專利名稱：用于在袋上產生熔接管的方法和裝置以及因此制造的袋的制作方法
技術領域：
本發明涉及柔性盒或袋以及制造它們的裝置和方法，特別是涉及與粘性或半粘性食品和飲料有關的食品儲藏和配送袋以及制造它們的裝置和方法。
背景技術：
業已知道，在現有技術中使用與包裝、運輸和分配粘性或半粘性食品物質和飲料有關的柔性塑料袋，這些食品和飲料包括牛奶、汽水、果汁、諸如干酪醬、番茄醬、巧克力醬的各種調味品以及其他各種適合食品。柔性塑料袋可以用是該袋材料本身一部分的分配嘴形成，例如通過將嘴形物熱密封于袋自身中。然后，在用所希望的粘性或半粘性物質填充并密封之后，該袋可以裝入合適的分配器內，并將嘴切開以便控制袋中包含物的排放。
還知道使用能夠熱密封或者要不然能夠被粘接于柔性塑料袋的側面或底部的附件。分配管根據具體的應用可以在使用前連接于該附件。然后該袋內的東西用合適的分配器通過該附件被分配。
具體的問題是在分配管和袋之間形成廉價的、容易批量生產的連接，其能夠提供與袋牢固的連接而不使用附件，并且其能夠用于無菌袋的形成和填充過程。雖然業已提出將分配管直接連接于袋，但是沒有披露如何能夠在無菌包裝環境中實現，其中除了已知的袋的無菌形成之外，分配管也必須以無菌的方式處理和連接。

發明內容
簡言之，本發明提供一種裝置，用于在無菌形成、填充和密封操作中通過將管段和袋熔接在一起而將該管段連接于袋。該裝置包括無菌處理室，已消毒的管段和柔性袋的一對相對的壁部分設置在其中。該已消毒的管段具有開口端，其放置成與該袋的內部相連通。該柔性袋的相對的壁部分用薄膜形成并在其之間形成內部空間。一個管插入部件至少部分地位于該處理室內并設置成夾緊該管段并將該管段放置在無菌處理室內的該袋的壁部分之間。至少提供一個部件用于熔化該袋的壁部分之間的管段，使得該管段的開口端與該袋的內部空間處于連通狀態。
另一方面，本發明提供一種柔性袋，該柔性袋具有在無菌條件下連接的直接連接的分配管。該袋包括由聚合物薄膜形成的聚合物袋，該聚合物袋具有相互重疊并經由折疊連接的兩個壁部分，其形成共同連接的無接縫邊緣。多個其它共同的周邊邊緣被熔接在一起以形成該袋的邊緣接縫。該壁部分、邊緣接縫和無縫的邊緣形成該袋的內部空間。具有開口端的已消毒的管段沿著其中一個共同的周邊邊緣插入該袋薄膜的兩個壁部分之間并且在形成邊緣接縫之前或在形成邊緣接縫期間通過在無菌條件下形成的熔化連接固定在其上。該管的開口端與內部空間處于連通狀態，且該管具有位于該袋薄膜外面的封閉端。
另一方面，本發明提供一種連接方法，用于在無菌形成、填充和密封操作中在制造期間以通過熔接將管連接于袋。該方法包括提供具有兩個壁部分的薄膜，用于形成具有內部空間的袋；提供具有開口端的無菌的管段；將該管段的開口端插入該兩壁部分之間；以及將該管段熔接于該袋，其中該管的開口端與該內部空間成連通狀態。
通過利用本發明的裝置和方法，能夠形成一個在無菌環境下直接熔接于袋的分配管，其優選用于粘性或半粘性的食品或飲料產品的無菌形成、填充和密封食品包裝操作。這消除了對附件的需要、相關的成本以及在這種操作中所需要的額外的附件處理步驟。這樣帶來的結果是降低成本和效率更高的生產。


當接合附圖閱讀時將更好地懂得前面的發明內容和下面的詳細描述，附圖示出本發明的優選實施例。其中圖1A是具有無菌的內部并在兩端壓扁的(crimped)管子的滾筒的透視圖，該管子用于形成連接于根據本發明的袋的管段。
圖1B是具有多個連接的、預壓扁的管段的預壓扁的管子滾筒的透視圖，每個管段具有單獨的、無菌的內部空間，其用于形成連接于根據本發明的柔性袋的管段。
圖1C是保存無菌管段的供給品的容器側視圖，每個管段具有一個開口端和一個封閉端，該管段連接于根據本發明的柔性袋。
圖2是根據本發明的第一實施例當袋被形成時用于將管段連接于袋的系統的示意圖。
圖3是根據本發明的第二實施例當袋被形成時用于將管段連接于袋的系統的示意側視圖。
圖4是根據本發明的第三實施例當袋被形成時用于將管段連接于袋的系統的側視圖。
圖5時圖4的系統的俯視圖。
圖6是圖4所示的管子供給源展開支架放大的側視圖。
圖7是圖4所示的消毒槽放大的側視圖。
圖8是圖4所示系統的夾緊裝置和切割部分放大的側視圖。
圖9是沿圖8的9-9線截取的視圖，示出切割/預熱鉗口。
圖10是該管段插入件和加熱密封鉗口放大的側視圖。
圖11是沿薄膜分布裝置的11-11線截取的視圖。
圖12是切割裝置和插入件的俯視圖。
圖13是全鰭形(full fin)加熱密封鉗口的側視圖。
圖14是全鰭板加熱密封鉗口之一的放大側視圖。
圖15沿圖14的15-15線的端視圖。
圖16A是僅用加熱密封鉗口將其中一個管密封于袋的放大的側視圖。
圖16B是類似于圖16A的視圖，示出加熱密封鉗口的另一種凹槽結構。
圖17是沿圖16A的17-17線的俯視圖。
圖18是與另一種方法有關的將管連接于根據本發明的柔性袋的管組件的側視圖。
圖19是側視圖，示出當袋形成時將圖3的管連接于該袋。
圖20是與本發明的另一個實施例相關的裝有倒鉤的連接件的剖面圖。
圖21是圖20的裝有倒鉤的連接件的側視圖，示于粘性或半粘性物質的密封袋上。
