(57)【要約】【課題】サーボモータを所望の一定トルク及び回転時間で回転駆動させることによりキャップを巻締めすることができ、制御手段を簡易化して装置自体が低コスト化する。キャッパーヘッド内に設けられた複数本の把持アームを把持作動軸の移動により開閉することができ、キャッパーヘッドの構造を簡易化すると共に小型化及び軽量化する。【解決手段】キャップ９が仮締めされたボトル容器５が載置された際に、昇降作動部材１５を作動して昇降体１３を巻締め位置へ移動した後、把持作動部材４３を作動して把持作動軸４１を移動して各把持アーム３１の把持方向へ揺動してキャップ９を把持させ、次にキャップ９の把持状態にてサーボモータ２３を所望の一定トルクで所定の回転時間、回転駆動してボトル容器５にキャップ９を巻締めするように制御する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇降体に回転可能に支持され、軸線方向に中空部を有した回転軸と、回転軸をキャップ締め方向へ回転駆動するサーボモータと、回転軸に固着されたキャッパーヘッド内に揺動可能に支持され、一方端部にボトル容器に仮締めされたキャップを把持する爪部を有した複数本の把持アームと、各把持アームを、常には開放方向へ付勢する弾性部材と、回転軸の中空部内にて軸線方向へ摺動可能に支持され、一方軸端部が各把持アームの他方端部を、弾性部材の弾性力に抗して押圧して各把持アームを把持方向へ揺動させる把持作動軸と、把持作動軸を軸線方向へ移動して各把持アームを把持方向へ揺動させる把持作動部材と、昇降体を、少なくとも各把持アームの爪部がボトル容器に仮締めされたキャップから離脱する離脱位置と各把持アームの爪部をキャップに位置させる巻締め開始位置の間で昇降させる昇降作動部材と、キャップが仮締めされたボトル容器が載置された際に、昇降作動部材を作動して昇降体を巻締め位置へ移動して把持作動部材を作動して把持作動軸を移動して各把持アームの把持方向へ揺動してキャップを把持させると共にサーボモータを所望の一定トルクで回転駆動し、サーボモータ又はキャッパーヘッドが予め設定された所定の回転時間、回転した際にサーボモータの駆動を停止してボトル容器にキャップを巻締め制御する制御手段を備えたキャップ巻締め装置。
【請求項２】
昇降体に回転可能に支持され、軸線方向に中空部を有した回転軸と、回転軸をキャップ締め方向へ回転駆動するサーボモータと、回転軸に固着されたキャッパーヘッド内に揺動可能に支持され、一方端部にボトル容器に仮締めされたキャップを把持する爪部を有した複数本の把持アームと、各把持アームを、常には開放方向へ付勢する弾性部材と、回転軸の中空部内にて軸線方向へ摺動可能に支持され、一方軸端部が各把持アームの他方端部を、弾性部材の弾性力に抗して押圧して各把持アームを把持方向へ揺動させる把持作動軸と、把持作動軸を軸線方向へ移動して各把持アームを把持方向へ揺動させる把持作動部材と、昇降体を、少なくとも各把持アームの爪部がボトル容器に仮締めされたキャップから離脱する離脱位置と各把持アームの爪部をキャップに位置させる巻締め開始位置の間で昇降させる昇降作動部材と、キャップが仮締めされたボトル容器が載置された際に、昇降作動部材を作動して昇降体を巻締め位置へ移動して把持作動部材を作動して把持作動軸を移動して各把持アームの把持方向へ揺動してキャップを把持すると共にサーボモータを所望の一定トルクで回転駆動し、キャップの巻締めに伴って昇降体が巻締め開始位置から所定の位置へ移動した際にサーボモータの駆動を停止してボトル容器にキャップを巻締め制御する制御手段を備えたキャップ巻締め装置。
【請求項３】
