JP4264450B2 - 帯状紙部材のカットオフ方法、装置及びその制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、段ボールシート等を製造するコルゲートマシンにおいて、段ボールウェブ等の帯状紙部材を切断するカットオフ方法、装置及びその制御装置に関する。

従来、コルゲートマシンのカットオフ装置において、ナイフシリンダの剛性を低減でき且つナイフ間に常に一定の押付力を与えることが試みられている。例えば、図８に示すように、上ナイフ５５及びスプリット歯車８ａ，８ｂを取り付けられた上ナイフシリンダ５３と、上ナイフ５５と協働して段ボールウェブを切断する下ナイフ５６及びスプリット歯車８ａ，８ｂと噛合する下歯車９を取り付けられた下ナイフシリンダ５４と、各ナイフシリンダ５３，５４を回転駆動する主駆動モータ５１、補助駆動モータ５０と、駆動モータ５１，５０を制御するコントローラ５２とをそなえ、上下ナイフ５５，５６の噛み合い時に噛み合うスプリット歯車８ａ，８ｂの歯と下歯車９の歯との間に遊隙を形成するとともに、コントローラ５２により両駆動モータ５１，５０の少なくとも一方を制御して、上下ナイフ５５，５６が噛み合う際に両ナイフ間５５，５６に押付力を与えるようにしようとするものが提案されている（例えば、特許文献１。）。
特開２００２−２８４４３０公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載のものは、上ナイフ５５を下ナイフ５６に押し付ける押付力が生じるようコントローラ５２によりトルク制御されるようにしたのみであり、正確に段ボールシート等の帯状紙部材を切断することは困難であり、また、上モータと下モータの定格出力容量（大きさ）も異なり、制御装置も含めた部品の種類が多くなるという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、上（先行）モータ及び下（後追い）モータの双方に帯状紙部材を切断するために必要なトルクを適正に分配して与えることにより、正確に段ボールシート等の帯状紙部材を切断できるようにした、帯状紙部材のカットオフ方法、装置及びその制御装置を提供することを目的とする。更には、上モータと下モータの定格出力容量を同じにして部品の種類を少なくできるようにすることを目的とする。

このため、請求項１記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ制御装置は、ヘリカル状の先行ナイフが取付けられた先行ナイフシリンダを回転駆動する先行ナイフ駆動モータとヘリカル状の後追いナイフが取付けられた後追いナイフシリンダを回転駆動する後追いナイフ駆動モータとを制御する帯状紙部材のカットオフ制御装置において、入力された帯状紙部材の紙送り速度及び切断シート長に基づき前記先行ナイフ駆動モータ及び前記後追いナイフ駆動モータの回転速度パターンを生成し速度指令値を出力する速度パターン生成器と、該速度パターン生成器からの前記速度指令値と前記先行ナイフ駆動モータ或いは前記後追いナイフ駆動モータの検出速度とを比較する比較器と、該比較器からの信号に基づき前記先行ナイフ駆動モータ及び前記後追いナイフ駆動モータの回転トルク指令値を演算する指令トルク演算器と、前記先行ナイフ駆動モータ及び前記後追いナイフ駆動モータの切断トルクを演算する切断トルク演算器と、該切断トルク演算器から送信された前記切断トルクを分配し帯状紙部材の紙送り速度及び切断シート長とに基づき付与トルクパターンを生成すると共に付与トルク指令値を出力する付与トルクパターン生成器と、前記指令トルク演算器で演算された前記回転トルク指令値から前記付与トルクパターン生成器から出力された前記付与トルク指令値を減じる指令トルク減算器と、前記指令トルク減算器にて演算された結果に基づき前記先行ナイフ駆動モータを制御する先行パワーアンプと、前記指令トルク演算器で演算された前記回転トルク指令値と前記付与トルクパターン生成器で演算された前記付与トルク指令値とを加算する指令トルク加算器と、前記指令トルク加算器にて演算された結果に基づき前記後追いナイフ駆動モータを制御する後追いパワーアンプとを備えたことを特徴とする。

請求項２記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ制御装置は、請求項１記載の装置において、前記切断トルク演算器にて演算される前記切断トルクは、入力された帯状紙部材の坪量及び紙送り速度に基づく、帯状紙部材を切断するために必要な切断トルク値であることを特徴とする。
請求項３記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ制御装置は、請求項１又は２記載の装置において、前記切断トルク演算器にて演算される前記切断トルクは、前記先行ナイフ及び前記後追いナイフに加わる帯状紙部材からの切断反力に抗して、尚且つ前記先行ナイフ及び前記後追いナイフに適当な接触力が残る程度の大きさとすることを特徴とする。

請求項４記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ制御装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の装置において、前記付与トルクパターン生成器で生成される前記付与トルクパターンは、矩形状、台形状又は多角形状のいずれかの付与パターンであることを特徴とする。
請求項５記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ制御装置は、請求項１〜４の何れか１項に記載の装置において、前記付与トルクパターン生成器が、前記紙送り速度に応じて前記付与トルクのパターンを変更するものであることを特徴とする。

請求項６記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ制御装置は、請求項１〜５の何れか１項に記載の装置において、前記付与トルクパターン生成器で生成された前記先行ナイフ駆動モータ及び前記後追いナイフ駆動モータ用の前記付与トルクパターンは同じであることを特徴とする。
請求項７記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ制御装置は、請求項１〜６の何れか１項に記載の装置において、前記帯状紙部材の坪量、切断シート長を入力する入力部を有すると共に、前記帯状紙部材の坪量を前記切断トルク演算器に出力し、前記帯状紙部材の坪量及び切断シート長に基づき前記先行ナイフシリンダ及び前記後追いナイフシリンダの回転速度を演算し前記速度パターン生成器へ出力する生産管理装置に接続されていることを特徴とする。

