KR100575508B1

KR100575508B1 - Ultrasonic oscillator drive apparatus

Info

Publication number: KR100575508B1
Application number: KR1020047005636A
Authority: KR
Inventors: 히로아끼 나가따
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2006-05-03
Also published as: JP2003117485A; CN1571705A; TW550121B; KR20050036869A; WO2003033174A1

Abstract

본 발명에 따른 초음파 진동자 구동 장치는, 시상수 회로로 이루어지는 위상 지연 회로와, 초음파 진동자의 통전 전류를 검지하는 마이크로 컴퓨터와, 그 마이크로 컴퓨터의 명령으로 위상 지연 회로의 시상수를 변화시키는 위상 조정 회로를 갖고 이루어지며, 초음파 진동자의 통전 전류가 극소로 되도록 위상 조정 회로를 제어하는 구성이다. 본 구성에 의해, 수동으로 위상 조정을 행하지 않고, 항상 초음파 진동자를 최적 구동하는 것이 가능하게 된다. The ultrasonic vibrator drive device according to the present invention has a phase delay circuit composed of a time constant circuit, a microcomputer for detecting the energizing current of the ultrasonic vibrator, and a phase adjusting circuit for changing the time constant of the phase delay circuit at the command of the microcomputer. It is made to control the phase adjustment circuit so that the conduction current of the ultrasonic vibrator is minimized. This configuration makes it possible to optimally drive the ultrasonic vibrator at all times without manually performing phase adjustment.

초음파 진동자, 구동 위상, 통전 전류, 위상 조정 회로, 시상수, 위상 지연 회로Ultrasonic oscillator, drive phase, conduction current, phase adjustment circuit, time constant, phase delay circuit

Description

Ultrasonic Oscillator Drive Device {ULTRASONIC OSCILLATOR DRIVE APPARATUS}

본 발명은, 초음파 진동자의 구동 위상을 고정하는 위상 고정 회로를 갖고 이루어지는 초음파 진동자 구동 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an ultrasonic vibrator drive device having a phase fixing circuit for fixing the driving phase of an ultrasonic vibrator.

종래의 초음파 진동자 구동 장치는, 일본 특개소63-123476호 공보 등에서 개시된 바와 같이, 위상 고정 회로(PLL[Phase-Locked-Loop] 회로)를 갖고 이루어지는 것이 일반적이다. 이러한 종래의 초음파 진동자 구동 장치에서는, 초음파 진동자의 구동 주파수가 공진 주파수와 반공진 주파수 사이로 되도록 구동 위상을 고정하는 방식으로, 초음파 진동자의 구동 제어가 행해진다. The conventional ultrasonic vibrator drive device generally includes a phase locked circuit (PLL (Phase-Locked-Loop) circuit), as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-123476. In such a conventional ultrasonic vibrator drive device, the drive control of the ultrasonic vibrator is performed in such a manner that the driving phase is fixed so that the driving frequency of the ultrasonic vibrator is between the resonance frequency and the anti-resonant frequency.

그러나, 상기 구성으로 이루어지는 종래의 초음파 진동자 구동 장치에서는, 초음파 진동자의 구동 위상을 초기 조정 시에 고정하였기 때문에, 회로 부품의 온도 변화나 경년 변화에 의해 회로 상수가 변화되면 구동 위상이 어긋나게 되어, 초음파 진동자의 구동 주파수가 적절한 범위에 들어가지 않게 된다고 하는 과제가 있었다. 또한, 위상 조정을 수동으로 행할 수 있는 초음파 진동자 구동 장치도 제안되어 있지만, 사용 중인 초음파 진동자의 온도 상승에 의해 공진 주파수 등이 변화되어 구동 위상이 어긋나게 되는 경우도 있기 때문에, 빈번하게 위상 조정을 다시 행할 필요가 있었다. 특히, Q가 높은 초음파 진동자 조립품에서는, 공진 주파수와 반공진 주파수의 차가 작아, 약간의 구동 위상 어긋남에도 구동 위상이 크게 변화되기 때문에, 성능에의 영향이 컸다. However, in the conventional ultrasonic vibrator drive device having the above-described configuration, since the driving phase of the ultrasonic vibrator is fixed at the time of initial adjustment, the driving phase is shifted when the circuit constant is changed by the temperature change or the aging change of the circuit component. There has been a problem that the drive frequency of the vibrator does not fall within an appropriate range. In addition, although an ultrasonic vibrator driving device capable of manually performing phase adjustment has been proposed, the resonant frequency or the like may change due to a rise in the temperature of the ultrasonic vibrator in use, and thus the driving phase may be shifted. I needed to do it. In particular, in the ultrasonic vibrator assembly having a high Q, the difference between the resonance frequency and the anti-resonance frequency is small, and the driving phase is greatly changed even with slight driving phase shift, and thus the effect on the performance is large.

<발명의 개시><Start of invention>

본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 사용자에 의한 위상 조정을 필요로 하지 않고, 항상 초음파 진동자를 최적 구동하는 것이 가능한 초음파 진동자 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic vibrator drive device capable of always optimally driving an ultrasonic vibrator without requiring phase adjustment by a user.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 초음파 진동자 구동 장치는, 초음파 진동자의 구동 위상을 고정하는 위상 고정 회로를 갖고 이루어지는 초음파 진동자 구동 장치로서, 상기 초음파 진동자의 통전 전류 또는 동등한 거동을 나타내는 통전 전류 대체 신호에 기초하여, 상기 위상 고정 회로로 고정되는 상기 초음파 진동자의 구동 위상을 자동 조정하는 구성으로 하고 있다. In order to achieve the above object, the ultrasonic vibrator drive device according to the present invention is an ultrasonic vibrator drive device having a phase fixing circuit for fixing the driving phase of the ultrasonic vibrator, the current carrying current of the ultrasonic vibrator or the current carrying the equivalent behavior Based on the replacement signal, the driving phase of the ultrasonic vibrator fixed by the phase lock circuit is automatically adjusted.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 진동자 구동 장치의 일 실시예를 도시하는 블록도. 1 is a block diagram showing an embodiment of an ultrasonic vibrator drive device according to the present invention.

도 2는 위상 지연 회로(1)의 일 실시예를 도시하는 회로도(a)와 각 부 A∼C점에서의 전압 파형도(b). 2 is a circuit diagram (a) showing an embodiment of the phase delay circuit 1 and a voltage waveform diagram (b) at each of the parts A to C. FIG.

도 3은 초음파 진동자(10) 및 쵸크 코일(9)의 임피던스 특성을 설명하는 도면. 3 is a diagram illustrating impedance characteristics of the ultrasonic vibrator 10 and the choke coil 9.

도 4는 위상 지연 회로(1)와 제2 위상 조정 회로(15)의 일 실시예를 도시하는 회로도. 4 is a circuit diagram showing one embodiment of the phase delay circuit 1 and the second phase adjustment circuit 15. FIG.

