JP5430656B2 - 液体食品を包装する装置 - Google Patents

Description

本発明は、高分子材料、特にポリエステルからなる容器を製造する分野に関する。より詳細には、本発明は、ポリエステルボトル、好ましくは、液体、例えばミネラルウォーター、その他風味のある飲料、ソーダ、フルーツジュース、液状ヨーグルトを収容するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ボトルを製造する分野に関する。

長年、通常市場で見られるＰＥＴボトルは、圧縮空気を使用するＰＥＴプリフォームのブロー成形又は延伸ブロー成形によって製造されてきた。

プリフォームは、通常、端部の一方が閉鎖され反対側の端部が開放されている円筒管の形態をとる。プリフォームの開放頭部は、容器の首部に対応する。

プリフォームから容器を製造する従来のプロセスの間、プリフォームは、連続したコンベヤベルトの円筒状取付具の上に滑り込み、したがって、コンベヤチェーンは、後続する延伸ブロー成形段階のためにプラスチックを温度調節するように、両側に放射加熱手段が隣接している直線状部分によって実質的に形成された炉内を通るように、プリフォームを移送する。

そして、高温のプリフォームは、取り外されブロー成形機の金型内に移送される。移送動作は、ブロー成形機の移送動作と連動する。

このブロー成形機は、一般にカルーセルの形成、たとえば回転カルーセルの形態で製造される。回転カルーセルは、その垂直軸を中心に連続的に回転し、その外周に一続きの同一の金型を支持している。

プリフォームは、開放され先に形成された容器が取り除かれた直後の金型内に配置される。

プリフォームは、延伸ブロー成形によって成形され得るように、金型においてガラス転移温度（約１００℃）を上回る温度であるように事前に加熱される。

加熱段階の最後のプリフォームの温度は、加熱場所とブロー成形場所との間に存在する距離にわたって発生する冷却を考慮するように、ブロー成形機の金型内部で必要な温度をわずかに上回る。

いくつかの金型が同時に存在するため、こうしたブロー成形機は、１つの金型につき１時間に約１０００〜２０００本のボトル、すなわち１設備ごと１時間ごとに約数万の単位の容器を非常に高速に製造することができる。
１時間に約数万の単位の容器、

延伸ブロー成形は、金属ロッドを使用して延伸し、３〜４バール（３×１０^５〜４×１０^６Ｐａ）の範囲の圧力で空気を注入することによって行われる。空気はノズルで注入され、ノズルの端部は、プリフォームの頭部の開口部から挿入される。

ボトルが形成されて初めて充填手段が採用され、これら充填手段は、充填の前及び後に機械的動きを引き起こし、特に飲料の跳ね返りをもたらす。

このように使用される装置には、保守段階において、且つ動作時、動作パラメータを再調整する必要のある場合にも、極めて多くの人の介入が必要であることが理解されよう。

特に、飲料用に使用される高圧力は、既知の装置を定期的に中断させなければならないという影響を及ぼす。

更に、充填後、容器をキャップ又はねじ又はクリップ締結キャップによって封止しなければならず、そのプロセスは、延伸ブロー成形機の外部の手段を必要とするため、広く自動化することができない。

この状況において、本発明の目的は、大量の飲料を、最終的に仕上げるように且つ少ないステップで連続して供給する小型装置であって、動作時に保守がほとんど必要でない装置を提供することである。

したがって、本出願人は、加熱されたプリフォームから形成された熱可塑性容器内に飲料を供給する装置であって、プリフォームがおよそ円筒状又は他の形状であり且つ金型内に配置され、当該装置が、金型内部におけるプリフォームの膨張を促進するように、プリフォームの凹み内に少なくとも１種の飲料を注入する注入手段を有し、金型が容器の形状を画定し、前記注入手段が、金型内部におけるプリフォームの膨張を促進するように、プリフォームの凹み内に少なくとも飲料を注入するように設計された注入ヘッドを備え、金型が容器の形状を画定し、前記注入手段が、凹みの口部を通して少なくとも飲料を注入するように設計された注入ヘッドを備え、前記注入ヘッドが前記金型に組み込まれている、装置を開発した。

注入ヘッドが、統合された金型に組み込まれているという事実により、外部注入ヘッドを使用する従来技術の装置における、特に前記ヘッドが供給装置の使用中に長手方向に移動する場合の、注入ヘッドに関連する飲料の跳ね返りが回避される。

