JP2023146046A - カートン自動開封システム - Google Patents

Abstract

【課題】カートン内に収容された内袋をより安定した姿勢で反転ホッパ内に落下させることで、システムを停止させたり人手を介入することなく内袋から包装物を円滑に取り出すことができ、オペレータの解梱作業負担を軽減することができるカートン開封システムを提供すること。【解決手段】カートンＣの開封された底部を通じて内袋ＮをカートンＣから分離する分離ステーション１０４に、カートンＣの下方から上昇し底部の開封されたカートンＣ内の内袋Ｎを下方から支持する内袋支持部材１１４を有すること。【選択図】図２

Description

この発明は、容器の口部を閉鎖する多数のキャップのような多数の小物品を包装物として収容した内袋が収容されたカートンを開封して、更に内袋から包装物を取り出すカートン自動開封システムに関する。

従来、ボトル型容器に飲料等の内容物を充填して包装する充填ラインを備えた工場では、容器の口部を封鎖するため、充填されて搬送されてくる容器の数に合わせてキャップを順次供給することが行われている。そうしたキャップの供給のため、充填ラインに数万個の収容能力があるキャップフィーダを用意しておき、キャップフィーダから順次、充填ラインにキャップを供給している。
個々のキャップの重さは非常に軽いが、キャップフィーダの底部ではキャップに作用する圧力が相当に高くなり、キャップが変形する可能性がある。従って、キャップフィーダの収容能力を増強するのにも限界がある。

また、最近では充填ラインの高速化が進み、１分間に６００個以上（６００ｂｐｍ以上）のボトルに内容物を充填・キャップ締めすることができるラインが増えてきている。
この処理速度では、キャップフィーダに満杯状態にまで収容したキャップであっても、数十分で使用し尽くされる。
従って、１充填ラインに付き、ライン稼働時間によっても変化するが、毎日、十～数百個のカートンを開封してキャップフィーダに投入する作業を行う必要がある。
しかしながら、このカートンの開封から内袋の取出し、キャップの取出し及び使用済みの内袋と空きカートンの処分までの一連の作業を自動的に行う機械は未だ開発されておらず、依然として人手によってカートンの定期的な解梱作業が行われており、カートンの開封から始まる一連の作業がオペレータの負担になっているのが現状である。

一般に、ボトル封鎖用のキャップに限らず、プラスチック部品のように、比較的軽量であるが大量に使用される物品（以下、この説明では小物品と称する）も、小物品を袋詰めした内袋をカートンに収容し、カートンをパレタイズして流通される。
カートンを解梱して小物品を製造ライン等に供給するときにも、同様の定期的な解梱作業が強いられるという問題が生じている。
一般に包装箱のフラップシールを切断して開封する包装箱の開封装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に示すものなど、種々のものが提案されている。
また開封された箱の封緘用テープを切断して、段ボール箱を自動的に折り畳んで集積する装置等（例えば特許文献３参照）、ロボットを備えたデパレタイザとアンケーサ或いはケーサとパレタイザ等（特許文献４参照）も提案されている。

特開平１１－９１７４６号公報 登録実用新案第３０３６０５３号公報 特開２００１－１８９３２号公報 特開平３－６９４３２号公報 特許４０５８２６１号公報

これらの課題を解決するため、出願人は、作業ロボットによるハンドリングを行い、人手の作業に頼ることなく、可能な限り、省スペースで簡単な構造を有し、且つカートン内に収容された内袋をカートンから分離し、内袋から包装物を効果的に取り出して、要求される製造ラインに供給することを可能にするカートン開封システムを提案した（特許文献５参照）。
このカートン開封システムによって上記課題は解決され、省スペースで簡単な構造を有する装置によってオペレータの解梱作業負担を軽減することができた。
しかしながら、カートンＣの底部から反転ホッパ１４１（特許文献５では仮ホッパ７０）に内袋Ｎを自重で落下させる際に、一対の内フラップ１４がカートンＣの移送中に順次開放することとなるため、図５に示すように、先に開放された内フラップ１４側が先に支えを無くすことで落下の際に内袋Ｎを回転させる力が働き、内袋Ｎが傾いて反転ホッパ１４１に収容されることが稀に発生する虞があった。
内袋Ｎが傾いて反転ホッパ１４１に収容された場合は、反転ホッパ１４１を傾けても円滑に包装物を円滑に取り出すことができないこともあり、その際にはシステムを一旦停止し人手の介入が必要となっていた。
また、図のように、反転ホッパ１４１を傾けた際に内袋Ｎごと外部に脱落してしまう虞もあった。

