JP2011195194A - キャップ姿勢調整機及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内ネジ式キャップの斜め巻き不良を解決するために、キャップの巻き締めに先立って、内ネジの開始位置を検知し、それを容器口栓オスネジ最上部のネジ開始点と一定の位置関係に整える方法を開発すること
【解決手段】内ネジ式キャップを対象にして、キャップの開口部を下向きに定置する機構と、レーザーセンサーまたはＣＣＤカメラを使った機構を使用して、内ネジ開始点の位置を検出して、それを所望の一定位置に整える。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばポリエチレン製の１８リットルポリ缶や樹脂製袋にオスネジ口栓を付けたバックインボックス用袋（以下ＢＩＢという）やオスネジ口栓ＰＥＴボトルなどの容器の口栓に、内ネジ式キャップを正しく巻き締めるために、キャップの開口部を下にした状態でのキャップ内ネジ最下部のねじの開始点が、口栓上部のオスネジ開始点に対して、適正な位置で置けるようにする、キャップ姿勢調整機及びその使用方法に関する。

従来からたとえば工業薬品や飲料などは、ポリ容器やＢＩＢやＰＥＴボトルなどに充填されて市場に供給されてきた。この充填は多くの場合に、液体製品が自動的に容器に計量充填され、キャップも自動的に巻き締める自動機が用いられる。この工程の中のキャップ巻き締めが不完全であると、輸送中などに充填した液が漏れるなどの問題を起こす。

この巻き締め不良の多くは、容器の口栓とキャップが正しい姿勢関係をとらない、とりわけ口栓とキャップの平行関係が保たれないで巻き締められることから発生すると考えられてきた。

先行技術の例を参考文献として示す。
１ 特許公開平９−１１８３９２
２ 実用新案公開平７−３１６９３

第一の参考文献においては、キャップを容器の口栓に巻き締める前工程で、キャップの水平面を確保する方策を講じてキャップを口栓に巻き込む方法である。

第二の参考文献においては、容器口栓にキャップを巻き締める装置であるキャッパーにおいて、キャップを巻き締める部品であるヘッドに、キャップが水平に取り付けられるようにする部品を設置し、キャップの水平を保って巻き締める方法である。

このように、この二つの参考文献においても、斜め巻き対策として、キャップと容器口栓と位置関係すなわち、口栓の中心軸とキャップの回転軸を一致させるように中心を合わせ、口栓の上部開口面とキャップの開口部の平面との水平を確保することが重要であるとしている。

しかし本発明者は改めて巻き締め不良の発生原因を追究したところ、別の原因があることを発見した。すなわち容器口栓に開口部を下にしてキャップを重ね合わせたときに、キャップの回転方向で見て、口栓オスネジの開始点が先で待ち受け、キャップメスネジの開始点がその直前にあるという位置関係で、巻き締めが始まることがより重要である。

その概念図を図４〜６に示した。図４は重ね合わせる前の容器口栓（下）と内ネジキャップ（上）の図である。図５は、適切な状態に重ね合わせたときの姿であって、キャップの回転方向（右から左）で見て口栓オスネジの開始点が先で待ち受け、キャップのメスネジ開始点がその直前にある姿である。

このような位置関係にあると、両者は同時に高さの関係で、メスネジ開始点がオスネジ開始点より低い位置になり、その結果キャップが巻かれると自然にそのメスネジの開始点が口栓オスネジの開始点の下に巻き込まれることになる。このときは結果的に口栓開口部の平面がキャップの面と並行になるが、重要なのはあくまでオスネジの開始点が先で待ち受け、メスネジの開始点の直前にある、さらにいえばオスネジ開始点がメスネジ開始点より高い位置にあることである。

