JP2006335385A - キャッピング方法とキャッピング装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 制御装置１２は、最終締め付けトルクＴｓよりも大きな基準トルクＴｃとなるまで巻き締め方向にキャッピングヘッド６を回転させて停止させる。これによりキャップ３が容器２の口部２Ａに螺合されるが、その過程において最終締め付けトルクＴｓが得られたキャッピングヘッド６の回転角度位置も角度記憶部１２Ｄに記憶しておく。
次に、キャッピングヘッド６を上記停止位置から上記最終締め付けトルクＴｓが得られた回転角度位置まで所要回転角度だけ逆転させて、容器２へのキャップ３の取付を終了する。
【効果】 インナーリング３Ｄを有するキャップ３であっても、上記インナーリング３Ｄを容器２の口部２Ａの内周に確実に嵌着させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はキャッピング方法とキャッピング装置に関し、より詳しくは、例えば内部の天面にインナーリングを形成したキャップであっても確実に容器の口部に取り付けることが可能なキャッピング方法とキャッピン装置に関する。

従来、サーボモータによってキャッピングヘッドを駆動させるようにしたキャッピング装置において、上記サーボモータの出力トルクをモニタリングしながら上記出力トルクが所定値となるまでキャップ巻き締め方向に回転させて容器に巻締めする技術は広く知られている（例えば特許文献１）。
また、一旦、所定の最終巻き締めトルクよりも大きな限界トルクまでキャップを巻き締め方向に回転させた後に、予め実験で求めた回転角度だけキャップを逆転させてキャップの取付を終了するようにしたキャッピング方法も知られている（例えば特許文献２）。
特開２００３−８１３８７号公報 米国特許明細書第５，３２１，９３５号

ところで、本願の図２に示したように、従来から内部の天面にインナーリング（３Ｄ）を形成したスクリューキャップは知られており、このようなキャップを容器の口部に取り付ける際には次のような問題が指摘されていた。
すなわち、従来、加熱した充填液を容器に充填した後に該容器の口部にインナーリングを有するキャップを取り付ける場合がある。例えば充填液を９０℃程度まで熱した状態において容器内に充填した後に、容器の上端口部にインナーリングを有するキャップを取り付ける場合には、容器内に高温の充填液を充填して口部にキャップを取り付けた後に、容器を転倒させて容器内の高温の液体をキャップの内面に接触させてその部分の殺菌を行うことがある。
この場合、それ以前に常温でキャップは容器の口部に取り付けられているので、上述したように容器を転倒させてキャップの内面に高温の充填液が接触すると、キャップは急激に温度が上昇することになり、それに伴ってキャップそのものに応力緩和が起こる。
そこで、上述したような高温の充填液を容器に充填する『ホット充填』に使用されるキャップは、上述したような応力緩和が起こっても、容器の口部における内周面にインナーリングが密着できるように該インナーリングに十分な剛性を持たせて設計されている。そのため、上述したホット充填時の容器にインナーリングを有するキャップを取り付けようとすると、インナーリングを嵌着する際の閉栓トルクが大きくなり、場合によっては予め定めた最終締め付けトルクよりも大きな閉栓トルクでキャップを締め付けないと、インナーリングが容器の口部の内周（図２の２Ｃ）に確実に嵌着されないという問題点があった。
なお、上記特許文献２のキャッピング方法を用いてインナーリングを有するキャップを容器に取り付ける場合においては次のような欠点が生じる。
すなわち、特許文献２に示したキャッピング方法においては、最終締め付けトルクよりも大きな限界トルクまで一旦キャップを巻き締め方向に巻き締めた後に、予め実験によって求めた回転角度だけキャップを逆転させている。そのため、この特許文献２のキャッピング方法においては、各種のキャップごとに事前の実験を行う必要があり、またそれぞれのキャップに応じて、キャップの回転角に対する閉栓トルクの変化量が異なるので、取り付け終了時の閉栓トルクにばらつきが生じて、高精度なキャップの取付を行うことが困難である。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、キャップを回転させて容器の口部に取り付けるキャッピング方法において、
予め定めた所定の最終締め付けトルクよりも大きな基準トルクに到達するまでキャップを巻き締め方向に回転させて、上記キャップが巻き締め方向に回転される際の回転角度および各回転角度位置における閉栓トルクを求めるとともに、上記最終締め付けトルクが得られたキャップの回転角度位置を求めて、
上記キャップの閉栓トルクが上記基準トルクに到達したらキャップの回転を停止させ、次に該キャップの停止位置から上記最終締め付けトルクが得られた回転角度位置までキャップを巻き締め方向とは逆方向に所要角度だけ回転させてキャップの取付を終了することを特徴とするキャッピング方法。
また、請求項３に記載した第２の本発明は、キャップを保持して回転するキャッピングヘッドと、キャッピングヘッドを正逆方向に回転させるモータと、このモータの作動を制御する制御装置と、上記キャッピングヘッドの出力トルクを検出するトルク検出手段と、上記キャッピングヘッドの回転角度を検出する角度検出手段とを備え、容器の口部にキャップを取り付けるキャッピング装置において、
上記制御装置は、所定の最終締め付けトルクよりも大きな基準トルクを記憶するトルク記憶手段を備えるとともに、上記キャッピングヘッドの回転角度を記憶する角度記憶手段とを備えて、
上記制御装置は、上記モータを介して上記基準トルクに到達するまでキャッピングヘッドをキャップの締め付け方向に回転させて、該キャッピングヘッドの出力トルクが上記基準トルクに到達したらキャッピングヘッドを停止させ、次に上記モータを介してキャッピングヘッドを上記停止位置から上記最終締め付けトルクが得られた回転角度位置まで締め付け方向とは逆方向に所要角度だけ回転させて容器の口部にキャップを取り付けるようにしたものである。

