特許 7559632 プリフォーム加熱装置及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】プリフォーム加熱装置及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 49/78 20060101AFI20240925BHJP

   B29C 49/64 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

B29C49/78

B29C49/64

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021039422

(22)【出願日】2021-03-11

(65)【公開番号】P2022139161

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2024-01-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100189555

【弁理士】

【氏名又は名称】徳山 英浩

(74)【代理人】

【識別番号】100091524

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 充夫

(72)【発明者】

【氏名】山田 隆章

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５３３１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３４８１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２５１６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５２１９８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ４９／７８

Ｂ２９Ｃ ４９／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱可塑性容器のプリフォームを加熱するプリフォーム加熱装置の制御方法であって、
前記プリフォーム加熱装置は、前記プリフォームを収容して所定の炉温度で加熱する少なくとも１つの炉を備え、
前記制御方法は、
前記炉温度と前記プリフォームの外面温度との関係を示す第１の温度モデルを取得するステップと、
前記プリフォームの外面温度と前記プリフォームの内面温度との関係を示す第２の温度モデルを取得するステップと、
前記第１の温度モデルに基づいて、前記プリフォームの外面温度の時間的変化を示す第１の温度関数を計算するステップと、
前記第２の温度モデルに基づいて、前記プリフォームの内面温度の時間的変化を示す第２の温度関数を計算するステップと、
前記第１及び第２の温度関数に基づいて、前記プリフォームの内面温度と予め決められた内面温度目標値との誤差を予め決められたしきい値よりも低減するように前記炉温度の設定値を計算するステップと、
前記計算された炉温度の設定値を前記炉に設定するステップとを含む、
プリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項2】

前記第２の温度モデルは、前記プリフォームの外面温度から前記プリフォームの内面温度への伝達関数により表される、
請求項１記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項3】

前記第２の温度モデルは、ラプラス変換された関数の領域における、利得及び時定数のパラメータを含む１次遅れ形式又は２次遅れ形式の伝達関数により表される、
請求項２記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項4】

前記第２の温度モデルを取得するステップは、
前記プリフォームの外面温度の時間的変化を示す第１の時系列データを取得するステップと、
前記プリフォームの内面温度の時間的変化を示す第２の時系列データを取得するステップと、
前記第１及び第２の時系列データに基づいて前記第２の温度モデルの伝達関数を計算するステップとを含む、
請求項３記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項5】

前記第１の時系列データを取得するステップは、前記プリフォームの外面をステップ状の温度プロファイルで加熱するとき、前記プリフォームの外面に設けられた第１の温度センサから前記プリフォームの外面温度を取得するステップを含み、
前記第２の時系列データを取得するステップは、前記プリフォームの外面を前記ステップ状の温度プロファイルで加熱するとき、前記プリフォームの内面に設けられた第２の温度センサから前記プリフォームの内面温度を取得するステップを含む、
請求項４記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項6】

前記第１の温度モデルは、前記炉温度から前記プリフォームの外面温度への伝達関数により表される、
請求項１～５のうちの１つに記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項7】

前記第１の温度モデルは、ラプラス変換された関数の領域における、利得及び時定数のパラメータを含む１次遅れ形式又は２次遅れ形式の伝達関数により表される、
請求項６記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項8】

前記第１の温度モデルを取得するステップは、
前記炉温度の時間的変化を示す第３の時系列データを取得するステップと、
前記プリフォームの外面温度の時間的変化を示す第４の時系列データを取得するステップと、
前記第３及び第４の時系列データに基づいて前記第１の温度モデルの伝達関数を計算するステップとを含む、
請求項７記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項9】

前記炉温度の設定値を計算するステップは、前記プリフォームの内面温度と前記内面温度目標値との誤差を低減するように、前記炉温度の設定値を反復的に変化させるステップを含む、
請求項１～８のうちの１つに記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項10】

前記炉温度の設定値を計算するステップは、前記第１及び第２の温度関数に基づいて、前記プリフォームの内面温度と前記内面温度目標値との誤差を前記しきい値よりも低減するように、かつ、前記プリフォームの外面温度と予め決められた外面温度目標値との誤差を前記しきい値よりも低減するように、前記炉温度の設定値を計算するステップを含む、
請求項１～９のうちの１つに記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項11】

前記炉温度の設定値を計算するステップは、前記プリフォームの内面温度と前記内面温度目標値との誤差を低減するように、かつ、前記プリフォームの外面温度と前記外面温度目標値との誤差を低減するように、前記炉温度の設定値を反復的に変化させるステップを含む、
請求項１０記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項12】

前記内面温度目標値は前記外面温度目標値と同じ値に設定される、
請求項１０又は１１記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項13】

前記内面温度目標値は、前記外面温度目標値に対して所定の温度差を有する値に設定される、
請求項１０又は１１記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項14】

前記プリフォーム加熱装置は、前記プリフォームが逐次に通過するように互いに隣接して配置された複数の炉を備え、
前記複数の炉のそれぞれについて、前記炉温度の設定値は時間的に一定である、
請求項１～１３のうちの１つに記載のプリフォーム加熱装置の制御方法。

【請求項15】

熱可塑性容器のプリフォームを加熱するプリフォーム加熱装置であって、前記プリフォーム加熱装置は、
前記プリフォームを収容して所定の炉温度で加熱する少なくとも１つの炉と、
前記炉温度の設定値を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記炉温度と前記プリフォームの外面温度との関係を示す第１の温度モデルを取得し、
前記プリフォームの外面温度と前記プリフォームの内面温度との関係を示す第２の温度モデルを取得し、
前記第１の温度モデルに基づいて、前記プリフォームの外面温度の時間的変化を示す第１の温度関数を計算し、
前記第２の温度モデルに基づいて、前記プリフォームの内面温度の時間的変化を示す第２の温度関数を計算し、
前記第１及び第２の温度関数に基づいて、前記プリフォームの内面温度と予め決められた内面温度目標値との誤差を低減するように前記炉温度の設定値を計算し、
前記計算された炉温度の設定値を前記炉に設定するように構成された、
プリフォーム加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱可塑性容器のプリフォームを加熱するプリフォーム加熱装置に関し、また、そのようなプリフォーム加熱装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）ボトルなどの熱可塑性容器は、まず、プリフォームと呼ばれる試験管のような形状を有する小型の容器を射出成形し、次いで、プリフォームを加熱し、加熱されたプリフォームの内部に空気を吹き込んで膨張させること（ブロー成形）により製造される。例えば、特許文献１は、ＰＥＴ樹脂製のプリフォームを２軸延伸ブロー成形する際に用いるプリフォームの加熱方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５６９２６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

プリフォームを製造する際、加熱されたプリフォームの外面及び内面の間に大きな温度差が存在すると、容器の厚さ及び強度のばらつき等の不良が発生する。このため、プリフォームの外面及び内面の温度差を所望の範囲内に抑えるように、好ましくは、内面温度を外面温度に一致させるようにプリフォームを加熱することが求められる。

【0005】

しかしながら、プリフォームの加熱装置はプリフォームの外面を加熱し、プリフォームの内面は直接には加熱されないので、プリフォームの内面において所望の温度を達成することは困難である。

【0006】

また、プリフォームは、一般に、加熱装置の内部を回転しながら搬送されるので、プリフォームの内面温度を測定するために、有線接続された接触式の温度センサを使用することは困難である。赤外線温度センサなど、非接触式の温度センサを使用しても、プリフォームの外面温度を測定することはできるが、プリフォームの内面温度を測定することはできない。

