JP3712731B2 - 第1及び第2の製品を容器に充填するための包装機の充填装置 - Google Patents
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Description
本発明は、包装機で使用される充填装置に関する。より詳しくは本発明は、容器が包装機の処理経路に沿って運搬される際に容器に第1(primary)の製品及び第2(secondary)の製品を充填するための充填装置に関する。ここで第1の製品はスキムミルクであり、第2の製品はクリームであることができる。
発明の背景
今日の市場には、異なる脂肪含有率を有した多くのミルク製品が出ている。米国では、例えばスキムミルク、1%乳脂肪、2%乳脂肪、及び全乳が入手できる。外国スウェーデンでは、例えば0.1%脂肪のミニミルク、0.5%脂肪のライトミルク、1.5%脂肪の「ミドル」ミルク、及び3.0%脂肪の「スタンダード」ミルクがある。政府の規制は、パッケージに記載された脂肪含有率は正確でなければならないと命じている。したがって、一般にミルクの標準化と称する、保証された確かな脂肪含有率でミルクを製造することが、酪農場での重要な処理ステップである。
標準化処理は伝統的に、異なる2つの方法に従って実施されている。すなわち、槽内でのバッチ標準化か、又は直接インライン標準化である。これら各方法の第1ステップは、全乳をクリームとスキムミルクとに分離することである。「全」乳又は生乳という用語は、約4%の志望含有率を有して酪農場に届けられるミルクに対し使用される。
バッチ標準化を採用する場合、前標準化と後標準化との2つの方法が使用される。前標準化では、ミルクは低温殺菌の前に標準化される。ミルクを生乳の脂肪含有率より高い脂肪含有率に標準化する場合、所望の脂肪含有率を与える比率でクリームがミルクと混合される。標準化が脂肪含有率を低下させる場合、生乳がスキムミルクで希釈される。標準化されたミルクは、脂肪含有率の分析及び正確な脂肪含有率を確保するに必要なあらゆる訂正を行った後に低温殺菌される。
後標準化では、前標準化で行われたと同様にして、脂肪含有率を増加調整するか又は低減調整するかに応じて、低温殺菌されたミルクがクリーム又はスキムミルクと混合される。しかし、後標準化は既に低温殺菌された製品を混合することを含むので、再感染の危険性がある。
前標準化方法及び後標準化方法はいずれも大形のタンクを必要とする。また、製造されたミルクの分析及び脂肪含有率の起こりうる訂正は、労力負担を増加させるものである。
したがって、第2の一般的方法である直接標準化が、長年に渡って魅力ある代案であった。この方法によれば、分離機から得られた所定量のクリームをやはり遠心分離機から得られたスキムミルクに再混合することにより、脂肪含有率が調整される。この再混合は、遠心分離機からのスキムミルク出口に連結されたスキムミルク管路内で生じる。
低温殺菌は一般に、標準化に関連して行われる。全乳は、クリームをスキムミルクから分離するに適した温度まで予熱される。遠心分離機を通過した適量のクリームとスキムミルクとを再混合した後に得られる標準化されたミルクは、その後に加熱及び低温殺菌される。
上記した方法は、予め選択された脂肪含有率を有するミルクの製造に使用される。所望量のミルクが生産される。他の脂肪含有率を有するミルクを生産すべき場合は、システムを新たな設定値及び設定量に調整しなければならない。
前述した様々な脂肪含有率を有する異なるミルク製品は、インライン標準化によって生産できる。パッケージング(包装)は標準化の直後には行われず、ミルク製品は酪農場の大形タンクに中間的に貯蔵される。一般に異なる種類の消費者ミルクは、市場で働く販売者が、異なる脂肪含有率の消費者ミルクの適数のパッケージを注文したときに、最初に包装される。
数十年に渡る発展の間に、包装機の製造業者は、ミルクや他の液体を大形タンクに貯蔵して、屋根形カートン(gable top carton)等の容器を形成し、充填し、かつ封止する様々な方法を考案してきた。今日、最も普及した屋根形カートン用包装機は、カートンブランクをその側面封着後に受け取る。側面封着工程は、カートンブランクの鉛直両縁部を一体に封着して多角形(一般に長方形)スリーブを形成することを含む。スリーブは、割出可能なマンドレルホイールに受承され、マンドレルホイールはスリーブを回転して、マンドレルから外方へ延びるスリーブ端を折曲及び封着してカートン底部を形成する各位置へ配置する。
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脱離され、処理経路に沿って充填ステーションへ運搬される。そこでカートンは、例えば標準化され低温殺菌されたミルクを収容する貯蔵タンクから充填される。充填は、1個の充填管及びノズルを介して行われる。カートンの充填が完了すると、カートン頂部が周知の屋根形に折り畳まれてヒートシールされ、それにより包装工程が終了する。このような原則にほぼ従って作動する周知の包装機の一例は、マーテンソン(Martensson)他の米国特許第3,789,746号に記載される。この種の機械の他の特徴は、米国特許第5,161,938号、第5,011,467号、第5,009,339号、第4,979,728号、第4,964,444号、第4,861,328号、第4,783,088号、第4,759,171号及び第4,493,687号に開示される。上記した全ての特許をここに引用提示する。
