(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）プラスチック材料を熱接着する加熱体内部の発熱源の付近に発熱源温度センサが設置され、該発熱源温度センサの指示により加熱体温度が定められるヒートシール装置の前記加熱体の熱接着面付近に表面温度センサを設置し、
（２）該加熱体温度を目標温度（Ｔｓ）に設定して加熱を開始し、
（３）発熱源温度センサと表面温度センサの示す単位時間当りの温度変化が予め定めた値に達した後の発熱源温度センサの示す温度（Ｔｃ１）と表面温度センサの示す温度（Ｔｍ１）から、ＴｓとＴｍ１との差△Ｔ１と、補正係数（Ｔｍ１／Ｔｃ１）を算出して、さらに、△Ｔ1／(Ｔｍ１/ＴＣ１）を求め、
（４）前記加熱体の設定温度をＴｓ＋△Ｔ１／(Ｔｍ１／Ｔｃ１)に変更してさらに加熱を続け、
（５）（３）、（４）の工程を繰返すことを特徴とする
ヒートシール装置の温度調節方法
【請求項２】
補正係数を１とする請求項１記載の方法
【請求項３】
プラスチック材料を熱接着する加熱体内部の発熱源の付近に発熱源温度センサが、そして熱接着面付近には表面温度センサが埋設され、
加熱体の目標温度（Ｔｓ）と表面温度センサの示す温度（Ｔｍ）との差（△Ｔ）と、Ｔｍと発熱源温度センサの示す温度（Ｔｃ）との比(Ｔｍ／Ｔｃ)を算出して、加熱体の設定温度をＴｓ＋△Ｔ(Ｔｍ／Ｔｃ)に変更するコンピュータが付設されていることを特徴とする
ヒートシール装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシール装置の加熱体の表面温度を精密に調節する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックのフイルムやシートを使った袋や容器の生産や封緘のヒートシールには、一般にヒートシール装置を用い、その加熱体を加圧接触してヒートシールが行われる。
【０００３】
加熱体は、金属のブロックに電気ヒータの発熱源を埋め込んでいて、伝熱によって加熱体の全体を加熱するようになっている。加熱体の温度の設定は、発熱源の付近に埋設された温度センサを利用して行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、加熱体の温度は２〜３℃の精度が要求されることが少なくなく、場合によってはより厳密な精度が求められることもある。
【０００５】
本発明者が、ヒートシール装置の加熱体の表面温度を測定したところ、設定温度より２〜３℃以上低い場合が多いことを見出した。
【０００６】
これは、加熱体の表面からの熱放射や加熱体を支える構造物への伝熱によって熱流が発生するので、ヒータに接触する部分の温度が最も高く、表面に近づくに従って低下することによるものである。
【０００７】
構造物への熱移動や表面からの熱放射は周囲の温度、空気流によって変動するので、表面温度と温度センサが埋め込まれている調節点温度の関係は何時も一定にならない特徴がある。
【０００８】
被加熱物と接触する加熱体の表面温度が実際の加熱温度条件となるので、表面温度を目標の値に正確に調節する必要がある。
【０００９】
そこで、加熱体の温度を調節するには、加熱体に温度センサを設置して加熱体の温度を検知する必要がある。
【００１０】
ところが、発熱源の熱が加熱体の表面に到達するのに時間の遅れがあるので、加熱体の表面温度を検知して発熱体に流す電流の調節をしようとすると遅れのために発熱源近くの温度と表面温度に相違が起こって、表面温度は目標値を中心にハンチングを起してしまう。又遅れのために電気ヒータが高温になって焼損を起してしまう。
【００１１】
この不都合を避けるためには、電流を小さくして加熱操作量を小さくすると、温度上昇が遅くなり、一定の温度に到達する時間が長くなって実用性が損なわれる。
【００１２】
従来は、温度センサは電気ヒータに近いところに設置しているので、ハンチングや焼損を回避することができる。
【００１３】
