JP4102449B2 - 山形頂部を有するカートンにおける折りしろの形成およびシーリング装置 - Google Patents
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Description
本発明は形成、充填およびシールを行う包装機械に関する。特に本発明は山形頂部を有するカートン用の包装機械に関する。
背景技術
山形頂部を有するカートンは20世紀の大半にわたって知られている。それらの特徴とする単純さおよび再シール性によってミルクやジュースなどの通常の液体食品を収容するカートンとして一般的に普及されてきているが、近年では弾薬からエプソム塩にいたる範囲の製品に使用されている。山形頂部を有するカートンは、積層紙または同様材料で作られた一般的に四角形のカートンブランクから典型的に作り出される。カートンブランクは、そのブランクを折曲げてカートンに形成することを容易となすために、多数の折り目を備えている。
数十年におよぶ開発期間にわたって包装機械の製造者は山頂部を有するカートンの形成、充填およびシールのための様々な方法を提案してきた。現在、山頂部を有するカートンを充填およびシールする最も一般的な包装機械は、側面シーリングが既に行われたカートンブランクを受入れるようになされている。側面シーリング工程は、カートンブランクの反対両側の垂直縁を互いにシーリングして多角形(通常は四角形)のスリーブを形成することを含む。このスリーブは割り出し可能なマンドレルホイール上に受止められ、マンドレルから外方へ突出したスリーブ端部がカートン底部を形成するように折曲げおよびシールの行われるそれぞれの位置へ、ホイールがスリーブを回転移動させる。
カートン底部が形成された後、カートンはマンドレルから取外され、充填ステーションへ送られる。充填ステーションでカートンは製品を充填される。カートンの充填が終了したならば、良く知られている山形頂部の形状となるようにカートン頂部が折曲げられ、熱シールされる。これにより包装工程は完了する。
全体的にこの基本にしたがって作動する周知の包装機械の一例は、ペーセルス氏他に付与された米国特許第5518578号に記載されている。この種の包装機械の他の例はマーテンソン氏他に付与された米国特許第3789746号、マーテンソン氏他に付与された米国特許第3820303号、ブルベリス氏他に付与された米国特許第4759171号、およびラングストロム氏他に付与された米国特許第4790123号に記載されている。これらの特許は本明細書で援用される。
山形頂部を有するカートンの、山形に形成された端部の折りしろをシーリングする各種の機械が知られている。そのような1つの機械はシュウェンク氏に付与された米国特許第3200557号に開示されている。その特許の教示によれば、山形構造部を形成する上部の折りしろを含むフラップパネルは、まず最初に加熱されてカートン上のポリエチレン被覆を軟化させる。その後カートンは2つのシーリング顎部に挟まれる位置へ送られる。シーリング顎部は互いに向かって移動して、折りしろを形成してシールするための圧力を加える。
シーリング顎部が互いに向かって移動するとき、その顎部に対して直角方向の相対するフラップがカートンへ向かって内方へ折曲げられるのと逆に外方へ突出されることが生じ得る。この状態は「ダックビリング(duckbilling)」として知られており、カートンおよびその内容物を使用不能にする。
このような「ダックビリング」を減少または解消するために各種機構が考案された。そのような1つの機構はワカバヤシ氏他に付与された米国特許第4738077号に開示されている。この米国特許第4738077号に記載された機構は、逆V径の爪を使用してカートンの山形に形成された端部の相対するフラップを事前に折曲げるものである。この事前の折曲げは、折りしろのシーリングを行うシーリングステーションより前に配置された包装機械の処理ステーションで行われる。
部分的に容器を閉止する他の機構は、モンロー氏他に付与された米国特許第2410587号に開示されている。米国特許第2410587号に記載された機構は、一対の相対する折曲げフィンガ支持アーム24,25を使用している。このアームは水平且つ平行に配置されている。この部分折曲げはカートンのシーリングを行うシーリングステーションより前に配置された包装機械の処理ステーションで行われる。
さらに、ノイメイヤー氏他に付与された米国特許第4145236号に他のカートンシーリング方法および装置が開示されている。特に米国特許第4145236号の図3は、協働して閉止スロット55を形成する縁部53を有する閉止プレート52を図示している。この閉止スロット55は縁部53の入口端部54から縁部53の出口端部56へ向かって内方且つ下方へ拡がっている。
