JP5814240B2

JP5814240B2 - 密閉機及び容器の密閉方法

Info

Publication number: JP5814240B2
Application number: JP2012528280A
Authority: JP
Inventors: シュヴァルツ，ヴォルフハルト
Original assignee: クロージャーシステムスインターナショナルドイチュラントゲーエムベーハー
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2030-09-13
Also published as: ES2624275T3; JP2013504494A; EP2475608A2; EP2475608B1; US20120174536A1; WO2011029617A3; DE102009042109A1; WO2011029617A2

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに基づく、容器、特にボトルを密閉するための密閉機及び請求項１４のプリアンブルに基づく、容器、特にボトルを密閉するための方法に関する。

本明細書で論じる種類の密閉機及び方法は既に知られている。この密閉機及び方法では、予め成形された雌ねじ山を備えたキャップが、雄ねじ山を備えた容器上に設置され、その後、密閉方向に固定的にねじ締めされる。密閉工程のためには、キャップと容器が相対的に回転する必要がある。一般的には密閉ヘッドが駆動装置により回転変位され、その一方で容器は回転しない。通常は、密閉工程を監視し、例えばキャップに掛かる回転モーメント及び/又は容器に対するキャップの回転角度を捕捉するセンサが用いられる。制御機構がセンサの信号を評価し、所定の回転モーメント及び/又は回転角度に達するよう又はそれを超えないように、スイッチ機構を介して駆動装置を制御する。密閉工程の際、キャップを保持している密閉ヘッドは密閉曲線に従って動く。つまり密閉ヘッドは、容器と同期して、送りレーンに沿って動き、同時に容器に向かって降下し、この降下運動は、キャップ内の雌ねじ山又は容器表面の雄ねじ山の幾何形状に適合している。このような降下運動は、定置された一つの密閉ヘッドを有し、幾つかの容器を密閉する密閉機でも行われ得る。この密閉工程では、キャップが容器上に斜めに設置され、容器中身の確実な密封を保証できない密閉エラーが起こり得ることが分かった。

したがって本発明の課題は、密閉エラーを最小限に減らすことができる上述の種類の密閉機を提供することである。

本課題を解決するため、請求項１で提案した特徴を有する密閉機が提案される。この密閉機は、容器に対するキャップの相対位置を、それもキャップが容器上に設置された直後に捕捉するセンサを特色とする。この捕捉された位置を実際の位置と呼ぶ。この実際の位置は、キャップが容器上に、つまり容器の口上に最適に設置されているときに測定又は決定される参照位置Rと比較される。キャップの雌ねじ山と容器の口周りの雄ねじ山とが相互にかみ合っており、ねじ山ランド部が重なり合っていない場合に、最適な位置が達成されている。つまり、ねじ山ランド部が重なり合っている場合には、しばしば容器に対してキャップが斜めに載っている。容器に対するキャップの初期状態がこのような場合に密閉工程が開始されると、つまりキャップが容器上に固定的にねじ締めされると、容器上でキャップが引っ掛かることがあり、たいていは、容器が確実に密閉される最終位置までキャップを到達させることができない。したがって容器の中身がこぼれ出る可能性があり、且つ/又はだめになる可能性がある。これに関し、本課題を解決するための密閉機では、制御機構が比較ユニットを備えており、この比較ユニットに、捕捉された、容器に対するキャップの実際の位置及び参照位置Rが送られる。両方の位置が比較ユニットで比較される。この比較に応じ、制御機構により、スイッチ機構を介して駆動装置の回転方向が設定される。すなわちキャップが容器上に正しく設置されており、つまり両方のねじ山が相互にかみ合っていれば、そのまま密閉工程を開始することができる。他方でキャップ内の雌ねじ山のランド部が、容器表面の雄ねじ山のランド部上に重なって設置されており、したがってキャップが容器上で比較的高く設置されていると、実際の位置が参照位置Rと一致しない。この場合、キャップはまず最初に、密閉方向とは逆に、ねじ山が相互にかみ合うまで回転される。その後ではじめてキャップを密閉方向に回転させ、固定的にねじ締めする。こうすることで、密閉工程中にキャップが容器上に斜めに設置されることがなくなるので、密閉エラーは、完全にはなくならないとしても、最小限に減らされる。

