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真空充填機はペースト状の製品を充填するために使用される機械です。[1]ペースト状の製品は、真空下でベーンセル供給システムの助けを借りて移動されます。
客観的
食品分野における包装済み製品、特に粘性またはペースト状の製品の重量均一化は、充填および分注システムの再現性の高い精度に極めて高い要求を課します。これを実現するには、技術的および技術的な課題に加え、製品固有の特性を考慮する必要があります。前述の要因に加えて、最終製品の品質要件は、技術的なプロセスソリューションの選択または導入において重要な課題となります。真空充填機の開発により、技術的要件と品質要件の両方を満たすことが可能になりました。
食品分野では、流体の移動や輸送はポンプ技術を用いて行われています。口語的には、これは充填またはポーション供給と呼ばれています。輸送する充填製品の種類に応じて、様々な種類のポンプが使用されます。粘性製品には、ベーンセル供給システムと真空供給を備えた真空充填機が一般的に使用されます。製品は、供給装置を備えたホッパー、真空下のベーンセル供給システム、そしてポンプハウジング内の適切な容積排出によって輸送されます。これは基本的に容積供給原理であり、一定の重量は容積によって定義されます。ロータリーベーンポンプとしても知られるベーンセル供給システム[2]に加えて、供給オーガーを備えたスクリュー供給システム、歯車供給システム、真空リフトシリンダーもあります。これらのシステムはすべて、真空下での容積排出によって輸送されます。真空充填機は、伝統的に食肉加工業界やその他の食品分野で使用されています。また、食品以外の分野でも使用されています。一般的に、真空充填機はペースト状および圧縮可能な製品の充填に使用できます。
歴史
最初の真空充填機は1960年代初頭に開発され、それ以来、その技術は改良されてきました。
要件/効果
粘性またはペースト状の製品のポンプ圧送性は、真空充填機の信頼性に重要な影響を与えます。食品分野における充填製品は、ポンプ圧送性（「充填性」）に関連する様々な特性を用いて特性評価を行うことができます。これらの特性は、直接測定可能な物理的特性である場合もあれば、官能評価による特性である場合もあります。
- ガス含有量/密度
- ガス含有量は「空気含有量」とも呼ばれます。流体の空気含有量とは、粉砕／混合プロセス中に流体に混入する空気の割合です。これは特殊な装置を用いて測定でき、流体の密度と直接的な関係があります。
- 圧縮性
- 圧縮率は流体の空気含有量に依存します。圧縮率が高いほど、流体中のガス含有量が多くなります。
- 粘度
- 粘度は、流体の稠度を表す指標です。粘度が高いほど、流体の稠度は高くなります（流動性が低い）。一方、粘度が低いほど、流体の稠度は低くなります（流動性が高い）。食品加工業界における高粘度の充填製品は、主に食肉、ベーカリー製品、インスタント食品の分野で使用されています。これらの高粘度物質は一般的に「ペースト状」と呼ばれます。流動性は、流体のポンプ輸送性にとって基本的な要件です。粘度は、適切なレオロジー 測定装置を用いて測定することもできます。食品分野では、粘度は主に充填製品の流体含有量に依存します。
- 温度
- 温度は粘度と製品の品質に直接影響するため、ポンプによる搬送には重要な要素となります。
- インサートの質感、繊維質、寸法
- 充填製品の特定の感覚特性は、充填性の評価と正確な重量への準拠に大きな影響を与えます。
- 重量精度
- 食品分野における最新の充填技術を利用することで、1食分の必要量に対して最大1%の差で正確な分量を実現できます。
動作モード
真空充填機の重要な要素は、真空充填原理です。充填製品は、能動駆動の供給スクリューを備えたホッパー、および垂直方向の「真空吸引」を介して、機械的に供給システムに供給されます。ベーンセル供給システムの予め真空にされたセルは、ホッパーの下を移動します。真空引きによって生じる周囲圧力（負圧）との圧力差により、セルは製品で充填されます。供給システムは連続的に移動するため、連続的な充填フローが生成されます。製品は、供給システムの周期的な動作によって分割されます。供給システムの各セルには特定の容積があります。分割量は、ローターの回転距離によって定義されます。したがって、分割量は、ローターの回転距離にセル内の供給システムセルの数を乗じて、制御システムで設定されます。分割重量は、秤を用いて分割容積パラメータを介して制御システムで決定する必要があります。
