JPH0938577A - 超音波振動子の発振制御装置 - Google Patents

超音波振動子の発振制御装置

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JPH0938577A
JPH0938577A JP21283195A JP21283195A JPH0938577A JP H0938577 A JPH0938577 A JP H0938577A JP 21283195 A JP21283195 A JP 21283195A JP 21283195 A JP21283195 A JP 21283195A JP H0938577 A JPH0938577 A JP H0938577A
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oscillating
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Masaru Okumura
大 奥村
Kazunari Matoba
一成 的場
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源を入れた時の発振条件によって生ずるこ
とのある周波数飛びを比較的簡単な回路構成によって防
止し、常に所定の周波数で発振させて有効な振動を得ら
れるようにする。 【解決手段】 発振周波数を検出して基準発振周波数と
比較することにより異常発振であるか否かを判定する判
定手段1と、異常発振であると判定された場合に発振周
波数を基準発振周波数に戻す補正手段8を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波振動子を
用いた発振回路の発振周波数を所定の周波数に保つため
の発振制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】超音波を利用する機器においては、超音
波振動子と組み合わせた発振回路を所定の周波数で発振
させる必要がある。そのための一般的な制御方式として
は、振動子の最適周波数を検出してこれを発振回路にフ
ィードバックすることによって、発振周波数を所定値に
維持する方式が知られており、具体的には最適共振状態
を示す電圧あるいは位相を検出し、これらが最適状態と
なるようにフィードバックループが構成されている(例
えば、特開昭62−114550号公報、特開昭53−
127709号公報等参照)。
【0003】超音波機器の一つである歯科用の超音波ス
ケーラの場合、上記の制御によって最適共振周波数の近
辺で発振していれば、温度、チップの種類や形状、チッ
プに加わる負荷等の変動には無関係にその周波数で発振
が継続され、超音波振動を利用した歯科治療を支障なく
行うことができる。図3は超音波スケーラに用いられる
超音波振動子の周波数とアドミタンスの関係を例示した
ものであり、27kHzと35kHzの2箇所に共振のピーク
がある。この場合には、27kHzで発振すれば振動子は
スケーラとして有効な振動を発生するが、35kHzでは
有効な振動を発生させることができないため、従来は発
振回路の基準発振周波数を27kHzとして強制的にこの
周波数で発振させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方式では、電源を入れた直後の発振開始時に
チップに強い負荷を与えた場合や、振動子の振動特性が
劣化してきた場合など、発振条件によっては35kHz近
辺で発振が開始されることがある。この現象はいわゆる
周波数飛びとして知られたものであるが、その原因は共
振状態を周波数そのものではなく電圧あるいは位相によ
って間接的に検出していることにある。
【0005】すなわち、この場合の電圧は共振周波数で
ピークを示すだけで実際の周波数は不明であり、また位
相も実際の周波数を示すものではないから、電圧や位相
で間接的に検出するのでは共振周波数に近付いているか
否かの検出しかできない。また、その周波数が所定の共
振周波数でない場合でも、一旦所定の周波数以外で発振
が始まると、これがフィードバックされてそのまま継続
されることになり、有効な振動の得られる正規の周波数
に戻すことはできず、特に振動特性の良くない振動子や
劣化した振動子などではこの周波数飛びが生じやすくな
る。従って、この現象を防止するためには複雑な防止回
路を設ける必要があり、装置が高価になるなどの問題点
があった。
【0006】この発明はこの点に着目し、発振周波数を
直接検出して異常発振の場合に所定の発振周波数に戻す
ようにして常に有効な振動を得られるようにすることを
目的としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の超音波振動子の発振制御装置では、発
振周波数の検出手段と、検出された発振周波数をあらか
じめ設定された基準発振周波数と比較して異常発振であ
るか否かを判定する判定手段と、異常発振であると判定
された場合に発振周波数を基準発振周波数に戻す補正手
段、とを備えている。
【0008】上記の発振周波数の検出手段は、発振回路
に発生している電圧の周波数あるいは周期を直接検出す
るように構成される。
【0009】また、発振周波数を基準発振周波数に戻す
補正手段は、基準発振周波数に対応した時定数を有する
共振回路を基準発振周波数より低い周波数に対応した時
定数を有する回路、あるいは基準発振周波数より高い周
波数に対応した時定数を有する回路に一時的に変更する
手段を備えている。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を図
示の例について説明する。図1の回路図において、1は
CPU、2は発振回路、3は超音波振動子、4はドライ
ブ回路、5は各種のスイッチ類を備えた操作部、6は表
示部、7は電源回路、8は補正回路であり、これらは図
示のような回路構成でCPU1に接続されている。
【0011】発振回路2は振動子3と組み合わせて発振
を起こすための回路であって、マッチング・トランス2
1、発振用トランジスタ22、コイルL1とコンデンサ
C1からなる直列共振回路23等で構成されている。直
列共振回路23の時定数は振動子3との組み合わせで所
定の周波数で発振するような値に選定されており、振動
子3はその振動がフィードバックされて決定される周波
数でトランジスタ22によって駆動される。直列共振回
路23はその一端がフィードバックライン24を経てC
PU1のカウンター・タイマ入力ポートC/Tに接続さ
れ、発振電圧がCPU1に常時入力されるようになって
いる。
【0012】補正回路8は直列共振回路23に付設され
たもので、コンデンサC1に並列に接続されたコンデン
サC2とこのコンデンサC2に直列に挿入されているスイ
ッチSW1、及びコンデンサC1に直列に挿入されたコン
