JP4965792B2 - 流動性の食品を包装するための機械 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、流動性の食品を包装するための機械に関する。
【0002】
(背景技術)
フルーツ・ジュース、ワイン、トマト・ソース、低温殺菌牛乳または長期保存用(UHT)牛乳などの流動性の食品を包装するための機械は、長手方向に密封されたウェブによって画定されるパッケージ材料の連続したチューブからパッケージが形成されることで知られている。
【0003】
パッケージ材料は、ヒート・シール・プラスチック材料、たとえばポリエチエレンの層で両側を覆われた紙の材料の層を備える多層構造を有し、UHT牛乳などの長期保存用製品用の無菌パッケージの場合、たとえば、アルミニウム・フィルムによって画定されたバリア材料の層も備える。この層は、ヒート・シール・プラスチック材料の層上に重ねられて、食品と接触するパッケージの内面を最終的に画定するヒート・シール・プラスチック材料の別の層でカバーされる。
【0004】
無菌パッケージを作成するために、パッケージ材料のウェブが、リールから繰り出され、過酸化水素などの殺菌剤をたとえば加えることによって殺菌される無菌チャンバを通って供給される。殺菌剤は、その後に加熱によっておよび/またはパッケージ材料を適切な波長および強度の放射線に曝すことによって蒸発させる。殺菌されたウェブは、その後円筒に折り曲げられ、知られている方式で長手方向に密封されて、連続した鉛直な長手方向に密封されたチューブを形成する。パッケージ材料のチューブは、言い換えれば、無菌チャンバの延長を形成し、流動性の食品を連続的に充填され、その後、形成および(横方向の)密封をするユニットへ供給されて、個別のパッケージを形成し、その上で数対のジョーがチューブを横方向に把持および密封して、ピロー・パックにする。
【0005】
ピロー・パックは、その後、パック間の密封部分を切断することによって分離され、最終折曲げ位置へ供給され、そこで機械的に折り曲げられて、完成したパッケージの形状にされる。
【0006】
形成プロセスは、材料製造プロセスの一部として、あらかじめ形成された折り線に沿ってパッケージ材料を折り曲げることを含んでいる。
【0007】
材料製造プロセスは、通常、材料が形成される様々な層を作成するためのラミネート・ステップと、各パッケージを作成するために使用される材料の長さに等しいピッチで材料に沿って周期的に繰り返すグラフィックまたはデザインを印刷する、いくつかの印刷ステップと、完成した材料に、または少なくとも紙の層を備える材料層の部分集合だけに行われる上述の折り目加工ステップとを含む。穴もまた、気密で無菌である密封を確実にすると同時に、容易に穿孔できるバリア材料によって閉じられた、いわゆる「事前にラミネートされた」穴を形成するために、バリア材料の連続した層でカバーされる前に紙の層内に形成されるとして知られている。紙の層内の穴は、好都合には、折り線用のものと同じ工具を使用して形成され、この場合、バリア材料は後でラミネートされる。
【0008】
事前にラミネートされた穴を有するパッケージ材料は、ストロー、またはたとえば蝶着された蓋またはねじキャップを備えるタイプの開口装置を有する無菌パッケージ用に使用される。
【0009】
パッケージ材料製造プロセスでの様々な動作は、位置合わせマークとして、第1の印刷ステップ中に材料上に印刷された光学的位置合わせコードを使用して行われる。
【0010】
同じコードは、通常、様々なワーク用ステーションを通る材料の供給を制御するために形成機械上でも使用される。より具体的には、知られているように、いわゆる「デザイン修正」デバイスが、形成中のパッケージ上に働いて、材料を供給方向へ可変に「引き出し」、パッケージ上のデザインを位置合わせして機械的形成動作が確実に実行されるようにする。
【0011】
しかし、材料の製造公差は、折り線に関しての光学的位置合わせコードの位置誤差という結果になり、そのため、(光学的位置合わせコードを基にした)デザイン修正デバイスの頻繁な手動調節が、形成部材が折り線に関して、材料に不正確に影響し合うのを防ぐために必要となる。
【0012】
