JPS62249021A - 温度モニタリングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば食品用の容器の製造において熱間成形機
に入る加熱されたプラスチックシートの温度をモニタリ
ングするための温度モニタリングシステムに関する。

〔従来の技術〕

パイロ電気式センサを用いて温度をモニタリングするこ
とは公知であるが、このようなセンサを用いての現今の
計測技術では、特にはその温度が低い場合やスペースの
制限がある場合に、概して計測精度がよくなく、応答時
間が長い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、制限されたスペースの中で用いられる
に適し、応答時間が十分に短かく、それにより例えは高
速度で熱間成形機へと動いて行く加熱されたプラスチッ
クシートでの密に近接した頌域の温度計測が高速で相前
後して行われることが可能となるような温度モニタリン
グシステムを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によって、パイロ電気式センサと、このセンサを
交互に、温度計測すべき対象物とシャッタとに対して露
出させることとなるように可動としたシャッタと、セン
サ出力信号の初期の変化率を表わし、したがって対象物
の温度を表わすような出力信号を作り出すべく、センサ
出力を微分する手段を含んだ温度モニタリングシステム
が提供される。

本発明によればなお、間隔をおいて一直線上に並んだナ
イテイングチューブを形成しているハウジングと、この
ハウジングの中において各サイティングチューブに交錯
するように配置された一方に長い形の可動のメンバーを
含んでいて、この可動のメンバーは、複数すなわち前記
サイティングチューブ１つに対して１つの頁通孔を有し
、ハウジングに対して動くときに各サイティングチュー
ブを開としたり閉としたりするシャッタとして働くもの
であり、各サイティングチューブは、このシャッタの一
方の側ではパイロ′電気式センサと結合され、他方の側
は温度モニタリングの対象物に面するように配置される
ものであり、なお以上のほか、各センサを交互にシャッ
タとモニタリング対象物とに対して露出させるようにこ
のシャッタメンバーを動かすための手段と、モニタリン
グされる対象物の温度を表わすような出力信号を作り出
すべく各センサからの出力を処理するための回路手段を
含んでいる、温度モニタリングシステムが提供される。

以降においては例としてプラスチックシートから包装’
４１６をｍ　ｔｔするラインのための温度モニタリング
システムの実施例について、それの略図を参照しつつ説
明する。

〔実施例〕

第１図に略図式に示す装置は、供給ローラ（図示せず）
からテークアツプローラ６に至るシート供給経路４に沿
って供給されるプラスチック材（例エバポリプロピレン
）のシート２に熱間成形操作を施し、食品用の成形容器
を作るべく溶成されている。シートの運動は間欠的であ
る。つまり、シートの割出し長さ分が相前後して熱間成
形機に入り、その到来と次の到来の間にシートは静止し
ている。

経路に沿って動（シート２は、カロ熱ステーションを形
ｔａ　（、ている上方と下方のヒーターアレイ８とｌＯ
の間を通過してから、成形ステーションを形成する上方
と下方の成形ブロック１２と１４の間を通過する。加熱
ステーションと成形ステーションは、熱効率と制御の都
合上、相互に密に近接して配置されているが、上側のヒ
ーターアレイ８と上側の成形ブロック１２との間にある
小さな（例えば１Ｏｃｒｎの）ギャップが、下方を通過
するシートの温度をモニタリングする温度センサーアレ
イ１６を設けるための空間となっており、そのモニタリ
ングｉこついては以下でより詳しく説明する。上側のヒ
ーターアレイ８とセンサーアレイ１６の間には、ヒータ
ーアレイ８と１０で発生される熱に対してセンサーアレ
イ１６を防護するためζこシールド１７が位置している
。

特に、熱間成形で製造された容器が、例えばそれに内容
物が入れられてから滅菌される場合のように、高温下に
置かれることになるならば、加熱ステーションでのシー
トの加熱がシートの各割出し長さ分の千面図上面債にわ
たって高度に均一であることがＴＬ妥である。また、到
達される温度が幅の狭い所定　限界内にあるべきことも
重要である。後で明らかになるが、センサアレイ１６は
シートの各割出し長さ分の温度を６×６個のマドＩＪツ
クス上でモニタリングし、それにより、シートの加熱で
の所望の均一性とエネルギーレベルが得られるようにヒ
ーターアレイ８と１０を制御することが可能となる。こ
の制御は、センサアレイ１６の出力に応じて働く可視の
（あるいは他種の）ディスプレイで提供される情報に基
づいて運転者が行動するという開ループ制御で行われる
か、あるいはセンサアレイ１６の出力に直接的に応する
閉ループ制御で行われる。

