JPH081091A - Ultrasonic transducer drive - Google Patents

Ultrasonic transducer drive

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JPH081091A
JPH081091A JP16060394A JP16060394A JPH081091A JP H081091 A JPH081091 A JP H081091A JP 16060394 A JP16060394 A JP 16060394A JP 16060394 A JP16060394 A JP 16060394A JP H081091 A JPH081091 A JP H081091A
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JP
Japan
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voltage
ultrasonic transducer
vibration speed
frequency signal
vibration
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Application number
JP16060394A
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Japanese (ja)
Inventor
Masami Uno
正美 宇野
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Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成でありながら、負荷が増減して
も、振動速度を常に一定に保つ。 【構成】 駆動装置10は、周波数信号Vs を発生する
発振器102と、発振器102から発生した周波数信号
Vs を電力増幅して超音波振動子11の駆動電圧Vd2
発生する電力増幅器106と、超音波振動子11の振動
速度vに対応した検出電圧Vp を出力する振動速度検出
手段12と、振動速度検出手段12から出力された検出
電圧Vp を負帰還させるように周波数信号Vs に対する
増幅度を変更する電圧制御可変利得増幅器14とを備え
ている。
(57) [Summary] [Purpose] Even with a simple configuration, the vibration speed is always kept constant even when the load increases or decreases. The driving device 10 includes an oscillator 102 for generating a frequency signal Vs, a power amplifier 106 for power-amplifying the frequency signal Vs generated by the oscillator 102 to generate a driving voltage Vd 2 for the ultrasonic transducer 11, The vibration speed detecting means 12 that outputs the detection voltage Vp corresponding to the vibration speed v of the acoustic wave vibrator 11, and the amplification degree for the frequency signal Vs are changed so that the detection voltage Vp output from the vibration speed detecting means 12 is negatively fed back. Voltage control variable gain amplifier 14 for

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超音波加工技術,超音
波溶接技術等に用いられる超音波振動子の駆動装置に関
し、詳しくは超音波振動子の振動速度(振幅)を一定に
することの可能な駆動装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving device for an ultrasonic vibrator used in ultrasonic processing technology, ultrasonic welding technology, and the like, and more specifically, to make the vibration speed (amplitude) of the ultrasonic vibrator constant. Drive device capable of

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は、従来の超音波振動子の駆動装置
を示すブロック図である。以下、この図に基づき説明す
る。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a block diagram showing a conventional ultrasonic vibrator driving device. Hereinafter, description will be given based on this figure.

【0003】駆動装置100は、周波数信号Vs を発生
する発振器102と、発振器102から発生した周波数
信号Vs を電力増幅して超音波振動子104の駆動電圧
Vdを発生する電力増幅器106とを備えたものであ
る。
The driving apparatus 100 comprises an oscillator 102 for generating a frequency signal Vs, and a power amplifier 106 for power-amplifying the frequency signal Vs generated by the oscillator 102 to generate a driving voltage Vd for the ultrasonic transducer 104. It is a thing.

【0004】周波数信号Vs の周波数は、例えば40[kH
z] である。電力増幅器106は、増幅度(利得)Gの
電力増幅用IC108と、捲線比1:nの昇圧変圧器1
10とから構成されている。超音波振動子104は、圧
電セラミックを金属ブロックで挟んでボルト締めしたボ
ルト締めランジュバン形振動子である。また、超音波振
動子104には、ホーン112及びカッタ刃114が取
り付けられている。
The frequency of the frequency signal Vs is, for example, 40 [kH
z]. The power amplifier 106 includes a power amplification IC 108 having an amplification degree (gain) G and a step-up transformer 1 having a winding ratio of 1: n.
It is composed of 10 and. The ultrasonic oscillator 104 is a bolted Langevin type oscillator in which a piezoelectric ceramic is sandwiched between metal blocks and bolted. A horn 112 and a cutter blade 114 are attached to the ultrasonic transducer 104.

