JP4974842B2 - 断線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は断線検出装置に関する。特に、多数のヒータを組み込んだ口金等を有した装置において、これら各ヒータの断線検出用として好適な断線検出装置に関する。

従来の断線検出技術として、例えば特許文献１では、ヒータの給電線に変流器（ＣＴ）を配設して、通電電流に比例した電気信号を検出し、この検出信号に基づいてヒータの断線状態を検出するヒータ断線検出装置を開示している。また、特許文献２では、温度センサにより検出したヒータの温度に基づいて、ヒータの断線を検出する断線検出回路を開示している。

実開平５−７２４２２号公報 特開平６−１３１０６１号公報

特許文献１に記載の技術では、各ヒータの給電線毎に変流器を配設する必要があり、ヒータの数が多いと、装置のコストアップを招く。また、清掃等のメンテナンスを頻繁に行う装置に組み込んだ場合には、分解作業が大変である。特許文献２に記載の技術では、温度センサにより検出したヒータの温度に基づいて断線判定するため、断線時からある程度時間が経過してからでないと、断線検出ができない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、部品点数が少なくて済むと共に迅速に電気負荷の断線検出ができる断線検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、電気負荷の断線検出を行う断線検出装置（８０）であって、電源（１）に電気的に接続された第１電気負荷（１５）と、第１電気負荷（１５）に電気的に並列接続された第２電気負荷（４）と、第１電気負荷（１５）が断線していない場合に第２電気負荷（４）の並列接続点（Ｐ１−Ｐ２）間に生じるはずの電圧である基準電圧（Ｖｂ）と、第２電気負荷（４）の並列接続点（Ｐ１−Ｐ２）間に実際に生じている電圧である実際電圧（Ｖａ）とを比較し、その比較結果に基づいて第１電気負荷（１５）の断線状態を判定する比較判定手段（７）とを備える断線検出装置において、電源（１）から第１電気負荷（１５）に供給する電圧のオン率制御をゼロクロス制御方式で制御する制御手段（２，５）を備えたことを特徴とする断線検出装置。

請求項１の断線検出装置（８０）では、第１電気負荷（１５）が断線していない場合は、基準電圧（Ｖｂ）と実際電圧（Ｖａ）とが等しく、第１電気負荷（１５）が断線した場合は、基準電圧（Ｖｂ）と実際電圧（Ｖａ）とが等しくないことを利用する。比較判定手段（７）は、上記基準電圧（Ｖｂ）と実際電圧（Ｖａ）とを比較判定することにより、第１電気負荷（１５）の断線検出を行うことができる。従来の技術と異なり、第１電気負荷（１５）の給電線毎に変流器を配設する必要がない。また、温度センサにより検出した第１電気負荷（１５）の温度に基づいて断線判定を行うものではない。従って、部品点数が少なくて済むと共に迅速に断線検出を行うことができる。

また、電源（１）から第１電気負荷（１５）に供給する電圧のオン率制御をゼロクロス制御方式で制御する制御手段（２，５）を備える。

一般に、ゼロクロス制御方式を適用した回路では位相制御方式に比べて、信号波形の乱れが少なく且つ耐ノイズ性があるという点で優れる。また、位相制御方式ではサイリスタ等の制御素子の発熱量が６〜８％あったのに対し、ゼロクロス制御方式では１％程度に抑えることができる。ゼロクロス制御方式の性質上、断線検出を正確に行うには複雑な回路が必要だったが、電圧を見て断線検出を行う本発明を適用することで、部品点数が少なくて済む（回路の簡素化）と共に検出速度を上げることができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決するための手段の各欄において各構成要素に付した括弧書きの符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明によると、部品点数が少なくて済むと共に迅速に電気負荷の断線検出ができる。従って、多数のヒータを組み込んだ装置において、これら各ヒータの断線検出用として好適な装置となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明に係る断線検出装置を組み込んだフィルム製造装置の全体概略図、図２は口金の正面一部断面図、図３は本発明に係る断線検出装置の主要回路図である。

