JP6163636B2 - キャップ巻締め方法及びキャップ巻締め装置 - Google Patents

Description

本発明は、キャッピングヘッドによって保持されたキャップを容器の口部に巻き締めるキャップ巻締め方法及びキャップ巻締め装置に関する。

従来、キャップを把持するキャッピングヘッドをモータで回転駆動させ、キャップを容器に巻締めるキャップ方法及びキャップ装置において、キャッピングヘッドが斜めにキャップを把持した場合、容器に対して斜めにキャップが装着されることがあり、結果、巻締めが不十分な不良品が生じることがある。

このような不良品を検出するために、キャッピングヘッドに作用するトルクを利用して巻締め状態を判定することが行われている。

例えば、特許文献１には、巻締め工程を、少なくとも本締め前と本締めの各サブ工程に分け、該本締め前のサブ工程を、トルクのモニタリング値が本締め設定トルクよりも低い仮締め設定トルクに達した時点を仮巻締め終了点として本締めサブ工程に移行させるとともに、モニタリング値が本締め設定トルクに達してサーボモータが停止して巻締め終了が確認された時点を本締め終了点とし、前記仮巻締め終了点から本締め終了点までの間のキャップ回転角度を検出し、本締め設定トルクに対するモニタリングトルク及び前記キャップ回転角度が予め設定した範囲内に入るか否かによって良品または不良品を判定するキャップ巻締め方法が提案されている。

また、特許文献２には、キャッピング終了時点から所定時間遡った時点でのトルクと予め設定された所定のトルクとを比較することによりキャッピングの良否を判定するキャッピング装置が提案されている。

さらに、巻締めの不良品を検出するために、キャッピングヘッドの回転角度を検出することにより、巻締め状態を判定することが行われている。

例えば、特許文献３には、巻締基準位置から巻締め終了までのキャッピングヘッドの回転角度を、巻締め終了角度と比較することで、巻締め状態を判定する方法が提案されている。

特開２００３−０８１３８７号公報 特開２０１１−１６２２２２号公報 特開２００５−１６２２２７号公報

しかしながら、特許文献１ないし特許文献３に記載された発明は、不良品の検出にとどまり、不良品を減少させるものではなかった。また、検出した不良品を搬送ラインから排除する作業が必要であり、生産性の向上に改善の余地があった。

そこで、本発明は、このような事情にかんがみてなされたものであり、キャップの巻締め不良の発生を防止し、また、仮に、キャップの巻締め不良が生じた場合には可及的速やかに対応することで、巻締め不良の製品の製造を抑止してキャッピングの歩留を高めることができ、生産効率性に優れたキャップ巻締め方法及びキャップ巻締め装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願の第１の発明は、モータの回転駆動により、キャッピングヘッドに把持されたネジ部を有するキャップをネジ部を有する容器に巻締め状態を監視しつつ巻締めるキャップ巻締め方法であって、前記キャップのネジ部と前記容器のネジ部とが噛み合う噛合位置まで前記モータを逆回転させ、前記噛合位置になると前記モータを正回転させて巻締め、前記巻締め状態の監視により巻締め不良を判断した場合に、まず、前記モータの正回転を停止させ、次に、該容器にキャップを巻締め仕直すためのリトライ制御の許容回数を確認し、予め設定された前記リトライ制御の許容回数の値以下の場合には、停止した時の前記噛合位置からの正回転の経過時間を検出し、前記経過時間が前記リトライ制御を実行するか否かの判断条件として管理されている制限時間内である場合には、前記噛合位置まで前記モータを逆回転させ、前記噛合位置になると前記モータを正回転させて巻締めることを特徴としている。

本願の第２の発明は、第１の発明のキャップ巻締め方法において、前記モータは、前記キャッピングヘッドを直接回転駆動するよう接続されていることを特徴としている。

本願の第３の発明は、第１または第２の発明のキャップ巻締め方法において、前記ネジ部が２条ネジ部であることを特徴としている。

本願の第４の発明は、ネジ部を有するキャップをネジ部を有する容器に巻締めるキャップ巻締め装置であって、前記ネジ部を有するキャップを把持するキャッピングヘッドと、前記キャッピングヘッドを回転駆動させるモータと、前記モータを制御する制御装置と、巻締め状態の監視結果を前記制御装置へ出力する巻締め監視手段とを有し、前記制御装置は、前記モータを正回転させて前記キャップを前記容器に巻締める際の前記巻締め状態の監視により巻締め不良があると判断すると、該容器にキャップを巻締め仕直すためのリトライ制御のカウンタの値が、予め判断条件として管理されているリトライ制御カウンタの値以下であるか否かを判断し、前記判断条件として管理されている値以下である場合には、停止した時の前記キャップのネジ部と前記容器のネジ部とが噛み合う噛合位置からの正回転の経過時間を検出し、前記経過時間が予め前記判断条件として管理されている制限時間内であるか否かを判断し、前記判断条件の制限時間内である場合には、前記噛合位置まで前記モータを逆回転させるとともに、管理されている前記リトライ制御カウンタの値を１プラスし、前記噛合位置になると前記モータを正回転させて巻締めする制御を実行し、前記リトライ制御カウンタの値または前記経過時間が前記判断条件を充足しない場合には、キャップの巻締めの完了処理を行う制御を実行するように形成されていることを特徴としている。

