JPH07132368A - 超音波発振器の自動追尾方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化に応じて変化する超音波振動系２の
共振周波数に対して、発振器６の正確な自動追尾を行わ
せる。 【構成】 温度変化に応じて変化する超音波振動系２の
共振周波数に対して、温度変化量とその変化に応じた共
振周波数の自動追尾開始点を決める。上記温度変化を検
出する温度センサ８と、温度センサ８の検出値に基づい
て自動追尾開始点を演算する演算装置９とを、超音波振
動系２と自動追尾発振器６に接続して設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は例えば超音波を利用し
てはんだ付を行う場合のように高温環境下で使用される
超音波振動子系における超音波発振器の共振周波数への
自動追尾方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に示すように超音波振動子系は機械
的構成と温度条件に応じてその固有の振動周波数（共振
周波数）ｆ_０が定まる。そして振動子系は真の共振周波
数の他に高調波等の大小の寄生共振周波数ａ，ｂ，ｃ等
を含んでいる。また、この周波数ｆ_０は、温度の変化に
よる物質の長さの変化に応じて変化する。一般的に温度
が上昇すれば金属などの物質は長さが伸び且つ弾性率も
変化するので、図２に示すように超音波振動系の共振周
波数は常温時のｆ_０からｆ_０１に低くなる。この様な振
動子系を超音波発振器で振動させる場合、常にその振動
子系の共振周波数ｆ_０を検知し、そのｆ_０に対応した周
波数電力を供給し、効率良く振動を継続させるために、
自動追尾発振器を用いて振動子系の振動数をｆ_０に自動
追尾させる方法が取られる。そしてこの自動追尾の開始
は、共振周波数ｆ_０に対し、予め決められたある特定の
周波数（追尾開始周波数）ｆ_Ｓを検出した時点からｆ_０
に向かって開始され、一定の限定範囲ｆ_ｅ内での周波数
特性を捜索しながら共振周波数に順次追尾させるもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述のように振
動子系の共振周波数が振動子系の温度上昇により変化
し、さらに自動追尾捜索範囲内に前述のａ〜ｃに示され
るような寄生共振周波数を含んでいると実際の自動追尾
に際し、追尾作動が当該温度における真の共振周波数範
囲から逸脱し、自動追尾の機能が損なわれるという問題
がある。この発明はこれらの問題点を解決する超音波発
振器の自動追尾方法及び装置を提供せんとするものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの本発明の自動追尾方法は、超音波振動子系２におけ
る振動子１の振動に対し、予め決められた追尾開始周波
数の時に、当該振動子系２の周波数特性への追尾を自動
追尾発振器６によって開始することにより、上記振動子
系２の振動を共振周波数に自動的に追尾させる方法にお
いて、上記振動子系２の温度を検出し、当該温度時点に
対応する振動子系２の共振周波数と前記追尾開始周波数
を決定することを特徴としている。また同じく本発明の
装置は、超音波振動子系２の振動子１を振動させ、予め
決められた追尾開始周波数時点より上記振動子系２の周
波数特性への追尾を開始して該振動子系２の振動をその
共振周波数に自動的に追尾させる自動追尾発振器６を前
記超音波振動子系２に接続したものにおいて、該超音波
振動子系２の温度を検出する温度センサ８と、該温度セ
ンサ８の検出値と検出時の温度に対応した振動子系２の
共振周波数とにより、上記自動追尾発振器６の追尾開始
周波数を演算して設定する演算機９とを設けことを特徴
としている。

【０００５】

【作用】本発明方法においては、標準的な温度（常温）
の下で備えている超音波振動子系２の振動周波数特性
（共振周波数）が、振動子系２の温度変化によって変化
した場合、その温度変化に応じた周波数特性の変化に対
応して、自動追尾の追尾開始周波数を決定し、当該変化
温度に最も適した超音波振動を与える。その結果エネル
ギー損失がなく、共振周波数以外の寄生周波数の影響も
受けない。また本発明装置においては、振動子系２の振
動子１に与える振動特性を、温度センサ８により検出し
た振動子系２の変化温度とその変化に応じた共振周波数
とを演算機９とで演算した値で、自動追尾の開始周波数
を決定し、自動追尾発振器６により、温度変化に対応し
た自動追尾を行う。

【０００６】

【実施例】以下図示する実施例につき詳述すると、図３
は本発明装置の構成図を示し、内部に圧電素子（電歪素
子）等の振動子１を有する超音波振動子系２の先端には
ホーン３を介して振動子チップ４が付設され、振動子１
には自動追尾発振器６が接続され、振動子１に対し増幅
された超音波振動電力を供給して超音波振動を生ぜしめ
ている。上記発振器６には例えば振動子１からの振動電
流のフィードバックを受けてこれを増幅し、発振器６を
振動させる自動追尾式電圧制御フィルタ（ＶＣＦ・・・
図示しない）が内蔵され、さらに発振器６は振動子１の
振動数が図１の例に対応させるとその共振周波数ｆ_０に
対する自動追尾開始周波数ｆ_Ｓに達するとその共振周波
数特性への追尾を開始して自動追尾する自動追尾機能を
備え、これらにより在来の超音波振動装置を構成してい
る。

