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Title:
HEAT MELTING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/104219
Kind Code:
A1
Abstract:
Electromagnetic induction occurs by conducting alternating current LCI in a heating coil (2a) and an alternating magnetic field (10) is caused. The alternating magnetic field (10) generates respective magnetic fluxes (3a and 3b) on faces A-A and B-B of a heating blade (1). Eddy currents of respective points, which flow in respective faces vertical to the magnetic fluxes (3a and 3b), negate each other. Remaining eddy currents (4a and 4b) flow along peripheral edges of the faces A-A and B-B. The eddy currents (4a and 4b) cause heat loss of electromagnetic energy and generate a Joule heat amount (P). The Joule heat amount (P) on the two faces, which is caused at an edge of a side of a blade edge (5c), is integrated with the blade edge (5c). The blade edge (5c) is a heat source of the Joule heat amount (P).

Inventors:
SATOU SADAO (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/000279
Publication Date:
August 27, 2009
Filing Date:
February 20, 2008
Export Citation:
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Assignee:
DALTON LTD (JP)
SATOU SADAO (JP)
International Classes:
B26D7/10
Domestic Patent References:
WO2005065899A12005-07-21
Foreign References:
JP2003236896A2003-08-26
JP2000042993A2000-02-15
JPH10225898A1998-08-25
JP2007152507A2007-06-21
JP2002144287A2002-05-21
JP2002001775A2002-01-08
JP2001124933A2001-05-11
JP2006202939A2006-08-03
JPH08181071A1996-07-12
JP2003166887A2003-06-13
JPH08292712A1996-11-05
JP2000061360A2000-02-29
JP2000050403A2000-02-18
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Claims:
 ニクロム線のヒータから熱伝導で加熱刃に熱を与えていた成型品のゲートを溶断するゲートカット装置であって、交番電流を通電した電磁誘導の加熱コイルが前記加熱刃に交番磁界を生成して,刃先の辺の縁に発生する二つの面のジュール熱量は刃先に統合して、前記刃先は前記ジュール熱量の熱源であって、前記加熱コイルが前記刃先に前記ジュール熱量を生成することを特徴とする加熱溶断装置。
請求項1記載の加熱溶断装置において、2つの円形加熱コイルは平行に且つ同軸に配置し、前記2つの円形加熱コイルは前記交番電流を通電されて、前記2つの円形加熱コイルはほぼ中間に位置する前記加熱刃にほぼ均一な交番磁界を与えて、前記2つの円形加熱コイルが刃先の辺の全域にほぼ均一なジュール熱量を生成することを特徴とする加熱溶断装置。
請求項1記載の加熱溶断装置において、2つの長方形楕円加熱コイルは平行に且つ同軸に配置し、前記2つの長方形楕円加熱コイルは前記交番電流を通電されて、前記2つの長方形楕円加熱コイルはほぼ中間に位置する前記加熱刃にほぼ均一な交番磁界を与えて、前記2つの長方形楕円加熱コイルが刃先の辺の全域にほぼ均一なジュール熱量を生成することを特徴とする加熱溶断装置。
請求項1記載の加熱溶断装置において、制御用の低電圧を充電した電源コンデンサが有って、高電圧に対し低電圧直流電源を保護する高電圧阻止ダイオードが有って、電位的な絶縁に対し信号のみを透過するフローティング素子が有って、高電位レベルシフトはより高い高電圧の制御によってより高い前記ジュール熱量を前記刃先に生成することを特徴とする加熱溶断装置。
請求項1記載の加熱溶断装置において、前記加熱刃の放射されるエネルギーの量は光ファイバーを通じて前記加熱刃の温度として計測して、前記光ファイバーが前記加熱刃の温度を制御すること特徴とする加熱溶断装置。
請求項1記載の加熱溶断装置において、電流検出素子は前記交番電流を計測して、前記電流検出素子が前記刃先の前記ジュール熱量を制御することを特徴とする加熱溶断装置。
ニクロム線のヒータから熱伝導で加熱刃に熱を与えていた成型品のゲートを溶断するゲートカット装置であって、前記ゲートの加圧力量はトルク変換器のねじりモーメントをストレインゲージによって計測して、前記ストレインゲージが前記加圧力量を制御することを特徴とする加熱溶断装置。
Description:
加熱溶断装置

 この発明はプラスチック成型において、 ートなどを溶断する加熱溶断装置に関する のである。

従来の加熱溶断装置に於いては、ニクロム線 から成るヒータによって、熱伝導で、加熱刃 に熱を与えていた。

特開2003-23689 「理化学辞典」岩波書店 2004年、高電位 レベルシフトIRS2118 Data Sheet IRF社製、光フ イバー MSW200/220C データシート MORITEX社製 ホール効果の電流検出素子 ACS704ELC-015 Data  Sheet Allegro社製、 トルク変換器 TPN型 デー シート KYOWA社製、

従来の加熱溶断装置に於いては、ニクロム 線から成るヒータによって、熱伝導で加熱刃 に熱を与えていた。しかし、熱伝導率が低く 、被加熱体(ゲート)に熱を奪われると、加熱 は、温度が下がり直ぐに回復が出来ないま 、低い熱の状態で加圧する。そのため、加 力量が高くなり、製品に歪や、クラックを こす原因となっていた。