本願の第５の発明は、ネジ部を有するキャップをネジ部を有する容器に巻締めるキャップ巻締め装置であって、前記ネジ部を有するキャップを把持するキャッピングヘッドと、前記キャッピングヘッドを回転駆動させるモータと、前記モータを制御する制御装置と、前記キャッピングヘッドに作用するトルクを検出するトルク検出手段と、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とを有し、前記制御装置は、検出される前記キャッピングヘッドに作用するトルクの変化に基づいて前記キャップのネジ部と前記容器のネジ部とが噛み合う噛合位置まで前記モータを逆回転させ、前記噛合位置を基準とするキャッピングヘッドの回転角度位置の検出と前記キャッピングヘッドに作用するトルクの検出を実行しつつ前記モータを正回転させて前記キャップを前記容器に巻締めるとともに、前記モータを正回転させて前記キャップを前記容器に巻締める際の前記キャッピングヘッドに加わるトルクが異常値である場合に、前記モータの正回転を停止させ、該容器にキャップを巻締め仕直すためのリトライ制御のカウンタの値が、予め判断条件として管理されているリトライ制御カウンタの値以下であるか否かを判断し、前記判断条件として管理されている値以下である場合には、前記トルク異常発生時の前記キャップのネジ部と前記容器のネジ部とが噛み合う噛合位置からの正回転の経過時間を検出し、前記経過時間が予め前記判断条件として管理されている制限時間内であるか否かを判断し、前記判断条件の制限時間内である場合には、該停止時における前記角度検出手段の検出結果に基づいて前記噛合位置まで前記モータを逆回転させるとともに、管理されているリトライ制御カウンタの値を１プラスし、前記噛合位置になると前記モータを正回転させて巻締めする制御を実行し、前記リトライ制御カウンタの値または前記トルク異常発生時の経過時間が前記判断条件を充足しない場合には、キャップの巻締めの完了処理を行う制御を実行するように形成されていることを特徴としている。

本願の第６の発明は、第４または第５の発明のキャップ巻締め装置において、前記モータは、前記キャッピングヘッドを直接回転駆動するように接続することを特徴としている。

本願の第７の発明は、第４乃至第６のいずれか１つの発明のキャップ巻締め装置において、前記ネジ部が２条ネジ部であることを特徴としている。

本発明の巻締め方法および巻締め装置によれば、キャップの巻締め不良の発生を防止し、また、仮に、キャップの巻締め不良が生じた場合には可及的速やかに対応することで、巻締め不良の製品の製造を抑止することで、キャッピングの歩留も高く、生産効率性に優れたキャップ巻締め方法及びキャップ巻き締め装置が提供される。

図１は、本発明に係る、キャップ巻締め装置の第１実施形態を示す概略図。 図２は、本発明に係る、正常に巻締められた場合のモータの回転速度及びトルクのパターンを示すグラフ。 図３（ａ）は、本発明に係る、巻締め異常のモータの回転速度及びトルクのパターンを示すグラフ、（ｂ）は、別の巻締め異常のモータの回転速度及びトルクのパターンを示すグラフ。 図４は、本発明に係る、キャップ巻締め方法の第１実施形態により行われるキャッピング工程のフローチャート。 図５は、本発明に係る、キャップ巻締め装置の第２実施形態を示す概略図。 図６は、本発明に係る、キャップ巻締め方法の第２実施形態の具体例のフローチャート。 図７は、本発明に係る、巻締め方法の第２実施形態の具体例におけるモータのトルクのパターン（波形）の概略を示すグラフ。

以下、本発明に係る好適な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、キャップ巻締め装置の第１実施形態を示す概略図である。このキャップ巻締め装置は、キャップ２を把持するキャッピングヘッド３と、キャッピングヘッド３を回転駆動させるモータ４と、モータ４を制御する制御装置５と、前記キャッピングヘッド３に作用するトルクを検出するトルク検出手段６と、キャップ２のネジ部の先端と容器１のネジ部の先端とが噛み合う噛合位置を検出することができる、巻締め状態監視手段としての位置検出手段８とから構成されている。このキャップ巻締め装置は、キャッピングヘッド３が把持したキャップ２を容器１の口部に被せ、モータ４によりキャッピングヘッド３を回転駆動させて、キャップ２を容器１の口部に巻締めるようになっている。ここで、前記噛合位置とは、後述するように、容器１の口部へ嵌合させた状態のキャップ２に形成されたネジ部の鉛直下方側先端と、前記容器１の口部に形成されたネジ部の鉛直上方側先端との接触状態が外れて、キャップ２が１ピッチ分落下した状態であり、正回転によってキャップ２のネジ部と容器１のネジ部とが噛合を開始する位置である。

キャップ２は、内壁面にネジ部が形成されていればよい。前記ネジ部は1条ネジ、多条ネジから選択するとよく、本実施形態においては、多条ネジ部とする。多条ネジ部を有する容器１の口部へ斜め方向にキャップ２が被り、別のネジ溝に嵌着した場合、キャップヘッド３を巻締め方向とは逆に回転駆動し、キャップ２を逆方向に回転させることにより、キャップ２は、適正なネジ溝へと落下し、異常を修正することができる。また、キャップ２が斜めにならずに容器１の口部へ被った場合であっても、キャップ２を逆方向に回転させると、キャップ２は、適正なネジ溝に落下する。

