以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
<実施の形態1>
図1に示すように、この無菌充填装置は、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供給ステーション2と、プリフォーム1を容器であるボトル3(図3参照)に成形する容器成形ステーション4と、成形されたボトル3を殺菌する容器殺菌ステーション5と、殺菌されたボトル3に飲料等の内容物を充填する内容物充填ステーション6と、内容物が充填されたボトル3を密封する容器密封ステーション7とを備える。
なお、プリフォーム1は、試験管状の有底筒状体であり、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)を材料として射出成形等により作られる。プリフォーム1は、容器成形ステーション4においてブロー成形によって容器であるボトル3に仕上げられるが、このボトル3におけると同様な口部3a(図3参照)及び雄ネジ等がプリフォーム1の成形当初からプリフォーム1に付与される。
プリフォーム供給ステーション2から容器密封ステーション7に至る間には、プリフォーム1を一方向に搬送するためのプリフォーム用搬送路と、プリフォーム1をボトル3に成形する成形型8を一方向に搬送するための成形型用搬送路と、成形型8で成形されたボトル3を一方向に搬送するためのボトル用搬送路とが設けられる。
上記各種搬送路は、各種搬送手段によって構成されるが、プリフォーム用搬送路はシューター、ホイール等の組み合わせにより構成され、成形型用搬送路からボトル用搬送路に至る搬送路は各種ホイールの組み合わせからなるホイール列によって構成される。また、所定のホイールの回りには、プリフォーム1やボトル3をその口部3aを把持して搬送したり、ホイール間でプリフォーム1やボトル3を受け渡したりするためのグリッパ等(図示せず)が設けられる。
上記各種搬送路は、所定の動力源からの動力の伝達により一体的に駆動し、搬送路内のホイール等の駆動は相互に連動するようになっている。
ただし、この実施の形態1では、例えば内容物充填ステーション6に対応するホイール9については動力の伝達系内に動力の伝達を断続するクラッチ(図示せず)が設けられ、このクラッチを切ることにより他のホイール等は駆動されるが、内容物充填ステーション6のホイール9については回転を停止させることができるようになっている。
なお、クラッチの設置に代えて、ホイール列の各ホイールを自転用サーボモータによって各々独自に回転可能としておいてもよい。この場合、内容物充填ステーション6内のホイール9の回転を、該当する自転用サーボモータを停止させることで停止させるが、他の自転用サーボモータ及び該当する他のホイールは回転させることが可能である。
プリフォーム供給ステーション2は、上記プリフォーム用搬送路上を走行するプリフォーム1の流れに沿って配置され、容器成形ステーション4は、上記成形型用搬送路の所定のホイール10の外周に沿って配置され、容器殺菌ステーション5、内容物充填ステーション6及び容器密封ステーション7は、ホイール列の各ホイール11,12,13,14,15,9,16,17,18の回転によるボトル3の流れに沿って、その上流側から下流側へと順に配置される。
プリフォーム供給ステーション2から容器成形ステーション4に至る個所はプリフォーム1等の搬送路ごと保護カバーである第一のチャンバー19で覆われ、容器殺菌ステーション5はボトル用搬送路ごと第二のチャンバー20で覆われ、内容物充填ステーション6及び容器密封ステーション7はボトル用搬送路ごと第三のチャンバー21で覆われる。
第一乃至第三のチャンバー19,20,21は相互に連なっているが、相互間は仕切り壁によって仕切られている。また、第二のチャンバー20には、図示しない排気ダクトが連結され、この無菌充填装置の稼働中、第二のチャンバー20内のエアが第二のチャンバー20外へと常時排気されるようになっている。さらに、第三のチャンバー21内は、内容物充填ステーション6と容器密封ステーション7との間が仕切り壁によって仕切られる。そして、第三のチャンバー21内の内容物充填ステーション6側には、この無菌充填装置の稼働中、図示しない無菌エア供給源から無菌エアが常時供給されることにより、第三のチャンバー21内が陽圧に保持されるようになっている。内容物充填ステーション6側に供給された無菌エアは仕切り壁のボトルを通すための隙間を通って容器密封ステーション7側へと流れる。
無菌充填装置中、プリフォーム用搬送路及びプリフォーム供給ステーション2から説明すると、プリフォーム用搬送手段は、プリフォーム1を所定の間隔で順次供給するシューター22と、シューター22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23と、ホイール23からプリフォーム1を受け取って走行させる水平方向に長く伸びる無端チェーン24とで構成される。
無端チェーン24は、水平面上で対向配置された一対のプーリ24a,24b間に架け渡され、一方のプーリ24aに、上記シューター22がホイール23を介して接続される。
無端チェーン24には、プリフォーム1の保持部材(図示せず)が一定ピッチで多数取り付けられる。各保持部材は無端チェーン24の走行と共に走行しながら自転可能である。保持部材は、スピンドルとして形成され、その下部の外周面には複数個のボール状の弾性体が埋設される。保持部材がプリフォーム1の口部3a内に挿入されると、これらの弾性体の弾性変形によってプリフォーム1が保持部材に保持される。
ホイール23側から無端チェーン24側に送られたプリフォーム1の口部3a内には、保持部材が挿入され、これによりプリフォーム1は保持部材に正立状態で保持される。
上記無端チェーン24は、その回りが加熱炉の炉壁で囲まれ、炉壁の内面には、赤外線を放射するヒーター25が張り巡らされる。