さらなる形態は従属請求項から明らかである。

本課題を解決するため、請求項１３に挙げた特徴を有しており、容器上にキャップが設置されるとまず最初に実際の位置を捕捉し、そして参照位置Rと比較することを特色とする前述の種類の方法も提案される。キャップが容器上に正しく設置されており、つまりねじ山が相互にかみ合っている場合にだけ、そのまま密閉工程が開始される。ねじ山ランド部が重なり合っている場合、キャップはまず最初に、密閉方向とは逆に、両方のねじ山が相互にかみ合っていることがセンサで確認されるまで回転される。その後ではじめて密閉工程が開始される。こうすることで、キャップが容器に対して斜めに設置されることによる密閉エラーは、完全には回避されないとしても、最小限に減らすことができる。

本方法のさらなる実施形態は、割り当てられた従属請求項から明らかである。

以下に、本発明を図面に基づいてより詳しく説明する。

密閉機の原理図である。容器に対する密閉ヘッドの高さを時間との関連で示す、二本の密閉曲線を有するグラフである。

図１は、雌ねじ山5を備えたキャップ7を収容するために用いられる密閉ヘッド3を有する密閉機1を示している。密閉ヘッド3は、駆動軸11を介して駆動装置9により回転変位され、これによりキャップ7を容器13上にねじ締めすることができる。その際、キャップ7内の雌ねじ山5が、容器13の雄ねじ山15に固定的にねじ締めされる。

密閉機1は、密閉工程を制御する制御機構17を有している。

密閉機1は、容器13に対するキャップ7の位置を捕捉するために用いられるセンサ19を有している。ここで重要なのは、キャップ7が設置された直後に、容器13上でのキャップ7の正しい位置を捕捉することである。その際、キャップ7が容器13上に、さらには容器13の口21を覆って、最適に設置されていれば、キャップ7を、図で示唆したキャップ7及び容器13の中心軸23の方向に変位させることができる。つまりこの場合、キャップ7内の雌ねじ山5のねじ山ランド部25は、容器13の雄ねじ山15のねじ山ランド部27にかみ合っている。ねじ山ランド部25及び27が重なり合っている場合、キャップ7を、中心軸23の方向に見て容器13の口21上に完全に降下させることはできない。

中心軸23の方向に測定したキャップ13の位置を、実際の位置と呼ぶ。センサ19によって捕捉されたこの測定値は、配線29を介し、また場合によっては無線電信又は別の伝送経路を介し、制御機構17に伝えられる。この制御機構には、適切な配線31又は他の伝送経路を介し、最初の設置の際の容器13上でのキャップ7の最適な位置に対応する参照信号が送られる。この参照値を参照位置Rと呼ぶ。

実際の位置に対応するセンサ19の出力信号と参照位置Rに対応する値とが比較ユニット33内で比較される。ここで行われた比較に応じ、制御信号が配線35を介してスイッチ機構37へと発信され、スイッチ機構は配線39を介して密閉ヘッド3の駆動装置9を制御する。

ここでもまた、配線35及び39の代わりに、無線電信であれ、又はブルートゥースであれ、又はその類似物であれ、別の伝送経路を介することも十分に可能であることを指摘しておく。すべての場合において重要なのは、密閉機1の要素間の適切な接続が保証されることだけである。

比較ユニット33内で、センサ19の出力信号と参照位置Rとの比較により、実際の位置が参照位置Rに合致していることが確認されると、適切な信号が制御機構17からスイッチ機構37へと発信され、その結果、スイッチ機構により駆動装置9が、密閉ヘッド3を密閉方向に回転させるように制御され、これにより、密閉ヘッド3に保持されたキャップ7が容器13上で固定的にねじ締めされる。

