JP5347151B2 - 物品の流れを取り扱う装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、物品の流れを取り扱う技術に関する。

本発明は、特に、衛生用品（オムツ、衛生用吸収パッド等）のような物品の自動処理（例えば、パッケージング）の機構分野に適用可能である。

しかしながら、適用可能な分野は、本発明の範囲を限定する要素として解釈されるべきではない。

物品の流れを取り扱う（例えば、衛生用品の製造及びパッキングを行う機械の分野において）場合に、流れている物品間の距離（又はピッチ）を選択的に変更する必要が生じる、及び／又は物品を一つずつ投入する流れから開始して、最終的に物品を複数積み重ねたグループの状態にする必要が生じることが多い。

現在、"グループ化装置"と呼ばれる装置を使用して、積み重ねられた物品のグループを形成することが可能である。グループ化装置の例は、本出願人による出願ＥＰ‐Ａ‐０９４３５６２号明細書に記載されている。

このような装置は、多くの場合、高速で搬入される物品の流れ（毎分１０００個以上の物品）を処理することを要求され、各グループに含まれる物品の数によって、グループ化装置の機能速度が決まる。例えば、毎分１０００個搬入される流れを処理し、１０個の物品で１グループを形成する場合、グループ化装置は、毎分１００グループを処理可能なグループ化速度で動作する必要がある。当分野において、この１グループのことは、１スタックと呼ばれており、上記の例では、１スタックが１０個の物品から構成され、グループ化装置は、毎分１００スタックの処理が可能である。別の適用例では、より少ない個数、例えば、２個又は３個といった物品数で、グループを形成する必要が生じる場合がある。このような条件の場合、グループ化装置に要求される名目上の処理速度は、非常に高速になってしまう。例えば、現在の市場で入手可能な最高の性能を持つグループ化装置の処理速度は、１００−２００スタック／分である。毎分２００パッケージを製造可能な装置が知られており、このような装置と、毎分２０００個を処理可能な機械とを組み合わせると、１０個からなる物品のスタックを形成可能である。

グループ化装置に要求される処理速度が大きすぎて到達不可能である場合、搬入される物品の流れの速度を下げる必要がある。例えば、毎分１０００個の物品を処理可能な設備の場合、それを毎分２００−３００個程度の低速にする、又は物品を搬入する流れを幾つかの支流（例えば、元の流れの３分の１又は４分の１の流量の３つ又は４つの支流）に分割するなど、グループ化装置の数に応じて適切な方法が選択される。

最初に記載した解決方法は、生産性の観点から見ると明らかに非効率であり、一方、２番目に記載した解決方法は、機械が複雑になる（及びコストが掛かる）という点で明らかに負担が増し、少ない数の物品をグループ化する必要が一時的にのみ生じる場合には、特に負担が増してしまう。

上述のような問題から、衛生用品のような（例えば、使い捨ての吸収パッド製品）物品のグループ化を行うグループ化装置であって、処理装置の上流における速い処理速度（毎分１０００個以上）に完全に対応可能な処理速度において少ない数（２個又は３個）の物品のグループ化が可能なグループ化装置が求められている。本発明によれば、上記の課題を解決する、添付の特許請求の範囲に記載する特徴を有する装置を提供する。また、本発明は、対応する方法についても言及する。

特許請求の範囲には、本発明に関し、ここに開示される技術において不可欠な要素が記載されている。

一実施形態において、本発明は、現在の製造ラインの製造速度、及び上流工程の装置における処理速度に完全に対応可能な高速機能速度において、一貫して信頼性高く動作可能なグループ化装置の実現に適している。

また、一実施形態において記載される装置は、物品のグループ化を行わず、流れの中の物品間の距離間隔を変化させる機能のみを実行する。

以下、本発明を添付の図面及び実施例を非限定的に説明する。
本明細書に記載される種類の装置の立側面図である。 同じ装置の上から見た斜視図である。 本明細書に記載される装置の機能原理を理解するのに有用な概略的幾何表現を示した図である。 図２の線ＩＶ−ＩＶに沿った正面断面図である。

以下、様々な特定事項及び詳細事項が記載されるが、これらは、実施形態の完全な理解を目的として、例示されている。これの詳細事項、他の方法、要素、材料等の一つ又は複数が存在しなくとも、本実施形態は実施可能である。また、実施形態の様々な側面を不明確にしない目的から、周知の構造、材料又はオペレーション等は、図示されていない、又は詳細に記載されていない。

