JPH0365277A - 超音波発生器 - Google Patents

超音波発生器

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JPH0365277A
JPH0365277A JP2205921A JP20592190A JPH0365277A JP H0365277 A JPH0365277 A JP H0365277A JP 2205921 A JP2205921 A JP 2205921A JP 20592190 A JP20592190 A JP 20592190A JP H0365277 A JPH0365277 A JP H0365277A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧電変換器を有する超音波発生器に関するもの
である。
（従来の技術） 合衆国特許ＵＳ−Ａ−３５９８２０６号から知られるよ
うに、超音波発生器において、アンプとインピーダンス
変換器εを直列回路に結合した圧電変換器の駆動回路に
自己発振式の一個のトランジスタを配列した発振器が知
られている。その使用の仕方は、修正されたマイスナー
回路を構成するように、トランジスタはインピーダンス
変換器、すなわち変圧器の一次巻線に直列に接続される
と共に、電圧デバイダによりその共振作用点に設定され
る。電圧デバイダは、変圧器の一次巻線と誘導結合され
るリアクションコイルを有している。このようにしてト
ランジスタは、変圧器の２次巻線に直列に接続された圧
電変換器の直列共振周波数と等しい周波数を与えられる
。圧電変換器の駆動回路、又はこれと直列の変圧器は、
各々、変圧器の一次側に接続した整流器と、変圧器と並
列に接続した平滑コンデンサとを介してパワーバックか
ら電力供給を受けている。変圧器とトランジスタのリア
クションコイルとは、コンデンサと抵抗器とを含む直列
回路を介して互いに接続されている。この直列回路は反
作用を整合する役目を果たし、圧電変換器とトランジス
ターの間に位置する。そして、圧電変換器の保護をする
ように電流断続器により任意に遮断される。
また、フランス特許ＰＲ−Ａ−８１０９８３０も圧電変
換器を含む超音波発生器を開示している。そこでの回路
配列は自己発振するのと同様な発振器を備えるトランジ
スタを含むだけでなく、二個以上のトランジスタと、何
個かの抵抗器とを備えた定電流源をも含む。この回路の
中では電力受容がうまくいかない場合には、電位差計が
圧電変換器に供給される電流を制限して整える役目を果
たす。
圧電変換器を有する既知の超音波発生器においては、自
己発振式の発振器は、圧電変換器の作動状況が発振器に
直接接続した回路要素の許容誤差に直接依存することが
生じている。相互に整合された構成要素の許容誤差の変
化（この変化は異なった部品製造者から入手する装置で
大量生産するときでは、多くの場合不可避である）は、
発振器の発振特性に臨界干渉効果が生じ、その結果、そ
の効果は圧電変換器からの電力の出力にも生じる。
そのような干渉効果の除去については、装置ε費用との
点で、高い支出を払わなければ不可能である。
ドイツ特許ＤＥ−Ａ−３８４１０５８号は、磁気歪みの
ある変換器を有し、その生成コイルがトランジスタのコ
レクタ回路に配列された超音波発生器を開示している。
トランジスタのエミッター回路は、加圧コイルと、１１
ｉ圧値を求める回路と、電流を検知するように配置され
た抵抗とを介して、トランジスタのベースに生成パルス
の供給を行う制御手段に接続されている。電圧値を求め
る回路は、抵抗での電圧降下に応じてデジタル信号を送
るものであって、電圧周波数デバイダとカウンターとを
含む直列回路、又は直流電圧抑制回路とローパス回路と
Ａ／Ｄ変換器を含む直列回路の何れかによって構成され
ている。制御手段からの出力は、電圧値を求める回路か
ら送られる信号によって決定されるパルス割合でパルス
を放出するカウンターに接続される。これらパルスのト
ランジスタのベースへの伝達は、制御手段によって制御
される時限切り換え調整器によって決定される。また制
御手段は、磁気歪みがある変換器に対してプリセットさ
れた電力の出力の変化に備えるために、電位差計に接続
