JP6924628B2 - 包装機のシール制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、縦形製袋充填包装機に代表される包装機において、フィルム筒を挟み込んで横シール部を周期的に形成する一対の横シーラを制御対象とするシール制御装置に関する。

この種の包装機のシール制御装置を開示する先行技術文献として特許文献１がある。同文献１に開示された従来装置は、トルク変動監視手段（７２）を備えており、このトルク変動監視手段（７２）が横シーラ（３２，３２）を駆動するサーボモータ（ＳＭ）のトルク変動を監視し、サーボ制御部（７１）に実際のシール圧力情報をフィードバックしている。具体的には、同文献１の明細書の段落「００１２」に記載されているように、サーボ制御部（７１）からサーボドライバ（７０）に所定の制御電圧が与えられる。このときトルク変動監視手段（７２）は、サーボドライバ（７０）から得られる電圧をサーボ制御部（７１）にフィードバックする。これによりサーボ制御部（７１）は、サーボドライバ（７０）に供給した電圧値と該サーボドライバ（７０）から得られた電圧とを一致させる制御を行なう構成となっている。なお、上述した従来装置の概要説明において、括弧を付した符号は、特許文献１の明細書に記載されていたものである。

特開平６−２５５６３１号公報

上述したようにサーボドライバ（７０）に供給した電圧値と該サーボドライバ（７０）から得られる電圧とを一致させる制御を行ったとしても、トルクが安定化するとは限らない。すなわち、サーボドライバ（７０）に所定の電圧を与えても、種々の変動要因（銅損、摩耗等）により、サーボモータのトルクが常に所定の電圧に対応するトルクになるとは限らない。また、横シールに必要と想定したシール圧力に対応するトルクを、サーボモータから横シーラに与えても、横シーラのシール圧力は種々の変動要因により変動するので、想定したシール圧力にならない。さらに、横シールが正常に行われる位置も種々の変動要因により変動するので、噛み込みの検出のしきい値はその横シールの位置に対応して広くしなければならず、噛み込みの検出を高精度に行うことができなかった。
そこで、本発明は、横シーラのシール圧力の変動要因に着目し、各種変動要因に対応して、横シーラのシール圧力を補正し、設定したシール圧力にすることを目的とする。
さらに、本発明は、噛み込みしきい値の変動要因に着目し、噛み込みしきい値を補正し、噛み込みを高精度に検出することを他の目的とする。

本発明は、帯状の包装フィルムを繰り出すフィルム繰出し手段と、繰り出されてきた帯状の包装フィルムの両側端を重ね合わせ、当該重ね合わせ部分を縦シールしてフィルム筒を形成する縦シール手段と、フィルム筒を挟み込んだ閉じ位置で横シール部を周期的に形成する横シーラと、横シーラを開閉駆動するサーボモータと、を備えた包装機において、横シーラがフィルム筒をシールするための圧力を指定または制限するシール圧力指令手段と、横シーラの閉じ位置と噛み込み判定しきい値により横シーラによる異物の噛み込みを判定する噛み込み判定手段と、を備えている。

さらに本発明は、上述した構成に加え、横シーラのシール圧力に関する変動要因と閉じ位置に関する変動要因に対応して、当該シール圧力を補正するためのシール圧力補正値を演算するシール圧力補正手段か、当該横シーラの閉じ位置に関する変動要因に対応して噛み込み判定しきい値を補正する噛み込み判定しきい値補正手段の、少なくとも一方の補正手段を備えたことを特徴とする。

これにより、横シーラのシール圧力に関する変動要因と閉じ位置に関する変動要因に対応して算出したシール圧力補正値をもって、シール圧力を補正することで、シール圧力を設定したシール圧力にすることができる。
また、横シーラの閉じ位置に関する変動要因に対応して噛み込み判定しきい値を補正することで、噛み込みを高精度に検出することができる。

シール圧力補正手段は、横シーラのシール圧力に関するあらかじめ特定した変動要因に対応して、当該シール圧力を補正するためのシール圧力補正値を演算する特定変動要因シール圧力補正手段を含むことが好ましい。

例えば、サーボモータの温度変化を、シール圧力に関する変動要因として特定し、上記特定変動要因シール圧力補正手段は、サーボモータの温度変化に基づいて、当該サーボモータの温度変化に伴うシール圧力の変動を補正するためのシール圧力補正値を演算する構成とすることができる。

これにより、サーボモータの温度変化に基づいて算出したシール圧力補正値をもって、横シーラのシール圧力の変動を補正することができる。

また、横シーラが前回横シールしてから今回横シールするまでの経過時間（横シール間隔）と、包装フィルムの繰り出し長さと、を横シーラの閉じ位置に関する変動要因として特定し、上記特定変動要因シール圧力補正手段は、過去数回分の横シール間隔と包装フィルムの繰り出し長さとに基づいて、これらを変動要因とするシール圧力の変動を補正するためのシール圧力補正値を演算する構成とすることができる。

これにより、横シール間隔と包装フィルムの繰り出し長さとに基づいて算出したシール圧力補正値をもって、これら横シール間隔と包装フィルムの繰り出し長さとを変動要因とする横シーラのシール圧力の変動を補正することができる。

