KR100772786B1

KR100772786B1 - 초음파 발생 장치 및 초음파 미용 장치

Info

Publication number: KR100772786B1
Application number: KR1020060094212A
Authority: KR
Inventors: 이타루 사이다; 마히토 누노무라
Original assignee: 마츠시다 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2007-11-01
Also published as: KR20070035455A

Abstract

본 발명은, 안정적으로 목표 구동 주파수로 초음파를 발생시킬 수 있는 초음파 발생 장치 및 이 초음파 발생 장치를 이용한 초음파 미용 장치를 제공하는 것으로서, 본 발명의 초음파 발생 장치(1)는, 전기 진동을 생성하는 구동부(11)와, 구동부(11)로부터의 전기 진동을 초음파의 기계 진동으로 변환하는 초음파 진동자(12)와, 한쪽면에 초음파 진동자(12)가 접합되어 초음파 진동자(12)로부터의 초음파의 기계 진동을 다른쪽면의 방사면에 전달하는 혼(horn)(13)과, 초음파 진동자(12)의 임피던스를 측정하는 측정부(14)와, 부하인 경우의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과 무부하인 경우의 주파수 특성과의 교점에서의 임피던스, 및, 측정부(14)에서 측정한 임피던스에 의거해 초음파 진동자(12)를 구동해야 할 목표 구동 주파수를 구하고, 이 구한 목표 구동 주파수로 초음파 진동자(12)가 진동하도록, 구동부(11)를 제어하는 제어부(15)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 발생 장치 및 초음파 미용 장치{SUPERSONIC WAVES GENERATING APPARATUS AND SUPERSONIC WAVES COSMETIC TREATMENT METHOD}

도 1은 본 발명의 기본을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 실시 형태에 관한 초음파 발생 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 3은 실시 형태에 관한 초음파 발생 장치의 목표 구동 주파수 연산 처리에서의 동작을 도시하는 플로우 챠트이다.

도 4는 목표 구동 주파수를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 공진점 및 반공진점에 의거해 교점의 주파수를 구하여 목표 구동 주파수를 구하는 경우의 플로우 챠트를 도시하는 도면이다.

도 6은 공진점 및 반공진점에 의거해 교점의 임피던스를 구하는 경우의 플로우 챠트를 도시하는 도면이다.

도 7은 임피던스 주파수 특성의 기울기에 의거해 교점의 주파수를 구하여 목표 구동 주파수를 구하는 경우의 플로우 챠트를 도시하는 도면이다.

도 8은 임피던스의 어긋남에 의한 목표 구동 주파수 연산 처리의 실행의 판단 동작을 도시하는 플로우 챠트이다.

도 9는 초음파 발생 장치의 초음파 미용 장치에의 적용예를 도시하는 일부 단면도이다.

도 10은 배경 기술에 관한 초음파 발생 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

도 11은 배경 기술에 관한 초음파 발생 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

도 12는 초음파 진동 블록의 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 13은 초음파 진동 블록의 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 14는 초음파 진동 블록의 진동 모드를 설명하기 위한 도면이다.

<부호의 설명>

1, 500A, 500B : 초음파 발생 장치

2, 23 : 초음파 진동 블록 11, 511A, 511B : 구동부

12, 512A, 512B : 초음파 진동자 13, 513A, 513B : 혼

14 : 측정부 15 : 제어부

16 : 기억부 20 : 초음파 미용 장치

21 : 하우징(수용 용기) 22 : 회로 블록

112 : 증폭 회로 113 : 발진 회로

141 : 전류 검출 회로 142 : 임피던스 연산부

143 : 주파수 제어부 151 : 주파수 연산부

152 : 전압 제어부 153 : 구동 주파수 제어부

513-1A, 513-1B : 접합면

513-2A(501-2A), 513-2B(501-2B) : 방사면

514A : 접착제 514B : 볼트

본 발명은, 안정적으로 목표 구동 주파수로 초음파를 발생시킬 수 있는 초음파 발생 장치 및 상기 초음파 발생 장치를 이용한 초음파 미용 장치에 관한 것이다.

최근, 초음파는, 그 성질로부터, 제(劑) 침투 촉진, 미용, 안개화, 유화, 분산, 교반, 세정, 접합, 가공 등의 다양한 분야에 응용되어 있고, 초음파를 발생하는 초음파 발생 장치가 개발되어 있다.

도 10 및 도 11은 배경 기술에 관한 초음파 발생 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 10은 진동자를 혼에 접착하는 타입의 초음파 발생 장치이고, 도 11은 진동자를 혼에 볼트 조임하는 타입의 초음파 발생 장치이다. 도 10 및 도 11에서, (A)는, 전체 구성을 도시하고, (B)는, 혼 부분을 확대한 도면이다.

도 10 및 도 11에서, 배경 기술에 관한 초음파 발생 장치(500A, 500B)는, 전기 진동을 생성하는 구동부(511A, 511B)와, 구동부(511A, 511B)로부터의 전기 진동을 초음파의 기계 진동으로 변환하는 초음파 진동자(512A, 512B)와, 한쪽면의 접합면(513-1A, 513-1B)에 초음파 진동자(512A, 512B)가 접합되어 초음파 진동자(512A, 512B)로부터의 초음파의 기계 진동을 다른쪽면의 방사면(513-2A, 513-2B)에 전달하는 전달 부재의 일례로서의 혼(513A, 513B)을 구비하여 구성된다.

초음파 진동자(512A, 512B)와 혼(513A, 513B)의 접합 타입은 2개로 크게 나눌 수 있다. 제1의 접합 타입은 예를 들면, 도 10(B)에 도시하는 바와 같이, 초음 파 진동자(512A)가 혼(513A)의 접합면(512-1A)에 접착제(514A)에 의해서 접착되는 접착 타입이다. 제2의 접합 타입은, 예를 들면, 도 11(B)에 도시하는 바와 같이, 포개진 2개의 진동자(512-1B)로 이루어지는 초음파 진동자(512B)가 혼(513B)의 접합면(513-1B)에 볼트(514B)에 의해서 체결되는 볼트 조임 타입이다. 볼트 조임 타입에서는, 볼트(514B)와 초음파 진동자(512B)와의 사이, 진동자(512-1B) 사이, 초음파 진동자(512B)와 혼(513B)과의 사이에 도전성 시트(512-2B)가 끼워져 있다. 접착 타입은 주로, 수백 kHz 이상의 고주파수 타입에 이용되고, 볼트 조임 타입은 주로, 100kHz 이하의 저주파수 타입에 이용된다.

도 12 및 도 13은 초음파 진동 블록의 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 14는 초음파 진동 블록의 진동 모드를 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 진동자를 혼에 접착하는 타입의 초음파 발생 장치이고, 도 13은 진동자를 혼에 볼트 조임하는 타입의 초음파 발생 장치이다. 도 12(A), 도 13(A) 및 도 14(B)는, 초음파 진동 블록과 초음파 진동의 진동폭 위상 위치와의 관계를 도시하는 도면이고, 도 12(B), 도 13(B) 및 도 14(A)는, 초음파 진동 블록의 임피던스 주파수 특성을 도시하는 도면이고, 그 가로축은, 주파수 f이고, 그 세로축은, 상용 대수(對數) 표시의 임피던스 Z이다. 또한, 초음파는, 세로파인데 도 12(A), 도 13(A) 및 도 14(B)에서는 편의상 가로파로서 도시하고 있다. 또한, 초음파의 파장 λ는, (파장λ)=(음속 v)/(주파수 f)이므로, 전파하는 매질의 음속에 따라 변화한다.

초음파 진동자(512A, 512B)와 혼(513A, 513B)의 접합 부재로 이루어지는 초음파 진동 블록(501A, 501B)의 사이즈는, 도 12(A) 및 도 13(A)에 도시하는 바와 같이, 초음파 진동 블록(501A, 501B)의 양단면(501-1A, 501-2A(513-2A), 501-1B, 501-2B(513-2B))에 정재파(定在波)의 배(腹)가 위치하도록, 혼(513A, 513B)의 접합면(513-1A, 513-1B)으로부터 방사면(513-2A, 513-2B)까지의 두께 L1, L3(도 10(B), 도 11(A))나, 초음파 진동 블록(501A, 501B)의 전체 길이 L2, L4(도 10(A), 도 11(A))가 설계되어 있다. 그리고, 혼(513A, 513B)에 접합되어 있는 상태의 초음파 진동자(512A, 512B)는, 도 12(B) 및 도 13(B)에 도시하는 바와 같이, 주파수 f의 변화에 대하여 임피던스 Z가 변화하는 고유의 임피던스 주파수 특성 CA, CB를 가지고 있다.

이 임피던스 주파수 특성 CA, CB는, 주파수 f가 높아짐에 따라서, 임피던스 Z가 작아져 주파수 frA, frB에서 극소 ZrA, ZrB로 되고, 그 후 커져 주파수 faA, faB에서 극대 ZaA, ZaB로 되고, 다시 작아지는 프로필이다. 이 프로필이 도 14(A)에 도시하는 바와 같이, 진동 모드마다 반복된다. 이 임피던스 Z가 극소 ZrA, ZrB로 되는 점이 공진점이고, 임피던스 Z가 극대 ZaA, ZaB로 되는 점이 반공진(反共振)점이다. 공진점에서는, 임피던스 Z가 극소 ZrA, ZrB로 되므로 초음파 진동자(512A, 512B)에 전류가 많이 흐르고, 반공진점에서는, 반대로, 임피던스 Z가 극대 ZaA, ZaB로 되기 때문에 초음파 진동자(512A, 512B)에 흐르는 전류는 적다.

