JP4634653B2 - 直接射出成型されたクロージャおよびそのための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器用の成型したクロージャ（ふた）に関する。より詳細には、クロージャを容器上に直接射出成型することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
消費者は、液体の食料製品などを貯蔵する容器用の再封止可能なクロージャを認識し、評価するようになってきている。これらの再封止可能なクロージャは、容易に食品を入手できるようにする一方で、容器を再封止する能力を提供して、製品の寿命と新鮮さを延長する。通常、１つまたは複数のポリマ・コーティングあるいはポリマ層を有する厚紙材料の合成物で容器またはカートン（紙箱）を形成し、液体が浸透しない構造を確立する。
【０００３】
そのようなクロージャを有する既知の容器では、クロージャは、別々の工程で形成されて包装工程に搬送され、従来、全体の形成充填封止操作の一部として容器に取り付けられる。通常、部分的に立ち上げられたカートンにクロージャを取り付け、その後カートンに製品をつめる。クロージャをカートンに取り付ける１つの既知の方法は、超音波溶接工程を使用する。この方法では、カートンを部分的に立ち上げ、クロージャをカートンに接触させて、カートンの開口と重なるようにする。その後、アンビル（金床）をカートンの材料に接触させて配置し、超音波ホーンがクロージャのフランジと接触するようにする。超音波でフランジをカートンの材料に溶接する超音波ホーンを起動する。
【０００４】
クロージャをカートンに取り付ける他の方法は、誘導加熱工程を使用する。この方法では、再び、アンビルをカートンの材料上に配置し、誘導封止ヘッドをフランジと接触させる。誘導封止ヘッドに電流を誘導し、再び、フランジをカートンに溶接する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
クロージャをカートンに取り付けるこれらの方法は、予め形成または予め成型したクロージャを容器に封止するにはよく機能し、製品の新鮮さと容器の再封止可能性の維持を容易にするが、やはり欠点がある。例えば、クロージャの部品を外注することは、製品の製造に重大な逆効果を及ぼすことがある。すなわち、瓶詰め業者または乳製品業者は、大量のクロージャの在庫を維持して、瓶詰め操作中に確実に十分な量が手近にあるようにしなければならない。通常、クロージャは、クロージャの製造業者または納入業者によって提供される。したがって、製造業者または納入業者が、要求された供給量に応じることができない場合、必要な量のクロージャを獲得することができるまで、製品の製造（包装など）が減速または停止する可能性がある。
【０００６】
さらに、クロージャを搬送し、カートンに取り付ける設備が必要である。この設備については、貯蔵場所からカートンまでキャップを輸送し、おそらくは、適切にクロージャをカートンに向ける構成要素が必要である。また、カートンでクロージャを支え、クロージャをカートンに封止するために、追加の機械構成要素が必要である。
【０００７】
したがって、容易に認識されるように、そのようなクロージャは、既知の折り畳んだゲーブル（切妻屋根形）トップ注ぎ口の構成に対し、多くの利益と利点をもたらすが、これらのクロージャはかなり高価なことがあり、より高価でない製品に使用するには価格が高すぎる可能性がある。
【０００８】
したがって、カートン上に再封止可能なクロージャを提供する装置および方法が必要である。そのような装置および方法により、クロージャの納入業者に対する包装業者の依存が解消されることが好ましい。そのような装置および方法は、溶接などによって、クロージャをカートンに取り付けることに関係する形成充填包装機械の部分をなくすことを見込んでいることがより好ましい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
カートンを形成、充填、および封止する形成充填封止包装機械は、直接クロージャをカートン上に成型する。この機械は、全体として平坦な形態でカートンを受け取り、平坦な形態のカートンを、内部カートン領域を画定する管状形態に立ち上げるように構成されているカートン立ち上げステーションを含む。
【００１０】
直接射出成型ステーションは、内部成型ツールと外部成型ツールを有する。好ましい実施形態では、内部ツールは固定して取り付けられ、外部ツールは、外部ツールが内部ツールから外れる第１位置と、内部ツールと係合する第２位置との間で動くように構成されており、２つのツールの間にカートンが配置される。最も好ましい実施形態では、外部ツールは、外部ツールが第２位置に向かって動くとき、互いに近づき、外部ツールが第１位置に向かって動くとき、互いから離れるように構成されている第１部分および第２部分を有して形成される。
【００１１】
内部成型ツールは、内部カートン領域内に入るように構成されている。内部成型ツールと外部成型ツールは、その間でカートンを受け取り、クランプするように構成されている。
【００１２】
直接射出成型ステーションは、さらに、カートンの外部の位置から、内部成型ツールにポリマを射出するポリマ射出システムを含み、したがって、カートン上の適切な位置にクロージャを直接成型する。
【００１３】
この機械は、さらに、カートンを充填する充填ステーションと、カートンに封をする封止ステーションを有する。
【００１４】
ポリマ射出システムは、互いに直列である装填シリンダと射出シリンダを含むように構成することができる。装填シリンダは、射出シリンダにポリマを供給する。装填シリンダと射出シリンダが互いに対向する関係にあり、逆止め弁によって分離されていることが最も好ましい。
