JP2010111489A

JP2010111489A - 自動充填包装装置のフィルム供給装置、フィルム供給装置のモータ制御方法

Info

Publication number: JP2010111489A
Application number: JP2008286874A
Authority: JP
Inventors: Koki Yotsuya; 耕基四谷
Original assignee: Sanko Machinery Co Ltd
Current assignee: Sanko Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】よじれや蛇行を防止するフィルム供給装置を提供する。
【解決手段】現用と予備用のフィルムを保持するフィルムロール保持部と、現用フィルムに予備用フィルムを繋ぎ合わせるフィルム繋ぎ部と、フィルム繋ぎ部にてフィルム繋ぎ動作が実行される間に包装機本体部が使用するフィルムを蓄積しておくアキュムレータ部と、備える。アキュムレータ部は、フィルム送り量を調整する送り調整部と、送り調整部からのフィルム送り量と包装機本体部でのフィルム使用量との差分を緩衝する緩衝機構部と、送り調整部によるフィルム送り量を制御する送り制御部と、を備える。送り調整部は、フィルムを送り出す送りローラと、送りローラを回転駆動させるサーボモータと、を備える。送り制御部は、サーボモータの速度を、速度０の状態から最初はゆっくり増加させ、徐々に増速するように制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動充填包装装置のフィルム供給装置およびフィルム供給装置のモータ制御方法に関する。詳しくは、使用中の原反フィルムのロールが無くなる際に自動充填包装機の運転を続行させたまま予備の原反フィルムに切り換えてフィルムを供給するフィルム供給装置およびフィルム供給装置のモータ制御方法に関する。

原反フィルムを自動的に袋状にするとともに袋内に内容物を充填して、内容物を個別パックに包装する自動充填包装装置が知られている。自動充填包装装置では、原反フィルムをロール状に巻いたフィルムロールからフィルムを引き出して使用している。使用中のフィルムロールが無くなると、別のフィルムロールに交換し、終端と始端とを繋ぎ合わせる必要がある。このとき、フィルムロールの交換時に自動充填包装装置を停止させると作業効率が低下するため、自動充填包装装置による包装動作を継続させつつ同時に原反フィルムの繋ぎ合わせを行うフィルム継ぎ装置が用いられている（特許文献1）。

図18を参照しつつ特許文献1に開示された自動フィルム継ぎ装置について簡単に説明する。自動包装機26の機台右側部にリールが設けられており、このリールには包装フィルムF1を巻回した原反ロールFXが脱着交換可能に保持されている。原反ロールFXから送り出された包装フィルムF1は、自動包装機26の隣に併設された自動フィルム継ぎ装置20に送り込まれ、複数のフィルム送りローラを経由してフィルム継ぎ機構21に送られる。予備側原反ロールFYは、自動フィルム継ぎ装置20内に設けられたリールに脱着交換可能に保持されており、予備側原反ロールFYから送り出された包装フィルムF2は、複数のフィルム送りローラを経由してフィルム継ぎ機構21に送り込まれている。現用側原反ロールFXの終端部分が検出されていない状態ではフィルム継ぎ機構21は駆動せず、現用側包装フィルムF1は、フィルム継ぎ機構21を通過してフィルム送りローラ25に送り出されている。
また、予備側原反ロールFYから送り出された包装フィルムF2は、フィルム継ぎ機構21内のフィルム保持部材に仮止めされて送り出し停止状態となっている。

現用側原反ロールFXの終端部分が検出された状態になると、フィルム継ぎ機構21はフィルム継ぎ動作を開始し、現用側包装フィルムF1の終端部分に予備側包装フィルムF2の始端部分を貼り合わせる。すると、現用側包装フィルムはF1からF2に切り換えられ、包装フィルムF2がフィルム継ぎ機構21を通過してフィルム送りローラ25に送り出されることになる。

フィルム送りローラ25を通過した包装フィルムF3は、フィルム継ぎ装置側繰り出し機構22を経由してアキュムレート機構23に送られる。フィルム継ぎ装置側繰り出し機構22とアキュムレート機構23は、フィルム継ぎ機構21でフィルム継ぎ動作を行っている間はフィルム繰り出し動作を停止しても自動包装機26の包装袋作成過程に影響を与えないようにするためのもので、概ね次のように動く。

(1)アキュムレート機構23において、事前に自動包装機26へ繰り出す包装フィルムを互いに離間した複数のフィルム送りローラ間に引き回すように配設して余裕を持たせておく。
(2)フィルム継ぎ動作を実施するためにフィルム継ぎ装置側繰り出し機構22の動作が停止すると、アキュムレート機構23は、この離間した複数のフィルム送りローラ間を徐々に縮めながら引き回された余裕フィルムを自動包装機26に送り出す。
この間にフィルム継ぎ機構21でフィルム継ぎ動作が実行される。
(3)フィルム継ぎ動作が完了すると、フィルム継ぎ装置側繰り出し機構22は、予備側フィルムを現用側フィルムとして引き出すように動き始める。
(4)動き始めたフィルム継ぎ装置側繰り出し機構22の繰り出し量は、自動包装機26が必要としているフィルム量と、アキュムレート機構23がフィルム繰り出し停止時に消費した余裕フィルム量を補充する分の合計値で動作し、アキュムレート機構23の余裕フィルム量が規定値に達すると通常のフィルム繰り出し量に戻る。

しかしながら、フィルム継ぎ動作を行う際にフィルム継ぎ装置側繰り出し機構22の動作が停止すると、それまでフィルムにかかっていたテンションが急になくなるため、フィルム継ぎ装置側繰り出し機構22と原反ロール（FX、FY）との間にはたるみが生じることがある。フィルム継ぎ装置側繰り出し機構22は、フィルム全体にテンションが張った状態で最適な送り制御ができるように軸にかかる制動力を調整しているため、フィルム継ぎ装置側繰り出し機構22と原反ロール（FX、FY）との間にたるみがあると、必要以上のフィルムを送り出してしまう場合がある。
必要以上のフィルムを急に送りだしてしまうと、自動包装装置内を送られるフィルムのテンションが緩んでたるんだり、フィルムが走行中に蛇行したり捩れたりするなどにより、袋のシール位置がずれてしまうなど、不良製品ができてしまう恐れがある。