請求項８記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ装置は、ヘリカル状の先行ナイフが取付けられた先行ナイフシリンダと、前記先行ナイフと協働して帯状紙部材を切断するヘリカル状の後追いナイフが取付けられた後追いナイフシリンダと、前記先行ナイフシリンダの回転軸の一端部に取付けられた先行歯車と、前記後追いナイフシリンダの回転軸の一端部に取付けられて前記先行歯車と歯合する後追い歯車と、前記先行歯車と噛合する先行駆動歯車と、前記後追い歯車と噛合する後追い駆動歯車と、前記先行駆動歯車を回転駆動する先行ナイフ駆動モータと、前記後追い駆動歯車を回転駆動すると共に前記先行ナイフ駆動モータと同じ定格容量の後追いナイフ駆動モータと前記後追い駆動歯車及び前記先行ナイフ駆動モータを個別に制御する請求項１〜７の何れか１項に記載のカットオフ制御装置とを備えたことを特徴とする。

請求項９記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ装置は、請求項８記載の装置において、前記先行歯車及び前記後追い歯車のうち少なくとも一方は、前記先行ナイフ及び前記後追いナイフが協働して前記帯状紙部材を切断する区間において前記先行歯車及び前記後追い歯車の他方と接しないように歯を切り欠かかれていることを特徴とする。
請求項１０記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ装置は、請求項８記載の装置において、前記先行歯車又は前記後追い歯車のうち少なくとも一方には、前記先行ナイフ及び前記後追いナイフが協働して前記帯状紙部材を切断する区間において前記先行歯車及び前記後追い歯車の他方と噛合う歯が、無いことを特徴とする。

請求項１１記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ装置は、請求項８記載の装置において、前記先行歯車又は前記後追い歯車のうち少なくとも一方は、前記先行ナイフ及び前記後追いナイフが協働して前記帯状紙部材を切断する区間において切断開始から所定区間過ぎてから前記先行歯車及び前記後追い歯車の他方と接しないように歯を切り欠かれていることを特徴とする。

請求項１２記載の本発明の帯状紙部材のカットオフ装置は、請求項８記載の装置において、前記先行歯車又は前記後追い歯車のうち少なくとも一方には、前記先行ナイフ及び前記後追いナイフが協働して前記帯状紙部材を切断する区間において切断開始から所定区間過ぎてから前記先行歯車及び前記後追い歯車の他方と噛合う歯が、無いことを特徴とする。

請求項１３の帯状紙部材のカットオフ装置は、請求項８〜１２の何れか１項に記載の装置において、前記先行ナイフシリンダ及び前記後追いナイフシリンダは、炭素繊維強化プラスチック製の筒状の部材であることを特徴とする。

特許請求の範囲に記載の各請求項に係る発明は、それぞれ以下のような効果を有する。
請求項１に係る発明によれば、付与トルクパターン生成器にて帯状紙部材の切断に必要な切断トルクが分配されて先行ナイフ駆動モータ或いは前記後追いナイフ駆動モータが制御されるので、帯状紙部材の紙送りに影響を与えることはなく、帯状紙部材を正確に切断することができる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加え、帯状紙部材の坪量及び紙送り速度に応じて、切断トルクを変化させることができる。
請求項３に係る発明によれば、請求項１又は２に係る発明の効果に加え、帯状紙部材の切断時において、先行ナイフと後追いナイフとの間には接触力が発生しているので、先行ナイフと後追いナイフの刃先ギャップを切断可能な限度以下に抑えることができる。

請求項４に係る発明によれば、請求項１〜３の何れか１項に係る発明の効果に加え、紙送り速度に応じた適正な付与パターンが選択できる。
請求項５に係る発明によれば、請求項１〜４の何れか１項に係る発明の効果に加え、先行ナイフ駆動モータ及び後追いナイフ駆動モータの回転速度が低速或いは中速の場合は平坦な付与パターンとし、また、高速の場合は矩形状とすることにより、紙送り速度に応じた最適な帯状紙部材の切断が可能となる。

請求項６に係る発明によれば、請求項１〜５の何れか１項に係る発明の効果に加え、先行ナイフ駆動モータ及び後追いナイフ駆動モータ用の付与トルクパターンを同じにすることにより、帯状紙部材の切断時において、帯状紙部材の紙送りに影響を与えることはなく、帯状紙部材を正確に切断することができる。
請求項７に係る発明によれば、請求項１〜６の何れか１項に係る発明の効果に加え、生産管理装置において、切断する帯状紙部材の坪量、切断シート長を変更することが可能となる。また、従来、常に最大坪量相当の切断荷重を付与していたのに比べて、帯状紙部材の坪量に応じて切断荷重を変更可能なため、各ナイフの磨耗を低減し、寿命を延ばすことができる。

請求項８に係る発明によれば、請求項１〜７の何れか１項に係る発明の効果に加え、先行ナイフ駆動モータ及び後追いナイフ駆動モータの定格容量を同じにすることにより、駆動モータのみならずカットオフ制御装置のパワーアンプ等も同一容量とすることができる。
請求項９及び請求項１０に係る発明によれば、請求項８に係る発明の効果に加え、先行ナイフと後追いナイフとが接触していない時は、先行ナイフ駆動モータと後追いナイフ駆動モータとは同期もしくは、加減速運転されると共に先行歯車と後追い歯車とが噛合しているので、同期性が確実になる。また、接触し帯状紙部材を切断する時には、先行歯車と後追い歯車とは噛合していないので、先行ナイフ駆動モータ及び後追いナイフ駆動モータを個別に制御することが可能となり、適正な切断力をえることができる。

請求項１１及び請求項１２に係る発明によれば、先行ナイフ及び後追いナイフの係合開始時に、後追いナイフが先行ナイフよりも先行してしまうこと（逆刃）を防止できる。これにより、両ナイフの破損を防止でき、品質の高い正確な切断を行なうことが可能となる。
請求項１３に係る発明によれば、請求項８〜１２の何れか１項に係る発明の効果に加え、先行ナイフシリンダ及び後追いナイフシリンダの回転慣性力を小さくでき、迅速な制御が可能となる。

