JP7298098B2 - Ultrasonic vibrator drive circuit and ultrasonic welding device - Google Patents

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Description

本発明は、超音波振動子駆動回路及び超音波溶着装置に関し、詳しくは、超音波振動子の発振開始時の振動子電流を抑制することにより各部機器の破損を防止するようにした超音波振動子駆動回路及び超音波溶着装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic vibrator drive circuit and an ultrasonic welding device, and more particularly, to an ultrasonic vibrator that prevents damage to each component by suppressing the vibrator current when the ultrasonic vibrator starts to oscillate. The present invention relates to a child drive circuit and an ultrasonic welding device.

超音波振動子は、例えば、溶着対象部位に超音波振動と加重を与えることにより溶着対象部位の溶着を行う超音波溶着装置に搭載されている。 The ultrasonic vibrator is mounted, for example, in an ultrasonic welding apparatus that welds the parts to be welded by applying ultrasonic vibration and weight to the parts to be welded.

従来、この種の超音波振動子を搭載した超音波溶着装置としては特許文献1に開示されたものが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, the one disclosed in Patent Document 1 is known as an ultrasonic welding apparatus equipped with this type of ultrasonic vibrator.

特許文献1には、接合対象部位を含むワークをアンビル上に載置し、ワークの接合対象部位に 加重を与えるとともに、超音波振動子からホーンを介して超音波振動を印加することで、接合対象部位を溶着する構成が記載されている。 In Patent Document 1, a workpiece including a part to be welded is placed on an anvil, a weight is applied to the part to be welded of the workpiece, and ultrasonic vibration is applied from an ultrasonic vibrator through a horn to perform welding. A configuration for welding target sites is described.

ここで、ホーンは超音波振動子により駆動されるが、この超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路700としては、従来、図4に示すように、コルピッツ発振回路701、パルストランス702、一対のIGBT (絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)703a,703b、マッチング回路704を用いて構成されている。 Here, the horn is driven by an ultrasonic vibrator. Conventionally, as shown in FIG. , a pair of IGBTs (insulated gate bipolar transistors) 703 a and 703 b and a matching circuit 704 .

図4に示す超音波振動子駆動回路700において、コルピッツ発振回路701からは発振信号Aと該発振信号を反転した発振信号Bとが出力され、この発振信号A及び発振信号Bは、パルストランス702に加えられて、パルストランス702からは、発振信号A及び発振信号Bに同期したゲート信号GA及びゲート信号GBが出力される。 In the ultrasonic transducer driving circuit 700 shown in FIG. 4, an oscillation signal A and an oscillation signal B obtained by inverting the oscillation signal are output from a Colpitts oscillation circuit 701 . , the pulse transformer 702 outputs a gate signal GA and a gate signal GB synchronized with the oscillation signal A and the oscillation signal B, respectively.

このパルストランス702から出力されるゲート信号GAでIGBT703aをオン、オフ制御するとともに、ゲート信号GBでIGBT703bをオン、オフ制御することで、超音波振動子60の発振駆動制御を行う。ここで、マッチング回路704は、IGBT703a及びIGBT703bのオン、オフ周波数と超音波振動子60の発振周波数とのマッチング制御を行うものである。 The gate signal GA output from the pulse transformer 702 is used to turn on/off the IGBT 703a, and the gate signal GB is used to turn on/off the IGBT 703b. Here, the matching circuit 704 performs matching control between the ON/OFF frequencies of the IGBTs 703 a and 703 b and the oscillation frequency of the ultrasonic transducer 60 .

このような構成の従来の超音波振動子駆動回路700において、パルストランス702の一方の出力端子からは、図5(A)に示すように、発振信号Aに同期したゲート信号GAが出力され、パルストランス702の他方の出力端子からは、図5(B)に示すように、発振信号Bに同期したゲート信号GAを反転したゲート信号GBが出力され、このゲート信号GA及びゲート信号GBによりIGBT703a及びIGBT703bが交互にオン、オフ制御され、超音波振動子60の発振が開始される。 In the conventional ultrasonic transducer driving circuit 700 having such a configuration, a gate signal GA synchronized with the oscillation signal A is output from one output terminal of the pulse transformer 702 as shown in FIG. From the other output terminal of the pulse transformer 702, as shown in FIG. 5B, a gate signal GB obtained by inverting the gate signal GA synchronized with the oscillation signal B is output. , and the IGBT 703b are alternately turned on and off, and the oscillation of the ultrasonic transducer 60 is started.

