JP2017510519A - 注入可能製品の噴流形状を変えるための装置 - Google Patents

Abstract

注入可能製品、特に食品、の噴流形状を変えるための装置（１４）を図示および説明する。装置（１４）は、注入可能製品の流入のための流入領域（１６）と、注入可能製品の流出のための流出領域（１７）と、注入可能製品を移送するためのいくつかの管路（１８）とを備え、各管路（１８）は流入領域（１６）に対応付けられた少なくとも１つの流入口（１９）と流出領域（１７）に対応付けられた少なくとも１つの流出口（２０）とを有する。食品の充填のためのこの装置（１４）の使用およびこの装置（１４）の製作方法も図示および説明する。充填噴流の形状および速度プロファイルの簡単且つ優しい調整を可能にするために、いくつかの管路（１８）のうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に湾曲させることが提案される。【選択図】図２

Description

本発明は、注入可能製品、特に食品、の噴流形状を変えるための装置であって、注入可能製品の流入のための流入領域と、注入可能製品の流出のための流出領域と、注入可能製品の移送のためのいくつかの管路とを備え、各管路は流入領域に対応付けられた少なくとも１つの流入口と流出領域に対応付けられた少なくとも１つの流出口とを有する、装置に関する。

本発明は、更に、食品の充填のための、特に食品の無菌充填のための、このような装置の使用に関する。

最後に、本発明は、このような装置の製作方法に関する。

包装技術の分野においては、注入可能製品のために用意された包装体に注入可能製品を充填するための多数の可能性が公知である。注入可能製品は、例えば、ミルク、果汁、ソース、またはヨーグルトなどの食品とすることができる。例えば、厚紙層とプラスチック層とを有する複合包装体を包装体として使用できる。

包装体への充填において重要な段階は、高速サイクル時間、ひいては多数のユニット、の達成を可能にするために、注入可能製品を包装体にできる限り迅速に充填することである。ただし、この高い流速にも拘らず、衛生要件を満たし、更には包装または充填機の汚染を防止できるようにするために、はねも泡の形成も殆どなしに、充填を行う必要がある。

滅菌、すなわち無菌、条件下で充填される食品の場合は、特に高い衛生要件が生じる。

これら高い要件を満たせるのは、個々の因子、例えば、充填対象の製品の特性、量、および包装の形態など、が充填プロセスに適合化された場合に限られる。この適合化は、通常、貫流量および貫流速度の調整を含む。更に、多くの場合、充填ノズルも充填対象の製品および包装に適合化され、必要であれば交換される。この理由は、充填ノズルは充填噴流の形状および速度プロファイルを著しく決定するからである。また、充填ノズルは、液だれのない充填のための責任を担う。このために、充填ノズルからの流出前の体積流量がいくつかの部分流に分けられることが多い。これら部分流は、個々の管路を通して方向付けられる。これにより、充填対象製品がより大きな壁面に接触するので、充填が中断された場合、充填対象製品の残留量がこれら管路内に確実に保持され（「毛管作用」）、包装または充填機に無制御に滴り落ちないという利点がある。

衛生工学の分野から、水噴流の形状を変えるための装置が多数公知である。このような装置は、「噴流調整器（独：Strahlregler、英：jet regulator）」という名称でも公知であり、通常、給水栓の蛇口に取り付けられている。公知の噴流調整器には、いくつかのワイヤグリッドが奥に向かって次々と配置されていることが多い。これらワイヤグリッドは「スクリーン」とも称される。また、いくつかの噴流調整器には、いくつかの有孔インサート、例えば有孔金属薄板、が奥に向かって次々と配置されている。水噴流の特性に影響を及ぼすために、これらスクリーンおよびインサートを通して水が方向付けられる。衛生工学の分野からのこのような噴流調整器が、例えば、特許文献１または特許文献２に記載されている。

ただし、衛生工学の分野からの解決策は、通常、食品技術の分野には転用できない。これは、第１に、衛生工学の分野から公知の全ての解決策は、流動媒体として水を対象としているという事実にある。しかしながら、ミルクまたは果汁などの食品は、水とは異なる粘度を有し、果肉などの断片成分を有することさえあり得る。更なる違いは、衛生工学の分野からの噴流調整器は、末端消費者の要件を考慮して設計されており、特に、純粋に主観的に評価される水噴流の特性（流動音、水噴流の感触、等々）にも影響を及ぼす必要がある点である。また、取り出された水は直ちに使用されるので、微生物による僅かな汚染は人体にとって許容可能である。ただし、食品が数日間、数週間、または数か月間という非常に長い期間にわたって、場合によっては冷蔵されずに、貯蔵される場合、衛生工学から公知の噴流調整器に課せられている衛生要件は十分でない。したがって、衛生工学の分野からの噴流調整器は、殆どの場合、食品の充填には適さない。

