(57)【要約】【課題】ヒーターを加熱するための電源トランスを小型化することができ、コストを抑制可能なインパルス式ヒートシーラーを提供する。【解決手段】被シール物のシール部を圧着した状態でヒーターＨにより加熱することでシール部を熱融着して封緘するインパルス式ヒートシーラーであって、電源トランス４と、電源トランス４の１次側４ａに設けられる第１スイッチＳ１と、電源トランス４の２次側４ｂに配置され、電源トランス４により充電可能なコンデンサーＣと、コンデンサーＣとヒーターＨにより形成される閉回路中に設けられる第２スイッチＳ２と、第１スイッチＳ１のオンによりコンデンサーＣへの充電を行い、第１スイッチＳ１をオフにし第２スイッチＳ２をオンにすることでコンデンサーＣを放電させヒーターＨの加熱を行うヒーター制御部５０と、を備えた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被シール物のシール部を圧着した状態でヒーターにより加熱することでシール部を熱融着して封緘するインパルス式ヒートシーラーであって、
電源トランスと、
電源トランスの１次側に設けられる第１スイッチと、
電源トランスの２次側に配置され、電源トランスにより充電可能なコンデンサーと、
コンデンサーと前記ヒーターにより形成される閉回路中に設けられる第２スイッチと、
第１スイッチのオンにより前記コンデンサーへの充電を行い、第１スイッチをオフにし第２スイッチをオンにすることで前記コンデンサーを放電させヒーターの加熱を行うヒーター制御部と、を備えたことを特徴とするインパルス式ヒートシーラー。
【請求項２】
前記コンデンサーは、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項１に記載のインパルス式ヒートシーラー。
【請求項３】
電源トランスの２次側と前記コンデンサーにより形成される閉回路中に整流素子と電流制限用抵抗素子が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインパルス式ヒートシーラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被シール物のシール部を圧着した状態でヒーターにより加熱することでシール部を熱融着して封緘するインパルス式ヒートシーラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
かかるインパルス式ヒートシーラーは、例えば、下記特許文献１，２に開示されている。樹脂製フィルムなどで形成される被シール物のシール部を圧着する圧着部を有する圧着レバーと、被シール物のシール部を加熱する加熱部を有しており、この加熱部には、線状ヒーターが設けられている。そして、圧着レバーを押圧操作することで、シール部を圧着部と加熱部により圧着し、線状ヒータに電流を流すことでヒーターを加熱させ、シール部を熱融着することでシール部を封緘するようにしている。この場合、例えば、ヒーターの加熱温度は２５０℃であり加熱時間は１秒程度に設定される。シール部の封緘動作が終了すると、圧着レバーの押圧を解除し、封緘された被シール物を取り出し、次にシールすべき被シール物を封緘のために準備する。この間に、ヒーターへの冷却動作が行なわれることになる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−４６１８６号公報
【特許文献２】特開２００３−４８２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにヒーターを加熱するための電源部として、電源トランスを用いている。この電源トランスの１次側は商用電源に接続され、２次側が直接ヒーターに接続されるような回路構成が採用されている。ヒーターの加熱温度と加熱時間は上記のように短時間で所望の温度に加熱する必要があることから、電源トランスもその性能に見合ったものが要求され、サイズが大型化せざるを得ない状況にあった。サイズが大型化することで、ヒートシーラー全体のサイズも大型化すると共に、コストも高くなる傾向にあった。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、ヒーターを加熱するための電源トランスを小型化することができ、コストを抑制可能なインパルス式ヒートシーラーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明に係るインパルス式ヒートシーラーは、
