JPH0263580A

JPH0263580A - 超音波周波数ジェネレータ

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Publication number: JPH0263580A
Application number: JP63002380A
Authority: JP
Inventors: William L Puskas; ウイリアム　エル　パスカス
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-01-09
Filing date: 1988-01-08
Publication date: 1990-03-02
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: US4736130A; EP0274136A3; JPH0632782B2; EP0274136A2; AU1005488A; CA1299730C; AU589883B2

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】［技術分野］本発明は超音波変換器に係り、特に洗浄、脱脂キャビチ
ーシラン、気泡の除去、およびこれ、らと同等の目的に
応用するための液体バスに対して使用する変換器に印加
される超音波エネルギーの波形を制御するジェネレータ
に関するものである。

さらに特定すると、本発明は、液体に伝達されるエネル
ギーの効果を最適化するために、超音波変換器に印加さ
れる信号の多数のパラメータを制御する回路構成に関す
るものである。

［発明の背ｔ］種々の目的に超音波周波数のエネルギーを使用すること
が知られている。清浄、半田付け、乳化鋼材の酸洗い、
および低温殺菌のような商・工業処理用の液体に超音波
電力を印加することは特に知られている。

これらの応用および他の応用において、持続波（ＣＷ）
の動作よりすぐれて改良された性能を提供するために、
印加電力励振周波数の周波数および振幅変調の形を使用
することもさらに知られている。

したがって、従来技法は、たとえば、熔融ガラスのバス
からの気泡除去のため０．５ｋｌｌｚから６０　ｋ　Ｉ
ｔ　ｚの範囲の掃引周波数において音響エネルギーを使
用することを伝授している。この上うな推作は、異なる
直径の気泡に共振する周波数で１ｆ￥１エネルギーを印
加してこれらの気泡を圧力ウェルに追いやりそしてその
後はより微小な気泡を振動させてその周辺の液体を攪拌
して液体による気泡の崩壊および吸収を容易ならしめる
ものとして知られている。

また、米国特許第４，３９８，９２５号は、気泡の共振
周波数にわたって掃引されている出力信号を生じる共振
ジェネレータを開示している。レビテーション・ジェネ
レータ２０は、周波数制御器によってその周波数が制御
されている上記の共振ジェネレータの出力によってミク
サ２４内で？！調される６　０　ｋ　Ｉｔ　ｚの信号を
発生する。この変調信号は音響変換器に供給され、そし
てこれによってパスに印加される。

米国特許第３．３７１，２３３号においては、多周波数
超音波清浄装置が開示されている。しかしながら、周波
数ジェネレータを制御して種々の周波数を生じるのでは
な（、広帯域の超音波清浄周波数を同時に発生させるた
めに、衝ｍｓ起インパルスが不規則な方法で方形波変換
器に供給されているが、この変換器はその寸法が種々異
なる理由によってその周波数の各々およびその高調波で
共振する。

したがってこの開示は、この変換器に印加される波形に
関する制御、たとえばこの波形を所望の周波数に同調さ
せるような制御を実施することを回避することを試みて
いるものである。その代りに、インパルスすなわち方形
波励起信号が、周波数調整エレメントを自ら備えている
変換器に印加されている。したがって、固定・非可変パ
ラメータを有しかつこのため清浄装置の操作に関して制
御を必要としない簡単なパルス・ジェネレータのみが使
用されている。

したがって従来技術においては、ある事前決定の動作基
準に合致するように制御可能な特性を有するパルスを発
生可能な可制御パルス・ジェネレータが望まれている。

液体用に意図されている大部分の近代的電力超音波ジェ
ネレータにおいては、電力励振周波数の振幅変＠（ＡＭ
）も使用されている。特にこのＡＭは電源ライン周波数
の２倍である全波正弦パターンである。さらに複雑な周
波数置ｉｌｌ（ＦＭ）技法も知られている。２個の構成
品が以下に述べるようにこの技法を組み立てている。出
力リアクティブ負荷インピーダンスとの共振を維持する
ために自動同調システムが使用され、そしてＡＭ周波数
と同期した掃引周波数構成品を設けることができる。

しかしながら、このような複雑なシステムの場合でも、
結果として得られる諸利点は、最適設計の問題よりむし
ろ同期性の問題にある。

たとえば、上記のタイプのシステムの場合は、ＡＭパタ
ーンは電源ライン電圧の全波整流から一般的に生じる。

したがって、上記のように機能する超音波ジェネレータ
は、６０１１ｚＡＣが一般的である米国内で作動する場
合は、１２０ＨｚのＡＭパターンを有することになる。

しかしながら、同一の超音波ジェネレータは、欧州内で
作動する場合は５０１１ｚＡＣが共通ライン電圧である
ので、１００ｔｌｚのＡＭパターンを有することになる
。いずれにしても、これらの作！＠ＩＪ周波数エンベａ
−ブは処理の最適化には関係なく、むしろ便利性と容易
に利用可能な波形の問題である。

ＦＭの自動同調構成品に関しては、これは電力オフシレ
ータ内のフィードバック・システムの自然発生効果であ
り、これに対し掃引周波数ＦＭはＡＭパターンに起因し
て電流レベルが変化する際の出力インダクタンスの部分
的飽和のレベル変動に起因する自然発生現象である。

