JP6371737B2 - 容器搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、外周面に螺旋状に形成されたスクリューの溝に容器を係合させて、スクリューの回転により相前後する容器の間隔を割り出して搬送する容器搬送装置に関する。

スクリューを用いた容器、例えばプラスチックボトルの搬送装置は、容器の搬送方向の上流側の工程からコンベヤ装置により搬送されてきた容器を受け取って下流側の工程に向けて連続的に搬送する過程で、相前後する容器同士の間隔を下流側の工程に応じて割り出す。そのために、この種のスクリューは、スクリュー溝のピッチが、上流側から下流側に向けて、徐々に要求される所定の容器間隔になるように漸増されている。なお、下流側の工程としては、飲料の充填機、キャッピング装置、ラベルの貼付け装置などが掲げられる。

近年、容器は、胴部の大きさおよび胴部の形状が多種多様化の傾向にあり、特許文献１は、容器とスクリュー溝との係合位置合わせを、サーボモータによってスクリューを所定量移動させて行うことを提案している。

特開２０１４−１４８３７０号公報

特許文献１によれば、多種多様な容器について、スクリュー溝との係合位置合わせを容易にできるので、スクリューを用いた従来の容器搬送装置（以下、単に容器搬送装置ということがある）において生じていた容器の傾きを防止できる、としている。容器が大きく傾くと、容器に傷を付けずにスクリューにより健全に搬送することができなくなるおそれがある。
この容器の傾きは、容器がスクリューに受け渡され後だけでなく、上流側に設けられる搬入コンベヤからスクリューの搬送に受け渡される際にも生じる。通常、上流側の搬送コンベヤは、相前後する容器同士が密着した状態で搬送されており、前側に位置する容器は後ろ側に位置する容器から相応の荷重を受ける。そのために、移送される容器は、容器の搬送方向の前側に傾く前傾姿勢になることがあり、この前傾姿勢が大きくなると、スクリューに係合する前に容器が倒れる、あるいは、スクリューの溝以外の部分に接して容器が潰れたり、傷付いたりすることがある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、上流側の搬入コンベヤからスクリューによる搬送に受け渡される際に、容器が傾かずにスクリュー溝に係合させることのできる容器搬送装置を提供することを目的とする。

本発明は、容器の搬送経路に設けられ、搬送方向の上流側より密着状態で搬送される容器を、搬送方向の下流側へ所定の間隔に割り出して搬送する容器搬送装置であって、外周面に螺旋状に形成された溝に容器の胴部を係合させて、その回転により容器の間隔を割り出して下流側に搬送するスクリューと、スクリューに沿って設けられ、容器を搬送する搬送コンベヤと、上流側を密着状態で搬送される容器の首部またはそれより高い領域を支持しながら、容器を所定の間隔に割り出してスクリューによる容器の搬送に受け渡す支持機構と、を備えることを特徴とする。
本発明の搬送装置によれば、支持機構により容器の首部またはそれより高い領域を支持するので、それまで容器が前傾していたとしても、直立の姿勢に矯正され、容器は傾くことなく直立の状態でスクリューによる割出し搬送に受け渡すことができる。
また、容器の中で高強度の首部またはそれよりも上を支持するので、支持機構による支持によって容器をへこませることがない。

本発明の容器搬送装置において、スクリューの駆動源である第１サーボモータと、支持機構の駆動源である第２サーボモータと、を備え、第２サーボモータに基づく支持機構による容器の受け渡しが、第１サーボモータによるスクリューの回転に同期して行われることが好ましい。
スクリューの駆動源及び支持機構の駆動源としてサーボモータを用いれば、容器の品種が変わってもスクリューの型替えや、機械的な調整を最小限に抑えることができる。また、サーボモータ同士の同期制御であれば、両者を同期させるための複雑な機械構成を設ける必要がない。

本発明の容器搬送装置において、支持機構として、第２サーボモータで回転駆動される回転体と、回転体の外周に形成される複数のポケットと、を備えるスターホイールを用いることができる。
スターホイールは、簡易な構造でありながら、本発明の支持機構としての目的を達成できる。

本発明の容器搬送装置において、スクリューと支持機構を、搬送コンベヤを挟んで、異なる側に設けることができる。そうすれば、容器搬送装置の幅方向の寸法を小さくできる。

本発明の搬送装置によれば、支持機構により容器の首部またはそれより高い領域を支持するので、それまで容器が前傾していたとしても、直立の姿勢に矯正され、容器は傾くことなく直立の状態でスクリューによる割出し搬送に受け渡すことができる。
また、容器の中で高強度の首部またはそれよりも上を支持するので、支持機構による支持によって容器をへこませることがない。

