(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた合成樹脂シートをシールヘッドで加熱押圧することによってヒートシールするシール装置であって、
前記シールヘッドが合成樹脂シートを押圧するシール位置に対して前記シールヘッドを接近離反可能に支持する可動支持体と、
サーボモータを駆動源とする前記可動支持体を駆動する駆動手段と、
前記サーボモータを制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記サーボモータからのフィードバックパルス信号に基づいて前記シールヘッドの速度を検出する速度検出部と、前記サーボモータからのフィードバックパルス信号に基づいて前記シールヘッドの位置を検出する位置検出部と、前記サーボモータのトルクを検出するトルク検出部とを有し、
前記シールヘッドが合成樹脂シートに接触する前からシール完了時点までの間は、前記制御手段が前記サーボモータのトルクを一定値に保持するトルク制御を行い、
前記制御手段は、前記シールヘッドがシール動作を行う度に、前記シールヘッドが合成樹脂シートに接触している間で、前記速度検出部によって検出された前記シールヘッドの速度が０である時間を実際のシール時間として把握することを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記シールヘッドを、移動開始時点から増速させ、その後は所定速度で移動させながら、シール位置の手前で減速させ、シール位置の手前に設定された所定位置で一旦停止させた後、再度増速させ、その後は前記所定速度よりも遅い一定速度でシール位置側に移動させる位置制御を行うと共に、前記シールヘッドが移動を再開した時点からサーボモータのトルクを一定値に保持するトルク制御を行う請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記シールヘッドを、移動開始時点から増速させ、その後は所定速度で移動させながら、シール位置の手前で減速させ、その後は前記所定速度よりも遅い一定速度でシール位置側に移動させる位置制御を行うと共に、前記シールヘッドが前記所定速度よりも遅い一定速度で移動し始めた時点からサーボモータのトルクを一定値に保持するトルク制御を行う請求項１に記載のシール装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記シールヘッドを、移動開始時点から増速させ、その後は所定速度でシール位置側に移動させる位置制御を行うと共に、前記シールヘッドの移動開始時点からサーボモータのトルクを一定値に保持するトルク制御を行う請求項１に記載のシール装置。
【請求項５】
重ね合わせた合成樹脂シートをシールヘッドで加熱押圧することによってヒートシールするシール装置であって、
前記シールヘッドが合成樹脂シートを押圧するシール位置に対して前記シールヘッドを接近離反可能に支持する可動支持体と、
サーボモータを駆動源とする前記可動支持体を駆動する駆動手段と、
前記サーボモータを制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記サーボモータからのフィードバックパルス信号に基づいて前記シールヘッドの速度を検出する速度検出部と、前記サーボモータからのフィードバックパルス信号に基づいて前記シールヘッドの位置を検出する位置検出部と、前記サーボモータのトルクを検出するトルク検出部とを有し、
前記制御手段は、前記シールヘッドを初期位置からシール位置を僅かに越えた仮想位置まで移動させる位置制御を行いながら、前記シールヘッドが合成樹脂シートに接触している間を含む所定区間において、前記サーボモータのトルクが一定値を越えないようにトルクの上限値を制限する制御を行い、
前記制御手段は、前記シールヘッドがシール動作を行う度に、前記シールヘッドが合成樹脂シートに接触している間で、前記速度検出部によって検出された前記シールヘッドの速度が０である時間を実際のシール時間として把握することを特徴とするシール装置。
【請求項６】
前記シールヘッドは、ロードセルを介して、前記可動支持体に支持されており、
前記制御手段は、前記ロードセルによって検出される力と、前記サーボモータのトルクとを比較することで、前記駆動手段に異常が発生しているか否かを判断する請求項１、２、３、４または５に記載のシール装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記シール時間が通常時に比べて変化した場合は、正常にヒートシールが行われていないと判断する請求項１、２、３、４、５または６に記載のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、パウチ容器等の製袋に使用される、合成樹脂シートのシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のシール装置としては、例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すようなものがある。