JP4396048B2

JP4396048B2 - スクリューキャッパ

Info

Publication number: JP4396048B2
Application number: JP2001053670A
Authority: JP
Inventors: 隆司東崎; 亮平中村; 宏明北元; 隆宮崎; 優石井
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002255283A; DE60111178D1; DE60111178T2; US20020116897A1; EP1236674B1; US6519913B2; EP1236674A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は容器にキャップを巻き締めするスクリューキャッパに関し、特に樹脂製の容器にキャップを巻締めするスクリューキャッパに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりＰＥＴボトル等の樹脂製容器を対象にしたスクリューキャッパでは、変形し易い容器をグリッパで拘束することが困難なことからキャップを介して容器に荷重を掛けつつ巻き締めを行い、容器が備えるフランジ部の下面に係合爪を食い込ませて巻き締め中に容器が回転することを阻止するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これによれば、キャップは容器にかなり強い荷重で押し付けられる。より詳細には、キャップに形成されたねじ部が容器に形成されたねじ部に押し付けられることになる。この場合、巻き始めのキャップと容器の相対的な位置関係が図４で示すように、キャップのねじ部４Ｎと容器のねじ部２Ｎが互いに先端部分だけが重なった状態であると、受圧面積が小さくこの部分に集中して荷重が掛かるためキャップのねじ部４Ｎが破損され、その破片が容器内に混入するおそれがあった。また、破損に至らずともキャップのねじ部が容器のねじ部に乗り上げてキャップが斜めに装着されるベレーキャップが発生する虞があった。
このような問題に対し、特開平８−７２９８４号公報では、上述の係合爪の作用に加え、巻き締め時に容器の胴部に当接するゴム又は軟質樹脂からなる回転防止部材を備えることにより、キャップに与える荷重量を低く設定するようにしている。しかしながら、ゴムや軟質樹脂は磨耗しやすく磨耗の進行により容器が回転してしまう危険性があるため、頻繁にこれら回転防止部材を交換する必要があった。また、容器の形状によっては、傷や潰れが生じる場合があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述した事情に鑑み、本発明では、容器を搬送する搬送手段と、この搬送手段によって搬送される容器の口部にキャップを巻き締めするキャッピングヘッドとを備え、
上記キャッピングヘッドは、キャップを保持する保持手段と、この保持手段を回転させる回転手段と、上記保持手段を昇降させる昇降手段と、上記保持手段に対して下方の容器に向けた荷重を加える荷重付加手段とから構成されたスクリューキャッパにおいて、
上記保持手段の回転角度を検出する回転角度検出手段と、上記回転手段の回転駆動を制御するとともに上記荷重付加手段の荷重を制御する制御装置とを設け、
上記制御装置は、上記保持手段に保持されたキャップのねじ部が容器のねじ部に当接された状態から、上記回転手段により上記保持手段の回転を開始させてキャップの巻締めを開始するとともに、上記回転角度検出手段により検出される上記保持手段の回転角度を監視し、巻締め開始より保持手段の回転角度が所定の荷重変更角度を上回るまでは荷重付加手段による荷重を低荷重に制御するとともに、巻締め途中で上記回転角度検出手段により保持手段の回転角度が荷重変更角度を上回ったことが検出されたら、上記荷重付加手段による荷重を高荷重に制御するものである。
【０００５】
上述した構成によれば、荷重変更角度以前は、保持手段に加える荷重を低くしているので、ねじ部破損、ベレーキャップを防止して巻き締めを行なうことができる一方、上記荷重変更角度以降は、保持手段に加える荷重を増大させているので、巻き締めの進行に伴って容器が回転されることを阻止しつつ巻き締めを行なうことができる。
したがって、巻き締めの際に発生するねじ部破損、ベレーキャップを防止しながらも、容器が回転されることを阻止して確実な巻き締めを行なうことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１、図２、図３において、１は回転式スクリューキャッパであり、このスクリューキャッパ１は、容器２を搬送する搬送手段としての回転体３と、容器２の口部２Ａにキャップ４を巻締めする複数のキャッピングヘッド５とを備えている。