上述した構成によれば、上記基準トルクによってキャップを締め付け方向に回転させてから上記最終締め付けトルクでキャップの取付を終了するので、インナーリングを備えたキャップであっても確実に容器の口部に取り付けることができる。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、１は容器２の口部２Ａにキャップ３を取り付ける回転式のキャッピング装置である。
このキャッピング装置１は、容器２を載置する複数の載置台４を備えるとともに、各載置台４ごとに容器２を把持するグリッパ５を備えている。上記載置台４とグリッパ５は、図示しない回転体の円周方向等間隔位置に設けてあり、各載置台４の直上位置にキャップ３を保持して回転するキャッピングヘッド６を設けている。このキャッピングヘッド６は、例えばエア圧を利用してキャップ５を把持する従来周知のエアーチャックから構成することができる。

上記キャッピングヘッド６は、上下一対の部材からなるスプライン軸７を介してトルクモータ８に連動させている。このトルクモータ８は、上記回転体の回転に伴って図示しない昇降機構によって昇降されるようになっている。
上記トルクモータ８は通常では上昇端位置に位置しており、またキャッピングヘッド６は上記スプライン軸７が最も上下方向に伸びた状態の下降端位置に位置しており、キャッピングヘッド６はその状態のままトルクモータ８の昇降に伴なって昇降されるようになっている。そしてトルクモータ８が降下されてキャッピングヘッド６に把持したキャップ５が容器２の口部２Ａの上端に嵌合され、それによってキャッピングヘッド６の降下が停止されても、上記スプライン軸７によってさらにトルクモータ８が降下できるようになっている。

