JP2010227854A - 容器殺菌洗浄装置、洗浄液噴射ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄液の使用量を抑えつつ、容器の殺菌を確実に行うことのできる容器殺菌洗浄装置、洗浄液噴射ノズルを低コストで提供することを目的とする。
【解決手段】螺旋溝５４を有したコマ部材５２をノズル５０の先端部に回転自在に設けることで、ノズル５０から容器１００内に噴射した洗浄液を、遠心力により、容器１００の内壁面１００ｃを伝わせるとともに、容器１００の口部１００ａの内壁面１００ｄとノズル５０の外周側との間のクリアランスを通って容器１００外に排出されるようにした。これにより、口部１００ａの内方においてノズル５０から噴射される洗浄液との干渉を防ぎ、少ない流量においても、容器１００の全体にわたって洗浄液による殺菌を確実に行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、飲料などの液体を充填する容器の容器殺菌洗浄装置、洗浄液噴射ノズルに関する。

飲料水等の液体をＰＥＴボトルやガラス瓶、ボトル缶等の容器に充填する装置として、回転式の充填装置が用いられている。この回転式の充填装置は、回転する円形のホイールの外周部に複数の充填バルブを備えており、ホイールがほぼ１回転して容器が周方向に搬送される間に、充填バルブから容器内への充填を行う。そして、容器への充填が終了した後、キャッパ（打栓機）により容器へのキャップの装着が行われる。

ところで、飲料水等を充填する場合、雑菌等の容器への混入を防ぐことが必須であり、このため、クリーンルーム内で、容器殺菌、キャップ殺菌、製品液の充填及びキャップ装着といった一連の工程を行う、いわゆる無菌充填方式が採用されている。この場合、容器殺菌方法として、過酢酸、過酸化水素を含む水溶液からなる殺菌液や、次亜塩素酸ナトリウムを含む殺菌液を用いた殺菌方法が使用されている。

このような殺菌液による容器の殺菌は、容器を倒立状態とし、下方に向けて開口した容器の口部から容器内に殺菌液を噴射し、殺菌洗浄を行っている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開平９−２７６７４７号公報 特開２００３−１８１４０４号公報

倒立状態の容器内に殺菌液を噴射すると、当然ながら、噴射された殺菌液は容器の口部に流れ落ちてきて、口部から容器外に排出される。このとき、口部は容器の他の部分に比較して内径が絞られているのが通常であるため、特許文献２の図２にも記載されているように、容器の口部には殺菌液が溜まる。
すると、殺菌液を噴射するノズルが、容器の口部に溜まった殺菌液中、あるいは口部から流れ落ちる殺菌液中に埋没した状態となる。このため、ノズルの殺菌液の噴射圧力・流量を高く設定し、殺菌液が容器の口部に溜まった殺菌液を上方に突き抜けるようにして噴射する必要がある。

ところで、コスト面等から、殺菌液の使用量を削減することが望まれている。また、容器の口部に殺菌液が溜まると、その排出に時間が掛かり、生産効率の面でも改善の余地がある。
このような要求に応じるため、ノズルからの殺菌液の噴出流量を低減させると、殺菌液が、容器の口部に溜まった殺菌液を上方に突き抜けることができなくなったり、突き抜けたとしても容器の底部にまで殺菌液が到達しなくなってしまうことがある。これでは、十分な殺菌が行えないため、殺菌液の使用量を削減するのは困難となっている。