【0007】

このように、プリフォームの内面を直接に加熱できないので、最終的な成形品の品質を見ながら加熱装置の温度を試行錯誤的に調整しなければならず、温度調整に多大な工数がかかる。また、プリフォームの内面温度が不明であるので、加熱装置の温度を最適に調整することができず、小さな環境変化等に起因して不良品が発生するおそれがある。従って、温度調整に大きな手間をかけることなく、プリフォームの内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォームを加熱することができるプリフォーム加熱装置の制御方法が求められる。

【0008】

本開示の目的は、温度調整に大きな手間をかけることなく、プリフォームの内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォームを加熱することができるプリフォーム加熱装置の制御方法を提供することにある。本開示の目的はまた、そのようなプリフォーム加熱装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
熱可塑性容器のプリフォームを加熱するプリフォーム加熱装置の制御方法であって、
前記プリフォーム加熱装置は、前記プリフォームを収容して所定の炉温度で加熱する少なくとも１つの炉を備え、
前記制御方法は、
前記炉温度と前記プリフォームの外面温度との関係を示す第１の温度モデルを取得するステップと、
前記プリフォームの外面温度と前記プリフォームの内面温度との関係を示す第２の温度モデルを取得するステップと、
前記第１の温度モデルに基づいて、前記プリフォームの外面温度の時間的変化を示す第１の温度関数を計算するステップと、
前記第２の温度モデルに基づいて、前記プリフォームの内面温度の時間的変化を示す第２の温度関数を計算するステップと、
前記第１及び第２の温度関数に基づいて、前記プリフォームの内面温度と予め決められた内面温度目標値との誤差を予め決められたしきい値よりも低減するように前記炉温度の設定値を計算するステップと、
前記計算された炉温度の設定値を前記炉に設定するステップとを含む。

【0010】

これにより、温度調整に大きな手間をかけることなく、プリフォームの内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォームを加熱することができる。

【0011】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記第２の温度モデルは、前記プリフォームの外面温度から前記プリフォームの内面温度への伝達関数により表される。

【0012】

これにより、プリフォームの内面温度を考慮して炉温度の設定値を計算することができる。

【0013】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記第２の温度モデルは、ラプラス変換された関数の領域における、利得及び時定数のパラメータを含む１次遅れ形式又は２次遅れ形式の伝達関数により表される。

【0014】

これにより、プリフォームの内面温度を含む温度モデルを適切に表現することができる。

【0015】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記第２の温度モデルを取得するステップは、
前記プリフォームの外面温度の時間的変化を示す第１の時系列データを取得するステップと、
前記プリフォームの内面温度の時間的変化を示す第２の時系列データを取得するステップと、
前記第１及び第２の時系列データに基づいて前記第２の温度モデルの伝達関数を計算するステップとを含む。

【0016】

これにより、プリフォームの内面温度を含む温度モデルを適切に計算することができる。

【0017】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記第１の時系列データを取得するステップは、前記プリフォームの外面をステップ状の温度プロファイルで加熱するとき、前記プリフォームの外面に設けられた第１の温度センサから前記プリフォームの外面温度を取得するステップを含み、
前記第２の時系列データを取得するステップは、前記プリフォームの外面を前記ステップ状の温度プロファイルで加熱するとき、前記プリフォームの内面に設けられた第２の温度センサから前記プリフォームの内面温度を取得するステップを含む。

【0018】

これにより、プリフォームの内面温度を含む温度モデルを適切に計算することができる。

【0019】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記第１の温度モデルは、前記炉温度から前記プリフォームの外面温度への伝達関数により表される。

【0020】

これにより、炉の内部の温度を考慮して炉温度の設定値を計算することができる。

【0021】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記第１の温度モデルは、ラプラス変換された関数の領域における、利得及び時定数のパラメータを含む１次遅れ形式又は２次遅れ形式の伝達関数により表される。

【0022】

これにより、炉の内部の温度を含む温度モデルを適切に表現することができる。

【0023】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記第１の温度モデルを取得するステップは、
前記炉温度の時間的変化を示す第３の時系列データを取得するステップと、
前記プリフォームの外面温度の時間的変化を示す第４の時系列データを取得するステップと、
前記第３及び第４の時系列データに基づいて前記第１の温度モデルの伝達関数を計算するステップとを含む。

【0024】

これにより、炉の内部の温度を含む温度モデルを適切に計算することができる。

【0025】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記炉温度の設定値を計算するステップは、前記プリフォームの内面温度と前記内面温度目標値との誤差を低減するように、前記炉温度の設定値を反復的に変化させるステップを含む。

【0026】

これにより、炉温度の設定値を適切に計算することができる。

【0027】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記炉温度の設定値を計算するステップは、前記第１及び第２の温度関数に基づいて、前記プリフォームの内面温度と前記内面温度目標値との誤差を前記しきい値よりも低減するように、かつ、前記プリフォームの外面温度と予め決められた外面温度目標値との誤差を前記しきい値よりも低減するように、前記炉温度の設定値を計算するステップを含む。

【0028】

これにより、温度調整に大きな手間をかけることなく、プリフォームの外面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォームを加熱することができる。

【0029】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記炉温度の設定値を計算するステップは、前記プリフォームの内面温度と前記内面温度目標値との誤差を低減するように、かつ、前記プリフォームの外面温度と前記外面温度目標値との誤差を低減するように、前記炉温度の設定値を反復的に変化させるステップを含む。

【0030】

これにより、炉温度の設定値を適切に計算することができる。

【0031】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記内面温度目標値は前記外面温度目標値と同じ値に設定される。

【0032】

これにより、プリフォームの外面温度及び内面温度の差を低減することができる。

【0033】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記内面温度目標値は、前記外面温度目標値に対して所定の温度差を有する値に設定される。

【0034】

これにより、プリフォームの外面温度及び内面温度が互いに異なる場合であっても、プリフォームの外面温度及び内面温度をそれらの所望の目標値に近づけるようにプリフォームを加熱することができる。

【0035】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
前記プリフォーム加熱装置は、前記プリフォームが逐次に通過するように互いに隣接して配置された複数の炉を備え、
前記複数の炉のそれぞれについて、前記炉温度の設定値は時間的に一定である。

【0036】

これにより、複数の炉を含む連続炉を用いてプリフォームを加熱することができる。

【0037】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、
熱可塑性容器のプリフォームを加熱するプリフォーム加熱装置であって、前記プリフォーム加熱装置は、
前記プリフォームを収容して所定の炉温度で加熱する少なくとも１つの炉と、
前記炉温度の設定値を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記炉温度と前記プリフォームの外面温度との関係を示す第１の温度モデルを取得し、
前記プリフォームの外面温度と前記プリフォームの内面温度との関係を示す第２の温度モデルを取得し、
前記第１の温度モデルに基づいて、前記プリフォームの外面温度の時間的変化を示す第１の温度関数を計算し、
前記第２の温度モデルに基づいて、前記プリフォームの内面温度の時間的変化を示す第２の温度関数を計算し、
前記第１及び第２の温度関数に基づいて、前記プリフォームの内面温度と予め決められた内面温度目標値との誤差を低減するように前記炉温度の設定値を計算し、
前記計算された炉温度の設定値を前記炉に設定するように構成される。

【0038】

これにより、温度調整に大きな手間をかけることなく、プリフォームの内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォームを加熱することができる。

【発明の効果】

【0039】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、温度調整に大きな手間をかけることなく、プリフォームの内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォームを加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】第１の実施形態に係るプリフォーム加熱装置１００の構成を示すブロック図である。