本発明の本質的な特徴によれば、凹みの前記首部が容器の首部を画定するため、本装置は、前記首部に栓を固定する手段を更に有する。

したがって、容器を製造するために使用される液体が、容器内に供給されるべき飲料であるため、本発明による装置により、容器を充填し封止する後続するステップをなくすことができる。

したがって、製造ステップ、充填ステップ及び封止ステップが、統合された装置によって行われる同一のステップに統合される。

この解決法には、相当の経済的利点があり、また、この解決法により、空の又は未封止の容器の汚染、特に細菌汚染の危険が制限される。

１つの有利な特徴によれば、注入ヘッドは、栓固定手段が動作することができるように配置される。特に、注入ヘッドは、充填ステーションに組み込まれる。

一実施形態によれば、本装置は、注入される一定量の飲料を加圧する手段を更に有する。

特に、前記加圧手段はポンプを備える。

本装置はまたピストンを備えていてもよく、それは任意にポンプと組み合わせて採用される。

先の実施形態に対して排他的でない別の実施形態によれば、中央加圧空気貯蔵器が使用される。

１つの非常に特別に有利な特徴によれば、本装置は、飲料を脱気するシステムを更に有する。

この手段は、好ましくは、飲料供給回路において供給装置の上流に配置される。

一実施形態ではまた、本装置は、金型の少なくとも一部を清掃する手段を更に有する。

これら手段により、任意に、金型内にこぼれた熱可塑性物質の破片又は大量の飲料を除去することができる。

本発明の状況において本質的に既知であるが有利である方法で、金型は、金型基部と２つの上部金型部分とからなり得ることが留意されるべきである。

最後に、本装置は、好ましくは、容器を、その最終的な容積の一部まで、空気を用いて形成する手段と、容器内の内圧を増大させる手段であって、容器の形成が飲料を用いて達成される、手段とを更に有することを特徴とする。

また、本装置は２つの注入ヘッドを備え、それら注入ヘッドの各々が金型に組み込まれることも留意されるべきである。

少なくとも１つの注入ヘッドが、金型の空洞の１つの軸に対して垂直なダクトの端部に噴出口を有することが有利であり、前記ダクトは前記飲料の少なくとも１つの成分を供給する回路に接続されている。

一実施形態によれば、前記ダクトは前記金型の頂部に組み込まれている。

好ましくは、頂部は２つの下位部分から構成され、ダクトは、各下位部分のそれぞれの境界面における２つの相補的な凹部の接合によって形成される。

少なくとも１つの注入ヘッドが、栓固定手段が動作することができるように配置されることが特に有利である。

ここでまた、一態様によれば、金型の上部は少なくとも２つの構成体（第１の構成体、第２の構成体）を有し、注入ヘッドは前記上部に組み込まれ、注入ヘッドは、第１の構成体において飲料をプリフォーム内に注入することができ、栓固定手段は、第２の構成体において栓をプリフォームの首部に配置するように設計されている。

本発明はまた、本発明による装置を採用する産業プロセスに関する。このプロセスには、特に、容器を金型から抜き出すステップの前に容器の上にキャップを嵌合させるステップが含まれる。

それには、金型内にプリフォームを挿入するステップの前に金型の少なくとも一部を清掃するステップも含まれ得る。

１つの有利な特徴によれば、本プロセスは、飲料を熱可塑性プリフォーム内に注入するステップを含み、前記注入は、金型に組み込まれた注入ヘッドを通して行われる。

好ましくは、本プロセスは、容器をその最終的な容積の一部、例えば７０％を上回る部分まで、空気を用いて形成するステップを更に含み、その後、飲料を用いて達成される圧力を増大させるステップが続く。

これは、空気は、飲料ほど、膨張している熱可塑性物質を冷却することができないためである。したがって、この特徴には、より安定したプロセス及びその拡張したプロセスの動作範囲（ｗｉｎｄｏｗ）を提供するという利点がある。

ここで、本発明を、例示的な実施形態に関連する添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明を採用する設備を動作させる原理を示す概略図である。 断面図で且つ斜視図で示す本発明による飲料供給装置を示し、ＰＥＴプリフォームが金型内に配置され、延伸ロッドが高い位置に配置されている図である。 断面図で且つ斜視図で示す本発明による飲料供給装置の別の態様を示し、延伸ロッドが高い位置に配置されている図である。 ボトルに栓をするステップ中の飲料供給装置の同じ態様を示す図である。