도 5는 마이크로 컴퓨터(12)에 의한 구동 위상의 자동 조정 동작을 설명하는 흐름도. 5 is a flowchart for explaining the automatic adjustment operation of the drive phase by the microcomputer 12;

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태><Best mode for carrying out the invention>

도 1은 본 발명에 따른 초음파 진동자 구동 장치의 일 실시예를 도시하는 블록도이다. 본 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 초음파 진동자 구동 장치는, 입력된 펄스 신호에 소정의 위상 지연을 부여하는 위상 지연 회로(1)와, 위상 지연 회로(1)로부터 출력된 펄스 신호를 논리 반전시키는 반전 신호 생성 회로(2)와, 상호 논리가 반전된 펄스 신호를 출력하는 제1, 제2 드라이버(3, 4)와, 직류 전압으로부터 교류 전압을 생성하는 인버터 회로(5)와, 특정한 주파수 성분만을 통과시키는 대역 통과 조정 필터(6)와, 대역 통과 조정 필터(6)의 출력 신호에 기초하여 위상 조정을 행하는 제1 위상 조정 회로(7)와, 제1 위상 조정 회로(7)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 펄스 신호로 변환하는 제로 크로스 펄스 변환 회로(8)와, 쵸크 코일(9)과, 초음파 진동자(10)와, 초음파 진동자(10)의 통전 전류를 전압 신호로서 검출하는 전류 트랜스포머(11)와, 전류 트랜스포머(11)에 의해 얻어진 전압 신호에 기초하여 구동 위상의 자동 조정을 제어하는 마이크로 컴퓨터(12)와, 비통전 시에도 기억 내용을 유지하는 불휘발성 메모리(13)와, 발광 다이오드나 버저 등으로 이루어지는 통지부(14)와, 마이크로 컴퓨터(12)로부터의 지시에 따라 위상 지연 회로(1)의 위상 조정을 행하는 제2 위상 조정 회로(15)를 갖는다. 또한, 초음파 진동자(10)의 통전 전류를 검출하는 수단으로서는, 전류 트랜스포머(11) 대신에 홀 소자나 그 밖의 전류 검출기를 이용해도 상관없다. 1 is a block diagram showing an embodiment of an ultrasonic vibrator drive device according to the present invention. As shown in the figure, the ultrasonic oscillator driving apparatus of the present embodiment is configured to logic a phase delay circuit 1 for providing a predetermined phase delay to an input pulse signal and a pulse signal output from the phase delay circuit 1. An inversion signal generation circuit 2 for inverting, first and second drivers 3 and 4 for outputting a pulse signal in which mutual logic is inverted, an inverter circuit 5 for generating an alternating voltage from a direct current voltage, and a specific From the band pass adjustment filter 6 which passes only a frequency component, the 1st phase adjustment circuit 7 which performs phase adjustment based on the output signal of the band pass adjustment filter 6, and the 1st phase adjustment circuit 7. A zero cross pulse converting circuit 8 for converting an output analog signal into a digital pulse signal, a choke coil 9, an ultrasonic vibrator 10, and a current for detecting the energized currents of the ultrasonic vibrator 10 as voltage signals. Transformer (11) and The microcomputer 12 for controlling the automatic adjustment of the drive phase based on the voltage signal obtained by the current transformer 11, the nonvolatile memory 13 for retaining the stored contents even when not energized, the light emitting diode or the buzzer. And a second phase adjusting circuit 15 for adjusting the phase of the phase delay circuit 1 in accordance with an instruction from the microcomputer 12. In addition, as a means for detecting the energizing current of the ultrasonic vibrator 10, a Hall element or other current detector may be used instead of the current transformer 11.

인버터 회로(5)는, FET(51, 52)와, 2중 절연 트랜스포머(53)와, 저항(54)을 갖는다. FET(51, 52)의 각 게이트는, 제1, 제2 드라이버(3, 4)의 출력 단자에 접속되어 있다. FET(51, 52)의 양 소스는, 저항(54)을 통해 접지되는 한편, 마이크로 컴퓨터(12)의 1차측 전류 검출 단자에도 접속되어 있다. The inverter circuit 5 has FETs 51 and 52, a double insulated transformer 53, and a resistor 54. Each gate of the FETs 51 and 52 is connected to the output terminals of the first and second drivers 3 and 4. Both sources of the FETs 51 and 52 are grounded via a resistor 54 and are also connected to the primary side current detection terminal of the microcomputer 12.

2중 절연 트랜스포머(53)는, 코일(53a, 53b, 53c)과, 각 코일을 자기적으로 결합하는 코어(53d)를 갖는다. 코일(53a)의 일단은 FET(51)의 드레인에 접속되어 있고, 타단은 FET(52)의 드레인에 접속되어 있다. 또한, 코일(53a)의 센터탭은 부하 전원에 접속되어 있다. 코일(53b)의 양단 사이에는, 쵸크 코일(9)과 초음파 진동자(10)로 이루어지는 직렬 회로가 접속되어 있다. 코일(53c)의 양단은 대역 통과 조정 필터(6)의 입력 단자에 접속되어 있다. 2중 절연 트랜스포머(5)를 이용한 것은 1차측과 2차측의 절연을 강화하기 위해서이며, 절연 강화의 필요가 없는 경우에는 통상의 절연 트랜스포머를 이용해도 된다. The double insulation transformer 53 has coils 53a, 53b, and 53c and a core 53d for magnetically coupling the coils. One end of the coil 53a is connected to the drain of the FET 51 and the other end is connected to the drain of the FET 52. The center tap of the coil 53a is connected to a load power supply. Between both ends of the coil 53b, the series circuit which consists of the choke coil 9 and the ultrasonic vibrator 10 is connected. Both ends of the coil 53c are connected to the input terminal of the band pass adjustment filter 6. The double insulation transformer 5 is used to reinforce the insulation on the primary side and the secondary side, and a normal insulation transformer may be used when there is no need for insulation reinforcement.

또한, 본 실시예의 초음파 진동자 구동 장치에서는, 초음파 진동자(10)나 제어계 회로에의 전력을 모두 외부 공급으로 하고 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12)에의 시동 지시나 정지 지시 등은, 외부와의 통신에 의해 행해진다. 단, 사용자가 마이크로 컴퓨터(12)에 접속된 키 스위치(도시 생략) 등에 의해 직접 조작하는 것도 가능하다. In addition, in the ultrasonic vibrator drive device of the present embodiment, all of the power to the ultrasonic vibrator 10 and the control system circuit is externally supplied. In addition, a start instruction, a stop instruction, and the like to the microcomputer 12 are performed by communication with the outside. However, it is also possible for the user to directly operate by a key switch (not shown) or the like connected to the microcomputer 12.

계속해서, 상기 구성으로 이루어지는 초음파 진동자 구동 장치의 동작에 대하여 설명한다. 도 2는 위상 지연 회로(1)의 일 실시예를 도시하는 회로도(a)와 각 부 A∼C점에서의 전압 파형도(b)이다. 본 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시예 의 위상 지연 회로(1)는, 논리 회로 IC1, IC2와, 컨덴서 C1과, 저항 R1을 갖는 고정 지연 회로이다. 단, 위상 지연 회로(1)의 구성은 이에 한정되는 것이 아니라, 다른 방식을 이용해도 된다. Next, operation | movement of the ultrasonic vibrator drive device which consists of the said structure is demonstrated. FIG. 2 is a circuit diagram (a) showing one embodiment of the phase delay circuit 1 and a voltage waveform diagram (b) at points A to C. FIG. As shown in this figure, the phase delay circuit 1 of this embodiment is a fixed delay circuit having logic circuits IC1, IC2, capacitor C1, and resistor R1. However, the structure of the phase delay circuit 1 is not limited to this, You may use another system.