米国特許ｆＩＩＪ３．６３８，０８７号においては、音
波クリーナによる電力消突を軽減するためのデート電源
装置を開示している。この特許は、パルス変調電力出力
を生じるためにパルス幅およびパルス繰返し率を変化さ
せることを記載している。固定周波数の音波信号がゲー
トされ、持続時開および繰返し速度が変化するパルスの
時間中出力される。

この開示された回路は、パルス・ジェネレータによろて
作動するデートを包含している。このデートは、音波ジ
ェネレータによって発生された音波制御周波数を、関連
のパルス・ジよネレータが所与の電圧レベルにあるとき
のみ、電力出力ステージに伝達する。デートが出力信号
に電力出力ステージを作動させることを可能ならしめる
時間の長さは、デートに供給されるパルス幅に比例する
。

したがって、パルス・ジェネレータからの電圧の幅を変
化させることによって、デートが音波出力信号に電力出
力ステージを作動させることを可能ならしめる時間の長
さが変化する。この電力ステーゾからの出力は、清浄タ
ンクを振動させる音響変換器に接続されている。パルス
・ジェネレータから受信された信号のパルス幅を変化さ
せることによって、音響周波数電力出力に対するパルス
幅変調の量すなわちデユーティ・サイクルの変化を得る
ことができる。さらに、パルス・ジェネレータの周波数
を変化させることによって、パルス幅変調の繰返し速度
が変化する。

上記文献において、パルス幅およびパルス周波数を変化
させることによって、音響ノエネレータに対するパルス
変調の最も効率的なタイプ、すなわち音響クリ−すに対
する最も効率的な差動モードが、フルーグ・メータ（Ｆ
ｌｕｋｅ　＋＊ｅｔｅｒ）の助けによって実験的に決定
されることが開示されている。

作動効率の増大については、音響電力出力を利用する時
間部を９０％だけ削減するようにパルス・ジェネレータ
を調整することによって、清浄動作を実施するために必
要な時間の５０％増加のコストにおいて、清浄コストの
者しい削減を達成することによって説明している。

しかし、なから、上記文献は電力使用効率の最適化によ
る単一の目的を達成するためにバーストに対する持続時
間および繰返し速度の変更を伝授しているものの、従来
技術のものは音響周波数パルスの波形に対して十分な制
御を与えて液体に対する超音波電力の任意の印加を最適
化することに欠けている。したがって従来技術は、任意
の基準または組の基準のもとで液体に対する超音波電力
の印加を最適化する点で不十分なものである。

−船釣に、多くの低容量電力超音波印加法が知られてい
ることに注目されたい。この結果として、多数の異なる
多数基準組が適用可能であって、種々のス斗−ムの異な
る適用に使用された場合の効率を判断することができる
。したがって、各々の適用に対する多くの異なる基準に
基づいて種々のＡＭ、ＦＭまたはＰＭ（パルス変調）ス
キームを最適化することが必要である。単一の基準の必
要条件に合致させるべく特定のＡＭ、ＦＭまたはＰＭ波
形を最適化するために１つまたは２つの特性を変化させ
る技法は、限定使用のものである。

したがって、上記の技術は駆動パルスの印加前１周波数
および振幅に対するある制御形式を開示しているものの
、特定の印加に関連するすべての所与の組の基準に対し
て波形を最適化することについての印加前１波形の十分
に多数のパラメータに対する制御を提供する方法および
装置が従来技術に必要である。

［発明の目的１本発明の主要目的は、すべての任意基準に基づく液体に
対する超音響電力の印加を最適化することである。

本発明のさらに特殊の目的は、所与の基準に基づく超音
波電力の印加を最適化するため、超音波電力が適用され
る形式をｌｌ整する多数のパラメータを制御する装置を
提供することである。

本発明のさらに他の目的は、所望の基準に合致するべく
、液体に適用される超音響電力の周波数を制御する装置
を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、所望の基準に合致すべく、
液体に印加される超音響波形のエンベロープを制御する
装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、液体の超音波励起のため変
換器に印加される超音波周波数波形のエンベロープの電
力バースト時間、静穏時間、電力列時間、およびガス抜
き時間を制御する装置を提供することである。

本発明の付加的目的は、液体の超音波励起のため変換器
に印加される超音波波形に含まれる開局波数を制御する
とともに、上記の印加される超音波周波数の振幅を制御
する装置を提供することである。

［発明の構成１本発明の上記およびその他の目的に基づいて、任意の所
定基準に従って変換器を駆動するための複数のパラメー
タを設定する超音波周波数ジェネレータが設けられてい
る。このジェネレータは、可変制御掃引周波数および可
変選択中心周波数を有する周波数信号を生成する制御Ｉ
周波数発生手段を具備している。この周波数発生手段は
、前記周波数信号の周波数を掃引するための時間関数を
提供する第１の制御手段と、この周波数信号の中心周波
数を設定するための第２の制御手段とを包含している。