上記トルクモータ８には、該トルクモータ８の回転数を検出するロータリーエンコーダ１１を設けてあり、このロータリーエンコーダ１１によって検出したトルクモータ８の回転数は制御装置１２の角度検出部１２Ａに入力されるようになっている。この角度検出部１２Ａは、ロータリーエンコーダ１１から入力される検出信号を角度に変換してトルクモータ８の回転角度を検出できるようになっている。
また、上記トルクモータ８には電圧計１３を接続してあり、この電圧計１３によってトルクモータ８が作動される際の電圧を計測できるようになっている。電圧計１３によって検出したトルクモータ８の電圧は、制御装置１２のトルク検出部１２Ｂへ入力されるようになっている。このトルク検出部１２Ｂは、上記電圧計１３によって検出したトルクモータ８の電圧を基にして該トルクモータ８の出力トルク、つまりキャッピングヘッド６の出力トルクを検出し、それを制御部１２Ｃへ入力するようになっている。
制御装置１２の制御部１２Ｃは、上記トルクモータ８を所要の指令トルクによって正逆に回転させてキャッピングヘッド６を所要の出力トルクで正逆に回転させるようになっている。

図２に示すように、容器２の口部２Ａの外周面には螺旋状のおねじ部２Ｂを形成してあり、他方、キャップ３の内周面には上記容器２のおねじ部２Ｂが螺合されるめねじ部３Ａを形成している。また、キャップ３における内方の天面３Ｂには、環状のアウターリング３Ｃとインナーリング３Ｄとを同心円上の位置に設けている。このようにキャップ３は、アウターリング３Ｃとインナーリング３Ｄとを備えており、本実施例においては、キャップ３を容器２の口部２Ａに取付ける際には、図２に示したように、上記インナーリング３Ｄが容器２の口部２Ａにおける内周面の上端２Ｃに確実に嵌着され、かつ口部２Ａの上端部が両リング３Ｃ、３Ｄ間の天面３Ｂに密着されるようにしている。

そのために本実施例においては、制御装置１２を以下のように改良している。 すなわち、図１に示すように、本実施例の制御装置１２は、上記トルクモータ８を所要の指令トルクによって正逆に回転させる上記制御部１２Ｃと、上述した角度検出部１２Ａおよびトルク検出部１２Ｂとを備えるとともに、角度記憶部１２Ｄおよびトルク記憶部１２Ｅとを備えている。
角度記憶部１２Ｄは、キャッピングヘッド６が巻き締め方向に回転される際の回転角度と各回転角度位置におけるキャッピングヘッド６の出力トルク（閉栓トルク）を記憶するようになっている。
また、トルク記憶部１２Ｅは、上記角度記憶部１２Ｄによって出力トルクの記憶を開始するための角度検出開始位置となる検出開始トルクＴａと、キャップ３を容器２の口部２Ａに取り付けるための最終的なトルクである最終締め付けトルクＴｓと、さらにこの最終締め付けトルクＴｓよりも大きなトルクである基準トルクＴｃとを予め記憶するようになっている（図３参照）。
本実施例における基準トルクＴｃの値は、上記最終締め付けトルクＴｓよりも大きく、かつ、インナーリング３Ｄを容器２の口部２Ａの内周に完全に嵌着するために必要な所定トルクＴｈよりも大きなトルクの値に設定している。

以上のように構成した本実施例の作動を説明する。
先ず、キャッピングヘッド６によって上記インナーリング３Ｄを有するキャップ３を容器２の口部２Ａに取り付ける際には、図示しない昇降機構によってトルクモータ８およびキャッピングヘッド６を下降させて、該キャッピングヘッド６に保持したキャップ３を容器２の口部２Ａに上方側から嵌合させる。
この状態から制御装置１２の制御部１２Ｃがトルクモータ８を巻き締め方向に回転させるので、キャップ３を保持したキャッピングヘッド６も巻き締め方向に回転される。これにより、キャッピングヘッド６に保持されたキャップ３のめねじ部３Ａが容器２のおねじ部２Ｂに対して螺合されていく。

このようにして螺合が進行することに伴って、キャップ３およびキャッピングヘッド６の回転角度は角度検出部１２Ａによって検出されて制御部１２Ｃへ入力されるとともに、キャッピングヘッド６の出力トルク（閉栓トルク）はトルク検出部１２Ｂによって検出されて制御部１２Ｃに入力されている。また、上記キャッピングヘッド６が回転を開始してから容器２の口部２Ａに対するキャップ３の螺合が進行することに伴って、図３に示すようにキャッピングヘッド６の出力トルクは上昇していく。
そして、このキャピングヘッド６の出力トルクが予めトルク記憶部１２Ｅに記憶した検出開始トルクＴａとなると、角度記憶部１２Ｄはその時点から上記キャッピングヘッド６の回転角度と各回転角度位置におけるキャッピングヘッド６の出力トルク、つまり閉栓トルクの記憶を開始する。