包装機の分野でのトレンドは、例えばミルクやジュース等の液体内容物を想定した形式の容器等、極めて多数の同一又は類似の包装容器の迅速な連続充填及び封止を行う高性能機械をますます指向している。包装機の充填装置は、一般にそれが嵩高でしばしば充填が遅い工程であるので、機械の処理量及び寸法に関して重要なものである。さらに、様々な乳脂肪濃度のミルク等、異なる容器内容物の間の迅速な推移が、しばしば困難でかつ労力負担を増すものである。さらに労力負担を増す混合ステップは、互いに混合された最終製品を形成する第1及び第2の製品を容器内容物が含む場合、貯蔵タンクの充填に先立って行われるかもしれない。したがって、1つのパッケージに第1及び第2の製品の双方を迅速かつ効率的な方法で充填する包装機用の充填装置を提供することが所望されている。
発明の要約
容器に第1及び第2の製品を充填するための包装機で使用される充填装置を開示する。この充填装置は、それ自体の入口で受け取った所定量の第1の製品をそれ自体の出口へ送り出す第1ポンプ装置を備える。包装機による容器の充填及び封止が行われる容器処理経路の上に位置する出口を備えた第1充填パイプが、第1ポンプ装置の出口から所定量の第1の製品を受け取るために接続される。充填パイプの出口にはノズルが連結される。
この充填装置はさらに、それ自体の入口で受け取った所定量の第2の製品をそれ自体の出口へ送り出す第2ポンプ装置を備える。第2充填パイプが、第2ポンプ装置の出口から所定量の第2の製品を受け取るために接続される。第2充填パイプは、第1充填パイプ内に同心配置され、やはり容器処理経路上に位置する出口を備える。弁装置は、例えば第2充填パイプ内に同心配置され、第2充填パイプの出口に位置決めされたシール部材を備える。シール部材は、第2充填パイプからの第2の製品の流れを制御するように作動できる。
充填装置の一実施形態によれば、第1の製品はスキムミルクであり、第2の製品はクリームである。スキムミルク及びクリームは、選択された乳脂肪濃度を有するミルクを生産するに必要な比率で、包装容器に分配される。この場合、弁装置及び/又はポンプ装置は、例えばスキムミルクが第1ポンプ装置によって第1充填パイプを通して容器に分配される前に容器へのクリームの分配を開始するように作動できる。或いはまた、所定量のクリームの容器への分配は、スキムミルクの容器への分配を始める前にほぼ完了させることもできる。スキムミルクの分配前に少なくとも少量のクリームを容器に分配することにより、充填速度を向上できる。これはクリームが、容器内で生成されたミルク混合物のあらゆる泡立ちを弱める傾向があるからである。
第1充填パイプは、その一実施形態によれば、低温製品を容器に充填するために使用できる。この適用によれば充填パイプは、それを通して低温製品を分配するために略円筒パイプとして形成され、容器処理経路上に位置する出口を備える。ノズルは充填パイプの出口の外周に沿って連結される。充填パイプは、絶縁パイプ内に同心配置され、それに極めて類似している。このように係合した場合、充填パイプの外周に沿って配置されたノズルの部分は、充填パイプと絶縁パイプとの間にシールを形成して、容器内への凝縮物の滴下を阻止する。さらに、空気等の薄い絶縁層が、充填パイプと絶縁パイプとの間に配置され、それにより絶縁パイプ自体、その外部に沿った凝縮物の形成を殆ど生じない。
充填装置は、分配されるミルクの乳脂肪含有率の使用者による選択を容易にするユーザインターフェイス及び制御装置を備えることができる。これはさらに、様々な弁及びポンプの作動を制御して、使用者の選択に応じた正確な分配を遂行する。充填装置は、使用者がミルクの乳脂肪含有率を特定できるようにするためのユーザインターフェイスを備える。様々な数のユーザインターフェイスがここで好適に使用される。
制御装置は、使用者がユーザインターフェイスから行った選択を受け、第1及び第2の製品の容器への分配を自動制御する。制御可能な充填装置の一実施形態によれば、充填装置は第1及び第2のピストンポンプを使用する。第1ポンプのピストンのストローク長は、容器に分配されるスキムミルクの量を決定する。同様に、第2ポンプのピストンのストローク長は、容器に分配されるクリームの量を決定する。第1充填パイプが、第1ポンプの出口からスキムミルクを受け取るように接続され、また第2充填パイプが、第2ポンプの出口からクリームを受け取るように接続される。前述したように、第2充填パイプは第1充填パイプ内に同心配置され、両充填パイプは容器処理経路上に位置する出口を備える。制御装置は、第1ポンプのストローク長を制御して所定量のスキムミルクを容器に分配し、さらに第2ポンプのストローク長を制御して所定量のクリームを容器に分配する。多くの制御装置構造が、この充填装置で好適に使用される。
充填装置の他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面を参照することにより明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
図1は、充填装置の斜視図である。
図2は、図1の充填装置で使用される充填パイプ組体の側面図である。
図3〜図13は、第2充填パイプ内に同軸状に配置された弁組体の弁棒、シールリング及びナットを示す。