対向するフラップのこのような事前の折曲げは「ダックビリング」を減少させる助けになるが、前述した機構はこの問題の、特に高速包装機械における最も望ましい解決策ではあり得ない。そのようなシステムはしばしば速度が遅く、高価である。価格効果が一層よく、効率的な解決策は有益となる。
発明の開示
予め定めたカートンの移動経路に沿って移動される複数のカートンにおいて、各々カートンの山形に形成された端部における折りしろの形成およびシーリング装置が記載される。その装置によれば、各カートンはその予め定めた移動経路を横断する方向に配置された第1の複数の対向する頂部フラップと、予め定めたカートン移動経路の長手方向に配置された第2の複数の対向する頂部フラップとを有する。第1および第2の複数の対向する頂部フラップが山形頂部を有する容器の山形構造を形成するようになされる。この装置は、各カートンの第1の対をなす対向する頂部フラップを互いに向かって移動させ、これにより第2の対をなす頂部フラップも互いに向かって押圧されるようにする第1の事前折曲げ装置を含む。第2の事前折曲げ装置は予め定めたカートン移動経路に沿って第1の事前折曲げ装置の下流側に配置され、各カートンが予め定めたカートン移動経路に沿って移動するときに各カートンの第2の複数の対向する頂部フラップを互いに向かって次第に移動させるようになす。回転式襞寄せ(クリンピング)機構が第2の事前折曲げ装置の下流側に配置され、各カートンが予め定めたカートン移動経路に沿って襞寄せ機構を移動されるときに第2の複数の対向する頂部フラップを折曲げて幅の狭い折りしろ構造を形成する。シーリング機構が回転式襞寄せ機構の下流側に配置され、折りしろに対してエネルギーを導いて各カートンの折りしろのシーリングを行う。
本発明の目的は山形頂部を有するカートンの頂部折りしろの折曲げ装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の形成およびシーリング装置の1実施例の斜視図である。
図2は図1の線II−IIに沿う側断面図である。
図3は山形頂部を有するカートンを形成するために折曲げられるカートンブランクの平面図である。
図4は図3に示されたブランクから形成されたカートンの斜視図である。
発明を実施する最良の形態
図1は、山形頂部を有する容器を形成およびシーリングするための高速度の形成およびシーリング装置の1実施例を示している。全体を符号100で示されるこの装置は横方向の事前折曲げ装置105と、長手方向の事前折曲げ装置110と、折りしろの折曲げ装置115と、シーリング装置120とを有する。横方向の事前折曲げ装置105は、装置100を通る容器135の移動方向(矢印Tで示される)を横断する方向に配置されているパネル125,130を事前に折曲げるのに使用される。長手方向の事前折曲げ装置110は、容器135の移動方向Tに沿って配置されているパネル140,145を事前に折曲げるのに使用される。折りしろの折曲げ装置115は容器135の山形頂部を形成するパネルを押圧して定められた配向を形成し、結果的に直立される折りしろ150をシーリング装置120によって引き続いてシーリングできるようにする。
図1に示された横方向の事前折曲げ装置105の実施例は、一対の作動アーム155を含んで成る。各作動アーム155はロッド部分160および端部チップ165で構成され、例えば流体圧作動アクチュエータのような線形アクチュエータ170によってそれぞれ駆動される。作動アーム155および線形アクチュエータ170は、例えば包装機械内に固定されたブラケット175で支持されている。
包装機械の製造サイクル時に作動アーム155は、容器135が装置100を通って移動する経路からその作動アーム155が外れた第1位置と、作動アーム155が容器135の横方向パネル125,130と係合して事前の折曲げを行う第2位置との間で移動するように作動される。
図示実施例では、長手方向の事前折曲げ装置110は容器の移動経路の反対両側に配置されている一対のガイドレール180を含んで成る。図示したように、ガイドレール180はほぼV形の開口185を形成しており、この開口185は下流側へ向かって狭められ、幅の狭い通路190を形成する。V形開口185の頂点195も示されている。ガイドレール180は支持ロッド200によって所定位置に保持されている。さらに支持ロッド200はブラケット205によって支持され、ブラケット205は例えば包装機械内に固定される。ガイドレール180は、横方向の事前折曲げ装置105から事前に折曲げられた状態の頂部山形構造210を有する容器すなわちカートン135を受入れるように配置されている。カートン135はガイドレール180(すなわちV形開口185)の幅広側の端部において長手方向の事前折曲げ装置110に受入れられる。カートン135が容器移動経路に沿ってT方向へ移動するとき、頂部の横方向フラップパネル140,145は通路190へ向かって幅が減少するV形開口185のテーパーによって閉じられる。
