JPH05504507A - 高周波数振動工具を送るための装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 高周波数振動工具を送るための装置 技術分野 この発明は、高周波数で振動する工具装置を駆動するためのシステムに関するも のであり、特に、ワークピースを加工し、高周波数で振動し、特定の周波数、い わゆる共振周波数が与えられる交流電圧によって駆動されるとき、共振パターン をもっことができる工具のチップを駆動するためのシステムに関するものである 。

前述した形式の容易に取り付けおよび取り外しをなすことができる工具のチップ を有する工具装置は周知であり、電圧の変化を受けたとき、形状を変化させる圧 電結晶などの装置を有し、結晶は通常は２０〜４０ｋＨｚの範囲内の周波数の交 流電圧を生じさせるよう構成された電気励振回路の影響を受ける。

この種類の工具装置は、通常は結晶を包囲し、堅固にクランプされた結晶を保持 するホルダまたはハンドルを有し、これにたがね、やすり、研削手段などの工具 のチップを取り付けることができ、これによってワークピースを加工することが でき、加工プロセスにおいてチップは往復移動する。

背景技術 高周波数振動工作機械を駆動するための前述した種類の工具装置は、電圧の変化 を受けたとき、形状を変化させる１つまたはそれ以上の結晶を有し、これが工具 ホルダ内に組み込まれ、結晶に印加することができる交流電圧を生じさせる電気 励振回路が利用され、その工具装置に工具チップが取り付けられる。

その構造、製造材料、サイズおよび形状により、このような工具チップはエネル ギのロスが低い共振周波数をもつ。しかしながら、作業のとき、圧力が工具チッ プに加えられると、共振周波数が瞬間的に変化し、したがって、高周波数の振動 または結晶に印加される交流電圧を瞬間的共振周波数にするための種々の制御回 路または調整回路（第１制御回路）が提案されてきた。原理的に、２つの並列接 続された電気振動回路によって共振周波数が電気的に決定され、第１共振回路は 工具チップに加えられる負荷によって決定されるところの経時的に変化するキャ パシタンス値およびインダクタンス値を生じさせ、第２共振回路は結晶に属する か、またはそれに関連する実買上固定のキャパシタンスおよび励振回路に組み込 まれる実買上固定のインダクタンスからなるとみなすことができる。

工具チップに負荷が加えられるとき、作業条件によって共振周波数の一定の変化 が生じることも知られている。この変化は通常は小さい大きさのもので、工具の チップが選定された共振周波数に適合し、作業条件か狭い範囲内に選定される場 合、固定のインダクタンスをもつ前述した第２共振回路はきわめて効果的に作用 する。

第１制御回路の使用によって周波数を瞬間的共振周波数に調整することができる 周波数可変電源電圧を使用することも提案されている。

固定の最小インピーダンスを検出し、それに調整することができるよう構成され た１つの制御回路は共振基準（図６Ｂの１００）を容易に越えることがあり、電 流および電圧値間の位相の位置を検出し、それに調整するとき、直列共振付近の 正のインピーダンス位相（図６Ｂおよび図６Ｃの２００および２００’）がない ため、この種類の周知の構成は周波数を狭い範囲、たとえば：＝２ｋＨｚ内に制 御または調整することが可能である。

しかしながら、このような励振回路構成が非常に高い負荷で使用されるとき、共 振周波数に近いアイドリング周波数のとき、および適度の負荷のとき、共振川波 数が励振回路を作用させなくなる範囲まで変化するおそれがあることが知られて いる。

工具のチップを他のチップに交換すると、通常は第１振動回路の抵抗値、キャパ シタンス値およびインダクタンス値などの工具装置のインダクタンス値が変化し 、共振振動周波数が前記関数の臨界範囲内または完全に前記範囲外になり、作用 の非効率が生じることも知られている。

これは最小インピーダンス周波数が直列共振周波数から離れ、それを直列共振周 波数の変化に追随させることが困難であるきいうことを意味する。

従来の周知の技術によって電源電圧の周波数を調整し、前記周波数が２つの並列 接続された振動回路の変化する共振周波数に適用することができる共振周波数と 一致するようにすることは不可能ではな（でも困難である。

固定インダンタンスを有する共振周波数で振動する工具装置を駆動する前述した 形式の励振回路については、励振回路と工具の必要な共同が生じなくなる前、共 振周波数付近のおよそ±２ｋＨｚの周波数変化を得ることができる。

この種類の周知の構成において、工具のチップを駆動するための高い電力状管と 、“待機”作用または予備的作用のための低い電力状態に切り換えるための手段 を有するものはない。

前述した技術的観点を考慮したとき、特に、電圧の変化によって形状を変化させ る装置（結晶）を有し、前記装置、すなわち前記結晶に交流電圧を印加する電気 励振回路が使用され、第１制御回路により、その周波数が作用および加工プロセ スによって変化するところのりアクタンス素子の共振周波数に瞬間的に対応する 値に調整されるようにした高周波数振動工具装置を駆動する装置の場合、技術的 課題は、第１制御回路の制御パラメータとして前記交流電圧に対する電圧および 電流値間の瞬間的位相差を使用することの重要性を認識することにあるのは明ら かである。

