開栓トルク検査測定装置
【課題】素手で開栓する場合のトルク曲線を再現して素手での開栓に近い状態で１ｓｔトルクを測定できるようにした開栓トルク検査測定装置を得る。
【解決手段】キャップチャックを駆動するモーターにサーボモーターを採用し、キャップ開栓に際して初動トルク発生区間を、第１段階と第２段階に分け、第１段階の単位時間当たりのモーター出力トルク制限増加値ｔq１と、第２段階でのモーター出力トルク増加値ｔq２をｔｑ１＞ｔｑ２の関係で予め設定し、予め設定した所定トルク値Ｃｇ１に達するまでを第１段階とし、第２段階では出力トルク制限増加値ｔq２でトルク制御しながら計測したトルク値を更新して更新トルク値が一定値（Ｃｇ２）以上低下した場合は、その直前のピークトルク値を１ｓｔトルク値とし、以後サーボモーターを予め設定した制限速度に制御する。
【解決手段】キャップチャックを駆動するモーターにサーボモーターを採用し、キャップ開栓に際して初動トルク発生区間を、第１段階と第２段階に分け、第１段階の単位時間当たりのモーター出力トルク制限増加値ｔq１と、第２段階でのモーター出力トルク増加値ｔq２をｔｑ１＞ｔｑ２の関係で予め設定し、予め設定した所定トルク値Ｃｇ１に達するまでを第１段階とし、第２段階では出力トルク制限増加値ｔq２でトルク制御しながら計測したトルク値を更新して更新トルク値が一定値（Ｃｇ２）以上低下した場合は、その直前のピークトルク値を１ｓｔトルク値とし、以後サーボモーターを予め設定した制限速度に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジキャップを巻締した飲料ボトル等の開栓トルクの検査測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボトル飲料は、ＰＥＴボトル等の合成樹脂製ボトル、ガラス製ボトル、金属製ボトル等種々のボトル容器が採用されているが、これらのボトルは通常タンパーエビデントバンド付キャップ（以下、ＴＥキャップという。）を採用しており、流通段階での不正開封の有無が直ぐに判別できるようになっている。そのようなキャップ付きボトル詰飲料は、製造ラインにおいてキャッピング後において、キャップがボトルに適正に巻締められているか厳重な検査の基で品質管理を行っている。検査項目は多岐にわたるが、そのなかで重要な検査項目のひとつとして開栓トルクの検査がある。開栓トルクは、キャップ、ボトルの寸法公差のばらつきや、キャッピング条件、充填条件、保存環境条件等によって変化するため、開封しやすい適正範囲内に収めることが重要である。従来、開栓トルクの検査は、トルク計に固定された容器固定具に容器を固定して手でキャップを開栓方向に回して、トルク計のピークを各段階ごとに読み取ってチェックしている。その場合、検査員の個人差によるバラツキがあり、正確なトルクピークを測定するのが困難であること、また測定数が多い場合、測定時間が非常に長くかかるという問題点があった。
【０００３】
一方、上記問題点を解決するものとして、特許文献１に示す開栓トルク検査測定装置が提案されている。提案されている開栓トルク検査測定装置は、モーターで回転するスピンドルにトルク検出器とエアーチャック及び回転検出器を取付けた本体ヘッドを、容器クランプ治具によって固定台上に固定されたネジキャップが装着されたボトル容器に対して上下移動可能に取り付け、キャップを把持した状態でエアーチャックをモーターにより回転させ、回転検出部からの信号により所定角度毎の開栓トルク値をトルク検出器により測定してディスプレイにトルク曲線を表示して分析する測定・解析手段と、演算処理装置とより成るものであった（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−１３４０７６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記提案の装置は測定を全て機械により行なうので、測定者の個人差によるバラツキをなくすることができる点で従来の問題点を解決できたものである。ところで、素手でのＴＥキャップの開栓は、一般に図９に示すように親指と対向する指で２方向から挟んで反時計方向に力を付加して行うが、開栓トルクはキャップが開栓するまでに次の２区間でのトルクピーク値をとることがある。第１区間は力を付加してからキャップが回り始めるまでの区間で、この区間はキャップとボトル口との巻締めシールの開放であり、この区間ではキャップはまだ回転しない。この区間でのピークトルク値が高過ぎると一般消費者がキャップを開けることが出来なかったり、開け難いと感じる虞があり、好ましくない。また逆に低過ぎるとそれだけシールブレイクが起き易くシール性が低いことを意味し、キャップの基本性能を判定する検査として重要な要素である。第２区間はキャップのＴＥバンドのブリッジが切れ始めるまでの区間であり、その区間のトルクピーク値はブリッジの切れ具合をチェックし、バージン性を保証するのに重要な要素である。
【０００６】
その２つのピーク値のうち、第１区間のトルクピーク値（以下、初動トルク又は１ｓｔトルクと称する）がキャップの開栓のし易さ・密封性に大きく影響するので、１ｓｔトルクを人間が手で開栓する状態を再現して正確に検出することは開栓トルク検査にとって重要である。その１ｓｔトルクの検査は、ＴＥキャップに限らず、通常のネジキャップ全てに共通する課題である。そこで素手で開栓する場合の第１区間でのトルクの変化を前記検査方法により分析すると、図１１のａ曲線に示すような経過を辿っている。即ち、素手での開栓は開栓時期を予測して初期は早めにトルクを上げて作業時間を短縮し、トルクが約１００Ｎ・ｃｍに達すると無意識に加えるトルクを２０〜３０Ｎ・ｃｍ／ｓｅｃ程度に仕事量を調整して最大ピーク値Ｔ１ａに達し、キャップが回転を開始し始めると急激にトルクが低下して第２区間に移行することがわかった。
【０００７】
しかしながら、従来の機械での開栓トルクの自動測定での第１区間でのトルク曲線は、図１１のｂ曲線に示すような曲線となっている。即ち、１ｓｔトルクＴ１ｂが素手での開栓の場合と比べて早い時間に且つ高い値を示している。従って、従来の開栓トルク測定装置では、人間が開栓する場合の１ｓｔトルクを機械での測定では再現できず、素手で開栓する場合と同じ条件での測定となってなく、測定値にずれが生じているという問題点がある。
装置による開栓トルクの測定は、素手の開栓と同様なトルク曲線を再現してそれぞれのトルク値を測定することができてはじめて、人間が素手で開栓する場合の実際のトルク値を測定できることになり理想的であるが、上記のように従来そのような自動開栓トルク測定装置は実現していない。
【０００８】
そこで、本発明は従来の開栓トルク測定装置における１ｓｔトルクの測定における上記問題点を解決しようとするものであり、素手で開栓する場合のトルク曲線を再現して素手での開栓に近い状態で１ｓｔトルクを測定できるようにした開栓トルク検査測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記問題点を解決するため、従来の測定装置において素手での１ｓｔトルクに至る開栓トルク曲線を再現できない原因を分析した結果、以下の４点が推測される。
（１）１ｓｔトルクは、キャップとボトルの静摩擦抵抗をうち破る回転力であり、その静摩擦抵抗を上回る回転力を測定装置がキャップに与えることが必要である。この回転力は、回転トルク上昇率に比例して増加する。つまり、キャップを急に回そうと最初から静摩擦抵抗を過度に上回る大きな回転力を加えると、静摩擦抵抗を上回るために要する瞬間的なトルクは大きくなる。これは、速度制御・トルク制御の機能を持たないモーターでは制御できない。従来装置に用いられている小型モーターのトルク上昇率は、測定に必要な電流をかけると人間の動作に比べて急激なトルク上昇を示すため、大きなトルク測定値を示しているものと推測される。
（２）キャップの１ｓｔトルクは、キャップがボトルに対して回転移動を開始する直前に最大値を示す。また、このトルク値は回転を開始すると急激に低下する傾向があるが、このとき、モーターの回転余力が過剰にキャップの回転速度を上昇させる。ここで、装置の回転機構には若干の遊びがあるため、速度上昇した回転軸は高速回転し、遊びの終点で大きな衝撃を受ける。この衝撃をトルクとして検出するため、実際より高い値を示すと推測される。