圖22是剖視圖，示出用裝有倒鉤的連接件將管子連接于圖21中的柔性袋的連接。
圖23是根據本發明的形成的優選袋的透視圖，其中該袋具有熔接在其上的分配管。
圖24是通過圖23所示的袋截取的剖面圖。
具體實施例方式
在下面的描述中所用的一些術語僅僅是為了方便而不是為了限制。詞語“左”、“右”、“上”和“下”表示在被參考的附圖中的方向。詞語“向內”、“向外”分別涉及示出的和表示其零部件朝向或離開該柔性袋或處理設備的幾何中心的方向。該術語包括上面具體提到的詞語，從其轉化的詞語和類似含義的詞語。此外，如這里所用的術語“袋”包括用一個或多個柔性聚合物壁部分形成的盒和其他類型的容器。
參考圖1A，圖1A示出伸出的聚合物管子12的卷筒10，該管子適于為根據本發明的裝置18形成分配管段24，如圖2所示。管子12可以用任何合適的聚合物材料，優選用食品級的聚合物材料制成，并適合于用在有壓縮力的泵或重力注入、內胎氣門嘴式的分配器。在卷筒10上的管子12的每端被壓扁或者要不然氣密地密封的，如露出端14所示。然后具有管子12的卷筒10被輻照或進行其他處理以確保管子的內表面無菌。密封端保持管子12的內側無菌。優選還進行監測和測試以確保符合可適用的FDA或其他有關食品包裝的規定。
可選地，參考圖1B，圖1B示出預壓扁的管子112的卷筒110，預壓扁的管子112用于形成管段124。壓扁的位置114以所希望的管段的長度通常均勻地間隔。然后對管子112進行輻照或進行其他處理以確保每個單獨密封的管段內部區域的管子的內表面無菌。雖然在這里管子示作纏繞在卷筒上，但是本領域的技術人員從本公開的內容中將會知道，管子也可以以扇形折疊方式或其他類型的供給設備提供。
如圖1C所示，也可以提供由合適的聚合物材料制造的預先切割成所希望長度的管段224。每個管段224的一端214預先密封或壓扁而另一端是開口的。該管段224放置在具有可以打開的蓋23 1的無菌容器230中，如在下面進一步說明的，該容器適合連接于或放置在無菌的環境中同時保持無菌。
根據本發明的第一實施例，提供用于將熔接管形成在袋上的裝置18，如圖2所示，該裝置利用管子12的卷筒10。該裝置18優選包括管子消毒室20，H2O2(過氧化氫)蒸汽發生器22與其連接，以便消毒管子12的外表面。但是也可以用其他裝置對管子供給品進行消毒，或保持管子供給品的消毒，或預先消毒管段24。如果需要，例如，在消毒室20可以用紫外線、H2O2池、蒸氣/H2O2混合物或其它合適的消毒系統替代H2O2蒸汽。消毒室20保持無菌是很重要的，以便當管子12被切割成管段24時保持管子內表面無菌。例如用具有適當尺寸的開口的膜片為管子12進入消毒室20的入口提供適當的密封，并且在正壓力下保持H2O2蒸汽，以保持消毒室20無菌。排氣管30從消毒室20引出。
連續的管子12經由用電機34驅動的驅動輥子32，優選用伺服電機驅動供給到切割裝置/密封裝置組件36。管子12的端部延伸通過切割裝置36并且開口端插入用來制造袋40的袋薄膜26的壁部分28、30(其優選相互重疊)之間。來自卷筒10的管子12的起始端首先需要切割，以便管子12的開口端能夠插入形成第一袋40的壁部分28、30之間。然后切割裝置36將管子12切割成分離的管段24并將該分離的管段保持在位。該切割裝置36優選包括經由致動器一起驅動的切割鉗口37。該切割鉗口37優選被加熱，以便該管段24的一端38被密封。但是，也可以用其他密封方法。控制裝置(未示出)控制電機34以便供給切割裝置/密封裝置組件36長度一致的管子12。然后在壁部分28、30之間的管段24被熔化，以形成熔化區41，使得管段24的開口端與袋的內部空間相連通。這優選由使用相對的密封加熱鉗口60的熱密封進行。但是，可以用超聲能和激光以及任何其他合適的裝置以將管材熔接于袋薄膜26。
然后，具有連接的分配管24的袋40在無菌形成、填充和密封工藝中進行剩下的填充和密封操作。這使粘性的或半粘性的食品產品能夠以成本低、產生效率高的方式在具有分配管24的袋40內無菌地包裝。
參考圖3，圖3示出用于在無菌形成、填充和密封操作中通過將管段224和袋240熔接在一起而將管段224連接于袋240的第二種裝置218。供給的管段224，優選如圖1C所示，預切割成所希望的長度并在一端預先密封。這些管段224是無菌的并保持在無菌容器230中。管段224優選引進無菌處理室242。至少部分地位于該處理室242內的管插入部件250設置成夾緊每個管段224，并將管段224放置在用于形成袋240的袋薄膜226的壁部分228、230之間。設置至少一個用于熔化在袋240的壁部分228、230之間的管段224的部件260，使得該管段224的開口端與該袋240的內部空間相連通。該至少一個熔化部件260可以是至少一個相對于固定鉗口移動的加熱密封鉗口，或是兩個移動并接觸在一起的可移動的加熱密封鉗口，以加熱密封并將袋薄膜熔化在管段224靠近開口端215的外側，可以利用上面關于裝置18所討論的其他的熔化方法。
