(57)【要約】      （修正有）【課題】異なる商用電源電圧に対応する歯科用の振動応用装置、超音波洗浄装置、超音波歯石除去装置、振動切削装置、振動表面処理装置、材料攪拌装置、材料凝縮装置を提供する。【解決手段】直流電源の内部にスイッチ素子を、直流電源より負荷側への電流経路に電圧検出器・電流検出器いずれかひとつ以上を設け、制御部がこの検出電圧または検出電流または検出電圧と検出電流の結合値のいずれかが一定になる様にこのスイッチ素子を高速ＯＮ／ＯＦＦ制御する。ＯＮ／ＯＦＦ制御が、少なくとも９０Ｖから２６４Ｖの範囲を含む商用交流電力入力に対し、検出電圧または検出電流または検出電圧と検出電流の結合値のいずれかが、操作者の操作または制御部により定まる所定の値になる様にこのスイッチ素子を高速ＯＮ／ＯＦＦ制御する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電力入力を直流電圧に変換する直流電源と、直流電源の出力する直流電力を交流に変換する電力変換器と、電力変換器の出力する交流電力により振動する振動子と、振動負荷に振動を印加するために振動子に接続されかつ振動負荷に接触させるための振動出力部と、直流電源・電力変換器を制御するための制御部を備えた振動応用装置において、直流電源の内部にスイッチ素子を、直流電源より負荷側への電流経路に電圧検出器・電流検出器いずれかひとつ以上を設け、制御部がこの検出電圧または検出電流または検出電圧と検出電流の結合値のいずれかが一定になる様にこのスイッチ素子を高速ＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする歯科用の振動応用装置。
【請求項２】
前記ＯＮ／ＯＦＦ制御が、少なくとも９０Ｖから２６４Ｖの範囲の商用交流電力入力に対し、前記検出電圧または前記検出電流または検出電圧と検出電流の結合値のいずれかが、操作者の操作または制御部により定まる所定の値になる様にこのスイッチ素子を高速ＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする請求項１記載の歯科用の振動応用装置。
【請求項３】
制御部が、前記電力変換器を前記高速ＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮ／ＯＦＦ期間よりも長い周期および時間比率で低速ＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする請求項１または２記載の歯科用の振動応用装置。
【請求項４】
前記高速ＯＮ／ＯＦＦ制御における前記負荷電流検出器、前記電圧検出器に、前記低速ＯＮ／ＯＦＦ制御の中心周波数よりも低い周波数に遮断周波数を持つフィルタを設けていることを特徴とする請求項３記載の歯科用の振動応用装置。
【請求項５】
商用交流電力入力を直流電圧に変換する直流電源と、直流電源の出力する直流電力を交流に変換する電力変換器と、電力変換器の出力する交流電力により振動する振動子と、振動負荷に振動を印加するために振動子に接続されかつ振動負荷に接触させるための振動出力部と、直流電源・電力変換器を制御するための制御部を備えた振動応用装置において、振動子と電気回路的に並列に振動子電圧検出器または直列に振動子電流検出器を設け、制御部が、振動子電圧検出器または振動子電流検出器に一定値以上のレベルで一定範囲の周波数の振動子信号が現われた場合に電力変換器をＯＦＦ状態からＯＮすることを特徴とする振動応用装置。
【請求項６】
電力変換器がＯＦＦ状態からＯＮになった後、制御部が、前記振動子信号が現われている場合に電力変換器をＯＮし続けることを特徴とする請求項５記載の振動応用装置。
【請求項７】
振動子信号が検出されるか、または検出されなくなった時から一定期間の間電力変換器をＯＮし続けることを特徴とする請求項５または６記載の振動応用装置。
【請求項８】
電力変換器がOFF状態のとき、振動子電圧検出器または振動子電流検出器と電力変換器の間に電力変換器側の回路を遮断する振動子スイッチ素子を設けていることを特徴とする請求項５〜７記載の振動応用装置。
【請求項９】
制御部が、電力変換器がOFF状態のとき振動子スイッチ素子をOFFさせており、振動子信号が検出された時に振動子スイッチ素子をONさせることを特徴とする請求項８記載の振動応用装置。
【請求項１０】
電力変換器をＯＮさせた直後や負荷が変動したときに、制御部が、操作者の定めた所定の振動レベルよりも小さい振動レベルで振動を開始し、操作者の定めた所定の振動レベルに達するまでの時間を、制御系の応答時間・商用電源周波数の１周期の時間のいずれよりも長い時間で制御することを特徴とする請求項１〜９記載の振動応用装置。
【請求項１１】
振動子が圧電振動子である請求項１〜１０記載の振動応用装置。
【請求項１２】
前記低速のＯＮ／ＯＦＦ制御の周波数またはＯＮ／ＯＦＦのデューティーの時間的な変化をあらかじめ設定された関数または外部より入力した関数とする請求項３または４記載の振動応用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本装置は、振動応用装置、特に圧電体を用いた振動応用装置に関する。具体的には超音波洗浄装置・振動切削装置・振動表面処理装置・材料攪拌装置・材料凝縮装置に関する。また、特に歯科用の振動応用装置、圧電体を用いた歯科用の振動応用装置に関する。具体的には歯科用の超音波洗浄装置、超音波歯石除去装置、歯科用の振動切削装置、歯科用の振動表面処理装置、歯科用の材料攪拌装置、歯科用の材料凝縮装置に関する。また歯科用のこれらの装置については同一仕様で世界各国で販売使用される装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（歯科用の材料凝縮装置）
まず歯科用の材料凝縮装置について説明する。これは患者の歯の形状に合わせて作成した金属冠に陶材を築盛して形状を整え焼成してメタルセラミッククラウンを作成する陶材築盛の際に、まず陶材粉と水等の液体を混合し陶材泥を作り、金属冠の上に筆やスパチュラで盛り上げて陶材築盛金属冠を作成する。次に陶材築盛金属冠に振動を与えることにより盛り上げた陶材表面より余分な水分が染み出し、陶材は凝縮される。余分な水分は何らかの方法で拭き取ったり蒸発させる。これを繰り返すことにより陶材粉間の隙間が狭まり高密度な築盛が可能となる。この作用を凝縮と言い、この様な手法で築盛された陶材は焼成する際、形状収縮、形状変形が少なく強度も増すと歯科界では一般に言われている。
【０００３】
