JP6907754B2 - プリフォームの加熱装置及びプリフォームの加熱方法 - Google Patents

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Description

本発明は、プリフォームを殺菌し、殺菌したプリフォームを加熱するためのプリフォームの加熱装置及びプリフォームの加熱方法に関する。
飲料等の容器として広く使用されている二軸延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）ボトルは、大量生産に適した方法であり、射出成形されたプリフォームを成形温度まで加熱し、その後ブロー成形することで得られる。ブロー成形されたボトルは内容物が充填された後に、プリフォームとして射出成形された口部にキャップが巻き締められることにより密封される。プリフォームの加熱時に口部が変形すると、キャップの巻き締め後に密封性が損なわれるため、口部は過度に加熱されないようにしなければならない。そこで、加熱時の熱によりプリフォームの口部が変形しないように、プリフォームの加熱装置では、加熱素子から放射される近赤外線によりプリフォームの口部が過度に加熱されないように、水流により冷却された保護体を設けている（特許文献１）。プリフォームをボトルに成形するためには、プリフォームの口部を除いた成形後のボトルのボディーとなる部分の加熱温度を、プリフォームを形成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上としなければならない（参考文献２）。すなわち、プリフォームの口部の変形を防止するためには、プリフォームの加熱時にプリフォームの口部の温度を、口部を形成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上としてはならない。
プリフォームをボトルに成形する工程と、成形されたボトルに内容物を充填する工程を別に行うのではなく、プリフォームをボトルに成形するブロー成形機と飲料等の内容物をボトルに充填する充填装置を一体化し、充填を無菌雰囲気で行う無菌充填機があり、現在ほとんどの飲料製品はこのような無菌充填機により生産されている。
無菌充填機として、プリフォームを連続走行させながら、プリフォームに殺菌剤を塗布し、そのままプリフォームを加熱炉内に導入し、加熱炉内でプリフォームを容器に成形するための温度まで加熱し、この加熱によってプリフォームに塗布した殺菌剤の乾燥、活性化を同時に行なう装置が提案されている（特許文献３）。このような装置において、プリフォームは加熱炉内で殺菌剤が活性化され、プリフォームは加熱炉内で殺菌される。したがって、プリフォームの口部は、殺菌剤が活性化される温度に加熱されることが好ましい。しかし、プリフォームの口部の過熱による変形を回避するために、プリフォームの口部は冷却された傾斜板により赤外放射からは保護されている。
また、プリフォームに過酸化水素水のミスト又はガスを吹き付け、プリフォームの表面に付着した過酸化水素を除去し、さらにプリフォームを成形温度まで加熱し、成形温度に達したプリフォームを同じく連続走行するブロー成形型内でボトルに成形し、ブロー成形型からボトルを取り出し、その後、ボトルに飲料を充填して蓋で密封する飲料充填方法が提案されている（特許文献４）。この方法においても、成形後にボトルのボディーとなる部分は９０℃から１３０℃に加熱されるが、プリフォームの口部は変形等を防止するために、７０℃以下の温度に抑えるとされている。
特開平６−１５６４５号公報 特表平８−５０４６９９号公報 特開２００８−１８３８９９号公報 特開２０１５−１１６８１４号公報
従来、ボトルの無菌充填機は、プリフォームをボトルに成形し、成形後のボトルを殺菌していたが、殺菌剤が多量に必要であり、装置も過大となることから、プリフォームの段階で殺菌する無菌充填機が広まりつつある。このような無菌充填機において、プリフォームの殺菌は前述の特許文献３及び特許文献４のように、プリフォームに過酸化水素水のガス若しくはミスト又はこれらの混合物を吹き付けることによって行われている。過酸化水素水のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が吹き付けられたプリフォームは、加熱された無菌エアの吹き付けにより過酸化水が除去され、過酸化水素が活性化されて殺菌される（特許文献４）。しかし、過酸化水素水のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が、吹き付けられたプリフォームに残留し、プリフォームが成形温度に加熱されることにより、さらに殺菌されることがある。
