JP7226701B2 - 容器処理システム - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に係る容器処理システム、及び請求項１０に係る、クリーンルーム内に配置された容器処理機の交換可能な構成要素を交換する方法に関する。

容器処理システムは、先行技術から充分に知られている。容器処理システムは、容器を処理するための容器処理機を複数備えることができ、一般的には、飲料加工産業において容器を製造、充填及び包装するために使用される。

充填すべき製品に応じて、又は追加的な清浄度要件に応じて、容器処理システムの部品、特に個々の容器処理機をクリーンルーム内に配置することができる。これは、特に充填機及び密閉装置に適用される。それは、製品が周囲の空気と接触することがあり、望ましくない汚染につながるためである。

例えば形式変更の際にこの容器処理機でメンテナンス作業が必要となる場合、クリーンルームを開放し、続いて除染することが必要であるため、動作不能時間がかなり長くなり得る。

したがって、既知の先行技術を基に、解決すべき技術的問題は、時間を節約しながらの形式変更を実施することが可能な、クリーンルーム内に容器処理機を備えた容器処理システムを具現化することにある。

この目的は、請求項１に記載の容器処理システム、及び請求項１０に記載の交換可能な構成要素を交換する方法によって達成される。本発明の好適な発展的な形態は、従属請求項に含まれる。

本発明に係る容器処理システムは、クリーンルーム内に配置され、交換可能な構成要素を交換するように構成されたロボットを備えることを特徴とする。

ここで、構成要素の「交換」とは、容器処理機に配置された構成要素をロボットが容器処理機から取り外すことができ、別の構成要素を容器処理機（のその場所）に取り付けることを意味する。

原則として、構成要素の概念は、容器処理機のあらゆる部品をいうと理解してよい。この構成要素には特に、ブロー金型、密閉装置、密閉要素、ノズルチューブ、ガイド部材、又は支持具など、形式変更の場合に交換されるべき構成要素が含まれる。

ロボットがクリーンルームを開放する必要なく交換可能な構成要素を交換できるため、特にクリーンルームを開放し、続いて除染することなく迅速に形式変更を実施でき、変更作業の間も容器処理システムの動作不能時間を大きく削減することができる。

一実施形態において、ロボットは、クリーンルーム内に固定されたロボットアーム、又はクリーンルーム内のガイドに沿って移動可能に配置されたロボットアームを備える。要件に応じて、ロボットの様々な運動の自由度を確保することができる。

本実施形態の別の発展形態において、ガイド及びロボットアームの一部が線形駆動装置を形成するように設けることができる。ガイド及びロボットアームの一部は、非常に正確かつエネルギー効率の良い方法で制御することができ、また潤滑剤を含まずに構成されるためクリーンルームの望ましくない汚染のリスクを低減することができる。

一実施形態において、交換可能な構成要素を保管するためのマガジンがクリーンルーム内に配置され、ロボットは、交換可能な構成要素の一つをマガジンから取り外して容器処理機に取り付け、容器処理機に取り付けられた交換可能な構成要素を容器処理機から取り外してマガジンに供給するように設計されている。クリーンルーム内のロボットにとって交換可能な構成要素はすでに利用可能であるため、容器処理システムでの変更は、実際には外界との相互作用、特に物理的な相互作用なしに実施することができ、これによりオペレータとの相互作用も低減する。

一代替実施形態において、交換可能な構成要素をクリーンルームの外部から挿入できるロッカーがクリーンルームの壁に設けられ、ロボットは、交換可能な構成要素をロッカーから取り外してコンテナ処理機に取り付け、容器処理機に取り付けられた交換可能な構成要素を容器処理機から取り外してロッカーに供給するように設計されている。これにより、例えば、クリーンルームを開放する必要なく、容器処理システムでこれまでに使用されていなかった新たな構成要素（例えば新たなブロー金型又は別の密閉要素）を導入できる。このようにして、コンテナ操作システムの動作不能時間を低く抑えながら、フレキシブルな変更を実現することができる。

本実施形態の別の発展的形態において、殺菌装置がロッカー内に配置され、クリーンルームの外部からロッカー内に導入された交換可能な構成要素を殺菌することができる。このように、クリーンルームの望まれない汚染を防ぐことができる。