注入可能製品の噴流形状を変えるための装置は、食品充填の分野からも公知である。例えば特許文献３から、ミルク用のタップ箇所のマウスピースが公知である。このマウスピースは円管片を備え、その下縁にカラーが設けられている。このカラー上に有孔板が配置され、この板上に開放気孔性フォーム材シートが載せられている。このフォーム材は特に大きな表面を有し、充填が中断された場合に充填対象のミルクが滴り落ちないようになっている。多孔質材の側壁を有する類似のノズルが特許文献４から公知である。

フォーム材などの多孔質材の使用は、充填対象の液体とフォーム材との間の接触面が極めて大きいという利点を有する。大きな接触面により、毛管作用のおかげで、望ましくない液滴の形成が防止される。ただし、フォーム材の使用は欠点もある。第１に、フォーム材の洗浄は極めて不十分にしか行うことができないので、フォーム材シートの絶え間ない交換によってしか衛生要件を満たすことができない。また、ワイヤグリッドまたはスクリーンの使用は、衛生的に疑わしい。その理由は、ワイヤグリッドまたはスクリーンは洗浄困難な個所を多数有するからである。また、フォーム材、グリッド、またはスクリーンは明確な形状がないので、個々の部分流の流れの方向および／または流速に狙いどおりに影響を及ぼせるとは思われない。

食品の充填のための別の充填ノズルが例えば特許文献５から公知である。体積流量を分割するために、上記特許文献に示されている充填ノズルは、多数の穴が設けられた交換可能な板を有する。この板によって特に直線状の充填噴流を生じさせるために、これらの穴は円筒状であり、互いに平行に延びている（「整流板」）。これらの穴の流入口は一平面に位置しており、これらの穴の流出口は一曲面に配置されているので、これらの穴は、流れの方向に見て、長さが異なる。流速は、穴の長さの違いによって影響される。特に、充填噴流の中心における流速は、充填噴流の周辺領域に比べ、穴がより長く、ひいてはより高い摩擦が生じるので、より強力に減速されることになる。

特許文献５から公知の充填ノズルもいくつかの欠点を有する。第１に、２つの部分から成る構造であるため、充填ノズルの本体に対して板を封着する必要がある。板と本体との間の封着されるべき間隙に製品残渣が蓄積し得る。これは、衛生に関して問題となる。別の欠点は、各穴の長さが異なる点である。これは、板の流出口領域が湾曲しているためであり、充填対象の製品の各部分流は、板の下面からそれぞれ異なる時点で放出され、更には包装の底面までにさらされる落下高さの長さが異なる。より短い穴を通って方向付けられて板の下面からより早く放出される部分流は、その時点でより長い穴の中に依然として留まっている部分流に比べ、より早く重力加速度にさらされる。これら部分流の落下高さが異なるため、これら部分流はそれぞれ異なる自由落下長で加速され、速度上昇がそれぞれ異なる。この結果、下面で設定された速度プロファイルが自由落下中に再び変化する。したがって、包装の底面への充填噴流の衝突によるはねの形成にとって重要な速度プロファイルは、この提案の解決策では極めて不正確にしか設定できない。

独国特許出願公開第３０ ００ ７９９（Ａ１）号 国際公開第０１／９４７０７（Ａ１）号 独国特許第２６ ０１ ４２１（Ｂ１）号 米国特許第３，６９８，４５２（Ａ）号 欧州特許出願公開第２ ０７８ ６７８（Ａ１）号

したがって、本発明は、充填噴流の形状および速度プロファイルを簡単且つ優しく調整できるように、冒頭に挙げて上で詳細に説明した装置を構成し、更に展開させるという課題に基づく。

この課題は、少なくとも１つの管路が少なくとも部分的に湾曲している、請求項１の前提部分に記載の装置によって解決される。

本発明による装置は、第１に、注入可能製品の流入のための流入領域と注入可能製品の流出のための流出領域とによって特徴付けられる。流入領域と流出領域との間に、注入可能製品の移送のための管路がいくつか配置される。これら管路の各々は、流入領域に対応付けられた流入口を少なくとも１つ有する。また、これら管路の各々は、流出領域に対応付けられた流出口を少なくとも１つ有する。好ましくは、これら管路の各々は、流入領域に対応付けられた流入口を１つだけ有し、加えて、流出領域に対応付けられた流出口を１つだけ有する。あるいは、一管路が実際に流入口を１つだけ有しているが、流出口を２つ以上有するように、この管路の一アームを２つ以上のアームに分割することもできる。同様に、この管路が流入口をいくつか有しているが、流出口を１つだけ有するように、２つ以上のアームを１つのアームに合体することもできる。したがって、これら管路は分岐を有することができる。