ここで、図4に示す従来の超音波振動子駆動回路においては、コルピッツ発振回路701を用いているので、ゲート信号GA及びゲート信号GBのオンデュテイは常に一定であり、このため、超音波振動子60の発振開始時に、図5(C)に示すように、非常に大きな振動子電流Ivcが流れ、これにより、この超音波振動子駆動回路700を構成するパワーデバイスや振動子等が破損することがあった。 Since the conventional ultrasonic transducer drive circuit shown in FIG. At the start of the oscillation of 60, as shown in FIG. 5(C), a very large transducer current Ivc flows, and as a result, the power devices, transducers, and the like that constitute this ultrasonic transducer drive circuit 700 may be damaged. was there.

特開2018-1176号公報JP 2018-1176 A

そこで、本発明は、超音波振動子の発振開始時の振動子電流を抑制することにより各部機器の破損を防止するようにした超音波振動子駆動回路及び超音波溶着装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic vibrator drive circuit and an ultrasonic welding apparatus that prevent damage to each component by suppressing the vibrator current at the start of oscillation of the ultrasonic vibrator. and

上記の目的を達成するため、請求項1の発明は、ゲート信号により交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子の出力により超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路であって、前記超音波振動子の発振開始時の一定時間、オン時間が徐々に増加するように制御され、その後一定のオン時間を維持するパルス信号を発生するパルス発生回路と、前記パルス発生回路から発生されたパルス信号に同期して前記ゲート信号を出力するスイッチング駆動回路と、を具備し、前記超音波振動子の発振開始時に流れる過大振動子電流を抑制したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the first aspect of the invention provides an ultrasonic transducer drive circuit for driving an ultrasonic transducer by means of outputs of a pair of switching elements alternately switched by a gate signal, wherein the ultrasonic transducer is a pulse generation circuit for generating a pulse signal that is controlled to gradually increase the on-time for a certain period of time at the start of oscillation of the vibrator, and then maintains the constant on-time; and the pulse signal generated by the pulse generation circuit. and a switching drive circuit for outputting the gate signal in synchronism with the ultrasonic transducer to suppress an excessive transducer current that flows when the oscillation of the ultrasonic transducer starts .

請求項2の発明は、請求項1に記載の発明において、前記超音波振動子は、超音波溶着機に搭載され、前記超音波溶着機によるワークの溶着加工時に間欠的に駆動されることを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the ultrasonic vibrator is mounted on an ultrasonic welding machine and driven intermittently during welding of the workpiece by the ultrasonic welding machine. Characterized by

請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記一対のスイッチング素子は、エミッタとコレクタを相互に接続した一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタからなり、前記スイッチング駆動回路は、前記一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを交互にオンにする2つのゲート信号を出力するゲートドライバからなることを特徴とする。 The invention of claim 3 is the invention of claim 1 or 2, wherein the pair of switching elements comprises a pair of insulated gate bipolar transistors having their emitters and collectors connected to each other, and the switching drive circuit comprises: It is characterized by comprising a gate driver that outputs two gate signals for alternately turning on a pair of insulated gate type bipolar transistors.

請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発明において、前記パルス発生回路は、前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するFPGAからなることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the pulse generation circuit is controlled so that the ON time gradually increases at the start of oscillation of the ultrasonic transducer. It is characterized by comprising an FPGA that generates a pulse signal.