交換可能な構成要素は、密閉要素、ブラケットセグメント、スライダ、又はスパイク（打突）要素のうち少なくとも一つを含むものとすることができる。これらの構成要素は比較的小さく軽量であるため、比較的小型のクリーンルーム内でも一般的に利用可能なロボットにより移動させることができ、容器処理機に脱着することができる。

一実施形態において、ロボットは液体媒体及び／又は気体媒体用の媒体通路に関連付けられ、交換可能な構成要素を交換するためのロボットの工具は、媒体を介して空気圧又は油圧で操作することができる。代替として、又は追加として、電気エネルギー供給源がロボットに関連付けられ、電気モータがロボットの工具に関連付けられることにより、ロボットの工具を、電気モータを用いて操作することができる。

媒体の供給は、液体媒体だけでなく気体媒体の送り出しに対して設計でき適している。あるいは、二つの媒体通路を設け、これらの通路の一方が液体を送り、他方が気体媒体を送るようにしてもよい。工具を操作するための電気モータとの組み合わせは、前記媒体により空気圧又は油圧で操作できる同じ工具に適用することができる。次に、同じ工具を異なる精度又は性能で制御することもできる。あるいは、本実施形態のロボットの他の工具は一つ以上の電気モータを用いて操作されるが、ロボットの一つ以上の工具は、空気圧又は油圧で操作することができる。

別の実施形態において、ロボットは、ノズルを備え、例えば構成要素を潤滑又は洗浄するための媒体を容器処理機に作用させるように設計されている。形式変更に加えて、次に、クリーンルームを開放する必要なく容器処理機で他のメンテナンス作業を実施することもできる。

飲料加工産業においてボトルなどの容器を処理するためにクリーンルームに配置された容器処理機の交換可能な構成要素を交換するための本発明に係る方法において、ロボットがクリーンルームに配置され、ロボットが容器処理機の交換可能な構成要素を容器処理機から取り外して別の交換可能な構成要素と交換する。したがって、構成要素は、クリーンルーム内に留まるか、又は形式変更のためにクリーンルームを大気に開放する必要なくロッカーを介してクリーンルームから取り外すことができる。このように、形式変更中の動作不能時間を削減することができる。

この方法の別の発展的形態において、ロボットはまず交換可能な構成要素を容器処理機から取り外し、交換可能な構成要素用のマガジン又はクリーンルームの外部からアクセス可能なクリーンルームの壁のロッカーに案内し、次に別の交換可能な構成要素を回収し、次にこの別の交換可能な構成要素を容器処理機に取り付ける。このプロセスは時間の点で特に効果的であり、変更プロセス中の容器処理システムの動作不能時間をさらに削減することができる。

別の実施形態においては、ロボットは、少なくとも交換可能な構成要素の交換中、ガイドに沿って第１の位置と第２の位置との間を移動する。ロボット全体を動かす必要はないが、ロボットの一部、例えばロボットアームのみをこのようなガイドに沿って動かすことができる。本実施形態は、容器処理機内の多くの様々な位置に到達することを可能にし、それにより様々な交換可能な構成要素の交換を可能にする。

さらにロボットが、ロボットのノズルからの媒体を作用させることにより、容器処理機の少なくとも一つの構成要素を洗浄及び／又は潤滑するように設けることができる。このようにして、形式変更に加えて、容器処理機でのさらなるメンテナンス及び／又は洗浄作業を時間節約の方法で実施することができる。

別の実施形態において、交換可能な構成要素は、完全に自動化された方法でロボットが交換するか、又はクリーンルームの外部からオペレータが制御する。最初の選択肢ではさらに時間を節約することができるが、オペレータが制御する場合は、形式変更時や他の機能中に起こる想定外の事象にも対応することができる。

一実施形態では、交換可能な構成要素の交換は、容器処理機の停止中、又は交換可能な構成要素を使用しない容器処理機内の容器の処理ステップ中に行われる。

容器処理機の「停止」とは、容器処理機が或る期間、例えば数分又は数時間、容器を処理しないこと、及び構成要素の動きが生じないこと、すなわち、機械が事実上それぞれ停止状態にあるか、又は製造していないことであると理解されたい。