これら管路を１つの中心管路と１つ以上の偏心管路とに分けることができる。中心管路とは、装置の中心軸線に少なくとも部分的に交わる管路、特にその全長が装置の中心軸線に重なる管路、を意味すると理解されたい。他方、偏心管路とは、装置の中心軸線に何れの箇所においても交わらない管路を意味すると理解されたい。充填対象の充填材料の要件に応じて、これら管路は、円形、楕円形、または多角形の断面領域を有することができる。

本発明により少なくとも部分的に湾曲させた少なくとも１つの管路によって、この管路を流れる部分流の流れの方向を特に簡単に変えることができる。また、湾曲した管路によって部分流の向きを鉛直方向から中心軸線に対して傾斜した方向に、特に均一に、したがって製品に対して優しく、曲げることができる。部分的に湾曲した管路は、中心管路および／または１つ以上の偏心管路にすることができる。湾曲とは、数学的理解によると、直線／平面からの湾曲／表面の逸脱を意味すると理解されたい。例えば、円の端縁は湾曲している。そのため、湾曲の度合いは「曲率半径」とも称される（強い曲率＝小さな曲率半径、およびこの逆）。湾曲は、傾斜とは区別される必要がある。管路の進路を数学関数として説明すると、第１の導関数はその傾斜を表し、第２の導関数はその湾曲を表す。したがって、数学関数は、その第２の導関数がゼロに等しくない領域において「湾曲」している。管路の曲率は、（円または螺旋のように）一定にすることも、（楕円形のように）変化させることもできる。湾曲は内向きにする、すなわち中心軸線に向ける、ことも、外向きにすることもできる。この代わりに、１つ以上の管路が流入領域から流出領域まで、単一の始点または複数の始点から螺旋状に延びるように、管路の螺旋状構成から湾曲を生じさせることもできる。曲率の符号は、同じにしておくことも、（「左湾曲」から「右湾曲」に）変えることもできる。本装置は、金属、特に高級鋼、またはプラスチック、特にＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、またはセラミックから製作可能である。

本発明の別の展開によると、全ての偏心管路が少なくとも部分的に湾曲するようになっている。湾曲した管路の利点が特に大きいのは、一部の偏心管路ではなく、全ての偏心管路が少なくとも部分的に湾曲している場合である。中心管路も存在する場合は、全ての管路が少なくとも部分的に湾曲するように、中心管路も少なくとも部分的に湾曲させることができる。

本発明の別の教示によると、これら管路のうちの少なくとも１つを連続的に湾曲させる。連続的な湾曲とは、この管路の全長にわたって、すなわち、その１つ以上の流入口からその１つ以上の流出口まで、湾曲部が延在することを意味すると理解されたい。管路の全長を用いることによって、流れの方向を所望どおりに変化させるために必要な湾曲量または曲率半径を減らすことができる。これは、流れの特に優しい偏向という利点を有する。連続的に湾曲した管路は、中心管路および／または１つ以上の偏心管路にすることができる。

本発明の一実施形態によると、全ての偏心管路を連続的に湾曲させる。連続的に湾曲した管路の利点が特に大きいのは、一部の偏心管路だけではなく、全ての偏心管路が連続的に湾曲している場合である。中心管路も存在する場合は、全ての管路が連続的に湾曲するように、中心管路も連続的に湾曲させることができる。

本発明の別の実施形態においては、各管路の壁面を一体構造にすることが提案される。壁面を一体構造にすることによって、特に連続した、滑らかな壁面の実現が可能になる。これは、流動抵抗が低いという利点を有する。また、滑らかな壁面を有する管路は、特に単に簡単且つ効果的に洗浄可能であるので、厳しい衛生要件を満たすこともできる。したがって、一体壁面を有する管路は、幾何学的に不明確な表面（例えば、発泡材）を有する壁面に比べ、または端縁および段部を有する（例えばいくつかの有孔板が奥に向かって次々と配置された）多部品構成の壁面に比べ、いくつかの利点を有する。管路が分割または合体される場合も、各分岐の領域において壁面が一体構造であることが好ましい。管路の壁面の一体構造は、例えば、管路の領域において、または全体として、装置が一体構造であることによって実現可能である。これは、例えば積層造形法によって、実現可能である。

本発明の一実施形態によると、装置は多部品から成るハウジングを有する。多部品から成る構造であると、複数の異なる製造法の使用および組み合わせが可能であり、特に費用効率の良い製作が可能になる。例えば、湾曲した管路が配置されるハウジング部分は、積層造形法（例えばレーザ溶融）によって製作可能であり、ハウジングの残りの部分は、従来の製造法（例えば、注型法）によって製作可能である。複数の異なる製作法の（最小限の）要件に合わせた複数の材料を使用することによって、製造コストの更なる削減も実現できる。

