JP5292503B1 - ヒーター制御装置、シート加熱装置、熱成形装置、及び、ヒーター制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度制御の精度を向上させることが可能なヒーター制御等の技術を提供すること。
【解決手段】複数のヒーター（Ｈ０）に含まれる主ヒーターＨ１へ供給する電力に対してフィードバック温度制御を行い、主ヒーターＨ１の位置に応じて設定された電力供給比率を主点火率ＲＬ１、複数のヒーター（Ｈ０）から主ヒーターＨ１を除いた従ヒーターＨ２の位置に応じて設定された電力供給比率を従点火率ＲＬ２として、従ヒーターＨ２へ供給する電力を、主ヒーターＨ１への電力供給に対する前記フィードバック温度制御、及び、主点火率ＲＬ１を基準とした従点火率ＲＬ２に基づいて制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、並べられた複数のヒーターへの電力供給を制御する技術に関する。

熱成形装置は、例えば、フィードバック温度制御を行いながらヒーターで熱可塑性樹脂シートを加熱し、軟化したシートを成形する。シート全面をなるべく均一に加熱したりシートに意図的な温度分布を設けたりするため、平面状に並べた多数のヒーターでシートを加熱することも行われている。

特許文献１に記載の発泡シート成形システムは、各ヒーターに急速応答可能な高速追従型ヒーターが用いられ、１個の子機ＳＳＲ（Solid State Relay）に複数のヒーターが接続され、１個の親機ＳＳＲに複数のヒーター、及び、複数の子機ＳＳＲが接続され、温度制御ユニットに複数の親機ＳＳＲ、及び、シート表面温度計測用の温度センサーが接続されている。各親機ＳＳＲは、ヒーターへ供給される電力のオン比を表す電力比率を温度制御ユニットから受信すると、接続された各ヒーターへ供給される交流電力を前記電力比率に従って位相制御し、接続された各子機ＳＳＲに対して前記電力比率に従ったオンオフ制御信号を送信する。各子機ＳＳＲは、接続された各ヒーターへ供給される交流電力を前記オンオフ制御信号に従って位相制御する。従って、子機ＳＳＲに接続されたヒーターへの電力供給のオン比は、該子機ＳＳＲを接続した親機ＳＳＲに直接接続されたヒーターへの電力供給のオン比と同じである。電力比率は、１個の親機ＳＳＲに直接及び間接的に接続された複数のヒーターを１加熱区分として該加熱区分単位で変更可能である。

シート全面をなるべく均一に加熱するためには、平面状に並べられた多数のヒーターのうち周縁部に配置されたヒーターに対して設定する電力比率を比較的大きくし、該周縁部よりも内側に配置されたヒーターに対して設定する電力比率を比較的小さくするのが好ましい。シートに意図的な温度分布を設けるためには、ヒーターに対して設定する電力比率を位置に応じた率にするのが好ましい。そこで、ヒーター毎、又は、ヒーターの加熱区分毎に位置に応じて電力供給の相対的なオン比を点火率として設定し、該設定点火率に従ってヒーターへの電力供給を位相制御することが考えられる。

特開２００１−７６８４２号公報

成形品を高品質化するためには、シートの温度制御の精度を向上させることが望ましい。

以上を鑑み、本発明は、温度制御の精度を向上させることが可能な技術を提供する目的を有している。

上記目的を達成するため、本発明は、並べられた複数のヒーターへの電力供給を制御するヒーター制御装置であって、
前記複数のヒーターに含まれる主ヒーターへ供給する電力に対してフィードバック温度制御を行う主ヒーター電力制御手段と、
前記主ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を主点火率、前記複数のヒーターから前記主ヒーターを除いた従ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を従点火率として、前記従ヒーターへ供給する電力を、前記主ヒーターへの電力供給に対する前記フィードバック温度制御、及び、前記主点火率を基準とした前記従点火率に基づいて制御する従ヒーター電力制御手段とを備えた、態様を有する。

また、本発明は、ヒーター制御装置を備えたシート加熱装置の態様を有する。
さらに、本発明は、ヒーター制御装置を備えた熱成形装置の態様を有する。

さらに、本発明は、並べられた複数のヒーターへの電力供給を制御するヒーター制御方法であって、
前記複数のヒーターに含まれる主ヒーターへ供給する電力に対してフィードバック温度制御を行い、
前記主ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を主点火率、前記複数のヒーターから前記主ヒーターを除いた従ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を従点火率として、前記従ヒーターへ供給する電力を、前記主ヒーターへの電力供給に対する前記フィードバック温度制御、及び、前記主点火率を基準とした前記従点火率に基づいて制御する、態様を有する。

すなわち、主ヒーターへの電力供給にはフィードバック温度制御が行われる。従ヒーターへの電力供給は、主ヒーターへの電力供給に対するフィードバック温度制御、及び、主点火率を基準とした従点火率に基づいて制御される。
以上により、主ヒーターへの電力供給に対しては主点火率に基づく制御を行わなくてもよいので、主点火率に基づく制御により主ヒーターへの電力供給制御の精度が低下することが抑制される。従って、本態様は、温度制御の精度を向上させることが可能になる。

ここで、ヒーターへの電力供給制御には、交流電力の位相制御、電圧の可変制御、直流電流のオン比の制御、等が含まれる。
上述した主点火率を基準とした従点火率には、主点火率に対する従点火率の比、主点火率と従点火率との差、等が含まれる。
上述したフィードバック温度制御や上述した主点火率を基準とした従点火率に基づいた制御は、デジタル値で行われてもよいし、アナログ量で行われてもよい。
上述した温度検出手段には、熱電対温度計、放射温度計、等が含まれる。むろん、検出温度や設定温度は、デジタル値、アナログ量、等が含まれ、温度値そのものに限定されない。
上記熱成形には、圧空成形や真空成形や圧空真空成形といった差圧成形等が含まれる。

