JP2013180791A - Seal power control device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a seal power control device that controls a power source of a sealer disposed in a seal section of a rotary packaging machine or a vacuum packaging machine, for example.
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。
FIG. 4 is a partially enlarged view of the sealing section of the rotary packaging machine, in which both sides of the
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。
FIG. 5 is a schematic diagram of a power supply circuit that supplies power to the
1) If power is taken out in a single phase with respect to the three-phase AC power supply, the output will be unbalanced and the power will be weakened, so the capacity of the power supply facility must be increased to increase the power.
2) When the power supply fluctuates, the seal of the bag mouth of the
3) Since the seal state is unstable, feedback control is difficult even if feedback control is attempted to stabilize the temperature of the
4) In order to use a low commercial frequency (50 Hz or 60 Hz), it is necessary to use a large-
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。
On the other hand,
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。
The packaging device of
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。
However, since the packaging material sealing condition control method disclosed in
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。 An object of the present invention is to provide a compact seal power control device that reduces power loss and enables accurate and stable heater control by feedback control.
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。 A sealing power control device according to the present invention is a sealing power control device for controlling the power of a heater provided in a sealer of a sealing section of a packaging machine, and a smoothing capacitor that rectifies a three-phase AC power source that supplies power to the heater into a direct current. A three-phase full-wave rectifier circuit or a three-phase half-wave rectifier circuit, and a seal transformer for supplying the power rectified by the rectifier circuit to the heater, and a feedback circuit for the state of the heater on the secondary side of the seal transformer According to the detected value, the DC power source rectified by the rectifier circuit is cut by the switching element, and the pulse width of the DC power source supplied to the heater is controlled.
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。 With the above configuration, the seal power control apparatus of the present invention detects the state of the heater with a feedback circuit, and according to the value, the switching element is turned on and off to increase or decrease the power to the heater. However, even if the power supply fluctuates, a stable power supply can be obtained by controlling the switching element.
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。 The seal power control device of the present invention includes a PWM circuit for controlling the switching element, detects the heater state with a feedback circuit, inputs an output signal of the feedback circuit to the PWM circuit, and turns on and off the switching element. To control.
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。 Further, in the seal power control device according to the present invention, when the feedback circuit detects that the heater voltage is low, the PWM circuit generates a PWM wave corresponding to the detected voltage and supplies power to the heater via the switching element. On the contrary, if the heater voltage is high, the power to the heater is reduced, and even if the power supply fluctuates, a stable power supply can be obtained by controlling the switching element.
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、 The heater state detected by the feedback circuit may be any of voltage, current, power, temperature information from the temperature sensor, or a combination thereof.
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。 According to the present invention, the power loss is small, and accurate and stable heater control is enabled by feedback control, and a compact seal power control device is enabled.
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。 Hereinafter, a seal power control device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a seal power control apparatus of the present invention. The packaging machine used in the present invention includes all packaging machines such as a rotary packaging machine, a linear line packaging machine, a vacuum packaging machine, and a pillar packaging machine.
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。
The present invention uses a three-phase
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。
The three-phase
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。
As is clear from the circuit diagram of FIG. 1, the three-phase full-
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。
The three-phase
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。 The MOSFET as the switching element Q1 needs to allow switching at about 100 kHz, but this MOSFET preferably has a proper breakdown voltage and a low on-resistance.
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。
The drain (D) of the MOSFET and one end of the primary side of the
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。
A
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。
PWM is referred to as (Pulse Width Modulation), and the
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。
The PWM circuit by the operational amplifier generates a triangular wave by two operational amplifiers, and a comparator (voltage comparator) compares the triangular wave with the command voltage from the
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。
A PWM circuit using a clock circuit (not shown) is different from a PWM circuit using the operational amplifier in that a square wave generated by the clock circuit is converted into a triangular wave by an integrating circuit. Other than that, the comparator compares the triangular wave with the command voltage from the
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。
FIG. 2 shows the
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。
In response to the command voltage from the
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。
FIG. 3 shows a waveform (PWM wave) generated by the
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。
VL and VH indicated by broken lines overlapping the
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。
When the
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。
On the contrary, when the command voltage becomes low like VL, the width of the intersection of the command voltage VL and the
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。
As described above, when the
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。
In the above embodiment, the voltage of the
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。
As described above, the size of the
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。
In the above embodiment, the switching element Q1 is connected in series with the primary side of the
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。
Further, the
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。 The present invention is useful, for example, as a seal power control device that controls power to a heater used in a sealer of a seal section such as a rotary packaging machine or a vacuum packaging machine.
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
5
Claims (3)
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。 In a seal power control device for controlling the power of a heater provided in a sealer of a seal section of a packaging machine,
A three-phase full-wave rectifier circuit or a three-phase half-wave rectifier circuit with a smoothing capacitor that rectifies a three-phase AC power source that supplies power to the heater into direct current; a seal transformer that supplies the heater with the power rectified by the rectifier circuit; With
The state of the heater on the secondary side of the seal transformer is detected by the feedback circuit, and the DC power source rectified by the rectifier circuit is cut by the switching element according to the value, and the pulse width of the DC power source supplied to the heater is controlled To
A seal power control device characterized by that.
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。 A PWM circuit for controlling the switching element is provided, the heater state is detected by a feedback circuit, an output signal of the feedback circuit is input to the PWM circuit, and the switching element is controlled by ON and OFF pulse widths. Item 2. The seal power control device according to Item 1.
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。
The state of the heater detected by the feedback circuit is either the voltage, current, power, or temperature information from the temperature sensor, or a combination thereof.
The seal power control apparatus according to claim 1 or 2, characterized by the above.
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JP2005306397A (en) * | 2004-04-16 | 2005-11-04 | Takazono Sangyo Co Ltd | Heat seal device and medicine dividedly-packing apparatus |
JP2008253096A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Origin Electric Co Ltd | Power supply for discharge load |
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