(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工途中のカートンに予め形成された孔に内側から差し込まれた口栓の基端のフランジ部を、アンビルを構成する一対の受けアームの一方で前記カートンの内側から保持し、前記カートンの外側の面から加熱手段により前記フランジ部を前記カートンの内面に溶着する工程の中で、前記一対の受けアーム内の冷却媒体通路に冷却媒体供給路から冷却媒体を供給して冷却を行うアンビル冷却手段を備えた口栓溶着装置であって、
前記冷却媒体供給路に開閉用の電磁弁を設けるとともに、前記加熱手段による口栓のフランジ部の溶着の停止に同期して或いは溶着の停止より所定の時間経過後に前記電磁弁を開き、前記加熱手段による次の口栓のフランジ部の溶着の開始と同期して或いは溶着の開始より所定の時間前に前記電磁弁を閉じる制御手段を設けたことを特徴とするアンビル冷却手段を備えた口栓溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飲料用液体等を包装する例えばゲーブルトップ型等のカートンの加工途中で口栓のフランジ部を、アンビルを構成する一対の受けアームの一方で該カートンの内側から保持し、カートンの外側から加熱手段で加熱して溶着する口栓溶着装置であって、前記アンビルの冷却手段を備えた口栓溶着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
口栓を設けた飲料等の液体を包装する紙容器がよく知られているが、この紙容器に口栓を固着する手段として、図示しない充填機の上で、図２に示すように上方が開放された加工途中のカートン１の頂部２に予め形成された孔３に、注出筒体４の上端がキャップ５で封鎖され下端周縁には注出筒体４と一体にフランジ部６が延設されて構成される口栓７が内側から差し込まれ、該フランジ部６がカートン１の頂部２の内面に当てられて超音波ホーン等の加熱手段で加熱して溶着するといった固着方法がある。
【０００３】
この固着方法は、一般にカートン１の頂部２に形成された孔３に差し込まれた口栓７のフランジ部６を、アンビル８でもってカートン１の内側から押し当てて保持しておき、外側より超音波ホーン等を口栓７に押し当てて加熱溶着するものとなっており、前記アンビル８にあっては、作業効率から、口栓７のフランジ部６を保持する１対の受けアーム８ａ，８ｂをもって構成され、この１対の受けアーム８ａ，８ｂが交互に口栓７のフランジ部６を保持するようにしたものが使用される場合がある。
【０００４】
さて、上記方法で口栓７の溶着を行なう場合、口栓７の溶着が繰り返し行なわれる間に、アンビル８が加熱されてその温度が上昇し、このアンビル８の温度変化に伴って口栓７に対する溶着条件が変化することにより、口栓７の溶着不良が発生するおそれがあった。
【０００５】
そこで、アンビル８の温度上昇を抑えるため冷却手段を備えた口栓溶着装置が提案されている。図３及び図４は冷却手段を備えた従来の口栓溶着装置を示すものである。この口栓溶着装置は、充填機（図示せず）上にあり、孔３が形成されたカートン１の頂部２方向に前後動可能で且つ軸心を中心に回転可能に該充填機に支持されている可動軸９の先端に、アンビル８を構成する一対の受けアーム８ａ，８ｂが可動軸９の軸心と直交する方向に同一長延びて設けられている。
【０００６】
これら１対の受けアーム８ａ，８ｂからなるアンビル８は、アンビル冷却手段１０を備えている。受けアーム８ａ，８ｂ内には、アンビル冷却手段１０を構成する冷却媒体通路１１が設けられている。可動軸９には、その先端に設けられたアンビル８を構成する一対の受けアーム８ａ，８ｂから更にその前方へ突出する円柱体１２が可動軸９と軸心を一致するように設けられ、これら受けアーム８ａ，８ｂに設けられた冷却媒体通路１１は円柱体１２内に延設され、その給入側開口端１３と排出側開口端１４が円柱体１２の円周表面上に開口されている。
【０００７】