そこで、本発明は、カートン内に収容された内袋をより安定した姿勢で反転ホッパ内に落下させることで、システムを停止させたり人手を介入することなく内袋から包装物を円滑に取り出すことができ、オペレータの解梱作業負担を軽減することができるカートン開封システムを提供することを目的とする。

本発明は、内袋を収容し底部の外フラップがシールされたカートンが搬入される搬入ステーションと、前記搬入ステーションから移送されたカートン底部の外フラップを開封する底部開封ステーションと、前記底部開封ステーションから移送されたカートンの開封された底部を通じて内袋をカートンから分離する分離ステーションと、前記分離ステーションでカートンから分離された内袋から内袋に収容された包装物を受け取る包装物受取りステーションとを備えたカートン自動開封システムであって、前記分離ステーションには、カートンの下方から上昇し底部の開封されたカートン内の内袋を下方から支持する内袋支持部材を有することにより、前記課題を解決するものである。

請求項１に係る発明のカートン自動開封システムによれば、カートンの下方から上昇し底部の開封されたカートン内の内袋を下方から支持する内袋支持部材を有することにより、内袋は内フラップが開放しても落下せず、内袋支持部材の降下により下方に移動させることが可能となり、内袋はカートン内での姿勢を保ったまま回転力が生じることなく真っ直ぐに落下することが可能となる。
このことで、内袋が落下先（反転ホッパ内）で傾いて収容させることはなく、落下先において包装物を円滑に取り出すことができ、システムを停止したり人手を介入する事態の発生を防止できるとともに、反転ホッパを傾けた際に内袋ごと外部に脱落してしまうことを防止できる。

請求項２に記載の構成によれば、内袋が反転ホッパの底部に達するまで正確に内袋支持部材に支持されるため、さらに内袋の姿勢の変化を抑制することが可能となる。
請求項３に記載の構成によれば、内フラップガイドがカートンの移送中に内フラップを閉状態に保つとともに、内フラップが自由に開放できる位置に移動可能に設けられることにより、閉状態の内フラップにより内袋がカートン内で支持された状態で落下位置（反転ホッパの上方）に達することが可能であり、落下位置でカートンを静止させた状態で内フラップガイドを素早く移動して内フラップを開放することで、内袋はカートン内での姿勢を保ったまま回転力が生じることなく真っ直ぐに落下することが可能となる。
請求項４に記載の構成によれば、外フラップガイドが内フラップガイドの両側で内フラップガイドより低い位置に配置されていることにより、外フラップを必要最低限の開放とすることが可能となり、カートンの移動のための周辺空間を小さくすることができる。
請求項５に記載の構成によれば、１つの作業ロボットで異なる多くの作業を受け持つことができ、システム全体を省スペースで簡単な構造とすることができる。

本発明の１実施形態であるカートン自動開封システムの概略図。 図１の底部開封ステーション及び分離ステーションの側面説明図。 図１の底部開封ステーション及び分離ステーションの平面説明図。 カートンＣを斜め下方から見た斜視図。 反転ホッパに落下させた際の内袋の回転の説明図。

図１に示すように、カートン自動開封システム１００は、中心位置に作業ロボット１０９を配置し、作業ロボット１０９の周囲にカートンＣを開封するために必要な作業を行う複数のステーションを配置して構成されている。
カートンＣは、包装物として、ボトルのキャップのような軽量な小物品を内袋Ｎにバラ状に包装した箱である。
作業スペース全体は、外部と遮断され且つ空調が管理されたクリーンルーム内にセットするのが好ましいが、周囲の環境はキャップに異物が混入しない程度に清浄であればよく、クリーンルーム内には限らない。