知られているパッケージ機械では、ウェブの横方向縁部は完全に直線ではないこと、および次々にチューブを噛む数対のジョーによって生み出される作用のため、パッケージ材料のチューブの角位置は、使用中所望の角位置に対して様々であってよい。
【0013】
このことは、長手方向および横方向の密封の品質に、およびパッケージが形成される精度に負の影響を有するため、知られている機械は、チューブの角位置を手動で調節するためのデバイスを備える。しかし、このようなデバイスは、かなり時間を消費し、結果として製造の損失を伴う機械の停止を含むことがある。パッケージ材料のチューブの角位置を自動的に調節するためのシステムもまた提案されてきたが、長手方向の密封の位置を決定するために専用のセンサの使用が必要である。
【0014】
(発明の開示)
知られている機械に通常付随する上述の問題点を解決するように設計された、流動性の食品を包装するための機械を提供することが本発明の目的である。
【0015】
本発明によると、ウェブを長手方向に折り曲げて連続したチューブを形成する長手方向折曲げユニットと、前記チューブと周期的に相互作用して、等間隔にされた横方向バンドに沿ってチューブを密封する少なくとも2対のジョーを有する形成ユニットと、前記チューブの供給を制御し、また、前記チューブの長手方向位置を修正するための手段と、前記チューブの角位置を修正するための手段とを備える制御デバイスとを備え、前記パッケージ材料が、デザインと、前記形成ユニット上のパッケージ材料での折曲げを補助する一連の折り線とを備える、パッケージ材料の連続するウェブから形成されたパッケージ内に流動性の食品をパッケージするための機械であって、前記チューブの供給を制御するための前記制御デバイスが、前記材料上に形成され、前記折り線と位置合わせされた、光学的に検知可能な要素の位置を検知するための検知手段と、前記検知手段によって検知された、前記光学的検知可能な要素の長手方向および横方向位置それぞれの誤差に応じて、前記チューブの長手方向位置を修正するための前記手段と、前記チューブの角位置を修正するための前記手段とを制御するための手段とを備えることを特徴とするパッケージ機械が提供される。
【0016】
折り線と位置合わせする位置基準を基にしてパッケージ材料のチューブの位置を制御することは、不完全な密封品質および形成プロセスにより、折り線が完全にデザインと位置合わせされないという結果になることがある、どんな製造公差も防止する。
【0017】
パッケージの縁部を基準として使用する、パッケージ上での連続した動作もまた、穴を覆う開口デバイスを付着するときのように、折り線と位置合わせする位置基準を基にしてパッケージの形成を制御することよって正確に行われる。
【0018】
したがって、本発明は、完成したパッケージの品質を改良し、機械の手動調節を減少させることを提供する。
【0019】
本発明の好ましい実施形態では、材料内の事前にラミネートされた穴の位置が、パッケージ材料のチューブの位置を検知するための要素として使用される。穴の位置は、記憶された基準位置と比較され、いかなる長手方向および横方向の誤差も、それぞれ材料の供給およびチューブの各位置を修正するために使用される。
【0020】
事前にラミネートされた穴を位置検知要素として使用することによって、チューブの長手方向および横方向位置の両方を1つのセンサを用いて制御することが可能になる。
【0021】
本発明の好ましい、限定されない実施形態を、添付の図面を参照にして例を用いて説明する。
【0022】
(発明を実施する最良の形態)
図1から3を参照すると、番号1は、全体として、低温殺菌またはUHT牛乳、フルーツ・ジュース、ワインなどの流動性の食品のパッケージを作成するためのパッケージ機械を示している。
【0023】
特に、機械1は、ヒート・シール・パッケージ材料4のチューブ2から、パッケージ材料のウェブ3を長手方向に折り曲げ、密封することによって形成された、流動性の食品の無菌密封パッケージを作成することができる。
【0024】