容器13を密閉するため、密閉ヘッド3を中心軸23の方向に容器13に向かって降下させる。容器13を密閉ヘッド3に向かって持ち上げてもよいことは、容易に明らかである。重要なのは、これら両方のパーツの相対的な移動だけである。

容器13に対する密閉ヘッド3の降下は、いわゆる密閉曲線に沿って行われる。

密閉機1は変速機41を備えることができ、この変速機41は、駆動装置9の部品であることができる。ただし、駆動軸11の領域内に変速機43を設けてもよい。最後に、このような変速機45を密閉ヘッド3の部品として形成することも考えられる。

図２は、二本の密閉曲線を有するグラフを示しており、このグラフでは横座標で時間tが、縦座標では容器13に対する密閉ヘッド3の高さhが示されている。

破線47により、従来の密閉機で選択されるような、容器13に対する密閉ヘッド3の軌道が描かれている。実線49では、容器13に対する本発明による密閉機1の密閉ヘッド3の高さhが時間tに応じてどのように変化するかが示されている。

図２に示した、ここでは破線47として示されている現況技術に基づく密閉曲線から以下のことが分かる。

密閉ヘッド3は、最初に時点t1で、高さhmaxから中心軸23に沿って容器13上に、時点t2でキャップ7が容器13の口21に接触するまで降下する。密閉工程中、キャップ7の雌ねじ山5は、容器13の雄ねじ山15に次第に深くかみ合っていく。キャップ7を固定的にねじ締めしている間、密閉ヘッド3は破線47に沿って高さhminへと、キャップ7が容器13上に完全にねじ締めされるまで連続的に降下する。完全なねじ締めは時点t3で生じている。ここで示した破線47の軌道では、密閉ヘッド3は、時点t3まで容器13表面の雄ねじ山15のピッチに従って動く。その後すぐに、又はグラフで示したように時点t4で、密閉ヘッド3を再び、時点t5で密閉ヘッドがその最初の高さhmaxに達するまで持ち上げる。

図２から、及びt2〜t3の期間内の破線47の曲線の軌道から、容器13に対して密閉ヘッド3が線形に降下するのが好ましいことが明らかである。ピッチ又は破線47の曲線の下降は、キャップ3で、及びこれに対応して容器13で設けられているねじ山のタイプに左右される。ところでこの下降は、密閉工程中に密閉ヘッド3又はキャップ7が容器13に掛ける押圧力が高くなり過ぎないよう、使用されたねじ山のタイプに正確に適合していなければならない。これは、密閉工程の際にキャップ7が容器13上で引っ掛かったり又は挟まったりすることで斜めに引っ張られるのを回避するために行われる。なぜならその場合、キャップ7による容器13の確実な密封を保証できないからである。

破線47に基づく密閉曲線の軌道に関して重要なことは、密閉工程中に密閉ヘッド3が容器13に対して降下することである。t3〜t4の期間がどのくらいの長さなのかは、当業者が任意に設定できる。

以下では、図１に基づく密閉機1により選択され、実線49で示されている密閉曲線について論じる。

これに関しては、期間t1〜t6内で、密閉ヘッド3が最初の位置hmaxから即座に最低レベルhminへと降下しており、中心軸23の方向に測定して、密閉ヘッドが容器13に対して最も接近していることが分かる。この場合、密閉ヘッド3は、図２に示されているよりさらに降下することができる。

最低の高さhminは、少なくとも時点t6〜t3の密閉工程中ずっと維持される。最低の高さは、キャップ7で設けられているねじ山のタイプには左右されない。つまりこの最低の高さは、一条のねじ山の場合も複数条のねじ山の場合も、期間t6〜t3の間維持される。

図１に基づく密閉機1の形態の場合、及び容器13を密閉するための方法を実施する場合、実線49から分かるように、密閉ヘッド3は容器13に対して非常に迅速に降下することができる。高い、少なくともより高い密閉圧力、つまり容器13に対するキャップ7の押圧力を十分に受け入れることができる。なぜなら密閉工程を開始する前に、キャップ7が容器13上に正しく位置合わせされるからであり、これに関しては下でさらに詳しく論じる。