本明細書で例として示す実施形態は、加熱されたプリフォームからＰＥＴミネラルウォーターボトルを製造するプロセスに関する。プリフォームは、下端が閉鎖された円筒管の形状である。プリフォームの開放頭部は、ボトルの首部に対応し、その上に閉鎖キャップがねじ込まれる。

図１を参照する。延伸ロッド１０が加圧空気アクチュエータ１５内に挿入される。延伸ロッド１０は、長手方向動作（図において矢印で示す）が与えられる伸用のモータによって制御される。

延伸ロッドは空気圧により（アクチュエータ又はカムを用いて）制御さ、あるいはまた、又はこれと組み合わせて、電気的に制御される。アクチュエータを用いる制御は好ましく、本発明の好適な実施形態でも用いられる。

圧縮空気アクチュエータ１５は、注入ヘッド１８を制御するシリンダ１７を備えており、シリンダ１７内を延伸ロッド１０が通過する。注入ヘッド１８は、金型（図示せず）内に配置されたＰＥＴプリフォームの首部２０に連結されており、プリフォームは、膨張した後、ミネラルウォーターボトルの形状をとり、この形状は金型の壁によって確定される。

アクチュエータは３つのチャンバを備えており、上部の２つのチャンバ１５ａ及び１５ｂには圧縮空気が充填されている。これら上部の２つのチャンバの間で、ピストン壁１９が、延伸ロッドに対して平行な方向に摺動する（その変位を矢印で表す）。延伸ロッド１０は、この壁１９の中心を通過する。

圧縮空気アクチュエータはまた、飲料、ここではミネラルウォーター用の側面注入口３０も有しており、それはアクチュエータの第３のチャンバ１５ｃに連結されており、このチャンバは底部チャンバである。飲料は、ライン３２を介して送り込まれる。

外部ミネラルウォーター注入口は、このライン３２の遠隔端部を介して液体を第１のバルブ３４内に供給し、第１のバルブ３４は、充填モータ（その移動を矢印で示す）によって制御されるピストン４２を備える単一チャンバ充填シリンダ４０の開口部に接続されている。このモータは、充填シリンダ４０の単一チャンバ内においてピストンを長手方向に移動させる。

第１のバルブを通過する前に、ミネラルウォーターの空気飽和を制御するための上流の脱気装置によりミネラルウォーターは事前に脱気される。

ライン３２には第２のバルブ３６があり、それは、第１のバルブ３４及び充填シリンダ４０の開口部の後方で直列になっている。そして、ライン３２は、圧縮空気アクチュエータ１５の底部チャンバ１５ｃ内に伸びている。

圧縮空気アクチュエータの底部チャンバ１５ｃには、充填ヘッド１８を制御するシリンダ１７が貫通しており、シリンダ１７の内部容積は、圧縮空気アクチュエータ１５の下部出口を通って充填ヘッド１８内に出てくる。制御シリンダは側面開口部２５を有し、それにより、飲料がアクチュエータの底部チャンバと制御シリンダの内側との間を循環することができる。

延伸ロッド１０自体が、制御シリンダ１７内を通って充填ヘッド１８及びボトルプリフォームの首部２０の所まで移動する。

図２は、半金型１００を示し、ＰＥＴプリフォーム１１０が、略円筒形状であり下方部に底部１０２がある半金型の空洞の頂部内に配置されている。第２の半金型（図示せず）が、金型を完成し、且つプリフォームを２つの半金型の空洞によって形成される閉鎖空洞内で固定し、閉鎖空洞は飲料ボトル形状を画定する。

半金型１００は底部１０５及び頂部１０６を備え、頂部１０６は、頂部１０６の上面に隆起を形成する２つのレール１０８を介して底部に固定され、２つのレールは、断面の平面に対して垂直に、金型の空洞の両側において互いに対して平行である、ということが留意されるべきである。金型の空洞は、主に、金型の底部に含まれる。

プリフォーム１１０には、栓を受け入れる外部ねじ山を有する首部１１１がすでに形成されている。首部１１１は、半金型の空洞の狭窄部１０９に配置され、狭窄部１０９は、首部を固定するように設計される一方で、依然として最終的なボトルの形状に対して相補的である。この狭窄部１０９が金型の底部の上面の真下にあることと、したがって、首部が金型の頂部１０６及びその底部１０５の両方と接触することとが留意されるべきである。首部のねじ山は、金型の頂部１０６の略円筒状空洞の壁と接触する。首部はまたフランジ１１２も有し、それは、金型の頂部１０６と金型の底部１０５との間の境界面に正確に配置される。

