JP2014189277A - キャップの巻締め方法および巻締め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器に対するキャップの巻締め不良の発生を常に検出し、巻締め装置の無駄な駆動を抑止して作業効率を高めることができ、不良な巻締めが行われた容器が後工程に流れることを確実に防止することができる巻締め方法および巻締め装置を提供すること。
【解決手段】巻締め時間の超過、仮締め工程中のトルク不良、出力トルク制限値への到達前の終了角度上限値、出力トルク制限値への到達に続いてキャッピングヘッドの回転速度が低下した場合の終了角度下限値、または、出力トルク制限値への到達に続く終了角度上限値等の検出を以て不良な巻締めが行われた場合、あるいは正常な巻締めが行われた場合の終了条件とし、前記いずれかの終了条件を検出すれば該容器に対する巻締めを直ちに終了させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、サーボモータの回転駆動によって容器の口部にキャップを巻締めるキャップの巻締め方法および巻締め装置に関する。

ペットボトルやガラス瓶等の容器（以下、単に「容器」という）のキャップは、該容器の口部に対し、適正な密封性と開封性が確保できるように巻締められていることが望ましい。すなわち、巻締めが不足すれば内容物が外気に触れて酸化したり、漏出する問題が生じ、逆に、巻締めが過剰であってもキャップの開封が困難になる等の問題が生じることになる。

そこで、所望の巻締め状態を得るべく、従来のキャップの巻締め方法においては、キャップを把持するキャッピングヘッドを正逆回転させるサーボモータの出力トルクを一定に制御すること（特許文献１参照）や、エンコーダを用いてキャップの巻締め終了時の回転角度を計測し、その回転角度が予め定めされた良否判定角度内であるか否かを判定し、巻締め不良を検出すること（特許文献２参照）が為されている。

特開２００２−０９６８９６号公報 特開２００２−３０８３８０号公報

しかしながら、サーボモータの出力トルクを一定にしても、キャップの巻締めを行なう環境条件（温度や湿度等）や、容器やキャップの保管状態の変化等を要因として巻締め不良が生じることはある。例えば、巻締め作業に供されるボトル容器が、たまたま巻締め直前まで冷温環境に置かれるなどして、通常の作業時よりも冷えてしまっているような場合は、通常作業時の一定の出力トルクでサーボモータを駆動させて巻締めを行っても、通常作業時に想定されてた所定の巻締め状態とはならず、巻締め不良が発生し易い。

また、容器やキャップ自体（例えば、螺子部等）が成形不良であることもあり、その場合には、出力トルクを幾ら調整しても、当然に、所望の巻締め状態は得られない。

そして、キャップの巻締め角度を検出して巻締め不良を判断する方法は、例えば、キャップに必要なトルクが作用せずにキャップが容器に対して遊嵌しているような場合を検出することができないことが懸念される。

このように、所望のキャップの巻締め状態を出力トルクの管理のみ、或いは、巻締め角度の管理のみで把握することはなかなか困難であった。

勿論、出力トルクと巻締め角度の双方を管理する等、管理（判定）の項目を増やせば巻締め不良をより確実に検出することはできるだろうが、巻締めに係る所要時間が延長されることは望ましくない。

さらには、巻締めが終了した各々の容器の巻締め不良を検出するための装置を別途設ければ、巻締め不良は確実に検出することはできるだろうが、その装置を設置するスペースもコストも必要となり、巻締め作業時間の他に巻締め不良の検出時間も要することになる。

本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的は、巻締め不良を判断するための専用の装置を別途設けるまでもなく、作業環境の変化や容器やキャップの素材等に拘わらず、常に、容器に対するキャップの巻締め不良の発生を巻締め工程中から検出でき、巻締め不良が発生している容器に対する更なる巻締め等の巻締め装置の無駄な駆動を抑止して作業効率を高めることができるとともに、巻締め工程中に巻締め不良の容器を区別し、不良な巻締めが行われた容器が後工程に流れることを確実に防止することができる巻締め方法および巻締め装置を提供することにある。