他の技術的課題は、交流電圧の周波数に関係なく、第２共振回路を共振状管に維 持するための他の制御回路、第２制御回路を使用することができるようにする重 要性を認識することにあるのは明らかである。

他の技術的課題は、第２制御回路によって工具装置に対応するキャパシタンス素 子をもつ振動回路（第２振動回路）に組み込まれたイングクタンス素子を制御し 、第２振動回路が通常の交流電圧の周波数で共振状態に維持され、第１制御回路 によって交流電圧の周波数を制御し、作業条件によって生じるインピーダンス値 の変化に関係なく、特に、キャパ／タンス素子およびインダクタンス素子の値の 変化に関係なく、第１振動回路が共振状態になるようにすることが好ましいとい うことを認識することにある。

前述した技術的観点を考慮したとき、技術的課題は、第２振動回路に組み込まれ たインダクタンス値を周波数によって自動的に調整することができる制御回路を 設け、作業条件によって変化するキヤパシタンス値およびインダクタンス値など のインピーダンス値をもつ第１共振回路に有効な共振周波数と効果的に組み合わ せることができる自動的適応共振を提供することにあるのは明らかである。

他の技術的課題は、技術的特徴から、高周波数振動工具は振動回路の大きさくイ ンピーダンス値、キヤパシタンス値、インダクタンス値および抵抗値）を異なる 基準によって変化させることができる２つの並列接続された振動回路であるとみ なすことができ、第１制御回路によってその共振周波数を変化させ、それに対応 させて電源電圧の周波数を変化させることができるとき、第１制御回路を大きい 周波数スペクトルに構成することができ、本質的に、交流電圧の周波数に関係な く、第２振動回路が共振状態に適合するまうにすることができるということを認 識することにある。

他の技術的課題は、前述した第２振動回路が簡単な調節インダクタンスをもち、 その値が常時直列共振周波数および交流電圧の周波数に適合するとき、利点が得 られるということを認識することにある。

他の技術的課題は、電流と電圧の曲線の時間的ゼロ交差点によって第１制御回路 の調察大きさを決定することができるとき、共振周波数の値に対する電源電圧の 周波数の変化を容易に達成することができるということを認識することにある。

前述した種類の工具装置の場合、技術的課題は、純粋の振動工具モードに関連す る利点、および完全制御と組み合わせ、周波数を電流と電圧の曲線と同様の位相 に調節することによってこのモードを得ることができるという利点を認識するこ とにある。

他の技術的課題は、作業条件に従い、第１制御回路によって周波数を第１共振回 路の共振に向かって変化させ、前記調節インダクタンス値を第２共振回路の共振 または完全制御に向かって調節し、これによって２つの並列接続された共振回路 の必要な制御を達成することができるということを認識することにある。

他の技術的課題は、第２振動回路の調節インダクタンスを容易に使用することが できるようにすること、および第１共振回路の共振周波数が使用される工具の摩 耗によって自動的に変化するとき、第１制御回路がこの共振周波数の緩やかな変 化、および実際の作業条件または瞬間的作業条件によって生じる共振周波数の変 化に追随し、制御回路が作用しなくなる状態は生じないようにすることにある。

前述した技術的観点を考慮したとき、他の技術的課題は、インダクタンス値を制 御し、工具の共振周波数を大きく変化させ、工具周波数が±２ｋＨｚの周知の範 囲を越えて減少または増加しても、共振回路が共振状態になるようにすることが できる第２制御回路を提供することにあるのは明らかである。

技術的課題は、簡単な手段により、周波数のずれが±５ｋＨｚよりも大きくても 、そして、±１０ｋＨｚよりも大きくても、両方の共振回路が共振状態になるよ うにすることにあるのも明らかである。

技術的課題は、ｄ、ｃ、電源によって異なる飽和度に飽和され、共振周波数に対 応する異なるインダクタンス値を示す変圧器により、インダクタンス値の制御を 達成することができるということを認識することにあるのも明らかである。

この技術分野の技術的課題は、中央脚鉄を有する変圧器を使用し、直流電流を１ つの脚鉄に供給し、周知の方法により、増加する飽和度が直列接続された残りの 巻線のインダクタンスを減少させるようにすることの重要性を認識することにあ る。

他の技術的課題は、第１１１気制御回路が工具装置に印加される交流電圧の電流 と電圧の曲線の位相の位置を決定する第１手段を含み、工具に供給される交流電 流の周波数変化を生じさせ、新しい共振発生周波数値を生じさせる第２手段を利 用するとき、利点が得られるということを認識することにある。

