JP2012532068A - 連結された２空間の間にガス流バリヤを保持する装置および方法 - Google Patents

Abstract

充填機械内で１つの通路の２つの空間（Ｉ，II）の間にガス流バリヤを保持する方法であって、前記通路とはその長さの方向にパッケージ（１０８）を移送するのに使用され、また、前記空間とは第１の殺菌レベルを有する第１の空間（Ｉ）および第２の殺菌レベルを有する第２の空間（II）を含み、ここで
第１の空間（Ｉ）はガス噴射手段（１１６）を含み、
第２の空間（II）はガス排出手段（１２２）を含み、
第１および第２の空間（Ｉ，II）は通路の長手方向に伸長したインターフェース領域内で連結されており、
ガス噴射手段（１１６）から流出する発散噴流を形成する段階を含み、発散噴流がインターフェース領域内で協働してそのインターフェース領域内に第１の空間（Ｉ）から第２の空間（II）へ向かう一方向流れを形成し、このようにしてガス流バリヤを形成する方法である。本発明はまた、この方法を遂行する装置に関するものである。

Description

本発明は、相互に連結された２空間の間にガス流バリヤを保持する装置および方法に関するものである。本発明は、殺菌レベルに関して異なる大気を有する２空間の間の隔離を維持するために特に有用なものであり、また、予め成形した包装容器に食品を充填する充填機械に適用することができる。

上述に関して、予め成形した包装容器とは充填機械において成形される。予め成形した包装容器とは、一般に直ぐに充填できる包装容器とされる形式のもので、一端部にショルダと開口装置とを備え、他端部が開口された筒状のものとされる。そのような包装容器は充填機械内で加熱され、殺菌され、残留殺菌剤の除去のために換気され、そして引き続き充填およびシール処理を行われる。それらの工程段階は、パッケージが通路を通って機械方向に移送される間にパッケージに対して実施される。殺菌という用語は、以下の説明において、殺菌後のパッケージが商業的見地から衛生的であるとみなされる殺菌レベルを達成できることを示すために使用される。殺菌レベルは殺菌時の特性によって、また、シールされる前にパッケージの内部が曝される大気の特性によって決まることは明白である。従って、殺菌に続く工程段階を通る全域において適当な殺菌状態を保持することが必要となる。

パッケージは工程を通して、閉端部によってパッケージを運ぶキャリヤ手段を有するとともに、殺菌段階で始まり、パッケージのシールが終了するまでパッケージ内部を無菌状態の下に保持する必要がある移送構造上を搬送される。充填機械は一般に間欠間歇作動機械とされてパッケージを或るステーションから次のステーションへと前進移送するが、本発明は、以下に説明されるように、パッケージを連続的に流す機械にも使用できる。

本明細書で引用できるパッケージの上述形式の製造、殺菌および充填装置、および対応する方法は、国際出願ＷＯ２００４／０５４８８３号公報に開示されている。その出願では、殺菌条件を保持する以下の２つの一般に使用されるやり方が開示されている。すなわち、
１）殺菌区域に汚染空気が侵入することを避けるために、周辺区域の圧力よりも殺菌区域の圧力を高圧に維持すること。
２）包装容器の内部の再汚染を避けるために、包装容器の開端部からその容器の閉端部へ向かう殺菌剤の一方向の流れを形成すること。
そのために、この従来技術装置の殺菌区域は、その殺菌区域の頂部における気体殺菌剤の流れを制御する手段と、その殺菌区域の下部における殺菌剤を排出する手段とを含んでいる。

殺菌区域に続く（機械の下流方向）区域では、殺菌剤に代えて無菌空気を使用する類似技術によって無菌状態の保持を達成することができる。

機能的ではあるが、一方向の流れを形成するには大量の空気流が必要となり、必然的にファンおよびフィルタなどの補助機器を相応に大容量にしなければならない。低速流は実際のところ大きな穿孔板を通して空気を噴射させることで形成されており、この穿孔板は機械の洗浄時に外部にて手作業で洗浄しなければならない。これは明らかにきつい作業である。また、低速流は流れの乱れの影響を受け易く、隣り合う区域の流れパターンを制御すべき必要性を与える。

従って、これに代わるもの、および幾つかの概念における無菌状態保持のための改良装置および方法のための余地があり、これが本発明で提供するものである。

国際出願ＷＯ２００４／０５４８８３号公報

本発明は、従来技術に関連して明確な利点を有する新規な方法、並びにその方法を遂行するために設計した新規な充填機械によって、上述の問題に対処する。この方法は請求項１に記載され、また、この装置は請求項７に記載されている。従属請求項には対応する特定の実施例が記載されている。

