JP7464834B2

JP7464834B2 - キャッパ

Info

Publication number: JP7464834B2
Application number: JP2020096259A
Authority: JP
Inventors: 慎一石川; 宏明北元
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2020-06-02
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2024-04-10
Anticipated expiration: 2040-06-02
Also published as: JP2021187530A

Description

本発明は、キャップを容器に打栓するキャッパに関する。

キャッピングヘッドで保持するキャップを容器の口部に押し込んで装着する打ち込み式のキャッパでは、打栓の際、キャップと容器の中心軸がずれていると、キャップや容器に強い負荷がかかり、傷が付いたりキャップが容器に斜めに打栓されるなどの不良が発生し得る。このような問題に対して、容器にキャップを打栓する際に、容器を把持するネックグリッパを一旦開放して打栓することで容器をキャップの軸心に倣わせる構成が提案されている（特許文献１）。

特許第５００３０２１号公報

しかし、容器は内容物が充填されていて重量があるため、容器をキャップに倣わせるには強い負荷がキャップと容器にかかり傷付きが発生する恐れがある。

本発明は、大きな負荷をかけることなく、キャップと容器の位置合わせを行いつつ、打栓が可能なキャッパを提供することを課題としている。

本発明の第１の発明であるキャッパは、キャップを把持するキャッピングヘッドと、前記キャッピングヘッドの下方に設けられ、容器を保持する容器保持手段と、前記キャッピングヘッドと前記容器保持手段を相対的に昇降させる昇降手段とを備え、前記キャッピングヘッドは、キャップの側面と当接して前記キャップを把持する把持位置とキャップの側面と離間して前記キャップを開放する開放位置とに移動可能な把持部と、キャップを打栓する際に前記キャップの天面と当接するプレートと、前記把持部を前記把持位置と前記開放位置とに移動させる駆動手段とを有し、キャップ供給手段から供給されるキャップを前記キャッピングヘッドにより把持した後、前記キャップを前記容器保持手段が保持する容器へ打栓するキャッパであって、打栓動作中において、キャップの下端が容器の天面と同じ高さになった後に、前記把持部を前記把持位置から前記開放位置に移動させて前記キャップを開放することにより、当該キャップを前記キャッピングヘッド内で水平方向に移動可能とし、前記プレートにより打栓することを特徴としている。

本発明の第２の発明であるキャッパは、第１の発明において、前記キャッピングヘッドを回転させる回転手段と、前記キャッピングヘッドに把持されているキャップの方向を検出する方向検出手段とを備え、前記方向検出手段の検出信号に基づいて前記キャッピングヘッドを回転させることによりキャップの方向を揃えてから、前記キャップを前記容器保持手段が保持する容器へ打栓することを特徴としている。

本発明によれば、大きな負荷をかけることなく、キャップと容器の位置合わせを行いつつ、打栓が可能なキャッパを提供することができる。

本発明の一実施形態であるキャッパの配置を示す平面図である。図１のキャッパの外周部に沿って設けられるキャッピングヘッドおよび容器保持部周辺の構造を示す縦断面図である。制御装置の構成を示すブロック図である。キャッピングヘッドの縦断面図である。キャッピングヘッドのチャックの配置を示す平面図である。方向調整区間におけるキャッピングヘッドとレーザセンサの位置関係を示す縦断面図である。打栓区間において、キャッピングヘッドにより把持されるキャップが容器の口部近くまで下降された状態を示す側面図である。打栓区間の後半において、チャックが開放され、キャップがプレートと容器Ｖの口部により挟まれて保持される状態を示す。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態であるキャッパの配置を示す平面図であり、図２は、図１のキャッパの外周部に沿って設けられるキャッピングヘッドおよび容器保持部周辺の構造を示す縦断面図であり、キャッパの左半分のみが示される。

本実施形態のキャッパ１０には、供給位置Ｐ１においてキャップ／容器供給ホイール１２からキャップＣおよび容器Ｖが供給される。キャップ／容器供給ホイール１２は、上段にキャップ供給ディスク、下段に容器供給ホイールを備える回転体である。上段のキャップ供給ディスクにはキャップ供給シュート１４からキャップＣが供給され、下段の容器供給ホイールには容器供給コンベヤ１６からインフィードスクリュ１６Ａを介して内容物が充填された容器Ｖがハカマ２４Ａ内に収容された状態（図２参照）で供給される。

