超音波カッターを自作できないかと妄想 続1

下記から買ったBLT型振動子(60 ワット 40 khz の超音波圧電トランスデューサ 1,254円)の
共振周波数を調べてみたら、約40kHzで共振してインピーダンスが最小になるのが解った。
現状では、ドライブPCBの出力周波数と、BLT型振動子の共振周波数が一致していないので、振動効率が悪いのだろう。
これはなんとしても、ドライブPCBの出力周波数を変える必要があると判断した。

ドライブPCBを改造して下記の回路にした。
60W 超音波洗浄機ドライブPCB回路図_02_900dpi


周波数を28.6kHzにすると、BLT型振動子の電圧が最大になった。
周波数28.6kHz T1の1次側電圧  
28.6kHz V1波形_01

周波数28.6kHz T1の2次側電圧  1次側とほぼ同じ振幅である
28.6kHz V2波形_01

周波数28.6kHz BLT型振動子の電圧  正弦波である。電圧が大きすぎてオシロの画面をはみ出している。
28.6kHz V3波形


周波数を40.0kHzにすると、BLT型振動子の電圧が非常に小さくなった。
周波数40.0kHz T1の1次側電圧 
40.0kHz V1波形_02

周波数40.0kHz T1の2次側電圧  なぜかトランスの1次側より振幅が小さい
40.0kHz V2波形_01

周波数40.0kHz BLT型振動子の電圧  なぜかトランスの2次側より振幅が小さい
40.0kHz V3波形_01

 ここまできてふと思ったのだが
このPCBは40kHz用ではなく28kHz用かもしれない。
PCBには「40kHz」や「28kHz」の表記が無いので、中国の業者が間違えて発送したのかもしれない。

 この時点で疑問が生じた
トランスを使って高圧を作れば簡単なのに。なんで共振回路を使って電圧を上げているんだろうか?
T1トランスの巻線は単線でなのに。L1コイルの巻線はリッツ線(より線)です。なんでリッツ線を使っているんだろうか?
もしかするとBLT型振動子の共振周波数が変わった時に、周波数を自動追尾する役割を果たしているのかもしれない。

オリジナルのPCB回路では、T2トランスを使ってフィードバックした自励発振なので。
40kHzの発振回路を追加すれば、簡単に40kHzにできると思っていたけれど。
それだけでは、40kHzの高圧出力が得られません。

現状のPCBでは、L1コイルのインダクタンスを減らして、共振周波数を40kHzに変更しないと、40kHzの高圧が出ません。
これは困った。


ALIEXPRESSで「40kHz」と表記したドライブPCBを新たに注文しました。
注文した物が届くまでの約1ヶ月、開発は中断です。

超音波カッターを自作できないかと妄想

まず下記を買って
60W 超音波洗浄機ドライブPCB 2,937円
https://ja.aliexpress.com/item/4000221320120.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.12bc4c4d3GZOE2 

60 ワット 40 khz の超音波圧電トランスデューサ 1,254円
https://ja.aliexpress.com/item/32877966064.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.16ad4c4drxgs8L 

デザインナイフ D-400GP
https://www.amazon.co.jp/dp/B001U73LO4/


トランスデューサの先端にデザインナイフ の刃を付けて
AC100Vを入力して動かしてみると、振動が弱い。
全く実用にならないくらい振動が弱い。
サイズ変更DSC03624

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超音波の周波数を調べる為に、ドライブPCBのインバータの1次側トランジスタの、ベース~エミッタ間の波形を見た。
ちなみに、ドライブPCBの出力(トランデリューサを駆動する信号)は、1000Vを超えていてオシロスコープでは測れなかった。
超音波ドライブPCB Q1のB-E_03

販売店の商品説明ではこのPCBは40kHzと書いてあるが。実際の波形を見ると約33kHzだった。
もしトランスデューサの共振周波数が40kHzだとすると。周波数が合ってないので振動が弱いのかもしれない。

ドライブPCBの現物から調べた回路図はこれ、
60W 超音波洗浄機ドライブPCB回路図_01

これは自励発振回路です。
周波数を40kHzに変えたいと思い、R2を20Ωに変えてみたが周波数は変化しなかった。
中国製品ならではのインチキに騙されたのだろうか。
販売店の商品説明では、このPCBは110V/220V両対応と書いてあるが。実際は220V専用の様である。


TL494で発振回路を作って、強制的に超音波の周波数を変えられないかと思案中です。

SEA FORCE の超音波洗浄機を買った。
要修理品ということで、ヤフオクから1000円で落札した。
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これ本体には「SEA FORCE CO.」という会社名は書いてあるけれど、型番が書いてない。
「SEA FORCE CO.」で検索すると、下記のHPを見つけた。
https://www.tools-shop.net/shopdetail/076001000002/
断定はできないけれど、たぶんこれと同じ物だろう。

水を入れて通電してみると、とても超音波が弱い。修理が必要な状態でした。

ヒーターは生きてました。ヒーターの電力は40Wです。


 内部を見て気がついた事。
超音波を発生させる超音波振動子は、フェライトコアとコイルの組み合わせだった。
現行の超音波洗浄機は、BLT(高能力ボルト締めランジュバン型振動子)が一般的です。
これはビックリです。

ベークライトの片面基板を使っていた。
これはもしかすると、20年以上前の物かもしれない。
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本来なら、超音波振動子はステンレスの洗浄槽の底に接着してあるはずなのに。
接着剤が剥がれて、超音波振動子がグラグラしていた。
これが、超音波が弱い原因だった。

全体的に電線が短いので整備性が悪い。

電子部品に水がかからない様にする配慮が全く無い。
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 処置
古い接着剤を削り落として、セメダインスーパーXで超音波振動子を固定した。
今から思うと、セメダインスーパーXは完全硬化しても弾性が有るので、良くなかったかもしれない。
完全硬化するエポキシ接着剤の方が良かったかもしれない。
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全体的に電線を継ぎ足して延長した。
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基板に下記の 防湿コーティング剤 BS-C20B を塗った。
https://www.amazon.co.jp/dp/B005EJ7LZO


 使った感想
内蔵ヒーターは弱いので水温がなかなか上がらない。ヤカンで湯を沸かして入れる方が早い。水温が上がると洗浄力が上がる。
メガネの汚れはよく落ちる。でもレンズコーティングが剥がれるので、使わない方が良いらしい。
10円硬貨の黒ずみ(酸化皮膜)は落ちない。
電動ハブラシの奥まったところの水垢はよく落ちる。
ヤスリは、木の粉の目詰まりはよく落ち落ちるけれど。金属粉の目詰まりは落ちない。
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 結論
歯ブラシが入るところの汚れは、超音波洗浄機よりブラシでこする方が早い。
自分の身の回りでは、有効な使いみちが思いつかない。
無駄な物を買ってしまった。

 その他
もしかすると、この超音波洗浄機は調子が悪くて、これ本来の性能が発揮できていない可能性があります。
わたしは、業務用のハイパワーな超音波洗浄機を使った事がないので、判断できません。
下記の新品を買ったら、この超音波洗浄機よりも数倍ハイパワーかもしれません。
https://www.tools-shop.net/shopdetail/076001000002/

TDKのHPにフェライトを使った超音波洗浄機の説明があった
https://www.jp.tdk.com/tech-mag/ferrite02/007

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