本実施形態で扱うカートンＣは、図４に示すように、四角筒状の胴状の側板部１１と、側板部１１の下端に沿って形成された折り目に従って折曲げ可能に形成された底部フラップ１２と、側板部１１の上端に沿って形成された折り目に従って折曲げ可能に形成された天部フラップ１３とから構成されており、構造自体は従来の構造のものと変わるところがない。
底部フラップ１２は、一方の対を構成しカートン１０の内側に先に折り曲げられた内フラップ１４、１４と、他方の対を構成し両内フラップ１４、１４に重ねられてシールが施された外フラップ１５、１５とから成っている。

内フラップ１４、１４と外フラップ１５、１５とのシールは、図示の例では両外フラップ１５、１５の合わせ目１５ｂをテープ１８で貼着することによって行われている。テープ１８による底部フラップ１２のシールだけでは包装物の荷重によって底部フラップ１２のシールが破られる虞がある場合には、各外フラップ１５の側端部１５ａと側板部１１とに渡ってテープ１８ａを貼って、テープ１８とテープ１８ａとを合わせて全体としてＨ型にシールを施すことにより、カートン１０の底部フラップ１２のシール力が補強されている。
内外両フラップのシールは、テープ１８、１８ａに代えてホットメルト等の接着剤１９による接着によって形成してもよい。天部フラップ１３も、底部フラップ１２の構造と同様、内フラップ１６、１６と、内フラップ１６、１６に重ねられてテープ８８によってシールが施される外フラップ１７、１７とから成っている。天部フラップ１３のシール性を向上するため、各外フラップ１７の側端部１７ａと側板部１１とに渡ってテープ８８ａを貼って、テープ８８とテープ８８ａとを合わせて全体としてＨ型にシールが施されている。

図１に示すカートン自動開封システム１００では、カートンＣは、複数個がパレットに積み重ねられてパレタイズされた状態で搬入ステーション１０１に搬入される。
搬入ステーション１０１に搬入されたカートンＣは、作業ロボット１０９によって搬入ステーション１０１から予備開封ステーション１０３又は直接に底部開封ステーション１０２に移送され、カートンＣの底部フラップのシールが開封される。
底部フラップのシールが開封されたカートンＣは、次に、分離ステーション１０４に移送され、分離ステーション１０４において、既に開封されている底部フラップを通じて内袋ＮがカートンＣから分離される。
分離ステーション１０４でカートンＣから分離された内袋Ｎは、包装物受取りステーション１０５に包装物であるキャップが受け取られる。
各ステーションは、作業ロボット１０９の周りの作業範囲（図１の円で示す）に配置されている。
こうした配置により、各ステーションでの作業ロボット１０９の各作業とステーション間でのカートンＣの移動量を最小限にすることができ、カートンＣの移動距離及び移動時間が短くて済み、作業ロボット１０９の作業能率が向上する。

分離ステーション１０４で分離され且つ内容物が取り出された空袋を回収するため、分離ステーション１０４からバキュームダクト１７１を通じて空袋を吸引して回収する空袋回収ステーション１０６を配設することができる。
分離ステーション１０４からバキュームダクト１７１を通じて空袋を吸引して回収することにより、空袋の回収を容易に行うことができる。
また、分離ステーション１０４で内袋Ｎと分離された空きカートンＣの天部フラップのシールを開封する天部開封ステーション１０７、天部開封ステーション１０７で天部フラップのシールが開封され且つ平坦に潰された空きカートンＣを回収する空きカートン回収ステーション１０８が配設されている。
分離ステーション１０４で内袋Ｎと分離された空きカートンＣは、そのままでは嵩張るので、天部開封ステーション１０７において空きカートンＣの天部フラップのシールを開封し、天部フラップのシールが開封されて筒状になった空きカートンＣを平坦に潰して減容し、減容された空きカートンＣを空きカートン回収ステーション１０８において回収することが好ましい。

底部開封ステーション１０２には、図２及び図３に示すように、底部シールオープナー１２１がカートンＣの移動経路に固定して設けられている。
底部シールオープナー１２１に対してカートンＣを移動させることで、カートンＣの底部フラップの外フラップが下方に付勢され、内フラップとの間に隙間が形成され、底部シールオープナー１２１が外フラップと内フラップとの間に侵入して相対的に進むことによって底部フラップのシールが開封され、内外両側のフラップの相互の拘束が解かれて両外フラップが内フラップから分離される。

