JP2009126533A

JP2009126533A - 自動包装機

Info

Publication number: JP2009126533A
Application number: JP2007301209A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Onodera; 浩之小野寺
Original assignee: Kawashima Packaging Machinery Ltd
Current assignee: Kawashima Packaging Machinery Ltd
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: JP5102586B2

Abstract

【課題】シールローラを回転駆動するサーボモータの高い制御性、精度性を利用して、異物の噛み込みや包装材の厚み異常のようなセンターシールの不良を高い精度で検出する自動包装機を提供する。
【解決手段】シールローラを回転駆動するサーボモータ３７を駆動する動作値として、駆動電流のような動作データが検出されている。正常な包装動作をする間に、基準動作データＤｍを作成して記憶しておく。包装動作時のサーボモータ３７の動作データを基準動作データＤｍと比較し、当該比較結果に基づいて動作データが正常か否かを判定することでセンターシールの良否を判定することができる。例えば、サーボモータ３７の異常電流検知することにより、シールローラが挟み込む包装材部分に異物が噛み込まれることや包装材に皺が生じる等のシール異常を検出することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、縦型又は横型の自動包装機において、特にウェブ状包装材を筒状包装材に成形するローラ形式のセンターシーラにおいてシール異常を検出することが可能な自動包装機に関する。

従来、縦型又は横型の自動製袋包装機においては、ウェブ状包装材は、その両側縁部をセンターシーラによってシールされることで筒状包装材に成形される。センターシールの位置は、必ずしも、袋の幅方向の真中央でなくても良く、幅方向にずれた位置でもよい。センターシーラによって形成された筒状包装材内に包装すべき製品が投入、充填、又は送り込まれ、製品間で筒状包装材を横方向にシールすることにより、製品が包装袋内に包まれた袋包装体が製作される。包装材の送りは間欠又は連続の形態があるが、それに合わせて筒状包装材への成形と製品の供給が逐次・連続的に行われて袋包装体が製造される。

袋包装体を連続して製造する従来の別の包装機として、横型自動包装機の一例が図３に示されている。図３（ａ）は全体を示す斜視図、同（ｂ）はその横断面図である。横型自動包装機５０は、ウェブ状包装材Ｆｗを筒状包装材Ｆｔに成形し、横方向に走行する筒状包装材Ｆｔの内部に包装物である製品Ａを横方向に送り込み、製品Ａが収容された袋包装体を連続して製造可能な包装機である。フィルムロールＲから案内ロール５１及び繰出しローラ５７によって繰り出されたウェブ状包装材Ｆｗは、フォーマ等の成形器５１によって走行されつつ筒状に成形される。筒状包装材Ｆｔは、合わせられた両側端縁ｅ，ｅを挟む一対の紙引きローラ５４ａ，５４ｂから成る送り手段５４によって引っ張られて案内板５８，５８上を摺動走行する。送り手段５４の後流には、円筒周面上に加熱用のシール線を有する一対の回転型のシールローラ５３ａ，５３ｂから成るセンターシール手段５３が案内板５８，５８の下方に配設されており、センターシール手段５３は筒状包装材４２の両側端縁ｅ，ｅを加熱・加圧して溶着してセンターシールを形成する。センターシール手段５３の後流には、横シール手段５５が設けられており、筒状包装材Ｆｔを製品Ａの前後で横断的にシールして袋包装体を製造する。

上記のシールローラを備えたセンターシール手段においては、包装材の両側端縁ｅ，ｅを所定のシール圧を以て挟んでヒートシールを施すことで、正しくヒートシールが施される。しかしながら、包装材が蛇行するなど走行が乱れる場合には、包装材の両側端縁ｅ，ｅが正しく重ならない、或いは両側端縁ｅ，ｅに皺や襞が生じる等の厚みに不均一性が不具合が生じることがある。或いは、両側端縁ｅ，ｅ間に製品のカスなどのような異物等を噛み込むこともある。こうした不具合は、包装材を筒状に案内する手段が特に設けられていない横型包装機において特に生じやすく、密封性が不十分でセンターシールがシール不良となる、或いはセンターシールが綺麗に形成されず見栄えが悪くなるという問題を生じる。また、連続的に包装を行う自動包装機の場合には、不良品として無駄になる包装体も多くなって不経済である。したがって、正しくセットし直すために自動包装機を直ちに停止するか、或いは、不適切な袋包装体を排除する等の適切な処置を取る必要がある。

