JP2008155942A - 流動体の充填方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】飲料を充填する容器内の残留酸素を低減する。
【解決手段】容器１を連続走行させつつ流動体Ｚを充填し、次に、容器のヘッドスペースＹ内に液体窒素ｇを滴下し、しかる後に、キャップ６でヘッドスペースを閉じる流動体の充填方法である。キャップを容器にヘッドスペース上から被せたまま容器と共に所定時間だけ走行させ、しかる後に蓋を閉じ切ることにより、高速の充填機でも容器内の酸素を十分に低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、煎茶等の流動体を容器に充填する方法及び装置に関する。

ボトル等の容器に飲料等の流動体を充填した後、口部をキャップ等の蓋で密封すると、流動体の表面と蓋との間のヘッドスペース内に空気が閉じ込められる。この空気に含まれる酸素は流動体を酸化し、変質、劣化をもたらす。

従来、流動体が飲料である場合はこの酸素を除去し賞味期限を長くするため飲料にビタミンＣ等の酸化防止剤を添加している。

また、飲料をプラスチックボトル内に充填した後に、ヘッドスペース内に液体窒素を滴下することでヘッドスペース内の残存空気量を減らすという方法が提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照。）。

特開２００１−３１０１０号公報 特開２００３−８１３０１号公報 特開２００６−１３７４６３号公報

上述した酸化防止剤を添加することで飲料やヘッドスペースの空気に含まれる酸素を低減する方法は、飲料の味、香り、品質等を損なうおそれがあるので、飲料に多量に添加するのは望ましいことではなく、また、飲料の種類によっては使用することができない場合がある。

また、飲料を容器内に充填した後に、容器のヘッドスペース内に液体窒素を滴下する方法は、窒素ガスが容器外に逃げやすく、外気がヘッドスペース内に侵入しやすくなるという問題がある。ことに、自動充填装置で容器を高速で走行させつつ充填する場合は、ヘッドスペース内から窒素ガスがヘッドスペース外に吸い出されやすく、外気がさらに侵入しやすくなる。

これを防止するためには、液体窒素を滴下した後に速やかに密封すればよいが、密封があまり早すぎると液体窒素が気化しないうちに密封され、空気もヘッドスペース内に閉じ込められるという問題がある。したがって、液体窒素を滴下した後密封するまでしばらく時間を置く必要がある。

また、窒素ガスの吸い出しを防止し、かつ空気の閉じ込みを防止するには、容器を低速で走行させたり、あるいは容器を間欠送りして容器が停止状態にあるときに液体窒素を滴下したりすることが考えられるが、これでは充填品の生産性が低下しコストアップを招いてしまう。

容器の走行速度を落とさないで空気の閉じ込みを防止するには、内側にヘッドスペース内に入り込む突起を設けたキャップを使用することが考えられる（特許文献２等）が、その場合は特別仕様のキャップを使用しなければならないのでコストアップを招き、また突起がキャッピングの邪魔をしてキャッピングが不確実になりやすいという問題がある。

したがって、本発明は、容器を高速走行させつつ、流動体を充填し液体窒素等の液化不活性ガスを滴下する場合であっても、特殊なキャップを使用することなく、ヘッドスペース内の空気を確実に不活性ガスで置換することができる方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用する。

すなわち、請求項１に係る発明は、容器（１）を連続走行させつつ流動体（Ｚ）を充填し、次に、容器（１）のヘッドスペース（Ｙ）内に液化不活性ガス（ｇ）を滴下し、しかる後に、蓋（６）でヘッドスペース（Ｙ）を閉じる流動体の充填方法において、上記蓋（６）を容器（１）にヘッドスペース（Ｙ）上から被せたまま容器（１）と共に所定時間だけ走行させ、しかる後に蓋（６）を閉じ切ることを特徴とする流動体の充填方法である。

ここで、密封時期を調整することにより、容器（１）の内圧を大気圧と同程度にすることができ、あるいは内圧を大気圧以上に高めることも可能である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、液化不活性ガス（ｇ）が液体窒素であることを特徴とする。

液体窒素の供給量は流動体（Ｚ）の５００ｍｌについて望ましくは０．１ｇ〜１０ｇであり、より望ましくは０．５ｇ〜２．０ｇである。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器（１）が可撓壁を有するプラスチック製ボトルであり、液化不活性ガス（ｇ）が気化したガス（ｈ）により内圧を大気圧以上に高めることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、３０℃〜９５℃に加熱した流動体（Ｚ）を容器（１）内に充填することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、流動体（Ｚ）が茶飲料であることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、蓋（６）を解放状態に置いたまま容器（１）と共に走行させる時間を０．１秒〜６０秒としたことを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器（１）の走行速度を０．２ｍ／秒〜２ｍ／秒としたことを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、蓋（６）が容器（１）と螺合するキャップであり、キャップを容器（１）にヘッドスペース（Ｙ）上から被せたまま容器（１）と共に所定時間だけ走行させ、しかる後に蓋（６）を回して閉じ切ることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、無菌雰囲気下で、無菌の容器（１）を連続走行させつつ、無菌の流動体（Ｚ）を充填し、次に、容器（１）のヘッドスペース（Ｙ）内に無菌の液化不活性ガス（ｇ）を滴下し、しかる後、無菌の蓋（６）でヘッドスペース（Ｙ）を閉じることを特徴とする。

また、請求項１０に係る発明は、容器（１）を所定の搬送路に沿って搬送する搬送手段を有し、この搬送路に沿って、流動体（Ｚ）を充填する流動体充填手段（５）と、容器（１）のヘッドスペース（Ｙ）内に液化不活性ガス（ｇ）を供給する液化不活性ガス供給手段（４）と、上記蓋（６）を容器（１）にヘッドスペース（Ｙ）上から被せ、蓋（６）が容器（１）と共に所定時間だけ走行した後に蓋（６）を閉じ切る密封手段（６０，５９）とが順に配置されたことを特徴とする流動体の充填装置である。