交換すべき交換可能な構成要素を使用しない処理ステップは、容器処理機の動きのうち、容器処理機の処理能力に応じて数秒又は数分掛けることがあり、それぞれの構成要素が使用も移動もされない間の段階であると理解されたい。あるいは、時間的に交互に異なる構成要素（例えば、容器処理機の異なる充填部材）を使用するようなプロセス制御も可能である。

一実施形態に係る容器処理システムの概略図である。 別の実施形態に係る容器処理システムの概略図である。 ロボットを備えた容器処理システムの概略図である。

図１は、一実施形態に係る容器処理システム１００の概略図を示す。本実施形態の容器処理システムは、容器処理機１０１が内部に配置されたクリーンルーム１２０を備える。この容器処理機は、飲料加工産業において一般的に使用される任意の機械であり得る。特に、製品を容器に充填する充填装置を想定することができる。同様に、好ましくは、プリフォームを完成容器に成形するために、同様に製品をプリフォームに導入する金型充填機を想定することもできる。原則として、環境に対して開放された内部空間を持つ容器やプリフォームを処理する任意の容器処理機を、クリーンルーム１２０内に配置することができる。

図示されている実施形態において、容器処理機は、いくつかの容器処理ステーション１１２が上部に配置されたカルーセル（回転板）１１１を備える。

図示されている実施形態はもちろん必須ではない。

たとえ図示されていなくても、容器処理機は、クリーンルーム１２０の壁を通して何らかの種類の通信を行い、クリーンルーム１２０内部の調節雰囲気を損なうことなく、クリーンルーム１２０の外部から容器を容器処理機１０１に供給することができる。例えば、図示されていないロッカーを設け、このロッカーを通して容器をクリーンルーム内に連続的又は周期的に案内し、適切な搬送装置を介して容器処理機１０１に供給することができるようにすることが可能である。

本発明によれば、さらにロボット１０２がクリーンルーム１２０内に配置される。このロボットは、容器処理機１０１の一つの構成要素、例えば構成要素１４０を、別の構成要素と交換するように構成されている。

この目的のために、本実施形態において、一つ以上の別の交換可能な構成要素１３１が内部又は上部に格納されるマガジン１３０が設けられる。したがって、図１に示す実施形態において、ロボット１０２は構成要素１４０を容器処理機１０１から取り外し、マガジン１３０に搬送することができる。さらにロボットは、マガジン１３０に格納された交換可能な構成要素１３１の一つをマガジンから取り外し、容器処理機１０１に供給することができる。

交換可能な構成要素は様々な構成要素、特に比較的小さな構成要素であり得る。これら構成要素には、ブロー金型及び密閉要素又は密閉装置が含まれる。さらに、ブラケットセグメント又はスライド及びスパイク要素も含まれる。容器処理機の需要と構成に応じて、他の比較的小さく軽量の構成要素もロボットにより交換することができる。ロボット１０２は、特に最大５０×５０×５０ｃｍの外形寸法及び最大３０ｋｇの重量を有する構成要素を搬送及び交換する（すなわち、容器処理機１０１に脱着する）ように構成することができる。

例示されている実施形態において、ロボット１０２は、例えばロボットの支持具１０５に取り付けることが可能なロボットアーム１０３を備える。ロボットアーム１０３は、いくつかの継手１３２及び１３３並びにそれぞれが少なくとも一つの継手に接続されたいくつかのセグメント１３４及び１３５を備えることができる。継手は、異なるセグメント１３４及び１３５が互いに対して移動可能となるように、回転可能、旋回可能、又は他の任意の態様で移動可能であり得る。