キャッパ１０は、外周に沿って複数のキャッピングヘッド２２と、各キャッピングヘッド２２に対応する容器保持部（容器保持手段）２４とを備えるホイール式のキャッパである。供給位置Ｐ１において、キャッピングヘッド２２にはキャップ／容器供給ホイール１２のキャップ供給ディスクからキャップＣが受け渡され、容器保持部２４にはキャップ／容器供給ホイール１２の容器供給ホイールからハカマ２４Ａ内に収容された容器Ｖが受け渡される。

図１に示されるように、供給位置Ｐ１から下流側に向けての所定区間は、後述するようにキャッピングヘッドを回転させて、キャップＣの向きを容器Ｖの向きに合わる方向調整区間Ａ１である。方向調整区間Ａ１の下流側には、キャッピングヘッド２２によりキャップＣを容器Ｖの口部に装着する打栓区間Ａ２が設けられる。打栓区間Ａ２において打栓が完了した容器Ｖは、ハカマ２４Ａ内に収容された状態で打栓区間Ａ２の下流側に位置する排出位置Ｐ２において排出ホイール１８に受け渡され、更に排出コンベヤ２０へと受け渡される。

図２に示されるように、キャッパ１０は中央に配置される固定軸１０Ａの周りにベアリング２６Ａ、２６Ｂ等を介して回転体１０Ｂが回転可能に保持される。回転体１０Ｂは、容器保持部２４が外周に沿って配置される下段回転部２８Ａと、各容器保持部２４の真上に配置されるキャッピングヘッド２２を保持する上段回転部２８Ｂとを備える。また、回転体１０Ｂの下端部外周には、ギヤ２８Ｃが配置され、ギヤ２８Ｃは、例えば図示しない駆動モータに連結されるウォームギヤ３０により駆動される。これにより、回転体１０Ｂは、固定軸１０Ａの周りに所定の速度で回転される。

本実施形態の容器保持部２４は、グリッパ２４Ｂを備える。ハカマ２４Ａ内に収容された状態で受け渡された容器Ｖは、その首部がグリッパ２４Ｂにより把持される。なお、グリッパ２４Ｂの開閉動作は、図示しないカム機構により制御される。すなわち、グリッパ２４Ｂは供給位置Ｐ１において閉じられ容器Ｖが把持され、排出位置Ｐ２の手前で開かれ容器Ｖが開放される。

キャッピングヘッド２２は、ヘッド保持部３２の下端部に取り付けられる。ヘッド保持部３２は、上段回転部２８Ｂに昇降自在に保持され、その上端部近傍には、固定軸１０Ａに設けられるカム（昇降手段）３４と係合するカムフォロア３２Ａ（昇降手段）が設けられる。すなわち、上段回転部２８Ｂの回転にともない、ヘッド保持部３２が周に沿って移動すると、カム３４の形状に合わせてヘッド保持部３２が昇降する。

また、キャッピングヘッド２２は、ヘッド駆動部３５を介して、ヘッド保持部３２の内側を縦通する回転シャフト３６の下端に取り付けられる。一方、回転シャフト３６の上端はサーボモータ３８に連結される。すなわち、キャッピングヘッド２２は、サーボモータ３８の駆動により回転可能である。

ヘッド駆動部（駆動手段）３５は、圧縮エアを用いてキャッピングヘッド２２のキャップ把持動作を制御する機構であり、その内側には軸に沿ってエアを流通するエア通路３５Ａが設けられ、エア通路３５Ａの下端は、後述するキャッピングヘッド２２のチャック駆動機構に接続される。なお、エア通路３５Ａには、開閉バルブ３５Ｂを介して圧縮エア源３５Ｃから圧縮エアが供給可能である。

また、各キャッピングヘッド２２の近傍には、後述するようにキャップＣの向きを検出するためのレーザーセンサ（方向検出手段）４０が配置される。レーザーセンサ４０は、上段回転部２８Ｂの下面から垂下する支持ロッド４０Ａにより保持される。