本明細書において、"ある実施形態"又は"一実施形態"との記載は、実施形態に関して記載される特定の特徴、構造又は特性が少なくとも一つの実施形態において存在することを意味している。したがって、本明細書の記載の様々な箇所で使用されている"ある実施形態において"又は"一実施形態において"というような言い回しは、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。また、特定の特徴、構造又は特性が、一つ又は複数の実施形態において、それぞれ好適に組み合わせられてもよい。

また、明細書で使用されている項目名は、便宜的なものであって、権利保護範囲又は本実施形態の範囲を規定しているわけではない。

例えば、衛生用品Ａのような物品を処理する装置を、参照番号１０を付して、図１にその全体像を示す。ここに図示した例において、処理対象のＡと示される物品は、３つ折り型の女性用衛生吸収パッドであり、各物品は、現在広く使用されている"フローパック（ｆｌｏｗ‐ｐａｃｋ）"と呼ばれる型のパッケージに梱包される。ここに記載される解決方法は、例えば、２つ折り乳児用オムツのような全く異なる物品にも適用可能である。

図に例示する装置１０は、３つのコンベア１２、１４、１６を含み、これらは直列的に動作するよう構成されている。

コンベア１２は、装置において搬入コンベアとして機能し、例えば、毎分１０００個といった、高速の処理速度で、流れてくる物品Ａ（各物品間は、必ずしも間隔が空いていなくてもよい）受け入れるよう構成される。以下、物品が進んでくる速度を、搬入速度ｖ_ｉｎとする。

一つの解決方法によれば、コンベア１２は、ベルト又はチェーン構造を有し、図に詳細に示されている（例示の実施形態では、ループ構造の上部のブランチに対して下に位置するブランチ１２０の構造で、図では明確には見えない）動作ブランチが、固定された間隔で配置された複数のクリップ構造１２２を有する。各クリップ構造は、コンベア１２が進む方向に対して、"反対方向"に延び、ベルトの動作ブランチ１２０から片持ち梁のように張り出す構造を持つ。すなわち、図１及び図２において、右から左方向に張り出す構造を持ち、このクリップ構造により、装置１０に搬入される物品Ａ同士の間隔が規定される。

したがって、ばねクリップ構造１２２それぞれは、対応する物品Ａの保持ポケットのような機能を果たす。物品Ａは、周知の基準に従って（ここでは詳細に例示しない）クリップ構造１２２に挿入され、このような状況下で、コンベア１２のベルト１２０によって付与される進行速度ｖ_ｉｎよりも速度が遅くなると、クリップ構造１２２から物品Ａが滑り落ち、装置１０の搬出コンベアであるコンベア１６上に落下するようになっている。

コンベア１６は、電動式のコンベアベルトであってもよく、図では、搬送ブランチの上部のみが見えている。

コンベア１４は、搬入コンベア１２と搬出コンベア１６との間の中間地点で動作し、上述したような物品Ａを低速度で流すことを可能とし、コンベア１２のポケットから、物品Ａをスライドさせてコンベア１６に落とす。

以下の説明では、装置１０がグループ化装置として使用される場合を特に記載しており、物品Ａが積み重ねられたグループの流れを搬出し、各グループは、例えば、所与の進行速度ｖ_ｉｎの物品の流れから始まって、二つの物品Ａが積み重ねられている。以下に詳細に説明するように、装置１０は、物品Ａが三つ又はそれ以上の個数積み重ねられたグループを形成するように調整されていてもよい。

また、ここに記載される装置１０は、積み重ねられた物品のグループを形成せず、コンベア１２を通過しコンベア１６へと流れる複数の物品Ａの間隔を変化させるだけの場合にも適している。このような観点で見れば、幾つかの物品を積み重ねてグループ形成することは、連続して流れてくる物品間の間隔を変化させる動作の延長線上であると言うこともできる。

ここに例示する実施形態では、コンベア１４は、２つの回転スクリュー構造（らせん構造）により構成されており（対応する渦巻き／ねじ山形状も考えられる）、２つのスクリュー構造は、搬入コンベア１２によって運ばれる物品の進行方向である長手方向に対して対称に（より正確には、鏡面対称に）設けられている（この点に関しては、図４の正面図を参照）。

二つのスクリュー１４２は、多くの場合、片持ち梁形状に配置され、装置１０の搬入先端に向かって突き出している。したがって、搬入コンベア１２に到着した物品Ａは、軸方向に投入され、二つのスクリューの螺旋（又はねじ山）の間の空間を進む。

