JP2011526852A - 液体食品を包装する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

金型内に配置された加熱されたプリフォームから形成された熱可塑性容器内に、所定量の飲料を供給する方法において、金型内部でのプリフォームの膨張を促進するように、プリフォームの凹み内に少なくとも幾分か飲料成分を注入するステップを含み、金型が容器の形状を画定し、注入ステップ中に導入される飲料の量が少なくとも前記所定量に等しく、容器内に残っている飲料の量が前記所定量に概ね等しくなるまで、導入された飲料成分の前記量の一部を吸出するステップを更に含む方法に関する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高分子材料、特にポリエステルからなる容器を製造する分野に関する。より詳細には、本発明は、ポリエステルボトル、好ましくは、液体、好ましくは水、特にミネラルウォーターを収容するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ボトルを製造する分野に関する。

長年、通常市場で見られるＰＥＴボトルは、圧縮空気を使用するＰＥＴプリフォームのブロー成形又は延伸ブロー成形によって製造されてきた。

プリフォームは、通常、端部の一方が閉鎖され反対側の端部が開放されている円筒管の形態をとる。プリフォームの開放頭部は、容器の首部に対応する。プリフォームから容器を製造する従来のプロセスの間、プリフォームは、連続したコンベヤチェーンの円筒状取付具の上に滑り込み、したがって、コンベヤチェーンは、後続する延伸ブロー成形段階のためにプラスチックを温度調節するように、両側に放射加熱手段が隣接している直線状部分によって実質的に形成された炉内を通るように、プリフォームを移送する。

そして、高温のプリフォームは、取り外されブロー成形機の金型内に移送される。たとえば搬送アームによって行われる移送動作は、一般に回転カルーセルの形態で製造されるブロー成形機の移送動作と連動し、回転カルーセルは、その垂直軸を中心に連続的に回転し、その外周に一続きの同一の金型を支持している。したがって、プリフォームは、開放され先に形成された容器が取り除かれた直後の金型内に配置される。

プリフォームは、延伸ブロー成形によって成形され得るように、金型においてガラス転移温度（約１００℃）を上回る温度であるように事前に加熱される。加熱段階の最後のプリフォームの温度は、加熱場所とブロー成形場所との間に存在する距離にわたって発生する冷却を考慮するように、ブロー成形機の金型内部で必要な温度をわずかに上回る。いくつかの金型が同時に存在するため、こうしたブロー成形機は、１つの金型につき１時間に約１０００〜２０００本のボトル、すなわち１時間に約数万の単位の容器を非常に高速に製造することができる。

延伸ブロー成形は、金属ロッドを使用して延伸し、３〜４バール（３×１０^５〜４×１０^６Ｐａ）の範囲の圧力で空気を注入することによって行われる。空気はノズルで注入され、ノズルの端部は、プリフォームの頭部の開口部から挿入される。

一般に、注入された飲料にその後加えられる圧力は高く、それは、産業プロセスでは高速であることが必要なためである。規定された量を上回る量で中身を完成させることが可能であり、一方でその逆は可能でない限り、容器内にその容器に対して表示された量を上回る量の飲料が導入されることが一般的に行われている。

しかしながら、こうした状況はほとんど満足のいくものではない。それは、その結果として、ボトル毎に、製造業者に食品の損失があるとともに、収容された量の値とこの量の実際の値とが正確に一致しなくなるためである。

この状況において、本発明が解決する技術的問題は、簡単且つ経済的に許容できる方法で、充填のタイプに対して明記された量を保証する産業プロセスを考案することである。

この目的の下で、本出願人は、金型内に配置された加熱されたプリフォーム（例えば概ね円筒状のプリフォーム）から形成された熱可塑性容器内に、所定量の飲料成分を供給する方法において、金型内部でのプリフォームの膨張を促進するように、プリフォームの凹み内に少なくとも幾分か飲料成分を注入するステップを含み、金型が容器の形状を画定し、注入ステップ中に導入される飲料成分の量が少なくとも前記所定量に等しく、容器内に残っている飲料成分の量が前記所定量に概ね等しくなるまで、導入された飲料成分の前記量の一部を吸出するステップを更に含む方法を提案する。

