以下に本発明の一実施形態について説明する。
このプリフォーム殺菌方法は、図1乃至図3に示すようにインラインシステムに組み込むことが可能であり、これにより無菌包装体の大量生産が可能になる。
このインラインシステムでは、プリフォーム1が所望の速度で連続的に搬送され、図1及び図2に示す各工程を経て無菌包装体とされる。
まず、図1(A)に示すように、プリフォーム1の殺菌が、プリフォーム1の口部1aを含むプリフォーム全体の内外面に、水から作った200℃〜500℃の大気圧よりも高い圧力の過熱蒸気Sを吹き付けることにより行われる。
プリフォームに吹き付ける過熱蒸気の温度は望ましくは200℃〜500℃であり、より望ましくは250℃〜400℃である。200℃〜500℃の温度範囲であれば、プリフォームの表面のみ高温に曝すことで、短時間でプリフォームの表面に付着した菌を殺菌することができる。過熱蒸気Sの温度が200℃未満では、殺菌のため長時間の吹き付けが必要となって、プリフォームを構成するPET自体が高温となり、プリフォームの変形が大きくなる。また、500℃を超えると、短時間でもプリフォームを構成するPET自体の温度が上がり、プリフォームに変形を生じ易くなる。
プリフォームに吹き付ける過熱蒸気の圧力は、大気圧よりも高い圧力であり、望ましくは0.1MPaよりも高く0.3MPa未満である。0.1MPaの近傍であれば、過熱蒸気がプリフォームに接して温度が低下しても、結露する可能性は低く、0.3MPaよりも圧力が高いと、プリフォームに加熱蒸気を吹き付けた際にプリフォームの表面で結露する可能性がある。結露が発生すると、後にボトル等にブロー成形した際にボトルの表面に白化等を生じるおそれがある。
なお、プリフォームの殺菌は、プリフォーム内面については必須であるが、外面については後述するブロー成形のための加熱によって行うことも可能であり、あるいは、ブロー成形後に所望の殺菌工程を付加することによって行うことも可能である。
プリフォーム1は、PETを射出成形することによって、試験管状の有底筒状体として形成される。プリフォーム1は、後に図2(E)に示すような容器であるボトル2として成形されるが、このボトル2におけると同様な口部1aをその成形当初に付与される。この口部1aの外周面にはプリフォーム1の成形と同時に雄ネジが形成される。この雄ネジは、図2(G)に示すようにボトル2の口部に被せられるキャップ4の雌ネジと螺合可能である。ボトル2の口部の雄ネジ3よりも下方にはサポートリング5が形成される。
上記過熱蒸気Sは、市販の過熱蒸気発生装置(図示せず)を使用することにより得ることができる。具体的には、トクデン株式会社製の商品名UPSSである過熱蒸気発生装置を用いることができる。これは、螺旋状に巻回された導電体からなる通水パイプの螺旋の中央に誘導加熱コイルを挿入してなるもので、水を通水パイプ内に導き、誘導加熱コイルに交流電圧を印加するようになっている。交流電圧をインバータにより周波数変換して通電することも可能である。交流電圧の印加により、誘導加熱コイルが交番磁束を発生し、通水パイプに誘導電流が流れ、通水パイプが発熱する。この通水パイプの発熱によって中を流れる水が加熱されて飽和蒸気となり、さらに過熱蒸気Sとなり、通水パイプ外へ取り出される。
なお、誘導加熱コイルを導電性のチューブとし、これに通水することでさらに加熱効果を高めることも可能である。
過熱蒸気Sとしては、圧力が0.1MPa程度で、温度が200℃〜500℃のものを得ることが可能である。上記誘導加熱方式を採用することにより、通電開始から短時間で水を200℃以上の過熱蒸気とすることができる。
図1(A)中、符号7は筒状ノズルを示す。この筒状ノズル7は過熱蒸気発生装置の通水パイプの終端に接続された導管の先端から垂下する。
プリフォーム1は、その口部1aを上にした正立状態で筒状ノズル7における円形開口7aの直下を一方向に搬送される。搬送方式は、プリフォーム1を連続走行させる連続搬送方式であってもよいし、筒状ノズル7の開口7a直下で一時停止させる間欠搬送方式であってもよい。プリフォーム1はそのサポートリング5が図示しないグリッパにより把持されることにより搬送可能である。
