(57)【要約】【課題】溶接モーターの回転回数に基づく、ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システムを提供する。【解決手段】本制御システムは、ストラップ締め付け機械であって、本体部と、該本体部に対して可動に取り付けられたアンビルと、該アンビルに対して振動動作するように配置されたシール部材と、該シール部材に振動動作を提供するように、シール部材に動作可能に結合されたモーターとを有するタイプのストラッピング機械において使用される。本制御システムは、モーターの回転部分に配置された感知対象要素（３２）と、感知対象要素が感知されるたびに、信号を生成するセンサー（３０）と、感知対象要素（３２）の感知された回数を数えるために、センサー（３０）に動作可能に接続されるカウンター（３６）と、感知対象要素（３２）の感知された回数に基づいてモーター（１２）の動作を制御するための制御器とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システムであって、前記ストラップ締め付け機械が、本体部と、前記本体部に対して可動に取り付けられたアンビルと、前記アンビルに対して振動動作するように配置されたシール部材と、互いに重なり合うストラップ材料の層をシールするために、前記シール部材に振動動作をもたらすように前記シール部材に動作可能に結合されたモーターとを有するタイプのストラップ締め付け機械である、制御システムにおいて、
センサーと、
前記モーターの回転部分上に配置された感知対象要素とを有し、
前記センサーが、前記モーターの回転を感知し、前記モーターを制御するための信号を生成する、ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項２】
生成された前記信号は、前記モーターの回転を停止する、請求項１に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項３】
前記感知対象要素は前記モーターのシャフト上に提供された印であり、前記センサーは近接センサーである、請求項１に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項４】
カウンターと制御器とを有し、
前記センサーが、前記感知対象要素の出現を感知するたびに前記カウンターに信号を提供し、前記カウンターが前記制御器への信号を生成し、前記制御器が前記モーターを制御するための信号を生成する、請求項１に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項５】
前記制御器と前記モーターとの間に配置された電力リレーを有し、前記制御器の信号は、前記モーターを制御するための信号を生成するために、前記電力リレーにより受け取られる、請求項４に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項６】
前記モーターを制御するための信号を受け取るときに前記モーターを停止するための回路を有する、請求項４に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項７】
前記モーターを制御するための信号を損失するときに前記モーターを停止するための回路を有する、請求項４に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項８】
ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システムであって、前記ストラップ締め付け機械が、本体部と、前記本体部に対して可動に取り付けられたアンビルと、前記アンビルに対して振動動作するように配置されたシール部材と、互いに重なり合うストラップ材料の層をシールするために、前記シール部材に振動動作をもたらすように前記シール部材に動作可能に結合されたモーターとを有するタイプのストラップ締め付け機械である、制御システムにおいて、
前記モーターの回転部分上に配置された感知対象要素と、
前記感知対象要素を感知するたびに信号を生成するセンサーと、
前記感知対象要素を感知した回数を数えるために、前記センサーに動作可能に接続されたカウンターと、
前記感知対象要素を感知した回数を数えることに基づきモーターを制御するために、前記カウンターに動作可能に接続された制御器とを有する、ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項９】