ここで、特許文献1中にはフィルムの移送を制御する具体的構成は開示されていないが、特許文献2には、自動包装機のフィルム継ぎ機構において、フィルムが移送方向に大きくずれることを防止するために、フィルムロールを軸支する回動軸だけではなく、フィルム移送経路の途中に設けられたローラにもブレーキを内装した構成が開示されている。

図19は、特許文献2に開示されたフィルム継ぎ機構およびブレーキ機構の構成を示す図である。
図19において、包装フィルムF1は、まず案内ローラー35に掛け渡され、続いて、掛け渡しローラーとしての方向変換ローラー36、37に襷掛けに掛け渡される。さらに、包装フィルムF1は水平折り返しローラー38に掛け渡される。水平折り返しローラー38と回動軸33（回動軸34）とを結ぶ包装フィルム移送経路の途中に方向変換ローラー36、37が設けられている。
方向変換ローラー37の近傍には、ブレーキ手段としてのブレーキローラー40が互いに摺接し合うように設けられている。
このブレーキローラー40は硬質ゴムよりなり、その回動軸にはパウダーブレーキBMが内装されている。
また、第一包材ロールの回動軸33にもパウダーブレーキBF1が内装され、第二包材ロールの回動軸34にもパウダーブレーキBF2が内装されている。そして、このパウダーブレーキBMにより包装フィルムの移送方向とは逆に働くテンションTMが発生し、パウダーブレーキBF1によりテンションTF1、パウダーブレーキBF2によりテンションTF2がそれぞれ発生する。
これらのブレーキ制動により包装フィルムF1の移送速度を減ずるように制御されている。
なおこのブレーキ制御は、包装フィルムを移送方向に送る力と移送方向とは逆に働くテンションブレーキ力のバランスを取るようにしており、この結果、フィルムのシール場所を示すマークが所定の位置に来るように制御している。

このような構成において、接続装置41によって包装フィルムF1から包装フィルムF2につなぐ際には、包材ロールF1のブレーキ値を0にするとともに包材ロールF2のブレーキ値を最低値にするところ、ブレーキローラのパウダーブレーキには通常のブレーキ値に加えて包材ロールのブレーキ量（BF1）を上乗せするようにして、フィルムの繋ぎ動作の間にフィルム全体にかかるテンションを一定とする。そして、フィルムが繋ぎ終わって包材ロールF2の回転軸を規定のブレーキ量（BF2）にするとともに、ブレーキローラのブレーキ値をBFに戻す。このような構成により、フィルムの繋ぎ動作を行う場合でも繋ぎ動作の前後でフィルムに掛かるテンションを一定にでき、フィルムの移送ずれを極力少なくして包装の精度を向上させることができる。
特開2008-1429号公報(0019~0024) 特開2004-99173号公報(0018~0021)

しかしながら、特許文献2に記載されているように、ブレーキローラおよび包材ロールの回転軸に与える制動力をパウダーブレーキで制御する場合にあっては、パウダーブレーキの制御精度が高くないため、特許文献2に記載されているような粗い数段階のブレーキ力の設定しかできないという問題がある。
特許文献1に記載されたアキュムレート機構23において、繰り出し機構22によるフィルム繰り出し量を繰り出し機構22に内蔵したパウダーブレーキで行うと、たるんだフィルムを必要以上に送り出してしまうという問題が発生してしまう。

ここで、仮に、特許文献2に記載されたようにフィルムを保持するリールの回転軸と繰り出し機構22とにパウダーブレーキを内蔵してフィルム掛かるテンションを一定にするとしても、特許文献1に記載されているように、フィルム継ぎ動作が完了したときに、自動包装機26が必要としているフィルム量とアキュムレート機構23が停止時に消費した余裕フィルム量を補充する分との合計値をいきなり送り出すと、動作が急峻過ぎるために事故が生じる恐れがある。すなわち、アキュムレート機構23には急激に多くのフィルムを送ることになるためにアキュウムレート機構23の側でフィルムのたるみ、よじれ、蛇行が生じる恐れがある。

また、フィルムロールには急激なテンションがかかるため、フィルム継ぎ機構21で貼り合わせた部分が剥離する恐れもある。

なお、パウダーブレーキのブレーキ力を変化させてフィルムの送り量を滑らかに調整することも考えられるが、パウダーブレーキのブレーキ力は直線的（リニア）にしか制御できないため、フィルムの送り出し量を自在に高い精度で制御することには無理がある。

自動充填包装装置による包装動作を継続させつつ同時に原反フィルムの繋ぎ合わせを行うフィルム継ぎ部を備えたフィルム供給装置にあっては、フィルム繋ぎ動作時にフィルムの供給が停止される一方でアキュムレータ部に蓄積されたフィルムを包装機本体部に送り出すことになるため、緩衝機構部が通常の安定基準位置から外れた状態が必然的に到来する。また、フィルム繋ぎ部がフィルムの繋ぎ動作を行う際にはフィルムのテンションがゆるみ、フィルムにたるみが生じることも必然的に起こる。
ここで、本願発明者は、フィルムの繋ぎ動作時から復帰するときに、フィルムのたるみが生じている状態で急激にフィルムを送り出すことに問題の本質があることを見出し、よじれや蛇行を極力防止するためにはフィルムを最適な速度で送り出す積極的な制御が必要であるという認識のもとに本発明をなした。

