(57)【要約】      （修正有）【課題】電力ロスが少なく、フィードバック制御により、正確で安定的なヒータ制御を可能とすると共にコンパクトなシール電力制御装置が要請されている。【解決手段】包装機のシールセクションのシーラに備えられたヒータ５の電力を制御するシール電力制御装置であって、ヒータ５に電力を供給する三相交流電源１０を直流に整流する平滑コンデンサ付の三相全波整流回路１１と、整流回路１１で整流した電力をヒータ５に供給するシールトランス１２とを備え、シールトランス１２の二次側のヒータ５の状態をフィードバック回路１４で検知し、その値に応じて、整流回路１１で整流した直流電源を、スイッチング素子Ｑ１によりカットしてヒータ５に供給する直流電源のパルス幅を制御する。【選択図】図１
2013180791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
包装機のシールセクションのシーラに備えられたヒータの電力を制御するシール電力制御装置において、
前記ヒータに電力を供給する三相交流電源を直流に整流する平滑コンデンサ付の三相全波整流回路又は三相半波整流回路と、前記整流回路で整流した電力をヒータに供給するシールトランスと、を備え、
シールトランスの二次側のヒータの状態をフィードバック回路で検知し、その値に応じて、前記整流回路で整流した直流電源を、スイッチング素子によりカットしてヒータに供給する直流電源のパルス幅を制御する、
ことを特徴とするシール電力制御装置。
【請求項２】
スイッチング素子を制御するＰＷＭ回路を備え、ヒータの状態をフィードバック回路で検知し、フィードバック回路の出力信号をＰＷＭ回路に入力し、スイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦのパルス幅で制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のシール電力制御装置。
【請求項３】
フィードバック回路で検知するヒータの状態が、ヒータの電圧、電流、電力又は温度センサからの温度情報の何れか又はこれらの組合せである、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシール電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ロータリー式包装機や真空包装機等のシールセクションに配置されたシーラの電源を制御するシール電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、ロータリー式包装機のシールセクションの部分拡大図であって、包装袋１の両側をクランプアーム２のクランプ３で挟持し、包装袋１の上縁部をシーラ４によりシールしている。シーラ４内には棒状のヒータ５が装着され、ヒータ５に電力が供給されて、シーラ４が加熱される。
【０００３】
図５は、前記ヒータ５に単相交流電源から電力を供給する電源回路の概略図である。単相交流電源６からシール電力変圧用の変圧器（シールトランス７）で電圧を落としてヒータ５に電力を供給するが、この従来の電源回路は以下のような問題点がある。
１）    三相交流電源に対して単相で電力を取り出すとなると出力が不均衡となると共に、電力も弱くなるので、電力を強くするために電源設備の容量を大きくしなければならなくなる。
２）    電源が変動するとシーラ４による包装袋１の袋口のシールが安定しない。
３）    シール状態が不安定であるため、ヒータ５の温度を安定させようと、フィードバック制御をしようとしてもフィードバック制御が難しい。
４）    低い商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を利用するために、電圧を高くするためシールトランス７の容量の大きなものを用いなければならず、銅線なども重く、大きくて重たい装置とならざるをえなくなる。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、各種包装材料の材質或いは厚みに応じて、該包装材料の溶着温度、溶着時間、溶着後の冷却時間を自動設定する包装材料シール条件の制御方法が開示されている。
【０００５】
