超音波発振器
【課題】効果的な超音波出力を安定して得ることができる超音波発振器を提供する。
【解決手段】超音波出力である力率補正された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧と電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧とをそれぞれ出力電圧値検出電圧と出力電流値検出電圧とに変換し、変換された出力電圧値検出電圧と出力電流値検出電圧とから出力電力値検出電圧を算出するといった動作を、所定の時間間隔で周波数を初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅で掃引し、掃引する際の各周波数における出力電力値検出電圧が最大となる時の周波数を発振周波数として設定する。
【解決手段】超音波出力である力率補正された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧と電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧とをそれぞれ出力電圧値検出電圧と出力電流値検出電圧とに変換し、変換された出力電圧値検出電圧と出力電流値検出電圧とから出力電力値検出電圧を算出するといった動作を、所定の時間間隔で周波数を初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅で掃引し、掃引する際の各周波数における出力電力値検出電圧が最大となる時の周波数を発振周波数として設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波発振器に関し、さらに詳細には、超音波洗浄装置や超音波計測装置などの各種の超音波装置に用いられる超音波振動子に高周波電力を印加する際に用いて好適な超音波発振器に関し、特に、超音波振動子を用いた各種の超音波装置の超音波出力が最大となる周波数を発振周波数として追尾することのできる超音波発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超音波振動子を用いた超音波洗浄装置や超音波計測装置などの各種の超音波装置においては、超音波処理する対象または超音波処理を行う環境といった諸条件の影響によって共振周波数が変化し、それに伴い当該共振周波数と超音波振動子へ高周波電力を印加する超音波発振器の発振周波数とに差が生じて両者がずれてしまい、各種の超音波装置における超音波出力が低下してしまうことが知られていた。
【０００３】
具体的には、超音波振動子を用いた超音波洗浄装置として、例えば、図１に示すような超音波洗浄装置が知られている。
【０００４】
この超音波洗浄装置１００は、内部に洗浄液１０２を貯留した洗浄糟１０４と、洗浄糟１０４の底部１０４ａに装着されるとともに交流電源１０６に接続された超音波発振器１０８から高周波電力を印加される超音波振動子１１０とを有して構成されている。
【０００５】
なお、符号２００は、超音波洗浄装置１００により洗浄される被洗浄物であり、こうした被洗浄物としては、例えば、半導体ウェハ基板や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用ガラス基板などの電子デバイスが挙げられる。
【０００６】
以上の構成において、この超音波洗浄装置１００によれば、交流電源１０６に接続された超音波発振器１０８から超音波振動子１１０へ高周波電力が印加されると、超音波振動子１１０から洗浄糟１０４に貯留された洗浄液１０２へ超音波が伝播され、これにより被洗浄物２００を洗浄することができる。
【０００７】
しかしながら、一般に、こうした超音波洗浄装置１００においては、上記のようにして被洗浄物２００の洗浄を行うことになるが、被洗浄物２００の形状、数量あるいは材質や、洗浄液１０２の種類（液種）、洗浄糟１０４に貯留された際の深さ（液深）あるいは温度（液温）などによって共振周波数が変化する。
【０００８】
そして、この共振周波数の変化に伴って、当該共振周波数と超音波発振器１０８の発振周波数とに差が生じて両者がずれてしまい、超音波洗浄装置１００の超音波出力が低下するという現象が生じることとなっていた。
【０００９】
このため、上記したような現象を解決するための手法として、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ：位相同期回路）制御を利用して共振周波数を追尾することにより、当該共振周波数と超音波発振器１０８の発振周波数とのずれを解消しようとする方法が提案されている。
【００１０】
しかしながら、ＰＬＬ制御を利用した共振周波数の追尾は、位相のみの確認による共振周波数の追尾であるため、共振周波数が初期設定とは異なる共振周波数に移行してしまった場合には、共振周波数と同期した発振周波数による超音波出力が設定値よりも低下もしくは超過してしまう可能性があり、安定した超音波出力が得られないという問題点があった。
【００１１】
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、効果的な超音波出力を安定して得ることができるようにした超音波発振器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明による超音波発振器は、照射する超音波の周波数を任意の時間おきに任意の周波数幅で掃引させ、そのときに掃引中の各周波数での超音波出力を比較して、発振周波数を設定するようにしたものである。
【００１４】
従って、本発明による超音波発振器によれば、照射する超音波の周波数を任意の時間おきに任意の周波数幅で掃引させるときに当該掃引中の各周波数での超音波出力を比較し、超音波出力最大時の周波数を発振周波数としてセットして駆動させることができる。
【００１５】
このため、超音波振動子を用いた超音波洗浄装置で洗浄を行う際に、本発明による超音波発振器により超音波振動子を駆動して洗浄を行うようにすると、常に超音波出力が最大である周波数を発振周波数としてセットして洗浄を行うことが可能になり、高い洗浄能力を安定して得ることができるようになる。
【００１６】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、上記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、上記力率補正回路により力率補正された出力トランス２次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する上記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、上記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する上記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の発明において、上記力率補正回路は、上記超音波振動子に対して並列に接続されるようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の発明において、上記力率補正回路は、上記超音波振動子に対して直列に接続されるようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の発明において、上記超音波振動子は、圧電型超音波振動子であり、上記力率補正回路は、インダクタであるようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の発明において、請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の超音波発振器において、上記超音波振動子は、磁歪型超音波振動子であり、上記力率補正回路は、キャパシタであるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、以上説明したように構成されているので、効果的な超音波出力を安定して得ることができるようにした超音波発振器を提供することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による超音波発振器の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００２６】
なお、以下の説明においては、従前に説明した構成と同一または相当する構成については、それぞれ同一の符号を用いて示すことにより、それらの詳細な説明は適宜に省略するものとする。
【００２７】
まず、図２乃至図３を参照しながら、本発明の第１の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００２８】
なお、この本発明の第１の実施の形態による超音波発振器は、洗浄糟１０４の底部１０４ａに装着された超音波振動子１１０へ高周波電力を印加する例を示している。
【００２９】
ここで、図２には本発明の第１の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、図３には図２に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図が示されている。
【００３０】
この本発明の第１の実施の形態による超音波発振器１０は、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものであり、出力トランス１６の後段に力率補正回路１８を配置した回路構成を示している。
【００３１】
即ち、超音波発振器１０は、負荷である超音波振動子１１０の両極に高周波電力を印加するための超音波発振器であって、交流電源１０６に接続されている。
【００３２】
