JP4823151B2 - 結束アームの原点位置設定機構 - Google Patents

Description

本発明は、アーム揺動式の結束装置において、結束アームの原点位置を、被結束物に応じて定まる複数個所に容易に設定変更することができる結束アームの原点位置設定機構に関する。

折り畳まれた段ボールや板状材などを複数枚積み重ねたものの結束作業を自動的に行なう結束装置は、従来から種々検討されている。
図２（ａ）、（ｂ）には本発明を適用したアーム揺動式の結束装置と、それによる結束作業を示した。アーム揺動式の結束装置は、エンドレスベルト11を幅方向２箇所に有する搬送コンベアを具備している。

以下、アーム揺動式の結束装置による結束作業について説明する。
（１）エンドレスベルト11上に置かれた被結束物Ｗを、原点位置にある結束アーム２と、結束位置10にある拘束具との間に差し渡された結束テープ１に向かって搬送コンベアにより搬送する（図２（ａ））。
（２）搬送コンベアにより搬送されてきた被結束物Ｗが所定位置に到達すると、搬送コンベアが停止する。所定位置は、搬送方向に対して被結束物Ｗの後端が結束位置10に来る位置である。この時点で、図２（ｂ）の実線で示した原点位置にある結束アーム２により、結束テープ１が被結束物Ｗの周りに部分的に巻き回される。
（３）メインシャフト４の１回転により、結束作業が行われる。

原点位置から結束アーム２の揺動を開始し、図２（ｂ）の想像線で示した結束位置10にある拘束具近くの位置にまで結束アーム２の先端を到達させ、結束アーム２の先端から繰り出した結束テープ１により残る部分を巻き回し、次いで結び目１Ａを形成する。ビークと呼ばれる器具により、結び目１Ａを形成し、被結束物Ｗの周りの結束テープ１とつながった部分を切断し、かつ拘束具に結束テープ１の端部を拘束した状態として、結束アーム２を元の原点位置に戻す。
（４）結束アーム２が原点位置に戻った時点で、搬送コンベアの運転が再開される。
（５）そして、結束テープ１で二の字状に結束された被結束物Ｗが、搬送コンベアにより搬送方向の端部にまで搬送されてきた時点で、１サイクルの結束作業が完了する。図３にはアーム揺動式の結束装置を用い、結束テープ１で二の字状に結束した被結束物Ｗを示した。

１サイクル時間を短くすることが、結束装置全体の処理能力（束／分）を高くすることになる。
結束作業を能率的に行い、１サイクル時間を短くした結束装置が実用化されている（たとえば特許文献１参照）。図４（ａ）には、特許文献１に記載の結束装置の構成を示し、図４（ｂ）には、その装置を用い、原点位置にある結束アーム２により結束テープ１が被結束物Ｗの周りに部分的に巻き回された状態を示した。

たとえば実用化されている段ボール用結束装置の仕様は次のとおりである。
被結束物Ｗの平面寸法：搬送方向の長さ＝２００〜１５００ｍｍ、搬送方向の幅＝３００〜１５００ｍｍ、二の字状の結束テープ１の間隔＝２１０〜９６０ｍｍ。被結束物Ｗの高さ寸法：４０〜３７０ｍｍ。
この段ボール用結束装置の一例のタイミングチャートを図５に示した。

搬送コンベアによる搬送作業（搬入、搬出）を含む、結束装置全体としての処理能力は３０束／分（被結束物Ｗの搬送方向長さが５００ｍｍのとき）である。なお、メインシャフトの１回転に要する時間は１．６秒であり、被結束物の先端部がストッパに当接する時点ｔ₁から被結束物の搬出が始まる時点ｔ₂までの時間は１．０２秒である。メインシャフトの１回転はｔ₁から開始される。

