JP4818647B2 - キャッピング荷重／トルク測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、キャッピング荷重／トルク測定装置、特にボトルのキャッピング時のプレス荷重と閉栓トルクを同時に測定することができボトルのキャッピングにおけるキャッパーの条件設定時間の短縮に寄与するキャッピング荷重／トルク測定装置に関するものである。

キャップを螺合して密封する容器においては、内容物が漏洩しない程度にキャップが巻き締められていなければならないが、過度に巻き締められている場合、ユーザによる開封が困難となってしまう。従って、容器に対しキャップを巻き締める装置であるキャッパーにおいて、適正な密封性と開封性が確保され得る程度にキャップの巻き締め（以下、「キャッピング」という。）が行われることが重要である。そのため、キャップを巻き締めるキャッピングヘッドの閉栓トルクとキャッピングヘッドのプレス荷重については、オペレータがキャッピング前に条件設定する必要がある。
従来、一端の外周面においてボトルの口部を模擬したネジ部を有し、且つ他端の外周面において荷重検出器を有する荷重検出部材によって、キャッピング時のプレス荷重を測定する荷重測定装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、同一の構成でキャッピング時の閉栓トルクを測定する閉栓トルク測定装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。

特許第２９６７７８２号 特公平７−３５１８７号公報

上記荷重測定装置または閉栓トルク測定装置では、倶に荷重検出器部材のひずみ量に比例した電気信号を出力するひずみゲージを使用してキャッピング時のキャッピングする容器に対する適正な荷重または閉栓トルクを求めている。
しかし、上記測定装置では、プレス荷重または閉栓トルクのどちらか一方しか測定することができないため、オペレータはキャッピング前においてキャッパーの条件設定としてキャッピングヘッドのプレス荷重または閉栓トルクを別個に少なくとも２回は測定しなければならない。その結果、条件設定に時間を要する問題がある。
そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その解決しようとする課題は、ボトルのキャッピング時のプレス荷重と閉栓トルクを同時に測定することができボトルのキャッピングにおけるキャッパーの条件設定時間の短縮に寄与するキャッピング荷重／トルク測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するための第１の発明は、キャップと螺合するネジ部、キャッピングヘッドの閉栓トルクを伝達するトルク伝達ロッドおよび同プレス荷重を伝達する荷重伝達ロッドを有するダミーボトル口と、前記トルク伝達ロッドから伝達されるトルクを受けて該トルクに対応する電気信号を出力するトルク変換器と、前記荷重伝達ロッドから伝達される荷重を受けて該荷重に対応する電気信号を出力する荷重変換器とを具備し、キャッピングヘッドの閉栓トルクを前記トルク伝達ロッドから前記トルク変換器に伝達する閉栓トルク伝達系統と、同プレス荷重を前記荷重伝達ロッドから前記荷重変換器に伝達する荷重伝達系統とを構成し、該荷重伝達系統と前記閉栓トルク伝達系統は互いに力学的に干渉することなく、キャッピング時の閉栓トルクおよびプレス荷重を同時に測定することが出来るキャッピング荷重／トルク測定装置であって、
前記トルク変換器は円筒状ドラム及びひずみゲージによって構成され、且つ前記荷重伝達系統は前記円筒状ドラムの管路内部に円筒ガイドを介して同芯状に収容され、且つ前記トルク伝達ロッドおよび前記荷重伝達ロッドは、前記円筒状ドラムに対面する前記ダミーボトル口部の外周端部および中心部に各々配設されていることを特徴とする。
上記第１の発明のキャッピング荷重／トルク測定装置では、トルク伝達ロッドからトルク変換器に至るトルク伝達系統および荷重伝達ロッドから荷重変換器に至る荷重伝達系統が互いに力学的に独立して構成されて、キャッピングヘッドのプレス荷重および同閉栓トルクは、各々独立に荷重変換器およびトルク変換器に伝達されることになる。これにより、キャッピングヘッドのプレス荷重と同閉栓トルクを同時に且つ正確に測定することが可能となる。

上記第１の発明のキャッピング荷重／トルク測定装置では、荷重伝達ロッドから荷重変換器に至る荷重伝達系統が円筒状ドラムの管路内部に同芯状に収容されているので、偏荷重を受けることなく正確にプレス荷重を伝達でき、且つ寸法が小型化され、取り扱い性が向上する。

