(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
包装材料のウェブから長手方向にシールされ、連続したチューブ状の容器を形成する手段と、液状の材料を前記チューブ状容器内へ導入するために該容器の軸線方向に配置されている充填パイプと、前記充填パイプを通して前記長手方向にシールされ、連続したチューブ状容器中へ液状食品を導入する速度を制御する手段と、食品を充填した包装物を形成し、横方向にシールするために規則的な間隔で前記チューブ状容器を順次締め閉じるための部材とを含む形式の液状食品包装機械において、前記充填パイプに固定され、かつ該充填パイプの少なくとも一部を囲み、前記液状食品包装機械が作動している間、前記チューブ状容器内における前記充填パイプに対する液状食品の動きを緩衝するように前記充填パイプを囲むエアポケットを密閉する剛性の緩衝部材を備えており、該緩衝部材の外面が前記チューブ状容器の内面から内方に半径方向に離隔していることを特徴とする液状食品包装機械。
【請求項２】
前記緩衝部材の前記外面が前記チューブ状容器の内面から０．１ミリから１０ミリの間の距離だけ半径方向に離隔していることを特徴とする請求項１に記載の液状食品包装機械。
【請求項３】
前記緩衝部材の前記外面が前記チューブ状容器の内面から約１ミリの距離だけ半径方向に離隔していることを特徴とする請求項２に記載の液状食品包装機械。
【請求項４】
液状食品を導入する速度を制御する前記手段が、前記チューブ状容器における液状食品のレベルを検出するために前記充填パイプの近傍に位置しているセンサ手段と、前記センサ手段によって作動し、前記チューブ状容器内に液状食品の柱を保持するために前記充填パイプを通しての液状食品の流量を制御する弁手段とを含み、前記センサ手段が前記チューブ状容器内で前記緩衝部材に対して０．０３から０．３バールの圧力を加える液状食品の柱を形成するように位置していることを特徴とする請求項１に記載の液状食品包装機械。
【請求項５】
前記センサ手段が、前記緩衝部材に対して約０．１バールの圧力を加える液状食品の柱を前記チューブ状容器内に形成するように位置していることを特徴とする請求項４に記載の液状食品包装機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイン、ミルク、トマトピューレ、食用油、果物ジュース、クリーム、水、お茶、マヨネーズ等を含み、かつ超高温熱処理される例えば超高温処理（Ｕ．Ｈ．Ｔ）牛乳のような殺菌処理した製品を含む液状すなわち注入可能食品を包装するために使用される形式の包装機械用の改良された食品充填パイプに関する。本発明による食品充填パイプは、液状食品の無菌包装物を形成し、充填し、かつシールする機械、あるいは殺菌処理した液状食品の包装物を形成し、充填し、かつシールする機械において使用することが出来る。
【０００２】
【従来の技術】
前述の種類の液状すなわち注入可能食品を包装することに関する一つの共通する形態は例えばポリエチレンのようなプラスチック材料で各側を被覆した、例えば紙のような繊維ベースの材料の層から構成されるラミネートした包装材料のブランクすなわち連続したウェブから作った容器を使用することである。無菌の包装物を作るには、ポリエチレンをコーテイングした板紙の一方の面を、例えばアルミニュームのような障害材料あるいは合成障害材料でコーテイングし、障害材料の方はプラスチック材料でコーテイングされる。無菌包装物を作るには、包装材料のウェブが無菌室を通り、そして包装材料を加熱したり、および（または）適当な波長と強度の光線で照射することにより順次蒸発された例えば過酸化水素のような殺菌剤を付与することにより殺菌される。ラミネートされた包装材料の殺菌されたウェブは折り曲げられ、長手方向にシールされて包装材料のチューブを形成する。包装材料のチューブは実際には無菌室が延長されたものを形成し、無菌の、あるいは殺菌処理された液状食品で連続的に充填される。
【０００３】
液状の食品で充填された長手方向にシールされたチューブは、次に食品を充填したチューブを横方向にシールし、ピロー状の包装を形成する一対の形成およびシール部材の間で締め閉じられる。形成およびシール部材は反対方向に回転する各対の連続して運動し、相互に対面するチェイン上で相互に面する対として装着することが可能である。この種の機械の周知の一形式は米国特許第３，３００，９４４号に開示されている。形成およびシール部材は代替的に対の往復運動ジョーに装着することが可能である。この種の機械の一例はイタリー、モデナ４１１００、ビア  デルフィニ１のテトラブリック包装システム社（Tetra Brik Packaging Systems of Via Delfini 1 ，41100 Modena，Italy ）によって製造されているＴＢＡ／１９機械である。充填され、シールされたピロー状の包装物は、次に最終の折り曲げステーションまで運ばれ、そこでピロー状包装物は例えば、平行六面体のような最終形状に機械的に折り曲げられる。この形式の市販されている包装物の一例は「 テトラブリックアセプチック」 （“Tetra Brik Aseptic”）として一般に知られている平行六面体の包装物である。
