JP5017722B2 - 袋詰め包装におけるスチーム置換脱気装置及び方法 - Google Patents

Description

本願発明は、袋詰め包装におけるスチーム置換脱気装置及び方法に関し、さらに詳細に言えば、噴射するスチームの適切な温度制御が可能なスチーム置換脱気装置及び方法に関する。本発明はさらに、スチームの適切な温度制御を行うと共に、ノズルから噴射されるスチームを速やかにスチーム置換脱気に適切な温度にまで上げて、袋詰め作業の待機時間を短くすることができるスチーム置換脱気装置及び方法に関する。

食品等を袋に自動包装する際に、被包装物の充填後にスチームを袋内へ吹き込み、このスチームによって袋内の空気を置換して脱気することが行われている。この袋内に噴射されるスチームの温度は冷却後の袋内容積の収縮或いはその後に施される処理、例えば殺菌処理などにも影響するところから重要である。

従来袋詰め包装におけるスチーム置換脱気装置においては、通常、カートリッジヒータを内蔵した加温器においてスチーム供給源から供給されたスチームを加熱し、その加熱したスチームを供給通路を通してノズルに送る構成になっており、その際に加温器出口でのスチームの温度を測定し、出口でのスチーム温度の信号をフィードバックしてヒータのオン、オフを制御し、出口でのスチーム温度が目標値となるように制御している。また、スチームが流れていない場合にヒータが過熱状態となって加温器が故障してしまうのを防止する為に加温器の表面温度も測定している。

ところで、スチームは加温器を出てからスチーム供給路を通ってノズルに送られるので、当然にその間に温度低下が生じてしまい、実際にノズルから噴射されるスチームの温度は加温器出口での温度とは相違する。また、加温器出口での温度が同じでも、例えば周囲温度の変化によって、或いは運転開始と定常運転時とによって温度低下に差異が生じ、ノズルから噴射されるスチーム温度に格差が生じる。このために脱気不良が頻繁に生じ、その都度作業者が調整する必要があった。

特公平７−８６０１２号は、カップ状のセミリジッド容器を使用する自動包装で、容器内へ蒸気と不活性ガスを順次吹き込む場合において、蒸気が通る蒸気パイプ及び蒸気枝管の端部近くまでコイルヒータを巻いてその上に断熱材を巻き、中を通る蒸気を加熱し、蒸気が噴射される蒸気枝管の下端部出口側方から温度計を取付けて蒸気の温度を測定し、その信号をコントローラに送ってヒータを制御する構成を開示している。しかし袋状の容器を使用する袋詰め包装においては、良好な脱気状態を得るためにはスチーム噴出ノズルを袋内に挿入する必要があり、この文献に開示されるような蒸気が通るパイプ自体にコイルヒータ及び断熱材を捲きつけて中を通るスチームを加熱し、パイプ下端部出口側方から温度計を取付ける構成は採用し得ない。
特公平７−８６０１２号公報

本願発明は上記従来例の問題点に鑑み、スチーム供給路移動中におけるスチームの温度変化の影響を排除できると共に、運転開始時と定常運転時での条件の相違、或いは周囲温度など環境変化が生じても、ノズルから噴射されるスチームの温度が速やかに所定の目標温度となるように制御し、置換率の高い脱気状態を安定的に得られるスチーム置換脱気装置及び方法を提供することをその目的とする。
本発明は上記に加えてさらに、袋詰め作業の開始に先立って、袋詰め作業時における噴射状態とは異なる状態でスチームをノズルに供給して、ノズルから噴射されるスチームの温度を短い時間で安定的に所定の稼動温度まで高めることのできるスチーム置換脱気装置及び方法をも提供することをその目的とする。

上記課題のスチーム供給路移動中におけるスチームの温度変化の影響を排除するために本願発明は、袋詰め包装機用のスチーム置換脱気装置において、先端に包装用袋内に挿入される噴出口を備えたノズルと、このノズルにスチームを供給するためのスチーム供給源と、ノズルに供給されるスチームを加温する加温器と、両端においてスチーム供給源と加温器とに接続された一次側スチーム供給路と、両端において加温器とノズルに接続された二次側スチーム供給路とを設け、加温器のスチームの出口近傍に、該出口でのスチームの温度を測定する第１温度センサを配置し、ノズルの噴出口付近でのスチームの温度を測定する第２温度センサをノズル内に配置する。そして該スチーム置換脱気装置はさらに、第1温度センサと第2温度センサと加温器に接続され、該加温器を制御する制御装置を備える。該制御装置には、加温器のスチーム出口でのスチームの目標温度としての第1目標温度の初期値と、ノズルの噴出口付近でのスチームの目標温度としての第2目標温度とが入力される。そしてこの制御装置は、第1目標温度と第１温度センサにより測定される温度に基づいて加温器を制御し、第2目標温度と第2温度センサにより測定される温度に基づき第1目標温度を変更して設定し直すようになっている。
さらに本発明は二つのノズルを備えた二重管タイプのノズルを使用する袋詰め包装機用のスチーム置換脱気装置にも適用され、その装置にいてはスチーム供給路移動中におけるスチームの温度変化の影響を排除するために、それぞれのノズルに対して加温器と、一次側スチーム供給路と、二次側スチーム供給路とを設け、第１温度センサと、第２温度センサを設け、制御装置によってそれぞれの加温器を制御すると共に、それぞれの第1目標温度を変更して設定するようにした。
上記二重管タイプのノズルを使用する袋詰め包装機用のスチーム置換脱気装置において、さらにノズル出口でのスチーム温度を所定の稼動温度まで速やかに高め、包装機の待機時間を短くするために、上記構成に加えて、少なくとも外側のノズルに対して、袋供給装置による袋の供給開始に先立ってノズルに連続的にスチームを供給してノズルを加温するための昇温用スチーム供給路を設け、この昇温用スチーム供給路によるスチームの供給を上記制御回路により制御することとした。
さらに本願発明は、上記課題のスチーム供給路移動中におけるスチームの温度変化の影響を排除できるスチーム置換脱気方法を提供し、その方法は、
先端に袋内に挿入される噴出口を備え、スチーム供給路を介してスチーム供給源に接続されたノズルと、スチーム供給路に配置され、通過するスチームを加熱する加温器とを用いる、袋詰め包装におけるスチーム置換脱気方法において、
加温器の出口でのスチームの目標温度としての第1目標温度の初期値を設定し、
ノズルの噴出口でのスチームの目標温度としての第2目標温度を設定し、
加温器の出口での実加温器出口スチーム温度を測定し、
ノズルの噴出口付近での実ノズル噴出口スチーム温度をし、
第1目標温度と測定された前記実加温器出口スチーム温度とに基づいて加温器を制御し、
第2目標温度と測定された実ノズル噴出口スチーム温度とに基づき、第1目標温度を変更して設定し直すようにしたものである。
さらに本発明は、ノズル出口でのスチーム温度を所定の稼動温度まで速やかに高め、包装機の待機時間を短くするために、上記方法の構成に加えて、袋詰め包装作業の開始に先立ち、ノズルに連続的にスチームを供給してノズルの温度を稼動温度まで高める工程をさらに備えているスチーム置換脱気方法を提供する。より具体的には、そのノズルへのスチームの連続供給は、加温器と該加温器へスチームを供給するスチーム供給源との間でスチーム供給路と並行に設けられた昇温用スチーム供給路を介して行われる。
なお上記の第２目標温度は、具体的実施の態様のひとつにおいては、一定の温度範囲として設定される。