すなわち、本発明の自動充填包装装置のフィルム供給装置は、現用および予備用のフィルムロールをそれぞれ保持するフィルムロール保持部と、現用フィルムの終端と予備用フィルムの始端とを重ねた状態で押圧して現用フィルムに予備用フィルムを繋ぎ合わせるフィルム繋ぎ部と、前記フィルム繋ぎ部にてフィルム繋ぎ動作が実行される間に前記包装機本体部が使用するフィルムを蓄積しておくアキュムレータ部と、備え、前記アキュムレータ部は、当該アキュムレータ部へのフィルム送り量を調整する送り調整部と、前記送り調整部からのフィルム送り量と前記包装機本体部でのフィルム使用量との差分を緩衝する緩衝機構部と、前記緩衝機構部の動作量を検出するセンサ手段と、前記送り調整部によるフィルム送り量を制御する送り制御部と、を備え、前記送り調整部は、回動可能であって前記フィルムをノンスリップローラとともに挟み込んで送り出す送りローラと、この送りローラを回転駆動させるサーボモータと、を備え、前記送り制御部は、サーボモータの速度を、速度０の状態から最初はゆっくり増加させ、徐々に増速するように制御することを特徴とする。

このように、本発明では、送り調整部にサーボモータを備えるので、フィルムの送り速度を各モードに応じた最適速度で積極的に制御することができる。そして、このサーボモータを備えたことにより、モータの回転速度を、起動時の最初はゆっくり、その後徐々に速くしていき、これによりフィルムの滑らかな送り出しを行うことができる。よって、フィルムのよじれや蛇行を極力防止し、包装機本体部による高い品質の包装動作を実現させることができる。
ここで、例えば、パウダーブレーキを複数組み合わせたり、特別仕様のパウダーブレーキやその制御装置を新たに開発することでブレーキ力を変化させ、ブレーキ力の変化だけでフィルムの滑らかな送り出しを行うとすると、相当のコストや時間を要し、また、装置が複雑になって製品コストが増大してしまう。
この点、本発明では、サーボモータを使用するとともにその制御設定を行うことで適用できるため、コストの増加を比較的少なくできると同時に上記の有用な効果を実現できるという優れた効果を奏する。

また、本発明では、前記送り制御部は、サーボモータの速度が０の状態から、徐々に加速度を増加させて前記サーボモータの速度を増速させることが好ましい。
このようなサーボモータの積極的な制御により、フィルム送り量を最適に調整することができる。

また、本発明のフィルム供給装置のモータ制御方法は、前記フィルム供給装置に設けられたサーボモータの速度を制御するモータ速度制御方法であって、前記送り制御部には、前記フィルム繋ぎ部にてフィルム繋ぎ動作が実行される際に前記サーボモータの駆動を停止させる制御を行うフィルム繋ぎモードと、前記フィルム繋ぎ動作が完了した後に、前記送り調整部によるフィルム送り量と前記包装機本体部によるフィルム使用量とがバランスする通常モードに復帰させる復帰モードとが設定されており、前記復帰モードは、前記センサ手段によって検出された前記固定ローラと前記可動ローラとの距離に応じて前記サーボモータの目標速度を設定する工程と、前記目標速度に向けて前記サーボモータの加速度を徐々に増加させる工程と、前記センサ手段によって前記固定ローラと前記可動ローラとの距離が増加に転じたことが検出されたときのモータ速度を維持させる工程と、前記固定ローラと前記可動ローラとの距離が予め設定された安定基準距離を中心とする所定の範囲内に入ったときに安定基準距離を目標距離とする通常モードとしての位置フィードバック制御に移行する工程と、を備えることを特徴とする。

復帰動作時には安定位置から大きく外れているため、単純に通常の位置フィードバック制御を行うと、動きが急峻になってしまう。そして、復帰動作時に急速に目標速度でフィルムを供給すると、フィルムのたるみ分があるため、フィルムの蛇行やよじれが生じたり、急激なテンションによって貼り合わせ部が外れるなどの不都合が生じる。この点、本発明によれば、通常モードとは別に復帰モードを設定しており、復帰動作時にはサーボモータの速度を、速度０の状態から最初はゆっくり増加させ、徐々に増速して、滑らかに加速する制御を具体的に行うことができる。

本発明では、前記送り制御部には、前記自動充填包装装置が起動するときの前記サーボモータの駆動を制御する起動モードが設定されており、前記起動モードは、前記包装機本体部が緩衝機構部にストックされたフィルムを使用して前記固定ローラと前記可動ローラとの距離が予め設定された起動開始距離になるまで前記サーボモータの駆動を停止させたままで維持する工程と、前記固定ローラと前記可動ローラとの距離が起動開始距離になったときにサーボモータの加速度を徐々に増加させる工程と、前記サーボモータによるフィルムの送り出し速度と包装機本体部によるフィルム消費速度とがバランスしたところで、前記固定ローラと前記可動ローラとの距離を予め設定された安定基準距離に制御する通常モードとしての位置フィードバック制御に移行する工程と、を備えることが好ましい。

本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第1実施形態）
本発明の自動充填包装装置に係る第1実施形態について説明する。
図1は、自動充填包装装置の一部断面図を含む側面図である。
図1に示されるように、自動充填包装装置100は、包装機本体部1と、フィルム供給部（フィルム供給装置）200と、を備える。

