无菌吹灌封设备以及无菌吹灌封方法

摘要

本发明涉及无菌吹灌封设备以及无菌吹灌封方法，所述无菌吹灌封设备包括：多个工位组，其中，每个工位组都包括多个工位，所述多个工位组被首尾相接地布置从而一起限定环形路径；以及多个模具，其中，所述多个模具的总数量与所述多个工位组的工位的总数量相等，以使得每个工位上都分配有所述多个模具之一，并且，每个模具被配置成沿着所述环形路径移动通过各个工位并且在移动通过每个工位组之后既完成一次灌装生产工艺。

说明书

技术领域

本发明涉及灌装生产领域，更具体地，涉及水平步进回转式无菌吹灌封设备以及无菌吹灌封方法。

背景技术

吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺是一种已知的用于生产经制瓶灌装并封口的无菌产品的生产工艺。吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺大体包括塑料坯的加热熔融并挤出管坯、能开合的主模、截取塑料坯、塑料坯吹气或真空成形、向瓶内定量灌注内容物、瓶头密封、出瓶等步骤。由于吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺可最大限度地保障内容物免受外界环境污染，因此受到了广泛关注，特别是在对最终产品有无菌要求的医药行业和化妆品行业中有非常重要的应用。在现有技术中，往往是通过直线往复移位方式来执行截取料坯和灌装封口的生产工艺，在生产工序中，移模驱动装置驱动载有模具及模具开合装置的模架在直线轨道上在两个工位之间往复移动，从而实施取料、成形、灌装、封口的各个工艺步骤，然而，由于两个工位的耗时不相等，因此在设备运行中，有效工作时间最长的灌装工位的工作时长决定了移模驱动装置的往复动作频率，从而致使有效工作时间较短的挤出工位需要等待有效工作时间较长的灌装工位结束操作之后才能开始下一次操作(即调整挤出速度)，而这导致挤出工位会在生产中出现周期性的闲置，从而造成能源和时间上的浪费，并且因此导致生产成本提高以及生产效率低下。虽然，在现有技术中出现了以2个灌装工位对1套挤出系统直线往复移位，以及多套垂直循环模具对1套挤出系统的方式，但是这些方式并未在实质上解决上述问题，而且设备造价高昂，运行维护成本很高。

因此，在本领域中，亟需一种能够提高生产效率但不会显著增加生产成本的灌装生产措施。

发明内容

为了解决上述现有技术中的问题，本发明提出了一种无菌吹灌封设备，其包括多个工位组和多个模具，

其中，所述多个工位组首尾相接地布置，并且每个工位组包括：

第一工位，其设有用于向模具中提供塑料坯的挤出装置和用于闭合模具的主模的主模合模装置；

第二工位，其设有用于向塑料坯中注气的吹气装置和/或通过主模向塑料坯施加真空的真空装置以使塑料坯抵靠主模的内壁成型为容器、用于向容器中注入内容物的灌装装置以及用于密封容器头部的密封装置；以及