在優選實施例中，裝載室222連接于無菌處理室242，以便將已消毒管段224的容器230在保持無菌的同時引進無菌處理室242中。這可以通過在裝載室222上提供一個窗口(hatch)223來實現，以使容器230能夠被裝載。然后該窗口223可以開啟并且經由各種手段例如通過入口227引進汽相過氧化氫以消毒容器230的外部。一旦容器230的外部被消毒，進入無菌處理室242的內門225可以被打開，并且容器蓋231可以部分或全部打開。然后管段224被送進料斗或定位成以便管段能夠被插入部件250夾緊。該插入部件250優選包括可移動臂252，其具有位于一端的夾子254。該臂252優選經由多個致動器具有兩個或更多個運動自由度，該致動器具有適當的驅動器(drive)并且樞轉或滑動連接，并且優選經由控制裝置(未示出)控制，以便它夾緊管段224并將它正確地插入用于形成袋240的袋薄膜226的壁部分228、230之間。可以利用其他各種類型的機構以夾緊并插入該管段224。
本領域的技術人員將會認識到。可以用其他裝置將預先消毒的管段224裝進無菌處理室242中，或者管段224在進入無菌處理理室242之前能夠通過消毒槽或蒸汽。
參考圖4-14，圖4-14示出用于在無菌形成、填充和密封操作中通過將管段124和袋140熔接在一起而將管段124連接于袋140的第二種裝置118。該裝置118包括無菌處理室142，消毒的管段124引進其中。如圖8所示，該消毒的管段124具有開口端115。柔性袋140在無菌處理室142內由用于形成袋的袋薄膜126的相對的壁部分128、130形成(以下稱之為“薄膜”或“袋薄膜”)，該壁部分在其之間形成內部空間。
該袋薄膜126優選以滾筒形式供給，并且能夠是預先消毒的，或者袋薄膜能夠通過在無菌處理室142內的或連接于無菌處理室142的消毒區。優選，袋薄膜126通過如圖12所最清楚顯示的折疊三角形152的上面，或其他類型的薄膜折疊器，以便袋薄膜相對的壁部分128、130相互重疊。管插入部件170位于該處理室142，如圖8所示。該管插入部件170設置成夾緊管段124并將該管段124放置在該無菌處理室142內的袋薄膜的壁部分128、130之間。
優選，至少提供一個熔化部件160用于熔化該袋薄膜126的壁部分128、130之間的管段124，使得該管段124的開口端與該袋140的內部空間處于連通狀態。
參考圖4和圖7，優選提供管消毒室120，來自管子的供給源108的管子112引入其中。根據具體設置該消毒室120與無菌處理室142連通或者可以是該無菌室142的一部分。該無菌室142是一個在正壓力下以無菌空氣加壓的封閉區，以保持無菌環境。
如圖4和圖7所示，在裝置118中，管子消毒室120是一個過氧化氫槽121。優選，干燥裝置123位于該槽121的下游，其中，加熱的無菌的空氣吹在管子112上以干燥其外部。優選地，如圖4所示，無菌區的壁延伸進入該槽121中，以便從該槽121出來的管子已經在該無菌區。干燥器123也位于該無菌區內或與該無菌區連通，并加熱無菌的空氣以烘干該管子112。被加熱的空氣可以循環或排出。
優選地，多個輥子124設置在槽121內。管子112在該輥子124之間延伸以提供在槽121內所希望的停留時間以確保消毒。有其他選擇用于提供在槽121內所希望的停留時間同時保持每分鐘30至60袋數量級的形成填充和密封系統的優選操作速度，例如延伸該槽121的長度或提供曲折的室。
可選地，類似于示于圖2中的本發明的實施例，管子消毒室120可以包括連接于無菌處理室142的過氧化氫蒸汽發生器，其將過氧化氫蒸汽供給該消毒室120中。其優點是以過氧化氫蒸汽形式提供正壓力消毒。對于使用過氧化氫蒸汽槽的系統，用于無菌管其余部分處理和切割區的無菌的空氣必須從外部無菌空氣源供給，或者使用由形成填充和密封裝置線的其余部分供給的無菌空氣。
當使用過氧化氫蒸汽時，優選在空氣中至少含有31％的過氧化氫蒸汽濃度，同時優選，管子消毒室120利用過氧化氫槽和蒸汽，也能夠使用紫外線輻射室、離子輻射室、高強度脈沖光室或任何其它合適的裝置用于管子消毒室120。
優選地，該裝置118包括具有管子供給源108的管子供給展開支架109，優選地，如上所述，以卷筒110的形式。該展開支架109優選包括已知類型的張力制動器，以便保持管子112上的張力，這可以是彈簧、棘輪和掣爪機構或其他合適的偏置裝置。優選地，該裝置118利用預壓扁的輻照的管子112，其中該管子112的內部區域是無菌的。可選地，管子供給源108可以包括僅在各端被壓扁的管子12，并且該裝置118還可以包括一個或多個預熱部分，以預熱該管子12的一部分，和位于該預熱器下游的壓扁器(未示出)，以將管子12壓扁成密封的管段。這可以用與圖2所示的實施例相類似的方式由切割裝置組件136實現。
參考圖4和圖5，該裝置包括驅動部分131，該驅動部分具有驅動相對的驅動輪132、133的電機，該驅動輪132、133夾緊并從管子供給源108牽引該管子112。優選地，該驅動輪被步進電機或其他控制裝置驅動以便管子112從管子供給源108的移動能夠被控制，在兩個相對的驅動輪132、133被優選的同時，可以提供附加的驅動輪。