キャップ２に形成される多条ネジ部は、２条ネジが好適に使用されている。多条ネジ部を有するキャップ２の材質、形状、大きさは限定されず、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。

容器１は、前述したとおり、キャップ２のネジ部との嵌着の修正ができるよう、口部にネジ部が形成されていればよい。本実施形態において、口部に形成されたネジも多条ネジとする。多条ネジ部を有する容器１の材質、形状、大きさは限定されない。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。

キャッピングヘッド３は、キャップ２を把持するチャックと、チャックを昇降させる回転軸が設けられている。キャッピングヘッド３は、モータ４により回転駆動し、キャッピングヘッド３と一体となって回転駆動する回転軸の昇降により、チャックが把持するキャップ２を容器１に装着させ、キャップ２の巻締めをする。キャッピングヘッド３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。

モータ４は、制御装置５により回転が制御されている。モータ４には、キャッピングヘッド３に作用するトルクを検出する、巻締め状態監視手段としてのトルク検出手段６及びモータ４の回転速度を検出する回転検出手段７を備え、両検出手段からの電気信号を制御装置５に入力する。制御装置５は、設定した回転速度、設定したトルクでモータ４に回転駆動させるよう指令し、この指令に従ってモータ４は回転駆動を行う。モータ４は、自身の回転駆動を接続するキャッピングヘッド３に伝達することで、キャッピングヘッド３を回転駆動させ、キャップ２は容器１に巻締められる。具体的には、高い動作精度を有する、サーボモータを好適に使用することができる。

なお、一般に、モータ４は減速器やギヤを介してキャッピングヘッド３に回転駆動を伝達するため、制御装置５により設定したトルクと、キャッピングヘッド３に作用するトルクとの間に誤差が生じてしまう。したがって、キャッピングヘッド３に作用するトルクの検出精度の向上を図るため、モータ４は、キャッピングヘッド３を直接回転駆動するよう接続することが望ましい。

制御装置５は、モータ４の回転速度や回転方向、キャッピングヘッド３に加わるトルクを指令することで、モータ４の回転駆動を制御するものである。制御装置５は、演算部５Ａ、判定部５Ｂ及び指令部５Ｃを備える。演算部５Ａは、トルク検出手段６及び回転検出手段７より検出された電気信号を基にし、実際のキャッピングヘッド３に作用するトルク及びモータ４の回転速度を演算・記録する。判定部５Ｂは、図２及び図３に示すようなトルクのパターンを基にし、キャップ巻締めが正常であるか否かを判定する。指令部５Ｃは、モータ４の回転速度や回転方向、キャッピングヘッド３に加わるトルクを指令する。

制御装置５は、上記のようにモータ４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。

位置検出手段８は、キャップ２と容器１との位置関係を検出する位置情報検出部と、位置情報を記録する記録部とを備え、キャップ２と容器１の位置情報を、制御装置５に入力する。一般に、キャップ巻締め装置では、容器１は所定の位置に固定され、容器１の直上に位置するキャッピングヘッド３により把持されたキャップ２を巻締める。キャップ巻締め後のキャップ２の位置も、容器１と同じく、所定の位置に定まる。キャップ２と容器１との位置情報は、キャップ２の巻締めに伴って、容器１の高さ方向に直線的・相対的に移動する、キャップ２又はキャッピングヘッド３の位置情報を利用する。

位置検出手段８は、上記のようにキャップ２と容器１との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もできる。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。

図２は、本発明において、キャップ２の噛合開始から終了まで、正常にキャップ２が容器１に巻締められた場合のモータ４の回転速度及びトルクのパターンを示している。制御装置５は、予め回転速度１０及びトルク（図示せず）を設定し、キャップ噛合開始から終了までの間、実際のモータ４の回転速度２０及びキャッピングヘッド３に作用するトルク３０〜３３の変動を検出・記録する。

キャッピングヘッド３に把持されたキャップ２の多条ネジ部と、容器１の多条ネジ部同士が接触すると、接触の抵抗により、一瞬トルクが上昇し、すぐに下降する（３０）。キャップ巻締めが進行すると、ネジ山同士の抵抗は一定のため、トルクは定常の値を示す（３１）。巻締めの終了が近付くと、トルクは急激に上昇し（３２）、設定したトルクに達した時点で、制御装置５はモータ４に回転駆動の停止を指令し、キャップ巻締めは終了となる（３３）。

図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る、キャップ巻締め方法において、キャップ２の噛合開始から終了まで、異常に巻締められた場合のモータ４の回転速度及びトルクのパターンを示している（符号が示す内容は、図２と同様である）。例えば、キャップ２が容器１に斜めに被さった場合、図２で示す正常なキャップ巻締めと比較して、回転速度にそれほど差は見られないが、トルク３２の値が乱れ、急激に上昇してしまう（図３（ａ）参照）。

