JP6823137B2

JP6823137B2 - 仕分装置

Info

Publication number: JP6823137B2
Application number: JP2019193078A
Authority: JP
Inventors: 俊臣星; 嘉峰佐藤
Original assignee: Toyo Kanetsu KK
Current assignee: Toyo Kanetsu KK
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2020029370A

Description

本発明は、仕分けコンベアの切換装置に関する。

物流の分野において、搬送対象物の形状（外形や大きさ）が多様な物品を混在搬送し、仕分ける場合があり、それらの作業効率化のためにはより高速搬送の要望が強く、例えば数年前は４０ｍ／分〜６０m／分程度で搬送していたコンベア速度が近年は９０ｍ／分〜１００m／分程度になり、今後は更に高速化されることが予測される。

特許文献１においては所望の傾斜角度を有した回転円盤による仕分装置が開示され、特許文献２においては傾斜に対応した回転駆動体が回転円盤に回転力を伝搬する複数の具体的な構成案が開示されている。

具体的に回転円盤が回転する構造として、円筒状の回転駆動体若しくは中央部の外径が小さく両端部の外径が大きな鼓状の回転駆動体の側面と回転円盤の外周平面部とが当接する構造と、プーリーを介した構造と、傾斜面に圧接する同じ傾斜を有した回転駆動体と、大きく３つの事例が上げられている。

ここに、第一の構造は圧接方向が回転軸に対して直角であり、回転円盤の面に対して安定した力が掛り、第二の構造は多少の角度を有しても回転伝達は可能で、プーリーの回転部の径を選ぶことで大きなトルク力も得易く、第三の構造は前二者とは異なりプーリーを使わず、回転体の傾斜角度を同じくした回転駆動体との圧接により力を伝搬するものであり、円盤の回転軸に対して略直角方向からの力が、傾斜を持った円盤の外周一部にのみに掛る構造となるが、一軸の駆動のみで回転体を回転する特徴を有している。

特開平４−１１５８２０号公報実開平５−２６９２１号公報

しかしながら、本案と同様の基本構造である傾斜面に圧接する同じ傾斜を有した回転駆動体の構造においては、前記背景技術でも触れた通り、高速搬送の要望に対しては、前述の第三の構造＜第二の構造＜第一の構造の順に従い回転力伝搬の確度が高まる。即ち、その順に従って構造物の形状を含む強度に対する充分な摩擦力が確保できることになり、換言すると、第三の構造即ち本案の基本構造においては摩擦力の確保が重要な課題であり、特に回転が高速化する程その課題が大きく顕在化することになる。

現在は、凡そ１００m／分程度の速度で搬送されているが、更に高速化しようとする場合は、傾斜を有する回転円盤の外周部に近い領域の一部のみに、軸に対して所定の角度がずれた方向に一定の圧接力が掛り、このような状況では、円盤固定部にモーメントによる曲げ応力が生じることにもなり、応力集中部の充分な補強が迫られることにもなる。

例えば、図２に示す従来構造のように三種の既存構成構造における荷物を搬送する回転円盤に対し、（ｃ）のような回転円盤に対して円盤を圧する力を受ける場合は、（a）および（ｂ）に示す方式に比較し、傾斜面を有する円盤周辺部の一部に荷重が掛かるので固定部周辺には局部的な力が発生することになるのである。

その力もしくは応力集中を極力小さくするには、軸方向の圧接力を低減させる必要があるが、特に高速回転においては滑りを生じさせることにつながり、スムーズな回転を伝搬することは困難になる。

一方、図２に示す（a）および（ｂ）の構造において、搬送する物品の方向を変換する際には複数の回転体を含むユニット全体を上下移動させる必要があり、頻繁に搬送方向の変更を伴う場合などは重量物の上下運動が必要となるので、摩耗やシステムの故障を低減・防止するためのメンテナンスも厄介なものになっていた。

本発明は上記問題を解決するために、物品を高速で搬送するときに回転体により仕分けする装置での安定した回転を得るための構造を有した仕分装置、特に高速回転時においても滑りの発生を低減し、スムーズな回転を確保し、且つ構成部品における内部応力を低減し、充分な強度を確保した仕分装置を提供することを課題とした。