본 실시예의 초음파 진동자 구동 장치가 운전되고 있을 때, 위상 지연 회로(1)의 A점에는, 제로 크로스 펄스 변환 회로(8)로부터 주기 T의 펄스 신호가 입력된다. A점 전위(즉 논리 회로 IC1에의 입력)가 Low로부터 High로 되면, 논리 회로 IC1의 출력은 High로부터 Low로 변화되고, 컨덴서 C1의 충전 전압은 저항 R1을 경유하여 논리 회로 IC1의 출력으로 방전된다. 따라서, B점 전위는 소정의 시상수로 High로부터 Low로 변화되어 간다. 이 때, B점 전위가 논리 회로 IC2의 임계 레벨을 하회하면, 논리 회로 IC2의 입력은 High로부터 Low로 되어, 논리 회로 IC2의 출력은 Low로부터 High로 반전된다. When the ultrasonic vibrator drive device of the present embodiment is operating, the pulse signal of the period T is input from the zero cross pulse conversion circuit 8 to the point A of the phase delay circuit 1. When the point A potential (that is, the input to logic circuit IC1) goes from low to high, the output of logic circuit IC1 changes from high to low, and the charging voltage of capacitor C1 is discharged to the output of logic circuit IC1 via resistor R1. . Therefore, the B point potential is changed from High to Low at a predetermined time constant. At this time, when the point B potential falls below the threshold level of the logic circuit IC2, the input of the logic circuit IC2 goes from high to low, and the output of the logic circuit IC2 is inverted from low to high.

즉, 위상 지연 회로(1)에서는, 컨덴서 C1과 저항 R1의 시상수에 의해, A점 전위에 대한 C점 전위의 논리 반전이 시간 t1만큼 지연된다. 그 결과, 초음파 진동자(10)의 구동 위상에는 시간 t1에 상당하는 위상차가 발생한다. 또한, 논리 회로 IC1의 입력이 High로부터 Low로 변화되는 경우에도, 상기와 마찬가지로, A점 전위에 대한 C점 전위의 논리 반전이 시간 t1만큼 지연되어 위상차가 발생한다. That is, in the phase delay circuit 1, the logic inversion of the point C potential with respect to the point A potential is delayed by time t1 by the time constants of the capacitor C1 and the resistor R1. As a result, a phase difference corresponding to time t1 occurs in the drive phase of the ultrasonic vibrator 10. In addition, even when the input of the logic circuit IC1 changes from High to Low, similarly to the above, the logic inversion of the C point potential with respect to the A point potential is delayed by time t1, and a phase difference arises.

반전 신호 생성 회로(2)는, 위상 지연 회로(1)로부터 출력된 펄스 신호를 논리 반전시켜 제2 드라이버(4)에 공급한다. 이에 의해, 제1, 제2 드라이버(3, 4)는, 각각 논리 반전된 신호를 출력하게 되기 때문에, 인버터 회로(5)를 구성하는 FET(51), FET(52)는 교대로 온하게 된다. 따라서, 부하 전원으로부터의 전류는, 코일(53a)의 센터탭을 경유하여 FET(51)와 FET(52)에 교대로 흐르기 때문에, 코일(53a)에 흐르는 전류 방향이 반복하여 반전되어, 2차측의 코일(53b)에 교류 전압이 유기된다. 코일(53b)에서 얻어진 2차측 전류는, 쵸크 코일(9)을 통해 초음파 진동자(10)에 공급된다. The inversion signal generation circuit 2 logically inverts the pulse signal output from the phase delay circuit 1 and supplies it to the second driver 4. As a result, since the first and second drivers 3 and 4 respectively output logic inverted signals, the FETs 51 and FET 52 constituting the inverter circuit 5 are alternately turned on. . Therefore, the current from the load power source alternately flows to the FET 51 and the FET 52 via the center tap of the coil 53a, so that the current direction flowing to the coil 53a is repeatedly inverted and the secondary side The alternating voltage is induced in the coil 53b. The secondary side current obtained by the coil 53b is supplied to the ultrasonic vibrator 10 via the choke coil 9.

이 때, 2중 절연 트랜스포머(53)의 코일(53c)에는, 초음파 진동자(10)의 구동 위상 전류 파형을 나타내는 전압 신호가 발생하고, 그 전압 신호가 대역 통과 조정 필터(6)로 송출된다. 단, 코일(53b, 53c)은 권취 방향이 서로 다르기 때문에, 코일(53c)에 발생한 전압 위상은, 2차측 전류와 위상이 180° 어긋난 역 위상으로 된다. At this time, a voltage signal representing the drive phase current waveform of the ultrasonic vibrator 10 is generated in the coil 53c of the double insulated transformer 53, and the voltage signal is sent to the band pass adjustment filter 6. However, since coils 53b and 53c have different winding directions, the voltage phase which generate | occur | produced in coil 53c becomes an inverted phase which shifted phase with the secondary side current 180 degrees.

대역 통과 조정 필터(6)는, 상술한 바와 같이, 특정 주파수 성분만을 통과시키는 것이다. 또한, 본 실시예의 대역 통과 조정 필터(6)는, 코일과 컨덴서의 병렬 회로(도시 생략)로 이루어지며, 코일의 인덕턴스값이나 컨덴서의 정전 용량을 조절함으로써, 초음파 진동자(10)의 공진 주파수나 반공진 주파수 사이를 포함하는 원하는 주파수로, 대역 통과 조정 필터(6)의 임피던스가 가장 낮아지도록 조정되어 있다. 따라서, 코일(53c)로부터 입력된 전압 신호에 포함되는 주파수 성분 중, 초음파 진동자(10)의 공진 주파수나 반공진 주파수 이외의 주파수 성분은, 대역 통과 조정 필터(6)에 의해 감쇠된다. 단, 대역 통과 조정 필터(6)의 내부 구성은, 코일과 컨덴서의 병렬 회로에 한정되는 것이 아니라, 다른 방식을 이용해도 된다. The band pass adjustment filter 6 passes only a specific frequency component as described above. In addition, the band pass adjustment filter 6 of this embodiment consists of a parallel circuit (not shown) of a coil and a capacitor, and adjusts the inductance value of a coil and the capacitance of a capacitor, and the resonance frequency of the ultrasonic vibrator 10 The desired frequency including between the anti-resonant frequencies is adjusted so that the impedance of the band pass adjustment filter 6 is the lowest. Therefore, among the frequency components included in the voltage signal input from the coil 53c, frequency components other than the resonant frequency and anti-resonant frequency of the ultrasonic vibrator 10 are attenuated by the band pass adjustment filter 6. However, the internal structure of the band pass adjustment filter 6 is not limited to the parallel circuit of a coil and a capacitor, You may use another system.

대역 통과 조정 필터(6)의 출력 신호는, 제1 위상 조정 회로(7)에 입력된다. 제1 위상 조정 회로(7)는, 고정 위상차를 만드는 위상 지연 회로(1)와 함께, 전체 루프의 위상차를 180°로 유지하도록 위상차를 조정한다. The output signal of the band pass adjustment filter 6 is input to the first phase adjustment circuit 7. The first phase adjustment circuit 7 adjusts the phase difference so as to maintain the phase difference of the entire loop at 180 ° along with the phase delay circuit 1 which produces the fixed phase difference.

또한, 상기의 대역 통과 조정 필터(6)나 제1 위상 조정 회로(7)는, 일반적으로 초음파 진동자 구동 장치의 생산 시에 초기 조정되며, 이후에는 고정 값으로 사용되는 경우가 많지만, 위상 조정을 수동으로 행할 수 있는 초음파 진동자 구동 장치에서는, 제1 위상 조정 회로(7)의 조정을 행하는 경우가 많다. In addition, the band pass adjustment filter 6 and the first phase adjustment circuit 7 described above are generally initially adjusted at the time of production of the ultrasonic vibrator drive device, and are often used as fixed values thereafter. In the ultrasonic vibrator drive device which can be performed manually, the first phase adjustment circuit 7 is often adjusted.

