JP2001198746A - 容器間欠搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体を充填した容器を搬送する場合に、液揺
れによって液洩れが生じないような搬送条件を作り、よ
り高速の搬送を実現する。 【解決手段】 間欠ターレット式紙パック充填機におけ
るターレット１には、内部にインデックスカムを内蔵し
たインデックス装置２を設けている。ターレット１は搬
入側コンベアから移送されてくる空容器４に液体を充填
して、充填後の容器４に口栓を密封し、その間に間欠的
に容器４を移動する。インデックス装置２は、インデッ
クスカム形状を、演算的に液揺動が小さくなるように形
成し、容器４の移送時において、加速、減速時の液揺れ
を押さえるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器間欠搬送装置
に関するもので、例えば紙容器へ酒、牛乳、果汁等の液
体を充填する飲料充填機用等の容器搬送機構に適用され
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１に、従来の間欠ターレット式紙パッ
ク充填機（間欠搬送装置）の充填機構の基本構成を示
す。充填機のターレット１は、円板形状であり回転軸６
を中心にインデックス装置（割出し装置）２ａを介して
モータ３の駆動により反時計廻りに回転できる構成にな
っている。インデックス装置２ａはターレット１の下部
に配設され、図示しない作業の自動化や機械部品の間欠
送り等に幅広く使われているインデックスカムを内蔵
し、インデックスカムの１回転毎に所定ピッチＰだけ間
欠的に回転する。その一方、インデックス装置２ａのイ
ンデックスカムはモータ３の駆動により連続的に回転さ
れる。なお、インデックスカムの基本的形状は、サイク
ロイド曲線、変形台形曲線、変形正弦波曲線及び変形等
速度曲線等が用いられる。図２は、ターレット１により
搬送される容器４を示す。容器４は空の状態で、図示し
ない搬入コンベアによって充填機のターレット１の入り
口に供給され、ターレット１の回転の一次停止時にター
レット１の周部に一定間隔を開けて設けられた容器ポケ
ット５に収まり、後は順次ターレット１の間欠回転に従
い、一定ピッチＰずつ移動しながら自動的に液の充填、
容器口封入を行なって搬送コンベアによって排出され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】容器４へ液体を充填し
容器４を密封する一連の行程では、液充填や密封作業に
おいて、容器４の一次停止動作を行なうため、生産速度
を上げるために搬送時間を短くする必要がある。しか
し、その結果として容器４の間欠搬送時の加減速により
液面が揺動し、容器４から液が飛び散ることがあり、容
器上部が濡れてシール不良となる等の不具合、またそれ
を避けるため、容器上部の空隙部を大きく採る等の必要
があった。

【０００４】ターレット１の間欠回転動作は、インデッ
クス装置２ａの内部に設けられたカム形状によって決め
られる。カムは、定められた形状の始点から終点位置ま
で対象物を滑らかに運ぶ役割を持たせ、カムの始点や終
点の位置と速度の不連続をなくし、移動中の容器の加速
度変化が最も小さくなるように形状が決定される。図３
に、従来使用されているインデックスカムの一例を示
す。図中のＰθはカムの変位（すなわち容器４の移動距
離）を示すカム線図であり、Ｖθは容器４の搬送速度波
形であり、Ａθは容器４の加速度波形であり、いずれも
カムの回転角に対する線図である。図に示すように、容
器の搬送速度がカムの回転毎に容器の速度を、初速を０
ｍ／ｓｅｃから徐々に上げて、速度が最大値となった時
点から徐々に速度を下げ、終点位置で速度０ｍ／ｓｅｃ
となるようにカムの輪郭が形成されている。