本願のキャップの巻締め方法の第１の態様の特徴は、回転および昇降自在なキャッピングヘッドにより保持し、容器の口部へ被合させたキャップを、口部の螺子部とキャップの螺子部とが締まり始める締合開始角度位置までキャップの巻締めトルクを監視しながら回転させて仮締めを行う仮締め工程と、前記締合開始角度位置から、キャップの回転角度、および、キャッピングヘッドのキャップを巻締めるための出力トルク並びに回転速度を監視しながらさらに巻締め方向へ回転させて本締めを行う本締め工程とを有するキャップの巻締め方法であって、各容器の巻締めに費やすことのできる最長の巻締め時間、仮締めにおける前記巻締めトルクの不良を判断する基準値、本締めにおける前記出力トルクの制限値、締合開始角度位置からの回転角度の下限値および上限値、並びに、本締め工程におけるキャッピングヘッドの回転速度を設定しておき、各キャップの巻締め実行中の前記最長の巻締め時間超過の検出、仮締め工程中の前記基準値を超える巻締めトルクの検出、本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達前における締合開始角度位置からの回転角度の上限値を超える巻締めの検出、または、本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達に続いてキャッピングヘッドの回転速度が低下した場合における前記締合開始角度位置からの回転角度の下限値に未達の巻締めの検出のいずれかの検出を以て、不良な巻締めが行われた場合の終了条件とするとともに、本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達に続いてキャッピングヘッドの回転速度が低下した場合における前記締合開始角度位置からの回転角度の下限値を超える巻締めの検出、または、本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達に続く前記締合開始角度位置からの回転角度の上限値に至る巻締めの検出のいずれかの検出を以て、正常な巻締めが行われた場合の終了条件とし、前記いずれかの終了条件を検出すれば該容器に対する巻締めを直ちに終了させることにある。

この第１の態様のキャップの巻締め方法によれば、巻締めに要している経過時間と、巻締めトルクと、キャップの回転角度と、サーボモータの出力トルク並びに回転速度を管理することで、容器に対する様々な態様のキャップの巻締め不良の発生を正確に検出することができる。巻締め不良が発生していることが判断された場合には、該容器に対する巻締めを直ちに終了させるので、該容器に対する更なる巻締め等の巻締め装置の無駄な駆動を抑止することができ、作業効率を高めることができる。

また、第１の態様において正常な巻締めが行なわれた場合の終了条件が充たされたキャップは、適正な密封性と開封性が確保されたものであるが、このように巻締めが正常に為された場合にも、容器毎の巻締めに費やす最長時間の経過を待つことなく、該容器に対する巻締めを直ちに終了させることで、作業時間を短縮することができ、巻締めの全体の作業効率を高めることができる。

また、不良な巻締めが行われた場合の終了条件により巻締めを終了させる際に、該キャップの不良な巻締めが行われた容器を正常な巻締めが行なわれた容器と区別し、正常な巻締めが行なわれた容器の処理ルートから排除することで、不良な巻締めが行われた容器が後工程に流れることを確実に防止することができる。

さらに、本願のキャップの巻締め方法の第２の態様の特徴は、キャップと容器との相対的な高さ位置を検出することにより、前記キャップを巻締める回転角度を制御することにある。

例えば、本願のキャップの巻締め方法の第３の態様においては、巻締め開始時に、キャッピングヘッドを降下させ、無回転状態で容器の口部へ被合させたキャップの該容器との相対的な高さ位置をキャップ位相検出装置により検出し、仮締め工程においては、予め設定された、容器に対するキャップの相対的な高さ位置に対応させた前記締合開始角度位置までの回転角度情報に基づき、キャップを巻締め方向へ所定角度回転させて仮締めを行う。

このような第３の態様のキャップの巻締め方法によれば、容器の口部へ被合させたキャップの被合時における角度位置（被合開始角度位置）から締合開始角度位置までの回転角度を算出し、この回転角度に関する情報（回転角度情報）に基づきキャップを巻締め方向へ回転させれば、本締めの巻締め角度基準位置となる前記締合開始角度位置へ確実にキャップを位置決めすることが可能となる。そして、本締め工程において、必要最小限の回転角度でキャップの巻締めを行うことができ、しかも、予め、容器の口部へ被合させたキャップの被合開始角度位置から締合開始角度位置までの回転角度が算出されることで、高速・高トルクでサーボモータを駆動させることができるので、巻締めに要する時間を短縮させることができる。

そして、本願のキャップの巻締め装置の第１の態様の特徴は、鉛直軸回りに回動自在な回転軸に連結されたキャッピングヘッドを出力トルクを検出しつつ回転駆動させる回転駆動手段、前記キャッピングヘッドを前記容器に対し昇降させる昇降手段、前記キャッピングヘッドに保持されたキャップの巻締めに作用する巻締めトルクを検出するトルク検出手段、前記キャッピングヘッドの回転角度位置を検出する角度検出手段、および、前記各手段とデータの送受信を可能に接続され、前記各手段の駆動を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、各容器の巻締めに費やすことのできる最長の巻締め時間、仮締めにおける巻締めトルクの不良を判断する基準値、本締めにおける前記出力トルクの制限値、所望の巻締め状態を得るための締合開始角度位置からの回転角度の下限値および上限値、並びに、本締めにおけるキャッピングヘッドの回転速度を管理し、各キャップの巻締め実行中の前記最長の巻締め時間超過の検出、仮締め工程中の前記基準値を超える巻締めトルクの検出、本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達前における締合開始角度位置からの回転角度の上限値を超える巻締めの検出、または、本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達に続いてキャッピングヘッドの回転速度が低下した場合における前記締合開始角度位置からの回転角度の下限値に未達の巻締めの検出のいずれかの検出を以て、不良な巻締めが行われた場合の終了条件とするとともに、本締め工程中の前記本締め工程おける出力トルクの規制値への到達に続いてキャッピングヘッドの回転速度が低下した場合の前記締合開始角度位置からの回転角度の下限値を超える巻締めの検出、または、本締め工程中の前記本締め工程における出力トルクの規制値への到達に続く前記締合開始角度位置からの回転角度の上限値に至る巻締めの検出のいずれかの検出を以て、正常な巻締めが行われた場合の終了条件とし、前記いずれかの終了条件を検出すれば該容器に対する巻締めを直ちに終了させる制御を行うことにある。

