(57)【要約】【課題】超音波振動子の発振開始時の振動子電流を抑制することにより各部機器の破損を防止するようにした超音波振動子駆動回路及び超音波溶着装置を提供する。【解決手段】ゲート信号ＧＡ，ＧＢにより交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子７３ａ，７３ｂの出力により超音波振動子６０を駆動する超音波振動子駆動回路７０であって、超音波振動子６０の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号ＰＡ，ＰＢを発生するパルス発生回路７１と、パルス発生回路７１から発生されたパルス信号ＰＡ，ＰＢに同期して一対のスイッチング素子７３ａ，７３ｂをオン、オフ制御するゲート信号ＧＡ，ＧＢを出力するスイッチング駆動回路７２と、を具備する。【選択図】図２
2020163312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート信号により交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子の出力により超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路であって、
前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するパルス発生回路と、
前記パルス発生回路から発生されたパルス信号に同期して前記ゲート信号を出力するスイッチング駆動回路と、
を具備することを特徴とする超音波振動子駆動回路。
【請求項２】
前記超音波振動子は、
超音波溶着機に搭載され、
前記超音波溶着機によるワークの溶着加工時に間欠的に駆動される
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子駆動回路。
【請求項３】
前記一対のスイッチング素子は、
エミッタとコレクタを相互に接続した一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタからなり、
前記スイッチング駆動回路は、
前記一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを交互にオンにする２つのゲート信号を出力するゲートドライバからなる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波振動子駆動回路。
【請求項４】
前記パルス発生回路は、
前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するＦＰＧＡからなる
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波振動子駆動回路。
【請求項５】
溶着対象部位に加重を与えるとともに、該溶着対象部位に超音波振動子から発生した超音波振動を印加して該溶着対象部位を溶着する超音波溶着装置であって、
ゲート信号により交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子の出力により前記超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路を備え、
前記超音波振動子駆動回路は、
前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するパルス発生回路と、
前記パルス発生回路から発生されたパルス信号に同期して前記ゲート信号を出力するスイッチング駆動回路と、
を具備することを特徴とする超音波溶着装置。
【請求項６】
前記一対のスイッチング素子は、
エミッタとコレクタを相互に接続した一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタからなり、
前記スイッチング駆動回路は、
前記一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを交互にオンにする２つのゲート信号を出力するゲートドライバからなる
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波溶着装置。
【請求項７】
前記パルス発生回路は、
前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するＦＰＧＡからなる
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の超音波溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動子駆動回路及び超音波溶着装置に関し、詳しくは、超音波振動子の発振開始時の振動子電流を抑制することにより各部機器の破損を防止するようにした超音波振動子駆動回路及び超音波溶着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動子は、例えば、溶着対象部位に超音波振動と加重を与えることにより溶着対象部位の溶着を行う超音波溶着装置に搭載されている。
【０００３】
従来、この種の超音波振動子を搭載した超音波溶着装置としては特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００４】