（３）前記（１）（２）について対策を打っても吸収しきれない要因として、キャップを把持するチャックの質量・形状による慣性力の影響があり、特に樹脂製のキャップの場合、弾性の影響を受けて前記（２）に似た挙動により高い値を示すものと推測される。
（４）さらに、キャップとそれを把持する器具の滑りによる誤作動を防止するため、所定の把持力が必要となるが、従来の把持部材質ではキャップを固定するために比較的大きな把持力を要したため、特に樹脂製キャップの場合、剛性が低いため変形が生じて、逆にキャップとボトルの密着力が高くなり抵抗の増加による高トルク値が認められたものと推測される。
以上の知見に基づき、上記問題点を解決するには理想的には以上の（１）〜（４）を解決する技術が必要であることがわかり、さらに研究した結果、本発明に到達したものである。
【００１０】
即ち、上記問題を解決する請求項１に記載の発明に係る開栓トルク検査測定装置は、ネジキャップが装着された容器を固定するクランプ手段と、前記ネジキャップを把持するキャップチャックと、該キャップチャックを回転駆動するモーターと、キャップ開栓時のトルクを検出するトルク検出器を有する開栓トルク検査装置であって、前記モーターがサーボモーターであり、キャップ開栓に際してキャップとボトルの摩擦抵抗を上回る回転力が発生するまでの初動トルク発生区間を、予め設定した単位時間当たりのモーター出力トルク制限増加値に従ってトルク増加値を制御することによって、モーター作動開始直後のモーター出力トルクの急激な増加を抑制するように、前記サーボモーターを制御する本体制御部を有することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記初動トルク発生区間を２段階に分け、第１段階での前記モーター出力トルク制限増加値をｔq１とし、第２段階での前記モーター出力トルク制限増加値をｔq２とするとｔq１＞ｔq２の関係にあるようにしたことを特徴とするものである。請求項１、２の発明によって、上記（１）の原因を効果的に解決することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の開栓トルク検査測定装置において、前記初動トルク発生区間の終了と同時に前記サーボモーターの回転を予め設定した一定速度に制御するようにしてなることを特徴とするものであり、該構成によって、上記（２）の原因を解決することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３何れかに記載の開栓トルク検査測定装置において、前記キャップチャックが、キャップ外周壁と軸方向に線接触又は周方向角度５０゜以内の接触幅を有する２以上の把持子を有してなることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４に記載の開栓トルク検査測定装置において、前記把持子が低弾性ゴムで構成されていることを特徴とする。
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の開栓トルク検査装置において、前記把持子は、立方体又は円柱体に形成されていることを特徴とするものである。請求項４〜６の構成によって、上記（３）（４）の原因を効果的に解決することができる。
【発明の効果】
【００１２】
従来の開栓トルク検査測定装置では素手で開栓する場合の開栓トルクと一致しないが、請求項１〜６の発明によれば、機械での開栓トルクの自動測定でも、素手での開栓の場合と略同様な開栓トルク曲線を得ることができ、より実際的な開栓トルクを計測でき正確に検査することができる。特に、請求項２の発明によれば、初動トルク発生区間を２段階に分けてモーター出力トルク制限増加値を変更しているので、計測に影響のない初期段階のモーター出力トルク制限増加値を大きくすることによって、検査速度を向上させることができると共により素手による開栓トルク挙動に近づけることができる。さらに、請求項３の発明によれば、速度制限制御を行なっているので、初動トルクのピークトルク直後からキャップとボトルの摩擦抵抗が急激な減少によるモーターの回転速度の急激な増大を抑え、衝撃トルクの発生がなく正確なトルク値を測定することができる。
【００１３】
請求項４によれば、キャップ外周を把持する把持子のキャップとの接触部位を狭い面積にすることによって、開栓時の人間によるキャップ把持を再現でき、１ｓｔトルク値を素手での開栓の場合に近づけることができた。請求項５、６によれば、把持子を低弾性ゴムで構成することによって、歪み量に対する復元の力とスピードの変化が小さいため、人間の肌の挙動に類似した働きを示し、突発的な高トルクが発生しにくく、値のバラツキが小さくなる効果が得られた。また、低弾性ゴムはキャップに対して摩擦抵抗が非常に大きいため、把持力を小さくでき、特に合成樹脂製キャップ・ボトルの場合におけるキャップ・ボトルの異常な変形を防止することができ、それによるトルク値のバラツキを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の開栓トルク検査測定装置における開栓トルク測定原理を説明するためのモーター出力トルク曲線図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる開栓トルク検査測定装置のシステム構成図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる開栓トルク検査測定装置の本体機械部の正面図である。
【図４】その側面図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる開栓トルク検査測定装置の測定処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態にかかる開栓トルク検査測定装置で開栓トルクを計測した際の初動トルク発生区間におけるトルク曲線である。
【図７】本発明の開栓トルク検査測定装置の実施形態に係るキャップチャックの底面写真である。
【図８】本発明の開栓トルク検査測定装置の他の実施形態に係るキャップチャックの底面写真である。
【図９】素手による開栓時のキャップ把持状態を示す写真である。
【図１０】従来の開栓トルク検査測定装置のキャップチャックの底面写真である。
【図１１】素手による開栓時のトルク曲線と従来の装置による開栓時のトルク曲線を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、従来の自動開栓トルク測定装置において、１ｓｔトルク値を人間が素手で行うのと挙動が異なるため、素手よりも１ｓｔトルク値が高く検出され、正確な開栓トルクができないという問題点を解決するため、本発明では自動測定装置において、素手での開栓時と同様なトルクカーブを再現させる手段として、従来の開栓トルク検査測定装置におけるモーターに代えて、サーボモーターを採用し、次のようにして、トルク制御・速度制御を実施した。その原理を図１によって説明する。
図１は、横軸に時間（ｓｅｃ）を縦軸にサーボモーターによる出力トルク実測値を表し、キャップが回り始めるまでの区間（以後、初動トルク区間又は第１区間という）における出力トルク曲線を表している。本発明ではサーボモーターの出力トルク曲線を素手開栓時の場合に近づけるため、予めトルク上昇率と速度を制限することによって、トルク曲線を制御していることを特徴としている。
【００１６】
そのため、まずサーボモーターのトルク値が０からある一定のトルク値Ｃｇ１に達するまでを第１段階として、その間の単位時間当たりの出力トルク制限増加値ｔｑ１を設定し、トルク値Ｃｇ１に達した以降を第２段階としてその段階の出力トルク制限増加値ｔｑ２を第１段階の出力トルク制限増加値ｔｑ１より低く設定する。
従って、第１段階では設定された定数に従ってタイマーが発するクロックパルスによるタイミングで出力トルク値を増加することによって、図１に示す第１段階のトルク曲線イが得られ、設定トルク値Ｃｇ１に達したら、出力トルク制限増加値ｔｑ２に従って増加制限値の範囲内で出力トルク値を増加するが、この段階は実測値が１ｓｔトルクに達するまで続けられる。このようにしてトルク曲線ロが得られる。トルクセンサで検出される実測トルク値が１ｓｔトルクに達したか否かの判断は、実測値を単位時間ごとに更新していく過程で、現在の実測値Ｑと前回のピークトルク値Ｑ０との差が所定値Ｃｇ２以上となった場合は前回ピーク値Ｑ０を１ｓｔトルク値と判断し、第３段階（第２区間）に移行するようにする。前述したように１ｓｔトルク発生後にキャップが回り始めると急激に開栓トルクは低下し、それが装置の回転機構の遊びにより衝撃を受けることにより、トルクセンサがこの衝撃をトルクとして検出することを防ぐために、本発明では１ｓｔトルク後のモーターの高速回転を阻止するために、予め１ｓｔトルク後（即ち、第３段階以降）の第２回転速度Ｖ２を第１回転速度Ｖ１より低く設定して、速度制御を行なうようになっている。