されている。
（発明が解決しようとする課８） 磁気歪みのある圧電変換器を有するこれ等の既知の超音
波発生器においては、制御手段は、変換器の共振作用点
に対する生成パルスのパルス割合を設定するためだけに
備えられている。従って、これ等の装置では、回路配列
の一次トリミング位相中に、各々予め決定された数のパ
ルス割合のパルスが、これ等パルス数よりも少ないパル
ス割合の領域で生成コイルに出力されることがある。さ
らに、エラーインジケータは複雑でなく、作動開始前に
一定のトリミングレベルに設定された生成パルスを出力
する個々のパルス割合領域を各々モニターするに過ぎな
い。さらにエラーインジケータは１．実際のエラー源自
体を修正するものではなく、磁気歪みのある変換器が共
振周波数で作動し。
一定に設定されたパルス割合領域からのこの共振周波数
が種々変化しても、単に１ｒｍのエラーが発生したこと
の指示を与えるように制御手段により制御されているに
過ぎない。
本発明は、圧電変換器の電力の出力が回路の接続装置の
許容誤差に対する依存を極力少なくするという方法、及
び超音波発生器の作動中に圧電変換器の設定共振作用点
が変化すべきである時には、その電力出力を最も適切に
訂正できるようにするという方法で、圧電変換器を有す
る超音波発生器を構成する問題に対処している。
（課題を解決するための手段） 上記の目的を遠戚するため、本発明の超音波発生器にお
いては、発振器は、パルスデューティ率と周波数がマイ
コンによって制御される時限スイッチングレギュレータ
を備えている。マイコンは、インピーダンス測定回路に
よって検知される実際値としての圧電変換器インピーダ
ンスと、共振作用点のために予め電位差計によって調整
されている標準値としての電力との間で実際／標準比較
を行う己共に、マイコンは、標準値の変化に対しても、
スイッチングレギュレータの一制御入力に供給される制
御電圧のパルスデューティ率を適応して制御し、そして
／或いはスイッチングレギュレータの一制御入力に供給
される制御電圧の周波数を適応して制御する。スイッチ
ングレギュレータの各制御入力、インピーダンス測定回
路、及び電位差計は、マイコンの入力／出力付属回路に
接する。
（作用） 時限スイッチングレギュレータを備えると共に、パルス
デューティ率と周波数とを制御するためのマイコンを組
み合わせた発振器があるので、圧電変換器の電力の出力
に影響を持つ回路の許容誤差の変化に対する相互の整合
と調幣とを極めて単純に行うことができる。さらに、超
音波発生器の作動中に圧電変換器の電力出力が、スイッ
チングレギュレータの単純な適応性ループ制御と連係し
ている回路系のインピーダンスの変化に合せて如何よう
に変化する場合であっても、マイコンによって行われる
半永久的な実際／標準比較によって対処できる。
マイコンの適用は付加的で実質的な利点を伴う。
従って、装置の制作者は上記のように実行される実ＰＩ
Ｘ／標準比較における電力レベルを予め種々設定した個
々のプログラムを置換可能に予定することができるので
、個々に対応して全般的に適用できる超音波発生器を使
用者が作動させることのできるように、どんな問題も生
じずに、作動が如何に連続しても利用できる種々の場合
を想定した単一のプログラムを組むことができる。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明の超音波発生器によれば、
圧電変換器の駆動回路にスイッチングレギュレータを設
け、該スイッチングレギュレータのパルスデューティ率
と周波数とを、測定回路によって測定する圧電変換器の
インピーダンスに応じてマイコンで制御するようにした
ので、回路要素の許容誤差に影響を受けない超音波発生
器を提供できる。
（実施例） 第１図において、超音波発生器は、１個の圧電変換器１
を備え、その駆動回路には、直流電圧で作動している１
個のパワーバック２から作動電圧ＵＬが供給されている
。パワーバック２は、１個の整流器と１ｍの平滑用のコ
ンデンサを備えている。超音波発生器の歯科用器具への
応用に関（７て、圧電変換器によって変換される超音波
が歯から歯石を取るために特にデザインされた１個の器
具アタッチメントによって歯を治療したり歯の根を治療
