JPH0676103B2 - スクリュ−式キヤツプ締付方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属，樹脂等のスクリュー式キャップを使用
するキャッピング装置におけるキャップ締付方法に関す
るもので、各ヘッドに独立回転駆動するモータを具備し
たキャッピング装置に適用される。

〔従来の技術〕

第７図において、（01）は容器（02）の胴部を挾持する
一対のアーム（03），（03）を備える容器把持機構で、
容器把持機構（01）の上方には栓（04）を把持する栓把
持機構（05）を設けてあり、この栓把持機構（05）はト
ルクモータ（07）に連動させている。このトルクモータ
（07）は筒状本体（08）の上端に固定してあり、その筒
状本体（08）は図示しない昇降機構により上下動させる
ことができるようにしている。

上記栓把持機構（05）を回転させる回転軸（010）とト
ルクモータ（07）の駆動軸（011）とは、この駆動軸（0
11）に固定した筒状連結金具（012）の内面に軸方向に
沿うスリット（013）を形成たて、このスリット（013）
に上記回転軸（010）の上端に固定したキー（014）を摺
動自在に係合させることにより、連結金具（012）に対
する回転軸（010）の昇降を許容しつつトルクモータ（0
7）の回転を栓把持機構（05）に伝達できるようにして
いる。なお、回転軸（010）の落下はストッパリング（0
15）によって防止している。

上記栓把持機構（05）は、従来周知のエアーチャックと
称されるエア圧を利用して栓（04）を把持するものと基
本的に異なるところはなく、圧力室（020）にエア圧を
導入することによりディスク（021）を押下げてリング
状の弾性体（022）を弾性変形させ、その弾性体（022）
の軸孔の内径を収縮させてその内部に挿入した栓（04）
を把持するものである。上記圧力室（020）は空気通路
（023），（024），（025）、導管（026）および電磁弁
（027）を介して圧縮空気源（028）に接続している。ま
た栓（04）の上面の空間は上記弾性体（022）で栓（0
4）が把持された際にその弾性体（022）により密封され
た状態となるので、その空間は通路（029），（030）を
介して大気に連通させるようにしている。

然して、（035）はその主要部を占める制御器（036）
と、検出器（034）と、比較器（037）と、トルク設定器
（038）とを備える制御装置で、上記制御器（036）は、
トルクモータ（07）の回転数をタコジュネレータ又はロ
ータリーエンコーダ（039）からの信号を受けて所要回
転数に制御するとともに、そのトルクモータ（07）のト
ルクを制御し、また電磁弁（027）のソレノイド（040）
の通電状態を制御してその電磁弁（027）を開閉させ
る。他方、トルク設定器（038）は閉栓トルクの最大値
を設定するもので、比較器（037）はそのトルク設定器
（038）に設定された設定トルク値に対応する電流若し
くは電圧値と上記検出器（034）によって検出したトル
クモータ（07）の電流若しくは電圧値とを比較し、検出
値が設定値を越えたときにこれを上記制御器（036）に
入力させる。

検出器（034）の代わりに回転軸（010）にトルク検出器
（041）を設け、このトルク検出器（041）により回転軸
（010）に加わるトルク値を直接検出することもでき
る。

このような装置において、本体（08）が上昇端に位置
し、したがってトルクモータ（07）や栓把持機構（05）
等が上昇端に位置している状態では、制御器（036）は
トルクモータ（07）を低トルクかつ所要回転数で回転駆
動させている。この状態で、従来公知のキャッパと同様
にして、容器把持機構（01）内に容器（02）が導入され
るとその容器把持機構が容器（02）を把持し、また栓
（04）が弾性体（022）の軸孔内に挿入されるとその作
動を検出する図示しないセンサからの信号が制御器（03
6）に入力され、ソレノイド（040）を励磁して電磁弁
（027）を開かせる。これにより圧縮空気源（028）から
のエア圧が圧力室（020）に導入されるので、前述した
ように弾性体（022）が栓（04）を把持する。