【０００４】
前述の形式の機械は多くの点で優れたものではあるが、ラミネートした包装材料のチューブに食品を充填するための機構に関しては改良が可能であることが判明している。高速であっても、また例えば粘度、発泡性等の特性が変動する製品範囲が増えたとしても包装機械が正しく機能するのを保証するために、包装材料のチューブ内の製品のレベルをどのようにして制御するかという問題を解決するために種々の方法が提案されてきた。
【０００５】
米国特許第３，４７０，６７２号から、包装材料のウェブから長手方向にシールされた連続したチューブ状容器を形成する手段と、チューブ状容器内に液状材料を導入するために該容器の軸線方向に配置された充填パイプと、製品で充填された包装物を形成し、横方向にシールするために規則的な間隔で前記チューブを順次締め閉じる部材とを含む粘性の液状材料を包装する装置が知られている。弾性材料の可撓性のベル状の部材が充填パイプの周りに固定され、ベル状の部材の円周方向のスカートがチューブ状容器の内壁と摺動し、かつ密封して係合し、ベル状の部材の内部とスカートの底縁部の上方の粘性の液のレベルとによって画成される閉鎖された空間を形成する。ベル状の部材の厚さはその下縁部に向かって減少し、チューブ状容器の内壁に対する摺動および密封係合を向上させる。充填パイプを介する粘性液体の導入速度を制御するために圧力に応答する手段が閉鎖された空間に設けられている。可撓性のベル状部材には閉鎖空間へ粘性液体と共に導入された気泡を逃すことが可能なように通気孔が設けられている。このような装置は粘性の液体をより高度に制御するが、近代的な高速の液状食品包装機械において製品レベルの制御を促進するために使用することが出来なかった。事実、包装材料のチューブの内側とベル状部材との間の摺動かつ密封係合に対する要件が包装材料の一貫性を損ない、ベル状部材を過度に摩耗させ、包装材料のチューブの内壁において発生する摩擦のためベル状部材を構成する材料の破片で液状食品を汚染する危険性を意味する。
【０００６】
別の周知の形式の製品レベル制御機構は端部が包装材料のチューブ内で軸線方向に位置している製品充填パイプを含む。充填パイプの端部は包装材料のチューブに入れられた製品に浸漬している下方に開放した端部を有している。フロート部材が充填パイプに摺動可能に接続されており、充填パイプ内に位置したちょう形弁に接続されている。フロート部材は運動機構によってちょう形弁に接続され、前記運動機構はちょう形弁が、フロートが所定レベルの上まで上昇すると充填パイプを絞り、前記フロートが所定レベルの下まで落ち込むと前記弁を開放するようにさせる。このように、包装材料の長手方向にシールされたチューブが形成およびシール部材によって締め閉じられる毎に、食品のレベルは包装材料のチューブ内で上昇し、そのためフロートが上昇し、ちょう形弁が充填パイプを絞り、そのため包装材料のチューブ中への食品の流速を遅らせる。次に、包装材料が連続して動くことにより製品のレベルを落下させ、そのためフロート部材のレベルを落下させ、その結果ちょう形弁を開放してチューブへの製品の充填を増加させ、チューブは形成およびシール部材により締め閉じ出来る状態とされる。包装機械の通常の作動の間このサイクルは連続して繰り返され、包装材料のチューブ内の製品のレベルは連続して変動する。
【０００７】
注入可能な食品を包装する機械の速度が増すにつれて、これらの機械が使用される食品の範囲も広がった。そのため、対処すべき粘度の範囲、並びに泡立ちに対する感応性も広くなっている。このことにより、包装材料のチューブ内における食品のレベルの制御を如何にするか問題が倍加する。食品のレベルは、急速に変動している食品レベル並びに種々の特性の食品に対処するのに十分速い応答時間を有するようにして制御する必要がある。更に、そのような装置は高い作業温度に耐え、かつ高温で化学薬品により掃除し、殺菌が可能である必要がある。
【０００８】