するために適用されるような方法によって、圧電変換器
は１個の接続ケーブルを介して器具に接続された手で掴
める部分に位置している。歯の治療に適用することにお
いて、予め設定される種々の電力レベルは、圧電変換器
のいわゆる共振作用点のために利用できる。そして、そ
の共振作用点は作動電圧ＵＬの適した電位変化を求めて
電位差計３によって選び出される。電位差計３のタップ
点は、パワーバック２から供給されるマイコン５の入力
／出力付属回路４に接続されている。マイコンには圧電
変換器１と関わるフィードバック回路の中に制御手段を
設ける。そして、マイコンはパワーバック２から直列に
電源供給されるスイッチングレギュレータ６、例えばテ
キサス　インスッルメンツ社のＴＬ４９４のレギュレー
タ６を制御する。スイッチングレギュレータ６は、１個
のアンプ７を介してインピーダンス変換器８に接続され
ている。両者はパワーバック２からマイコン５とスイッ
チングレギュレータ６に供給される電圧よりも実質的に
高い供給電圧の供給を受けている。インピーダンス変換
器８は作動電圧ＵＬを圧電変換器１に供給する変圧器に
よって利用可能になっている。
圧電変換器１は、インピーダンス変換器８に接続される
インピーダンス測定回路９を介してマイコン５と関わる
フィードバック回路の中にある。インピーダンス測定回
路９はローパスフィルタとしての積分回路１０を含み、
インピーダンス変換器８の補助コイル１１に接続されて
いる。圧電変換器１の包括した駆動回路の実際のインピ
ーダンス値を対応して正確に検知するために、インピー
ダンス変換器８の磁気結合が、個々に対応した最適な条
件の下で検知される。インピーダンス測定回路９は、半
永久的な実際／標準比較がこの測定値に基いて行われる
ように、実際のインピーダンス値に対応する測定電圧Ｕ
ｚをマイコン５に供給する役目を果たす。さらに、マイ
コン５の入力／出力付属回路４に対する作動電圧は、電
圧レギュレータ１３が配置された供給ライン１２を介し
て補助巻線１１に繋がれている。
マイコン５で制御されるスイッチングレギュレータ６は
変圧器の二次側に備え付けられている。
パワーバック２の整流器によって供給される直流電圧は
、スイッチングレギュレータ６によって交流電圧に変換
される。そのパルスデューティ率又はデユーティサイク
ルは、アンプ７に供給される作動電圧ＵＬを決定する。
そのパルスデューティ率はスイッチングレボレータ６の
制御入力１５に供給され、マイコン５の入力／出力付属
回路４に接続されている制御アンプ１４によって決定さ
れる。それ故パルスデューティ率は、圧電変換器１の作
用点の標準として変換されプリセットされた電力として
の電圧ＵＰＯＴに基いて、制ａａ電圧ｔｙｐを決定して
得るように、マイコン５によって制御される。また、周
波数調整用の直列抵抗１８を介してスイッチングレギュ
レータ６の制御入力１９に接続しているトリム用の１個
の抵抗１６と、１個のコンデンサ１７とを使って、電圧
レギュレータ６の出力電圧の周波数が得られる。また、
出力電圧の周波数がＯから２．５Ｖの範囲の制御電圧Ｕ
ｆによって制御されると共に、その周波数が圧電変換器
の共振作用点によって決まる平均時間値に維持されるよ
うに、制御入力１９もマイコン５の入力／出力付属回路
４に接続されている。
アンプ７は、最大約３００Ｖの作動電圧ＵＬが圧電変換
器で得られるようにプッシュ−プルモードで作動する２
個のトランジスタを備えている。
アンプ７に対してのみ１１′ＩＩのトランジスタ２０を
使う場合には、このプツシスプル段が駆動特性を改良し
て主として圧電変換器に対する消極防止に対処する役目
を果たすように、６００Ｖの作動電圧を供給することに
なる。電界効果トランジスタは、スイッチングレギュレ
ータからの交番する時限出力電圧ＵＡＩとＵＡ２とが供
給されている。
より望ましいトランジスタである。スイッチングレギュ
レータ６の時限出力電圧は、アンプ７での増幅に続いて
、インピーダンス変換器８の一層コイル２１に供給され
、該変換器８は、その二次コイル２２が２個の一層コイ
ノｌ／２１を変圧して作動電圧ＵＬにする。アンプ電流
が１個の接地抵抗２３に流れると共に、１個のローパス
構成の積分回路２４を介してスイッチングレギュレータ
