JP2004529831A - 成形−シールのユニットの装飾修正方法およびシステム - Google Patents

成形−シールのユニットの装飾修正方法およびシステム Download PDF

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Abstract

移送路に沿って送られる包装材料チューブ(2)から流動食品の密封パッケージを製造する成形−シールのユニット(1)のための装飾修正方法であり、成形−シールのユニットは、移送路に沿って移動可能で且つ開閉される二対のジョー(7)を含み、対を成すジョー(7)が閉じられてチューブと一体的に移動される成形−シール行程部分に沿って、また開かれてチューブ(2)に対して移動される復帰行程部分に沿って、ジョー(7)が周期的且つ交互に移動される装飾修正方法である。装飾修正を行うために、ジョー(7)の基準軌道(P)は基準位置に対するチューブ(2)の位置誤差に基づいて復帰行程部分に沿って変更される。第一の解決法は、軌道の振幅を選択的に変更することでジョーの移動を修正するために備えられ、第二の解決法は、ジョーの軌道の位相を修正するために備えられる。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は流動食品の包装機械の成形−シールのユニットの装飾修正方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
フルーツ・ジュース、ワイン、トマト・ソース、殺菌または長期保存(UHT)ミルクなどの流動食品を包装する機械は周知であり、そのような機械では、長手方向にシールしたウェブで形成される連続した包装材料チューブからパッケージが形成されている。
【0003】
パッケージを生産するために、包装材料チューブは流動食品を連続的に充填された後、成形−シール(横方向)のユニットへ送られ、そのユニットにおいてチューブは一対のジョーの間にグリップされて横方向にシールされ、枕形状のパックに形成される。
【0004】
シール作業が完了したならば、シールした部分の中心線に沿ってナイフで包装材料チューブを切断して、包装材料チューブの下端から枕形状のパックを切離す。この下端は横方向にシールされているので、ジョーが下死点に達したならばチューブ上部の邪魔にならないために開くことができ、またこれと同時に、同様に作動する他の一対のジョーが上死点から下方へ移動して、同様なグリップ/成形、シールおよび切断の作動を繰返す。
【0005】
周知の成形−シールのユニットの一つの問題点は、いわゆる「装飾修正」システムをどうすべきかということである。
【0006】
すなわち、包装材料ウェブは通常、最終的にパッケージの外面となる部分に一連の等間隔に隔てられたプリント像または装飾を含んでおり、従ってパックの成形、シールおよび切断と一連の装飾とを整合させるようにウェブを成形−シールのユニットへ送らねばならない。実際の使用において、装飾は等間隔にプリントされているので、先ず第一にジョーが包装材料に加える機械的圧力によって生じる包装材料の変形状態が変化する結果、また第二に包装材料チューブの内側の流動食品の圧力が脈動する結果として、成形−シールのユニットのジョー位置に対する各々の装飾位置は変化する。従って、装飾位置を修正するシステムが必要となるのである。
【0007】
最新の包装機械では、そのようなシステムは各パックのバーコードの位置を検出する光センサーと、理論的位置に対して検出位置を比較する制御ユニットとを含んでいる。
【0008】
幾つかの商業上の機械では、各々の対を成すジョーは包装材料チューブを引出す牽引部材を有しており、枕形状パックの頂部コーナーおよび底部コーナーに三角形のタブを形成するために、牽引部材はジョーに対して可動である。装飾位置の誤差が検出されると、制御ユニットはモーターの速度を調整し、包装材料ウェブの送りを調整する。この修正が不十分であると、チューブ牽引部材は包装材料の引っ張りを僅かに増大または減少するように制御される。他の解決方法によれば、包装材料ウェブの送りを制御するモーター速度の調整ができない場合、制御ユニットはチューブ牽引部材に直接に作用して、装飾位置が理論的位置に一致するまで作動を繰返すが、或る数のパックを製造した後にそのような一致が達成されるので、それらのパックは廃棄されねばならない。例えば装飾間隔の異なる新しい包装材料のリールが装着される場合など、時としてこの方法は装飾位置の修正に失敗することもある。そのような場合には、機械を停止し、新しい間隔に手でリセットしなければならない。