このシール装置５０は、同図に示すように、重ね合わされた合成樹脂シートＳを沿わせる固定側シールヘッド５１と、この固定側シールヘッド５１と対向するように配置され、合成樹脂シートＳを固定側シールヘッド５１との間に挟み込む可動側シールヘッド５２と、この可動側シールヘッド５２に固定された支持ロッド５３と、この支持ロッド５３に沿って移動可能に支持された支持プレート５４と、可動側シールヘッド５２と支持プレート５４との間で、支持ロッド５３に外嵌されたコイルばね５５と、支持プレート５４にロードセル５６を介して固定された可動体５７と、この可動体５７を固定側シールヘッド５１に対して進退させるクランク機構５８とを備えており、このクランク機構５８が、可動体５７を固定側シールヘッド５１側に押し出すことによって、可動体５７と共に移動する可動側シールヘッド５２が合成樹脂シートＳに接触した後、可動体５７がコイルばね５５を圧縮して可動体５７だけが固定側シールヘッド５１側に移動することで、固定側シールヘッド５１に沿わせた合成樹脂シートＳが可動側シールヘッド５２によって加圧され、ヒートシールされる。
【０００３】
ところで、こういったシール装置５０では、ロードセル５６によって検知される可動側シールヘッド５２の加圧力が設定圧力以上に保持されている時間を有効なシール時間とし、この有効なシール時間が十分確保されるように、シール装置の調整を行うことになる。なお、上述したコイルばねに代えてエアシリンダを採用し、このエアシリンダ内の圧力を検知することによって、シール時間を把握するシール装置もある。
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１８３１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したように、圧縮したコイルばね５５の反発力を利用して加圧する場合は、使用するコイルばね５５のバネ定数の初期バラツキや経時的な変動があり、そのバラツキや変動に応じて、コイルばね５５の圧縮量を調整しなければならず、調整作業が面倒であると共に、コイルばね５５の摺動部で経時的に不具合が生じるといった問題がある。また、エアシリンダの空気圧を利用して加圧する場合も、空気圧の変動に伴い、加圧力が変動するといった問題がある。
【０００６】
また、上述したように、クランク機構５８等によって可動側シールヘッド５２を移動させる場合、図７に示すように、可動側シールヘッド５２が合成樹脂シートＳに接触した後、合成樹脂シートＳから離反するまでの間にロードセル５６によって検出される可動側シールヘッド５２の加圧力（圧縮したコイルばね５５の反発力に起因した加圧力）が、停止しようとする可動側シールヘッド５２のイナーシャの影響を受けてしまい、有効なシール時間を正確に把握することができないという問題がある。特に、高速で運転を行う場合は、可動側シールヘッド５２の移動速度を急速に加速したり、減速したりする必要があることから、上述した問題が顕著に現れることになる。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、有効なシール時間を正確に把握することができると共に、必要なシール時間を確保するための調整を簡単に行うことができるシール装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、重ね合わせた合成樹脂シートをシールヘッドで加熱押圧することによってヒートシールするシール装置であって、前記シールヘッドが合成樹脂シートを押圧するシール位置に対して前記シールヘッドを接近離反可能に支持する可動支持体と、サーボモータを駆動源とする前記可動支持体を駆動する駆動手段と、前記サーボモータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記サーボモータからのフィードバックパルス信号に基づいて前記シールヘッドの速度を検出する速度検出部と、前記サーボモータからのフィードバックパルス信号に基づいて前記シールヘッドの位置を検出する位置検出部と、前記サーボモータのトルクを検出するトルク検出部とを有し、前記シールヘッドが合成樹脂シートに接触する前からシール完了時点までの間は、前記制御手段が前記サーボモータのトルクを一定値に保持するトルク制御を行い、前記制御手段は、前記シールヘッドがシール動作を行う度に、前記シールヘッドが合成樹脂シートに接触している間で、前記速度検出部によって検出された前記シールヘッドの速度が０である時間を実際のシール時間として把握することを特徴とするシール装置を提供するものである。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明のシール装置において、前記制御手段は、前記シールヘッドを、移動開始時点から増速させ、その後は所定速度で移動させながら、シール位置の手前で減速させ、シール位置の手前に設定された所定位置で一旦停止させた後、再度増速させ、その後は前記所定速度よりも遅い一定速度でシール位置側に移動させる位置制御を行うと共に、前記シールヘッドが移動を再開した時点からサーボモータのトルクを一定値に保持するトルク制御を行うことを特徴としている。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明のシール装置において、前記制御手段は、前記シールヘッドを、移動開始時点から増速させ、その後は所定速度で移動させながら、シール位置の手前で減速させ、その後は前記所定速度よりも遅い一定速度でシール位置側に移動させる位置制御を行うと共に、前記シールヘッドが前記所定速度よりも遅い一定速度で移動し始めた時点からサーボモータのトルクを一定値に保持するトルク制御を行うことを特徴としている。