そのうえさらに、キャップ3を任意の力で容器13に押しつけ得ることが好ましい。これは、密閉ヘッド3内に適切なバネ要素を設けることで実現することができる。好ましくは、駆動軸11にもバネ力を作用させることができ、例えばテレスコープ式に伸縮可能にすることができる。最後に駆動装置9も、駆動軸11及び密閉ヘッド3と共に中心軸23に沿って降下することができ、且つキャップ7を容器13に押しつける任意の押圧力をキャップ7に掛けるために、弾性的にバネ弾力により支持されていることができる。

以下に、密閉機1の機能について、また容器13を密閉するための方法についてもさらに詳しく論じる。

密閉機1は、図２から分かる本来の密閉工程が開始される前に、密閉ヘッド3又はキャップ7の容器13上への正しい位置合わせがセンサ19によってコントロールされることを特色とする。キャップ7が設置された後、中心軸23の方向に測定された、容器3に対するキャップの軸方向の実際の位置が捕捉される。キャップ7と容器13が最も接近するのは、キャップ7の雌ねじ山5が容器13の雄ねじ山15にかみ合うとき、つまりキャップ7内のねじ山ランド部25の端が、容器13のねじ山ランド部27上に載っているのではなく、容器13の雄ねじ山15の始点部分に直接的にかみ合っている場合である。つまりこの場合に、キャップ7を容器13の口21上に最大限変位させることができる。

密閉機1を調整する際には、最初に、キャップの雌ねじ山5が容器の雄ねじ山15にかみ合うように、つまりキャップ7が口21上に最大限変位され得るように、キャップ7を容器13上に設置する。センサ19でこの位置を測定する。センサ19の出力値は、参照位置Rとして制御機構17に送られる。これに関し、参照位置Rは別のセンサ又は計算により確定してもよい。

容器13上へのキャップ7の最初の設置後に生じた実際の位置を、センサ19により確定する。センサの出力値は配線29を介して比較ユニット33に送られ、そこで実際の位置と参照位置Rが比較される。

両方の位置が一致する場合、つまりキャップ7が容器13上に最適な位置で設置されている場合、制御機構17の適切な出力信号が配線35を介してスイッチ機構37に発信され、スイッチ機構は配線39を介して駆動装置9を制御する。この場合、駆動装置9はすぐに、容器13上に密閉ヘッド3、したがってキャップ7がねじ締めされ、したがって固定的にねじ締めされるように制御される。つまり、そのまま密閉工程が開始される。

比較ユニット33内での、実際の位置と予め設定された参照位置Rとの比較が、容器13上にキャップ7が最適に載っていないことを示す場合、駆動装置9はスイッチ機構37により、まず最初に逆方向に回転され、したがって密閉ヘッド3及びキャップ7は開放方向に回転される。その際、キャップ7を容器13上に押しつける押圧力が掛けられる。一条のねじ山の場合は、雌ねじ山5が雄ねじ山15にかみ合い、キャップ7が容器13の口21上へといくらか変位し得るまで、キャップ7を密閉方向とは逆に最大で360°回転させなければならない。これによりキャップは、参照位置Rに合致する実際の位置に達する。センサ19により、所望の最初の位置に達したことが確定されるとすぐに、密閉ヘッド3の後退回転が終了され、密閉工程は、密閉ヘッド3、したがってキャップ7を密閉方向に回転させることにより固定的に締めつけられる。これは、スイッチ機構37に対する制御機構17の適切な制御信号によって行われ、スイッチ機構は、所望の位置が達成されると駆動装置9の回転方向を反転させる。

密閉工程の時間を最小限に短縮するため、密閉方向とは逆の後退回転中に、回転角度センサにより密閉ヘッド3の回転角度を捕捉することが好ましい。一条のねじ山の場合は、回転角度が360°に達するとこの工程を中断する。この場合には、キャップ7の雌ねじ山5及び/又は容器13の雄ねじ山15に欠陥があることが推測される。両方のパーツは、適切なやり方で、例えば選別用の装置により、このプロセスから排除される。