構造と技術要件
真空充填機は主に食品業界および食品産業で使用されています。食品分野では、特定の衛生基準と衛生規制に基づき、機械の設計に特別な基準が適用されます。これには、例えば、分解が容易であること、表面が平坦で背面から洗浄可能なシールを備えていること、デッドスペースがないこと、人間工学に基づいた形状であること、部品点数が限られていること、食品用途に適した材料を使用していることなどが含まれます。また、反応性洗剤、反応性または研磨性の充填媒体、強力な高圧洗浄、極端な周囲温度など、比較的過酷な環境条件にもさらされます。
そのため、真空充填機はステンレス鋼を多く使用し、非常に堅牢な設計となっています。可動部品は容易に分解でき、個別に洗浄可能です。機械的または設計上の問題に加えて、真空充填機には複雑な電子部品が組み込まれているため、その点も考慮する必要があります。
ホッパー付きベーンセル供給システム
ベーンセル供給システムは主に、旋回ホッパーに固定されたサイドプレートが取り付けられた剛性ポンプハウジングと、ポンプベーンとカムを備えた取り外し可能なローターで構成されています。機械のサイズに応じて、適切な寸法の部品を備えたさまざまなサイズのベーンセル供給システムがあります。ホッパーを旋回させて、充填製品と接触する表面や部品を清掃および分解できます。適切な数のスロットを備えた駆動ローターがポンプハウジング内に配置されており、機械が閉じているときに、カムに支えられてポンプベーンが規定の容積のセルを形成します。機械の起動時にローターの動きによって誘発され、セルはベーンセル供給システムの出口の方向に移動し、それによって規定の製品フローが確実に達成されます。供給システムの重量精度は、部品の製造精度と摩耗の程度に部分的に依存します。
真空システム
セルへの充填は、ベーンセル供給システムを真空引きすることで行われます。真空ポンプで真空引きすることにより、真空引きされたセルがホッパーの下を通過するとすぐに、充填物はホッパーから供給システムへとゆっくりと引き出されます。真空ポンプは内蔵のウォーターセパレーターによって保護されています。真空レベルは充填物に応じて設定できます。供給効果に加えて、充填物は同時に一定量（約2～4%）まで真空引きされます。これにより、充填物中の空気含有量が減少し、充填物の密度が高まります。
給餌
真空充填機における「供給」とは、ホッパー内の真空吸引を促進するために、充填媒体をホッパー下部へ能動的に送り込むことを指します。供給は、スクレーパー／剛性カウンターアームを備えた可動式供給スクリューによって行われます。供給スクリューは、ローターの回転と同期して駆動されます。両スクリューの特殊な形状と平行回転運動により、充填物はベーンセル供給システムの方向に垂直に移動します。必要な供給強度は、充填する媒体の粘度によって異なります。低粘度媒体では、高粘度製品よりも能動的な供給量が少なくて済みます。そのため、供給プロセスに関係する部品には、さまざまな組み合わせやバージョンがあります。
機械ベース
機械ベースは真空充填機のスタンドとして機能します。衛生上の理由から、ベースはすべてステンレススチール製です。コンパクトな機械ベースは、リフト装置を使用して容易に移動できるように設計されています。
昇降装置
昇降装置により、標準の台車を使用してホッパーへの積み込みが可能になります。昇降装置は真空充填機に固定することも、真空充填機の横にマスト型の昇降装置を別途設置することもできます。昇降装置は油圧式または電動式で駆動できます。
制御および駆動システム
真空充填機に関連する様々な機能を操作するには、コンピュータ支援制御システムが必要です。通常、真空充填機には様々な用途に対応する複数の駆動装置が組み込まれています。最新世代の真空充填機では、これらの駆動装置はサーボモーターと適切なバスシステムによって実現されています。
シーリング装置
供給システムを介して均質な製品から個々のポーションを製造するには、供給システムの出口に必ず「シーリング装置」が必要です。この装置はポーションを分離し、ポーションの出力と同期して制御されます。これらの装置には、ソーセージ用の連結装置、ポーションソーセージ用のクリッパー、タブや缶用の計量バルブ、生地の切断装置、餃子の成形装置などがあります。
その他の給餌システムの原理
一般的に、真空充填機には様々な供給システムを搭載できます。しかし、ホッパー、真空システム、供給装置、機械ベース、昇降装置、制御装置、シール装置などで構成される基本的な機械構造は、原理的には非常に似ています。用途に応じて、それぞれの供給システムには長所と短所があります。
