JPS5881470A - 超音波加工機用発振回路 - Google Patents
超音波加工機用発振回路Info
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- JPS5881470A JPS5881470A JP17894481A JP17894481A JPS5881470A JP S5881470 A JPS5881470 A JP S5881470A JP 17894481 A JP17894481 A JP 17894481A JP 17894481 A JP17894481 A JP 17894481A JP S5881470 A JPS5881470 A JP S5881470A
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- Japan
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- voltage
- ultrasonic
- oscillation
- processing machine
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- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
- B29C66/95—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94
- B29C66/959—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 characterised by specific values or ranges of said specific variables
- B29C66/9592—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 characterised by specific values or ranges of said specific variables in explicit relation to another variable, e.g. X-Y diagrams
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- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超音波加工機用発振器の制御回路に関する。
従来この種の発振器は、超音波振動子と組合せて使用す
るが、超音波溶接機の如き超音波加工機においては電気
−機械変換効率が高く１機械的強度がすぐれている点か
ら電歪振動子が多く用いられている。
るが、超音波溶接機の如き超音波加工機においては電気
−機械変換効率が高く１機械的強度がすぐれている点か
ら電歪振動子が多く用いられている。
しかし電歪振動子の特性としては、無負荷時には低イン
ピーダンス、負荷時には高インピーダンスとなり２発振
器の増幅段を定゛電圧駆動する電圧スイッチング動作方
式では無負荷時に振動子入力が増し、負荷時には電力が
入れにくくなることは周知のとおりである。このため超
音波加工機の発振器では、出力電力を常に一定とするた
めに各種の定速度制御回路が提案されているが、そのほ
とんどは電力増幅段に余裕をもたせた設計であるため最
大出力時でも定格の数分の１までしか利用できず、非常
に効率の悪い発振器となり、さらに制御回路も複雑とな
る欠点があった。
ピーダンス、負荷時には高インピーダンスとなり２発振
器の増幅段を定゛電圧駆動する電圧スイッチング動作方
式では無負荷時に振動子入力が増し、負荷時には電力が
入れにくくなることは周知のとおりである。このため超
音波加工機の発振器では、出力電力を常に一定とするた
めに各種の定速度制御回路が提案されているが、そのほ
とんどは電力増幅段に余裕をもたせた設計であるため最
大出力時でも定格の数分の１までしか利用できず、非常
に効率の悪い発振器となり、さらに制御回路も複雑とな
る欠点があった。
本発明の目的はこれらの欠点を除去するため。
超音波発振器の電力増幅回路を電流スイッチング動作さ
せることにより電力増幅回路を定電流電源とした超音波
加工機用発振回路を提供しようとするものである。
せることにより電力増幅回路を定電流電源とした超音波
加工機用発振回路を提供しようとするものである。
これと合せて本発明は、電歪振動子の負荷時。
無負荷時のインピーダンス特Ｑｔ−反転させようとする
ものである。
ものである。
すなわち電力増幅回路の負荷として直接、電歪振動子を