図14及び図15は、製品吸引及び分配の間の充填装置の作動を示す概略図である。
図16〜図18は、すすぎの間の充填装置の作動を示す概略図である。
図19〜図21は、第1及び第2の製品の初期充填の間の充填装置の作動を示す概略図である。
図22及び図23は、装置からの第1及び第2の製品の排出の間の充填装置の作動を示す概略図である。
図24は、消毒の間の充填装置の作動を示す概略図である。
図25は、本発明の充填装置で好適に使用されるポンプ装置の一実施形態を示す断面図である。
図26〜図33は、本発明で好適に使用されるユーザインターフェイス及び制御装置の幾つかの実施形態を示す。
図34〜図40は、ユーザインターフェイス及び制御装置が作動できる幾つかの方法を示す流れ図である。
図41及び図42は、充填装置がスキムミルクの分配を開始する前にクリームの分配を開始できる方法を示すグラフである。
図43は、第1及び第2のポンプの各々に関するピストン速度を時間の関数で示す例示的速度線図である。
図44は、本発明の充填装置で使用されるユーザインターフェイス及び制御装置のさらに他の実施形態を示す。
図面の詳細な説明
図1は、全体として30で示す充填装置の一実施形態の様々な構成要素の斜視図である。図示の充填装置30は、平行な2個の充填ステーション35及び40を備える。それら充填ステーション35及び40は、それぞれのラインの容器の充填及び封止を行う平行な容器処理経路45及び50のそれぞれの上に配置される。充填ステーション35及び40の各々は、後に詳述するように、容器がそれぞれの容器処理経路45及び50に沿って運搬される際に、第1及び第2の製品を各容器に分配する。2個の独立した充填ステーション35及び40が示されているが、単独の充填ステーションを包装機で好適に使用することも提案される。
充填装置30は、スキムミルク等の第1の製品を第1製品貯蔵タンク(図示せず)から受け取るための第1製品入口55を備える。第2製品入口60は、クリーム等の第2の製品を第2製品貯蔵タンク(図示せず)から受け取るために連結される。入口パイプ70及び75は、第1の製品を第1ポンプ装置80へ案内する。第1ポンプ装置80は、後の説明から明らかなようにデュアルピストンポンプを備え、その各ポンプが充填ステーション35及び40の一方にそれぞれ関連付けられる。同様に入口パイプ90及び95は、同様にデュアルピストンポンプを備える第2ポンプ装置100へ第2の製品を案内する。
ポンプ装置80及び100は、それぞれの中間パイプ105、110、115及び120に連結される。中間パイプ105及び110は、第1ポンプ装置80及び第2ポンプ装置100のそれぞれのピストンシリンダから延び、第1及び第2の製品を案内して管組体125に充填する。中間パイプ115及び120は、第1ポンプ装置80及び第2ポンプ装置100のそれぞれのピストンシリンダから延び、第1及び第2の製品を案内して管組体130に充填する。複数の弁装置132、135、137、140、142、145、147、150、155及び160は、充填装置を清掃し、初期充填し、排出するか、又は充填装置に製品充填を行わせるかに応じて、後述する方法でパイプ70、75、90、95、105、110、115及び120に沿った第1及び第2の製品の流れを制御する。それら弁は、米国特許第3,643,679号、同第4,913,185号、及び欧州特許第191192B1号の1つ以上の開示に従って構成できる。装置の衛生的作動を確保するために、各弁は、幾つかの弁移動要素を弁室から真空分離する真空発生器に連結できる。
充填装置30で使用できる図示の様々な製品案内パイプの全てを傾斜させることができる。それにより、装置の排出作業、及び装置の充填時の気泡排除作業を、容易に実行できるようになる。
充填装置30は、既存の包装機で使用される単一製品充填装置と置き換えて使用できる。その場合、全充填装置30の構成要素として支持フレーム体175を付与することが望ましい。例えば図示の充填装置は、イリノイ州バッファローグローブのテトラレックスパッケージングシステムズ社(Tetra Rex Packaging Systems, Inc.)から現在入手可能なモデルTR/7のような包装機に塔載使用できる。
各充填ステーション35及び40における各充填管組体125及び130には、第1及び第2の製品の双方を供給できる。本充填装置で好適に使用される充填管組体125の一実施形態を図2に示す。
充填管組体は、第1充填パイプ180と、第1充填パイプ180に同心配置される第2充填パイプ185とを備える。第1充填パイプ180は、入口190で中間パイプ110から第1の製品を受け取り、第2充填パイプ185は、入口195で中間パイプ105から第1の製品を受け取る。 等の可撓性材料から形成できるノズル200は、出口205で第1充填パイプ180の外周に沿って配置される。ノズル200は、 の米国特許第 号の教示に従って構成できる。
第2充填パイプ185は、第1充填パイプ180内に同心に延び、第1充填パイプ180の出口205の上方に離れて配置される出口210を備える。それにより第1及び第2の製品は、所望の場合、ノズル200を介して容器に分配される前に第1充填パイプ180内で混合できる。