また、図1(A)中、符号9はスリット状ノズルを示す。このスリット状ノズル9は、上記過熱蒸気発生装置の導管から分岐する分岐管の先端に接続され、プリフォーム1の長手方向に伸びるスリットがプリフォーム1の側面に対峙するように配置される。望ましくは、スリット状ノズル9は対になってプリフォーム1をその側面から挟むように対向配置され、また、プリフォーム1はその軸芯の回りで回転させられつつ搬送される。プリフォーム1を回転させることなく搬送することも可能であるが、その場合はスリット状ノズル9が複数対配置される。
図示例ではスリット状ノズルであるが、上記筒状ノズルの如き円形ノズルをプリフォーム1の側面あるいは底面に対向配置してもかまわない。
プリフォーム1の殺菌に際しては、過熱蒸気発生装置から過熱蒸気Sが筒状ノズル7及びスリット状ノズル9へ常時供給され、筒状ノズル7の開口とスリット状ノズル9のスリットからプリフォーム1に向かって噴出する。ノズル径、角度、プリフォームの軸等は任意であり、上記噴出した過熱蒸気Sがプリフォーム1の全内面に接触するように予め設定される。
これにより、筒状ノズル7の開口から噴出した過熱蒸気Sはプリフォーム1の口部1aからプリフォーム1内へと入り、プリフォーム1の全内面に接触し、プリフォーム1の内面に付着した一般細菌、カビ、酵母類を殺菌する。また、この殺菌は過熱蒸気Sをプリフォームの内部に向かって短時間吹き込むことで達成可能であるから、プリフォーム1の口部1aにおける内側からの過度な加熱が防止され、従ってプリフォーム1の口部1aの変形が確実に回避される。
また、スリット状ノズル9から噴出した過熱蒸気Sは、軸芯を中心に回転するプリフォーム1の口部1aを含む全外面に接触して加熱殺菌する。これにより、プリフォーム1の外面に付着した一般細菌、カビ、酵母類が殺菌される。また、この殺菌は過熱蒸気Sをプリフォーム1の外面に向かって短時間吹き付けることで達成可能であるから、プリフォーム1の口部1aにおける外側からの過度な加熱が防止され、従ってプリフォーム1の口部1aの変形が確実に回避される。
なお、図示例では過熱蒸気Sの吹き付け時にプリフォーム1は正立状態になっているが、倒立状態であってもかまわない。
また、プリフォーム1の内外面は、筒状ノズル7とスリット状ノズル9の設置箇所を相互にずらすことにより、時間的にずらして殺菌することも可能である。
図1(B)に示すように、過熱蒸気Sによって殺菌されたプリフォーム1の内部には、続いて所定温度の温風Hが吹き込まれる。
プリフォーム1の搬送路には、温風Hをプリフォーム1内に供給する温風ノズル8が配置され、過熱蒸気Sによって殺菌されたプリフォーム1が温風ノズル8の下方に至ると、この温風ノズル8から温風Hが吹き込まれる。これにより、プリフォーム1は内面側から加熱される。
温風Hの温度は、望ましくは80℃〜120℃である。80℃未満では加熱不足となり、120℃よりも高いとプリフォームに変形などを来すおそれがある。
図1(C)に示すように、温風Hにより内部から加熱されたプリフォーム1は、ヒータ10によって外部から加熱される。
プリフォーム1の搬送路は加熱炉23a(図3参照)内へと伸びる。加熱炉23a内には搬送路に沿ってヒータ10が壁状に配置される。このヒータ10によってプリフォーム1は走行しながら加熱される。プリフォーム1は、この加熱によって約90℃から約130℃程度まで均一に加熱され、ブロー成形に適した加熱状態とされる。
上述の如く、プリフォームは温風Hによって内部から加熱されており、続いてヒータ10によって外部から加熱されるので、プリフォーム1は効率よくブロー成形温度まで加熱される。また、この内外からの加熱によって、プリフォームの殺菌が効率よく行われる。
プリフォーム1は、ヒータ10により加熱される際は、その口部1aにスピンドル11が挿入されることによって正立状態で吊下げられ、スピンドル11と共に回転することによってヒータ10で均一に加熱される。