底部開封ステーション１０２から分離ステーション１０４にかけて、固定フラップガイド１１０が設けられている。
固定フラップガイド１１０は、底部の開封されたカートンＣの外フラップを案内する固定外フラップガイド１１０ｂと、底部の開封されたカートンＣの内フラップを案内する固定内フラップガイド１１０ａとから構成されている。
固定内フラップガイド１１０ａは、カートンＣの移動経路の中央に配置され、カートンＣの移送中に内フラップを常に閉状態に保つように構成されている。
固定外フラップガイド１１０ｂは、底部開封ステーション１０２側で固定内フラップガイド１１０ａ近傍から徐々に離れるように配置され、固定内フラップガイド１１０ａの両側で固定内フラップガイド１１０ａより低い位置まで斜めに伸びるように配置され、カートンＣの移送に伴って外フラップを開放するように構成されている。
本実施形態では、固定内フラップガイド１１０ａ、固定外フラップガイド１１０ｂともに、カートンＣの内フラップ、外フラップと摺動するため、滑らかな金属製の丸棒で構成されている。

分離ステーション１０４の反転ホッパ１４１上方の位置には、固定内フラップガイド１１０ａに連続してカートンＣの移送中に内フラップを常に閉状態に保つ内フラップガイド１１１と、固定外フラップガイド１１０ｂに連続してカートンＣの移送中に外フラップの開放状態を維持する外フラップガイド１１２が設けられている。
内フラップガイド１１１は、フラップガイド移動機構１１３によって内フラップが自由に開放できる位置に移動可能（本実施形態では図示の左方向にスライド可能）に構成されており、下方に設けられた反転ホッパ１４１に対して包装物を収容した内袋Ｎが自重で落下可能に構成されている。
分離ステーション１０４の反転ホッパ１４１の上方まで搬送されたカートンＣは作業ロボット１０９に支持された状態のままであるが、内フラップガイド１１１が移動することでカートンＣの底部フラップが内袋Ｎの荷重によって直ちに開放され、内袋Ｎは開放された底部フラップを通して落下し、反転ホッパ１４１内に投入される。
カートンＣの移動時の内フラップガイド１１１とカートンＣ底面の隙間は、内袋Ｎの落下し易さを考慮し、カートンＣの寸法公差、内袋Ｎの重量および内フラップガイド１１１が開放された時の内フラップの開放容易性等を考慮し、作業ロボット１０９により適宜調整可能である。
例えばペットボトルのキャップをバラ状に入れた内袋Ｎであれば、内フラップガイド１１１とカートンＣ底面の隙間は０～１００ｍｍ程度で調整するのが好ましい。
なお、本実施形態では、外フラップガイド１１２も内フラップガイド１１１と一体にスライドするように構成されているが、内フラップガイド１１１のみを移動させてもよい。
また、移動のための機構、構造はいかなるものであってもよい。

分離ステーション１１４には、反転ホッパ１４１に上方に位置したカートンＣに対し、下方から上昇し底部の開封されたカートンＣ内の内袋Ｎを下方から支持する内袋支持部材１１４が設けられている。
内袋支持部材１１４は、内フラップガイド１１１が移動する直前に内袋Ｎに接触する位置まで上昇し、内フラップガイド１１１が移動した後に下降することで、内袋Ｎの落下時の姿勢の変化が抑制される。
本実施形態では、内袋支持部材１１４は、内フラップガイド１１１を挟んで両側の外フラップガイド１１２との間を通過する二本の棒状に構成され、かつ、反転ホッパ１４１の底部及びカートンＣの閉じられた内フラップの間を通過可能な形状に形成されており、それぞれの上端面はバキューム機構で内袋Ｎに吸着するように構成されている。
このことで、下降時に内袋Ｎの姿勢をより安定させることができる。

