JPS6033598Y2 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はマイクロ波加熱装置に関する。

マイクロ波エネルギーは種々の工業プロセスにおいて、
材料を外側から熱するのではなくて材料それ自体の内部
に熱を発生させることが望ましい場合に利用される。

通常の輻射を、かかるマイクロ波加熱の応用例としてゴ
ムタイヤを処理するためにプレヒーティングする場合が
あり、このプレヒーティング工程はゴムの温度を室温か
らタイヤゴムをバルカナイズ（加硫）するに必要とされ
ている温度範囲より僅かに低い温度にまで上昇させるも
のである。

マイクロ波加熱は例えば土砂運搬装置に使用されるよう
な非常に大きなタイヤをプレヒーティングする際に適用
して好適であり、この場合１個のタイヤの重量は数トン
にも及び、またタイヤの踏み面の溝の深さもｌフィート
（約３０センチメートル）程度もあるためゴムの熱的な
絶縁性が大きいのでゴムに対して外部熱源から輻射エネ
ルギーを供給する方法を採用することは得策ではない。

このようなタイヤを加熱する場合には、主に踏み面をマ
イクロ波エネルギーでプレヒートする必要がある。

その理由は、タイヤの側壁部は十分に薄いのでバルカナ
イズプレスをする際に発生する熱がゴムを透過して側壁
部を均一処理すなわちバルカナイズできるからである。

ところで、上述のゴムタイヤのように大きくしかもフレ
キシブルな被加熱対象は複雑な形状をもっているため、
マイクロ波の供給管もこれに追従させて複雑な形状にす
ることにより被加熱対象の表面を通って内部に輻射エネ
ルギーを均一に照射させて被加熱対象の材料と相互作用
させて熱を発生させるようにしなければならない問題が
あり、またマイクロ波の供給管によって被加熱対象を正
確に走査することは被加熱対象の材料を均一に加熱する
上で最も重要な事項である。

特にゴムタイヤをバルカナイジング用型に入れる前にプ
レヒートする必要がある場合、タイヤ保持用の心棒に据
えつけたタイヤをスキャンできるようにすると共に、タ
イヤを予定のモデルと同じ形にする。

従来、加熱すべき対象の形が複雑な場合又は形が予定の
モデルとは相違する場合には、被加熱対象に向けてマイ
クロ波エネルギーを全般的な方向から、照射しても部分
的に不均一な加熱しかできない場合ですら、輻射を全般
的な方向から加える方法をとっていた。

以上の問題は本考案によって解決され、マイクロ波エネ
ルギー源と、その輻射器との間に関節形の導波管を設け
ることにより新たな効果を得ることができた。

輻射器は位置検出器（例えば光電変換素子を適用し得る
）を有し、被加熱対象の表面から輻射器までの距離を検
出する。

これに加えて、被加熱対象の表面の形状に関するデータ
を駆動機構によって動作されるコンピュータに記憶させ
、関節型アームを駆動させて輻射器を対象の形状にほぼ
沿うようなフォーマットでスキャンさせる。

対象の形が予定のモデルから離れて変形している場合は
、これが記憶データによって表示されているので、位置
検出器の検出信号を駆動機構に結合させ、これにより輻
射器を再度位置決めし直させることにより対象の変形骨
を補償することによって修正する。

以下図面について本考案の一例を詳述するに、第１図及
び第２図において、本考案に依るマイクロ波加熱装置２
０は関節型導波管アームアッセンブリ２２を有し、この
アッセンブリ２２はタイヤ２６近傍に輻射器２４を配設
してマイクロ波電波をタイヤ２６に向けて放射させる。

輻射器２４は輻射開口に取付けられた位置検出器２８を
有し、タイヤ表面から輻射器２４の輻射開口までの距離
を検出するようになされている。

タイヤ２６はマンドレル３０によって支持され、このマ
ンドレル３０はモータ４０に機械的に結合された中心軸
３２を有し、この中心軸３２によってマンドレル３０及
びタイヤ２６を回転させることによりタイヤ２６に対し
て輻射器２４から輻射されたマイクロ波を照射する。

タイヤ２６及びアームアッセンブリ２２は一部を切り欠
いて示す箱３６内に収納されている。

箱３６は導電性材料例えばスチールによって作られてお
り、これによりマイクロ波を箱３６内に閉じ込めて箱３
６の外部へリークしないようになされている。

アームアッセンブリ２２は４つの導波管部分でなり、す
なわち上述の輻射器２４と、アームアッセンブリ２２を
箱３６の上面に保持するベース３８と、上方アーム４０
と、前方アーム４２とでなる。

