(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエブロールの消費装置から使用済ウエブロールを取外し、この後、前記消費装置に新品ウエブロールを装着するウエブロールの自動交換ロボットにおいて、
ロボットアームの先端に取付けられたヘッド本体と、
前記ヘッド本体に設けられ、補給位置にある新品ウエブロールのコア内に進入して前記コアに内側から係合し、前記新品ウエブロールを保持可能なインナチャックと、
前記ヘッド本体に設けられ、前記消費装置の使用済ウエブロールを外側から挟持可能なアウタチャックと、
前記ヘッド本体に前記インナチャックの外側を囲んで設けられ、前記新品ウエブロールが前記インナチャックに保持されたとき、前記新品ウエブロールの片面を吸着する背板と
を具備したことを特徴とするウエブロールの自動交換ヘッド。
【請求項２】
前記背板を前記インナチャックの軸線方向に往復駆動する駆動手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のウエブロールの自動交換ヘッド。
【請求項３】
前記ヘッド本体に、前記補給位置にある新品ウエブロールを走査するための少なくとも１つの反射型の光電センサを更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のウエブロールの自動交換ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエブロールとしての巻紙ロールを消費しながらシガレットを製造する巻上機等の消費装置に対し、そのウエブロールの自動交換に好適した自動交換ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
巻上機の高速化に伴い、巻紙ロールの消費速度も一段と速くなり、巻紙ロールの交換頻度が増加する傾向にある。
従来、巻上機に対する巻紙ロールの交換、すなわち、巻上機から使用済巻紙ロールを取外し、この後、新品巻紙ロールを補給位置から取出して巻上機に装着する一連の交換は手作業により行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した交換作業に携わるオペレータの労力を軽減するため、巻紙ロールの自動交換が望まれており、このためにはロボットの使用が考えられる。
しかしながら、通常のロボットはそのアームの先端に１つのハンドしか備えていないため、巻上機からの使用済巻紙ロールの取外しや巻上機への新品巻紙ロールの装着を、巻上機に対する別々のアクセスプロセスにて行う必要があり、巻紙ロールの迅速な交換は不能である。
【０００４】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的はロボットのハンドに代えて、上述した一連の交換作業を迅速且つ確実に行うことができるウエブロールの自動交換ヘッドを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る本発明のウエブロールの自動交換ヘッドは、ロボットアームの先端に取付けられたヘッド本体と、このヘッド本体に設けられ、補給位置にある新品ウエブロールのコア内に進入してコアに内側から係合し、新品ウエブロールを保持可能なインナチャックと、ヘッド本体に設けられ、消費装置の使用済ウエブロールを外側から挟持可能なアウタチャックと、ヘッド本体にインナチャックの外側を囲んで設けられ、新品ウエブロールがインナチャックに保持されたとき、その新品ウエブロールの片面を吸着する背板とを備えている。
【０００６】
上述の自動交換ヘッドは、交換作業時、先ず補給位置にある新品ウエブロールをそのインナチャックにより取出し、新品ウエブロールを保持した状態で消費装置にアクセスし、そして、そのアウタチャックを使用して消費装置から使用済ウエブロールを取外し、この直後に、インナチャックに保持した新品ウエブロールを消費装置に装着する。この場合、新品ウエブロールが補給位置位置から消費装置へ移送される際、背板は新品ウエブロールを吸着した状態にあり、インナチャックは新品ウエブロールを安定して保持する。
【０００８】
請求項２に係る本発明の自動交換ヘッドは、インナチャックの軸線方向に背板を往復駆動する駆動手段を更に備えている。この場合、自動交換ヘッドから消費装置に新品ウエブロールを装着するとき、背板はインナチャックの係合が解除された後、新品ウエブロールを消費装置に向けて押出す。
