JP4293496B2 - 縦形製袋充填包装装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、縦形製袋充填包装装置に代表されように、サーボモータを駆動源として一対のシール部材が開閉動作し、該シール部材間に包材を挟み込んでシールする構成を備えた縦形製袋充填包装装置およびその制御方法に関し、特にシール部材の駆動源として機能するサーモボータの制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は縦形製袋充填包装装置の概略構成を示す斜視図である。同図を参照して縦形製袋充填包装装置の概要を説明すると、巻回ドラム１００から繰り出されてきた帯状の包装フィルム（包材）１を、筒状のフォーミングチューブ１０１の外周面に巻き付けながら繰出しベルト１０２によって下方に搬送していく。フォーミングチューブ１０１の側方には縦シール用ヒータ１０３，１０３が対向して設けてあり、フォーミングチューブ１０１に巻き付けた包装フィルム１の重合側端部を、この縦シール用ヒータ１０３，１０３により熱融着（縦シール）して、該包装フィルム１を筒状に成形する。
【０００３】
さらに、フォーミングチューブ１０１の下方の所定位置には一対の横シーラ１０４，１０４（シール部材）が、包装フィルム１の搬送経路を挟んで対向して設けてあり、繰出しベルト１０２によって下方向に送り出されてきた包装フィルム１をこの横シーラ１０４，１０４で挟み込み、熱融着（横シール）して袋状に成形する。その後、さらに下方へ搬送された包装フィルム１の内部に、フォーミングチューブ１０１の中空部を介して被包装物を充填するとともに、再び横シーラ１０４，１０４によって上端部を熱融着（横シール）して密封すると同時に、一方の横シーラ１０４に内蔵したカッター（図示せず）により横シール部を上下に切断する。
【０００４】
図７（ａ）は上述した縦形製袋充填包装装置における横シーラ（シール部材）の駆動機構を示す正面図である。対向配置した一対の横シーラ１０４，１０４は、ガイドバー１１０に沿って開閉動作を行う。駆動源としてのサーボモータ１０９の駆動軸にはクランク部材１１１が固定してあり、このクランク部材１１１の両端部と各横シーラ１０４，１０４とが、リンク部材１１２，１１３によって各々回動自在に連結されてリンク機構１１４を形成している。そして、サーボモータ１０９の駆動軸が図示反時計方向に回転すると、その回転力がリンク機構１１４を介して横シーラ１０４，１０４に伝わって閉じ動作（互いに接近する方向への摺動）を行い、中間部に配置される包装フィルム１を挟み込んでシールする。一方、閉じ位置からサーボモータ１０９の駆動軸が図示時計方向に回転すると、その回転力がリンク機構１１４を介して横シーラ１０４，１０４に伝わって開き動作（互いに離間する方向への摺動）を行う。
【０００５】
さて、上記横シーラ１０４，１０４により包装フィルム１を適正な状態に横シールするためには、シール時に横シーラ１０４，１０４から包装フィルムに作用するシール圧力が常に適正な値となっていることが極めて重要である。すなわち、このシール圧力が高すぎる場合は包装フィルム１の溶断が生じ、一方、低すぎる場合はシール不良を引き起こすおそれがある。
【０００６】
そのため、特公平８−２５５４２号公報には、横シーラが筒状フィルム（包材）を挟圧するタイミングに基づき、横シーラの駆動源であるサーボモータを一定の回転トルク値に保持するよう制御することにより、横シーラによるフィルムシール圧力を適正圧力に保持するようにした従来技術が開示されている。
【０００７】
また、特開平６−２５５６３１号公報には、サーボモータの回転制御を行うサーボ制御部に加えて、サーボモータのトルク変動を監視するトルク変動監視手段を備え、該トルク変動監視手段が検出したトルク変動をサーボ制御部にフィードバックして、常に一定の回転トルクをサーボモータが出力するように制御することで、横シーラのシール圧力を一定に保持する従来技術が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各公報に開示された従来技術は、サーボモータの回転トルクを一定にすれば、横シーラのシール圧力が一定に保持されるという前提たって、サーボモータの回転トルクを一定に保持する構成としているが、図７に示す如くリンク機構を介してサーボモータ１０９からの駆動力を横シーラ１０４，１０４に伝達した場合、サーボモータ１０９の回転トルクを一定に保持しても横シーラ１０４，１０４のシール圧力は一定に保持されるとは限らない。