本発明の実施の形態に係るカットオフ装置を示す模式的な正面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明の実施の形態に係るカットオフ装置の上下ナイフによる切断開始時点での上下歯車の状態を示す模式的な側面図である。 本発明の実施の形態に係るカットオフ装置の上下ナイフによる切断終了時点での上下歯車の状態を示す模式的な側面図である。 本発明の実施の形態に係るカットオフ制御装置の制御ブロック図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は本発明の実施の形態に係る各ナイフ駆動モータの制御パターンを示す図である。 本発明の実施の形態に係る各ナイフ駆動モータの付与トルクパターンの他の例を示す図である。 従来のカットオフ装置を示す模式的な正面図である。

符号の説明

１ フレーム
２ 上（先行）ナイフシリンダ
３ 下（後追い）ナイフシリンダ
４ 上（先行）ナイフ
５ 下（後追い）ナイフ
６，７ 回転軸
８ 上（先行）歯車
８ａ，８ｂ スプリット歯車
９ 下（後追い）歯車
１０ 上（先行）駆動歯車
１１ 下（後追い）駆動歯車
１２ 上（先行）ナイフ駆動モータ
１３ 下（後追い）ナイフ駆動モータ
１４ エンコーダ
２０ カットオフ制御装置
２１ 指令値演算部
２２ 位置演算器
２３ 切断トルク演算器
２４ 速度パターン生成器
２５ 付与トルクパターン生成器
３０ 上（先行）ナイフ速度制御部
３１ 比較器
３２ 指令トルク演算器
３３ 指令トルク減算器
３４ 上（先行）パワーアンプ
３５ 下（後追い）ナイフ速度制御部
３６ 指令トルク加算器
３７ 下（後追い）パワーアンプ
４０ 生産管理装置
４１ 紙送り制御装置
Ｄ 帯状紙部材
Ｃ 切断開始点
О 切断終了点
Ｓ 上下ナイフの始端（係合開始点）
Ｅ 上下ナイフの終端（係合終了点）
ｔ１ 接合開始時刻
ｔ２ 減速を開始する時刻
ｔ３ 待機を開始する時刻
ｔ４ １サイクル完了時刻
ｔｃ 切断開始時刻
ｔｏ 切断完了時刻
Ｖｓ 紙送り速度
Ｌ 切断シート長
Ｗ 坪量
Ｂ 帯状紙部材の幅
Ｐｔ 現在位置
Ｔｔ 回転トルク指令値
Ｖｔ 速度指令値
Ｔｘａ，Ｔｘｂ 切断トルク
Ｔｘａｔ，Ｔｘｂｔ 付与トルク指令値
Ｓｔ 検出速度
Ｑ 所定長さ

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態につき説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るカットオフ装置を示す模式的な正面図、図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係るカットオフ装置の上下ナイフによる切断開始時点での上下歯車の状態を示す模式的な側面図、図４は、本発明の実施の形態に係るカットオフ装置の上下ナイフによる切断終了時点での上下歯車の状態を示す模式的な側面図である。図５は、本発明の実施の形態に係るカットオフ制御装置の制御ブロック図、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、本発明の実施の形態に係る各ナイフ駆動モータの制御パターンを示す図、図７は、本発明の実施の形態に係る各ナイフ駆動モータの付与トルクパターンの他の例を示す図である。

先ず、図１，図２に基づき、本発明の実施の形態に係る、段ボールシート等を製造するコルゲートマシンにおける段ボールウェブ等の帯状紙部材Ｄを切断するカットオフ装置の構成につき説明する。図１，図２に示すように、平行な同転軸６，７が、左右のフレーム１，１を貫通して設けられている。なお、回転軸６，７は、金属製で剛性の高いものとなっている。

この回転軸６，７の外周には、各々円筒状の上（先行）ナイフシリンダ２、下（後追い）ナイフシリンダ３が放射状の支柱を介して取付けられている。上ナイフシリンダ２及び下ナイフシリンダ３は、剛性が高く、且つＧＤ²（回転慣性力）の小さい、例えば、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチンク、略称：カーボンファイバ）製のものが使用される。回転軸６，７及び上ナイフシリンダ２、下ナイフシリンダ３等を上述の形状、材質とすることにより、ＧＤ²が小さくなるため応答性が良く迅速な回転制御が可能となる。

即ち、従来のものでは、上ナイフシリンダ２及び下ナイフシリンダ３をＧＤ²の大きいものとし、その回転慣性力と、上下ナイフの一方を撓ませて予圧荷重を発生させることにより帯状紙部材Ｄの切断に必要な押付力得ていたが、後記するように、上（先行）ナイフ駆動モータ１２及び下（後追い）ナイフ駆動モータ１３により付与トルクを与えて切断力を得るようにしたため、上ナイフシリンダ２、下ナイフシリンダ３をＧＤ²（回転慣性力）の小さいものとすることが可能となっている。

上ナイフシリンダ２の外周には、歯が半径方向外側に向いた縦歯形状の上（先行）ナイフ４がヘリカル状に取り付けられ、下ナイフシリンダ３の外周には、歯が円周方向に向いた横歯形状の下（後追い）ナイフ５がヘリカル状に取り付けられている。そして、段ボールウェブ等の帯状紙部材Ｄを切断する時には、上ナイフ４と下ナイフ５とが協働、即ち、帯状紙部材Ｄを上ナイフ４と下ナイフ５との間に挟んで、上ナイフ４と下ナイフ５とをお互いに押し付けつつ、刃先の接している点を一方端から他端側に移動させて帯状紙部材Ｄを切断する。なお、図１，図２中、Ｓは上下ナイフの始端（係合開始点）、Ｅは上下ナイフの終端（係合終了点）である。

従来のものでは、剛性の高いナイフシリンダにより予圧荷重を刃先にかけて切断していたが、上述のごとく、上ナイフ４の刃先と下ナイフ５の刃先とが接触する方向に当たるように各ナイフ４，５の刃先を噛み合わせて、帯状紙部材Ｄの切断を行うため、切断荷重は大幅に低減され、刃合わせ調整もラフ（簡単）に行える。更に、後記するように、付与トルクを各々付与することにより、各ナイフシリンダ２，３の剛性、ＧＤ²も低減でき、各ナイフ駆動モータ１２，１３の容量も大幅に低減できる。また、従来、常に最大坪量相当の切断荷重を付与していたのに比べて、帯状紙部材Ｄの坪量に応じて切断荷重（付与トルク）を変更できるため、各ナイフ４，５の寿命を増大できる。