第三工位，其设有用于打开主模的主模打开装置和容器取出装置，其中，每个工位组还设有用于在第二工位处闭合模具的头模以及在第三工位处打开头模的头模开合装置；

其中，每个工位上都分配有所述多个模具之一，并且，每个模具被配置成循环移动通过各个工位。

在一个可选实施例中，每个工位组的各个工位具有大致相同的有效工作时间。

在一个可选实施例中，头模开合装置被配置成随模具从第二工位移动至第三工位并且保持头模闭合设定时间之后打开头模并返回第二工位。

在一个可选实施例中，所述主模合模装置被固定安装在所述第一工位处，并且所述主模打开装置被固定安装在所述第三工位处。

在一个可选实施例中，所述无菌吹灌封设备还包括：

被配置成以单向步进方式驱动各个模具移动通过各个工位的步进驱动装置；以及

将各个模具连接至所述步进驱动装置的模架。

同样为了解决上述现有技术中的问题，本发明还提出了一种无菌吹灌封方法，其包括以下步骤：

S1：提供多个工位组和多个模具；

S2：将所述多个工位组首尾相接地布置，其中，每个工位组包括第一工位、第二工位以及第三工位；

S3：在各个工位上分配所述多个模具之一；

S4：将各个模具循环移动通过各个工位；

S5：在各个第一工位处向模具中提供塑料坯并将模具的主模闭合；

S6：在各个第二工位处向塑料坯中注气和/或在主模与塑料坯之间施加真空以使塑料坯抵靠主模内壁成型为容器，向容器中注入内容物，闭合模具的头模，密封容器的头部；以及

S7：在各个第三工位处打开头模和主模并取出容器。

在一个可选实施例中，所述无菌吹灌封方法还在于将各个工位的有效工作时间调整成大致相同。

在一个可选实施例中，步骤S4还在于将各个模具以单向步进方式循环移动通过各个工位。

在一个可选实施例中，步骤S7还在于在头模闭合设定时间后将头模打开。

在一个可选实施例中，步骤S6还在于将容器头部热密封，并且步骤S7还在于在容器头部冷却至设定温度后将头模打开。

本发明可以体现为附图中的示意性的实施例。然而，应注意的是，附图仅仅是示意性的，任何在本发明的教导下所设想到的变化都应被视为包括在本发明的范围内。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施例。这些附图不应被解释为必然地限制本发明的范围，其中：

图1是根据本发明的无菌吹灌封设备的一个可选实施例的示意图；

图2是根据本发明的无菌吹灌封设备的另一个可选实施例的示意图；

图3a和图3b是图1和图2所示的无菌吹灌封设备的各个工位组的第一工位(挤出工位)上的操作的示意图；

图4a、图4b和图4c是图1和图2所示的无菌吹灌封设备的各个工位组的第二工位(灌装工位)上的操作的示意图；以及

图5a和图5b是图1和图2所示的无菌吹灌封设备的各个工位组的第三工位(出瓶工位)上的操作的示意图。

具体实施方式

本发明的进一步的特征和优点将从以下参考附图进行的描述中变得更加明显。附图中示出了本发明的示例性实施例，并且各个附图并不必然地按照实际比例绘制。然而，本发明可以实现为许多不同的形式并且不应解释为必然地限制于这里示出公开的示例性实施例。相反，这些示例性实施例仅仅被提供用于说明本发明以及向本领域的技术人员传递本发明的精神和实质。

吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺是已知的在一台单机上依次完成容器成形、内容物灌装及容器封口的生产工艺，其由于可最大限度地保障内容物免受外界环境的污染，因此在对最终产品有无菌要求的行业(例如，医药行业和化妆品行业)中有非常重要的应用，例如，吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺特别适于生产大容量注射剂、小容量注射剂、滴眼剂、疫苗、化妆品等。吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺通常包括塑料粒子的熔融挤出系统、截取挤出的塑料管状坯料、向在模具中的塑料坯施加真空和/或注入洁净空气以使其成型为容器、向容器中注入内容物(溶液，例如，注射剂液体、化妆品液体等)、将容器封口以及出瓶等步骤。根据本发明的无菌吹灌封设备和无菌吹灌封方法旨在提高吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺的生产效率、降低生产成本。根据本发明的无菌吹灌封设备和无菌吹灌封方法通过将吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺的各个工艺步骤按照其实际耗时均匀地分布在三个工位上，然后按照生产需要设置一到多套三工位的组合，并将这些工位首尾相接，并设置与工位数量相等的模具，从而实现了各个模具能够以步进回转的方式在各个工位之间移动，而这使得同一时间每个工位都在工作，而不会出现一个工位正在工作而另一工位处于闲置的情况。因此，在根据本发明的无菌吹灌封设备和无菌吹灌封方法的配置下，吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺的基本运行规则(即，截取塑料坯-容器成型-灌装-出瓶)并未改变，但是执行一次吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺所需的时间足以生产成倍数量的产品，换言之，生产效率得以成倍地增大，而且在本发明的教导下，生产效率可以扩大到任意倍数而不受限制。因此，根据本发明的无菌吹灌封设备和无菌吹灌封方法在没有改变吹灌封(BFS)无菌灌装工艺的基本运行规则的前提下，通过将各个工艺步骤均匀地分配在各个工位上并将各个工位布置成环，而成倍地提高了灌装生产工艺的生产效率。

