JP2001006872A - マイクロ波吸収性プラスチックからなる部材を加熱する装置。 - Google Patents

マイクロ波吸収性プラスチックからなる部材を加熱する装置。

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JP2001006872A JP2000146732A JP2000146732A JP2001006872A JP 2001006872 A JP2001006872 A JP 2001006872A JP 2000146732 A JP2000146732 A JP 2000146732A JP 2000146732 A JP2000146732 A JP 2000146732A JP 2001006872 A JP2001006872 A JP 2001006872A
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temperature sensor
sensor
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ルドルフ・エメリヒ
Michael Jauss
ミカエル・ヤウシュ
Armin Dommer
アルミン・ドマー
Horst Muegge
ホルスト・ミュッゲ
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Muegge GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ波吸収性プラスチックからなる部材
を加熱する方法をさらに改善し、部材の品質に変化がな
いようにする方法を提供する。 【解決手段】 マイクロ波吸収性プラスチックからなる
部材８、８′を加熱する装置であって、特定の周波数の
マイクロ波を生じるマイクロ波発生器１と、自由端５、
５′を少なくとも１つ備えてそこにマイクロ波が導かれ
るアンテナ４と、そのアンテナ４をかこむ遮蔽装置６と
を有し、その際アンテナ４の自由端５、５′と遮蔽装置
６の間に加熱ゾーン９、９′を備え、その加熱ゾーンで
部材８、８′に対し範囲を限定して加熱することができ
る加熱装置において、加熱ゾーン９、９′の領域にはマ
イクロ波と相互作用を生じない温度センサー１１、１
１′を少なくとも１つ備え、加熱している間この温度セ
ンサーによって部材８、８′の温度を測定できるように
することが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明はマイクロ波吸収性プラスチックか
らなる部材を加熱する装置と方法に関する。この装置と
方法は、特定の周波数のマイクロ波を生じるマイクロ波
発生器と、自由端を少なくとも１つ備えてそこにマイク
ロ波が導かれるアンテナと、そのアンテナをかこむ遮蔽
装置とを持つ。かつこの場合、アンテナの自由端と遮蔽
装置の間に加熱ゾーンを備え、この加熱ゾーンで部材に
対し範囲を限定して加熱することができる。
【０００２】これまで通常行われている加熱方法の場
合、加熱鏡または赤外線放射装置を用いて部材を加熱す
る。しかしこのような加熱鏡または赤外線放射装置は温
度センサーにとってはノイズ源となり、これにより測定
結果にはあきらかに誤差が加わる。従って部材の品質
は、直接にプロセスパラメーターを経由してではなく、
単に間接的に非破壊検査により、または形状を一部破壊
する検査方法さえ用いて測定される。これらの手間のか
かる検査方法は、たとえばパイプ状の部材の溶接の際に
援用される。部材の素材、直径および壁厚に従って、加
熱出力と加熱時間というプロセスパラメーターを決定す
るためである。しかしプロセスパラメーターを間接的に
測定することによって、溶接プロセスのシステム的な最
適化は困難となる。この場合素材上および応用上固有の
要件を考慮できないか、考慮できても不十分だからであ
る。
【０００３】マイクロ波を用いて部材を加熱するという
改善された加熱法が、事前公開されていない特許出願Ｄ
Ｅ１９８４４５４９に、「マイクロ波吸収性プラスチッ
クからなる部材を加熱する装置と方法」というタイトル
で記載されている。この装置および方法は、部材に対し
て範囲を限定して−すなわち正確に決めて−加熱するこ
とがこれで初めて可能になるという大きな利点がある。
