JP2009096477A - 包装充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦によるフロートのピンホールなどにおける不衛生を防止し、流量調整装置の定期的な分解、洗浄、組立の作業を簡素化することができる液面レベル調整装置を提供する。
【解決手段】液面レベル調整装置は、ウェブ状包装材料１をチューブ状に成形し、包装材料の両端部でチューブの縦線方向に縦シールし、チューブ状包装材料内に充填パイプから低温の液体食品を充填する包装充填機において、チューブの内部に液体食品が所定レベルに充填されるように液面レベルＬを調整する装置であって、ウェブ状包装材料の内表面を加熱して、ウェブ状包装材料の外表面であって被測定表面の温度を上げる加熱手段４２と、被測定表面の温度をチューブ状包装材料の外部から検出する検出器４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅと、検出器の出力信号に基づいて充填パイプの流量を制御する制御手段４５とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温の流動性食品などが充填された垂直状チューブ包装材料を容器毎に横シールして切断して容器とする包装充填機において、チューブ内の液体食品の液面を所定レベルに調整する装置に関する。

牛乳、ミネラルウォーター、茶、ジュース、スープ、アルコール類等の流動食品を収容する包装容器を製造する場合、ウェブ状（帯状）の包装積層材料が使用され、該包装積層材料がヒートシール、超音波シール等によってシールされることにより、包装容器が形成される。例えば、包装充填装置において、帯状包装積層材料の縁部にシーリングテープを前もって接合し、包装積層材料をチューブ状に成形し、チューブの内側から、包装積層材料の両縁部同士を、縦シール部の内側端面を保護するシーリングテープと共に押し当てて縦シール装置によって長手方向（縦方向）にシールした後、チューブ状の包装積層材料の中に低温の液体食品を充填しながら、横シール装置によって横方向にシールして切断し、枕状の原型容器を形成し、該原型容器を更に所定の形状に成形して包装容器を完成させる。

図２は、包装充填装置の一例を示す概略斜視図である。ウェブ状の包装積層材料１は、リールの状態で包装充填装置に収容される。包装積層材料１は、紙基材、及び該紙基材の両面にポリエチレン樹脂が積層された可撓性の積層体から成り、必要に応じて紙基材とフィルムとの間にアルミニウム箔、ガスバリヤ性樹脂等から成るバリヤ層が形成され、包装容器１４の表面に相当する部分にあらかじめ外装用の印刷が施される。

繰り出された包装積層材料１は、搬送手段としての送り装置によって連続的に搬送され、ベンディングローラ、ダンパローラ等を経て、シーリングテープ貼着装置３に送られ、シーリングテープ貼着装置によって包装積層材料１の一方の縁部に沿ってシーリングテープ２が貼着される。

続いて、包装積層材料１は、必要に応じて、プルタブ貼着装置によってプルタブが貼着されてる。包装積層材料１は、殺菌槽４に送られ、殺菌槽４において過酸化水素等の殺菌液によって殺菌される。包装積層材料１は、エアナイフ５に送られ、エアナイフ５によって乾燥させられた後、無菌室４０の室内に送られる。包装積層材料１は、成形リング６、その他の成形リングによって徐々に変形させられてチューブ状の形状にされる。
包装積層材料１は、縦シール装置の予熱手段８からのホットエアーによって予熱されて、縦方向にシールされ、充填パイプ７を介して供給された流動性食品がチューブ状包装積層材料１内に充填される。

図３は、縦シール装置の一例を示す概略斜視図及び予熱手段８の一部横断面図である。
包装積層材料１は、縦シール装置の予熱手段８からのホットエアーによって予熱される。予熱手段８は、ガイドロール２６で包装積層材料の縁部一端１ａを案内しながら、縁部一端１ａをホットエアーノズル２４で加熱し、ホットエアーノズル２４の裏面で縁部一端１ｂも案内する。
ガイドロール２６でチューブ状に成形された包装積層材料の両縁部１ａ、１ｂ同士を、縦シール装置によってシーリングテープと共に押し当てて、一方側に、プレッシャローラを回転自在に配設して圧し、他方に、プレッシャローラによるバネ弾性力の圧力を受け、プレッシャローラに対向して押さえ支持するようにカウンタローラを回転自在に配設する。包装積層材料が搬送されるのに伴って、プレッシャローラ及びカウンタローラが包装積層材料の縁部同士を挟んだ状態で押圧されて回転させ、縦シール部の合せ面がシールされ接合される。

