JP5753774B2 - ペットボトル搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、ペットボトル（ＰＥＴボトル）の内面にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜等のガスバリア性の高い薄膜を成膜する成膜用真空チャンバへペットボトルを搬送するペットボトル搬送装置に関するものである。

従来から、清涼飲料などを充填するために軽量のプラスチックボトルであるペットボトルが用いられているが、利便性やコスト面から飲料・食品容器のペットボトル化が急速に進み、現在、総容器のかなりな部分をペットボトルが占めるまでになっている。しかしながら、ペットボトルは、金属缶やガラス壜と比較するとガスバリア性が低く、ボトル内への酸素侵入による内容物劣化、ボトル内の炭酸ガスの流出等が生じる場合があり、内容物の品質保持に劣るという欠点がある。そのため、ＤＬＣ膜等のガスバリア性の高い薄膜をボトル内面に成膜する試みがなされている。ＤＬＣ膜等のガスバリア性の高い薄膜は、プラズマＣＶＤ法、触媒化学蒸着法、ホットワイヤー法等にてボトル内面に蒸着することにより形成され、ボトル内への酸素の流入やボトル内の炭酸ガスの流出等に対するガスバリア性を飛躍的に高めることができる。

特開２００８−１２７０５４号公報 特開２００４−１０７７８１号公報

ペットボトルの内面にＤＬＣ膜等の薄膜を成膜したペットボトルを量産しようとする場合、搬送コンベア上のペットボトルを連続的に成膜用真空チャンバに供給する必要がある。この場合、ペットボトルは正立状態で搬送コンベアによって搬送されるが、成膜用真空チャンバにおいては、ペットボトルは倒立状態で成膜処理がなされる場合が多い。そのため、正立状態のペットボトルを保持した後にペットボトルを反転させて倒立状態のペットボトルを成膜用真空チャンバに搬送するという搬送工程が必要になる。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、正立状態のペットボトルを保持した後にペットボトルを反転させて倒立状態のペットボトルを成膜用真空チャンバに搬送することができるペットボトル搬送装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明のペットボトルの搬送装置は、正立状態にあるペットボトルを保持した後に反転させて倒立状態のペットボトルを成膜装置の真空チャンバに搬送するペットボトルの搬送装置であって、支持プレートと、前記支持プレートに固定されるとともにペットボトルの口部を把持するチャックと、前記支持プレートに固定されるとともにペットボトルの胴部を支持する支持部材とを有し、正立状態にあるペットボトルの口部を前記チャックで把持するとともにペットボトルの胴部を前記支持部材で支持して、ペットボトルを反転させる反転機構と、正立状態にあるペットボトルが載置されている位置と成膜装置の真空チャンバが配置されている位置との間で前記反転機構を移動させる移動機構とを備え、前記反転機構が倒立状態のペットボトルを前記真空チャンバ内に搬送する際に、前記支持プレートは前記真空チャンバの開口部を閉塞して真空チャンバを密封することを特徴とする。

本発明によれば、反転機構は、移動機構により正立状態にあるペットボトルが載置されている位置に最も接近した位置まで移動し、チャックが正立状態のペットボトルの口部をチャック（把持）し、支持部材がペットボトルの胴部に係合してペットボトルの胴部を支持することにより、ペットボトルは反転機構により保持される。そして、反転機構は、移動しながらペットボトルを徐々に傾け、ペットボトルを倒立状態にする。さらに、反転機構は倒立状態のペットボトルを保持しながら移動し、反転機構の支持プレートが真空チャンバの開口部を閉塞して真空チャンバを密封する。すなわち、支持プレートは真空チャンバの外壁として機能する。

本発明の好ましい態様によれば、前記チャックおよび前記支持部材は、前記真空チャンバ内でペットボトルを位置決めして保持する位置決め保持機構として機能することを特徴とする。
本発明によれば、反転機構の支持プレートが真空チャンバの開口部を閉塞して真空チャンバを密封する際に、反転機構のチャックおよび支持部材は、支持プレートから突出して真空チャンバ内に入り込み、ペットボトルを真空チャンバ内の処理位置に位置決め保持する。

