JPH06239319A

JPH06239319A - コンピュータ制御水平包装機械及び方法

Info

Publication number: JPH06239319A
Application number: JP5298914A
Authority: JP
Inventors: Jeffrey A Ginzl; ジェフリー・エイ・ジンズル; Gregory S Duncan; グレゴリー・エス・ダンカン
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1994-08-30
Also published as: DE4337514A1; GB9322787D0; GB2272198B; NL9301814A; CH688510A5; ES2072819B1; GB2272198A; FR2697498B1; IT1266767B1; ITMI932353A0; FR2697498A1; ITMI932353A1; ES2072819R; ES2072819A2; MX9306898A; US5347791A; CA2109486A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】筒状をなすように長手方向にシールされて走
行するウェブ筒Ｗ内に一連の物品を給送してウェブを物
品間で切断シール加工して製品パッケージを製造する水
平包装機械において、物品給送フライト及びスイッチを
備えた物品給送コンベヤ３８を１つの変速駆動モータ５
２によって運転して該モータのタイミングシャフト６０
が１回転する毎にコンベヤを作動させ各フライトに対応
するパルスを生成させる。【構成】変速駆動モータのシャフトによって駆動する
エンコーダ８３は、ウェブ給送ローラ２８，３０と、シ
ーリングホイール３６と、挟圧シールヘッド４２，４４
に連動連結される複数のサーボモータ１０８，１３２の
基準信号として用いられるデジタル速度信号を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水平包装機械及び方法
に関し、特に、変速主駆動モータに設けたマスタエンコ
ーダによって確立される基準速度及び位置に依存する速
度及び位置で包装機械の要素を駆動するように設けた電
気制御サーボモータを備える包装機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の関係技術は、米国特許公報第4,
525,977号、第4,106,262号、第4,712,357号に開示され
ている。これらの特許及びそれに引用された文献の開示
事項は本発明においても利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】筒状をなすように長手
方向にシールされて走行するウェブ筒内に一連の物品を
給送してウェブを物品間で切断シール加工して製品パッ
ケージを製造する水平包装機械において、物品給送フラ
イトを備えた物品給送コンベヤを１つの変速主駆動モー
タによって運転して該モータのタイミングシャフトが１
回転する毎にコンベヤを作動させ各フライトに対応する
パルスを生成させる。

【０００４】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、従来
技術の変速主駆動モータを用いる。この主駆動モータは
包装受取りコンベヤを駆動するだけではなく、動作制御
コンピュータから送られてくる制御信号によって該主駆
動モータの動作に追従するように組み込まれた２以上の
スレーブ駆動モータを含むコンピュータ制御サーボ駆動
装置におけるマスタ駆動モータとして動作するものであ
る。

【０００５】本発明によれば、この構成において、サー
ボ駆動水平包装機は実時間ベースではなくマシンタイム
ベースでデジタル式に制御される。

【０００６】更に、本発明によれば、デジタル制御技術
を用い、かつ、迅速かつ精確な位置誤差補正のため水平
包装機のサーボ駆動スレーブモータの比例制御を行うこ
とにより、屑の発生を最小限に押さえて包装サイズを素
早く変更することが可能であり、また、精確な切断や、
すべての包装動作段階における位置合せを可能にする。
更に、ウェブ印刷マーク位置合せのためのデジタル式誤
差比例制御装置を用いることにより、印刷マークの僅か
なずれ、換言すれば、ウェブ駆動要素の給送特性を補正
する。

【０００７】また、本発明によれば、コンピュータ制御
の「高性能（高速）」駆動装置により切断ヘッドのサー
ボ駆動を比較的一定速度で行うことができる。その理由
は、周期的変速が一定入力速度を周期的な可変速度に変
換する機械装置によって達成されるからである。この機
械装置を使用することにより、１つのサーボモータで２
又はそれ以上のシール切断ヘッドを駆動することができ
るようになる。

【０００８】更に本発明によれば、デジタルコンピュー
タ制御サーボ包装機の包装速度（包装率）をアナログ制
御することにより、１つのポテンショメータを用いて、
若しくは多数の設定されたポテンショメータから自動選
択して、又は処理を行なっている包装機からのアナログ
制御信号に自動的に対応することで包装率を手動設定す
ることが可能となる。これにより、包装機を該処理制御
信号に応答させて周期的に作動させ、従来技術の装置に
て物品の渋滞を自動的に制御することが可能になる。更
に、包装機は物品位置の僅かなずれに対して無視又は無
応答しがちであるが、コンピュータ制御サーボ駆動シス
テムは物品又はフライトを検出するのではなく、物品の
基準パルスに対する１対１のスイッチを採用しているの
で、そのような物品のずれは回避又は減少される。