도 14(B)에 도시하는 바와 같이, 접착 타입의 초음파 진동 블록(501A)에서의 초음파는, 그 양단면(501-1A, 501-2A(513-2A))에 정재파의 배가 위치하도록 설계되어 있으므로, 반파장 λ/2의 정수배의 정재파로 되어 있다. 진동 모드는, 초음파 진동 블록(501A)에 생기는 정재파의 상이를 표시한다. 예를 들면, 초음파 진동 블 록(501A)에 생기는 정재파가 반파장의 1배인 경우의 진동 모드는, 기본 모드이고, 초음파 진동 블록(501A)에 생기는 정재파가 반파장의 3배인 경우의 진동 모드는, 3배 모드이고, 그리고, 초음파 진동 블록(501A)에 생기는 정재파가 반파장의 5배인 경우의 진동 모드는, 5배 모드이다. 또한, 도 14에서는, 접착 타입의 초음파 진동 블록(501A)으로 진동 모드를 설명하고 있는데, 볼트 조임 타입의 초음파 진동 블록(501B)에 대해서도 동일하다.

여기서, 초음파 진동 블록(501A)의 접합 부재는, 접착제(514A)의 층이고, 초음파 진동 블록(501B)의 접합 부재는, 볼트(514B)이다. 또한, 초음파 진동 블록(501A)에서의 한쪽 단면(501-1A)은 초음파 진동자(512A)에서의 혼(513A)과 접합해 있는 면에 대향하는 면(혼(513A)와 접합하지 않는 면)이고, 다른쪽 단면(501-2A)은 혼(513A)의 방사면(513-2A)이다. 초음파 진동 블록(501B)에서의 한쪽 단면(501-1B)은 볼트(514B)에서의 초음파 진동자(512B)와 접해 있는 면에 대향하는 면(초음파 진동자(512B)와 접하지 않는 면)이고, 다른쪽 단면(501-2B)은 혼(513B)의 방사면(513-2B)이다.

이러한 구성의 초음파 발생 장치(500A, 500B)에서는, 구동부(511A, 511B)에서 생성된 전기 진동 EV는, 초음파 진동자(512A, 512B)에 인가되고, 초음파 진동자(512A, 512B)에서 초음파의 기계 진동으로 변환되어 접합면(513-1A, 513-1B)으로부터 혼(513A, 513B)으로 전달되고, 초음파의 기계 진동이 혼(513A, 513B)의 방사면(513-2A, 513-2B)에서 방사된다. 상기 제 침투 촉진 및 미용 등의 초음파 처리가 실시되는 대상물(O)은, 혼(513A, 513B)의 방사면(513-2A, 513-2B)에, 직접, 또는, 물이나 젤, 겔 등의 초음파 전달용 매체를 통해 접촉되고, 방사면(513-2A, 513-2B)에서 방사된 초음파는, 대상물(O)에 전달되어, 초음파 처리에 제공된다.

그리고, 도 12(B) 및 도 13(B)에 도시하는 바와 같이, 초음파 진동 블록(501A, 501B)이 공진점에서 반공진점까지의 발진 범위(RRA, RRB)에서의 어떠한 주파수 f, 예를 들면 구동 주파수(fdA, fdB)로 초음파 진동하도록, 초음파 발생 장치(500A, 500B)가 제어된다. 이 초음파 발생 장치(500A, 500B)의 제어 방법에는, 자려(自勵) 발진 방식과 타려(他勵) 발진 방식이 있다. 자려 발진 방식은, 초음파 진동자(512A, 512B)의 주파수 f를 구동부(511A, 511B)로 귀환함으로써 목표 구동 주파수(fdA, fdB)에서 초음파 진동자(512A, 512B)가 진동하도록 구동부(511A, 511B)에서 생성하는 전기 진동(EV)을 조정하는 방식이다. 타려 발진 방식은 초음파 진동자(512A, 512B)가 목표 구동 주파수(fdA, fdB)에서 진동하는 전기 진동(EV)을 생성하도록 구동부(511A, 511B)를 미리 설정해 놓는 방식이다. 이러한 자려 발진 방식 및 타려 발진 방식은 예를 들면, 일본 특허공개 2002-248153호 공보(특허문헌 1)나 특개평 11-114000호 공보(특허문헌 2)에 개시되어 있다.

그런데, 자려 발진 방식은, 초음파 진동자의 임피던스 Z를 검출함으로써 초음파 진동자의 주파수 f를 검출하고 있으므로, 목표 구동 주파수(fd)를 포함하는 진동 모드와는 다른 진동 모드로 구동부의 전기 진동(EV)을 조정하는 경우가 있으므로, 자려 발진 방식은 목표 구동 주파수 fd와는 다른 주파수 f(잘못된 주파수 f)로 초음파 진동자가 진동해 버린다는 문제가 있다. 또한, 자려 발진이므로, 자려 발진 방식은 초음파 진동자의 출력을 일정하게 제어하는 것이 어렵다는 문제가 있 다. 또한, 출력을 일정하게 제어하는 것이 어렵기 때문에, 자려 발진 방식은, 비교적 낮은 임피던스 Z로 되는 메가 헬츠대를 출력하는 초음파 발생 장치에는 부적당했다.

한편, 타려 발진 방식은 주위 환경의 변화나 초음파 진동자 자체의 발열 등에 의한 온도 변화 등에 의해서 초음파 진동자의 출력 특성이 변화하므로, 타려 발진 방식은 목표 구동 주파수 fd로 초음파 진동자를 진동시킨다고 해도, 원하는 출력를 얻을 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 주위 환경의 변화나 초음파 진동자 자체의 발열 등에 의한 온도 변화, 및, 외부 응력 등에 의한 경년(經年) 변화 등에 의해, 공진 주파수 fr이나 반공진 주파수 fa가 시프트하는 경우가 많으므로, 자려 발진 방식에서 목표 구동 주파수 fd와는 다른 주파수 f에서 초음파 진동자가 진동해 버리는 문제점이나, 또한, 타려 발진 방식에서 출력이 변화해 버리는 문제는 더욱 심각하다. 특히, 메가 헬츠 이상의 주파수로 출력하는 초음파 발생 장치에서는, 예를 들면 3배 모드나 5배 모드 등의 고차 모드를 이용하기 때문에, 이들 상기 문제점이 더욱 심각해진다.

본 발명은, 상술의 사정에 비추어 이루어진 발명으로, 안정적으로 목표 구동 주파수로 초음파를 발생시킬 수 있는 초음파 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이 초음파 발생 장치를 이용한 초음파 미용 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일양태에 관한 초음파 발생 장치는, 전기 진동을 생성하는 구동부 와, 상기 구동부로부터의 상기 전기 진동을 초음파의 기계 진동으로 변환하는 초음파 진동자와, 한쪽면에 상기 초음파 진동자가 접합되어 상기 초음파 진동자로부터의 상기 초음파의 기계 진동을 다른쪽면의 방사면에 전달하는 전달 부재와, 상기 초음파 진동자의 임피던스를 측정하는 측정부와, 상기 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물이 상기 전달 부재에 접촉해 있는 부하인 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성과, 상기 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물이 상기 전달 부재에 접촉하고 있지 않는 무부하인 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성과의 교점에서의 임피던스, 및, 상기 측정부에서 측정한 임피던스에 의거해 상기 초음파 진동자를 구동해야 할 목표 구동 주파수를 구하고, 상기 구한 목표 구동 주파수로 상기 초음파 진동자가 진동하도록, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 구비한다. 그리고, 본 발명의 다른 일양태에 관한 초음파 미용 장치는, 상술의 초음파 발생 장치를 이용한다.

이러한 구성의 초음파 발생 장치 및 초음파 미용 장치는, 안정적으로 목표 구동 주파수로 초음파를 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 초음파 발생 장치는, 대상물(O)에 초음파 처리를 효과적으로 실시할 수 있다. 또한, 초음파 미용 장치는, 대상물(O)에 미용 효과를 효과적으로 줄 수 있다.

이하, 본 발명에 관한 실시 형태를 도면에 의거해 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일한 부호를 붙인 구성은, 동일한 구성인 것을 나타내고, 그 설명을 생략한다.

우선, 본 발명의 기본에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 기본을 설명하기 위한 도면이다. 도 1(A)는, 임피던스 주파수 특성을 도시하고, 그 가로축은, 주파수 f이고, 그 세로축은, 상용 대수 표시의 임피던스 Z이다. 실선은, 초음파의 기계 진동이 전달되는 대상물(O)이 전달 부재에 접촉하고 있지 않는 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성이고, 일점 쇄선은, 초음파의 기계 진동이 전달되는 대상물(O)이 전달 부재에 접촉해 있는 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성이다. 도 1(B)는, 무부하인 경우에 있어서의 혼 등의 전달 부재에 접합되어 있는 상태의 초음파 진동자의 등가 회로를 도시하고, 도 1(C)는, 부하인 경우에 있어서의 혼 등의 전달 부재에 접합되어 있는 상태의 초음파 진동자의 등가 회로를 도시한다.

도 1(A)에 도시하는 바와 같이, 무부하인 경우의 임피던스 주파수 특성 CNL은, 어떠한 진동 모드에서, 배경 기술에서도 설명한 바와 같이, 주파수 f가 높아짐에 따라서, 임피던스 Z가 작아져 주파수 fr에서 극소 Zr1이 되고, 그 후 커져 주파수 fa에서 극대 Za1로 되고, 다시 작아지는 프로필이다. 그리고, 부하인 경우의 임피던스 주파수 특성 CL은, 무부하인 경우의 임피던스 주파수 특성 CNL과 대략 같은 프로필인데, 부하인 경우의 임피던스 주파수 특성 CL에서의 극소의 임피던스 Zr2가 무부하인 경우의 임피던스 주파수 특성 CNL에서의 극소의 임피던스 Zr1보다도 크고, 그리고, 부하인 경우의 임피던스 주파수 특성 CL에서의 극대의 임피던스 Za2가 무부하인 경우의 임피던스 주파수 특성 CNL에서의 극대의 임피던스 Za1보다도 작아진다.

