(57)【要約】      （修正有）【課題】公知の構造及び方法よりも融通性が高く経済的に実現可能な、熱放射器、赤外線溶着装置、並びにプラスチック部品を加熱若しくは溶着するための方法を提供する。【解決手段】供給された電気エネルギーを熱放射に変換可能な少なくとも一つの放射源と、制御手段とを備える熱放射器、特に赤外線放射器。この制御手段は、第一、第二、及び第三の出力を有し、第一出力と第三出力との間で第一交流電流を、第二出力と第三出力との間で第二交流電流を提供し、それにより少なくとも一つの放射源若しくは複数の放射源を操作する少なくとも一つの周波数変換器１０を備える。【選択図】図１
2015037081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．供給された電気エネルギーを熱放射に変換可能な少なくとも一つの放射源と、
ｂ．第一、第二、及び第三の出力を有し、第一−第三出力間で第一交流電流を提供し、第二−第三出力間で第二交流電流を提供し、それにより前記少なくとも一つの放射源を操作する少なくとも一つの周波数変換器を備える制御手段と、
を備える熱放射器、特に赤外線放射器。
【請求項２】
少なくとも二つのプラスチック部品を赤外線溶着するための装置であって、
ａ．供給された電気エネルギーを熱放射に変換可能な少なくとも一つの放射源であって、プラスチック部品を加熱することができる放射源、特に金属箔放射器と、
ｂ．第一、第二、及び第三の出力を有し、第一−第三出力間で第一交流電流を提供し、第二−第三出力間で第二交流電流を提供し、それにより前記少なくとも一つの放射源に給電する少なくとも一つの周波数変換器を備える制御手段と、
ｃ．プラスチック部品を、互いに当接して溶着可能となるように移動する、若しくは前記少なくとも一つの放射源による加熱後に次の処理場所へと移動することができるように保持及び移動するための組立体と
を備える、プラスチック部品を赤外線溶着するための装置。
【請求項３】
前記周波数変換器の第一−第三出力間に第一変圧器、及び／又は前記周波数変換器の第二−第三出力間に第二変圧器が、接続されており、それにより変圧器から提供される交流電圧を、前記少なくとも一つの放射源の電気的操作範囲へと変圧可能である、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記第一及び／又は第二変圧器が、一個若しくは複数個の放射源へ給電するための、一つの一次巻線及び一つ若しくは複数の二次巻線を有する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記二次巻線のうち少なくとも一つが、前記少なくとも一つの放射源のために、接触しても安全な操作電圧を生成することができるように、前記一次巻線を鑑みて構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記放射源が一つ若しくは複数の金属箔放射器である、請求項１と組合わせた請求項３〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
互いに接続され、ＢＵＳシステムを介して駆動可能な複数の周波数変換器を備える、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項８】
ａ．少なくとも一つの放射源、好ましくは少なくとも一つの赤外線放射器若しくは金属箔放射器を設ける工程（Ｓ１）と、
ｂ．第一及び第二交流電流を生成する少なくとも一つの周波数変換器によって、前記少なくとも一つの放射源に給電する工程（Ｓ２）と、
ｃ．前記少なくとも一つの放射源の所定の交流電流によって、少なくとも一つのプラスチック部品を加熱する工程（Ｓ４）と
を含む、少なくとも一つのプラスチック部品を加熱若しくは溶着する方法。
【請求項９】
前記周波数変換器と前記少なくとも一つの放射源との間に変圧器を介在接続し、前記少なくとも一つの放射源に給電するための接触しても安全な交流電圧を生成する工程（Ｓ３）をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ＢＵＳシステムを介して互いに接続している複数の周波数変換器を介して、複数の放射源を駆動する工程（Ｓ５）をさらに含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも二つのプラスチック部品を、互いに当接して溶着されるように移動する工程（Ｓ６）をさらに含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱放射器、特に赤外線放射器、少なくとも二つのプラスチック部品を赤外線溶着するための装置、並びに少なくとも一つのプラスチック部品を加熱若しくは溶着する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、赤外線放射によるプラスチックの溶着が行われるようになってきた。溶着されるプラスチック部品は、加熱後、赤外線放射により溶着線領域において接合される。振動溶着、回転溶着等の摩擦溶着法と比較した場合のこの技術の利点は、特に、空研ぎ段階で粉塵や繊維状粒子が生じることを防ぐことができることにある。このような粒子は、形成される溶着接合部を汚染して悪影響を与える。また作業環境を汚染することにもなる。
【０００３】
赤外線放射器は、プラスチックの赤外線溶着以外にも、振動溶着と組合わせてプラスチック部品の予熱や予備的可塑化にも用いられる。赤外線溶着の工程は、プラスチックの熱板溶着と同様である。熱板溶着と対照的なのは、接合する両プラスチック部品の溶着領域が、熱放射エネルギーの吸収により非接触加熱されることである。このように、プラスチック部品の溶融した材料が加熱素子に付着することによって生じる材料残渣を回避することができる。互いに接合されるプラスチック部品の接合領域は、多くの場合、不均一に形成され、さらには所定の許容差もあるので、プラスチック部品の特定部分から放射器までの距離は一様ではない。その結果、溶着領域、つまり加熱されるプラスチック部品部分の加熱が不均一となる。