上記主ヒーター電力制御手段は、主ヒーター温度検出手段で検出される主ヒーター温度を設定主ヒーター温度に近付ける前記フィードバック温度制御を行ってもよい。本態様は、ヒーターの温度制御の精度を向上させることが可能な技術を提供することができる。
また、上記主ヒーター電力制御手段は、被加熱物温度検出手段で検出される被加熱物温度を設定被加熱物温度に近付ける前記フィードバック温度制御を行ってもよい。本態様は、被加熱物の温度制御の精度を向上させることが可能な技術を提供することができる。

さらに、上記主ヒーター電力制御手段は、被加熱物温度検出手段で検出される被加熱物温度を設定被加熱物温度に近付けるように前記設定主ヒーター温度を修正してもよい。すなわち、設定主ヒーター温度には、修正した設定主ヒーター温度も含まれる。本態様も、被加熱物の温度制御の精度を向上させることが可能な技術を提供することができる。
上記被加熱物には、被成形材、熱板、成形型、等が含まれ、シート、塊状の材料、粒状の材料、粉末状の材料、液状の材料、等が含まれる。被加熱物温度には、被加熱物の表面温度、被加熱物内部の温度、等が含まれる。

さらに、本発明は、シート加熱方法、熱成形方法、ヒーター制御プログラム、シート加熱プログラム、熱成形プログラム、これらのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な媒体、等の態様も有する。

請求項１、請求項６〜請求項８に係る発明によれば、温度制御の精度を向上させることが可能な技術を提供することができる。
請求項２に係る発明では、ヒーターの温度制御の精度を向上させることが可能な技術を提供することができる。
請求項３に係る発明では、被加熱物の温度制御の精度を向上させることが可能な技術を提供することができる。
請求項４、請求項５に係る発明では、温度制御の精度を向上させることが可能な好ましい技術を提供することができる。

ヒーター制御装置１０を含む熱成形装置１を模式的に例示する正面図である。 （ａ）は成形型７３が離間位置Ｌ１１にあるときの成形装置７０を模式的に例示する垂直断面図、（ｂ）は型８３が離間位置Ｌ２２にあるときのトリミング装置８０を模式的に例示する垂直断面図、である。 （ａ）はヒーター制御装置１０のヒーター群Ｈ０を模式的に例示する底面図、（ｂ）はヒーターＨ３の構成を例示する底面図である。 点火率テーブルＴ１を模式的に例示する図である。 ヒーター制御装置１０を制御盤１００及びヒーターＨ１，Ｈ２とともに模式的に例示するブロック図である。 （ａ）は交流電源の半波長に相当する時間を等分することを例示する図、（ｂ）は位相制御を模式的に例示する図、（ｃ）は交流電源の半波長における電力量を等分することを例示する図、である。 変形例に係るヒーター制御装置１０を制御盤１００及びヒーターＨ１，Ｈ２とともに模式的に示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下に説明する実施形態は、本発明を例示するものに過ぎない。

（１）ヒーター制御装置を含む熱成形装置の概要：
まず、図１，２を適宜参照して、熱成形装置の概要を説明する。
図１に例示する熱成形装置１は、ＳＥ１〜ＳＥ７で表した各部を備え、成形可能なシート（被加熱物）ＳＨ１からショット毎に所定数の成形品ＰＲ１を形成する。図１に示す加熱部ＳＥ２は、ヒーター制御装置１０を含むシート加熱装置２を構成している。なお、図１において、左から右へ向かう方向が所定のシート搬送方向Ｄ１であり、左側がシートＳＨ１の上流側、右側がシートＳＨ１の下流側である。

シート供給部ＳＥ１は、連続して繋がった連続シートＳＨ１を巻いたロールＳＨ０をほどく。シートＳＨ１は、熱可塑性樹脂シートのような樹脂シート、熱可塑性を示す樹脂以外の熱可塑性シート、紙、等の成形可能なシートを用いることができる。前記樹脂シートは、熱可塑性樹脂等の樹脂のみからなる樹脂シートでも、樹脂に充てん材等の添加剤が添加された材質からなるシートでもよく、単層シートでも、異なる材質をラミネートした積層シートでもよい。シートＳＨ１の素材には、ポリエチレン（Polyethylene）、ポリプロピレン（Polypropylene）、等を利用可能である。また、シートＳＨ１は、シート状ないしフィルム状になっていればよく、ロール状に巻かれていても、所定の長さにカットされていてもよい。シートの厚みは、１〜２ｍｍ程度、０．２５〜１ｍｍ程度、等、様々な厚みとすることが可能であり、３ｍｍ程度以上の厚物シートでもよいし、０．２５ｍｍ程度以下のフィルムでもよい。シートＳＨ１から形成される成形品ＰＲ１には、食品容器といった容器、家電製品の内箱や操作パネルといった構成品、等がある。

シート搬送装置６０は、シートＳＨ１〜ＳＨ３の縁部を保持してシート搬送方向Ｄ１へ搬送する。シート縁部の保持は、シート縁部のクランプでもよいし、突き刺し部材によりシート縁部を突き刺すことによる保持でもよい。シート搬送装置は、シート搬送方向Ｄ１に対して複数に分割されてもよい。シート搬送方向Ｄ１へ繋がったシートＳＨ１〜ＳＨ３は、制御部ＳＥ７である制御盤１００の制御に従って間欠的に搬送される。

加熱部ＳＥ２は、ヒーター群Ｈ０を有し、例えば、搬送中のシートＳＨ１を溶融しない範囲で軟化する温度以上に輻射加熱する。図１に示す加熱部ＳＥ２はシートＳＨ１の上側と下側とにヒーター群Ｈ０が配置されているが、どちらか一方を省略することも可能である。

