JP7317365B2

JP7317365B2 - 打栓装置および打栓方法

Info

Publication number: JP7317365B2
Application number: JP2019210473A
Authority: JP
Inventors: 志緒莉望月; 篤井▲柳▼
Original assignee: 靜甲株式会社
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2023-07-31
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: JP2021080000A

Description

本発明は、カム機構により昇降するキャッピングヘッドに保持されたキャップを、容器の口元部に対しエアシリンダを用いて荷重を掛けて押し込む打栓装置および打栓方法に関する。

従来より、容器にキャップを取付ける打栓装置として、キャップを保持するチャックを備えたキャップチャックがコンベア等の容器支持部の上方において昇降可能に支持されており、打栓時には、チャックでキャップを保持したキャップチャックを下降させ、容器支持部に配置された容器の口元部にキャップを押し込んで装着（以下、「打栓」という）する打栓装置が用いられている。

この打栓装置の具体的なものとして、キャップチャックを昇降させるための構成としてはカムとカムフォロアからなるカム機構を用い、キャップ供給機構からキャップを保持する際と、保持したキャップを容器の口元部へ配置する際の前記キャップチャックの昇降量を設定するとともに、容器の口元部にキャップが接触したタイミングで、エアシリンダの駆動により打栓に十分な荷重（打栓圧）をかけるように構成された装置がある（上記カム機構については特許文献１を、エアシリンダを用いた打栓圧付与については特許文献２を参照のこと。）

特開２０１７－３１４２３５号公報特開２００４－２１０３８９号公報

このように、キャップチャックの昇降に関するメカ駆動と、容器の口元部に配置されたキャップに対して適切な打栓圧を掛けるためのエア駆動とを組み合わせた従来の打栓装置においては、キャップチャックは、カム機構により、最上位の待機位置から、ストローク内中間部に設けられるキャップ供給機構のキャップ供給位置へ下降してキャップを保持した状態で、一旦、キャップをキャップ供給機構から取り外し、キャップ供給機構が後退可能な位置へ上昇し、その後、保持したキャップを下位の容器の口元部にキャップを載置可能な位置まで下降し、当該位置において打栓後、再び前記待機位置へ上昇する動作を繰り返す（図１参照）。そして、エアシリンダは、キャップチャックがキャップを容器の口元部へ載置したと同時にキャップを押し込むように動作することが望ましい。

しかしながら、キャップチャックがキャップを容器の口元部へ載置するタイミングに合わせてキャップを押し込むエアシリンダは、キャップチャックがキャップを保持した状態で一旦上昇している間は動作できず、しかも、エアシリンダのストロークはキャップチャックの昇降範囲以上の長さを要するため、キャップが容器の口元部へ載置されてからそのキャップの押し込みが開始されるまでもタイムラグが発生し、押込時間が長くなり、打栓能力が上がらないという問題点があった。

また、前述の構成の打栓装置においてエア駆動とカム駆動との速度差を調整することは困難であり、しかも、その困難な調整は容器やキャップ、能力などに変更がある度に必要であった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、容器の口元部にキャップを押し込むための時間を低減し、打栓能力を向上させることができ、しかも調整が簡便な打栓装置と打栓方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明の打栓装置は、カム駆動機構により昇降可能とされたキャップ保持体のストローク内に、下位から、打栓を施す容器の口元が位置する容器口元位置、キャップを前記キャップ保持体へ供給するキャップ供給手段が進退可能とされたキャップ供給位置、前記キャップを前記キャップ供給位置から上方へ離間させて保持するキャップ保持位置、そして、待機位置を設定し、前記キャップ保持体の昇降動作によって、前記キャップ供給位置へ供給されたキャップを、前記容器口元位置に臨む容器の口元部に載置するとともに、前記容器の口元部に載置された前記キャップに対し、エアシリンダによって打栓圧を付与するように構成された打栓装置であって、前記エアシリンダに対する打栓エアの供給のＯＮ／ＯＦＦの切換え手段と、前記打栓エアの供給のＯＮ時において、前記キャップ保持体の昇降動作に前記エアシリンダのシリンダロッドが追従可能な微圧の打栓エアを供給する微圧エアモードと、前記シリンダロッドを介して前記キャップに前記打栓圧を付与可能な巨圧の打栓エアを供給する巨圧エアモードとの切換え手段とを備えたエア回路と、前記容器の口元部に前記キャップが載置されるタイミングを契機に前記微圧エアモードから前記巨圧エアモードに切換えるように制御する打栓駆動制御手段とを備えることを特徴とする。

