JP6422960B2 - チューブ用の割出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液体または粘性のある製品用の可撓性の包装チューブの製造のための装置の分野に関し、より詳細には、溶着によって製造される包装チューブの分野に関する。これらのチューブは、チューブ本体と、チューブ肩部と、場合によっては肩部の開口部を閉じるシールと、キャップとを含む。
可撓性チューブは、一般的に、２つの別個の部材、すなわち、ノズルと、場合によっては首部に溶着されたシールと、キャップとを含む肩部に連結されるスカートまたは可撓性の円筒形本体を有する。チューブのスカートは、管状本体を押出成形することによって、または多層シートを溶着することによって得られる。
スカート、肩部、シールおよびキャップを組み付ける作業を可能にする回転割出装置（Ｒｏｔａｒｙ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）が知られている。
チューブを組み付けるための回転割出装置は、間欠的な運動で動作する。装置の回転部材は、あるワークステーションから他へと連続的に移動するマンドレルを支承する。マンドレルは、チューブの製造の間、包装体（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）を運ぶ。割出装置は、回転装置が止まっているときの組み付け作業の実施が可能であり、したがって、装置の精度および単純性の点で有利である。回転割出装置のサイクルは、回転時間と停止時間に分けられる。回転時間は、割出時間とも呼ばれる。ターンテーブルが止まると、組み付け単位操作が、以下にある動き：
・マンドレルとワークステーションとの間の相対的な接近運動；
・マンドレルがワークステーションにある；
・マンドレルとワークステーションとの間の相対的な引込運動
から始まる。
ターンテーブルの回転が止まっている間、例えば：
１．チューブの肩部をマンドレル上に嵌める、
２．チューブのスカートをマンドレル上に嵌める、
３．スカートをマンドレル上に正確に位置決めする（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）
４．溶着されるべきゾーンを加熱する、
５．スカートを肩部上に溶着する、
６．封止する、
７．キャップをする、
８．放出する
ような、組み付け単位操作が実施される。
作業時間の減少は、製造される包装体の品質を左右する、単位操作の時間によって制限される。作業時間は、例えば溶着作業のような、最も長くかかる単位操作によって決められる。ある限界を超えると、この作業時間は、短縮できなくなる。というのも、それを減少させると、包装体の固有特性に悪影響を及ぼすからである。したがって、高い生産速度を達成することが望まれる場合、アセンブリの品質に影響を及ぼさない割出時間の最適化を決定要因にしなければならない。
特許文献１には、マンドレルが割出ターンテーブルの軸に対して平行な平面上に位置する、回転割出装置が開示されている。このタイプの装置の割出時間の最適化は、ターンテーブルの慣性によって制限され、ターンテーブルの直径は、並列にあるマンドレルの数とともに急激に増大する。この装置では、接近引込運動は、ワークステーションによって実施される。これは、各ワークステーションが、接近運動をさせるための特定の装置を備える、という欠点の原因となる。
特許文献２には、マンドレルが径方向に配置されている、割出ターンテーブルを含む装置が記載されている。この装置では、ワークステーションが、径方向の接近引込運動を実施する。特許文献１におけるように、Ｋｉｅｒａｓによって開示される装置は、各ワークステーションが、接近運動をさせるための特定の装置を必要とする、という欠点を有する。
出願人による特許文献３には、特許文献２に開示されている装置の欠点を克服することができる装置が記載されている。この装置は（図２および図３参照）、ターンテーブル３上におけるマンドレル４の径方向配置を提供する。ワークステーションの位置は固定される。マンドレル４は、径方向接近引込運動１５を実施する。この従来技術に記載の装置の構築方法は、全てのマンドレル４が同時に接近引込運動１５を行うことができるようにするので、特に有用である。装置は、ターンテーブル３に連結されるフレーム２を含む。ターンテーブル３は、回転案内部材１２によって軸９周りに回転する。ターンテーブルは、マンドレル４を駆動する。マンドレル４は、接近引込運動１５を実施するように、ターンテーブル３に対して径方向に動く。直動案内部材１３によって、ターンテーブル３はマンドレル４に連結される。マンドレル４の径方向接近引込運動１５は、カム５とばね６とを含む回転部材によって、または回転部材１０および連結ロッド１１によって引き起こされる。回転部材５、１０は、回転案内部材１２によってターンテーブルに連結される。しかし、特許文献３に記載されている装置は、直動案内機能１３およびマンドレル動作機能５、１０、１１がターンテーブル３の軸９上に径方向に直列に配置される、一実施形態を提供する。このマンドレル構造によって、結果的に、マンドレルの端部によって形成される円の仮想直径８が増大し、したがって、結果的に、回転のときの装置の慣性（慣性モーメント）がかなり大きくなる。この慣性の増加は、割出時間の減少を阻む。