なお、図２には、上ナイフ４、下ナイフ５を誇張して図示しているが、実際には、上ナイフシリンダ２及び下ナイフシリンダ３の径はかなり大きく、上ナイフシリンダ２及び下ナイフシリンダ３の一部分にヘリカル状のリセス（窪み）を設けて、そのリセスに上ナイフ４、下ナイフ５が取り付けられている。
また、上ナイフ４、下ナイフ５、上ナイフシリンダ２、下ナイフシリンダ３及び回転軸６，７は、次のような構造としても良い。即ち、上ナイフシリンダ２、下ナイフシリンダ３は、炭素繊維強化プラスチック製の中空の円筒状の部材の両端に、炭素繊維強化プラスチック製の円盤状の蓋を取り付けた形状（或いは一体形成）とする。この両端の蓋の中心に、各々金属製の回転軸６，７を接着及び或いはボルトナット等により固定する。そして、炭素繊維強化プラスチック製の円筒状の上ナイフシリンダ２、下ナイフシリンダ３の表面に、アルミニウム製又は鉄製、或いは炭素繊維強化プラスチック製の取り付け台を取り付け、その取り付け台上にボルトナット等により上ナイフ４、下ナイフ５をヘリカル状に取り付ける。更には、炭素繊維強化プラスチック製の中空の円筒状の上ナイフシリンダ２、下ナイフシリンダ３の両端に、金属製の蓋付きの回転軸６，７を各々固定するようにしても良い。

回転軸６の一端部（図１の右方）には、スプリット歯車８ａ，８ｂからなる上（先行）歯車８が取り付けられ、回転軸７の一端部（右方）には上歯車８と噛合する下（後追い）歯車９が取り付けられている。この２枚のスプリット歯車８ａ，８ｂは、僅かに回転方向にずらしてボルト等により回転軸６に固定されており、上ナイフ４と下ナイフ５とが接していない時に、下歯車９との噛み合いにおいてバックラッシュを防止できるようになっている。なお、上歯車８を１枚の歯車とし、下歯車９を２枚のスプリット歯車としても良い。更には、上歯車８又は下歯車９は、必ずしも２枚の歯車とする必要はなく、双方共１枚の歯車としても良い。

上歯車８には、これと噛合する上（先行）駆動歯車１０を介して上（先行）ナイフ駆動モータ１２が接続され、下歯車９には、これと噛合する下（後追い）駆動歯車１１を介して下（後追い）ナイフ駆動モータ１３が接続されている。これらのナイフ駆動モータ１２，１３は、同一定格容量・出力のトルクモータであり、カットオフ制御装置２０により個別に制御されるようになっている。また、どちらか一方の、例えば下ナイフ駆動モータ１３の回転軸には、モータの回転速度を検出するエンコーダ１４が取り付けられている。

前述の上歯車８及び下歯車９は、次のような特徴を有している。即ち、上歯車８と下歯車９とは、上ナイフ４と下ナイフ５とが接しない範囲では、前述のごとくバックラッシュがないように噛み合っている。そして、図３、図４に示すように、上ナイフ４と下ナイフ５とが接し切断を行う範囲（切断開始点Ｃから切断終了点Ｏまでの範囲）では、スプリット歯車８ａ，８ｂの少なくともどちらか一方の歯の側面の、与圧（付与）トルクＴｘａｔ，Ｔｘｂｔが付加された時に対峙する側が、図３、図４中にハンチングで示すように削られている。このようにして、少なくとも切断開始点Ｃから切断終了点Ｏまでの範囲においては、上ナイフ４の刃先と下ナイフ５の刃先とは接するが、上歯車８と下歯車９との歯は接しないようになっている。

なお、切断開始点Ｃ及び切断終了点Ｏは、帯状紙部材Ｄの幅Ｂに応じて変化する。したがって、実際には、上歯車８及び下歯車９の上下ナイフの始端（係合開始点）Ｓから上下ナイフの終端（係合終了点）Ｅまでの範囲において、図３、図４にハッチングで図示のように削るようにしている。
上述の構成とすることにより、上ナイフ４と下ナイフ５とが接触していない時は、上ナイフ駆動モータ１２と下ナイフ駆動モータ１３とは、確実な同期運転が可能となる。また、上ナイフ４と下ナイフ５とを接触させて帯状紙部材Ｄを切断する時（或いは、上ナイフ４と下ナイフ５とが接触している時）には、上歯車８と下歯車９とは噛合していないので、上ナイフ駆動モータ１２及び下ナイフ駆動モータ１３を個別に制御して、上ナイフ４と下ナイフ５との間に適正な押し付け力を与えることが可能となり、帯状紙部材Ｄの適正な切断力を得ることができる。

なお、上歯車８及び下歯車９を１枚の歯車とする場合は、上歯車８又は下歯車９の少なくともどちらか一方の切断開始点Ｃから切断終了点Ｏまでの範囲（或いは、上下ナイフの始端（係合開始点）Ｓから上下ナイフの終端（係合終了点）Ｅまでの範囲）の歯の側面を削るようにする。更には、上歯車８又は下歯車９の少なくともどちらか一方の切断開始点Ｃから切断終了点Ｏまでの範囲の歯を欠落させても良く、また、上歯車８又は下歯車９の少なくともどちらか一方の歯車の全周囲の歯を全体的に細くしても良い。

ただし、上記のように上歯車８及び下歯車９の上下ナイフの始端Ｓから上下ナイフの終端Ｅまでの範囲を削った（又は欠落させた）場合（即ち、上歯車８及び下歯車９の上下ナイフの始端Ｓから上下ナイフの終端Ｅまでの範囲にバックラッシュを設けた場合）、上下ナイフの係合開始時に下ナイフ（後追いナイフ）５が上ナイフ（先行ナイフ）４よりも先行してしまう（即ち「逆刃」が発生する）ことが考えられる。特に、トルク制御を開始するタイミングがずれた場合に逆刃が発生する可能性がある。