本体部に設けられたガイド軸に昇降可能に支持された昇降体と、昇降体に回転可能に支持され、上下方向に軸線を有し、軸線中心部に中空部を有した回転軸と、昇降体に固着され、回転軸をキャップ締め方向へ回転駆動するサーボモータと、回転軸の軸線下部に固着されたキャッパーヘッドと、該キャッパーヘッド内にてそれぞれ揺動可能に支持され、一方端部にボトル容器に仮締めされたキャップを把持する爪部を有した複数本の把持アームと、各把持アームの他方端部に対して揺動可能に支持された作動体と、作動体を、常には各把持アームが開放方向へ揺動するように付勢する弾性部材と、回転軸の中空部内にて軸線方向へ摺動可能に支持され、一方軸端部が作動体に当接可能な把持作動軸と、昇降体に固着され、把持作動軸を軸線方向へ移動して軸端が当接する作動体を弾性部材の弾性力に抗して各把持アームが把持方向へ揺動するように移動させる把持作動部材と、昇降体を、少なくとも各把持アームの爪部がボトル容器に仮締めされたキャップから離脱する離脱位置と各把持アームの爪部をキャップに位置させる巻締め開始位置の間で昇降させる昇降作動部材と、キャップが仮締めされたボトル容器が載置された際に、昇降作動部材を作動して昇降体を巻締め位置へ移動した状態で把持作動部材を作動して移動する把持作動軸により各把持アームを把持方向へ揺動してキャップを把持して昇降体を移動自在にさせると共にサーボモータを所望の一定トルクで回転駆動し、その回転時間が所望の時間に達した際にサーボモータを駆動停止してボトル容器にキャップを巻締め制御する制御手段を備えたキャップ巻締め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の飲料や化粧品、医薬品等の流体や各種の固形物を密封収容するボトル容器の口部に仮締めされたキャップを巻締めするキャップ巻締め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記したボトル容器にあっては、収容された流体が漏出したり、外気中の水分が混入したりするのを防止するため、ボトル用の口部に対してキャップを強固に螺子締めして良好な密封性を確保する必要があるが、反面、キャップが強固に螺子締めされた場合には、使用者による開封が困難になってしまうため、ボトル容器の口部にキャップを巻締めする際には、密封性と開封性を両立することができる適正なトルクで巻締めする必要がある。
【０００３】
例えば特許文献１に示す従来のキャップ巻締め装置にあっては、キャップの巻締めの角度を検出する検出装置を設け、該検出装置により検出されたキャップの巻締め角度に応じてサーボモータのトルクを制御している。
【０００４】
しかし、上記した特許文献１に示すキャップ巻締め装置にあっては、キャップの巻締め角度に基づいてキャップの巻締めトルクを制御する必要があり、 これにより制御手段が複雑化して装置自体が高コスト化する問題を有している。
【０００５】
また、ボトルの口部に対してキャップを巻締めする際に、サーボモータに連結された回転軸に取付けられたキャッパーヘッド内に設けられた把持部材によりキャップを強固に把持する必要があるが、キャッパーヘッド内に複数本の把持部材を揺動可能に支持すると共にこれら把持部材を開閉作動するシリンダー等の作動部材を設ける必要があり、キャッパーヘッド自体の構造が複雑化すると共に大型化及び重量化する問題を有している。
【特許文献１】特開２００３−２０５９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、キャップの巻締め角度に基づいてキャップの巻締めトルクを制御する必要があり、これにより制御手段が複雑化して装置自体が高コスト化する点にある。また、キャッパーヘッド内に複数本の把持部材を揺動可能に支持すると共にこれら把持部材を開閉作動するシリンダー等の作動部材を設ける必要があり、キャッパーヘッド自体の構造が複雑化すると共に大型化及び重量化する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、昇降体に回転可能に支持され、中空部を有した回転軸と、回転軸をキャップ締め方向へ回転駆動するサーボモータと、回転軸に固着されたキャッパーヘッド内に揺動可能に支持され、キャップを把持する爪部を有した複数本の把持アームと、各把持アームを、常には開放方向へ付勢する弾性部材と、回転軸の中空部内にて軸線方向へ摺動可能に支持され、各把持アームを弾性部材の弾性力に抗して押圧して把持方向へ揺動させる把持作動軸と、把持作動軸を軸線方向へ移動して各把持アームを把持方向へ揺動させる把持作動