成形部ＳＥ３には、例えば、図２（ａ）に示す成形装置７０を使用することができる。テーブル７１，７２は、図示しない成形用テーブル駆動機構により、設定された離間位置と近接位置との間で上下方向に近接及び離間する。これにより、上テーブル７１の下に設けられた成形型７３が離間位置Ｌ１１と近接位置Ｌ１３との間で昇降し、下テーブル７２上に設けられたクランプ７４が離間位置Ｌ１２と近接位置Ｌ１４との間で昇降する。各成形型７３は、上方へ凹んだ雌型とされているが、下方へ凸とされた雄型や凹凸のある型でもよい。また、成形型を下側に配置しクランプを上側に配置してもよい。差圧供給機構７５は、差圧供給孔７３ｂから成形面７３ａに差圧を供給する。成形装置７０は、成形型７３とクランプ７４とが離間した状態で１ショット分の加熱軟化状態のシートＳＨ１が搬入されると、成形型７３とクランプ７４とを近接させ、差圧供給機構７５により負圧を差圧供給孔７３ｂに作用させてシートＳＨ１を成形面７３ａに密接させる。成形装置７０が成形型７３とクランプ７４とを離間させると、成形シートＳＨ２がシートＳＨ１に繋がった状態で成形装置７０から搬出され、トリミング部ＳＥ４に搬入される。このとき、次ショットのシートＳＨ１が成形装置７０に搬入される。
なお、シートＳＨ１の成形は、上述した真空成形以外にも、圧空成形や圧空真空成形といった差圧成形、プレス成形、熱成形以外の成形、等でもよい。圧空真空成形は、圧空と真空とを併用する差圧成形である。熱成形には、差圧成形やプレス成形が含まれる。

トリミング部ＳＥ４には、例えば、図２（ｂ）に示すトリミング装置８０を使用することができる。テーブル７１，７２は、図示しないトリミング用テーブル駆動機構により、設定された離間位置と近接位置との間で上下方向に近接及び離間する。これにより、下テーブル８２上に設けられた型８３及び切刃８４が離間位置Ｌ２２と近接位置Ｌ２４との間で昇降し、上テーブル８１の下に設けられた受け部材８５が離間位置Ｌ２１と近接位置Ｌ２３との間で昇降する。各型８３は、上方へ凸とされているが、下方へ凹んだ形状や凹凸のある形状でもよい。また、切刃を上側に配置し受け部材を下側に配置してもよいし、型を上側に配置してもよい。各切刃８４は、例えばトムソン刃とすることができ、各型８３の周囲において受け部材８５に対向した刃先を有している。トリミング装置８０は、型８３と受け部材８５とが離間した状態で１ショット分の成形シートＳＨ２が搬入されると、型８３と受け部材８５とを近接させて各型８３に成形シートＳＨ２を配置させ、成形品ＳＨ２ａの周囲で受け部材８５に接触した成形シートＳＨ２を切刃８４により切断する。トリミング装置８０が型８３と受け部材８５とを離間させると、スクラップシートＳＨ３が成形シートＳＨ２に繋がった状態でトリミング装置８０から搬出されてスクラップ回収部ＳＥ５に搬入され、各成形品ＰＲ１が各型８３上から搬出されて製品取出部ＳＥ６に搬入される。このとき、次ショットの成形シートＳＨ２がトリミング装置８０に搬入される。
なお、トリミング装置は、切刃を受け部材に押し当てて成形シートを切断する装置、型の周囲の切刃により成形シートを打ち抜く装置、上刃と下刃とを摺接させる等して成形シートを打ち抜く装置、等が含まれる。

（２）ヒーター群の説明：
図３（ａ）は、ヒーター制御装置１０のヒーター群Ｈ０を模式的に例示している。ヒーター群Ｈ０を構成する複数のヒーターは、互いに直交するｘ，ｙ方向に並べられている。図３（ａ）の例では、これらのヒーターのうち、熱電対温度計（主ヒーター温度検出手段）３１が設けられた位置（４，３）のヒーターが主ヒーターＨ１であり、熱電対温度計３１が設けられていないヒーターが従ヒーターＨ２である。ヒーターＨ３は、主ヒーターＨ１と従ヒーターＨ２を総称している。ヒーターＨ３の数は、複数であればよく、３０個に限定されない。また、ヒーターＨ３の並びは、ｘ，ｙ方向の少なくとも一方の方向からずれていてもよい。本ヒーター制御装置１０は、ヒーター群Ｈ０に含まれる主ヒーターＨ１への電力供給に対して主ヒーター温度をフィードバックするコントロールを行い、該コントロールに基づいて他の従ヒーターＨ２への電力供給をコントロールする。
図３（ａ）には、４個のヒーターＨ３に囲まれた箇所に放射温度計（被加熱物温度検出手段）３２が配置されていることも示されている。

図３（ｂ）に示すヒーターＨ３は、定格電圧での昇温レートが６０℃／秒以上である急速応答可能な高速追従型ヒーターであり、複数の折返し部を有する蛇行形状に形成されたヒーターエレメントＨ３２が略八角形状の絶縁板Ｈ３１の一面に配置されている。ヒーターエレメントＨ３２は、複数の帯状発熱板Ｈ３３と、隣り合う発熱板Ｈ３３の端部を互い違いに連結する複数の連結板Ｈ３４とを備えている。各発熱板Ｈ３３は、長手方向に沿って絶縁板Ｈ３１から離れる側に山折りされ、長手方向を並行させて離間して配列されている。各連結板Ｈ３４は、発熱板Ｈ３３とは逆に谷折りされている。これにより、連結板Ｈ３４の傾斜面と両隣の発熱板Ｈ３３の傾斜面とが接触し、電源端子Ｈ３６，Ｈ３６間が一つの電熱用合金帯とされている。各発熱板Ｈ３３の幅方向の縁部は、絶縁板Ｈ３１から突出した複数の略円柱状支持台Ｈ３５に保持されている。
なお、ヒーターエレメントには、ニッケルクロム線又は帯、鉄クロム線又は帯、といった電熱用合金線又は帯等を用いることができる。また、ヒーターの形状も、図３（ｂ）で示した形状に限定されない。

