonic transducer used in various ultrasonic apparatuses such as an ultrasonic cleaning apparatus and an ultrasonic measurement apparatus. In particular, the present invention relates to an ultrasonic oscillator that can track, as an oscillation frequency, a frequency at which the ultrasonic output of various ultrasonic apparatuses using an ultrasonic transducer is maximized.

従来より、超音波振動子を用いた超音波洗浄装置や超音波計測装置などの各種の超音波装置においては、超音波処理する対象または超音波処理を行う環境といった諸条件の影響によって共振周波数が変化し、それに伴い当該共振周波数と超音波振動子へ高周波電力を印加する超音波発振器の発振周波数とに差が生じて両者がずれてしまい、各種の超音波装置における超音波出力が低下してしまうことが知られていた。   Conventionally, in various ultrasonic apparatuses such as an ultrasonic cleaning apparatus and an ultrasonic measurement apparatus using an ultrasonic vibrator, the resonance frequency is influenced by the influence of various conditions such as an ultrasonic processing target or an ultrasonic processing environment. As a result, there is a difference between the resonance frequency and the oscillation frequency of the ultrasonic oscillator that applies high-frequency power to the ultrasonic transducer, and the two deviate from each other, reducing the ultrasonic output in various ultrasonic devices. It was known that.


具体的には、超音波振動子を用いた超音波洗浄装置として、例えば、図1に示すような超音波洗浄装置が知られている。

Specifically, for example, an ultrasonic cleaning apparatus as shown in FIG. 1 is known as an ultrasonic cleaning apparatus using an ultrasonic transducer.

この超音波洗浄装置100は、内部に洗浄液102を貯留した洗浄糟104と、洗浄糟104の底部104aに装着されるとともに交流電源106に接続された超音波発振器108から高周波電力を印加される超音波振動子110とを有して構成されている。   The ultrasonic cleaning apparatus 100 includes a cleaning tub 104 in which a cleaning liquid 102 is stored, and an ultrasonic oscillator 108 that is attached to the bottom 104 a of the cleaning tub 104 and is connected to an AC power source 106 and is applied with high-frequency power. And a sonic transducer 110.

なお、符号200は、超音波洗浄装置100により洗浄される被洗浄物であり、こうした被洗浄物としては、例えば、半導体ウェハ基板や液晶ディスプレイ(LCD)用ガラス基板などの電子デバイスが挙げられる。   Reference numeral 200 denotes an object to be cleaned by the ultrasonic cleaning apparatus 100, and examples of such an object include electronic devices such as a semiconductor wafer substrate and a glass substrate for a liquid crystal display (LCD).

以上の構成において、この超音波洗浄装置100によれば、交流電源106に接続された超音波発振器108から超音波振動子110へ高周波電力が印加されると、超音波振動子110から洗浄糟104に貯留された洗浄液102へ超音波が伝播され、これにより被洗浄物200を洗浄することができる。   In the above configuration, according to the ultrasonic cleaning apparatus 100, when high frequency power is applied from the ultrasonic oscillator 108 connected to the AC power source 106 to the ultrasonic vibrator 110, the cleaning basket 104 is transferred from the ultrasonic vibrator 110. The ultrasonic wave is propagated to the cleaning liquid 102 stored in this, and thereby the object 200 to be cleaned can be cleaned.

しかしながら、一般に、こうした超音波洗浄装置100においては、上記のようにして被洗浄物200の洗浄を行うことになるが、被洗浄物200の形状、数量あるいは材質や、洗浄液102の種類(液種)、洗浄糟104に貯留された際の深さ(液深)あるいは温度(液温)などによって共振周波数が変化する。   However, in general, in such an ultrasonic cleaning apparatus 100, the object to be cleaned 200 is cleaned as described above. However, the shape, quantity, or material of the object to be cleaned 200, the type of the cleaning liquid 102 (liquid type) ), The resonance frequency changes depending on the depth (liquid depth) or temperature (liquid temperature) when stored in the cleaning tub 104.

そして、この共振周波数の変化に伴って、当該共振周波数と超音波発振器108の発振周波数とに差が生じて両者がずれてしまい、超音波洗浄装置100の超音波出力が低下するという現象が生じることとなっていた。   Along with the change in the resonance frequency, a difference occurs between the resonance frequency and the oscillation frequency of the ultrasonic oscillator 108, and the both are shifted, resulting in a phenomenon that the ultrasonic output of the ultrasonic cleaning apparatus 100 is reduced. It was supposed to be.


このため、上記したような現象を解決するための手法として、PLL(Phase Locked Loop:位相同期回路)制御を利用して共振周波数を追尾することにより、当該共振周波数と超音波発振器108の発振周波数とのずれを解消しようとする方法が提案されている。

For this reason, as a technique for solving the above-described phenomenon, the resonance frequency and the oscillation frequency of the ultrasonic oscillator 108 are tracked by tracking the resonance frequency using PLL (Phase Locked Loop) control. There has been proposed a method for eliminating the deviation.


しかしながら、PLL制御を利用した共振周波数の追尾は、位相のみの確認による共振周波数の追尾であるため、共振周波数が初期設定とは異なる共振周波数に移行してしまった場合には、共振周波数と同期した発振周波数による超音波出力が設定値よりも低下もしくは超過してしまう可能性があり、安定した超音波出力が得られないという問題点があった。

However, since the resonance frequency tracking using PLL control is the tracking of the resonance frequency by checking only the phase, if the resonance frequency shifts to a resonance frequency different from the initial setting, the resonance frequency is synchronized with the resonance frequency. There is a possibility that the ultrasonic output due to the oscillated frequency may be lowered or exceeded the set value, and a stable ultrasonic output cannot be obtained.


なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。

The prior art that the applicant of the present application knows at the time of filing a patent is as described above and is not an invention related to a known literature, so there is no prior art information to be described.

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、効果的な超音波出力を安定して得ることができるようにした超音波発振器を提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of the various problems of the conventional techniques as described above, and an object of the present invention is to stably obtain an effective ultrasonic output. An ultrasonic oscillator is to be provided.

上記目的を達成するために、本発明による超音波発振器は、照射する超音波の周波数を任意の時間おきに任意の周波数幅で掃引させ、そのときに掃引中の各周波数での超音波出力を比較して、発振周波数を設定するようにしたものである。   In order to achieve the above object, the ultrasonic oscillator according to the present invention sweeps the frequency of the ultrasonic wave to be irradiated at an arbitrary frequency width at an arbitrary time, and at that time, outputs an ultrasonic output at each frequency being swept. In comparison, the oscillation frequency is set.

従って、本発明による超音波発振器によれば、照射する超音波の周波数を任意の時間おきに任意の周波数幅で掃引させるときに当該掃引中の各周波数での超音波出力を比較し、超音波出力最大時の周波数を発振周波数としてセットして駆動させることができる。   Therefore, according to the ultrasonic oscillator according to the present invention, when the frequency of the ultrasonic wave to be irradiated is swept at an arbitrary frequency width at arbitrary time intervals, the ultrasonic output at each frequency during the sweep is compared, The maximum output frequency can be set as the oscillation frequency for driving.

このため、超音波振動子を用いた超音波洗浄装置で洗浄を行う際に、本発明による超音波発振器により超音波振動子を駆動して洗浄を行うようにすると、常に超音波出力が最大である周波数を発振周波数としてセットして洗浄を行うことが可能になり、高い洗浄能力を安定して得ることができるようになる。   For this reason, when cleaning is performed with an ultrasonic cleaning apparatus using an ultrasonic transducer, if the ultrasonic transducer is driven by the ultrasonic oscillator according to the present invention to perform cleaning, the ultrasonic output is always the maximum. It becomes possible to perform cleaning by setting a certain frequency as an oscillation frequency, and a high cleaning ability can be stably obtained.


即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス2次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、上記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。

That is, the invention described in claim 1 of the present invention is an ultrasonic oscillator that applies high frequency power to both poles of an ultrasonic transducer, and DC power is alternately switched between a high side and a low side at a set oscillation frequency. A switching output circuit for generating switching high-frequency power, an output transformer for boosting or stepping down the voltage of the switching high-frequency power generated by the switching output circuit and outputting the output side switching high-frequency power, and the output transformer Output transformer secondary side switching high frequency voltage which is a voltage part of the output transformer secondary side switching high frequency power output from the output transformer secondary side switching high frequency current which is a current part of the output transformer secondary side switching high frequency power Applying to an ultrasonic transducer without phase difference A power factor correction circuit for correcting the power factor, and an output transformer secondary side switching high frequency voltage which is a voltage portion of the output transformer secondary side switching high frequency power outputted from the output transformer to detect an output voltage value detection voltage. Voltage value detection circuit for conversion, and current value for detecting output transformer secondary switching high-frequency current, which is a current portion of output transformer secondary switching high-frequency power output from the output transformer, and converting it to output current value detection voltage A detection circuit; and a multiplier for calculating an output power value detection voltage by multiplying the output voltage value detection voltage converted by the voltage value detection circuit by the output current value detection voltage converted by the current value detection circuit; Control is performed so that the set oscillation frequency is swept at a predetermined time interval and a predetermined frequency width, and the calculated frequency is calculated by the multiplier. Output power detection voltage at each oscillation frequency is obtained so as to have an oscillation frequency setting means for setting the oscillation frequency of the frequency at which the maximum by arguments.