도 1(B) 및 (C)에 각각 도시하는 바와 같이, 무부하인 경우에 있어서는, 전달 부재에 접합되어 있는 상태의 초음파 진동자의 등가 회로는, 직렬로 접속된 코일 L, 콘덴서 C1 및 저항기 R1에 병렬로 콘덴서 C2를 접속한 회로이고, 부하인 경우에 있어서는, 전달 부재에 접합되어 있는 상태의 초음파 진동자의 등가 회로는, 직렬로 접속된 코일 L, 콘덴서 C1, 저항기 R1 및 저항기 R2에 병렬로 콘덴서 C2를 접속한 회로이다. 즉, 부하인 경우에는, 무부하인 경우에 비해, 대상물(O)이 전달 부재에 접촉해 있는 부하에 상당하는 저항의 저항기 R2가 저항기 R1에 또한 직렬 접속해 있다.

이 때문에, 임피던스 주파수 특성에서의 무부하인 경우의 극소 및 극대의 임피던스 Zr1, Za1는, 부하인 경우에 있어서는 상술과 같이 변화한다. 그리고, 극소 주파수 fr에서 극대 주파수 fa까지의 발진 범위에서, 무부하인 경우의 임피던스 주파수 특성과 부하인 경우의 임피던스 주파수 특성은, 한개의 점 P에서 교차한다.

이 무부하인 경우의 임피던스 주파수 특성과 부하인 경우의 임피던스 주파수 특성이 일점 P에서 교차하는 것은, 배경 기술에서 나타낸 특허문헌 1에도 기재되어 있는데, 여기서, 발명자들은, 전달 부재에 가하는 부하가 걸리는 상태가 변했다고 해도 저항기 R2의 저항의 크기가 변하는 것 뿐이므로, 무부하인 경우의 임피던스 주파수 특성과 부하인 경우의 임피던스 주파수 특성이 항상 일점 P에서 교차하고, 또한, 교점 P의 주파수 fm과 임피던스 Zm이 변하지 않는 것을 발견했다. 그래서, 본 발명의 일양태에 관한 초음파 발생 장치 및 이를 이용한 초음파 미용 장치는, 이 무부하인 경우의 임피던스 주파수 특성과 부하인 경우의 임피던스 주파수 특성 과의 교점 P를 기준으로, 초음파 진동자를 구동해야 할 목표 구동 주파수 fd를 결정하는 제어부를 구비한다. 이러한 초음파 발생 장치 및 이를 이용한 초음파 미용 장치는, 안정적으로 목표 구동 주파수 fd에서 초음파를 발생시킬 수 있다.

(실시 형태의 구성)

도 2는, 실시 형태에 관한 초음파 발생 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2에서, 초음파 발생 장치(1)는, 구동부(11)와, 초음파 진동자(12)와, 혼(13)과, 측정부(14)와, 제어부(15)와, 기억부(16)를 구비하여 구성된다.

구동부(11)는, 초음파 진동자(12)를 구동하기 위한 전기 진동을 생성하는 것이다. 구동부(11)는, 예를 들면, 정현파 등의 소정 주파수의 교류 신호를 발생하는 발진 회로(113)와, 교류 신호를 소정의 증폭율로 증폭하는 증폭 회로(112)를 구비하여 구성된다. 발진 회로(113)는, 콜피츠(Colpitts) 발진 회로나 하트레이 발진 회로 등의 공지의 발진 회로를 이용할 수 있는데, 용이하게 발진 주파수를 변경할 수 있는 관점에서, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, PLL(phase locked loop) 회로를 이용한 주파수 신디사이저이다. 주파수 신디사이저는, 예를 들면, 기준 발진기와, 위상 비교기와, 로우 패스 필터와, 전압 제어 발진기와, 분주기를 구비하여 구성된다. 이러한 구성의 주파수 신디사이저에서, 전압 제어 발진기의 출력은, 분주기로 분주 또는 체배되어 소정의 주파수로 변환되어, 위상 비교기에 출력된다. 위상 비교기에서는, 분주기로부터의 출력과 기준 발진기로부터의 출력의 위상이 비교되어, 그 오차 성분이 로우 패스 필터로 출력된다. 로우 패스 필터에서는, 위상 비교기로부터의 출력에 의거해 보정치 전압이 생성되고, 전압 제어 발진기로 출력 된다. 그리고, 분주후의 주파수와 기준 발진기의 주파수가 일치하도록, 전압 제어 발진기가 보정치 전압에 따라 발진 주파수를 바꾼다. 주파수 신디사이저에서는, 분주 또는 체배하는 분주기의 배율을 변경함으로써 원하는 주파수가 얻어진다.

초음파 진동자(12)는, 측정부(14)를 통한 구동부(11)로부터의 전기 진동을 초음파의 기계 진동으로 변환하는 것으로, 예를 들면, 수정 등의 압전 재료를 전극사이에 둔 구조의 압전 진동자이다. 혼(13)은, 한쪽면에 초음파 진동자(12)가 접합되어 초음파 진동자(12)로부터의 초음파의 기계 진동을 다른쪽면의 방사면에 전달하는 것으로, 전달 부재의 일례이다.

초음파 진동자(12)와 혼(13)과 접합 타입에 따른 접합 부재(도시하지 않음)는, 초음파 진동 블록(2)을 구성하고, 배경 기술에서 설명한 도 10이나 도 11에 도시하는 것과 동일하다. 접착 타입은, 도 10에 도시하는 바와 같이, 혼(513A)은 짧고 높은 바닥이 있는 원통 형상을 한, 예를 들면 알루미늄이나 경합금 등의 금속 부재이고, 예를 들면 수정 진동자 등의 초음파 진동자(512A)가 혼(513A)의 내측 바닥면에 접착제(514A)에 의해서 접착되어, 고정된다. 볼트 조임 타입에서는 도 11에 도시하는 바와 같이, 혼(513B)은 방사면측을 향해 끝이 가는 형상의 원추사다리꼴 형상을 한, 예를 들면 알루미늄이나 경합금 등의 금속 부재이고, 큰직경의 접합면의 대략 중앙에 볼트(514B)를 체결하기 위한 나사 홈이 방사면측을 향해 내부에 형성되어 있고, 대략 중앙에 관통공을 갖는 복수(도 11에서는 2개)의 진동자(512-1B)를 포갠 초음파 진동자(512B)가 관통공을 통해 끼워지는 볼트(514B)에 의해서 혼(513B)에 체결되어, 고정된다. 그리고, 볼트(514B)와 초음파 진동자(512B)의 사 이, 각 진동자(512-1B) 사이 및 초음파 진동자(512B)와 혼(513B)과의 사이에는, 각각 도전성 시트(512-2B)가 끼워져 있다. 접착 타입은, 예를 들면 메가 헬츠 대 등의 수백 kHz 이상의 고 주파수의 초음파를 발생하는 초음파 발생 장치에 적합하게 이용되고, 고주파수이므로, 예를 들면, 미용, 파티클 세정 및 안개화 등의 용도에 적합하게 이용된다. 한편, 볼트 조임 타입은, 예를 들면 킬로 헬츠 대 등의 100kHz 이하의 저주파수의 초음파를 발생하는 초음파 발생 장치에 적합하게 이용되고, 저주파수이므로, 예를 들면, 절단, 접합, 분산, 액체 분무 등의 용도에 적합하게 이용된다.

측정부(14)는, 초음파 진동자(12)의 임피던스 Z를 측정하는 것이다. 측정부(14)는, 예를 들면, 초음파 진동자(12)에 흐르는 전류를 검출하는, 예를 들면 검출 저항기 등을 구비하는 전류 검출 회로(141)와, 발진 회로(113)의 발진 주파수를 제어함으로써 구동부(11)로부터의 전기 진동의 주파수를 제어하는 주파수 제어부(143)와, 구동부(11)로부터의 전기 진동의 주파수 통지를 주파수 제어부(143)로부터 받는 동시에, 전류 검출 회로(141)로부터 통지된 검출 전류치에 의거해, 주파수 제어부(143)로부터 통지를 받은 주파수에서의 임피던스 Z를 연산하는 임피던스 연산부(142)를 구비하여 구성된다.

제어부(15)는, 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물(O)(도시하지 않음)이 혼(13)에 접촉해 있는 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과, 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물(O)이 혼(13)에 접촉하고 있지 않는 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과 의 교점 P에서의 임피던스 Z, 및, 측정부(14)에서 측정한 임피던스 Z에 의거해, 후술하는 바와 같이, 초음파 진동자(12)를 구동해야 할 목표 구동 주파수 fd를 구하고, 이 구한 목표 구동 주파수 fd에서 초음파 진동자(12)가 진동하도록, 구동부(11)를 제어하는 것이다. 제어부(15)는, 예를 들면, 주파수 연산부(151)와, 전압 제어부(152)와, 구동 주파수 제어부(153)를 구비하여 구성된다.

이 부하인 경우의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과, 무부하인 경우의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과의 교점 P에서의 임피던스 Zm은, 본 실시 형태에서는, 이들 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성을 미리 실측하고, 이 측정 결과로부터 이들 임피던스 주파수 특성과의 교점 P를 구함으로써 미리 구해 두고, 초음파 발생 장치(1)에 이용된다. 이 실측하는 초음파 진동자(12)는, 초음파 발생 장치(1)에 조합한 상태의 실물이 가장 바람직한데, 실물과 같은 사양(仕樣)의 초음파 진동 블록(2)이어도 된다. 또한, 교점 P의 임피던스 Zm은, 보다 정밀도 좋게 구해지도록, 복수의 같은 사양의 초음파 진동 블록(2)으로부터, 평균 등의 통계에 이용되는 수법을 이용해 통계적으로 구해지는 것이 바람직하다. 이와 같이 교점 P의 임피던스 Zm이 미리 구해져 있으므로, 안정적으로 해당 초음파 발생 장치(1)에 적합한 목표 구동 주파수 fd에서 초음파를 발생시킬 수 있다.