６の制御入力１５から制御アンプ１４に供給する場合に
は、スイッチングレギュレータ６からの出力電圧の増幅
はより精度良くなる。このような方法でフィードバック
回路は、アンプ電流を一層レベルに維持するのに用いら
れるスイッチングレギュレータ６のパルスデューティ率
を制御できる。このフィードバック過程は、スイッチン
グレギュレータ６をマイコン５の周波数カウンタ２５に
接続することによって一層精度良くなる。このようにし
て、回路系の全ての電位は最適に決定されると共に、圧
電変換器１の作動点の半永久的なモニタに供される。
したがって、超音波を使った歯科治療のための器具に用
いられる上述の超音波発生器は、次の事実と状況とに実
質的に基いて作動する。器具の作動の開始に続いて、最
初にマイコン５は手で掴める作動要素に組込まれた圧電
変換器１に対する周波数−インピーダンス分析を更新す
る。その分析は、電位差計３によって予め設定された電
力レベルに依る。最後に、マイコン５を使って、インピ
ーダンス測定回路９によって検知されるインピーダンス
変換器８の補助巻線のインピーダンスが、圧電変換器１
の共振作用点又はその直列共振周波数に各々影響を及ぼ
すところの電圧Ｕｚの絶対値として決定される。この決
定は、圧電変換器１の作動電圧ＵＬを調整する制御電圧
Ｕｆに対する標準値を検知することにもなっている。他
方、圧電変換器１の与えられた共振作用点を伴って、そ
の作動電圧ＵＬは、圧電変換器の特徴であるインピーダ
ンス特性で成る低い値への急降下の起こる周波数値に位
置している。そして、作動電圧Ｕｌ、は、このように予
め決定した周波数が圧電変換器の共振作用点を越えられ
るや否や取り残される。したがって、制御電圧ＵＦの標
準値と、圧電変換器１の予め決定した共振作用点とを一
次決定しながら、アンプ電流は、抵抗器２３と積分回路
２４を介してスイッチングレギュレータ６の制御アンプ
１４に通じるフィードバック、及びマイコン５の周波数
カウンタ２５による一層進んだフィードバックによって
調整される。
技手が手で掴める器具の部分を使うとすぐに、インピー
ダンス測定回路９は、電位差計３で予め選定されたプリ
セット電力レベルに対する実際／標準比較を引き起こす
ようにマイコン５に半永久的なフィードバックを与える
。パルスデューティ率を適応して調整するための制御入
力１５や、圧電変換器１の作動電圧ＵＬを適応して調整
するための制御入力１９など、そのような半永久的な比
較に基づく如何なる変化もスイッチングレギュレータ６
の制御調節を引き起こす。また、スイッチングレギュレ
ータ６を制御するマイコン５を組込んだことは、そのイ
ンターフェースに、サービスやメンテナンスを目的とし
たパソコンのような外部周辺機器２６を接続する機会を
与える。それはまた、予め設定する種々の電力レベルを
考慮する超音波発生器にとっては、一つの作動プログラ
ムだけで利用できるようにすること、例えば、一方では
手で掴める部分によって歯から歯石を取り、他方では上
記手で掴める部分の代りになる一つの器具アタッチメン
トを使って歯の根を治療することに使われる。そのよう
な構成であるから、今問題としている他の器具アタッチ
メントを使って各々最適な歯科治療を行うために予め実
験しておけばよいので、この機器の操作者は、もはや予
め設定された個々の電力レベルによる操作を試験的に行
う必要がない。
スイッチングレギュレータ６は二次回路の中で調節され
、且つ変圧器と協力する１個の電圧昇圧用の変成器とし
て提供されているが、それはまた−次時限スイツチング
レギュレータによって代用される。そのような場合には
、通常の主変圧器よりもむしろ、−個の高周波数変圧器
が主変圧器からの絶縁のために使われるべきである。さ
らに、代りの実施例では、インピーダンス変換器８の補
助巻線１１に接続しているインピーダンス測定回路は、
インピーダンス変換器の一層コイル２１又はさらに二次
コイル２２への接続も含む。もし別の代わるものでアン
プ電流を測定する用意があれば、インピーダンス変換器
８よりもむしろ積分回路２４の出力側と接続している測
定回路を備えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の超音波発生器の一実施例を示す概略ブ