また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、上記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス2次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。   According to the second aspect of the present invention, in the ultrasonic oscillator that applies high-frequency power to both poles of the ultrasonic transducer, the DC power is alternately switched between the high side and the low side at a set oscillation frequency. A switching output circuit for generating switching high-frequency power, a power factor correction circuit for correcting power factor of the switching high-frequency power generated by the switching output circuit, and a switching high-frequency corrected by the power factor correction circuit In order to apply power to the ultrasonic transducer, an output transformer that steps up or down and outputs the output transformer secondary side switching high frequency power, and a voltage portion of the output transformer secondary side switching high frequency power output from the output transformer. Output voltage value detection by detecting a secondary high-frequency switching voltage of an output transformer A voltage value detection circuit for converting to a voltage, and an output transformer secondary-side switching high-frequency current, which is a current portion of the output-transformer secondary-side switching high-frequency power output from the output transformer, and converting it to an output current value detection voltage A current value detection circuit; and a multiplier for calculating an output power value detection voltage by multiplying the output voltage value detection voltage converted by the voltage value detection circuit by the output current value detection voltage converted by the current value detection circuit When the set oscillation frequency is controlled to be swept at a predetermined time interval and a predetermined frequency width, and the output power value detection voltage at each oscillation frequency calculated by the multiplier is maximized And an oscillation frequency setting means for setting the frequency as an oscillation frequency.

また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス2次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、上記力率補正回路により力率補正された出力トランス2次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する上記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。   According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic oscillator that applies high frequency power to both poles of the ultrasonic transducer, DC power is switched alternately between the high side and the low side at a set oscillation frequency. A switching output circuit for generating switching high-frequency power, an output transformer for boosting or stepping down the voltage of the switching high-frequency power generated by the switching output circuit and outputting the output side switching high-frequency power, and the output transformer Output transformer secondary side switching high frequency voltage which is a voltage part of the output transformer secondary side switching high frequency power output from the output transformer secondary side switching high frequency current which is a current part of the output transformer secondary side switching high frequency power Applying to an ultrasonic transducer without phase difference A power factor correction circuit that performs power factor correction on the power source, and a bridge output power that determines the vibration speed of the ultrasonic transducer that vibrates by applying the output transformer secondary side switching high frequency power corrected by the power factor by the power factor correction circuit. And a voltage value detection circuit that detects a bridge output voltage that is a voltage portion of the bridge output power detected by the bridge output power detection resistor and converts it to a bridge output voltage value detection voltage. A current value detection circuit that detects a bridge output current that is a current portion of the bridge output power detected by the bridge output power detection resistor and converts the current to a bridge output current value detection voltage, and the voltage value detection circuit converts the current value detection circuit. Bridge output voltage value detection voltage and the bridge output current value detection voltage converted by the current value detection circuit A multiplier that multiplies and calculates a bridge output power value calculation voltage, and controls to sweep the set oscillation frequency at a predetermined time interval and a predetermined frequency width, and by the sweep calculated by the multiplier And oscillation frequency setting means for setting the frequency at which the bridge output power value calculation voltage at each oscillation frequency is maximum as the oscillation frequency.

また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、上記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス2次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する上記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in an ultrasonic oscillator that applies high-frequency power to both poles of an ultrasonic transducer, DC power is switched alternately between a high side and a low side at a set oscillation frequency. A switching output circuit for generating switching high-frequency power, a power factor correction circuit for correcting power factor of the switching high-frequency power generated by the switching output circuit, and a switching high-frequency corrected by the power factor correction circuit Applying the output transformer secondary side switching high frequency power output from the output transformer and the output transformer that outputs the output transformer secondary side switching high frequency power by stepping up or down to apply power to the ultrasonic transducer The vibration speed of the ultrasonic transducer vibrating by the A bridge output power detection resistor, a voltage value detection circuit that detects a bridge output voltage that is a voltage portion of the bridge output power detected by the bridge output power detection resistor, and converts the detected voltage to a bridge output voltage value detection voltage; A current value detection circuit that detects a bridge output current, which is a current portion of the bridge output power detected by the bridge output power detection resistor, and converts it into a bridge output current value detection voltage; and the voltage value detection circuit A multiplier that multiplies the bridge output voltage value detection voltage by the bridge output current value detection voltage converted by the current value detection circuit to calculate the bridge output power value calculation voltage, and sets the oscillation frequency at a predetermined time interval. In addition, control is performed so as to sweep at a predetermined frequency width, and each oscillation frequency by the sweep calculated by the multiplier Bridge output power value calculating voltage definitive is that so as to have an oscillation frequency setting means for setting a frequency as the oscillation frequency when the maximum.

また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2、3または4のいずれか1項に記載の発明において、上記力率補正回路は、上記超音波振動子に対して並列に接続されるようにしたものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first, second, third, and fourth aspects of the present invention, the power factor correction circuit includes the ultrasonic vibration. It is designed to be connected in parallel to the child.

また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2、3または4のいずれか1項に記載の発明において、上記力率補正回路は、上記超音波振動子に対して直列に接続されるようにしたものである。   According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first, second, third, and fourth aspects of the present invention, the power factor correction circuit includes the ultrasonic vibration. It is designed to be connected in series to the child.

また、本発明のうち請求項7に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2、3、4、5または6のいずれか1項に記載の発明において、上記超音波振動子は、圧電型超音波振動子であり、上記力率補正回路は、インダクタであるようにしたものである。   The invention according to claim 7 of the present invention is the invention according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6 of the present invention, wherein the ultrasonic transducer is It is a piezoelectric ultrasonic transducer, and the power factor correction circuit is an inductor.

また、本発明のうち請求項8に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2、3、4、5または6のいずれか1項に記載の発明において、請求項1、2、3、4、5または6のいずれか1項に記載の超音波発振器において、上記超音波振動子は、磁歪型超音波振動子であり、上記力率補正回路は、キャパシタであるようにしたものである。   Further, the invention according to claim 8 of the present invention is the invention according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6 of the present invention. 7. The ultrasonic oscillator according to any one of 4, 4, 5 and 6, wherein the ultrasonic vibrator is a magnetostrictive ultrasonic vibrator, and the power factor correction circuit is a capacitor. is there.

本発明は、以上説明したように構成されているので、効果的な超音波出力を安定して得ることができるようにした超音波発振器を提供することができるという優れた効果を奏する。   Since the present invention is configured as described above, there is an excellent effect that an ultrasonic oscillator capable of stably obtaining an effective ultrasonic output can be provided.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による超音波発振器の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。   Hereinafter, an example of an embodiment of an ultrasonic oscillator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

なお、以下の説明においては、従前に説明した構成と同一または相当する構成については、それぞれ同一の符号を用いて示すことにより、それらの詳細な説明は適宜に省略するものとする。   In the following description, components that are the same as or correspond to those described previously are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.


まず、図2乃至図3を参照しながら、本発明の第1の実施の形態による超音波発振器について説明する。

First, the ultrasonic oscillator according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

なお、この本発明の第1の実施の形態による超音波発振器は、洗浄糟104の底部104aに装着された超音波振動子110へ高周波電力を印加する例を示している。   The ultrasonic oscillator according to the first embodiment of the present invention shows an example in which high-frequency power is applied to the ultrasonic vibrator 110 mounted on the bottom 104a of the cleaning bowl 104.

ここで、図2には本発明の第1の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、図3には図2に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図が示されている。   Here, FIG. 2 is a block diagram for explaining the configuration of the ultrasonic oscillator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a switching circuit in the ultrasonic oscillator shown in FIG. The schematic circuit explanatory drawing which shows the principal part of the electric power transmission path | route leading to is shown.

この本発明の第1の実施の形態による超音波発振器10は、出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものであり、出力トランス16の後段に力率補正回路18を配置した回路構成を示している。   The ultrasonic oscillator 10 according to the first embodiment of the present invention is an embodiment in which the output transformer secondary side switching high frequency power L is monitored and the resonance frequency is tracked. A circuit configuration in which the power factor correction circuit 18 is arranged is shown.

即ち、超音波発振器10は、負荷である超音波振動子110の両極に高周波電力を印加するための超音波発振器であって、交流電源106に接続されている。   That is, the ultrasonic oscillator 10 is an ultrasonic oscillator for applying high-frequency power to both poles of the ultrasonic vibrator 110 that is a load, and is connected to the AC power source 106.