請求項３に係る本発明の自動交換ヘッドは、ヘッド本体に補給位置にある新品ウエブロールを走査するための少なくとも１個の反射型の光電センサを更に備えている。光電センサは、ロボットアームによる自動交換ヘッドの移動に伴い、補給位置にある新品ウエブロールを走査し、新品ウエブロールの中心位置や高さに関する情報を収集するために使用される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、シガレットを製造する巻上機に適用され、ウエブロールとしての巻紙ロールの自動交換ヘッドを示す。
自動交換ヘッドはヘッド本体２を備え、このヘッド本体２は多関節ロボットのロボットアームの先端４に取付けられている。なお、ロボットアームは巻上機と後述する新品巻紙ロールの補給位置との間を移動可能である。
【００１０】
ヘッド本体２はアーム側ベース６とチャック側ベース８とからなり、これらベース６，８は互いに直交した状態で連結され、一体的なアングル部材を構成している。ヘッド本体２はその一方のアーム側ベース６がロボットアームの先端４に連結され、ロボットアーム４の先端４とともに図１中１点鎖線Ｘで示す先端４の軸線回りに回転可能であり、そして、矢印Ｙで示す上下方向に首振り運動可能である。
【００１１】
図１に示す状態では、ヘッド本体２の他方のチャック側ベース８は鉛直姿勢にあり、このチャック側ベース８にインナチャック１０が設けられている。インナチャック１０は三方エアチャックからなり、その略円筒状のチャック本体１２がチャック側ベース８に固定して支持されている。より詳しくは、チャック本体１２はそのチャック爪側の先端部がチャック側ベース８の外面から側方に突出し、その先端には３つのインナチャック爪１４が備えられている。これらインナチャック爪１４はチャック本体１２の径方向に互い連動して往復動し、拡縮する。インナチャック爪１４の拡縮のため、チャック本体１２にはインナチャック爪１４を往復動させるエアシリンダやリンク機構等が内蔵されている。
【００１２】
今、図１に示す状態にあるとき、インナチャック１０のインナチャック爪１４は新品巻紙ロールＲｎのコアＣ内に進入し、そして拡開した状態、つまり、コアＣの内周面に係合した閉位置にあって、インナチャック１０は新品巻紙ロールＲｎを保持している。
更に、インナチャック１０には背板１６が備えられている。この背板１６は新品巻紙ロールＲｎよりも僅かに小径の円形形状をなす。背板１６はインナチャック１０を外側から同心的に囲み、インナチャック１０の軸線方向への移動が許容されている。すなわち、図２から明かなように背板１６の中央にはセンタ孔１８が形成され、このセンタ孔１８はインナチャック１０の外形形状に対応した形状を有する。
【００１３】
背板１６の前面１６ａにはその外周縁に沿ってリング状の外側シールパッド２０が張り付けられているともに、その内周部にはセンタ孔１８を囲むようにしてリング状の内側シールパッド２２が張り付けられている。更に、背板１６の前面１６ａには、外側及び内側シールパッド２０，２２間に３つの中間パッド２４が張り付けられている。これら中間パッド２４は背板１６の周方向に等間隔を存して径方向に延び、外側及び内側シールパッド２０，２２との間には所定間隔がそれぞれ確保されている。なお、外側及び内側シールパッド２０，２２の厚み及び硬度は同一であるが、しかしながら、中間パッド２４の厚みはシールパッド２０，２２に比べて若干薄く、そして、その硬度はシールパッド２０，２２よりも高い。
【００１４】
したがって、図１に示すように新品巻紙ロールＲｎがインナチャック１０に保持されている状態で、背板１６が外側及び内側シールパッド２０，２２を介して新品巻紙ロールＲｎの片面に押付けられると、これら外側及び内側シールパッド２０，２２はその弾性変形を伴い中間パッド２４とともに新品巻紙ロールＲｎの片面に密着し、これにより、新品巻紙ロールＲｎと背板１６との間に密閉室２６（図２参照）が形成される。
【００１５】
そして、図２に示されるように背板１６の外周部には連通孔２８が形成され、この連通孔２８は背板１６の後面に設けた接続管３０及びホース３２を介してサクション給排源に接続されている（図１参照）。サクション給排源は前述した密閉室２６に所定のサクションを供給する一方、密閉室２６を大気に開放させることができる。したがって、密閉室２６が形成された状態で、この密閉室２６にサクションが供給されると、背板１６は新品巻紙ロールＲｎを吸着することができる。
【００１６】