參考圖4和圖8，該裝置118還包括位于管子112路徑中的搖擺桿(dancing bar)145(圖8)。該搖擺桿145繞上下位置之間的樞軸點是可移動的，并且優選包括與管子112接觸的輥輪。傳感器146連接于該搖擺桿145，當搖擺桿145到達上部位置時，其發送信號給該驅動輪132、133以送進附加的管子112。該傳感器146優選為電位計，并連接于控制裝置195。可以利用其他類型的傳感器，例如光線傳感器，當搖擺桿145到達上限或下限位置時，其路徑被搖擺桿145阻斷。可選地，可以利用為管子112提供足夠下垂(slack)的其他裝置，例如在具有上限制傳感器和下限制傳感器的管子路徑中的下垂環。
仍然參考圖4和圖8，切割裝置136位于無菌處理室142的無菌區內。該切割裝置136從供給源的管子112切割管段124。如圖9所示，該切割裝置136優選包括相對的刀片137，其被驅動到一起以將管子112切割成管段124。該刀片137優選連接于通過密封口穿進無菌處理室142的旋轉軸138。該旋轉軸138由旋轉致動器139驅動，該旋轉致動器139由控制裝置195控制。但是，可以用其他類型的致動器，并且根據管子112的性質，該管切割裝置136可以由單個切割刃和砧座構成。
優選地，提供傳感器141以檢測靠近管切割裝置136的壓扁位置114。該壓扁位置傳感器141適于檢測鄰近的壓扁處114并且發信號給控制裝置195以使切割位置能夠定位在靠近該壓扁處114。這是由安裝管切割裝置136用于經由連接于可控制的電機144的傳動絲杠143的移動而達到的。優選地，驅動桿138和旋轉致動器139安裝在滑動支撐結構155上，其能夠經由傳動絲杠143來回移動。可選地，可以用其他類型的致動器來回移動滑動支撐155，以將切割器136的位置調節到在最向右延伸的管段124的壓扁處114的后面所希望的位置，如圖8所示。
優選地，如圖12所示，切割裝置137經位于該切割裝置137主體內的加熱元件預加熱。如圖12所示，該切割裝置137包括位于該切割刃左面管子接合的預加熱部分，其從管子112切斷管段124。這個夾緊部分在管段被向前移動并從該管子112切割之前預熱圍繞用作下一個管段124的該管子112開口端的區域。靠近開口端的該管段124的預熱區域增強該管段124與袋薄膜126在熔接時的粘接。
仍然參考圖8，插入部件170包括相對的鉗口171、172，其能夠相互朝著或相互離開移動以便在該管子112從管子供給源108上切割形成管段124之前夾緊來自管子供給源108的管子112的端部。該相對的鉗口171、172分別連接于上、下致動器桿173、174，該桿能夠朝著該袋薄膜126和離開該袋薄膜126線性移動，以便朝著該袋薄膜126和離開該袋薄膜126移動該鉗口171、172。優選地，該移動是經由通過該致動桿173、174連接于該鉗口171、172的線性致動器175實現的。這使得夾緊器170能夠將該管段124的開口端插入該袋薄膜126的側面128、130之間。如圖8所示，致動桿173、174也能夠向上和向下傾斜，以便使鉗口171、172能夠向上或向下移動，以便在該管段124被切下之前夾緊該管子112的端部。優選地，致動器175位于無菌處理區142的外面，并且致動桿173、174通過適當密封的開口延伸進入該無菌處理區142。雖然優選的致動器結構已經被描述，但是本領域的技術人員將會認識到，可以用其他類型的致動器結構，以便提供兩個具有打開和閉合運動的鉗口，用于夾緊該管段124，并且具有線性插入運動，以便將該管段的開口端插入該袋薄膜126的相對的壁部分128、130之間。此外，優選地，該致動器175的位置和行程長度可以調節以提供所希望的管段124的夾緊位置和插入距離。
參考圖10和圖11，袋薄膜分離器178位于該無菌處理區142內，并且在該插入部件170將管段124放置到位之前在管插入處將袋薄膜126的相對壁部分128、130相互分開。如圖11所示，該袋薄膜分離器178包括基本連接成V形結構的兩個臂179、180，其從第一位置移動到第二位置，在第一位置，只有在臂179、180的第一部分位于在袋薄膜126的壁部分128和130之間的V形基座，以便袋的壁部分128、130通常不分開，如圖11的上部所示，在第二位置，該臂179、180的間隔開的端部在分開的壁部分128、130之間移動且將它們分開，以便使該管段124能夠插入其之間，如圖11的底部所示。該第一位置也清楚地適于圖10，其中該第二位置以虛線示出。袋薄膜分離器178由致動器181驅動并通過控制裝置195控制。
參考圖10-13，設置至少一個加熱密封鉗口184并且優選兩個加熱密封鉗口184、186用于加熱密封該袋薄膜126的壁部分128、130之間的管段124。如圖12所示，該加熱密封鉗口184、186連接于致動器185、187以便使加熱密封鉗口184、186能夠從非接觸的第一位置離開該袋薄膜126移動到與該袋薄膜126接觸的第二位置，以密封該袋薄膜126的壁部分128、130之間的管段124。該致動器185、187優選由控制裝置195控制。
如圖11、16A和17所示，該加熱密封鉗口184、186包括凹槽188，該凹槽與管段124的直徑互補并小于該管段124的直徑。在優選實施例中，與管段124的相應直徑相比，凹槽直徑要小2％到8％。優選地，加熱元件189和溫度傳感器190設置在該加熱密封鉗口184、186內，以便將該鉗口保持在所希望的溫度。
