JP2002087658A - ウエブロールの自動交換ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエブロールの交換作業を迅速かつ確実に行
うことができるウエブロールの自動交換ヘッドを提供す
る。 【解決手段】 ウエブロールとして巻紙ロールの自動交
換ヘッドはヘッド本体２と、ヘッド本体２に設けられ、
新品巻紙ロールＲｎのコアＣに進入して新品巻紙ロール
Ｒｎを保持するインナチャック１０と、ヘッド本体２に
設けられ、使用済巻紙ロールＲｏを外側から挟持するア
ウタチャック４０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエブロールとし
ての巻紙ロールを消費しながらシガレットを製造する巻
上機等の消費装置に対し、そのウエブロールの自動交換
に好適した自動交換ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】巻上機の高速化に伴い、巻紙ロールの消
費速度も一段と速くなり、巻紙ロールの交換頻度が増加
する傾向にある。従来、巻上機に対する巻紙ロールの交
換、すなわち、巻上機から使用済巻紙ロールの取外し、
この後、新品巻紙ロールを補給位置から取出して巻上機
に装着する一連の交換は手作業により行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した交換作業に携
わるオペレータの労力を軽減するため、巻紙ロールの自
動交換が望まれており、このためにはロボットの使用が
考えられる。しかしながら、通常のロボットはそのアー
ムの先端に１つのハンドしか備えていないため、巻上機
からの使用済巻紙ロールの取外しや巻上機への新品巻紙
ロールの装着を、巻上機に対する別々のアクセスプロセ
スにて行う必要があり、巻紙ロールの迅速な交換は不能
である。

【０００４】本発明は上述の事情に基づいてなされたも
ので、その目的はロボットのハンドに代えて、上述した
一連の交換作業を迅速且つ確実に行うことができるウエ
ブロールの自動交換ヘッドを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に係る本発明のウエブロールの自動交換ヘ
ッドは、ロボットアームの先端に取付けられたヘッド本
体と、このヘッド本体に設けられ、補給位置にある新品
ウエブロールのコア内に進入してコアに内側から係合
し、新品ウエブロールを保持可能なインナチャックと、
ヘッド本体に設けられ、消費装置の使用済ウエブロール
を外側から挟持可能なアウタチャックとを備えている。

【０００６】上述の自動交換ヘッドは、交換作業時、先
ず補給位置にある新品ウエブロールをそのインナチャッ
クにより取出し、新品ウエブロールを保持した状態で消
費装置にアクセスし、そして、そのアウタチャックを使
用して消費装置から使用済ウエブロールを取外し、この
直後に、インナチャックに保持した新品ウエブロールを
消費装置に装着する。

【０００７】請求項２に係る本発明の自動交換ヘッド
は、ヘッド本体にインナチャックの外側を囲んで設けら
れ、新品ウエブロールがインナチャックに保持されたと
き、その新品ウエブロールの片面を吸着する背板を更に
備えている。この場合、新品ウエブロールが補給位置位
置から消費装置へ移送される際、背板は新品ウエブロー
ルを吸着した状態にあり、インナチャックは新品ウエブ
ロールを安定して保持する。

【０００８】請求項３に係る本発明の自動交換ヘッド
は、インナチャックの軸線方向に背板を往復駆動する駆
動手段を更に備えている。この場合、自動交換ヘッドか
ら消費装置に新品ウエブロールを装着するとき、背板は
インナチャックの係合が解除された後、新品ウエブロー
ルを消費装置に向けて押出す。請求項４に係る本発明の
自動交換ヘッドは、ヘッド本体に補給位置にある新品ウ
エブロールを走査するための少なくとも１個の反射型の
光電センサを更に備えている。光電センサは、ロボット
アームによる自動交換ヘッドの移動に伴い、補給位置に
ある新品ウエブロールを走査し、新品ウエブロールの中
心位置や高さに関する情報を収集するために使用され
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、シガレットを製造する巻
上機に適用され、ウエブロールとしての巻紙ロールの自
動交換ヘッドを示す。自動交換ヘッドはヘッド本体２を
備え、このヘッド本体２は多関節ロボットのロボットア
ームの先端４に取付けられている。なお、ロボットアー
ムは巻上機と後述する新品巻紙ロールの補給位置との間
を移動可能である。

