JP2005132618A - スターホイール装置 - Google Patents

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Seiji Nakajima
清治 中島
Keiichi Fujimoto
圭一 藤本
Michiyoshi Shimizu
道義 清水
Yukio Sekine
志夫 関根
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Abstract

【課題】 異物などに影響されることなくロータリ弁としての機能を永続的に維持することができ、かつ切替弁の作動時にロータリ弁に外力が加わることがなく安定して吸着カップに真空を伝達することができるスターホイール装置を提供する。
【解決手段】 スターホイール本体12の各ポケット12aに設けられ容器1の側面を吸着する吸着カップ9と、吸着カップ9と真空源とを断続的に連通させるロータリ弁20と、吸着カップ9とロータリ弁20とを接続する連通路の開閉を行なう切替弁15とを備え、ロータリ弁20は、固定側部材22と回転側部材25とが互いに摺接しながら相対回転することにより、固定側部材25の第1連通孔30と回転側部材25の第2連通孔31とが断続的に連通するように構成し、切替弁15をスターホイール本体側の部材に取り付け、吸着カップ9とロータリ弁20との間を接続する連通路の一部に弾性材のジョイント18を設けた。
【選択図】 図2

Description

本発明は、スターホイール装置に係り、特に容器がはまり込むポケットが円周上に複数形成されたスターホイール本体と、各ポケットに設けられ容器の側面を吸着する吸着カップとを備え、容器を所定の円周上で搬送するためのスターホイール装置に関するものである。
ガラス壜等の容器を撮像により検査する装置として、コンベヤ等の搬送装置から入口スターホイール装置に取り込んで口部等の所定箇所を撮像して良否を判定し、次にメインロータに取り込んで胴部等の所定箇所を撮像して良否を判定し、次に出口スターホイール装置に取り込んで良品、不良品毎に排出する検査装置がある。
出口スターホイール装置の各ポケットには、容器の側面(胴部)を真空吸着する吸着カップが設けられており、出口スターホイール装置に隣接して上流側の第1コンベヤと下流側の第2コンベヤとが配設されている。出口スターホイール装置では、良品の容器を吸着保持して第1コンベヤを通過させてから第2コンベヤに排出し、不良品の容器を吸着しないでポケットから離脱させて第1コンベヤに排出する。良品の容器を吸着し不良品の容器を吸着しないのは、故障で容器を吸着できないときに良品を不良品側に排出する、フェールセーフの考えによる。
前記各吸着カップはロータリ弁を介して真空源に接続されている。ロータリ弁は、外周面に円周方向の溝を持つ内筒と、吸着カップに対応した数の個別ポートを有し軸受により内筒との間でわずかな間隙をもって回転可能に支持された外筒とを備えている。外筒には、外周面に前記個別ポートに対応して複数の切替弁が固定されており、各吸着カップを真空源に個別に接続可能になっている。そして、切替弁が開のとき吸着カップは真空源に連通され良品の容器が吸着され、切替弁が閉のとき吸着カップは不良品の容器を吸着しないでポケットから離脱させて排出するようになっている。切替弁は機械的に作動するものであり、固定部側に設けたエアシリンダのピストンで外筒に固定された切替弁のスプールを押圧して切替弁を切り替えるようになっている。
上述した従来のロータリ弁を備えたスターホイール装置においては、真空のリークを最少にするために内外筒間の間隙を微少に設定しているので、この内外筒間の間隙に異物が挟まったり、装置の洗浄に用いられる洗浄液等に含まれる成分が固着したりすると、内外筒間の間隙が消滅し、回転負荷が多大となって、過負荷により機械が停止する場合があるという問題点がある。