このように定義された方法により、統合された産業プロセスの状況で金型によって画定される容器のタイプに対して意図された量を保証することが可能になる。

吸出ステップは、好ましくは、吸引ポンプ及び容積（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ）センサによって行われる。注入ステップは、好ましくは、加圧アクチュエータ及び容積センサによって行われる。

好ましくは、注入ステップは、プリフォームを延伸ロッドで長手方向に延伸させるサブステップを含み、前記延伸ロッドは中空であり、吸出ステップは、前記中空延伸ロッドを介して飲料のうちの幾分かを吸出することを含む。

これには、本方法が統合された方法で実施されるという利点がある。

有利には、本方法は、吸出ステップ中に吸出される飲料の少なくとも一部を再循環させるステップを含む。

再循環を、注入回路で行うことができ、それにより飲料損失が最小限になる。

一実施形態によれば、また、吸出ステップは真空ポンプによる吸出を含む。

有利には、注入ステップは、熱可塑性プリフォームを延伸させるように設計され且つ飲料注入口に接続されている中空延伸ロッドを介して、少なくとも１種の幾分かの飲料を注入するサブステップを含む。

好ましい特徴によれば、同じ延伸ロッドが、飲料を注入するのに、且つ飲料の前記量の一部を吸出するのに役立つ。

先の特徴と組み合わせることができる１つの特徴によれば、中空延伸ロッドは、中空延伸ロッドを介して少なくとも幾分かの飲料を注入するステップ中に、飲料における乱流を最小限にするために、適合された輪郭を有する。

前記輪郭は内側輪郭、外側輪郭、又は内側輪郭及び外側輪郭の組合せを含むことができる。当業者は、表面の特徴が適合され、それによって乱流の形成が防止されることを理解するであろう。

飲料は、０．２秒間に約５００ｍｌの量で注入される。適合された輪郭により乱流が最小限になり、それにより、より広い動作範囲（ｗｉｎｄｏｗ）でより安定したプロセスを得ることができる。

好ましくは、注入はベル型充填ヘッドによって行われる。

これにより、熱可塑性容器の首部が注入ステップ中に高圧にさらされるために破裂する危険を低減することができる。

１つの有利な態様によれば、延伸ロッドは、その内部容積が、飲料の量の前記一部が低減するように最適化されるように設計されている。

好ましくは、飲料の量の一部は、首部の内部容積まで低減する。

一実施形態によれば、注入ステップは、少なくとも幾分かの飲料を延伸ロッドの内側を通して且つ延伸ロッドの周囲のオリフィスを通して注入するステップを含む。

実際に、注入ステップが、第１の飲料成分を注入するステップと第２の飲料成分を注入するステップとを含むことも有利である。産業の観点から特別な利点があるこれら状況下で、飲料の最終的な調製をボトル内でのみ行うことができる。

最も特に有利なのは、第１の飲料成分の注入が、延伸ロッドの内側を通る注入を含み、第２の飲料成分の注入が、延伸ロッドの周囲のオリフィスを通る注入を含む解決法である。

本発明はまた、金型内に配置された略円筒状の加熱されたプリフォームから形成された熱可塑性容器内に、所定量の飲料成分を供給する装置において、金型内部でのプリフォームの膨張を促進するようにプリフォームの凹み内に少なくとも幾分かの飲料成分を注入する手段を備え、金型が容器の形状を画定し、注入ステップ中に導入される飲料の量が少なくとも前記所定量に等しく、容器内に残っている飲料の量が前記所定量に概ね等しくなるまで、導入された飲料成分の前記量の一部を吸出する手段を更に備える装置に関する。