根据本发明的无菌吹灌封设备包括沿着环形路径首尾相接地布置的N个工位组(三个工位一组)，每个工位组都可以执行完整的吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺，其中，每个工位组包括有效工作时间大致相同的三个工位，即，第一工位、第二工位以及第三工位，也就是说，所述无菌吹灌封设备总共包括N*3个工位，所述无菌吹灌封设备还包括在数量上与工位相等的多个模具，即，N*3个模具，其中，每个模具被配置成沿着所述环形路径按照步进方式在各工位之间移动。值得注意的是，一个模具移动通过一个工位组的3个工位即可产生一组产品，从而完成一次灌封(BFS)无菌灌装生产工艺。在本发明的配置下，任一模具移动一周都会生产N组产品，N*3个模具移动一周，即完成所述无菌吹灌封设备的N次工作循环，根据重新布置的工作时间的比率来计算，则会产生N*(T/t)(T为传统的吹灌封(BFS)无菌灌装设备循环时间，t为本发明的吹灌封(BFS)无菌灌装设备步进间隔时间)个产品，由于在本发明的配置下三个工位的有效工作时长大致相等，即t＝1/3T。因此，在模具模腔数量相同的情况下，一次工作循环所产生的产品数量增加到了N*(T/t)＝N*T/(1/3T)＝N*3倍，也就是说，生产效率提高到了N*3倍。因此，在本发明的配置下，通过增加工位组的数量并以特定方式布置工位组和模具，即可快速提高生产效率。

下面参考附图描述根据本发明的无菌吹灌封设备和无菌吹灌封方法的非限制性实施方式。

如图1所示，其中示出了根据本发明的无菌吹灌封设备的一个非限制性实施方式，所述无菌吹灌封设备被显示为包括两个工位组100，其中，这两个工位组100中的每一个被配置成执行完整吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺，也就是说，模具移动通过一个工位组100即可完成截取塑料坯-容器成型-注入内容物-封口-出瓶的完整吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺，从而生产出与其设计的模腔数量相等的产品，并且这两个工位组100中的每一个包括布置在环形路径P上的三个工位，即，第一工位110、第二工位120和第三工位130，并且这两个工位组100被沿着环形路径P首尾相接地布置，更具体地，左侧工位组100的第三工位130与右侧工位组100的第一工位110相邻，而左侧工位组100的第一工位110与右侧工位组100的第三工位130相邻，并且在每个工位组100中，第二工位120处于第一工位110和第三工位130之间。在该配置下，如图1中环形路径P上的箭头所指示，模具将沿着环形路径P循环移动通过各个工位组100，其中，在每个工位组100中，模具将从第一工位110移动至第二工位120，进而从第二工位120移动至第三工位130，然后模具将从该工位组100中移出并进入另一工位组100中，更具体地，模具将从该工位组100的第三工位130移动至另一工位组100的第一工位110，然后开始在另一工位组100上的操作。另外，所述无菌吹灌封设备被显示为包括六个模具200，所述六个模具200中的每一个被配置成沿着环形路径P在每个工位组100的各个工位110、120、130之间移动。由于模具200的数量与工位110、120、130的数量相等，因此，在同一时刻，每个工位110、120、130都被分配了一个模具200，这使得每个工位110、120、130将同时工作，而不会出现某一工位发生闲置的情况。在该配置下，在模具200沿着环形路径P移动一周(即，完成两次工作循环)将生产两组产品，由于本发明的步进间隔时间仅为传统的吹灌封(BFS)无菌灌装设备工作循环时间的1/3,在与传统的吹灌封(BFS)无菌灌装设备工作循环时间相同的时间内每一工位组100将生产3组产品，2个工位组100将生产6组产品，因此产量是传统的吹灌封(BFS)无菌灌装设备的6倍。根据图1所示的实施方式，与传统的吹灌封(BFS)无菌灌装设备相比，设置了一个工位组100和三个模具200的实施方式将生产效率提高了3倍，设置了两个工位组100和六个模具200的实施方式将生产效率提高了6倍。因此，根据本发明的无菌吹灌封设备通过将各个工位布置在环形路径上并设置与工位数量相等的模具并且将各个模具配置成沿着环形路径移动，使得每个工位能够同时工作而不会发生闲置，从而大幅提高了生产效率。

如图2所示，其中示出了根据本发明的无菌吹灌封设备的另一个非限制性实施方式，除了工位组100和模具200的数量有所变化之外，图2中所示的实施方式与图1中的实施方式基本相同。在图2中，所述无菌吹灌封设备显示为包括三个工位组100，其中，每个工位组100按照首尾相接的方式布置从而限定环形路径P，并且每个工位组100包括布置在环形路径P上的三个工位，即，第一工位110、第二工位120和第三工位130。因此，在该实施方式中，所述无菌吹灌封设备包括沿着环形路径P布置的九个工位，并且包括九个模具200，其中，每个模具200被配置成沿着环形路径P在九个工位之间移动。与图1中所示实施方式相同，图2中所示实施方式，在同一时刻，每个工位上都有一个模具，这使得九个工位能够同时工作，而不会出现某一工位发生闲置的情况。在该配置下，与比较传统的吹灌封(BFS)无菌灌装设备相比，生产效率提高了9倍。

