JP3898865B2 - 縦形製袋充填包装機の包材繰出し制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦形製袋充填包装機にて製造される包装品を規定の製袋長に維持する上で好適した包材繰出し制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の包材繰出し制御装置は例えば特許公報第2673407号にその一例が開示されている。この公知の包材繰出し制御装置は、包材に予め付与されたレジマークを検出するレジマークセンサを備えており、このレジマークセンサにてレジマークを検出した検出時点とそのレジマークを検出すべき基準時点との間のずれに基づき、繰出しベルトと包材の間に発生するスリップ量を求め、そして、このスリップ量に基づき、繰出しベルトによる包材の繰出しを補正するものとなっている。このようにして包材の繰出しに関し、補正が加えれることで、包材のスリップに起因する包装品の長さ、すなわち、製袋長のばらつきが防止され、そして、包材の模様合わせを行うことができるものと考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知の包材繰出し制御装置はその包材の繰出し補正を実施する上で、レジマークの利用が不可欠であるため、レジマークのない無地の包材に対しては適用できない。
また、公知の包材繰出し制御装置は包材の繰出しを間欠的に行う間欠包装を前提としているため、レジスタマークもまた包材に対して一定の間隔毎、つまり、１包装品の包装に要する包材の繰出し長さ毎に付されているに過ぎない。このため、公知の包材繰出し制御装置の場合、１包装品の包装サイクルあたり、包材のスリップ量の検出時点、つまり、その包材の繰出し補正が実施される時点及び時期は１回のみとなる。
【０００４】
このことから包材のスリップ量が非常に大きく、その繰出し補正のための補正量も大になると、包材の繰出し速度を大きく変速しなければならず、包材の安定した繰出しが損なわれ、包材に皺や捩れを発生させてしまうばかりでなく、その繰出し補正もまた不正確になってしまう。
また、包材に弛みや緩み等が発生すると、レジマークセンサによるレジマークの検出、つまり、包材のスリップ量の検出が正確に行えず、この場合にも、その繰出し補正が不正確になる。
【０００５】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、間欠又は連続包装に拘わらず、しかもレジマークの無い無地の包材にあっても、包材の繰出しを高精度に制御して、その製袋長さを正確に維持でき、包装品の品質を向上できる縦形製袋充填包装機の包材繰出し制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の縦形製袋充填包装機の包材繰出し制御装置（請求項１）は、繰出しベルトの駆動に基づき包材の計算繰出し長さを求める第１測長手段と、包材の実際の繰出し長さを測定する第２測長手段と、包装品１個あたりの包装サイクル期間中、第１及び第２測長手段にて求めた計算繰出し長さと実繰出し長さとの間の偏差を連続して算出する算出手段と、包装サイクル期間中、算出手段にて求めた偏差に基づき、繰出しベルトの駆動に加えるべき補正量を連続的に演算して出力する演算手段と、その補正量に基づき、繰出しベルトの駆動補正を実施する補正手段とを具備し、演算手段はその補正量を所定範囲内に制限して補正手段に出力する制限手段を含んでいる。
【０００７】
上述の包材繰出し制御装置によれば、繰出しベルトの駆動による包材の計算繰出し長さとその実繰出し長さの間の偏差が常時監視され、その偏差に基づき、繰出しベルトの駆動補正が連続的に実施される結果、繰出しベルトによる包材の繰出しを正確に行える。ここで、包材の繰出しが安定している状態では、計算繰出し長さと実繰出し長さとの間の偏差は通常小さいものであるので、繰出しベルトの駆動補正に関し、その１回あたりの補正量もまた小さく抑えられ、包材の繰出しを不安定にすることなく、その繰出し補正の実施が可能となる。
