ペットボトルの把持位置、6つの把持方法を空と満で比べる

例として、顧客のワークを丸形のペットボトル飲料の500mLと2Lとし、それぞれ空と満の4つの状態を同じ装置で流す場合を考えます。500mLは胴φ66×高さ205mm、2Lはφ105×310mmで、質量は空が22gと33g、満が522gと2,033gです。口はどちらもPCO 1881で、サポートリングがφ33.00mm、その下の首がφ26.19mm。このワークを毎分20本、400〜550mm先のトレイへ立ててプレースします。

把持位置は、首のサポートリングの下に爪を掛ける方法にしました。口の寸法は500mLと2Lで同じなので、1組の爪と同じ把持力のまま、空と満の4通りを搬送できます。荷重はリングで受けるため、胴を押すこともありません。シミュレーションで横5m/s²の搬送を状態ごとに1,000回流すと、把持ミスをスイッチで検出して止めた回を除けば、1本も落下しませんでした。

ただ、首で吊ったボトルは横に動かすと4〜6°振れ、プレースするまで収まりません。壁のあるポケットへ下ろしても、2Lの満では1,000回のうち94回、底が縁に載りました。搬送の途中でエアが抜けると、振れで爪が押し広げられ、リングが外れる回もあります。首で把持するなら、爪を閉じたまま保つ弁と、振れを受け止めるプレース位置の形が一組で必要です。

平らな台へ±3mmでプレースしたいときは、胴を満の重心の高さでV形の爪で把持します。ただし、Z軸を速くしないと1本3.0秒に入らず、ハンドの費用も目安を超えます。

ワークの条件と、それで決まった把持の設計は次のとおりです。

ワークの条件	把持で決まったこと
口がどちらもPCO 1881（首φ26.19mm、リングφ33.00mm）	1組の爪で4つの状態を把持する。首と爪のクリアランスは片側0.9mm
首のまっすぐな部分が5.00mm以上	爪の厚さは4mm。爪の高さの位置ずれは±1.0mm以内
首で吊ると、2Lの満は0.91m/s²で振れ始める	プレース位置に壁と入口の誘い込みを付ける
肩の面が上を向く（傾き33.0°と41.6°）	摩擦係数がtanβ以下なら、肩では把持できない
空の胴は軽く、必要把持力が満と2桁違う	胴を把持するなら、空の胴のへこみを確認してから

ボトルの高さのばらつき、サポートリングがどの力まで耐えるか、空の胴がどの力でへこむかは、モデルからは決まりません。設計者が客先に確認する項目で、記事の最後にまとめました。

把持方法	2Lの満を横5m/s²で1,000回搬送すると	この装置での扱い
①首のリングの下に爪を掛ける	落下なし（把持ミスは止める）。上下の位置ずれ±1.5mmで16%が把持ミス。平らな台では位置ずれが中央6.8mm、ポケットでも94回が縁に載った	基本にする。プレース位置の壁と入口の誘い込み、閉じる側の圧を保つ弁を付ける
②肩を把持する	把持力で下へ押し出され、爪の中を滑って傾いた	使わない
③胴を平らなパッドで把持する	1,000回ともプレースできた。位置ずれは最大2.3mmで、把持位置の前後のずれが残る	V形の爪を付けられないときだけ
④胴をV形の爪で把持する	1,000回ともプレースできた。位置ずれは最大0.35mm	平らな台へ±3mmでプレースするとき。Zを速くしないと3.0秒に入らず、費用も目安を超える。空の胴のへこみを先に確認する
⑤胴を横から吸着する	上げ始めに縁が浮くなどして、1,000回とも落下した	2Lの満には使わない
⑥底を受けて胴を囲う	1,000回ともプレースできた。位置ずれは2.1mm以内	下からフォークを入れられるとき。囲いが高いぶん、Zの行程も長い

表の数字は、式で出した値とMuJoCoのシミュレーションの値で、実機で測ったものではありません¹。安全面の確認もまだです。

装置の前提と、比べた6つの把持方法

場面は移載です。入口のコンベヤの端でストッパに当接したボトルを1本ずつ把持して持ち上げ、400〜550mm先のトレイへ立ててプレースします。要求は次の表のとおりで、どれもこの記事の前提として決めた値です。

項目	この記事の前提
ワーク	丸形のペットボトル飲料。500mLは胴φ66×高さ205mm、2Lはφ105×310mm2
口	どちらもPCO 1881。サポートリングφ33.00mm、その下の首φ26.19mm3
状態と質量	空は500mLが22g、2Lが33g。満は水を入れて522g、2,033g4
処理量	毎分20本（1本3.0秒）。4つの状態を同じ装置で流す
稼働	1日16時間、週5日。年50週で、爪の開閉は年に約480万回
プレースの精度	底の中心を3mm以内にプレースし、倒さない
加速度	横5m/s²（最高1.2m/s）、上下5m/s²（最高0.5m/s）
落下	0。停止したときも、エア圧が落ちたときも落下させない
費用の目安	ハンドまわり（爪とチャック、弁、センサ）で10万円以内。X・Z軸と制御盤は別
電源とエア	AC200V、ゲージ圧0.5MPa