【０００７】これに対し本実施例では、上記振動子系２
には熱電対からなる温度センサ８が付設され、該温度セ
ンサ８により振動子系２の温度変化が検出される機構と
なっている。そして上記温度センサ８は演算機（回路）
９に接続され、さらに演算機９は前記自動追尾発振器６
に接続されている。

【０００８】次に上記装置による自動追尾方法につき説
明すると、演算機９は温度センサ８からの温度検出信号
に基づいて、その超音波振動子系２の標準温度（常温）
Ｔ_０から上昇時の温度Ｔ_１迄の温度差（Ｔ_１−Ｔ_０）
と、当該温度差に対応する共振周波数の変化（ｆ_０−ｆ
_０１）を求め、さらに常温Ｔ_０時の追尾開始点ｆ_ｔ０か
ら温度上昇時Ｔ_ｓにおける自動追尾開始点ｆ_ｔｓを演算
する。これらの演算は例えば次の式によって行われる。 ｆ_ｔｓ＝ｆ_ｔ０｛（ｆ_００−ｆ_０１）／（Ｔ_１−
Ｔ_０）｝（Ｔ_ｓ−Ｔ_０） 例えばいま実験的に常温Ｔ_０が２０℃の時の共振周波数
ｆ_００が１９．５ＫＨＺであったものが、上昇時の温度
Ｔ_１が２２０℃で共振周波数ｆ_０１が１８．５ＫＨＺに
変化したとすれば、常温下の追尾開始点をｆ_ｔ０として
温度上昇時の追尾開始点ｆ_ｔｓは上式により ｆ_ｔｓ＝ｆ_ｔ０−９００ で求められ、上記ｆ_ｔｓの値を自動追尾発振器６に設定
させれば、上昇した追尾開始の温度Ｔ_ｓにおける振動子
系２の真の共振周波数ｆ_０ｓに対して自動追尾できるこ
とになる。

【０００９】

【発明の効果】以上のように構成される本発明の方法及
び装置によれば、超音波振動子系の作動時の温度変化に
対し、当該変化温度に対応した振動子系の真の共振周波
数に対して常に適切な追尾開始点から自動追尾するの
で、仮に共振周波数特性中に寄生周波数を含んでいて
も、共振周波数への正確な自動追尾が行われ、その振動
子系のもつ振動エネルギーを最も有効に利用できる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】超音波振動子系の共振周波数を示す線図であ
る。

【図２】同じく振動子系の温度変化に伴う共振周波数の
変化状態を示す線図である。

【図３】本発明の装置の構成説明図である。

【図４】本発明の装置を用いた振動子系の温度変化時の
自動追尾の状態を示す線図である。

【符号の説明】

１ 超音波振動子 ２ 超音波振動子系 ３ ホーン ４ 振動子チップ ６ 自動追尾発振器 ８ 温度センサ ９ 演算機（回路） ｆ_０ 振動子系の共振周波数 ｆ_００ 常温時の振動子系の共振周波数 ｆ_０１ 昇温時の振動子系の共振周波数 ｆ_０ｓ 追尾開始時の振動子系の共振周波数 ｆ_ｔ０ 常温時の追尾開始周波数 ｆ_ｔｓ 追尾開始周波数 Ｔ_０ 常温（標準温度） Ｔ_１ 昇温時温度 Ｔ_ｓ 追尾開始時温度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動子系（２）における振動子
   （１）の振動に対し、予め決められた追尾開始周波数の
   時に、当該振動子系（２）の周波数特性への追尾を自動
   追尾発振器（６）によって開始することにより、上記振
   動子系（２）の振動を共振周波数に自動的に追尾させる
   方法において、上記振動子系（２）の温度を検出し、当
   該温度時点に対応する振動子系（２）の共振周波数と前
   記追尾開始周波数を決定する超音波発振器の自動追尾方
   法。
2. 【請求項２】 超音波振動子系（２）の振動子（１）を
   振動させ、予め決められた追尾開始周波数時点より上記
   振動子系（２）の周波数特性への追尾を開始して該振動
   子系（２）の振動をその共振周波数に自動的に追尾させ
   る自動追尾発振器（６）を前記超音波振動子系（２）に
   接続したものにおいて、該超音波振動子系（２）の温度
   を検出する温度センサ（８）と、該温度センサ（８）の
   検出値と検出時の温度に対応した振動子系（２）の共振
   周波数とにより、上記自動追尾発振器（６）の追尾開始
   周波数を演算して設定する演算機（９）とを設けてなる
   超音波発振器の自動追尾装置。