JP5000154B2

JP5000154B2 - 充填システム及び方法

Info

Publication number: JP5000154B2
Application number: JP2006053632A
Authority: JP
Inventors: 征司後藤; 英男山越; 裕司浅原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Food and Packaging Machinery Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JP2007230596A

Description

本発明は、低コスト化を図った容器の充填システム及び方法に関する。

従来より、ＰＥＴ等のプラスチック容器の殺菌方法に対して、容器外面を無菌室外で殺菌し、次いで容器内面を無菌室内で殺菌して、そのまま無菌室内で飲料等を充填する方法に関するものである。
前記提案において、プラスチック容器の外面殺菌工程は、温水又は蒸気等をプラスチック容器に噴出させ、容器外面温度を６５〜９６℃未満となるようにする方法が提案されている。一方、容器内面殺菌工程は、容器内面温度を６５〜７０℃未満とする方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００４−２９９７２２号公報

しかしながら、前記提案の容器としては、ＰＥＴ容器を対象としている為、容器の変形を抑える為に、殺菌温度を７０℃以下にする必要があったので、殺菌時間を短縮することができないという問題がある。

また、プラスチック容器としては、従来から存在するプロピレンの重合体であるポリプロピレン（以下「ＰＰ」という。）やエチレンの重合体であるポリエチレン(以下「ＰＥ」という。)やポリ乳酸（以下「ＰＬＡ」という。）、或いはこれらの共重合体や混合体等が存在するが、ガスバリヤ性や臭い成分の溶出又は吸着等に問題があり、実用化されていないのが実状である。

よって、このようなＰＰやＰＥやＰＬＡ製の容器を用いて、簡易な製造工程で低コスト化を図り製造効率を向上させる容器の充填システムの出現が切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、簡易な製造工程で低コスト化を図り製造効率を向上させる容器の充填システム及び方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、容器内に充填物を充填する充填システムであって、ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡからなる容器を成形する容器成形部と、前記容器成形部と連結して設けられ、成形直後の温度を維持した前記容器内面及び前記容器外面の何れか一方又は両方にバリヤ膜を形成する膜形成部と、前記バリヤ膜を形成した膜形成容器内に充填物を充填する充填部と、前記充填物を充填した充填容器に蓋をする密封・密栓部と、を具備し、前記膜形成部と充填部と密封・密栓部とが無菌エリア内に設けられ、前記成形直後の温度を維持した容器を前記膜形成部に供給することを特徴とする充填システムにある。

第２の発明は、第１の発明において、前記膜形成部と充填部との間に、容器内面又は外面の一方又は両方を洗浄する洗浄部を具備することを特徴とする充填システムにある。
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記膜形成部に供給する前記容器の温度が６０℃以上であることを特徴とする充填システムにある。

第４の発明は、第１乃至３の発明において、前記容器成形部と前記膜形成部との間に、成形された容器を保温する保温装置を具備することを特徴とする充填システムにある。

第５の発明は、第２の発明において、前記洗浄部の洗浄装置が、前記膜形成容器を内部に設置する洗浄装置本体と、前記設置された容器の内外面のいずれか一方又は両方に熱水又は高温ガスを流す又は吹付ける手段とを具備することを特徴とする充填システムにある。

第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡからなる容器が、ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡのいずれかの樹脂、或いはこれらの共重合樹脂、混合樹脂を主成分とする容器、又は少なくとも表面がＰＥ層又はＰＰ層又はＰＬＡ層、或いはこれらの混合層である多層容器であることを特徴とする充填システムにある。

第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、前記容器に形成されるバリヤ膜が炭素膜又はシリカ膜であることを特徴とする充填システムにある。

第８の発明は、容器内に充填物を充填する充填方法であって、ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡからなる容器を成形した後、無菌エリア内で、前記成形直後の温度を維持した状態の前記容器内面及び前記容器外面の何れか一方又は両方にガスバリヤ膜を形成し、次いで膜形成容器内に充填物を充填し、その後充填容器を密封・密栓することを特徴とする充填方法にある。

第９の発明は、第８の発明において、前記膜形成を行った後に、容器内面又は外面の一方又は両方を８０℃以上１４０℃以下で洗浄することを特徴とする充填方法にある。

第１０の発明は、第８又は９のいずれか一つの発明において、前記容器成形した後に、容器の温度を６０℃以上で保温しつつ膜形成部に供給することを特徴とする充填方法にある。