部材と、昇降体を、各把持アームの爪部がボトル容器に仮締めされたキャップから離脱する離脱位置と各把持アームの爪部をキャップに位置させる巻締め開始位置の間で昇降させる昇降作動部材と、キャップが仮締めされたボトル容器が載置された際に、昇降作動部材を作動して昇降体を巻締め位置へ移動した後、把持作動部材を作動して把持作動軸を移動して各把持アームの把持方向へ揺動してキャップを把持させ、次にキャップの把持状態にてサーボモータを所望の一定トルク及び回転時間で回転駆動してボトル容器にキャップを巻締めするように制御する制御手段を備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、サーボモータを所望の一定トルク及び回転時間で回転駆動させることによりキャップを巻締めすることができ、制御手段を簡易化して装置自体が低コスト化することができる。また、キャッパーヘッド内に設けられた複数本の把持アームを把持作動軸の移動させることにより開閉することができ、キャッパーヘッドの構造を簡易化すると共に小型化及び軽量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、キャップが仮締めされたボトル容器が載置された際に、昇降作動部材を作動して昇降体を巻締め位置へ移動した後、把持作動部材を作動して把持作動軸を移動して各把持アームを把持方向へ揺動してキャップを把持させ、次にキャップの把持状態にてサーボモータを所望の一定トルク及び回転時間で回転駆動してボトル容器にキャップを巻締めするように制御することを最良の形態とする。
【実施例】
【００１０】
以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
図１及び図２において、キャップ巻締め装置１の本体部３下部にはボトル容器５の下部をクランプして固定する固定手段７が設けられている。該固定手段７は固定板７ａと、該固定板７ａに相対して移動する挟圧板７ｂ及び該挟圧板７ｂを往復移動するエアーシリンダー等の挟圧作動部材７ｃとから構成される。そして固定手段７により固定保持されるボトル容器５は、例えば各種の飲料や化粧品、医薬品等の流体や各種の固形物を収容する用途に使用するもので、その口部５ａの外周面には外螺子部（図示せず）が一体形成されている。
【００１１】
一方、ボトル容器５の口部５ａに一部が螺合状態で仮締めされたキャップ９の内周面には外螺子部５ｂに螺合する内螺子部（図示せず）が一体形成されている。口部５ａの外螺子部及びキャップ９の内螺子部は口部５ａに対してキャップ９を仮締め及び巻締めするための異なるリード及びピッチからなる螺子部が連続して形成されている。
【００１２】
固定手段７により固定保持されるボトル容器５の口部５ａは、予めキャップ９が仮締め状態で螺合されている。ボトル容器５に対するキャップ９の仮締め作業は、人手若しくはキャップ巻締め装置１とは別のキャップ仮締め装置（図示せず）により、口部５ａに対してキャップ９を、外螺子部及び内螺子部における仮締め用の螺子部相互を螺合させて行う。
【００１３】
本体部３には上下方向に軸線を有した図示する左右一対のガイド軸１１が固定手段７を挟んだ状態で立設され、該ガイド軸１１には昇降体としての昇降フレーム１３が昇降可能に支持されている。昇降フレーム１３は基端部が本体部３に固定されたエアーシリンダー等からなる昇降作動部材１５の作動軸１５ａが当接して昇降される。また、昇降フレーム１３の巻締め開始位置側に応じた本体部３には昇降フレーム１３が、後述する各把持アーム３１の爪部３９がボトル容器５に仮締めされたキャップ９の外周側に位置する所定の巻締め開始位置へ下降したことを検出する位置検出器１７が設けられている。
【００１４】