これは溶接、成形および架橋網状化の際に、とくに能率
的で従って早く加工できるようになる一連の可能性を開
くものである。そのほかマイクロ波による部材の加熱
は、時間遅延なしに行うことができるという利点があ
る。
【０００４】この技術の背景から出発して、本発明の課
題は、マイクロ波吸収性プラスチックからなる部材を加
熱する方法をさらに改善し、簡単な方法ながら部材の品
質に変わりはないことを保証するような方法を構想する
ことである。
【０００５】この課題は本発明の請求項１の特徴を持つ
装置によって解決される。この装置の場合加熱ゾーンの
領域にマイクロ波と相互作用を生じない温度センサーを
少なくとも１つ備え、加熱している間この温度センサー
によって部材の温度を測定できることによって、温度の
継続的監視が行われる。温度の監視によって、加熱され
た部材が変わらない品質を持つことを最終的に保証でき
るようになる。
【０００６】ここで重要なのは、部材を加熱するこの装
置の場合、マイクロ波発生器は温度センサーにとって何
らノイズ源とはならず、従ってマイクロ波の場および温
度センサーが測定して転送する信号が妨害されないとい
うことである。その際とくに重要なのは、マイクロ波集
束システムもまた温度センサーにとって何らノイズ源と
はならないことである。このシステム自体は加熱され
ず、従って温度センサーもこの点では害を受けないから
である。
【０００７】当然のことながら本発明の装置は、加熱ゾ
ーンの形状と大きさによっても、それに応じて複数の温
度センサーを備えることができる。部材に対する特に信
ぴょう性ある温度監視を実現するためである。
【０００８】本発明の１つの好ましい実施形態では、マ
イクロ波と相互作用を生じない少なくとも１つのこの温
度センサーは赤外線センサーである。赤外線センサーの
測定用光学装置がその焦点で支配的な温度を測定できる
ので、このセンサーは部材の温度を無接触で測定でき
る。従ってとくに部材表面の測定ポイントが遮蔽装置と
はわずかしか離れておらず、アクセスが簡単な場合、赤
外線センサーの使用は適している。このことをまったく
考慮しなくても、赤外線センサーはもっともよく試験さ
れており、有利なコストで入手できる。
【０００９】本発明のもう一つの好ましい実施形態で
は、マイクロ波と相互作用を生じない少なくとも１つの
温度センサーはガラス繊維光学式センサーである。この
ガラス繊維光学式センサーはマイクロ波に対して完全に
透明であり、温度も同様に無接触で測定できる。このセ
ンサーがとくに適しているのは、この装置のマイクロ波
が貫通する領域で、遮蔽装置から遠く離れそして／また
はアクセスの困難な測定ポイントに関し、部材表面の温
度を測定する場合である。
【００１０】もちろん温度センサーとして、赤外線セン
サーとガラス繊維光学式センサーを同時に使用できる。
これらのセンサーは、加熱される部材のジオメトリーに
応じて、たがいにすばらしく補完し合うからである。そ
の実例は、たとえば範囲を限定された領域で塑性変形温
度まで加熱され、その後成形または曲げ変形されるパイ
プ状の部材の場合である。なぜならそのような場合、そ
のパイプ状部材の加熱ゾーンの外側円周だけでなく内側
円周の温度も監視すべきだからである。そのためには、
外側円周の温度は好ましくは赤外線センサーによって、
また内側円周の温度は好ましくはガラス繊維光学式セン
サーによって監視する。
【００１１】非常に手間のかかることではあるが、部材
への直接接触が必要なほかの温度センサーを使用するこ
とも考えられるであろう。ただしこれは、これらの温度
センサーがマイクロ波と相互作用を生じない場合、すな
わちマイクロ波にとって透明である場合に限られる。
【００１２】温度センサーは、主として遮蔽装置の壁部
外側に配置するのがよい。これにより温度センサーは遮
蔽装置外部に遠く離れて配置され、装置のマイクロ波が
貫通する領域に突き出すことはない。これにより、温度
センサーがマイクロ波と相互作用を生じないという特徴
を実用化するのが容易になる。
【００１３】温度センサーの測定用光学装置の取付口を
遮蔽装置の壁部に設ける場合、この温度センサーの測定
用光学装置の取付口は、遮蔽装置壁部の外側から内側に
向かって円錐形に伸びる形状とすることができる。これ
により、遮蔽装置壁部と温度センサーの間に空隙が生