ロック図である。 １・・・圧電変換器、３・・・電位差計、４・・・入力
／出力付属回路、５・・・マイコン、６・・・スイッチ
ングレギュレータ、７・・・アンプ、８・・・インピー
ダンス変換器、９・・・インピーダンス測定回路、１１
・・・補助コイル、２３・・・接地抵抗、２４・・・積
分回路、２５・・・周波数カウンタ、２６・・・補助機
器。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）駆動回路が発振器を介して供給される一個のアン
    プと、これと共に直列回路を形成するインピーダンス変
    換器とを備えた圧電変換器を有し、上記発振器は、パル
    スデューティ率と周波数とがマイコンによって制御され
    る時限スイッチングレギュレータを備え、上記マイコン
    は、上記圧電変換器のインピーダンス測定回路によって
    検知される実際のインピーダンスと、電位差計によって
    調整され共振作用点のために予め設定された標準値とし
    ての電力との間で半永久的な実際／標準比較を行うと共
    に、検知される標準値が変化する場合でも上記スイッチ
    ングレギュレータの一制御入力に供給される制御電圧の
    パルスデューティ率を適応して制御し、そして／或いは
    該スイッチングレギュレータの一制御入力に供給される
    一制御電圧の周波数を適応して制御する。そして、上記
    スイッチングレギュレータは上記各々の制御入力を有す
    ると共に、上記インピーダンス測定回路と電位差計とは
    上記マイコンの入力／出力付属回路に接続されているこ
    とを特徴とする超音波インピーダンス変換器。
  2. （２）アンプは一定電流で作動し、該アンプ電流は該ア
    ンプの一接地レジスタに接続しローパス装置として動作
    する積分回路を介して該スイッチングレギュレータの制
    御入力に供給される請求項（１）記載の超音波発生器。
  3. （３）スイッチングレギュレータはフィードバック回路
    の中でマイコンの周波数カウンタに接続されている請求
    項（２）記載の超音波発生器。
  4. （４）外部補助機器はマイコンのインターフェースに接
    続されている請求項（１）記載の超音波発生器。
  5. （５）マイコンのインターフェースに接続する補助機器
    はサービスとメンテナンスのためのパーソナルコンピュ
    ータであることを特徴とする請求項（４）記載の超音波
    発生器。
  6. （６）予め調整された明確な電力レベルに各々対応する
    種々のプログラム間の切換えに役立つように、マイコン
    は、予め設定された相異なる電力レベルでの圧電変換器
    の各共振作用点を考慮した作動プログラムを備えている
    請求項（１）記載の超音波発生器。
  7. （７）インピーダンス測定回路は、インピーダンス変換
    器の補助コイルに接続されている請求項（１）記載の超
    音波発生器。
  8. （８）アンプはプッシュ−プルモードで作動する２個の
    トランジスタを備えている請求項（１）記載の超音波発
    生器。
JP2205921A 1989-08-01 1990-08-01 超音波発生器 Expired - Fee Related JP2916527B2 (ja)

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DE3925459A DE3925459A1 (de) 1989-08-01 1989-08-01 Ultraschallerzeuger mit einem piezoelektrischen wandler
DE3925459.3 1989-08-01

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Publication Number Publication Date
JPH0365277A true JPH0365277A (ja) 1991-03-20
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