第２の発明では、前記円筒状ドラムは、閉栓トルクに対応するひずみを生じる程度の剛性を有し且つ前記円筒ガイドは閉栓トルクに対しひずむことがない高い剛性を有していることとした。
上記第２の発明のキャッピング荷重／トルク測定装置では、円筒状ドラムは閉栓トルクに対応してひずむ為、トルク検知に対するひずみゲージの感度が向上する。一方、円筒状ドラムがひずみ変形を起こしても、剛性の高い円筒ガイドによりその変形が荷重伝達系統に力学的な作用を及ぼすことはなくなる。このように、円筒ガイドは荷重伝達系統およびトルク伝達系統を力学的に独立した構成とする。

第３の発明では、前記トルク伝達ロッドおよび前記円筒状ドラムは、前記トルク伝達ロッドが前記円筒状ドラムの貫通ホールに挿通され、回動体を介して軸方向に対し摺動自在に支持され且つ前記貫通ホールの内周面から伸縮可能なロッドによって回転方向に対する移動を拘束されて、軸方向に対する該トルク伝達ロッドの摺動抵抗が低減され且つトルク伝達損失が低減されるように構成されていることとした。
上記第３の発明のキャッピング荷重／トルク測定装置では、トルク伝達系統は荷重伝達系統から力学的な作用を受けなくなり、且つトルク伝達損失が小さくなるのでトルク計測の精度が向上するようになる。

上記第３の発明のキャッピング荷重／トルク測定装置では、回動体によって軸方向に対する摺動抵抗が好適に低減され、且つ伸縮可能なロッドによって貫通ホールにおける、トルク伝達ロッドと貫通ホールとのクリアランス（以下、「ガタ」という。）が好適に解消され、その結果、トルク伝達損失が好適に低減される。

第４の発明では、前記荷重伝達ロッドおよび前記円筒ガイドは、前記荷重伝達ロッドがボールスライダを介して回転自在に前記円筒ガイドに嵌合し、且つ前記ボールスライダはバネにより軸方向に対し支持されて、軸方向に対する摺動抵抗が低減されるように且つ荷重伝達損失が低減されるように構成されていることとした。
上記第４の発明のキャッピング荷重／トルク測定装置では、摺動抵抗を含む荷重伝達損失が小さくなるので荷重計測の精度が向上するようになる。

上記第４の発明のキャッピング荷重／トルク測定装置では、ボールスライダによって荷重伝達ロッドの軸方向に対する摺動抵抗が好適に低減され、且つボールスライダによって低減されなかった摺動抵抗はバネによって好適に低減され、その結果、荷重伝達損失が好適に低減される。

本発明のキャッピング荷重／トルク測定装置によれば、トルク伝達ロッドからトルク変換器に至るトルク伝達系統と、荷重伝達ロッドから荷重変換器に至る荷重伝達系統とが互いに力学的に干渉し合わない構成となっているため、キャッピングヘッドのプレス荷重および同閉栓トルクが同時に且つ正確に測定することが可能となる。これにより、キャッピング前のキャッパーの閉栓トルクおよびプレス荷重の条件設定が一度で済むことになり、条件設定の時間が大幅に短縮される。
また、トルク変換器は円筒状ドラム及びひずみゲージで構成され、その円筒状ドラムの管路内部に荷重伝達ロッドから荷重変換器に至る荷重伝達系統が同芯状に円筒ガイドを介して収容されているので、全体の寸法が小型となり、取り扱い性が向上する。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るキャッピング荷重／トルク測定装置１００を示す要部断面説明図である。
このキャッピング荷重／トルク測定装置１００は、キャッピングヘッドの巻き締め対象であるボトルの口部を模擬したダミーボトル口部１０と、荷重伝達ロッド２を介して伝達されるキャッピングヘッドのプレス荷重を受けてそのプレス荷重に対応する電気信号を出力する荷重変換器としてのロードセル２０と、トルク伝達ロッド３を介して伝達されるキャッピングヘッドの閉栓トルクを受けてそのトルクに対応する電気信号を出力するトルク変換器３０と、荷重伝達ロッド２をセンシングポイントに案内する円筒ガイド４０と、ロードセル２０及びひずみゲージ３２の電気信号を外部に出力し同駆動電力を導入するコネクタ５０と、ロードセル２０やトルク変換器３０や円筒ガイド４０を収容するケース６０と、ボトルの胴部を模擬したダミーボトル胴部７０とを具備して構成されている。なお、Ｂ部については、図３を参照しながら後述する。