材料4(図5)は、好都合には、紙の材料の層4aと、たとえば、アルミニウムのシートによって画定されたバリア材料の層4bとを備える。層4aおよび4bは、熱可塑性材料、たとえばポリエチレンの中間層(図示せず)によって互いに固定されており、反対側の面もポリエチレンの別の層(図示せず)でカバーされている。紙の材料の層4aは、層4bをラミネートする前に形成された一連の穴5と、パッケージを形成するときの材料の折り曲げを補助するための一連の折り線13(図4)とを備える。折り線は、穴と各パッケージを作成するのに必要なウェブ3の部分の長さとの距離に等しいピッチPで周期的に繰り返している。穴5および線13は、好都合には、互いに完全に位置合わせされるように同じ固定部品上で形成される。
【0025】
層4bは、パッケージが開けられるまで、パッケージの気密であり、無菌である密封を確実にするように、全体として穴5のところにある。プル・オフまたはその他のタイプの開口デバイス(図示せず)が、後で穴5上に嵌合される。
【0026】
材料4はまた、ピッチPで周期的に繰り返し、それぞれが光学的位置合わせコード15を備える一連のグラフィックによって定義されたデザイン14を備える。デザイン14はまた、好都合には、各穴5を取り囲む白い領域15aを備える(図5)。
【0027】
パッケージ材料4のウェブ3が、リール(図示せず)から繰り出され、知られているガイド・ローラ・デバイスによって、知られている殺菌ユニット(図示せず)を通って機械1の最上部無菌チャンバ6へ供給される。無菌チャンバ6は殺菌ユニットと連絡しており、それを通ってウェブ3が水平方向経路P1に沿って供給される。その後、ウェブ3は、そのうちの1つが動力付きローラ群システムの一部を形成しているローラ7によって下向きに方向転換され、鉛直チャンバまたはタワーの内側に延びる鉛直方向経路P2に沿って下向きに供給される。
【0028】
タワー8の内側で、ウェブ3が長手方向に円筒形に折り曲げられてチューブ2を形成する。チューブ2は、経路P2に平行な長手方向軸Aを有し、密封デバイス10によって、およびここで詳細に説明されない、公知のヒート・シール・ストリップを用いて、長手方向に密封される。チューブ2は、公知の充填デバイス11(ここで詳細に説明されない)を用いて食品を連続的に充填され、本発明に関連する部分についてのみ以下で説明される公知の形成ユニット12へ供給される。
【0029】
より具体的には、機械1は、ウェブ3を長手方向に折り曲げてチューブ2を形成するための折曲げユニット9を備え、折曲げユニット9は、タワー8の内側の経路P2に沿って配置されたいくつかの公知の折曲げアセンブリ16、17、18によって画定され、ウェブ3と相互作用して、ウェブ3を徐々に円筒に折り曲げ、ウェブ3の対向する横方向部分を重ねて(図1および2)パッケージ材料のチューブを形成する。
【0030】
アセンブリ16、17、18はそれぞれ、軸Aに垂直なそれぞれの軸を有し、軸Aを囲む多角形を画定して、それによって各横方向表面が、折り曲げられるパッケージ材料のウェブ3の連続した強制的な通路を画定する、多数のほぼ円筒形の折曲げローラ21、22、23を備える。ウェブは、通路を通って供給されるとき、折曲げアセンブリ16の折曲げローラ21によって画定された開いたC字形状から、折曲げアセンブリ18の折曲げローラ23によって画定されたほぼ円形の形状まで通過する。
【0031】
折曲げアセンブリ16、18のローラ21、23の軸は固定されているが、アセンブリ17の折曲げローラ22は、機械1の構造に接続されたC字型の支持プレート24に嵌合されて、それによって軸Aに関する形成中のチューブ2の角位置を調節するために軸A回りで角度方向に調節することができる。
【0032】
プレート24の回転は、たとえばスクリュー・ナットねじなどの伝達機構26を介してアクチュエータ25によって制御される。
【0033】
ウェブ3が折曲げアセンブリ16、17、18を通って供給される速度は、アセンブリ35、35’の運動によって決定され、折曲げローラ7を駆動する電気モータ27の影響を受ける。
【0034】
いったん長手方向に密封された後、チューブ2は、形成ユニット12へ供給される。
【0035】
ユニット12は、軸Aを通るユニットの長手方向鉛直中間面αに関して対称的に配置された2つの鉛直ガイド44を画定している支持構造33を備え、そのそれぞれの軸は、ユニット12の横方向鉛直中間面τ内にある。したがって、軸Aは、平面αとτの交線を画定している。
【0036】