次に、図示しない昇降機構により本体（08）、トルクモ
ータ（07）、栓把持機構（05）等が一体に降下される
と、容器（02）の口部が相対的に栓（04）内に挿入さ
れ、栓（04）の回転によってその栓（04）が容器（02）
に螺合される。栓把持機構（05）並びにトルクモータ
（07）の回転が低下し若しくは停止すると、ロータリー
エンコーダ（039）によりこれを検出した制御器（036）
はトルクモータ（07）への電流および（または）電圧を
増大させてその出力トルクを増大させ、栓把持機構（0
5）による栓（04）の閉栓トルクを増大させる。そして
閉栓トルクがトルク設定器（038）で設定した電流若し
くは電圧値を越えたことを比較器（037）からの信号で
検出すると、上記制御器（036）は上記出力トルクの増
大を停止させるとともに、ソレノイド（040）を消勢さ
せて弾性体（022）による栓（04）の把持を解放させ
る。

この後、本体（08）、トルクモータ（07）、栓把持機構
（05）等は昇降装置によって元の上昇端位置まで上昇さ
れ、制御器（036）はトルクモータ（07）の回転数が増
大するに従ってトルクモータ（07）の出力トルクを低下
させる。他方、栓（04）が締付けられた容器（02）は容
器把持機構（01）から解放されて外部に搬出されて次工
程に搬送される。

上記制御器（036）により増大されるトルクモータ（0
7）の出力トルク値が最大値となっても比較器（037）か
らの信号が得られないときは、制御器（036）は図示し
ない警報器を作動させ、また容器把持機構（01）による
容器（02）の把持の解放後に、図示しない適宜の排出機
構を作動させて、その容器を処理ラインから排出して次
工程へ搬送することがないようにする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

（１） 最終閉栓直前の速度を検出し、一方トルクモー
タに発生するキャップ側からもたらされるトルク（電圧
又は電流）をそのまま持続し、トルク設定器の設定値で
もって、閉栓を完了させる公知の方法では、閉栓初めか
ら最終閉栓完了までの工程において与えるトルクと回転
速度を充分コントロール出来ない。

換言すれば、スクリュー式キャップを擁する製品容器の
多様化により、スクリュー式キャップとキャップに付属
するシールパッキンの材質，スクリュー部，シールパッ
キン材の形状，螺合される容器の材質，容器螺合部の形
状，封栓時のキャップ，容器螺合部の環境条件（温度，
湿度，乾き度，等）等に対応して、夫々所望の閉栓トル
ク値又は開栓トルク値が定量的に厳密に要求される。し
かし、従来の方法ではそれらの厳密な要求に対応出来な
い。

（２） キャッピング締付装置の機能上、回転部位及び
回転軸系の摩擦トルクを避けることが出来ないため、こ
の摩擦トルクがトルクモータにより賦与する閉栓トルク
値に大きく影響する。

（３） 上記問題点は、配設されている複数ヘッド間で
影響度合が異なり、結果的にキャッピング製品容器間の
均一な閉栓トルクが得られない。

（４） 摩擦トルクと同様、回転軸系の慣性モーメント
による慣性力を避けることが出来ないため、最終閉栓に
至るまでの過程において、閉栓トルク値は回転軸系によ
る慣性力の影響を受け、上記（１）項の問題点に関連
し、キャッピングされる容器は均一な閉栓トルク値が得
られない。

〔問題点を解決するための手段〕

（１） トルクモータの出力トルクと回転速度を設定す
る夫々の設定器を設ける。

（２） 回転軸系の摩擦トルクに定量的（若干大きいト
ルク値の設定が可能なもの）基準トルク設定器を設け
る。

（３） トルクモータからのモータ出力トルク値と前記
基準トルク設定器の基準トルク値との間で加減算する比
較回路を設ける。

〔作 用〕

（１） 比較回路からの出力信号で、出力トルク設定器
の値をタイマー経由電圧切換器で切換え、トルク可変モ
ータ制御器によりトルクモータのトルク制御する。

（２） 速度制御についても、トルク制御と同様理念で
独立に行なう。

（３） トルクモータの速度切換時、特に変速より低速
に切換え時、回転軸系の慣性モーメントによる慣性力を
トルクモータの回生エネルギーにて吸収し、該慣性モー
メントの影響を最小限とする。