本発明の別の展開によると、全ての管路の流入口および／または流出口が一平面に配置される。全ての流入口を一平面に配置すると、特に簡単な形状の、特に平坦な、封止要素によって、全ての流入口を同時に確実に封止できるという利点がある。全ての流出口を一平面に配置すると、洗浄が簡単であることに加え、全ての部分流が装置の下面から同時に放出され、したがって、重力加速度に同時にさらされるという利点がある。全ての管路の流入口が配置される平面は、全ての管路の流出口が配置される平面に平行であることが好ましい。これは、複数の管路が同様に湾曲した何れの場合も、これら管路の長さが等しいので、全ての管路内の摩擦による部分流の減速がほぼ等しい程度であるという利点を有する。この代わりに、全ての管路の流出口が配置される平面を、全ての管路の流入口が配置される平面に対して、傾斜させることもできる。これにより、相応に湾曲された複数の管路に関して、充填噴流の強力な横配列を実現できる。

本発明の一実施形態によると、管路の数は少なくとも５つ、特に１０と１００の間の範囲内、である。この実施形態によると、流れ全体が特に多数の部分流に分割されることになる。これは、各部分流について、この部分流の速度および方向を個別に調整できるので、充填噴流の複雑な形状および速度プロファイルも実現できるという利点を有する。また、管路の数が多いと、流れと管路との間の接触面が増えるので、毛管作用により、充填が中断されたときに滴下の危険性が減る。

本発明の一実施形態は、一管路の流入口の合計が第１の断面積を形成し、一管路の流出口の合計が第２の断面積を形成し、少なくとも１つの管路の第２の断面積がこの管路の第１の断面積より大きいという特徴を有する。各管路の第２の断面積は、この管路の第１の断面積より大きいことが好ましい。換言すると、各管路の断面積は、流れの方向に、すなわち、１つ以上の流入口から１つ以上の流出口の方向に、増大する。断面積の増加は、均一且つ一定に、すなわち単調に、行うことができる。あるいは、断面積のサイズを最初に減らし、その後に初期サイズより大きくすることもできる。このように複雑な形状は、例えば積層造形法によって、実現可能である。流体力学の法則、特にベルヌーイの法則、によると、断面積の増加は、流速の比例的低下をもたらす。したがって、上記の管路構造は、管路を流れる部分流の減速をもたらす。したがって、第１の断面積と第２の断面積との商は常に１より小さく、減速の程度の実測値を表す。したがって、この商は「減速係数」とも称され得る。他方、その逆数は「加速係数」と称され得る。

全ての管路の第１の断面積の合計と全ての管路の第２の断面積の合計との商は、０．３５と０．７５との間の範囲内にすることができる。これは、全ての管路の流入口における総断面積が全ての管路の流出口における総断面積の約３５％〜７５％に過ぎないことを意味する。したがって、総断面積の明確な増加が流れの方向に生じるので、流れ全体が減速される。

代わりに、または加えて、各管路について、第１の断面積と第２の断面積との商を０．３５と０．７５の間の範囲内にすることができる。これは、断面積の合計ばかりでなく、個々の管路の１つの流入口、または全ての流入口、における断面積もこの管路の１つの流出口、または全ての流出口、における断面積の約３５％〜７５％に過ぎないことを意味する。したがって、個々の管路が断面積の明確な増加と、それに伴う減速とに前記範囲内で寄与することになる。各管路の場合、第１の断面積と第２の断面積の商を、すなわち減速係数を、同じにすることができる。あるいは、これらの商を管路間で前記範囲内において変化させることもできるので、流れの減速を管路ごとに個々に適合化できる。

本発明の別の実施形態においては、偏心管路の中心軸線を装置の中心軸線に対して或る傾斜角だけ傾斜させて配置することが提案される。管路の中心軸線とは、同じ管路の１つの流入口と１つの流出口との間、またはそれぞれの流入口とそれぞれの流出口との間、の接続線を意味すると理解されたい。各管路の曲率により、この接続線は管路内に必ずしも連続的に延びるとは限らない。複数の偏心管路を傾斜させることにより、これら管路内の部分流は、鉛直インパルスに加え、水平インパルスを受けることもできる。これは、充填噴流の形状の特に可変の構成を可能にする。当該管路を、流れの方向に見て、外向きまたは内向きに傾斜させることができる。外向きの傾斜は充填噴流を広げるか、または分割し、充填噴流を側方に包装の壁に向かわせる。これにより、包装への充填が特に優しく、泡を殆ど形成せずに、行われる。他方、内向きの傾斜は、特に先の尖った、集束された充填噴流を可能にする。この傾斜角は、１°と３０°の間の範囲内にすることができる。この傾斜角は、装置の中心軸線と対応する管路の中心軸線との間に生じる角度である。示されている範囲は、外側への傾斜または内側への傾斜に関することができる。内向きの傾斜の傾斜角は１°と６°の間であり、外向きの傾斜は５°と１５°の間であることが好ましい。