【０００７】
回転体３は、駆動源（図示せず）によって図３において時計方向に回転されるようになっており、その隣接位置に設けた供給スターホイール１０から容器２が供給されるとともに、排出スターホイール１１によって容器２が外部に排出されるようになっている。
また回転体３は、図２に示すように回転する円柱状の支柱１２に一体に連結された円筒部２１の上部に設けた上方側円板２２と、下部に設けた下方側円板１３より構成されており、上方側円板２２の円周方向等間隔位置には容器２の首部２Ｃを収容する円弧状の切欠き２２Ａが形成され、これに対応する下方側円板１３の円周方向等間隔位置には、容器２を載置する載置台１４が設けられている。
上方側円板２２の円弧状の切欠き２２Ａの箇所には、アタッチメント２３が設けられ、このアタッチメント２３の内周縁部の両端部と最深部の合計３箇所に巻き締め時に容器２が備えるフランジ部２Ｂの下面に係合して容器２が回転しないように拘束する係合部材としての爪１５が配置されている。
また、上方側円板２２の外周には、供給スターホイール１０と排出スターホイール１１との間にわたって、アタッチメント２３との間で容器２の首部２Ｃを包囲するガイド２４が配置されている。
下方側円板１３に設けられた載置台１４は、下方側円板１３上に取付けた円柱状のベース１６と、このベース１６に取付けられた円形をしたインナープレート１７と、内部にインナープレート１７を収容する概略カップ状のアウタープレート１８と、このアウタープレート１８とインナープレート１７との間に弾装された複数のスプリング１９（１つのみ図示）とから構成されている。アウタープレート１８には、インナープレート１７の外周部から半径方向外方に向けて伸びる係合部１７Ａに当接するストッパ２０が設けられており、アウタープレート１８は、通常はストッパ２０が係合部１７Ａに当接した図示上昇端に位置している。
【０００８】
次にキャッピングヘッド５について説明する。キャッピングヘッド５は、上方側円板２２の各円弧状の切欠き２２Ａの位置に対応してそれよりも上方に配置されており、図示しない駆動軸に連結された円板の円周方向等間隔位置にブラケット３７により取付けられていて、上方側円板２２の切欠き２２Ａおよび下方側円板１３の載置台１４とともに一体的に回転方向へ移動するようになっている。このキャッピングヘッド５は、スピンドル３０の下端に取付けられてキャップ４を保持する保持手段としてのチャック３１と、ブラケット３７に取付けられて、スピンドル３０を介してチャック３１を回転させる回転手段としてのモータ３２と、チャック３１を昇降させる昇降手段としてのカム機構３３と、チャック３１に対して下方の容器２に向けて荷重を加える荷重付加手段としてのエアシリンダ３４と、このエアシリンダ３４による付加荷重を制御する制御装置３５とを備えており、この制御装置３５は、エアシリンダ３４の他にモータ３２等も統括して制御するようになっている。
【０００９】
上記モータ３２は、駆動軸３６を下方に向けた状態でブラケット３７に取付けられており、その駆動軸３６の先端部を上記スピンドル３０の軸孔内にスプライン嵌合させてある。これにより、スピンドル３０は駆動軸３６から回転が伝達されるとともに、これに対して昇降自在となっている。
モータ３２は、サーボモータ等、指令したトルク、スピードおよび回転角度に従って回転駆動するモータであって、制御装置３５からの指令に応じてチャック３１を回転させて保持したキャップ４を容器２の口部２Ａに巻き締めするようになっている。他方、制御装置３５は、モータ３２が備えるエンコーダのパルス信号により駆動軸３６に連結されたチャック３１の回転角度を認識することができるようになっている。
スピンドル３０の外周には、これよりも大径の円筒部材３８が配置されており、この円筒部材３８の外周面にはカム機構３３を構成するカムフォロア５０が設けられている。このカムフォロア５０は、キャッピングヘッド５の移動経路の内側に固定された溝カム５１に係合され、キャッピングヘッド５の移動に伴い溝カム５１の軌跡に従って円筒部材３８を昇降させるようになっている。
円筒部材３８の下端には内周側に突出する突出部３８Ａが形成されており、一方スピンドル３０にはこの突出部３８Ａより上方位置で、その外周面から突出する係合部３０Ａが形成されていて、突出部３８Ａが係合部３０Ａに対して下方から係合し突出部３８Ａに係合部３０Ａを介してスピンドル３０が載置された状態において、円筒部材３８の昇降に伴いスピンドル３０ならびにその下端に取付けられたチャック３１を、モータ３２の回転軸３６に対して昇降させることができるようになっている。