【０００９】
すなわち、供給される包装フィルム１（包材）は、品種が変われば厚さが異なり、同一品種であっても、ロット毎の製造誤差等により厚さのばらつきがある。また、横シーラ１０４，１０４の開閉方向の長さも熱膨張等に起因して変動する。そして、横シーラ１０４，１０４に挟圧される包装フィルム１の厚さの変動や横シーラ１０４，１０４の熱膨張等に伴い、シール時における横シーラ１０４，１０４の位置が変動するとともに、リンク機構１１４におけるクランク部材１１１とリンク部材１１２，１１３と間の角度、およびガイドバー１１０とリンク部材１１２，１１３との間の角度も横シーラの位置と関連して変動する。
【００１０】
ここで、サーボモータ１０９の回転トルクと横シーラ１０４，１０４にかかるシール力との関係を、図７（ｂ）に基づいて説明すると、サーボモータ１０９の回転トルクによってクランク部材１１１の先端（リンク部材１１２との連結部）に生じる直交方向の駆動力Ｐ０は、リンク部材１１２の軸方向分力Ｐ１として横シーラ１０４に伝えられ、この軸方向分力Ｐ１を更に横シーラ１０４の移動方向へ分解した力が横シーラ１０４のシール力Ｐとなる。したがって、この横シーラ１０４のシール力Ｐは、サーボモータ１０９の回転トルク（すなわち、駆動力Ｐ０）が一定であっても、クランク部材１１１とリンク部材１１２と間の角度、およびガイドバー１１０とリンク部材１１２，１１３との間の角度に応じて変動してしまう。
【００１１】
以上のことから、サーボモータ１０９からの駆動力を、リンク機構１１４を介して横シーラ１０４に伝達する構造（トグル構造）を採用する限りにおいては、たとえサーボモータ１０９の回転トルクを一定に保持しても、横シーラ１０４が包装フィルムをシールする際のシール圧力は変動することがあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、包材シール時におけるシール部材の位置が変動した場合にも常に適正な一定のシール圧力を保持して包材に対する高品質なシールを実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、縦形製袋充填包装装置に関する請求項１の発明は、包材を挟み込んでシールする一対のシール部材と、これらシール部材を開閉駆動する駆動源としてのサーボモータと、該サーボモータの駆動力をシール部材へ伝達するリンク機構と、シール部材の位置検出手段と、サーボモータの回転トルクをシール部材の位置に基づいて制御するサーボモータ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の縦形製袋充填包装装置において、サーボモータ制御手段が、シール部材が包材をシールする際の適正シール圧力を設定するシール圧力設定部を含み、且つ、シール圧力設定部に設定された適正シール圧力が得られるようにシール部材の位置に基づいてサーボモータの回転トルクを制御する構成としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の縦形製袋充填包装装置において、サーボモータ制御手段が、サーボモータの制御に関する所定の制御切替タイミングを設定するタイミング設定部を含み、次の如くサーボモータを制御する構成としたことを特徴とする。すなわち、サーボモータ制御手段は、タイミング設定部に設定された制御切替タイミングに基づき、サーボモータの動作開始からシール動作終了までの制御区間を、該動作開始から制御切替タイミングに至るまでの第１制御区間と、制御切替タイミングからシール動作終了までの第２制御区間とに区分して、次の如く各区間の制御を実行する。第１制御区間は、あらかじめ設定した所定の回転速度モデルに基づきサーボモータの回転速度を制御する。第２制御区間は、請求項１又は２に記載したとおりにサーボモータの回転トルクを制御する。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１乃至３記載の縦形製袋充填包装装置において、サーボモータ制御手段が、サーボモータの回転速度制限値を設定する制限速度設定部を含み、サーボモータに対する回転トルクの制御と並行して、サーボモータの回転速度が制限速度設定部に設定された回転速度制限値を超えないように制御する構成としたことを特徴とする。