【0009】
ヨーロッパ特許出願EP−A−0959007は上述形式の成形−シールのユニットを記載しており、このユニットでは、各ジョーの往復動作はそれぞれサーボモーターによって駆動される二つのロッドで制御される。従って、装飾のあらゆる位置誤差を考慮してジョー組立体の作動速度を制御するために、そのような四つのロッドの独立した制御が備えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の目的は、機械的に簡単で信頼できる方法により、また、付加的なサーボモーターや電子制御基板を必要とすることなく、装飾の修正を可能にすることでEP−A−0959007に記載されている成形−シールのユニットを完全なものに仕上げることである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明によれば、請求項1および請求項11にそれぞれ請求されているように、流動食品を包装する機械の成形−シールのユニットのための装飾修正方法およびシステムが提供される。
【0012】
本発明の二つの好ましい非制限的な実施例が添付図面を参照して例として説明される。
【0013】
本発明を明確に理解するために、成形−シールのユニット1が最初に説明される。
【実施例1】
【0014】
ユニット1は、熱シール性シート材料ウェブを長手方向に折曲げてシールすることで形成した包装材料チューブ2に、そのユニット1の上流で食品を充填して形成される流動食品の無菌密封パッケージの製造のために備えられる。
【0015】
ユニット1は支持構造3を含み、支持構造3は二つの垂直ガイド4を形成し、垂直ガイド4に沿って二つの成形組立体5,5’が走行する。
【0016】
成形組立体5,5’の各々はそれぞれのガイド4に沿って走行するヨーク6と、このヨークに下端がヒンジ連結され、チューブ2(図2)の反対両側に配置される二つのジョー7とを実質的に含む。ジョー7はそれぞれの支持アーム10と一体的に組合わされており、支持アーム10はそれぞれのジョー7の上端に固定されて互いに向かって延在して、チューブ2と相互作用するそれぞれのバー状のシーリング部材(図示せず)を支持している。
【0017】
各ジョー7の動作は第一および第二の垂直ロッド15,16で制御されるのであり、垂直ロッド15,16はそれぞれ成形組立体5,5’の垂直移動と、それぞれの対を成すジョー7の開/閉とを制御する。
【0018】
さらに詳しくは、各成形組立体5,5’のジョー7は組立体が下方へ移動するときに閉じてチューブ2をグリップするのであり、組立体の下方へ向かう移動の垂直成分はチューブ2の移動速度に等しい。それらが下方へ移動するときにジョー7は閉じた状態に保持され、シーリング部材(図示せず)は必要な熱シール圧力となるまでチューブをグリップする(成形−シール行程部分)。下死点位置に近づくとジョー7は開かれてチューブ2を解放し、また、上方へ向けて移動するときは、上死点位置に達するまで完全に開かれている(復帰行程部分)。上死点位置でジョー7は閉じ動作を開始し、下方へ移動し始める時点までに十分に閉じられる。
【0019】
実際上、ジョー7の開/閉動作はヨーク6の垂直方向の往復動作と重なり、ロッド15は往復動作を行う一方、その往復動作が他の周期的な運動成分と組合って生じた周期的な軸線方向の動作をロッド16が行って、ジョー7の開閉を制御する。
【0020】
二つの成形組立体5,5’の動作は明かに半サイクルほどズレている。すなわち、成形組立体5はジョー7を開いた状態で上方へ移動し、これと同時に成形組立体5’はジョーを閉じた状態で相互に干渉しないように下方へ移動する。
