JP2874833B2 - 超音波分解器の安全振動方法及び装置 - Google Patents

超音波分解器の安全振動方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数制御回路を有す
る高周波発振器と、接合した音針とフィードバック信号
用電源としての圧電セラミック円板とを有する超音波変
換器制御用の出力スイッチとから構成されてなる超音波
分解器の安全振動方法及び当該方法を実行する回路に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波分解器の制御回路は、超音
波変換器の機械的振動装置と整合し、かつ、狭い振動範
囲においてのみ動作可能である一定の動作振動数におい
て動作する。超音波変換器は、主電源系統からの電力を
高周波出力へ変換する高周波発振器、λ／２振動子とし
て使用される振幅増幅器と接続して振動する音波変換
器、及び大振幅高出力で機械的に縦軸方向に振動する音
針から構成している。
【０００３】超音波洗浄装置と対照的に、超音波変換器
は、特に、実験室装置技術において、例えば、物質を混
合することが困難な微細なエマルジョンを均質化して生
成するために、極めて微小な固体成分を液体内で粉砕す
るために使用することが出来る。
【０００４】ＤＥ ３２ ２２ ４２５ Ａ１におい
て、ピエゾ振動子を駆動する発振器が記述されている。
発振器の安全発振は、振動子の振動数が低下したときで
も確実に行われなければならない。安全発振のために、
音波変換器へ送られる信号の周波数は、フィードバック
振幅が一定の限界を超えるまで、変換器の共振振動数の
付近で周期的に修正される。他の理由の中で、不利なこ
とは、回路が超音波発振器の共振振動数と整合しなけれ
ばならず、従って、超音波発振器の動作は超音波発振器
の変数の修正に追従することが出来ないことである。
【０００５】ＥＰ ０ ３４０ ４７０ Ａ１におい
て、超音波発振器の励起用回路が記述されており、この
回路は、超音波発振器の変数の修正に従って励起振動数
を追従する。このために、超音波発振器の減衰に相当す
る測定された量が設定され、所定の最大許容減衰に相当
する所定の閾値と比較される。超音波発振器の減衰が最
大許容減衰より小さい場合、測定量に従って、制御電圧
も調整される。
【０００６】さらに、デー・イー・ゼット”無線メント
ール”、１９６５年４月号、２８０〜２８１頁によれ
ば、超音波溶接装置が従来技術において知られており、
これは自動振動数制御付発振器を備えている。このため
に、電圧が発振器から圧電体を経て印加され、この電圧
は発振器の振幅に比例している。このように、溶接され
る材料へ伝達される出力は、溶接の間一定に保持され
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
変換器が動作可能な周波数範囲は狭いので、実質的に幾
何学的に異なる各種タイプの音針が、単一の発振器によ
り動作することは困難であり、生産段階において、高い
精度が音針に要求される。
【０００８】従来技術のこの不利な点は、機械的共振振
動数の変動が多いことによっても発生する。これらの変
動は、生産上の許容誤差、音針の侵食磨滅、音針の熱に
よる長さの変動、または、組立て間違いであり、これに
より、変換器は振動を行うことが出来ず、超音波変換器
制御の最終出力段階では、過負荷になるか、または、破
損さえもする。
【０００９】
【課題を解決しようとする手段】本発明は、このような
欠点を除去し、例えば、音針の侵食損傷、熱的長さの伸
び、または、ほかの要因による超音波変換器の機械的共
振振動数のずれに実質的に関係なく、超音波変換器の安
全振動が確保される方法と回路とを形成することを目的
とする。
【００１０】この目的は、請求項１と８の特徴により達
成される。本発明による高周波発振器の広域周波数の、
例えば、２２から２６ｋＨｚの走査と、フィードバック
振幅及び高周波発振器の出力を周期的に阻止する始動／
停止発振器と接続して高周波発振器のその後の動作に関