- フィードオーガー付きスクリューフィードシステム
- スクリューフィードシステムでは、ハウジング内に2本の逆回転スクリューがセルを形成し、スクリューの回転に伴いセルはポンプの方向へ移動します。充填された製品は、真空吸引装置と機械式供給装置の助けを借りて、再びスクリューフィードシステムへと送られます。
- 歯車送りシステム
- 外側の歯付きリングが駆動され、内側の歯付きホイールが一緒に回転します。歯付きホイールは互いに接触しながらセルセグメントを形成します。セルの内容物は歯を通して輸送され、その後、排出口から排出されます。
- 昇降シリンダーによる給餌
- 交互に動くリフトシリンダーによる給餌は、最もシンプルな給餌システムの原理です。給餌量はシリンダーの形状によって決まり、給餌量はストローク数によって決まります。
- ホッパー真空システム
- ホッパー真空の追加生成は、真空充填コンセプトのバリエーションです。この真空システムは、ホッパー専用に設計された追加の真空ポンプによって強化されます。ホッパーは密閉されており、上流のリザーバーに接続されています。ホッパー内の真空により、充填物はリザーバーから充填機に引き込まれます。充填物も強力に真空排気されます。
用途範囲
食べ物
- 肉製品
- 乳製品
- バター
- クリームチーズおよびクリームチーズベースの製品
- カード
- チーズスプレッド製品
- ヨーグルト
- 魚介類
- 魚の群れ
- キャビア
- 野菜製品
- ジャガイモ製品
- ベーカリー製品
- フルーツパン
- ケーキミックス
- パスタ
- ターンオーバー
- パスタ生地
- 菓子
- マジパン
- チョコレート製品
- ブランマンジェのような製品
- デリカテッセン製品
- スープ
- ソース
- スパイスマリネ
- デリカテッセンサラダ
- 繊維質の挿入物を含む生の果物や野菜製品
- あらゆる種類の詰め物
化学薬品および非食品製品
- TNT
- テクニカルシーラント
問題とその解決策
粘性媒体の充填には、多くの問題が発生する可能性があります。これらの問題は多くの場合、製品固有のものであり、充填対象製品が通常とは異なる外観を呈することで顕在化します。例えば、ソーセージ製品の場合、製品の外観が不均一になる場合や、ポンプ工程でインサートが細かく粉砕されすぎる場合などが挙げられます。また、重量の偏差や、規定の品質規制（例：食肉製品のガイドライン）への不適合といった、商業的または法的問題が発生することもあります。
これらの問題は、空気含有量や粘度が高すぎること、供給システムにおける供給量が不十分であること、温度関連の影響、摩擦や破砕などの機械的影響など、様々な影響によって引き起こされます。これらの問題は、上流工程のステップ変更、レシピの適応、技術的な変更によって解消できます。
補助装置
- 保持装置
- ソーセージ製造分野における保持装置は、ソーセージの自動連結に使用されます。保持装置は、回転連結ノズルと適切なソーセージケーシングブレーキで構成されています。連結ノズルの動きは、真空充填機に内蔵された駆動装置によって行われます。ソーセージケーシングブレーキは、ソーセージケーシングが均等に引き出され、均等な分量になるようにします。
- 吊り下げライン
ソーセージ製造分野におけるハンギングラインは、ソーセージを繋ぎ合わせて吊り下げるための補助装置です。原理的には保持装置と同様の用途ですが、充填能力ははるかに高くなります。ハンギングラインは、様々な自動化レベルに対応可能です。
- 切断線
- ソーセージ製造分野におけるカッティングラインは、吊り下げラインと同じ基本構造を持っています。カッティングラインは、連結されたソーセージを小分けにするために用いられます。
- バリカン
- ポーションソーセージ製造用のクリッパーは、真空充填機と組み合わせて使用されます。充填物は真空充填機から取り出され、クリッパーに接続された充填パイプと適切なソーセージケーシングブレーキを通過し、適切なケーシングに分割されます。分割されたソーセージは、クリッパーと金属クリップによって密封されます。場合によっては、分割されたソーセージを吊り下げるためのループも同時に取り付けられます。ソーセージを束ねた形状だけでなく、個々のポーションも製造できます。
- 成形装置