充填パイプの端位置から離れた位置における製品ラインに位置して流量制御弁が前述の充填パイプを通る食品の流速を制御するための前述のちょう形弁の代わりに使用されてきた。流量制御弁は１個以上のセンサによって制御し得る。周知のセンサは包装材料のチューブ内における製品のレベルを指示する検出可能フロートの位置を検出するために包装材料のチューブの外部に、あるいは長手方向にシールされた包装材料内の食品と直接接触し、所定レベルにおける該食品の存在を検出するために充填パイプ上に位置する。この場合、センサが充填パイプの所定位置において食品と直接接触する毎に、あるいは検出可能フロートの位置が所定食品レベルにおいて検出される毎に、液状食品包装機械を正確に機能させうるのに必要な食品レベルに到達したことを示す信号が発生し、弁は充填パイプを通って、包装材料のチューブ中へ流れる製品の流量を自動的に制御する。流量は連続的に変動する。包装材料のチューブが対の包装物形成およびシール部材の間で把持され、食品レベルがチューブ内で上昇する毎に、センサ制御の弁は自動的に充填チューブを通る製品の流れを絞り、食品の流量を減少させる。次に、包装材料が連続して動くことによって食品レベルを低下させ、センサが食品ともはや接触することがなくなり、すなわち所定位置においてフロートを検出しなくなると、弁を自動的に開放させ、食品の流量を増加させる信号が発生する。
【０００９】
前記システムはちょう形弁に比較して、製品の流量を滑らかに制御するが、これらの充填システムを、特に液状食品を包装するためにチェイン形式の機械( 例えば、前述の米国特許第３，３００，９４４号に記載のもの) において使用する場合、特にそのようなチェインタイプの機械が高速で作動する場合には問題が発生した。
【００１０】
極めて高速で、すなわち毎時１８０００〜２４０００個の包装物の生産速度で液状食品包装機械を作動させる場合、製品形成およびシール部材によって実行される一連の包装物充填、形成、およびシール作業の間、食品のレベルが重力で著しく低下するのに十分な時間が無いという事実のため包装材料のチューブ内での食品レベルの制御に関して別の問題が発生する。事実、前記チューブ内での液状食品の運動により、包装物形成サイクルの間包装材料のチューブ内で低圧が発生する。そのような低圧が包装材料のウェブを用いた連続した長手方向にシールしたチューブの形成に悪影響を与える。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、包装材料のウェブから連続した長手方向にシールしたチューブ状容器を形成する手段を有する液状食品を包装する機械用の改良された食品充填パイプであって、たとえ包装機械が高速で作動している時であっても、包装物形成ゾーンにおいて過小圧力の発生を排除し、包装材料のチューブが確実に正確に形成されるように食品のレベルより上で過度の圧力を必要とすることなく包装材料のチューブの形成を改善する食品充填パイプを提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、連続した長手方向にシールされた包装材料のチューブ内で軸線方向に配置させることが可能で、包装材料のチューブと何ら密封摺動係合を必要とすることなく、従って、相互に摺動する部材の摩耗や汚損に関わる問題を排除し、さもなければそのような摺動密封係合によって発生する摩擦により発生する包装材料の破片により製品が汚損する危険性を排除する、液状食品包装機械用の改良された製品充填パイプを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、包装物形状ゾーンにおける過小圧力を排除し、毎時１８０００〜２４０００個までの包装物を生産する速度で作動している高速の液状食品包装機械に使用される場合、すなわち食品のレベルが連続して変動し、一連の包装物の形成の間食品レベルが重力によって低下するのに十分な時間が経過することなく変動するような状況において使用される場合であっても包装材料のチューブ内の食品のレベルの変動作用を効果的に緩衝する、液状食品包装機械用の改良された充填パイプを提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、構造的に簡単で、作動が極めて安定している、液状食品包装機械用の改良された食品充填パイプを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述の目的に鑑みて、本発明は、包装材料のウェブから長手方向にシールされた容器を形成する手段と、前記チューブを規則的な間隔で順次締め閉じて食品を充填した包装物を形成し、横方向にシールする部材とを含む形式の液状食品包装機械用食品充填パイプであって、チューブ状容器中へ液状材料を導入するために前記チューブ状容器の軸線方向に位置可能な充填パイプにおいて、前記充填パイプに固定され、かつ該パイプの少なくとも一部を囲んでいる剛性の緩衝部材であって、液状食品包装機械の作動の間前記充填パイプを囲むエアポケットを密閉する剛性の緩衝部材を含むことを特徴とする食品充填パイプを提供する。