しかし、一方で、調節点温度と表面温度の間に温度の相違ができる不都合が発生している。
【００１４】
図１に現状の発熱源温度センサの示す温度（以下、調節点温度という。）と表面温度の応答事例を示した。図中、表面温度は実線で、調節点温度は点線で示す。尚、加熱開始３分後からフィードバック調節を行っている。フィードバック調節とは、例えば温度調節の時、加熱体を設定の温度に調節するために、加熱体の温度をセンサで測定して、もしその温度が設定値より低い場合に操作の仕方が連続の場合には加熱電流を増やすか、ＯＮ−ＯＦＦ調節の場合はＯＮにする。温度が高い場合には、電流を小さくするか、ＯＦＦにする調節方法である。図１から明らかな如く、表面温度は調節点温度より低くなっており、定常状態では２℃低くなっている。
【００１５】
本発明の目的は、表面温度のハンチングや発熱源の焼損等の問題を起こすことなく、短時間に、ヒートシール装置の加熱体の表面温度を目標温度に一致させうる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するべく鋭意検討の結果、従来の加熱体内部の調節点温度センサに加えて新たに熱接着面付近にも表面温度センサを設置して、両温度センサの示す単位時間当りの温度変化と両温度の差を追跡し、その結果に応じて加熱体の設定温度を修正していく方法を案出し、それによって、短時間に、ハンチングや焼損の問題を起こすことなく、表面温度を目標温度に合わせることができることを見出して、本発明を完成するに至った。
【００１７】
すなわち、本発明は、
（１）プラスチック材料を熱接着する加熱体内部の発熱源の付近に発熱源温度センサが設置され、該発熱源温度センサの指示により加熱体温度が定められるヒートシール装置の前記加熱体の熱接着面付近に表面温度センサを設置し、
（２）該加熱体温度を目標温度（Ｔｓ）に設定して加熱を開始し、
（３）発熱源温度センサと表面温度センサの示す単位時間当りの温度変化が予め定めた値に達した後の発熱源温度センサの示す温度（Ｔｃ１）と表面温度センサの示す温度（Ｔｍ１）から、ＴｓとＴｍ１との差△Ｔ１と、補正係数（Ｔｍ１／Ｔｃ１）を算出して、さらに、△Ｔ1／(Ｔｍ１/ＴＣ１）を求め、
（４）前記加熱体の設定温度をＴｓ＋△Ｔ１／(Ｔｍ１／Ｔｃ１)に変更してさらに加熱を続け、
（５）（３）、（４）の工程を繰返すことを特徴とする
ヒートシール装置の温度調節方法と
補正係数を１とする請求項１記載の方法と
プラスチック材料を熱接着する加熱体内部に発熱源温度センサが、そして熱接着面付近には表面温度センサが埋設され、
加熱体の目標温度（Ｔｓ）と表面温度センサの示す温度（Ｔｍ）との差（△Ｔ）と、Ｔｍと発熱源温度センサの示す温度（Ｔｃ）との比(Ｔｍ／Ｔｃ)を算出して、加熱体の設定温度をＴｓ＋△Ｔ(Ｔｍ／Ｔｃ)に変更するコンピュータが付設されていることを特徴とする
ヒートシール装置に関するものである。
【発明の効果】
【００１８】
（１）自動的に加熱体の表面温度が精密に作り出せる。
（２）環境の温度条件が変化しても自動修正ができる。
（３）熟練を要する温度設定変更操作が不要になる。
（４）記憶設定値を適用すれば、２回目以降の加熱条件の立ち上げは速やかになる
（５）本発明は同様の加熱体の温度調節に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明が通用されるプラスチック材料の形状は、通常はフィルムやシートであるが、それに限定されるものではなく、ヒートシールされるものであればよい。例えば、各種の袋の外、容器なども含まれ、例えば周縁部がヒートシールされるトレーなども対象となる。
【００２０】
フィルムやシートは単層、積層品のいずれでもよいが、ヒートシールされる面は熱接着性樹脂で形成される。この熱接着樹脂の種類も問わないが、代表的なものは、ポリオレフィン樹脂、例えば、ＬＤＰＥ、Ｌ−ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥなどのポリエチレン、ポリプロピレン、各種エチレン共重合体、接着性樹脂、各種エチレン共重合体などである。