【００１７】
以上のように、本発明では、設定値として、第１区間終了までの第１回転速度Ｖ１、第２区間以降の第２回転速度Ｖ２、第１段階出力トルク制限増加値ｔｑ１、第２段階出力トルク制限増加値ｔｑ２、第１→第２段階切替トルク値Ｃｇ１、第２→第３段階切替トルク変化値Ｃｇ２を予め、本体制御部に入力し、これら設定値に基づいて図５に示すトルク曲線を描くプログラムにしたがって、サーボモーターのトルク制御及び速度制御を行うことにより、素手による開栓とほぼ同様な開栓を再現することができ、正確な１ｓｔトルクを測定することができるようにしたものである。
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る開栓トルク検査測定装置を図面を基に詳細に説明する。
図２は、この発明のトルク測定装置のシステム構成図である。本実施形態の開栓トルク検査測定装置は、本体機械部１、本体制御部２、信号解析部３から構成されている。本体機械部１は、図３及び図４に全体構成が示されているように、ベース１１に立設した一対の支柱１２に本体ヘッド１３がスライドユニット１４を介して上下動可能に設けられている。スライドユニット１４は、支柱１２にスライド自在に嵌合しているスライドユニット本体部１５と、該ユニット本体部を容器の高さに応じて所定高さに位置決め駆動する本体昇降ハンドル１６と、ユニット本体部に設けられた計測時に本体ヘッドを昇降させる本体ヘッド昇降エアーシリンダ１７からなり、該本体ヘッド昇降エアーシリンダ１７に本体ヘッド１３が連結されている。また、スライドユニット本体部には、後述するキャップチャックの作動用エアーを供給制御するエアー制御ユニット２０が固定されている。なお、図中２３は、エアー制御ユニット２０へのエアー配管を収納して案内する配管ガイドであり、２４はスライドユニット１４を支柱に対して固定するための固定ノブである。
【００１９】
本体ヘッド１３は、昇降エアーシリンダ１７に連結されたドライバブラケット３０に支持され、エンコーダ２８付きのサーボモーター３１の出力軸に減速機３２を介して連結されたスピンドル３３が前記ドライバブラケット３０に支持されている軸受３４によって回転自在に支持されて、その端部にキャップチャックユニット４０が装着されている。そして、スピンドル３３にはトルクセンサ３５が設けられ、スピンドルの回転トルクを常時検出できるようになっている。
【００２０】
一方、ベ−ス１１には、ボトルをクランプする容器クランパ３７が載置されて、開栓トルク測定時にボトルを把持して回転しないように保持するようになっている。該容器クランパ３７は、本実施形態ではエアー圧で保持するように本体制御部によってエアーバルブの開閉が制御される。
【００２１】
次に、以上の本体機械部を制御するための本体制御部２及び信号解析部３の構成について説明する。
本体制御部２は、Ｉ／Ｏインターフェースユニット５０、ＡＤ変換ユニット５１、プログラマブルコントローラＣＰＵユニット５２、モーションコントロールユニット５３、サーボモータードライバ５４及びエアーバルブ５５とから構成されている。
【００２２】
プログラマブルコントローラＣＰＵユニット５２は、装置の動作部全体をコントロールするものであり、容器の把持用のエアーシリンダを駆動するエアーバルブ５５のＯＮ／ＯＦＦ、本体ヘッド昇降用エアーシリンダ１７のＯＮ／ＯＦＦ、キャップチャックユニット４０用のエアーシリンダのＯＮ／ＯＦＦ、後述するトルクデータの取得タイミングの制御等を行うものである。プログラマブルコントローラＣＰＵユニット５２は、開栓トルク検査を素手開栓の状態に近づけるための開栓トルク曲線を創出するための制御プログラム格納するメモリとデータを格納するデータメモリ、及び中央演算処理装置ＣＰＵを備え、データメモリには後述するように、パソコンやメモリカードユニット等によりＩ／Ｏインターフェースユニット５０を介して、開栓トルク検査において素手開栓の状態に近づけるための出力トルク曲線を創出するための制御設定値としての、第１回転速度Ｖ１、第２回転速度Ｖ２、第１段階出力トルク制限増加値ｔｑ１、第２段階出力制限増加値ｔｑ２、第１→第２段階切替トルク値Ｃｇ１、第２→第３段階切替トルク値Ｃｇ２、制限トルク変更クロックパルス間隔Ｔｍ１が予め設定できるようになっている。
【００２３】
モーションコントロールユニット５３は、プログラマブルコントローラＣＰＵユニット５２からの制御信号に基づきサーボモーターを制御するための速度制御／トルク制限信号をサーボモータードライバに送るものである。本発明において、特にサーボモータードライバへの指令をモーションコントロールユニット５３を通すことによって、サーボモーターのＯＮ／ＯＦＦ制御だけでなく、位置決めモード・速度制御モード等の動作モードの切替を容易に行えたり、動作途中で速度制御中のトルク制限値をＣＰＵ内に設定しているメモリの数値を変更するだけで、モーションコントローラがドライバに指令を送り、サーボモーターに流す電流値を変更することによって、後述するようにトルク曲線の設定が可能となる。
【００２４】
信号機解析部３は、トルクセンサ等からの入力や本体制御部から入出力を演算処理する中央演算処理装置ＣＰＵ６０、演算結果等を表示するディスプレイ６１、プリンタユニット６２、メモリカードユニット６３を有している。これら機器との信号がインターフェース６４及び本体制御部３のＩ／Ｏインターフェースユニット５０を介して本体制御部に入出力される。同時にトルクセンサ３５からのアナログ信号をアンプ５６で増幅してインターフェース６４を介して取り込み、本体制御部のＡＤ変換ユニット５１に増幅後トルクアナログ信号を送る機能を有する。
【００２５】
以上のように構成された開栓トルク検査測定装置において、トルク計測における１ｓｔトルク区間における出力トルク測定波形制御方法を図５に示すフローチャートにより詳細に説明する。
スタートスイッチをＯＮする（ステップＳ０、以下各ステップを単にＳと数字で表示する。）と本体制御部２から本体メカ制御信号によりキャップチャック４０が下降してキャップを予め設定してあるエアー圧でキャップを把握すると共に、サーボモーターの現在位置をゼロにリセットする（Ｓ１）。そして、サーボモーターにサーボモータードライバ５４から第１回転速度Ｖ１を与える電流値が印加されて第１段階が開始される。開始時の出力トルク制限値Ｔｑ＝０が与えられる（Ｓ２）。クロックパルスＴｍ１信号により単位時間ごとに出力トルク制限値Ｔｑに第１段階出力トルク制限値ｔｑ１が計算式Ｔｑ＝Ｔｑ’＋ｔｑ１により、ＴｑがＴｍ１信号ごとにｔｑ１が逐次加算されて更新される（Ｓ３〜Ｓ４）。なお、Ｔｑ’は更新直前における出力トルク制限値である。それは、出力トルク制限値Ｔｑが第１段階から第２段階切替トルク値Ｃｇ１に達するまで繰り返され、Ｔｑ≧Ｃｇ１になると第１段階終了と判断し第２段階に移る（Ｓ５）。
【００２６】
第２段階では出力トルク制限増加値をｔｑ１からｔｑ２に変更される（Ｓ６）。図５に示す実施形態ではｔｑ１＝８０Ｎ・ｃｍ／ｓｅｃで、ｔｑ２＝２０Ｎ・ｃｍ／ｓｅｃに設定されており、ｔｑ２はｔｑ１の約１／４である。その結果、出力トルク曲線は第１段階に達するまでは大きな傾きで変化し、第１段階に達した後は緩やかな勾配となり、素手で開栓する場合と同様に、初期は制限値の範囲内でトルクを上げて作業時間を短縮し、第２段階に移るとトルク増加量を第１段階よりも減らしている。また、プログラマブルコントローラＣＰＵユニットにデータとして逐次格納されるトルクセンサからの発生トルクを読み出し、そのときのトルクデータＱ（即ち、第１段階終了時のトルク値）をピークトルク値Ｑ０として記憶する（以上Ｓ６）。そして、クロックパルスＴｍ１毎に出力トルク制限値をＴｑ＝Ｔｑ’＋ｔｑ２に変更する（Ｓ７）。次いで、トルクセンサからの発生トルクデータＱを読み込み、発生トルクデータＱと記憶しているピークトルク値Ｑ０と比較してＱ≧Ｑ０ならば、Ｑ０＝Ｑとしてピークトルク値を更新し（Ｓ９〜Ｓ１０）、ステップＳ７に戻ってＱ＜Ｑ０になるまで（即ち、発生トルクが上昇している間）繰り返す。Ｑ＜Ｑ０になると、トルク変化分［Ｑ０−Ｑ］を予め設定してある第２段から第３段階切替トルク変化値Ｃｇ２と比較して（Ｓ１１）、Ｑ０−Ｑ＜Ｃｇ２ならば再びステップＳ７に戻って、Ｑ０−Ｑ≧Ｃｇ２になるまで繰り返す。Ｑ０−Ｑ≧Ｃｇ２となると第２段階から第３段階に移り、回転速度が第２回転速度Ｖ２に切替制御されると共に、出力トルク制限値Ｔｑを固定して第３段階の測定を行う（Ｓ１２）。このとき、第２回転速度Ｖ２は、第１回転速度Ｖ１よりも低い値であること（Ｖ１＞Ｖ２）が好ましい。従って、キャップが回り初めのときの速度上昇がＶ２の範囲に押さえられ、急激なトルク低下によるモーターの回転余力で回転軸が高速回転して遊びの終点で大きな衝撃を受けて１ｓｔトルクを実際よりも高く検出されるということをなくすことができる。