제로 크로스 펄스 변환 회로(8)는, 제1 위상 조정 회로(7)로부터 출력되는 정현파 형상 아날로그 신호를, 그 제로 크로스 전위를 기준으로 하여, 50% 듀티로 High/Low가 반전되는 디지털 펄스 신호로 변환하는 회로로서, 이후의 신호 처리를 간이화하는 목적을 갖는다. 또한, 펄스화된 디지털 신호로 구동 위상의 자동 조정 처리를 행할 수 있기 때문에, 신호 전압 변동의 영향을 받기 어려운 정밀도가 높은 자동 조정을 실현할 수 있다. 또한, 제로 크로스 펄스 변환 회로(8)에서 생성된 디지털 펄스 신호는, 상술한 바와 같이, 위상 지연 회로(1)로 송출된다. The zero cross pulse conversion circuit 8 converts the sinusoidal waveform analog signal output from the first phase adjustment circuit 7 into a digital pulse signal in which High / Low is inverted at 50% duty based on the zero cross potential. As a circuit to convert, it has the purpose of simplifying subsequent signal processing. In addition, since the automatic adjustment process of the drive phase can be performed with the pulsed digital signal, it is possible to realize highly accurate automatic adjustment that is hardly affected by signal voltage variations. The digital pulse signal generated by the zero cross pulse conversion circuit 8 is sent to the phase delay circuit 1 as described above.

이상에서 설명한 바와 같이, 위상 지연 회로(1)와, 반전 신호 생성 회로(2)와, 제1, 제2 드라이버(3, 4)와, 인버터 회로(5)와, 대역 통과 조정 필터(6)와, 제1 위상 조정 회로(7)와, 제로 크로스 펄스 변환 회로(8)에 의해, 초음파 진동자(10)의 구동 위상을 고정하는 PLL 폐회로가 형성되어 있다. 또한, 본 실시예의 초음파 진동자 구동 장치 내에서, 초음파 진동자(10)의 구동 위상 변동에 대한 영향이 큰 소자로서는, 위상 지연 회로(1) 내의 컨덴서, 대역 통과 조정 필터(6) 내의 코일 또는 컨덴서, 및 제1 위상 조정 회로(7) 내의 컨덴서를 들 수 있다. As described above, the phase delay circuit 1, the inverted signal generation circuit 2, the first and second drivers 3 and 4, the inverter circuit 5, and the band pass adjustment filter 6 The PLL closed circuit for fixing the driving phase of the ultrasonic vibrator 10 is formed by the first phase adjustment circuit 7 and the zero cross pulse conversion circuit 8. Moreover, in the ultrasonic vibrator drive device of the present embodiment, as an element having a large influence on the drive phase variation of the ultrasonic vibrator 10, a capacitor in the phase delay circuit 1, a coil or capacitor in the band pass adjustment filter 6, And a capacitor in the first phase adjustment circuit 7.

다음으로, 초음파 진동자(10) 및 쵸크 코일(9)의 임피던스 특성에 대하여 설명을 행한다. 도 3은 초음파 진동자(10) 및 쵸크 코일(9)의 임피던스 특성을 설명하는 도면으로서, (a)는 초음파 진동자(10) 단독의 임피던스 특성, (b)는 초음파 진동자(10)와 쵸크 코일(9)로 이루어지는 직렬 회로의 위상각 특성, (c)는 초음파 진동자(10)와 쵸크 코일(9)로 이루어지는 직렬 회로의 임피던스 특성을 각각 나타내고 있다. 또한, (a)∼(c)의 횡축은 모두 주파수를 나타내고 있으며, 지면 우측이 고주파수측이다. Next, the impedance characteristics of the ultrasonic vibrator 10 and the choke coil 9 will be described. 3 is a view for explaining the impedance characteristics of the ultrasonic vibrator 10 and the choke coil 9, (a) the impedance characteristics of the ultrasonic vibrator 10 alone, (b) the ultrasonic vibrator 10 and the choke coil ( The phase angle characteristic of the series circuit which consists of 9), (c) has shown the impedance characteristic of the series circuit which consists of the ultrasonic vibrator 10 and the choke coil 9, respectively. In addition, all the horizontal axes of (a)-(c) have shown the frequency, and the right side of the paper is a high frequency side.

초음파 진동자(10)의 구동 주파수로서는, 도면에서 (a)에 도시한 바와 같이, 공진점과 반공진점 사이가 바람직하다. 한편, 초음파 진동자(10)와 쵸크 코일(9)로 이루어지는 직렬 회로 임피던스의 극대점(도면에서 (c) 참조)은, 위상각이 0°로 되는 점(도면에서 (b) 참조)에 상당하고, 초음파 진동자(10)와 쵸크 코일(9)로 이루어지는 직렬 회로에 흐르는 전류의 극소점으로 된다. 이 때, 전류 트랜스포머(11)의 2차측 코일에 유기되는 전압 신호도 극소값으로 되기 때문에, 그 전압 신호의 극소값을 찾아내면, 항상 최적 상태로 초음파 진동자(10)를 구동하기 위한 기준점(기준 주파수)을 결정할 수 있다. As a driving frequency of the ultrasonic vibrator 10, as shown to (a) in the figure, between resonance point and anti-resonance point is preferable. On the other hand, the maximum point (see (c) in the drawing) of the series circuit impedance composed of the ultrasonic vibrator 10 and the choke coil 9 corresponds to the point where the phase angle becomes 0 ° (see (b) in the drawing), It becomes the minimum point of the electric current which flows through the series circuit which consists of the ultrasonic vibrator 10 and the choke coil 9. As shown in FIG. At this time, the voltage signal induced by the secondary coil of the current transformer 11 also becomes a minimum value. Therefore, when the minimum value of the voltage signal is found, a reference point (reference frequency) for driving the ultrasonic vibrator 10 in an optimal state is always maintained. Can be determined.

이와 같이, 초음파 진동자(10)의 통전 전류가 최소로 되는 주파수는, 초음파 진동자(10)와 쵸크 코일(9)로 이루어지는 직렬 회로의 위상각이 0°로 되는 주파수로서 해당 직렬 회로의 임피던스가 가장 높아지기 때문에, 구동 위상의 기준 포인트로서 최적으로, 정확한 자동 보정을 실현할 수 있다. As described above, the frequency at which the energizing current of the ultrasonic vibrator 10 is minimized is the frequency at which the phase angle of the series circuit composed of the ultrasonic vibrator 10 and the choke coil 9 becomes 0 ° and the impedance of the series circuit is the most. Since it becomes high, accurate automatic correction can be implement | achieved optimally as a reference point of a drive phase.

계속해서, 상기에서 설명한 위상 조정을 행하는 구성에 대한 상세한 설명을 행한다. 도 4는 위상 지연 회로(1)와 제2 위상 조정 회로(15)의 일 실시예를 도시하는 회로도이다. 본 실시예의 제2 위상 조정 회로(15)는, 위상 지연 회로(1)를 구성하는 저항 R1에 병렬로, 스위치 SWa, SWb, SWc와 조정용 저항 Ra, Rb, Rc로 이루어지는 3조의 직렬 회로를 접속하여 이루어진다. 이러한 구성으로 함으로써, 스위치 SWa∼SWc의 온/오프 제어를 행함으로써, 조정용 저항 Ra∼Rc를 8가지의 조합으로 위상 지연 회로(1)에 내장할 수 있다. Subsequently, a detailed description will be given of the configuration for performing the phase adjustment described above. 4 is a circuit diagram showing one embodiment of the phase delay circuit 1 and the second phase adjustment circuit 15. The second phase adjustment circuit 15 of the present embodiment connects three sets of series circuits composed of switches SWa, SWb, SWc and adjustment resistors Ra, Rb, and Rc in parallel to the resistor R1 constituting the phase delay circuit 1. It is done by With such a configuration, the on / off control of the switches SWa to SWc can be performed to incorporate the adjustment resistors Ra to Rc into the phase delay circuit 1 in eight combinations.