他の技術的課題は、技術的特徴から、共振周波数で振動する複式共振回路であっ ても、電流と電圧の曲線が互いに同相をなすということを利用したとき、共振周 波数を電流と電圧の値が同相をなす値に固定し、電流と電圧の値の位相が予め定 められた方向にずれたとき、周波数値を上下に調節することにより、調節を簡単 に達成することができるということを認識することにある。

技術的課題は、前記第２手段が２つの周知のフェーズロック回路をもち、これら の２つのフェーズロック回路が逆接続され、回路の内部周波数依存位相のずれを 除去することができ、これによってゼロ交差点間の評価される時間差または電圧 および電流値の位相差を形成し、１つのループから変化する周波数を生じさせる ことができるということを認識することにあるのも明らかである。

前述した技術的課題を考慮したとき、技術的課題は、電圧のレベルを上下に調整 することだけで工具に供給されるエネルギの必要な変化が得られ、関連する工具 のチップの一定の速度および直列共振を維持することができるとき、このような 回路の簡略化を達成することができるということを認識することにあるのは明ら かである。

１つまたはそれ以上の前述した技術的課題を解決する技術的考慮において、技術 的課題は、簡単な手段によって低いエネルギ消費の“待機”状態または予備的状 態を提供することができ、この状態が工具のエネルギ消費量を減少させ、前記工 具の内部加熱を低下させることを認識することにある。

他の技術的課題は、非常に簡単な手段および自動カットインおよびカットアウト 作用によって、この“待機”状態を提供することにある。

他の技術的課題は、簡単な回路手段により、工具チップを材料または下面に適用 すると、それが高いエネルギレベルの作用を制御する共振の変化を生じさせるた め、それだけで待機作用を開始させることができるということを認識することに ある。

技術的課題は、調整がなされなかった予め定められた時間間隔を評価し、この状 況を工具装置が使用されなかったことの指標として使用し、励振回路を工具がエ ネルギ入力の低いレベルに切り換えられるよう制御し、これによって利点を得る ことにある。

他の技術的課題は、作用しなくなったとき、工具を共振周波数で駆動するに十分 なエネルギを生じさせ、スイッチオンのとき、励振回路が作用しなくなるような ことのないようにすることの重要性を認識することにある。

技術的課題は、共振周波数の大きい変化を提供することにより、高周波数の高周 波数振動工具装置を駆動し、２つの共振回路を共通の共振周波数の周波数範囲内 で作用させることができる条件を生じさせることにあるのも明らかである。

１つまたはそれ以上の前述した技術的課題を解決する回路構成の場合、他の技術 的課題は、高周波数振動工具装！を始動させるとき、励振回路をアイドリング状 態に適合する基礎的周波数または共振周波数にセットすることができ、調整する ことができるインダクタンス値を制御し、セットされた共振周波数が生じ、第２ 共振回路に有効であるようにすることができる条件を提供することにあるのも明 らかである。

技術的課題は、工具に送られる電流が一定であるという仮定に基づく簡単な自動 増幅回路を提供することにあるのも明らかである。

最後に、技術的課題は、自己適応励振回路に属し、インダクタンス値を共振周波 数に自動的に調整することにより、工具の純粋の振動モードおよび動力適合を達 成することができるインダクタンスを提供し、工具が始動されるとき、工具作業 および制御点のための共振周波数を自動的に生じさせる二重接続フェーズロック 回路を使用し、これによって利点を得ることにあるのも明らかである。

解決 １つまたはそれ以上の前述した技術的課題を解決する目的で、この発明は、高周 波数振動工具装置を駆動する構成を提供し、特に電圧の変化を受けたとき、形状 を変化させる結晶の形式の装置を育する種類の工具装置が使用され、前記装置に 印加することができる交流電圧を生じさせるよう構成された電気制御回路が使用 され、第１制御回路によりその周波数が作業によって変化するりアクタンス素子 の共振周波数に瞬間的に対応する値に調節される。

この発明によれば、第１電気制御回路は電気交流電圧の電流および電圧値間の瞬 間的位相差に応答し、瞬間的周波数を制御するよう構成される。

振動回路のインダクタンス素子の瞬間値を制御するための第２制御回路が設けら れ、形状変化装置に対応し、（固定）キャパシタンス値をもつキャパシタンス素 子が設けられ、交流電圧周波数がインダクタンス素子に瞬間周波数の共振に対応 するインダクタンス値を与える。

この発明の好ましい実施例では、工具装置の瞬間的作業条件によって変化するイ ンダクタンスおよびキャパシンス値の第１共振回路に交流電圧が印加され、その 周波数値を第１共振回路に適用することができる瞬間共振周波数によって変化さ せることができ、第２共振回路の調節インダクタンスが周波数従属値に調整され 、これと工具に与えられるキャパシタンス値が第１共振回路の共振周波数で共振 を生じさせる。

第１制御回路が電源電圧の周波数を調整し、前記周波数が第１共振回路に有効な 瞬間インダクタンスおよびキャパシタンス値の共振周波数に一致し、第２共振回 路の調整インダクタンス値が供給値の周波数に向かって自動的に調整されるよう にすることも提案される。