また、特許文献１、２に記載の技術のように、ノズルを容器内に挿入した状態で殺菌液の噴射を行えば、口部に溜まった殺菌液との干渉も生じないため、殺菌液の使用量自体は削減しやすい。しかし、これではノズルの昇降機構が必要となる。殺菌装置は、充填装置と同様、回転するホイールの外周部に複数（一般には数十個以上）のノズルを備えているため、それぞれのノズルに昇降機構を備えるためのコストは決して無視できないものとなる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、低コストで、殺菌液の使用量を抑えつつ、容器の殺菌を確実に行うことのできる容器殺菌洗浄装置、洗浄液噴射ノズルを提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の容器殺菌洗浄装置は、容器を、当該容器の口部を下方に向けて倒立状態に保持する容器保持部材と、容器の口部の内周面との間にクリアランスを隔てた状態で、容器内に洗浄液を噴射するノズルと、ノズルから容器内に噴射した洗浄液に対し遠心力を付与し、洗浄液を、容器の内壁面を伝わせるとともに、容器の口部とノズルの外周側との間のクリアランスを通って容器の外部に排出させる遠心力付与手段と、を備えることを特徴とする。
洗浄液を、容器の口部とノズルの外周側との間のクリアランスを通って容器の外部に排出させることで、ノズルから噴射される洗浄液とノズルから排出される洗浄液とが干渉するのを回避する。
なお、洗浄液としては、殺菌液に限らず、殺菌液で殺菌を行った後に用いるすすぎ液等が対象となる。また、いわゆる無菌充填装置に限らず、通常の充填装置に対しても本発明は適用できる。

遠心力付与手段としては、ノズルから洗浄液を噴出する噴出口が当該ノズルの中心から外周側にオフセットした位置に形成されるとともに、ノズルが当該ノズルの中心軸周りに回転するのが好ましい。
ノズルは、洗浄液を、ノズルの中心から外周側に向けて斜め上方に噴射するのが好ましい。このようにして、ノズルを回転させながら洗浄液を噴射すると、逆円錐状に洗浄液を噴射できる。

遠心力付与手段としては、ノズルを、モータやギヤ等により外力で回転させることも考えられるが、ノズルの先端部に、外周面に、洗浄液の流路が形成されたコマ部材が回転自在に保持され、洗浄液の液圧によりコマ部材がノズルの中心軸周りに回転するようにすれば、コマ部材を回転させるための機構が不要となり、低コストで本発明を実現できる。
また、流路は、コマ部材の外周面に螺旋状に形成することができる。この場合、螺旋状の流路に洗浄液が流れ込むときの液圧によりコマ部材が回転する。また、流路は、コマ部材の外周面に下方から上方に向けて直線的に形成することもできる。この場合、コマ部材を洗浄液の液圧により回転させる羽根車等の回転力発生部材をコマ部材に設けることで、洗浄液の液圧によりコマ部材が回転する。

また、本発明は、倒立状態に保持された容器内に噴射するための洗浄液を送給するための送給管の先端部に設けられる噴射ノズルであって、送給管に対し、当該送給管の軸線周りに回転自在に保持され、洗浄液の流路が螺旋状に形成されたノズル部材を有し、このノズル部材が、洗浄液の液圧によりノズルの中心軸周りに回転することで、ノズル部材の流路から容器内に噴射した洗浄液に対し遠心力を付与し、洗浄液を、容器の内壁面を伝わせるとともに、容器の口部とノズル部材の外周側との間のクリアランスを通って容器の外部に排出させることを特徴とすることもできる。

本発明によれば、ノズルから容器内に噴射した洗浄液を、遠心力により、容器の内壁面を伝わせ、容器の口部とノズルの外周側との間のクリアランスを通って容器の外部に排出させるようにしたので、容器の口部の内方においてノズルから噴射される洗浄液との干渉を防ぐことができる。これにより、少ない流量においても、殺菌、洗浄、すすぎ等を確実に行うことが可能となる。その結果、洗浄液の使用量を大幅に削減することが可能となり、コスト低減を図ることができる。
また、ノズルから容器内に噴射される洗浄液との干渉を防ぐことができるため、容器内からの洗浄液の排出を速やかに行える。したがって、殺菌液やすすぎ液等の洗浄液の排出工程を短縮することができ、その分、殺菌工程、すすぎ工程に長い時間を確保することが可能となり、殺菌効果、すすぎ効果を高めることができる。