キャップ7及び容器13が複数条のねじ山を備えている場合は、後退回転中の回転角度を減らすことができ、例えば二条のねじ山の場合は180°に減らすことができる。

これに加え、例えば回転モーメントセンサにより、密閉工程中に生じた回転モーメントを捕捉することが適切である。回転モーメントが所定の値を超えれば、これは、容器15上でキャップ7が引っ掛かっているという、及び挟まっているというサインである。この場合、例えば容器13表面の雄ねじ山15に欠陥がある可能性がある。この場合もキャップ7及び容器13を選別することができる。

回転モーメントセンサでは、目標とする密閉モーメントに達する前に回転モーメントが低下するのを確認することもできる。これは、キャップが容器上で空転しているか、或いはねじ山ランド部25及び/又は27が断裂しているというサインである。容器13のための保持具内に欠陥がある可能性もある。最後に容器の口領域が破断している可能性もある。このすべての場合で、その後、キャップ7及び容器13の選別が行われる。

密閉機1の機能方式について、必要の際にはキャップ7を容器13に対して開放方向に回転運動させることを説明した。これは、ここでは駆動装置9を相応に制御することで達成された。

しかし、必要に応じて回転方向の反転をもたらす変速機を設けることも考えられる。その際、変速機は、駆動装置9の部品(符号41を参照)、駆動軸11の部品(符号43を参照)、又は密閉ヘッド3の部品(符号45を参照)であることができる。重要なのは、例えば駆動装置9の回転方向が変わらない場合に、必要に応じて、つまり制御機構17の制御信号に基づいて、変速機41、43、又は45が切り替えられ、これにより密閉ヘッド3、したがってキャップ7が、密閉方向とは逆に、キャップの雌ねじ山5が容器13の雄ねじ山15にかみ合うまで回転されることである。

密閉機1は、駆動装置9としてサーボモータを使用するように設計できることが好ましい。それだけでなく駆動装置9は、密閉ヘッド3の降下運動及び上昇運動をももたらすことができ、したがって密閉ヘッドを図２に基づく密閉曲線の実線49に沿って動かすことができる。

重要なのは、密閉工程中に、それもキャップ7を容器13上に設置した後に、容器13上でのキャップ7の位置を捕捉することである。キャップの雌ねじ山5が容器13の雄ねじ山15に正しくかみ合っている場合にだけ、つまりキャップ7を容器13の口21上に最大限変位させ得る場合にだけ、そのまま密閉工程が開始され、すなわちキャップ7が、設置後すぐに密閉方向に回転される。その際、設置してから密閉工程が開始されるまでにある程度の時間が過ぎるか否かは問題ではない。重要なのは、逆方向の回転を省略できるということである。

キャップ7の雌ねじ山5が容器13の雄ねじ山15上に載っている場合、つまりキャップ7を容器13の口21上に十分には変位させ得ない場合にだけ、キャップ7を密閉方向とは逆に、キャップ7が容器の口21をくわえ込み、雌ねじ山5が容器13の雄ねじ山15にかみ合うことができるまで後退回転させる。雌ねじ山が容器の雄ねじ山にかみ合うと、キャップ7は所望の参照位置Rに達し、これがセンサ19により捕捉される。密閉ヘッド3の後退運動が停止される。密閉工程は、すぐに又は所望の時点で開始することができる。

このやり方では、密閉工程の開始時に、キャップ7が容器13の口21上に正しく載っていることが高い確率で保証されている。つまり、キャップ7が斜めに引っ張られることが非常に高い確率で回避され、したがって別の問題が存在しなければ、キャップ7を容器13上に確実に取り付けることができる。