有利には、この装置は、上記方法のそれぞれの意図されたステップを別個で又は組み合わせて実行するのに適した手段を有することができる。

ここで、本発明を、例示的な実施形態に関連する添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明で動作するのに適している設備の概略図である。 本発明の重要な態様を示す図である。 本発明の状況で使用されるベル型ノズル先端部を示す図である。 本発明の使用の一例によるミネラルウォーターボトルの形成のモニタリングを示す図である。

本明細書で例として示す実施形態は、加熱されたプリフォームからＰＥＴミネラルウォーターボトルを製造するプロセスに関する。プリフォームは、下端が閉鎖された円筒管の形状である。プリフォームの開放頭部は、ボトルののど部又は首部に対応し、その上に閉鎖キャップがねじ込まれる。

図１を参照する。延伸ロッド１０が加圧空気アクチュエータ１５内に挿入される。延伸ロッド１０は、概して述べるならば、カムと関連された空気アクチュエータにより制御され、長手方向動作（図において矢印で示す）が与えられる。延伸用のモータを用いることもできる。

圧縮空気アクチュエータ１５は、注入ヘッド１８を制御するシリンダ１７を備えており、シリンダ１７内を延伸ロッド１０が通過する。注入ヘッド１８は、金型（図示せず）内に配置されたＰＥＴプリフォームの首部２０に連結されており、プリフォームは、膨張した後、ミネラルウォーターボトルの形状をとり、この形状は金型の壁によって確定される。

アクチュエータは３つのチャンバを備えており、上部の２つのチャンバ１５ａ及び１５ｂには圧縮空気が充填されている。これら上部の２つのチャンバの間で、ピストン壁１９が、延伸ロッドに対して平行な方向に摺動する（その変位を矢印で表す）。延伸ロッド１０は、この壁１９の中心を通過する。

圧縮空気アクチュエータはまた、飲料、ここではミネラルウォーター用の側面注入口３０も有しており、それはアクチュエータの第３のチャンバ１５ｃに連結されており、このチャンバは底部チャンバである。飲料は、ライン３２を介して送り込まれる。

外部ミネラルウォーター注入口は、このライン３２の遠隔端部を介して液体を第１のバルブ３４内に供給し、第１のバルブ３４は、充填モータ（その移動を矢印で示す）によって制御されるピストン４２を備える単一チャンバ充填シリンダ４０の開口部に接続されている。このモータは、充填シリンダ４０の単一チャンバ内においてピストンを長手方向に移動させる。

ライン３２には第２のバルブ３６があり、それは、第１のバルブ３４及び充填シリンダ４０の開口部の後方で直列になっている。そして、ライン３２は、圧縮空気アクチュエータ１５の底部チャンバ１５ｃ内に伸びている。

圧縮空気アクチュエータの底部チャンバ１５ｃには、充填ヘッド１８を制御するシリンダ１７が貫通しており、シリンダ１７の内部容積は、圧縮空気アクチュエータ１５の下部出口を通って充填ヘッド１８内に出てくる。制御シリンダは側面開口部２５を有し、それにより、飲料がアクチュエータの底部チャンバと制御シリンダの内側との間を循環することができる。

延伸ロッド１０自体が、制御シリンダ１７内を通って充填ヘッド１８及びボトルプリフォームの首部２０の所まで移動する。

別の実施形態を示す図２を参照すると、加圧アクチュエータ１００は、飲料供給ライン１１０における飲料の圧力を増大させる。容積センサ１２０により、ライン１１０を通して注入される量をモニタリングすることができる。飲料は、ノズル１３０内に導入される。

延伸ロッド１４０は、ノズル１３０の軸に沿って導入される。

吸引ポンプ１５０が、容積センサを介してノズル１３０に接続されているライン１７０に取り付けられている。

ノズル１３０は、金型（図示せず）に面して配置されており、金型内には、膨張し飲料、ここではミネラルウォーターが充填されるＰＥＴプリフォームが配置される。膨張段階の後、ＰＥＴウォーターボトル１８０が形成される。