本実施の形態における殺菌工程の概略構成を示す図である。 殺菌装置に設けられたノズルを示す断面図である。 ノズルの拡大図である。 ノズルに設けられたコマ部材の斜視図である。 ノズルから噴射された殺菌液の容器内での流れを示す断面図である。 他の実施の形態におけるコマ部材の斜視図である。 図６に示したコマ部材が設けられたノズルの断面図である。 さらに他の実施の形態におけるコマ部材の斜視図である。 図８に示したコマ部材が設けられたノズルの断面図である。 図８に示したノズルから噴射された殺菌液の容器内での流れを示す断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における飲料充填機の殺菌工程の構成を説明するための図である。図１に示す飲料充填機は、無菌充填方式に適用されるものである。
図１に示すように、飲料充填機は、搬入コンベアにより無菌充填装置内に搬入された容器１００を上下反転させて倒立状態とする反転装置１０と、容器１００を殺菌液（洗浄液）で殺菌する殺菌装置１１Ａ〜１１Ｃと、容器１００を無菌水等のすすぎ液（洗浄液）ですすぐすすぎ装置１３と、容器１００内のすすぎ液を確実に排出させる水切り装置１４と、容器１００を上下反転させて正立状態に戻す反転装置１５と、を主に備え、さらに後工程に、容器１００に液体を充填する充填装置（図示無し）、液体が充填された容器１００にキャップを装着するキャッパ（図示無し）等が設けられている。

図２は、殺菌装置１１Ａ〜１１Ｃの構成を示す図である。すすぎ装置１３は、殺菌装置１１Ａ〜１１Ｃと同様の構成とし、容器に供給する殺菌液を目的に合わせて換えて用いるものとすれば良い。
図２に示すように、殺菌装置１１Ａ〜１１Ｃは、中空の回転軸３１に、円盤状のホイール３２が設けられている。このホイール３２は、モータなどの駆動源（図示せず）によって回転軸３１を中心として回転駆動されることでほぼ水平面内で回転するようになっており、ホイール３２の外周部には、洗浄すべき容器１００を倒立状態で保持するグリッパ（容器保持部材）４２がホイール３２の周方向に一定間隔ごとに配置されている。

回転軸３１の中には、殺菌液を供給するための供給管３８が配置され、開閉弁３５を介して容器１００の下方に位置するノズル（噴射ノズル）５０と接続されている。ノズル５０は、回転軸３１に固設された支え板３４と開閉弁３５で支えられ、例えば、開閉弁３５の開閉により倒立状態の容器１００内に殺菌液を噴射する。開閉弁３５は、開閉弁３５のプランジャ弁３５ａの先端のローラ３６が外部固定部材に取り付けられたカム３７により適当なタイミングで開閉される。

図３に示すように、ノズル５０は、開閉弁３５に一端が接続されたノズル管（送給管）５１と、ノズル管５１の管路５１ａの先端部に設けられたコマ部材（ノズル部材）５２と、を備えている。
ノズル管５１の管路５１ａは、開閉弁３５側から一定の内径を有しており、先端部において、その内径が漸次拡大するすり鉢状のテーパ部５３とされている。

図３、図４に示すように、コマ部材５２は、一端５２ａから他端５２ｂに向けてその外形が漸次拡大する円錐形状とされ、ノズル管５１のテーパ部５３に挿入したときに、コマ部材５２の外周面とテーパ部５３の内周面とが近接するよう形成されている。
コマ部材５２の外周面には、螺旋状に連続する螺旋溝５４が、周方向に間隔を隔てて複数本形成されている。螺旋溝の断面形状は、Ｕ型、Ｖ型、角形等とすることができる。
コマ部材５２の他端５２ｂは、ノズル管５１のテーパ部５３の最大径部（すなわちノズル管５１の先端におけるテーパ部５３の開口内径）よりも大きな外径を有した外周フランジ部５５が設けられている。コマ部材５２をテーパ部５３に収容した状態で、この外周フランジ部５５は、ノズル管５１の先端部上に配置される。そして、外周フランジ部５５には、螺旋溝５４に連続する貫通孔（噴出口）５５ａが、外周フランジ部５５の両面を貫通するように形成されている。