そこで、このような逆刃が生じてしまうのを回避するため、上歯車８及び下歯車９の上下ナイフの始端Ｓから所定長さ（上下ナイフ刃先のシリンダ軸方向における長さ）Ｑに対応する範囲（所定区間）は削らないでおく（或いは欠落させないでおく）ことが好ましい。つまり、上歯車８及び下歯車９の上下ナイフの始端Ｓから所定長さＱに対応する範囲にはバックラッシュを設けず、且つ、上記所定長さＱを脱してから上下ナイフの終端Ｅまでの範囲にバックラッシュを設けるようにする。

これにより、上下ナイフの係合開始時における上下ナイフの逆刃を防止することができるので、上下ナイフの破損を防止でき、品質の高い正確な切断を行なうことが可能となる。
なお、所定長さＱが約１００ｍｍよりも小さすぎると逆刃防止効果が得られず、また、所定長さＱが２００ｍｍよりも大きすぎるとトルク制御による切断効果が得られないおそれがあるため、所定長さＱは、上下ナイフの始端から例えば約１００〜２００ｍｍの範囲であるのが好ましい。

また、図３，図４は、模式的な図であり、上ナイフ４と下ナイフ５とは、離れて図示しているが、実際には、図２に示すように上ナイフ４と下ナイフ５は、上歯車８又は下歯車９の歯付近に位置しており、上ナイフ４と下ナイフ５との刃先は噛み合うようになっている。
また、図１，図２に図示のカットオフ装置は、上ナイフ４は縦歯形状、下ナイフ５は横歯形状の場合を示しているが、これに限定されるものではなく、縦歯、横歯を逆にしても、両方共に縦歯、或いは横歯としても良い。

次に、図５、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）、図７に基づき、本発明の実施の形態にかかる、段ボールシート等を製造するコルゲートマシンにおける段ボールウェブ等の帯状紙部材Ｄを切断するカットオフ制御装置２０につき説明する。段ボールシート等を製造するコルゲートマシンには、コルゲートマシンの全体の生産を管理、制御する生産管理装置４０が設けられている。

生産管理装置４０は、段ボールシート等の帯状紙部材Ｄの坪量Ｗ（或いは、材質、厚さ、横幅等）、切断するシートの長さＬ、紙送り速度Ｖｓ（或いは単位時間当たりの切断枚数）等を入力するキーボード（入力部）、表示画面、各種のデータを記憶するメモリー、演算処理部（ＣＰＵ）等を備えている。そして、キーボードから、切断する段ボールシート等の帯状紙部材Ｄの坪量Ｗ、切断シート長Ｌ等を入力することにより、各種の設定値を変更できるようになっている。

なお、カットオフ装置にダンボールウェブ等の帯状紙部材Ｄを給紙する図示略の紙送り装置には、紙送り制御装置４１が設けられており、生産管理装置４０から送信された紙送り速度Ｖｓに基づき、紙送り制御装置４１により帯状紙部材Ｄの紙送り速度が制御される
一方、カットオフ装置にはカットオフ制御装置２０が設けられており、カットオフ制御装置２０は、各種のパターンの生成等を行う指令値演算部２１、上ナイフ駆動モータ１２への駆動電流を制御する上（先行）ナイフ速度制御部３０及び、下ナイフ駆動モータ１３への駆動電流を制御する下（後追い）ナイフ速度制御部３５から構成されている。そして、カットオフ制御装置２０には、生産管理装置４０から帯状紙部材Ｄの紙送り速度Ｖｓ、切断シート長Ｌ及び坪量Ｗが送信される。

指令値演算部２１は、速度パターンを生成する速度パターン生成器２４、帯状紙部材Ｄを切断するためのトルクパターンを生成する付与トルクパターン生成器２５、切断に必要なトルクを演算する切断トルク演算器２３から構成されている。
速度パターン生成器２４においては、生産管理装置４０から帯状紙部材Ｄの紙送り速度Ｖｓ、切断シート長Ｌを受信して、図６（Ａ）に示す速度パターンを生成する。即ち、紙送り速度Ｖｓと切断シート長Ｌから、１サイクルにおける、上ナイフ４と下ナイフ５との接合開始時刻ｔ１、切断開始時刻ｔｃ、切断完了時刻ｔｏ、接合完了し減速を開始する時刻ｔ２、減速を完了し待機を開始する時刻ｔ３，１サイクル完了時刻ｔ４を演算する。更に、増速工程（ｔ０〜ｔ１間）、ナイフの接合丁稚（ｔ１〜ｔ２間）、減速工程（ｔ２〜ｔ３間）、待機工程（ｔ３〜ｔ４間）における各々の速度も演算する。

なお、待機時間（ｔ３〜ｔ４間の時間）中は速度がゼロの場合もある。また、紙送り速度Ｖｓが速く、切断シート長Ｌが短い場合には、切断時間（ｔｃ〜ｔｏ間の時間）の速度よりも待機時間（ｔ３〜ｔ４間の時間）の速度の方が速い場合もある。このようにして、図６（Ａ）に示す速度パターンは生成され、この生成された速度パターンは図示略の記憶装置に記憶される。更に、切断開始時刻ｔｃ及び切断完了時刻ｔｏを、付与トルクパターン生成器２５に送信する。

帯状紙部材Ｄの切断作業時においては、位置演算器２２により、下ナイフ駆動モータ１３に取り付けられたエンコーダ１４にて検出した検出速度Ｓｔを受信し、その検出速度Ｓｔを積算して、上ナイフ４及び下ナイフ５の現在位置Ｐｔ及び、１サイクルの開始時刻ｔ０からの経過時間ｔを算出する。そして、速度パターン生成器２４において、記憶された速度パターンに基づき、その経過時間ｔにおける速度指令値Ｖｔを演算する。この演算された速度指令値Ｖｔを、比較器３１に送信する。