ｘ＝１，６又はｙ＝１，５のような周縁部のヒーターに対面する箇所のシートは、外側へ熱が逃げ易い。一方、ｘ＝３，４及びｙ＝３のような内側部のヒーターに対面する箇所のシートは、外側へ熱が逃げ難い。シート全面をなるべく均一に加熱するためには、周縁部に配置されたヒーターに対して設定する電力比率を比較的大きくし、該周縁部よりも内側に配置されたヒーターに対して設定する電力比率を比較的小さくすればよい。シートに意図的な温度分布を設けるためには、ヒーターに対して設定する電力比率を位置に応じた率にすればよい。そこで、図４に例示するように、ヒーター毎に位置に応じた電力供給比率を点火率として設定した点火率テーブルＴ１を参照してヒーターへの電力供給比率を調整することにしている。この点火率テーブルＴ１は、ヒーターの位置（ｘ，ｙ）毎に点火率情報を格納した情報テーブルである。

図４中、主点火率情報Ｔ１１は、主ヒーターＨ１の位置（４，３）に応じて設定された電力供給比率を表す情報である。従点火率情報Ｔ１２は、従ヒーターＨ２の位置（ｘ，ｙ）に応じて設定された電力供給比率を表す情報である。点火率情報Ｔ１１，Ｔ１２は、０以上の数を表し、例えば、０％〜１００％を表す情報とすることができる。

（３）ヒーター制御装置、及び、ヒーター制御方法の概要：
次に、図３〜６を適宜参照して、ヒーター制御装置、及び、ヒーター制御方法の概要を説明する。
図３，５に例示されるヒーター制御装置１０は、後述する手段２０，４０を備え、並べられたヒーター群（複数のヒーター）Ｈ０への電力供給を制御する。

主ヒーター電力制御手段２０は、ヒーター群Ｈ０に含まれる主ヒーターＨ１へ供給する電力に対してフィードバック温度制御を行う。従ヒーター電力制御手段４０は、従ヒーターＨ２へ供給する電力を、主ヒーターＨ１への電力供給に対するフィードバック温度制御、及び、主点火率ＲＬ１を基準とした従点火率ＲＬ２に基づいて制御する。ここで、主点火率ＲＬ１は、主ヒーターＨ１の位置に応じて設定された電力供給比率である。従点火率ＲＬ２は、ヒーター群Ｈ０から主ヒーターＨ１を除いた従ヒーターＨ２の位置に応じて設定された電力供給比率である。

例えば、主ヒーター電力制御手段２０は、熱電対温度計３１で検出される主ヒーター温度ＴＤＨ１を設定主ヒーター温度ＴＳＨ１に近付けるフィードバック温度制御により、主ヒーターＨ１へ供給する交流電力を位相制御する。このとき、主ヒーター電力制御手段２０は、主点火率ＲＬ１に基づく制御を行っていない。なお、熱電対温度計３１は、主ヒーターＨ１の温度を検出する主ヒーター温度検出手段の例である。

従ヒーター電力制御手段４０は、主点火率ＲＬ１に対する従点火率ＲＬ２の比ＲＬ２／ＲＬ１に従って、フィードバック温度制御による主ヒーターＨ１への交流電力のオン比ＲＴ１を変換し、従ヒーターＨ２への交流電力を前記変換したオン比ＲＴ２に位相制御する。図５に例示されるように、従ヒーター電力制御手段４０は、従ヒーターＨ２の温度を用いたフィードバック温度制御を行っていない。なお、点火率比ＲＬ２／ＲＬ１は、主点火率ＲＬ１を基準とした従点火率ＲＬ２の例である。交流電力のオン比ＲＴ１，ＲＴ２は、ヒーターＨ１，Ｈ２への電力の供給比の例である。

主ヒーターＨ１への電力供給をフィードバック温度制御の他に主点火率ＲＬ１を用いた制御により行うと、主ヒーターＨ１への電力供給制御の精度が低下してしまう。例えば、フィードバック温度制御による主ヒーターＨ１への交流電力のオン比ＲＴ１を９０％、主点火率ＲＬ１を５０％とし、内部演算の階調値を０〜２５５の整数とすると、オン比９０％を表す階調値は２３０になり、オン比９０％に主点火率５０％を乗じた４５％を表す階調値は１１５になる。このことは、主点火率ＲＬ１に基づく制御を行うと、主ヒーターＨ１への電力供給制御の分解能が実質的に主点火率の比率で低下することを意味する。

試験を行ったところ、昇温レート６０℃／秒以上の急速応答可能な高速追従型ヒーターを用いてヒーターへの電力供給に対するフィードバック温度制御と点火率を用いた制御とを併用した電力供給制御を行うと、ヒーター温度のばらつきが大きくなることが分かった。これは、急速応答可能な高速追従型ヒーターを用いる場合、点火率を用いた制御の処理時間中に変化するヒーター温度がばらつきに大きな影響を与えるためと考えられる。本技術のように、急速応答可能な主ヒーターへの電力供給には主点火率に基づいた制御を行わずにフィードバック温度制御を行うと、主ヒーター温度のばらつきが小さくなる。

本技術は、主ヒーターＨ１への電力供給に対しては主点火率ＲＬ１に基づく制御を行わなくてもよいので、主点火率ＲＬ１に基づく制御により主ヒーターＨ１への電力供給制御の精度が低下することが抑制される。従って、本技術は、温度制御の精度を向上させることが可能になる。

（４）ヒーター制御装置の具体例：
図５は、ヒーター制御装置１０のブロック構成例を制御盤１００及びヒーターＨ１，Ｈ２とともに模式的に示している。このヒーター制御装置１０は、制御部１１、メモリー１２、操作器２６，４３、熱電対温度計（主ヒーター温度検出手段）３１、放射温度計（被加熱物温度検出手段）３２、を備えている。