本発明の好ましい態様によれば、前記反転機構は、成膜後のペットボトルを倒立状態から正立状態に戻し、正立状態のペットボトルを所定位置まで搬送することを特徴とする。
本発明によれば、成膜後のペットボトルを真空チャンバから取り出し、倒立状態のペットボトルを正立状態に戻し、正立状態のペットボトルを所定位置まで搬送することができる。したがって、成膜後に真空チャンバからペットボトルを取り出す機構、倒立状態のペットボトルを正立状態に戻す機構などを別途設ける必要がない。

本発明の好ましい態様によれば、前記正立状態にあるペットボトルが載置されている位置は、搬送コンベアの搬送面であることを特徴とする。
本発明によれば、搬送コンベアの搬送面に載置されて搬送されているペットボトルを保持した後に、ペットボトルを反転させて倒立状態のペットボトルを真空チャンバに搬送することができる。

本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）正立状態のペットボトルを保持した後にペットボトルを反転させて倒立状態のペットボトルを成膜用真空チャンバに搬送することができる。そして、ペットボトルを真空チャンバに搬送した際に、ペットボトルを保持して搬送する搬送装置の一部を構成する支持プレートが真空チャンバの開口部を閉塞して真空チャンバを密封する。すなわち、搬送装置の支持プレートは真空チャンバの外壁として機能する。
（２）ペットボトルを保持して搬送する際にペットボトルを保持するためのチャックおよび支持部材は、真空チャンバ内でペットボトルを位置決めして保持する位置決め保持機構として機能する。したがって、真空チャンバ内には、ペットボトルの成膜時にペットボトルを位置決めして保持するための位置決め保持機構を別途設置する必要がない。
（３）成膜後のペットボトルを真空チャンバから取り出し、倒立状態のペットボトルを正立状態に戻し、正立状態のペットボトルを所定位置まで搬送することができる。したがって、成膜後に真空チャンバからペットボトルを取り出す機構、倒立状態のペットボトルを正立状態に戻す機構などを別途設ける必要がない。

図１は、本発明に係るペットボトル搬送装置の全体構成を示す模式的立面図である。 図２は、ボトル反転機構の詳細構造を示す斜視図である。 図３（ａ），（ｂ）は、図１の要部を拡大した要部拡大図であり、図３（ａ）はボトル反転機構によってペットボトルが倒立状態で保持されている状態を示し、図３（ｂ）はボトル反転機構の支持プレートが成膜ユニットの成膜用真空チャンバに結合した状態を示す。

以下、本発明に係るペットボトル搬送装置の実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１乃至図３において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明に係るペットボトル搬送装置の全体構成を示す模式的立面図である。図１に示すように、本発明のペットボトル搬送装置１は、ペットボトル２を正立状態で搬送する搬送コンベア３とペットボトル２の内面にＤＬＣ膜等の薄膜を成膜する成膜ユニット４との間に配置されており、搬送コンベア３上のペットボトル２を把持して成膜ユニット４に搬送するように構成されている。成膜ユニット４は、倒立状態にあるペットボトル２内に触媒線、加熱用ワイヤーおよび原料ガス供給管とを挿入し、触媒線と加熱用ワイヤーの両方を用いて、触媒線には熱触媒体として原料ガスを分解させて薄膜となる成分を供給させ、かつ、加熱用ワイヤーにはホットワイヤーとしてその構成成分である金属の蒸気を揮発させ、薄膜に含有させる金属種を供給させることで、バリア膜として金属種含有薄膜を成膜するように構成されている。すなわち、成膜ユニット４は、倒立状態のペットボトル２に触媒化学蒸着法およびホットワイヤー法の両方を適用することによりＤＬＣ膜等のガスバリア性の高い薄膜を成膜するように構成されている。したがって、ペットボトル搬送装置１は、搬送コンベア３上の正立状態のペットボトル２をチャック（把持）した後に反転させて倒立状態のペットボトル２を成膜ユニット４の真空チャンバ５に搬送する必要がある。