【０００９】

【実施例】高速包装（本発明の開示においては、１分間
に２５０以上の包装を行うことを意味する。）を達成す
る包装機械を図１及び図２において参照番号２０で示
す。包装機械２０に適宜スタンド２３を設け、このスタ
ンド２３に支持シャフト２４を設け、ウェブ材Ｗのロー
ル２２を支持シャフト２４に取り付けてある。ウェブＷ
は複数のアイドラローラ２６を通過してウェブ給送ニッ
プローラ２８，３０の間を通る。これらのニップローラ
の一方、好ましくはローラ２８はゴムで被覆されてお
り、他方のローラ３０は金属性である。平らな帯状ウェ
ブは、ローラ３２及び複数のガイドローラ３４を通過し
た後に、公知構造の成形装置３５によってその対向する
長手方向の両縁が１つの長手方向延伸フィンを形成する
ように筒状に成形される。形成されたフィンは、加熱さ
れた２つのフィンホイール３６を通過してヒートシール
される。突起状のフライト４０を備えた物品給送コンベ
ヤ３８は、長手方向に離間した物品を筒状ウェブ内に給
送する。物品は離間した状態のまま、次に、筒状ウェブ
によって１又は複数のシール切断装置（筒状ウェブをシ
ールし切断する装置）へ搬送される。シール切断装置
は、物品が存在しない部分でウェブを横方向に切断して
シールする。図２の包装機械においては、２つのタンデ
ム挟圧シールヘッド４２、４４を用いている。ヘッド４
２，４４は、シャフトが１回１８０°回転する毎に筒状
ウェブを挟圧しシールし切断する切断シール装置４６，
４８を備える。筒状ウェブの１部分内においてシールさ
れた物品は配送コンベヤ５０（受取りコンベヤ）へ排出
される。完成したパッケージは出荷のため人手によりあ
るいは自動的にカートン詰めされる。

【００１０】本発明においては、従来の変速モータ５２
（直流モータが好ましい）を物品供給コンベヤ３８及び
配送コンベヤ５０、並びに、適宜動力取出し装置を介し
て包装システム装置において用いられる上流及び下流の
付属装置に接続してこれらのコンベヤ及び付属装置を運
転する。この従来技術のモータ５２−本明細書におい
て、ときにはマスタ駆動モータ、あるいは主駆動モータ
という−はマスタエンコーダ８３に接続され、マスタエ
ンコーダ８３はコンピュータに対してマシンタイム信号
を送出し、このコンピュータは、エンコーダ（スレーブ
エンコーダ）を備えたスレーブサーボ駆動モータを制御
してマスタエンコーダ８３の動作に追従させる。図２に
示すコンピュータ制御高速駆動装置は、次のように動作
する駆動装置である。即ち、本駆動装置において、主駆
動モータのスレーブサーボモータが比較的一定速度で動
作するのに対して、主駆動モータによって駆動される挟
圧シールヘッド４２，４４は、前記サーボモータから入
力される一定速度を周期的変速に変換する機械装置を介
することにより周期的可変速度で運転される。

【００１１】図２に関し、主（マスタ）駆動モータ５２
は、その出力軸に取り付けたプーリ５６と、プーリ５８
とを連結するベルト５４を介して、横方向に延伸する細
長シャフト６０を駆動する。このシャフト６０にはその
全長に渡ってプーリ６２，６４，６６，６８が設けられ
ており、これらのプーリは、それぞれタイミングベルト
７０，７２，７４，７６を介して、プーリ８０を備え横
方向に延伸する上流の細長シャフト７８、動力取出し装
置８２、前記配送コンベヤ５０及びマスタエンコーダ８
３を駆動する。

【００１２】ベルト７０を介して主駆動モータ５２によ
って駆動される前記細長の動力伝達シャフト７８は、プ
ーリ９２と、動力取出し装置８８の出力軸に固定したプ
ーリ９４とを連結するベルト９０を介して動力取出し装
置８８を駆動する。動力取出し装置８２，８８は、自動
フィーダ、カードシータ、コードデータ、プリンタ、イ
ンプリンタ、パンチングステーション、コレータ、カー
トナといった複数の付属装置及び特殊包装に必要とされ
るその他多様な付属装置を駆動する。ベルト９６と、こ
れと協働するためシャフト７８及びシャフト１０２にそ
れぞれ付設されたプーリ９８及び１００とによって物品
供給コンベヤ３８が駆動され、連続する物品は筒状ウェ
ブ内に搬入される。供給コンベヤ３８の駆動プーリ（又
はスプロケット）１０４は駆動スプロケットチェーン１
０６によってシャフト１０２に連結される。フライト４
０間の距離の決定に関係する物品長さに基づく供給コン
ベヤ３８の速度変化は、駆動チェーン１０６のスプロケ
ット１０５を取り替えることにより包装機械に比例する
駆動速度にすることで達成することが好ましい。供給コ
ンベヤ速度を変えるこの変速装置は比較的シンプルかつ
廉価であり、大多数の包装機械に十分適用されるもので
ある。