スクリューコンベア１４は、到来する物品Ａの長手方向の流れを受け止めるように構成されており、２つの螺旋１４２の回転軸（軸Ｘ_１４２）は、互いに平行となっており、また、搬入コンベア１２における物品Ａの搬送方向とも平行になっている。

上記の螺旋のピッチは、搬入コンベア１２及びスクリューコンベア１４上における物品Ａの共通の進行方向において測定される物品Ａの長さよりも小さくならないように、好適に選択される。このように選択することにより、物品Ａを、コンベア１４内において所定区間進ませることが可能となる。

このような条件であることが好ましいが、以下に詳述する機能メカニズムを動作させる目的において必須の構成ではないことは、当業者にとって明白である。

参照番号１４４は、２つのスクリュー１４２を、螺旋部分がなす角度位置が鏡面対称となる条件を保存しつつ、互いに反対方向に回転可能な動力部を示している。

スクリュー１４２の回転方向は、対応する螺旋の回転又はねじれ方向と一致するように選択され、螺旋の回転運動が、物品Ａの進行方向と一致するようになっている（図１及び図２においては、右から左の方向）。ここに記載される実施形態では、図２に示される二つのスクリューについて、左側のスクリューは、時計方向に回転し、右側のスクリューは、反時計方向に回転すると想定している。無論、反対の回転方向の組み合わせも可能である。

図３は、螺旋Ｈの幾何学曲線を考えた場合の、幾何的パラメータを示している。

特に、図示する螺旋Ｈは、主軸Ｘ_Ｈ、半径Ｒ及びピッチｐの円筒形の螺旋である。

このような螺旋Ｈを、軸Ｘ_Ｈ周りに角速度ωＨで回転させ、その時、螺旋Ｈが位置する理想的な円筒形表面が描く軌跡をｇとすると、螺旋Ｈの任意の点は、速度ｖ_ａｐｐ＝ω_Ｈ×ｐで軌跡ｇに沿って動く。

この速度ｖ_ａｐｐは、螺旋（及び対応する形状のスクリュー）の見掛け軸方向ねじれ速度として定義されてもよく、また、スクリューの搬送速度として定義されてもよい。

観察者から見ると、軸Ｘ_Ｈの周りを回転する対象のスクリューが、上記の見掛けねじれ速度ｖ_ａｐｐと全く同じ速度で軸方向に進行しているような印象を受ける。また、スクリューが、材料を搬送するのに（例えば、押出機のスクリューのように）使用される場合には、対象の速度Ｖ_ａｐｐは、スクリューが材料を前進させる実際の速度となり、スクリューに対して軸方向に材料が搬送される。ここに記載した装置１０の機能は、動力部１４４を動作させることによりスクリュー１４２の軸Ｘ_１４２周りの回転速度を変化させる能力と関係しており、コンベア１２から到来する物品Ａをスクリュー１４２が前進させる速度ｖ_ａｐｐを正確に及び選択的に変化させる。

特に、スクリュー１４２の回転速度を、上記の搬送速度ｖ_ａｐｐが物品Ａの入口における速度ｖ_ｉｎと同じになるように調整する場合、物品Ａは、その進行速度を変えることなくスクリューにそって進むことは容易に理解できる。

一方、スクリュー１４２の回転速度を、上記の搬送速度ｖ_ａｐｐが、物品Ａの到来速度ｖ_ｉｎよりも小さくなるように調整する場合、二つのスクリュー１４２の間を軸方向に物品Ａが前進する時に、物品Ａの前進する動きは相応に遅くなる。これは、スクリュー１４２の螺旋が半径方向に伸びて、物品Ａの前進を妨げるためである（図４を参照）。この速度低下効果は、例えば、物品Ａ間の間隔を狭めるのに使用でき、搬入コンベア１２から搬出コンベア１６へと動く間の物品同士の間隔を狭めることができる。

ここに示される適用例では、上記の速度低下効果を、コンベア１６の出口においてグループ化された物品Ａを得るのに利用する。

特に、スクリュー１４２の回転速度は、搬送速度ｖ_ａｐｐが、入口における速度ｖ_ｉｎの半分の速度と等しくなるように調整され、物品Ａがスクリュー１４２の間に形成されている空間に到着すると、物品Ａは、それまでの速度の半分に等しい速度で進行する。したがって、所与の時間に、スクリュー１４２によって搬送される場合を考えると、物品Ａは、所与の時間に搬入コンベア１２によって搬送される場合の半分の距離と等しい距離だけスクリュー１４２によって搬送される。