電源電圧に適用することができる電流および電圧値を評価することができ、これ らの各位相の位置が符号とともに電源電圧の周波数を増加または減少させる。

電圧が電流よりも進んでいる場合、周波数は減少し、電流か電圧よりも進んでい るとき、周波数の増大が生じる。

たとえば、ゼロ交差点において位相の位置または電圧と電流の瞬間位相値間の時 間差によって周波数の変化の制御の大きさが決定される。

前記第２制御回路により、前記インダクタンス値の調整によって工具装置のため の選定された中央共振周波数付近の５ｋＨｚよりも大きい周波数変化範囲内の共 振回路の共振周波数が生じ、それは１０ｋＨｚよりも大きい周波数変化範囲内で あることが好ましいということも示唆される。

制御される直流電源によって異なる飽和度に飽和される変圧器によりインダクタ ンス値が調整され、特に変圧器に中央脚鉄が設けられることが提案される。その 後、直流が１つの脚鉄に供給され、飽和度の増大によって残りの巻線のインダク タンスが減少する。巻線は直列接続されていることが好ましい。

第１電気制御回路は工具装置に印加される交流電圧の電流と電圧の曲線の位相位 置を決定するための周知の第１手段、および工具装置に供給される交流電流の周 波数変化を生じさせるための周知の第２手段を有することも提案される。

発生周波数は電流と電圧の値が同相をなす周波数値で固定される。

第１制御回路は前記曲線が同相をなし、同時にゼロ交差点を通るとき、電流と電 圧の曲線に固定される２つの逆接続されたフェーズロック回路を含むようにする ことも提案される。

交流電圧の振幅を調整するだけで、工具へのエネルギ供給量の変化がなされる。

工具装置への電圧および電流を高いエネルギの工具作用状態および“待機”工具 作用のための低いエネルギ状態などの複数のエネルギモードまたは状態で供給す ることができるようにすることも提案される。

１つまたはそれ以上の基準を満たすことにより、１つの状態から他の状態への必 要な切り換えが自動的になされる。

周波数の調整がなされなかった予め定められた時間が経過した後、１つの基準を 低いレベル、いわゆる“待機”または予備的レベルに切り換え、工具が使用され ていない時間のとき、工具に生じる熱の量を減少させることができる。

利点 この発明の利点は、２つの互いに分離した共振回路からなる複式振動回路におい て、インダクタンスのレスポンスを変化させ、作業工具、使用されるチップの形 式、材料およびそれに加えられる負荷によって生じる共振周波数の大きい変化に 関係なく、高周波数振動工具装置に常時自動的に選定される直列共振周波数が供 給されるようにすることにある。

第１制御回路は印加される交流電圧の周波数を第１共振回路の共振に向かって変 化させ、第１共振回路は特に作業条件によって値か変化するインダクタンス素子 およびキャパシタンス素子を有し、第２制御回路が第２共振回路のインダクタン ス素子の値を変化させ、交流電圧の周波数に関係なく、前記共振回路が共振状態 になり、前記第２共振回路は前記装置に使用される結晶および使用される工具の チップの形式、材料および大きさによって変化する値のキャパシタンス素子を有 する。

他の利点は、予め定められた時間にわたって調整がなされなかったとき、エネル ギを低いレベルで工具に供給することができ、工具が使用されないとき、工具の 執の発生を減少させることができるということにある。

この発明の主な特徴は、請求の範囲第１項の特徴部分に記載されている。

図面の簡単な説明 物体を加工するための高周波数振動工具装置を駆動する装置の好ましい実施例が 添付図面を参照して記載され、ここで、図１は電気励振口路を有する高周波数振 動工具装置の原理的構成を示すブロック図であり、前記装置は作業条件および工 具のチップの材料によって変化する値のキャパシタンス素子およびインダクタン ス素子をもつ第１振動回路、および第２制御回路の影響を受ける結晶に関連する キャバ／タンス素子およびインダクタンス素子を含む第２振動回路を有し、 図２は図１の工具装置の詳細を示すブロック図であり、図３は図２に示されてい る第２制御回路のさらに詳細な回路図であり、前記第２回路は自己調整制御回路 の形式のものであり、図４は図２に示されている第１制御回路のさらに詳細な回 路図であり、 図５は図２に示されている“待機”ブロックのさらに詳細な回路図であり、そし て、 図６はこの発明の調整作用と周知の制御回路の調整作用を示す複数のプロセス曲 線および位相曲線を示す。

好ましい実施例の説明 図１は高周波振動工具装置１およびそれに接続された電気励振回路２の構成を示 す。

図１の工具装置１は簡略化した電気回路図として示され、第１振動回路Ｃ１、Ｌ ｌ、Ｒを育し、工具の作用条件、特に工具のチップ１ｂによって少なくともキャ パシタンス素子Ｃ１の値およびインダクタンス素子Ｌ１の値が大きく変化する。