プリフォーム1は、シューター22を経て無端チェーン24に取り付けられた保持部材に受け取られ、無端チェーン24の走行に伴って移動しつつ、ヒーター25によってブロー成形が可能な温度まで加熱される。プリフォーム1は、望ましくは保持部材の回転と共に自転しながら均一に加熱され、その口部3a以外がブロー成形に適した温度である90℃〜130℃まで昇温する。口部3aは、蓋であるキャップ51(図1参照)が被せられたときの密封性が損なわれないように、変形等を生じることのない70℃以下の温度に抑えられる。
無端チェーン24の一方のプーリ24aにおいて無端チェーン24の復路に接する箇所には、ヒーター25で加熱されたプリフォーム1を受け取って第二の搬送路上の成形型8へ渡すホイール26が接する。
次に、成形型用搬送路及び容器成形ステーション4について説明すると、成形型搬送路は、プリフォーム用搬送路のプーリ24aに連なるホイール26,10,11からなるホイール列を備える。
ホイール10の回りには、上記ヒーター25で加熱されたプリフォーム1を受け取ってボトル3にブロー成形する割り金型としての成形型8が所定の間隔で複数セット配置される。成形型8は、ホイール10の回転とともにホイール10の周りを一定速度で旋回運動が可能である。
型開きした成形型8からボトル3の完成品が露呈すると、ボトル3がホイール10に接するホイール11の回りのグリッパによって成形型8外へ取り出され、下流側のホイール12のグリッパへと渡される。
なお、ホイール11の外周に沿った箇所には、カメラ55が設置される。このカメラ55によってボトル3の口部3aの天面が撮像され、この画像に基づき天面の平滑性の適否が判断される。
次に、ボトル用搬送路及び容器殺菌ステーション5について説明すると、ボトル用搬送路は、ホイール11,12,13,14,15,9,16,17,18からなるホイール列によって構成される。
容器殺菌ステーション5は、上記ホイール列中、ホイール12,13の各々の回りに配置される殺菌剤噴霧用ノズル27とエアリンス用ノズル28とを具備する。
殺菌剤噴霧用ノズル27は、ホイール12の回りを走行するボトル3の口部3aの開口にノズル噴出孔が正対するように配置され、殺菌剤噴霧用ノズル27の上流側には、図2に例示する殺菌剤の気化器29が接続される。
殺菌剤としては、過酸化水素成分を1質量%以上含むものを使用するのが有効である。それ以外にエタノール、過酢酸、オゾン、二酸化塩素、塩素系殺菌剤の成分を1つ以上含むもの、あるいはそれらの組み合わせであっても良い。
気化器29は、殺菌剤である過酸化水素の水溶液を噴射する二流体スプレーである過酸化水素供給部30と、この過酸化水素供給部30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31とを備える。過酸化水素供給部30は、過酸化水素供給路30a及び圧縮空気供給路30bからそれぞれ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31内に噴霧するようになっている。気化部31は内外壁間にヒーター31aを挟み込んだパイプであり、このパイプ内に吹き込まれた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は、殺菌剤噴霧用ノズル27からミスト若しくはガス又はこれらの混合物となって気化器29外に噴出し、その一部がボトル3内に流入するとともに他の一部がボトル3の外面を伝って流れ、これによりボトル3の内外面に均一な被膜となって付着する。
エアリンス用ノズル28は、ホイール13の回りを走行するボトル3の口部3aの開口にノズル噴出孔が正対するように配置される。
エアリンス用ノズル28は、例えばホイール13の回りに一本又は複数本配置される。ただし、エアリンス用ノズル28は、ホイール13に代えてホイール14又はホイール15の周りに配置することも可能である。ホイール13,14,15の周りに配置することも可能である。
殺菌剤が吹き付けられたボトル3がホイール13の回りを走行する際、エアリンス用ノズル28から無菌エアがボトル3の口部3aに向かって吹き付けられる。これにより、ボトル3の内外面に残留した過酸化水素が分解除去される。殺菌処理されたボトル3は、ホイール14,15を経て次の内容物充填ステーション6に至る。
無菌エアは加熱したエアであってもよい。その場合は、ボトル3内外面に付着した過酸化水素が活性化されるので、ボトル3の殺菌効果が向上する。
なお、容器殺菌ステーション5は、プリフォーム1の走行箇所にプリフォーム殺菌ステーションを設けることによりプリフォーム1の段階で殺菌処理する場合は、省略可能である。図示しないが、プリフォーム殺菌ステーションでは、例えばプリフォームに過酸化水素水等の殺菌剤を吹き付けるためのノズルが、ホイール23の周り、あるいは無端チェーン24の周り、あるいはホイール26の周りの所定箇所に設置される。
内容物充填ステーション6は、上記ボトル用搬送路中のホイール9と一体的にフィラーとして構成される。
内容物充填ステーション6は、ホイール9の回りに多数の充填ノズル32を有する。各充填ノズル32はホイール9と共に旋回運動をし、充填ノズル32下をボトル3が同期的に走行する。これにより、各充填ノズル32から各ボトル3に飲料が充填される。
図3に示すように、内容物充填ステーション6には、飲料の調合タンク(図示せず)からサージタンク33を経て伸びる飲料供給系配管34が接続される。調合タンクで調合された飲料は、飲料供給系配管34中の加熱器(図示せず)で殺菌処理されたうえで内容物充填ステーション6に供給される。
内容物充填ステーション6であるフィラーは、飲料を多数のボトル3に高速で充填する装置であって、図3に示すように、ボトル3の搬送路の一部を構成する上記ホイール9を備える。このホイール9は無菌充填装置の床面から垂直に起立する支軸35中、回転軸35aとなる部分に取り付けられる。ホイール9の回りには、ボトル3の首部を把持するグリッパ36が一定ピッチで配置される。グリッパ36はホイール9と一体で一方向に旋回運動可能である。また、ホイール9の回りには、グリッパ36と同じピッチで配列される多数の充填ノズル32が取り付けられる。
