JP2010503550A - プラスチック袋の溶接装置及び溶接装置の発熱ストリップを加熱する方法 - Google Patents

Abstract

本発明によるシステムは、小型装置を使用して溶接によってプラスチック袋を非常に確実にシールすることができる。本装置は、溶接トングの発熱ストリップに送られる電気エネルギーの多重化を使用する。具体的には、各々の時点で１つの発熱ストリップにのみ電力が供給されるように、ストリップは、交互にずれて順次続く連続波によって加熱される。したがって、発熱ストリップに送られるエネルギー全体が比較的一定であり低レベルである。グローブボックス内での汚染物質の取り扱いに使用されるプラスチック袋を溶接するための溶接トングに適用される。

Description

［発明の分野］
本発明は、汚染物体及び汚染物質の閉じ込めに使用されるプラスチック袋であって、グローブボックス内に封入されなければならず、後でグローブボックスから取り出されるようなプラスチック袋の溶接の分野に関する。

特に、本発明は、溶接トングの発熱ストリップに電気を供給する方法に関する。

本発明による装置及び方法の主な用途は、原子力産業、より詳細にはグローブボックス内での有害物質の取り扱いに関する。

［従来技術及び問題提起］
原子力産業では、再処理又は解体に関するその産業活動の一部において、グローブボックスに入れられた様々なタイプの物質及び材料を取り出すことが必要になる。実際の取り出しは、グローブボックスに機能の上で結合されるプラスチック袋を用いて行われる。これ故、取り出すべき物質は、グローブボックスからグローブボックスに予め入っているプラスチック袋に渡される。プラスチック袋を完全にシールするために、続いて必要な溶接がプラスチック袋に施される。

場合によっては、係員及び上記の作業を行う作業者の安全を保証すると共に移動される有害な放射性を有する要素の拡がりを防ぐことを保証するためには、取り扱う材料及び製品の有する性質及び有害性から、それらが封入されるプラスチック袋の溶接に、高い品質が必要となっている。

本特許出願の出願時では、プラスチック袋のこの種の溶接を実施するための技術、すなわち高周波発電機及び発熱抵抗体をベースとする組立体が溶接機器市場の中心となっている。これら２つの技術には欠点があり、欠点は、大部分が非常に長い間知られており且つ採用される技術に関連するものである。

例えば、高周波発電機に関しては、現在の機器の体積は非常に大きい。これに起因して扱いやすさが低下している。この機器の別の主な欠点は、その使用に関連する危険性にある。その理由は、この技術が３キロボルト〜５キロボルトの電圧及び１アンペア付近の電流で数キロワットの出力レベルを提供するからであり、それによって、無視できない焼け焦げ（burns）の発生の危険につながるが、焼け焦げの発生により作業停止につながっている事例がすでに数多くある。さらに、これらの高周波発電機には三極出力管が設けられているが、三極出力管は非常に古い技術に由来する構成部品であり、三極出力管の供給は依然として困難であり比較的費用が高い。最後に、このような機器は、アクセスが限られている場所で採用するには、嵩高であり難しいものとなる。

別のタイプの発熱抵抗発電機（heating resistance generator）は、性能が著しく低い。具体的には、この組立体は、発電機を、抵抗を有する金属ストリップの形態の発熱抵抗体と関連付けるものである。これは、高周波発電機よりも著しく危険性が低いとはいえ、依然として嵩高である。さらに、このタイプの装置によって作られる溶接部は、再生成し難く多くの調整を必要とするため、非常に使用が不便になる。これら種々のタイプの発電機に関連付けられるトングに関しては、比較的重いため取り扱いやすいとは言い難い。さらに、溶接トングには、溶接される材料をトングがしっかりと掴んだまま維持するのに必要なばねがあるため、トングを開きやすいとは言い難い。

したがって、本発明の目的は、発熱抵抗体によってプラスチック袋を溶接するための別のシステムを提案することによって、上記欠点を克服することである。

［発明の概要］
そのために、本発明の第１の主要目的は、それぞれに個別に電力が供給される、溶接トングのための発熱ストリップを加熱する方法である。

本発明によれば、規定の間隔をあけ、ある発熱ストリップとその他の発熱ストリップとでずらした電気エネルギーの連続波を各発熱ストリップに送ることが提案される。

主要な実施の形態では、規定の数Ｎの発熱ストリップが使用される場合、エネルギーが多重化された形式で分配され、Ｎ個の発熱ストリップに対して、全体として送られる電力が一定であり且つ多重化されるように、波はそれぞれ、各加熱サイクルに対する１／Ｎの持続時間を有し、１／Ｎの値だけ互いにずれている。

