(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力の制御が行われるモータと、
前記モータの出力軸に連結して回転しキャップを把持する把持部分を備える回転体とを含み、
前記モータは、前記回転体の運動を制御する複数の順序周期部分を有し、
前記順序周期部分は、
前記回転体に初期回転エネルギーを与える予備周期部分と、
前記キャップがボトルに接触していて前記回転体の速度が低下する仮巻締め周期部分と、
前記仮巻締め周期部分で低下した速度よりも速い速度で前記回転体が回転する本巻締め周期部分とを有し、
前記キャップに接触し始めた後の規定位置ｘｓの前記回転体の惰性的回転エネルギーがＩω２で表され、ここでＩは前記回転体の慣性モーメントであり、前記回転体の設定トルクがＴｍで表され、前記回転体が受ける摩擦抵抗に基づく摩擦抵抗トルクが（Ｔｃ＋Ｔｈ）で表され、前記Ｔｃは前記キャップと前記ボトルとの間の摩擦に基づくトルク関数Ｔｃ（ｘ）であり、前記Ｔｈは定数であり、前記仮巻締め周期部分の前記回転体が停止する位置がｘｓｔｏｐで表され、前記位置ｘｓと前記位置ｘｓｔｏｐの間の前記回転体の運動方程式と下記式：
∫ｘｓｔｏｐｘｓ（Ｔｃ（ｘ）＋Ｔｈ−Ｔｍ）ｄｘ＝ＫＩω２
Ｋ：比例定数とにより、前記位置ｘｓと前記位置ｘｓｔｏｐとの間の前記仮巻締め周期部分の時間Ｔが求められ、
前記時間Ｔに基づいて前記本巻締めの開始時刻が設定される
モータ制御型キャッパ。
【請求項２】
前記本巻締め周期部分の前記回転体の回転角度変化は設定回転角度変化に制御されている
請求項１のモータ制御型キャッパ。
【請求項３】
前記本巻締め周期部分の前記回転体の現実のトルクは設定トルクよりも小さい
請求項１又は２のモータ制御型キャッパ。
【請求項４】
前記本巻締め周期部分の前記回転体の現実のトルクは設定トルクよりも小さく、且つ、前記本巻締め周期部分の前記回転体の回転角度変化は設定回転角度変化に制御されている
請求項１又は２のモータ制御型キャッパ。
【請求項５】
前記仮巻締め周期部分の前記回転体の速度は零まで低下する
請求項１〜４から選択される１請求項のモータ制御型キャッパ。
【請求項６】
前記仮巻締め周期部分の回転体は、前記回転体の現実のトルクが低下しないで前記回転体の速度が低下する
請求項１〜４から選択される１請求項のモータ制御型キャッパ。
【請求項７】
前記仮巻締め周期部分の回転体は、前記回転体の現実のトルクが上昇しながら前記回転体の速度が低下する
請求項６のモータ制御型キャッパ。
【請求項８】
前記仮巻締め周期部分の前半の前記Ｔｃ（ｘ）は項（Ａｘ＋Ｂ）を含み、前記仮巻締め周期部分の後半の前記Ｔｃ（ｘ）は項（Ｃｘ＋Ｄ）を含み、前記時間Ｔは、前半部分ｔｓと後半部分ｔｔとの合計であり、前記ｔｓと前記ｔｔはそれぞれに下記式：
【数１】
0004743464.tif 000009
【数２】
0004743464.tif 000010
で表される
請求項１〜７から選択される１請求項のモータ制御型キャッパ。
【請求項９】
前記定数の組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の値を変更する定数設定ユニット
を更に含む請求項８のモータ制御型キャッパ。
【請求項１０】
前記仮巻締めの後半で前記回転体に与えるエネルギーは零である
請求項９のモータ制御型キャッパ。
【請求項１１】
前記本巻締め周期部分の回転体は、前記回転体が停止する時点のトルクより大きいトルクを与えられない
請求項１〜１０から選択される１請求項のモータ制御型キャッパ。
【請求項１２】
下記ステップの集合：
ステップＳ１：サーボモータの出力軸に連結する回転体に回転エネルギーを与えること
ステップＳ２：前記回転エネルギーに対応する慣性力により前記回転体に同体のキャップをボトルの口栓に巻締めること
ステップＳ３：前記ステップＳ２の最終速度よりも速い速度で前記キャップを前記口栓に巻締めること
を含み、
前記ステップＳ２において前記キャップが前記ボトルに接触し始めた後の規定位置ｘｓの前記回転体の惰性的回転エネルギーがＩω２で表され、ここでＩは前記回転体の慣性モーメントであり、前記回転体の設定トルクがＴｍで表され、前記回転体が受ける摩擦抵抗に基づく摩擦抵抗トルクが（Ｔｃ＋Ｔｈ）で表され、前記Ｔｃは前記キャップと前記ボトルとの間の摩擦に基づくトルク関数Ｔｃ（ｘ）であり、前記Ｔｈは定数であり、前記ステップＳ２において前記回転体が停止する位置がｘｓｔｏｐで表され、
前記位置ｘｓと前記位置ｘｓｔｏｐの間の前記回転体の運動方程式と下記式：
∫ｘｓｔｏｐｘｓ（Ｔｃ（ｘ）＋Ｔｈ−Ｔｍ）ｄｘ＝ＫＩω２
Ｋ：比例定数とにより、前記位置ｘｓと前記位置ｘｓｔｏｐとの間の時間Ｔを求めるステップと、
前記時間Ｔに基づいて前記ステップＳ３の開始時刻を設定するステップと
を更に含む
キャッパのモータ制御方法。
【請求項１３】
前記ステップＳ３の前記回転体の回転角度変化は規定回転角度変化に制御されている
請求項１２のキャッパのモータ制御方法。
【請求項１４】
前記ステップＳ２の前記回転体の速度は零まで低下する
請求項１２又は１３のキャッパのモータ制御方法。