【０００５】従来の間欠ターレット式紙パック充填機
は、上記のようなカム線図から設定される輪郭を備えた
形状を採用し、容器ポケット５の１ピッチＰ間の移動を
行なっている。しかし、加速される対象が機械部品のよ
うな剛体ではなく、特定周期で液面が振動する容器内の
液体であり、搬送時に発生する加速度、速度は上記カム
形状の予想結果とは異なり、液揺動を増長させ、液洩れ
やシール部の濡れを招く可能性があった。本発明は、こ
のような事情に鑑みてなされたもので、液揺動の特性を
考慮したカム形状により、容器の液洩れやシール部の液
濡れによるシール不良等や他の不具合がなく、従来型以
上の高速搬送が可能な、容器間欠搬送装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、液体を充填した容器をカムの一回転毎に所
定移動量だけ間欠搬送させるとともに、上記カムが１回
転する際の上記容器の移動量を維持させたまま、上記カ
ムの輪郭形状を上記容器の液体の揺動幅を小さく打ち消
すような加速度が生じる形状に形成してなり、上記容器
を間欠搬送させる際に、容器内の液の揺動を小さく押さ
えるようにしている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
容器間欠搬送装置について図面を参照しながら説明す
る。なお、従来例で説明した図１と、本実施の形態の容
器間欠搬送装置ではインデックス装置の内部に配設され
ているインデックスカムの形状のみ異なるので、図１を
用いて説明する。そして、図中のインデックス装置２ａ
と並列して記載した符号２を本実施の形態のインデック
ス装置２として使用する。先ず、図４（縦軸の単位は図
３と同じである）のカム線図に示す本実施の形態による
間欠搬送式充填機用のインデックスカム形状の例を、上
述の図３のカム線図に示したインデックスカム形状と対
比して説明する。

【０００８】図３に示すベースとしたカム形状は変形正
弦波カムの形状であり、更に容器内の液の揺動特性を考
慮した変形を加える。カム形状の変形は、以下のことを
考慮して行う。 （１）移動変位量は、元のカム形状と同一になるように
する。 （２）始点と終点の変位の不連続をなくし、始点および
終点速度を０とする。 （３）基本の加速度波形による液揺動を予め予測し、そ
の動的応答倍率に応じた重み付けを行なうことによっ
て、カム形状を変形させる。 上記の（１）はインデックスカムとしての条件、（２）
はベースとするカム形状に対して、変形が新たな振動源
をならないための条件、（３）は本発明の基本的な狙い
とする液揺動を押さえるためのカム形状の変形操作であ
る。

【０００９】液揺動は、重力を復元力とする液重心の振
り子運動に喩えられる。 容器外部に加えられる加速度
波形から液揺動を予め予測し、その成分を除去するよう
にカム形状を変形させることにより、従来型のカム形状
で加速度が加えられる場合と比較して、液揺動を選択的
に押え込むことが可能になる。本実施の形態では、図３
に示す加速度、速度、及び実際のカム形状に対応する変
位波形に対し、上記（１）〜（３）を考慮しながら、ま
ず加速度波形を変形し、それを積分することによって速
度、変位を求めた。図３の変位波形で表される線図から
インデックスカムの外周における輪郭曲線を導きだし、
導きだされた形状が本発明のカム形状に相当する（その
方法の詳細については、以下の実施例において説明す
る）。その結果が図４に示す線図である。図３に示す従
来の加速度波形ＡθはＳ字形状を描いているが、図４に
示す本発明の加速度波形Ａθについては、そのＳ字形状
が変形しているのが分かる。

【００１０】［実施例］図２のような矩形容器４に液を
充填し、ターレット１で間欠搬送する場合を例に挙げ
る。図に示す容器４は、容器幅が２Ｌであり容器４が静
止している状態の液面高さはｈであり、搬送時における
液面高さ（静止時液面高さを基準とした液面揺動範囲）
がηである。搬送対象である矩形容器中の液揺動の固有
周期Ｔｓは、［式１］のように表わされる。

【００１１】

【式１】

【００１２】更に、この容器を水平方向に加速度振幅Ａ
の正弦波で振動させた場合の液面揺動変位ηは、容器接
液部分の最大変位η_L、ｉ＝１の基本次数成分のみを表
せば、［式２］のようになる。

【００１３】

【式２】

【００１４】容器はターレット１の回転に伴い、接線方
向と径方向の外力を受けるので、上記の液挙動と等価な
特性を持つ双対振子モデルを仮定すると、近似的な表現
として［式３］が得られる。

【００１５】

【式３】

【００１６】以上のように容器液面の揺動は、液重心の
二次元内の振動変位と関連付けて表現できるので、更に
振子モデルを質点ばね系振動モデルに置換し、図３に示
すカム形状によりターレット１を回転させた場合の液面
揺動の予測結果を図５に示す。図５の例は、静止状態か
ら前述のカム形状に沿ってターレット１を回転させ、
０．６７ｓｅｃ後に角度位置３０°で停止した状態を示
す。