全体として215で示す弁装置は、第2充填パイプ185の出口210からの第2の製品の流れを制御する。弁装置215は、第2充填管185の上方部分に配置されるアクチュエータ220を備える。アクチュエータ220は、ピストンを収容する空気作動シリンダ225を備え、このピストンは、第2充填パイプ185内に同心配置される弁棒230を作動するために連結される。弁棒230は、直交配置できる平形案内部材235を備える。シール部材237は、第2充填管185の出口210に近接して弁棒230上に配置される。シール部材235は、アクチュエータ225が弁棒230及びシール部材237を図示の位置に移動するときに、出口210に係合して第2の製品の流れを第2充填管185から封鎖する。アクチュエータ225は、空気圧作動されて弁棒230及びシール部材237を、シール部材237が出口210から離脱する第2位置に移動し、それにより第2の製品を第2充填パイプ185から流出可能にすることができる。
図3〜図13は、弁棒230及びシール部材237の構成要素を示す。図示のように、シール部材237は弁棒230の張り出し端240に係合する。固定ステム245が張り出し端240から延びる。シール部材237は独立した2つの部材から形成できる。すなわち、例えばステンレス鋼製のナット250と、例えば強化テフロン製のシールリング255とである。組立時に、ナット245は両者間にシールリング255を配置した状態で固定ステム245に係合する。
図8及び図13はナット250及びシールリング255の断面図であって、構造のシールと安定性とをそれぞれ高める各々の構造の異なる外観を示している。例えば、シールリング255は斜角状の表面260を有し、それは第2充填パイプ185の出口210に合うようにされていて、ロッド230とシール部材237とが前述の第1位置にあるときのそれらの間のシールを高める。さらに、ナット250はロッド230とシール部材255とが組立てられた時にシールリングと係合する切削エッジ265を有し、それによって、それらの間の確実な係合を提供している。
充填パイプの外部における凝縮は、充填パイプが冷蔵ミルクのような冷たい製品を分配するのに使用された時に発生する。この凝縮は容器が充填されるのにつれて容器内に滴り落ちることができるので、これにより内容物の衛生が損なわれる。したがって、第1充填パイプ180は図2に示されるように、絶縁パイプ275内に同心に配設され、それとぴったりと合っている。薄い絶縁層280を第1充填パイプ180の外側と絶縁パイプ275との間に配設することができる。第1充填パイプ180の外部の周りに進出しているノズルの部分200は第1充填パイプ180と絶縁パイプ275とのシールを形成している。このようにして第1充填パイプ180上で形成される凝縮がカートン内に滴下することが防止される。さらには、絶縁パイプ275の外部における凝縮は排除されていない場合には低減される、というのは絶縁パイプ275は絶縁層280によって第1充填パイプ180から絶縁されているからである。上記の代替策又は追加策としては、絶縁パイプ275を絶縁材料で形成することもできる。
清掃スリーブ290が絶縁パイプ275の外側に配設され、流体の開口部295及び300を有する。清掃カバー310が清掃スリーブ290の口315に配設されていて、清掃する間に流体の流れを口310から密封する。清掃カバー310は清掃カバー310の部分で連結された複数の弧状のリザーバ320を有し、それはノズル200の中心の下側に配設されている。リザーバ320は第1充填パイプ180と第2充填パイプ185とから流れてくる洗浄液の流れを偏向し、可撓性材料で形成されるようなノズル200が、リザーバを有していないカバープレートによって生起されるバックスラッシュ(backslash)により変形せしめられることが誘起されないようにする。膨張可能な袋(図示しない)を口315とカバー310との間のシールを補助するために用いることもできる。
図14及び図15は、充填装置30の概略的なブロック図であって、製品の吸い込みと充填との間における第2充填パイプのポンプ装置80及び100、弁装置135〜160並びに弁装置215の動作を示している。図示されるように、ポンプ装置80及び100は、それぞれデュアルピストンポンプ350及び355を有し、それらはそれぞれサーボモータのようなモータ360及び365で駆動される。デュアルピストンポンプ350は図25に示すようなポンプとすることが可能であって、それは2個のピストンを同時に駆動することができるように作られている。
製品の充填において、充填装置30は最初に製品の吸い込み動作を実行する。この動作は、図14に示されていて、弁装置132、135、137、155及び160を開いておいて弁装置140、145、147、150及び215を閉弁する又は閉弁を維持することを含むものである。サーボモータ350及び355は各デュアルポンプ350及び355のピストンを作動せしめ、第1の製品及び第2の製品を入口パイプ70、75、90及び95から予め定めた量だけ吸い込む。サーボモータの作動はポンプのピストンに隣接した矢印で示されている。