【００２７】
図６は、以上のような１ｓｔトルク領域波形領域プログラムに従って、１ｓｔトルク領域を測定したときの実際の１ｓｔトルク領域のトルク波形を示している。該波形は、Ｖ１＝０．５ｒｐｍ、Ｖ２＝０．４ｒｐｍ、ｔｑ１＝８０Ｎ・ｃｍ／ｓｅｃ、ｔｑ２＝２０Ｎ・ｃｍ／ｓｅｃ、Ｃｇ１＝８０Ｎ・ｃｍ、Ｃｇ２＝２０Ｎ・ｃｍに設定した場合の測定波形を示している。該図６に示すように本発明の装置によれば、トルク測定波形は素手による開栓と略同様な波形曲線となっていることがわかる。従って、本装置によれば、実際素手で開栓する場合と同様な状態で開栓トルクが測定できることがわかる。
【００２８】
図７は、前述した１ｓｔトルクの、機械での測定において素手での開栓と異なる挙動（早い段階で高い値を示す）を示す前述した（３）（４）の要因を解決するために創案されたキャップチャックの実施形態を示している。
素手開栓では、図９に示すようにキャップを指で２方向から把持しているが、従来の自動測定装置におけるキャップチャック７０は、図１０に示すように、３分割した金属製の把持子７１で略全周を把持して開栓している。その把持の相違が、１ｓｔトルクの開栓挙動に影響していると推測して、従来のキャップチャックの３ピースのうち１個を除去して２ピースの把持子を対向配置して２方向から把持して、両者の１ｓｔトルク値を比較した。その結果、３方向把持が１３９Ｎ・ｃｍであったのに対し、２方向把持は１４７Ｎ・ｃｍでその値は殆ど変わらなかった。そのため、単純な２方向把持では解決できない要因をさらに分析した。
表１は、各々の把持方法における１ｓｔトルク値、その標準偏差及びリーク角度の平均値を示す。なお、平均値は測定本数２４本の平均である。
【００２９】
指での把持は、指の関節や骨の硬い部位が強く押し当てられるため、キャップ側面に加わる圧力は均一ではなく、比較的狭い範囲に強い力が加わっていると考えられる。そこで、接触部位が狭くなるように、図７に示す円柱状のゴムからなる線接触の把持子６１を３箇所に配置したキャップチャック６０を創作して、２４本について１ｓｔトルク値を測定した。その結果、表１に示す結果が得られた。このことから、把持子をゴム製の狭面にすることによって、１ｓｔトルク値は大幅に低下し、素手に近づいた。従って、狭い面積で把持する効果があることが確認できた。
【００３０】
【表１】
【００３１】
しかしながら、まだ素手の平均値より若干高く、バラツキが大きい。また、摩擦抵抗の減少により、スリップ防止のため強い把持力が必要となり、容器が変形し、リーク（シールブレイク）の角度が通常より小さく異常な値を示した。そこで、その問題を解決するため、上記ゴムを通常の弾性ゴムに代えて低弾性ゴムを採用することを着想して実験を行った。その結果、表１の下段に示すように１ｓｔトルク値が低下し、バラツキも少なく、リーク角度も素手の場合と略同様な結果が得られた。即ち、低弾性ゴムに変更することによって、突発的な高トルクが発生しにくく、値のバラツキが小さくなる効果が得られた。その原因は、低弾性ゴムは歪量に対する復元の力とスピードの変化が小さいため、人間の肌の挙動に類似した働きを示すものと考えられる。また、低弾性ゴムは、キャップに対して摩擦抵抗が非常に大きいため把持力を小さくすることができる。このため、キャップとボトルの把持力を適正値にコントロールできるので、キャップとボトルが異常変形によるトルク値のバラツキを防止できると考えられる。
【００３２】
図８は、他の実施形態にかかるキャップチャック６５を示し、この実施形態では片側の接触子は前記実施形態と同様に低弾性ゴムローラ６６を採用し、対向する側の接触子６７は低弾性ゴムで製作されているが面接触の接触子６７を採用している。この場合も同様な効果が認められた。しかしながら、両側とも広い接触面積を持つ把持子を採用した場合は、材質が低弾性ゴムを採用しても約２０Ｎ・ｃｍ程度高めのトルクが得られた。従って、以上の結果から、素手の場合と同様な挙動による開栓トルクを得るには、キャップチャックは少なくとも片側の把持子は低接触面積を有するものとし、低弾性ゴムの材質を採用することで解決できることが分かった。
【００３３】
低弾性ゴムとは、物性・耐久性は一般の弾性ゴムと同等であっても、外力を受けても殆ど反発せずにエネルギーを吸収し、衝撃・振動吸収性に優れた特性を有するゴムをいい、たとえば市販品としてハネナイト（登録商標）等が知られている。上記実験ではハネナイト（登録商標）でキャップチャックを構成して行ったが、必ずしもそれに限るものでなく、制振材に採用されるエチレンプロピレン・ジエンゴム等の低弾性ゴムも採用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の開栓トルク検査測定装置は、素手で開栓する場合のトルク曲線を再現して素手での開栓に近い状態で１ｓｔトルクを自動測定できるので、ネジキャップの開栓トルク検査測定装置として利用可能性が高く、容器及びキャップの材質を問わないが、特に合成樹脂製キャップの開栓トルクの測定に有効である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 本体機械部 ２ 本体制御部
３ 信号解析部 １１ ベース
１２ 支柱 １３ 本体ヘッド
１４ スライドユニット １５ スライドユニット本体部
１６ 本体昇降ハンドル １７ 本体ヘッド昇降エアーシリンダ
２０ エアー制御ユニット ２３ 配管ユニット
２４ 固定ノブ ２８ エンコーダ
３０ ドライバブラケット ３１ サーボモーター
３２ 減速機 ３３ スピンドル
３４ 軸受 ３５ トルクセンサ
３７ 容器クランパ ４０ キャップチャックユニット
５０ Ｉ／Ｏインターフェースユニット ５１ ＡＤ変換ユニット
５２ プログラマブルコントローラＣＰＵユニット
５３ モーションコントロールユニット
５４ サーボモータードライバ ５５ エアーバルブ
５６ アンプ ６０、６５ キャップチャック
６１、６６ 線接触の把持子 ６７ 広接触の把持子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジキャップを巻締した飲料ボトル等の開栓トルクの検査測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボトル飲料は、ＰＥＴボトル等の合成樹脂製ボトル、ガラス製ボトル、金属製ボトル等種々のボトル容器が採用されているが、これらのボトルは通常タンパーエビデントバンド付キャップ（以下、ＴＥキャップという。）を採用しており、流通段階での不正開封の有無が直ぐに判別できるようになっている。そのようなキャップ付きボトル詰飲料は、製造ラインにおいてキャッピング後において、キャップがボトルに適正に巻締められているか厳重な検査の基で品質管理を行っている。検査項目は多岐にわたるが、そのなかで重要な検査項目のひとつとして開栓トルクの検査がある。開栓トルクは、キャップ、ボトルの寸法公差のばらつきや、キャッピング条件、充填条件、保存環境条件等によって変化するため、開封しやすい適正範囲内に収めることが重要である。従来、開栓トルクの検査は、トルク計に固定された容器固定具に容器を固定して手でキャップを開栓方向に回して、トルク計のピークを各段階ごとに読み取ってチェックしている。その場合、検査員の個人差によるバラツキがあり、正確なトルクピークを測定するのが困難であること、また測定数が多い場合、測定時間が非常に長くかかるという問題点があった。
【０００３】
