JP6984931B1 - 充填システム及び充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外形サイズが小型化された充填システムを提供する。【解決手段】充填システム１は、容器２０を取り出すように構成されると共に、容器２０の側面１２２を吸着するように構成された第１吸着部２３を有する第１アーム２と、容器２０の側面１２１を吸着するように構成された第２吸着部３と、容器２０を保持するように構成された第２アーム４と、容器２０に充填物を充填するように構成された充填部６と、容器２０の口部１２４を密封するように構成された容器密封部５と、を備える。充填部６及び容器密封部５は、充填システム１の上下方向において、第２吸着部３及び第２アーム４の上方に配置されている。【選択図】図１

Description

本開示は、充填システム及び当該充填システムによって実行される充填方法に関する。

特許文献１では、充填物を包装袋に充填するための充填システムが開示されている。特許文献１に開示された充填システムでは、包装袋を移送経路に沿って移送するように構成された環状の移送装置が設けられている。また、コンベア、開口吸盤アーム、充填装置、タッピング装置、排出シュート等の各機構が所定の間隔で環状の移送装置の各位置に配置されている。

特開２０２１−０２０７１６号公報

ところで、上記充填システムの場合には、平面視において充填システムの外形サイズが大きい。即ち、充填システムの幅寸法及び奥行き寸法が大きくなってしまうため、充填システムの設置面積が大きくなってしまう。一方で、工場の設置スペースに余裕がない場合には、このような外形サイズが大きい充填システムを導入することが大きなハードルとなる場合がある。このように、充填システムの外形サイズを小型化する点で新たな充填システムを検討する余地がある。

本開示は、従来の充填システムと比較して、外形サイズが小型化された充填システムを提供することを目的とする。また、本開示は、当該充填システムによって実行される充填方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る充填システムは、
容器を取り出すように構成されると共に、前記容器の一方の面を吸着するように構成された第１吸着部を有する第１アームと、
前記容器の他方の面を吸着するように構成された第２吸着部と、
前記容器を保持するように構成された第２アームと、
前記容器に充填物を充填するように構成された充填部と、
前記容器の口部を密封するように構成された容器密封部と、
を備える。
前記充填部及び前記容器密封部は、前記充填システムの上下方向において、前記第２吸着部及び第２アームの上方に配置されている。

上記構成によれば、充填システムの上下方向において、充填部及び容器密封部が第２吸着部及び第２アームの上方に配置されている。このため、容器を各装置（充填部や容器密封部等）に移送する環状の移送装置に沿って充填部、第１及び第２アーム、容器密封部が配置された従来の充填システムと比較して、充填システムの全体の外形サイズを小型化することが可能となる。特に、環状の移送装置を充填システムに設ける必要がないと共に、各装置が充填システムの上下方向（高さ方向）に沿って配置されているため、充填システムの幅寸法及び奥行き寸法を小さくすることができる。このため、工場の設置スペースに余裕がない場合でも、上記充填システムをスムーズに導入することができる。

また、前記容器密封部は、前記上下方向において、前記充填部と前記第２アームとの間に配置されてもよい。

上記構成によれば、充填システムの上下方向において、容器密封部が充填部と第２アームとの間に配置されているため、充填システムの幅寸法及び奥行き寸法が小さくなり、充填システムの全体の外形サイズを小型化することが可能となる。

また、前記第１吸着部が前記容器の一方の面を吸着しつつ、前記第２吸着部が前記容器の他方の面を吸着した状態で、前記第１吸着部と前記第２吸着部が互いに離れるように前記第１吸着部と前記第２吸着部のうちの少なくとも一方が移動してもよい。

上記構成によれば、容器の各面に吸着した第１吸着部と第２吸着部の連携動作によって容器の口部を開口させることが可能となる。

また、前記容器が搬送される搬送路を有する容器搬送部をさらに備えてもよい。前記容器搬送部は、前記上下方向において、前記第２吸着部及び第２アームに対向すると共に、前記第２吸着部及び第２アームの下方に配置されてもよい。