そのため、ペットボトル搬送装置１は、装置フレーム１１の上部に配置されたレール１２によって案内されて水平方向に往復移動するとともに上下方向に昇降可能な移動機構１３と、移動機構１３の支持ブラケット１３ａに支持されるとともにペットボトル２を反転させるボトル反転機構１４とを備えている。ボトル反転機構１４は、１８０°正逆方向に往復回転する回転部材１５と、回転部材１５の先端に固定された矩形の平板状の支持プレート１６と、ペットボトル２のネックリング２ｎの直下のくびれ部をチャック（把持）するボトルチャック１７と、ペットボトル２の胴部下部を支持する支持部材１８とを備えている。回転部材１５は、ステッピングモータ又はサーボモータにより１８０°正逆方向に往復回転するように構成されている。

図２は、ボトル反転機構１４の詳細構造を示す斜視図である。図２に示すように、支持プレート１６は回転部材１５の先端部に固定されており、支持プレート１６の上部にはボトルチャック１７が取り付けられている。ボトルチャック１７は、対をなす開閉可能なチャック片１７ｃ１，１７ｃ２を備え、チャック片１７ｃ１，１７ｃ２によりペットボトル２のネックリング２ｎの直下のくびれ部をチャック（把持）するようになっている。ボトルチャック１７は、チャック片１７ｃ１，１７ｃ２を開閉可能とするスプリング１７ｓを備えている。また、ペットボトル２の胴部下部を支持する支持部材１８は支持プレート１６の下部に取り付けられており、支持部材１８はペットボトル２の胴部下部に係合してペットボトル２の胴部下部を支持する円弧状の凹部１８ａを有している。

次に、図１および図２に示すように構成されたペットボトル搬送装置１の動作を説明する。図１においては、移動機構１３およびボトル反転機構１４による３つの動作が示されている。すなわち、図１の右側部分に示すように、ボトル反転機構１４は移動機構１３により搬送コンベア３に最も接近した位置まで移動し、ボトルチャック１７は、搬送コンベア３の搬送面上にある正立状態のペットボトル２をチャック（把持）する。この際、ボトルチャック１７はペットボトル２のネックリング２ｎの直下のくびれ部をチャック（把持）する。これと併行して、支持部材１８は、凹部１８ａによってペットボトル２の胴部下部に係合してペットボトル２の胴部下部を支持する。これにより、ペットボトル２はボトル反転機構１４により保持される。次に、ボトル反転機構１４は、左側に移動しながら、回転部材１５の反時計方向への回転によってペットボトル２を徐々に傾け、図１の中央部分に示すように、ペットボトル２を水平の姿勢にする。そして、ボトル反転機構１４は、更に左側に移動しながら、回転部材１５の更なる回転によってペットボトル２を更に傾け、図１の左側部分に示すように、ペットボトル２を倒立状態にする。

図３（ａ），（ｂ）は、図１の要部を拡大した要部拡大図であり、図３（ａ）はボトル反転機構１４によってペットボトル２が倒立状態で保持されている状態を示し、図３（ｂ）はボトル反転機構１４がペットボトル２を倒立状態で保持しつつ支持プレート１６が成膜ユニット４の真空チャンバ５に結合した状態を示す。図３（ａ）に示すように、ボトル反転機構１４によってペットボトル２は倒立状態で保持された状態になっており、この状態は図１の左側部分に示す状態と同一である。

一方、真空チャンバ５は概略直方体の外形を有した箱状のチャンバからなり、図３（ａ）に示す状態では、真空チャンバ５の右側の面の開口部は開放状態にある。図３（ａ）に示す状態から、ボトル反転機構１４は倒立状態のペットボトル２を保持しながら左側に移動し、図３（ｂ）に示すように、ボトル反転機構１４の支持プレート１６が真空チャンバ５の開口部を閉塞し、支持プレート１６は真空チャンバ５の外壁として機能する。このとき、真空チャンバ５の開口側の側面にはＯリング等のシール部材６が設けられているため、真空チャンバ５の内部は周囲雰囲気とは遮断されて密封される。このとき、ペットボトル２は、ボトルチャック１７および支持部材１８により真空チャンバ５内の処理位置に位置決め保持される。すなわち、ボトル反転機構１４のボトルチャック１７および支持部材１８は、真空チャンバ５内においてペットボトルの位置決め保持機構として機能する。