一方、上記問題点を解決するものとして、特許文献１に示す開栓トルク検査測定装置が提案されている。提案されている開栓トルク検査測定装置は、モーターで回転するスピンドルにトルク検出器とエアーチャック及び回転検出器を取付けた本体ヘッドを、容器クランプ治具によって固定台上に固定されたネジキャップが装着されたボトル容器に対して上下移動可能に取り付け、キャップを把持した状態でエアーチャックをモーターにより回転させ、回転検出部からの信号により所定角度毎の開栓トルク値をトルク検出器により測定してディスプレイにトルク曲線を表示して分析する測定・解析手段と、演算処理装置とより成るものであった（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−１３４０７６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記提案の装置は測定を全て機械により行なうので、測定者の個人差によるバラツキをなくすることができる点で従来の問題点を解決できたものである。ところで、素手でのＴＥキャップの開栓は、一般に図９に示すように親指と対向する指で２方向から挟んで反時計方向に力を付加して行うが、開栓トルクはキャップが開栓するまでに次の２区間でのトルクピーク値をとることがある。第１区間は力を付加してからキャップが回り始めるまでの区間で、この区間はキャップとボトル口との巻締めシールの開放であり、この区間ではキャップはまだ回転しない。この区間でのピークトルク値が高過ぎると一般消費者がキャップを開けることが出来なかったり、開け難いと感じる虞があり、好ましくない。また逆に低過ぎるとそれだけシールブレイクが起き易くシール性が低いことを意味し、キャップの基本性能を判定する検査として重要な要素である。第２区間はキャップのＴＥバンドのブリッジが切れ始めるまでの区間であり、その区間のトルクピーク値はブリッジの切れ具合をチェックし、バージン性を保証するのに重要な要素である。
【０００６】
その２つのピーク値のうち、第１区間のトルクピーク値（以下、初動トルク又は１ｓｔトルクと称する）がキャップの開栓のし易さ・密封性に大きく影響するので、１ｓｔトルクを人間が手で開栓する状態を再現して正確に検出することは開栓トルク検査にとって重要である。その１ｓｔトルクの検査は、ＴＥキャップに限らず、通常のネジキャップ全てに共通する課題である。そこで素手で開栓する場合の第１区間でのトルクの変化を前記検査方法により分析すると、図１１のａ曲線に示すような経過を辿っている。即ち、素手での開栓は開栓時期を予測して初期は早めにトルクを上げて作業時間を短縮し、トルクが約１００Ｎ・ｃｍに達すると無意識に加えるトルクを２０〜３０Ｎ・ｃｍ／ｓｅｃ程度に仕事量を調整して最大ピーク値Ｔ１ａに達し、キャップが回転を開始し始めると急激にトルクが低下して第２区間に移行することがわかった。
【０００７】
しかしながら、従来の機械での開栓トルクの自動測定での第１区間でのトルク曲線は、図１１のｂ曲線に示すような曲線となっている。即ち、１ｓｔトルクＴ１ｂが素手での開栓の場合と比べて早い時間に且つ高い値を示している。従って、従来の開栓トルク測定装置では、人間が開栓する場合の１ｓｔトルクを機械での測定では再現できず、素手で開栓する場合と同じ条件での測定となってなく、測定値にずれが生じているという問題点がある。
装置による開栓トルクの測定は、素手の開栓と同様なトルク曲線を再現してそれぞれのトルク値を測定することができてはじめて、人間が素手で開栓する場合の実際のトルク値を測定できることになり理想的であるが、上記のように従来そのような自動開栓トルク測定装置は実現していない。
【０００８】
そこで、本発明は従来の開栓トルク測定装置における１ｓｔトルクの測定における上記問題点を解決しようとするものであり、素手で開栓する場合のトルク曲線を再現して素手での開栓に近い状態で１ｓｔトルクを測定できるようにした開栓トルク検査測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記問題点を解決するため、従来の測定装置において素手での１ｓｔトルクに至る開栓トルク曲線を再現できない原因を分析した結果、以下の４点が推測される。
（１）１ｓｔトルクは、キャップとボトルの静摩擦抵抗をうち破る回転力であり、その静摩擦抵抗を上回る回転力を測定装置がキャップに与えることが必要である。この回転力は、回転トルク上昇率に比例して増加する。つまり、キャップを急に回そうと最初から静摩擦抵抗を過度に上回る大きな回転力を加えると、静摩擦抵抗を上回るために要する瞬間的なトルクは大きくなる。これは、速度制御・トルク制御の機能を持たないモーターでは制御できない。従来装置に用いられている小型モーターのトルク上昇率は、測定に必要な電流をかけると人間の動作に比べて急激なトルク上昇を示すため、大きなトルク測定値を示しているものと推測される。
（２）キャップの１ｓｔトルクは、キャップがボトルに対して回転移動を開始する直前に最大値を示す。また、このトルク値は回転を開始すると急激に低下する傾向があるが、このとき、モーターの回転余力が過剰にキャップの回転速度を上昇させる。ここで、装置の回転機構には若干の遊びがあるため、速度上昇した回転軸は高速回転し、遊びの終点で大きな衝撃を受ける。この衝撃をトルクとして検出するため、実際より高い値を示すと推測される。
（３）前記（１）（２）について対策を打っても吸収しきれない要因として、キャップを把持するチャックの質量・形状による慣性力の影響があり、特に樹脂製のキャップの場合、弾性の影響を受けて前記（２）に似た挙動により高い値を示すものと推測される。
（４）さらに、キャップとそれを把持する器具の滑りによる誤作動を防止するため、所定の把持力が必要となるが、従来の把持部材質ではキャップを固定するために比較的大きな把持力を要したため、特に樹脂製キャップの場合、剛性が低いため変形が生じて、逆にキャップとボトルの密着力が高くなり抵抗の増加による高トルク値が認められたものと推測される。
以上の知見に基づき、上記問題点を解決するには理想的には以上の（１）〜（４）を解決する技術が必要であることがわかり、さらに研究した結果、本発明に到達したものである。
【００１０】
即ち、上記問題を解決する請求項１に記載の発明に係る開栓トルク検査測定装置は、ネジキャップが装着された容器を固定するクランプ手段と、前記ネジキャップを把持するキャップチャックと、該キャップチャックを回転駆動するモーターと、キャップ開栓時のトルクを検出するトルク検出器を有する開栓トルク検査装置であって、前記モーターがサーボモーターであり、キャップ開栓に際してキャップとボトルの摩擦抵抗を上回る回転力が発生するまでの初動トルク発生区間を、予め設定した単位時間当たりのモーター出力トルク制限増加値に従ってトルク増加値を制御することによって、モーター作動開始直後のモーター出力トルクの急激な増加を抑制するように、前記サーボモーターを制御する本体制御部を有することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記初動トルク発生区間を２段階に分け、第１段階での前記モーター出力トルク制限増加値をｔq１とし、第２段階での前記モーター出力トルク制限増加値をｔq２とするとｔq１＞ｔq２の関係にあるようにしたことを特徴とするものである。請求項１、２の発明によって、上記（１）の原因を効果的に解決することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の開栓トルク検査測定装置において、前記初動トルク発生区間の終了と同時に前記サーボモーターの回転を予め設定した一定速度に制御するようにしてなることを特徴とするものであり、該構成によって、上記（２）の原因を解決することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３何れかに記載の開栓トルク検査測定装置において、前記キャップチャックが、キャップ外周壁と軸方向に線接触又は周方向角度５０゜以内の接触幅を有する２以上の把持子を有してなることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４に記載の開栓トルク検査測定装置において、前記把持子が低弾性ゴムで構成されていることを特徴とする。
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の開栓トルク検査装置において、前記把持子は、立方体又は円柱体に形成されていることを特徴とするものである。請求項４〜６の構成によって、上記（３）（４）の原因を効果的に解決することができる。
