(57)【要約】【課題】  従来のインパルスヒートシーラーのトランスは鉄と銅の塊で重く、出力の制御もし辛かった。しかしスイッチング電源は平滑用の大容量のコンデンサーがあるために、電源をＯＮしても二次側に出力が出てくるまでに０．５秒以上もかかったり、切っても直ちには出力が止まらなかった。従ってそのコンデンサーを外しても高周波によるスイッチングが出来て、さらに素早い出力調節が出来るスイッチング電源回路が欲しかった。【解決手段】  スイッチング電源の入力電圧が毎サイクル０Ｖになっても、スイッチング素子に指令する高周波の信号を発する又は起動させる回路、又は独立した電源及び発振回路を持ち、それにより一次側及び二次側平滑用コンデンサーを設けない電源回路にした。さらにスイッチング動作の起動タイミングをずらしたり、サイリスターの位相制御などの回路を設け、出力調節をし易くした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともプレス機構とそれに内蔵されたヒーター、そのヒーターに結線された電源回路とからなり、その電源回路が外部交流電源より電力を受けて、１秒前後の短時間に比較的大電流を流してヒーターを瞬間的に加熱して、プレス機構に挟んだポリエチレン等をシールするインパルスヒートシーラーにおいて、上記電源回路が、入力した外部交流電力をスイッチング素子により高速にスイッチングして高周波の交流に変換して、高周波用トランスの一次側に流し込み、二次側にヒーターの求める電圧、電流を取り出すもので、少なくとも二次側の平滑用の大容量のコンデンサーを設けないことを特徴とするインパルスヒートシーラー。
【請求項２】
上記電源回路が、さらに一次側の平滑用の大容量のコンデンサーも設けないもので、しかも上記のスイッチング素子に指令する高周波の信号を発する又は起動させることの出来る回路であることを特徴とする、請求項１のインパルスヒートシーラー。
【請求項３】
上記電源回路は、そのスイッチング素子に指令する高周波の信号を発する回路が、スイッチング素子と高周波トランスと発振用コンデンサーの共振によるもので、入力された外部交流電力の各サイクルにおいて、０Ｖから上昇する電圧によるトリガー素子の起動によることを特徴とする、請求項２のインパルスヒートシーラー。
【請求項４】
上記電源回路は、そのスイッチング素子に指令する高周波の信号を発する回路が、全く別に設けた小型の電源回路により供給される、平滑された直流による持続的な高周波発振回路であることを特徴とする、請求項２のインパルスヒートシーラー。
【請求項５】
上記電源回路は、そのトリガー素子によるスイッチング動作の起動のタイミングをずらすことにより、一次側の電力の供給を変動させ、それによる二次側の電圧、電流を大幅に変動させる回路を設けたことを特徴とする、請求項３のインパルスヒートシーラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
インパルスヒートシーラーに関するもので、特にその電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
インパルスヒートシーラーのヒーターが必要とする低電圧、大電流を供給する電源回路は鉄と銅の塊のトランスによるものであったが、その重量は業務用の使用が殆どであったので、いくら重くても何ら問題にならなかった。しかし資源が高価になって来た現在、重量はコストと同義語になり、省資源、コストダウンを図らなければならなくなった。
【０００３】
鉄と銅の塊のトランスは又電力を貯める働きがあって、大きければ大きいほど貯まった電力は大きく、スイッチのタイミングを０V時に合わせないと大きなスパークが発生し、接点が焼き付くことも起きた。しかし０．５秒で１５０℃上昇するインパルスヒートシーラーでは1サイクルの時間で６℃温度が変化するので、医療用のシーラーなど微妙な温度制御が必要な機種では、電源スイッチのＯＮ、ＯＦＦでの制御では困難になって来た。
【０００４】
一方スイッチング電源は省資源的で軽量であるが、外部電源からの交流リップルを無くし、安定的な直流電源を供給することを目的にしているので、平滑用に大容量のコンデンサーを必要とし、そのため一次側電源を入れても０．５秒間程度出力が出なかったり、切っても出力はすぐには切れなかった。
【０００５】
さらにスイッチング電源は、安定を目指して負荷や入力電圧が変動しても、二次側の出力電圧又は電流が変動しないように一次側電源を微弱に操作する回路はあったが、逆に２０〜５０％も大幅に変動させることは出来ず、従来のトランスと同じでタップの切り替えによらなければならなかった。
【０００６】
インパルスヒートシーラーがシールするフィルムの構成が多様になり、アルミ箔などでは素早い加熱が必要であったり、紙とか不織布とかでは比較的低い温度で長い時間加熱する必要が生じたりするが、その為１〜３秒前後の加熱時間の中で素早く最高温度にしたり、出力を２段階に、又はプログラム通りに変化させる等の、微妙で素早い温度制御が非常に重要になってきた。
