(57)【要約】【課題】巻き締めトルクの大きさに着目してキャップの容器口部への巻き締め制御を単純化し、巻締め処理の一層の高速化を図ると共に、キャップの容器口部への巻締め状態のバラツキを少なくするキャップ巻締め方法を提供する。【解決手段】キャッピングヘッドを介してキャップを回転させるモータの巻締めトルクをモニタすることで、キャップの巻締め制御が簡単になる。また、巻締めトルクの大きさに基づいて巻締め開始時点Ｃを判定し、判定後も、キャップの回転を停止させることなくキャップを指定巻締め角度θｄだけ継続回転させることで、巻締め完了時点Ｄにまでの巻締め処理に要する時間が短縮化される。巻締め開始時点Ｃからのキャップの巻締め角度θｄを指定するだけでキャップの巻締め調整ができる。このとき、巻締め角度の逐一なモニタは必須とされない。【選択図】      図１
2004331119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャップを着脱自在に保持するキャッピングヘッドをモータで回転することにより、前記キャップを容器の口部に巻締めるキャップ巻締め方法において、前記モータの巻締めトルクの大きさによって前記キャップの前記口部への巻締め開始時点を判定し、前記巻締め開始時点に到達後前記キャップを指定角度だけ継続回転した時点を巻締め完了時点とすることを特徴とするキャップ巻締め方法。
【請求項２】
前記巻締め開始時点は、前記容器の前記口部の先端部が前記キャップの天面に接触を開始した時点であることを特徴とする請求項１に記載のキャップ巻締め方法。
【請求項３】
前記キャップの巻締め角度の変更は、前記モータの回転速度と前記巻締めトルクを制御することなく、前記指定角度を変更することにより行われることを特徴とする請求項１に記載のキャップ巻締め方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、キャッピングヘッドによって保持されたキャップを容器の口部に巻き締めるキャップ巻締め方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、キャップを容器の口部に螺着させるキャッパーヘッドとして、図４に示すものがある。図４に示すキャッパーヘッド４０は、図示しないフレームに固定された固定歯車４１と、固定歯車４１に噛み合い固定歯車４１の回りを自転しながら公転する遊星歯車４２と、遊星歯車４２の出力軸４３と係合し遊星歯車４２の回転を伝達するが、図示しない回転フレームに対して軸方向に自由に相対移動可能に支持されたスライド式軸受４４と、スライド式軸受４４の出力側に連結されて巻締めトルクの上限を制限するトルクリミッタ４５と、トルクリミッタ４５の出力側に連結されてキャップ（図示せず）を回転するチャック４６とを備えている。遊星歯車４２は、固定歯車４１に対して軸方向移動可能に噛み合っており、スライド式軸受４４、トルクリミッタ４５及びチャック４６と共に回転フレームに対して昇降可能である。トルクリミッタ４５としては、例えば、トルク管理が容易で塵埃の発生が殆どない磁気式のリミッタが挙げられる。キャップの巻締めに伴ってチャック４６を降下させるため、スライド式軸受４４には、固定歯車４１に取り付けられている昇降用カム４８に係合するカムフォロワ４７が備わっている。
【０００３】
上記のように構成されたキャッパーヘッド４０によれば、図示しない駆動手段によって遊星歯車４２を固定歯車４１の回りに公転させると、遊星歯車４２と共にスライド式軸受４４が公転していることにより昇降用カム４８とそれに係合しているカムフォロワ４７とのカム作用によって、遊星歯車４２、スライド式軸受４４、トルクリミッタ４５及びチャック４６が昇降し、チャック４６に保持されているキャップが容器の口部に接近・離間する。キャップが容器の口部にねじ係合を開始すると、固定歯車４１との噛合いによって遊星歯車４２は、スライド式軸受４４、トルクリミッタ４５及びチャック４６と共に公転しつつ自転し、この自転の回転数でチャック４６はキャップを回転して容器の口部に巻き締める。このときの遊星歯車４２の回転数は、固定歯車４１とのギヤ比で定まる一定回転数である。キャップは、容器の口部に巻き締める程度と巻締めねじのピッチとに応じて口部の回りで降下するが、チャック４６の上部に緩衝部があり、巻締め必要回転数（約３回転分）以上の回転によるストローク差を吸収する。従って、チャック４６は、キャップの巻締め時におけるキャップの沈込みに対応して下降するので、ねじの損傷や巻締めミスをすることなくキャッピング動作を実行する。