上記構成によれば、充填システムの上下方向において容器搬送部が第２吸着部及び第２アームの下方に配置されるため、充填システムの全体の外形サイズを小型化することが可能となる。特に、充填部、容器密封部、容器搬送部を含む各装置が充填システムの上下方向（高さ方向）に沿って配置されているため、充填システムの幅寸法及び奥行き寸法を小さくすることができる。

また、前記第１アームは、
複数の前記容器が設けられた容器供給部から前記容器を取り出し、
前記第１吸着部が前記容器を吸着した状態で、旋回動作を通じて前記第１吸着部を第１位置から第２位置に移動させる、
ように構成されてもよい。
前記第１吸着部は、前記第１位置に配置された状態で、前記上下方向において前記容器供給部に対向してもよい。
前記第１吸着部は、前記第２位置に配置された状態で、前記上下方向に垂直な左右方向において前記第２吸着部に対向してもよい。

上記構成によれば、第１アームによって容器供給部から容器が取り出された後に、第１アームの旋回動作によって、第１吸着部が第１位置から第２位置に移動する。このように、第１アーム、第２吸着部、第２アームの各々に容器を移送するための環状の移送装置を充填システムに設ける必要がないため、充填システムの全体の外形サイズを小型化することができる。

また、前記第２アームが前記容器を保持した状態で、前記充填部が前記容器に前記充填物を充填すると共に、前記容器密封部が前記容器の口部を密封してもよい。
前記第２アームは、前記容器の口部が密封された後に、前記容器の保持を解除することで前記容器を搬送する容器搬送部に向けて前記容器を落下させてもよい。

上記構成によれば、第２アームによる容器の保持及び保持解除を通じて、容器に充填物を充填する工程から容器搬送路に容器を送り出す工程までの一連の工程が実行される。このように、各装置に容器を移送する環状の移送装置を充填システムに設ける必要がないため、充填システムの全体の外形サイズを小型化することができる。

本開示の一態様に係る充填方法は、上記充填システムによって実行され、
前記第１アームによって前記容器を容器供給部から取り出す工程と、
互いに対向した前記第１吸着部と前記第２吸着部との連携動作を通じて前記容器の口部を開口させる工程と、
前記第２アームによって前記容器を保持した状態で、前記充填部によって前記容器に前記充填物を充填する工程と、
前記第２アームによって前記容器を保持した状態で、前記容器密封部によって前記容器の口部を密封する工程と、
前記容器を搬送する容器搬送部に向けて前記容器を落下させることで、前記容器を前記容器搬送部に送り出す工程と、
を含む。

上記充填方法によれば、充填システムに設けられた各装置によって、容器を取り出す工程から容器を容器搬送部に送り出す工程までの一連の工程が実行される。特に、第１アームと第２アームの動作を通じて一連の工程が実行されるため、容器を各装置（充填部や容器密封部等）に移送する環状の移送装置を充填システムに設ける必要がない。このため、充填システムの全体の外形サイズを小型化することが可能となる。

本開示によれば、従来の充填システムと比較して、外形サイズが小型化された充填システムを提供することができる。

本発明の実施形態（以下、単に本実施形態という。）に係る充填システムの外観の一例を示す図である。 本実施形態に係る充填システムによって実行される一連の工程を説明するためのフローチャートである。 容器密封部によって容器の口部が密封されている様子を概略的に示した図である。

以下、本実施形態に係る充填システム１について図面を参照しながら説明する。本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。また、本実施形態の説明では、説明の便宜上、充填システム１の「上下方向」、「左右方向」及び「前後方向」について言及する。上下方向、左右方向及び前後方向のうちの一方は、残りの２方向と直交するものとする。上下方向は上方向及び下方向を含み、左右方向は左方向及び右方向を含み、前後方向は前方向と後方向を含むものとする。