【００１６】
また、制御方法に関する請求項５の発明は、サーボモータを駆動源としてリンク機構を介して一対のシール部材を開閉駆動し、これら一対のシール部材の間に包材を挟み込んでシールする構成を備えた縦形製袋充填包装装置において、サーボモータの回転トルクを、シール部材の位置に基づいて制御するトルク制御工程を含むことを特徴とする。
【００１７】
さらに、請求項６の発明は、請求項５に記載した縦形製袋充填包装装置の制御方法において、トルク制御工程が、シール部材が包材をシールする際の適正シール圧力をあらかじめ設定するとともに、該適正シール圧力が得られるようにシール部材の位置に基づいてサーボモータの回転トルクを制御するものであることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項５又は６に記載した縦形製袋充填包装装置の制御方法において、サーボモータの制御に関する所定の制御切替タイミングを設定するとともに、サーボモータの動作開始からシール動作終了までの制御区間を、該動作開始から制御切替タイミングに至るまでの第１制御区間と、制御切替タイミングからシール動作終了までの第２制御区間とに区分し、第１制御区間はあらかじめ設定した所定の回転速度モデルに基づきサーボモータの回転速度を制御する速度制御工程とし、第２制御区間においてトルク制御工程を実行することを特徴とする。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項５乃至７のいずれか一項に記載した縦形製袋充填包装装置の制御方法において、トルク制御工程が、サーボモータの回転速度があらかじめ設定した回転速度を超えないように規制する速度制限制御を含むことを特徴とする。
【００２０】
上述したように本発明は、サーボモータの回転トルクをシール部材の位置に基づいて制御することとしたので、包材の厚さ変動やシール部材の熱膨張等に伴いシール部材の位置（特に、包材シール時の位置）が変動しても、該シール部材の位置変動にかかわらず一定のシール圧力を保持することが可能となる（請求項１，２，５，６）。
【００２１】
さらに、サーボモータの動作開始から所定の切替タイミングまでの間は、サーボモータの回転速度を制御すれば、縦形製袋充填包装装置の包材繰出し速度等との同期ずれを回避して装置の高速運転にも安定して対応することが可能となる（請求項３，７）。
【００２２】
また、回転トルクに着目してサーボモータを制御（トルク制御）するにあたり、サーボモータの回転速度があらかじめ設定した回転速度を超えないように規制することで、サーボモータの暴走（回転速度の急激な上昇）を防止することができる（請求項４，８）。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を縦形製袋充填包装装置に適用した実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明が適用される縦形製袋充填包装装置の横シーラ駆動機構を示す斜視図である。一対の横シーラ１０ａ，１０ｂ（支持部材）は、支持板１１ａ，１１ｂに装着されてそれぞれ対向配置されている。一方の支持板１１ａは、２本のガイドロッド１２ａ，１２ｂの一端に固定されている。各ガイドロッド１２ａ，１２ｂは、それぞれ支持台１３ａ，１３ｂによって横方向へ摺動自在に案内支持されており、他端にリンク機構１４と連結される連結板１５を装着している。また、他方の支持板１１ｂは、２本のガイドロッド１２ａ，１２ｂに挿通支持されており、ガイドロッド１２ａ，１２ｂに沿って横方向に摺動自在となっている。
【００２４】