従来の加熱溶断装置に於いては、熱伝導率 が低く、幅の広い刃先の辺に熱むらがある。 そして、熱の高い部分は、製品を融解し、垂 れ、糸引きの原因となる。そして、熱の低い 部分は、加圧力量が高くなって、製品に歪や 、クラックを起こす原因となっていた。

従来の加熱溶断装置に於いては、ニクロム 線から成るヒータによって、熱伝導で加熱刃 に熱を与えていた。そして、ヒータは加熱刃 に比較して大きく、ヒータを支える構造体も 大きくなっていた。そして、構造体自身の放 熱が大きくなって効率よく加熱刃を必要な温 度まであげることは容易ではなかった。

 従来の加熱溶断装置に於いては、サーモ タットを使用しているが、加熱刃やヒータ ど総じて熱伝導率が低いため、応答速度が く、溶断中の温度制御はほぼ不可能であっ 。

 電磁誘導加熱は、加熱コイルに、電流を して磁界を生成し、加熱刃を電磁誘導加熱 る。そして、表皮効果によって表面層に極 された渦電流のジュール熱は、加熱刃の刃 に合体している2面のジュール熱を、刃先の 持続的な熱源とする。

電磁誘導加熱の均一な磁界は、加熱刃の各 点の均一な磁束に垂直な面内に流れる各点の 渦電流を相互に打ち消し合いながら、残った 各渦電流の面の周囲の縁に沿って均等に流れ る。そして、均一な磁界は幅の広い刃先の辺 に、均一なジュール熱量の熱源を生成する。

 ジュール熱量が電圧の二乗に比例するた 、より高い高電圧を制御する高電位レベル フトは、より高いジュール熱量を生成して より高いジュール熱量を生成する。

加熱刃と赤外線センサの間にある光ファイ バーは、加熱刃のジュール熱の温度によって 発生するエネルギーを、赤外線センサにエネ ルギーのみを伝送して断熱する。そして、光 ファイバーはリアルタイムに加熱刃の温度を 制御する。

 ニクロム線をヒータとする加熱刃を備え 成型品のゲートを溶断するゲートカット装 にあって、ゲートに対する適切な加圧力量 得るために、トルク変換器は、ねじれモー ントの計測をして、加圧力設定器の適切な 定値に沿って、加圧力量を一定に制御する

 実施例1の効果。
ジュール熱の刃先の辺は、直接的なジュール 熱量の熱源である。そして適温に温度制御し て、ゲートに奪われる熱を瞬時に補足して、 ゲートを容易に溶断する。つまり、ジュール 熱の刃先の辺は溶断に必要な加圧力量を減ら して加圧速度を上げる。そして、ジュール熱 の刃先の辺は製品の安定した品質と歩留まり の向上を図る。低い加圧力量でゲートを溶断 できる事は加圧力量にともない発生する製品 への応力による歪、クラック(ひびわれ)を減 す。そして、加圧速度が早い事は製品への 熱時間を短くするため過加熱を防いで融解 垂れ、及び糸引きを防止する。
刃先に直接的なジュール熱量を供給する熱源 は、効率的な省エネルギーであって、高い有 用性を持つ。

 実施例2の効果。
幅の広い刃先の辺に熱むらがあれば、熱の高 い部分は製品を融解し、垂れ、糸引きの原因 となる。そして、熱の低い部分は、加圧力量 が高くなり、製品に歪や、クラックを起こす 原因となる。しかし、幅の広い刃先の温度が 、ジュール熱の刃先の辺の全部に亘って適温 にほぼ均一であれば、幅の広いゲートにかか る加圧力量は低下する。それにともない、製 品への応力による製品の歪や、クラックも無 くなる。しかも、ゲートの溶断時間も短縮さ れることによって、製品は、過加熱がなくな り、融解、垂れ、糸引きも減少する。
均一磁界は、幅の広い刃先の辺の全域に、ほ ぼ均一なジュール熱をむらなく供給できる。 そして、幅の広いゲートを、むらなく溶断す る。そして、製品の品質は、向上して、均一 化されて、生産性も向上する。そして、均一 なジュール熱は極めて高い有用性を持つ。

  実施例3の効果。
加熱刃に与えるジュール熱量は、高電圧の電 圧の二乗に比例する為、高電圧の電圧を上げ ることは、加熱刃に、高いジュール熱量を与 える。そして、ジュール熱の加熱刃は高い熱 源を容易に得る。
ちなみに、低電圧直流電源の低電圧の電圧は 15Vまであって、高電圧直流電源の高電圧の電 圧は600Vまでが、ハイサイドスイッチとロー イドスイッチの許容される現在の定格であ 。仮に、電源入力ACがAC100Vの時ジュール熱量 の限界値を100Wとすれば、AC400Vの時ジュール 量の限界値は、1.6KWまであがる。
高電位レベルシフトは、高電圧を上げること を可能にして、より高い高電圧で、より高い ジュール熱量を得る。つまり、高電位レベル シフトは、ジュール熱の加熱刃の高い熱源を 容易に得て、高い有用性を持つ。