また、背板１６の後面には３本のガイドロッド３３が設けられている。これらガイドロッド３３はインナチャック１０を囲む同心円上に等間隔を存して配置され、軸受を介してチャック側ベース８を摺動自在に貫通し、可動プレート３４に連結されている。可動プレート３４はチャック側ベース８と平行であり、チャック側ベース８とは反対側の面に進退シリンダ３５が固定されている。進退シリンダ３５はインナチャック１０と同軸上に位置付けられ、そのピストンロッド３６は可動プレート３４を貫通し、フローティングジョイント３７を介してチャック側ベース８に連結されている。
【００１７】
進退シリンダ３５のピストンロッド３６が伸縮されると、この伸縮は可動プレート３４及びガイドロッド３３を介して背板１６の往復運動に変換され、これにより、背板１６はインナチャック１０に対し、その軸線方向に移動する。したがって、インナチャック１０のチャック爪１４は背板１６から相対的に突没可能である。
【００１８】
一方、ヘッド本体２のアーム側ベース６にはチャック側ベース８とは反対側の縁にブラケット３８を介してアウタチャック４０が取付けられている。このアウタチャック４０もまたエアチャックからなり、図３に示されるように互いに対向する一対のアウタチャック爪４２を有し、そのチャック本体４４はアウタチャック爪４２を互いに連動して接離させるためのエアシリンダを内蔵する。
【００１９】
なお、前述したインナチャック１０、進退シリンダ３６及びアウタチャック４０のための空圧回路は省略されている。
更に、図１に示されていように背板１６の外周部には２個の孔が形成されており、これら孔から光ファイバ４６がそれぞれ延びている。より詳しくは、光ファイバ４６はその先端が背板１６の対応する孔にコネクタを介して気密に装着され、そして、他端は反射型の光電センサ５０，５１にそれぞれ光学的に接続されている。後述するように各光電センサ５０，５１はその光ファイバ４６の先端から対象物に向けて光を出射するとともに対象物から反射光を受取り、そして、その反射光レベルに基づく検出信号を図４に示すコントローラ５２に供給する。
【００２０】
コントローラ５２はマイクロコンピュータからなり、前述したインナチャック１０，アウタチャック４０，サクション給排源５４，伸縮シリンダ３５及びロボットアーム５６に制御信号を出力し、これらの作動を制御して巻紙ロールの交換作業を実行する。
より詳しくは、巻紙ロールの交換作業にあたり、コントローラ５２はロボットアーム５６により自動交換ヘッドを、巻上機の近傍に予め規定されている巻紙ロールの補給位置まで移動させる。図５に示されるように補給位置には例えば運搬車５８が配置され、運搬車５８には新品巻紙ロールＲｎが平積みの状態で多段積みされている。
【００２１】
自動交換ヘッドが運搬車５８の上方に達すると、コントローラ５２は自動交換ヘッドの姿勢を変更させ、そのインナチャック１０を下向きにさせる。この場合、背板１６は水平姿勢となり、前述した光ファイバ４６の先端が運搬者５８上にて多段積み状態にある新品巻紙ロールＲnのうち、最上位の新品巻紙ロールＲnのと対向することになる。
【００２２】
このような状態にて、コントローラ５２は一方の光電センサ５０を働かせ、その光ファイバ４６の先端から最上位の新品巻紙ロールＲｎに向けて光を出射しながら、ロボットアーム５６を介して自動交換ヘッドを高速で下降させる。そして、コントローラ５２は光ファイバ４６および光電センサ５０を介して最上位の新品巻紙ロールＲｎからの反射光レベルに対応した検出信号の供給を受け、その反射光レベルが所定値に達したとき、自動交換ヘッドの下降を停止させる。この後、自動交換ヘッドは一旦上昇してから再度低速で下降され、この際、コントローラ５２は光ファイバ４６及び他方の光電センサ５１を介して最上位の新品巻紙ロールＲｎからの反射光レベルに対応した検出信号に基づき、自動交換ヘッドの背板１６と最上位の新品巻紙ロールＲｎの間に所定の間隔を確保し、この間隔と自動交換ヘッド（背板１６）の座標位置から最上位の新品巻紙ロールＲｎの高さ位置を測定する。
【００２３】
すなわち、一方の光電センサ５０はその検出距離に比較的大きな幅を有し、最上位の新品巻紙ロールＲｎの大まかなな高さ位置を検出するセンサであり、これに対し、他方の光電センサ５１はその検出距離の幅が小さく、最上位の新品巻紙ロールＲｎの高さ位置を正確に検出するセンサである。