【００１３】ウェブ給送ニップローラ（ウェブフィード
ローラ）２８，３０及びフィンホイール３６はサーボモ
ータ（スレーブ）１０８によって駆動される。サーボモ
ータ１０８には適宜シャフトエンコーダ（スレーブ）１
１０を設けており、このエンコーダは工業用コンピュー
タに速度信号を送出する。工業用コンピュータについて
は後に説明する。サーボモータ１０８の出力軸に設けた
プーリ１１４，１１６は、それぞれベルト１１８，１２
０を介して、シャフト１２４に設けたプーリ１２２によ
ってニップローラ３０を、ギヤボックス１３０から突出
するシャフト１２８に設けた可変トルク装置１２３に固
着したプーリ１２６によって２つのフィンホイール３６
を同時に回転駆動する。

【００１４】エンコーダ（スレーブ）１３４を備えたも
う１つのサーボモータ（スレーブ）１３２は挟圧シール
ヘッド４２，４４を駆動する。挟圧シールヘッド４２，
４４は従来の公知の構造の機械的スロット駆動装置１３
６，１３８を備え、これにより周期変速とされる。サー
ボモータ１３２は、ベルト及びプーリ伝達機構１４０を
介してスロット駆動装置１３６，１３８を駆動する。ス
ロット駆動装置１３６，１３８とそれぞれ協働する動力
入力シャフト１４２，１４４は、挟圧シール装置４６，
４８の挟圧シール面が筒状ウェブと当接するときに動力
出力シャフト１４６，１４８の速度がウェブの速度と一
致するように、動力出力シャフト１４６，１４８を駆動
する。下挟圧部４６ａ，４８ａはそれぞれ出力シャフト
１４６，１４８に固定されており、従って上挟圧部４６
ｂ，４８ｂはギヤセット１５０，１５２によって下挟圧
部４６ａ，４８ａと時間的に連動して同時に駆動され
る。

【００１５】位置合わせマークが印刷されたフィルムが
使用されるときは、フィルム位置合わせマーク検出装置
１５４が信号を生成する。この生成された信号は、ウェ
ブに印刷された位置合わせマークと物品給送コンベヤ３
８のフライト４０との所定位置関係を維持するためにサ
ーボモータ１０８を制御可能にプログラムされた動作制
御コンピュータに入力される。このように、ウェブフィ
ードローラ２８，３０に対してサーボモータ１０８を制
御して前記所定位置関係を維持することにより、ウェブ
を非常に精確な位置で切断できかつ印刷マーク位置合せ
を行うことが可能となる。

【００１６】図３に示す包装機駆動装置は、主用部にお
いて上述の装置に類似するものであり、同一あるいは同
様な要素に対して同じ参照番号を用いてある。この実施
例において、先の実施例と異なる主要な点は、ウェブフ
ィードローラ２８，３０を用いないこと、挟圧ヘッドの
数を１つ減らしたこと、及びサーボモータ１０８によっ
て駆動される３セットのフィンホイールを設けたことで
ある。図３に示すように、サーボモータ１０８は、シャ
フト１５６に固定されたプーリ１６０に係合するベルト
１５８によってシャフト１５６を駆動する。シャフト１
５６には、また、シャフト１７２，１７４，１７６にそ
れぞれ固定した駆動プーリ１６６，１６８，１７０を通
過するベルト１６４を駆動するプーリ１６２を設けてあ
る。アイドラプーリ１７８，１８０は、ベルト１６４が
駆動プーリ１６６，１６８，１７０に接触する円弧面を
増加させる役目を果たす。ギヤボックス１８２、１８
４、１８６は、対向する３つのペアのフィンホイール１
８８、１９０、１９２をシャフト１７２、１７４、１７
６によってそれぞれ与えられる駆動力によって駆動す
る。

【００１７】図３の装置構成において、供給ロールから
ウェブをほどく（繰り出す）速度は、サーボーモータ１
０８の速度に直接関係し、従って、フィンホイールの表
面速度は所望のフィルム速度に直接的に相当する。ウェ
ブのロールがほどかれるときに、ウェブのフィンホイー
ル１８８に対するテンションを所定テンションに維持す
るために、従来技術のドラッグブレーキを用いることが
できる。フィンホイール１９０，１９２は、シャフト１
７４，１７６に可変トルク装置１９４，１９６を設ける
ことによりウェブに所定のテンションを与える役目を果
たす。商用上入手可能な可変トルク装置は、無負荷（ウ
ェブがないときに駆動することを意味する）のときには
何パーセントか速度が速くなり、負荷状態においては、
所定のトルク値にて回転してフィンホイール間に存する
ウェブに対して所望のテンションを与える。

【００１８】図３は、サーボ駆動ユニット１３２によっ
て周期的な変速速度で駆動される挟圧ヘッド１９８を示
す。但し、この挟圧ヘッドは、シャフト１４６が１回転
する毎にウェブを１回挟圧し剪断することに留意された
い。本技術分野においては、このことを「１アップヘッ
ド」と呼ぶのに対し、図２に示す挟圧ヘッド４２，４４
は、３６０°回転する毎に挟圧シールを２回行なうので
通常「２アップヘッド」と呼ぶ。

