JPS63123476A

JPS63123476A - 超音波洗浄機

Info

Publication number: JPS63123476A
Application number: JP26771686A
Authority: JP
Inventors: 典久高橋; 高橋　清吾
Original assignee: Marine Instr Co Ltd
Current assignee: Marine Instr Co Ltd
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1988-05-27
Also published as: JPH0580361B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、制御回路を備えた超音波洗浄機に関するもの
である。

〔従来技術〕

従来、例えば超音波洗浄機などに用いる超音波発振器の
ように、と（に強力なエネルギーを供給する出力回路に
は、トランジスタを使用したいわゆるＢ級プッシュプル
回路が多く使われていたが、近年では性能の優れたスイ
ッチング用トランジスタが開発されるに至り、これを用
いたＢ級及び０級シングルエンド・プッシュプル回路（
以下Ｂ１Ｃ級５ＥＰＰ回路という）やこのトランジスタ
をスイッチ動作で使用しているＤ級プッシェブル回路（
以下り級ＰＰ回路という）の方が、従来のＢ級より効率
が良いので、Ｂ級に代わって主流の座を占めつつある。

ところでＢ、Ｃ級５ＥＰＰ回路及びＤ級ＰＰ回路は、定
電圧駆動回路であり、発振器出力Ｐ・はＢ、Ｃｍ５ＥＰ
Ｐ回路ではＲｔＤｍＰＰ回路では、８　Ｖ”ｔ πｇ　　ＲＬ但し式中ＲＬ：発振器の負荷インピーダンスＶｃｃ　：
電源電圧Ｖｔ　　ｌ出力電圧で表されることは周知の通りである。

（１１と（２）式において、電圧ＶＣＣとＶｔは一定で
あるから、出力回路Ｐ、は第６図に示す通り負荷インピ
ーダンスＲＬに反比例し、ＲＬの値が大きくなるに従っ
て出力Ｐ６は段々と小さくなる。

従ってこのような出力回路を用いると、振動子の共振点
に関係なくインピーダンスが最低又はアドミッタンスが
最大の点で出力が最大となってしまう、という問題点が
あった。

また、振動周波数についても次の如き問題点がある。

負荷の性質を電気的にみると、磁歪型はインピーダンス
し１電歪型は容量Ｃが大部分とみて差支えないから、そ
れぞれのし及びＣの成分を打消し、位相差をゼロとして
発振器側からみた総合インピーダンスが見掛上純抵抗に
なるようにするため、第７図に示すように回路を構成す
る。

すなわち第７図は磁歪型の場合を示し、２１は発振器、
２２は振動子、Ｃは振動子２２のインダクタンス成分を
打消すための共軛整合用コンデンサである。第８図は電
歪型の場合であり、２３は振動子、Ｌは振動子２３の容
量成分を打消すための共軛整合用インダクタンスである
。

かくして第７図の磁歪型における負荷側の自由インピー
ダンス２．は、Ｘ軸に周波数ｒをとると第９図に実線で
示すようになりＡＩ　とＡ！でインピーダンスＺｔが極
少となり、また第８図の電歪型の負荷側における自由ア
ドミッタンスＹｆは、第１０図の実線に示す通りＢ＋　
とＢ２で極大となる。

なお第９図及び第１Ｏ図において点線で示した曲線は、
それぞれの振動子だけについて求めたインピーダンスと
アドミッタンスの周波数特性であり、その値が極少又は
極大になる周波数の付近がいわゆる物理的な共振周波数
に相当する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ここで、ＤｉＳＥＰＰ回路（Ｄ級シングルエンド・ブッ
シェブル回路）　、ＤｍＰＰ回路を用いた場合、出力は
磁歪型ではインピーダンスが最小となる周波数に相当す
るＡ、又はＡＳにおいて、また電歪型で↓よアドミッタ
ンスが最大となる周波数に相当するＢ＋又はＢ□におい
て最大出力が得られることになるが、これらの周波数は
振動子固有の物理的な共振周波数と一致しないはずれた
値であるから、振動の面からみて共振周波数で駆動する
場合と較べて効率が悪く、したがって最適な駆動周波数
とはいい難い。