【0005】ここで、超音波振動子104は共振状態に
あるものとし、超音波振動子104とホーン112との
接合面A’を機械端子にとる。機械端子における振動速
度vは、Vd =G・n・Vs を考慮して、
Here, it is assumed that the ultrasonic vibrator 104 is in a resonance state, and a joint surface A'between the ultrasonic vibrator 104 and the horn 112 is taken as a mechanical terminal. The vibration speed v at the mechanical terminal is Vd = GnVs in consideration of

【0006】 v=F/(rm +rl )=A・Vd /(rm +rl )={A/(rm +rl ) }・G・n・Vs ・・・・・ (1)V = F / (r m + r l ) = A · Vd / (r m + r l ) = {A / (r m + r l )} · G · n · Vs (1)

【0007】として表すことができる。ただし、Fは超
音波振動子104の駆動電圧Vd により機械端子に生じ
る駆動力、Aは力係数、rm は機械端子における等価機
械抵抗、rl はホーン112の尖端面における負荷機械
抵抗rl ’を接合面A’に換算した値である。なお、力
係数とは、「振動端面を固定した状態で、電気端子に電
圧を加えたとき、発生する駆動力と印加電圧との複素
比。」と定義されている。
Can be expressed as: Here, F is the driving force generated at the mechanical terminal by the driving voltage Vd of the ultrasonic transducer 104, A is the force coefficient, r m is the equivalent mechanical resistance at the mechanical terminal, and r l is the load mechanical resistance r l at the tip surface of the horn 112. It is a value obtained by converting'to the joint surface A '. The force coefficient is defined as "a complex ratio between a driving force generated when a voltage is applied to an electric terminal with a vibrating end face fixed and an applied voltage."

【0008】ところで、振動系が空気中に置かれたとき
は、rl としてホーン112の尖端における空気に対す
る放射抵抗ra ’を接合面A’に換算した値ra を用い
なければならない。このときの振動速度をvo とする
と、式(1)から、
By the way, when the vibration system is placed in the air, it must be used the values r a in terms of 'bonding surface A a' radiation resistance r a to air at the tip of the horn 112 as r l. If the vibration velocity at this time is v o , from equation (1),

【0009】 vo ={A/(rm +ra )}・G・n・Vs ・・・・・ (2)V o = {A / (r m + r a )} · G · n · Vs (2)

【0010】となる。そこで、振動速度vの無負荷時
(空気中)と負荷時の変化率δ1 は、式(1),(2)
から、
[0010] Therefore, the rate of change δ 1 of the vibration velocity v at no load (in air) and at load is calculated by the equations (1) and (2).
From

【0011】 δ1 =(v−vo )/vo =(Vp −Vpo)/Vpo=(ra −rl )/(rm +rl )≒−1/(1+rm /rl ) ・・・・・ (3)Δ 1 = (v−v o ) / v o = (Vp −Vpo) / Vpo = (r a −r l ) / (r m + r l ) ≈−1 / (1 + r m / r l ). ... (3)

【0012】として求められる。ただし、ra <<rl
と置いた。また、振動速度vの直接測定は簡単ではない
ので、超音波振動子104から発生する電圧Vp'を分圧
した検出電圧Vp を用いた。検出電圧Vp は振動速度v
に比例すると考えられるからである。なお、Vpoは無負
荷時(空気中)でのVp の値である。
Is calculated as Where r a << r l
I put it. Further, since it is not easy to directly measure the vibration velocity v, the detection voltage Vp obtained by dividing the voltage Vp ′ generated from the ultrasonic transducer 104 is used. The detection voltage Vp is the vibration speed v
It is considered to be proportional to. Note that Vpo is the value of Vp under no load (in air).

【0013】カッタ刃114に直角にワラ半紙を当て
て、変化率δ1 を測定した結果を図4に示す。図4にお
いて、実線の曲線(a)は紙の枚数Nに対する検出電圧
Vp の変化率δ1 の測定値であり、一点鎖線の曲線
(a’)はrl /rm に対する検出電圧Vp の変化率δ
1 を式(3)に従って描いたものである。なお、Vp'及
びVp は図1に示す方法で測定した。
FIG. 4 shows the result of measuring the rate of change δ 1 by applying straw paper half-width to the cutter blade 114 at a right angle. 4, the solid line curve (a) is a measure of the rate of change [delta] 1 of the detected voltage Vp for the number N of the paper, the curve of one-dot chain line (a ') is the change in the detected voltage Vp for r l / r m Rate δ
1 is drawn according to the equation (3). Note that Vp 'and Vp were measured by the method shown in FIG.