【０００８】
上述の演算手段は制限手段を備えているので、計算繰出し長さと実繰出し長さとの間の偏差に基づく補正量が一時的に大となっても、補正手段に出力される補正量は所定範囲内に制限される。この結果、繰出しベルトの駆動補正が過度に実施されることはなく、包材のより安定した繰出しを維持しつつ、繰出しベルトの駆動補正を実施可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、縦形製袋充填包装機は充填チューブ２を備え、充填チューブ２の上端にロアホッパ４、シャッタ７、アッパホッパ８及び計量器６が順次接続されている。計量器６はの内部に充填包装すべき多数の物品を蓄え、この物品を計量した後、アッパホッパ８，シャッタ７及びロアホッパ４を通じて充填チューブ２内に投入することができ、この際、計量器６から投入信号が出力される。
【００１０】
更に、充填チューブ２の上端にはロアホッパ４の直下に、いわゆるフォーマ１０が装着されており、このフォーマ１０は包材ロールＲから繰り出された熱溶着フィルムなどの包材Ｆを筒状に形成し、この後、筒状の包材Ｆは充填チューブ２に沿って下方に引き出されている。なお、包材Ｆの両側縁はフォーマ１０を通過した後、図示しないガイドにより所定の形態で重ね合わされる。
【００１１】
充填チューブ２の両側には無端状のサクションベルトからなる一対の繰出しベルト２２が配置されており、これら繰出しベルト２２は包材Ｆを吸着し、その走行駆動に伴い包材Ｆを連続又は間欠的に繰り出すことができ、この繰出しに伴い、包材Ｆの両側縁は縦ヒートシーラ２４を通過し、ヒートシール、つまり、縦シールされる。
【００１２】
更に、充填チューブ２の下方には横ヒートシーラ２６が配置されており、横ヒートシーラ２６は、１包装品の製袋長さに相当する間隔毎に包材Ｆをヒートシール、つまり、横シールし、そして、その横シールの中央から切断する。ここで、包材Ｆの横シール・切断と前述した充填チューブ２内への物品の充填動作とは交互に実施され、これにより、横ヒートシーラ２６からは物品が充填された個々の包装品Ｐがシュート３０を介して排出される。この後、包装品Ｐはシュート３０からコンベア３２に供給され、コンベア３２により図示しない箱詰め機に移送される。
【００１３】
前述した一対の繰出しベルト２２はサーボモータ３４によりそれぞれ連動して走行駆動され、図１中には一方の繰出しベルト２２のためのサーボモータ３４のみが示されている。なお、便宜上、以下の説明においてはこれらサーボモータ３４を１つのサーボモータとして取り扱う。
サーボモータ３４はサーボドライバ３６を介して制御ユニット３８に電気的に接続されており、制御ユニット３８は所定の駆動パターンに従い駆動指令をサーボドライバ３６に出力し、サーボモータ３４の駆動、つまり、繰出しベルト２２の走行駆動を制御する。
【００１４】
一方、サーボモータ３４はロータリエンコーダ４０を内蔵しており、このロータリエンコーダ４０はサーボモータ３４の回転数を検出し、その回転数に対応する回転信号を制御ユニット３８にサーボドライバ３６を介して供給する。
更に、制御ユニット３８には、包材Ｆの実繰出し長さを測定する測長器４２が電気的に接続されている。より詳しくは、図２に示されるように測長器４２は前述した包材ロールＲとフォーマ１０との間の包材Ｆの繰出し経路４４に配置され、包材Ｆを上下に挟み且つ回転自在に支持された一対の測長ローラ４６，４８を備えている。上側の測長ローラ４６は、ばね５０により下側の測長ローラ４８に押圧付勢され、これにより、上下の測長ローラ４６，４８は包材Ｆの繰出しに連動し、滑りを発生することなく回転することができる。下側の測長ローラ４８には同軸にしてロータリエンコーダ５２が取り付けられており、このロータリエンコーダ５２は測長ローラ４８の回転数を検出し、その回転数に対応した回転信号を制御ユニット３８に供給することができる。
【００１５】
