JPH0523266Y2

JPH0523266Y2 -

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Publication number: JPH0523266Y2
Application number: JP1985173353U
Authority: JP
Priority date: 1985-11-11
Filing date: 1985-11-11
Publication date: 1993-06-15
Anticipated expiration: 2000-11-11
Also published as: JPS6283588U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は金属やプラスチック等の接着、加工、
そのほか超音波洗浄、乳化等を行なう超音波発生
装置の改良に関するものである。

（従来の技術）第５図には、従来用いられている超音波発生装
置の一例が示されている。この種の超音波発生装
置は超音波発振系１と、動作条件設定回路２とか
らなる。そのうち、超音波発振系１は、前置電力
増幅器３と、主電力増幅回路４と、整合回路５
と、振動子付きのホーン装置６と、帰還信号検出
回路７と、定振幅回路８とからなり、動作条件設
定回路２は、タイマ回路９と、出力調整回路１０
と、静圧調整器１１とからなる。

前記超音波発生系１は発振信号を自励により発
生し該発振信号を増幅してホーン装置６の振動子
１２に導き、ホーン１３からプラスチック等の音
響負荷へ音響パワーを印加するものであり、その
動作は次のように行われる。

まず、振動子１２の共振周波数又は、その近傍
周波数で発振した発振信号は前置電力増幅器３で
増幅され、さらに、主電力増幅回路４で目的の電
力まで増幅される。そして、この増幅された信号
は整合回路５で振動子１２とマツチングがとら
れ、効率よく目的のパワーでホーン１３および振
動子１２を振動させる。次に帰還信号検出回路７
で振動帰還（あるいは電流帰還又は電圧帰還）さ
れたホーン１３と振動子１２との共振周波数に比
例した信号の一方は、前置電力増幅器３へ帰還さ
れ、繰り返し前記の如く一連の動作を行なう。

前記振動帰還されたもう一方の信号は、定振幅
回路８へ入り、信号の振幅の大小に応じて増幅ゲ
インを変化させる。つまり、ホーン１３の先端に
プラスチックや液体等の音響負荷が無負荷（空
気）の状態からかかると、空気中での音響負荷は
軽いので小さな電力でも振幅が出るが、重い音響
負荷になると、同じ振幅を得るのに大きい電力を
必要とする。そこで音響負荷が重くなつて帰還信
号が小さくなり、これに伴ない定振幅回路８の入
力が小さくなつたときには、前置電力増幅器３の
電源を大きくなる方に制御し、パワーを増大させ
て振幅を上げる。これらの動作により、振幅を音
響負荷の変動に対し一定に保つことが可能とな
る。

この超音波発振系１を使い、音響負荷、すなわ
ちプラスチック、金属フイルム等の溶着や穴明
け、かしめ等を行なうのはすでに広く知られてい
る通りである。以下、そのうちの溶着を例にとつ
て説明する。一般に、適切な溶着の動作条件は、
ホーン１３の先端（負荷端）の振動振幅、超音波
振動を負荷へ与える時間、被溶着物体への静圧の
３要素に代表される。

それらの３要素の値は実験により決定される。
すなわち、実験の試行錯誤の末、最もよく溶着す
るときの時間、振幅（発振器出力（パワー））、静
圧が決められる。そして、それらの決定値のう
ち、時間の決定値はタイマ回路９に固定値として
インプツトされ、また、振幅の決定値は出力調整
回路１０に増幅率の固定値としてインプツトさ
れ、さらに、静圧の決定値は静圧調整器１１に固
定値としてインプツトされる。

したがつて、前置電力増幅器３からの発振信号
の出力時間はタイマ回路９の時間設定値によつて
制御され、また、主電力増幅回路４の増幅率は出
力調整回路１０の増幅率設定値によつて制御さ
れ、さらに、ホーン部１３と被溶着部材との静圧
は静圧調整器１１に与えた設定値により制御され
る。

このように条件設定値を固定することにより、
同一形状かつ同一材質の被溶着物に対して繰り返
し自動的に溶着することができる。

（考案が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来の装置では、先に述べ
たように、超音波発振系１の動作条件設定値が固
定的に定められる結果、被溶着物の形状、材質等
のばらつきが許容範囲内では比較的良く溶着でき
るが、被溶着物の形状等がばらつくと溶着むらを
生じる。つまり、被溶着物の形状、材質等のガウ
ス分布（正規分布）的ばらつきに対し、溶着結果
もガウス分布的なばらつき結果となり、歩留まり
が悪くなるという問題がある。