従来、歯科用陶材築盛時に凝縮のための振動を与える方法は大きく二つの方法が採られてきた。一つは手動による方法で陶材築盛金属冠を保持する歯科材料保持器具にレグロン刀等の柄の部分にある凹凸部分を当て往復運動し振動を与えたり、小槌で歯科材料保持器具に軽く衝撃を与えることで振動を与える方法。もう一つは機械を使用する方法で電歪振動子や圧電振動子に金属製の振動板（典型的な振動部材の形状）を貼り付け、振動板の端部と陶材築盛金属冠を保持する歯科材料保持器具（典型的な振動の負荷）を接触させ振動を与える方法であり、その様な装置を歯科用の材料凝縮装置と呼んでいる。
歯科用の材料凝縮装置でよく用いられている製品には株式会社松風より発売されているセラコン２がある。このセラコン２の動作模式図を図１、ブロック構成図を図２、駆動電圧波形および駆動電流波形を図３に示す。図１において１はセラコン２本体、２は振動子である圧電体のボルト締めランジュバン型振動子、３は振動出力部である振動板、Ａは陶材築盛金属冠、Ｂは歯科材料保持器具である。図２において４は商用電源入力部、５は直流電源、６は電力変換器、２は振動子、７は制御部である。電力の供給経路は太線、信号の供給経路は細線で示している。図３はその電力変換器６の出力でボルト締めランジュバン型振動子２の駆動電圧波形（上）と駆動電流波形（下）で、横軸は時間軸である。図３の様に駆動電圧は矩形波、駆動電流は正弦波となっている。破線はこれらの波形の上下の包絡線を示している。
【０００４】
これら波形の周波数は、振動板２を取り付けたボルト締めランジュバン型振動子２の共振周波数となっており、小さい電圧でなるべく大きい駆動振動速度・駆動電流が得られる様に構成されている。これは、図２に示す振動子２から電力変換器６へのフィードバック信号により実現している。つまり電力変換器６がＯＮして何らかの電圧が振動子２にもたらされると振動子２は何らかの応答を行いそれはフィードバック信号となって電力変換器にフィードバックされる。フィードバックを断ち切った場合を仮定した振動子の共振周波数におけるオープンループゲインを１より大きくし、位相を−９０度（遅れ）〜９０度の範囲にし、いわゆる正のフィードバックをすれば、電力変換器６と振動子２は振動子２の共振周波数で動作をはじめる。図４は図３の波形の包絡線を長い時間軸で示したもので、包絡線の繰り返し周波数は商用電源周波数を反映している。
【０００５】
上波形の駆動電圧の包絡線は、直流電源が商用電源入力を半波整流していることを反映している。駆動電流は駆動振動速度にほぼ比例しており、駆動電圧の包絡線がゼロつまり駆動電圧がゼロとなるタイミングであっても振動は少しずつ減衰している。
商用電源入力については日本国内あるいは日本国外の異なる電源電圧に対応するために、１００Ｖ仕様製品と２４０Ｖ仕様製品が別個に製造販売されている。
また、セラコン２の制御部７は駆動電圧の大きさを調整することにより振動振幅を調整することができ、本体１のパネルにある振幅調整つまみにより最弱から最強まで調整される様になっているが、最大強さはなるべく大きい方がいろいろな用途・使い方に使用できる。例えば振動の負荷として前述の歯科材料保持器具Ｂを用いずに陶材を築盛している陶材築盛金属冠Ａを歯列模型に載せ、その歯列模型を振動の負荷として凝縮させる様な場合には大きな振動が必要となるが、それだけ大きな振動子と大きなパワー、大きな装置を必要とする。そこでセラコン２では図４の様に最大の振幅を大きくしつつ、振動に強弱を与えて全体の平均的なパワーを抑えることで、小さな振動子と小さなパワー、小さな装置で周期的に大きな振動を負荷に与え、効率的な凝縮効果を実現したものである。このために、直流電源５には商用交流電力を整流するだけのいわゆる半波整流直流電源を用いている。
【０００６】
また、セラコン２の振動の起動・停止は、電源ＯＮ／ＯＦＦに連動する連続モードとセンサによって起動・停止するセンサモードの２つのモードがパネル上のスイッチで切り替えられる様になっている。通常、陶材築盛作業というのは両手が塞がっている場合が多く、パネル上のスイッチで起動・停止の操作がしにくいからである。このセンサは振動板の近くに配置した赤外線焦電センサで、歯科材料保持具を持った手が近づくとその温度を検出して起動し、離すと停止する様に動作している。
【０００７】
（超音波歯石除去装置）
次に超音波歯石除去装置について説明する。超音波歯石除去装置は、歯石歯垢の除去、歯周ポケット内洗浄、歯科用充填材料の充填、補綴物の除去、根管拡大及ぶ洗浄、窩洞形成、歯科用セメントの凝縮、インプラント付着物除去等の施術を行うのに広く一般的に使用されている。超音波歯石除去装置は、チップと呼ばれる振動部材を直接歯に当てて使用するために、直流電源・電力変換器・制御部を収納した本体と、振動子・振動出力部を備えたハンドピースが電力等を供給するフレキシブルなチューブによってつながれた構造をしているが、振動子・振動出力部の形状・特性が異なるだけで、基本的な構成は歯科用の材料凝縮装置と同様である。振動子は断面円形のハンドピース内に収まる様に細長い構造になっており、振動子に接続される振動出力部は歯に当てる先端部を細く曲げてあり、チップと呼ばれている。このチップに振動の負荷となる歯面を当て使用している。必要に応じてチップより射出する洗浄液の作用で所望の施術を行う。この場合洗浄液も振動の負荷となる。
超音波歯石除去装置の振動の起動・停止は通常、別途設けた足踏みペダルによることが多い。これも操作者である歯科医師や歯科衛生士が患者に対峙している状況で両手が塞がっている場合が多いからである。これらの超音波歯石除去装置の商用電源入力に関しては１００〜１２０Ｖ入力仕様の装置と２２０〜２４０Ｖ入力仕様の装置が別仕様で発売されている場合が多い。また、最新の超音波歯石除去装置においては、９０Ｖ〜２６４Ｖの商用電源入力範囲で固定電圧出力の直流電源を内蔵し、電力変換器の電源としている例が見られる。この様な超音波歯石除去装置の具体例としては、ＥＭＳ社の発売しているピエゾンマスター６００がある。
【０００８】
（超音波洗浄装置）
超音波洗浄装置は、図１に示す材料凝縮装置における振動板３の代わりに水等の液体を入れる洗浄槽を振動子に固定接続したもので、振動を液中に伝播させるのが特徴である。基本的な構成は材料凝縮装置と同様である。
振動切削装置・振動表面処理装置・材料攪拌装置についても同様である。
（その他の振動応用装置）
振動応用装置としては、上記のほかに超音波加工機・超音波溶着機・振動切削装置・振動表面処理装置・材料攪拌装置等があるがこれらもすべて負荷に振動を与えるという意味で基本的な構成は材料凝縮装置と同様である。超音波加工機に応用可能な特許文献として特許文献１、２、３がある。これらの特許文献によると、振動出力のための電力変換器としてパワーアンプが使用され、このパワーアンプの電源として固定出力の直流電源が使用されている。