デンサC3とこのコンデンサC3に並列に接続されている
スイッチSW2で構成されている。スイッチSW1はCP
U1の出力ポートP1からの制御信号によって、またス
イッチSW2は出力ポートP2からの制御信号によってそ
れぞれ開閉されるようになっている。
【0013】図1の回路は上述のような構成であり、動
作は操作部5の操作に応じて開始され、CPU1に制御
されて図2のフローチャートに示すような手順で行われ
る。まず起動時には、図1に示すようにスイッチSW1
をオフ、スイッチSW2をオンとしてドライブ回路4に
スタート信号が送られ、発振が開始される。発振周波数
はポートC/Tへの入力電圧の周期をCPU1で測定す
ることによって検出され、あらかじめ設定された正常な
周波数、すなわち基準発振周波数であるか否かが判定さ
れ、正常であれば動作はそのまま継続される。
【0014】一方、発振周波数が正常でない場合には、
次のステップに進んで正常より高いか低いかが判定さ
れ、高い場合にはCPU1の出力ポートP1から制御信
号が出力されてスイッチSW1がオンされる。このた
め、コンデンサC1にコンデンサC2が並列に接続されて
直列共振回路23のキャパシタンス分が大きくなり、時
定数は基準発振周波数より低い周波数に対応した値とな
るので、発振周波数は強制的に下げられて基準発振周波
数に移行する。図3の例で説明すれば本来の周波数より
高い35kHzで発振した場合に相当しており、この周波
数での異常発振が検出されると強制的に27kHzの発振
に引き戻されるのである。
【0015】また、発振周波数が正常より低ければ、C
PU1の出力ポートP2から制御信号が出力されてスイ
ッチSW2がオフされる。このため、コンデンサC1にコ
ンデンサC3が直列に接続されて直列共振回路23のキ
ャパシタンス分は小さくなり、時定数は基準発振周波数
より高い周波数に対応した値となるので、発振周波数は
強制的に上げられて基準発振周波数に移行する。すなわ
ち、直列共振回路23の時定数を一時的に変更すること
により、振動子3の振動のフィードバックに打ち勝って
正常な周波数での発振に戻すのである。
【0016】これらの基準発振周波数への引き戻しは比
較的短時間に行われるので、スイッチSW1のオンある
いはスイッチSW2のオフの状態は例えば100msの間
だけ継続されればよく、この待ち時間が経過するとスイ
ッチSW1がオフ、スイッチSW2がオンという元の状態
に戻り、以後基準発振周波数での正常な動作が継続され
ることになる。
【0017】以上のように、この例では発振周波数を電
圧あるいは位相によって間接的に検出するのではなく、
発振周波数の周期をCPU1で直接測定しているので異
常発振か否かの検出が確実である。しかも直列共振回路
23の時定数を一時的に変更することにより、異常発振
時には所定の発振周波数に引き戻して振動子3を有効な
周波数で振動させることができる。
【0018】従って、この発明を例えば前述したような
歯科用の超音波スケーラに適用すれば、仮にチップに強
い負荷を与えたり、振動子の振動特性が劣化したりして
周波数飛びが発生しても、これが自動的に検出されて直
ちに正規の周波数に戻るのであり、常に有効な振動が得
られて使いやすい装置とすることが可能となる。
【0019】特にハンドピースの先端に発光部を設け、
これにライトガイドを経て照明用の光を導くようにした
超音波スケーラでは、超音波振動子とその振動をチップ
に導くホーンの周囲がライトガイドで囲まれる構造とな
り、またライトガイドに付随する部材などもあるため
に、発振条件が有効な振動を発生できない周波数での発
振に適したものとなりやすい。従って、ライトガイド付
きの超音波スケーラにこの発明を実施することにより、
ライトガイドの影響を除去して正規の周波数で発振させ
ることが可能となり、その実用化に極めて有効である。
【0020】なお、発振周波数は上記のように周期を測
定する方式が最も容易であるが、分周器などと組み合わ
せて周波数を直接計数するようにしてもよい。また、適
当なF−V変換器を使用して周波数に対応する電圧信号
に変換し、これをコンパレータなどで判別するアナログ
処理も可能であるが、この場合のアナログ化された電圧
値は共振周波数でピークを示すものではなく、周波数に
一義的に対応して変化するものであるから、実際の発振
周波数を確実に検出することができる。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明の超音波振動子の発振制御装置は、発振周波数の検出
手段と、検出された発振周波数をあらかじめ設定された
基準発振周波数と比較して異常発振であるか否かを判定
する判定手段と、異常発振であると判定された場合に発
振周波数を基準発振周波数に戻す補正手段、とを備えた
ものである。
【0022】従って、周波数飛びのような異常発振が発
生しても、自動的に所定の発振周波数に引き戻して振動
子を有効な周波数で振動させることができるのであり、
振動子からのフィードバックのために複雑な回路を使用
したり、周波数飛び防止回路を設けたりする必要がな
く、動作の安定した超音波機器を得ることが容易とな
り、また振動特性の良くない振動子でも使用することが
可能となる。
【0023】また、発振回路に発生している電圧の周波
数あるいは周期によって発振周波数を直接検出するもの
では、電圧あるいは位相によって発振周波数を間接的に
検出するものでないため、異常発振か否かを確実に検出
することができる。
【0024】また、基準発振周波数に対応した時定数を
有する共振回路を基準発振周波数より低い周波数に対応
した時定数を有する回路に、あるいは基準発振周波数よ
り高い周波数に対応した時定数を有する回路に一時的に
変更するようにしたものでは、簡単な回路構成によって
異常発振を正常な発振に引き戻すことができる。
【0025】特に、この発明は使用条件などで周波数飛
びを起こしやすい超音波スケーラに適用することにより
装置の使いやすさを向上することに有効であり、更にこ
の発明によれば有効な振動の得られない周波数で発振し
やすいライトガイド付き超音波スケーラの欠点が解消さ
れ、その実用化に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による超音波振動子の発振制御装置の
一例の回路図である。
【図2】同装置の制御の手順を示すフローチャートであ
る。
【図3】超音波振動子の周波数とアドミタンスの関係を
例示したグラフである。
【符号の説明】
1 CPU 2 発振回路 3 超音波振動子 8 補正回路 23 直列共振回路 C/T カウンター・タイマ入力ポート L1 コイル C1,C2,C3 コンデンサ SW1,SW2 スイッチ P1,P2 出力ポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03B 5/32 H03B 5/32 E H04R 3/00 330 H04R 3/00 330