【図2】図１のプリフォーム１０の構成を示す斜視図である。

【図3】図１のプリフォーム加熱装置１００によって加熱されたプリフォーム１０をブロー成形により処理してボトル１１を製造する工程を説明する図である。

【図4】図１の炉２の構成を示すブロック図である。

【図5】図１の制御装置１によって実行される設定値計算処理を示すフローチャートである。

【図6】図１のプリフォーム加熱装置１００において炉２の温度モデルを取得する構成を示すブロック図である。

【図7】図６の測定装置４１によって取得される炉２の温度モデルの一例を示すグラフである。

【図8】図１のプリフォーム１０の温度モデルを取得する構成を示す概略図である。

【図9】図８の測定装置５１によって取得されるプリフォーム１０の温度モデルの一例を示すグラフである。

【図10】図５のステップＳ５において設定された炉温度の設定値の初期値を用いたときの、プリフォーム１０の外面温度及び内面温度の一例を示すグラフである。

【図11】図５のステップＳ９において設定された炉温度の設定値を用いたときの、プリフォーム１０の外面温度及び内面温度の一例を示すグラフである。

【図12】第２の実施形態に係るプリフォーム加熱装置１１０の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、本開示の一側面に係る実施形態を、図面に基づいて説明する。各図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。

【0042】

［適用例］
図１は、第１の実施形態に係るプリフォーム加熱装置１００の構成を示すブロック図である。プリフォーム加熱装置１００は、ＰＥＴボトルなどの熱可塑性容器のプリフォーム１０を加熱する。プリフォーム加熱装置１００は、少なくとも、プリフォーム１０を収容して所定の炉温度で加熱する少なくとも１つの炉２－１～２－３と、炉温度の設定値を制御する制御装置１とを備える。

【0043】

図１の例では、プリフォーム加熱装置１００は、プリフォーム１０が逐次に通過するように互いに隣接して配置された複数の炉２－１～２－３を備える。プリフォーム１０は、炉２－１、２－２、及び２－３の順に通過するように、ベルトコンベア３により搬送される。

【0044】

本明細書では、炉２－２～２－３をまとめて「炉２」とも呼ぶ。

【0045】

図２は、図１のプリフォーム１０の構成を示す斜視図である。プリフォーム１０は、試験管のような形状を有するように射出成形される。プリフォーム１０は、外面１０ａ及び内面１０ｂを有する。前述したように、プリフォーム１０を製造する際、加熱されたプリフォーム１０の外面１０ａ及び内面１０ｂの間に大きな温度差が存在すると、容器の厚さ及び強度のばらつき等の不良が発生する。このため、プリフォーム１０の外面１０ａ及び内面１０ｂの温度差を所望の範囲内に抑えるように、好ましくは、内面温度を外面温度に一致させるようにプリフォーム１０を加熱することが求められる。以下、温度調整に大きな手間をかけることなく、プリフォーム１０の内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォーム１０を加熱するためのプリフォーム加熱装置１００の制御方法について説明する。

【0046】

制御装置１は、炉２の温度モデル、すなわち、炉温度とプリフォーム１０の外面温度との関係を示す第１の温度モデルＦ１（ｓ）を取得する。制御装置１はさらに、プリフォーム１０の温度モデル、すなわち、プリフォーム１０の外面温度とプリフォーム１０の内面温度との関係を示す第２の温度モデルＦ２（ｓ）を取得する。制御装置１はさらに、第１の温度モデルＦ１（ｓ）に基づいて、プリフォーム１０の外面温度の時間的変化を示す第１の温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）を計算する。制御装置１はさらに、第２の温度モデルＦ２（ｓ）に基づいて、プリフォーム１０の内面温度の時間的変化を示す第２の温度関数Ｔｉｎ（ｔ）を計算する。制御装置１はさらに、第１の温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）及び第２の温度関数Ｔｉｎ（ｔ）に基づいて、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と予め決められた内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を予め決められたしきい値Δｆｅよりも低減するように炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を計算する。制御装置１はさらに、計算された炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を炉２に設定する。

【0047】

図１のプリフォーム加熱装置１００によれば、プリフォーム１０の外面温度と内面温度との関係を示す温度モデルＦ２（ｓ）を用いることにより、例えば各炉２の温度及び／又はベルトコンベア３の速度を試行錯誤により調整することを必要とすることなく、また、加熱時にプリフォーム１０の内面温度を測定することなく、プリフォーム１０の内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォーム１０を加熱することができる。従って、図１のプリフォーム加熱装置１００によれば、温度調整に大きな手間をかけることなく、プリフォーム１０の内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォーム１０を加熱することができる。

【0048】

図３は、図１のプリフォーム加熱装置１００によって加熱されたプリフォーム１０をブロー成形により処理してボトル１１を製造する工程を説明する図である。プリフォーム加熱装置１００によって加熱されたプリフォーム１０は、図３（ａ）に示すように、ボトル１１のための金型３１に挿入される。図３（ａ）～図３（ｃ）は金型３１の破断図を示す。プリフォーム１０の内部には、高圧空気源に接続された管路３２が挿入される。図３（ｂ）に示すように、管路３２を介してプリフォーム１０の内部に空気を吹き込むことによりプリフォーム１０は膨張する。最終的に、図３（ｃ）に示すように、プリフォーム１０はボトル１１の形状に成形される。その後、図３（ｄ）に示すように、成形されたボトル１１は金型３１から取り出される。プリフォーム加熱装置１００によってプリフォーム１０を予め加熱することにより、厚さ及び強度のばらつき等の不良を発生することなく、高品質のボトル１１を製造することができる。

【0049】

［第１の実施形態］
以下、図面を参照して、第１の実施形態に係るプリフォーム加熱装置１００についてさらに説明する。

【0050】

［第１の実施形態の構成例］
図１をさらに参照すると、炉２－１～２－３は、温度調節器２１－１～２１－３、ヒーター２２－１～２２－３、及び温度センサ２３－１～２３－３をそれぞれ備える。

【0051】

本明細書では、温度調節器２１－１～２１－３をまとめて「温度調節器２１」とも呼ぶ。また、本明細書では、ヒーター２２－１～２２－３をまとめて「ヒーター２２」とも呼ぶ。また、本明細書では、温度センサ２３－１～２３－３をまとめて「温度センサ２３」とも呼ぶ。

【0052】

図４は、図１の炉２の構成を示すブロック図である。図１の炉２－１～２－３のいずれも、図４の炉２と同様に構成される。温度調節器２１には、制御装置１から炉温度の設定値が入力される。温度調節器２１は、炉温度の設定値に従ってヒーター２２を動作させる。ヒーター２２は、例えば赤外線ヒーターである。温度センサ２３は、実際の炉温度、例えば、炉２の内部の温度であって、プリフォーム１０が通過する位置の近傍の温度を測定して温度調節器２１に通知する。従って、温度調節器２１は、炉２の内部の温度を設定値に近づけるように、ヒーター２２をフィードバック制御する。

【0053】

プリフォーム１０は、長手方向の軸の周りに回転しながらベルトコンベア３により搬送されてもよい。また、各炉２において、ヒーター２２は、プリフォーム１０を包囲するように配置されてもよい。これにより、プリフォーム１０の全体を実質的に一様に加熱することができる。

【0054】

図１をさらに参照すると、プリフォーム加熱装置１００はさらに、ベルトコンベア３、駆動装置４、温度センサ５、入力装置６、及び表示装置７を備えてもよい。

【0055】

駆動装置４は、制御装置１の制御下で、ベルトコンベア３を所定の速度で駆動する。ベルトコンベア３に沿った各炉２の長さをベルトコンベア３の速度で除算することにより、各炉２によるプリフォーム１０の加熱時間がわかる。