工具装置１はキャバ／タンス素子Ｃ２を含み、その値はチップの作用条件によっ て大きくは変化せず、結晶構造の一定のキャパシタンス値、または少なくとも実 質上一定のキャパシタンス値をもつとみなすことができる。

このキャパシタンス素子Ｃ２が第２振動回路Ｃ２、Ｌ２に含まれ、インダクタン ス素子Ｌ２の値を後述するように調整することができる。

印加される交流電圧に適用することができる各瞬間周波数において、第１振動回 路Ｃ１、Ｌｌ（Ａ）は第１制御回路７からの周波数制御によって共振し、第２振 動回路Ｃ２、Ｌ２（Ｂ）は第２制御回路４からのインダクタンス制御によって共 振する。

したがって、振動回路Ｃ２、Ｌ２（Ｂ）は工具または第１振動回路Ｃ１、Ｌｌ（ Ａ）に印加される瞬間交流電圧周波数に関係なく共振する。

回路６は印加交流電圧に適用することができる瞬間電流および電圧値を検出する ためのものである。

回路１０は回路７から得られる信号に応答し、変圧器Ｔ１を介して発生周波数を 調整することができる調整回路である。

回路６′は電流値を検出し、回路６′を介して信号を回路１０に送り、回路１０ は一定の電流値をもって電力を調整する。

図２は高周波数振動工具装置１を励振するための装置および装置１を励振するた めの電気励振回路２を示すブロック図である。

工具装置１は電圧の変化に応答して形状を変化させる１つまたはそれ以上、すな わち２つの圧電結晶の形式の装置１ａを有し、交流電圧を結晶１ａに導体３．３ ′を介して供給するよう構成された電気励振回路２が使用される。

図２の工具装置も工具チップ１ｂを有し、これを他の共振周波数を生じさせる他 のチップと容易に交換することができる。

１つまたはそれ以上の結晶１ａおよび容易に交換することができる工具チップ１ ｂを有する工具装置１は周知であり、工具装置の詳細は説明しない。

図１および図２の励振回路２の構成および図３〜図５の好ましい実施例を説明す る。

図１を参照すると、工具装置１のための簡略化された電気回路が示されている。

電気的観点からこの回路は抵抗素子Ｒ、インダクタンス素子Ｌ１に接続されたキ ャパシタンス素子Ｃ１およびそれに並列接続されたキャパシタンス素子Ｃ２から なる。

キャパシタンス素子Ｃ１、インダクタンス素子Ｌ１および抵抗素子Ｒは第１振動 回路Ａを形成する。

キャパシタンス素子Ｃ１の値およびインダクタンス素子Ｌ１の値は工具の作用チ ップに生じる負荷によって変化し、その基礎的値は少なくとも工具のチップの形 式、サイズおよび材料によって変化する。工具のチップが摩耗すると選定された 共振周波数も僅かに変化する。

時間に伴い第１振動回路Ａは一定の値をもっことができず、その値は大きく変化 する。これは調整される共振周波数も変化するということを意味する。

工具のチップが加工される材料、すなわちワークピースに適用されるとき、共振 周波数が変化することは理解されるであろう。さらに工具のチップの交換によっ て共振周波数が変化する。

電気的観点からこれは時間および作業条件によってキャパシタンス素子Ｃ１の値 およびインダクタンス素子Ｌ１の値が変化することを意味する。

この装置はキャパシタンス素子Ｃ２をもつ第２振動回路Ｂを有し、その値は一定 または少なくとも実質上一定であるとみなすことができ、それは装置に使用され る結晶１ａの性質による。その詳細は英国、ロンドン、ダブリニーシイ１イー、 ７エイチデイ、トリントン　ブレイスのミュラード　リミテッドによって発行さ れた“圧電セラミックス”に記載されている。

この発明によれば、第２振動回路Ｂの電気第２制御回路の一部を形成するインダ クタンス素子Ｌ２に異なるインダクタンス値を与え、これを後述する方法で調節 することができる。

この発明は、たとえば工具チップによって材料が加工されるとき、第１共振回路 によって経時的に生じる共振周波数の変化に関係なく２つの並列接続された共振 回路が常時共通の共振周波数で作用するということに基づくものである。

したがって共振回路のキャパシタンス値およびインダクタンス値の制御されない 変化によって共振周波数の制御されない変化が生じ、この発明によればそれが第 １共振回路Ａに適用される。

周波数の変化に関係なく共振回路のインダクタンス値およびキャパシタンス値の 変化により共振回路を共振に適合させることができるのも周知であり、この発明 によればそれが第２共振回路Ｂに適用される。

図３は自己調整制御回路４からなる第２制御回路４の説明図であり、これは第２ 共振回路Ｂのインダクタンス素子Ｌ２の値を自動的に変化させ、共振回路が供給 ライン５．５′、３．３′の瞬間的に生じる周波数で共振するようにしたもので ある。