請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の流動体の充填装置において、搬送手段の搬送路が複数個のホイール（２３，２４，２５等）を接続することにより円弧の連続となって延びていることを特徴とする。

請求項１２に係る発明は、請求項１０に記載の流動体の充填装置において、搬送路の上流側に容器（１）の殺菌装置が設けられ、この搬送路が殺菌装置内での容器（１）の搬送路に連結されたことを特徴とする。

請求項１〜請求項１２に係る発明によれば、容器（１）を高速走行させつつ流動体（Ｚ）を充填する場合であっても、ヘッドスペース（Ｙ）内の空気を不活性ガス（ｈ）で適正に置換することができ、従って流動体（Ｚ）の長期保存が可能となる。

請求項３に係る発明によれば、不活性ガス（ｈ）により容器（１）を内側から膨らませて補強し、容器（１）の座屈強度を高めることが可能である。

請求項１０，請求項１１に係る発明によれば、充填装置をコンパクト化し、設置スペースを低減することができる。

請求項１２に係る発明によれば、殺菌処理した直後の容器（１）に速やかに流動体（Ｚ）を充填することができる。

以下、本発明の最良の形態について図面に基づいて説明する。

この実施の形態において、流動体を充填する容器は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で出来たパリソンをブロー成形することにより得られるプラスチック製ボトルが使用される。また、容器であるボトルに充填する流動体は、煎茶とされる。

この充填方法による流動体の充填に先立ち、容器について図１に示すような殺菌処理が行われる。最初にこの殺菌方法から説明する。

図１（Ａ）に示すように、ボトル１の口部１ａからボトル１の内部へノズル２を挿入し、そのノズル２の先端から加熱した無菌空気である熱風ａを送り込んでボトル１を予備加熱する。ノズル２をボトル１内に挿入することにより、熱風ａをボトル１内に確実に送り込むことができる。ノズル２の挿入量は熱風ａの流量、口部１ａの口径等に応じて適宜変更可能である。ノズル２から吐出する熱風ａの風量は望ましくは０．１〜０．５ｍ³／分、より望ましくは０．２〜０．３ｍ³／分である。この予備加熱の工程は場合により省略することができる。

このノズル２の外周には、ボトル１の口部１ａの口縁を覆う傘状の案内体２ａが取り付けられる。図１（Ａ）に示すように、ノズル２の先端からボトル１内に吹き込まれた熱風ａはボトル１内を巡った後、口部１ａから吹き出し、この案内体２ａに案内されつつ口部１ａの外周に接触し口部１ａを外側からも加熱する。この案内体２ａに代え又は案内体２ａと共にボトル１の口部１ａの外周にノズルを設置し、このノズルから熱風を口部１ａに吹き付けて口部１ａをその外側から加熱するようにしてもよい。ノズル２からの熱風ａのみで口部１ａを十分に加熱できるときは、案内体２ａや口部１ａの外周に配置するノズルを省略してもよい。この予備加熱により、ボトル１の内面の温度が４０℃〜７５℃、好ましくは５５℃〜６５℃に上昇する。

予備加熱したボトル１は、図１（Ｂ）に示すミスト供給工程へと送る。ミスト供給工程では、過酸化水素のミストｂをノズル３からボトル１の内部に導入し、ボトル１の内面を殺菌する。

過酸化水素のミストｂは、公知のミスト生成装置により生成することができる。図示しないが、生成装置は、殺菌剤である過酸化水素の水溶液を滴状にして供給する二流体スプレーである過酸化水素供給部と、この過酸化水素供給部から供給された過酸化水素の噴霧をその沸点以上の非分解温度以下に加熱して気化させる気化部とを備える。

過酸化水素供給部が過酸化水素の水溶液と圧縮空気を導入して過酸化水素の水溶液を気化部内に噴霧すると、気化部はヒータで過酸化水素の噴霧を加熱し気化させる。気化した過酸化水素のガスはノズル３からボトル１の口部１ａに向って噴出する。気化した過酸化水素は、ノズル３を出てボトル１の近傍に至る間に沸点以下の温度まで降下することにより、一部が凝縮し液化する。これにより、過酸化水素の気液混合体である微細なミストｂが生成される。この過酸化水素の微細なミストｂがノズル３から上記予備加熱したボトル１の内部に吹き込まれ、ボトル１の内面の全面にムラなく均一に付着する。ボトル１の内面に付着したミストｂは結露し、高濃度の過酸化水素となって、ボトル１の内面を速やかに殺菌する。

例えば、上記気化部はモル分率約０．２２mol％（約３５重量％）の過酸化水素溶液をその沸点である約１２１℃以上に加熱して過酸化水素を気化させる。この気化した過酸化水素のガスがノズル３から噴出すると、沸点以下の温度まで降下して気液混合体のミストｂとなる。このミストｂがボトル１の内面に付着し結露すると、モル分率約０．６０mol％（約７４重量％）という高濃度の過酸化水素溶液となってボトル１の内面に付着する。これにより、ボトル１の内面は迅速かつ適正に殺菌されることになる。

上記ボトル１の予備加熱はボトル１の内面で結露する過酸化水素溶液をより高濃度に保持するうえで役立つ。容量５００ｍｌのボトル１本に対する過酸化水素ミストの付着量は、３５重量％過酸化水素溶液に換算して５μｌ〜１００μｌの範囲であるのが好ましい。ミストの吹き込み時間はボトル１本に対して０．１秒〜１秒の範囲が好ましい。

図１（Ａ）に示すように、ボトル１の外面にもその内面に吹き付けた上記過酸化水素のミストｂと同様なミストｂをボトル１の胴体の回りに配置したノズル（図示せず）から吹き付けてボトル１の外面を殺菌する。この殺菌は上記図１（Ａ）に示した予備加熱工程において予備加熱と並行して行っているが、同図（Ｂ）に示す工程等で行うこともできるし、所望の段階で独立して行うこともできる。