これらの不具合が生じるときには、シールローラ間に挟み込む包装材の厚さに変化が生じる。エアやばね力に基づいてシールローラにシール圧を与えている場合、かかる厚さの変化はシールローラが微小に変位することで許容される。しかしながら、そのときの変動は微小なものであり、エア圧力やばね力の変化でもって異物の噛み込みの検出を行うことは難しい。光電センサや近接センサ等のセンサ手段は、百数十μｍのフィルムの厚みの変化については検出可能であるが、数十μｍの微小な変位を検出することは困難である。このように、センサ検出値が通常値であるのか異常値であるのかを判定するのは難しく、異物を噛み込みに起因したシールバーの変位を精度良く検出するには限界がある。

また、一般にヒートシーラとしてシールローラは、ローラの周面に形成されるシール面の加工誤差に起因して、周面は厳密には真円筒面ではない。また、シールローラと回転出力軸との取付けにおいても、回転軸心が完全に一致させることは困難であって振れ回りを完全に無くすことは困難である。このように、シールローラが回転されるときに、ヒートシール面に厳密な意味で真円運動をさせることは困難である。

横型の包装機における長手方向のシール装置として、ヒートシーラとしてのシールローラをサーボモータによって駆動する自動包装機が提案されている（特許文献１参照）。
特開２０００−２２６００５号公報

そこで、センターシール用のシールローラをサーボモータによって駆動する自動包装機において、サーボモータの高い制御性、精度性を利用して、異物の噛み込みや包装材の厚み異常のようなセンターシール異常を高い精度で検出する点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、センターシールを行うシールローラをサーボモータによって駆動する自動包装機において、サーボモータの高い制御性、精度性を利用して、異物の噛み込みや包装材の厚み変化に起因したセンターシールの異常を高い精度で検出し、センターシールの不具合に迅速に対応することを可能にする自動包装機を提供することである。

上記の課題を達成するため、この発明による自動包装機は、包装材を挟み込んでセンターシールを施すシールローラ、当該シールローラを回転駆動するサーボモータ、及び前記サーボモータの当該回転駆動を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記シールローラの１回転の間における前記サーボモータの基準動作データを記憶しており、センターシール時の前記サーボモータの動作データを当該基準動作データと比較することに基づいてセンターシールの正常・異常を判定することから成っている。

この自動包装機によれば、制御手段はサーボモータを駆動してシールローラを回転させ、シールローラは挟み込む包装材を加圧・加熱してセンターシールを行う。シールローラは加工誤差や組立誤差に起因して厳密には真円運動をしないので、サーボモータの駆動データが回転角度位置に応じて変動する。制御手段は、シールローラの１回転の間におけるサーボモータのこうした回転角度位置に応じて変動する駆動データを基準動作データとして記憶している。制御手段は、包装動作におけるセンターシール時のサーボモータの動作データを、シールローラの回転毎に基準動作データと比較し、当該比較結果に基づいて動作データが正常か否かを判定する。包装材の蛇行や皺等に起因する異常や、包装材の間に異物を挟む異常の場合には、サーボモータの動作データが基準動作データからずれるので、このずれの量を判断することによって、センターシールの正常・異常を判定することができる。