上述した種類の機械において、機械の広い部分、特にキャリヤ手段を備えた移送構造を無菌状態に常時維持するには全体的に複雑で厳しい作業が必要となることが想定される。何故なら、キャリヤ手段はその移動に際して無菌区域および非無菌区域を通過するからである。従って、パッケージが移動する通路は２つの副空間、すなわち、包装容器の開端部および前記開端部から伸長した本体の一部分を含む無菌空間と、基本的には上述の２）に関連して説明した効果を達成するためにキャリヤ手段を含む包装容器の反対端部の非無菌空間とに作動的に分けることができる。それら２つの副空間の間に連続したインターフェース領域を維持することで、殺菌処理以降も包装容器の内部の無菌状態を保持することができる。本発明は、充填機械内で１つの通路の２つの空間の間にガス流バリヤを保持する方法であって、前記通路はその長さの方向にパッケージを移送するのに使用され、また、前記空間は第１の殺菌レベルを有する第１の空間および第２の殺菌レベルを有する第２の空間を含み、ここで
第１の空間はガス噴射手段を含み、
第２の空間はガス排出手段を含み、
第１および第２の空間は通路の長手方向に伸長したインターフェース領域内で連結されており、また、
ガス噴射手段から流出する乱れた発散噴流を形成する段階を含み、ガス発散噴流がインターフェース領域内で協働してそのインターフェース領域内に第１の空間から第２の空間へ向かう一方向流れを形成し、このようにしてガス流バリヤを形成する前記方法を提供することによって問題を解決するものである。

本発明は、インターフェース領域内の流れ方向が適当である限り第１の空間内の流れを好ましい何れの方向にも向けることができるという事実を活用する。ガス噴射手段からの高速流はかなり大きい運動量を持つことになり、また、その区域または隣接する区域内の他のメカニズムにより生じる流れの乱れに対して、穿孔板で発生された一方向流れのように容易に影響を受けることはない。そのようなメカニズムとは、殺菌区域内でのパッケージの中への殺菌ガスの噴射、または換気区域内での換気ガスの噴射などである。本発明は、全空間内に一方向流れを形成することや、全空間内に過剰圧力をかけることもなく、ガスバリヤを容易に形成できるようにする。本発明の方法は、必要とするガス噴射手段の個数も抑えることになる。流れの層流化および均質化を図るために従来技術の穿孔板の使用では非常に多数のガス噴射穴を必要としたが、本発明の方法は区域内で１個のパッケージ当たりたった数個のガス噴射手段しか使用しないで済む。

１以上の実施例において、パッケージの開端部は第１の空間を占め、反対端部が第２の空間内に配置されたキャリヤ手段によって運ばれる。パッケージの内部の無菌または殺菌状態を保証するために、パッケージの外面全体を無菌状態に保持する必要はない。パッケージ内部、および内部と外部との境界に隣接する領域が無菌または殺菌状態に保持されることで十分である。一方においてこの領域は、適当な殺菌と再感染防止を保証するために、明確に定義され且つ十分な大きさを有していなければならない。第２の空間内にキャリヤ手段が配置されることで、それらを殺菌する必要性がなくなり、このことは殺菌状態を簡単に保持できるようにする。

１以上の実施例によれば、インターフェース領域を定め且つそれを小さくする流れ抑制器が第１および第２の空間の間に配置される。この流れ抑制器は明確に定められた位置で乱流を安定化させるので、ガス流バリヤの形成を容易にするであろう。流れ抑制器は、機械方向に直角に砂時計形状の横断面を通路に与える窪みとして、各々の対向する通路壁に備えることができる。砂時計形状における括れ部は、第１および第２の空間の間のインターフェース領域をパッケージが通過できる最小限にする寸法とされ、また、乱流を安定化させるように設計される。強調すべきは、パッケージは充填機械への途中で廃棄され得るので幾つかのパッケージキャリヤが空になり得るということ、および、ガス流バリヤはパッケージがインターフェース領域に存在しようがしまいが保持されねばならず、また、流れ抑制器はその保持を助成するであろうということである。

１以上の実施例において、ガス噴射手段は通路の最上部に形成される円形開口を含む。円形開口を使用することは、その方法を遂行する機械が製造されるときの工程の観点から有益である。ガス噴射手段の位置および構造も特に有利となる。ガス噴射手段は、別個の構成要素を組み立てて形成されると言うよりも、実際の通路の構造要素を形成する。このことは、上流側に複雑且つ大型の空気給送システムを配置することが必要であり、しかも、洗浄時にしばしば取外して手作業で洗浄しなければならない穿孔板を使用する従来技術の対処法と対比できる。本発明の対処法においては、ガス噴射手段は導管を通して殺菌空気を簡単に供給される。また、簡単なスイッチバルブを使用することで洗浄を容易化できるのであり、機械の自動洗浄を行うときに１つのバルブを簡単に駆動してガス噴射手段に通じた導管に洗浄液を流入させることで、ガス噴射手段全体が洗浄されることになる。