また、シール圧力補正手段は、横シーラの閉じ位置に関するあらかじめ特定することができない変動要因に対応して、当該閉じ位置の変動を修正するためのシール圧力補正値を演算する不特定変動要因シール圧力補正手段を含むことが好ましい。

例えば、不特定変動要因シール圧力補正手段は、横シーラのあらかじめ設定した基準閉じ位置と実際の閉じ位置との差と、前回の不特定変動要因シール圧力補正手段によって演算したシール圧力補正値とに基づき、当該閉じ位置の変動を修正するためのシール圧力補正値を演算する構成とすることができる。

このように、横シーラのあらかじめ設定した基準閉じ位置と実際の閉じ位置との差と、前回の不特定変動要因シール圧力補正手段によって演算したシール圧力補正値とに基づいて、横シーラの閉じ位置の変動を修正することで、あらかじめ特定することができない変動要因による横シーラのシール圧力の変動を補正することができる。

また、横シーラの温度変化を横シーラの閉じ位置の変動要因として特定し、上記噛み込み判定しきい値補正手段は、横シーラの温度変化に伴う噛み込み閉じ位置の変動に対応する噛み込み判定しきい値の補正値を演算する構成とすることができる。

このように、横シーラの閉じ位置に関する変動要因として特定した横シーラの温度変化に対応して噛み込み判定しきい値を補正することで、横シーラの閉じ位置のばらつきがあった場合にも、高精度に噛み込みを検出することができる。

また、横シーラが前回横シールしてから今回横シールするまでの経過時間（横シール間隔）と、包装フィルムの繰り出し長さと、を横シーラの閉じ位置に関する変動要因として特定し、上記噛み込み判定しきい値補正手段は、横シール間隔と包装フィルムの繰り出し長さとに基づいて、これらを変動要因とする噛み込み判定しきい値の変動を補正する噛み込み判定しきい値の補正値を演算する構成としてもよい。

このように、横シーラの閉じ位置に関する変動要因として特定した横シール間隔と、包装フィルムの繰り出し長さとに基づいて演算した補正値をもって噛み込み判定しきい値を補正することで、高精度に噛み込みを検出することができる。

以上説明したように、本発明によれば、横シーラのシール圧力に関する変動要因と閉じ位置に関する変動要因に対応して算出したシール圧力補正値をもって、シール圧力を補正することで、設定したシール圧力にすることができる。また、横シーラの閉じ位置に関する変動要因に対応して噛み込み判定しきい値を補正することで、横シーラの閉じ位置のばらつきがあった場合にも、高精度に噛み込みを検出することができる。

縦形製袋充填包装機の概略構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るシール制御装置の構成を示すブロック図である。 第１特定変動要因シール圧力補正手段において、効率変動係数ηを算出するために、本発明者らがシミュレーションして求めたサーボモータの温度とシール圧力の関係を示す模式図である。 第１特定変動要因シール圧力補正手段の効果確認のための本発明者らによる実験結果の模式図である。 第２特定変動要因シール圧力補正手段において、最大補正シール圧力τ_ｍａｘと時定数Ｔを求めるための実験データの模式図である。 第２特定変動要因シール圧力補正手段の効果確認のための本発明者らによる実験結果の模式図である。 図６と対比される、第２特定変動要因シール圧力補正手段の効果確認のための本発明者らによる実験結果の模式図である。 不特定変動要因シール圧力補正手段における学習ゲインｋ_ｉを求めるための実験データの模式図である。 不特定変動要因シール圧力補正手段の効果確認のための本発明者らによる実験結果の模式図である。 図９と対比される、不特定変動要因シール圧力補正手段の効果確認のための本発明者らによる実験結果の模式図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、縦形製袋充填包装機に本発明のシール制御装置を組み込んだ構成としてある。なお、本発明の適用対象となる包装機は、縦形製袋充填包装機に限定されるものではないことは勿論である。

〔縦形製袋充填包装機の概要〕
まず、縦形製袋充填包装機の概略構造について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、縦形製袋充填包装機は、リール１１、フォーマ１２、製袋チューブ１３、繰出しベルト１４（フィルム繰出し手段）、縦シーラ１５（縦シール手段）、横シーラ１６を備えている。
帯状の包装フィルムＦは、リール１１から引き出された後、フォーマ１２、製袋チューブ１３、縦シーラ１５を通過して筒状に成形され、繰出しベルト１４によって製袋チューブ１３の下方に繰り出される。ここで、縦形製袋充填包装機は、製袋チューブ１３が中心軸を鉛直方向に向けて配置され、上方から供給されてきた包装フィルムＦが、この製袋チューブ１３の外周に巻き付いて、繰出しベルト１４によって下方へ繰り出されていく。

縦シーラ１５は、熱伝導性の良好な一対の金属ブロックで形成されており、内部に加熱ヒータを備えている。フォーマ１２によって両側端が重ね合わされた包装フィルムＦは、その重ね合わせ部分を縦シーラ１５に挟まれた状態で、製袋チューブ１３の外周を下方へ向かって繰り出されて行き、その間に縦シーラ１５によって熱シールされて縦シール部Ｆｖが形成される。このようにして帯状の包装フィルムＦは、筒状に成形されてフィルム筒Ｆａとなる。縦シール部Ｆｖは、フィルム筒Ｆａの軸方向に延びるように連続的に形成される。