【0021】
各々の成形組立体5,5’のロッド15,16はそれぞれのサーボモーター20によって独立して制御されるのであり、サーボモーター20は制御ユニット25に連結され、制御ユニット25はサーボモーター20の作動パラメータを変化させてユニット1の作動サイクルを変化させるようにプログラムされる。
【0022】
本発明によれば、装飾位置に誤差が生じた場合、各々の対を成すジョー7(サーボモーター20によりロッド15,16を経て制御される)の動作は、そのジョー7が上方へ移動する復帰行程部分に沿って変更される。さらに詳しくは、制御ユニット25は一方または両方のジョーの移動または位相を変化させるのである。
【0023】
図3は一対のジョー7の軌道が第一の解決法に従って変更される様子(移動の変化状態)を示す。さらに詳しくは、図3は基準の軌道Pを実線で示し、パック高さの増大を必要とする位置誤差の場合の第一の変更軌道P’と、パック高さの減少を必要とする位置誤差の場合の第二の変更軌道P''とを点線で示している。図3には両方の成形組立体5,5’のジョー7の軌道が一緒に示されているが、これらの二つの軌道は互いに対して時間的に明らかにずれている。
【0024】
図示実施例では、変更軌道P’,P''は、点P(上方へ向かう移動で、ジョーの閉じ始める直前)と、点P(下方へ向かう移動の開始点で、上死点位置の直ぐ下方)との間の復帰行程部分に沿って基準軌道Pから逸れ、点Pおよび点Pの間(下死点の直前の位置へ向かう下方への移動)は基準軌道と同じであり、パックの形成の間および点Pと点Pとの間(ジョー7が開かれた状態の上方への移動)では既存の関係は変化されないことが最もよい。これに代えて変更軌道P’,P''を点Pの直後に逸らせることができる。
【0025】
実際に、図3の変更した軌道P’,P''はジョー7の実際の移動、すなわち上死点位置と下死点位置との間の距離を変更することによって得ることができ、従って変更された各々のサイクルでジョー7は長い軌道P’または短い軌道P''に沿って移動する。この場合、制御ユニット25は、成形組立体5または成形組立体5’において、図4を参照して以下に詳細に説明するように、ヨーク6およびジョー7の作動を制御する両ロッド15,16の移動を変更して、検出した位置誤差を補償する。
【0026】
この第一の解決法によれば基準軌道Pは図4に示されるように時間の関数として変更されるのであり、図4は時間の関数としてのジョー7の位置を示し、P,P’,P''はそれぞれ基準軌道および変更軌道を示し、P〜Pは図3と同じ意味を有する。見られるように、この軌道はP〜Pの間だけが変更され、残りの軌道部分は変化されていない。
【0027】
第二の解決法によれば、実際のジョー7の軌道は変化されずに保たれ、ロッド15,16の位相が適当な値につき遅延または前進される。従って固定座標系に対して、ロッド15,16の軌道は変化されず、それらの瞬間位置が変更されて、上方へ移動する7が閉じる瞬間Pを遅延させる(または前進させる。これは検出した位置誤差によって決まる)。この場合、対を成すジョー7の軌道はチューブ2に「見られる」ように、2つの軌道(左右)の高さが相違すること以外、図3に示されるように再び表すことができる。
【0028】
この第二の解決法は、ユニット1の他の部分と干渉することなくジョー7の余分な移動を可能にする十分な空間がユニット1の上方に得られない場合に特に有用である。
【0029】
位相が遅延した変更軌道の例は図5に示されており、図5は左側の対をなすジョー7の基準軌道Pおよび変更軌道P'と、右側の対をなすジョー7の基準軌道Pおよび変更軌道P'とを重ねて示している。見られるように、左側の対をなすジョー7の変更軌道P'は点Pの直後(位相遅延Δpが生じる時間間隔ΔTの間)に基準軌道Pから逸れ、このようにして生じた位相の変位量は残るサイクルを通じて変化されない(これ以上の装飾位置の誤差が生じなければ、以降のサイクルでも恐らくこのようになる)。さらなる誤差が生じない限り、他方の対を成すジョー7(図示例の右側の対)も同じ位相変位Δpを生じる。
【0030】