請求項5の発明は、溶着対象部位に加重を与えるとともに、該溶着対象部位に超音波振動子から発生した超音波振動を印加して該溶着対象部位を溶着する超音波溶着装置であって、ゲート信号により交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子の出力により前記超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路を備え、前記超音波振動子駆動回路は、前記超音波振動子の発振開始時の一定時間、オン時間が徐々に増加するように制御され、その後一定のオン時間を維持するパルス信号を発生するパルス発生回路と、前記パルス発生回路から発生されたパルス信号に同期して前記ゲート信号を出力するスイッチング駆動回路と、を具備し、前記超音波振動子の発振開始時に流れる過大振動子電流を抑制したことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the invention, there is provided an ultrasonic welding apparatus that applies a weight to a portion to be welded and applies ultrasonic vibration generated from an ultrasonic vibrator to the portion to be welded to weld the portion to be welded, An ultrasonic vibrator drive circuit for driving the ultrasonic vibrator by output of a pair of switching elements alternately switched by a gate signal, wherein the ultrasonic vibrator drive circuit operates when the ultrasonic vibrator starts to oscillate. a pulse generation circuit for generating a pulse signal in which the on-time is controlled to gradually increase for a certain period of time and then maintains the constant on-time; and the gate in synchronization with the pulse signal generated from the pulse generation circuit. and a switching drive circuit that outputs a signal , and suppresses an excessive oscillator current that flows when the ultrasonic oscillator starts to oscillate .

請求項6の発明は、請求項5に記載の発明において、前記一対のスイッチング素子は、エミッタとコレクタを相互に接続した一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタからなり、前記スイッチング駆動回路は、前記一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを交互にオンにする2つのゲート信号を出力するゲートドライバからなることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the invention, in the fifth aspect of the invention, the pair of switching elements comprises a pair of insulated gate bipolar transistors having their emitters and collectors connected to each other, and the switching drive circuit comprises a pair of It is characterized by comprising a gate driver that outputs two gate signals for alternately turning on an insulated gate type bipolar transistor.

請求項7の発明は、請求項5又は6に記載の発明において、前記パルス発生回路は、前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するFPGAからなることを特徴とする。 The invention of claim 7 is the invention of claim 5 or 6, wherein the pulse generation circuit generates a pulse signal controlled to gradually increase the ON time at the start of oscillation of the ultrasonic transducer. It is characterized by being made of FPGA.

本発明によれば、ゲート信号により交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子の出力により超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路であって、前記超音波振動子の発振開始時の一定時間、オン時間が徐々に増加するように制御され、その後一定のオン時間を維持するパルス信号を発生するパルス発生回路と、前記パルス発生回路から発生されたパルス信号に同期して前記ゲート信号を出力するスイッチング駆動回路と、を具備し、前記超音波振動子の発振開始時に流れる過大振動子電流を抑制して構成したので、超音波振動子の発振開始時の振動子電流を抑制することにより各部機器の破損を防止するようにした超音波振動子駆動回路及び超音波溶着装置を提供することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is provided an ultrasonic vibrator driving circuit for driving an ultrasonic vibrator by means of outputs of a pair of switching elements alternately switched by a gate signal, and , a pulse generation circuit for generating a pulse signal whose ON time is controlled to gradually increase and then maintains a constant ON time; and outputting the gate signal in synchronization with the pulse signal generated from the pulse generation circuit. and a switching drive circuit that suppresses an excessive oscillator current that flows when the ultrasonic oscillator starts to oscillate. It is possible to provide an ultrasonic vibrator drive circuit and an ultrasonic welding device that prevent damage to equipment.

図1は、本発明に係る超音波振動子駆動回路を適用した超音波溶着装置の一実施例の概略を示す側面図である。FIG. 1 is a side view schematically showing an embodiment of an ultrasonic welding apparatus to which an ultrasonic vibrator drive circuit according to the present invention is applied. 図2は、本発明に係る超音波振動子駆動回路の一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an ultrasonic transducer drive circuit according to the present invention. 図3は、図2に示した超音波振動子駆動回路の各部の信号の波形を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing waveforms of signals in each part of the ultrasonic transducer drive circuit shown in FIG. 図4は、従来の超音波振動子駆動回路を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional ultrasonic transducer drive circuit. 図5は、図4に示した超音波振動子駆動回路の各部の信号の波形を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing waveforms of signals in each part of the ultrasonic transducer drive circuit shown in FIG.

以下、本発明を実施するための実施例について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

図1は、本発明に係る超音波溶着装置の実施例1の概略を示す図である。 FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of an ultrasonic welding apparatus according to the present invention.