最初に、図１を参照することで、本実施形態に係る充填システム１の構成について以下に説明する。図１は、正面から見た場合の充填システム１の外観の一例を示す図である。図１に示すように、充填システム１は、第１アーム２と、第２吸着部３と、第２アーム４と、充填部６と、容器密封部５と、容器搬送部９と、制御部８とを備える。

充填システム１は、容器２０に充填物を充填するように構成されている。充填システム１によって充填物が充填される容器２０の種類は特に限定されるものではない。例えば、容器２０は、化粧品、薬品若しくは食品用の包装袋（パウチ）であってもよい。容器２０は、互いに対向する２つの側面１２１，１２２と、２つの側面１２１，１２２の一端に接続された底面１２３と、底面１２３と対向すると共に、充填物が充填される口部１２４（開口部）を有する。容器２０の２つの側面１２１，１２２の全体が互いに接触した状態では、容器２０の口部１２４は閉じていると共に、容器２０の底面１２３は折り畳まれている。その反対に、容器２０の体積が膨張するように２つの側面１２１，１２２が互いに離れた状態では容器２０の口部１２４は開口している。また、容器２０に充填される充填物も特に限定されるものではなく、液体、顆粒若しくは粉末であってもよい。本実施形態では、充填物は、コーヒー豆等の顆粒充填物とする。容器２０は、顆粒充填物用の包装袋とする。

第１アーム２は、複数の容器２０が平積みの状態で配置された容器供給部１０から容器２０を取り出すように構成されている。第１アーム２は、アーム本体部２４と、第１吸着部２３とを有する。アーム本体部２４は、旋回軸２８及び第１吸着部２３に接続されている。アーム本体部２４は、旋回軸２８を中心に反時計回りに９０度だけ旋回するように構成されている。第１吸着部２３は、容器２０の側面１２２を吸着するように構成されている。本実施形態では、第１アーム２に設けられた第１吸着部２３の個数は１つであるが、第１吸着部２３の個数は特に限定されるものではない。例えば、２つ以上の第１吸着部２３が第１アーム２に設けられてもよい。

第２吸着部３は、第１吸着部２３によって吸着保持された容器２０の側面１２１を吸着するように構成されている。第２吸着部３は、左右方向において容器２０を介して第１吸着部２３に対向する。第２吸着部３は、アクチュエータ３１に接続されており、アクチュエータ３１によって左方向又は右方向に移動させられる。第２吸着部３の個数も特に限定されるものではなく、例えば、２つ以上の第２吸着部３が充填システム１に設けられてもよい。

第２アーム４は、容器２０を保持するように構成されており、前後方向において互いに対向する一対の保持部４２を有する（図３参照）。一対の保持部４２の一方が容器２０の左上端部の付近を把持すると共に、一対の保持部４２の他方が容器２０の右上端部の付近を把持することで、容器２０が第２アーム４によって保持される。第２アーム４は、アクチュエータ４４に接続されており、アクチュエータ４４によって上下方向に移動させられる。

充填部６は、容器２０内に充填物（本例では、コーヒー豆）を充填するように構成されている。充填部６は、充填固定部６２と、上下方向に可動する充填可動部６３と、充填可動部６３に接続された吐出先端部６４とを有する。充填部６が充填物を容器２０に充填する場合、充填可動部６３が容器２０の口部１２４（開口部）に近づくように下方向に移動した後に、充填可動部６３が上下方向に所定回数だけ振動する。このように、充填部６内に設けられた充填物が吐出先端部６４を介して容器２０内に充填される。