図３に示されるように、制御ユニット３８は前述したサーボドライバ３６に電気的に接続されたサーボコントロールボード５４、メインボート５６、そして、測長器４２のロータリエンコーダ５２に電気的に接続されたカウンタボード５８を内蔵している。これらボード５４，５６，５８は何れも入出力インタフェースに加え、演算機能をそれぞれ有している。なお、各ボードでの演算機能はマイクロプロセッサを含むマイクロコンピュータにより実行される。
【００１６】
メインボード５６は包装機の運転を制御する上で必要な設定値や、前述した投入信号等の供給を受け、包装機全体の運転を制御する。ここで、繰出しベルト２２の駆動に関して、より具体的に説明すると、図４に具体的に示されているようにメインボード５６はサーボモータ制御部６２を含み、サーボモータ制御部６２は予め設定されている繰出しベルト２２の駆動パターンに従い、サーボコントロールボード５４に向けて駆動指令ＤMを出力し、これにより、サーボコントロールボード５４及びサーボドライバ３６を介してサーボモータ３４を駆動する。このようにしてサーボモータ３４が駆動されると、繰出しベルト２２は駆動指令ＤMに対応した走行速度にて駆動され、包材Ｆの繰出しが実施されることになる。
【００１７】
例えば、包装機が連続包装に適用される場合、繰出しベルト２２の駆動パターンは、その運転開始時、所定の加速度にて繰出しベルト２２を加速した後に、その走行速度を一定に維持し、そして、運転終了時に至ると、所定の減速度にて繰出しベルト２２を減速させ、その駆動を停止させるものとなる。一方、包装機が間欠包装に適用される場合、繰出しベルト２２の駆動パターンは、包装品Ｐの１包装サイクル毎に、繰出しベルト２２の停止から加速、そして、必要に応じて定速状態を経て、減速から停止に至るものとなる。
【００１８】
メインボード５６はサーボコントロールボード５４と協働して、前述した繰出しベルト２２の駆動、つまり、サーボモータ３４の駆動を補正する機能をも有しており、この補正機能に関し、以下に詳細に説明する。
ここで、メインボード５６によるサーボモータ３４の駆動補正は、メインボード５６の制御実行周期（例えば３msec）毎に実施される。
【００１９】
先ず、サーボモータ３４が駆動されると、そのロータリエンコーダ４０はサーボドライバ３６を介してサーボコントロールボード５４に回転信号、すなわち、前述した駆動指令ＤMに対する帰還信号を供給する。サーボコントロールボード５４はその帰還信号及び繰出しベルト２２の駆動プーリ径から繰出しベルト２２の駆動に基づく包材Ｆの計算繰出し長さＬeを演算し、メインボード５６のスリップ量積算部６４に供給する。
【００２０】
一方、カウンタボード５８は測長器４２のロータリエンコーダ５２から回転信号の供給を受け、その回転信号及び測長ローラ４８の直径に基づき、測長器４２を通過した包材Ｆの実繰出し長さＬaを演算し、メインボード５６のスリップ量積算部６４に供給する。
スリップ量積算部６４は１包装品の包装プロセスが開始される度に、メインボード５６内にて生成される包装サイクル信号の供給を受け、この供給時点から計算繰出し長さＬeと実繰出し長さＬaとの間の偏差、つまり、繰出しベルト２２と包材Ｆとの間にて発生するスリップ量を積算し、その積算結果を積算スリップ量Ｉsとして要求補正量演算部６６に供給する。なお、スリップ量積算部６４は次の包装サイクル信号を受け取ると、今までの積算スリップ量Ｉsをリセットし、新たに前記スリップ量の積算し、その積算スリップ量Ｉsを出力する。
【００２１】
要求補正量演算部６６は積算スリップ量Ｉsに加え、後述する補正処理済積算スリップ量Ｉ’sの供給を受け、これらの差分に基づき、繰出しベルト２２による包材繰出しに関し、その要求補正量Ｃを演算する。
この後、乗算部６８にて、要求補正量ＣにゲインＧが乗算され、そして、その乗算結果である要求補正量ＣG はクリップ部７０に供給される。クリップ部７０は正の上限値と負の下限値で規定された所定の許容範囲を有し、要求補正量ＣGが許容範囲から外れる場合にはその値を上限値又は下限値に制限し、変換部７２及び補正量積算部７４の双方に要求補正量ＣLとして出力する。
【００２２】