製袋チューブ１３の下方には一対の横シーラ１６が設けてある。各横シーラ１６は、熱伝導性の良好な角形の金属ブロックで構成され、図示しない加熱ヒータによって加熱されている。一対の横シーラ１６は、水平方向に開閉動作して、繰り出されてきたフィルム筒Ｆａをその両側方から挟み込んで熱シールする。これにより、フィルム筒Ｆａには縦シール部Ｆｖとほぼ直交する方向（すなわち、水平方向）に横シール部Ｆｈが形成される。この横シール部Ｆｈは、繰り出されてきたフィルム筒Ｆａに対して周期的に形成される。

一方の横シーラ１６にはカッター（図示せず）が内蔵してあり、横シール部Ｆｈの中央をこのカッターにより切断する機能を有している。フィルム筒Ｆａの内部には、製袋チューブ１３の中空部を通して被包装物（製品）が充填され、次サイクルでの横シールによって、被包装物（製品）が充填された部分が密封されて包装品Ｈを形成する。この包装品Ｈは、カッターによる切断動作をもってフィルム筒Ｆａから分離されて下方へ落下する。包装品Ｈの落下した下方には、搬送コンベア等の排出手段（図示せず）が設けてある。

〔シール制御装置の全体構成〕
次に、シール制御装置について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態に係るシール制御装置の構成を示すブロック図である。
一対の横シーラ１６は、サーボモータ１７からの駆動力を、リンク機構等で構成された動力伝達機構１８を介して伝えられ、水平方向に開閉駆動する。

フィルム筒Ｆａに形成する横シール部Ｆｈの品質は、一対の横シーラ１６がフィルム筒Ｆａを挟み込んでシールするシール圧力が大きく影響する。一対の横シーラ１６のシール圧力が強すぎると、フィルム筒Ｆａが過剰に溶融し、穿孔してしまうおそれがある。一方、一対の横シーラ１６のシール圧力が弱すぎると、シール不良となるおそれがある。

そこで、シール制御装置によって横シーラ１６のシール圧力が設定したシール圧力になるように制御している。シール制御装置は、具体的には、電子機器と、これを作動するソフトウエアによって構成される。シール制御装置は、サーボモータ１７の駆動回路であるサーボアンプ１９にシール圧力指令信号を出力することで、サーボモータ１７の動作を制御している。シール圧力指令信号は、サーボモータ１７が作動する際のシール圧力を指定する電気信号である。サーボモータ１７は、シール圧力指令信号により指定されたシール圧力になるように開閉駆動する。

本実施形態に係るシール制御装置は、この横シーラ１６のシール圧力を種々の変動要因に対応させて、安定した横シールを行いつつ、高精度に噛み込みを検出するために、次のような構成を採用している。
図２に示すように、本実施形態に係るシール制御装置は、シール圧力指令手段２０、基準シール圧力指令手段２１に加え、特定変動要因シール圧力補正手段２２および不特定変動要因シール圧力補正手段２５からなるシール圧力補正手段を備えている。

基準シール圧力指令手段２１は、横シーラ１６があらかじめ設定した閉じ位置でフィルム筒Ｆａを横シールするための理論上の基準シール圧力を、シール圧力指令手段２０に出力する機能を有している。基準シール圧力は、横シーラ１６の閉じ力があらかじめ設定した値となるサーボモータ１７のシール圧力であり、計算により算出した理論値をあらかじめ基準シール圧力指令手段２１に設定してある。基準シール圧力指令手段２１は、このようにあらかじめ設定された理論値としての基準シール圧力を、シール圧力指令手段２０に出力する。

さて、計算により算出した理論値である基準シール圧力でサーボモータ１７を駆動しても、種々の要因で横シーラ１６のシール圧力が変動してしまうことがある。そのシール圧力の変動要因には、あらかじめ特定できる変動要因と、特定できない変動要因がある。
シール圧力補正手段は、各種変動要因による横シーラ１６の閉じ位置変動を修正するためのシール圧力補正値を演算して、シール圧力指令手段２０に出力する機能を有している。本実施形態では、横シーラ１６のシール圧力変動要因に対応して、特定変動要因シール圧力補正手段２２と、不特定変動要因シール圧力補正手段２５とを設け、これらの手段をもってシール圧力補正手段を構成している。

特定変動要因シール圧力補正手段２２は、横シーラ１６のシール圧力に関するあらかじめ特定した変動要因に対応して、当該シール圧力の変動を修正するためのシール圧力補正値を演算して、シール圧力指令手段２０に出力する機能を有している。
本実施形態では、特定変動要因シール圧力補正手段２２を、横シーラ１６のシール圧力に関する変動要因に対応してさらに２つに分けて構成している。すなわち、まずサーボモータ１７の温度変化を、横シーラ１６のシール圧力に関する変動要因として特定し、第１特定変動要因シール圧力補正手段２３を構成した。さらに、横シーラ１６が前回横シールしてから今回横シールするまでの経過時間（横シール間隔）と、包装フィルムＦの繰り出し長さとを、横シーラ１６のシール圧力に関する変動要因として特定し、第２特定変動要因シール圧力補正手段２４を構成した。

不特定変動要因シール圧力補正手段２５は、横シーラ１６の閉じ位置に関するあらかじめ特定することができない変動要因に対応して、当該閉じ位置の変動を修正するためのシール圧力補正値を演算して、シール圧力指令手段２０に出力する機能を有している。