リンク機構１４は、サーボモータ２０からの駆動力を支持板１１ａ，１１ｂ及び連結板１５に伝達する機能を有し、図示しないサーボモータの駆動軸に固定されたクランク部材１６と、一対のリンク部材１７ａ，１７ｂとを含んでいる。一方のリンク部材１７ｂは、一端をクランク部材１６の一端部に回動自在に連結してあり、他端を支持板１１ｂに回動自在に連結してある。また、他方のリンク部材１７ａは、一端をクランク部材１６の他端部に回動自在に連結してあり、他端を連結板１５に回動自在に連結してある。
【００２５】
ここで、リンク機構１４は、クランク部材１６の回転中心に関して各リンク部材１７ａ，１７ｂが対称に支持板１１ｂ及び連結板１５に連結された構造としてある。具体的には、各リンク部材１７ａ，１７ｂとクランク部材１６は、図１（ｂ）に模式的に示す如く、クランク部材１６の回転中心（すなわち、サーボモータの駆動軸中心）に関して対称な位置にそれぞれ連結してあり、且つ、各リンク部材１７ａ，１７ｂは同一長さに設定してある。さらに、一方のリンク部材１７ｂと支持板１１ｂとの連結部、及び他方のリンク部材１７ａと連結板１５との連結部は、共に横シーラ１０ａ，１０ｂが移動する平面と同一の平面上に配置してある。リンク機構１４をこのような対称構造とすることにより、クランク部材１６の回転に伴うクランク部材１６と各リンク部材１７ａ，１７ｂとの間の角度変化が同一となり、且つ支持板１１ｂと連結板１５（すなわち、各横シーラ１０ａ，１０ｂ）を対称に移動させることができる。
【００２６】
なお、図１（ｂ）において、Ｐ０はサーボモータ２０の回転トルクによってクランク部材１６の先端（リンク部材１７ａ，１７ｂとの連結部）に生じる直交方向の駆動力であり、この駆動力Ｐ０がリンク部材１７ａ，１７ｂの軸方向分力Ｐ１として支持板１１ａ，１１ｂ及び連結板１５に伝えられ、この軸方向分力を更に横シーラ１０ａ，１０ｂの移動方向へ分解した力が横シーラ１０ａ，１０ｂのシール力Ｐとなる。そして、上記対称構造のリンク機構１４によれば、各横シーラ１０ａ，１０ｂのシール力Ｐは、大きさが等しく反対向きに作用する。
【００２７】
図２は横シーラ駆動機構の制御系を示すブロック構成図である。
上述したとおり、横シーラ１０ａ，１０ｂの駆動源にはサーボモータ２０を使用しており、このサーボモータ２０は、サーボアンプ２１からの出力に基づいて回転する。また、サーボモータ２０には、駆動軸の回転角度を検出するエンコーダ２２が併設してある。このエンコーダ２２で検出される回転角度は、リンク機構１４を介してサーボモータ２０に連結された横シーラ１０ａ，１０ｂの位置と対応しており、したがって、このエンコーダ２２からの位置検出信号により横シーラ１０ａ，１０ｂの現在位置を求めることができる。すなわち、エンコーダ２２は、横シーラ１０ａ，１０ｂ（シール部材）の位置検出手段として機能する。なお、本実施形態では、横シーラ１０ａ，１０ｂの開き位置を原点としており、原点センサ２３によってこの原点位置まで移動してきた横シーラ１０ａ，１０ｂを検出するようにしている。
【００２８】
サーボモータ２０は、制御コンピュータ３０（サーボモータ制御手段）によって制御されている。この制御コンピュータ３０は、中央処理部３１（以下、ＣＰＵと省略する）、リードオンリーメモリ３２（以下、ＲＯＭと省略する）、ランダムアクセスメモリ３３（以下、ＲＡＭと省略する）、タイミング監視部３４、操作部３５、設定記憶部３６、出力インターフェース３７、入力インターフェース３８を含んでいる。
【００２９】
ＣＰＵ３１は、サーボモータ２０の制御に必要な各種演算処理を実行するとともに、演算処理によって得られた制御信号を出力インターフェース３７を介してサーボアンプ２１に出力する。本実施形態では、後述する如く、所定の制御切替タイミングＴｃを境として、同タイミングＴｃまではサーボモータ２０の回転速度を制御する速度制御を実行し、同タイミングＴｃ以降はサーボモータ２０の回転トルクをエンコーダ２２からの位置検出信号に基づき制御する回転トルク制御を実行するように、ＣＰＵ３１の制御動作がプログラムされている。
【００３０】