そして、超音波発振器１０は、交流電源１０６から印加された交流電力Ｉを整流して直流電力Ｊにするための整流回路１２と、直流電力Ｊをマイクロコンピューター２６（後述する。）で設定した発振周波数（以下、「設定発振周波数」と適宜に称する。）でハイサイド（Ｈｉ−ｓｉｄｅ）とローサイド（Ｌｏ−ｓｉｄｅ）との交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力Ｋを得るためのスイッチング出力回路１４（スイッチング出力回路１４は、図３に示すように、ハイサイドのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）１４１ａ、１４１ｂとローサイドのＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂとを有して構成されている。）と、スイッチング高周波電力Ｋの電圧を昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌとするための出力トランス１６と、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの力率補正を行って出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧Ａと出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流Ｂとの位相差をなくして超音波振動子１１０に印加する超音波出力Ｍにするための力率補正回路１８（なお、力率補正回路１８としては、例えば、超音波振動子１１０が圧電型超音波振動子の場合にはインダクタを用い、超音波振動子１１０が磁歪型超音波振動子の場合にはキャパシタを用いることが好ましい。）と、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧Ａを検出して出力電圧値検出電圧Ｃに変換する電圧値検出回路２０と、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流Ｂを検出して出力電流値検出電圧Ｄに変換する電流値検出回路２２と、出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとを入力して両者を乗算することにより出力電力値算出電圧Ｅを算出する乗算器２４と、予め初期設定として設定された発振周波数（以下、「初期設定発振周波数」と適宜に称することとする。なお、初期設定発振周波数は適宜に設定する。）を中心とする所定の周波数幅（所定の周波数幅は、任意に設定することができる。）を所定の時間間隔（所定の時間間隔は、任意に設定することができる。）で一通り掃引動作させたときの各発振周波数での出力電力値算出電圧Ｅを記憶するとともに該記憶した出力電力値算出電圧Ｅの中で最も出力電力値算出電圧Ｅが高かったときの発振周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定０／１信号Ｆとして得て出力する発振周波数設定手段たるマイクロコンピューター２６と、マイクロコンピューター２６から出力された発振周波数設定０／１信号Ｆを入力して発振周波数設定信号Ｇに変換するＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ：ダイレクトデジタルシンセサイザー）２８と、ＤＤＳ２８から出力された発振周波数設定信号Ｇを増幅するとともに該増幅した発振周波数設定信号Ｇをスイッチング出力回路１４のハイサイドのＦＥＴ１４１ａ、１４１ｂのゲート端子とローサイドのＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂのゲート端子とに交互に入力するためのＦＥＴゲート入力信号Ｈに変換してスイッチング出力回路１６へ出力する駆動回路３０とを有して構成されている。
【００３３】
なお、超音波発振器１０においては、マイクロコンピューター２６、ＤＤＳ２８および駆動回路３０により、発振周波数処理手段が構築されている。
【００３４】
ここで、マイクロコンピューター２６について、より詳細に説明すると、超音波振動子１１０から照射される超音波の発振周波数に基づいてプログラムにより所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引するための周波数を形成できる発振周波数設定信号を出力することができるとともに、当該掃引中の各周波数での出力電力値算出値Ｅを比較して当該掃引後に出力電力値算出値Ｅが最大であるときの周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定０／１信号Ｆとしてセットして出力することができる。
【００３５】
そして、スイッチング出力回路１４は、ハイサイドのＦＥＴ１４１ａ、１４１ｂのゲート端子とローサイドのＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂのゲート端子とに交互に入力されるＦＥＴゲート入力信号Ｈにより高周波スイッチング動作を行い、直流電流Ｊをスイッチング高周波電力Ｋに変換することになる。
【００３６】
即ち、スイッチング回路１４に印加されている直流電力Ｊは、ＤＤＳ２８で設定している発振周波数通りにハイサイドとローサイドとに切り替わるＦＥＴゲート入力信号Ｈよってスイッチング高周波電力Ｋに変換され、出力トランス１６、力率補正回路１８を介して、超音波出力Ｍとして、超音波振動子１１０に印加される。
【００３７】
なお、超音波発振器１０においては、力率補正回路１８を超音波振動子１１０に対して並列に接続している。
【００３８】
以上の構成において、超音波出力Ｍが超音波振動子１１０へ印加されることにより、洗浄槽１０４の底部１０４ａに装着した超音波振動子１１０から内部の洗浄液１０２に超音波を伝播させて被洗浄物２００を洗浄することができる。
【００３９】
そして、この超音波振動子１１０には、洗浄液１０２および被洗浄物２００に照射する超音波、即ち、超音波出力Ｍの周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させることができ、かつ、掃引中の各周波数での超音波出力Ｍに相当する出力電力値算出値Ｅを比較して、超音波出力Ｍの最大時、即ち、出力電力値算出値Ｅが最大であるときの周波数を設定発振周波数として追尾することができる超音波発振器１０が連結されている。
【００４０】
換言すれば、超音波発振器１０は、照射する超音波の周波数を所定の時間おきに所定の周波数幅で掃引させ、そのときに掃引中の各周波数での出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌを比較して、電力最大時、即ち、超音波出力Ｍが最大時の周波数を設定発振周波数としてセットして駆動できるように構成されている。
【００４１】
つまり、この超音波発振器１０は、照射する超音波の発振周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させ、掃引中の各周波数での出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌを乗算器２４で算出された出力電力値算出電圧Ｅとして比較し、出力電力値算出電圧Ｅが最大の時の発振周波数をマイクロコンピューター２６により設定発振周波数としてセットし、スイッチング回路１４でこの設定発振周波数のスイッチング高周波電力Ｋを出力させ、このサイクルを繰り返し、常に出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌが最大となる発振周波数が設定発振周波数となるように追尾していくものである。
【００４２】
なお、マイクロコンピューター２６は、上記したように、超音波振動子１１０から照射する超音波の発振周波数を、プログラムにより所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させるための各周波数を発振周波数設定信号として生成し、ＤＤＳ２８側に渡すように構成されている。
【００４３】
ここで、上記した初期設定発振周波数は、超音波振動子１１０から洗浄液１０２および被洗浄物２００に所定の周波数幅を掃引させながら照射する超音波の発振周波数の中心となる周波数であって、例えば、２０ｋＨｚ〜３ＭＨｚとすればよい。
【００４４】
また、発振周波数を掃引させる際の上記した所定の周波数幅は、例えば、初期設定発振周波数の１％〜５０％の値とすればよく、初期設定発振周波数を中心にその１％〜５０％の値の周波数幅を掃引して、超音波出力が最大となる周波数の探索を行えばよい。
【００４５】
具体的には、初期設定発振周波数を３０ｋＨｚとし、発振周波数を掃引させる際の所定の周波数幅を初期設定発振周波数の１０％とした場合には、３０ｋＨｚを中心に３ｋＨｚの周波数幅を掃引する、即ち、２８．５ｋＨｚ〜３１．５ｋＨｚの周波数帯を掃引することになる。
【００４６】
また、超音波出力が最大となる周波数の探索して設定発振周波数をセットした後に、次回の探索を行うまでの上記した所定の時間間隔は、例えば、５秒〜６００秒とすればよい。
【００４７】
次に、上記した超音波発振器１０の動作をより詳細に説明すると、負荷である超音波振動子１１０の両極に高周波電力を印加するに際しては、超音波発振器１０は、交流電源１２から印加された交流電力Ｉを整流回路１２により直流電力Ｊに変換し、変換した直流電力Ｊをスイッチング出力回路１４のスイッチング機能によりスイッチング高周波電力Ｋに変換する。
【００４８】
ここで、マイクロコンピューター２６からは、設定発振周波数をＤＤＳ２８に認識させる発振周波数設定０／１信号Ｆならびに掃引する周波数をＤＤＳ２８に認識させる発振周波数設定信号が出力され、こうした発振周波数設定０／１信号Ｆならびに発振周波数設定信号がＤＤＳ２８に入力されると、ＤＤＳ２８は矩形波の発振周波数設定信号Ｇを駆動回路３０へ向けて出力することになる。
【００４９】
そして、発振周波数設定信号Ｇを入力した駆動回路３０は、スイッチング出力回路１４のハイサイドのＦＥＴ１４１ａ、１４１ｂのゲート端子とローサイドのＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂのゲート端子とが駆動可能な電圧まで増幅したＦＥＴゲート入力信号Ｈを、スイッチング出力回路１４のハイサイドのＦＥＴ１４１ａ、１４１ｂのゲート端子とローサイドのＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂのゲート端子とに設定周波数または掃引する周波数で交互に入力し、これによりスイッチング出力回路１４は直流電力Ｊをスイッチング高周波電力Ｋに変換している。
【００５０】
そして、スイッチング高周波電力Ｋは出力トランス１６で昇圧または降圧されて、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌに変換され、その後に、出力トランス２次側スイッチング高周波電Ｌは力率補正回路１８を介して力率補正され、力率補正された出力トランス２次側スイッチング高周波電力たる超音波出力Ｍが、超音波振動子１１０へ印加されることになる。
【００５１】
ここで、超音波発振器１０においては、超音波発振器１０において発振している発振周波数が超音波発振器１０の使用環境などの諸条件の影響により共振周波数と差が生じているかどうかを測定するために、上記したように、所定の時間間隔で初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅を掃引するようになされている。
【００５２】
つまり、出力トランス１６から出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧Ａを電圧値検出回路２０により検出して出力電圧値検出電圧Ｃに変換するとともに、出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流Ｂを電流値検出回路２２により検出して出力電流値検出電圧に変換する。
【００５３】
こうして変換された出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとを乗算器２８に入力し、乗算器２８において出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとを乗算して出力電力値検出電圧Ｅを算出し、この算出した出力電力値検出電圧Ｅをマイクロコンピューター２６へ向けて出力する。
【００５４】