また、ノズル管５１の上端部には、ノズル管５１の先端部の外周面に形成された螺条にかみ合うねじ溝５６ａを内周面に有した押さえナット５６がねじ込み装着されている。押さえナット５６は、図示しないロックナットや割ピン等により、緩み留めが施されている。
押さえナット５６は、上端部に内周側に張り出したフランジ部５６ｂが形成されている。フランジ部５６ｂの内径は、コマ部材５２の外周フランジ部５５よりも小さく、かつ複数の螺旋溝５４に連続した貫通孔５５ａが円周上に形成された仮想円弧Ｃの径よりも大きく設定されている。

押さえナット５６をノズル管５１の上端部にねじ込むことで、フランジ部５６ｂとノズル管５１の上端部との間にコマ部材５２の外周フランジ部５５を挟み込んだ状態とし、これにより、コマ部材５２がノズル管５１のテーパ部５３からぬけ落ちないように保持している。この状態で、コマ部材５２は、ノズル管５１の管路５１ａの軸線周りに回転自在となるような状態で保持する。
ここで、押さえナット５６のフランジ部５６ｂと、コマ部材５２の外周フランジ部５５との間に、四フッ化エチレン（通称、テフロン（登録商標））等の低摩擦材からなるスペーサ５７を挟み込んでいる。これにより、コマ部材５２が、ノズル管５１の管路５１ａの軸線周りに回転するときに、外周フランジ部５５と押さえナット５６のフランジ部５６ｂとの間に生じる摩擦を低減でき、コマ部材５２の回転をなるべく妨げないようになっている。

このようなノズル５０においては、倒立状態の容器１００に対し、容器１００の口部１００ａに対向して位置した状態で、供給管３８から開閉弁３５、ノズル管５１の管路５１ａを経て供給された殺菌液を、口部１００ａから容器１００の内部に噴射する。
このとき、ノズル管５１の管路５１ａを通る殺菌液は、テーパ部５３とコマ部材５２との間に形成された螺旋溝５４を経て貫通孔５５ａから上方に噴出する。殺菌液は、貫通孔５５ａからは、容器１００の底部１００ｂに向けて、ノズル５０の先端部から斜め上方であり、かつ螺旋溝５４の接線方向に噴出される。さらに、殺菌液の噴出時には、ノズル管５１の断面積よりも複数本の螺旋溝５４の断面積の合計よりも大きいため、ノズル管５１から螺旋溝５４に流れ込む部分で殺菌液の圧力が高くなり、これによってコマ部材５２がノズル管５１のテーパ部５３内でその軸線周りに旋回する。これにより、貫通孔５５ａから噴出される殺菌液には、遠心力が付与される。したがって、ノズル５０の先端部から斜め上方であり、かつ螺旋溝５４の接線方向に噴出された殺菌液は、貫通孔５５ａから噴出された後、外周側に向けて飛んでいく。

その結果、図５に示すように、容器１００内に容器の底部１００ｂに向けて噴射された殺菌液は、ノズル５０から容器１００の底部１００ｂに吹き付けられ、さらに殺菌液に付与された遠心力により、容器１００の内壁面１００ｃを伝って自然落下し、口部１００ａから容器１００外に流れ出る。このときも、口部１００ａにおいて殺菌液はその内壁面１００ｄを伝い落ち、口部１００ａの内方においてノズル５０から噴射される殺菌液との干渉を防ぐことができる。
ここで、コマ部材５２は殺菌液を噴出している限り回転するため、ノズル５０から容器１００の底部１００ｂに向けて噴射される殺菌液は、全体として螺旋状の軌跡を描くことになる。そして、容器１００の底部１００ｂにおいては、コマ部材５２の回転によって殺菌液が吹き付けられる位置が刻々と変わり、底部１００ｂの中心回りに移動する。これにより、容器１００の周方向全体を均一に洗浄できる。