加熱によって殺菌され、ブロー成形に適した温度状態とされたプリフォーム1は、図1(D)に示すように、ブロー成形に付され、容器としてのボトル2に成形される。
ブロー成形型である金型12は、プリフォーム1の走行速度と同じ速度で連続的に走行しつつ、プリフォーム1を挟んで型締め状態とされ、金型12内でプリフォーム1に対するブロー成形が行われた後に型開き状態とされる。
プリフォーム1は、図1(C)に示した加熱工程でその全体の温度が成形に好適な温度域に上昇するようにほぼ均一に加熱されており、その加熱状態のままで、図1(D)に示すように、スピンドル11ごと金型12内に装着される。また、ブローノズル13が金型12の上部及びプリフォーム1の口部1a内のスピンドル11を貫通してプリフォーム1内に挿入される。
金型12が走行する間に、例えば一次ブロー用エアや二次ブロー用エアがブローノズル13からプリフォーム1内に順次吹き込まれること等によって、金型12のキャビティC内でプリフォーム1が最終成形品のボトル2まで膨張する。
このように金型12内でボトル2が成形されると、金型12が走行しつつ型開きし、図2(E)に示すように、ボトル2の完成品が金型12外へ取り出される。
ボトル2は成形後も連続走行しつつ、図2(F)に示すように内容物であるミネラルウォータ、カテキンを含有する茶飲料、炭酸飲料等の所望の内容物aが充填ノズル14からボトル2内に充填され、図2(G)に示すように、蓋であるキャップ4で密封される。
なお、上記ブロー成形の後、ボトル2に対し過酸化水素等の殺菌剤を含む蒸気の噴霧、電子線照射等によってボトル2の外面殺菌を行うことで殺菌効果を高めるようにしてもよい。過酸化水素の噴霧によりボトルの内面を殺菌する場合は、過酸化水素の濃度をできるだけ低くし、ボトル内での過酸化水素の残留を低減する必要がある。
かくて、包装体とされたボトル2は、集積され市場へと搬出される。
上記充填方法を実施するための充填装置は、例えば図3のごとく構成される。
図3に示すように、この充填装置は、口部1aを有する有底筒状のプリフォーム1(図1(A)参照)を所定の間隔で順次供給するプリフォーム供給機15と、ブロー成形機16と、成形されたボトル2に内容物aを充填、密封する充填機17とを備える。
プリフォーム供給機15から充填機17に至る間には、プリフォーム1を第一の搬送路上で搬送するプリフォーム用搬送手段と、ボトル2の完成品形状のキャビティCを有する金型12(図1(D)参照)を上記第一の搬送路に接続される第二の搬送路上で搬送する金型用搬送手段と、金型4で成形されたボトル2を上記第二の搬送路に接続される第三の搬送路上で搬送するボトル用搬送手段とが設けられる。
プリフォーム用搬送手段の第一の搬送路と、金型用搬送手段の第二の搬送路と、ボトル用搬送手段の第三の搬送路は互いに連通し、これらの搬送路上にはプリフォーム1やボトル2を保持しつつ搬送する図示しないグリッパ等が設けられている。
プリフォーム用搬送手段は、その第一の搬送路上に、プリフォーム1を所定の間隔で順次供給するプリフォームコンベア18を備える。また、プリフォームコンベア18の終端からプリフォーム1を受け取って搬送するホイール19,20,21,22の列と、ホイール22からプリフォーム1を受け取って走行させるコンベア23とを具備する。
プリフォーム供給機15におけるプリフォームコンベア18がホイール19に接続される箇所よりもやや上流側には、過熱蒸気Sをプリフォーム1に向かって噴射する筒状ノズル7及びスリット状ノズル9が設けられる。これらのノズル7,9から加熱前のプリフォーム1に向かって過熱蒸気Sが吹き付けられる(図1(A)参照)。これにより、プリフォーム1の内外面が均等に加熱殺菌される。
これらのノズル7,9はプリフォーム1がコンベア23に至る前の例えばホイール22の外周の定位置に設置することも可能である。
ホイール22の回りの所定箇所には、温風ノズル8が配置される。温風ノズル8からは温風Hが常時プリフォーム1に向かって吹き出している。プリフォーム1が温風ノズル8の直下を通る際、温風Hがプリフォーム1内に吹き込まれ、これによりプリフォーム1がその内面側から加熱される。