また、キャップ２が合成樹脂のような柔らかい素材の場合、キャップ２が斜めに容器１に被さったとしても、容器１のネジ溝をキャップ２の多条ネジ部が強引に乗り越えて、巻締めてしまうことがある。このようなキャップ２と容器１は、正常に巻締められたものと外観では判別がつきにくいが、キャップ２による容器１の密封性は確保されていない。しかしながら、このようなキャップ巻締め異常であっても、キャッピングヘッド３に作用するトルクは、図２で示す正常なキャップ巻締めのトルクとは同じパターンとならず、トルク３２の値は、上下に乱れつつ上昇している（図３（ｂ）参照）。

このように、本発明においては、トルクが下降してから再び上昇するまでの期間のトルク３０〜３２について注目し、予め測定しておいた正常なキャップの巻締めトルクの上限値を設定し、この上限値を超えた場合、キャップ巻締め異常として判定する。正常に巻締めるためのトルクの上限値は、任意に設定できるが、キャップ巻締め装置、キャップ２及び容器１の組み合わせによりその値は変化するので、組み合わせに応じて適宜設定すればよい。

本実施形態におけるキャップ巻締め方法は、まず、キャッピングヘッド３に把持されたキャップ２を容器１の口部に被せる。モータ４に接続した制御装置５は、予め設定したモータ４の回転速度及びトルクの情報をモータ４に指令し、モータ４を巻締め方向に回転駆動、すなわち、正回転させて、キャップ巻締めを開始する。キャップ２の巻締めから終了までは、モータ４に備えられたトルク検出手段６及び回転検出手段７により、キャッピングヘッド３に作用するトルク及びモータの回転速度を検出し、制御装置５にその情報を入力する。同時に、位置検出手段８はキャップ２と容器１の位置情報を検出し、制御装置５にその位置情報を入力する。制御装置５の演算部５Ａは、トルク検出手段６及び回転検出手段７より検出された電気信号を基にし、実際のキャッピングヘッド３に作用するトルク及びモータ４の回転速度を演算・記録する。判定部５Ｂは、図２及び図３に示すようなトルクのパターンを基にし、キャップ巻締めが正常であるか否かを判定する。指令部５Ｃは、トルク検出手段６、回転検出手段７及び位置検出手段８からの情報を基に、モータ４の回転速度や回転方向、キャッピングヘッド３に加わるトルクを指令する。

例えば、図４のフローチャートに示すように、キャッピングヘッド３に加わるトルクが設定値より大きい場合、制御装置５が、キャップ巻締め異常として、キャップ２の多条ネジ部と容器１の多条ネジ部とが噛み合う噛合位置までモータ４を逆回転させる。

キャップ２の多条ネジ部と容器１の多条ネジ部とが噛み合う噛合位置は、後述する位置検出手段８が測定したキャップ２と容器１の位置情報に基づく。例えば、キャップ２が容器１の口部に斜めに被せられている場合、正常に容器１に被せられた場合と比較して、キャップ２の位置は容器１から離れた場所に検出される。キャッピングヘッド３が巻締め方向とは逆回転すると、キャップ２が容器１に正常に被さっている場合、キャップ２は容器１の多条ネジ部に沿って上昇した後、落下する。キャップ２が容器１に斜めに被さっている場合、キャップ２は正常な場合と同様に、多条ネジ部に沿って上昇した後、適正なネジ溝に収まり、キャップ２は落下する。

正常に巻締められた場合とそうでない場合のキャップ２と容器１の位置情報を予め位置検出手段８に記録しておき、キャップ２が正常に容器１に嵌着しているか判定し、上記の位置情報を制御装置５に入力する。位置情報は、キャップ巻締め装置、キャップ２及び容器１の組み合わせにより変化するので、組み合わせに応じて適宜設定すればよい。

そして、キャップ２の多条ネジ部と容器１の多条ネジ部とが噛合位置に揃うと、制御装置５は、今度はモータ４を正回転させて巻締めを再開し、巻締め終了の設定トルク３３に到達した時点でキャップ巻締めは終了することとなる。なお、このようにして、巻締め異常を検出した後、キャップ２の多条ネジ部と容器１の多条ネジ部とが噛み合う噛合位置までモータ４を逆回転させ、その後モータ４を正回転させて巻締めを再開するモータの制御をリトライ制御と定義する。なお、リトライ制御において、逆回転によって巻戻す位置は前記噛み合い位置に限らず、前記噛合位置を基準とした位置をリトライ開始位置として設定しておき、リトライ制御時には該リトライ開始位置へ巻戻すように制御することも可能である。リトライ開始位置として、前記噛合位置から正回転方向へ巻締めた位置を設定することで、リトライ制御に要する時間を短縮させることが可能となる。

また、制御装置５が設定したトルクと、キャッピングヘッド３に作用する測定したトルクの比較をして、モータ４を逆回転させるか否かを判定するステップ、すなわち、前記巻締め状態の監視により巻締め不良を判断するステップを省略し、前記制御装置５は、すべてのキャップ巻締めに対して、キャップ２の多条ネジ部と容器１の多条ネジ部とが噛み合う噛合位置までモータ４を逆回転させ、その後モータ４を正回転させて巻締めしてもよい。これにより、判定ミスが解消され、キャッピングの歩留が向上し、廃棄する容器を少なくすることができる。