把持方法は次の図の①〜⑥です。②は肩の傾きに合わせた当て板で肩を把持し、③は平らなウレタンのパッドで、④は面を±45°に開いたV形の爪で胴を把持します。⑤はベローズのパッドで胴を横から吸着し、⑥は底をフォークで受けて胴を囲います。図では、把持する高さと重心の高さの位置関係を見てください。

空のボトルは重心が高いぶん、立てて搬送する区間で倒れやすくなります。倒れ始める加速度g × r ÷ zc（rは底の接地円の半径、zcは重心の高さ）は500mLの空が2.75m/s²でいちばん低く、満で決めたコンベヤの止め方が空の日にそのまま使えるとは限りません⁵。

首に掛けると、口の寸法だけで爪が決まる

PCO 1881の口は、サポートリングがφ33.00mm、その下の首がφ26.19mmで、首のまっすぐな部分は5.00mm以上あります³。口が同じなら、1組の爪で500mLも2Lも把持できます。PETボトルの充填ラインでも、首のリングを把持して吊ったまま搬送する方式が使われています。クロネスは、ほとんどのPETボトルは口の径が同じなので、ボトルを替えても機械を変えずに済んだと書いています⁶。

爪は厚さ4mm、V形の内接円の半径を14mmにしました。首とのクリアランスは片側0.9mmで、リングは爪の上面に載ります。φ20のロングストロークの平行グリッパ（ストローク18mm）なら、片側に9mm開くとV形の内接円が半径20.4mmになり、リングの外へ抜けます⁷。

首とリングの公差を入れると、このクリアランスは次の幅になります。PCO 1881の図面では、首がφ26.19（+0.40/−0.50）mm、リングがφ33.00±0.15mmです³。

閉じたときの首とのクリアランス（片側）
  首が最大 φ26.59   14 − 26.59 ÷ 2 = 0.71 mm
  首が最小 φ25.69   14 − 25.69 ÷ 2 = 1.16 mm
開いたときのリングとのクリアランス（片側）
  リングが最大 φ33.15   20.4 − 33.15 ÷ 2 = 3.8 mm

爪を下ろす位置と口の中心の位置ずれは、おおよそ片側3.8mmまでがリングを越えられる範囲の目安です。V形の面に直角な向きで見た値で、それより大きくずれると、爪がリングの上に載るおそれがあります。

下の3Dでは、爪がリングの下に入り、リングが爪の上面に載る位置関係を見てください。

吊ったボトルは、横に加速するとすぐに振れ始めます。リングは爪の上面に載っているだけで、傾きに抗するモーメントの腕は、首の軸からリングが爪に載る外側の点までの16.1mmしかありません。振れ始める加速度はg × 16.1 ÷ hで、hはリングの下の面から重心までの距離です。2Lの満はhが172.7mmなので0.91m/s²、いちばん振れにくい500mLの空でも1.87m/s²でした。モデルも式どおりに振れ始めました⁵。

振れの大きさは、首と爪のクリアランスと、爪の下の角から肩までの距離で決まり、横5m/s²で4〜6°、2Lの満で5〜6°でした。それより傾くと、肩の上の端が爪の下の角に接触します。肩の形は仮なので、実物の振れ幅は形で変わります。

問題は、この振れがプレースまで収まらないことです。リングを支点にした振り子の周期は2Lの満で0.91秒、500mLの満で0.72秒で、式とモデルの差は1%未満でした⁵。振れを減衰させるのはリングと爪の摩擦だけで、プレースの前に0〜1秒待っても、平らな台にプレースした2Lの満は0.2〜20mmの間で毎回違う位置へずれました。次のグラフでは、搬送中の傾きがプレースの時点まで残っていることを見てください。

振れはプレース位置の壁で受ける

プレース位置に壁を付けると、振れた底が壁に沿って中へ入ります。上の3Dの場面では、高さ12mm、クリアランス片側3mmのポケットへ下ろして、位置ずれは1.6mmと1.7mmでした。ただ、壁だけでは足りない回があります。状態ごとに1,000回流すと、底がポケットの縁に載った回は500mLの空で11回、満で8回、2Lの空で48回、満で94回でした⁸。把持ミスで上げずに止めた回を除くと、2Lの満では11%です。

振れがクリアランスに比べてどれだけ大きいかは、リングの下の面から底までの長さで見積もれます。モデルの2Lでは、リングの下の面が底から310 − 17 = 293mmの高さにあります。

2Lの底が横へ動く量  293 mm × sin 5° = 25.5 mm
                    293 mm × sin 6° = 30.6 mm
誘い込める位置ずれ  クリアランス 3 mm ＋ 面取り 4 mm = 7 mm（片側、次の段落の45°×4mmの面取りを付けた場合）

振れの大きい時点で底がポケットの入口に来ると、面取りまで含めても誘い込める範囲に収まらないと考えられます。

縁に載った回を流し直すと、入口に45°×4mmの面取りを付けても、2Lの満の94回のうち27回は縁に残りました。中へ入った回でも位置ずれは最大3.9mmで、要求の3mmを超えます。下ろす速さを0.2m/sに落とすと、かえって縁に載る回が増えました。面取り1つでは足りず、トレイ側の誘い込みは別に検討が必要です。