【０００４】
別の従来のキャッパーヘッドの例が図５に示されている。図５に示すキャッパーヘッド５０においては、図４に示すキャッパーヘッド４０と共通する要素には同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。キャッパーヘッド５０は、キャッパーヘッド４０において遊星歯車４２及びトルクリミッタ４５が用いられる代わりに、サーボモータ５１を用いている。サーボモータ５１の回転は、その駆動軸５２、スライド式軸受４４を経てチャック４６に伝達され、キャップを容器の口部に巻き締める。図示しない駆動手段によって、昇降用カム４８のカム軸線４９回りにサーボモータ５１を、スライド式軸受４４及びチャック４６もサーボモータ５１と共に公転させる。この公転運動に応じて、スライド式軸受４４の外側部材に設けられているカムフォロワ４７と昇降用カム４８とのカム作用によって、スライド式軸受４４の外側部材以下、チャック４６までが、キャップの巻締めに対応して容器の口部に接近・離間する。
【０００５】
図４に示すキャッパーヘッド４０においては、遊星歯車４２の回転数はチャック４６の回転数でもあるので、キャップを巻き締めるときの回転数も公転数に対して一定である。また、チャック４６の昇降ストローク及びそのタイミングは、昇降用カム４８のカム形状に依存している。チャック４６の降下量は容器やキャップの仕様によって定まるため、昇降用カム４８のカム形状を予め定める必要がある。一方、図５に示すキャッパーヘッド５０では、サーボモータ５１によってチャック４６を回転させるので、チャック４６の回転数はサーボモータ５１によって任意に変更可能である。また、締め付けトルクは運転中もサーボモータ５１によって任意に変更可能である。
【０００６】
上記のような従来のキャッパーヘッドを用いたキャップの巻締めにおいて、キャッピングを行うサーボモータの出力については、巻締め速度一定制御、及び巻締めトルク一定制御の条件下において、巻締めトルクが規定値に到達、及び巻締め回転速度の低下又は停止という二つの条件を単独に又は組み合わせて用い、それらの条件が満たされることを巻締め完了の確認とする制御が行われている。一例として、キャップを容器に対して相対的に小さい回転トルクで回転させ、キャップの締付け開始位置を検出し、キャップの回転が実質的に停止されたときに回転トルクを増大させて容器に対するキャップの回転を継続させ、キャップの締付け開始位置から予め定められた回転角度だけ回転させる制御を行うキャッピング方法が提案されている（特許文献１）。こうした回転速度と回転角度との制御によって、キャップの締付け開始に伴って実質的に回転停止するときの回転慣性力（キャップを高速回転させるほど大きくなる）を原因とする、キャップの過大な閉栓トルクでの巻締めを防止することが図られている。
【０００７】
サーボモータ出力のトルク制御の例としては、モータ出力トルクを、キャップの容器への螺合開始時には予め定めた基準閉栓トルクよりも大きくし、キャップの容器口部への螺合開始から１回転以上回転させたときにはその基準閉栓トルクよりも小さくし、更にキャップが容器口部に螺着してその回転が停止したときには出力トルクを基準閉栓トルクに一致させるキャッピング方法が提案されている（特許文献２参照）。こうしたトルク制御によって、キャップが容器口部に被せられたときに容器口部に対して傾斜した状態となるベレーキャップ現象が生じても、キャップの強制的な螺合開始を可能とするとともに、キャップの回転停止時での慣性回転による過大な閉栓トルクを回避し、更に、キャップ毎に慣性トルクのバラツキがあっても、最終的に一定の閉栓トルクでキャップを締めつけることが図られている。
【０００８】
