(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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。
【発明の詳細な説明】
技術分野
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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