特許文献３に記載の従来技術の装置は、図１に概念的に示されている。この概念では、その構造は、以下の部材である：
・マンドレル４のための直動案内部材１３、
・接近引込運動１５を実施するような、マンドレル４のための作動部材５、１０、
・マンドレル４およびその支持体１４
が、径方向に直列に配置されることに基づいている。
特許文献３の装置は、単一動作の結果として全てのマンドレルを径方向運動につかせることができるが、慣性モーメントが大きく、それがターンテーブル３の加速および減速段階の間にターンテーブルの軸上のトルクおよび生産速度の大幅な変化を引き起こす、という欠点を有する。
ＷＯ２００４／０２６５６７Ａ１ 米国特許第６２２１１８９号 ＷＯ２００７／１４１７１１
特許文献３において提供される装置の欠点を克服する必要がある。
本発明の説明に使用される用語の定義
１：溶着によってチューブを製造するための回転割出装置（Ｒｏｔａｒｙ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）
２：フレーム
３：割出ターンテーブル
４：マンドレル
５：カムを含む回転作動部材
６：ばね
７：マンドレルのベースによって形成される仮想円
８：マンドレルの端部によって形成される仮想円
９：ターンテーブルの回転軸
１０：回転作動部材
１１：連結ロッド
１２：回転案内部材
１３：直動案内部材
１４：マンドレル支持体
１５：接近引込運動
１６：マンドレルの長さ
１７：マンドレルの直径
１８：ベースでのマンドレルの幅
本発明は、包装チューブ用の割出組み付け装置に関する。この装置は、包装チューブの製造に必要な以下にある：
ａ）チューブの肩部をマンドレル上に嵌める、
ｂ）チューブのスカートをマンドレル上に嵌める、
ｃ）スカートをマンドレル上に正確に位置決めする、
ｄ）溶着されるべきゾーンを加熱する、
ｅ）スカートを肩部に溶着する、
ｆ）封止する、
ｇ）キャップをする、
ｈ）放出する
という連続動作の実施を可能にする。
本発明は、特許文献３に記載されるような、マンドレルについての径方向の動作様式を維持しつつ、割出時間を減少させ高い生産速度を達成するような特に有利な装置に関する。
この発明では、装置の慣性は、最先端の同様の装置よりも低い。その結果、割出時間を減少させることができ、それが生産速度の増加の可能性を提供する。
換言すると、本発明によって、溶着時間を削ることなく、生産速度を増加させることが可能になる。
さらに、生産速度の増加が、作り出される包装体の品質、その性能、またはその外観に何ら影響を及ぼさないことに注目されたい。
本発明は、具体的には、軸周りに回転可能に取り付けられるターンテーブルを含む、包装チューブの製造のための回転割出装置に関する。本発明による装置は、以下の部材である：マンドレル、および前記ターンテーブルと一体に作られ前記軸に対して径方向に配置されるそれぞれの支持体と、
・マンドレルを前記軸に対して垂直な方向に動かす径方向作動手段と、
・マンドレルを前記軸に対して垂直な方向に動かす直線案内手段と
をさらに含む。
本発明による装置は、マンドレルおよびそれらのそれぞれの支持体、径方向作動手段、ならびに直線案内手段が、前記軸に対して平行な直線に沿って位置することを特徴とする。
従来技術において、具体的に特許文献３では、マンドレルおよびそれらのそれぞれの支持体、径方向作動手段、ならびに直線作動手段が、前記軸に対して垂直な直線に沿って配置されることが強調されるべきである。
上述した３つの部材の平行配置を選ぶことによって、全体の慣性モーメントが、Ｉ＝Σｍｉｄｉ ２に従って著しく減少する。式中、Ｉは慣性モーメント、ｍは各部材の質量、ｄは回転軸からの各部材の距離を表す。
したがって、本発明では、径方向寸法は、マンドレルの幾何形状およびステーションの数だけにしか支配されない。
本発明によって、径方向寸法を増大させることなく、ステーションあたりの並列にあるマンドレルの数を増加させることが可能になる。
本発明の一実施形態によれば、前記軸は、垂直方向、すなわち重力の方向に対して実質的に対して平行な方向に位置する。この実施形態は、テーブル上に配置される装置に有利である。したがって、全てのステーションを同じ高さにすることが可能になる。
本発明の他の実施形態によれば、前記軸は、水平方向、すなわち重力の方向に対して実質的に垂直な方向に位置する。この実施形態は、装置の視覚による監視に関して有利である。ワークステーションへのアクセスはより直接的になる。
本発明の他の実施形態によれば、各マンドレルのベースは、隣接するマンドレルのベースに接触している。マンドレルの「ベース」とは、マンドレルのターンテーブルに接触している部分（ｐａｒｔ）を意味する。