【0056】

温度センサ５は、炉２の外部の温度、例えば、プリフォーム加熱装置１００の近傍の気温を測定して制御装置１に通知する。気温は、加熱前のプリフォーム１０の温度に等しい。

【0057】

入力装置６は、プリフォーム加熱装置１００の状態を設定するユーザ入力を受けて制御装置１に入力する。入力装置６は、キーボード及びポインティングデバイスを含んでもよい。

【0058】

表示装置７は、プリフォーム加熱装置１００の状態を示すデータを制御装置１から受けて表示する。

【0059】

制御装置１は、プリフォーム加熱装置１００の全体の動作を制御する。特に、制御装置１は、図５を参照して後述する設定値計算処理を実行し、プリフォーム１０を加熱するための炉温度の設定値を計算して各炉２に設定する。このため、制御装置１は、図６を参照して後述する測定装置４１から、炉温度とプリフォーム１０の外面温度との関係を示す温度モデルＦ１（ｓ）を取得する。また、制御装置１は、図８を参照して後述する測定装置５１から、プリフォーム１０の外面温度と内面温度との関係を示す温度モデルＦ２（ｓ）を取得する。制御装置１は、測定装置４１，５１から温度モデルＦ１（ｓ），Ｆ２（ｓ）を取得するために、有線又は無線ＬＡＮ（Local Area Network）のような通信インターフェースを含んでもよく、また、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）のような他のインターフェースを備えてもよい。

【0060】

制御装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備え、情報処理に応じてプリフォーム加熱装置１００の各構成要素を制御する。制御装置１は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の補助記憶装置をさらに備え、制御装置１によって実行されるプログラム、制御装置１によって取得されたデータ等を記憶する。

【0061】

［第１の実施形態の動作例］
プリフォーム加熱装置１００は、炉２の温度の測定値に基づいて予め生成された炉２の温度モデルＦ１（ｓ）を取得し、また、プリフォーム１０の温度の測定値に基づいて予め生成されたプリフォーム１０の温度モデルＦ２（ｓ）を取得する。次いで、プリフォーム加熱装置１００は、炉２の温度モデルＦ１（ｓ）及びプリフォーム１０の温度モデルＦ２（ｓ）に基づくシミュレーションを行って、プリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）を計算し、外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）をそれらの目標値Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ），Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）にそれぞれ近づけるように炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を計算する。プリフォーム加熱装置１００は、計算された炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を炉２に設定することにより、プリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）をそれらの目標値Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ），Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）にそれぞれに近づけるようにプリフォーム１０を加熱することができる。

【0062】

図５は、図１の制御装置１によって実行される設定値計算処理を示すフローチャートである。

【0063】

ステップＳ１において、制御装置１は、図６及び図７を参照して後述するように、炉２の温度モデル、すなわち、炉温度とプリフォーム１０の外面温度との関係を示す温度モデルＦ１（ｓ）を取得する。

【0064】

ステップＳ２において、制御装置１は、図８及び図９を参照して後述するように、プリフォーム１０の温度モデル、すなわち、プリフォーム１０の外面温度とプリフォーム１０の内面温度との関係を示す温度モデルＦ２（ｓ）を取得する。

【0065】

ステップＳ３において、制御装置１は、プリフォーム加熱装置１００の各パラメータを設定する。プリフォーム加熱装置１００のパラメータは、例えば、以下のものを含む。

【0066】

・Ｎ：反復回数の最大値。例えば、Ｎ＝１０００。
・Δｆｅ；収束条件のしきい値。例えば、Δｆｅ＝０.００１。
・ｔｚ１，ｔｚ２，ｔｚ３：ベルトコンベア３によって搬送されるプリフォーム１０が炉２－１～２－３をそれぞれ通過する時間長。例えば、ｔｚ１＝ｔｚ２＝ｔｚ３＝３０［秒］。
・ｔｅｎｄ：計算される温度の時間的変化を示す関数（外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）など）の時間長。すなわち、ｔｅｎｄ＝ｔｚ１＋ｔｚ２＋ｔｚ３。
・Δｔ：計算される温度の時間的変化を示す関数（外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）など）のサンプリング時間幅。例えば、Δｔ＝０.１［秒］。
・Ｔｏｕｔ１＿ｔｇｔ，Ｔｏｕｔ２＿ｔｇｔ，Ｔｏｕｔ３＿ｔｇｔ：炉２－１～２－３からそれぞれ出力されるときのプリフォーム１０の最終的な外面温度目標値。例えば、Ｔｏｕｔ１＿ｔｇｔ＝１００，Ｔｏｕｔ２＿ｔｇｔ＝２００，Ｔｏｕｔ３＿ｔｇｔ＝２２０［℃］。
・Ｔｉｎ１＿ｔｇｔ，Ｔｉｎ２＿ｔｇｔ，Ｔｉｎ３＿ｔｇｔ：炉２－１～２－３からそれぞれ出力されるときのプリフォーム１０の最終的な内面温度目標値。例えば、Ｔｉｎ１＿ｔｇｔ＝Ｔｏｕｔ１＿ｔｇｔ，Ｔｉｎ２＿ｔｇｔ＝Ｔｏｕｔ２＿ｔｇｔ，Ｔｉｎ３＿ｔｇｔ＝Ｔｏｕｔ３＿ｔｇｔ。
・Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）：プリフォーム１０の外面温度目標値の時間的変化を示す温度関数。すなわち、最初の時間長ｔｚ１にわたってＴｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）＝Ｔｏｕｔ１＿ｔｇｔになり、次の時間長ｔｚ２にわたってＴｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）＝Ｔｏｕｔ２＿ｔｇｔになり、最後の時間長ｔｚ３にわたってＴｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）＝Ｔｏｕｔ３＿ｔｇｔになる。
・Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）：プリフォーム１０の内面温度目標値の時間的変化を示す温度関数。すなわち、最初の時間長ｔｚ１にわたってＴｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）＝Ｔｉｎ１＿ｔｇｔになり、次の時間長ｔｚ２にわたってＴｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）＝Ｔｉｎ２＿ｔｇｔになり、最後の時間長ｔｚ３にわたってＴｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）＝Ｔｉｎ３＿ｔｇｔになる。
・ａ，ｂ：評価関数値の計算に使用される重み係数。例えば、ａ＝１，ｂ＝１。
・Ｔｒｅｆ：プリフォーム加熱装置１００の近傍の気温。例えば、Ｔｒｅｆ＝２５℃（固定値）。

【0067】

ステップＳ４において、制御装置１は、処理の反復回数ｉをゼロに初期化する。

【0068】

ステップＳ５において、制御装置１は、炉２－１～２－３の炉温度の設定値Ｔｒ１（ｉ），Ｔｒ２（ｉ），Ｔｒ３（ｉ）の初期値（すなわち、ｉ＝０のときの値）を設定する。初期値は、例えば、Ｔｒ１（０）＝Ｔｒ２（０）＝Ｔｒ３（０）＝２００℃に設定される。

【0069】

ステップＳ６において、制御装置１は、炉２の温度モデルＦ１（ｓ）に基づいて、プリフォーム１０の外面温度の時間的変化を示す温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）をシミュレーションにより推定する。また、ステップＳ６において、制御装置１は、プリフォーム１０の温度モデルＦ２（ｓ）に基づいて、プリフォーム１０の内面温度の時間的変化を示す温度関数Ｔｉｎ（ｔ）を推定する。温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）は、最初の時間長ｔｚ１にわたって、炉２－１によって加熱されているときのプリフォーム１０の外面温度を示し、次の時間長ｔｚ２にわたって、炉２－２によって加熱されているときのプリフォーム１０の外面温度を示し、最後の時間長ｔｚ３にわたって、炉２－３によって加熱されているときのプリフォーム１０の外面温度を示す。同様に、温度関数Ｔｉｎ（ｔ）は、最初の時間長ｔｚ１にわたって、炉２－１によって加熱されているときのプリフォーム１０の内面温度を示し、次の時間長ｔｚ２にわたって、炉２－２によって加熱されているときのプリフォーム１０の内面温度を示し、最後の時間長ｔｚ３にわたって、炉２－３によって加熱されているときのプリフォーム１０の内面温度を示す。