爪の高さの許容範囲と、リングに掛かる力

リングに掛かる力にも注意が必要です。振れが爪の角で止まる瞬間、厚さ4mmの爪を支点にしたてこになるからです。モデルでは、2Lの満を搬送する間の力のピークが1,000回の中央で427N、95%の回で725Nでした。接触を硬いものとして解いた値なので実物はもっと低いとみられますが、静かに吊るした20Nの20倍です。

爪の高さの許容範囲も狭いです。爪の上面はリングの下の面より下で、首のまっすぐな5mmに収めなければなりません。モデルでは、上下の位置ずれが±1.0mmを超えると、爪がリングか肩に干渉して全閉まで閉じない回が増えました。

爪とリング、爪と肩のクリアランスは、爪が閉じていく途中と持ち上げる途中で変わります。提供前の装置設計の支援アプリ MEKARIQ では、部品の組ごとに最短距離と必要クリアランスを並べて干渉を判定し、干渉部を3Dで赤く示します。（MEKARIQ は、株式会社Anamorphosis Networks が開発している装置設計の支援アプリです。MANUFAC を制作する株式会社Game は、その開発を受託しています。この段落はその紹介です。）工程表の時刻をスライダで動かせるので、爪が閉じていく途中のリングとのクリアランスを、時刻ごとに確認できます。搬送中の振れのような動きは工程表の位置に入らないので、この記事の物理演算のように別に見積もります。

エアが抜けても、爪は閉じたままにする

首に掛けた爪も、把持力が0になると押し広げられます。搬送開始から0.2秒でエアが抜けると、20回ずつのうち2Lの満では爪の減衰（動きにくさとして仮に置いた値）しだいで3〜12回、リングが外れました⁸。モデルでは、振れでリングが浮いた間に、首が爪を押し開いていました。

把持力を5N残すと20回とも外れませんでしたが、爪の減衰を小さくすると、両側とも全開まで開く回がありました。20Nでも片側6.7mm開いています。閉じる側の圧を弁で保持し、搬送時の40Nをそのまま残す回路を基本にします。ばねで残すなら、その力で爪がどこまで開くかをメーカーに確認してからです。SMCの取扱説明書も、停電などで回路の圧力が下がるとワークが落下するおそれがあるとして、落下防止の対策を求めています⁹。

胴を把持する爪には、把持力が抜けたあとに荷重を受けるものがありません。モデルでは、平らなパッドが3つの状態で落下し、V形の爪は4つの状態とも台まで滑り落ちました。

肩を把持すると、把持力がボトルを下へ押し出す

首に近い肩なら、500mLも2Lも径が近く、1組の爪で把持できそうに見えます。しかし、肩の面は上を向いています。水平に把持すると、把持力の一部がボトルを下へ押し出します。滑らずに保持できる爪の力は、肩の傾きβ（鉛直から測る）と摩擦係数μで次の式になります。

F = m × g × (cosβ + μ × sinβ) ÷ (2 × (μ × cosβ − sinβ))
μ ≦ tanβ なら、どれだけ強く把持しても保持できない

φ44の位置で比べると、肩の傾きは500mLで33.0°、2Lで41.6°でした。tanβは0.65と0.89なので、摩擦係数が0.65より小さければ、500mLでも把持力では保持できません。モデルも同じ結果で、保持できる角度での式との差は−2.5〜+6.4%でした⁵。

上の場面では、SMCの目安どおりワークの重量の10倍、199Nで把持しました。それでもボトルは持ち上げる間に爪の中を滑り、爪はストロークエンドまで閉じました。落下しなかったのは、当て板の上の縁にリングが引っかかったからです。ボトルはリングで吊られたまま搬送される間に16°傾き、ポケットの縁に底を載せて倒れました。

摩擦係数0.5で保持できるのは、500mLならφ55より太い位置、2Lならφ92より太い位置です。つまり、もう胴です。

胴を把持するなら、満の重心の高さでV形の爪

胴を把持するなら、高さと爪の形と把持力を決めます。高さは満のときの重心で、500mLは79mm、2Lは120mmです。空の重心は、口部の3.81gとキャップの2gが上端にあるため、ここより22〜25mm上にあります³。ただ、空は軽いので、横加速度によるモーメントは小さく収まります。

爪の形は、平行グリッパに付けるならV形を選びます。平らなパッドでは、閉じる向きと直角に加速したとき、傾きを止めるのが面の摩擦だけです。V形なら、傾こうとするとボトルが爪を押し広げることになり、形で止まります。モデルで2Lの満を横10m/s²で搬送すると、平らなパッドは重心から±40mmを外れると傾きが増え、底から30mmで26°、200mmで10°でした。V形の爪は、30〜200mmのどの高さでも1°以下です。

必要把持力は式で出せます。上へaで持ち上げるとき、爪1本あたりで次のとおりです。

平らなパッド   F = m × (g + a) ÷ (2 × μ)
V形（±45°）   F = m × (g + a) ÷ (2 × √2 × μ)

μ0.5、上へ5m/s²なら、2Lの満でV形は21.3N、平らなパッドは30.1Nです⁵。ところが、V形の爪を式の値ちょうどの21.3Nで閉じて搬送すると、ボトルは爪の中を2.8mm下がりました。2倍の42.6Nで1.1mm、4倍の85.2Nで0.1mmです。

