Computer control cushion material conversion machine

【発明の詳細な説明】 コンピュータ制御クッション材変換機本発明は、概して、紙ストック（paper stock）をクッション材に変換するクッション材変換機に関し、特に、多数の異なる機械を制御し、かつ、機械診断を記録および実行するために用いられるコントローラを有するクッション材変換機に関する。 ある場所から別の場所に商品を輸送する過程において、保護用パッケージング材料が典型的には輸送コンテナに配置され、あらゆる空隙を埋め、および／または、輸送過程の間に商品のクッションとなる。 一般的に用いられている保護用パッケージング材料には、ピーナッツ型プラスチックフォーム（plastic foam）およびプラスチックバブルパック（plastic bubble pack）がある。 これらの従来のプラスチック材料は、クッション材製品として適切に機能すると考えられるが、欠点がないわけではない。 プラスチックバブルラップ（plastic bubble wrap ）および／またはピーナッツ型プラスチックフォームの最も重大な欠点は、おそらく我々の環境に与える影響である。 非常に単純なことだが、これらのプラスチックパッケージング材料は生分解可能（biodegradable）でなく、従って、地球が既に有している危機的な廃棄物処理問題をさらに増大させることが避けられない。 環境に対する責任という点でより進歩的な方針をとる多くの産業を考慮すると、これらのパッケージング材料が非生分解的であることはますます重大になっている。 従来のプラスチックパッケージング材料がこれらの欠点およびその他の欠点を有していることによって、紙製保護用パッケージング材料が非常に人気の高い代替物となった。 紙は生分解可能、リサイクル可能、かつ再生可能であり、良心的な企業にとって環境的に信頼できる選択肢となっている。 シート形状の紙は保護パッケージング材料としておそらくは用いられ得るが、 紙のシートを低密度クッション材製品に変換することが通常は好ましい。 この変換は、米国特許第4,026,198号、第4,085,662号、第4,109,040号、第4,237,776号、第4,557,716号、第4,650,456号、第4,717,613号、第4,750,896号および第4,96 8, 291号（これらの特許はすべて本発明の譲受者に譲渡され、それらの開示全体は本明細書において参考として援用される）に開示されているクッション材変換機などのクッション材変換機によって達成され得る。 そのようなクッション材変換機は、多層の紙などのシート状のストック材料を低密度クッションパッドあるいはダンネージ（dunnage）に変換する。 上記で同定された特許に開示されているクッション材変換機などのクッション材変換機は、ストック供給アセンブリと、形成アセンブリと、ギアアセンブリと、切断アセンブリとを備え得、これらすべては機械のフレーム上に取付けられる。 そのようなクッション材変換機の動作の間、ストック供給アセンブリはストック材料を形成アセンブリに供給する。 形成アセンブリは、シート状ストック材料の側縁部を内側に巻き込むことによって、側部枕型部分（pillow-like portion ）と薄い中心帯とを有する連続的なストリップとを形成する。 ギアアセンブリはフィードモータによってパワーが供給され、機械を介してストック材料を引っ張り、また、連続的なストリップの中心帯をコイニングする（coin）ことによって、コイニングされたストリップ（coined strip）を形成する。 コイニングされたストリップは切断アセンブリに向かって下流に移動し、切断アセンブリはコイニングされたストリップを所望の長さのパッドに切断する。 典型的には、切断されたパッドは輸送ゾーンに排出され、次いでただちにあるいはその後に、クッションのためにコンテナに挿入される。 ギアアセンブリを選択的に制御し（すなわち、モータを活性化／非活性化し） 、かつ切断アセンブリを選択的に制御することによって、クッション材変換機は様々な長さのパッドを製造し得る。 この特徴によって単一の機械が幅広いクッション材化の要求を満たし得るので、この特徴は重要である。 例えば、比較的短いパッド長は小型のおよび／または壊れにくい製品と関連して用いられ得、長いパッド長は大型のおよび／または壊れやすい製品と関連して用いられ得る。 