包装スリーブの熱活性化のための方法および装置

本発明は、特に液体食品の包装用の、厚紙/プラスチック複合材料製の筒状包装スリーブの熱活性化のための方法であって、当該包装の底部または頭部を製造するために加熱装置によってホットガスが筒状包装スリーブに当てられ、活性化のために筒状包装スリーブの内部を移動されている加熱装置によって活性化される表面に加熱装置が効果的に接触され、筒状包装スリーブはマンドレルホイールのマンドレルに配置される、方法に関する。更に、本発明は、特に液体食品の包装用の、厚紙/プラスチック複合材料製の筒状包装スリーブの熱活性化のための装置であって、当該包装の底部または頭部を製造するために加熱装置によってホットガスが筒状包装スリーブに当てられ、加熱装置は吹出開口付きのノズル要素を少なくとも1つ有し、ノズル要素の外部形状は、活性化対象の筒状包装スリーブの端部の内部形状に対応する装置に関する。

特に液体食品用の、厚紙/プラスチック複合材料製の矩形の包装の製造は、古くから公知である。この包装は、矩形または正方形の断面を全高にわたって有するが、最近では、包装の全高にわたって一定の断面を有さない包装も市販されている。この種の包装のための包装材料として、それぞれの全面にわたって互いに付着された複数の材料(積層体)、すなわち、支持材としての厚紙層と、この支持材への湿気の浸透に対する保護のために貼り合わされるプラスチック層、が使用されている。包装の種類および包装対象の製品に応じて、この積層体は、更なる層、例えば酸素および光に対するバリアとしてのアルミニウム箔の薄層、またはEVOHなどの更なるプラスチック層、および結果として必要になる結合剤の複数の層、で構成することも可能である。

大半の場合、特に飲料部門において、公知の複合包装は、対応する複合包装に液密に取り付けられる開口兼注出要素から成る。この種の複合包装は、特許文献1から公知である。この複合包装は、プラスチック材料製の注出要素をその頭部側に含む。この注出要素は、充填機において複合包装に組み込まれる。これを行うために、最初に、切片から各PE層の長手方向継ぎ目によって筒状包装スリーブが予め製造される。次に、更なる加工がマンドレルホイール上で行われる。この加工においては、最初に、その後の複合包装の突出する自由端を形成して密封するために、筒状包装スリーブは、正方形断面を有するマンドレルに嵌められる。図示のように、注出要素が複合包装に設けられると、複合包装の頭部側が最初に完成される。この注出要素はマンドレルによって設けられるものであり、筒状包装スリーブはマンドレルに嵌められる。頭部の折り畳みは、前以て導入された折り目線によって行われる。変位させるゲーブル面を押圧工具によってマンドレルの前面に変位させる。永久的な液密接続のために、複合材料のそれぞれの接触面がホットガス、例えば無菌ホットエア、を用いて加熱される。これにより、外側のPE面が局所的に溶融し、これにより活性化される。活性化されたPE面は、次に押圧工具によって押圧される。この押圧時間は、完成されたゲーブル面を液密に冷却するために十分に長い時間である。

注出要素がゲーブル面に組み込まれた包装を製造するための方法および装置が特許文献2から公知である。この注出要素は、平坦なゲーブル面に配置されず、角錐台の形態のゲーブルに配置されている。これにより製造される包装は、4つのゲーブル面に加え、4つの耳部をゲーブル領域に更に有する。これら耳部はゲーブル領域から突出し、余分な包装材料から形成されている。これら耳部は各ゲーブル面上に変位され、そこに取り付けられている。ここで、基本的な製造は同じである。すなわち、密封される接触面が無菌ホットエアによって活性化され、筒状包装が同じくマンドレルホイールのマンドレルに嵌められる。

したがって、公知の製造手順における活性化プロセスは、活性化に使用されるホットガスを加熱装置によって加えることによって行われる。これを行うとき、ゲーブル領域の所望の液密接続を実現するために、複合材料に合わせて活性化の持続時間および温度を最適に調整する必要がある。同じことは、底部領域の折り曲げおよび密封が最初に行われ、包装の充填が底部からではなく、上部から「伝統的な方法で」行われる包装にも当てはまる。公知の加熱装置のいくつかは、複雑な構造を有し、したがって製造に費用がかかり、保守が厄介である。

欧州特許出願公開第0 907 576(A1)号

独国特許出願公開第10 2010 50 502(A1)号

したがって、本発明の目的は、使用される加熱装置が簡単な構造で製造可能であるように、更には接触面を活性化するための均等加熱が実現されるように、冒頭で言及した筒状包装スリーブの熱活性化のための方法および対応する装置を設計すること、および更に発展させることである。更に、活性化プロセスに必要なエネルギーができる限り完全に活性化対象の表面の加熱に使用されることが望まれている。