【請求項１５】
前記ステップＳ３の前記回転体のトルクは、前記ステップＳ３の巻締め終了時点のトルクを越えない
請求項１２〜１４から選択される１請求項のキャッパのモータ制御方法。
【請求項１６】
下記ステップの集合：
ステップＳ０：定数の組に基づいて設定速度を決定すること
ステップＳ１：サーボモータの出力軸に連結する回転体を前記設定速度で回転させて回転エネルギーを与えること
ステップＳ２：前記回転体の惰性的回転エネルギーにより前記回転体に保持されているキャップをボトルに仮巻締めすること
ステップＳ３：前記ステップＳ２の最終速度よりも速い速度で前記キャップを回転させて本巻締めすること
を含み、
前記定数の組は、前記キャップと前記ボトルとの間の摩擦トルクを前記キャップの前記ボトルに対する回転角度又は前記回転角度に対応する有効円周線長さを変数とする関数で表したときの係数を含む
キャッパのモータ制御方法。
【請求項１７】
前記ステップＳ３において、前記最終速度よりも速い速度で規定角度だけ規定トルク以下で前記キャップを回転させる
請求項１６のキャッパのモータ制御方法。
【請求項１８】
前記集合は、
前記ボトルの種類に対応して前記惰性的回転エネルギーの大きさを変更すること
を更に含む
請求項１６又は１７のキャッパのモータ制御方法。
【請求項１９】
前記ステップＳ２の最終速度は零である
請求項１６〜１８から選択される１請求項のキャッパのモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ制御型キャッパ、及び、キャッパのモータ制御方法に関し、特に、ＰＥＴボトルのような薄い膜状の容器の巻締めを確実に行うモータ制御型キャッパ、及び、キャッパのモータ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多様な瓶に多様な液体・飲料が詰められる。その瓶は、栓によって密封される。栓としてねじ込みキャップが用いられている。ＰＥＴボトルのように薄い膜状本体で形成されている瓶・ポットの口栓部にはねじが形成されていて、その口栓ねじにキャップねじが螺合される。このようなキャッピングは、１つのキャッパにより１秒間に数十回が行われている。キャッピングは、これが柔かければ衛生管理の点で不具合が生じ、それが硬すぎれば消費者がそれを後に開けることが困難になる。適正な強度のねじ締め・巻締めが重要であり、且つ、その巻締めの適正性が確実であることが重要である。
【０００３】
適正性と高速性を持った巻締め技術は、特開昭５５−５３９０号で知られている。公知のこような巻締め技術は、歯車、クラッチのような機械的要素を持つメカ式機械で実現されていて、従来、その巻締め性能は高精度であった。ペットボトルのような華奢な本体を持つ大量の瓶が市場に登場するようになった現在、ベレーキャップと称される巻締め異常を回避するためにも、その巻締め性能はより高精度でありより確実であることが求められる。
【０００４】
巻締め性能がより高精度でありより確実であるように開発された巻締めキャッパは、特公平３−６９７９４号、特公平５−６３３９９号で知られている。公知のこのような巻締め技術は、サーボモータを用いていて、慣性トルクの大きさを時刻列上で制御することにより、巻締め最終段階の締め付けトルクを適正化している。サーボ式キャッパは、多様な瓶詰め工程の製品・巻締め仕様の変更に対応して、慣性トルク、締め付けトルクを自由に変更することができ、このような対応自由性の点でメカ式キャッパに比べて優れている。公知のサーボ式の巻締め技術は、巻締め周期を巻締め開始前と巻締め初期と巻締め後期とに分けて、巻締め初期の慣性トルクと巻締め後期の巻締め強度との関係を重視しているが、サーボモータの運転が実質的に停止しているが慣性トルクが働いている巻締め後期の巻締め作用の重要性の点を明白には意識していない。
【０００５】
高速成形技術により大量に高速に生産されるＰＥＴボトルのような容器は、その寸法精度が高いが、薄く成形されているため、僅かな寸法精度誤差と慣性とが締め付け強度に大きく影響する。密封の高精度化と消費者の開栓容易性とは相反する制御性能が同時に要求される。特に、巻締め工程中の慣性（惰性）的エネルギーが製品１つずつに微妙に異なる場合に、単に計算のみによって巻締めを位置と時刻の両座標系上で制御することは困難である。開栓力は、消費者の側から見て巻締めの重要な要素である。確実な密閉が行われていることはメーカーの義務であるが、開栓力が子ども・女性にとって十分に弱いことが重要である。最終的に締め付ける締め付けが確実であり、且つ、開栓力が十分に弱いことが同時に求められる。
【０００６】
このような適正化の要素として、巻締め終期の巻締めトルクが巻締め基準トルクよりも小さく、且つ、その巻締め基準トルクにより確実に巻締めが行われることが保証されることが求められる。更に、製品、巻締め仕様の多様な変更に対応して瓶詰め周期と巻締め周期とが同期する全系（転送系）の周期の最適切化を即座に行うことができることが求められる。最終的な巻締めを確実にするために、最終的な巻締めを開始する時の初期条件が確実に設定され、特に、惰性の影響を回避して基準トルク以下で確実に巻締めが行われたことが保証されることが重要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、巻締め終期の巻締めトルクが巻締め基準トルクよりも小さく、且つ、その巻締め基準トルクにより確実に巻締めが行われることを保証することができ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を提供することにある。