アームアッセンブリ２２の４つの部分は３つのロータリ
導波管ジヨイントによって一体に結合されており、すな
わち上方アーム４０をベース３８に回転自在に保持する
ことによりマイクロ波エネルギーをベース３８から上方
アーム４０に結合させるショルダジヨイント４４と、前
方アーム４２を上方アーム４０に回転自在に保持するこ
とによりマイクロ波エネルギーを上方アーム４０から前
方アーム４２へ結合させるエルボジヨイント４５と、輻
射器２４を前方アーム４２に回転自在に保持することに
よりマイクロ波エネルギーを前方アーム４２から輻射器
２４へ結合させるリストジヨイント４６からなる。

３つの角度エンコーダ５０．５１及び５２がアームアッ
センブリ２２と、各回転導波管ジヨイント４４〜４６と
の間にそれぞれ機械的に結合され、これらのエンコーダ
５０〜５２がそれぞれジヨイント４４〜４６に結合され
ている。

エンコーダ５０〜５２はロータリジョインド４４〜４６
の回転角をそれぞれ表わす電気信号を発生し、これらの
電気信号はエンコーダ５０〜５２から電気信号ライン５
４を介してコントローラ５６（第３図について後述する
）に導入される。

アームアッセンブリ２２の各要素の回転カップリングの
機械的な強さは３つの支柱５８（２つのみを図示する）
によって得られる。

１つの支柱５８はその一端においてベース３８に保持さ
れ、他端が回転軸によってショルダジヨイント４４に対
向する上方アーム４０側において上方アーム４０に回転
自在に保持されている。

同様にして支柱５８は前方アーム４２と輻射器２４との
間に接続され、第３の支柱５８（図示せず）は上方アー
ム４０と前方アーム４２との間に結合されている。

上方アーム４０は上板及び箱３６の壁に対向して配設さ
れ、流体圧ドライブユニット６０の一端がピボット６２
によって上方アーム４０に回転自在に結合され、また他
端がピボット６４によって箱３６の上板に回動自在に結
合されている。

前方アーム４２はホック６８を介して前方アームに固着
されたケーブル６６によって上昇、下降するようになさ
れ、ケーブル６６はプーリ７０及び７２を通って流体圧
ドライブユニット７４まで延長し、ドライブユニット７
４がピボット７６によって箱３６の側壁に固着されてい
る。

プーリ７０及び７２は支持部材７８によって箱３６の上
板に固着されている。

第３の流体圧ドライブユニット８０が前方アーム４２及
び輻射器２４間にピボット８２及び８４によって回動自
在に保持され、これにより輻射器２４の前方アーム４２
に対する方向を制御するようになされている。

箱３６の上板は上述のコントローラ５６のサポートとし
て用いられ、またマイクロ波エネルギー発生源８６のサ
ポートとしても用いられ、このマイクロ波エネルギー発
生源８６は路線的に図示しであるように、箱３６の上板
を通じて導入された伝送ライン８８を介してペース３８
位置から導波管アームアッセンブリ２２に結合される。

ドライブユニット６０．７４及び８０は外部シリンダを
有し、この外部シリンダはロンドを内蔵しこれがコント
ローラ５６からライン９０を介して結合されている圧力
流体の動きに応じてアームアッセンブリ２２の部材に対
して運動力を与える。

しかるに第３図と共に後述するように、コントローラ５
６はドライブユニット６０．７４及び８０を別個に駆動
し得、これによりそれぞれショルダジヨイント４４、エ
ルボジヨイント４５及びリストジヨイント４６をそれぞ
れ回転させて上方アーム４０及び前方アーム４２を箱３
６に対して位置決めさせ、また輻射器２４の方向を前方
アーム４２に対して決めさせる。

アームアッセンブリ２２の導波管部材はそれぞれ導波管
の製造に際して通常行われているように長辺壁部及び短
辺壁部を有する。

アームアッセンブリ２２の長辺壁部は垂直に延長し、ロ
ータリジヨイント４４〜４６がアームアッセンブリ２２
の各部の長辺壁部間に固着されている。

輻射器２４について、マイクロ波エネルギーが前方アー
ム４２から結合されている入力部分は、垂直方向に長辺
壁部を延長させることによりリストジョイン４６に整合
するようになされている。