さらに、最初にキャップ２の多条ネジ部と容器１の多条ネジ部とが噛み合う噛合位置までモータ４を逆回転させるステップを追加し、前記制御装置５は、噛合位置になるとモータ４を正回転させて巻締めし、キャッピングヘッド３に加わるトルクが設定値より大きい場合、キャップ２の多条ネジ部と容器１の多条ネジ部とが噛み合う噛合位置までモータを逆回転させ、噛合位置になるとモータ４を正回転させて巻締めしてもよい。これにより、より判定ミスが解消され、キャッピングの歩留がさらに向上し、廃棄する容器もさらに少なくなる。

また、予め定められたリトライ制御を実行するための条件の充足を判断するステップと、前記条件を充足している場合にのみ、前記リトライ制御を実行するステップを追加し、制御装置５は、キャップ２の多条ネジ部の先端と容器1の多条ネジ部の先端とが噛合位置になるとモータ４を正回転させて巻締めし、キャッピングヘッド３に加わるトルクが設定値より大きいことを検出した場合、すなわち、巻締め不良の発生を判断した場合には、モータ４の正回転を停止させるとともに、予め定められたリトライ制御を実行するための条件の充足を判断し、前記条件を充足している場合には、キャップ２のネジ部と容器１のネジ部とが噛み合う噛合位置までモータ４を逆回転させ、噛合位置になるとモータ４を正回転させて巻締めし、逆に、前記条件を充足していない場合には、該容器１に対するキャップ２の巻締めを終了させるようにしてもよい。このように、リトライ制御の実行の可否を判断することにより、無駄に何回もリトライ制御を繰り返すことを回避することができ、キャッピングの歩留がさらに向上し、廃棄する容器もさらに少なくなる。

なお、巻締め不良の発生は、キャッピングヘッド３に加わるトルクを監視する以外に、例えば、前記位置検出手段８によるキャップ２の高さ位置の監視や、後述の角度検出手段によっても判断することができる。

図５は、本発明のキャップ巻締め装置の第２実施形態を示す概略図である。なお、前記第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

本実施形態のキャップ巻締め装置は、第１実施形態のキャップ巻締め装置の位置検出手段に代え、前記キャッピングヘッドの回転角度位置を検出するエンコーダ等の、巻締め状態監視手段としての角度検出手段９を有している。

また、制御装置５は、演算部５Ａ、判定部５Ｂ及び指令部５Ｃに加え、さらに、記憶部５Ｄと計時部５Ｅを備える。

演算部５Ａはさらに、角度検出手段９より検出された電気信号を基にし、実際のキャッピングヘッドに作用するトルク及びモータの回転に反映させる。

記憶部５Ｄは、不図示の入力手段により予め設定された、リトライ制御を行うか否かを判断するための判断条件を管理する。計時部５Ｅは、巻締めに関する様々な時間を計測する。

本実施形態において、前記判断条件として、リトライ制御の許容回数（リトライ制御カウンタという。本実施形態においては「３」）と、計時部５Ｅにより計測された、巻締めトルク異常の検出時における前記噛合位置からの正回転の経過時間を管理する。なお、リトライ制御カウンタの初期値ｎは０であり、容器１に対するキャッピングが完了した時の完了処理により、リトライ制御カウンタの数値は初期化されるように構成されている。前記リトライ制御の判断条件として、巻締めトルクを用いてもよいし、前記噛合位置からの回転角度位置を用いてもよい。また、前記判断条件はキャップ巻締め装置、キャップ２及び容器１の組み合わせなどにより変化するので、適宜設定すればよい。

本実施形態におけるキャップ巻締め方法は、正逆回転自在なキャピングヘッド３に保持されているキャップ２を容器１の口部へ嵌合させた状態のキャップ２に形成されたネジ部の鉛直下方側先端と容器１の口部に形成されたネジ部の鉛直上方側先端との係止が外れ、キャップ２が落下する位置を噛合位置として検出し、前記噛合位置の検出後は、該噛合位置を基準とするキャップ２の位置を検出するとともにキャップ２の巻締めトルクを測定し、巻締めにおいて巻締め不良を判断した場合に、即座にキャップ２の巻締め方向への回転を停止させ、次いで、リトライ制御に関する予め定められた判断条件の充足の可否或いは是非を判断し、可或いは是と判断した場合には、該停止時における前記キャップ２の位置の検出結果に基づき、キャップ２を逆回転させて該キャップ２を再び噛合位置に戻して位置させた後、再度、該噛合位置からキャップ２を巻締めのトルク並びに速度で正回転させて所定の巻締めを行い、否と判断した場合には、該キャップ２に対する巻締めを完了させるリトライ制御を実行する。

なお、本発明において、巻締め不良を判断する基準とする要素としては、トルクの異常値（設定値を基準とした高い値、場合によっては、低い値）に限るものではなく、例えば、角度検出手段９を用いて検出した一定時間経過後の回転量や、位置検出手段８を用いた一定時間経過後のキャップの高さ位置などに基づき、判断することもできる。また、トルクの異常値の判断方法は、第１実施形態のように、予め基準となるトルクを計測し、設定値として設定しておき、その設定値よりも高い（さらには下限値も設定してもよい）場合に異常と判断してもよいし、検出する直前のトルク値からの変化率等で異常を判断するようにしてもよい。