この後、コントローラ５２は高精度な光電センサ５１を働かせ、その光ファイバ４６の先端から最上位の新品巻紙ロールＲｎに向けて光を出射しながら、ロボットアーム５６により自動交換ヘッドを水平方向に移動させる。そして、コントローラ５２は光電センサ５１からの検出信号に基づき、最上位の新品巻紙ロールＲｎの外周位置を異なる位置で３カ所検出し、そして、検出した３カ所の外周位置から最上位の新品巻紙ロールＲｎの中心位置を演算して特定する。
【００２４】
より詳しくは、自動交換ヘッドは最上位にある新品巻紙ロールＲｎの上方を図６中に示す走査ラインＳに沿って移動し、これにより、コントローラ５２は新品巻紙ロールＲｎにおける外周上の３点の外周位置Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3を検出し、そして、これら３点の外周位置Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3から最上位の新品巻紙ロールＲｎの中心位置を特定する。
【００２５】
なお、新品巻紙ロールＲｎの中心位置を特定するにあたっては、光電センサ５１により、新品巻紙ロールＲｎにおけるコアＣの内周位置を３カ所検出し、これら検出した内周位置から新品巻紙ロールＲｎの中心位置を特定することも可能である。
上述したように自動交換ヘッドは、最上位にある新品巻紙ロールＲｎの高さ位置を２つの光電センサ５０，５１を利用して検出するので、その検出を正確且つ迅速に行うことができる。なお、最上位にある新品巻紙ロールＲｎの高さ位置及び中心位置の検出は背板１６からインナチャック１０のチャック爪１４を引っ込めた状態で行われ、その検出の完了後、図３に示されるようにチャック爪１４は背板１６から突出状態に戻される。
【００２６】
この後、コントローラ５２は、検出して得た最上位の新品巻紙ロールＲｎの中心位置に基づきロボットアーム５６を介して自動交換ヘッド、つまり、そのインナチャック１０をその巻紙ロールＲｎと同軸上に位置付け、その軸線を巻紙ロールＲｎの中心位置に一致させる。
この後、コントローラ５２は自動交換ヘッドを前記間隔に基づいて下降させ、インナチャック１０のインナチャック爪１４をその新品巻紙ロールＲｎのコアＣ内に進入させ、そして、背板１６をその外側及び内側シールパッド２０，２２を介して最上位にある新品巻紙ロールＲｎの上面に密着させる。この後、コントローラ５２はインナチャック爪１４を拡開させ、インナチャック１０に最上位の新品巻紙ロールＲｎを保持させると同時に、前述したサクション給排源５４を作動させ、新品巻紙ロールＲｎと背板１６との間に形成された密閉室２６にサクションを供給し、背板１６に新品巻紙ロールＲｎを吸着させる。
【００２７】
この状態で、コントローラ５２は新品巻紙ロールＲｎとともに自動交換ヘッドを上昇させ、運搬車５８からその新品巻紙ロールＲｎを取出し、そして、巻上機に向けて移送させる。このような新品巻紙ロールＲｎの取出し及び移送に関し、新品巻紙ロールＲｎはインナチャック１０による係合保持に加え、背板１６による吸着保持をも受けているの、その取出し及び移送を確実且つ安定して行うことができる。
【００２８】
自動交換ヘッドが巻上機側の交換すべき使用済巻紙ロールの近傍に到達すると、コントローラ５２は自動交換ヘッドの姿勢を変更し、その開状態にあるアウタチャック４０を使用済巻紙ロールに対向させ、そして、自動交換ヘッドを使用済巻紙ロールに向けて前進させる。この結果、使用済巻紙ロールの外側にアウタチャック４０が位置付けられ、そして、巻上機側にて使用済巻紙ロールを装着している装着軸のインナチャックが開かれる。この後、コントローラ５２はアウタチャック４０を閉じ、そのアウタチャック爪４２間に使用済巻紙ロールを挟持させ、そして、自動交換ヘッドを後退させることで、使用済巻紙ロールを巻上機側の装着軸から取外す。なお、使用済巻紙ロールはそのコアに巻紙が僅かに残されたものである。
【００２９】
そして、コントローラ５２は再び自動交換ヘッドの姿勢を変更し、インナチャック１０及び背板１６により保持されている新品巻紙ロールＲｎを巻上機側の装着軸と対向させ、その軸線を巻上機の装着軸と同軸上に位置付ける。図１はこの状態を示し、図１中、参照符号６０，６２は巻上機の装着軸及びそのインナチャック、そして、参照符号Ｒｏはアウタチャック４０に挟持された使用済巻紙ロールを示す。
【００３０】
上述の説明から既に明かなように自動交換ヘッドは新品巻紙ロールＲｎのためのインナチャック１０に加えて、使用済巻紙ロールＲｏのためのアウタチャック４０を備えているので、これら新品巻紙ロールＲｎ及び使用済巻紙ロールＲｏを同時に保持でき、これにより、使用済巻紙ロールＲｏの取外しプロセスの後、自動交換ヘッドの姿勢を変更するだけで、新品巻紙ロールＲｎの装着プロセンスに直ちに移行できる。