【００１０】ヘッド本体２はアーム側ベース６とチャッ
ク側ベース８とからなり、これらベース６，８は互いに
直交した状態で連結され、一体的なアングル部材を構成
している。ヘッド本体２はその一方のアーム側ベース６
がロボットアームの先端４に連結され、ロボットアーム
４の先端４とともに図１中１点鎖線Ｘで示す先端４の軸
線回りに回転可能であり、そして、矢印Ｙで示す上下方
向に首振り運動可能である。

【００１１】図１に示す状態では、ヘッド本体２の他方
のチャック側ベース８は鉛直姿勢にあり、このチャック
側ベース８にインナチャック１０が設けられている。イ
ンナチャック１０は三方エアチャックからなり、その略
円筒状のチャック本体１２がチャック側ベース８に固定
して支持されている。より詳しくは、チャック本体１２
はそのチャック爪側の先端部がチャック側ベース８の外
面から側方に突出し、その先端には３つのインナチャッ
ク爪１４が備えられている。これらインナチャック爪１
４はチャック本体１２の径方向に互い連動して往復動
し、拡縮する。インナチャック爪１４の拡縮のため、チ
ャック本体１２にはインナチャック爪１４を往復動させ
るエアシリンダやリンク機構等が内蔵されている。

【００１２】今、図１に示す状態にあるとき、インナチ
ャック１０のインナチャック爪１４は新品巻紙ロールＲ
ｎのコアＣ内に進入し、そして拡開した状態、つまり、
コアＣの内周面に係合した閉位置にあって、インナチャ
ック１０は新品巻紙ロールＲｎを保持している。更に、
インナチャック１０には背板１６が備えられている。こ
の背板１６は新品巻紙ロールＲｎよりも僅かに小径の円
形形状をなす。背板１６はインナチャック１０を外側か
ら同心的に囲み、インナチャック１０の軸線方向への移
動が許容されている。すなわち、図２から明かなように
背板１６の中央にはセンタ孔１８が形成され、このセン
タ孔１８はインナチャック１０の外形形状に対応した形
状を有する。

【００１３】背板１６の前面１６ａにはその外周縁に沿
ってリング状の外側シールパッド２０が張り付けられて
いるともに、その内周部にはセンタ孔１８を囲むように
してリング状の内側シールパッド２２が張り付けられて
いる。更に、背板１６の前面１６ａには、外側及び内側
シールパッド２０，２２間に３つの中間パッド２４が張
り付けられている。これら中間パッド２４は背板１６の
周方向に等間隔を存して径方向に延び、外側及び内側シ
ールパッド２０，２２との間には所定間隔がそれぞれ確
保されている。なお、外側及び内側シールパッド２０，
２２の厚み及び硬度は同一であるが、しかしながら、中
間パッド２４の厚みはシールパッド２０，２２に比べて
若干薄いが、しかしながら、その硬度はシールパッド２
０，２２よりも高い。

【００１４】したがって、図１に示すように新品巻紙ロ
ールＲｎがインナチャック１０に保持されている状態
で、背板１６が外側及び内側シールパッド２０，２２を
介して新品巻紙ロールＲｎの片面に押付けられると、こ
れら外側及び内側シールパッド２０，２２はその弾性変
形を伴い中間パッド２４とともに新品巻紙ロールＲnの
片面に密着し、これにより、新品巻紙ロールＲｎと背板
１６との間に密閉室２６（図２参照）が形成される。

【００１５】そして、図２に示されるように背板１６の
外周部には連通孔２８が形成され、この連通孔２８は背
板１６の後面に設けた接続管３０及びホース３２を介し
てサクション給排源に接続されている（図１参照）。サ
クション給排源は前述した密閉室２６に所定のサクショ
ンを供給する一方、密閉室２６を大気に開放させること
ができる。したがって、密閉室２６が形成された状態
で、この密閉室２６にサクションが供給されると、背板
１６は新品巻紙ロールＲｎを吸着することができる。