本実施形態における容器搬送装置を示す側面図である。 図１の容器搬送装置の要部を示す平面図である。 図１の容器搬送装置で容器を搬送している状態を示す図である。 本実施形態の作用及び効果を説明する図である。 スターホイールの代替例を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本発明の実施形態に係わる容器搬送装置１は、図１及び図２に示すように、上流側Ｕに設けられる搬入コンベヤ２を単列で連続的に搬送される複数の容器１００のそれぞれの首部１０１をスターホイール２０で支持しながら、スクリュー１０の溝１３に係合させる。このスターホイール２０の首部１０１の支持により、容器１００を前傾させずにスクリュー１０の溝１３に係合させることができる。
以下、容器搬送装置１の構成を説明し、その後に容器搬送装置１による作用及び効果に言及する。

［容器搬送装置１の構成］
容器搬送装置１は、搬入コンベヤ２の下流側に隣接して設けられる搬送コンベヤ３と、搬送コンベヤ３の幅方向Ｗの一方の側に設けられるスクリュー１０と、搬送コンベヤ３の幅方向Ｗの他方の側に設けられるプレートガイド４と、を備える。

搬送コンベヤ３は、搬入コンベヤ２を搬送されてきた容器１００を受け取り、下流側Ｌに向けて容器１００を搬送する。なお、この搬入コンベヤ２及び搬送コンベヤ３による容器１００の搬送速度をＶ_Ｃ２，Ｖ_Ｃ３とする。この搬送速度Ｖ_Ｃ２，Ｖ_Ｃ３は、搬入コンベヤ２及び搬送コンベヤ３の単体としての容器１００の搬送速度であって、搬送コンベヤ３はスクリュー１０による容器１００の搬送を考慮しない速度である。
搬入コンベヤ２＝搬送速度Ｖ_Ｃ２
搬送コンベヤ３＝搬送速度Ｖ_Ｃ３

スクリュー１０は、スクリュー１０の回転軸Ｃ１が容器１００の搬送方向Ｆに沿って配置され、スクリュー駆動装置３０によって回転駆動されることで相前後する容器１００同士の間隔を割り出す。スクリュー１０は、スクリュー軸１１の外周面に螺旋状の溝１３を備えている。この溝１３は、ピッチＰが上流側Ｕから下流側Ｌに向けて漸増されており、下流側Ｌの位置Ｓで所定の間隔になるように構成されている。
スクリュー１０は、容器１００の胴部１０３を溝１３で保持しながら容器１００を搬送するものであり、容器１００の胴部１０３に対応する高さに設けられている。また、スクリュー１０は、容器１００の寸法及び形状（以下、品種）に合うように高さ方向Ｈ及び幅方向Ｗに位置調整が可能に、回転軸Ｃ１の両端が図示を省略する軸受に支持されている。
また、スクリュー１０は、スクリュー軸１１の一端、この例では下流側Ｌの端部がギヤボックス１５に連結され、このギヤボックス１５はスクリュー駆動装置３０の出力軸３３が接続されている。したがって、１１０は、スクリュー駆動装置３０の駆動に伴って所定の速度で回転駆動される。
なお、スクリュー１０による容器１００の搬送速度Ｖ_１０は溝１３が搬送方向Ｆに移動する速度である。

プレートガイド４は、搬送コンベヤ３、つまり搬送経路Ｒを挟んでスクリュー１０の反対側に設けられ、搬送コンベヤ３及びスクリュー１０によって搬送される容器１００が幅方向Ｗに位置ずれしないように案内する。なお、プレートガイド４は、スクリュー１０が設けられる領域よりも上流側Ｕまで延びており、搬入コンベヤ２を挟んで幅方向Ｗの反対側に設けられるプレートガイド５とともに、搬入コンベヤ２を搬送される容器１００を案内する。

容器搬送装置１は、所定の回転速度及び位相でスクリュー１０を回転駆動させるスクリュー駆動装置３０を備えている。
スクリュー駆動装置３０は、出力軸３３を備えるサーボモータ３１と、サーボモータ３１の出力軸３３の回転速度及び回転位置（位相）を検出するエンコーダ３５と、を備えている。回転速度及び位相を含むエンコーダ３５の検出情報は、制御装置６０に送られ、スターホイール駆動装置４０の駆動制御に供される。
なお、エンコーダ３５としては、アブソリュートエンコーダ及びインクリメンタルエンコーダのいずれをも用いることができる。スターホイール駆動装置４０のエンコーダ４５についても同様である。