これに対して輻射器２４の輻射開口は水平面内にあり、
従って輻射器２４は垂直方向の軸を中心にして９０°首
振りして輻射開口を輻射器２４の入力部に結合するよう
になされている。

リストジヨイント４６の内部は中心プローブ９２を用い
た同軸構造となされ、同様の構造がジヨイント４４〜４
５において用いられている。

検出器２８は送光器９４と受光器９６とを有し、光ビー
ム９８をタイヤ２６の表面を通って送光、受光するよう
になされている。

例えば、送光器９４としてはランプ又は発光ダイオード
にレンズを組合せたものを使用し得、これに対して受光
器としてはビーム９８の光エネルギーに応じて電気信号
を発生するフォトセルを使用し得る。

受光器９６の電気信号は信号は信号ライン１００を介し
てコントローラ５６に結合され、第２の信号ライン１０
２がコントローラ５６から電気エネルギーを送光器９４
に結合してこれを発光動作させる。

第３図において、コントローラ５６はクロック１０４と
、タイマ１０６と、カウンタ１０８と、フリップフロッ
プ１１０と、数値１０ヨ検出器１１２と、３つのメモリ
１１４〜１１６と、３つの減算器１１８〜１２０と、３
つのオイル供給器１２２〜１２４と、加算器１２・６と
を有する。

第１図の走査動作時において、アームアッセンブリ２２
はタイヤ２６が回転している間に輻射器２４を上方及び
下方に動かし、コントローラ５６はドライブユニット６
０．７４及び８０に対して時間の関数として信号を供給
することにより、輻射器２４の輻射開口がダイヤ２６の
溝部分に従う上述のスパイラル状の通路に沿って移動す
る。

輻射器２４が走査通路の各部分を走査するタイミングは
クロック１０４、タイマ１０６及びカウンタ１０８によ
って調節される。

カウンタ１０８はアップダウンカウンタでなり、このカ
ウンタがライン１２８を介してフリップフロップ１１０
からアップダウン制御端子に供給される信号に応じてア
ップカウント又はダウンカウント動作する。

カウンタ１０８はクロック１０４によって供給されるパ
ルスをカウントしてカウント内容を信号ライン１３０に
複数のディジット数値として送出し、この複数ディジッ
ト数値はメモリ１１４〜１１６及び検出器１１２へ供給
される。

カウンタの最上位ビットはフリップフロップ１１０に結
合されてこれをセットする。

信号ライン１３０に出力されるカウント内容が零のとき
、検出器１１２がフリップフロップ１１０のリセット端
子に信号を与えてこれをリセットする。

タイマ１０６は例えばカウンタを含んで構成され、クロ
ック１０４から供給されるクロックパルスの数をカウン
トし、クロックパルスの数が予定数になったときライン
１３２にクロック１０４に対する停止信号を供給し、ラ
イン１３２のこの信号を検出器２８に電源を供給してい
る電流１３４に与える。

こうしてタイマ１０６は装置２０を予定の時間の経過後
に停止させ、これにより第１図のタイヤ２６を予定温度
にまで加熱させる。

ライン１３０に送出された複数ディジットの数値信号は
メモリ１１４〜１１６をアドレスするために用いられる
。

このアドレス動作に応動して各メモリ１１４〜１１６が
第１図のロータリジヨイント４４〜４６の１つに個別に
、必要とする回転角を表わす信号を発生する。

このようにしてメモリ１１４はショルダジヨイント４４
に対して所望の回転角の指令を与え、メモリ１１５はエ
ルボジヨイント４５に対して回転角の指令を与え、また
メモリ１１６がリストジヨイント４６に対して所望の回
転角指令を与える。

ライン５４を介して上述の角度エンコーダ５０．５１及
び５２の信号がそれぞれ減算器１１８，１１９及び１２
０に結合され、所望の角度がメモリ１１４〜１１６によ
って供給されたとき、その所望の角度からエンコーダの
信号をそれぞれ減算する。

従って減算器１１８〜１２０の出力信号は、ロータリジ
ヨイントの回転角が各メモリ１１４〜１１６によって供
給された所望の回転角度と等しくなった時、値がｒＯＪ
になる。