また、従来のスターホイール装置においては、吸着カップと真空源とを接続又は遮断するための切替弁は外筒に固定されていて、切替弁のスプールを固定部側に設けたエアシリンダのピストンで押圧して切替弁を切り替えるようになっているため、この切り替え時に外筒に外力が作用することになる。この外力を受けたときの衝撃によって、外筒がわずかな隙間をもって対向している内筒と接触したり、外筒と内筒との間で偏心が生ずる等のため、真空のリークが大きくなるという問題点がある。この問題点を避けるために、切替弁を外筒でなく他の回転側部材に固定しようとしても、この回転側部材と外筒とは物理的に繋がっているため、外力が外筒に伝達されてしまうという問題点がある。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、異物の侵入や洗浄液等の液体の固着などに影響されることなくロータリ弁としての機能を永続的に維持することができ、かつ切替弁の作動時にロータリ弁に外力が加わることがなく安定して吸着カップに真空を伝達することができるスターホイール装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明は、容器がはまり込むポケットが円周上に複数あるスターホイール本体と、各ポケットに設けられ容器の側面を吸着する吸着カップと、吸着カップと真空源とを断続的に連通させるロータリ弁と、吸着カップと同数設けられ吸着カップとロータリ弁とを接続する連通路の開閉を行なう切替弁とを備え、前記ロータリ弁は、固定側部材と、回転側部材と、回転側部材を支持するベアリングとを備え、前記固定側部材と前記回転側部材とが互いに摺接しながら相対回転することにより、前記固定側部材に形成された第1連通孔と前記回転側部材に形成された第2連通孔とが断続的に連通するように構成し、前記切替弁を前記ロータリ弁とは離隔した前記スターホイール本体側の部材に取り付け、前記吸着カップと前記ロータリ弁との間を接続する連通路の一部に弾性材からなるジョイントを設けたことを特徴とする。
本発明によれば、スターホイール装置に設けられたロータリ弁は、固定側部材と回転側部材とが互いに摺接しながら相対回転することにより、両部材に設けられた連通孔を互いに断続的に連通させるように構成されているため、固定側部材と回転側部材の摺接面に異物や洗浄液等に含まれる固着成分が介在したとしても、固定側部材と回転側部材のいずれか一方の部材が逃げながら両部材に設けられた連通孔を互いに断続的に連通させることができる。そして、切替弁をスターホイール本体側の部材に取り付け、この切替弁を取り付けた部材とロータリ弁との間に弾性材からなるジョイントを設けたため、ロータリ弁と切替弁とを物理的に縁切りすることができ、切替弁の切り替え時に切替弁に作用する外力や衝撃がロータリ弁に伝達されることがない。
また、このジョイントはゴム等の弾性材からなるため、この弾性材による押し付け力がロータリ弁の回転側部材に加わり、ロータリ弁の回転側部材に適度の押し付け力を付与することができる。
また、本発明によれば、ロータリ弁の回転側部材はベアリングによって支持されるため、固定側部材と回転側部材との摺接面はほとんど荷重を受けることがない。したがって、摺接面の摩耗が一定以上に進行することを防止することができ、その結果、ロータリ弁の半永久的な使用が可能となる。
本発明の一態様によれば、前記ジョイントは、前記スターホイール本体側の部材でかつスターホイール本体を支持する部材と前記ロータリ弁の回転側部材との間に介装されている。
本発明の一態様によれば、前記ジョイントは、前記ロータリ弁の回転側部材の上下方向の移動を吸収するように上下方向に伸縮可能である。
本発明の一態様によれば、前記固定側部材又は前記回転側部材の少なくとも一方をカーボンセラミックスにより形成している。
本発明によれば、固定側部材と回転側部材の両方又はいずれか一方の材料に、良好な潤滑性と高硬度を有するカーボンセラミックスを用いたことにより、さらに摩耗を防ぐことが可能となる。そして、カーボンセラミックスは機械加工性に優れているので、高度な加工技術が不要になり、その結果、製作コストを軽減させることが可能となる。
本発明の一態様によれば、前記ベアリングはスラストベアリングである。
本発明によれば、スターホイール装置に設けられたロータリ弁は、固定側部材と回転側部材とが互いに摺接しながら相対回転することにより、両部材に設けられた連通孔を互いに断続的に連通させるように構成されているため、固定側部材と回転側部材の摺接面に異物や洗浄液等に含まれる固着成分が介在したとしても、固定側部材と回転側部材のいずれか一方の部材が逃げながら、かつこれら異物や固着成分を摩滅させるように回転するので、回転負荷が増加することがなく、過負荷により機械が停止する等の問題を生ずることがない。すなわち、ロータリ弁への異物の侵入や洗浄液等の固着などに影響されることなく、バルブとしての機能を永続的に維持することができる。