このような速度低減による効果で、物品Ａは、保持構造１２２によって形成されるポケットから"滑り落ち"、下に位置するコンベア１６上に落下する。コンベア１６は、ｖ_ａｐｐと同じ速度、すなわち搬入速度ｖ_ｉｎの半分で進むように構成されている。

速度ｖ_ａｐｐをｖ_ｉｎ／２に等しい速度まで低減させること、コンベア１２の構造１２２から"滑り落とす"こと及び（ｖ_ａｐｐと同じ速度で前進している）コンベア１６上に落下させることにより得られる効果の組み合わせにより、コンベア１６上において、積み重ねられた二つの物品Ａからなるグループが形成され、このグループが速度ｖ_ａｐｐで搬送される。

上述のメカニズムは、スクリュー１４２の角速度を低減させることにより、任意のｎ個の物品が積み重ねられたグループを形成するのに拡張適用してもよい。すなわち、上記の搬送速度ｖ_ａｐｐ（流れてくる物品Ａを遅らせ、対向するスクリュー１４２のねじ山又は螺旋の速度）を、速度ｖ_ｉｎの約数、１／ｎ・ｖ_ｉｎに等しい速度とすることにより（すなわち、式ｖ_ｉｎ／ｖ_ａｐｐ＝ｎを適用して）、ｎ個の物品が積み重ねられたグループを形成する。

このようにして、物品Ａがスクリュー１４２の間に受け入れられると、物品Ａは、入口における速度ｖ_ｉｎの１／ｎに等しい速度で進行する。スクリュー１４２の間の物品Ａは、コンベア１２によって搬送される時に所与の時間の移動する距離の１／ｎに等しい距離を、同じ所与の時間の間に移動する。

物品Ａを二つ重ねてグループを形成する場合、各物品Ａが対応する構造１２２から滑り落ちると直ぐにコンベア１６上に落下し、直後にコンベア１２の構造１２２から落下してきたもう一つの物品Ａを受け止めることができる限りにおいて、上記の速度低減動作により、物品が正しく積み重ねられないということはない。

実際には、上記の数ｎの選択範囲は、積み重ねられる物品Ａのスタックの結合状態が維持できる範囲内に限定されることは、当業者であれば理解できる。上述したように、ここに記載される解決方法は、少ない数の物品（多くても、数個）からなるスタックのグループ化を実現するために採用されることを想定して展開されている。

また、ここに記載された装置１０は、複数のコンベアが直列状に配置され動作する"オンライン"機能条件に従って動作することは、当業者であれば理解できる。このように構成することにより、毎分１０００個の物品投入の流れ、又はそれ以上の速さの物品Ａの投入の流れに完全に対応可能な、高速機能速度で装置１０が動作することを可能にする。

また、本明細書では、物品Ａの進行する動きを遅らせる手段としてスクリュー１４２が採用されたが、スクリュー１４２の回転速度に対して働きかける同様な機構であって、スクリュー１４２による物品Ａの搬送速度ｖ_ａｐｐを変化させることにより、物品間の間隔が大きくなるように物品Ａの動きの加速度を調整することのできる機構であってもよい。

さらに、例示した実施形態で参照したスクリュー１４２は、一定のピッチｐを有していたが、本明細書に記載する解決方法は、一定でないピッチで動作する場合にも適しており、例えば、スクリューの入り口端部から出口端部に向かってピッチが減少する（図１及び図２における右から左への方向）する場合にも適用可能である。他の実施形態では、装置１０の入口端部から出口端部に向かって、スクリュー１４２のピッチが大きくなるように構成されていてもよい。また、上記の解決方法は、連続した螺旋状のスクリュー１４２を採用することを想定したが、区画されたセグメントによって構成される螺旋を持つスクリューを、逆回転させる場合にも適用可能である。また、上記の解決方法では、隣り合って配置される２つのスクリュー１４２を採用して記載されたが、1つのスクリューのみを使用して動作する場合にも、上記の解決方法の基本的メカニズムが適用可能である。

本発明に係る実現のための詳細事項及び実施形態について、添付の特許請求の範囲に規定される発明の範囲内において、上述の実施例に様々な変更を加えることが可能である。

Claims (13)