〔実施例〕

第１図，第２図において、（３）が支柱（２）に固着さ
れた上部カム支持体、（４）が同上部カム支持体（３）
にボルト等により固着されたカム溝を有する上部環状レ
ール、（５）がターンテーブルで、同ターンテーブル
（５）は、支持スリーブ（１）に嵌装されるとともに図
示されない駆動装置に連結されている。また（50）が同
ターンテーブル（５）に固着されたターレットハブ（取
付用部材）、（７）がびん把持装置で、同びん把持装置
（７）は、上記ターンテーブル（５）に載置されてい
る。また（90）がびん口外周に螺旋溝を有するびんで、
びん把持装置（７）により保持されている。（12）が固
定ハブ（49）にボルト等により固着されたカム溝を有す
る下部環状レール、（15）が上部環状レール（４）のカ
ム溝に係合した大小二つのロールを有するカムフロア
で、同カムフロア（15）は、ターレット円周上に複数個
配設されている。

（51）がターレットハブ（50）の外周部に固着されてい
る複数個のターレットフレーム、（52）が支柱（２）に
より軸支されるとともにターレットフレーム（51）に固
着されているターンテーブル、（53）がターレットテー
ブル（52）に固着されているスリーブ、（54）が支柱
（２）により軸受されるとともにスリーブ（53）に固着
されているターレットフレーム、（55）がターレットフ
レーム（54）と支柱（２）との間をシールするＯリン
グ、（56）がターレットフレーム（54）と支柱（２）と
の間に装架されているスリップリング、（57）がターレ
ットテーブル（52）に固着されているサーボモータなど
のトルク可変モータで、制御用ケーブルがスリップリン
グ（56）を経て図示されない制御盤に配線されている
（制御回路については後述する）。

また（57′）がモータ（57）の出力軸に固着されている
タイミングプーリ、（26）がカムフロア（15）に吊下げ
支持されてターレットフレーム（54）に遊嵌しているシ
リンダ、（59）がシリンダ（58）に嵌挿されているピス
トン、（60）がシリンダ（58）にボルト等により固着さ
れているキャップ、（61）がピストン（59）に貫通固着
されたハウジング、（62）がシリンダ（58）内でピスト
ン（59）に弾撥力を与えている圧縮コイルばね、（63）
がシリンダ（58）に固着されるとともにターレットフレ
ーム（54）の溝に係合しているキー、（64）がシリンダ
（58）とハウジング（61）との間をシールするＯリン
グ、（65）がシリンダ（58）とピストン（59）との間を
シールするＯリング、（66）がピストン（59）とハウジ
ング（61）との間をシールするＯリング、（67）がハウ
ジング（61）に螺合されている軸、（68）がスリーブ
で、ターレットフレーム（51）に係合している摺動子、
（69）がシリンダ（58）から支柱（２）の頂部に延びた
エア通路（フレキシブルホース）、（70）が軸（67）に
遊嵌されるとともに軸受（22）に嵌挿されているスピン
ドルスリーブ、（71）がスピンドルスリーブ（70）に固
着されているキー、（72）がスピンドルスリーブ（70）
に固着されているタイミングプーリ、（73）がプーリ
（57′）とプーリ（72）との間に張架されているエンド
レス状タイミングベルト、（83）が基体（82）に軸支さ
れているピボットアーム、（84）がピボットアーム（8
3）に軸支されているカムローラ、（85）がピボットア
ーム（83）の軸に固着されている開放アーム、（86）が
チャッキングブロックで、基体（82）に形成された長穴
の範囲を上下方向に移動可能に装着されている。また
（87）が基体（82）とチャッキングブロック（86）との
間に介装されている圧縮コイルばね、（88）がチャッキ
ングブロック（86）に内蔵されているチャッキングアー
ム、（89）がチャッキングブロック（86）に内蔵されて
いる上下動自在なセンサ（段付丸棒）、（90）がスクリ
ューキャップタイプの壜で、壜口外周部に螺溝が形成さ
れている。また（91）が螺溝が形成されているスクリュ
ーキャップ、（92）がスクリューキャップヘッドで、各
部分（82）〜（86）を内蔵している。また（93）がスピ
ンドル粗立体である。