図示実施例の折りしろの折曲げ装置すなわち折りしろ形成装置115は、容器移動経路の反対両側に角度を有して配置されている第1襞寄せホイール215および第2襞寄せホイール220を含んで成る。第1襞寄せホイール215は水平に配置されているロッド230で支持された軸ブロック225に連結されており、ロッド230は一対の垂直に配置されたロッド235の間に連結されている。垂直に配置されたロッド235はブラケット205上に支持されるように配置されている。同じ支持構造が容器移動経路の反対両側に配置されている第2襞寄せホイール220のために備えられている。
図2は図1の線II−IIに沿うカートンの流れの横断面図を示している。図示されるように、第1襞寄せホイール215は、山形頂部構造における重ねられたパネルの角度とほぼ同じ上方へ向かう角度で第1襞寄せホイール215を支持するように軸ブロック225(図1参照)に取付けられている軸240上で回転する。第1襞寄せホイール215は第1保持プレート245および第2保持プレート250の間に保持される。保持プレート245,250は水平折り目255に沿って折りしろ150を襞寄せするのに適当とされる位置に第1襞寄せホイール215の位置を保持する。このために第1襞寄せホイール215は、水平折り目255に沿って折りしろ150を襞寄せするためにある角度に設定された斜面部分265を有する外側リップ260を含んで成り、カートン135の折りしろフラップは垂直方向に延在するように押圧される。斜面部分265の角度は垂直軸線に対してホイールのなす角度にほぼ等しいのが好ましい。第1襞寄せホイール215は、第1襞寄せホイール215の下側部分が山形頂部構造210の基部に係合し、また同時に第1襞寄せホイール215の上側の斜面部分265が折りしろ150を形成し且つその折りしろと係合することができるように、十分大きい幅Wを有するのが好ましい。
図示実施例は、頂部山形構造210の一方の側の重なり合ったパネルに配置されている注ぎ口270を有するカートン135を受入れるように設計されている。このようなカートンを受入れるために、第1襞寄せホイール215は内側リップ280および外側リップ260で側面を定められた凹部275をさらに含んで成る。上述したように、第1襞寄せホイール215の凹部275は中空領域285を形成し、注ぎ口270が第1襞寄せホイール215の作動に干渉せず、すなわちその作動の障害とならずに、第1襞寄せホイール215を通過できるようにする。
第2襞寄せホイール220は凹部275が無いこと以外は第1襞寄せホイール215と実質的に同じである。これは基本である。何故なら、ほとんどの場合に第2のねじ式キャップがカートン135に必要とされないからである。しかしながらカートン135が注ぎ口270の配置されているパネルと反対側の重なり合ったパネルに障害物を含んでいる場合には、第2襞寄せホイール220も第1襞寄せホイール215と同様に構成され、同じ切欠部分を有することができる。これに代えて、カートン135が注ぎ口270を有していないのであれば、第1襞寄せホイール215は第2襞寄せホイール220と同じにできる。
第2襞寄せホイール220は同じ斜面部分265および平坦面(より正確には、「円周面」)264を有する。斜面部分265は、頂部の折りしろフラップ290,295が襞寄せホイール215,220を通過中および通過後にほぼ垂直となされるように、水平折り目255に沿ってカートン135を襞寄せする。
図1に戻って参照すれば、図示実施例のシーリング装置120は容器移動経路の反対両側に配置された一対のシーリング顎部で構成され、両者間にシーリング領域が形成されている。シーリング装置120は超音波ホーン300および対応するアンビル305で構成された超音波シーリング装置であるのが好ましく、折りしろの折曲げ装置115から事前に折曲げられた折りしろ150を超音波ホーン300とアンビル305との間に受入れるためにシーリング領域310の幅が十分に広げられた第1の相対位置と、超音波ホーン300およびアンビル305が係合して折りしろ150のシーリングが行われる第2の相対位置との間をアンビル305が移動するように作動される。
折りしろの折曲げ装置115の出口端部は、シーリング装置120におけるシーリング領域310の入口端部から折りしろの全幅より小さい距離しか離れていないのが好ましい。このような位置決めは、超音波ホーン300およびアンビル305の間のシーリング領域310を最小幅にすることができ、これにより超音波ホーン300および(または)アンビル305が第1および第2の位置の間で移動しなければならない距離を減少する。この減少された移動距離はシーリング装置120を一層小型に構成できるようにし、さらにシーリングサイクルの時間を短縮する。
工業的な作動