図１に示すように、フィルム製造装置１００は、流延機２０、縦延伸機３０、横延伸機４０、厚さ計５０、巻取機６０及び制御装置７０などから構成される。そして、断線検出装置８０を組み込んでいる。制御装置７０は、例えばＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）からなり、フィルム製造装置１００が適正な動作を行うように、フィルム製造装置１００の各構成部からの信号の取り込み、各種演算、及び所定の指令信号の送信などを行うように構成される。

流延機２０は、口金１０、移動キャスト部１１、吸引チャンバ１２及び剥離ロール１３などを備える。

口金１０は、図２に示すように、互いに対向して設けられた一対のリップ１０ａ，１０ｂを備える。リップ１０ａ，１０ｂ間には、スリット間隙１０ｃが形成される。スリット間隙１０ｃからは、フィルムの原料となる溶液膜１７が吐出されるようになっている。

一方のリップ１０ａには、手動によりリップ１０ａを変位させてスリット間隙１０ｃを調整する手動ボルト１４が設けられる。手動ボルト１４は、口金１０の幅方向に、つまり図１の紙面と垂直の方向に、複数配列される。この手動ボルト１４は、初期的に、スリット間隙１０ｃを粗調整するためのものである。

他方のリップ１０ｂには、ヒータ１５を内蔵しこのヒータ１５の放熱によるボルトの伸縮を利用したヒートボルト１６が設けられる。ヒータ１５には、例えばカートリッジヒータが用いられる。

このヒートボルト１６もまた、口金１の幅方向、つまり図１の紙面と垂直の方向に複数配列される。ヒートボルト１６を伸長させることにより、そのヒートボルト１６に対応する位置のスリット間隙１０ｃが狭められ、ヒートボルト１６を収縮させることにより、そのヒートボルト１６に対応する位置のスリット間隙１０ｃが拡げられる。

ヒートボルト１６におけるヒータ１５は、断線検出装置８０により断線検出が行われる。図３に示すように、断線検出装置８０は、電源１、サイリスタ２、抵抗３、抵抗４、ヒータ１５、電力調整部５、基準電圧発生部６、比較判定部７及び警報発生部８などを備える。なお、図３では１個のヒータ１５についての回路を示したが、実際はヒータ１５の配列数分、このような回路を構成している。図４に、ヒータ１５を３個とした場合の回路例を示す。ここでは、ヒータ１５を３個としたが、２個または４個以上としてもよい。

電源１は、周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、実効値Ｅが１００Ｖの交流電源である。サイリスタ２は、ゼロクロス機能を備えたタイプであり、電源１から供給される電圧のオン率を制御することにより、ヒータ１５の放熱量、つまりヒートボルト１６を伸縮させるための熱量を無段階に微調整できるようになっている。電力調整部５は、次に示すトリガー信号Ｄｔを生成し、サイリスタ２のゲートに送るように構成される。トリガー信号Ｄｔとは、電源１のオン率を制御するように所定周期及び所定パルス幅で「Ｈ」レベルになる信号である。抵抗４は、ヒータ１５に並列接続され、その抵抗値ｒａ（Ω）はヒータ１５の抵抗値Ｒ（Ω）よりも十分に大きいものとされる。抵抗３の抵抗値はｒ（Ω）とする。

基準電圧発生部６は、次に示す基準電圧Ｖｂを予めコンピュータプログラム上で求めて出力するように構成される。基準電圧Ｖｂとは、ヒータ１５が断線していない場合に、トリガー信号Ｄｔによりサイリスタ３が制御されて接続点Ｐ１−Ｐ２間に生じるはずの電圧である。比較判定部７は、次に示す実際電圧Ｖａと、上記基準電圧Ｖｂとを比較して、その比較結果が等しくなく所定量以上の差がある場合に「Ｈ」レベル信号を出力するように構成される。実際電圧Ｖａとは、接続点Ｐ１−Ｐ２間に実際に生じている電圧である。警報発生部８は、比較判定部７から「Ｈ」レベル信号が出力されたときに、警報表示灯の点灯や音声案内などにより、ヒータ１５が断線したことの警報を出すように構成される。図４のようにヒータ１５が複数ある場合は、そのいずれかのヒータ１５が断線した場合に警報を発生するように構成される。