図1において、本発明に超音波溶着装置100は、台座10に固定されたアンビル20上に溶着対象部位を含むワーク30を載置し、このワーク30の溶着対象部位に図示しない加圧装置から加重を与えるとともに、ホーン40の先端41から超音波振動を印加することで、ワーク30の溶着対象部位、すなわち、ワーク31とワーク32とが接する面でワーク31とワーク32とを溶着するものである。 In FIG. 1, an ultrasonic welding apparatus 100 according to the present invention places a workpiece 30 including a welding target portion on an anvil 20 fixed to a pedestal 10, and applies a pressure device (not shown) to the welding target portion of the workpiece 30. By applying a weight and applying ultrasonic vibration from the tip 41 of the horn 40, the work 31 and the work 32 are welded at the welding target portion of the work 30, that is, the surface where the work 31 and the work 32 are in contact. be.

ホーン40は、コーン50を介して超音波振動子60に接続され、超音波振動子60は、超音波振動子駆動回路70により駆動される。 Horn 40 is connected to ultrasonic transducer 60 via cone 50 , and ultrasonic transducer 60 is driven by ultrasonic transducer drive circuit 70 .

ここで、ワーク30の溶着対象部位33に対してホーン40の先端から印加される超音波振動は、溶着対象部位33に対して垂直な縦方向Yの振動である。この縦方向Yの超音波振動を用いた超音波溶着は、例えば、樹脂に対する溶融溶着に適している。 Here, the ultrasonic vibration applied from the tip of the horn 40 to the welding target portion 33 of the workpiece 30 is vibration in the vertical direction Y perpendicular to the welding target portion 33 . Ultrasonic welding using ultrasonic vibration in the vertical direction Y is suitable for melt welding of resin, for example.

ホーン40、コーン50、超音波振動子60を含む部分は、コーン50に取り付けられた超音波振動子ホルダ61により保持され、図示しない加圧装置からワーク30への加重は、この超音波振動子ホルダ61を介して行われる。 A portion including the horn 40, the cone 50, and the ultrasonic transducer 60 is held by an ultrasonic transducer holder 61 attached to the cone 50, and the load applied to the workpiece 30 from a pressure device (not shown) is applied by the ultrasonic transducer. This is done via the holder 61 .

上記構成の超音波溶着装置100は、超音波振動子60を間欠駆動、すなわち、超音波振動子60をオン、オフ制御してワーク30の溶着を順次行う。 The ultrasonic welding apparatus 100 configured as described above intermittently drives the ultrasonic vibrator 60 , that is, controls the on/off of the ultrasonic vibrator 60 to sequentially weld the workpieces 30 .

図2は、図1に示した超音波溶着装置100の超音波振動子駆動回路70の一例を示す回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the ultrasonic vibrator drive circuit 70 of the ultrasonic welding apparatus 100 shown in FIG.

図2に示す超音波振動子駆動回路70は、パルス発生回路71、スイッチング駆動回路72、エミッタとコレクタを相互に接続した一対のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)73a,73b、マッチング回路74を用いて構成される。 The ultrasonic transducer drive circuit 70 shown in FIG. It consists of

ここで、パルス発生回路71は、超音波振動子60の発振開始時の超音波振動子60の発振が安定状態になるまでの間、オン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号PA,PBを発生する。このパルス発生回路71としては、例えば、FPGA(field programmable gate array)から構成することができる。 Here, the pulse generation circuit 71 generates a pulse signal PA controlled so that the ON time gradually increases until the oscillation of the ultrasonic transducer 60 stabilizes when the oscillation of the ultrasonic transducer 60 starts. , PB. This pulse generating circuit 71 can be configured from, for example, an FPGA (field programmable gate array).

パルス発生回路71から出力されたパルス信号PA,PBは、スイッチング駆動回路72に加えられ、スイッチング駆動回路72からは、IGBT73a及びIGBT73bをオン、オフ制御するゲート信号GA及びゲート信号GBが出力される。ここで、スイッチング駆動回路72としては、例えば、MOSFET型のゲートドライバから構成することができる。その他の構成は図4に示した従来の超音波振動子駆動回路700と同様である。 The pulse signals PA and PB output from the pulse generation circuit 71 are applied to the switching drive circuit 72, and the switching drive circuit 72 outputs the gate signal GA and the gate signal GB for controlling the on/off of the IGBTs 73a and 73b. . Here, the switching drive circuit 72 can be composed of, for example, a MOSFET type gate driver. Other configurations are the same as those of the conventional ultrasonic transducer drive circuit 700 shown in FIG.

