JP2000508591A - 切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 動く部品へ制御可能な力を周期的に加える装置であって、特に巻取紙を切断するための力を加える部材（１２）と、前記力を加える部材により加えられた前記力を指示する制御電気信号を生成するため、および前記動く部品へそれが加える力を制御するように前記力を加える部材を制御するための手段（３０）と、基準信号と共に力に応答する電気信号が加えられるロックイン増幅器（３２）の助けにより生成される制御信号を含んでなり、これにより前記制御信号内の全てのノイズ要素の前記ロックイン増幅器により除去または減少される、前記装置。

Description

【発明の詳細な説明】 切断装置 この発明は、特に、例えばフィルタ取り付け機械において、フィルタにシガレ ットを結合するのに使用されるような、巻取紙を規則的な間隔で切断する装置の 制御に関する。ここで言う巻取紙切断は、少なくともその１つが恐らく回転して いる２つの部材の間で規則的な時間間隔で働き合うことを含む。切断は、たとえ ば、一つの部材上のナイフともう一つの部材上のアンビルを衝突させる動作によ り遂行される。代わりに、切断は、超音波によっても遂行でき、これは、たとえ ば当社のＰＣＴ特許出願ＷＯ９４／１４５８３（ケース３６４３）に記述されて いる。 衝突切断と超音波切断の両方において、充分だが過度でない切断力を達成する ために、前記２つの部材の相対位置を制御することが望ましい。この発明は、特 に、そうした巻取紙切断装置で特に使用される自動制御システムに関する。 動いている物体（例えば、切断すべき巻取紙）へ制御可能な力を加えるための 、この発明による装置は、力を加える部材、力を加える部材により加えられる力 を電気信号で示す制御電気信号を生成するためと、この力を加える部品を制御し て動く部品にそれが加える力を制御するための手段、基準信号と共に力に応答す る電気信号を加えられるロックイン増幅器により生成される制御信号を含んでな り、前記制御信号内の全てのノイズ要素は、前記ロックイン増幅器により除去ま たは減少される。 この手段により、センサからの信号にほとんど不可避的に伴うノイズにもかか わらず、たとえば、この文脈において、平均切断力、すなわち切断ごとに生成さ れる力は、（たとえば）切断する部品の位置を調節することが可能になり、これ により切断力の望ましいレベルを遂行することができる。たとえば、フィルタア タッチメント巻取紙（一般に「コークペーパー」と呼ばれる）切断用装置におい て、巻取紙が存在しないときに複数の切断部品の間で軽く接触するであろう程度 に切断部品をセットできる。こうして使用中に巻取紙が存在すれば充分ではある が、過度でない力が巻取紙切断に充分に加えられ、これが超音波駆動の切断部品 によっても、またフィルタ取り付け機械においてコルク切断に関して通常使用さ れるような単純な衝突切断動作によっても達成される。 ロックイン増幅器は、それ自体知られており、商業的に利用可能である。たと えば参考文献としては、標題「エレクトロニクス技術」ポール・ホロビッツおよ びウインフィールド・ヒル著、ケンブリッジ大学出版部発行が指摘される。第２ 版の１５．１５部に「ロックイン検出」およびそのいくつかの使用について一般 的な説明がある。この発明を実行するのに使用し得る商業的に利用可能なロック イン増幅器の一例としては、米国マサチューセッツ州０２０６２−９１０６、ノ ーウッド私書箱９１０６、テクノロジーウエイ１のアナログデバイセス社により 製作されるものであり、同社のＡＤ６３０製品として指定される。 フィルタ取り付け紙の巻取紙を切断する超音波装置の例は、添付図面内に示さ れる。これらの図面において、 図１は、一つの巻取紙切断装置の概略の透視図である。 図２は、類似の製品の一部による縦断面である。 