チューブ内の充填液の液面を所定レベルに調整する装置に関しては、実開平１ー８２１０２号公報に、この種の装置として、包装材料チューブ１内部に挿入された充填パイプ７の下端内部に設けられた弁と、弁より上方の充填パイプ７の外周面に上下方向に移動自在に嵌められている円筒状のフロートと、弁の揺動端とフロートとを連結している連結部材とを備えており、フロートの上下動にともなって弁を開閉することにより、充填液の液面を調整する装置を記載する。（例えば、特許文献１参照）

上記公報には、更に、図４に示すように、チューブの内側に配されるフロート１２にマグネットを取付け、これをチューブの外部から磁気検出器３１で検出し、磁気検出器の出力信号に基づいて制御される流量制御弁３２によって充填パイプ７に供給される充填液の流量を調整する装置３３を記載する。

チューブ状包装積層材料１は、ローラによって案内され、横シール装置１０に送られ、挟まれて横方向にシールされ、横シールされた包装積層材料は、ナイフなどで切断されて枕状の原型容器１３が形成される。そして、原型容器１３は、最終成形搬送装置１５によって搬送されて最終の形状に成形され、流動性食品を収容する包装容器１４が完成する。
実開平１ー８２１０２号公報

しかしながら、フロートが充填パイプの外周面に上下方向に移動自在に嵌められ、充填される液体が流動し、また絶えず変化しているので、フロート内側面と充填パイプ外周面との間で、フロート外周面と包装材料チューブ内面との間で、摩擦による表面の微小傷、磨耗、ピンホール、凹凸などが生じ、そのピンホールなどに食品などが詰まり、腐敗・不衛生になるなどの不都合がある。
フロートが不衛生になることを防止するために、定期的に、フロート、カバー、パイプ、ネジなどを取外し、その装置を分解し、洗浄しなくてはならない。その定期的な装置の分解、洗浄、組立の作業は必ずしも容易ではなく、作業簡素化の必要性がある。
本発明は、摩擦によるフロートのピンホールなどにおける不衛生を防止し、流量調整装置の定期的な分解、洗浄、組立の作業を簡素化することができる液面レベル調整装置を提供することを目的とする。

本発明の液面レベル調整装置は、ウェブ状包装材料をチューブ状に成形し、包装材料の両端部でチューブの縦線方向に縦シールし、チューブ状包装材料内に充填パイプから低温の液体食品を充填する包装充填機において、チューブの内部に液体食品が所定レベルに充填されるように液面レベルを調整する装置であって、
ウェブ状包装材料の内表面を加熱して、ウェブ状包装材料の外表面であって被測定表面の温度を上げる加熱手段と、
被測定表面の温度をチューブ状包装材料の外部から検出する検出器と、
検出器の出力信号に基づいて充填パイプの流量を制御する制御手段とを備える、
ことを特徴とする。

この発明の好ましい態様において、加熱手段が、チューブの縦線方向に縦シールするために包装材料の端部を加熱する予熱装置である。

この発明の好ましい態様において、加熱手段が、前記予熱装置に供給されたホットエアの一部を使用する。

この発明の好ましい態様において、検出器が、チューブ状包装材料の被測定表面を走査して温度を検出する単数の非接触表面温度測定器からなる。

この発明の好ましい態様において、検出器が、チューブ状包装材料の被測定表面に沿って直列して配設された複数の非接触表面温度測定器からなる。

この発明による液面レベル調整装置は、ウェブ状包装材料をチューブ状に成形し、包装材料の両端部でチューブの縦線方向に縦シールし、チューブ状包装材料内に充填パイプから低温（本明細書では、「低温」とは、数℃から常温を指し、好ましくは、牛乳やジュース、お茶などが充填される温度、すなわち、３℃〜２０℃を指す。）の液体食品を充填する包装充填機において、チューブの内部に液体食品が所定レベルに充填されるように液面レベルを調整する。
この装置において、帯状包装積層材料が連続的に装置に供給され、連続的にチューブの内部に低温の液体食品が所定レベルに充填されるように液面レベルが調整され、内容物が充填され成形された容器が製造される。充填後、低温の液体が包装材料内面に接触し包装材料が冷やされ包装材料外表面も冷やされる。