【００１６】
本発明の別の局面によれば、本発明は、包装材料のウェブから長手方向にシールされた連続したチューブ状容器を形成する手段と、前記チューブ状容器内へ液状食品を導入するために該容器の軸線方向に配置された充填パイプと、前記充填パイプを介して前記長手方向にシールされた連続したチューブ状容器中へ導入される液状食品の導入速度を制御する手段と、前記チューブを規則的な間隔で順次締め閉じて液状食品を充填した包装物を形成し、長手方向にシールする部材とを含む形式の液状食品包装機械であって、前記充填パイプに固定され、かつ該パイプの少なくとも一部を囲み、前記充填パイプを囲むエアポケットを密閉し、前記液状包装機械の作動の間、前記包装材料において前記充填パイプに対する液状食品の運動を緩衝する剛性の緩衝部材を含むことを特徴とする液状食品包装機械を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図面を参照すれば、参照番号１は、包装材料のウェブ３から長手方向にシールされた連続したチューブ状容器２を形成する従来の手段と、食品を充填した包装物を形成し、横方向にシールするために規則的な間隔で前記チューブ状容器２を順次締め閉じる部材とを含む形式の液状食品包装機械用充填パイプを示す。チューブを順次締め閉じる前記部材は本発明の一部を構成していないので、ここでは説明しない。
【００１８】
図１に示すように、充填パイプは使用時、チューブ状容器２中へ液状食品を導入するために該チューブ状容器２の軸線方向に位置している。本発明によれば、充填パイプ１には剛性の緩衝部材４が固定され、かつ該パイプの一部を囲んでいる。前記剛性ダンパ部材４は包装材料のチューブ２の内面２ａから内方に半径方向に離隔した位置に位置し、充填パイプ１を囲むエアポケット５を密閉している。実際にこのようにすることにより、液状食品包装機械の作動の間包装材料のチューブ２に入った液状食品２０の充填パイプ１に対する運動を緩衝する効果がある。図１から図４までに明らかに示されているように、剛性の緩衝部材４は細長い形状であって、充填パイプ１の周りを延びる環状フランジ７を含む。環状のフランジ７は剛性の緩衝部材４の環状壁６および充填パイプ１の軸線１ａに対して概ね垂直に延びている。環状壁６は環状フランジ７から延び、剛性の緩衝部材４の全体径より大きい距離、好ましくは剛性の緩衝部材４の全体径の少なくとも２倍である距離だけ充填パイプ１に対して平行に延びる。環状壁６の底縁は剛性の緩衝部材４の環状下縁部６ａを画成し、充填パイプ１は前記環状下縁部６ａを越えた端部分８を有している。
【００１９】
図５から図７までは本発明の第２の実施例を示し、前述した第１の実施例のものと均等の部分は同じ参照番号で識別している。この第２の実施例の充填パイプ１も剛性の緩衝部材４を接続しており、この緩衝部材は使用時、包装材料のチューブ２の内面２ａから半径方向内方に離隔した位置に位置し、液状食品包装機械の作動の間包装材料のチューブ２に入った液状食品２０の充填パイプ１に対する運動を緩衝するために充填パイプ１を囲むエアポケット５を密閉する。環状壁６は環状フランジ７から突出し、充填パイプ１に対して平行に延びており、充填パイプ１は環状の下縁部６ａを越えて延びる端部８を有している。
【００２０】
本発明の第２の実施例によれば、充填パイプは剛性の緩衝部材４のエアポケット５と連通し、前記剛性の緩衝部材４中へ殺菌剤を導入しうるように殺菌媒体源に接続可能な補助サービス導管９を含んでいる。補助サービス導管９は、また液状食品包装機械の作動の間喪失しうる空気をエアポケット５に補給するために殺菌空気源に接続可能である。補助サービス導管は充填パイプ１に対して概ね平行に延びており、充填パイプ１と剛性の緩衝部材４の環状壁６との間の位置において環状フランジ７を貫通している孔１０を介して緩衝部材４のエアポケットと連通する。
【００２１】
本発明による充填パイプをより良好に理解するために液状食品を包装する周知の機械の関連部分について以下説明する。周知のように、液状食品包装機械の一形式は包装材料のウェブ３から長手方向にシールされた連続したチューブ状容器２を形成するための従来の手段（図示せず）を有している（図１を参照）。充填パイプ１はチューブ状容器２中へ液状食品を導入するために該容器２の軸線方向に配置されている。長手方向にシールされた連続したチューブ状容器２中へ導入される液状食品の導入速度を制御する従来の流量制御弁１１が充填パイプ１に設けられている。前記弁１１はチューブ状容器２の内部の充填パイプ１の近傍に位置したセンサ１２によって周知の要領で制御される。従来の締め閉じ部材すなわち包装物形成およびシール部材（図示せず）が、液状食品を充填した包装物を形成し、横方向にシールするために規則的な間隔でチューブを順次締め閉じるために設けられている。