かかる課題を解決するため、本発明は、回転駆動体と環状回転体とが圧接する領域の摩擦力を確保するために、材料特有の動摩擦係数の他に、押圧時に生じる微細な弾性変形に伴う形状変形による摩擦力（抵抗力）を期待し、弾性体による確実な回転力を得る構造としている。即ち、回転体によるコンベアの切り替え装置において、高速搬送における長寿命で安定した動作が望まれるが、複数の回転体を同時に駆動する際に無理な力が掛り、大きな力を必要とするなどで、安定した回転動作を得ることが難しかったところ、本願によれば、回転体に慣性モーメントによる安定した力を常に与える構造とし、無理な力が掛からず、安定した回転動作が得られるようにしたものである。

より具体的な構成として、本発明の一態様は、回転駆動機構によって搬送路面上に搬送対象物が載置されて搬送される搬送方向と略直交するシャフトと、前記シャフトに固着される軸と所定角度を有した傾斜円盤を有する固定部と、前記固定部の傾斜円盤周りに同角度を持って回転可能に配置され前記搬送物の底部に摺接する外周面を有し前記シャフト周りに自由回転可能に枢設される環状回転体と、前記環状回転体に外周近傍の側面に所定角度をなして当接する駆動回転体と、前記固定部と一体化されたシャフトを任意回転することによって仕分方向を任意に選択可能とする手段と、前記駆動回転体と前記固定部は圧接状態維持手段により圧接状態を保持されることで、前記固定部に対し自由回転可能に枢設される前記環状回転体と前記駆動回転体が前記シャフトの同心上で常に一定の圧接状態で円滑な回転状態を維持する構造とを有する。

また、本発明は、図５、図６にも描かれるように、環状回転体の回転部は全周囲が略均質な構造で、且つ、ベアリングのような摺接機構部より大きな軸方向の厚みを有する構造とすることで、安定した大きな慣性モーメントを得ることが可能で、安定な位置を保ちながら、高速回転においてもスムーズな回転を継続させることが可能となる。

特に、高速回転においては、初期の回転駆動に比べ上記慣性モーメントが大きくなるので、回転駆動力を得るための、軸方向圧接力を低減しても、充分に安定した回転を得ることが可能となるのである。

本発明に係る物品の仕分装置では、高速搬送における回転部の高速回転においいても、圧縮変形が期待できる弾性体を介することで、確実な回転伝搬が可能となり、且つ慣性モーメントの確保により、摺接部の押圧力が小さな状態でも安定したスムーズな回転が得られるので、構造物に不要な力を付加することを避けられる。

更に、本構造においては、図３に示す通り、搬送する物品の方向を変換する際に、シャフトを所定角度だけ回転することによって、図4に示す固定部の周囲に取り付けられる環状回転体が傾斜円盤に沿って傾斜し、その傾斜に伴って、図７に示す通り、シャフトからの上方向に向かった最大高さが変化し、例えばコンベアベルトのような搬送路の高さ位置から、突出すると同時に搬送方向を変換することが可能となり、更に図では示されていないが、搬送路の高さ位置より低い位置に隠すことも可能となる。

即ち、図２の（a）や（ｂ）に示すような構造の場合に、当該回転円盤での搬送方向の変換を行う場合は、複数の円盤を一体にまとめたユニット毎に方向を変えたり、上下に動かしたりするなどの煩雑な作業を伴うが、本案においては、図３に示すようにシャフトを所定角度に回転することで、図７に示すような高さ制御も可能となる。

更に、本構造においては、図８に示すように、単数または複数の回転円盤がシャフトに組込まれた軸ユニットが単数または複数段組まれた回転ユニットとして構成されるが、軸ユニット単位での取付け、取り外しが可能な構造となるので、メンテナンスにおける簡素化が容易となる。

これらの構造によって、仕分けコンベアにおける大量の物品処理において、高速搬送による短時間処理が可能となり、搬送物品の進行状態に合わせ、軸ユニットの回転位置を適宜変化させることで、物品への衝撃を低減することも可能で、物品間の余裕間隙も低減可能となるので、全体的な処理時間に対する効率化、安全化が図れ、更に、定期的に必要なメンテナンス操作も容易な構造が得られる。