シール圧力指令手段２０は、基準シール圧力指令手段２１から出力された基準シール圧力に加え、第１特定変動要因シール圧力補正手段２３から出力されたシール圧力補正値（第１変動要因シール圧力補正値）、第２特定変動要因シール圧力補正手段２４から出力されたシール圧力補正値（第２変動要因シール圧力補正値）、不特定変動要因シール圧力補正手段２５から出力されたシール圧力補正値（不特定変動要因シール圧力補正値）を総合して指令シール圧力を算出し、この指令シール圧力をシール圧力指令信号としてサーボアンプ１９に出力する。

指令シール圧力と、基準シール圧力および各補正シール圧力との関係は、次の（１）式のとおりである。

なお、（１）式において、τ_ｃｍｄは指令シール圧力、τ_ｃｒｉは基準シール圧力、Δτ_ｍｔは第１変動要因シール圧力補正値、Δτ_ｖａｒは第２変動要因シール圧力補正値、Δτ_ａｄｐは不特定変動要因シール圧力補正値を示している。

次に、第１特定変動要因シール圧力補正手段２３、第２特定変動要因シール圧力補正手段２４および不特定変動要因シール圧力補正手段２５について、それぞれ詳細に説明していく。
〔第１特定変動要因シール圧力補正手段〕
サーボモータ１７の温度が変動した場合、サーボモータ１７を構成する要素部品に僅かながらも膨張又は収縮が生じたり、内部の要所要所に塗布されたグリース等の潤滑油の粘性が変化したりすることなどに起因して、サーボモータ１７のシール圧力が変動することがある。そこで、本実施形態では、サーボモータ１７の温度変化を、横シーラ１６のシール圧力に関する変動要因として特定した。
第１特定変動要因シール圧力補正手段２３は、かかる特定変動要因であるサーボモータ１７の温度変化に基づいて、当該サーボモータ１７の温度変化に伴う横シーラ１６の閉じ位置の変動を修正するためのシール圧力補正値を演算する機能を有している。
具体的には、図２に示すように、サーボモータ１７に温度センサなどからなるモータ温度検出手段２６を設け、このモータ温度検出手段２６で検出されたサーボモータ１７の温度（以下、「モータ温度」ともいう）を第１特定変動要因シール圧力補正手段２３に入力し、かかるモータ温度に基づいて、次の（２）式を使って第１変動要因シール圧力補正値Δτ_ｍｔを算出する。

ここで、ΔＴｍはサーボモータ１７の温度変化、ηは効率変動係数を示している。

効率変動係数ηは、サーボモータ１７の仕様により決められた値を使うことができる。
また、縦形製袋充填包装機を連続的に稼働して、サーボモータ１７の温度とシール圧力の関係を測定し、その実験結果から求めることもできる。図３は、本発明者らがシミュレーションして求めたサーボモータ１７の温度とシール圧力の関係を示している。縦軸の効率は、基準シール圧力（１００．０％）に対するシール圧力の割合である。サーボモータ１７の温度が上昇するに従い、効率（すなわち、サーボモータのシール圧力）が、近似直線ａに沿って低下していく。この変化の近似直線ａの傾きをもって効率変動係数ηとすることができる。
なお、本実施形態では、（２）式を１次式としているが、高次の項を考慮したより厳密なモデルを用いることもできる。

図４は、第１特定変動要因シール圧力補正手段２３の効果確認のための本発明者らによる実験結果を示す模式図である。
本出願人が保有する縦形製袋充填包装機を用いて、稼働時間の経過に対する閉じ位置の変動を測定した。稼働時間の経過に伴い、サーボモータ１７の温度は上昇していく。
かかる実験の結果、基準シール圧力のみでサーボモータ１７をシール圧力制御したときは、「補正なし」の実験データが示すとおり、あらかじめ設定した基準閉じ位置に対して、閉じ位置のずれが稼働時間の経過とともに大きくなっていった。一方、基準シール圧力に第１変動要因シール圧力補正値を加えた指令シール圧力をもってサーボモータ１７をシール圧力制御したときは、「補正あり」の実験データが示すとおり、稼働時間が経過しても閉じ位置に大きな変動はみられなかった。

〔第２特定変動要因シール圧力補正手段〕
フィルム筒Ｆａに形成した縦シール部Ｆｖと横シール部Ｆｈは交叉する。そのため、その交叉する領域では、縦シール部Ｆｖがフィルム筒Ｆａの表面に折れ重なる分だけ包装フィルムＦの厚みが増している。縦シールの後、速やかに横シール動作が実行されるときは、縦シール部Ｆｖが未だ高温で軟らかい状態であるため、あらかじめ設定したシール圧力でサーボモータ１７を駆動しても、縦シール部Ｆｖが障害になることはない。しかし、何らかの原因で縦形製袋充填包装機の運転が停止し、その後に再稼働した当初は、停止前に形成された縦シール部Ｆｖが既に冷やされて硬化している可能性がある。そのように縦シール部Ｆｖが硬化した状態にあっては、あらかじめ設定したシール圧力でサーボモータ１７を駆動しても、縦シール部Ｆｖが障害になって、所望の閉じ位置まで横シーラ１６が移動できないおそれがある。