他の実施形態によれば、本発明によって、製造されるべきチューブの直径の独立性、および慣性モーメントのさらなる減少が可能になる。この変形形態は、チューブの肩部を支承する末端の断面が円形であり、マンドレルホルダに取り付けられるマンドレルの反対末端が、ターンテーブルの回転軸に沿って最小の円周寸法を有するような、マンドレルの幾何形状をプロファイルすることを含む。この取り組みによって、全体的に、「一方端が楕円形であり、他方端が円形である」タイプの断面のマンドレルになる。
一実施形態によれば、マンドレル４は、ターンテーブルの回転軸に対して垂直な平面内に位置する。
本発明の他の実施形態によれば、マンドレルの軸によって形成される仮想面は、ターンテーブルの軸上に中心がある円筒形である。
本発明の他の実施形態によれば、マンドレルの軸によって形成される仮想面は、ターンテーブルの軸上に中心がある円錐形である。
概念的な方法における、従来技術の装置を示す図である。 特許文献３の装置の、ターンテーブルの回転軸を含む断面に沿った図である。 特許文献３の装置の、ターンテーブルの回転軸に対して垂直に見た図である。 本発明による装置の概念の図である。 本発明による装置の一実施形態の、ターンテーブルの回転軸に対して垂直に見た図である。 図５の装置の、ターンテーブルの回転軸を含む断面で見た図である。 非円筒形幾何形状を有するマンドレルを使用することを含む一変形実施形態の図である。 図７に示される本発明の変形形態の一実施形態の図である。
図１から図３は、従来技術の装置を示している。
図１は、概念的な方法における、従来技術の装置を示す図である。
図２は、特許文献３の装置の、ターンテーブルの回転軸を含む断面に沿った図である。
図３は、特許文献３の装置の、ターンテーブルの回転軸に対して垂直に見た図である。
図４は、本発明による装置の概念の図である。
図５および図６は、本発明の一実施形態を示している。
図５は、本発明による装置の一実施形態の、ターンテーブルの回転軸に対して垂直に見た図である。
図６は、図５の装置の、ターンテーブルの回転軸を含む断面で見た図である。
図７は、非円筒形幾何形状を有するマンドレルを使用することを含む一変形実施形態の図である。
図８は、図７に示される本発明の変形形態の一実施形態の図である。
図４に示される本発明の概念によれば、装置は、以下の部材である、
・マンドレル４のための直動案内部材１３、
・接近引込運動１５を実施するようにマンドレル４を作動させる部材、
・マンドレル４およびその支持体１４
の、並列の、径方向配置に基づく。
図４に示される構造は、回転アセンブリの慣性モーメントが大幅に減少され、その結果、割出時間が減少することで生産速度が増加するので、特に有利である。
図４に示される本発明によって、回転軸９がマンドレル４の慣性中心により近づけられ、それによって、加速段階および減速段階の間のターンテーブルの軸上のトルクが大幅に減少する。本発明によって、駆動軸上に過度に大きなトルクが生み出されることなく、ターンテーブルの加速および減速のレベルを大幅に増加させることが可能になる。したがって、本発明は、駆動モータの動力を減少させるまたは同一のモータで速度を増加させるのに使用することができる。
割出サイクルの加速段階および減速段階の間、各マンドレル４は、前記マンドレルの慣性中心と回転軸９との間の距離の二乗に比例するトルクを生成する。したがって、回転軸９にマンドレルを可能な限り近づけることができることが、非常に有用である。
図５は、円形断面の８つのマンドレル４が装着された（ｆｉｔｔｅｄ ｗｉｔｈ）、本発明による装置の最適な寸法を示している。割出装置１は、マンドレル４を回転させるターンテーブルの回転軸に対して垂直に示されている。図５に示されるように、装置１は、非常に小型である。というのも、これは、回転軸周りに位置する８つのマンドレルの理論的な最小寸法に相当するからである。システムの寸法は、マンドレル４の直径１７およびそれらの数に応じて決まる。実際には、動いている間の衝突を回避するために、マンドレルのベース間にごくわずかな距離が維持されることが好ましい。２つのマンドレル間の角距離は、割出角度に相当する。各割出サイクルの終わりに、マンドレル４は、ワークステーションの方に向かって運動１５にわたって径方向に動く。径方向接近引込運動１５は、全てのマンドレルについて同時かつ同様に実行される。
図６は、回転軸９に対して垂直に見た、装置１を示している。フレーム２は、軸９周りに回転するターンテーブル３を支持する。回転案内部材１２は、ターンテーブル３をフレームに連結する。回転案内部材１２は、ジャーナル軸受け、または好ましくは転がり軸受けであってよい。寸法が小さいので、針状ころが有利である。マンドレル４は、支持体１４および径方向直動案内１３によってターンテーブル３に取り付けられる。径方向案内１３は、ワークステーションに対する接近引込運動１５を可能にする。連結ロッド１１を介して前記接近引込運動を駆動する回転部材１０は、軸９上に取り付けられる。回転部材１０、径方向案内１３、マンドレル４およびその支持体１４は、回転軸９に沿って並列に位置し、したがって、マンドレル４の端部を通る仮想円８の径方向寸法を減少させる効果を有する。本発明によれば、径方向寸法は、従来技術の装置に比べて、１．５分の１から４分の１に減少される。
図７および図８は、本発明の一変形実施形態を示している。