【００１９】図４の包装機駆動装置は図３に示す装置と
同様であり、対応する構造については同一の参照番号を
用いている。従来技術の装置と同様に、挟圧ヘッド１９
８を作動させるための動力は、ベルト・プーリ伝動機構
１４０を介してシャフト１４６に連動連結されたサーボ
モータ１３２に与えられる。挟圧ヘッド１９８の周期的
可変速度を達成するために、サーボモータ１３２は工業
用コンピュータのプログラムにアクセスして、以下に説
明するように特定仕様の包装において適宜周期的速度変
化を与える。図４に示す装置は、一定入力回転数を周期
的変速に変換する上述のスロット駆動装置１３６を必要
としない。サーボモータ１３２の速度を一定して変化さ
せることで挟圧ヘッド１９８の周期的変速を達成するこ
とにで電流のピーク値が高くなるのでサーボモータを強
制的に空冷する必要がある。物品のサイズが異なってま
ちまちでありサイズ変更を迅速に行い、かつ、特別技能
を持たないオペレータでも使用できるようにする単一ヘ
ッド包装装置においては、挟圧ヘッド１９８を直接サー
ボ駆動することが最上である。

【００２０】図５に示す包装機の構成要素の構成は、大
部分において図２に示す構成要素の主用部分を含むが、
動力取出し装置８２を用いず、かつ、シール切断装置２
００を含む２アップ挟圧シールヘッド４２をサーボモー
タ１３２によって直接駆動して２アップ挟圧シールヘッ
ド４２の速度をコンピュータ制御による１８０°回転毎
に周期的に変化させている点が異なる。

【００２１】図２乃至図５に示す包装機の構成はいずれ
も、給送コンベヤ３８を駆動するシャフト１０２に設け
られ該シャフトの半径方向に突出する旗２０６を含んで
なる検出装置（受光素子）２０２と、同様な構造の検出
装置（受光素子）２０４であって挟圧シールヘッド４２
（又は１９８）のシャフト１４６に設けられ該シャフト
の半径方向に突出した平板２０６を有する検出装置とを
含む。前記半径方向に突出した平板２０６はシャフト１
０４に調整可能に設けたカラー２０８によって支持され
ている。光源２１０は、該平板２０６がシャフト１０２
の１回転毎に光源の光を遮断するときに１パルスを生成
する。機械をセットアップする際に、受光素子２０２は
供給コンベヤ３８のフライト４０の位置と関連付けられ
る。各フライト４０が筒状ウェブに入れられた１つの物
品と接触しなくなる毎に検出装置２０２によって１パル
スが生成されることが好ましい。その条件は、特定の製
品長さに関して常に達成される。なぜならば、フライト
４０と、筒状ウェブに入れられた１物品との接触がなく
なるときに、生成されたパルスが常に生じるようにカラ
ー２０８は調整されるからである。検出装置２０２によ
って生成されたパルスはコンピュータによって検出され
て、全駆動列の相対速度を制御する基準信号が生成され
る。ベルト７６を介してシャフト６０によって駆動され
るエンコーダ８３は、コンピュータに用いられてサーボ
モータ１０８，１３２に対する制御信号を生成する主駆
動モータ５２の速度及び位置に対応するデジタル速度位
置信号を生成する。検出装置２０４と協働する平板２０
６は、シャフト１４６によって支持される挟圧シールヘ
ッドの上下挟圧シール面が完全に閉じたときに１パルス
が生成されるように調整される。

【００２２】スレーブサーボモータ１０８は、フィード
ローラ２８，３０及びフィンホイール３６をそれぞれ駆
動するベルト１１８，１２０によってシステム装置にお
けるウェブを送りウェブにテンションを与えるすべての
要素を駆動する。フィードローラは、エンコーダ１１０
を介してウェブの速度及び位置に関するデジタルフィー
ドバック信号を与えてウェブ速度と印刷マーク位置合せ
を最初にコントロールする。前記コンピュータは、スレ
ーブサーボモータ１０８がマスタエンコーダ８３に所定
の比でもって追従し、これにより主駆動モータ５２によ
って前進された各フライト４０に対してウェブ材を所定
量送り出すようにプログラムが組まれている。ウェブ速
度の精確な制御は、印刷マーク位置合せスキャナ１５４
が位置合わせマークを検出して１パルスをコンピュータ
に入力し、そしてこのコンピュータを介してサーボモー
タ１０８がウェブの位置合せマークと給送コンベヤ３８
との位置関係を維持することによってなされる。このよ
うにしてウェブフィードローラ２８，３０の制御を介し
てウェブの切断及び印刷マーク位置合せは精確に制御さ
れる。