実施例4の効果。
ジュール熱の加熱刃と赤外線センサを結ぶ距 離(m)の二乗に反比例して減衰するエネルギー は、減衰が殆んどない光ファイバーを通すこ とによって距離(m)を短縮して減衰を抑止する 。且つ、光ファイバーは、効率よくエネルギ ーのみを伝送して、加熱刃と赤外線センサの 間を、ほぼ断熱する。
光ファイバーは加熱刃の絶対温度をリアルタ イムに計測して一定に制御する。リアルタイ ムな加熱刃の温度制御は、安定した溶断を容 易にして、高い有用性を持つ。

実施例5の効果。
電流検出素子は、交番電流を、加熱刃の温度 に、置き換える。つまり、加熱刃の温度が、 適切になるように、交番電流をリアルタイム に制御する。そして、電流検出素子は間接的 に加熱刃の温度を制御する。したがって、交 番電流の制御は、光ファイバーや赤外線セン サ7を省いて、構造も簡略されて、経済的で って、高い有用性を持つ。

 実施例7の効果。
加圧力量制御加熱溶断装置の特徴は、トルク 変換器のねじれモーメントつまりストレイン ゲージを、計測して、加圧力量とする。つま り、トルク変換器は、許容される適切な一定 の加圧力量で、ゲートを溶断する。つまり、 加熱刃の温度分布にむらがある。そのため、 温度分布が低いときは、一定の加圧力量であ るため、加圧速度が遅くなる。そのため、一 定の加圧力量は、無理な加圧力量にともない 発生する製品への応力による歪、製品のクラ ック(ひびわれ)を減らす。温度分布が高い時 、加圧力量が下がるにつれて、効率的に加 速度が早くなる。したがって、加圧速度が くなることは、製品への加熱時間が短くな ため、過加熱を防ぎ、製品の融解や、垂れ 糸引き、を防止する。
トルク変換器によって、適切な一定の加圧力 量で、ゲートを溶断することは、製品の品質 は向上して、製品を均一化して、さらに生産 性も向上して、極めて高い有用性を持つ。

図1A 、は電磁誘導による加熱溶断の共通する構造 及び電気的な作用について説明図である。( 施例1) 図1B は2つの同じ円形誘導加熱器11Bを対称的に配 して、熱刃1はほぼ均一な交番磁界13Bを得る 明図である。(実施例2) 図1C は2つの長方形楕円加熱器11Cを対称的に配置 て、熱刃1はほぼ均一な交番磁界13Cを得る説 図である。(実施例2) 図1Ca は、加熱刃1に均一な磁界を与えるために、 少導線の電流を垂直にかこむ閉曲線に沿っ 磁界が生成する作用を利用して、磁界を制 する説明図である。(実施例2) 図2A 、は、高電圧レベルシフトによって刃先に高 いジュール熱量を得る説明図である。(実施 3) 図2B ,は、光ファイバー6aが加熱刃1の絶対温度(T) リアルタイムに観測して温度制御する説明 である。(実施例4) 図2C は、 図2A ,及び 図2B に於ける温度制御に対して、交番電流LCIの調 節手段による電流制御についての説明図であ る。(実施例5) 図2D は(溶断中)のタイミングチャートの説明図で る。(実施例6) 図2E は(待機中)のタイミングチャートの説明図で る。(実施例6) 図2F は、 図2A のブロックBKの中で、ハイサイドスイッチHS ローサイドスイッチLSが、短絡しないように する為のタイミングチャートを示す説明図で ある。(実施例6) 図3A は加圧力量を一定に制御する加熱溶断装置の 説明図である。(実施例7) 図3B は、2組の加圧力量制御加熱溶断装置3Aaによ 構成されている説明図である。(実施例7) 図3C のタイミングチャートは負帰還ループの様子 を示した説明図である。(実施例7) 図3D のタイミングチャートは、環境の急激な変化 を示した説明図である(実施例7)

符号の説明

1 電磁誘導加熱器11
2 加熱コイル2
3 交番電流LCI
4 交番磁界10
5 加熱刃1
6 多芯線2a

実施形態1.
以下、この発明に係る電磁誘導による加熱溶 断装置のそれぞれの実施例を用いて、それぞ れの発明を順次に説明する。

図1A 図1B 、及び 図1C において各電磁誘導加熱器11、11B、11Cが電磁 導による加熱溶断の共通する構造及び電気 な作用について説明する。各電磁誘導加熱 11、11B、11Cは、極細の多芯線2aより成る加熱 コイル2に、交番電流LCIを通電することによ 、各交番磁界10,10B,及び10Cを生成する。そし 、各交番磁界10,10B,及び10Cは、加熱刃1に、 渦電流4a、4bを生成して、ジュール熱量(P)を 成する。
図1A 図1B 、及び 図1C において各電磁誘導加熱器11、11B、11Cが共通 る構成について説明する。赤外線センサ7は 加熱刃1の温度によって発生するエネルギー7a を受光する。そして、赤外線センサ7は加熱 1と赤外線センサ7の間に光ファイバー6aを通 て受光する。そして、赤外線センサ7を保持 するセンサ保持台8は断熱材で構成している そして、センサ保持台8は支持台6からの熱伝 導を阻止する。そして、センサ保持台8は赤 線センサ7の温度上昇を抑止する。そして、 外線センサ7はエネルギー7aを計測して、リ ルタイムに加熱刃1の温度を、制御する。光 ファイバー6aは複数の石英ガラス製の光ファ バーのコアを束ねる。そして、光ファイバ 6aはポリイミド樹脂でコーティング後両端 面を研磨する。