次に、スターホイール２０は、搬送コンベヤ３（搬送経路Ｒ）を挟んでスクリュー１０と幅方向Ｗの反対側であって、かつ、スクリュー１０の上流側Ｕに設けられている。スターホイール２０は、搬入コンベヤ２から搬送コンベヤ３に移送された容器１００の首部１０１を支持しながら、容器１００をスクリュー１０による搬送に受け渡す役割を果たす。スターホイール２０は、この受け渡しの際に、搬入コンベヤ２を密着状態で搬送されてきた容器１００を、スクリュー１０の上流側ＵのピッチＰに合う間隔に割り出す役割も果たす。なお、本実施形態では、この二つの役割を果たすことができる機構としてスターホイール２０を例示するが、本発明は、二つの役割を果たせる機構を広く採用することができる。ただし、スターホイール２０は構造が簡易でありながら二つの役割を果たすことができる。
なお、スクリュー１０とスターホイール２０を、搬送コンベヤ３を基準にして同じ側に設けることもできるが、そうすると、スクリュー１０よりもスターホイール２０を搬送コンベヤ３から離す必要があり、そうすると、容器搬送装置１の幅方向Ｗの寸法が大きくなる。これに対して、スターホイール２０を、搬送コンベヤ３を挟んでスクリュー１０と反対側に設ければ、スターホイール２０を搬送コンベヤ３に近づけて設けることができるので、容器搬送装置１の幅方向Ｗの寸法を小さくできる。

スターホイール２０は、鉛直方向に沿う回転軸Ｃ２を中心に回転駆動される回転体２１と、回転体２１の外周に等間隔で形成される複数の支持アーム２５と、隣接する支持アーム２５の間に形成される複数のポケット２３と、を備える。スターホイール２０は、容器１００の首部１０１を支持するものであるから、搬送経路Ｒを搬送される容器１００の首部１０１に対応する高さ方向の位置及び水平方向の位置に設けられる。ただし、スターホイール２０は、容器１００の品種に合うように高さ方向Ｈ及び幅方向Ｗに位置調整が可能に支持されている。
ポケット２３は、回転体２１の外周から回転軸Ｃ２に向けて後退しており、容器１００は、首部１０１がこのポケット２３に収容され、かつ支持アーム２５に係合して支持されながら、スターホイール２０の回転に伴って間隔が割り出される。スターホイール２０は、首部１０１を支持するものであるから、胴部１０３に対応する位置に設けられるスクリュー１０よりも上方に配置される。
なお、スターホイール２０が支持しながら容器１００を搬送する速度をＶ_２０とする。

次に、容器搬送装置１は、所定の回転速度及び位相でスターホイール２０を回転駆動させるスターホイール駆動装置４０を備えている。
スターホイール駆動装置４０は、出力軸４３を備えるサーボモータ４１と、サーボモータ４１の出力軸４３の回転速度及び回転位置（位相）を検出するエンコーダ４５と、を備えている。エンコーダ４５の検出情報（回転速度及び位相）は、制御装置６０に送られ、スクリュー駆動装置３０からの検出情報とともに、スターホイール駆動装置４０の駆動制御に供される。

制御装置６０は、容器搬送装置１の動作を司るが、以下では、本実施形態の特徴部分であるスターホイール駆動装置４０、つまりスターホイール２０の駆動制御について説明する。
制御装置６０は、スクリュー駆動装置３０のエンコーダ３５からサーボモータ３１、つまりスクリュー１０に関する検出情報を取得するとともに、スターホイール駆動装置４０のエンコーダ４５からサーボモータ４１、つまりスターホイール２０に関する検出情報を取得する。なお、いずれの検出情報も回転速度及び位相を含んでおり、以下では、エンコーダ３５からの検出情報をスクリュー情報Ｅ１といい、また、エンコーダ４５からの検出情報をホイール情報Ｅ２ということにする。

制御装置６０は、容器搬送装置１が動作している間、スクリュー情報Ｅ１とホイール情報Ｅ２を継続的に取得しながら、スクリュー情報Ｅ１に対するホイール情報Ｅ２の偏差δＥを求め、この偏差δＥが解消するように動作指令を生成し、サーボモータ４１へ送る。したがって、スターホイール２０は、スクリュー１０の回転に同期して回転するように、制御装置６０により動作が制御される。ここでいう同期とは、スターホイール２０のポケット２３とスクリュー１０の溝１３の位相が一致することで、スターホイール２０により首部１０１が支持されてきた容器１００の胴部１０３が、回転するスクリュー１０の溝１３にちょうど係合されることを意味する。これにより、容器１００は前傾又は後傾することなく直立の状態でスクリュー１０による割り出し搬送に受け渡される。
制御装置６０は、搬入コンベヤ２、搬送コンベヤ３及びスクリュー駆動装置３０のサーボモータ３１の動作も制御する。この制御は、搬送される容器１００の品種に応じて行われる。