本発明の一実施形態によると、少なくとも１つの管路が少なくとも１つの分岐を有するようになっている。分岐とは、一管路の一アームが２つ以上のアームに分割されること、または２つ以上のアームが１つのアームに合体されること、を意味すると理解されたい。中心管路および偏心管路のどちらも１つ以上の分岐を有することができる。複数の分岐を有する管路の場合、その管路のさまざまなアーム内の流れが互いに影響し合うという危険がある（連通管の原理）。流出口をいくつか有する一管路の場合、これにより、充填材料の流出または当該管路の部分的空洞化が引き起こされ得る。ただし、分岐を規定の高さ、例えばハウジングの下側３分の１、に設けることによって、管路の制御された部分的空洞化を実現でき、断片粒子による閉塞が防止される。また、複数の分岐によって充填噴流の形状および速度プロファイルの特に柔軟な調整を実現できる。

上記の装置は、例示されている全ての実施形態で使用可能であり、特に食品の充填、特に食品の無菌充填、に適している。対象となる食品は、例えば、ミルク、果汁、ソース、またはヨーグルトとすることができる。

冒頭に記載の課題は、請求項１〜１１の何れか一項に記載の装置の製作方法によっても解決される。本方法は、ａ）複数の管路が内部に配置される装置を積層造形法によって製作するステップを含む。

優勢な意見によると、積層造形法または「ジェネラティブ」製造法は、「一次成形製造法（独：Urformenden Fertigungsverfahren、英：primary forming manufacturing methods）」（ＤＩＮ８５８０による主群１）に属する。ただし、「塗布（独：Beschichten、英：coating）」製造法（ＤＩＮ８５８０による主群５）との類似点もある。積層造形法において、構成要素の製造は、形のない出発材料（例えば液体、ペースト、または粉末）または中性形状の出発材料（帯体、ワイヤ、板、フィルム）を基礎とし、化学的および／または物理的プロセスによって成形される。これらプロセスは、例えば、溶融および凝固、結合剤による接合、または重合とすることができる。従来の方法に比べ、積層造形法は、構成要素の幾何学的形状に関して多大な利点をもたらす。例えば、ジェネラティブ製造法によると、従来の製造法では極めて手間がかかるか、または全く不可能であったアンダーカットおよび複雑な構造を構成要素の内部に生じさせることができる。更なる利点は、例えば注型に必要な、型および工具が不要になる点である。積層造形法は確かに時間がかかり、したがって連続生産には適していない（一般的な構成速度は、１時間当たり数ｃｍ^３）。それにも拘わらず、個々の部品または一連の小数の構成要素であれば、並外れて複雑な形状を有する場合でも、難なく製作可能である。上記の装置の製作においては、積層造形法は、湾曲した管路の複雑な形状の製作において特に優れている。この種の公知の装置においては、管路は通常、ワイヤ浸食によって切断されるか、または穿孔される。ただし、これら製造法は、本発明による管路の湾曲形状を可能にしない。積層造形法では、金属製またはプラスチック製の構成要素を製作できる。下記の焼結または溶融法は、金属の処理に適している。他方、所謂「３Ｄ印刷」は、プラスチックの加工に使用可能である。この場合、物理的または化学的な溶融および硬化プロセスが構成要素の構成に用いられる。プラスチックＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）は、その高い安定性、その温度耐性、およびその高い耐摩耗性により、食品業界での使用に特に適していることが実証されている。

本方法の一実施形態では、ステップａ）が焼結または溶融によって行われる。焼結または溶融では、出発材料、例えば金属粉末、が層状に施され、溶融される。このために必要なエネルギーは、ビームによって、特にレーザビーム、赤外線ビーム、または電子ビームによって、供給可能である。

本発明の一実施形態によると、ステップａ）をレーザ焼結またはレーザ溶融によって行うことが提案される。レーザ焼結またはレーザ溶融では、特に選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）では、出発材料、例えば金属粉末、が層状に施され、レーザビームによって溶融される。この手順によると、極めて複雑な形状を製作できる。

ニッケル系合金（例えば、インコネル６２５、インコネル７１８、インコネルＨＸ）、合金工具鋼および高級鋼合金（例えば材料番号１．２０８３、１．２７０９、１．４４０４、１．２３４３）、純粋チタンまたはチタン合金（例えば、ＴｉＡｌ７Ｎｂ７、ＴｉＡｌ６Ｖ４）、アルミニウム合金（例えば、ＡｌＳｉ１２、ＡｌＳｉ１０Ｍｇ、ＡｌＳｉ７Ｍｇ、ＡｌＳｉ９Ｃｕ３）またはコバルト・クロム合金（例えば、ＣｏＣｒ ＡＳＴＭ Ｆ７５）が適した材料として実証されている。特に適した高級鋼合金１．４４０４は、Ｘ２ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２（ＤＩＮ ＥＮ １０ ０２７−１）という名称でも公知である。レーザとして、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（「ネオジム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザ」）をレーザビーム直径３５μｍ〜７０μｍおよびレーザ出力１６０Ｗ以上で、特に２００Ｗ以上で、使用できる。施される層は、２０μｍと１００μｍの間の範囲内の厚さを有することができる。レーザビームの強度は、少なくとも５×１０^１０Ｗ／ｍ^２であることが好ましい。レーザビームの照射時間については、少なくとも８５μｓ、特に少なくとも１３０μｓ、の値が適していることが実証されている。