この発明による自動包装機は上記のように構成されているので、サーボモータの高い制御性、精度性が利用されて、異物の噛み込みや包装材の厚み変化に起因したセンターシールの異常を高い精度で検出し、センターシールの不具合を即座に判断することができる。その結果、センターシールに生じる不良に迅速に対応することが可能となり、例えば、シール不良部分の長さを可及的に短縮し、無駄な包装体の製造を可及的に少なくすることができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による自動包装機の実施例を説明する。図１は本発明による自動包装機をピロー包装機のような横型包装機に適用したときの要部の概略を示す平面図である。図１（ａ）は、横型包装機の要部の正面図、同（ｂ）はシールローラが閉じている状態を示す平面図、同（ｃ）はシールローラが開いた状態を示す平面図である。横型の自動包装機の基本的な構造は、図３に示した従来の構造と変わるところはないので、再度の説明を省略する。

図１に示す横型の自動包装機２１によれば、フォーマによって略断面円形に成形された湾曲包装材Ｆｃは、横方向下流のセンターシール手段２３に向かって送られ、センターシール手段２３によって筒状包装材Ｆｔに成形される。製品Ａが送り込まれた筒状包装材Ｆｔはセンターシール手段２３の下流位置に設けられている横シール手段によって横断方向にシールされる。センターシール手段２３の流れ上下流方向には、紙引きローラのような送り手段やガイドローラのような案内手段を設けて、両側縁部ｅ，ｅを挟み、包装材の蛇行を防止することが好ましい。

センターシール手段２３は、それぞれ加熱手段を内蔵する二つの対向するシールローラ２３ａ，２３ｂを備えており、シールローラ２３ａ，２３ｂ間に湾曲包装材Ｆｃの両側縁部ｅ，ｅを合掌状に挟み込み、両側縁部ｅ，ｅを互いに加熱することでヒートシールを施して筒状包装材Ｆｔを成形する。一つのサーボモータ３７の出力軸３７ａの回転出力が歯車機構によって分配されてシールローラ２３ａ，２３ｂに伝達される。出力軸３７ａはもう一つの軸３７ｂと共に包装機のフレームに回動自在に支持されて設けられており、軸３７ａ，３７ｂにそれぞれ互いに噛み合うように取り付けられた歯車３８ａ，３８ｂが、シールローラ２３ａ，２３ｂと同軸に設けられている歯車３９ａ，３９ｂと更に噛み合っている。この歯車機構によって、シールローラ２３ａ，２３ｂは互いに異なる回転方向に同期回転される。また、横型包装機２１は連続動作であるので、センターシール手段２３もこの同期回転は連続動作で行われる。

センターシール手段２３は、シールローラ２３ａ，２３ｂを互いに接離させる駆動源としてサーボモータ３０と、サーボモータ３０の出力軸３２における回転出力をシールローラ２３ａ，２３ｂが互いに接離する回動動作に変換する運動変換機構３１を備えている。運動変換機構３１の図示例は一例であるが、サーボモータ３０の出力軸３２にはレバー３３が取り付けられており、レバー３３の各先端部には対称位置にリンク３４ａ，３４ｂがその一端で回動自在に取り付けられている。リンク３４ａ，３４ｂの他端にはブラケット３５ａ，３５ｂの一端部が回動自在に連結されており、ブラケット３５ａ，３５ｂの他端部にはシールローラ２３ａ，２３ｂが回転自在に支持されている。ブラケット３５ａ，３５ｂは、上記シールローラ２３ａ，２３ｂを回転させる歯車３８ａ，３８ｂのための軸３７ａ，３７ｂを共通の軸として回動可能となっている。したがって、ブラケット３５ａ，３５ｂが回動しても、歯車３８ａ，３８ｂとシールローラ２３ａ，２３ｂとの噛み合いは常に維持される。サーボモータ３０が駆動され、出力軸３２が回転すると、レバー３３及びリンク３４ａ，３４ｂを介して、ブラケット３５ａ，３５ｂが軸３７ａ，３７ｂの回りに互いに反対方向に回動し、シールローラ２３ａ，２３ｂが軸３７ａ，３７ｂの回りに互いに接近又は離反する動きをする。図１（ｂ）は、シールローラ２３ａ，２３ｂが接近して包装材の両側縁部ｅ，ｅを挟み込んで回転している状態を示している。包装機１が停止されるときには、シールローラ２３ａ，２３ｂが互いに最も離れた状態でサーボモータ３０が停止される（図１（ｃ））。サーボモータ３０の出力によって、シール圧力が制御されるとともに、異物の噛み込み等のシール不良を検出することができる。