このような構成を備えることにより、少なくとも、前述の本願のキャップの巻締め方法の第１の態様を実施し、その効果を享受することができる。

また、本願のキャップの巻締め装置の第２の態様の特徴は、前記容器に対する前記キャップの高さ位置を検出する位相検出手段を有し、制御手段は、位置検出手段による前記キャップと前記容器との相対的な高さ位置の検出結果に基づき、該キャップを巻締めるための回転角度を求めることにある。

このような構成を備えることにより、前述の本願のキャップの巻締め方法の第２、３の態様を実施し、その効果を享受することができる。

このように、本発明のキャップの巻締め方法および巻締め装置によれば、巻締め不良を判断するための専用の装置を別途設けるまでもなく、容器に対するキャップの巻締め不良の発生を巻締め工程中に確実に検出し、巻締め不良が発生している容器に対する更なる巻締め等の巻締め装置の無駄な駆動を抑止して作業効率を高めることができるとともに、巻締め工程中に巻締め不良の容器を区別し、不良な巻締めが行われた容器が後工程に流れることを防止することができる。

本発明のキャップの巻締め方法を実施するための巻締め装置の要部構成を示す説明図 本発明のキャップ巻締め方法の一実施形態を示すフローチャート 本実施形態のキャップ巻締め方法における容器とキャップとの位相検出の説明図 本実施形態のキャップ巻締め方法におけるキャップの巻締め量（回転角度）と速度並びに出力トルクの説明図

本実施形態の巻締め方法においては、予め、各容器の巻締めに費やすことのできる最長の巻締め時間（以下、制限時間という）、仮締め工程において巻締め不良を判断するための基準とする巻締めトルクの基準値（以下、トルク不良検出基準値という）、本締め工程において所望の巻締め状態を得るためのサーボモータ７の出力トルクの制限値（以下、出力トルク制限値という）、キャップの締合開始角度位置からの回転角度の下限値（以下、終了角度下限値という）および上限値（以下、終了角度上限値という）、並びに、本締めにおけるキャッピングヘッドの回転速度を設定しておき、容器の口部へ被合させたキャップをその被合時における角度位置（以下、被合開始角度位置という）から締合開始角度位置までの、巻締めに要する回転角度のうちの大部分の回転角度を高速、且つ、高トルクで巻締め方向へ回転させる仮締め工程と、締合開始角度位置からの、巻締めに要する回転角度のうちの最後の少しの角度を低速、且つ、高トルクで巻締め方向へさらに回転させる本締め工程とによりキャップの巻締めを行なう。

なお、締合開始角度位置は、螺合する容器の口部外壁に形成された螺子部とキャップの内壁に形成された螺子部とが締まり始める位置、すなわち、両螺子部の螺合によって、巻締めトルクが上昇し始める位置であり、本締め工程における巻締め角度の基準となる位置である。

各キャップの巻締め実行中は、本締め工程において、サーボモータの出力トルクが前記出力トルク制限値へ到達し、続いて、キャッピングヘッドの回転速度の低下を検出し、終了角度下限値を超えるキャップの回転角度（回転量）を検出した場合、または、サーボモータの出力トルクが前記出力トルク制限値へ到達し、続いて、終了角度上限値に至る回転角度を検出した場合のいずれかを以て、正常な巻締めが行われた場合の終了条件とする。

また、制限時間の超過を検出した場合、仮締め工程において前記トルク不良検出基準値を超える巻締めトルクを検出した場合、本締め工程においてサーボモータの出力トルクが前記出力トルク制限値へ到達する前に終了角度上限値を超えるキャップの回転角度を検出した場合、または、本締め工程においてサーボモータの出力トルクが前記出力トルク制限値へ到達し、続いて、キャッピングヘッドの回転速度の低下を検出したが、キャップの回転角度が終了角度下限値に満たないことを検出した場合のいずれかを以て、不良な巻締めが行われた場合の終了条件とする。

