JP2008290758A - キャップ巻締め装置及びキャップ巻締め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの数を削減して安価に且つ正確にキャップの巻締め角度を制御することができるキャップ巻締め装置とする。
【解決手段】キャップＣを把持するキャッピングヘッド１２と、キャッピングヘッド１２を回転するサーボモータ１４と、キャッピングヘッド１２を移動させる移動駆動部２０と、サーボモータ１４を制御する制御装置６４と、移動駆動部２０によって移動して巻締め中のキャッピングヘッド１２が所定位置に達したときのキャッピングヘッド１２の高さを検出する高さセンサ６２を備えており、制御装置６４は、高さセンサ６２からの高さ情報から残りのキャップが回転するべき回転角度を求めて、サーボモータ１４に指令信号を送出し、サーボモータ１４は該指令信号に応じて前記回転角度回転した後、回転を停止することにより、巻締め角度を一定とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャッピングヘッドで把持されたキャップを容器口部に巻締めるキャップ巻締め装置及びキャップ巻締め方法に関する。

従来、この種のキャップ巻締め装置としては、特許文献１ないし３に記載されたものが知られている。

特許文献１に記載されたものでは、キャップを把持するキャッピングヘッドをサーボモータによって回転させることによってキャップを容器口部に巻締めており、この際に、サーボモータの速度とトルクが制御されて、所定の締付トルクで巻締めを行うようにしている。

特許文献２に記載されたものでは、各サーボモータに対応して検出手段が設けられており、検出手段がキャッピングヘッドの高さ位置を連続的に検出するか、または、キャッピングヘッドの高さ位置が所定の高さにまで下降したことを検出するように構成されており、キャッピングヘッドの高さ位置が所定の高さになったことを検出すると、サーボモータの回転速度を減速制御すると共に、締付トルクを所定のトルクに制御するようにしている。

特許文献３に記載されたものでは、ねじ込み高さセンサをキャップ、キャップ回転体またはキャップ回転体と一体に締め付け高さ方向に移動する部材に設け、さらに、締め付け角度センサをキャップ、キャップ回転体またはキャップ回転体と一体に締め付け角度方向に移動する部材に設けている。そして、ねじ込み高さセンサが、キャップが締め付け位置に達したことを検出すると、低速回転に減速し、締め付け角度センサがキャップの締め付け角度位置表示を検出するところでキャップ装置の回転を停止するようにしている。

特開平１０−３２４３９６号公報 特開２００１−２１８５号公報 特開２００１−３１５８９５号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２の構成では、巻締め最終段階でトルク制御をしているため、巻締め角度のばらつきが出やすいという問題がある。特に、容器口部が濡れていたりすると、すべりによるトルク変動の影響を受けて、締め過ぎが生じるおそれがある。

また、特許文献２及び特許文献３の構成では、キャッピングヘッドが所定高さになるのを検出するために、各キャッピングヘッドに対応してセンサを設けなければならず、センサが多数必要になり、製造コストが高くなるという問題がある。

本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、検出手段の数を削減して安価に且つ正確にキャップの巻締め角度を制御することができるキャップ巻締め装置及びキャップ巻締め方法を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、キャップを把持するキャッピングヘッドと、キャッピングヘッドを回転するサーボモータと、キャッピングヘッドを移動させる移動駆動手段と、サーボモータを制御する制御手段と、を備えて、移動駆動手段により容器と共に移動しながらキャッピングヘッドはキャップを容器口部に巻締めてキャップの巻締めの進行と共に下降するようになったキャップ巻締め装置において、
前記移動駆動手段によって移動して巻締め中の前記キャッピングヘッドが所定位置に達したときの前記キャッピングヘッドまたはキャッピングヘッドに把持されたキャップの高さを検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、該検出手段からの高さ情報に基づきサーボモータを制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記制御手段が、前記検出手段からの高さ情報からキャップがさらに回転するべき残りの回転角度を求めて、前記サーボモータに指令信号を送出し、サーボモータは該指令信号に応じて前記回転角度回転した後、回転を停止することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のものにおいて、前記キャッピングヘッドが複数設けられて、移動駆動手段により同一移動経路を順次移動しており、前記検出手段は、前記移動経路の所定位置に固定されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、キャップを把持するキャッピングヘッドを容器と共に移動させながら回転させて、把持したキャップを容器口部に巻締めており、キャップの巻締めの進行と共にキャッピングヘッドが下降するようになったキャップ巻締め方法において、
前記キャッピングヘッドが所定位置に達したときの前記キャッピングヘッドまたはキャッピングヘッドに把持されたキャップの高さを検出し、該検出された高さ情報に基づき、キャッピングヘッドを回転させることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載のものにおいて、前記検出された高さ情報からキャップがさらに回転するべき残りの回転角度を求めて、該求められた回転角度だけキャッピングヘッドを回転させた後、回転を停止することを特徴とする。