第１１の発明は、第８乃至１０のいずれか一つの発明において、前記ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡからなる容器が、ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡのいずれかの樹脂、或いはこれらの共重合樹脂、混合樹脂を主成分とする容器、又は少なくとも表面がＰＥ層又はＰＰ層又はＰＬＡ層、或いはこれらの混合層である多層容器であることを特徴とする充填方法にある。

第１２の発明は、第８乃至１０のいずれか一つの発明において、前記容器に形成されるバリヤ膜が炭素膜又はシリカ膜であることを特徴とする充填方法にある。

本発明によれば、容器形成部から温度を保持した状態でＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡ容器を直接供給して容器の内面又は内外面に成膜を施すので、高温状態での殺菌を行うことができ、成膜装置による容器殺菌システムを構築することができる。
また、容器として、ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡ容器を用いることにより、安価となると共に、耐熱性が上がる為、殺菌温度を上げる事で短時間殺菌が可能となる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る充填システムについて、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係る充填システムを示す概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る第１の充填システム１０−１は、容器内に充填物を充填する充填システムであって、ＰＥ又はＰＰ製のＰＥ又はＰＰ容器１１を成形する容器成形部１２と、前記成形された容器１１の内面又は内外面にガスバリヤ膜を形成する膜形成部１３と、前記内面に膜形成した膜形成容器１４内に充填物を充填する充填部１５と、前記充填物を充填した充填容器１６に蓋をする密封・密栓部１７とを具備するものである。
ここで、前記容器形成部１２、膜形成部１３、充填部１５及び密封・密栓部１７はロータリー式の製造ラインからなるものであり、これらの間には、容器を受け渡すための受渡部１９−１〜１９−５が各々設けられている。

本実施例では、前記膜形成部１３と充填部１５と密封・密栓部１７とが無菌エリアＡ内に設けられており、無菌状態で容器の内面への膜の形成、充填物の充填及び密封・密栓を行うようにしている。

前記容器形成部１２は、別途供給されるプリフォームＰが供給され、ブロー成形により連続したＰＥ又はＰＰ容器１１を製造するようにしている。
本実施例ではＰＥ又はＰＰ樹脂を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば生分解特性を有するポリ乳酸（ＰＬＡ）を主成分とした耐熱性の高い樹脂を用いることもできる。これらの樹脂の耐熱性は８０℃以上、好ましくは９０℃以上のものが望まれる。

また、ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡからなる容器としては、ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡのいずれかの樹脂、或いはこれらの共重合樹脂、混合樹脂を主成分とする容器、又は少なくとも表面がＰＥ層又はＰＰ層又はＰＬＡ層、或いはこれらの混合層である多層容器を例示することができる。なお、多層容器の場合には下地層は特に限定されるものではない。

次に、連続して製造されたＰＥ又はＰＰ容器１１は、次に内部にバリヤ膜を成膜する膜形成部１３に供給される。

本発明では、容器形成部１２と膜形成部とを直接連結して、例えばブロー成形直後の熱い容器（６０℃以上）を膜形成部１３に導入するようにしている。
本発明は樹脂の成形をプリフォームからのブロー成形に限定されるものではなく、例えば原料を直接ブローするダイレクトブロー成形や射出成形、或いはフィルムの押出し成形等射出成形等の種々の成形方法を用いることができる。
また、容器形状としては、所謂ボトル形状、カップ形状、浅底形状等とし、丸型、四角型等の矩形型等各種どのような形状のものを用いるようにしてもよい。また、各種のレトルト食品容器形状であってもよい。

また、前記膜形成部１３では、例えばプラズマＣＶＤ等による蒸着技術を用いる膜形成装置では、成膜中に温度が上がる（８０℃〜１３０℃程度）ので、それにより容器内面及び外面を殺菌することとなる。殺菌処理は容器の内面のみ又は外面のみ又は両面殺菌のいずれであってもよい。

よって、容器形成部１２から膜形成部１３に供給するＰＥ又はＰＰ容器１１の容器投入温度は、６０℃以上、より好ましくは７０℃以上１００℃とするのが良い。
本発明では、膜形成部１３において、膜形成と共に殺菌を施すこととなるので、効率的である。また、殺菌のためには表面のみを高温とすればよいので、表面にＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡ層が形成されていればよい。

また、従来技術では、例えば一般的なＰＥＴ容器の場合においては、成膜前の容器温度を約３０℃以上に上げることができなかったので、別途殺菌を施す必要があり、本発明により殺菌設備を別途設ける必要がなく、製造工程を簡略化することができる。
これは、一般的なＰＥＴ容器の場合、これ以上の温度（例えば３０℃以上）で成膜すると、容器に加わる熱入力により、ＰＥＴ材料のガラス転移温度を超えてしまうことになるからである。