また、サーボモータを駆動したときに、単位回転当たりの出力トルクの変化量を求め、この変化量が所定の基準値を超えた時点で、容器の口部の上端がキャップ内のパッキングに当接する着座点に到達したと判断して、その時点から所定角度だけキャップを巻き締めてトルクモータを停止するキャッピング方法とキャッピング装置が提案されている（特許文献３）。こうした出力トルクの変化量と回転角度とによる制御によって、容器の口部の濡れの有無に関わらず着座点を正確に把握し、その着座点から所定の回転角度だけキャップを巻き締めた時点を巻締め完了と判断してキャッピングを終了することを可能にしている。
【０００９】
更に、キャップが容器に接触せずに回転駆動する予備周期部分と、キャップが容器に接触していて速度が低下する仮巻締め周期部分と、仮巻締め周期部分で低下した速度よりも速い速度で回転する本巻締め周期部分とから成る順序周期部分を有するモータ制御型キャッパ、及びキャッパのモータ制御方法が提案されている（特許文献４）。仮巻締め周期部分で初期条件速度が低下した状態で、本巻締め周期部分において積極的にキャップを回転駆動するので、回転力を与えているが回転しないというキャップの不正巻締めを回避することが図られている。
【００１０】
上記のような従来のサーボモータの巻締め制御においては、所定の巻締め角度に設定する場合に、そうした巻締め角度を得るために回転速度及び回転トルクを変化させて試行錯誤を繰り返しており、そのため巻締め角度制御に時間を要し、巻締め処理の一層の高速化にとって支障となっている。また、生産途中に巻締めラインに供給されるボトルやキャップの製造供給元が変わる等に起因してねじ部又はシール部に寸法変化があった場合や、温度や湿度等の製造ライン環境に変化があった場合には、巻締め角度が変化するために、サーボモータの設定回転速度や設定トルクを調整する必要があるという問題もあった。
【００１１】
【特許文献１】
特公平５−６３３９９号公報（第５欄第１３行〜第７欄第３行  第２図）
【特許文献２】
特公平３−６９７９４号公報（第５欄第３１行〜第７欄第７行  第４図）
【特許文献３】
特開２００１−７２１８６号公報（段落［００１０］、図４、図５）
【特許文献４】
特開２００２−３０８３８１号公報（段落［０００９］〜［００１７］、図６）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、キャップの容器の口部への巻締めトルク制御を単純化して巻締め処理の高速化を図りつつも、巻締め状態のバラツキを少なくして確実なキャップの巻締め状態を得る点でなお一層に改善が求められている。
【００１３】
この発明の目的は、巻き締めトルクの大きさに着目して巻き締め制御を単純化し、その結果、巻締め制御に要する時間を短縮して巻締め処理の一層の高速化を図ることができるキャップ巻締め方法を提供することである。また、生産途中に巻締めラインに供給されるボトルやキャップの製造供給元が変わる等に起因してねじ部又はシール部に寸法変化があった場合や、温度や湿度等の製造ライン環境に変化があった場合でも、キャップの容器口部への巻締め状態のバラツキを少なくしてキャップを所定の巻締め角度を確実に得ることができるキャップ巻締め方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明によるキャップ巻締め方法は、キャップを着脱自在に保持するキャッピングヘッドをモータで回転することにより、前記キャップを容器の口部に巻締めるキャップ巻締め方法において、前記モータの巻締めトルクの大きさによって前記キャップの前記口部への巻締め開始時点を判定し、前記巻締め開始時点に到達後、前記キャップを指定角度だけ継続回転した時点を巻締め完了時点とすることを特徴としている。
【００１５】
