JPH0628230Y2 - 超音波振動子の振動制御装置 - Google Patents

超音波振動子の振動制御装置

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JPH0628230Y2
JPH0628230Y2 JP1989063125U JP6312589U JPH0628230Y2 JP H0628230 Y2 JPH0628230 Y2 JP H0628230Y2 JP 1989063125 U JP1989063125 U JP 1989063125U JP 6312589 U JP6312589 U JP 6312589U JP H0628230 Y2 JPH0628230 Y2 JP H0628230Y2
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phase difference
ultrasonic transducer
signal
resistance value
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邦夫 岩城
頼美 横山
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207Driving circuits
    • B06B1/0223Driving circuits for generating signals continuous in time
    • B06B1/0238Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave
    • B06B1/0246Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal
    • B06B1/0261Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal taken from a transducer or electrode connected to the driving transducer

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、超音波加工を行なうための超音波振動子の振
動制御装置に係り、とくに超音波振動子の駆動電圧及び
駆動電流の位相差をゼロにするようにその駆動周波数を
制御するための振動制御装置に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、超音波振動装置1は、例えば第3図に示すよう
に、発振回路2で発生される自走周波数のパルス信
号に基づいて、駆動回路3から出力される該周波数
の高周波パルス信号をトランス4を介して、超音波振動
子5に印加することにより、この超音波振動子5を自走
周波数で超音波振動させて、超音波加工を行なうよ
うにしている。
ここで、実際に超音波加工を行なっているときには、加
工に伴って超音波振動子5に負荷が加えられると、該超
音波振動子5の振動周波数はに変動してしまうの
で、超音波振動子5の駆動電圧V及び駆動電流Iに位相
のずれが生ずる(第4図参照)こととなり、効率が低下
してしまう。そのため、自走周波数に対する超音波
振動子5の振動周波数を圧電素子6等により検出し
て、発振回路2にフィードバックすることにより、該発
振回路2は、その自走周波数をからへ変更する
ようにしている。
〔考案が解決しようとする課題〕
しかしながら、このように構成された振動制御回路にお
いては、自走周波数に対して超音波振動子の振動周
波数との間に大きな差がある場合、該振動周波数は
となっているが、電圧及び電流の位相差が大きく、
最適な追尾が行われないことになる。
本考案は、以上の点に鑑み、自走周波数を変化させ
て振動周波数に近づけることにより位相差が比較的
大きい場合でも、最適な位相補正が可能である、超音波
振動子の振動制御装置を提供することを目的としてい
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、本考案によれば、発振回路と、この発振回
路で発生される駆動周波数に基づいて超音波振動子を駆
動する駆動回路と、その超音波振動子の振動周波数を検
出して該発振回路にフィードバックする振動検出子とを
含む超音波振動子の振動制御回路において、上記発振回
路の自走周波数を決定する抵抗の抵抗値を変化させるよ
うに接続されたFET回路が備えられていると共に、超
音波振動子における電圧及び電流に基づいて該電圧及び
電流の相対的な位相差を検出する位相差検出回路と、該
位相差検出回路から入力される位相差に基づいて、この
位相差が所定値以上の場合に信号を出力するしきい値弁
別回路と、このしきい値弁別回路からの信号を積分する
ポンプ回路とを備えており、そのポンプ回路からの出力
信号が所定レベルより高くなったとき上記FET回路の
抵抗値を変化させるように構成したことにより達成され
る。
〔作用〕
この考案によれば、超音波振動子の駆動電圧及び駆動電
流の間の位相差が所定レベルより大きくなったとき、F