また本発明によれば、切替弁をスターホイール本体側の部材に取り付け、この切替弁が取り付けられた部材とロータリ弁とを弾性材からなるジョイントを介して接続しているため、ロータリ弁と切替弁とを物理的に縁切りすることができ、切替弁の切り替え時に切替弁に作用する外力がロータリ弁には一切伝達されることがないため、切替弁の作動に伴ってロータリ弁に外力や衝撃が作用し真空のリークが発生するという従来の問題点を解消することができる。したがって、スターホイール装置のロータリ弁を安定して動作させることができる。
以下、本発明に係るスターホイール装置の一実施形態を図1乃至図5を参照して説明する。
図1は、本発明のスターホイール装置を組み込んだ容器検査装置の平面図である。図1において、検査対象であるガラス壜等の容器1はコンベヤ2から入口スターホイール装置3に供給され、容器1は入口スターホイール装置3によって搬送されている間に口部等の所定箇所が撮像され良否が判定される。口部等の所定箇所の検査が終了した容器1は、入口スターホイール装置3からメインロータ4に受け渡される。容器1はメインロータ4によって搬送されている間に胴部等の所定箇所が撮像され良否が判定される。その後、容器1はメインロータ4から出口スターホイール装置5に受け渡され、容器1は出口スターホイール装置5によって、良品、不良品ごとに排出される。
前記出口スターホイール装置5の入口部から所定範囲にわたってガイド6が設置され、また出口スターホイール装置5に隣接して2つのコンベヤ、すなわち第1コンベヤ7と第2コンベヤ8とが設置されている。出口スターホイール装置5のスターホイール本体12の各ポケット12aに対応して吸着カップ9が設けられている。
メインロータ4から出口スターホイール装置5に受け渡された容器1は、出口スターホイール装置5により搬送される。そして、入口スターホイール装置3およびメインロータ4による搬送中の検査で不良品と判定された容器1は、第1コンベヤ7上の位置で吸着カップ9より離脱されて第1コンベヤ7により排出される。良品と判定された容器1は、吸着カップ9により真空吸着されて第2コンベヤ8上の位置まで搬送される。その後、良品の容器1は吸着カップ9より離脱されて第2コンベヤ8により排出される。容器1の吸着カップ9への吸着は吸着カップ9と真空源とを接続することにより行い、容器1の吸着カップ9からの離脱は吸着カップ9と真空源との接続を遮断することにより行う。
次に、出口スターホイール装置5の詳細構造について説明する。
図2は、本発明のスターホイール装置である出口スターホイール装置5の縦断面図である。図2に示すように、スターホイール装置5は、モータ(図示せず)に連結された主軸11と、容器1がはまり込むポケット12aが円周上に複数あるスターホイール本体12と、各ポケット12aに設けられ容器1の側面(胴部)を吸着する吸着カップ9と、主軸11の上端部に固定されるとともにスターホイール本体12の下面を支持する支持部材13と、各吸着カップ9と真空源とを接続するロータリ弁20とを備えている。主軸11の下端部にはギヤ41が固定され、このギヤ41はモータ(図示せず)の回転軸に固定されたギヤ42と係合して主軸11が回転駆動されるようになっている。
前記支持部材13には、切替弁取付用の環状部材14が固定されており、環状部材14の外周部には吸着カップ9と同数設けられるとともに真空源または圧空源に連通可能な切替弁15が取り付けられている。環状部材14には、円周方向に所定間隔をおいてポケット12aと同数の連絡路14a,14bが形成されており、連絡路14aは環状部材の上面に開口するとともに外周面に開口し、連絡路14bは環状部材14の上面に開口するとともに外周面に開口している。そして、前記切替弁15は、スプール15aを上下させることにより、連絡路14a,14b間を開閉可能に接続するようになっている。切替弁15の下方の所定位置には、切替弁15の棒状のスプール15aを押し上げて切替弁15を開くためのアクチュエータ34が設けられている。また切替弁15の上方の所定位置には、切替弁15のスプール15aを押し下げて切替弁15を閉じるためのカム35が設けられている。アクチュエータ34およびカム35は、主軸11を支持するためのハウジング36に固定されている。各吸着カップ9は配管16を介して環状部材14の連絡路14aに接続されている。一方、環状部材14の連絡路14bは配管17を介して支持部材13内に設けられた連絡路13aに接続されている。また連絡路14cは大気に連通している。連絡路14aと連絡路14bとが連通すると、吸着カップ9は真空源に連通可能になる。また連絡路14aと連絡路14cとが連通すると、吸着カップ9は大気圧に連通される。