発熱ストリップに送られる波を幅変調できることが想定される。

発熱ストリップの温度を測定することも想定される。

本発明の第２の主要目的は、プラスチック袋を密封するためにプラスチック袋の開口を溶接するための溶接装置であって、
本体、
第１の制御手段を有し本体を延長する第１のグリップジョー、及び
第２のグリップジョー
を有するトングと、
２つのグリップジョーの少なくとも一方に長手方向に取り付けられる複数の発熱ストリップと、
電源コードによってトングに接続されて発熱ストリップのそれぞれに電力を供給する電気制御・供給装置と
を備える溶接装置である。

本発明によれば、給電装置は、各発熱ストリップに送られる電気エネルギーを多重化する手段、すなわちＰＩＤタイプの３モードコントローラを有することで、これらの発熱ストリップに、ある発熱ストリップと別の発熱ストリップとで時間的にずらした電気エネルギーの連続波を送り、制御・供給手段は、パルス波を幅変調する手段を備える。

用途を多重化する手段の好適な実施の形態。

トングの上側グリップジョーの他方のジョーに対して可動に取り付けられる上側グリップジョーの制御動力手段を用いるようにもなっている。

この場合、ねじ／ナット動力装置を駆動する電気モータを締め付け手段として用いることが有利であり、ナットは、トングの上側ジョーに接続される。

締め付けトルクを制限する手段で組立体を完全なものとすることもできる。

温度を測定するために、各発熱ストリップの下に熱電対も配置され得る。

最後に、操作者が細部調整を行う必要がないように、トングに組み付けられる第１の制御手段は限定される。

本発明及びその種々の技術的特徴は、以下の説明を４つの図面と共に読めばより十分に説明されるであろう。

本発明による装置を部分的に分解した分解組立図である。 発熱ストリップに対する熱電対の位置を示す図である。 ３つの発熱ストリップの加熱サイクルに関する３つのグラフである。 発熱ストリップの加熱に関する図である。

［発明の実施形態の詳細な説明］
図１は、本発明による装置の好適な実施形態を示す。トングの主要部品は、下側ジョー１、上側ジョー２、及び上側ジョー２に固定される筐体３である。この組立体は、上側ジョー２を下側ジョー１に対して回転させることを可能にする関節部８によって完全なものにされている。上側ジョー２は、圧潰に耐えることができるサイレントブロックを用いて下側ジョー１に対して回転するように取り付けられ、溶接操作中に袋をしっかりと掴むことを可能にするように取り付けられ得ることに留意されたい。

下側ジョー１には、少なくとも３つの脚部５が設けられ、そのうちの１つは、下側ジョー１の先端の方に配置される。他の２つは、関節部８の付近に配置される。

上側ジョーには、当該上側ジョーに固定されるワークハンドル６が設けられる。筐体３は、関節部８の付近に配置されるグリップハンドル４によって完全なものにされ、制御パネル７を有する。このように、操作者は、いくつかの溶接因子、すなわち時間、温度、及び使用される発熱ストリップの周波帯を制御することができる。押しボタンを用いて、加熱サイクルの開始及び終了が制御される。

この下側ジョー１には、関節部８側に動力ユニット１２が配置され、動力ユニット１２は、ねじナットシステムのねじ１３を作動させることを可能とし、ねじナットシステムのナット１４は、上側ジョー２と一体化されている。これ故、動力ユニットを作動させることで、下側ジョー１に対する上側ジョー２の開閉が可能になる。動力ユニットは、小型電気モータから主に構成される。動力ユニットは、締め付けトルクを制限する手段によって完全なものにされることが好ましい。

トング組立体は、電源コード１１によってトングに接続される電気制御・供給装置１０によって完全なものにされることが自明である。

制御・供給装置１０には、２つの異なる電流源、すなわち２４ボルトの交流電源又はバッテリによる直流電源が与えられる。これにより、装置全体に関しては、最大の自律性を与えることができる。トング本体３は、制御パネル７を介して組立体の管理を確実なものとし操作者から様々なデータを受け取る電子制御部によって、占められることに留意されたい。