このような制御の下で巻締めが実行される本実施形態のキャップ巻締め装置およびキャップ巻締め方法においては、前述のリトライ制御を行うことにより、噛合開始時の容器１に対するキャップ２の巻締め不良の発生の予兆に可及的速やかに対応し、巻締め不良の製品発生を抑止することができる。さらに、予め定められた判断条件の充足の可否或いは是非を判断することで、リトライ制御の実行不可と判断した場合においても、徒に該容器に対するキャッピングに時間を割くことが防止できる。

以下、第２実施形態のキャップ巻締め装置を用いたキャップ巻締め方法について、図６のフローチャートに従い、図７のモータ４のトルク波形を参照しつつ、詳細に説明する。なお、図７中には、モータ４の逆回転区間を一点鎖線で示す。

本実施形態におけるキャップ巻締め方法においては、前記噛合位置を検出する噛合位置検出工程と、前記噛合位置から前記キャップを仮締め用のトルク並びに回転速度で巻締め方向へ回転させて所定の仮締めを行う仮締め工程と、仮締めされたキャップをさらに本締め用のトルク並びに回転速度で巻締め方向へ回転させて所定の本締めを行う本締め工程とを有し、仮締め工程においてリトライ制御に関する予め定められた判断条件の充足の可否或いは是非を判断している。

［噛合位置検出工程］
本実施形態においては、まず、保持部材（不図示）により容器１が載置台（不図示）上で保持されると、キャッピングヘッド３はキャップ２を把持し、制御装置５は不図示の昇降手段を駆動させることにより、キャッピングヘッド３を降下させて、保持したキャップ２を容器１の口部に嵌合させる。このとき、キャップ２に形成されたネジ部の鉛直下方側先端と容器１の口部に形成されたネジ部の鉛直上方側先端との係止した状態となっている。

続いて、制御装置５は、容器１の保持を契機としてモータ４を起動させ（ＳＴ１）、キャッピングヘッド３を回転軸を介してその停止位置から反巻締め方向へ、予め設定している角度（本実施形態においてはMax２５５°程度）だけ逆回転させる（ＳＴ２）。

キャップ２はキャッピングヘッド３の反巻締め方向への逆回転によりキャップ２と容器１のネジ部の傾斜に沿って徐々に上昇し、キャップ２に形成されたネジ部の鉛直下方側先端と前記容器１の口部に形成されたネジ部の鉛直上方側先端との係止が外れ、キャップ２がネジの１ピッチ分だけ急激に落下する。

トルク検出手段６は、この間、該キャップ２に作用する巻締めトルクを継続的に測定する（図７参照）。そして、トルク検出手段６が巻締めトルクが瞬間的に小さくなった時点（図７中、Ａ点）を検出することで（ＳＴ４のＹＥＳ）、制御装置５は、モータ４の駆動を停止させ、キャッピングヘッド３の逆回転を停止させる（ＳＴ５）。その後、制御装置５はキャップ２の落下を判断するとともに、そのキャップ２が落下した位置を噛合位置として記憶する（ＳＴ６）。

なお、トルク検出手段６は、モータ４の回転起動時のトルクをも検出するので、巻締めトルクの変化の誤検出を防止するべく、制御装置５においては、モータ４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する（ＳＴ３。この点において、下記の「不感範囲」について同じ）。

このとき、キャップ２に形成されたネジ部の鉛直下方側先端と前記容器１の口部に形成されたネジ部の鉛直上方側先端は、互いを突き合わせた状態で位置しており、噛合開始時の両ネジ部の螺合が適正に為されやすい状態となる。よって、次に制御装置５がモータ４を駆動させ、回転軸を介してキャッピングヘッド３を巻締め方向に回転させる際に、両ネジ部を円滑に螺合させることができ、巻締め不良の発生を抑止することができる。

なお、噛合位置を検出する方法は、この実施形態の方法に限るものではなく、従来公知の方法を採用することができる。

［仮締め工程］
制御装置５は、角度検出手段９を制御しつつ、モータ４を駆動させ（ＳＴ７）、キャッピングヘッド３を回転軸を介して噛合位置から巻締め方向へ回転させ、角度検出手段９により予め設定している所定角度（本実施形態においては約２５０°）を超えたことを検出した（ＳＴ１０）後、仮締め用のトルク制限となる（ＯＮ）ことを監視しつつ（ＳＴ１１）、仮締め用のトルク並びに速度で回転させて仮締めを行う。キャップ２が回転し、容器１のネジ部に螺合する際、キャップ２が所要回転されるまでは、キャッピングヘッド３は実質的に空転状態に近い状態で回転されるので、この間のキャッピングヘッド３の巻締めトルクは極めて小さいトルクとなり、キャッピングヘッド３も高速で回転することが可能となる。

その際、本実施形態においては、トルク検出手段６は、該キャップ２に作用する巻締めトルクを継続的に測定する。そして、制御装置５は、不感範囲を経過した後（ＳＴ８）、巻締めトルクの変化を、トルク制限となって仮締めが完了する（ST１１）まで監視する（ＳＴ９）。

このとき、本実施形態においては、制御装置５が巻締めトルクの異常を判断すると（ＳＴ９のYES、図７中、Ｂ点）、制御装置５は、まず、モータ４の駆動を停止させ、キャッピングヘッド３の回転を停止させる。つまり、キャップ２の巻締め方向への正回転を停止させる（ＳＴ１２）。

