JP2001002185A - サーボキャッパ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】目薬容器などのスクリュウキャップのように、
キャップの食付き時からキャップの底部と容器口部の上
端部とが接合する接合時までの総螺入角の小さいスクリ
ュウキャップに対しても、簡単な制御構成によりキャッ
ピングヘッドなどによる慣性力の影響を排除して的確か
つ安定したキャッピング作業が得られるサーボキャッパ
を提供する。 【解決手段】キャッピング作業において、キャッピング
ヘッド１０の高さ位置を検出手段３により検出し、その
キャッピングヘッド１０の高さ位置が予め設定したキャ
ップ１１の底部が容器１２の口部上端部に接合する手前
の所定高さに一致した時点で、前記サーボモータ２の回
転速度を減速制御するとともに所定の締付けトルクに制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクリュキャップ
のキャッピングヘッドの回転駆動源としてサーボモータ
を用いたサーボキャッパに関する。より詳しくは、キャ
ッピング時におけるサーボモータの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】スクリュキャップのキャッピング作業
は、キャップの雌ネジ部が容器口部の雄ネジ部に食付く
ための食付き工程と、それらの雌ネジと雄ネジとの螺合
状態の下におけるねじ込み工程と、キャップの底部が容
器口部の上端部に接合した後、所定のトルクで締付ける
本締め工程とからなる。食付き工程では、キャップの雌
ネジ部を容器口部の雄ネジ部に強制的に食付かせるた
め、ある程度大きな回転力が必要とされる。これに対し
てねじ込み工程では、螺合部の摩擦抵抗に打勝ってねじ
込むだけでよいから比較的小さな回転力で足りる。一
方、本締め工程では、キャップの底部と容器口部の上端
部との接合部における摩擦抵抗に抗して最終的な閉栓状
態を得るための締付けトルクが必要とされる。しかし
て、中間のねじ込み工程においては、必要とされる回転
力、すなわち負荷が初めの食付き工程よりかなり小さく
なるため、その分キャッピングヘッドの回転速度が速く
なり慣性力も大きくなることになる。そのため、キャッ
プの底部と容器口部の上端部とが接合した際の急停止に
よって、前記慣性力が締付け力として作用し、場合によ
っては所定の締付けトルクより大きな締付け力が作用し
てしまうといった支障があった。特に、キャップや容器
口部にストッパを設けたタイプの場合には、その急激な
停止による慣性トルクによってストッパ部分などが破壊
されることもあった。