図３は、この装置の制御システムの回路図である。 図４Ａないし図４Ｄは、この装置の使用の間に生成される種々な信号を示すグ ラフである。 図５は、この装置の修正された形式による縦方向の断面図である。 図１は、ドラム１０を示し、その周りをフィルタ取り付け紙が送られ、そこか ら先端部が超音波切断装置により分離される。この切断装置は、超音波駆動のホ ーン１２を含んでなり、これはドラム１０の周辺をめぐって一定間隔で装着され たわずかに隆起した部材１４と協力して、巻取紙をカットする。この装置は、当 社の上記ＰＣＴ特許出願の１６図と１７図を参照すれば一層詳細に記述されてい るが、隆起した部材１４は、比較的鋭い縁のナイフであり、一方、これに協力す るホーン１２の表面は、アンビルとして働く。代わりに、図１に示すように部材 １４がアンビルを構成し、これに協力するホーン１２のエッジが実質上「ナイフ 」を構成しても良い。 ホーン１２は、超音波で駆動され、ブースタ１８を介して超音波ピエゾアクチ ュエータ１６により、ドラム１２へ向かって前後に振動するようになっている。 領域１９にゼロ変位のノードがあって、そこでホーンがクランプされて、アセン ブリ全体を指示する。ピエゾアクチュエータの超音波励起の結果として、（たと えば）２０ｋＨｚで６０ないし７０ミクロンの変位が、ホーン１２の切断端に生 じる。 図２は、ホーン２１を含む異なった装置の、ハウジング２０を通る縦断面図で あり、ホーン２１は、内側ハウジング２２の中に装着され、「切断」エッジ２１ Ａを有する。内側ハウジング２２は、ハウジング２０の中にリニアベアリング２ ４（たとえば、ＰＴＦＥ）により滑動可能に装着されており、これにより内側ハ ウジングがメインの外側ハウジング２０に対して垂直に動けるようになっている 。こうした動きは、装置２３により制御され、装置２３は、ハウジング２０に装 着されたビーム２６により動かされる本体を有し、またその下端から延びて内側 ハウジング２２のエンドウォールに結合されている可動部品２８を有する。この 手段によりアンビル１０の位置が精密に調整できる。デバイス２３は、ピエゾア クチュエータまたはトランスレータを含んでなり、これは、たとえば、フィジッ クインスツルメント社（ドイツ国バルトブロンＤ−７６３３７、ＰＩ ＧｍｂＨ ）により製造されるもので、そのふさわしい一例は、ＬＶＰＺトランスレータＰ −８４１．３０型として確認される。 各切断動作の間にアンビルに伝送される力は、内側ハウジングの内部に、アン ビルの対向面からわずかに間隔をあけて装着された渦電流センサ３０により検出 される。このセンサ３０から出た電気信号が、図３に示される制御回路へ送られ る。 図３において、いくつかの回路構成要素は、下記の通り確認される。 Ｃ＝コンパレータ（１０％ヒステリシス） Ｓ＝合計増幅器 Ｐ＝プログラマブル論理デバイス Ｘ＝水晶発振器 Ｒ＝再トリガ可能な単安定回路（Retriggerale monostable） Ａ＝アナログスイッチ Ｄ＝ピーク検出器 図３を参照すると、渦電流センサ３０のアナログ電圧出力は、センサの基準平 面からのアンビルの変位に比例する。制御回路の第１ステージが、このセンサ信 号を調節して、この信号に伴う大量のノイズを除去する。回路のこの部分は、ロ ックイン増幅器３２の周りに配備されている。この回路は、超音波基準信号を使 用して前記センサ信号を変調して、基準とセンサ信号の間の制御された位相の相 違を要求する。この基準信号は、電源３８から受信されて、位相調節回路構成要 素４０を介してフィードされるが、センサ３０からロックイン増幅器へのパスに は、また位相調節設備３４も存在する。必要な全ての信号利得は、回路構成要素 ３１、同３６、同３９、同４２により供給される。残りのノイズは、ローパスフ ィールタ４４によりフィルタしつくされる。