そのため、式の値は下限と見て余裕を持たせます。SMCが10〜20倍の目安を出すときに使っている余裕率4を掛けると¹⁰、V形は85N、平らなパッドは120Nです。

難しいのは空のボトルです。式の値は、V形で500mLの空が0.23N、2Lの空が0.35Nで、満の85Nとは2桁違うのに、把持力をそこまで下げる手段がありません。下限は、幅広のエアチャックのφ32が0.1MPaでおよそ45N¹⁰、電動グリッパのLEHF40が72Nです¹¹。そこでモデルでは、4つの状態とも85Nで把持しました。モデルのボトルは剛体なので、空の胴が85Nでへこむかどうかは分かりません。

V形は、ボトルの半径がΔR変わると頂点が√2 × ΔR動くので、φ66とφ105を1組で把持するには開閉ストロークが全体で75mm以上必要です。上から下ろして胴の重心の高さを把持すると、2Lでは爪も200mmほどになります。把持点の範囲は、幅広のエアチャックMHL2のφ32で0.5MPaのとき110mmほど¹⁰、LEHF40も110mmほどなので¹¹、爪の根元を別のガイドで受けるか、チャックごと胴の高さまで下ろす設計が必要です。

胴を横から吸着すると、滑るより先に縁が浮く

横から吸着したパッドの外れ方は2つあります。重量で面に沿って滑るか、重量によるモーメントで縁が浮くかです。

滑らない吸着力     F ≧ m × (g + a) ÷ μ
縁が浮かない吸着力  F ≧ 2 × m × (g + a) × R ÷ r     R はボトルの半径、r はパッドの縁の半径

パッドは胴の表面にあるので、軸に掛かる重量が、いつも半径ぶんの腕でモーメントになります。2Lの満をφ64のパッドで吸着すると、上へ5m/s²で上げるとき、滑らないには60N、縁が浮かないには99N必要で、先に限界に達するのは縁でした¹²。

φ64のパッドは−60kPaで154Nなので、縁が浮くまでの余裕は、静かに上げれば2.36倍、上へ5m/s²でも1.56倍あります。それでもモデルでは、上げ始めにベローズが曲がってボトルが振れ、1,000回とも外れました（縁が浮いた999回、滑った1回）。振れの大きさはベローズの仮の値しだいで、減衰を10倍にしても余裕は1.10倍しか残りません¹。2Lの満を1個のパッドで横から吸着するのは避けます。

SMCも、真空パッドはモーメントに弱いので、重心を考えてパッドを配置するよう書いています¹²。500mLの満をφ40で吸着する場合は、設計の中心で縁が浮くまで1.68倍、1,000回のうちいちばん厳しい回でも1.34倍の余裕が残りました。

底を受けて囲うなら、下からフォークが入る場所が必要

いちばん確実なのは、底をフォークで受けて胴を囲う把持方法です。フォークや囲いの摩擦を振った1,000回で、満は搬送中の減速で囲いの前の壁に寄り、位置ずれは2.0〜2.1mmでした。空は摩擦が大きいと壁まで寄らず、位置ずれはもっと小さくなり、いちばん小さい回で0.05mmです。どの回も2.1mmを超えません。

代わりに、ピック位置とプレース位置の両方で、底の下にフォークが入る溝が必要です。ベルトの上からは把持できないので、コンベヤの端に溝付きの台を置くか、下から押し上げる機構を追加することになります。囲いは全高の55%の高さがあるので、上から下ろして抜くZの行程も長く、500mLと2Lで囲いの交換も必要です。

1,000回まわして、影響が大きかった要因

横加速度は5m/s²に固定し、外乱だけを一様に振って、把持方法と状態の組ごとに1,000回ずつ搬送しました⁸。振ったのは、把持位置のずれ（前後と左右に±2mm、上下に±1.5mm）、爪やパッドの摩擦、台の摩擦、首の径の公差です。プレースする台は、首のポケットの1,000回のほかは平らな板です。図では、把持方法と状態ごとにプレースできた回数を比べてください。

首に掛ける爪は、把持ミスで止めた回のほかは1本も落下させませんでした。ただ、平らな台で底の中心を3mm以内にプレースできた回は、500mLの空で718回、2Lの満では20回だけです。2Lの満の位置ずれは、中央で6.8mm、95%の回で16.1mm。同じ外乱でポケットへプレースすると、2Lの満でも746回が中に入りました。

胴を把持する2つの方法と、底を受けて囲う方法は、ほぼすべての回でプレースできました。V形の爪の位置ずれは最大0.74mm（500mLの満）で、平らなパッドが3mmを超えたのは500mLの満の3回だけです。一方、肩は0〜85回しかプレースできず、500mLの空では53回落下しました。胴を吸着する方法は、2Lの満で1,000回とも落下しています。

外乱を設計の中心に置いて、横加速度だけを1〜20m/s²に振っても、把持方法の順は変わりませんでした。首は20m/s²でも落下せず、2Lの満の振れは8.8°、平らな台での位置ずれは13mmです。次の図では、点線より長い棒の要因を見てください。