そして、前記いずれかの終了条件を検出すれば該容器に対する巻締めを直ちに終了させる。

ここで、本実施形態のキャップ巻締め方法を実行するための巻締め装置について説明する。

巻締め装置１は、図１に示すように、キャップ２０を巻締めする容器２を載置する載置台３、その口部を鉛直上方に位置させた状態で容器２を保持する保持部材４、および、載置台３の直上位置において鉛直軸回りに回動自在な回転軸５に連結されたキャッピングヘッド６を備えている。なお、キャッピングヘッド６としては、機械的構造は限定されず、任意のものを使用することができる。

また、巻締め装置１は、回転軸５に配設されたキャッピングヘッド６を巻締め方向（正方向）と反巻締め方向（逆方向）とへ、出力トルクを検出し、フィードバックしながら所望の出力トルクで回転駆動させる回転駆動手段としてのサーボモータ７、キャッピングヘッド６を容器２に対し昇降させる昇降手段８、キャップ２０の巻締めに作用する巻締めトルクを検出するトルク検出手段９、回転軸５に配設され、キャッピングヘッド６の回転角度位置（換言すれば、キャップ２０の回転角度位置）を検出するエンコーダ等の角度検出手段１０、および、容器２に対するキャップ２０の高さ位置（換言すれば、容器２とキャップ２０との位相）を検出する位相検出手段１１を備えている。

巻締めに供される容器２が所定の高さ位置を保持して固定される本実施形態において、位相検出手段１１は、容器２の高さ方向に直線的・相対的に変位するキャッピングヘッド６またはキャップ２０の、容器２に対する相対的な高さ位置を検出測定することができる。本実施形態においては、図３に示すように、位相検出手段１１により容器２の口部部分を撮像し、容器２の高さ方向に直線的・相対的に変位して被合するキャップ２０の下端部の、容器２の口部の基部に形成されたフランジに対する高さ位置（以下、キャップ相対位置という）を検出測定する。位相検出手段１１は、上記のように容器２に対するキャップ２０の相対的な位置関係を測定できるものであれば、任意のものを使用することができる。具体的には、光電管センサ、超音波センサ、視覚センサ等を使用することができる。

さらに巻締め装置１は、サーボモータ７、昇降手段８、トルク検出手段９、角度検出手段１０および位相検出手段１１とデータの送受信を可能に接続され、各手段の駆動を制御するとともに、トルク検出手段９および角度検出手段１０から入力される情報信号をサーボモータ７の駆動制御に反映させる制御手段１２を備えている。

そして、本実施形態の巻締め装置１において、制御手段１２は、本実施形態の巻締め方法を実行するべく、巻締め処理の経過時間を計測する計時部１３、巻締めの終了条件を判断する為の予め入力設定された設定条件を管理する記憶部１４、巻締めを実行するための諸条件やキャップ２０の巻締めが正常であるか不良であるか等を判断する判断部１５、並びに、データの送受信を可能に接続された各手段へ駆動を司令する司令部１６を有している。本実施形態において、記憶部１４で管理する前記設定条件は、各容器の巻締めの制限時間、トルク不良検出基準値、出力トルク制限値、終了角度下限値、終了角度上限値、キャップ相対位置と締合開始角度位置までの回転角度との関係を対照させた『高さ−角度相関データ』等とする。

なお、終了角度下限値とは、キャップ２０の巻締め不足を原因とする巻締め不良を生じさせないため（所望の巻締め状態を得るため）の、本締めにおける最低限の巻締め角度であり、終了角度上限値とは、キャップ２０の巻締め過多を原因とする巻締め不良を生じさせないため（所望の巻締め状態を得るため）の、本締めにおける最上限の巻締め角度である。

なお、制御手段１２は、上記のようにサーボモータ７の回転駆動を制御できるものであれば、任意のものを使用することができる。キャップ２０は内壁面に螺子部が形成されているものであれば、螺子部は１条ネジ、多条ネジを問わず、その材質、形状、大きさも限定されない。具体的には、合成樹脂、金属等を好適に使用することができる。同様に、容器２も、キャップ２０の螺子部と螺合する螺子部が形成されていれば、この容器２の材質、形状、大きさも限定されない。具体的には、ガラス、合成樹脂、金属等を好適に使用することができる。