前記特許文献１の包装装置は、記憶装置に、予め多種類の包装材料の材質或いは厚さに対応する電圧、電流の値、又は時間的なデータを記録し、バーコードリーダで包装材料における識別情報（バーコード）を読み取り、この読み取り情報を中央演算部に入力し、照合によってこの入力情報に対応した記録情報を前記記憶装置から出力する。この出力情報を基に、電源回路に介設した電圧変換器で電圧を調整し、ヒータの加熱温度を包装材料に適合した値に設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２７８７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記特許文献１に開示する包装材料シール条件の制御方法は、回路の電圧を電圧変換器でヒータの加熱温度を調整しているので、電力ロスが発生する。しかも、記憶装置に、予め多種類の包装材料の材質或いは厚さに対応する電圧、電流の値、又は時間的なデータを記録しておき、このデータ情報を前記記憶装置から引出して電圧変換器を調整するので、実際に刻々生ずるヒータの状態に合わせて電力を制御するフィードバック制御ではない。従って、シールを安定的に制御できないという問題もある。
【０００８】
本発明は、電力ロスを少なくし、フィードバック制御により、正確で安定的なヒータ制御を可能とすると共にコンパクトなシール電力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のシール電力制御装置は、包装機のシールセクションのシーラに備えられたヒータの電力を制御するシール電力制御装置において、前記ヒータに電力を供給する三相交流電源を直流に整流する平滑コンデンサ付の三相全波整流回路又は三相半波整流回路と、前記整流回路で整流した電力を、ヒータに供給するシールトランスと、を備え、シールトランスの二次側のヒータの状態をフィードバック回路で検知し、その値に応じて、前記整流回路で整流した直流電源をスイッチング素子によりカットしてヒータに供給する直流電源のパルス幅を制御する。
【００１０】
本発明のシール電力制御装置は、前記構成により、ヒータの状態をフィードバック回路で検知して、その値に応じて、スイッチング素子をＯＮ、ＯＦＦして、ヒータへの電力を大きくしたり、小さくしたりし、電源が変動してもスイッチング素子の制御により、安定電源とすることができる。
【００１１】
本発明のシール電力制御装置は、スイッチング素子を制御するＰＷＭ回路を備え、ヒータの状態をフィードバック回路で検知し、フィードバック回路の出力信号をＰＷＭ回路に入力し、スイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦのパルス幅で制御する。
【００１２】
また、本発明のシール電力制御装置は、前記構成により、フィードバック回路がヒータの電圧が低いと検知すると、ＰＷＭ回路がそれに対応したＰＷＭ波を発生させ、スイッチング素子を介して、ヒータへの電力を大きくし、逆に、ヒータの電圧が高いと、ヒータへの電力を小さくし、電源が変動してもスイッチング素子の制御により、安定電源とすることができる。
【００１３】
フィードバック回路で検知するヒータの状態は、電圧、電流、電力、又は温度センサからの温度情報の何れか又はこれらの組合せであってもよい、
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、前記構成により、電力ロスが少なく、フィードバック制御により、正確で安定的なヒータ制御を可能とすると共にコンパクトなシール電力制御装置を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のシール電力制御装置の回路図
【図２】本発明のシール電力制御装置の部分回路図
【図３】本発明のシール電力制御装置の波形図
【図４】ロータリー式包装機のシールセクションの部分拡大図
【図５】従来の単相交流電源から電力を供給する電源回路の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下において、本発明のシール電力制御装置について図面を用いて説明する。図１は本発明のシール電力制御装置の回路図である。なお、本発明に用いられる包装機はロータリー式包装機、直線ライン状包装機、真空包装機、ピラー包装機等の全ての包装機を含む。
【００１７】