【０００９】
（一般的な技術とその振動応用装置への適用可能性）
これら振動応用装置の振動レベルは広い範囲で調整されることが必要であり、振動子の駆動電圧を変化させることによって実現することが一般的である。具体的には、駆動電圧が操作者の操作または制御部により定まる所定の値になる様に制御している。この駆動電圧は振動応用装置に限定しないモーター等に用いられる一般的なインバーター等電力変換器においてはＰＷＭ方式等によって図３における電圧波形の１周期内のピーク電圧は変えずにプラスマイナスが反転するタイミングで電圧ゼロの時間帯を設け、この時間帯を調節することによって１周期内の平均的な電圧を制御することによって調整されている。この様子を図５に示す。なお、１周期内における電圧ゼロの期間の比率をデューティーという。この様なＰＷＭ波形は波形の繰り返し周波数を基本周波数としその整数倍の周波数を高調波として基本周波数と複数の高調波の正弦波の重ね合わせとして表される場合が多く、振動応用装置の場合は振動子の共振周波数である基本周波数に比例して振動速度を生じる。この電圧波形における基本周波数の正弦波成分の振幅はＰＷＭのデューティーに比例する。すなわち、デューティーを制御することで、振動応用装置の振動レベルを調整することが考えられる。
【００１０】
また、同一の装置で９０Ｖから２６４Ｖの幅広い商用電源入力に対応すると電源コードだけを別仕様にして、残りの部分を世界共通仕様にできて便利であるが、振動応用装置に限定しない一般的な直流電源においては、この様な技術は確立しており、ＰＷＭ方式やＰＦＭ方式のスイッチングレギュレータでこれを実現している場合が多い。ＰＷＭ方式は前述の一般的な技術の説明において電力変換器に使用されている方式を商用入力電圧が異なっても一定値の出力電圧を得るスイッチングレギュレータに応用されているものである。またＰＦＭ方式とはＰＷＭ方式が基本周波数を固定して電圧ゼロの期間を調整するのに対して、ＰＦＭ方式は電圧ゼロまたは電圧ピークの期間を固定して周期つまり基本周波数を調整するものである。ＰＷＭとＰＦＭを兼ねたものもある。
【特許文献１】特開平５−３０１０７  超音波発生装置
【特許文献２】特開２００６−０５１４４５  超音波装置の制御方法
【特許文献３】特開２００５−０８０４６３  ＤＣ−ＤＣコンバータ及び圧電振動子駆動回路
【非特許文献１】ＥＭＳ社ピエゾンマスター６００  取扱説明書および仕様書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
これらの振動応用装置については、歯科用の材料凝縮器や超音波歯石除去装置に限らず、日本国内あるいは日本国外の異なる商用電源電圧に対応するために、９０Ｖから動作すべき１００Ｖ仕様製品と２６４Ｖまで動作すべき２４０Ｖ仕様製品が別個に製造販売されている場合が多い。この場合、商用電源電圧が異なることで使用国の限定や外付けの電圧変換器の必要性の問題が生じていた。このため、同一の装置で９０Ｖから２６４Ｖまで動作することが求められている。
また、これら振動応用装置の振動レベルが、負荷の硬さや質量・負荷と振動部材との機械的結合の度合いや接触の頻度・商用電源電圧の変動・振動子の温度特性や経年変化によって変動すると困る場合がある。例えば超音波歯石除去装置においては振動部材であるチップ類に洗浄液を射出する貫通孔が設けてあるが、チップまで振動負荷の一部である洗浄液が達してなく射出無しでチップ類の振動のみで駆動が開始されてしまい、必要な振幅を大きく上回る過剰な振動振幅を発生する問題が生じていた。この過剰な振幅は、振動部材であるチップが、振動負荷である歯面に接触する際にも振動負荷の変動の影響の結果として生じていた。この過剰な振幅により、チップが破折する問題が生じていた。
【００１２】
歯科用の材料凝縮装置や超音波洗浄装置においては、９０Ｖ〜２６４Ｖの広い商用電源入力範囲で操作者の設定するレベルや装置によって定まる所定の振動レベルを保つ様な装置が必要とされていた。
これらの振動レベルを９０Ｖ〜２６４Ｖの広い商用電源入力範囲で操作者の設定するレベルや装置によって定まる所定のレベルに保つ方法として、前記従来の一般技術である電力変換器をＰＷＭ方式やＰＦＭ方式で駆動制御する方法が考えられる。つまり、商用電源入力電圧またはそれを反映した電圧を検出し、あるいは振動子の振動速度を反映した振動子電流を検出し、これらを一定の値に保つ様に電力変換器をＰＷＭ方式やＰＦＭ方式で駆動制御するのである。つまり、商用電源入力が大きいときや振動子の振動速度が所定値よりも大きいときは電力変換器のデューティーを小さく、逆のときは大きくすれば良い。これは図２において直流電源５の出力電圧Ｖｄｃを制御部７にフィードフォワード入力するか、または振動子２からの電流フィードバックを制御部７に入力し、、制御部７はＶｄｃが大きいときや振動子電流が大きいときにデューティーを小さく、逆のときは逆にすれば良い。しかし、この方法には大きな問題がひとつある。それは、振動子２はこのＰＷＭ方式やＰＦＭ方式での制御と同時に振動子２の共振周波数で電力変換器６が協調して発振する正のフィードバック発振を行っている。したがって原理的にＰＦＭ方式での制御は不可能となる。また、振動子の発振は非常に敏感で、共振周波数以外のスプリアスといわれる振動しやすい周波数での異常発振や、振動レベルの過剰を原因とする異常音（正常な共振周波数は超音波領域に設計しており異常音は生じない）の発生や駆動電圧と駆動電流の位相のズレによる振動レベルの低下が起こり易くなる。また、ＰＷＭ方式のみによるために極端に短いデューティーでの駆動が必要となり、その結果直流電源５の出力電圧を非常に大きく取る必要が生じ、電力変換器に使用する素子の耐電圧や安全動作領域を大きくとる必要が生じるばかりでなく、高電圧・大電流のスイッチングによる電磁界ノイズが大きくなり最近世界的に規制が強化されているＥＭＣ規制に適合するのは困難になる。
【００１３】
また、必要な振動レベルを実現しつつ装置をなるべく小型にして消費電力を抑える必要もある。このために前述の歯科用の材料凝縮装置セラコン２においては、図４の様に最大の振幅を大きくしつつ、振動に強弱を与えて全体の平均的なパワーを抑えることで、小さな振動子と小さなパワー、小さな装置で周期的に大きな振動を負荷に与え、効率的な凝縮効果を実現したものがあった。しかし、セラコン２は商用電源電圧を半波整流する簡単な回路を直流電源５に採用することでこのことを実現したが、同様のことを９０Ｖ〜２６４Ｖの商用電源電圧で、術者の指定した振動レベルを実現することは困難であった。