内部に過酸化水素のミストｂを吹き込んだボトル１は、図１（Ｃ）に示すように、ミスト排出工程へと送る。ミスト排出工程では、無菌空気を加熱することにより生成した熱風ｃをノズル７からボトル１内に吹き込む。ノズル７はボトル１外に出したままでもよいが、望ましくはボトル１内に挿入した状態で熱風ｃを吹き込む。この熱風ｃによりボトル１は内面から加熱され、過酸化水素のミストｂによる殺菌効果が高められ、ボトル１の壁内への過酸化水素の浸透が抑制され、過酸化水素がボトル１の内面に浮かび易くなる。また、ボトル１の内部に漂っているミストｂが熱風ｃによりボトル１外へ排出される。上述したようにミストｂをボトル１内に吹き込むと、ほとんど瞬時にボトル１の内面がミストｂにより殺菌されるので、ミストｂの吹き込みの直後に熱風ｃをボトル１内に吹き込みボトル１の内部空間に漂っているミストｂをボトル１外に排出しても殺菌効果は損なわれない。むしろ余分なミストｂを早期に排出することにより、ボトル１の壁の肉厚内への過酸化水素の過剰な浸透を抑え、後の洗浄工程を短時間で終えることができる。

なお、熱風ｃは必要に応じて常温の無菌空気とすることも可能である。また、この図１（Ｃ）に示すミスト排出工程は場合により省略することも可能である。

上述したようにミストｂの吹き込みの直後に熱風ｃを吹き込むのが過酸化水素の残留を低減するうえで望ましいが、過酸化水素をボトル１内に吹き込んだ状態を所定時間保持することにより殺菌効果を高めるようにしてもよい。この時間内において、ボトル１の内面に残留した微量の過酸化水素がボトル１の内面を殺菌することになる。この所定の保持時間はボトル１をミスト供給工程からミスト排出工程まで搬送する時間を加減することにより調整することができる。過酸化水素のミストｂの導入後、熱風ｃの吹き込みを開始するまでの保持時間は１．０〜１０秒の範囲が好ましい。熱風ｃの吹き込み時間は例えば１秒〜２０秒程度である。

また、ボトル１の内面に付着した菌は高濃度で凝縮した過酸化水素の皮膜やＰＥＴ内に取り込まれた過酸化水素の粒子により速やかに殺菌される。

無菌水の蒸気を導入したボトル１は、図１（Ｄ）に示すように過酸化水素排出工程で洗浄を行い、残留過酸化水素を容器外に排出する。

過酸化水素抽出工程から過酸化水素排出工程に移行する際は、望ましくはボトル１を上下反転させ、口部１ａを下向きにする。この下向きになった口部１ａからボトル１の内部にノズル９を挿入し、ノズル９から無菌水である洗浄液ｅを送り込む。洗浄液ｅはボトル１内に充満しボトル１の内面に接触した後に口部１ａから流出する。これにより、過酸化水素抽出工程でボトル１の内面に形成され、余剰の過酸化水素を抽出した無菌水の皮膜が洗浄液ｅにより洗い流される。

過酸化水素排出工程で用いる無菌水の洗浄液ｅは常温でもよいが、加熱して温水とした方が洗浄効率を高めるうえで望ましい。この洗浄液ｅの温度は４０℃〜８０℃の範囲が望ましい。上述した過酸化水素抽出工程においてボトル１への過酸化水素の浸透が抑制され、またボトル１から過酸化水素が抽出されているので、この洗浄は短時間で完了可能である。例えば５００ｍｌのボトルであれば３秒間程度で完了することが可能である。この結果、過酸化水素排出工程の洗浄で使用する無菌水ｅの量が低減し、ひいては無菌装置全体での無菌水の使用量も低減する。

上記洗浄で用いる無菌水は、フィルタで異物を除去した水を例えば１３０℃に加熱し、約７０℃程度まで冷却することにより得ることができる。

過酸化水素排出工程での洗浄を終えたボトル１は、図１（Ｅ）に示すようにエアブロー工程に送り、ボトル１の内面に付着した洗浄液ｅの液滴を除去する。具体的には、下向きになった口部１ａにノズル１０を対向させ、このノズルからボトル１の内部に無菌空気からなる熱風ｆを吹き込むことによりボトル１の内面に付着した水滴を吹き飛ばして除去する。

なお、上記図１（Ｄ）の洗浄を省略し、図１（Ｅ）のエアブロー工程を過酸化水素排出工程として無菌水の皮膜を無菌空気の導入により除去するようにしてもよい。あるいは、上記図１（Ｄ）の過酸化水素排出工程の洗浄液ｅによる洗浄を無菌空気によるエアリンスで代替してもよい。無菌水の皮膜は過酸化水素を抽出し取り込んでいるので、無菌空気のブローのみによってもこの皮膜を除去することができ、余剰の過酸化水素をボトル１外に速やかに排出することができる。あるいは、図１（Ｄ）の洗浄までに止め、図１（Ｅ）のエアブロー工程を省略することも可能である。

なお、上記図１（Ａ）〜（Ｅ）の工程は無菌雰囲気下で行われる。無菌雰囲気は図１（Ａ）〜（Ｅ）の工程をチャンバーで覆い、チャンバー内部を陽圧の無菌エアで満たすことにより形成することができる。

次に、流動体である煎茶を上記殺菌処理されたボトル１内に充填する方法について説明する。

図２に示すように、このボトル１は所定の一定走行速度で走行しつつ、充填工程（Ｉ）、液体窒素供給工程（ＩＩ）、キャップ仮締め工程（ＩＩＩ）、キャップ本締め工程（ＩＶ）を順に経て煎茶の包装品とされる。