素材の特性が持つ誘導加熱されるジュール 熱量(P)について説明する。仮に、加熱刃1は であるとして、支持台6とアーム9はアルミニ ウムであると仮定する。そして、それぞれの 導体の特性に対するジュール熱量(P)は、共振 周波数(f)と、抵抗率(ρ)と比透磁率(μ)に、巻 Nの交番電流LCIに対して、比例関係にある。 そしてその関係を次の式(1)に示す。鉄はρ(0.1 7)、μ(200)である。そして、アルミニウムはρ( 0.27)、μ(1)とする。

 
 

仮に鉄のアルミニウムに対するジュール熱 量(P)の割合はアルミニウムが1に対し鉄は約35 .5である。つまり、鉄と比べてアルミニウム 殆どジュール熱量(P)を受けにくいことが証 される。

図1A は、 図1B 、及び 図1C において、電磁誘導による加熱溶断の共通す る電気的な作用について説明図である。 図1A において交番磁界10が加熱刃1に与える作用に ついて詳細に説明する。加熱コイル2aに交番 流LCIを通電することによって電磁誘導が生 て、交番磁界10が発生する。交番磁界10は加 熱刃1のA-A面とB-B面に各磁束3a、3bを発生させ 。そして、各磁束3a、3bに垂直な各面内を流 れる各点の渦電流は相互に打ち消しあう。そ して、残った各渦電流4a、4bは、A-A面とB-B面 各面の周囲の縁に沿って流れる。そして、 渦電流4a、4bは電磁エネルギーの熱損失をお してジュール熱量(P)を生成する。刃先5cの の縁に発生する二つの面のジュール熱量(P) 刃先5cに統合する。そして、刃先5cはジュー 熱量(P)の熱源である。つまり、加熱コイル2 aが刃先5cにジュール熱量(P)を生成する。そし て、各渦電流4a、4bは周波数(f)に比例する表 効果によって表面に局限する状態を各表皮 熱5a、5bと表現する。つまり、各渦電流4a、4b と各表皮発熱5a、5bは説明上別に表したが同 ものである。そして、A-A面の表皮発熱5aとB-B 面の表皮発熱5bの各ジュール熱量(P)は刃先5c 合体している2面の各表皮発熱5a、5bを刃先5c 辺に統合して倍増する。ジュール熱量(P)は (1)に示す。

加熱刃1のA-A面とB-B面の表面に於いて、表 効果による各渦流電流4a、4bは、周波数(f)に 例して表面に局限する。そして、各渦流電 4a、4bは、内部に入るにつれて指数関数的に 減少する関係を、表面の1/εになる厚さ(δ)を 次の式(2)で表す。σは電気伝導率、μは透磁 率、及びρは固有抵抗とする。

仮に加熱刃1を鋼として、プラスチックの各 ート14B、14Cを溶断に必要な温度は300度まで すれば、温度で変化する固有抵抗ρは約(20~53 )まで変化して、磁界の強さで変化する透磁 μは約(20~1000)まで変化する。そして、仮に、 交番電流LCIの周波数(f)を20KHZとして、表皮効 による各渦電流4a、4b厚さ(δ)は温度や磁界 強さよって異なる。しかし、その厚さ(δ)は よそ0.2~2.3mmである。そしてジュール熱量(P) 殆どを表皮効果によって加熱刃1の表面層の 厚さ(δ)に集約する。表面層の厚さ(δ)の作用 図1B 、及び 図1C においても適用される。

表皮効果による各表皮発熱5a、5bに合体し いる刃先5cの辺は、直接的なジュール熱量(P) の熱源である。そして、刃先5cの辺は、適温 温度制御される。そして、刃先5cの辺は、 ゲート14B、14Cに奪われる熱を瞬時に補足す 。そして、各ゲート14B、14Cは容易に溶断さ る。つまり、熱源である刃先5cの辺は、溶断 に必要な加圧力量42bを減らして、加圧速度を 上げる。そして、低い加圧力量42bで各ゲート 14B、14Cを溶断できる事は、加圧力量42bにとも ない発生する各製品15B、15Cへの応力による歪 、クラック(ひびわれ)を減らす。つまり、加 速度が早い事は、各製品15B、15Cへの加熱時 を短くするため、過加熱を防いで融解、垂 、及び糸引きを防止する。そして、刃先5c 辺は、各製品15B、15Cの安定した品質と歩留 りの向上を図る。