ダミーボトル口部１０は、上部外側面に、キャップ（図示せず）の内側に施されているラグ（図示せず）や雌ネジ（図示せず）と螺合するネジ部１を有する。また、底部外面にキャッピングヘッド（図示せず）のプレス荷重をロードセルに伝達する荷重伝達ロッド２がファスナ４によって取り付けられ、且つキャッピングヘッドの閉栓トルクをトルク変換器３０に伝達するトルク伝達ロッド３がファスナ５によって取り付けられている。荷重伝達ロッド２およびトルク伝達ロッド３は、各々ダミーボトル口部１０の外周端部および中心部に配設され、後述するように、キャッピングヘッドのプレス荷重および閉栓トルクは力学的に干渉し合うことなくロードセル２０およびトルク変換器３０に各々伝達される。

ロードセル２０は、例えばピエゾ素子等の圧電素子から構成される荷重検知センサである。ロードセル２０が検知した荷重は対応する電気信号に変換されロードセルケーブル２０ａを介して外部に出力される。また、荷重伝達ロッド２からロードセル２０に至る荷重伝達系統は、後述するようにトルク変換器３０の内部に円筒ガイド４０を介して同芯状に収納されている。これにより、装置全体の寸法が小型化され、取り扱い性が向上する。

トルク変換器３０は、トルク伝達ロッド３が伝達したトルクに対応するひずみを発生する円筒状ドラム３１と、円筒状ドラム３１のひずみを検知して対応する電気信号に変換するひずみゲージ３２とから構成される。また、円筒状ドラム３１は、トルク伝達ロッド３が伝達したトルクによって変形される程度の適度な剛性を有するように、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で作られている。また、ひずみゲージ３２は、例えば電気抵抗の変化を電気信号としてトルク変換器ケーブル３２ａを介して外部に出力する。

また、円筒状ドラム３１は、図２にて後述するように、キャッピングヘッドがダミーボトル口部１０を押す際にトルク伝達ロッド３が軸方向に変位することにより発生する摺動抵抗力を低減する構成と成っている。また、トルク伝達ロッド３とロッド貫通ホール３１ａとのクリアランス（以下、「ガタ」という。）に起因するトルクの伝達損失を防止する構成と成っている。これにより、プレス荷重は円筒状ドラム３１において損失することはなくなり且つ閉栓トルクは低損失でひずみゲージ３２に伝達される。その結果、ロードセル２０及びひずみゲージ３２において各々正確な荷重測定およびトルク測定が可能となる。

円筒ガイド４０は、円筒状ドラム３１とは対照的に、強度および剛性ともに高い材料、例えばステンレス等で作られ、荷重伝達ロッド２の軸芯とロードセル２０の軸芯とを一致させると共にトルク伝達系統および荷重伝達系統を力学的に分離独立している。これにより、荷重伝達ロッド２が伝達するプレス荷重がトルク伝達系統に作用することなくロードセル２０に伝達されることになり、一方、トルク伝達ロッド３が伝達する閉栓トルクが荷重伝達系統に作用することなくひずみゲージ３２に伝達されることになる。その結果、荷重伝達系統およびトルク伝達系統が互いに力学的に干渉し合わない構成となり、プレス荷重および閉栓トルクを同時に且つ正確に測定することができるようになる。また、図３にて後述するように、荷重伝達ロッド２および円筒ガイド４０は摺動抵抗力を低減する構成と成っている。

コネクタ５０は、ロードセル２０に対する外部電源とのインターフェース、並びにロードセル２０が検知した信号を処理する測定装置とのインタフェースであると共に、ひずみゲージ３２に対する外部電源とのインタフェース、並びにひずみゲージ３２が検知した信号を処理する測定装置とのインタフェースである。