【０００４】
プラスチック部品上の溶融層が所望の厚さになったら、赤外線放射器の加熱段階を接合段階に切り替える。その間に、接合面若しくはプラスチック部品の周辺から離れたところへ放射器エレメントを移動する。プラスチック部品の接合段階は、接合領域を互いに接触させることから始まる。接合領域を互いに押し付け合うと、冷却が生じ、よってプラスチック部品が硬化及び接合される。このような接合部が形成されると、赤外線溶着は完了する。
【０００５】
赤外線溶着では、用途によって様々なタイプの放射器が使用される。このような放射器のタイプとしては、例えばハロゲン放射器等、波長１．６μｍの短波放射器があげられる。さらに金属箔放射器等、波長１．６μｍ〜３．５μｍの中波放射器も使用される。クオーツ放射器等、波長域３．５μｍ超をカバーする長波放射器もさらなる選択肢である。これに関し、熱放射器は、正確に一つの波長で熱放射するのではなく、波長域で放射するものであることに留意すべきである。またプラスチックの吸収特性、よって接合領域の加熱は、非常に多様である。赤外線溶着の最も重要な利点は、熱源とプラスチックとが接触しないことであり、それによりプラスチックの付着により熱源が汚染されることを避けることができる。さらに、赤外線放射器つまり一般的には熱放射器を、他のプラスチック加工法における予熱源として使用できることも利点である。例えば振動溶着では、プラスチックの溶着接合領域を赤外線放射器によって予熱することにより、振動溶着速度を速めることができる。複雑な、例えば三次元の長い溶着線形状を、赤外線放射器で加熱若しくは溶着するには、複数の放射器が必要になることがよくある。さらに、放射器の長さを制限することは、技術的に有利である。熱放射器が短いほど、破損時の交換に必要な技術的努力が少なくて済む。何よりも、多くの小型放射器エレメントを使用することにより、プラスチック部品をより均一に加熱しやすくなる。このような放射器エレメントはそれぞれ、他の放射器エレメントとは別に独立して、理想的には加熱すべきプラスチック部品の各部分に合わせて適合させることができる。大型のプラスチック部品の場合、例えば２０台以上の熱放射器エレメントが必要となる。
【０００６】
金属箔放射器を使用する場合、金属箔放射器の金属箔には自由に触れることができるため、電圧を帯びたエレメントとして所定の安全要求に従う必要があるという欠点がある。このような要求事項を履行するためには、作業者が金属箔に触れることができないよう、洗練された安全手段が必要となる。金属箔放射器の有利な点は、プラスチック部品の表面形状に簡単に合わせることができるという点である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は、公知の構造及び方法よりも融通性が高く経済的に実現可能な、熱放射器、赤外線溶着装置、並びにプラスチック部品を加熱若しくは溶着するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、独立請求項１に記載の熱放射器、独立請求項２に記載の少なくとも二つのプラスチック部品を赤外線溶着するための装置、及び独立請求項８に記載の少なくとも一つのプラスチック部品を加熱若しくは溶着する方法によって解決される。本発明の有利な実施態様及び展開は、従属請求項、並びに添付図面を参照して明細書から明らかとなる。
【０００９】
本発明の熱放射器、特に赤外線放射器は、入力電気エネルギーを熱放射に変換可能な少なくとも一つの放射源と、第一、第二、及び第三の出力を有し、第一−第三出力間で第一交流電流を、第二−第三出力間で第二交流電流を提供し、それにより少なくとも一つの放射源若しくは複数の放射源を操作する少なくとも一つの周波数変換器を備える制御手段とを特徴とする。
【００１０】
熱放射器は、一つには、例えば振動溶着に備えるためにプラスチック部品を加熱するために使用される。別の用途は、プラスチック部品の赤外線溶着である。この場合、熱放射器は、後に互いに接合されるプラスチック部品を非接触加熱するために使用される。
【００１１】
このような熱放射器及び好ましい実施態様では、赤外線放射器や金属箔放射器は、電気的には抵抗負荷に相当する。このような熱放射器を電圧に接続すると、熱放射器に電流が流れ、この電流は熱放射器において熱放射に変換される。金属箔放射器は、単独で、若しくは複数の金属箔放射器と組合わせて、部品形状に理想的に適合させることができるので、特にプラスチック部品の加熱及び溶着に適している。しかしながら、金属箔放射器の電流を帯びた金属箔は、自由に触れることができるので、金属箔における電圧は、作業者が熱放射器と接触した場合に健康上の危険要因となる。
【００１２】
この危険性を最小限とするとために、本発明によれば熱放射器は少なくとも一つの周波数変換器によって運転される。公知の周波数変換器は、回転電流モータの駆動に使用され、この場合、周波数変換器は、三相交流電圧の三相ネットワークに接続される。そのため、電圧制御型周波数変換器が通常使用され、その三つの出力Ｕ、Ｖ、Ｗで回転電流モータの三つの入力にそれぞれ給電する。このような公知の周波数変換器とは対照的に、本発明で使用する周波数変換器は、少なくとも一つ若しくは複数の熱放射器を操作・駆動するために使用する第一及び第二の交流電流を供給する。第一の交流電流は、周波数変換器の第一−第三出力間でタップ可能若しくは供給され、第二の交流電流は、周波数変換器の第二−第三出力間でタップ可能若しくは供給される。これら異なる第一及び第二の交流電流は、絶対値を等しくしてもよく、一つ又は複数の熱放射器、特に金属箔放射器を駆動するために使用することができる。第一及び第二の交流電流は、それぞれ第一及び第二の交流電圧と組み合わせて、周波数変換器によって供給される。