JP2015202886A - 直線型重量式充填機 - Google Patents

Abstract

【課題】ボトルの円滑な搬送と充填量の正確な計測が可能な構造が簡単で部品点数も少ない直線型の重量式自動充填機を提供する。ボトルの寸法や口の位置が異なる複数種のボトルに部品交換することなく充填が可能で、充填不良ボトルの排出装置も簡単な構成で可能にする。
【解決手段】搬送コンベヤの間欠送りにより、ボトルの搬送路に設けた直線状の充填領域に複数のボトルを停止させ、充填量をロードセルで検出しながら当該複数のボトルに液の充填を行う。充填路の両側に配置したチェンやスクリュなどの送り装置の間隔の制御をサーボモータで行うと共に、搬送コンベヤとロードセルのボトル台との相対昇降により、ボトル重量の正確な計測を可能にした。充填領域の入口にボトル口整列装置を設け、送り装置の出口側チェンスプロケット軸の回転を利用して充填不良ボトルの排出を行う。
【選択図】図３

Description

この発明は、充填量を重量で計測する直線型の充填機に関するものである。

ボトルの自動充填機には大別して旋回型のものと直線型のものとがある。旋回型の充填機は、高能率であるが、ボトルの寸法が変わったときは、ボトルを保持しているスターホイール及び円弧状搬送路の外側側面を案内する外周ガイド等の部材の交換が必要で、ボトルの種類が多くなるとこれらの部材を幾種類も準備しなければならず、またボトルの種類が変わったときの段取り替えの作業も面倒で時間がかかる。

本願出願人は、特許文献１において、直線状に形成されたボトルの搬送路の中央線を挟んで対向する送りチェンを設け、当該チェンに搬送路側に突出する把持部材を等間隔に設けた「壜の搬送位置決め装置」を提案している。

上記装置では、搬送路上のボトルの形状や寸法に合わせて、ハンドルで送りチェンの対向間隔を調整できるようになっている。従って、搬送路の中央線の上方に送りチェンの把持部材の間隔と等しい間隔で充填ノズルを配置することにより、ボトルの種類や寸法が変わっても部品の交換を必要とせず、段取り替えを円滑にかつ短時間で行うことができる直線型の充填機を得ることができる。

一方、ボトルに充填する液量を計量する方法として、予め計量した量の液を充填ノズルに供給する方法と、ロードセルでボトルの重量を計量しながら充填を行って所定重量になったときに充填ノズルを閉める方法とがある。

直線型の重量式充填機の例として、特許文献２には、直線状のローラコンベヤの上を流れる缶をローラの間に配置した昇降突起で持ち上げて液を充填する装置が提案されている。昇降突起は、ロードセルの検知部の上に乗っており、ロードセルと共に昇降する。

特許文献３の充填機では、互いに平行に設けたボトルの導入コンベヤと送出コンベヤの間に重量式の充填ステーションが配置されている。スターホイールで等間隔にして導入コンベヤ上を流れるボトルを枠の腕で横に押してロードセルの上に載せる。同時に、先にロードセルの上に載っていたボトルは、枠の腕に押されて反対側の送出コンベヤへと押し出される。ロードセルは容器間隔の半分の間隔で２種類のものが交互に配置されており、設定の違いにより、ロードセルを移動プレートで動かして、選択した方のロードセルで計量する。

一方、旋回型の重量式充填機の例としては、特許文献４に提案されたものがある。特許文献４の重量式充填機は、グリッパとスターホイールのポケットと外周ガイドで挟まれた状態で旋回する容器に液を充填する。定位置の充填箇所では、グリッパがボトルを外周側に押したあと後退し、外周ガイドは外側に開いて、ボトルを開放する。ボトルはロードセルの台の上に乗っている。

特開平７−３３００８６号公報 実開昭６０−１２６３０３号公報 特開２０１３−９５４４６号公報 特許第３８５５３８１号公報

この発明は、特許文献１で提案した搬送位置決め装置を備えた重量式の自動充填機を得ることを目的として為されたもので、ボトルの円滑な搬送と充填量の正確な計測を行うことができる構造が簡単で部品点数も少ない直線型の重量式自動充填機を提供することを課題としている。