前記制御器は、所定回数の前記感知対象要素の感知事実に対応する前記カウンターから信号を受け取ることに基づいて、前記モーターを制御するための信号を生成する、請求項８に記載のストラッピング機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項１０】
ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターを制御する方法であって、前記ストラップ締め付け機械が、本体部と、前記本体部に対して可動に取り付けられたアンビルと、前記アンビルに対して振動動作するように配置されたシール部材と、互いに重なり合うストラップ材料の層をシールするために前記シール部材に振動動作をもたらすように前記シール部材に動作可能に結合されたモーターとを有するタイプのストラップ締め付け機械である、ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターを制御する方法において、
前記モーターのシャフトの回転を感知することと、
前記モーターの回転回数を数えることと、
数えられた前記モーターの回転回数に基づいて、前記モーターを制御するための信号を生成することとを有する、ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターを制御する方法。
【請求項１１】
所定の回転回数に達したときに、前記モーターを停止する段階を有する、請求項１０に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターを制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接用モーターの制御システムに関する。本発明は、特に、ストラップ締め付け工具またはストラップ締め付け機械であって、溶接用モーターの電圧変動に関係なく一貫性のある溶接または締結強度を提供するストラップ締め付け工具またはストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ストラップ締め付け工具またはストラップ締め付け機械は、当該技術分野においてよく知られている。一般的に、これらの機械は荷物の周囲にストラップを固定するために使用される。一つのタイプのストラップ締め付け機は、プラスチックまたは重合体のストラップとともに使用され、また、製造または梱包の全体システムの一部分として不動に配置される。
【０００３】
ストラップ締め付けヘッドまたは溶接ヘッドは、ストラップ締め付け機械の一部分として提供され、複数の機能を提供する。第一に、ストラップ締め付けヘッドは、一つ以上の掴み部分を有する把持部を有し、掴み部分は、ストラップ締め付け作業過程の間においてストラップを把持する。ストラップ締め付けヘッドは、ストラップ供給源またはストラップ供給機からストラップを切断するための切断機も有する。最後に、ストラップ締め付けヘッドは、ストラップ材料の自身の上に重なる層をシールするためのシール機を有する。このシールは、一般的に溶接と称され、振動要素を使用することにより、ストラップの重なる層を加熱することによりもたらされる。
【０００４】
シールまたは溶接をもたらすために、アンビルが、ストラップの一方の層に当接してしっかりと維持され、振動要素が、ストラップの他方の層に当接して動揺または振動し、溶接をもたらす摩擦および熱を引き起こす。振動要素はモーターにより駆動され、該モーターは本体部に取り付けられ、振動要素と動作可能に結合される。一般的な溶接用モーター構成においては、溶接サイクルは時間により制御される。すなわち、溶接サイクルは、時間に依存するサイクルであり、一般的に、電気式タイミング回路または気体式タイミング回路のいずれかにより時間調整または制御される。
【０００５】
しかし、溶接用モーター電圧は、溶接サイクルの間に、電力供給において１０Ｖ変動に加えて３％から４％ほど低下することが、一般的に経験されわかっている。さらに、電圧が低下するとモータースピードは低下するので、この電圧低下は締結強度の低下と相互に関係する。どうにかして締結強度の低下を解決するために、より長い時間にわたり溶接がなされる。しかし、電圧が降下しないサイクルで長い時間にわたり溶接がなされると、ある場合においては、ストラップの完全性が危うくされる可能性があることがわかっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