【００１６】また、背板１６の後面には３本のガイドロ
ッド３３が設けられている。これらガイドロッド３３は
インナチャック１０を囲む同心円上に等間隔を存して配
置され、軸受を介してチャック側ベース８を摺動自在に
貫通し、可動プレート３４に連結されている。可動プレ
ート３４はチャック側ベース８と平行であり、チャック
側ベース８とは反対側の面に進退シリンダ３５が固定さ
れている。進退シリンダ３５はインナチャック１０と同
軸上に位置付けられ、そのピストンロッド３６は可動プ
レート３４を貫通し、フローティングジョイント３７を
介してチャック側ベース８に連結されている。

【００１７】進退シリンダ３５のピストンロッド３６が
伸縮されると、この伸縮は可動プレート３４及びガイド
ロッド３３を介して背板１６の往復運動に変換され、こ
れにより、背板１６はインナチャック１０に対し、その
軸線方向に移動する。したがって、インナチャック１０
のチャック爪１４は背板１６から相対的に突没可能であ
る。

【００１８】一方、ヘッド本体２のベース６にはベース
８とは反対側の縁にブラケット３８を介してアウタチャ
ック４０が取付けられている。このアウタチャック４０
もまたエアチャックからなり、図３に示されるように互
いに対向する一対のアウタチャック爪４２を有し、その
チャック本体４４はアウタチャック爪４２を互いに連動
して接離させるためのエアシリンダを内蔵する。

【００１９】なお、前述したインナチャック１０、進退
シリンダ３６及びアウタチャック４０のための空圧回路
は省略されている。更に、図１に示されていように背板
１６の外周部には２個の孔が形成されており、これら孔
から光ファイバ４６がそれぞれ延びている。より詳しく
は、光ファイバ４６はその先端が背板１６の対応する孔
にコネクタを介して気密に装着され、そして、他端は反
射型の光電センサ５０，５１にそれぞれ光学的に接続さ
れている。後述するように各光電センサ５０，５１はそ
の光ファイバ４６の先端から対象物に向けて光を出射す
るとともに対象物から反射光を受取り、そして、その反
射光レベルに基づく検出信号を図４に示すコントローラ
５２に供給する。

【００２０】コントローラ５２はマイクロコンピュータ
からなり、前述したインナチャック１０，アウタチャッ
ク４０，サクション給排源５４，伸縮シリンダ３５及び
ロボットアーム５６に制御信号を出力し、これらの作動
を制御して巻紙ロールの交換作業を実行する。より詳し
くは、巻紙ロールの交換作業にあたり、コントローラ５
２はロボットアーム５６により自動交換ヘッドを、巻上
機の近傍に予め規定されている巻紙ロールの補給位置ま
で移動させる。図５に示されるように補給位置には例え
ば運搬車５８が配置され、運搬車５８には新品巻紙ロー
ルＲｎが平積みの状態で多段積みされている。

【００２１】自動交換ヘッドが運搬車５８の上方に達す
ると、コントローラ５２は自動交換ヘッドの姿勢を変更
させ、そのインナチャック１０を下向きにさせる。この
場合、背板１６は水平姿勢となり、前述した光電センサ
４６の先端が運搬者５８上にて多段積み状態にある新品
巻紙ロールＲnのうち、最上位の新品巻紙ロールＲnのと
対向することになる。

【００２２】このような状態にて、コントローラ５２は
一方の光電センサ５０を働かせ、その光ファイバ４６の
先端から最上位の新品巻紙ロールＲnに向けて光を出射
しながら、ロボットアーム５６を介して自動交換ヘッド
を高速で下降させる。そして、コントローラ５２は光フ
ァイバ４６および光電センサ５０を介して最上位の新品
巻紙ロールＲnからの反射光レベルに対応した検出信号
の供給を受け、その反射光レベルが所定値に達したと
き、自動交換ヘッドの下降を停止させる。この後、自動
交換ヘッドは一旦上昇してから再度低速で下降され、こ
の際、コントローラ５２は光ファイバ４６及び他方の光
電センサ５１を介して最上位の新品巻紙ロールＲnから
の反射光レベルに対応した検出信号に基づき、自動交換
ヘッドの背板１６と最上位の新品巻紙ロールＲnの間に
所定の間隔を確保し、この間隔と自動交換ヘッド（背板
１６）の座標位置から最上位の新品巻紙ロールＲnの高
さ位置を測定する。