製品Ａが送り込まれた筒状包装材Ｆｔはセンターシール手段３の下流位置に設けられている横シール手段によって横断方向にシールされる。センターシール手段３の流れ上下流方向には、紙引きローラのような送り手段やガイドローラのような案内手段を設けて、両側縁部ｅ，ｅを挟み、包装材の蛇行を防止することが好ましい。

シールローラ２３ａ，２３ｂは上述したように、ヒートシール面である周面を厳密な意味で真円に製作することは困難であり、また軸３７ａ，３７ｂに取り付ける場合にも、振れ回りなく同心状態に取り付けるのもまた困難である。それゆえ、シールローラ２３ａ，２３ｂの周面は真円運動をすることができず、包装材の側縁部に対する圧接状態が時々刻々変動し、サーボモータ３７の駆動電流も微小ながら変動をしている。

シールローラ２３ａ，２３ｂの基準動作データは、シールローラ２３ａ，２３ｂの正常な複数回転におけるサーボモータの基準動作データを加工して得られる。即ち、図２に示すように、横軸をシールローラ２３ａ，２３ｂの回転角度（０度〜３６０度）とし、複数回転の各回転（１回転の範囲）について、縦軸を駆動電流のような動作値とするグラフを作成する。０度〜３６０度の回転角度範囲について、動作値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３・・を重ね合わせ加算しその合計値を回転回数で除算することにより、平均的な動作データＤｍが得られる。この複数回転中において、包装材の重なった側縁部が異常状態（異物の噛込みや、包装材の蛇行走行に起因した皺や重ね合わせの異常）であると、動作データに異常が現れるので、基準動作データの作成にとって不適である。そこで、包装材の重なった側縁部は異常無く正しくシールされていることを確認する。

こうした基準動作データＤｍを作成することにより、個々の包装機のセンターシール手段２３において、その回転角度の進行に伴う動作値に現れるセンターシール手段固有の癖をデータ化することができる。

こうした基準動作データが作成されて包装機の制御手段に記憶されると、実際のセンターシール手段２３の動作に際して、個々の回転に応じて得られる作動データＤａを、基準動作データＤｍと比較することにより、異常を生じているか否かを判定することができる。例えば、シールローラの１回転において、特定の回転角度での作動データと基準動作データとで所定以上の差を持つ動作値ｄが見出された場合には、その角度位置で側端縁に異物の噛込みや包装材に皺が発生する、或いは、側端縁同士の重なりに異常があることが判定される。

制御手段は、包装機の停止時には、図示しない別のサーボモータ３０を用いる機構を作動させて両シールローラ２３ａ，２３ｂを開き、包装材に対して非接触状態にすることが好ましい。このようにすることにより、包装材が長い時間に渡ってシールローラ２３ａ，２３ｂに接触し続けることがなく、包装材が溶けてセンターシール手段２３に付着するなどの不都合が生じることを避けることができる。

基準データＤｍに基づいて正常と判定される正常判定範囲Ｅが定められており、その時々の動作データが正常判定範囲Ｅ内にあるか否かが判定される。ところで、自動包装機の作動開始からの時間経過に従って生じる温度上昇に起因して、センターシール手段２３の動作データが変化することがある。基準動作データＤｍ及び当該基準動作データＤｍとの比較に基づくセンターシールの正常・異常を判定する判定範囲Ｅは、自動包装機の作動開始からの経過時間に応じて更新することが好ましい。そこで、センターシール手段２３の１回転の動作中の動作データがその正常判定範囲Ｅ内であれば、適宜な時期にその動作データに基づいて基準動作データＤｍが更新される。

