(57)【要約】【課題】超音波振動子および超音波振動子と接続した工具などに最適な共振周波数で駆動し、かつ工具長さが変化しても振動変位量のほぼ一定であることを提供することにある。【解決手段】  商用電源（１００Ｖ交流）は整流回路に接続し、そしてＤＣ−ＤＣコンバータに接続する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、マイコン３に設置した中心周波数、追尾範囲、電流値そしてドリル長さの条件で、トランスと整合回路を接続する配線の電流と電圧の位相を位相比較回路２に取り込み、位相が同じである周波数を、ゲートドライブ回路を通してインバータに入力する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータには、前記周波数において設定した電流値になるようにゲートドライブ回路を通してＤＣ−ＤＣコンバータに信号を入力する。インバータの出力電圧は、１次側トランスのインダクタとコンデンサで構成した整合回路によりサイン波電圧にして、２次側トランスで出力電圧として圧電振動子に印加される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子または工具を接続した超音波振動子の振動モードの共振周波数を追尾するための超音波発振回路において、電流と電圧の位相差、電流値、電圧値をマイコンに取り込み、マイコンにより超音波振動子に駆動周波数と駆動電圧または駆動電流を設定するものであり、かつ駆動周波数の追尾範囲を設定し、そして超音波振動子に接続した工具の長さを複数設定し、それぞれの工具長さに対して駆動電圧または駆動電流を補正する係数を持つ機能を有することを特徴とする。
【請求項２】
前記の工具の長さを計測器により測定し、この計測データを基にした係数をマイコンに入力することを特徴とする請求項１に記載の超音波発振回路。
【請求項３】
超音波振動子または工具を接続した超音波振動子の振動モードの共振周波数を追尾するための超音波発振回路において、電流と電圧の位相差、電流値、電圧値をマイコンに取り込み、マイコンにより超音波振動子に駆動周波数と駆動電圧または駆動電流を設定するものであり、かつ駆動周波数の追尾範囲を設定し、そして工具の長さを機械加工装置に設置した計測器により測定し、これをマイコンに入力し、マイコン内で工具長さによる超音波振動子に印加する電圧値または電流値を設定することを特徴とする。
【請求項４】
超音波振動子または工具を接続した超音波振動子の振動モードの共振周波数を追尾するための超音波発振回路において、電流と電圧の位相差、電流値、電圧値をマイコンに取り込み、マイコンにより超音波振動子に駆動周波数と駆動電圧または駆動電流を設定するものであり、かつ駆動周波数の追尾範囲を設定し、そして超音波振動子に接続した工具の長さを複数設定し、それぞれの工具長さに対して振動変位量または振動速度を補正する係数を持つ機能を有することを特徴とする。
【請求項５】
前記の振動変位量または振動速度を計測器により測定し、これをマイコンに入力する請求項４に記載の超音波発振回路。
【請求項６】
超音波振動子または工具を接続した超音波振動子の振動モードの共振周波数を追尾するための超音波発振回路において、電流と電圧の位相差、電流値、電圧値をマイコンに取り込み、マイコンにより超音波振動子に駆動周波数と駆動電圧または駆動電流を設定するものであり、かつ駆動周波数の追尾範囲を設定し、そして工具の振動変位量または振動速度を機械加工装置に設置した計測器により測定し、前記振動変位量または振動速度が一定になるようにマイコンにより超音波振動子に印加する電圧値または電流値を設定することを特徴とする。
【請求項７】
超音波発振回路の操作パネルに中心周波数、追尾範囲、電流値または電圧値そして工具長さを設定する入力装置を設置することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、超音波振動子および超音波振動子と接続した工具などに最適な共振周波数と所望の超音波振動変位量で駆動する超音波発振回路に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来より超音波発振回路は、超音波振動子および超音波振動子と接続した工具などに最適な共振周波数で駆動するものであった。【０００３】  しかしながら、特許文献１に記載の超音波発振回路では、超音波振動子および超音波振動子と接続した工具などに最適な共振周波数で駆動するだけで、例えば工具先端の工具軸方向の振動変位量に対しては、調整をする手段がないため、工具長さが変化すると振動変位量が大きく変化してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０５１０２