変換部７２にて、要求補正量ＣLは、前述した駆動指令ＤMに対する制御量ΔＤに変換され、そして、この制御量ΔＤが加算部７８にて駆動指令ＤMに加算される結果、駆動指令ＤMの補正が制御実行周期毎に実施される。つまり、繰出しベルト２２による包材Ｆの繰出しにスリップ、または、スリップの逆の現象である包材Ｆの先走りが発生すると、サーボモータ３４の駆動はそのスリップや先走りを補うべく変速補正される。
【００２３】
一方、補正量積算部７４は、前述したスリップ量積算部６４と同様に包装サイクル信号の供給を受けた時点から要求補正量ＣLを積算し、その積算結果を積算補正量ＩCとして換算部７６に供給する。なお、補正量積算部７４でも、次の包装サイクル信号の供給を受けると、今までの積算補正量ＩCをリセットし、新たに要求補正量ＣLの積算を開始する。
【００２４】
換算部７６は、前述した要求補正量演算部６６での場合とは逆に、積算補正量ＩCを包材Ｆのスリップ量に相当する値、つまり、前述の補正処理済積算スリップ量Ｉ'sに換算し、この補正済積算スリップ量Ｉ'sを要求補正量演算部６６に供給する。
上述したメインボード５６の構成によれば、包装サイクルが開始されると、要求補正量演算部６６は包装サイクルの開始から現在の制御実行周期までの積算スリップ量Ｉsと、その前回の制御実行周期までの積算補正量ＩCに対応した補正処理済積算スリップ量Ｉ'sとを比較し、これらの間の差分に基づき要求補正量Ｃを演算する。ここで、積算補正量ＩCと補正処理済積算スリップ量Ｉ'sとの間の差分は現在時点までの補正し残した残存スリップ量を示すことから、繰出しベルト２２による包材Ｆの繰出しが安定している状況では、残存スリップ量は小さな値となる。それゆえ、この残存スリップ量に基づき、要求補正量演算部６６にて演算される要求補正量Ｃが大きな値となることはなく、制御実行周期毎の要求補正量Ｃ、つまり、要求補正量ＣLに基づく制御量ΔＤの値を小さく抑えることができる。それゆえ、制御量ΔＤに基づく駆動指令ＤMの補正、つまり、包材Ｆの繰出し補正はきめ細かくかつ連続的に実施されるものとなり、この結果、包材Ｆの繰出しが正確になり、包装機が連続又は間欠包装の何れのタイプにあっても、包装品Ｐの製袋長さをその正規の長さに正確に維持でき、その品質向上に大きく寄与することができる。
【００２５】
また、要求補正量ＣLは前述したクリップ部７０にて、その上限値と下限値との間の許容範囲に制限されるので、たとえ包材Ｆのスリップが一時的に大になっても、要求補正量ＣL、つまり、制御量ΔＤが過度に大となることはない。この結果、サーボモータ３４の駆動補正により、包材Ｆの繰出しにハンチングが生じることはなく、包材Ｆの安定した繰出しを維持することができ、その製袋に皺や捩れ等を発生させることはない。
【００２６】
また、包材Ｆのスリップ量は包装サイクル中、常時監視されているので、繰出し中、包材Ｆに伸びやスリップ以外の弛みや緩み等に起因したずれが発生しても、そのずれをもリアルタイムに補正可能である。
更に、包材Ｆのスリップ量は、測長器４２にて計測した包材Ｆの実繰出し長さＬaとサーボモータ３４から帰還信号に基づき計算される計算繰出し長さＬeとの間の偏差から求めているので、無地の包材Ｆにあっても、そのスリップ量を正確に求めることができる。
【００２７】
図５を参照すると、連続包装タイプの包装機に前述の包材Ｆの繰出し補正を適用した場合において、その運転開始時後、駆動指令ＤMに基づく包材繰出し速度（１点鎖線）及び測長器４２での検出に基づく包材繰出し速度（破線）とともに、要求補正量ＣLの変化動向が併せて示されている。ここで、破線の包材繰出し速度と１点鎖線の包材繰出し速度との間の偏差は包材Ｆのスリップ量を表すものであり、図５から明らかなようにスリップ量は運転開始直後、つまり、包材Ｆの繰出し開始直後やその繰出し速度が規定の定速に達した直後に大となり、そして、これらの時期に要求補正量ＣLもまた大となることが分かる。また、図５から包材Ｆの繰出し開始後、要求補正量ＣLが制御実行周期毎に出力される結果、その繰出し補正が連続して実施されていることも分かる。なお、包材Ｆの繰出し速度が定速にて繰り出されている状況にて、包材Ｆのスリップ量が常時一定であれば、要求補正量ＣLもまたほぼ一定となり、そして、そのスリップ量が無くなれば、要求補正量ＣLは零に収束する。