【００１５】
好ましい実施形態では、機械は、射出シリンダと流れ連通しているスプルー（湯口）ブッシュと、内部ツールへのポリマの流れを開始および終了するためにスプルー・ブッシュ内で往復運動可能な針を含む。
【００１６】
形成中にツールとクロージャの適切な温度管理を実施するために、内部成型ツールと外部成型ツールは、冷却チャネル（溝）を含む。熱の移動は、Ｖ型の形態の冷却チャネルを備える内部ツールにおいて最大になる。
【００１７】
この機械では、フレームを包装機械に取り付けることが可能であり、マンドレルがフレームに取り付けられており、その上にカートンが取り付けられ、クロージャの成型中に、成型ツールによって固定される。内部成型ツールがマンドレルに取り付けられていることが好ましい。
【００１８】
管状の形態にあるカートンのブランク（半加工品）上にクロージャを形成する方法であって、カートン・ブランクが、その少なくとも１つの側面上にポリマ層を有する複合材料から形成されている方法は、内部に成型空洞の部分を画定する固定成型ツールを準備し、成型ツールが、ポリマ射出システムと流れ連通している段階と、内部ツールと隣接および係合してカートン・ブランクを配置し、カートン・ブランクが、管状形態を有する少なくとも部分的に立ち上げられた状態にある段階と、内部に成型空洞の他の部分を画定する可動ツールを準備し、固定ツール・成型空洞と可動ツール・成型空洞が、所望のクロージャの構成を画定する段階とを含む。
【００１９】
さらに、この方法は、内部ツールとは反対側で、可動ツールをカートン・ブランクに係合させる段階と、可動ツールをカートン・ブランクと固定ツールに押し付ける段階と、ポリマを成型空洞に射出し、好ましいクロージャを形成する段階と、クロージャを成型したカートンを解放する段階とを含む。
【００２０】
本発明の他の特徴と利点は、以下の詳細な記述、添付の図面、および請求項から明らかになるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、様々な形態の実施形態が可能であるが、本開示は、本発明の例と見なすべきであり、本発明を示した特定の実施形態に限定するものではないとの理解の下に、現在の好ましい実施形態を図面に示し、以下に記述する。
【００２２】
図面、特に図１を参照すると、本発明の原理を具体化する、直接射出成型クロージャ・ステーション１２を含む、形成充填封止機械１０が示されている。通常の形成充填封止機械１０では、様々なステーションが機械１０に沿って配置され、カートンの立ち上げ、カートンの底面パネルの折畳みと封止、殺菌、製品の充填、および上面パネルの折畳みと上面フラップの封止を実施する。１つのそのような機械は、Ｋａｔｓｕｍａｔａ氏の米国特許第６，０１２，２６７号に開示されている。この特許は、本願と同じ譲受人に譲渡されており、参考に本明細書に援用する。充填ステーション１１、殺菌システム１５、および封止ステーション１７を図１に示す。
【００２３】
直接射出成型ステーション１２（以下では「ＤＩＭＣ」ステーションと呼ぶ）は、カートン・マガジン／立ち上げステーション１４とカートン・ローダ（積み込み機）１６の間に位置する。しかし、当業者によって認識されるように、ステーション１２は機械に沿って様々な位置に配置することができ、全ての位置が本発明の範囲内にある。
【００２４】
ここで、図３から図１４を参照すると、本発明によるＤＩＭＣステーション１２の成型構成要素の１つの実施形態が示されている。上述したように、この実施形態では、ＤＩＭＣステーション１２は、カートン・マガジン／立ち上げステーション１４とカートン・ローダ１６の間に位置し、カートン・ローダは、さらに、組み立てたカートンＣを、充填機械１０の底面形成マンドレル１８に運ぶ。
【００２５】
ＤＩＭＣステーション１２は、フレーム２０、ポリマ射出システム２２、針２４、およびスプルー・ブッシュ２６を含む。ステーション１２は、さらに、内部ツールまたは成型２８、マンドレル３０、マンドレル３０に取り付けられたマンドレル・キャップ３２、外部ツール３４ａ，ｂ、および押付け機構３６を含む。
【００２６】
フレーム２０は、構造に提供されており、システムの構成要素を機械１０に取り付けるために設けられている。フレーム２０は、カートンＣの上面Ｔを配置するマンドレル３０と、内部ツールまたは成型２８を受け取り、支持するように構成されたポケットまたはチャネル３８と、スプルー・ブッシュ２６用の角度をつけた通路４０と、冷却剤チャネル４２とを支持する。冷却剤は、冷却剤供給（図示せず）から、成型ツール２８および３４ａ，ｂに供給される。
【００２７】
ポリマ射出システム２２は、ペレットＰの形態など固体状態のポリマを受け取り、そのポリマを融解して、クロージャ・成型ツール２８および３４ａ，ｂに搬送するＤＩＭＣステーション１２の部分である。図４から図１４に示す、企図したポリマ射出システム２２は、シリンダ５２に配置されている、スクリュー形式のコンベヤまたは押出し機５０を含む。未加工ポリマＰは、スクリュー・シリンダ５２の上流端でホッパ５４に供給される。スクリュー５０は回転し、シリンダ５２の周囲に配置された加熱要素５６は、ポリマの温度を上昇させる。好ましい実施形態では、加熱要素５６は電気で稼動する。
【００２８】
スクリュー５０によって加えられるねじれの力と、加熱要素５６によって伝達されるエネルギーにより、ポリマは融解する。スクリュー・シリンダ５２の出口端５８で、融解したばかりのポリマは、伝達導管５７、逆止め弁好ましくはチェック弁５９を通って、加圧空間６２を有する装填シリンダ６０内に流れ込む。
