JPS6335828Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、種々の超音波加工機に使用する電
歪振動子駆動装置に関するものである。

電歪振動子は第１図ａに示す様な等価回路で表
わされ、電極間に容量性のリアクタンスCoを必
ず有している。この電極間リアクタンスCoは、
電気−機械エネルギー変換に何ら寄与せず、第１
図ｂに示すアドミタンスカーブ上ではjwcoだけ
共振円を上方へ移動させる。

一般に電歪振動子駆動装置は、第２図に示す様
に発振部１の出力を増幅部２で増幅し該増幅部２
の出力で電歪振動子Ｐを駆動する様になつている
のであり、更に駆動周波数と、共振周波数o
を一致させて、効率の良い作動状態を保つために
PLLを用いた構成となつている。すなわち、発
振部１は、電圧制御発振器１３が位相検出器１１
によつて制御される様にし、駆動電圧と駆動電流
に相当する制御信号Siを位相検出回路１１に帰還
する様にしているのである。

この様な構成に於て、従来駆動電流に相当する
信号を検出するための電流検出回路３として例え
ば第３図に示す様な回路が用いられていたのであ
る。すなわち、増幅部２の出力と電歪振動子Ｐの
間にフイードバツクトランスT₃の１次側を直列
に接続し、２次側に電歪振動子の共振周波数付近
で同調する同調回路を構成し、該同調回路の出力
を制御信号Siとして、移相器４を介して位相検出
回路１１に帰還していたのである。

しかしながら、この構成で電歪振動子を矩形波
駆動した場合、前述した容量性の電極間リアクタ
ンスCoに流れる電流Ioが第８図ｄに示す様に微
分波状になつて駆動電流Ipに混入し、従つて帰還
する制御信号Si（第８図ｆ）には、第８図ｇに破
線で示す様な略正弦波の信号Soが混入して誤作
動の原因となることがしばしばあつたのである。

この考案は上記電極間リアクタンスCoに流れ
る微分波状の電流に相当する信号Soが制御信号
Siに混入することを防止して、回路全体が正常に
作動する様にした電歪振動子駆動装置を得ること
を目的とするものである。

この考案は上記PLLを備えた電歪振動子駆動
装置に於て、第４図に示す様に電流検出回路３
を、電歪振動子自体に流れる電流Ipに相当する信
号Spを検出する第１電流検出回路３１と、電歪
振動子の電極間リアクタンスCoに流れる電流Io
と等価な電流に相当する信号So′を検出する第２
電流検出回路３２との出力を、電圧調整器を介し
て逆位相で重ね合せる構成として上記目的を達成
する様にしたことを主たる特徴とするものであつ
て、以下更に詳しく説明する。

第５図はこの考案の１実施例であつて、電歪振
動子を用いた超音波加工機、特に歯科用超音波ス
ケーラーに応用した１実施例である。発振部１は
位相検出器１１の出力で電圧制御発振器１３の発
振周波数を制御する様になつており、両者の中
間には増幅回路１２が挿入されている。１４はル
ープフイルターであつて、１種のローパスフイル
ターである、発振部１の出力は増幅部２に入力さ
れる。

増幅部２はドライバー２１と該ドライバー２１
によつて駆動される２つのスイツチングトランジ
スターQ₂₁Q₂₂とよりなり、その出力は、出力ト
ランスT₂を介して電歪振動子Ｐを駆動する様に
なつている。出力トランスT₂は電歪振動子Ｐを
駆動回路から隔離して人体の安全性を確保すると
同時に昇圧トランスとしても作用する。

電歪振動子Ｐの駆動電圧に相当する制御信号
Seを位相検出器１１に返還するループは電圧制
御発振器１３の出力から取つている。駆動電流に
相当する制御信号Siは、以下に記述する電流検出
回路３を用いて検出し位相検出器１１に返還する
様になつている。尚、第５図中、４は移相器であ
つて、電圧相当の制御信号Seと電流相当の制御
信号Siとの位相を最適値に調整するためのもので
あり、制御信号Siを返還するループ上のいずれか
の位置に設けられていれば足りる（第１図、第２
図参照）。

また、６はパワーコントローラーであつて、回
路の負荷の増減に応じて供給電力を調整し得る様
になつている。すなわち可変抵抗器VR₆を調整す
ることによつてトランジスターQ₆のベース電流
を調整し、従つてコレクター電流を負荷に応じて
増減させるものである。

電流検出回路３は以下に説明する第１電流検出
回路３１と、第２電流検出回路３２とよりなる。

第１電流検出回路３１は以下の様に構成する。
まず第１フイードバツクトランスT₃₁の１次側を
増幅部２の出力と電歪振動子Ｐに対して直列に接
続する。次にその２次側に電歪振動子の共振周波
数o付近で同調する同調回路を設けるべく、同
調コンデンサーC₃₁を並列に接続する。ただし、
この同調回路のＱは、電歪振動子ＰのＱより低く
している。すなわち、電歪振動子Ｐの駆動周波数
を電歪振動子自身の共振周波数oに自動追尾
する様に作動させるためである。もし、電歪振動
子ＰのＱが上記同調回路のＱより低い場合は、駆
動周波数は、同調回路の共振周波数に自動追尾
することになり、この装置の目的が達成されない
こととなる。