予め定めた量の第1の製品及び第2の製品が入口パイプ70、75、90及び95を介して、第1貯蔵タンク及び第2貯蔵タンクから吸い込まれた後、充填装置30は図15に示される分配動作を開始する。この動作の間は、弁装置132、137、155及び160は閉じられ又は閉じた状態に維持され、弁装置135、142、147及び215は開かれ又は開いた状態に維持される。サーボモータ360及び365はそれぞれのデュアルピストンポンプ350及び355を隣接した矢印のように作動せしめ、第1及び第2の製品を第1充填パイプ180及び第2充填パイプ185とノズル200とを介して、各容器処理経路45及び50上のパイプの下に配設された容器200に分配する。
図16〜図18は概略的に充填装置30のすすぎを示している。すすぎに先立って清掃カバー310が清掃スリーブ290の口315に配置される。図16に示される最初のステップの間は、交差パイプ500及び510が、弁装置132、137、150及び160を閉じながら、弁装置135及び145を開けることによってすすがれる。
図17に示される第2の製品のすすぎのステップにおいては、弁装置155、160及び215を開き、すすぎ液を入口60に供給することにより第2製品装置がすすがれる。サーボモータ360は第2ポンプ装置を作動するように発動される。すすぎ液は第2製品装置を通って、パイプ520及び530に流入し、最後は弁140及び150を通って第1製品入口55を出ていく。
図18に示される第1の製品のすすぎのステップにおいては、第1製品装置に組み込まれた弁は開かれるが、第2製品装置に組み込まれた弁は閉じられる。すすぎ液は入口60で開口され弁145を通って第1装置に流入する。サーボモータ365は第1ポンプ装置355を作動させるために発動される。すすぎ液は第1製品装置を通って流れ、最後は第1製品入口55を出ていく。すすぎの後に装置が排出される時には、残った液体は排出弁570から出ていく。
図19〜図21は製品の充填工程に先立って充填装置30を第1の製品と第2の製品とで最初に充填する一つの方法を示している。充填工程において、弁142、147及び215は閉じておきながら、最初は弁132、137、155及び160が開かれる。これは、第1装置及び第2装置の上側部分をそれぞれの製品で満たすことを可能にする。図20に示されるように、それから弁装置132及び137を閉じ、弁装置142及び147を開いて、サーボモータ360及び365によってポンプ装置350及び355を発動せしめる。これは第1装置及び第2装置からの空気の除去を容易にするとともに、更に第1製品装置の下側部分を満たすのを容易にする。最後は図21に示されるようになる。サーボモータ360及び365がポンプ装置350及び355を作動させておいて弁装置142及び147が再び閉じられる。
図22及び図23は装置からの第1の製品及び第2の製品の排出を示している。図22においては、第1ポンプ装置355を作動させておいて弁装置132、137及び142を開くことにより第1の製品が排出される。清掃カバー310が清掃スリーブ290の上に配置される。第1の製品は清掃スリーブ290の開口295及び300から第1製品保持タンク580へ転向される。第2の製品は図23に示されるように、同様にして別の第2製品保持タンク590に排出される。
図24は装置の清掃を示している。清掃の間、全ての弁は開かれている。また清掃カバー310も所定位置にある。
図25は現行の充填装置30に使用するのに適したポンプ装置350の一実施形態を示している。ポンプ装置350はベルト駆動部分600、ねじ駆動部分610、ピストン部分620、及びシリンダ630を有する。ベルト駆動部分600は、発動のためにサーボモータ365の軸640に連結されている。そして、軸640はねじ駆動部分610を発動する駆動ベルト650を駆動する。ねじ駆動部分610はサーボモータ365の軸640の回転の方向に基づきピストン部分620を矢印660で示されているように前後方向に駆動するために連結されている。ピストン部分620内のピストン670の動きは、シリンダ630が交番的に入口680を介してシリンダ690を製品で充填し、出口690を介してシリンダ630から製品を排出することを誘起する。膜700がピストン670の周りに配設されていてピストン670をシリンダ630から衛生的に隔離している。このような構造は米国特許第5,090,299号に開示されており、ここに引用提示する。ここに示す実施形態においては、ベルト650が2個のこのようなねじ駆動部とピストン組立体とを駆動し、デュアルポンプ装置となっている。ねじ駆動部とピストン組立体とは平行な関係で配置されている。デュアルポンプ装置の効果的な駆動のため、正しい張力を保持するためにベルトをテンション歯車の周りに配設することも可能である。
図26〜図33は現行の充填装置30に使用するのに適したユーザインターフェイスと制御装置の幾つかのハードウェアの実施形態を示している。図25は、テトラパックTR/7包装機のような既存の機械に使用することができる装置の一実施形態を示しており、それはここに示す充填装置を採用するように改変されている。図25に示されているように全体が800で示されているユーザインターフェイスと制御装置とは、VMEバスラック810を有し、それはプログラム可能なロジックコントローラ(「PLC」)820と、I/Oインターフェイス装置830と、伝達装置(「CMM」)840と、プログラム可能な軸コントローラ(「PAM」)850とを有する。PLC820とI/O830とCMM840とPAM850とは、すべてVMEバスを介して相互に連絡可能である。装置800はまた、制御パネル860と機械コントローラ870とを有し、それはすでに機械の内部に存在していて容器が機械を通って進む際の動き及びシールを制御する。