ロボットアーム１０３は好ましくは、継手を介して支持具１０５に接続される。支持具１０５は、クリーンルーム１２０に固着するか、又はガイド１０４に沿って移動可能に取り付けることができる。ガイド１０４は固定子とすることができる。この場合、ガイド１０４及び支持具１０５は共に線形駆動装置を形成する。これには、潤滑油を可能な限り回避でき、次にクリーンルーム１２０の汚染を防止できるという利点がある。支持具１０５を介してガイド１０４にロボットアームを取り付けることにより、ロボット１０２の運動範囲を拡大することも可能になる。図示されている実施形態のロボットアームは、クリーンルーム１２０の「天井」に配置されたガイドに沿って移動可能であるように例示されているが、これは必須ではない。ガイド１０４は、例えばクリーンルーム１２０の側壁の一つ又は床面に配置することができる。後者の変形例には、漏出する潤滑剤又は類似の物質を、例えば指定された開口部又は床面の容器に直接抽出できるため、容器処理機で処理される容器の汚染リスクを低減するという利点がある。

また、実質的に直線的な要素としてのガイド１０４の実施形態は必須ではない。ガイドは、例えばクリーンルーム１２０の天井に沿って蛇行する、例えば湾曲部又は延長部を有することができ、この場合、ロボット１０２はクリーンルーム１２０の可能な限り広い領域をカバーすることができる。

例えば、図示されているように容器処理機がロータリーマシンとして構成される場合、ロボット１０２が容器処理機の周辺又はカルーセル１１１の周辺の任意の場所に到達できるようにガイドを構成することができる。

代替として、又は追加として、交換すべき一つ以上の構成要素が、カルーセルの連続回転により、ロボット１０２がその構成要素に到達し交換することができる位置に連続的に移動するように、容器処理機械のカルーセルが時計回りに移動できるように設けることもできる。本実施形態のガイドは、容器処理機全体の周りで誘導する必要はなく、一部の周りのみ、又は周囲の一部に沿ってのみ形成することもでき、又はロボット１０２をクリーンルーム内に、例えば支持具１０５を介して固定的に配置することもできる。

図示されている実施形態についても、また以下に説明する他のすべての実施形態についても、ロボット１０２は、自律的に動作するか若しくは少なくとも部分的に自律的に動作するか、又は、好ましくはクリーンルームの外部からオペレータにより制御され得る。第１例において、ロボット１０２は、好ましくは人工知能として構成され、要件プロファイル（交換される構成要素及び関連するアクション）に従って取り出しロボットの動きに変換することが可能ないくつかの運動プロファイルを格納するメモリを有する処理装置に関連付けることができる。

ロボット１０２がオペレータにより制御される場合、クリーンルームを開ける必要なくロボットを制御できるように、制御端末が好ましくはクリーンルーム１２０の外部に位置するように配置される。制御端末は、制御信号を送受信できるように、データ線、好ましくは無線接続を介してロボット１０２に接続することができる。

同様にロボット１０２は、クリーンルーム内部の構成要素又は他の物体に対するロボットの位置決めを可能にする適切なセンサを有することができる。

さらに、ロボットが自浄用の適切な装置（不図示）を備えることができる。例えばロボット１０２に（図３に示すように）容器処理機の構成要素を洗浄することが可能なノズルが装備される場合、ロボットはさらに、少なくとも部分的に自浄することができるように構成することができる。現在、ロボット専用の洗浄装置も考えられる。

図２は、交換可能な構成要素を供給するための図１に示す実施形態の代替実施形態を示す。図示されている実施形態において、ロッカー２４０がクリーンルーム１２０の壁に配置されている。このロッカーにより、クリーンルーム１２０の内部がクリーンルームの外部環境と連通することが可能となる。この連通は、好ましくは永久に開放されないが、ロッカーは、例えばドアとして形成され得るロック可能入口２４２及び２４３を処理する。複数のドアが同時に開くのを防ぐために、機械的対策又は制御システム対策を講じることができる。これにより、ドア２４３又はドア２４２のみが開かれ、クリーンルーム１２０内部の汚染防止が保証される。

さらに、殺菌装置をロッカー内に配置し、ロッカー内に導入された交換可能な構成要素１３１を殺菌できるようにすることができる。殺菌装置２４１は、例えば、ロッカー２４０内部の雰囲気とロッカー内に導入される構成要素１３１とを殺菌するために、開口部２４２及び２４３が閉じている間に殺菌媒体、好ましくは液体媒体又は気体媒体をロッカー２４０の領域に導入することが可能な一つ以上のノズルを備えるように形成することができる。例えば、過酸化水素などの殺菌媒体の作用をもたらすようにすることができる。液体状又は霧状の過酢酸の導入も考えられる。