換言すれば、時間間隔ΔTの間に、左側の対を成すジョー7は右側の対を成すジョー7に対して遅延され、これにより左側のジョー7は基準の瞬間よりも遅れてチューブ2に接触するのに対して、右側の対を成すジョー7は基準速度でチューブ2を引出し続ける。この結果、左側の対を成すジョー7は(チューブ2に対して)基準よりも高い位置でチューブ2と接触し、これはパックの高さを高めることに相当する。右側の対を成すジョー7は次の半サイクル(右側の対を成すジョー7がチューブ2を解放した後)と同じ位相変位を生じ、この位相変位は以降のサイクルでも保持されるので、次のパックは基準寸法に形成される。
【0031】
図6は上述の第一の解決法に従ってロッド15,16の移動を変更する制御回路、および好ましくは制御ユニット25で実行されるプログラムのブロック線図を示している。
【0032】
さらに詳しくは、各パックにおけるチューブ2のバーコードを読取るコード・センサー30が発生する実位置信号xは減算節点31に供給される。減算節点31は基準位置信号xも受取る。減算節点31は基準位置信号xから実位置信号xを差引いて誤差信号を得る。この誤差信号はPID(比例−積分−微分)制御ブロック33に供給される。またPID制御ブロック33は周知の方法で振幅修正信号Aを発生する。この振幅修正信号Aはロッド15,16の移動に対して行うべき修正を示し、第一の電子カム34に供給される。
【0033】
第一の電子カム34は、台形信号発生器35で発生されて周知の方法でユニット1の他部分に対するロッド15,16の作動を同期づけるための台形信号も受取る。第一の電子カム34はガウス振幅修正プロファイルを記憶し、また、タイミング信号と同期したオフセット信号Off(特に、移動修正が行われるべき作動時間間隔内で0以外の値である)を発生し、その振幅は振幅修正信号Aの関数である。
【0034】
タイミング信号sはまた第二の電子カム37に供給される。第二の電子カム37は基準軌道Pを記憶し、ユニット1と同期した基準軌道Pを発生する。
【0035】
基準軌道Pは調整可能なオフセット・ユニット−ゲイン増幅器38に供給され、増幅器38の制御入力はオフセット信号Offを受取る。増幅器38は変更軌道P’を発生し、この軌道は基準軌道Pに対してオフセット信号Offに従って高さのみ変化している。変更軌道P’はそれぞれのサーボモーター20に連結されている駆動回路39に供給されてサーボモーター20を周知のように駆動し、これによりサーボモーターに連結されたロッドが変更軌道P’に従って作動される。図6に示されるようにユニット1の四つのサーボモーター20の各々に対して制御が行われる。
【0036】
図7は上述した第二の解決法に従ってロッド15,16の位相を変更する制御回路のブロック線図、および好ましくは制御ユニット25で実行されるプログラムを示している。図7において、図6の制御スキームと共通の全ての部品は同じ符号で示されている。
【0037】
さらに詳しくは、コード・センサー30が発生する実位置信号xは減算節点31に供給される。減算節点31は基準位置信号xも受取り、誤差信号を発生する。この誤差信号はPID(比例−積分−微分)制御ブロック42に供給され、PID制御ブロック42は周知の方法で位相修正信号φを発生する。この位相修正信号φはロッド15,16の基準軌道に対して行うべき位相修正を示す。位相修正信号φは可変振幅の台形信号発生器43に供給され、台形信号発生器43は振幅が位相修正信号φの関数である台形信号Trを発生する。台形信号Trは位相計44に供給され、位相計44は周知の方法で基準軌道に対して行うべき位相変位Δpを決定し、また図6の電子カム34,37に類似の第三の電子カム45に供給される。第三の電子カム45は図6の台形信号発生器35に類似の台形信号発生器46が発生するタイミング信号sも受取り、また、位相変位Δpに応じたタイミング信号sに対する変更した軌道P’を発生する。変更軌道P’はその後に図6の制御システムにおけるような駆動回路39に供給される。
【0038】