［容器搬送装置１の動作］
次に、図３を参照して容器搬送装置１の動作を説明する。
上流側Ｕから容器１００が単列をなして搬入コンベヤ２により連続的に搬送されている。この搬入コンベヤ２に搬送の過程では、相前後する容器１００同士が密着しているので、それぞれの容器１００は自身よりも後ろの容器１００から押されながら搬送される。

それぞれの容器１００は、搬入コンベヤ２から搬送コンベヤ３に乗り移るが、この乗り移った時点では、容器１００の密着状態は維持されるが、容器１００はスターホイール２０の支持アーム２５に首部１０１が支持された状態でスクリュー１０による搬送領域に至る。そうすると、容器１００は、スクリュー１０の溝１３に係合され、スクリュー１０の回転に伴って、下流側Ｌに搬送される。このスクリュー１０による搬送の際に容器１００が前傾して倒れるのを防止するためには、搬送コンベヤ３の搬送速度Ｖ_Ｃ３がスクリュー１０の搬送速度Ｖ_１０以上、つまりＶ_Ｃ３≧Ｖ_１０であることが必要である。なお、スクリュー１０の搬送速度Ｖ_１０は、溝１３の移動速度であることは前述の通りである。

それぞれの容器１００は、スクリュー１０の回転に伴って、相前後する容器１００同士のピッチＰを漸増させながら、スクリュー１０とプレートガイド４の間の搬送経路Ｒを下流側Ｌに向けて搬送される。容器１００は、搬送速度Ｖ_Ｃ３の搬送コンベヤ３に載せられているが、スクリュー１０の搬送速度Ｖ_１０がＶ_Ｃ３以下であるから、スクリュー１０は搬送コンベヤ３による容器１００の搬送を規制するように働く。
容器１００は、スクリュー１０の最も下流側Ｌから排出されると、例えばスターホイールを搬送手段に受け渡され、次工程に向けて搬送される。

この一連の容器１００の搬送過程において、スクリュー１０はサーボモータ３１の出力により回転駆動され、スターホイール２０はサーボモータ４１の出力により回転駆動される。サーボモータ３１の回転速度及び位相（スクリュー情報Ｅ１とする）はエンコーダ３５から、また、サーボモータ４１の回転速度及び位相（ホイール情報Ｅ２とする）はエンコーダ４５から、制御装置６０に送られる。
制御装置６０は、取得したスクリュー情報Ｅ１とホイール情報Ｅ２の偏差δＥを求め、この偏差δＥが解消する、つまりゼロにするように動作指令を生成し、サーボモータ４１へ送る。これにより、スターホイール２０は、スクリュー１０の回転に同期して回転する。
一方で、搬入コンベヤ２を搬送されてきた容器１００は、図４（ａ）に示すように前傾して搬送されることがあるが、本実施形態の場合には、スターホイール２０により容器１００は首部１０１が支持される。しかも、搬送コンベヤ３の搬送速度Ｖ_Ｃ３は、スターホイール２０による搬送速度Ｖ_２０と等しいか速いので、図４（ｂ）に示すように、前傾して搬送されてきた容器１００の姿勢が直立に正すことができる。なお、実際には、搬送速度Ｖ_Ｃ３が搬送速度Ｖ_２０より速すぎると、今度は容器１００が後傾して倒れるおそれがあるので、この点をも考慮して搬送速度Ｖ_Ｃ３、搬送速度Ｖ_２０などを設定する。
Ｖ_１０±α ＝ Ｖ_２０ ≦ Ｖ_Ｃ３ ≦ Ｖ_Ｃ２
搬送コンベヤ２ 搬送速度Ｖ_Ｃ２ 搬送コンベヤ３ 搬送速度Ｖ_Ｃ３
スクリュー１０ 搬送速度Ｖ_１０ スターホイール２０ 搬送速度Ｖ_２０

以上の容器搬送装置１によると、以下の効果を奏する。
容器搬送装置１は、スターホイール２０により首部１０１を支持するので、それまで容器１００が前傾していたとしても直立の姿勢に矯正され、容器１００は傾くことなく直立の状態でスクリュー１０による割出し搬送される。
また、胴部１０３に加えて容器１００の上部である首部１０１が支持されることにより、容器１００の姿勢が安定するので、搬送コンベヤ３における容器１００の安定した搬送のための制御が簡素化される。
さらに、容器１００の中で高強度の首部１０１を支持するので、スターホイール２０による支持により容器１００をへこませるなどの負担がない。これは特に、薄肉化されてきた容器１００を扱う場合に有効であり、薄肉化された容器１００であっても、容器１００に負担を与えなくてすむ。