【特許文献２】特開２００７−５０４９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  従って本発明の目的は、超音波振動子および超音波振動子と接続した工具などに最適な共振周波数で駆動し、かつ工具長さが変化しても振動変位量の変化量を小さくするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、超音波振動子または工具を接続した超音波振動子の振動モードの共振周波数を追尾するための超音波発振回路において、電流と電圧の位相差、電流値、電圧値をマイコンに取り込み、マイコンにより超音波振動子に駆動周波数と駆動電圧または駆動電流を設定するものであり、かつ駆動周波数の追尾範囲を設定し、そして超音波振動子に接続した工具の長さを複数設定し、それぞれの工具長さに対して駆動電圧または駆動電流を補正する係数を持つ機能を有するものである。【０００７】  本発明はまた、前記の工具の長さを計測器により測定し、この計測データを基にした係数をマイコンに入力するものである。【０００８】  本発明はまた、超音波振動子または工具を接続した超音波振動子の振動モードの共振周波数を追尾するための超音波発振回路において、電流と電圧の位相差、電流値、電圧値をマイコンに取り込み、マイコンにより超音波振動子に駆動周波数と駆動電圧または駆動電流を設定するものであり、かつ駆動周波数の追尾範囲を設定し、そして工具の長さを機械加工装置に設置した計測器により測定し、これをマイコンに入力し、マイコン内で工具長さによる超音波振動子に印加する電圧値または電流値を設定するものである。【０００９】  本発明はまた、超音波振動子または工具を接続した超音波振動子の振動モードの共振周波数を追尾するための超音波発振回路において、電流と電圧の位相差、電流値、電圧値をマイコンに取り込み、マイコンにより超音波振動子に駆動周波数と駆動電圧または駆動電流を設定するものであり、かつ駆動周波数の追尾範囲を設定し、そして超音波振動子に接続した工具の長さを複数設定し、それぞれの工具長さに対して振動変位量または振動速度を補正する係数を持つ機能を有するものである。【００１０】  本発明はまた、前記の振動変位量または振動速度を計測器により測定し、これをマイコンに入力するものである。【００１１】  本発明はまた、超音波振動子または工具を接続した超音波振動子の振動モードの共振周波数を追尾するための超音波発振回路１において、電流と電圧の位相差、電流値、電圧値をマイコンに取り込み、マイコンにより超音波振動子に駆動周波数と駆動電圧または駆動電流を設定するものであり、かつ駆動周波数の追尾範囲を設定し、そして工具の振動変位量または振動速度を機械加工装置に設置した計測器により測定し、前記振動変位量または振動速度が一定になるようにマイコンにより超音波振動子に印加する電圧値または電流値を設定する。【００１２】  本発明はまた、超音波発振回路の操作パネルに中心周波数、追尾範囲、電流値または電圧値そして工具長さを設定する入力装置を設置するものである。
【発明の効果】
【００１３】  本発明の超音波発振回路を用いることにより、超音波振動子に接続した工具に工具軸方向の振動モードの共振周波数を自動で追尾すると共に工具の長さが変化しても工具の先端の振動変位量または振動速度をほぼ一定にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の超音波発振回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の別の超音波発振回路の構成を示すブロック図である。
【図３】超音波発振回路の操作パネルを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】（超音波発振回路のブロック図）
以下、本発明に関わる超音波発振回路１のブロック図１を用いて超音波振動子５と接続した工具に最適な共振周波数で駆動し、かつ工具の長さが変化しても工具先端に工具軸方向の所望の振動変位量を与えることができることについて説明する。
【００１６】  商用電源（１００Ｖ交流）は整流回路に接続し、そしてＤＣ−ＤＣコンバータに接続する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、マイコン３に設置した中心周波数、追尾範囲、電流値そしてドリル長さの条件で、トランスと整合回路を接続する配線の電流と電圧の位相を位相比較回路２に取り込み、位相が同じである周波数を、ゲートドライブ回路を通してインバータに入力する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータには、前記周波数において設定した電流値になるようにゲートドライブ回路を通してＤＣ−ＤＣコンバータに信号を入力する。
【００１７】  ＤＣ−ＤＣコンバータは、インバータに接続され、さらに１次側トランスに配線で接続される。この配線に流れる電流をカレントトランスなどの電流センサにより測定し、マイコン３に入力する。また前記配線の電圧もマイコン３に入力する。さらに前記の電流と電圧の信号を位相比較回路２に入力し、位相差をマイコン３に入力し、マイコン３から位相差がゼロになる周波数を出力する。
【００１８】インバータの出力電圧は、１次側トランスのインダクタとコンデンサで構成した整合回路によりサイン波電圧にして、２次側トランスで出力電圧として圧電振動子に印加される。