【００２９】
装填シリンダ６０は、往復運動する装填ピストン６４を含む。装填ピストン６４は、射出シリンダ６８と対向する関係にあり、それと流れ連通している。逆止め弁好ましくはチェック弁７０は、装填シリンダ６０の出口で、装填シリンダ６０と射出シリンダ６８の間に配置されている。チェック弁７０により、装填シリンダ６０から射出シリンダ６８にポリマが流れることが可能になるが、逆の流れ（すなわち、射出シリンダ６８から装填シリンダ６０）は防止する。
【００３０】
射出シリンダ６８の縦軸Ａ_iは、ほぼ、装填シリンダ６０の縦軸Ａ_cと整合した向きを向いている。すなわち、例示の射出システム２２では、射出シリンダ６８と装填シリンダ６０は、互いに対向しているかまたは対向した関係にある。以下で記述するように、この構成は、射出システム２２の低操作圧力と併せて、クロージャＳを容器材料またはカートンＣ上に直線に直接成型することを可能にする。
【００３１】
７２で矢印によって示すように、装填ピストン６４の圧縮ストローク（すなわち射出ストローク）は、融解したポリマを射出シリンダ６８内に押し込む。同様に、７４で矢印によって示すように、射出ピストン７３の圧縮ストロークは、融解したポリマを、射出シリンダ６８から射出出口導管７６と制御弁７８を通して押し出す。図８と図９を参照すると、ＤＩＭＣステーション１２の現在の実施形態では、射出出口導管７６は、スプルー・ブッシュ２６と流れ連通して、スプルー・ブッシュ２６の一部として形成されており、針２４は、スプルー・ブッシュ２６内で往復運動または運動し、制御弁７８として機能する。
【００３２】
図１４を参照すると、装填ピストン６４は、動作可能なように装填ピストン６４に接続されている副次ないし駆動ピストン／シリンダ構成８４によって起動される。また、射出ピストン７３は、副次ないし駆動ピストン／シリンダ構成（操作ピストン／シリンダ構成）８４によって起動される。操作シリンダ８６は、射出ピストン７３のストロークを妨げるストップ８８を含む。この構成により、射出シリンダ６８から放出される、融解ポリマの量を精密に制御することが可能になる。
【００３３】
上記に述べたように、このシステム２２は、低圧を使用して、射出シリンダ６８から成型空洞４４に、融解ポリマを移動または放出する。そのような低圧のシステムは、既知の高圧射出システムに対して多くの利点を提供する。例えば、本低圧システムにより、射出成型技術によって、クロージャＳを直接厚紙カートンＣ上に成型することが可能になる。これは、以前には、従来の高圧射出成型システムでは実行不可能であると見なされていた。上述したシステムに類似の低圧射出成型システムは、１９９７年４月３日に公表された、国際出願ＰＣＴ／ＳＥ９６／０１１９１（ＷＯ９７／１１８２９）に開示されている。本実施形態では、射出圧力は、約６００バールから約１０００バールであり、約８００バールであることが好ましい。この直接成型の応用例に使用可能なポリマは、低密度のポリエチレン（ＬＤＰＥ）および線形低密度のポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）など、食品に使用することが承認されている様々な任意の材料を含む。融解ポリマの好ましい操作温度は、約２００℃であり、成型ツール２８および３４ａ，ｂの好ましい操作温度は、約２５℃である。
【００３４】
ポリマ射出システム２２の操作では、ペレットＰは、ホッパ５４に供給され、スクリュー・シリンダ５２内へ供給される。スクリュー５０が回転して、加熱要素５６によって、熱形態のエネルギーがシリンダ５２に伝達され、ポリマが融解する。ポリマはスクリュー・シリンダ５２を出て、チェック弁５９を通って装填シリンダ６０の加圧空間６２内へ流れる。融解したポリマは、射出ピストン７３の圧縮ストロークまたは射出ストーク７４中に一時的に加圧空間６２に保存され、その間、チェック弁５９は、射出シリンダ６８の圧力が増大した結果として閉鎖している。さらに、射出ピストン７３の圧縮ストローク７４中に、装填ピストン６４は、非圧縮位置に戻る。これにより、装填シリンダ６０の圧力はより低くなり、チェック弁５９が開いて、ポリマが、スクリュー・シリンダ５２から装填シリンダ６０内へ流れることが可能になる。
【００３５】
射出ピストン７３が非射出（すなわち非圧縮）位置に戻ると、装填ピストン６４は、加圧空間６２から射出シリンダ６８に材料を移動する。装填シリンダ６０の増大した圧力のためにチェック弁５９が閉じ、スクリュー・シリンダ５２内ｈへの逆流を防止する。射出ピストン７３が圧縮ストロークまたは射出ストローク７４を経て動くとき、装填ピストン６４は、非装填（非圧縮）位置に戻る。このようにして、スクリュー５０は、連続的に回転して、融解したポリマを前方に押し、ポリマは、射出ピストン７３の圧縮（射出）ストローク７４中に、装填シリンダ６０の加圧空間６２に一時的に保存される。この構成により、停滞領域など、射出システム２２内のデッド・スポットは低減ないし除去される。
【００３６】
本射出システム２２は、本質的に、３つの圧力領域を画定する。第１に、ほぼ一定圧力の領域を、ほぼチェック弁５９までのスクリュー・シリンダ５２によって画定する。第２に、やはりほぼ一定圧力の領域を、装填シリンダ６０、装填ピストン６４、およびチェック弁５９と７０によって画定する。第３圧力領域は、可変（高）圧力領域であり、針２４を通り過ぎて成型空洞４４までおよび成型空洞４４を含んで、射出シリンダ６８と射出ピストン７３、チェック弁７０とスプルー・ブッシュ２６を通る流れ経路によって画定される。
【００３７】