前記支持部材13の連絡路13aは蛇腹状の上下方向に伸縮可能なゴム等の弾性材からなるジョイント18を介してロータリ弁20に接続されている。したがって、吸着カップ9は、配管16、環状部材14の連絡路14a、切替弁15、環状部材14の連絡路14b、配管17、支持部材13の連絡路13aおよび蛇腹状のジョイント18からなる連通路を介してロータリ弁20に開閉可能に接続されるように構成されている。
次に、ロータリ弁20の詳細構造について図3乃至図5を参照して説明する。
図3(a)は図2の要部拡大図であり、図3(b)は本発明の一実施形態に係るロータリ弁の組み立て直後を示す拡大断面図である。図4(a)は本実施形態に係るロータリ弁の固定側部材の摺接面側を示す平面図であり、図4(b)は図4(a)のC−C線断面図である。図5(a)は本実施形態に係るロータリ弁の回転側部材の摺接面側を示す平面図であり、図5(b)は図5(a)のD−D線断面図である。
図3乃至図5に示すように、ロータリ弁20は、固定基台21に固定された円板状の固定側部材22と、円筒体24に固定された円板状の回転側部材25とを備えている。円筒体24と主軸11とは、主軸11に設けられたキー(図示せず)を介して連結され、円筒体24及び回転側部材25と主軸11とが一体的に回転するように構成されている。
固定側部材22と回転側部材25とは、互いに摺接しながら回転する摺接面28を有している。図4及び図5に示すように、固定側部材22の摺接面28には円弧状溝29が形成され、回転側部材25の摺接面28には、円弧状溝29に対向する位置で開口する複数の第2連通孔31が同一円周上に形成されている。固定側部材22には円弧状溝29に連通する第1連通孔30が形成されており、第1連通孔30は固定基台21の連通孔21aおよび配管32(図2参照)を介して図示しない真空源(真空ポンプ)に接続されている。一方、回転側部材25の各第2連通孔31はジョイント18、配管16,17等からなる連通路を介して各吸着カップ9に接続されている(図2参照)。すなわち、固定側部材25の上面には蛇腹状のゴム等の弾性材からなるジョイント18が係合し、ジョイント18により、第2連通孔31と支持部材13の連絡路13aとの気密が確保されている。
本実施形態では、固定側部材22及び回転側部材25はカーボンセラミックスにより形成されている。このカーボンセラミックスは、原料のベースとなる半成コークスに、極めて微細化したSiC、BCなどのセラミックスを複合化して生成されたのもであり、次のようなさまざまな優れた性質を備えている。
例えば、カーボンセラミックスでは、黒鉛マトリックス中に微細なSiCやBC等のセラミックスが粒成長して均一に分散しており、これらのセラミックスが大気中の酸素と反応してカーボンセラミックスの表面上に約70μm程度のガラス層(SiO・B)を形成している。そして、このガラス層により、カーボンセラミックスの表面上では良好な潤滑性を得ることができる。
また、カーボンセラミックスは、機械加工性に優れているため、低コストで所望の形状に容易に加工することができる。その他にも、高強度、耐熱衝撃性、低吸水性などの優れた性質を有している。
図3(a)に示すように、本実施形態に係るロータリ弁20は、回転側部材25を支持するためのスラストベアリング33を備えている。スラストベアリング33は、固定側部材22が固定される固定基台21に設置され、回転側部材25が固着される円筒体24を支持している。即ち、回転側部材25は、上述した摺接面28で支持されるとともに、円筒体24を介してスラストベアリング33によっても支持されている。