制御部１１は、主ヒーター温度ＴＤＨ１をフィードバックするスレーブループにある各部２３〜２５、シート表面温度（被加熱物温度）ＴＤＳ１をフィードバックするマスターループにある各部２１，２２、従ヒーターＨ２への電力供給を制御する経路にある各部４１，４２、を備えている。図５に示す制御部１１は、検出温度（入力）のサンプリング周期が２５ｍＳ（ミリ秒）、言い換えると、サンプリングレート＝４０サンプル／秒の高速フィードバック制御を実行可能である。すなわち、制御部１１は、上述したフィードバック温度制御、及び、主点火率を基準とした従点火率に基づいた制御を２５ｍＳ毎に実行可能である。むろん、サンプリング周期は、２５ｍＳ以外に設定することも可能である。スレーブループを含むマスターループにある各部２１〜２５と操作器２６と温度計３１，３２は、主ヒーター電力制御手段２０を構成する。マスターループから外れた各部４１，４２と操作器４３は、従ヒーター電力制御手段４０を構成する。ヒーター群Ｈ０に複数の従ヒーターＨ２があるため、従ヒーターＨ２への電力供給制御の経路は従ヒーターＨ２毎に存在する。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、タイマー、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）部、Ｉ／Ｏ（入出力）部、等で構成される。

メモリー１２は、設定されたシート表面温度ＴＳＳ１、設定された主ヒーター温度ＴＳＨ１、点火率テーブルＴ１、等を格納する。例えば、制御部１１は、これらの情報（ＴＳＳ１，ＴＳＨ１，Ｔ１）を制御盤１００から入力してメモリー１２に格納する。メモリー１２には、ＲＡＭといった揮発性半導体メモリー、フラッシュメモリーといった書き換え可能な不揮発性半導体メモリー、等を用いることができる。設定温度や点火率を固定する場合、メモリー１２にＲＯＭ等の書き換え不能なメモリーを用いてもよい。

操作器２６，４３は、入力される供給比（オン比ＲＴ１，ＲＴ２）に従って、ヒーターＨ１，Ｈ２への交流電力供給を位相制御する。例えば、デジタルのオン比ＲＴ１，ＲＴ２に従って、ヒーターＨ１，Ｈ２への交流電力供給をオンにしたりオフにしたりする。操作器には、ＳＳＲ（Solid State Relay）、トライアック（双方向サイリスタ）、等を用いることができる。

主ヒーターＨ１に設けられた熱電対温度計３１は、主ヒーターＨ１の温度を検出し、該検出した主ヒーター温度ＴＤＨ１を主ヒーター温度比較部２３へ出力する。ヒーター群Ｈ０の隙間に配置された放射温度計３２は、ヒーター群Ｈ０で加熱されるシート（被加熱物）ＳＨ１の表面温度ＴＤＳ１を検出し、該検出したシート表面温度（被加熱物温度）ＴＤＳ１をシート温度比較部２１へ出力する。温度計３１，３２の出力は、デジタル値でもよいし、アナログ量でもよく、温度値そのものに限定されない。

シート温度比較部２１は、メモリー１２から設定シート表面温度（設定被加熱物温度）ＴＳＳ１を読み出し、該設定シート表面温度ＴＳＳ１と放射温度計３２からのシート表面温度ＴＤＳ１とを比較し、比較結果を設定主ヒーター温度調整部２２へ出力する。例えば、設定シート表面温度ＴＳＳ１（℃）に対するシート表面温度ＴＤＳ１（℃）の偏差ΔＴＳ１＝ＴＤＳ１−ＴＳＳ１（℃）の絶対値が閾値ＴＨＳ１℃（ＴＨＳ１＞０）を超えると偏差ΔＴＳ１に応じた修正量ΔＣＨ１（℃）を比較結果として出力し、閾値ＴＨＳ１を超えていないときに修正補正量０を比較結果として出力する。修正量ΔＣＨ１は、例えば、偏差ΔＴＳ１に正の係数ｋ１を乗じた値とすることができる。

設定主ヒーター温度調整部２２は、メモリー１２から設定主ヒーター温度ＴＳＨ１を読み出し、該設定主ヒーター温度ＴＳＨ１を補正量ΔＣＨ１で修正し、該修正した設定主ヒーター温度ＴＣＨ１（例えばＴＳＨ１＋ΔＣＨ１℃）を主ヒーター温度比較部２３へ出力する。このようにして、シート表面温度ＴＤＳ１が主ヒーター温度ＴＤＨ１のフィードバック制御に加味される。
主ヒーター温度比較部２３は、修正設定主ヒーター温度ＴＣＨ１と主ヒーター温度ＴＤＨ１とを比較し、比較結果をフィードバック演算部２４へ出力する。フィードバック演算部でＰＩＤ制御（proportional plus integral plus derivative control）を行う場合、例えば、Ｐ制御（比例制御）のために偏差ΔＴＨ１＝ＴＤＨ１−ＴＣＨ１（℃）を比較結果として出力し、Ｉ制御（積分制御）のために主ヒーター温度ＴＤＨ１の時間ｔ（秒）による積分値ΣＴＤＨ１（℃・秒）を比較結果として出力し、Ｄ制御（微分制御）のために主ヒーター温度ＴＤＨ１の時間ｔによる微分値ΔＴＤＨ１（℃／秒）を比較結果として出力する。

フィードバック演算部２４は、入力される比較結果に従って、主ヒーター温度ＴＤＨ１を修正設定主ヒーター温度ＴＣＨ１に近付けるようにフィードバック制御値を計算し、該フィードバック制御値を位相制御部２５へ出力する。フィードバック演算部でＰＩＤ制御を行う場合、例えば、偏差ΔＴＨ１と積分値ΣＴＤＨ１と微分値ΔＴＤＨ１を用いてＰＩＤ制御値をフィードバック制御値として算出する。フィードバック制御値は、例えば、交流電源３０から主ヒーターＨ１へ供給する交流電力を位相制御するための百分率値とすることができる。

位相制御部２５は、入力されるフィードバック制御値を主ヒーターＨ１への電力の供給比（オン比ＲＴ１）に変換し、該供給比を操作器２６へ出力する。例えば、ＰＩＤ制御値を交流電力の位相制御のオン比ＲＴ１に変換し、該オン比ＲＴ１を操作器２６へ出力する。操作器２６は、交流電源３０から主ヒーターＨ１へ供給される交流電力をオン比ＲＴ１に位相制御する。
オン比ＲＴ１は、例えば、相対値０〜１００％に対応した０〜２５５のデジタル整数値とすることができる。この場合、オン比ＲＴ１の分解能は、１００／２５５％（約０．３９％）に相当する。

