JPH0676107B2 - キヤツパの閉栓トルク制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はキャッパに関し、より詳しくはキャップを容器
に螺着した際の閉栓トルクの制御方法に関する。

「従来の技術」 従来、キャッパとして、出力トルクが制御可能なトルク
モータによってキャッピングヘッドを所定の指令トルク
で回転駆動させ、そのキャッピングヘッドに把持したキ
ャップを所定の閉栓トルクで容器に螺着するようにした
ものが知られている（特開昭59−62488号、特開昭60−1
10689号）。

「発明が解決しようとする問題点」 この種のキャッパにおいては、上記指令トルクを、キャ
ップを容器に螺着させるべき所定の閉栓トルクに一致さ
せると、キャップが容器に締付けられてキャッピングヘ
ッドの回転が停止した瞬間に、キャップの閉栓トルクに
上記キャッピングヘッドの慣性トルクが加わるため、実
際の閉栓トルクは上記所定の閉栓トルクよりも慣性トル
ク分だけ大きくなってしまう。

したがってこのような問題を解決するには、上記指令ト
ルクを慣性トルク分だけ小さく設定すればよいが、雰囲
気温度や湿度の変動、特にキャップ又は容器が乾燥して
いるか濡れているか等の外的条件により、キャップが容
器に締付けられる工程におけるキャッピングヘッドの慣
性トルクが変動してしまい、したがって画一的に慣性ト
ルクの大きさを一定に設定しても、閉栓トルクが常に一
定となるように高精度に管理することは困難であった。

「問題点を解決するための手段」 本発明はそのような事情に鑑み、上述したトルクモータ
を用いたキャッパにおいて、上記キャップが容器に締付
けられてキャッピングヘッドの回転が低下する際に、そ
のキャッピングヘッドの減速度が予め定めた所定値とな
るように上記指令トルクを制御してキャッピングヘッド
の慣性トルクを実質的に一定に維持し、かつ上記所定の
閉栓トルクから上記キャッピングヘッドの慣性トルクを
減算した大きさの指令トルクでキャップの容器への締付
けを終了させるようにしたものである。

「作用」 キャッピングヘッドの慣性トルクは、キャッピングヘッ
ドの慣性トルクは、キャッピングヘッドの慣性モーメン
トと回転角加速度とから得ることができ、上記慣性モー
メントは通常は一定であるので、キャップが容器に締付
けられてキャッピングヘッドの回転が低下する際に、そ
のキャッピングヘッドの減速度が予め定めた所定値とな
るように制御すれば、キャッピングヘッドの慣性トルク
を一定とすることができる。

つまり、キャップ又は容器の濡れ等の原因によってキャ
ッピングヘッドの減速度が大きく変動し、それによって
慣性トルクが変動するような場合であっても、上記指令
トルクを制御してキャッピングヘッドの減速度が予め定
めた所定値となるように制御すれば、キャッピングヘッ
ドの慣性トルクを一定に維持することができる。

そして上記所定の閉栓トルクから上記キャッピングヘッ
ドの慣性トルクを減算した大きさの指令トルクでキャッ
プの容器への締付けを終了させれば、常に所要の閉栓ト
ルクでキャップを容器に螺着させることが可能となる。

「実施例」 以下図示実施例について本発明を説明すると、第１図に
おいて、容器１は容器把持機構２によって固定できるよ
うにしてあり、この容器把持機構２の直上位置にトルク
モータ３によって回転駆動されるキャッピングヘッド４
を設けている。このキャッピングヘッド４は、例えばエ
ア圧を利用してキャップ５を把持する従来周知のエア−
チャックから構成することができる。

上記トルクモータ３は図示しない昇降機構によって昇降
されるようになっており、また上記キャッピングヘッド
４は例えばスプライン軸を介してトルクモータ３に連結
されている。

上記トルクモータ３は通常は上昇端位置に、またキャッ
ピングヘッド４は下降端位置に位置しており、キャッピ
ングヘッド４はその状態のままトルクモータ３の昇降に
伴なって昇降されるようになっている。そしてトルクモ
ータ３が降下されてキャッピングヘッド４に把持したキ
ャップ５が容器１の口部に嵌合され、それによってキャ
ッピングヘッド４の降下が停止されても、さらにトルク
モータ３が降下できるようになっている。