接続することにより、電歪振動子の静的な制動容量分と
内部のインダクタンス成分とから並列共振回路を構成す
るため、駆動周波数の選定により電歪振動子を高インピ
ーダンス点で駆動することが可能となる。これによって
電歪振動子のインピーダンス特性を反転でき。
接続することにより、電歪振動子の静的な制動容量分と
内部のインダクタンス成分とから並列共振回路を構成す
るため、駆動周波数の選定により電歪振動子を高インピ
ーダンス点で駆動することが可能となる。これによって
電歪振動子のインピーダンス特性を反転でき。
電力増幅回路も電圧は正弦波、電流は矩形波となり、効
率の面でも向上する。また従来の定電圧駆動方式におい
て電歪振動子の静電容量を打消すために必要であったチ
ョークコイルも不要となり、コスト面でも有利とするこ
とができる。
率の面でも向上する。また従来の定電圧駆動方式におい
て電歪振動子の静電容量を打消すために必要であったチ
ョークコイルも不要となり、コスト面でも有利とするこ
とができる。
本発明は更に、電歪振動子の共振周波数の自動追尾回路
として調整の容易な自動周波数追尾回路を備えた超音波
加工機用発振回路を提供しようとするものである。
として調整の容易な自動周波数追尾回路を備えた超音波
加工機用発振回路を提供しようとするものである。
すなわち振動子に加わる電圧の位相を検出して、移相器
を通した信号と駆動電圧との位相差が所定の値になるよ
うに発振器の周波数を追尾制御するものであり９本発明
ではこの位相差の値を９０°とし９位相ロックループ用
集積回路を用いることによって回路構成が簡潔で調整が
容易となり、更に周波数追尾特性も非常に優れた回路が
得られる。
を通した信号と駆動電圧との位相差が所定の値になるよ
うに発振器の周波数を追尾制御するものであり９本発明
ではこの位相差の値を９０°とし９位相ロックループ用
集積回路を用いることによって回路構成が簡潔で調整が
容易となり、更に周波数追尾特性も非常に優れた回路が
得られる。
更に、超音波加工機用発振器においては、負荷時電歪振
動子の振動速度を一定にする必要があり、この速度制御
について本出願人は特願昭５１−６７６１６号（特開昭
５２−１５１０２３号）にノくルス幅制御による定速度
制御方式を提案した。しかしこの側脚方式では電力損失
が大きいため実用上９問題点があった。
動子の振動速度を一定にする必要があり、この速度制御
について本出願人は特願昭５１−６７６１６号（特開昭
５２−１５１０２３号）にノくルス幅制御による定速度
制御方式を提案した。しかしこの側脚方式では電力損失
が大きいため実用上９問題点があった。
したがって本発明の更に他の目的は、電力増幅回路の直
流供給電圧を制御することによシミ歪振動子の定速度制
御を可能にした超音波発振回路を提供しようとするもの
である。
流供給電圧を制御することによシミ歪振動子の定速度制
御を可能にした超音波発振回路を提供しようとするもの
である。
すなわち電歪振動子の振動速度に比例した直流電圧と基
準電圧を比較し、その差に応じたノくルス幅の異なる矩
形波を発生させ、電力増幅回路直流供給電圧の整流回路
であるサイリスタの導通角を変えて整流出力電圧を変化
させることにより、電歪振動子の駆動電力を制御するも
のであり、電歪振動子の急激な音響負荷の負荷条件から
保護することができる。
準電圧を比較し、その差に応じたノくルス幅の異なる矩
形波を発生させ、電力増幅回路直流供給電圧の整流回路
であるサイリスタの導通角を変えて整流出力電圧を変化
させることにより、電歪振動子の駆動電力を制御するも
のであり、電歪振動子の急激な音響負荷の負荷条件から
保護することができる。
以′下に本発明の詳細な説明する。
第１図は電歪振動子の電気的等価回路図、第２図は本発
明による超音波発振回路における電力増幅回路図、第６
図は電歪振動子及び負荷時の各部の電圧、電流波形を示
す。
明による超音波発振回路における電力増幅回路図、第６
図は電歪振動子及び負荷時の各部の電圧、電流波形を示
す。
本発明の電流スイッチング動作について説明する。
第２図において、この電力増幅回路３はＤＥＰＰ方式の
増幅回路であり、直流供給電源電圧ＶＤＣとトランジス
タＱ１．Ｑｔからなるインバータ回路との間に高調波チ
ョークＬ。Ｈを挿入することにより、入力電流金一定に
保っている。
増幅回路であり、直流供給電源電圧ＶＤＣとトランジス
タＱ１．Ｑｔからなるインバータ回路との間に高調波チ
ョークＬ。Ｈを挿入することにより、入力電流金一定に
保っている。
またトランジスタを交互にオン、オフさせると、オ）ン
になまた方のトランジスタに全入力電流が流れるため、
コレ゛クタ電流ＩＣは矩形波状になる。また電歪振動子