本発明の他の課題は、製品、巻締め仕様の多様な変更に対応して瓶詰め周期と巻締め周期とが同期する全系（転送系）の周期の最適切化を即座に行うことができ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を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、最終的な巻締めを確実にするために、最終的な巻締めを開始する時の初期条件を確実に設定し、特に、惰性の影響を回避して基準トルク以下で確実に巻締めが行われたことを保証することができ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を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００９】
本発明によるモータ制御型キャッパは、出力の制御が行われるモータ（１２）と、モータ（１２）の出力軸（１４）に連結して回転しキャップを把持する把持部分（１３）を備える回転体（ヘッド換算体）とを含み、モータ（１２）は、回転体の運動を制御する複数の順序周期部分を有している。その順序周期部分は、回転体に初期回転エネルギーを与える予備周期部分（Ｐ１）と、キャップ（１５）がボトル（１６）に接触していて回転体の速度が低下する仮巻締め周期部分（Ｐ２）と、仮巻締め周期部分（Ｐ２）で低下した速度よりも速い速度で回転体が回転する本巻締め周期部分（Ｐ３）とを有する。仮巻締め周期部分（Ｐ２）で一旦低下した速度よりも速い速度で回転体を回転させて、必ず回転体を零でない回転角度で回転駆動するので、本巻締め周期部分（Ｐ３）の初期条件である惰性的回転エネルギーは零又は小さい値であるから、本巻締めで投入するエネルギーのみで本巻締めを行って、ある値より小さいトルク（回転力）で確実に巻締めを最終的に行うことができる。本巻締め周期部分の回転体の回転角度は設定回転角度に制御され、本巻締めの角度が管理されていて、力をかけられているがキャップが現実には回転しないという不正巻締めを確実に回避することができ、結果的に、巻締めが確実に行われているかの全数検査又は抜き取り検査が不要になる。
【００１０】
本巻締め周期部分（Ｐ１）の回転体のトルクは設定トルクよりも小さく、且つ、本巻締め周期部分（Ｐ１）の回転体の回転角度は設定回転角度に制御されていることが、特に好ましい。トルク制御と角度制御とが行われ、柔らかすぎることもなく硬すぎることもない最終巻締め状態が得られる。
【００１１】
仮巻締め周期部分（Ｐ２）の回転体の速度が零まで低下することは、特に好ましい。仮巻締め周期部分（Ｐ２）の回転体は、回転体のトルクが低下しないで回転体の速度が低下することが更に好ましい。仮巻締め周期部分（Ｐ１）の回転体のトルクが上昇しながらその速度が低下することは、この周期部分の時間を短縮させる効果がある。
【００１２】
キャップに接触し始めた後の規定位置ｘｓの回転体の惰性的回転エネルギーがＩω２で表され、トルクがＴｍで表され、回転体が受ける摩擦抵抗に基づく摩擦抵抗トルクが（Ｔｃ＋Ｔｈ）で表され、Ｔｃはキャップ（１５）とボトル（１６）との間の摩擦に基づくトルク関数Ｔｃ（ｘ）であり、Ｔｈは定数であり、仮巻締め周期部分（Ｐ２）の回転体が停止する位置がｘｓｔｏｐで表され、位置ｘｓと位置ｘｓｔｏｐの間の回転体の運動方程式と後述されるエネルギー収支式とにより、位置ｘｓと位置ｘｓｔｏｐとの間の仮巻締め周期部分の時間Ｔが求められる。このように計算される時間に基づいて本巻締めの開始時刻（ｔ３）が設定されることになる。このように計算により求められる時間・時刻と現実に個々に寸法が異なる製品ごとの時間・時刻とはある許容範囲内でバラツキがあって一致しないが、計算値と実測値の一致性は制御が適正に確実に行われていることを保証する。このような保証によって速度が一旦零になってから後に行われる本巻締めの巻締め精度がより確実に保証されることになる。
【００１３】
仮締め周期部分の前半の前記Ｔｃ（ｘ）は項（Ａｘ＋Ｂ）を含み、仮巻締め周期部分の後半のＴｃ（ｘ）は項（Ｃｘ＋Ｄ）を含み、時間Ｔは、前半部分ｔｓと後半部分ｔｔとの合計であり、ｔｓとｔｔはそれぞれに後述される式により確実に規定される。
【００１４】
定数の組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の値を変更する定数設定ユニット（２８）が追加されている。定数設定ユニット（２８）の追加により、多種容器の物性・寸法に即座に対応することができる。定数の組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の値は、器種の変更による時間（ｔｓ＋ｔｔ）の変更に技術的に均等である。