まず、図1および図2を参照して、包装機本体部1の構成を簡単に説明する。
図2は、包装機本体部1の一部断面図を含む正面図である。
なお、本実施形態では、包装機本体部1が多列スティック自動包装機である場合を例示するが、包装機本体部1としては、原反フィルムを袋状に成形するとともに内容物を充填する自動充填包装機であれば特に限定されるものではない。
包装機本体部1は、ホッパー2と、中間ホッパー3と、スライド計量機構4と、スライド供給盤5と、接続シュート6と、充填パイプ7と、フォーマーリング8と、を備えている。
ホッパー2は、粉末原料（内容物）を収容する。中間ホッパー3は、ホッパー2の下に連結されており、ホッパー2に入っている粉末原料を各列に配分する。
スライド計量機構4は中間ホッパー3の下端に設けられており、スライド計量機構4のスライド供給盤5から落下した原料は接続シュート6を介して充填パイプ7に送り込まれる。
充填パイプ7は、スリットされて幅が狭くなった複数条の包装フィルムＦ'を巻き付けるとともに粉末原料の投入通路となる。
フォーマーリング8は、一定の隙間が設けられた状態で充填パイプ7に嵌め込まれている。この隙間に包装フィルムＦ'が通されると、包装フィルムが略円筒状にフォーミングされる。
また、フォーマーリング8の下方には、縦シール装置9と、縦シール装置の下に設けられた横シール装置10と、横シール装置10によって出来上がった横シール中央付近に対して切り離し動作を行って個別包装袋とするカッター装置11と、切り離された個別包装袋を受け取るすべり台12と、が設けられている。また、装置の脇には、操作パネルボックス13が付設されている。
原反ロールFXから引き出された幅の広いフィルムFは、緩みを吸収するダンサーローラ15と、繰り出しローラ16と、を介してスリッター17に送られ、スリッター17によって上記充填パイプ7の列数に合わせた幅の狭い複数条の包装フィルムF'にスリットされる。

図3は、フィルム供給部200の一部断面図を含む側面図である。なお、図3においては、構造をわかりやすく表すために一部の部材を透視して描いている。以降、他の側面図においても同様である。
図4は、フィルム供給部200のアキュムレータ部500を斜め方向から見た斜視図である。
フィルム供給部200は、フィルムロール保持部300と、フィルム繋ぎ部400と、アキュムレータ部500と、を備える。

フィルムロール保持部300は、現用と予備用の二つの原反ロールを保持する機構を備えており、具体的には、現用の原反フィルムロールを回動可能に保持する第1ロール保持部310と、予備用の原反フィルムロールを回動可能に保持する第2ロール保持部320と、を備える。
図3中では、フィルム繋ぎ部400を間にして上側に配設されている原反ロール保持部を第1ロール保持部310とし、下側に配設されている原反ロール保持部を第2ロール保持部320として説明するが、現用のロールと予備用のロールをどちらで保持してもよいことはもちろんであり、フィルムの繋ぎ動作が行われると、現用側と予備側との関係は変わる。
第1ロール保持部310と第2ロール保持部320とは、同じ構成であり、回動可能な保持軸311、321に原反フィルムロールFX、FYを保持する構成である。
なお、保持軸311、321には、フィルム送り出しの正転方向とは逆の方向の制動力を与える制動ローラ312、322が所定圧力で押圧されており、保持軸311、321の回転に所定のブレーキをかけている。また、保持軸311、321にはロータリーエンコーダが内蔵されており、回転数をカウントすることによってフィルムの残り長さを算出できるようになっている。

フィルム繋ぎ部400は、フィルムFの走行路を間にして互いに対向配置されたフィルム押え板410、410を有する。フィルム押え板410、410は、スプリングを介してエアーシリンダーに取り付けられている（不図示）。
フィルム押え板410,410の上流側には切断手段としての図示しないカッター刃が配設されており、エアーシリンダによって出し入れ可能になっている。また、ロール保持部310、320からフィルム押え板410、410の間にフィルムFを案内する案内ローラ411、411が設けられている。

通常、包装機本体部1が現用フィルムFXを使用して包装動作を行っている場合には、フィルムFを移送する移送路を開けるように、フィルム押え板410は互いに離間している。そして、現用フィルムFXは、フィルム押え板410、410の間を通ってアキュムレータ部500および包装機本体部1に供給される。一方、予備用フィルムFYは、その始端Sが下側のフィルム押え板410の上に載置されている。
前記始端Sには、たとえば両面テープが貼付されており、フィルム押え板410、410が現用フィルムFXと予備用フィルムFYとを挟み込むと、現用フィルムFXと予備用フィルムFYとが繋がるようになっている。

アキュムレータ部500は、移送されるフィルムFを間にして互いに対向するように立設された一対の側壁板511、512と、フィルムロール保持部300からアキュムレータ部500へのフィルム送り量を調整する送り調整部520と、送り調整部からのフィルム送り量と包装機本体部でのフィルム使用量との差分を緩衝する緩衝機構部530と、緩衝機構部530の動作量を検出するセンサ手段570と、センサ手段570による検出値に基づいて送り調整部520によるフィルム送り量を制御する送り制御部580と、を備えている。

側壁板511、512は、アキュムレータ部の側壁として立設され、2枚の側壁が対向するように設けられている。
側壁板511、512には、緩衝機構部530の上下動作を許容するための三本の細長いスリットが穿設されている。
図3中において、右側（ロール保持部300の側）のスリットから順番に第1スリット513、第2スリット514、第3スリット515、とする。

送り調整部520は、側壁板511、512に回動可能に設けられた送りローラ521と、この送りローラ521を回転駆動させるサーボモータ522と、送りローラ521に所定圧で当接してフィルムFのすべりを防止するノンスリップローラ523と、を備える。

送りローラ521は、細長い円柱体であり、側壁板511,512に回動可能に設けられている。
サーボモータ522は、送りローラ521の回転量を制御する駆動手段である。
サーボモータ522としては、回転速度を指令値に従って調整するサーボ制御が可能であれば、その具体的構成は限定されない。
ノンスリップローラ523は、側壁板511、512の間で架橋された支持軸524において間隔をあけて四つ配設されている。支持軸524は回動可能であるが、所定の回転抵抗によって一定の制動力が働くようになっている。ノンスリップローラ523は硬質ゴムで形成され、送りローラ521に所定圧で当接している。フィルムFを送りローラ521とノンスリップローラ523とで挟むことにより、フィルムFと送りローラ521とのすべりを防止し、フィルムFの送り量を送りローラ521の回転速度によって正確に制御できるようになっている。