本発明によるトングを用いて袋の溶接を行うための発熱ストリップは、上側ジョー２の下面９に配置される。

図２には、下側ジョー２の下で互いに平行にそして長手方向に配置される発熱ストリップ１５が３つ表されている。発熱ストリップ１５ごとに、熱電対１６等の熱検出器が１つ使用されている。換言すれば、発熱ストリップ１５のそれぞれの下に１つの熱電対１６が配置されている。これらのそれぞれが、制御・供給装置１０の一部を形成するデータ受信機１７に接続されている。

組立体の操作、使用される加熱方法、及びその方法を制御及び実施する種々の態様を以下の段落で説明する。

選択されている実施形態では、３つの発熱ストリップが使用される。

本発明の主要概念は、溶接時に３つの発熱ストリップ１５に同時に電力を供給しないことである。具体的には、これら全てを同時に加熱するには、規模の大きい嵩高の発電機の使用が必要となる。したがって、電気エネルギーを順次分配して、一度に１つの発熱ストリップ１５に、例えば２００ミリ秒の時間で電力を供給することが提案される。

図３は、３つの発熱ストリップそれぞれに関する３つのグラフを示す。太い線でタイムスロットの形態で描かれている曲がりのある線は、各発熱ストリップに送られる電気エネルギーを表す。中くらいの太さの線で描かれている曲がりのある線１８は、各発熱ストリップの温度を表す。各発熱ストリップが互いにずれた状態で加熱されることが分かるであろう。これ故、システムに送られる電気エネルギーは全体的に一定である。具体的には、電気エネルギーが第１の発熱ストリップに送られることが停止されると、次の電気エネルギーの供給が開始され、第２のストリップ又は第３のストリップなどへ供給される。

これ故、装置によって分配される、発熱ストリップにおけるエネルギーを全体として完全に制御することが可能であるため、非常に出力の高い発電機の使用を必要とせずに、生成される溶接における、品質の確保及び再現性の確保をすることができる。多重化電流発生器（multiplexed current generator）が使用され、電気エネルギーを多重化する手段として、ＰＩＤタイプ、換言すれば比例・積分・微分タイプの３モードコントローラが使用される。パルス幅変調を用いたエネルギーの分配が行われ、各発熱ストリップの下の温度を測定する手段が熱電対の形態で用いられる。これ故、市販の半導体を使用しながらも、各発熱ストリップにおいて分配されるエネルギーをできる限り綿密に管理することが可能である。ＰＩＤタイプの３モードコントローラの使用により、調節された温度が各発熱ストリップにおいて確保される。

１回の稼動で３つの溶接が行われるため、密封すべき袋を構成するプラスチックの溶融温度を得るためには、抵抗体から構成される各発熱ストリップを、所与の温度に加熱しなければならない。具体的には、曲がりのある線１８で示すように、各加熱段階同士の間で発熱ストリップはわずかに冷めるが、溶接プロセスを妨げるほどではない。溶接時に発熱ストリップを構成している抵抗体付近の温度の振れ幅を最小化することが望まれる場合、１秒未満の時定数で稼動する必要がある。例えば、各発熱ストリップの作動フェーズは２００ｍｓが選択され、発熱ストリップに電力が供給されなくなる休止フェーズは４００ｍｓとなる。

結果として、１サイクルの時間はこの場合は６００ｍｓである。３モードコントローラは、８０５１タイプのＩＮＴＥＬマイクロコントローラによってガイドされる。組立体は、温度測定システムに関連付けられ、温度測定システムはこの場合、想定される用途に対応する使用範囲を有するＫタイプの熱電対を使用することができる。本願では、微分動作は、使用されないためゼロにリセットされる。

ＰＩＤタイプの３モードコントローラのアルゴリズム上に、飽和防止デバイスが設けられる。それ故、このタイプの３つの別個のデバイスが、それぞれに対して、独自の時間コンテキストだけでなく独自の調整パラメータでも利用可能である。

ＭＡＸ６６７５タイプの熱電対プリアンプが、マイクロコントローラに関連付けられており、内部冷間溶接補償システムを有しており、そして、この集積回路に特有のＮＩＳＯ／ＭＯＳＩタイプのプロトコルを用いるデジタル手段によるインタロゲーションを受ける。