【００１５】
本発明によるキャッパのモータ制御方法は、サーボモータ（１２）の出力軸に連結する回転体に回転エネルギーを与えるステップＳ１と、回転体エネルギーに対応する慣性力により回転体に同体のキャップ（１５）をボトルの口栓（１６）に巻締めるステップＳ２と、ステップＳ２の最終速度よりも速い速度でキャップ（１５）を口栓（１６）に巻締めるステップＳ３とから構成されている。ステップＳ３の速度は零でないから、キャップは必ず回転的に最終的に締め付けられる。
【００１６】
ステップＳ３の回転体の回転角度は規定回転角度に制御されていることが特に重要である。ステップＳ２の回転体の速度は零まで低下することが好ましいことは既述の通りである。ステップＳ３の回転体のトルクは、ステップＳ３の巻締め終了時点のトルクを越えない。巻締め終了時点のトルクは、密封性と開栓力との兼ね合いで規定されていて、本巻締め周期部分（Ｐ３）の巻締めトルクは、巻締め終了時刻のトルクより小さいので、最終的に確実に規定トルクで締め付けられ、且つ、開栓力もそのトルクで規定される。
【００１７】
本発明によるキャッパのモータ制御方法は、回転体の惰性的回転エネルギーにより回転体に保持されているキャップをボトルに仮巻締めするステップＳ１と、ステップＳ１の回転体の最終速度よりも速い速度で規定角度だけキャップを規定トルク以下で回転させて本巻締めするステップＳ２とから構成されている。ボトルの種類に対応して惰性的回転エネルギ−の大きさを変更することは重要である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明によるモータ制御型キャッパの実施の形態は、キャッパがリンサとフィラとともに設けられている。そのリンサ１は、図１に示されるように、第１回転的搬送路２と、第１回転的搬送路２に沿って配置される複数の洗浄機（図示されず）とから形成されている。洗浄機の複数化は、第１回転的搬送路２により搬送される瓶の単位時間当たり本数を多くすることができる。搬送方向に隣り合って並ぶ２つの瓶が基準定点を通過する時間間隔はΔＴに設定されている。そのフィラ３は、第２回転的搬送路４と、第２回転的搬送路４に沿って配置される複数の瓶詰め機（図示されず）とから形成されている。第１回転的搬送路２は、第２回転的搬送路４に連続的に接続している。
【００１９】
そのキャッパ５は、回転円盤型搬送路６と巻締め機（図示されず）とから形成されている。第２回転的搬送路４は、搬送的に連続に回転円盤型搬送路６に接続している。搬入側搬送路７は、第１回転的搬送路２に連続的に接続している。回転円盤型搬送路６は、搬出側搬送路８に連続的に接続している。搬入側搬送路７により搬送され基準定点を通る瓶の単位間当たり本数は、搬出側搬送路８により搬送され基準定点を通る瓶の単位間当たり本数に等しい。
【００２０】
図２は、キャッパ５の機械要素の配置関係を示している。キャッパ５は、１円周上に等角度間隔に複数の瓶を固定的に配置する回転円盤（図示されず）と、巻締め機９とから構成されている。巻締め機９は、キャッパの回転円盤と、その回転円盤に同期し又はその回転円盤に同体に回転する回転軸１１と、回転軸１１に同体に回転円盤とともに回転するサーボモータ１２と、サーボモータ１２により駆動されて回転するキャップ把持部１３とから形成されている。キャップ把持部１３は、サーボモータ１２の出力軸１４に同体に結合している。巻締め機９の回転駆動源とその回転速度とは、出力軸１４の回転駆動源とその回転速度とにそれぞれにメカ的には独立である。巻締め機９には、メカ的クラッチは原理的には不要である。回転軸１１の制御回転速度は、サーボモータ１２の制御回転速度に物理的に影響を与えることはない。
【００２１】
キャップ把持部１３は、回転円盤上の設定回転角度位置でキャップを渡されてそのキャップを把持することができる。サーボモータ１２のロータ部分と出力軸１４とキャップ把持部１３とにより一体に形成される一体回転体（以下、ヘッド換算回転体という）は、後述する（慣性）回転モーメントＩを有している。
【００２２】
図３（ａ）は、キャップ把持部１３とキャップ１５とＰＥＴボトルの口栓部分１６との巻締め時の力学的結合関係を示している。キャップ１５は、キャップ把持部１３にそれの内面で確実に結合している。キャップ１５の内面には、雌ねじ溝面１７が形成されている。口栓部分１６の外面には、雄ねじ溝面１８が形成されている。図３（ａ）は、雌ねじ溝面１７と雄ねじ溝面１８とが接触を開始した接触開始時点（サイドシール仮巻締め開始時点）ｔ１を示している。この接触開始時点ｔ１より時間的以降に、キャップ１５と口栓部分１６との間で摩擦トルクが発生する。接触開始時点ｔ１から次に述べられるトップシール仮巻締め開始時点（ｔ２）まで、雌ねじ溝面１７と雄ねじ溝面１８の接触面積が概ね線形に増大し、図４に示されるように、そのサイドシール仮巻締め摩擦トルクＴｃは概ね線形に増大していく：
Ｔｃ＝Ａｘ＋Ｂ・・・・・（１）
ここで、ｘは、キャップ把持部１３又はキャップ１５の回転角度θ又はその回転角度θに対応する（回転角度θ×半径×２π）の有効円周線長さを示している。