ボトル１の走行速度は、生産効率等の面から、望ましくは０．２ｍ／秒〜２ｍ／秒、より望ましくは、０．４ｍ／秒〜１．５ｍ／秒である。

図２（Ｉ）に示すように、ボトル１が流動体Ｚの充填工程（Ｉ）へと到来すると、口部１ａから加熱した流動体である煎茶Ｚを充填する。

符号５は煎茶Ｚの充填ノズルを示す。この充填ノズル５がボトル１と同期的に走行しつつボトル１の口部１ａに臨み、ボトル１の口部１ａを通して煎茶Ｚをボトル１内に吐出する。図示しないが、煎茶Ｚの供給源からこの充填ノズル５に至る導管にはタイマーで制御される電磁弁が設けられ、この電磁弁の開閉動作により充填ノズル５から煎茶Ｚが所定量吐出される。煎茶Ｚは供給源等において予め加熱されている。充填温度は、高いほど液体窒素の気化効率が高まるため、ホットパックの場合は85℃〜95℃が望ましいが、無菌充填の場合は容器が薄肉なため充填温度は35℃〜50℃が望ましい。

ボトル１は充填すべき煎茶Ｚの量が例えば５００ｍｌであれば、口部１ａにおいて煎茶の液面Ｚａと口部１ａの先端との間にヘッドスペースＹが生じるように、多目の容積を有するように形成される。

図２（ＩＩ）に示すように、ボトル１が液体窒素供給工程（ＩＩ）へと到来すると、ボトル１内に口部１ａから液化不活性ガスである液体窒素を供給する。

符号４は液体窒素の吐出ノズルを示す。この吐出ノズル４がボトル１の口部１ａに臨み、ボトル１の口部１ａを通して液体窒素ｇをボトル１のヘッドスペースＹ内に滴状に吐出する。吐出ノズル４は望ましくは定位置に固定される。吐出される液体窒素ｇは予めフィルタ等により除塵され、除菌されている。図示しないが、液体窒素ｇの供給源からこの吐出ノズル４に至る導管にはタイマーで制御される電磁弁が設けられ、この電磁弁の開閉動作により吐出ノズル４から液体窒素ｇが一定量ずつ吐出される。例えば、吐出ノズル内径を０．６５インチとし、電磁弁を５０ミリ秒間だけ開けることで０．１ｇの液体窒素を吐出するようにし、この開閉動作を１回、５回、１０回、２０回行うことで、液体窒素ｇをボトル１内にそれぞれ０．１ｇ、０．５ｇ、１ｇ、２ｇ供給することができる。液体窒素ｇの供給量は、ボトル１の容積が５００ｍｌの場合、望ましくは０．１〜１０ｇ、より望ましくは０．１ｇ〜２ｇである。

吐出される液体窒素ｇは予めフィルタ等により除塵され、除菌されている。無菌の液体窒素ｇは、窒素を液体の状態から一旦気体の状態にし、除菌フィルタ（例えば０．２２μｍ）を通過させた後に、再び冷却することによって得ることができる。

図２（ＩＩＩ）に示すように、ボトル１が液体窒素供給工程（ＩＩ）を出た後、キャップ仮締め工程（ＩＩＩ）に至ると、蓋であるキャップ６をヘッドスペースＹ上から被せる。キャップ６はボトル１と同様な殺菌処理により予め殺菌処理されている。

液体窒素供給工程（ＩＩ）からキャップ仮締め工程（ＩＩＩ）への移行は、ボトル１の高速走行に伴うヘッドスペースＹ内からの窒素ガスｈの吸出しを防止する観点から、できるだけ早いほうがよいが、例えば０．５秒〜１０秒程度であるのが望ましい。

ここで、キャップの仮締めとは、例えばキャップをボトル１の口部１ａに載せただけ、あるいはそこからキャップを数度〜１８０度の間の角度だけねじってその雌ネジと口部１ａの雄ネジとを不完全に螺合させた状態のことをいう。図２（ＩＩＩ）に示すように、ボトル１の口部１ａには雄ネジ６１が設けられ、この雄ネジ６１に螺合する雌ネジ６ａがキャップ６に設けられる。仮締め状態では、雌雄ネジ６ａ，６１はまったく噛み合わないか、または多少噛み合うのみである。

このようなキャップ６の仮締めによりヘッドスペースＹは通気可能に封じられ、ヘッドスペースＹ内で液体窒素ｇは気化し窒素ガスｈになって充満し、ヘッドスペースＹ内の空気はこの窒素ガスｈに押されて口部１ａからボトル１外へ排出される。

液体窒素ｇは−１９６℃である為、気化に多少時間を必要とする。キャップ６を仮締め状態にしてボトル１を走行させる時間を保持時間と呼ぶことにすると、この保持時間は液体窒素ｇの気化、及びヘッドスペースＹ内の窒素ガスｈによる置換のために必要であり、例えば、２８ｍｍφのキャップ６を用いて、ヘッドスペースＹの容量を２５ｍｌとしたボトル１にキャッピングする場合、望ましくは０．１秒〜３０秒間、より望ましくは１．５秒〜１０秒必要とされる。

また、キャップ６が仮締めされたボトル１は高速走行するが、キャップ６がヘッドスペースＹ上を覆っているので、口部１ａの開口からヘッドスペースＹ内の窒素ガスｈが吸い出されるようなことはなく、ヘッドスペースＹ内の空気のみが窒素ガスｈに押されてキャップと口部１ａとの間の隙間から容器１外に排出される。

この仮締め工程を設けることにより、ヘッドスペースＹ内の空気はほぼ完全に窒素ガスｈに置換される。

仮締め工程を終えたボトル１は、そのまま図２（ＩＶ）に示すキャップ本締め工程へと高速走行し、仮締め状態のキャップ６は停止位置まで回され、雌雄ネジ６ａ，６１が完全に螺合する。

このようにキャップ６が口部１ａにネジ締めされることにより、ボトル１内には窒素ガスｈが閉じ込められ、ヘッドスペースＹ内と煎茶Ｚ内の双方における酸素量は液体窒素ｇを供給しない場合に比べ、６０％〜９５％低減可能である。

また、ボトル１の内圧が高まり、これにより、ボトル１の可撓壁が補強され、ボトル１の座屈等に対する物理的強度が向上する。キャップ６を締め付けるまでの時間を調整するか、液体窒素ｇの滴下量を加減することにより、内圧を所望の大きさに調整したり、大気圧まで低下させたりすることも可能である。