じ、そこからマイクロ波がコントロールされずに漏れる
のを防止できる。さらにこの円錐形の取付口によって温
度センサーの位置決めが非常に正確に行えるようになる
が、これは測定用光学装置の焦点を部材表面に正確に合
わせる上で非常に重要である。なぜならば測定用光学装
置の焦点が部材表面に正確に合っている場合に限り、最
良の温度測定が可能だからである。
【００１４】温度センサの測定用光学装置の取付口は、
他の方法でも装置からマイクロ波が漏れるのを防止する
ことができる。すなわち取付口領域に吸収ゾーンを設け
ることによってである。
【００１５】本発明の特別なさらなる構成では、温度セ
ンサーとマイクロ波発生器の制御装置とが、少なくとも
１つの信号線を経由してたがいに連結されている。これ
により部材温度の監視だけでなく、部材の温度に応じた
マイクロ波発生器の制御を行うことができるので、部材
の素材構成に変動があっても補償することができる。
【００１６】マイクロ波発生器の制御装置には、温度セ
ンサーの信号に応じた制御パラメーターを含む特性マッ
プをファイルしておいて、温度センサーが検知した部材
の温度を、特性マップに応じてマイクロ波発生器を制御
するのに使用することができる。
【００１７】この方法では、請求項１１の諸特性を持つ
方法により課題が解決される。加熱ゾーンの領域でマイ
クロ波と相互作用を生じない温度センサーを少なくとも
１つ用いて、加熱の間の部材の温度を測定することによ
り、特定の温度が設定された許容範囲内にあることを遵
守、証明することができるので、部材の品質がつねに一
定に保たれることが確実となる。またこれによりマイク
ロ波を能率よく使用できるようになる。
【００１８】この場合マイクロ波発生器は、温度センサ
ーが検知した信号に応じて制御されるのが好ましい。こ
れによりほかの影響、すなわち部材の溶接、成形、架橋
網状化の結果が損なわれるような影響を補償される。
【００１９】この場合、設定された温度推移に加熱ゾー
ンの部材の温度が従うように、マイクロ波発生器を制御
するのがとくに好ましい。そのようにすれば、マイクロ
波エネルギーをさらに能率よく使用することができる。
【００２０】下記の図を用いて本発明をさらに詳しく説
明する。図が示すのは、マイクロ波吸収性プラスチック
からなる部材を加熱する装置であって、マイクロ波と相
互作用を生じない温度センサーを２つ持つものである。
これは略図であって、正確な縮尺に基づくものではな
い。
【００２１】この装置はマイクロ波発生器１を備え、こ
のマイクロ波発生器は、周波数２．４５ＧＨｚまたは波
長約１２０ｍｍのマイクロ波を発生する。このマイクロ
波はマイクロ波発生器１から、四角形の導波管２を経由
して集束部３に、そして集束装置３を経由して最後にア
ンテナ４に達する。このアンテナは自由端５、５′を少
なくとも１つ持ち、この自由端からマイクロ波が出射さ
れる。アンテナ４が開放空間にマイクロ波を放射できな
いように、金属製パイプ状の遮蔽装置６を設ける。遮蔽
装置６の内径は約４０ｍｍで−従って波長の半分より小
さい−、アンテナ４の少なくとも１つの自由端５、５′
より少なくとも３０ｍｍ−すなわち波長の４分の１−突
出する。パイプ状の遮蔽装置６はそのほか、末端開口部
７、７′を少なくとも１つ備える。この開口部７、７′
から、たとえばポリアミド、ポリ塩化ビニルまたはポリ
塩化ビニリデンといったマイクロ波吸収性プラスチック
からなる加熱されるべき部材８、８′を、アンテナ４の
自由端５、５′と遮蔽装置６の間の加熱ゾーン９、９′
に挿入することができる。この場合の加熱ゾーン９、
９′は、加熱されるべき部材８、８′の大きさに応じた
寸法とする。
【００２２】ここに示した装置は、とくに２つのパイプ
状部材８、８′をたがいに溶接するのに適している。そ
のためアンテナ４は、パイプ状遮蔽装置６の中に同軸に
配置されており、円錐形に開く自由端５、５′を２つ備
える。アンテナ４の自由端５、５′と遮蔽装置６の間の
２つの加熱ゾーン９、９′は、リング状の領域ではそれ
ぞれとくに狭くなっている。これはこのリング状領域で
はとくに高い電磁界強度を生じるようにするため、そし
て部材８、８′にとくに強い加熱を行うためである。こ
れに対して、部材８、８′のうち加熱ゾーン９、９′の
外に位置する部分は加熱されない。それだけでなく、マ
イクロ波の集束装置３ならびにアンテナ４や遮蔽装置６