かかる円柱体１２には、筒壁に冷却媒体給排源（図示せず）の冷却媒体供給路としての給入側パイプ１５と冷却媒体排出路としての排出側パイプ１６とに接続された給入側開口部１７と排出側開口部１８が貫通して形成された円筒体１９が回転可能に嵌合されており、且つこの円筒体１９は該円筒体１９に突設された係止杆２０が充填機に支持されている係止片２１の溝２２に係止されてその回転が阻止され、円柱体１２側の回転のみが可能な状態となっている。
【０００８】
円筒体１９の内周面には、給入側開口部１７と排出側開口部１８を内部に開口し且つ給入側開口端１３と排出側開口端１４とにそれぞれ連通する給入側連通溝２３と排出側連通溝２４が円周方向に一巡して設けられ、円柱体１２が回転しても、この円柱体１２の円周表面上に開口している給入側開口端１３と給入側連通溝２３とが、そして排出側開口端１４と排出側連通溝２４とが常に連通状態にあるようになっている。
【０００９】
そして、可動軸９を後退位置で回転させて、アンビル８を構成する一対の受けアーム８ａ，８ｂのうちの一方の受けアーム８ａを、上方が開放された加工途中のカートン１の頂部２の内側に入れ、頂部２に形成された孔３に差し込まれた口栓７のフランジ部６の後方に位置させてから、可動軸９を前進させて受けアーム８ａを口栓７のフランジ部６に押し当ててこれを保持し、外側から加熱手段としての超音波ホーン２５を口栓７に押し当てて該口栓７をカートン１に溶着する。このとき、アンビル８を構成する一対の受けアーム８ａ，８ｂはいずれも内部に設けられている冷却媒体通路１１を流れる冷却媒体により冷却されている状態にある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このようにアンビル冷却手段１０を備えた口栓溶着装置によれば、アンビル８を構成する一対の受けアーム８ａ，８ｂは内部に設けられた冷却媒体通路１１を流れる冷却媒体により冷却されるので、超音波ホーン２５の加熱によるアンビル８の温度上昇を抑えることができ、アンビル８の温度上昇に起因する口栓７の溶着不良の発生を防止できるものの、冷却媒体通路１１内を常に冷却媒体が循環しているので、超音波ホーン２５により加熱している口栓７を保持している最中の受けアーム８ａまたは８ｂも冷却されている状態にある。この結果、超音波ホーン２５による溶着のための加熱昇温が口栓７を保持している受けアーム８ａまたは８ｂの冷却により相殺されることになり、エネルギー効率を悪くする問題点があった。
【００１１】
本発明の目的は、エネルギー効率を低下させないでアンビルを冷却できるアンビル冷却手段を備えた口栓溶着装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は加工途中のカートンに予め形成された孔に内側から差し込まれた口栓の基端のフランジ部を、アンビルを構成する一対の受けアームの一方で前記カートンの内側から保持し、前記カートンの外側の面から加熱手段により前記フランジ部を前記カートンの内面に溶着する工程の中で、前記一対の受けアーム内の冷却媒体通路に冷却媒体供給路から冷却媒体を供給して冷却を行うアンビル冷却手段を備えた口栓溶着装置であって、前記冷却媒体供給路に開閉用の電磁弁を設けるとともに、前記加熱手段による口栓のフランジ部の溶着の停止に同期して或いは溶着の停止より所定の時間経過後に前記電磁弁を開き、前記加熱手段による次の口栓のフランジ部の溶着の開始と同期して或いは溶着の開始より所定の時間前に前記電磁弁を閉じる制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
かかる構成から、前記冷却媒体供給路に開閉用の電磁弁を設けるとともに、前記加熱手段による口栓のフランジ部の溶着の停止に同期して或いは溶着の停止より所定の時間経過後に前記電磁弁を開き、前記加熱手段による次の口栓のフランジ部の溶着の開始と同期して或いは溶着の開始より所定の時間前に前記電磁弁を閉じる制御手段を設けたので、アンビルを構成する一対の受けアームの冷却は、加熱手段が口栓のフランジ部の溶着を行っている間は行われず、フランジ部の溶着を行っていない間に行われることから、加熱手段の加熱エネルギーが冷却により相殺されることなく、加熱エネルギーの効率を低下させないでアンビルを冷却することができることになり、口栓溶着作業の効率化が図れ、また連続運転下でのアンビルの温度を安定して維持することができる。
