JP4656281B2 - カップ・トレイ用シールヘッド - Google Patents

Description

本発明は、無菌充填装置等に於いて用いられるカップやトレイといった容器の蓋材シールを行うシールヘッドに関する。

紙若しくはプラスチック製の容器内に食品等の内容物を充填し、開口部をフィルム状の蓋体でヒートシールすることは従来から広く行われているところである。例えば特許文献１には図５に示すようなシールヘッドが提示されている。ホルダプレートにフランジ部が係合しその容器開口部を覆うように帯状蓋材が配置され、その蓋材と容器フランジ部をホルダプレートと挟むようにシールヘッド機構が配設されている。そして、そのシールヘッド機構はヘッド本体とシールリングとからなるシールヘッドがロッドを介して上下にシリンダ駆動されるようになっている。ヘッド本体には図示されていないヒータが内蔵されておりそのヘッド本体並びにシールリングを加熱する。内容物が充填された容器を蓋材でシールするため、シールヘッドは下方に変位せられ、シールリングのシール面が帯状の蓋材に接触しホルダプレートに係合されている容器のフランジ面にこの蓋材を溶着する。容器のヒートシールは一般にこのような動作で実行される。その際に要求される事項としては開口部周辺が適正にヒートシールされ、容器の密封状態が確保されることは勿論であるが、使用に際しての開封が容易であることも重要とされている。この適正なヒートシールと易開封性とはシール構造の堅固さという観点からすると相反する事柄であり、これを兼備させるということは微妙な加熱を施すことが求められる。また、内容物である食品の保存性を高めるため、この充填密封を無菌状態が確保されたチャンバ内で行うことも知られている。無菌充填シールに際しては容器開口部とフィルム状の蓋材とをヒートシールするためのシールヘッドは腐食性の薬剤で殺菌処理することが求められるところ、従来ヒートシールヘッドの素材として使用されていたアルミニウムは耐薬品性が低いためこれを使うことができない。耐薬品性に優れたステンレスはアルミニウムのように熱伝導度が高くないため、これをシールヘッドの素材として使用した場合、薬剤による腐食問題はないが熱応答性が悪く精度のよい温度制御ができないという新たな問題を生じる。温度制御の精度が悪いということはシール強度が安定しないということにつながり、無菌充填容器としては容器の密封状態確保並びに使用に際しての易開封性確保の面で重大な問題となる。

特開２００３−２６１１０１号公報 「容器ヒートシール装置」平成１５年９月１６日公開 段落番号００１２〜００１８ 図１ 参照 特開昭５５−３８２５６号公報 「容器の易開封型密封機構とその加熱装置」昭和５５年３月１７日公開 特開平１１−３１０２１０号公報 「熱封止装置」 平成１１年１１月９日公開

本発明が解決しようとする課題は、耐薬品性に優れかつ熱伝導性の高い性質を備えたヒートシール用のヘッドを提供することにより、安定したシール状態と易開封性とを共に確保した無菌充填を実現させることにある。

本発明は、無菌チャンバ内で、容器の蓋材シールを行なうシールヘッドであって、滅菌手段が設けられている可動シャフトによって、前記チャンバ外に配置される駆動用のシリンダ部と連結され、かつ、アルミニウム、または銅といった熱伝導度の高い材料で内部を形成し、該熱伝導度の高い材料がヒータを内蔵し、外表面をステンレスまたはチタンといった耐腐食性の材料で被覆され、供給された容器と蓋材をヒートシールする環状のシール面を有するようにした。
また、本発明のヒートシール機構は前記可動シャフトのガイド部材に空洞部が設けられ、該空洞部には滅菌用の加熱蒸気または薬剤が流通可能とされるなどの滅菌手段を設けるようにした。

本発明のヒートシールヘッドは、無菌チャンバ内で、容器の蓋材シールを行なうシールヘッドであって、滅菌手段が設けられている可動シャフトによって、前記チャンバ外に配置される駆動用のシリンダ部と連結されており、その構造として、アルミニウムまたは銅といった熱伝導度の高い材料で内部を形成し、該熱伝導度の高い材料がヒータを内蔵し、外表面をステンレスまたはチタンといった耐腐食性の材料で被覆され、供給された容器と蓋材をヒートシールする環状のシール面を有するようにしたので、腐食性薬品によって殺菌処理されるヘッド表面は耐薬品性が高いと共に、その被覆層は熱伝導度が低いものの内部構造が高熱伝導の素材であるため、熱応答性がよいヘッドとして機能する。したがって、安心できる殺菌がなされると共に高精度の温度制御の下でヒートシールが実行できるため、微妙な加熱を施すことができ安定したシール状態と易開封性とを共に確保した無菌充填を実現させることができる。
また、本発明のヒートシール機構は、前記可動シャフトのガイド部材に空洞部が設けられ、該空洞部には滅菌用の加熱蒸気または薬剤が流通可能とされるなどの滅菌手段を設けるようにしたものであるから、無菌充填装置のヒートシール機構として用いた場合、シールヘッドを無菌ゾーン内で配置使用してもこの滅菌手段が備えられているので外部から菌が進入する心配はない。