本方法によると、本目的は、加熱装置の導入前に、筒状包装スリーブの自由端を矩形または正方形の断面から円形の断面に変形することによって達成される。この種の内部接触によって、活性化プロセスに必要なエネルギーが加熱対象の表面に直接、且つ均等に、当てられる。マンドレルは、包装のその後の形状に相当する矩形または正方形の断面を有するが、本発明は、活性化プロセスのために自由端を一時的に円形断面に成形すると極めて好都合であることを認識している。これにより、ホットガスが溜まり得る隅部または縁部領域がなくなるので、特に均等な加熱が行われる。これにより、改良された密封プロセスおよび最適なエネルギー効率が、過熱の危険性なしに、もたらされる。

対応する装置において、本目的は、ノズル要素の自由端が円筒状であることと、筒状包装スリーブの自由端を変形するための装置が設けられることとによって達成される。本発明によると、これにより、全てのホットエアが活性化対象の複合材料のプラスチック表面に直接達することが保証され、使用されるエネルギーの最適利用が保証される。構造的観点から、これが特に実用的であるのは、円筒状ノズル要素の外部形状の直径がその時点で円形断面を有する筒状包装スリーブの活性化領域の内径にほぼ相当する場合である。包装スリーブおよびノズル要素の構造を適合させることによって、使用されるエネルギーを、損失が一切発生することなくプラスチック表面の活性化に直接使用できる。

本発明の更なる教示によると、活性化プロセス中、加熱装置は筒状包装スリーブに対して移動される。これを行うことによって、ホットガスの吹出開口の移動によって、活性化される表面を増やすことができる。ただし、相対移動なしに、活性化プロセスを行うことも可能である。

本発明の別の実施形態によると、ノズル要素の吹出開口はスリット状または穿設孔である。特に有利であるのは、本発明の更に別の実施形態により、ノズル要素の吹出開口が周方向環状間隙として設計される場合である。これにより、一方では、ノズル要素の特に有利な製造が可能になり、他方では、活性化対象の表面の極めて均等な加熱が可能になる。

本発明の別の教示によると、ノズル要素は、円筒状の外側部分と、前記外側部分に接続可能な内側部分とを有し、更にはホットガス供給用の環状溝としての環状部を外側部分と内側部分との間に有する。構造的観点から、円筒状ノズルは、一時的に変形された筒状包装スリーブの自由端の内径に基本的に相当する外径を好都合に有する回転部品として極めて容易に製造される。

本発明の別の好適な実施形態によると、吹出開口は、周方向凹部に終端する。これにより、ホットガスを周方向凹部に送り込むために、追加の溝、穴、または類似物を一切必要としない。これは、特に簡単な種類の製造を意味するばかりでなく、特に均等な加熱、したがって改良された密封プロセス、をも意味する。

本発明の別の教示によると、当該間隙のサイズを調節するために、外側部分と内側部分とを互いに対して軸線方向に移動させることができる。これにより、それぞれの活性化プロセスのために必要なホットガスの最適設定を規定および設定でき、必要であれば、別の包装スリーブなどの条件の変化に合わせて、殆ど手間を掛けずに調整できる。

本発明の別の実施形態において、内側部分の調整は、外側部分に堅固に固定された保持要素のねじ山において可能である。これは、極めて精密な調整が可能であることを意味するので、この種の構造は特に好都合である。この調整は、外側から六角キーによって行われることが好ましい。この場合、内側部分は、中心に配置された対応する六角ソケットを有する。

本発明の別の実施形態によると、内側部分は、ネジおよび/または対向要素によって、保持要素内に固定される。これは、調整を保証する方法で内側部分が固定されることを意味する。

本発明の別の教示によると、筒状包装スリーブの自由端を変形させるための上記の複数の装置は、包装スリーブに外側から半径方向に作用するいくつかの工具を有する。これら工具のそれぞれの噛み合い位置が一緒に円形の内部形状を形成する。これを行うとき、半中空円筒状の成形用ジョーが工具として設けられていると特に好都合である。これらジョーは互いに直径方向に対向配置され、互いに向かって移動することによって、筒状包装スリーブの自由端の断面形状を矩形または正方形から所望の円形に一時的に変化させる。