図７は、装置１をさらに小型にするようにマンドレル４の幾何形状を最適化することを含む、本発明の概念的な一変形実施形態を示している。図７は、例えば円形または楕円形の、チューブの肩部の断面に適合する断面の一方端と、「平坦」と呼ばれる他方末端であって、いわゆる「平坦」末端が小さな円周寸法を生成するような他方末端とを有する、プロファイルされた（ｐｒｏｆｉｌｅｄ）マンドレル４の幾何形状を示しており、マンドレルの重力軸は、回転軸９により近づけられる。図９の眺めＡは、前記マンドレルの軸に沿ったマンドレル４を示している。図７は、マンドレル４の端部が回転軸９に相当するので、達成不可能な概念的な寸法を示している。図７に示される概念に基づけば、マンドレルの断面は、前記マンドレルの軸に沿って変わるが、円周は一定のままである。
図８は、図７に示される概念による本発明の一実施形態を示している。マンドレル４は、可変の断面を有し、円周は一定であり、したがって、寸法の減少、結果的に装置の慣性の減少が可能になる。図８に示される本発明の変形形態は、マンドレル４の直径が大きい場合に特に有利である。
本発明は、断面が円筒形の（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）包装チューブの製造に限定されない。作り出されるチューブの断面の幾何形状は、例えば、楕円形または正方形である。マンドレル４の幾何形状は、製造されるべきチューブの幾何形状に合わせて調節されなければならない。具体的には、マンドレル４の自由端の幾何形状は、チューブの肩部の幾何形状に適合しなければならない。したがって、楕円形のチューブを製造するには、マンドレル４の自由幾何形状は楕円にされる。
本発明を表す図面は、ターンテーブル３の軸９に対して垂直な平面におけるマンドレル４を示している。
本発明の一変形形態は、ターンテーブル３の回転軸９上に中心がある円筒形表面上にマンドレル４を配置することを含む。
本発明の他の変形形態は、ターンテーブル３の回転軸９上に中心がある円錐形表面上にマンドレル４を配置することを含む。
本発明の一実施形態では、ワークステーションの間隔は最小にされる。
本発明は、生産速度の増加に特に有利である。従来技術の説明に従って構築された８つのステーションにおける単一マンドレル装置の場合、６０チューブ／分の生産速度が達成され：
・生産速度：６０チューブ／分、
・回転割出装置のサイクル時間：１０００ミリ秒、
・作業時間：４００ミリ秒、
・割出時間：６００ミリ秒
である。
本発明に従って構築された８つのステーションにおける単一マンドレル装置の場合、生産速度は、２倍、すなわち：
・生産速度：１２０チューブ／分、
・回転割出装置のサイクル時間：５００ミリ秒、
・作業時間：４００ミリ秒、
・割出時間：１００ミリ秒
である。
作業時間は同じであるが、割出時間は６分の１である。

Claims (10)

  1. 軸（９）周りに回転するように取り付けられる割出ターンテーブル（３）と、
    マンドレル（４）、およびターンテーブル（３）と一体に作られ軸（９）に対して径方向に配置されるそれぞれの支持体（１４）と；
    マンドレル（４）を軸（９）に対して垂直な方向に動かす径方向作動手段（１０、１１）と、
    マンドレル（４）が軸（９）に対して垂直な方向に確実に動くようにする直動案内手段（１３）と；
    を含む、包装チューブを製造するための回転割出装置であって、
    マンドレル（４）およびそれらのそれぞれの支持体（１４）、径方向作動手段（１０、１１）、ならびに直動案内手段（１３）は、軸（９）に対して平行な方向に配置されることを特徴とする、前記回転割出装置。
  2. 軸（９）は、垂直方向に位置する、請求項１に記載の装置。
  3. 軸（９）は、水平方向に配置される、請求項１に記載の装置。
  4. 各マンドレル（４）のベースは、それに隣接するマンドレル（４）のベースに接触している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 各マンドレル（４）のベースは、自由末端の方に向かうマンドレル（４）の断面よりも小さい断面を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
  6. ベースの断面の形状は、楕円形である、請求項５に記載の装置。
  7. ベースの断面の形状は、長方形である、請求項５に記載の装置。
  8. マンドレル（４）の自由末端の断面の形状は、円板である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
  9. マンドレル（４）の断面は、その長さにわたって変化する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
  10. 回転案内手段（１２）を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
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