各表皮発熱5a、5bの刃先5cの辺は、直接的な ジュール熱量(P)の熱源であることを,ジュー 熱量(P)の式(1)及び厚さ(δ)の式(2)で,証明する 。そして、刃先5cの辺は交番電流LCIの調節に って適切な溶断に必要なジュール熱量(P)を アルタイムに持続的に確保する。刃先5Cに 接的なジュール熱量(P)を供給する熱源は、 率的な省エネルギーであって、高い有用性 持つ。

図1B は2つの同じ円形誘導加熱器11Bを対称的に配 してある。2つの同じ半径Rの円形加熱コイル 2Bは、平行に、且つ、同軸に配置してある。 らに、並ぶ2つの円形加熱コイル2Bは半径Rと 2つの並ぶ距離Dをほぼ等しくする。そして、2 つの円形加熱コイル2Bは交番電流LCIを同じ方 に通電される。その結果、2つの円形加熱コ イル2Bの中央に位置する加熱刃1は、ほぼ均一 な交番磁界13Bを得る。

そして、均一な交番磁界13Bの磁界の強さ(H) は、D=Rのとき、式(3)で表わし、D=1.5Rのときは 、式(4)で表わす。

D=Rのとき

D=1.5Rのとき
 

図1Ca は、加熱刃1に均一な磁界を与えるために、 少導線の電流を垂直にかこむ閉曲線に沿っ 磁界が生成する性質を利用して、磁界を制 する説明図である。長方形楕円加熱コイル2C は、長方形の加熱刃1の形状に合わせた長方 の両端部を、楕円(あるいわ鋭角)にして、両 端部に発生する磁界の方向を、形状の角度に よって制御する。そして長方形楕円加熱コイ ル2Cは、過熱刃1に、二重にかかる磁界を避け ることにより、磁界を均一にする。そして、 長方形楕円加熱コイル2Cは、交番電流LCIによ て、各点の微少導線の電流13Cbの角度に対し て、軸上13Cc内に向かって垂直な各閉曲線13Ca 沿って磁界を発生させる。そして、その磁 は、長方形加熱コイル2Cの両端部の形状に って制御され、加熱刃1に、均一な磁界を与 る。これ等の作用を持つ形状の長方形の両 部を楕円(あるいわ鋭角)にした加熱コイル2C は、長方形楕円加熱コイル2Cと表現する。

図1C は2つの長方形楕円加熱器11Cを対称的に配置 てある。2つの長方形楕円加熱コイル2Cは、 行に、且つ、同軸に配置してある。さらに 並ぶ2つの長方形楕円加熱コイル2Cは、半短 rと、2つの並ぶ距離dをほぼ等しくする。そ て、2つの長方形楕円加熱コイル2Cは交番電 LCIを同じ方向に通電される。その結果、2つ 長方形楕円加熱コイル2Cの中央に位置する 熱刃1は、ほぼ均一な交番磁界13Cを得る。

そして、均一な交番磁界13Cの磁界の強さ(H) は、d=rのとき式(5)で表わし、d=1.5rのとき式(6) で表わす。

 

 

各均一な交番磁界13B、13Cは、加熱刃1の各 の均一な各磁束3a,3bに垂直な面内に流れる各 点の渦電流を相互に打ち消しあう。そして、 残った各渦電流4a、4bは、表皮効果によって 面の周囲の縁に沿って均等に流れる。そし 、各均一な交番磁界13B、13Cの各式(3)、(4)、(5 )、(6)で証明するように、ほぼ均一な各渦電 4a、4bは、幅の広い刃先5cの辺の全域に、ほ 均一なジュール熱量を生成する。

幅の広い刃先5cの辺に熱むらがあれば、熱の い部分は製品15Bを融解し、垂れ、糸引きの 因となる。そして、熱の低い部分は、加圧 量42bが高くなり、各製品15B、15Cに歪や、ク ックを起こす原因となる。
つまり、幅の広い刃先5cの温度が、刃先5cの の全部に亘って適温にほぼ均一であれば、 幅の広いゲート14B、14Cにかかる加圧力量42b 低下する。それにともない、各製品15B、15C 応力による歪や、クラックも無くなる。し も、各ゲート14B、14Cの溶断時間も短縮され ことによって、各製品15B、15Cは、過加熱が くなり、融解、垂れ、糸引きも減少する。

各均一な交番磁界13B、13Cは、幅の広い刃先 5cの辺の全域に、ほぼ均一なジュール熱をむ なく供給できる。そして、各均一な交番磁 13B、13Cは幅の広い各ゲート14B、14Cを、むら く溶断する。そして、各製品15B、15Cの品質 、向上して、均一化されて、生産性も向上 る。つまり、幅の広い刃先5cの辺の全域に 一なジュール熱は極めて高い有用性を持つ