以下においては、好適な一例示的実施形態を単に示している図面の助けを借りて本発明をより詳細に説明する。

従来技術から公知の充填ノズルの断面図である。 図１ａの充填ノズルの板の拡大切り欠き断面図である。 図１ａの充填ノズルの板の図１ａの切断面Ｉｃ−Ｉｃに沿った図である。 注入可能製品の噴流形状を変えるための本発明による装置の第１の実施形態である。 注入可能製品の噴流形状を変えるための本発明による装置の第２の実施形態である。 注入可能製品の噴流形状を変えるための本発明による装置の第３の実施形態である。 注入可能製品の噴流形状を変えるための本発明による装置の第４の実施形態である。 注入可能製品の噴流形状を変えるための本発明による装置の第５の実施形態である。

図１には、従来技術から公知の充填ノズル１が断面図で示されている。充填ノズル１は、本体２と、流れを成形するための板３とを備える。板３に設けられた円周状フランジ４を本体２に設けられた突起５に載置することによって、板３を本体２に交換可能に挿入できる。板３は、充填ノズル１への注入可能製品の、図１ａに矢印によって模式的に示されている、貫流を可能にする穴６をいくつか有する。充填ノズル１からの流出後、注入可能製品は噴流７を形成する。噴流７の外形が図１に示されている。中心軸線８が本体２および板３の中心を通って延びている。

図１ｂは、図１ａの充填ノズル１の板３の拡大切り欠き断面図を示す。図１ｂでは、図１ａに関連して既に説明した板３の各領域に対応する参照符号が付与されている。板３は、注入可能製品の流入用の上面９と注入可能製品の流出用の下面１０とを有する。上面９は複数の穴６を介して下面１０に接続される。これらの穴６は流入口１１と流出口１２とをそれぞれ有する。各穴６の流入口１１は上面９に対応付けられ、各穴６の流出口１２は下面１０に対応付けられる。図１ｂに示されている板３では、全ての穴６は板３の中心軸線８に平行に延在し、したがって全く傾斜していない。また、全ての穴６の断面積が全く同じであり、流れの方向に、すなわち流入口１１から流出口１２まで、変化していない。上面９は、一平面によって形成され、そこに各穴６の流入口１１が配置されている。これに対し、下面１０は一曲面によって形成され、そこに各穴の流出口１２が配置されている。下面１０は、中心軸線８の近くに配置された穴６が板３の周辺領域に配置された穴６より長くなるように、湾曲している。各流出口１２の縁端部に周方向の面取り１３を設けることができる。

図１ｃには、図１ａの充填ノズル１の板３が図１ａの断面Ｉｃ−Ｉｃに沿って、すなわち下面から見て、示されている。また、図１ｃでは、図１ａおよび図１ｂに関連して既に説明した板３の各領域に、対応する参照符号が付与されている。図１ｃでは、よりわかり易くするために、本体２の図が省かれている。図１ｃは、ここでは複数の穴６が互いに密接して配置され、板３のほぼ全面積を占めていることを示している。図１ａ、図１ｂ、および図１ｃに示されている充填ノズル１は、特許文献５から公知の充填ノズルにほぼ相当する。

図２は、注入可能製品の噴流形状を変えるための本発明による装置１４の第１の実施形態を断面図で示す。装置１４は、一体構造のハウジング１５を有する。ハウジング１５は、注入可能製品の流入のための流入領域１６と注入可能製品の流出のための流出領域１７とを備える。流入領域１６と流出領域１７との間に、ハウジング１５内で注入可能製品を移送するための複数の管路１８が配置されている。これら管路１８は、流入領域１６に対応付けられた流入口１９と流出領域１７に対応付けられた流出口２０とをそれぞれ有する。図２に示されている装置１４では、流入領域１６、したがって流入口１９も、および流出領域１７、したがって流出口２０も、がどちらも平面に配置されている。この２つの平面は互いに平行である。最後に、装置１４はその上側に、いくつかの穿孔２２が導入された周方向フランジ２１を有する。これら穿孔２２によって、装置１４を、例えば充填機に、接続できる。

図２には、封止要素２４付きの弁棒２３が更に示されている。これら構成要素は、実際には装置１４には属しておらず、それぞれの動作モードの説明のためである。図２に矢印によって模式的に示されている、装置１４の貫流を中断するために、弁棒２３は下げられる。したがって、封止要素２４は流入領域１６に押し当てられ、そこに配置されている管路１８の流入口１９を閉じる。中心軸線２５が弁棒２３、封止要素２４、および装置１４の中心を通って延びている。