制御回路４は第２共振回路Ｂを常時共振させる。

変化させることができるインダクタンス素子Ｌ２の値を提供するため、３つの脚 鉄をもつ変圧器Ｔ２が使用される。これらの脚鉄の１つである中央脚鉄にｄ、ｃ 、コイル３１が設けられ、これは電流の値に応答しコアを異なる周波数に対する 異なる飽和度および異なるインダクタンス素子Ｌ２の値に飽和させる。

直流の変化および大きさに応答し、特定の脚鉄のコアの領域を変化させ、適宜の インダクタンス値および適宜のインダクタンス値の変化を得ることができる。

工具１に印加される電圧は変圧器Ｔ２の２つの外側の脚鉄上の巻心３２．３３を 介して接地される。

変圧器の２つの直列接続巻心３２．３３および抵抗素子３４、およびキャパシタ ３５および抵抗素子３６がブリッジ接続を形成する。ブリッジ接続がライン３７ およびライン３７′の出力信号を生じさせると、この信号が増幅回路３８で増幅 され、前記中央脚鉄および直流巻心３１に供給される（整流および増幅される） 。

導体３７．３７′に生じる電圧値が整流され、その後電位差が積分され、電源ま たは増幅回路３８の制御に使用される。

これらの回路は周知であり、その詳細は説明しない。

しかしながら、キャパシタンス素子３５の値は定数ｋによって除算されたキャパ シタンス素子Ｃ２の値に等しいことが好ましいということができる。

抵抗素子３４は前記定数ｋによって乗算された抵抗素子３６の抵抗値に対応する 抵抗値をもつ。

定数にはブリッジ接続か影響を受けないよう選定される。

導体３７．３７′間の正の出力信号は直流の増大を生じさせ、負の出力信号は直 流の減少を生じさせ、インダクタンス素子Ｌ２の値は直流電流の値によって決定 され、それは常時第２共振回路Ｂが工具に供給される電流の周波数に対応する周 波数で共振するよう調整される。

この共振周波数が複素共振回路の共通の共振に適用され、複素共振回路はインダ クタンス素子Ｌ２およびキャパシタンス素子Ｃ２に対する調整されたインダクタ ンス値およびインダクタンス素子Ｌ１およびキャパシタンス素子Ｃ１に対する通 常の値を含み、それは作業条件によって変化する。

したがって自己調整回路４に導体５．５′に生じる電圧が印加され、この電圧が 工具装置１の結晶１ａに導体３．３′を介して印加される。

導体５に生じる電圧値が回路６によって検出され、第１制御回路７に送られる。

導体５′に生じる電圧値が検出され、第１制御回路７に回路および増幅素子８を 介して送られる。制御回路７は前述した変圧器Ｔ１に導体を介して供給する励振 回路１０に接続されている。

図４は２つの逆接続されたフェーズロック回路（ＰＬＬ回路、フェーズロックさ れたループの回路）４１．４２を有する第１制御回路７の原理図である。

フェーズロック回路は周知であり、その作用の詳細は割愛するが、図４は２つの 逆接続されたＰＬＬ回路に適用される回路図を示す。

電圧値が回路４１に印加され、電流値が回路４２に供給されるのは明らかである 。

電流と電圧値５．５′間の位相差がない場合、回路４２が信号を送り、その周波 数はフィルター４５でフィルター作用を受け、励振回路１０で増幅され、２つの 同調された共振回路Ａ、Ｂのための共振周波数として導体５．５′に送られる。

チップ１ｂに負荷が加えられると、第１共振回路Ａの共振周波数が変化し、導体 ５．５′の電流および電圧値が互いに同相をなす。

導体５．５′に生じる電圧および電流値の振幅が回路４１．４２で方形波に制限 および増幅され、時間差が各ゼロ交差点に対する符号によって評価される。この 時間差および符号が回路４２に出力信号に対する周波数変化をフィルター４５お よび励振回路１０を介して生じさせる。

この変化は第１共振回路Ａが共振周波数であるよう選定される。インダクタンス 素子Ｌ２の値を変化させることにより第２共振回路Ｂは自動的に新しい共振周波 数に調節される。

フェーズロック回路４１．４２は位相差によって決定される値の信号が回路４２ から送られるよう調整され、フェーズロック回路の内部周波数依存位相ずれが負 帰環によって除去され、電圧および電流の位相の差は回路４２の周波数を制御す る制御信号を形成する。

制御回路７（図２）は周波数計器１１および手段１２に接続されており、手段１ ２は位相の固定が生じないとき、繰り返し始動させるためのものでスタートブロ ック１３と協同する。このスタートブロック１３は導体１４の信号によって駆動 される。

自己調整制御装置４も“待機”ブロック、すなわち予備的ブロック１６に接続さ れており、これは発生する電圧値によって駆動される。“待機”ブロック１６は 自動増幅回路１５に導体１８を介して接続されている。