そこで、本実施形態ではこのような状況を想定し、横シーラ１６が前回横シールしてから今回横シールするまでの経過時間（横シール間隔）を横シーラ１６の閉じ位置に関する変動要因として特定した。

ここで、縦シーラ１５の先端（下端）から横シーラ１６の開閉軌道までの距離に対して、包装フィルムＦの繰り出し長さがそれ以上に長い場合は、装置が停止した後に再稼働した初回の運転サイクルにおいても、当該再稼働後に縦シールされた部分が横シーラ１６により横シールされるので、縦シール部Ｆｖが障害になることはない。
一方、縦シーラ１５の先端（下端）から横シーラ１６の開閉軌道までの距離に対して、包装フィルムＦの繰り出し長さが短い場合は、装置が停止した後に再稼働した初回ないし複数回の運転サイクルにおいて、停止前に形成された縦シール部Ｆｖが横シーラ１６により横シールされるため、縦シール部Ｆｖが障害になって、所望の閉じ位置まで横シーラ１６が移動できないおそれがある。このように、包装フィルムＦの繰り出し長さも、横シーラ１６の閉じ位置を変動させる要因となり得るので、本実施形態では、横シール間隔とともに、包装フィルムＦの繰り出し長さについても横シーラ１６の閉じ位置に関する変動要因として特定した。

第２特定変動要因シール圧力補正手段２４は、かかる特定変動要因である横シール間隔と包装フィルムＦの繰り出し長さとに基づいて、当該特定変動要因による横シーラ１６の閉じ位置の変動を修正するためのシール圧力補正値を演算する機能を有している。
具体的には、次の（３）式を使って、第２変動要因シール圧力補正値Δτ_ｖａｒを算出する。

ここで、ｌ_ｎ（エル・エヌ）は縦シーラ１５の先端（下端）から横シーラ１６の開閉軌道までの距離、ｌ（エル）は包装フィルムＦの繰り出し長さ、τ_０(t)は横シール間隔を考慮した初期補正シール圧力である。

縦シーラ１５の先端（下端）から横シーラ１６の開閉軌道までの距離に対して、包装フィルムＦの繰り出し長さが短い場合は、（３）式の上欄に示す演算式を用いて第２変動要因シール圧力補正値を求める。
一方、縦シーラ１５の先端（下端）から横シーラ１６の開閉軌道までの距離に対して、包装フィルムＦの繰り出し長さがそれ以上に長い場合は、既述したように縦シール部Ｆｖが障害とならないので、第２変動要因シール圧力補正値Δτ_ｖａｒを考慮する必要がなく、Δτ_ｖａｒ＝０とする。
なお、本実施形態では、（３）式を１次式としているが、高次の項を考慮することも可能である。

また、初期補正シール圧力τ_０(t)は、次の（４）式を使って求める。縦シール温度の影響は、一次遅れ系の応答となってあらわれることが予測されるために、初期補正シール圧力τ_０(t)は一次遅れ系のモデルで近似した演算式とした。

ここで、τ_ｍａｘはサーボモータ１７の最大補正シール圧力（最大補正値）、τ_ｍｉｎはサーボモータ１７の最小補正シール圧力（最小補正値）、ｔは横シール間隔、Ｔは時定数である。横シール間隔ｔは、例えば、縦形製袋充填包装機に備わるタイマーなどで計測して求めることができる。時定数Ｔは、一次遅れ系のモデルにおける時定数と同様に、サーボモータ１７のシール圧力が最大補正シール圧力（最大補正値）τ_ｍａｘの６３．２％になるまでに要した時間である。
なお、最大補正シール圧力（最大補正値）τ_ｍａｘは、次の（５）式で表される。

ここで、ｋは等価剛性であり、横シーラ１６の機構全体を一つの弾性体と見立てた際のバネ定数である。サーボモータ１７のシール圧力を変更させる実験により求めることができる。また、Ｘ_（０）は装置を停止して縦シール部Ｆｖが十分に冷却された後、再稼働した際の初回サイクルにおける横シーラ１６の閉じ位置である。Ｘバーは縦シール部Ｆｖが軟らかい状態の通常稼働時における横シーラ１６の閉じ位置の平均値である。

図５は、最大補正シール圧力（最大補正値）τ_ｍａｘと時定数Ｔを求めるための実験データを示す模式図である。横シール間隔を変更して縦形製袋充填包装機を再稼働させ、初回サイクルでの横シーラ１６の閉じ位置からサーボモータ１７のシール圧力を算出して、横シール間隔とシール圧力との関係をプロットする。続いて、この横シール間隔とシール圧力との関係を示すデータを曲線ｂで近似して、その近似曲線ｂから最大補正シール圧力（最大補正値）τ_ｍａｘと時定数Ｔを求めることができる。

図６および図７は、第２特定変動要因シール圧力補正手段２４の効果確認のための本発明者らによる実験結果の模式図である。
図６は、第２変動要因シール圧力補正値Δτ_ｖａｒを含めず基準シール圧力のみで横シーラ１６を駆動したときの応答の模式図を示し、図７は、基準シール圧力に加えて、第２変動要因シール圧力補正値Δτ_ｖａｒを考慮した指令シール圧力をもって横シーラ１６を駆動したときの応答の模式図を示す。
横シール間隔ｔを、５秒から２１０秒までの任意の複数の時間に設定し、各横シール間隔ｔの経過後に再稼働して、その後の横シーラ１６の閉じ回数と閉じ位置との関係を測定した。図６および図７に示された複数の線が、各横シール間隔ｔでの応答を示している。