【0070】

ステップＳ７において、制御装置１は、プリフォーム１０の推定された外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と、それらの目標値Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ），Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を示す評価関数値ｆｅ（ｉ）を計算する。

【0071】

ステップＳ８において、制御装置１は、評価関数値ｆｅ（ｉ）が収束したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ９に進み、ＮＯのときはステップＳ１０に進む。

【0072】

ステップＳ９において、制御装置１は、現在の炉温度の設定値Ｔｒ１（ｉ），Ｔｒ２（ｉ），Ｔｒ３（ｉ）を、設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３として炉２－１～２－３にそれぞれ設定し、処理を終了する。

【0073】

ステップＳ１０において、制御装置１は、反復回数ｉが最大値Ｎに達したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１１に進み、ＮＯのときはステップＳ１２に進む。

【0074】

ステップＳ１１において、制御装置１は、炉温度の設定値を決定できなかったことを示すエラーメッセージを表示装置７に表示し、処理を終了する。

【0075】

ステップＳ１２において、制御装置１は、反復回数ｉを１だけインクリメントする。

【0076】

ステップＳ１３において、制御装置１は、炉温度の設定値Ｔｒ１（ｉ），Ｔｒ２（ｉ），Ｔｒ３（ｉ）を変化させ、ステップＳ６～Ｓ８の処理を繰り返す。制御装置１は、公知の山登り法、遺伝的アルゴリズム、シミュレーテッドアニーリング等を用いて、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を低減するように、かつ、プリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）と外面温度目標値Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を低減するように、炉温度の設定値Ｔｒ１（ｉ），Ｔｒ２（ｉ），Ｔｒ３（ｉ）を反復的に変化させる。

【0077】

ステップＳ９において炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を炉２－１～２－３にそれぞれ設定した後、制御装置１は、プリフォーム１０を加熱するように各炉２及び駆動装置４を制御する。

【0078】

［炉２の温度モデルの生成］
次に、図５のステップＳ１において取得される炉２の温度モデルを生成する方法について説明する。

【0079】

図６は、図１のプリフォーム加熱装置１００において炉２の温度モデルを取得する構成を示すブロック図である。炉２の温度モデルを生成して取得するために、測定装置４１及び少なくとも１つの温度センサ４２を用いる。図６において、測定装置４１及び温度センサ４２以外の構成要素は、図１又は図４の対応する構成要素と同様に構成される。温度センサ４２は、非接触式の温度センサ、例えば赤外線温度センサである。温度センサ４２は、プリフォーム１０が炉２によって加熱されるとき、ヒーター２２によって発生された熱を受けることなく、プリフォーム１０の外面温度を測定できるように、炉２の内部又は外部に設けられる。測定装置４１は、温度センサ２３から、炉温度の時間的変化を示す時系列データを取得し、また、温度センサ４２から、プリフォーム１０の外面温度の時間的変化を示す時系列データを取得し、取得された時系列データを制御装置１に送る。

【0080】

図１の炉２－１～２－３のそれぞれに対して、少なくとも１つずつの温度センサ４２が設けられる。各温度センサ４２は、ベルトコンベア３によって搬送されるプリフォーム１０を追跡して、プリフォーム１０の外面温度の時間的変化を測定できるように設けられる。

【0081】

図７は、図６の測定装置４１によって取得される炉２の温度モデルの一例を示すグラフである。時刻ｔ０は、ベルトコンベア３によって搬送されるプリフォーム１０が炉２－１に進入した瞬間を示し、時刻ｔ１は、プリフォーム１０が炉２－１から出て炉２－２に進入した瞬間を示し、時刻ｔ２は、プリフォーム１０が炉２－２から出て炉２－３に進入した瞬間を示し、時刻ｔ３は、プリフォーム１０が炉２－３から出た瞬間を示す。時刻ｔ０～ｔ１の時間長、時刻ｔ１～ｔ２の時間長、及び時刻ｔ２～ｔ３の時間長は、前述したように、時間長ｔｚ１，ｔｚ２，ｔｚ３によってそれぞれ表される。炉２－１～２－３をオンしてから十分に長い時間が経過して温度が定常状態に達したとき、各炉２－１～２－３の実際の炉温度は、その設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３に一致していると考えられる。これにより、プリフォーム１０の外面は、ステップ状の温度プロファイルで加熱される。図７に示すように、炉２－１～２－３のそれぞれによってプリフォーム１０を加熱することにより、プリフォーム１０の外面温度は、炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３に次第に近づく。

【0082】

制御装置１は、炉温度の時系列データ及びプリフォーム１０の外面温度の時系列データに基づいて、炉温度とプリフォーム１０の外面温度との関係を示す炉２の温度モデルを計算する。炉２の温度モデルは、炉温度からプリフォーム１０の外面温度への伝達関数により表される。炉２の温度モデルは、例えば次式のように、ラプラス変換された関数の領域における、利得及び時定数のパラメータを含む１次遅れ形式の伝達関数により表される。

【0083】

Ｆ１（ｓ）＝ｋ１／（Ｔ１・ｓ＋１） （１）

【0084】

ここで、ｋ１は利得を示し、Ｔ１は時定数を示す。

【0085】

ここで、炉温度の時間的変化を示す温度関数をＴｒ（ｔ）により表す。すなわち、最初の時間長ｔｚ１にわたってＴｒ（ｔ）＝Ｔｒ１になり、次の時間長ｔｚ２にわたってＴｒ（ｔ）＝Ｔｒ２になり、最後の時間長ｔｚ３にわたってＴｒ（ｔ）＝Ｔｒ３になる。このとき、ラプラス変換された関数の領域において、炉温度Ｔｒ（ｓ）を入力とし、プリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｓ）を出力とする系は、次式で表される。

【0086】

Ｔｏｕｔ（ｓ）＝Ｆ１（ｓ）・Ｔｒ（ｓ） （２）

【0087】

炉２－１～２－３のそれぞれにおいて炉温度Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３は一定であるので、炉温度Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３のそれぞれは、振幅Ａ１を有するステップ関数Ａ１・ｕ（ｔ）により表される。ここで、Ａ１は、プリフォーム１０が炉２－１～２－３のそれぞれに進入したときのプリフォーム１０の外面温度と炉温度との差を示す。ステップ関数Ａ１・ｕ（ｔ）のラプラス変換はＡ１／ｓにより表される。この場合、式（２）にＴｒ（ｓ）＝Ａ１／ｓを代入して逆ラプラス変換することにより、次式のように、プリフォーム１０の外面温度の時間的変化を示す時間領域の温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）が得られる。

【0088】

Ｔｏｕｔ（ｔ）＝Ａ１・ｋ１（１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｔ１））＋Ｂ１ （３）

【0089】

ここで、Ｂ１は、プリフォーム１０が炉２－１～２－３のそれぞれに進入したときのプリフォーム１０の外面温度を示す。

【0090】

式（３）は、ステップ関数Ａ１・ｕ（ｔ）に対するステップ応答を表す。公知の最小二乗法などを用いてプリフォーム１０の外面温度の時系列データを式（３）にあてはめることにより、式（１）の利得ｋ１及び時定数Ｔ１が計算される。これにより、炉２の温度モデルの伝達関数Ｆ１（ｓ）を同定することができる。