図５は“待機”ブロック、すなわち予備的ブロック１６の原理図である。

図５から明らかなように、電力を工具装置１に供給する調整された電圧が導関数 回路５１に接続された回路５０に印加され、その出力が５秒の遅延時間をもって 設定された遅延回路５２を介して回路１５の増幅器５３に送られ、この増幅器は 励振ユニット１０を介して工具１に供給される電流を制御する。

したがって、回路５０．５１に一定の電圧が印加されるとき、導関数は０になり 信号が増幅器５３を制限し、励振回路１０は通常要求される電源電流の１／１０ の値の電流を供給する。

この作用状態において、前述した性質の共振制御が与えられているが、工具が使 用されていないとき、装置１に低いレベルのエネルギーが供給され、それは低エ ネルギー状態になる。

前述した電圧値以外の他の制御パラメータによって“待機”ブロックを始動させ ることができるのは明らかである。

共振周波数が変化するとき、導関数回路５１に出力信号が生じ、これが増幅器５ ３を開き励振回路１０の増幅率を変化させ、全負荷電力を供給する。

この発明は励振回路２が工具装置を、たとえば３０ｋＨｚの共振周波数で駆動し 、工具のチップがワークピースに適用されるとき１つの共振回路の共振周波数が ３３ｋＨｚに増大するということの認識に基づくものである。

この周波数の増大は普通は周知の制御がなされないようにするが、この発明によ れば周波数が増大すると、インダクタンス素子Ｌ２の値がそれに従って調整され る。

工具のチップによってなされる作業が１つの共振回路Ａの共振周波数を、たとえ ば２０ｋＨｚのレベルまで下降させる性質のものである場合、第２共振回路Ｂの インダクタンス素子Ｌ２の値がそれに従って調整され、共振周波数も２０ｋＨｚ になる。

実際にはインダクタンス値を工具のための１０ｋＨｚよりも大きい周波数変化内 の共振回路が得られるよう調整することが好ましく、それは実際には１５ｋＨｚ よりも大きくない。

図６Ａは完全な並列型結晶１ａに対する３０ｋＨｚの周波数の関数としてのプロ セスおよび関数曲線を示す。

この図から明らかなように、直列共振周波数、最小インピーダンス周波数および 実際のインピーダンス周波数が一致し、直列共振に適用することができる交差点 １５０での導関数の正の値の使用によって周波数を調整することができる。

図６Ｂは直列共振２００が３２ｋＨｚまでずれた３０ｋＨｚの並列型結晶１ａの 周波数の関数としてのプロセスおよび関数曲線を示す。直列共振周波数、最小イ ンダクタンス周波数および実際のインダクタンス周波数は一致せず、したがって 周知の励振回路を±２ｋＨｚの範囲内に調整することはできない。

最後に図６０は直列共振２００′が３５ｋＨｚまでずれた３０ｋＨｚの並列型結 晶１ａの周波数の関数としてのプロセスおよび関数曲線を示す。直列共振周波数 、最小インダクタンス周波数および実際のインダクタンス周波数は一致しない。

周知の技術では直列共振周波数の付近の実際の位相の位置については、３２ｋＨ ｚよりも高い周波数に対するものは得られないことが知られている。

この曲線は２８ｋＨｚおよび２５ｋＨｚの周波数で反転写像的である。

図６Ａは前述した周波数範囲内の適応制御を示す。

装置を始動させるとき、スタートブロック１３が駆動され制御回路７を調整する 信号を生じさせ中心周波数３０ｋＨｚが生じ、これと同時に回路１５の増幅率が 低下する。

この場合、回路４の制御が３０ｋＨｚの共振周波数に調整される。

この作用状態において第２共振回路Ｂが共振する。

その後スタートブロック１３が制御回路７および回路１５の影響をなくす。

２つの共振回路の完全並列制御に第１共振回路Ａの共振周波数の制御が要求され 、次に記載する共振周波数の制御によってこれがなされる。

適応制御 第１共振回路Ａが第２共振回路Ｂの共振周波数の範囲外にあるとき、周波数の自 動制御が要求される。

導体３′、５に生じる電流および電圧値の検出によってこれがなされる。

各回路４１．４２　（ＰＬＬ回路）に送られる前、これらは減衰する（８．６） 。回路４１．４２はゼロ交差点の時点を確立することによって電流および電圧の 位相の位置を評価する。

電圧が電流よりも進んでいる場合、位相の位置“０”が生じるまで周波数が減少 する。

電流が電圧よりも進んでいる場合、位相の位置“０”が生じるまで周波数は増大 する。

インダクタンス素子Ｌ２の値が各周波数範囲をもって自動的に変化し、第２振動 回路が共振状態になる。

この発明の特徴を理解するため、次の状況を考慮すべきである。

図２において簡略化されているのは実際には１つよりも多い共振周波数が見出さ れるということ、および共振パターンは周期的であり、工具のチップが交換され るとき、または工具のチップが短縮されるとき共振パターンが周期的に繰り返え されるということである。

