JP5053323B2 - 誘電加熱用高周波電源装置 - Google Patents
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Description
第2に、溶着作業中に電極61と電極62との間で絶縁破壊が発生するという問題である(図9(b))。この問題では、絶縁破壊で生じる火花によって、近傍の被加熱体63にも損傷を与えるおそれがある。
第3に、溶着作業中に電極61から空間へコロナ放電が発生するという問題である(図9(c))。この問題は、被加熱体63を急速に加熱し、被加熱体63が電極62と比較して面積が広くかつ厚みがある形状で、上述した2通りの絶縁破壊がいずれも発生し難い場合に生じ易い。
図1は、本発明の一実施形態に係る誘電加熱用高周波電源装置1の構成を示す機能ブロック図である。図1において、本発明の誘電加熱用高周波電源装置1は、高周波出力部10と、高周波印加部20と、絶縁破壊検出部30と、放電検出部40と、出力制御部50と、加工部60とを備える。加工部60は、加熱や溶着等の加工を施す対象となる被加熱体63を、一対の電極(又は電極を構成する金型)61及び62で狭持する構造である。
高周波出力部10は、所定の周波数を有する高周波を生成して出力する。高周波印加部20は、高周波出力部10が出力する高周波を、加工部60の一対の電極61及び62に印加する。加工部60は、高周波印加部20によって一対の電極61及び62に印加される高周波を利用して、被加熱体63を加工する。絶縁破壊検出部30は、加工部60で生じる絶縁破壊現象を検出する。放電検出部40は、加工部60で生じる放電現象を検出する。出力制御部50は、絶縁破壊検出部30及び放電検出部40における検出結果に基づいて、高周波出力部10からの高周波出力を制御する。
高周波出力部10は、発振回路11と、切換回路12とを備える。発振回路11は、誘電加熱処理に適した周波数を有する高周波を生成する回路であり、例えば水晶発振回路、位相制御型発振回路、DDS発振回路、CR発振回路、又はLC発振回路等が用いられる。発振回路11の発振方式は、半導体方式及び電子管(真空管)方式のいずれであってもよい。この発振回路11から出力される高周波は、数mWレベルの小信号である。切換回路12は、出力制御部50から与えられる制御信号に従って、発振回路11で生成された高周波を高周波印加部20へ出力するか否かを切り換える回路であり、例えば入出力端子間の導通状態又は遮断状態を切り換える高周波スイッチ等が用いられる。図2は、切換回路12の具体的な回路の一例を示す図であり、高速ダイオードを用いた回路(図2(a))、トランジスタのベースバイアスをカットオフする回路(図2(b))、2ゲートFETのゲート電圧をスイッチする回路(図2(c))、及びダブルバランス回路(図2(d))を示している。なお、切換回路12が行う出力の切り換えは、1μsec以下の速度で行われることが望ましい。
Rl’=Zo・(Zl+jZo・tanβ)/(Zo+jZl・tanβ)
この式でtanβを適当な値に選ぶとRl<<Rl’となり、電力増幅回路22の出力電力Poが低下することになる。
これにより、溶着作業中に発生する絶縁破壊やコロナ放電が、被加熱体63の品質に影響を与えない一時的な場合は溶着作業を継続し、被加熱体63の品質に影響を与えるような場合であれば溶着作業を停止できるので、被加熱体63の品質を維持しつつ被加熱体63及び電極62(金型)の損傷による損害を最小限にとどめることが可能となる。
また、発振回路11の出力を切換回路12で制御する構成であるため、高速で高周波出力を停止させることが可能となる。
また、加工部60の構造も、図1に示したものに限らず、高周波を印加する一対の電極を備えたものであれば他の構造も適用可能である。
10 高周波出力部
11 発振回路
12 切換回路
20 高周波印加部
21 励振増幅回路
22 電力増幅回路
23 位相調整回路
24 整合回路
30 絶縁破壊検出部
31 貫通電流検出回路
32 絶縁破壊判定回路
40 放電検出部
41 方向性結合器
42、43 検波回路
44、45 微分回路
46 減算回路
47 コロナ放電判定回路
50 出力制御部
51、52 タイマ
53、54 カウンタ
55、56 ラッチ回路
60 加工部
61、62 電極
63 被加熱体
100 高周波電源
Claims (4)
- 高周波による誘電損失を利用して被加熱体の加熱又は溶着を行う誘電加熱用高周波電源装置であって、
所定の周波数を有する高周波を出力する高周波出力部と、
前記高周波出力部から出力される高周波を、前記被加熱体が狭持された一対の電極間に印加する高周波印加部と、
前記一対の電極間に生じる電圧の変化を監視し、絶縁破壊現象を検出する絶縁破壊検出部と、
前記高周波印加部から前記一対の電極間へ進行する高周波である進行波と、前記被加熱体が短絡した異常時に発生し、かつ前記一対の電極間から前記高周波印加部へ反射する高周波である反射波との、間に生じる電圧の変化を監視し、コロナ放電現象を検出する放電検出部と、
前記絶縁破壊検出部及び前記放電検出部のいずれかにおいて現象が検出されると、前記高周波出力部からの高周波出力を予め定めた時間だけ一時的に停止する出力制御部とを備え、
前記放電検出部は、
前記進行波の電圧と前記反射波の電圧とを抽出する方向性結合器と、
前記方向性結合器で抽出された2つの電圧をそれぞれ微分し、当該2つの電圧の変化を検出する微分回路と、
前記2つの電圧の変化の差分を求め、所定の閾値とを比較して、放電現象の発生を判断する放電判定部とを含み、
前記高周波印加部は、前記被加熱体が短絡した異常時には前記進行波の位相と前記反射波の位相とが同相関係となって絶縁破壊を縮小させる方向へ動作するように、前記被加熱体が短絡していない定常時における前記進行波の位相を予め調整する位相調整回路を含む、誘電加熱用高周波電源装置。 - 前記出力制御部は、前記絶縁破壊検出部における現象検出の累積回数が第1の所定値を超えるか、又は前記放電検出部における現象検出の累積回数が第2の所定値を超えると、前記高周波出力部からの高周波出力を完全に停止する、請求項1に記載の誘電加熱用高周波電源装置。
- 前記絶縁破壊検出部は、
前記高周波印加部の出力に接続され、前記一対の電極間の短絡によって生じる貫通電流に起因して低下する電圧を検出する貫通電流検出部と、
前記貫通電流検出部で検出された電圧と所定の閾値とを比較して、絶縁破壊現象の発生を判断する絶縁破壊判定部とを備える、請求項1に記載の誘電加熱用高周波電源装置。 - 前記出力制御部は、
前記絶縁破壊検出部及び前記放電検出部のいずれかにおいて現象が検出されると、前記所定の時間だけ高周波出力の一時的な停止を指示する制御信号を前記高周波出力部へ出力するタイマと、
前記タイマが前記制御信号を出力した回数を、絶縁破壊現象及び放電現象毎に、累積的にカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント値が前記第1又は第2の所定値を超えると、高周波出力の完全な停止を指示する制御信号を前記高周波出力部へ出力するラッチ回路とを備える、請求項2に記載の誘電加熱用高周波電源装置。
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