【００１４】
そして、前記のように、電磁弁を溶着の停止より所定の時間経過後に開き、溶着の開始より所定の時間前に閉じるようにすることもできるので、電磁弁の開閉時期を前記加熱手段や溶着条件等に応じて、効率的な加熱のために最も適した開閉時期に設定することにより、加熱エネルギーを最も効率良く利用しながらアンビルの冷却を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアンビル冷却手段を備えた口栓溶着装置の実施の形態の一例を図１により説明する。なお、前述した図２乃至図４と対応する部分には、同一符号を付して説明する。
本例のアンビル冷却手段を備えた口栓溶着装置は、充填機（図示せず）上に取り付けられており、以下に示す構成となっている。
【００１６】
充填機に可動軸９が、該充填機上にあり上方が開口された加工途中のカートン１の孔３が形成されている頂部２方向に向かって前後動可能で且つ軸心を中心に回転可能に支持されている。この可動軸９の先端には、アンビル８を構成する１対の受けアーム８ａ，８ｂが可動軸９の軸心と直交する方向で且つ対称方向に同一長延びて設けられている。
【００１７】
そして、カートン１の頂部２の孔３に差し込まれた口栓７をカートン１に溶着する際に、可動軸９が後退位置で回転し、アンビル８を構成する一対の受けアーム８ａ，８ｂのうちの一方の受けアーム８ａまたは８ｂがカートン１の頂部２の内側に入って、頂部２に形成された孔３に差し込まれた口栓７のフランジ部６の後方に位置して停止し、ここで可動軸９が前進して受けアーム８ａまたは８ｂを口栓７のフランジ部６に押し当てて一定時間これを保持し、この保持状態のとき外側から加熱手段となる超音波ホーン２５が口栓７をカートン１に溶着し、溶着終了後、可動軸９が後退し、この位置で可動軸９が９０度回転して、受けアーム８ａまたは８ｂがカートン１の頂部２内から脱し、引き続いて更に可動軸９が９０度回転して、他方の受けアーム８ｂまたは８ａが次のカートン１の頂部２の上端を乗り越え、該受けアーム８ｂまたは８ａが次のカートン１の頂部２の内側に入り、カートン１の頂部２の孔３に差し込まれた口栓７のフランジ部６の後方に位置し、ここで可動軸９が前進して受けアーム８ｂまたは８ａを口栓７のフランジ部６に押し当てて一定時間これを保持する。かかる動作を繰り返し行ない、受けアーム８ａ，８ｂが交互にカートン１の頂部２の孔３に差し込まれた口栓７のフランジ部６を保持するようになっている。
【００１８】
前記口栓７をカートン１に溶着する加熱手段としての超音波ホーン２５にあっては、その後方に、ブースター２６とコンバーター２７が直列に接続されている。これらブースター２６とコンバーター２７はアクチュエーター２８に積載されて固定されている。アクチュエーター２８は、充填機の各電気機器をオン或いはオフさせる電気信号を発する制御部としてのシーケンサー３０からの電気信号による指示により、駆動装置２９によって所定のタイミングで前進−停止−後退−待機の各動作をするようになっている。アクチュエーター２８の前面（左側）にはトリガースイッチ３１が延設され、充填機のフレームに固定された部材３２に対面していて、アクチュエーター２８が最前進位置に達すると、該トリガースイッチ３１が部材３２に接触してオンとなり、この信号を線路３３でシーケンサー３０に伝えるようになっている。超音波ホーン２５は、高周波電流発振器３４を備えており、この高周波電流発振器３４からの高周波電流が線路３５からコンバーター２７に伝わると超音波に変換され、ブースター２６によって増幅され、超音波ホーン２５はこれを更に増幅して超音波を発信し、この超音波振動に伴い発生する熱によって口栓７のフランジ部６をカートン１の頂部２内面に溶着するようになっている。
【００１９】
高周波電流発振器３４がコンバーター２７に向けて高周波電流を送るタイミングは、シーケンサー３０から線路３６を経て与えられる電気信号により決められるようになっている。
【００２０】