図６（ａ）は、交流電源３０の電圧Ｅの時間変化を例示している。この電圧変化の半波長分を時間ｔで２５６等分する場合、Ｅ＝０から始まる初期時間を２５５に割り当て、Ｅ＝０で終わる終了時間を０に割り当てると、等分した各時間を０〜２５５のオン比ＲＴ１に割り当てることができる。この場合のオン比は、半波長分の時間のうちヒーターへの交流電力供給をオンにする時間の比を意味し、制御部の内部演算用に０〜１００％を０〜２５５の階調値で表現したことを意味する。オン比ＲＴ１に位相制御する際には、例えば、図６（ｂ）に示すように、半波長の初期時間（デジタル値２５５）からオン比ＲＴ１のデジタル値の時間まで交流電力供給をオフにし、オン比ＲＴ１のデジタル値の時間から終了時間（デジタル値０）まで交流電力供給をオンにすればよい。むろん、初期時間を０に割り当て、終了時間を２５５に割り当て、半波長の初期時間（デジタル値０）からオン比ＲＴ１のデジタル値の時間まで交流電力供給をオンにし、オン比ＲＴ１のデジタル値の時間から終了時間（デジタル値２５５）まで交流電力供給をオフにしてもよい。図６（ｂ）は、オン比ＲＴ１がデジタル値１２８（相対値約５０％）であるときの位相制御の様子を示している。

主ヒーターＨ１への電力量で半波長を等分する場合、図６（ｃ）に示すように、電圧Ｅの時間ｔによる積分値（時間ｔ−電圧Ｅグラフの面積）の半波長分を２５５等分すればよい。Ｅ＝０から始まる初期時間を２５５に割り当て、Ｅ＝０で終わる終了時間を０に割り当てると、各区分の境界となる時間を１〜２５４のオン比ＲＴ１に割り当てることができる。この場合のオン比は、半波長分の電力のうちヒーターへ供給する電力の比を意味し、制御部の内部演算用に０〜１００％を０〜２５５の階調値で表現したことを意味する。オン比ＲＴ１に位相制御する際には、同様に、半波長の初期時間（デジタル値２５５）からオン比ＲＴ１のデジタル値の時間まで交流電力供給をオフにし、オン比ＲＴ１のデジタル値の時間から終了時間（デジタル値０）まで交流電力供給をオンにすればよい。オンとオフのタイミングを逆にしてもよい。

比演算部４１は、主点火率ＲＬ１、及び、制御対象の従ヒーターＨ２に対応した従点火率ＲＬ２をメモリー１２から読み出し、主点火率ＲＬ１を基準とした従点火率ＲＬ２を乗算部４２へ出力する。例えば、主点火率ＲＬ１を基準とした従点火率ＲＬ２として点火率比ＲＬ２／ＲＬ１を計算して出力する。図３（ａ）のｘ＝１，６又はｙ＝１，５の位置にある従ヒーターＨ２については、図４に示す点火率テーブルＴ１に格納された情報で表される従点火率８０％を主点火率５０％で除して点火率比１．６を求めることになる。図３（ａ）の（３，３）の位置にある従ヒーターＨ２については、図４に示す点火率テーブルＴ１に格納された情報で表される従点火率５０％を主点火率５０％で除して点火率比１を求めることになる。

乗算部４２は、主点火率ＲＬ１を基準とした従点火率ＲＬ２に従って、フィードバック温度制御による主ヒーターＨ１への電力の供給比（オン比ＲＴ１）を従ヒーターＨ２への電力の供給比（オン比ＲＴ２）に変換し、該供給比（ＲＴ２）を操作器４３へ出力する。例えば、主ヒーターＨ１への交流電力のオン比ＲＴ１に点火率比ＲＬ２／ＲＬ１を乗じ、オン比ＲＴ２としてＲＴ１×（ＲＬ２／ＲＬ１）を操作器４３へ出力する。演算結果が上限２５５（１００％）を超えるときにはオン比ＲＴ２を上限２５５（１００％）にすればよい。操作器４３は、交流電源３０から従ヒーターＨ２へ供給される交流電力をオン比ＲＴ２に位相制御する。

オン比ＲＴ２に位相制御する際にも、例えば、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、半波長の初期時間（デジタル値２５５）からオン比ＲＴ１のデジタル値の時間まで交流電力供給をオフにし、オン比ＲＴ１のデジタル値の時間から終了時間（デジタル値０）まで交流電力供給をオンにすればよい。むろん、オンとオフのタイミングを逆にしてもよい。

なお、制御部１１の各部２１〜２５，４１，４２は、デジタル値を使用して演算を行っているが、アナログ量を使用して演算を行ってもよい。すなわち、フィードバック温度制御や主点火率を基準とした従点火率に基づく制御は、デジタル値で行われてもよいし、アナログ量で行われてもよい。

一例として、昇温レート６０℃／秒以上の急速応答可能な高速追従型ヒーターを用いて従来のサンプリング周期５０ｍＳ（サンプリングレート＝２０サンプル／秒）で電力供給制御を行うと、主ヒーター温度の変動がプラスマイナス３℃程度になると予測される。一方、急速応答可能な高速追従型ヒーターを用いてサンプリング周期２５ｍＳ以下で電力供給制御を行う試験を行ったところ、主ヒーター温度の変動がプラスマイナス１℃程度に収まることが分かった。これは、ヒーターが急速応答可能であるとサンプリング周期が長くなるほどヒーター温度の変動が顕著になるためと考えられる。従って、急速応答可能な主ヒーターへの電力供給制御にサンプリング周期４０ｍＳ以下、より好ましくは３０ｍＳ以下、さらに好ましくは２５ｍＳ以下の高速フィードバック制御を行うと、ヒーター温度の変動を少なくすることができる。