ＲＯＭ３２には、ＣＰＵ３１が実行する所定のプログラムがあらかじめ記憶されている。ＲＡＭ３３は、ＣＰＵ３１の演算処理に必要なデータを一時記憶する機能を有している。タイミング監視部３４は、入力インターフェース３８から入力される包装フィルム繰出し用のサーボモータ２０との同期信号を監視するとともに、該同期信号に合わせて各動作タイミング時点に所要のタイミング信号を出力する。例えば、後述する横シーラ１０ａ，１０ｂの閉じ動作開始時点、シール動作開始時点、開き動作開始時点、制御切替タイミング時点、上昇区間Ｔ４の開始及び終了時点に、それぞれのタイミング信号がタイミング監視部３４からＣＰＵ３１に出力される。操作部３５は、液晶表示部を兼用するタッチパネルで構成してあり、この操作部３５からサーボモータ２０の制御に必要となるデータが入力される。
【００３１】
設定記憶部３６には、操作部３５から入力された各種データが記憶される。この設定記憶部３６に記憶されるデータとしては、例えば、次のようなものがある。
▲１▼ サーボモータ２０の回転速度モデル
▲２▼ 横シーラ１０ａ，１０ｂの適正シール圧力Ｐｓ（すなわち、設定記憶部３６は、シール圧力設定部として機能する。）
▲３▼ サーボモータ２０を速度制御から回転トルク制御に切り替える制御切替タイミングＴｃ
▲４▼横シーラ１０ａ，１０ｂの閉じ動作区間Ｔ１（すなわち、設定記憶部３６は、タイミング設定部として機能する。）
▲５▼ 横シーラ１０ａ，１０ｂのシール動作区間Ｔ２
▲６▼ 横シーラ１０ａ，１０ｂの開き動作区間Ｔ３
▲７▼ 制御切替タイミングＴｃから横シーラ１０ａ，１０ｂのシール圧力を徐々に適正シール圧力まで上昇させるための上昇区間Ｔ４
▲８▼ トルク制御と並行して実行するサーボモータ２０の速度制限制御における回転速度制限値（すなわち、設定記憶部３６は、制限速度設定部として機能する。）
【００３２】
出力インターフェース３７は、サーボアンプ２１に接続されており、ＣＰＵ３１が生成した制御信号（速度指令値，回転トルク指令値）をサーボアンプ２１に出力する。また、入力インターフェース３８は、エンコーダ２２及び原点センサ２３に接続されており、エンコーダ２２からの位置検出信号と原点センサ２３からの原点信号を入力する。
【００３３】
図３は制御コンピュータによる制御動作を示すタイミングチャートである。
同図において、Ａは包装フィルム繰出し用サーボモータの回転速度とその動作タイミングを示し、Ｂは横シーラ１０ａ，１０ｂを駆動するサーボモータ２０（以下、単にサーボモータと称するときは、横シーラ１０ａ，１０ｂを駆動するサーボモータ２０を意味する）の回転速度モデルとその動作タイミングを示し、Ｃは横シーラ１０ａ，１０ｂの開閉動作を示している。また、Ｄはサーボモータ２０の速度指令値とその出力タイミングを示し、Ｅはサーボモータ２０の回転トルク指令値とその出力タイミングを示している。さらに、Ｆはサーボモータ２０の回転速度制限値とその出力タイミングを示し、Ｇは設定された適正シール圧力とその設定区間を示している。
【００３４】
本実施形態の縦形製袋充填包装装置では、包装フィルムの繰出し動作が開始されてから、次の繰出し動作が開始されるまでの区間を１サイクルＴとしており、この１サイクルＴは包装フィルム繰出し用サーボモータの回転角度によって設定されている。そして、包装フィルムの繰出し動作が開始（すなわち、１サイクルの開始）されてから横シーラ１０ａ，１０ｂの閉じ動作が開始されるまでの区間Ｔ０、横シーラ１０ａ，１０ｂの閉じ動作区間Ｔ１、シール動作区間Ｔ２、及び開き動作区間Ｔ３は、１サイクルＴに占める割合として設定してあり、これにより１サイクルの動作時間（包装フィルム繰出し用サーボモータの回転角度）を変更した場合にも、自動的に各区間Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が変更されるようになっている。
【００３５】
また、サーボモータ２０を速度制御から回転トルク制御に切り替える制御切替タイミングＴｃは、横シーラ１０ａ，１０ｂが閉じ位置（すなわち、シール位置）に到達する直前のタイミングに設定してある。具体的には、次のいずれかタイミングをもって制御切替タイミングＴｃとしてある。第１は、図３のＢに示したサーボモータ２０の回転速度モデルにおいて、回転速度が最大速度の一定割合以下まで減速した時点を制御切替タイミングＴｃとするものである。例えば、最大速度の２０％まで回転速度が減速した時点をもって制御切替タイミングＴｃとする。第２は、エンコーダ２２から出力される横シーラ１０ａ，１０ｂの移動位置を示す位置検出信号に基づき、該横シーラ１０ａ，１０ｂが閉じ位置の直前に到達した時点をもって制御切替タイミングＴｃとする。