カートン１が図示しないコンベアで運ばれて１個ずつ口栓７を溶着する位置に達する毎に、シーケンサー３０は線路３６より高周波電流発振器３４に信号を送るようになっており、そして、シーケンサー３０による高周波電流発信器３４への発信は、アクチュエーター２８をカートン１の方向へ前進させるための電磁弁３７がオンとなっていること、トリガースイッチ３１がオンとなっていること、及び駆動装置２９を駆動する圧力スイッチ３９が設定圧力を満たしていること等を線路３３，３８，４０を経由して受け取る信号によりシーケンサー３０が確認してから行われる。
【００２１】
前記超音波ホーン２５による口栓７の溶着毎に熱を受ける前記アンビル８は、アンビル冷却手段１０を備えており、このアンビル冷却手段１０は次のような構成となっている。
【００２２】
受けアーム８ａ，８ｂ内には、アンビル冷却手段１０を構成する冷却媒体通路１１が設けられている。そして、その先端にアンビル８を構成する一対の受けアーム８ａ，８ｂが設けられた可動軸９には、一対の受けアーム８ａ，８ｂから更にその前方へ突出する円柱体１２が可動軸９と軸心を一致するように設けられ、前記一対の受けアーム８ａ，８ｂに設けられた冷却媒体通路１１が円柱体１２内に延設され、その給入側開口端１３と排出側開口端１４が円柱体１２の円周表面上に開口されている。
【００２３】
かかる円柱体１２には、筒壁に冷却媒体給排源（図示せず）の冷却媒体供給路としての給入側パイプ１５と冷却媒体排出路としての排出側パイプ１６とに接続された給入側開口部１７と排出側開口部１８が貫通して形成された円筒体１９が回転可能に嵌合されており、且つこの円筒体１９は該円筒体１９に突設された係止杆２０が充填機に支持されている係止片２１の溝２２に係止されてその回転が阻止され、円柱体１２側の回転のみが可能な状態となっている。
【００２４】
円筒体１９の内周面には、給入側開口部１７と排出側開口部１８を内部に開口し且つ給入側開口端１３と排出側開口端１４とにそれぞれ連通する給入側連通溝２３と排出側連通溝２４が円周方向に一巡して設けられ、円柱体１２が回転しても、この円柱体１２の円周表面上に開口している給入側開口端１３と給入側連通溝２３とが、そして排出側開口端１４と排出側連通溝２４とが常に連通状態にあるようになっている。
【００２５】
そして、前記アンビル８を構成する一対の受けアーム８ａ，８ｂに設けられた冷却媒体通路１１に冷却媒体を供給する冷却媒体供給路としての給入側パイプ１５には、冷却媒体の供給開始と供給停止の制御を行う開閉用の電磁弁４１が設けられているとともに、前記超音波ホーン２５による口栓７のフランジ部６の溶着の停止に同期して或いは溶着の停止より所定の時間経過後に前記電磁弁４１を開き、前記超音波ホーン２５による次の口栓７のフランジ部６の溶着の開始と同期して或いは溶着の開始より所定の時間前に前記電磁弁４１を閉じる制御手段４２が設けられている。
【００２６】
前記制御手段４２としては、本例では予め書き込まれたプログラムに従って前記電磁弁４１を開・閉する信号を発信して電磁弁４１の開閉を制御するシーケンサー３０により構成されている。
【００２７】
前記プログラムとして、例えば次のものがあるが、これらに限定されるものではない。
イ）超音波の元となる高周波電流の発信及び停止に合わせて電磁弁４１を閉及び開となるようにする。
ロ）高周波電流の発信と同期して起こる或いは高周波電流の発信より所定時間前に起こる何らかの特定の電気機器のオン又はオフに合わせて電磁弁４１を閉とし、高周波電流の発信停止と同期して起こる或いは高周波電流の発信停止より所定時間経過後に起こる何らかの特定の電気機器のオン又はオフに合わせて電磁弁４１を開とするようにする。
ハ）高周波電流の発信と同期して作動する或いは高周波電流の発信より所定時間前に作動する何らかの特定の部品の何らかの特定の機械的な作動タイミングに合致するエンコーダーが発する角度数値に合わせて電磁弁４１を閉とし、高周波電流の発信停止と同期して或いは高周波電流の発信停止より所定時間経過後に作動する何らかの特定の部品の何らかの特定の機械的な作動タイミングの合致するエンコーダーが発信する角度数値に合わせて該電磁弁４１を開とするようにする。
【００２８】