図３を参照すると、好ましい実施形態によるベル型ノズルの末端部５００が示されている。ノズル内部において、プリフォームの首部の外周の両側における（すなわち、首部の外面５１０及び首部の内面５２０における）内圧及び外圧は、その外周の両側の容積を連結する通路５０５が存在することにより、等しい。充填中、プリフォーム上のフランジ５３０により封止がもたらされる。この装置により、加圧流体がノズルによって注入されている間にプリフォームの首部が変形する危険がない。

別の実施形態によれば、ノズル末端部は、プリフォームの首部の外面５１０を以下のように保持する。すなわち、加圧流体がノズルの最上部を介してプリフォームの凹み内に注入されるとき、流体によりプリフォームの首部の内壁５２０に加えられる圧力が、ベル型ノズル末端部の壁によって保持されることにより補償される。したがって、プリフォームの首部は、高圧にも関らず変形しない。

図４は、延伸ロッドの位置１０１と、膨張したプリフォーム内へのミネラルウォーターの流入を制御する充填アクチュエータの位置１０２との時間による変動を示す。

水平軸は時間を表し、左側の垂直軸は延伸ロッドの位置を表し、右側の垂直軸は、膨張したプリフォーム内に導入された水の量を表し、これは、充填アクチュエータの位置に比例する。

プロセスの第１の部分、すなわち０ミリ秒〜２５０ミリ秒の間、好ましい実施形態によれば、延伸ロッドは本質的に一定速度で前進する。

しかしながら、別の実施形態によれば、プロセスの第１の段階１１０、特に０ミリ秒〜１５０ミリ秒の間、延伸ロッドは、正の加速度のために増大する速度で前進する。プロセスの第２の段階１１５、すなわち１５０ミリ秒〜２５０ミリ秒の間、延伸ロッドは負の加速度で前進し、速度は、２５０ミリ秒でゼロになるまで低減する。しかしながら、速度の変化は、熱可塑性物質の規則正しく且つ確実な延伸を確保するために十分緩やかでなければならないことが理解されよう。

プロセスの開始から２５０ミリ秒後（参照符号１０３）、延伸ロッドはその最終位置Ｐ_ｆに達し、そこからはそれ以上移動しない。

同時に、充填アクチュエータは、膨張したプリフォーム内に量Ｖ_１のミネラルウォーターを導入した。プロセスの開始から（したがって０ミリ秒〜２５０ミリ秒の間に）導入された量は、流速（充填アクチュエータ変位加速度）が漸次増大することにより、漸次増大した。

３２０ミリ秒までのプロセスの第３の段階１２０を構成する、続く瞬間の間、導入される水の総量は一定であり、流速は変化しない。次に、４０ミリ秒の期間にわたり、量は急にわずかに（約４％）低減する。

この瞬間から、導入された総量値は概ねＶ_２で安定し、これは、数回の振動の後に最終的に達し、導入されている液体の流速はゼロである。

プロセスの開始から４５０ミリ秒後から開始してわずかな瞬間の後、充填アクチュエータは最終位置に達し、そこからはそれ以上移動しない。この時点で、充填アクチュエータは、量Ｖ_２のミネラルウォーターを膨張したプリフォーム内に導入した。量Ｖ_２は量Ｖ_１より大きいが、量Ｖ_１の２倍未満である。

前述の装置を使用する方法の間、プリフォームの温度を、事前に５０℃〜１３０℃、又はさらには７５℃〜１００℃の値にする。好ましい実施形態では、この値は９５℃であり、使用するプラスチックはＰＥＴである。