例えば、前記エア回路は、前記微圧エアモードに作用する微圧エア回路と前記巨圧エアモードに作用する巨圧エア回路とを別経路で備え、両回路を切換え手段により切換え可能に構成することができる。

そして、カム駆動機構により昇降可能とされたキャップ保持体に保持されたキャップに対し、エア駆動機構により昇降するエアシリンダのシリンダロッドによって打栓圧を付与して打栓を行う打栓方法であって、打栓駆動制御手段により、昇降自在に配設された主軸の下端部に配設された前記キャップ保持体を、ストローク内に形成された待機位置からキャップ供給手段が進退可能とされたキャップ供給位置へ移動させてキャップを受取り、前記キャップ供給位置の上方のキャップ保持位置へ移動させて前記キャップを前記キャップ保持体に保持し、下位の容器口元位置へ移動させて前記キャップを容器支持部に位置する容器の口元部に載置して打栓に供し、打栓完了後に再度待機位置へ戻すように、前記カム駆動機構を制御するとともに、
前記キャップ保持体が前記待機位置から容器口元位置へ移動する間に微圧の打栓エアを前記エアシリンダに供給して前記キャップ保持体の昇降動作に前記シリンダロッドを追従させ、前記容器口元位置において容器の口元部に前記キャップが載置されるタイミングで前記シリンダロッドを介して前記キャップに前記打栓圧を付与可能な巨圧の打栓エアを前記エアシリンダに供給して打栓を行い、打栓完了後、前記待機位置へキャップ保持体が移動する間は打栓エアを開放するように、エア駆動機構を制御することを特徴とする。

このように構成されたエア回路を備えた打栓装置や打栓方法によれば、エアシリンダに対して前記キャップ保持体のカム駆動を阻害しない程度の微圧の打栓エアを供給し、前記キャップ保持体の昇降動作に追従させることで、シリンダロッドのストロークの長さを考慮する必要が無く、前記容器の口元部に前記キャップが載置される時には、巨圧の打栓エアを供給することで、前記シリンダロッドを介して前記キャップに瞬時に前記打栓圧を付与することができるので、従来、容器の口元部にキャップを押し込むために要していた無駄な時間を限りなく低減することができ、よって、打栓能力も向上させることができる。

そして、従来のように、容器やキャップの変更および／または能力の変更の度ごとにカム駆動とエア駆動の速度差を考慮して調整を行なうことも必要無く、該装置の調整も簡便となる。

このように、本発明の打栓装置ならびに打栓方法によれば、容器の口元部にキャップを押し込むための時間を低減することができ、打栓能力も向上させることができる。

本発明の打栓装置の一実施形態における駆動構造を示す説明図本発明の打栓装置の一実施形態におけるエア回路図本発明の打栓方法の一実施形態並びに従来の打栓方法を比較した一打栓における制御・動作のタイミングチャート

以下、本発明に係る打栓方法を実施する打栓装置の一実施形態について説明する。

本実施形態の打栓装置１は、筐体２を貫通させて鉛直、かつ、昇降自在に配置された主軸３を備えている。主軸３の下端にはキャップＣを保持するためのキャップ保持体４が配設されている。

筐体２の上面であって、主軸３の上端部が突出する部分には、エア駆動機構１００を構成するエアシリンダ５を備えている。

エアシリンダ５は、筐体２の上面に設けられた枠体６に載置されており、枠体６内に設けられた空間部７において下方へ向けて位置させたシリンダロッド８を昇降させ、シリンダロッド８の下端部に設けられた押圧部９を主軸３の上端部と当接させることで、キャップＣに対して打栓圧を付与可能に構成されている。