円筒部材３８の上端には平坦面３８Ｂが形成されており、その外周部分に外筒３９が立設され、その上端にスピンドル３０を取り囲むドーナツ状のヘッドカバー４０が取付けられている。ヘッドカバー４０の内孔縁部分には、内筒４１がスピンドル３０を摺動自在に取り囲んで円筒部材３８の上部と重なる位置まで垂下して設けられている。これら、外筒３９，ヘッドカバー４０，内筒４１は円筒部材３８と一体で昇降されるようになっており、これらで取り囲まれる円環状の空間に筒状のピストン４２の上部が収容されている。
ピストン４２の上端にはフランジ４２Ａが形成されており、このフランジ４２Ａは外筒３９と内筒４１の間で気密を保持した状態で上下に摺動自在となっている。また、ピストン４２の円筒部分４２Ｂは円筒部材３８の内周面と内筒４１の外周面の間の隙間から下方に突出されており、この間で気密を保持した状態で上下に摺動自在となっている。これにより、エアシリンダ３４が構成されている。
そして、フランジ４２Ａの上方側に第１圧力室４３を形成するとともに、この第１圧力室４３を電磁弁４４を介して選択的に圧縮エア源４５又は大気に連通させる一方、フランジ４２Ａの下方側に第２圧力室４６を形成するとともに、この第２圧力室４６も電磁弁４４を介して選択的に圧縮エア源４５と大気に連通させるようになっており、この電磁弁４４の切換えを制御装置３５によって行なっている。
またスピンドル３０から突出する係合部３０Ａの上面には、ベアリング６０を介してスピンドル３０の回転を遮断できる状態でスプリング４７を設けてあり、後述するようにエアシリンダ３４を作動させてピストン４２でこのスプリング４７を圧縮させることにより、スピンドル３０を介しチャック３１に対して荷重を加えることができるようにしている。本実施例では、最終的に容器に対して２０ｋｇ程度の荷重を付加できるようスプリング４７のセット荷重を設定している。
【００１０】
以上の構成を有するスクリューキャッパ１の作動について説明する。
図３におけるキャップ供給位置Ａでは、キャッピングヘッド５の円筒部材３８は、カム機構３３による上昇位置にあり、スピンドル３０も係合部３０Ａが突出部３８Ａにより持ち上げられた上昇位置にある。この時、エアシリンダ３４の第２圧力室４６に圧縮エアが供給されピストン４２は上昇端に位置しスプリング４７から離隔してこれを圧縮しない状態となっている。この状態で回転停止状態のチャック３１に対して図示しない供給手段によりキャップ４が順次供給される。そして、キャップ供給位置Ａの下流側の容器供給位置Ｂで、供給スターホイール１０によって回転体３の載置台１４上に容器２が順次供給されるようになっており、この載置台１４上に載置された容器２は、速やかに首部２Ｃの周りをアタッチメント２３とガイド２４により包囲されて転倒を防止されつつ回転体３により搬送される。
この後、容器２の移動に追従して移動するキャッピングヘッド５の移動に伴って下降開始位置Ｃに達したチャック３１は、カム機構３３による円筒部材３８の下降により下方の容器２に向けて順次降下を開始する。この後、スピンドル３０ならびにチャック３１は、保持したキャップ４のねじ部４Ｎが容器２のねじ部２Ｎに当接した時点で下降を停止するが、円筒部材３８はカム溝５１の軌跡に従って下降を継続しており、図１で示すようにその突出部３８Ａがスピンドル３０の係合部３０Ａから離れた状態で下降を停止する。この時、エアシリンダ３４は図１で中心線Ｏの左側に示すようにピストン４２はスプリング４７の上端に接してはいるがこれを圧縮してはおらず、容器にはキャップ４を介してスピンドル３０とスプリング４７およびチャック３１の自重だけが掛かった状態となっている。この状態では、アタッチメント２３に設けた爪１５はフランジ部２Ｂの下面に当接してはいるが、食い込まれてはおらず係合した状態にはない。
本実施例では、このように下方の容器に向けてスピンドル３０、スプリング４７、チャック３１の自重が掛かった状態（チャック３１に対しては、スピンドル３０とスプリング４７の自重が掛かった状態）、すなわち、荷重付加手段を構成するエアシリンダ３４による付加荷重が零の場合を、低荷重に制御したものとしている。しかしながら、必要に応じてエアシリンダ３４の第１圧力室４３、第２圧力室４６に供給する圧縮エア量を調節して、さらに荷重を付加することも可能である。
このような状態でキャッピングヘッド５が巻き締め開始位置Ｄに達したことを認識すると、制御装置３５は、順次モータ３２に回転指令を出力し、各モータ３２を回転駆動させる一方、回転を開始したモータ３２から入力されるパルス信号からチャック３１の回転角度を監視する。