更にこの発明は、ボトル口がボトル胴部の中心に設けられている同心ボトルと、ボトル中心から偏心した位置に設けられている偏心ボトルとの両方のボトルに充填が可能で、ボトルの形状寸法やボトル口の位置が異なるなど、ボトルの種類に変更があったときも部品交換などすることなく対応でき、充填不良ボトルの排出装置も簡単な構成で可能になる上記充填機を提供することを課題としている。

この発明は、搬送コンベヤ１１の間欠送りにより、ボトルの搬送路に設けた直線状の充填領域（以下、「充填路」と言う。）１に複数のボトルを停止させ、充填量をロードセル６３で検出しながら当該複数のボトルに液の充填を行い、充填済みボトルを送出する構造の直線型重量式充填機において、充填量の計測時にボトルを搬送コンベヤ１１や送り装置２に接触しない自由状態とすることにより、充填量を正確に計測できるようにしたことを特徴とするもので、充填路１の両側に配置したチェンやスクリュなどの送り装置２ａ、２ｂの間隔の制御をサーボモータ２６で行うと共に、搬送コンベヤ１１とロードセル６３のボトル台６１との相対昇降により、ボトル重量の正確な計測を可能にしたものである。

搬送コンベヤ１１として、ボトルの送り方向に延在する複数のベルト（帯体。連接する複数の板片で形成されたベルトを含む。）１１ａ〜１１ｃを備えたベルトコンベヤとすることができる。この場合、ボトル台６１を板材を折り曲げてボトルの送り方向から見た形状を上向きコ字形にし、そのコ字の上縁６２を複数のベルト１１ａ〜１１ｃの間を通して相対昇降する構造とすれば、ボトルの送り方向に長いボトル支持部６２を確保でき、ボトル胴部の大小やボトル口が胴部中心から偏心している偏心ボトルを正しい姿勢で支持することができ、複数種のボトルを処理する重量式充填機の構造として好適である。

偏心ボトルの充填処理も行えるようにした充填機では、ボトル台６１をボトルの送り方向下流側に長い支持部６２を備えた形状とし、送り装置２の停止位置の制御により、同心ボトルは充填ノズル６の直下に位置決めし、偏心ボトルは充填ノズル６の直下より下流側にボトル口の偏心量だけ移動した位置で位置決めすることで、同心ボトルと偏心ボトルの両者に対する正確な液充填を可能にしている。

また請求項４の発明では、充填不良が生じたときに充填不良ボトルを搬送路から排出するために、送り装置２をチェンで構成し、ボトルの送り方向下流側のチェンスプロケット軸の一方２７に保持中心の間隔をチェンリンクの間隔と等しい間隔にしてボトル保持具７１（７１ａ、７１ｂ）を設け、充填不良ボトルをこの保持具で保持して当該スプロケット軸の回転動作を利用して充填不良ボトルの排出を行う。

この発明により、同心ボトルと偏心ボトルの別やボトル胴部の寸法などが変更されても、部品交換が不要で、変更後のボトルに対応するための機械の段取り替えを短時間で簡単に行うことができ、充填量の正確な計測も可能な重量式の自動充填機を提供できる。

また、送り装置としてチェンを用いた装置では、充填不良ボトルが発生した場合に送り装置の出口側スプロケットの回転動作を利用して充填不良ボトルを排出する機構を実現できるため、簡単な構造で速やかに充填不良ボトルの排出を行うことを可能にしている。すなわち、旋回型の充填機における機内排出に比較して機械構造を簡素にすることができ、また充填不良ボトルの排出を送出コンベヤに送り出した後で行うものと比較して、排出動作の確実性を向上させることができる。

実施例装置を示す平面図 ボトルと共に示す図１の装置の要部の側面図 図２に示す要部をボトル送り方向から見た図 他の構造を示した図３と同様の図 制御系及び駆動系の要部と共に示す図１の装置の側面図 充填不良ボトルの排出装置を示す平面図 充填不良ボトルの排出装置の他の例を示す平面図