さらにキャップ３の容器２の口部２Ａへの螺合が進行し、キャッピングヘッド６の出力トルクが上記トルク記憶部１２Ｅに記憶した基準トルクＴｃに到達するまでキャッピングヘッド６が締め付け方向に回転される。そして、その過程において、上記角度記憶部１２Ｄは、キャッピングヘッド６の回転角度と該回転角度位置におけるキャッピングヘッド６の出力トルクを記憶し、かつ、その過程において最終締め付けトルクＴｓが得られたキャッピングヘッド６の回転角度θsの位置も角度記憶部１２Ｄが記憶するようになっている。
この後、制御部１２Ｃは、上記トルク検出部１２Ｂからの入力を介して、キャッピングヘッド６の出力トルクが予め記憶した基準トルクＴｃに到達したことを確認したら、一旦トルクモータ８の作動を停止させる。また、それとともにトルクモータ８が停止した際の回転角度θｃの位置を上記角度記憶部１２Ｄによって記憶する。
この後、制御装置１２の制御部１２Ｃは，トルクモータ８を締め付け方向とは逆方向に回転させて、上記回転角度θｃの位置から上記最終締め付けトルクＴｓが得られた回転角度θｓの位置まで所要角度だけキャッピングヘッド６を開栓方向へ逆転させてからトルクモータ８の作動を停止させる。
これにより、最終締め付けトルクＴｓによってキャップ３が容器２の口部２Ａに取り付けられる（図２参照）。

このように、本実施例においては、先ずキャッピングヘッド６を締め付け方向に回転させる際には、最終締め付けトルクＴｓおよびインナーリング３Ｄを容器２の口部２Ａに嵌着するために必要な所定トルクＴｈよりも大きな基準トルクＴｃに到達するまでキャップ３を回転させる。基準トルクＴｃは、インナーリング３Ｄを容器２の口部に嵌着するのに要する所定トルクＴｈよりも大きなトルク値となっている。
そのため、キャッピング終了時においては、容器２のおねじ部２Ｂがキャップ３のめねじ部３Ａに確実に螺合されるとともに、容器２の口部２Ａにおける内周面の上端２Ｃにインナーリング３Ｄが確実に挿入されて嵌着され、しかも容器２の口部２Ａの上端も両リング３Ｃ、３Ｄ間の天面３Ｂに密着するようになっている（図２参照）。
上述したように本実施例においては、キャップ３の取り付け終了時において、確実に最終締め付けトルクＴｓで取り付けが終了するようになっている。したがって、本実施例においては、高精度で確実なキャッピングを行うことが可能である。

上述した本実施例に対して、特許文献２の米国公報のキャッピング方法においては、先ず締め付け方向に限界トルクまでキャップを回転させてから、予め実験によって得られた回転角度だけキャップを逆転させてキャッピングを終了するようにしている。この場合には、予めキャップの種類に応じて実験を行う必要があるので、そのような実験が煩雑となり、しかも実際にキャッピングを行う際には各々のキャップと容器に応じて最終締め付けトルクにばらつきがあるので、高精度なキャッピングを行うことが困難である。
そして、キャップを締め付ける際の閉栓トルクと、キャップを逆転させて緩める際の開栓トルクは、同じ回転角度位置でも同一にはならない。そのため、上記米国公報のキャピング方法において、限界トルクまで締め付け方向に一旦締め付けてからキャップを逆転させて緩めながらキャッピングヘッドの開栓トルクを把握しながら、それが希望とする最終の締め付けトルクとなるところでキャッピングを終了したとしても、そのキャッピング終了時のトルクは目標とした最終の閉栓トルクの値と同一にはならない。
このように、米国公報のキャッピング方法においては、高精度なキャッピングを行うことが困難であるが、上述した本実施例によれば、高精度キャッピングを行うことができる。

