(57)【要約】【課題】発振器からの発振周波数が機械共振周波数と大きく異なる場合は、超音波振動子が効率よく機械振動しないことがあり、発振器側から見て負荷の力率が悪いことにより、無効電力が増加し、発振器の負担が大きくなり、発振器の内部パワーデバイスが破壊されてしまうという問題がある。【解決手段】振動成分検出差動回路で超音波振動子に流れる電流の内の振動成分に関係する電流及び電圧を検出して、移相同期ループ発振回路により超音波振動子の共振周波数の変化を検出して発振周波数を変更し、超音波振動子に流れる電流と電圧を検出して、位相同期ループ発振回路より電力計測回路で超音波振動子で消費される電力を計測し、予め決められたパワー設定回路からの値と比較し、電力の変化を検出し、位相同期ループ発振回路から出力される発振信号のパルス幅をパルス幅変更回路で変更し、パルス幅が変更された発振信号をスイッチング電力増幅器に入力し、超音波振動子に入力される電力を変更する。【選択図】　　　　図１
2004113846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄槽に超音波振動子を装着し、該超音波振動子から前記洗浄槽に超音波を照射して、前記洗浄槽内の被洗浄物を洗浄することを特徴とする超音波洗浄装置において、前記超音波振動子に接続され、かつ前記超音波振動子に流れる電流の振動成分からなる電流を検出して電圧に変換して出力する振動成分検出差動回路と、該振動成分検出差動回路の入力側に接続された整合回路と、該整合回路の入力側に接続されたスイッチング回路と、該スイッチング回路の入力側に接続されたパワー可変パルス幅変更回路と、該パルス幅変更回路の入力側に接続された位相同期ループ発振回路と、該位相同期ループ発振回路の一方の入力側に接続された移相器と、前記超音波振動子の入力側に接続された電力計測回路と、該電力計測出力回路の出力を負端子に接続し、パワー設定回路の出力を正端子に接続した負帰還回路とからなり、該負帰還回路の出力は前記パルス幅可変回路のパルス幅を変更する入力に接続され、前記超音波振動子に印加される電圧及び電流は前記電力計測回路に入力され、前記振動成分検出差動回路の差動出力は前記移相器に入力されることを特徴とする超音波洗浄装置用発振器。
【請求項２】
前記振動成分検出差動回路から前記超音波振動子に流れる電流から振動成分のみを含む電流を検出して電圧に変換して前記移相器に入力し、さらに、位相同期ループ発振回路で前記移相器の出力電圧と前記超音波振動子に入力される電圧を位相比較し、発振周波数を決定することにより、前記超音波振動子の駆動周波数を変更させ、又、前記電力計測回路で前記超音波振動子に入力される電流と電圧を積算して電力を演算し、前記パワー設定回路の設定電圧と比較した電圧で前記パルス幅変更回路の出力のパルスの幅を変更することにより、前記超音波振動子に入力される電力を変更することを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄装置用発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、超音波振動子に常に安定した機械的共振周波数を追尾し、一定電力を供給するようにした超音波洗浄装置用発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超音波洗浄装置において、超音波振動子の機械的共振周波数及び動インピーダンスは、超音波振動子の負荷となる洗浄槽内の洗浄液の深度、洗浄液体の種類、洗浄液の温度、被洗浄物、洗浄槽の減圧状態等の影響により変化することが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発振器は超音波振動子の機械振動エネルギーに必要な高周波電力を供給するものであるが、発振器からの発振周波数が機械共振周波数と大きく異なる場合は、超音波振動子が効率よく機械振動しないことがあり、又、発振器側から見て負荷の力率が悪いことにより、無効電力が増加し、発振器の負担が大きくなり、最悪の場合には、発振器の内部パワーデバイスが破壊されてしまうという問題があり、又、負荷の変動により動インピーダンスが変化すると、通常の定電圧出力型発振器の場合、超音波振動子への供給電力が変化して、電力不足による洗浄不良や過大電力出力による超音波振動子の破壊又は発振器の破壊が生じてしまうという問題があった。
【０００４】
【課題を解決しようとする手段】