もまた加熱されない。
【００２３】パイプ状部材８、８′の末端面を融点以上
まで加熱した後、部材８、８′を装置から取り出し、そ
の溶融した末端面をつきあわせ圧着によってたがいに溶
接する。パイプ状部材８、８′が装置内で最良の位置決
めができるように、アンテナ４の自由端５、５′にはそ
れぞれ円錐形の誘電体１０、１０′を備える。この誘電
体は加熱されるべきパイプ状部材８、８′の寸法に適合
されたものとする。この場合誘電体１０、１０′はさら
にパイプ状部材８、８′の内側の冷却に用いられる。溶
接の際に内側を向く溶接ビードが生じるのを防ぐためで
ある。
【００２４】たがいに溶接された部材８、８′の場合、
溶接継目の品質を等しく保てるようにするために、２つ
の温度センサー１１、１１′を用いて、加熱ゾーン９、
９′の中にある部材８、８′の温度を測定する。これら
２つの温度センサー１１、１１′は、図示した実施形態
では赤外線センサーである。温度センサー１１、１１′
は、ほぼ遮蔽装置６の壁部外側に配置され、その測定用
光学装置１３の先端を遮蔽装置６の壁部の取付口１２、
１２′にそれぞれ挿入されている。２つの温度センサー
１１、１１′の測定用光学装置１３のための取付口１
２、１２′は、壁部の外側から内側へと円錐形に先細の
形状であり、２つの温度センサー１１、１１′の同じ寸
法で円錐形に先細となる測定用光学装置と一致する。そ
の際測定用光学装置１３の先端は、遮蔽装置６の壁部内
側とほぼ同じ面上で閉じている−従ってこの装置のマイ
クロ波が貫通する加熱ゾーン９、９′に突き出さない。
円錐形の取付口１２、１２′は、壁部外側では測定用光
学装置１３を簡単に位置決めできるような大きさとし、
壁部内側では加熱ゾーン９、９′内側を支配するマイク
ロ波の場を取付口により損なうことのないように小さく
する。部材表面上の測定ポイントから２つの温度センサ
ー１１、１１′の測定用光学装置１３の先端までの距離
は、測定用光学装置１３の焦点距離がこの距離に相当す
るようにする。図示した実施形態の場合、測定用光学装
置１３または上記距離は約２ｍｍである。
【００２５】部材８、８′を加熱するための図示した装
置は、温度センサー１１、１１′とマイクロ波発生器１
の制御装置１５との間に、さらに信号線１４を備える。
これにより部材８、８′の加熱ゾーン９、９′における
温度監視だけでなく、部材８、８′の加熱ゾーン９、
９′における温度に応じたマイクロ波発生器１の制御が
実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 マイクロ波吸収性プラスチックからなる部材
を加熱する装置を示す。
【符号の説明】
４： アンテナ ６： 遮蔽装置 ９： 加熱ゾーン １１： 温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599136706 ミュッゲ・エレクトローニク・ゲゼルシャ フト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツ ング ドイツ連邦共和国、64385 ライヒェルス ハイム、メルクバッハシュトラーセ、56 (71)出願人 599137725 アルミン・ドマー ＡＲＭＩＮ ＤＯＭＭＥＲ ドイツ連邦共和国、71254 ディッツィン ゲン、アイヒベーク、13 (72)発明者 ルドルフ・エメリヒ ドイツ連邦共和国、76646 ブルッフザル、 シュタートグラーベンシュトラーセ、30・ アー (72)発明者 ミカエル・ヤウシュ ドイツ連邦共和国、72116 メーシンゲン、 ローゼンシュトラーセ、27 (72)発明者 アルミン・ドマー ドイツ連邦共和国、71254 ディッツィン ゲン、アイヒベーク、13 (72)発明者 ホルスト・ミュッゲ ドイツ連邦共和国、64385 ライヒェルス ハイム、ビルケンハーク、23

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロ波吸収性プラスチックからなる
    部材を加熱する装置であって、特定の周波数のマイクロ
    波を生じるマイクロ波発生器と、自由端を少なくとも１
    つ備えてそこにマイクロ波が導かれるアンテナと、その
    アンテナをかこむ遮蔽装置とを有し、その際アンテナの
    自由端と遮蔽装置の間に加熱ゾーンを備え、その加熱ゾ