さらに、（同じ長さあるいは異なる長さの）一式のパッドは、電子機器など、独特の形状をした製品、および／または繊細な製品と関連して用いられ得る。 現時点では、様々な長さ制御システムがパッド長を制御するために用いられている。 例えば、パッケージングを行う人が、所望長のコイニングされたストリップを生成するために十分な時間の間、ギアアセンブリをマニュアルで活性化する（すなわち、足ペダルを踏む）マニュアルシステムが利用可能である。 次いで、 パッケージングを行う人は、ギアアセンブリをマニュアルにより非活性化し（すなわち、足ペダルを解放し）、切断アセンブリをマニュアルにより活性化する（ すなわち、機械のコントロールパネル上の２つの適切なボタンを同時に押す）ことによってコイニングされたストリップを切断する。 このようにして、所望の長さを有するパッドが生成される。 あるいは、マニュアルによるギアアセンブリの非活性化（すなわち、足ペダルを解放すること）によって切断アセンブリを自動的に活性化するように、システムが設計される。 パッド長を制御するために用いられる別の技術は、タイムリピートシステム（ time-repeat system）である。 そのような長さ制御システムにおいて、タイマーがギアアセンブリに電気的に接続される。 タイマーは、ある見積もりギア速度に基づいて、パッドの所望の長さに対応する期間（すなわち、何秒か）に設定される。 タイマーは、所望のパッド長を得るために試行錯誤によって設定される。 タイムリピートシステムは、選択された期間の間ギアアセンブリを自動的に活性化し、見積もりギア速度が一定であると仮定して、それによって所望長のコイニングされたストリップを生成するように設計される。 次いで、システムはギアアセンブリを非活性化し、自動切断機能が動作している場合は、次いで、切断アセンブリを活性化することによってコイニングされたストリップの所望の長さを有する第１のパッドに切断する。 その後、システムはギアアセンブリを自動的に再活性化することによってサイクルを繰り返し、タイマーが停止になっていない場合、実質的に同じ長さの多数のパッドを連続的に生成する。 さらに利用可能な長さ制御システムは、リムーバルトリガシステム(removal-t riggered system)である。 このシステムは、タイマーの設定に基づいてギアアセンブリを非活性化する点で、タイムリピートシステムと類似している。 しかし、 リムーバルトリガシステムを用いると、ギアアセンブリは自動的に再活性化されない。 その代わりに、ギアアセンブリは、パッケージを行う人によるマニュアル操作によって、あるいはコンベアまたは重力による機械的な方法のいずれかによって、切断されたパッドを取り除くときに再活性化されるのみである。 再活性化されると、タイマーが停止されていない限り、同一長さの別のパッドが生成される。 さらに別の長さ制御システムは、パッケージングを行う人がある所定のパッド長を選択することを可能にする長さ選択システムを含む。 そのようなシステムにおいては、選択パネル（例えば、キーパッド）が複数の長さオプション（例えば、ボタン）を備え、パッケージングを行う人が適切なパッド長をマニュアルで選択し得るようにしている。 ある長さオプションが選択されると、選択されたパッド長に対応する期間（見積もりギア速度に基づく）の間ギアアセンブリは自動的に活性化される。 この期間の終了時に、ギアアセンブリは非活性化され、切断アセンブリが活性化される。 紙の保護用パッケージング材料の人気が高まっていることによって、製造者は、異なる大きさおよび形状の製品のための保護パッケージングを生成するため、 事前設定パラメータを有する複数のクッション用ダンネージ変換機をしばしば用いる。 この構成によって、セットアップ時間がしばしば短縮され、製造者が最小限の時間で商品を生成し輸送することが可能になる。 さらに今日、製造者は、プログラムされたコントローラを組み込むことによって、クッション用ダンネージ変換機の動作を制御する。 これらのコントローラによって人的労働力が減少し、 製品がより均質になり、製造コストが低くなり、エラーが少なくなり、作業環境がより安全になる。 コントローラは、機械に接続された感知回路を用いてそれぞれの機械を連続的にモニターすることによって動作する。 感知回路は、事前にプログラムされたプロセッサに出力信号を与えて、製造者の仕様書に従って各々の機械を制御する。 