減算器１１８〜１２０はディジタル−アナログ変換器（
図示せず）の一部として構成され、これによりアナログ
信号が各減算器１１８〜１２０からそれぞれ対応するオ
イル供給器１２２〜１２４に供給される。

ここでメモリ１１４及び減算器１１８に関して注意すべ
きはメモリ１１４によって得られる所望の回転角は、減
算器１２０に結合される前に加算器１２６によってライ
ン１３６の信号に加算されることである。

後述するようにライン１３６の信号は検出器２８によっ
て得られる補正信号として用いられる。

従って減算器１１８の出力端子の信号は、ショルダジヨ
イント４４がメモリ１１４によって要求された値にライ
ン１３６の補正信号を加えた値に等しくなった時、値が
ｒＯヨになる。

オイル供給器１２２〜１２４は駆動されたときオイル（
又は他の適当な流体）の供給量を、対応する減算器１１
８〜１２０によって発生される信号に応じて増大又は減
少させる。

オイルは供給器１２２〜１２４からライン９０を介して
直接結合されてドライブユニット６０．７４及び８０を
それぞれ駆動する。

コントローラ５６はさらに増幅器１３８と、２つの基準
信号源１４０及び１４２と、比較器１４４と、サンプラ
１４６と、積分器１４８と、減算器１５０とを有する。

受光器９６（第３図では光検出器として示した）によっ
て発生した電気信号は、ライン１００を介して増幅器１
３８に結合され、この増幅器によって信号を比較器１４
４を動作させるに適切な振幅に増幅する。

比較器１４４は、増幅器１３８の出力信号の振幅が信号
源１４０によって供給された基準信号より大きい時、ラ
イン１５２に比較的高い電圧を発生し、これに対して増
幅器１３８の出力信号の振幅が信号源１４０の基準信号
の振幅より小さいか、又は等しい時、ライン１５２に比
較的低い電圧を発生する。

クロック１０４は端子Ｃ１にクロックパルスを供給して
サンプラ１４６を動作させ、これによりうイン１５４に
ライン１５２の電圧を順次サンプリングしてなるサンプ
ル信号を発生する。

これによりライン１５４には、比較的高い電圧のパルス
列（論理″１．に相当する）を発生し、又は比較的低い
電圧（論理ｒＯヨに相当する）を発生する。

すなわちビーム９８がタイヤ２６の表面を通過したとき
１１．出力を発生し、これに対してタイヤ２６の表面が
輻射器２４をほぼ完全に遮蔽してビーム９８の通過を妨
げたとき１０Ｊ出力を発生する。

輻射器２４はタイヤ２６の表面から所望距離だけ離れて
いるとき、ビーム９８は部分的に妨げられてライン１５
４に現われる高い電圧のパルスの数と低い電圧のパルス
の数とは等しく平衡している。

積分器１４８はライン１５４のパルスが平衡するに十分
な程度に長い積分時間を有し、しかしタイヤ２６の表面
が一定半径の状態からどの程度変形しているかに応じて
ライン１３６の信号が変化できるようになるには十分短
かい積分時間を有する。

例えば積分器１４８の積分時間は第１図の軸３２の回転
速度に応じて設定され、これにより輻射器２４の輻射開
口とタイヤ２６の表面との間の距離は、タイヤ２６が３
０°だけ回転するに要する時間と等しい積分時間の間物
−化される。

積分器１４８の出力信号は減算器１５０によって信号源
１４２の基準信号から減算される。

減算器１５０はライン１３６に信号を発生し、このライ
ン１３６は積分器１４８の出力信号と、信号源１４２の
基準信号との比較出力に基づいて正又は負になる。

これにより信号源１２２に結合されている減算器１１８
の信号はモメリ１１４によって指定された所望角度に応
じて変化させられ、ドライブユニット６０を第１図の上
方アーム４０の方へ駆動する。

ドライブユニット６０によって上方アーム４０がショル
ダジヨイント４４を中心に回転すると、輻射器２４はタ
イヤ２６から水平方向に変位する。

このようにしてタイヤ２６の表面にビーム９８を照射す
る位置についての指令としての信号列が結合されること
により、ライン１３６の信号を円滑に変化させ得、ライ
ン１３６の信号はタイヤ２６に対する輻射器２４の変位
量に対応することになる。

ここで注意すべきは輻射器２４を上昇、下降させたとき
、輻射器２４はドライブユニット８０によって前方アー
ムに対して回転され、これにより輻射器２４の縦方向軸
はタイヤ２６の表面の法線と一致する。