さらに、周波数信号の一連の電力バーストを各々に包含
しているプログラム制御された１ｈｆＬの電力列を生じ
るためにプログラミング手段が設けられていて、この電
力バーストは可変制御持続時間を有しかつ可変制御ｅ開
時間によって分離されている。したがって、この変換器
は、制御された所定の持続時開の間および制御時間関数
の制御可能な選択周波数にわたって変化する諸周波数に
おいて制御された所定の静穏時間で分離された状態で、
超音波エネルギーのバーストを液体に印加すべく駆動さ
れる。本発明の他の実施！！様によると、任意の所定の
基準に基づいて変換器を駆動する複数のバフメータを設
定するための超音波周波数ジェネレータが設けられでい
る。このジェネレータは、可変制御特性を有する周波数
信号を生成する制御周波数発生手段と、各々が前記周波
数信号の一連の電力バーストを含んでいるプログラム制
御の組の電力列を生成するプログラミング手段とをＡＩ
ｌしている。これらの電力バーストは、可変制御持続時
間を有するとともに可変制御静穏時間によって分離され
ている。プログラミング手段は、その期間中に連続電力
バーストが電力列として変換器に供給される持続時間を
設定するための電力列時間制御手段と、上記変換器に供
給される電力列間の可制御持続時間のガス抜き時間を設
けるためのガス抜き時間制御手段とを含んでいる。

したがって、この変換器は、制御された所定の持続時間
、すなわち制御持続時間のかつ制御ガス抜き時間によっ
て分離されている電力列内の制御された所定の静穏時間
に上って分離された持続時間の闇に超音波エネルギーの
バーストを液体に印加するように駆動される。

本発明の他の実施態様は、変換器に印加される波形の７
つのパラメータを変化させるための制御器の組合わせ、
制御手段によって制御される値の設定の組を記憶する記
憶手段の使用、および諸設定の記憶された組のうちから
選択する手段を包含している。さらに、マイクロプロセ
ッサ制御手段を含む閉ループ制御手段を包含して制御器
の少なくとも１つの閉ループ制御をもたらして、波形の
印加の進行に従って設定されたバフメータの最適値の連
続選択を具現することができる。

本発明の上記および他の目的、特徴並びに利息は、本発
明の好ましい実施例が示してありかつ限定を加える目的
でなく説明の目的で記載されている添付図面に関して考
慮し、かつ本発明を実施するための最良の方式のうちの
一つの方式についての以下の詳細な説明を参照すること
によって、本発明が関連する技術分野の熟練者に対して
容易に明らかになるであろう。

［実施例１図面を参照すると、信号の７つのパラメータの各々に対
する所望の値を変化させかつ選択するための諸制御器を
包含する電力超音波ジェネレータが第１図に示しである
。＠ｉ図に示したジェネレータを参照しかっこの作動を
説明する前に、第２〜６図に示した波形を参照してこの
ジェネレータによって制御される種々のパラメータを説
明する。

第２図は波形のパルス変調エンベロープを示すとともに
、その数個のパラメータを識別している。

特に、第２のエンベロープは、超音波の正弦波のために
設けられているが、見やすくするために個々の正弦波サ
イクルは示されていない。

第２のエンベロープは４個のパラメータによって特性づ
けられているが、第５のパラメータは第３図の詳細図で
示され、そして本発明によって制御されているｔｊＳ６
および第７のパラメータは第４および第５図の波形に関
連して説明されている。

第２図の波形は、超音波周波数を印加するための第１の
プログラムを形成する第１の連続パルス１２、この連続
パルス１２に続くギャップ１４、およびこのギャップ１
４に続き第１のプログラムを継続させるかまたは第２の
プログラムを構成するための異なるパラメータ値を有す
ることができる別の連続パルス１６によって識別される
。これらの連続パルスの各々について、多数の電力バー
スト・パルス１８は静穏時間期間２０によって相互に分
離されていることが分かる。

各々の連続パルス１２．１８、・・・は、多数のパルス
から成っている電力列を形成している。この電力列の電
力バースト・パルス１８は、本発明の回路によって決定
される持続時ｒｍをめいめいに有している。これらのパ
ルス間の静穏時間２０は、所定の時間間隔に設定されて
いる。このため、電力パルスのデユーティ・サイクルは
もとよりこの電力パルスの幅は、本発明の回路によって
決定されている。

さらに、前記電力パルスそれ自身は、第１図の回路実施
例によって制御されている所定の持続時問を有する所定
の”電力列時間”にわたって生成されている。したがっ
て、本発明は、本発明によって明確に定義された、すな
わち制限されたシーケンスで超音波周波数信号の明確に
定義されかつ時間規正されたパルスの生成を意図してい
る６のである。

ガス抜慇時間は本発明の回路によって決定され、連続電
力パルス列間のギャップ１４として設けられている。し
たがって、本発明によって生成されるパルス列は適切な
ガス抜き離隔時開で繰り返すことができる。この繰り返
し電力列は、第１図の本発明のジェネレータによって定
められるところに従って、同一または異なるバースト、
静穏、および電力列時間を有する二とができる。

問題の他のパラメータは第３図の詳細波形によって示さ
れているが、この図は所定の電力バースト時間の単一パ
ルスを示している。この図に示されているように、各パ
ルスの振幅は時間に関して変化させる二とができる。し
たがって、液体に対する超音波の印加に関連するキャビ
テーシタン密度は、本発明によって制御可能なものであ
る。第３図に図示されている波形において、このキャビ
テーション密度は下降直線時間関数として設けられてい
る。他の関数も各パルスに適用されるキャビテーシタン
密度のために設けることが可能であるものと理解された
い、また、説明を容易にするため、第１図のパルスはそ
の各々に対して一定のキャビテーション密度が付与され
ることに注目された１、ｓ。