首では、上下の位置ずれの影響がいちばん大きくなりました。2Lの満では、爪の高さが1.0mmより低くずれた回の63%、1.0mmより高くずれた回の32%が把持ミスで、全体では16%です。±1.0mmの内側では670回のうち5回（1%）で、どれも前後か左右に1.5mm以上ずれた回でした。把持ミスはスイッチで検出できるので、落下させる前に止められます。ポケットでは首の径も影響し、首が細い回ほど縁に載りました。点線より短い要因は、偶然の差と見分けられません。

肩は摩擦の影響がいちばん大きく、摩擦が大きい回ほどプレースできませんでした。差が出たのはリリースのときで、当て板の形を仮に置いたモデルの結果です。

1本3.0秒に収まるか

550mm先へプレースする場合の各動作の時刻を、次のタイムチャートで見てください。

首に掛ける爪は、開いて口の上へ30mm逃げれば、すぐ戻れます。閉じたあとにスイッチを確認する0.06秒を入れて、1本は550mm先で2.54秒、400mm先で2.29秒。3.0秒に対して0.46〜0.71秒の余裕があります。

胴を把持する爪は、そうはいきません。V形はボトルを包んでいるので横へ逃げられず、ボトルの上まで210mm上がってから戻ります。上から下ろすときも同じで、Z軸の行程は首の110mmに比べて290mm。1本は3.01〜3.26秒になり、3.0秒に入りません。

胴で3.0秒を守るなら、Z軸を上下10m/s²、1.0m/sに速くします。1本は2.4〜2.7秒に縮みますが、上げる加速度が増えるぶん、85Nの余裕率は4から3に下がります。軸の加速度の調べ方は、タクト2秒のピックアンドプレースと同じです。

機械・電気・制御の取り合い

首で把持する構成で決めたことは、次の表のとおりです。

取り合い	決めたこと	理由
首の爪の高さ	ボトルの高さのばらつきとZの位置決めを合わせて±1.0mm以内。品種ごとにZの位置を持ち、口の天面から測るならPCO 1810は4mm下	±1.5mmでは2Lの満の16%で全閉まで閉じず、装置が止まる
ボトルの有無	ピック位置に、透明な空のボトルも検出できる光電センサ	首の爪は、ボトルがなくても全閉まで閉じる
把持ミス	全閉の位置にスイッチを置き、全閉まで閉じなければ上げずに止める	爪がリングか肩に干渉すると全閉まで閉じない。スイッチの応差の0.8mmより小さい閉じ残りは検出できない7
電気が切れたとき	シングルの電磁弁の復帰位置で、閉じる側に空気が行く配管	搬送中に電気が切れても、爪を開かない
エアが抜けたとき	閉じる側の圧を弁で保持し、搬送時の40Nを残す。ばねにするなら、爪が開く量をメーカーに確認する	把持力が0だと振れでリングが外れ、5Nでは爪が全開まで開く回があった。非常停止で空気を抜く回路でも同じ
ボトルを把持したまま停止したとき	再開の前に、手動でZを下げ、ボトルを台に着けてから開く	空中で開くと落下する
振れ	プレース位置に壁と入口の誘い込みを付け、待ち時間は入れない	1秒待っても振れは収まらない。面取り4mmだけでは縁に残る回がある

機器表

X軸とZ軸と制御盤は、6つの把持方法に共通です。胴を把持する場合はZの行程が長く、速い軸が必要です。価格は2026年11月7日の公開の通販価格で、どれも目安です¹³。

機器	仕様と個数	価格の目安（税抜）
首の爪のエアチャック	平行開閉、複動、φ20、ストローク18mm、1台	28,829円
把持力を残す仕組み	閉じる側の圧を保つ弁（基本）か、閉じる向きのばね（受注生産）	確認できず
首のV形の爪	厚さ4mm、内接円の半径14mm、1組	製作品
爪の電磁弁	5ポート、2位置シングル、1個	7,610円
爪のスイッチ	全開と全閉、2個	確認できず
ボトルの有無のセンサ	透明な空のボトルも検出できる光電センサ（回帰反射の透明体検出用など）、1個	確認できず
トレイ	ポケットの壁12mm、クリアランス片側3mm、入口の誘い込み	製作品

価格が分かったチャックと電磁弁で36,439円です。残りの弁とスイッチ、センサを加えても、10万円に収まる見込みです。胴をV形の爪で把持する構成にすると、電動グリッパ（ロングストローク80mm、把持力72〜180N）の本体が109,033円で、これだけで目安を超えます。コントローラとケーブル、爪の根元を受けるガイドは別です。

現場で問題になること

症状は資料から引きました。気づき方と直し方は、編集部の見立てとモデルの結果で、実機で試したことではありません。

何が起きるか	どう気づくか	どう直すか
アタッチメントに引っ掛けたワークが、搬送の始めと終わりの衝撃でずれる、落下する10	プレースした位置がずれる。ポケットの縁に底が載る	加減速を抑え、プレース位置の入口で誘い込む
停電などで回路の圧力が下がり、ワークが落下する9	停止したあと、爪の中でボトルが傾いている	閉じる側の圧を保つ弁で、把持力を残す
PETの柔らかい表面が、こすれて傷になる6	胴やラベルに擦れの跡	首で把持する。胴ならパッドの材質を選ぶ
濡れた面で摩擦係数が0.2〜0.3に下がる12	結露で滑る	首で把持するか、V形の爪の把持力に余裕を持たせる
真空パッドにモーメントが掛かる12	縁が浮いて落下する	パッドを重心の近くに置くか、2個にする
閉じ残りがスイッチの応差より小さいと、検出できない7	把持ミスのまま上げる	閉じ残りが0.8mmでも、爪がリングの下に入る寸法にする（モデルでは0.5〜0.8mmの閉じ残りで落下しなかった）