次に、本実施形態によると、スターホイール２０の駆動源としてサーボモータ４１を用い、スクリュー１０のサーボモータ３１のスクリュー情報とサーボモータ４１のホイール情報とを比較することにより、スターホイール２０をスクリュー１０に同期して回転駆動させる。したがって、容器１００の品種が異なっていても、スクリュー情報とホイール情報を取得しさえすれば、スターホイール２０をスクリュー１０に同期して回転駆動させることができるので、容器１００の品種が変わってもスクリュー１０の型替えや、機械的な調整を最小限に抑えることができる。また、サーボモータ４１によるスクリュー１０とスターホイール２０の同期制御であるから、両者を同期させるための複雑な機械構成を設ける必要がない。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、容器１００の品種ごとにスクリュー１０及びスターホイール２０の回転速度及び位相を制御装置６０に記憶させておくことで、スクリュー１０の型替え時のスクリュー１０とスターホイール２０の位相の調整が容易になる。
また、以上説明した実施形態では、容器１００の中で高強度の首部１０１を支持するが、首部１０１と同様に胴部１０３に比べて高強度の口部を支持することもできる。つまり、本発明は、首部１０１またはそれよりも上をスターホイール２０で支持してもよい。

また、以上の実施形態においては、スターホイール２０で容器１００の首部１０１を支持しているが、本発明はスターホイール２０と同様の機能を備える機構を採用することができる。その一例として、図５に示すチェーン搬送装置５０が掲げられる。
チェーン搬送装置５０は、ピン５５で連結された複数のプレート５１が無限軌道上に配列され、このプレート５１に外側に突出する支持アーム５３が取り付けられている。チェーン搬送装置５０は、無限軌道上を走行しながら、支持アーム５３で首部１０１を支持するとともに、容器１００を所定の間隔にして割り出す。

また、以上の実施形態では、スクリュー１０を一段にした例を示したが、本発明は、容器１００の品種に応じて、スクリュー１０を上下に二段設けることを許容する。

１ 容器搬送装置
２ 搬入コンベヤ
３ 搬送コンベヤ
４ プレートガイド
５ プレートガイド
１０ スクリュー
１１ スクリュー軸
１３ 溝
１５ ギヤボックス
２０ スターホイール
２１ 回転体
２３ ポケット
２５ 支持アーム
３０ スクリュー駆動装置
３１ サーボモータ
３３ 出力軸
３５ エンコーダ
４０ スターホイール駆動装置
４１ サーボモータ
４３ 出力軸
４５ エンコーダ
５０ チェーン搬送装置
５１ プレート
５３ 支持アーム
６０ 制御装置
１００ 容器
１０１ 首部
１０３ 胴部
１０５ 底
Ｃ１，Ｃ２ 回転軸
Ｒ 搬送経路

Claims (4)

1. 容器の搬送経路に設けられ、搬送方向の上流側より密着状態で搬送される前記容器を、前記搬送方向の下流側へ１つずつ所定の間隔に割り出して搬送する容器搬送装置であって、
   外周面に螺旋状に形成された溝に前記容器の胴部を係合させて、その回転により前記容器の間隔を割り出して前記下流側に搬送するスクリューと、
   前記スクリューに沿って設けられ、前記容器を搬送する搬送コンベヤと、
   前記上流側を密着状態で搬送される前記容器の首部またはそれより高い領域を支持しながら、前記容器を所定の間隔に割り出して前記スクリューによる前記容器の搬送に受け渡す支持機構と、
   を備えることを特徴とする容器搬送装置。
2. 前記スクリューの駆動源である第１サーボモータと、
   前記支持機構の駆動源である第２サーボモータと、
   前記第２サーボモータに基づく前記支持機構による前記容器の受け渡しが、前記第１サーボモータによる前記スクリューの回転に同期して行われる、
   請求項１に記載の容器搬送装置。
3. 前記支持機構は、
   前記第２サーボモータで回転駆動される回転体と、
   前記回転体の外周に形成される、複数のポケット、を備えるスターホイールである、
   請求項２に記載の容器搬送装置。
4. 前記スクリューと前記支持機構は、
   前記搬送コンベヤを挟んで、異なる側に設けられる、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の容器搬送装置。

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