上記支軸35の上部は内容物充填ステーション6の機枠に固定され、この固定された上部と上記回転軸35aの上端との間にロータリジョイント35bが設けられる。また、回転軸35a中、ロータリジョイント35bよりも下方の箇所には上マニホルド37が設けられる。支軸35の上部から上マニホルド37に至る部分は中空であり、上記支軸35の上部に上記飲料供給系配管34が連結される。また、上マニホルド37から、各充填ノズル32へと上記飲料供給系配管34が伸びている。
内容物充填ステーション6の稼働によってホイール9が高速で回転し、この回転運動と同期してグリッパ36により把持されたボトル3がボトル用搬送路上を高速で搬送される。充填ノズル32におけるノズル口32aの直下を多数のボトル3が一列で走行することにより、各ボトル3内に一定量の飲料が次々と充填されて行く。
容器密封ステーション7は、ボトル用搬送路中のホイール17と一体的にキャッパーとして構成され、上記内容物充填ステーション6を覆うチャンバー21によって内容物充填ステーション6と共に覆われる。
ボトル用搬送路を走行しつつ上記内容物充填ステーション6において飲料が充填されたボトル3は、このキャッパーのホイール17の回りを走行しつつ口部3aにキャップ51が螺着され、これにより無菌のボトル詰め飲料が完成する。
キャッパーには、図1に示すように、蓋を殺菌するためのステーションであるキャップ殺菌ステーション53が付属する。
ボトル3の口部3aを閉じるためのキャップ51は、容器密封ステーション7に供給される前に、キャップ殺菌ステーション53によってあらかじめ滅菌処理される。このキャップ殺菌ステーション53も無菌性を維持するためにチャンバー56で覆われる。
キャップ殺菌ステーション53には、予め成形された多数のキャップが供給される。これらのキャップがキャップ殺菌ステーション53内を走行しながら過酸化水素水等の殺菌剤の噴霧を吹き付けられ、無菌のホットエアが吹き付けられることによって殺菌処理される。殺菌されたキャップはキャップ殺菌ステーション53から上記キャッパーへとシューター等によって供給される。
なお、上記ボトル詰め飲料の製造中、上述した無菌エア供給源から、チャンバー21内の内容物充填ステーション6に向かって、無菌エア望ましくは無菌のホットエアが常時吹き込まれる。これにより、チャンバー21内の雰囲気が陽圧化され、微生物、塵埃等を含んだ外気のチャンバー21内への侵入が防止される。また、無菌エアは、同じチャンバー21内の容器密封ステーション7や、チャンバー20内の容器殺菌ステーション5へも流れることから、容器密封ステーション7等への外気の侵入も阻止される。また、図示しない他の無菌エア供給源から、キャップ殺菌ステーション53のチャンバー56内へも無菌エアが常時供給される。
上記無菌充填装置は、各種チャンバー20,21,56内の容器成形ステーション4、容器殺菌ステーション5、内容物充填ステーション6、容器密封ステーション7、キャップ殺菌ステーション53について、定期的に或いは飲料の種類を切り替える際に、飲料充填作業が停止した状態でCIP、SIP、COP、SOPからなる浄化処理を実施するための浄化装置を備える。
なお、浄化装置は、必ずしもすべてのステーションに設ける必要はなく、場合により浄化装置が不要なステーションでは省略される。
最初に、内容物充填ステーション6の浄化装置について説明する。
上述したように、飲料はその調合装置から内容物充填ステーション6の充填ノズル32へと、飲料供給系配管34を通って供給されるが、この飲料供給系配管34内は、定期的にあるいは飲料の種類を切り替える際に、CIPに付され、次にSIPに付される。
図3中、符号38はCIPの実施に使用する洗浄液や殺菌液である作業流体の供給源としての貯留タンクを示し、符号39は送液ポンプを示す。貯留タンク38は所定の作業流体の種類に応じた個数設けられるが、作図の便宜上一つのみ示す。蒸気等の殺菌用作業流体の供給源については図示を省略する。
また、図3中、符号40は貯留タンク38から上記サージタンク33へと至る往路管を示し、符号41は各充填ノズル32から貯留タンク38へと至る復路管を示す。往路管40と復路管41は、上記飲料供給系配管34と共に洗浄液等の循環路を形成する。
上記復路管41の始端には、各充填ノズル32のノズル口32aに対して各々接離可能なカップ42を備える。CIP又はSIPを行う際に各カップ42が図示しないアクチュエータによって内容物充填ステーション6の充填ノズル32の先端のノズル口32aに被せられることで復路管41の始端が、充填ノズル32のノズル口32aに接続される。各カップ42は復路管41の一部を構成する可撓性パイプによって下マニホルド43に連結される。下マニホルド43は、回転軸35aに取り付けられ、上記ホイール9、充填ノズル32等と一体で旋回運動が可能である。
上記復路管41が下マニホルド43から貯留タンク38へと伸びる箇所には、断続自在な継手44が設けられる。上記CIP又はSIPの際に、この継手44が接続される。その場合は、ホイール9、充填ノズル32等は旋回不能である。CIP又はSIPが終了し、継手44が切り離されると、ホイール9、充填ノズル32等は旋回可能となる。
この実施の形態1では、内容物充填ステーション6について、図4に示すように、CIP、SIP、SOP又はCOPが、順に連続して実行されるよう、図示しない制御部においてプログラミングされている。
まず、内容物充填ステーション6についてCIP(ステップS1)を開始するに際し、無菌充填装置の動力伝達系内のクラッチが切られて内容物充填ステーション6のホイール9のみ回転が止められ、これにより充填ノズル32が旋回運動を停止する。
次に、図3の右半分に示すように、カップ42で充填ノズル32のノズル口32aが塞がれる。また、継手44が接続される。これにより、CIPのための洗浄液、殺菌液等所定の作業流体を流す循環路が形成される。