図２に一例として示されている装置１４では、管路１８を中心管路１８’といくつかの偏心管路１８”とに分けることができる。中心管路１８’の中心軸線は、装置の中心軸線２５に相当する。したがって、中心管路１８’は、真直ぐに下方に延び、流入領域１６および流出領域１７の２つの平面の両方に垂直である。他方、偏心管路１８”の中心軸線は、したがって偏心管路１８”自体も、湾曲して延び、更には部分的に傾斜している。図２に一例として示されている装置１４では、全ての偏心管路１８”が湾曲している。この湾曲部は管路１８”の一部の領域にのみ延在し、傾斜した、しかし湾曲していない、領域が湾曲部に隣接している。

図２に一例として示されている装置１４の管路１８は、第１の断面積２６と第２の断面積２７とを有する。第１の断面積２６は流入口１９において測定され、第２の断面積２７は流出口２０において測定される。図２に示されている装置１４の各管路１８は、各管路１８の第２の断面積２７がこの管路１８の第１の断面積２８より大きいことを特徴とする。これは、中心管路１８’および偏心管路１８”の両方に関する。換言すると、各管路１８の断面積は、その流入口１９からその流出口２０までの流れの方向に見て、増大する。

図３には、注入可能製品の噴流形状を変えるための本発明による装置１４の第２の実施形態が断面図で示されている。図３では、装置１４の第１の実施形態（図２）に関連して既に説明した各領域に、対応する参照符号が付与されている。装置１４の第１および第２の実施形態の間の基本的な違いは、ハウジング１５が２つの部分で構成され、上側ハウジング部１５’と下側ハウジング部１５”とを備える点である。管路１８は、交換可能な下側ハウジング部１５”に配置される。本装置の第１の実施形態（図２）との更なる違いは、偏心管路１８”の湾曲部の形状が異なる点である。一部の偏心管路１８”は、例えば連続的に、すなわちそれぞれの全長に沿って、湾曲している。

図４は、注入可能製品の噴流形状を変えるための本発明による装置１４の第３の実施形態を断面図で示す。図４では、装置１４の第１の実施形態（図２）および第２の実施形態（図３）に関連して既に説明した各領域に、対応する参照符号が付与されている。装置１４の第３の実施形態と最初の２つの実施形態との間の基本的な違いは、第３の実施形態においては偏心管路１８”が分岐を有する点である。

図４において中心軸線２５の右側に示されている偏心管路１８”は、第１の断面積２６を有する流入口１９を１つだけ有する。この管路１８”の途中で、最初に第１のアームが分岐し、その後に第２のアームが分岐するので、この管路１８”は複数のアームに分かれる。したがって、中心軸線２５の右側に示されている管路１８”は、３つの流出口２０を更に有し、これら流出口２０は一緒に第２の断面積２７を形成する。他方、図４において中心軸線２５の左側に示されている管路１８”は、３つの流入口１９を有し、これら流入口１９は一緒に第１の断面積２６を形成する。この管路１８”の途中で、管路１８”の３つのアームが合体して単一のアームになる。したがって、中心軸線２５に左側に示されている管路１８”は第２の断面積２７を有する単一の流出口２０を更に有する。図４に示されているのとは異なり、中心管路１８’をいくつかのアームに分割することも、またはいくつかのアームから合体することもできる。この代わりに、中心管路１８’を省くこともできる。

図５には、注入可能製品の噴流形状を変えるための本発明による装置１４の第４の実施形態が断面図で示されている。図５では、装置１４の第１（図２）、第２（図３）、および第３（図４）の実施形態に関連して既に説明した各領域に、対応する参照符号が付与されている。装置１４の第４の実施形態と最初の３つの実施形態との間の基本的な違いは、第４の実施形態では偏心管路１８”の形状が異なる点である。

図５に示されている偏心管路１８”は、中心軸線２５に交わらずに、中心軸線２５の周囲に螺旋形状に延びている。したがって、偏心管路１８”は、中心軸線２５に配置された中心管路１８’の周囲に延びる。偏心管路１８”は分岐せず、単一の流入口１９を単一の流出口２０に接続する。流入口１９は第１の断面積２６を有し、流出口２０は第２の断面積２７を有する。ただし、この代わりに、および図５に示されているのとは異なり、偏心管路１８”をいくつかのアームに分割することも、またはいくつかのアームから合体することもできる。また、偏心管路１８”は必ずしも中心軸線２５の周囲に延在する必要はなく、その全体を中心軸線２５に隣接させて、ひいては中心管路１８’に隣接させて、配置させることもできる。