しかるに周波数調整機能のついている発振器で調整する
と、負荷のインピーダンスが最小になる周波数又はアド
ミッタンスが最大になる周波数に合わせてしまうし、周
波数自動追尾方式のものでも見掛は上の最大出力を得る
ように作動するから、最も望ましい振動効率が最大であ
る振動子の物理的な共振周波数で駆動することができな
いという問題点があった。

また、従来周波数自動追尾を行なうには、発振周波数を
希望の周波数となる様にする為バンドパスフィルターを
用いていた。このフィルターを使用すると最適周波数か
らずれた場合、位相がずれ最適な共振周波数にて作動し
なくなる、という問題点があった。

本発明は、従来のものの上記の問題点を解決し、振動子
の最適な共振周波数で駆動作用が行なわれる超音波洗浄
機を提供することを第１の目的とするものである。

さらに本発明は、周波数として共振周波数を自動的に追
尾して、その共振周波数により効率のよい洗浄を行なう
超音波洗浄機を提供することを第２の目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来のものの上記の問題を解決する手段とし
て、上記の第１の目的を達成するために、第１の発明と
して０１１１８８２２回路又はＤｍＰＰ回路を用イタ出力回
路と、該出力回路の負荷としての超音波振動子とを備え
た超音波洗浄機において、前記出力回路と前記振動子と
の間に配置され、前記出力回路からの出力電流を検出す
る電流検出回路と、該電流検出回路からの検出電流に基
づく信号を受け、該信号に応じて前記出力回路の電源電
圧を、該出力回路の出力電流が一定となるように制御す
る電源電圧制御回路とを備えたことを特徴とする超音波
洗浄機を提供せんとするものであり、さらに第２の目的を達成
するために、第２の発明として、第１の発明の構成にさ
らに、前記電流検出回路と前記振動子との間に配置され、該振
動子の振動速度に比例した信号を検出する振動検出回路
と、該振動検出回路より出力される電圧信号を受けて該
電圧信号の位相を変える移相回路と、該移相回路の出力
と、駆動電圧との位相差を９０°に保つよう発振周波数
を制御するフェーズロックループ用回路を含む周波数自
動追尾回路とを加えた超音波洗浄機を提供せんとするも
のである。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図において、ｌは移相回路、２はフェーズロックル
ープ回路（以下ＰＬＬ回路という）、３は電源電圧制御
回路、４はＤｗｋＳ　Ｅ　Ｐ　Ｐ回路又はＤｔｉｋＰＰ
回路などのプッシュプル回路を用いた出力回路、５は電
流検出回路、６は振動検出回路、７は超音波振動子であ
る。

この系において、出力回路４から出力された電流は電流
検出回路５により検出され、その検出信号が電圧として
電源電圧制御回路３に帰還され、出力回路４の電源電圧
を、出力回路４の出力電流が一定の値になるように制御
する。即ち出力回路４、電流検出回路５、電源電圧制御
回路３はループを形成して作動するようになっている。

また、振動検出回路６で検出された電圧は移相回路１を
通って位相を変え、ＰＬＬ回路２に帰還され、内蔵せる
周波数発振器の周波数が入力周波数に自動追尾し、振動
子７に最適の共振周波数を与えるようになっている。

第１図の各回路を具体化した一例を第２図に示す。

出力回路４につき説明すれば、第２図には５ＥＰＰ回路
としての一例が、バイアス回路が省略されて示されてい
る。５１は入カドランス、５２と５３はトランジスタ、
５４と５５は抵抗、５６はコンデンサ、５７は直流電源
の役目をする平滑回路、５８は出力用のトランスである
。

２個のトランジスタ５２と５３には、入カドランス５１
を通して各々逆位相の入力信号が加えられており、入力
信号の正負の半す・イクル毎に２個のトランジスタが一
方ずつ交互に動作する。

すなわちトランジスタ５２が動作してコレクタ電流■ｃ
ｌが流れているときは、電流電源としての平滑回路５７
からトランス５８を通してコンデンサ５６に充電され、
次にトランジスタ５３が動作しているときは、コンデン
サ５６に蓄えられた電荷が出カドランスを通して放電し
、コレクタ電流Ｉ０が流れる。か（して正負の半サイク
ルずつが合成されて入力波形が再現される。

電流検出回路５においては、６２は共軛整合用のコンデ
ンサであり、トランス５８を経て入力した電圧信号を伝
え、かつ、電流を検出してトランス６４を介して電圧信
号として電源電圧制御回路３に与えるようになっている
。