８が負荷として電力増幅回路６に直接接続されており、
電歪振動子・値の電気的等価回路が並列共振回路を構成
しているだめ、矩形波電流の高調波成分がすべて電歪振
動子８を通じて流れる。また並列共振回路の働きで出力
電圧波形ｖＬは強制的に正弦波状になる。
になまた方のトランジスタに全入力電流が流れるため、
コレ゛クタ電流ＩＣは矩形波状になる。また電歪振動子
８が負荷として電力増幅回路６に直接接続されており、
電歪振動子・値の電気的等価回路が並列共振回路を構成
しているだめ、矩形波電流の高調波成分がすべて電歪振
動子８を通じて流れる。また並列共振回路の働きで出力
電圧波形ｖＬは強制的に正弦波状になる。
したがって出カドランス１０の１次側の電圧も正弦波状
にな′る。コレクタ電圧は半波整流波形となり、直流平
衡条件からコレクタ電圧ｖｃのピーク値はπＶＤＣとな
る。■、は負荷電流である。
にな′る。コレクタ電圧は半波整流波形となり、直流平
衡条件からコレクタ電圧ｖｃのピーク値はπＶＤＣとな
る。■、は負荷電流である。
第４図は電歪振動子の負荷特性を示す図である。
第４−において、電歪振動子のインピーダンス（２））
は、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ。
は、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ。
点で負荷特性が相反している。本発明、では駆動周波数
を反共振周波数ｆａとしているので無負荷時（曲線ａ）
にはインピーダンスが高く、負荷時（曲°線ｂ）にはイ
ンピーダンスが低下する。
を反共振周波数ｆａとしているので無負荷時（曲線ａ）
にはインピーダンスが高く、負荷時（曲°線ｂ）にはイ
ンピーダンスが低下する。
第５図は本発明による超音波加工機用発振回路のブロッ
ク図を示す。
ク図を示す。
初めに本発明の周波数自動追尾回路について説明する。
負荷に加わる電圧を、出カドランス１０の２次側に巻線
した検知巻線に検知用抵抗器１１ヲ通じて検出する。そ
の出力を一旦抵抗素子と容量素子からなる移相器４に入
れて、ここで駆動電圧に対して検知電圧の位相ヲ９０°
ずらした信号を位相ロックループ用集積回路１に入力す
る。この位相ロックループ用集積回路１の構成は８位相
比較器、電圧制御発振器等からなり。
した検知巻線に検知用抵抗器１１ヲ通じて検出する。そ
の出力を一旦抵抗素子と容量素子からなる移相器４に入
れて、ここで駆動電圧に対して検知電圧の位相ヲ９０°
ずらした信号を位相ロックループ用集積回路１に入力す
る。この位相ロックループ用集積回路１の構成は８位相
比較器、電圧制御発振器等からなり。
共振周波数を自動的に追尾した場合に入力信号と基準信
号との位相差が９０°となる特性を有している。移相器
４からの信号は９位相ロックループ用集積回”路１の内
部の位相比較器で駆動電圧と比較される。そして位相ず
れに対応した制御電圧が発生され、内部の電圧制御発振
器の発振周波数が制御される。。
号との位相差が９０°となる特性を有している。移相器
４からの信号は９位相ロックループ用集積回”路１の内
部の位相比較器で駆動電圧と比較される。そして位相ず
れに対応した制御電圧が発生され、内部の電圧制御発振
器の発振周波数が制御される。。
この周波数追尾回路により電歪振動子８の反共振周波数
ｆａを追尾でき、かつ電力増幅回路３のスイッチングト
ラレジスタは電圧、電流の位相差はなく無効電流が流れ
ず効率が向上する。
ｆａを追尾でき、かつ電力増幅回路３のスイッチングト
ラレジスタは電圧、電流の位相差はなく無効電流が流れ
ず効率が向上する。
次に電歪振動子の定速度制御回路について述べる。
第５図において、出カドランス１０の２次巻線の検知用
抵抗器１１の両端に発生した検知電圧の振幅は、電歪振
動子８の負荷電圧の変化心対応している。更に電歪振動
子８の振動速度は、定電流源で駆動する場合、負荷電圧
に比例することから検知電圧の振幅を整流、平滑する回
路６を通じて、電圧比較器５に入力する。入力された直
流電圧は基準電圧源７の電圧と比較される。
抵抗器１１の両端に発生した検知電圧の振幅は、電歪振
動子８の負荷電圧の変化心対応している。更に電歪振動
子８の振動速度は、定電流源で駆動する場合、負荷電圧
に比例することから検知電圧の振幅を整流、平滑する回
路６を通じて、電圧比較器５に入力する。入力された直
流電圧は基準電圧源７の電圧と比較される。
また比較器５から基準電圧レベルとの差に応じたパルス
が発生され、このパルスでサイリスタからなる整流回路
２のサイリスタの導通角を制御することにより、直流供
給電圧を制御して負荷に加わる電力を一定に保つことが
できる。まだ出力電力の設定は基準電圧源７の電圧を変