さらに、殺菌工程においては、従来ではオゾンや過酸化水素水又は過酢酸等の薬剤を投与することがあるので、薬剤の使用コストが嵩んでいたが、本発明によりそれが解消されることとなる。

また、本発明においては、薬剤の投与がないため、従来のように薬剤を投与した場合における薬剤が残留することを防ぐために必要な大量の水によるリンス作業を行なう必要がなく、少量の水によるリンス作業で十分となる。

また、膜形成部１３において処理温度が高温となっても良いので、成膜時間を長くとって入熱量が増えても問題がないので、成膜の膜厚を厚くすることが可能となり、ガスバリヤ性等の向上を図ることができる。

ここで、本発明における容器内面への成膜方法としては、高周波プラズマ又はマイクロ波プラズマを用いた方法等の公知の方法を用いることができる。また、各種の薄膜蒸着法でも良い。
プラズマを用いる方法では、例えばプラスチック容器に対する炭素膜コーティング方法として提案されている従来の特許文献に開示される方法としては、特開平８−５３１１６号公報および特許第２７８８４１２号公報（特開平８−５３１１７号公報）に開示されており、応用的な方法としてフィルムにコーティングする方法（特開平９−２７２５６７号公報）、特殊形状容器に対応する方法（特開平１０−２２６８８４号公報）、量産化技術として複数個の容器に同時にコーティングする方法（特開平１０−２５８８２５号公報）等がある。また、非特許文献に開示されるものとして、「Ｋ．Ｔａｋｅｍｏｔｏ，ｅｔａｌ，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＡＤＣ／ＦＣＴ '９９，ｐ２８５」、「Ｅ．Ｓｈｉｍａｍｕｒａｅｔａｌ，１０ｔｈｙｅａｒｓＩＡＰＲＩＷｏｒｌｄＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ１９９７，ｐ２５１」がある。

また、マイクロ波プラズマを用いる方法に関しては、ＷＯ９９／４９９９１と、「ＡＳＩＡＰａｃｉｆｉｃＦｏｏｄＩｎｄｕｓｔｒｙ，Ａｕｇ．１９９９，ｐ６８」がある。

また、容器内面に形成されるバリヤ膜としては、炭素を主成分とした炭素膜又はシリカを主成分としたシリカ膜が好ましく、水素が含まれていても含まれていなくとも良い。なお、前記シリカ膜には炭素成分を多く含むものもある。

ここで、本発明で得られる炭素を主成分の一つとして含むバリヤ膜としては、具体的にはアモルファスカーボン膜がある。これは、ダイヤモンド成分（炭素原子の結合がＳＰ³結合）とグラファイト成分（炭素原子の結合がＳＰ²結合）、ポリマー成分（炭素原子の結合がＳＰ¹結合）が混在したアモルファス状の構造を有する炭素膜のことである。前記アモルファスカーボン膜は、それぞれの炭素原子の結合成分の存在比率の変化により硬度が変化し、硬質の炭素膜及び軟質の炭素膜を含むものをいう。また、水素が含まれる水素化アモルファスカーボンも含まれる。さらに、前記硬質の炭素膜には、ＳＰ³結合を主体にしたアモルファスなＤＬＣ(ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ)膜も含まれる。

前記ＰＥ又はＰＰ容器１１への被膜形成は容器の内面又は外面のいずれか一方又は両方に施すものであり、その膜厚としては、例えば３１０〜２００ｎｍのバリヤ膜を形成するのが好ましい。これにより、ガスバリヤ性の改善を図ることができると共に、樹脂からの臭い成分の溶出又は外部や容器からの臭い成分の吸着等を防止することができることとなる。

図６にガスバリヤ膜を処理していないＰＥＴ容器及びＰＰ容器と、ガスバリヤ膜として炭素膜を被覆処理した膜処理ＰＰ容器について、酸素ガス透過速度の試験を行った結果を示す。無処理ＰＥＴ容器を１とした場合、無処理ＰＰ容器は４０倍以上の透過速度であったが、膜処理ＰＰ容器は無処理ＰＥＴ容器の２倍程度とバリヤ性が良好であることが判明した。

容器の内面又は内外面にガスバリヤ膜が形成された膜形成容器１４は、次に充填部１５に供給され、ここで充填物（例えば飲料用流動性充填物）が充填される。
前記飲料用流動性充填物とは例えば清涼飲料水等の液体飲料やヨーグルト等の流動性を有する飲料物を例示することができる。さらに、前記充填物としては、固形又は半固形の例えばご飯やレトルト食品又は液体や流動性の医薬品、化粧品等を例示することができるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、容器内部に充填することができるものであれば、いずれであってもよい。