1サイクル時間（＝２．００秒）とは、搬送コンベアにより被結束物Ｗの搬入を開始した時点から、当該搬送コンベアにより被結束物Ｗの搬出が終わるまでの時間である。
この1サイクル時間を短くするため、特許文献１に記載のアーム揺動式の結束装置は、搬送コンベアが２分割され、それぞれ独立に制御可能となっている。２分割されたコンベアは、被結束物Ｗの幅寸法に応じて２列のエンドレスベルトが搬送方向と直角な幅方向に移動可能となっている。図４（ａ）中の11ａ、11ｂは、入側搬出コンベア及び出側搬出コンベアのエンドレスベルトを示した。

このアーム揺動式の結束装置によれば、被結束物Ｗの平面寸法に応じ、被結束物Ｗの長さ寸法が大幅に変わるときには、ストッパ12の設定位置を、図４（ａ）中の実線で示す位置から想像線で示す位置とする。ストッパ12の設定位置は、図４（ｂ）に示したように、搬送方向に対して被結束物Ｗの後端が結束位置10に来る位置である。
つまり、特許文献１に記載のアーム揺動式の結束装置は、被結束物Ｗの平面寸法に応じて、搬送時間を短くするため、入側と出側のコンベアの運転方法を変更する構成となっている。

ところで、1サイクル時間を短くするには、搬送コンベアによる搬送時間を短くするほかに、メインシャフト４の１回転を開始した直後に生じる無駄なアーム下降時間を短くすることが考えられる。
すなわち、従来のアーム揺動式の結束装置の場合、図６に例示したように、被結束物の高さが４０ｍｍであり、結束装置により決まる仕様最大高さ（３００ｍｍ）よりも低いとき、メインシャフト４の１回転を開始した直後に無駄なアーム下降時間Ａが生じる。

図６には、図５に示した1サイクル時間が２．００秒であるときの、メインシャフトの１回転とアーム高さＳ（ベルト上面から結束アーム先端までの高さ）の関係を例示した。
メインシャフト４の１回転を終了した後のＢは余裕時間であり、ａは原点位置（スタート位置）、ｂは被結束物の高さに応じて定まるアーム高さ、ｃは結束位置到達点、ｄは仕様最大高さ到達点、ｅは下降開始点をそれぞれ示す。従来の結束アームの原点位置は、仕様最大高さに固定されているため、無駄なアーム下降時間Ａが生じる。この無駄なアーム下降時間を短くできれば、１サイクル時間を短くできるから、結束装置全体の処理能力（束／分）を高くすることが可能となる。
特開２００１−２１９９０９号公報

しかしながら、従来のアーム揺動式の結束装置の場合、メインシャフトに固定したクラッチキーにより、結束アームの原点位置が機械的に一定とされ、その原点位置設定機構上、メインシャフトの１回転を開始した直後に生じる無駄な下降時間をなくすことが容易でない。
本発明は、上記従来技術に鑑み、アーム揺動式の結束装置において、結束アームの原点位置を、被結束物の高さに応じて定まる複数個所に容易に設定変更することができる結束アームの原点位置設定機構を提供する。

本発明者らは、鋭意検討し、結束アームの原点位置が一定とされている機械的なクラッチキー方式に代え、クラッチシャフトへアーム駆動用モータからの回転を伝えあるいは伝えないようにするための電磁クラッチ・ブレーキ方式とすればよい、との知見に基づき本発明をなした。
本発明は、以下である。
１．メインシャフトの１回転によって、原点位置から揺動を開始し結束位置に到達した後原点位置に戻る結束アームを有する結束装置における結束アームの原点位置設定機構において、
溝付きカムを固定したメインシャフトと、該メインシャフトにギアを介して連結されたクラッチシャフトと、該クラッチシャフトへアーム駆動用モータからの回転を伝えあるいは伝えないようにするための電磁クラッチ・ブレーキと、結束する被結束物の高さで定まる原点位置情報を入力する入力手段と、前記メインシャフトの回転を検出する検出器と、を具備し、前記電磁クラッチ・ブレーキ及び前記入力手段及び前記検出器が、結束装置の制御手段と電気的に接続され、前記メインシャフトの回転情報を前記制御手段に常時入力し、前記制御手段によって、前記メインシャフトの回転情報に基づき、前記電磁クラッチ・ブレーキの作動状態を制御することで、前記仕様最大高さから結束位置までの間の任意のアーム高さ位置で、前記結束アームを停止させ、前記アーム高さ位置から結束アームの揺動を開始可能に構成されてなることを特徴とする結束アームの原点位置設定機構。
２．前記電磁クラッチ・ブレーキは乾式単板を有する電磁クラッチと、無励磁作動式の電磁ブレーキからなることを特徴とする上記１．に記載の結束装置における結束アームの原点位置設定機構。