変換器に印加される実際の波形は第４図に示されている
が、この図において電カバ、−ストは、第３図に示され
ているえヤビテーンラン密度に対応する直線下降振幅に
おける超音波周波数信号のバーストとして示されている
。ｔｌＳ４図の波形は概ね一定の周波数を有しているも
のとして示されているものと承知されたい。他の図に関
連して後述するように、本発明は変換器に印加されるべ
き特定の中心周波数を選択する能力を有している。した
がって、Ｐｔ５６のパラメータは本発明に御されている
。

Ｒ後に、本発明によって制御されている第７のパラメー
タが第５図に示されているが、この図では印加周波数は
時間の関数として変化していることが分かる。第５図に
おいては、変化は掃引の形式で時間に関して直線的であ
る。しかしながら、他の時間関数を使用して印加周波数
を変えることもできる。

第６図には、超音波変換器に印加される振幅パルス変調
パターンの要約した例が示されている。

図示された波形は、３０．３２．３４、および３６で示
されているいくつかのプログラムを包含している。

この波形から明らかであるように、種々のプログラムは
ガス抜き時間で相互に分離されている電力列を包含して
いる。これらのガス抜き時間Ｉ±、これらのいくつかの
プログラムの目的に従って異なる持続時間を有すること
ができる。

さらに、各プログラムの電力バーストは本発明の回路に
よって制御を受け、ここに設定されている作動基準に合
致することによって所望の目的を達成すべく異なるバフ
メータを有するようになることも可能である。

一例としては、この電力バーストの持続時間は２５ミリ
秒と２５０ミ１７秒との間でよい。静穏時間期間は２５
ミリ秒と５０ミリ秒の開でよい。１個から１０００個ま
での電力列の間に存在して構わないし、これらの電力列
を分離しているガス抜き時間はその持続時間が１ミリ秒
と１秒の間であってよい。

時間の関数として設けられているキャビテーション密度
は、電力バーストの間にゼロになることがなく、これに
よってすべての電力バーストに垂直な前・後縁を付与す
ることが好ましい。

駆動周波数の中心値、すなわち、掃引周波数の繰返しサ
イクルにわたるこの周波数の平均値は、変換器の共振範
囲内にあるように選択されることが好ましい。同様に、
掃引周波数の最小および最大周波数は、変換器の共振範
囲にあることが好ましい。ここでＰｔ５１図を参照する
と、例示のブロック図は前述のプログラム波形の種々の
パラメータを制御するために使用される超音波ジェネレ
ータの一つの可能な実施例を示している。この図におい
て、被トリ〃・キャビテーション密度関敗ジヱネレータ
５０は、キャビテーション密度関数を発生するために電
圧ｉ１１！’器５２の出力電圧を制御している。

この技術分野で周知のタイプの電圧制御スイッチング・
レギュレータで構わない電圧Ｗ４整器５２は、この調整
器に入力されたＤＣＭＬ力をＡ級インバータ５４に供給
する。このインバータ５４は、フェネテル・エレクトリ
ックＳＣＲマニュアル、ｔｌＳ６版、第３５４真の記載
事項に基づいて設計されたも　のでよい。インバータ５
４の出力は、キャビテーション密度関数で振幅変調され
る。

ＡＭクエネレータ５６は、電力バーストが発生すべき時
に、その出力５８に論理１の出力レベルを生じる。電圧
制御発振器（ｖＣＯ）６０は、マルチプライヤ（または
ＡＮＤ５’−ト）６２内でＡＭノエネレータ５６の出力
によって変調を受ける振動信号を出力する。第１図の１
０ツク図から理解できるように、マルチプライヤ６２は
ＡＭノエネンータの出力が論理ルベルにある時間によっ
て定義された電力バースト時間中にＶＣＯ６０からの制
御周波数信号をもっばら通過させる。

マルチプライヤ６２によって被変調中の信号の周波数を
制御するため、ｖＣＯの中心および瞬時周波数は中心周
波数制御型ｆｉ６４によって、かつトリ〃掃引周波数制
御電圧関数ジェネレータ６６によって制御される。制御
電源６４および制御１１電圧関数ノエネレータ６６によ
って生成された両電圧は、電圧加算回路６８内で加算さ
れる。この電圧加算回路６８の出力、すなわち正しい駆
動周波数に比例する電圧が電圧制御発振器６０の出力周
波数を制御するためにこの発振器６０に入力される。

ＶＣＯ６０は加算回路６８の出力電圧を正しい周波数に
変換する。実際にはＦＭ（６号であるＶＣＯ６０の出力
信号は、マルチプライヤ６２によって伝達されてインバ
ータ５４の入力を駆動する。このインバータ５４の出力
は、ＡＭノエネレータ５６の出力が論理ルベルにある時
、超音波変換器７０の入力に印加される。