上記トルクモータ３にはその回転数を検出するタコジェ
ネレータ又はロータリーエンコーダ等の回転検出器６を
設けるとともに、そのトルクモータ３の、したがって上
記キャッピングヘッド４の実際の出力トルクを検出する
出力トルク検出器７を設けてあり、各検出器６、７から
の検出信号をそれぞれマイクロコンピュータ等の制御装
置８に入力するようにしている。

上記制御装置８は、上記トルクモータ３を所定の大きさ
の指令トルクで回転駆動して上記キャッピングヘッド４
に把持したキャップ５を容器１に螺着させることができ
るようになっており、上記指令トルクの具体例としては
トルクモータ３へ供給する電流を用いることができる。

そして電流の大小によってトルクモータ３の出力を制御
する場合には、そのトルクモータ３の実際の出力トルク
を検出する上記出力トルク検出器７として、実際にトル
クモータ３に供給されている電流値を検出する電流計を
用いることができる。なお、上記出力トルク検出器７は
キャッピングヘッド４の出力トルクを直接検出するもの
であってもよく、また上記指令トルクの他の例として、
トルクモータ３へ供給する電圧を用いることができる。

以上の構成において、容器１は容器把持機構２に供給さ
れて把持され、またキャップ５は回転停止状態のキャッ
ピングヘッド４に供給されて把持される。容器把持機構
２が容器１を把持すると、第２図に示すように、制御装
置８はキャッピング作業に先立ってトルクモータ３を所
定の大きさの指令トルク10で起動させ、キャッピングヘ
ッド４の慣性モーメントを検出する。

すなわち上記制御装置８は、トルクモータ３を起動する
と直ちに、又はトルクモータ３を起動した後、キャッピ
ングヘッド４の回転速度が所定の低速回転速度20となっ
たことを回転検出器６からの信号によって検出すると、
内臓のタイマをリセットしてからカウントを開始する。
そして上記回転検出器６からの信号により、上記キャッ
ピングヘッド４の回転速度が所定の高速回転速度21とな
ったことを検出すると、上記タイマのカウントを停止さ
せてその間の所定時間を計算する。

このようにしてキャッピングヘッド４が停止状態又は所
定の低速回転速度20から所定の高速回転速度21となるま
での所要時間が得られれば、その所要時間と両者の速度
差とからキャッピングヘッド４の加速度を計算すること
ができる。

他方、上記制御装置８は上記出力トルク検出器７からキ
ャッピングヘッド４の出力トルク30、すなわちキャッピ
ングヘッド４がキャッピングを施していない自然状態に
おける慣性トルクを入力しているので、この出力トルク
30と上記キャッピングヘッド４の加速度とから、キャッ
ピングヘッド４の慣性モーメントを算出することができ
る。

このようにしてキャッピングヘッド４の慣性モーメント
を検出したら、上記制御装置８はキャッピングヘッド４
の回転を停止させ、ひき続いてトルクモータ３およびキ
ャッピングヘッド４を降下させてキャップ５を容器１の
口部に嵌合させる。そしてキャップ５を容器１の口部に
嵌合させたら、制御装置８は再び上記トルクモータ３を
所定の大きさの指令トルク11で起動させる。

この際の指令トルク11の大きさは相対的に大きく設定し
てあり、キャップ５の容器への螺合開始にあたって、ベ
レーキャップと称されるキャップ５の傾斜した状態での
異常な螺合があっても、相対的に大き指令トルク11によ
って強制的にキャップ５を容器１へ螺合させることがで
きるようにしている。このときの指令トルク11の値はキ
ャップ５の材質や形状等を考慮して設定され、かつキャ
ップ５が少なくとも１回転するまで継続される。

次に、上記キャップ５が１回転すれば、キャップ５は容
器１の口部に螺合するようになるので、制御装置８は上
記トルクモータ３をキャッピング開始時の指令トルク11
よりも小さな指令トルク12で駆動する。上記キャップ５
が所要回転されるまでは、上記キャッピングヘッド４は
実質的に空転状態に近い状態で回転されるので、キャッ
ピングヘッド４は最高速度22で回転され、かつこの間の
キャッピングヘッド４の出力トルク31は概ね零の状態に
維持される。

しかしながら、容器１およびキャップ５が濡れている状
態では摩擦が小さいことから上記出力トルク31は実質的
に零の状態に維持されるが、容器１およびキャップ５が
乾燥している状態では、摩擦力の変動により上記出力ト
ルク31に局部的に大きくなる部分が生じる。