本発明は、洗浄槽に超音波振動子を装着し、該超音波振動子から前記洗浄槽に超音波を照射して、前記洗浄槽内の被洗浄物を洗浄することを特徴とする超音波洗浄装置において、前記超音波振動子に接続され、かつ前記超音波振動子に流れる電流の振動成分からなる電流を検出して電圧に変換して出力する振動成分検出差動回路と、該振動成分検出差動回路の入力側に接続された整合回路と、該整合回路の入力側に接続されたスイッチング回路と、該スイッチング回路の入力側に接続されたパワー可変パルス幅変更回路と、該パルス幅変更回路の入力側に接続された位相同期ループ発振回路と、該位相同期ループ発振回路の一方の入力側に接続された移相器と、前記超音波振動子の入力側に接続された電力計測回路と、該電力計測出力回路の出力を負端子に接続し、パワー設定回路の出力を正端子に接続した負帰還回路とからなり、該負帰還回路の出力は前記パルス幅可変回路のパルス幅を変更する入力に接続され、前記超音波振動子に印加される電圧及び電流は前記電力計測回路に入力され、前記振動成分検出差動回路の差動出力は前記移相器に入力されるものであり、又、前記振動成分検出差動回路から前記超音波振動子に流れる電流から振動成分のみを含む電流を検出して電圧に変換して前記移相器に入力し、さらに、位相同期ループ発振回路で前記移相器の出力電圧と前記超音波振動子に入力される電圧を位相比較し、発振周波数を決定することにより、前記超音波振動子の駆動周波数を変更させ、又、前記電力計測回路で前記超音波振動子に入力される電流と電圧を積算して電力を演算し、前記パワー設定回路の設定電圧と比較した電圧で前記パルス幅変更回路の出力のパルスの幅を変更することにより、前記超音波振動子に入力される電力を変更するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明では、振動成分検出差動回路で超音波振動子に流れる電流の内の振動成分に関係する電流を検出及び超音波振動子に印加される電圧を検出して、位相同期ループ発振回路により超音波振動子の共振周波数の変化を検出して発振周波数を変更し、又、超音波振動子に流れる電流及び電圧を検出して、位相同期ループ発振回路より電力計測回路で超音波振動子で消費される電力を計測し、予め決められたパワー設定回路からの値と比較して、電力の変化を検出し、位相同期ループ発振回路から出力される発振信号のパルス幅をパルス幅変更回路で変更し、このパルス幅が変更された発振信号をスイッチング電力増幅器に入力して、超音波振動子に入力される電力を変更することにより、超音波振動子において変化した機械共振周波数と電力の変化に対して常に追尾することができ、効率よく、最適な洗浄を行い、かつ超音波振動子及び発振器を安全に保ち、常に安定した機械共振周波数の追尾と振動負荷状態が変化しても安定した一定電力を供給することができる。
【０００６】
【実施例】
図１は本発明の１実施例の超音波洗浄装置用発振器のブロック図であり、洗浄槽１の底部に超音波振動子２が装着され、この超音波振動子２に振動成分検出差動回路３の出力端子が接続され、この振動成分検出差動回路３の入力側に整合回路４の出力端子が接続され、この整合回路４の入力側にスイッチング電力増幅器５の出力端子が接続され、スイッチング電力増幅器５の入力側にパワー可変パルス幅変更回路６の出力端子が接続され、さらに、パワー可変パルス幅変更回路６の入力側に位相同期ループ発振回路７の出力端子が接続され、この位相同期ループ発振回路７の一方の入力側に移相器８が接続され、移相器８の入力側に振動成分検出差動回路３の振動成分出力端子が接続され、又、位相同期ループ発振回路７の他方の入力端子に超音波振動子２の印加電圧が入力されるとともに、電力計測回路９の一方の端子に入力され、又、超音波振動子２の入力端子に装着された電流検出コイル１０によって検出された電流が電力計測回路９の他方の入力端子に入力され、又、電力計測回路９の出力端子は負帰還回路１１の負の端子に入力され、さらに、負帰還回路１１の正の端子にパワー設定回路１２が接続され、負帰還回路１１の出力はパワー可変パルス幅変更回路６に入力され、スイッチング電力増幅器５に電源１３が接続されている。
【０００７】