【００２３】
図３（ｂ）は、キャップ把持部１３が降下して、キャップ１５の天井側裏面に貼付けられている密封材（パッキング）１９の裏面（瓶から見て内側面）が口栓部分１６の天面に面着的に接触し始めるトップシール仮巻締め開始時点（サイドシール仮巻締め終了時点）ｔ２を示している。トップシール仮巻締め開始時点ｔ２から次に述べられるトップシール仮巻締め終了時点（ｔｓｔｏｐ）まで、雌ねじ溝面１７と雄ねじ溝面１８の接触面積は概ね一定であるが、図４に示されるように、巻締め機９の圧縮抵抗が概ね線形に増大し、そのトップシール仮巻締め摩擦トルクＴｃは概ね線形に増大していく：
Ｔｃ＝Ｃｘ＋Ｄ・・・・・（２）
Ｃ＞Ａ
図３（ｃ）は、式（２）で表される摩擦トルクに抗してトップシール仮巻締めが完了していて、キャップ把持部１３の回転が完全に停止したトップシール仮巻締め完了時点ｔｓｔｏｐを示している。
【００２４】
密封力Ｆｓは、一般に次式で定義されている。
Ｆｓ＝Ｐ／Ｓ
Ｐ：締め付け圧力
Ｓ：雌ねじ溝面１７と雄ねじ溝面１８の接触面積
密封力Ｆｓがより大きい場合、消費者が逆にそのキャップを開ける際の開栓力がより大きくなる。キャップ１５は、消費者にとってそれほどには抵抗感がない開栓力（密封力に一致しない）に対応する密封力でボトルに締め付けられ、且つ、その密封力で密閉性が適正であることが重要である。（キャップの直径×女性の平均的指のつまみ回転力）で表される開栓トルクに対応する密閉力は、通常、トルク（（フォースＦ×規定される回転半径）で定義される）で管理されている。
【００２５】
図５は、搬入−ボトル供給−巻締め開始−巻締め完了−搬出の順序ステップの集合である巻締めサイクルの巻締めプロセスを示している。サーボモータ１２とキャップ把持部１３とから形成される巻締め機９が搭載されているキャッパ５の既述の回転円盤（カム）２１は、上流側の第１回転カム２２と下流側の第２回転カム２３に力学的に互いに外接して一連の既述の搬送路を形成している。回転円盤２１と第１回転カム２２と第２回転カム２３とは、互いに噛み合うスターホイールであり、互いに間欠的に回転速度を変更しながら同期的に回転している。
【００２６】
位置１／ステップＳ１：
回転円盤２１の回転角度位置１（図中の丸１）であるボトル供給点で、１つの巻締め機のキャップ把持部１３にキャップ１５が供給される。
位置２／ステップＳ２：
そのキャップ１５が回転円盤２１の回転角度位置２に到達した時に、第１回転カム２２で搬送され回転角度位置２に一致する位置の瓶（ボトル）がキャップ１５の真下に位置している。
【００２７】
位置３／ステップＳ３：
回転円盤２１の回転角度位置３（後に述べられる位置ｘ１に対応）に到達した時に、既述の仮り巻締め開始時点ｔ１で仮巻締めが開始される。
位置４／ステップＳ４：
回転円盤２１の回転角度位置４（後に述べられる位置ｘｓｔｏｐに対応）に到達した時に、既述のトップシール仮巻締め完了時点ｔｓｔｏｐで仮巻締めが完了し、更に、本巻締めが完了している。
【００２８】
位置５／ステップＳ５：
回転円盤２１の回転角度位置５に到達した巻締め完了ボトルは、位置５である排出点で第２回転カム２３に移乗する。位置３から位置４までの巻締め時間は、目標時間幅である目標設計定数である。
【００２９】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明によるキャッパのモータ制御方法の実施の形態を示している。図６（ａ）は、実線で１サイクルの設定速度（上限値）を示している。キャップがボトルに全く接触しない巻締め準備期Ｐ１の速度設定値はＶｓｅｔ１で示され、仮巻締め期Ｐ２の速度設定値はＶｓｅｔ２で示され、本巻締め期Ｐ３の速度設定値はＶｓｅｔ３で示され、速度Ｖｓｅｔ１，Ｖｓｅｔ２，Ｖｓｅｔ３の大小関係は次式で示される。
Ｖｓｅｔ１＞Ｖｓｅｔ２＞Ｖｓｅｔ３
図６（ａ）は、点線で１サイクル内の現実速度（計算による推定値又は実測値）を示している。
【００３０】
図６（ｂ）は、実線で１サイクルの設定トルク（上限値）を示している。巻締め準備期Ｐ１のトルク設定値はＴｓｅｔ１で示され、仮巻締め期Ｐ２は、仮巻締め期前半と仮巻締め期後半に分けられている。仮巻締め期前半のトルク設定値はＴｓｅｔ２１で示され、仮巻締め期後半のトルク設定値はＴｓｅｔ２２で示されている。本巻締め期Ｐ３のトルク設定値はＴｓｅｔ３で示されている。図６（ａ）は、点線で１サイクル内の現実トルク（計算による推定値又は実測値）を示している。
【００３１】
図６（ｃ）は、運転の２値状態を示している。巻締め準備期Ｐ１と仮巻締め期前半の期間は運転ＯＮ状態（サーボモータ１２のＯＮ状態）であり、仮巻締め期後半は運転ＯＦＦ状態であり、本巻締め期Ｐ３の運転状態はＯＮ状態である。仮巻締め期後半のみが、ＯＦＦ状態になっている。このようなＯＦＦ状態期間を設けることは、慣性モーメントＩを持つ既述のヘッド換算回転体の回転運動エネルギーの過度の上昇を抑制し、図６（ａ）に示されるように、時刻ｔｓｔｏｐと位置ｘｓｔｏｐで、ヘッド回転換算体を一旦停止させることができる点で重要な意義がある。図６（ｂ）の横軸は、位置ｘを時間軸ｔ上の時刻に一致対応させて示している。