本発明によれば、結束アームの原点位置が一定とされている機械的なクラッチキー方式に代え、クラッチシャフトへアーム駆動用モータからの回転を伝えあるいは伝えないようにするための電磁クラッチ・ブレーキ方式としたから、結束アームの原点位置を、被結束物に応じて定まる複数個所に容易に設定変更することができる結束アームの原点位置設定機構を実現できる。

したがって、アーム揺動式の結束装置において、結束アームが結束装置によって決まる仕様最大高さから下降することによって生じる無駄なアーム下降時間を短くでき、結束装置全体の処理能力（束／分）を高くすることが可能である。

以下、本発明の結束アームの原点位置設定機構について説明する。図１は、発明例の結束アーム２の原点位置設定機構を示す要部断面図、図２（ａ）、（ｂ）は本発明を適用した結束装置による結束作業を示す側面図である。
本発明を適用した結束装置は、従来と同じ構成のアーム揺動式のものであって、結束アーム２の原点位置設定機構以外の構成は同じである。

すなわち、本発明例の結束アーム２の原点位置設定機構は、溝付きカム３を固定したメインシャフト４と、メインシャフト４にギアを介して連結されたクラッチシャフト５と、クラッチシャフト５へアーム駆動用モータ７からの回転を伝えあるいは伝えないようにするための電磁クラッチ８・ブレーキ９と、を具備している。
この電磁クラッチ８・ブレーキ９が、結束装置の制御手段と電気的に接続され、該制御手段、たとえば結束装置の制御盤内のシーケンサによって、複数個所の原点位置から結束アームの揺動を開始可能に構成されてなる結束アーム２の原点位置設定機構とした。

図1中の実線で示した結束アーム２の位置が、仕様最大高さよりも低いアーム高さＳに原点位置を設定したときであり、一方、想像線で示した結束アーム２の位置が、仕様最大高さに原点位置を設定したときである。
上記の電磁クラッチ８とブレーキ９との組み合せは、公知の乾式単板を有する電磁クラッチ８と、無励磁作動式の電磁ブレーキ９とからなることが、入手が容易でかつ簡単な機構により、結束アーム２の原点位置を容易に設定変更することができるので好ましい。

この発明例の場合、アーム駆動用モータ７からの回転は、ベルトで回転されるプーリ６と、電磁クラッチ８とを介して、クラッチシャフト５へ伝えるようにした。このプーリ６は、ベアリングを介してクラッチシャフト５に回転自在に装着した。
また、乾式単板を有する電磁クラッチ８は、電磁力を発生するコイル部と、コイル部に電磁力によって連結される前記の乾式単板とからなる。そこでたとえば、乾式単板の方をプーリ６に機械的に連結し、残るコイル部の方をクラッチシャフト５に機械的に連結する。