そして、超音波発振器10は、交流電源106から印加された交流電力Iを整流して直流電力Jにするための整流回路12と、直流電力Jをマイクロコンピューター26(後述する。)で設定した発振周波数(以下、「設定発振周波数」と適宜に称する。)でハイサイド(Hi−side)とローサイド(Lo−side)との交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力Kを得るためのスイッチング出力回路14(スイッチング出力回路14は、図3に示すように、ハイサイドのFET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)141a、141bとローサイドのFET142a、142bとを有して構成されている。)と、スイッチング高周波電力Kの電圧を昇圧または降圧して出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lとするための出力トランス16と、出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lの力率補正を行って出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lの電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧Aと出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lの電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流Bとの位相差をなくして超音波振動子110に印加する超音波出力Mにするための力率補正回路18(なお、力率補正回路18としては、例えば、超音波振動子110が圧電型超音波振動子の場合にはインダクタを用い、超音波振動子110が磁歪型超音波振動子の場合にはキャパシタを用いることが好ましい。)と、出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lの電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧Aを検出して出力電圧値検出電圧Cに変換する電圧値検出回路20と、出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lの電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流Bを検出して出力電流値検出電圧Dに変換する電流値検出回路22と、出力電圧値検出電圧Cと出力電流値検出電圧Dとを入力して両者を乗算することにより出力電力値算出電圧Eを算出する乗算器24と、予め初期設定として設定された発振周波数(以下、「初期設定発振周波数」と適宜に称することとする。なお、初期設定発振周波数は適宜に設定する。)を中心とする所定の周波数幅(所定の周波数幅は、任意に設定することができる。)を所定の時間間隔(所定の時間間隔は、任意に設定することができる。)で一通り掃引動作させたときの各発振周波数での出力電力値算出電圧Eを記憶するとともに該記憶した出力電力値算出電圧Eの中で最も出力電力値算出電圧Eが高かったときの発振周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定0/1信号Fとして得て出力する発振周波数設定手段たるマイクロコンピューター26と、マイクロコンピューター26から出力された発振周波数設定0/1信号Fを入力して発振周波数設定信号Gに変換するDDS(Direct Digital Synthesizer:ダイレクトデジタルシンセサイザー)28と、DDS28から出力された発振周波数設定信号Gを増幅するとともに該増幅した発振周波数設定信号Gをスイッチング出力回路14のハイサイドのFET141a、141bのゲート端子とローサイドのFET142a、142bのゲート端子とに交互に入力するためのFETゲート入力信号Hに変換してスイッチング出力回路16へ出力する駆動回路30とを有して構成されている。   The ultrasonic oscillator 10 rectifies the AC power I applied from the AC power source 106 and converts it into DC power J, and the oscillation in which the DC power J is set by a microcomputer 26 (described later). Switching output circuit 14 for obtaining switching high-frequency power K by alternately switching between a high side (Hi-side) and a low side (Lo-side) at a frequency (hereinafter referred to as “set oscillation frequency” as appropriate) As shown in FIG. 3, the switching output circuit 14 includes high-side FETs (Field Effect Transistors) 141 a and 141 b and low-side FETs 142 a and 142 b), and a switching high frequency. Output transformer 2 by stepping up or down the voltage of power K The output transformer 16 for making the secondary side switching high frequency power L and the output transformer secondary side which is the voltage part of the output transformer secondary side switching high frequency power L by performing power factor correction of the output transformer secondary side switching high frequency power L In order to eliminate the phase difference between the switching high-frequency voltage A and the output transformer secondary-side switching high-frequency current B, which is the current portion of the output transformer secondary-side switching high-frequency power L, to obtain the ultrasonic output M applied to the ultrasonic transducer 110. Power factor correction circuit 18 (in addition, as the power factor correction circuit 18, for example, when the ultrasonic transducer 110 is a piezoelectric ultrasonic transducer, an inductor is used, and the ultrasonic transducer 110 is a magnetostrictive ultrasonic vibration. In the case of the child, it is preferable to use a capacitor.) Voltage value detection circuit 20 that detects transformer secondary side switching high frequency voltage A and converts it to output voltage value detection voltage C, and output transformer secondary side switching high frequency current that is a current portion of output transformer secondary side switching high frequency power L A current value detection circuit 22 that detects B and converts it into an output current value detection voltage D, and outputs an output power value calculation voltage by inputting and multiplying the output voltage value detection voltage C and the output current value detection voltage D A multiplier 24 for calculating E and an oscillation frequency set in advance as an initial setting (hereinafter referred to as “initial setting oscillation frequency” as appropriate. The initial setting oscillation frequency is set as appropriate). A predetermined frequency width (the predetermined frequency width can be arbitrarily set) is set to a predetermined time interval (the predetermined time interval can be arbitrarily set). ) And the output power value calculation voltage E at each oscillation frequency when the sweep operation is performed in a single line, and the oscillation when the output power value calculation voltage E is the highest among the stored output power value calculation voltages E The microcomputer 26 is an oscillation frequency setting means for setting the frequency as the set oscillation frequency, and obtaining and outputting a digital signal indicating the frequency of the set oscillation frequency as the oscillation frequency setting 0/1 signal F. A DDS (Direct Digital Synthesizer) 28 that receives the oscillation frequency setting 0/1 signal F and converts it to the oscillation frequency setting signal G, and amplifies and amplifies the oscillation frequency setting signal G output from the DDS 28 Oscillation frequency setting signal G is output to switching output circuit 1 And a drive circuit 30 that converts it into an FET gate input signal H to be alternately input to the gate terminals of the high-side FETs 141a and 141b and the gate terminals of the low-side FETs 142a and 142b and outputs the FET gate input signal H to the switching output circuit 16. Configured.

なお、超音波発振器10においては、マイクロコンピューター26、DDS28および駆動回路30により、発振周波数処理手段が構築されている。   In the ultrasonic oscillator 10, an oscillation frequency processing means is constructed by the microcomputer 26, the DDS 28 and the drive circuit 30.


ここで、マイクロコンピューター26について、より詳細に説明すると、超音波振動子110から照射される超音波の発振周波数に基づいてプログラムにより所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引するための周波数を形成できる発振周波数設定信号を出力することができるとともに、当該掃引中の各周波数での出力電力値算出値Eを比較して当該掃引後に出力電力値算出値Eが最大であるときの周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定0/1信号Fとしてセットして出力することができる。

Here, the microcomputer 26 will be described in more detail. A frequency for sweeping a predetermined frequency width at a predetermined time interval is formed by a program based on the oscillation frequency of the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic transducer 110. Can output an oscillation frequency setting signal that can be output, and compares the output power value calculation value E at each frequency during the sweep, and sets the frequency when the output power value calculation value E is maximum after the sweep A digital signal that is set as a frequency and indicates the frequency of the set oscillation frequency can be set and output as an oscillation frequency setting 0/1 signal F.

そして、スイッチング出力回路14は、ハイサイドのFET141a、141bのゲート端子とローサイドのFET142a、142bのゲート端子とに交互に入力されるFETゲート入力信号Hにより高周波スイッチング動作を行い、直流電流Jをスイッチング高周波電力Kに変換することになる。   The switching output circuit 14 performs a high-frequency switching operation by the FET gate input signal H that is alternately input to the gate terminals of the high-side FETs 141a and 141b and the gate terminals of the low-side FETs 142a and 142b, and switches the DC current J. It is converted into high frequency power K.

即ち、スイッチング回路14に印加されている直流電力Jは、DDS28で設定している発振周波数通りにハイサイドとローサイドとに切り替わるFETゲート入力信号Hよってスイッチング高周波電力Kに変換され、出力トランス16、力率補正回路18を介して、超音波出力Mとして、超音波振動子110に印加される。   That is, the DC power J applied to the switching circuit 14 is converted into the switching high-frequency power K by the FET gate input signal H that switches between the high side and the low side according to the oscillation frequency set by the DDS 28, and the output transformer 16, An ultrasonic output M is applied to the ultrasonic transducer 110 via the power factor correction circuit 18.

なお、超音波発振器10においては、力率補正回路18を超音波振動子110に対して並列に接続している。   In the ultrasonic oscillator 10, the power factor correction circuit 18 is connected in parallel to the ultrasonic transducer 110.


以上の構成において、超音波出力Mが超音波振動子110へ印加されることにより、洗浄槽104の底部104aに装着した超音波振動子110から内部の洗浄液102に超音波を伝播させて被洗浄物200を洗浄することができる。

In the above configuration, when the ultrasonic output M is applied to the ultrasonic transducer 110, the ultrasonic wave is propagated from the ultrasonic transducer 110 attached to the bottom 104a of the cleaning tank 104 to the internal cleaning liquid 102 to be cleaned. The object 200 can be washed.

そして、この超音波振動子110には、洗浄液102および被洗浄物200に照射する超音波、即ち、超音波出力Mの周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させることができ、かつ、掃引中の各周波数での超音波出力Mに相当する出力電力値算出値Eを比較して、超音波出力Mの最大時、即ち、出力電力値算出値Eが最大であるときの周波数を設定発振周波数として追尾することができる超音波発振器10が連結されている。   The ultrasonic vibrator 110 can sweep a predetermined frequency width at a predetermined time interval with respect to the ultrasonic wave irradiated to the cleaning liquid 102 and the object 200, that is, the frequency of the ultrasonic output M, and The output power value calculated value E corresponding to the ultrasonic output M at each frequency during the sweep is compared, and the frequency when the ultrasonic power M is maximum, that is, the output power value calculated value E is the maximum. An ultrasonic oscillator 10 that can be tracked as a set oscillation frequency is connected.

換言すれば、超音波発振器10は、照射する超音波の周波数を所定の時間おきに所定の周波数幅で掃引させ、そのときに掃引中の各周波数での出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lを比較して、電力最大時、即ち、超音波出力Mが最大時の周波数を設定発振周波数としてセットして駆動できるように構成されている。   In other words, the ultrasonic oscillator 10 sweeps the frequency of the ultrasonic wave to be radiated at a predetermined frequency width every predetermined time, and at that time, the output transformer secondary side switching high-frequency power L at each frequency being swept is obtained. In comparison, it is configured such that it can be driven by setting the frequency when the power is maximum, that is, when the ultrasonic output M is maximum as the set oscillation frequency.