そこで上記制御装置８は、上記出力トルク31の局部的に
大きくなる部分の大きさや頻度等の状態を検討して摩擦
力がどの程度であるかを予想し、予想される摩擦力に対
応して、キャップ５を容器１に締付ける際のキャッピン
グヘッド４の減速度が予め定定めた所定値となるよう
に、指令トルクの増加率を選定する。

より具体的には、容器１およびキャップ５が完全に乾燥
している状態では、摩擦力が最大となるのでキャッピン
グヘッド４の回転はその大きな摩擦力により徐々に低下
するようになり、したがってその減速度は最小となる。
そしてこの場合であっても、キャッピングヘッド４の減
速度が予め定めた所定値となるように維持するには、指
令トルクの増加率の大きさを最大にすればよい。

これに対し、容器１およびキャップ５が完全に濡れてい
る状態では摩擦力が最小となるので、キャッピングヘッ
ド４は小さな抵抗を受けてその回転が進み、キャップ５
の締付けが終了する直前になって急激にその回転が低下
するようになる。したがってキャッピングヘッドの減速
度が最大となるので、キャッピングヘッド４の減速度が
予め定めた所定値となるように維持するには、指令トル
クの増加率を最小とすればよい。

このように、上記制御装置８は上記出力トルク31の状態
からキャップ５と容器１との摩擦力がどの程度になるか
を予想し、その予想される摩擦力に応じてキャッピング
ヘッド４の減速度が所定値となるような大きさの増加率
を有する指令トルクを選定する。

上記キャップ５が所定回転されて容器への実質的な締付
けが開始されると、キャッピングヘッド４の速度23が低
下するので、この状態となると、上記制御装置８は指令
トルク13を上述の選定された指令トルクの増加率で増大
させる。これと同時に上記制御装置８は、上記慣性モー
メントの検出の際にキャッピングヘッド４の加速度を検
出したのと同様にして、かつそれよりは遥かに短い時間
で複数回連続してキャッピングヘッド４の減速度を検出
し、各検出減速度が上記所定値に正確に一致するように
上記指令トルク13の増加率を補正し、より確実にキャッ
ピングヘッド４の減速度が所定値となるように制御す
る。

本実施例では、上記キャッピングヘッド４の回転を上記
所定の減速度で殆ど停止状態となるまで低下させている
が、この状態ではキャップ５を所定の閉栓トルク40より
小さな出力トルク32で締付けるようにしている。したが
って制御装置８が上記指令トルク13を増大させると、キ
ャッピングヘッド４は再び回転を開始してその回転速度
24を増大させるようになり、キャップ５が回転して締付
けトルクが増大すると、再び回転速度25が低下して最終
的にキャップ５が容器１に締付けられるようになる。

上記制御装置８は、最終的にキャップ５を容器１に締付
ける工程、すなわち回転速度25が低下する工程となる
と、上述の回転速度23の低下時の場合と同様に、その際
の指令トルク14を予め選定した指令トルクに応じて制御
し、かつこれと同時にキャッピングヘッド４の減速度を
検出し、各検出減速度が上記所定値に正確に一致するよ
うに上記指令トルク14を補正して、より確実にキャッピ
ングヘッド４の減速度が所定値となるように制御する。

なお上記指令トルク14は、指令トルク13と同様に上記出
力トルク31の状態から予想される摩擦力に応じて選定さ
れるが、キャッピングヘッド４の回転状態が異なるの
で、その値は指令トルク13と同一にならないのが普通で
ある。

そして上記制御装置８は、最終的にキャッピングヘッド
４が停止する寸前には、その際の減速度とキャッピング
ヘッド４の慣性モーメントとを積算して実際のキャッピ
ングヘッド４の慣性トルクを演算し、かつ上記所定の閉
栓トルク40からその慣性トルクを減算することによって
得られる指令トルク15によってキャップ５の容器１への
締付けを終了させる。

このように、キャッピングヘッド４の減速度が所定値と
なるように制御してその慣性トルクが一定となるように
制御し、かつキャッピングヘッド４が停止する寸前には
上記所定の閉栓トルク40からその慣性トルクを減算する
ことによって得られる指令トルク15によってキャップ５
を容器１へ締付けているので、その際のキャップ５の締
付けトルクを上記所定の閉栓トルク40に正確に一致させ
ることが可能となる。