本願発明によれば、第２温度センサにより検出されたノズル噴射口でのスチームの温度すなわち実ノズル噴射口スチーム温度の、ノズル噴射口での目標とされる温度すなわち第2目標温度に対する差を用いて、加温器の出口でのスチームの目標とされる温度すなわち第1目標温度の設定値を変更するようにしたので、スチーム供給路移動中のスチームの温度変化の影響を排除できるとともに、生産開始時、或いは環境変化などによって実ノズル噴射口スチーム温度に変動が生じても、適切且つ迅速に制御されて目標ノズル噴射口スチーム温度に一致させることができる。したがって脱気不良の発生を最小に抑えることができる。
また、昇温用スチーム供給路を設け、袋詰め包装作業の開始、具体的には袋供給装置による袋供給開始に先立ってこの昇温用スチーム供給路を介して昇温用のスチームを連続的に供給することにより、安定的な状態で速やかにノズルを所定の稼動温度まで高めることができ、袋詰め作業開始までの待機時間を短縮することができる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明するが、以下の実施の形態は例示的に示すものであり、本願発明の範囲がそれに限定されるものではない。

図1は本発明に係るスチーム置換脱気装置（以下「脱気装置」という。）１を用いた袋詰め包装機Aの概略構成図である。包装機Aは複数組のグリッパGを備えた回転テーブルTを備え、工程１で袋供給装置Sから供給された袋BをグリッパGで把持して各工程を順次進んでいく。第2工程で製造日などの印刷が袋Bに施され、第3工程で袋Bの口が開かれ、工程4で固形物が充填され、工程5で液状物が充填され、工程6で後述する脱気装置１によりスチームによる置換が行われて脱気が施され、工程7で袋口の第１シールがされ、工程8で袋口の第２シールが行われ、工程9で袋口の冷却と製品としての袋Bの排出が行われる。

図２は本発明の第１の実施の形態に係る脱気装置１の構成を示す回路図であり、図３はこの実施の形態に使用するノズル３を示す図である。先ず図３を参照してノズル３の構成を説明する。

図３において（イ）はノズル３の側面断面図、（ロ）は一部部材の図示を省略した底面図である。ノズル３は、図の（イ）で上下に伸びるノズル本体５を備え、このノズル本体５は上側の略円筒状の上側筒部７と、少なくともその下側部分が包装用の袋（図示せず）内に挿入される挿入部９とを備えている。挿入部９は図の（ロ）から明らかなとおり、横断面形状が扁平な形をしており、さらにその下端部即ち先端部である噴出口１１は長手方向の両端部において斜めにカットされて傾斜部１２a、１２bとなっている。挿入部９の横断面の形状は扁平形に形成されていれば良く、図示のものに限定されない。

ノズル本体５の上端は中空のホルダ１３に取付けられており、そのホルダ１３の側方にスチームの導入口１５が設けられ、後述する二次側スチーム供給路４８（図２参照）に接続される。さらにホルダ１３の上端には孔が形成され、その孔にアダプタ１９を用いて温度センサ１７が取付けられ、そのセンサ１７はノズル本体５内を下方へ噴出口１１まで伸びて、噴出口１１から噴出されるスチームの温度を検出するようになっている。そしてノズル３は取付け用ブラケット２１を介して図示しない昇降軸に固定され、昇降軸と共に上下動し、その噴出口１１が図示しない袋の中に挿入されてスチームを噴出し、噴出作業が終了すると袋から抜出される。この袋への出し入れの動作については公知であり、説明を省略する。

次に図２を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。図において符号３１は従来使用されていたものと同種のもので差し支えないスチーム供給源であり、一次側スチーム供給路３２を介してこれも従来使用されていたものと同種のもので差し支えない加温器３５の流入口３７に接続されている。一次側スチーム供給路３２の途中には減圧弁３３、流路開閉弁３４が設けられている。加温器３５内にはこれも公知のカートリッジヒータ３６が内蔵されており、このヒータ３６は配線３９によって後述する制御装置４７に接続され、適宜そのオン、オフが制御されるようになっている。符号３８は加温器３５の出口でありスチームの流出口となる。