加熱密封鉗口184′、186′的另一個實施例以端視圖示于圖13并且詳細地示于圖14和圖15，其中，該加熱密封鉗口184′、186′還包括用于袋140的邊緣的鰭形密封件。為了制造鰭形密封，該加熱密封鉗口184′、186′每個包括多個獨立控制的加熱區，以在該袋的壁部分128與袋的壁部分130的密封區域和袋的壁部分128、130與于管段124的密封區域提供不同的加熱密封溫度。如圖14詳細地示出的，隔離空氣袋圍繞安放用于袋壁部分到管段密封的中心加熱元件的該鉗口部分設置。然后該中心鉗口部分能夠在袋壁部分到管段密封的區域被加熱到較高的溫度。在優選實施例中，該加熱密封鉗口184′、186′被加熱到350-450°F，用于袋壁側部128、130與管段124的加熱密封，以及加熱到250-350°F，用于袋壁側部128與袋側部130的密封。更優選，袋壁側部128、130與管段124的加熱密封溫度的范圍在400-430°F的范圍內，并且袋側部與袋側部的加熱在在300-330°F的范圍內。在最優選的情況下，用于較高的加熱區的設置點溫度設置在420°F，并且該用于較低的加熱區的設置的點溫度設置在320°F。
參考圖16B，也能夠提供具有管狀密封凹槽188′的加熱密封鉗口184、186。該管狀密封凹槽具有扁平的外形，其圓周小于該管段124的圓周。在這種情況下，業已發現，具有圓形拐角的大致長方形的外形在密封時使管子發生附加的變形是比較有效的。其他適合的凹槽188、188′的形狀還可以包括橢圓形、正方形或菱形。
優選地，控制裝置195是PLC并用于控制管子切割部分、管子送進速率加熱密封鉗口184、186的起動和密封溫度，以及密封時間。該控制器195能夠控制所有這些特征并能夠進行調節，以便考慮到用于袋薄膜126和/或管子112的各種材料。
作為萬一在無菌處理室142的無菌環境受到損害的安全特征，該裝置118可以包括壓力傳感器。如果在無菌處理室的無菌環境被破壞，其壓力將下降。壓扁管子的管子壓扁器被起動，以便保持在供給源的沒有沿其整個長度被預先壓扁的剩余管子12的無菌性，當壓力傳感器檢測到失壓時，該管子壓扁器壓扁管子。對于預先壓扁的管子112這一點不是必須的，因為如果失去無菌性，供給源108的整個管子112不被損害，只有具有開口端的端部的部分暴露在非消毒環境中。
利用根據本發明的優選的裝置18、118、218制造的柔性袋40、140、240大致是同樣的，包括在無菌條件下直接連接的分配管24、124、224。該袋40、140、240詳細示于圖23和24。該袋40、140、240用聚合物薄膜制成，該薄膜具有相互重疊的兩個壁部分28、30；128、130；228、230，并且優選用折疊器270連接在一起，其形成無接縫邊緣272共同的連接。多個其它的共同的周邊邊緣273、274、275被熔接在一起以形成邊緣接縫276、277、278。該邊緣接縫276、277、278可以是單個熔接區或兩個間隔開的熔接區，如圖23所示。該壁部分28、30；128、130；228、230，邊緣接縫276、277、278，和無接縫邊緣272形成袋40、140、240的內部空間280。可選地，可以用兩個相互重疊的分離的薄膜并且在所有的邊緣形成接縫。
具有開口端(通常賦予附圖標記115)的無菌管段24、124、224沿著共同的周邊邊緣274之一插入袋薄膜26、126、226的兩個壁部分之間并通過熔接區41(也如圖2所示)連接于其上，其在無菌條件下形成。管段24、124、224的開口端115與袋的內部空間280連通并且管段24的封閉端位于袋薄膜26的外面。正如所提到的，形成鰭密封的邊緣接縫277能夠與在熔接區41形成壁部分與管段密封的同時例如用加熱密封鉗口184′、186′形成。
在優選的形成、填充和密封操作中，食品產品290(圖24)在加熱密封最后一個共同的周邊邊緣之前被放置在袋40、140、240內。在優選實施例中，管段24、124、224是經過輻照的熱塑性彈性體，優選由聚丙烯形成。優選，該管段24、124、224用至少30kGY輻照，以改進與袋薄膜26、126、226的接合。也可以用聚乙烯和聚丙烯混合物形成管段24、124、224以改進與袋薄膜26、126、226的粘接性。一種優選的管段用KRATON形成，它是Kraton Polymers，LLC的注冊商標，KRATON是具有諸如聚丙烯的其他物質的混合物，用于制造管子。
可選地，管段24、124、224可以用多層管12、112、212形成，以使管段24、124、224包含阻擋層，例如EVOH，以形成類似于袋薄膜26、126、226的阻擋性質。
袋薄膜26、126、226優選的包括EVOH、烯烴、LDPE(低密度聚乙烯)、LLDPE、ULDPE和PET其中至少一種。該袋薄膜26、126、226也可以使是多層袋薄膜，至少一層由上述材料之一形成。但是，一般來說，任何合適的聚合物的柔性薄膜材料根據其具體的用途都可以用來制造該袋。在優選實施例中，邊緣接縫和熔化接合區是被加熱熔化的。但是本領域的技術人員將會認識到，也可以用其他熔化方法，例如超聲波和激光。