PLC820は既存の機械コントローラ870と追加されたユーザインターフェイス及び制御装置800との間のインターフェイスを制御する。この様な制御は、例えば、直列の連結ライン880又は類似物を介してI/Oインターフェイス装置830により発生する。既存の機械の内部における充填装置による容器の充填と、容器の処理経路に沿った容器の動きの統括とを確かなものにするために、データを変換することができる。
CMM840は第1及び第2の製品の相対比率、並びに容器の容積のユーザ入力を容易ならしめる制御パネル870と共にインターフェイスとして作用する。キーの押圧はCMM840に伝達され、CMM840はまた、その後の処理のためにキーの押圧をPLC820及び/又はPAM850に伝達する。同様に、PLC820及び/又はPAM850は、使用者に情報を表示するためにCMM840を介して情報を制御パネル860に伝達する。
ソカペル(Socapel)から入手できるようなPAMであるPAM850はライン890と900によってサーボアンプ910と920に連結されていて、サーボアンプ910と920は同じくソカペルから入手できるST−1型のようなサーボアンプである。サーボアンプ910は第1ポンプ355のピストンの動きを1つ又はそれ以上のライン930を介して制御し、サーボアンプ920は第2ポンプ350のピストンの動きを1つ又はそれ以上のライン940を介して制御する。またサーボアンプ910及び920は入力ラインと出力ラインとを有し、ここではライン950及び960で示されていて、第1充填装置及び第2充填装置の入口弁及び出口弁と連結されている。このようにして入口弁及び出口弁の開弁、閉弁及び状態が制御され検出される。
現行の充填装置30内での使用に適した制御パネル860の変形例が図27〜図30に示されている。図27に示されるように、制御パネル860は表示スクリーン950と、側部に沿った複数の縦に配列された選択キー960と、さらに複数の、例えば底部に沿って横に配列された選択キー970とを有する。LCDスクリーン又はCRTが使用者に素早く情報を表示するために使用することができる。図27に示される表示パネルの例においては、使用者は例えば、最初に充填される容器の容積を選択するように指令される。5個の可能な選択が示されていて、それぞれは、特定の容器の容積に対応したスクリーンのラベルに隣接して配置されたキースイッチ960を有する。次に使用者は、図28に示される様に、例えば各容器に充填されるミルクの所望する乳脂肪含有率(すなわち乳脂肪分)を入力するように指令される。再び5個の可能な選択が示され、それぞれは特定の乳脂肪分に対応したスクリーンのラベルに隣接して配置されたキースイッチ960を有する。スクリーン領域980は、例えば各貯蔵タンク内の製品の全容積を示して、機械の状態を表示するのに使用することもできる。水平のキー970は、例えば充填サイクルの始動や、メニューの間のトグル(toggle)に使用することができる。
図29は現行の装置に使用されている別の制御パネル860を示している。この例では、パネル860はタッチスクリーンモニターである。使用者に、例えば所望の容器容積及び乳脂肪分の選択をするようにバーチャルキー900が表示される。
図30はさらに別の制御パネル860を示しており、それは例えばホーナーエレクトロニクス(Horner electronics)で作られ、そこから入手できるHE6930IU367の型のようなスマートパネルである。ここでは例えば、ディスプレイ1000は2ラインの真空蛍光ディスプレイである。ファンクションキーF1〜F12は、例えば記憶された処方を実行するように予めプログラムすることが可能である。その他の多くの表示パネルの形が可能であって、図示されている形は全ての点において例にすぎない。
図31に示されているユーザインターフェイス及び制御装置860の実施形態では、制御パネル860は、例えば工業用パソコン1010(「PC」)による制御のために結合されている。
PC1010は次に、伝達のためにバス1020によってPAM850と連結することができる。バス1020は、例えばVMEバスとされるが、特定のPAMのタイプに適した他のバスでもよい。PAM850は動きの情報を、例えば光ファイバーのリンクを介してサーボアンプ910及び920に伝達する。サーボアンプ910及び920はそれぞれ、第1ポンプ350及び第2ポンプ355内のピストンの動きを制御するサーボモータ360及び365と組み合わせられている。サーボアンプはエラー情報をPAM850に伝達し、PAM850はエラーの発生したときに装置の停止を実行することができる。エラー情報は、さらにPAM850から制御パネル860上に表示するためにPC1010に伝達される。
図32はユーザインターフェイス及び制御装置の別の形を示している。この形においては、プログラム可能なロジックコントローラ(「PLC」)820がPC1010とのやりとりのために接続されている。PLC820はGETファナックオートメーション(GET Fanuc Automation)から入手可能なシリーズ90コントローラとすることができる。PLC820は個々の軸コントローラ1040及び1050とやりとりをし、軸コントローラ1040及び1050はそれぞれサーボアンプ1060及び1070を介してサーボモータ360及び370の動きを制御する。