図６に示す実験データの模式図では、閉じ回数５回程度までの稼働サイクルにおいて、基準閉じ位置に対して大きく閉じ位置が変動している。一方、図７に示す実験データでは、再稼働後の初回閉じ動作から横シーラ１６の閉じ位置が基準閉じ位置近くであり、その後も閉じ位置の大きな変動は見られない。このように、第２変動要因シール圧力補正値Δτ_ｖａｒを考慮することで、横シーラ１６の閉じ位置の変動を抑制できることがわかる。

〔不特定変動要因シール圧力補正手段〕
不特定変動要因シール圧力補正手段２５は、横シーラ１６の閉じ位置に関するあらかじめ特定することができない変動要因に対応して、当該閉じ位置の変動を修正するための不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐを演算する機能を有している。
本実施形態では、不特定変動要因シール圧力補正手段２５は、横シーラ１６のあらかじめ設定した基準閉じ位置と実際の閉じ位置との差と、前回の不特定変動要因シール圧力補正手段２５によって演算したシール圧力補正値とに基づき、当該閉じ位置の変動を修正するためのシール圧力補正値を演算する構成としてある。

横シーラ１６の閉じ位置の変動に関する評価値としては、例えば、横シーラ１６の閉じ位置の実測値や、サーボモータ１７の回転角度を適用することができる。サーボモータ１７の回転角度は、横シーラ１６の閉じ位置に対応している。このサーボモータ１７の回転角度は、エンコーダ等の回転角度検出手段２７により容易且つ高精度に検出することができるので、横シーラ１６の閉じ位置を測定するよりも容易に不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐを求めることができる。
本実施形態では、サーボモータ１７の回転角度から横シーラ１６の閉じ位置を求め、当該閉じ位置に基づいて、次の（６）式から不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐを求めている。

ここで、Ｘ_ｃｒｉはあらかじめ設定した横シーラ１６の基準閉じ位置、Ｘ_ｒｅｓは横シーラ１６による横シール動作を行った際の現在閉じ位置である。また、Ｘ_ｔｈは噛み込みと判定される外れ判定しきい値であり、その値は実験により求められる。ｋ_ｉは学習ゲインであって、その値も実験により求められる。

基準閉じ位置と現在閉じ位置の差の絶対値が、外れ判定しきい値以下の場合は、（６）式の上欄に示す演算式を使って、不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐを求める。ここで、（６）式におけるＸ_ｒｅｓ(n)は、ｎ回目の横シール動作において求められる横シーラ１６の現在閉じ位置である。また、Δτ_ａｄｐ(n)は、ｎ回目の横シール動作において求められる不特定変動要因シール圧力補正値であり、Δτ_ａｄｐ(n-1)は、その前のサイクル（すなわち、ｎ−１回目）の横シール動作において求められる不特定変動要因シール圧力補正値である。
このように、横シール動作を繰り返す毎に不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐを算出し、その算出した不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐを、次回の横シール動作における不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐの演算に反映させることで、学習しながら本来のシール圧力補正値に近付けていく。

一方、基準閉じ位置と現在閉じ位置の差の絶対値が、外れ判定しきい値よりも大きい場合は、横シール動作に何らかの異常が生じている可能性があるため、その際は現在閉じ位置を考慮せず、前回のサイクルの横シール動作において求められた不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐ(n-1)を引き継ぐようにする。

図８は、学習ゲインｋ_ｉを求めるための実験データの模式図である。
学習ゲインｋ_ｉを任意に設定して、不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐを学習しながら指令シール圧力に反映させる。そして、当該指令シール圧力をもって横シーラ１６を駆動して、横シーラ１６の閉じ回数に対する閉じ位置の変化を測定することで、これらの図に示す実験データが求められた。具体的には、学習ゲインｋ_ｉを、０．０１、０．０３、０．１０、０．１５、０．２のそれそれに設定して、横シーラ１６の閉じ回数に対する閉じ位置の変化を測定した。

その結果、図８に示すとおり、学習ゲインｋ_ｉを０．１０に設定したときに、早い閉じ回数で横シーラ１６の閉じ位置が基準閉じ位置に近づいて、その後は大きく変動することがなかった。よって、この実験結果によれば、学習ゲインｋ_ｉは０．１０に設定される。

図９および図１０は、不特定変動要因シール圧力補正手段の効果確認のための本発明者らによる実験結果の模式図である。
図９は、不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐを含めず基準シール圧力のみで横シーラ１６を駆動したときの実験データを示し、図１０は、基準シール圧力に加えて、不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐを考慮した指令シール圧力をもって横シーラ１６を駆動したときの実験データを示す。
いずれも複数の稼働日Ａ〜Ｆにおいて同じ実験を繰り返し、その実験結果を各図に表示した。図９では、稼働日によって、横シーラ１６の閉じ位置のばらつきが大きい。一方、図１０では、各稼働日の実験結果に大きなばらつきがなく、各実験データが重なり合っている。
この実験データから不特定変動要因シール圧力補正値Δτ_ａｄｐを指令シール圧力に含めることで、横シーラ１６の閉じ位置の変動を大幅に抑制できることがわかる。