【００３２】
図６（ａ）に示されるように、時刻ｔ０で、サーボモータ１２がＯＮ状態になって、サーボモータ１２のロータ、出力軸１４、キャップ把持部１３とから形成される慣性モーモーメントＩのヘッド換算体の回転角速度（以下、速度という）は、急峻に増大して設定速度Ｖｓｅｔ１に素早く到達する。図６（ｂ）に示されるように、ヘッド換算体の実トルクは、設定トルクＴｓｅｔ１を越えないトルクが瞬間的に与えられ、直ちに低いトルクに維持される。時刻ｔ１・位置ｘ１で、仮巻締めが始まって、図３（ａ）に示されるように、キャップ１５が口栓部分１６に接触し始め、式（１）で表されるサイドシール仮巻締め摩擦トルクＴｃとヘッド換算体が受ける摩擦に基づくヘッド換算摩擦トルクＴｈの抵抗を受けて、ヘッド換算体は、図６（ａ）に示されるように、実速度Ｖｒｅａｌで速度降下する。仮巻締め期前半の設定トルクＴｓｅｔ２１は低く抑えられているが、サーボモータ１２の出力は零でなく、ヘッド換算体に与えられるトルクは零でないが、既述の２通りの摩擦抵抗を受けるヘッド換算体の速度は上昇せず概ね一定に維持されている。図３（ｂ）に示されるように、キャップ１５の密封材１９が口栓部分１６の天面に接触し始めると、ヘッド換算体は、式（２）と図４で示される圧縮抵抗起因のトップシール仮巻締め摩擦トルクＴｃとヘッド換算摩擦トルクＴｈを受けながら（それらの抵抗力は回転方向に対して負で定義される）、巻締めに要する力（巻締め力は正）によるエネルギーがキャップとボトルの接触部位に提供される。仮巻締め期後半では、図６（ｃ）に示されるように、サーボモータ１２はＯＦＦ状態であり、ヘッド換算体は惰性で回転しているが、その惰性回転エネルギーは摩擦ロスと仮巻締めエネルギーとして消費され、図６（ａ）に示されるように、ヘッド換算体の速度は低下していき、時刻ｔｓｔｏｐ・位置ｘｓｔｏｐで、完全に停止する。
【００３３】
時刻ｔｓｔｏｐから暫時後に、本巻締め開始時刻ｔ３・位置ｘ３でサーボモータ１２は再びＯＮ状態になる。ｔｓｔｏｐ＞ｔ３にならないように制御されている。図６（ａ）に示されるように、本巻締め開始時刻ｔ３で、ヘッド換算体の速度は立ち上がり始める。ねじ部の僅かの変形と圧縮部の僅かな変形が可能であるが、すぐにその変形は不可能になる。本巻締めの初期条件は、ヘッド換算体の回転エネルギーが零又は実質的に零に小さく抑えられていて、惰性エネルギーは立ち上がり時に実質的に零であり、立ち上がり後の加速により蓄積される運動エネルギーは僅かであり、すぐに変形が変形不可能点に近づき、ヘッド換算体の速度は、すぐに頭うちになり、図６（ｂ）に示されるようにトルクは上昇過程Ａを辿っているが、変形の復元力により逆に減速されて時刻ｔ４で零になる。このような本巻締めによる最後の一押しで、キャップ１５はボトルに確実に安定的に巻き付くことになる。
【００３４】
１周期Ｔは、巻締め準備期Ｐ１の周期部分Ｔ１と、仮巻締め期Ｐ２の周期部分Ｔ２と、本巻締め期Ｐ３の周期部分Ｔ３により、下記式で表される。
Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３
ここで、周期部分Ｔ２は、仮巻締め期Ｐ２の前半の周期部分Ｔ２１とそれの前半の周期部分Ｔ２２との合計である。巻締め準備期Ｐ１の周期部分Ｔ１は、本巻締め完了から次周期に入るまでの設定待ち時間を含んでいる。
Ｔ＝Ｔ１＋（Ｔ２１＋＋Ｔ２２）＋Ｔ３
【００３５】
周期部分Ｔ１と周期部分Ｔ３とは、容器の物性、開栓力の仕様、全系のサイクル設定などにより概ね規定されている。１サイクル周期のうちで変更許容度が高い周期部分は、仮巻締め期Ｐ２のＴ２である。このＴ２は、計算により求められることが重要である。
【００３６】
図４と図６（ｂ）に、仮巻締めが実質的に有効に開始される位置は、ｘｓで表されている。その時刻はｔｓで表されている。エネルギー収支を示すエネルギー保存則によれば、次式が成立する。
0004743464.tif 000002
左辺は、ボトルとキャップ１５のねじ部分の噛み合い摩擦トルク（有効回転半径は一定であり、トルクは実質的に摩擦力に対応していて、積分結果はエネルギーである）Ｔｃとヘッド換算体の摩擦トルクＴｈの積分値であるエネルギーロスを示している。右辺第１項は、位置ｘｓに対応する時刻ｔｓでヘッド換算体が有している初期回転運動エネルギー（初期条件）である。ωは角速度を示している。右辺第２項は、巻締め・圧縮・締め付けのために有効に用いられた巻締め用投入エネルギーである。Ｔｍは、巻締め・圧縮・締め付けのために設定されているトルクであり可変設計定数である。上式は次式の形に変形される：
∫（Ｔｃ＋Ｔｈ−Ｔｍ）ｄｘ＝（９０／π）Ｉω２・・・・・（３）
右辺の初期惰性エネルギーと時々刻々に付加されるエネルギーとが摩擦のため消費され尽くされて、ヘッド換算体が停止する位置ｘは、式（３）から求められる。
重力加速度を用いる実用的に慣用的である単位系では、式（３）は次式で表される。
【００３７】
0004743464.tif 000003
ＧＤ２＝４Ｉ（ｋｇ・ｍ２：ヘッド換算）