最後に、図６は、注入可能製品の噴流形状を変えるための本発明による装置１４の第５の実施形態を示す。図６では、装置１４の第１（図２）、第２（図３）、第３（図４）、および第４（図５）の実施形態に関連して既に説明した各領域に、対応する参照符号が付与されている。装置１４の第５の実施形態と最初の４つの実施形態との間の基本的な違いは、管路１８の形状が異なる点である。

図６に示されている装置１４の実施形態においては、偏心管路１８”のみが複数存在し、一方、中心管路１８’は存在しない。偏心管路１８”は何れも外向きに湾曲しており、したがって、これら管路１８”を通る部分流を中心軸線２５から離れる方向に向かわせる。偏心管路１８”を２群に分けることができる。図６において左側に示されている群は、平行に延びる偏心管路１８”を３本備える。これら管路１８”は、一定の壁厚を有する肉薄の隔壁２８によって互いに隔てられ、そこを通る部分流を左方に向かわせる。図６において右側に示されている群は、平行に延びる偏心管路１８”を３本備える。これら管路１８”は、一定の壁厚を有する肉薄の隔壁２８によって互いに隔てられ、そこを通る部分流を右方に向かわせる。隔壁２８の厚さは、０．２ｍｍと８．５ｍｍの間の範囲内にすることができる。図６に示されている装置１４の構成が「サイドエミッタ（独：Seitenstrahler、英：side emitter）」であるように、２群の偏心管路１８”から出てくる部分流は互いに接触しないことが好ましい。この代わりに、中心軸線２５の周囲を流れる閉断面の噴流が装置１４から出てくるように、偏心管路１８”を配置することもできる。

第１〜第５の実施形態（図２〜図６）に関連して上で詳細に説明した装置１４の特徴を複数の方法で互いに組み合わせることができる。特に、ハウジング１５の種類（一体型または多部品構成）および管路１８の数および形状（直線、湾曲、傾斜、分岐、螺旋）を互いに組み合わせることができる。

１ 充填ノズル
２ 本体
３ 板
４ フランジ
５ 突起
６ 穴
７ 噴流
８ 中心軸線
９ 上面
１０ 下面
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 面取り
１４ 装置
１５、１５’、１５” ハウジング
１６ 流入領域
１７ 流出領域
１８、１８’、１８” 管路
１９ 流入口
２０ 流出口
２１ フランジ
２２ 穿孔
２３ 弁棒
２４ 封止要素
２５ 中心軸線
２６ 第１の断面積
２７ 第２の断面積
２８ 隔壁

Claims (15)

1. 注入可能製品、特に食品、の噴流形状を変えるための装置（１４）であって、
   − 前記注入可能製品の流入のための流入領域（１６）と、
   − 前記注入可能製品の流出のための流出領域（１７）と、
   − 前記注入可能製品を移送するためのいくつかの管路（１８）と、
   を備え、
   − 各管路（１８）は、前記流入領域（１６）に対応付けられた少なくとも１つの流入口（１９）と前記流出領域（１７）に対応付けられた少なくとも１つの流出口（２０）とを有する、装置において、
   前記いくつかの管路（１８）のうちの少なくとも１つが少なくとも部分的に湾曲している、ことを特徴とする装置。
2. 全ての偏心管路（１８”）が少なくとも部分的に湾曲していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記いくつかの管路（１８）のうちの少なくとも１つが連続的に湾曲していることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 全ての偏心管路（１８”）が連続的に湾曲していることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の装置。
5. 前記いくつかの管路（１８）の壁面が一体構造であることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記装置（１４）は多部品構成のハウジング（１５’、１５”）を有することを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の装置。
7. 前記いくつかの管路（１８）の前記流入口（１９）および／または前記流出口（２０）は一平面に配置されることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。
8. 管路（１８）の数は少なくとも５つであり、特に１０と１００の間の範囲内であることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の装置。
9. 一管路（１８）の前記流入口（１９）の合計は第１の断面積（２６）を形成し、一管路（１８）の前記流出口（２０）の合計は第２の断面積（２７）を形成し、少なくとも１つの管路（１８）の前記第２の断面積（２７）は、この管路（１８）の前記第１の断面積（２６）より大きいことを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の装置。
10. 前記偏心管路（１８”）の中心軸線は、前記装置（１４）の前記中心軸線（２５）に対してほぼ傾斜角度（α）傾斜して配置されることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の装置。
11. 少なくとも１つの管路（１８）が少なくとも１つの分岐を有することを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置。
12. 食品の充填、特に食品の無菌充填、のための請求項１〜１１の何れか一項に記載の装置（１４）の使用。
13. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の装置（１４）の製作方法であって、
    ａ）前記いくつかの管路（１８）が内部に配置される前記装置（１４）を積層造形法によって製作するステップ、を含む方法。
14. ステップａ）は、焼結または溶融によって行われることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. ステップａ）は、レーザ焼結またはレーザ溶融によって行われることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の方法。

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