また、筐体２には、キャップ保持体４に保持されたキャップＣを容器支持手段（不図示）により支持された容器（不図示）の口元部に接離させるべく、主軸３をカム駆動により昇降させるカム駆動機構２００が設けられている。

カム駆動機構２００は、筐体２に枠体６と並設されたステージ１１上に、駆動源としてのエンコーダ付きのサーボモータ１２を備えており、下方へ向けて位置させた出力軸１３にはカップリング１４等により偏芯を抑制しつつ連接された回転軸１５が筐体２内において軸受１６により回転自在に配設されている。この回転軸１５の外周には、周壁上面をカム端面１７ａとする円筒状のカム部材１７がサーボモータ１２の駆動により回転する回転軸１５とともに回転するように嵌着されている。また、筐体２内には、カム駆動機構２００を構成し、サーボモータ１２の回転力をキャップ保持体４の昇降の駆動力として伝達する板状の揺動アーム部材１８が一端部を支点として揺動自在にアーム揺動支持部１０に軸支されている。揺動アーム部材１８の他端部は主軸３の中間部に連結部材１９により揺動自在に軸支されている。そして、揺動アーム部材１８の中間部には、カム端面１７ａに摺接する接触子としてのローラ２０が回転自在に配設されている。

そして、本実施形態の打栓装置１は、カム駆動機構２００により昇降可能とされたキャップ保持体４のストローク中に、図１に示すように、下位から、容器支持部に供給された容器の口元が位置する容器口元位置Ｌ１、キャップＣをキャップ保持体４へ供給するキャップ供給手段（不図示）が進退可能とされたキャップ供給位置Ｌ２、キャップＣをキャップ供給位置から上方へ離間させて保持するキャップ保持位置Ｌ３、そして、その上に待機位置Ｌ４が設定されている。そして、本実施形態の打栓装置１は、サーボモータ１２の駆動により回転する回転軸１５に設けられたカム部材１７が回転し、そのカム端面１７ａと摺接するローラ２０が上下運動し、揺動アーム部材１８がアーム揺動支持部１０に軸支された一端部を支点として揺動することで、他端部が連接された主軸３を上下に移動させ、キャップ保持体４をＬ１からＬ４の４つの各位置を所定の順に停止させるとともに、エア駆動機構１００としてのエアシリンダ５の駆動を適宜制御して、主軸３の下方の容器支持部（不図示）に供給される容器の口元部にキャップＣを打栓する制御を行う打栓駆動制御手段３００を備えている。

より詳しくは、打栓駆動制御手段３００は、１つの容器に対する打栓作業の設定時間内に、サーボモータ１２の駆動を制御し、カム駆動機構２００を用いてキャップ保持体４を待機位置Ｌ４からキャップ供給位置Ｌ２へ降下させてキャップＣを掴み、その状態で、キャップ保持体４をキャップ保持位置Ｌ３へ上昇させてキャップＣを前記キャップ供給手段から上方へ離間させて保持し、再び、キャップ保持体４を下降させ、容器口元位置Ｌ１において、前記容器支持部に位置する容器の口元部にキャップＣを載置するように制御する。

また、打栓駆動制御手段３００は、エア駆動機構１００を構成するエアシリンダ５に対する打栓用のエア（以下、打栓エア）の供給のＯＮ／ＯＦＦ、並びに、そのＯＮ時においては打栓エアのエア圧を微圧と巨圧とで適宜切換え、容器の口元部にキャップＣを載置したタイミングで前記キャップＣに打栓圧を付与し、短時間で適切な打栓を行い、再び、キャップ保持体４を待機位置Ｌ４へ戻すように制御する。

ここで、図２は本実施形態の打栓装置１におけるエア駆動機構１００を構成するエアシリンダ５のエア回路図である。エア回路は、エアシリンダ５に打栓エアを供給するＯＮと、打栓エアを開放するＯＦＦとを切替え可能とするとともに、ＯＮ時には、エアシリンダ５に対し、カム駆動機構２００による主軸３の昇降動作を阻害せず、キャップ保持体４の昇降動作にシリンダロッド８を追従させることができる程度のエア圧（微圧）を供給する微圧エアモードと、エアシリンダ５に対し、容器支持部に配置された容器の口元部に、所定の時間内にキャップＣを押し込み、打栓するのに必要十分なエア圧（巨圧）を打栓圧として供給する巨圧エアモードとを切替え可能に構成されている。