コンベア23は水平方向に長く伸びる無端搬送チェーンを有し、この無端搬送チェーンが加熱炉23a内に引き込まれている。無端搬送チェーンには、図1(C)に示すスピンドル11が一定ピッチで多数取り付けられる。各スピンドル11は無端搬送チェーンの走行と共に走行しながら自転可能である。ホイール22側からコンベア23に送られたプリフォーム1には、図1(C)に示すようにスピンドル11がその口部1aから挿入され、スピンドル11に正立状態で保持される。
プリフォーム1は、プリフォームコンベア18、ホイール19,20,21,22の列を経てコンベア23に受け取られ、加熱炉23a内をこのコンベア23によって往復移動する。加熱炉23aの内壁面には、ヒータ10(図1(C)参照)が張り巡らされており、コンベア23によって搬送されるプリフォーム1がこのヒータ10によって加熱される。プリフォーム1はコンベア23上を走行中スピンドル11の回転と共に自転し、ヒータ10によって均一に加熱される。
プリフォーム1は、すでに温風Hによって内側から加熱されているので、ヒータ10によって外側から加熱されることにより、効率よく成形温度まで加熱され、また、効率よく殺菌される。
ブロー成形機16は、上記プリフォーム供給機15の加熱炉23aで加熱されたプリフォーム1を受け取ってボトル2に加熱成形する金型12及びブローノズル13(図1(D)参照)を複数セット備える。
ブロー成形機16内には、上記金型用搬送手段の第二の搬送路が通っている。この第二の搬送路は、ホイール24,25,26,21,27の列によって構成される。なお、このホイール24,25,26,21,27の列と上記プリフォーム用搬送手段のホイール19,20,21,22の列との間ではホイール21が共用される。
金型12及びブローノズル13は、ホイール25の回りに複数個配置され、ホイール25の回転とともにホイール25の回りを一定速度で旋回する。
ホイール24の図示しないグリッパがプリフォーム供給機15の加熱炉23aで加熱されたプリフォーム1をスピンドル11ごと受け取ってホイール25の回りの金型12に受け渡すと、二つ割りの金型12が閉じてプリフォーム1を図1(D)のごとく把持する。金型12内のプリフォーム1はホイール25の回りを金型12及びブローノズル13と共に旋回しながら、ブローノズル13からブロー成形用の高圧エアでブローされることによりボトル2の完成品に成形される。プリフォーム1は、図1(B)(C)に示したように、上記温風Hとヒータ10とによってブロー成形温度まで均一に加熱されていることから、円滑にブロー成形される。
金型12のキャビティC内にプリフォーム1が密着しボトル2が形成されると、この金型12はホイール26に接したところで型開きし、ボトル2及びスピンドル11を解放する。そして、ボトル2がスピンドル11からホイール26の図示しないグリッパによって受け取られる。
一方、ボトル2を解放したスピンドル11は、ホイール24を経て上記コンベア23へと復帰し、引き続き他のプリフォーム1を保持して搬送する。
ブロー成形機16から出てホイール26に至ったボトル2は、ホイール26の外周に配置された検査装置28によって成形不良等について検査される。
検査装置28は、図示しないが、ボトル2の胴部の良否を判別するボトル胴部検査手段と、ボトル2のサポートリング5の良否を判別するサポートリング検査手段と、ボトル2の首部天面の良否を判別するボトル首部天面検査手段と、ボトル2の底部の良否を判別するボトル底部検査手段とを具備する。
ボトル胴部検査手段、サポートリング検査手段、及びボトル首部天面検査手段は、ホイール26の外周に沿うように配置される。
ボトル胴部検査手段、サポートリング検査手段、ボトル首部天面検査手段は、図示しないが、各々ランプとカメラでボトル2の所定箇所を撮像し、画像処理装置によって処理し、形状、傷、異物、変色等について異常があるかないかについて判別する。