もし図６のように、口栓オネジの開始点より先の位置に、キャップのメスネジ開始点が置かれると、キャップを巻き締めていっても、キャップが約１回り弱しないと、メスネジが口栓のオスネジ開始点近くに来ない。しかもこれを水平に回すかぎり、口栓のオスネジ先端はメスネジの先端より低い位置にあるので、巻き締めは起こりにくい。ネジをかみ合わせるには、さらにメスネジの開始点を下方向に異動させることが必要になる。それはネジとネジとの接触点でのこすれや、容器下部の変形を生じさせ、スムースなネジのかみ合いを阻害する。

しかも、図６のような重なり方では、実はキャップの手前側が高く奥側が低くなり、キャップが傾斜した状態で口栓に乗ることになる。このような水平でないキャップを水平にして巻き締めるには、手前側をそのままにして奥側を持ち上げながらキャップを水平に回さなければならない。しかも先に述べたように水平に回すだけでは不足で、徐々に下方向にキャップを押し下げるコントロールも必要になる。
つまりネジ開始点同士の位置が不適切に離れてしまうと、キャップを平行にまわそうとしても、きわめて微妙なコントロールが必要になり、オスネジとメスネジがスムースにかみ合う可能性が低下し、巻き締め不良の発生につながってしまうのである。

以上のような考えに立つなら、内ネジ式キャップの巻き締め不良を解決する有力な方法は、まき締めがはじまる前に、口栓オスネジの開始点が待ち受けていて、その直前の位置に内ネジキャップの開始点をもってくることいえる。

幸いに液体充填に用いられる樹脂製容器類では、口栓の最上部にあるオスネジ開始位置が、メーカーの品種ごとに一定に作られている。したがって液体充填機に容器をセットするときに容器セットの方向を一定にしさえすれば、口栓オスネジの開始点を一定位置にすることができる。

したがって口栓上でオスネジの開始点とメスネジの開始点の位置関係を一定にするには、キャップ一つ一つのメスネジ開始点の位置を知り、すでに一定位置にある口栓のオスネジ開始点の直前に持ってくるという、キャップ側だけの調整作業を行えばいいことになる。

さらにいうなら、最近の全自動液体充填・まき締め機は、自動的に容器の口栓の上に、キャップを運びそれを回す。したがって、あらかじめキャップの内ネジの開始位置を知ることができれば、キャップを口栓上に運ぶ過程で、その情報を使ってネジ開始位置を適切な位置に回して合わせ、巻き締めにつなげることは容易にできる。

本発明者は以上のような発見と考察にもとづき、次のような課題に取り組んだ。すなわち、内ネジ式キャップの斜め巻き不良を解決するために、キャップの巻き締めに先立って、内ネジの開始位置を検知し、それを容器口栓オスネジ最上部のネジ開始点と一定の位置関係に整える方法を開発することである。

本発明は次の３つの発明からなる。
第１の発明は、内ネジ式キャップを、開口面を下に向けて定置して水平回転させる機構と、水平回転しているキャップの内ネジ最下端部に下方からレーザー光を照射して距離を測定するレーザーセンサー機構と、その機構から得られる距離情報にもとづいてキャップの水平回転を所望の一定位置に停止させる機構からなる装置である。

第２の発明は内ネジ式キャップを、開口部を下に向けて定置する機構と、下方からキャップ内を撮影し、その画像情報を分析し発信する機構からなる装置を使用して、内ネジ開始点の位置を知る方法、ならびにその位置情報を用いて、内ネジ式キャップの内ネジ開始点を所望の一定位置に整える方法である。

第３の発明は、開口部を下に向けた状態でのキャップの天面に、内ネジ開始点の位置を示すマークをキャップ製造時に設置した内ネジ式キャップを対象にして、それを開口部を下にして定置する機構と、上方からその天面を撮影し、その画像情報を解析し発信する機構からなる装置を使用して、内ネジ開始点の位置を知る方法、ならびにその位置情報を用いて、内ネジ式キャップの内ネジ開始点を所望の一定位置に整える方法である。