特許文献１には、接合対象部位を含むワークをアンビル上に載置し、ワークの接合対象部位に 加重を与えるとともに、超音波振動子からホーンを介して超音波振動を印加することで、接合対象部位を溶着する構成が記載されている。
【０００５】
ここで、ホーンは超音波振動子により駆動されるが、この超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路７００としては、従来、図４に示すように、コルピッツ発振回路７０１、パルストランス７０２、一対のＩＧＢＴ (絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)７０３ａ，７０３ｂ、マッチング回路７０４を用いて構成されている。
【０００６】
図４に示す超音波振動子駆動回路７００において、コルピッツ発振回路７０１からは発振信号Ａと該発振信号を反転した発振信号Ｂとが出力され、この発振信号Ａ及び発振信号Ｂは、パルストランス７０２に加えられて、パルストランス７０２からは、発振信号Ａ及び発振信号Ｂに同期したゲート信号ＧＡ及びゲート信号ＧＢが出力される。
【０００７】
このパルストランス７０２から出力されるゲート信号ＧＡでＩＧＢＴ７０３ａをオン、オフ制御するとともに、ゲート信号ＧＢでＩＧＢＴ７０３ｂをオン、オフ制御することで、超音波振動子６０の発振駆動制御を行う。ここで、マッチング回路７０４は、ＩＧＢＴ７０３ａ及びＩＧＢＴ７０３ｂのオン、オフ周波数と超音波振動子６０の発振周波数とのマッチング制御を行うものである。
【０００８】
このような構成の従来の超音波振動子駆動回路７００において、パルストランス７０２の一方の出力端子からは、図５（Ａ）に示すように、発振信号Ａに同期したゲート信号ＧＡが出力され、パルストランス７０２の他方の出力端子からは、図５（Ｂ）に示すように、発振信号Ｂに同期したゲート信号ＧＡを反転したゲート信号ＧＢが出力され、このゲート信号ＧＡ及びゲート信号ＧＢによりＩＧＢＴ７０３ａ及びＩＧＢＴ７０３ｂが交互にオン、オフ制御され、超音波振動子６０の発振が開始される。
【０００９】
ここで、図４に示す従来の超音波振動子駆動回路においては、コルピッツ発振回路７０１を用いているので、ゲート信号ＧＡ及びゲート信号ＧＢのオンデュテイは常に一定であり、このため、超音波振動子６０の発振開始時に、図５（Ｃ）に示すように、非常に大きな振動子電流Ｉvcが流れ、これにより、この超音波振動子駆動回路７００を構成するパワーデバイスや振動子等が破損することがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１８−１１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、超音波振動子の発振開始時の振動子電流を抑制することにより各部機器の破損を防止するようにした超音波振動子駆動回路及び超音波溶着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、ゲート信号により交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子の出力により超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路であって、前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するパルス発生回路と、前記パルス発生回路から発生されたパルス信号に同期して前記ゲート信号を出力するスイッチング駆動回路と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記超音波振動子は、超音波溶着機に搭載され、前記超音波溶着機によるワークの溶着加工時に間欠的に駆動されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記一対のスイッチング素子は、エミッタとコレクタを相互に接続した一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタからなり、前記スイッチング駆動回路は、前記一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを交互にオンにする２つのゲート信号を出力するゲートドライバからなることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、前記パルス発生回路は、前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するＦＰＧＡからなることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、溶着対象部位に加重を与えるとともに、該溶着対象部位に超音波振動子から発生した超音波振動を印加して該溶着対象部位を溶着する超音波溶着装置であって、ゲート信号により交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子の出力により前記超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路を備え、前記超音波振動子駆動回路は、前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するパルス発生回路と、前記パルス発生回路から発生されたパルス信号に同期して前記ゲート信号を