そこで、CIP(ステップS1)が開始され、アルカリ洗浄液、水等所定の作業流体が所定の順序で貯留タンク38からポンプ39によって送り出される。洗浄液等は往路管40を通って貯留タンク38から上記サージタンク33へと流れ、飲料供給系配管34を通って、上マニホルド37内に流入した後、各充填ノズル32へと流れ、更に、復路管41を通って貯留タンク38へと戻る。これにより、洗浄液等が循環路内を所定の順序で所定の時間だけ流れ、充填ノズル32の内部を含む飲料供給系配管34内が洗浄される。
洗浄液等の作業流体は、図5に示すように、例えば80℃程度に加熱されつつ飲料供給系配管34内を例えば20分間循環する。そして、CIPの途中、例えば終盤頃から次のSIPで必要な殺菌温度である例えば95℃まで高められる。温度の使用範囲は80〜99℃が望ましい。
CIPの途中から用いられる洗浄液は洗浄液のすすぎも兼ねるため水であるのが望ましい。作業流体はCIPの当初から殺菌温度まで高めることも可能である。
CIP(ステップS1)が終了した後、引き続き内容物充填ステーション6内のホイール9の回転を停止させたままで内容物充填ステーション6についてSIP(ステップS2)が行われる。
このSIPは、上記CIPで使用された作業流体である例えば水が殺菌に必要な温度を保ちながら飲料供給系配管34内に通されることにより行われる。この作業流体は、図5に示すように、例えば95℃程度に加熱されつつ飲料供給系配管34内を例えば10分間循環する。これにより、飲料供給系配管34内が滅菌処理される。すすぎも兼ねたSIPの場合は、循環させることなくワンウエイで熱水が送られる。
飲料供給系配管34内が滅菌処理された後、図5に示すように、この配管内を通る水が常温まで徐々に冷却される。
このようにCIP(ステップS1)の初期から又は途中から洗浄液の温度をCIPに続いて行うSIP(ステップS2)に必要な温度へと高めたうえで、直ちにSIP(ステップS2)へと移行することができ、従ってダウンタイムの短縮化が可能になる。
上記SIP(ステップS2)の完了後、内容物充填ステーション6に対し直ちにSOP又はCOP(ステップS3)が行われる。
図3中、符号45はチャンバー21内において、内容物充填ステーション6の各所に対向配置されたSOP又はCOP(ステップS3)のための噴射ノズルを示す。これら噴射ノズル45は、チャンバー21内の所定箇所に固定される。
また、符号46はアルカリ洗浄液、過酢酸洗浄液、過酸化水素水等の薬液、無菌水等所定の作業流体の供給源である貯留タンクを示す。貯留タンク46は過酸化水素水等の薬液、無菌水等の各々について設けられるが、作図の便宜上一つのみ示す。また、符号47,48は各貯留タンク46から上記噴射ノズル32へと至る供給管を示す。各供給管47,48には各々ポンプ49が設けられる。
なお、上記ポンプ39,49等を省略し、貯留タンク38,46を高所に置くことにより、静水圧によって洗浄液、薬液等をチャンバー21等の中に供給するようにしてもよい。
上記内容物充填ステーション6における飲料供給系配管34内のSIP(ステップS2)が完了し、継手44が切り離されると、既述のクラッチが入れられることで、他のホイール13,17等の回転に連動してホイール9の回転が可能となる。あるいは、ホイール9についての自転用サーボモータの駆動により、ホイール9の回転が可能となる。
そこで、ホイール9が回転し始めると同時に、上記チャンバー21内のSOP又はCOP(ステップS3)が開始される。
チャンバー21内の内容物充填ステーション6に対するSOP又はCOP(ステップS3)は、噴射ノズル45から過酢酸水溶液等の殺菌剤が内容物充填ステーション6の外部に吹き付けられた後、同じ噴射ノズル45から無菌水が吹き付けられることにより行われる。殺菌剤が内容物充填ステーション6に向かって吹き付けられることにより、内容物充填ステーション6の外面が殺菌され、続いて無菌水が吹き付けられることによって前回の充填作業に係る飲料の残渣、過酢酸等の殺菌剤が内容物充填ステーション6の表面から洗い流される。
このSOP又はCOP(ステップS3)の際、充填ノズル32等がホイール9の回転と共に旋回運動を行う。旋回運動を行う内容物充填ステーション6に対して作業流体が吹き付けられることにより、殊に複雑な形状、構造を有する充填ノズル32の外面から異物等が効率良く洗い落され、また、充填ノズル32の表面が効率良く殺菌処理される。
なお、上記CIP(ステップS1)の開始当初から後述する最終のSOP又はCOP(ステップS7)の終了までの間、チャンバー21内の内容物充填ステーション6に向かって、上述した無菌エア供給源から供給される無菌エア望ましくは無菌のホットエアが常時吹き込まれる。これにより、チャンバー21内の雰囲気が陽圧化され、微生物、塵埃等を含んだ外気のチャンバー21内への侵入が防止される。また、無菌エアは、同じチャンバー21内の容器密封ステーション7や、チャンバー20内の容器殺菌ステーション5へも流れることから、容器密封ステーション7等への外気の侵入も阻止される。
容器成形ステーション4、容器密封ステーション7、容器殺菌ステーション5及びキャップ殺菌ステーション53の各浄化装置について説明すると、各ステーション4、7,5,53についてSOP及びCOP(ステップS4,S5,S6,S7)の一方又は双方を行うことができるように、図1に示す如く、チャンバー19内には容器成形ステーション4に対峙するように上記噴射ノズル45と同様な構造の噴射ノズル57が随所に配置され、チャンバー21内には容器密封ステーション7に対峙するように上記噴射ノズル45と同様な構造の噴射ノズル52が随所に配置され、チャンバー20内には容器殺菌ステーション5に対峙するように上記噴射ノズル45と同様な構造の噴射ノズル50が随所に配置され、チャンバー56内にはキャップ殺菌ステーション53に対峙するように上記噴射ノズル45と同様な構造の噴射ノズル54が随所に配置される。
これらの噴射ノズル57,52,50,54へも、上記貯留タンク46から供給管(図示せず)が伸び、これらの供給管にも薬液等を圧送するためのポンプ(図示せず)が設けられる。