すなわち、図2に示す本発明に係る超音波振動子駆動回路70においては、図4に示した従来の超音波振動子駆動回路700で用いていたコルピッツ発振回路701に代えてFPGA等からなるパルス発生回路71を採用し、パルストランス702の代わりに高速制御可能なMOSFET型のスイッチング駆動回路72を採用する。 That is, in the ultrasonic transducer driving circuit 70 according to the present invention shown in FIG. 2, instead of the Colpitts oscillation circuit 701 used in the conventional ultrasonic transducer driving circuit 700 shown in FIG. A generator circuit 71 is employed, and instead of the pulse transformer 702, a high-speed controllable MOSFET type switching drive circuit 72 is employed.

ここで、従来の超音波振動子駆動回路700で用いていたコルピッツ発振回路701から出力される発振信号A及び発振信号Bは、オンデュテイは常に一定であるが、本発明の超音波振動子駆動回路70で採用したパルス発生回路71では、FPGA等を用いて構成されているので、超音波振動子60の発振開始時において、超音波振動子60の発振が安定するまで、オン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号、すなわちオンデュテイが徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するように構成することができる。 Here, the oscillation signal A and the oscillation signal B output from the Colpitts oscillation circuit 701 used in the conventional ultrasonic transducer driving circuit 700 always have a constant on-duty. Since the pulse generation circuit 71 employed in 70 is configured using an FPGA or the like, the ON time is gradually increased at the start of oscillation of the ultrasonic transducer 60 until the oscillation of the ultrasonic transducer 60 stabilizes. It is possible to generate a pulse signal controlled to increase the on-duty gradually.

また、スイッチング駆動回路72は、パルス発生回路71の出力パルス信号PA,PBにより制御されるが、このスイッチング駆動回路72は、MOSFET型のゲートドライバから構成することができるため、高速制御が可能である。 The switching drive circuit 72 is controlled by the output pulse signals PA and PB of the pulse generation circuit 71. Since the switching drive circuit 72 can be composed of a MOSFET type gate driver, high-speed control is possible. be.

図3は、図2に示した超音波振動子駆動回路70の各部の信号の波形を示す波形図である。 FIG. 3 is a waveform diagram showing waveforms of signals in each part of the ultrasonic transducer driving circuit 70 shown in FIG.

図3において、図3(A)及び図3(B)には、この超音波振動子駆動回路70のIGBT73a及びIGBT73bをオン、オフ制御するゲート信号GA及びゲート信号GBが示され、図3(C)には、この超音波振動子駆動回路70の振動子電流Ivcが示される。 In FIG. 3, FIGS. 3A and 3B show gate signals GA and GB for controlling on/off of the IGBT 73a and IGBT 73b of the ultrasonic transducer drive circuit 70. FIG. C) shows the transducer current Ivc of the ultrasonic transducer drive circuit 70. FIG.

さて、図3において、期間Tは、超音波振動子60の発振開始時の超音波振動子60の発振が安定するまでの間の期間を示す。本発明の超音波振動子駆動回路70においては、この期間Tの間、パルス発生回路71は、オン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号PA,PBを発生し、スイッチング駆動回路72からは、パルス信号PA,PBに同期した、図3(A)及び図3(B)に示すようなゲート信号GA及びゲート信号GBが出力される。 Now, in FIG. 3, a period T indicates a period until the oscillation of the ultrasonic transducer 60 stabilizes when the oscillation of the ultrasonic transducer 60 is started. In the ultrasonic transducer drive circuit 70 of the present invention, during this period T, the pulse generation circuit 71 generates pulse signals PA and PB controlled to gradually increase the ON time, and the switching drive circuit 72 , outputs gate signals GA and GB synchronized with the pulse signals PA and PB, as shown in FIGS. 3(A) and 3(B).

このとき、図3(C)に示すこの超音波振動子駆動回路70の振動子電流Ivcは、ゲート信号GA及びゲート信号GBのオン時間が徐々に増加するように制御されるので、これにより抑制され、図4に示した従来の超音波振動子駆動回路700のような、過大な振動子電流Ivcが流れることはなくなり、その結果、この超音波振動子駆動回路70で採用したパワーデバイスや振動子等の各種機器の破損を防止することができる。 At this time, the transducer current Ivc of this ultrasonic transducer driving circuit 70 shown in FIG. As a result, an excessive vibrator current Ivc does not flow as in the conventional ultrasonic vibrator drive circuit 700 shown in FIG. It is possible to prevent damage to various devices such as children.