【特許文献１】特願平８−３４６６５４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電源回路に省資源的なスイッチング電源が使えて、しかもその平滑用の大容量のコンデンサーを外しても高周波によるスイッチングが出来て、一次側電源を入れれば二次側に直ちに出力が出て、切れば直ちに出力が止まるし、さらに素早い出力調節が出来るようにしたい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
少なくとも二次側の平滑用の大容量のコンデンサーを設けないスイッチング電源とした。さらに入力電力が毎サイクル０Ｖになっても、スイッチング素子に指令する高周波の信号を発する又は起動させる回路を持ち、それにより一次側の平滑用の大容量のコンデンサーをも設けない電源回路にした。
【０００９】
さらに入力電源の交流の各サイクルにおける、スイッチング動作の起動のタイミングをずらしたり、同じ効果のサイリスターの位相制御などの回路を設けた。
【発明の効果】
【００１０】
スイッチング電源が使えるようになり、電源スイッチを入れると同時にヒーターが加熱され、と同時に冷却が始まった。又重量も減りコストも下がり省資源になった。又トランスの一次側から瞬時にＯＮ、ＯＦＦ等の操作が可能になり、中間タップを切り替えなくても二次側の出力を大幅に変動させることが出来るようになったので、ヒーターの温度管理が非常に容易になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
スイッチング電源としては条件をみたす回路は種々のものが考えられるが、共振回路でトリガー素子による起動によるものとして自励式ハーフブリッジを実施例１に、又本回路とは別に電源回路と発振回路を持つ回路を実施例２、さらに二次側平滑用コンデンサーを省略した回路を実施例３として説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１の回路は本発明の最適例の一つで原理的なものであるが、交流１００Ｖの外部電源にプラグ１を接続してメイン押しボタンスイッチ２を押すと、ノイズフィルター３、整流器４を通り両波整流される。そして通常のスイッチング電源であれば、点線で示す大容量の電解コンデンサー５を経て平滑されるが、本発明ではこれを設けない。
【００１３】
従って完全に両波整流されただけの電流が発振回路に供給され、交流のサイクル毎にトリガー素子ダイアック６が動作電圧になるとトリガーされ、スイッチング素子７が起動する。そして順次高周波トランス８、他のスイッチング素子９、共振コンデンサー１０、１１と流れて高周波発振しながら、高周波トランス８の巻線比に応じた電圧を二次側に出力して、負荷のヒーター線１２を加熱する。
【００１４】
加熱を始めて例えば０．５秒後にダイアック６への接続が切り替わると、以後の交流の毎サイクルのトリガーの開始時間が遅くなり、例えば約８割の電力に減じると、高周波トランス８の二次側出力もそれに合わせて減じ、負荷のヒーター線１２の加熱もそれに合わせて減じ、例えば１．５秒後に停止する。回路には切り替えスイッチ１３しか描いていないが、実際には電子回路のプログラムで時間により切り替わるようにしておく。停止も同様にこのダイアック６をアースする。その後メイン押しボタンスイッチ２を離して電気を切断する。
【００１５】
これにより図２の袋をシールしているところの断面図のように、プレス機構の一部１４とそれに内蔵されたヒーター線１５とそれらを電気的に絶縁する絶縁テープ１６、ヒーター線をカバーしているフッ素樹脂テープ１７、反対側のプレス機構の一部１４の上のシリコンゴム１８に挟まれた紙ポリエチレン袋１９がシールされるのである。この紙ポリエチレン袋１９のように、表面が紙２０で厚さがかなりある場合、熱伝導が悪いので、相手側の内側のポリエチレン２１まで熱が充分伝わる前に表面が焦げ出してしまう。それを防ぐために今まで述べたように２段階の加熱をするのである。
【００１６】
元々インパルスヒートシーラーは薄いヒーター線を使用するので、保持する熱量が小さい。そのため単純に同一強度の電流を流すだけでは、ヒーター線の温度は急激な右肩上がりになるので、紙とか発砲材等の素材ばかりでなく、間のフッ素樹脂テープ１７も早く消耗する。そこで予めプログラムしておいて出力を２段階にするとか、センサーで温度を測定しながら最高温度を一定にする等により、余分な高熱をカットしてそれらを防ぐ訳である。
【００１７】
それだけでなく、インパルスヒートシーラーは連続使用するとか、夏冬の温度差等によりヒーター線および周囲の温度が変わってしまうので、同じ設定で作業を続けることは出来ない。その都度注意深く調節しなければならない。しかし熱電対等の素早いセンサーでヒーター線の温度を測定しながらヒーター温度を一定にするよう、ヒートシーラー自体が出力を調節すれば、不慣れな作業者でも良いシールが出来る。
【００１８】
負荷のヒーター線１２は単なる抵抗線なので、通電された電力量に応じた発熱をするだけで、交流、直流及び質を問わない。従ってインパルスヒートシーラーには二次側も平滑用コンデンサー５は不要である。平滑用コンデンサーがあると、突入電流が起きたり、滞留電荷が溜まり、インパルスヒートシーラーの加熱時間の半分くらいの誤差を生じさせる。まるでフライホイールを付けた車輪を動かしたり、停止させたりするようなもので、無いことによる障害は発振だけである。
【実施例２】
【００１９】