據本發明的裝置18、118、218能夠用于實現在無菌形成、填充和密封操作中通過在制造期間的熔接將管子連接于袋40、140、240的方法。提供袋薄膜26、126、226，其具有用于形成具有內部空間的袋40、140、240的袋的兩個壁部分28、30；128、130；228、230。提供具有開口端的無菌管段24、124、224，并且以其開口端插入兩個壁部分28、30；128、130；228、230之間。該管段24、124、224被熔接于該袋薄膜26、126、226，其中該管段24、124、224的開口端與該內部空間連通。這是在無菌環境下完成的并且所形成的熔接區在管段24、124、224和袋40、140、240之間形成密封。
根據本發明，能夠從供給源送進管子12、112通過消毒區并進入消毒環境，例如由管子消毒室20提供的消毒環境，送進到無菌處理室42。然后，該管段24從該管子12的自由端被切割。
可選地，如同結合該裝置118所披露的，該管子112的外面可以在過氧化氫槽121中消毒，如圖4所示。然后，該管子112用位于該槽下游的烘干器123烘干。通過從展開支架109的滾筒上展開，或可以是扇形折疊，或設置成繞成盤狀結構，或任何其它適于分配的方式能夠提供管子12、112、212。
根據本發明，用于該袋的邊緣的鰭形密封能夠在該袋壁部分128、130之間的管段124加熱密封的同時并用相同的加熱密封鉗口184′、186′形成。優選地，在完成最終邊緣密封之前，在袋的最后邊緣被密封以粘性或半粘性產品放置其內形成密封的袋之前，粘性食品產品或其他產品被放置到該袋的內部空間。在完全無菌的環境中袋40、140、240被形成、填充并密封且不需要額外的附件用于將分配管24、124和224連接于袋。
參考圖18和圖19，詳細描述將分配管段連接于柔性袋或盒的另一種方法。在圖18中，示出管段組件324。該管段組件324包括一段管子326，該管子類似于第一實施例中所描述的管子。管子326的一端密封地封閉，優選用加熱壓扁封閉，如328所示。另一端用與袋材料適當兼容的聚合物材料制成的補片330密封。優選，該補片330用LDPE制成。該管組件324分批制造并且然后被輻照以消毒內表面。這可以用UV、H2O2或其他合適的手段實現。
參考圖19，管子敷貼器(applicator)334在消毒區內將單個管組件324放置在位。該敷貼器334將該管組件的補片端推向位于該袋薄膜338相對一側的用于制造該袋或盒的成形的加熱的心棒336。該加熱的心棒336刺穿該補片330并將該管組件324加熱密封于該袋薄膜338。該補片330被選擇成與袋薄膜328兼容，以提供該管子與袋增強的密封。
該袋的形成、填充和密封過程的其余部分能夠用已知的設備無菌地實現。
下面參考圖20-22描述將管子連接于密封盒的另一種方法。圖20示出具有倒鉤的附件410，其具有位于空心桿414上的倒鉤412，該空心桿從平基底416向上延伸。該附件410是被消過毒的并且在該袋用粘性或半粘性產品填充時提供給圖21所示的該袋或盒420。
當使用者希望使用該袋420并分配其內的物質時，該袋420放置在大致的平表面上，并且該附件被制造成通過該柔性袋的側壁，以便其桿414向上指，并且平基底416向下取向，以便它擱置在大致的平表面上。該附件410被移動倒所希望的位置，并且然后擠壓該空心桿414上面的分配管424，使得薄膜局部地破裂，使得當該桿上面的管子424被擠壓時桿414能夠穿過袋側壁。被擠壓的該桿上面的管子424的端部具有加大的凸緣，以便袋側壁卡在該附件410的平基底416和該凸緣之間。此外可以在該凸緣上提供粘接劑，以密封該袋表面。可選地，在將管子424推進該桿414之前可以用小刀刺穿在桿部位置的袋側壁。
本領域的技術人員將會認識到，可以對本發明的上述實施例進行改變而不脫離本發明廣義的發明構思。因此，應當明白，本發明不限于所公開的具體實施例，而是預計覆蓋在本發明的精神實質和范圍內的所有的修改。
權利要求
1.一種裝置，用于在無菌形成、填充和密封操作中通過將管段和袋熔接在一起而將該管段連接于袋，該裝置包括無菌處理室，已消毒的管段和用于形成柔性袋的袋薄膜的一對相對的壁部分設置在其中，該已消毒的管段具有開口端，該相對的壁部在其之間形成內部空間；管插入部件，其至少部分地位于該處理室內并設置成夾緊該管段，并將該管段放置在無菌處理室內的該袋薄膜的壁部分之間；和至少一個部件，用于熔化該袋薄膜的壁部分之間的管段，以便該管段的開口端與該袋的內部空間處于連通狀態。
2.根據權利要求1的裝置，還包括管子消毒室，來自管子供給源的管子引進其中，該管子消毒室與該無菌處理室相連通。
3.根據權利要求2的裝置，其中該管子消毒室包括過氧化氫槽。
4.根據權利要求3的裝置，還包括位于該槽下游的干燥器。
5.根據權利要求4的裝置，其中該干燥器包括加熱的無菌空氣供給源。
6.根據權利要求3的裝置，還包括多個位于該槽內的輥子，該管子在該輥子之間延伸，以提供所希望的停留時間，以確保消毒。