それぞれの異なる機械は、典型的には、その機械に独自の独立したコントローラを各々有している。 各機械タイプに異なるコントローラを用いることによって、 製造コストおよび製造におけるエラーが生じる可能性がしばしば増加し、交換および修復を複雑にする。 コントローラに大幅な調整あるいは改変を行わずに様々な機械タイプを動作させ得る単一のコントローラを提供することが望ましい。 そのような汎用コントローラは、製造がより安価で、維持し易いであろう。 なぜなら、このコントローラが故障した場合、技術者はコントローラの回路基板を取り替え、新しい回路基板を設置するだけでいいからである。 コントローラが診断情報を収集および格納し、改良および自動化されたパッケージング機能を行うことも望ましい。 本発明は、コントローラをほとんどあるいは全く改変する必要がなく、クッション材変換機の様々な異なる構成において用いるために適した汎用コントローラを有するクッション材変換機を提供する。 汎用コントローラは、用いられる切断アセンブリあるいは汎用コントローラについて選択される動作モードに関係なく、クッション材変換機の機能を制御する多数の出力ポートを備えている。 クッション材変換機は、好ましくは、様々なセンサおよび測定装置と通信を行うコントローラを備え、それによって、診断およびその他の機能において、コントローラが記録、および補助することに利用できる情報を、おおいに増加させる。 本発明の１つの局面によると、クッション材変換機は、機械を介してストックを供給し、それをクッション材製品に変換するフィードアセンブリと、クッション材製品を切断する切断アセンブリと、汎用コントローラとを備え、上記汎用コントローラは、所定の事象の発生を感知する複数の感知装置と、クッション材変換機とともに用いられ得る複数の可能な（possible）切断アセンブリのうちの一つを制御する複数の出力ポートと、複数の制御オプションのうちの一つを選択するセレクタスイッチと、感知装置によって検出された事象および選択された制御オプションに従って用いられた切断アセンブリを制御するプロセッサとを備えている。 本発明の別の局面によると、クッション材変換機は、各々が切断装置へのパワー供給を制御する、複数の切断回路と、クッション材変換機の動作モードを検出し、検出されたモードを示すモード信号を生成する複数のモード検出回路と、モード信号に従ってクッション材変換機の動作を制御し、複数の切断回路のうちの少なくとも１つへのパワーの供給を制御する制御信号を生成するプロセッサとを備えている。 本発明の別の局面によると、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換するクッション材変換機は、上流端および下流端を有するフレームと、フレーム上に取り付けられた、シート状ストック材料をダンネージ製品の連続的なストリップに変換する変換アセンブリと、フレーム上に取り付けられた、変換アセンブリを介してストック材料を供給するフィードアセンブリと、変換アセンブリの下流でフレームに取り付けられた、ダンネージの連続的なストリップを所望の長さの断片に切断する切断アセンブリと、フィードアセンブリおよび切断アセンブリの動作を制御するコントローラとを備えており、上記コントローラは、フィードアセンブリおよび切断アセンブリの動作モードを選択する選択装置と、選択された動作モードに基づいて制御信号を生成する処理装置と、生成された制御信号に従ってフィードアセンブリおよび切断アセンブリを制御する制御装置とを備えている。 本発明のさらに別の局面によると、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換するクッション材変換機は、上流端および下流端を有するフレームと、フレーム上に取り付けられた、シート状ストック材料をダンネージ製品の連続的なストリップに変換する変換アセンブリと、フレーム上に取り付けられた、変換アセンブリを介してストック材料を供給するフィードアセンブリと、フィードアセンブリの動作を制御するコントローラとを備え、上記コントローラは、フィードアセンブリの動作モードを選択する選択装置と、選択された動作モードに基づいて制御信号を生成する処理装置と、生成された制御信号に従ってフィードアセンブリを制御する制御装置とを備えている。 