このようにすれば、電磁クラッチ８に通電することによって、プーリ６と機械的に連結した乾式単板が、クラッチシャフト５に機械的に連結したコイル部と、電磁気的に連結され、アーム駆動用モータ７からの回転が、電磁クラッチ８を介してクラッチシャフト５へ伝わり、クラッチシャフト５とギアで連結されたメインシャフト４の１回転が開始する。
一方、電磁クラッチ８のコイル部へ流す電気を非通電とすることによって、電磁気的に連結されていた乾式単板とコイル部とが切り離され、電磁クラッチ８を境にして、駆動源とベルトでつながったプーリ６がアーム駆動用モータ７によって回転され、駆動源と反対側のクラッチシャフト５と、クラッチシャフト５にギアで連結されたメインシャフト４とが、慣性で回転し続けようとする。そこで、無励磁作動式の電磁ブレーキ９を作動させ、メインシャフト４とギアで連結されたクラッチシャフト５を制動することにより、慣性で回転し続けようとするメインシャフト４の回転を止めるようにした。

励磁作動式の電磁ブレーキ９は、非通電としたときに、スプリングの力を制動力として制動対象部材であるクラッチシャフト５に作用させ、通電したときに、電磁力でスプリングの力をキャンセルし、制動対象部材であるクラッチシャフト５に作用させた制動力をなくす方式のブレーキである。
表１には、メインシャフト４に対する操作と、電磁クラッチ８・ブレーキ９の作動状態の関係を示した。

ここで、電磁クラッチ８・ブレーキ９の作動状態を制御する結束装置の制御手段、たとえば制御盤内のシーケンサの構成は次のようにするのが好適である。
結束する被結束物Ｗの高さに応じて定まる原点位置情報を制御盤内のシーケンサへ入力する入力手段を設け、制御盤内のシーケンサと電気的に接続する。また、アーム揺動式の結束装置には、メインシャフトの回転を検出するロータリーエンコーダなどの検出器が設置されている。そこで、メインシャフトの回転を検出する検出器と、結束装置の制御盤内のシーケンサとを電気的に接続し、制御盤のシーケンサへメインシャフト４の回転情報を常時入力する。それとともに、被結束物の先端部がストッパに当接する時点ｔ₁も制御盤のシーケンサへ送るようにする。

このような電磁クラッチ・ブレーキ方式を採用した結束アームの原点位置設定機構とすることにより、仕様最大高さから結束位置までの間の任意のアーム高さ位置で、結束アーム２を停止させ、そのアーム高さ位置から結束アーム２の揺動を開始することができる。
以上説明した本発明例の結束アームの原点位置設定機構を実行したときの、メインシャフトの１回転とアーム高さＳの関係を図７に例示した。

図７には、被結束物の高さに応じて定まるアーム高さＳが仕様最大高さ（＝３００ｍｍ）よりも低く、原点位置ａ＝５０ｍｍの場合を例示した。
図７から明らかなように、結束アームの原点位置を、仕様最大高さ（＝３００ｍｍ）から被結束物に応じて定まるアーム高さに設定変更したから、メインシャフトの１回転を開始した直後に生じる無駄なアーム下降時間がない。その時間分だけ、搬送コンベアにより被結束物Ｗの搬出を早めることができる。

これに対して、従来の揺動式の結束装置の場合、結束アームの原点位置が機械的に一定とされているクラッチキー方式であるため、図６に示したように、被結束物の高さが４０ｍｍであり、仕様最大高さ（３００ｍｍ）よりも低いときには、メインシャフト４の１回転を開始した直後に無駄なアーム下降時間Ａが生じる。
以上説明した発明例の結束アーム２の原点位置設定機構による結束作業は、図２(ａ)、（ｂ）に示したようにして行う。また、その結束作業により得られる被結束物Ｗを図３に示した。

この結束作業においては、メインシャフトの１回転を開始した直後に生じる無駄なアーム下降時間が短いため、その時間分だけ、搬送コンベアにより被結束物Ｗの搬出を早めることができる。

