제4장 Heat seal 조작의 기본 - 2(용착면 온도 측정법)

[YDfamily]

4.2 용착면 온도 측정법: MTMS(Measuring Method for Temperature of Melting Surface)

여기서는 필자가 개발한 용착면에 미세 열전대를 삽입하여 real time으로 용착면 온도의 응답을 측정, 해석 가능한 용착면 온도 측정법: MTMS를 소개한다.

본서에서 소개하는 용착면 온도 등의 측정 데이터는 이 측정 시스템을 사용하고 있다.

4.2.1 용착면 온도 측정 시스템이란?

Heat zone 방식에서는 가열체의 온도 조절치를 HS의 운전 지표로 하고 있다.

용착면 온도 측정법은 생산 설비에 용착면 온도 센서를 직접 설치하는 것이 아니고, 가열체의 표면 온도와 접착면의 용착면 온도에 착안하여 lab에서 취득한 데이터를 생산 설비에 반영하는 범용화 수법이다.

용착면 온도 측정법의 기본과 종래법의 다름을 heat zone 방식으로 비교한 모델을 도4.1에 나타내었다. 특징은 가열체의 표면과 피가열재의 미세한 용착면의 온도계측을 행하는데 있다. Heat zone 방식에 적용한 용착면 온도 측정법의 모델을 도4.2(a)에 나타내었다. 도4.2(a)의 기구 모델의 가열계와 피가열계(재료)의 열류계를 종합하여 전기 회로에 시뮬레이션 한 것을 도4.2(b)에 나타내었다. 가열체의 히터로부터 나온 열류는 온도 조절계와 피가열재의 접착면에 도달하는 사이에 주변의 온도의 영향을 받는 다수의 전열요소(전열저항과 열용량)가 있고, 종래의 온도 조절치의 조절에서는 용착면 온도를 일정하게 할 수 없는 이유를 알고 있다. 가열체의 방열이나 가열체를 지원하는 구조체로의 전열류(외란, 外亂 외부로부터 가해지는 방해)는 표면 온도에 직접 반영된다. 조절 온도는 아니고, 표면온도를 기준으로 용착면 온도를 다룬다면 외란의 영향은 소거 가능하다.

(a) 종래법                                      (b) 용착면 온도 측정법 도4.1 HS의 용착면 온도 측정법과 종래법의 비교

(a) HS의 방법(zone 방식)

(b) Heat zone 방식의 가열계의 상이 회로(방식의 도시) 도4.2 Heat zone 방식의 가열 열류 해석

방열이나 전열의 외란에 의한 표면온도의 수정에는 표면온도를 모니터하여 온도 조절계의 설정치를 변경하면 소정의 온도로 조절하는 것이 가능하다. 검출한 표면 온도를 직접 온도 조절계에 연결하는 것도 가능한데, 발열원과 표면온도의 사이에는 시간의 긴 지연 요소와 방열 요소가 있기 때문에 헌팅을 일으켜 정밀한 온도 조절이 불가능한 것과 늦는 것 때문에 히터가 과열하여 파손해 버린다.

생산장치의 가열체의 표면온도의 자동조절에는 도9.7에 나타낸 표면온도 조절 시스템을 장착하여 개선 가능하다.

Cover재와 피가열재와의 접촉의 영향이 전열에 관계되는데, 접촉의 변동은 0.1~0.2MPa의 압착압을 적용하면 재료에 관계없이 전열 저항은 일정하게 되는 정의로서 취급된다([6.3] 참조).

Cover재에는 테프론 시트나 유리 섬유에 테프론을 함침한 시트가 주로 사용되기 때문에 일원적인 시뮬레이션은 불가능한데, lab의 계측 때에는 시뮬레이션 하는 제조 장치로 사용하고 있는 동일 cover재를 시험기에 장착하면 계측 데이터에 cover재의 영향을 직접 반영할 수 있다.

4.2.2 용착면 온도 측정에 필요한 기본 기능

HS의 용착면 온도의 측정에 요구되는 온도 정밀도와 재료의 열전도 속도에 대응하는 데에는 다음의 조건이 요구된다.

(1) 10~50㎛의 미세 부분의 온도 측정

(2) 센서의 삽입에 의한 열전도계의 열전도의 지연과 교란의 발생의 극소화

(3) 고감도 온도 검출: (≒ 0.1℃)

(4) 고속 측정         : (≒ 10ms 이하)