また、振動応用装置の振動をどの時点でどの様にして起動・停止するかについても課題があった。例えば歯科用の材料凝縮器については振動板に歯科材料保持器具を当て振動を与えたり、離して目視確認したりを頻繁に繰り返すのが常でありその都度、材料凝縮器の振動版の振動を起動したり停止したりする作業が非常に煩雑である一方、作業中ずっと振動を持続することは無駄な電力消費となる。前述のセラコン２においては、この対策のために、歯科材料保持器具を振動版に近づけた場合に、別途設けた光電センサにより、歯科材料保持器具が近づいたことを検出して、振動の起動と停止を行っていることが知られているが、回路も複雑で大きくなり、また複雑で高級な光電センサを用いており感度調整にも時間を要する問題が生じていた。また、超音波歯石除去装置においては、振動の起動停止制御を行うのに別途足踏みペダルを必要としていた。
【００１４】
また、一般的な振動応用装置においては起動時や負荷変動時、特に負荷接触時に生じる過渡的な大振幅が振動子や振動子と振動部材を接続する接着部分を劣化させる問題があった。更に制御部にフィードバック制御を用いる場合はこの過渡的振幅は著しく増大する危険性がある。例えば超音波歯石除去装置で洗浄液を必要とするチップを使用する場合、洗浄液の無い状態で異常振動を開始する恐れがある。さらに、超音波歯石除去器においては、足踏みペダルを使用し振動の駆動停止制御と洗浄液の供給および停止を行っているが洗浄液の供給が遅れ異常振動に繋がる恐れが生じていた。この過剰な振幅により、チップが破折する問題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらの課題を解決するために本発明においては、
直流電源の内部にスイッチ素子を、直流電源より負荷側への電流経路に電圧検出器・電流検出器いずれかひとつ以上を設け、制御部がこの検出電圧または検出電流または検出電圧と検出電流の結合値のいずれかが一定になる様にこのスイッチ素子を高速ＯＮ／ＯＦＦ制御すること、および前記ＯＮ／ＯＦＦ制御が、少なくとも９０Ｖから２６４Ｖの範囲を含む商用交流電力入力に対し、前記検出電圧または前記検出電流または検出電圧と検出電流の結合値のいずれかが、操作者の操作または制御部により定まる所定の値になる様にこのスイッチ素子を高速ＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、
９０〜２６４Ｖの広い範囲の商用電源電圧と、広い範囲の操作者設定による所定の振動レベルを実現し、さらに負荷の硬さや質量・負荷と振動部材との機械的結合の度合いや接触の頻度・商用電源電圧の変動・振動子の温度特性や経年変化によって振動レベルが変動することを防止することを可能ならしめるものである。
また、制御部が、前記電力変換器を前記高速ＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮ／ＯＦＦ期間よりも長い周期および時間比率で低速ＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、また、前記高速ＯＮ／ＯＦＦ制御における前記負荷電流検出器、前記電圧検出器に、前記低速ＯＮ／ＯＦＦ制御の中心周波数よりも低い周波数に遮断周波数を持つフィルタを設けていることにより、
装置をなるべく簡単小型にして消費電力を抑えつつ、広い範囲の術者指定振動レベルを可能ならしめるものである。
【００１６】
また、商用交流電力入力を直流電圧に変換する直流電源と、直流電源の出力する直流電力を交流に変換する電力変換器と、電力変換器の出力する交流電力により振動する振動子と、振動負荷に振動を印加するために振動子に接続されかつ振動負荷に接触させるための振動出力部と、直流電源・電力変換器を制御するための制御部を備えた振動応用装置において、振動子と電気回路的に並列に振動子電圧検出器または直列に振動子電流検出器を設け、制御部が、振動子電圧検出器または振動子電流検出器に一定値以上のレベルで一定範囲の周波数の振動子信号が現われた場合に電力変換器をＯＦＦ状態からＯＮすることにより、
さらに電力変換器がＯＦＦ状態からＯＮになった後、制御部が、前記振動子信号が現われている場合に電力変換器をＯＮし続けること、さらに振動子信号が検出されるか、または検出されなくなった時から一定期間の間電力変換器をＯＮし続けることにより、電力変換器がOFF状態のとき、振動子電圧検出器または振動子電流検出器と電力変換器の間に電力変換器側の回路を遮断する振動子スイッチ素子を設けていることにより、さらに制御部が、電力変換器がOFF状態のとき振動子スイッチ素子をOFFさせており、振動子信号が検出された時に振動子スイッチ素子をONさせることにより、
複雑で高級な光電センサや別途足踏みペダルを用いず、振動の起動停止制御を行うことを可能ならしめるものである。
【００１７】
また、電力変換器をＯＮさせた直後や負荷が変動したときに、制御部が、操作者の定めた所定の振動レベルよりも小さい振動レベルで振動を開始し、操作者の定めた所定の振動レベルに達するまでの時間を、制御系の応答時間・商用電源周波数の１周期の時間のいずれよりも長い時間で制御することにより、起動時や負荷変動時、負荷接触時に生じる過渡的な大振幅を防止することを可能ならしめるものである。
また、振動子を圧電振動子とすることにより、以上述べた解決手段をより簡便・小型な回路で実現すならしめるものである。
また、前記低速のＯＮ／ＯＦＦ制御の周波数またはＯＮ／ＯＦＦのデューティーの時間的な変化をあらかじめ設定された関数または外部より入力した関数とすることにより、操作者または装置の周辺に居る者の苦痛または不快感を軽減し、または快適感をもたらすものである。
【発明の効果】
【００１８】
材料凝縮装置・超音波歯石除去装置・超音波洗浄装置を含む一般的な振動応用装置として、日本国内あるいは日本国外の異なる電源電圧に対応するために、１００Ｖ仕様製品と２２０Ｖ仕様製品が別個に製造販売されているが、電源入力電圧が異なることで使用国の限定や外付けの電圧変換器の必要性の問題が解決すると同時に操作者が広い範囲の振動レベルを設定することができる。また、商用電源変動や負荷変動、振動子の温度変動や経年変動に対して振動レベルを一定に保つことができる。
また、装置をなるべく簡単小型にして消費電力を抑えつつ、広い範囲の術者指定振動レベルを可能にする。
また、振動の起動と停止を行うために複雑で高級な光電センサや別途足踏みペダルを用いず、振動の起動停止制御を行うことが可能である。
また、起動時や負荷変動時、負荷接触時に生じる過渡的な大振幅を防止することが可能である。