次に、切断トルク演算器２３においては、生産管理装置４０から帯状紙部材Ｄの紙送り速度Ｖｓ、坪量Ｗを受信して、上ナイフ駆動モータ１２及び下ナイフ駆動モータ１３により坪量Ｗの帯状紙部材Ｄをその紙送り速度Ｖｓで切断するために必要な切断トルク（Ｔｘａ＋Ｔｘｂ）を演算する。
なお、切断トルク（Ｔｘａ＋Ｔｘｂ）は、坪量Ｗ、紙送り速度Ｖｓ及び帯状紙部材の幅Ｂの変更に伴い変更する。更に、切断トルク（Ｔｘａ＋Ｔｘｂ）値は、上ナイフ４及び下ナイフ５に加わる帯状紙部材Ｄからの切断反力に抗して、尚且つ上ナイフ４及び下ナイフ５に適当な接触力が残る程度の大きさとする。この接触力は、水平方向で、１００〜３００ｋｇｆ程度が好ましい。

このようにすることにより、帯状紙部材Ｄの切断時において、上ナイフ４と下ナイフ５との間には接触力が発生しているので、上ナイフ４と下ナイフ５の刃先ギャップを切断可能な限度以下に抑えることができる。演算された切断トルク（Ｔｘａ＋Ｔｘｂ）は、付与トルクパターン生成器２５に送信される。
付与パターン生成器２５においては、切断トルク演算器２３から送信された切断するために必要な切断トルク（Ｔｘａ＋Ｔｘｂ）及び、速度パターン生成器２４から送信された切断開始時刻ｔｃ、切断完了時刻ｔｏに基づき、図６（Ｃ）に図示の付与トルクパターンを生成し、図示略の記憶装置に記憶する。なお、図６（Ｃ）に図示の付与トルクパターンは、上ナイフ駆動モータ１２に必要な切断トルクＴｘａと下ナイフ駆動モータ１３に必要な切断トルクＴｘａとが等しく矩形状の場合を示している。なお、上記の付与トルクパターンは、ｔ１〜ｔｃ間及び、ｔｏ〜ｔ２間を増加、減少するようにした台形の形状としても良い。また、切断トルクＴｘａ，Ｔｘｂを上下ナイフの接合開始時刻ｔ１よりも前の時刻（例えば上下ナイフが接合開始する直前）から付与するようにしてもよい。なお、前述したように、上歯車８及び下歯車９の上下ナイフの始端Ｓから所定長さＱに対応する範囲にはバックラッシュを設けず、且つ、上記所定長さＱを脱してから上下ナイフの終端Ｅまでの範囲にバックラッシュを設けるようにし、さらに、上下ナイフの接合開始時刻ｔ１よりも前の時刻から切断トルクＴｘａ，Ｔｘｂを付与することにより、切断開始時における逆刃を確実に防止することが可能になる。

この切断トルクＴｘａの絶対値と切断トルクＴｘｂの絶対値とは等しい（即ち、上ナイフ駆動モータ１２及び下ナイフ駆動モータ１３に付与する付与トルクパターンはプラスマイナスが逆で形状が同じ）ことが好ましく、等しくすることにより、帯状紙部材Ｄの切断時において、帯状紙部材Ｄの紙送りに影響を与えることはなく、帯状紙部材Ｄを正確に切断することができる。

しかしながら、必ずしも等しくする必要はなく、上ナイフ駆動モータ１２及び下ナイフ駆動モータ１３の定格容量の許す範囲内において、どちらか一方の切断トルクＴｘａ又は切断トルクＴｘｂを大きくすることも可能である。なお、本実施の形態における各トルクモータの定格容量の意味は、許容連続定出力容量のみならず、許容短時間オーバーロード出力容量も含むものとする。

また、図６（Ｃ）の矩形状の付与トルクパターンは、切断速度（紙送り速度Ｖｓ）が低速或いは中速の場合であり、付与トルクは、全速度域で一定となっている。しかしながら、切断速度が速い場合には、図７に図示の付与トルクパターンとすることもできる。即ち、切断速度が速い場合、下ナイフ５について説明すると、図７に図示のように、切断開始時刻ｔｃにおいて必要な切断トルクの１．２５倍の切断トルク１．２５・Ｔｘａ（これを、初期高切断トルクと称する）を付与する。その後０．６倍の切断トルク０．６Ｔｘａ（これを、中期低切断トルクと称する）にした後、後半は再び上げて約１倍の切断トルクＴｘａ（これを、終期定常切断トルクと称する）となるような多角形状の付与トルクパターンとする。このように多角形状の付与トルクパターンとすることにより、切断速度が高速の場合も精度の良い切断が可能となる。なお、図７は、下ナイフ駆動モータ１３の付与パターンを示しているが、上ナイフ駆動モータ１２も、プラスマイナスが逆の同じ形状の付与パターンとする。なお、付与トルクパターンは、上述の矩形や凹凸形状以外の任意の形状も考えられる。

上述のものにおいて、初期高切断トルクは、１．１〜１．５倍の切断トルク（１．１・Ｔｘａ〜１．５・Ｔｘａ）、中期低切断トルクは、０．６〜０．９倍の切断トルク（０．６・Ｔｘａ〜０．９・Ｔｘａ）、終期定常切断トルクは０．９〜１．１倍の切断トルク（０．９・Ｔｘａ〜１．１・Ｔｘａ）とすることができる。
そして、上述の記憶された付与パターンに基づき、位置演算器２２から送信された経過時間ｔにおける付与トルク指令値Ｔｘａｔ，Ｔｘｂｔを算出し、トルク減算器３３に上ナイフ駆動モータ１２への付与トルク指令値Ｔｘｂｔを送信し、トルク加算器３６に下ナイフ駆動モータ１３への付与トルク指令値Ｔｘａｔを送信する。