주파수 연산부(151)는, 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과, 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파 수 특성과의 교점 P에서의 임피던스 Zm 및 측정부(14)에서 측정한 임피던스 Z에 의거해, 초음파 진동자(12)를 구동해야 할 목표 구동 주파수 fd를 구하고, 이 구한 목표 구동 주파수 fd를 구동 주파수 제어부(153)에 통지한다.

전압 제어부(152)는 증폭 회로(112)의 증폭율을 제어함으로써 구동부(11)의 출력 전압을 제어하는 것이다. 구동 주파수 제어부(153)는, 초음파 발생 장치(1)의 통상의 사용 상태에서, 주파수 연산부(151)에서 연산된 목표 구동 주파수 fd에서 초음파 진동자(12)가 진동하도록, 발진 회로(113)의 발진 주파수를 제어함으로써, 구동부(11)로부터의 전기 진동의 주파수를 제어하는 것이다.

여기서, 이들 임피던스 연산부(142), 주파수 제어부(143), 주파수 연산부(151), 전압 제어부(152) 및 구동 주파수 제어부(153)는, 예를 들면, 마이크로프로세서 및 그 주변 회로 등(이하, 「MPU」로 약기한다)을 구비하여 구성되고, 기능적으로 이들 각 부가 구성된다.

기억부(16)는, 목표 구동 주파수 fd를 연산하기 위해서 초음파 발생 장치(1)의 각 부를 제어하는 목표 구동 주파수 연산 프로그램이나 초음파 발생 장치(1)의 통상의 사용 상태에서 초음파 발생 장치(1)의 각 부를 제어하는 제어 프로그램 등의 각종 프로그램 및 측정부(14)에서 측정한 임피던스 Z 및 이 임피던스 Z를 측정하였을 때의 주파수 f나, 각종 프로그램의 실행에 필요한 데이터나, 그 실행 중에 생기는 데이터 등의 각종 데이터를 기억하는 것이다. 기억부(16)는, 예를 들면, 상기 MPU의 소위 워킹 메모리가 되는 RAM(Random Access Memory) 등의 휘발성 기억 소자, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 등의 고쳐 쓰기 가능한 불휘발성의 기억 소자, 및, ROM(Read Only Memory) 등의 불휘발성의 기억소자 등을 구비하여 구성된다. 다음에, 본 실시 형태의 동작에 대해서 설명한다.

(실시 형태의 동작)

도 3은 실시 형태에 관한 초음파 발생 장치의 목표 구동 주파수 연산 처리에서의 동작을 도시하는 플로우 챠트이다. 도 4는, 목표 구동 주파수를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 가로축은 주파수 f이고, 그 세로축은 상용 대수 표시의 임피던스 Z이다. 실선은, 무부하인 경우의 임피던스 주파수 특성이고, 일점 쇄선은, 부하인 경우의 임피던스 주파수 특성이다.

초음파 발생 장치(1)에 전원을 투입하는 전원 스위치(도시하지 않음)와 초음파 발생 장치(1)에 초음파 발생 동작을 개시시키는 시동 스위치(도시하지 않음)가 초음파 발생 장치(1)에 설치되어 있고, 예를 들면, 이 전원 스위치가 온되어, 초음파 발생 장치(1)에 전원이 투입되면, 목표 구동 주파수 연산 프로그램이 실행되어, 목표 구동 주파수 fd를 연산하는 목표 구동 주파수 연산 처리가 개시된다.

도 3에서, 제어부(15)의 전압 제어부(152)는, 증폭 회로(112)의 증폭율을 조정함으로써, 구동부(11)가 출력하는 교류 신호의 전압 크기를 목표 구동 주파수 연산 처리용의 값으로 설정하고, 전압의 설정 종료를 주파수 제어부(143)에 통지한다(S11). 이 목표 구동 주파수 연산 처리용의 전압은, 임의의 크기로 되지만, 목표 구동 주파수 연산 처리를 실행하는데에서 소비 전력이 적고, 또한, 요구되는 정밀도로 목표 구동 주파수 fd를 연산할 수 있는 임피던스 Z를 얻을 수 있는 전압값이 채용된다. 이 전압값은, 예를 들면, 본 실시 형태에서는, 임피던스 연산부(142)가 후술의 처리 S13에서 측정한 전류로부터 임피던스를 용이하게 연산할 수 있으므로, 교류 신호의 극대의 피크에서의 전압값이 1V이고 극소의 피크에서의 전압값이 -1V인 1Vp-p이다.

전압의 설정 종료가 전압 제어부(152)로부터 통지되면, 측정부(14)의 주파수 제어부(143)는, 발진 회로(113)의 주파수를 조정함으로써, 즉, 본 실시형태에서는 분주기의 배율을 조정함으로써, 임피던스 Z를 측정해야 할 주파수 범위에서의 소정의 주파수 f로, 구동부(11)가 출력하는 교류 신호의 주파수 f를 설정하고, 이 설정한 주파수 f 및 주파수 f의 설정 종료를 임피던스 연산부(142)에 통지한다(S12).

이들 설정이 종료되면, 설정에 따른 전압 및 주파수 f의 교류 신호가 구동부(11)로부터 측정부(14)의 전류 검출 회로(141)를 통해 초음파 진동자(12)에 출력된다.

측정부(14)의 전류 검출 회로(141)는, 구동부(11)로부터 초음파 진동자(12)에 흐르는 전류를 실효치로 측정하고, 측정한 전류를 임피던스 연산부(142)에 통지한다(S13).

측정부(14)의 임피던스 연산부(142)는 전류 검출 회로(141)에서 측정한 전류가 통지되면, (임피던스)=(전압)/(전류)의 관계를 이용해, 이 측정한 전류로부터 임피던스 Z를 연산하고, 연산한 임피던스 Z와 주파수 제어부(143)로부터 통지를 받은 주파수 f를 대응시켜 기억부(16)에 기억한다(S14).

다음에, 임피던스 연산부(142)는, 임피던스 Z를 측정해야 할 주파수 범위에 서의 모든 주파수 f에서 임피던스 Z를 측정했는지 여부를 판단한다(S15).

이 처리 S15에서의 판단의 결과, 소정의 주파수 범위에서의 모든 주파수 f에서 임피던스 Z를 측정하는 경우(Yes)에는, 임피던스 연산부(142)는, 기억부(16)에 기억한 임피던스 Z와 주파수 f의 각 그룹(혹은 임피던스 Z와 주파수 f와의 각 그룹의 기억부(16)에서의 기억 위치) 및 임피던스 Z의 측정 종료를 주파수 연산부(151)에 통지한다(S16).

한편, 이 처리 S15에서의 판단의 결과, 소정의 주파수 범위에서의 모든 주파수 f에서 임피던스 Z를 측정하지 않는 경우(No)에는, 임피던스 연산부(142)는, 소정의 주파수 범위에서의 임피던스 Z를 측정해야 할 다음 주파수 f에서 임피던스 Z의 측정을 실행하기 위해, 주파수 제어부(143)로부터 통지를 받은 주파수 f에서의 임피던스 Z의 측정 종료를 주파수 제어부(143)에 통지함으로써 처리를 처리 S12로 되돌린다.

상기 주파수 f에서의 임피던스 Z의 측정 종료가 임피던스 연산부(142)로부터 통지되면, 주파수 제어부(143)는 상술과 동일하게 처리 S12를 실행하고, 전류 검출 회로(141)는, 상술과 동일하게 처리 S13를 실행하고, 임피던스 연산부(142)는, 상술과 동일하게 처리 S14 및 처리 S15를 실행한다. 이와 같이 소정의 주파수 범위에서의 모든 주파수 f에서 임피던스 Z의 측정이 종료할 때까지, 처리 S12 내지 처리 S15가 반복 실행되고, 주파수 제어부(143)가 처리 S12에서 구동부(11)로부터 출력되는 교류 신호의 주파수 f를 설정할 때마다, 임피던스 Z를 측정해야 할 주파수 범위 내에서, 소정의 주파수 f를 변경함으로써, 이 임피던스 Z를 측정해야 할 주파 수 범위에서의 모든 주파수 f에서 임피던스 Z가 측정된다. 즉, 임피던스 Z를 측정해야 할 주파수 범위에서 주파수 f가 스위프되면서 임피던스 Z가 측정된다.

이 임피던스 Z를 측정해야할 주파수 범위는, 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과, 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과의 교점 P에서의 주파수 fm을 중심으로 한 일정한 주파수 범위인 것이 바람직하다. 이 임피던스 Z를 측정해야 할 주파수 범위는, 예를 들면, 이 교점 P에서의 주파수 fm의 ±10%(즉, 0.9×fm∼1.1×fm)나, 이 교점 P에서의 주파수 fm의 ±15%(즉, 0.85×fm∼1.15×fm) 등이다. 이와 같이 이 교점 P에서의 주파수 fm을 중심으로 한 일정한 주파수 범위로 함으로써, 다른 진동 모드를 잘못 선택하지 않고, 초음파 진동자(12)를 구동해야 할 소정의 진동 모드에서의 목표 구동 주파수 fd를 선정할 수 있다.