キャップ４が容器２に巻き締められる際には、巻き締め開始から所定の巻き数（回転角度）までは、キャップ４と容器２の間の摩擦が小さく、巻き締めに要するトルクが内容物を含む容器２と載置台１４との間の摩擦力を下回っているので、巻き締めに伴って容器２が回転されることはない。その後巻き締めが進み、容器２の口部２Ａの上端がキャップ４の天面に当接するようになると、容器２と載置台１４との間の摩擦力を上回る高いトルクが必要となり、容器２を拘束しなければ巻き締めに伴って容器２が回転してしまい、これ以上の巻き締めが不可能となる。そこで本発明はこの点に着目して、巻き締め開始から所定の回転角度までは、エアシリンダ３４によりチャック３１に対して付加する荷重を低荷重に制御し、チャック３１を回転するようにしている。この際に設定される低荷重は、アッタチメント２３に設けた爪１５が、容器２のフランジ部２Ｂの下面に係合することのない値であるが、上述したように容器２が回転することなく巻き締めは進行される。
また、キャップ４に対して上方から高い荷重がかけられてねじ部の破損、ベレーキャップが発生するのは、キャップ４が降下されて容器２の口部２Ａに被さった際の相対的な位置関係が、具体的には図４で示すようなキャップ４のねじ部４Ｎと容器２のねじ部２Ｎの互いの先端部分だけが重なった状態となったときに限られるものであり、互いの受圧面積が大きくなれば回避できるものである。これらのことから本実施例では、容器２のねじ部２Ｎの先端を回転方向の基準とし、ここからキャップ４のねじ部４Ｎの先端の位置を巻き締め方向に徐々に異ならせた状態で、キャップ４を容器２に降下させて高荷重で押圧し、ねじ部の破損、乗り上げ（ベレーキャップ）が発生しない回転角度（概ね１８０°以下）を荷重変更角度とて検出し、巻き締め開始よりチャック３１の回転角度がこの荷重変更角度を上回るまでは、エアシリンダ３４による荷重を低荷重に制御するようにしている。
これによれば、キャップ４が容器２に降下された際の容器２のねじ部２Ｎの先端に対するキャップ４のねじ部４Ｎの先端の相対的な位置関係が、ねじ部４Ｎの先端がねじ部２Ｎの先端よりも巻き締め方向側に若干ずれて、互いの先端部分だけが重なる状態（図４参照）となる場合であっても、当接した時点で高荷重が掛けられることはなく、その後チャック３１が回転されて少なくとも荷重変更角度を上回るまでは低荷重が維持されるので、ねじ部の破損、ベレーキャップが発生することはない。なお、ねじ部２Ｎの先端よりも巻き締め方向とは逆側に若干ずれている場合には、ねじ部４Ｎの先端は図４で示すねじ部２Ｎの先端の次段のねじ部２Ｎに当接されるので、はじめからねじ部の破損、ベレーキャップのおそれはない。
したがって本実施例では、チャック３１の回転を開始してからその回転角度が予め設定した荷重変更角度を上回ったことが検出されると、制御装置３５は電磁弁４４を切換えて第２圧力室４６を大気に開放するとともに、第１圧力室４３に圧縮エアを導入してピストン４２を下動させスプリング４７を圧縮させてチャック３１に対して付与する荷重を高荷重に制御する（図１の中止線Ｏの右側を参照）。これにより、キャップ４を介して容器２に向けた高い荷重（２０ｋｇ程度）が加えられ、容器２のフランジ部２Ｂの下面にアタッチメント２３に設けられた爪１５が食い込み（係合して）巻き締めに伴って容器２が回転されることを阻止するようになる。この状態で巻き締めを進行させることにより、容器２の口部２Ａの上端がキャップ４の天面に当接した後も容器２が回転することなく、天面に設けられたシール部材を押し潰してさらにキャップ４を巻き締めることができる。
そして、モータ３２の回転開始（巻き締め開始）からの回転量（回転角度）が所定量に達したことが認識されたら、制御装置３５はモータ３２を停止させ巻き締めを終了する。その後キャッピングヘッド５が上昇開始位置Ｅに達すると、制御装置３５はチャック３１によるキャップ４の保持を解除し、かつ電磁弁４４を切換えて第１圧力室４３を大気に解放するとともに、第２圧力室４６に圧縮エアを導入してピストン４２を上動させスプリング４７の圧縮を解除してチャック３１に対して付与する荷重を低荷重の状態とする。さらに、キャッピングヘッド５は上昇開始位置Ｅから排出位置Ｆへ移動する間にカム機構３３によって上昇されるので、キャップ４が巻き締められた容器２が排出スターホイール１１によって外部へ排出される。
なお、本実施例ではチャック３１の回転角度をモータ３２が備えるエンコーダのパルス信号を基に検出するようにしていたが、制御装置３５に備えたタイマーによって、所定のスピードで回転されるモータ３２の回転開始からの時間を計測することにより、チャック３１の回転角度を検出し所定の回転角度だけ回転したことを検出するようにすることもできる。