ワークの形とプレース位置で、把持位置を変える

この装置の答えは首でした。ただ、ボトルの形やプレース位置が変われば、答えも変わります。

要求の変化	把持方法と構成の変え方
プレース位置が平らな台で±3mm	胴をV形の爪で、満の重心の高さで把持する。空の胴のへこみを先に確認する
プレース位置が首の爪、空気のコンベヤ、案内付きのコンベヤ	首のまま
ケースの中で隣とのクリアランスがない	首のまま。胴の爪は隣との間に入らない
毎分30本（2.0秒）	首で横と上下を10m/s²にすると1.8〜2.0秒。ただし、横10m/s²でポケットへプレースする条件は試していない。550mm先はプレース位置を近づける。胴はZの行程が長く届かない
角形の2L	首は口が同じならそのまま。胴はV形が角に当たるので、平らな面を把持する
口がPCO 1810	首の爪の高さを4mm変える
首に段がない（ガラス瓶、化粧品の容器）	胴をV形の爪で、重心の高さで把持する
空のボトルだけを流す	横から吸着するのも候補。胴のへこみを実ワークで確認してから

迷ったら、ワークの面の向きを見ます。下を向いた段があれば、そこに爪を掛けます。鉛直な面しかなければ、重心の高さでV形の爪で把持します。上を向いた斜面は、摩擦係数μがtanβ以下なら把持しません。そのうえで、プレース位置から逆にたどります。ピックする側の都合より、プレースする側の形が答えを決めました。

モデルに入っていないもの、客先に確認すること

中の水は剛体の重りとして入れたので、水の揺動が振れを強めるのか弱めるのかは分かりません。ボトルのへこみやたわみ、エアの応答の遅れ、結露も入っていません。肩と底の形、ベローズと接触の硬さ、爪の減衰は仮の値です。

公開された資料と通販の価格では、次のことが分かりませんでした。

• 国内のボトルの図面と、リングがどの力まで耐えるか
• 空の胴が、V形の爪の85Nや−60kPaの吸着でへこむかどうか
• 閉じる向きのばねの力と、そのとき爪がどこまで開くか
• 透明な空のボトルを検出するセンサの型と価格、爪のスイッチと電動グリッパのコントローラの価格
• 幅広のエアチャックMHL2-32D1Zの価格

このうち最初の2つはワークの条件なので、設計者が客先に確認する項目です。ボトルの高さのばらつきも、爪の高さの±1.0mmに収まるかを客先に確認します。

強度と安全に関わる値はどれも目安です。最終の判断はメーカーの資料と設計基準、リスクアセスメント、有資格者の確認で行ってください。

2026年11月9日 更新：顧客のワークに対する把持方法とクリアランスを中心に、業界の用語で構成と表現を書き直しました。

注

1. 物理演算はMuJoCo 3.17.0で、刻みは0.2msです。ボトルは、胴と肩を凸の形、首とリングとキャップを円柱にした硬い体で、水は液面までの形から重心と慣性を出した重りとして入れました。ボトルの本体の質量は、25%を底に、残りを側面の面積に比例して配っています。手は指令どおりに動かし、挟む爪は力で閉じます。左右の爪はそれぞれ別に動き、実物のグリッパのように左右がつながってはいません。接触は滑りの摩擦だけで、ねじりと転がりの摩擦は入れていません（impratioは10）。仮に置いた値は、首の爪の動きにくさ（減衰）400N·s/m、挟む爪の減衰（爪の力を0.15m/sで割った値、50N·s/m以上）、取る台と置く台の摩擦0.3（式との突き合わせ、加速度と高さの掃引、3Dの場面の値。1,000回では0.20〜0.50で振った）、吸着パッドの有効な面積（パッドの80%）、ベローズの曲げの硬さ30N·m/radと減衰0.3N·m·s/rad、軸の向きの硬さ2,000N/m、接触の硬さ（時定数2〜4ms）です。ベローズの減衰を10倍にすると、2Lの満は縁が浮くまで1.10倍の余りで運べ、そのうえで曲げの硬さを3倍にすると1.03倍、10倍にすると外れました。首の爪は40Nで閉じてストッパで止まる形です。横から吸うパッドは、パッドとボトルを拘束でつなぎ、拘束の力から滑りと縁の浮きを式で判定して外しました。3Dと動画は、同じモデルにコンベヤとトレイを足した場面です。コンベヤのベルトの摩擦は、ボトルの底に掛ける力（μ0.25、仮）で置きました。スクリプトはcad/sim/bottle_grip.py、cad/sim/bottle_grip_study.py、cad/sim/bottle_grip_scene.pyです。 ↩ ↩