【０００３】そこで、最初の食付き工程では大きな指令
トルクによりモータを制御し、次のねじ込み工程では指
令トルクを下げ、その小さな指令トルクの下でキャップ
の底部と容器口部の上端部とが接合して回転が停止した
後、指令トルクを所定の締付けトルクに上げて締付け開
始から所定の回転角度だけ締付けることにより、前述の
キャッピングヘッド等の慣性力の影響を排除するという
技術手段を開示した（特公平５−６３３９９号公報）。
この従来技術によれば、キャッピングヘッド等の慣性力
の影響を確実に排除した状態で正確な閉栓トルクが得ら
れるが、目薬容器のキャップなどのように、両ネジ部の
食付きからキャップの底部と容器の口部上端部との接合
までの総螺入角、すなわちねじ込み工程にける総ねじ込
み回転角の小さいスクリュウキャップに対しては適用上
の難点があった。すなわち、総螺入角の小さいスクリュ
ウキャップにおいては、中間のねじ込み工程にかかる作
業時間がきわめて短いため、その間にモータに対する指
令トルクを下げるだけで、キャップの底部と容器口部の
上端部との接合時における慣性力の影響を安定的に排除
することは、技術的な困難を伴うという適用上の難点が
あった。また、近時のネックグリップのように、上部か
ら荷重をかけながら締付けるタイプのキャッパにおいて
は、ねじ込み中の螺合部の摩擦抵抗が大きくねじ込み工
程時の回転トルクも大きくなることから締め過ぎになり
やすかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来の技術的事情に鑑みて開発したもので、目薬容器
などのスクリュウキャップのように、キャップの雌ネジ
部と容器口部の雄ネジ部との食付きからキャップの底部
と容器口部の上端部との接合までの総螺入角の小さいス
クリュウキャップに対しても、簡単な制御構成によりキ
ャッピングヘッドなどの慣性力の影響を排除して的確か
つ安定したキャッピング作業が得られるサーボキャッパ
を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、キャップを把持するキャッピングヘッド
と、該キャッピングヘッドを回転するサーボモータと、
同キャッピングヘッドを昇降する昇降手段と、前記サー
ボモータを制御する制御手段を備え、該制御手段により
キャッピングヘッドに把持したキャップを容器口部に所
定のトルクで締付けるように制御するサーボキャッパに
おいて、前記キャッピングヘッドの高さ位置を検出する
検出手段を設け、該検出手段にて検出されるキャッピン
グヘッドの高さ位置が、予め設定したキャップの底部が
容器口部の上端部に接合する手前の所定高さに一致した
時点で、前記サーボモータの回転速度を減速制御すると
ともに締付けトルクを前記所定のトルクに制御するとい
う技術手段を採用した。本発明では、以上のように、キ
ャッピングヘッドの高さ位置を検出し、その検出結果
が、キャップの底部が容器口部の上端部に接合する手前
の所定高さに一致した時点で、サーボモータの回転速度
を減速制御して所定のトルクで締付けるという簡単な制
御構成により、キャッピングヘッド等の慣性力による締
め過ぎを確実に排除できるとともに、所定の締付けトル
クによる締付けを的確かつ速やかに行うことができる。
なお、キャッピングヘッドなどの慣性力の影響を排除す
るための減速制御が開始される前記所定高さに至るまで
は高速回転が継続されることから、高速度のキャッピン
グ作業が可能である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、目薬容器などのキャッ
プのように総螺入角の小さいスクリュウキャップに好適
であるが、これに限定されるものではなく、総螺入角の
大きいものにも適用が可能である。また、キャップの底
部にパッキン等を備えるかどうかに関わらず適用が可能
なことはいうまでもない。サーボモータに対する減速制
御は、キャッピングヘッドなどの慣性力による影響が実
質的に問題のない程度に減速できるものであればよく、
その具体的な制御方式に関しては自由な選択が可能であ
る。例えば、サーボモータの回転数を電圧により指令す
るとともに、ロータリエンコーダ等の検出手段により検
出される実際の回転数をフィードバックして電流を増減
することにより回転数制御を行うという制御方式を用い
て減速制御を実行することができる。また、締付けトル
クは、供給する電流の最大値、すなわち電流の制限値を
指令することにより、本締め工程時、すなわちサーボモ
ータにかかる締付け負荷が大きくなり、回転速度が下降
して停止する際のトルクを制御することにより実行でき
る。なお、その減速制御を開始するキャッピングヘッド
の所定高さは、キャップの底部と容器口部の上端部とが
接合する手前で、慣性力による影響を実質的に排除でき
る程度に減速するための時間的余裕を残した高さ位置で
あればよい。すなわち、その所定高さは、制御系の応答
速度によるが接合時点の近傍に設定されることになる。
なお、キャッピングヘッドの高さ位置を検出する検出手
段は、キャッピングヘッドが所定高さに位置するかをオ
ンオフ的に検出するものでも、その高さ位置を連続的に
検出するものでもよく、近接スイッチ等の電気的手段や
光学的手段、ポテンショメータなどの各種の検出手段の
使用が可能である。また、その検出手段の検出対象部位
は、必ずしもキャッピングヘッド自体のいずれかの部位
である必要はなく、結果的にキャッピングヘッドの高さ
位置が検出できるものであればよい。

【０００７】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例に関して
説明する。図１は本発明の構成要素を示した概略構成図
である。図中、１はサーボキャッパで、所要数のサーボ
モータ２を備えている。各サーボモータ２には、それぞ
れ後述のキャッピングヘッドの高さ位置、すなわち高さ
方向の位置を検出する適宜の検出手段３が対応して配設
されており、それぞれの検出結果を制御装置４に送信す
るように構成されている。制御装置４では、図２に示し
たように、それらの検出手段３からの検出結果が比較部
５に入力され、高さ位置記憶部６に予め設定記憶したキ
ャッピングヘッドの所定高さＨｓと比較して、モータ指
令部７を介して各サーボモータ２を個別的に回転速度及
び回転トルクを制御し得るように構成されている。な
お、検出手段３の形態が、キャッピングヘッドが所定高
さＨｓに降下したこと自体をオンオフ的に検出するタイ
プの場合には、比較部５及び高さ位置記憶部６は省略可
能である。モータ指令部７には、データ記憶部８及びエ
ンコーダ９が接続されている。データ記憶部８には、サ
ーボモータ２の回転速度制御や回転トルク制御に必要な
制御データや、それらの制御データとキャップの種類と
の対応関係などが記憶されており、各サーボモータ３に
対する制御指令に当っては、キャップの種類に対応した
回転速度制御や回転トルク制御に関する制御データを呼
出して当該制御を実行し得るように構成されている。な
お、エンコーダ９は、回転テーブル等のサーボキャッパ
１としての運転角度を検出してそれぞれのキャッピング
作業の進行状態を監視するためのものである。例えば、
あるサーボモータ２が前記本締め工程を実行する運転角
度に位置するにも拘らず、キャッピングヘッドの高さが
所定高さＨｓに下降していない場合などには、食付き工
程ないしねじ込み工程に関して何らかの異常が生じたも
のと判断してキャッピング作業を中止したり当該容器を
排除する等の処置を講じるように構成することができ
る。