容器13が、好ましくは、適切なねじ式キャップが固定的にねじ締めされるボトルであってよいことは、容易に明らかである。

Claims

予め成形された雌ねじ山(5)を備えたキャップ(7)により容器(13)を、ボトルを密閉するための密閉機(1)であって、少なくとも
密閉ヘッド(3)、
駆動軸(11)、
駆動装置(9)、
スイッチ機構(37)、
前記キャップ(7)の位置を中心軸(23)の方向に測定するセンサ(19)を有し、及び少なくとも一つの
制御機構(17)を有する密閉機において、
前記少なくとも一つのセンサ(19)が、前記キャップ(7)の実際の位置を設定するために、前記キャップ(7)を前記容器(13)上に設置した直後に前記容器(13)に対する前記キャップ(7)の実際の位置を捕捉し、
前記センサ(19)は、前記キャップ(7)の参照位置(R)を設定するために、前記キャップ(7)が前記容器(13)上に最適に設置されているときの前記容器(13)に対する前記キャップ(7)の位置を捕捉し、
前記スイッチ機構(37)が、捕捉された位置、すなわち前記実際の位置と前記参照位置(R)とを比較する比較ユニット(33)を備えており、
前記比較に応じ、前記キャップ(7)が前記容器(13)上に最適に設置されて前記実際の位置が前記参照位置と一致するときに前記キャップ(7)が前記密閉方向に回転され、前記キャップ(7)が前記容器上で高く設置されて前記実際の位置が前記参照位置と一致しないときに前記キャップ(7)が密閉方向とは逆にねじ山が相互にかみ合うまで回転され、その後、前記キャップ(7)が密閉方向に回転され固定的にねじ締めされるように、前記制御機構(17)により、前記スイッチ機構(37)を介して前記駆動装置(9)の回転方向が設定されることを特徴とする密閉機。
駆動装置(9)としてサーボモータが用いられることを特徴とする請求項１に記載の密閉機。
回転モーメントセンサが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉機。
回転角度を捕捉するセンサが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉機。
前記制御機構(17)が、回転モーメント及び/又は回転角度の時間的な変化を評価することを特徴とする請求項３又は４に記載の密閉機。
前記駆動装置(9)内に及び/又は前記密閉ヘッド(3)内に及び/又はその両方の間に、変速機(41、43、45)が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉機。
前記スイッチ機構(37)が、前記変速機(41、43、45)に影響を及ぼすことを特徴とする請求項６に記載の密閉機。
前記変速機(41、43、45)により、回転速度、回転方向、及び/又は前記キャップ(7)に作用する回転モーメントが変更されることを特徴とする請求項６又は７に記載の密閉機。
密閉工程中の前記駆動装置(9)の回転数、回転モーメント、及び回転方向が一定であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の密閉機。
前記制御機構(17)を介して参照位置(R)を確定することができるセンサが設けられていることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の密閉機。
キャップ(7)及び/又は容器(13)を選別するための装置が設けられていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の密閉機。
前記密閉ヘッド(3)が、前記容器(13)に対し密閉曲線(47、49)に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の密閉機。
請求項1から12のいずれか一項に記載の密閉機(1)を用い、予め成形された雌ねじ山(5)
を備えたキャップ(7)により容器(13)を、ボトルを密閉するための方法において、
実際の位置を設定するために前記キャップ(7)を前記容器(13)上に設置した直後に、前記容器(13)に対する前記キャップ(7)の位置が捕捉され、
参照位置を設定するために前記キャップ(7)が前記容器(13)上に最適に設置されているときに前記容器(13)に対する前記キャップ(7)の位置が捕捉され、
前記実際の位置が前記参照位置(R)と比較され、
前記実際の位置と前記参照位置(R)が相違する場合にだけ、前記キャップ(7)が密閉方向とは逆に、参照値(R)に達するまで回転され、
設置の直後の前記実際の位置又は密閉方向とは逆の特定の回転の後に捕捉された位置と前記参照位置(R)が一致する場合、前記キャップ(7)が密閉方向に回転されることを特徴とする方法。
密閉方向とは逆に最大で360°回転した後に、捕捉された位置が参照位置(R)と一致しない場合、キャップ(7)及び/又は容器(13)が選別されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
前記密閉ヘッド(3)が、前記キャップ(7)の雌ねじ山(5)の幾何形状に関係なく、前記容器(13)に対し密閉曲線(47、49)に沿って移動することを特徴とする請求項１３又は１４に
記載の方法。