プリフォームの加熱時に口部以外の部分は９０℃から１３０℃に加熱されるが、口部は過熱による変形を防止するために、７０℃以下の温度に保持されなければならない。しかし、実際には４０℃以下となり、加熱時に口部はほとんど殺菌されないことがある。また、特許文献３では、過酸化水素水の蒸気をプリフォームに吹き付けた後に、そのまま加熱している。この場合、加熱時の熱により過酸化水素が活性化され、プリフォームが殺菌される。しかし、プリフォームの口部は過熱されないように冷却された傾斜板により、プリフォームの胴部を加熱する熱が口部に回らないようにしている。結果として口部が加熱されないため、口部の殺菌が不十分となることもある。
プリフォームに殺菌剤を吹き付けてプリフォームを殺菌する無菌充填機において、プリフォームの口部の加熱温度を抑えなければならないために、口部の温度が上昇せず、結果として口部の殺菌が不十分となることがある。無菌充填機において、プリフォームの口部が適正に加熱され、口部の殺菌不良を生じない無菌充填機および無菌充填方法が要望されている。
本発明は、プリフォームを殺菌する無菌充填機において、殺菌剤を吹き付けた後にプリフォームを成形温度に加熱する際に、プリフォームの口部を変形温度以下であって殺菌温度以上に加熱するプリフォームの加熱装置及びプリフォームの加熱方法を提供することを目的とする。
また、本発明に係るプリフォームの加熱方法において、前記プリフォームの胴部を９０℃〜１４０℃に加熱すると好適である。
本発明に係るプリフォームの加熱方法は、過酸化水素を含む殺菌剤が吹き付けられたプリフォームを、ボトルにブロー成形するための温度に加熱する前記プリフォームの加熱方法であって、前記プリフォームの口部の加熱を、ハロゲンランプから照射される近赤外線を前記プリフォームの前記口部に集光することにより、前記プリフォームの前記口部を５０℃〜７０℃に加熱することを特徴とする。
本発明のプリフォームの加熱装置及び加熱方法によれば、殺菌剤と接触させたプリフォームをボトルに成形する成形温度に加熱するときに、プリフォームの口部が変形しない適正温度に加熱することができる。結果として、プリフォームの口部の殺菌性を向上させ、プリフォームの口部の殺菌不良を解消することができる。特に、プリフォームに過酸化水素水のガス若しくはミスト又はこれらの混合物を接触させることにより殺菌する場合に有効であり、このような手段によりプリフォームを殺菌する殺菌部を有する無菌充填機は、本発明のプリフォームの加熱装置を備えることで、高い無菌性を確保することができる。
本発明の実施の形態に係るプリフォームの加熱装置を組み込んだ無菌充填機の一部の概略を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るプリフォーム供給工程を示す。 本発明の実施の形態に係るプリフォームへの殺菌剤ガス吹き付け工程を示す。 本発明の実施の形態に係る殺菌剤ガス生成器を示す。 本発明の実施の形態に係るプリフォームの口部を加熱する工程を示す。 本発明の実施の形態に係るプリフォームの胴部を加熱する工程を示す。 本発明の実施の形態に係るプリフォームの口部及び胴部を加熱する工程を示す。 本発明の実施の形態に係る加熱装置の一例の概略を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るプリフォームのブロー成形工程を示す。 本発明の実施の形態に係るボトルの取り出し工程を示す。
以下に本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
本発明に係るプリフォームの加熱装置が組み込まれた無菌充填機において、プリフォーム供給装置から供給されたプリフォームが殺菌部において殺菌され、殺菌されたプリフォームが本発明に係るプリフォームの加熱装置により、ボトルに成形可能な温度に加熱される。本発明に係るプリフォームの加熱装置及びプリフォームの加熱方法の概要を、本発明に係る加熱装置が組み込まれた無菌充填機の一部を示す図１により説明し、さらにプリフォームの加熱装置の詳細を図５、図６、図７及び図８により説明する。この実施の形態によれば、殺菌剤が吹き付けられたプリフォームの口部の殺菌効果を向上させ、口部の殺菌不良を解消することができる。
（プリフォームの加熱装置の概要）