【0014】このように、従来の超音波振動子の駆動装
置では、負荷が増大するにつれて、振動速度vが減少す
る。
As described above, in the conventional ultrasonic vibrator driving device, the vibration speed v decreases as the load increases.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、振動速
度vが減少すると放出される超音波エネルギが減少する
ことになるため、例えば超音波加工機であれば加工速度
が減少する等の問題を生じる。この問題に対して、共振
周波数の変化を検出してその数値データをマイクロコン
ピュータで演算処理し、その処理結果に基づき共振周波
数の変化に追従することにより、常に最大振幅を得よう
とする技術が知られている(例えば特開昭62-140685 号
公報)。ところが、このような技術では、共振周波数の
変化を検出するとともにマイクロコンピュータを用いる
という、極めて複雑な構成を必要とするため、大型化,
高価格化等の問題を招いていた。
However, when the vibration velocity v is reduced, the ultrasonic energy emitted is reduced, so that, for example, in the case of an ultrasonic processing machine, the processing speed is reduced. To solve this problem, there is a technology that always obtains the maximum amplitude by detecting the change in the resonance frequency, processing the numerical data with a microcomputer, and following the change in the resonance frequency based on the processing result. It is known (for example, JP-A-62-140685). However, since such a technique requires a very complicated configuration of detecting a change in the resonance frequency and using a microcomputer, the size is increased,
This caused problems such as high prices.

【0016】[0016]

【発明の目的】そこで、本発明は、簡単な構成でありな
がら、負荷が増減しても振動速度が常に一定となるよう
な超音波振動子の駆動装置を提供することを目的として
いる。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a driving device for an ultrasonic vibrator, which has a simple structure and whose vibration speed is always constant even if the load increases or decreases.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものであり、周波数信号を発生す
る発振器と、この発振器から発生した周波数信号を増幅
して超音波振動子の駆動電圧を発生する電力増幅器とを
備えた超音波振動子の駆動装置を改良したものである。
The present invention has been made in order to achieve the above-mentioned object, and an oscillator for generating a frequency signal and an ultrasonic transducer for amplifying the frequency signal generated by the oscillator are provided. It is an improvement of a driving device for an ultrasonic vibrator including a power amplifier that generates a driving voltage.

【0018】すなわち、前記超音波振動子の振動速度に
対応した検出電圧を出力する振動速度検出手段と、この
振動速度検出手段から出力された検出電圧を負帰還させ
るように前記周波数信号に対する増幅度を変更する電圧
制御可変利得増幅器とを付設したことを特徴としてい
る。
That is, a vibration speed detecting means for outputting a detection voltage corresponding to the vibration speed of the ultrasonic vibrator, and an amplification degree for the frequency signal so that the detection voltage output from the vibration speed detecting means is negatively fed back. And a voltage-controlled variable gain amplifier for changing

【0019】また、前記超音波振動子は圧電セラミック
からなり、前記電力増幅器は当該圧電セラミックに前記
駆動電圧を印加する電極を有し、前記振動速度検出手段
は当該圧電セラミックから前記振動速度に比例した前記
検出電圧を得る電極を有するものとしてもよい。
The ultrasonic vibrator is made of piezoelectric ceramic, the power amplifier has electrodes for applying the drive voltage to the piezoelectric ceramic, and the vibration velocity detecting means is proportional to the vibration velocity from the piezoelectric ceramic. It may have an electrode for obtaining the above-mentioned detected voltage.

【0020】これに加え、前記電圧制御可変利得増幅器
は、前記振動速度に比例した前記検出電圧によって抵抗
値が増減する電圧可変抵抗部と、この電圧可変抵抗部の
抵抗値によって増幅度が増減する増幅部とを有するもの
としてもよい。
In addition to the above, the voltage control variable gain amplifier has a voltage variable resistance portion whose resistance value increases or decreases according to the detection voltage proportional to the vibration speed, and an amplification degree increases or decreases depending on the resistance value of the voltage variable resistance portion. It may have an amplifier.