上述したように、螺旋溝５４を有したコマ部材５２をノズル５０の先端部に回転自在に設けることで、ノズル５０から容器１００内に噴射した殺菌液を、遠心力により、容器１００の内壁面１００ｃを伝わせるとともに、容器１００の口部１００ａの内壁面１００ｄとノズル５０の外周側との間のクリアランスを通って容器１００外に排出されるようにした。これにより、口部１００ａの内方においてノズル５０から噴射される殺菌液との干渉を防ぐことができる。これにより、少ない流量においても、容器１００の底部１００ｂから内壁面１００ｃの全体にわたって殺菌液による殺菌を確実に行うことが可能となる。その結果、殺菌液の使用量を大幅に削減することが可能となり、コスト低減を図ることができる。また、このような構成は、殺菌装置１１Ａ〜１１Ｃだけでなく、容器１００をすすぐすすぎ装置１３においても同様に適用することができる。したがって、すすぎ装置１３においても、すすぎ液の使用量を大幅に削減することが可能となり、コスト低減を図ることができる。
また、口部１００ａの内方においてノズル５０から噴射される殺菌液との干渉を防ぐことができるため、容器１００内からの殺菌液の排出を速やかに行える。したがって、洗浄後やすすぎ後において容器１００内に噴射された殺菌液やすすぎ液を速やかに排出することができる。その結果、殺菌液やすすぎ液の排出工程を短縮することができ、その分、殺菌工程、すすぎ工程に長い時間を確保することが可能となり、殺菌効果、すすぎ効果を高めることができる。

〔他の実施形態〕
なお、上記実施形態では、螺旋溝５４を有したコマ部材５２をノズル５０の先端部に回転自在に設ける構成としたが、容器１００内に噴射した殺菌液を、遠心力により、容器１００の内壁面１００ｃを伝わせるとともに、容器１００の口部１００ａの内壁面１００ｄとノズル５０の外周側との間のクリアランスを通って容器１００外に排出されるようにできるのであれば、適宜他の構成を採用することが可能である。
例えば、図６、図７に示すように、コマ部材５２を、螺旋溝５４を有した円錐状の円錐状部６０と、外周フランジ部５５を形成する円板６１とからなるようにし、これを、ボルト６２等で一体化する構成とすることもできる。これにより、コマ部材５２の加工・組立が容易となる。
また、ノズル管５１の管路５１ａの端部にテーパ部５３を形成する構成としたが、これに代えて、図６、図７に示すように、内周面にテーパ部５３を有した筒状のスリーブ６３を、ノズル管５１の管路５１ａの端部に挿入するようにしても良い。そして、コマ部材５２の円錐状部６０の下端部６０ａが、スリーブ６３の下端部よりも下方に突出し、かつスリーブ６３の下端部の内周面６３ａが、下方から上方に向けてその内径が漸次縮小するすり鉢状とすることで、ノズル管５１の管路５１ａを流れてきた殺菌液が円錐状部６０の螺旋溝５４に入りやすくすることができる。

また、螺旋溝５４を有したコマ部材５２に代えて、螺旋状のチューブを有したチューブ部材を回転させるようにしてもよいし、コマ部材５２やチューブ部材は、殺菌液の送給圧力により回転させるのではなく、モータにより回転させてもよいし、ホイール３２の回転力をギヤ等により伝達させることで回転させてもよい。