ETの可変抵抗特性を利用して、発振回路の自走周波数
を決定する抵抗の抵抗値を変化させることにより、その
発振回路の自走周波数を変更することができるので、こ
の変化後の抵抗値を上記駆動電圧及び駆動電流の位相差
を低減するような抵抗値に設定しておくことにより、よ
り位相差が小さい状態で位相差の補正をするように発振
回路の自走周波数を制御することが可能になる。
また、しきい値弁別回路からの信号がポンプ回路により
積分された後にFET回路に入力されるようになってい
ることから、位相差が所定レベル以上になってからFE
Tの抵抗値変化が行なわれるまでに一定の時間遅れがあ
るため、位相差が瞬間的に所定レベルを越えたような場
合には、FETの抵抗値変化は行われず、従って抵抗値
の変化が不用意に行われるようなことがなく、より確実
で且つ最適な自走周波数の制御が可能となる。
〔実施例〕
以下、図面に示した実施例に基づいて本考案をさらに詳
細に説明する。
第1図は本考案による超音波振動子の振動制御装置の一
実施例を示している。
この振動制御装置10は、第3図の超音波振動装置1に
対して付加されるものであり、それぞれ超音波振動子5
の駆動電圧V及び駆動電流Iが入力されることにより該
駆動電圧V及び駆動電流Iの位相に対応する信号を出力
する二つのコンパレータ11及び12と、該コンパレー
タ11,12からの信号が入力されることにより上記駆
動電圧V及び駆動電流Iの各位相の進みまたは遅れを検
出してDCレベルに変換する位相ずれ検出回路13と、
この位相ずれ検出回路13からの信号に基づいて該駆動
電圧V及び駆動電流Iの間の位相差に対応するDCレベ
ルの信号を出力する差動アンプ14と、この差動アンプ
14からの信号を位相差ゼロに対応する中間値より高い
第一のレベル及びこの中間値より低い第二のレベルと比
較してその第一のレベル以上または第二のレベル以下の
場合にはHレベルの信号を出力するしきい値弁別回路1
5と、このしきい値弁別回路15からの信号を積分して
出力するポンプ回路16と、このポンプ回路16の出力
が所定レベル以上になったとき発振回路2の自走周波数
を決定する抵抗2aの抵抗値を変化させるようにF
ETの抵抗値変化を行なうFET回路17とから構成さ
れている。
上記FET回路17は、具体的には、例えば第2図に示
すように構成されている。即ち、直列に接続された抵抗
20及び可変抵抗21と、これらに並列に接続された抵
抗22とから構成される発振回路2の抵抗2aに対し
て、該抵抗22に直列に挿入されたFET23と、該F
ET23のゲートとアースとの間に挿入され且つベース
にポンプ回路16からの信号が入力されるトランジスタ
24とから構成されている。
本考案実施例は以上のように構成されており、第3図に
示した従来の超音波振動装置1の場合と同様に、自走周
波数のパルス信号が発振回路2から駆動回路3に入
力されることにより、この駆動回路3から出力される該
周波数の高周波パルス信号をトランス4を介して、
超音波振動子5に印加し、それにより、この超音波振動
子5を自走周波数で超音波振動させて、超音波加工
を行なうと共に、この超音波振動子5の振動周波数
を圧電素子6等により検出して、発振回路2にフィード
バックすることにより、この発振回路2はその自走周波
数をからへ変更するように動作する。
その際、上記超音波振動子5の駆動電圧V及び駆動電流
Iがそれぞれコンパレータ11,12に入力されること
によって、該コンパレータ11,12からは該駆動電圧
V及び駆動電流Iの位相に対応する信号が出力されるこ
とになり、これらの信号はさらに位相ずれ検出回路13
にてそれぞれ位相の進みまたは遅れに相当するDCレベ
ルの信号に変換される。このDCレベルの信号は、差動
アンプ14にて相互に比較されることにより、該駆動電
圧V及び駆動電流Iの間の位相差に対応するDCレベル
の信号として出力される。
上記差動アンプ14から出力された信号は、しきい値弁
別回路15にて位相差ゼロに対する中間値であるゼロレ
ベルに対して+側及び−側の所定レベルである第一のレ
ベルL及び第二のレベルLの二段階で比較され、こ
の第一のレベルLより低く且つ該第二のレベルL
り高い場合、即ち位相差が所定レベルより(進みまたは
遅れが)小さい場合に、上記しきい値弁別回路15は信
号を出力しないので、ポンプ回路16の出力はゼロのま
まであり、従ってFET回路17は動作しない。
即ち、第2図において、トランジスタ24のベースには
Lレベルの信号が印加されるので、該トランジスタ24
はオフであり、従ってFET23のゲートには電圧が印
加されるので、このFET23は導通状態に保持され、
従って抵抗2aは抵抗20,21,22の合成抵抗値で
ある第一の抵抗値に保持されている。このため、圧電素
子等6から周波数が発振回路2にフードバックされ
ることによって、この発振回路2は、従来と同様にし
て、その自走周波数をからへ変更する。
ここで、超音波振動子5の駆動電圧V及び駆動電流Iの
間の位相差が大きくなると、差動アンプ14から出力さ
れた信号が上記しきい値弁別回路15にて前記第一のレ
ベルL及び第二のレベルLと比較され、該第一のレ
ベルLより高い場合、または該第二のレベルLより