このキャップ巻締め方法によれば、キャッピングヘッドを介してキャップを回転させるモータの回転速度をモニタしておらず、巻締めトルクのみをモニタすることで、キャップの巻締めを制御することができる。即ち、モニタすべき変数が巻締めトルクの大きさであるので、巻締め制御が簡単になる。また、巻締めトルクの大きさに基づいて巻締め開始時点を判定し、判定後もキャップの回転を停止させることなくキャップを指定巻締め角度だけ継続回転させているので、巻締め開始時点から巻締め完了時点にまでの巻締め処理に要する時間も短縮化される。キャップの巻締め調整をする場合には、巻締め開始時点から巻き締められるキャップの巻締め角度を指定するだけでよく、巻締め角度の逐一なモニタを必須としない。
【００１６】
このキャップ巻締め方法において、前記巻締め開始時点は、前記容器の前記口部の先端部が前記キャップの天面に接触を開始した時点とすることができる。容器口部の先端部がキャップの天面に接触する時点が、実質的な密封性確保可能な時点であって、その時以後においては、容器口部の先端部がキャップの天面に対して塑性変形を開始することに起因して巻締めトルクが急増するので、この時を巻締め開始点とすることができる。
【００１７】
また、このキャップ巻締め方法において、前記キャップの巻締め角度の変更は、前記モータの回転速度と前記巻締めトルクを制御することなく、前記指定角度を変更することによって行うことができる。即ち、キャップの巻締め強さを変更するときには巻締め角度が変更されるが、巻締め角度を変更するときに必要となるのは指定巻締め角度の変更のみである。このとき、モータの回転速度についてはモニタすら必要ではなく、巻締めトルクについてはモニタや設定は行われても逐次制御の対象とはされない。したがって、キャップの巻締め強さの変更が容易である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて、この発明によるキャップ巻締め方法の実施例を説明する。図１はこの発明によるキャップ巻締め方法における巻締め角度に対する巻締めトルク線図、図２はこの発明によるキャップ巻締め方法における指定巻締め角度に対する巻締め角度線図である。図３は、この発明によるキャップ巻締め方法が適用されるキャップの容器口部への巻締め状態を示す断面図である。図３においては、キャップは、容器の口部に巻締めた状態で示されている。
【００１９】
図１は、横軸を巻締め角度とし、縦軸を巻締めトルクとした巻締め角度−巻締めトルク線図である。図１には、巻締めトルクを中線で示す他、回転速度が細線で、キャップの天面接触角度が太線で示されている。図１によれば、キャッパヘッド３０に保持されたキャップ１（以下、キャップと容器との巻締め構造については図３を参照）が、モータの回転によって容器１０の口部１１へ巻締め開始されると、時点Ａまでは、キャップ１の螺着が進行するにしたがって巻締め回転速度が次第に低下し、この間、巻締めトルクは一定の低い値を示す。時点Ａにおいて、キャップ１の天板部２から下方に突出形成されているインナーリング４が口部１１に接触することによって、回転速度が急低下するので、モータに対して回転速度及び巻締めトルクの指示変更が行われる。このときの巻締めトルクに生じる大きな増減の変化は、そうした指示変更に応じた現象である。この指示変更においては、巻締めトルクは、天面接触角度付近の巻締めトルクである規定トルク（図示の例では１４０Ｎｍ）に指示される。
【００２０】
時点Ｂにおいて、キャップ１のスカート部３に備わるフラップ５が容器１０の口部１１の外側に形成されているねじ部１２を乗り越えるときの抵抗によって、巻締めトルクが増加する。フラップ５のねじ部１２に対する乗越え後は、巻締めトルクは低下するが、巻締め角度の進行に従って、インナーリング４の変形が大きくなることに起因して巻締めトルクは再度増加に転じる。一方、回転速度は、巻締めトルクの増加に伴って次第に低下する。時点Ｃにおいて、容器１０の口部１１の先端部１３がキャップ１の天板部２の内面としての天面６に接触し、天板部２と先端部１３との変形に伴って巻締めトルクは急増して規定トルクに達する。このとき、巻締めトルクは大きな増減変化を生じているが、この現象は、巻締めトルクを更に高いトルク（図示の例では２４０Ｎｍ）に設定するときの設定切換えによって生じるものである。一方、時点Ｃにおいて、その後に行うべき巻締め角度として、指定巻締め角度θｄが設定される。
【００２１】