図１に示した発明例の結束アーム２の原点位置設定機構を、図４に示した従来の揺動式の結束装置に組み込み、搬送コンベアにより被結束物Ｗを搬送しつつ被結束物Ｗの結束作業を行った。
（被結束物Ｗの寸法）
被結束物Ｗの高さ寸法＝４０ｍｍ、被結束物Ｗの平面寸法：搬送方向の長さ＝５００ｍｍ、搬送方向の幅＝１５００ｍｍ、二の字状の結束テープ１の間隔＝９６０ｍｍ。

なお、結束装置によって決まる仕様最大高さは３００ｍｍである（図６、７参照）。
本発明を適用することで、メインシャフトの１回転を開始した直後に生じる無駄なアーム下降時間（１.６秒×α／３６０＝１.６秒×３０／３６０＝０．１３３秒）をなくすことができ、本発明適用前に比べて０．１３３秒だけ１サイクル時間を短くできた。
本発明適用前の１サイクル時間＝２．００秒、結束装置全体の処理能力＝３０束／分、メインシャフトの１回転に要する時間＝１．６秒（図５参照）。

発明例の結束アームの原点位置設定機構を示す要部断面図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明を適用した結束装置による結束作業を示す側面図である。 本発明を適用した結束装置で結束した被結束物を示す斜視図である。 （ａ）は本発明を適用したアーム揺動式の結束装置を示す側面図、（ｂ）はその要部を示す平面図である。 従来のアーム揺動式の結束装置の１サイクルを示すタイミングチャート図である。 従来のアーム揺動式結束装置における問題点を示す特性図である。 発明例の効果を示す特性図である。

符号の説明

Ｗ 被結束物
Ｓ アーム高さ（ベルト上面から結束アーム先端までの高さ）
１ 結束テープ又は結束ひも
１Ａ 結び目
２ 結束アーム
３ 溝付きカム
４ メインシャフト
５ クラッチシャフト
６ プーリ
７ アーム駆動用モータ
８ 乾式単板を有する電磁クラッチ
９ 無励磁作動式の電磁ブレーキ
10 結束位置
11、11ａ、11ｂ エンドレスベルト
12 ストッパ
13 移動フレーム
ｔ₁ 被結束物の先端部がストッパに当接する時点
ｔ₂ 被結束物の搬出が始まる時点
ａ 原点位置（スタート位置）
ｂ 被結束物に応じて定まるアーム高さ
ｃ 結束位置到達点
ｄ 仕様最大高さ到達点
ｅ 下降開始点
Ａ 無駄なアーム下降時間
Ｂ、Ｃ 余裕時間

Claims (2)

1. メインシャフトの１回転によって、原点位置から揺動を開始し結束位置に到達した後原点位置に戻る結束アームを有する結束装置における結束アームの原点位置設定機構において、
   溝付きカムを固定したメインシャフトと、該メインシャフトにギアを介して連結されたクラッチシャフトと、該クラッチシャフトへアーム駆動用モータからの回転を伝えあるいは伝えないようにするための電磁クラッチ・ブレーキと、結束する被結束物の高さで定まる原点位置情報を入力する入力手段と、前記メインシャフトの回転を検出する検出器と、を具備し、前記電磁クラッチ・ブレーキ及び前記入力手段及び前記検出器が、結束装置の制御手段と電気的に接続され、前記メインシャフトの回転情報を前記制御手段に常時入力し、前記制御手段によって、前記メインシャフトの回転情報に基づき、前記電磁クラッチ・ブレーキの作動状態を制御することで、前記仕様最大高さから結束位置までの間の任意のアーム高さ位置で、前記結束アームを停止させ、前記アーム高さ位置から結束アームの揺動を開始可能に構成されてなることを特徴とする結束アームの原点位置設定機構。
2. 前記電磁クラッチ・ブレーキは乾式単板を有する電磁クラッチと、無励磁作動式の電磁ブレーキからなることを特徴とする請求項１に記載の結束装置における結束アームの原点位置設定機構。

Images