容器密封部５は、容器２０の口部１２４を密封するように構成されている。容器密封部５は、口部１２４付近の両側面１２１，１２２を熱圧着することで口部１２４を密封するように構成されている。容器密封部５は、アクチュエータ５３ａ，５３ｂと、熱圧着部５２ａ，５２ｂを有する。アクチュエータ５３ａは、熱圧着部５２ａが容器２０の側面１２１を押圧するように熱圧着部５２ａを右方向に移動させるように構成されている。アクチュエータ５３ｂは、熱圧着部５２ｂが容器２０の側面１２２を押圧するように熱圧着部５２ｂを左方向に移動させるように構成されている。熱圧着部５２ａ，５２ｂによって口部１２４付近の両側面１２１，１２２が熱圧着されることで、容器２０の口部１２４が密封される。

容器搬送部９は、前方向に容器２０を搬送するように構成されている。容器搬送部９は、例えば、ベルトコンベア装置であって、容器２０が搬送される搬送路９０と、支持台９２と、図示しない駆動軸と、図示しない回転モータとを有する。搬送路９０は、例えば、支持台９２に巻き付けられた環状ベルトとして構成されている。

制御部８は、充填システム１が自動的に各容器２０に充填物を充填するように充填システム１の各装置の動作を制御するように構成されている。制御部８は、例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）として構成されている。制御部８は、１以上のプロセッサと、１以上のメモリと、入力インターフェース回路と、出力インターフェース回路とを含んでもよい。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のうちの少なくとも一つを含む。メモリは、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とを含む。制御部８は、充填システム１の所定の場所に配置されている。また、充填システム１には、操作者による入力操作を受け付ける操作パネル（図示せず）が設けられてもよい。

本実施形態では、充填部６及び容器密封部５が、上下方向において、第２吸着部３及び第２アーム４の上方に配置されている。また、容器密封部５が、上下方向において、充填部６と第２アーム４との間に配置されている。容器搬送部９が、上下方向において、第２吸着部３及び第２アーム４に対向すると共に、第２吸着部３及び第２アーム４の下方に配置されている。さらに、第１アーム２が左右方向において第２吸着部３に対向した状態で、容器密封部５、第２アーム４、第２吸着部３、第１アーム２、容器搬送部９のそれぞれが上下方向において充填部６の直下に配置されている。換言すれば、充填部６、容器密封部５、第２アーム４、第２吸着部３、第１アーム２、容器搬送部９のそれぞれが上下方向に沿って整列している。

このように、容器を各装置（充填部や容器密封部等）に移送する環状の移送装置（ベルトコンベア装置）に沿って充填部、第１及び第２アーム、容器密封部が配置された従来の充填システムと比較して、充填システム１の全体の外形サイズを小型化することが可能となる。特に、環状の移送装置を充填システム１に設ける必要がないと共に、各装置が充填システム１の上下方向に沿って整列しているため、充填システム１の左右方向の寸法（幅寸法）及び前後方向の寸法（奥行寸法）を小さくすることができる。このため、工場の設置スペースに余裕がない場合でも、充填システム１をスムーズに導入することができる。

（充填システム１によって自動的に実行される一連の工程）
次に、図２を参照することで充填システム１によって自動的に実行される一連の工程について以下に説明する。尚、制御部８が、メモリに記憶された制御プログラムに従って充填システム１の各装置の動作を制御することで、これらの一連の工程が人手を介さずに充填システム１によって自動的に実行されるものとする。図２は、本実施形態に係る充填システム１によって自動的に実行される一連の工程を説明するためのフローチャートである。図２に示すように、容器取出工程Ｓ１において、第１アーム２は、容器供給部１０から平積み状態で積層された複数の容器２０のうちの一つを取り出す。具体的には、第１アーム２の第１吸着部２３が、上下方向において容器供給部１０に対向した状態で、アーム本体部２４によって上方向に移動させられる。その後、第１吸着部２３が容器２０の側面１２２を吸着することで、容器２０が第１アーム２によって保持される。次に、アーム本体部２４は、第１吸着部２３を下方向に移動させた後に、旋回軸２８を中心に反時計回りに９０度だけ旋回する。このように、アーム本体部２４の旋回動作を通じて、第１吸着部２３は、上下方向において容器供給部１０に対向する第１位置から左右方向において第２吸着部３に対向する第２位置に移動する。