【００２３】ウェブがウェブフィードローラ２８，３０
より送り出されるときにウェブに所望のテンションをか
けるために、フィンホイール３６（図２）の駆動装置は
市場で入手可能な可変トルク装置１２３（図５において
は２１２）を有する。この可変トルク装置１２３は、フ
ィンホイール３６間にウェブが存しない状態で駆動され
たときにフィンホイール３６の表面速度がウェブフィー
ドローラ２８，３０の速度（表面速度）よりも約５％程
度大きくなるように設定あるいは調整される。可変トル
ク装置は、所定のトルク値で回転してウェブフィードロ
ーラ２８，３０とフィンホイール３６との間においてウ
ェブに所望のテンションを与える。

【００２４】挟圧シールヘッド４２，４４を駆動するサ
ーボモータ１３２は、エンコーダ１３４により、スロッ
ト駆動装置１３６，１３８の出力シャフト１４２，１４
４のいずれか一方の速度に相当するフィードバックデジ
タル速度信号を与える。コンピュータはエンコーダ１３
４から送出されたそのフィードバック速度信号をエンコ
ーダ８３の基準信号の速度と比較するようにプログラム
されており、この比較により、給送コンベヤ３８の１つ
のフライト４０が前進する毎にサーボモータ１３２を１
回転するようにサーボモータ１３２の制御を行ってい
る。なお、スロット駆動装置１３６，１３８の入力シャ
フト１４２，１４４の入力動力は１：１の比率で配分さ
れている。検出装置２０４は下挟圧切断ヘッドシャフト
の動作を監視し、挟圧、シール及び切断の１サイクルに
つき１パルスを生成する。コンピュータは、検出装置２
０２、２０４から転送されたパルスを供給コンベヤ３８
に対して比較し、かつ、検出装置２０２，２０４によっ
て生成されたパルス間の設定された所望の位相関係を維
持するようにサーボモータ１３２を制御可能にプログラ
ムされている。このようにして、コンピュータとサーボ
モータ１３２は、シール切断ヘッドの筒状包装材内部の
物品との同期を制御する。

【００２５】図４及び図５の機械構造の挟圧シールヘッ
ドを直接駆動すれば、装置１３６のようなスロット駆動
装置は必要でなくなり、周期的変速はコンピュータによ
って満足に行われる。機械的駆動装置はシンプルである
が、電子的装置はより複雑である。なぜならば、サーボ
モータ１３２のサーボ駆動装置は１回転する際に速度変
化する必要があるからである。更に詳しく言えば、コン
ピュータは、エンコーダ１３４がアクセスして周期的な
変速を実現させるプログラムを備えていなければならな
い。

【００２６】コンピュータからサーボモータ１３２への
出力信号は、エンコーダ８３からコンピュータへの入力
信号に対する直接比である。コンピュータは、２又はそ
れ以上の周期的速度プロファイルのうちの１つでサーボ
モータ１３２を駆動するようにプログラムされている。
これらの速度プロファイルの２つを図７Ａ及び図７Ｂに
示す。図において、縦軸ωはシャフト１４６の角速度、
横軸Ｌはシャフト１４６の角位置である。速度プロファ
イルは、シャフト１４６が回転して挟圧ヘッド１９８の
上下シール面が１回係合して再度係合する間（１サイク
ル）におけるシャフト１４６の変化する角速度を示す。
コンピュータは包装された製品の長さ及び高さ、並びに
使用される挟圧ヘッドの数に依存する適当なプロファイ
ルを選択する。ジョブ実行のセットアップの際に、コン
ピュータは最初に図７Ａに示す速度プロファイルを計算
する。コンピュータは、図４に示すように挟圧ヘッド１
９８の上下シール面が整合してウェブＷを挟圧し切断す
る時のシャフト１４６の角速度ωcutの値を計算するこ
とによって速度プロファイル（速度チャート７Ａ）を計
算する。ωcutの値は、挟圧ヘッド１９８がウェブＷを
引き裂かないように、あるいはウェブが挟圧ヘッドの上
流において挟圧ヘッドに巻き付くことがないようにする
ために、挟圧ヘッド１９８の端部の線形速度がウェブＷ
の速度と同速度に決定される。ωcutの値は、次の式に
よって決定される。 ωcut= (CPL)(PPM)/R_h [1] ここで、CPLは、切断パック長さ、PPM は製品給送率で
あって１分当たりの包装する製品の数、R_hは挟圧ヘッド
１９８の半径即ちシャフト１４６の軸線から挟圧ヘッド
１９８の切断作用をなす端部までの距離である。PPM
は、ジョブセットアップの際にオペレータが入力する数
値又はエンコーダ８３のような手段によって決定される
数値のいずれかの数値であり、この数値は包装機械の運
転中にコンピュータに転送される。CPL は、ジョブセッ
トアップの際にコンピュータに入力される他のファクタ
に依存するものであり、次式で与えられる。 CPL = PL + CW + (PH)(tanθ) [2] ここで、PLは、製品長さ、CWは挟圧幅であり挟圧ヘッド
１９８の幅の半分であり、PHは、製品高である。またθ
は挟圧角であり次式で与えられる。 θ = cos^-1[PH/(Repeat-PL-CL)] [3] ここで、RepeatはウェブＷの切断位置間の距離である。
R_h、PL、CW、PH及びRepeatの値は通常オペレータによっ
てコンピュータに入力される。これらの値を図８Ａに示
す。図８Ａはウェブでシールされた代表的な製品を示
す。ωcutが決定された後、ωbrの値は計算される。こ
の状態を図８Ｂに概略的に示す。ωbrの値は、挟圧ヘッ
ド１９８が最初にウェブＷに係合するときのシャフト１
４６の角速度に相当する。ωbrの値はωcutの値よりも
常に大きい。なぜならシャフト１４６は、挟圧ヘッド１
９８がウェブＷを折り畳むときに、ウェブＷの給送速度
に支障を来すことがないように減速する必要がある。ω
brは次式で与えられる。 ωbr = [(Repeat)(PPM)]/R_h-(PH/2)] [4] ωhighの値は、ウェブＷの挟圧切断に要する時間に関係
し、挟圧ヘッド１９８が回転を完了して再度挟圧切断す
る位置に来るようにするために十分大きく設定する必要
がある。ωhighの値は次式で与えられる。