出力するスイッチング駆動回路と、を具備することを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５に記載の発明において、前記一対のスイッチング素子は、エミッタとコレクタを相互に接続した一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタからなり、前記スイッチング駆動回路は、前記一対の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを交互にオンにする２つのゲート信号を出力するゲートドライバからなることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記パルス発生回路は、前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するＦＰＧＡからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ゲート信号により交互にスイッチングされる一対のスイッチング素子の出力により超音波振動子を駆動する超音波振動子駆動回路であって、前記超音波振動子の発振開始時にオン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するパルス発生回路と、前記パルス発生回路から発生されたパルス信号に同期して前記ゲート信号を出力するスイッチング駆動回路と、を具備して構成したので、超音波振動子の発振開始時の振動子電流を抑制することにより各部機器の破損を防止するようにした超音波振動子駆動回路及び超音波溶着装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明に係る超音波振動子駆動回路を適用した超音波溶着装置の一実施例の概略を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明に係る超音波振動子駆動回路の一例を示す回路図である。
【図３】図３は、図２に示した超音波振動子駆動回路の各部の信号の波形を示す波形図である。
【図４】図４は、従来の超音波振動子駆動回路を示す回路図である。
【図５】図５は、図４に示した超音波振動子駆動回路の各部の信号の波形を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための実施例について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明に係る超音波溶着装置の実施例１の概略を示す図である。
【００２３】
図１において、本発明に超音波溶着装置１００は、台座１０に固定されたアンビル２０上に溶着対象部位を含むワーク３０を載置し、このワーク３０の溶着対象部位に図示しない加圧装置から加重を与えるとともに、ホーン４０の先端４１から超音波振動を印加することで、ワーク３０の溶着対象部位、すなわち、ワーク３１とワーク３２とが接する面でワーク３１とワーク３２とを溶着するものである。
【００２４】
ホーン４０は、コーン５０を介して超音波振動子６０に接続され、超音波振動子６０は、超音波振動子駆動回路７０により駆動される。
【００２５】
ここで、ワーク３０の溶着対象部位３３に対してホーン４０の先端から印加される超音波振動は、溶着対象部位３３に対して垂直な縦方向Ｙの振動である。この縦方向Ｙの超音波振動を用いた超音波溶着は、例えば、樹脂に対する溶融溶着に適している。
【００２６】
ホーン４０、コーン５０、超音波振動子６０を含む部分は、コーン５０に取り付けられた超音波振動子ホルダ６１により保持され、図示しない加圧装置からワーク３０への加重は、この超音波振動子ホルダ６１を介して行われる。
【００２７】
上記構成の超音波溶着装置１００は、超音波振動子６０を間欠駆動、すなわち、超音波振動子６０をオン、オフ制御してワーク３０の溶着を順次行う。
【００２８】
図２は、図１に示した超音波溶着装置１００の超音波振動子駆動回路７０の一例を示す回路図である。
【００２９】
図２に示す超音波振動子駆動回路７０は、パルス発生回路７１、スイッチング駆動回路７２、エミッタとコレクタを相互に接続した一対のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）７３ａ，７３ｂ、マッチング回路７４を用いて構成される。
【００３０】
ここで、パルス発生回路７１は、超音波振動子６０の発振開始時の超音波振動子６０の発振が安定状態になるまでの間、オン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号ＰＡ，ＰＢを発生する。このパルス発生回路７１としては、例えば、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）から構成することができる。
【００３１】
パルス発生回路７１から出力されたパルス信号ＰＡ，ＰＢは、スイッチング駆動回路７２に加えられ、スイッチング駆動回路７２からは、ＩＧＢＴ７３ａ及びＩＧＢＴ７３ｂをオン、オフ制御するゲート信号ＧＡ及びゲート信号ＧＢが出力される。ここで、スイッチング駆動回路７２としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ型のゲートドライバから構成することができる。その他の構成は図４に示した従来の超音波振動子駆動回路７００と同様である。