（５）ヒーター制御装置の動作、作用、及び、効果：
以下、図３〜６の具体例を参照して、ヒーター制御装置１０の動作、作用、及び、効果を説明する。
制御盤１００は、設定温度（ＴＳＳ１，ＴＳＨ１）及び点火率ＲＬ１，ＲＬ２の操作入力を受け付けると、これらの情報（ＴＳＳ１，ＴＳＨ１，ＲＬ１，ＲＬ２）をヒーター制御装置１０へ送出する。ヒーター制御装置１０は、これらの情報（ＴＳＳ１，ＴＳＨ１，ＲＬ１，ＲＬ２）を入手してメモリー１２に格納する。

制御盤１００がヒーター制御装置１０にヒーターＨ１，Ｈ２への通電制御を指示すると、制御部１１が操作器２６，４３による位相制御を開始する。放射温度計３２で検出されるシート表面温度ＴＤＳ１の設定シート表面温度ＴＳＳ１に対する偏差ΔＴＳ１の絶対値が大きいと、シート温度比較部２１から偏差ΔＴＳ１に応じた修正量ΔＣＨ１が出力され、設定主ヒーター温度調整部２２から修正設定主ヒーター温度ＴＣＨ１＝ＴＳＨ１＋ΔＣＨ１が出力される。偏差ΔＴＳ１の絶対値が小さいと、シート温度比較部２１から修正量０が出力され、設定主ヒーター温度調整部２２から修正設定主ヒーター温度ＴＣＨ１＝ＴＳＨ１が出力される。主ヒーター温度比較部２３が偏差ΔＴＨ１＝ＴＤＨ１−ＴＣＨ１、積分値ΣＴＤＨ１、微分値ΔＴＤＨ１を出力すると、フィードバック演算部２４でＰＩＤ制御値が算出される。位相制御部２５がＰＩＤ制御値を主ヒーターＨ１の位相制御のオン比ＲＴ１に変換して操作器２６へ出力すると、図６（ｂ）で例示したように主ヒーターＨ１への交流電力供給がオン比ＲＴ１に位相制御され、主ヒーター温度ＴＤＨ１を修正設定主ヒーター温度ＴＣＨ１に近付けるフィードバック温度制御が主ヒーターＨ１への電力供給に対して行われる。すなわち、主ヒーターＨ１への電力供給に対して主点火率ＲＬ１に基づく制御が行われない。

また、位相制御部２５が主ヒーターＨ１の位相制御のオン比ＲＴ１を出力すると、比演算部４１から主点火率を基準とした従点火率（点火率比ＲＬ２／ＲＬ１）が出力され、乗算部４２で主ヒーターＨ１の位相制御のオン比ＲＴ１が上限を超えない範囲で従ヒーターＨ２の位相制御のオン比ＲＴ２＝ＲＴ１×（ＲＬ２／ＲＬ１）に変換される。乗算部４２がオン比ＲＴ２を操作器４３へ出力すると、図６（ｂ）で例示したように従ヒーターＨ２への交流電力供給がオン比ＲＴ２に位相制御され、従ヒーターＨ２への電力供給が主ヒーターＨ１への電力供給に対するフィードバック温度制御、及び、主点火率ＲＬ１を基準とした従点火率ＲＬ２に基づいて制御される。例えば、図３（ａ）のｘ＝１，６又はｙ＝１，５の位置にある従ヒーターＨ２の点火率比は、図４に示す点火率テーブルＴ１に格納された情報で表される従点火率８０％を主点火率５０％で除した１．６になる。この従ヒーターＨ２の位相制御のオン比は、上限を超えない範囲でＲＴ１×１．６となる。図３（ａ）の（３，３）の位置にある従ヒーターＨ２の点火率比は、図４に示す点火率テーブルＴ１に格納された情報で表される従点火率５０％を主点火率５０％で除した１になる。この従ヒーターＨ２の位相制御のオン比は、ＲＴ１となる。

以上説明したように、主ヒーターＨ１への電力供給に対しては主点火率ＲＬ１に基づく制御を行わなくてもよいので、主点火率ＲＬ１に基づく制御により主ヒーターＨ１への電力供給制御の精度が低下することが抑制される。従って、本技術は、温度制御の精度を向上させることが可能になる。
また、主ヒーターＨ１への電力供給に対しては点火率を考慮しなくてもよく、従ヒーターＨ２への電力供給に対しては従ヒーターＨ２への電力供給に対するフィードバック温度制御を考慮しなくてもよい。すなわち、複数のヒーターへの電力供給制御を、主ヒーターＨ１への電力供給に対するフィードバック温度制御と従ヒーターＨ２への電力供給に対する点火率に基づいた制御とに分けて考えることができる。従って、本技術は、複数のヒーターへの電力供給制御を容易にすることができる。

（６）変形例：
本技術は、種々の変形例が考えられる。
例えば、複数のヒーターで加熱される被加熱物は、熱板、成形型、等でもよく、塊状の材料、粒状の材料、粉末状の材料、液状の材料、等でもよい。被加熱物温度は、被加熱物内部の温度等でもよい。
設定温度（ＴＳＳ１，ＴＳＨ１）や点火率テーブルＴ１は、メモリー１２ではなく、制御盤１００に格納されてもよい。この場合、制御部１１は、制御盤１００から設定温度（ＴＳＳ１，ＴＳＨ１）や点火率ＲＬ１，ＲＬ２を入手しながら電力供給を制御してもよい。
温度計３１，３２の数は、複数でもよい。主ヒーターの数は、複数でもよい。主ヒーター温度検出手段は、放射温度計、抵抗温度センサー、等でもよい。被加熱物温度検出手段は、熱電対温度計、抵抗温度センサー、等でもよい。
ヒーターへの電力供給制御は、電圧の可変制御、直流電流のオン比の制御、等でもよい。
フィードバック制御温度制御は、ＰＩＤ制御以外にも、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＤ制御、等でもよい。
主点火率ＲＬ１を基準とした従点火率ＲＬ２は、主点火率に対する従点火率の差ＲＬ２−ＲＬ１、主点火率に対する従点火率の比のべき乗（ＲＬ２／ＲＬ１）^a（ａは０，１以外の数）、等でもよい。