温度センサアレイ１６をより詳しく第２図に示している
。図示のように、一方に長く断面が長方形の金属のブロ
ック１８に等間隔で一列に並んだ互に平行な貫通孔２０
が形成されている。ブロック１８は上側のヒーターアレ
イ８と上側の成形ブロック１２の間においてシートの方
向に対して横方向に延びていて、貫通孔２０は垂直にな
っている。各貫通孔２０の上端にはそれぞれのパイロ電
気式センサ２２が収容されており、貫通孔の下端はシー
ト供給経路４の直上に位置している。貫通孔２０はセン
サ２２のためのサイティングチューブとして働く。つま
り、各センサは矢印７〜で示すように、シートの相互に
区別される部分の１つだけを見透せる。

ブロック１８には、水平で断面が円形のボアー２４が形
成されていて、このボアーの軸線は前記貫通孔２０の各
々の軸線と行き違いなしに直角に交錯している。ボアー
２４の直径は貫通孔２０の直径よりも実質的に大きく、
そこに回転するシャフト２６が収容されている。シャフ
ト２６は軸線方向の動きを止められ、回転自在に軸受（
図示せず）で支持されている。シャフト２６には貫通孔
２０と同一の径を有する一連の貫通孔２８が設けられて
いる。各貫通孔２８は、シャフト２６が直゛径上相反す
る２つの回転位置の各々において対応する貫通孔２０と
揃う。したがって知られることトシて、シャフト２６が
回転すると、その１回転中に２回、Ｘ　＞ｒＪ１孔２０
はンヤフト２６によって交互に開となったり閉となった
りする。つまりシャフト２６が実質上シャッタメンバー
としてゆく。

ブロック１８の下方部分には参照温度ヘッド３２（第３
，４図参照）が辷り込み係合するように構成されたカイ
トスロット３０がある。

ヘッド３２は、各貫通孔２０にあるパイロ電気代センサ
２２が周期的に較正されるように、順次に貫通孔２０の
各々の下方に位置するように構成されている。この較正
については後でより詳細に説明する。

より詳しく第３．４図で示しているようにヘッド３２は
、ガイドスロット３０の中で辷りつる断熱性材料ででき
たＵ形のハウジング３４を含んでいて、例えば銅のよう
な熱伝導のよい材料でできたブロック３６を収容してい
る。ブロック３６は管状のヒーター３８を収容するボア
ホールを有している。ブロック３６の上面には白金の抵
抗温度素子４０が接着されていて、この温度素子は有利
な方法としてはつや消しの黒の塗装をされている。

この抵抗温度素子にはその抵抗値が定量されうるように
１対のリード線が接続されている。ここで知られている
べきことは、温度素子の抵抗値を計測することによって
ブロック３６の温度が定量されることである。したがっ
てこれにより、パイロ電気式センサが較正されつるため
の基準となる参照レベルが提供される。温度素子の抵抗
値を計測し、それに応じて、ブロック３６の温度を一定
に保つようにヒーター３８を制御することが、閉ループ
の制御デバイス（図示せず）を用いて行われうる。

ブロック１８の温度を、その幾らかの緩慢な経時変化は
凡そ避は得ないとしても、実質的に一定に保持するため
に、ブロック１８には水のような冷却媒体が通過して循
環しつるような冷却流路４２（完全には図示せず）が設
けられている。

ヘッド３２とシャフト２６はそれぞれ、より詳しくは第
５図に示すように駆動機構に結合されている。ヘッド３
２はラック４４と剛に結合されていて、このラックは駆
動ステッピングモーター４８によってピニオン４６を経
て駆動される。必要となったときにこのモーターが起動
され、その結果ラックが動き、ヘッド３２をして図で右
方への、個々のステップをもった割出し運動をなさしめ
る。

したがってヘッド３２は順次に各貫通孔２０の下方に来
てはその位置を占める。その後にはモーター４８がヘッ
ド３２を第５図に破線で示している引込みの位置へと戻
す。この位置でヘッド３２は貫通孔２０から外れている
。シャフト２６には、それを一定の速度で連続して回転
させるように、もう１つの電動モーター５２が直接に結
合されている。

運転中にはシート２は、経路４に沿って規則的で分差が
等しいステップをもって割出し運動をせしめられ・る。

相前後するステップの間の停止期間の間に、上側と下側
のヒーター８と１０の間にあるシートの割出し長さ分が
加熱され、上側と下側の成形ブロック１２と１４の間に
あるシートの割出し長さ分（この部分は前回の停止期間
の間に加熱されている）が、従来同様の熱間成形操作に
よってトレ一様の包装容器の形に成形され、その容器の
廻りで切離されるが、この操作において上側と下側の成
形ブロックは互に嵌合した後に分離される。このように
して作られた容器は放出され、図示していない包装ステ
ーションへと運搬される。