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明のシール装置において、前記制御手段は、前記シールヘッドを、移動開始時点から増速させ、その後は所定速度でシール位置側に移動させる位置制御を行うと共に、前記シールヘッドの移動開始時点からサーボモータのトルクを一定値に保持するトルク制御を行うことを特徴としている。
請求項５に係る発明は、重ね合わせた合成樹脂シートをシールヘッドで加熱押圧することによってヒートシールするシール装置であって、前記シールヘッドが合成樹脂シートを押圧するシール位置に対して前記シールヘッドを接近離反可能に支持する可動支持体と、サーボモータを駆動源とする前記可動支持体を駆動する駆動手段と、前記サーボモータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記サーボモータからのフィードバックパルス信号に基づいて前記シールヘッドの速度を検出する速度検出部と、前記サーボモータからのフィードバックパルス信号に基づいて前記シールヘッドの位置を検出する位置検出部と、前記サーボモータのトルクを検出するトルク検出部とを有し、前記制御手段は、前記シールヘッドを初期位置からシール位置を僅かに越えた仮想位置まで移動させる位置制御を行いながら、前記シールヘッドが合成樹脂シートに接触している間を含む所定区間において、前記サーボモータのトルクが一定値を越えないようにトルクの上限値を制限する制御を行い、前記制御手段は、前記シールヘッドがシール動作を行う度に、前記シールヘッドが合成樹脂シートに接触している間で、前記速度検出部によって検出された前記シールヘッドの速度が０である時間を実際のシール時間として把握することを特徴とするシール装置を提供するものである。
請求項６に係る発明は、請求項１、２、３、４または５に記載のシール装置において、前記シールヘッドは、ロードセルを介して、前記可動支持体に支持されており、前記制御手段は、前記ロードセルによって検出される力と、前記サーボモータのトルクとを比較することで、前記駆動手段に異常が発生しているか否かを判断することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項７に係る発明は、請求項１、２、３、４、５または６に係る発明のシール装置において、前記制御手段は、前記シール時間が通常時に比べて変化した場合は、正常にヒートシールが行われていないと判断することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、請求項１〜５に係る発明のシール装置では、少なくとも、シールヘッドが合成樹脂シートに接触している間は、制御手段が、サーボモータのトルク（押圧力）を一定値に保持し、シールヘッドが合成樹脂シートに接触している間のシールヘッドの停止時間をシール時間として把握しているので、圧縮したコイルばねの反発力やエアシリンダの空気圧を利用して加圧し、シールヘッドのイナーシャの影響を受ける圧力センサによって検出されるシールヘッドの押圧力が設定値を上回っている間の時間をシール時間としている従来のシール装置とは異なり、有効なシール時間を正確に把握することができると共に、必要なシール時間を確保するための調整も簡単に行うことができる。
【００１２】
また、請求項６に係る発明のシール装置では、制御手段が、ロードセルによって検出される力と、サーボモータのトルクとを比較することで、駆動手段に異常が発生しているか否かを判断するので、駆動手段に異常が発生することによるシール圧力の低下に伴うシール不良を未然に防止することができる。
【００１３】
さらに、請求項７に係る発明のシール装置では、シール時間が通常時に比べて変化した場合は、正常にヒートシールが行われていないと判断するので、シール不良の発生を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、この発明のシール装置１は、パウチ容器等を製袋する際に、重ね合わせた合成樹脂シートＳ同士を相互にヒートシールするものであり、重ね合わされた合成樹脂シートＳを沿わせる固定側シールヘッド１１と、この固定側シールヘッド１１と対向するように配置され、合成樹脂シートＳを固定側シールヘッド１１との間に挟み込む可動側シールヘッド１２と、この可動側シールヘッド１２を、ロードセル１３を介して、シール位置に対して接近離反可能に支持する可動支持体１４と、サーボモータ１６を駆動源としたボールねじ機構によって可動支持体１４を駆動する駆動手段１５と、サーボモータ１６を制御する制御手段１７とを備えている。
【００１５】
前記制御手段１７は、サーボモータ１６からのフィードバックパルス信号に基づいて、可動側シールヘッド１２の速度を検出する速度検出部１７ａと、サーボモータ１６からのフィードバックパルス信号に基づいて、可動側シールヘッド１２の位置を検出する位置検出部１７ｂと、サーボモータ１６のトルクを検出するトルク検出部１７ｃとを備えており、可動側シールヘッド１２が合成樹脂シートＳに接触している間で可動側シールヘッド１２の速度が０である可動側シールヘッド１２の停止時間をシール時間として把握するようになっている。