また、操作者または装置の周辺に居る者の苦痛または不快感を軽減し、または快適感をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（発明の実施の形態１）
直流電源の内部にスイッチ素子を、直流電源の出力に電圧検出器を、振動子への電流経路に負荷電流検出器を設け、制御部がこの検出電流または検出電圧を一定とする様にこのスイッチ素子を高速ＯＮ／ＯＦＦ制御し、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御が、少なくとも９０Ｖから２６４Ｖの範囲を含む商用交流電力入力に対応しつつ、前記検出電流のいずれかが操作者の操作または制御部により定まる所定の値になる様に成される本発明の最良の形態について、図６を使って述べる。
図６は、本発明による振動応用装置の構成ブロック図である。図６において８は電圧検出器、９は電流検出器、１０は電圧検出アンプ（入力電圧Ｖｄｃ）、１１は電流検出アンプ（入力電流Ｉｖ）、１２は操作者調整入力、１３は操作者入力アンプ（出力電圧Ｖｓ）、１４は誤差増幅器（出力電圧Ｖｅ）、１５はスイッチ素子駆動回路（出力電圧Ｖｄ）、１６はスイッチ素子である。図６による装置は次の様に動作する。以下の記述において（１)・（２)は（１)の場合と（２)の場合を併記している。本発明においては、電圧検出器８、電流検出器９はどちらか片方あればよいが両方あっても良い。
まず、商用電源入力部４への商用電源入力が（１)増・（２)減した場合、電圧検出器８の出力電圧および電圧検出アンプ１０の入力電圧Ｖｄｃが（１)増加・（２)減少しようとする。また、振動子２の負荷が（１)減・（２)増した場合、振動子が（１)振動しやすく・（２)振動しにくくなって、振動速度およびそれに比例した振動子電流が（１)増・（２)減し、電流検出器９および電流検出アンプ１１の入力Ｉｖが（１)増・（２)減する。すると、誤差増幅器１４は操作者調整入力１２を反映した操作者入力アンプの出力電圧ＶｓとＶｄｃ、Ｉｖを比較し、ＶｄｃやＩｖが（１)増・（２)減すると、出力Ｖｅを（１)減・（２)増する。具体的には出力Ｖｅは例えば次式の様に動作する。
【００２０】
【数１】
2008132271.tif 000003
【００２１】
ここで係数ａ、ｂ、Ｚｉは適切に定めた正の定数である。電圧検出器８と電流検出器９は両方あっても良いが、電圧検出器８が無い場合はｂが、電流検出器が無い場合はZｉがゼロであると見なす。スイッチ素子駆動回路１５はスイッチ素子を適切な周波数でＰＷＭおよびＰＦＭ駆動する回路で、誤差増幅器１４の出力Ｖｅを受けてそのデューティーＤは次式の様に動作する。
【００２２】
【数２】
2008132271.tif 000004
【００２３】
商用電源入力電圧をＶａｃとして直流電源５の出力電圧Ｖｄｃは次式の様に動作する。
【００２４】
【数３】
2008132271.tif 000005
【００２５】
さらに、振動子の電気機械伝達アドミタンスをＹｅｍとして振動子の振動速度ｖ（ｒｍｓ値）は次式の様に動作する。
【００２６】
【数４】
2008132271.tif 000006
【００２７】
振動速度は次式の様に電流検出器への入力である振動子の電流Ｉｖに反映する。
【００２８】
【数５】
2008132271.tif 000007
【００２９】
ｋｅｍは単位振動速度あたりの振動子の電流に相当するエネルギー変換定数で電気機械変換係数という。
式１〜式５により、直流電源の出力電圧Ｖｄｃを一定にするために電圧検出器を使用した場合、Ｚｉをゼロとして次式の様に動作する。
【００３０】
【数６】
2008132271.tif 000008
【００３１】
この式の第２式は誤差増幅器のゲインｇを大きくとった場合で近似している。誤差増幅器のゲインｇを大きくとれば商用電源入力Ｖａｃの大きな変動に対して安定した直流電源５の出力Ｖｄｃが得られる。
また、式１〜式５により、振動速度ｖは次式にて動作する。
【００３２】
【数７】
2008132271.tif 000009
【００３３】
数７の第２因数により、誤差増幅器１４のゲインｇを大きくとることで商用電源入力Ｖａｃと負荷による電気機械アドミタンスＹｅｍの変動に対して振動速度ｖを操作者入力電圧Ｖｓに比例した一定値に保つことが可能である。この場合数７の第３因数が１に近いことが条件となるが、通常振動子の仕様は回路の仕様より優先的に決定されるので、振動子の電気機械変換係数ｋｅｍは本発明の実施のパラメータとして設計することは出来ない。また、電気機械アドミタンスＹｅｍは負荷の変動そのものを表す。そこで電圧検出器アンプのゲインｂを小さく、電流検出器の感度Ｚｉを大きくとることで数７の第３因数を１に近くすれば良い。
もちろん、最良な発明の実施としては、電圧検出器を使わず、つまりｂをゼロとして使用すれば数７は次式となる。
【００３４】
【数８】
2008132271.tif 000010
【００３５】
数８により、誤差増幅器１４のゲインｇを大きくとることで商用電源入力Ｖａｃと負荷による電気機械アドミタンスＹｅｍの変動に対して、さらに振動子の経年変化や温度変化による電気機械変換係数ｋｅｍの変動や、電気機械アドミタンスＹｅｍの変動に対しても、振動速度ｖを操作者入力電圧Ｖｓに比例した一定値に保つことが可能である。
この様にして、９０〜２６４Ｖの広い範囲の商用電源電圧と、広い範囲の操作者による振動レベル設定に対応し、さらに負荷の硬さや質量・負荷と振動部材との機械的結合の度合いや接触の頻度・商用電源電圧の変動・振動子の温度特性や経年変化によって振動レベルが変動することを防止することを可能ならしめるものである。また、直流電源の制御にＰＷＭ方式だけでなくＰＦＭ方式を用いたり、これらを組み合わせて使用することが自由に出来ることで、直流電源５内のスイッチング素子や電力変換器６内の制御素子に耐電圧や安全動作領域の小さい素子、従って小型で発熱も少なく安価な素子を使用することが出来る。また、電力変換器は直流電源６により商用電源の差や変動、負荷の変動に影響されずに安定的に供給された直流電源６の出力電圧Ｖｄｃを電源とし、振動子２からの正のフィードバックによる協調発振のための専用に設計可能となり、スプリアスでの異常発振や振動レベル変動による異常音の発生を起こすことなく、安定した振動を製品寿命にわたり長期間維持することが可能となる。なお、振動子２から電力変換器６への正のフィードバックは電流検出器９からの信号を用いることはさらに好適である。
【００３６】
（発明の実施の形態２）