前進しての次のステップで、ヒーターアレイ８と１０の
間で加熱されたばかりのシートの割出し長さ分は温度セ
ンサアレイ１６の下を通過する。、それと同時に容器が
パンチされたシートの割出し長さ分での残りはテークア
ツプローラ６によって巻取られる。

シート２が温度センサアレイ１６の下方を通過している
とき、それと同期してシャフト２６が回転し、それによ
って貫通孔２０が父互に開となったり閉となったりする
。シャフト２６の回転速度は、シートが通過するときセ
ンサ２２が見透せる領域がシートの６割出し長さ分に複
数個あることとなるような速度である。得られた読みか
らは、その割出し長さ分における温度パターンがマトリ
ックスの形でマツプ比され、ヒーターアレイは、次に加
熱されるべき部分に対して実質上均一な加熱パターンが
得られるように、開ループあるいは閉ループの制御方式
によって制御される。

シート２の相前後した割出し運動の間での停止期間の間
に、モーター４８が起動され、前述したようにヘッド３
２を複数ある貫通孔２０の下方に沿って動かす。したが
ってこの間においては各パイロ電気式センサ２２は、シ
ート２の温度ではなくてブロック３６の温度を計測する
ことになる。

このような手段によってパイロ電気式センサの出力が周
期的に較正されつる（その較正については後述する）。

ここで知られているべきことは、この較正は各停止期間
の間必ず行われるべきものではなく、１０回あるいはそ
れ以上の停止期間のうちに１回行われればよいというこ
とである。較正ステップの目的は、例えば周囲温度とし
てのシャフト２Ｇの温度の経時変化に起因して温度セン
サアレイで徐々に起りつる経時的誤差分を補正すること
にある。

センサアレイ１６をより詳細に考えるときに知られてい
るべきことは、運転中に各パイロ電気式センサ２２はそ
れが対面させられた温度の変化に応じた出力を作り出す
ことである。したがってもしセンサが先ずシート２を見
透してからシャフト２６が回転してシャフト２６を見透
すこととなれば、センサはこれら２つの対象物の温度差
を表わすような出力信号を作り出すことになる。シャフ
ト２６の温度はブロック１８の温度とほぼ同じくなる。

第６図では、１つのパイロ電気式センサの出力電圧対時
間の特性を示す。図示のように、センサ２２が一旦正あ
るいは負の温度変化を経験すると、その出力電圧はセン
サ個有としてのある時間にわたってピーク値（Ｖｐｋ　
）　　まで上昇し、それから再びゼロまで低下する。出
力電圧がＶｐｋまで上昇する時間はかなりなものである
ので、もし繰返してＶｐｋを計測することに頼るとすれ
ば、センサ２２ごとにシートの各割出し長さ分に沿って
得られる温度計測の回数が極度に制限されることになる
。

しかし、当出顧者が知り得たこととして、Ｖｐｋ自体を
計測しなくても、セッサの出力信号の初期の上昇率ｄｖ
／ｄｔ　（第６図参照）から来るべきＶｐｋの十分な精
度での予測が得られる。したがって、センサの出力信号
を、それがＶｐｋに向けて上昇し始めるときに微分する
ことによって、温度を表わす信号が得られる。シャフト
２６の回転速度は、各センナがｃｌｒ／ｄｉを定量する
ためには十分に遅く、センサの出力信号がそのピークＶ
ｐｋに達してしまうよりはかなり前に各センサとシート
２の間を閉とするためには十分に速い。その閉となる時
点を第６図ではｔｃ　で示している。センサアレイ１６
を経てシート２の１つの割出し長さ分が通過する間にセ
ンサ２２からの出力信号を繰返し微分することによ゛つ
て、６個のセンサの各々からシート温度の６つの相異る
平均化された計測値が得られ、結局、各割出し長さ分に
ついて６×６個の温度マトリックスが作られる。

第８図は、シートの１つの割出し長さ分に、温度計測が
行われる３６個の長方形の領域２７をマークしたものを
示している。

晶は、典形的にありうるものとしてセンサ２〈の出力信
号から導出されて可視のディスプレイユニット７２の形
でのＴＶモニタ上に表示される対応する温度計測値のマ
トリックスを第８Ａ図に対応させて示している。