金属箔放射器の操作に好影響を与えるために、周波数変換器の第一及び第三出力及び／又は周波数変換器の第二及び第三出力は、周波数変換器からそれぞれ供給された交流電圧を所定の操作域に変圧する変圧器にそれぞれ接続される。この操作域は、周波数変換器の出力電圧よりも高くても低くてもよい。好ましくは、変圧器のうち少なくとも一つを、周波数変換器の交流電圧を、接触しても安全と思われる低電圧域に変圧するために使用する。これは特に、このように接触しても安全な電圧に接続された金属箔放射器に、例えば作業者が接触しても大丈夫であることを意味する。なぜなら、例えば４０Ｖ未満や２５Ｖ未満の範囲であって接触しても安全なこの電圧は、接触した作業者に健康被害を引き起こすことはないからである。これに関して、三相交流電圧で操作する周波数変換器以外にも、本発明によれば、一相交流電圧で操作する周波数変換器を使用することも好ましいことを強調しておく。一相交流電圧で操作する周波数変換器の運転中、周波数変換器のそれぞれプログラムされた制御回路（以下参照）は、周波数変換器の出力において、それぞれの交流電圧を有する二つの電流出力が確実に提供されるようにする。このことから、一相交流電圧で操作する周波数変換器の電源供給は、三相交流電圧で操作する周波数変換器と比較して異なるが、一相交流電圧で操作する周波数変換器の出力では、三相交流電圧で操作する周波数変換器の場合と同じ交流電流及び交流電圧等の技術的特徴及び要件が存在することになる。
【００１３】
特別に適合された周波数変換器による上述の熱放射器の駆動に基づいて、本発明はさらに、少なくとも二つのプラスチック部品を赤外線溶着するための装置を含む。この赤外線溶着装置は、供給された電気エネルギーを熱放射に変換可能で、且つプラスチック部品を加熱可能な少なくとも一つの放射源、特に金属箔放射器と、第一出力、第二出力、及び第三出力を有し、少なくとも一つの放射源に給電するために、第一−第三出力間で第一交流電流を、第二−第三出力間で第二交流電流を生成可能な少なくとも一つの周波数変換器を備える制御手段と、プラスチック部品を、互いに当接し溶着可能となるように移動可能、若しくは少なくとも一つの放射源による加熱後に、次の処理場所へと移動可能に保持・移動するための組立体とを特徴とする。
【００１４】
少なくとも二つのプラスチック部品を赤外線溶着するための本発明の装置は、上述の熱放射器と同じ部品を基にしている。よって、上記の熱放射器及びこれと組合わせて使用する周波数変換器の技術的特徴は、この赤外線溶着装置にも同様に当てはまる。
【００１５】
上述の通り、部品形状に放射器形状を理想的に合わせることは、複数の熱放射器若しくは金属箔放射器によって行うことができる。多くの小型熱放射器を使用することには、細長い放射器セグメントのように低電圧で操作することができるというさらなる利点がある。よって、熱放射器のセグメント化、若しくは複数の金属箔放射器等の小型熱放射器を使用することによって、必要な電源供給電圧を、好ましくは交流電圧２５Ｖ以下まで下げることができる。従って、低電圧の範囲内なので、装置及び溶着工具の安全要求を下げることができて容易である。なぜなら、開いた金属箔放射器に作業者が誤って接触しても、健康上危険な電気サージとはならないからである。
【００１６】
各熱放射器若しくは各熱放射器セグメントを独立して操作するために、従来は、各セグメントに専用に供給される電流及び電圧で操作されていた。そのため、多数の電流電源が必要であり、かなりの労力を要していた。さらに、各電流電源にはそれぞれ専用の制御手段が必要であり、経済的に許容しがたい費用となる。そこで、本発明によれば、第一及び／又は第二変圧器が、一つ又は複数の放射源に給電することができるように、一次巻線と、一つ若しくは複数の二次巻線を有することが好ましい。そのため、二次巻線の数は、給電される熱放射器の数に合わせる。また、一次巻線の二次巻線に対する変圧率が、操作する金属箔放射器等の熱放射器の理想的な電気的操作域を達成することができるような大きさとされている。よって、電気的に非常に低い電圧を、好ましくは二次巻線を適切な寸法とすることによって、生成することができ、それにより、接触しても安全に金属箔放射器を操作することができる。同様に、一つ又は複数の二次巻線を、複数の金属箔放射器の給電に適合させることが好ましい。これは、電流回路において抵抗負荷として作用する複数の金属箔放射器の電気的相互接続に応じて、公知の計算規則によって、各金属箔放射器の所望の電気的操作範囲若しくは供給範囲を保証することができるためである。
【００１７】
本発明のこの概要に対応して、周波数変換器は、値が異なる若しくは等しい互いに独立した二つの強度の電流を供給可能な電流電源として作動する。上述の変圧器と組合わせて、少なくとも一つの放射源のために、接触しても安全な操作電圧を生成することもできる。
【００１８】
本発明の好ましい実施態様によれば、上述の回路と組合わせて、いかなるタイプの熱放射器も使用可能である。一つ又は複数の金属箔放射器を、本発明の熱放射器として使用するのが好ましい。
【００１９】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、熱放射器に給電するために、複数の周波数変換器を使用する。この複数の周波数変換器は、互いに接続されており、ＢＵＳシステム（二進単位システム）を介して駆動可能である。このようなＢＵＳシステムにより、確実に、各周波数変換器を個々に効果的に駆動することができる。また、このＢＵＳシステムにより、周波数変換器をこのように独立して駆動するための回路努力が少なくて済む。さらに、ＢＵＳシステムによって各金属箔放射器を個別に駆動することにより、プラスチック部品と熱放射器との間の距離が異なっていても、熱放射器の数を増やすことだけでなく、異なる部品セグメントにおける各熱放射器を個別に異なる駆動をすることによって、これを補うことができる。
【００２０】