同様な装置が図33に示されている。しかしここでは、PLC820は制御パネル860と直接にはやりとりをしない。その代わりにこの様なやりとりはPC1010を介して制御される。
多くのユーザインターフェイス及び制御装置が現行の充填装置への使用に適している。これまで図示してきた実施形態はこれらの装置の内の幾つかのものであって、これらの装置の例としてあげただけである。
図34〜図40はフローチャートであって、ユーザインターフェイス及び制御装置の操作のための多くの方向の内の幾つかを示している。
装置の基本的な操作の例は図34に示されていて、そこでは第1の製品はスキムミルクであって、第2の製品はクリームである。図示されるように、使用者は始めにステップ1110において充填される容器の容積又は大きさを選択する。次にステップ1120において、スキム、1%、2%、全乳、クリームというような乳脂肪分を選択する。次に使用者はステップ1130において、さらにオプションで充填される容器の数を選択することもできる。使用者によって入力された容積及び乳脂肪分の情報に基づき、制御装置はステップ1140において自動的に正しいモーションプロファイルを選択するが、それには第1ポンプ355及び第2ポンプ350のピストンのストローク長が含まれている。そして、生産量が満たされるまで、順次続くカートンを充填するためにモーションプロファイルは連続的に実行され、手動停止が検出され、あるいはエラーが検出される。
図35〜図38は使用者の入力によってピストンのモーションプロファイルを選択するための一つの方法を示している。図示された方法によれば、例えばモーションプロファイルはリードオンリーメモリ(ROM)に記憶される。選択可能な容積と乳脂肪分との組合せのそれぞれに対して1つのモーションプロファイルが記憶されている。例えば図35に示されるように、容積1(すなわち1ガロン)が容器の容積として選択された場合には、装置はステップ1150〜1190において選択された乳脂肪分を確定する。選択された乳脂肪分が受入れ可能な入力に対する正しい範囲内にあれば、装置はステップ1200〜1240において正しいモーションプロファイルの1つを選択して実行する。その他の容積の内の1つが選択された場合にも同様なプロセスが続いて行なわれる。
図39は正しいモーションプロファイルを実行するためのその他の方法を示している。ここでは、例えばROM又は類似物に、第1ポンプ355と第2ポンプ350のそれぞれに対して単一のモーションプロファイルを記憶することができる。したがってモーションプロファイルはストローク長の増幅度のような特性を、使用者により選択された容積及び乳脂肪分に基づいて変更することができる。
図40は、例えば図26に示されるユーザインターフェイス及び制御装置800を使用して充填操作を実行する一つの方法を示している。この方法は、例えばソカペルから入手可能なPAMであるPAMに使用されているソフトウェアによって実行される。その方法の図示される実施の形態においては入口弁132、137、155及び160と出口弁142、147及び215とはポンプ350及び355と同様にPAM、サーボアンプ、並びに組み込まれたサーボモータ360及び365により制御される。機械のコントローラに慣れた人には理解できるように、ステップ1250〜1280で引用されているVMコンパレータはPAM形状の部分であるバーチャルマスター(Virtual Master)である。
図41及び図42には2つの異なるモーションプロファイルが示されていて、第1ポンプ355からスキムを分配するのに先立って第2ポンプ350からクリームを分配することを示している。図示のプロファイルは時間の関数としてのピストン位置を2つのサイクルにわたって示している。
図41では、ポンプ350及び355は時刻t1までは吸い込み部分にある。時刻t1からt2では、第1ポンプ355と第2ポンプ350とは休止期間(dwell period)である。時刻t2で第2ポンプ350は休止期間を脱してサイクルの分配部分を開始するが、第1ポンプ355はスキムミルクとクリームとの両方が容器に分配される時刻t3までサイクルの休止期間にとどまる。分配はt4で完了し、新しいサイクルがt5で始まる。t2とt3の間のディレー期間は、所望とあれば、ユーザインターフェイスによってプログラム可能である。このディレーは容器に分配される初期のクリームの量を基とすることも可能である。
スキムミルクの前にクリームを分配する上述の方法の代替策又は追加策として、所望の充填タイミングとスキムミルク及びクリームの分配の間のディレー期間とを実行するために、弁装置142、147及び215を時間合わせした関係で使用することもできる。
図42では、ポンプ350及び355は時刻t1までは吸い込み部分にある。時刻t1からt2では、第1ポンプ355及び第2ポンプ350は休止期間である。時刻t2で第2ポンプ350は休止期間を脱してサイクルの分配部分を開始するが、第1ポンプ355はクリームが完全に、或いは略完全に容器に分配される時刻t3までサイクルの休止期間にとどまる。時刻t3において第1ポンプ355がスキムミルクを容器に分配しはじめる。分配は時刻t4において完了し、新しいサイクルがt5で始まる。