ロッドは、速度が０．５〜３．０ｍ／秒、又はさらには１．０〜５ｍ／秒である。好ましい実施形態では、この値は、１．６ｍ／秒である。

飲料の温度を、事前に１℃〜１２０℃、好ましくは１０℃〜９０℃の値にする。好ましい実施形態では、この値は３０℃である。

熱可塑性物質の長手方向の伸びの比は、２〜５、又はさらには２．５〜４である。好ましい実施形態では、この値は３．５である。

熱可塑性物質の半径方向の伸びの比は、２〜７、又はさらには３〜４．５である。好ましい実施形態では、この値は４である。

熱可塑性物質は、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル及びそれらの組合せからなる群から選択される。好ましい実施形態では、熱可塑性物質はＰＥＴである。

金型の温度は、ＰＥＴの場合は２３０℃である、熱可塑性物質の融点を少なくとも５０℃下回る。好ましくは、この温度は１００℃未満で維持される。好ましい実施形態では、金型の温度は周囲温度と等しい。

当然ながら、本発明は、記載し且つ添付図面に示す実施形態には限定されず、当業者が特許請求の範囲内で想定することができるすべての変形まで広がる。

Claims (16)

1. 金型内に配置された加熱されたプリフォームから形成された熱可塑性容器内に、所定量の飲料成分を供給する方法において、
   前記金型の内部において前記プリフォームを膨張させるために、前記プリフォームの凹み内に少なくとも１種の飲料成分を注入する注入ステップであり、前記金型が前記容器の形状を画定し、該注入ステップ中に導入される飲料成分の量が少なくとも前記所定量に等しい、注入ステップを含み、
   前記容器内に残っている飲料成分の量が前記所定量に概ね等しくなるまで、導入された飲料成分の前記量の一部を吸出する吸出ステップを更に含むことを特徴とする方法。
2. 前記注入ステップが、前記プリフォームを延伸ロッドで長手方向に延伸させるサブステップであって、前記延伸ロッドが中空であり、前記吸出ステップが、前記中空延伸ロッドを介して前記飲料成分のうちの幾分かを吸出するサブステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記吸出ステップ中に吸い出される前記飲料成分の少なくとも一部を再循環させるステップを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記吸出ステップが真空ポンプによる吸出ステップを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記注入ステップが、熱可塑性プリフォームを延伸させるように設計されており且つ飲料注入口に接続されている中空の延伸ロッドを介して、少なくとも１種の飲料成分を注入するサブステップを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 同じ前記延伸ロッドが、飲料成分を注入するために機能し、且つ、飲料成分の前記量の一部を吸出するために機能することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記中空の延伸ロッドが、該中空の延伸ロッドを介して少なくとも幾分かの飲料成分を注入する前記ステップ中に、液体の乱流を最小限にするために適合された輪郭を有することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記輪郭が内側輪郭を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記輪郭が外側輪郭を含むことを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記注入がベル型充填ヘッドによって行われることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記延伸ロッドは、その内部容積が、前記飲料成分の量の前記一部が低減するように最適化されるよう設計されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記飲料成分の量の前記一部が、首部の内部容積まで低減することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記注入ステップが、少なくとも１種の飲料成分を前記延伸ロッドの内側を通して且つ前記延伸ロッドの周囲のオリフィスを通して注入するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記注入ステップが、第１の飲料成分を注入するステップと第２の飲料成分を注入するステップとを含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記第１の飲料成分の前記注入ステップが、前記延伸ロッドの内側を通しての注入ステップを含み、前記第２の飲料成分の前記注入ステップが、前記延伸ロッドの周囲のオリフィスを通しての注入ステップを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 金型内に配置された略円筒状の加熱されたプリフォームから形成された熱可塑性容器内に、所定量の飲料成分を供給する装置において、
    前記金型内部での前記プリフォームの膨張を促進するように前記プリフォームの凹み内に少なくとも１種の飲料成分を注入する手段であり、前記金型が前記容器の形状を画定し、注入ステップ中に導入される飲料の量が少なくとも前記所定量に等しい手段を備え、
    前記容器内に残っている飲料成分の量が前記所定量に概ね等しくなるまで、導入された飲料成分の前記量の一部を吸出する手段を更に具備することを特徴とする装置。

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