口部開口工程Ｓ２において、左右方向において互いに対向した第１吸着部２３と第２吸着部３との連携動作を通じて容器２０の口部１２４が開口される。具体的には、最初に第２吸着部３が右方向に移動することで容器２０の側面１２１を吸着する。このとき、第２アーム４が容器２０を保持してもよい。特に、一対の保持部４２の一方が容器２０の左上端部の付近を把持すると共に、一対の保持部４２の他方が容器２０の右上端部の付近を把持することで、容器２０が第２アーム４によって保持される。

次に、第１吸着部２３が容器２０の側面１２２を吸着しつつ、第２吸着部３が容器２０の側面１２１を吸着した状態で、第１吸着部２３と第２吸着部３が互いに離れるように、第１吸着部２３が右方向に移動すると共に、第２吸着部３が左方向に移動する。この結果、容器２０の体積が膨張し、容器２０の口部１２４が開口する。このように、第１吸着部２３と第２吸着部３の連携動作によって容器２０の口部１２４を開口させることが可能となる。尚、第１吸着部２３及び第２吸着部３の両方が左右方向に移動しているが、第１吸着部２３及び第２吸着部３のいずれか一方が左右方向に移動することで容器２０の口部１２４が開口されてもよい。

充填工程Ｓ３において、充填部６によって容器２０に充填物（本例では、コーヒー豆）が充填される。具体的には、最初に、充填可動部６３が容器２０の口部１２４に近づくように下方向に移動する。このとき、容器２０は、第１吸着部２３及び第２吸着部３によって吸着保持されると共に、第２アーム４によって保持されている。次に、充填可動部６３が上下方向に所定回数だけ振動することで、充填部６内に設けられた充填物が吐出先端部６４を介して容器２０内に充填される。充填工程Ｓ３の後に、充填物が容器２０の空間内に均一に充填されるように第２アーム４が容器２０を上下に振動させてもよい（即ち、タッピング工程が実行されてもよい）。

容器密封工程Ｓ４において、容器密封部５によって容器２０の口部１２４が密封される。具体的には、最初に、第１吸着部２３及び第２吸着部３が容器２０の吸着保持を解除した後に、第２アーム４が容器２０を保持した状態で容器密封部５に接近するように上方向に移動する。このとき、容器２０の上端部は、左右方向において熱圧着部５２ａ，５２ｂとの間の空間まで移動する。次に、熱圧着部５２ａが容器２０の側面１２１を押圧するように右方向に移動すると共に、熱圧着部５２ｂが容器２０の側面１２２を押圧するように左方向に移動する。その後、熱圧着部５２ａ，５２ｂによって口部１２４付近の両側面１２１，１２２が熱圧着されることで、容器２０の口部１２４が密封される（図３参照）。

送出工程Ｓ５において、容器２０が容器搬送部９に送出される。具体的には、容器密封部５によって容器２０の口部１２４が密封された後に、熱圧着部５２ａ，５２ｂの両方が容器２０から離れるように左右方向に移動する。次に、第２アーム４の一対の保持部４２が容器２０の保持を解除することで、容器２０を容器搬送部９に向けて落下させる。容器２０は、容器搬送部９の搬送路９０上に落下した後に、容器搬送部９によって搬送される。

このように、充填システム１によって容器取出工程Ｓ１から送出工程Ｓ５までの一連の工程が自動的に実行される。特に、第１アーム２と第２アーム４の動作を通じて一連の工程が実行される。また、これらの一連の工程では、容器２０を各装置（充填部６や容器密封部５等）に移送する環状のベルトコンベア装置を充填システム１に設ける必要がないため、充填システム１の全体の外形サイズ（特に、左右方向の寸法及び前後方向の寸法）を小さくすることが可能となる。また、容器２０が容器供給部１０から容器搬送部９まで移動する過程において、容器２０の移動距離が短くなるため、工程Ｓ１からＳ５までの一連の工程に要する製造時間を短縮することができ、容器充填の製造効率を高めることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