なお、サーボモータ３８と開閉バルブ３５Ｂの駆動は、図３のブロック図に示されるように、制御装置４２によって制御される。制御装置４２は、回転体１０Ｂの位相を検出するエンコーダ４２Ａからの信号に基づき、後述するキャッピングヘッド２２のチャックの開閉タイミングを判断し、開閉バルブ３５Ｂの開閉を制御するとともに、レーザーセンサ４０からの信号に基づきサーボモータ３８を回転を制御して容器Ｖに対するキャップＣの向きを所定の方向に調整する。

図４は、キャッピングヘッド２２の縦断面図であり、図４（ａ）は、キャップＣを保持する前の状態、図４（ｂ）はキャップＣを保持した状態が示される。また、図５は、キャッピングヘッド２２のチャックの配置を示す平面図である。図４、図５を参照して、本実施形態のキャッピングヘッド２２に設けられるチャック駆動機構の構成について説明する。

キャッピングヘッド２２は、下方に開放されたカップ状のヘッド本体２２Ａと、ヘッド本体２２Ａ内に収容されるチャック機構２２Ｂと、ヘッド本体２２Ａの上部に設けられ、ヘッド駆動部３５に接続される軸部２２Ｃとを備える。軸部２２Ｃの中心にはエア通路３５Ａが配置される。エア通路３５Ａは、軸部２２Ｃの下方において放射状に分岐され、斜め下方に向けて延出し、ヘッド本体２２Ａの天面からヘッド本体２２Ａの内部へと連通される。

軸部２２Ｃの下端部の中心には、下方に向けてロッド状の係止部材４４が設けられ、ヘッド本体２２Ａ内へと延出する。ヘッド本体２２Ａ内の天面直下には、チャック機構２２Ｂを構成するカム部材４６が配置される。カム部材４６の外周面はヘッド本体２２Ａの内周面に摺接し、その中心には係止部材４４を気密的に挿通する孔４６Ａが設けられる。すなわち、カム部材４６は、ヘッド本体２２Ａ内に昇降自在に配置され、エア通路３５Ａを通して圧縮エアがヘッド本体２２Ａ内に供給されると、ヘッド本体２２Ａの天面とカム部材４６の頂面との間に圧縮エアが供給され、カム部材４６はヘッド本体２２Ａの内周面に沿って下降される。なお、カム部材４６の外周面の上端部には、シールリング４６Ｂが装着され、ヘッド本体２２Ａの内周面との間を気密し、ヘッド本体２２Ａ内に供給された圧縮エアの漏出が防止される。

カム部材４６の下端面は円環状を呈し、円錐形に内側に傾斜するカム面４６Ｃを備える。カム部材４６の下方には、複数（例えば３つ）のチャック４８が、カム面４６Ｃに沿って環状に配置される。各チャック４８は、キャップＣの外周を外側から把持する把持部材４８Ａと、カム部材４６と協働して各チャック４８全体を径方向内側に向けて移動する従動部材４８Ｂとを備える。

各把持部材４８Ａは、例えば扇形平面形状を呈し、隣り合う把持部材４８Ａは、互いにスプリングなどの付勢部材５０により連結され、各々が径方向外側に広がるように付勢される。把持部材４８Ａは、従動部材４８Ｂにより径方向内側に向けて保持され、従動部材４８Ｂの頂面は、カム面４６Ｃと摺接する接触面４８Ｃを備える。また、従動部材４８Ｂの底面は、ヘッド本体２２Ａの下端部から内側に環状に延出するウエブ部２２Ｄにより支持される。すなわち、チャック４８はヘッド本体２２Ａの円筒内に収容され、カム部材４６は、チャック４８とヘッド本体２２Ａの天面の間に配置される。

また、カム面４６Ｃよりも内側のカム部材４６の下面において、孔４６Ａの周囲には、孔４６Ａから下方へ延出する係止部材４４を取り囲むようにスプリングなどの付勢部材５２Ａが配置される。付勢部材５２Ａの下端には、キャップＣの天面に当接するプレート５２Ｂが、係止部材４４の下端面を覆うように水平に配置される。