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発振周波数の検出手段と、検出された発
    振周波数をあらかじめ設定された基準発振周波数と比較
    して異常発振であるか否かを判定する判定手段と、異常
    発振であると判定された場合に発振周波数を基準発振周
    波数に戻す補正手段、とを備えたことを特徴とする超音
    波振動子の発振制御装置。
  2. 【請求項2】 検出手段が、発振回路に発生している電
    圧の周波数あるいは周期を直接検出するものである請求
    項1記載の超音波振動子の発振制御装置。
  3. 【請求項3】 補正手段が、基準発振周波数に対応した
    時定数を有する共振回路を基準発振周波数より低い周波
    数に対応した時定数を有する回路に、あるいは基準発振
    周波数より高い周波数に対応した時定数を有する回路に
    一時的に変更する手段を備えたものである請求項1記載
    の超音波振動子の発振制御装置。
JP21283195A 1995-07-28 1995-07-28 超音波振動子の発振制御装置 Expired - Fee Related JP3507967B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100442647B1 (ko) * 1999-12-23 2004-08-02 주식회사 포스코 고유주파수회복수단을 구비한 초음파센서구동시스템 및그러한 구동시스템을 구비한 초음파센서
JP2009273718A (ja) * 2008-05-15 2009-11-26 Yoshida Dental Mfg Co Ltd 歯科用医療機器
WO2019078423A1 (ko) * 2017-10-20 2019-04-25 주식회사 제일메디칼코퍼레이션 초음파 골 융합 촉진기

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KR100442647B1 (ko) * 1999-12-23 2004-08-02 주식회사 포스코 고유주파수회복수단을 구비한 초음파센서구동시스템 및그러한 구동시스템을 구비한 초음파센서
JP2009273718A (ja) * 2008-05-15 2009-11-26 Yoshida Dental Mfg Co Ltd 歯科用医療機器
WO2019078423A1 (ko) * 2017-10-20 2019-04-25 주식회사 제일메디칼코퍼레이션 초음파 골 융합 촉진기

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