特に、本発明の超音波振動子駆動回路70を超音波溶着装置に採用した場合、この種の超音波溶着装置は、超音波振動子60が間欠的に駆動され、超音波振動子60の発振、停止が繰り返されるので、超音波溶着装置の超音波振動子60の発振開始時の過大振動子電流に起因する超音波溶着装置の各部機器の破損を大幅に減少することができる。 In particular, when the ultrasonic vibrator drive circuit 70 of the present invention is employed in an ultrasonic welding device, this type of ultrasonic welding device intermittently drives the ultrasonic vibrator 60 to oscillate the ultrasonic vibrator 60. Since the stop is repeated, it is possible to greatly reduce the damage to each component of the ultrasonic welding apparatus caused by excessive oscillator current at the start of oscillation of the ultrasonic oscillator 60 of the ultrasonic welding apparatus.

以上説明したように、本発明においては、コルピッツ発振回路701に代えてFPGA等からなるゲートパルス発生回路71を採用しているので、超音波振動子60の発振開始時において流れる過大な振動子電流を抑制することができ、これによりパワーデバイスや振動子等の各種機器が破損することを防止できる。 As described above, in the present invention, instead of the Colpitts oscillator circuit 701, the gate pulse generator circuit 71 made up of FPGA or the like is adopted. can be suppressed, thereby preventing damage to various devices such as power devices and vibrators.

また、本発明においては、パルストランス702の代わりに高速制御可能なMOSFET型のスイッチング駆動回路72を採用しているので、超音波振動子60の発振開始時の電圧リップルも抑えられ、超音波振動子60の発振が安定するまでの間も短くなり、超音波溶着装置に採用した場合早い溶着も可能になる。 Further, in the present invention, instead of the pulse transformer 702, a MOSFET type switching drive circuit 72 capable of high-speed control is adopted. The time until the oscillation of the element 60 stabilizes is also shortened, and when it is used in an ultrasonic welding device, quick welding becomes possible.

なお、上記実施例においては、スイッチング素子として、IGBTを用いた構成を示したが、パワーMOSFET(パワーMOS電界効果トランジスタ)を用いても同様に構成することができる。 In addition, in the above-described embodiment, the configuration using IGBT as the switching element is shown, but a power MOSFET (power MOS field effect transistor) can also be used for the same configuration.

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。例えば、本発明は超音波溶着装置だけでなく、超音波振動子を用いた種々の装置にも同様に適用できる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention by means of ordinary creativity of those skilled in the art. For example, the present invention can be applied not only to ultrasonic welding devices but also to various devices using ultrasonic vibrators.

10…台座
20…アンビル
30…ワーク
40…ホーン
50…コーン
60…超音波振動子
61…超音波振動子ホルダ
70…超音波振動子駆動回路
71…パルス発生回路
72…スイッチング駆動回路
73a,73b…IGBT (絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)
74…マッチング回路
700…超音波振動子駆動回路
701…コルピッツ発振回路
702…パルストランス
703a,70b…IGBT (絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)
704…マッチング回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Pedestal 20... Anvil 30... Work 40... Horn 50... Cone 60... Ultrasonic vibrator 61... Ultrasonic vibrator holder 70... Ultrasonic vibrator drive circuit 71... Pulse generation circuit 72... Switching drive circuit 73a, 73b... IGBT (insulated gate bipolar transistor)
74 Matching circuit 700 Ultrasonic transducer drive circuit 701 Colpitts oscillation circuit 702 Pulse transformer 703a, 70b IGBT (insulated gate bipolar transistor)
704 ... Matching circuit

Claims (7)