以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。ボトルは、搬送路に設けた直線状の充填路１で内容物が充填される。充填路１の底面は、プーリー１３、１４の間に巻架された３本の搬送ベルト１１ａ、１１ｂ、１１ｃで形成されている。３本の搬送ベルト１１ａ〜１１ｃは、ボトルの荷重による下方への撓みを防止するために、それぞれのガイドレール１５に案内されている。ガイドレール１５は、その両側端をシリンダ１６で昇降する昇降桁１７で支持されている。ガイドレール１５は、プーリー１３、１４を軸支しているコンベヤフレーム１８と一体で、シリンダ１６の進退により、プーリー１３、１４及び搬送ベルト１１ａ〜１１ｃが昇降する。

図の充填機は、ボトル口がボトル胴の中心に位置する同心ボトルの充填と、ボトル口がボトル胴の中心から偏心している偏心ボトルの充填とを共に可能とした装置で、搬送されるボトルのボトル口を充填路１の幅中央に位置するように案内するボトル口ガイド３と、偏心ボトルのボトル口をボトル胴部の中心より送り方向後方の搬送路１０の幅中央に誘導するボトル口整列装置４とを備えている。

ボトル口ガイド３は、充填路１の上方に充填路と平行に配置した２本のガイド材３１、３２で形成されており、充填路１の幅中央に位置するボトル口を幅方向両側から遊隙を持った状態で案内している。

ボトル口整列装置４は、ガイド材の一方３１のボトル送り方向先端を他方３２の先端よりボトルの送り方向上流側に延在させた延在部３３と、ガイド材３１、３２の先端の傾斜案内部３４、３５と、延在部３３の下方のスクリュ４１と、搬送路を挟んでこのスクリュと対向している摩擦ベルト４３とで形成されている。

スクリュ４１は、搬送路と平行な軸回りに回転駆動されており、搬送されて来るボトルの胴部をらせん溝に受け入れることによって、隣接するボトルの相互の間隔を一定間隔となるように規定しながらボトルに送り方向の力を付与している。摩擦ベルト４３は、２個のプーリー４４、４５の間に装架されて図１で右回りに回転することにより、通過するボトルに反送り方向の摩擦力を付与している。

スクリュ４１のらせん溝に受け入れられたボトルは、摩擦ベルト４３に軽く押し付けられた状態で送られる。同心ボトルやボトル口がガイド材の延在部３３に当接していない偏心ボトルは、この摩擦ベルト４３の摩擦力によって鉛直軸回りに図１で左回りに、すなわちボトル口がボトル送り方向の後方となる方向に回動する。ボトル口がガイド材の延在部３３に当接している偏心ボトルは、当該当接によって回動が阻止されて、摩擦ベルト４３に滑り接触しながらスクリュ４１によって充填路１へと送られる。摩擦ベルト４３は、回動が阻止されているボトルの滑り移動を妨げないように、ボトルとの接触面を摩擦係数の小さい合成樹脂製とした搬送ベルトを用いている。

ガイド材３１、３２の傾斜案内部３４、３５は、搬送路の中央からずれている偏心ボトルのボトル口をボトル口ガイド３へと案内する。ボトル口整列装置４を通過することにより、偏心ボトルのボトル口は、ボトル中心より後方の搬送路の中央に位置するように整列する。

充填路１の両側には、送りチェン２ａ、２ｂが装架されている。この送りチェン２ａ、２ｂは充填路１の両側の入口側と出口側に配置したスプロケット２２ｉ（２２ｉａ、２２ｉｂ）と２２ｏ（２２ｏａ、２２ｏｂ）との間に巻架されている。スプロケット２２（２２ｉａ〜２２ｏｂ）の回転軸は鉛直方向である。充填路１の一方の側のスプロケット２２ｉａ、２２ｏａはその側に配置した幅寄せ台２３ａに、他方の側のスプロケット２２ｉｂ、２２ｏｂはその側に配置した幅寄せ台２３ｂに軸支されている。