符号４０はアダプタ４１を用いて加温器３５に取付けられた、前述のカートリッジヒータ３６の表面温度を測定する温度センサであり、符号４２はアダプタ４３を用いて加温器３５の出口３８近傍に取付けられた、出口３８から流出するスチームの温度を測定する温度センサ（第１温度センサ）である。センサ４０，４２はそれぞれ配線４４，４５を介して制御装置４７に接続されている。制御装置４７には前述のノズル３に取付けた温度センサ１７（第２温度センサ）も配線４６を介して接続され、さらに配線４９を介して前述の回転テーブルT、袋供給装置S（図1参照）も接続され、それらの運転が制御装置４７により制御されるようになっている。また、加温器３５の出口３８は二次側スチーム供給路４８によってノズル３の導入口１５に接続されている。

上記の構成を備えたスチーム置換脱気装置１の動作について次に説明すると、先ず図示しない包装袋が前の工程で被包装物をその中に充填され、一対のグリッパによってその両側縁部を挟持されて、袋口を開いた状態で脱気工程へ送られ、待機位置にあるノズル３の下へ移動してくると、ノズル３が下降を開始する。ノズル３の下降途中、具体的にはノズル３の噴出口１１が袋内へ入るのとほぼ同時に開閉弁３４が開かれ、スチーム供給源３１からのスチームは減圧弁３３で適宜減圧されて一次側スチーム供給路３２を通って加温器３５に送られ、加温器３５で加熱されて出口３８から出て、二次側スチーム供給路４８を介して導入口１５を通ってノズル３に入り、噴出口１１から袋内へのスチームの噴射が開始される。そのままスチームの噴射が続けられ、ノズル３が下降端に達すると短い時間その位置に留まり、その間に袋の両側縁部を挟持するグリッパが所定距離だけ遠ざかることにより袋口が緊張され、ノズル３に密着する。その後ノズル３が上昇を開始し、ノズル３の上昇途中、具体的にはノズル３の噴出口１１が袋内から出るのとほぼ同時に開閉弁３４が閉じられてスチームの噴出が停止される。ノズル３は所定の待機位置まで戻り、一方、袋は袋口を緊張した状態のまま次の工程へ送られる。なお、スチームの噴出開始、停止のタイミングは適宜変更できる。また、スチームをノズル３から噴射するときにはセンサ４２によって加温器３５の出口３８でのスチームの温度が測定され、センサ１７によってノズル３の噴出口１１でのスチームの温度が測定され、それぞれ信号を制御装置４７に送るようになっている。なお、制御装置４７の電源が入っている状態では、温度センサ４０によってヒータ３６の表面温度が常時測定され、ヒータ３６が過熱状態となるのを防止する。

次にスチームの温度制御について説明する。先ず、ノズル３から噴出されるスチーム温度の目標値である目標ノズル噴出口スチーム温度（第２目標温度）が制御装置４７に入力される。また、スチーム供給路４８での温度低下を見込んで決められる加温器出口３８でのスチーム温度の目標値である目標加温器出口スチーム温度（第１目標温度）の初期値も設定、入力される。そして、センサ４２で検知される加温器出口３８でのスチームの実際の温度即ち実加温器出口スチーム温度を示す信号を制御装置に入力し、それを設定された目標加温器出口スチーム温度と比較し、その結果に基づいてカートリッジヒータ３６を適宜オン、オフするなどして実加温器出口スチーム温度が目標加温器出口スチーム温度となるように制御する。一方で、センサ１７により検知されるノズル３の噴出口１１でのスチームの実際の温度即ち実ノズル噴出口スチーム温度を示す信号を制御装置に入力し、それを設定された目標ノズル噴出口スチーム温度と比較し、その差の大きさに基づいて、それぞれの差の大きさに対応して予め定められた設定値に、前に設定されていた目標加温器出口スチーム温度の設定値を変更する。そして先に述べたセンサ４３からの信号を用いて行う加温器出口スチーム温度の制御は、以後、この新しく設定され直した目標加温器出口スチーム温度を目標値として制御が行われることとなる。この動作を繰り返して、実ノズル噴出口スチーム温度を目標ノズル噴出口スチーム温度に一致させるように制御する。

なお、前述の通り制御装置４７は配線４９により回転テーブルT、袋供給装置Sにも接続されている。そして、包装機Aのスイッチが入れられても、第２温度センサ１７により検出されるスチームの温度が所定の値の稼動温度に達するまでは、例えば袋供給装置Sによる袋Bの供給を停止するなどして包装機Aを空運転状態として待機させ、稼動温度に達したら包装作業を開始するようになっている。また、運転開始後に第２温度センサ１７により検出される温度が稼動温度以下になった場合には、その温度で処理された袋を不良品として処理するようになっている。

上記と違って、例えばノズル３の噴出口１１での実際の温度をフィードバックして目標温度からの差を用いてヒータ３６の動作を制御し、それによって直接噴出口１１での温度を制御しようとすると、スチーム供給路４８での温度降下の影響でその偏差が大きく、目標値に近づけるのに時間がかかるし、場合によっては目標値に収束せずに発散してしまい、制御そのものが不可能となる場合もある。それに対して本発明では、ノズル３の噴出口１１での実ノズル噴出口スチーム温度の目標ノズル噴出口スチーム温度からの差を求め、目標加温器出口スチーム温度の設定値を、その求めた差の大きさに応じた新たな設定値に設定しなおすことにしたので、目標値への制御が短時間且つ確実に行うことができる。

次に図４乃至図７を用いて第２の実施の形態に係る脱気装置５１について説明する。先ず図５を参照してこの実施の形態で使用するノズル５２について説明する。図５において（イ）はノズル５２の側面断面図、（ロ）は一部部材の図示を省略した底面図である。このノズル５２は二重管の形をしており、内側の第１ノズル５３と外側の第２ノズル５４とで構成されている。第１ノズル５３は、第１の実施の形態で使用したノズル３とノズル本体５の上側筒部７の長さが異なるだけで、他の構成は同じであるので、対応する部材には同じ番号を使用して、その詳細な説明は省略する。