なお、上述した実施例においては、検出開始トルクＴａを設定して、そこからのキャッピングヘッド６の回転角度を求めるようにしているが、キャッピングヘッド６に保持したキャップ３を容器２の口部２Ａに被せてキャッピングヘッド６を回転させた時点（キャッピング開始時点）からキャッピングヘッド６の回転角度を求めるようにしても良い。
また、上述した実施例は、本発明を回転式のキャッピング装置１に適用した場合について説明したが、ライン式やロータリー式のキャッピング装置にも本発明を適用することが可能であり、さらにキャッピングヘッドが１つだけのあるいは複数備えたキャッピング装置にも本発明を適用することができる。

本発明の一実施例を示す全体の構成図。 図１に示したキャップを容器の口部に取り付けた状態を示す断面図。 図１に示したキャッピング装置によってキャッピングを行う際のキャッピングヘッドの出力トルクと回転角度との関係を示す図。

符号の説明

１…キャッピング装置 ２…容器
２Ａ…口部 ３…キャップ
３Ｂ…天面 ３Ｄ…インナーリング
６…キャッピングヘッド ８…トルクモータ
１１…ロータリーエンコーダ（角度検出手段）
１３…電圧計（トルク検出手段）
１２…制御装置 １２Ｄ…角度記憶部
１２Ｅ…トルク記憶部 Ｔｓ…最終締め付けトルク
Ｔｃ…基準トルク

Claims (4)

1. キャップを回転させて容器の口部に取り付けるキャッピング方法において、
   予め定めた所定の最終締め付けトルクよりも大きな基準トルクに到達するまでキャップを巻き締め方向に回転させて、上記キャップが巻き締め方向に回転される際の回転角度および各回転角度位置における閉栓トルクを求めるとともに、上記最終締め付けトルクが得られたキャップの回転角度位置を求めて、
   上記キャップの閉栓トルクが上記基準トルクに到達したらキャップの回転を停止させ、次に該キャップの停止位置から上記最終締め付けトルクが得られた回転角度位置までキャップを巻き締め方向とは逆方向に所要角度だけ回転させてキャップの取付を終了することを特徴とするキャッピング方法。
2. 上記キャップは、内方の天面にインナーリングを備えており、上記基準トルクは、上記インナーリングを容器の口部の内周に嵌着させるために必要な所定トルクよりも大きなトルク値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のキャッピング方法。
3. キャップを保持して回転するキャッピングヘッドと、キャッピングヘッドを正逆方向に回転させるモータと、このモータの作動を制御する制御装置と、上記キャッピングヘッドの出力トルクを検出するトルク検出手段と、上記キャッピングヘッドの回転角度を検出する角度検出手段とを備え、容器の口部にキャップを取り付けるキャッピング装置において、
   上記制御装置は、所定の最終締め付けトルクよりも大きな基準トルクを記憶するトルク記憶手段を備えるとともに、上記キャッピングヘッドの回転角度を記憶する角度記憶手段とを備えて、
   上記制御装置は、上記モータを介して上記基準トルクに到達するまでキャッピングヘッドをキャップの締め付け方向に回転させて、該キャッピングヘッドの出力トルクが上記基準トルクに到達したらキャッピングヘッドを停止させ、次に上記モータを介してキャッピングヘッドを上記停止位置から上記最終締め付けトルクが得られた回転角度位置まで締め付け方向とは逆方向に所要角度だけ回転させて容器の口部にキャップを取り付けることを特徴とするキャッピング装置。
4. 上記キャップは、内方の天面にインナーリングを備えており、上記基準トルクは、インナーリングを容器の口部内周に嵌着させるために必要な所定トルクよりも大きなトルク値に設定されていることを特徴とする請求項３に記載のキャッピング装置。

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