前記充填物が充填された充填容器１６は、次に容器に蓋を施す密封・密栓部１７に供給され、ここで蓋がなされて密封・密栓容器１８となり、その後必要に応じてラベル等が施されて製品となる。或いは蓋の代わりに、フィルムによるシール等の密封手段を用いるようにしてもよい。

以上、本実施例によれば、容器形成部１２から温度を保持した状態でＰＥ又はＰＰ容器１１を直接供給して容器の内面又は内外面に成膜を施すので、高温状態での殺菌を行うことができ、成膜装置による容器殺菌システムを構築することができる。

また、容器として、ＰＥ又はＰＰ容器を用いることにより、安価となると共に、耐熱性が上がる為、殺菌温度を上げる事で短時間殺菌が可能となる。

さらに、従来のように、薬剤等を用いることがないので、充填システムの低コスト化を実現することができる。具体的には、薬剤を削減することで一ライン当たり年間２０００〜３０００万円プラントのコスト削減が可能となる。また、大量の水によるリンス作業も大幅に削減されることができる。さらに、殺菌設備を省略することで、２０〜３０％の設置面積の削減が可能となる。

本発明による実施例に係る充填システムについて、図面を参照して説明する。
図２は、実施例に係る充填システムを示す概略である。なお、実施例１の充填システム１０−１と同一の構成については同一の符号を付して重複した説明は省略する。
図２に示すように、本実施例に係る第２の充填システム１０−２は、実施例１の第１の充填システム１０−１において、膜形成部１３と充填部１５との間に、膜形成容器１４の内面又は外面のいずれか一方又は両方を洗浄する洗浄部２０を具備するものである。

この洗浄部２０による洗浄により、膜形成容器１４内面を洗浄している。
また、洗浄水としては、常温水を用いて、単にすすぐのみでもよいが、更に好ましくは、８０〜１４０℃の熱水や過熱水蒸気、過酸化水素水又は高温空気等を流したり、吹付けるようにしてもよい。

この熱水や過熱水蒸気等を用いることで、膜形成部１３での殺菌との併用効果によりさらに殺菌効果が向上することとなる。

図３に本実施例にかかる洗浄部２０で用いる洗浄装置の一例を示すが、本発明の殺菌処理はこの装置に限定されるものではない。
図３に示すように、本実施例に係る洗浄装置３０は、前記膜形成容器１４を内部に設置する洗浄装置本体３１と、前記設置された容器１４の口部１４ａ内に挿入され、前記容器１４内面に熱水又は過熱水蒸気３２を噴射する噴出孔３３ａを有する内部ノズル３３と、前記膜形成容器１４の外周面に熱水又は過熱水蒸気を噴射する外部ノズル３４とを具備するものである。
図中、符号３５は内部ノズル３３に熱水又は過熱水蒸気３２を供給する供給部である。
熱水又は過熱水蒸気３２は８０〜１４０℃、好ましくは９０〜１２０℃とするのがよい。また、熱水又は加熱水蒸気３２の代わりに高温空気や過酸化水素水を含んだ水蒸気を用いるようにしてもよい。

よって、本洗浄装置３０を用いて、熱水又は過熱水蒸気３２を膜形成容器１４の内面及び外面に流し、あるいは吹き付けて洗浄することで、洗浄処理と共に殺菌処理を施すことができることとなる。
なお、本実施例では、熱水又は過熱水蒸気３２を容器の内面と外面から噴射するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、内面のみ又は外面のみを殺菌するようにしてもよい。

なお、本実施例では、内部ノズル３３は容器の底部近傍まで挿入されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、容器口部近傍に挿入して内部に熱水又は過熱水蒸気３２を噴射等するようにしてもよい。

本発明による実施例に係る充填システムについて、図面を参照して説明する。
図４は、実施例に係る充填システムを示す概略である。なお、実施例１及び２の第１及び第２の充填システム１０−１、１０−２と同一の構成については同一の符号を付して重複した説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係る第３の充填システム１０−３は、実施例２の充填システムにおいて、前記容器成形部１２と前記膜形成部１３との間に、成形されたＰＥ又はＰＰ又はＰＡＬ容器１１を保温する保温装置２５を具備するものである。

本実施例では、容器成形部１２と膜形成部１３の距離が長く、膜形成部１３における容器の供給温度が６０℃を下回る場合において、前記保温装置２５を設けることで容器形成時の温度を保持するようにしている。