なお、上記実施例では、回転速度25が低下する工程にお
ける指令トルクをキャッピングヘッド４の減速度が所定
値となるような大きさの増加率を有する指令トルク14と
し、かつキャッピングヘッド４の減速度を検出しその減
速度が正確に所定値に一致するように上記指令トルク14
を補正しているが、より簡単にするためにいずれか一方
の制御を省略することができる。

より簡素化を図るために、キャッピングヘッド４が最高
速度22で回転している状態からその回転速度23が低下す
る工程における同様な制御についても、いずれか一方又
は両方の制御を省略することができ、或いは少なくとも
一方の制御を残して上記回転速度25が低下する工程を省
略し、回転速度23が低下する工程をキャップ５の最終締
付け工程とすることも可能である。

また上記実施例では、上記キャッピングヘッド４の慣性
モーメントをキャッピングの度に検出するようにしてい
るが、キャッパの運転開始時や所定時間又は期間毎に検
出するようにしてもよく、またキャッピングヘッド４を
自然状態つまりキャッピングを施さない状態において高
速から低速へ減速させる際に検出してもよい。

さらに上記慣性モーメントは通常は一定に維持されるの
で、慣性モーメントの検出を省略して予め定められた所
定値を用いることができ、またキャッピングヘッドの減
速度を予め定めた所定値となるように制御しているので
その際の慣性トルクの大きさとしても予め定められた所
定値を用いることが可能となり、この場合にはキャップ
の容器への締付けを終了させる際の指令トルクの大きさ
として予め定められた所定値を用いることができる。

「発明の効果」 以上のように、本発明によれば、キャップ又は容器の濡
れ等によりキャッピングヘッドの減速度が大きく変動し
て慣性トルクが変動するような場合であっても、常に所
要の閉栓トルクでキャップを容器に螺着させることがで
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
第１図の作動を説明するための説明図である。 １……容器、２……容器把持機構 ３……トルクモータ、４……キャッピングヘッド ５……キャップ、６……回転検出器 ７……出力トルク検出器、８……制御装置 10〜15……指令トルク、20〜25……回転速度 30〜32……出力トルク、40……閉栓トルク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出力トルクが制御可能なトルクモータによ
   ってキャッピングヘッドを所定の指令トルクで回転駆動
   させ、そのキャッピングヘッドに把持したキャップを所
   定の閉栓トルクで容器に螺着するようにしたキャッパに
   おいて、 上記キャップが容器に締付けられてキャッピングヘッド
   の回転が低下する際に、そのキャッピングヘッドの減速
   度が予め定めた所定値となるように上記指令トルクを制
   御してキャッピングヘッドの慣性トルクを実質的に一定
   に維持し、かつ上記所定の閉栓トルクから上記キャッピ
   ングヘッドの慣性トルクを減算した大きさの指令トルク
   でキャップの容器への締付けを終了させることを特徴と
   するキャッパの閉栓トルク制御方法。
2. 【請求項２】上記キャッピングヘッドの回転速度を検出
   してその速度変化から減速度を検出し、この検出値が上
   記所定値となるように上記指令トルクを制御することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のキャッパの閉
   栓トルク制御方法。
3. 【請求項３】上記キャップが容器に締付けられてキャッ
   ピングヘッドの回転が低下する以前に、上記キャッピン
   グヘッドにより実質的に一定の速度で上記キャップを容
   器に螺合させるとともにその際におけるキャッピングヘ
   ッドの出力トルクを検出し、その出力トルクの状態に応
   じて上記キャッピングヘッドの減速度が上記所定値とな
   るような大きさの増加率を有する指令トルクを選定し、
   該選定した指令トルクで上記キャッピングヘッドを回転
   駆動させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のキャッパの閉栓トルク制御方法。
4. 【請求項４】上記キャッピングヘッドの回転速度を検出
   してその速度変化から減速度を検出し、この検出値が上
   記所定値となるように上記選定した指令トルクを制御す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のキャ
   ッパの閉栓トルク制御方法。
5. 【請求項５】上記キャッピングヘッドの慣性モーメント
   が予め定められた一定値であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のキャッ
   パの閉栓トルク制御方法。
6. 【請求項６】上記キャッピングヘッドの慣性モーメント
   が、キャッピングヘッドが自然状態において第１回転速
   度から第２回転速度となるまでの間の加速度と、その間
   におけるキャッピングヘッドの出力トルクとから演算検
   出されることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第４項のいずれかに記載のキャッパの閉栓トルク制御方
   法。