信号の望ましくない部分は半波整流 器４６により除去されて、その利得は、回路構成要素４５により調整される。調 節されたセンサ信号の典型的な波形を図４Ａに示すが、この図は、センサからの アンビルの変位に比例する振幅のピークを描写し、これはこうして切断部材が反 応する力に比例している。 センサ信号が所定のスレッショルドレベルを超えると、ナイフとアンビルの間 の接触が検出される。そのときナイフ衝突エンベロープ信号が、ナイフとアンビ ルが接触している期間にわたり、生成される（図４Ｂ参照）。 個別のナイフ−アンビルの外乱の力は、ピーク検出器４７により検出され、こ れは前記ナイフ衝突エンベロープ期間の間に起こる調節されたセンサ信号の最大 レベルを捕捉する（図４Ｃ参照）。過剰な切断力は、回路構成要素６１によりモ ニタされ、これにより切断部材の自動調節または機械が停止して、切断装置の速 すぎる故障を防止する。 サンプルホールド回路５０が、（各切断動作におけるアンビル上の力に対応す る）外乱信号のピークを記憶して、最大外乱信号を生成する（図４Ｄ参照）。こ の回路構成要素５０は、各切断の間に得られる外乱信号を記憶するが、ドラム１ ０の一回転ごとに一度回路構成要素５２によりリセットされ、ドラム上に１６個 のナイフがあると仮定するのが実際上典型的であり、構成要素５２は、１６個の 構成要素の内の一つで有り得る。 更なるサンプルホールド回路５４が、ドラム１０の各回転の間に得られる最大 信号を記憶して、作動増幅器５６が各最大信号を基準信号と比較する。この結果 の情報は、回路構成要素５８を制御するために用いられ、回路構成要素５８はピ エゾアクチュエータ２３を駆動し、アンビルの位置を制御するためにアクチュエ ータ２３により生成される動作は、このアクチュエータに加えられる電圧に比例 する。外乱信号を受け入れ可能な範囲に保つために、動作の量が制御される。 図３は、アンビルの位置決めのためのモータドライバ６０を実際に示し、これ はピエゾアクチュエータで置き換えることも可能である。 図３に示す回路は、最大および最小の両方の外乱信号をモニタし、両方を受け 入れ可能な範囲に保つために、使用できる。たとえば、最小信号が受け入れ可能 な範囲の下に下がり、アンビル１０の動きにより受け入れ可能な範囲に戻すこと が、最大信号を受け入れ可能な範囲の外に取ることなしにできない場合は、警告 信号を生成するか、または代わりに機械が自動的にオフに切り替わって、これに よりナイフが再び接地（reground）されることが出来、または手動で調節するこ とができる。外乱の平均は、ローパスフィルタ５１により最大外乱信号を平滑化 することにより得られる。 ホーンアッセンブリの位置を調節することにより、ほぼ固定した値に平均外乱 レベルを維持して、平均切断力を制御できる。回路構成要素５８は、実質上ウイ ンドウコンパレータとして働き、希望する固定値の周辺にセットした２つのスレ ッショルド値を有し、これにより平均外乱信号をモニタする。平均外乱アナログ 信号のレベルが２つのウインドウスレッショルドの外に出たときは、この平均外 乱をウインドウの内部に回復するために、ホーンアクチュエータが調節される。 こうして平均外乱を固定レベルの周辺に維持することにより、実質的に一定な切 断力が達成される。ウインドウの開口は、アクチュエータのデューティサイクル 性能の平均切断力の変化に必要な許容範囲に対応するようにセットされる。 個別のナイフの間の摩耗の過度な分散がモニタされて、一サイクルの最大およ び最小の外乱を受け入れ可能な範囲に保つようにする。ドラムの一サイクル（回 転）における最大外乱レベルが、サンプルホールド回路５４に記憶される。ナイ フドラムの次の回転の間に、各切断に関連するピーク外乱レベルが、以前のサイ クルから記憶された最大外乱と比較される。これら二つの信号の間の相違は、そ のとき切断外乱の変動である。