図1に示した実施例は矢印Tで示された方向へ移動する多数のカートン135を示している。個々のカートン135はA〜Fの符号を付されており、装置100における各種位置に配置されて装置100の作動段階を示している。
カートンAは頂部の折りしろフラップ290,295および頂部パネル125,130および140,145をほぼ垂直な配向で有すカートン135を示している。作動アーム155の端部チップ165は横方向のフラップ125,130に圧力を加えるように作動する。この作動は上述の「ダックビリング」の発生を防止するために行われる。これが行われたならば、カートンBで示されるように横方向の事前折曲げ作動の結果としてこの時点では互いに向かって部分的に折曲げられた横方向のフラップ140,145がガイドレール180の間の横方向の事前折曲げ装置110の幅広側の端部に進入する。この作動はカートンBで示されている。カートン135が事前折曲げ装置110の出口端部へ向かって運ばれるとき、ガイドレール180の間の領域が狭まる結果として、横方向の折りしろフラップ290,295、および頂部山形構造のパネル140,145が互いに向かって押圧される。カートンCがこの作動を示している。
カートンDは襞寄せホイール215,220の間にて襞寄せが行われている位置において示されている。カートンDの山形構造210はこのようにして形成され、これにより折りしろ150は緊密に密着されて垂直に配向され、シーリング装置120による引き続くシーリングに備えられる。
カートンEは超音波ホーン300およびアンビル305の間のシーリング領域310に位置する状態で示されている。この位置の間に超音波ホーン300および(または)アンビル305は第1相対位置から第2相対位置移動するように作動され、第2相対位置において超音波シーリングエネルギーが付与されて折りしろフラップ290,295を互いに対して密着させ、山形頂部構造210の折りしろ150を形成する。第2相対位置において予め定めた時間が経過後、超音波ホーン300および(または)アンビル305は第1相対位置へ復帰するように作動され、これによりカートン135を解放して、容器移動経路に沿ってさらに移動できるようにする。カートンFは完成され、充填され、そしてシーリングされたカートン135を示している。
図3は、山形頂部のカートン135を形成する上述装置に使用できるカートンブランク320の1実施例を示している。このブランク320は各種の厚紙積層構造のいずれかによって形成できる。例えば、ブランク320は低密度ポリエチレン/厚紙/低密度ポリエチレン構造を有すミルク用とかに使用できるような積層材で形成することができる。このような積層材において、低密度ポリエチレン層はとりわけ湿気から厚紙を保護するバリヤ層すなわち遮断層として作用する。厚紙が1以上の遮断層で保護されるその他の厚紙積層構造もまた使用できる。
ブランク320は複数の垂直折り目325および複数の水平折り目255で区分されている。垂直折り目325はブランク320の頂部から底部まで延在する一方、水平折り目255はブランク320の幅に沿って実質的に延在している。水平折り目255および垂直折り目325はブランク320を5つの垂直パネル330a〜330e、5つの山形頂部フラップ335,340,145,345,140、および5つの頂部折りしろフラップ350,355,295,360,290に区分している。山形頂部フラップ340,360はそれぞれ対を成す先細状態の折り目365を備えている。山形頂部のフラップ140,145はそれぞれ角度の付いた折れ目370を備えている。
図3のブランク320は折曲げられて図4の山形頂部のカートン135を形成する。折曲げられると、垂直パネル330はそれぞれカートン135の側面を形成する。山形頂部のフラップ355,360は山形構造210を形成する一方、頂部の折りしろフラップ290,295は折りしろ150を形成する。山形構造210は山形頂部のフラップ340,345を互いに向かって折曲げることで形成される。山形頂部のフラップ140,145は同様に互いに向かって折曲げられて山形構造210を形成する。頂部の折りしろ150は山形構造210から上方へ延在される。図4に示したように、角度の付いた折り目370はカートン135の開口端部375に配置され、カートン135の山形フラップ140,145および折りしろフラップ290,295がカートン135の開封のために折曲げられないようにする。開口端部375の折りしろフラップ290,295は、使用者が少なくとも部分的にカートン135をシーリングすることを望むときに、それらの一般的に閉じた状態に戻される。開口端部375は閉止端部380の反対側である。