【００１６】
以下、制御手段１７によるサーボモータ１６の駆動制御について、図２に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。まず、可動側シールヘッド１２が固定側シールヘッド１１から最も離反している初期位置Ｓ０から、可動側シールヘッド１２が固定側シールヘッド１１との間に合成樹脂シートＳを挟み込むシール位置ＳＢの手前に設定された所定位置ＳＡまで可動側シールヘッド１２を移動させるが、この間（ｔ０〜ｔ３）、制御手段１７は、サーボモータ１６に対して位置制御を行う。
【００１７】
従って、可動側シールヘッド１２は、移動開始時点（ｔ０）から増速し、その後（ｔ１〜ｔ２）は一定の高速度で移動しながら、所定位置ＳＡの手前で減速し始め（ｔ２）、所定位置ＳＡで停止することになる（ｔ３）。そして、可動側シールヘッド１２の増速時、減速時には、イナーシャによりサーボモータ１６が＋側のトルク、−側のトルクをそれぞれ発生している。
【００１８】
このようにして、可動側シールヘッド１２を所定位置ＳＡで一旦位置決めした後、再び、可動側シールヘッド１２を固定側シールヘッド１１側に移動させるが、この間（ｔ３〜ｔ５）、制御手段１７は、サーボモータ１６のトルクが一定値に保持されるように、サーボモータ１６に対してトルク制御を行う。
【００１９】
従って、可動側シールヘッド１２は、移動再開時点（ｔ３）から増速し、その後は一定の低速度で移動しながら、シール位置ＳＢにおいて、固定側シールヘッド１１との間に合成樹脂シートＳを挟み込んだ時点（ｔ４）で停止することになるが、可動側シールヘッド１２が移動を停止した状態においても、サーボモータ１６のトルクが一定値に保持されているので、合成樹脂シートＳが所定の圧力で加熱押圧されてヒートシールされることになる。
【００２０】
そして、トルク制御の開始時点（ｔ３）から所定時間が経過すると、可動側シールヘッド１２を逆方向に移動させて初期位置Ｓ０に戻すが、この間（ｔ５〜ｔ８）、制御手段１７は、サーボモータ１６に対して位置制御を行う。なお、可動側シールヘッド１２を逆方向に移動させて初期位置Ｓ０に戻すタイミングは、初期位置Ｓ０における可動側シールヘッド１２の移動開始時点（ｔ０）を基準に決定してもよい。
【００２１】
従って、可動側シールヘッド１２は、移動再開時点（ｔ５）から増速し、その後（ｔ６〜ｔ７）は一定の高速度で移動しながら、初期位置Ｓ０の手前で減速し始め（ｔ７）、初期位置Ｓ０で停止することになる（ｔ８）。そして、可動側シールヘッド１２の増速時、減速時には、前回の位置制御のときとは逆に、イナーシャによりサーボモータ１６が−側のトルク、＋側のトルクをそれぞれ発生している。
【００２２】
また、制御手段１７は、シール時間内に、位置検出部１７ｂによって検出された可動側シールヘッド１２の位置が予め設定されている所定位置（シール位置ＳＢ）からずれている場合は、正常にヒートシールが行われていないと判断するようになっている。
【００２３】
さらに、制御手段１７には、ロードセル１３から圧力検出信号が入力されるようになっており、可動側シールヘッド１２が移動しているときにロードセル１３によって検出される力とサーボモータ１６のトルクとを比較することで、駆動系に異常が発生しているか否かを判断するようになっている。
【００２４】
以上のように、上述したシール装置１では、制御手段１７が、可動側シールヘッド１２が合成樹脂シートＳに接触している間の可動側シールヘッド１２の停止時間をシール時間として把握し、少なくとも、シール時間内は、サーボモータ１６のトルクを一定値に保持しているので、圧縮したコイルばねの反発力やエアシリンダの空気圧を利用して加圧し、シールヘッドのイナーシャの影響を受ける圧力センサによって検出されるシールヘッドの押圧力が設定値を上回っている間の時間をシール時間としている従来のシール装置とは異なり、有効なシール時間を正確に把握することができると共に、必要なシール時間を確保するための調整も簡単に行うことができ、しかも、シール圧力が必要以上に高くなることもないので、ヒートシールされる合成樹脂シートＳに傷やタマ等が発生することもない。
【００２５】
また、シール時間内において、位置検出部１７ｂによって検出された可動側シールヘッド１２の位置が予め設定されている所定位置（シール位置ＳＢ）からずれている場合は、正常にヒートシールが行われていないと判断するようになっているので、例えば、位置検出部１７ｂによって検出された可動側シールヘッド１２の位置がシール位置ＳＢよりも手前の場合に想定される、固定側シールヘッド１１や可動側シールヘッド１２と合成樹脂シートＳとの間に異物が混入していたり、合成樹脂シートＳ自体に皺が発生していたりすることに起因したシール不良や、逆に、位置検出部１７ｂによって検出された可動側シールヘッド１２の位置がシール位置ＳＢを越えている場合に想定される、固定側シールヘッド１１や可動側シールヘッド１２が摩耗していることに起因したシール不良の発生を未然にに防止することができる。
【００２６】