【発明の効果】
【００１２】
従来の開栓トルク検査測定装置では素手で開栓する場合の開栓トルクと一致しないが、請求項１〜６の発明によれば、機械での開栓トルクの自動測定でも、素手での開栓の場合と略同様な開栓トルク曲線を得ることができ、より実際的な開栓トルクを計測でき正確に検査することができる。特に、請求項２の発明によれば、初動トルク発生区間を２段階に分けてモーター出力トルク制限増加値を変更しているので、計測に影響のない初期段階のモーター出力トルク制限増加値を大きくすることによって、検査速度を向上させることができると共により素手による開栓トルク挙動に近づけることができる。さらに、請求項３の発明によれば、速度制限制御を行なっているので、初動トルクのピークトルク直後からキャップとボトルの摩擦抵抗が急激な減少によるモーターの回転速度の急激な増大を抑え、衝撃トルクの発生がなく正確なトルク値を測定することができる。
【００１３】
請求項４によれば、キャップ外周を把持する把持子のキャップとの接触部位を狭い面積にすることによって、開栓時の人間によるキャップ把持を再現でき、１ｓｔトルク値を素手での開栓の場合に近づけることができた。請求項５、６によれば、把持子を低弾性ゴムで構成することによって、歪み量に対する復元の力とスピードの変化が小さいため、人間の肌の挙動に類似した働きを示し、突発的な高トルクが発生しにくく、値のバラツキが小さくなる効果が得られた。また、低弾性ゴムはキャップに対して摩擦抵抗が非常に大きいため、把持力を小さくでき、特に合成樹脂製キャップ・ボトルの場合におけるキャップ・ボトルの異常な変形を防止することができ、それによるトルク値のバラツキを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の開栓トルク検査測定装置における開栓トルク測定原理を説明するためのモーター出力トルク曲線図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる開栓トルク検査測定装置のシステム構成図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる開栓トルク検査測定装置の本体機械部の正面図である。
【図４】その側面図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる開栓トルク検査測定装置の測定処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態にかかる開栓トルク検査測定装置で開栓トルクを計測した際の初動トルク発生区間におけるトルク曲線である。
【図７】本発明の開栓トルク検査測定装置の実施形態に係るキャップチャックの底面写真である。
【図８】本発明の開栓トルク検査測定装置の他の実施形態に係るキャップチャックの底面写真である。
【図９】素手による開栓時のキャップ把持状態を示す写真である。
【図１０】従来の開栓トルク検査測定装置のキャップチャックの底面写真である。
【図１１】素手による開栓時のトルク曲線と従来の装置による開栓時のトルク曲線を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、従来の自動開栓トルク測定装置において、１ｓｔトルク値を人間が素手で行うのと挙動が異なるため、素手よりも１ｓｔトルク値が高く検出され、正確な開栓トルクができないという問題点を解決するため、本発明では自動測定装置において、素手での開栓時と同様なトルクカーブを再現させる手段として、従来の開栓トルク検査測定装置におけるモーターに代えて、サーボモーターを採用し、次のようにして、トルク制御・速度制御を実施した。その原理を図１によって説明する。
図１は、横軸に時間（ｓｅｃ）を縦軸にサーボモーターによる出力トルク実測値を表し、キャップが回り始めるまでの区間（以後、初動トルク区間又は第１区間という）における出力トルク曲線を表している。本発明ではサーボモーターの出力トルク曲線を素手開栓時の場合に近づけるため、予めトルク上昇率と速度を制限することによって、トルク曲線を制御していることを特徴としている。
【００１６】
そのため、まずサーボモーターのトルク値が０からある一定のトルク値Ｃｇ１に達するまでを第１段階として、その間の単位時間当たりの出力トルク制限増加値ｔｑ１を設定し、トルク値Ｃｇ１に達した以降を第２段階としてその段階の出力トルク制限増加値ｔｑ２を第１段階の出力トルク制限増加値ｔｑ１より低く設定する。
従って、第１段階では設定された定数に従ってタイマーが発するクロックパルスによるタイミングで出力トルク値を増加することによって、図１に示す第１段階のトルク曲線イが得られ、設定トルク値Ｃｇ１に達したら、出力トルク制限増加値ｔｑ２に従って増加制限値の範囲内で出力トルク値を増加するが、この段階は実測値が１ｓｔトルクに達するまで続けられる。このようにしてトルク曲線ロが得られる。トルクセンサで検出される実測トルク値が１ｓｔトルクに達したか否かの判断は、実測値を単位時間ごとに更新していく過程で、現在の実測値Ｑと前回のピークトルク値Ｑ０との差が所定値Ｃｇ２以上となった場合は前回ピーク値Ｑ０を１ｓｔトルク値と判断し、第３段階（第２区間）に移行するようにする。前述したように１ｓｔトルク発生後にキャップが回り始めると急激に開栓トルクは低下し、それが装置の回転機構の遊びにより衝撃を受けることにより、トルクセンサがこの衝撃をトルクとして検出することを防ぐために、本発明では１ｓｔトルク後のモーターの高速回転を阻止するために、予め１ｓｔトルク後（即ち、第３段階以降）の第２回転速度Ｖ２を第１回転速度Ｖ１より低く設定して、速度制御を行なうようになっている。
【００１７】
以上のように、本発明では、設定値として、第１区間終了までの第１回転速度Ｖ１、第２区間以降の第２回転速度Ｖ２、第１段階出力トルク制限増加値ｔｑ１、第２段階出力トルク制限増加値ｔｑ２、第１→第２段階切替トルク値Ｃｇ１、第２→第３段階切替トルク変化値Ｃｇ２を予め、本体制御部に入力し、これら設定値に基づいて図５に示すトルク曲線を描くプログラムにしたがって、サーボモーターのトルク制御及び速度制御を行うことにより、素手による開栓とほぼ同様な開栓を再現することができ、正確な１ｓｔトルクを測定することができるようにしたものである。
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る開栓トルク検査測定装置を図面を基に詳細に説明する。
図２は、この発明のトルク測定装置のシステム構成図である。本実施形態の開栓トルク検査測定装置は、本体機械部１、本体制御部２、信号解析部３から構成されている。本体機械部１は、図３及び図４に全体構成が示されているように、ベース１１に立設した一対の支柱１２に本体ヘッド１３がスライドユニット１４を介して上下動可能に設けられている。スライドユニット１４は、支柱１２にスライド自在に嵌合しているスライドユニット本体部１５と、該ユニット本体部を容器の高さに応じて所定高さに位置決め駆動する本体昇降ハンドル１６と、ユニット本体部に設けられた計測時に本体ヘッドを昇降させる本体ヘッド昇降エアーシリンダ１７からなり、該本体ヘッド昇降エアーシリンダ１７に本体ヘッド１３が連結されている。また、スライドユニット本体部には、後述するキャップチャックの作動用エアーを供給制御するエアー制御ユニット２０が固定されている。なお、図中２３は、エアー制御ユニット２０へのエアー配管を収納して案内する配管ガイドであり、２４はスライドユニット１４を支柱に対して固定するための固定ノブである。
【００１９】
本体ヘッド１３は、昇降エアーシリンダ１７に連結されたドライバブラケット３０に支持され、エンコーダ２８付きのサーボモーター３１の出力軸に減速機３２を介して連結されたスピンドル３３が前記ドライバブラケット３０に支持されている軸受３４によって回転自在に支持されて、その端部にキャップチャックユニット４０が装着されている。そして、スピンドル３３にはトルクセンサ３５が設けられ、スピンドルの回転トルクを常時検出できるようになっている。
【００２０】
一方、ベ−ス１１には、ボトルをクランプする容器クランパ３７が載置されて、開栓トルク測定時にボトルを把持して回転しないように保持するようになっている。該容器クランパ３７は、本実施形態ではエアー圧で保持するように本体制御部によってエアーバルブの開閉が制御される。