この説明した製造方法およびシステムの利点は以下の通りである。特に、この製造方法およびシステムは、パックの寸法の正確な、また基準位置に対する装飾位置のあらゆるズレ検出に直ちに応じた修正に備えるのであり、従って修正を加えたパックの後の全てのパックは基準寸法に形成され、機械を停止せずに、たかだか長さの変化したパックのみ排除することが必要とされるだけである。
【0039】
さらに、修正はソフトウェア制御によって極めて容易に行うことができ、従って必要ならば組合わせた修正作業も行うことができる。例えば、かなり大きな位置誤差の場合であっても、使用できる空間の限界内で移動修正を行え、ロッド15,16およびそれぞれのジョー7の位相を変更することで修正が完了される。
【0040】
明かであるが、本明細書で説明し図示した製造方法およびシステムに、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく変化を加えることができる。特に、本発明は他の形式の成形ユニット、例えば各々の半体ジョーがそれぞれのサーボモーターで付勢されたチェーンにより作動される成形ユニットや、例えば四面体の形状のパックのような他の形式のパックを製造するユニットに適用することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】流動食品を包装し、本発明による装飾修正システムを実施する機械の成形−シールのユニットの側面図を示す。
【図2】図1の成形−シールのユニットの前面図を示す。
【図3】本発明による装飾を修正するための図1および図2の機械におけるジョー作動制御の結果を模式的に示す。
【図4】ジョーの移動を制御して得たジョーの軌道の時間経過プロット図を示す。
【図5】ジョーを位相制御して得たジョーの軌道の時間経過プロット図を示す。
【図6】図4の軌道を得るための移動制御システムのブロック線図を示す。
【図7】図5の軌道を得るための位相制御システムのブロック線図を示す。
【符号の説明】
【0042】
P,P,P 基準軌道
P’,P',P',P'' 変更軌道
,P,P
Δp 位相遅延
ΔT 時間間隔
1 成形−シールのユニット
2 包装材料チューブ
3 支持構造
4 ガイド
5,5’ 成形組立体
6 ヨーク
7 ジョー
10 支持アーム
15,16 垂直ロッド
20 サーボモーター
25 制御ユニット
30 コード・センサー
31 減算節点
33 PID制御ブロック
34 第一の電子カム
35 台形信号発生器
37 第二の電子カム
38 増幅器
39 駆動回路
42 PID制御ブロック
43 台形信号発生器
44 位相計
45 第三の電子カム
46 台形信号発生器

Claims (16)

  1. 移送路に沿って送られる包装材料チューブ(2)から流動食品の密封パッケージを製造する成形−シールのユニット(1)のための装飾修正方法であり、前記成形−シールのユニット(1)は、前記移送路に沿って移動可能で且つそれぞれの作動部材(15,16,18,20)によって開閉される二対のジョー(7)を含み、前記対を成すジョー(7)が閉じられて前記チューブと一体的に移動される成形−シール行程部分に沿って、また開かれて前記チューブ(2)に対して移動される復帰行程部分に沿って、ジョー(7)が周期的且つ交互に実質的に移動される前記成形−シールのユニット(1)のための装飾修正方法であって、前記復帰行程部分に沿う前記ジョー(7)の基準軌道(P)を、基準位置に対する前記チューブ(2)の位置誤差に関係する誤差信号(e)に基づいて変更する段階を含むことを特徴とする装飾修正方法。
  2. 基準軌道(P)を変更する前記段階が、前記基準軌道の振幅および(または)位相の変更を含むことを特徴とする請求項1に記載された方法。
  3. 振幅を変更する前記段階が、前記復帰行程部分の端部に沿って実施されることを特徴とする請求項2に記載された方法。
  4. 振幅を変更する前記段階が、前記位置誤差(e)を排除するために必要な振幅修正(A)の決定、および前記振幅修正に従う前記振幅の変更を含むことを特徴とする請求項2または請求項3に記載された方法。
