【ROPEX連載 第3回】インパルスシールの温度はどう測る？電流・電圧・抵抗変化からシールバンド温度を制御する仕組み

1. 設定温度とシールバンド温度は同じとは限らない

PLCや温度コントローラに180℃と入力しても、すべてのシールサイクルでヒートシールバンドが同じように180℃へ到達するとは限りません。

実際の温度挙動は、ヒートシールバンドの材質・寸法、インパルストランス、配線、電源、シールバーの熱容量、フィルムに奪われる熱量、冷却条件、連続運転による蓄熱など、複数の条件から影響を受けます。

同じ設定温度でも、設定値への到達時間、加熱中の安定性、冷却へ移るタイミングが異なれば、シール強度や外観に差が生じる可能性があります。

そのため、ヒートシール工程では「設定値が何℃か」だけでなく、シール動作中に温度がどのように立ち上がり、設定値付近でどのように推移したかを確認することが重要です。

2. 温度コントローラが測定するもの

温度コントローラが継続的に測定する主な情報は、ヒートシールバンドに流れる電流Iと、ヒートシールバンドにかかる電圧Vです。

電圧と電流が分かれば、オームの法則から抵抗値Rを求めることができます。

温度コントローラは、この抵抗値が基準状態からどのように変化したかを確認し、ヒートシールバンドの温度へ換算します。そして、設定温度との差に応じて出力を調整します。

3. 抵抗変化から温度を求める仕組み

金属は、温度が変化すると電気抵抗も変化します。温度変化に対して抵抗値がどの程度変化するかを示す考え方が、TCR（Temperature Coefficient of Resistance：抵抗温度係数）です。

TCR（抵抗温度係数）とは

TCR（Temperature Coefficient of Resistance：抵抗温度係数）とは、導体の温度が1℃変化したときに、電気抵抗がどの程度変化するかを示す値です。一般的には「ppm/K」または「%/K」で表されます。

ヒートシールバンドを加熱すると、バンド温度の変化に伴って抵抗値も変化します。温度コントローラは、その変化を利用してヒートシールバンドの温度を算出します。

ただし、バンド材質によってTCR特性は異なります。正確な温度制御には、使用するヒートシールバンドとコントローラの設定が適合していることが前提です。

4. 「センサレス温度制御」の意味

ROPEXの温度制御は、「センサレス温度制御」と説明されることがあります。

ここでいうセンサレスとは、温度を測定せずに推測で制御するという意味ではありません。熱電対や測温抵抗体をヒートシールバンドへ直接取り付ける代わりに、電流・電圧・抵抗変化という電気的な測定値から、バンド温度を算出する方式です。

5. TCRとAUTOCALが重要な理由

TCR：バンド材質の特性を温度換算へ反映する

同じ温度変化でも、抵抗値の変化量はヒートシールバンドの材質によって異なります。そのため、使用するバンド材質に適合した設定が必要です。
初期配線、セッティング時には温度コントローラに適用するシーリングバンドの材質で定められるTCR値[ppm/℃]を入力し教え込む必要があります。

AUTOCAL：温度算出の基準を整える

AUTOCALは、ヒートシールバンドの基準状態をコントローラへ認識させるための校正機能です。正確な温度制御には、使用機種とシステム構成に応じた適切な設定・校正が必要です。

具体的なTCR設定値、AUTOCALの実施条件、バンド交換後の作業手順は、機種・ファームウェア・システム構成によって異なります。対象機種の取扱説明書に従うか、弊社へお問い合わせください。

6. 毎秒50回／60回の測定と温度監視

ROPEX温度コントローラは、ヒートシールバンドの電流と電圧を継続的に測定します。測定サイクルは電源周波数に対応し、50Hzでは毎秒50回、60Hzでは毎秒60回実行されます。

インパルスシールでは、加熱時間が1秒未満から数秒程度になる場合があります。その短い工程の中で、温度の立ち上がり、設定温度への到達、温度逸脱などを捉え、設定温度へ追従するように出力を制御します。

対応する機種とROPEXvisual（PCで実際のシーリング温度を確認できる専用ソフト）を組み合わせることで、設定値・構成データの表示、目標温度と算出温度のリアルタイム表示、データ保存、イベントログの読み出しなどに活用できます。

7. 温度挙動から確認できること

シール不良が発生した場合、設定温度だけでは原因を判断できません。温度が設定値へ到達しているか、安定しているか、サイクルごとに再現されているかを確認することで、調査すべき領域を整理しやすくなります。

8. コントローラ単体ではなくシステムで考える

ROPEXの温度制御性能は、温度コントローラだけで決まるものではありません。

ROPEXシステムは、温度コントローラ、インパルストランス、電流測定部、ヒートシールバンド、シールバー、受け側、絶縁材、冷却機構、制御信号などを組み合わせるシーリングシステムです。

シール長、シール幅、フィルム構成、目標温度、加熱時間、冷却時間、必要タクト、片側・両側加熱、通信方式などに応じて、各構成品を選定する必要があります。

• 包材の材質構成・厚み
• シール長・シール幅・シール形状
• 目標温度・加熱時間・冷却時間
• 現在および目標サイクルタイム
• 電源・PLC・通信方式
• シールバー・加圧・冷却構造

製品単体の比較だけでなく、実際のフィルムと装置条件に合わせてシステムを検討することが、安定したシール品質への近道です。

9. よくある質問

Q1. ヒートシールバンドに熱電対を取り付ける必要がありますか？

ROPEX温度コントローラによるバンド温度制御のために、熱電対をヒートシールバンドへ直接取り付ける必要はありません。電流・電圧と抵抗変化から、ヒートシールバンド温度を算出します。

Q2. フィルムの溶着界面温度を直接測定していますか？

直接測定しているのはフィルム界面温度ではありません。ヒートシールバンドの抵抗変化を測定し、バンド温度へ換算しています。フィルムへの熱の伝わり方は、包材構成、圧力、時間、シールバー構造などの影響を受けます。

Q3. バンド交換後の設定方法は同じですか？

機種、バンド材質、システム構成によって確認事項が異なります。TCR設定やAUTOCALを含め、対象機種の取扱説明書に従ってください。

Q4. 既存包装機への組み込みは可能ですか？

既存設備への組み込みも検討できます。ただし、既存ヒーターへコントローラだけを追加できるとは限りません。バンド、トランス、測定回路、配線、シールバー、電源、PLCなどを含めた適合性確認が必要です。

まとめ：センサレスとは、電気的な測定に基づく温度制御

「設定温度は同じなのにシール品質が安定しない」「フィルム変更後の条件出しに時間がかかる」「既存設備の温度管理を見直したい」といった課題がある場合には、設定値だけでなく、シールバンド温度の挙動とシステム構成を確認することが重要です。

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