外側の第２ノズル５４は略円筒状の部材である。その下端部即ち先端部が噴出口５６となった円筒状のノズル本体５５は第１ノズル５３の上側筒部７の下側の一部と挿入部９とを取り囲むようになっている。そして第２ノズル５４はそのノズル本体５５の上側に形成された取付け部５７において第１ノズル５３の上側筒部７に固定して取付けられ、第１ノズル５３と共に一体的に昇降し、第１ノズル５３、第２ノズル５４の噴出口１１，５６が袋内へ挿入されるようになっている。また、本体部５５の上側側部にスチームの導入口５８が設けられている。なお、図５の（イ）から明らかなように、第２ノズル５４の噴出口５６の下端部は第１ノズル５３の噴出口１１の下端部より軸方向において後退、即ち図において上方に位置している。また、符号５９は、第２ノズル５４内に配置され、その先端部が第２ノズル５４の噴出口５６の先端部近くに位置している温度センサである。

次に図４を参照して第２の実施の形態に係る脱気装置５１について説明する。この装置５１の構成は、上記のノズル５２についての説明及び図４から明らかなとおり、図２に示した第１の実施の形態の構成に、ノズル５２の第２ノズル５４から噴出されるスチーム温度を制御するために必要な部材を追加したものであり、図２に示した構成と同じ部分の構成は第１ノズル５３の噴出するスチーム温度の制御にそのまま使用しているので、それらの部材には同じ番号を付して詳細な説明は省略する。即ち、符号３１はスチーム供給源、３２は一次側スチーム供給路、３３は減圧弁、３４は流路開閉弁、３５は加温器、３６はカートリッジヒータ、３７は流入口、３８は出口、３９は配線、４０、４２は温度センサ、４１、４３はアダプタ、４４，４５，４６は配線、４７は制御装置、４８は二次側スチーム供給路、４９は配線である。

ここでスチーム供給源３１、制御装置４７は共通に使用され、一方その他の部材は第２ノズル５４用に設けられるが、それらの部材は第１ノズル５３用のものと同じ部材であるので、その参照番号としては、第１ノズル５３用の部材の参照番号に「a」を付して使用する。

スチーム供給源３１は、スチーム供給路３２から分岐したスチーム供給路３２aを介して第２加温器３５aの流入口３７aにも接続されている。スチーム供給路３２aの途中にも減圧弁３３a、流路開閉弁３４aが設けられている。加温器３５a内にはカートリッジヒータ３６aが内蔵されており、このヒータ３６aは配線３９aによって制御装置４７に接続され、適宜そのオン、オフが制御されるようになっている。符号３８aは加温器３５aの出口でありスチームの流出口となる。

符号４０aはアダプタ４１aを用いて加温器３５aに取付けられた、前述のカートリッジヒータ３６aの表面温度を測定する温度センサであり、符号４２aはアダプタ４３aを用いて加温器３５aの出口３８a近傍に取付けられた、出口３８aから流出するスチームの温度を測定する温度センサである。センサ４０a，４２aはそれぞれ配線４４a、４５aを介して制御装置47に接続されている。制御装置４７には前述の第２ノズル５４に取付けた温度センサ５９も配線４６aを介して接続されている。さらに配線４９を介して図示しない袋詰め包装機も制御装置４７に接続され、その運転が制御装置４７により制御されるようになっているのは第１の実施の形態と同様である。また、加温器３５aの出口３８aはスチーム供給路４８aによって第２ノズル５４の導入口５８に接続されている。

次に、このノズル５２を使用してスチーム置換脱気を行う場合の手順について図６及び７を参照して説明する。図６の（Ａ）は被包装物Ｃが充填された袋Ｂが脱気工程に移動して停止した状態を示しており、袋Ｂはその両側縁部を一対のグリッパＧ，Ｇにより挟持され、前の工程からその袋口が開かれたままの状態で脱気工程に移動してきている。ノズル５２は移動してきた袋Ｂの上方に待機している。（イ）は平面図、（ロ）は側面図である。

図６の（Ｂ）は（Ａ）の状態からノズル５２が下方へ移動して袋Ｂの内部に第１ノズル５３及び第２ノズル５４の噴出口１１，５６が所定の位置まで挿入され、これら噴出口１１、５６からスチームを噴出している状態を示している。なお、スチームの噴出開始時期は、ノズル５２の下方への移動が開始されると同時、ノズル５２が所定の位置まで降下したときに、或いは完全に噴出口１１,５６が袋Ｂ内へ入ってからの何れをも適宜採用可能である。この状態で第１及び第２ノズル５３，５４からスチームを袋Ｂ内へ所定の時間に渡って噴出する。

図６の（Ｃ）は、第１及び第２ノズル５３、５４で所定の時間に渡ってスチームを噴出した後、ノズル５２を所定の距離だけ上昇させて中間位置に移動させ、第２ノズル５４のみを袋Ｂから抜取り、第２ノズル５４からのスチーム噴射を停止した状態を示している。この状態で第１ノズル５３の噴出口１１は袋Ｂ内に位置し、そこからのスチームの噴出は続いている。このとき、第１ノズル５３の噴出口１１の先端部分は両側において前述したとおりカットされ、その部分は斜めに傾斜した形で開口しているので、この噴出口１１からは単に真下に向かってだけでなく、斜め下方へ向かってもスチームが噴射され、袋Ｂ内全体へ満遍なくスチームが噴射されるようになっている。なお、第２ノズル５４からのスチーム噴射停止時期も、ノズル５２の上昇開始と同時、所定の距離だけ上昇したとき、中間位置で停止したときのいずれも適宜採用可能である。