상술한 바와 같이, 위상 지연 회로(1)의 시상수는 회로를 구성하는 용량값과 저항값에 의해 결정되며, 초음파 진동자(10)의 구동 위상에는 그 시상수에 따른 위상차 t1이 발생한다. 따라서, 제2 위상 조정 회로(15)의 스위치 SWa∼SWc를 마이크로 컴퓨터(12)로 온/오프 제어하면, 위상 지연 회로(1)의 시상수를 결정하는 저항값을 변화시킬 수 있으므로, 결과적으로, 초음파 진동자(10)의 구동 위상에 발생하는 위상차 t1을 조정하는 것이 가능해진다. As described above, the time constant of the phase delay circuit 1 is determined by the capacitance value and the resistance value constituting the circuit, and the phase difference t1 corresponding to the time constant is generated in the driving phase of the ultrasonic vibrator 10. Therefore, when the switches SWa to SWc of the second phase adjustment circuit 15 are controlled on / off by the microcomputer 12, the resistance value for determining the time constant of the phase delay circuit 1 can be changed. As a result, It is possible to adjust the phase difference t1 generated in the driving phase of the ultrasonic vibrator 10.

또한, 컨덴서와 저항에 의한 간이한 CR 시상수 회로로 조정을 행하기 때문에, 회로 구성의 간략화와 비용 장점을 실현할 수 있다. 또한, 용량값 또는 저항값을 변화시켜 최적의 구동 위상을 찾는 방식이기 때문에, 위상 지연 회로(1)나 제2 위상 조정 회로(15)를 구성하는 컨덴서 및 저항의 오차나 경년 변화의 영향을 받기 어려운 자동 조정을 실현할 수 있다. In addition, since adjustment is made by a simple CR time constant circuit based on a capacitor and a resistor, the circuit configuration can be simplified and the cost advantage can be realized. In addition, since the optimum driving phase is found by changing the capacitance value or the resistance value, the capacitor and resistance of the phase delay circuit 1 or the second phase adjustment circuit 15 and the resistance or the secular variation are affected. Difficult automatic adjustment can be realized.

또한, 제2 위상 조정 회로(15)의 구성은 상기에 한정되는 것이 아니라, 스위치와 조정용 저항의 조합 수를 증감한 구성이나, 위상 지연 회로(1)를 구성하는 저항 R1에 직렬로 조정용 저항을 삽입한 구성 등 다양한 변경이 가능하다. 또한, 도 시하지 않지만, 위상 지연 회로(1)를 구성하는 컨덴서 C1에 병렬(혹은 직렬)로 조정용 컨덴서를 접속하여, 용량값을 변화시키는 구성으로 해도 된다. In addition, the structure of the 2nd phase adjustment circuit 15 is not limited to the above, The structure which increased or decreased the number of combinations of a switch and an adjustment resistance, or the resistance for adjustment in series with the resistor R1 which comprises the phase delay circuit 1 is mentioned. Various modifications are possible, including the inserted configuration. Although not shown, the capacitor C1 constituting the phase delay circuit 1 may be connected in parallel (or in series) to adjust the capacitor and change the capacitance value.

또한, 본 실시예의 제2 위상 조정 회로(15)에서는, 조정용 저항 Ra∼Rc의 접속을 전환하는 스위치 SWa∼SWc로서 접점 스위치를 이용하고 있지만, 스위치 종류는 이에 한정되는 것이 아니라, FET 등의 반도체 스위칭 소자나 FET가 복수개 수납된 IC, 혹은 통신 제어로 저항값을 변화시킬 수 있는 IC 등을 사용할 수도 있다. 물론, 용량값을 전환하는 경우도 마찬가지이다. In the second phase adjustment circuit 15 of the present embodiment, the contact switch is used as the switches SWa to SWc for switching the connection of the adjusting resistors Ra to Rc. However, the type of switch is not limited to this, and semiconductors such as FETs are used. An IC in which a plurality of switching elements, FETs are stored, or an IC capable of changing the resistance value by communication control may be used. Of course, the same applies to the case where the capacitance value is switched.

다음으로, 상기한 구동 위상의 자동 조정 동작에 대하여 설명한다. 도 5는 마이크로 컴퓨터(12)에 의한 구동 위상의 자동 조정 동작을 설명하는 흐름도이다. 또한, 이하에서는, 위상 지연 회로(1)의 저항값을 변화시켜 초음파 진동자(10)의 구동 위상을 조정하는 구성을 예로 들어 설명을 행하고, 용량값의 변화에 대해서는 설명을 생략한다. Next, the above-described automatic adjustment operation of the drive phase will be described. 5 is a flowchart for explaining the automatic adjustment operation of the drive phase by the microcomputer 12. In addition, below, the structure which adjusts the drive phase of the ultrasonic vibrator 10 by changing the resistance value of the phase delay circuit 1 is demonstrated, and description is abbreviate | omitted about the change of a capacitance value.

또한, 초음파 진동자(10)의 구동 위상은, 초음파 진동자(10)의 통전 전류(전류 트랜스포머(11)로부터 출력되는 전압 신호)나, 동등한 거동을 나타내는 통전 전류 대체 신호(저항(54)에 의해 전압 변환된 2중 절연 트랜스포머(53)의 1차측 전류 신호 등)를 검지함으로써 자동 조정되지만, 이하에서는, 전류 트랜스포머(11)로부터 출력되는 전압 신호에 기초하여 위상 조정 동작을 행하는 경우를 예로 들어 설명을 행하고, 그 밖의 통전 전류 대체 신호를 검출하는 구성에 대해서는 설명을 생략한다. In addition, the drive phase of the ultrasonic vibrator 10 is controlled by the energized current (voltage signal output from the current transformer 11) of the ultrasonic vibrator 10 or by an energized current replacement signal (resistance 54) indicating equivalent behavior. Although the automatic adjustment is performed by detecting the converted primary insulation signal of the double insulated transformer 53), the following description will be given by taking a case where the phase adjustment operation is performed based on the voltage signal output from the current transformer 11. The description will be omitted for the configuration of detecting the other energized current replacement signal.

우선, 단계 F1에서, 초음파 진동자(10)의 운전이 개시되면, 후속하는 단계 F2에서는, 마이크로 컴퓨터(12)로부터 통지부(14)에 대하여, 현재, 초음파 진동자(10)의 구동 위상을 자동 조정 중인 취지를 통지하도록 지시가 보내어지고, 그 지시를 받은 통지부(14)에서는, 발광 다이오드의 점등/점멸이나 버저 출력 등이 행해진다. 이러한 통지 동작에 의해, 사용자는 초음파 진동자(10)의 사용을 잠시 대기할 필요가 있는 것을 확인할 수 있기 때문에, 편리성이 높아진다. First, when the operation of the ultrasonic vibrator 10 is started in step F1, in the subsequent step F2, the driving phase of the ultrasonic vibrator 10 is automatically adjusted to the notification unit 14 from the microcomputer 12. An instruction is sent to notify that it is in progress, and the notification unit 14 having received the instruction performs lighting / flashing of the light emitting diode, buzzer output, and the like. By this notification operation, the user can confirm that it is necessary to wait for the use of the ultrasonic vibrator 10 for a while, and thus the convenience is increased.