【００２８】
図６は間欠包装タイプの包装機の場合にあって、１包装サイクル中における包材Ｆの繰出しパターンの一例を示している。図６の場合にも１点鎖線は駆動指令ＤMに基づく包材繰出し速度を示し、破線は測長器４２での検出に基づく包材繰出し速度を示している。図６に示すように１点鎖線の包材繰出し速度と破線の包材繰出し速度との間の偏差が発生し、包材Ｆの繰出しにスリップが発生している状況にあっては、本発明の包材繰出し制御装置はそのスリップに基づき、サーボモータ３４の駆動補正、つまり、包材Ｆの繰出し補正をリアルタイムに実施することになる。
【００２９】
本発明は上述の一実施形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明の包材繰出し制御装置は測長器４２とともにレジマークセンサを更に備えているものであってもよい。この場合、本発明の包材繰出し制御装置はレジマークセンサにて、模様付きの包材のレジマークを検出すべき基準時期と実際に検出した検出時期との間のずれに基づき、包材の繰出し補正を実施することができ、包材の模様合わせにも対応可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の縦形製袋充填包装機の包材繰出し制御装置（請求項１）によれば、１包装サイクル中、繰出しベルトと包材との間のスリップを常時監視し、そして、そのスリップ量に基づき、繰出しベルトの駆動補正を連続してきめ細かく実施するので、繰出しベルトによる高精度な包材の繰出しが可能となり、包装品の製袋長さをその正規の値に正確に維持できる。
【００３１】
そして、請求項１の制御装置は、繰出しベルトの駆動補正に関し、その１回あたりの補正量に制限を加えているので、包材の繰出しを安定させつつ、繰出しベルトの駆動補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】縦形製袋充填包装機の一例を示した斜視図である。
【図２】図１の測長器の構成を拡大して示した図である。
【図３】制御ユニットの構成を示した概略図である。
【図４】制御ユニットにおけるメインボードの機能を示したブロック図である。
【図５】包装機の運転開始直後における要求補正量の変化動向を示したグラフである。
【図６】間欠包装の場合での包材繰出しパターンの一例を示した図である。
【符号の説明】
２ 充填チューブ
２２ 繰出しベルト
２４ 縦ヒートシーラ
２６ 横ヒートシーラ
３４ サーボモータ
３６ サーボドライバ
３８ 制御ユニット
４０ ロータリエンコーダ
４２ 測長器
５２ ロータリエンコーダ
５４ サーボコントロールボード
５６ メインボード
５８ カウンタボード
７０ クリップ部

Claims (1)

1. 繰出しベルトの駆動に伴い、筒状の包材を充填チューブに沿って繰出すとともに、前記包材に対する縦シール、物品の充填及び横シール・切断を行い、物品が充填された個々の包装品を製造する縦形製袋充填包装機において、
   前記繰出しベルトの駆動に基づき前記包材の計算繰出し長さを求める第１測長手段と、
   前記包材の実際の繰出し長さを測定する第２測長手段と、
   前記包装品１個あたりの包装サイクル期間中、前記第１及び第２測長手段にて得た計算繰出し長さと実繰出し長さとの間の偏差を連続して算出する算出手段と、
   前記算出手段にて求めた前記偏差に基づき、前記繰出しベルトの駆動に加えるべき補正量を連続的に演算し、出力する演算手段と、
   前記補正量に基づき、前記繰出しベルトの駆動補正を実施する補正手段と、
   を具備し、
   前記演算手段は、前記補正量を所定範囲内に制限して前記補正手段に出力する制限手段を含むことを特徴とする縦形製袋充填包装機の包材繰出し制御装置。

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