通过以上描述可知，本发明旨在通过重新进行工位布置和工作时间分配，并在环形路径上设置与工位数量相等的模具并且将各个模具配置成沿着环形路径移动来使每个工位同时工作，时间均匀分布，从而大幅提高生产效率。因此，本发明并不受限于上述实施方式中设置的工位组的具体数量，也就是说，包括首尾相接并沿着环形路径布置的两个以上任意数量的工位组的无菌吹灌封设备都应被视为落入本发明的保护范围中。

下面参考图3a-5b具体描述根据本发明的无菌吹灌封方法利用无菌吹灌封设备所执行的吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺。实际上，图3a-3b、图4a-4c、图5a-5b分别对应于吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺的耗时大致相同的三个子工艺，每个工位组100将包括与这三个子工艺相对应的三个工位，即，用于执行图3a-3b所示子工艺的第一工位110、用于执行图4a-4c所示子工艺的第二工位120以及用于执行图5a-5b所示子工艺的第三工位130，也就是说，图3a-5b所示的实施例与图1-2所示的实施例相对应。

如图3a-5b所示，所述吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺大体包括以下步骤：

S1：如图3a所示，塑料挤出系统提供塑料坯411，具体地，通过塑料坯的热熔和挤出装置410供应管状的塑料坯411，打开的模具200在挤出装置410下等待塑料坯411到达足够的长度，其中，每套模具200包括对称布置的主模210和位于主模210的顶部并可相对于主模210滑动的头模220；

S2：如图3b所示，将模具200中的主模210闭合，由热塑坯割刀切断，从而将塑料坯411截取到主模210中，具体地，利用主模合模装置440(图1中示出)将主模210闭合，然后利用塑料坯挤出装置410上的切割刀(未示出)截断塑料坯411，从而将一定长度的塑料坯411留在模具200中；

S3：如图4a所示，使塑料坯411成型为容器412(容器可以是一瓶，也可以是一组瓶，这取决于产品规格和模具设计，下述容器412同为此概念)，具体地，利用模具上施加的真空和/或吹气装置420向塑料坯411中吹入空气(优选地，无菌洁净空气)，使得塑料坯411吸附和/或膨胀并抵靠主模210中模腔的表面成型，从而使塑料坯411成型为容器412，其中，可以在塑料坯411成型的过程中利用主模210对其进行冷却，以便促进容器412的固化；

S4：如图4b所示，向容器412中注入内容物(例如，注射液、滴眼剂、生物制品液、化妆品、饮料等)，具体地，利用灌装装置430定量向容器412中注入内容物，从而使内容物被灌注在容器412中；

S5：如图4c所示，热封容器412的头部，具体地，利用头部密封装置(未示出)热封容器的头部，然后利用头模开合装置450(图1中示出)将头模220闭合，以使得头模220保持容器412的头部闭合；

S6：如图5a所示，利用头模220快速冷却固化容器412的头部，特别地，利用头模开合装置450保持头模220闭合直至容器412的头部冷却，由此延长了头模220的闭合时间，其中，头模开合装置450将随模具200位置转换而同步移动至工位130，然后打开并返回上一个工位120参与下一个头模闭合动作；

S7：如图5b所示，排出容器412，具体地，利用头模开合装置450打开头模220，并且利用主模打开装置460(图1中示出)打开主模210，由容器取出装置(未示出)取出已注入内容物并且已密封的容器412。