チャック４８は、付勢部材５０により拡径するように付勢されるため、把持部材４８Ａは径方向外側に付勢される。これにより、カム部材４６は、カム面４６Ｃに摺接する従動部材４８Ｂの接触面４８Ｃにより上方へ付勢される。したがって、圧縮エアがヘッド本体２２Ａ内に供給されていない場合、チャック４８は開いた状態（拡径した状態）に維持され（開放位置）、カム部材４６は、その頂面がヘッド本体２２Ａの天面に当接した状態に維持される。

次に、図１～図３、図６～図８を参照して、本実施形態のキャッパ１０におけるキャッピング動作について説明する。なお、図６は、方向調整区間Ａ１におけるキャッピングヘッド２２とレーザセンサ４０の位置関係を示す縦断面図である。また、図７は打栓区間Ａ２において、キャッピングヘッド２２により把持されるキャップＣが容器Ｖの口部近くまで下降された状態を示す側面図であり、図８は、打栓区間Ａ２の後半において、チャック４８が開放され、キャップＣがプレート５２Ｂと容器Ｖの口部により挟まれて保持される状態を示す。

図１の供給位置Ｐ１よりも上流側、かつ排出位置Ｐ２よりも下流側において、キャッピングヘッド２２は、図４（ａ）の状態に維持されている。供給位置Ｐ１の手前からキャッピングヘッド２２は、カム３４とカムフォロア３２Ａの係合により僅かに下降され、キャップ／容器供給ホイール１２のキャップ供給ディスク上のキャップＣをヘッド本体２２Ａ内へと挿入する。

図４（ｂ）に示されるように、キャッピングヘッド２２はキャップＣの頂部がプレート５２Ｂに押接し、付勢部材５２Ａの付勢力に抗してプレート５２Ｂが係止部材４４の下端面に当接するまでヘッド本体２２Ａが下降される。その後、供給位置Ｐ１において、開閉バルブ３５Ｂが開かれ圧縮エア源３５Ｃの圧縮エアが、エア通路３５Ａを通してヘッド本体２２Ａ内に供給され、カム部材４６が下方に押し下げられる。これにより、底部がウエブ部２２Ｄにより上下方向の移動が規制されたチャック４８は、カム面４６Ｃと接触面４８Ｃの接触により、付勢部材５０の付勢力に抗して径方向内側へと移動され、把持部材４８Ａは、キャップＣの外周面（側面）を三方から把持する（把持位置）。

略同時に、キャッピングヘッド２２は、カム３４とカムフォロア３２Ａの係合により僅かに上昇され、キャップＣはキャッピングヘッド２２に受け渡される。キャップＣは、開口縁外側に例えば突起Ｃｐを備え、方向調整区間Ａ１では、キャッピングヘッド２２は、図６に示されるように、把持したキャップＣの突起Ｃｐの高さがレーザーセンサ４０と同じレベルとなる高さに維持される。

方向調整区間Ａ１において、制御装置４２はサーボモータ３８によりキャッピングヘッド２２を回転し、レーザセンサ４０によりキャップＣの突起Ｃｐが検出されると、その位置からサーボモータ３８を所定角度だけ回転させキャッピングヘッド２２に把持されるキャップＣの向きを容器保持部２４に保持される容器Ｖの向きに合せる。

打栓区間Ａ２に入ると、図７に示されるように、キャッピングヘッド２２は、カム３４とカムフォロア３２Ａの係合により下降される。図８に示されるように、容器Ｖの口部がキャップＣの下端に少し入り込む高さまで下降すると、開閉バルブ３５Ｂが閉じられ、付勢部材５０の付勢力により、チャック４８が径方向外側に移動され、キャップＣの把持が解放される。すなわち、方向調整区間Ａ１および打栓区間Ａ２の初期の一定区間に亘る区間Ｂ１に亘り、チャック４８はキャップＣを把持しているが、その後、次に供給位置Ｐ１に達するまでの区間Ｂ２においてチャック４８は開放され、打栓が完了するまでの間、キャップＣはプレート５２Ｂと容器Ｖの口部の間に挟まれた状態で保持される。なお、チャック４８を開放するタイミングは、予め記憶された回転体１０Ｂの位相とチャック４８の高さとの関係と、エンコーダ４２Ａから信号に基づき制御される。