以下に発明を詳しく説明する。第１の発明でいう、内ネジ式キャップを、開口面を下に向けて定置して水平回転させる機構とは、下方から上方にレーザー光を通過して照射できるキャップの外径よりやや小さい穴を設置した、キャップを載せて回転できる回転動力と結合した平板、あるいは開口部を下向きにした状態でキャップを、吸着パッドやチャックなどで保持して、空中でレーザー光を下から照射でき、モーターなどを取り付けて水平回転ができる搬送アームなどに代表される搬送手段をいう。またここでいう水平回転は照射するレーザー光がねじらせんから外れないような回転精度であること必要がある。

第１の発明でいう距離を測定するレーザーセンサー機構とは、センサーとキャップ内ネジ最下端との距離を測定する反射型レーザーセンサーが取り付けられている機構をいう。そのレーザー光線のスポット径は、レーザー光線が照射されたときに、そのスポットがネジ螺旋から外れないような大きさであることとが必要で、おおむね直径が３ミリ以下である。

第１の発明でいうその機構から得られる距離情報にもとづいてキャップの水平回転を所望の一定位置に停止させる機構とは、開口部を下に定置されているキャップの水平回転を開始させ、レーザーセンサーでセンサーとネジ最下端の間の距離を連続的に測定させ、その測定値あるいはその微分演算などの処理値が、定められた判断基準値を前後したかどうかを判定し、その結果を基にして水平回転の停止を回転動力に対して指示する機構である。それは通常センサーヘッド部、センサーアンプ部、プログラマブルコントローラー、リレー類からなる。

第一の発明でいう所望の一定位置とは、内ネジ開始点を一定位置に整えられたキャップを、適切な搬送手段によってオスネジ口栓上に供給するときに、キャップ巻き締め方向で見て、メスネジ開始点から３度から９０度ずれて、オスネジ開始点が先で待ち受けるように置かれる位置関係をいう。

第２の発明でいう、内ネジ式キャップを、開口部を下に向けて定置する機構とは、下方からＣＣＤカメラでキャップの内側を撮影できるキャップの外形よりやや小さい穴を設置したキャップを載せる平板、あるいはキャップを開口部を下向きにした状態でキャップを吸着パッドやチャックで保持して、空中で下方よりＣＣＤカメラでキャップ内部を撮影できる搬送アームなどをいう。

第２の発明でいう、下方からキャップ内を撮影し、その画像情報を分析し発信する機構とは、開口部を下に定置されているキャップの下部からキャップ内を撮影し、ネジ最下端にあるネジ開始点の位置が他から判別できる画像を作るＣＣＤカメラと、その画像を処理して得るネジ開始点の位置情報を、外部に発信する出力装置である。

第２の発明でいう、その位置情報を用いて、内ネジ式キャップの内ネジ開始点を所望の一定位置に整える方法とは、得た位置情報から変換された信号によって、キャップを保持する機構の一種であるアームなどに取り付けた回転動力やあるいは後工程のキャップの巻き締め機の回転動力を制御し、ネジ開始位置を所望の位置にする方法をいう。

第２の発明でいう所望の一定位置とは、内ネジ開始点を一定位置に整えられたキャップを、適切な搬送手段によってオスネジ口栓上に供給するときに、キャップ巻き締め方向で見て、メスネジ開始点から３度から９０度ずれて、オスネジ開始点が先で待ち受けるように置かれる位置関係をいう。

第３の発明でいう、内ネジ開始点の位置を示すマークとは、キャップ天面をＣＣＤカメラで撮影しその画像を情報処理するときに用いられるマークが、天面のほかの部分から識別できる状態のマークをいい、キャップ天面に対する一体成型による凹凸、刻印、印刷、ラベルの貼り付けなど識別の効果を発揮するものすべてをいう。

第３の発明でいう、それを開口部を下にして定置する機構とは、キャップの上面を上方からＣＣＤカメラでの撮影できるように、キャップを開口部を下に向けて定置することができる平板などをいう。