上記の回路内に種々の変更が実施可能であることを理解
されたい、一つのこのような変更は、■Ｃ０６０の出力
ではなくインバータ５４の出力に対′して、ＡＭジヱネ
レータ５６によって制ａ４される変調電力ＡＮＤデート
を設けることができる。したがって、ＶＣＯ６０はイン
バータ５４を常に駆動し、インバータの出力はＶＣＯ６
０の出力の代わりに変調を受けることができる。別の変
更が第７図に記載されているが、さらに他の変更がこの
技術分野の熟練者によって実施可能であろう。

電力バーストが起こると、トリガ・パルスがＡＭノエネ
レータ５６１こよって関数ジェネレータ５０および掃引
周波数関数ジェネレータ６６に供給される。

したがって、時間の関数である２つの変数が、バースト
の発生に同期してトリガされる。同期信号は第１図に示
されている点線で供給される。時間の関数である２つの
変数の非同期動作も可能である。これは低価格のジェネ
レータを得ることができるが、オッシロスコープの観測
が困難であるのでサービスが一層困難である。電力バー
ストの持続時間、＃開時間、電力何時間、およびγス抜
き時間は、第１図にそれぞれのポテンショメータ７２．
７４．７６、および７８で示されている適切な＠整容で
すべて制御されている。しかしながら、他の調御器も使
用可能である。ジェネレータ５０による特定のキャビテ
ーション密度Ｉｌｌ数出力、電源８４による中心周波数
電圧出力、およびジェネレータ６６による掃引周波数出
力は同様な方法で制御されるが、第１図には特定の調整
器は図説されていない。

さて第７図を参照すると、ｍｉ図の実施例のさらに詳し
い構成図が示されている。第７図の構成図は、この回路
に使用された種々の値およびパラメータの天川性を試験
するために組み立てられたプロトタイプのジェネレータ
を表している。この技術分野の熟練者が容易に入手して
適切な構成品に一体化することができるので、周知また
は市販の諸構成品はこの構成図に示されていない。たと
えば、電圧、ｇ祭器５２に供給される入力ＤＣ電力は入
力として電力ラインからＡＣ電力を取り込む全波ブリッ
ジ整流器（図示せず）から得ることができる。十分な容
量の電解コンデンサをＡＣ−ＤＣ整流器内に設けて、不
所望リップルを濾波することになるであろう、電圧制御
スイッチング調整器５２は市販品であり、回路設計の技
術分野の専門家にとって周知のものである。

同様に、トリ〃関数ジェネレータ５０および６６は大部
分の電子装置製造業者の製品が市販されている。第１図
の回路を僅かに変更した回路の場合、関数ジェネレータ
６６゛が第７図に示されているが、このジェネレータ６
６゛は掃引周波数関数を識別する機能と、マルチプライ
ヤ６２内の変調のための中心周波数を設定するＤＣオフ
セットとを包含する２つの入力を取り込んでいる。した
がうて、関数ジェネレータ６６゛は、第１図に示されて
いる中心周波数制御電源６４、制御電圧関数ジェネレー
タ６６、および電圧加算回路６８を実質的に包含してい
る。

ジェネレータ８６’の出力は、第１図のＶＣＯ６０に相
当する電圧／周波数変換器８０に供給される。変換器８
０によって出力される周波数変調信号はライン８１に供
給される。８０で示されているタイプの変換器は、アナ
ログ・デバイス社（＾ｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ）のよ
うな多くの製造業者からの集積回路（ＩＣ）の形の製品
として市販されている。

他の回路構成は、ＮＡＮＤシヱミット・トリが、Ｄ型７
リツプ７０ツブ、ＮＡＮＤゲート、および反転増幅器の
ような容易に入手可能な構成品を含み、さらに詳しく示
されている。ＣＭＯ８−ＩＣチップを第７図の回路形成
に使用したが、ＴＴＬのような他の論理回路族も使用可
能である。第７図の回路の動作について以下に説明する
。本発明の明細書に記載されたパラメータのうちの４つ
のバフメータ、すなわち、電力バースト時間、静穏時間
、電力列時間、およびガス抜き時間をそれぞれ制御する
制御器７２．７４．７６、および７８がｔｊＳ７図に示
されている。電力列用の４つのＡＭパラメータはＮＡＮ
Ｄデート・シュミット・トリ〃８２．８４で形成された
２個の非安定マルチバイブレータを包含する回路によっ
て生成される。ボテンシＪメータが、この技術分野で周
知の方法でＲＣ時定数を変化させることによってこれら
のマルチバイブレータのオン／オフ時間を制御するため
に使用されている。

たとえば、ボテンシａメータの各々の抵抗器は別の抵抗
器と直列になっていて、合計抵抗値がゼロまで降下しな
いことを保証している。抵抗器に接続されているキャパ
シタの容量で乗じられた２つの抵抗値の和が、指定パラ
メータに対する適切な時間を決定する。

キャビテーション密度関数ジェネレータ５０の制御は、
この関数ジェネレータ５０に対する入力に対する適切な
りＣオフセット電圧を選択することと、キャビテーショ
ン密度に対する最適時間関数を付与するようにジェネレ
ータ５０の調整器を設定することとによって構成される
。合成密度制御電圧関数はスイッチング・レギュレータ
５２の入力に供給され、このレギュレータ５２はＡ級イ
ンバータ５４の出力ステージが必要とする電力を供給可
能な出力ＤＣ電圧を提供する。レギュレータ５２の出力
は、キャビテーシタン密度時間関数として変化するＤＣ
レベルを形成する。このような変化は、スイッチング・
レギュレータ５２内のパルス幅変調の周知の方法を使用
して得られる。