7.根據權利要求2的裝置，其中該管子消毒室至少是過氧化氫蒸汽室、過氧化氫槽、紫外線輻射室、離子輻射室或高強度脈沖光室其中之一。
8.根據權利要求1的裝置，還包括與無菌處理室連接的過氧化氫蒸汽發生器，該過氧化氫蒸汽發生器向該無菌處理室供給過氧化氫蒸汽。
9.根據權利要求8的裝置，其中該過氧化氫蒸汽的濃度至少為31％。
10.根據權利要求1的裝置，還包括供給管子的管子供給展開支架。
11.根據權利要求10的裝置，其中該展開支架包括制動器，以保持該管子上的張緊力。
12.根據權利要求10的裝置，其中管子供給源包括預壓扁的、經輻照過的管子，以便該管子的內部是無菌的。
13.根據權利要求10的裝置，其中該管子供給源包括僅僅在每個端部壓扁的管子，該裝置還包括至少一個預先加熱該管子一部分的預加熱部分，和位于該預加熱器下游的壓扁器，以將該管子壓扁成密封的管段。
14.根據權利要求10的裝置，還包括位于消毒區內處于該無菌處理室內或與其連通的切割裝置，以從管子供給源切割管段。
15.根據權利要求14的裝置，其中該管子切割裝置包括相對的刀片，其被一起驅動以將該管子切割成管段。
16.根據權利要求15的裝置，其中該相對的刀片安裝在至少一個旋轉致動器上，其相互向對方擺動以切割該管子。
17.根據權利要求14的裝置，其中該供給源的管子被預先壓扁，并且該裝置還包括鄰近管子切割裝置的壓扁部分傳感器，其適于檢測被壓扁的位置，以使切割位置能夠位于靠近該壓扁處。
18.根據權利要求14的裝置，其中該管子切割裝置安裝成通過致動器而運動，以根據該管子的壓扁位置調節該切割裝置的位置。
19.根據權利要求14的裝置，其中該切割裝置是預加熱的。
20.根據權利要求10的裝置，還包括相對的驅動輪，以從該管子供給源夾緊并牽引該管子。
21.根據權利要求20的裝置，還包括位于管子路徑中的搖擺桿，該搖擺桿在上下位置之間是可移動的，和連接于該搖擺桿的傳感器，當該搖擺桿到達上部位置時，其發送信號供給該驅動輪以送進另外的管子。
22.根據權利要求10的裝置，其中該插入部件包括相對的鉗口，其能夠相互朝著對方移動，以便在將來自該管子供給源的管子切割成管段之前夾緊來自該管子供給源的管子的端部。
23.根據權利要求22的裝置，其中該相對的鉗口是可朝向和離開該袋薄膜運動的。
24.根據權利要求23的裝置，其中該相對的鉗口通過連接于該鉗口的線性致動器線性運動，以將該管段的開口端插入該袋薄膜的側面之間。
25.根據權利要求1的裝置，還包括袋薄膜分離器，其在插入部件將管段插入到位之前將該袋薄膜的相對的壁部分在管子插入處相互分開。
26.根據權利要求25的裝置，其中，該袋薄膜分離器包括兩個連接成V形結構的臂，其從第一位置移動到第二位置，在第一位置，只有在V形基座的該臂的第一部分位于在該袋薄膜的相對的壁部分之間，以便該袋的壁部分不分開，在第二位置，該臂的間隔開的端部在該壁部分之間移動并分開該壁部分，以便使該管段能夠插入。
27.根據權利要求1的裝置，其中，所述至少一個部件設置成為位于所述袋的該壁部分之間的管子的開口端提供超聲能量。
28.根據權利要求1的裝置，其中，所述至少一個部件包括至少一個密封鉗口，用于加熱密封該袋薄膜的壁部分之間的管段的開口端。
29.根據權利要求28的裝置，其中有兩個相對的加熱密封鉗口，其包括與該管段的直徑互補的凹槽，并且該凹槽的直徑小于該管段的直徑。
30.根據權利要求29的裝置，其中該加熱密封鉗口包括用于該袋邊緣的鰭形密封件。
31.根據權利要求30的裝置，其中該加熱密封鉗口每個包括多個獨立控制的加熱區，以在該袋壁部分之間形成袋邊緣接縫的密封區與該袋壁部分和該管段之間的密封區提供不同的加熱密封溫度。
32.根據權利要求31的裝置，其中該加熱密封鉗口被加熱到350-450°F，用于將袋壁部分加熱密封于該管段，以及加熱到250-350°F，用于將袋壁部分加熱密封在一起，以形成袋邊緣接縫。
33.根據權利要求29的裝置，其中該加熱密封鉗口能夠從非接觸的第一位置離開該袋薄膜移動到與該袋薄膜接觸的第二密封位置，以將該管段密封在該袋薄膜的壁部分之間。
34.根據權利要求29的裝置，其中該加熱密封鉗口包括具有扁平外形的管子密封凹槽，其圓周小于該管段的圓周。
35.根據權利要求29的裝置，還包括控制裝置，以控制管子的切割位置、管子的進給速度、加熱密封鉗口的溫度和密封時間。
36.根據權利要求1的裝置，其中來自管子供給源的管子被引進該無菌處理室，該裝置還包括壓力傳感器，以確定該無菌處理室的無菌環境是否被破壞，并且當該壓力傳感器檢測到失壓時，管子壓扁器壓扁該管子，以保持該管子供給源無菌。
37.一種柔性袋，該柔性袋具有在無菌條件下連接的直接連接的分配管，其包括由聚合物薄膜形成的聚合物袋，該聚合物袋具有相互重疊并經由折疊連接的兩個壁部分，其形成共同連接的無接縫邊緣，和多個其它共同的周邊邊緣，其被熔接在一起以形成邊緣接縫，該壁部分、邊緣接縫和無接縫的邊緣形成該袋的內部空間；和具有開口端的無菌的管段，其沿著其中一個共同的周邊邊緣插入該袋薄膜的兩個壁部分之間，并且在無菌條件下通過形成的熔合連接固定在其上，該管的開口端與該內部空間處于連通狀態，且該管具有位于該袋薄膜外面的封閉端。