１以上の実施例において、ガス噴射手段は通路の長手方向の中心軸線に沿って対称的に伸長する２本の線に沿って、固定的な関係のもとに配置することができる。また、他の実施例において、ガス噴射手段は移送方向に長いスリットを有し、区域全体におけるガス流バリヤを保持するために２本のスリットを使用することができる。

本発明はまた、本発明の方法を遂行するために設計された上述と同じ利点を与える装置に関するものである。充填機械において、長手方向にパッケージを移送するための１本の通路における第１の殺菌レベルを有する第１の空間および第２の殺菌レベルを有する第２の空間で成る２つの空間の間にガス流バリヤを保持する装置であって、
第１の空間はガス噴射手段を含み、
第２の空間はガス排出手段を含み、
第１および第２の空間は通路の長手方向に伸長したインターフェース領域内で連結されており、
ガス噴射手段がガスの乱れた発散噴流を噴出して、これによりガス発散噴流がインターフェース領域内で合わさってそのインターフェース領域内に第１の空間から第２の空間へ向かう一方向流れを形成し、このようにしてガス流バリヤを形成することを特徴とする装置である。

１以上の実施例において、２つの空間は、空間の間のインターフェース領域における流れパターンを改善するように、通路の長手方向に直角な方向に縮小された横断面を有する通路の一部分で連結されることができる。

第２の空間はパッケージをその閉端部にて搬送するキャリヤを含む、または収容し、また、ガス噴射手段はインターフェース領域から離れた第１の空間の最上部に形成されるノズルを含む。

方法に関連して説明したように、ノズルは通路の最上部に形成される円形開口を含むことができ、また、ノズルは通路の長手方向の中心軸線に沿って対称的に伸長する２本の線に沿って固定的な関係のもとに配置されることができる。

上述した特徴は、組み合せて、または別々に使用することができる。

直ぐに充填できるパッケージを充填するのに使用される従来技術の充填機械の一部横断面とした概略斜視図である。 第１の実施例による充填機械の移送方向に直角な概略断面図である。 本発明の第２の実施例による充填機械の図２に類似の横断面図である。 本発明の方法に従って作動する充填機械の横断側面図である。 本発明の方法を示すフローチャートである。

図１は既述の出願ＷＯ２００４／０５４８８３に開示されているように、従来技術の充填機械を図示している。装置１は加熱区域２、殺菌区域３および換気区域４を有しており、また、装置には充填区域５が連結されている。図１に見られるように、区域２〜５は区域間に配置された隔壁６，７で互いに分離されている。各隔壁６，７には開口６ａ，７ａが形成されている。パッケージ８は区域２〜５を通過するコンベヤベルト１０のホルダー９に配置される。パッケージ８は閉端部１１を下にして開端部１２を上方へ向けて直立する。

加熱区域２には、その頂部に、高温のろ過済み空気を導入するノズル装置（図示せず）が配置されている。加熱区域２の底部には、高温空気を吸引する出口（図示せず）が配置されている。