図１に本発明のシールヘッドが組み込まれた時の無菌充填システムの全体構成を示す。Ａは無菌ゾーンを構成する無菌チャンバ、Ｂが容器殺菌ゾーンを構成する容器殺菌チャンバ、Ｃが蓋材殺菌ゾーンを構成する蓋材殺菌チャンバである。無菌チャンバＡ内にはエンドレス形態のコンベアーＤが配置され、その移動経路に沿ってまず容器受け入れ口Ｅが配置され、続いて内容物充填部Ｆ、蓋材受け入れ口Ｇ、蓋材シール部Ｈ、蓋材スケルトンの排出口Ｉ、容器排出口Ｊが順次配置されている。また、この無菌チャンバＡ内を常時陽圧状態に保つために無菌空気が供給されると共に、上記の窒素についても無菌窒素が用いられる。

本発明に係るシールヘッドは上記蓋材シール部Ｈに配設される。図中ではシリンダのロッドにヘッド部が設けられたものが４つシリーズで配置されている。この内上流側の２つが本発明に係るシールヘッドであり、３つ目は冷却ヘッドそして４つ目は蓋材の周辺部をカットするトリミングヘッドである。そしてこのシステムではヘッド部が無菌チャンバＡ内に配設されるため、システムの稼働に際して当初に殺菌処理が施される。殺菌処理（ＳＩＰ）と洗浄処理（ＣＩＰ）は図示されていない噴射口からスプレー形態で行われる。ＳＩＰの際に用いられる薬剤が金属腐食性をもつため耐薬品性の高いステンレスがシールヘッド材として用いられてきたが、上述したように熱応答性が鈍く完璧なシールと易開封性を両立させる微妙なシール温度を安定して維持する制御が困難であった。そこで、本発明では従来から容器のシールヘッド材として用いられてきた熱容量の小さいアルミニウムを用いるものとし、その欠点である耐薬品性の低さを耐薬品性の高い材料で被覆することで、その欠点を克服することに想到したものである。勿論耐薬品性の高い材料は熱伝導率がアルミニウムに比べて低いので、被覆する厚みは腐食に耐える分だけの厚みを確保しできるだけ薄く形成するのがよい。

容器の密封と易開封性を両立させるため、シールヘッドを異なる熱伝導材質で構成するものとして、特許文献２が公知である。この発明はシールヘッドの伝熱面を分割して各伝熱回路の熱抵抗を任意に設定できるようにし、容器の開口部における密封接着面の各部を所望の接着強度に形成するもので、これによって容器の開口部が所望の密封性を維持しつつ且つ開封が容易に行われるようにしたものである。従って、課題と構成において部分的に類似するものではあるが、本発明の具体的課題である耐薬品性を持たせることと熱容量を小さくしようという点の思想はなく、異なる技術思想であるというべきである。
また、加熱ブロックに装着されたヒータとシート圧接面との間に、ブロックを構成する金属材料よりも伝熱特性の優れた伝熱部材を配置した構成が特許文献３に記載されている。ヒータとシール面間の熱伝導をよくするという点で一部本発明と類似するが、この発明は樹脂シートを袋体に形成するための熱封止装置に関するもので、シート圧接面の温度分布を適切にして、高いシール強度が得られる熱封止装置を提供することを目的とするものである。従って、本発明のように耐薬品性を高めるといった課題は全く認識されておらず、袋体の熱封止に用いられる長い溝形態の熱封止装置に特有の課題を解決する技術思想である。したがって、この特許文献３のものも異なる技術思想であるというべきである。

本発明のシールヘッドの１実施例を図２に示す。このシールヘッド１はヒータ２を内蔵するアルミニウム部材３をすっぽりと包み込むようにステンレス材４で被覆されている。このステンレス材４は中央部分に凹部を備えたステンレス部材4aとその凹部にアルミニウム部材３を嵌合した後開口部分を閉塞するように被せられるステンレス部材4bとからなる。このステンレス部材4bには容器のフランジ部と対峙するようにシール面５が環状に形成されている。また、このシール面５の近傍までのびるように温度センサとしての熱電対６が配置されている。シールヘッド１の外表面がステンレスとなっているため、無菌充填の稼働前に行われる殺菌のための薬剤噴霧を受けても腐食されることがないと共に、ヒータ２が熱伝達率の高いアルミニウムに内蔵され、厚みの薄いステンレス部材4bに形成されたシール面５を加熱する構造であるため、熱容量は小さく熱応答性がよいものとなる。本発明では熱電対６によって検出される温度に従ってヒータが制御されるが、シールヘッドの熱容量が小さいのでシール面５が直ぐに制御状態に応動して、所望の温度を維持できる。このことが容器の密封状態確保並びに使用に際しての易開封性確保の両方のニーズに安定して応えることができる所以である。
なお、図中10は容器であり、コンベアＤにそのフランジ部が係合された状態でシールヘッド１の位置に搬送され、既に容器10内には内容物が供給されており、その開口部には帯状蓋材９が被された状態となっている。ヒータ２によって加熱されたシールヘッド１はシリンダの駆動により降下し蓋材９をそのステンレス部材4bによってコンベアＤの上面との間で容器10のフランジ部とともに所定時間挟持する。シールヘッド１のシール面はヒータ２の温度制御の下で適温に加熱されており、蓋材９は容器10のフランジ部に溶着される。
この実施例ではヒータ２をアルミニウム３に内蔵させる形態としたが、図３に示すようにヒータ２をステンレス部材4aに内蔵させ、そのヒータ２とシール面５を備えたステンレス部材4bとの間にアルミニウム部材３を介在させて熱伝達路とした構造でも熱応答性のよいシールヘッドを得ることができる。