ここで、Ｎは位置ｘｓでヘッド観点数が獲得している回転数（ｒｐｍ）であり、適正に定められる可変的設計定数である。以下、トルクの単位変換を示す’は省略される。
【００３８】
仮巻締め期前半と仮巻締め期後半では、トルクＴｃは式（１，２）で示されるように変更されるので、より具体的には式（３’）は次式で表される：
0004743464.tif 000004
ここで、積分記号の右上添字と右下添字は、積分開始位置と積分終了位置をそれぞれに示している。式（４）から、ヘッド換算体が停止する位置ｘｓｔｏｐは、次のように計算される。
ｘｓｔｏｐ
＝−（Ｄ＋ＴＨ−Ｔｍ）±＋√（Ｓ／Ｃ）・・・・・（５）
ここで、√の後の１組の括弧（）は、この括弧の中の値が平方根化されることを意味している。Ｓは、次式で表される。
0004743464.tif 000005
式（１）と式（２）は、位置ｘの１次式で近似的に表されているが、より厳密には、ｘの２次成分、より高い高次成分で表される。式（１）と式（２）は、少なくとも明示されている２項をそれぞれに含んでいる（comprise又はinnclude）。更には、メカの必要上で、ヘッド換算体の回転軸系に挿入されているスプリングなどの付加的外力に基づく摩擦トルクが存在している。
【００３９】
停止までの時間ｔは、式（５）と運動方程式により求められる。運動方程式は、次式で示される。
0004743464.tif 000006
ここで、ｘの右上添字の１つの”・”は、その１つについて時間に関する１階微分を示す。今、ＸとＥを次式で定義する。
Ｘ＝−Ａｘ−Ｂ−Ｔｈ＋Ｔｍ
Ｅ＝５π・ＧＤ２／３６ｇ
この定義の式を時間について１回・２回微分する：
ｄＸ／ｄｔ＝−Ａｄｘ／ｄｔ
ｄ２Ｘ／ｄｔ２＝−Ａｄ２ｘ／ｄｔ２
従って、
ｘ・・＝−（１／Ａ）Ｘ・・
この式と元の式（６）とから、下記表現の運動方程式が得られる：
Ｘ・・＋（Ａ／Ｅ）Ｘ＝０・・・・・（７）
【００４０】
式（７）の解は、よく知られているように、次式で表される。
Ｘ＝ａｓｉｎｐｔ＋ｂｃｏｓｐｔ
＝ａｓｉｎ（√（Ａ／Ｅ）ｔ）＋ｂｃｏｓ（√（Ａ／Ｅ）ｔ）・・・・・（８）
ｔ＝０であれば、
ｘ＝ｘｓ（Ｘ＝−Ａｘｓ−Ｂ−Ｔｈ＋Ｔｍ）
ｘ・＝（３６０／６０）Ｎ＝６Ｎ（Ｘ・＝−Ａｘ・＝−６ＡＮ）
【００４１】
これより、
ａ＝６√（Ａ／Ｅ）Ｎ
ｂ＝ｂ−Ａｘｓ−Ｂ−Ｔｈ＋Ｔｍ・・・・・（９）
従って、
Ｘ
＝ａｓｉｎｐｔ＋ｂｃｏｓｐｔ
＝√（ａ２＋ｂ２）ｓｉｎ（ｐｔ＋β）
＝√［（π２Ａ・Ｅ／９００）Ｎ２＋（−Ａｘｓ−Ｂ−Ｔｈ＋Ｔｍ）２］
×ｓｉｎ［−√（Ａ／Ｅ）ｔ＋
ｔａｎ−１｛３０（Ａｘｓ＋Ｂ＋Ｔｈ−Ｔｍ）／（π√（ＡＥ）Ｎ）｝］・・・・・（１０）
【００４２】
ｘ＝ｘ２、＝ｔｓで、
−Ａｘ２−Ｂ−Ｔｈ＋Ｔｍ＝√（ａ２＋ｂ２）ｓｉｎ（ｐｔｓ＋β）
これから、
ｔｓ
＝［ｓｉｎ−１｛（−Ａｘｓ−Ｂ−Ｔｈ＋Ｔｍ）／√（ａ２＋ｂ２）｝−β］／ｐ・・・・・（１１）
ｔｘ２−ｔｘｓ＝ｔｓ
【００４３】
次に、位置ｘ２から位置ｘｓｔｏｐまでの時間ｔｔが求められる。運動方程式は、次式で示される。
0004743464.tif 000007
同様に、ＸとＥを次式で定義する。
Ｘ＝−Ｃｘ−Ｄ−Ｔｈ＋Ｔｍ
Ｅ＝５π・ＧＤ２／３６ｇ
この定義により、同様に、
ｘ・・＝−（Ｃ／Ｅ）Ｘ・・
この式と元の式（６）とから、下記表現の運動方程式が得られる：
Ｘ・・＋（Ｃ／Ｅ）Ｘ＝０・・・・・（１３）
【００４４】
この時間の区間で、ｔ＝０でｘ＝ｘ２であるから、
0004743464.tif 000008
【００４５】
式（１３）の解として、次式：
Ｘ・＝ａｐｓｉｎｐｔ−ｂｐｃｏｓｐｔ
これから、
ａ＝Ｘ２・／ｐ
ｂ＝−Ｃｘ２−Ｄ−Ｔｈ＋Ｔｍ
これより、
Ｘ＝−Ｃｘ２−Ｄ−Ｔｈ＋Ｔｍ
＝√（ａ２＋ｂ２）ｓｉｎ（ｐｔ＋β）
これから、ｔが求められる：
ｔ＝［ｓｉｎ−１｛（−Ｃｘ−Ｄ−Ｔｈ＋Ｔｍ）／√（ａ２＋ｂ２）｝−β］／ｐ
ここで、β＝ｔａｎ−１ｂ／ａ
これから、
ｔｔ
＝［ｓｉｎ−１｛（−Ｃｘｓｔｏｐ−Ｄ−Ｔｈ＋Ｔｍ）／√（ａ２＋ｂ２）｝−β］／ｐ
既述の時間Ｔ２１，Ｔ２２は、次式で表される。
Ｔ２１＋＋Ｔ２２＝ｔｓ＋ｔｔ・・・・・（１４）
【００４６】
この値と本巻締め時間Ｔ３の合計は、設計時間定数Ｔより小さい。
Ｔ２１＋＋Ｔ２２＋Ｔ３＝ｔｓ＋ｔｔ＋Ｔ３＜＝Ｔ
この設計時間定数Ｔは、機械的干渉と材料強度の限界を考慮して図１に示される全系に使用される既述のカムを設計する場合の最小時間（限界値）である。このような条件を充足するように、式（１）と式（２）の定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが設計定数として規定される。
【００４７】
図７は、本発明によるモータ制御型キャッパの実施の形態の制御回路を示している。モータとしてサーボモータ１２が好適に用いられる。図７は、ヘッド換算回転体のうちキャップ把持部１３と出力軸１４とを示している。ヘッド換算回転体は、速度指令信号２５により目標速度が制御され、その目標速度はフィードバック信号２６により補正される。速度指令信号２５は、モータ出力制御用コンピュータの制御ユニット２７によって生成される。ヘッド換算体の速度はフィードバック信号２６としてサーボモータ１２から出力されて第１回転的搬送路２に入力される。