【0021】[0021]

【作用】発振器から発生した周波数信号は、電力増幅器
で増幅されて超音波振動子の駆動電圧となる。この駆動
電圧によって超音波振動子が振動する。このときの振動
速度は、振動速度検出手段によって検出電圧として出力
される。検出電圧は、電圧制御可変利得増幅器によって
負帰還される。
The frequency signal generated by the oscillator is amplified by the power amplifier and becomes the driving voltage for the ultrasonic transducer. This drive voltage causes the ultrasonic transducer to vibrate. The vibration speed at this time is output as a detection voltage by the vibration speed detecting means. The detected voltage is negatively fed back by the voltage controlled variable gain amplifier.

【0022】すなわち、電圧制御可変利得増幅器の作用
は、以下の通りである。振動速度と検出電圧とが比例関
係にあるとする。検出電圧が一定値より減少(振動速度
が減少)すると、周波数信号の増幅度を高くして駆動電
圧を高くすることにより、検出電圧を増加(振動速度を
増加)させる。逆に、検出電圧が一定値より増加(振動
速度が増加)すると、周波数信号の増幅度を低くして駆
動電圧を低くすることにより、検出電圧を減少(振動速
度を減少)させる。
That is, the operation of the voltage controlled variable gain amplifier is as follows. It is assumed that the vibration speed and the detected voltage have a proportional relationship. When the detected voltage decreases below a certain value (vibration speed decreases), the detection voltage is increased (vibration speed is increased) by increasing the amplification degree of the frequency signal and increasing the drive voltage. On the contrary, when the detection voltage increases above a certain value (vibration speed increases), the detection voltage is decreased (vibration speed is decreased) by lowering the amplification degree of the frequency signal and lowering the drive voltage.

【0023】[0023]

【実施例】図1乃至図3は本発明に係る駆動装置の一実
施例を示し、図1は全体構成を示すブロック図、図2は
超音波振動子を示す要部拡大断面図、図3は電圧制御可
変利得増幅器を示す回路図である。以下、これらの図に
基づき説明する。ただし、図5と同一部分は同一符号を
付して重複説明を省略する。
1 to 3 show an embodiment of a driving device according to the present invention, FIG. 1 is a block diagram showing the entire structure, FIG. 2 is an enlarged sectional view of an essential part showing an ultrasonic transducer, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a voltage controlled variable gain amplifier. Hereinafter, description will be made based on these drawings. However, the same parts as those in FIG.

【0024】本発明に係る駆動装置10は、周波数信号
Vs を発生する発振器102と、発振器102から発生
した周波数信号Vs を電力増幅して超音波振動子11の
駆動電圧Vd2を発生する電力増幅器106と、超音波振
動子11の振動速度vに対応した検出電圧Vp を出力す
る振動速度検出手段12と、振動速度検出手段12から
出力された検出電圧Vp を負帰還させるように周波数信
号Vs に対する増幅度を変更する電圧制御可変利得増幅
器14とを備えている。
The driving device 10 according to the present invention includes an oscillator 102 for generating a frequency signal Vs, and a power amplifier for power-amplifying the frequency signal Vs generated by the oscillator 102 to generate a driving voltage Vd 2 for the ultrasonic transducer 11. 106, the vibration velocity detecting means 12 for outputting the detection voltage Vp corresponding to the vibration velocity v of the ultrasonic transducer 11, and the detection voltage Vp outputted from the vibration velocity detecting means 12 for the frequency signal Vs so as to be negatively fed back. And a voltage controlled variable gain amplifier 14 for changing the amplification degree.