容器成形ステーション4、容器密封ステーション7、容器殺菌ステーション5及びキャップ殺菌ステーション53についてのSOP又はCOP(ステップS4,S5,S6,S7)は、図4に示すように、上記内容物充填ステーション6についてのCIP(ステップS1)の開始から行われるように、図示しない制御部にプログラミングされる。また、各ステーションについて二種類のSOP(ステップS4,S5,S6,S7)が行われるようにプログラミングされる。
図4に示すように、最初に行われるSOP(ステップS4)は、上記内容物充填ステーション6についてのCIP(ステップS1)及びSIP(ステップS2)の一方又は双方と同期的に行われ、容器成形ステーション4、容器密封ステーション7、容器殺菌ステーション5及びキャップ殺菌ステーション53の全てについて同時に実施される。
このSOP又はCOP(ステップS4)は、上記内容物充填ステーション6についてのSOP又はCOP(ステップS3)とは異種のSOP又はCOPであり、噴射ノズル57,50,52,54から過酸化水素水を容器成形ステーション4、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7、キャップ殺菌ステーション53の外面に向かって噴霧することによって行われる。このSOP又はCOP(ステップS4)において、同時に噴射ノズル45から過酸化水素水を上記内容物充填ステーション6に対して噴霧し、無菌のホットエアで乾燥させ、ガス化させてもよい。
このSOP又はCOP(ステップS4)の際はホイール9を除く他のホイール10,12,13等を回転させつつ作業流体である過酸化水素水を各ステーション4,5,7,53に吹き付けることから、各ステーション4,5,7,53の殺菌効果が向上する。
すなわち、CIP(ステップS1)の際、既述したようにクラッチが切られることによって内容物充填ステーション6のホイール9が停止するが、他のホイール17等は回転可能である。あるいは、内容物充填ステーション6のホイール9の自転用サーボモータが停止しても、他の自転用サーボモータの駆動により他のホイール17等は回転可能である。このため、内容物充填ステーション6についてCIP(ステップS1)が行われる際に、内容物充填ステーション6のホイール9は停止しても、容器殺菌ステーション5等に該当する他のホイール17は回転させて内容物充填ステーション6以外の容器成形ステーション4、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7及びキャップ殺菌ステーション53の外面についてSOP又はCOP(ステップS4)がより効果的に行われる。
SOPで使用する殺菌剤としては、過酸化水素成分を1質量%以上含むものを使用するのが有効である。それ以外にエタノール、過酢酸、酢酸、オクタン酸、ペルオキシオクタン酸、オゾン、二酸化塩素、塩素化アルカリ、次亜塩素酸ナトリウムの成分を1つ以上含むもの、あるいはそれらの組み合わせであっても良い。殺菌剤は液状でなくガス又はミストであっても良い。
なお、上記SOP又はCOP(ステップS4)を実施する際、過酸化水素水の噴霧前からチャンバー19,20,21,56内に無菌のホットエアを吹き込むようにしておくと、チャンバー19,20,21,56内の雰囲気温度が上昇し、これにより過酸化水素が活性化し、SOP又はCOP(ステップS4)による殺菌効果が高まる。また、過酸化水素水の噴霧後は、上記無菌のホットエアによって余剰の過酸化水素水の乾燥除去が促進される。
上記SIP(ステップS2)の後に行われる容器密封ステーション7、容器殺菌ステーション5及びキャップ殺菌ステーション53についてのSOP又はCOP(ステップS5,S6,S7)は、上記内容物充填ステーション6についてのSOP又はCOP(ステップS3)と同種であり、内容物充填ステーション6のSOP又はCOP(ステップS3)と共に段階的に実施される。
このSOP又はCOP(ステップS5,S6,S7)は、まず過酢酸の水溶液が噴射ノズル52,50,54から容器密封ステーション7、容器殺菌ステーション5及びキャップ殺菌ステーション53に向かって段階的に吹き付けられて各ステーション7,5,53の外面が殺菌される。
過酢酸の水溶液の噴射が終了すると、続いて無菌水が同様に段階的に各ステーション7,5,53の外面に吹き付けられる。これにより、前回の充填に係る飲料の残渣や、上記過酢酸水溶液の余剰分等が各ステーション7,5,53の表面から洗い流される。
このようにSOP(又はCOP)において過酢酸水溶液や無菌水を段階的に噴射することにより、過酢酸等の殺菌剤や無菌水の供給不足を防止することができる。
内容物充填ステーション6についてSOP(ステップS3)が行われる際は、内容物充填ステーション6のホイール9は回転可能であり、容器密封ステーション7、容器殺菌ステーション5及びキャップ殺菌ステーション53に該当する他のホイール12,13等も回転可能である。このため、内容物充填ステーション6についてのSOP又はCOP(ステップS3)から他のステーションについてのSOP(ステップS7)に至る際、作業流体である過酢酸及び無菌水の吹き付けによる各ステーション6,7,5,53の洗浄効果が向上する。
なお、このSOP又はCOP(ステップS3,S5,S6,S7)が実施される際も、チャンバー21,20,56内に上記無菌のホットエアが吹き込まれる。
なお、SOP又はCOP(ステップS5,S6,S7)が実施される際、過酢酸等の殺菌剤や洗浄液が充填バルブ32に接触すると充填バルブ32から熱が奪われることにより、充填バルブ32が滅菌不良になるおそれがある。従って、望ましくは内容物充填ステーション6と他のステーションとの間には、殺菌剤や洗浄液が内容物充填ステーション6へと流れるのを阻止する隔壁が設けられる。あるいは、他のチャンバー内のSOP又はCOPには、望ましくは殺菌剤として殺菌液ではなく殺菌剤のガス又はミストが用いられる。
次に、上記無菌充填装置の作用について、無菌充填装置の浄化方法とともに説明する。
(1)最初に、無菌充填装置の浄化作業について、図4のフローチャートに基づき説明する。