ゲート信号により交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子の出力により超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路であって、
前記超音波振動子の発振開始時の一定時間、オン時間が徐々に増加するように制御され、その後一定のオン時間を維持するパルス信号を発生するパルス発生回路と、
前記パルス発生回路から発生されたパルス信号に同期して前記ゲート信号を出力するスイッチング駆動回路と、
を具備し、前記超音波振動子の発振開始時に流れる過大振動子電流を抑制したことを特徴とする超音波振動子駆動回路。
An ultrasonic transducer driving circuit for driving an ultrasonic transducer by output of a pair of switching elements alternately switched by a gate signal,
a pulse generation circuit for generating a pulse signal controlled to gradually increase the on-time for a certain period of time when the ultrasonic transducer starts oscillating, and then maintaining a constant on-time;
a switching drive circuit that outputs the gate signal in synchronization with the pulse signal generated from the pulse generation circuit;
and suppressing an excessive oscillator current that flows when the ultrasonic oscillator starts to oscillate .
前記超音波振動子は、
超音波溶着機に搭載され、
前記超音波溶着機によるワークの溶着加工時に間欠的に駆動される
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波振動子駆動回路。
The ultrasonic transducer is
Installed in an ultrasonic welding machine,
2. The ultrasonic vibrator drive circuit according to claim 1, wherein the ultrasonic vibrator driving circuit is intermittently driven during welding of a workpiece by the ultrasonic welding machine.
前記一対のスイッチング素子は、
エミッタとコレクタを相互に接続した一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタからなり、
前記スイッチング駆動回路は、
前記一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを交互にオンにする2つのゲート信号を出力するゲートドライバからなる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波振動子駆動回路。
The pair of switching elements are
Consists of a pair of insulated gate bipolar transistors with their emitters and collectors connected to each other,
The switching drive circuit
3. The ultrasonic transducer drive circuit according to claim 1, further comprising a gate driver that outputs two gate signals for alternately turning on the pair of insulated gate bipolar transistors.
前記パルス発生回路は、
前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するFPGAからなる
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の超音波振動子駆動回路。
The pulse generator circuit
4. The ultrasonic vibration according to any one of claims 1 to 3, comprising an FPGA that generates a pulse signal controlled to gradually increase the ON time at the start of oscillation of the ultrasonic vibrator. child drive circuit.
溶着対象部位に加重を与えるとともに、該溶着対象部位に超音波振動子から発生した超音波振動を印加して該溶着対象部位を溶着する超音波溶着装置であって、
ゲート信号により交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子の出力により前記超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路を備え、
前記超音波振動子駆動回路は、
前記超音波振動子の発振開始時の一定時間、オン時間が徐々に増加するように制御され、その後一定のオン時間を維持するパルス信号を発生するパルス発生回路と、
前記パルス発生回路から発生されたパルス信号に同期して前記ゲート信号を出力するスイッチング駆動回路と、
を具備し、前記超音波振動子の発振開始時に流れる過大振動子電流を抑制したことを特徴とする超音波溶着装置。
An ultrasonic welding apparatus that applies a weight to a welding target portion and applies ultrasonic vibration generated from an ultrasonic vibrator to the welding target portion to weld the welding target portion,
an ultrasonic transducer driving circuit for driving the ultrasonic transducer by output of a pair of switching elements alternately switched by a gate signal;
The ultrasonic transducer drive circuit includes:
a pulse generation circuit for generating a pulse signal controlled to gradually increase the on-time for a certain period of time when the ultrasonic transducer starts oscillating, and then maintaining a constant on-time;
a switching drive circuit that outputs the gate signal in synchronization with the pulse signal generated from the pulse generation circuit;
and suppressing an excessive oscillator current that flows when the ultrasonic oscillator starts to oscillate .
前記一対のスイッチング素子は、
エミッタとコレクタを相互に接続した一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタからなり、
前記スイッチング駆動回路は、
前記一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを交互にオンにする2つのゲート信号を出力するゲートドライバからなる
ことを特徴とする請求項5に記載の超音波溶着装置。
The pair of switching elements are
Consists of a pair of insulated gate bipolar transistors with their emitters and collectors connected to each other,
The switching drive circuit
6. The ultrasonic welding apparatus according to claim 5, further comprising a gate driver that outputs two gate signals for alternately turning on the pair of insulated gate bipolar transistors.
前記パルス発生回路は、
前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するFPGAからなる
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の超音波溶着装置。
The pulse generator circuit
7. The ultrasonic welding apparatus according to claim 5, comprising an FPGA that generates a pulse signal controlled to gradually increase the ON time when the ultrasonic vibrator starts oscillating.
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