【式５】ここで、C₁、C₂、C₃は次式で与えられる。 C₁ = T-2γ/ωcut-[4(Ang-γ)/(ωbr+ωcut)] [6] C₂ = C₁ωbr-2CL+2γ+4Ang [7] C₃ = -2γωbr [8] ここで、Tはシャフト１４６の回転に要する時間であり1
/PPMで表すことができる。CLは挟圧ヘッドが係合するサ
イクル長さであり用いられる挟圧ヘッド数に依存し、36
0/（挟圧ヘッド数）で示される。γは、挟圧シールヘッ
ド１９８の上下シール面の先頭縁が互いに当接するとき
（図８Ｃ）、挟圧ヘッド１９８が垂直となす角である。
Angは、最初はβが与えられる角度である。角βは、両
挟圧ヘッド１９８がウェブＷに最初に接触するとき（図
８Ｂ）、挟圧ヘッド１９８が垂直となす角であり、次式
で与えられる。 β = γ+cos^-1[(2R_h-PH)/2R_h] [9] 製品高が大きければ、使用する速度プロファイルはヘッ
ド１９８の上下シール面の係合（即ち挟圧）を加速する
に十分な時間を与えることができないかもしれない。そ
の結果、ωhighが計算される前にAngは、(２γ+2Ang)が
CL以下になるまで0.1γづつ増分され下方に調整され
る。

【００２７】製品が包装され高さが高いとき大抵の場合
ωbrはωhighより大きく決定されるが、このように決定
されたとき、コンピュータは次に図７Ｂに示すプロファ
イルを選択して、ωaltは次式にて与えられる。

【式10】ここで、C₄、C₅、C₆は次式で与えられる。 C₄ = T-2γ/ωcut-γ/ωbr-4(Ang-γ)/(ωbr+ωcut) [11] C₅ = C₄ωbr-2CL+4Ang+3γ [12] C₆ = -γωbr [13]

【００２８】コンピュータは、どの速度プロファイルが
実行する特定のジョブアプリケーションに最適であるか
を一旦決定すると、次に、オペレータにより又はエンコ
ーダ８３のような包装機械に組み込まれた装置によって
コンピュータに入力されたパラメータに基づいて速度プ
ロファイルを最適化する。速度プロファイルの最適化に
影響を与える１つの主用ファクタは、挟圧サイクルにお
ける挟圧ヘッド１９８を加速するために必要なトルクで
ある。この加速は、図７Ａのωbrとωhighとの間の曲線
部によって示される。図７Ａの速度プロファイルにおい
て、加速を達成するに必要なトルクがサーボをータ１３
２のトルク限度のトルクよりも大きいならば、コンピュ
ータは次にサーボモータ１３２がその必要なトルク又は
ωbr=ωhighのいずれか最初に生じる方を供給可能とな
るまでωbrを0.1ωbrづつ増分する。当業者であれば理
解できることであるが、モータ１３２によってシャフト
１４６に発生させうるトルクは、モータ１３２の実トル
ク定格、並びに、該モータと挟圧ヘッドとの間及び挟圧
ヘッド間の駆動列の構造に依存する。図７Ｂの速度プロ
ファイルにおいて、挟圧ヘッドをωcutとωbrとの間の
値に加速するに必要なトルクがモータ１３２によってシ
ャフト１４６に発生させうるトルク以上であるならば、
コンピュータは次に、モータ１３２が必要なトルクを供
給可能となるまで又は(2Ang+2γ)がCLよりも大きくなる
までAngを0.1γづつ増加させる。コンピュータは次にこ
のAngの値から新たなωaltを計算する。このようにし
て、モータ１３２が駆動シャフト１４６を任意の製品作
りに対する最適な周期的速度にて駆動するように周期的
速度は調整される。こうして達成された速度プロファイ
ルにおいては、どのような製品寸法や製品給送率(PPM)
であっても挟圧ヘッド１９８は実際の挟圧切断加工の際
にウェブＷの速度と同じ速度で動くので優れた挟圧、シ
ールが可能となり、また、より大きな製品給送能力、よ
り大きな挟圧サイクル速度を持つことができ、故に小型
の安価なサーボーモータ１３２を選択できることとな
る。