針２４は、スプルー・ブッシュ２６内に配置されており、成型空洞４４内に流れるポリマ流を制御する働きをする。針２４は、スプルー・ブッシュ２６内で往復運動し、内部成型ツール２８上で、台座７５から離れて上昇する。針２４は、ポリマの温度を制御する内部加熱器９０を含み、ポリマが成型空洞４４に射出されるときに、流動状態に維持する。上記に述べたように、スプルー・ブッシュ２６は、射出シリンダ６８から成型空洞４４まで、流れ導管を提供する。図１０と図１１を参照すると、スプルー・ブッシュ２６は、葉形（ｌｏｂｅ）内部通路９２を有するように形成されている。ローブは、スプルー・ブッシュ２６の中心にある針２４を維持する中心スパイン（尾根）を画定する。本実施形態では、葉形通路９２とスパイン９３は、スプルー・ブッシュ２６のほぼ終末端部に形成されている。また、この構成により、成型空洞４４に流れるポリマの制御が強化される。本実施形態では、スプルー・ブッシュ２６は、葉形が３つである通路９２を有する。内部通路の他の構成は、本発明の範囲内にある。
【００３８】
内部ツール２８と外部ツール３４ａ，ｂは、（カートンに対して）成型空洞４４の内側および外側の表面を形成する。内部ツールまたは雄ツール２８は、スプルー・ブッシュ２６と同様に静止しており、スプルー・ブッシュ２６への封止接続部を設けられている。内部ツール２８は、図示したネジ付きボルトなど、複数のファスナ（締着具）９４によって、マンドレル３０に剛性的に取り付けられている。図１０からわかるように、スプルー・ブッシュ２６は、葉形通路９２の他に、９６で示すように、針２４用の整合経路を提供する、内向に先細りになっている表面を含む。さらに、内部ツール２８は、スプルー・ブッシュ２６を受けるボア（孔）９８と、融解したポリマが空洞４４に流れ込むゲート１００を含む。冷却チャネル１０２が、内部ツール２８に形成されており、ポリマが空洞４４に射出され、クロージャＳを形成した後、ツールとポリマを冷却する。本実施形態では、図１３ｂ，ｃに示すように、内部ツール２８にある冷却チャネル１０２は、Ｖ型の流れチャネルまたは流れ経路１０４を画定するように形成される。この構成は、高熱伝達率および大きな熱伝達領域を提供して、比較的小さく限定された領域での熱伝達の増大に備える。
【００３９】
外部ツールまたは雌ツール３４ａ，ｂの対を使用して、カートンＣを内部ツール２８に対して圧縮する。外部ツール３４ａ，ｂを押付け機構３６に取り付け、この圧縮を提供する。押付け機構３６は、外部ツール３４ａ，ｂの２方向の運動に備えている。一方の運動方向は、内部ツール２８に向かいそしてそれから離れるものである。他方の運動方向は、外部ツール半体３４ａと３４ｂを互いに近づけ離すように動かす。外部ツール３４ａ，ｂが互いに押し付けられ、内部ツール２８に押し付けられているとき、ツール２８および３４ａ，ｂは、ポリマが射出される成型空洞４４を形成する。ＤＩＭＣステーション１２の本実施形態では、押付け機構３６は、約２．２７０キログラム（約５０００ポンド）から約３．１７８キログラム（約７０００ポンド）の圧力を内部ツール２８と外部ツール３４ａ，ｂの間に加える。当業者には認識されるように、これは、１０から１５トンという高さであることがあり得る既知の射出成型システムで必要な圧力よりかなり小さい。
【００４０】
２方向の運動は、成型したクロージャＳから外部ツール３４ａ，ｂを引き出すまたは離れるように動かすことができ（カートンＣから離れる第１方向）、成型ツール２８および３４ａ，ｂからクロージャを解放することができるように提供される。２個の外部ツールの２つのセクション３４ａと３４ｂは、成型後、成型した部分を損傷せずに、互いに分離して、クロージャＳの解放を容易にする。
【００４１】
内部ツール２８と同様に、外部ツール３４ａ，ｂは、ポリマの射出中そしてその後に、ツール３４ａ，ｂに冷却剤を提供する冷却チャネル１０６を含む。また、外部ツール３４ａ，ｂは、押付け機構３６にツール３４ａ，ｂを取り付ける取付けホール１１０を含む。外部ツール３４ａ，ｂを取り付けることと、互いに対するおよび内部ツール２８に対する外部ツール３４ａ，ｂの運動については、国際出願ＰＣＴ／ＳＥ９７／０１５９４（ＷＯ９８／１８６０８）およびＰＣＴ／ＳＥ９７／０１５９６（ＷＯ９８／１８６０９）により完全に議論されている。
【００４２】
内部ツール２８は、マンドレル３０に取り付けられている。マンドレル３０は、支持部材であり、その上に、クロージャＳの形成中にカートンＣが装填される。マンドレル３０は、剛性的にフレーム２０に取り付けられているか、またはフレーム２０の一部として形成され、ポリマの射出によって誘起された液圧力に対抗して内部ツール２８を支持する。内部ツール２８および外部ツール３４ａ，ｂは、適切にツール２８と３４ａ，ｂをそれぞれの支持部材に取り付けるために使用する取付けホール１１０、１１２と、適切にツール２８と３４ａ，ｂを互いに対して位置合わせするために使用する、位置合わせ開口１１４とを含む。
【００４３】
機械１０のセット・アップ中に、外部ツール３４ａ，ｂは、ネジ付きボルト１１６などによって、押付け機構３６に取り付けられる。外部ツール３４ａ，ｂは、「閉鎖した」状態で配置されているが、これは、ツール２８および３４ａ，ｂがポリマの射出に対して準備ができている状態である。内部ツール２８が外部ツール３４ａ，ｂ上に設定されているので、位置合わせピン１１８は、内部ツール開口１１４を通して、外部ツール３４ａ，ｂ内に挿入される。このようにして、ツール２８および３４ａ，ｂは、適切なクロージャＳの成型のために設定または位置合わせされる。
【００４４】