【０００８】図３は本発明を適用した一実施例の要部を
示した縦断面図である。図中、１０はキャップ１１を把
持して容器１２の口部へキャッピングするキャッピング
ヘッドである。このキャッピングヘッド１０は、エア駆
動方式等の適宜の把持機構を備えており、その把持機構
によってキャップ１１を把持しながら回転軸１３を介し
て回転駆動されるように構成されている。回転軸１３は
支持体１４により回転自在に支持され、その上部はスプ
ライン結合等を介して軸線方向に摺動可能に連結された
駆動軸１５を介して前記サーボモータ２に接続されてい
る。また、支持体１４は、カム板１６の外周面に形成さ
れたカム溝１７に嵌合したカムフォロア１８を備えた昇
降手段１９により昇降可能に支持されている。それらの
キャッピングヘッド１０、回転軸１３、支持体１４、駆
動軸１５等からなるキャッピング機構は、円周上に所定
間隔をあけて所要数配設され、それぞれの支持体１４部
分を回転板２０に形成された挿通孔２１に貫通して前記
昇降手段１９により前記運転角度に応じて昇降するよう
に構成されている。また、それぞれの駆動軸１５に連結
された各サーボモータ２は、回転支持板２２上に所定間
隔をあけて固定されている。なお、本実施例では、容器
１２の首部を嵌合支持する回転支持板２３上に各キャッ
ピングヘッド１０に対応してそれらの高さを検出する適
宜方式の検出手段３が配設され、キャッピングヘッド１
０の適宜部位の高さ位置を連続的に検出したり、あるい
はキャッピングヘッド１０の適宜部位が前記所定高さＨ
ｓまで下降したことを検出するように構成されている。

【０００９】しかして、前記キャッピングヘッド１０
は、前回のキャッピング作業の終了後の適宜のタイミン
グでキャップ１１を把持し、回転テーブル２４上に導入
される容器１２に同期して移動しながら、前記カム溝１
７とカムフォロア１８とからなるカム機構に誘導されて
降下する。そして、キャッピングヘッド１０が所定の位
置まで下降された時点でサーボモータ２の回転が開始さ
れる。その場合のサーボモータ２に対する指令トルク
は、前記制御装置４により適宜のトルクに設定される。
その状態で更にキャッピングヘッド１０が下降され、キ
ャップの雌ネジ部が容器口部の雄ネジ部に対して食付く
ための食付き工程が開始される。この場合、サーボモー
タ２に対する指令トルクを例えば本締め工程時の締付け
トルクより大きく設定すれば、大きな回転トルクによる
確実な食付き動作が得られる。

【００１０】前記食付き工程が完了するとねじ込み工程
に入る。このねじ込み工程では、両ネジ部の螺合部に生
じる摩擦抵抗が作用するだけであるから、キャッピング
ヘッド１０の回転速度は上昇し、高速のねじ込み動作が
得られる。以上のねじ込み工程が進み、キャッピングヘ
ッド１０が更に下降して、前記検出手段３の検出方式に
応じ、検出されたキャッピングヘッド１０の高さ位置が
前記制御装置４の高さ位置記憶部６に記憶した所定高さ
Ｈｓに一致した時点、あるいは前記検出手段３によって
キャッピングヘッド１０の高さ位置が所定高さＨｓまで
下降したことが検出された時点で、前記制御装置４を介
してサーボモータ２に対して回転速度を減速するための
指令と所定の締付けトルクで締付けるための指令が出力
される。これにより、サーボモータ２の駆動状態、すな
わちキャッピングヘッド１０の回転状態が、キャップ１
１の底部が容器１２の口部上端部に接合する時点あるい
はそれより前に、キャッピングヘッド１０等の慣性力の
影響が実質的に問題のない程度に減速されるとともに、
指令トルクが次の本締め工程に備えて所定の締付けトル
クに制御される。したがって、本締め工程では、前記慣
性力の排除された状態で所定の締付けトルクによる正確
な本締め動作が得られることになる。