図７の（Ｄ）では、ノズル５２の状態は図５の（Ｃ）の状態のままで、即ちノズル５２は中間位置に停止し、第１ノズル５３からはスチームを噴射し、第２ノズル５４からのスチームの噴射は停止した状態に維持したまま、グリッパＧ，Ｇを所定の距離だけ互いに遠ざかる方向へ移動させて、袋口を緊張状態にして第１ノズル５３の挿入部９の周囲に密着させている。この場合、挿入部９は断面が扁平形になっているので、ノズル５３の挿入部９と袋口との間の隙間を最小の状態にすることが可能である。この状態で所定の時間に渡ってスチームを第１ノズル５３から噴射し続ける。

図７の（Ｅ）は、（Ｄ）の状態からノズル５２を所定の距離だけ上昇させて図６の（Ａ）の待機位置まで移動させ、第１ノズル５３の噴出口１１を袋Ｂから抜き取り、スチームの噴射を停止した状態を示している。グリッパＧ，Ｇは先と同じ位置にあり、袋Ｂの袋口は緊張した状態で閉じられている。そして袋Ｂはこの状態のまま図７の（Ｆ）に示すシール工程へ移動され、そこで公知の一対の熱板Ｈ，Ｈを用いて袋口がシールされる。このノズル５２を使用することにより、第１の段階で第１及び第２ノズル５３，５４を用いて大量のスチームを噴射し、第２段階では袋内への空気の流入を阻止し、短時間に置換率の高い脱気を行うことができる。

上記の構成を備えたスチーム置換脱気装置５１においては、第１ノズル５３に対する制御と第２ノズル５４に対する制御とは互いに独立的に行われるが、それぞれの制御は前述した第１の実施の形態での制御と同じであるので説明は省略する。但し、スチームの噴出停止のタイミングについては、図６及び７を参照しての先の説明から明らかなとおり、第１ノズル５３と第２ノズル５４とで異なり、それぞれのタイミングは開閉弁３４，３４aによって制御される。なお、スチーム供給路３２，４８を共通に使い、一個の加温器３５とそれに付けた温度センサ４０，４２で第１、第２ノズル５３，５４両方のスチーム温度を制御することも可能であるが、前述のとおり第１ノズル５３と第２ノズル５４とでスチームの噴射停止のタイミングが異なるので、少なくとも第１、第２ノズルにつながる手前でスチーム供給路４８は二つに分岐し、その分岐路にそれぞれ開閉弁を設ける必要がある。

次に図８及び９を用いて第３の実施の形態に係る脱気装置７１を説明する。図８は脱気装置７１の構成を示す回路図、図９はその動作のフローチャートである。先ず図８を参照してこの脱気装置７１の構成を説明する。

この脱気装置７１で使用しているノズル３を始めとして各部材及び回路の基本構成の大半は第１の実施の形態と同じであるので、同じ部材には同じ参照番号を使用し、その説明は省略する。この脱気装置７１が第１の実施の形態の脱気装置１と異なる点は、昇温用のスチーム供給路７２が設けられている点である。この昇温用スチーム供給路７２は、スチーム供給源３１と温度加温器３５との間で、一次側スチーム供給路３２と並列に設けられていることである。そしてこの昇温用スチーム供給路７２には、減圧弁７３と手動の開閉弁７４とが設けられている。後述するように昇温用スチーム供給路７２を介して、袋詰め包装が開始される前にスチームが連続的にノズル３に供給され、このノズル３から噴射されるスチームの温度が所定の稼動温度に達するまで、袋詰め包装作業は待機状態に維持されるようになっている。

次に図９を参照して第３の実施の形態に係る脱気装置７１の動作について説明する。先ずステップ１で包装機Aの電源がオンにされ、温度センサ１７、４０、４２はオンになる。次いでステップ２で昇温用スチーム供給路７２に設けられた開閉弁７４が開かれると、スチーム供給源３１からのスチームが昇温用スチーム供給路７２、加温器３５、二次側スチーム供給路４８を通ってノズル３に流れるが、加温器３５のヒータ３６はオフになっており、スチームの加温は行われない。次いでステップ３で脱気装置１のスイッチが入れられると、加温器３５の温度制御が開始される。すなわちステップ４で加温器３５の出口でのスチーム温度がセンサ４２により検出され、その温度が加温器出口でのスチームの目標温度すなわち第１目標温度と比較され、第１目標温度に達していなければステップ５でヒータ３６はオンにされ、達していればステップ６でヒータ３６はオフにされる。この加温器３５の温度制御はその後も継続される。昇温用スチーム供給路７２を通って加温器３５に流れるスチームは加温器３５で暖められてノズル３に流れることとなる。

一方ステップ７で包装機起動スイッチがオンにされると、包装機A全体が空運転状態に入る。すなわち回転テーブルTは間欠回転を開始する。また脱気装置１は、実際の脱気操作を行う場合と同じタイミングで一次側スチーム供給路３２の自動開閉弁３４を開閉して、置換脱気用のスチームの吐出を開始する。従ってこの時点からは、先の昇温用スチーム供給路７２を介して連続供給されるスチームと、一次側スチーム供給路３２を介して間欠的に供給されるスチームの両方がノズル３に供給されて、噴射される。このようにして、包装作業を開始するに先立って加温されたスチームをノズル３に供給することによって、ノズル３やそれに通じる二次側スチーム供給路４８などを暖めて、ノズル３から噴射されるスチームの温度が所定の稼動温度となるようにする。