ケース６０、円筒ガイド４０およびトルク変換器３０はボルト締結され一体化されている。更にケース６０はダミーボトル胴部７０に対しボルト締結され固定されている。

図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す要部説明図である。
トルク伝達ロッド３が貫通する円筒状ドラム３１のロッド貫通ホール３１ａには、回転軸３１ｃに対し回動体としてのローラ３１ｂと、ロッド貫通ホール３１ａに対し直交して形成された雌ねじ部３１ｅと、その雌ねじ部３１ｅに螺合してロッド貫通ホール３１ａの外周面から突出してガタを解消する伸縮可能なロッドとしてのガタ防止用ファスナ３１ｄが具備されている。これにより、キャッピングヘッドがダミーボトル口部１０をプレスする際に、トルク伝達ロッド３は軸方向に変位しロッド貫通ホール３１ａの内周面に摺動するが、ローラ３１ｂによって摺動抵抗が好適に低減される。その結果、キャッピングヘッドのプレス荷重はトルク伝達系統において損失することなく荷重伝達ロッド２を介してロードセル２０に伝達されることになる。さらに、キャッピングヘッドがダミーボトル口部１０を巻き締める際の閉栓トルクはトルク伝達ロッド３を介して円筒状ドラム３１及びひずみゲージ３２に伝達されるが、トルク伝達ロッド３およびロッド貫通ホール３１ａの間にガタがあると、閉栓トルクの伝達に対し損失を与えることになる。しかし、ガタ防止用ファスナ３１ｄによって、上記ガタが好適に解消されるので、閉栓トルクの伝達に対し損失が発生しなくなる。その結果、ひずみゲージ３２においてキャッピングヘッドの閉栓トルクを正確に測定することができる。

図３は、Ｂ部を示す拡大説明図である。
荷重伝達ロッド２と円筒ガイド４０との間には、ボールスライダ２１が挿入されてボールスライダのボール２１ａは任意の方向に回動する構成となっている。また、ボールスライダ２１はスプリング２２によって支持されている。これにより、荷重伝達ロッド２が軸方向に変位してプレス荷重をロードセル２０のセンシングポイント２０ａに伝達する際に、荷重伝達ロッド２がボールスライダ２１のボール２１ａに摺動し、ボール２１ａが回動すると共にスプリング２２が縮むことによりその摺動抵抗を好適に逃がすことができる。

他方、トルク伝達ロッド３が回転方向に変位して閉栓トルクを伝達する際に、荷重伝達ロッド２も同時に自転しながらプレス荷重を伝達することになるが、荷重伝達ロッド２が自転すると、同様にボール２１ａに摺動し、ボール２１ａが回動することによりその摺動抵抗を好適に逃がすことができる。このように、ボールスライダ２１およびスプリング２２によって、キャッピングヘッドのプレス荷重の伝達損失は小さくなり且つ同閉栓トルクの伝達がプレス荷重の伝達に力学的に影響を及ぼさないこととなり、センシングポイント２０ａにおいてキャッピングヘッドのプレス荷重を正確に測定することができる。

また、荷重伝達ロッド２の先端部には、スプリング２２を嵌め込む切り欠き２ａが軸方向に対し、例えば４つ形成されている。同様に、その切り欠き２ａに対応して円筒ガイド４０の内周面に凹部４０ａが同じく４つ形成されて、スプリング２２を半径方向に対し支持している。さらに、第１Ｃリング２３が円筒ガイド４０に対し一体に取り付けられ、スプリング２２を軸方向に対し支持している。また、第２Ｃリング２５が荷重伝達ロッド２に対し一体に取り付けられ、荷重伝達ロッド２の抜けを好適に防止するシムリング２４を支持している。

以上、本発明のキャッピング荷重／トルク測定装置１００によれば、キャッピングヘッドのプレス荷重は、荷重伝達ロッド２を介してトルク伝達ロッド３からトルク変換器３０に至るトルク伝達系統に対し力学的に影響を及ぼすことなく且つ損失することなくロードセル２０に伝達される。他方、キャッピングヘッドの閉栓トルクは、荷重伝達ロッド２からロードセル２０に至る荷重伝達系統に対し力学的に影響を及ぼすことなく且つ損失することなくトルク変換器３０に伝達される。これにより、キャッピングヘッドのプレス荷重および同閉栓トルクを同時に且つ正確に測定することが可能となり、キャッピングにおける条件設定時間を大幅に短縮することができるようになる。
また、トルク変換器３０は円筒状ドラム３１及びひずみゲージ３２で構成され、荷重伝達ロッド２からロードセル２０に至る荷重伝達系統が円筒状ドラム３１の管路内部に円筒ガイド４０を介して同芯状に収容されているので、全体の寸法が小型となり、取り扱い性が向上する。