して、そこから引き出された信号の同時モニターとによ
り、各種タイプの音針がこれまでより長時間にわたり高
周波発振器により動作し、音針に関する生産上の許容誤
差に対する要件が緩和されることが保証される。生産上
の許容誤差、磨滅、熱による変形などの各種原因により
発生した、機械的超音波変換器の機械的共振振動数のよ
り大きい変動に関してさえも、超音波変換器の安全振動
が確実に行われ、超音波変換器の過負荷または破損が安
全に防止される。音針の不完全な結合または音針の欠如
さえも、使用された電子回路の破損または過負荷にはな
らない。
【００１１】本発明の他の利点のある実施態様が、後続
の従属請求項に定義されている。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の好適な実施態様につき図面を
参照して詳細に説明する。図１は、本発明による回路の
構成を示す回路構成図である。
【００１３】図１に示された高周波発振器１は、駆動器
またはスイッチング変換器などの出力スイッチ２により
増幅された電気的パルスを発生し、これは超音波変換器
３を機械的振動状態に励起する。高周波発振器１の周波
数が、超音波変換器３の音針の機械的共振振動数と一致
するならば、共振が存在しており、超音波変換器３はそ
の標準モードにおいて動作する。圧電円板４は、超音波
変換器３へ機械的に強固に接合しており、機械的振動を
これに比例した電圧に変換する。この電圧はフィードバ
ック信号として働き、一方で、高周波発振器１内部の振
動数制御器に作用し、さらに、超音波変換器３の振動生
成の評価にも使用される。
【００１４】フィードバック構成要素、ここでは圧電円
板４により送られたフィードバック電圧のピーク値は、
第１のダイオード５と第１のコンデンサ６とにより整流
され、入力信号として比較器７へ送られる。第１のコン
デンサ６の電圧が余り低い場合、比較器７は始動／停止
発振器８を作動する。後者は、約１ｓの低周波数のパル
スを高周波発振器１へ送り、発振器１をオンまたはオフ
に再び切り換える。高周波発振器１の入力部Ｅの高い信
号は、高周波パルスが出力スイッチ１へ送られないよう
に働き、このようにして、超音波変換器３は励起されな
い。
【００１５】高周波発振器１の周波数は、制御電流Ｉｓ
により影響を受ける。制御電流Ｉｓが増加すると、高周
波発振器１の周波数は減少し、この逆も同様である。
【００１６】始動／停止発振器８の出力部の高電位によ
り、第２のコンデンサ１０は、第２のダイオード９を経
て充電される。抵抗体１１と第３のダイオード１２とを
経て、制御電流Ｉｓが流れ、高周波発振器１の周波数が
低下する。
【００１７】始動／停止発振器８の出力部の電位が低電
位へ変化すると、高周波発振器１の高周波パルスは、出
力スイッチ２へ切り換えられ、超音波変換器３はより低
い振動数で励起される。第２のダイオード９は閉止さ
れ、第２のコンデンサ１０は、指数関数に従って、抵抗
体１１と第３のダイオード１２とを経て制御電流Ｉｓに
より放電する。減少している制御電流Ｉｓは、高周波発
振器１の周波数を増加するように作用する。
【００１８】高周波発振器１の発振周波数と超音波変換
器３の振動数とが一致しているならば、フィードバック
電圧の振幅は、急激に上昇することとなる。ここで、比
較器７は始動／停止発振器８をオフに切り換え、高周波
発振器１は超音波変換器３の振動数を内部で制御する。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る超音
波分解器の安全振動方法及び装置によれば、音針の侵食
損傷、熱的長さの伸び等による超音波変換器の機械的共
振振動数のずれに実質的に関係なく、超音波変換器の安
全振動が確保されるという効果がある。従って、超音波
変換器制御の最終出力段階における過負荷や破損等の問
題が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路の構成図である。
【符号の説明】
