強力な歯付きベルト駆動リニアアクチュエータ | 充填設備でのビア樽搬送

概要

• 要望： ドライリンZLWリニアアクチュエータ、イグリデュールすべり軸受、ドライリン リニアガイド、isense 状態監視システム技術。
• 要件： KHSシステムは1時間当たり700個のビア樽（ケグ）を処理できるため、コンパクトで頑丈、かつ強力なビア樽ハンドリング用の軸が必要でした。さらに、高い稼働率と長い耐用年数も求められました。
• 産業： 飲料機械
• お客様のメリット： 大型のドライリンZLWリニアアクチュエータを使用することで、頑丈なシステムを構築することができ、その柔軟性はKHSのお客様から高い評価をいただいております。リニアアクチュエータは、ビア樽ハンドリング時の強い横方向の力の吸収にも対応しています。

KHS社のInnokeg AF-C横断型は、使い捨てや再利用可能なビア樽の検査、洗浄、充填を行うことができます。

問題点

KHS社は、充填機や包装機のほか、洗浄、ラベル貼り、低温殺菌、搬送・検査技術など、幅広い分野の機械を提供しています。世界中で高い市場占有率を誇り、常に新しいコンセプトの機械を開発しています。
同社が開発し、量産体制に入ったInnokeg AF-C横断型は、革新的な充填技術の装置です。
このシステムの特長は、ビア樽の検査、洗浄、充填に非常に柔軟に対応できることです（図1）。再利用可能なビア樽と使い捨てのビア樽でシステムの変更は必要なく、1時間に最大700個のビア樽を扱うことができます。これは、革新的なマシンレイアウトによって実現しています。処理機構は横方向に、つまり中央のコンベアベルトの両側に配置されています。そのため必要に応じて、ビア樽はシステムを介して最後の工程である充填機に運ばれ、全体の洗浄プロセスや個々のステップを経る必要がありません。加工機構ごとに3つの駆動スライダー（最大4つ）を使用して、コンベアベルトからドライリンシステムを介して機構内に移動させ、またベルト上に戻すことができます。
ガラス瓶やペットボトル、缶とは異なり、ビア樽は重い容器ですので、それに応じたハンドリング技術が求められます。Innokeg AF-C横断型を設計するうえで課題の一つは、横方向のビア樽ハンドリング用に、コンパクトで堅牢かつ高性能な軸を開発することでした。
目的は、80kgの重さのビア樽2本を搬送方向に1,820mm、速度1.5m/s、加速度2m/s²で移動させることです。このシステムは、飲料充填という衛生環境が求められる中で、24時間365日稼働し、非常に高い稼働率と長い耐用年数を実現しなければなりません。

解決方法

コンベア技術におけるドライリンZLWリニアアクチュエータ
機械設計の担当者は、市場を分析し、さまざまなサプライヤーが提案するソリューションを検討しました。最終的には、イグスが提案した多機能のドライリンZLWリニアアクチュエータが採用されました（下図2、3）。長さ2メートル、幅41センチ、高さ10センチ、重さ126キログラムで、すぐに設置できる状態で納入しました。
リニアガイドは合計4個で、そのうち2個は並行ガイドに使用されており、KHS社向けにコンパクトなシステムを構成しました。これにより、3つの「スラストアーム」（真ん中のアームはビア樽を機構内にスライドさせるため、外側の2つのアームはビア樽を中央のコンベアベルトに戻すため）を、1つのリニアアクチュエータで操作することができます。
ビア樽を押し込む際に発生する高トルクにキャリッジのガイド長を合わせるため、キャリッジは2段に配置されています。これらは、中央に配置された2本の歯付きベルトによって移動します（下図4）。省スペース化として、モータはユニットの両側にあるたわみ軸の延長線上に収容されています。

軸上のイグリデュールすべり軸受
すべての軸には、無潤滑のイグリデュール材質製すべり軸受が使用されています。これは、衛生環境が求められる洗浄や充填において重要な役割を果たします。スマートな設計で簡単に取り外せる軸方向位置決め栓により、スライド部を素早く交換することができます。（下図5）

昇降機構内のドライリン リニアベアリング
Innokeg AF-C 横断型の様々な箇所でリニアベアリングが使用されています。例えば、昇降機構の軸には、ドライリン ステンレス製リニアベアリングが装備されています。（図6）

すべり軸受システムの状態監視
今後に向けて、予知保全の枠組みの中ですべり軸受システムの摩耗を監視するためにiSense技術の使用がKHS社で検討されています。これにより、システムの可用性、お客様のメリットを高めることができます。

図1：KHS社はInnokeg AF-C横断型により、非常にフレキシブルなビア樽の洗浄・充填システムを開発しました。

図2：長さ2メートル、重さ126キロのリニアアクチュエータを、すぐに設置できる状態でKHS社に納入しました。

図3：リニアアクチュエータの全体図です。80キログラム×2本までのビア樽用グリッパーユニットが見えます。

図4：三列式の歯付きベルト駆動と、ドライリン スライド部を有するダブルリニアガイドの組み合わせにより、高いラジアル荷重を吸収することも可能です。

図5：位置決め栓は、ピローブロックのスライド部を迅速に交換するために、分解しやすいスマートな設計となっています。

図6：昇降機構の軸は、ドライリン ステンレス製リニアベアリングを使用することで無潤滑で動作します。