【００２９】この装置におけるサーボモータ１３２とそ
のコントローラの設計は非常に重要である。なぜなら
ば、スロット駆動装置のフライホイール効果による負荷
の加減速が生じ、このため電流ピークが高くなり、サー
ボモータ１３２とその電気導体とを適切なサイズに設計
する必要があるからである。更に、サーボモータ１３２
を強制的に空冷する必要が生じてくる。多重挟圧ヘッド
の場合に直接駆動装置を用いることもできるが、直接駆
動装置は、包装する物品のサイズがまちまちであり、包
装サイズの変更を迅速に行う必要が有り、オペレータの
それ程高い技能を必要としない場合の１ヘッド包装機械
に適している。例えば、挟圧ヘッドに周期的速度変化を
与えるために、オペレータは包装される物品に関する情
報をコンピュータに入力する必要はほとんどなく、コン
ピュータがメモリ内にジョブレコードを記憶している場
合には、その情報はアクティブレコードに与えられてジ
ョブは実行される。

【００３０】図６は、包装機械の主駆動制御要素が動作
制御コンピュータに接続された状態を示す説明図であ
る。マスタ（主）駆動モータ５２はコントローラに電気
接続され、このコントローラは基準信号を受信する。こ
の基準信号はポテンショメータによって得られる１つの
設定電圧とすることができ、若しくは一過的な状態に変
化する可変電圧とすることもでき、又は処理運転速度に
従って入力される電圧とすることができる。この基準信
号はコントローラに入力され、主モータ４２の速度は入
力基準信号に比例する。コントローラに接続されたタコ
メータ８６は、コントローラに対してモータ速度を知ら
せるようにモータ５２の速度制御の閉ループを構成す
る。モータ５２によって駆動されるエンコーダ８３は動
作制御コンピュータに対してライン８３ａを介して速度
信号を入力し、そして、上述したように、この速度信号
はサーボモータ１０８，１３２の基準信号となる。サー
ボモータ１０８，１３２は、これらのサーボモータに対
する動力を規制するパルス幅変調駆動コントローラ(PW
M)と協働する。タコメータＴはパルス幅変調駆動コント
ローラに対して速度信号を与えるように閉ループ制御を
構成する。サーボモータ１０８，１３２の速度信号は、
ライン１０８ａ，１３２ａを介して動作制御コンピュー
タに与えられる。CRT又はその他の表示装置は、包装機
械の運転条件、オペレータがキーパッドを走査して呼び
出したり記録することによって生じる情報等を含む多様
な情報を表示する。また、Ｉ/Ｏ（入出力）インタフェ
ースを介して動作制御コンピュータには位置合わせマー
ク検出装置１５４、ドッグ・ドロップオフ検出装置２０
２、挟圧位置検出装置２０４、温度制御及び電光表示板
が接続されている。キーパッド又はその他の入力装置が
コンピュータに接続され、特定の包装ジョブを実行する
に必要なパラメータが入力される。

【００３１】従来技術のコンピュータ制御包装機械に比
べて、ここに開示するコンピュータ制御包装機械は、包
装機の主駆動モータ５２を直流駆動コントロールするア
ナログ信号によって包装速度（率）が制御されるので、
包装における供給率（給送率）の変化に自動的に対応で
きる。更に、従来技術のコンピュータ制御包装機械に比
べて、ここに開示する本発明のコンピュータ制御包装機
械は、付属装置と１：１の関係で連結するのに適してお
り、給送率の変化に伴い生じうるような物品の渋滞を制
御して包装を促進させることに適する。更に、ここに開
示する包装機のコンピュータ制御駆動装置は、マシンタ
イムをベースにしてデジタル式に制御され、誤差検出及
びマシンタイムに対応する補正が可能である。この補正
は機械の一定速度作動の間はもちろん、加減速作動にお
いても生じうる。更に、本発明のコントロール装置に関
して、開示された装置は現在市場で入手される装置と区
別される。その理由は、主駆動パルスジェネレータが１
つの１：１シャフトであるからである。これにより、完
全に感覚を置いたマシンタイム基準パルスが生成され
る。このジェネレータは、また、フライト、ドッグ、又
は間隔や向きが不完全な物品を検出することによってタ
イミング基準パルスを得るのに適している。シャフト６
０に取り付けたハンドホイール８４をオペレータが作動
させることにより、主モータ５２に動力が与えられてい
なくとも、パッケージを製造できる。これが可能なわけ
は、主駆動モータ５２がハンドホイールによりどちらの
方向に作動されようが、開示されたコンピュータ制御サ
ーボ駆動機構がサーボスレーブモータを手動により作動
しているモータ５２に追従させるからである。