【0025】超音波振動子11は、一対の圧電セラミッ
ク11a,11bと、一対の圧電セラミック11c,1
1dとを重ね合わせ、これらを両側から金属ブロック1
1e,11fで挟んだ上、ボルト11gで締めて固定し
た構造となっている。圧電セラミック11a,11b,
11c,11dは、+,−の分極構造を有しており、+
と+,−と−となるように重ね合わされる。また、金属
ブロック11eと圧電セラミック11aとの間には電極
11hが、圧電セラミック11a,11b間には電極1
1iが、圧電セラミック11b,11c間には電極11
jが、圧電セラミック11c,11d間には電極11k
がそれぞれ介挿されている。電極11kには駆動電圧V
d2が印加され、電極11h,11jは接地され、電極1
1iからは振動速度vに比例した電圧Vp'が得られる。
The ultrasonic transducer 11 includes a pair of piezoelectric ceramics 11a and 11b and a pair of piezoelectric ceramics 11c and 1c.
1d is piled up and these are metal block 1 from both sides.
The structure is such that it is sandwiched between 1e and 11f and then fastened and fixed with a bolt 11g. Piezoelectric ceramics 11a, 11b,
11c and 11d have + and-polarized structures, and
And +, − and − are superimposed. An electrode 11h is provided between the metal block 11e and the piezoelectric ceramic 11a, and an electrode 1 is provided between the piezoelectric ceramics 11a and 11b.
1i has an electrode 11 between the piezoelectric ceramics 11b and 11c.
j is an electrode 11k between the piezoelectric ceramics 11c and 11d.
Are inserted respectively. Driving voltage V is applied to the electrode 11k.
d 2 is applied, electrodes 11h and 11j are grounded, and electrode 1
A voltage Vp 'proportional to the vibration speed v is obtained from 1i.

【0026】振動速度検出手段12は、電極11iから
取り出した電圧Vp'を分圧して検出電圧Vp を得るため
の抵抗器30,32を有している。
The vibration velocity detecting means 12 has resistors 30 and 32 for dividing the voltage Vp 'extracted from the electrode 11i to obtain the detection voltage Vp.

【0027】電圧制御可変利得増幅器14は、振動速度
vに比例した検出電圧Vp にさらに比例した整流電圧V
r を得る整流部34と、整流電圧Vr によって抵抗値r
d が増減する電圧可変抵抗部35と、電圧可変抵抗部3
5の抵抗値rd によって増幅度(利得)Gv が増減する
増幅部36とを有している。整流部34は、検出電圧V
p を入力して増幅するオペアンプA2 と、オペアンプA
2 の増幅度を決定する抵抗器R1 ,R2 と、増幅された
検出電圧Vp を整流及び平滑するダイオードDr ,抵抗
器Rr 及びコンデンサCr とから構成されている。電圧
可変抵抗部35は、ソース・ドレイン間が抵抗値rd
なるNチャネル接合形のFET38と、整流電圧Vr に
基づきFET38のゲート電圧VG を決定する抵抗器R
G1,RG2とから構成されている。増幅部36は、周波数
信号Vs を増幅して駆動電圧Vd1を電力増幅器106へ
出力するオペアンプA1 と、オペアンプA1 の増幅度G
vを決定する抵抗器Rf とから構成されている。
The voltage-controlled variable gain amplifier 14 has a rectified voltage Vp proportional to the detected voltage Vp proportional to the vibration speed v.
The rectifying unit 34 for obtaining r and the resistance value r by the rectified voltage Vr
Voltage variable resistance unit 35 in which d increases and decreases, and voltage variable resistance unit 3
The amplification unit 36 increases or decreases the gain Gv according to the resistance value r d of 5. The rectification unit 34 detects the detection voltage V
Operational amplifier A 2 for inputting and amplifying p, and operational amplifier A
Resistor for determining the second amplification degree of R 1, R 2, and a rectifying the amplified detected voltage Vp and smoothing diodes Dr, a resistor Rr and capacitor Cr. The voltage variable resistance unit 35 includes an N-channel junction type FET 38 having a resistance value r d between the source and the drain, and a resistor R that determines the gate voltage V G of the FET 38 based on the rectified voltage Vr.
It is composed of G1 and R G2 . Amplifier 36, an operational amplifier A 1 for amplifying the frequency signal Vs and outputs a driving voltage Vd 1 to the power amplifier 106, amplification degree G of the operational amplifier A 1
It consists of a resistor Rf which determines v.

【0028】次に、駆動装置10の動作を説明する。Next, the operation of the drive unit 10 will be described.