또한, 초음파 진동자(10)의 운전 개시 직후에, 구동 위상의 자동 조정을 매회 실시하는 구성이면, 경년적인 부품 변화뿐만 아니라, 그 때의 온도 조건 등에도 최적의 자동 조정으로 되어, 항상 초음파 진동자(10)의 성능 확보를 도모할 수 있다. Moreover, if it is the structure which performs automatic adjustment of a drive phase every time immediately after the operation | movement of the ultrasonic vibrator 10, it becomes the optimal automatic adjustment not only for the secular component change but also the temperature conditions at that time, and is always the ultrasonic vibrator ( 10) performance can be secured.

그 후, 단계 F3에서는, 마이크로 컴퓨터(12)에 접속된 불휘발성 메모리(13)로부터 전회 조정 시에 확정된 저항값(혹은, 사전에 등록된 초기값)의 설정 상태가 판독되며, 후속하는 단계 F4에서, 금회의 자동 조정 개시 시에 있어서의 초기 저항값으로서 전회 확정값이 설정된다. 이와 같이 전회 확정값을 기준값으로 하여 자동 조정을 개시하는 구성이면, 자동 조정 시간의 단축을 도모할 수 있다. 또한, 전회 확정값을 불휘발성 메모리(13)에 기억시켜 둠으로써, 마이크로 컴퓨터(12)에의 통전이 끊어져도, 재차 마이크로 컴퓨터(12)에 통전되었을 때에는 전회 확정값을 호출할 수 있다. Then, in step F3, the setting state of the resistance value (or previously registered initial value) determined at the time of the last adjustment is read from the nonvolatile memory 13 connected to the microcomputer 12, and the subsequent step is read. In F4, the final confirmation value is set as the initial resistance value at the time of the automatic adjustment start at this time. In this way, the automatic adjustment time can be shortened as long as the automatic adjustment is started with the last determined value as the reference value. By storing the previous determined value in the nonvolatile memory 13, even when the microcomputer 12 is energized, the previous determined value can be called again when the microcomputer 12 is energized again.

그 후, 단계 F5에서, 초음파 진동자 구동 장치의 발진이 개시되면, 후속하는 단계 F6에서는, 상기 상태에서의 전류 트랜스포머(11)의 전압 신호가 검지된다. 또한, 후속하는 단계 F7에서는, 스위치 SWa∼SWc를 전환함으로써, 위상 지연 회로(1)의 저항값이, 초음파 진동자(10)의 구동 주파수를 낮게 하는 방향(위상 지연 회로(1)에서의 지연 시간 t1을 크게 하는 방향)으로 1단계 변화되며, 후속하는 단계 F8에서는, 그 상태에서의 전류 트랜스포머(11)의 출력 전압 신호가 검지된다. Then, when the oscillation of the ultrasonic vibrator drive device is started in step F5, the voltage signal of the current transformer 11 in the above state is detected in the subsequent step F6. In the subsequent step F7, by switching the switches SWa to SWc, the resistance value of the phase delay circuit 1 lowers the drive frequency of the ultrasonic vibrator 10 (the delay time in the phase delay circuit 1). in a step of increasing t1), and in the subsequent step F8, the output voltage signal of the current transformer 11 in that state is detected.

그 후, 단계 F9에서는, 단계 F6에서 검지된 전압 신호와, 단계 F8에서 검출된 전압 신호와의 비교가 행해진다. 여기서, 단계 F8에서의 전압 신호가 단계 F6에서의 전압 신호보다 낮으면 흐름은 후속하는 단계 F10으로 진행되며, 낮지 않으면 흐름은 단계 F16으로 진행된다. Then, in step F9, a comparison is made between the voltage signal detected in step F6 and the voltage signal detected in step F8. Here, if the voltage signal at step F8 is lower than the voltage signal at step F6, the flow proceeds to subsequent step F10, and if not low, the flow proceeds to step F16.

단계 F9에서, 전압 신호가 저하되었다고 판정된 경우, 현재의 구동 주파수가, 초음파 진동자(10)의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 기준 주파수에 근접하고 있는 것을 의미한다. 따라서, 단계 F10에서는, 위상 지연 회로(1)의 저항값이 1단계 더 낮게 전환되며, 후속하는 단계 F11에서는, 그 상태에서의 전류 트랜스포머(11)의 출력 전압 신호가 검지된다. When it is determined in step F9 that the voltage signal has fallen, it means that the current drive frequency is approaching the reference frequency between the resonance frequency and the anti-resonance frequency of the ultrasonic vibrator 10. Therefore, in step F10, the resistance value of the phase delay circuit 1 is switched one step lower, and in the subsequent step F11, the output voltage signal of the current transformer 11 in that state is detected.

그 후, 단계 F12에서는, 단계 F8에서 검지된 전압 신호와, 단계 F11에서 검출된 전압 신호와의 비교가 행해진다. 여기서, 단계 F11에서의 전압 신호가, 단계 F8에서의 전압 신호보다 낮으면 흐름은 후속하는 단계 F13로 진행되고, 낮지 않으면 흐름은 단계 F21로 진행된다. Then, in step F12, a comparison is made between the voltage signal detected in step F8 and the voltage signal detected in step F11. Here, if the voltage signal at step F11 is lower than the voltage signal at step F8, the flow proceeds to subsequent step F13, and if not, the flow proceeds to step F21.

단계 F12에서, 전압 신호가 더욱 저하되었다고 판정된 경우, 단계 F13에서는, 스위치 SWa∼SWc의 전환 상태가 최저 설정으로 되어 있는지의 여부의 판정이 행해진다. 여기서, 스위치 SWa∼SWc의 전환 상태가 최저 설정이 아니면 흐름은 상술한 단계 F10으로 되돌아가, 현재의 구동 주파수를 초음파 진동자(10)의 공진 주 파수와 반공진 주파수 사이의 기준 주파수에 가깝게 하기 위해, 위상 지연 회로(1)의 저항값이 1단계 더 낮게 전환된다. When it is determined in step F12 that the voltage signal is further lowered, in step F13, a determination is made as to whether the switching state of the switches SWa to SWc is at the lowest setting. Here, if the switching state of the switches SWa to SWc is not the lowest setting, the flow returns to step F10 described above to bring the current driving frequency closer to the reference frequency between the resonant frequency and the anti-resonant frequency of the ultrasonic vibrator 10. , The resistance value of the phase delay circuit 1 is switched one step lower.

한편, 상기한 위상 지연 회로(1)의 저항값 변화(F10)와 전류 트랜스포머(11)의 전압 신호 검출/비교(F11, F12)를 반복해 가는 중에, 스위치 SWa∼SWc의 전환 상태가 최저 설정으로 된 경우, 단계 F13에서는, 위상 지연 회로(1)의 저항값을 그 이상 낮게 설정할 수 없다고 판단되어, 흐름은 후속하는 단계 F14로 진행된다. On the other hand, while the above-described resistance value change F10 of the phase delay circuit 1 and voltage signal detection / comparison F11 and F12 of the current transformer 11 are repeated, the switching states of the switches SWa to SWc are set to the minimum. When it is determined that it is determined in step F13 that the resistance value of the phase delay circuit 1 cannot be set lower, the flow proceeds to the subsequent step F14.