同様に、殺菌区域３の頂部に過酸化水素ガスを導入するノズル（図示せず）が配置されている。殺菌区域の底部に過酸化水素を吸引する出口（図示せず）が配置されている。

換気区域４もまた頂部に高温殺菌空気を導入する図（図示せず）を有する。換気区域４の底部に高温空気を吸引する出口（図示せず）が配置されている。

加熱、殺菌および換気区域２〜４と同様に、充填区域５はその頂部２７に殺菌空気を導入するノズル２６を有する。

充填機械はまた、殺菌に使用する過酸化水素ガスを発生させるためのガス発生ユニット、並びに殺菌区域から吸引した過酸化水素ガスを減成するための触媒ユニットを有する。

図２は本発明の第１の実施例を示しており、充填機械の充填区域におけるパッケージの移送方向に直角な概略横断面を示す。パッケージ１０８は移送ライン１１５に取付けられたキャリヤ１１４によって運ばれる。円形ノズル１１６とされた２列のガス噴射手段がこの区域の頂部に配置されている。各ノズル１１６から噴射された空気は、ノズル開口から伸長する点線で示すように、下方に向けて発散流を形成する。流体力学の観点から、この流れは強い乱れではないとしても乱れており、ここでは詳細に説明しない。１つの実際例において、出口速度は１０〜２０ｍ／ｓの範囲、例えば１３ｍ／ｓで、ノズル穴径は４ｍｍとされ、すなわち乱れの領域内または遷移領域内にある。１点鎖線は、それより上側の第１の空間と、下側の第２の空間とのインターフェース領域の近似位置を示している。当該例において、ノズル１１６は２列に配置され、隣接ノズル１１６の中心間距離は焼く２０ｍｍである。インターフェース領域内においては常時一方向流れが形成され、第２の空間（II）から第１の空間（Ｉ）への物質移動を防止するガス流バリヤを効果的に形成する。このようにして、無菌または殺菌状態の第１の空間は無菌または殺菌状態を維持し、第２の空間内の気体から隔離された状態となる。インターフェース領域の高さ位置（図２において上下方向）は、パッケージ１０８の有無、並びにパッケージ１０８の移動によって変化するが、インターフェース領域内の流れは常時保持されることになり、これにより固定的で信頼できる高さ位置が定められ、その上側では、気体並びに機械およびパッケージの表面が殺菌または無菌状態を保持される結果となる。ノズル１１６は、対称的な構成を形成するように配列して配置され、一般には対にしてノズル１１６が配置される。図面では、各パッケージの割り出し位置に１組のノズルが示されており、さらに現在の稼動装置においてノズル１１６はさらに短い相互間距離で配置され、これにより平均して２対以上のノズル１１６が割り出し位置のそれぞれに配置されている。形成された流れは比較的高速の流れであるので、従来技術の方法のようには流れの干渉が容易に影響することはない。例えば、本発明の概念を充填機械の充填区域に適用するとき、パッケージ１０８に製品を充填する流れによって発生される干渉流は、インターフェース領域内の連続するガス流バリヤに影響しないであろう。換気領域等の隣接領域からの干渉流は、ガス流バリヤの保持に影響しないであろう。ガス排出手段１２２はガス排出駆動のために第２の空間に配置され、これらは充填機械内の正味流量を釣合わせるために使用される。

図３は第２の実施例を示す。この実施例では、流れ抑制器１１８，１２０が通路内に配置されている。この方法でパッケージ１０８の周囲の何もない空間体積が減少される。これは、ノズル１１６を通る発散噴射の空気をより少量にすることができ、また、パッケージ１０８が存在するとき、パッケージ１１６が存在しないとき、並びにパッケージ１０８が移動する間のガスバリヤを容易に得られるようにする。ノズル１１６の発散状態は、既知のやり方で幾何学形状を変化させることで変化できる。流れ抑制器は、ノズル１０８の列の外側に（ノズル間の仮想中心線に関して）安定した再循環区域を形成することになり、これは湾曲した点線矢印で示されている。

図４は本発明の方法を遂行する充填機械の概略側面図である。矢印は機械方向を示しており、パッケージは間歇的に、または連続して移動することができる。

要約すれば、本発明の幾つかの利点は、機械に要求されるスペースに関して最適化できること、また、既存のシステムに比べて使用スペースを大幅に小さくできることを含む。このことは、例えば、本明細書で先に説明したが、充填システムの設計および外部洗浄を容易にする。機能性は保持されるので、最小限の洗浄作業しか必要としないように設計できる。如何にして従来技術の方法が穿孔板の手作業洗浄を必要とするかを記載した。本発明の技術によれば、ノズル１１６の洗浄は、噴射システムを通して空気の代わりに洗浄流体を噴射することで容易に遂行できる。本発明の機能は、過剰圧力を掛けることなく保持することができ、また、比較的少ない空気流量しか必要としない。これに代わり、強力な干渉流が存在する環境のもとで使用することができる。複雑性の低い設計の幾つかの直接的な利点は、製造時の簡単な組み立て、保守時の停止時間の短縮等である。

最も簡単な設計では、ノズル１１６は円形横断面を有し、チャンバの天井部に機械加工された開口として配置される。円形横断面を有する開口は容易に機械加工でき、また、対称的な流れパターンを形成する。しかしながら、当業者には、ノズルは特許請求の範囲に記載された本発明の概念から逸脱することなく何れかの適当な形状を有することができる。

本発明は充填または包装機械に適用できるが、それらのさらなる詳細については、本願と同日に同じ出願人によって出願された多くの対応するスエーデン国特許出願に記載されており、それらの記載内容を本明細書の記載として援用する。そのためにさらなる詳細を以下に示す。