よって、ストラップ締め付け機械に使用する溶接ヘッドまたはストラップ締め付けヘッドのための簡易な溶接用モーター制御システムの必要性が存在する。望ましくは、このような制御システムは、溶接サイクルのための制御要素として時間への依存を排除する。さらに望ましくは、このような制御システムは、溶接用モーター電圧における変動に関係なく、ストラップの一貫した溶接を提供するのに役立つ。最も望ましくは、このような制御システムは、既存のストラップ締め付け機械のストラップ締め付けヘッドシステムに容易に適合される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システムは、センサーと、モーターの回転部分上に配置された感知対象要素（感知される要素）とを有する。センサーは、モーターの回転を感知し、モーターの制御のための信号をもたらす。本制御システムは、ストラップ締め付け機械であって、本体部と、該本体部に対して可動に取り付けられたアンビルと、該アンビルに対して振動動作するように配置されたシール部材と、該シール部材に振動動作を提供するためにシール部材に動作可能に結合されたモーターとを有するタイプのストラップ締め付け機械の溶接用モーターを制御するために使用される。
【０００８】
本制御システムは、溶接サイクルのための制御要素として時間への依存を排除し、溶接用モーター電圧における変動に関係なく、ストラップの一貫性のある溶接を提供するのに役立つ。本制御システムは、簡易であるが故に、既存のストラップ締め付け機械のストラップ締め付けヘッドシステムに容易に適合される。
【０００９】
本実施例においては、感知対象要素は、モーターのシャフト上に提供される印またはマーキングであり、センサーは、マーキングの近くに位置決めされる近接センサーである。カウンター（計数器）は、感知対象要素の出現を感知するごとにセンサーからのパルスまたは信号を受け取る。制御器は、所定の感知される出現数に基づきモーターを制御するために、カウンターからの信号を受け取る。
【００１０】
生成された信号は、モーターの回転の停止または始動を可能する。本制御システムは、制御器とモーターとの間に配置される電力リレーを有する。制御器信号は、モーターを制御するための信号を生成するために、電力リレーにより受け取られる。また、モーターを制御するための方法が開示される。
【００１１】
本発明のこれらの特徴または他の特徴は、特許請求の範囲の記載とともに、以下の詳細な説明から明らかになりうる。
【００１２】
本発明の利益および利点は、以下の詳細な説明および図面により、当業者に、より容易に明らかになりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】模範的なストラッピング機械の溶接ヘッドを示す図である。
【図２】本発明の原理を具体化する、溶接ヘッドおよびモーターのための制御システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明においては、多様な形態の実施例が可能であり、本開示が本発明の例証であり、本発明は図示された特定の実施例に制限されないという了解のもとで、本文中においては現状の好適な実施例について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
さらに、本明細書において、”発明を実施するための最良の形態”と称するこの部分のタイトルは、日本国特許庁の要求に基づくものであり、本文中に開示される内容を限定することを意味するものでもなく推測されるべきでもない。
【００１６】
図面、特に図１を参照すると、Ｇｅｒｈａｒｔ他の米国特許出願第６、５３２、７２２号明細書に開示されている模範的な、従来のストラップ締め付け機械の溶接ヘッド１０が示されており、米国特許出願第６、５３２、７２２号明細書は、本出願と同一の出願人によるものであり、参照として本文に組み込まれる。溶接ヘッド１０は溶接用モーター１２を有し、該溶接用モーター１２は、本発明の原理を具体化した制御システム１４により制御される。
【００１７】
溶接ヘッド１０は、ストラップ締め付けヘッド本体部１８に可動に取り付けられたアンビル１６を有する。本実施例においては、アンビル１６は、本体部１８に対して動く側部プレート２０に固定して取り付けられる。図示された振動部材２２のようなシール部材は、アンビル１６に配置され、（不図示の）溶接パッドまたは溶接領域を有する溶接端部と、連結端部２４とを有する。
【００１８】
溶接用モーター１２は、連結端部２４で振動部材２２に動作可能に結合され、振動部材２２に必要な振動または動揺をもたらす。本実施例においては、モーター１２は、本体部の側部プレート２０に取り付けられ、よって、アンビル１６および振動部材２２に対して固定して取り付けられる。
【００１９】
振動部材２２の振動をもたらすために、モーター１２は、振動部材の連結端部２４の（不図示の）受容開口部を通して延在する典型的な偏心シャフト部分のような、（非偏心シャフト３４に取り付けられる）偏心駆動要素２６を有する。ベアリング２８は、シャフト偏心部分２６に取り付けられる。シャフト偏心部分２６は、回転軸線がシャフト３４の軸線の中心を外すように形成される。