【００２１】
プラスチック材料を熱接着するヒートシール装置は、市販のものを用いることができる。
【００２２】
本発明を適用するにあたっては、このヒートシール装置の加熱体内部の調節点温度センサに加えて、加熱体の熱接着を行なう際にプラスチック材料に接する面の近傍にも温度センサを設置する。この設置場所は熱接着の妨げにならないように加熱体に埋設するのがよく、位置は加熱体の表面から０．２〜２ｍｍ程度、好ましくは０．５〜１ｍｍ程度がよい。この表面温度センサは、微細部位の温度が検出できるよう、線径の細いものが好ましく、０．５ｍｍ巾以下、好ましくは０．４ｍｍ巾以下、より好ましくは０．３ｍｍ巾以下のものを用いることが望ましい。線径の下限は技術的に可能な細工の下限であり、一般に、０．０４ｍｍ未満程度である。表面温度センサは複数設けることもできる。
【００２３】
加熱体をプラスチック材料の両側に設けて両方向から熱接着するヒートシール装置の一例を図３に模式的に示す。
【００２４】
加熱体１−１、２は、いずれもステンレススチール、真鋳等の金属ブロックよりなり、内部に、発熱源として電熱ヒータ２−１、２が埋設されている。この発熱源の付近には発熱源温度センサ（以下、調節点温度センサという。）３−１、２が埋設されており、本発明では、表面近傍にも表面温度センサ４−１、２を埋設して用いる。各加熱体１−１、２は、アーム５−１、２で支持され、進退する。６は熱接着されるプラスチック材料である。
【００２５】
本発明では、この両温度センサの信号に基いて加熱体の設定温度を変更するための演算と記憶機能をもったコンピュータをさらに設ける。このコンピュータの一例を図４に模式的に示す。このコンピュータは、各温度センサ３、４の定常値判定部（１）、（２）９、１０と、加熱体温度の設定値演算部８と、温度調節部７よりなっている。定常値判定部９、１０は、発熱源センサ点（以下、調節点という。）あるいは表面温度が一定値に達したか否かを判断するところであり、設定値演算部８は、表面温度の実際の値と設定値との差について演算するところであり、温度調節部７は、設定値演算部８の出力値を温度調節の設定値とする加熱体の発熱源の温度調節を行うところである。これらに加えて個別の機能を統合する計算機機能を有している。１１は、目標温度をコンピュータに入力するデジタルスイッチであり、１３は、温度調節部７の指令により、電熱ヒータ２への通電をオンオフするスイッチである。
【００２６】
加熱体の目標温度（Ｔｓ）は当業者が熟知しているものであり、通常、熱接着性樹脂の融点±３℃と、特に±２℃の範囲から選択される。
【００２７】
加熱体の温度を目標温度（Ｔｓ）に設定して加熱を開始し、この目標の表面温度設定値を使用してフィードバック調節を開始する。
【００２８】
調節点温度センサと表面温度センサの示す単位時間当りの温度変化が予め定めた値に達する領域に入っているか否かを求める。この温度変化には加熱による上昇と温度のフレの両方が含まれる。この予め定めた値とは、概そ定常状態になったことを示すものであり、目標温度の許容範囲によるが、通常１分間当りの変化が±１℃の範囲、特に±０．５℃の範囲、好ましくは±０．３℃の範囲、より好ましくは±０．２℃の範囲である。
【００２９】
この温度変化が定常状態になった時点で、コンピュータにより、目標温度（Ｔｓ）と計測された表面温度（Ｔｍ）との差（△Ｔ）を自動で演算する。
【００３０】
調節点温度と表面温度の差は加熱体と加熱体を支持する構造物からの放熱量によって
決まる。放熱割合は発熱源と周辺の温度によって決まるので、変化する周辺の状況によ
って補正する必要がある。
【００３１】
本発明では、発熱源の温度と表面温度の関係から放熱割合を決定する方法を適用した。
【００３２】
温度差による放熱割合の補正はそれぞれ絶対温度系を使用するのが合理的であるが、