本発明の液面レベル調整装置の特徴において、ウェブ状包装材料の内表面を加熱して、ウェブ状包装材料の外表面であって被測定表面の温度を上げる加熱手段を有する。
包装材料が、紙基材、ガスバリヤ性樹脂等から成るバリヤ層、及び紙基材の両面にポリエチレン樹脂が積層された可撓性の積層体から成る場合、チューブ状包装材料の内側から、直接に包装材料の内表面を加熱して包装材料の外表面であって被測定表面の温度を上げることができる。また、チューブ状包装材料の外側に設けそこから、間接的に包装材料の内表面を加熱して外表面の被測定表面の温度を上げることもできる。
上記態様の加熱手段としては、ホットエアーの吹き付け、赤外線輻射などがある。
包装材料が、紙基材、アルミニウム箔などの金属バリヤ層、及び基材の両面にポリエチレン樹脂が積層された可撓性の積層体から成る場合、チューブ状包装材料の内側から、直接に包装材料の内表面を加熱して包装材料の外表面であって被測定表面の温度を上げることができる。また、チューブ状包装材料の外側に設けそこから、間接的に包装材料の内表面を加熱して外表面の被測定表面の温度を上げることもできる。
この態様の加熱手段としては、金属バリヤ層への高周波誘導加熱、ホットエアーの吹き付け、赤外線輻射などがある。

本発明の液面レベル調整装置の特徴において、被測定表面の温度をチューブ状包装材料の外部から検出する検出器を備える。
検出器としては、接触式の表面温度計、非接触式の表面温度計がある。
この検出器で、液面レベルの前後若しくは上下で、被測定表面の後述する温度変化を検知することができる。
包装充填機内では包装材料は、液面レベルの前若しくは上から液面レベルの後若しくは下に高速に搬送されている。しかしながら、包装材料は通常薄く、内外の温度差が大きいので、液面レベルの前若しくは上における包装材料の外表面（被測定表面）の温度は、加熱手段によって急速に加熱され、迅速に高温になっている。
すなわち、伝導伝熱によって伝わる熱量は基本的に次式で表される：
Q＝-λΑΔΤ/Δx
Q：伝熱速度(1秒当たりに伝わる熱量単位；[W]＝[J/S]。1J＝0.24cal)
λ：熱伝導度(物質の熱の伝わり易さを表す値；[W/（m・K)]
ΔΤ：温度差(ΔΤ＝Τ2-Τ1，絶対温度＝273.15＋摂氏温度。[K])
Δx：距離 (A1面とA2面との距離；[m])
伝導伝熱によって運ばれる熱量Qは、上式から判る通り、λ、Α、ΔΤおよびΔxで決まり、従って伝熱を促進する場合には前者の3つの値をできる限り大きくしてΔxを小さくすることが必要である。この発明において、熱伝導度λは包装材料の材質により決まり一定であり、距離Δxは包装材料の厚さにより決まり一定である。
温度差ΔΤを大きくするこの発明において、伝熱速度Qを高速にすることができ、迅速に表面温度を変化させることができる。
液面レベルの後若しくは下における包装材料の外表面（被測定表面）の温度は、充填された低温（常温なども含む）の液体食品により急速に内表面が冷却され、高温の外表面との間の温度差温度差ΔΤが大きくなり、上述の伝導伝熱式に示されるように、迅速に低温になる。
包装材料が、液面レベルの前若しくは上から液面レベルの後若しくは下に高速に搬送されていても、液面レベルの前後若しくは上下を、被測定表面の温度変化として反映させることができる。
本発明の液面レベル調整装置の検出器は、液面レベルの前後若しくは上下を反映する被測定表面の温度変化を検知することができる。

本発明の液面レベル調整装置の特徴において、検出器の出力信号に基づいて充填パイプの流量を制御する制御手段を備える。
検出器は、液面レベルの前後若しくは上下を反映する被測定表面の温度変化を検知し、この検出器から出力信号が制御手段に送信され、制御手段がこの信号基づいて充填パイプの流量を制御する。この制御にって、液面レベルを適正なレベルに維持することができる。
上述のように、フロートを用いないので、フロートの不衛生を防止し、流量調整装置の定期的な分解、洗浄、組立の作業を簡素化することができる。

この発明の好ましい態様において、加熱手段が、チューブの縦線方向に縦シールするために該包装材料の端部を加熱する予熱装置である。
縦シールの予熱装置を流用する態様である。追加の装置コストを低減することができ、縦シール部分の下流に、本発明の液面レベル調整装置の検出器が設置される。

この発明の好ましい態様において、加熱手段が、前記予熱装置に供給されたホットエアの一部を使用する。
縦シールの予熱装置のホットエアを流用する態様である。追加の装置コストを低減することができ、また、エアの方向を変えることにより、加熱箇所を選択でき、本発明の液面レベル調整装置の検出器の設置位置も選択することができる。