この回路は、摩耗したナイフの自動的検出手段を 提供し、またシステムが切断装置の自動調整の限界外にあり、したがってもはや 全てのナイフからの切断が一貫した品質を維持できないことを指示する。 ドラム１０の各回転の間にホーン１２をセット位置に保つ代わりに、その位置 をピエゾアクチュエータにより制御して、各切断動作の間に必要な外乱信号を生 成するようにできる。この修正は、アクチュエータが各個別のナイフについての 外来信号を受信することを必要とし、また、たとえば、ドラム１０の一回転の１ ６分の１の間に、アンビルの位置を制御することを必要とする。一層詳細には、 ドラムの一回転の間、各ナイフについての外来信号を回路が記憶することが必要 であり、これによりナイフが次にアンビルと関係するときに、アンビルを適当に 位置決めすることができる。 従来の衝突切断装置においては、各ナイフの位置を制御するために、一般に類 似した回路が使用可能であり、たとえば、当社の米国特許第４３７２３２７号に 一般的に記述されているタイプがある。この目的のために、ドラム上のアンビル 表面と協力する回転ナイフキャリアは、好ましくはドラム上のアンビル表面があ るのと同じ数のナイフを有する。各ナイフとドラム上の対応するアンビル表面の 間の干渉は、そのときナイフキャリアの位置を制御するピエゾアクチュエータに より調節される。この位置は、このケースでは、ナイフキャリアまたはナイフキ ャリアを搬送する部品に隣接するセンサにより検出される平均または最大外乱信 号に応答して、徐々に調節される。代案としてピエゾアクチュエータがナイフキ ャリアの位置をリセットできるようにして、これにより各ナイフとそれに対応す るアンビルの間の必要な干渉を達成することができる。原則内の更なる可能性と して、ナイフキャリアが各ナイフのための独立のピエゾアクチュエータを含み得 る。 図５は、異なった装置を示し、これはドラムの周辺に規則的な間隔で装着され た１６個のタングステンカーバイドナイフ６３に合わせたコルク切断ドラム６２ を含み、このドラムの表面から突出するナイフエッジを提供する。超音波ホーン ６４が各ナイフエッジと協力するアンビルとして働き、ドラム６０の周りを通過 するときにフィルタアタッチメント「コルク」紙（６５）を切断して、個別のコ ルクパッチ６５Ａを生成する。 超音波ホーンアセンブリは、一般に６４Ａで参照されるが、２０ｋＨｚで正弦 曲線的に駆動され、その振動変位は、第１の例に関して説明したブースタにより 増幅される。超音波励起の結果として、２０ｋＨｚにおいて、アンビル６４の切 断端に、６０ないし７０ミクロンの変位が生ずる。 超音波ホーンアセンブリは、２つのフレクシャ装置６８によりベース６６上に 装着され、ホーンアセンブリの横方向にセットされるが、軸方向の変位もできる ようにセットされる。調節のためのそうして軸方向の調節は、粗調節装置７０と 精密調節装置７２およびピエゾアクチュエータ７４により行われる。調節装置７ ６により、ナイフドラムに対するアンビルの直角性（squareness）を調節する設 備もある。 ピエゾアクチュエータ７４は、９０ミクロンまで伸張でき、８００Ｎまでの力 を生み出すことができる。図３に示すような制御回路が、アンビル６４と各ナイ フ６２の間の切断力を希望するレベルにするために、アクチュエータ７４を制御 するのに使用される。制御回路への接続は、リード７８によりピエゾアクチュエ ータ７４からなされ、フィルタされたエアの供給源と電気的な接続が、手段８０ によりホーンアセンブリ６４Ａに供給される。 下記の修正が実行可能であることが証明された。センサ３０は省略される。そ の代わりに、各切断動作中の力の影響が、超音波ホーンに力を供給するのに使用 される超音波駆動信号に反映されることが発見された。従ってロックイン増幅器 への入力信号を、この駆動信号に閉じることができる。