仕分装置の配置と作用を説明する搬送装置の要部の平面図である。従来構造案における回転駆動の各種形態であって、図２（ａ）は回転駆動体と円盤が外周で当接する形態、図２（ｂ）は回転駆動体と円盤がプーリーを介して回転する形態、図２（ｃ）は回転駆動体と円盤が円盤平面で当接する形態である。本発明の第１の実施形態に係る回転駆動体と環状回転体の押圧接点箇所を示す概念図であって、図３（ａ）は回転駆動体と環状回転体が回転軸に対して点前側で接している状態を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）の状態から一方へ９０度回転させた状態を示し、図３（ｃ）は図３（ｂ）から更に同方向に９０度回転させた状態、もしくは図３（ａ）から１８０度回転させた状態を示し、図３（ｄ）は図３（ｃ）から更に同方向に９０度回転させた状態、もしくは図３（ａ）から２７０度回転させた状態を示す。本発明の第１の実施形態に係る固定部を回転する状況の図であり、前記図３の状態を真上から俯瞰した図であって、図４（ａ）は図３（ａ）の状態を真上から見た固定部の状態、図４（ｂ）は図３（ｂ）の状態を真上から見た固定部の状態、図４（ｃ）は図３（ｃ）の状態を真上から見た固定部の状態、図４（ｄ）は図３（ｄ）の状態を真上から見た固定部の状態を示す。本発明の第１の実施形態に係る固定部の外周に環状回転体を取り付けた状態の概念図である。本発明の第１の実施形態に係る仕分部の回転体における押圧力関係を示す構成図である。本発明の第１の実施形態に係る仕分部の回転状態を示す図である。本発明の第１の実施形態に係るコンベアベルトと仕分装置の回転体の位置関係を示す構成図である。本発明の第１の実施形態に係る回転体が組まれた軸ユニットと回転ユニットの模式図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態にかかる仕分装置について説明する。なお、以下では本発明の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本発明の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。

図１は、本発明に係る仕分装置を適用した搬送装置１００において搬送物品２００が回転体ユニット部１１０を通過する際に、直進方向（Ａ）および左右への、即ちBもしくはCへの仕分方向を示した要部の模式的平面図である。

図２は、従来構造案における回転駆動の各種形態を示した模式図で、（ａ）は円筒状の駆動回転体４１の側面と回転円盤１の外周平面部とが当接する構造であり、（ｂ）はプーリー５を介した構造の例であり、更に本案の如くの傾斜面１に圧接する構造（ｃ）における、図示しない構造（プーリーなど）によって回転する駆動回転体４が回転円盤１を圧接しながら回転せしめる状態を示しているが、前の二つの構造は仕分方向を変える場合に当該回転体が組み込まれた回転体ユニット１１０の全体を上下に移動させ、所望の方向に移動せしめる状態にする必要があるが、（ｃ）の構造はシャフト２を所望の角度に回転することによって回転円盤１の方向を変えることが可能となる。

図３は本発明の一実施形態に係る回転駆動体と環状回転体との押圧接点箇所を示し、（ａ）に示す位置において回転駆動体４と環状回転体１１とがＥ_１１とＥ_１２とで圧されている場合、環状回転体１１の図では陰となる部分にＰ_１の力が掛ることを示している。更に、上記（ａ）状態から一方へ９０度回転させた（ｂ）の状態では、図示する位置でＰ_２の力が掛り、更に同方向へ９０度回転させた状態、もしくは上記（ａ）状態から一方へ１８０度回転させた（ｃ）の状態では、図示する位置でＰ_３の力が掛り、更に同方向へ９０度回転させた状態、もしくは上記（ａ）状態から一方へ２７０度回転させた（ｄ）の状態では、図示する位置でＰ_４の力が掛ることを示している。

図４は、本発明の一実施形態に係る固定部を示し、前記図３の状態を真上から俯瞰した固定部３のみを示す図で、シャフト２と一体的に取り付けられた固定部３を、シャフト２の回転により傾斜する傾斜円盤３２の状態を示し、図示しない環状回転体１１の回転によって搬送対象物が搬送される。（ａ）の状態では搬送対象物が矢印に示すとおり右側（図１のＢ方向）に寄せられ、固定部が９０度回転した（ｂ）の状態では、後の図８で示すように環状回転体の最大外形部がコンベアの高さ位置より低くなるか、もしくは同一表面位置にある場合は、直進方向（図１のＡ方向）に進み、更に固定部が９０度回転した（ｃ）の状態では左側（図１のＣ方向）に寄せられ、更に固定部が９０度回転した（ｄ）の状態では、上記（ｂ）の状態と同じように、環状回転体の最大外形部がコンベアの高さ位置より低くなるか、もしくは同一表面位置にある場合は、直進方向（図１のA方向）に進むことを示している。なお、図４に示す矢印は、その外周部に取り付けられる環状回転体１１の外周面で搬送対象物に接するものであって、図示する面で搬送物に接するものではなく、固定部３がこの状態にある場合の搬送方向を示したものである。

前記搬送対象物の方向を変換するために固定部３を回転する際には、固定部３と一体化されたシャフト４をプーリーもしくはラックピニオン方式によって所望の角度に回転せしめるか、モーター内蔵型の回転制御方式などを適用する。