【００２０】
図２を参照すると、モーター１２は制御システム１４により制御され、制御システム１４は、溶接サイクルの時間を調節する代わりに、モーター１２の回転回数を監視するか、または、数える。従って、溶接用モーター１２の電圧が変化するとしても、（すなわち、溶接用モーター１２の電圧が、作動時および供給電圧変動により降下するとしても、）モーター１２の全体回転回数（および振動部材２２の振動数または行程数）は、一定のままとなる。
【００２１】
本実施例においては、制御システム１４は、近接センサーのようなセンサー３０を有し、また、モーターシャフト３４上にターゲット３２または同様の感知対象要素を有する。センサー３０は、（図示されたカウンターディスプレーのような）カウンター３６に動作可能に接続され、該カウンターは、プログラマブルロジック調節器（ＰＬＣ）３８または同様のプログラムで制御できる要素に動作可能に接続される。プログラマブルロジック調節器（ＰＬＣ）３８は、電力リレー４０に動作可能に接続され、該電力リレー４０は、給電線４１を通して溶接用モーター１２に電力を供給するか、または、溶接モーター１２から電力を切り離す。
【００２２】
好適な実施例においては、カウンター３６は、（例えば、初期設定回転回数のような）初期設定値を変更できるようにプログラム制御が可能であり、また、カウンター３６は、（４２時点の）制御信号をプログラマブルロジック調節器（ＰＬＣ）３８へ提供し、初期設定回転値（すなわち、初期設定回転総数）に達すると、信号が引き起こされる。プログラマブルロジック調節器（ＰＬＣ）３８は、電力リレー４０に（４４時点での）オン／オフ制御信号を提供する。
【００２３】
プログラマブルロジック調節器（ＰＬＣ）３８が、近接センサーパルスを正確に数えるのに十分に迅速な入力部を有する場合にかぎり、（センサー３０が、プログラマブルロジック調節器（ＰＬＣ）３８に制御信号を直接的に提供することができ、）カウンター３６を取り去ることができることは予測される。回転回数を”数えること”を実現可能な手段であって、本発明の範囲と精神を逸脱しない他の多様手段を、当業者は認識しうる。
【００２４】
（１）時間設定回路と、（２）発電制動制御をともなう時間設定回路と、（３）モーター回転総数と、（４）発電制動制御をともなうモーター回転総数とのそれぞれの場合において溶接がなされたときの、溶接強度を測定するために幾つかの試験が実施された。各試験は、溶接用モーター電圧を変化させて実施された。発電制動をともなわずに実施された試験においては、モーターは、停止するまで惰走することが許された。発電制動をともなって実施された試験においては、モーターは、適当な回路を使用し停止された。全てのストラップのサンプルは、幅が１９．０５ｍｍ（３／４インチ）、厚みが１．５２ｍｍ（０．０６０インチ）のポリエステルのストラップであった。
【００２５】
以下のデータにおいて、ストラップの溶接時間が、（異なる電圧で）０．４５秒から０．６５秒まで変えられた場合の結果が表１に示され、ストラップの溶接時間が、（異なる電圧で）発電制動をともない一定に保持された場合の結果が表２に示され、ストラップの溶接時間が、（異なった電圧で）発動制動なしにモーター回転回数により調節された場合の結果が表３に示され、溶接時間が、（異なった電圧で）発電制動をともないモーター回転回数により調節された場合の結果が表４に示される。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【００２６】
表１のデータを参照すると、溶接時間が制御されるとき、溶接強度は、溶接用モーター電圧の影響を明らかに受けることがわかる。溶接時間が０．４５秒の場合、平均締結強度は、電圧が１００．５ＶＡＣでの８９１６．９Ｎ（２００４．６０ｐｏｕｎｄｓ）から、電圧が１２１．５ＶＡＣでの１０３３５．４Ｎ（２３２３．５ｐｏｕｎｄｓ）まで変化した。平均締結強度は、１２１．５ＶＡＣから１２４．６ＶＡＣへの電圧では、実のところは（約４２．７Ｎ（約９．６ｐｏｕｎｄｓ））低下した。しかし、データ傾向としては、電圧の低下にともない締結強度が低下することを明らかに示している。また、（低モーター電圧動作の場合の）平均および最小締結強度は、溶接時間を増すことにより、増すことができることがわかる。さらに、データは、低下する強度と、溶接ごとの全体平均総数またはモーター回転回数の低下との相関関係を示す。しかし、溶接時間を増やした場合（すなわち、溶接時間が０．６５秒の場合）、幾つかのストラップのサンプルにおいて、かなりの量の溶解されたプラスチックが見られ、溶接ヘッドからストラップのサンプルを引き出すことが困難であったことが認められた。