各ローラの配置の高さ位置は特に限定されるものではないが、送りローラ521に対して、ノンスリップローラ523は上側から当接している。また、送りローラ521の上流側において、送りローラ521よりもやや下方の位置に方向変換ローラ525が設けられている。そして、フィルムFは、フィルム繋ぎ部400を出た後、案内ローラ412の上側で案内された後、方向変換ローラ525の下側を通り、送りローラ521とノンスリップローラ523との間に移送される。
また、方向変換ローラ525の上流には、フィルムの端を検出してフィルムの蛇行がないかを見るセンサ600が配設されている。

緩衝機構部530は、固定ローラ531、532、533と、可動ローラ541、542、543と、可動ローラ541、542、543を上下方向にスライドさせるスライド機構550と、スライド機構を鉛直下方に向けて付勢する付勢手段560と、を備える。

固定ローラとして、3本のローラ531、532、533が側壁板511、512に回転可能に軸支されている。
固定ローラ531、532、533は、側壁板511、512において高さを4等分したときの上から四分の一あたりに配置されている（図3参照）。
また、3本の固定ローラ531、532、533は、互いに横方向には離間して配設されており、固定ローラを、図3中において右側から順に第1固定ローラ、第2固定ローラ、第3固定ローラとすると、第1固定ローラ531と第2固定ローラ532との間に第2スリット514の延長線がきて、第2固定ローラと第3固定ローラとの間に第3スリット515の延長線がきて、さらに、第１固定ローラと送り調整部との間に第１スリットの延長線がくる。

可動ローラとしては、3本のローラ541、542、543が側壁板511、512の各スリット513、514、515を上下動可能に設けられている。可動ローラ541、542、543の端部は、スリット513、514、515から側壁板511、512の外側へ突き出ており、端部がスライド機構550によって回動可能に軸支されている。可動ローラを、右側から順に第1可動ローラ541、第2可動ローラ542、第3可動ローラ543、とする。

送り調整部520から送りだされたフィルムFは、第1可動ローラ541、第1固定ローラ531、第2可動ローラ542、第2固定ローラ532、第3可動ローラ543、第3固定ローラ533の順に架け渡されて、最後に方向変換ローラ599を経由して包装機本体部1に送られる。

スライド機構550は、スライド板551と、レール553、554と、スライダー555と、を備える。スライド板551は、可動ローラ541、542、543の端部を回転可能に軸支している。レール553、554は、側壁板511、512の外側面においてスリット513、514、515と平行に２本設けられている。第1スリット513と第2スリット514との間に第1レール553が設けられ、第2スリット514と第3スリット515との間に第2レール554が設けられている。スライダー555は、スライド板551において側壁板511、512に対向する側の面に固定的に取り付けられ、レール553、554に沿ってスライドするようにレール553、554を挟み込んでいる。このスライダー555がレールに沿って上下にスライドすることにより、スライド板551および可動ローラ541、542、543の移動方向が規定される。

ここで、図3および図4に示すように、可動ローラ541、542、543が下方に位置して固定ローラ531、532、533から離間しているときには、緩衝機構部530におけるフィルムFの移送経路長が長くなり、可動ローラ541、542、543が固定ローラ531、532、533に近づくように上昇するとフィルムFの移送経路長が短くなる。

付勢手段560は、シリンダ561とピストン562とを備える。シリンダ561は、側壁板511において第1固定ローラ531と第2固定ローラ532との間に下端が位置する状態で鉛直に設けられている。ピストン562は、その先端がスライド板551に固定され、基端は摺動可能にシリンダ内に収納されている。シリンダ内には一定圧でエアーが供給されており、ピストン562が一定の力でスライド板551を下方に付勢している。

センサ手段570は、スライド板551の高さ位置を検出するリニアエンコーダ571と、スライド板551が最下点に位置していることを検出する原点検出手段575と、を備える。
リニアエンコーダ571は、側壁板511に鉛直方向に設けられたスケール572と、スケール572に沿ってスライド移動するとともに移動量を検出する検出スライダ573と、を備える。リニアエンコーダ571としては、光学式、静電容量式などの各種の方式が採用できる。検出スライダ573は、スライド板551と一体的に移動するように連結板574によってスライド板551に固定されている。検出スライダ573はスケール572に対する相対移動を検出して検出パルスを出力する。
原点検出手段575は、側壁板511においてスライド板551の移動可能範囲中で最下点に対応する位置に設けられた突片576と、スライド板551と一体的に移動するとともに突片576が間に入ったことを検出する検出ヘッド577と、を備える。検出ヘッド577は、連結板578によってスライド板551に固定されている。

図5は、送り制御部580のブロック図を示す図である。
送り制御部580は、スライド板551の高さ位置を算出する高さ位置算出部581と、サーボモータ522に速度指令を与えるモータ速度調整部582と、を備える。
高さ位置算出部581は、検出スライダ573からの検出パルスをインクリメントしてスライド板551の高さ位置を求める。また、高さ位置算出部581には検出ヘッド577からの検出信号が入力され、検出ヘッド577が突片を検出したときの信号を受けて原点リセットを行う。高さ位置算出部581は、求めたスライド板551の位置データをモータ速度調整部582に出力する。