図７は、変形例に係るヒーター制御装置１０のブロック構成例を制御盤１００及びヒーターＨ１，Ｈ２とともに模式的に示している。図７に示す主ヒーター電力制御手段２０は、被加熱物温度検出手段（放射温度計３２）で検出される被加熱物温度（シート表面温度ＴＤＳ１）を設定被加熱物温度（設定シート表面温度ＴＳＳ１）に近付けるフィードバック温度制御を行う。本変形例は、被加熱物（シートＳＨ１）の温度制御の精度を向上させることが可能になる。

むろん、従属請求項に係る構成要件を有しておらず独立請求項に係る構成要件のみからなる技術等でも、上述した基本的な作用、効果が得られる。

以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、温度制御の精度を向上させることが可能な技術等を提供することができる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。

１…熱成形装置、２…シート加熱装置、
１０…ヒーター制御装置、１１…制御部、１２…メモリー、
２０…主ヒーター電力制御手段、２１…シート温度比較部、
２２…設定主ヒーター温度調整部、２３…主ヒーター温度比較部、
２４…フィードバック演算部、２５…位相制御部、２６…操作器、
３０…交流電源、
３１…熱電対温度計（主ヒーター温度検出手段）、
３２…放射温度計（被加熱物温度検出手段）、
４０…従ヒーター電力制御手段、４１…比演算部、４２…乗算部、４３…操作器、
６０…シート搬送装置、７０…成形装置、８０…トリミング装置、１００…制御盤、
Ｈ０…ヒーター群、Ｈ１…主ヒーター、Ｈ２…従ヒーター、Ｈ３…ヒーター、
ＲＬ１…主点火率、ＲＬ２…従点火率、
ＲＴ１…フィードバック温度制御によるオン比（供給比）、
ＲＴ２…変換したオン比（変換した供給比）、
ＳＨ１…シート（被加熱物）、ＳＨ２…成形シート、ＳＨ３…スクラップシート、
Ｔ１…点火率テーブル、
ＴＣＨ１…修正設定主ヒーター温度、
ＴＤＨ１…主ヒーター温度、ＴＤＳ１…シート表面温度（被加熱物温度）、
ＴＳＨ１…設定主ヒーター温度、ＴＳＳ１…設定シート表面温度（設定被加熱物温度）。

Claims (8)

1. 並べられた複数のヒーターへの電力供給を制御するヒーター制御装置であって、
   前記複数のヒーターに含まれる主ヒーターへ供給する電力に対してフィードバック温度制御を行う主ヒーター電力制御手段と、
   前記主ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を主点火率、前記複数のヒーターから前記主ヒーターを除いた従ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を従点火率として、前記従ヒーターへ供給する電力を、前記主ヒーターへの電力供給に対する前記フィードバック温度制御、及び、前記主点火率を基準とした前記従点火率に基づいて制御する従ヒーター電力制御手段とを備えた、ヒーター制御装置。
2. 前記主ヒーター電力制御手段は、前記主ヒーターの温度を検出する主ヒーター温度検出手段で検出される主ヒーター温度を設定主ヒーター温度に近付ける前記フィードバック温度制御を前記主ヒーターへ供給する電力に対して行う、請求項１に記載のヒーター制御装置。
3. 前記主ヒーター電力制御手段は、前記複数のヒーターで加熱される被加熱物の温度を検出する被加熱物温度検出手段で検出される被加熱物温度を設定被加熱物温度に近付けるように前記設定主ヒーター温度を修正し、前記主ヒーター温度を前記修正した設定主ヒーター温度に近付ける前記フィードバック温度制御を前記主ヒーターへ供給する電力に対して行う、請求項２に記載のヒーター制御装置。
4. 前記従ヒーター電力制御手段は、前記主点火率を基準とした前記従点火率に従って、前記フィードバック温度制御による前記主ヒーターへの電力の供給比を変換し、前記従ヒーターへの電力を前記変換した供給比に制御する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のヒーター制御装置。
5. 前記主ヒーター電力制御手段は、前記主ヒーターへ供給する交流電力を前記フィードバック温度制御によるオン比に位相制御し、
   前記従ヒーター電力制御手段は、前記主点火率を基準とした前記従点火率に従って、前記フィードバック温度制御による前記主ヒーターへの電力のオン比を変換し、前記従ヒーターへの交流電力を前記変換したオン比に位相制御する、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のヒーター制御装置。
6. 並べられた複数のヒーターでシートを加熱するシート加熱装置であって、
   前記複数のヒーターに含まれる主ヒーターへ供給する電力に対してフィードバック温度制御を行う主ヒーター電力制御手段と、
   前記主ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を主点火率、前記複数のヒーターから前記主ヒーターを除いた従ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を従点火率として、前記従ヒーターへ供給する電力を、前記主ヒーターへの電力供給に対する前記フィードバック温度制御、及び、前記主点火率を基準とした前記従点火率に基づいて制御する従ヒーター電力制御手段とを備えた、シート加熱装置。
7. 並べられた複数のヒーターでシートを加熱し、該加熱したシートを成形する熱成形装置であって、
   前記複数のヒーターに含まれる主ヒーターへ供給する電力に対してフィードバック温度制御を行う主ヒーター電力制御手段と、
   前記主ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を主点火率、前記複数のヒーターから前記主ヒーターを除いた従ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を従点火率として、前記従ヒーターへ供給する電力を、前記主ヒーターへの電力供給に対する前記フィードバック温度制御、及び、前記主点火率を基準とした前記従点火率に基づいて制御する従ヒーター電力制御手段とを備えた、熱成形装置。
8. 並べられた複数のヒーターへの電力供給を制御するヒーター制御方法であって、
   前記複数のヒーターに含まれる主ヒーターへ供給する電力に対してフィードバック温度制御を行い、
   前記主ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を主点火率、前記複数のヒーターから前記主ヒーターを除いた従ヒーターの位置に応じて設定された電力供給比率を従点火率として、前記従ヒーターへ供給する電力を、前記主ヒーターへの電力供給に対する前記フィードバック温度制御、及び、前記主点火率を基準とした前記従点火率に基づいて制御する、ヒーター制御方法。

Images