つまり、この超音波発振器10は、照射する超音波の発振周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させ、掃引中の各周波数での出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lを乗算器24で算出された出力電力値算出電圧Eとして比較し、出力電力値算出電圧Eが最大の時の発振周波数をマイクロコンピューター26により設定発振周波数としてセットし、スイッチング回路14でこの設定発振周波数のスイッチング高周波電力Kを出力させ、このサイクルを繰り返し、常に出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lが最大となる発振周波数が設定発振周波数となるように追尾していくものである。   That is, the ultrasonic oscillator 10 sweeps the oscillation frequency of the ultrasonic wave to be irradiated at a predetermined time interval by a predetermined frequency width, and the output transformer secondary side switching high frequency power L at each frequency being swept is multiplied by the multiplier 24. The oscillation frequency when the output power value calculation voltage E is maximum is set as the set oscillation frequency by the microcomputer 26, and the switching circuit 14 sets the switching frequency of the set oscillation frequency. The power K is output, and this cycle is repeated, and tracking is performed so that the oscillation frequency at which the output transformer secondary side switching high frequency power L is always the maximum becomes the set oscillation frequency.

なお、マイクロコンピューター26は、上記したように、超音波振動子110から照射する超音波の発振周波数を、プログラムにより所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させるための各周波数を発振周波数設定信号として生成し、DDS28側に渡すように構成されている。   As described above, the microcomputer 26 sets the oscillation frequency of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic transducer 110 to each frequency for sweeping a predetermined frequency width at predetermined time intervals by a program. Are generated and passed to the DDS 28 side.

ここで、上記した初期設定発振周波数は、超音波振動子110から洗浄液102および被洗浄物200に所定の周波数幅を掃引させながら照射する超音波の発振周波数の中心となる周波数であって、例えば、20kHz〜3MHzとすればよい。   Here, the above-described initial set oscillation frequency is a frequency that becomes the center of the oscillation frequency of the ultrasonic wave that is irradiated while sweeping a predetermined frequency width from the ultrasonic vibrator 110 to the cleaning liquid 102 and the cleaning object 200, for example, 20 kHz to 3 MHz may be used.

また、発振周波数を掃引させる際の上記した所定の周波数幅は、例えば、初期設定発振周波数の1%〜50%の値とすればよく、初期設定発振周波数を中心にその1%〜50%の値の周波数幅を掃引して、超音波出力が最大となる周波数の探索を行えばよい。   Further, the predetermined frequency width when sweeping the oscillation frequency may be a value of 1% to 50% of the initial set oscillation frequency, for example, and 1% to 50% of the initial set oscillation frequency is the center. The frequency width of the value may be swept to search for a frequency that maximizes the ultrasonic output.

具体的には、初期設定発振周波数を30kHzとし、発振周波数を掃引させる際の所定の周波数幅を初期設定発振周波数の10%とした場合には、30kHzを中心に3kHzの周波数幅を掃引する、即ち、28.5kHz〜31.5kHzの周波数帯を掃引することになる。   Specifically, when the initial oscillation frequency is 30 kHz and the predetermined frequency width when sweeping the oscillation frequency is 10% of the initial oscillation frequency, the frequency width of 3 kHz is swept around 30 kHz. That is, the frequency band of 28.5 kHz to 31.5 kHz is swept.

また、超音波出力が最大となる周波数の探索して設定発振周波数をセットした後に、次回の探索を行うまでの上記した所定の時間間隔は、例えば、5秒〜600秒とすればよい。   The predetermined time interval until the next search is performed after searching for the frequency at which the ultrasonic output is maximum and setting the set oscillation frequency may be, for example, 5 seconds to 600 seconds.


次に、上記した超音波発振器10の動作をより詳細に説明すると、負荷である超音波振動子110の両極に高周波電力を印加するに際しては、超音波発振器10は、交流電源12から印加された交流電力Iを整流回路12により直流電力Jに変換し、変換した直流電力Jをスイッチング出力回路14のスイッチング機能によりスイッチング高周波電力Kに変換する。

Next, the operation of the above-described ultrasonic oscillator 10 will be described in more detail. When applying high-frequency power to both poles of the ultrasonic vibrator 110 as a load, the ultrasonic oscillator 10 was applied from the AC power supply 12. The AC power I is converted into DC power J by the rectifier circuit 12, and the converted DC power J is converted into switching high-frequency power K by the switching function of the switching output circuit 14.

ここで、マイクロコンピューター26からは、設定発振周波数をDDS28に認識させる発振周波数設定0/1信号Fならびに掃引する周波数をDDS28に認識させる発振周波数設定信号が出力され、こうした発振周波数設定0/1信号Fならびに発振周波数設定信号がDDS28に入力されると、DDS28は矩形波の発振周波数設定信号Gを駆動回路30へ向けて出力することになる。   Here, the microcomputer 26 outputs an oscillation frequency setting 0/1 signal F for causing the DDS 28 to recognize the set oscillation frequency, and an oscillation frequency setting signal for causing the DDS 28 to recognize the frequency to be swept, such an oscillation frequency setting 0/1 signal. When F and the oscillation frequency setting signal are input to the DDS 28, the DDS 28 outputs a rectangular wave oscillation frequency setting signal G to the drive circuit 30.

そして、発振周波数設定信号Gを入力した駆動回路30は、スイッチング出力回路14のハイサイドのFET141a、141bのゲート端子とローサイドのFET142a、142bのゲート端子とが駆動可能な電圧まで増幅したFETゲート入力信号Hを、スイッチング出力回路14のハイサイドのFET141a、141bのゲート端子とローサイドのFET142a、142bのゲート端子とに設定周波数または掃引する周波数で交互に入力し、これによりスイッチング出力回路14は直流電力Jをスイッチング高周波電力Kに変換している。   Then, the drive circuit 30 to which the oscillation frequency setting signal G is input has an FET gate input amplified to a voltage that can drive the gate terminals of the high-side FETs 141a and 141b and the gate terminals of the low-side FETs 142a and 142b of the switching output circuit 14. The signal H is alternately input to the gate terminals of the high-side FETs 141a and 141b and the gate terminals of the low-side FETs 142a and 142b of the switching output circuit 14 at a set frequency or a sweeping frequency. J is converted into switching high-frequency power K.

そして、スイッチング高周波電力Kは出力トランス16で昇圧または降圧されて、出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lに変換され、その後に、出力トランス2次側スイッチング高周波電Lは力率補正回路18を介して力率補正され、力率補正された出力トランス2次側スイッチング高周波電力たる超音波出力Mが、超音波振動子110へ印加されることになる。   The switching high-frequency power K is stepped up or down by the output transformer 16 and converted into the output transformer secondary-side switching high-frequency power L. After that, the output transformer secondary-side switching high-frequency power L passes through the power factor correction circuit 18. The power factor corrected and the power factor-corrected output transformer secondary-side switching high frequency power ultrasonic output M is applied to the ultrasonic transducer 110.


ここで、超音波発振器10においては、超音波発振器10において発振している発振周波数が超音波発振器10の使用環境などの諸条件の影響により共振周波数と差が生じているかどうかを測定するために、上記したように、所定の時間間隔で初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅を掃引するようになされている。

Here, in the ultrasonic oscillator 10, in order to measure whether the oscillation frequency oscillated in the ultrasonic oscillator 10 is different from the resonance frequency due to the influence of various conditions such as the usage environment of the ultrasonic oscillator 10. As described above, a predetermined frequency width is swept around the initially set oscillation frequency at predetermined time intervals.

つまり、出力トランス16から出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lの電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧Aを電圧値検出回路20により検出して出力電圧値検出電圧Cに変換するとともに、出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lの電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流Bを電流値検出回路22により検出して出力電流値検出電圧に変換する。   That is, the output transformer secondary-side switching high-frequency voltage A that is the voltage portion of the output transformer secondary-side switching high-frequency power L output from the output transformer 16 is detected by the voltage value detection circuit 20 and converted into the output voltage value detection voltage C. In addition, the output transformer secondary-side switching high-frequency current B, which is the current portion of the output transformer secondary-side switching high-frequency power L output from the output transformer, is detected by the current value detection circuit 22 and converted into an output current value detection voltage. .

こうして変換された出力電圧値検出電圧Cと出力電流値検出電圧Dとを乗算器28に入力し、乗算器28において出力電圧値検出電圧Cと出力電流値検出電圧Dとを乗算して出力電力値検出電圧Eを算出し、この算出した出力電力値検出電圧Eをマイクロコンピューター26へ向けて出力する。   The converted output voltage value detection voltage C and output current value detection voltage D are input to the multiplier 28, and the multiplier 28 multiplies the output voltage value detection voltage C and the output current value detection voltage D to output power. A value detection voltage E is calculated, and the calculated output power value detection voltage E is output to the microcomputer 26.

そして、マイクロコンピューター26は、初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅を掃引し、各周波数における出力電力値検出電圧Eを一通り測定し、その測定結果のうち出力電力値検出電圧Eが最大となるとき、即ち、超音波出力Mが最大のときの発振周波数を次回の掃引までの発振周波数たる設定発信周波数としてセットするようになされている。   Then, the microcomputer 26 sweeps a predetermined frequency width around the initially set oscillation frequency, measures the output power value detection voltage E at each frequency, and among the measurement results, the output power value detection voltage E is the maximum. In other words, the oscillation frequency when the ultrasonic output M is maximum is set as the set transmission frequency which is the oscillation frequency until the next sweep.