次に、制御部が、前記電力変換器を前記高速ＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮ／ＯＦＦ期間よりも長い周期および時間比率で低速ＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、また、前記高速ＯＮ／ＯＦＦ制御における前記負荷電流検出器、前記電圧検出器に、前記低速ＯＮ／ＯＦＦ制御の中心周波数よりも低い周波数に遮断周波数を持つフィルタを設けることにより、また、前記低速のＯＮ／ＯＦＦ制御の周波数またはＯＮ／ＯＦＦのデューティーの時間的な変化をあらかじめ設定された関数または外部より入力した関数とすることにより、装置をなるべく簡単小型にして消費電力を抑えつつ、広い範囲の術者指定振動レベルを可能ならしめ、操作者または装置の周辺に居る者の苦痛または不快感を軽減し、または快適感をもたらす発明の最良の実施の形態を、図７〜図９を使って述べる。
【００３７】
図７は電力変換器を低周波でＯＮ／ＯＦＦ制御する振動応用装置の構成ブロック図である。図６に比べて、低周波デューティー発振器１７が追加され、その出力信号が電力変換器へ入力され、電力変換器はこの信号によりＯＮ／ＯＦＦされる。低周波デューティー発振器の出力信号を図８に示す。低周波デューティー発振器１７は振動子の時定数よりも長い周期で矩形波発振する発振器で、電圧が発生しているＯＮ期間に電力変換器をＯＮし、電圧ゼロのＯＦＦ期間で電力変換器をＯＦＦする。その結果、振動子に印加される駆動電圧波形の最大値と最小値を連ねる包絡線は図９の上図の様になる。この上図で電圧が生じて発振している電力変換器のＯＮ期間は図８のＯＮ期間、電圧が生じていない電力変換器のＯＦＦ期間が図８のＯＦＦ期間となる。また、振動子に流れる駆動電流の最大値と最小値を連ねる包絡線は図９の下図の様になる。電力変換器のＯＮ期間において駆動電流が漸近増加し、電力変換器のＯＦＦ期間において駆動電流が漸減減衰する。駆動電流は振動子の共振周波数で動作する場合にその大部分が駆動電圧とほぼ同相の振動電流となり、振動子の機械的振動速度にほぼ比例相似同相となる。従って共振周波数で動作する場合には駆動電流波形はほぼ振動体の振動速度波形と同一と見てよい。なお、振動子が圧電体により駆動される場合に、駆動電流の一部が圧電体の誘電体電流として流れる。これは駆動電圧に対して９０度位相となり、最大振動速度を得られる共振周波数において駆動電流は駆動電圧に対して若干進み位相となる。
この様にして、振動子の振動速度波形は図９の下図に示す駆動電流波形の様な包絡線をとることになる。つまり、平均的な振動速度に対して、最大振動速度を大きくすることができる。これは振動子に低周波の変調を与えるということにほかならない。例えば歯科用の材料凝縮装置の場合、負荷である陶材築盛金属冠を保持している歯科材料保持器具に振動板３が振動しながら接触するのであるが、この場合一回の接触の後に歯科材料保持器具は振動板から離れ、再び接触するまで振動板は無負荷で振動することになる。そして再び接触するタイミングは図９の下図の包絡線の振幅の大きい時点の方が確立が大きくなる。つまり、包絡線の振幅の小さい時点は負荷の駆動に寄与していない。これは、振動子に変調を与えた方が負荷の駆動の効率が上がることを意味する。逆に変調を行わない連続駆動の場合、負荷が接触してから離れ、再び接触するまでの間も振動子は最大の振動を維持している訳で、効率が悪い。このことは、歯科用の材料凝縮装置に限らず、接触する負荷を駆動する振動応用装置全般にいえることである。
【００３８】
つまり、変調を与えることにより、負荷を効率的に駆動することが出来る。
また、連続駆動の場合には、無負荷で駆動されている期間が長いことになるが、振動子にとって無負荷で最大振動速度で動作している状態というのは振動子の限界振動速度に近い状態が長いことになる。すべての装置はそのあらゆる許容限界に対して一定の安全動作範囲を保って最大の動作を確保すべく設計製造使用されるのが常であり、連続駆動の場合は、振動応用装置としては大きな冗長設計を行っていることになる。連続駆動の場合は単に不必要なパワーを振動子に投入して振動子の劣化を早めるだけでなく、装置温度の上昇を招くことと、超音波動作でない場合には不必要な大きな騒音を周囲に及ぼすことになる。またその分、電力変換器や直流電源、商用電源に大きく高価なものを必要とし、エネルギー消費も大きい。振動子として許容限界ぎりぎりで設計したものは劣化や経年変化も早くなる。
また、歯科用の材料凝縮装置セラコン２の様に振動板を駆動する様な用途の場合に顕著な現象であるが、振動板には多くの共振モードが存在し、負荷のランダムな接触により生じる低周波の波動が振動板の共振モードに適合（周波数が近づいて振動しやすくなる状態）した場合に、振動板内に低周波のエネルギーが蓄積して、振動子の共振周波数を超音波領域にして無音の動作を目論んでいるはずなのに、いわゆる音響機器で生じるハウリングの様な低周波の強烈な異音を生じ易い。
【００３９】
変調と同様の構成・動作・効果は図３にも示した様に、歯科用の材料凝縮装置セラコン２における商用電源周波数の半波整流による直流電源を電力変換した場合にももたらされている。しかし、この半波整流回路は図６に示した本発明による９０Ｖ〜２６４Ｖの商用電源電圧と操作者の振動レベル設定操作に同時対応した振動応用装置においては使用できない。また周波数が商用電源周波数に限定され、なおかつデューティーが５０％に限定される。振動子には起動と停止に関わる時定数が存在する。これは図９の下図に示した駆動電流すなわち振動速度の包絡線においてＯＮ期間に増大しているカーブとＯＦＦ期間に減衰しているカーブの時定数（振幅が１／ｅになるまでの時間）は振動子とその共振周波数に固有のもので、商用周波数のデューティー５０％のＯＦＦ期間である１６．７ｍｓｅｃ〜２０ｍｓｅｃに対応した時定数とは限らない。
本発明においては、セラコン２の様な半波整流による商用電源周波数による変調に限定した場合に、低周波発振器１７の発振周波数を、商用電源入力部４から導入しても良い。ただし、この方法は変調周波数が限定される。本発明の最良の形態としては、低周波発振器として商用電源周波数からも振動子の共振周波数からも独立した発振機構を備え、デューティーも任意に設計・設定可能なものが良い。例えば、マイクロコンピュータで構成するのは非常に好適である。
【００４０】
この様に変調の変調周波数と変調デューティーを任意に設計・設定できる低周波発振器を採用することにより、振動子の時定数と共振周波数に最適に対応した変調周波数と変調デューティーを選択することができる。また、歯科用の材料凝縮装置の場合に歯科用材料保持具にいろいろなものが使われたり、また時には歯列模型が負荷となる様な場合にもそれに応じて変調周波数と変調デューティーを任意設定することにより、常に最適な効率・最適な感覚で負荷を駆動することができる。また超音波歯石除去装置の様に患者の歯牙が負荷となる場合においてもこの変調周波数と変調デューティーを適切に設定することにより、最適な駆動を歯牙に与えることが出来るだけでなく、患者にとって苦痛や不快を軽減した駆動を実現することが出来る。