図５は、本発明の一実施形態に係る固定部３の外周に環状回転体１１を取り付けた状態の概念を示す図で、固定部３の周辺に破線で環状回転体１１の取り付け状態を示す。

図６は、本発明の一実施形態に係る仕分部の回転体における圧接状態を維持する手段の一例を示す図で、ここでは図３における（ｂ）の状態での位置を示し、回転駆動体４と固定部３の間に一定の向い合う押圧力Ｅ_１１、Ｅ_１２が掛り、固定部３と環状回転体１１はベアリング８１などを介して一体構造の中で自由回転が可能な摺接機構となっている。なお、図中のＥ_１１とＥ_１２の矢印の数が異なるが、当接する構造によって模式化したものであり、力としては作用・反作用の関係にある同一の値である。（図７においても同じ）

即ち、前記押圧力Ｅ_１１、Ｅ_１２を受けることで、駆動回転体４と環状回転体１１とが互いに接する傾斜部分では押圧力Ｅ_２１、Ｅ_２２の力が掛り、回転駆動体４の回転が環状回転体１１の押圧力と摩擦係数により回転力として伝搬する構造で、前記摩擦係数は弾性体自体が有する摩擦係数による摩擦力の他に、押圧力により変形せしめられる変形による抵抗力が加わるものとなる。

図７は、本発明の一実施形態に係る仕分部の回転体における押圧力と慣性モーメントとの関係を示す模式図で、環状回転体１１の外径（ｒ₁）内径（ｒ₂）及び厚さ（ｔ）で決定される質量をＭとすれば、環状回転体の慣性モーメントＪは
Ｊ＝Ｍ×（ｒ_１ ^２＋ｒ_２ ^２）／２（単位：ｇ・ｃｍ^２）
となる。ここに、環状回転体１１は外部要因から決定される内外径に対し、充分な厚みを有する略均等な質量（密度）を有する素材で構成することで大きな効果を得ることになる。また、本装置における搬送速度は常に一定であるので、慣性モーメントによる力を利用することによって常に、より安定した回転を得ることができる。

特に、ここでの慣性モーメントを確保することは、傾斜した固定部に一体化される環状回転体１１を圧す力Ｅ_１１と、回転駆動体を圧す力Ｅ_１２が、回転体の回転速度が増すほど小さくすることが可能となるので、特に高速回転時には、無理な力を掛けずに、前記一定の押圧力を低減することを可能とし、仕分けされるべき荷物が仕分部に到達・接触した際に生じる衝撃力に対しても、安定した回転を維持することが容易となる。

図８は、本発明の一実施形態に係るコンベア部６と仕分装置における特に回転体１の位置関係を示す図である。シャフト２を中心軸に固定される回転駆動体４と、傾斜部を有する固定部３とベアリング８１と環状回転体１１が一体となった回転体１が互いに軸方向に圧接され、図３、図４で示す如く、固定部３の傾斜方向を変化させることによって環状回転体１１の最大外周部の高さ位置が変化することを破線矢印で示している。その高さは、搬送用のコンベア部６の高さ位置から突出している領域Ｄ_２を有効領域（幅としてはＬ_１の領域）として示している。因みに、有効領域はコンベア部６の厚みＤ_１と、コンベア間の間隙部Ｌと、環状回転体１１がコンベア部６の表面位置から埋没する最大値Ｄ_３、および駆動回転体４の外径に対するコンベア部６の底面との余裕間隙Ｄ_４などによって決定される。

図３および図４でも示した如く、固定軸３を回転することによって、コンベア６の表面から突出する量を徐々に変えることが可能であるために、仕分けコンベアにおいて、搬送物品の進行状態に合わせ、軸ユニットの回転位置を適宜変化させることで、物品への衝撃を低減することも可能であり、回転角速度を制御することで、より効果的な衝撃低減が可能となる。

図９は、本発明の第１の実施形態に係る回転体が組まれた軸ユニット１１１と回転体ユニット１１０を模式的に描いた図で、一例として１本のシャフトに４個の回転体を組み込ませ、取り外し容易な軸ユニット１１１と、その軸ユニットを３段重ねた状態を描き、図３、図４、図８でも示したように固定部３を任意の回転角で回転することで、Ａ、Ｂ、Ｃ方向制御と同時に、図7に示す回転体の高さ方向のコンベア表面位置からの突出量を変化させることが可能となる。