このようにしてペットボトル２が真空チャンバ５内にセットされた後に、成膜ユニット４の触媒線および加熱用ワイヤーがペットボトル２内に挿入されるとともに真空ポンプ（図示せず）による真空チャンバ５内の真空引きが開始される。真空チャンバ５内が所定の真空度に達した後に、原料ガス供給管からペットボトル２内に原料ガスを供給し、触媒線と加熱用ワイヤーの両方を用いて、触媒線には熱触媒体として原料ガスを分解させて薄膜となる成分を供給させ、かつ、加熱用ワイヤーにはホットワイヤーとしてその構成成分である金属の蒸気を揮発させ、薄膜に含有させる金属種を供給させることで、バリア膜として金属種含有薄膜を蒸着する。

ペットボトル２の内面に所定の膜厚の薄膜が成膜されたら、真空チャンバ５を大気開放した後に、ボトル反転機構１４がボトルチャック１７および支持部材１８によりペットボトル２を保持しつつ右側に移動して真空チャンバ５を開口し、再び、図３（ａ）に示す状態になる。次に、ボトル反転機構１４は回転部材１５の時計方向への回転によって倒立状態のペットボトル２の姿勢を徐々に起こしながら右側に移動し、図１の中央部分に示すように、ペットボトル２を水平の姿勢にする。そして、ボトル反転機構１４は回転部材１５の更なる回転によってペットボトル２の姿勢を更に起こしながら右側に移動し、図１の右側部分に示すように、ペットボトル２を正立状態に戻した後に、次工程にペットボトル２を搬送するための搬送コンベア（図示せず）の搬送面にペットボトル２を載せる。そして、ペットボトル２は次工程に搬送される。

実施形態においては、触媒化学蒸着法およびホットワイヤー法の両方を適用することによりＤＬＣ膜等の薄膜を成膜する例を説明したが、本発明のペットボトル搬送装置は、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜する場合にも適用できることは勿論である。
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ ペットボトル搬送装置
２ ペットボトル
２ｎ ネックリング
３ 搬送コンベア
４ 成膜ユニット
５ 真空チャンバ
６ シール部材
１１ 装置フレーム
１２ 固定レール
１３ 移動機構
１４ ボトル反転機構
１５ 回転部材
１６ 支持プレート
１７ ボトルチャック
１７ｃ１，１７ｃ２ チャック片
１８ 支持部材
１８ａ 凹部

Claims (4)

1. 正立状態にあるペットボトルを保持した後に反転させて倒立状態のペットボトルを成膜装置の真空チャンバに搬送するペットボトルの搬送装置であって、
   支持プレートと、前記支持プレートに固定されるとともにペットボトルの口部を把持するチャックと、前記支持プレートに固定されるとともにペットボトルの胴部を支持する支持部材とを有し、正立状態にあるペットボトルの口部を前記チャックで把持するとともにペットボトルの胴部を前記支持部材で支持して、ペットボトルを反転させる反転機構と、
   正立状態にあるペットボトルが載置されている位置と成膜装置の真空チャンバが配置されている位置との間で前記反転機構を移動させる移動機構とを備え、
   前記反転機構が倒立状態のペットボトルを前記真空チャンバ内に搬送する際に、前記支持プレートは前記真空チャンバの開口部を閉塞して真空チャンバを密封することを特徴とするペットボトルの搬送装置。
2. 前記チャックおよび前記支持部材は、前記真空チャンバ内でペットボトルを位置決めして保持する位置決め保持機構として機能することを特徴とする請求項１記載のペットボトルの搬送装置。
3. 前記反転機構は、成膜後のペットボトルを倒立状態から正立状態に戻し、正立状態のペットボトルを所定位置まで搬送することを特徴とする請求項１記載のペットボトルの搬送装置。
4. 前記正立状態にあるペットボトルが載置されている位置は、搬送コンベアの搬送面であることを特徴とする請求項１記載のペットボトルの搬送装置。

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