第２電流検出回路３２は、上記第１電流検出回
路３１の前段に以下の様に設ける。

まず、検出リアクタンスC₃を負荷として、増
幅部２の出力と該検出リアクタンスC₃に対して
直列に、第２フイードバツクトランスT₃₂の１次
側を接続する。この検出リアクタンスC₃は、電
歪振動子Ｐの電極間リアクタンスCoに流れる電
流と等価な電流を検出するためのものである。従
つて両者のリアクタンス分は略等しいことが望ま
しい。第２フイードバツクトランスT₃₂の２次側
にも同調コンデンサーC₃₂を並列に接続すること
によつて、電歪振動子Ｐの共振周波数o付近で
同調する同調回路を設けている。この同調回路の
Ｑも、電歪振動子のＱより低くしている。尚第１
及び第２の両フイードバツクトランスT₃₁T₃₂に
設けた上記同調回路のＱは相互に大略等しくなつ
ている。

上記２つの検出回路を下述する電圧調整器３４
を介して相互に逆相に接続すれば、電歪振動子Ｐ
の電極リアクタンスCoに流れる電流Ioに相当す
る電圧分Soを制御信号から除くことができるわ
けである。

電圧調整器３４としては可変抵抗器VR₃を用い
るのが一般的である。第５図では、両検出回路３
１，３２の出力を逆位相に電圧調整器としての可
変抵抗器の両端に入力し、可変端子から制御信号
Siを取り出している。この様に構成しておいて、
可変端子の位置を変えることによつて電極間リア
クタンスCoに流れる電流Ioに相当する電圧分So
と検出リアクタンサーC₃に流れる電流Io′に相当
する電圧分So′とを等しくするのであり、その結
果可変端子から出力される制御信号Siから、電極
間リアクタンスに流れる電流Ioに相当する電圧分
Soを除くことができるのである。この場合可変
抵抗VR₃の代りに、可変容量や可変リアクタンス
を使用することができることも当然に可能であ
る。

可変端子の出力は位相検出器１１に帰還される
わけであるが、この時位相検出器１１が電圧変動
の影響を受ける様であれば、第５図に示す様にリ
ミツター５を用いるのが好ましい。

第６図は電流検出回路３の別の実施例である。
第５図に於ける第１フイードバツクトランスT₃₁
の代りに、第１フイードバツク抵抗R₃₁を電歪振
動子と直列に接続して第１電流検出回路３１と
し、更に第２フイードバツクトランスT₃₂の代り
に、可変抵抗R₃₂を検出リアクタンスC₃と直列に
接続して第２電流検出回路３２を構成し、更に、
両検出回路３１，３２の出力を差動増幅回路３３
に入力して、該差動増幅回路３３の出力端から制
御信号Siを得る様になつている。ここで差動増幅
回路３３は２つの入力の差を出力する機能を有す
るものであるから、概念的には第５図に示す場合
と同様電圧SoとSo′を逆相で重ね合せたと同じこ
とになる。従つて、可変抵抗R₃₂の値の大きさを
適切にすれば、第５図に示した実施例の場合と同
様、電極間リアクタンスに流れる電流Ioに相当す
る電圧分Soを制御信号Siから除去することがで
きるのである。従つて、可変抵抗R₃₂は電圧調整
器３４を兼ねているのである。

第７図は電流検出回路３の更に別の実施例であ
る。原理的には第５図に示す場合と略同じである
が、位相検出器１１の前段に差動増幅回路３３を
設け、２つのフイードバツクトランスT₃₁T₃₂の
出力が入力されている。電圧調整器３４としての
可変抵抗VR₃は、フイードバツクトランスT₃₂の
出力側と差動増幅回路３３との間に直列に接続さ
れている。

尚、歯科用スケーラー等の医療器機にこの考案
を適用する場合には、第５図、第７図に示す様な
フイードバツクトランスT₃₁T₃₂を用い、電歪振
動子Ｐを駆動回路から隔離しておくことが必要で
ある。すなわち、何等かの原因で人体に直接高い
駆動電圧が流れる様な事故が発生することを防止
するためである。その意味で、第６図に示す実施
例は、より一般的な実施例であるといえる。