比較器３１においては、速度パターン生成器２４から送信された速度指令値Ｖｔ及びエンコーダ１４から送信された検出速度Ｓｔを受信して、両者を比較する。そして、その演算結果である増加或いは減少すべき速度偏差Ｖｔ−Ｓｔを指令トルク演算器３２に送信する。
指令トルク演算器３２においては、比較器３１から送信された増減速度Ｖｔ−Ｓｔを受信して、上ナイフ駆動モータ１２及び下ナイフ駆動モータ１３へ出力すべき回転トルク指令値Ｔｔを演算する。この演算した回転トルク指令値Ｔｔを、トルク減算器３３及びトルク加算器３６に出力する。この場合、回転トルク指令値Ｔｔの出力ハターンは図６（Ｃ）に図示のようなパターンとなる。このようにして、比較器３１及び指令トルク演算器３２によりフィードバック制御が行われる。

そして、トルク減算器３３においては、指令トルク演算器３２から送信された回転トルク指令値Ｔｔと付与トルクパターン生成器２５から送信された付与トルク指令値Ｔｘｂｔを受信して両者を減算し、上ナイフ駆動モータ１２が出力すべき出力トルク指令値Ｔｔ−Ｔｘｂｔを、上（先行）パワーアンプ３４に送信する。この場合、出力トルク指令値Ｔｔ−Ｔｘｂｔは、図６（Ｅ）に図示のようなパターンとなる。上パワーアンプ３４においては、出力トルク指令値Ｔｔ−Ｔｘｂｔに基づき出力電流を演算して、上ナイフ駆動モータ１２に駆動電流を出力する。

一方、トルク加算器３６においては、指令トルク演算器３２から送信された回転トルク指令値Ｔｔと付与トルクパターン生成器２５から送信された付与トルク指令値Ｔｘａｔを受信して両者を加算し、下ナイフ駆動モータ１３が出力すべき出力トルク指令値Ｔｔ＋Ｔｘａｔを、下（後追い）パワーアンプ３７に送信する。この場合、出力トルク指令値Ｔｔ＋Ｔｘａｔは、図６（Ｄ）に図示のようなパターンとなる。下パワーアンプ３７においては、出力トルク指令値Ｔｔ＋Ｔｘａｔに基づき出力電流を演算して、下ナイフ駆動モータ１３に駆動電流を出力する。

なお、上（先行）パワーアンプ３４及び下（後追い）パワーアンプ３７では、トルク指令を増幅し、実際の各サーボモータヘの出力電流を発生させる。
この場合、図６（Ｄ）、図６（Ｅ）に図示のように、付与トルク指令値Ｔｘａｔ，Ｔｘｂｔの大きさは、モータの増速、減速に必要なトルクＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄよりも小さくなっており、上ナイフ駆動モータ１２及び下ナイフ駆動モータ１３に切断力を持たすことによって、各モータの定格容量を大きくする必要はない。また、上パワーアンプ３４及び下パワーアンプ３７も同一定格容量とすることができる。

このようにして、増速工程（ｔ０〜ｔ１間）、減速工程（ｔ２〜ｔ３間）及び待機工程（ｔ３〜ｔ４間）等においては、上ナイフ駆動モータ１２及び下ナイフ駆動モータ１３は同期運転を行う。そして、帯状紙部材Ｄの切断工程（ｔｃ〜ｔｏ間）或いはナイフの接合工程（ｔ１〜ｔ２間）においては、上ナイフ駆動モータ１２は、図３に図示のように上ナイフ４を後退させる方向、即ち下ナイフ５を押す方向に力を加える。

一方、下ナイフ駆動モータ１３は、図３に図示のように下ナイフ５を前進させる方向、即ち上ナイフ４を押す方向に力を加える。このようにして、上ナイフ駆動モータ１２及び下ナイフ駆動モータ１３により、上ナイフ４と下ナイフ５とは当接する方向に付与トルクが付与され、帯状紙部材Ｄの切断力が発生する。
この場合、上ナイフ駆動モータ１２と下ナイフ駆動モータ１３とに付与する各付与トルク指令値Ｔｘａｔ，Ｔｘｂｔを同じにすることにより、上ナイフ駆動モータ１２及び下ナイフ駆動モータ１３に付与される付与トルクは相殺されるため、帯状紙部材Ｄに対して紙送り速度Ｖｓを増減させる力は発生せず、紙送り速度Ｖｓに影響を与えることはなく、切断に必要な力のみが加わることになり、精度が良く正確な帯状紙部材Ｄの切断が可能となる。

上述の構成によれば、帯状紙部材Ｄの切断時において、上ナイフ４と下ナイフ５との間の遊隙が許容範囲内に収めることができると共に、切断力の調整が容易になり、適切な切断を確実に行なえるようになる。また、上ナイフシリンダ２又は下ナイフシリンダ３に携みが生じても切断に必要な押付力を各ナイフ駆動モータ１２，１３により適切に付与できるようになり、上ナイフシリンダ２又は下ナイフシリンダ３を回転慣性力の小さいものにすることができ、これによって、各ナイフ駆動モータ１２，１３及び各パワーアンプ３４，３７の容量を小さくすることができるようになる。

以上、本発明を、本発明の実施の形態のカットオフ装置及びその制御装置について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。例えば、上述のものは、上ナイフ４を先行させ、下ナイフ５等を後追いさせているが、これとは逆にして、下ナイフ５を先行する先行ナイフとし、上ナイフを後追いする後追いナイフとしても良い。

また、上述の位置演算器２２、切断トルク演算器２３、速度パターン生成器２４、付与トルクパターン生成器２５、上ナイフ速度制御部３０、比較器３１、指令トルク演算器３２、指令トルク減算器３３、下ナイフ速度制御部３５、指令トルク加算器３６等は、電気回路にて構成された場合のみならず、全体をコンピュータのプログラム（或いはシーケンス）とし、上述の演算器、生成器、制御器、比較器、加減算器等をサブプログラム（或いはサブシーケンス）にて構成する場合も含むものとする。

正確に段ボールシート等の帯状紙部材を切断でき、その有用性は極めて高いものと考えられる。

Claims (13)