被シール物のシール部を圧着した状態でヒーターにより加熱することでシール部を熱融着して封緘するインパルス式ヒートシーラーであって、
電源トランスと、
電源トランスの１次側に設けられる第１スイッチと、
電源トランスの２次側に配置され、電源トランスにより充電可能なコンデンサーと、
コンデンサーと前記ヒーターにより形成される閉回路中に設けられる第２スイッチと、
第１スイッチのオンにより前記コンデンサーへの充電を行い、第１スイッチをオフにし第２スイッチをオンにすることで前記コンデンサーを放電させヒーターの加熱を行うヒーター制御部と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
かかる構成によるインパルス式ヒートシーラーの作用・効果を説明する。この構成によれば電源トランスの２次側で直接ヒーターを加熱するのではなく、電源トランスにより充電されるコンデンサーをヒーター加熱用の電源として使用する。すなわち、電源トランスの１次側に第１スイッチを設け、これをオンにすると、電源トランスの２次側に設けられたコンデンサーが充電される。このコンデンサーと、第２スイッチと、ヒーターにより閉回路を構成し、第２スイッチをオンにすると、放電回路が構成され、コンデンサーに充電された電流がヒーターに流れる。このとき、１次側の第１スイッチはオフにされている。このように構成することで、従来のように直接電源トランスによりヒーターを駆動する場合に比べて、電源トランスを小型化することができる。電源トランスの小型化に伴い、コストも抑制することができる。
【０００８】
本発明に係るコンデンサーは、電気二重層キャパシタであることが好ましい。電気二重層キャパシタは、高容量のコンデンサーであり、これにより、ヒーターを加熱するのに十分な電源として機能させることができる。
【０００９】
本発明において、電源トランスの２次側と前記コンデンサーにより形成される閉回路中に整流素子と電流制限用抵抗素子が設けられていることが好ましい。
【００１０】
かかる整流素子を設けることで、コンデンサーへの充電回路を構成することができる。また、ヒーターに対して確実に電流を流すように制御することができる。電流制限用抵抗素子を設けることで、安全性を確保しながら、充電回路・放電回路を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係るインパルス式ヒートシーラー（以下、単に「ヒートシーラー」という。 ）の好適な実施形態を図面を用いて説明する。 図１は、ヒートシーラーの構成を示す側断面図である。図２は、正面図である。
【００１２】
＜実施形態の全体構成＞
ヒートシーラーの本体１は、一体的に結合された上部枠体２と下部枠体３とから構成される。上部枠体２には、電源トランス４、制御ボックス５、マイクロスイッチ６、圧着レバー７（圧着体に相当する。 ）が設けられている。圧着レバー７は、左右一対のアーム８が軸９に対して回転自在となるように取付けられている。 圧着レバー７の先端部にはシリコンゴム１０が設けられており、被シール物のシール部を圧着する圧着部として機能する。下部枠体３には、冷却ファン１１と電磁石１２とショックアブソーバ１３とが設けられている。 電磁石１２は、可動鉄心１４と、電磁コイル１５と、継鉄１６とを備えている。 下部枠体３の下面部には脚部１７が設けられている。 電磁石１２は、上下一対のカバー部材１８，１９によりカバーされると共に、支持台板２０を介して下部枠体３に対して取付けられている。可動鉄心１４は、継鉄１６の内径部に沿って矢印Ａ方向に摺動可能に構成されおり、先端面１４ａがショックアブソーバ１３の作用部１３ａに当接可能に構成されている。 また、下部枠体３の上面部には、ダイヤフラム２１がネジ２２により取付けられ、このダイヤフラム２１が可動鉄心１４のフランジ部１４ｂに連結されている。 また、ネジ２２は、支持台板２０を上部枠体３に対して連結させる機能も有している。
【００１３】