【００３６】
そして、横シーラ１０ａ，１０ｂが閉じ動作を開始してから制御切替タイミングＴｃに至るまでの区間（第１制御区間）においては、サーボモータ２０の回転速度を制御する速度制御が実行される。すなわち、ＣＰＵ３１からは、図３のＢに示した回転速度モデルに基づいてサーボモータ２０の回転速度を制御するための速度指令値（図３のＤ参照）が出力され、サーボアンプ２１はこの速度指令に対応する駆動信号をサーボモータ２０に出力する。
【００３７】
また、制御切替タイミングＴｃに到達してからシール動作が終了するまでの区間（第２制御区間）においては、サーボモータ２０の回転トルクを制御する回転トルク制御が実行される。この第２制御区間は、更に制御切替タイミングＴｃから横シーラ１０ａ，１０ｂのシール圧力を徐々に適正シール圧力まで上昇させるための上昇区間Ｔ４と、適正シール圧力を保持する実制御区間（図３のＥにハッチングで示す区間）とに分けられている。
【００３８】
実制御区間では、ＣＰＵ３１は、エンコーダ２２から入力した横シーラ１０ａ，１０ｂの位置を示す位置検出信号に基づき、該位置にある横シーラ１０ａ，１０ｂに適正シール圧力（図３のＧ）を与えるために必要なサーボモータ２０の回転トルクを逐次演算し、算出された回転トルク指令値をサーボアンプ２１へ出力する。この回転トルク指令値は、一定値になるとは限らず、シールされる包装フィルムの厚さ変動や横シーラ１０ａ，１０ｂの熱膨張などに起因する横シール位置の変動に伴い変化する。
【００３９】
上昇区間Ｔ４では、横シール位置の変動がないものとして計算された回転トルクの理論値に基づいて、回転トルクを０から該理論値まで徐々に立ち上げる回転トルク指令値が、ＣＰＵ３１からサーボアンプ２１へ出力される。サーボモータ２０の制御が速度制御から回転トルク制御に切り替わった瞬間から、実制御区間に示されるような大きな回転トルクをサーボモータ２０に作用させた場合、サーボモータ２０や横シーラ駆動機構に大きな衝撃を与えるが、上昇区間Ｔ４を設定したことによりそのような衝撃を緩和することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、サーボモータ２０を回転トルク制御をもって制御する第２制御区間において、同回転トルク制御と並行して、図３のＦに示すサーボモータ２０の回転速度制限値に基づいて、ＣＰＵ３１がサーボモータ２０の回転速度を制限する速度制限制御を実行するようにしている。すなわち、サーボモータ２０の制御が速度制御から回転トルク制御に切り替わった後、特に横シーラ１０ａ，１０ｂが閉じ位置に到達するまでの間に、サーボモータ２０の回転速度が急上昇するおそれがある。このような回転速度の急上昇を回避するために、本実施形態では速度制限制御を並行して実行している。なお、回転速度制限値は、例えば、図３のＢに示すサーボモータ２０の回転速度モデルに対応する値に設定される。
【００４１】
次に、図４に示すフローチャートを参照して、ＣＰＵ３１の制御動作を説明する。
ＣＰＵ３１は、タイミング監視部３４からのタイミング信号に基づき横シーラ１０ａ，１０ｂの動作区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を常時認識しており（Ｓ１）、閉じ動作区間Ｔ１乃至シール動作区間Ｔ２において、エンコーダ２２からの位置検出信号に基づいて横シーラ１０ａ，１０ｂの位置を検出する（Ｓ２）。続いて、タイミング監視部３４からのタイミング信号に基づき制御切替タイミングＴｃに到達したかどうかを判別し（Ｓ３）、到達していない場合はサーボモータ２０を速度制御により制御する（Ｓ４）。速度制御においては、Ｓ２で検出した横シーラ１０ａ，１０ｂの位置に対応する速度指令値をサーボモータ２０に出力する（Ｓ５）。
【００４２】