図2A 図2B 及び 図2C は、各電磁誘導加熱器11,11B、及び11Cを駆動す るインバータ回路である。各ハイサイドスイ ッチHS、HSR、及びHSLと各ローサイドスイッチL S、LSR、及びLSLは、交互にスイッチして充放 を繰り返す。そして
加熱コイル2と共振コンデンサLCCは、直列共 回路LCを、共振させる。
直列共振回路LCの共振周波数(f)の時、交番電 LCIは、最大となる。そして、巻数Nの加熱コ イル2において、高電圧VHと、交番電流LCIと、 加熱刃1の刃先5cに与えるジュール熱量(P)との 相互関係は、次の式(7)と(8)に示す。但し、加 熱コイル2の表皮効果による交流損失抵抗は 視する。

 

 

図2A は高電位レベルシフトHLSの機能について説明 する。シフトポイントSPは、高電圧VHとゼロ 位V0の間を交互に移動する為、ハイサイド入 力HIの電位も、シフトポイントSPにあわせて 追従して移動しなければならない。そして ローサイドスイッチLSがオンの際は充電経路 ICを経て電源コンデンサSCは低電圧VLを充電す る。そして、高電位レベルシフトHLSの基準電 位はシフトポイントSPと接続されている。そ て、シフトポイントSPが高電圧VHの時は高電 圧阻止ダイオードSDによって低電圧直流電源V LPを保護する。そして、低電圧VLを充電され 電源コンデンサSCは高電位レベルシフトHLSの 制御用電源となる。そして、ハイサイド信号 HSからハイサイド入力HIの間は、フローティ グ素子FEによって、電位的に絶縁されていて 、信号のみを透過する。 図2A に示す高電位レベルシフトHLSは電源コンデン サSCと高電圧阻止ダイオードSDとフローティ グ素子FEで構成されている。そして、これ等 の機能と回路を総じて高電位レベルシフトHLS と呼ぶ。

式(8)に示すとおり、加熱刃1の刃先5cに与え るジュール熱量(P)は、高電圧VHの電圧の二乗 比例する為、より高く高電圧VHの電圧を上 ることによって、加熱刃1の刃先5cに、より いジュール熱量を与える。そして、加熱刃1 刃先5cはより高い熱源を容易に得る。

ちなみに、低電圧直流電源VLPの低電圧VLの 圧は15Vまであって、高電圧直流電源VHPの高 圧VHの電圧は600Vまでが、各、ハイサイドス ッチHS、HSR、HSLと各、ローサイドスイッチLS 、LSR、LSLの許容される現在の定格である。仮 に、電源入力ACがAC100Vの時ジュール熱量(P)の 界値を100Wとすれば、AC400Vの時ジュール熱量 (P)の限界値は1.6KWまであがる。但し、前記各 イッチのスイッチング損失および定常損失 無視する。

高電位レベルシフトHLSは、高電圧VHを上げ ことを可能にして、式(8)において、より高 高電圧VHで、より高いジュール熱量(P)を得 。つまり、高電位レベルシフトHLSは、加熱 1の刃先5cの高い熱源を、容易に得る。そし 、高電位レベルシフトHLSは高い有用性を持 。

図2A 及び 図2B は光ファイバー6aの機能について説明する。 熱刃1の絶対温度(T)によって放射されるエネ ルギー(PE)は、絶対温度(T)の4乗に比例した赤 線7aの量を、光ファイバー6aを通じて、サー モパイルの赤外線センサ7で受光する。そし 、その受光量であるエネルギー(PE)は、ほぼ4 乗根に近似する4乗根増幅器22によって増幅し て、加熱刃1の絶対温度(T)に比例した「計測 」22aを得る。そして、光ファイバー6aはリア ルタイムに加熱刃1の温度を制御する。これ の関係を次の式(9)と(10)に示す。

 

 
 
(σ)はステンファン・ボルツマン定数である  
 
(η)は物質のエネルギー放射率である。

式(9)において、加熱刃1の表皮発熱と赤外線 ンサ7を結ぶ距離(m)の二乗に反比例して減衰 るエネルギー(PE)は、減衰が殆んどない光フ ァイバー6aを通じて、伝送される。そして、 ファイバー6aは、距離(m)を短縮して、減衰 抑止する。且つ、光ファイバー6aは、効率よ くエネルギー(PE)のみを伝送して、加熱刃1と 外線センサ7の間を、ほぼ断熱する。
光ファイバー6aは、加熱刃1の絶対温度(T)を、 リアルタイムに、計測して、制御する。リア ルタイムな加熱刃1の温度制御は、安定した 断を容易にして、高い有用性を持つ。

図2C は、 図2A ,及び 図2B に於ける温度制御に対して、刃先5cの温度に き換えて、交番電流LCIを、電流制御する様 について説明する。そして、加熱刃1に与え るジュール熱量(P)は、周囲温度、刃先5cの放 状態、及びゲート14B、14Cへの熱エネルギー 移動状態などの周囲環境を、考慮する。そ て、加熱刃1に与えるジュール熱量(P)は刃先 5cの最適な温度に交番電流LCIの調節手段によ て最適に調節する。つまり、刃先5cの温度 、適切になるように、交番電流LCIの設定器23 の「設定値」を調節して、交番電流LCIを制御 する。つまり、交番電流LCIは、刃先5cの最適 温度に比例するジュール熱量(P)を、リアル イムに制御する。且つ、入力電源ACの電圧 変動にも対応する。