そこで発振を安定的にするために、図３の模式的な回路のように、独立した電源を併設するのである。この回路では主たるヒーターへの電流は、スイッチング素子２２にＭＯＳＦＥＴ４個を、双方向スイッチとして使用して、入力した交流を整流せず、そのままスイッチングして高周波トランス２３を経て、ヒーター２４に出力する。そのためには良質な高周波信号が必要で、その専用の電源回路２５を設ける。ヒーター用として数百〜数千Ｗとの場合でも、この直流電源２５は数10Ｗ程度のもので良いのでスイッチング電源だけでなく、通常のトランスを使った回路でもよい。
【００２０】
そして作った直流を高周波発振器２６に流す。その高周波信号と電源の周波数とをミキサー２７が受けて、４個のＭＯＳＦＥＴ２２を動かすドライバー２８に、適合する信号を出すのである。直流電流はミキサー２７やドライバー２８にも流すが、相互に干渉しないようにそれぞれ電源を独立させるのが良い。又この図３の回路では操作スイッチの押しボタンスイッチ２とは別にメインスイッチ２９を設けなければならず、その電源回路２５に設けられたコンデンサーなりに充電されるまでの間は出力が出ない。なおヒーター周りの部分を実線で、直流電流や信号を点線で示す。
【００２１】
図３の回路でも高周波信号のパルス幅を変えることにより、出力を調節できる。しかしそれ以外にも方法は有る。図１の回路トリガーの開始時間を調節する行為が全くサイリスターの位相制御そのものであり、それと同じ原理でスイッチングの前にサイリスター又はトライアックによる電力そのものを調節することにより、望む二次側出力を求めることが出来る。自身による半波整流でも、整流器による両波整流でも、平滑コンデンサーが無い回路であればこそ出来る調節である。
【実施例３】
【００２２】
図は無いが、少なくとも二次側平滑用コンデンサーを省略すれば、そして操作スイッチを一次側平滑用コンデンサーのあとに設ければ、操作のＯＮ、ＯＦＦと同時にヒーターの加熱、断熱も行われる。従って操作のタイムラグが起きない。この場合も操作スイッチとは別にメインスイッチを設けなければならず、残っている大容量のコンデンサー１個分が充電されるまでの間は出力が出ないし、そのコンデンサーの分ノイズも増えるので、発生するのでノイズフィルターも大きくなる。
【００２３】
以上述べてきた以外にも、二次側平滑コンデンサーが無ければ、または一次側平滑コンデンサーも同時に無くても発振できる回路であれば、本発明のスイッチング電源となりうるし、図３のように電源を独立させれば、共振以外のほとんどの回路も含まれる。どれでも一次側から自由に二次側出力を調節できるし、切れも良い。従って請求の範囲にはそれらも含む。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
重い大きなトランスでなく、軽い小さなスイッチング電源を使えるようになったので、シーラー全体の小型化、軽量化に役立った。
【００２５】
大容量の平滑用コンデンサーを無くし、大きなトランスも小さくしたので、電力変換効率が良くなって、ノイズ発生の少なくなったし、エネルギーの無駄もなくなったので、省資源的にもなった。
【００２６】
大きく電力を貯めている部分が無くなったので、制御が楽に出来、切れも良くなり、二次側のタップを切り替えなくてもプログラム加熱が行えるので、シールの途中で温度を変えるなどして、表面が紙やアルミといった多様なラミネートフィルムに適したシールが可能になった。
【００２７】
センサーでヒーターの温度を測定し、それに合わせて素早く出力を調節することが容易になり、連続使用するとか、夏冬の温度差等に拘わらず、シールすべき相手が同じであれば同じ設定で作業を続けることが出来るようになった。
【００２８】
高い鉄と銅を大量に消費する重いトランスから、軽量で小型の電子部品や高周波トランスを使用するので、資材の高騰とともにコストダウンもかなり見込める。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】スイッチング電源回路の１例
【図２】袋をプレスしているシーラーの断面図
【図３】スイッチング電源回路の他の１例
【符号の説明】
【００３０】
１    電源プラグ
２    押しボタンスイッチ
３    ノイズフィルター  
４    両波整流器
５    平滑用コンデンサー
６    トリガー素子
７    スイッチング素子
８    高周波トランス
９    スイッチング素子
１０    共振コンデンサー
１１    共振コンデンサー
１２    ヒーター線
１３    切り替えスイッチ
１４    プレス機構の一部
１５    ヒーター線
１６    絶縁テープ
１７    フッ素樹脂テープ
１８    シリコンゴム
１９    紙ポリエチレン袋
２０    表面の紙
２１    内側のポリエチレン
２２    スイッチング素子
２３    高周波トランス
２４    ヒーター
２５    独立した電源回路
２６    高周波発振器
２７    ミキサー
２８    ドライバー
２９    メインスイッチ
【図１】
2007326644.tif 000003
【図２】
2007326644.tif 000004
【図３】
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