【００２３】すなわち、一方の光電センサ５０はその検
出距離に比較的大きな幅を有し、最上位の新品巻紙ロー
ルＲnの大まかなな高さ位置を検出するセンサであり、
これに対し、他方の光電センサ５１はその検出距離の幅
が小さく、最上位の新品巻紙ロールＲnの高さ位置を正
確に検出するセンサである。この後、コントローラ５２
は高精度な光電センサ５１を働かせ、その光ファイバ４
６の先端から最上位の新品巻紙ロールＲnに向けて光を
出射しながら、ロボットアーム５６により自動交換ヘッ
ドを水平方向に移動させる。そして、コントローラ５２
は光電センサ５１からの検出信号に基づき、最上位の新
品巻紙ロールＲｎの外周位置を異なる位置で３カ所検出
し、そして、検出した３カ所の外周位置から最上位の新
品巻紙ロールＲｎの中心位置を演算して特定する。

【００２４】より詳しくは、自動交換ヘッドは最上位に
あるの新品巻紙ロールＲｎの上方を図６中に示す走査ラ
インＳに沿って移動し、これにより、コントローラ５２
は新品巻紙ロールＲｎにおける外周上の３点の外周位置
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3を検出し、そして、これら３点の外周位
置からＰ1，Ｐ2，Ｐ3から最上位の新品巻紙ロールＲｎ
の中心位置を特定する。

【００２５】なお、新品巻紙ロールＲnの中心位置を特
定するにあたっては、光電センサ５１により、新品巻紙
ロールＲnにおけるコアＣの内周位置を３カ所検出し、
これら検出した内周位置から新品巻紙ロールＲnの中心
位置を特定することも可能である。上述したように自動
交換ヘッドは、最上位にある新品巻紙ロールＲｎの高さ
位置を２つの光電センサ５０，５１を利用して検出する
ので、その検出を正確且つ迅速に行うことができる。な
お、最上位にある新品巻紙ロールＲｎの高さ位置及び中
心位置の検出は背板１６からインナチャック１０のチャ
ック爪１４を引っ込めた状態で行われ、その検出の完了
後、図３に示されるようにチャック爪１４は背板１６か
ら突出状態に戻される。

【００２６】この後、コントローラ５２は、検出して得
た最上位の新品巻紙ロールＲｎの中心位置に基づきロボ
ットアーム５６を介して自動交換ヘッド、つまり、その
インナチャック１０をその巻紙ロールＲnと同軸上に位
置付け、その軸線を巻紙ロールＲｎの中心位置に一致さ
せる。この後、コントローラ５２は自動交換ヘッドを前
記間隔に基づいて下降させ、インナチャック１０のイン
ナチャック爪１４をその新品巻紙ロールＲｎのコアＣ内
に進入させ、そして、背板１６をその外側及び内側シー
ルパッド２０，２２を介して最上位にある新品巻紙ロー
ルＲｎの上面に密着させる。この後、コントローラ５２
はインナチャック爪１４を拡開させ、インナチャック１
０に最上位の新品巻紙ロールＲｎを保持させると同時
に、前述したサクション給排源５４を作動させ、新品巻
紙ロールＲｎと背板１６との間に形成された密閉室２６
にサクションを供給し、背板１６に新品巻紙ロールＲｎ
を吸着させる。