2. 500mLは、Petainerの500ml Water Bottle - 28mm PCO 1810の直径65mm、高さ216.5mmを例にしました。2Lは、英語版WikipediaのTwo-liter bottleにある高さ300〜330mm、直径100〜120mmの幅の中で、φ105×310mmと置いています（どちらも2026年11月7日に確認）。500mLのφ66×205mmは、例を丸めて高さを11.5mm低くした仮の値で、根拠のある寸法ではありません。高さが変わると、重心の高さと振り子の長さが変わります。肩はcosの曲線、底は立つ円の半径を胴より500mLで4mm、2Lで6mm小さくした面取りで置きました。 ↩

3. ISBTのThreadspecsにあるPCO 1881の図面（3784253-21）では、サポートリングの外径がφ33.00±0.15mm、リングの下の首がφ26.19（+0.40/−0.50）mmで長さ5.00mm以上、口の高さが17.00±0.25mm、リングの下で切った口部の質量が3.81gです。図面の注4には、口の天面と首の支えの段（neck support ledge）との平行のずれを0.13mmまでとする記述があります。PCO 1810の図面（1165362-2）では、リングがφ33.00±0.38mm、首がφ26.19±0.59mm、口の高さが21.00±0.25mmです（2026年11月7日に確認）。どちらもISBTの任意の規格で、国内のボトルの口がすべてこの形とは限りません。 ↩ ↩ ↩ ↩

4. 本体の質量は、エコマークが軽量PETボトルの重量基準を改めたときの改定の資料（2017年）にある、清涼飲料の無菌充填用の値です。500mLが19.7g、2,000mLが31.0gで、PETボトルリサイクル推進協議会の2020年度の軽量化の目標値として、2004年度の25.2gと51.7gに削減率を掛けたものです（2026年11月7日に確認）。ラベルとキャップは含まないので、キャップ2.0gを仮に足しました。満は水500gと2,000gで、液面は500mLが底から152mm、2Lが238mmです。 ↩

5. 式との突き合わせの結果です。平らなパッドで滑り始める爪の力は式との差が−2.0〜+2.0%、V形の爪は−14%（モデルのほうが少ない力で持つ）、肩は−2.5〜+6.4%、リングの下を2点で支えた振り子の周期は−0.29〜−0.59%、立てたボトルの倒れ始めと滑り始めは+1.3〜+3.4%（摩擦0.3では500mLの空のほかは倒れる前に滑った）、横から吸うパッドで縁が浮く吸着力は+1.7〜+2.0%でした。V形の差は、力を下げると爪が少し戻り、その戻りに逆らう摩擦が効くためです。首に掛けたボトルの揺れ始めは、横加速度を0.1m/s²刻みで上げると、2Lの満で0.9〜1.0m/s²（式0.91）、2Lの空で1.0〜1.1m/s²（式1.04）、500mLの満で1.4〜1.5m/s²（式1.44）、500mLの空で1.8〜1.9m/s²（式1.87）の間で傾きが跳ね上がりました。 ↩ ↩ ↩ ↩ ↩

6. クロネスの50 years of block technology（2025年4月2日）は、PETボトルの柔らかい表面は、ボトルどうしやガイドとこすれて傷の輪ができやすいので、首のリングを制御された爪で挟み、吊ったまま運ぶ方式を1995年から作り始めたと書いています。リングの高さはボトルの寸法によらず同じだという記述もあります。50 years of fillers "made by Krones"（2024年12月13日）には、ボトルを空気のコンベヤで吊ったまま充填機へ運んだことと、ごく少ない例外を除いてほとんどのPETボトルは口の径が同じなので、ボトルを替えても改造が不要だったという記述があります（どちらも2026年11月7日に確認）。 ↩ ↩

7. SMCの平行開閉形エアチャック MHZ2シリーズのカタログです。φ20の開閉ストロークは標準のMHZ2が10mm、ロングストロークのMHZL2が18mmで、MHZL2-20Dの外径把持力は42Nです。この値は、圧力0.5MPa、把持点L=20mm、ストロークの中心での値と注にあります。単動の常時閉形（MHZL2-20C）は内径把持力57Nだけが載り、外径把持力は載っていません。P.456の応差の表では、MHZL2-20の応差はD-Y7□やD-F8□で0.5mm、D-M9□系で0.8mmです。同じページに、把持をストロークの端の近くで行うと、応差のせいで検出の組み合わせが制約される場合があるという注があります（2026年11月7日に確認）。1社の機種の例です。 ↩ ↩ ↩