モータの巻締めトルクの大きさが規定トルクに達した時点Ｃが、巻締め開始時点として判定される。即ち、容器１０の口部１１の先端部１３がキャップ１の天面６に接触して実質的に密着されることによってキャップ１が口部１１への巻締め開始される。時点Ｃの後、時点Ｄに至るまでに、キャップ１は設定された高い巻締めトルクによって時点Ｃから停止することなく継続して巻き締められる。この間、容器１０の先端部１３とキャップ１の天板部２とが接触しつつ更に変形することで巻き締めが続行される。また、キャップ１の回転速度は更に低下していく。時点Ｄは、実際の巻締め角度θａが指定巻締め角度θｄに到達したとされる巻締め完了時点である。図示の例では、巻締め完了時の巻締め角度θａは、巻締め開始時点から５０度巻き締めた位置である。
【００２２】
図２は、横軸を指定巻締め角度θｄとし、縦軸を実施の巻締め角度θａとしたときの、実験値をプロットした図である。三つの指定巻締め角度θｄ（１６度、３５度、５２度）のそれぞれに対して、４回〜６回の巻締めを試み、得られた巻締め角度θａがプロットされている。最小近似法等で、この分布を直線で近似すると、図中に示された近似式が得られる。指定巻締め角度θｄと実際の巻締め角度θａとの関係は、直線で良く近似されることが判明したので、この直線特性を利用して、指定巻締め角度θｄによって、実際の巻締め角度θａを十分な精度で調整することができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明は、上記のように、キャッピングヘッドをモータで回転することにより、キャップを容器の口部に巻締めるキャップ巻締め方法において、モータの巻締めトルクの大きさによってキャップの口部への巻締め開始時点を判定し、巻締め開始時点に到達後、キャップを指定角度だけ継続回転したときを巻締め完了としているので、巻き締め制御は巻き締めトルクの大きさに着目することで単純化される。したがって、この発明のキャップ巻締め方法によれば、回転速度及び回転トルクを変化させるという従来行われていた試行錯誤を繰り返すという形態の制御をする必要がなくなり、巻締め処理を素早く行うことができ、巻締め角度制御に要する時間を短縮化し、巻締め処理の一層の高速化を図ることができる。また、生産途中に巻締めラインに供給されるボトルやキャップの製造供給元が変わる等に起因してねじ部又はシール部に寸法変化があった場合や、温度や湿度等の製造ライン環境に変化があった場合でも、サーボモータの設定回転速度や設定トルクを調整することなく、確実に所定の巻締め角度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるキャップ巻締め方法における巻締め角度に対する巻締めトルク線図である。
【図２】この発明によるキャップ巻締め方法における指定巻締め角度に対する巻締め角度線図である。
【図３】この発明によるキャップ巻締め方法が適用されるキャップの容器口部への巻締め状態を示す断面図である。
【図４】キャップを容器の口部に螺着させる従来用いられているキャッパーヘッドの一例を示す斜視概略図である。
【図５】キャップを容器の口部に螺着させる従来用いられている別のキャッパーヘッドの一例を示す斜視概略図である。
【符号の説明】
１  キャップ                        ２  天板部
３  スカート部                      ４  インナーリング
５  フラップ                        ６  天面
１０  容器                          １１  口部
１２  ねじ部                        １３  先端部
３０  キャッパヘッド
θｄ  指定巻締め角度                θａ  実際の巻締め角度
Ｃ  巻締め開始時点                  Ｄ  巻締め完了時点
【図１】
2004331119.tif 000003
【図２】
2004331119.tif 000004
【図３】
2004331119.tif 000005
【図４】
2004331119.tif 000006
【図５】
2004331119.tif 000007