送りチェン２ａ、２ｂにはそれらのリンクを繋ぐピンに把持部材２１となる円板が固定されている。把持部材２１は、充填路１に対向して突出するように設けられて、充填路１上の前後に隣接するボトルの間に入り込むことにより、ボトルの間隔と位置を規定している。

幅寄せ台２３ａと２３ｂとは、充填路１と直交する水平方向に装架された２本のガイドロッド２４、２４にそれぞれ摺動自在に支持されており、かつガイドロッド２４、２４の中間部分において、ガイドロッド２４と平行に装架したネジ杆２５に螺合している。ネジ杆２５の一方の幅寄せ台２３ａと螺合するネジは右ネジであり、他方の幅寄せ台２３ｂと螺合するネジは左ネジである。

ネジ杆２５は、コンベヤフレーム１８に軸方向移動不能にかつ回転自在に軸支されており、ネジ杆２５の一端にはこれを回動させるサーボモータ２６が装着されている。幅寄せ台２３ａと２３ｂとは、送りチェン２ａと２ｂとが充填路１の中央に対称に位置するようにネジ杆２５に螺合されている。図示しない制御器には、サーボモータ２６の停止位置を設定する設定器が設けられている。当該設定器で、送りチェンに設けた把持部材２１がボトル胴部に軽く接触する位置とボトル胴部から離れた位置で幅寄せ台２３ａ、２３ｂが停止するように、サーボモータの回転角を設定する。

充填路１の上方には、図３及び図５に示すように、複数の充填ノズル６が送りチェンの把持部材２１の配設間隔と等しい間隔で配置されている。

両側の送りチェン２ａ、２ｂの駆動スプロケット２２ｏａ、２２ｏｂは、駆動モータ４６で同期駆動されている。駆動スプロケット軸２７の回転は、歯車対４８、４９を介して、スクリュ駆動軸４７に伝達され、スクリュ駆動軸４７の回転は、歯車対６８、６９を介してスクリュ４１に伝達されている。送りチェン２ａ、２ｂとスクリュ駆動軸４７及びスクリュ４１とは、送りチェンが把持部材２１の１ピッチ分だけ回転したときに、スクリュ駆動軸４７及びスクリュ４１が１回転するように同期駆動される。

スクリュ駆動軸４７の１箇所には、軸直角方向に突出するアーム５１が設けられており、かつこのアームの旋回位置に検出センサ５２が設けられている。検出センサ５２の出力はカウンタ５３に与えられている。カウンタ５３のカウントアップ信号が出力された後、偏心量設定器５４に設定された距離だけ送りチェン２ａ、２ｂが移動するまで遅延手段５５が信号を遅延させた後、停止指令手段５６から駆動スプロケット２２ｏの駆動モータ４６及びコンベヤモータ１２に停止指令が与えられ、かつカウンタ５３がリセットされる。カウンタ５３のカウントアップ値は、充填ノズル６の個数である。

ボトルが同心ボトルであるときは、偏心量設定器５４に０が設定され、ボトルの中心がノズル６の真下に来たときに、送りチェン２ａ、２ｂ及び搬送コンベヤ１１が停止する。一方、ボトルが偏心ボトルであるときは、偏心量設定器５４にボトル口の偏心量を設定する。この場合には、その設定量だけ送りチェン２ａ、２ｂ及び搬送コンベヤ１１が更に駆動された後、停止する。

偏心ボトルのボトル口は、充填路１の幅中央に位置しておりかつボトル中心から設定された偏心量だけ後方に位置しているので、上記の停止位置制御により、ボトル口が充填ノズル６の直下になった位置でボトルが停止する。

各充填ノズル６の下方には、ボトル台６１が設けられている。ボトル台６１は、ボトル送り方向から見た形状が上向きコ字形で、ボトルを支持する２本の上縁６２が３本の搬送ベルト１１ａ〜１１ｃの間に位置している。各ボトル台６１は、それぞれのロードセル６３によって支持されている。シリンダ１６により、ボトル搬送時には、搬送コンベヤ１１が上動位置にあり、ボトル台の支持縁６２は、搬送ベルト１１ａ〜１１ｃの上面より下方に位置している。ボトル充填時には、シリンダ１６が搬送ベルト１１ａ〜１１ｃを下降して、ボトル台の支持縁６２が搬送ベルト１１ａ〜１１ｃの上面の上方に位置する。