フレーム２０の部分は、内部ツール２８が、ツール２８を受けるマンドレル・キャップ３２に形成されているチャネルまたはポケット３８と位置合わせされるまで、機械１０のフレームに配置されている。次いで、内部ツール２８は、ネジ付きボルト１２０などによって、マンドレル・キャップ３２に固定され、フレーム２０は、機械１０のフレーム固定される。次いで、位置合わせピン１１８を除去して、外部ツール３４ａ，ｂが自由に動くことができるようにする。
【００４５】
図８と図９からわかるように、本ＤＩＭＣステーション１２では、ポリマは、カートンＣの内部から成型空洞４４に射出される。すなわち、カートンＣが、内部ツール２８と外部ツール３４ａ，ｂの間に適切な上面がある状態で配置され、押付け機構３６が閉鎖しているとき、スプルー・ブッシュ２６と内部ツール・ゲート１００の境界面は、カートンＣに対して内部である位置にある。これは、カートンＣの向きが水平方向であることによって可能になる。このようにして、ポリマの流れ経路は、クロージャＳの内部部分からクロージャＳの外部部分に向かう。本質的に、成型は、組み立てたカートンの内部領域から行われる。
【００４６】
この構成は、いくつかの利点を提供し、そのような利点の１つは、あらゆるゲートの痕跡または成型操作から残留した付着しているポリマ（一般に、ポリマを成型空洞内に誘導したところのポリマの部分）は、消費者には見えず、代わりに、容器の内部にあるということである。通常この痕跡は、美的に設計された箇所ではなく、成型工程の残留物なので、この配置はパッケージの全体的な外観を向上する。したがって、クロージャの内部部分にゲートの痕跡を形成するということは、それを普通は消費者が見ることのない領域に位置させるということである。
【００４７】
この構成の他の利点は、スプルー・ブッシュ２６が、静止内部ツール２８に接合することである。したがって、ポリマを成型空洞４４に送達するシステム２２のその部分は、静止している。これにより、内部ツール２８（およびシステム２２のポリマ送達部分）を動かす必要がなく、したがって、ツール２８および３４ａ，ｂの不整合が少なくなる。
【００４８】
図と本記述を読んで当業者には認識されるように、ポリマは、直線的に、装填シリンダ６０と射出シリンダ６８の間を流れ、放出後は、射出シリンダ６８からゲート１００を経て成型空洞４４内に（すなわち、スプルー・ブッシュ２６とゲート１００を経て内部ツール２８内に）流れる。この直線的な構成により、射出システム２２のデッド・スポットが除去され、結果的にポリマの品質をより低下させないことになる。
【００４９】
さらに、マンドレル３０とマンドレル・キャップ３２は、カートンＣの内側と密接して嵌合し、成型ツール２８および３４ａ，ｂに関して、正確な射出位置（カートンの上面パネルまたはフラップ上）を導いて精密に定めるように構成されている。この構成は、成型２８と３４ａ，ｂの間にカートンＣを正確に配置する（±０．５ｍｍ）ことを保証し、これにより、開口などに存在する可能性がある包装材料の被覆していない縁部を密閉することができる。
【００５０】
当業者には認識されるように、従来のクロージャの応用技術では、カートンＣは予めパンチした或いは予め形成した開口を備えており、クロージャは、その中にはめ込まれ、続いてカートンに封止されている。この領域の周囲の縁部は、カートン材料の複合構造またはラミネート構造の製造後に開口が形成されるので、被覆されていない。
【００５１】
そのような予め形成した開口を有するカートンをＤＩＭＣステーション１２と共に使用することが予測されるが、予め形成されていない材料を使用することが可能であることと、直接射出成型工程の一部またはそれと一体化して、開口を形成することができることも予測されることである。このために、本方法では、クロージャＳを直接カートンＣ上に成型し、一方、カートンＣの被覆されていない開口の縁部Ｅを密閉する。これにより、カートンＣの外観は向上し、被覆していない縁部Ｅを密閉して露出しない結果として、衛生状態を改善することになる。また、正確にカートンＣをマンドレル３０の上に配置することにより、包装材料によりツール２８および３４ａ，ｂを損傷する可能性が大いに低減し或いはなくなる。
【００５２】
位置合わせピン１１８を使用して、ツール２８および３４ａ，ｂを整合させる本構成により、内部ツール２８と外部ツール３４ａ，ｂに、非常に小さい許容度を用いることが可能になる。さらに、位置合わせピン１１８は、ツール２８および３４ａ，ｂが静止しているときに配置され、互いに位置決めされた後にのみ除去されるので、ツール２８および３４ａ，ｂの正確な位置合わせが簡単になる。これにより、クロージャＳの質と成型位置の正確さが向上し、さらに、操作中におけるツール２８および３４ａ，ｂを損傷が防止される。
【００５３】
スプルー・ブッシュ２６と内部ツール２８の間の密閉接続部は、１２２で示すように、シリンダの表面上にあり、スプルー・ブッシュ２６の端に対して軸線方向隙間を有する。このために、内部ツール２８に応力を加えることなくに、融解したポリマは収容され、スプルー・ブッシュ２６の熱膨張に対応する。
【００５４】
本ステーションは、コンパクトな冷却チャネル１０２と１０６の構成を使用する。これは、内部ツール２８の位置合わせホール１１４と共に、内部ツール２８の大きさを最小限に抑える。内部ツール２８の大きさを最小限に抑えることにより、マンドレル３０の断面の慣性モーメントが最大になり、したがってその剛性を増大する。マンドレル３０の剛性は、クロージャＳの断面の薄いの厚みを制御するために重要であり、この薄い厚みは、当業者には認識されるように、クロージャＳの機能にとって重要である。例えば、（以下で記述するように）クロージャが薄膜またはもろい部材で成型されている場合、もろい部材の厚さ（または薄さ）は、破損が確実に正確な所定の位置で生じるように、厳密に制御されなければならない。また、いたずら即発見の特徴を含めて、クロージャの他の部分についても、同様のことがあてはまる。