【００２１】
次に、以上の本体機械部を制御するための本体制御部２及び信号解析部３の構成について説明する。
本体制御部２は、Ｉ／Ｏインターフェースユニット５０、ＡＤ変換ユニット５１、プログラマブルコントローラＣＰＵユニット５２、モーションコントロールユニット５３、サーボモータードライバ５４及びエアーバルブ５５とから構成されている。
【００２２】
プログラマブルコントローラＣＰＵユニット５２は、装置の動作部全体をコントロールするものであり、容器の把持用のエアーシリンダを駆動するエアーバルブ５５のＯＮ／ＯＦＦ、本体ヘッド昇降用エアーシリンダ１７のＯＮ／ＯＦＦ、キャップチャックユニット４０用のエアーシリンダのＯＮ／ＯＦＦ、後述するトルクデータの取得タイミングの制御等を行うものである。プログラマブルコントローラＣＰＵユニット５２は、開栓トルク検査を素手開栓の状態に近づけるための開栓トルク曲線を創出するための制御プログラム格納するメモリとデータを格納するデータメモリ、及び中央演算処理装置ＣＰＵを備え、データメモリには後述するように、パソコンやメモリカードユニット等によりＩ／Ｏインターフェースユニット５０を介して、開栓トルク検査において素手開栓の状態に近づけるための出力トルク曲線を創出するための制御設定値としての、第１回転速度Ｖ１、第２回転速度Ｖ２、第１段階出力トルク制限増加値ｔｑ１、第２段階出力制限増加値ｔｑ２、第１→第２段階切替トルク値Ｃｇ１、第２→第３段階切替トルク値Ｃｇ２、制限トルク変更クロックパルス間隔Ｔｍ１が予め設定できるようになっている。
【００２３】
モーションコントロールユニット５３は、プログラマブルコントローラＣＰＵユニット５２からの制御信号に基づきサーボモーターを制御するための速度制御／トルク制限信号をサーボモータードライバに送るものである。本発明において、特にサーボモータードライバへの指令をモーションコントロールユニット５３を通すことによって、サーボモーターのＯＮ／ＯＦＦ制御だけでなく、位置決めモード・速度制御モード等の動作モードの切替を容易に行えたり、動作途中で速度制御中のトルク制限値をＣＰＵ内に設定しているメモリの数値を変更するだけで、モーションコントローラがドライバに指令を送り、サーボモーターに流す電流値を変更することによって、後述するようにトルク曲線の設定が可能となる。
【００２４】
信号機解析部３は、トルクセンサ等からの入力や本体制御部から入出力を演算処理する中央演算処理装置ＣＰＵ６０、演算結果等を表示するディスプレイ６１、プリンタユニット６２、メモリカードユニット６３を有している。これら機器との信号がインターフェース６４及び本体制御部３のＩ／Ｏインターフェースユニット５０を介して本体制御部に入出力される。同時にトルクセンサ３５からのアナログ信号をアンプ５６で増幅してインターフェース６４を介して取り込み、本体制御部のＡＤ変換ユニット５１に増幅後トルクアナログ信号を送る機能を有する。
【００２５】
以上のように構成された開栓トルク検査測定装置において、トルク計測における１ｓｔトルク区間における出力トルク測定波形制御方法を図５に示すフローチャートにより詳細に説明する。
スタートスイッチをＯＮする（ステップＳ０、以下各ステップを単にＳと数字で表示する。）と本体制御部２から本体メカ制御信号によりキャップチャック４０が下降してキャップを予め設定してあるエアー圧でキャップを把握すると共に、サーボモーターの現在位置をゼロにリセットする（Ｓ１）。そして、サーボモーターにサーボモータードライバ５４から第１回転速度Ｖ１を与える電流値が印加されて第１段階が開始される。開始時の出力トルク制限値Ｔｑ＝０が与えられる（Ｓ２）。クロックパルスＴｍ１信号により単位時間ごとに出力トルク制限値Ｔｑに第１段階出力トルク制限値ｔｑ１が計算式Ｔｑ＝Ｔｑ’＋ｔｑ１により、ＴｑがＴｍ１信号ごとにｔｑ１が逐次加算されて更新される（Ｓ３〜Ｓ４）。なお、Ｔｑ’は更新直前における出力トルク制限値である。それは、出力トルク制限値Ｔｑが第１段階から第２段階切替トルク値Ｃｇ１に達するまで繰り返され、Ｔｑ≧Ｃｇ１になると第１段階終了と判断し第２段階に移る（Ｓ５）。
【００２６】
第２段階では出力トルク制限増加値をｔｑ１からｔｑ２に変更される（Ｓ６）。図５に示す実施形態ではｔｑ１＝８０Ｎ・ｃｍ／ｓｅｃで、ｔｑ２＝２０Ｎ・ｃｍ／ｓｅｃに設定されており、ｔｑ２はｔｑ１の約１／４である。その結果、出力トルク曲線は第１段階に達するまでは大きな傾きで変化し、第１段階に達した後は緩やかな勾配となり、素手で開栓する場合と同様に、初期は制限値の範囲内でトルクを上げて作業時間を短縮し、第２段階に移るとトルク増加量を第１段階よりも減らしている。また、プログラマブルコントローラＣＰＵユニットにデータとして逐次格納されるトルクセンサからの発生トルクを読み出し、そのときのトルクデータＱ（即ち、第１段階終了時のトルク値）をピークトルク値Ｑ０として記憶する（以上Ｓ６）。そして、クロックパルスＴｍ１毎に出力トルク制限値をＴｑ＝Ｔｑ’＋ｔｑ２に変更する（Ｓ７）。次いで、トルクセンサからの発生トルクデータＱを読み込み、発生トルクデータＱと記憶しているピークトルク値Ｑ０と比較してＱ≧Ｑ０ならば、Ｑ０＝Ｑとしてピークトルク値を更新し（Ｓ９〜Ｓ１０）、ステップＳ７に戻ってＱ＜Ｑ０になるまで（即ち、発生トルクが上昇している間）繰り返す。Ｑ＜Ｑ０になると、トルク変化分［Ｑ０−Ｑ］を予め設定してある第２段から第３段階切替トルク変化値Ｃｇ２と比較して（Ｓ１１）、Ｑ０−Ｑ＜Ｃｇ２ならば再びステップＳ７に戻って、Ｑ０−Ｑ≧Ｃｇ２になるまで繰り返す。Ｑ０−Ｑ≧Ｃｇ２となると第２段階から第３段階に移り、回転速度が第２回転速度Ｖ２に切替制御されると共に、出力トルク制限値Ｔｑを固定して第３段階の測定を行う（Ｓ１２）。このとき、第２回転速度Ｖ２は、第１回転速度Ｖ１よりも低い値であること（Ｖ１＞Ｖ２）が好ましい。従って、キャップが回り初めのときの速度上昇がＶ２の範囲に押さえられ、急激なトルク低下によるモーターの回転余力で回転軸が高速回転して遊びの終点で大きな衝撃を受けて１ｓｔトルクを実際よりも高く検出されるということをなくすことができる。
【００２７】
図６は、以上のような１ｓｔトルク領域波形領域プログラムに従って、１ｓｔトルク領域を測定したときの実際の１ｓｔトルク領域のトルク波形を示している。該波形は、Ｖ１＝０．５ｒｐｍ、Ｖ２＝０．４ｒｐｍ、ｔｑ１＝８０Ｎ・ｃｍ／ｓｅｃ、ｔｑ２＝２０Ｎ・ｃｍ／ｓｅｃ、Ｃｇ１＝８０Ｎ・ｃｍ、Ｃｇ２＝２０Ｎ・ｃｍに設定した場合の測定波形を示している。該図６に示すように本発明の装置によれば、トルク測定波形は素手による開栓と略同様な波形曲線となっていることがわかる。従って、本装置によれば、実際素手で開栓する場合と同様な状態で開栓トルクが測定できることがわかる。
【００２８】
図７は、前述した１ｓｔトルクの、機械での測定において素手での開栓と異なる挙動（早い段階で高い値を示す）を示す前述した（３）（４）の要因を解決するために創案されたキャップチャックの実施形態を示している。
素手開栓では、図９に示すようにキャップを指で２方向から把持しているが、従来の自動測定装置におけるキャップチャック７０は、図１０に示すように、３分割した金属製の把持子７１で略全周を把持して開栓している。その把持の相違が、１ｓｔトルクの開栓挙動に影響していると推測して、従来のキャップチャックの３ピースのうち１個を除去して２ピースの把持子を対向配置して２方向から把持して、両者の１ｓｔトルク値を比較した。その結果、３方向把持が１３９Ｎ・ｃｍであったのに対し、２方向把持は１４７Ｎ・ｃｍでその値は殆ど変わらなかった。そのため、単純な２方向把持では解決できない要因をさらに分析した。
表１は、各々の把持方法における１ｓｔトルク値、その標準偏差及びリーク角度の平均値を示す。なお、平均値は測定本数２４本の平均である。
【００２９】
指での把持は、指の関節や骨の硬い部位が強く押し当てられるため、キャップ側面に加わる圧力は均一ではなく、比較的狭い範囲に強い力が加わっていると考えられる。そこで、接触部位が狭くなるように、図７に示す円柱状のゴムからなる線接触の把持子６１を３箇所に配置したキャップチャック６０を創作して、２４本について１ｓｔトルク値を測定した。その結果、表１に示す結果が得られた。このことから、把持子をゴム製の狭面にすることによって、１ｓｔトルク値は大幅に低下し、素手に近づいた。従って、狭い面積で把持する効果があることが確認できた。