キャッピングヘッド２２は、チャック４８を開放したまま図８の状態から更に下降され、キャップＣの天面に当接するプレート５２ＢによりキャップＣが容器Ｖの口部に押し込まれキャップＣが容器Ｖに完全に打栓されると打栓区間Ａ２が終了する。キャッピングヘッド２２は、カム３４とカムフォロア３２Ａの係合により排出位置Ｐ２までに、打栓されたキャップＣと干渉しない高さまで上昇され、供給位置Ｐ１までには、初期高さにまで上昇される。

打栓区間Ａ２において、キャップＣと容器Ｖの口部の中心軸がずれている場合、図８の状態から打栓完了まで、キャップＣはチャック４８により把持されておらず、プレート５２Ｂと容器Ｖの間に挟まれることで保持されているため、水平方向の移動が規制されていない。また、本実施形態のキャップＣの開口縁内側は、下方へ向かって徐々に外方へ拡開するテーパー面を有しており、打栓動作中に容器Ｖの口部の天面がテーパー面に当接し、キャップＣが容器に倣って水平移動する。したがって、キャッピングヘッド２２のプレート５２Ｂにより容器Ｖの口部に押圧されると、キャップＣは口部に倣って水平移動され、適正な位置で口部に打栓される。なお、キャップＣや容器Ｖの口部の形状は、キャップＣが容器Ｖの口部に押し当てられると、これに倣って水平移動（位置合わせ）可能なものであれば本実施形態に限定されるものではない。

以上のように、本実施形態によれば、チャックによってキャップを把持した後に、打栓を行うにあたって、キャップの下端が容器の天面と同じ高さになった後に、チャックを開放してキャップをチャック内で横移動（水平移動）可能としたことで、キャップや容器に大きな負荷がかかることな適正な位置での打栓が可能となる。

なお、本実施形態のキャッパでは、キャッピングヘッドを昇降させたが、容器保持部を、または両者を昇降させて打栓を行う構成でもよい。また、把持部の構成としては、エアにより膨張するゴム部材を配置して、エアを供給することによってゴムを膨張させてキャップを把持するとともに、エアを供給しないことによってゴムが膨張せずにキャプを開放する構成であってもよい。また、本実施形態では、容器の口部がキャップに少し入り込んだ時にチャックを開放したが、キャップの下端が容器の天面と同じ高さになったときにチャックを開放しても良い。

１０キャッパ
１０Ａ固定軸
１０Ｂ回転体
２２キャッピングヘッド
３２Ａカムフォロア
３４カム
３５Ａエア通路
３５ヘッド駆動部
３５Ｂ開閉バルブ
３５Ｃ圧縮エア源
３８サーボモータ
４０レーザーセンサ
４６カム部材
４８チャック
Ａ１方向調整区間
Ａ２打栓区間
Ｂ１チャックを閉じた区間
Ｂ２チャックを開放した区間
Ｃキャップ
Ｖ容器

Claims

キャップを把持するキャッピングヘッドと、
前記キャッピングヘッドの下方に設けられ、容器を保持する容器保持手段と、
前記キャッピングヘッドと前記容器保持手段を相対的に昇降させる昇降手段とを備え、
前記キャッピングヘッドは、
キャップの側面と当接して前記キャップを把持する把持位置とキャップの側面と離間して前記キャップを開放する開放位置とに移動可能な把持部と、
キャップを打栓する際に前記キャップの天面と当接するプレートと、
前記把持部を前記把持位置と前記開放位置とに移動させる駆動手段とを有し、
キャップ供給手段から供給されるキャップを前記キャッピングヘッドにより把持した後、前記キャップを前記容器保持手段が保持する容器へ打栓するキャッパであって、
打栓動作中において、キャップの下端が容器の天面と同じ高さになった後に、前記把持部を前記把持位置から前記開放位置に移動させて前記キャップを開放することにより、当該キャップを前記キャッピングヘッド内で水平方向に移動可能とし、前記プレートにより打栓することを特徴とするキャッパ。
前記キャッピングヘッドを回転させる回転手段と、
前記キャッピングヘッドに把持されているキャップの方向を検出する方向検出手段とを備え、
前記方向検出手段の検出信号に基づいて前記キャッピングヘッドを回転させることによりキャップの方向を揃えてから、前記キャップを前記容器保持手段が保持する容器へ打栓することを特徴とする請求項１に記載のキャッパ。