また本発明によれば、少なくとも一つのプラスチック部品を加熱若しくは溶着するための方法が開示される。この方法は、少なくとも一つの放射源、好ましくは少なくとも一つの赤外線熱放射器若しくは金属箔放射器を設ける工程（Ｓ１）と、第一及び第二交流電流を生成する少なくとも一つの周波数変換器によって、前記少なくとも一つの放射源に給電する工程（Ｓ２）と、前記少なくとも一つの放射源の所定の交流電流によって、少なくとも一つのプラスチック部品を加熱する工程（Ｓ４）とを含む。
【００２１】
上記説明によれば、金属箔放射器には、独立して適合可能な電圧及びこれに対応する交流電流が供給される。これら交流電流は、異なる若しくは等しい二つの電流を供給可能な電源として作動する少なくとも一つの周波数変換器によって供給される。変圧器、好ましくは周波数変換器の下流の変圧器によって、少なくとも一つの放射源に給電するための、接触しても安全な交流電圧が生成される（Ｓ３）。
【００２２】
二つのプラスチック部品に特定の加熱を行い、次いでこれらを互いに溶着するために、好ましくはＢＵＳシステムを介して熱放射器を操作する（Ｓ５）。溶着領域においてプラスチック部品を十分に可塑化した後、加熱した少なくとも二つのプラスチック部品を移動して互いに当接させ、互いに溶着させる（Ｓ６）。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、四つの熱放射器を操作する、本発明の第一の好ましい実施態様を示す。
【図２】図２は、二つの熱放射器を操作する、本発明のさらなる好ましい実施態様を示す。
【図３】図３は、複数の熱放射器を操作する、本発明のさらなる好ましい実施態様を示す。
【図４】図４は、本発明の少なくとも一つのプラスチック部品を加熱若しくは溶着するための方法の好ましい実施態様を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、周波数変換器によって電気的に操作される少なくとも一つの熱放射器に関する。上記で説明したように、供給された電気エネルギーを熱放射に変換する様々な構造の熱放射器が知られている。この熱放射によって、プラスチック等の材料を加熱若しくは予熱して、次の処理に備える。また、この熱放射器、特に赤外線熱放射器によってプラスチックを互いに溶着する。このような方法は、プラスチックの赤外線溶着として知られている。以下に、金属箔放射器を例として、熱放射器の使用方法、駆動方法、及び操作について説明する。よって全ての説明は他の熱放射器にも当てはまる。
【００２５】
好ましい金属箔放射器は従来から知られている。個々の構造はドイツ特許公開公報第DE 42 42 812 A1号に記載されており、この文献を赤外線放射器の構造及び機能原理について参照する。この赤外線放射器は電圧、好ましくは交流電圧が供給される金属箔からなる。結果として金属箔中に生じる電流フローは、電流回路においてオーム抵抗として作用し、金属箔から放射される熱に変換される。金属箔放射器は、ほぼいかなる任意の寸法及び形状としても製造することができるので、複数の金属箔放射器によれば、ほぼいかなる任意の表面形状にも、好ましくは均等に、熱を放射することができる。この熱供給に基づいて、プラスチックを予熱したり、赤外線溶着したりすることができる。プラスチック溶着における赤外線放射器による予熱は、ドイツ特許公報第DE 197 52 648 C2号に説明されている。ドイツ特許公開公報第DE 101 22 802 A1号には、放射器構造、並びに公知の振動溶着若しくは摩擦溶着と組合わせたプラスチック部品の予熱方法が記載されている。赤外線放射器及び赤外線溶着若しくはプラスチック溶着におけるその使用方法の説明は、ドイツ特許公報第DE 601 10 536 T2号からも引用することができる。赤外線放射器の構造及び設計、予熱方法及びプラスチック溶着方法の工程、並びにその組み合わせについて、上記の文献を参照する。
【００２６】
加熱若しくは赤外線溶着に必要な複数の金属箔放射器を駆動するために、本発明によれば、少なくとも一つの周波数変換器を、変圧器と組合わせて、若しくは変圧器を介在接続せずに、直接使用する。駆動する金属箔放射器の数に応じて、それぞれ公知の三相交流電圧若しくは一相交流電圧の供給を受ける数台の周波数変換器を使用する。
【００２７】
公知の周波数変換器は、一般には三相誘導電動機の制御に使用される。その際、三相誘導電動機に供給された交流電圧の周波数は、三相電動機の回転数を変えるために変更される。この原理は電圧制御型周波数変換器（voltage led frequency converter）とも呼ばれ、１９９０年代から広範な用途で受け入れられている。
【００２８】
このような周波数変換器及び一相で操作する周波数変換器は、供給された三相交流電圧等の交流電圧から直流電圧を生成する整流器を備える。この直流電圧は、下流の中間回路で安定化及び平滑化される。次いで必要な電動機の回転数に応じて、必要な電圧−周波数比が交流電圧の形式でインバータにおいて生成される。この整流器、中間回路、及びインバータという三つのコンポーネントは、上位の制御回路をによって個々に及び／又はまとめて駆動される。公知の周波数変換器では、制御回路は電動機の回転数、よって周波数変換器における電圧−周波数比を生じるのに必要な情報を指定する。
【００２９】
好ましい複数の金属箔放射器を駆動するために、公知の三相及び一相周波数変換器（上記参照）と比べて変更された機能性を有する周波数変換器を使用する。これは、金属箔放射器が電流回路において抵抗負荷となるので、個別に適合された周波数−電圧比で駆動してはならないためである。よってこの周波数変換器は、周波数を変える若しくは可変周波数を提供することは目的としていない。その代わり周波数変換器は、二倍の電流源若しくは電流制御として操作し、その出力において、個別に制御される二つの電流を提供する。その際、周波数変換器の出力における周波数が調節可能であれば、特に有利である。このようにして、下流に接続された変圧器に合わせた最適な同調つまり波長調整を行うことができる。周波数変換器には、Ｕ、Ｖ、Ｗの三つの出力があるので、出力Ｕ−Ｖ間に第一電流が提供され、出力Ｗ−Ｖ間に第二電流が提供される。この回路において、全電流つまり総電流は、好ましくはＶを介して流れ出る。