また、こうした電圧値検出回路20と電流値検出回路22とにおける出力電圧値検出電圧Cと出力電流値検出電圧Dとへの変換からマイクロコンピューター26における設定周波数のセットまでを、所定の時間間隔で行うように設定されている。   Further, the conversion from the output voltage value detection voltage C and the output current value detection voltage D in the voltage value detection circuit 20 and the current value detection circuit 22 to the setting of the set frequency in the microcomputer 26 are performed at predetermined time intervals. Is set to do.


即ち、上記した超音波発振器10によれば、所定の時間間隔で出力電力値調査目的の周波数掃引動作を行うことにより、設定発振周波数を常に出力が最大になる周波数に設定することができる。

That is, according to the ultrasonic oscillator 10 described above, the set oscillation frequency can always be set to the frequency at which the output is maximized by performing the frequency sweep operation for the purpose of investigating the output power value at predetermined time intervals.

また、超音波発振器10においては、力率補正回路18を超音波振動子110に対して並列に接続し、出力最大となるようにしている。   In the ultrasonic oscillator 10, the power factor correction circuit 18 is connected in parallel to the ultrasonic transducer 110 so that the output is maximized.


以上において説明したように、本発明による超音波発振器10によれば、超音波出力Mである力率補正された出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lの電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧Aと電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧Bとをそれぞれ出力電圧値検出電圧Cと出力電流値検出電圧Dとに変換し、変換された出力電圧値検出電圧Cと出力電流値検出電圧Dとから出力電力値検出電圧Eを算出するといった動作を、所定の時間間隔をもって周波数を初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅で掃引し、掃引する際の各周波数における出力電力値検出電圧が最大となる時の周波数を発振周波数として設定するようにしている。

As described above, according to the ultrasonic oscillator 10 of the present invention, the output transformer secondary-side switching high frequency that is the voltage portion of the output transformer secondary-side switching high-frequency power L that is the ultrasonic output M is corrected. The voltage A and the output transformer secondary switching high-frequency voltage B, which is the current part, are converted into an output voltage value detection voltage C and an output current value detection voltage D, respectively, and the converted output voltage value detection voltage C and output current value are converted. The operation of calculating the output power value detection voltage E from the detection voltage D is performed by sweeping the frequency with a predetermined frequency width around the initially set oscillation frequency at a predetermined time interval, and the output power value at each frequency at the time of sweeping The frequency at which the detection voltage becomes maximum is set as the oscillation frequency.

つまり、超音波発生器10では、出力電力値検出電圧Eを測定して出力電力値検出電圧Eが最も大きい時の周波数を発振周波数とするようにしているので、PLL制御により周波数を追尾するような従来の方法に比べて超音波発生器の出力を測定する方法が直接的であり、そのため効率的な超音波出力を安定して得ることができるようになる。   That is, in the ultrasonic generator 10, the output power value detection voltage E is measured and the frequency when the output power value detection voltage E is the maximum is set as the oscillation frequency, so that the frequency is tracked by PLL control. Compared to such a conventional method, the method of measuring the output of the ultrasonic generator is straightforward, so that an efficient ultrasonic output can be stably obtained.


次に図4乃至図5を参照しながら、本発明の第2の実施の形態による超音波発振器について説明する。

Next, an ultrasonic oscillator according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

ここで、図4には本発明の第2の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、図5には図4に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図が示されている。   Here, FIG. 4 is a block diagram for explaining the configuration of an ultrasonic oscillator according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows an ultrasonic transducer from a switching circuit in the ultrasonic oscillator shown in FIG. The schematic circuit explanatory drawing which shows the principal part of the electric power transmission path | route leading to is shown.

この本発明の第2の実施の形態による超音波発振器40も、本発明の第1の実施の形態による超音波発振器10と同様に、出力トランス2次側スイッチング高周波電力Lを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。   Similarly to the ultrasonic oscillator 10 according to the first embodiment of the present invention, the ultrasonic oscillator 40 according to the second embodiment of the present invention monitors the output transformer secondary-side switching high-frequency power L and the resonance frequency. The embodiment which tracks is shown.

但し、本発明の第1の実施の形態による超音波発振器10が、出力トランス16の後段に力率補正回路18を配置した回路構成を備えているのに対して、本発明の第2の実施の形態による超音波発振器40は、出力トランス16の前段に力率補正回路18を配置した回路構成を備えている点において、本発明の第1の実施の形態による超音波発振器10と本発明の第2の実施の形態による超音波発振器40とは異なる。   However, the ultrasonic oscillator 10 according to the first embodiment of the present invention has a circuit configuration in which the power factor correction circuit 18 is arranged at the subsequent stage of the output transformer 16, whereas the second embodiment of the present invention. The ultrasonic oscillator 40 according to the embodiment has a circuit configuration in which the power factor correction circuit 18 is arranged in front of the output transformer 16, and the ultrasonic oscillator 10 according to the first embodiment of the present invention and the ultrasonic oscillator 10 according to the present invention. Different from the ultrasonic oscillator 40 according to the second embodiment.

従って、この超音波発振器40によれば、スイッチング高周波電力Kを力率補正回路18で力率補正した後に出力トランス16で昇圧または降圧させてトランス2次側スイッチング高周波電力L、即ち、超音波出力Mに変換することになる。   Therefore, according to this ultrasonic oscillator 40, the switching high frequency power K is power factor corrected by the power factor correction circuit 18, and then boosted or lowered by the output transformer 16 to transform the transformer secondary side switching high frequency power L, that is, ultrasonic output. Will be converted to M.

こうした超音波発振器40においても、上記した超音波発振器10と同様な作用効果が得られる。   Also in such an ultrasonic oscillator 40, the same effects as those of the ultrasonic oscillator 10 described above can be obtained.


次に、図6を参照しながら、本発明の第3の実施の形態による超音波発振器について説明する。

Next, an ultrasonic oscillator according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

ここで、図6には本発明の第3の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、この本発明の第3の実施の形態による超音波発振器50は、ブリッジ回路52のブリッジ出力電力Nを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。   FIG. 6 is a block diagram for explaining the configuration of an ultrasonic oscillator according to the third embodiment of the present invention. The ultrasonic oscillator 50 according to the third embodiment of the present invention includes a bridge circuit. An embodiment in which the bridge output power N of 52 is monitored and the resonance frequency is tracked is shown.

また、この超音波発振器50には、超音波発振器50により高周波電力が印加される超音波振動子として圧電型超音波振動子120が接続されている。   In addition, a piezoelectric ultrasonic transducer 120 is connected to the ultrasonic oscillator 50 as an ultrasonic transducer to which high frequency power is applied by the ultrasonic oscillator 50.

さらに、超音波発振器50においては、圧電型超音波振動子120を含んだブリッジ回路52に対して、力率補正回路としてインダクタ18’が並列に接続されている。   Further, in the ultrasonic oscillator 50, an inductor 18 ′ is connected in parallel as a power factor correction circuit to the bridge circuit 52 including the piezoelectric ultrasonic transducer 120.

こうした超音波発振器50は、照射する超音波の周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させ、そのときに掃引中の各周波数でのブリッジ出力電力Nを比較して、電力最大時、即ち、超音波出力Mが最大のときの周波数を設定発振周波数としてセットして駆動できるように形成されている。   Such an ultrasonic oscillator 50 sweeps a predetermined frequency width at a predetermined time interval for the frequency of ultrasonic waves to be irradiated, and compares the bridge output power N at each frequency being swept at that time, That is, it is formed so that it can be driven by setting the frequency when the ultrasonic output M is maximum as the set oscillation frequency.

より詳細には、超音波発振器50は、負荷である圧電型超音波振動子120の両極に高周波電力を印加するための超音波発振器であって、交流電源106に接続されている。   More specifically, the ultrasonic oscillator 50 is an ultrasonic oscillator for applying high-frequency power to both electrodes of the piezoelectric ultrasonic transducer 120 that is a load, and is connected to the AC power source 106.

そして、超音波発振器50は、圧電型超音波振動子120の振動速度をブリッジ出力電力Nとして検出するためのブリッジ出力電力検出用抵抗52aを有したブリッジ回路52と、ブリッジ出力電力Nの電圧部分であるブリッジ出力電圧Oを検出してブリッジ出力電圧値検出電圧Qに変換する電圧値検出回路20’と、ブリッジ出力電力Nの電流部分であるブリッジ出力電流Pを検出してブリッジ出力電流値検出電圧Rに変換する電流値検出回路22’と、ブリッジ出力電圧値検出電圧Qとブリッジ出力電流値検出電圧Rとを入力して両者を掛け合わせてブリッジ出力電力値算出電圧Sを算出する乗算器24’と、初期設定発振周波数を中心とする所定の周波数幅を所定の時間間隔で一通り掃引動作させたときの各発振周波数でのブリッジ出力電力値算出電圧Sを記憶するとともに該記憶したブリッジ出力電力値算出電圧Sの中で最もブリッジ出力電力値算出電圧Sが高かったときの発振周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定0/1信号Fとして得て出力する発振周波数設定手段たるマイクロコンピューター26’とを有している。   The ultrasonic oscillator 50 includes a bridge circuit 52 having a bridge output power detection resistor 52a for detecting the vibration speed of the piezoelectric ultrasonic transducer 120 as the bridge output power N, and a voltage portion of the bridge output power N. A voltage output detection circuit 20 ′ that detects a bridge output voltage O and converts it to a bridge output voltage value detection voltage Q, and a bridge output current P detection that detects a bridge output current P that is a current portion of the bridge output power N. A current value detection circuit 22 'for converting to voltage R, and a multiplier for inputting a bridge output voltage value detection voltage Q and a bridge output current value detection voltage R and multiplying them to calculate a bridge output power value calculation voltage S 24 'and a bridge output at each oscillation frequency when a predetermined frequency width centered on the initially set oscillation frequency is swept through at predetermined time intervals. The power value calculation voltage S is stored, and the oscillation frequency when the bridge output power value calculation voltage S is the highest among the stored bridge output power value calculation voltages S is set as the set oscillation frequency. And a microcomputer 26 ′ as oscillation frequency setting means for obtaining and outputting a digital signal indicating the frequency as an oscillation frequency setting 0/1 signal F.