【0091】

制御装置１は、炉温度の時系列データ及びプリフォーム１０の外面温度の時系列データとともに、プリフォーム加熱装置１００の各パラメータの対応する設定値の時系列データを取得してもよい。これにより、炉温度の所定の時間的変化及びプリフォーム１０の外面温度の所定の時間的変化を再現するようにプリフォーム加熱装置１００を動作させることができる。

【0092】

炉２の温度モデルＦ１（ｓ）は、炉温度の時系列データ及びプリフォーム１０の外面温度の時系列データに基づいて測定装置４１によって計算され、測定装置４１から制御装置１に送られてもよい。

【0093】

［プリフォーム１０の温度モデルの生成］
次に、図５のステップＳ２において取得されるプリフォーム１０の温度モデルを生成する方法について説明する。

【0094】

図８は、図１のプリフォーム１０の温度モデルを取得する構成を示す概略図である。プリフォーム１０の温度モデルを生成して取得するために、測定装置５１、温度センサ５２，５３、断熱容器５４、及び熱湯５５を用いる。温度センサ５２，５３は、例えば熱電対である。温度センサ５２はプリフォーム１０の外面に設けられ、温度センサ５３はプリフォーム１０の内面に設けられる。温度センサ５２，５３は、例えば接着又は埋め込みにより、プリフォーム１０の外面及び内面にそれぞれ固定される。断熱容器５４の内部に熱湯５５が注がれ、プリフォーム１０のほぼ全体が熱湯５５に浸漬される。ただし、プリフォーム１０は、その内部に熱湯５５が流れ込まないように保持される。測定装置４１は、温度センサ５２から、プリフォーム１０の外面温度の時間的変化を示す時系列データを取得し、また、温度センサ５３から、プリフォーム１０の内面温度の時間的変化を示す時系列データを取得し、取得された時系列データを制御装置１に送る。

【0095】

図９は、図８の測定装置５１によって取得されるプリフォーム１０の温度モデルの一例を示すグラフである。時刻ｔ１０は、プリフォーム１０が熱湯５５に浸漬された瞬間を示す。また、時刻ｔ１１は、プリフォーム１０の内面温度が、熱湯５５の温度Ｔｒｅｆ＋Ａ２に対して所定割合の値、例えば、Ｔｒｅｆ＋Ａ２ａ＝Ｔｒｅｆ＋Ａ２×０．６３２に達した瞬間を示す。図７に示すように、プリフォーム１０を熱湯５５に浸漬することにより、プリフォーム１０の外面温度はステップ状の温度プロファイルを有し、プリフォーム１０の内面温度は外面温度に次第に近づく。

【0096】

制御装置１は、プリフォーム１０の外面温度及び内面温度の時系列データに基づいて、プリフォーム１０の外面温度と内面温度との関係を示すプリフォーム１０の温度モデルを計算する。プリフォーム１０の温度モデルは、プリフォーム１０の外面温度から内面温度への伝達関数により表される。プリフォーム１０の温度モデルは、例えば次式のように、ラプラス変換された関数の領域における、利得及び時定数のパラメータを含む１次遅れ形式の伝達関数により表される。

【0097】

Ｆ２（ｓ）＝ｋ２／（Ｔ２・ｓ＋１） （４）

【0098】

ここで、ｋ２は利得を示し、Ｔ２は時定数を示す。

【0099】

ここで、ラプラス変換された関数の領域において、プリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｓ）を入力とし、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｓ）を出力とする系は、次式で表される。

【0100】

Ｔｉｎ（ｓ）＝Ｆ２（ｓ）・Ｔｏｕｔ（ｓ） （５）

【0101】

図９の例では、プリフォーム１０の外面温度は、振幅Ａ２を有するステップ関数Ａ２・ｕ（ｔ）により表される。ステップ関数Ａ２・ｕ（ｔ）のラプラス変換はＡ２／ｓにより表される。この場合、式（５）にＴｏｕｔ（ｓ）＝Ａ２／ｓを代入して逆ラプラス変換することにより、次式のように、プリフォーム１０の内面温度の時間的変化を示す時間領域の温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）が得られる。

【0102】

Ｔｉｎ（ｔ）＝Ａ２・ｋ２（１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｔ２））＋Ｔｒｅｆ （６）

【0103】

式（６）は、ステップ関数Ａ２・ｕ（ｔ）に対するステップ応答を表す。公知の最小二乗法などを用いてプリフォーム１０の内面温度の時系列データを式（６）にあてはめることにより、式（４）の利得ｋ２及び時定数Ｔ２が計算される。これにより、プリフォーム１０の温度モデルの伝達関数Ｆ２（ｓ）を同定することができる。

【0104】

プリフォーム１０の温度モデルＦ２（ｓ）は、プリフォーム１０の外面温度及び内面温度の時系列データに基づいて測定装置５１によって計算され、測定装置５１から制御装置１に送られてもよい。

【0105】

［プリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）の推定］
次に、図５のステップＳ６におけるプリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）をシミュレーションにより推定する方法について説明する。

【0106】

ステップＳ６の処理では、時間ｔは、サンプリング時間幅Δｔにより離散化される。制御装置１は、時刻ｔ＝０からｔｅｎｄまで以下のステップ（ｉ）～（ｉｖ）の処理を実行し、サンプリング時間幅Δｔごとに外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）の値を計算する。

【0107】

ステップ（ｉ）
時刻ｔ＝０において、プリフォーム１０の加熱の開始時におけるプリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）の初期値を設定する。プリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）及び内面温度Ｔｉｎ（ｔ）の初期値は、例えば、Ｔｏｕｔ（０）＝Ｔｉｎ（０）＝Ｔｒｅｆ＝２５［℃］に設定される。

【0108】

ステップ（ｉｉ）
シミュレーションの反復回数１、すなわち時刻ｔ＝Δｔにおいて、制御装置１は、炉温度Ｔｒ（０）を読み込み、以下の値を計算する。

【0109】

Ｔｏｕｔ′（１）＝－ａｏｕｔ・Ｔｏｕｔ（０）＋ｂｏｕｔ・Ｔｒ（０）
Ｔｏｕｔ（１）＝Ｔｏｕｔ（０）＋Ｔｏｕｔ′（１）・Δｔ
Ｔｉｎ′（１）＝－ａｉｎ・Ｔｉｎ（０）＋ｂｉｎ・Ｔｏｕｔ（０）
Ｔｉｎ（１）＝Ｔｉｎ（０）＋Ｔｉｎ′（１）Δｔ

【0110】

ここで、ａｏｕｔ、ｂｏｕｔ、ａｉｎ、及びｂｉｎは、次式で表される。

【0111】

ａｏｕｔ＝１／Ｔ１
ｂｏｕｔ＝ｋ１／Ｔ１
ａｉｎ＝１／Ｔ２
ｂｉｎ＝ｋ２／Ｔ２

【0112】

また、Ｔｏｕｔ′（１）は、ｔ＝１における温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）の微分係数を示し、Ｔｉｎ′（１）は、ｔ＝１における温度関数Ｔｉｎ（ｔ）の微分係数を示す。

【0113】

ステップ（ｉｉｉ）
シミュレーションの反復回数ｊ、すなわち時刻ｔ＝ｊ・Δｔにおいて、制御装置１は、炉温度Ｔｒ（１）を読み込み、以下の値を計算する。

【0114】

Ｔｏｕｔ′（ｊ）＝－ａｏｕｔ・Ｔｏｕｔ（ｊ－１）＋ｂｏｕｔ・Ｔｒ（ｊ－１）
Ｔｏｕｔ（ｊ）＝Ｔｏｕｔ（ｊ－１）＋Ｔｏｕｔ′（ｊ）・Δｔ
Ｔｉｎ′（ｊ）＝－ａｉｎ・Ｔｉｎ（ｊ－１）＋ｂｉｎ・Ｔｏｕｔ（ｊ－１）
Ｔｉｎ（ｊ）＝Ｔｉｎ（ｊ－１）＋Ｔｉｎ′（ｊ）・Δｔ