なお、図２に示したボトル台６１がボトルの送り方向下流側が長い支持縁６２を備えているのは、偏心ボトルの停止位置が充填ノズル６の直下より下流側に移動することを考慮したものであり、偏心ボトルの充填量の計量も正確に行うことができるようにするためである。

ボトル口が充填ノズル６の直下に来た位置で送りチェン２が停止すると、次にシリンダ１６により搬送ベルトの上面がボトル台の支持縁６２の下方となる位置まで下降する。この動作と同時に送りチェン２の間隔を調整する幅寄せ装置２０のサーボモータ２６が所定量駆動されて幅寄せ台２３ａ、２３ｂの間隔を広げて把持部材２１をボトル胴部から離隔させる。これらの動作により、充填ノズル６の下に位置決めされた各ボトルは、送り装置２に接触しない自由状態でボトル台６１に支持された状態となり、各ボトルの液の充填量をそれぞれのロードセル６３で正確に計測できる状態となる。

この状態で充填ノズル６から液の充填が開始され、所定の充填量になったときに、各ロードセル６３からの信号により、対応する充填ノズルの供給弁６５が閉鎖される。総ての充填ノズルについての液の充填が終了すると、サーボモータ２６及びシリンダ１６が逆方向に動作して、充填済みボトルがコンベヤ１１で支持されかつ送り装置２でボトル間隔が保持された状態となり、駆動モータ４６が駆動されて充填済みボトルが充填路１から送り出される。

上記の実施例では、コンベヤ１１とボトル台６１との間のボトルの受け渡しをコンベヤ１１を昇降させることによって行っているが、図４に示すように、コンベヤ１１を昇降させるシリンダ１６に代えてロードセル６３を昇降させるシリンダ６４を設けて、ボトル台６１を昇降させてコンベヤ１１とボトル台６１との間のボトルの受け渡しを行うこともできる。

ボトルへの液充填時に何らかの原因によって充填不良が発生したとき、充填不良ボトルを搬送路１０から排出する排出装置を設けるのが好ましい。ボトルの送り装置として実施例に示すような送りチェンを採用した場合、このチェンの下流側のスプロケット軸２７の回転を利用して、充填不良ボトルの排出を行う構造とすることができる。

次に、図６に示した実施例を参照して、充填不良ボトルの排出装置を説明する。送りチェンの一方２ａの下流側スプロケット２２ｏａに先端が把持部材２１の中間位置に延びる真空吸引パッド７１ａが放射状に設けられている。この吸引パッドには回転継手７２、開閉バルブ７３を介して負圧源７４が連結されている。

図５に示す計量確認手段５７は、各ロードセル６３からの計量信号を受け、所定の充填量に達したときに、対応する充填ノズル６に供給停止信号を出力するが、あるロードセルから充填不良となる信号を受けたとき、当該計量確認手段５７は、カウンタ５８をリセットして送り方向下流側から数えたそのロードセルの番号をカウンタ５８のカウントアップ値に設定する。

そして、充填ボトルの送出動作が開始された後、充填不良ボトルが下流側スプロケット２２ｏａの位置に来たときに、カウンタ５８からの信号を受けたバルブ開閉手段５９が開閉バルブ７３を開いて、その時点で搬送路側を向いている吸引パッド７１ａに負圧を供給し、当該位置にあるボトルを吸着する。吸着された充填不良ボトルは、スプロケット２２ｏａの回転に伴って搬送路の側方へと排出されるから、排出されたボトルを受け取るテーブル７５を設けて、ボトルがテーブル７５上に移動してきたときに、吸引パッドの負圧を解除することにより、充填不良ボトルをテーブル７５に排出することができる。

なお、負圧を放射状に設けた複数の吸引パッド７１ａのうちの搬送路を向いた１個のみに作用させるには、回転継手７２の部分にロータリーバルブを設けるか、あるいは各吸引パッド毎に開閉バルブ７３を設けて、充填不良となる信号を出したロードセルの番号をバルブ開閉手段５９に出力して動作させるバルブを選択するようにしてやればよい。