次に、この巻締め装置１を用いたキャップの巻締め方法について、図２のフローチャートに従って説明する。

本実施形態においては、まず、保持部材４は容器２を載置台３上で保持し、キャッピングヘッド６はキャップ２０を保持する。制御手段１２の司令部１６は昇降手段８を駆動させてキャッピングヘッド６を降下させ、保持したキャップ２０を容器２の口部に被合させる。続いて、位相検出手段１１により容器１の口部に被合しているキャップ２０のキャップ相対位置を検出測定し、判断部１５は、角度検出手段１０により検出されたキャップ相対位置から、記憶部１４に保管された『高さ−角度相関データ』に基づき、今回の仮締めにおける回転角度、すなわち、被合開始角度位置から締合開始角度位置までの回転角度を求める（以上、巻締め準備：ＳＴ１）。例えば、図３右側に示すように、キャップ２０が締合開始角度位置に位置した際のキャップ相対位置を嵌合高さＢで示すことができる場合において、位相検出手段１１が、図３の左側に示すように、嵌合高さＡで示すキャップ相対位置を検出した場合、この嵌合高さＡと嵌合高さＢの寸法差（Ａ−Ｂ）に相当するキャップ２０の締合開始角度位置までの回転角度を、予め求められて記憶部１４に保管されている、高さ−角度相関データに基づいて求めることができる。

続いて、司令部１６はサーボモータ７を仮締め用のトルクおよび速度で回転駆動させ（ＳＴ２）、キャッピングヘッド６を回転軸５を介して巻締め方向へ前記回転角度だけ回転させることにより、キャップ２０を被合開始角度位置から締合開始角度位置まで回転させて仮締めを実行する（ＳＴ５）。キャップ２０が回転し、キャップ２０の螺子部と容器２の螺子部とが螺合する際、キャップ２０が締合開始角度位置に至るまでは、キャッピングヘッド６は実質的に空転状態に近い状態で回転される。よって、この間、キャッピングヘッド６には高トルクが付与されても、キャップ２０に作用する巻締めトルクは低トルクとなる。

この間、トルク検出手段９は、キャップ２０に作用する巻締めトルクを継続的に検出する。制御手段１２の判断部１５は、巻締めトルクが、予め設定されたトルク不良検出基準値（例えば、０．５Ｎ・ｍ）を超えたか否かを判断し（ＳＴ３）、巻締めトルクが前記トルク不良検出基準値を超えていなければ（ＳＴ３のＮｏ）、続いて、判断部１５は計時部１３により計時された経過時間を記憶部１４に保管されている制限時間と対比することで、制限時間を超過したか否かを判断する（ＳＴ４）。制限時間を超過していなければ（ＳＴ４のＮｏ）、次に、角度検出手段１０の検出結果に基づき、キャップ２０が被合開始角度位置から締合開始角度位置まで回転したか否かを判断する（ＳＴ５）。締合開始角度位置まで回転したことを検出した場合（ＳＴ５のｙｅｓ）には、本締め工程へと進み、未だ、キャップ２０の回転が締合開始角度位置にまで至らないと判断した場合には、ＳＴ３に戻る。

また、ＳＴ３において、巻締めトルクがトルク不良検出基準値を超えていると判断した場合（ＳＴ３のＹｅｓ）には、例えば、キャップが斜行して嵌合されている（所謂、ベレー状態）ような不具合が生じていることが考えられ、また、ＳＴ４において、制限時間を超過していると判断した場合（ＳＴ４のＹｅｓ）は、キャップ２０や容器２の成形不良等、何らかの原因でキャップ２０を終了角度下限値まで巻締めることができておらず、巻締めができない状態であるので、これらの段階で該容器の巻締めが不良である旨のフラグを立て（ＳＴ１４）、サーボモータ７の回転を停止させ（ＳＴ１２）、巻締めを終了させる。

なお、仮締め工程において、サーボモータ７の回転速度は、時間短縮を望める高速であって、本締めに移行する際にイナーシャがかからず、巻締めに費やすことのできる制限時間の範囲内で巻締めが終了できる速度（例えば、３００ｒｐｍ）に設定する。また、出力トルクは、本締めの際の出力トルクよりも低い値で、回転数を保つことができる程度の高トルク（例えば、２．０Ｎ・ｍ）を設定する。また、トルク検出手段９は、サーボモータ７の回転起動時にもキャップ２０に作用する巻締めトルクを検出するので、巻締めトルクの変化の誤検出を防止するべく、制御手段１２の判断部１５においては、サーボモータ７の駆動開始直後の一定範囲（一定時間あるいは一定回転角度）を不感範囲として予め設定しておき、巻締めトルクの変化の監視からこの不感範囲を除外して判断する。

続く、本締め工程においては、制御手段１２の司令部１６は、サーボモータ７を本締め用のトルクおよび速度で回転駆動させ（ＳＴ６）、キャッピングヘッド６を回転軸５を介して締合開始角度位置から巻締め方向へ回転させ、キャップ２０を巻締めることで本締めを実行する。本締めは、既に仮締めされたキャップ２０の螺合を確実にするための処理であるので、本締め用の出力トルクは高トルク、回転速度は低速で行う。