그리고, 처리 S12에서 구동부(11)로부터 출력되는 교류 신호의 주파수 f를 설정할 때마다 있어서의 소정의 주파수 f의 변경은, 교점 P의 임피던스 Zm과 일치하는 임피던스 Z를 부여하는 주파수 f를 보다 정밀도 좋게 측정하기 위해서, 목표 구동 주파수 fd의 크기를 고려한 적당한 간격으로 변경된다. 예를 들면, 목표 구동 주파수 fd가 3MHz나 5MHz 등의 메가 헬츠 대인 경우에는 0.5kHz나 1kHz 등의 간격으로 변경되고, 또한 예를 들면, 목표 구동 주파수 fd가 100kHz나 500kHz 등의 킬로 헬츠 대인 경우에는 10Hz나 50Hz 등의 간격으로 변경된다.

다음에, 임피던스 Z의 측정 종료가 임피던스 연산부(142)로부터 통지되면, 제어부(15)의 주파수 연산부(151)는, 기억부(16)에 미리 기억되어 있는 부하인 경 우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과, 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과의 교점 P에서의 임피던스 Zm에 일치하는, 혹은, 가장 가까운, 측정부(14)에서 측정한 임피던스 Z를 선택하고, 이 선택한 임피던스 Z에 대응하는 주파수 f를 취득한다(S17).

다음에, 주파수 연산부(151)는, 이 취득한 주파수 f로부터 소정의 식을 이용해 목표 구동 주파수 fd를 구하고, 이 구한 목표 구동 주파수 fd를 구동 주파수 제어부(153)에 통지하는 동시에, 목표 구동 주파수 연산 처리의 종료를 전압 제어부(152)에 통지한다(S18). 이 소정의 식은, 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과, 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과의 교점 P에서의 주파수 fm과, 목표 구동 주파수 fd와의 사이에서의 관계를 나타내는 함수로, 예를 들면, fd=α×fm+β와 같이, 일차 함수로 주어진다. 이와 같이 목표 구동 주파수 fd가 교점 P의 주파수 fm에 관한 일차 함수에 의해서 표시되므로, 목표 구동 주파수 fd를 구하는 연산 처리가 용이해지고, 목표 구동 주파수 fd가 단시간에 연산 가능해진다.

목표 구동 주파수 fd는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 공진점의 주파수 fr로부터 반공진점의 주파수 fa까지의 발진 범위 RR내이면, 어떠한 주파수 f라도 되지만, 주위 환경의 변화나 경년 변화 등의 외부 요인에 의한 임피던스 주파수 특성의 변동을 고려한 마진만큼 반공진점 또는 공진점으로부터 떨어진 주파수 fd1, fd2인 것이 바람직하다. 환언하면, 주위 환경의 변화나 경년 변화에 의한 임피던스 주파수 특성의 변동을 고려한 다음에, 무부하인 경우의 임피던스 Z와 부하인 경우의 임 피던스 Z와의 차이가 가장 커지도록 목표 구동 주파수 fd를 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 교점 P의 주파수 fm에서 반공진점의 주파수 fa까지에서는, 무부하인 경우의 임피던스 Zd1와 부하인 경우의 임피던스 Zd1’와의 차이(｜Zd1-Zd1’｜)가 가장 커지도록 목표 구동 주파수 fd1를 설정하는 것이 바람직하고, 교점 P의 주파수 fm에서 공진점의 주파수 fr까지에서는, 무부하인 경우의 임피던스 Zd2와 부하인 경우의 임피던스 Zd2’와의 차이(｜Zd2-Zd2’｜)가 가장 커지도록 목표 구동 주파수 fd2를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, ｜x｜는 x의 절대값이다. 외부 요인에 의한 임피던스 주파수 특성의 변동은, 예를 들면, 공진점의 시프트, 반공진점의 시프트 및 임피던스 주파수 특성에서의 공진점 부근이나 반공진점 부근의 프로필의 변형 등이 있다. 이와 같이 목표 구동 주파수 fd를 설정함으로써, 무부하인 경우인지 부하인 경우인지를 판별할 필요가 있는 경우에, 목표 구동 주파수 fd에서 구동 중의 초음파 진동자(12)의 임피던스 Z를 측정함으로써, 무부하인 경우인지 부하인 경우인지를 용이하게 판별할 수 있다.

또한, 목표 구동 주파수 fd는, 무부하인 경우의 소비 전력이 작고, 발열을 억제할 수 있는 관점에서, 발진 범위 RR 중 교점 P의 주파수 fm에서 반공진점의 주파수 fa까지의 범위가 바람직하고, 이 관점에서 반공진점에서 상기 마진만큼 떨어진 주파수 fd1가 가장 바람직하다. 상기 마진은, 통계적으로, 혹은, 경험적으로 설정된다.

목표 구동 주파수 연산 처리의 종료가 주파수 연산부(151)로부터 통지되면, 전압 제어부(152)는, 초음파 발생 장치(1)의 통상의 동작에서의 증폭율로 발진 회 로(113)로부터의 교류 신호를 증폭하도록 증폭 회로(112)를 설정하고, 목표 구동 주파수 연산 처리의 종료를 주파수 제어부(143)에 통지하고, 이 통지를 받으면, 주파수 제어부(143)는 발진 회로(113)의 주파수 제어를 종료한다(S19). 이와 같이 동작함으로써, 목표 구동 주파수 연산 처리가 종료되고, 초음파 발생 장치(1)는, 통상의 동작이 가능한 상태로 설정된다.

그리고, 시동 스위치가 온되면, 구동 주파수 제어부(153)는, 발진 회로(113)의 주파수를 조정함으로써, 주파수 연산부(151)로부터 통지된 목표 구동 주파수 fd에서 초음파 진동자(12)가 구동하도록, 구동부(11)가 출력하는 교류 신호의 주파수 f를 제어한다.

이와 같이 동작하기 때문에, 초음파 발생 장치(1)는, 안정적으로 목표 구동 주파수 fd에서 초음파를 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 초음파 발생 장치(1)는 대상물(O)에 초음파 처리를 효과적으로 실시할 수 있다.

또한, 상술의 실시 형태에서는, 각 주파수에서, 구동부(11)에 의해서 초음파 진동자(12)에 일정 진폭의 전압(상술에서는, 1Vp-p)이 인가된 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)에 흐르는 전류가 전류 검출 회로(141)에서 검출되고, 이 검출된 전류로부터 임피던스 연산부(142)가 임피던스 Z를 측정하도록 구성되었는데, 임피던스 Z가 보다 좋은 정밀도로 측정되기 위해서, 초음파 진동자(12)에 인가하는 전압이 변경되어도 된다.

또한, 상술의 실시 형태에서는, 각 주파수 f에서, 구동부(11)에 의해서 초음파 진동자(12)에 일정 진폭의 전압(상술에서는, 1Vp-p)이 인가된 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)에 흐르는 전류가 전류 검출 회로(141)에서 검출되고, 이 검출된 전류로부터 임피던스 연산부(142)가 임피던스 Z를 측정하도록 구성되었는데, 이에 한정되지 않고, 공지의 임피던스 측정법이 채용 가능하다. 예를 들면, 초음파 진동자(12)에 일정값의 전류가 흐르는 경우의 전압을 측정함으로써 임피던스가 측정되어도 된다.

또한, 상술의 실시 형태에서는, 임피던스 Z를 측정해야 할 주파수 범위에서의 모든 주파수 f에서 임피던스 Z가 측정부(14)에서 측정된 후에, 기억부(16)에 미리 기억되어 있는 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과, 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과의 교점 P에서의 임피던스 Zm에 일치하는, 혹은, 가장 가까운, 측정부(14)에서 측정한 임피던스 Z가 선택되고, 이 선택된 임피던스 Z에 대응하는 주파수 f에서 목표 구동 주파수 fd가 제어부(15)에서 구해지도록 구성되었는데, 측정부(14)가 임피던스 Z를 측정할 때마다, 이 측정한 임피던스 Z와 이 측정 시에서의 주파수 f가 제어부(15)에 통지되고, 이 통지된 임피던스 Z가, 기억부(16)에 미리 기억되어 있는 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과의 교점 P에서의 임피던스 Zm과 소정의 범위 내에서 일치하는 경우에, 이 통지된 임피던스 Z가 선택되고, 이 선택된 임피던스 Z에 대응하는 주파수 f에서 목표 구동 주파수 fd가 제어부(15)에서 구해지도록 구성되어도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 임피던스 Z를 측정해야 할 주파수 범위에서의 모든 주파수 f에서 임피던스 Z를 측정할 필요가 없어지기 때문 에, 목표 구동 주파수 연산 처리가 보다 짧은 시간에 실행 가능해진다.

또한, 상술의 실시 형태에서, 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과, 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과의 교점 P에서의 임피던스 Zm은, 양 임피던스 주파수 특성을 미리 실측하여 미리 구해 두고, 이 미리 구한 교점 P에서의 임피던스 Zm, 및, 측정부(14)에서 측정한 임피던스 Z에 의거해, 초음파 진동자(12)를 구동해야 할 목표 구동 주파수 fd가 구해졌는데, 공진점 및 반공진점이 구해지고, 공진점의 주파수 fr 및 반공진점의 주파수 fa와 교점 P의 주파수 fm과의 관계를 나타내는 함수 fm=γ×g(fr)+δ×h(fa)로부터 교점 P의 주파수 fm이 구해지고, 이 구해진 교점 P의 주파수 fm에서 목표 구동 주파수 fd가 구해지도록 구성되어도 된다. 예를 들면, 초음파 진동 블록(2)에서의 초음파 진동자(12)에서, 교점 P의 주파수 fm이 공진점의 주파수 fr과 반공진점의 주파수 fa의 중간에 존재하는 일이 많으므로, 교점 P의 주파수 fm은, fm=(fr+fa)/2으로 주어진다.