キャビテーション密度関数でＡ級インバータを駆動する
ことによって、インバータのエンベロープは負荷変換器
に対して正しいキャビテーション密度ＡＭパターンを与
える所望の時間関数になる。

掃引周波数関数およびその中心周波数を含み、本発明に
よって制御される付加パラメータはライン８１のＦＭ信
号内に含まれている。電圧／周波数（Ｘｆｉ圧→圧波周
波数ンバータ８０によって生じるこの信号は、このコン
バータ８０にｔｔする制御電圧に応答して生成される。

この制御電圧は関数ジェネレータ６６゛によって生じ、
本発明によって制御されている２つの周波数パラメータ
（中心周波数お上り掃引周波数関数）を表している。

ツェナー・ダイオード８６が、電力バーストおよび静穏
時間を制御゛しているキャパシタ８８と並列に設けられ
ている。このツェナー・ダイオードは、キャパシタ８８
がガス抜き時間中に発生する正常作動ピークより高い電
圧に充電することを防止している。したがって、本発明
によって生成される最初の電力バーストは電力列内の７
オロー・オン電力バーストの幅と同一の幅を維持する。

マルチパイブレー′り８２．８４の出力は、周波数コン
バータ８０に対する電圧の出力によってクロックされて
いる９デイバイト・パイ・エイト（８進）”カウンタ９
３の論理″１”出力によってクロックされている７リツ
プ７０ツブ９２のＤ入力に対する抵抗器・スイッチング
組合せ９０を通してライン８９に供給される。シュミッ
ト・トリ、Ｉｙ８４の出力は、反転された第２図に示さ
れている波形の形式を有している。

７リツプ７ＩｌｌＦγプ９２およ１デイバイト・パイ・
エイト・カウンタ９３の出力はデー）９４．９６に供給
されるが、この両デートは第１図のマルチプライヤ６２
を形成している。このデート９４．９６は、出力をイン
バータ９８．９９に供給している。上記のデート９８．
９９の配列は、電カバースト時間の発生時にのみ、振動
信号を通過せしめる。

より簡単なＡＮＤデート配列に対する第７図に示されて
いる構成素子９２〜９４．９６．９８、および９９を使
用しているデート配列は、変化しつつある状態下で非同
期ＡＭおよびＦＭ信号がデートに到達した場合にＡ級イ
ンバータ入力に対する不必要なスパイクを防止するもの
である。したがって、第７図の回路は一層確実な動作を
達成することを実際的に考慮して選択されたものである
。

このデート配列は次のように作動する。ライン８１の発
生音響波周波数波形の各８つの期間中に、カウンタ９３
は８個の連続パルスをその出力Ｏ１１、・・・７に出力
する。このパルス列の＠２のパルスは、出力リード１に
出力される。この第２のパルスの前縁は７リツプ７０ツ
ブ９２をクロックし、この７リンプ７０ツブ９２（±こ
れ１こよってライン８９のＡＭパターン状態をサンプル
する。第２図に示されている波形の反忙形式で表されて
いるライン８９の信号内にＯ″が存在している場合は、
１個の電力バーストが生成されることになる。７リツプ
７ｏツブ９２に対する”０”のクロッキングに応答して
、その反転出力に論理″１″が生じる。７リツプ７０ツ
ブ９２は次のサイクルで発生するカウンタ９３の出力１
の犬のパルスによってクロックされるまで、その出力を
維持することになるので、この反転出力はパルス３およ
び７がカウンタ９３によって供給される時開を含み全サ
イクルにわたって論理”１”のままである。

７す・ンプ７０７ブ９２の出力によってエネーブル化さ
れるデート９４および９６は、ライン８９の信号がカウ
ンタによって出力される第２のパルス１の間に０″にあ
った時、３および７のパルスをカウンタ９３からインバ
ータ／バッフｒ９８および９９に対して通過させる。地
の時間、すなわち、第２のパルス時にライン８９の信号
が１″にある時は、パルス３および７はブロックされる
。

インバータ・パン７ア９８および９９は、インバータ５
４のＡＳＣＲをそれぞれトリ〃するトリ１回路１０２お
よｃ／１０４に適切な信号を供給する。したがって、７
リツプ７０ツブ９２の作動によって完全な紺のトリ〃信
号が常に発生する。

Ａ級インバータ５４は次のように機能する。ＡＳＣＲ１
０６はトリ〃されると、負荷変換器１１４を充電する変
圧ｉｉ＋１２に対してインダクタ１１０を通して電流を
供給する。、ＡＳＣＲ１０８がトリガされるまで、電流
は変圧器、グイオー１’ｌ１６、およびインダクタ１１
０を通して復帰する。ＡＳＣＲ１０８がトリガされると
、電流はインダクタ１１８、ＡＳＣＲ１０８、および変
圧器１１２を通して流れ、負荷１１４を逆方向に光電す
る。Ａ　Ｓ　ＣＲ１０６を再びトリがすることによって
サイクルが繰り返すまで、電流はダイオード１２０、イ
ンダクタ１１８、お上Ｖ変圧器１１２を通して復帰する
。上記の開示に照して諸変更等が可能であるので、本発
明の実施例の」二元説明は川に列示目的のものであって
、本発明のすべてを尽（すものではな（また本発明を開
示した細かい形に制限するものでもない。ある種の変更
が本明細書に記載されているし、また他の諸変更も本発
明が関係する技術分野の熟練者によつて可能であろう。