8. 乱数の種は20261107に状態と持ち方ごとの番号を足して固定し、外乱は一様分布で振りました。横加速度は5m/s²、上下は5m/s²と0.5m/s、運ぶ距離は400mmで固定です。爪の力は、首が40N、V形の爪が85N、平らなパッドが120N（どちらも2Lの満の式の値の4倍で、4つの状態とも同じ）、肩がワークの重さの10倍です。吸着は−60kPaで、パッドは500mLがφ40、2Lがφ64です。摩擦は、首の爪と底のフォークと囲いで0.15〜0.40、パッドと当て板で0.25〜0.80。つかみ損ねは、全閉から0.8mmより手前で爪が止まった回で、MHZL2-20とD-M9□のスイッチの応差と同じ値にしました。0.5〜0.8mmの閉じ残りは、2Lの満のポケットの1,000回で55回あり、どれも落としていません。落とした回は、どれも閉じ残りが3.5mm以上のつかみ損ねでした。ポケットの1,000回は、高さ12mmの壁を16枚の板で作り、ボトルとのクリアランスを片側3mmにしています。縁に載ったは、置いたあとの底が台から3mmより上にある回です。縁に載った回の流し直しでは、壁の上の内側の角を45°×4mmで面取りした場合と、下ろす速さを0.2m/s、2m/s²にした場合を比べました。面取りすると2Lの満の94回のうち67回が中に入り、そのずれは最大3.9mmでした。エアが抜けた場面は、運び始めから0.2秒後に首の爪の閉じる力を落とし、同じ外乱を振った20回ずつで流しています。閉じきらなかった回を除いた17〜20回のうち、2Lの満でリングが外れたのは、爪の減衰400N·s/mで3回、40で5回、10で12回、500mLの満では0回、4回、10回です。閉じる力を5N残すと0回でしたが、減衰40と10では両側の爪が8.15mm（開ききり）まで押し開かれる回がありました。20Nでも、減衰10で片側6.7mm開いています。効いた要因の比べ方は、要因の値を5つの幅に分け、幅ごとの平均の悪さ（置いた位置のずれ、落とした回などは20mm）の最大と最小の差です。結果と関係のない乱数を要因に見立てて同じ差を200回出し、その95%の値を見分けの下限にしました。数値が発散した回はありませんでした。集計のスクリプトはcad/sim/bottle_grip_mc.pyです。 ↩ ↩ ↩

9. SMCの平行開閉形エアチャック MHZ2の取扱説明書（Doc. no. MH*-OMD0047-A、英語）。対象の一覧はMHZ2で、MHZL2は載っていないので、同じ系列の注意です。2-1の設計上の注意の3に、停電などで回路の圧が下がって把持力が落ちるとワークが落ちるおそれがあり、落下防止などの対策が必要とあります。2-2の選定の7には、単動でばねの力だけでつかむ形はSMCに相談するよう、不安定な把持や戻りの不良のおそれがあるとあります（2026年11月7日に確認）。 ↩ ↩

10. SMCの平行開閉形エアチャック 幅広タイプ MHL2シリーズのカタログ（CAT.S20-249）。P.4の仕様では、φ25とφ32の使用圧力は0.1〜0.6MPa、0.5MPaの実効把持力はφ25が131N（把持位置40mm）、φ32が228N（把持位置80mm）です。P.5の機種選定は、摩擦係数や形状で異なるがワーク質量の10〜20倍以上の把持力が得られる機種を選ぶよう書き、この10〜20倍は、余裕率4と摩擦係数0.1〜0.2から出した値です。大きな加速度や衝撃には、さらに余裕を見込むとしています。P.6の実効把持力の線図では、MHL2-32D1Zの0.1MPaの線がおよそ45N、0.5MPaの線は把持位置110mmほどで終わり、線図より長い所で使うと寿命に悪影響を及ぼすとしています。P.25の製品個別注意事項は、ワークをアタッチメントに引っ掛けて使う場合に、搬送の始めと終点の衝撃を過大にしないよう求める警告です（2026年11月7日に確認）。 ↩ ↩ ↩ ↩

11. SMCの電動グリッパ LEHシリーズのカタログ。LEHF40の開閉ストロークはロングストロークで80mm、把持力は72〜180N（精度±20% F.S.）で、把持力はワーク重量の10〜20倍以上で使うよう注にあります。P.460の把持点とオーバーハング量の線図では、LEHF40の把持点はオーバーハングが0のとき、押当て推力40%で110mmほどまでです（2026年11月7日に確認）。 ↩ ↩

12. SMCの真空用機器 機種選定方法。P.004に、理論搬送荷重の式（垂直吊り上げで垂直に運ぶ場合はFth = m ÷ μ × (g + a) × α）があり、2Lの満を上へ5m/s²で上げる場合（安全率2.5、μ0.5）は150Nで、−60kPaで有効な径φ57に当たります。同じページに摩擦係数の目安（湿った表面0.2〜0.3、木材や金属やガラスなど0.5）、安全率（垂直吊り上げは2.5以上）があります。P.022には、真空パッドはモーメントに弱いので、ワークのモーメントが掛からないよう配置すること、垂直吊り上げは摩擦力で保持するのでガイドと十分な安全率が必要なことが書かれています（2026年11月7日に確認）。 ↩ ↩ ↩ ↩

13. 首のエアチャックはSMC MHZL2-20D（オレンジブック価格）、電磁弁はSMC SY3120-5LZD-M5（同）、電気が切れても位置を保つダブルにするならSY3220-5LZD-M5で10,579円（同）です。電動グリッパはSMC LEHF40K2-80（オレンジブック価格）の本体の価格です。透明な空のボトルを見る光電センサは、透明体検出用の回帰反射形（オムロンのE3ZM-B61T-Cなど）が候補ですが、見つけた通販の掲載は取り扱い終了の表示で、価格は分かりませんでした。回帰反射形は反射板と組み合わせて使います。閉方向スプリングアシストは受注生産の記号-X7で、通販の価格は見つけられませんでした。幅広のエアチャックMHL2-32D1Zも、公開の通販価格は見つけられませんでした。スイッチのD-M9Nは3,050円で廃番の表示が出ているので、計に入れていません。 ↩