次いで、記憶部５Ｄに管理されている前記判断条件の充足の可否或いは是非を判断する（ＳＴ１３）。つまり、リトライ制御カウンタの数値を確認し、予め設定された判断条件となるリトライ制御カウンタの値以下（本実施形態においては「３」）の場合には（ＳＴ１３のＹＥＳ）、次の工程にすすみ、巻締めトルク異常を検出し、停止した時の前記噛合位置からの正回転の経過時間を計時部５Ｅにより検出し（ＳＴ１４）、この経過時間と、前記リトライ制御を実行するか否かの判断条件とを比較する（ＳＴ１５）。該経過時間が判断条件として管理されている制限時間内である場合には（ＳＴ１５のＹＥＳ）、制御装置５は、モータ４を駆動させ（ＳＴ１６）、キャッピングヘッド３を回転軸を介して前記検出位置から前記噛合位置まで逆回転させ（ＳＴ１７）、その後、モータ４の駆動を停止させ、キャッピングヘッド３の逆回転を停止させる（ＳＴ１８）。

そして、記憶部５Ｄに管理されるリトライ制御カウンタを１プラスする（ＳＴ１８）。

続いて、制御装置５は、再度、モータ４を駆動させ（図７中、Ｃ点）、キャッピングヘッド３を回転軸を介して仮締め用のトルク並びに速度で巻締め方向へ正回転させ、所定の仮締めを行う（ＳＴ７乃至ＳＴ１１）。

なお、リトライ制御カウンタ値や、トルク異常発生時の経過時間が前記判断条件を充足しない、否の場合（ＳＴ１３、ＳＴ１５のＮＯ）には、そのまま、該容器１に対するキャップ２の巻締めを終了するべく、後述する完了処理を行う。

［本締め工程］
仮締めが完了したら、続いて制御装置５は、モータ４を駆動させ（ＳＴ２０）、キャッピングヘッド３を回転軸を介して巻締め方向へ回転させ、予め設定している本締め最小時間（１００ｍｓ程度）以上、本締め用のトルク並びに速度で回転させ（ＳＴ２１）、所望の巻締めトルクで本締めを行う（ＳＴ２２）。本締めは、既に仮締めされたキャップ２の螺合を確実にするための処理であるので、本締め用のトルク並びに回転速度は、相対的に高トルクで低速となる。つまり、本締めにより容器１とキャップ２とが密着することにより、必然的にも、キャッピングヘッド３の回転速度は低速となり、巻締めトルクは増大する。

その後、制御装置５は、モータ４の駆動を停止させ、キャッピングヘッド３の回転を停止させ（ＳＴ２３）、キャップ２の巻締め方向への正回転を停止させるとともに、他の各手段ならびにリトライ制御カウンタの数値は初期化（リセット）し完了処理を実行する。これによりキャップ２の容器１への巻締め作業を終了させる（ＳＴ２４）。 なお、制御装置５は、噛合位置検出工程、仮締め工程、本締め工程の各工程中に、割り込み信号としての巻締め強制終了信号を受信することにより、キャップ２の容器１への巻締め作業を終了させる制御も実行するものとする。

なお、リトライ制御の可否を判断する判断条件の本実施形態において設定したリトライ制御の許容回数や巻締めトルク異常の検出時における噛合位置からの経過時間等の数値は、前記設定値に限らない。

また、前記判断条件自体も、前記経過時間以外の、例えば、トルクや回転角度などであってもよい。例えば、回転角度検出手段９により、巻締めトルク異常の検出時における前記噛合位置からの回転角度を検出し、この回転角度と、前記リトライ制御を実行するか否かの判断条件とする回転角度とを比較し、リトライ制御が可能であるか否かを判断するようにしてもよい。また、判断条件は、１乃至複数の組み合わせであって構わない。

さらには、容器１の搬送供給との関係においては、巻締め装置はいわゆるロータリー式、直線式、単軸式の別を問わない。

本実施形態の巻締め方法によれば、リトライ制御を行うことにより、従来のように、巻締め不良が発生することが分かっているのに作業を継続させ、最終的に該巻締め不良の容器を排除したり、または、巻締め装置の駆動を中断・停止させたりするようなことをせず、巻締め不良の製品の発生を大幅に抑止することができる。

また、リトライ制御を行うにあたり、予め定められた判断条件の充足の可否或いは是非を判断することで、リトライ制御の実行不可と判断した場合においても、徒に該容器に対するキャッピングに時間を割くことを防止できる。

つまり、この巻締め方法は、各容器に対するキャッピングの時間が一定とされている場合に有効であり、特に、ロータリー式等の充填機構において、連続で供給される容器に対し、同所要時間でキャッピングを行うような場合や、複数本の容器を同時搬送する間欠駆動式の充填機構において、同時に供給される複数本の容器に対し、同タイミングでキャッピングを行うような場合に、巻締め不良の発生率も従来に比して格段に少なくなり、しかも、各容器に対するキャッピングのための所用時間が徒に延長されることなく、所定時間で完了させることができる点において優れている。