이 공진점 및 반공진점에 의거해 교점 P의 주파수 fm을 구하여 목표 구동 주파수 fd를 구하는 경우에는, 초음파 발생 장치(1)의 각 부는, 다음과 같이 동작한다. 도 5에서, 공진점 및 반공진점에 의거해 교점 P의 주파수 fm을 구하고 목표 구동 주파수 fd를 구하는 경우의 목표 구동 주파수 연산 처리의 처리 S21 내지 처리 S26은 임피던스 Z를 측정하기 위해서 스위프하는 주파수 범위가 다른 점을 제외 하고, 도 3을 이용해 설명한 상술의 처리 S11 내지 처리 S16과 동일하므로, 그 설명을 생략한다.

임피던스 Z를 측정하기 위해서 스위프하는 주파수 범위는, 상술의 처리 S11 내지 처리 S16에서 교점 P의 주파수 fm을 부여하는 임피던스 Zm을 탐색하는 것이 목적이므로, 교점 P의 주파수 fm을 중심으로 한 일정한 주파수 범위이지만, 이 처리 S21 내지 처리 S26에서는, 공진점 및 반공진점을 탐색하는 것이 목적이므로, 예를 들면, 이들 공진점의 주파수 fr 및 반공진점의 주파수 fa를 포함하는 넓은 범위의 주파수 범위일 필요가 있다.

처리 S27에서, 임피던스 Z의 측정 종료가 임피던스 연산부(142)로부터 통지되면, 제어부(15)의 주파수 연산부(151)는, 기억부(16)에 기억되어 있는 임피던스 Z와 주파수 f와의 각 그룹에서 공진점 및 반공진점을 추출하고, 이 추출한 공진점에서의 주파수 fr 및 이 추출한 반공진점 fa를, 공진점의 주파수 fr 및 반공진점의 주파수 fa와 교점 P의 주파수 fm과의 관계를 표시하는 함수, 예를 들면 fm=(fr+fa)/2로부터 교점 P의 주파수 fm을 연산한다. 공진점은, 임피던스 주파수 특성이 극소이고, 반공진점은, 임피던스 주파수 특성이 극대이므로, 공진점 및 반공진점은, 용이하게 정밀도 좋게 추출할 수 있다.

다음에, 주파수 연산부(151)는, 이 연산한 주파수 fm에서 소정의 식을 이용해 목표 구동 주파수 fd를 구하고, 이 구한 목표 구동 주파수 fd를 구동 주파수 제어부(153)에 통지하는 동시에, 목표 구동 주파수 연산 처리의 종료를 전압 제어부(152)에 통지한다(S28).

목표 구동 주파수 연산 처리의 종료가 주파수 연산부(151)로부터 통지되면, 전압 제어부(152)는, 초음파 발생 장치(1)의 통상의 동작에서의 증폭율로 발진 회로(113)로부터의 교류 신호를 증폭하도록 증폭 회로(112)를 설정하고, 목표 구동 주파수 연산 처리의 종료를 주파수 제어부(143)에 통지하고, 이 통지를 받으면, 주파수 제어부(143)는, 발진 회로(113)의 주파수 제어를 종료한다(S29). 이와 같이 동작함으로써, 목표 구동 주파수 연산 처리가 종료되고, 초음파 발생 장치(1)는, 통상의 동작이 가능한 상태로 설정된다.

이와 같이 공진점 및 반공진점에 의거해 교점 P의 주파수 fm을 구하여 목표 구동 주파수 fd를 구함으로써, 초음파 진동자(12)나 초음파 발생 장치(1)의 제조 편차에 의한 목표 구동 주파수 fd에의 영향이 저감된다.

혹은, 상술의 실시 형태에서는, 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과, 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과의 교점 P에서의 임피던스 Zm은, 양 임피던스 주파수 특성을 미리 실측함으로써 미리 구해졌지만, 공진점 및 반공진점이 구해지고, 공진점의 주파수 fr 및 반공진점의 주파수 fa와 교점 P의 주파수 fm과의 관계를 나타내는 함수로부터 교점 P의 주파수 fm이 구해지고, 이 구해진 교점 P의 주파수 fm으로부터 교점 P의 임피던스 Zm이 구해지도록 구성되어도 된다.

이 공진점 및 반공진점에 의거해 교점 P의 임피던스 Zm을 구하는 경우에는, 초음파 발생 장치(1)의 각 부는, 다음과 같이 동작한다. 도 6에서, 공진점 및 반공진점에 의거해 교점 P의 임피던스 Zm을 구하는 처리의 처리 S31 내지 처리 S37은 도 5를 이용해 설명한 상술의 처리 S21 내지 처리 S27과 동일하므로, 그 설명을 생략한다.

처리 S38에서, 주파수 연산부(151)는, 기억부(16)에 기억되어 있는 측정부(14)에서 측정한 임피던스 Z와 주파수 f와 각 그룹 내에서 처리 S37에서 연산한 주파수 fm에 일치하거나, 혹은, 가장 가까운, 측정부(14)에서 측정한 주파수 f를 선택하고, 이 선택한 주파수 f에 대응하는 임피던스 Z를 취득하여, 교점 P의 임피던스 Zm으로서 기억부(16)에 기억하는 동시에, 본 처리의 종료를 전압 제어부(152)에 통지한다.

본 처리의 종료가 주파수 연산부(151)로부터 통지되면, 전압 제어부(152)는 초음파 발생 장치(1)의 통상의 동작에서의 증폭율로 발진 회로(113)로부터의 교류 신호를 증폭하도록 증폭 회로(112)를 설정하고, 본 처리의 종료를 주파수 제어부(143)에 통지하고, 이 통지를 받으면, 주파수 제어부(143)는 발진 회로(113)의 주파수 제어를 종료한다(S39).

이와 같이 공진점 및 반공진점에 의거해 교점 P의 주파수 fm을 구하여 교점 P의 임피던스 Zm을 구함으로써, 초음파 진동자(12)나 초음파 발생 장치(1)의 제조 편차에 의한 목표 구동 주파수 fd에의 영향이 저감된다.

여기서, 도 5나 도 6에 도시하는 동작에서, 임피던스 Z를 측정하기 위해서 스위프하는 주파수 범위는, 공진점 및 반공진점을 탐색하는 것이 목적이기 때문에, 공진점의 주파수 fr를 중심으로 한 일정한 주파수 범위 및 반공진점의 주파수 fa를 중심으로 한 일정한 주파수 범위만이어도 되고, 또한, 공진점의 주파수 fr를 중심으로 한 일정한 주파수 범위 및 반공진점의 주파수 fa를 중심으로 한 일정한 주파수 범위에서는 주파수 간격을 좁게, 다른 범위에서는 주파수 간격을 넓게 해도 된다.

또한, 상술의 실시 형태에서는, 부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과 무부하인 경우에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 주파수 특성과의 교점 P에서의 임피던스 Zm은, 양 임피던스 주파수 특성을 미리 실측함으로써 미리 구해지고, 이 미리 구해진 교점 P에서의 임피던스 Zm, 및, 측정부(14)에서 측정된 임피던스 Z에 의거해, 초음파 진동자(12)를 구동해야 할 목표 구동 주파수 fd가 구해졌는데, 미리 임피던스 주파수 특성의 기울기 a와 교점 P의 주파수 fm과의 대응 관계가 구해지고, 복수의 주파수 f의 전기 진동으로 초음파 진동자(12)를 구동한 경우에 있어서의 복수의 임피던스 Z가 측정부(14)에서 측정되고, 복수의 주파수 f와 복수의 임피던스 Z로부터 임피던스 주파수 특성의 기울기 a가 구해지고, 이 구해진 임피던스 주파수 특성의 기울기 a에 의거해 목표 구동 주파수 fd가 구해지도록 구성되어도 된다. 무부하인 경우를 포함하는 동일 부하에서의 임피던스 주파수 특성은, 공진점의 주파수 fr과 반공진점의 주파수 fa와의 차이, 그 사이의 임피던스 Z의 차이가 대략 같은 정도이므로, 공진점과 반공진점과의 사이에서의 임피던스 주파수 특성의 기울기 a로부터 교점 P의 주파수 fm이 구해진다.

우선, 임피던스 주파수 특성의 기울기 a와 교점 P의 주파수 fm과의 대응 관계가 미리 실측되고, 이 대응 관계가 기억부(16)에 기억된다. 그리고, 임피던스 주파수 특성의 기울기 a에 의거해 교점 P의 주파수 fm을 구하여 목표 구동 주파수 fd를 구하는 경우에, 초음파 발생 장치(1)의 각 부는, 다음과 같이 동작한다. 도 7에서, 임피던스 주파수 특성의 기울기 a에 의거해 교점 P의 주파수 fm을 구하여 목표 구동 주파수 fd를 구하는 목표 구동 주파수 연산 처리의 처리 S41 내지 처리 S46은 임피던스 Z를 측정하기 위해서 스위프하는 주파수 범위가 다른 점을 제외하고, 도 3을 이용해 설명한 상술의 처리 S11 내지 처리 S16과 동일하므로, 그 설명을 생략한다.

임피던스 Z를 측정하기 위해서 스위프하는 주파수 범위는, 상술의 처리 S11 내지 처리 S16에서는 교점 P의 주파수 fm을 부여하는 임피던스 Zm을 탐색하는 것이 목적이므로, 교점 P의 주파수 fm을 중심으로 한 일정한 주파수 범위였지만, 이 처리 S41 내지 처리 S46에서는, 공진점으로부터 반공진점까지의 임피던스 주파수 특성의 기울기 a를 구하는 것이 목적이므로, 이들 공진점의 주파수 fr에서 반공진점의 주파수 fa까지의 범위에서 적어도 2개의 측정점을 포함하는 주파수 범위이면 된다. 측정점을 증가시킴으로써 구해지는 임피던스 주파수 특성의 기울기 a의 정밀도가 향상된다.