以上のように、予めボトル１を殺菌処理し、この殺菌処理されたボトル１内に煎茶Ｚを充填し、さらに液体窒素ｇを滴下することから、ボトル１内より菌類及び酸素を排除することができ、したがって煎茶Ｚの品質を高度に長期間保持することが可能となる。

なお、上記図２（Ｉ）〜（ＩＶ）の工程は無菌雰囲気下で行われる。無菌雰囲気は図２（Ｉ）〜（ＩＶ）の工程をチャンバーで覆い、チャンバー内部を陽圧の無菌エアで満たすことにより形成することができる。

上述した殺菌方法及び充填方法を実施するための無菌充填装置の一例について、図３に基づいて説明する。

図３に示すように、この無菌充填装置は、上記ボトル１を所定の搬送路に沿って搬送する手段を有する。

搬送手段は、複数の各種ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８を次々と隣接するごとく水平に配置し、各ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８の周りに鋏状のグリッパー（図示せず）を所定のピッチで多数配置することにより、構成される。

もちろん、これらのホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８は適宜追加削除が可能である。

隣り合うホイールは互いに反対方向に同じ周速度で回転し、各ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８の外周でグリッパーが各ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８と同じ周速度で旋回する。

搬送手段の搬送路は、各種ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８を接続することにより円弧の連続となって延び、この円弧の連続線上を多数のボトル１が所定の間隔で走行する。

これにより、ボトル１は上流側のホイールのグリッパーにより把持されてホイールと共に旋回し、下流側のホイールに到達するとそのホイールのグリッパーに掴み替えられ、以後下流側のホイールへと一定速度で順次送られる。

グリッパーは、図示しないが、ボトル１の胴体から突出する口部１ａをその外側から挟む一対の挟み片を有する。一対の挟み片は引張スプリングにより常時閉じ方向に引っ張られる。一対の挟み片はボトル１の口部１ａを常時把持しようとし、グリッパーで掴まれたボトル１は宙吊り状態となる。各ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８の内方にはグリッパーの挟み片を開状態又は閉状態に切り換えるための図示しないカムが配置される。各ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８が回転してグリッパーが隣り合うホイールのグリッパーと対向すると、一旦双方のグリッパーがボトル１の口部１ａを把持し、その後上流側のグリッパーの挟み片が開いてボトル１を解放し、下流側のグリッパーの挟み片が閉じたままでボトル１を搬送する。以後同様な操作が行われることにより、ボトル１が下流側のホイールへと一列で搬送される。

図３に示すように、上記搬送路に沿って、ボトル１を予備加熱する手段３６と、予備加熱したボトル１内に過酸化水素のミストｂを導入し（図１（Ｂ）参照）、ボトル１の内面を殺菌する手段３７と、内面が殺菌されたボトル１内に熱風ｃを吹き込んで（図１（Ｃ）参照）、ボトル１を加熱するとともに、ボトル１外にミストｂを排出する手段３８と、ミストｂを吹き込んだボトル１内を洗浄液ｅ（図１（Ｄ）参照）で洗浄し過酸化水素をボトル１外に排出する過酸化水素排出手段４０と、洗浄後に無菌の熱風ｆ（図１（Ｅ）参照）をボトル１内に吹き込みボトル１内から水滴を除去するエアブロー手段４１とが順に配置される。また、ボトル１の外面を過酸化水素のミストａで殺菌する外面殺菌手段４２も上記搬送路に沿って設けられる。この実施の形態では外面殺菌手段４２は上記予備加熱手段３６と同じ箇所に設けられる。過酸化水素排出手段４０とエアブロー手段４１のいずれか一方は省略することも可能である。

予備加熱手段３６と外面殺菌手段４２は第一のホイール１４の外周に沿うように配置され、この第一のホイール１４に接する第二のホイール１５の外周に沿うようにボトル内面殺菌手段３７が配置される。両ホイール１４，１５の回りは内部が陽圧の無菌空気で満たされた無菌チャンバー４３で囲まれる。もちろん、各ホイール１４，１５ごとに無菌チャンバーで囲むことも可能である。

予備加熱手段３６等が設けられる第一のホイール１４の上流側には複数個の導入ホイール１１，１２，１３の列が接続され、最上流の導入ホイール１１にはスクリュー４４が接続される。これら導入ホイール１１，１２，１３及びスクリュー４４も無菌チャンバー４５で囲まれる。図示しないブロー成形機等で成形されたボトル１がスクリュー４４により一定ピッチで無菌チャンバー４５内に導入されると、最上流の導入ホイール１１のグリッパーにより口部１ａを把持され、順次下流側の導入ホイール１２，１３のグリッパーを経て第一のホイール１４のグリッパーに受け渡される。

予備加熱手段３６は、第一のホイール１４の外周に沿って湾曲する熱風供給箱４６を有する。この熱風供給箱４６には図示しないがブロア、ＨＥＰＡフィルタ及び電熱器が接続される。ブロアから引き込まれた空気がＨＥＰＡフィルタで浄化され、電熱器で所定温度まで加熱され、熱風となって熱風供給箱４６内に送られる。第一のホイール１４の旋回軸１４ａにはボトル１の口部１ａを掴むグリッパーのほか熱風ａを分配するための図示しないマニホルドが旋回可能に取り付けられ、第一のホイール１４と一体で旋回するようになっている。また、各グリッパーの上方にノズル２が上下方向にスライド可能に、かつ第一のホイール１４と共に旋回可能に配置される。ノズル２のスライド動作は、図示しないエアシリンダ装置又は旋回軸１４ａを取り巻くように配置される円筒カムにより行うことができる。各ノズル２にはマニホルドから伸びるフレキシブルホース製の分岐管が接続される。

熱風供給箱４６内の熱風ａは旋回軸１４ａの中空部を通ってマニホルド、分岐管を経てノズル２に至る。第一のホイール１４へとボトル１が導入されると、ボトル１と共に走行するノズル２が降下しボトル１内に侵入して熱風ａを吹き込む。熱風ａは図１（Ａ）に示したように流れてボトル１全体を予備加熱する。熱風ａの吹き込みは第一のホイール１４が第二のホイール１５に接する箇所までの間において行われる。この箇所にボトル１が接近すると、ノズル２がボトル１外へと上昇し熱風ａの吹き込みを止める。