低い場合、即ち位相差が所定レベルより(進みまたは遅
れが)大きくなったときに、このしきい値弁別回路15
は信号を出力し、この信号がポンプ回路16によって積
分され、該ポンプ回路16の出力がHレベルになったと
きに、FET回路17が動作して発振回路2の抵抗2a
の抵抗値を変化させる。即ち第2図において、トランジ
スタ24のベースにHレベルの信号が入力されるので、
該トランジスタ24はオンとなり、従って該FET23
のゲートに印加される電圧が低下するので、該FET2
3はその抵抗値が大きくなるため、抵抗2aは抵抗2
0,21,22及びFET23の合成抵抗値である第2
の抵抗値に変化させられる。
これにより、上記発振回路2はその自走周波数が
に転換されるので、圧電素子等6から周波数
が発振回路2にフィードバックされたとき、この発振回
路2は、その自走周波数をからに変更すること
となり、自走周波数に対する電圧及び電流の位相差
は、自走周波数の場合の電圧及び電流の位相差より
小さくなることから、該発振回路2の周波数に対す
る追尾精度が向上することとなる。
〔考案の効果〕
以上述べたように、本考案によれば、発振回路の自走周
波数を決定する抵抗の抵抗値を変化させるように接続さ
れたFET回路を備えると共に、超音波振動子における
電圧及び電流に基づいて該電圧及び電流の相対的な位相
差を検出する位相差検出回路と、該位相差検出回路から
入力される位相差に基づいてこの位相差が所定値以上の
場合に信号を出力するしきい値弁別回路と、該しきい値
弁別回路からの信号を積分するポンプ回路とを具備して
おり、該ポンプ回路からの出力信号が所定レベルより高
くなったとき上記FET回路の抵抗値を変化させるよ
う、超音波振動子の振動制御回路を構成した。
したがって、超音波振動子の駆動電圧及び駆動電流の間
の位相差が所定レベルより大きくなったとき、FET回
路の抵抗値を変化させて、発振回路の自走周波数を決定
する抵抗の抵抗値を変化させることにより、該発振回路
の自走周波数を変更することができるので、この変化後
の抵抗値を上記駆動電圧及び駆動電流の位相差を低減す
るような抵抗値に設定しておくことにより、より位相差
が小さい状態で位相差の補正をするように発振回路の発
振周波数を制御することが可能になる。
また、しきい値弁別回路からの信号がポンプ回路により
積分された後にFET回路に入力されるようになってい
ることから、位相差が所定レベル以上になってからFE
T回路の抵抗値変化が行なわれるまでに一定の時間遅れ
があるため、位相差が瞬間的に所定レベルを超えたよう
な場合には、FET回路の抵抗値変化は行なわれず、従
って抵抗値の変化が不用意に行なわれるようなことがな
く、より確実で且つ最適な発振周波数の制御が可能とな
る。
かくして本考案によれば、位相差が比較的大きい場合で
も、最適な位相補正が可能である、極めて優れた超音波
振動子の振動制御装置が提供され得ることとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案による超音波振動子の振動制御装置の一
実施例を示すブロック図、第2図は第1図の実施例にお
けるFET回路の回路構成の一例を示す回路図である。 第3図は従来の超音波振動子の振動制御装置の一例を示
すブロック図、第4図は超音波振動子の駆動電圧V及び
駆動電流Iの位相を示すグラフである。 10……振動制御装置、2……発振回路、2a……抵
抗、3……駆動回路、4……トランス、5……超音波振
動子、6……圧電素子、11,12……コンパレータ、
13……位相ずれ検出回路、14……差動アンプ、15
……しきい値弁別回路、16……ポンプ回路、17……
FET回路、20,21,22……抵抗、23……FE
T、24……トランジスタ。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】発振回路と、該発振回路で発生される駆動
    周波数に基づいて超音波振動子を駆動する駆動回路と、
    該超音波振動子の振動周波数を検出して該発振回路にフ
    ィードバックする振動検出子とを含む超音波振動子の振
    動制御回路において、 上記発振回路の自走周波数を決定する抵抗の抵抗値を変
    化させるように接続されたFET回路が備えられている
    と共に、超音波振動子における電圧及び電流に基づいて
    該電圧及び電流の相対的な位相差を検出する位相差検出
    回路と、該位相差検出回路から入力される位相差に基づ
    いて、該位相差が所定値以上の場合に信号を出力するし
    きい値弁別回路と、該しきい値弁別回路からの信号を積
    分するポンプ回路とを備えており、該ポンプ回路からの
    出力信号が所定レベルより高くなったとき上記FET回
    路の抵抗値を変化させるようにしたことを特徴とする、
    超音波振動子の振動制御回路。
JP1989063125U 1989-05-30 1989-05-30 超音波振動子の振動制御装置 Expired - Lifetime JPH0628230Y2 (ja)

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