次いでステップ８で袋供給装置Sのスイッチがオンにされると、ステップ９においてノズル３の出口でセンサ１７により検出されたスチームの温度が所定の稼動温度と比較され、稼動温度に達していなければステップ１０で袋の供給は停止状態に維持され、稼動温度に達していればステップ１１で袋の供給が許可され、袋の供給が開始されて包装作業が開始される。すなわち、袋供給装置Sは袋Bの供給を開始し、回転テーブルTが回転するに従って各工程で内容物の充填などの作業が行われ、脱気装置１のノズル３は所定のタイミングで袋内へ挿入されてスチームの噴射をして置換脱気をおこなうこととなる。なお、上記の稼動温度は後述するノズル出口でのスチームの目標温度すなわち第２目標温度より低く設定されているが、この稼動温度のスチームは十分な置換率の得られるものとなっており、この温度で処理された製品は良品とされる。次のステップ１２ではノズル３の出口でのスチームの温度が目標のノズル出口温度すなわち第２目標温度と比較される。なお、この実施例では第１、第２の実施形態の場合と異なり、第２目標温度は一定の温度範囲として設定されている。そして実測された温度が目標温度範囲内にあれば加温器出口での目標温度すなわち第１目標温度はそのままに維持され、目標温度範囲内になければ第１目標温度が変更されて設定され、ノズル３出口でのスチーム温度が第２目標温度範囲内に入るように制御する。これらの制御は前述の第１、第２の実施形態の場合と同じであるので、詳細な説明は省略する。なお、この第１目標温度の設定は、実際のスチーム温度と第２目標温度範囲の中央値との差、或いは上下限値との差に基づいて行うことができる。なお、上記においては稼動温度をある一定値として説明したが、これをある温度範囲として設定し、何らかのトラブルでノズルから吐出されるスチームが異常に高くなって稼動範囲の上限値を超えた場合に袋の供給を停止するようにすることも可能である。

なお、上記の通り昇温用スチーム供給路７２を介して供給されるスチームは連続的に流されるが、一次側スチーム供給路３２を介して供給されるスチームに比してその吐出圧力は低く或いは流量は少なくなっている。このように低流量の連続流とした理由は以下の通りである。すなわち、生産開始前の空運転状態において通常の脱気作業を行う場合と同じ制御をして、間欠的に高圧力、大流量のスチームを流してノズル３などの昇温を行うことは可能であるが、その場合、スチームの吐出が間欠的且つ短時間であるためにノズル３を稼動温度まで迅速に昇温させることが難しく、生産開始までの待機時間が長くなってしまう。一方脱気作業を行う場合と同じ圧力、流量のスチームを連続供給することにより昇温することも可能であるが、この場合、吐出圧力或いは流量が高いところから安全面及び作業環境面に悪影響が出る。また、ノズル出口に設けた第２温度センサ１７を用いて自動制御を行ったとしても、吐出圧力或いは流量が高いところからノズル３の温度が急速に上昇し、第２温度センサ１７からの信号で吐出を停止しても、ノズル３の温度はオーバーシュートして必要以上に高くなってしまう。ノズル３の温度が高くなりすぎると置換脱気状態に悪影響を与えるため、この状態からノズル３の温度が適切な稼動温度まで下がるのを待たねばならず、やはり運転開始までの待機時間が長くなってしまう。そこで本発明においては適切な圧力或いは流量のスチームを連続的に供給することによりノズル３の昇温を行うこととした。なお前述の通りステップ７以降において、昇温用スチーム供給路７２を介して連続供給されるスチームと、一次側スチーム供給路３２を介して間欠的に供給されるスチームの両方がノズル３に供給される。しかし、一次側スチーム供給路３２からのスチーム供給は間欠的であるのでこれによってノズル３の温度がオーバーシュートしてしまうことはない。

また、この実施の形態では昇温用スチーム供給路７２に設けられた開閉弁７４は手動であるので、ノズル３の出口でのスチーム温度が稼動温度に達した後も閉じられない限りこの供給路７２を通してのスチームの供給は連続的に続けられるが、前述の通りその流量は脱気用に吐出されるスチームの流量に比較して少ないので、脱気作業に影響を及ぼすことはない。

次に図１０及び１１を用いて第４の実施の形態に係る脱気装置８１を説明する。図１０は脱気装置８１の構成を示す回路図、図１１はその動作のフローチャートである。先ず図１０を参照してこの脱気装置８１の構成を説明する。

この脱気装置８１で使用している各部材及び回路の基本構成は第１ノズルである内側ノズル５３と第２ノズルである外側ノズル５４とからなる二重管タイプのノズル５２を始めとしてその大半は、第２の実施の形態と同じであるので、同じ部材には同じ参照番号を使用し、その説明は省略する。この脱気装置８１が第２の実施の形態の脱気装置５１と異なる点は、図示の通り一次側スチーム供給路３２、３２ａと並列にそれぞれ昇温用のスチーム供給路８２、８２ａが設けられている点である。そしてこの昇温用スチーム供給路８２、８２ａには、それぞれ減圧弁８３、８３ａと自動開閉弁８４、８４ａとが設けられている。後述するように昇温用スチーム供給路８２、８２ａを介して、袋詰め包装が開始される前にスチームが連続的に内側ノズル５３、外側５４に供給され、このノズル５３、５４から噴射されるスチームの温度が所定の稼動温度に達するまで、袋詰め包装作業は待機状態に維持されるようになっている。なお、昇温用スチーム供給路８２、８２ａに設けられた開閉弁８４、８４ａが自動開閉弁である点が第３の実施の形態と異なる。