第３の発明でいう、その画像情報を解析し発信する機構とは、撮影された画像を情報処理してネジ開始点の位置情報に変換して、外部に発信する機能をもった機構である。

第３の発明でいう、その位置情報を用いて内ネジ式キャップの内ネジ開始点を所望の一定位置に整える方法とは、この制御機構から出力された信号によってキャップを保持する機構の一種である搬送アームなどに取り付けた回転動力やあるいは後工程のキャップの巻き締め機の回転動力を制御し、ネジ開始位置を所望の位置にして供給する方法をいう。

第３の発明でいう所望の一定位置とは、内ネジ開始点を一定位置に整えられたキャップを、適切な搬送手段によってオスネジ口栓上に供給するときに、キャップ巻き締め方向で見て、メスネジ開始点から３度から９０度ずれて、オスネジ開始点が先で待ち受けるように置かれる位置関係をいう。

以下に本発明の好適な実施例を図１〜図３にもとづき詳細に説明する。
図１に本発明のキャップの開口部を下にした状態で、キャップ内ネジ最下部のネジの開始点を所望の位置に整える姿勢調整御機（以下姿勢調整機という）の上部斜視図を示す。

ベースシュート１はキャップを左方向から滑らせて供給する板であり、回転テーブル２はキャップを開口部を下向きに置き、水平回転させる円盤であり、回転動力であるモーターに連結している。ストッパー３はキャップが左から供給されたときに回転テーブル２の上に定位置で停止させる働きのもので、その内面に反射型光電センサー４が取り付けられている。これはプログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ）５に連結される。

回転テーブル２の中央にキャップの外形よりやや小さい穴６が開いている。回転テーブル２の下に、レーザーセンサーヘッド７が設置されている。その上面にはレーザー光の投光部７−ａと受光部７−ｂがある。

図２に姿勢調整機の正面図を示す。回転テーブル２は回転リング８と結合し、大歯車９、小歯車１０を介してモーター１１とつながっている。回転テーブル２の回転数は０．２−３回転／秒の間の一定回転速度である。ベースシュート１とストッパー３の表示および回転リング８とモーター１１、レーザーセンサーヘッド７および全体装置の固定機構の表示を省略している。

図３にキャップ１３とレーザーセンサーヘッド７の周辺の拡大断面図を示す。レーザーセンサーヘッド７は、その投光部７−ａから上向きにレーザー光を発射し、水平回転しているキャップ１３の内ネジ最下部１４で反射させ、センサーヘッド７の受光部７−ｂに入るように設置されている。

レーザーセンサーヘッド７はセンサーアンプ１５接続され、センサーアンプ１５はＰＬＣ５に連結されている。

次にこの姿勢調整機の動作について説明する。
まず図１で説明するが、キャップが左からエアシリンダなどで押されてベースシュート１の上を滑ってストッパー３にぶつかって回転テーブル２上の定位置に停止する。このとき反射型光電センサー４がキャップを感知し、この信号はＰＬＣ５に伝えられ、回転テーブル２の回転を開始させ、その上にあるキャップを水平回転させる。

続いて図２と３で説明する。
レーザーセンサーアンプヘッド７はそれとキャップ１３の内ネジ最下部１４のレーザー光が照射されている箇所との距離を測定し、その結果をセンサーアンプ１５に送り続ける。

センサーアンプ１５では、この距離の値を回転時間に対する微分値に演算する。キャップを回転させて得られる距離の微分値は、内ネジ最下部１４のネジ開始点の前後で大きく変化する。この大きく変化する点を内ネジの開始点と判断し、その情報をＰＬＣ５に発する。

この信号を受けたＰＬＣ５はモーター９の電流を入り切りするリレーにモーター１１の回転を停止させる信号を出す。このようにしてキャップ１１は内ネジの位置を所望の位置にして回転を停止する。

ここでキャップ１３は回転テーブル２から外され搬送アームなどで次工程に送られ、次のキャップ１３が回転テーブル２に供給される。以下同じ動作が繰り返される。

この装置を使用することによって供給されたキャップはすべて所望の位置に内ネジの開始点を揃えて次工程に供給することができた。このキャップを自動充填・キャッパー機を用いて液体充填を実施したところ、斜め巻きのまき締め不良は発生しなかった。