次に、本発明のシールヘッドを無菌充填ゾーン内に配置するため、駆動用のシリンダ部の可動シャフト部分に滅菌手段が設けられた実施例を示す。図４に示すようにシールヘッド１が無菌チャンバＡ内に配置されると共に、シリンダ部７は外気に触れる領域に配置され、両者を可動シャフト８が連結する。無菌チャンバＡは無菌状態を維持するため、無菌空気または無菌窒素の雰囲気とし陽圧状態を保つことが求められる。無菌シールを実行するシールヘッド部は無菌チャンバＡ内に配設する必要があるが、シリンダ部７は無菌チャンバＡの外に配置することが望ましいことになる。シールヘッド１は無菌チャンバＡ内に、シリンダ部７はそれを駆動するための空気が無菌でないため、排気を考えると無菌チャンバＡの外に配置するとなれば、シールヘッド１の上下動のためその間を連結する可動シャフト８はシステムの稼働中無菌チャンバＡから出入りを繰り返すことになる。可動シャフト８が外気側から無菌チャンバＡに入る際に雑菌を運び込むようなことがあると、無菌充填に支障を来すことになる。そこで、本発明では無菌チャンバ内に配置されるヒートシールヘッドとチャンバ外に配置される駆動用のシリンダ部とを連結する可動シャフトには滅菌手段を設けるようにし、この問題を解決した。

以下に図４に示した実施例の滅菌手段の具体化を説明する。ヒートシールヘッド１と無菌チャンバＡ外に配置される駆動用のシリンダ部７とを連結する可動シャフト８は、無菌チャンバ壁Ａ_１ の外面に固定されたガイド部材11の内周面によって上下動可能に案内されている。このガイド部材11の内周面中央部分には空洞部12が形成されており、該空洞部12には流体の供給口12aと排出口12b とが設けられている。流体の供給口12a から滅菌用の加熱蒸気または薬剤が空洞部12に供給され該空洞部12内を流通して流体排出口12b から排出されるようにしている。したがって、システムの稼働中無菌チャンバＡから出入りを繰り返すことになる可動シャフト８は、上記空洞部12で加熱蒸気または薬剤によって殺菌処理が施されるため、外気側から無菌チャンバＡに入る際に雑菌を運び込むことが防止される。

上記の例では熱伝導度の高い材料としてアルミニウムを採用するものとしたが、これに限定される必要はなく熱伝導率の高いものとして銅を採用してもよい。また、耐腐食性の金属材料としてステンレスを採用するものとしたが、これに限定される必要はなく、同様の物性に有するチタンを採用してもよい。

本発明のヒートヘッドが組み込まれた無菌充填システムの全体構成を示す図である。 本発明に係るヒートヘッドの１実施例を示す図である。 本発明に係るヒートヘッドの１参考例を示す図である。 無菌充填システムに本発明のヒートヘッドを組み込む際の滅菌手段の１実施例を示す図である。 従来のシールヘッド機構を説明する図である。

符号の説明

Ａ 無菌チャンバ １ シールヘッド
Ｂ 容器殺菌チャンバ ２ ヒータ
Ｃ 蓋材殺菌チャンバ ３ アルミニウム部材
Ｄ コンベアー ４,4a,4b ステンレス部材
Ｅ 容器受け入れ口 ５ シール面
Ｆ 内容物充填部 ６ 熱電対
Ｇ 蓋材受け入れ口 ７ シリンダ
Ｈ 蓋材シール部 ８ 可動シャフト
Ｉ 蓋材スケルトンの排出口 ９ 蓋材
Ｊ 容器排出口 10 容器
11 ガイド部材 12 空洞部
12a 流体供給部 12b 流体排出部

Claims (3)

1. 無菌チャンバ内で、容器の蓋材シールを行なうシールヘッドであって、
   滅菌手段が設けられている可動シャフトによって、前記チャンバ外に配置される駆動用のシリンダ部と連結され、かつ、
   熱伝導度の高い材料で内部を形成し、該熱伝導度の高い材料がヒータを内蔵し、外表面を耐腐食性の材料で被覆し、供給された容器と蓋材をヒートシールする環状のシール面を有することを特徴とするヒートシールヘッド。
2. 熱伝導度の高い材料としてアルミニウムまたは銅のいずれかを、耐腐食性の材料としてステンレスまたはチタンを採用した請求項１に記載のヒートシールヘッド。
3. 前記可動シャフトのガイド部材に空洞部が設けられ、該空洞部には滅菌用の加熱蒸気または薬剤が流通可能とされている請求項１又は２のいずれかに記載のヒートシール機構。

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