図４は、実施例１に係るキャッピング荷重／トルク測定装置２００を示す要部断面説明図である。
このキャッピング荷重／トルク測定装置２００は、ペットボトルの口部を模擬したダミーボトル口部１１以外は、上記キャッピング荷重／トルク測定装置１００と同一の構成である。このように、ダミーボトル口部を巻き締め対象である容器の口部を模擬することにより、本発明のキャッピング荷重／トルク測定装置を色々な容器の巻き締めに適用することが出来るようになる。

本発明のキャッピング荷重／トルク測定装置は、キャッパーのキャッピングヘッドのプレス荷重および閉栓トルクの測定に限らず荷重とトルクを同時に測定することが必要となる計測分野に対しても好適に適用される。

本発明の実施形態に係るキャッピング荷重／トルク測定装置を示す要部断面説明図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す要部説明図である。 Ｂ部を示す拡大説明図である。 実施例１に係るキャッピング荷重／トルク測定装置を示す要部断面説明図である。

符号の説明

２ 荷重伝達ロッド
３ トルク伝達ロッド
１０ ダミーボトル口部
２０ ロードセル
３０ トルク変換器
３１ 円筒状ドラム
３２ ひずみゲージ
４０ 円筒ガイド
５０ コネクタ
６０ ケース
７０ ダミーボトル胴部
１００ キャッピング荷重／トルク測定装置

Claims (4)

1. キャップと螺合するネジ部、キャッピングヘッドの閉栓トルクを伝達するトルク伝達ロッドおよび同プレス荷重を伝達する荷重伝達ロッドを有するダミーボトル口と、前記トルク伝達ロッドから伝達されるトルクを受けて該トルクに対応する電気信号を出力するトルク変換器と、前記荷重伝達ロッドから伝達される荷重を受けて該荷重に対応する電気信号を出力する荷重変換器とを具備し、キャッピングヘッドの閉栓トルクを前記トルク伝達ロッドから前記トルク変換器に伝達する閉栓トルク伝達系統と、同プレス荷重を前記荷重伝達ロッドから前記荷重変換器に伝達する荷重伝達系統とを構成し、該荷重伝達系統と前記閉栓トルク伝達系統は互いに力学的に干渉することなく、キャッピング時の閉栓トルクおよびプレス荷重を同時に測定することが出来るキャッピング荷重／トルク測定装置であって、
   前記トルク変換器は円筒状ドラム及びひずみゲージによって構成され、且つ前記荷重伝達系統は前記円筒状ドラムの管路内部に円筒ガイドを介して同芯状に収容され、且つ前記トルク伝達ロッドおよび前記荷重伝達ロッドは、前記円筒状ドラムに対面する前記ダミーボトル口部の外周端部および中心部に各々配設されていることを特徴とするキャッピング荷重／トルク測定装置。
2. 前記円筒状ドラムは、閉栓トルクに対応するひずみを生じる程度の剛性を有し且つ前記円筒ガイドは閉栓トルクに対しひずむことがない高い剛性を有している請求項１に記載のキャッピング荷重／トルク測定装置。
3. 前記トルク伝達ロッドおよび前記円筒状ドラムは、前記トルク伝達ロッドが前記円筒状ドラムの貫通ホールに挿通され、回動体を介して軸方向に対し摺動自在に支持され且つ前記貫通ホールの内周面から伸縮可能なロッドによって回転方向に対する移動を拘束されて、軸方向に対する該トルク伝達ロッドの摺動抵抗が低減され且つトルク伝達損失が低減されるように構成されている請求項１に記載のキャッピング荷重／トルク測定装置。
4. 前記荷重伝達ロッドおよび前記円筒ガイドは、前記荷重伝達ロッドがボールスライダを介して回転自在に前記円筒ガイドに嵌合し、且つ前記ボールスライダはバネにより軸方向に対し支持されて、軸方向に対する摺動抵抗が低減されるように且つ荷重伝達損失が低減されるように構成されている請求項１に記載のキャッピング荷重／トルク測定装置。

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