圧着レバー７の横幅方向の中央位置にショックアブソーバ１３付きの電磁石１２が設けられている。 また、同じく圧着レバー７の中央位置には、作動ロッド２３が摺動可能なように嵌挿されている。作動ロッド２３に外嵌した弾性部材２４が、同じく作動ロッド２３に外嵌した押え板２５と圧着レバー７とで挟持されている。 作動ロッド２３の上端部に螺合されている圧着力調整つまみ２６の回転操作により、弾性部材２４に対する作動ロッド２３の上下位置を細密に変更できるようになっている。圧着レバー７は、不図示の機構により、図１の初期位置よりも上方向に移動しないようになっている。
【００１４】
作動ロッド２３と可動鉄心１４とは、２箇所のリンクピン２８，２９により、リンクレバー２７を介して連結されている。これにより、可動鉄心１４の直線運動がスムーズに圧着レバー７の回転運動に変換されるようになっている。 また、作動ロッド２３とリンクレバー２７の周りに、圧着レバー７の復帰用の圧縮コイルスプリング３０が、上部枠体２と圧着レバー７との間に配置されている。さらに、下部枠体３には、加熱体３１と冷却体４０とが取付けられている。加熱体３１は、シリコンゴム１０の圧着部１０ａに対向配置される加熱部３１ａを備えており、そのために加熱体３１にはヒーターとして機能するニクロムテープ等が備えられている。冷却体４０には、ペルチェ素子４５と放熱板４６とが設けられている。圧着レバー７が作動して圧着部１０ａが加熱部３１ａに到達すると、不図示のスイッチ操作機構によりマイクロスイッチ６をオンにし、ニクロムテープに通電を行う。これにより、圧着部１０ａと加熱部３１ａとで挟持された被シール物のシール部を溶融しシールする。 制御ボックス５に対応した位置には、電源スイッチ３２とサイクルタイム調整つまみ３３が設けられている。 制御ボックス５には、ニクロムテープへの通電時間や、電磁コイル１５への励磁時間の調整機構も設けられている。
【００１５】
電磁コイル１５に通電すると、可動鉄心１４が吸引され、リンクレバー２７と作動ロッド２３を介して圧着レバー７を圧縮コイルスプリング３０の付勢力に抗して図１の反時計方向に回転させる。これにより、被シール物のシールを行うことができる。なお、手動で圧着レバー７を操作することもできる。 作動状態を示す側面図は図３に示される。
【００１６】
＜ヒーター加熱回路の構成＞
次に、ヒーターを加熱するための加熱回路について図４〜図６により説明する。図に示すように、商用電源に対して第１スイッチＳ１を介して電源トランス４の１次側４ａが接続されている。電源トランス４の２次側４ｂには、ダイオードＤ（整流素子に相当）、抵抗Ｒ（電流制限用抵抗素子に相当）、コンデンサーＣにより閉回路が構成され、更に、コンデンサーＣ、第２スイッチＳ２、ヒーターＨにより閉回路が構成される。
【００１７】
コンデンサーＣは、１つもしくは複数の電気二重層キャパシタにより構成され、ヒーターＨを加熱するための電源として機能する。第２スイッチＳ２は、図１におけるマイクロスイッチ６が該当する。
【００１８】
図７は、ヒーターに対する制御を行うヒーター制御部５０の構成を示す模式図である。ヒーター制御部５０は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２に対するオン・オフ制御を行う。充電完了検知部５１は、コンデンサーＣに対する充電が完了したか否かを検知する。タイマー５２は、ヒーターＨの加熱時間が設定されている。
【００１９】
図４は、第１・第２スイッチＳ１，Ｓ２ともオフになった状態であるが、コンデンサーＣが充電されていないときは、第１スイッチＳ１がオンにされ、図５に示すようにコンデンサーＣに充電電流が流れてコンデンサーＣが充電される。コンデンサーＣが充電されるときは、第２スイッチＳ２はオフになっている。
【００２０】
第１・第２スイッチＳ１，Ｓ２は半導体スイッチを使用することが好ましい。仮に、第２スイッチＳ２が破損した場合、充電容量分だけの通電で終わり、仮に、第１スイッチＳ１が破損した場合、充電用の電源トランス４の出力電圧はかなり低いため、ヒーターＨの発熱を抑制することができるからである。従来技術における電源トランスの場合は、スイッチＳ１，Ｓ２が破損状態になるとヒーターＨに連続通電されるために異常加熱が続き発火のおそれがある。
【００２１】
図８（ａ）は、ヒートシーラーに要求されるコンデンサーＣの充電特性を示し、（ｂ）は放電特性を示す。ヒーターＨを加熱するために要求される電圧値は２０Ｖであり、３０Ａの充電電流で充電したときは１秒、１０Ａの充電電流で充電したときは３秒で目標電圧値に到達する。放電時の特性も同様である。
【００２２】