そして、マイクロコンピューター２６は、初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅を掃引し、各周波数における出力電力値検出電圧Ｅを一通り測定し、その測定結果のうち出力電力値検出電圧Ｅが最大となるとき、即ち、超音波出力Ｍが最大のときの発振周波数を次回の掃引までの発振周波数たる設定発信周波数としてセットするようになされている。
【００５５】
また、こうした電圧値検出回路２０と電流値検出回路２２とにおける出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとへの変換からマイクロコンピューター２６における設定周波数のセットまでを、所定の時間間隔で行うように設定されている。
【００５６】
即ち、上記した超音波発振器１０によれば、所定の時間間隔で出力電力値調査目的の周波数掃引動作を行うことにより、設定発振周波数を常に出力が最大になる周波数に設定することができる。
【００５７】
また、超音波発振器１０においては、力率補正回路１８を超音波振動子１１０に対して並列に接続し、出力最大となるようにしている。
【００５８】
以上において説明したように、本発明による超音波発振器１０によれば、超音波出力Ｍである力率補正された出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧Ａと電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧Ｂとをそれぞれ出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとに変換し、変換された出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとから出力電力値検出電圧Ｅを算出するといった動作を、所定の時間間隔をもって周波数を初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅で掃引し、掃引する際の各周波数における出力電力値検出電圧が最大となる時の周波数を発振周波数として設定するようにしている。
【００５９】
つまり、超音波発生器１０では、出力電力値検出電圧Ｅを測定して出力電力値検出電圧Ｅが最も大きい時の周波数を発振周波数とするようにしているので、ＰＬＬ制御により周波数を追尾するような従来の方法に比べて超音波発生器の出力を測定する方法が直接的であり、そのため効率的な超音波出力を安定して得ることができるようになる。
【００６０】
次に図４乃至図５を参照しながら、本発明の第２の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００６１】
ここで、図４には本発明の第２の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、図５には図４に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図が示されている。
【００６２】
この本発明の第２の実施の形態による超音波発振器４０も、本発明の第１の実施の形態による超音波発振器１０と同様に、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。
【００６３】
但し、本発明の第１の実施の形態による超音波発振器１０が、出力トランス１６の後段に力率補正回路１８を配置した回路構成を備えているのに対して、本発明の第２の実施の形態による超音波発振器４０は、出力トランス１６の前段に力率補正回路１８を配置した回路構成を備えている点において、本発明の第１の実施の形態による超音波発振器１０と本発明の第２の実施の形態による超音波発振器４０とは異なる。
【００６４】
従って、この超音波発振器４０によれば、スイッチング高周波電力Ｋを力率補正回路１８で力率補正した後に出力トランス１６で昇圧または降圧させてトランス２次側スイッチング高周波電力Ｌ、即ち、超音波出力Ｍに変換することになる。
【００６５】
こうした超音波発振器４０においても、上記した超音波発振器１０と同様な作用効果が得られる。
【００６６】
次に、図６を参照しながら、本発明の第３の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００６７】
ここで、図６には本発明の第３の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、この本発明の第３の実施の形態による超音波発振器５０は、ブリッジ回路５２のブリッジ出力電力Ｎを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。
【００６８】
また、この超音波発振器５０には、超音波発振器５０により高周波電力が印加される超音波振動子として圧電型超音波振動子１２０が接続されている。
【００６９】
さらに、超音波発振器５０においては、圧電型超音波振動子１２０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてインダクタ１８’が並列に接続されている。
【００７０】
こうした超音波発振器５０は、照射する超音波の周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させ、そのときに掃引中の各周波数でのブリッジ出力電力Ｎを比較して、電力最大時、即ち、超音波出力Ｍが最大のときの周波数を設定発振周波数としてセットして駆動できるように形成されている。
【００７１】
より詳細には、超音波発振器５０は、負荷である圧電型超音波振動子１２０の両極に高周波電力を印加するための超音波発振器であって、交流電源１０６に接続されている。
【００７２】
そして、超音波発振器５０は、圧電型超音波振動子１２０の振動速度をブリッジ出力電力Ｎとして検出するためのブリッジ出力電力検出用抵抗５２ａを有したブリッジ回路５２と、ブリッジ出力電力Ｎの電圧部分であるブリッジ出力電圧Ｏを検出してブリッジ出力電圧値検出電圧Ｑに変換する電圧値検出回路２０’と、ブリッジ出力電力Ｎの電流部分であるブリッジ出力電流Ｐを検出してブリッジ出力電流値検出電圧Ｒに変換する電流値検出回路２２’と、ブリッジ出力電圧値検出電圧Ｑとブリッジ出力電流値検出電圧Ｒとを入力して両者を掛け合わせてブリッジ出力電力値算出電圧Ｓを算出する乗算器２４’と、初期設定発振周波数を中心とする所定の周波数幅を所定の時間間隔で一通り掃引動作させたときの各発振周波数でのブリッジ出力電力値算出電圧Ｓを記憶するとともに該記憶したブリッジ出力電力値算出電圧Ｓの中で最もブリッジ出力電力値算出電圧Ｓが高かったときの発振周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定０／１信号Ｆとして得て出力する発振周波数設定手段たるマイクロコンピューター２６’とを有している。
【００７３】
なお、超音波発振器５０においては、マイクロコンピューター２６’、ＤＤＳ２８および駆動回路３０により、発振周波数処理手段が構築されている。
【００７４】
ここで、マイクロコンピューター２６’について、より詳細に説明すると、圧電型超音波振動子１２０から照射される超音波の発振周波数に基づいてプログラムにより所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引するための周波数を形成できる発振周波数設定信号を出力することができるとともに、当該掃引中の各周波数でのブリッジ出力電力値算出電圧Ｓを比較して当該掃引後にブリッジ出力電力値算出電圧Ｓが最大であるときの周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定０／１信号Ｆとしてセットして出力することができる。
【００７５】
つまり、マイクロコンピューター２６’は、初期設定発振周波数を中心に所定の周波数幅を所定の時間間隔で掃引させ、各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧Ｓを一通り測定し、超音波出力Ｍが最大時の発振周波数を設定発振周波数としてセットするものである。
【００７６】
即ち、この超音波発振器５０は、照射する超音波の発振周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させ、掃引中の各周波数でのブリッジ出力電力Ｎを乗算器２４’で算出されたブリッジ出力電力値算出電圧Ｓとして比較し、ブリッジ出力電力値算出電圧Ｓが最大の時の発振周波数をマイクロコンピューター２６’により設定発振周波数としてセットし、スイッチング回路１４でこの設定発振周波数のスイッチング高周波電力Ｋを出力させ、このサイクルを繰り返し、常にブリッジ出力電力Ｎが最大となる発振周波数が設定発振周波数となるように追尾していくものである。
【００７７】
換言すれば、超音波発振器５０は、任意の時間間隔で出力電力値調査目的の周波数掃引動作を行い、設定発振周波数が常に出力最大になる周波数となるようにしている。
【００７８】
なお、超音波発振器５０においては、超音波出力Ｍは、圧電型超音波振動子１２０を含めたブリッジ回路５２に印加される。
【００７９】
また、超音波発振器５０においては、力率補正回路としてインダクタ１８’を圧電型超音波振動子１２０に対して並列に接続し、出力最大となるようにしている。
【００８０】
次に図７を参照しながら、本発明の第４の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００８１】
ここで、図７には本発明の第４の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されている。
【００８２】
この本発明の第４の実施の形態による超音波発振器６０も、本発明の第３の実施の形態による超音波発振器５０と同様に、ブリッジ回路５２のブリッジ出力電力Ｎを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。
【００８３】
但し、本発明の第３の実施の形態による超音波発振器４０が、圧電型超音波振動子１２０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてインダクタ１８’が並列に接続されているのに対して、本発明の第４の実施の形態による超音波発振器６０は、圧電型超音波振動子１２０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてインダクタ１８’が直列に接続されている点において、本発明の第３の実施の形態による超音波発振器５０と本発明の第４の実施の形態による超音波発振器６０とは異なる。
【００８４】
即ち、超音波発振器６０においては、力率補正回路としてインダクタ１８’を圧電型超音波振動子１２０に対して直列に接続し、出力最大となるようにしているが、その他の作用効果は超音波発振器５０と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００８５】
次に、図８を参照しながら、本発明の第５の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００８６】