ここで、本締め工程におけるサーボモータ７の回転速度は、イナーシャが少なく、巻締めトルクが安定する速度（例えば、３０ｒｐｍ）とし、出力トルクは仮締め工程よりも高トルク（例えば、２．５Ｎ・ｍ）を設定する。本締め工程用に設定された出力トルクは、本実施形態においては、そのまま、前記出力トルク制限値となる。また、前記不感範囲（例えば、０．１ｓｅｃ）も設定する。さらに、所望の巻締め（本締め）の終了域となる、締合開始角度位置からの回転角度を終了角度下限値（例えば、３０°）および終了角度上限値（例えば、６０°）として設定する。またさらに、巻締めトルクが安定する保持時間として安定時間（例えば、０．１sec）を設定する。

そして、本締めの実行中においては、出力トルク、締合開始角度位置からのキャップ２０の回転角度（巻締め角度位置）、キャッピングヘッド６の回転速度、並びに、当該巻締めに要している経過時間を監視し、巻締め状態を判断する。

すなわち、制御手段１２の判断部１５は、角度検出手段１０からの情報に基づき、キャップ２０の回転角度が、終了角度上限値を超えたか否かを判断する（ＳＴ７）。キャップ２０の回転角度が終了角度上限値を超えていなければ（ＳＴ７のＮｏ）、続いて、判断部１５は、計時部１３により計時された経過時間を記憶部１４に保管されている制限時間と対比することで、制限時間を超過したか否かを判断する（ＳＴ８）。制限時間を超過していなければ（ＳＴ８のＮｏ）、判断部１５は、出力トルクが前記出力トルク制限値に至ったか否かを判断する（ＳＴ９）。出力トルクが前記出力トルク制限値に至っていれば（ＳＴ９のＹｅｓ）、巻締めトルクも十分に得られているので、次に、キャッピングヘッド６の回転速度が基準値よりも低速になったか否か（ＳＴ１０）と、角度検出手段１０の検出結果に基づき、キャップ２０の回転角度が、終了角度上限値を超えたか否か（ＳＴ１３）との双方を判断する。なお、ＳＴ９あるいはＳＴ１０のいずれかにおいてはさらに、安定時間（０．１ｓｅｃ程度）を経過したか否かについて判断してもよい。

先に、キャッピングヘッド６の回転速度が基準値よりも低速になったことを検出した場合（ＳＴ１０のＹｅｓ）には、キャップ２０と容器２との嵌合力が十分に得られていると判断することができ、続いて、角度検出手段１０の検出結果に基づき、キャップ２０の回転角度が、終了角度下限値を超えたか否かを判断する（ＳＴ１１）。そして、キャップ２０の回転角度が、終了角度下限値を超えていれば（ＳＴ１１のＹｅｓ）、キャップ２０の容器２に対する必要な巻締め角度は得られていると考えられるので、サーボモータ７の回転を中止し（ＳＴ１２）、正常な巻締めを終了させる。

逆に、先に、キャップ２０の回転角度が、終了角度上限値に至っている場合（ＳＴ１３のＹｅｓ）にも、キャップ２０の容器２に対する必要な巻締め角度は十分に得られていると考えられるので、キャッピングヘッド6の回転速度の低減等を判断すること無く、制御手段１２の司令部１６は、サーボモータ７の回転を停止させ（ＳＴ１２）、オーバートルクを防止して正常な巻締めを終了させる。

なお、ＳＴ９において、出力トルクが前記出力トルク制限値に至っていない場合（ＳＴ９のＮｏ）には、ＳＴ７に戻る。また、ＳＴ１０において、キャッピングヘッド６の回転速度が基準値よりも低速にならない場合（ＳＴ１０のＮｏ）、および、ＳＴ１３において、キャップ２０の回転角度が、終了角度上限値を超えていない場合（ＳＴ１３のＮｏ）には、ＳＴ８に戻る。

さらに、ＳＴ７において、キャップ２０の回転角度が終了角度上限値を超えた場合（ＳＴ７のＹｅｓ）や、ＳＴ８において、制限時間を超過している場合（ＳＴ８のＹｅｓ）には、キャップが容器に対して空転してしまい、巻締めが完了しない等の不具合の発生が懸念され、ＳＴ１１において、キャップ２０の回転角度が、終了角度下限値を超えていない場合（ＳＴ１１のＮｏ）には、キャップ２０の回転量不足であるので、これらの段階で該容器の巻締めが不良である旨のフラグを立て（ＳＴ１４）、サーボモータ７の回転を停止させ（ＳＴ１２）、巻締めを終了させる。