たとえば、本発明によって制御されるパラメータに対す
る種々の組の値を記憶しておくこと、および適切な組の
パラメータ値を自動的または手動的に選択することによ
って使用されている制御装置の各々を制御して変換器に
対して特定の波形を供給することが考えられる。このよ
うにして、一つのプログラムが異なる特性でかつ異なる
。？う７−タ値を有する連続電力列を包含することがで
きる。また、閉ループ制御システムが考えられ、たとえ
ばマイクロプロセッサの制御下で、本発明の配列によっ
て波形に対して供給されるパラメータを自動的に変化さ
せて寅施中の特定の工程に対する可変値を最適化するこ
とができる。

他の方法としで、複数バラ／−夕のうちの一つ以上のパ
ラメータを最適制約条件、すなわち特定の応用クラスに
対応する固定関数に設定する事ができる。他のパラメー
タは、この応用クラスの範囲内の特定の応用の性能を最
適化するように調整することができる。

本実施例は本発明の原理とその実際的応用を尤も分かり
やすく説明するために選択・記載したもので、この技術
分野の熟練者が本発明を種々の実施例でかつそのために
考えられる特定の使用法に適した変更を以て利用するこ
とを可能ならしめるものである６本発明は特許請求の範
囲に記載の事項によって定義され、法的かつ公正な広い
範囲に従って解釈されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

ＰＪ１図は本発明の実施例の回路構成のブロック図、第
２図は第１図の本発明の回路によって変化を受けた４個
のパラメータを図説する波形図、第３図は第１図の本発
明の回路によって変化を受けた別のパラメータを図説す
る波形図、第４図は第１図の本発明の回路で出力されて
超音波変換器に供給される音響周波数波形の一部分を示
す図、第５図は第１図の本発明の回路構成によって制御
された第７番目のパラメータを図示するものであり、第
６図は本発明の回路によって出力される一例示信号の波
形エンベロープを示し、第７図は第１図のブロック図に
基づいて組み立てられたプロトタイプ型のノヱネレータ
の部分回路図である。５０・・・キャビテーション密度関数ジェネレータ５２
・・・電圧ＩＪ４整器整容５４・・・Ａ級インバータ５
６・・・ＡＭノヱネレータ　　６０・・・■Ｃ０６８・
・・電圧加算器　　７０・・・超音波変換器８０・・・
電圧・周波数コンバータ　　９３・・・カウンタ１０２
．１０４・・・トリ〃　　　回路１１４・・・負荷変換
器光　　明者出　　願　　人代　　理人バスカス、　ウィリアム　エルパスカス、　ウィリアム　エル