ボトル詰め飲料の製造が終了し、今まで充填していた飲料の種類を切り替えて他のボトル詰め飲料の製造を開始する場合、無菌充填装置についてCIP(ステップS1)、SIP(ステップS2)及びSOP又はCOP(ステップS3,S4,S5,S6,S7)が行われる。
CIP(ステップS1)の開始当初から最終のSOP(ステップS7)の終了までの間、チャンバー21内の内容物充填ステーション6に向かって、望ましくは無菌のホットエアが常時吹き込まれる。これにより、チャンバー21内の雰囲気が陽圧化され、微生物、塵埃等を含む外気のチャンバー21内への侵入が防止される。無菌エアは、同じチャンバー21内の容器密封ステーション7や、チャンバー20内の容器殺菌ステーション5へも流れることから、容器密封ステーション7等の汚染も防止される。キャップ殺菌ステーション53のチャンバー56内にも無菌エアが供給される。
(2)内容物充填ステーション6についてCIP(ステップS1)が開始されるに際し、無菌充填装置の動力伝達系内のクラッチが切られて内容物充填ステーション6のホイール9のみの回転が止められ、これにより充填ノズル32が旋回運動を停止する。また、サージタンク33内が空にされる。
(3)図3の右半分に示すように、カップ42で充填ノズル32のノズル口32aが塞がれる。また、継手44が接続される。これにより、CIP(ステップS1)のための洗浄液、殺菌液等所定の作業流体を流す循環路が形成される。
(4)CIP(ステップS1)が開始され、アルカリ洗浄液、水等所定の作業流体が所定の順序で貯留タンク38からポンプ39によって送り出される。洗浄液等は往路管40を通って貯留タンク38から上記サージタンク33へと流れ、飲料供給系配管34を通って、上マニホルド37内に流入した後、各充填ノズル32へと流れ、更に、復路管41を通って貯留タンク38へと戻る。これにより、洗浄液等が循環路内を所定の順序で所定の時間だけ流れ、充填ノズル32の内部を含む飲料供給系配管34内が洗浄される。
また、図5に示すように、CIP(ステップS1)の途中から、飲料供給系配管34内を例えば80℃の温度を保って循環する水が次のSIP(ステップS2)における殺菌に必要な温度である例えば95℃まで加熱される。この段階でCIP(ステップS1)が終了する。
(5)CIP(ステップS1)が終了した後、引き続き内容物充填ステーション6内のホイール9の回転を停止させたままで内容物充填ステーション6についてSIP(ステップS2)が行われる。このSIP(ステップS2)は、上記95℃の熱水が飲料供給系配管34内に通されることにより行われる。熱水が通されることにより、充填ノズル32等を含む飲料供給系配管34内が殺菌され、同時にCIP(ステップS1)における残留洗浄液や廃液が飲料供給系配管34内から除去される。飲料供給系配管34内からの廃液等の除去は、例えば貯留タンク38に回収したうえで貯留タンク38から抜き取ることによって行われる。
このように、上記CIP(ステップS1)におけるアルカリ等の薬剤による洗浄工程、または薬剤による洗浄後の熱水によるすすぎ工程から温度を上昇させたうえで、直ちにSIP(ステップS2)が開始されるので、図5と図9との対比からも明らかなように、ある飲料の充填終了から次の飲料の充填開始へと移行するまでの生産間時間が短縮される。
SIP(ステップS2)を実施する際の熱水の温度と時間の条件は、製品の中身の殺菌に必要な条件に応じて決定される。例えばpH4未満の製品の場合、少なくとも60℃で10分間、pH4.0〜4.6の製品の場合、85℃で30分、pHが4.6以上の製品の場合は、120℃で4分以上(一般的には130℃で30分以上)である。SIP(ステップS2)で100℃以上の温度条件が必要な場合は熱水だけでなく蒸気を用いても良い。
(6)内容物充填ステーション6の飲料供給系配管34について上記CIP(ステップS1)及びSIP(ステップS2)の一方又は双方が行われる際、これと並行して(i)チャンバー19内の容器成形ステーション4の各種機器の外面、(ii)チャンバー20内の容器殺菌ステーション5の各種機器の外面、(iii)チャンバー21内の容器密封ステーション7の各種機器の外面、(iv)キャップ殺菌ステーション53におけるチャンバー56内の各種機器の外面について、SOP又はCOP(ステップS4)が行われる。
その際、内容物充填ステーション6のホイール9は停止しているが、容器成形ステーション4、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7、キャップ殺菌ステーション53におけるホイール10,12,13,17,18等の機器は駆動している。
このSOP又はCOP(ステップS4)は、内容物充填ステーション6及び他のステーションについてのSOP又はCOP(ステップS3〜ステップS7)とは異種のSOP又はCOPであり、噴射ノズル57,50,52,54から過酸化水素水が容器成形ステーション4、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7、キャップ殺菌ステーション53の外面に向かって噴霧される。
その際、容器成形ステーション4、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7、キャップ殺菌ステーション53は駆動中であるから、作業流体である過酸化水素水がこれらの機器の隅々まで行き渡り、洗浄効果、殺菌効果が向上する。
(7)上記容器成形ステーション4等他のステーションに対するSOP又はCOP(ステップS4)の際、同時に噴射ノズル45から静止状態にある内容物充填ステーション6に向かって噴霧し、CIP(ステップS1)及びSIP(ステップS2)の一方又は双方が行われる際に、内容物充填ステーション6についてSOP又はCOP(ステップS3)を並行して実施してもよい。