タイヤ踏み面が筒状の場合には、メモリ１１４〜１１６
は回転角についての指令を記憶し上述のように輻射器２
４の軸をタイヤ表面の法線と一致させる。

またタイヤ踏み面が曲面である場合には指令は分割され
て一組のメモリ１１４〜１１６に記憶され、これにより
タイヤ表面の法線に対する輻射器２４の上述の関係が維
持される。

フリップフロップ１１０の動作について、コントローラ
５６の動作はライン１３０の信号が１０１の状態から開
始し、この状態はタイヤ２６に対する輻射器２４がその
走査通路のうち最も低い点にあることを意味している。

カウントが１０Ｊである時、検出器１１２はフリップフ
ロップ１１０をリセットし、これによりカウンタ１０８
はカウントアツプする。

ライン１３０のウチ最上位ビットがｒＩＪの状態になれ
ば、輻射器２４はその走査通路のうち最も高い位置にあ
ることを意味しており、フリップフロップ１１０はリセ
ットされ、これによりライン１２８の信号が変ってカウ
ンタ１０８をカウントダウンさせる。

このとき、カウントシーケンス（すなわちライン１３０
に対するアドレス）は、戻る方向に進行され、検出器１
１２が再度ｎｏＪを検出するまでスパイラル状の走査通
路に沿って下方に進められる。

このようにしてスパイラル走査は、タイヤ２６が正しい
時間だけ加熱されて、タイマ１０６がライン１３２の信
号を介して動作を停止されるまで、順次上方及び下方に
続けられる。

以上の説明においては本考案をタイヤの処理に用いる場
合を例として述べたが、これに限らず被加熱対象物を高
周波加熱する場合に広く適用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるマイクロ波加熱装置においてマイ
クロ波輻射をゴムタイヤに向うようになされた関節型導
波管をもつ走査機構を示す側面図、第２図はマイクロ波
エネルギーの輻射器と、関節型アームの回転を実現する
揺動型の入力導波管とを示す平面図、第３図はゴムタイ
ヤの形状に関するデータを記憶するメモリを有する演算
システムによって位置検出信号を結合することにより第
１図の関節型アームの動きを制御する構成とを示すブロ
ックダイヤグラムである。 ２０・・・・・・マイクロ波加熱装置、２２・・・・・
・関節型導波管アッセンブリ、２４・・・・・・輻射器
、２６・・・・・・タイヤ、２８・・・・・・位置検出
器、３６・・・・・・箱、４０・・・・・・上方アーム
、４２・・・・・・前方アーム、４４・・・・・・ショ
ルダジヨイント、４５・・・・・・エルボジヨイント、
４６・・・・・・リストジヨイント、５０，５１，５２
・・・・・・角度エンコーダ、５６・・・・・・コント
ローラ、６０、７４．８０・・・・・・流体圧ドライブ
ユニット、８６・・・・・・マイクロ波発出源、９４・
・・・・・送光器、９６・・・・・・受光器、９８・・
・・・・光ビーム。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）マイクロ波エネルギーによって加熱すべき対象の
   表面形状を表わすデータを記憶する装置と、 前記記憶装置に応答して前記被加熱対象の表面に沿って
   マイクロ波エネルギー輻射器を案内する装置と、 前記案内装置に結合され、前記輻射器の輻射開口の方向
   を、前記被加熱対象の表面の法線に対して所定の角度を
   保って変更させる装置と、前記輻射器の被加熱対象の表
   面からの距離を検出する装置と、 前記距離検出装置に応答して、検出された距離が前記記
   憶装置に記憶された形状と被加熱対象との間のずれを示
   すとき、前記輻射器の位置決めを再度行う装置と、 から構成されるマイクロ波加熱装置。
2. （２）実用新案登録請求の範囲第１項記載のマイクロ波
   加熱装置において、前記距離検出装置が送光器と受光器
   とを有し、該受光器によって受けられた光量に応じて輻
   射器の被加熱対象からの離間距離を表わす電気信号を発
   生する、マイクロ波加熱装置。
3. （３）実用新案登録請求の範囲第２項記載のマイクロ波
   加熱装置において、前記送光器が発光ダイオードから戒
   り、前記受光器がフォトセルから成る、マイクロ波加熱
   装置。