１：充填システム
２：第１アーム
３：第２吸着部
４：第２アーム
５：容器密封部
６：充填部
８：制御部
９：容器搬送部
１０：容器供給部
２０：容器
２３：第１吸着部
２４：アーム本体部
２８：旋回軸
３１，４４：アクチュエータ
４２：保持部
５２ａ，５２ｂ：熱圧着部
５３ａ，５３ｂ：アクチュエータ
６２：充填固定部
６３：充填可動部
６４：吐出先端部
９０：搬送路
９２：支持台
１２１，１２２：側面
１２３：底面
１２４：口部

Claims (6)

1. 容器を取り出すように構成されると共に、前記容器の一方の面を吸着するように構成された第１吸着部を有する第１アームと、
   前記容器の他方の面を吸着するように構成された第２吸着部と、
   前記容器を保持するように構成された第２アームと、
   前記容器に充填物を充填するように構成された充填部と、
   前記容器の口部を密封するように構成された容器密封部と、
   を備えた充填システムであって、
   前記充填部及び前記容器密封部は、前記充填システムの上下方向において、前記第２吸着部及び第２アームの上方に配置され、
   前記容器密封部は、前記上下方向において、前記充填部と前記第２アームとの間に配置されている、
   充填システム。
2. 前記第１吸着部が前記容器の一方の面を吸着しつつ、前記第２吸着部が前記容器の他方の面を吸着した状態で、前記第１吸着部と前記第２吸着部が互いに離れるように前記第１吸着部と前記第２吸着部のうちの少なくとも一方が移動する、請求項１に記載の充填システム。
3. 前記容器が搬送される搬送路を有する容器搬送部をさらに備え、
   前記容器搬送部は、前記上下方向において、前記第２吸着部及び第２アームに対向すると共に、前記第２吸着部及び第２アームの下方に配置される、請求項１または２に記載の充填システム。
4. 前記第１アームは、
   複数の前記容器が設けられた容器供給部から前記容器を取り出し、
   前記第１吸着部が前記容器を吸着した状態で、旋回動作を通じて前記第１吸着部を第１位置から第２位置に移動させる、ように構成され、
   前記第１吸着部は、前記第１位置に配置された状態で、前記上下方向において前記容器供給部に対向し、
   前記第１吸着部は、前記第２位置に配置された状態で、前記上下方向に垂直な左右方向において前記第２吸着部に対向する、請求項１から３のうちいずれか一項に記載の充填システム。
5. 前記第２アームが前記容器を保持した状態で、前記充填部が前記容器に前記充填物を充填すると共に、前記容器密封部が前記容器の口部を密封し、
   前記第２アームは、
   前記容器の口部が密封された後に、前記容器の保持を解除することで前記容器を搬送する容器搬送部に向けて前記容器を落下させる、請求項１から４のうちいずれか一項に記載の充填システム。
6. 請求項１から５のうちいずれか一項に記載の充填システムによって実行される充填方法であって、
   前記第１アームによって前記容器を容器供給部から取り出す工程と、
   互いに対向した前記第１吸着部と前記第２吸着部との連携動作を通じて前記容器の口部を開口させる工程と、
   前記第２アームによって前記容器を保持した状態で、前記充填部によって前記容器に前記充填物を充填する工程と、
   前記第２アームによって前記容器を保持した状態で、前記容器密封部によって前記容器の口部を密封する工程と、
   前記容器を搬送する容器搬送部に向けて前記容器を落下させることで、前記容器を前記容器搬送部に送り出す工程と、を含む、充填方法。

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