CIP(ステップS1)と同時に過酸化水素を噴霧することで形状が複雑な充填ノズル32の外面を効率よく殺菌することができる。具体的には、充填ノズル32が130℃の状態でも、チャンバー21内が乾燥状態の場合、乾熱殺菌になるため、耐熱性芽胞菌は滅菌が困難になる。ところが、本発明者等の実験結果を示す図10から明らかなように、CIP(ステップS1)中にチャンバー21内の過酸化水素ガス濃度を5mg/L以上にし、且つ充填バルブの温度が60℃以上の条件であれば、充填バルブの外面を容易に滅菌することが出来る。
このSOP又はCOP(ステップ4)を実施する際、既述したチャンバー21内に吹き込まれる無菌のホットエアによってチャンバー20内の雰囲気が昇温し、これにより過酸化水素が活性化し、SOP又はCOP(ステップS4)による殺菌効果が高まり、過酸化水素水の噴霧後は、無菌のホットエアによって余剰の過酸化水素水が乾燥除去される。
(8)内容物充填ステーション6における飲料供給系配管34内のSIP(ステップS2)が完了し、継手44が切り離されると、既述のクラッチが入れられることで、他のホイール13,17等の回転に連動してホイール9の回転が可能となる。あるいは、ホイール9についての自転用サーボモータの駆動により、ホイール9の回転が可能となる。
そこで、ホイール9等が回転し始めると同時に、内容物充填ステーション6、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7、キャップ殺菌ステーション53、容器成形ステーション4について、互いに同種のSOP又はCOP(ステップS3,S5,S6,S7)が段階的に行われる。ステップS3,S5,S6,S7の実施順序は任意である。
(9)ステップS3から開始するものとすると、ステップS3における無菌水の噴霧中、噴射ノズル45から過酢酸水溶液が内容物充填ステーション6に向かって噴霧される。
ステップS3の開始に際し、内容物充填ステーション6のホイール9が他のホイールと共に回転し、これに伴い充填ノズル32も旋回運動を開始する。
内容物充填ステーション6についてステップS3が開始されると、薬液、無菌水等所定の作業流体が所定の順序で噴射ノズル45から内容物充填ステーション6の外部に向かって噴射される。旋回運動を行う充填ノズル32等に対して作業流体が吹き付けられるので、充填ノズル32等の外面が効率良く洗浄され、殺菌される。
ステップS3のSOP又はCOPは、殺菌剤に代えて60℃以上100℃未満の温水等を用いることにより、菌を不活性化する処理であってもよい。
ステップS3では、最初に殺菌剤として過酢酸水溶液が噴射ノズル45から内容物充填ステーション6に向かって吹き付けられて内容物充填ステーション6の外面が殺菌処理され、続いて無菌水が吹き付けられて内容物充填ステーション6の表面から余剰の殺菌剤である過酢酸や汚れが洗い落される。
(10)次にステップS5〜ステップ7が順に実施されるものとすると、ステップS5〜ステップ7における過酢酸水溶液の噴射は、ステップ3における過酢酸水溶液の噴射から始まって所定時間をおいて段階的に行われる。これにより、内容物充填ステーション6、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7、キャップ殺菌ステーション53及び容器成形ステーション4の各々に過酢酸水溶液が、供給不足をきたすことなく適正な量で吹き付けられる。
(11)ステップS5〜ステップ7における過酢酸水溶液の噴射が終了すると、続いて無菌水がステップS3、ステップS5、ステップS6、ステップ7の順で内容物充填ステーション6、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7、キャップ殺菌ステーション53及び容器成形ステーション4に吹き付けられる。これにより、内容物充填ステーション6、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7、キャップ殺菌ステーション53及び容器成形ステーション4の各々に無菌水が、供給不足をきたすことなく適正な量で供給される。
(11)かくて無菌充填装置の特に汚染が嫌われる箇所についてCIP(ステップS1)、SIP(ステップS2)、SOP又はCOP(ステップS3,S4,S5,S6,S7)が実施されることにより、無菌充填装置が浄化される。
また、引き続き無菌エアがチャンバー21内に吹き込まれ、内容物充填ステーション7の周りが陽圧化される。さらに、この無菌エアが容器成形ステーション4、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7へと流れる。これにより、チャンバー19,20,21内の無菌性が維持される。
キャップ殺菌ステーション53については、チャンバー56内に他の系統から無菌エアが吹き込まれることによりチャンバー56内の雰囲気の無菌性が維持される。
上記(1)〜(11)に述べたCIP(ステップS1)、SIP(ステップS2)及びSOP又はCOP(ステップS3,S4,S5,S6,S7)による無菌充填装置の浄化に必要な時間は、図4に示すように、約4時間である。従来の無菌充填装置の浄化に必要な時間は、図8に示したように約6時間であったが、本発明によれば、ダウンタイムが低減することが分かる。
(12)上記CIP(ステップS1)、SIP(ステップS2)及びSOP又はCOP(ステップS3,S4,S5,S6,S7)が完了した後、新たなボトル詰め飲料の製造が開始される。
新たなボトル詰め飲料の製造について説明すると、まず、図1中、シューター22及びホイール23によってプリフォーム1が加熱炉内へと導入され、加熱炉内を無端チェーン24によって搬送される。
プリフォーム1は、無端チェーン24によって加熱炉内を搬送されつつ、ヒーター25によって成形に好適な温度域まで加熱される。
(13)加熱されたプリフォーム1が、ホイール10の回りを旋回運動する成形型8内に入れられ、成形型8が閉じられる。図示しない延伸ロッドがプリフォーム1内へと降下し、プリフォーム1の底に当接して、プリフォーム1の引き伸ばしを開始する。また、ブロー成形用エアの吹き込みにより、成形型8内でプリフォーム1がボトル3へと膨張する。成形型8内でのボトル3の成形が完了すると、成形型8が型開きされ、ボトル3の完成品がホイール11の回りの図示しないグリッパによって成形型8外へ取り出される。