以上の様に構成した電歪振動子駆動装置の作動
状態は、第８図に示す波形図を見るとよく理解で
きる。

第８図ａは電圧制御発振器１３の出力であり、
該電圧制御発振器１３の出力は移相器４で適正な
位相に調整され（同図ｂ）増幅部２に入力され
る。第８図ｃは増幅部２の出力であり、この矩形
波で電歪振動子Ｐを駆動する。同図ｄは電歪振動
子Ｐの駆動電流Ipの波形であつて、電極間リアク
タンスCoに流れる微分波状の電流Ioの波形を観
察できる。この波形は第１検出回路３１を介して
ｆの様に略正弦波となつて現われるが、この中に
はｇに破線で示す様なIo相当分の電圧Soが含ま
れている。ｅは検出リアクタンスC₃に流れるIoと
等価な電流I′oであり、この電流は、第２電流検
出回路３２からはｇの実線で示す様な電圧S′oと
なつて表われる。SoとSo′は電圧調整器３４で同
電位に調整され、かつ逆位相で重ね合せられるの
で、位相検出回路１１に帰還される制御信号に
は、電極間リアクタンスCoに流れる電流Io相当
分は存在しないことになり、誤作動をなくするこ
とができるのである。尚第８図ｈはリミツター５
を経た位相検出回路１１への入力信号波形であ
る。

以上説明した様に、この考案は駆動電流に相当
する帰還制御信号中に、電歪振動子の電極間リア
クタンスに流れる電流に相当する電圧分を含まな
い様に構成されているので、装置が誤作動なく正
常に作動するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は電歪振動子の特徴を示すものであつ
て、ａは等価回路、ｂはアドミツタンスカーブ、
第２図は従来の電歪振動子駆動装置の１例を示す
ブロツク図、第３図は電歪振動子駆動装置に於け
る従来の電流検出回路の１例、第４図は、この考
案の電流検出回路のブロツク図、第５図は歯科用
超音波スケーラーに適用した場合のこの考案の１
実施例、第６図はこの考案の他の実施例、第７図
はこの考案の更に他の実施例、第８図は、この考
案の装置の作動状態を示す波形図である。 図中、１……発振部、２……増幅部、３……電
流検出回路、３１……第１電流検出回路、３２…
…第２電流検出回路、３３……差動増幅回路、３
４……電圧調整器、５……リミツター、Ｐ……電
歪振動子、T₃₁……第１フイードバツクトラン
ス、T₃₂……第２フイードバツクトランス、Co…
…電極間リアクタンス、C₃……検出リアクタン
ス、C₃₁，C₃₂……同調コンデンサー、R₃₁……第
１フイードバツク抵抗、R₃₂……第２フイードバ
ツク抵抗、VR₃……可変抵抗器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 発振部と電歪振動子を駆動する増幅部とより
   なり、PLLを用いて電歪振動子駆動電流と電
   圧の位相差で発振周波数を制御する電歪振動子
   駆動装置に於て、 上記駆動電流に相当する制御信号を取り出す
   ための電流検出回路を、電歪振動子自体に流れ
   る電流に相当する信号を検出する第１電流検出
   回路と、上記電歪振動子の電極間リアクタンス
   に流れる電流と等価な電流に相当する信号を検
   出する第２電流検出回路との出力を電圧調整器
   を介して逆位相で重ね合せる構成とし、 制御信号から上記電極間リアクタンスに流れ
   る電流に相当する電圧分を除去することを特徴
   とする電歪振動子駆動装置。 (2) 第１電流検出回路を、増幅部出力と電歪振動
   子に対して直列に第１フイードバツクトランス
   の１次側を接続し、出力側となる２次側に電歪
   振動子の共振周波数付近で同調する同調回路を
   設けた構成とし、 第２電流検出回路を、上記電極間リアクタン
   スに流れる電流と、等価な電流を得るための検
   出リアクタンスを負荷として、増幅部出力と検
   出リアクタンスに対して直列に第２フイードバ
   ツクトランスの１次側を接続し、出力側となる
   ２次側に電歪振動子の共振周波数付近で同調す
   る同調回路を設けた構成とした実用新案登録請
   求の範囲第１項に記載の電歪振動子駆動装置。 (3) 第１電流検出回路を、電歪振動子と増幅部出
   力に対して直列に第１フイードバツク抵抗を接
   続して、該第１フイードバツク抵抗の両端を出
   力端とし、 第２電流検出回路を、上記電極間リアクタン
   スに流れる電流と等価な電流を得るための検出
   リアクタンスと、第２フイードバツク抵抗とを
   直列に増幅部出力端子間に接続して、該第２フ
   イードバツク抵抗の両端を出力端とした実用新
   案登録請求の範囲第１項に記載の電歪振動子駆
   動装置。 (4) 電圧調整器として、可変抵抗器を用い、第１
   電流検出回路と第２電流検出回路の出力を逆位
   相で該可変抵抗器の両端子に接続し、可変端子
   から制御信号を得る実用新案登録請求の範囲第
   １項に記載の電歪振動子駆動装置。 (5) 第１電流検出回路出力と第２電流検出回路出
   力とを差動増幅回路に入力し、該差動増幅回路
   の出力から、両検出回路出力の差を制御信号と
   して得る実用新案登録請求の範囲第１項に記載
   の電歪振動子駆動装置。 (6) 第２フイードバツク抵抗を電圧調整器である
   可変抵抗として、第２電流検出回路の出力電圧
   を調整し得る様にした実用新案登録請求の範囲
   第３項に記載の電歪振動子駆動装置。