本考案は上記従来の問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、上記従来のガウ
ス分布的な溶着不良を回避し、歩留まり率の大幅
向上を図ることができる超音波発生装置を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段）本考案は上記目的を達成するため、次のように
構成されている。すなわち、本考案は、発振信号
を発生し該発振信号を増幅してホーンの振動子に
導きホーンから音響負荷へ音響パワーを印加する
超音波発振系と；ホーンから音響負荷へ印加する
音響パワーをリアルタイムで検出する音響パワー
検出器と；音響パワー検出器からの検出信号を時
間積分してエネルギーを求めその値を予め設定さ
れている基準値と比較し、該設定値に達したとき
に制御信号を出力する比較制御回路と；前記制御
信号を受けたときに発振信号の発生を停止させる
タイマ回路と；を有する超音波発生装置である。

（作用）上記構成からなる本考案において、超音波発振
系の動作は従来例と同様に行われるが、ホーンか
ら音響負荷へ印加される音響パワーは音響パワー
検出器によつてリアルタイムで検出される。

そして、この検出信号は比較制御回路に加えら
れる。この比較制御回路はこの音響パワーを時間
積分してエネルギー量を求める。一方、比較制御
回路には溶着その他の超音波加工や処理に必要適
切なエネルギー量の値が比較基準値として入力設
定されており、前記積分値と比較基準値とが比較
され、積分値が比較基準値に達したときに制御信
号がタイマ回路に加えられ、超音波発振系の発振
動作を停止させるという制御が行われるのであ
る。

（実施例）以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と
同一の構成部分には同一符号を付してその説明を
省略する。第１図には本考案に係る一実施例のブ
ロツク構成が示され、また、第２図には本実施例
におけるホーン装置６の機械的構成が示されてい
る。本実施例の構成は第１図に示すように、従来
の超音波発生装置に追加して、音響パワー検出器
１４と比較制御回路２０とを設けたものからなつ
ている。前記音響パワー検出器１４は第２図に示
すようにホーン装置６に組み込み状態で配置され
る。ホーン装置６は振動子１２と、該振動子１２
に連続して接続された第１のコーン１５および第
２のコーン１６と、該第２のコーン１６の下端部
に固定されたホーン１３とからなる。

このホーン装置６の振動子１２は整合回路５の
出力信号を受けて励振し、この振動子１２の振動
は第１のコーン１５および第２のコーン１６を介
してホーン１３に伝達される。

前記振動子１２の振動の節の位置には帰還信号
を取り出す帰還信号検出子１７が固定されてお
り、また、第１のコーン１５の節の位置には作動
板１８が固定されている。この作動板１８は例え
ばシリンダ機構等と連係されており、圧縮空気の
動作切換えによつて前記作動板１８、すなわち、
ホーン１３を上下に移動できるようになつてい
る。

この場合ホーン１３を被溶着物１９へ押圧する
静圧は圧縮空気の圧力を可変することにより調整
される。さらに、第２のコーン１６の節の位置に
は音響パワー検出器１４が嵌め込み固定されてい
る。

この音響パワー検出器１４は、本実施例におい
て環状電磁型線輪により構成されている。

一方、比較制御回路２０には音響パワーに関す
る比較基準値が与えられており、該比較制御回路
２０は前記音響パワー検出器１４からの検出信号
に基づく値を比較基準値と比較し、その差に対応
して所要の制御信号を、出力調整回路１０と、静
圧調整器１１に加え、超音波発振系１の任意の動
作条件を変更制御するように構成されている。

比較制御回路２０にはもう１つ重要な比較基準
値として音響パワーの時間積分値E₀（被溶着物１
９が良好に溶着するに要する音響エネルギー量に
相当する）をインプツトしておく、この状態で比
較制御回路２０は音響パワー検出器１４からの音
響パワー検出信号を時間積分する。この積分値は
第３図に示す音響パワー曲線P_(t)の時間軸に対す
る面積を意味し、例えば同図ａに示すサンプルＡ
の場合は∫^t1 _t0P_A（ｔ）dtで表わされ、また、同図ｂ
に示すサンプルＢの場合は ∫^t2 _t0P_B（ｔ）dtで表わされる。

そして、これらの積分値Ｅが前記比較基準値
E₀に等しくなつたときに、比較制御回路２０は
制御信号をタイマ回路９に送り、前置電力増幅器
３からの信号出力を停止させる。