モータ速度調整部582には、高さ位置算出部581による位置データと、フィルム繋ぎ部400からフィルム繋ぎ動作の実行状態を知らせる信号とが入力されている。
そして、モータ速度調整部582によるモータ制御には複数のモードが設定されており、自動充填包装装置100が起動するときのモータ動作を制御する起動モードと、フィルム供給部200からのフィルム供給と包装機本体部1による包装作業とが継続される通常モードと、フィルム繋ぎ部400によるフィルム繋ぎ動作を行うときのフィルム繋ぎモードと、フィルム繋ぎモードから通常モードに復帰させる復帰モードと、自動充填包装装置100の動作を停止させる際のモータ動作を制御する停止モードと、がある。
これらの各モードにおいて、モータ速度調整部582は、フィルム繋ぎ動作の有無およびスライド板551の高さ位置に応じて、サーボモータ522への速度指令を行うが、詳細な動作はフローチャートを用いて説明する。

まず、起動時の動作について図6のフローチャートを参照して説明する。
自動充填包装装置を起動させるにあたっては、現用のフィルムロールと予備用のフィルムロールとを保持部310、320にセットする。そして、現用のフィルムについては、始端を引き出して包装機本体部1にセットしておく。すなわち、現用フィルムは、フィルム繋ぎ部400を通過した後、アキュムレータ部500の送り調整部520（送りローラ521、ノンスリップローラ523）に挟持され、固定ローラ531、532、533および可動ローラ541、542、543に所定の経路で掛け渡した状態にセットされる。
このとき、スライド板551は付勢手段560によってスリット513,514,515の最下点に位置し、フィルムのパスラインが最も長くなった状態にセットされている。また、予備用フィルムは、始端に両面テープを貼付した状態でフィルム繋ぎ部400の押さえ板410に載置される。

図6は、起動時から通常動作までのモータ制御を中心とした動作手順を示すフローチャートである。
動作の開始時には、図6に示す起動モードによってモータ制御が実行される。以下、順に説明する。
ST100において、電源投入あるいは起動ボタンの操作などによって自動充填包装装置100の動作開始が指令されたことを検知する。すると、包装機本体部１が動作を開始し、フィルムを使用しながら充填包装動作を実行する（ST110）。
このとき、モータ速度調整部582は、サーボモータ522に速度指令を送らず、サーボモータ522は停止させたままで維持する。
サーボモータ522が停止したままでいるため、包装機本体部1は緩衝機構部530にストックされているフィルムを使用することになる。サーボモータ522が停止した状態で緩衝機構部にストックされているフィルムが使用されると、送り調整部520から第3固定ローラ533までのフィルム長が短くなるので、図7に示すように、スライド板551が最下点から離れて浮上し、包装機本体部1によって使用されるフィルム量に応じてスライド板551の位置が上昇していく。

なお、スライド板551の移動を説明するが、スライド板551とともに可動ローラ541、542、543も移動するものである。また、スライド板551の移動量を最下点からの距離によって表現するが、スライド板551の移動距離が変化することは固定ローラ531、532、533と可動ローラ541、542、543との間の距離が変化することに同義である。

スライド板551が最下点を離れると、検出ヘッド577が突片576から離れ、また、検出スライダ573がスライド板551とともにスケール572に対して相対移動する。
検出スライダ573からのパルス信号は高さ位置算出部581にてインクリメントされ、スライド板551の高さ位置が算出される。スライド板551の高さ位置は所定のサンプリングタイミングでモータ速度調整部582に送られる。

モータ速度調整部582は、スライド板551の高さが起動開始高さ（例えば10mm）になったことを検知したところで（ST120：YES）、サーボモータ522に回転指令を出力してサーボモータ522の駆動を開始させる（ST130）。
ただし、起動モードにおいてサーボモータ522の駆動を開始させるにあたっては、回転速度を0から最初はゆっくり上昇させていく（ST140）。このとき、送り調整部520によるフィルムの送り出し速度は包装機本体部1でのフィルム消費速度よりも遅いため、包装機本体部1は主として緩衝機構部530にストックされているフィルムを使用することになり、図8に示すように、スライド板551は上昇を続ける。
サーボモータ522の速度が増加していくと、サーボモータ522によるフィルムの送り出し速度が包装機本体部1でのフィルム消費速度にバランスする（ST150：YES）。
送り調整部520によるフィルムの送り出し速度と包装機本体部1によるフィルム消費速度とがバランスしたことは、リニアエンコーダ571にて検出されるスライド板551の高さ位置の減少を検出することによって判別できる。

送り調整部520によるフィルムの送り出し速度と包装機本体部1によるフィルム消費速度とがバランスしたところで、通常モードとしての位置フィードバック制御に移行する。
位置フィードバック制御は、スライド板551を安定基準位置（例えば高さ30mm）に調整するフィードバック制御であり、リニアエンコーダ571によって検出されるスライド板551の位置と安定基準位置との偏差に応じてサーボモータ522の回転速度が調整される。
図9は、位置フィードバック制御を実行中におけるスライド板551の位置とモータ速度との関係を示す一例である。
図9に示すように、目標値を挟んでS字カーブを描く制御曲線になることが好ましいため、PID制御を適用することが一例として挙げられるが、安定基準位置付近については位置の偏差に単純にゲインを乗算する比例制御を適用してもよい。
位置フィードバック制御に移行すると、安定位置（30mm）よりも高い位置(例えばh1)まで上がり過ぎていたスライド板551に対し、包装機本体部1によるフィルム使用量に釣り合う安定速度（V0）よりも早い指令速度（V1）でサーボモータ522を駆動させて、次第に安定位置（30mm）に達する。
安定位置に達したところで安定位置を中心とした位置フィードバック制御によってスライド板551の位置を安定させるとともに包装機本体部1でのフィルム使用量と送り調整部520によるフィルム送り量とをバランスさせる。
動作の停止やフィルム繋ぎ動作が実行されて別の動作モードに移行するまで位置フィードバック制御が継続される（図１０参照）。