筒状包装スリーブの自由端を変形するための装置の一代替実施形態は、提供される包装スリーブに軸線方向に嵌めることができるダイを提供する。このダイは、マンドレルの外周を軸線方向にマンドレルホイールまで移動可能であり、ダイの自由端は、マンドレルの断面形状から円形断面の領域内に移動する。ただし、この種のダイの製造は、好適なトング要素に比べ、著しく費用がかかる。

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を用いて、本発明をより詳細に説明する。

筒状包装スリーブの斜視図を示す。

本発明による装置のノズル要素の斜視図を示す。

図2のノズル要素の軸方向断面図を示す。

ノズル要素の外側部分および内側部分の部分切欠き図を示す。

活性化位置にあるノズル要素の斜視図を、よりよく見せるために包装スリーブの長手方向断面と共に、示す。

図1は、将来の飲料包装体用の包装材料としての筒状包装スリーブ1を示す。この種の包装スリーブ1は、切片から長手方向封着によって製造される。この長手方向継ぎ目は図示されていない。この長手方向封着は、何れの位置でも可能であり、例えば、中央領域において、または端縁2のうちの1つにおいて、可能である。更に、今後の包装の底部およびゲーブル領域(頭部領域)を折り畳むために用いられる折り目線3を確認できる。

図2は、本発明による装置のために理想的に使用されるノズル要素4を示す。ノズル要素4は、初めに、円錐状分散部6を有する中空円筒状の外側部分5と、外側部分5の内側に配置された内側部分7とを基本的に備える。内側部分7は、中空円筒状の外側部分5の開口側をほぼ完全に密封する。内側部分7の前面に凹部8を確認できる。凹部8は、外側部分5を内側部分7に取り付けるために、ネジ9の頭を受け入れるために使用される。

よりよく見せるために、図3には、ノズル要素4が軸方向断面図で示されている。この図では、内側部分7は、凹部8に終端する中心穴10を有し、その末端領域に六角ソケット11を有することが明らかである。外側部分5と内側部分7との固定は、この穴10を通る上記のねじ接続によって行われる。ここで、ネジ9は、凹部8と、保持要素12を有する穴10とにねじ込まれ、ネジ頭は凹部8内に留まる。保持要素12は外部要素5に密着接続され、雌ねじ部(図示せず)を有する。この雌ねじ部に、内側部分7の内方端部の雄ねじ部がねじ込まれる。したがって、内側部分7を軸線方向に調整できる。

図3aによる切欠き図では、穴10は、凹部8に隣接するその末端領域に六角ソケット11を有することを確認できる。この六角ソケット11は、以下により詳細に説明するように、軸線方向への外側部分5と内側部分7との相対調整のために使用される。図3aから明らかに分かるように、ネジ9の端部は対向要素13の雌ねじ部に噛み合い、外側部分5と内側部分7とを精密な距離を置いて固定する。

保持要素12は、ホットガスを通過させるために十分な数の導管14を有する。これは、内側部分7と外側部分5との間の環状部15に至る。活性化に必要なホットガス、例えば無菌ホットエア、の供給は、図3に示されている実施形態で行われることが好ましい。この実施形態においては、ホットガスの均等な吹出が円周状にノズル要素4の全長にわたって起こるように、内側部分7の前面の外縁部と中空円筒状の外側部分5との間に狭い環状間隙16が吹出開口として残っている。図2、図3、および図3aにおいて明確に分かるように、この点において好適な図示の実施形態においては、ノズルの吹出開口のすぐ背後に周方向凹部17が存在する。これは、流れ技術の観点から特に均等なガス供給を可能にする。

最後に、図4は、上で詳細に説明した活性化プロセス中のノズル要素4を示す。ノズル要素4は、包装スリーブの開口端に導入される。包装スリーブの他端は、マンドレルホイールのマンドレル(図示せず)に嵌められる。ノズル要素4の円筒状外側部分5の外径は、形成された筒状包装スリーブ1の内径にほぼ相当することが認識される。よりよく見せるために、筒状包装スリーブ1は真ん中を通る断面で示されている。

筒状包装スリーブ1の自由端を所望の円形に直ちに変形できるようにするために、本発明によると、2つの半中空円筒状の成形用ジョー18が対応する成形を保証する。ここでも、分かり易いように、2つの成形用ジョー18の一方のみが示されている。変形を行うために、2つの成形用ジョー18は互いに向けて移動される。これにより、筒状包装スリーブ1の自由端が所望の円形に簡単に、且つ手際よく、「自動的に」変えられる。

本発明による解決策では、活性化プロセスにおいて最適なエネルギー利用が実現され、ノズル要素の全周にわたってホットガスが均等に当たることによって確実且つ最適に均等な活性化が実現される。