次に第３図，第４図の制御回路について説明する。

トルク可変モータ制御器（101）は指令電圧V₂の電圧変
化によりトルク可変モータ（57）のモータ回転速度を変
えることができ、又指令電圧V₁の電圧変化によりトルク
可変モータ（57）のモータ出力トルクを変えることがで
きる。又T₃はトルク可変モータ（57）のモータ出力トル
ク値（モータ出力トルクを電圧に置換したもの）であ
る。

トルク可変モータ（57）とトルク可変モータ制御器（10
1）の間には、スリップリング（56）が電線（108）を介
して接続されている。

トルク可変モータ制御器（101）への指令電圧V₁,V₂の設
定及び同制御器（101）からの出力トルクT₃の取り入れ
は、制御器（二点鎖線内）（109）にて行なわれる。

次に制御器（109）の構成について説明する。

（111）は第１モータ出力トルク設定器で、可変抵抗器
（VR₁₁）からなり、電圧切換器（102）を介してトルク
可変モータ制御器（101）に第１モータ出力トルク設定
値T₁₁を設定する。

（112）は第２モータ出力トルク設定器で、可変抵抗器
（VR₁₂）からなり、電圧切換器（102）を介してトルク
可変モータ制御器（101）に第２モータ出力トルク設定
値T₁₂を設定する。（T₁₁＞T₁₂に設定される。） （121）は第１モータ回転速度設定器で、可変抵抗器（V
R₂₁）からなり、電圧切換器（103）を介してトルク可変
モータ制御器（101）に第１モータ回転速度設定値N₁₁を
設定する。

（122）は第２モータ回転速度設定器で、可変抵抗器（V
R₂₂）からなり、電圧切換器（103）を介してトルク可変
モータ制御器（101）第２モータ回転速度設定値N₁₂を設
定する。（N₁₁＞N₁₂に設定される。） （131）は基準トルク設定器で、可変抵抗器（VR₃₁）か
らなり、比較回路（104）の基準トルク値T₂（本実施例
では回転軸系の摩擦トルクよりも若干大）を設定する設
定器である。

（102）は電圧切換器で、第１モータ出力トルク設定器
（111）からの設定信号T₁₁と、第２モータ出力トルク設
定器（112）からの設定信号T₁₂を、タイマ回転（105）
からの出力信号により切換え、トルク可変モータ制御器
（101）に指令電圧V₁を設定するものである。

（103）は電圧切換器で、第１モータ回転速度設定器（1
21）からの設定信号N₁₁と第２モータ回転速度設定器（1
22）からの設定信号N₁₂を、比較回路（104）からの出力
信号により切換え、トルク可変モータ制御器（101）に
指令電圧V₂を設定するものである。

（104）は比較回路で、基準トルク設定器（131）にて設
定された基準トルク値T₂と、トルク可変モータ制御器
（101）からのモータ出力トルク値T₃とを比較し、T₃＞T
₂になった時、信号を出力するものである。

（105）はタイマー回路で、比較回路（104）の出力信号
により、電圧切換器（103）よりも遅れて電圧切換器（1
02）に出力（遅れの時間はタイマー回路内部のボリュー
ムにより決定する。本実施例では50msec〜1000msec）す
るものである。

次に本装置の作用について説明する。

スクリューキャップヘッド（92）の自転は、モータ
（57）の回転をプーリ（57′）とベルト（73）を介しプ
ーリ（72）に伝えることにより行なわれて、ターンテー
ブル（５）とは別に制御される。