なお、検査装置28は必要に応じて設置される。また、ボトル胴部検査手段、サポートリング検査手段、及びボトル首部天面検査手段は必要に応じて取捨選択される。
検査されたボトル2は、不合格の場合は図示しない排斥装置によって搬送路から排除され、合格品のみホイール26からホイール21を経てホイール27へと搬送される。
なお、上記ブロー成形後のボトルに対し過酸化水素等の殺菌剤を含む蒸気の噴霧、電子線照射等をしてボトルの外面殺菌を付加したり、ボトルの内面の殺菌効果を高めたりしてもよい。例えばホイール21又は27に殺菌剤含有蒸気噴霧装置や電子線照射装置のような殺菌手段を設けてもよい。
充填機17は、上記ボトル用搬送手段の第三の搬送路をその内部に有する。この第三の搬送路は、ホイール29,30,31,32,33,34の列を有する。
充填機17内には、ボトル2に飲料aを充填するためのフィラー35が設けられ、飲料aが充填されたボトル2にキャップ4(図2(G)参照)を取り付けて密封するためのキャッパー36が設けられる。
なお、フィラー35及びキャッパー36は公知の装置と同様で良いため、説明を省略する。
また、この充填装置はチャンバー37で囲まれており、チャンバー37内は無菌ゾーンとグレーゾーンに仕切られている。そして、プリフォーム供給機15及びブロー成形機16はグレーゾーンに、充填機17は無菌ゾーンにそれぞれ配置されている。
グレーゾーンにはHEPAで無菌化されたエアが常時吹き込まれ、これにより、成形時に殺菌されたボトル2が微生物に二次汚染されることなく無菌ゾーンへと搬送される。
次に、図1乃至図3を参照して充填装置の動作を説明する。
まず、プリフォームコンベア18、ホイール19,20,21,22の列によってプリフォーム1が加熱炉23aへと搬送される。
加熱炉23aに入る前に、図1に示すノズル7,9から、プリフォーム1の内外面に向かって過熱蒸気Sが吹き付けられる(図1(A)参照)。これにより、プリフォーム1の全表面が殺菌される。
続いて、温風ノズル8から、プリフォーム1内に温風Hが吹き込まれ、これによりプリフォーム1が内側から加熱される。
さらに続いて、プリフォーム1は、加熱炉23a内に至り、加熱炉23a内おいてコンベア23によって搬送されつつ、全体の温度が成形に好適な温度域まで均一に加熱される(図1(C)参照)。
加熱炉23aで加熱されたプリフォーム1は、ホイール25の外周を通過する際に金型12により抱持され、ブローノズル13からの高圧エアの吹き込みによってキャビティC内でボトル2の完成品まで膨張する(図1(D)参照)。
成形されたボトル2(図2(E)参照)は、金型12の型開き後にホイール26のグリッパによって金型12外に取り出され、検査装置28によって成形不良等の有無について検査される。
その後、ボトル2はホイール30,31,32,33,34の列へと受け渡されつつ充填機17内を走行する。
充填機17においてボトル2には、図2(F)のごとく滅菌処理された飲料aがフィラー35の充填ノズル14により充填される。飲料aが充填されたボトル2は、滅菌処理済のキャップ4がキャッパー36により口部1aに被せられて密封され(図2(G)参照)、チャンバー37の出口から排出される。
上述したようにフィラー35及びキャッパー36は公知の装置であるため、ボトル2への飲料の充填方法及びボトル2の密封方法の説明は省略する。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されることなく種々の形態にて実施可能である。例えば、本発明が適用される容器はPETボトルに限定されず、種々の樹脂製容器に適用することができる。容器の成形はインジェクションブローに限定されず、ダイレクトブロー等各種のブロー成形によって成形可能である。また、プリフォームや容器を搬送する搬送手段は、図3に示したホイール搬送装置に限定されない。容器が成形された順に所定の搬送速度で搬送可能な種々の搬送装置、例えばベルト搬送装置、バケット搬送装置、エア搬送装置を使用することもできる。