【0029】発振器102から発生した周波数信号Vs
は、電圧制御可変利得増幅器14によって増幅されて駆
動電圧Vd1となり、電力増幅器106に加えられる。こ
の場合は、電圧制御可変利得増幅器14は検出電圧Vp
により制御されるので、振動速度vの代わりに検出電圧
Vp を関数として用いることとする。
Frequency signal Vs generated from oscillator 102
Is amplified by the voltage controlled variable gain amplifier 14 to become the driving voltage Vd 1 and is applied to the power amplifier 106. In this case, the voltage controlled variable gain amplifier 14 detects the detection voltage Vp.
Therefore, the detected voltage Vp is used as a function instead of the vibration speed v.

【0030】すなわち、Kを比例定数として、That is, K is a constant of proportionality,

【0031】Vp =K・v ・・・・・ (4)Vp = K · v (4)

【0032】と書けるから、式(1)から、From equation (1), we can write

【0033】 Vp =A・K/(rm +rl )・Gv ・n・Vs ・・・・・ (5)[0033] Vp = A · K / (r m + r l) · Gv · n · Vs ····· (5)

【0034】となる。一方、オペアンプA1 の増幅度G
v は、抵抗器Rf の抵抗値をrf とすると、
It becomes On the other hand, the gain G of the operational amplifier A 1
v, when the resistance value of the resistor Rf and r f,

【0035】 Gv =1+rf /rd ・・・・・ (6)Gv = 1 + r f / r d (6)

【0036】となる。rd は、FET38のドレイン抵
抗であり、次式で表される。
It becomes r d is the drain resistance of the FET 38 and is represented by the following equation.

【0037】 rd =rdO/(1−VG /2VP.O.) ・・・・・ (7) [0037] r d = r dO / (1 -V G / 2V PO) ····· (7)

【0038】rdOはFET38のゲート電圧VG =0の
ときのrd の値、VP.O.はピンチオフ電圧である。な
お、式(7)の導出については、C.D.Todd: ^FETs as v
oltage-variable resisters", Electronic Design, pp.
66-69, Sep.13.1965. に詳述されている。
[0038] r dO the value of r d at the time of the gate voltage V G = 0 of FET38, the V PO is a pinch-off voltage. For the derivation of equation (7), CDTodd: ^ FETs as v
oltage-variable resisters ", Electronic Design, pp.
66-69, Sep. 13.1965.

【0039】また、ゲート電圧VG は、オペアンプA2
を介して得られる整流直流電圧(整流効率η)である。
すなわち、VG =η・Vp 及び式(7)を式(6)に代
入し、さらにこれを式(5)に代入し、整理すると、
Further, the gate voltage V G is the operational amplifier A 2
Is the rectified DC voltage (rectification efficiency η) obtained via
That is, V G = η · Vp and equation (7) are substituted into equation (6), and this is further substituted into equation (5) to rearrange,

【0040】 Vp =a・Ko /(rm +rl +Ko +Qo ) ・・・・・ (8)[0040] Vp = a · Ko / (r m + r l + Ko + Qo) ····· (8)

【0041】となる。ここで、Ko =A・K・Gv ・n
・Vs ,a=1+rf /rdO,Qo=η・rf /(2r
dO・VP.O.)と置いた。
It becomes Where Ko = A · K · Gv · n
· Vs, a = 1 + r f / r dO, Qo = η · r f / (2r
dO · V PO ).

【0042】振動系を空気中においたときは、Vp →V
po,rl →ra として、式(8)から、
When the vibration system is placed in the air, Vp → V
As po, r l → r a , from equation (8),

【0043】 Vpo=a・Ko /(rm +ra +Ko +Qo ) ・・・・・ (9) [0043] Vpo = a · Ko / (r m + r a + Ko + Qo) ····· (9)

【0044】が得られる。そこで、この場合のVp の変
化率,すなわち振動速度vの変化率δ2 は、
Is obtained. Therefore, the change rate of Vp in this case, that is, the change rate δ 2 of the vibration speed v is

【0045】 δ2 =(Vp −Vpo)/Vpo=(v−vo )/vo =(ra −rl )/(rm +rl +Ko ・Qo )≒−1/{1+(rm +Ko ・Qo )/rl } ・・・・ ・ (10)Δ 2 = (Vp −Vpo) / Vpo = (v−v o ) / v o = (r a −r l ) / (r m + r l + K o · Q o ) ≈−1 / {1+ (r m + Ko ・ Qo) / r l } ・ ・ ・ ・ ・ (10)

【0046】である。ただし、ra <<rl と置いた。It is However, r a << r l was set.