図５−１に保温装置のコンベヤ搬送方向の断面図を示し、図５−２にコンベヤ搬送方向と直交方向の断面概略図を示す。
前記保温装置２５としては、図５−２に示すように、水蒸気又は熱風２７をスチームノズル２８から供給して、コンベア２６上を移動する容器の温度を６０〜１００℃程度に保持するようにしている。

本実施例により、例えば容器成形部１２と膜形成部１３が別の建物に設置されているような場合にも、膜形成部１３における容器の供給温度が６０℃を下回ることがなくなる。
特に、無菌エリアＡと無菌エリア外とでは、建物が異なる場合があるので、このような場合において、容器形成時の温度を膜形成部１３の供給直前まで保持することができることとなる。

また、水蒸気又は熱風２７を供給する代わりに赤外線ヒータを用いて保温するようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る充填システム及び方法によれば、簡易な製造工程で低コスト化を図ることができ、例えば清涼飲料や食品或いは医薬品等の充填システムに用いて適している。

実施例１に係る充填システムの概略図である。実施例２に係る充填システムの概略図である。実施例２に係る洗浄装置の概略図である。実施例３に係る充填システムの概略図である。実施例３に係る保温装置の概略図である。実施例３に係る保温装置の概略図である。酸素ガス透過速度試験の結果図である。

符号の説明

１０−１〜１０−３充填システム
１１ＰＥ又はＰＰ容器
１２容器成形部
１３膜形成部
１４膜形成容器
１５充填部
１６充填容器
１７密封・密栓部
１８密封・密栓容器
２０保温装置
２５保温装置

Claims

容器内に充填物を充填する充填システムであって、
ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡからなる容器を成形する容器成形部と、
前記容器成形部と連結して設けられ、成形直後の温度を維持した前記容器内面及び前記容器外面の何れか一方又は両方にバリヤ膜を形成する膜形成部と、
前記バリヤ膜を形成した膜形成容器内に充填物を充填する充填部と、
前記充填物を充填した充填容器に蓋をする密封・密栓部と、
を具備し、
前記膜形成部と充填部と密封・密栓部とが無菌エリア内に設けられ、
前記成形直後の温度を維持した容器を前記膜形成部に供給することを特徴とする充填システム。
請求項１において、
前記膜形成部と充填部との間に、容器内面又は外面の一方又は両方を洗浄する洗浄部を具備することを特徴とする充填システム。
請求項１又は２において、
前記膜形成部に供給する前記容器の温度が６０℃以上であることを特徴とする充填システム。
請求項１乃至３において、
前記容器成形部と前記膜形成部との間に、成形された容器を保温する保温装置を具備することを特徴とする充填システム。
請求項２において、
前記洗浄部の洗浄装置が、
前記膜形成容器を内部に設置する洗浄装置本体と、
前記設置された容器の内外面のいずれか一方又は両方に熱水又は高温ガスを流す又は吹付ける手段とを
具備することを特徴とする充填システム。
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡからなる容器が、ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡのいずれかの樹脂、或いはこれらの共重合樹脂、混合樹脂を主成分とする容器、又は少なくとも表面がＰＥ層又はＰＰ層又はＰＬＡ層、或いはこれらの混合層である多層容器であることを特徴とする充填システム。
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
前記容器に形成されるバリヤ膜が炭素膜又はシリカ膜であることを特徴とする充填システム。
容器内に充填物を充填する充填方法であって、
ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡからなる容器を成形した後、
無菌エリア内で、前記成形直後の温度を維持した状態の前記容器内面及び前記容器外面の何れか一方又は両方にガスバリヤ膜を形成し、次いで膜形成容器内に充填物を充填し、その後充填容器を密封・密栓することを特徴とする充填方法。
請求項８において、
前記膜形成を行った後に、容器内面又は外面の一方又は両方を８０℃以上１４０℃以下で洗浄することを特徴とする充填方法。
請求項８又は９において、
前記容器成形した後に、容器の温度を６０℃以上で保温しつつ膜形成部に供給することを特徴とする充填方法。
請求項８乃至１０のいずれか一つにおいて、
前記ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡからなる容器が、ＰＥ又はＰＰ又はＰＬＡのいずれかの樹脂、或いはこれらの共重合樹脂、混合樹脂を主成分とする容器、又は少なくとも表面がＰＥ層又はＰＰ層又はＰＬＡ層、或いはこれらの混合層である多層容器であることを特徴とする充填方法。
請求項８乃至１０のいずれか一つにおいて、
前記容器に形成されるバリヤ膜が炭素膜又はシリカ膜であることを特徴とする充填方法。