予備加熱手段３６は、ボトル１の口部１ａをボトル１の胴体とは別に加熱する口部加熱手段を必要に応じて備える。この口部加熱手段は具体的には、ノズル２の外周に取り付けられる傘状の案内体２ａであり、ノズル２がボトル１内に挿入されると同時にこの案内体２ａがボトル１の口部１ａの口縁を覆う。図１（Ａ）に示したように、ノズル２の先端からボトル１内に吹き込まれた熱風ａはボトル１内を巡った後口部１ａから吹き出し、案内体２ａに案内されつつ口部１ａの外周に接触し口部１ａを外側から加熱する。

外面殺菌手段４２は、図示しないミスト生成装置と、ボトル１の搬送路を所定長さで覆うトンネル状の囲い４７とを有する。

トンネル状の囲い４７は、第一のホイール１４が上記最下流の導入ホイール１３に接する箇所から第二のホイール１５に接する箇所へと円弧状に延びている。囲い４７の天板には、旋回軸１４ａを中心点として円弧状に湾曲する溝が形成され、この溝内をグリッパーとノズル２とが通過し、各グリッパーにより把持されたボトル１が囲い４７内を通過する。

この囲い４７の中には、図示しないが過酸化水素のミストを噴出するノズルと、ボトル１の搬送方向に逆行する向きに突出するバッフル部とが設けられる。

外面殺菌用のノズルは囲い４７内においてボトル１の搬送路の上流側に集中して配置され、ミスト生成装置から過酸化水素のミストｂを供給される。ミスト生成装置は上述したミスト生成装置と同様の構成のものが使用される。ノズルから吹き出た過酸化水素のミストｂは囲い４７内に充満し、囲い４７内を通過するボトル１の外面の全面に皮膜となってムラなく付着する。ミストｂはボトル１の外面に付着して凝結し高濃度の過酸化水素となってボトル１の外面を適正に殺菌する。

ボトル内面殺菌手段３７は第二のホイール１５が上記第一のホイール１４と接する箇所から第三のホイール１６に接する箇所に至るまでの搬送路上に設けられる。第二のホイール１５の外周におけるグリッパーの真上に位置するように、ボトル内面殺菌手段３７としてのミスト生成装置がグリッパーのピッチと同じピッチの間隔で複数台取り付けられ、各ミスト生成装置のノズル３がグリッパーに保持されたボトル１の口部１ａに対向する。各ミスト生成装置で生成された過酸化水素のミストｂは、各ノズル３の下方を走行するボトル１内に口部１ａから吹き込まれ、ボトル１の内面の全面にムラなく付着する。ミストｂはボトル１の内面に付着して凝結し、高濃度の過酸化水素となってボトル１の内面を速やかに殺菌する。

ミスト排出手段３８は、第三のホイール１６が上記第二のホイール１５と接する箇所から第四のホイール１７に接する箇所に至るまでの搬送路上に設けられる。第三のホイール１６の回りと第四のホイール１７の回りは、それぞれ内部が陽圧の無菌空気で満たされた無菌チャンバー５１，５２で囲まれる。

ミスト排出手段３８は、第三のホイール１６の各グリッパーの真上でグリッパーと共に旋回するノズル７を備える。ノズル７は上記ボトル内面殺菌手段３７と同様な機構によって上下動可能であり、また、上記ボトル内面殺菌手段３７と同様にして加熱した無菌空気である熱風ｃを供給される。ノズル７は上記ボトル内面殺菌手段３７によりミストｂが吹き込まれたボトル１がグリッパーに掴まれた状態で到来すると、ボトル１内に侵入して熱風ｃを吹き込む。熱風は図１（Ｃ）に示したように流れてボトル１の全体を加熱するとともに、ボトル１外にミストｂを排出する。熱風ｃの吹き込みは第三のホイール１６が第四のホイール１７に接する箇所までの間において行われる。第四のホイール１７に接する箇所にボトル１が接近すると、ノズル７がボトル１外へと上昇し熱風ｃの吹き込みを止める。

上記ボトル内面殺菌手段３７によりミストｂを吹き込まれたボトル１は、このミスト排出手段３８に至るまでの搬送路上において内部がミストｂで充満した状態に一定時間保持されるが、この一定時間内にボトル１の内面に付着し凝結した高濃度の過酸化水素がボトル１の内面をより効果的に殺菌する。

第四のホイール１７は、例えば殺菌装置の始動当初に生じる殺菌不良のボトル１を回収するために設けられる。殺菌不良のボトル１の到来を知らせる信号が図示しない制御部から発せられると、第三のホイール１６のグリッパーから第四のホイール１７のグリッパーがボトル１を受け取って搬送路外に排出する。正常に殺菌されたボトル１は第三のホイール１６の搬送路から第四のホイール１７を素通りして次の第五のホイール１８における搬送路へと向う。

第五のホイール１８及び第六のホイール１９の回りは、第六のホイール１９に接する第七のホイール２０の周りと共に、内部が陽圧の無菌空気で満たされた無菌チャンバー５３で囲まれる。

過酸化水素排出手段４０は、第六のホイール１９が上記第五のホイール１８に接する箇所から第七のホイール２０に接する箇所に至るまでの搬送路上に設けられる。

この第六のホイール１９の外周にも上記グリッパーと同様なグリッパーが所定のピッチで配置されるが、これらのグリッパーは図示しない水平枢軸を介して第六のホイール１９側に支持される。また、第六のホイール１９の旋回軸１９ａを中心にして円弧状に湾曲する図示しないカムに各グリッパーが接触するようになっており、第六のホイール１９の旋回によりグリッパーが第五のホイール１８との接点からボトル１を受け取って進行すると、カムの案内により上下反転し、従って、ボトル１も上下反転してその口部１ａが下向きとなる。