Claims

【特許請求の範囲】

（１）任意の所定基準に基づいて変換器を駆動するため
の複数のパラメータを設定する超音波周波数ジェネレー
タにおいて、可変制御掃引周波数および可変選択中心周
波数を有する周波数信号を生じかつ、前記周波数信号の
周波数を掃引するための時間関数を提供する第１の制御
手段と前記周波数信号の中心周波数を設定する第２の制
御手段とを包含する制御周波数発生手段、および前記周
波数信号の一連の、可変制御持続時間を有しかつ可変制
御静穏時間によって分離された、電力バーストを各々が
包含するプログラムされた組の電力列を生成するための
プログラミング手段を具備しこれによって前記変換器が
、制御された所定の持続時間すなわち制御時間関数の制
御可能な選択周波数に関して変化する周波数における制
御された所定の静穏時間によって分離された前記持続時
間の間、液体に対して超音波エネルギーのバーストを印
加するように駆動されることを特徴とする変換器駆動用
超音波周波数ジェネレータ。
（２）前記プログラミング手段は、その持続時間中に一
連の前記電力バーストが変換器に対して電力列として供
給される持続時間を設定するための電力列時間制御手段
と、前記変換器に供給される電力列間に制御可能な持続
時間のガス抜き時間を設けるためのガス抜き時間制御手
段とを包含することを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の変換器駆動用超音波周波数ジェネレータ。
（３）前記変換器に印加される前記電力バーストの振幅
を制御しかつ前記振幅を制御された所定のキャビテーシ
ョン密度時間関数として提供するための第２の時間関数
を生成するための関数発生手段をさらに具備することを
特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の変換器駆動用
超音波周波数ジェネレータ。
（４）前記プログラミング手段は複数の制御手段の異な
る設定を選択し、異なるパラメータ値を連続電力列に供
給するように作動可能であることを特徴とする特許請求
の範囲第３項に記載の変換器駆動用超音波周波数ジェネ
レータ。
（５）前記複数の制御手段の少なくとも一つの制御手段
はこの手段によって制御されて所定の適用クラスに対応
する基準に基づき最適である量の値を生じるように設定
され、前記複数の制御手段の他の手段は前記適用クラス
の範囲内の特定の応用を最適化するようにユーザ調整可
能であることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
の変換器駆動用超音波周波数ジェネレータ。
（６）前記制御手段によって制御された値の複数組の設
定を記憶する手段と、前記記憶された複数組の設定から
あるものを選択する手段とをさらに具備することを特徴
とする特許請求の範囲第３項に記載の変換器駆動用超音
波周波数ジェネレータ。
（７）前記制御手段の少なくとも一つの閉ループ制御を
提供するための、マイクロプロセッサを包含する、閉ル
ープ制御手段をさらに具備し、これによって応用の進行
に従って設定パラメータの最適値の連続的選択を生じる
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の変換器
駆動用超音波周波数ジェネレータ。
（８）前記制御手段によって制御された値の複数組の設
定を記憶する手段と、前記記憶された複数組の設定から
あるものを選択する手段とをさらに具備することを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の変換器駆動用超音
波周波数ジェネレータ。
（９）前記制御手段の少なくとも一つの閉ループ制御を
提供するための、マイクロプロセッサを包含する、閉ル
ープ制御手段をさらに具備し、これによって適用の進行
に従って設定パラメータの最適値の連続的選択を生じる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の変換器
駆動用超音波周波数ジェネレータ。
（１０）前記変換器に印加される前記電力バーストの振
幅を制御しかつ前記振幅を制御された所定のキャビテー
ション密度時間関数として提供するための第２の時間関
数を発生するための関数発生手段をさらに具備すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の変換器駆動
用超音波周波数ジェネレータ。
（１１）任意の所定基準に基づいて変換器を駆動するた
めの複数のパラメータを設定する超音波周波数ジェネレ
ータにおいて、可変制御特性を有する周波数信号を生じ
るための制御周波数発生手段および前記周波数信号の一
連の、可変制御持続時間を有しかつ可変制御静穏時間に
よって分離された、電力バーストを各々が包含するプロ
グラムされた組の電力列を生成するためのプログラミン
グ手段を具備し、前記プログラミング手段は一連の前記
電力バーストが変換器に対して電力列として供給される
持続時間を設定するための電力列時間制御手段と、前記
変換器に供給される電力列間に制御可能な持続時間のガ
ス抜き時間を設けるためのガス抜き時間制御手段とを包
含し、これによって前記変換器が、制御された所定の持
続時間すなわち制御された所定の持続時間のかつ制御さ
れたガス抜き時間によって分離された電力列内の制御さ
れた所定の静穏時間によって分離された持続時間の間、
液体に対して超音波エネルギーのバーストが印加される
ように駆動されることを特徴とする変換器駆動用超音波
周波数ジェネレータ。
（１２）前記制御手段の少なくとも一つの閉ループ制御
を提供するための、マイクロプロセッサを包含する、閉
ループ制御手段をさらに具備し、これによって応用の進
行に従って設定パラメータの最適値の連続的選択を生じ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の変
換器駆動用超音波周波数ジェネレータ。
（１３）前記制御手段によって制御された値の複数組の
設定を記憶する手段と、前記記憶された複数組の設定か
らあるものを選択する手段とをさらに具備することを特
徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の変換器駆動用
超音波周波数ジェネレータ。
（１４）前記変換器に印加される前記電力バーストの振
幅を制御しかつ前記振幅を制御された所定のキャビテー
ション密度時間関数として提供するための第２の時間関
数を発生するための関数発生手段をさらに具備すること
を特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の変換器駆
動用超音波周波数ジェネレータ。
（１５）前記電力列の前記電力バーストの時間において
のみ前記周波数信号を前記変換器に対して通過させるた
め前記プログラミング手段によって制御される乗算手段
をさらに具備することを特徴とする特許請求の範囲第１
４項に記載の変換器駆動用超音波周波数ジェネレータ。
（１６）前記乗算手段と前記関数発生手段とに応動して
前記超音波変換器に対して、ガス抜き時間によって分離
されかつ各々の電力列が前記関数発生手段によって決定
される振幅を有する周波数信号の複数のサイクルの一連
の電力バーストすなわち静穏時間によって分離されてい
る電力バーストで形成されている複数の前記電力列を供
給するための反転手段をさらに具備することを特徴とす
る特許請求の範囲第１５項に記載の変換器駆動用超音波
周波数ジェネレータ。
（１７）前記制御周波数発生手段は、前記周波数信号の
周波数を掃引するための第２の時間関数を生じる第２の
関数発生手段、および前記周波数信号の中心周波数を設
定してこれによって前記変換器が液体に対して、制御中
心周波数に関して制御可能な周波数関数のエネルギー・
バーストの列を付与することを可能ならしめる第２の制
御手段を具備することを特徴とする特許請求の範囲第１
６項に記載の変換器駆動用超音波周波数ジェネレータ（
１８）前記複数の制御手段の少なくとも一つの制御手段
はこの手段によって制御されて所定の適用クラスに対応
する基準に基づき最適である量の値を生じるように設定
され、前記複数の制御手段の他の手段は前記適用クラス
の範囲内の特定の適用を最適化するようにユーザ調整可
能であることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記
載の変換器駆動用超音波周波数ジェネレータ。