本発明は、三相交流電源１０を用いる。三相交流電源１０を用いるのは、図５の単相交流電源６に比べて電力のバランスが取れ、バランスを取る為の回路や機構を要せず、電源設備の容積を小さくできるためである。三相交流は、a 相、b相、c 相の３つの相からなり、それぞれの相の相電圧を、va、vb、vc の記号で表し、相電圧va、vb、vc の間には１２０度ずつ位相差がある。
【００１８】
前記三相交流電源１０は、直列２個のダイオードを３列並列に配置し、計６個のダイオードＤ１〜Ｄ６により全波整流される。三相交流va相は直列のダイオードＤ１とＤ２間に接続され、vb相は直列のダイオードＤ３とＤ４間に接続され、vc相は直列のダイオードＤ５とＤ６間に接続されている。なお、図１では三相全波整流回路１１を示すが、三相半波整流回路であってもよい。
【００１９】
図１の回路図から明らかなように、三相全波整流回路１１は最も相電圧の高い相から、電流が流れ込んで最も相電圧の低い相から電流が流れ出る。したがって、出力電圧vout は３つの線間電圧の最大絶対値と等しくなる。なお、前記全波整流回路１１には、平滑コンデンサＣ１が並列に接合され、この平滑コンデンサＣ１の効果で出力電圧voutのリプル電圧が減少する。
【００２０】
三相交流電源１０は、前記平滑コンデンサ付全波整流回路１１により、平滑な直流電流に変換され、シールトランス１２の一次側に入力される。このシールトランス１２の一次側にはスイッチング素子Ｑ１が直列に接続しているので、スイッチング素子Ｑ１をＯＮ、ＯＦＦすることにより、全波整流回路１１からの電流を通行、遮断できる。なお、本実施の形態では、スイッチング素子Ｑ１に、ＭＯＳＦＥＴを使用している。
【００２１】
前記スイッチング素子Ｑ１としてのＭＯＳＦＥＴは、１００ｋＨｚ程度でスイッチングが許容できる必要があるが、このＭＯＳＦＥＴは、ブレークダウン電圧が適正で、オン抵抗が小さいものが好ましい。
【００２２】
前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン（Ｄ）とシールトランス１２の一次側の一端が接続し、ソース（Ｓ）は抵抗Ｒ２を介して全波整流回路１１のマイナス側に接続されている。さらに、ＭＯＳＦＥＴのゲート（Ｇ）とＰＷＭ回路１３とが接続し、このゲート（Ｇ）にＰＷＭ出力（ＰＷＭ波）が入力される。なお、ＰＷＭ回路１３については後述する。
【００２３】
シールトランス１２の二次側には、シーラ４のヒータ５が接続しており、シールトランス１２からの電力がヒータ５に供給されてシーラ４を加熱する。このヒータ５からフィードバック回路１４に向けて、電圧の値が送られている。このヒータ５の電圧（フィードバック電圧）の値がフィードバック回路１４に入力されて、指令電圧に変換されてＰＷＭ回路１３に送られ、ヒータ５の電圧（フィードバック電圧）に応じたＰＷＭ波を発生させてスイッチング素子Ｑ１をＯＮ、ＯＦＦ制御する。なお、図４はヒートシール方式のシーラ４を図示したが、インパルスシール方式のシーラ４であってもかまわない。ヒートシール方式はシーラ４の温度上昇に時間がかかり、タイムラグがあるので、インパルスシール方式の方が好ましい。
【００２４】
ＰＷＭは（Pulse Width Modulation）と言い、ＰＷＭ回路１３は、既に周知のパルス幅変調回路であって、マイクロチップ内にＰＷＭ出力を発生させる回路が組み込まれたものを使用する。ＰＷＭ回路１３の原理は周知であるので、以下において、オペアンプによるＰＷＭ回路と、クロック回路を使ったＰＷＭ回路（共に図示せず）について簡単に説明するにとどめる。
【００２５】
オペアンプによるＰＷＭ回路は、２個のオペアンプで三角波を発生させ、コンパレータ（電圧比較器）で、前記三角波と、フィードバック回路１４からの指令電圧とを比較して方形波（ＰＷＭ波）を出力する。スイッチング素子Ｑ１（ＭＯＳＦＥＴ）は、コンパレータ（図示せず）から出力されたＰＷＭ波でスイッチング動作をして、電力を制御する。
【００２６】
クロック回路（図示せず）を使ったＰＷＭ回路は、クロック回路で発生した方形波を積分回路で三角波に変換する点が、前記オペアンプを使用したＰＷＭ回路とは相違する。その他の、コンパレータにより三角波とフィードバック回路１４からの指令電圧とを比較して方形波（ＰＷＭ波）を出力する点は同じである。
【００２７】
図２はフィードバック回路１４を示している。このフィードバック回路１４は、前記のように、ヒータ５のヒータ電圧（フィードバック電圧）を測定して、前記ＰＷＭ回路１３のコンパレータに指令電圧として入力する。このフィードバック回路１４では、二次側のヒータ電圧の方形波を整流回路１５と、トランジスタＴ１を用いたリプルフィルタ回路とで、フィードバック電圧をリプルが少なく、ＰＷＭ回路１３に適応する直流の指令電圧に変換する。なお、Ｒ３，Ｃ３により電圧の交流成分は平滑にされる。