원래, 초음파 진동자 구동 장치는, 스위치 SWa∼SWc가 전환 범위 내에 초음파 진동자(10)의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 기준 주파수가 있도록 설계되어 있다. 그 때문에, 스위치 SWa∼SWc가 최저 설정임에도 불구하고, 더욱 전류 트랜스포머(11)의 출력 전압이 직전보다 더욱 저하된 경우에는, 어떤 부품 고장 등이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 단계 F14에서는, 초음파 진동자 구동 장치의 발진 동작이 정지되며, 후속하는 단계 F15에서는, 에러 표시(통지)가 행해진다. 그 후, 상기한 일련의 조정 동작은 종료된다. 이와 같이, 구동 위상의 자동 조정 수단에 문제점이 발생한 경우에는, 운전을 정지하고 에러 표시(통지)하는 구성으로 함으로써, 사용자는 자동 조정 수단의 문제점 상황을 적확하게 인지할 수 있다. Originally, the ultrasonic vibrator drive device is designed such that the switches SWa to SWc are within a switching range between the reference frequency between the resonant frequency and the anti-resonant frequency of the ultrasonic vibrator 10. Therefore, even when the switches SWa to SWc are set to the lowest, when the output voltage of the current transformer 11 is further lowered than before, it can be determined that some component failure or the like has occurred. Therefore, in step F14, the oscillation operation of the ultrasonic vibrator drive device is stopped, and in subsequent step F15, an error display (notification) is performed. Thereafter, the above-described series of adjustment operations are finished. In this way, when a problem occurs in the automatic adjustment means of the drive phase, the user can recognize the problem situation of the automatic adjustment means accurately by setting the structure to stop the operation and display the error.

한편, 단계 F9에서, 단계 F8에서의 전압 신호가 단계 F6에서의 전압 신호보다 높게 되어 있다고 판정된 경우, 현재의 구동 주파수가, 초음파 진동자(10)의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 기준 주파수로부터 멀어져 있는 것을 의미한다. 따라서, 단계 F16에서는, 위상 지연 회로(1)의 저항값이 2단계 높게(즉, 단계 F3에 서 판독된 전회 확정값보다 1단 높게) 전환되며, 후속하는 단계 F17에서는, 그 상태에서의 전류 트랜스포머(11)의 출력 전압 신호가 검지된다. On the other hand, when it is determined in step F9 that the voltage signal in step F8 is higher than the voltage signal in step F6, the present drive frequency is determined from the reference frequency between the resonance frequency and the anti-resonant frequency of the ultrasonic vibrator 10. It means to be far away. Therefore, in step F16, the resistance value of the phase delay circuit 1 is switched two steps higher (i.e., one step higher than the previous fixed value read in step F3), and in the subsequent step F17, the current in the state The output voltage signal of the transformer 11 is detected.

그 후, 단계 F18에서는, 단계 F6에서 검지된 전압 신호와, 단계 F17에서 검출된 전압 신호와의 비교가 행해진다. 여기서, 단계 F17에서의 전압 신호가, 단계 F6에서의 전압 신호보다 낮으면 흐름은 후속하는 단계 F19로 진행되고, 낮지 않으면 흐름은 단계 F21로 진행된다. Then, in step F18, a comparison is made between the voltage signal detected in step F6 and the voltage signal detected in step F17. Here, if the voltage signal at step F17 is lower than the voltage signal at step F6, the flow proceeds to the subsequent step F19, and if not, the flow proceeds to step F21.

단계 F18에서, 전압 신호가 저하되었다고 판정된 경우, 단계 F19에서는, 스위치 SWa∼SWc의 전환 상태가 최고 설정으로 되어 있는지의 여부의 판정이 행해진다. 여기서, 스위치 SWa∼SWc의 전환 상태가 최고 설정이 아니면 흐름은 단계 F20으로 진행되어, 현재의 구동 주파수를 초음파 진동자(10)의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 기준 주파수에 가깝게 하기 위해, 위상 지연 회로(1)의 저항값이 1단계 더 높게 전환된다. 그 후, 흐름은 상술한 단계 F17로 복귀된다. When it is determined in step F18 that the voltage signal is lowered, in step F19, a determination is made as to whether the switching state of the switches SWa to SWc is at the highest setting. Here, if the switching state of the switches SWa to SWc is not the highest setting, the flow proceeds to step F20, in order to bring the current driving frequency closer to the reference frequency between the resonant frequency and the anti-resonant frequency of the ultrasonic vibrator 10, with a phase delay. The resistance value of the circuit 1 is switched one step higher. Thereafter, the flow returns to step F17 described above.

한편, 상기한 위상 지연 회로(1)의 저항값 변화(F20)와 전류 트랜스포머(11)의 전압 신호 검출/비교(F17, F18)를 반복해 가는 중에, 스위치 SWa∼SWc의 전환 상태가 최고 설정으로 된 경우, 단계 F19에서는, 위상 지연 회로(1)의 저항값을 그 이상 높게 설정할 수 없다고 판단되어, 흐름은 상술한 단계 F14로 진행된다. 그리고, 단계 F14, F15에서는, 초음파 진동자 구동 장치의 발진 동작 정지 및 에러 표시(통지)가 행해져, 상기한 일련의 조정 동작이 종료된다. On the other hand, while the above-described resistance value change F20 of the phase delay circuit 1 and voltage signal detection / comparison F17 and F18 of the current transformer 11 are repeated, the switching states of the switches SWa to SWc are set highest. In this case, in step F19, it is determined that the resistance value of the phase delay circuit 1 cannot be set higher than that, and the flow advances to step F14 described above. Then, in steps F14 and F15, the oscillation operation stop and error display (notification) of the ultrasonic vibrator drive device are performed, and the series of adjustment operations described above are completed.

또한, 상기한 단계 F12 혹은 단계 F18에서, 현재의 전압 신호가 직전의 전압 신호보다 높게 되어 있다고 판정된 경우, 직전의 구동 주파수쪽이 현재의 구동 주 파수보다, 초음파 진동자(10)의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 기준 주파수에 가깝게 된 것을 의미한다. 따라서, 단계 F21에서는, 위상 지연 회로(1)의 직전 저항값이 확정값으로 되며, 후속하는 단계 F22에서는, 그 확정값으로 불휘발성 메모리(13) 내의 전회 확정값이 재기입된다. In addition, in the above-described step F12 or step F18, when it is determined that the current voltage signal is higher than the immediately preceding voltage signal, the driving frequency immediately before the resonance frequency of the ultrasonic vibrator 10 is higher than the current driving frequency. It means that the reference frequency between the anti-resonant frequency is close. Therefore, in step F21, the immediately preceding resistance value of the phase delay circuit 1 becomes a set value, and in subsequent step F22, the previous set value in the nonvolatile memory 13 is rewritten as the set value.

단, 위상 지연 회로(1)에서의 저항값의 가변 분해능이 낮은 경우, 단계 F21에서 확정된 스위치 설정으로는, 반드시 초음파 진동자(10)의 구동 주파수를 최적 주파수로 할 수 없는 경우가 있다. 따라서, 단계 F23에서는, 단계 F21에서 확정된 기준 주파수를 1단 높이거나 또는 낮추는 등의 수정이, 필요에 따라 실시된다. 또한, 그 수정 동작에 필요한 정보(예를 들면, 저항값과 구동 주파수와의 상관 관계)는, 사전에 마이크로 컴퓨터(12)에 저장해 두면 된다. However, when the variable resolution of the resistance value in the phase delay circuit 1 is low, the drive frequency of the ultrasonic vibrator 10 may not always be the optimum frequency by the switch setting determined in step F21. Therefore, in step F23, correction such as raising or lowering the reference frequency determined in step F21 by one step is performed as necessary. In addition, the information (for example, the correlation between a resistance value and a drive frequency) required for the correction operation may be previously stored in the microcomputer 12.