過酸化水素排出手段４０は、各グリッパーの真下にグリッパーと共に旋回運動するノズル９を備える。各ノズル９は各グリッパーの真上において上記予備加熱手段３６と同様な機構によって上下動しボトル１内に出入り可能である。また、過酸化水素排出手段４０は上記予備加熱手段３６と同様な機構によって無菌水である洗浄液ｅをマニホルド、中空管等からノズル９に供給するようになっている。無菌水は常温でもよいが洗浄効果を高めるため望ましくは所定の温度まで予め加熱された温水とされる。ノズル９から吹き出た洗浄液ｅはボトル１内に流入した後、口部１ａから流れ出る。過酸化水素排出手段４０の下方にはこのボトル１外に流出する洗浄液ｅを受けるための樋部材（図示せず）が設けられる。

グリッパーにより逆さまに保持されたボトル１が到来すると、ノズル９がボトル１内に侵入し洗浄液ｅを噴出する。噴き出した洗浄液ｅはボトル１の内面から残留した過酸化水素を無菌水の皮膜ごと洗い流し、ボトル１の下方に流れ落ちる。流れ落ちた洗浄液ｅは樋部材に受け止められ回収される。洗浄液ｅの注入は第六のホイール１９が第七のホイール２０に接する箇所の手前までの間において行われる。この第七のホイール２０の手前の箇所にボトル１が接近すると、洗浄液ｅの注入が停止される。ボトル１内は過酸化水素抽出手段４０により洗浄され、過酸化水素が容器外に排出される。

エアブロー手段４１は、第六のホイール１９における搬送路上において、上記過酸化水素の容器外排出が終了した箇所から第六のホイール１９が第七のホイール２０に接する箇所までの間に配置される。エアブロー手段４１は、第六のホイール１９のグリッパーにより下向きに保持されたボトル１内に無菌空気からなる熱風ｆを吹き込むためのノズル１０を備える。これらのノズル１０はグリッパーに固定される。

各ノズル１０には上記予備加熱手段４７と同様にマニホルド等を介して無菌空気の熱風ｆが供給される。無菌空気は必要に応じて常温で使用される。ノズル１０は上記過酸化水素排出が終了したボトル１がグリッパーに掴まれた状態で到来すると、ボトル１の口部１ａからボトル１内に熱風ｆを吹き込む。熱風ｆは図１（Ｅ）に示したように流れてボトル１全体を加熱するとともに、ボトル１内面に付着した無菌水を吹き飛ばし、さらに必要であれば乾燥させる。これにより、過酸化水素の除去が促進され、ボトル１内での過酸化水素の残留が更に低減する。熱風ｆの吹き込みは第六のホイール１９が第七のホイール２０に接する手前の箇所までの間において行われる。第七のホイール２０に接する箇所にボトル１が接近すると、グリッパーがカムに接することにより元の正立状態に復帰し、第七のホイール２０のグリッパーに把持される。

上記過酸化水素の容器外排出等が行われる無菌チャンバー５３に接して、無菌処理されたボトル１内への煎茶の充填が行われる無菌チャンバー５６が設けられる。

この無菌チャンバー５６内には上記第七のホイール２０に連結される各種ホイール２１，２２，２３の列が配置され、所定のホイール２３に接するように煎茶Ｚの充填機５７が設置される。このホイール２３の周速度は望ましくは０．２１ｍ／秒〜１．８８ｍ／秒であり、この実施の形態では０．９４ｍ／秒に設定される。

充填機５７は充填手段として図２（ＩＩＩ）に示した充填ノズル５を備える。この充填ノズル５はボトル１の走行に同期的に走行しつつ煎茶Ｚを口部１ａからボトル１内に充填する。煎茶Ｚは充填機５７内で所望の温度まで加熱されている。

ホイール２３における充填機５７よりも下流側には、液体窒素ｇの供給手段として吐出ノズル４（図２（ＩＩ）参照）が配置される。この吐出ノズル４から所望量の液体窒素ｇがグリッパーで把持されたボトル１の口部１ａに向かって滴状に噴射される。

ボトル１はヘッドスペースＹ内に液体窒素ｇを供給された後、次の無菌チャンバー５８内に移動する。

次の無菌チャンバー５８内には、各種ホイール２４，２５，２６，２７，２８の列が配置され、所定のホイール２４，２５に対してキャップ供給機６０と打栓機５９が順に設置される。各種ホイール２４，２５は上記ホイール２３と同様な周速度で回転する。

煎茶Ｚが充填され、液体窒素ｇが供給されたボトル１は、ホイール２４の搬送路上でキャップ供給機６０によりキャップ６を供給される。キャップ６はボトル１の口部１ａ上に被せられ、キャップ６は仮締め状態でヘッドスペースＹを閉じる（図２（ＩＩＩ）参照）。そして、ホイール２５の搬送路上で打栓機５９によりキャップ６が本締めされる（図２（ＩＶ）参照）。このキャップ６の仮締めから本締めに至るまでの間において、液体窒素ｇが窒素ガスｈとなってヘッドスペースＹ内で充満し、ヘッドスペースＹ内の空気を口部１ａとキャップ６との隙間からボトル１外へ排出する。

なお、吐出ノズル４はホイール２４上のキャップ供給機６０の間近に設置してもよい。また、キャップ供給機６０は打栓機５９内のキャップ供給部で代替し、打栓機５９内のキャップ供給部から打栓部までの間で、キャップ６を仮締め状態に維持するようにしてもよい。

打栓機５９を経て、キャップ６で密封されたボトル１は、リジェクト用のホイール２７を経由して搬出用のホイール２８から無菌チャンバー５８外に搬出され出荷される。一方、充填、キャッピング等に支障のあるボトル１はリジェクト用のホイール２７から別経路で無菌チャンバー５８外に搬出され回収される。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施の形態では、容器としてボトルを使用したが、本発明はボトル以外の形態、例えばカップ状の容器、パウチ、スパウト付きパウチ等の容器についても適用可能である。プラスチック製の容器以外の例えばガラス製、金属製の容器についても適用可能である。液化不活性ガスは液体窒素以外のガスを用いることも可能である。また、充填する流動体を飲料である煎茶としたが、それ以外の抹茶、紅茶、ウーロン茶等の茶飲料、ジュース、機能性飲料、酸化劣化の著しい飲料、飲料以外の流動体の充填にも適用可能である。さらに、本発明においては上記殺菌方法以外の他の殺菌方法を利用して容器を殺菌することも可能である。