1. ヘリカル状の先行ナイフが取付けられた先行ナイフシリンダを回転駆動する先行ナイフ駆動モータとヘリカル状の後追いナイフが取付けられた後追いナイフシリンダを同転駆動する後追いナイフ駆動モータとを制御する帯状紙部材のカットオフ制御装置において、
   入力された帯状紙部材の紙送り速度及び切断シート長に基づき前記先行ナイフ駆動モータ及び前記後追いナイフ駆動モータの回転速度パターンを生成し速度指令値を出力する速度パターン生成器と、
   該速度パターン生成器からの前記速度指令値と前記先行ナイフ駆動モータ或いは前記後追いナイフ駆動モータの検出速度とを比較する比較器と、
   該比較器からの信号に基づき前記先行ナイフ駆動モータ及び前記後追いナイフ駆動モータの回転トルク指令値を演算する指令トルク演算器と、
   前記先行ナイフ駆動モータ及び前記後追いナイフ駆動モータの切断トルクを演算する切断トルク演算器と、
   該切断トルク演算器から送信された前記切断トルクを分配し帯状紙部材の紙送り速度及び切断シート長とに基づき付与トルクパターンを生成すると共に付与トルク指令値を出力する付与トルクパターン生成器と、
   前記指令トルク演算器で演算された前記回転トルク指令値から前記付与トルクパターン生成器から出力された前記付与トルク指令値を減じる指令トルク減算器と、
   前記指令トルク減算器にて演算された結果に基づき前記先行ナイフ駆動モータを制御する先行パワーアンプと、
   前記指令トルク演算器で演算された前記回転トルク指令値と前記付与トルクパターン生成器で演算された前記付与トルク指令値とを加算する指令トルク加算器と、
   前記指令トルク加算器にて演算された結果に基づき前記後追いナイフ駆動モータを制御する後追いパワーアンプとを備えた
   ことを特徴とする帯状紙部材のカットオフ制御装置。
2. 前記切断トルク演算器にて演算される前記切断トルクは、入力された帯状紙部材の坪量及び紙送り速度に基づく、帯状紙部材を切断するために必要な切断トルク値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の帯状紙部材のカットオフ制御装置。
3. 前記切断トルク演算器にて演算される前記切断トルクは、前記先行ナイフ及び前記後追いナイフに加わる帯状紙部材からの切断反力に抗して、尚且つ前記先行ナイフ及び前記後追いナイフに適当な接触力が残る程度の大きさとする
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の帯状紙部材のカットオフ制御装置。
4. 前記付与トルクパターン生成器で生成される前記付与トルクパターンは、矩形状、台形状又は多角形状のいずれかの付与パターンである
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の帯状紙部材のカットオフ制御装置。
5. 前記付与トルクパターン生成器は、前記紙送り速度に応じて前記付与トルクのパターンを変更するものである
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の帯状紙部材のカットオフ制御装置。
6. 前記付与トルクパターン生成器で生成された前記先行ナイフ駆動モータ及び前記後追いナイフ駆動モータ用の前記付与トルクパターンは同じである
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の帯状紙部材のカットオフ制御装置。
7. 前記帯状紙部材の坪量、切断シート長を入力する入力部を有すると共に、前記帯状紙部材の坪量を前記切断トルク演算器に出力し、前記帯状紙部材の坪量及び切断シート長に基づき前記先行ナイフシリンダ及び前記後追いナイフシリンダの回転速度を演算し前記速度パターン生成器へ出力する生産管理装置に接続されている
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の帯状紙部材のカットオフ制御装置。
8. ヘリカル状の先行ナイフが取付けられた先行ナイフシリンダと、
   前記先行ナイフと協働して帯状紙部材を切断するヘリカル状の後追いナイフが取付けられた後追いナイフシリンダと、
   前記先行ナイフシリンダの回転軸の一端部に取付けられた先行歯車と、
   前記後追いナイフシリンダの回転軸の一端部に取付けられて前記先行歯車と歯合する後追い歯車と、
   前記先行歯車と噛合する先行駆動歯車と、
   前記後追い歯車と噛合する後追い駆動歯車と、
   前記先行駆動歯車を回転駆動する先行ナイフ駆動モータと、
   前記後追い駆動歯車を回転駆動すると共に前記先行ナイフ駆動モータと同じ定格容量の後追いナイフ駆動モータと、
   前記後追いナイフ駆動モータ及び前記先行ナイフ駆動モータを個別に制御する請求項１〜７の何れか１項に記載のカットオフ制御装置とを備えた
   ことを特徴とする帯状紙部材のカットオフ装置。
9. 前記先行歯車及び前記後追い歯車のうち少なくとも一方は、前記先行ナイフ及び前記後追いナイフが協働して前記帯状紙部材を切断する区間において前記先行歯車及び前記後追い歯車の他方と接しないように歯を切り欠かれている
   ことを特徴とする請求項８記載の帯状紙部材のカットオフ装置。
10. 前記先行歯車及び前記後追い歯車のうち少なくとも一方には、前記先行ナイフ及び前記後追いナイフが協働して前記帯状紙部材を切断する区間において前記先行歯車及び前記後追い歯車の他方と噛合う歯が、無い
    ことを特徴とする請求項８記載の帯状紙部材のカットオフ装置。
11. 前記先行歯車及び前記後追い歯車のうち少なくとも一方は、前記先行ナイフ及び前記後追いナイフが協働して前記帯状紙部材を切断する区間において切断開始から所定区間過ぎてから前記先行歯車及び前記後追い歯車の他方と接しないように歯を切り欠かれている
    ことを特徴とする請求項８記載の帯状紙部材のカットオフ装置。
12. 前記先行歯車及び前記後追い歯車のうち少なくとも一方には、前記先行ナイフ及び前記後追いナイフが協働して前記帯状紙部材を切断する区間において切断開始から所定区間過ぎてから前記先行歯車及び前記後追い歯車の他方と噛合う歯が、無い
    ことを特徴とする請求項８記載の帯状紙部材のカットオフ装置。
13. 前記先行ナイフシリンダ及び前記後追いナイフシリンダは、炭素繊維強化プラスチック製の筒状の部材である
    ことを特徴とする請求項８〜１２の何れか１項に記載の帯状紙部材のカットオフ装置。

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