次に、フィルム繋ぎ時におけるサーボモータ522の制御について説明する。
図11は、フィルム繋ぎ時における動作手順を示す図である。
包装機本体部でフィルムが消費されていくと、現用の原反フィルムロールの残りが少なくなる。
残りのフィルムが所定量を下回ると、フィルムの繋ぎ動作が開始される。
フィルム繋ぎ動作の開始にあたって、フィルム繋ぎ部400からモータ速度調整部582にフィルム繋ぎ動作開始の指令が入力される（ST200）。すると、モータ速度調整部582は、サーボモータ522の駆動を停止させる（ST210）。
このようにサーボモータ522の駆動が停止したところで、フィルム繋ぎ部400によるフィルム繋ぎ動作が実行される（ST220）。図12は、フィルム繋ぎ動作を実行している様子を示す図である。フィルム押え板410が現用フィルムと予備用フィルムとを挟み込んで現用フィルムと予備用フィルムとを貼り合わせる。そして、現用フィルムの残りフィルムを切断した後、フィルム押え板が開く。これにより、使用されるフィルムが予備用フィルムに切り替わる。

なお、フィルム繋ぎ動作(ST220)の間はサーボモータ522が停止しているが、包装機本体部1の動作は継続されている。
このとき、包装機本体部1は緩衝機構部530にストックされているフィルムを使用するので、図12に示されるように、包装機本体部1によって使用されるフィルム量に応じてスライド板551の位置が上昇していく。

フィルムの繋ぎ動作が完了したところで（ST230：YES）、フィルム繋ぎ部400から繋ぎ動作完了の指令がモータ速度調整部582に出力され、次の復帰動作に移行する。

フィルム繋ぎ動作を行ったあと、通常モードに復帰するための復帰モードについて説明する。
図13は、復帰モードにおける動作手順を示すフローチャートである。
フィルム繋ぎ動作を行った直後は、包装機本体部1が緩衝機構部530に蓄えられたフィルムの多くを使用したため、図14に示すように、スライド板551の位置がかなり高い位置にある。また、サーボモータ522が停止していたためフィルム供給部にあるフィルムにはテンションが掛からず、そのためフィルムにたるみが生じることがある。

復帰動作にあたって、フィルム繋ぎ部400から完了指令を受けると、モータ速度調整部582は、スライド板551の高さ位置からモータ回転速度の目標値を設定する（ST300）。これは、図15に示されるように、そのときのスライド板551の位置(h₂)に対し、安定位置からのずれに応じて設定される速度V₂を算出し、これを目標速度として設定する。
復帰モードにおいてサーボモータ522の駆動を再開させるにあたっては、回転速度を0から最初ゆっくり、徐々に上昇させていく（ST310）。すなわち、図15中の点線で示すような曲線で目標速度に向かって速度を上昇させていく。
このように速度を増加させていくと、包装機本体部1によるフィルム使用速度に釣り合う速度V0を超えたところでスライド板551の高さが減少に転じることになる（ST320）。スライド板551の高さが減少を始めたことを検知すると（ST320：YES）、目標速度に達していなくても、現在の速度ままこれを維持する。そして、スライド板551の高さが予め設定された安定制御範囲に入ったことを検出したところで（ST340）、通常モードである位置フィードバック制御に移行する。このようにしてフィルム繋ぎ動作でサーボモータ522を停止していた状態から通常モードに円滑に移行する。

なお、安定制御範囲としては、安定基準位置の上下数センチの範囲に設定することが例として挙げられる。

次に、自動充填包装装置100が停止する際のモータ制御について説明する。
図16は、自動充填包装装置100が停止する際のモータ制御手順を示すフローチャートである。
ST400において、停止ボタンの操作などによって自動充填包装装置100の動作停止が指令されたことを検知する。
すると、モータ速度調整部582は、通常モードでの安定基準位置（30mm）から目標高さを一段下げるとともにその高さ目標に見合う目標速度にモータ速度を減速する（ST420）。
図17は、停止モードにおける目標高さと目標速度の関係を示す一例である。
このように高さ0でモータ速度が徐々に0になるように高さと目標速度との関係を設定しておく。すなわち、安定基準位置から最下点までのフィルムストック分を徐々に送り出すように設定しておく。
このようにしてスライド板の高さが0になるまでST410に戻って繰り返し、スライド板が最下点に達したところでモータ制御は終了する。

このような構成を備える本実施形態によれば、送り調整部にサーボモータを備えるので、フィルムの送り速度を各モードに応じた最適速度で積極的に制御することができる。よって、フィルムのよじれや蛇行を極力防止し、包装機本体部による高い品質の包装動作を実現させることができる。そして、サーボモータで積極的にフィルムの送り速度を制御する場合でも、必然的に停止状態が生じる本実施形態の場合に一つの位置フィードバック制御だけを適用すると急激な動きが発生するが、本実施形態では複数のモードを設定しているので状況に応じた最適な制御を実行することができる。

本発明は、上記実施形態にのみ限定されないのはもちろんである。
フィルムの繋ぎ動作は、フィルム保持部がロールの回転数からフィルムの残り長さを算出し、フィルムの残り長さが予め設定された値を下回ったときに自動的にフィルム繋ぎ動作が実行されるようにしてもよく、あるいは、操作者がフィルムの残りを見てフィルム繋ぎ動作を操作指示するようにしてもよい。また、フィルムの貼り合わせは両面テープではなく、熱をかけて融着するようにしてもよい。
フィルム供給装置の構成としては、本実施形態の構成に限らず、例えば、図18にて示した構成であって、この送り出し機構にサーボモータを内蔵してもよい。

自動充填包装装置の一部断面図を含む側面図。包装機本体部の一部断面図を含む正面図。フィルム供給部の一部断面図を含む側面図。フィルム供給部のアキュムレータ部を斜め方向から見た斜視図。送り制御部のブロック図。起動時の動作を示すフローチャート。スライド板の移動状態を示す図。スライド板の移動状態を示す図。位置フィードバック制御を実行中におけるスライド板の位置とモータ速度との関係を示す図。スライド板の移動状態を示す図。フィルム繋ぎ時における動作手順を示すフローチャート。フィルム繋ぎ動作を実行している様子を示す図。復帰モードにおける動作手順を示すフローチャート。スライド板の移動状態を示す図。モータの目標速度を設定する様子を説明する図。自動充填包装装置が停止する際のモータ制御手順を示すフローチャート。停止モードにおける目標高さと目標速度の関係を示す図。背景技術を説明するための図。背景技術を説明するための図。