38.根據權利要求37的袋，其中在最終一個共同的周邊邊緣加熱密封之前食物產品被放置在該袋內。
39.根據權利要求37的袋，其中該管段是經過輻照的熱塑性彈性體。
40.根據權利要求37的袋，其中該管段由聚丙烯形成。
41.根據權利要求37的袋，其中該管段用至少30kGy輻照，以改進該薄膜的結合。
42.根據權利要求37的袋，其中該管段包括聚乙烯和聚丙烯混合物。
43.根據權利要求37的袋，其中該管段包括KRAYTON。
44.根據權利要求37的袋，其中該袋薄膜至少包括EVOH、烯烴、LDPE、LLDPE、ULDPE和PET其中之一。
45.根據權利要求37的袋，其中該袋薄膜是多層的，并包括一層至少是EVOH、烯烴、LDPE、LLDPE、ULDPE和PET其中之一。
46.根據權利要求37的袋，其中該邊緣接縫和該熔化連接被加熱熔化。
47.一種連接方法，用于在無菌形成、填充和密封操作中在制造期間通過熔接將管連接于袋用于，該方法包括提供具有兩個壁部分的薄膜，用于形成具有內部空間的袋；提供具有開口端的無菌的管段；將該管段的開口端插入該兩壁部分之間；以及將該管段熔接于該薄膜，其中該管的開口端與該內部空間成連通狀態。
48.根據權利要求47的方法，還包括送進管子通過消毒區進入無菌環境；并且從該管子的自由端切割該管段。
49.根據權利要求48的方法，還包括在過氧化氫槽中對該管子的外面進行消毒；和用位于該槽下游的烘干器烘干該管子。
50.根據權利要求49的方法，還包括通過位于該槽內的多個輥子送進該管子，以提供所希望的停留時間，以確保消毒。
51.根據權利要求48的方法，還包括將過氧化氫蒸汽供給到消毒區，以消毒該管子的外面。
52.根據權利要求48的方法，還包括至少用過氧化氫蒸汽室、過氧化氫槽、紫外線輻射室、離子輻射室、或高強度脈沖光室其中之一對管子的外面進行消毒。
53.根據權利要求48的方法，還包括在展開支架上將管子從滾筒展開；和對該管子施加張力。
54.根據權利要求48的方法，還包括供給具有多個均勻間隔開的壓扁處的管子，使得該管子包括多個密封的、無菌的內部段。
55.根據權利要求48的方法，還包括提供僅僅在每端壓扁的并具有單個無菌內部空間的管子；預熱該管子的一部分；和壓扁該管子的端部，以形成獨立的、密封的管段。
56.根據權利要求48的方法，還包括預熱用于切割該管段的切割裝置。
57.根據權利要求48的方法，還包括提供具有多個均勻間隔開的壓扁處的管子，使得該管子包括多個密封的、無菌的內部；檢測最近一個管段的壓扁位置；調節切割位置，以便靠近該壓扁位置切割該管子。
58.根據權利要求48的方法，還包括用相對的驅動輪夾緊并牽引來自管子供給源的該管子；用沿該管子的路徑設置的擺動桿檢測該松弛的(slack)管子的數量；和當該擺動桿到達上部位置時供給另外的管子。
59.根據權利要求48的方法，其中該方法順序地制造多個袋，該方法還包括在切割該管段之前用相對夾緊鉗口夾緊該管子的自由端，該管段將被從管子上插入下一個袋中，該被插入下一個袋中的管段被產生。
60.根據權利要求59的方法，還包括與該管段一起朝著該薄膜線性移動該相對的鉗口。
61.根據權利要求47的方法，還包括在該管段插入之前，在插入區分開該壁部分。
62.根據權利要求47的方法，其中該熔接通過加熱密封發生。
63.根據權利要求62的方法，其中加熱密封的步驟包括提供加熱密封鉗口，其具有與該管段的直徑互補的并小于該管段的直徑的凹槽；預熱該加熱密封鉗口；和從相對側將該加熱密封鉗口移動到與該薄膜接觸，同時該管段位于與該凹槽互補的位置。
64.根據權利要求63的方法，還包括在與加熱密封該袋側部之間的管段的同時，用該加熱密封鉗口形成該袋邊緣的鰭形密封。
65.根據權利要求63的方法，還包括將該密封加熱鉗口從非接觸的第一位置離開該袋薄膜移動到與該薄膜接觸的第二密封位置，以將該管段密封在該袋薄膜的兩側之間；和將該密封加熱鉗口移動返回到該第一位置，以使該袋能夠轉位到下一工位。
66.根據權利要求47的方法，還包括在密封最后一個邊緣之前用粘性或半粘性產品填充該袋。
67.一種將管子連接于袋的方法，包括在密封該袋之前將一個具有倒鉤的附件放進該袋中；將該附件定位在袋中；擠壓袋附件上的管子，以便該附件通過該袋的側壁伸出。
全文摘要
一種裝置，用于在無菌形成、填充和密封操作中通過將管段和袋熔接在一起供而將該管段連接于袋。該裝置包括無菌處理室，消毒的管段和柔性袋的一對相對的壁部分設置在其中。該消毒的管段具有開口端，其放置成與該袋的內部相連通。一個管插入部件至少部分地位于該處理室內并設置成夾緊該管段并將該管段放置在在無菌處理室內的該袋的壁部分之間。提供一個部件用于熔化該袋的壁部分之間的管段，使得該管段的開口端與該袋的至少內部空間處于連通狀態。還提供了用該裝置形成的袋和形成管子熔接于袋上的方法。
文檔編號B08B3/00GK1681709SQ03822393
公開日2005年10月12日 申請日期2003年9月19日 優先權日2002年9月19日
發明者巴里·普里查德, 勞倫斯·D·布什, 利昂·亨利, 理查德·古德 申請人:Afp高級食品股份有限公司