  5. 振幅を変更する前記段階が、前記振幅修正(A)に関する、タイミング信号(s)と同期された振幅の振幅修正曲線(Off)を発生すること、前記タイミング信号と同期して前記基準軌道(P)を発生すること、および前記基準軌道の振幅を変更するために前記修正曲線(Off)を使用することを含むことを特徴とする請求項4に記載された方法。
  6. 振幅を変更する前記段階が、逸れが可変の増幅部材(38)に対する前記基準軌道(P)の供給、および前記増幅部材のオフセット制御入力に対する前記振幅修正曲線(Off)の供給を含むことを特徴とする請求項5に記載された方法。
  7. 振幅修正を決定する前記段階が、PIDアルゴリズム(33)による前記位置誤差の処理を含むことを特徴とする請求項4から請求項6までのいずれか一項に記載された方法。
  8. 位相を変更する前記段階が、前記復帰行程部分の最初の部分に沿って実行されることを特徴とする請求項2から請求項7までのいずれか一項に記載された方法。
  9. 位相を変更する前記段階が、前記位置誤差を排除するために必要な位相修正(Tr)の決定、および前記位相修正に従う前記基準軌道(P)の位相変位を含むことを特徴とする請求項2から請求項8までのいずれか一項に記載された方法。
  10. 位相修正の前記決定段階が、前記位置誤差をPIDアルゴリズム(42)によって処理することを特徴とする請求項8または請求項9のいずれか一項に記載された方法。
  11. 移送路に沿って送られる包装材料チューブ(2)から流動食品の密封パッケージを製造する成形−シールのユニット(1)のための装飾修正システムであり、前記成形−シールのユニット(1)は、前記移送路に沿って移動可能で且つそれぞれの作動部材(15,16,18,20)によって開閉される二対のジョー(7)を含み、前記対を成すジョー(7)が閉じられて前記チューブと一体的に移動される成形−シール行程部分に沿って、また開かれて前記チューブ(2)に対して移動される復帰行程部分に沿って、ジョー(7)が周期的且つ交互に実質的に移動される前記成形−シールのユニット(1)のための装飾修正システムであって、前記ジョーの基準軌道(P)と、基準位置に対する前記チューブ(2)の位置誤差に関係する誤差信号(e)とを受取り、前記復帰行程部分に沿って活動される変更軌道(P’,P'')を発生する軌道変更ユニット(25)を有することを特徴とする装飾修正システム。
  12. 軌道変更ユニット(25)が、前記基準軌道(P)の振幅を選択的に変更する振幅制御ステージ(33〜38)、および(または)前記基準軌道の位相を変更する位相変位ステージ(42〜45)を含んでいることを特徴とする請求項11に記載されたシステム。
  13. 前記振幅制御ステージ(33〜38)が、前記位置誤差(e)を排除するために必要な振幅修正(A)を決定する計算部材(33)と、前記基準軌道(P)および前記振幅修正を受入れ、前記振幅修正の関数として変更された高さの部分を有する前記変更軌道(P’,P'')を発生する変更軌道発生器(34,38)とを含んでいることを特徴とする請求項12に記載されたシステム。
  14. 前記計算部材がPID制御ブロック(33)を含み、前記変更軌道発生器(34,38)が前記振幅修正(A)に関係してタイミング信号(s)に同期された振幅修正曲線(Off)を供給する電子カム(34)と、前記基準軌道(P)を受取る信号入力部を有するオフセットの制御可能な増幅部材(38)と、前記振幅修正曲線を受取るオフセット制御入力部とを含んでいることを特徴とする請求項13に記載されたシステム。
  15. 前記位相変位ステージ(42〜45)が前記位置誤差(e)を排除するために必要な位相修正(φ)を決定する計算部材(42)と、前記基準軌道(P)および前記位相修正を受入れ、前記変更軌道(P’)を発生する変更軌道発生器(45)とを含んでいることを特徴とする請求項12から請求項14までのいずれか一項に記載されたシステム。
  16. 前記計算部材がPID制御ブロック(42)を含み、前記変更軌道発生器が電子カム(45)を含んでいることを特徴とする請求項15に記載されたシステム。
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