〔噛み込み判定〕
本実施形態に係るシール制御装置は、さらに噛み込み判定手段３０と、噛み込み判定しきい値設定手段３１と、噛み込み判定しきい値補正手段３２とを備えている。
噛み込み判定手段３０は、噛み込み判定しきい値設定手段３１にあらかじめ設定してある基準噛み込み判定しきい値を判定基準として、横シーラ１６による異物の噛み込みを、当該横シーラ１６の閉じ位置から判定する。この種の噛み込み判定手段は、従来の縦形製袋充填包装機のシール制御装置にも備わっていたが、常に一定のしきい値で噛み込みを判定していたので、横シーラ１６の閉じ位置に関する各種の変動要因に伴い閉じ位置が変動した場合、異物の噛み込みを正確に判定できなくなるおそれがあった。そこで、本実施形態では、噛み込み判定しきい値補正手段３２により、横シーラ１６の閉じ位置に関する特定の変動要因に伴う当該横シーラ１６の閉じ位置の変動に対応して、噛み込み判定しきい値を補正するようにしてある。

噛み込み判定手段３０は、噛み込み判定しきい値設定手段３１に設定された基準噛み込み判定しきい値と、噛み込み判定しきい値補正手段３２によって算出した噛み込み判定しきい値の補正値とに基づいて噛み込みの有無を判定する。そして、噛み込みが発生したとの判定をしたときは、異常信号発生手段３３を介してサーボアンプ１９に、噛み込みの発生を知らせる異常信号を出力する。サーボアンプ１９は、異常信号を入力したときは緊急停止する。

本実施形態では、噛み込み判定しきい値補正手段３２を、横シーラ１６の閉じ位置に関する変動要因に対応して２つに分けて構成している。すなわち、まず横シーラ１６の温度変化を、横シーラ１６の閉じ位置に関する変動要因として特定し、第１特定変動要因噛み込み判定しきい値補正手段３４を構成した。さらに、横シーラ１６が前回横シールしてから今回横シールするまでの経過時間（横シール間隔）と、包装フィルムＦの繰り出し長さとを、横シーラ１６の閉じ位置に関する変動要因として特定し、第２特定変動要因噛み込み判定しきい値補正手段３５を構成した。

第１特定変動要因噛み込み判定しきい値補正手段３４は、横シーラ１６の温度変化に伴う当該横シーラ１６の閉じ位置の変動に対応して、噛み込み判定しきい値を補正するようにしてある。かかる噛み込み判定しきい値の補正値は、横シーラ１６の熱膨張に関する公知の演算式を用いて算出することができる。
横シーラ１６の温度は、横シーラ１６に設けた温度センサ等からなる横シーラ温度検出手段３６で検出され、第１特定変動要因噛み込み判定しきい値補正手段３４に出力される。また、横シーラ１６の閉じ位置は、回転角度検出手段２７で検出したサーボモータ１７の回転角度から算出することができる。

例えば、横シーラ１６が温度上昇に伴い膨張して一対の横シーラ１６の閉じ位置間隔が狭くなった場合は、第１特定変動要因噛み込み判定しきい値補正手段３４が、その変動に対応して噛み込み判定しきい値を狭めるように補正する。一方、横シーラ１６の温度が下がり、横シーラ１６が収縮して一対の横シーラ１６の閉じ位置間隔が広くなった場合は、第１特定変動要因噛み込み判定しきい値補正手段３４が、その変動に対応して噛み込み判定しきい値を広げるように補正する。
これにより、横シーラ１６による異物の噛み込みを安定して検出することが可能となる。また、フィルムの厚み検出装置を設け、フィルムの厚みの変動を噛み込み判定しきい値の補正量とすることもできる。

第２特定変動要因噛み込み判定しきい値補正手段３５は、横シール間隔と包装フィルムの繰り出し長さとに基づいて、これらを変動要因とする噛み込み判定しきい値の変動を補正する噛み込み判定しきい値の補正値を演算する機能を有している。

第２特定変動要因噛み込み判定しきい値補正手段３５は、次の式（７）をもって、噛み込み判定しきい値の補正値ΔＸ_ｖａｒを演算する。

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く、種々の変形実施や応用実施が可能なことは勿論である。
例えば、シール圧力補正手段として、第１特定変動要因シール圧力補正手段２３、第２特定変動要因シール圧力補正手段２４、不特定変動要因シール圧力補正手段２５のいずれかを選択して採用するだけであっても、基準シール圧力のみでシール圧力指令値を作成するよりも横シーラ１６のシール圧力を基準シール圧力に近付けることが期待できる。
また、上述した実施形態では、横シーラ１６の閉じ位置に関する特定変動要因として、サーボモータ１７の温度変化と、横シール間隔および包装フィルムＦの繰り出し長さに着目したが、今後の実験によりこれ以外の変動要因を特定することも可能である。そのようにして特定変動要因を増やし、当該変動要因に対応して特定変動要因シール圧力補正手段を設けることで、不特定変動要因が減るので、不特定変動要因シール圧力補正手段によるシール圧力の補正が高精度化してく。