また、本実施例では、荷重変更角度を必要な受圧面積が得られるまでの回転角度（概ね、１８０°以下）に設定していたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、巻き締めに伴って容器２が回転し始めるまで、すなわち容器２の口部２Ａの上端がキャップ４の天面に当接するまでの間、チャック３１に付加する荷重を低荷重に設定しておいても問題はなく荷重変更角度はこの間で設定すればよい。
この場合、キャップ４の天面に口部２Ａの上端が当接したことを検出する手段としては、モータ３２に供給される電流値、電圧値を随時検出してチャック３１に付与されるトルク値を認識するようにし、付与されるトルク値が急激に上昇して所定のしきい値を越えることによって当接を検出するように構成することができる。また、キャップ４の天面に口部２Ａの上端が当接する時の、キャップ４と容器２の巻き締め量（容器２のねじ部２Ｎの先端を基準としたキャップ４のねじ部４Ｎの先端部分の回転角度）は一定であり、この時のキャップ４の例えば載置台１４を基準とした高さ位置も一定となる。このことからチャック３１の高さを検出する検出手段を設け、チャック３１が所定の高さ位置まで下降したことを検出することにより、当接を検出するよう構成することもできる。
【００１１】
以上の説明より理解されるように、荷重変更角度以前は、チャック３１に加える荷重を低くしているので、巻き始めにキャップ４のねじ部４Ｎと容器２のねじ部２Ｎが互いに先端部分だけが重なり合う状態が生じたとしても、ねじ部の破損、ベレーキャップを防止しつつ巻き締めを行なうことができる一方、上記荷重変更角度以降は、チャック３１に加える荷重を増大させているので、巻き締めの進行に伴って容器２が回転されることを阻止しつつ確実に巻き締めを行なうことができる。
【００１２】
なお上記実施例では、エアシリンダ３４を荷重付加手段としていたがこれに限定されるものではなく、カム機構を用いてスプリング４７を圧縮させたり、スプリング４７に代えてマグネットクラッチを用いマグネットの反発力を利用する等、それ以外の手段であってもよい。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、荷重変更角度以前は、キャップを保持する保持手段に加える荷重を低くしてねじ部の破損、ベレーキャップを防止しつつ巻き締めを行い、また荷重変更角度以降は、保持手段に加える荷重を増大させて巻き締めの進行に伴って容器が回転されることを阻止しつつ巻き締めを行なっているので、ねじ部破損、ベレーキャップを防止しながらも、確実な巻締めを行なうことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転式スクリューキャッパ１を示す概略断面図。
【図２】回転体３の拡大断面図。
【図３】回転体３の概略平面図。
【図４】キャップ４のねじ部４Ｎと容器２のねじ部２Ｎの噛み合わせ状態を示した図。
【符号の説明】
１…スクリューキャッパ２…容器
２Ｂ…フランジ２Ｎ…ねじ部
３…回転体４…キャップ
４Ｎ…ねじ部５…チャック
１５…爪３２…モータ
３３…カム機構３４…エアシリンダ
３５…制御装置

Claims

容器を搬送する搬送手段と、この搬送手段によって搬送される容器の口部にキャップを巻き締めするキャッピングヘッドとを備え、
上記キャッピングヘッドは、キャップを保持する保持手段と、この保持手段を回転させる回転手段と、上記保持手段を昇降させる昇降手段と、上記保持手段に対して下方の容器に向けた荷重を加える荷重付加手段とから構成されたスクリューキャッパにおいて、
上記保持手段の回転角度を検出する回転角度検出手段と、上記回転手段の回転駆動を制御するとともに上記荷重付加手段の荷重を制御する制御装置とを設け、
上記制御装置は、上記保持手段に保持されたキャップのねじ部が容器のねじ部に当接された状態から、上記回転手段により上記保持手段の回転を開始させてキャップの巻締めを開始するとともに、上記回転角度検出手段により検出される上記保持手段の回転角度を監視し、巻締め開始より保持手段の回転角度が所定の荷重変更角度を上回るまでは荷重付加手段による荷重を低荷重に制御するとともに、巻締め途中で上記回転角度検出手段により保持手段の回転角度が荷重変更角度を上回ったことが検出されたら、上記荷重付加手段による荷重を高荷重に制御することを特徴とするスクリューキャッパ。
上記搬送手段は、上記荷重付加手段により容器に荷重が加えられた際に、容器が備えるフランジ部の下面に係合する係合部材を有していることを特徴とする請求項１に記載のスクリューキャッパ。