ユニット12は、公知の方式で、それぞれのガイド44に沿って鉛直方向に移動可能であり、パッケージ材料のチューブ2と交互に相互作用して、チューブの横断面を把持し、ヒート・シールする2つの形成アセンブリ35、35’を備える。
【0037】
アセンブリ35、35’は、平面αに関して対称であるため、一方(アセンブリ35)のみを図3で詳細に示し、以下で説明する。添付の図面で、アセンブリ35、35’の対応する部品は、同じ参照番号を用いて示されている。
【0038】
図1および3を参照すると、アセンブリ35は、それぞれのガイド44に沿って移動可能なスライド36と、ほぼ「本型」に開閉できるように平面τに平行で、平面τに関して対称であるそれぞれの水平方向軸38回りに、スライド36に底部で蝶着された2つのジョー37とを実質上備える。
【0039】
より具体的には、各ジョー37は、実質上適切にリブを付けられた4角形の形態であり(図1および3)、それぞれの軸38を含むジョー37のワーク平面βに沿って延び、その底部の近くでスライド36に蝶着されており、平面βから離れた対向する本体39の面から突出した個別の制御部40を備える主制御部本体39を備える。
【0040】
ジョー37はまた、それぞれのジョー37のそれぞれの本体39の最上端に嵌合され、チューブ2の反対側に配置することができるように、平面αに向って、かつそれを越えて、それぞれの軸38に平行な方向で、それぞれのワーク平面βにほぼ沿って突出した個別の支持アーム41を備える。
【0041】
アーム41の突出している部分は、チューブ2と相互作用し、たとえば、パッケージ材料のアルミニウム層内に電流を発生させ、ジュール効果の結果として熱可塑性層を溶融させるインダクタによって、および所要の圧力でチューブ2を把持するための対合パッドによって画定される、それぞれの棒状密封要素42、43(図3)に嵌合されている。
【0042】
スライド36の反転運動およびジョー37の開/閉運動は、ロータリ・カムまたはサーボ・モータによって制御された数対の鉛直方向ロッド(図示せず)によって、公知の方式(説明せず)で制御されている。
【0043】
ジョー37は、それぞれの密封要素42、43がチューブ2を把持する閉位置と、全開位置との間を移動することができる。
【0044】
横方向密封ステップで、チューブ2は、等間隔にされた横方向バンド45に沿ってヒート・シールされる(図4)。
【0045】
それぞれの密封要素42、43上で、ジョー37のアーム41が、前面が開いたC字状の断面を有するそれぞれのパッケージ容積制御タブ46を支持しており、タブは、要素42、43によって行われる横方向密封動作の後、互いに協働して、所定の形状および容積の空洞を画定して、チューブ2を閉鎖し、矩形断面形状に形成する。
【0046】
上記の形成ステップ(図4)は、それぞれが、完成したパッケージとしての同じ形状および容積の主部分48と、主部分48を個々の隣接する密封バンド45と接続し、ほぼ三角形の面50によって横方向に確定される遷移部分49とを備える「ピロー」パック47を作成する。
【0047】
ジョー37のうちの1つは、公知の方式で、折曲げローラ7とともに、形成ユニット12を通るチューブ2の長手方向の供給を制御する2つの折曲げタブ54を備える。
【0048】
折曲げタブ54(図3および4)は、チューブ2の両側に配置されており、軸Aに関して対称でチューブ2に隣接しており、平面βに垂直なそれぞれの軸回りに回転し、形成ステップで活動する、公知のデザイン修正デバイス51によって反対方向に回転されて、ピロー・パックの遷移部分49の横面50に作用し、可変な引張をチューブ2に及ぼすようにする。
【0049】
デバイス51は、たとえば、図4で単に概略のみを示した、可変な幾何形状または位置可変のカム52を備える。カム52は、ジョー37によって担持され、単に概略のみを示した伝達機構55によってタブ54に接続されたカム・フォロアー53と相互作用する。このような制御デバイスの例は、本件出願人によって提出された、イタリア国特許出願第MI97A―002473号および欧州特許出願第99830715.1号で示されている。
【0050】
タブ54の行程、およびしたがってチューブ2に及ぼされる引張の量は、後に詳細に述べるように、たとえばカム52の位置に作用するアクチュエータ56を用いて調節することができる。