コンデンサーＣが充電されると、図６に示すように第１スイッチＳ１はオフにされる。次に、圧着レバー７を操作して、第２スイッチＳ２がオンにされると、コンデンサーＣが図６の矢印に示すように放電し、ヒーターＨが加熱される。このときの加熱温度は２５０℃となるように設定される。
【００２３】
図９は、繰り返して封緘動作をさせるときのコンデンサーＣの充電・放電特性を示す図である。最初にヒートシーラーの電源を投入すると、まずコンデンサーＣが充電される。充電電流が１０Ａであれば約３秒で充電が完了する。充電が完了すると、第１スイッチＳ１がオフとなる。
【００２４】
次に、圧着レバー７を操作してシール部を圧着すると、第２スイッチＳ２がオンになり、図示のようにコンデンサーＣが放電し、ヒーターが加熱される。加熱時間は１秒程度に設定される。所定の加熱時間が経過すると、シール部の冷却動作が開始する。また、このとき、第２スイッチＳ２がオフになると共に、第１スイッチＳ１がオンにされる。これにより、再び、コンデンサーＣが充電され、次の封緘動作のための準備が行なわれる。また、この充電動作中に、封緘済みの被シール物の取り出しと、次にシールすべき被シール物のセットを行なうことができる。以下、同様の動作が繰り返される。
【００２５】
＜実施例＞
次に、具体的な数値を上げて、本発明の構成により電源トランス４が小型化されることを実証する。なお、ヒーターは長さ３００ｍｍ×幅５ｍｍのニクロムテープが使用される。このヒーターＨのシール部における温度を２５０℃（１秒間）に上げるために必要な熱量を計算する。
【００２６】
まず、本発明のようなコンデンサーＣを使用せずに、従来のように電源トランス４の２次側ｂから直接ヒーターを加熱する場合について計算する。この場合、２次側の電圧を２１．５Ｖ、２次側の電流を３７．２Ａとすると、熱量Ｊ＝Ｗ／ｓｅｃ＝（２１．５×３７．２）／ｓｅｃ＝８００Ｊである。電源トランス４の効率を０．８と仮定すれば、１０００ＶＡの電源トランスが必要ということになる。
【００２７】
次に、コンデンサーＣ（電気二重層キャパシタ）を使用する場合のその充電時間を計算する。シール工程時間を加熱１秒、冷却２秒、シール間隔２秒と仮定すると、４秒間の充電時間が得られる。
【００２８】
８００Ｊのエネルギーを４秒間で充電させるために必要な電源トランスの容量は、８００Ｗ／４＝２００Ｗである。
【００２９】
電源トランスの効率を０．８とすれば、２５０ＶＡのトランスがあればよく、直接ヒーターを通電して加熱する構成に比べて、１／４のトランスのＶＡであればよい。
【００３０】
次に、電気二重層キャパシタの容量計算を行なう。Ｊ＝０．５×Ｃ（電荷）×Ｖ（電圧）、１Ｊ＝１Ｗ×１Ｓ（秒）であり、
２．５Ｖ耐圧の電気二重層キャパシタを１０本直列に接続した場合、
２Ｖ×１０本＝２０Ｖ
１００Ｆ／１０＝１０Ｆ
０．５×Ｃ×２０×２０＝８００Ｗ／Ｓ
Ｃ（１０本直列接続時の合成容量）＝４Ｆ
１本あたりの容量＝４Ｆ×１０＝４０Ｆ
従って、４０Ｆで２．５Ｖ耐圧の電気二重層キャパシタを１０本直列に接続して、２０Ｖ−１０Ａで４秒間充電すれば、上記ヒーターを使用した場合、シール部の温度を２５０℃まで上昇させることができる。
【００３１】
＜別実施形態＞
本発明において、被シール物としては特定の形態のものに限定されるものではない。
【００３２】
本発明において、コンデンサーは、電気二重層キャパシタ以外の高容量のコンデンサーを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ヒートシーラーの構成を示す側断面図
【図２】ヒートシーラーの構成を示す正面図
【図３】ヒートシーラーの構成を示す側断面図（作動図）
【図４】ヒーターの加熱回路の構成を示す回路図
【図５】ヒーターの加熱回路の動作を示す図
【図６】ヒーターの加熱回路の動作を示す図
【図７】ヒーター制御部の構成を示す模式図
【図８】コンデンサーの充電・放電特性を示すグラフ
【図９】連続して封緘動作を行なうときの充電・放電特性を示す図
【符号の説明】
【００３４】
５０      ヒーター制御部
５２      タイマー
Ｈ        ヒーター
Ｓ１      第１スイッチ
Ｓ２      第２スイッチ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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