【００３０】
金属箔放射器に給電するために周波数変換器を使用するには、周波数変換器の制御回路で使用する対応ソフトウエアの開発が必要である。このソフトウエアは、周波数変換器の三つの出力のうちの一つを、他の二つの出力の全電流の流出に使用できることを保証するものである。またこのソフトウエアは、周波数変換器における適切な電流制御を保証する。これは、抵抗負荷として作用する金属箔放射器を、この電流によって制御しなければならないためである。この電流制御はＰＩ−コントローラで行うのが好ましい。もちろんＰＩＤコントローラ等の他のコントローラも使用可能である。さらに、このソフトウエアはいくつかのモニター機能を有している。これに関して、例えば周波数変換器の出力電圧をモニターすることが好ましい。このようにして、たとえ故障時であっても、金属箔放射器に供給される電圧、好ましくは２５Ｖという接触しても安全な低電圧を越えることはないことが確実となる。このようにして、過電圧による作業者への健康上のリスクを回避することができる。
【００３１】
周波数変換器の出力電流は、入力電圧の範囲内、例えばドイツでは４００Ｖであることが好ましい。他国の三相ネットワークでは他の入力電圧が提供され、その場合には対応する他の出力電圧が好ましいことになる。ヨーロッパの大半の国では、ドイツと同様に、三相ネットワークは４００Ｖを供給する。メキシコやブラジルでも入力電圧は４００Ｖであるが、インドでは４４０Ｖ、アメリカ合衆国では４８０Ｖである。日本では、三相ネットワークの入力電圧は２００Ｖである。
【００３２】
これとは対照的に、周波数変換器の出力電圧は、周波数変換器の電力(power)によって決まる。ここで、周波数変換器の出力に変圧器を使用することの利点がわかる。代表的には４００Ｖの電圧がより低電圧へ変圧されるのと同じだけ、利用可能な電流が増加する。しかしながらこの電流強度は、金属箔放射器の金属箔に接触した人の健康を害すことのない、接触しても安全な２５Ｖ等の好ましい低電圧である。
【００３３】
基本的には、周波数変換器において、上述の電流制御の代わりに電圧制御を行うことは可能である。そのため、金属箔放射器の操作電流回路における様々な電気抵抗、例えば放射器の境界抵抗、線路抵抗、温度依存抵抗等をまず知っておく若しくは測定しておく必要がある。これらの値は測定に非常に労力を要するが、これをなくして精密な電圧制御を確実にすることはできない。このような労力は、上述の好ましい周波数変換器による電流制御においては、省くことができる。
【００３４】
図１及び図２は、異なる寸法及び／又はタイプの金属箔放射器４０、４２、４４、４６、４８、５０を駆動する、本発明の様々な例示的な好ましい実施態様を示す。これらの金属箔放射器４０、４２、４４、４６、４８、５０は、異なる構成の変圧器３０、３２、３４と組合せて、若しくは変圧器なしで直接、周波数変換器１０を介して給電される。この周波数変換器１０は、接続する好ましい三相ネットワーク、特に符号７０で示される三相電源コネクタによって給電される。同様に、この三相電源コネクタ７０は一相電源コネクタ（図示せず）とすることもでき、これも本発明によれば好ましい。周波数変換器１０は、別個の制御ラインや制御回路を介すなどして、単独で駆動可能であるが、ＣＡＮ−ＢｕｓやＰＲＯＦＩ−Ｂｕｓ等のＢＵＳシステム６０を介して、周波数変換器に制御情報及び操作情報を供給することも好ましい。ＢＵＳシステム６０に加えて、若しくはＢＵＳシステム６０と組合わせて、各周波数変換器１０は互いに直接通信する。この場合、一の周波数変換器１０を主とし、これに接続されている周波数変換器１０を従として操作するのが好ましい（図３参照）。この場合、従である周波数変換器１２は、ＢＵＳシステム６０若しくは他の接続を介して主の周波数変換器１０が受信した制御コマンドに従う。
【００３５】
図１において、四つの金属箔放射器４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが、周波数変換器１０及び二つの変圧器３０ａ、３０ｂを介して操作される。二倍の電流源として、周波数変換器１０は、出力Ｕ−Ｖ間及び出力Ｗ−Ｖ間に、二つの別個の電流強度を提供する。また出力Ｕ−Ｗ間及び出力Ｗ−Ｖ間で、電流をタップ(tap)するのも好ましい。出力Ｕ−Ｖ及び出力Ｗ−Ｖにおける好ましくは約４００Ｖの交流電圧を、二つの同一の変圧器３０ａ、３０ｂによって、接続された金属箔放射器４０ａ〜４０ｂの所望の操作電圧域に変圧する。よって変圧器３０の一般的な目的は、周波数変換器１０の出力電圧をより低い電圧へと下げると同時に、見込まれる出力電流を上げることにある。これは、より低い電圧を使用することにより、安全指示を自動的に満たすことができるからである。また同時に、より強力な周波数変換器１０を使用しなければならないところ、それをせずにより高い電流が利用可能となる。接触しても安全な低電圧の公式な閾値が変更された場合には、好ましくは接続した一つ又は複数の金属箔放射器と組合わせて、変圧器３０を常に対応して適合させることができる。
【００３６】
少なくとも二つの同一の二次巻線、つまり各金属箔放射器４０について一つの二次巻線を有する変圧器３０を使用するのが有利であることが、実際の運用からわかっている。よって変圧器３０は、二次巻線を介して給電される金属箔放射器４０、４２、４４、４６、４８、５０に可変的に適合させることができる。従って、周波数変換器１０等の正規化コンポーネントを使用することができる。変圧器は一般に符号３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３２で示す。変圧器の入力において、周波数変換器１０、１２は、変圧器３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３２の一次巻線（図示せず）に給電する。二次巻線の寸法及び数は、変圧器出力において示す電圧値「２５Ｖ」によって象徴的に表わされる。