【００２８】
フィードバック回路１４からの指令電圧により、ＰＷＭ回路１３は指令電圧に応じたデューティ比（Ｄ）のＰＷＭ出力（ＰＷＭ波）を発生させ、このＰＷＭ波に応じてスイッチング素子Ｑ１で三相全波整流回路１１からの直流電圧をカットする。
【００２９】
図３は、ＰＷＭ回路１３よって発生する波形（ＰＷＭ波）を示したものである。この図３において、下層がＰＷＭ回路内１３で発生させた三角波１７であり、上層はコンパレータで三角波１７と、フィードバック回路１４からの前記指令電圧とを比較して出力された方形波（ＰＷＭ波１６）である。
【００３０】
三角波１７と重なる破線で示したＶＬとＶＨは、フィードバック回路１４から出力された指令電圧であり、ＶＬはヒータ５の電圧が低いことを表し、ＶＨはヒータ５の電圧が高いことを表している。図３では理解しやすいようにＶＬとＶＨを別々な線として示したが、実際の指令電圧は傾斜線ないし曲線又は直線の連続な一本の線である。
【００３１】
コンパレータに三角波１７と、指令電圧ＶＬ又はＶＨが入力されると、両者が比較される。三角波１７と指令電圧ＶＨとの交点の幅が狭いので、デューティ比（Ｄ）の小さい、幅の狭いＰＷＭ波１６aが発生する。この幅の狭いＰＷＭ波１６aをスイッチング素子Ｑ１に入力すると、幅の割合だけヒータ５に電流が流れるので、ヒータ５に流れる電力も小さくなり、シーラ４の温度を下降させることができる。
【００３２】
逆に、指令電圧がＶＬのように低くなると、指令電圧ＶＬと三角波１７との交点の幅は右側のように広くなり、前記とは逆にＰＷＭ波１６bの幅は広くなって、ヒータ５に流れる電力は大きくなり、シーラ４の温度は上昇する。
【００３３】
以上のように、フィードバック回路１４が、ヒータ５の電圧が低いと検知すると、ＰＷＭ回路１３及びスイッチング素子Ｑ１を介して、ヒータ５への電力を大きくし、ヒータ５の電圧が高いと、ヒータ５への電力を小さくし、電源が変動してもスイッチング素子Ｑ１の制御により、三相交流電源を安定電源とすることができる。
【００３４】
上記実施の形態では、ヒータ５の電圧をフィードバック回路１４で測定して、ＰＷＭ回路１３を介して、スイッチング素子Ｑ１によりＰＷＭ波１６の幅（デューティ比Ｄ）を制御していたが、ヒータ５に流れる電流又は電力を基準にしてもよい。また、ヒータの温度を温度センサ（図示せず）により計測してその電流値でＰＷＭ波１６の幅（デューティ比Ｄ）を制御してもよい。オペアンプを使った電流-電圧変換回路（図示せず）を用いれば、電流を基準としたり、温度センサによる電流を基準としたりする場合も容易に電圧に変換でき、前記のような制御方法で、デューティ比Ｄを変調することができる。さらに、これらの電圧、電流、電力を組み合わせてフィードバック回路で処理した指令電圧によりスイッチング素子Ｑ１を制御してもよい。
【００３５】
上記のように、商用周波数の三相交流電源１０を１００ｋＨｚ程度のスイッチング素子Ｑ１を利用することにより、シールトランス１２の大きさを劇的に小さくすることができ、小型で軽い包装機用シール制御装置を提供することができる。
【００３６】
上記実施の形態では、スイッチング素子Ｑ１をシールトランス１２の一次側と直列に接続していたが、このスイッチング素子Ｑ１を平滑コンデンサＣ１と同様に並列に設けるようにしてもよい。
【００３７】
また、ＰＷＭ回路１３、スイッチング素子Ｑ１、フィードバック回路１４をシールトランス１２の二次側に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、例えば、ロータリー式包装機や真空包装機等のシールセクションのシーラに用いるヒータへの電力を制御するシール電力制御装置として有用である。
【符号の説明】
【００３９】
５    ヒータ
１０  三相交流電源
１１  全波整流回路
１２  シールトランス
１３  ＰＷＭ回路
１４  フィードバック回路
１６  ＰＷＭ波
１７  三角波
Ｃ１  平滑コンデンサ
Ｑ１  スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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