本発明のさらに別の局面によると、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換するクッション材変換機は、上流端および下流端を有するフレームと、フレーム上に取り付けられた、シート状ストック材料をダンネージ製品の連続的なストリップに変換する変換アセンブリと、フレーム上に取り付けられた、変換アセンブリを介してストック材料を供給するフィードアセンブリと、変換アセンブリの下流でフレームに取り付けられた、ダンネージの連続的なストリップを所望の長さの断片に切断する切断アセンブリと、機械の動作をモニタする診断装置とを備え、上記の診断装置は、フィードアセンブリおよび切断アセンブリの動作モードを感知する感知装置と、感知された動作モードに対してフィードアセンブリおよび切断アセンブリの不適切な動作を判定し、そのような不適切な動作に従って信号を生成する処理装置と、不適切な動作について生成された信号に対応するコード（code）を表示する表示装置とを備えている。 本発明の別の局面によると、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換するクッション材変換機は、上流端および下流端を有するフレームと、フレーム上に取り付けられた、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換する変換アセンブリと、フレーム上に取り付けられた、変換アセンブリを介してストック材料を供給するフィードアセンブリと、フィードアセンブリの動作を制御およびモニタするコントローラ／診断装置とを備え、上記コントローラ／診断装置は、フィードアセンブリの動作モードを選択する選択装置と、選択された動作モードに基づいて制御信号を生成し、選択された動作モードについてフィードアセンブリの機械状態および不適切な動作を判定し、そのような機械状態および不適切な動作に従って信号を生成する処理装置と、生成された制御信号に従ってフィードアセンブリを制御する制御装置と、機械状態および不適切な動作について生成された信号に対応するコードを表示する表示装置とを備えている。 本発明の別の局面によると、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換するクッション材変換機は、上流端および下流端を有するフレームと、フレーム上に取り付けられた、シート状ストック材料をダンネージ製品の連続的なストリップに変換する変換アセンブリと、フレーム上に取り付けられた、変換アセンブリを介してストック材料を供給するフィードアセンブリと、変換アセンブリの下流でフレームに取り付けられた、ダンネージの連続的なストリップを所望の長さの断片に切断する切断アセンブリと、ストック材料上に印刷されたコードを読み取るコード読み取り器と、ストック材料から読み取られたコードからの情報を復号化し、情報の効用（function）として機械の動作を選択的に制御するコントローラとを備えている。 本発明のさらに別の局面によると、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換するクッション材変換機は、上流端および下流端を有するフレームと、フレーム上に取り付けられた、シート状ストック材料をダンネージ製品の連続的なストリップに変換する変換アセンブリと、フレーム上に取り付けられた、変換アセンブリを介してストック材料を供給するフィードアセンブリと、変換アセンブリの下流でフレームに取り付けられた、ダンネージの連続的なストリップを所望の長さの断片に切断する切断アセンブリと、ある特定のコンテナのパッケージング要件（packaging requirements）を決定するプローブ（probe）と、フィードアセンブリおよび切断アセンブリを制御して、プローブによって決定されたように各コンテナ用に要求されるダンネージ製品の断片を生成するコントローラとを備えている。 本発明の別の局面によると、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換するクッション材変換機は、上流端および下流端を有するフレームと、フレーム上に取り付けられた、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換する変換アセンブリと、フレーム上に取り付けられた、変換アセンブリを介してストック材料を供給するフィードアセンブリと、フィードアセンブリの動作を制御およびモニタするコントローラ／診断装置とを備え、上記コントローラ／診断装置は、機械の機械状態を決定し、そのような機械状態に従って信号を生成する処理装置と、 そのような機械状態を格納する記憶装置と、そのような機械状態をリモートプロセッサ（remote processor）に通信する通信装置とを備えている。 