昇降フレーム１３には上下方向に軸線を有し、軸中心部に中空部１９ａを有した回転軸１９の下部が軸受２１を介して回転可能に軸支されている。該回転軸１９の上部に固定されたプーリ１９ｂには昇降フレーム１３に固定されたサーボモータ２３の出力軸に取付けられたプーリ２３ａに噛合わされたタイミングベルト２５が張設され、該サーボモータ２３の駆動に伴って回転軸１９を、口部５ａに対するキャップ９の巻締め方向へ回転させる。該サーボモータ２３にはロータリーエンコーダ等の回転量検出器２３ａが内蔵され、該回転量検出器２３ａからの信号に基づいて出力軸の回転量によりキャッパーヘッド２９の回転数を検出する。また、サーボモータ２３には電流検出器２７が設けられ、該サーボモータ２３に印加される駆動電流を検出している。
【００１５】
回転軸１９の軸下部にはキャッパーヘッド２９の上部が固着され、該キャッパーヘッド２９内には、図示の例では３本の把持アーム３１が、回転軸１９の軸心を中心とする等分割位置にて揺動可能にそれぞれ支持されている。各把持アーム３１の上部には作動体３３がリンクアーム３５を介して揺動可能に軸支され、該作動体３３はキャッパーヘッド２９の底板との間に設けられた圧縮ばね等の弾性部材３７の弾性力により、常に上方へ移動して各把持アーム３１を、その下部が互いに離間する開放方向へ揺動させる。各把持アーム３１の先端部には、例えばシリコンゴム等のように摩擦係数が高く、傷付きを防止するために弾性を有した爪部３９がそれぞれ取付けられている。尚、図示の例では、３本の把持アーム３１としたが、その本数としては、２本、４本以上であってもよいことは勿論である。
【００１６】
上記回転軸１９の中空部１９ａ内には上下方向に軸線を有した把持作動軸４１が軸線方向へ摺動可能に軸支されている。また、把持作動軸４１の軸線上方に位置する昇降フレーム１３にはエアーシリンダー等の把持作動部材４３が取付けられ、該把持作動部材４３の作動軸（図示せず）は把持作動軸４１の軸上端に対してスラスト軸受４５を介して連結可能に構成される。
【００１７】
図３において、制御手段５０のシーケンサー５１は後述するキャップ巻締め作業を実行するためのプログラムデータを記憶している。また、サーボドライバー５３はインターフェース５５にプログラムメモリを備えている。トルクデータはキャップ９を巻締めする際に、ボトル容器５及びキャップ９の種類に応じて適宜設定されるサーボモータ２３の回転トルクに関する複数のトルクデータであり、ボトル容器５及びキャップ９の種類に応じてサーボモータ２３に印加される異なる複数の駆動電流値に関するデータをトルクデータとして記憶される。
【００１８】
回転時間データはサーボドライバー５３内のメモリに、キャップ９を巻締めする際に、ボトル容器５及びキャップ９の種類に応じて適宜設定される巻締めするのに必要なキャッパーヘッド２９の回転時間又はサーボモータ２３の回転駆動時間に関する複数の時間を回転時間データとして記憶される。そしてサーボドライバー５３内のメモリに記憶された上記した複数のトルクデータ及び回転時間データの中から、巻締めしようとするボトル容器５及びキャップ９に応じて設定された所望の回転トルクデータ及び回転時間データをメモリの作業領域に記憶させる。
【００１９】
シーケンサー５１にはモード選択手段５７が接続され、モード選択手段５７に設けられた釦５７ａ・５７ｂの操作により巻締めしようとするボトル容器５及びキャップ９の種類に応じて要求されるサーボモータ２３のトルク及び回転時間の設定モードを呼び出す。尚、ボトル容器５及びキャップ９の種類に応じて要求されるサーボモータ２３のトルク及び回転時間に関する各種モードのデータ設定は、シーケンサー５１にマイクロコンピュータ（図示せず）を接続し、このマイクロコンピュータにより行う。
【００２０】
シーケンサー５１には昇降フレーム１３の位置検出器１７が接続され、昇降フレーム１３が、各把持アーム３１の爪部３９がキャップ９の外周側に位置する所定の巻締め開始位置へ下降した際に検出信号を出力する。
【００２１】
サーボドライバー５３にはサーボモータ２３がインターフェース５５を介して接続され、メモリに記憶されたトルクデータ及び回転時間データに基づいてサーボモータ２３が回転駆動される。該サーボドライバー５３はサーボモータ２３に装着された回転量検出器２３ａからの回転量検出信号に基づいてサーボモータ２３を所定の回転数で所望の時間分、駆動制御させる。また、サーボドライバー５３は電流検出器２７により検出される駆動電流値に基づいてサーボモータ２３に印加される駆動電流を、サーボモータ２３の回転トルクが一定になるように制御させる。