【００３７】
図１は、二つの同一の二次巻線を有する変圧器３０ａ、３０ｂの使用状態を示す。よって、合計四つの金属箔放射器４０を駆動することができる。金属箔放射器４０ａ〜４０ｄへの給電及び介在接続を簡略化するには、同じ変圧器３０ａ、３０ｂから給電される二つの金属箔放射器４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが、同一の電流消費量及び電圧消費量であることが好ましい。この場合、金属箔放射器４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの電気抵抗が決定的な要因となる。二つの赤外線放射器４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃ、４０ｄのこの電気抵抗は略同一とすべきである。これは一般に、両金属箔放射器４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが同一幅及び同一長さである等、同一構成である場合に言えることである。
【００３８】
第一変圧器３０ａの金属箔放射器４０ａ、４０ｂよりも、金属箔放射器４０ｃ、４０ｄの方がより大きいか、より小さい、より長いか、より短い、若しくはより細いか、より太いことも好ましい。例えば金属箔放射器４０ｃ、４０ｄがより大きい場合には、そのオーム抵抗も、金属箔放射器４０ａ、４０ｂにおける値よりも高いので、第二変圧器３０ｂから供給される電流も大きくなければならない。このように、接続された金属箔放射器４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃ、４０ｄに応じて、異なる二つの強度の電流が周波数変換器１０から変圧器３０ａ、３０ｂに供給される。このように、各金属箔放射器４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、接触しても安全な好ましい低電圧２５Ｖに関わらず、適切な電力の供給を受けることができる。なぜならば、電力は、金属箔放射器にかかっている電圧と流れている電流との積から求めることができるからである。従って、一定の低電圧では、周波数変換器１０によって電流が増加し、金属箔放射器により高い電力若しくは性能を供給する。
【００３９】
金属箔放射器４０ａ〜４０ｄに、接触しても安全な電圧よりも高い電圧を供給することも、当然ながら好ましい。
【００４０】
図２について、金属箔放射器４２の好ましく用いられる駆動方法を示す。周波数変換器１０は、二つの変圧器３０を介して、独立して操作される二つの金属箔放射器のみを駆動する。変圧器３０は、図１の変圧器３０ａ、３０ｂと同様に、低電圧を生成するために、一つの一次巻線と二つの二次巻線との組み合わせを備える。変圧器３０と金属箔放射器４２との接続からわかるように、変圧器３０の二つの二次巻線の出力は直列に接続され、接続した金属箔放射器４２により高い電圧を提供する。このような電気回路は、好ましくは長い金属箔放射器４２で使用される。長い金属箔放射器４２は、短い金属箔放射器よりも、高い供給電圧を必要とする。
【００４１】
確かに、この電気回路は、二次巻線が一つだけの変圧器（図示せず）によっても実現化することができる。この唯一の二次巻線では、接続する金属箔放射器４２が必要とするより高い給電電圧に応じて、その巻線の数を合わせることになる。図２の変圧器３０によって、より高い電力を有する、よってより電流消費量が高い金属箔放射器４６に給電することも好ましい。接触しても安全な２５Ｖ等の低電圧に従って、変圧器３０を介して、この金属箔放射器４６（図３参照）のより高い電力を確実にするためには、金属箔放射器４６には、図２の金属箔放射器４２よりも高い電流を供給する必要がある。そのため、図２の変圧器３０の二次巻線と同一である変圧器３０ｃの二つの二次巻線は、互いに並列に接続されている。変圧器３０ｃの二次巻線の出力をこのように接続することにより、変圧器３０ｃの二次巻線の出力において電流強度が追加される。しかしながら同時に、電圧は一定のままである。このことから、図３の変圧器３０ｃと金属箔放射器４６との接続により、接触しても安全な低電圧を維持しながら、より強力な金属箔放射器４６に給電できるということになる。
【００４２】
図３は、数台の金属箔放射器の駆動方法のさらに好ましい実施態様を示す。この配置では、異なる駆動コンセプトが互いに組合わされている。また異なる周波数変換器１０、１２を、上記ＢＵＳシステム６０を介して互いに組合わせてもよいことが例示的に示されている。別の態様では、各周波数変換器１０、１２をＢＵＳシステム６０にそれぞれ接続し、そこから個別の制御情報及び制御コマンドを受信する。
【００４３】
さらに別の態様では、一つの周波数変換器が主の周波数変換器として作動する。この主の周波数変換器１０はＢＵＳシステム６０に接続される。図３における他の周波数変換器１２は、従の周波数変換器として構成されている。これら従の周波数変換器１２は、主の周波数変換器１０の制御情報に従う。この場合、従の周波数変換器１２はＢＵＳシステム６０には接続されておらず、自らの制御情報を、接続線６５で示すように主の周波数変換器１０から直接受信する。
【００４４】
図３の配置では、異なる金属箔放射器４０、４２、４４、４６、４８、５０についての異なる制御概念が互いに組合わせられている。よって、プラスチック部品の部品表面が金属箔放射器で理想的に覆われるように、異なるタイプの金属箔放射器４０、４２、４４、４６、４８、５０を互いに組み合わせることによって、プラスチック部品のいかなる部品形状や部品表面にも熱放射可能であることを強調しておく。例えば図３の周波数変換器１０を、図１及び図２に関して既に説明したように金属箔放射器４０、４２に給電する二つの変圧器３０に接続する。この場合、第一変圧器３０は好ましくは電気的に等しい二つの金属箔放射器４０を操作し、第二変圧器３０は一つの金属箔放射器４２のみを操作する。しかしながらこの金属箔放射器４２は、第二変圧器３０の二つの二次巻線の出力を直列に接続することにより、二倍の電圧で給電される。