シート２の温反を定量し、それに応じてヒーターアレイ
８とｌＯを制御するために提供される回路について、以
下第７図を参照しつつよつ評細に説明する。問単にする
ため１こ第７図ではｉつのセンサ２２に接続された回路
だけを示すが、他の５つのセンサについても回路は同様
であると考えてよい。代わりの方法として、ただ１つの
回路を用（以下余白） い、センナからの６つの出力信号と、この回路で相前埃
して処理されるようｌこマルチプレクサにより時間分割
することもできる。

さて第７図において、センサ２２からの出力信号は、微
分回路６０と、さらにＰ波／整流回路６２を経てサンプ
ル・アンド・ホールド回路６４に供給される。センナの
出力信号の変化の初期での微分値ｄｖ／ｄｔを表わして
いるサンプル拳アンド・ホールド回路の出力がアナログ
・ディジタル変換器６６に供給され、次に、センサの非
線形の応答を補償するリニアライザ６８に送られる。リ
ニアライザ６８は、補正要素７０によってホールド／供
給された補正信号で表わされる補正ファクターをも計算
に入れる。周囲温度としてのシャフト２６あるいはブロ
ック】８の温度の経時変化を補正するここ信号は周期的
に、シート２が停止していてセンサが改正ヘッド３２の
温度をモニタリングしている期間に、アナログ・ディジ
タル変換器６６の出力によって逐次更新される。

シート２の温度を表わしているリニア２イザ６８の出力
信号は、シートの温度プロフィルつ５クラ７式および／
または数字式で表示されるディスプレイ７２に供給され
、それと共に／またはその代り、ライン７３を経て手動
あるいは自動で供給される参照レベルと比較されるとこ
ろの比１８！器７４に供給される。ディスプレイユニッ
ト７２は、望ましくは表示形態が第８Ｂ図のようである
ＴＶモニタであるか、あるいはそれを含むものとされる
。比較器７４の出力は、ヒーターアレイ８と１０からラ
イン７７を経てフィードバック信号を供給されている制
御器７６によって、ヒーターアレイ８とｉｏを制御する
ために用いられつる。

ヒーターアレイ８と１０の各々は８列（横方向）×１６
列（縦方向）に配列された１２８個の赤外線ヒーター要
素で構成されている。これらヒーターは運転者によって
設定される参照１Ｎ号に応じて閉ループ制御方式で個別
に制御される。しかし、代りの方法として、これらヒー
ターは、センサ２２の出力に応じて、例えばライン７７
を経てヒーターアレイからのフィードバック信号を供給
されっつ比較器７４の出力に応じて働く制御器７６によ
って、自動的に制御されつる。

このようにしてＴＶモニタは（それが設けられた場合）
、次々に来るシート２の各側出し長さ分に２つのヒータ
ーアレイ８と１０によって与えられた温度を示すマツプ
を提供する。このマツプ（あるいは他の目視ディスプレ
イ）を見ることによ゛つて運転者は、ヒーター要素の通
電にどんな調整が必要かを知ることができるので、その
調整をなすべく６本のライン７３上の参照信号を変える
ことができる。前述した代りの方法、すなわち行われた
温度計測の結果に応じてヒーターの通電が自動的に調整
される場合には、ＴＶモニタは監視用として設けられる
。

ＴＶ　モニタのディスプレイでの各部分に色が変わる下
地を設けることができる。このようにすれ　・ば特定の
状態を運転者に知らせるために特に有用である。例えば
、適正なシート温度帯域を表わすディスプレイの領域は
縁の下地、適正な温度帯域の上と下の許容される湛ｅ帯
域を表わす領域はそれぞれ赤と青の下地、赤と青の帯域
の上と下の許容できない温度帯域を表わす領域はそれぞ
れ白と紫の下地、とすることができる。

既に説明した構成の変形においては、シャフト２６にあ
る貫通孔２８が相互に角度位置をずらせて配列されてい
るので、センサ２２からの出力信号の時間のずれが起る
。この場合には、マルチプレクサなどを用いないただ１
つの回路で６つの出力信号のすべてを処理できる。