次に図１１を参照して第４の実施の形態に係る脱気装置８１の動作について説明する。先ずステップ１で包装機Aの電源がオンにされ、温度センサ１７、５９、４０、４０ａ、４２、４２ａはオンになる。次いでステップ２で脱気装置８１のスイッチが入れられると、スチーム供給源３１からの昇温用スチーム供給路８２、８２ａへのスチームの供給が制御されると共に加温器３５、３５ａの温度制御が開始される。すなわちステップ３で内側ノズル５３と外側ノズル５４の出口で第２温度センサ１７、５９により検知されるスチーム温度がそれぞれ所定の稼動温度と比較され、低ければステップ４で自動開閉弁８４，８４ａが開かれて加温器３５、３５ａで加温されたスチームがノズル５３、５４へ流れてこれらを加温し、目的とする稼動温度に達するとステップ５において自動開閉弁８４，８４ａは閉じられて昇温用スチーム供給路８２、８２ａへのスチームの供給は停止される。なお、後述するステップ９或いは１０などの操作が直ぐになされず、その間にノズル出口温度が稼動温度以下に下がった場合には再びステップ４でスチーム供給が開始される。一方、ステップ６で加温器３５、３５ａの出口でのスチーム温度がセンサ４２、４２ａにより検出され、その温度が加温器出口でのスチームの目標温度すなわち第１目標温度と比較され、第１目標温度に達していなければステップ７でヒータ３６、３６ａはオンにされ、達していればステップ８でヒータ３６、３６ａはオフにされる。この加温器３５の温度制御はその後も継続される。

ステップ２で脱気装置８１のスイッチが入れられたのに続いてステップ９で包装機起動スイッチがオンにされると、包装機A全体が空運転状態に入る。すなわち回転テーブルTは間欠回転を開始し、脱気装置１は、実際の脱気操作を行う場合と同じタイミングで一次側スチーム供給路３２、３２ａの自動開閉弁３４、３４ａを開閉して、置換脱気用のスチームの吐出を開始する。従ってこの時点からは、先の昇温用スチーム供給路８２、８２ａを介して連続供給されるスチームと、一次側スチーム供給路３２、３２ａを介して間欠的に供給されるスチームの両方がノズル３に供給されて噴射されるが、前述の通り所定の稼動温度に達すると昇温用スチーム供給路８２、８２ａは閉じられる。

次いでステップ１０で袋供給装置Sのスイッチがオンにされると、ステップ１１においてノズル５３，５４の出口でセンサ１７，５９により検出されたスチームの温度が所定の稼動温度と比較され、稼動温度に達していなければステップ１２で袋の供給は停止状態に維持され、稼動温度に達していればステップ１３で袋の供給が許可され、袋の供給が開始されて包装作業が開始され、脱気装置８１による脱気も開始される。次のステップ１４ではノズル１７，５９出口でのスチームの温度が目標のノズル出口温度すなわち第２目標温度と比較される。そして実測された温度が目標温度範囲内にあれば加温器出口での目標温度すなわち第１目標温度はそのままに維持され（ステップ１６）、目標温度範囲内になければ加温器出口での目標温度すなわち第１目標温度が変更されて設定され（ステップ１５）、ノズル３出口でのスチーム温度が第２目標温度範囲内に入るように制御する。なお、上記の稼動温度がノズル出口でのスチームの目標温度すなわち第２目標温度より低く設定されていること、第２目標温度が一定の温度範囲として設定されていることは第３の実施の形態と同様である。

上記第４の実施の形態では、ノズル出口でのスチーム温度が一旦稼動温度に達すると自動開閉弁が閉じられて、昇温用スチーム供給路を介してのスチーム供給は停止されるので、スチームの消費量を抑えることができ、ランニングコストを低減できる。

なお、上記第４の実施の形態では内側と外側のノズル５３，５４の両方に対して昇温用スチーム供給路を設けたが、いずれか一方のみに設けるようにしても良い。その場合、外側のノズル５４に対して設けると、外側ノズル５４を内側から温めると共に内側のノズル５３を外側から温めることとなり、効率よく両方のノズルを昇温できる。

上記において第３の実施の形態では昇温用スチーム供給路の開閉弁は手動としたが、第４の実施の形態のようにこれを自動開閉弁として第４の実施の形態のように制御することは可能であり、第４の実施の形態での昇温用スチーム供給路の開閉弁を手動として、第３の実施の形態のように制御することも可能である。

本発明のスチーム置換脱気装置を使用した袋詰め包装機の概略構成図である。 第１の実施の形態に係るスチーム置換脱気装置の構成を示す回路図である。 第１の実施の形態で使用するノズルの図である。 第２の実施の形態に係るスチーム置換脱気装置の構成を示す回路図である。 第２の実施の形態で使用するノズルの図である。 第２の実施の形態でのスチーム置換脱気の手順を示す図である。 第２の実施の形態でのスチーム置換脱気の手順を示す図である。 第３の実施の形態に係るスチーム置換脱気装置の構成を示す回路図である。 第３の実施の形態に係るスチーム置換脱気装置の動作を示すフローチャートである。 第４の実施の形態に係るスチーム置換脱気装置の構成を示す回路図である。 第４の実施の形態に係るスチーム置換脱気装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１：スチーム置換脱気装置 ３：ノズル ５：ノズル本体 ９：挿入部 １１：噴出口 １５：導入口 １７：（第２）温度センサ ３１：スチーム供給源
３２：一次側スチーム供給路 ３５：加温器 ３６：カートリッジヒータ ４０：温度センサ ４２：（第１）温度センサ ４７：制御装置 ４８：二次側スチーム供給路 ７２：昇温用スチーム供給路

Claims (15)