さらに、上記したように、ノズル５０から螺旋状に殺菌液を噴射するのではなく、図８、図９に示すように、コマ部材６５の円錐状部６０の外周面に、上下方向に直線的に延びる溝６６を複数本形成し、外周フランジ部５５の中心から外周側にオフセットした位置に、溝６６に連続する貫通孔５５ａが、外周フランジ部５５の両面貫通するように形成されている、このようなコマ部材６５は、例えば、コマ部材６５の下方に一体的に設けた羽根車や螺旋溝６７ａを有した回転力発生部材６７によりその中心軸回りに回転させる構成とすることもできる。このような構成においても、図１０に示すように、ノズル５０から容器１００内に噴射した殺菌液を、遠心力により、容器１００の内壁面１００ｃを伝わせるとともに、容器１００の口部１００ａの内壁面１００ｄとノズル５０の外周側との間のクリアランスを通って容器１００外に排出されるようにすることができる。

さらに、コマ部材５２側を回転させるのではなく、容器１００側を回転させる構成とすることも可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１１Ａ〜１１Ｃ…殺菌装置、３２…ホイール、３８…供給管、４２…グリッパ（容器保持部材）、５０…ノズル（噴射ノズル）、５１…ノズル管（送給管）、５２…コマ部材（ノズル部材）、５３…テーパ部、５４…螺旋溝、５５…外周フランジ部、５５ａ…貫通孔（噴出口）、５７…スペーサ、６０…円錐状部、６１…円板、６３…スリーブ、６５…コマ部材、６６…溝、６７…回転力発生部材、６７ａ…螺旋溝、１００…容器、１００ａ…口部、１００ｂ…底部、１００ｃ…内壁面、１００ｄ…内壁面

Claims (7)

1. 容器を、当該容器の口部を下方に向けて倒立状態に保持する容器保持部材と、
   前記容器の前記口部の内周面との間にクリアランスを隔てた状態で、前記容器内に洗浄液を噴射するノズルと、
   前記ノズルから前記容器内に噴射した前記洗浄液に対し遠心力を付与し、前記洗浄液を、前記容器の内壁面を伝わせるとともに、前記容器の口部と前記ノズルの外周側との間の前記クリアランスを通って前記容器の外部に排出させる遠心力付与手段と、を備えることを特徴とする容器殺菌洗浄装置。
2. 前記遠心力付与手段として、前記ノズルから前記洗浄液を噴出する噴出口が当該ノズルの中心から外周側にオフセットした位置に形成されるとともに、
   前記ノズルが当該ノズルの中心軸周りに回転することを特徴とする請求項１に記載の容器殺菌洗浄装置。
3. 前記ノズルは、前記洗浄液を、前記ノズルの中心から外周側に向けて斜め上方に噴射することを特徴とする請求項２に記載の容器殺菌洗浄装置。
4. 前記ノズルの先端部に、外周面に、前記洗浄液の流路が形成されたコマ部材が回転自在に保持され、
   前記洗浄液の液圧により前記コマ部材が前記ノズルの中心軸周りに回転することを特徴とする請求項２に記載の容器殺菌洗浄装置。
5. 前記流路は、前記コマ部材の前記外周面に螺旋状に形成され、前記洗浄液が前記流路に流れ込むときの液圧により前記コマ部材が前記ノズルの中心軸周りに回転することを特徴とする請求項４に記載の容器殺菌洗浄装置。
6. 前記流路は、前記コマ部材の前記外周面に下方から上方に向けて直線的に形成され、
   前記コマ部材に、当該コマ部材を前記洗浄液の液圧により回転させる回転力発生部材が一体に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の容器殺菌洗浄装置。
7. 倒立状態に保持された容器内に噴射するための洗浄液を送給するための送給管の先端部に設けられる噴射ノズルであって、
   前記送給管に対し、当該送給管の軸線周りに回転自在に保持され、前記洗浄液の流路が螺旋状に形成されたノズル部材を有し、
   前記ノズル部材が、前記洗浄液の液圧により前記ノズル部材の中心軸周りに回転することで、前記ノズル部材の前記流路から前記容器内に噴射した前記洗浄液に対し遠心力を付与し、前記洗浄液を、前記容器の内壁面を伝わせるとともに、前記容器の口部と前記ノズル部材の外周側との間のクリアランスを通って前記容器の外部に排出させることを特徴とする洗浄液噴射ノズル。

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