包装容器の内部の処理時に使用できるノズルが、「パッケージをガス処理する装置および方法」（ＳＥ−０９００９０６−９）と題する出願明細書に開示されている。

殺菌領域で殺菌剤の最適な濃度を得る方法が、「パッケージを殺菌する装置および方法」（ＳＥ−０９００９０７−７）と題する出願明細書に開示されている。

無菌状態を保持する装置および方法もまた、「通路の２つの空間の間にガス流バリヤを保持する装置および方法」（ＳＥ−０９００９１３−５）に開示されている。

充填区域および換気区域の噴流中に吸込み空気が存在することを保証するシステムが、「包装容器を処理するシステム」（ＳＥ−０９００９１２−７）と題する出願明細書に開示されている。

換気区域および充填区域の噴流に対する吸込み空気の供給源として使用できる浄化済み空気および充填区域の余剰空気を準備する装置が、「浄化済み空気を準備する装置」（ＳＥ−０９００９０８−５）と題する出願明細書に開示されている。

充填または包装機械の幾つかのさまざまな概念が、「包装機械および包装方法Ｉ」（ＳＥ−０９００９０９−３）および「包装機械および包装方法II」（ＳＥ−０９００９１０−１）と題する出願明細書に開示されている。機械内で噴射空気流に吸込み空気を供給するシステムが、「包装容器を処理するシステム」（ＳＥ−０９００９１２−７）と題する出願明細書に開示されており、上述したように、その関連部分の記載内容を本明細書の記載として援用する。

Claims (12)

1. 充填機械内で１つの通路の２つの空間（Ｉ，II）の間にガス流バリヤを保持する方法であって、前記通路はその長さの方向にパッケージ（１０８）を移送するのに使用され、また、前記空間は第１の殺菌レベルを有する第１の空間（Ｉ）および第２の殺菌レベルを有する第２の空間（II）を含み、ここで
   第１の空間（Ｉ）はガス噴射手段（１１６）を含み、
   第２の空間（II）はガス排出手段（１２２）を含み、
   第１および第２の空間は通路の長手方向に伸長したインターフェース領域内で連結されており、また、
   ガス噴射手段（１１６）から流出する発散噴流を形成する段階を含み、発散噴流がインターフェース領域内で協働してそのインターフェース領域内に第１の空間（Ｉ）から第２の空間（II）へ向かう一方向流れを形成し、このようにして第２の空間（II）から第１の空間（Ｉ）へ向かう逆方向の流れを防止するガス流バリヤを形成する方法。
2. パッケージの開端部が第１の空間を占め、反対端部が第２の空間内に配置されたキャリヤ手段により支持される請求項１に記載の方法。
3. インターフェース領域を定め且つ縮小させる流れ抑制器が第１および第２の空間の間に配置される請求項１または請求項２に記載の方法。
4. ガス噴射手段が通路の最上部に形成された円形開口を含む請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法。
5. ガス噴射手段が通路の長手方向の中心軸線に沿って対称的に伸長する２本の線に沿って固定的な関係状態のもとに配置される請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法。
6. ガス噴射手段が移動方向に長いスリットの形状をしており、これにより２本のスリットがガス流バリヤの保持のために使用できる請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法。
7. 充填機械において、長手方向にパッケージ（１０８）を移送するための１本の通路における第１の殺菌レベルを有する第１の空間およびそれより低い第２の殺菌レベルを有する第２の空間で成る２つの空間の間にガス流バリヤを保持する装置であって、
   第１の空間は上部にガス噴射手段（１１６）を含み、
   第２の空間はガス排出手段（１２２）を含み、
   第１および第２の空間は通路の長手方向に伸長したインターフェース領域内で連結されており、
   ガス噴射手段がインターフェース領域へ向けてガスの乱れた発散噴流を噴出して、これによりガス発散噴流がインターフェース領域内で合わさってそのインターフェース領域内に第１の空間から第２の空間へ向かう一方向流れを形成し、このようにして第２の空間から第１の空間へ向かう逆方向の流れを防止するガス流バリヤを形成することを特徴とする装置。
8. パッケージの移動方向に直角な方向において縮小された横断面を有する通路の一部分で２つの空間が連結される請求項７に記載の装置。
9. パッケージを閉端部でもって搬送するキャリヤを第２の空間が含む請求項７または請求項８に記載の装置。
10. ガス噴射手段がインターフェース領域から離れた第１の空間の最上部にノズルを含む請求項７から請求項９までのいずれか一項に記載の装置。
11. ノズルが通路の最上部に形成される円形開口を含む請求項１０に記載の装置。
12. ノズルが通路の長手方向の中心軸線に沿って対称的に伸長する２本の線に沿って固定的な関係のもとに配置される請求項１３または請求項１４に記載の装置。

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