【００３０】
【表１】
【００３１】
しかしながら、まだ素手の平均値より若干高く、バラツキが大きい。また、摩擦抵抗の減少により、スリップ防止のため強い把持力が必要となり、容器が変形し、リーク（シールブレイク）の角度が通常より小さく異常な値を示した。そこで、その問題を解決するため、上記ゴムを通常の弾性ゴムに代えて低弾性ゴムを採用することを着想して実験を行った。その結果、表１の下段に示すように１ｓｔトルク値が低下し、バラツキも少なく、リーク角度も素手の場合と略同様な結果が得られた。即ち、低弾性ゴムに変更することによって、突発的な高トルクが発生しにくく、値のバラツキが小さくなる効果が得られた。その原因は、低弾性ゴムは歪量に対する復元の力とスピードの変化が小さいため、人間の肌の挙動に類似した働きを示すものと考えられる。また、低弾性ゴムは、キャップに対して摩擦抵抗が非常に大きいため把持力を小さくすることができる。このため、キャップとボトルの把持力を適正値にコントロールできるので、キャップとボトルが異常変形によるトルク値のバラツキを防止できると考えられる。
【００３２】
図８は、他の実施形態にかかるキャップチャック６５を示し、この実施形態では片側の接触子は前記実施形態と同様に低弾性ゴムローラ６６を採用し、対向する側の接触子６７は低弾性ゴムで製作されているが面接触の接触子６７を採用している。この場合も同様な効果が認められた。しかしながら、両側とも広い接触面積を持つ把持子を採用した場合は、材質が低弾性ゴムを採用しても約２０Ｎ・ｃｍ程度高めのトルクが得られた。従って、以上の結果から、素手の場合と同様な挙動による開栓トルクを得るには、キャップチャックは少なくとも片側の把持子は低接触面積を有するものとし、低弾性ゴムの材質を採用することで解決できることが分かった。
【００３３】
低弾性ゴムとは、物性・耐久性は一般の弾性ゴムと同等であっても、外力を受けても殆ど反発せずにエネルギーを吸収し、衝撃・振動吸収性に優れた特性を有するゴムをいい、たとえば市販品としてハネナイト（登録商標）等が知られている。上記実験ではハネナイト（登録商標）でキャップチャックを構成して行ったが、必ずしもそれに限るものでなく、制振材に採用されるエチレンプロピレン・ジエンゴム等の低弾性ゴムも採用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の開栓トルク検査測定装置は、素手で開栓する場合のトルク曲線を再現して素手での開栓に近い状態で１ｓｔトルクを自動測定できるので、ネジキャップの開栓トルク検査測定装置として利用可能性が高く、容器及びキャップの材質を問わないが、特に合成樹脂製キャップの開栓トルクの測定に有効である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 本体機械部 ２ 本体制御部
３ 信号解析部 １１ ベース
１２ 支柱 １３ 本体ヘッド
１４ スライドユニット １５ スライドユニット本体部
１６ 本体昇降ハンドル １７ 本体ヘッド昇降エアーシリンダ
２０ エアー制御ユニット ２３ 配管ユニット
２４ 固定ノブ ２８ エンコーダ
３０ ドライバブラケット ３１ サーボモーター
３２ 減速機 ３３ スピンドル
３４ 軸受 ３５ トルクセンサ
３７ 容器クランパ ４０ キャップチャックユニット
５０ Ｉ／Ｏインターフェースユニット ５１ ＡＤ変換ユニット
５２ プログラマブルコントローラＣＰＵユニット
５３ モーションコントロールユニット
５４ サーボモータードライバ ５５ エアーバルブ
５６ アンプ ６０、６５ キャップチャック
６１、６６ 線接触の把持子 ６７ 広接触の把持子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネジキャップが装着された容器を固定するクランプ手段と、前記ネジキャップを把持するキャップチャックと、該キャップチャックを回転駆動するモーターと、キャップ開栓時のトルクを検出するトルク検出器を有する開栓トルク検査装置であって、前記モーターがサーボモーターであり、キャップ開栓に際してネジキャップとボトルの摩擦抵抗を上回る回転力が発生するまでの初動トルク発生区間を、予め設定した単位時間当たりのモーター出力トルク制限増加値に従ってトルク増加値を制御することによって、モーター作動開始直後のモーター出力トルクの急激な増加を抑制するように、前記サーボモーターを制御する本体制御部を有することを特徴とする巻締容器の開栓トルク検査測定装置。
【請求項２】
前記初動トルク発生区間を２段階に分け、第１段階での前記モーター出力トルク制限増加値をｔq１とし、第２段階での前記モーター出力トルク制限増加値をｔq２とするとｔq１＞ｔq２の関係にあるようにした請求項１に記載の開栓トルク検査測定装置。
【請求項３】
前記初動トルク発生区間の終了と同時に前記サーボモーターの回転を予め設定した一定速度に制御するようにしてなる請求項１又は２に記載の開栓トルク検査測定装置。
【請求項４】
前記キャップチャックが、キャップ外周壁と軸方向に線接触又は周方向角度５０゜以内の接触幅を有する２以上の把持子を有してなる請求項１又は２に記載の開栓トルク検査装置。
【請求項５】
前記把持子が低弾性ゴムで構成されている請求項４に記載の開栓トルク検査装置。
【請求項６】
前記把持子は、立方体又は円柱体に形成されている請求項４又は５に記載の開栓トルク検査装置。
【請求項１】
ネジキャップが装着された容器を固定するクランプ手段と、前記ネジキャップを把持するキャップチャックと、該キャップチャックを回転駆動するモーターと、キャップ開栓時のトルクを検出するトルク検出器を有する開栓トルク検査装置であって、前記モーターがサーボモーターであり、キャップ開栓に際してネジキャップとボトルの摩擦抵抗を上回る回転力が発生するまでの初動トルク発生区間を、予め設定した単位時間当たりのモーター出力トルク制限増加値に従ってトルク増加値を制御することによって、モーター作動開始直後のモーター出力トルクの急激な増加を抑制するように、前記サーボモーターを制御する本体制御部を有することを特徴とする巻締容器の開栓トルク検査測定装置。
【請求項２】
前記初動トルク発生区間を２段階に分け、第１段階での前記モーター出力トルク制限増加値をｔq１とし、第２段階での前記モーター出力トルク制限増加値をｔq２とするとｔq１＞ｔq２の関係にあるようにした請求項１に記載の開栓トルク検査測定装置。
【請求項３】
前記初動トルク発生区間の終了と同時に前記サーボモーターの回転を予め設定した一定速度に制御するようにしてなる請求項１又は２に記載の開栓トルク検査測定装置。
【請求項４】
前記キャップチャックが、キャップ外周壁と軸方向に線接触又は周方向角度５０゜以内の接触幅を有する２以上の把持子を有してなる請求項１又は２に記載の開栓トルク検査装置。
【請求項５】
前記把持子が低弾性ゴムで構成されている請求項４に記載の開栓トルク検査装置。
【請求項６】
前記把持子は、立方体又は円柱体に形成されている請求項４又は５に記載の開栓トルク検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１１】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１１】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２４９６２３（Ｐ２０１０−２４９６２３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９８６１６（Ｐ２００９−９８６１６）
【出願日】平成２１年４月１５日（２００９．４．１５）
【出願人】（０００２２８４４２）日本クラウンコルク株式会社 (382)
【出願人】（３９１０２６５９７）京都技研工業株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１５日（２００９．４．１５）
【出願人】（０００２２８４４２）日本クラウンコルク株式会社 (382)
【出願人】（３９１０２６５９７）京都技研工業株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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