容量５００ｍｌのＰＥＴボトルを複数本用意し、それぞれ試料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとして走行速度０．９４ｍ／秒で走行させながら、２５℃の煎茶を充填し、ヘッドスペース内に０．１ｇの液体窒素を滴下し、キャッピングし、その後各試料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのヘッドスペース内酸素量と煎茶内酸素量とを測定し、表１および図４の結果を得た。

ただし、試料Ａは、液体窒素を滴下しないで、キャップを直ちに本締めしボトルを密封した。試料Ｂは、液体窒素０．１ｇを滴下後、直ちにキャップを本締めしボトルを密封した。試料Ｃは、液体窒素０．１ｇを滴下後、キャップを仮締めし、２秒間経過した後に本締めしてボトルを密封した。試料Ｄは、液体窒素０．１ｇを滴下後、キャップを仮締めし、４秒間経過した後に本締めしてボトルを密封した。

ヘッドスペース内の酸素量の目標値を２ｃｃとすると、図４の実験結果から、試料Ｄの条件が好適であることがわかった。

なお、２ｃｃという値は、従来の煎茶の充填方法（ホットパック方法）で達成され、適正であると判断されている値である。

容量５００ｍｌのＰＥＴボトルを複数本用意し、それぞれ試料Ｅ，Ｆ，Ｇとして走行速度０．９４ｍ／秒で走行させながら、４０℃の煎茶を充填し、ヘッドスペース内に０．１ｇの液体窒素を滴下し、キャッピングし、その後各試料Ｅ，Ｆ，Ｇのヘッドスペース内酸素量と煎茶内酸素量とを測定し、表２および図５の結果を得た。

この実施例２は実施例１の場合と煎茶の充填温度のみが異なる。

ヘッドスペース内の酸素量の目標値を２ｃｃとすると、図５の実験結果から、試料Ｇの条件が好適であることがわかった。

上記図４および図５から次の点が明らかになった。

液体窒素を滴下した後、時間を置いてキャッピングした場合は、ヘッドスペース内の液体窒素が外に吸い出され、ヘッドスペース内に空気が侵入する。また、液体窒素を滴下した後、直ちにキャッピングした場合は、ヘッドスペース内に空気が残留する。これに対し、液体窒素を滴下した後、キャップをしばらく仮締め状態に置いたうえで、本締めすると、ヘッドスペース内の酸素量さらにはボトル内の酸素量は２ｃｃ以下に低減する。

容器の殺菌方法の一例を表す説明図である。 本発明に係る充填方法の一実施形態を表す説明図である。 本発明に係る充填方法を実施するための装置の平面図である。 実施例１の結果を示す棒グラフである。 実施例２の結果を示す棒グラフである。

符号の説明

１…ボトル
１ａ…ボトルの口部
４…液体窒素の供給ノズル
５…煎茶の充填ノズル
６…キャップ
２３，２４，２５…ホイール
５９…打栓機
６０…キャップ供給機
ｇ…液体窒素
ｈ…窒素ガス
Ｙ…ヘッドスペース
Ｚ…煎茶

Claims (12)

1. 容器を連続走行させつつ流動体を充填し、次に、容器のヘッドスペース内に液化不活性ガスを滴下し、しかる後、蓋でヘッドスペースを閉じる流動体の充填方法において、上記蓋を容器にヘッドスペース上から被せたまま容器と共に所定時間だけ走行させ、しかる後に蓋を閉じ切ることを特徴とする流動体の充填方法。
2. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、液化不活性ガスが液体窒素であることを特徴とする流動体の充填方法。
3. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器が可撓壁を有するプラスチック製ボトルであり、液化不活性ガスが気化したガスにより内圧を大気圧以上に高めることを特徴とする流動体の充填方法。
4. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、３０℃〜９５℃に加熱した流動体を容器内に充填することを特徴とする流動体の充填方法。
5. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、流動体が茶飲料であることを特徴とする流動体の充填方法。
6. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、蓋を被せたまま容器と共に走行させる時間を０．１秒〜６０秒としたことを特徴とする流動体の充填方法。
7. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器の走行速度を０．２ｍ／秒〜２ｍ／秒としたことを特徴とする流動体の充填方法。
8. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、蓋が容器と螺合するキャップであり、キャップをヘッドスペース上から被せたまま容器と共に所定時間だけ走行させ、しかる後に蓋を回して閉じ切ることを特徴とする流動体の充填方法。
9. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、無菌雰囲気下で、無菌の容器を連続走行させつつ、無菌の流動体を充填し、次に、容器のヘッドスペース内に無菌の液化不活性ガスを滴下し、しかる後、無菌の蓋でヘッドスペースを閉じることを特徴とする流動体の充填方法。
10. 容器を所定の搬送路に沿って搬送する搬送手段を有し、この搬送路に沿って、流動体を充填する流動体充填手段と、容器のヘッドスペース内に液化不活性ガスを供給する液化不活性ガス供給手段と、上記蓋を容器にヘッドスペース上から被せ、蓋が容器と共に所定時間だけ走行した後に蓋を閉じ切る密封手段とが順に配置されたことを特徴とする流動体の充填装置。
11. 請求項１０に記載の流動体の充填装置において、搬送手段の搬送路が複数個のホイールを接続することにより円弧の連続となって延びていることを特徴とする流動体の充填装置。
12. 請求項１０に記載の流動体の充填装置において、搬送路の上流側に容器の殺菌装置が設けられ、この搬送路が殺菌装置内での容器の搬送路に連結されたことを特徴とする流動体の充填装置。

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