例えば表面温度が１５０℃、調節点温度が１５５℃の場合には、１５０＋２７３＝４２
３Ｋ、１５５＋２７３＝４２８Ｋであり、１５０／１５５≒４２３／４２８として扱っても１〜２％程度の差なので演算は絶対温度に変換せずに測定データを直接使って計算をすることができる。
【００３３】
温度差（△Ｔ）を［表面温度測定値（Ｔｍ）／調節点温度測定値（Ｔｃ）］で除した値
で値で既にコンピュータに入れてある調節設定値を加減して設定値を変更する。
【００３４】
つまり、調節点温度センサと表面温度センサの示す単位時間当りの温度変化が予め定
めた値に達した後の調節点温度センサの示す温度（Ｔｃ１）と表面温度センサの示す温度（Ｔｍ１）から、加熱体の目標表面温度（Ｔｓ）とＴｍ１との差△Ｔ１と補正係数（Ｔｍ１／Ｔｃ１）を算出して、さらに△Ｔ１／（Ｔｍ１／Ｔｃ１）を求め、加熱体の設定温度をＴＳからＴｓ＋△Ｔ１／（Ｔｍ１／Ｔｃ１）に変更するのである。一般に、この補正係数は１に近いので、加熱体の表面温度調節を特に厳密に行う必要がある場合を除いて、１として取扱うことができる。
【００３５】
そして、さらに加熱を続け、調節点温度センサと表面温度センサの示す値がいずれも概そ定常状態になったら、前記の方法を繰返すのである。つまり、調節点温度センサの示す温度（Ｔｃ２）と表面温度センサの示す温度（Ｔｍ２）から、加熱体の目標表面温度（Ｔｓ）とＴｍ２との差△Ｔ２と補正係数(Ｔｍ２／ＴＣ２)を算出して、さらに△Ｔ２／（Ｔｍ２／Ｔｃ２）を求め、加熱体の設定温度をさらにＴｓ＋△Ｔ１（Ｔｍ１／Ｔｃ１）＋△Ｔ２（Ｔｍ２／Ｔｃ２）に変更し、これを自動的に繰返すのである。
【００３６】
この操作の繰り返しを自動で行い、目標の表面温度になるべく接近させる。これは、加熱体の放熱特性の自動補正操作である。
【００３７】
これを図２に模式的に示す。図２に示すように、スタート時に調節点センサを目標温度に設定すると、調節点では鎧線のように、そして、表面温度は実線のように変化していずれも定常状態に達する。そこで、上記の計算を行って、設定温度を変更すると、調節点温度は同図右半分に点線で示すように、そして、表面温度は太い実線で示すように変化して、表面温度が目標温度にほぼ一致する。
【００３８】
上記の繰返し回数は、通常１〜３回程度で充分である。
【００３９】
最終的に得られた調節目標値はコンピュータに記憶させ、次回に同一の条件の運転を行う場合に適用できるようにする。
【００４０】
この本発明の方法は、ヒートシール装置の立上げ時ばかりでなく、ヒートシール実施中にも適用できることはいうまでもない。
【実施例】
【００４１】
図５に示す加熱体に図４に示す構成の温度調節機構を付設して加熱体の表面温度を調節した事例を示す。
【００４２】
この加熱体１は、真鍮製で、縦３．５ｃｍ、横３ｃｍ、長さ１０ｃｍの直方体の熱接着を行う面の両側部を斜めに削取した形状をしており、内部には長手方向に２本の円孔が穿設されている。熱接着面から遠い例には、太さ０．８ｃｍ、長さ１０ｃｍの２００Ｗの電気ヒータ２が挿入されている。
【００４３】
また、包装材料との接触面の近い側の円孔には、熱の均一化機能のあるヒートパイプが挿入されている。このヒートパイプ１２は、長さ方向の温度ムラを小さくするためのものである。
【００４４】
加熱体１の電気ヒータ２挿入孔から５ｍｍの所と包装材料との接着面から０．５ｍｍの深さのところに、いずれも温度センサ３、４を埋設した。長手方向と直角方向から見た位置はいずれも中央付近とし、調節点温度センサ３と表面温度検出センサ４の各温度センサは、いずれも微小部位の温度計測を正確に行うために、線径が０．２ｍｍの微細型の“Ｋ”熱電対を使用した。
【００４５】
温度センサ３、４の出力はＡ／Ｄ変換器を通してデジタル信号に変換した。
【００４６】
電気ヒータ２の温度調節はＰＩＤ機能を持たせたＯＮ−ＯＦＦ調節方式とした。
ＰＩＤ機能：
Ｐ；Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ，比例動作（設定値と測定値の差値の大きさに比例した操