【0047】次に、従来技術の場合と同様に、カッタ刃
114に直角にワラ半紙を当てて、変化率δ2 を測定し
た結果を図4の実線の曲線(b)で示す。電圧制御可変
利得増幅器14を用いることにより負荷特性は著しく改
善され、30枚の紙に対する振動速度vの変化率δ2 は10
%程度である。
Next, as in the case of the prior art, a half-paper was applied to the cutter blade 114 at a right angle and the rate of change δ 2 was measured. The result is shown by the solid curve (b) in FIG. By using the voltage-controlled variable gain amplifier 14, the load characteristics are remarkably improved, and the change rate δ 2 of the vibration speed v for 30 sheets of paper is 10
%.

【0048】図4から、変化率δ1 が50%のときのrl
/rm は1で、このときの紙の枚数NはN≒15である。
これに対応するδ2 は図4からδ2 ≒5%であるので、
式(10)からKo ・Qo は、
From FIG. 4, r l when the rate of change δ 1 is 50%
/ R m is 1, the number N of the paper at this time is N ≒ 15.
Since δ 2 corresponding to this is δ 2 ≈5% from FIG. 4,
From equation (10), Ko and Qo are

【0049】Ko ・Qo =18rm Ko * Qo = 18r m

【0050】として求められる。この値を用いて式(1
0)を計算した結果を、図4の一点鎖線の曲線(b’)
に示す。図4から明らかなように、理論値である曲線
(b’)と実験値である曲線(b)とは、かなりよく一
致する。
Is obtained. Using this value, the formula (1
0) is calculated and the result is shown by the chain line curve (b ′) in FIG.
Shown in As is clear from FIG. 4, the theoretical curve (b ′) and the experimental curve (b) agree fairly well.

【0051】本実施例において使用した主な部品につい
て説明する。電力増幅用IC108はBURR-BROWN社製
「OPA541AM」、圧電セラミック11a,…はNTK 社製
「DA41540PC 」、オペアンプA1 ,A2 はPMI 社製「OP
15」、FET38はSiliconix 社製「VCR7N 」、昇圧変
圧器110は一次側25 [μH], 二次側32 [μH], 捲線比
n=11をそれぞれ用いた。また、各定数は、G=3.3 、
f /rdO=10、Vpo=5[V]、η≒2.8 、Vs =0.5[V]
である。
The main parts used in this embodiment will be described. The power amplifier IC 108 is "OPA541AM" manufactured by BURR-BROWN, the piezoelectric ceramics 11a, ... are "DA41540PC" manufactured by NTK, and the operational amplifiers A 1 and A 2 are "OPA" manufactured by PMI.
15 ", FET38" VCR7N "manufactured by Siliconix, step-up transformer 110 primary 25 [μH], secondary 32 [μH], winding ratio n = 11, respectively. Also, each constant is G = 3.3,
r f / r dO = 10, Vpo = 5 [V], η≈2.8, Vs = 0.5 [V]
Is.

【0052】なお、振動速度検出手段12は、振動速度
vに対応した検出電圧Vp を出力するものであればどの
ような構成でもよく、例えば検出電圧Vp と振動速度v
とが反比例関係にあるような構成にしてもよい。
The vibration velocity detecting means 12 may have any structure as long as it outputs the detection voltage Vp corresponding to the vibration velocity v. For example, the detection voltage Vp and the vibration velocity v
The configuration may be such that and are in an inversely proportional relationship.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、振動速度検出手段によ
って超音波振動子の振動速度を検出電圧に変換するとと
もに、電圧制御可変利得増幅器によって検出電圧を負帰
還させるように増幅度を変更して超音波振動子の駆動電
圧を制御するようにしたので、極めて簡単な構成であり
ながら、負荷の増減に対して振動速度を安定化できる。
According to the present invention, the vibration speed detecting means converts the vibration speed of the ultrasonic vibrator into a detection voltage, and the voltage control variable gain amplifier changes the amplification degree so that the detection voltage is negatively fed back. Since the drive voltage of the ultrasonic vibrator is controlled by the above, the vibration speed can be stabilized against an increase / decrease in load with an extremely simple structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る駆動装置の一実施例の全体構成を
示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment of a drive device according to the present invention.