【0115】

ステップ（ｉｖ）
時刻ｔ＝ｊ・Δｔがｔｅｎｄに達したら処理を終了して図５のステップＳ７に進み、そうでないときは、反復回数ｊをインクリメント（ｊ＝ｊ＋１）してステップ（ｉｉｉ）に戻る。

【0116】

このように、ステップＳ６の処理によれば、炉２の温度モデルＦ１（ｓ）に基づいて外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）を推定することができ、また、プリフォーム１０の温度モデルＦ２（ｓ）に基づいて内面温度Ｔｉｎ（ｔ）を推定することができる。

【0117】

［評価関数値ｆｅ（ｉ）の計算］
図５のステップＳ７において使用される評価関数値ｆｅ（ｉ）は、例えば以下のように計算される。

【0118】

【数1】

【0119】

ここで、ａは外面温度誤差ｅｏｕｔ（ｔ）の重み係数を示し、ｂは内面温度誤差ｅｉｎ（ｔ）の重み係数を示す。また、ｅｏｕｔ（ｔ）は、次式のように、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を示し、ｅｉｎ（ｔ）は、次式のように、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と予め決められた内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を示す。

【0120】

ｅｏｕｔ（ｔ）＝｜Ｔｏｕｔ（ｔ）－Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）｜
ｅｉｎ（ｔ）＝｜Ｔｉｎ（ｔ）－Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）｜

【0121】

ここで、｜ｘ｜はｘの絶対値を表す。

【0122】

図５のステップＳ８では、評価関数値ｆｅ（ｉ）が収束したか否かを判断するために、制御装置１は、計算された最新の評価関数値と、処理の直前の反復において計算された評価関数値との差がしきい値Δｆｅ以下であるか否かを判断してもよい。また、評価関数値ｆｅ（ｉ）が収束したか否かをより確実に判断するために、制御装置１は、次式のように、計算された最新の評価関数値と、処理の複数回前の反復、例えば１０回前の反復において計算された評価関数値との差がしきい値Δｆｅ以下であるか否かを判断してもよい。

【0123】

｜ｆｅ（ｉ－１０）－ｆｅ（ｉ）｜＜Δｆｅ （８）

【0124】

［第１の実施形態の効果］
図１０は、図５のステップＳ５において設定された炉温度の設定値の初期値を用いたときの、プリフォーム１０の外面温度及び内面温度の一例を示すグラフである。図１１は、図５のステップＳ９において設定された炉温度の設定値を用いたときの、プリフォーム１０の外面温度及び内面温度の一例を示すグラフである。上述した例では、炉温度の設定値Ｔｒ１（ｉ），Ｔｒ２（ｉ），Ｔｒ３（ｉ）の初期値は、互いに等しい値Ｔｒ１（０）＝Ｔｒ２（０）＝Ｔｒ３（０）＝２００℃に設定され、この場合、図１０に示すように、時刻ｔ３に達しても、プリフォーム１０の外面温度及び内面温度の差が残ることがある。一方、図５の設定値計算処理を実行して炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を適切に計算することにより、プリフォーム１０の外面温度及び内面温度の差を削減することができる。

【0125】

第１の実施形態に係るプリフォーム加熱装置１００によれば、制御装置１は、プリフォーム１０の内面温度を示す温度モデルを予め生成して取得する。また、第１の実施形態に係るプリフォーム加熱装置１００によれば、制御装置１は、非接触の温度センサ４２により測定されたプリフォーム１０の外面温度をプリフォーム１０の温度モデルに適用することにより、プリフォーム１０の内面温度を推定することができる。また、第１の実施形態に係るプリフォーム加熱装置１００によれば、制御装置１は、フィードバック制御を含むシミュレーションにより炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を反復的に計算することにより、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を低減し、好ましくは最小化することができ、また、プリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）と外面温度目標値Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を低減し、好ましくは最小化することができる。また、第１の実施形態に係るプリフォーム加熱装置１００によれば、制御装置１は、計算された炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を炉２－１～２－３にそれぞれ設定し、プリフォーム１０の内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォーム１０を加熱することができる。

【0126】

第１の実施形態に係るプリフォーム加熱装置１００によれば、温度調整に大きな手間をかけることなく、プリフォーム１０の内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォーム１０を加熱することができる。

【0127】

［第２の実施形態］
図１２は、第２の実施形態に係るプリフォーム加熱装置１１０の構成を示すブロック図である。図１２のプリフォーム加熱装置１１０は、制御装置１Ａ、１つの炉２Ａ、及び温度センサ５を備える。実施形態に係るプリフォーム加熱装置は、図１に示すように、複数の炉２－１～２－３に及びベルトコンベア３を備えるものに限定されない。炉２Ａは、プリフォーム１０がベルトコンベア３によって搬送されるのではなく、その内部にプリフォーム１０が収容されることを除いて、図４の炉２と同様に構成される。制御装置１Ａは、図１の３つの炉２－１～２－３及び駆動装置４を制御することに代えて、１つの炉２Ａを制御することを除いて、図１の制御装置１と実質的に同様に動作する。ただし、制御装置１Ａは、炉２Ａの炉温度の設定値を時間的に変化させてもよく、例えば、図１１に示すように変化させてもよい。図１２のプリフォーム加熱装置１１０によれば、図１のプリフォーム加熱装置１００と同様に、温度調整に大きな手間をかけることなく、プリフォーム１０の内面温度を所望の目標値に近づけるようにプリフォーム１０を加熱することができる。

【0128】

［他の変形例］
以上、本開示の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本開示の例示に過ぎない。本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

【0129】

上述した例では、炉２の温度モデルの温度モデルＦ１（ｓ）及びプリフォーム１０の温度モデルＦ２（ｓ）が一次遅れ形式の伝達関数によって表される場合について説明したが、他の伝達関数、例えば次式によって表されてもよい。

【0130】

Ｆ１（ｓ）＝ｋ１０／（（Ｔ１１・ｓ＋１）（Ｔ１２・ｓ＋１）） （９）
Ｆ２（ｓ）＝ｋ２０／（（Ｔ２１・ｓ＋１）（Ｔ２２・ｓ＋１）） （１０）

【0131】

ここで、ｋ１０，ｋ２０は利得を示し、Ｔ１１～Ｔ２２は時定数を示す。式（９）及び式（１０）は、２次遅れ形式の伝達関数である。炉２の温度モデルの温度モデルＦ１（ｓ）及びプリフォーム１０の温度モデルＦ２（ｓ）は、１次遅れ形式及び２次遅れ形式に限らず、他の伝達関数によって表されてもよい。

【0132】

上述した例では、プリフォーム１０の内面温度目標値Ｔｉｎ１＿ｔｇｔ，Ｔｉｎ２＿ｔｇｔ，Ｔｉｎ３＿ｔｇｔが、プリフォーム１０の外面温度目標値Ｔｏｕｔ１＿ｔｇｔ，Ｔｏｕｔ２＿ｔｇｔ，Ｔｏｕｔ３＿ｔｇｔにそれぞれ等しい場合について説明したが、これらの目標値は互いに異なっていてもよい。内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）は、外面温度目標値Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）に対して所定の温度差を有する値に設定されてもよい。