因みに、軸ユニット１１１に取り付けられる回転体１は単数でも複数でも可能であり、回転体ユニット１１０内の軸ユニットは１本でも複数本が段になっても有効である。

本発明に係る搬送装置は、物流形態の多様化と並行して高速搬送処理が進む中で、搬送速度が高速化されると共に、仕分装置における仕分・分岐の確実さが求められ、特に分岐のための回転体が高速に回転する際に生じる回転駆動の伝搬を確実に行い、且つ、多様な荷物に対しても高速で確実な仕分けが可能となることで、搬送装置を適用する各種産業において大きな利用可能性を有する。

１回転体
１１環状回転体
２シャフト
２１回転ローラーのシャフト
２２プーリーのシャフト
３固定部
３１シャフトに固定される固定軸
３２所定の傾斜を有する傾斜円盤
４回転駆動体
４１回転体の外周で駆動する回転駆動体
４２プーリーを用いて駆動する回転駆動体
５駆動用プーリー
６コンベア部
７弾性体（合成樹脂など）
７１環状回転体に固着される弾性体
７２回転駆動体に固着される弾性体
８摺接機構
８１固定部と環状回転体とを摺接可能とするベアリング構造
８２シャフトと回転駆動体とを摺接可能とするベアリング構造
１００搬送装置の仕分部
１１０回転体ユニット
１１１軸ユニット
２００搬送される物品
Ａ,Ｂ,Ｃ搬送方向
Ｄコンベアと回転体の位置関係を示す寸法
Ｄ_１コンベア部の厚さ
Ｄ_２環状回転体がコンベア表面から突出する最大量
Ｄ_３環状回転体がコンベア表面から埋没する最大量
Ｄ_４回転駆動体とコンベア底面との余裕間隙
Ｅ回転力を生じさせるための外力
Ｅ_１、Ｅ_２従来構造での円盤の外周部を押圧する力
Ｅ_３、Ｅ_４従来構造での回転体を引っ張る力
Ｅ_５、Ｅ_６従来構造での円盤の表面を押圧する力
Ｅ_１１固定部を押圧する力
Ｅ_１２回転駆動体を押圧する力
Ｅ_２１前記Ｅ１２の力によって回転駆動体が受ける反力
Ｅ_２２前記Ｅ１１の力によって駆動回転体が受ける反力
Ｅ_２３回転駆動体の回転力が加わった時の、図の手前方向を向くベクトルを示す力
Ｅ_３３回転駆動体により圧せられる力による垂直方向の分力
Ｅ_３４回転駆動体の回転による回転方向の分力
Ｌコンベア間の間隙長さ
Ｌ_１回転体の最大外形部がコンベア表面から突出する領域
Ｒ回転力
Ｒ_１回転駆動体により駆動される環状回転体の回転力
Ｒ_２回転駆動体の回転力
ｒ環状回転体部の径
ｒ_１環状回転体１１の外径
ｒ_２環状回転体１１の内径
ｔ環状回転体１１の厚さ
θ 固定部傾斜盤および環状回転体の、シャフトに対する傾斜角度

Claims

第１シャフト（２）と、前記第１シャフトの周囲を回転する回転体であって、前記第１シャフトの軸に対してある角度傾いた回転軸を有する第１回転体（１１）と、前記第１シャフトと前記第１回転体との間に位置し、前記第１回転体を回転可能に支持する第１支持体（３）と、前記第１回転体を回転駆動させるための第１駆動体（４）と、を備えた分岐装置であって、
前記第１支持体は、前記第１シャフトと前記第１回転体との間に位置する円盤であって前記第１回転体と同心円の第１傾斜円盤（３２）と、前記第１傾斜円盤の外周に位置し、前記第１傾斜円盤に対して前記第１回転体を回転可能に支持する第１回転機構（８１）とを備え、
前記第１回転体の回転軸に平行な方向の前記第１回転体の厚みが、前記第１回転体の回転軸に平行な方向の前記第１傾斜円盤の厚みより厚いことを特徴とする分岐装置。
前記第１回転体（１１）と前記第１駆動体（４）とが互いに接する部分において押圧力がかかり、前記第１駆動体（４）の回転が前記押圧力及び摩擦により前記第１回転体（１１）に伝搬することを特徴とする請求項１に記載の分岐装置。
前記第１回転体（１１）と前記第１駆動体（４）とが互いに接する部分における前記押圧力及び慣性モーメントを利用したことを特徴とする請求項２に記載の分岐装置。
前記第１支持体（３）の傾斜方向が変化することによって前記第１回転体（１１）の最大外周部の高さ位置が変化することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の分岐装置。