符号の説明

1…包装機本体部、2…ホッパー、3…中間ホッパー、4…スライド計量機構、5…スライド供給盤、6…接続シュート、7…充填パイプ、8…フォーマーリング、9…縦シール装置、10…横シール装置、11…カッター装置、12…すべり台、13…操作パネルボックス、15…ダンサーローラ、16…繰り出しローラ、17…スリッター、20…自動フィルム継ぎ装置、21…フィルム継ぎ機構、22…フィルム継ぎ装置側繰り出し機構、23…アキュムレート機構、25…フィルム送りローラ、26…自動包装機、33…回動軸、34…回動軸、35…案内ローラー、36…方向変換ローラー、37…方向変換ローラー、38…水平折り返しローラー、40…ブレーキローラー、41…接続装置、100…自動充填包装装置、200…フィルム供給部、300…フィルムロール保持部、310…第1ロール保持部、311…保持軸、312…制動ローラ、320…第2ロール保持部、400…フィルム繋ぎ部、410…フィルム押え板、411…案内ローラ、412…案内ローラ、500…アキュムレータ部、511、512…側壁板、513、514、515…スリット、520…送り調整部、521…送りローラ、522…サーボモータ、523…ノンスリップローラ、524…支持軸、525…方向変換ローラ、530…緩衝機構部、531、532、533…固定ローラ、541、542、543…可動ローラ、550…スライド機構、551…スライド板、553、554…レール、555…スライダー、560…付勢手段、561…シリンダ、562…ピストン、570…センサ手段、571…リニアエンコーダ、572…スケール、573…検出スライダ、574…連結板、575…原点検出手段、576…突片、577…検出ヘッド、578…連結板、580…送り制御部、581…高さ位置算出部、582…モータ速度調整部、599…方向変換ローラ。

Claims

自動充填包装装置の包装機本体部に原反フィルムを供給するフィルム供給装置において、
現用および予備用のフィルムロールをそれぞれ保持するフィルムロール保持部と、
現用フィルムの終端と予備用フィルムの始端とを重ねた状態で押圧して現用フィルムに予備用フィルムを繋ぎ合わせるフィルム繋ぎ部と、
前記フィルム繋ぎ部にてフィルム繋ぎ動作が実行される間に前記包装機本体部が使用するフィルムを蓄積しておくアキュムレータ部と、備え、
前記アキュムレータ部は、
当該アキュムレータ部へのフィルム送り量を調整する送り調整部と、
前記送り調整部からのフィルム送り量と前記包装機本体部でのフィルム使用量との差分を緩衝する緩衝機構部と、
前記緩衝機構部の動作量を検出するセンサ手段と、
前記送り調整部によるフィルム送り量を制御する送り制御部と、を備え、
前記送り調整部は、回動可能であって前記フィルムをノンスリップローラとともに挟み込んで送り出す送りローラと、この送りローラを回転駆動させるサーボモータと、を備え、
前記送り制御部は、サーボモータの速度を、速度０の状態から最初はゆっくり増加させ、徐々に増速するように制御する
ことを特徴とするフィルム供給装置。
請求項１に記載のフィルム供給装置において、
前記送り制御部は、サーボモータの速度が０の状態から、徐々に加速度を増加させて前記サーボモータの速度を増速させる
ことを特徴とするフィルム供給装置。
請求項1または請求項2に記載のフィルム供給装置に設けられたサーボモータの速度を制御するモータ速度制御方法であって、
前記送り制御部には、前記フィルム繋ぎ部にてフィルム繋ぎ動作が実行される際に前記サーボモータの駆動を停止させる制御を行うフィルム繋ぎモードと、
前記フィルム繋ぎ動作が完了した後に、前記送り調整部によるフィルム送り量と前記包装機本体部によるフィルム使用量とがバランスする通常モードに復帰させる復帰モードとが設定されており、
前記復帰モードは、
前記センサ手段によって検出された前記固定ローラと前記可動ローラとの距離に応じて前記サーボモータの目標速度を設定する工程と、
前記目標速度に向けて前記サーボモータの加速度を徐々に増加させる工程と、
前記センサ手段によって前記固定ローラと前記可動ローラとの距離が増加に転じたことが検出されたときのモータ速度を維持させる工程と、
前記固定ローラと前記可動ローラとの距離が予め設定された安定基準距離を中心とする所定の範囲内に入ったときに安定基準距離を目標距離とする通常モードとしての位置フィードバック制御に移行する工程と、を備える
ことを特徴とするフィルム供給装置のモータ制御方法。
請求項3に記載のフィルム供給装置のモータ制御方法において、
前記送り制御部には、前記自動充填包装装置が起動するときの前記サーボモータの駆動を制御する起動モードが設定されており、
前記起動モードは、
前記包装機本体部が緩衝機構部にストックされたフィルムを使用して前記固定ローラと前記可動ローラとの距離が予め設定された起動開始距離になるまで前記サーボモータの駆動を停止させたままで維持する工程と、
前記固定ローラと前記可動ローラとの距離が起動開始距離になったときにサーボモータの加速度を徐々に増加させる工程と、
前記サーボモータによるフィルムの送り出し速度と包装機本体部によるフィルム消費速度とがバランスしたところで、前記固定ローラと前記可動ローラとの距離を予め設定された安定基準距離に制御する通常モードとしての位置フィードバック制御に移行する工程と、を備える
ことを特徴とするフィルム供給装置のモータ制御方法。