一方、Ｓ３において制御切替タイミングＴｃの到達時点を検出したときは、サーボモータ２０を回転トルク制御により制御する（Ｓ６）。回転トルク制御においては、まず上昇区間Ｔ４かどうかをタイミング監視部３４からのタイミング信号に基づき判別し（Ｓ７）、上昇区間Ｔ４にある場合は回転トルクの理論値に基づいて回転トルク指令値を計算し（Ｓ８）、該計算した回転トルク指令値をサーボアンプ２１へ出力するとともに（Ｓ１１）、回転速度制限値をサーボアンプ２１へ出力する（Ｓ１２）。
【００４３】
また、Ｓ７において上昇区間Ｔ４の経過を検出したときは、エンコーダ２２からの位置検出信号に基づいて横シーラ１０ａ，１０ｂの位置を検出する（Ｓ９）。そして、該検出した横シーラ１０ａ，１０ｂの位置に基づいて、適正シール圧力を横シーラ１０ａ，１０ｂに与える回転トルク指令値を計算し（Ｓ１０）、該計算した回転トルク指令値をサーボアンプ２１へ出力するとともに（Ｓ１１）、回転速度制限値をサーボアンプ２１へ出力する（Ｓ１２）。
【００４４】
Ｓ１に戻り、横シーラ１０ａ，１０ｂの動作区間が開き動作区間Ｔ３であった場合は、サーボモータ２０を速度制御により制御する（Ｓ１３）。このときもエンコーダ２２からの位置検出信号に基づいて横シーラ１０ａ，１０ｂの位置を検出し（Ｓ１４）、該横シーラ１０ａ，１０ｂの位置に対応する速度指令値をサーボモータ２０に出力する（Ｓ１５）。そして、原点センサ２３から原点信号を入力したとき、１サイクルにおける一連の横シール動作を終了する。
【００４５】
図５は本発明者らが実施した実験データを示す図である。同図はシール時の横シーラ位置をパラメータとして、一定のシール圧力（−３５０Ｎ）を保持するサーボモータの回転トルク値を示している。なお、実験には図１に示す構成の横シール駆動装置を用いており、同実験装置の各部寸法は、クランク部材１６の中心からリンク部材１７ａ，１７ｂとの連結部までの長さが５ｃｍ、リンク部材１７ａ，１７ｂの長さが１５ｃｍ、ガイドロッド１２ａ，１２ｂの全長が３０ｃｍ、横シーラ１０ａ，１０ｂの開閉ストロークが２０ｃｍである。
【００４６】
そして、包装フィルムを介在させないで横シーラ１０ａ，１０ｂを当接させたときに、一定のシール圧力（−３５０Ｎ）を保持するサーボモータ２０の回転トルク値は、図５のＸに示すとおり約−０．５３７Ｎｍであった。また、厚さ２ｍｍの包装シールを挟圧したときに、一定のシール圧力（−３５０Ｎ）を保持するサーボモータ２０の回転トルク値は、図５のＹに示すとおり約−０．５６７Ｎｍであった。そして、厚さ５ｍｍの包装シールを挟圧したときに、一定のシール圧力（−３５０Ｎ）を保持するサーボモータ２０の回転トルク値は、図５のＺに示すとおり約−０．６２５Ｎｍであった。
【００４７】
上記実験結果からも、一定のシール圧力を保持するサーボモータ２０の回転トルク値は、挟圧する包装フィルムの厚さ変動に伴う横シーラ１０ａ，１０ｂの位置に応じて、大きく変動することが理解される。
【００４８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明が適用される横シーラ駆動機構は、図１に示す構成のものに限定されず、同機構の制御系も図２に示した構成の制御コンピュータに限定されるものではない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サーボモータの回転トルクをシール部材の位置に基づいて制御することとしたので、包材の厚さ変動やシール部材の熱膨張等に伴いシール部材の位置が変動しても、該シール部材の位置変動にかかわらず適正なシール圧力を保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明が適用される縦形製袋充填包装装置の横シーラ駆動機構を示す斜視図、（ｂ）は同駆動機構に含まれるリンク機構を模式的に示す図である。
【図２】横シーラ駆動機構の制御系を示すブロック構成図である。
【図３】制御コンピュータによる制御動作を示すタイミングチャートである。
【図４】ＣＰＵの制御動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明者らが実施した実験データを示す図である。