このように構成した本実施例の超音波洗浄装置用発振器では、まず、スイッチング電力増幅器５に電源から電力が供給されることにより、整合回路４で整合された電圧、電流が振動成分検出差動回路３を介して超音波振動子２に入力されることにより、超音波振動子２から超音波が洗浄槽１内に照射され、洗浄槽１内の被洗浄物を洗浄するが、ここで、超音波振動子２を駆動する発振周波数の変更は、図２で示すように、整合回路４から出力される電流を振動成分検出差動回路３に入力し、リアクタンス素子３ｄに流れる電流と超音波振動子２に流れる電流に分流され、リアクタンス素子３ｄに流れる電流は電流検出回路３ｂで検出され、超音波振動子２に流れる電流は電流検出回路３ａで検出され、電流検出回路３ｂの出力と電流検出回路３ａの出力を差動回路３ｃに入力して２つの信号の差動をとることにより、差動回路３ｃからの出力は超音波振動子２に流れる電流の振動成分のみの電流に比例した電圧Ｖｍとして検出され、この電圧Ｖｍは移相器８に入力して位相変更された出力電圧Ｖ’ｍとなり、さらに、位相同期ループ発振回路７で移相器８の出力電圧Ｖ’ｍと超音波振動子２の印加電圧Ｖを位相比較して所定の位相差になるように発振周波数を変更し、位相同期ループ発振回路７から変更された発振周波数の出力がパワー可変パルス幅変更回路６に入力され、パワー可変パルス幅変更回路６の出力でスイッチング電力増幅器５から変更された周波数の電力が整合回路４に入力される。
【０００８】
又、超音波振動子２に入力される電力の変更は、電力計測回路９に常時入力されている超音波振動子２の印加電圧と印加電流とを積算して負帰還回路１１に入力され、パワー設定回路１２で予め設定された電力との差が負帰還回路１１からパワー可変パルス幅変更回路６に入力されているが、ここで、超音波振動子２に印加される電圧又は電流又は２つの位相差が変化した場合、電力計測回路９でその変化を計測し、この変化された電力とパワー設定回路１２からの設定電力の差がパワー可変パルス幅変更回路６に入力され、ここで、パルス幅を変更することにより、スイッチング電力増幅器５でスイッチングされる時間間隔を変更することにより、電力が変更され、この変更された電力は整合回路４で整合され、振動成分検出差動回路３を介して超音波振動子２に入力され、変更された電力を増加又は減少する。
【０００９】
本実施例は、このように、超音波振動子２に入力される電流の振動成分のみを振動成分検出差動回路３で検出して移相器８に入力し、移相器８の出力及び超音波振動子２の印加電圧を位相同期ループ発振回路７に入力して位相同期ループ発振回路７から出力される周波数を変更してパワー可変パルス変更回路６に入力することにより、超音波振動子２に入力される電力の周波数を変更することができ、又、超音波振動子２に入力される電圧、電流及び２つの位相を検出して電力計測回路９で電力を計測し、この計測された電力を負帰還回路１０からパワー可変パルス変更回路６に入力することにより、超音波振動子２に入力される電力を変更することができるので、超音波振動子において変化した共振周波数と電力の変化に対して常に追尾することができ、効率よく、最適な洗浄を行い、かつ超音波振動子及び発振器を安全に保ち、常に安定した機械共振周波数の追尾と振動負荷状態が変化しても安定した一定電力を供給することができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波洗浄装置用発振器は、超音波振動子に入力される電流の振動成分のみを検出して移相器に入力し、移相器の出力及び超音波振動子の印加電圧を位相同期ループ発振回路に入力して位相同期ループ発振回路から出力される周波数を変更してパワー可変パルス変更回路に入力することにより、超音波振動子に入力される電力の周波数を変更することができるとともに、超音波振動子に入力される電圧、電流及び２つの位相を検出して電力計測回路で電力を計測し、この計測された電力を負帰還回路からパワー可変パルス変更回路に入力することにより、超音波振動子に入力される電力を変更することができるので、超音波振動子において変化した共振周波数を電力の変化に対して常に追尾することができ、効率よく、最適な洗浄を行い、かつ超音波振動子及び発振器を安全に保ち、常に安定した機械共振周波数の追尾と振動負荷状態が変化しても安定した一定電力を供給することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の超音波洗浄装置発振器のブロック図である。
【図２】図１の超音波洗浄装置用発振器の振動成分検出差動回路の構成図である。
【符号の説明】
１　　　　　　洗浄槽
２　　　　　　超音波振動子
３　　　　　　振動成分検出差動回路
４　　　　　　整合回路
５　　　　　　スイッチング電力増幅器
６　　　　　　パワー可変パワー幅変更回路
７　　　　　　位相同期ループ発振回路
８　　　　　　移相器
９　　　　　　電力計測回路
１０　　　　　電流検出コイル
１１　　　　　負帰還回路
１２　　　　　パワー設定回路
１３　　　　　電源
【図１】
2004113846.tif 000003
【図２】
2004113846.tif 000004