このように、本実施形態における各キャップの巻締めは、本締め工程中における、サーボモータ７の出力トルクの前記出力トルク制限値への到達に続いてキャッピングヘッド６の回転速度が低下した場合における前記締合開始角度位置からの回転角度の下限値を超える巻締めの検出、または、本締め工程中における、サーボモータ７の出力トルクの前記出力トルク制限値への到達に続く前記締合開始角度位置からの回転角度の上限値に至る回転角度の検出のいずれかの検出が、正常な巻締めが行われた場合の終了条件となる。

また、各キャップの巻締め実行中の前記制限時間超過の検出、仮締め工程中の前記トルク不良検出基準値を超える巻締めトルクの検出、本締め工程中の出力トルクの前記出力トルク制限値への到達前における締合開始角度位置からの回転角度の上限値を超える巻締めの検出、または、本締め工程中の出力トルクの前記出力トルク制限値への到達に続いてキャッピングヘッドの回転速度が低下した場合の前記締合開始角度位置からの回転角度の下限値に未達の巻締めの検出のいずれかの検出が、不良な巻締めが行われた場合の終了条件となる。

また、本実施形態のキャップの巻締め方法においては、巻締め不良である旨のフラグが立った容器２は、正常な巻締めが行なわれた容器２と区別し、正常な巻締めが行なわれた容器２の処理ルートから排除する。これにより、不良な巻締めが行われた容器２が後工程に流れることを確実に防止することができる。

このような本実施形態の巻締め方法は、前記終了条件を設定することにより、キャップの巻締めを行なう環境条件（温度や湿度等）、容器やキャップの保管状態や素材等が変わっても、巻締めトルクの変化、キャップの回転角度、キャッピングヘッドの回転速度、制限時間等を総合判断することで、巻締め不良が発生しているか否かを正確に判断することができる。

また、仮締め工程、本締め工程において、前述した不良な巻締めが行われた場合の終了条件を検出した場合には、容器２毎の巻締めに費やす最長時間の経過を待たずに該容器２に対する巻締めを直ちに終了させるので、無駄な巻締めの作業時間を短縮することができ、作業効率を高めることができる。

さらに、本実施形態のキャップの巻締め方法においては、図４（Ａ）に示すように、容器２の口部へ被合させたキャップ２０の現在の被合開始角度位置から締合開始角度位置までの必要最小限の回転角度を算出し、キャップ２０をこの回転角度だけ巻締め方向へ高速回転させるので、巻締めに要する時間も短縮させることができる。

つまり、図４に示すように、通常のキャップの巻締め作業において、巻締めに要する回転角度のうち、ほとんどは仮締めが為される回転角度であり、本締めが為される回転角度は仮締めが為される回転角度に比べれば僅な回転角度となる。本実施形態のキャップの巻締め方法によれば、巻締め角度の大部分を示す仮締めが為される回転角度を予め把握し、その回転角度を高速で巻締めるので、巻締め作業全体に要する時間を短縮させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できる。

例えば、ＳＴ１の仮締め準備の工程は仮締めにおける回転角度を把握する工程であるが、その仮締めにおける回転角度は、本実施形態のように、キャップ相対位置を求め、高さ−角度相関データに基づいて、今回の仮締めにおける回転角度を求める方法に限らない。

また、容器２の口部に被合しているキャップ２０を仮締めする際、締合開始角度位置におけるキャップ相対位置を求め、制御手段１２の記憶部１４に管理しておき、仮締め工程においては、位相検出手段１１により、容器２に対するキャップ２０の位置を検出測定しながら、締合開始角度位置におけるキャップ相対位置となるまでキャップ２０を回転させるようにしてもよい。同様に、巻締めの終了角度下限値におけるキャップ相対位置と、終了角度上限値におけるキャップ相対位置とを求め、制御手段の記憶部に管理しておき、本締め工程においては、位相検出手段１１により、容器１に対するキャップ２０の位置を検出測定しながら、巻締めの終了角度下限値におけるキャップ相対位置から、終了角度上限値におけるキャップ相対位置の範囲内に位置するようにキャップ２０を回転させ、巻締めるようにしてもよい。これらの巻締め方法は、キャップ２０と容器２との相対的な高さ位置を検出することにより、キャップ２０を巻締める回転角度を制御するものであり、換言すれば、キャップ２０の巻締め（回転角度）を、キャップ２０と容器２との相対的な高さ位置の変化によって制御することになる。

また、本締め工程における出力トルクは、トルクリミッタを設けることで、出力トルク制限値を超える過度なトルクでの巻締めがなされることを抑止することも可能である。

１ 巻締め装置
２ 容器
３ 載置台
４ 保持部材
５ 回転軸
６ キャッピングヘッド
７ サーボモータ
８ 昇降手段
９ トルク検出手段
１０ 角度検出手段
１１ 位相検出手段
１２ 制御手段
１３ 計時部
１４ 記憶部
１５ 判断部
１６ 司令部
２０ キャップ

Claims (5)