【００４５】
図３の中央に示す周波数変換器１２は、好ましくは電気的に等しく構成された金属箔放射器４４に給電する変圧器３２に接続される。そのため、変圧器３２は、接続する各金属箔放射器４４について一つの二次巻線を有する。原理上は、変圧器３２においていくつ（Ｎ）の二次巻線を一次巻線と組み合わせてもよいが、周波数変換器から変圧器３２に給電された電流は、金属箔放射器４２に給電するために、各二次巻線に分配されることを考慮しなければならない。その結果、周波数変換器１２が出力Ｕ−Ｖで提供する電力は、Ｎ個の二次巻線間で分割されることになる。この分割された電力は、接続する金属箔放射器４４を適切に操作するのに十分大きくなければならない。
【００４６】
変圧器３０ｃでは、二つの二次巻線は並列に接続されている。こうすることにより、二次巻線が提供する電流強度は加算され、よって低電圧且つ高められた強度の電流を、接続する金属箔放射器４６に給電することができる。
【００４７】
周波数変換器１２による金属箔放射器４８、５０のさらに好ましい駆動可能性を、図３の右側に示す。ここに示す変圧器３４は、他の変圧器３０ａ、３０ｂ、３０、３２、３０ｃとは異なり、接続する金属箔放射器４８に適合された二次巻線を一つしか備えていない。この唯一の二次巻線を用いることにより、変圧器３４に数台の金属箔放射器を接続する便宜は失われるが、金属箔放射器４８への給電は理想的に行うことができる。なぜなら、周波数変換器１２が提供する電流並びに変圧器３４によって実現する電圧が、接続する金属箔放射器４８が理想的な電力を実現できるよう正確に伝えられるからである。
【００４８】
金属箔放射器５０は、変圧器を介在接続することなく、周波数変換器１２の出力Ｗ−Ｖ間の第二電流出力に直接接続されている。この電気回路によって、周波数変換器から供給される全出力電圧を金属箔放射器５０で使用することができる。同時に、周波数変換器から供給される電流は、周波数変換器１２と金属箔放射器５０との間に変圧器が介在接続される場合よりも低い。長い金属箔放射器、つまり高いオーム抵抗を有する金属箔放射器には、金属箔放射器５０で用いるような駆動方法が特に有用である。また、作業者が金属箔放射器に接触できない場合には、このような駆動方法を用いることが好ましい。この場合、金属箔放射器５０を、接触しても安全な低電圧で操作する必要はない。
【００４９】
ここに提示若しくは提案した、周波数変換器及び変圧器と組合わせて、若しくは変圧器なしで、金属箔放射器を駆動するための各駆動コンセプトは、他のいかなる駆動コンセプトとも任意に組み合わせることができる。よって、例えば、電気的に等しい五つの金属箔放射器を操作するための五つの二次巻線を有する変圧器を使用する図示しない駆動コンセプトも考えられる。これと並列に、金属箔放射器を、介在接続する変圧器なしで周波数変換器に直接接続してもよい。介在接続した変圧器によって、操作電圧を上昇変圧することも好ましい。この場合には、接触しても安全な低電圧ではない電圧で操作し得る対応する熱放射器が必要となる。
【００５０】
それぞれ二つの二次巻線を有する二つの変圧器３０を伴う周波数変換器１０の標準的な構成をもってのみ、熱放射器つまり金属箔放射器の六つの異なる好ましい回路及び接続態様が得られる。
−  四つの金属箔放射器、そのうち二つは供給電流及び供給電圧が同一である。
−  三つの金属箔放射器、そのうち二つは供給電流及び供給電圧が同一であり、もう一つは最大で二倍の供給電圧である。
−  三つの金属箔放射器、そのうち二つは供給電流及び供給電圧が同一であり、もう一つは最大で二倍の供給電流である。
−  二つの金属箔放射器、そのうち一つは二倍の供給電圧であり、もう一つは二倍の供給電流である。
−  二倍の供給電流の二つの金属箔放射器
−  二倍の供給電圧の二つの金属箔放射器
【００５１】
Ｎ個の二次巻線を有する変圧器（たとえば図３の変圧器３２）には、最多でＮ台の金属箔放射器を接続することができる。これらＮ台の金属箔放射器は同じ電流で操作される。Ｎ＝１の一番簡単なケースでは、変圧器３０の二次回路には一つの金属箔放射器のみを配置する。原理的には、金属箔放射器の台数Ｎは任意に増加させることができ、三つ、四つ、若しくはそれ以上の金属箔放射器に、変圧器と組合わせた周波数変換器を介して給電することができる。
【００５２】
変圧器を使用することの欠点は、その磁化損失にある。変圧器に、高周波の正弦波信号として電圧を入力することにより、この問題を最小限に抑えることができる。入力電圧のこの正弦波信号の周波数が高いほど、磁化損失が少なくなる。このようにして、小型の変圧器を使用することができるようになる。これに関して、本発明によれば、周波数３００Ｈｚを用いるのが好ましく、これは周波数変換器の制御速度と、磁化損失を低減するために周波数をできるだけ高くすることとの折り合いをつけた値である。ただし、他の周波数を用いることも好ましい。
【００５３】
金属箔放射器において高電流且つ低電圧を用いる場合、低電圧変圧器を使用することが有利である。好ましくは、低電圧変圧器は周波数変換器１０の出力電圧を０Ｖ〜５０Ｖの交流電圧に変圧し、さらに好ましい実施態様によれば、０Ｖ〜２５Ｖの交流電圧に変圧する。実際、変圧器は追加的に必要とされるものではあるが、使用することにより、電流供給用に顕著に小さく安価な周波数変換器を選択することができる。
【００５４】