【0133】

図５のステップＳ７において、式（７）に代えて、次式を用いてもよい。

【0134】

【数2】

【0135】

加熱時間の最後の方の誤差がより重要であるので、式（１１）の右辺では、経過時間ｔを重み係数として乗算している。

【0136】

上述した例では、式（７）の重み係数ａ＝ｂ＝１である場合について説明したが、他の重み係数ａ，ｂの値を用いてもよい。例えば、重み係数ａ＝０，ｂ＝１を設定することにより、図５のステップＳ７においてプリフォーム１０の外面温度を無視し、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を予め決められたしきい値Δｆｅよりも低減するように炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を計算することができる。

【0137】

上述した例では、ベルトコンベア３によって搬送されるプリフォーム１０が炉２－１～２－３をそれぞれ通過する時間長ｔｚ１，ｔｚ２，ｔｚ３が互いに等しい場合について説明したが、これらの時間長は互いに異なっていてもよい。

【0138】

［まとめ］
本開示の各側面に係るプリフォーム加熱装置及びその制御方法は、以下のように表現されてもよい。

【0139】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、熱可塑性容器のプリフォーム１０を加熱するプリフォーム加熱装置の制御方法が提供される。プリフォーム加熱装置は、プリフォーム１０を収容して所定の炉温度で加熱する少なくとも１つの炉２を備える。制御方法は、炉温度とプリフォーム１０の外面温度との関係を示す第１の温度モデルＦ１（ｓ）を取得するステップを含む。制御装置はさらに、プリフォーム１０の外面温度とプリフォーム１０の内面温度との関係を示す第２の温度モデルＦ２（ｓ）を取得するステップを含む。制御装置はさらに、第１の温度モデルＦ１（ｓ）に基づいて、プリフォーム１０の外面温度の時間的変化を示す第１の温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）を計算するステップを含む。制御装置はさらに、第２の温度モデルＦ２（ｓ）に基づいて、プリフォーム１０の内面温度の時間的変化を示す第２の温度関数Ｔｉｎ（ｔ）を計算するステップを含む。制御装置はさらに、第１の温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）及び第２の温度関数Ｔｉｎ（ｔ）に基づいて、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と予め決められた内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を予め決められたしきい値Δｆｅよりも低減するように炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を計算するステップを含む。制御装置はさらに、計算された炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を炉２に設定するステップを含む。

【0140】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、第２の温度モデルＦ２（ｓ）は、プリフォーム１０の外面温度からプリフォーム１０の内面温度への伝達関数により表される。

【0141】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、第２の温度モデルＦ２（ｓ）は、ラプラス変換された関数の領域における、利得及び時定数のパラメータを含む１次遅れ形式又は２次遅れ形式の伝達関数により表される。

【0142】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、第２の温度モデルＦ２（ｓ）を取得するステップは、プリフォーム１０の外面温度の時間的変化を示す第１の時系列データを取得するステップと、プリフォーム１０の内面温度の時間的変化を示す第２の時系列データを取得するステップと、第１及び第２の時系列データに基づいて第２の温度モデルＦ２（ｓ）の伝達関数を計算するステップとを含む。

【0143】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、第１の時系列データを取得するステップは、プリフォーム１０の外面をステップ状の温度プロファイルで加熱するとき、プリフォーム１０の外面に設けられた第１の温度センサ５２からプリフォーム１０の外面温度を取得するステップを含む。第２の時系列データを取得するステップは、プリフォーム１０の外面をステップ状の温度プロファイルで加熱するとき、プリフォーム１０の内面に設けられた第２の温度センサ５３からプリフォーム１０の内面温度を取得するステップを含む。

【0144】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、第１の温度モデルＦ１（ｓ）は、炉温度からプリフォーム１０の外面温度への伝達関数により表される。

【0145】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、第１の温度モデルＦ１（ｓ）は、ラプラス変換された関数の領域における、利得及び時定数のパラメータを含む１次遅れ形式又は２次遅れ形式の伝達関数により表される。

【0146】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、第１の温度モデルＦ１（ｓ）を取得するステップは、炉温度の時間的変化を示す第３の時系列データを取得するステップと、プリフォーム１０の外面温度の時間的変化を示す第４の時系列データを取得するステップと、第３及び第４の時系列データに基づいて第１の温度モデルＦ１（ｓ）の伝達関数を計算するステップとを含む。

【0147】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を計算するステップは、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を低減するように、炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を反復的に変化させるステップを含む。

【0148】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を計算するステップは、第１の温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）及び第２の温度関数Ｔｉｎ（ｔ）に基づいて、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差をしきい値Δｆｅよりも低減するように、かつ、プリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）と予め決められた外面温度目標値Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差をしきい値Δｆｅよりも低減するように、炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を計算するステップを含む。

【0149】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を計算するステップは、プリフォーム１０の内面温度Ｔｉｎ（ｔ）と内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を低減するように、かつ、プリフォーム１０の外面温度Ｔｏｕｔ（ｔ）と外面温度目標値Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を低減するように、炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を反復的に変化させるステップを含む。

【0150】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）は外面温度目標値Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）と同じ値に設定される。

【0151】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）は、外面温度目標値Ｔｏｕｔ＿ｔｇｔ（ｔ）に対して所定の温度差を有する値に設定される。

【0152】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置の制御方法によれば、プリフォーム加熱装置は、プリフォーム１０が逐次に通過するように互いに隣接して配置された複数の炉２を備える。複数の炉２のそれぞれについて、炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３は時間的に一定である。

【0153】

本開示の一側面に係るプリフォーム加熱装置によれば、熱可塑性容器のプリフォーム１０を加熱するプリフォーム加熱装置が提供される。プリフォーム加熱装置は、プリフォーム１０を収容して所定の炉温度で加熱する少なくとも１つの炉２と、炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を制御する制御装置１とを備える。制御装置１は、炉温度とプリフォーム１０の外面温度との関係を示す第１の温度モデルＦ１（ｓ）を取得する。制御装置１はさらに、プリフォーム１０の外面温度とプリフォーム１０の内面温度との関係を示す第２の温度モデルＦ２（ｓ）を取得する。制御装置１はさらに、第１の温度モデルＦ１（ｓ）に基づいて、プリフォーム１０の外面温度の時間的変化を示す第１の温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）を計算する。制御装置１はさらに、第２の温度モデルＦ２（ｓ）に基づいて、プリフォーム１０の内面温度の時間的変化を示す第２の温度関数Ｔｉｎ（ｔ）を計算する。制御装置１はさらに、第１の温度関数Ｔｏｕｔ（ｔ）及び第２の温度関数Ｔｉｎ（ｔ）に基づいて、プリフォーム１０の内面温度と予め決められた内面温度目標値Ｔｉｎ＿ｔｇｔ（ｔ）との誤差を予め決められたしきい値Δｆｅよりも低減するように炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を計算する。制御装置１はさらに、計算された炉温度の設定値Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を炉２に設定する。

【産業上の利用可能性】

【0154】

本開示によれば、ＰＥＴボトルなど熱可塑性容器のプリフォームをブロー成形のために加熱するプリフォーム加熱装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0155】

１，１Ａ 制御装置
２，２－１～２－３，２Ａ 炉
３ ベルトコンベア
４ 駆動装置
５ 温度センサ
６ 入力装置
７ 表示装置
１０ プリフォーム
１０ａ 内面
１０ｂ 外面
１１ ボトル
２１，２１－１～２１－３ 温度調節器
２２，２２－１～２２－３ ヒーター
２３，２３－１～２３－３ 温度センサ
３１ 金型
３２ 管路
４１ 測定装置
４２ 温度センサ
５１ 測定装置
５２，５３ 温度センサ
５４ 断熱容器
５５ 熱湯
１００，１１０ プリフォーム加熱装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】