【００３１】
この後、コントローラ５２は新品巻紙ロールＲｎを伴って自動交換ヘッドを前進させ、インナチャック１０が巻上機の装着軸６０の端面と接するような状態まで、新品巻紙ロールＲｎを装着軸６０に近接させる。この状態で、コントローラ５２はインナチャック１０による新品巻紙ロールＲｎの保持を解除すると同時に、前述した進退シリンダ３５のピストンロッド３６を収縮させて背板１６とともに新品巻紙ロールＲｎをインナチャック１０から押出し、図１中２点鎖線で示されるように空の装着軸６０に嵌合させる。そして、巻上機側では装着軸６０のインナチャック６２が拡開され、新品巻紙ロールＲｎは装着軸６０に完全に装着される。
【００３２】
この後、コントローラ５２は新品巻紙ロールＲｎと背板１６との間の密閉室２６内へのサクションの供給を停止すると同時に、密閉室２６を大気に開放し、背板１６による新品巻紙ロールＲｎの吸着を解除し、そして、進退シリンダ３５のピストンロッド３６を伸長させて、新品巻紙ロールＲｎから背板１６を離間させ、背板１６をその休止位置に戻す。
【００３３】
このようにして巻紙ロールの交換作業が完了すると、コントローラ５２は使用済巻紙ロールＲｏとともに自動交換ヘッドをその処理セクションまで移送し、処理セクションにて使用済巻紙ロールＲｏが処理される。具体的には、処理セクションにて、使用済巻紙ロールＲｏはそのコアＣから残存巻紙が分離される。この後、コントローラ５２は次の交換作業に備え、自動交換ヘッドを所定の待機位置まで移送し、待機位置にて待機させる。
【００３４】
本発明は上述の一実施形態に制約されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、インナチャック１０やアウタチャック４０等の具体的な構成は適宜変更可能であり、そして、光電センサは１個のみを使用するだけでも、最上位にある新品巻紙ロールＲｎの高さ位置やその中心位置を検出可能である。また、新品巻紙ロールＲｎの補給位置には運搬車５８に代えて、多段積み状態の新品巻紙ロールＲｎを載置するパレット等が配置されていてもよい。
【００３５】
更に、本発明の自動交換ヘッドは、巻上機の巻紙ロールの交換に限らず、シガレットにフィルタを接続するフィルタアタッチメントのチップペーパロールの交換にも同様にして適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る本発明のウエブロールの自動交換ヘッドによれば、そのヘッド本体にインナチャック及びアウタチャックの両方を備えているので、使用済ウエブロールの取外しから新品ウエブロールの装着までの一連の交換作業を迅速に行うことができる。
【００３７】
また、請求項１に係る本発明の自動交換ヘッドは、新品ウエブロールが背板により吸着されるので、新品ウエブロールの取出しや移送を確実かつ安定して行うことができる。
請求項２に係る本発明の自動交換ヘッドによれば、背板が往復動可能であるから、背板により新品ウエブロールをインナチャックから押出し、その消費装置に確実に装着することができる。
【００３８】
請求項３に係る本発明の自動交換ヘッドは少なくとも１個の光電センサを備えることで、自動交換ヘッドの移動を利用し、補給位置にある新品ウエブロールの位置情報を正確に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の巻紙ロールの自動交換ヘッドを示した側面図である。
【図２】図１の自動交換ヘッドにおける背板の前面図である。
【図３】図１の自動交換ヘッドの下面図である。
【図４】自動交換ヘッドのブロック構成図である。
【図５】新品巻紙ロールの補給位置を示した図である。
【図６】補給位置にて、最上位の新品巻紙ロールの高さ位置及びその中心を光電センサを使用して検出する手順の一例を示した図である。
【符号の説明】
２    ヘッド本体
１０    インナチャック
１４    インナチャック爪
１６    背板
２０    外側シールパッド
２２    内側シールパッド
３６    進退シリンダ（駆動手段）
４０    アウタチャック
４２    アウタチャック爪
５６    ロボットアーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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