上述のように構成されたロータリ弁20によれば、回転側部材25が固定側部材22に摺接しながら回転すると、回転側部材25に形成された第2連通孔31が、固定側部材22に形成された円弧状溝29に対向した位置にある間は、第1連通孔30と第2連通孔31とが連通することになる。したがって、第1連通孔30に連通された真空源からの負圧が、第2連通孔31に連通された吸着カップ9に供給され、容器1が吸着カップ9により吸着保持される。また、第2連通孔31が円弧状溝29からずれると、第1連通孔30と第2連通孔31との連通が遮断され、真空源からの負圧が遮断されて吸着カップ9による容器1の吸着保持が解除される。
ここで、ロータリ弁20においては、固定側部材22と回転側部材25とを常に摺接させて気密性を確保する必要がある。このため、回転側部材25がスラストベアリング33により支持された場合でも、固定側部材22と回転側部材25との間に隙間が生じないようにしなければならない。そこで、本実施形態では、図3(b)に示すように、組み立て直後の構成として、スラストベアリング33と円筒体24との間に30μm程度の隙間dを設けて、摺接面28のみで回転側部材25を支持させる。この状態で回転側部材25が回転すると、固定側部材22と回転側部材25とが摺動して摺接面28が徐々に摩耗していく。この摩耗により、まず、カーボンセラミックスにより形成された回転側部材25及び固定側部材22の摺接面28の面精度を出すことができる。
摺接面28の摩耗がさらに進むと、やがて円筒体24がスラストベアリング33に接触し、徐々にスラストベアリング33にかかる荷重が増大する。そして、最終的には、回転側部材25及び円筒体24はほとんどスラストベアリング33によって支持され、摺接面28では単になじんで当接している程度になるので、それ以上は摺接面28の摩耗は進行することがない。
このように、本実施形態では、回転側部材25及び固定側部材22の一定以上の摩耗を防止することができるため、回転側部材25及び固定側部材22の交換が不要になり、半永久的にロータリ弁20を使用することが可能となる。なお、使用するスラストベアリングとしては、特にニードルローラベアリングが好適である。
次に、上述のように構成された容器検査装置およびスターホイール装置の動作について説明する。
検査対象であるガラス壜等の容器1はコンベヤ2から入口スターホイール装置3に供給され、容器1は入口スターホイール装置3によって搬送されている間に口部等の所定箇所が撮像され良否が判定される。口部等の所定箇所の検査が終了した容器1は入口スターホイール装置3からメインロータ4に受け渡される。容器1はメインロータ4によって搬送されている間に胴部等の所定箇所が撮像され良否が判定される。その後、容器1はメインロータ4から出口スターホイール装置5に受け渡される。そして、入口スターホイール装置3およびメインロータ4による搬送中の検査で不良品と判定された容器1は、吸着カップ9より離脱されて第1コンベヤ7により排出される。良品と判定された容器1は、吸着カップ9により真空吸着されて搬送される。すなわち、図3に示す第2連通孔31と円弧状溝29とが対向し、これにより第2連通孔31と第1連通孔30とが連通し、真空源(真空ポンプ)からの負圧が吸着カップ9に供給され、容器1は吸着カップ9により真空吸着される。この状態で良品の容器1は第2コンベヤ8の位置まで搬送され、第2連通孔31が円弧状溝29からずれ、第1連通孔30と第2連通孔31との連通が遮断され、真空源からの負圧が遮断されて吸着カップ9による容器1の吸着保持が解除され、その結果、容器1は第2コンベヤ上で吸着カップ9より離脱される。そして、良品の容器1は第2コンベヤ8により次工程に搬送される。
本発明によれば、スターホイール装置5に設けられたロータリ弁20は、固定側部材22と回転側部材25とが互いに摺接しながら相対回転することにより、両部材に設けられた連通孔30,31を互いに断続的に連通させるように構成されているため、固定側部材22と回転側部材25の摺接面28に異物や洗浄液等に含まれる固着成分が介在したとしても、固定側部材22と回転側部材25のいずれか一方の部材が逃げながら、かつこれら異物や固着成分を摩滅させるように回転するので、回転負荷が増加することがなく、過負荷により機械が停止する等の問題を生ずることがない。すなわち、ロータリ弁20への異物の侵入や洗浄液等の固着などに影響されることなく、バルブとしての機能を永続的に維持することができる。