처리 S47에서, 임피던스 Z의 측정 종료가 임피던스 연산부(142)로부터 통지 되면, 제어부(15)의 주파수 연산부(151)는, 기억부(16)에 기억되어 있는 측정부(14)에서 측정한 임피던스 Z와 주파수 f와의 각 그룹에서 임피던스 주파수 특성의 기울기 a를 구하고, 기억부(16)에 미리 기억되어 있는 임피던스 주파수 특성의 기울기 a와, 교점 P의 주파수 fm과의 대응 관계에서의 임피던스 주파수 특성의 기울기 a중에서, 이 구한 임피던스 주파수 특성의 기울기 a와 일치하는, 혹은, 가장 가까운, 임피던스 주파수 특성의 기울기 a를 선택하고, 이 선택한 임피던스 주파수 특성의 기울기 a에 대응하는 주파수 fm을 취득한다.

다음에, 주파수 연산부(151)는, 이 취득한 주파수 fm로부터 소정의 식을 이용해 목표 구동 주파수 fd를 구하고, 이 구한 목표 구동 주파수 fd를 구동 주파수 제어부(153)에 통지하는 동시에, 목표 구동 주파수 연산 처리의 종료를 전압 제어부(152)에 통지한다(S48).

목표 구동 주파수 연산 처리의 종료가 주파수 연산부(151)로부터 통지되면, 전압 제어부(152)는, 초음파 발생 장치(1)의 통상의 동작에서의 증폭율로 발진 회로(113)로부터의 교류 신호를 증폭하도록 증폭 회로(112)를 설정하고, 목표 구동 주파수 연산 처리의 종료를 주파수 제어부(143)에 통지하고, 이 통지를 받으면, 주파수 제어부(143)는 발진 회로(113)의 주파수 제어를 종료한다(S49). 이와 같이 동작함으로써, 목표 구동 주파수 연산 처리가 종료되고, 초음파 발생 장치(1)는, 통상의 동작이 가능한 상태로 설정된다.

이와 같이 구성함으로써, 수 점(數点)에서, 최소의 케이스에서는 2점에서 임피던스 Z를 측정하면 되므로, 보다 고속으로 목표 구동 주파수 연산 처리를 실행할 수 있다.

그리고, 상술의 실시 형태에서, 목표 구동 주파수 연산 처리는, 초음파 발생 장치(1)의 전원이 투입된 경우에 실행되었는데, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 시동 스위치가 온되어 초음파 발생 장치(1)가 초음파를 발생하고 있는 통상의 동작 중에, 목표 구동 주파수 연산 처리가 실행되도록 구성되어도 된다. 혹은, 전원 스위치가 온되어 전원의 투입후에 있어 시동 스위치가 오프인 대기 중에, 목표 구동 주파수 연산 처리가 실행되도록 구성되어도 된다. 혹은, 초음파 발생 장치(1)가 또한 전원 공급원이 되는 2차 전지를 구비한 충전 기능 부착인 경우에, 그 충전 중에, 목표 구동 주파수 연산 처리가 실행되도록 구성되어도 된다. 이들 동작 중, 대기중 및 충전중에 있어서의 목표 구동 주파수 연산 처리는, 1회여도 되고, 소정의 타이밍(예를 들면 시동후 5분 간격이나, 시동후 10분 간격이나, 시동후 20분 간격 등)으로 반복 실행되어도 된다. 그리고, 목표 구동 주파수 연산 처리의 실행을 완료하고 나서 통상의 동작으로 이행해도 되지만, 목표 구동 주파수 fd를 구하기 위해서 필요한 임피던스 Z를 측정한 후에 통상의 동작으로 이행하여, 통상의 동작 중에 이 측정한 임피던스 Z를 이용해 목표 구동 주파수 fd를 구하는 연산을 실행하도록 구성해도 된다.

또한, 상술의 실시 형태에서, 목표 구동 주파수 연산 처리가 실시된 후에, 목표 구동 주파수 fd에서 초음파 진동자(12)가 구동되는 경우에 있어서의 무부하인 경우의 임피던스 Z 또는 부하인 경우의 임피던스 Z가 기억부(16)에 기억되고, 제어부(15)는, 무부하인 경우에 또는 부하인 경우에, 초음파 진동자(12)의 구동 중에 있어서의 임피던스 Z를 측정부(14)에서 측정하고, 이 측정한 임피던스 Z와 기억부(16)에 기억되어 있는 임피던스 Z를 비교하여, 이 비교의 결과에 따라, 목표 구동 주파수 연산 처리를 실행할지 여부를 판단하고, 이 판단의 결과에 따라 목표 구동 주파수 연산 처리를 실행해도 된다.

도 8은 임피던스의 어긋남에 의한 목표 구동 주파수 연산 처리의 실행의 판단 동작을 도시하는 플로우 챠트이다. 도 8(A)는, 임피던스의 기억 동작을 도시하는 플로우 챠트이고, 도 8(B)는, 목표 구동 주파수 연산 처리의 실행의 판단 동작을 도시하는 플로우 챠트이다.

도 8(A)에서, 우선, 제어부(15)는, 가장 인접하는 목표 구동 주파수 연산 처리로 구해진 목적 구동 주파수 fd에서 구동부(11)에 의해서 초음파 진동자(12)를 구동한다(S51). 다음에, 측정부(14)는, 이 구동 중에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 Z를 측정하여, 기억부(16)에 기억한다(S52).

목표 구동 주파수 연산 처리를 할 때에, 도 8(B)에서, 제어부(15)는, 무부하인 경우 또는 부하인 경우에, 가장 인접하는 목표 구동 주파수 연산 처리로 구해진 목적 구동 주파수 fd에서 구동부(11)에 의해서 초음파 진동자(12)를 구동한다(S61). 다음에, 측정부(14)는, 이 구동 중에 있어서의 초음파 진동자(12)의 임피던스 Z를 측정하고, 측정 결과를 제어부(15)에 통지한다(S62). 다음에, 제어부(15)는, 기억부(16)에 기억되어 있는 임피던스 Z와, 이 측정한 임피던스 Z를 비교하고, 비교한 결과, 이들 차이가 소정의 범위 이내인지 여부를 판단한다(S63).

이 판단의 결과, 차이가 소정의 범위 이내인 경우(Yes)에, 제어부(15)는, 본 처리를 종료하고, 목표 구동 주파수 연산 처리를 실행하지 않는다. 즉, 초음파 발생 장치(1)는, 가장 인접하는 목표 구동 주파수 연산 처리로 구해진 목적 구동 주파수 fd에서 구동된다.

한편, 이 판단의 결과, 차이가 소정의 범위 이내가 아닌 경우(No)에, 제어부(15)는 목표 구동 주파수 연산 처리를 실행한다(S64). 즉, 초음파 발생 장치(1)는, 새로운 목표 구동 주파수 연산 처리로 구해진 목표 구동 주파수 fd로 구동된다.

여기서, 이 도 8(A) 및 (B)에 도시하는 동작은, 무부하인 경우 또는 부하인 경우의 어느 하나에서 실행된다. 무부하인 경우인지 부하인 경우인지는, 도 4로부터 알 수 있듯이, 무부하인 경우와 부하인 경우에 있어서 초음파 진동자(12)에 흐르는 전류가 상이하므로, 초음파 진동자(12)에 흐르는 전류를 측정함으로써 판단할 수 있다.

이와 같이 동작함으로써, 주위 환경의 변화 없이 공진점 및 반공진점이 대략 고정하여 안정되는 경우에, 초음파 발생 장치(1)는, 목표 구동 주파수 연산 처리를 실행할 필요가 없다.

그리고, 이러한 초음파 발생 장치(1)를 초음파 미용 장치에 적용해도 된다. 도 9는 초음파 발생 장치의 초음파 미용 장치에의 적용예를 도시하는 일부 단면도이다.

도 9에서, 초음파 미용 장치(20)는, 하우징(수용 용기)(21)과, 상술의 구동부(11), 측정부(14), 제어부(15) 및 기억부(16)를 구비한 회로 블록(22)과, 상술의 초음파 진동자(12) 및 혼(13)을 구비한 접착 타입의 초음파 진동 블록(23)을 구비하여 구성된다. 하우징(21)은 예를 들면 합성 수지 등으로 구성되고, 사용시에 손으로 잡는 파지부(21-1)와, 파지부(21-1)의 한쪽 선단에 배치된 진동부(21-2)를 구비하고, 하우징(21) 내, 주로 파지부(21-1)내에는 회로 블록(22)이 수용되고, 진동부(21-2)의 한쪽면(정면)에는 혼(13)의 방사면이 피부 등의 대상물(O)에 직접 또는 초음파 전달 매체(31)를 통해 접촉가능해지도록 초음파 진동 블록(23)이 배치된다.

이러한 초음파 미용 장치(20)는, 상술의 초음파 발생 장치(1)가 조합되어 있으므로, 안정적으로 목표 구동 주파수 fd에서 초음파를 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 초음파 미용 장치(20)는, 대상물(O)에 미용 효과를 효과적으로 줄 수 있다. 특히, 약제를 이용함으로써, 약제가 피부에 효과적으로 작용하여 아름다운 피부를 만들어준다.

여기서, 임피던스는, 상술한 바와 같이, (임피던스)=(전압)/(전류)의 관계에 있으므로, 전압이 이미 알려진 경우의 전류나, 전류가 이미 알려진 경우의 전압은, 임피던스와 등가적이고, 이 의미에서 임피던스에 포함된다. 즉, 임피던스 대신에 전압이 이미 알려진 경우에 전류를 이용할 수 있고, 또한, 임피던스 대신에 전류가 이미 알려진 경우에 전압을 이용할 수 있다.

본 명세서는 상기와 같이 다양한 발명을 개시하고 있는데, 그 중 주요 발명을 이하에 정리한다.