１１：リール、１２：フォーマ、１３：製袋チューブ、１４：繰出しベルト、１５：縦シーラ、１６：横シーラ、１７：サーボモータ、１８：動力伝達機構、１９：サーボアンプ、
２０：シール圧力指令手段、２１：基準シール圧力指令手段、２２：特定変動要因シール圧力補正手段、２３：第１特定変動要因シール圧力補正手段、２４：第２特定変動要因シール圧力補正手段、２５：不特定変動要因シール圧力補正手段、２６：モータ温度検出手段、２７：回転角度検出手段、
３０：噛み込み判定手段、３１：噛み込み判定しきい値設定手段、３２：噛み込み判定しきい値補正手段、３３：異常信号発生手段、３４：第１特定変動要因噛み込み判定しきい値補正手段、３５：第２特定変動要因噛み込み判定しきい値補正手段、３６：横シーラ温度検出手段、
Ｆ：包装フィルム、Ｆａ：フィルム筒、Ｆｖ：縦シール部、Ｆｈ：横シール部、Ｈ：包装品

Claims (8)

1. 帯状の包装フィルムを繰り出すフィルム繰出し手段と、
   繰り出されてきた帯状の包装フィルムの両側端を重ね合わせ、当該重ね合わせ部分を縦シールしてフィルム筒を形成する縦シール手段と、
   前記フィルム筒を挟み込んだ閉じ位置で横シール部を周期的に形成する横シーラと、
   前記横シーラを開閉駆動するサーボモータと、を備えた包装機において、
   前記横シーラが前記フィルム筒をシールするための圧力を指定または制限するシール圧力指令手段と、
   前記横シーラの閉じ位置と噛み込み判定しきい値により前記横シーラによる異物の噛み込みを判定する噛み込み判定手段と、を備え、
   さらに、前記横シーラのシール圧力に関する変動要因と閉じ位置に関する変動要因に対応して、当該シール圧力を補正するためのシール圧力補正値を演算するシール圧力補正手段を備え、
   前記シール圧力指令手段は、あらかじめ設定した基準シール圧力に加え、前記シール圧力補正手段から出力されたシール圧力補正値を総合して、前記横シーラが前記フィルム筒をシールするための圧力を算出することを特徴とする包装機のシール制御装置。
2. 前記シール圧力補正手段は、前記横シーラのシール圧力に関するあらかじめ特定した変動要因に対応して、当該シール圧力を補正するためのシール圧力補正値を演算する特定変動要因シール圧力補正手段を含むことを特徴とする請求項１の包装機のシール制御装置。
3. 前記サーボモータの温度変化を、前記シール圧力に関する変動要因として特定し、
   前記特定変動要因シール圧力補正手段は、前記サーボモータの温度変化に基づいて、当該サーボモータの温度変化に伴う前記シール圧力の変動を補正するためのシール圧力補正値を演算することを特徴とする請求項２の包装機のシール制御装置。
4. 前記横シーラが前回横シールしてから今回横シールするまでの経過時間（横シール間隔）と、前記包装フィルムの繰り出し長さと、を前記横シーラの閉じ位置に関する変動要因として特定し、
   前記特定変動要因シール圧力補正手段は、前記横シール間隔と前記包装フィルムの繰り出し長さとに基づいて、これらを変動要因とする前記シール圧力の変動を補正するためのシール圧力補正値を演算することを特徴とする請求項２の包装機のシール制御装置。
5. 前記シール圧力補正手段は、前記横シーラの閉じ位置に関するあらかじめ特定することができない変動要因に対応して、当該閉じ位置の変動を修正するためのシール圧力補正値を演算する不特定変動要因シール圧力補正手段を含むことを特徴とする請求項１の包装機のシール制御装置。
6. 前記不特定変動要因シール圧力補正手段は、前記横シーラのあらかじめ設定した基準閉じ位置と実際の閉じ位置との差と、前回の前記不特定変動要因シール圧力補正手段によって演算したシール圧力補正値とに基づき、当該閉じ位置の変動を修正するためのシール圧力補正値を演算することを特徴とする請求項５の包装機のシール制御装置。
7. 前記横シーラの閉じ位置に関する変動要因に対応して噛み込み判定しきい値を補正する噛み込み判定しきい値補正手段を備え、
   前記横シーラの温度変化を前記横シーラの閉じ位置の変動要因として特定し、
   前記噛み込み判定しきい値補正手段は、前記横シーラの温度変化に伴う前記横シーラの閉じ位置の変動に対応する噛み込み判定しきい値の補正値を演算することを特徴とする請求項１に記載の包装機のシール制御装置。
8. 前記横シーラの閉じ位置に関する変動要因に対応して噛み込み判定しきい値を補正する噛み込み判定しきい値補正手段を備え、
   前記横シーラが前回横シールしてから今回横シールするまでの経過時間（横シール間隔）と、前記包装フィルムの繰り出し長さと、を前記横シーラの閉じ位置に関する変動要因として特定し、
   前記噛み込み判定しきい値補正手段は、前記横シール間隔と前記包装フィルムの繰り出し長さとに基づいて、これらを変動要因とする前記噛み込み判定しきい値の変動を補正する噛み込み判定しきい値の補正値を演算することを特徴とする請求項１の包装機のシール制御装置。

Images