【００５５】
上述したように、内部ツール２８は、Ｖ型の冷却チャネル１０２を含む。これは、内部ツール２８からの熱の除去を最大にし、その結果サイクルの時間が短縮され、さらに、現在の形成充填封止包装機械の高速操作に応じるために必要な、成型したクロージャＳの高い処理能力を支持する。
【００５６】
企図した方法では、カートンＣのブランクは、カートン・マガジン１４から供給される。カートンＣは、この形態では、側部に封をされ、上面と底面のパネルは、封止されておらず、平坦に折り畳まれている。カートンＣをマガジン１４から取り上げ、（図３に示すように、マンドレル３０上に載せて）管状の形態に組み立てる。図１と図２を参照すると、管状形態のカートンＣは、コンベヤ・ローダ１３０の上に配置され、コンベヤ１３２に移送される。コンベヤ１３２は、カートンＣをＤＩＭＣステーション１２に移動させる。モールダ・ローダ１３４は、カートンＣをコンベヤ１３２からステーション１２に移送する。管状のカートンＣは、ＤＩＭＣステーション１２上で水平方向を向いており（すなわち、側面を下にして）、マンドレル３０上に配置されている。押付け機構３６は、外部ツール３４ａ，ｂを互いに対して、そして内部ツール２８に対して閉鎖し、必要な負荷または圧力を与えて、ポリマの射出中に成形型が閉鎖されているようにする。
【００５７】
射出システム２２は、操作時にはほぼ一定であり、次いで、射出ピストン７３の圧縮ストローク７４によって起動され、融解ポリマは、スプルー・ブッシュ２６を通り、針２４を通過して、射出シリンダ６８から射出される。これにより、針２４は、強制的に内部ツール２８の台座７５から離れて上昇し、融解ポリマは成型空洞４４を満たす。カートンＣにある開口Ｏの縁部Ｅは、融解ポリマが成型空洞４４を満たす際に、密閉される。また、これにより、融解ポリマは包装材料の重合被覆に結合される。
【００５８】
冷却チャネル１０２と１０６を通って流れる冷却剤は、クロージャＳを冷却し、ツール２８および３４ａ，ｂを所定の温度範囲内に維持する。次いで、押付け機構３６が開き、外部ツール３４ａと３４ｂを分離して、それらを内部ツール２８から引き離す。次いで、完成したクロージャＳを成形型から解放する。カートンＣは成型したクロージャＳを有し、マンドレル３０から解放され、コンベヤ１３６上に置かれる。コンベヤ１３６はカートンを搬送して、シャトル１３８に配置する。シャトル１３８は、底面パネルを折り畳んで封止するために、カートンＣをマンドレル・ローダ１４０に供給する。工程のこの部分（底面形成マンドレル上に配置し、底面パネルを折り畳んで封止する）は、当技術分野ではよく知られている。底面パネルの封止に続いて、カートンＣは、形成充填封止機械１０の残りの部分を通って移動する。
【００５９】
図１５は、操作の単一サイクルにおいて、ＤＩＭＣステーション１２を操作して、クロージャＳを４つのカートンＣ上に形成する、１つの構成である。この構成では、カートンＣ１からＣ４は、それぞれのマガジン１４からコンベヤ１３２上にのせられる。コンベヤ１３２は、カートンＣ１からＣ４を、４つのＤＩＭＣステーション１２−１から１２−４の１つに搬送する。クロージャＳをカートンＣ１からＣ４上に成型し、上述したように、カートンをシャトル１３８−１から１３８−４に搬送して、さらに処理する。
【００６０】
本発明により形成された企図したクロージャＳを、図１６から図１８に示す。
図からわかるように、クロージャＳは、底面フランジ部分１７６と、直立スパウト（注ぎ口）１７８を含む。クロージャＳのキャップ部分１８０は、フランジ１７６と一体化しており、かつフランジ１７６から分離可能に形成される。このクロージャＳでは、突起１８２が、キャップ１８０から後方に延び、フランジ１７６の後方から上方に延びるポスト１８４と係合するように構成されている。後方突起１８２は、ポスト１８４と係合し、解放位置にあるキャップ１８０を固定するフック状の端１８６を含むことが好ましい。ポスト１８４は、上方および後方に延びて、突起１８２によってより大きな「積極的な」係合をもたらすことができる。
【００６１】
図１７中の拡大図からわかるように、フランジ部分１７６は、クロージャＳが形成されている開口Ｏの縁部Ｅで、材料を囲んで密閉する。これは、クロージャＳとカートンＣの間に、一体性が高く、信頼性の高い封止を提供して有利である。さらに、開口Ｏの縁部Ｅは被覆されていないので、これらの縁部Ｅを密閉することにより、液体がカートンの材料内へ浸入し或いは毛管作用により流出する機会を低減または排除する。浸入または毛管作用による流出を低減するということは、これにより、カートン／クロージャの組合わせが製品の質に影響をもたらす際に、その一体性が強化されるという点で、望ましいことである。また、この密閉構成により、製品の質を向上し、カートンの一体性を損ないおよび／または製品を汚染する機会を低減することによって、再び、製品の貯蔵寿命を改善することが予測される。
【００６２】