【００３２】本発明を実施するための実施例について以
上説明したが、特許請求の範囲に属する他の変形例も可
能であることは明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の包装機械の斜視図。

【図２】サーボモータによって駆動されるウェブ給送ロ
ーラを備え高速包装を達成する要素を含んでなり、包装
機を駆動する駆動装置の概略斜視図。

【図３】同じく、包装機の概略斜視図であり、ウェブロ
ールから繰り出されたウェブは複数組みのサーボ駆動タ
ンデムフィンホイールに到達する。

【図４】図３と実質的に同様な図であるが、挟圧シール
切断装置が変速サーボモータによって駆動される例を示
す。

【図５】図２と同様に包装機を駆動する装置を示す斜視
図であり、サーボモータによって２アップ挟圧ヘッドが
駆動される例を示す。

【図６】電気図面であって、主な電気電子要素とその接
続とを示す図。

【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、図４及び５の可変サーボ
モータを駆動するためコンピュータによって生成された
速度プロファイルを示すグラフ。

【図８】図８Ａ、Ｂ、Ｃは、包装された製品及び挟圧ヘ
ッドの相対的な関係を示す説明図。

【符号の説明】

Ｗウェブ２０包装機械２２ウェブロール２８，３０ウェブ給送ニップローラ（ウェブフィード
ローラ）３５ウェブ筒成形装置３８物品給送コンベヤ４０フライト４２，４４挟圧シールヘッド４６，４８シール切断装置５０配送コンベヤ（受取りコンベヤ）５２変速主駆動モータ８３マスタエンコーダ１０８サーボモータ（スレーブ）１１０エンコーダ（スレーブ）１３２サーボモータ（スレーブ）１３４エンコーダ（スレーブ）

フロントページの続き (72)発明者グレゴリー・エス・ダンカンアメリカ合衆国、ウィスコンシン州 54304、グリーン・ベイ、トロジャン・ドライブ 2662、ナンバー 917

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】規則的に離間した一連の物品を供給源か
ら筒状ウェブ内に給送する物品給送駆動モータと、筒状
成形されたウェブの両縁を送りかつシールする装置と、
少なくとも１つの物品を包むパッケージを製造するため
前記筒状ウェブを横方向にシールし切断するシール切断
装置とを有してなる水平包装機械を運転する方法であっ
て、前記物品給送駆動モータの速度と位置とを表示する１信
号を生成するステップと、前記速度位置信号をデジタル化するステップと、前記速度位置信号に比例する周期的速度プロファイルを
生成するステップと、前記速度プロファイルを用いて前記シール切断装置の速
度と位置とを制御するステップとを、含んでなる方法。
【請求項２】請求項１の方法であって、前記速度プロ
ファイルを調整するステップを更に有する方法。
【請求項３】請求項１の方法であって、前記速度プロ
ファイルを自動調整するステップを更に有する方法。
【請求項４】請求項３の方法であって、前記シール切
断装置が、前記周期におけるシール及びカット加工の間
にウェブの速度に等しい速度となり、かつ、前記周期に
おいていつでも前記包装機械のパラメータ内で動作し、
かつまた、前記物品供給源の１つの物品又は一連の物品
がなくなったときに、速度を遅く又は停止することがで
きるように前記速度プロファイルを自動調整するステッ
プを更に有する方法。
【請求項５】包装機と、挟圧シール装置と、マスタエンコーダを組み込んだマスタモータと、スレーブエンコーダを組み込んだウェブ給送フィンシー
ルモータと、スレーブエンコーダを組み込んだ挟圧シールヘッドモー
タと、前記マスタエンコーダから入力信号を受け取って出力信
号を前記ウェブ給送フィンシールモータへかつ前記挟圧
シールヘッドモータへ送出する工業用コンピュータとを
含んでなる包装機械であって、前記コンピュータから前記ウェブ給送フィンシールモー
タへの前記出力信号は前記マスタエンコーダの前記入力
信号に所定の比でもって比例しこれにより所定量のウェ
ブを前記包装機に給送し、前記コンピュータから前記挟
圧シールヘッドモータへの前記出力信号は前記コンピュ
ータへの前記マスタエンコーダの前記入力に対する直接
比であり、前記コンピュータから前記挟圧シールヘッド
モータへの前記出力信号は速度プロフィルを含む、包装
機械。
【請求項６】請求項５の包装機械であって、前記工業
用コンピュータは前記速度プロファイルを自動的に調整
する機能を有する、包装機械。