アナログ・ディジタル変換器６６の出力はディジタルの
形であるから、リニアライザ６８、補正要素７０、比較
器７４および制御器７６はいずれもマイクロプロセッサ
の形であってよく、望まれるならばそれらはミニ電算機
の中で一体に組合わせられる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシートが相互に区別される割出し長さをもって
通過するラインの略図式の側面図、第２図はモニタリン
グシステムのセンサアレイを１部分を切取って示す略図
式の見取図、第３図はモニクリンクシステムの較正ヘッ
ドの縦断面図、第４図は第３図の較正ヘッドの横断面図
、第５図は第２図のセンナアレイの側面図、第６図はセ
ンサアレイのパイロ電気式センサの出力／時間特性を示
す図、第７図はモニタリングシステムの回路要素のブロ
ック線図、第８Ａ、８Ｂ図は、それぞれ、プラスチック
シートの１つの割出し長さ分の平面図と、モニタリング
システムのディスプレイユニットとなっているＴＶモニ
タの、１つの割出し長さ分に関しての見え方を示す図で
ある。 Ｓ、１Ｏ：ヒーターアレイ １６：センサアレイ（全体）′・・ １８：ハウジング（ブロック） ２０：サイティングチューブ（貫通孔）２２：パイロ電
気式センサ ２６：シャッタ（シャフト） ２８：シャッタの貫通孔 ３２：４ｉ！２正ヘツド ４４．４６，４８：較正ヘッドの駆動機構５２：シャッ
タ駆動モータ ６０：微分回路 ６４：サンプル−アンド・ホールド回路６６：アナログ
・ディジクル変換器 ９０：ｗ４正要素 ７２：ディスプレイユニット ７６二制御器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パイロ電気式センサと、このセンサを交互に、温度
   計測すべき対象物とシャッタとに対して露出させるよう
   に可動なシャッタと、センサ出力信号の初期の変化率を
   表わし、したがって対象物の温度を表わす出力信号を作
   り出すために、センサ出力信号を微分する手段とを含む
   温度モニタリングシステム。 ２、所定の温度に加熱された較正ヘッドと、較正に用い
   られる偏差信号を作り出すために、センサを交互にこの
   較正ヘッドとシャッタとに対して周期的に露出させる手
   段を含む、特許請求の範囲第１項に記載の温度モニタリ
   ングシステム。 ３、間隔をおいて一直線上に並んだサイティングチュー
   ブを形成しているハウジングと、このハウジングの中に
   おいて各サイティングチューブに交錯するように配置さ
   れた細長い形の可動の部材を含んでおり、この可動の部
   材は、複数、すなわち前記サイティングチューブ１つに
   対して１つの開口を有し、これによりハウジングに対し
   て動くときに各サイティングチューブを開いたり閉じた
   りするシャッタとして働くものであり、各サイティング
   チューブは、このシャッタの一方の側ではパイロ電気式
   センサと結合され、他方の側は温度モニタリングの対象
   物に面するように配置されるものであり、なお以上のほ
   か、各センサを交互にシャッタとモニタリング対象物と
   に対して露出させるようにこのシャッタを動かす手段と
   、モニタリングされる対象物の温度を表わす出力信号を
   作り出すため、各センサからの出力を処理する回路手段
   を含んでいる、温度モニタリングシステム。 ４、所定の温度に加熱された較正ヘッドと、対応するセ
   ンサが、交互にシャッタと較正ヘッドとに対して露出さ
   せられて、シャッタの温度の前記所定の温度からの偏差
   を表わす信号を作り出せるように、較正ヘッドを周期的
   に各サイティングチューブの見透し線の位置に移動させ
   る手段とを含み、前記回路手段は、前記偏差が所定の値
   を超えたときそれに応じて結果的に出力信号を修正する
   ように、前記偏差を表わす信号に応じて働くものである
   、特許請求の範囲第３項に記載の温度モニタリングシス
   テム。 ５、前記回路手段が、各センサの出力を微分する微分回
   路と、微分された出力の初期のレベルをサンプリングし
   てそれに応じて前記出力信号を作り出す手段とを含んで
   いる、特許請求の範囲第３項あるいは第４項に記載の温
   度モニタリングシステム。 ６、前記出力信号をディジタルの形に変換するアナログ
   ・ディジタル変換器と、このディジタル信号が表わす温
   度を表示するディスプレイ・ユニットとを含んでいる、
   特許請求の範囲第５項に記載の温度モニタリングシステ
   ム。 ７、プラントを通過する経路に沿って相互に区別される
   割出し長さに割出しされるプラスチックシートメンバー
   のための加熱装置であって、個個に制御される複数のヒ
   ーター要素を有して、次々に到来するシートメンバーの
   割出し長さ分を加熱すべく配置されたヒーターアレイと
   、ヒーターアレイのすぐ下流側に位置した特許請求の範
   囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載の温度モニ
   タリングシステムと、シートメンバーの割出し運動の間
   において、次に到来するシートメンバーの割出し長さ分
   での加熱パターンが均一となるようにヒーターアレイを
   制御するべく、モニタリングシステムで作り出された出
   力信号に応じて働く制御手段とを包含する、加熱装置。