具体的には、エア回路は、前記微圧エアモードに作用する微圧エア回路３５と前記巨圧エアモードに作用する巨圧エア回路３６とを切換え可能に接続されたモード切替部４１と、このモード切替部４１とエアシリンダ５との間に接続され、エアシリンダ５に対するエアのＯＮ／ＯＦＦ（給排）を切替える給排切替部４２とを有している。微圧エア回路３５や巨圧エア回路３６にはそれぞれ減圧弁（レギュレータ）４５や圧力計４６が配設されており、エアシリンダ５と給排切替部４２にはエアの逃がし口に、消音器（サイレンサ）４８が適宜設けられている。

以下では、図３および図４のタイミングチャートを用い、上記構成の打栓装置１による本実施形態の打栓方法について説明する。なお、図３および図４のタイミングチャートの上部ブロックには、エア駆動機構１００の打栓エアの供給に関するタイミングを示し、下部ブロックには、カム駆動機構２００のカム曲線と、キャップ保持体４並びにエアシリンダ５のシリンダロッド８の昇降のタイミングを示している。また、図３中、実線は本実施形態の打栓装置の駆動制御における動作や駆動を示し、二点鎖線は、比較のために、従来の打栓装置における駆動制御における動作や駆動を示している。

図３に示すように、本実施形態の打栓装置１の一打栓動作の初期においては、打栓駆動制御手段３００によるサーボモータ１２の回転制御によりカム部材１７を回転させ、カム端面１７ａと摺接するローラ２０を介して揺動アーム部材１８を筐体に軸支された一端部を支点として揺動させ、他端部が連接された主軸３を上昇させて、キャップ保持体４を待機位置Ｌ４に位置させる。このとき、打栓駆動制御手段３００によるエア駆動機構１００のエア回路の制御（具体的には、給排切替部４２を制御してエアシリンダ５の打栓エアを開放し、シリンダロッド８をフリー状態とすること）により、押圧部９を上昇移動する主軸３の上端部に当接させ、キャップ保持体４の移動に追従させる（ステップＳＴ１）。

また、本実施形態の打栓装置１においては、キャップ保持体４がキャップ供給位置Ｌ２に下降する前に、前記キャップ供給手段から送られるキャップＣをキャップ保持体４のストローク内におけるキャップ供給位置Ｌ２において受渡し可能に配置させておく。

そして、打栓駆動制御手段３００によるサーボモータ１２の回転制御により、カム部材１７を回転させ、揺動する揺動アーム部材１８を介して主軸３を下降させ、キャップ保持体４をキャップ供給位置Ｌ２に移動させ、前記キャップ供給手段からキャップＣを受け取らせる。

このとき、打栓駆動制御手段３００によるエア駆動機構のエア回路の制御により、モード切替部４１は微圧モードに設定し、給排切替部４２を給気可能な状態に切替えることにより、エアシリンダ５に打栓エアとしての微圧を供給し、シリンダロッド８の押圧部９を主軸３の上端部に微圧をもって当接させ、キャップ保持体４の移動に追従させる（ステップＳＴ２）。

さらに、打栓駆動制御手段３００によるサーボモータ１２の回転制御により、カム部材１７を回転させ、カム端面１７ａと摺接するローラ２０を介して揺動アーム部材１８を筐体２のアーム揺動支持部１０に軸支された一端部を支点として揺動させ、他端部が連接された主軸３を若干上昇させ、キャップ保持体４をキャップ保持位置Ｌ３に上昇移動させ、キャップＣを前記キャップ供給手段から離間させて保持する。