1. 袋詰め包装機用のスチーム置換脱気装置において、先端に包装用袋内に挿入される噴出口を備えたノズルと、前記ノズルにスチームを供給するためのスチーム供給源と、前記ノズルに供給されるスチームを加温する加温器と、両端において前記スチーム供給源と前記加温器とに接続された一次側スチーム供給路と、両端において前記加温器と前記ノズルに接続された二次側スチーム供給路と、前記加温器のスチームの出口近傍に配置され、該出口で のスチームの温度を測定する第１温度センサと、前記ノズル内に配置され、前記ノズルの噴出口付近でのスチームの温度を測定する第２温度センサと、前記第1および第2温度センサと前記加温器に接続され、前記加温器を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置には、前記加温器のスチーム出口でのスチームの目標温度としての第1目標温度の初期値と、前記ノズルの噴出口付近でのスチームの目標温度としての第2目標温度とが入力され、前記制御装置は、前記1目標温度と前記第１温度センサにより測定される温度に基づいて前記加温器を制御し、前記第2目標温度と前記第2温度センサにより測定される温度に基づき前記第1目標温度を変更して設定し直すことを特徴とする、スチーム置換脱気装置。
2. 請求項１記載のスチーム置換脱気装置において、前記袋詰め包装機は前記袋を供給する袋供給装置を備え、前記制御装置は、前記第2温度センサの検出温度に基づき前記袋供給装置による袋の供給の開始、停止を制御することを特徴とする、スチーム置換脱気装置。
3. 請求項２記載のスチーム置換脱気装置において、前記置換脱気装置はさらに、前記袋供給装置による袋の供給開始に先立って前記ノズルに連続的にスチームを供給して前記ノズルを加温するための昇温用スチーム供給路を備え、該昇温用スチーム供給路によるスチームの供給は前記制御回路により制御されることを特徴とする、スチーム置換脱気装置。
4. 請求項３記載のスチーム置換脱気装置において、前記昇温用スチーム供給路は、前記スチーム供給源と前記加温器との間に前記一次側スチーム供給路と並列に設けられていることを特徴とする、スチーム置換脱気装置。
5. 請求項１記載のスチーム置換脱気装置において、前記ノズルは内外二重管の構成となっており、前記第２温度センサは、内側の第１ノズルと外側の第２ノズルとにそれぞれ設けられ、前記加温器は、前記第１ノズルと第２ノズルとにそれぞれ対応する第１及び第２加温器が設けられ、前記第１及び第２加温器はそれぞれ前記第１温度センサを備え、前記第1及び第2ノズルはそれぞれの一次側及び二次側スチーム供給路によってそれぞれ第1及び第2加温器を経て前記スチーム供給源に接続されていることを特徴とする、スチーム置換脱気装置。
6. 請求項５記載のスチーム置換脱気装置において、前記袋詰め包装機は前記袋を供給する袋供給装置を備え、前記制御装置は、前記第1ノズルの第2温度センサと第2ノズルの第2温度センサのいずれか一方の第2温度センサの検出温度に基づき前記袋供給装置による袋の供給の開始、停止を制御することを特徴とする、スチーム置換脱気装置。
7. 請求項６記載のスチーム置換脱気装置において、前記袋の供給の開始、停止の制御は、前記第2ノズルの第2温度センサの検出温度に基づいて行われることを特徴とする、スチーム置換脱気装置。
8. 請求項7記載のスチーム置換脱気装置において、前記置換脱気装置にはさらに、前記袋供給装置による袋の供給開始に先立って前記ノズルに連続的にスチームを供給し、該ノズルを加温するための昇温用スチーム供給路が少なくとも前記第2ノズルに対して設けられ、該スチーム供給路によるスチームの供給は前記制御回路により制御されることを特徴とする、スチーム置換脱気装置。
9. 請求項８記載のスチーム置換脱気装置において、前記昇温用スチーム供給路は、前記スチーム供給源と前記加温器との間に前記一次側スチーム供給路と並列に設けられていることを特徴とする、スチーム置換脱気装置。
10. 先端に袋内に挿入される噴出口を備え、スチーム供給路を介してスチーム供給源に接続されたノズルと、前記スチーム供給路に配置され、通過するスチームを加熱する加温器とを用いる、袋詰め包装におけるスチーム置換脱気方法において、
    前記加温器の出口でのスチームの目標温度としての第1目標温度の初期値を設定する工程と、
    前記ノズルの噴出口でのスチームの目標温度としての第2目標温度を設定する工程と、
    前記加温器の出口での実加温器出口スチーム温度を測定する工程と、
    前記ノズルの噴出口付近での実ノズル噴出口スチーム温度を測定する工程と、
    前記第1目標温度と測定された前記実加温器出口スチーム温度とに基づいて前記加温器を制御する工程と、
    前記第2目標温度と測定された前記実ノズル噴出口スチーム温度とに基づき、前記第1目標温度を変更して設定し直す工程と、
    を備えたことを特徴とする、スチーム置換脱気方法。
11. 請求項１０記載のスチーム置換脱気方法において、前記方法はさらに、
    前記実ノズル噴出口スチーム温度が所定の稼動温度に達していないときには、袋詰め包装作業を待機状態に維持し、前記稼動温度以上になったときに袋詰め包装作業を開始させることを特徴とする、スチーム置換脱気方法。
12. 請求項１１記載のスチーム置換脱気方法において、袋詰め包装作業の開始に先立ち、前記ノズルに連続的にスチームを供給して前記ノズルの温度を前記稼動温度まで高める工程をさらに備えていることを特徴とする、スチーム置換脱気方法。
13. 請求項１２記載のスチーム置換脱気方法において、前記ノズルへのスチームの連続供給は、前記加温器と該加温器へスチームを供給するスチーム供給源との間で前記スチーム供給路と並行に設けられた昇温用スチーム供給路を介して行われることを特徴とする、スチーム置換脱気方法。
14. 請求項１０記載のスチーム置換脱気方法において、前記実ノズル噴出口スチーム温度が予め設定された、前記第2目標温度より低い稼動温度以下であるときに、その温度で処理された袋を不良品と判定する工程をさらに備えていることを特徴とする、スチーム置換脱気方法。
15. 請求項1乃至１４のスチーム置換脱気装置またはスチーム置換脱気方法において、前記第2目標温度は、一定の温度範囲として設定されることを特徴とする、スチーム置換脱気装置或いはスチーム置換脱気方法。

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