ここで、図８には本発明の第５の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、この本発明の第５の実施の形態による超音波発振器７０は、ブリッジ回路５２のブリッジ出力電力Ｎを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。
【００８７】
また、この超音波発振器７０には、超音波発振器７０により高周波電力が印加される超音波振動子として磁歪型超音波振動子１３０が接続されている。
【００８８】
また、超音波発振器７０においては、磁歪型超音波振動子１３０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてキャパシタ１８’’が並列に接続されている。
【００８９】
こうした超音波発振器７０は、上記した超音波発振器５０が、接続する超音波振動子が圧電型超音波振動子１２０であって、力率補正回路としてインダクタ１８’を圧電型超音波振動子１２０に対して並列に接続しているのに対し、接続する超音波振動子磁歪型超音波振動子１３０であって、力率補正回路としてキャパシタ１８’’を磁歪型超音波振動子１３０に対して並列に接続している点においてのみ異なり、その他の作用効果は超音波発振器５０と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００９０】
次に図９を参照しながら、本発明の第６の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００９１】
ここで、図９には本発明の第６の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されている。
【００９２】
この本発明の第６の実施の形態による超音波発振器８０も、本発明の第５の実施の形態による超音波発振器７０と同様に、ブリッジ回路５２のブリッジ出力電力Ｎを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。
【００９３】
但し、本発明の第５の実施の形態による超音波発振器７０が、磁歪型超音波振動子１３０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてキャパシタ１８’’が並列に接続されているのに対して、本発明の第６の実施の形態による超音波発振器８０は、磁歪型超音波振動子１３０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてキャパシタ１８’’が直列に接続されている点において、本発明の第５の実施の形態による超音波発振器７０と本発明の第６の実施の形態による超音波発振器８０とは異なる。
【００９４】
即ち、超音波発振器８０においては、力率補正回路としてキャパシタ１８’’を磁歪型超音波振動子１３０に対して直列に接続し、出力最大となるようにしているが、その他の作用効果は超音波発振器７０と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００９５】
以上において説明したように、本発明による超音波発振器によれば、所定の時間間隔で測定した出力電力値検出電圧またはブリッジ出力電力値検出電圧に対応した発振周波数を管理することにより効率的に安定した超音波出力が得られるようになる。
【００９６】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に示すように変化することができるものである。
【００９７】
（１）上記した第３の実施の形態、第４の実施の形態、第５の実施の形態および第４の実施の形態においては、出力トランスの後段に力率補正回路としてインダクタ１８’またはキャパシタ１８’’を配置した場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、出力トランスの前段に力率補正回路としてインダクタ１８’またはキャパシタ１８’’を配置するようにしてもよい
（２）上記した第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、力率補正回路１８を超音波振動子１１０に対して並列に接続するように構成したが、これに限られるものではないことは勿論であり、力率補正回路１８を超音波振動子１１０に対して直列に接続するようにしてもよい。
【００９８】
（３）上記した第２の実施の形態、第３の実施の形態、第４の実施の形態、第５の実施の形態ならびに第６の実施の形態の説明においては、初期設定周波数、発振周波数を掃引する際の所定の周波数幅および所定の時間間隔の具体例についてはその説明を省略したが、例えば、第１の実施の形態と同様に設定すればよい。即ち、初期設定発振周波数は、例えば、２０ｋＨｚ〜３ＭＨｚとすればよく、所定の周波数幅は、例えば、初期設定発振周波数の１％〜５０％の値とすればよく、所定の時間間隔は、例えば、５秒〜６００秒とすればよい。
【００９９】
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、超音波洗浄装置や超音波計測装置などのような各種の超音波装置の超音波発生装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】図１は、超音波発振器から高周波電力を印加される超音波振動子を用いた超音波洗浄装置の構成説明図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【図３】図３は、図２に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【図５】図５は、図４に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【図８】図８は、本発明の第５の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【図９】図９は、本発明の第６の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０、４０、５０、６０、７０、８０ 超音波発振器
１２ 整流回路
１４ スイッチング出力回路
１６ 出力トランス
１８、１８’、１８’’ 力率補正回路
２０、２０’ 電圧値検出回路
２２、２２’ 電流値検出回路
２４、２４’ 乗算器
２６、２６’ マイクロコンピューター
２８ ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ：ダイレクトデジタルシンセサイザー）
３０ 駆動回路
５２ ブリッジ回路
５２ａ ブリッジ出力電力値検出用抵抗
１００ 超音波洗浄装置
１０２ 洗浄液
１０４ 洗浄糟
１０４ａ 底部
１０６ 交流電源
１０８ 超音波発振器
１１０ 超音波振動子
１２０ 圧電型超音波振動子
１３０ 磁歪型超音波振動子
１４１ａ、１４１ｂ ハイサイドのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）
１４２ａ、１４２ｂ ローサイドのＦＥＴ
Ａ 出力トランス２次側スイッチング高周波電圧
Ｂ 出力トランス２次側スイッチング高周波電流
Ｃ 出力電圧値検出電圧
Ｄ 出力電流値検出電圧
Ｅ 出力電力値算出電圧
Ｆ 発振周波数設定０／１信号
Ｇ 発振周波数設定信号
Ｈ ＦＥＴゲート入力信号
Ｉ 交流電力
Ｊ 直流電力
Ｋ スイッチング高周波電力
Ｌ 出力トランス２次側スイッチング高周波電力
Ｍ 超音波出力
Ｎ ブリッジ出力電力
Ｏ ブリッジ出力電圧
Ｐ ブリッジ出力電流
Ｑ ブリッジ出力電圧値検出電圧
Ｒ ブリッジ出力電流値検出電圧
Ｓ ブリッジ出力電力値算出電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波発振器に関し、さらに詳細には、超音波洗浄装置や超音波計測装置などの各種の超音波装置に用いられる超音波振動子に高周波電力を印加する際に用いて好適な超音波発振器に関し、特に、超音波振動子を用いた各種の超音波装置の超音波出力が最大となる周波数を発振周波数として追尾することのできる超音波発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超音波振動子を用いた超音波洗浄装置や超音波計測装置などの各種の超音波装置においては、超音波処理する対象または超音波処理を行う環境といった諸条件の影響によって共振周波数が変化し、それに伴い当該共振周波数と超音波振動子へ高周波電力を印加する超音波発振器の発振周波数とに差が生じて両者がずれてしまい、各種の超音波装置における超音波出力が低下してしまうことが知られていた。
【０００３】
具体的には、超音波振動子を用いた超音波洗浄装置として、例えば、図１に示すような超音波洗浄装置が知られている。
【０００４】
この超音波洗浄装置１００は、内部に洗浄液１０２を貯留した洗浄糟１０４と、洗浄糟１０４の底部１０４ａに装着されるとともに交流電源１０６に接続された超音波発振器１０８から高周波電力を印加される超音波振動子１１０とを有して構成されている。
【０００５】
なお、符号２００は、超音波洗浄装置１００により洗浄される被洗浄物であり、こうした被洗浄物としては、例えば、半導体ウェハ基板や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用ガラス基板などの電子デバイスが挙げられる。
【０００６】
以上の構成において、この超音波洗浄装置１００によれば、交流電源１０６に接続された超音波発振器１０８から超音波振動子１１０へ高周波電力が印加されると、超音波振動子１１０から洗浄糟１０４に貯留された洗浄液１０２へ超音波が伝播され、これにより被洗浄物２００を洗浄することができる。
【０００７】
しかしながら、一般に、こうした超音波洗浄装置１００においては、上記のようにして被洗浄物２００の洗浄を行うことになるが、被洗浄物２００の形状、数量あるいは材質や、洗浄液１０２の種類（液種）、洗浄糟１０４に貯留された際の深さ（液深）あるいは温度（液温）などによって共振周波数が変化する。
【０００８】
そして、この共振周波数の変化に伴って、当該共振周波数と超音波発振器１０８の発振周波数とに差が生じて両者がずれてしまい、超音波洗浄装置１００の超音波出力が低下するという現象が生じることとなっていた。
【０００９】
このため、上記したような現象を解決するための手法として、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ：位相同期回路）制御を利用して共振周波数を追尾することにより、当該共振周波数と超音波発振器１０８の発振周波数とのずれを解消しようとする方法が提案されている。
【００１０】
しかしながら、ＰＬＬ制御を利用した共振周波数の追尾は、位相のみの確認による共振周波数の追尾であるため、共振周波数が初期設定とは異なる共振周波数に移行してしまった場合には、共振周波数と同期した発振周波数による超音波出力が設定値よりも低下もしくは超過してしまう可能性があり、安定した超音波出力が得られないという問題点があった。
【００１１】