また、センターシール機構の温度上昇は、運転中にはゆっくり生じているので、基準動作データＤｍとの比較に基づいて行われる動作データの正常・異常の判定を定める判定範囲Ｅについては、基準動作データＤｍの更新後の経過時間に応じて、温度上昇が飽和する所定時間までは当該経過時間に比例するように定めることもできる。

このように、この実施例によれば、包装機の作動中には常に回転している一対のシールローラ２３ａ，２３ｂを回転駆動するサーボモータ３７の特性（高精度性、制御性）を利用して、正常判定範囲Ｅを超える動作値ｄが検出された場合には、包装材の側縁部の異常（異物の噛み込みや、皺の発生、蛇行による側縁部の重なり異常等）であると直ちに判断して、その後の自動包装機の停止や、シールローラ２３ａ，２３ｂのサーボモータ３０の作動による開きなど、迅速な対応を取り、包装材の無駄な消費を抑えることができる。

上記の実施例のように、一対のシールローラ２３ａ，２３ｂを開閉駆動する駆動手段として、サーボモータ３０が用いられている。サーボモータ３０は、閉じる方向の駆動力を駆動電流等の手段で制御し、その結果、シール圧力を高い精度で制御することができる。この特性を利用して、異物の噛み込み等の包装材の側縁部の異常もこの開閉用のサーボモータからの情報で検出可能である。

シールローラ２３ａ，２３ｂを回転駆動するサーボモータ３７による包装材の側縁部の異常検出を、この開閉用のサーボモータ３０からの側縁部異常情報と組み合わせることによって、誤検出を排除して更に精度の高い側縁部異常検出も可能である。或いは、いずれかのサーボモータによる包装材の側縁部の異常検出をチェックして、より安全側に精度の高い側縁部異常検出をすることも可能である。

この自動包装機は、シールローラが横方向に走行する前記包装材の両側縁部を回転しながら合掌状に挟んでシールする横型包装機であるとして説明したが、自動包装機としては、シールローラが縦方向に走行する包装材の両側縁部を合掌状に挟んでシールする縦型包装機として、本発明による包装材のシール異常の検出を適用することができるのは明らかである。即ち、縦型自動包装機は、センターシーラとして包装材の端縁同士を挟んで合掌状にヒートシールを施す一対のヒートシールローラを備える形式のものであれば、本発明によるシール異常の検出をそのまま適用可能である。

本発明による自動包装機が適用される横型包装機の要部を示す平面図である。シールローラを回転させるサーボモータの動作データの回転角度経過に伴う変化の一例を示すグラフである。本発明による自動包装機が適用され得る横型包装機の一例を示す斜視図である。

符号の説明

２１横型自動包装機２３センターシール手段
２３ａ，２３ｂシールローラ３０サーボモータ
３７ａ，３７ｂ軸３８ａ，３８ｂ歯車
３９ａ，３９ｂ歯車
Ｄｍ基準動作データＤ１〜Ｄ３動作データ
Ｅ正常判定範囲ｄ異常な動作値

Claims

包装材を挟み込んでセンターシールを施すシールローラ、当該シールローラを回転駆動するサーボモータ、及び前記サーボモータの当該回転駆動を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記シールローラの１回転の間における前記サーボモータの基準動作データを記憶しており、センターシール時の前記サーボモータの動作データを当該基準動作データと比較することに基づいてセンターシールの正常・異常を判定することから成る自動包装機。
前記基準動作データは、前記シールローラの複数回転における前記サーボモータの基準動作データを１回転の範囲毎に重ね合わせて平均することにより得られる動作データであることから成る請求項１に記載の自動包装機。
前記基準動作データは、前記サーボモータの駆動電流値であることから成る請求項１又は２に記載の自動包装機。
前記包装機は、前記シールローラが縦方向に走行する前記包装材の両側縁部を合掌状に挟んでシールする縦型包装機であることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動包装機。
前記包装機は、前記シールローラが横方向に走行する前記包装材の両側縁部を回転しながら合掌状に挟んでシールする横型包装機であることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動包装機。