このとき、打栓駆動制御手段３００によるエア駆動機構のエア回路の制御により、モード切替部４１は微圧モードとし、給排切替部４２を給気可能な状態のまま維持し、エアシリンダ５に打栓エアとしての微圧を供給し続け、シリンダロッド８の押圧部９を主軸３の上端部に微圧をもって当接させ、キャップ保持体４の移動に追従させる（ステップＳＴ３）。

また、キャップ保持体４がキャップ保持位置Ｌ３へ移動する際、前記キャップ供給手段はキャップ保持体４のストローク内から退避し、次のキャップＣの供給準備を行なう。

続いて、打栓駆動制御手段３００によるサーボモータ１２の回転制御により、カム部材１７を回転させ、カム端面１７ａと摺接するローラ２０を介して揺動アーム部材１８を筐体２のアーム揺動支持部１０に軸支された一端部を支点として揺動させ、他端部が連接された主軸３を下降させ、キャップ保持体４を容器口元位置Ｌ１へ下降移動させ、キャップＣを容器の口元部に載置する。

このとき、打栓駆動制御手段３００によるエア駆動機構のエア回路の制御により、モード切替部４１は微圧エアモードとし、給排切替部４２を給気可能な状態のまま維持し、エアシリンダ５に打栓エアとしての微圧を供給し続け、シリンダロッド８の押圧部９を主軸３の上端部に微圧をもって当接させ、キャップ保持体４の移動に追従させる（ステップＳＴ４）。

そして、本実施形態の打栓装置においては、このキャップＣの容器の口元部への載置を契機として、打栓駆動制御手段３００によるエア駆動機構のエア回路の制御により、モード切替部４１は巨圧エアモードに切替え、給排切替部４２を給気可能な状態とすることにより、エアシリンダ５に打栓エアとして、打栓圧となる巨圧を供給し、シリンダロッド８の押圧部９を主軸３の上端部に巨圧をもって当接させることにより、キャップＣを容器の口元部に押込み、打栓を行なう（ステップＳＴ５）。

図３中、ｈ５に示されているのは、このときの押込み量（打栓量）である。また、キャップ保持体４は、打栓圧によりカム駆動機構２００に負荷がかかることを防止するべく、図３中、ｈ６に示すように、キャップ保持体４の昇降範囲の最下位置との間に若干の間隙を形成するようにその移動量を調整する。そして、本実施形態においては、キャップＣを容器の口元部に巨圧をもって当接させた状態を所定時間を保持することで打栓を確実なものとする。

打栓完了後、打栓駆動制御手段３００は、後続の容器に対する打栓を行なうべく、前述のステップＳＴ１に戻り、カム駆動機構２００並びにエア駆動機構１００を制御する。

このように、本実施形態の打栓装置１を用いた打栓方法によれば、図３及び図４において、ｈ１乃至ｈ３に示す昇降の移動量が等しいことで明らかなように、打栓エアが開放され又は微圧エアモードの場合は、エアシリンダ５のシリンダロッド８をキャップ保持体４に追従させておき、前記容器の口元部に前記キャップが載置されたときに、エアシリンダ５に供給する打栓エアを微圧エアモードから巨圧エアモードに切りかえて供給することで、キャップ保持体４に追従しているエアシリンダ５のシリンダロッド８を介してキャップＣに瞬時に前記打栓圧を付与することができるので、従来、容器の口元部にキャップＣを押し込むために要していた無駄な時間を限りなく低減することができ、よって、打栓能力も向上させることができる。

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、サーボモータ１２の出力軸１３の回転運動を主軸３の直線運動に変換するカム駆動機構２００の構成は前述の構成に限らない。例えば、回転軸１５をボールねじから構成し、このボールねじの外周に嵌着され、回転軸１５の回転により昇降自在とされたスライダを用い、アーム部材を揺動させるような構成も可能である。また、キャップ保持体４は、不図示のキャップ供給手段から供給されるキャップＣを、容器の口元部に嵌着させる開口部を下方に向けた状態で把持する装置であり、リンクや楔等によるメカニカル式や、バキューム式、エアチューブ式等の慣用のキャップＣの保持手段を使用することができる。本実施形態においては、その詳細な説明は省略する。