電源電圧制御回路３においては、４０はダイオード、４
１はサイリスク、４２はパルストランス、４３はユニジ
ャンクシラントランジスタ、４４及び４６．４９は抵抗
、４７は可変抵抗、４８．５０はトランジスタ、６１は
ツェナーダイオードである。

第３図は動作説明図であり、ゲートに信号が加えられな
いときはサイリスタ４１は遮断状態であって平滑回路５
７に電圧が供給されないが、電源電圧（第３図）（ａ）
参照）の半サイクル毎のある移相αでゲートに信号（第
３図伽）参照）を加えると、サイリスタ４１はその位相
で導通状態になり、平滑回路５７にはサイリスタ４１及
びダイオード４０を通して電源電圧（第３図（Ｃ）参照
）が供給される。

したがってサイリスタ４１のゲートに対して電圧を印加
するタイミングを変えると、出力の電源電圧を変えるよ
うに制御することができる。

トランス６４における入力電圧が成る所定の値より大き
くなると、ツェナーダイオード６１からトランジスタ５
０に電圧が加わり、トランジスタ５０の内部抵抗を下げ
、トランジスタ４８のベースに加わる電圧が下がり、ト
ランジスタ４８の内部抵抗が第５図に示す如く急激に増
大するものであり、ユニジャンクシラントランジスタ４
３のパルス幅を広くしてサイリスタ４１のゲートに対し
て電圧を印加するタイミングを変え、平滑回路５７への
出力電圧を低下せしめる。平滑回路５７により得られた
電圧は直流電源として出力回路４に印加される。

振動検出回路６においては、振動子７としての磁歪型振
動子６３の振動速度に比例した信号を検出するブリフジ
回路が、コンデンサ６８．６９、インダクタンス７０、
トランス７１により形成されている。

トランス７１によりとり出された電圧は移相回路１に入
力される。

移相回路ｌにおいては、可変抵抗６６とコンデンサ６７
が設けられ、可変抵抗６６の値を変えることで位相角を
変えることができる。

ＰＬＬ回路２においては、フェーズロックループ用ＩＣ
を用いて位相比較器（ＰＣ）７５、ローパスフィルタ（
ＬＰＦ）７６、電圧制御発振器（ＶＣＯ）７７による閉
ループが構成され、被比較入力電圧の周波数ｆ、に対し
電源電圧発振器７７の発振周波数ｆｖ（フリーラン周波
数ｆ、と異なる）が追従し一致し、かつ両者の位相のず
れは９０°になった状態で安定するようになっている。

この実施例は以上の如く構成されているので、負荷イン
ピーダンスが低くなったときには、出力回路４の出力電
流が増大するのを電流検出回路５で検出し、これを電源
電圧制御回路３に帰還して出力回路４の電源電圧を低下
せしめて出力回路４の出力電流の増大を抑制し、逆に負
荷インビーダ゛　ンスが高（なればそれに応じて電源電
圧を高くして出力回路４の出力電流の低下を抑制し、イ
ンピーダンスが最大のときに最大出力を得さしめるよう
にする。

かくしてＰＰ回路の出力に見られるインピーダンスに反
比例する性質が抑制されるから、検出回路と電源電圧制
御回路の作動条件を然るべく設定し、第４図に示すよう
にあるインピーダンスで出力が最大になる負荷特性をつ
くり、ここで最大出力時のインピーダンスの値を超音波
振動子の共振時における動インピーダンスＲ１以上にな
るようにすれば、超音波振動子の共振周波数で最大出力
となって、共振周波数、において駆動することができる
。

また、この実施例においては次の如き周波数自動追尾の
作用がある。

即ち、振動検出回路６で検出された振動子の振動速度に
比例した信号は移相回路１の移相器に入り、ここで振動
子駆動電圧に対して移相を９０゜ずらして、ＰＬＬ回路
２のフェーズロックループ用ＩＣに入る。この　ＰＬＬ
回路２には位相比較器７５、電圧制御発振器７７を備え
発振周波数を自動的に入力信号ｆ、と基準信号ｆ、の位
相差を９０°となるよう働く特性を有している。