幾つかの定在波パターンが増大または減少する面積の変化によって共振パターン が乱され、したがって工具をこの特定の状況および結晶の大きさに適合するよう 構成することが好ましい。

始動のとき、３０ｋＨｚに近い共振周波数が選定されるが、直列共振回路のＱ− 値が低すぎる場合、負荷が加えられるとき制御によってより安定した共振周波数 が選定される。

この発明には前記実施例の他に種々の変形例が考えられる。

ニ２・ １Ｑ６．　θ 補正書の翻訳文提出Ｈ（特許法第１８４条の８）平成４年５月１３日ズ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．特に、電圧の変化を受けたとき、形状を変化させる装置を有し、前記装置に 印加することができる交流電圧を生じさせる電気励振回路を使用し、その周波数 に第１制御回路を介して作業によって変化するリアクタンス素子の共振周波数に 瞬間的に対応する値が与えられるようにした高周波数振動工具装置を駆動するた めのシステムにおいて、前記第１制御回路は前記交流電圧に適用することができ る電流および電圧値間の瞬間的位相差に応答し、瞬間的周波数を制御するよう構 成され、第２制御回路が前記形状を変化させる装置に対応するキャパシタンス素 子をもつ振動回路のインダクタンス素子を制御するよう構成され、前記インダク タンス素子に通常の交流電圧の周波数での共振に対応する値が与えられるように したことを特徴とするシステム。
2. ２．工具装置の瞬間作用条件、前記装置の材料および構成によって変化するイン ダクタンス値およびキャパシタンス値を有する第１共振回路に交流電圧が印加さ れ、その周波数を前記第１共振回路に適用することができる瞬間的共振周波数に 変化させることができ、第２共振回路の調整インダクタンスが前記形状を変化さ せる工具に生じるキャパシタンスの値とともに前記第１共振回路の共振周波数で 共振を生じさせる値に調整されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. ３．前記第１制御回路は電源電圧の周波数を調整し、前記周波数を前記第１共振 回路に適用することができる瞬間的インダクタンス値およびキャパシタンス値に 対する共振周波数に一致させることができるよう構成され、前記電源電圧の周波 数への前記第２共振回路の調整インダクタンス値の調整が自動的になされるよう にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシステム。
4. ４．前記電源電圧の電流および電圧値を評価することができ、その位相の位置が 前記電源電圧の周波数の変化によって決定されるようにしたことを特徴とする請 求項１、請求項２または請求項３に記載のシステム。
5. ５．前記電圧が前記電流よりも進んでいるとき、前記周波数が減少し、前記電流 が前記電圧よりも進んでいるとき、前記周波数が増大するようにしたことを特徴 とする請求項４に記載のシステム。
6. ６．前記電圧と前記電流の瞬間的位相値の時間差が周波数変化制御の大きさを決 定するようにしたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のシステム。
7. ７．前記第２制御回路によるインダクタンス値の調整によって前記工具装置のた めの５ｋＨｚよりも大きい周波数変化範囲内の共振回路の共振周波数が提供され るようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. ８．変圧器によって前記インダクタンス値が調整され、調整直流電源によって前 記変圧器が異なる飽和度に飽和されるようにしたことを特徴とする請求項１に記 載のシステム。
9. ９．前記変圧器に中央脚鉄が設けられ、直流が１つの前記脚鉄に供給され、飽和 度の増大によって残りの巻線のインダクタンスが減少するようにしたことを特徴 とする請求項８に記載のシステム。
10. １０．前記電気励振回路は前記第１制御回路に含まれ、前記工具に与えられる電 源電圧の電流と電圧の曲線を確立する第１手段と、前記工具に与えられる交流電 流の周波数変化を生じさせる第２手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載 のシステム。
11. １１．発生周波数は電流および電圧値が同相をなす値で固定されるようにしたこ とを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. １２．前記制御回路は前記電流と電圧の曲線が同相をなし、ゼロ交差点を通ると き、その曲線に固定するに適した２つの逆設続されたフェーズロック回路を有す ることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
13. １３．電圧を調整するだけで前記工具に供給されるエネルギが変化するようにし たことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
14. １４．前記工具装置に与えられる電圧および電流をいくつかのエネルギ状態、前 記工具を駆動するための高いエネルギ状態、および前記工具の“待機”作用のた めの低いエネルギ状態で供給することができるようにしたことを特徴とする先行 する請求の範囲のいずれかに記載のシステム。
15. １５．１つまたはそれ以上の基準を満たすことにより、１つの状態と他の状態の 必要な切り換えが自動的になされるようにしたことを特徴とする請求項１４に記 載のシステム。
16. １６．調整のなされなかった予め定められた時間が経過したとき、エネルギ供給 源が低い状態に切り換えられるようにしたことを特徴とする請求項１５に記載の システム。