さらに、前記低速のＯＮ／ＯＦＦ制御の周波数またはＯＮ／ＯＦＦのデューティーの時間的な変化をあらかじめ設定された関数、例えば水の流れる音の波形や音楽の波形の関数とすることも非常に好適である。また、外部より入力した音楽等の関数とすることも非常に好適である。この低周波の変調は振動子およびそれに接続された振動出力部や負荷に変調周波数の振動を誘起するので、これらの関数による音の変化をもたらすことができる。これらをせせらぎ音や小鳥の鳴き声、内蔵あるいは外部より導入入力した音楽とすることで、操作者または装置の周辺に居る者、特に歯科における患者の苦痛または不快感を軽減し、または快適感をもたらすものである。
本発明の実施の形態としてさらに、前記電流検出器９または前記電圧検出器８に、へ変調周波数よりも低い周波数に遮断周波数を持つフィルタを設けることが好適である。これは振動に変調を与えた場合にその変調の影響が、駆動電圧または駆動電流のフィードバックによる直流電源の出力制御に悪影響を与えることを防ぐためである。
【００４１】
（発明の実施の形態３）
次に、商用交流電力入力を直流電圧に変換する直流電源と、直流電源の出力する直流電力を交流に変換する電力変換器と、電力変換器の出力する交流電力により振動する振動子と、振動負荷に振動を印加するために振動子に接続されかつ振動負荷に接触させるための振動出力部と、直流電源・電力変換器を制御するための制御部を備えた振動応用装置において、振動子と電気回路的に並列に振動子電圧検出器または直列に振動子電流検出器を設け、制御部が、振動子電圧検出器または振動子電流検出器に一定値以上のレベルで一定範囲の周波数の振動子信号が現われた場合に電力変換器をＯＦＦ状態からＯＮすることにより、
さらに電力変換器がＯＦＦ状態からＯＮになった後、制御部が、前記振動子信号が現われている場合に電力変換器をＯＮし続けること、さらに振動子信号が検出されるか、または検出されなくなった時から一定期間の間電力変換器をＯＮし続けることにより、電力変換器がOFF状態のとき、振動子電圧検出器または振動子電流検出器と電力変換器の間に電力変換器側の回路を遮断する振動子スイッチ素子を設けていることにより、さらに制御部が、電力変換器がOFF状態のとき振動子スイッチ素子をOFFさせており、振動子信号が検出された時に振動子スイッチ素子をONさせることにより、
複雑で高価な光電センサや別途足踏みペダルを用いず、振動の起動停止制御を行う本発明の最良の実施の形態について図１０〜図１２により説明する。
図１０は起動のきっかけとなる衝撃（ヒット）を示す図で、セラコン２を模した歯科用の材料凝縮装置の振動板３に陶材築製金属冠Ａを保持した歯科材料保持具Ｂを接触させた瞬間に生じる衝撃の発生およびその地点Ｘを示している。衝撃といっても非常に微弱な勢いの接触も検出可能である。ここではこれをヒット検出と呼ぶ。
【００４２】
図１１はヒット検出の構成ブロック図で、セラコン２を模した歯科用の材料凝縮装置から振動板３と振動子２を抜き出し、関連回路ブロックを抜き出して描いている。図１１において、１８は圧電体である。圧電体１８は２つの圧電体を間に中間電極を挟んで合わせ、上下に端面電極を付けた状態である。さらに圧電体１８の上下にアルミブロック１８、１９を合わせて振動子２を構成している。従って振動子２は圧電振動子である。これらはすべて断面が円形で、内部に備えたボルトによって固定されたボルト締めランジュバン型圧電振動子である。２個の圧電体１８については２枚の端面電極が電気的に導通され、中間電極のみが絶縁された２端子構造の場合が多いが、図１１では端面電極それぞれから接続線が出て外部で接続する様に描いている。この様な２端子構造の圧電振動子に対し、図１１に示す様な外部回路を接続構成している。２０は大きい抵抗値の抵抗による振動子電圧検出器、２１は小さい抵抗値の抵抗による振動子電流検出器を構成している。電流検出器・電圧検出器はこの他にもいろいろな構成が考えられる。例えば電圧検出器８や電流検出器９を兼用してもよい。２２は振動子電圧検出アンプ、２３は振動子電流検出アンプである、７は制御部、６は矩形波の波形をシンボル化した電圧源表現に描き直しているが電力変換器６である。２４は圧電振動子開放用スイッチ素子である。各構成ブロックは図１１の様に配線接続される、一部矢印で表現してあるのは信号を意味する。
【００４３】
この様に構成されたヒット検出についてその動作を以下に説明する。まず、最初に図１１に示した電力変換器６はOFFしている状態で衝撃Xが振動板３にもたらされると、振動板３に接続された振動子２を介して圧電体１８に上下方向の引っ張り・圧縮応力が発生する。ボルト締めランジュバン型圧電振動子に用いられるタイプの圧電体の場合、上下方向の引っ張り・圧縮応力に対して上下方向に分極する。２個の圧電体は中間電極を介して逆極性に配置されているので端面電極と中間電極に分極電荷を生じる。この分極電荷は振動子電圧検出器２０の抵抗を流れて電圧を生じ、振動子電圧検出アンプ２２への入力、つまり振動子信号となる。または、この分極電荷は振動子電流検出器２１の抵抗を流れて電圧を生じ、振動子電流検出アンプ２３への入力となる。振動子信号であるヒット検出波形２５を図１２の実線に示す。
振動子信号が生じ、振動子電圧検出アンプ２２または振動子電流検出アンプ２３から一定値以上の信号が出力されると制御部７は電力変換器６をONし、振動子２の駆動を開始するものである。
【００４４】
また、さらに制御部７は電力変換器６をON後、操作者が指定するか装置の仕様として定められた一定の期間電力変換器６をONし続けた後電力変換器６をOFFするものである。あるいは、制御部７は操作者が歯科用材料保持器具Bを振動板３に当てている限り、つまり振動子信号が検出され続ける限り、電力変換器６をONし続け、操作者が歯科用材料保持器具Bを振動板３から離したとき、つまり振動子信号が検出されなくなったとき、その時点で電力変換器６をOFFするかもしくはその時点から一定の時間が経過してから電力変換器６をOFFするものである。この場合、振動子電圧検出器または振動子電流検出器には振動子信号以外に、駆動電圧や駆動電流を反映した信号も生じているはずであるが、ヒット検出による振動子信号と駆動電圧や駆動電流は周波数帯域が異なるので、振動子電圧検出器２０または振動子電流検出器２１または振動子電圧検出アンプ２２、振動子電流検出アンプ２３に、フィルタを設けて駆動電圧や駆動電流による信号を除去するのが好適である。駆動電圧や駆動電流の駆動周波数は振動子の共振周波数なので、このフィルタは駆動周波数成分のみを除去するバンドエリミネーションフィルタがより好適である。