(14)ホイール11側から送られたボトル3は、SOP又はCOP(ステップS6)の完了したチャンバー20内でホイール12の回りを走行しつつ、容器殺菌ステーション5の殺菌剤噴霧ノズル27から殺菌剤のミストを吹き付けられる。これにより、ボトル3の内外面に殺菌剤の皮膜が形成され、ボトル3の内外面が殺菌される。
続いて、ホイール13の回りを走行しつつ、容器殺菌ステーション5のエアリンス用ノズル28から加熱された無菌エアを吹き付けられる。これにより、ボトル3の内外面に付着した殺菌剤が活性化されて殺菌効果が高められ、また、余剰の殺菌剤が除去される。
(15)殺菌処理されたボトル3は、ボトル搬送路中、ホイール14,15,9,16,17,18へと受け渡されつつ、チャンバー21内を走行する。このチャンバー21内のSOP又はCOP(ステップS3)は既に完了し、チャンバー21内には無菌エアが常時吹き込まれている。
(16)ボトル3がホイール9の回りを走行する際、ボトル3内に飲料等内容物が飲料供給系配管34を通って充填される。
飲料供給系配管34内は、すでにCIP(ステップS1)による洗浄及びSIP(ステップS2)による殺菌が実施され、浄化されている。
飲料等の内容物が内容物充填ステーション6の浄化された飲料供給系配管34を通って充填ノズル32からボトル3内に充填される。
内容物は、あらかじめ調合装置で調合され、殺菌処理された後、サージタンク33に貯留されている。
(17)飲料が充填されたボトル3は、ホイール9側のグリッパ36から下流側のホイール16,17のグリッパへと順に受け渡され、容器密封ステーション7において殺菌処理済のキャップ51で口部3aを閉じられた後、チャンバー21外へと排出される。
キャップ51は、キャップ殺菌ステーション53においてあらかじめ殺菌処理された後、容器密封ステーション7へと供給される。キャップ殺菌ステーション53内は上記COP又はCOP(ステップS4,S7)によって、すでに内部が洗浄及び殺菌されて浄化されている。
かくて、無菌のボトル詰め飲料の製造が新たな飲料について行われる。
<実施の形態2>
図6に示すように、この実施の形態2では、実施の形態1におけると同様にしてCIP(ステップS1)、SIP(ステップS2)及び過酸化水素水の噴霧によるSOP又はCOP(ステップS4)が行われ、過酢酸水溶液と無菌水の吹き付けによるSOP又はCOP(ステップS3,S5,S6,S7)も内容物充填ステーション6、容器密封ステーション7、容器殺菌ステーション5、キャップ殺菌ステーション53について段階的に行われる。
しかし、ステップS3,S5,S6,S7は、実施の形態1の場合と次のように相違する。
すなわち、図6に示すように、最初に過酢酸の水溶液が噴射ノズル45,52,50,54から内容物充填ステーション6、容器密封ステーション7、容器殺菌ステーション5及びキャップ殺菌ステーション53に向かって段階的に吹き付けられて各ステーション7,5,53の外面が殺菌され、続いて無菌水が段階的に吹き付けられることによって前回の充填に係る飲料の残渣や、上記過酢酸水溶液の余剰分等が各ステーション7,5,53の表面から洗い流されるのであるが、その際、先行するSOP又はCOPの無菌水による洗浄と、次のSOP又はCOPの過酢酸による洗浄とが、時期的に重なり合うように行われる。これにより、先行するSOP又はCOPにおいて過酢酸が洗浄除去されつつある箇所に次のSOP又はCOPにおいて供給される過酢酸が付着するのが防止される。
このように内容物充填ステーション6、容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7及びキャップ殺菌ステーション53についてSOP又はCOP(ステップS3、S5、S6、S7)が、無菌水による洗浄と過酢酸による洗浄とが重なり合うように段階的に行われることから、無菌充填装置のダウンタイムがさらに短縮され、ボトル詰め飲料の生産性がさらに向上する。
<実施の形態3>
図7に示すように、この実施の形態3では、実施の形態1におけると同様にしてCIP(ステップS1)、SIP(ステップS2)及び過酸化水素水の噴霧によるSOP又はCOP(ステップS3,S5,S6,S7)が実施されるが、過酢酸水溶液と無菌水の吹き付けによるSOP又はCOP(ステップS3,S5,S6,S7)は、内容物充填ステーション6、容器密封ステーション7、容器殺菌ステーション5及びキャップ殺菌ステーション53について、同時に実施される。
このように内容物充填ステーション6についてのSOP又はCOP(ステップS3)と並行して容器殺菌ステーション5、容器密封ステーション7及びキャップ殺菌ステーション53についてSOP又はCOP(ステップS5、S6、S7)が行われることから、無菌充填装置のダウンタイムがさらに短縮され、ボトル詰め飲料の生産性がさらに向上する。
また、内容物充填ステーション6についてCIP(ステップS1)及びSIP(ステップS2)の一方又は双方が行われる際、容器密封ステーション7等他のステーションについて過酸化水素によるSOP又はCOP(ステップS4)が並行して行われる。その際、容器密封ステーション7等他のステーションのホイール17等は回転することから、容器密封ステーション7等他のステーションの殺菌効果が向上する。
本発明は以上説明したように構成されるが、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々変更可能である。例えば、図4、図6、図7において、内容物充填ステーション以外のチャンバーの洗浄・滅菌(S5、S6、S7)は、内容物充填ステーションのCIP(S1)又はSIP(S2)と同じタイミングで行っても良い。
また、例えば、容器はボトルに限らず、紙容器であってもよい。内容物は飲料に限らず、流動食等であってもよい。
また、容器(ボトル、キャップ)の殺菌方法は、過酸化水素殺菌ではなく、過酢酸等の薬剤リンス殺菌や電子線殺菌でも良い。ボトルの殺菌に代えて、プリフォームを殺菌しても良い。