このような制御により、被溶着物１９の形状、
材質等のばらつきに応じて適切なレベルの音響エ
ネルギー量を供給したことになる。

このことは完全に溶着されるのに必要な音響エ
ネルギー量を供給することにより、溶着作業を終
了させることに相当するので、溶着のばらつきが
少なくなり、歩留まり率が大幅に改善される。

なお、この他別な制御の仕方としては、比較制
御回路２０によるタイマ回路の制御を音響パワー
のレベル検出により行うことも可能である。例え
ば、比較制御回路２０に音響パワーの比較基準値
としての基準レベルP_tを与えておき、第４図ａお
よび同図ｂに示すように時間的に供給された音響
パワーがある一定のレベルP_tになつたら制御信号
をタイマ回路９に送り、発振を終了させるように
する。上記２種の方式は、いずれも被溶着物１９
が溶けて接着に至つたという場合の変化を音響パ
ワーを通して検出するもので、このように発振時
間の制御を行うことにより溶着のばらつきが極め
て小さくなり、これにより優れた歩留り結果が得
られる。

また、超音波発振系１の他の動作条件、すなわ
ち、振幅条件あるいは静圧条件を可変制御する場
合も、同様に、比較制御回路２０に音響パワーの
時間積分比較値E₀あるいは音響パワーの比較基
準値P_tを与えておき、音響パワー検出器１４によ
り検出された音響パワーの積分値Ｅが音響パワー
の時間積分による比較基準値E₀に等しくなつた
とき、あるいは検出された音響パワーＰが前記比
較基準値P_tよりも小さくなつたときに比較制御回
路２０から出力調整回路１０あるいは静圧調整器
１１へ制御信号を供給することにより行われる。
この場合、制御信号によつて主電力増幅回路４の
増幅率を増減いずれに変更するか、あるいは静圧
を増減いずれに変更するかは被溶着物１９の形状
や材質等の態様に応じて適宜設定すればよい。こ
のようにホーン１３の機械的振動の振幅条件ある
いは静圧条件を制御することにより、前記発振時
間の制御の場合と同様に被溶着物１９の溶着のば
らつきを極めて小さくでき、これにより歩留りの
良い溶着作業を達成できる。

なお、上記実施例では、溶着の場合を例にして
説明したが、これ以外の超音波加工、超音波洗浄
および超音波乳化等の作業においても極めて良好
な結果を得ることができる。

また、上記実施例は自励発振式の超音波発生装
置については説明したが必ずしもこれに限られ
ず、例えば帰還信号検出回路７から前置電力増幅
器３へ帰還する途中に位相同期ループ（PLL
（Phase−Locked Loop））を設け、いわゆる
PLL型超音波発生装置に本考案を適用すること
も可能である。

（考案の効果）本考案は以上説明したような構成と作用とを有
しているので、従来例に見られたガウス分布的な
溶着特性を回避することが可能となり、これによ
り、歩留まりの良好な溶着作業を行うことが可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る一実施例のブロツク構成
図、第２図は本実施例におけるホーン装置の構成
図、第３図ａおよび同図ｂは音響パワーの時間的
積分に基づく発振時間の制御例を示す説明図、第
４図ａおよび同図ｂは音響パワーの基準設定値に
基づく発振時間の制御例を示す説明図、第５図は
従来装置の構成を示すブロツク図である。１……超音波発振系、２……動作条件設定回
路、３……前置電力増幅器、４……主電力増幅回
路、５……整合回路、６……ホーン装置、７……
帰還信号検出回路、８……定振幅回路、９……タ
イマ回路、１０……出力調整回路、１１……静圧
調整器、１２……振動子、１３……ホーン、１４
……音響パワー検出器、１５……第１のコーン、
１６……第２のコーン、１７……帰還信号検出
子、１８……作動板、１９……被溶着物、１９ａ
……溶着部、２０……比較制御回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

発振信号を発生し該発振信号を増幅してホーン
の振動子に導きホーンから音響負荷へ音響パワー
を印加する超音波発振系と；ホーンから音響負荷
へ印加する音響パワーをリアルタイムで検出する
音響パワー検出器と；音響パワー検出器からの検
出信号を時間積分してエネルギーを求めその値を
予め設定されている基準値と比較し、該設定値に
達したときに制御信号を出力する比較制御回路
と；前記制御信号を受けたときに発振信号の発生
を停止させるタイマ回路と；を有することを特徴
とする超音波発生装置。