また本発明によれば、切替弁15をスターホイール本体側の部材である支持部材13に支持させ、この切替弁15を支持する支持部材13とロータリ弁20とを弾性材からなるジョイント18を介して接続しているため、ロータリ弁20と切替弁15とを物理的に縁切りすることができ、切替弁15の切り替え時に切替弁15に作用する外力がロータリ弁20には一切伝達されることがないため、切替弁15の作動に伴ってロータリ弁20に外力や衝撃が作用し真空のリークが発生するという従来の問題点を解消することができる。したがって、スターホイール装置5のロータリ弁20を安定して動作させることができる。
また、このジョイント18はゴム等の弾性材からなるため、この弾性材による押し付け力がロータリ弁20の回転側部材25に加わり、ロータリ弁20の回転側部材25に適度の押し付け力を付与することができる。
上述の実施形態においては、本発明のスターホイール装置を容器検査装置の出口スターホイール装置に適用した例について説明したが、容器検査装置に限らず、容器を円周方向に搬送する必要がある装置であればどのような装置にも本発明のスターホイール装置を適用することができる。
本発明のスターホイール装置を組み込んだ容器検査装置の平面図である。 本発明のスターホイール装置である出口スターホイール装置の縦断面図である。 図3(a)は図2の要部拡大図であり、図3(b)は本発明の一実施形態に係るロータリ弁の組み立て直後を示す拡大断面図である。 図4(a)は本実施形態に係るロータリ弁の固定側部材の摺接面側を示す平面図であり、図4(b)は図4(a)のC−C線断面図である。 図5(a)は本実施形態に係るロータリ弁の回転側部材の摺接面側を示す平面図であり、図5(b)は図5(a)のD−D線断面図である。
符号の説明
1 容器
2 コンベヤ
3 入口スターホイール装置
4 メインロータ
5 出口スターホイール装置
6 ガイド
7 第1コンベヤ
8 第2コンベヤ
9 吸着カップ
11 主軸
12 スターホイール本体
12a ポケット
13 支持部材
13a,14a,14b,14c 連絡路
14 環状部材
15 切替弁
15a スプール
16,17,32 配管
18 ジョイント
19 固定部
20 ロータリ弁
21 固定基台
21a 連絡孔
22 固定側部材
24 円筒体
25 回転側部材
28 摺接面
29 円弧状溝
30 第1連通孔
31 第2連通孔
33 スラストベアリング
34 アクチュエータ
35 カム
36 ハウジング
41,42 ギヤ

Claims (5)

  1. 容器がはまり込むポケットが円周上に複数あるスターホイール本体と、各ポケットに設けられ容器の側面を吸着する吸着カップと、吸着カップと真空源とを断続的に連通させるロータリ弁と、吸着カップと同数設けられ吸着カップとロータリ弁とを接続する連通路の開閉を行なう切替弁とを備え、
    前記ロータリ弁は、固定側部材と、回転側部材と、回転側部材を支持するベアリングとを備え、前記固定側部材と前記回転側部材とが互いに摺接しながら相対回転することにより、前記固定側部材に形成された第1連通孔と前記回転側部材に形成された第2連通孔とが断続的に連通するように構成し、
    前記切替弁を前記ロータリ弁とは離隔した前記スターホイール本体側の部材に取り付け、前記吸着カップと前記ロータリ弁との間を接続する連通路の一部に弾性材からなるジョイントを設けたことを特徴とするスターホイール装置。
  2. 前記ジョイントは、前記スターホイール本体側の部材でかつスターホイール本体を支持する部材と前記ロータリ弁の回転側部材との間に介装されていることを特徴とする請求項1記載のスターホイール装置。
  3. 前記ジョイントは、前記ロータリ弁の回転側部材の上下方向の移動を吸収するように上下方向に伸縮可能であることを特徴とする請求項2記載のスターホイール装置。
  4. 前記固定側部材又は前記回転側部材の少なくとも一方をカーボンセラミックスにより形成したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスターホイール装置。
  5. 前記ベアリングはスラストベアリングであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のスターホイール装置。
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