- 成形装置は、餃子やハンバーガーなどの成形製品の製造に使用されます。成形装置には2つのタイプがあります。フリーフォーミング装置では、充填製品は分離装置が取り付けられたチューブを介して充填されます。分離装置と分注出力は同期しており、充填フローを形成できます。分離装置には、ダイヤフラム[3] [4]（写真の絞り絞りと同様に機能し、開閉により分注中に円形を形成します）、互いに対向する成形ブレード、または単純なワイヤーカッターやブレードなどがあります。分離ユニットが開くと、分注された製品が排出されます。次に、分注装置の端部と同期して、分離装置が閉じます。この同期された調整可能なプロセスにより、さまざまな形状を作成できます。製品は、包装または熱処理のためにベルトコンベアで直接搬送できます。成形ダイを備えた装置では、充填製品は成形ダイ（底まで充填されたプラスチック製の金型）に充填されます。充填された金型は充填エリアから「移動」され、同時クリッピング動作によって製品の流れから切り離され、その後、機械的または空気圧的に輸送コンテナまたは熱処理媒体に排出されます。
- 共押出システム
- 共押出とは、2つ以上の製品フローを同期させて供給し、充填製品（ケチャップ入りミートボール、マスタード入りソーセージ、肉入りポテト団子など）を製造することを意味します。この工程では、必ず2台以上の真空充填機が必要となります。共押出システムは、成形、クリッピング、リンキングの用途にご利用いただけます。
- ConProシステム
- ConPro システム (連続生産システム) は、アルギン酸皮を使用したソーセージを製造するための特殊な連続共押出システムです。このアプリケーションでは、2 台の真空充填機が同期して運転され、それらの充填フローが 1 つの連続した製品フローに結合されます。プロセスのさらに下流で、連続したストリングは個々の部分または部分のストリングに分割されます。1 台の真空充填機が充填製品をポンプで送り込み、もう 1 台の真空充填機が皮 (アルギン酸を含むペースト) を環状の隙間から堆積します。これはカルシウムイオンを含む固定液によって固化されます。自動化の程度に応じて、部分を吊るしたり、集めたり、連続的な熱処理や包装のためにさらに輸送したりできます。従来の製造方法と比較した ConPro システムの最も重要な利点は、ソーセージの皮またはケーシングを交換する必要がなくなることです。連続共押出によりケーシングの交換時間がなくなり、充填時間が最大化されます。
- インライン研削システム
- 食肉加工業界では、肉の粉砕に粉砕システムが使用され、製品準備段階において充填工程の前段に設置されます。インライン粉砕システムでは、粉砕システムが真空充填機の充填フローに補助装置として組み込まれています。そのため、充填工程と粉砕工程を1台の機械に統合できます。つまり、充填物は真空充填機によって搬送され、充填中に粉砕システム内で最終的な粒度に細断されます。インライン粉砕システムの重要な用途は、ドライソーセージまたはフレッシュソーセージの製造です。
- ひき肉ライン
- ひき肉ラインは、真空充填機、インライン粉砕システム、そしてひき肉を個々の部位に分離する装置を組み合わせたものです。連続した成形された製品の流れがコンベアベルト上に充填され、切断刃によって充填された流れが個々の部位に分割されます。その後、各部位はすぐに包装されます。
- 充填フローディバイダー
- 充填フローディバイダーは、ポンプからの単一の製品フローを複数の均等なフローに分割することができます。充填フローディバイダーには、ベーンセル供給システムに類似した供給システムが組み込まれています。充填フローディバイダーは、例えば複数の容器に同時に供給する場合などに必要です。
- バルブ
- バルブまたは切断装置は、チューブの端部または充填フローディバイダーのシール装置として使用されます。
重量管理とプロセスの文書化
複数機械の電子制御および文書化システムは、真空充填機を含む充填プロセスを文書化したり、充填重量を監視したりするために使用されます。
参照
参考文献
- ^ “Verfahren und Vakuumfüller zum Abfüllen einer pastösen Masse” 2016 年 3 月 3 日にウェイバック マシンにアーカイブ、2012 年 8 月 8 日に取得
- ^ 「Flügelzellenpumpe」Wayback Machineで2016年3月3日にアーカイブ、2012年8月8日閲覧
- ^ 「横隔膜」2014年7月14日アーカイブ、Wayback Machine、2012年8月8日閲覧
- ^ “Excavator Auger”. 2016年3月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年6月17日閲覧。