基準信号もまた、この駆 動信号に閉じることができ、また（適当な位相調節により）ロックイン増幅器に 加えることができる。 その他のもう一つの可能な修正は、下記の通りである。すなわち、超音波駆動 の部材を力の制御のために位置を調節する代わりに、少なくとも部分的には超音 波振動の振幅を変化させて力を制御することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 コレット，ピーター，ニコラス イギリス国 シーブイ４ ８エイチエス カベントリー，ウエストウッド ビジネス パーク，ウエストウッド ウェイ 13

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 動いている部品に制御可能な力を周期的に加える装置であって、力を加 える部材（１２）と、前記力を加える部材により加えられる力を指示する制御電 気信号を生成するため、および前記力を加える部材により前記動く部品に加えら れた力を制御するために、前記力を加える部材を制御するための手段（３０）を 含んでなり、前記制御信号は、基準信号と共に力に応答する電気信号が加えられ るロックイン増幅器（３２）により生成され、これにより前記制御信号内の全て のノイズ要素がロックイン増幅器により除去または減少される、前記装置。 ２． 前記力を加える部材（１２）は、前記動く部品に力を加えている間、好 ましくは超音波的に振動される請求項１による装置。 ３． 巻取紙（６５）の形の動く部品を規則的な間隔で切断する請求項１また は２による装置であって、各切断はサポート部材（１４；６３）と協力して力を 加える部材（１２；６４）により遂行され、前記巻取紙は、二つの部材の間で押 しつけられる、前記装置。 ４． 前記力に応答する信号は、各切断をなしつつある間に前記力を加える部 材（２１）の変位を検出するように配置された検出器（３０）により、生成され る請求項２および請求項３による装置。 ５． 前記検出器（３０）は、前記力を加える部材（２１）に近接して装着さ れた渦電流装置を含んでなる請求項４による装置。 ６． 前記力を加える部材は、発電器により、力を与えられた超音波ドライバ （１６；６４Ａ）により超音波的に振動され、この発電器の超音波ドライバへの 駆動信号は、前記切断する力の効果により修正され、前記力に応答する信号と前 記参照信号の両方が（必要な位相制御により）、そこから引き出される請求項２ および請求項３による装置。 ７． 前記力を加える部材に加えられる前記力は、前者を制御可能に変位する ことにより制御されるように配置された請求項２ないし請求項６の内のいずれか 一項による装置。 ８． ピエゾアクチュエータ（２３；７４）を含み、これにより前記力を加え る部材がそれにより前記動く部品に加えられる前記力を制御するのに必要なよう に位置決めされる請求項７による装置。 ９． 前記力を加える部材により前記動く部品に加えられる前記力は、前記超 音波振動の前記振幅を制御することにより制御されるように配置された請求項６ による装置。 １０． 前記動く部品は、前記力を加える部材と協力して前記巻取紙を切断す るために周辺に間隔をおいた多数の部品を有する回転ドラムにより搬送される巻 取紙であり、前記ドラムの前記周辺に間隔をとった部品の各々に対する前記力を 加える部材の位置を制御するための電子制御回路を含む請求項７ないし請求項９ の内のいずれか一項による装置。 １１． 力を加える部材により、動く部品へ制御可能な力を周期的に加える方 法であって、電気的信号が生成されて前記力を加える部材により加えられる前記 力を指示し、またその制御のために使用され、前記制御信号は、ロックイン増幅 器の助けにより生成され、このロックイン増幅器に基準信号と共に力に応答する 信号が加えられ、これにより前記制御信号中の全てのノイズ要素が前記ロックイ ン増幅器により除去または減少される前記方法。