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、効果的な超音波出力を安定して得ることができるようにした超音波発振器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明による超音波発振器は、照射する超音波の周波数を任意の時間おきに任意の周波数幅で掃引させ、そのときに掃引中の各周波数での超音波出力を比較して、発振周波数を設定するようにしたものである。
【００１４】
従って、本発明による超音波発振器によれば、照射する超音波の周波数を任意の時間おきに任意の周波数幅で掃引させるときに当該掃引中の各周波数での超音波出力を比較し、超音波出力最大時の周波数を発振周波数としてセットして駆動させることができる。
【００１５】
このため、超音波振動子を用いた超音波洗浄装置で洗浄を行う際に、本発明による超音波発振器により超音波振動子を駆動して洗浄を行うようにすると、常に超音波出力が最大である周波数を発振周波数としてセットして洗浄を行うことが可能になり、高い洗浄能力を安定して得ることができるようになる。
【００１６】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、上記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、上記力率補正回路により力率補正された出力トランス２次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する上記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、上記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、上記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、上記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する上記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、上記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、上記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と上記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、上記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段とを有するようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の発明において、上記力率補正回路は、上記超音波振動子に対して並列に接続されるようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の発明において、上記力率補正回路は、上記超音波振動子に対して直列に接続されるようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の発明において、上記超音波振動子は、圧電型超音波振動子であり、上記力率補正回路は、インダクタであるようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の発明において、請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の超音波発振器において、上記超音波振動子は、磁歪型超音波振動子であり、上記力率補正回路は、キャパシタであるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、以上説明したように構成されているので、効果的な超音波出力を安定して得ることができるようにした超音波発振器を提供することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による超音波発振器の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００２６】
なお、以下の説明においては、従前に説明した構成と同一または相当する構成については、それぞれ同一の符号を用いて示すことにより、それらの詳細な説明は適宜に省略するものとする。
【００２７】
まず、図２乃至図３を参照しながら、本発明の第１の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００２８】
なお、この本発明の第１の実施の形態による超音波発振器は、洗浄糟１０４の底部１０４ａに装着された超音波振動子１１０へ高周波電力を印加する例を示している。
【００２９】
ここで、図２には本発明の第１の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、図３には図２に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図が示されている。
【００３０】
この本発明の第１の実施の形態による超音波発振器１０は、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものであり、出力トランス１６の後段に力率補正回路１８を配置した回路構成を示している。
【００３１】
即ち、超音波発振器１０は、負荷である超音波振動子１１０の両極に高周波電力を印加するための超音波発振器であって、交流電源１０６に接続されている。
【００３２】
そして、超音波発振器１０は、交流電源１０６から印加された交流電力Ｉを整流して直流電力Ｊにするための整流回路１２と、直流電力Ｊをマイクロコンピューター２６（後述する。）で設定した発振周波数（以下、「設定発振周波数」と適宜に称する。）でハイサイド（Ｈｉ−ｓｉｄｅ）とローサイド（Ｌｏ−ｓｉｄｅ）との交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力Ｋを得るためのスイッチング出力回路１４（スイッチング出力回路１４は、図３に示すように、ハイサイドのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）１４１ａ、１４１ｂとローサイドのＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂとを有して構成されている。）と、スイッチング高周波電力Ｋの電圧を昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌとするための出力トランス１６と、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの力率補正を行って出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧Ａと出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流Ｂとの位相差をなくして超音波振動子１１０に印加する超音波出力Ｍにするための力率補正回路１８（なお、力率補正回路１８としては、例えば、超音波振動子１１０が圧電型超音波振動子の場合にはインダクタを用い、超音波振動子１１０が磁歪型超音波振動子の場合にはキャパシタを用いることが好ましい。）と、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧Ａを検出して出力電圧値検出電圧Ｃに変換する電圧値検出回路２０と、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流Ｂを検出して出力電流値検出電圧Ｄに変換する電流値検出回路２２と、出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとを入力して両者を乗算することにより出力電力値算出電圧Ｅを算出する乗算器２４と、予め初期設定として設定された発振周波数（以下、「初期設定発振周波数」と適宜に称することとする。なお、初期設定発振周波数は適宜に設定する。）を中心とする所定の周波数幅（所定の周波数幅は、任意に設定することができる。）を所定の時間間隔（所定の時間間隔は、任意に設定することができる。）で一通り掃引動作させたときの各発振周波数での出力電力値算出電圧Ｅを記憶するとともに該記憶した出力電力値算出電圧Ｅの中で最も出力電力値算出電圧Ｅが高かったときの発振周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定０／１信号Ｆとして得て出力する発振周波数設定手段たるマイクロコンピューター２６と、マイクロコンピューター２６から出力された発振周波数設定０／１信号Ｆを入力して発振周波数設定信号Ｇに変換するＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ：ダイレクトデジタルシンセサイザー）２８と、ＤＤＳ２８から出力された発振周波数設定信号Ｇを増幅するとともに該増幅した発振周波数設定信号Ｇをスイッチング出力回路１４のハイサイドのＦＥＴ１４１ａ、１４１ｂのゲート端子とローサイドのＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂのゲート端子とに交互に入力するためのＦＥＴゲート入力信号Ｈに変換してスイッチング出力回路１６へ出力する駆動回路３０とを有して構成されている。
【００３３】
なお、超音波発振器１０においては、マイクロコンピューター２６、ＤＤＳ２８および駆動回路３０により、発振周波数処理手段が構築されている。
【００３４】
ここで、マイクロコンピューター２６について、より詳細に説明すると、超音波振動子１１０から照射される超音波の発振周波数に基づいてプログラムにより所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引するための周波数を形成できる発振周波数設定信号を出力することができるとともに、当該掃引中の各周波数での出力電力値算出値Ｅを比較して当該掃引後に出力電力値算出値Ｅが最大であるときの周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定０／１信号Ｆとしてセットして出力することができる。
【００３５】
そして、スイッチング出力回路１４は、ハイサイドのＦＥＴ１４１ａ、１４１ｂのゲート端子とローサイドのＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂのゲート端子とに交互に入力されるＦＥＴゲート入力信号Ｈにより高周波スイッチング動作を行い、直流電流Ｊをスイッチング高周波電力Ｋに変換することになる。
【００３６】
即ち、スイッチング回路１４に印加されている直流電力Ｊは、ＤＤＳ２８で設定している発振周波数通りにハイサイドとローサイドとに切り替わるＦＥＴゲート入力信号Ｈよってスイッチング高周波電力Ｋに変換され、出力トランス１６、力率補正回路１８を介して、超音波出力Ｍとして、超音波振動子１１０に印加される。
【００３７】
なお、超音波発振器１０においては、力率補正回路１８を超音波振動子１１０に対して並列に接続している。
【００３８】