図６の実施例では、充填不良ボトルの保持具７１として吸引パッドを用いているが、要は充填不良ボトルをスプロケット軸２７の回転に伴う円弧軌跡を描いて搬送路１０の側方に排出すればよいのであるから、保持具７１としてはどのようなものを用いてもよい。図７は、他の一般的な保持具の例としてフィンガ７１ｂを用いた例を示している。図７のフィンガ７１ｂは、側方からボトルの胴部を把持するように図示されているが、口部を把持するようにしてもよく、また上方から把持するようにしてもよい。フィンガ７１ｂの把持及び開放動作を空気圧により行う構造とすれば、吸引パッド７１ａについて図５で説明したと同様な制御でフィンガの開閉を行うことができる。

１ 充填路
２（２ａ、２ｂ） 送り装置
３ ボトル口ガイド
４ ボトル口整列装置
６ 充填ノズル
１０ 搬送路
１１ 搬送コンベヤ
１１ａ〜１１ｃ 搬送コンベヤのベルト
１５ ガイドレール
１６ シリンダ
２０ 幅寄せ装置
２２ スプロケット
２６ サーボモータ
２７ スプロケット軸
６１ ボトル台
６２ 支持縁
６３ ロードセル
７１（７１ａ、７１ｂ） 充填不良ボトルの保持具

搬送コンベヤ１１をボトルの送り方向に延在する複数のベルト（帯体。連接する複数の板片で形成されたベルトを含む。）１１ａ〜１１ｃを備えたベルトコンベヤとし、ボトル台６１を板材を折り曲げてボトルの送り方向から見た形状を上向きコ字形にし、そのコ字の上縁６２を複数のベルト１１ａ〜１１ｃの間を通して相対昇降する構造とすれば、ボトルの送り方向に長いボトル支持部６２を確保でき、ボトル胴部の大小やボトル口が胴部中心から偏心している偏心ボトルを正しい姿勢で支持することができ、複数種のボトルを処理する重量式充填機の構造として好適である。

Claims (4)

1. 搬送コンベヤ上に直線状に形成されたボトルの充填路と、
   この充填路の両側に当該充填路と平行に装架されて同期駆動される送り装置と、
   当該両側の送り装置を前記充填路の幅中央に対して対称に近接離隔させる幅寄せ装置と、
   前記送り装置におけるボトルの送り間隔と等しい間隔で前記充填路の幅中央上方に配置した充填ノズルとを備えている、ボトルの直線型充填機において、
   前記充填ノズルのそれぞれの下方に配置されて前記コンベヤに対して相対昇降するボトル台と、
   それぞれのボトル台の荷重を検出するロードセルとを備え、
   充填ノズルの液供給時に、前記両側の送り装置を互いが離隔する方向に移動すると共にボトル台を前記コンベヤに対して相対上昇させることを特徴とする、
   ボトルの直線型重量式充填機。
2. 前記コンベヤがボトル載置面がボトルの送り方向に延在する複数の帯体の上面で形成され、ボトルの送り方向から見た形状が上向きコ字形の前記ボトル台を備え、当該ボトル台のボトル支持部が前記複数の帯体の間を通って前記相対昇降する、請求項１記載の直線型重量式充填機。
3. 充填路へのボトルの入口に設けたボトル口整列装置と、前記充填ノズルの直下からボトルの送り方向下流側へと延びる支持部を備えた前記ボトル台と、
   充填路上のボトルのボトル口を前記充填ノズルの直下とそれより送り方向下流側の位置に位置決めする位置決め手段とを備えている、請求項１又は２記載の直線型重量式充填機。
4. 前記送り装置が送りチェンであり、当該チェンのボトル出口側スプロケット軸に当該チェンのリンクの間隔と同一となる角度間隔で放射状に配置された複数のボトル保持具を備え、充填不良ボトルを当該ボトル保持具で保持して前記スプロケット軸の回転により充填路の側方に排出する、請求項１、２又は３記載の直線型重量式充填機。

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