【００４５】
さらに、図１２の破線２６に示す様に、振動子が振動を開始する前の状態つまり電力変換器６がOFFのとき、圧電体に操作者による衝撃入力Xが無い状態でも圧電体には非常に微小な振動や温度変化による小さなノイズ電流２６が生じており、ヒット検出の感度を上げた場合にこれらの電流によって衝撃入力Xが無いときに圧電体信号として検出してしまい、電力変換器６をONしてしまう誤動作が生じやすい。このノイズ電流２６はOFFしている電力変換器６の出力インピーダンスが圧電体の負荷となって流れるので、このノイズ電流２６を解消するために本発明の最良の実施形態として、電力変換器６と圧電体の間に圧電振動子開放用スイッチ素子２４を設け、制御部７が圧電体信号検出により電力変換器をONしているときにこの圧電振動子開放用スイッチ素子２４をONさせるものである。
この様にヒット検出を行い振動をON／OFFさせることにより、両手のふさがった操作者でも、フットペダル等の余分な付属品や余分な手間を掛けることなく、振動応用装置を使用する動作そのもので装置を容易にON／OFFさせることが出来る。
【００４６】
（発明の実施の形態４）
次に、電力変換器をＯＮさせた直後や負荷が変動したときに、制御部が、操作者の定めた所定の振動レベルよりも小さい振動レベルで振動を開始し、操作者の定めた所定の振動レベルに達するまでの時間を、制御系の応答時間・商用電源周波数の１周期の時間のいずれよりも長い時間で制御することの実施の形態について以下に説明する。
本発明においては、実施の形態１で述べた様に、９０V〜２６４Vの広い商用電源電圧入力でかつ、広い範囲の操作者指定の規定振動レベルで振動応用装置を駆動することが可能である。従って、制御部７が起動時に規定振動レベルよりも小さい振動レベルから徐々に振動レベルを大きくして一定の時間を持って規定振動レベルに達する様にすることができる。このために制御部７は時定数を持ったタイマー回路を設けることやもしくは、マイクロコンピュータによる制御部７で、ソフトウェアによって徐々に振動レベルを大きくしていくことが好適である。
この様にして起動時や負荷変動時、負荷接触時に生じる過渡的な大振幅を防止することを可能ならしめるものである。つまり規定振動レベルや許容振動レベルを超えることなく使用可能なので、負荷や装置にダメージを与えることが無い。
【００４７】
（発明の実施の形態５）
既に実施の形態３で述べた様に振動子を圧電振動子とすることにより、実施の形態１〜４で述べた本発明による振動応用装置をより小型で簡便に実現するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、振動応用装置、特に圧電体を用いた振動応用装置について、同一仕様のモデルで幅広い商用電源入力と広い操作者設定の振動レベルに対応することが可能であり、世界中の広い範囲の振動応用装置に利用可能である。また、変調を用いることにより、より小さな振動子で大きな振動効果が得られ、小型化・省エネルギーに貢献する。また両手のふさがった操作者に対してフットペダルや赤外線焦電センサ等の付属品や付加部品無しで、振動応用装置の目的達成の操作そのもので起動／停止が可能であり、より適用範囲が広がるものと考える。また起動時に振動が規定振動レベルや許容振動レベルを超えることなく使用可能なので、負荷や装置にダメージを与えることが無い。
本発明は特に、超音波洗浄装置・振動切削装置・振動表面処理装置・材料攪拌装置・材料凝縮装置については、好適に利用可能である。また、特に歯科用の振動応用装置、圧電体を用いた歯科用の振動応用装置に好適である。具体的には歯科用の超音波洗浄装置、超音波歯石除去装置、歯科用の振動切削装置、歯科用の振動表面処理装置、歯科用の材料攪拌装置、歯科用の材料凝縮装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来の歯科用の材料凝縮装置セラコン２の動作模式図
【図２】セラコン２のブロック構成図
【図３】セラコン２の電力変換器の駆動電圧波形と駆動電流波形
【図４】セラコン２の電力変換器の駆動電圧波形と駆動電流波形の包絡線
【図５】一般的なＰＷＭ制御による電力変換器の電圧波形
【図６】本発明による振動応用装置の構成ブロック図
【図７】電力変換器を低周波でＯＮ／ＯＦＦ制御する図
【図８】低周波で電力変換器をＯＮ／ＯＦＦ制御する信号
【図９】低周波でＯＮ／ＯＦＦ制御された駆動電圧と駆動電流の包絡線
【図１０】起動のきっかけとなる衝撃を示す図
【図１１】ヒット検出の構成ブロック図
【図１２】ヒット検出波形
【符号の説明】
【００５０】
１  セラコン２本体
２  セラコン２の振動子であるボルト締めランジュバン型振動子
３  セラコン２の振動出力部である振動板
４  商用電源入力部
５  直流電源
６  電力変換器
７  制御部
８  電圧検出器
９  電流検出器
１０  電圧検出アンプ
１１  電流検出アンプ
１２  操作者調整入力
１３  操作者入力アンプ
１４  誤差増幅器
１５  スイッチ素子駆動回路
１６  スイッチ素子
１７  低周波発振器
１８  圧電体
１９  アルミブロック
２０  振動子電圧検出器
２１  振動子電流検出器
２２  振動子電圧検出アンプ
２３  振動子電流検出アンプ
２４  圧電振動子開放用スイッチ素子
２５  ヒット検出波形
２６  ノイズ電流
A  陶材築盛金属冠
B  歯科材料保持具
Ｘ  振動板３に陶材築製金属冠Ｂを保持した歯科材料保持具Ｂを接触させた瞬間に生じる衝撃の発生地点
【図１】
2008132271.tif 000011
【図２】
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【図３】
2008132271.tif 000013
【図４】
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【図５】
2008132271.tif 000015
【図６】
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【図７】
2008132271.tif 000017
【図８】
2008132271.tif 000018
【図９】
2008132271.tif 000019
【図１０】
2008132271.tif 000020
【図１１】
2008132271.tif 000021
【図１２】
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