いずれにせよ、ロボット１０２は、オペレータによりロッカー２４０内に導入された交換可能な構成要素１３１をまずロッカーから取り外し、次に容器処理機１０１に供給又は取り付けることができるように構成されている。もちろん、容器処理機から取り外されるべき、容器処理機１０１に取り付けられた交換可能な構成要素についても同様である。この場合、ロボット１０２はこの交換可能な構成要素を容器処理機から取り外し、開口部２４３を通じてロッカー２４０に入れ、次にオペレータがこの交換可能な構成要素を開口部２４２を介して取り出すことができる。そのような場合、クリーンルーム１２０内部の汚染のリスクはなくなるため、ロボット１０２によるロッカー２４０への交換可能な構成要素の導入後の交換可能な構成要素又はロッカー内に広がる大気の殺菌を省くことができる。それにも関わらず、交換可能な構成要素を殺菌することが部分的に望ましい場合があり、これは、殺菌装置の助けを借りて前述の方法に従って行うことができる。

図３は、容器処理システム１００の一部として、特にロボット１０２の別の実施形態を示す。

この図示の実施形態において、ロボットは、特に交換すべき構成要素と相互作用することが可能な工具３５４を付けるが、工具３５４は、交換可能な構成要素の分解及び設置を可能にするように、容器処理機の他の部品とも相互作用することができる。例えば、この工具は把持具であり得る。本実施形態はまた、単一の工具に限定されず、例えば、ねじ接続を緩めるために或る種のドライバを設けることができ、さらに、交換可能な構成要素を把持し容器処理機に脱着するために、前述の把持具を設けることができる。

適切な駆動装置を用いて、一つ以上の工具を駆動することができる。例えば、ロボット１０２の上部又は内部に一つ以上の電気モータを設け、対応する工具３５４に関連付けて作動させ、後者の動き又は容器処理機の他の構成要素との相互作用を引き起こすことができる。特に、電気モータは、高い応答精度を備えたサーボモータとすることができる。

代替として、又は追加として、例えば、一方では作動可能なポンプと通信し、他方では工具３５４との接続を確立する、一つ以上の媒体通路３５１を設けることができる。これらのラインに媒体を作用させることにより（例えば、液体又は気体）、工具３５４の空気圧又は油圧操作を行うことができる。

この実施形態の代替として、又は追加として、ロボット１０２は、媒体３５３、例えば過酸化水素などの殺菌媒体、又は過酢酸などの殺菌液を出射していずれか一つの交換可能な構成要素又は容器処理機の別の構成要素を殺菌することができるノズル３５２を備えることができる。追加として、又は代替として、必要に応じて例えば適切なノズルを介して潤滑剤を塗布し、容器処理機の構成要素又は交換可能な構成要素を潤滑することができる。このノズルは好適には、ロボットの自律的な清浄を可能にするために使用することもできる。この目的のために、ノズルがロボットの一つ以上の構成要素の上方を移動し、媒体をノズル３５２が構成要素に塗布することができるように、ロボットがロボットアームを移動させることができる。

Claims (12)