なお、超音波発振器50においては、マイクロコンピューター26’、DDS28および駆動回路30により、発振周波数処理手段が構築されている。   In the ultrasonic oscillator 50, the oscillation frequency processing means is constructed by the microcomputer 26 ', the DDS 28, and the drive circuit 30.


ここで、マイクロコンピューター26’について、より詳細に説明すると、圧電型超音波振動子120から照射される超音波の発振周波数に基づいてプログラムにより所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引するための周波数を形成できる発振周波数設定信号を出力することができるとともに、当該掃引中の各周波数でのブリッジ出力電力値算出電圧Sを比較して当該掃引後にブリッジ出力電力値算出電圧Sが最大であるときの周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定0/1信号Fとしてセットして出力することができる。

Here, the microcomputer 26 ′ will be described in more detail. For sweeping a predetermined frequency width at predetermined time intervals by a program based on the oscillation frequency of the ultrasonic wave irradiated from the piezoelectric ultrasonic transducer 120. When an oscillation frequency setting signal capable of forming a frequency can be output and the bridge output power value calculation voltage S at each frequency during the sweep is compared and the bridge output power value calculation voltage S is maximum after the sweep Is set as the set oscillation frequency, and a digital signal indicating the set oscillation frequency can be set and output as the oscillation frequency setting 0/1 signal F.

つまり、マイクロコンピューター26’は、初期設定発振周波数を中心に所定の周波数幅を所定の時間間隔で掃引させ、各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧Sを一通り測定し、超音波出力Mが最大時の発振周波数を設定発振周波数としてセットするものである。   That is, the microcomputer 26 ′ sweeps a predetermined frequency width around the initially set oscillation frequency at a predetermined time interval, measures the bridge output power value calculation voltage S at each oscillation frequency, and the ultrasonic output M is The maximum oscillation frequency is set as the set oscillation frequency.

即ち、この超音波発振器50は、照射する超音波の発振周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させ、掃引中の各周波数でのブリッジ出力電力Nを乗算器24’で算出されたブリッジ出力電力値算出電圧Sとして比較し、ブリッジ出力電力値算出電圧Sが最大の時の発振周波数をマイクロコンピューター26’により設定発振周波数としてセットし、スイッチング回路14でこの設定発振周波数のスイッチング高周波電力Kを出力させ、このサイクルを繰り返し、常にブリッジ出力電力Nが最大となる発振周波数が設定発振周波数となるように追尾していくものである。   That is, the ultrasonic oscillator 50 sweeps a predetermined frequency width at a predetermined time interval for the oscillation frequency of the ultrasonic wave to irradiate, and the bridge output power N at each frequency being swept is calculated by the multiplier 24 ′. The oscillation frequency at the time when the bridge output power value calculation voltage S is maximum is set as the set oscillation frequency by the microcomputer 26 ′, and the switching high frequency power at the set oscillation frequency is set by the switching circuit 14. K is output, and this cycle is repeated, and tracking is performed so that the oscillation frequency at which the bridge output power N is always the maximum becomes the set oscillation frequency.

換言すれば、超音波発振器50は、任意の時間間隔で出力電力値調査目的の周波数掃引動作を行い、設定発振周波数が常に出力最大になる周波数となるようにしている。   In other words, the ultrasonic oscillator 50 performs a frequency sweep operation for the purpose of investigating the output power value at an arbitrary time interval so that the set oscillation frequency is always a frequency at which the output is maximized.

なお、超音波発振器50においては、超音波出力Mは、圧電型超音波振動子120を含めたブリッジ回路52に印加される。   In the ultrasonic oscillator 50, the ultrasonic output M is applied to the bridge circuit 52 including the piezoelectric ultrasonic transducer 120.

また、超音波発振器50においては、力率補正回路としてインダクタ18’を圧電型超音波振動子120に対して並列に接続し、出力最大となるようにしている。   In the ultrasonic oscillator 50, an inductor 18 'is connected in parallel with the piezoelectric ultrasonic transducer 120 as a power factor correction circuit so that the output is maximized.


次に図7を参照しながら、本発明の第4の実施の形態による超音波発振器について説明する。

Next, an ultrasonic oscillator according to a fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG.

ここで、図7には本発明の第4の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されている。   Here, FIG. 7 shows a block diagram of an ultrasonic oscillator according to the fourth embodiment of the present invention.

この本発明の第4の実施の形態による超音波発振器60も、本発明の第3の実施の形態による超音波発振器50と同様に、ブリッジ回路52のブリッジ出力電力Nを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。   Similarly to the ultrasonic oscillator 50 according to the third embodiment of the present invention, the ultrasonic oscillator 60 according to the fourth embodiment of the present invention monitors the bridge output power N of the bridge circuit 52 and sets the resonance frequency. The embodiment which tracks is shown.

但し、本発明の第3の実施の形態による超音波発振器40が、圧電型超音波振動子120を含んだブリッジ回路52に対して、力率補正回路としてインダクタ18’が並列に接続されているのに対して、本発明の第4の実施の形態による超音波発振器60は、圧電型超音波振動子120を含んだブリッジ回路52に対して、力率補正回路としてインダクタ18’が直列に接続されている点において、本発明の第3の実施の形態による超音波発振器50と本発明の第4の実施の形態による超音波発振器60とは異なる。   However, in the ultrasonic oscillator 40 according to the third embodiment of the present invention, the inductor 18 ′ is connected in parallel as a power factor correction circuit to the bridge circuit 52 including the piezoelectric ultrasonic transducer 120. On the other hand, in the ultrasonic oscillator 60 according to the fourth embodiment of the present invention, the inductor 18 ′ is connected in series as a power factor correction circuit to the bridge circuit 52 including the piezoelectric ultrasonic transducer 120. In that respect, the ultrasonic oscillator 50 according to the third embodiment of the present invention is different from the ultrasonic oscillator 60 according to the fourth embodiment of the present invention.

即ち、超音波発振器60においては、力率補正回路としてインダクタ18’を圧電型超音波振動子120に対して直列に接続し、出力最大となるようにしているが、その他の作用効果は超音波発振器50と同様であるので、その詳細な説明は省略する。   That is, in the ultrasonic oscillator 60, the inductor 18 ′ is connected in series with the piezoelectric ultrasonic transducer 120 as a power factor correction circuit so that the output is maximized. Since it is the same as that of the oscillator 50, detailed description thereof is omitted.


次に、図8を参照しながら、本発明の第5の実施の形態による超音波発振器について説明する。

Next, an ultrasonic oscillator according to a fifth embodiment of the invention will be described with reference to FIG.

ここで、図8には本発明の第5の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、この本発明の第5の実施の形態による超音波発振器70は、ブリッジ回路52のブリッジ出力電力Nを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。   FIG. 8 is a block diagram for explaining the configuration of an ultrasonic oscillator according to the fifth embodiment of the present invention. The ultrasonic oscillator 70 according to the fifth embodiment of the present invention includes a bridge circuit. An embodiment in which the bridge output power N of 52 is monitored and the resonance frequency is tracked is shown.

また、この超音波発振器70には、超音波発振器70により高周波電力が印加される超音波振動子として磁歪型超音波振動子130が接続されている。   In addition, a magnetostrictive ultrasonic transducer 130 is connected to the ultrasonic oscillator 70 as an ultrasonic transducer to which high frequency power is applied by the ultrasonic oscillator 70.

また、超音波発振器70においては、磁歪型超音波振動子130を含んだブリッジ回路52に対して、力率補正回路としてキャパシタ18’’が並列に接続されている。   In the ultrasonic oscillator 70, a capacitor 18 ″ is connected in parallel as a power factor correction circuit to the bridge circuit 52 including the magnetostrictive ultrasonic transducer 130.