本発明によれば、移動駆動手段によって容器と共に移動して巻締め中のキャッピングヘッドが所定位置に達したときの、キャッピングヘッドまたはキャッピングヘッドに把持されたキャップの高さを求めており、該高さは、所定位置において既に巻締めた巻締め角度に対応する。このため、その高さ情報に基づき、残りの巻締めについてサーボモータを制御することにより、正確に巻締め角度を制御することができる。キャッピングヘッドが所定位置に達したときのキャッピングヘッドまたはキャップの高さを検出するために、キャッピングヘッドの高さを連続的に検出する必要がなく、必要な検出手段の数を削減することができる。

前記高さ情報に基づき、キャップがさらに回転するべき残りの回転角度を求めて、サーボモータがその回転角度を回転した後、回転を停止するようにすることにより、巻締め角度を常に一定とすることができる。よって、トルク変動の影響を受けることなく、すべりによる締め過ぎといったことを防ぐことができる。

同一移動経路を順次移動する複数のキャッピングヘッドに対して、検出手段は、所定位置に固定された１つだけでよいので、安価に製造することができる。

以下図面につき本発明の第一の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかるキャップ巻締め装置の全体断面図である。図において、キャップ巻締め装置１０は、大まかに、キャップＣを把持するキャッピングヘッド１２と、キャッピングヘッド１２を自転させるサーボモータ１４を含む回転駆動部１６と、キャッピングヘッド１２を公転移動させるメインモータ１８を含む移動駆動部２０と、移動駆動部２０の移動に応じてキャッピングヘッドを昇降させる昇降駆動部２２と、を備えている。

これらキャッピングヘッド１２、回転駆動部１６、移動駆動部２０、昇降駆動部２２の構成は、公知の任意の構成とすることができる。この実施形態では、図３に示すように、キャッピングヘッド１２は、下端にキャップを掴むチャックブロック３２と、チャックブロック３２を支持するスライド軸３４と、を備えており、取付スリーブ３６によって回転駆動部１６の回転スリーブ４０に取り付けられる。取付スリーブ３６とスライド軸３４とは回り止めされると共に、両者の間にはスプリング３８が介挿されており、取付スリーブ３６に対してスライド軸３４は、相対回転不能に且つ上下動可能に連結される。

回転駆動部１６は、前記回転スリーブ４０と、サーボモータ１４と、サーボモータ１４の出力軸に連結される回転軸４２と、とを備えており、回転スリーブ４０は、回転軸４２に対して相対回転不能に且つ上下動可能に連結される。また、回転スリーブ４０は、昇降駆動部２２の昇降スリーブ４６にベアリング４８を介して軸受けされており、昇降スリーブ４６に対して上下動不能に且つ相対回転可能に連結される。

昇降駆動部２２は、前記昇降スリーブ４６と、昇降スリーブ４６に複数のロッド５０を介して連結されるカムフォロア支持体５１と、カムフォロア支持体５１に取り付けられるカムフォロア５２と、を備える。カムフォロア５２は、固定のカム溝５４（図１）に係合される。

移動駆動部２０は、図１に示すように、メインモータ１８と、該メインモータ１８からの回転がギヤを介して伝達される回転軸５６と、回転軸５６と共に一体回転する支持体５８、５８’、５８”と、を備える。

メインモータ１８からの回転は、回転軸５６、支持体５８、５８’、５８”を介してキャッピングヘッド１２の公転運動として伝達される。また、この公転運動に伴って、カム溝５４に係合するカムフォロア５２はカム溝５４に誘導されて昇降し、その昇降がキャッピングヘッド１２に伝達される。さらに、サーボモータ１４からの回転は、回転軸４２、回転スリーブ４０、取付スリーブ３６を介してキャッピングヘッド１２の自転運動として伝達されるようになっている。

図１では簡略化のためキャッピングヘッド１２が２つのみ示されているが、実際には２つ以上のキャッピングヘッド１２を設けることができ、各キャッピングヘッド１２に対応して、それぞれ回転駆動部１６及び昇降駆動部２２を設けることができる。

キャッピングヘッド１２に対向してその下方に搬送テーブル６０が設けられており、搬送テーブル６０にはキャップが巻締めされるべき容器Ｂが載置されて、容器Ｂはキャッピングヘッド１２と共に移動するようになっている。