プリフォームは、空洞の底部１０２の方向における首部の延長線に凹み（図では隠れている）を有しており、それは底部で終端する。

金型の空洞の内面は、飲料ボトル、ここではミネラルウォーターボトルの外部構造を画定するように構造化されている。この構造は複数の円形溝を含み、そのうちのいくつかは、例えば使用者がボトルを把持することができるように、又は使用中に可撓性を提供するように、若しくは使用後にボトルを取り除く目的で等、構造的又は機能的役割を有している。

金型は、その頂部に、円形断面の２つの直線状のダクト１４０及び１４５を有しており、一方が他方の延長線に沿い、それらは、以前に形成されたボトルの軸に対応する金型の空洞の軸に対して垂直である。２つのダクトは、プリフォームの首部の頂部の両側に配置され、これらダクトの一方又は他方に注入される液体がプリフォームの首部内に流れ込むように、前記首部の頂部において開放されている。２つのダクトが金型の断面の平面にあり、したがって、図示する半金型を相補的な半金型と接合することによって形成される、ということが留意されるべきである。

図の上部に、プリフォーム軸及び金型凹部の延長線に沿って、延伸ロッド１３０が配置されている。軸がプリフォーム軸に位置合せされている、金型の頂部の円筒状開口部１４７により、プリフォームを延伸させるために、延伸ロッド１３０を金型内に且つプリフォームの凹み内に、ロッドの端部が凹みの底部と接触する場所まで挿入することができる。

首部の上部で、金型が、ダクト１４５及び１４０の出口において２つの噴出口１４８及び１４９を有しており、それにより、それぞれのダクト１４５及び１４０を介して注入される流体を、プリフォームの内側に向かってその首部を介して向けることができ、したがって、流体が９０°曲がる。２つの噴出口１４８及び１４９はまた、ダクトの内側を円筒状開口部１４７の内側から分離する。２つの噴出口１４８及び１４９の各々は、本発明の意義の範囲内で「注入ヘッド」を形成しており、図２に示すように、注入ヘッドの各々は金型半体１００の本体に組み込まれている。

前述の装置を使用する方法の間、プリフォームの温度を、事前に５０℃〜１３０℃、又はさらには７５℃〜１００℃の値にする。好ましい実施形態では、この値は９５℃であり、使用するプラスチックはＰＥＴである。

ロッドは、速度が０．５〜３．０ｍ／秒、又はさらには１．０〜２．５ｍ／秒である。好ましい実施形態では、この値は、１．６ｍ／秒である。

飲料の温度を、事前に１℃〜１２０℃、好ましくは１０℃〜９０℃の値にする。好ましい実施形態では、この値は３０℃である。

熱可塑性物質の長手方向の伸びの比は、２〜５、又はさらには２．５〜４である。好ましい実施形態では、この値は３．５である。

熱可塑性物質の半径方向の伸びの比は、２〜７、又はさらには３〜４．５である。好ましい実施形態では、この値は４である。

熱可塑性物質は、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル及びそれらの組合せからなる群から選択される。好ましい実施形態では、熱可塑性物質はＰＥＴである。

金型の温度は、ＰＥＴの場合は２３０℃である、熱可塑性物質の融点を少なくとも５０℃下回る。好ましくは、この温度は１００℃未満で維持される。好ましい実施形態では、金型の温度は周囲温度と等しい。

図３を参照すると、ＰＥＴプリフォームを膨張させボトルに充填する段階の後に、ミネラルウォーターで充填されたボトル２００が金型２１０内にある（断面図で示す）。図２と比較すると、視角が９０°変更されており、図２のレール１０８のうちの一方に対応するレール２０８が認識される。

この金型の図は、その上部２２０が２つの下位部分２２１及び２２２からなっており、それらが、延伸ロッド２３０の軸、金型空洞の軸及びボトルの軸を通過する対称面Ｐに関して互いに対して対称であることを示す。２つの下位部分はまた、ボトルの首部２１０の上方を除き、対称面に沿って互いに接触しており、首部２１０の上方では、延伸ロッドを通過させるようにオリフィス２２５（図２の開口部１４７に対応する）が設けられている。