こうした超音波発振器70は、上記した超音波発振器50が、接続する超音波振動子が圧電型超音波振動子120であって、力率補正回路としてインダクタ18’を圧電型超音波振動子120に対して並列に接続しているのに対し、接続する超音波振動子磁歪型超音波振動子130であって、力率補正回路としてキャパシタ18’’を磁歪型超音波振動子130に対して並列に接続している点においてのみ異なり、その他の作用効果は超音波発振器50と同様であるので、その詳細な説明は省略する。   In such an ultrasonic oscillator 70, the ultrasonic oscillator 50 connected to the ultrasonic oscillator 50 is the piezoelectric ultrasonic vibrator 120, and the inductor 18 ′ is replaced with the piezoelectric ultrasonic vibrator 120 as a power factor correction circuit. In contrast, the ultrasonic transducer is connected to the magnetostrictive ultrasonic transducer 130 in parallel, and a capacitor 18 ″ is connected in parallel to the magnetostrictive ultrasonic transducer 130 as a power factor correction circuit. The other operational effects are the same as those of the ultrasonic oscillator 50, and the detailed description thereof will be omitted.


次に図9を参照しながら、本発明の第6の実施の形態による超音波発振器について説明する。

Next, an ultrasonic oscillator according to a sixth embodiment of the invention will be described with reference to FIG.

ここで、図9には本発明の第6の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されている。   FIG. 9 is a block diagram for explaining an ultrasonic oscillator according to the sixth embodiment of the present invention.

この本発明の第6の実施の形態による超音波発振器80も、本発明の第5の実施の形態による超音波発振器70と同様に、ブリッジ回路52のブリッジ出力電力Nを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。   Similarly to the ultrasonic oscillator 70 according to the fifth embodiment of the present invention, the ultrasonic oscillator 80 according to the sixth embodiment of the present invention monitors the bridge output power N of the bridge circuit 52 and sets the resonance frequency. The embodiment which tracks is shown.

但し、本発明の第5の実施の形態による超音波発振器70が、磁歪型超音波振動子130を含んだブリッジ回路52に対して、力率補正回路としてキャパシタ18’’が並列に接続されているのに対して、本発明の第6の実施の形態による超音波発振器80は、磁歪型超音波振動子130を含んだブリッジ回路52に対して、力率補正回路としてキャパシタ18’’が直列に接続されている点において、本発明の第5の実施の形態による超音波発振器70と本発明の第6の実施の形態による超音波発振器80とは異なる。   However, in the ultrasonic oscillator 70 according to the fifth embodiment of the present invention, a capacitor 18 ″ is connected in parallel as a power factor correction circuit to the bridge circuit 52 including the magnetostrictive ultrasonic transducer 130. On the other hand, in the ultrasonic oscillator 80 according to the sixth embodiment of the present invention, a capacitor 18 ″ is connected in series as a power factor correction circuit to the bridge circuit 52 including the magnetostrictive ultrasonic transducer 130. The ultrasonic oscillator 70 according to the fifth embodiment of the present invention is different from the ultrasonic oscillator 80 according to the sixth embodiment of the present invention in that they are connected to each other.

即ち、超音波発振器80においては、力率補正回路としてキャパシタ18’’を磁歪型超音波振動子130に対して直列に接続し、出力最大となるようにしているが、その他の作用効果は超音波発振器70と同様であるので、その詳細な説明は省略する。   That is, in the ultrasonic oscillator 80, the capacitor 18 ″ is connected in series with the magnetostrictive ultrasonic transducer 130 as a power factor correction circuit so that the output is maximized. Since it is the same as the sound wave oscillator 70, the detailed description is abbreviate | omitted.


以上において説明したように、本発明による超音波発振器によれば、所定の時間間隔で測定した出力電力値検出電圧またはブリッジ出力電力値検出電圧に対応した発振周波数を管理することにより効率的に安定した超音波出力が得られるようになる。

As described above, according to the ultrasonic oscillator of the present invention, the output power value detection voltage measured at a predetermined time interval or the oscillation frequency corresponding to the bridge output power value detection voltage is managed efficiently. Ultrasonic output can be obtained.


なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(4)に示すように変化することができるものである。

The embodiment described above can be changed as shown in the following (1) to (4).

(1)上記した第3の実施の形態、第4の実施の形態、第5の実施の形態および第4の実施の形態においては、出力トランスの後段に力率補正回路としてインダクタ18’またはキャパシタ18’’を配置した場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、出力トランスの前段に力率補正回路としてインダクタ18’またはキャパシタ18’’を配置するようにしてもよい
(2)上記した第1の実施の形態および第2の実施の形態においては、力率補正回路18を超音波振動子110に対して並列に接続するように構成したが、これに限られるものではないことは勿論であり、力率補正回路18を超音波振動子110に対して直列に接続するようにしてもよい。
(1) In the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, and the fourth embodiment described above, an inductor 18 ′ or a capacitor is used as a power factor correction circuit after the output transformer. The case where 18 ″ is arranged has been described, but the present invention is not limited to this. Of course, an inductor 18 ′ or a capacitor 18 ″ may be arranged as a power factor correction circuit before the output transformer. Good (2) In the first embodiment and the second embodiment described above, the power factor correction circuit 18 is configured to be connected in parallel to the ultrasonic transducer 110. However, the present invention is not limited to this. Of course, the power factor correction circuit 18 may be connected to the ultrasonic transducer 110 in series.

(3)上記した第2の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態、第5の実施の形態ならびに第6の実施の形態の説明においては、初期設定周波数、発振周波数を掃引する際の所定の周波数幅および所定の時間間隔の具体例についてはその説明を省略したが、例えば、第1の実施の形態と同様に設定すればよい。即ち、初期設定発振周波数は、例えば、20kHz〜3MHzとすればよく、所定の周波数幅は、例えば、初期設定発振周波数の1%〜50%の値とすればよく、所定の時間間隔は、例えば、5秒〜600秒とすればよい。   (3) In the description of the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment and the sixth embodiment described above, the initial set frequency and the oscillation frequency The description of the specific example of the predetermined frequency width and the predetermined time interval when sweeping is omitted, but for example, it may be set similarly to the first embodiment. That is, the initial set oscillation frequency may be, for example, 20 kHz to 3 MHz, the predetermined frequency width may be, for example, a value of 1% to 50% of the initial set oscillation frequency, and the predetermined time interval is, for example, What is necessary is just to set it as 5 seconds-600 seconds.

(4)上記した実施の形態ならびに上記した(1)乃至(3)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。   (4) You may make it combine suitably the embodiment shown above and the modification shown in said (1) thru | or (3).

本発明は、超音波洗浄装置や超音波計測装置などのような各種の超音波装置の超音波発生装置として利用することができる。   The present invention can be used as an ultrasonic generator for various ultrasonic apparatuses such as an ultrasonic cleaning apparatus and an ultrasonic measurement apparatus.

図1は、超音波発振器から高周波電力を印加される超音波振動子を用いた超音波洗浄装置の構成説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of an ultrasonic cleaning apparatus using an ultrasonic transducer to which high-frequency power is applied from an ultrasonic oscillator. 図2は、本発明の第1の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。FIG. 2 is an explanatory block diagram of the ultrasonic oscillator according to the first embodiment of the present invention. 図3は、図2に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図である。FIG. 3 is a schematic circuit explanatory diagram showing the main part of the power transmission path from the switching circuit to the ultrasonic transducer in the ultrasonic oscillator shown in FIG. 図4は、本発明の第2の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。FIG. 4 is an explanatory block diagram of an ultrasonic oscillator according to the second embodiment of the present invention. 図5は、図4に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図である。FIG. 5 is a schematic circuit explanatory diagram showing the main part of the power transmission path from the switching circuit to the ultrasonic transducer in the ultrasonic oscillator shown in FIG. 図6は、本発明の第3の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。FIG. 6 is a block diagram for explaining an ultrasonic oscillator according to the third embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第4の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。FIG. 7 is a block diagram for explaining an ultrasonic oscillator according to the fourth embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第5の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。FIG. 8 is a block diagram for explaining an ultrasonic oscillator according to the fifth embodiment of the present invention. 図9は、本発明の第6の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。FIG. 9 is a block diagram for explaining an ultrasonic oscillator according to the sixth embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、40、50、60、70、80 超音波発振器
12 整流回路
14 スイッチング出力回路
16 出力トランス
18、18’、18’’ 力率補正回路
20、20’ 電圧値検出回路
22、22’ 電流値検出回路
24、24’ 乗算器
26、26’ マイクロコンピューター
28 DDS(Direct Digital Synthesizer:ダイレクトデジタルシンセサイザー)
30 駆動回路
52 ブリッジ回路
52a ブリッジ出力電力値検出用抵抗
100 超音波洗浄装置
102 洗浄液
104 洗浄糟
104a 底部
106 交流電源
108 超音波発振器
110 超音波振動子
120 圧電型超音波振動子
130 磁歪型超音波振動子
141a、141b ハイサイドのFET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)
142a、142b ローサイドのFET
A 出力トランス2次側スイッチング高周波電圧
B 出力トランス2次側スイッチング高周波電流
C 出力電圧値検出電圧
D 出力電流値検出電圧
E 出力電力値算出電圧
F 発振周波数設定0/1信号
G 発振周波数設定信号
H FETゲート入力信号
I 交流電力
J 直流電力
K スイッチング高周波電力
L 出力トランス2次側スイッチング高周波電力
M 超音波出力
N ブリッジ出力電力
O ブリッジ出力電圧
P ブリッジ出力電流
Q ブリッジ出力電圧値検出電圧
R ブリッジ出力電流値検出電圧
S ブリッジ出力電力値算出電圧
10, 40, 50, 60, 70, 80 Ultrasonic oscillator 12 Rectifier circuit 14 Switching output circuit 16 Output transformer 18, 18 ', 18''Power factor correction circuit 20, 20' Voltage value detection circuit 22, 22 'Current value Detection circuit 24, 24 'multiplier 26, 26' microcomputer 28 DDS (Direct Digital Synthesizer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Drive circuit 52 Bridge circuit 52a Resistance for bridge output electric power value detection 100 Ultrasonic cleaning apparatus 102 Cleaning liquid 104 Cleaning bowl 104a Bottom part 106 AC power supply 108 Ultrasonic oscillator 110 Ultrasonic vibrator 120 Piezoelectric ultrasonic vibrator 130 Magnetostrictive ultrasonic wave Vibrators 141a, 141b High-side FETs (Field Effect Transistors)
142a, 142b Low-side FET
A Output transformer secondary side switching high frequency voltage B Output transformer secondary side switching high frequency current C Output voltage value detection voltage D Output current value detection voltage E Output power value calculation voltage F Oscillation frequency setting 0/1 signal G Oscillation frequency setting signal H FET gate input signal I AC power J DC power K Switching high frequency power L Output transformer secondary side switching high frequency power M Ultrasonic output N Bridge output power O Bridge output voltage P Bridge output current Q Bridge output voltage value detection voltage R Bridge output current Value detection voltage S Bridge output power value calculation voltage