본 발명의 일양태에 관한 초음파 발생 장치는, 전기 진동을 생성하는 구동부와, 상기 구동부로부터의 상기 전기 진동을 초음파의 기계 진동으로 변환하는 초음 파 진동자와, 한쪽면에 상기 초음파 진동자가 접합되어 상기 초음파 진동자로부터의 상기 초음파의 기계 진동을 다른쪽면의 방사면에 전달하는 전달 부재와, 상기 초음파 진동자의 임피던스를 측정하는 측정부와, 상기 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물이 상기 전달 부재에 접촉해 있는 부하인 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성과, 상기 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물이 상기 전달 부재에 접촉하고 있지 않는 무부하인 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성과의 교점에서의 임피던스, 및, 상기 측정부에서 측정한 임피던스에 의거해 상기 초음파 진동자를 구동해야 할 목표 구동 주파수를 구하고, 상기 구한 목표 구동 주파수로 상기 초음파 진동자가 진동하도록, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 초음파 발생 장치는, 안정적으로 목표 구동 주파수로 초음파를 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 초음파 발생 장치는, 대상물(O)에 초음파 처리를 효과적으로 실시할 수 있다.

그리고, 상술의 초음파 발생 장치에서, 상기 측정부는, 상기 구동부에 의해서 상기 초음파 진동자에 일정 진폭의 전압을 인가한 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자에 흐르는 전류치에 의거해 상기 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 초음파 발생 장치에서는, (임피던스)=(전압)/(전류)의 관계를 이용해 임피던스가 용이하게 측정 가능해진다.

또한, 이들 상술의 초음파 발생 장치에서, 상기 교점의 임피던스는, 상기 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물이 상기 전달 부재에 접촉해 있는 부하인 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성, 및, 상기 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물이 상기 전달 부재에 접촉하고 있지 않는 무부하인 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성을 미리 측정하고, 상기 측정 결과에서 미리 구한 값인 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 초음파 발생 장치는, 교점의 임피던스가 미리 구해져 있으므로, 안정적으로 상기 초음파 발생 장치에 적합한 목표 구동 주파수로 초음파를 발생시킬 수 있다.

또한, 이들 상술의 초음파 발생 장치에서, 상기 제어부는, 또한, 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성에서의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 상기 측정부에 의해서 측정하고, 상기 측정한 공진 주파수 및 반공진 주파수에 의거해 상기 교점의 임피던스를 구하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 초음파 발생 장치에서는, 실측한 공진 주파수 및 반공진 주파수에 의거해 교점의 임피던스가 구해지므로, 초음파 진동자나 초음파 발생 장치의 제조 편차에 의한 목표 구동 주파수에의 영향이 저감된다.

그리고, 이들 상술의 초음파 발생 장치에서, 상기 목표 구동 주파수는, 상기 교점의 주파수에 관한 일차 함수에 의해서 표시되고, 상기 제어부는, 상기 일차 함수를 이용해 상기 목표 구동 주파수를 구하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 초음파 발생 장치에서는, 목표 구동 주파수가 교점의 주파수에 관한 일차 함수에 의해서 표시되므로, 목표 구동 주파수를 구하는 연산 처리가 용이해져, 목표 구동 주파수가 단시간에 연산 가능해진다.

또한, 이들 상술의 초음파 발생 장치에서, 상기 목표 구동 주파수는, 외부 요인에 의한 임피던스 주파수 특성의 변동을 고려한 마진만큼 반공진점 또는 공진점에서 떨어진 주파수인 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 초음파 발생 장치는, 이와 같이 목표 구동 주파수가 설정됨으로써, 무부하인 경우인지 부하인 경우인지를 판별할 필요가 있는 경우에, 목표 구동 주파수에서 구동 중인 초음파 진동자의 임피던스 Z를 측정함으로써, 무부하인 경우인지 부하인 경우인지를 용이하게 판별할 수 있다.

또한, 이들 상술의 초음파 발생 장치에서, 상기 제어부는, 복수의 주파수의 전기 진동으로 상기 초음파 진동자를 구동한 경우에 있어서의 복수의 임피던스를 상기 측정부에서 측정하고, 상기 복수의 주파수와 상기 복수의 임피던스로부터 임피던스 주파수 특성의 기울기를 구하고, 상기 구한 임피던스 주파수 특성의 기울기에 의거해 상기 목표 구동 주파수를 구하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 초음파 발생 장치에서는, 목표 구동 주파수가 임피던스 주파수 특성의 기울기에 의거해 구해지므로, 수 점의, 최소의 케이스에서는 2점의 임피던스 Z가 측정되면 되므로, 목표 구동 주파수를 연산하는 처리가 보다 고속으로 실행 가능해진다.

또한, 이들 상술의 초음파 발생 장치에서, 상기 목표 구동 주파수로 상기 초음파 진동자를 구동하는 경우에 있어서의 상기 무부하인 경우의 임피던스 또는 상기 부하인 경우의 임피던스를 기억하는 기억부를 더 구비하고, 상기 제어부는, 상기 무부하인 경우에 또는 상기 부하인 경우에, 상기 초음파 진동자의 구동 중에 있 어서의 임피던스를 상기 측정부에서 측정하고, 상기 측정한 임피던스와 상기 기억부에 기억되어 있는 임피던스를 비교하여, 상기 비교의 결과에 따라, 상기 목표 구동 주파수를 구할지 여부를 판단하고, 상기 판단의 결과에 따라 상기 목표 구동 주파수를 구하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 초음파 발생 장치는, 주위 환경의 변화도 없이 공진점 및 반공진점이 대략 고정되어 안정되어 있는 경우에는, 목표 구동 주파수를 연산하는 처리를 실행할 필요가 없다.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 관한 초음파 미용 장치는, 상술의 초음파 발생 장치의 어느 하나를 이용한 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 초음파 미용 장치는, 안정적으로 목표 구동 주파수로 초음파를 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 초음파 미용 장치는, 대상물(O)에 미용 효과를 효과적으로 줄 수 있다.

본원 발명을 표현하기 위해서, 상술에서 도면을 참조하면서 실시 형태를 통해서 본원 발명을 적절하게 또한 충분히 설명했는데, 당업자이면 상술의 실시 형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 이룰 수 있다고 인식하여야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구의 범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 레벨이 아닌한, 상기 변경 형태 또는 상기 개량 형태는, 해당 청구항의 권리 범위에 포괄되는 것으로 해석된다.

Claims

전기 진동을 생성하는 구동부와,

상기 구동부로부터의 상기 전기 진동을 초음파의 기계 진동으로 변환하는 초음파 진동자와,

한쪽면에 상기 초음파 진동자가 접합되어 상기 초음파 진동자로부터의 상기 초음파의 기계 진동을 다른쪽면의 방사면에 전달하는 전달 부재와,

상기 초음파 진동자의 임피던스를 측정하는 측정부와,

상기 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물이 상기 전달 부재에 접촉해 있는 부하인 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성과, 상기 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물이 상기 전달 부재에 접촉하고 있지 않는 무부하인 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성과의 교점에서의 임피던스, 및, 상기 측정부에서 측정한 임피던스에 의거해 상기 초음파 진동자를 구동해야 할 목표 구동 주파수를 구하고, 상기 구한 목표 구동 주파수에서 상기 초음파 진동자가 진동하도록, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 구비하는 초음파 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 측정부는, 상기 구동부에 의해서 상기 초음파 진동자에 일정 진폭의 전압을 인가한 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자에 흐르는 전류에 의거해 상기 임피던스를 측정하는, 초음파 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 교점의 임피던스는, 상기 초음파의 기계 진동을 전달해야할 대상물이 상기 전달 부재에 접촉해 있는 부하인 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성, 및, 상기 초음파의 기계 진동을 전달해야 할 대상물이 상기 전달 부재에 접촉하고 있지 않는 무부하인 경우에 있어서의 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성을 미리 측정하고, 상기 측정 결과에서 미리 구한 값인, 초음파 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부는, 또한, 상기 초음파 진동자의 임피던스 주파수 특성에서의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 상기 측정부에 의해서 측정하고, 상기 측정한 공진 주파수 및 반공진 주파수에 의거해 상기 교점의 임피던스를 구하는, 초음파 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 목표 구동 주파수는, 상기 교점의 주파수에 관한 일차 함수에 의해서 표시되고,

상기 제어부는, 상기 일차 함수를 이용해 상기 목표 구동 주파수를 구하는, 초음파 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 목표 구동 주파수는, 외부 요인에 의한 임피던스 주파수 특성의 변동을 고려한 마진만큼 반공진(反共振)점 또는 공진점에서 떨어진 주파수인 , 초음파 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부는, 복수의 주파수의 전기 진동으로 상기 초음파 진동자를 구동한 경우에 있어서의 복수의 임피던스를 상기 측정부에서 측정하고, 상기 복수의 주파수와 상기 복수의 임피던스로부터 임피던스 주파수 특성의 기울기를 구하고, 상기 구한 임피던스 주파수 특성의 기울기에 의거해 상기 목표 구동 주파수를 구하는, 초음파 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 목표 구동 주파수로 상기 초음파 진동자를 구동하는 경우에 있어서의 상기 무부하인 경우의 임피던스 또는 상기 부하인 경우의 임피던스를 기억하는 기억부를 더 구비하고,

상기 제어부는, 상기 무부하인 경우에 또는 상기 부하인 경우에, 상기 초음파 진동자의 구동 중에 있어서의 임피던스를 상기 측정부에서 측정하고, 상기 측정한 임피던스와 상기 기억부에 기억되어 있는 임피던스를 비교하여, 상기 비교의 결과에 따라서, 상기 목표 구동 주파수를 구할지 여부를 판단하고, 상기 판단의 결과에 따라 상기 목표 구동 주파수를 구하는, 초음파 발생 장치.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 1항에 기재된 초음파 발생 장치를 이용한 초음파 미용 장치.