1. 回転および昇降自在なキャッピングヘッドにより保持し、容器の口部へ被合させたキャップを、口部の螺子部とキャップの螺子部とが締まり始める締合開始角度位置までキャップの巻締めトルクを監視しながら回転させて仮締めを行う仮締め工程と、前記締合開始角度位置から、キャップの回転角度、および、キャッピングヘッドのキャップを巻締めるための出力トルク並びに回転速度を監視しながらさらに巻締め方向へ回転させて本締めを行う本締め工程とを有するキャップの巻締め方法であって、
   各容器の巻締めに費やすことのできる最長の巻締め時間、仮締めにおける前記巻締めトルクの不良を判断する基準値、本締めにおける前記出力トルクの制限値、締合開始角度位置からの回転角度の下限値および上限値、並びに、本締め工程におけるキャッピングヘッドの回転速度を設定しておき、
   各キャップの巻締め実行中の前記最長の巻締め時間超過の検出、
   仮締め工程中の前記基準値を超える巻締めトルクの検出、
   本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達前における締合開始角度位置からの回転角度の上限値を超える巻締めの検出、または、
   本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達に続いてキャッピングヘッドの回転速度が低下した場合における前記締合開始角度位置からの回転角度の下限値に未達の巻締めの検出
   のいずれかの検出を以て、不良な巻締めが行われた場合の終了条件とするとともに、
   本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達に続いてキャッピングヘッドの回転速度が低下した場合における前記締合開始角度位置からの回転角度の下限値を超える巻締めの検出、または、
   本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達に続く前記締合開始角度位置からの回転角度の上限値に至る巻締めの検出のいずれかの検出を以て、正常な巻締めが行われた場合の終了条件とし、
   前記いずれかの終了条件を検出すれば該容器に対する巻締めを直ちに終了させることを特徴とするキャップの巻締め方法。
2. キャップと容器との相対的な高さ位置を検出することにより、前記キャップを巻締める回転角度を制御することを特徴とする請求項１に記載のキャップの巻締め方法。
3. 巻締め開始時に、キャッピングヘッドを降下させ、無回転状態で容器の口部へ被合させたキャップの該容器との相対的な高さ位置をキャップ位相検出装置により検出し、仮締め工程においては、予め設定された、容器に対するキャップの相対的な高さ位置に対応させた前記締合開始角度位置までの回転角度情報に基づき、キャップを巻締め方向へ所定角度回転させて仮締めを行うことを特徴とする請求項２に記載のキャップの巻締め方法。
4. 鉛直軸回りに回動自在な回転軸に連結されたキャッピングヘッドを出力トルクを検出しつつ回転駆動させる回転駆動手段、前記キャッピングヘッドを前記容器に対し昇降させる昇降手段、前記キャッピングヘッドに保持されたキャップの巻締めに作用する巻締めトルクを検出するトルク検出手段、前記キャッピングヘッドの回転角度位置を検出する角度検出手段、および、前記各手段とデータの送受信を可能に接続され、前記各手段の駆動を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、各容器の巻締めに費やすことのできる最長の巻締め時間、仮締めにおける巻締めトルクの不良を判断する基準値、本締めにおける前記出力トルクの制限値、所望の巻締め状態を得るための締合開始角度位置からの回転角度の下限値および上限値、並びに、本締めにおけるキャッピングヘッドの回転速度を管理し、
   各キャップの巻締め実行中の前記最長の巻締め時間超過の検出、
   仮締め工程中の前記基準値を超える巻締めトルクの検出、
   本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達前における締合開始角度位置からの回転角度の上限値を超える巻締めの検出、または、
   本締め工程中の前記制限値への出力トルクの到達に続いてキャッピングヘッドの回転速度が低下した場合における前記締合開始角度位置からの回転角度の下限値に未達の巻締めの検出のいずれかの検出
   を以て、不良な巻締めが行われた場合の終了条件とするとともに、
   本締め工程中の前記本締め工程おける出力トルクの規制値への到達に続いてキャッピングヘッドの回転速度が低下した場合の前記締合開始角度位置からの回転角度の下限値を超える巻締めの検出、または、
   本締め工程中の前記本締め工程における出力トルクの規制値への到達に続く前記締合開始角度位置からの回転角度の上限値に至る巻締めの検出のいずれかの検出
   を以て、正常な巻締めが行われた場合の終了条件とし、前記いずれかの終了条件を検出すれば該容器に対する巻締めを直ちに終了させる制御を行うことを特徴とするキャップの巻締め装置。
5. 前記容器に対する前記キャップの高さ位置を検出する位相検出手段を有し、制御手段は、位置検出手段による前記キャップと前記容器との相対的な高さ位置の検出結果に基づき、該キャップを巻締めるための回転角度を求めることを特徴とする請求項４に記載のキャップの巻締め装置。