Claims (8)

超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス2次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、
前記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
In an ultrasonic oscillator that applies high-frequency power to both poles of an ultrasonic transducer,
A switching output circuit that generates switching high-frequency power by alternately switching DC power between a high side and a low side at a set oscillation frequency;
An output transformer for boosting or stepping down the voltage of the switching high-frequency power generated by the switching output circuit and outputting the output transformer secondary-side switching high-frequency power;
The output transformer secondary side switching high frequency voltage which is the voltage part of the output transformer secondary side switching high frequency power output from the output transformer and the output transformer secondary side switching high frequency which is the current part of the output transformer secondary side switching high frequency power. A power factor correction circuit that performs power factor correction to eliminate the phase difference from the current and apply it to the ultrasonic transducer;
A voltage value detection circuit that detects an output transformer secondary-side switching high-frequency voltage, which is a voltage portion of the output transformer secondary-side switching high-frequency power output from the output transformer, and converts it into an output voltage value detection voltage;
A current value detection circuit that detects an output transformer secondary-side switching high-frequency current that is a current portion of the output transformer secondary-side switching high-frequency power output from the output transformer, and converts it into an output current value detection voltage;
A multiplier for multiplying the output voltage value detection voltage converted by the voltage value detection circuit and the output current value detection voltage converted by the current value detection circuit to calculate an output power value detection voltage;
A frequency at which the set oscillation frequency is controlled to be swept at a predetermined time interval and a predetermined frequency width, and the output power value detection voltage at each oscillation frequency calculated by the multiplier is maximized. And an oscillation frequency setting means for setting the oscillation frequency as an oscillation frequency.
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、
前記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス2次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
In an ultrasonic oscillator that applies high-frequency power to both poles of an ultrasonic transducer,
A switching output circuit that generates switching high-frequency power by alternately switching DC power between a high side and a low side at a set oscillation frequency;
A power factor correction circuit for power factor correcting the switching high frequency power generated by the switching output circuit;
An output transformer that boosts or steps down the switching high-frequency power corrected by the power factor by the power factor correction circuit and outputs the switching high-frequency power as an output transformer secondary-side switching high-frequency power;
A voltage value detection circuit that detects an output transformer secondary-side switching high-frequency voltage, which is a voltage portion of the output transformer secondary-side switching high-frequency power output from the output transformer, and converts it into an output voltage value detection voltage;
A current value detection circuit that detects an output transformer secondary-side switching high-frequency current that is a current portion of the output transformer secondary-side switching high-frequency power output from the output transformer, and converts it into an output current value detection voltage;
A multiplier for multiplying the output voltage value detection voltage converted by the voltage value detection circuit and the output current value detection voltage converted by the current value detection circuit to calculate an output power value detection voltage;
A frequency at which the set oscillation frequency is controlled to be swept at a predetermined time interval and a predetermined frequency width, and the output power value detection voltage at each oscillation frequency calculated by the multiplier is maximized. And an oscillation frequency setting means for setting the oscillation frequency as an oscillation frequency.
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス2次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス2次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス2次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、
前記力率補正回路により力率補正された出力トランス2次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する前記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
In an ultrasonic oscillator that applies high-frequency power to both poles of an ultrasonic transducer,
A switching output circuit that generates switching high-frequency power by alternately switching DC power between a high side and a low side at a set oscillation frequency;
An output transformer for boosting or stepping down the voltage of the switching high-frequency power generated by the switching output circuit and outputting the output transformer secondary-side switching high-frequency power;
The output transformer secondary side switching high frequency voltage which is the voltage part of the output transformer secondary side switching high frequency power output from the output transformer and the output transformer secondary side switching high frequency which is the current part of the output transformer secondary side switching high frequency power. A power factor correction circuit that performs power factor correction to eliminate the phase difference from the current and apply it to the ultrasonic transducer;
A bridge output power detection resistor for detecting, as a bridge output power, a vibration speed of the ultrasonic transducer that vibrates by applying the output transformer secondary side switching high frequency power that has been power factor corrected by the power factor correction circuit;
A voltage value detection circuit that detects a bridge output voltage, which is a voltage portion of the bridge output power detected by the bridge output power detection resistor, and converts it into a bridge output voltage value detection voltage;
A current value detection circuit that detects a bridge output current, which is a current portion of the bridge output power detected by the bridge output power detection resistor, and converts it into a bridge output current value detection voltage;
A multiplier for calculating a bridge output power value calculation voltage by multiplying the bridge output voltage value detection voltage converted by the voltage value detection circuit and the bridge output current value detection voltage converted by the current value detection circuit;
Control is performed so that the set oscillation frequency is swept at a predetermined time interval and a predetermined frequency width, and the bridge output power value calculation voltage at each oscillation frequency by the sweep calculated by the multiplier is maximized. An ultrasonic oscillator characterized by comprising oscillation frequency setting means for setting a frequency as an oscillation frequency.
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、
前記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス2次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス2次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する前記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
In an ultrasonic oscillator that applies high-frequency power to both poles of an ultrasonic transducer,
A switching output circuit that generates switching high-frequency power by alternately switching DC power between a high side and a low side at a set oscillation frequency;
A power factor correction circuit for power factor correcting the switching high frequency power generated by the switching output circuit;
An output transformer that boosts or steps down the switching high-frequency power corrected by the power factor by the power factor correction circuit and outputs the switching high-frequency power as an output transformer secondary-side switching high-frequency power;
A bridge output power detection resistor that detects a vibration speed of the ultrasonic transducer that vibrates by applying an output transformer secondary side switching high frequency power output from the output transformer as a bridge output power;
A voltage value detection circuit that detects a bridge output voltage, which is a voltage portion of the bridge output power detected by the bridge output power detection resistor, and converts it into a bridge output voltage value detection voltage;
A current value detection circuit that detects a bridge output current, which is a current portion of the bridge output power detected by the bridge output power detection resistor, and converts it into a bridge output current value detection voltage;
A multiplier for calculating a bridge output power value calculation voltage by multiplying the bridge output voltage value detection voltage converted by the voltage value detection circuit and the bridge output current value detection voltage converted by the current value detection circuit;
Control is performed so that the set oscillation frequency is swept at a predetermined time interval and a predetermined frequency width, and the bridge output power value calculation voltage at each oscillation frequency by the sweep calculated by the multiplier is maximized. An ultrasonic oscillator characterized by comprising oscillation frequency setting means for setting a frequency as an oscillation frequency.
請求項1、2、3または4のいずれか1項に記載の超音波発振器において、
前記力率補正回路は、前記超音波振動子に対して並列に接続される
ことを特徴とする超音波発振器。
The ultrasonic oscillator according to any one of claims 1, 2, 3 or 4,
The ultrasonic oscillator, wherein the power factor correction circuit is connected in parallel to the ultrasonic transducer.
請求項1、2、3または4のいずれか1項に記載の超音波発振器において、
前記力率補正回路は、前記超音波振動子に対して直列に接続される
ことを特徴とする超音波発振器。
The ultrasonic oscillator according to any one of claims 1, 2, 3 or 4,
The ultrasonic oscillator, wherein the power factor correction circuit is connected in series to the ultrasonic transducer.
請求項1、2、3、4、5または6のいずれか1項に記載の超音波発振器において、
前記超音波振動子は、圧電型超音波振動子であり、
前記力率補正回路は、インダクタである
ことを特徴とする超音波発振器。
The ultrasonic oscillator according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6,
The ultrasonic transducer is a piezoelectric ultrasonic transducer,
The ultrasonic oscillator, wherein the power factor correction circuit is an inductor.
請求項1、2、3、4、5または6のいずれか1項に記載の超音波発振器において、
前記超音波振動子は、磁歪型超音波振動子であり、
前記力率補正回路は、キャパシタである
ことを特徴とする超音波発振器。
The ultrasonic oscillator according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6,
The ultrasonic transducer is a magnetostrictive ultrasonic transducer,
The ultrasonic power oscillator, wherein the power factor correction circuit is a capacitor.
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