頂部の折りしろ150の形成およびシーリング時に、矢印Fで示される方向にシーリング力がフラップ290,295の長さに沿って長手方向に付与される。このシーリング力はまた折りしろ150の形成時にフラップ140,145にも付与される。シーリング力が付与されるとき、フラップ340,355はフラップ345,360に向かって折曲げられて山形構造210および折りしろ150を形成する。幾つかの例では、フラップ340,355,345,360は互いに向かって適切に折曲げられず、これに川手カートン135の内部から外方へ突出してしまう。この状態はいわゆる「ダックビリング」として周知である。
Claims (6)
- カートン移動経路(T)に沿って移動する複数のカートン(135)であって、それぞれがカートン移動経路(T)を横断する方向に配置された第1の対の対向する頂部フラップ(125,130)と、カートン移動経路(T)の長手方向に配置された第2の対の対向する頂部フラップ(140,145)とを有し、第1および第2の対の対向する頂部フラップ(125,130,140,145)によって山形頂部が形成されるカートン(135)の前記山形頂部の端部の折りしろを形成してシーリングする装置(100)において、
各カートン(135)の第1の対の対向する頂部フラップ(125,130)を互いに向かって移動させ、それにより第2の対の対向する頂部フラップ(140,145)も互いに向かって押圧されるようにする第1の事前折曲げ装置(105)と、
カートン移動経路(T)に沿って第1の事前折曲げ装置(105)の下流側に配置され、各カートン(135)がカートン移動経路(T)に沿って移動するときに各カートン(135)の第2の対の対向する頂部フラップ(140,145)を互いに向かって徐々に移動させるようにする第2の事前折曲げ装置(110)と、
第2の事前折曲げ装置(110)の下流側に配置され、各カートン(135)がカートン移動経路(T)に沿って移動されるときに第2の対の対向する頂部フラップ(140,145)を折曲げて幅の狭い折りしろ(150)を形成する襞寄せ機構(115)と、
前記幅の狭い折りしろ(150)が形成された後にカートン移動経路(T)に配置された各カートン(135)の折りしろ(150)をシールするシーリング装置(120)とを具備し、
前記襞寄せ機構(115)が、
カートン移動経路(T)の対向両側にあって互いに対向する回転可能な第1及び第2の襞寄せホイール(215,220)を有し、該第1及び第2の襞寄せホイールのそれぞれが、カートン移動経路(T)を通るカートン(135)の山形頂部を形成する頂部フラップの傾斜角度と同様の角度で傾斜した回転軸線を包囲する円周面(264)と、第1及び第2の襞寄せホイールが互いに対向する位置において前記円周面の回転軸線方向の一端から半径内方へ傾斜する斜面部分(265)とを有し、第1及び第2の襞寄せホイール(215)の前記円周面(264)がカートンの前記山形頂部を形成する頂部フラップに係合するとともに、第1及び第2の襞寄せホイール(215)の前記斜面部分(265)が、それら斜面部分(265)の間に折りしろ(150)を受け入れてその折りしろに係合するようになっている、カートン(135)の山形頂部の端部の折りしろを形成してシーリングする装置。 - 請求項1に記載された装置であって、第1の事前折曲げ装置(150)が一対の線形作動アーム(155)を含み、それら線形作動アーム(155)が、カートン移動経路(T)に沿ってカートン(135)を自由に移動させることができるようにするためにカートン移動経路(T)から外れている第1位置と、第1の対の対向する頂部フラップ(125,130)に、カートン移動経路(T)に平行な力成分を有する対向力を付与するためにカートン(135)に係合する第2位置との間を移動するように作動可能である装置。
- 請求項1または請求項2に記載された装置であって、カートン(135)がカートン移動経路(T)に沿って移動するときに、第2の対の対向する頂部フラップ(140,145)が互いの方向へ向けて徐々に押圧されるようにするために、カートン移動経路(T)の反対両側に配置された少なくとも一対のレール(180)を第2の事前折曲げ装置(110)が含んでいる装置。
- 請求項3に記載された装置であって、少なくとも一対のレール(180)がカートン移動経路(T)に対して傾斜していてカートンを該レール間に受け入れる入口端部(185)と、カートンの出口である出口端部(190)とを形成し、該出口端部(190)において前記レール間の間隔が狭くなった頂点部分が形成されている装置。
- 請求項1に記載された装置であって、前記襞寄せ機構(115)と前記シーリング装置(120)とが互いに折りしろ(150)の幅より小さい距離だけ隔てられている装置。
- 請求項1に記載された装置であって、前記第1及び第2の襞寄せホイール(215,220)のうちの少なくとも一方における前記円周面が、それぞれのカートン(135)の山形頂部に取付けられた注ぎ口(270)を通過させるための凹部(275)を形成されている装置。
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