作の大きさを決める機能）
Ｉ；Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，積分動作（比例動作だけだと修正操作量に狂い（Ｏｆ
ｆｓｅｔ）ができるので、わずかなズレを時間積分して
操作量の補正をする機能
Ｄ；Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ，微分動作（検出温度の変化速度に応じて調節量の大
小を決める機能）
【００４７】
コンピュータには、市販のプログラマブルコントローラ（オムロン社製：ＣＪ１）を用いた。
【００４８】
コンピュータの各機能間の連携動作は、内蔵した計算機のプログラミング機能によった。
【００４９】
実施性能の評価
上記のヒートシール装置を用い、目標の表面温度を１５０℃に設定した温度調節経過を図６に示す。
【００５０】
この調節例では、表面温度の測定値の振れ巾が１分当たり±０.２℃に到達した時を定常調節状態とした。
【００５１】
その結果、表面温度が起動から定常状態に到達する時間は約２０分で、定常状態の温度調節点の温度は１５０±０.２℃、表面温度は１４８±０.２℃が得られた。
目標の設定温度との差（△Ｔ）は２℃であった。
【００５２】
放熱の影響の補正係数は１４８／１５０＝０．９８となるので、設定値の変更を
２／０．９８≒２．０℃の結果から１５２℃に自動変更され、変更後≒７分での表面温度は、１４９．７℃が得られた。
【００５３】
この時点で設定温度は１５２.３℃に自動で変更され、表面温度は１５０.１±０.２℃となった。
【００５４】
３〜５時間に渡る長時間の運転の結果、周囲温度の変動や発熱体を支える構造物の温度上昇等の表面温度の外乱要素の影響に対して、設定値に対して０.５〜２℃の間の自動変更が行われ、目標設定に対して±０.３℃の表面温度の調節結果が得られ、所期の性能が確認できた。
【００５５】
１回目の運転で得られた加熱体の調節設定値の１５２.３℃を消去せず、設備が常温に冷却した後の次回の運転に適用して起動した結果、１５分後に目標の表面温度１５０℃の調節が開始され、本発明による加熱体の放熱特性の自動補正機能の確認ができた。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、ヒートシール装置の加熱温度を実用的手段で正確に調節できるものであり、プラスチックの製袋や容器の密封等に幅広く利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】調節点温度と表面温度の相違を経時変化で示した図である。
【図２】本発明を適用した場合の、調節点温度と表面温度の相違の経時変化を模式的に示したグラフである。
【図３】本発明の表面温度センサをさらに設置した加熱体周辺を模式的に示した側面図である。
【図４】これには、さらにコンピュータを付設した例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施例で用いた加熱体の構造を概略的に示す図である。
【図６】本発明の実施例の調節点温度と表面温度の経時変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１  加熱体
２  電熱ヒータ
３  調節点温度センサ
４  表面温度センサ
５  アーム
６  プラスチック材料
７  温度調節部
８  設定値演算部
９  定常値判定部（１）
１０  定常値判定部（２）
１１  デジタルスイッチ
１２  ヒートパイプ
１３  スイッチ
【図１】
0004623662.tif 000002
【図２】
0004623662.tif 000003
【図３】
0004623662.tif 000004
【図４】
0004623662.tif 000005
【図５】
0004623662.tif 000006
【図６】
0004623662.tif 000007