上述の回路概念は、プラスチック部品の加熱及び／又は赤外線溶着に用いるものである。そのため、複数の金属箔放射器を、隣接配置されたプラスチック部品に向かって熱放射するように、上述の概念に従って駆動する。プラスチック部品に理想的に熱放射するには、プラスチック部品を適切な組立体内に保持する、及び／又はこの組立体と共に熱放射器に対して近づけたり遠ざけたりして移動させることが好ましい。よってこのような組立体は、熱がプラスチック部品の表面領域に当たるように、プラスチック部品を金属箔放射器の直近に持って行くものである。プラスチック部品を十分加熱した後、組立体は、次の処理のためにプラスチック部品を第二のプラスチック部品のもとへ、例えば溶着のために、移動させる。そのために、二つのプラスチック部品は、加熱された接合ゾーンにおいて互いに押し付けられ、接合ゾーンが冷却されると、これら二つのプラスチック部品間に接合が生じる。この処理は一般に赤外線溶着として知られている。
【図１】
2015037081.tif 000003
【図２】
2015037081.tif 000004
【図３】
2015037081.tif 000005
【図４】
2015037081.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月25日(2014.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．供給された電気エネルギーを熱放射に変換可能な少なくとも一つの放射源と、
ｂ．第一、第二、及び第三の出力を有し、第一−第三出力間で第一交流電流を提供し、第二−第三出力間で第二交流電流を提供し、それにより前記少なくとも一つの放射源を操作する少なくとも一つの周波数変換器を備える制御手段と、
を備える熱放射器。
【請求項２】
前記周波数変換器の第一−第三出力間に第一変圧器、及び／又は前記周波数変換器の第二−第三出力間に第二変圧器が接続され、それにより周波数変換器が提供する交流電圧を、前記少なくとも一つの放射源の電気的操作域に変圧する、請求項１に記載の熱放射器。
【請求項３】
前記放射源が一つ又は複数の金属箔放射器である、請求項１又は２に記載の熱放射器。
【請求項４】
前記第一及び／又は第二変圧器が、一つ又は複数の放射源に給電するために、一つの一次巻線と一つ又は複数の二次巻線とを備える、請求項２又は３に記載の熱放射器。
【請求項５】
前記二次巻線のうち少なくとも一つが、前記少なくとも一つの放射源のために、接触しても安全な操作電圧を生成することができるように、前記一次巻線を鑑みて構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
互いに接続され、ＢＵＳシステムを介して駆動可能な複数の周波数変換器を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記熱放射器が赤外線放射器である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱放射器。
【請求項８】
少なくとも二つのプラスチック部品を赤外線溶着するための装置であって、
ａ．供給された電気エネルギーを熱放射に変換可能な少なくとも一つの放射源であって、プラスチック部品を加熱することができる放射源、特に金属箔放射器と、
ｂ．第一、第二、及び第三の出力を有し、第一−第三出力間で第一交流電流を提供し、第二−第三出力間で第二交流電流を提供し、それにより前記少なくとも一つの放射源に給電する少なくとも一つの周波数変換器を備える制御手段と、
ｃ．プラスチック部品を、互いに当接して溶着可能となるように移動する、若しくは前記少なくとも一つの放射源による加熱後に次の処理場所へと移動することができるように保持及び移動するための組立体と
を備える、プラスチック部品を赤外線溶着するための装置。
【請求項９】
前記周波数変換器の第一−第三出力間に第一変圧器、及び／又は前記周波数変換器の第二−第三出力間に第二変圧器が、接続されており、それにより変圧器から提供される交流電圧を、前記少なくとも一つの放射源の電気的操作範囲へと変圧可能である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第一及び／又は第二変圧器が、一個若しくは複数個の放射源へ給電するための、一つの一次巻線及び一つ若しくは複数の二次巻線を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記二次巻線のうち少なくとも一つが、前記少なくとも一つの放射源のために、接触しても安全な操作電圧を生成することができるように、前記一次巻線を鑑みて構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
互いに接続され、ＢＵＳシステムを介して駆動可能な複数の周波数変換器を備える、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
ａ．少なくとも一つの放射源、好ましくは少なくとも一つの赤外線放射器若しくは金属箔放射器を設ける工程（Ｓ１）と、
ｂ．第一及び第二交流電流を生成する少なくとも一つの周波数変換器によって、前記少なくとも一つの放射源に給電する工程（Ｓ２）と、
ｃ．前記少なくとも一つの放射源の所定の交流電流によって、少なくとも一つのプラスチック部品を加熱する工程（Ｓ４）と
を含む、少なくとも一つのプラスチック部品を加熱若しくは溶着する方法。
【請求項１４】
前記周波数変換器と前記少なくとも一つの放射源との間に変圧器を介在接続し、前記少なくとも一つの放射源に給電するための接触しても安全な交流電圧を生成する工程（Ｓ３）をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ＢＵＳシステムを介して互いに接続している複数の周波数変換器を介して、複数の放射源を駆動する工程（Ｓ５）をさらに含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも二つのプラスチック部品を、互いに当接して溶着されるように移動する工程（Ｓ６）をさらに含む、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の方法。