【００２２】
シーケンサー５１には昇降作動回路５９、把持作動回路６１、固定作動回路６３がそれぞれ接続され、昇降作動回路５９は接続された昇降作動部材１５を作動して昇降フレーム１３を昇降動作させる。把持作動回路６１は接続された把持作動部材４３を作動して把持アーム３１によるキャップ９の把持動作及び把持解除動作を実行させる。固定作動回路６３は接続された挟圧作動部材７ｃを作動して固定手段７に載置されたボトル容器５を固定動作及び固定解除動作を実行させる。
【００２３】
次に、上記のように構成されたキャップ巻締め装置１によるキャップ９の巻締め作用を図４乃至図８に従って説明する。
先ず、ステップ７１においてモード選択手段５７の釦５７ａ・５７ｂを操作して巻締めしようとするボトル容器５及びキャップ９の種類に応じて要求されるサーボモータ２３のトルク及び回転時間に関する設定モードを呼び出した後、ステップ７３において固定手段７の箇所に、キャップ９が仮締めされたボトル容器５を載置させる。次に、ステップ７５において巻締めスタート釦７６（図３に示す）をＯＮ操作した後に、ステップ７７において固定手段７の挟圧作動部材７ｃを作動して載置されたボトル容器５を固定させると共に昇降作動部材１５を作動して作動軸１５ａを縮小させることにより昇降フレーム１３を下方へ移動させる。
【００２４】
次に、ステップ７９において昇降フレーム１３の下降に伴って位置検出器１７がＯＮ作動して昇降フレーム１３が巻締め開始位置に達したことが検出されると、ステップ８１において把持作動部材４３を作動し、把持作動軸４１を軸線下方へ移動してその軸下端が当接する作動体３３を、弾性部材３７の弾性力に抗して図示する下方へ移動させることにより各把持アーム３１を把持方向へ揺動してキャップ９を、把持作動軸４１の下降ストロークに応じた所望の把持力で把持させると共にサーボモータ２３を選択されたモードの回転トルクで回転駆動してキャッパーヘッド２９を巻締め方向へ回転させる。（図５及び図６参照）
【００２５】
上記ステップ８１による動作時においては、把持アーム３１がキャップ９を把持することにより昇降フレーム１３の下降が停止されるが、昇降作動部材１５の作動が継続されることにより作動軸１５ａの軸上端と昇降フレーム１３との間に、口部５ａに対してキャップ９を巻締めする際のキャップ９の螺進ストロークの間隔からなる間隙８４が形成される（図７参照）。また、昇降作動部材１５の作動軸１５ａと昇降フレーム１３との間に間隙８４が形成された際には、把持アーム３１に把持されたキャップ９に対して昇降フレーム１３の荷重が作用し、キャップ９を口部５ａに押圧させる。更に、サーボモータ２３の駆動時には、電流検出器２７からの電流検出信号に基づいてサーボモータ２３を、予め設定された回転トルクになるように駆動制御させる。
【００２６】
次に、ステップ８３において設定された回転トルクによるサーボモータ２３の駆動を設定された回転時間の間、継続して口部５ａにキャップ９を巻締めさせる。その際、図８に示すように昇降フレーム１３と作動軸１５ａの軸上端の間に形成された間隙８４により、口部５ａに対するキャップ９の巻締めに伴う螺進に追従して昇降フレーム１３が下降してキャップ９のスムーズな巻締めを可能にしている。
【００２７】
次に、ステップ８５においてサーボモータ２３又はキャッパーヘッド２９の回転時間が予め設定された所定時間に達した際に、サーボモータ２３の駆動を停止制御すると共に把持作動部材４３を復動して把持作動軸４１を原位置に戻すことにより把持アーム３１によるキャップ９の把持を解除させた後、ステップ８７により昇降作動部材１５を復動して作動軸１５ａを伸長することにより昇降フレーム１３を上方へ押上げて原位置に戻し、次にステップ８９において固定手段７によるボトル容器５の固定を解除して口部５ａにキャップ９が巻締めされたボトル容器５を取出して上記したステップ７３に移る。
【００２８】