以上の構成において、超音波出力Ｍが超音波振動子１１０へ印加されることにより、洗浄槽１０４の底部１０４ａに装着した超音波振動子１１０から内部の洗浄液１０２に超音波を伝播させて被洗浄物２００を洗浄することができる。
【００３９】
そして、この超音波振動子１１０には、洗浄液１０２および被洗浄物２００に照射する超音波、即ち、超音波出力Ｍの周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させることができ、かつ、掃引中の各周波数での超音波出力Ｍに相当する出力電力値算出値Ｅを比較して、超音波出力Ｍの最大時、即ち、出力電力値算出値Ｅが最大であるときの周波数を設定発振周波数として追尾することができる超音波発振器１０が連結されている。
【００４０】
換言すれば、超音波発振器１０は、照射する超音波の周波数を所定の時間おきに所定の周波数幅で掃引させ、そのときに掃引中の各周波数での出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌを比較して、電力最大時、即ち、超音波出力Ｍが最大時の周波数を設定発振周波数としてセットして駆動できるように構成されている。
【００４１】
つまり、この超音波発振器１０は、照射する超音波の発振周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させ、掃引中の各周波数での出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌを乗算器２４で算出された出力電力値算出電圧Ｅとして比較し、出力電力値算出電圧Ｅが最大の時の発振周波数をマイクロコンピューター２６により設定発振周波数としてセットし、スイッチング回路１４でこの設定発振周波数のスイッチング高周波電力Ｋを出力させ、このサイクルを繰り返し、常に出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌが最大となる発振周波数が設定発振周波数となるように追尾していくものである。
【００４２】
なお、マイクロコンピューター２６は、上記したように、超音波振動子１１０から照射する超音波の発振周波数を、プログラムにより所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させるための各周波数を発振周波数設定信号として生成し、ＤＤＳ２８側に渡すように構成されている。
【００４３】
ここで、上記した初期設定発振周波数は、超音波振動子１１０から洗浄液１０２および被洗浄物２００に所定の周波数幅を掃引させながら照射する超音波の発振周波数の中心となる周波数であって、例えば、２０ｋＨｚ〜３ＭＨｚとすればよい。
【００４４】
また、発振周波数を掃引させる際の上記した所定の周波数幅は、例えば、初期設定発振周波数の１％〜５０％の値とすればよく、初期設定発振周波数を中心にその１％〜５０％の値の周波数幅を掃引して、超音波出力が最大となる周波数の探索を行えばよい。
【００４５】
具体的には、初期設定発振周波数を３０ｋＨｚとし、発振周波数を掃引させる際の所定の周波数幅を初期設定発振周波数の１０％とした場合には、３０ｋＨｚを中心に３ｋＨｚの周波数幅を掃引する、即ち、２８．５ｋＨｚ〜３１．５ｋＨｚの周波数帯を掃引することになる。
【００４６】
また、超音波出力が最大となる周波数の探索して設定発振周波数をセットした後に、次回の探索を行うまでの上記した所定の時間間隔は、例えば、５秒〜６００秒とすればよい。
【００４７】
次に、上記した超音波発振器１０の動作をより詳細に説明すると、負荷である超音波振動子１１０の両極に高周波電力を印加するに際しては、超音波発振器１０は、交流電源１２から印加された交流電力Ｉを整流回路１２により直流電力Ｊに変換し、変換した直流電力Ｊをスイッチング出力回路１４のスイッチング機能によりスイッチング高周波電力Ｋに変換する。
【００４８】
ここで、マイクロコンピューター２６からは、設定発振周波数をＤＤＳ２８に認識させる発振周波数設定０／１信号Ｆならびに掃引する周波数をＤＤＳ２８に認識させる発振周波数設定信号が出力され、こうした発振周波数設定０／１信号Ｆならびに発振周波数設定信号がＤＤＳ２８に入力されると、ＤＤＳ２８は矩形波の発振周波数設定信号Ｇを駆動回路３０へ向けて出力することになる。
【００４９】
そして、発振周波数設定信号Ｇを入力した駆動回路３０は、スイッチング出力回路１４のハイサイドのＦＥＴ１４１ａ、１４１ｂのゲート端子とローサイドのＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂのゲート端子とが駆動可能な電圧まで増幅したＦＥＴゲート入力信号Ｈを、スイッチング出力回路１４のハイサイドのＦＥＴ１４１ａ、１４１ｂのゲート端子とローサイドのＦＥＴ１４２ａ、１４２ｂのゲート端子とに設定周波数または掃引する周波数で交互に入力し、これによりスイッチング出力回路１４は直流電力Ｊをスイッチング高周波電力Ｋに変換している。
【００５０】
そして、スイッチング高周波電力Ｋは出力トランス１６で昇圧または降圧されて、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌに変換され、その後に、出力トランス２次側スイッチング高周波電Ｌは力率補正回路１８を介して力率補正され、力率補正された出力トランス２次側スイッチング高周波電力たる超音波出力Ｍが、超音波振動子１１０へ印加されることになる。
【００５１】
ここで、超音波発振器１０においては、超音波発振器１０において発振している発振周波数が超音波発振器１０の使用環境などの諸条件の影響により共振周波数と差が生じているかどうかを測定するために、上記したように、所定の時間間隔で初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅を掃引するようになされている。
【００５２】
つまり、出力トランス１６から出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧Ａを電圧値検出回路２０により検出して出力電圧値検出電圧Ｃに変換するとともに、出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流Ｂを電流値検出回路２２により検出して出力電流値検出電圧に変換する。
【００５３】
こうして変換された出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとを乗算器２８に入力し、乗算器２８において出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとを乗算して出力電力値検出電圧Ｅを算出し、この算出した出力電力値検出電圧Ｅをマイクロコンピューター２６へ向けて出力する。
【００５４】
そして、マイクロコンピューター２６は、初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅を掃引し、各周波数における出力電力値検出電圧Ｅを一通り測定し、その測定結果のうち出力電力値検出電圧Ｅが最大となるとき、即ち、超音波出力Ｍが最大のときの発振周波数を次回の掃引までの発振周波数たる設定発信周波数としてセットするようになされている。
【００５５】
また、こうした電圧値検出回路２０と電流値検出回路２２とにおける出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとへの変換からマイクロコンピューター２６における設定周波数のセットまでを、所定の時間間隔で行うように設定されている。
【００５６】
即ち、上記した超音波発振器１０によれば、所定の時間間隔で出力電力値調査目的の周波数掃引動作を行うことにより、設定発振周波数を常に出力が最大になる周波数に設定することができる。
【００５７】
また、超音波発振器１０においては、力率補正回路１８を超音波振動子１１０に対して並列に接続し、出力最大となるようにしている。
【００５８】
以上において説明したように、本発明による超音波発振器１０によれば、超音波出力Ｍである力率補正された出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌの電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧Ａと電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧Ｂとをそれぞれ出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとに変換し、変換された出力電圧値検出電圧Ｃと出力電流値検出電圧Ｄとから出力電力値検出電圧Ｅを算出するといった動作を、所定の時間間隔をもって周波数を初期設定発振周波数を中心として所定の周波数幅で掃引し、掃引する際の各周波数における出力電力値検出電圧が最大となる時の周波数を発振周波数として設定するようにしている。
【００５９】
つまり、超音波発生器１０では、出力電力値検出電圧Ｅを測定して出力電力値検出電圧Ｅが最も大きい時の周波数を発振周波数とするようにしているので、ＰＬＬ制御により周波数を追尾するような従来の方法に比べて超音波発生器の出力を測定する方法が直接的であり、そのため効率的な超音波出力を安定して得ることができるようになる。
【００６０】
次に図４乃至図５を参照しながら、本発明の第２の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００６１】
ここで、図４には本発明の第２の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、図５には図４に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図が示されている。
【００６２】
この本発明の第２の実施の形態による超音波発振器４０も、本発明の第１の実施の形態による超音波発振器１０と同様に、出力トランス２次側スイッチング高周波電力Ｌを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。
【００６３】
但し、本発明の第１の実施の形態による超音波発振器１０が、出力トランス１６の後段に力率補正回路１８を配置した回路構成を備えているのに対して、本発明の第２の実施の形態による超音波発振器４０は、出力トランス１６の前段に力率補正回路１８を配置した回路構成を備えている点において、本発明の第１の実施の形態による超音波発振器１０と本発明の第２の実施の形態による超音波発振器４０とは異なる。
【００６４】
従って、この超音波発振器４０によれば、スイッチング高周波電力Ｋを力率補正回路１８で力率補正した後に出力トランス１６で昇圧または降圧させてトランス２次側スイッチング高周波電力Ｌ、即ち、超音波出力Ｍに変換することになる。
【００６５】
こうした超音波発振器４０においても、上記した超音波発振器１０と同様な作用効果が得られる。
【００６６】
次に、図６を参照しながら、本発明の第３の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００６７】