1. クリーンルーム（１２０）と、クリーンルームの中に、少なくとも一つの交換可能な構成要素（１４０）が配置される容器処理機（１０１）とを備える、飲料加工産業にてボトルその他の容器を処理するための容器処理システム（１００）において、
   前記クリーンルーム（１２０）に配置されるロボット（１０２）であって、前記交換可能な構成要素（１４０）を交換するように設計されたロボット（１０２）を備え、
   前記ロボット（１０２）は、前記クリーンルーム（１２０）に固定されたガイド又は前記クリーンルーム（１２０）に配置されたガイド（１０４）に沿って移動可能に配置されたロボットアーム（１０３）を備え、
   前記ガイド（１０４）は固定子であって、
   前記ガイド（１０４）及び前記ロボット（１０２）の一部が線形駆動装置を形成していることを特徴とする、容器処理システム（１００）。
2. 交換可能な構成要素（１３１）を保管するためのマガジン（１３０）が前記クリーンルーム（１２０）に配置され、前記ロボット（１０２）が、前記交換可能な構成要素（１３１）の一つを前記マガジンから取り外して前記容器処理機（１０１）に取り付け、前記容器処理機に取り付けられた前記交換可能な構成要素（１４０）を前記容器処理機から取り外して前記マガジン（１３０）に供給するように設計されている、請求項１に記載の容器処理システム（１００）。
3. 前記クリーンルームの外部から交換可能な構成要素（１３１）を内部に挿入することができるロッカー（２４０）が前記クリーンルーム（１２０）の壁に設けられ、前記ロボット（１０２）が、前記交換可能な構成要素を前記ロッカー（２４０）から取り外して前記容器処理機（１０１）に取り付け、前記容器処理機に取り付けられた前記交換可能な構成要素を前記容器処理機から取り外して前記ロッカーに供給するように設計されている、請求項１または２に記載の容器処理システム（１００）。
4. 殺菌装置（２４１）が前記ロッカー内に配置され、前記クリーンルームの外部から前記ロッカー内に挿入された前記交換可能な構成要素を殺菌することができる、請求項３に記載の容器処理システム（１００）。
5. 前記交換可能な構成要素が、密閉要素を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の容器処理システム（１００）。
6. 前記ロボット（１０２）が、液体の媒体用及び／又は気体の媒体用の媒体通路（３５１）に関連付けられ、前記ロボットの工具（３５４）が、前記交換可能な構成要素を交換するために前記媒体により空気圧又は油圧で作動することができ、
   及び／又は、前記ロボットの前記工具を電動モータを用いて操作することができるように、電気エネルギー供給源が前記ロボットに関連付けられ前記電動モータが前記ロボットの工具に関連付けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載の容器処理システム（１００）。
7. 前記ロボット（１０２）が、ノズル（３５２）を備え、前記ロボットが、例えば構成要素を潤滑又は洗浄するための媒体を前記容器処理機（１０１）に作用させるように設計されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の容器処理システム（１００）。
8. 飲料加工産業にてボトルその他の容器を処理するためにクリーンルーム（１２０）に配置された容器処理機（１０１）の交換可能な構成要素（１４０）を交換する方法であって、
   ロボット（１０２）が前記クリーンルームに配置され、前記ロボットが前記容器処理機（１０１）の前記交換可能な構成要素（１４０）を前記容器処理機から取り外し、別の交換可能な構成要素と交換し、
   前記ロボット（１０２）を、少なくとも前記交換可能な構成要素の交換中に、ガイド（１０４）に沿った第１の位置と第２の位置との間で移動させ、
   前記ガイド（１０４）は固定子であって、
   前記ガイド（１０４）及び前記ロボット（１０２）の一部が線形駆動装置を形成している、方法。
9. 前記ロボット（１０２）が、まず前記交換可能な構成要素（１４０）を前記容器処理機（１０１）から取り外し、交換可能な構成要素用のマガジン（１３０）又は前記クリーンルーム（１２０）の外部からアクセス可能な前記クリーンルームの壁のロッカー（２４０）に案内し、次に別の交換可能な構成要素を回収し、続いてこの別の交換可能な構成要素を前記容器処理機（１０１）に取り付ける、請求項８に記載の方法。
10. 前記ロボット（１０２）が、前記ロボットのノズル（３５２）からの媒体を作用させることにより、前記容器処理機（１０１）の少なくとも一つの構成要素を洗浄及び／又は潤滑する、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記ロボット（１０２）による前記交換可能な構成要素の交換が、完全に自動化された方法で行われるか、又は前記クリーンルーム（１２０）の外部からオペレータにより制御される、請求項８～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記交換可能な構成要素の交換は、前記容器処理機（１０１）の停止中、又は前記交換可能な構成要素を使用しない前記容器処理機内の容器の処理ステップ中に行われる、請求項８～１１のいずれか一項に記載の方法。

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