例えば特開平７−２３２７９７号公報に示されるようなキャップ供給手段によって供給されるキャップＣを把持したキャッピングヘッド１２は、公転による移動に伴って、前記昇降駆動部２２のカム溝５４によって下降し、そこで回転駆動部１６のサーボモータ１４の駆動によって自転しながらキャップＣを容器口部に巻締めた後、昇降駆動部２２によってキャップＣ及び容器Ｂから離反して上昇するようになっている。

さらに、図２に示すように、キャッピングヘッド１２の公転による移動経路の途中の所定位置に対応してキャッピングヘッド１２またはキャッピングヘッド１２に把持されたキャップＣの高さを検出する検出手段としての高さセンサ６２が固定的に配置される。所定位置としては、キャッピングヘッド１２が下降してキャップＣを容器口部に巻締める途中の位置とする。

高さセンサ６２は、光電センサを用いることができ、投光部６２ａと受光部６２ｂとを備える。投光部６２ａと受光部６２ｂとは、キャッピングヘッド１２の移動経路を挟み配置され、投光部６２ａから光ビームを発射し、受光部６２ｂでその光を受光して、その光量を検出するようになっている。この例では、図６に示すように、投光部６２ａと受光部６２ｂとの間の光ビーム６２ｃを、所定位置に達したキャッピングヘッド１２のチャックブロック３２の一部が通過するようになっており、チャックブロック３２の高さによって、光ビーム６２ｃを遮光する程度が変化することによって、受光部６２ｂで検出される光量の変化として捕らえて、チャックブロック３２の高さ、つまり、キャッピングヘッド１２及びキャップの高さを検出するようになっている。但し、検出手段としては、光電式に限らず、任意のセンサを使用することが可能である。

また、キャッピングヘッド１２が前記所定位置に達したことを検出する位置センサ６３を設けることができる（図２参照）。または、位置センサ６３の代わりに、図１に示すように、支持体５８の回転角度を検出するエンコーダ７２を設けることができる。

図５に示すように、高さセンサ６２及び位置センサ６３または支持体５８の回転角度を検出するエンコーダ７２からの信号は、制御装置６４へと送られる。制御装置６４は、モータドライバー６６、６８を介して前記メインモータ１８とサーボモータ１４とに接続される。また、制御装置６４には、サーボモータ１４の回転角度を検出するエンコーダ７０からの回転角度信号が入力され、モータドライバー６８からのサーボモータ１４の出力トルク信号が入力される。

さらに、制御装置６４には、キャップを巻締めた後のキャップの巻締め角度を測定する巻締角度検査機７６の検査角度信号が入力されるようになっている。

以上のように構成されるキャップ巻締め装置１０においては、前述のようにキャッピングヘッド１２がその公転運動と共に下降して容器Ｂに接近する。チャックブロック３２がキャップＣを把持した状態で、サーボモータ１４がキャッピングヘッド１２を自転させると、キャップＣの雌ネジが容器口部の雄ネジのそれぞれのネジの始点が合致したところで、両ネジが螺合して巻締めが開始され、巻締めの進行と共にキャッピングヘッド１２はさらに下降する。そして、継続して公転するキャッピングヘッド１２は所定位置に到達する。

キャッピングヘッド１２が把持するキャップの雌ネジと、搬送テーブル６０に載置される容器口部の雄ネジとの初期の回転角度関係は、一定の関係にはなく、搬送される際の状況に応じて様々となる。そのため、例えばネジが一条ネジである場合、キャッピングヘッド１２の自転開始から最も早くキャッピングヘッド１２に把持されたキャップのネジと容器口部のネジが螺合を開始する場合と、最も遅く螺合を開始する場合とで、その自転の回転角度に最大で３６０度の差が発生することになり、巻締め終了時のキャッピングヘッド１２すなわちサーボモータ１４の回転量は一定ではないため、サーボモータ１４を一定回転するだけでは安定した巻締めはできない。また、容器が乾いている場合と濡れている場合あるいは容器、キャップの温度が異なる場合とで容器口部の雄ネジの摩擦力が異なるため、巻締め角度のばらつきの原因となる。

図７は、巻締め角度を一定にするための制御装置６４で行われる処理を表すフローチャートである。制御装置６４では、位置センサ６３またはエンコーダ７２からの信号を受け取り、あるキャッピングヘッド１２が所定位置に達したことを検出すると（Ｓ１２）、高さセンサ６２の信号を取り込む（Ｓ１４）。

高さセンサ６２からの信号は、そのキャッピングヘッド１２のチャックブロック３２の高さ、つまり、キャップＣの高さに対応しており、制御装置６４は、検出された高さに対応する値から残りの回転角度を求める（Ｓ１６）。求められた高さは、所定位置に達したときまでの巻締め角度に対応しており、この巻締め角度が求められれば、そのときの巻締め角度から巻締め完了までに必要な残りの回転角度が容器口部とキャップのネジのピッチにより一義的に決まる。制御装置６４には、検出された高さと、残りの回転角度との関係が予め記憶されている。