さらに、クロージャＳは、全体を１８８で示す、いたずら即発見部分を含む。これは、除去または転置されたときに、包装の密封が壊された可能性があることを消費者に示すものである。本構成では、いたずら即発見部分１８８は、キャップ１８０と一体状に形成されてカートンＣの材料へ延びているタブ１９０を含む。図１８からわかるように、タブ１９０の端１９２もカートンＣに成型されていることが好ましく、フランジ１７６から間隔を置いて配置されているカートンＣに成型されていることが最も好ましい。このようにして、カートンＣの中身を利用する（すなわち、キャップ１８０を開く）ために、カートンＣに成型されているタブ１９０の部分１９２を引くか取り除くことが必要である。タブ１９０は、端１９２がカートンＣから離れるように形成することができる。これに代えて、好ましくは、タブの端１９２とキャップ１８０の間に配置されたもろい部分１９４を有するタブ１９０を、もろい領域１９４でタブ１９０を壊し、キャップ１８０を開いて、カートンＣの中身を入手するように構成することができる。図１９に示したカートンＣでわかるように、タブ１９０は、カートンＣのゲーブル部分Ｇから前面壁Ｆまでに及び、この状態で張力を受けている。これにより、さらに、いたずらを即発見しまたはそれを示すことができるようになる。
【００６３】
キャップ１８０は、細長蝶番１９６の回りに旋回して、キャップ１８０の開閉に関連する応力を低減するように構成されている。また、キャップ１８０は、１９８で示すように、例えば、包装製造者、乳製品業者、瓶詰め業者などを示す表示（図示せず）を含むように、比較的平坦な上面領域を含むことができる。
【００６４】
以上より、本発明の新規な概念の精神および範囲から逸脱せずに、多くの修正および変形を実施することができるということが判ろう。図示した特定の実施形態に関して何ら限定は意図しておらず、または推測すべきでないことを理解されたい。この開示は、添付の請求項によって、請求項の範囲内にあるそのような全ての修正を網羅することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を実現する、直接射出成型クロージャ（「ＤＩＭＣ」）部を搭載した形成充填封止包装機械の斜視図である。
【図２】機械の他の部分に対するＤＩＭＣセクションの配置を示す、図１の機械の拡大部分斜視図である。
【図３】クロージャを成型するために配置した例示的なカートンと共に成型構成要素を示す、ＤＩＭＣステーションの成型構成要素の斜視図である。
【図４】図３に示す成型構成要素の分解図である。
【図５】図３と図４の成型構成要素の部分分解図である。
【図６】図３と図４の成型構成要素の部分分解図である。
【図７】図３と図４の成型構成要素の部分分解図である。
【図８】針がスプルー・ブッシュ内に配置され、スプルー・ブッシュが内部成型ツール内に配置されていることを示す、成型構成要素の部分断面図である。
【図９】図８の針とスプルー・ブッシュ、および内部ツールと外部ツールの拡大部分断面図である。
【図１０】スプルー・ブッシュの断面図である。
【図１１】スプルー・ブッシュの内部図である。
【図１２】針の側面図である。
【図１３ａ】スプルー・ブッシュ受け開口と冷却チャネルを形成した内部成型ツールの図である。
【図１３ｂ】別の方向から見た図１３ａの内部成型ツールの図である。
【図１３ｃ】別の方向から見た図１３ａの内部成型ツールの図である。
【図１３ｄ】別の方向から見た図１３ａの内部成型ツールの図である。
【図１４】ＤＩＭＣステーションと共に使用するポリマ射出システムの実施形態の図である。
【図１５】単一操作サイクルにおいて、複数のクロージャがそれぞれのカートン上に成型される、ＤＩＭＣステーションの１つの操作モードの図である。
【図１６】本発明により形成された例示的なクロージャの図である。
【図１７】本発明により形成された例示的なクロージャの図である。
【図１８】本発明による例示的なクロージャが、形成、充填、および封止されたカートン上に形成されていることを示す図である。
【符号の説明】
１０ 形成充填封止機械
１１ 充填ステーション
１２ 直接射出成型クロージャ・ステーション
１４ カートン・マガジン／立ち上げステーション
１７ 封止ステーション
１８ マンドレル
２０ フレーム
２２ ポリマ射出システム
２４ 針
２６ スプルー・ブッシュ
２８ 内部成型ツール
３０ マンドレル
３２ マンドレル・キャップ
３４ａ，ｂ 外部成型ツール
３６ 押付け機構
４２ 冷却チャネル
４４ 空洞
５０ スクリュー
５２ スクリュー・シリンダ
５４ ホッパ
６０ 装填シリンダ
６２ 加圧空間
６４ 装填ピストン
６８ 射出シリンダ
７３ 射出ピストン
９８ ボア
１０２ 冷却チャネル
１０４ 流れ経路
１０６ 冷却チャネル
１１０ 取付けホール
１１４ 位置合わせホール
１３２ コンベヤ
１３４ モールダ・ローダ
１３６ コンベヤ
１３８ シャトル
１４０ マンドレル・ローダ
１７８ 直立スパウト
１８０ キャップ
１８８ いたずら即発見部分
１９０ タブ
１９４ もろい部分

Claims (10)

1. カートンを形成、充填、および封止する形成充填封止包装機械に使用する直接射出成型ステーションであって、カートンの所定の部分にクロージャを成型するように構成されており、この成型ステーションが、
   フレームと、
   第１成型ツールと第２成型ツールを含む成型ツールセットにして、第１成型ツールが前記フレームに担持され、このフレームに設けた冷却剤を供給する溝に連通して該第１成型ツールに形成した冷却溝を有し、第２成型ツールが第１成型ツールから係合を解く第１位置と、カートンを間に置いて第１成型ツールと係合する第２位置との間で可動であり、第１および第２部分を備えて形成され、これら第１および第２部分は、第２成型ツールが第２位置へ移動すると互いへ向けて動き、第２成型ツールが第２位置へ移動すると互いに離れるように構成した成型ツールセットと、
   カートンの外部の位置から前記成型ツールセットへポリマを提供するポリマ流れ導管を含むポリマ射出システムとを備え、
   クロージャが、カートンの所定の部分に直接成型される直接射出成型ステーション。