また、前記容器保持手段は、打栓中における口元部の妄動を防止することができるものであればよい。例えば、容器の搬送経路上におけるキャップ打栓装置の配置位置、すなわち、打栓作業位置に配設され、搬送供給される容器を挟持するグリッパのようなものであってもよい。軟質の本体部を有するスクイーズボトルを容器として用いる場合には、口元部にネックリングを凸設するとともに、打栓中における口元部の位置がブレないように前記ネックリングを用いて支承し、かつ、口元部にかかる打栓の押圧を受けるためのネックグリッパを容器保持手段として設ければよい。

１００エア駆動機構
２００カム駆動機構
３００打栓駆動制御手段
Ｃキャップ
１打栓装置
２筐体
３主軸
４キャップ保持体
５エアシリンダ
６枠体
７空間部
８シリンダロッド
９押圧部
１０アーム揺動支持部
１１ステージ
１２サーボモータ
１３出力軸
１４カップリング
１５回転軸
１６軸受
１７カム部材
１７ａカム端面
１８揺動アーム部材
１９連結部材
２０ローラ
３５微圧エア回路
３６巨圧エア回路
４１モード切替部
４２給排切替部
４５減圧弁（レギュレータ）
４６圧力計
４８消音器（サイレンサ）
Ｌ１容器口元位置
Ｌ２キャップ供給位置
Ｌ３キャップ保持位置
Ｌ４待機位置

Claims

カム駆動機構により昇降可能とされたキャップ保持体のストローク内に、下位から、打栓を施す容器の口元が位置する容器口元位置、キャップを前記キャップ保持体へ供給するキャップ供給手段が進退可能とされたキャップ供給位置、前記キャップを前記キャップ供給位置から上方へ離間させて保持するキャップ保持位置、そして、待機位置を設定し、前記キャップ保持体の昇降動作によって、前記キャップ供給位置へ供給されたキャップを、前記容器口元位置に臨む容器の口元部に載置するとともに、前記容器の口元部に載置された前記キャップに対し、エアシリンダによって打栓圧を付与するように構成された打栓装置であって、
前記エアシリンダに対する打栓エアの供給のＯＮ／ＯＦＦの切換え手段と、前記打栓エアの供給のＯＮ時において、前記キャップ保持体の昇降動作に前記エアシリンダのシリンダロッドが追従可能な微圧の打栓エアを供給する微圧エアモードと、前記シリンダロッドを介して前記キャップに前記打栓圧を付与可能な巨圧の打栓エアを供給する巨圧エアモードとの切換え手段とを備えたエア回路と、
前記容器の口元部に前記キャップが載置されるタイミングを契機に前記微圧エアモードから前記巨圧エアモードに切換えるように制御する打栓駆動制御手段と
を備えることを特徴とする打栓装置。
カム駆動機構により昇降可能とされたキャップ保持体に保持されたキャップに対し、エア駆動機構により昇降するエアシリンダのシリンダロッドによって打栓圧を付与して打栓を行う打栓方法であって、
打栓駆動制御手段により、
昇降自在に配設された主軸の下端部に配設された前記キャップ保持体を、ストローク内に形成された待機位置からキャップ供給手段が進退可能とされたキャップ供給位置へ移動させてキャップを受取り、前記キャップ供給位置の上方のキャップ保持位置へ移動させて前記キャップを前記キャップ保持体に保持し、下位の容器口元位置へ移動させて前記キャップを容器支持部に位置する容器の口元部に載置して打栓に供し、打栓完了後に再度待機位置へ戻すように、前記カム駆動機構を制御するとともに、
前記キャップ保持体が前記待機位置から容器口元位置へ移動する間に微圧の打栓エアを前記エアシリンダに供給して前記キャップ保持体の昇降動作に前記シリンダロッドを追従させ、前記容器口元位置において容器の口元部に前記キャップが載置されるタイミングで前記シリンダロッドを介して前記キャップに前記打栓圧を付与可能な巨圧の打栓エアを前記エアシリンダに供給して打栓を行い、打栓完了後、前記待機位置へキャップ保持体が移動する間は打栓エアを開放するように、エア駆動機構を制御することを特徴とする打栓方法。