【００２２】
包装材料のチューブ２が対の包装物形成およびシール部材の間に把持される毎に、食品のレベル２０ａがチューブ２内で上昇する。そのため、液状食品２０はセンサ１２と接触するようになり、センサ１２は弁１１に伝送される信号を発生させ、弁１１の方は、周知の要領で充填パイプを通る食品の流れを自動的に絞り、食品の流速を減少させる。次に、包装材料連続して動くことにより食品のレベル２０ａを低下させ、センサ１２がもはや食品２０と接触しなくなると、弁１１は自動的に開放し、食品の流量を増加させる。高速の液状食品包装機械において容器形成およびシール部材によって実行される一連の容器充填、形成およびシール作業の間、食品のレベル２０ａが重力により著しく低下するのに十分な時間はない。センサ１２は長手方向にシールされた連続したチューブ状容器２内で液状食品の柱を形成し、それにより０．０３から０．３バール、好ましくは０．１バールの圧力を緩衝部材４上に加えるように位置することが有利である。
【００２３】
本発明による充填パイプの剛性の緩衝部材は充填パイプ１を囲むエアポケット５を有している。このように、連続したチューブ状容器内での液状食品の運動に起因する、包装物形成サイクルの間の包装材料のチューブ内で発生する低圧を補償する。実際に、緩衝部材４は連続したチューブ状容器２内で動的シールを形成する。包装物形成サイクルの間、連続したチューブ状容器２に入った食品２０は緩衝部材４の外側とチューブ状容器２の内面２ａとの間の空隙を通して緩衝部材４の周りで上下に圧送される。緩衝部材４の周りの食品２０の流量は緩衝部材から出入りする流量より著しく小さい。しかしながら、緩衝部材４の周りの液状食品２０の流速は高い可能性があるが、このことは緩衝部材４の上方の液柱に潜在的に飛沫作用があるため緩衝部材の上方では何ら飛沫作用を発生させることはない。このことは、液状食品包装機械の包装物形成ゾーンにおける低圧を排除するという重要な利点を有し、また緩衝部材４の上方で液状食品２０のレベル２０ａの動きを極めて小さくするという有利な効果を有している。このようにして、たとえ毎時１８０００〜２４０００個までの包装物を製造するような生産速度においても連続したチューブ状容器２を有利に正確に包装材料のウェブ３で形成することが判明している。
【００２４】
緩衝部材４の外面は０．５ミリから１０ミリまでの距離だけ、好ましくは約１ミリの距離だけ長手方向にシールされた連続したチューブ状容器２の内面２ａから半径方向に離隔するのが有利である。このため、緩衝部材４と連続したチューブ状容器２との間で摺動運動が発生するのを阻止し、そのため相互に摺動する部材の間の摩耗や汚損に関わる問題を排除し、かつ摩擦によって発生する材料の破片により液状食品２０を汚損する危険性を防止する。
【００２５】
前述した本発明は特許請求の範囲から逸脱することなく修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による充填パイプの位置を示す、液状食品の包装機械における紙のウェブから作った長手方向にシールされた連続したチューブ状容器の概略斜視図。
【図２】本発明による充填パイプの剛性の緩衝部材の斜視図。
【図３】長手方向軸線に沿って見た、本発明による充填パイプの剛性の緩衝部材の増尺した断面図。
【図４】充填パイプに対する緩衝部材の接続を示す、拡大断面図。
【図５】補助サービス導管を備えた緩衝部材を含む、本発明による充填パイプの第２の実施例の斜視図。
【図６】充填パイプと補助サービス導管との長手方向軸線を通る平面に沿って見た、図５に示す剛性の緩衝部材と補助サービス導管とを示す、拡大断面図。
【図７】図５と図６とに示す充填パイプの拡大した上面図。
【符号の説明】
１  充填パイプ
２  チューブ状容器
３  ウェブ
４  緩衝部材
５  エアポケット
６  内壁
７  環状フランジ
８  パイプの端部分
９  補助サービス導管
１１  流量弁
１２  センサ
２０  食品
２０ａ  食品のレベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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