本発明の別の局面によると、クッション材変換ネットワーク（cushioning con version network）は、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換する複数のクッション材変換機と通信する監視コントローラを備え、クッション材変換機の各々は、監視コントローラから受け取られた指示（instructions）に従って機械の動作を制御するコントローラを備えている。 本発明の別の局面によると、クッション材変換ネットワークは、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換する複数のクッション材変換機を備え、各々の変換機がその機械の動作を制御するコントローラを備えている。 各機械のコントローラは、コントローラ間の通信のために、少なくとも一つの別の機械のコントローラとリンクされている。 本発明のさらに別の局面によると、クッション材変換ネットワークは、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換する複数のクッション材変換機にリンクされている監視コントローラを備え、監視コントローラは各機械の動作を制御する。 本発明のさらに別の局面によると、シート状ストック材料をダンネージ製品に変換するクッション材変換機は、上流端および下流端を有するフレームと、ストック材料供給アセンブリと、フレーム上に取り付けられた、シート状ストック材料をダンネージ製品の連続的なストリップに変換する変換アセンブリと、フレーム上に取り付けられた、変換アセンブリを介してストック材料を供給するフィードアセンブリと、変換アセンブリの下流でフレームに取り付けられた、ダンネージの連続的なストリップを所望の長さの断片に切断する切断アセンブリと、ストック供給アセンブリから変換アセンブリに供給されるストック材料の長さを測定するアセンブリとを備えている。 本発明のさらに別の局面によると、クッション材変換機は、フレームと、フレーム上に取り付けられ、ストック材料をクッション材製品に変換する変換アセンブリと、クッション材製品が製造されるときにクッション材製品の長さを測定する長さ測定装置とを備え、変換アセンブリは回転変換アセンブリを備え、このアセンブリの角度移動はクッション材製品の長さに直接対応し、この長さ測定装置は、回転変換アセンブリの角度移動、すなわちクッション材製品の長さをモニタするために配置される。 大まかに、本発明は、以下に十分に記載され、特に請求の範囲で示される上記およびその他の特徴を含む。 以下の記載および添付の図面は、本発明のある例示された実施形態を詳細に説明しているが、これは本発明の原理が用いられ得る様々な方法の一つを示すものでしかない。 添付図面において、 図１は、クッション材変換機を示す図である。 図２は、本発明によるクッション材変換機のための汎用コントローラのブロック図である。 図３〜図８は、汎用コントローラの一実施形態の電気模式図である。 図９は、進んだ診断能力を有するクッション材変換機のコントローラのブロック図である。 図１０は、クッション材変換機の長さ測定装置およびその他の関連する部分の正面図である。 図１１は、長さ測定装置の側面図である。 図１２は、ストック紙から情報を読み取るコード読み取り器と、パッケージングが付加されるコンテナからのパッケージング情報を決定するコンテナプローブとを備えているコントローラのブロック図である。 図１３は、障害耐性のある（fault tolerant）クッション材製造ネットワークのブロック図である。 図１４は、コンベアのいずれかの端部に位置し、ネットワークを介して通信する２つのクッション製造機械の図である。 図面のうち、まず最初に図１を参照すると、変換アセンブリ１４の様々な構成要素が取り付けられたフレーム１２と、クッション材アセンブリの構成要素を有する機械を制御するコントローラ１６（模式的に図示）とを備えたクッション材変換機１０が示されている。 フレーム１２は、変換アセンブリ１４によってクッション材料に変換するためのストックのロールを保持するストック供給アセンブリ１８を備えている。 