【図2】図1の実施例における超音波振動子を示す要部
拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged sectional view of an essential part showing an ultrasonic transducer according to the embodiment of FIG.

【図3】図1の実施例における電圧制御可変利得増幅器
を示す回路図である。
3 is a circuit diagram showing a voltage-controlled variable gain amplifier in the embodiment of FIG.

【図4】図1の実施例及び図5の従来例における負荷特
性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing load characteristics in the example of FIG. 1 and the conventional example of FIG.

【図5】従来の駆動装置の全体構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of a conventional drive device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 駆動装置 12 振動速度検出手段 14 電圧制御可変利得増幅器 35 電圧可変抵抗部 36 増幅部 102 発振器 11 超音波振動子 11a,11b,11c,11d 圧電セラミック 11h,11i,11j,11k 電極 Vs 周波数信号 Vd2 駆動電圧 v 振動速度 Vp 検出電圧DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Drive device 12 Vibration velocity detection means 14 Voltage control variable gain amplifier 35 Voltage variable resistance part 36 Amplification part 102 Oscillator 11 Ultrasonic vibrator 11a, 11b, 11c, 11d Piezoelectric ceramics 11h, 11i, 11j, 11k Electrode Vs Frequency signal Vd 2 Drive voltage v Vibration speed Vp Detection voltage

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周波数信号を発生する発振器と、この発
振器から発生した周波数信号を増幅して超音波振動子の
駆動電圧を発生する電力増幅器とを備えた超音波振動子
の駆動装置において、 前記超音波振動子の振動速度に対応した検出電圧を出力
する振動速度検出手段と、この振動速度検出手段から出
力された検出電圧を負帰還させるように前記周波数信号
に対する増幅度を変更する電圧制御可変利得増幅器とを
付設したことを特徴とする超音波振動子の駆動装置。
1. An ultrasonic transducer driving device comprising: an oscillator that generates a frequency signal; and a power amplifier that amplifies the frequency signal generated from the oscillator to generate a driving voltage for the ultrasonic transducer, wherein: Vibration speed detection means for outputting a detection voltage corresponding to the vibration speed of the ultrasonic vibrator, and voltage control variable for changing the amplification degree for the frequency signal so that the detection voltage output from the vibration speed detection means is negatively fed back. A drive device for an ultrasonic transducer, which is provided with a gain amplifier.
【請求項2】 前記超音波振動子は圧電セラミックから
なり、前記電力増幅器は当該圧電セラミックに前記駆動
電圧を印加する電極を有し、前記振動速度検出手段は当
該圧電セラミックから前記振動速度に比例した前記検出
電圧を得る電極を有することを特徴とする請求項1記載
の超音波振動子の駆動装置。
2. The ultrasonic transducer is made of piezoelectric ceramic, the power amplifier has electrodes for applying the drive voltage to the piezoelectric ceramic, and the vibration velocity detecting means is proportional to the vibration velocity from the piezoelectric ceramic. The drive device for the ultrasonic transducer according to claim 1, further comprising an electrode that obtains the detected voltage.
【請求項3】 請求項2記載の超音波振動子の駆動装置
において、前記電圧制御可変利得増幅器は、前記振動速
度に比例した前記検出電圧によって抵抗値が増減する電
圧可変抵抗部と、この電圧可変抵抗部の抵抗値によって
増幅度が増減する増幅部とを有することを特徴とする超
音波振動子の駆動装置。
3. The ultrasonic vibrator driving device according to claim 2, wherein the voltage-controlled variable gain amplifier has a voltage variable resistance unit whose resistance value increases or decreases according to the detection voltage proportional to the vibration speed, and the voltage variable resistance unit. A driving device for an ultrasonic transducer, comprising: an amplification unit whose amplification degree increases and decreases depending on a resistance value of a variable resistance unit.
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