図2C は電流検出の方法の一例を示す。直列共振回 路LCの交番電流LCIは、磁束を発生するホール 果の電流検出素子18で、検出する。そして 電流検出素子18の電位は、高電圧VHとゼロ電 V0の間を交互に移動する為、高電圧を絶縁 るアイソレーション型の交流電流検出回路19 によって、交番電流LCIの交流電流量のみを検 出する。そして、AC-DCコンバータである直流 波回路20は、交番電流LCIに比例した直流成 を、「計測値」22aとして変換する。

直列共振回路LCの共振周波数(f)の時、交番 流LCIは、最大となる。そして、加熱刃1に対 して、巻数Nの加熱コイル2において、交番電 LCIとジュール熱量(P)との相互関係は、次の (1)に示す。但し、加熱コイル2の表皮効果に よる交流損失抵抗は無視する。

 
式(1)に示すとおり、加熱刃1に与えるジュー 熱量(P)は、交番電流LCIの二乗に比例する為 交番電流LCIを調節することによって、リア タイムに加熱刃1の刃先5cの温度を、容易に 節する。

電流検出素子18は、電流検出による交番電 LCIを、加熱刃1の温度に置き換える。交番電 流LCIは、直流検波回路20の「計測値」22aを、 番電流LCIの設定器23の「設定値」の比較に って、リアルタイムに「設定値」に、制御 れる。つまり、交番電流LCIを制御して、間 的に刃先5cの温度が制御される。したがって 、交番電流LCIによる温度制御は、光ファイバ ー6aや赤外線センサ7を省き、構造も、簡略さ れる。そして、刃先5cの温度に置き換えた交 電流LCIの制御は、経済的であって、高い有 性を持つ。

図2A , 図2B 、及び 図2C は負帰還ループの構成について説明する。加 熱刃1の絶対温度(T)及び交番電流LCIの各「計 値」22aは、各「計測値」22aと各設定器23の「 設定値」を誤差増幅器24に通して、その誤差 ゼロになるように負帰還ループを構成して る。つまり、各「計測値」22aは、誤差増幅 24、パルス幅変調回路26、論理回路27、及び ライブ回路28を経て、負帰還ループを構成 て、一定に制御される。
各ゲート14B、14Cを加熱溶断の時は、高いジュ ール熱量(P)で供給し続ける時間帯を、(溶断 )とする。そして、次の溶断のため待機の時 、保温に必要な低いジュール熱量(P)で供給 続ける時間帯を、(待機中)とする。
図2D は(溶断中)のタイミングチャートである。そ て、 図2E は(待機中)のタイミングチャートである。そ て、各タイミングチャートは、共振基準ク ックCLKに同期している。そして、論理回路2 7は、各ブロック左BKL、右BKRを交互に順次駆 する。そして、直列共振回路LCは、共振基準 クロックCLKに同期して、共振現象を起こして 、最大の交番電流LCIを得る。
図2D の(溶断中)は、高い交番電流LCIを必要として (溶断中)のパルス幅PWLを、広くしている。 に、 図2E の(待機中)は、低い交番電流LCIを必要として (待機中)のパルス幅PWSを、狭くしている。 して、コントローラ29によって選択された各 (溶断中)又は(待機中)の交番電流LCIは、設定 23の各調節器23a,23bの「設定値」と各「計測 」22aを、誤差増幅器24に通して、その誤差が ゼロになるように、制御される。そして、交 番電流LCIは、パルス幅変調回路26において生 された電流調節幅PWMによって、電流波高調 幅IVMを生成して、制御される。交番電流LCI まりジュール熱量(P)は、絶対温度(T)及び交 電流LCIの設定器23の「設定値」に追従する うに、帰還ループを構成して、制御される

図2F は、 図2A のブロックBKの中で、ハイサイドスイッチHS ローサイドスイッチLSが、短絡しないように する為のタイミングチャートを示す。ハイサ イドスイッチHSとローサイドスイッチLSが、 全にスイッチオフになるまでかかる時間を ターンオフTOF時間とする。そして、ハイサ ドスイッチHSとローサイドスイッチLSが短絡 ないように、ターンオフTOFに対して十分な 間つまりデッドタイムDTを原則的に設ける そして、そのデッドタイムDTの原則は 図2D 図2E のタイミングチャートにも適用される。

直列共振回路LCを共振させるための基準クロ ク25の周波数は、基準クロック調節器25aに って、直列共振回路LCの共振周波数(f)にあわ せる。そうすると、交番電流LCIは、波形を最 良にして、且つ、最大になる。論理回路27は 各ブロックBK,BKL,BKRの各動作順序を決めて、 順次繰り返す。且つ、論理回路27は、 図2F に示すデッドタイムDTを原則的に実行する。 して、ドライブ回路28は、各ハイサイドス ッチ及び各ローサイドスイッチを、ドライ する為に、前記各スイッチの電気規格に変 する。
実施形態2.