次いで、制御装置６４は、残りの回転角度に対応する指令信号を前記モータドライバー６８へと出力して、サーボモータ１４を回転駆動する（Ｓ１８）。制御装置６４が、残りの回転角度に対応する指令信号を出力したとき、または、エンコーダ７０によって得られる回転角度が残りの回転角度に達したときに、サーボモータ１４の回転を停止する（Ｓ２４）。

制御装置６４は、巻締め中に、出力トルク信号を取り込み、出力トルクが所定値よりも増大した場合には、異常と判断して、巻締め処理を停止させることができる（Ｓ２０，Ｓ２２）。

任意には、制御装置６４は、巻締角度検査機７６の検査角度信号を取り込み、検査角度信号からの測定結果をフィードバックすることができる。つまり、検査角度信号において、巻締め角度が所定値からずれている場合には、制御装置６４で記憶する検出された高さに対する残りの回転角度の値を調整するとよい。

以上のように、キャッピングヘッドが所定位置に到達したときからの残りの回転角度を制御することにより、巻締め角度を一定にすることができて、巻締め角度のばらつきを防ぐことができる。

移動するキャッピングヘッドの所定位置における高さをセンサで検出するようにしているために、センサは、各キャッピングヘッドに設ける必要はなく、センサの数を削減することができ、安価に構成することができる。

尚、説明した実施形態では、高さセンサ６２がキャッピングヘッド１２のチャックブロック３２の高さを検出したが、これに限るものではなく、キャッピングヘッド１２に取り付けた任意の部材の高さ（該部材は必ずしもキャップＣと一体に自転する必要はない）、またはキャッピングヘッド１２が把持するキャップＣの高さを検出するようにすることも可能である。

本発明の実施形態にかかるキャップ巻締め装置の断面図である。 本発明の実施形態にかかるキャップ巻締め装置の平面図である。 キャップ巻締め装置の部分断面図である。 センサ部分の拡大図である。 本発明の実施形態にかかる制御ブロック図である。 巻締め過程を表す図である。 制御装置の処理を表すフローチャートである。

符号の説明

１０ キャップ巻締め装置
１２ キャッピングヘッド
１４ サーボモータ
２０ 移動駆動部（移動駆動手段）
６２ 高さセンサ（検出手段）
６４ 制御装置（制御手段）
Ｃ キャップ

Claims (5)

1. キャップを把持するキャッピングヘッドと、キャッピングヘッドを回転するサーボモータと、キャッピングヘッドを移動させる移動駆動手段と、サーボモータを制御する制御手段と、を備えて、移動駆動手段により容器と共に移動しながらキャッピングヘッドがキャップを容器口部に巻締めてキャップの巻締めの進行と共に下降するようになったキャップ巻締め装置において、
   前記移動駆動手段によって移動して巻締め中の前記キャッピングヘッドが所定位置に達したときの前記キャッピングヘッドまたはキャッピングヘッドに把持されたキャップの高さを検出する検出手段を備え、
   前記制御手段は、該検出手段からの高さ情報に基づきサーボモータを制御することを特徴とするキャップ巻締め装置。
2. 前記制御手段は、前記検出手段からの高さ情報からキャップがさらに回転するべき残りの回転角度を求めて、前記サーボモータに指令信号を送出し、サーボモータは該指令信号に応じて前記回転角度回転した後、回転を停止することを特徴とする請求項１記載のキャップ巻締め装置。
3. 前記キャッピングヘッドは複数設けられて、移動駆動手段により同一移動経路を順次移動しており、前記検出手段は、前記移動経路の所定位置に固定されることを特徴とする請求項１または２記載のキャップ巻締め装置。
4. キャップを把持するキャッピングヘッドを容器と共に移動させながら回転させて、把持したキャップを容器口部に巻締めており、キャップの巻締めの進行と共にキャッピングヘッドが下降するようになったキャップ巻締め方法において、
   前記キャッピングヘッドが所定位置に達したときの前記キャッピングヘッドまたはキャッピングヘッドに把持されたキャップの高さを検出し、該検出された高さ情報に基づき、キャッピングヘッドを回転させることを特徴とするキャップ巻締め方法。
5. 前記検出された高さ情報からキャップがさらに回転するべき残りの回転角度を求めて、該求められた回転角度だけキャッピングヘッドを回転させた後、回転を停止することを特徴とする請求項４記載のキャップ巻締め方法。

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