スクリューキャップヘッド（92）が下降すると、セ
ンサ（89）が予め壜（90）に載置されているスクリュー
キャップ（91）に当接して、キャップの有無を検出す
る。キャップ（91）が無い場合には、チャッキングアー
ム（88）に対するセンサ（89）の位置が変らず、チャッ
キングアーム（88）は開放状態を保って壜（90）に接触
することがない。一方、キャップ（91）が有る場合に
は、チャッキングアーム（88）に対するセンサ（89）の
相対位置が変って、チャッキングアーム（88）が図示さ
れないばね装置の弾撥力により閉じる。この閉じるタイ
ミングは、チャッキングアーム（88）がばね（87）の弾
撥力によりスクリューキャップ（91）の上面を押しつけ
た直後になる。

自転しているチャッキングアーム（88）が閉じて、
スクリューキャップ（91）の外側を把持すると、把持さ
れたキャップ（91）はトルク可変モータ（57）により回
転され、壜（90）に形成された螺旋に従い締付けされ
る。

締付けが完了した時点で、スクリューキャップヘッ
ド（92）に対し円錐カム（27）が下降して、これに圧縮
するカムローラ（84）でピボットアーム（83）を回動さ
せ、開放アーム（85）がキャッピングアーム（86）を開
いて、スクリューキャップ（91）の把持が開放される。

次の工程でキャップを締付けられたびんが排出され
る等それ以降の工程については従来の公知のものと同様
で詳細な説明は省略する。

次に、第１図乃至第５図を参照し、キャップ締付制御に
ついて詳細な説明をする。

前記の如く把持されたキャップ（91）は、モータ出力ト
ルクT₁₁,モータ回転速度N₁₁に設定されたトルク可変モ
ータ（57）により回転され締付始めると、キャップ（9
1）と壜（90）に形成された螺旋に沿って、キャップ（9
1）と壜（90）間の摩擦によるトルクが発生し、第５図
のＳ点からトルク可変モータ（57）はモータ出力トルク
を増加させる。これによりモータ出力トルク値T₃も大と
なる。比較回路（104）には予め設定器（131）を介して
基準トルク値T₂（例えば回転軸系の摩擦トルクよりも若
干大）が設定されている。モータ出力トルク値T₃はＡ点
でT₃≧基準トルク値T₂に到達すると、比較器（104）か
ら電圧切換器（103）に信号が入り、高速の第１モータ
回転速度設定値N₁₁から低速の第２モータ回転速度設定
値N₁₂に切換わる。

一方タイマー回路（105）に設定された時間TRが過ぎる
と、電圧切換器（102）に信号が入り、第１モータ出力
トルク値T₁₁から第２モータ出力トルク値T₁₂（＝０）に
切換わると共に、第２モータ回転速度設定値N₁₂も０に
切換わる。切換え点Ｑからは、閉栓完了までトルク可変
モータ（57）の回転軸系の慣性モーメントによる慣性力
をトルク可変モータ（57）の回生制動エネルギーにて吸
収し、該慣性モーメントの影響を最小限とする。

即ち一般的には、キャップ締付装置の回転軸系の摩擦ト
ルクは閉栓トルクの1/3〜1/5の値となり、実質的閉栓ト
ルクをトルク可変モータで与える時、基準設定トルクと
締付設定トルク幅が大きくとれるので、回転設定の制御
を行ってもトルクモータは充分応答することができる。

又回転速度の設定も同様な特徴が発揮出来る。

次にタイマー（105）の作用について記述すると、トル
ク，回転速度共に設定器を有し夫々に対応した電圧切換
器を持ち、V₁₁,V₁₂間、V₂₁,V₂₂間を比較回路（104）の
出力により切換えを行うものであるが、それら切換のタ
イミングを変える作用を該タイマー（105）を有する。
その目的とする所は均一な閉栓トルク，開栓トルクを与
えるため閉栓初めから最終閉栓完了までの過程におい
て、キャップ締付制御では、制御されるトルクと回転速
度の組合が重要であり、特に閉栓直前の、即ち回転速度
の低速時における締付トルクが最も重要である。