ニクロム線をヒータとする加熱刃を備えた成 型品のゲートを溶断するゲートカット装置に あって、 図3A は加圧力量を一定に制御する加熱溶断装置で ある。そして、加圧力量制御加熱溶断装置3Aa は、ゲート14の適切な加圧力量42bを、加圧力 定器43の適切な「設定値」43bに沿って、一 に制御する。
加圧力量制御加熱溶断装置3Aaは、速度制御モ ータ51を動力源として、ゲート14を溶断する めの加圧力量42bを、負荷とする。そして、 間に位置するトルク変換器41の入力軸と出力 軸に発生するねじれモーメントはストレイン ゲージによって計測する。そして、ストレイ ンゲージの計測量は加圧力量42bとする。そし て、加圧力量42bはブリッジ増幅器42の出力を 計測値」42aとする。そして、加圧力量42bは 節器43aによって調節される。そして、加圧 設定器43の「設定値」43bと「計測値」42aは 誤差電圧増幅器44に通して、その誤差電圧44a の誤差電圧がゼロになるように、制御される 。そして、加圧力量42bは、電圧/周波数コン ータ46、速度制御ドライバ50、速度制御モー 51、カップリング52、及びトルク変換器41を て、負帰還ループを構成して、一定に制御 れる。
そして、電圧/周波数コンバータ46は電圧に対 する周波数の比率を電圧/周波数調節器46aに って調節する。そして、電圧/周波数の調節 46aはリード55aによって変わる加圧速度を調 する。
図3C のタイミングチャートは前記負帰還ループの 様子を示している。仮に、「設定値」43bより 「計測値」42aが高ければ、誤差電圧44aは下が り、パルス列49の速度も下がる。したがって 速度指令50aも下がって、「計測値」42aを下 る方向に作用する。そして、速度制御モー 51の遅れもあって、「計測値」42aは「設定 」43bを中心に多少のハンティング現象を起 も、「設定値」43bに沿うようにほぼ収束す 。速度制御モータ51は、代表的に、サーボモ ータ、ステッピングモータが適用される。

図3D のタイミングチャートは、環境の急激な変化 を示している。つまり、周囲温度の変化、風 、温調機の具合などのややイレギュラー的な 変化によってゲート14が硬化している時に対 する様子を示している。つまり、速度制御 ータ51などの前記負帰還ループに含む遅れ ある。そのために、ゲート14が硬化している 時に、加圧力量42bが上昇して、クラックが入 ったりする無理な応力が製品に加わらないよ うにする。そのために、加圧力上限検出器47 、無理な応力の手前を、上限調節器47aで、 上限値」として設定する。そして、上限検 47bによって、パルス列停止回路48は、「計 値」42aが「上限値」を超えてから「設定値 43bに復帰するまで、パルス列49と速度指令50a を、一時的に、停止する。
図3A 及び 図3B に於ける図中の製品を省略している。

図3A は、加圧力量42bを与える機構手段の1例とし 、加圧力量制御溶断装置3Aaである。そして その機構は、架台60に支えられて、ベルト53 ねじ55、そのリード55a、それに連動する移 テーブル56、アーム9、各加熱手段58a,58b、及 加熱刃の各可動側59a,と固定側59bによって、 構成される。そして、 図3B に比べてほぼ半分で済む経済性がある。しか し、ゲート14に対し、溶断開始時から完了時 溶断中の中心点が、固定側59bにずれる欠点 ある。そして、固定側59bにずれる欠点が、 理な溶断によって、製品の溶断面及び製品 歪を与える可能性がある。

図3B は、2組の加圧力量制御加熱溶断装置3Aaによ 構成されている。そして、2組の可動する各 熱刃59a、59aの動作は、コントローラ29によ て同期運転が行われる。そして、各加熱刃59 a、59aの溶断開始時から完了時までの溶断中 心点が、同じである為、製品の溶断面及び 品に、歪を与えない特徴がある。

加圧力量制御加熱溶断装置3Aaの特徴は、ト ルク変換器41のねじれモーメントをストレイ ゲージによって計測して、加圧力量42bとす 。つまり、トルク変換器41は、許容される 切な一定の加圧力量42bで、ゲート14を溶断す る。つまり、各加熱刃59a,59bは温度分布にむ がある。そのため、温度分布が低いときは 一定の加圧力量42bによって、加圧速度が遅 なる。そして、一定の加圧力量42bは、無理 加圧力量42bにともない発生する製品への応 による歪、製品のクラック(ひびわれ)を減ら す。温度分布が高い時は、加圧力量42bが下が るにつれて、効率的に加圧速度が早くなる。 したがって、加圧速度が早くなることは、製 品への加熱時間が短くなるため、過加熱を防 ぎ、製品の融解や、垂れ、糸引き、を防止す る。

トルク変換器41によって、適切な一定の加 力量で、ゲートを溶断することは、製品の 質は向上して、製品を均一化して、さらに 産性も向上して、極めて高い有用性を持つ

プラスチックのレンズ及び導光板のゲート を加熱溶断の際、加熱刃を適切なジュール熱 量で、無理のない加熱溶断は、製品への応力 による歪や過加熱を防ぎ、品質を向上し、均 一化され、生産性も向上し、極めて高い有用 性を持つ。




 
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