化させることで任意に設定できる。
が発生され、このパルスでサイリスタからなる整流回路
２のサイリスタの導通角を制御することにより、直流供
給電圧を制御して負荷に加わる電力を一定に保つことが
できる。まだ出力電力の設定は基準電圧源７の電圧を変
化させることで任意に設定できる。
以上説明したように９本発明によれば超音波溶接機等“
の加工機用発振器において特に超音波発振器に要求され
る超音波振動子の負荷時、無゛負荷時のインピーダンス
特性を反′転でき、かつ一定の振動速度（振幅）を制御
する機能等が得ら−れる。
の加工機用発振器において特に超音波発振器に要求され
る超音波振動子の負荷時、無゛負荷時のインピーダンス
特性を反′転でき、かつ一定の振動速度（振幅）を制御
する機能等が得ら−れる。
この回路を構成する実験例として、プラスチックウェル
ダ用発振器において、超音波振動子としてジルコン酸チ
タ／酸鉛（ＰＺＴ）ｉ材料とした圧電体からなるランジ
ュバン型圧電振動子を用い、出力８００Ｗの発振器全開
発した。主な特性は以下の通りである。
ダ用発振器において、超音波振動子としてジルコン酸チ
タ／酸鉛（ＰＺＴ）ｉ材料とした圧電体からなるランジ
ュバン型圧電振動子を用い、出力８００Ｗの発振器全開
発した。主な特性は以下の通りである。
１、圧電振動子の共振周波数 ｆ、 １６．８０ＫＨ
ｚ２、圧電振動子の反共振周波数ｆａ １７．０５ＫＨ
ｚ６圧電振動子の制動容量 ｃｄ１６０００ＰＦこの結
果１周波数追尾は無負荷、負荷時とも良好で周波数追尾
誤差は±５−以下であり、との時駆動周波数と検知電圧
との位相差は９０°であった。また負荷時出力電力８０
０Ｗ無負荷時の出力電力は２０Ｗ以下とな）、超音波振
動子の発熱も少ないことが確認された。
ｚ２、圧電振動子の反共振周波数ｆａ １７．０５ＫＨ
ｚ６圧電振動子の制動容量 ｃｄ１６０００ＰＦこの結
果１周波数追尾は無負荷、負荷時とも良好で周波数追尾
誤差は±５−以下であり、との時駆動周波数と検知電圧
との位相差は９０°であった。また負荷時出力電力８０
０Ｗ無負荷時の出力電力は２０Ｗ以下とな）、超音波振
動子の発熱も少ないことが確認された。
以上説明したように９本発明によれば超音波振動子９％
に電気−機械変換効率、の高い電歪振動子を用いてプラ
゛スチックウェルダ用の発振器を構成する場合２本発明
のごとく振動子をそのインピーダンスが最大の周波数で
ある反共振周波数で駆動することにより、負荷時には電
力が振動子に入り、無負荷時には電力が振動子に入りに
くくなり、従来のように無負荷時に過大な電力が入り発
熱するという欠点を改善できるばかりでなく、電力効率
からも有利である。
に電気−機械変換効率、の高い電歪振動子を用いてプラ
゛スチックウェルダ用の発振器を構成する場合２本発明
のごとく振動子をそのインピーダンスが最大の周波数で
ある反共振周波数で駆動することにより、負荷時には電
力が振動子に入り、無負荷時には電力が振動子に入りに
くくなり、従来のように無負荷時に過大な電力が入り発
熱するという欠点を改善できるばかりでなく、電力効率
からも有利である。
また本発明では、振動子を反共振点で振動させるための
発振器は、定電流電源動作が必要と考え効率的に優れて
いる電流スイッチング方式を採用したが、その特性は十
分使用上有益性があることが実証された。
発振器は、定電流電源動作が必要と考え効率的に優れて
いる電流スイッチング方式を採用したが、その特性は十
分使用上有益性があることが実証された。
更に本発振器の振動子の周波数追尾回路に位相ロックル
ープを使用したため９回路も簡単で技術的に調整が容易
となる。また定速度制御機能も有しているだめ、振動子
に加わる外囲条件に対しても補償機能を果たし、優れた
超音波発振回路を構成できた。なお実施例では増幅回路
方式ｉ ＤＥＰＰ方式一ついて述べたが、 ５ＥＰＰ方
式。
ープを使用したため９回路も簡単で技術的に調整が容易
となる。また定速度制御機能も有しているだめ、振動子
に加わる外囲条件に対しても補償機能を果たし、優れた
超音波発振回路を構成できた。なお実施例では増幅回路
方式ｉ ＤＥＰＰ方式一ついて述べたが、 ５ＥＰＰ方
式。
ブリッジ方式でも可能であることは勿論である。
第１図は本発明に使用した電歪振動子の電気的等価回路
図、第２図は本発明にょふ超音波発振回路のうちＤＥＰ
Ｐ方式にょる電力増幅回路の実施例の回路図で、第３図
はその負荷時における各部の波形図、第４図は電歪振動
子の周波数変動に対するインピーダンス特性図、第５図
は本発明による超音波加工機用発振回路のブロック図で
ある。 図中。 １：位相ロックルーズ用集積回路。 ２：整流回路、 ６：電力増幅回路。 ４：移相器、 ５：電圧比較器。 ６：整流、平滑回路、 ７：基準電圧源。 ８：電歪振動子、 ９：高周波チョ〒り。 、１０：出カドランス、１１：検知用抵抗器。