그 후, 단계 F24에서, 구동 위상의 자동 조정이 종료되면, 후속하는 단계 F25에서는, 통지부(14)에서의 발광 다이오드의 소등이나 버저 출력의 정지 등이 행해진다. 그리고, 초음파 진동자 구동 장치는 통상 운전으로 이행한다. After that, in step F24, when the automatic adjustment of the drive phase is finished, in the subsequent step F25, the light emitting diode is turned off by the notification unit 14, the buzzer output is stopped, and the like. The ultrasonic vibrator drive device then shifts to normal operation.

상기한 바와 같이, 본 실시예의 초음파 진동자 구동 장치에서는, 마이크로 컴퓨터(12)로 초음파 진동자(10)의 통전 전류를 검지하고, 그 통전 전류값에 기초하여, 디지털적으로 용량값 또는 저항값을 변화시키기 때문에, 아날로그적인 판단 오차도 없어, 제어 소프트에 의한 자동 조정을 실현할 수 있다. As described above, in the ultrasonic vibrator drive device of the present embodiment, the microcomputer 12 detects the energizing current of the ultrasonic vibrator 10 and changes the capacitance value or the resistance value digitally based on the energizing current value. Therefore, there is no analog judgment error, and automatic adjustment by the control software can be realized.

또한, 도 5에는 기재하지 않았지만, 상기한 자동 조정 동작에서, 확정값의 결정을 행할 수 없었던 경우에도, 초음파 진동자(10)의 통전 전류를 검지하는 전류 트랜스포머(11)만이 고장나 있는 경우도 있기 때문에, 단계 F3에서 판독된 전회 확 정값 또는 초기 값을 잠정적인 확정값로서 설정함으로써, 발진 동작을 계속하는 것도 가능하다. 이러한 구성으로 함으로써, 자동 조정 수단에 문제점이 발생한 경우에도, 수리되는 동안까지, 당분간 운전이 가능하게 된다. In addition, although not described in FIG. 5, even in the above automatic adjustment operation, even when the determination of the set value is not possible, only the current transformer 11 that detects the energizing current of the ultrasonic vibrator 10 may fail. Therefore, it is also possible to continue the oscillation operation by setting the last confirmation value or the initial value read in step F3 as the tentative confirmation value. With such a configuration, even when a problem occurs in the automatic adjustment means, it is possible to operate for a while until repairing.

또한, 마찬가지로 도 5에는 기재하지 않았지만, 상기한 자동 조정 동작에서, 확정값의 결정을 행할 수 없었던 경우에도, 재차 단계 F4로 되돌아가 자동 조정을 다시 행하는 것도 가능하다. 이러한 구성으로 하면, 보다 안정성이 있는 자동 조정을 실현할 수 있다. In addition, although not shown in FIG. 5 similarly, in the above-mentioned automatic adjustment operation, even when the determination of the determined value cannot be performed, it is also possible to return to step F4 again and perform automatic adjustment again. With such a configuration, more stable automatic adjustment can be realized.

본 발명에 따른 초음파 진동자 구동 장치는, 초음파 진동자를 갖는 장치 전반(초음파 세정기 등)에 적용하면 된다. 본 발명에 따르면, 초음파 진동자나 초음파 진동자 구동 장치의 부품의 온도 변화나, 장기간에 걸친 부품의 경년 변화에 의해, 초기 조정된 초음파 진동자의 최적의 구동 위상이 어긋나게 되었다고 해도, 사용자의 감에 의존한 수동 조정을 행할 필요가 없다. 따라서, 사용자에게 있어서 매우 편리성이 높을 뿐만 아니라, 다양한 조건 변화나 장기간에 걸친 조건 변화에 대한 성능 유지를 도모할 수 있다. 또한, 초음파 진동자의 Q가 낮은 경우(즉, 공진 주파수와 반공진 주파수의 차가 큰 경우) 등에는, 상기 외에, 위상 고정 회로(대역 통과 조정 필터나 위상 조정 회로)의 초기 조정도 불필요하게 된다. 따라서, 초음파 진동자 구동 장치의 생산 효율을 대폭 개선할 수 있는 이점도 있다. What is necessary is just to apply the ultrasonic vibrator drive apparatus which concerns on this invention to the general apparatus (ultrasonic cleaner etc.) which has an ultrasonic vibrator. According to the present invention, even if the optimum driving phase of the initially adjusted ultrasonic vibrator is shifted by the temperature change of the ultrasonic vibrator, the component of the ultrasonic vibrator drive device, or the secular variation of the component over a long period of time, it is dependent on the user's sense. There is no need to make manual adjustments. Therefore, it is very convenient for the user, and the performance can be maintained for various condition changes or condition changes over a long period of time. In addition, when the Q of the ultrasonic vibrator is low (that is, when the difference between the resonance frequency and the anti-resonance frequency is large) and the like, the initial adjustment of the phase fixing circuit (band pass adjustment filter or phase adjustment circuit) is also unnecessary. Therefore, there is also an advantage that can greatly improve the production efficiency of the ultrasonic vibrator drive device.

Claims

An ultrasonic vibrator drive device having a phase lock circuit for fixing a driving phase of an ultrasonic vibrator,

And a microcomputer for detecting a conduction current replacement signal indicative of conduction current or equivalent behavior of the ultrasonic vibrator,

The microcomputer automatically adjusts the driving phase of the ultrasonic vibrator by changing the time constant of the CR time constant circuit constituting the phase lock circuit so that the current carrying current or the current carrying replacement signal is minimized,

At least one of the capacitor unit and the resistor unit constituting the CR time constant circuit,

A plurality of capacitive elements or resistance elements connected in series or in parallel;

A switch element for assembling each element into a circuit,

And the time constant of the CR time constant circuit is changed by electrically opening and closing the switch element.

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The method of claim 1,

It has a nonvolatile memory which holds a memory content even when it is non-energized, and stores the data corresponded to the new drive phase obtained by the automatic adjustment of the said drive phase to the said nonvolatile memory as a fixed value by the said automatic adjustment. Ultrasonic vibrator drive device.

The method of claim 5,

The automatic adjustment of the drive phase is performed by referring to a previous determined value stored in the nonvolatile memory.

The method of claim 6,

And when the automatic adjustment of the drive phase is not completed, setting the last fixed value or a previously registered initial value stored in the nonvolatile memory as a tentative fixed value.

The method of claim 1,

When the automatic adjustment of the drive phase is not completed, the notice is notified, and the driving of the ultrasonic vibrator is stopped.

The method of claim 8,

When the driving of the ultrasonic vibrator is stopped, the driving of the ultrasonic vibrator is restarted after a predetermined period of time, and the automatic adjustment of the driving phase is attempted again.

The method according to any one of claims 1 to 9,

The automatic adjustment of the drive phase is performed based on a pulse-converted digital phase signal.

The method according to any one of claims 1 to 9,

The automatic adjustment of the drive phase is performed immediately after the start of driving of the ultrasonic vibrator.

The method according to any one of claims 1 to 9,

During the automatic adjustment of the drive phase, the effect thereof is notified.

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