また、トルク制御を行う場合は、何らかの理由によってボールねじに螺合しているナットの移動抵抗が大きくなる等の異常が発生すると、シール圧力が低下するおそれがあるが、上述した各実施形態では、可動側シールヘッド１２が移動しているときにロードセル１３によって検出される力とサーボモータ１６のトルクとを比較することで、駆動系に異常が発生しているか否かを判断するようになっているので、こういったシール圧力の低下に伴うシール不良の発生を未然に防止することができる。
【００２７】
なお、この実施形態では、可動側シールヘッド１２を所定位置ＳＡで一旦停止させて位置決めしているが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示すタイミングチャートのように、可動側シールヘッド１２を所定位置ＳＡで一旦停止させることなく、シール位置ＳＢまで連続的に移動させるようにしてもよい。
【００２８】
また、上述した各実施形態では、可動側シールヘッド１２を初期位置Ｓ０からシール位置ＳＢの手前の所定位置ＳＡまで移動させる際、制御手段１７が、サーボモータ１６に対して位置制御を行っているが、これに限定されるものではなく、例えば、図４に示すタイミングチャートのように、初期位置Ｓ０に位置している可動側シールヘッド１２の移動開始時点（ｔ０）から、合成樹脂シートＳのヒートシールを完了して可動側シールヘッド１２をシール位置ＳＢから後退させる時点（ｔ５）までの間、トルク制御のみを行うようにしてもよい。
【００２９】
また、上述した各実施形態では、少なくとも、可動側シールヘッド１２が合成樹脂シートＳに接触している間は、制御手段１７がトルク制御を行っているが、これに限定されるものではなく、例えば、図５に示すタイミングチャートのように、終始、位置制御を行いながら、可動側シールヘッド１２が合成樹脂シートＳに接触している間を含む所定区間（ｔ９〜ｔ１１）において、サーボモータ１６のトルクが、一定値を越えないように、トルクの上限値を制限するようにしてもよい。この場合は、可動側シールヘッド１２を初期位置Ｓ０からシール位置ＳＢまで移動させるのではなく、可動側シールヘッド１２が実際には到達することができない、シール位置ＳＢを僅かに越えた仮想位置まで移動させるような位置制御を行えばよい。
【００３０】
また、上述した実施形態では、固定側シールヘッド１１に対して可動側シールヘッド１２を押し当てるようにしているが、これに限定されるものではなく、双方のシールヘッドが互いに接近離反するようなタイプであってもよいことはいうまでもない。
【００３１】
また、上述した実施形態では、シール時間内において、位置検出部１７ｂによって検出された可動側シールヘッド１２の位置が予め設定されている所定位置（シール位置ＳＢ）からずれている場合は、正常にヒートシールが行われていないと判断するようになっているが、これに限定されない。例えば、固定側シールヘッド１１や可動側シールヘッド１２と合成樹脂シートＳとの間に異物が進入していたり、合成樹脂シートＳ自体に皺が発生している場合は、可動側シールヘッド１２が正常時よりも早く停止することになるので、シール時間が長くなり、逆に、固定側シールヘッド１１や可動側シールヘッド１２が摩耗しているような場合は、可動側シールヘッド１２が通常時よりも遅く停止することになるので、シール時間が短くなる。従って、このようにシール時間が変化した場合は、正常にヒートシールが行われていないと判断することで、シール不良の発生を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明に係るシール装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同上のシール装置におけるサーボモータの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】他の実施形態であるシール装置におけるサーボモータの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】他の実施形態であるシール装置におけるサーボモータの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】他の実施形態であるシール装置におけるサーボモータの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】（ａ）、（ｂ）は従来のシール装置を示す概略構成図である。
【図７】同上のシール装置の問題点を説明するためタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１  シール装置
１１  固定側シールヘッド
１２  可動側シールヘッド
１３  ロードセル
１４  可動支持体
１５  駆動手段
１６  サーボモータ
１７  制御手段
１７ａ  速度検出部
１７ｂ  位置検出部
１７ｃ  トルク検出部
Ｓ  合成樹脂シート
【図１】
0005363016.tif 000002
【図２】
0005363016.tif 000003
【図３】
0005363016.tif 000004
【図４】
0005363016.tif 000005
【図５】
0005363016.tif 000006
【図６】
0005363016.tif 000007
【図７】
0005363016.tif 000008