本発明のプリフォームの加熱装置１４は、図２に示すプリフォーム１を、図１０に示すボトル２に成形する温度に加熱する装置である。図２に示すように、プリフォーム１は口部１ａ、サポートリング１ｂ及び胴部１ｃから構成される。プリフォーム１は、図１に示すように、プリフォーム供給装置３により供給され、供給されたプリフォーム１は、殺菌部６において殺菌される。殺菌されたプリフォーム１は本発明のプリフォームの加熱装置１４により成形可能な温度に加熱され、ブロー成形機２０に受け渡される。本発明の実施の形態に係るプリフォームの加熱装置１４は、加熱部１９と駆動部２８を有しており、加熱部１９はプリフォーム１の口部を加熱する口部加熱部３０及びプリフォーム１の胴部を加熱する胴部加熱部２９を備える。また、口部加熱部３０及び胴部加熱部２９はヒーター１５、リフレクター１６、スピンドル２７、無端チェーン１２及び無端チェーン１２を回転させるためのプーリ１３等を備えている。殺菌されたプリフォーム１は無端チェーン１２に一定間隔で備えられたスピンドル２７により保持され、回転しながらヒーター１５により、成形可能な温度に加熱される。プリフォーム１の口部１ａ及びサポートリング１ｂは口部加熱部３０により、またプリフォーム１の胴部１ｃは胴部加熱部２９により加熱される。プリフォーム１の口部１ａ及びサポートリング１ｂは口部加熱部３０により５０℃〜７０℃に、プリフォーム１の胴部１ｃは胴部加熱部２９により９０℃〜１４０℃に加熱される。
プリフォームの加熱装置１４により加熱されたプリフォーム１は成形部２１でボトル２に成形され、成形されたボトル２は、ボトル２を検査する検査部、検査されたボトル２に殺菌された内容物を充填する充填部、さらに内容物が充填されたボトル２を殺菌された蓋材により密封する密封部に順次搬送され、内容物が充填された無菌製品となる。
プリフォームの加熱装置１４の加熱部１９は加熱部チャンバー１８により遮蔽されており、プリフォームの加熱装置１４を運転する前に、加熱部チャンバー１８内は殺菌され、その後無菌エアが加熱部チャンバー１８内に供給され、加熱部チャンバー１８内が陽圧に保持されることより、殺菌されたプリフォーム１の無菌性を維持した状態で、プリフォーム１はボトル２に成形可能な温度に加熱される。
加熱部チャンバー１８内は比較的高温になっていること、及びプリフォーム１はスピンドル２７により口部１ａを塞がれていることから、プリフォーム１が加熱部チャンバー１８内で菌等により汚染される可能性が低いため、加熱装置１４の運転前に加熱部チャンバー１８内は殺菌されなくても構わない。
加熱部チャンバー１８内を殺菌するために、加熱部チャンバー１８には殺菌装置が設けられる。また、加熱部チャンバー１８を無菌エアの供給により適正な陽圧に保持するために、加熱部チャンバー１８には無菌エア供給装置３１及び排気装置３７が設けられる。
成形部２１を遮蔽する成形部チャンバー２２、検査部を遮蔽する検査部チャンバー、および充填部及び密封部を遮蔽する充填部チャンバー内も無菌充填機の運転前に殺菌され、無菌エアで各チャンバー内が陽圧に保持されることにより、チャンバー内の無菌性が維持される。陽圧に保持される圧力は、充填部チャンバー内を最高圧として、検査部チャンバー内、成形部チャンバー２２、加熱部チャンバー１８内はこれよりも低く設定される。
例えば、充填部チャンバー内の圧力は３０Ｐａ〜１５０Ｐａであり、検査部チャンバー内の圧力は３０Ｐａ〜１００Ｐａに設定される。また、成形部チャンバー内の圧力は２０Ｐａ〜１００Ｐａ、加熱部チャンバー１８内の圧力は１０Ｐａ〜５０Ｐａに設定される。さらに、密封部の下流である製品が排出される、無菌製品をコンベヤに載置して無菌充填機外に排出する出口チャンバーは非無菌ゾーンであり、排気して−３０Ｐａ〜３０Ｐａに設定される。
各チャンバーを陽圧に保持するために、チャンバーには無菌エア供給装置が設けられるが、加熱部チャンバー１８、成形部チャンバー２２、検査部チャンバー及び充填部チャンバーの全てに無菌エア供給装置を設ける必要はない。例えば、充填部チャンバーに設けた無菌エア供給装置により供給される無菌エアが、充填部チャンバーから検査部チャンバー、成形部チャンバー２２に流入することがあり、流入する無菌エアにより成形部チャンバー２２内を陽圧に保持しても構わない。チャンバー内を適正な圧力に保持するために、排気装置が設けられるが、これも加熱部チャンバー１８、成形部チャンバー２２、検査部チャンバー及び充填部チャンバーのすべてに設けなくても構わない。
プリフォーム１を殺菌する殺菌部６を遮蔽する殺菌部チャンバー５は、殺菌部チャンバー５内のエア中の殺菌剤を分解するフィルタ２５と、ブロワ２６からなる排気手段が連結される。殺菌部６の稼働中に殺菌部チャンバー５内のエアが排気されることにより、隣接する加熱部１９への殺菌剤の流入を防止することができる。殺菌部チャンバー５は排気されるため、殺菌部チャンバー５内の圧力は−２０Ｐａ〜２０Ｐａに設定される。
（プリフォームの加熱装置及びプリフォームの加熱方法の詳細）
まず、図２に示すプリフォーム１が、図１に示すプリフォーム供給装置３により、所望の速度でプリフォーム搬送コンベヤ４により連続的にプリフォーム１の殺菌部６に搬送される。