従って、タイマー（105）を設定トルク電圧切換え回路
に挿入することにより次の様な締付制御方法も可能とな
る。

第６図は他の実施例における制御パターンを示すもの
で、各トルク設定値を下記のように設定する： 基準トルク設定値T₂＜第１モータ出力トルク設定値T₁₁
＜第２モータ出力トルク設定値T₁₂また各回転速度設定
値を下記のように設定する： 第１モータ回転速度設定値N₁₁＞第２モータ回転速度設
定値N₁₂ トルク可変モータ（57）を具備したキャッピングヘッド
が、キャップを閉栓し始めると、トルク可変モータ制御
器（101）からのトルクモニター値、即ちモータ出力ト
ルク値T₃が大となり、基準トルク値T₂をＡ点で越える
と、比較回路（104）が動作し、トルク可変モータ（5
7）の回転速度は第一速度N₁₁から第２速度N₁₂に切換わ
る。しかしキャッピングヘッドのトルクモータ出力トル
クは第１モータ出力トルク設定値T₁₁にて設定されてい
るので、閉栓はトルク設定値T₁₁までで休止となる（ト
ルクモータの出力トルクをT₁₁で規制しているのでキャ
ップの閉栓トルクと平衡した所（点Ｐ）でモータ停止と
なる）。比較回路（104）の動作よりタイマー（105）を
動作させ、タイムアップした時点Ｑで、トルクモータの
出力トルクをT₁₂に切換えるので、再びキャッピングヘ
ッドは閉栓を始め閉栓トルクがトルクモータ設定値T₁₂
に到達した時点で、閉栓完了となる。

上記のようにタイマー回路の時間TRを調整することによ
り、第１モータトルク設定値でキャップ閉栓の仮締めを
行い、第２モータトルク設定値でキャップ閉栓の規定ト
ルクまで締付ることができる。この時第２モータトルク
設定値T₁₂に切換え時は、モータはいつも停止状態より
始まるので、キャップ閉栓時の回転速度が低速であり、
かつ又安定しているので閉栓トルクのバラツキを最小に
することができる。

なお指令電圧V₁,V₂に代えて電流値で制御してもよい。

またモータ出力トルク設定値及びモータ回転速度設定値
として、高低の２値の例を示したが、３種以上について
も同様である。

〔発明の効果〕

（１） 閉栓完了までの過程の中で回転速度とトルクを
適宜組み合わせ制御し、スクリューびん製品の目標とす
る均一な閉栓トルク、開栓トルクを得ることができる。

（２） 比較回路（104）とタイマー回路（105）を用い
ることにより、上記（１）項の回転速度とトルクの組み
合わせを増大させ、こまかな閉栓コントロールを行うこ
とができる。

（３） 回転速度を切換えて駆動軸系の慣性モーメント
による慣性力をトルクモータの回生エネルギーにて吸収
させ、慣性力の閉栓トルクへの影響を最少限とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するスクリュー式キャッピング装
置の縦断側面図、 第２図は第１図装置のキャッピング状態を示す説明図、 第３図は本発明を実施するキャップ締付制御回路図、 第４図は本発明を実施するキャップ締付制御のフローチ
ャート図、 第５図は本発明を実施する制御パターンの１例を示し、 第６図は本発明を実施する制御パターンの他の例を示
す。 第７図は従来のスクリューキャッパの制御回路図を示
す。 57……トルク可変モータ 91……スクリューキャップ 92……スクリューキャップヘッド 93……スピンドル組立体 109……制御器 111……第１モータ出力トルク設定器 112……第２モータ出力トルク設定器 121……第１モータ回転速度設定器 122……第２モータ回転速度設定器 131……基準トルク設定器 104……比較回路 105……タイマー回路 102,103……電圧切換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各ヘッドにトルク可変モータを設けスクリ
   ュー式キャップを締付けるキャッピング装置において、
   前記トルク可変モータの回転速度、出力トルク及び基準
   トルクを設定する各設定器と、前記基準トルク設定器の
   出力信号とモータ出力トルク値を加減算する比較回路と
   を設け、前記比較回路から出力されるトルク信号はタイ
   マーを経由し回転速度信号はタイマーを経由せずに切換
   器に導き、前記トルク可変モータで締付けるスクリュー
   キャップヘッドの回転速度及びトルクを制御するように
   したことを特徴とするスクリュー式キャップ締付方法。