以上参考图3a-5b描述了本发明的水平步进回转式高速吹灌封(BFS)无菌灌装生产工艺的各个步骤，发明人发现，在实际操作中，例如通过调整步骤S1中塑料坯411的挤出速度、步骤S4中内容物的灌装速度和/或步骤S6中头模220的闭合时间，步骤S1-S2的耗时、步骤S3-S5的耗时以及步骤S6-S7的耗时三者可以被调整成大致相同，因此根据本发明的无菌吹灌封方法将所述灌装生产工艺划分成三个子工艺，即第一子工艺、第二子工艺和第三子工艺，其中，第一子工艺包括步骤S1和步骤S2，第二子工艺包括步骤S3、步骤S4和步骤S5，第三子工艺包括步骤S6和步骤S7，在该配置下，上述三个子工艺将具有大致相同的耗时。相应地，如图1和图2所示，在根据本发明的无菌吹灌封设备的可选实施例中，将无菌吹灌封设备的每个工位组100分成三个工位，即，第一工位110、第二工位120以及第三工位130，其中第一工位110被配置成执行第一子工艺即步骤S1-S2，第二工位120被配置成执行第二子工艺即步骤S3-S5，第三工位130被配置成执行第三子工艺即步骤S6-S7。在该配置下，第一工位110、第二工位120以及第三工位130一起可以执行完整的灌装生产工艺，并且三者的有效工作时间大致相同，也就是说，各个工位的有效工作时间差被最小化，这使得每个工位的空闲时间被最小化，而且单向的步进避免了往复转换位置的干扰和工位之间运行时间的耗时差，由此可以最高效地利用时间，从而最大幅度地提高生产效率并降低生产成本。另外，由于三个工位的有效工作时间大致相同，而第二工位120的有效工作时间主要受容器容量的影响，例如，容器容量越大，第二工位120的有效工作时间越长，因此，可以根据容器容量来设置容器在每个工位上的停留时间。

下面参考图1和以上描述介绍根据本发明的无菌吹灌封设备的其他装置的布置。

在图1所示的实施例中，每个工位组100包括三个工位，因此对应于图3a-5b所示的将灌装生产工艺划分成三个子工艺的实施例。在每个工位组100包括三个工位的实施例中，如图1所示，每个工位组100还包括设置在第一工位110处的塑料坯挤出装置410和主模合模装置440、设置在第二工位120处的吹气装置420和灌装装置430、设置在第三工位130处的主模打开装置460和容器取出装置、以及适于在第二工位120和第三工位130之间往复移动的头模开合装置450。另外，所述无菌吹灌封设备还包括用于驱动各个模具200在各个工位之间移动的驱动装置470，特别地，所述驱动装置470可以是步进式驱动装置，更特别地，所述驱动装置470可以是以固定频率驱动各个模具的步进式驱动装置。另外，所述无菌吹灌封设备还包括将各个模具200连接至驱动装置470的模架480以及引导各个模具200在各个工位之间移动的环形导轨490，环形导轨490可以是正圆，也可以是长圆或其它闭合形状。如图1所示，塑料坯挤出装置410、主模合模装置440、吹气装置420、灌装装置430、头模开合装置450以及主模打开装置460都与驱动装置470分离，因此驱动装置470无需驱动上述各个装置移动，这降低了驱动装置470的功率消耗，从而进一步降低了生产成本。另外，值得一提的是，头模开合装置450能够在第二工位120和第三工位130之间往复运动，这使得头模开合装置450能够在热封容器头部之后随着模具一起从第二工位120移动至第三工位130，从而保持头模220闭合直至容器头部冷却，而这还有助于减小各工位的有效工作时间差。在容器头部冷却之后，可以利用头模开合装置450打开头模220以便允许后续出瓶，然后使头模开合装置450返回第二工位120，以便针对下一模具执行闭合头模的操作。另外，每个模具200还可以设有主模状态锁(未示出)，所述主模状态锁被配置成在主模合模装置440后将主模210锁定在闭合状态并在主模打开装置460前将主模210解锁，例如，主模状态锁能够在主模合模装置440将主模210闭合之后维持主模210闭合，从而防止主模210因振动、转移等原因意外打开，并保持适当的合模力，并且主模状态锁能够在主模打开装置460前将主模210解锁，从而允许主模打开装置460将主模210打开。例如，可以利用自锁装置来实现所述主模状态锁。另外，如图1-2所示，仅需要一套驱动装置470、模架480和环形导轨490就足以驱动各个模具200在各个工位之间移动，这极大地简化了无菌吹灌封设备的结构和生产及运行成本。

以上借助于附图详细描述了根据本发明的无菌吹灌封设备及无菌吹灌封方法的可选但非限制性的实施例。对于本领域内的那些普通技术人员来说，在不偏离本公开的精神和实质的情况下，对技术和结构的修改和补充以及对各实施例中的特征的重新组合显然都应视为包括在本发明的范围内。因此，在本发明的教导下所能够设想到的这些修改和补充都应被视为本发明的一部分。本发明的范围包括在本发明的申请日时已知的等效技术和尚未预见的等效技术。