【００１７】図４の変形カム形状は、図３の従来型カム
での基本の搬送条件を満たすようにした上で液揺動特性
を反映した形状を求めたもので、その方法としては、 従来型カムによる加速度波形をフーリエ級数展開し、
間欠搬送周期の次数成分で表現する。次に、各次数毎の
液揺動を求め、その応答倍率分の重み付けにより各次数
の振幅を減じ、逆フーリエ展開で波形に戻す。 液揺動固有周期と同一の周期であり、かつ従来型カム
による液揺動のピークを打ち消すような位相差を持つ正
弦波の加速度波形に窓関数による重み付けを行い、始点
と終点で加速度０の紡錘型の包絡線として従来型カムの
加速度波形に重ね合わせる。トータル変位量が変化する
場合、１次ないし２次式表現の加速度項を付加し調整す
る。

【００１８】いずれの方法でも、滑らかなカム形状がえ
られる。図４のカムは、上記の方法により求めてい
る。この図４に示すカム線図より得られたカム形状によ
りターレット１を回転させた場合の液面揺動の予測結果
を図６に示す。図６の例は図５の例と同様に、静止状態
から前述のカム形状に沿ってターレット１を回転させ、
０．６７ｓｅｃ後に角度位置３０°で停止した状態を示
す。インデックスカムで容器４を移動する過程におい
て、またターレット１の停止後においても、本発明なる
カム形状の場合は、従来型カム形状の場合と比較して液
面揺動が小さくなっている。

【００１９】カム形状の変形は、容器寸法で決まる液の
揺動特性を基にしているため、容器寸法が異なれば最適
形状も異なることになるが、［式１］によれば液面の高
さの感度は平面形の寸法と比較して低く、平面形が同一
で高さのみ異なる容器の場合は一つの形で共用できる。
また、インデックスカムの代表的な形状には、サイクロ
イド曲線、変形台形曲線、変形正弦波曲線及び変形等速
度曲線等を有するものがあり、本実施例ではこれらのカ
ムを使用することができる。すなわち、本発明は、それ
らの基本的なカム形状をベースとして、それらの液揺動
を抑えるようにカム形状を変形操作したものである。

【００２０】型替え機構の工夫で複数のカム形状が選べ
るようにすれば、他の機構は従来の機構と共用化出来る
ので、安価なシステムとなる。なお、上記、及びの
方法は、容器４内の液面の揺動を有効に抑える方法の２
例であり、他にも液の揺動を抑える手段が考えられる。
また、本発明と同一の思想で、制御装置を使い容器の搬
送速度を直接制御する方法も有効であり、汎用性もある
が、高価なシステムとなり、適用対象は限られる。

【００２１】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明
の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。例え
ば、上記実施の形態では容器４を円周方向に円運動させ
ているターレト１を用いて説明したが、容器４を間欠搬
送しているものであれば直線的に搬送するものであって
もよい。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、液を充填した容器
を、液揺れが生じにくい条件で搬送できるので、従来の
間欠搬送方式より高速化が図られ、充填機械の生産性が
向上する。上記効果が従来とほぼ共通の機構で実現で
き、カムの型替えのみで種々容器に対応できるシステム
が組める。飲料のような単価の小さな量産品用の安価な
搬送システムが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】間欠ターレット式紙パック充填機の概略平面図
である。

【図２】矩形容器に充填されている液体の液揺動モデル
を示す斜視図である。

【図３】従来におけるインデックスカム（本実施の形態
のベースとなる形状である）の線図である（なお、横軸
は、-0.3〜1Secを示す。図４〜図６も同じである）。

【図４】本発明の実施の形態におけるインデックスカム
の線図である。

【図５】図３に示す従来型のカムを用いて容器を搬送し
た場合の液面揺動変位を示す線図である。

【図６】本発明の実施の形態におけるカムを用いて容器
を搬送した場合の液面揺動変位を示す線図である。

【符号の説明】

１ ターレット ２ インデックス装置 ３ モータ ４ 空容器 ５ 容器ポケット ６ 回転軸 Ｐ ピッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を充填した容器をカムの一回転毎に
   所定移動量だけ間欠搬送させるとともに、上記カムが１
   回転する際の上記容器の移動量を維持させたまま、上記
   カムの輪郭形状を上記容器の液体の揺動幅を小さく打ち
   消すような加速度が生じる形状に形成してなり、上記容
   器を間欠搬送させる際に、容器内の液の揺動を小さく押
   さえるようにしたことを特徴とする容器間欠搬送装置。