移動キャスト部１１は、水平軸回りに回転駆動可能とされ且つ一定間隔をおいてタンデムに配置されたドラム１１ａ，１１ｂ、及びドラム１１ａ，１１ｂに掛け回された無端ベルト１１ｃにより構成される。無端ベルト１１ｃの表側面が移動キャスト面２４として機能する。

吸引チャンバ１２は、スリット間隙１０ｃと移動キャスト面２４との間の空間に負圧を発生させるように構成され、これにより口金１０から吐出された溶液膜１７の移動キャスト面２４への着地及び密着を安定させることができる。

剥離ロール１３は、移動キャスト部１１の下流部（図１では右端側）に設けられ、移動キャスト面２４に形成されたフィルムシート１８（溶液膜１７が固化したもの）を剥離するように構成される。

縦延伸機３０は、剥離ロール１３から剥離、成形されたフィルムシート１８を、長手方向に所定の延伸倍率で延伸するように構成される。横延伸機４０は、縦延伸機３０によって幅方向に所定の延伸倍率で延伸されたフィルムシート１８を、幅方向に所定の延伸倍率で延伸して、目標とする二軸延伸フィルム１９に成形するように構成される。

厚さ計５０は、巻取機６０の直前位置において二軸延伸フィルム１９の上方に設けられる。そして、フィルム幅方向に走査され、二軸延伸フィルム１９の厚み自身とともに、幅方向における厚みむらも測定できるようになっている。厚さ計５０には、公知のもの、例えばβ線厚さ計等を使用できる。巻取機６０は、成形された２軸延伸フィルム１９をスプール状に巻き取るように構成される。

次に、図５及び図６も参照して、フィルム製造装置１００の動作について、ヒータ１５が断線していない場合と、ヒータ１５が断線した場合とに分けて説明する。図５は断線検出の処理手順を示すフローチャート、図６はフィルム製造の動作を示すフローチャートである。なお、図５の処理は、図６の処理と並行して行われる。
〔ヒータ１５が断線していない場合〕
電源１からサイリスタ２を介してヒータ１５に電力が供給される。サイリスタ２は、電力調整部５からのトリガー信号Ｄｔにより、交流電圧のゼロクロス点近傍で所定周期及び所定パルス幅のオンオフ動作を行う。ヒータ１５はそのときの電力に応じた発熱を行う。このとき、接続点Ｐ１−Ｐ２間に生じている実際電圧Ｖａは、下記（１）式で表すことができる。

比較判定部７は、実際電圧Ｖａと基準電圧Ｖｂとを比較する（図５のステップＳ１１）。ヒータ１５が断線していないので、実際電圧Ｖａと基準電圧Ｖｂとは等しく（ステップＳ１２でイエス）、比較判定部７は「Ｌ」レベル信号を出力する。このとき警報発生部８は動作しない。

ヒータ１５が断線していない場合は、フィルム製造動作を行う。すなわち、ドラム１１ａ，１１ｂが図１で反時計周り方向に回転することにより、移動キャスト面２４が走行する。口金１０は、スリット間隙１０ｃから溶液膜１７を移動キャスト面２４へ吐出する（図６のステップＳ２１）。吸引チャンバ１２は、スリット間隙１０ｃと移動キャスト面２４との間の空間に負圧を発生させており、これにより、溶液膜１７の移動キャスト面２４への着地、密着が安定する。移動キャスト面２４の走行に伴い、移動キャスト面２４上には溶液膜１７が長尺状のフィルムシート１８に成形されていく。剥離ロール１３は、以上のようにして成形されたフィルムシート１８を移動キャスト面２４から剥離させる（ステップＳ２２）。縦延伸機３０は、移動キャスト面２４から剥離されたフィルムシート１８を、長手方向に所定の延伸倍率で延伸させる（ステップＳ２３）。横延伸機４０は、上記長手方向に延伸されたフィルムシート１８を、幅方向に所定の延伸倍率で延伸させ（ステップＳ２４）、目標とする二軸延伸フィルム１９に成形する。