１ 高周波発振器 ２ 出力スイッチ ３ 超音波変換器 ４ 圧電円板 ５ 第１のダイオード ６ 第１のコンデンサ ７ 比較器 ８ 始動／停止発振器 ９ 第２のダイオード １０ 第２のコンデンサ １１ 抵抗体 １２ 第３のダイオード Ｉｓ 制御電流 Ｅ 入力部

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】周波数制御回路を有する高周波発振器と、
    接合した音針とフィードバック信号用電源としての圧電
    セラミック円板を有する超音波変換器制御用の出力スイ
    ッチとから構成されてなる超音波分解器の安全振動方法
    において、 高周波発振器（１）の広域周波数帯を走査した後に始動
    ／停止発振器（８）は高周波発振器（１）の出力を周期
    的に閉止し、超音波変換器（３）に配置された圧電円板
    （４）の安全振動生成のために求められるフィードバッ
    ク振幅に到達するまでの所定休止時間、上記閉止を維持
    し、 その後、前記動作を、コンデンサ（１０）の放出周期以
    内で、前記フィードバック振幅が安全振動生成のために
    求められる値に到達するまで周期的に繰返し、 その後、操作周波数の内部制御を開始することを特徴と
    する超音波分解器の安全振動方法。
  2. 【請求項２】 フィードバック振幅のピーク値が一定の
    限定値以下に低下すると、比較器（７）が前記ピーク値
    を評価し、制御信号を送ることを特徴とする請求項１に
    記載の超音波分解器の安全振動方法。
  3. 【請求項３】 請求項１と２に記載の方法において：始
    動／停止発振器（８）が始動／停止パルスを自動的に生
    成し、オフに切り換えられることを特徴とする請求項１
    又は２に記載の超音波分解器の安全振動方法。
  4. 【請求項４】 フィードバック振幅が非常に小さい場
    合、比較器（７）が始動／停止発振器（８）を解放する
    ことを特徴とする請求項１〜２に記載の超音波分解器の
    安全振動方法。
  5. 【請求項５】 始動／停止発振器（８）が高周波発振器
    （１）をオンとオフに切り換えることが出来ることを特
    徴とする請求項１〜４に記載の超音波分解器の安全振動
    方法。
  6. 【請求項６】 各スイッチ−オンの信号で、高周波発振
    器（１）の循環周波数が低い周波数から増加し、その動
    作周波数の制御が超音波変換器（３）の共振振動数に達
    した後にのみ開始することを特徴とする請求項１〜５に
    記載の超音波分解器の安全振動方法。
  7. 【請求項７】 各スイッチ−オンの信号で、高周波発振
    器（１）の循環周波数が高い周波数から増加し、その動
    作周波数の制御が超音波変換器（３）の共振振動数に達
    した後にのみ開始することを特徴とする請求項１〜５に
    記載の超音波分解器の安全振動方法。
  8. 【請求項８】 高周波発振器（１）が出力側において出
    力スイッチ（２）と、入力側において始動／停止発振器
    （８）とに接続し、出力スイッチ（２）が圧電円板
    （４）を経てフィードバックを有する超音波変換器
    （３）へ誘導され、圧電円板（４）が高周波発振器
    （１）の入力（Ｒ）へ接続し及びまたは第１のダイオー
    ド（５）と第１のコンデンサ（６）とを経て始動／停止
    発振器（８）の入力と接続した比較器（７）の入力へ接
    続し、始動／停止発振器（８）の出力信号から形成され
    た制御電流Ｉｓが、第２のダイオード（９）と、第２の
    コンデンサ（１０）と、直列に接続した抵抗体（１１）
    と第３のダイオード（１２）とを経て高周波発振器
    （１）の入力へ送られることを特徴とする請求項１〜７
    に記載の方法を実行する回路。
JP6171814A 1993-06-30 1994-06-30 超音波分解器の安全振動方法及び装置 Expired - Lifetime JP2874833B2 (ja)

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