発熱ストリップの下で用いられる熱電対に関しては、小さな直径のものを選択するようになっているため、時定数を最小にしてできる限り加熱帯の近くに熱電対が配置されるが、加熱帯に接触させないように配置され、そして、できる限り実際に近い測定が行われる。

１２Ｃタイプのデジタル伝送バスは、制御・供給装置に設けられているため、溶接トングの機能パラメータの記憶領域としての役割を果たすＥＥＰＲＯＭタイプメモリと、直列的なアクセスで通信する。

図４は、発熱ストリップの制御組立体を示す。これによると、温度測定は、発熱ストリップ３０の熱電対２０によって実行される。温度測定値は、温度送信機２１を介してＰＩＤタイプの３モードコントローラに送信される。温度測定値は、所定の設定温度２３及び他のパラメータ２４と比較される。ＰＩＤタイプの３モードコントローラ２２からの信号がＰＷＭタイプの発生器２６に送られ、発生器２６は、タイムベース２５を用いて可変幅のパルスを発生し、これらのパルスは、交流電流静止形継電器等の電力スイッチング手段２７を介して発熱ストリップ３０に供給されることになる。操作者は、スイッチ２８を用いて介入することができ、組立体には、発電機又はバッテリ２９によって電力が供給される。パルス幅変調器は、ＰＩＤタイプの３モードコントローラ２２からの演算に従って、発熱ストリップ３０をそれぞれ構成している各抵抗体の作動時間の値を変えることを可能にする。

想定される実施形態では、操作者は、事前にプログラムされた５つのサイクルタイムが与えられているだけであり、それによって、自分の操作を簡略化すると共に種々の状況に適合できるようになっていることに留意されたい。しかしながら、制御・供給装置は、所定の設定温度やＰＩＤタイプの３モードコントローラに関する係数等であり、溶接される様々なタイプの材料への適合を可能にする、多くの他のパラメータを調整する様々な可能性を有している。パラメータはトングに記憶されており、制御・供給装置へ接続されることによって、種々の溶接の形態に適合するために上記パラメータを視覚化及び変更することが可能になる。

したがって、確実な変調可能性により機器全体の使用を容易にすることが可能になる。

トングの締め付けの状態は、実行される溶接の品質にかなりの影響を及ぼし、後における確実な再現性（reproducibility）を確保することを可能にする。さらに、締め付けトルクの適切な制御を確保するために、動力装置の供給電流の測定が実行され、LINEAR TECHNOLOGYのＬＴ１２９８タイプのアナログ・デジタル変換器に電圧が印加される。これ故、マイクロコントローラは、締め付け中、アナログ・デジタル変換器タイプの変換器を介して直接デジタル変換された、動力装置のトルクに関する情報を有する。これにより、締め付けトルクの形の積分が実行され、閾値が得られるとすぐに動力装置の給電が切断される。したがって、トングの締め付けを動力により行うことは使いやすさをもたらす。

図４に２９で示す電源に関して、通常の電気エネルギー源は、２２０ボルトの電圧で本線から供給されるような交流電流であることが自明である。図示のもの等の溶接トングに供給するように電圧を適合させる場合、２４ボルトの電圧を供給する数百ボルトアンペアの電力を有する変圧器、すなわちステップダウントランスが使用される。

本線給電が可能ではないアクセスし難い場所で溶接を行うことができるようにするために、組立体には、給電を確保するための直流バッテリが設けられる。このような装置の第１の利点は、その自律性である。別の利点は、実行される溶接の数に応じて蓄電池を選択できることである。

発熱ストリップは、張った状態で維持されて、コネクタによって接続されており、コネクタは、トング本体３内に収容されてユーザがアクセスできなくなっていることに留意されたい。

重量が４ｋｇを超えない、トング制御・供給装置組立体が形成される。

次に、マイクロコントローラ内にインストールされるプログラムを用いて実行される、装置全体の動作について、より詳細に説明する。

制御・供給手段の中核は、２ミリ秒に合ったクロックから構成され、クロックは組立体全体にタイムベースとして役割を果たす。

溶接の要求は、最短で数秒の押し時間を伴って、制御パネル７の押しボタンを用いて出される。押しボタンの状態のインタロゲーションは常に行われる。トングを管理するプログラムは、記憶された所定の設定点を有しており、設定点では、ユーザに、プログラムされた５つのサイクルタイムが与えられている。