この発明の好ましい態様において、検出器が、チューブ状包装材料の被測定表面を走査して温度を検出する単数の非接触表面温度測定器からなる。
液面レベルの前後若しくは上下を反映する被測定表面を走査して、温度変化を検知することができる。少ない個数の検出器を設置するだけで十分である。

この発明の好ましい態様において、検出器が、チューブ状包装材料の被測定表面に沿って直列して配設された複数の非接触表面温度測定器からなる。
被測定表面を走査する複雑なコントロールが必要なく、単純な機構で検出器を設置するだけで十分である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明による一実施例の液面レベル調整装置を備える包装充填機の要部の断面正面図である。図２は、この発明に使用できる包装充填装置（機）の一例のを示す概略斜視図である。図３は、縦シール装置の一例を示す概略斜視図及び予熱手段の一部横断面図である。

図２に示されるように、帯状包装積層材料１は、リールの状態で包装充填装置に収容される。包装積層材料１は、紙基材、ポリエチレン樹脂最外層、ポリエチレン樹脂最内層が積層された可撓性の積層体から成り、アルミニウム箔バリヤ層が形成され、文字模様等の印刷が施される。

繰り出された包装積層材料１は、搬送手段によって連続的に搬送され、ベンディングローラ、ダンパローラ等を経て、シーリングテープ貼着装置３に送られ、包装積層材料１の一方の縁部に沿ってシーリングテープ２が貼着される。
帯状包装積層材料１の縁部にシーリングテープ２を前もって接着する際、帯状包装積層材料とシーリングテープ２とを挟んで、一方側に、プレッシャローラを回転自在に配設して圧し、他方に、プレッシャローラによる圧力を受け、それに対向し、押さえ支持するようにカウンタローラを回転自在に配設する。
包装積層材料が搬送されるに伴って、プレッシャローラ及びカウンタローラが包装積層材料及びシーリングテープを挟んだ状態で押圧されて回転させ、縦シール部の合せ面がシールされ接着される。

続いて、包装積層材料１は、殺菌槽４に送られ、殺菌槽４において過酸化水素等の殺菌液によって殺菌される。包装積層材料１は、エアナイフ５に送られ、エアナイフ５によって乾燥させられた後、無菌室４０に送られる。包装積層材料１は、成形リング６、その他の成形リングによって徐々に変形させられてチューブ状の形状にされる。包装積層材料１は、縦シール装置の予熱手段８からのホットエアーによって予熱されて、縦方向にシールされ、充填パイプ７を介して供給された流動性食品がチューブ状包装積層材料１内に充填される。
ホットエアーは帯状包装積層材料の縁部を加熱する。筒状成形のステップ及び予熱・シールステップにおいて、包装積層材料を無菌的に無菌室４０で被い一時的に収容する。

包装積層材料１は、縦シール装置の予熱手段８からのホットエアーによって予熱される。縦シール装置の一例を示す図３を参照して説明すると、予熱手段８は、ガイドロール２６で包装積層材料の縁部一端１ａを案内しながら、縁部一端１ａをホットエアーノズル２４で加熱し、ホットエアーノズル２４の裏面で縁部一端１ｂも案内する。
チューブ状に成形され加熱された包装積層材料１の両縁部１、１同士を、縦シール装置(図示せず)によってシーリングテープと共に押し当て、縦シールする。
包装積層材料１は、縦シール装置の予熱手段８からのホットエアーによって予熱されて、縦方向にシールされ、充填パイプ７を介して供給された流動性食品４１がチューブ状包装積層材料１内に充填される。

この液面レベル調整装置において、被測定表面の温度をチューブ状包装材料の外部から検出する検出器４４を備える。
検出器４４は、非接触式の表面温度計がある。
この検出器４４で、液面レベルの上下で、被測定表面４３の温度変化を検知することができる。
包装充填機内では包装材料１は、矢印に示すように、液面レベルLの上から液面レベルLの下に高速に搬送されている。しかし、包装材料は通常薄く、例えば、６００−２００μ、内外の温度差が大きい、例えば、８０℃ー１０℃であるので、液面レベルLの上における包装材料の外表面（被測定表面）の温度は、加熱手段によって急速に加熱され、迅速に高温になっている。
特に、温度差ΔΤを大きくするこの発明において、伝熱速度を高速にすることができ、迅速に表面温度を変化させることができる。
液面レベルLの下における包装材料１の外表面（被測定表面４３）の温度は、充填された低温（例えば、牛乳であれば、４℃）の液体食４１品により急速に内表面が冷却され、高温の外表面との間の温度差温度差ΔΤが例えば、８０℃ー５０℃となり、迅速に冷却されて低温になり、温度変化が大きく、液面レベルLの検出が容易になる。
包装材料が、液面レベルの上から液面レベルの下に高速に搬送されていても、液面レベルの上下を、被測定表面の大きな温度変化として反映させることができる。この液面レベル調整装置の検出器４４ａ、４４ｂは、、液面レベルの上を測定し、検出器４４ｃは、液面レベルの近傍を測定し、検出器４４ｄ、４４ｅは、液面レベルの下を測定し、それぞれの検出器の測定値を比較することによって、液面レベルの上下を反映する被測定表面の温度変化を検知することができる。