【００１１】図４及び図５は本発明の他の実施例の要部
を示した部分拡大縦断面図である。図示のように、これ
らの実施例では、キャッピングヘッド１０の回転軸１３
とサーボモータ２の出力軸２５に自在継手２６等を介し
て接続された駆動軸１５とを該駆動軸１５の外周面に形
成したスプライン歯に係合するスプライン歯を内周面に
形成したスプライン筒体２７を介して軸方向に摺動可能
に連結し、その状態で案内用ロッド２８によって上下に
案内される支持体１４内に内装して図示しない昇降手段
によって昇降するように構成されている。なお、図中、
２９はキャッピングヘッド１０内のチャック部材３０駆
動用のエア供給管で、前記回転軸１３の内部に形成され
た通路を介して駆動エアをキャッピングヘッドに供給す
るように構成されている。

【００１２】次に以上の他の実施例のキャッピングヘッ
ド１０の高さ位置を検出する検出手段に関して説明す
る。図４の実施例においては、前記案内用ロッド２８の
下部を支持する回転板３１の適宜部位に取付け金具３２
を介してポテンショメータ３３を装着するとともに、そ
のポテンショメータ３３の検出子をキャッピングヘッド
１０の適宜部位に回転自在に取着された当て板３４に当
接させてキャッピングヘッド１０の高さ位置を検出する
ように構成している。なお、図中、３５は当て板３４に
形成した挿通孔に貫通した案内用ロッドである。また、
図５の実施例においては、前記ポテンショメータ３３に
替えてレーザ光などを用いた検出手段３６を採用し、キ
ャッピングヘッド１０の適宜部位に取着した平板３７と
の距離をレーザ光等により測定することにより、無接触
でキャッピングヘッド１０の高さ位置を検出し得るよう
に構成している。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を得ることが
できる。 （１）キャッピングヘッドの高さ位置を検出し、その検
出結果によりサーボモータの回転速度を減速制御すると
ともに、締付けトルクを所定のトルクに制御するという
制御構成を採用したので、簡単な制御構成によって、的
確かつ速やかに所定の締付け状態を得ることができる。 （２）総螺入角の小さいキャップに対しても、キャッピ
ングヘッド等の慣性力による影響を確実に排除して所定
のトルクによる的確かつ安定的な締付けが可能である。 （３）キャッピングヘッドなどの慣性力の影響を排除す
るための減速制御が開始される所定高さに至るまでは高
速回転が継続されるので、高速のキャッピング作業が可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成要素を示した概略構成図であ
る。

【図２】 制御装置のブロック構成図である。

【図３】 本発明の一実施例の要部を示した縦断面図で
ある。

【図４】 本発明の他の実施例の要部を示した部分拡大
縦断面図である。

【図５】 本発明の他の実施例の要部を示した部分拡大
縦断面図である。

【符号の説明】

１…サーボキャッパ、２…サーボモータ、３…検出手
段、４…制御装置、５…比較部、６…高さ位置記憶部、
７…モータ指令部、８…データ記憶部、９…エンコー
ダ、１０…キャッピングヘッド、１１…キャップ、１２
…容器、１３…回転軸、１４…支持体、１５…駆動軸、
１６…カム板、１７…カム溝、１８…カムフォロア、１
９…昇降手段、２０…回転板、２１…挿通孔、２２…回
転支持板、２３…回転支持板、２４…回転テーブル、２
５…出力軸、２６…自在継手、２７…スプライン筒体、
２８…案内用ロッド、２９…エア供給管、３０…チャッ
ク部材、３１…回転板、３２…取付け金具、３３…ポテ
ンショメータ、３４…当て板、３５…案内用ロッド、３
６…検出手段、３７…平板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャップを把持するキャッピングヘッド
   と、該キャッピングヘッドを回転するサーボモータと、
   同キャッピングヘッドを昇降する昇降手段と、前記サー
   ボモータを制御する制御手段を備え、該制御手段により
   キャッピングヘッドに把持したキャップを容器口部に所
   定のトルクで締付けるように制御するサーボキャッパに
   おいて、前記キャッピングヘッドの高さ位置を検出する
   検出手段を設け、該検出手段にて検出されるキャッピン
   グヘッドの高さ位置が、予め設定したキャップの底部が
   容器口部の上端部に接合する手前の所定高さに一致した
   時点で、前記サーボモータの回転速度を減速制御すると
   ともに前記所定のトルクでキャップを締付けることを特
   徴とするサーボキャッパ。