【0051】
チューブ折曲げアセンブリ17を制御するアクチュエータ25、折曲げローラ7を駆動する電気モータ27、およびそれぞれアセンブリ35、35’のデザイン修正デバイス51のアクチュエータ56は、パッケージ材料のチューブ2の供給を制御するためのデバイス60の一部を形成している。また、デバイス60はまた、材料4上に印刷された光学的位置合わせコード15を読むための従来型の第1の光学センサ61と、穴5の位置を検知するための第2の光学センサ62と、センサ61、62への入力およびアクチュエータ25、56へ、およびモータ27への出力に接続された制御ユニット63とを備える。
【0052】
第2の光学センサ62は、好都合には、穴5で材料4の一部分を「読み取る」、たとえばCCDタイプのビデオ・カメラによって定義される。過度の量のデータを必要とし、処理することを避けるために、第1のセンサ61を使用して、コード15の検知に応答して状態を変化させ、第2の光学センサを読み取り可能にするように制御ユニット63へ供給される可能信号I1を発生させる。すなわち、センサ62は、各穴5でまたはN個ごとの穴5でのみ読み込み可能にされ、制御ユニット63に、穴5の位置を示す、およびたとえば従来型のコード化された画素マトリクスに関する信号I2を供給する。
【0053】
制御ユニット63は、検知された穴5の位置を、記憶された基準位置(図5)と比較し、明らかにチューブ2のねじれ角に対して補正された、チューブ2の長手方向の位置誤差E1、および穴5の横方向の位置誤差E2を計算する。
【0054】
制御ユニット63は、電気モータ27を制御するための信号O1と、アクチュエータ56のための信号02(同一の)と、アクチュエータ25のための信号O3とを発生させる。信号O1およびO2は、従来の方式で値E1を用いて補正され、信号O3は値E2を用いて補正される。
【0055】
実際の使用では、材料4が折曲げアセンブリ16、17、18へ、および形成ユニット12へ供給される速度は、制御ユニット63によって制御されたモータ27によって決定される。公知であり、上記の説明から部分的に推測されるため、アセンブリ16、17、18および形成ユニット12の動作は、ここでは詳細に説明されない。
【0056】
チューブ2の長手方向位置が正確である場合、すなわち、E1の絶対値が所定の閾値よりも下である場合、制御ユニットはモータ27の一定速度を維持する。逆に、誤差E1が存在する場合、材料4の供給速度は、制御ユニット63が適切に信号O1を修正することによって修正される。結果としての修正が十分でない場合、モータ27に加えて、制御ユニット63もまた、信号O2を用いて、折曲げタブ54に及ぼす引張の量を適切に修正することによってデザイン修正デバイス51に作用する。本発明によると、それ自体公知である上記の制御は、上記に述べたような折り線13と位置合わせする、穴5の位置誤差を基にして行われており、位置合わせする光学コード15およびデザイン14の形成部分を基にしてはいない。
【0057】
本発明の好ましい実施形態では、第1のセンサ61の信号I1は、「リード・ウィンドウ」を発生させるのみであり、第2のセンサ62が、所与の瞬間での穴5の位置を基にして実際に材料4の位置を読み、制御ユニット63に、検知された画素のマトリクスを示す信号I2を供給する。各穴5を取り囲む白い領域15aは、読み取りを簡単にする。
【0058】
本発明の別の重要な特徴は、信号I2が、穴の横方向位置誤差を計算するためにも使用され、それによって折畳みアセンブリ17を用いてチューブ2のねじりを修正することである。より具体的には、横方向位置誤差E2に応答して、制御ユニット63が、信号O3を用いて、アクチュエータ25に、誤差の符号に応じて折曲げアセンブリ17をある方向または反対方向に回転させるよう命令する。この制御は光学的コード15に対向している穴5の位置を基にしても行われる。
【0059】
明らかに、本発明の範囲を逸脱せずに、本明細書に記載した機械1に対して変更を加えることができる。特に、第2のセンサ62を、他の任意のタイプのセンサ、たとえば、チューブ2の供給方向に交差して延びる、線形連続する感光性要素で置き換え、瞬間の画像を取り出すのとは逆に、材料が前方に供給されるときの穴の領域をスキャンすることによって穴5の位置を再構成することができる。また、異なる位置基準を、これらを折り線13と位置合わせして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるパッケージ材料供給調節デバイスを特徴とするパッケージ機械の正面図である。