【００１９】  このようにして、本発明の超音波発振回路１は超音波振動子５と接続した工具に最適な共振周波数で駆動し、かつ工具長さが変化しても工具先端に工具軸方向の振動変位量をほぼ一定にすることができる。
【００２０】  また、超音波発振回路１は様々あるが、図２の回路ブロック図で示す超音波発振回路１では、回路でサイン波電圧を発生できるので整合回路は必要ない。整合回路は、フィルタの特性を持つものであり、追尾範囲の周波数が限定されてしまうという問題点があった。
【００２１】（超音波発振回路の操作パネル）
前記超音波発振回路１を操作するための操作パネルについて、図３を用いて説明する。操作パネルの上側は、駆動周波数、電流値、電圧そして電力を表示する表示部で液晶またはＬＥＤなどを用いて表示する。
【００２２】  操作パネルの下側は、電源部と設定部であり、電源部は主電源のスイッチと超音波発振回路１のスイッチであり、超音波発振回路１をＯＮするときは、主電源スイッチそして超音波発振回路１のスイッチをＯＮする。
【００２３】  電源部の右側に、工具を接続した超音波振動子５に所望の振動モードを励起するために先ず駆動周波数の中心値と、追尾範囲を、ロータリースイッチなどを用いて設定する。例えば駆動周波数の中心値を３０．００ＫＨｚ、そして追尾範囲を、駆動周波数の中心値を中心として２ＫＨｚと設定する。
【００２４】  次に、電流値を同じくロータリースイッチなどを用いて設定する。例えば、電流値を１．５０Ａｐ−ｐと設定する。
【００２５】  さらに、工具の長さを入力する。これは工具の長さと振動変位量との関係が表１に示すような関係があるため、工具長さに係数を与え、工具の長さが変化しても振動変位量をほぼ一定にする。なお、工具の長さはノギスを用いて測定した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】  表１について詳しく説明する。先ず超硬製の棒で直径４ｍｍ、長さが３０ｍｍから８０ｍｍまで１０ｍｍ間隔で６個用意した。そして、コレットチャックを持つ超音波振動子５に超硬製の棒を、コレットナットを締付けることにより装着する。次にアンプとファンクションシンセサイザーにより縦１次振動モードの共振周波数付近でサイン波４０Ｖｐ−ｐの電圧を印加して電圧位相と電流位相の位相差がゼロになるように周波数を調整する。その周波数で超音波振動子５に流れる電流とレーザードップラー振動計により超硬製の棒の先端の中心部の振動変位量を測定し、その結果を表１にまとめた。
【００２８】  上記の表で棒が長くなるほど、駆動電流は減少し、棒の振動変位量は大きくなる。通常振動変位量を調整するために駆動電流値を調整しているが、棒の長さを変えると目的の振動変位量は得られない。
【００２９】  そこで、棒のそれぞれの長さに、最適な電流値を設定する。例えば、表１のデータから目標とする振動変位量を３μｍｐ−ｐであるとすると長さ３０ｍｍの棒では、約４１６ｍＡｐ−ｐが必要であり、棒の長さが８０ｍｍでは、５６．４ｍＡｐ−ｐでよい。
【００３０】  そこで、設定電流値を２００ｍＡｐ−ｐにすると、３０ｍｍ長さの棒では、係数を約２．０とし、８０ｍｍの棒では、係数を約０．２８とする。
【００３１】  つまり電流設定機能と、係数を設定できる係数設定機能を複数持たせることでそれぞれの超硬製の棒の長さが変化しても振動変位量がほぼ同じになる電流値を設定することができる。
【００３２】  また、工具長さを測定する装置を、工具を使用する機械加工装置に有する場合には、工具長さを測定する装置が計測した工具長さデータを、マイコン３に入れ、マイコン３が工具長さに適する電流値を設定する。例えば工具長さを測定する装置としては日新産業株式会社製のツールセッターなどがある。
【００３３】また、工具の先端の振動変位量を測定するレーザードプッラー振動計により測定する場合には、それぞれの長さの棒の長さの振動変位量を測定し、目的となる振動変位量を持つことができるようになるように電圧設定機能または電流設定機能と、係数を設定できる係数設定機能を複数持たせることで、それぞれの超硬製の棒の長さにほぼ同じ振動変位量にさせることができる。
【００３４】  また、工具の振動変位量を測定する装置を、工具を使用する機械加工装置に有する場合には、工具の振動変位量を測定する装置が計測した振動変位量データを、マイコン３に入れ、マイコン３が工具長さに適する電圧値または電流値を設定する。工具の振動変位量を測定する装置としては、特許文献２に詳しく記述してある。機械加工装置とは例えばマシニングセンター、フライス盤などがある。
【産業上の利用可能性】
【００３５】本発明の超音波発振回路により超音波振動子に装着した工具の長さが変化しても工具先端の振動変位量をほぼ一定にすることができる。
【符号の説明】
【００３６】１    超音波発振回路
２    位相比較回路
３    マイコン
４    出力トランス
５    超音波振動子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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