【００４８】
式（１）と式（２）の定数組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、入力器２８により入力される。この定数組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、制御ユニット２７に記載されているプログラムの未記入定数に代入される。又は、この定数組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、ボトルの器種番号が入力器２８から制御ユニット２７に入力されることにより、その器種番号に対応する定数組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）がそのプログラムに設定され、式（１４）の合計時間（ｔｓ＋ｔｔ）が設計時間定数又はそれ以下になるように計算され、このように計算された合計時間は制御ユニット２７のメモリ２９に記録される。その合計時間（ｔｓ＋ｔｔ）に対応する巻締め準備期Ｐ１の初期速度Ｖ１（設定速度に一致）が決定される。このように決定された初期速度Ｖ１は、器種対応でメモリ２９に記録される。入力器２８により入力される器種に対応して、その初期速度Ｖ１が制御ユニット２７から出力される速度指令信号２５によりヘッド換算体に与えられる。図６（ａ）に示されるように、その初期速度は不定時間の間で維持され得る。この不定時間は、キャップ把持部１３の降下速度とボトル寸法の誤差が非常に小さいので、全体のタイムサイクルにはほとんど影響を与えない。
【００４９】
仮巻締めが実質的に開始されて、式（１）と式（２）で規定される仮巻締め時間（ｔｓ＋ｔｔ）の経過後に、ヘッド換算体は停止する。ヘッド換算体が停止する間での仮巻締め期間（ｔｓ＋ｔｔ）Ｐ２の後半は、図６（ｃ）に示されるように、電源が完全にＯＦＦ状態になっていて、速度制御は全く行われず、従って、速度制御に対応するトルク制御も行われず、無制御期間であり、時刻ｔｓｔｏｐで完全に又は実質的に停止する。実質的に停止することは、速度が規定速度以下になって、本巻締め周期Ｐ３に移行することが巻締め精度に影響しない速度まで低下することを意味する。
【００５０】
慣性的エネルギー（惰性回転のエネルギー）が完全に又は実質的に完全に消費されて、ヘッド換算体は自然に停止する。従って、ヘッド換算体の持つエネルギーが本巻締め期間Ｐ３の巻締めエネルギーに用いられることが確実になく、本巻締めトルクが規定トルク以上に上昇することが確実にない。本巻締め周期部分で改めて与えられる本巻締めトルクのみにより本巻締めが行われ、且つ、本巻締め周期部分でヘッド換算体が回転する回転角はフィードバック制御又は時刻列トルクにより制御される。このような本巻締め周期部分Ｐ３の速度は小さく、その慣性エネルギーは小さいので、本巻締め周期部分Ｐ３のトルクは規定トルクを越えることがより確実にない。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によ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は、本巻締めに入る初期条件を整えておいて、あるトルクである回転角度でキャップを転駆動するので最終トルクの最終巻締めが確実に行われ、特にその回転角度を管理することにより、最終巻締めの精度が向上し、硬すぎず柔らか過ぎることがない巻締めが可能になっている。仮巻締めの惰性エネルギーが消費されているから、更に、本巻締めの精度が向上しその精度を確実に保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるモータ制御型キャッパの実施の形態の搬送系を示す平面図である。
【図２】図２は、巻締めの回転系を示す正面図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、巻締め準備期間の終了状態、仮巻締め期間の初期状態、本巻締め期間の終了状態をそれぞれに示す正面断面図である。
【図４】図４は、仮巻締め期間の摩擦抵抗の変化を示すグラフである。
【図５】図５は、巻締めのプロセスを示すフロー図である。
【図６】図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、速度、トルク、運転制御状態とをそれぞれに示すタームチャートである。
【図７】図７は、本発明によるモータ制御型キャッパの実施の形態を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
１２…モータ
１３…把持部分
１４…出力軸
１５…キャップ
１６…ボトル（口栓）
２８…定数設定ユニット
Ｐ１…予備周期部分
Ｐ２…仮巻締め周期部分
Ｐ３…本巻締め周期部分
【図１】
0004743464.tif 000011
【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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