【図６】縦形製袋充填包装装置を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は従来の横シーラ駆動機構を示す正面図、（ｂ）は同駆動機構の模式図である。
【符号の説明】
１：包装フィルム
１０ａ，１０ｂ：横シーラ（シール部材）
１１ａ，１１ｂ：支持板
１２ａ，１２ｂ：ガイドロッド
１３ａ，１３ｂ：支持台
１４：リンク機構
１５：連結板
１６：クランク部材
１７ａ，１７ｂ：リンク部材
２０：サーボモータ
２１：サーボアンプ
２２：エンコーダ
２３：原点センサ
３０：制御コンピュータ
３１：中央処理部
３２：ＲＯＭ
３３：ＲＡＭ
３４：タイミング監視部
３５：操作部
３６：設定記憶部
３７：出力インターフェース
３８：入力インターフェース

Claims (6)

1. 包材を挟み込んでシールする一対のシール部材と、これらシール部材を開閉駆動する駆動源としてのサーボモータと、該サーボモータの駆動力を前記シール部材へ伝達するリンク機構と、前記シール部材の位置検出手段と、前記サーボモータの回転トルクを前記シール部材の位置に基づいて制御するサーボモータ制御手段と、を備え、
   前記サーボモータ制御手段は、前記サーボモータの回転速度制限値を設定する制限速度設定部を含み、前記サーボモータに対する回転トルクの制御と並行して、前記サーボモータの回転速度が前記制限速度設定部に設定された回転速度制限値を超えないように制御する構成としたことを特徴とする縦形製袋充填包装装置。
2. 請求項１記載の縦形製袋充填包装装置において、
   前記サーボモータ制御手段は、前記シール部材が包材をシールする際の適正シール圧力を設定するシール圧力設定部を含み、該シール圧力設定部に設定された適正シール圧力が得られるように前記シール部材の位置に基づいて前記サーボモータの回転トルクを制御する構成としたことを特徴とする縦形製袋充填包装装置。
3. 請求項１又は２記載の縦形製袋充填包装装置において、
   前記サーボモータ制御手段は、前記サーボモータの制御に関する所定の制御切替タイミングを設定するタイミング設定部を含み、該タイミング設定部に設定された制御切替タイミングに基づき、前記サーボモータの動作開始からシール動作終了までの制御区間を、該動作開始から前記制御切替タイミングに至るまでの第１制御区間と、前記制御切替タイミングからシール動作終了までの第２制御区間とに区分し、前記第１制御区間はあらかじめ設定した所定の回転速度モデルに基づき前記サーボモータの回転速度を制御するとともに、前記第２制御区間において請求項１又は２に記載したとおりにサーボモータの回転トルクを制御することを特徴とする縦形製袋充填包装装置。
4. サーボモータを駆動源としてリンク機構を介して一対のシール部材を開閉駆動し、これら一対のシール部材の間に包材を挟み込んでシールする構成を備えた縦形製袋充填包装装置において、
   前記サーボモータの回転トルクを、前記シール部材の位置に基づいて制御するトルク制御工程を含み、
   前記トルク制御工程は、前記サーボモータの回転速度があらかじめ設定した回転速度を超えないように規制する速度制限制御を含むことを特徴とする制御方法。
5. 請求項４に記載した縦形製袋充填包装装置の制御方法において、
   前記トルク制御工程は、前記シール部材が包材をシールする際の適正シール圧力をあらかじめ設定するとともに、該適正シール圧力が得られるように前記シール部材の位置に基づいて前記サーボモータの回転トルクを制御するものであることを特徴とする制御方法。
6. 請求項４又は５に記載した縦形製袋充填包装装置の制御方法において、
   前記サーボモータの制御に関する所定の制御切替タイミングを設定するとともに、前記サーボモータの動作開始からシール動作終了までの制御区間を、該動作開始から前記制御切替タイミングに至るまでの第１制御区間と、前記制御切替タイミングからシール動作終了までの第２制御区間とに区分し、
   前記第１制御区間はあらかじめ設定した所定の回転速度モデルに基づき前記サーボモータの回転速度を制御する速度制御工程とし、前記第２制御区間において前記トルク制御工程を実行することを特徴とする制御方法。

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