発明の効果

本発明によってキャップ巻き締めの斜め巻き不良の発生をほぼ皆無にすることができる。それは先行技術文献で説明したように、これまでの対策が、キャップまき締めにおいて、口栓開口部の平面とキャップの平面の軸合わせだけにこだわってきたが、本発明では容器の口栓オスネジ開始点とキャップ内ネジ開始点の位置関係に着目し、それらを真に適切な位置関係に調整する方法を開発したからである。

またこのネジ開始点間の位置関係の調整方法は、単に前後関係の適正化だけでなく、上下関係の適正化も果たしている。このことは本発明の方法を採用するとキャップの巻き締めが極めて滑らかに実施できることにつながり、巻き締め不良を改善するだけでなく、まき締め機の構造を簡単にして製作費用を圧縮することや、まき締め機の寿命を大きく伸ばすことにつながる。

また本発明は概して少ない費用で実施できる。上述した例でいうなら、ＰＣＬなどはすでに自動充填巻き締め装置に組み込んであるものを活用できる。レーザーセンサー類や画像処理ユニット類は刻々安価になっている。簡単な関連機構を準備すれば少ない装置製作の費用で、大きな改善効果を生み出せる。

キャップ姿勢調整機一例の上部斜視図である。ＰＬＣは概念図である。ＰＬＣは記号で書かれている。 キャップ姿勢調整機一例の正面図である。ＰＬＣとセンサーアンプは概念図である。ベースシュート１とストッパー３の表示および回転リング８とモーター１１、レーザーセンサーヘッド７および全体装置の固定機構の表示を省略している。 キャップ姿勢調整機一例のレーザーアンプヘッド周辺の拡大断面図である。ＰＬＣおよびセンサーアンプは概念図である。 重ね合わせる前の容器口栓（下）と内ネジ式キャップ（上）のイメージ図である。内ネジは手前側だけを点線で表示している。 容器口栓部とキャップの適切なかみ合わせ状態を表した略図である。内ネジは最下端部だけを点線で表示している。 容器口栓部とキャップの不適切なかみ合わせ状態を表した略図である。内ネジは最下端部だけを点線で表示している。

１・・・・・ベースシュート
２・・・・・回転テーブル
３・・・・・ストッパー
４・・・・・反射型光電センサー
５・・・・・プログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ）
６・・・・・穴
７・・・・・レーザーセンサーヘッド
７−ａ・・・レーザーセンサーヘッド投光部
７−ｂ・・・レーザーセンサーヘッド受光部
８・・・・・回転リング
９・・・・・大歯車
１０・・・・・小歯車
１１・・・・・モーター
１２・・・・・ベースプレート
１３・・・・・キャップ
１４・・・・・内ネジ最下部
１５・・・・・センサーアンプ

Claims (3)

1. 内ネジ式キャップを、開口面を下に向けて定置して水平回転させる機構と、水平回転しているキャップの内ネジ最下端部に下方からレーザー光を照射して距離を測定するレーザーセンサー機構と、その機構から得られる距離情報にもとづいてキャップの水平回転を所望の一定位置に停止させる機構からなる装置。
2. 内ネジ式キャップを、開口部を下に向けて定置する機構と、下方からキャップ内を撮影し、その画像情報を分析し発信する機構からなる装置を使用して、内ネジ開始点の位置を知る方法、ならびにその位置情報を用いて、内ネジ式キャップの内ネジ開始点を所望の一定位置に整える方法。
3. 開口部を下に向けた状態でのキャップの天面に、内ネジ開始点の位置を示すマークをキャップ製造時に設置した内ネジ式キャップを対象にして、それを開口部を下にして定置する機構と、上方からその天面を撮影し、その画像情報を解析し発信する機構からなる装置を使用して、内ネジ開始点の位置を知る方法、ならびにその位置情報を用いて、内ネジ式キャップの内ネジ開始点を所望の一定位置に整える方法。

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