上述したように、金型の下部２１５は、ミネラルウォーターボトルの形態に対応する形態の空洞を備えており、ボトルの首部２０１は、ボトルの上部の丸みに対応する空洞の狭窄部２１６を通って下部の空洞内に入っている。

ボトルの首部２０１が、金型の上部２２０によって包囲されていることが留意されるべきである。

図３には、膨張段階の後の延伸ロッド２３０の後退移動（垂直矢印）も示している。打栓装置２４０が接近していることも示しており、打栓装置２４０は、ボトルの首部の上方に、ボトルの軸の延長線に沿って配置される。

図４を参照すると、金型の上部の２つの下位部分２２１及び２２２が、横方向に（水平矢印）分離されており、ボトルの首部２０１にアクセスできるようにしている。金型の上部の空洞の２つの下位部分２２３及び２２４が識別されており、そこで、ボトルの首部が、図３に示す位置に収容されている。この空洞はオリフィス２２５と同軸であり、オリフィス２２５は空洞を金型の外側に向かって延長することが留意されるべきである。また、ボトルの首部が、その円筒状外面に、栓を嵌合させることができるねじ山を有していることも留意されるべきである。

２つの下位部分の移動は、金型の下部の上面でレール２０８によって案内される。延伸ロッド２３０もまた、ボトルを通る垂直線から離れて配置されている。

そして、打栓装置が、ボトルの首部の上方に垂直に配置される。そして、打栓装置は、回転し（曲線矢印で示す）、キャップをボトルの首部に嵌合させる。

当然ながら、本発明は、説明し且つ添付図面により例示した実施形態には限定されず、当業者が特許請求の範囲内で想定することができる全ての変形まで広がる。

Claims (15)

1. 加熱されたプリフォーム（１１０）から形成された熱可塑性容器内に飲料を供給する装置であって、
   前記プリフォームが金型（１００、２１０）内に配置されるものであり、
   当該装置が、前記金型の内部において前記プリフォームを膨張させるために、前記プリフォーム（１１０）の凹み内に少なくとも１種の飲料を注入する注入手段（１４０、１４５、１４８、１４９）を備え、
   前記金型が前記容器の形状を画定し、前記注入手段が、前記凹みの口部を通して前記飲料の少なくとも１つの成分を注入するように設計された少なくとも１つの注入ヘッド（１４８、１４９）を備え、
   前記注入ヘッドが前記金型に組み込まれている、装置において、
   前記凹みの前記口部が前記容器の首部（２０１）を画定するため、前記首部に栓を固定する栓固定手段（２４０）を更に有することを特徴とする装置。
2. 前記容器を、その最終的な容積の一部まで、空気を用いて形成する手段と、
   前記容器内の内圧を増大させる手段であって、前記容器の形成が前記飲料を用いて達成される、手段と
   を更に有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 注入される一定量の飲料を加圧する加圧手段を更に有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記加圧手段がポンプを含むことを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記加圧手段がピストンを含むことを特徴とする、請求項３又は４に記載の装置。
6. 前記加圧手段が、中央加圧空気貯蔵器を含むことを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記飲料を脱気するシステムを更に有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記金型の少なくとも一部を清掃する手段を更に有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記金型が、金型基部（２１５）と、２つの上部金型部分（２２１、２２２）とからなることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. ２つの注入ヘッドを有し、前記注入ヘッドの各々が前記金型に組み込まれることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 少なくとも１つの注入ヘッドが、前記金型の空洞の１つの軸に対して垂直なダクト（１４０、１４５）の端部に噴出口（１４８、１４９）を有し、前記ダクトが前記飲料の少なくとも１つの成分を供給する回路に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記ダクトが前記金型の頂部に組み込まれていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 前記頂部が２つの下位部分から構成され、前記ダクトが、前記下位部分のそれぞれの境界面における２つの相補的な凹部の接合によって形成されることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 少なくとも１つの注入ヘッドが、前記栓固定手段が動作することができるように配置されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記金型の上部が少なくとも２つの構成体を有し、前記注入ヘッドが前記上部に組み込まれ、前記注入ヘッドが、第１の構成体において前記飲料を前記プリフォーム内に注入することができ、前記栓固定手段が、第２の構成体において栓をプリフォームの首部に配置するように設計されていることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
    

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