変換アセンブリ１４は、好ましくは、形成アセンブリ２０ と、フィードモータ２４によってパワーを供給されるギアアセンブリ２２とを備えたフィードアセンブリ１９と、例えば、ＡＣソレノイド駆動クラッチ（AC sol enoid driven clutch）３０によって切断アセンブリと選択的に係合している切断モータ２８によってパワーを供給される切断アセンブリ２６と、切断後圧迫アセンブリ（post cutting constraining assembly）３２とを備えている。 変換プロセスの間、形成アセンブリ２０は、ストック材料のを内側に巻いて、 ２つのおよびそれらの間に中心帯を有する連続的なストリップを形成する。 ギアアセンブリ２２は、連続的なストリップをギアアセンブリの協同し対向する２つのギアの間にはさむことによって「引っ張り」機能を行い、それによってフィードモータ２４が対向するギアを回転させる時間の長さによって決定される持続時間の間、形成アセンブリ２０を介してストック材料を引っ張る。 連続的なストリップが２つの対向するギアの間を通過するときに２つのギアが連続的なストリップの中心帯をコイニングして、コイニングされたストリップを形成することにより、ギアアセンブリ２２は「コイニング」あるいは「連結」機能を付加的に行う。 コイニングされたストリップがギアアセンブリ２２から下流に移動するに従って、切断アセンブリ２６はストリップを所望の長さの断片に切断する。 次いで、 これらの切断片は切断後圧迫アセンブリ３２を通って移動する。 コントローラ１６は、好ましくは、「汎用」であるか、あるいはコントローラに大幅な改変を行うことを必要とせずに、多数の異なって構成されたクッション材変換機で用いられ得る。 従って、汎用コントローラ１６のある構成は、様々な異なるクッション化機械について製造され得る。 それゆえ、それらのクッション材変換機の一つが、空気駆動切断アセンブリ（air powered cutting assembly） 、直流駆動ソレノイド切断アセンブリ（direct current powered solenoid cutt ing assembly）、あるいはモータ駆動切断アセンブリを用いるようになっているときなどでも、組立技術者はクッション材変換機の特殊な構成にコントローラ１ ６を適合させる必要はない。 異なって構成される機械を制御する汎用コントローラの能力によって、組立時間が短縮され、組立コストも低くなる。 なぜなら、コントローラを特殊に構成する際の労働コストは、コントローラ中の未使用の電気部品を組み立てるコストをしばしば上回るためである。 また、汎用コントローラの上記能力によって、組立エラーが生じる可能性も低減する。 さらに、修理技術者の訓練が最少化され、また、様々なクッション材変換機で用いるための汎用コントローラの在庫目録ひとつが維持され得るので、機械の修理が簡易化される。 汎用コントローラ１６の典型例が図２に示されている。 その例では、複数の入力５０に従って、マイクロプロセッサ４８からＤＣシヤソレノイド（DC shear s olenoid）、ＡＣ制御ソレノイド（AC control solenoid）、切断モータ、フィードモータ、カウンタおよび予備ポートにそれぞれ制御信号を与えるための複数の異なる出力ポート３６、３８、４０、４２、４４および４６を備えている。本明細書ではマイクロプロセッサ４８は単一の装置として図示および記載されているが、マイクロプロセッサ４８は、同じタイプのいくつかのマイクロプロセッサあるいは制御ユニット、もしくはある機能を行うために改変された異なるマイクロプロセッサとして具現化され得ることに留意されたい。 ＤＣシアソレノイドは、 ＤＣシアソレノイドポート３６を介してマイクロプロセッサ４８によって制御され、クッション材変換機の出力位置（output）に配置された切断刃にパワーを供給する。ポート３６を介して送信された制御信号によってＤＣシアソレノイドにパワーが供給されると、ソレノイドは切断刃を作動させて、刃にダンネージを切断させる。 ＤＣソレノイドによってパワーが供給される切断アセンブリを用いる

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ラッツェル，リチャード オー. アメリカ合衆国 オハイオ 4145，ウェス トレイク，テイラーズ ミル ターン 1751