    ーンで部材に対し範囲を限定して加熱する装置におい
    て、加熱ゾーン（９、９′）の領域にはマイクロ波と相
    互作用を生じない温度センサー（１１、１１′）を少な
    くとも１つ備え、加熱している間この温度センサーによ
    って部材（８、８′）の温度を測定できることを特徴と
    する装置。
  2. 【請求項２】 そのマイクロ波と相互作用を生じない少
    なくとも１つの温度センサー（１１、１１′）は赤外線
    センサーであることを特徴とする、請求項１に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 そのマイクロ波と相互作用を生じない少
    なくとも１つの温度センサー（１１、１１′）はガラス
    繊維光学式センサーであることを特徴とする、請求項１
    に記載の装置。
  4. 【請求項４】 温度センサー（１１、１１′）が主とし
    て遮蔽装置（６）の壁部外側に配置されていることを特
    徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の
    装置。
  5. 【請求項５】 遮蔽装置（６）の壁部に温度センサー
    （１１、１１′）の測定用光学装置（１３）のための取
    付口（１２、１２′）を備えていることを特徴とする、
    請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 温度センサー（１１、１１′）の測定用
    光学装置（１３）のための取付口（１２、１２′）は、
    遮蔽装置（６）の壁部の外側から内側に向かって円錐形
    に伸びる形状であることを特徴とする、請求項５に記載
    の装置。
  7. 【請求項７】 円錐形の取付口（１２、１２′）の温度
    センサー（１１、１１′）の配置は、温度センサーの測
    定用光学装置（１３）の焦点が部材（８、８′）の表面
    で加熱ゾーン（９、９′）内の測定ポイントに合うよう
    に行われていることを特徴とする、請求項５または６に
    記載の装置。
  8. 【請求項８】 温度センサー（１１、１１′）の取付口
    （１２、１２′）の領域に吸収ゾーンを備えることを特
    徴とする、請求項５から７までのいずれか１項に記載の
    装置。
  9. 【請求項９】 温度センサー（１１、１１′）とマイク
    ロ波発生器（１）の制御装置（１５）とが、少なくとも
    １つの信号線（１４）を介してたがいに結ばれているこ
    とを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に
    記載の装置。
  10. 【請求項１０】 マイクロ波発生器（１）の制御装置
    （１５）に、温度センサー（１１、１１′）の信号に依
    存する制御パラメーターを含む特性マップがファイルさ
    れていることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１から１０までに記載の装置を
    使用してマイクロ波吸収性プラスチックからなる部材を
    加熱する方法において、加熱ゾーン（９、９′）の領域
    でマイクロ波と相互作用を生じない温度センサー（１
    １、１１′）を少なくとも１つ用い、加熱している間の
    部材（８、８′）の温度を測定することを特徴とする方
    法。
  12. 【請求項１２】 温度センサー（１１、１１′）が検知
    した信号に従ってマイクロ波発生器（１）が制御される
    ことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 加熱ゾーン（９、９′）内の部材
    （８、８′）の温度が設定済み温度推移に従うように、
    マイクロ波発生器（１）が制御されることを特徴とす
    る、請求項１２に記載の方法。
JP2000146732A 1999-05-19 2000-05-18 マイクロ波吸収性プラスチックからなる部材を加熱する装置。 Withdrawn JP2001006872A (ja)

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