トングの休止フェーズ又は非使用フェーズの間、プログラムの実行は、設定値付近までの一連の加熱のシーケンスと同一である。この設定値は、トングの動作していない期間中はゼロである。一方、溶接の要求が出されると、ＥＥＰＲＯＭメモリが設定点の値を提供し、その後、この値が有効になる。発熱ストリップの加熱が開始されて、所定の設定温度に達するまで続く。ＰＩＤタイプの３モードコントローラは、各発熱ストリップの温度が安定し設定点に合うようにすることを確実にする。

このサイクルが終了すると、冷却サイクルが始まるが、このことは、ユーザに示され、トングの開放時に溶接部が裂けないようにするために必要なものである。冷却期間の終わりに、システムは設定点をゼロにリセットして初期状態に戻る。

トングの機能的な状態に関する情報は、ＲＳ２３２タイプの非同期シリアル接続で利用可能である。上記情報の中には、特に、３つの発熱ストリップの温度、及び全パラメータの変更の可能性の有無が見られる。この接続によりトングの制御が可能となり、トングの制御は、調整パラメータを微調整するのに用いられることができ、組立体の保守に非常に有用であることが分かり得る。

［発明の利点］
設備をユーザにとって安全なものにしやすい。

概念が単純である。

重量が減ることによってより扱いやすくなる。

実行される溶接の信頼性が高まる。

アクセスし難く及び／又は電力供給の不足するエリアで溶接を行うことができる。

Claims (10)

1. プラスチック袋を気密シールするために前記プラスチック袋の開口を溶接する溶接装置であって、
   トング本体（３）、
   下側ジョー（１）、及び
   前記下側ジョー（１）に対して可動に取り付けられる上側ジョー（２）
   を有するトング（３）であって、
   複数の発熱ストリップ（１５）が前記２つのジョーの一方に長手方向に取り付けられ、前記トング本体（３）が前記上側ジョー（２）と一体であるトング（３）と、
   電源コード（１１）によって前記トング（３）に接続されて前記発熱ストリップ（１５）のそれぞれに電力を供給する制御・供給装置（１０）と
   を備える溶接装置において、
   前記制御・供給装置（１０）が、前記発熱ストリップ（１５）のそれぞれに送られる電気エネルギーを多重化する手段であって、特にＰＩＤタイプの３モードコントローラ（２２）から構成される手段を有し、それによって、前記制御・供給装置（１０）が、各々の時点で１つの前記発熱ストリップ（１５）にのみ電力が送られるようにして、１つの前記発熱ストリップ（１５）と別の前記発熱ストリップ（１５）とで時間的にずらした連続エネルギー波を前記発熱ストリップ（１５）に送ること、及び
   前記制御・供給装置（１０）が、パルス幅を変調する手段を有することを特徴とする溶接装置。
2. 温度制御を実行するために、前記各発熱ストリップ（１５）に熱電対（１６）が使用されることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記下側ジョー（１）に関連して、前記上側ジョー（２）の制御動力手段（１１、１２、１３、１４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
4. 前記制御動力手段は、
   ねじ・ナットシステム（１３、１４）を動作する電気モータ（１２）であって、ナット（１４）が前記上側ジョー（２）に接続される電気モータ（１２）と、
   前記ジョー（１、２）に加えられる締め付けトルクを制限する手段と
   を有することを特徴とする請求項３に記載の溶接装置。
5. 前記制御・供給装置（１０）は交流電源を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記制御・供給装置（１０）は、バッテリによる直流電源を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. それぞれに個別に電力が供給される溶接トング発熱ストリップ（１５）を加熱する方法において、規定の間隔があけられ、１つの前記ストリップと別の前記ストリップとでずらした電気エネルギーの連続波を前記各発熱ストリップ（１５）に送り、各々の時点で１つの前記発熱ストリップ（１５）に電力が供給されることを特徴とする方法。
8. 規定の数Ｎの発熱ストリップ（１５）を加熱するために、前記波は、１／Ｎの持続時間を有し、前記波のそれぞれが他の前記波に対して１／Ｎの値だけずれており、それにより、組立体に送られる電力が全体として一定である、すなわち、前記エネルギーが多重化されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記波の幅の変調を実行することを特徴とする請求項８に記載の加熱する方法。
10. 前記発熱ストリップの温度の測定を実行することを特徴とする請求項７に記載の加熱する方法。

Images