【００２７】この状態で、コントローラ５２は新品巻紙
ロールＲｎとともに自動交換ヘッドを上昇させ、運搬車
５８からその新品巻紙ロールＲｎを取出し、そして、巻
上機に向けて移送させる。このような新品巻紙ロールＲ
ｎの取出し及び移送に関し、新品巻紙ロールＲｎはイン
ナチャック１０による係合保持に加え、背板１６による
吸着保持をも受けているの、その取出し及び移送を確実
且つ安定して行うことができる。

【００２８】自動交換ヘッドが巻上機側の交換すべき使
用済巻紙ロールの近傍に到達すると、コントローラ５２
は自動交換ヘッドの姿勢を変更し、その開状態にあるア
ウタチャック４０を使用済巻紙ロールに対向させ、そし
て、自動交換ヘッドを使用済巻紙ロールに向けて前進さ
せる。この結果、使用済巻紙ロールの外側にアウタチャ
ック４０が位置付けられ、そして、巻上機側にて使用済
巻紙ロールを装着している装着軸のインナチャックが開
かれる。この後、コントローラ５２はアウタチャック４
０を閉じ、そのアウタチャック爪４２間に使用済巻紙ロ
ールを挟持させ、そして、自動交換ヘッドを後退させる
ことで、使用済巻紙ロールを巻上機側の装着軸から取外
す。なお、使用済巻紙ロールはそのコアに巻紙が僅かに
残されたものである。

【００２９】そして、コントローラ５２は再び自動交換
ヘッドの姿勢を変更し、インナチャック１０及び背板１
６により保持されている新品巻紙ロールＲｎを巻上機側
の装着軸と対向させ、その軸線を巻上機の装着軸と同軸
上に位置付ける。図１はこの状態を示し、図１中、参照
符号６０，６２は巻上機の装着軸及びそのインナチャッ
ク、そして、参照符号Ｒｏはアウタチャック４０に挟持
された使用済巻紙ロールを示す。

【００３０】上述の説明から既に明かなように自動交換
ヘッドは新品巻紙ロールＲｎのためのインナチャック１
０に加えて、使用済巻紙ロールＲｏのためのアウタチャ
ック４０を備えているので、これら新品巻紙ロールＲｎ
及び使用済巻紙ロールＲｏを同時に保持でき、これによ
り、使用済巻紙ロールＲｏの取外しプロセスの後、自動
交換ヘッドの姿勢を変更するだけで、新品巻紙ロールＲ
ｎの装着プロセンスに直ちに移行できる。

【００３１】この後、コントローラ５２は新品巻紙ロー
ルＲｎを伴って自動交換ヘッドを前進させ、インナチャ
ック１０が巻上機の装着軸６０の端面と接するような状
態まで、新品巻紙ロールＲｎを装着軸６０に近接させ
る。この状態で、コントローラ５２はインナチャック１
０による新品巻紙ロールＲｎの保持を解除すると同時
に、前述した進退シリンダ３５のピストンロッド３６を
収縮させて背板１６とともに新品巻紙ロールＲnをイン
ナチャック１０から押出し、図１中２点鎖線で示される
ように空の装着軸６０に嵌合させる。そして、巻上機側
では装着軸６０のインナチャック６２が拡開され、新品
巻紙ロールＲｎは装着軸６０に完全に装着される。

【００３２】この後、コントローラ５２は新品巻紙ロー
ルＲｎと背板１６との間の密閉室２６内へのサクション
の供給を停止すると同時に、密閉室２６を大気に開放
し、背板１６による新品巻紙ロールＲｎの吸着を解除
し、そして、進退シリンダ３５のピストンロッド３６を
伸長させて、新品巻紙ロールＲｎから背板１６を離間さ
せ、背板１６をその休止位置に戻す。

【００３３】このようにして巻紙ロールの交換作業が完
了すると、コントローラ５２は使用済巻紙ロールＲｏと
ともに自動交換ヘッドをその処理セクションまで移送
し、処理セクションにて使用済巻紙ロールＲｏが処理さ
れる。具体的には、処理セクションにて、使用済巻紙ロ
ールＲｏはそのコアＣから残存巻紙が分離される。この
後、コントローラ５２は次の交換作業に備え、自動交換
ヘッドを所定の待機位置まで移送し、待機位置にて待機
させる。