2. 請求項１に記載のステーションにおいて、前記第１成型ツールの冷却溝は、Ｖ型の経路を備えて形成される、直接射出成型ステーション。
3. カートンを形成、充填、および封止する形成充填封止包装機械であって、クロージャを直接カートン上に成型するように構成されていて、この機械が、
   全体として平坦な形態のカートンを受け取り、平坦な形態のカートンを、内部カートン領域を画定する管状形態に立ち上げるようになったカートン立ち上げステーションと、
   内部成型ツールと外部成型ツールを備えた成型ツールを有する直接射出成型ステーションにして、この内部成型ツールが内部カートン領域内に入るように構成され、これら内部成型ツールと外部成型ツールが、これらツールの間にカートンを受け取って、締めるように構成されており、直接射出成型ステーションがさらに、カートンの外部の位置から前記成型ツールにポリマを射出するポリマ射出システムを含み、クロージャが、カートン上の適切な位置に直接成型され、外部成型ツールが内部成型ツールから係合を解く第１位置と、カートンを間に置いて内部成型ツールと係合する第２位置との間で移動するように構成され、第１および第２部分を備えて形成され、これら第１および第２部分は、外部成型ツールが第２位置へ移動すると互いへ向けて動き、外部成型ツールが第２位置へ移動すると互いに離れるように構成した直接射出成型ステーションと、
   カートンを充填する充填ステーションと、
   カートンに封をする封止ステーションとを備える形成充填封止包装機械。
4. 請求項３に記載の機械において、前記直接射出成型ステーションが、包装機械に取付け可能なフレームを含み、このフレームが、クロージャの成型中にカートンをのせるマンドレルを含む、形成充填封止包装機械。
5. クロージャを直接包装材料に成型する成型ツール・セットであって、ポリマを成型ツール・セットに提供するポリマ射出システムと流れ連通しており、形成充填封止包装機械のフレーム内に配置され、
   前記フレームによって担持される固定成型ツールにして、前記フレームに形成した冷却剤を供給する溝と流れ連通して該固定成型ツール内に形成した冷却溝を有する固定成型ツールと、
   フレームによって担持された可動成型ツールにして、第１および第２部分に形成され、これら第１および第２部分は、可動成型ツールの第１および第２部分が固定成型ツールから係合を解く第１位置と、可動成型ツールの第１および第２部分が間に包装材料を置いて固定成型ツールに係合する第２位置との間で、互いに向けて、また互いから離れるように、そして固定成型ツールに向けて、また固定成型ツールから離れるように可動であり、可動成型ツールの第１および第２部分が、これら第１および第２部分に形成した、固定成型ツールの冷却溝へ冷却剤を供給する冷却溝を有する可動成型ツールとを備え、
   固定成型ツールと可動成型ツールとを互いに係合すると、クロージャに対応する成型空洞が形成され、固定成型ツールが、冷却剤を該固定成型ツールに供給するための冷却剤源と流れ連通して該固定成型ツール内に形成した冷却溝を有する、成型ツール・セット。
6. 請求項５に記載のセットにおいて、前記固定成型ツールの冷却溝はＶ型流れ経路を有して形成され、固定成型ツールがポリマ流れ導管を受けるボアを含み、このポリマ流れ導管が、固定成型ツールのＶ型流れ経路の中心に形成される、成型ツール・セット。
7. 包装材料上に形成された直接射出成型のクロージャであって、包装材料は上面と底面が開いた管状形態にあり、クロージャは包装材料の上面パネルに形成されており、該クロージャが、
   一体状に包装材料に成型され、接続フランジを形成しているベース部分と、
   ベース部分から上方に延びている注ぎ口部分と、
   注ぎ口部分に封をするように構成されているカバーと、
   カバーと一体状に形成されるいたずら即発見部材にして、クロージャを最初に開けた際に壊れるカバーと一体のもろい部材として形成されるいたずら即発見部材とを備え、
   前記接続フランジは縁部を形成する包装材料の開口において該包装材料に成型され、接続フランジ部分がこの縁部を完全に包む、直接射出成型のクロージャ。
8. 請求項７に記載のクロージャにおいて、前記いたずら即発見部材がタブとして形成され、このタブは、カバーから延び、ベース部分から間隔を置いて配置されている包装材料に成型された端末部分を有する、クロージャ。
9. 管状形態のカートン・ブランク上にクロージャを形成する方法であって、カートン・ブランクが、該ブランクの少なくとも１つの側面上にポリマ層を有する複合材料から形成されており、この方法が、
   内部に成型空洞の一部分を画定し、ポリマ射出システムと流れ連通している固定成型ツールを準備する段階と、
   管状形態のカートン・ブランクを、該カートン・ブランクが少なくとも部分的に立ち上げられた状態で、固定成型ツールの周りに該固定成型ツールと係合させて配置する段階と、
   内部に成型空洞の他の部分を画定する可動成型ツールを準備し、固定成型ツールの成型空洞と可動成型ツールの成型空洞が、所望のクロージャ形状を画定する段階と、
   固定成型ツールとは反対側で、可動成型ツールをカートン・ブランクに係合させて成型空洞を形成する段階と、
   可動成型ツールをカートン・ブランクと固定成型ツールに押し付ける段階と、
   ポリマを成型空洞内に射出して、所望のクロージャを形成する段階と、
   成型空洞からクロージャを解放する段階とを含む方法。
10. 請求項９に記載の方法において、可動成型ツールをカートン・ブランクと係合させ、カートン・ブランクの開口を覆う段階を含む、方法。

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