ここで、図６には本発明の第３の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、この本発明の第３の実施の形態による超音波発振器５０は、ブリッジ回路５２のブリッジ出力電力Ｎを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。
【００６８】
また、この超音波発振器５０には、超音波発振器５０により高周波電力が印加される超音波振動子として圧電型超音波振動子１２０が接続されている。
【００６９】
さらに、超音波発振器５０においては、圧電型超音波振動子１２０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてインダクタ１８’が並列に接続されている。
【００７０】
こうした超音波発振器５０は、照射する超音波の周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させ、そのときに掃引中の各周波数でのブリッジ出力電力Ｎを比較して、電力最大時、即ち、超音波出力Ｍが最大のときの周波数を設定発振周波数としてセットして駆動できるように形成されている。
【００７１】
より詳細には、超音波発振器５０は、負荷である圧電型超音波振動子１２０の両極に高周波電力を印加するための超音波発振器であって、交流電源１０６に接続されている。
【００７２】
そして、超音波発振器５０は、圧電型超音波振動子１２０の振動速度をブリッジ出力電力Ｎとして検出するためのブリッジ出力電力検出用抵抗５２ａを有したブリッジ回路５２と、ブリッジ出力電力Ｎの電圧部分であるブリッジ出力電圧Ｏを検出してブリッジ出力電圧値検出電圧Ｑに変換する電圧値検出回路２０’と、ブリッジ出力電力Ｎの電流部分であるブリッジ出力電流Ｐを検出してブリッジ出力電流値検出電圧Ｒに変換する電流値検出回路２２’と、ブリッジ出力電圧値検出電圧Ｑとブリッジ出力電流値検出電圧Ｒとを入力して両者を掛け合わせてブリッジ出力電力値算出電圧Ｓを算出する乗算器２４’と、初期設定発振周波数を中心とする所定の周波数幅を所定の時間間隔で一通り掃引動作させたときの各発振周波数でのブリッジ出力電力値算出電圧Ｓを記憶するとともに該記憶したブリッジ出力電力値算出電圧Ｓの中で最もブリッジ出力電力値算出電圧Ｓが高かったときの発振周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定０／１信号Ｆとして得て出力する発振周波数設定手段たるマイクロコンピューター２６’とを有している。
【００７３】
なお、超音波発振器５０においては、マイクロコンピューター２６’、ＤＤＳ２８および駆動回路３０により、発振周波数処理手段が構築されている。
【００７４】
ここで、マイクロコンピューター２６’について、より詳細に説明すると、圧電型超音波振動子１２０から照射される超音波の発振周波数に基づいてプログラムにより所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引するための周波数を形成できる発振周波数設定信号を出力することができるとともに、当該掃引中の各周波数でのブリッジ出力電力値算出電圧Ｓを比較して当該掃引後にブリッジ出力電力値算出電圧Ｓが最大であるときの周波数を設定発振周波数として設定して当該設定発振周波数の周波数を示すデジタル信号を発振周波数設定０／１信号Ｆとしてセットして出力することができる。
【００７５】
つまり、マイクロコンピューター２６’は、初期設定発振周波数を中心に所定の周波数幅を所定の時間間隔で掃引させ、各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧Ｓを一通り測定し、超音波出力Ｍが最大時の発振周波数を設定発振周波数としてセットするものである。
【００７６】
即ち、この超音波発振器５０は、照射する超音波の発振周波数を所定の時間間隔で所定の周波数幅を掃引させ、掃引中の各周波数でのブリッジ出力電力Ｎを乗算器２４’で算出されたブリッジ出力電力値算出電圧Ｓとして比較し、ブリッジ出力電力値算出電圧Ｓが最大の時の発振周波数をマイクロコンピューター２６’により設定発振周波数としてセットし、スイッチング回路１４でこの設定発振周波数のスイッチング高周波電力Ｋを出力させ、このサイクルを繰り返し、常にブリッジ出力電力Ｎが最大となる発振周波数が設定発振周波数となるように追尾していくものである。
【００７７】
換言すれば、超音波発振器５０は、任意の時間間隔で出力電力値調査目的の周波数掃引動作を行い、設定発振周波数が常に出力最大になる周波数となるようにしている。
【００７８】
なお、超音波発振器５０においては、超音波出力Ｍは、圧電型超音波振動子１２０を含めたブリッジ回路５２に印加される。
【００７９】
また、超音波発振器５０においては、力率補正回路としてインダクタ１８’を圧電型超音波振動子１２０に対して並列に接続し、出力最大となるようにしている。
【００８０】
次に図７を参照しながら、本発明の第４の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００８１】
ここで、図７には本発明の第４の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されている。
【００８２】
この本発明の第４の実施の形態による超音波発振器６０も、本発明の第３の実施の形態による超音波発振器５０と同様に、ブリッジ回路５２のブリッジ出力電力Ｎを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。
【００８３】
但し、本発明の第３の実施の形態による超音波発振器４０が、圧電型超音波振動子１２０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてインダクタ１８’が並列に接続されているのに対して、本発明の第４の実施の形態による超音波発振器６０は、圧電型超音波振動子１２０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてインダクタ１８’が直列に接続されている点において、本発明の第３の実施の形態による超音波発振器５０と本発明の第４の実施の形態による超音波発振器６０とは異なる。
【００８４】
即ち、超音波発振器６０においては、力率補正回路としてインダクタ１８’を圧電型超音波振動子１２０に対して直列に接続し、出力最大となるようにしているが、その他の作用効果は超音波発振器５０と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００８５】
次に、図８を参照しながら、本発明の第５の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００８６】
ここで、図８には本発明の第５の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されており、この本発明の第５の実施の形態による超音波発振器７０は、ブリッジ回路５２のブリッジ出力電力Ｎを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。
【００８７】
また、この超音波発振器７０には、超音波発振器７０により高周波電力が印加される超音波振動子として磁歪型超音波振動子１３０が接続されている。
【００８８】
また、超音波発振器７０においては、磁歪型超音波振動子１３０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてキャパシタ１８’’が並列に接続されている。
【００８９】
こうした超音波発振器７０は、上記した超音波発振器５０が、接続する超音波振動子が圧電型超音波振動子１２０であって、力率補正回路としてインダクタ１８’を圧電型超音波振動子１２０に対して並列に接続しているのに対し、接続する超音波振動子磁歪型超音波振動子１３０であって、力率補正回路としてキャパシタ１８’’を磁歪型超音波振動子１３０に対して並列に接続している点においてのみ異なり、その他の作用効果は超音波発振器５０と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００９０】
次に図９を参照しながら、本発明の第６の実施の形態による超音波発振器について説明する。
【００９１】
ここで、図９には本発明の第６の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図が示されている。
【００９２】
この本発明の第６の実施の形態による超音波発振器８０も、本発明の第５の実施の形態による超音波発振器７０と同様に、ブリッジ回路５２のブリッジ出力電力Ｎを監視して共振周波数を追尾する実施の形態を示すものである。
【００９３】
但し、本発明の第５の実施の形態による超音波発振器７０が、磁歪型超音波振動子１３０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてキャパシタ１８’’が並列に接続されているのに対して、本発明の第６の実施の形態による超音波発振器８０は、磁歪型超音波振動子１３０を含んだブリッジ回路５２に対して、力率補正回路としてキャパシタ１８’’が直列に接続されている点において、本発明の第５の実施の形態による超音波発振器７０と本発明の第６の実施の形態による超音波発振器８０とは異なる。
【００９４】
即ち、超音波発振器８０においては、力率補正回路としてキャパシタ１８’’を磁歪型超音波振動子１３０に対して直列に接続し、出力最大となるようにしているが、その他の作用効果は超音波発振器７０と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００９５】
以上において説明したように、本発明による超音波発振器によれば、所定の時間間隔で測定した出力電力値検出電圧またはブリッジ出力電力値検出電圧に対応した発振周波数を管理することにより効率的に安定した超音波出力が得られるようになる。
【００９６】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に示すように変化することができるものである。
【００９７】
（１）上記した第３の実施の形態、第４の実施の形態、第５の実施の形態および第４の実施の形態においては、出力トランスの後段に力率補正回路としてインダクタ１８’またはキャパシタ１８’’を配置した場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、出力トランスの前段に力率補正回路としてインダクタ１８’またはキャパシタ１８’’を配置するようにしてもよい
（２）上記した第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、力率補正回路１８を超音波振動子１１０に対して並列に接続するように構成したが、これに限られるものではないことは勿論であり、力率補正回路１８を超音波振動子１１０に対して直列に接続するようにしてもよい。
【００９８】
（３）上記した第２の実施の形態、第３の実施の形態、第４の実施の形態、第５の実施の形態ならびに第６の実施の形態の説明においては、初期設定周波数、発振周波数を掃引する際の所定の周波数幅および所定の時間間隔の具体例についてはその説明を省略したが、例えば、第１の実施の形態と同様に設定すればよい。即ち、初期設定発振周波数は、例えば、２０ｋＨｚ〜３ＭＨｚとすればよく、所定の周波数幅は、例えば、初期設定発振周波数の１％〜５０％の値とすればよく、所定の時間間隔は、例えば、５秒〜６００秒とすればよい。