【００３４】本発明は上述の一実施形態に制約されるも
のではなく種々の変形が可能である。例えば、インナチ
ャック１０やアウタチャック４０等の具体的な構成は適
宜変更可能であり、そして、光電センサは１個のみを使
用するだけでも、最上位にある新品巻紙ロールＲｎの高
さ位置やその中心位置を検出可能である。また、新品巻
紙ロールＲｎの補給位置には運搬車５８に代えて、多段
積み状態の新品巻紙ロールＲｎを載置するパレット等が
配置されていてもよい。

【００３５】更に、本発明の自動交換ヘッドは、巻上機
の巻紙ロールの交換に限らず、シガレットにフィルタを
接続するフィルタアタッチメントのチップペーパロール
の交換にも同様にして適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に係る本発
明のウエブロールの自動交換ヘッドによれば、そのヘッ
ド本体にインナチャック及びアウタチャックの両方を備
えているので、使用済ウエブロールの取外しから新品ウ
エブロールの装着までの一連の交換作業を迅速に行うこ
とができる。

【００３７】請求項２に係る本発明の自動交換ヘッドに
よれば、新品ウエブロールを背板により吸着するように
したので、新品ウエブロールの取出しや移送を確実かつ
安定して行うことができる。請求項３に係る本発明の自
動交換ヘッドによれば、背板が往復動可能であるから、
背板により新品ウエブロールをインナチャックから押出
し、その消費装置に確実に装着することができる。

【００３８】請求項４に係る本発明の自動交換ヘッドは
少なくとも１個の光電センサを備えることで、自動交換
ヘッドの移動を利用し、補給位置にある新品ウエブロー
ルの位置情報を正確に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の巻紙ロールの自動交換ヘッドを示
した側面図である。

【図２】図１の自動交換ヘッドにおける背板の前面図で
ある。

【図３】図１の自動交換ヘッドの下面図である。

【図４】自動交換ヘッドのブロック構成図である。

【図５】新品巻紙ロールの補給位置を示した図である。

【図６】補給位置にて、最上位の新品巻紙ロールの高さ
位置及びその中心を光電センサを使用して検出する手順
の一例を示した図である。

【符号の説明】

２ ヘッド本体 １０ インナチャック １４ インナチャック爪 １６ 背板 ２０ 外側シールパッド ２２ 内側シールパッド ３６ 進退シリンダ（駆動手段） ４０ アウタチャック ４２ アウタチャック爪 ５６ ロボットアーム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエブロールの消費装置から使用済ウエ
   ブロールを取外し、この後、前記消費装置に新品ウエブ
   ロールを装着するウエブロールの自動交換ロボットにお
   いて、 ロボットアームの先端に取付けられたヘッド本体と、 前記ヘッド本体に設けられ、補給位置にある新品ウエブ
   ロールのコア内に進入して前記コアに内側から係合し、
   前記新品ウエブロールを保持可能なインナチャックと、 前記ヘッド本体に設けられ、前記消費装置の使用済ウエ
   ブロールを外側から挟持可能なアウタチャックとを具備
   したことを特徴とするウエブロールの自動交換ヘッド。
2. 【請求項２】 前記ヘッド本体に前記インナチャックの
   外側を囲んで設けられ、前記新品ウエブロールが前記イ
   ンナチャックに保持されたとき、前記新品ウエブロール
   の片面を吸着する背板を更に備えることを特徴とする請
   求項１に記載のウエブロールの自動交換ヘッド。
3. 【請求項３】 前記背板を前記インナチャックの軸線方
   向に往復駆動する駆動手段を更に備えることを特徴とす
   る請求項２に記載のウエブロールの自動交換ヘッド。
4. 【請求項４】 前記ヘッド本体に、前記補給位置にある
   新品ウエブロールを走査するための少なくとも１つの反
   射型の光電センサを更に備えたことを特徴とする請求項
   １〜３の何れかに記載のウエブロールの自動交換ヘッ
   ド。