移相回路１からの信号ｆ！はＰＬＬ回路２の内部位相比
較器７５で駆動電圧の位相と比較し、位相差に対応した
制御電圧が発生され、内部の電圧制御発振器７７の発振
周波数ｆ、が制御される。

この周波数自動追尾回路により振動子電流と電圧が常に
同位相点となり、最適共振点にて駆動することができる
。

〔発明の効果〕

第１の発明により、０級５ＥＰＰ、Ｄ級ＰＰ回路を用い
ながら、負荷インピーダンスが変化しても出力回路の出
力を一定に保ち、安定した運動を行なうことができる超
音波洗浄機を提供することができ、さらに、第２の発明
により、超音波振動子に対し最適の共振周波数において
超音波発振を行なうことができ効率の大なる超音波洗浄
機を提供することができ、実用上極めて大なる効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のフロー図、第２図はその回路
図の一例、第３図は電源電圧制御装置の一部の作動説明
図、第４図は負荷特性の一例、第５図は電源電圧制御装
置の一部の作動特性図、第６図は従来の一般の発振器の
負荷特性図、第７図はけ歪型振動子の整合回路、第８図
は電歪型振動子の整合回路、第９図は磁歪型の自由イン
ピーダンスの周波数特性、第１０図は電歪型の自由アド
ミッタンスの周波数特性である。１・・・移相回路、２・・・フェーズロックループ回路
（ＰＬＬ）　、３・・・電源電圧制御回路、４・・・出
力回路、５・・・電流検出回路、６・・・振動検出回路
、７・・・振動子、２１・・・発振器、２２・・・振動
子、２３・・・振動子、４０・・・ダイオード、４１・
・・サイリスク、４２・・・パルストランス、４３・・
・ユニジャンクショントランジスタ、４４・・・抵抗、
４６・・・抵抗、４７・・・可変抵抗、４８・・・トラ
ンジスタ、４９・・・抵抗、５０・・・トランジスタ、
５１・・・入カドランス、５２・・・トランジスタ、５
３・・・トランジスタ、５４・・・抵抗、５５・・・抵
抗、５６・・・コンデンサ、５７・・・平滑回路、５８
・・・トランス、６１・・・ツェナーダイオード、６２
・・・コンデンサ、６３・・・磁歪型振動子、６４・・
・トランス、６５・・・抵抗回路、６６・・・可変抵抗
、６７・・・コンデンサ、６日・・・コンデンサ、６９
・・・コンデンサ、７０・・・インダクタンス、７１・
・・トランス、７５・・・位相比較器、７６・・・ロー
パスフィルタ、７７・・・電圧制御発振器。特許出願人　　海上を機株式会社代理人　弁理士　　薬　師　　　稔代理人　弁理士　　依　１）幸次部代理人　弁理士　　高　木　正　行〉ｍ−

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｄ級シングルエンド・プッシュプル回路又はＤ級プ
ッシュプル回路を用いた出力回路と、該出力回路の負荷
としての超音波振動子とを備えた超音波洗浄機において
、前記出力回路と前記振動子との間に配置され、前記出力
回路からの出力電流を検出する電流検出回路と、該電流検出回路からの検出電流に基づく信号を受け、該
信号に応じて前記出力回路の電源電圧を、該出力回路の
出力電流が一定となるように制御する電源電圧制御回路
とを備えたことを特徴とする超音波洗浄機。２、Ｄ級シングルエンド・プッシュプル回路又はＤ級プ
ッシュプル回路を用いた出力回路と、該出力回路の負荷
としての超音波振動子とを備えた超音波洗浄機において
、前記出力回路と前記振動子との間に配置され、前記出力
回路からの出力電流を検出する電流検出回路と、該電流検出回路からの検出電流に基づく信号を受け、該
信号に応じて前記出力回路の電源電圧を、該出力回路の
出力電流が一定となるように制御する電源電圧制御回路
と、前記電流検出回路と前記振動子との間に配置され、該振
動子の振動速度に比例した信号を検出する振動検出回路
と、該振動検出回路より出力される電圧信号を受けて該電圧
信号の位相を変える移相回路と、該移相回路の出力と、
駆動電圧との位相差を９０°に保つよう発振周波数を制
御するフェーズロックループ用回路を含む周波数自動追
尾回路とを備えたことを特徴とする超音波洗浄機。