【００９９】
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、超音波洗浄装置や超音波計測装置などのような各種の超音波装置の超音波発生装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】図１は、超音波発振器から高周波電力を印加される超音波振動子を用いた超音波洗浄装置の構成説明図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【図３】図３は、図２に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【図５】図５は、図４に示す超音波発振器におけるスイッチング回路から超音波振動子へ至るまでの電力伝達経路の要部を示す概略回路説明図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【図８】図８は、本発明の第５の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【図９】図９は、本発明の第６の実施の形態による超音波発振器のブロック構成説明図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０、４０、５０、６０、７０、８０ 超音波発振器
１２ 整流回路
１４ スイッチング出力回路
１６ 出力トランス
１８、１８’、１８’’ 力率補正回路
２０、２０’ 電圧値検出回路
２２、２２’ 電流値検出回路
２４、２４’ 乗算器
２６、２６’ マイクロコンピューター
２８ ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ：ダイレクトデジタルシンセサイザー）
３０ 駆動回路
５２ ブリッジ回路
５２ａ ブリッジ出力電力値検出用抵抗
１００ 超音波洗浄装置
１０２ 洗浄液
１０４ 洗浄糟
１０４ａ 底部
１０６ 交流電源
１０８ 超音波発振器
１１０ 超音波振動子
１２０ 圧電型超音波振動子
１３０ 磁歪型超音波振動子
１４１ａ、１４１ｂ ハイサイドのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）
１４２ａ、１４２ｂ ローサイドのＦＥＴ
Ａ 出力トランス２次側スイッチング高周波電圧
Ｂ 出力トランス２次側スイッチング高周波電流
Ｃ 出力電圧値検出電圧
Ｄ 出力電流値検出電圧
Ｅ 出力電力値算出電圧
Ｆ 発振周波数設定０／１信号
Ｇ 発振周波数設定信号
Ｈ ＦＥＴゲート入力信号
Ｉ 交流電力
Ｊ 直流電力
Ｋ スイッチング高周波電力
Ｌ 出力トランス２次側スイッチング高周波電力
Ｍ 超音波出力
Ｎ ブリッジ出力電力
Ｏ ブリッジ出力電圧
Ｐ ブリッジ出力電流
Ｑ ブリッジ出力電圧値検出電圧
Ｒ ブリッジ出力電流値検出電圧
Ｓ ブリッジ出力電力値算出電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項２】
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、
前記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項３】
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、
前記力率補正回路により力率補正された出力トランス２次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する前記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項４】
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、
前記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する前記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項５】
請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の超音波発振器において、
前記力率補正回路は、前記超音波振動子に対して並列に接続される
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項６】
請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の超音波発振器において、
前記力率補正回路は、前記超音波振動子に対して直列に接続される
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の超音波発振器において、
前記超音波振動子は、圧電型超音波振動子であり、
前記力率補正回路は、インダクタである
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の超音波発振器において、
前記超音波振動子は、磁歪型超音波振動子であり、
前記力率補正回路は、キャパシタである
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項１】
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項２】
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、
前記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧を検出して出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流を検出して出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換された出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換された出力電流値検出電圧とを乗算して出力電力値検出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数における出力電力値検出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項３】
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力の電圧を昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力を出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電圧部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電圧と該出力トランス２次側スイッチング高周波電力の電流部分である出力トランス２次側スイッチング高周波電流との位相差をなくして超音波振動子に印加するために力率補正を行う力率補正回路と、
前記力率補正回路により力率補正された出力トランス２次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する前記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項４】
超音波振動子の両極に高周波電力を印加する超音波発振器において、
直流電力を設定された発振周波数でハイサイドとローサイドとに交互にスイッチングさせてスイッチング高周波電力を生成するスイッチング出力回路と、
前記スイッチング出力回路により生成されたスイッチング高周波電力を力率補正するための力率補正回路と、
前記力率補正回路により力率補正されたスイッチング高周波電力を超音波振動子に印加するために昇圧または降圧して出力トランス２次側スイッチング高周波電力として出力する出力トランスと、
前記出力トランスから出力された出力トランス２次側スイッチング高周波電力を印加することにより振動する前記超音波振動子の振動速度をブリッジ出力電力として検出するブリッジ出力電力検出用抵抗と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電圧部分であるブリッジ出力電圧を検出してブリッジ出力電圧値検出電圧に変換する電圧値検出回路と、
前記ブリッジ出力電力検出用抵抗により検出されたブリッジ出力電力の電流部分であるブリッジ出力電流を検出してブリッジ出力電流値検出電圧に変換する電流値検出回路と、
前記電圧値検出回路により変換されたブリッジ出力電圧値検出電圧と前記電流値検出回路により変換されたブリッジ出力電流値検出電圧とを乗算してブリッジ出力電力値算出電圧を算出する乗算器と、
設定された発振周波数を所定の時間間隔かつ所定の周波数幅で掃引するように制御するとともに、前記乗算器で算出された該掃引による各発振周波数におけるブリッジ出力電力値算出電圧が最大となるときの周波数を発振周波数として設定する発振周波数設定手段と
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項５】
請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の超音波発振器において、
前記力率補正回路は、前記超音波振動子に対して並列に接続される
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項６】
請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の超音波発振器において、
前記力率補正回路は、前記超音波振動子に対して直列に接続される
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の超音波発振器において、
前記超音波振動子は、圧電型超音波振動子であり、
前記力率補正回路は、インダクタである
ことを特徴とする超音波発振器。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の超音波発振器において、
前記超音波振動子は、磁歪型超音波振動子であり、
前記力率補正回路は、キャパシタである
ことを特徴とする超音波発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２１９４２０（Ｐ２００８−２１９４２０Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３３１９（Ｐ２００７−５３３１９）
【出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【Ｆターム（参考）】
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