そして、前記プログラムにあって、電磁弁４１を開・閉するための信号を発する時期は、超音波ホーン２５による加熱条件等に応じて、加熱エネルギーの効率的利用に最も適した時期が選択されて設定されるものであって、特に限定されるものではない。
【００２９】
上記のように構成することにより、前記超音波ホーン２５による口栓７のフランジ部６の溶着の停止に同期して或いは溶着の停止より所定の時間経過後にシーケンサー３０から電磁弁４１を開く信号が発信されて電磁弁４１が開き、冷却媒体供給路としての給入側パイプ１５から前記アンビル８を構成する一対の受けアーム８ａ，８ｂに設けられた冷却媒体通路１１に冷却媒体が供給されて受けアーム８ａ，８ｂが冷却され、そして前記超音波ホーン２５による次の口栓７のフランジ部６の溶着の開始と同期して或いは溶着の開始より所定の時間前にシーケンサー３０から電磁弁４１を閉じる信号が発信されて電磁弁４１が閉じ、これにより受けアーム８ａ，８ｂに設けられた冷却媒体通路１１への冷却媒体の供給が停止し、受けアーム８ａ，８ｂの冷却が中断される。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るアンビル冷却手段を備えた口栓溶着装置によれば、前記冷却媒体供給路に開閉用の電磁弁を設けるとともに、前記加熱手段による口栓のフランジ部の溶着の停止に同期して或いは溶着の停止より所定の時間経過後に前記電磁弁を開き、前記加熱手段による次の口栓のフランジ部の溶着の開始と同期して或いは溶着の開始より所定の時間前に前記電磁弁を閉じる制御手段を設けたので、アンビルを構成する一対の受けアームの冷却は、加熱手段が口栓のフランジ部の溶着を行っている間は行われず、フランジ部の溶着を行っていない間に行われることから、加熱手段の加熱エネルギーが冷却により相殺されることなく、加熱エネルギーの効率を低下させないでアンビルを冷却することができることになり、口栓溶着作業の効率化が図れ、また連続運転下でのアンビルの温度を安定して維持することができ、そして、前記のように、電磁弁を溶着の停止より所定の時間経過後に開き、溶着の開始より所定の時間前に閉じるようにすることもできるので、電磁弁の開閉時期を前記加熱手段や溶着条件等に応じて、効率的な加熱のために最も適した開閉時期に設定することにより、加熱エネルギーを最も効率良く利用しながらアンビルの冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアンビル冷却手段を備えた口栓溶着装置における実施の形態の一例を示した縦断面図。
【図２】底部が密封され上方が解放された加工途中のカートンとこれに溶着される口栓の一例を示す斜視図。
【図３】従来のアンビル冷却手段を備えた口栓溶着装置のアンビルでカートン頂部の孔に差し込まれた口栓を保持している状態を示す斜視図。
【図４】従来のアンビル冷却手段を備えた口栓溶着装置の縦断面図。
【符号の説明】
１  カートン
２  頂部
３  孔
４  注出筒体
５  キャップ
６  フランジ部
７  口栓
８  アンビル
８ａ，８ｂ  受けアーム
９  可動軸
１０  アンビル冷却手段
１１  冷却媒体通路
１２  円柱体
１３  給入側開口端
１４  排出側開口端
１５  給入側パイプ（冷却媒体供給路）
１６  排出側パイプ（冷却媒体排出路）
１７  給入側開口部
１８  排出側開口部
１９  円筒体
２０  係止杆
２１  係止片
２２  溝
２３  給入側連通溝
２４  排出側連通溝
２５  超音波ホーン
２６  ブースター
２７  コンバーター
２８  アクチュエーター
２９  駆動装置
３０  シーケンサー（制御部）
３１  トリガースイッチ
３２  部材
３３  線路
３４  高周波電流発振器
３５，３６  線路
３７  電磁弁
３８  線路
３９  圧力スイッチ
４０  線路
４１  開閉用の電磁弁
４２  制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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