反転ホッパ１４１の内面（底部および側部）には、反転駆動時に内袋Ｎが落下しないよう、負圧が導入され内袋Ｎを内面に吸着する吸引固定部１４３が設けられている。
反転ホッパ１４１は包装物受取りステーション１０５に向かって反転駆動され、キャップが内袋Ｎ内から包装物受取りステーション１０５に取り出される。
反転ホッパ１４１の底部には、正立時にバキュームダクト１７１と接続される吸引孔１４２が設けられている。
キャップの取出し完了後、反転ホッパ１４１は元の正立姿勢に戻り、空袋が吸引孔１４２と接続されたバキュームダクト１７１を通じて空袋回収ステーション１０６に回収される。
バキュームダクト１７１は、３系統に切り替えるダンパー等の切替手段（図示せず）によって、吸引孔１４２、内袋支持部材１１４及び吸引固定部１４３にそれぞれ選択的に接続されるように構成されており、エアシリンダー等によって切替動作するように構成されている。
なお、反転ホッパ１４１は、作業ロボット１０９によって反転駆動されてもよく、別途の駆動機構を備えてもよい。

１００ ・・・ カートン自動開封システム
１０１ ・・・ 搬入ステーション
１０２ ・・・ 底部開封ステーション
１０３ ・・・ 予備開封ステーション
１０４ ・・・ 分離ステーション
１０５ ・・・ 包装物受取りステーション
１０６ ・・・ 空袋回収ステーション
１０７ ・・・ 天部開封ステーション
１０８ ・・・ 空きカートン回収ステーション
１０９ ・・・ 作業ロボット
１１０ ・・・ 固定フラップガイド
１１０ａ・・・ 固定内フラップガイド
１１０ｂ・・・ 固定外フラップガイド
１１１ ・・・ 内フラップガイド
１１２ ・・・ 外フラップガイド
１１３ ・・・ フラップガイド移動機構
１１４ ・・・ 内袋支持部材
１２１ ・・・ 底部シールオープナー
１４１ ・・・ 反転ホッパ
１４２ ・・・ 吸引孔
１４３ ・・・ 吸引固定部
１７１ ・・・ バキュームダクト
Ｃ ・・・ カートン
Ｎ ・・・ 内袋
１４ ・・・ 内フラップ
１５ ・・・ 外フラップ

Claims (5)

1. 内袋を収容し底部の外フラップがシールされたカートンが搬入される搬入ステーションと、前記搬入ステーションから移送されたカートン底部の外フラップを開封する底部開封ステーションと、前記底部開封ステーションから移送されたカートンの開封された底部を通じて内袋をカートンから分離する分離ステーションと、前記分離ステーションでカートンから分離された内袋から内袋に収容された包装物を受け取る包装物受取りステーションとを備えたカートン自動開封システムであって、
   前記分離ステーションには、カートンの下方から上昇し底部の開封されたカートン内の内袋を下方から支持する内袋支持部材を有することを特徴とするカートン自動開封システム。
2. 前記分離ステーションには、カートンから分離された内袋を支持するとともに反転して内袋から包装物を包装物受取りステーションへ排出する反転ホッパと、前記反転ホッパの底部を通過して上昇可能に構成され内袋を下方から支持可能な内袋支持部材を有することを特徴とする請求項１に記載のカートン自動開封システム。
3. 前記分離ステーションには、カートン底部の開封された外フラップを案内する外フラップガイドと、カートン底部の内フラップを案内する内フラップガイドとを有し、
   前記外フラップガイドは、カートンの移送中に外フラップを開放するように配置され、
   前記内フラップガイドは、カートンの移送中に内フラップを閉状態に保つとともに、内フラップが自由に開放できる位置に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカートン自動開封システム。
4. 前記内フラップガイドは、カートンの移動経路の中央に配置され、
   前記外フラップガイドは、前記内フラップガイドの両側に配置され、
   前記内袋支持部材が、前記内フラップガイドと前記外フラップガイドの間を昇降可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載のカートン自動開封システム。
5. 前記カートン自動開封システムは、作業ロボットを有し、
   前記各ステーションが、作業ロボットの周りに配置され、
   前記作業ロボットは、カートンを把持して前記各ステーション内及び前記各ステーション間でカートンの移動を行うよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のカートン自動開封システム。

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