【００３２】
すなわち、図２に示す本発明に係る超音波振動子駆動回路７０においては、図４に示した従来の超音波振動子駆動回路７００で用いていたコルピッツ発振回路７０１に代えてＦＰＧＡ等からなるパルス発生回路７１を採用し、パルストランス７０２の代わりに高速制御可能なＭＯＳＦＥＴ型のスイッチング駆動回路７２を採用する。
【００３３】
ここで、従来の超音波振動子駆動回路７００で用いていたコルピッツ発振回路７０１から出力される発振信号Ａ及び発振信号Ｂは、オンデュテイは常に一定であるが、本発明の超音波振動子駆動回路７０で採用したパルス発生回路７１では、ＦＰＧＡ等を用いて構成されているので、超音波振動子６０の発振開始時において、超音波振動子６０の発振が安定するまで、オン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号、すなわちオンデュテイが徐々に増加するように制御されたパルス信号を発生するように構成することができる。
【００３４】
また、スイッチング駆動回路７２は、パルス発生回路７１の出力パルス信号ＰＡ，ＰＢにより制御されるが、このスイッチング駆動回路７２は、ＭＯＳＦＥＴ型のゲートドライバから構成することができるため、高速制御が可能である。
【００３５】
図３は、図２に示した超音波振動子駆動回路７０の各部の信号の波形を示す波形図である。
【００３６】
図３において、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、この超音波振動子駆動回路７０のＩＧＢＴ７３ａ及びＩＧＢＴ７３ｂをオン、オフ制御するゲート信号ＧＡ及びゲート信号ＧＢが示され、図３（Ｃ）には、この超音波振動子駆動回路７０の振動子電流Ｉvcが示される。
【００３７】
さて、図３において、期間Ｔは、超音波振動子６０の発振開始時の超音波振動子６０の発振が安定するまでの間の期間を示す。本発明の超音波振動子駆動回路７０においては、この期間Ｔの間、パルス発生回路７１は、オン時間が徐々に増加するように制御されたパルス信号ＰＡ，ＰＢを発生し、スイッチング駆動回路７２からは、パルス信号ＰＡ，ＰＢに同期した、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すようなゲート信号ＧＡ及びゲート信号ＧＢが出力される。
【００３８】
このとき、図３（Ｃ）に示すこの超音波振動子駆動回路７０の振動子電流Ｉvcは、ゲート信号ＧＡ及びゲート信号ＧＢのオン時間が徐々に増加するように制御されるので、これにより抑制され、図４に示した従来の超音波振動子駆動回路７００のような、過大な振動子電流Ｉvcが流れることはなくなり、その結果、この超音波振動子駆動回路７０で採用したパワーデバイスや振動子等の各種機器の破損を防止することができる。
【００３９】
特に、本発明の超音波振動子駆動回路７０を超音波溶着装置に採用した場合、この種の超音波溶着装置は、超音波振動子６０が間欠的に駆動され、超音波振動子６０の発振、停止が繰り返されるので、超音波溶着装置の超音波振動子６０の発振開始時の過大振動子電流に起因する超音波溶着装置の各部機器の破損を大幅に減少することができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明においては、コルピッツ発振回路７０１に代えてＦＰＧＡ等からなるゲートパルス発生回路７１を採用しているので、超音波振動子６０の発振開始時において流れる過大な振動子電流を抑制することができ、これによりパワーデバイスや振動子等の各種機器が破損することを防止できる。
【００４１】
また、本発明においては、パルストランス７０２の代わりに高速制御可能なＭＯＳＦＥＴ型のスイッチング駆動回路７２を採用しているので、超音波振動子６０の発振開始時の電圧リップルも抑えられ、超音波振動子６０の発振が安定するまでの間も短くなり、超音波溶着装置に採用した場合早い溶着も可能になる。
【００４２】
なお、上記実施例においては、スイッチング素子として、ＩＧＢＴを用いた構成を示したが、パワーＭＯＳＦＥＴ（パワーＭＯＳ電界効果トランジスタ）を用いても同様に構成することができる。
【００４３】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。例えば、本発明は超音波溶着装置だけでなく、超音波振動子を用いた種々の装置にも同様に適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…台座
２０…アンビル
３０…ワーク
４０…ホーン
５０…コーン
６０…超音波振動子
６１…超音波振動子ホルダ
７０…超音波振動子駆動回路
７１…パルス発生回路
７２…スイッチング駆動回路
７３ａ，７３ｂ…ＩＧＢＴ (絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)
７４…マッチング回路
７００…超音波振動子駆動回路
７０１…コルピッツ発振回路
７０２…パルストランス
７０３ａ，７０ｂ…ＩＧＢＴ (絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)
７０４…マッチング回路
【図１】
2020163312.tif 000003
【図２】
2020163312.tif 000004
【図３】
2020163312.tif 000005
【図４】
2020163312.tif 000006
【図５】
2020163312.tif 000007