【図2】 パッケージ材料を供給し、折り曲げるためのステーションの透視図である。
【図3】 図1の機械上の形成ステーションの側面概略図である。
【図4】 本発明によるパッケージ材料供給調節デバイスのダイヤグラムである。
【図5】 パッケージ材料の一部分を示す図である。
Claims (7)
- ウェブ(3)を長手方向に折り曲げて連続したチューブ(2)を形成する長手方向折曲げユニット(9)と、前記チューブ(2)と周期的に相互作用して、等間隔にされた横方向バンド(45)に沿ってチューブを密封する少なくとも2対のジョー(37)を有する形成ユニット(12)と、前記チューブ(2)の供給を制御し、また、前記チューブ(2)の長手方向位置を修正するための手段(7、27、51)と、前記チューブ(2)の角位置を修正するための手段(17、25)とを備える制御デバイス(60)とを備え、前記パッケージ材料(4)が、デザイン(14)と、前記形成ユニット(12)上のパッケージ材料での折曲げを補助する一連の折り線(13)とを備える、パッケージ材料(4)の連続するウェブ(3)から形成されたパッケージ内に流動性の食品をパッケージするための機械(1)であって、前記チューブの供給を制御するための前記制御デバイス(60)が、前記材料(4)上に形成され、前記折り線(13)と位置合わせされた、光学的に検知可能な要素(5)の位置を検知するための検知手段(62)と、前記検知手段(62)によって検知された、前記光学的に検知可能な要素(5)の長手方向および横方向位置それぞれの誤差(E1、E2)に応じて、前記チューブの長手方向位置を修正するための前記手段(7、27、51)と、前記チューブ(2)の角位置を修正するための前記手段(17、25)とを制御するための手段(63)とを備えることを特徴とするパッケージ機械。
- 前記光学的に検知可能な要素が、前記材料(4)内の事前にラミネートされた穴(5)であることを特徴とする請求項1に記載の機械。
- 前記チューブの長手方向位置を修正するための前記手段が、前記長手方向折曲げユニット(9)から上流に配置された動力付きローラ(7)を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の機械。
- 前記チューブの長手方向位置を修正するための前記手段(51)が、各対のジョー(37)のうちの1つのジョー(37)によって担持され、前記材料(4)と相互作用し、前記材料(4)に可変の引張量を与える、2つの折曲げタブ(54)を備えることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の機械。
- 前記チューブ(2)の角位置を修正するための前記手段が、前記長手方向折曲げユニット(9)の一部を形成し、前記チューブ(2)の長手方向供給軸(A)に関して回転する少なくとも1つの折曲げアセンブリ(17)と、前記制御デバイス(60)によって制御された、前記軸(A)回りの前記折曲げアセンブリ(17)の位置を調節するためのアクチュエータ(25)とを備えることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の機械。
- 前記材料(4)上に形成され、光学位置合わせコード(15)を検知して、前記デザイン(14)と位置合わせするためのセンサ(61)を備え、前記センサ(61)が、前記制御デバイス(60)に接続され、前記検知手段(62)を読み込み可能にするための信号(I1)を発生させることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の機械。
- 前記検知手段がビデオ・カメラ(62)を備えることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の機械。
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