1. 所定の進行速度（ｖ_ｉｎ）で搬入される物品（Ａ）の流れから、前記物品（Ａ）の搬出の流れを形成する装置（１０）であって、
   前記搬入される物品（Ａ）の流れを長手方向に受け入れ、前記進行する物品（Ａ）に作用する螺旋を持ち前記物品（Ａ）の搬送を決定する少なくとも１つのスクリュー（１４２）を有するスクリューコンベア（１４）を備え、
   前記所定の進行速度（ｖ_ｉｎ）に対して、前記物品の搬送速度（ｖ_ａｐｐ）を、前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）により変化させるように、前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）の回転速度（ω）が選択的に調整可能（１４４）であり、
   前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）により、前記物品の前記搬送速度（ｖ _ａｐｐ ）を、前記物品の前記所定の進行速度（ｖ _ｉｎ ）の約数にするよう、前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）の前記回転速度（ω）が選択的に調整（１４４）され、前記物品（Ａ）の前記搬出の流れには、積み重ねられた物品（Ａ）のグループが含まれ、グループ各々に含まれる物品の数は、前記物品（Ａ）の前記所定の進行速度（ｖ _ｉｎ ）と前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）による前記物品の前記搬送速度（ｖ _ａｐｐ ）との比で与えられる装置。
2. 前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）は一定のピッチを持つ請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）は、前記搬入される物品（Ａ）の流れの進行方向における前記物品（Ａ）の長さよりも大きいピッチを持つ請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記スクリューコンベア（１４）は、互いに鏡面対称に回転可能な少なくとも１対の前記スクリュー（１４２）を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記スクリューコンベア（１４）は、少なくとも２つの前記スクリュー（１４２）の間の位置に搬入される前記物品（Ａ）を搬送するように構成されている請求項４に記載の装置。
6. 前記物品（Ａ）の前記搬出の流れを、前記スクリューコンベア（１４）から受け取る搬出コンベア（１６）をさらに備える請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）による前記物品の前記搬送速度（ｖ_ａｐｐ）に等しい速度で、前記搬出コンベア（１６）が動作可能である請求項６に記載の装置。
8. 前記搬出コンベア（１６）は、前記スクリューコンベア（１４）よりも下に位置して、前記物品（Ａ）の前記搬出の流れの中に、落下する前記物品（Ａ）を受け取る請求項６又は請求項７に記載の装置。
9. 前記搬入される物品（Ａ）を受け入れる保持構造（１２２）を持つ搬入コンベア（１２）をさらに備え、
   前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）は、前記搬入コンベア（１２）によって搬入される前記物品（Ａ）と作用して、前記保持構造（１２２）から前記物品（Ａ）を滑り落とす請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記搬入コンベア（１２）は、ループ構造を有し、前記ループ構造は、当該ループ構造から突出する前記保持構造（１２２）を持つ請求項９に記載の装置。
11. 前記保持構造（１２２）は、前記搬入コンベア（１２）において前記物品（Ａ）が進行する方向と反対の方向に開口している請求項９又は請求項１０に記載の装置。
12. 所定の進行速度（ｖ_ｉｎ）で搬入される物品（Ａ）の流れから、前記物品（Ａ）の搬出の流れを形成する方法であって、
    前記搬入される物品（Ａ）の流れを受け入れる段階（１２）と、
    前記搬入される物品（Ａ）の流れを、進行する前記物品（Ａ）と作用する螺旋を持つ少なくとも１つのスクリュー（１４２）に供給して、前記物品（Ａ）の搬送を前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）によって決定する段階と、
    前記物品の搬送速度（ｖ_ａｐｐ）を前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）により調整して、前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）の回転速度（ω）を調整（１４４）する段階とを備え、
    前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）の前記回転速度（ω）は、前記物品の前記搬送速度（ｖ_ａｐｐ）を前記所定の進行速度（ｖ_ｉｎ）に対して前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）により変化させるように、選択的に調整可能（１４４）であり、
    前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）により、前記物品の前記搬送速度（ｖ _ａｐｐ ）を、前記物品の前記所定の進行速度（ｖ _ｉｎ ）の約数にするよう、前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）の前記回転速度（ω）が調整（１４４）されるオペレーションを含み、
    前記物品（Ａ）の前記搬出の流れには、積み重ねられた物品（Ａ）のグループが含まれ、グループ各々に含まれる物品の数は、前記所定の進行速度（ｖ _ｉｎ ）と前記少なくとも１つのスクリュー（１４２）による前記物品の前記搬送速度（ｖ _ａｐｐ ）との比で与えられる方法。
13. 前記物品（Ａ）は、使い捨て吸収パッドのような衛生用品である請求項１２に記載の方法。

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