１ 容器
２ キャップ
３ キャッピングヘッド
４ モータ
５ 制御装置
５Ａ 演算部
５Ｂ 判定部
５Ｃ 指令部
５Ｄ 記憶部
５Ｅ 計時部
６ トルク検出手段
７ 回転検出手段
８ 位置検出手段
９ 角度検出手段
１０ 設定速度
２０ 実際の速度
３０〜３３ トルク

Claims (7)

1. モータの回転駆動により、キャッピングヘッドに把持されたネジ部を有するキャップをネジ部を有する容器に巻締め状態を監視しつつ巻締めるキャップ巻締め方法であって、
   前記キャップのネジ部と前記容器のネジ部とが噛み合う噛合位置まで前記モータを逆回転させ、
   前記噛合位置になると前記モータを正回転させて巻締め、
   前記巻締め状態の監視により巻締め不良があると判断した場合に、まず、前記モータの正回転を停止させ、
   次に、該容器にキャップを巻締め仕直すためのリトライ制御の許容回数を確認し、予め設定された前記リトライ制御の許容回数の値以下の場合には、停止した時の前記噛合位置からの正回転の経過時間を検出し、前記経過時間が前記リトライ制御を実行するか否かの判断条件として管理されている制限時間内である場合には、前記噛合位置まで前記モータを逆回転させ、前記噛合位置になると前記モータを正回転させて巻締めることを特徴とするキャップ巻締め方法。
2. 前記モータは、前記キャッピングヘッドを直接回転駆動するよう接続されていることを特徴とする請求項１に記載のキャップ巻締め方法。
3. 前記ネジ部が２条ネジ部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のキャップ巻締め方法。
4. ネジ部を有するキャップをネジ部を有する容器に巻締めるキャップ巻締め装置であって、
   前記ネジ部を有するキャップを把持するキャッピングヘッドと、
   前記キャッピングヘッドを回転駆動させるモータと、
   前記モータを制御する制御装置と、
   巻締め状態の監視結果を前記制御装置へ出力する巻締め監視手段とを有し、
   前記制御装置は、前記モータを正回転させて前記キャップを前記容器に巻締める際の前記巻締め状態の監視により巻締め不良があると判断すると、
   該容器にキャップを巻締め仕直すためのリトライ制御のカウンタの値が、予め判断条件として管理されているリトライ制御カウンタの値以下であるか否かを判断し、
   前記判断条件として管理されている値以下である場合には、停止した時の前記キャップのネジ部と前記容器のネジ部とが噛み合う噛合位置からの正回転の経過時間を検出し、前記経過時間が予め前記判断条件として管理されている制限時間内であるか否かを判断し、
   前記判断条件の制限時間内である場合には、前記噛合位置まで前記モータを逆回転させるとともに、管理されている前記リトライ制御カウンタの値を１プラスし、
   前記噛合位置になると前記モータを正回転させて巻締めする制御を実行し、
   前記リトライ制御カウンタの値または前記経過時間が前記判断条件を充足しない場合には、キャップの巻締めの完了処理を行う制御を実行するように形成されていることを特徴とするキャップ巻締め装置。
5. ネジ部を有するキャップをネジ部を有する容器に巻締めるキャップ巻締め装置であって、
   前記ネジ部を有するキャップを把持するキャッピングヘッドと、
   前記キャッピングヘッドを回転駆動させるモータと、
   前記モータを制御する制御装置と、
   前記キャッピングヘッドに作用するトルクを検出するトルク検出手段と、
   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とを有し、
   前記制御装置は、検出される前記キャッピングヘッドに作用するトルクの変化に基づいて前記キャップのネジ部と前記容器のネジ部とが噛み合う噛合位置まで前記モータを逆回転させ、前記噛合位置を基準とするキャッピングヘッドの回転角度位置の検出と前記キャッピングヘッドに作用するトルクの検出を実行しつつ前記モータを正回転させて前記キャップを前記容器に巻締めるとともに、
   前記モータを正回転させて前記キャップを前記容器に巻締める際の前記キャッピングヘッドに加わるトルクが異常値である場合に、前記モータの正回転を停止させ、該容器にキャップを巻締め仕直すためのリトライ制御のカウンタの値が、予め判断条件として管理されているリトライ制御カウンタの値以下であるか否かを判断し、
   前記判断条件として管理されている値以下である場合には、前記トルク異常発生時の前記キャップのネジ部と前記容器のネジ部とが噛み合う噛合位置からの正回転の経過時間を検出し、前記経過時間が予め前記判断条件として管理されている制限時間内であるか否かを判断し、
   前記判断条件の制限時間内である場合には、該停止時における前記角度検出手段の検出結果に基づいて前記噛合位置まで前記モータを逆回転させるとともに、管理されているリトライ制御カウンタの値を１プラスし、
   前記噛合位置になると前記モータを正回転させて巻締めする制御を実行し、
   前記リトライ制御カウンタの値または前記トルク異常発生時の経過時間が前記判断条件を充足しない場合には、キャップの巻締めの完了処理を行う制御を実行するように形成されていることを特徴とするキャップ巻締め装置。
6. 前記モータは、前記キャッピングヘッドを直接回転駆動するように接続することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のキャップ巻締め装置。
7. 前記ネジ部が２条ネジ部であることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載のキャップ巻締め装置。

Images