この態様の検出器が、チューブ状包装材料の被測定表面に沿って直列して配設された複数の非接触表面温度測定器からなる。
被測定表面を走査する複雑なコントロールが必要なく、単純な機構で検出器を設置するだけで十分である。
上記態様の他に、検出器が、チューブ状包装材料の被測定表面を走査して温度を検出する単数の非接触表面温度測定器からなる態様でもよい。
図１に示すように、液面レベルの前後若しくは上下を反映する被測定表面を走査して、温度変化を検知することができる１個の検出器４４ｃを設置することもできる。

この液面レベル調整装置の態様において、検出器４４の出力信号に基づいて充填パイプの流量を制御する制御手段４５を備える。
検出器４４は、液面レベルLの上下を反映する被測定表面の温度変化を検知し、この検出器から出力信号が制御手段に送信され、制御手段４５がこの信号基づいて充填パイプの流量を制御するバルブ４６に信号を送信する。この制御にって、液面レベルLを適正なレベルに維持することができる。

上記の態様の他に、加熱手段が、チューブの縦線方向に縦シールするために該包装材料の端部を加熱する予熱装置であってもよく、縦シールの予熱装置を流用することもできる。
更に、別の態様において、加熱手段が、前記予熱装置に供給されたホットエアの一部を使用して、縦シールの予熱装置のホットエアを流用することもできる。

図２に示すように、チューブ状包装積層材料１は、ローラによって案内され、横シール装置１０に送られ、挟まれて横方向にシールされ、横シールされた包装積層材料１は、ナイフなどで切断されて枕状の原型容器１３が形成される。そして、原型容器１３は、最終成形搬送装置によって搬送されて最終の形状に成形され、流動性食品を収容する包装容器１４が完成する。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

この発明の液面レベル調整装置によって、牛乳、ジュース、ミネラルウォーターなどの飲料、流動食品などの包装容器を製造することができる。

この発明による一実施例の液面レベル調整装置を備える包装充填機の要部の断面外観正面図である。 この発明に使用できる包装充填装置の一例のを示す概略斜視図である。 縦シール装置の一例を示す概略斜視図及び予熱手段の一部横断面図である。 従来例の態様の液面レベル調整装置の側面断面図である。

符号の説明

１ 包装積層材料
７ 充填パイプ
４２ 加熱手段
４４ 検出器
４５ 制御手段

Claims (5)

1. ウェブ状包装材料をチューブ状に成形し、該包装材料の両端部でチューブの縦線方向に縦シールし、チューブ状包装材料内に充填パイプから低温の液体食品を充填する包装充填機において、該チューブの内部に低温の液体食品が所定レベルに充填されるように液面レベルを調整する装置であって、
   該ウェブ状包装材料の該液面レベル上方の内表面を加熱して、該ウェブ状包装材料の外表面であって被測定表面の温度を上げる加熱手段と、
   該被測定表面の温度を該チューブ状包装材料の外部から検出する検出器と、
   該検出器の出力信号に基づいて充填パイプの流量を制御する制御手段とを備える、
   ことを特徴とする液面レベル調整装置。
2. 該加熱手段が、チューブの縦線方向に縦シールするために該包装材料の端部を加熱する予熱装置である、請求項１記載の液面レベル調整装置。
3. 該加熱手段が、前記予熱装置に供給されたホットエアの一部を使用する、請求項１記載の液面レベル調整装置。
4. 該検出器が、該チューブ状包装材料の被測定表面を走査して温度を検出する単数の非接触表面温度測定器からなる、請求項１記載の液面レベル調整装置。
5. 該検出器が、該チューブ状包装材料の被測定表面に沿って直列して配設された複数の非接触表面温度測定器からなる、請求項１記載の液面レベル調整装置。