図43は単一の吸い込み/分配サイクルに対して時間の関数としてのピストン速度を示している。
図44は、既存の機械要素の使用を容易にするためのさらなる制御回路が使用されている先に述べたTR/7の様な既存の包装機において用いるためのユーザインターフェイスと制御装置のさらなる実施形態を示している。特に図示の制御装置においては、機械に既存のカム駆動とのインターフェイスのための回路を有している。
異なるカートンの容積に適応させるための包装機の操作の公知の変更方法により、複数のカムを包装機の長さに沿って延伸する単一のカムシャフトの周りに配設することができる。与えられたパッケージ容積に対して、ただ1つのカムのセットのみが機械の移動操作部分を係合する。パッケージ容積が使用者により変化せしめられた時に、カムシャフトはさらなるカムのセットが機械の移動操作部分を係合するまで軸に沿って移動せしめられる。さらなるカムのセットは、機械をさらなる選択されたカートン容積で運転するのに必要とされる動きをおこなう。
図示の装置においては、PAM850は既存の機械コントローラ870に直接に連結されている。先述したST−1のようなさらなるサーボアンプ1300が、先述した図26に示されるサーボアンプ910、920にリングの形状で連結されている。サーボアンプ1300の出力は、1つ又はそれ以上のライン1305によって、カムシャフトを回転させるためにカム駆動モータ1310を駆動するために連結されていて、そのモータは、例えば無音(dumb)モータであって、すでに機械の内部に存在するものである。第1のレゾルバ(resolver)1320がカムシャフトの回転を監視するために配設されていて、その位置を、1つ又はそれ以上のライン1325を介して既存の機械コントローラ870に報告する。第2のレゾルバ1330がカムシャフトの回転を監視するために配設されていて、その位置を、1つ又はそれ以上のライン1335を介してサーボアンプ1300に報知する。サーボアンプはカムシャフトの回転を制御するので、既存の機械の操作を、新たに追加された充填装置により正確に統括することが可能となった。
以上、本発明の好適な実施形態について述べてきたが、当業者は本発明の精神及び範囲から逸脱しないように改変できることを認めるであろう。このように、以上述べてきた好適な実施形態は、全ての点において例示であって、添付の発明の範囲を制限するものではない。したがって、請求項と同等の意味及び範囲内にある改変はすべてここに含まれる。
Claims (4)
- 包装機において容器に第1及び第2の製品を充填するための充填装置であって、
その入口において受け取った前記第1の製品の所定量をその出口に送り出す第1のポンプ手段と、
前記第1のポンプ手段の出口から前記第1の製品の前記所定量を受け取るように連結された第1の充填パイプにして、該第1の充填パイプは容器処理経路上に配置された出口を有しており、前記容器処理経路に沿って前記容器は前記充填装置によって充填され且つ密封されるようになっており、前記容器処理経路は前記第1の充填パイプの方向に対してほぼ垂直になっている、前記第1の充填パイプと、
前記第1の充填パイプの出口に連結されたノズルと、
その入口において受け取った前記第2の製品の所定量をその出口に送り出す第2のポンプ手段と、
前記第2のポンプ手段の出口から前記第2の製品の前記所定量を受け取るように連結された第2の充填パイプにして、該第2の充填パイプは前記第1の充填パイプ内に同心で配置され、且つ前記容器処理経路上に配置された出口を有している、前記第2の充填パイプと、
前記第2の充填パイプからの前記第2の製品の流れを制御するために、前記第2の充填パイプの出口に配設されたシール部材を含む弁手段とを備え、
前記弁手段は、
アクチュエータと、
前記第2の充填パイプ内に同心に配置され且つ前記アクチュエータに連結された弁棒にして、前記シール部材は前記第2の充填パイプの出口の近くにおいて前記弁棒の先端に配置されている、前記弁棒とを含み、
前記シール部材は、前記弁棒の張り出し部において前記弁棒に係合するシールリングと、前記弁棒に連結されたナットとを備え、
前記ナットは前記シールリングに係合するフランジを有し、
前記シールリングは前記弁棒の張り出し部と前記ナットのフランジとの間に配置されていることを特徴とする充填装置。 - 請求項1に記載の充填装置において、更に絶縁パイプを含み、前記第1の充填パイプは、前記絶縁パイプと前記第1の充填パイプとの間に薄いガス状絶縁層が形成されるように、前記絶縁パイプ内に同心で配置され且つ該絶縁パイプと密接に適合されていることを特徴とする充填装置。
- 請求項1に記載の充填装置において、前記ノズルの一部分は前記第1の充填パイプの外周のまわりに配置されており、前記充填装置は、絶縁パイプを含み、前記第1の充填パイプは前記絶縁パイプ内に同心で配置され、且つ該絶縁パイプと密接に適合されて、前記絶縁パイプと前記第1の充填パイプとの間に薄いガス状絶縁層を形成しており、前記第1の充填パイプの外周のまわりに配置された前記ノズルの一部分は、前記第1の充填パイプと前記絶縁パイプとの間のシールを形成していることを特徴とする充填装置。
- 請求項1に記載の充填装置において、前記弁棒は第1及び第2の平坦な案内部を含むことを特徴とする充填装置。
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