巻取機６０は、二軸延伸フィルム１９をスプール状に巻き取る（ステップＳ２８）。巻取前に、厚さ計５０によって厚みが測定される（ステップＳ２５）。厚さ計５０は、フィルム幅方向（図１では紙面に垂直な方向）に走査され、二軸延伸フィルム１９の厚み自身とともに、幅方向における厚みむらも測定できるようになっている。厚さ計５０で検出した厚さ情報は、制御装置７０にフィードバックされ、制御装置７０に予め組み込まれた設定厚み情報と比較されて、補正の必要があれば（ステップＳ２６でノー）、補正制御量が演算された後、この制御量に基づいてトリガー信号Ｄｔの幅を変化させてヒータ１５の発熱量を調整する（ステップＳ２７）。

ヒートボルト１６によるスリット間隙１０ｃの調整では、スリット間隙１０ｃの絶対値の微調整とともに、口金幅方向における間隙の分布の微調整も行われる。ヒートボルト１６は、高精度でしかも無段階の調整が可能である。このヒートボルト１６によるスリット間隙１０ｃの調整は、厚さ計５０からフィードバックされる厚み情報に基づいて、制御装置７０で設定厚み情報と比較されて補正制御量が演算された後、その制御量に基づいて調整される。したがって、成形されるフィルムシート１８の厚みおよび厚さむらが、所望の精度に自動的に精度よく制御される。
〔ヒータ１５が断線した場合〕
断線したヒータ１５には、電源１からの電力が供給されない。このとき、図３における接続点Ｐ１−Ｐ２点間の実際電圧Ｖａ’は、下記（２）式で表すことができる。

比較判定部７は、実際電圧Ｖａ’と基準電圧Ｖｂとを比較する（図５のステップＳ１１）。ヒータ１５が断線しているので、実際電圧Ｖａ’と基準電圧Ｖｂとは等しくなく（ステップＳ１２でノー）、比較判定部７は「Ｈ」レベル信号を出力する。警報発生部８は、この「Ｈ」レベル信号により警報を出す（ステップＳ１３）。この警報により、オペレーターはヒータ１５が断線したことを直ちに知ることができ、フィルム製造装置１００のフィルム製造動作を停止させて、ヒータ１５の交換作業を行うことができる。

このように、断線検出装置８０は、従来の技術と異なり、ヒータ１５の給電線毎に変流器を配設する必要がない。また、温度センサにより検出したヒータ１５の温度に基づいて断線判定を行うものではない。従って、部品点数が少なくて済むと共に迅速にヒータ１５の断線検出ができる。本例では、電源１の交流周波数に応じた０．０２秒程度の短いサンプリング時間で断線が検出できる。従って、複数のヒータ１５を組み込んだ口金１０を備えたフィルム製造装置１において、各ヒータ１５の断線検出用として好適である。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

本発明に係る断線検出装置を組み込んだフィルム製造装置の全体概略図である。 口金の正面一部断面図である。 本発明に係る断線検出装置の主要回路図である。 ヒータの数を複数とした場合の断線検出装置の回路例を示す図である。 断線検出の処理手順を示すフローチャートである。 フィルム製造の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電源
２ サイリスタ
４ 抵抗（第２電気負荷）
５ 電力調整部
７ 比較判定部（比較判定手段）
１０ 口金
１５ ヒータ（第１電気負荷）
８０ 断線検出装置
Ｐ１ 接続点（並列接続点）
Ｐ２ 接続点（並列接続点）
Ｖａ 実際電圧
Ｖｂ 基準電圧

Claims (1)

1. 電気負荷の断線検出を行う断線検出装置（８０）であって、
   電源（１）に電気的に接続された第１電気負荷（１５）と、
   第１電気負荷（１５）に電気的に並列接続された第２電気負荷（４）と、
   第１電気負荷（１５）が断線していない場合に第２電気負荷（４）の並列接続点（Ｐ１−Ｐ２）間に生じるはずの電圧である基準電圧（Ｖｂ）と、第２電気負荷（４）の並列接続点（Ｐ１−Ｐ２）間に実際に生じている電圧である実際電圧（Ｖａ）とを比較し、その比較結果に基づいて第１電気負荷（１５）の断線状態を判定する比較判定手段（７）とを備える断線検出装置において、
   電源（１）から第１電気負荷（１５）に供給する電圧のオン率制御をゼロクロス制御方式で制御する制御手段（２，５）を備えたことを特徴とする断線検出装置。

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