本実施例は、回転軸１９の中空部１９ａ内に設けられた把持作動軸４１により各把持アーム３１を揺動してキャップ９を把持可能にする構成であるため、キャッパーヘッド２９の構造を簡素化して小型化及び軽量化することができる。また、口部５ａに対してキャップ９を巻締めする際には、キャップ９の螺進に追従して昇降フレーム１３を下降自在にする構成により、口部５ａ及びキャップ９の螺子部相互がかじり合うのを防止することができる。
【００２９】
本発明は、以下のように変更実施することができる。
１．上記説明は、キャッパーヘッド２９又はサーボモータ２３の回転時間が所定の時間を経過した際にサーボモータの回転駆動を停止する構成としたが、請求項２に係る発明のようにサーボモータ２３の駆動開始持における昇降フレーム１３の巻締め開始位置を基準として昇降フレーム１３が所定の位置へ下降したことを検出してサーボモータ２３の回転駆動を停止してキャップ９を巻締めする構成であってもよい。
【００３０】
２．上記説明は、サーボモータ２３が、予め設定された回転トルク以下又は以上の場合であってもキャップ９の巻締めを継続して行う構成としたが、サーボモータ２３が所要の回転トルク以下又は以上の場合には、サーボモータ２３の駆動を停止制御して巻締め動作を中断すると共にブザー、警告等々の報知手段（図示せず）を作動して作業者にサーボモータ２３の回転トルク異常を報知する構成であってもよい。
【００３１】
３．上記説明は、電流検出器２７によりサーボモータ２３に印加される駆動電流値を検出し、この駆動電流値に基づいてサーボモータ２３を閉ループ制御して回転トルクを一定にする構成としたが、電流検出器２７を設けずに設定された回転トルクデータに基づいてサーボモータ２３を開ループ制御する構成であってもよい。
【００３２】
４．実施例に示すキャップ巻締め装置１における固定手段７の一方側に搬入装置を、また他方側に搬出装置を配置し、搬入装置によりキャップ９が仮締めされたボトル容器５を固定手段７箇所へ順次、供給すると共に搬出装置によりキャップ９が巻締めされたボトル容器５を順次、取出すように構成してもよい。
【００３３】
また、 外周側の等間隔位置にボトル容器５を固定する複数の固定手段を設けた回転ディスクの外周に沿った各ステーションに、例えばボトル搬入装置、充填装置、キャップ仮締め装置、本発明に係るキャップ巻締め装置及びボトル搬出装置を順に配置し、ボトル搬入装置により空のボトル容器を各固定手段へ順に供給した後に、回転ディスクの間欠回転駆動に伴って、充填装置によりボトル容器内に内容物を充填する、キャップ仮締め装置により内容物が充填されたボトル容器の口部にキャップを仮締めする、キャップ巻締め装置により仮締めされたキャップを巻締めする、ボトル搬出装置により内容物が充填されてキャップが巻締めされたボトル容器を回転ディスクから取出して次工程へ搬出する自動充填システムとして構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】キャップ巻締め装置の概略を示す斜視図である。
【図２】把持及び回転機構の内部構造を示す部分縦断面図である。
【図３】制御概略を示す電気的ブロック図である。
【図４】キャップ巻締め装置によるキャップの巻締め動作を示す動作図である。
【図５】昇降体の下降状態を示す説明図である。
【図６】キャップの把持状態を示す説明図である。
【図７】キャップ把持後における昇降体を示す説明図である。
【図８】キャップの巻締め状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  キャップ巻締め装置
５  ボトル容器
９  キャップ
１３  昇降体としての昇降フレーム
１５  昇降作動部材
１９  回転軸
１９ａ  中空部
２３  サーボモータ
２９  キャッパーヘッド
３１  把持アーム
３７  弾性部材
３９  爪部
４１  把持作動軸
４３  把持作動部材
５０  制御手段
【図１】
2006347548.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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