図、第２図は本発明にょふ超音波発振回路のうちＤＥＰ
Ｐ方式にょる電力増幅回路の実施例の回路図で、第３図
はその負荷時における各部の波形図、第４図は電歪振動
子の周波数変動に対するインピーダンス特性図、第５図
は本発明による超音波加工機用発振回路のブロック図で
ある。 図中。 １：位相ロックルーズ用集積回路。 ２：整流回路、 ６：電力増幅回路。 ４：移相器、 ５：電圧比較器。 ６：整流、平滑回路、 ７：基準電圧源。 ８：電歪振動子、 ９：高周波チョ〒り。 、１０：出カドランス、１１：検知用抵抗器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電力増幅回路と周波数自動追尾回路と定速度制御回
路とを有し、前記電力増幅回路への直流電源からの入力
電流をチョークを介して一定にして電力増幅用トランジ
スタ′を電流スイッチングさせることにより、前記電力
増幅回路を定電流電源としたことを特徴とする超音波加
工機用発振回路。 ２、超音波振動子として電歪振動子を用い、該電歪振動
子をその反共振周波数で駆動するようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の超音波加工機用発振
回路。 ３、超音波振動子に加わる電圧を検出する手段と。 移相回路と、前記検出電圧と駆動電圧との位相差が９０
°となるように発振周波数を制御する位相ロックループ
用集積回路とを含む前記周波数自動追尾回路を備えたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波加工
機用発振回路。 ４、超音波振動子に加わる電圧を検出する手段と。 該検出電圧を整流平滑したうぇで基準電圧と比較しその
差に応じて位相を制御したパルスを発生する回路とを含
む前記定速度制御回路を備え。 前記パルスにより前記直流電源の整流回路におけるサイ
リスタの導通角す制御することにょシ。 超音波撮動子への入力電力を制御するようにしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波加工機用
発振回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17894481A JPS5881470A (ja) | 1981-11-10 | 1981-11-10 | 超音波加工機用発振回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17894481A JPS5881470A (ja) | 1981-11-10 | 1981-11-10 | 超音波加工機用発振回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5881470A true JPS5881470A (ja) | 1983-05-16 |
Family
ID=16057368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17894481A Pending JPS5881470A (ja) | 1981-11-10 | 1981-11-10 | 超音波加工機用発振回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5881470A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60192262A (ja) * | 1984-03-13 | 1985-09-30 | Sekisui Chem Co Ltd | 免疫凝集反応に用いるための担体 |
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| JPS61206581A (ja) * | 1985-03-08 | 1986-09-12 | Toshiba Corp | 超音波接合装置 |
| JPS6319580A (ja) * | 1986-07-12 | 1988-01-27 | Tokyo Keiki Co Ltd | 超音波送信回路の動作チエツク方式 |
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1981
- 1981-11-10 JP JP17894481A patent/JPS5881470A/ja active Pending
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