【００２７】
表２のデータは、発動制動を使用することにより、良好な制御が得られることを示す。しかし、電圧の低下にともない、平均および最小締結強度は低下し続けた。
【００２８】
表３のデータは、モーターの回転回数により溶接サイクルが制御されるとき、平均および最小締結強度は良好に制御されることを示す。しかし、電圧が高くなると、示された前のデータよりも小さいが、強度が増加するように見える。これは、電圧が高くなるに従い、惰走時間が増加することによるものであると考えられる。
【００２９】
表４は、発動制動をともない、モーターの回転回数を制御するとき、締結強度が極めて良好に制御されることができ、初期設定された閾値よりも高いレベルで維持されることを示す。表４から示されるように、モーター回転回数が１９０に設定されるとき、電圧が１００．３ＶＡＣと１１９．３ＶＡＣとの間で電圧が変動しても（、電圧がほぼ２０％変動しても）、平均締結強度の変化は１．５％（１４８．６Ｎ（３３．４ｐｏｕｎｄｓ））よりも小さい。このように、（当然に理に適った）モーター電圧変動に関係なく、モーターの回転回数に基づいて溶接サイクルを監視および設定し且つ発動制動を使用すること（、すなわち、惰走を許すことなくモーターを停止すること）により、溶接締結強度が、高いレベルの信頼性および締結の完全性の高いレベルの保証を有して良好に制御されることができることを、データは明らかに示す。
【００３０】
本文中で参照された全ての特許は、本開示の明細書内に特に明確にされていなくとも、参照として組み込まれる。
【００３１】
本発明では、矛盾の生じない限り、上述した実施形態において単数の要素が複数であってもよく、また複数の要素が単数の要素であったりしてもよい。
【００３２】
以上から、特許請求の範囲における真意および新たなコンセプトの範囲から逸脱することなしに、多くの変更および代替物が可能であることが理解されうる。本発明は図示された特定の実施例に限定されない。従って、本発明の開示は、本特許請求の範囲に含まれるような変更のすべてが付加された特許請求の範囲をカバーする。
【符号の説明】
【００３３】
１２    モーター
３０    センサー
３２    感知対象要素
３６    カウンター
【図１】
2011037523.tif 000007
【図２】
2011037523.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月22日(2010.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システムであって、前記ストラップ締め付け機械が、本体部と、前記本体部に対して可動に取り付けられたアンビルと、前記アンビルに対して振動動作するように配置されたシール部材と、互いに重なり合うストラップ材料の層をシールするために、前記シール部材に振動動作をもたらすように前記シール部材に動作可能に結合されたモーターとを有するタイプのストラップ締め付け機械である、制御システムにおいて、
近接センサーであるセンサーと、
前記モーターのシャフト上に提供された印である感知対象要素とを有し、
前記センサーが、前記モーターの回転を感知し、前記モーターを制御するための信号を生成する、ストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項２】
生成された前記信号は、前記モーターの回転を停止する、請求項１に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項３】
カウンターと制御器とを有し、
前記センサーが、前記感知対象要素の出現を感知するたびに前記カウンターに信号を提供し、前記カウンターが前記制御器への信号を生成し、前記制御器が前記モーターを制御するための信号を生成する、請求項１に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項４】
前記制御器と前記モーターとの間に配置された電力リレーを有し、前記制御器の信号は、前記モーターを制御するための信号を生成するために、前記電力リレーにより受け取られる、請求項３に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項５】
前記モーターを制御するための信号を受け取るときに前記モーターを停止するための回路を有する、請求項３に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。
【請求項６】
前記モーターを制御するための信号を損失するときに前記モーターを停止するための回路を有する、請求項３に記載のストラップ締め付け機械のための溶接用モーターの制御システム。