本実施形態におけるプリフォーム１は試験管状の有底筒状体であり、図１０に示したボトル２と同様な口部１ａがその成形当初に付与される。この口部１ａ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。また、プリフォーム１には口部１ａの下部に搬送のためのサポートリング１ｂが形成される。プリフォーム１又はボトル２は、このサポートリング１ｂを介して、グリッパ４３により把持されつつ、殺菌部６内を走行する。また、プリフォーム１は、サポートリング１ｂの下部に成形後にボトルの胴部を形成するプリフォーム１の胴部１ｃを有する。プリフォーム１は射出成形、圧縮成形等によって成形される。プリフォーム１の材質はポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂からなり、これらの熱可塑性樹脂単体又は混合物であっても構わないし、リサイクルされた熱可塑性樹脂を含んでも構わない。また、バリア性を付与するために、エチレンービニルアルコール共重合体、メタキシリレンジアミンのような芳香族アミンをモノマーとするポリアミド等の熱可塑性樹脂を層として、又は混合物として含んでも構わない。
プリフォーム１は、プリフォーム搬送コンベヤ４からプリフォーム殺菌ホイール７に一定間隔で設けられたグリッパ４３に把持されることにより、プリフォーム殺菌ホイール７に受け渡される。受け渡されたプリフォーム１の内外面に、プリフォーム１を殺菌するために殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が、殺菌装置８により吹き付けられる。プリフォーム１に吹き付けられる殺菌剤により、プリフォーム１の表面に付着した菌等が殺菌される。
殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物は、後述する図４に示すような殺菌剤ガス生成器３９によって生成した殺菌剤のガスが、一部ミスト化したものである。殺菌装置８とは、図３に示すように殺菌剤ガス吹き付けノズル４２であり、殺菌剤ガス吹き付けノズル４２から、殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物がプリフォーム１に吹き付けられる。殺菌剤のガスは、殺菌剤ガス吹き付けノズル４２内で二手に分かれて流れ、その一方のノズル４２ａからプリフォーム１の内部に向かって吹き付けられ、他方のノズル４２ｂからプリフォーム１の外面に向かって吹き付けられる。殺菌剤のガスは、殺菌剤ガス吹き付けノズル４２から出た後、ガス状態のままで、若しくはミストとなって又はそれらの混合物となって、プリフォーム１の内部に流入し、あるいはプリフォーム１の外面に接触する。
プリフォーム１の内部に向かって吹き付けられる殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物は、プリフォーム１内に流入した後、プリフォーム１の口部１ａから溢れ出るが、この溢れ出た殺菌剤のガス等の流れは傘状部材４４に衝突し、傘状部材４４の内面に案内されて、プリフォーム１の外面へと向かって流れを変え、プリフォーム１の外面に接触する。傘状部材４４に環状溝４４ａが設けられると、溢れ出た殺菌剤のガス等はプリフォーム１の外面に沿って流れる。また、別にノズルを設けて直接プリフォーム１の外面に、殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物を吹き付けても構わない。プリフォーム１の内外面に、殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が接触することができれば、どのような手段でも構わない。
図４に示すように、殺菌剤ガス生成器３９は、殺菌剤を滴状にして供給する二流体スプレーノズルである殺菌剤供給部４０と、この殺菌剤供給部４０から供給された殺菌剤を分解温度以下に加熱して気化させる気化部４１とを備える。殺菌剤供給部４０は、殺菌剤供給路４０ａ及び圧縮空気供給路４０ｂからそれぞれ殺菌剤と圧縮空気を取り込んで、殺菌剤を気化部４１内に噴霧するようになっている。気化部４１は内外壁間にヒーター４１ａ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殺菌剤を加熱し気化させる。気化部４１の下端から気化した殺菌剤のガスが気化部４１外に噴出する。ヒーター４１ａに換えて誘電加熱により気化部４１を加熱しても構わない。
殺菌剤供給部４０の運転条件としては、例えば圧縮空気の圧力は０．０５ＭＰａ〜０．６ＭＰａの範囲で調整される。また、殺菌剤は重力落下であっても圧力を加えても構わないし、供給量は自由に設定することができる。例えば１ｇ／ｍｉｎ．〜１００ｇ／ｍｉｎ．の範囲で供給する。また、気化部４１の内表面は１４０℃から４５０℃に加熱されることで噴霧された殺菌剤が気化する。
殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物の吹き付け量は任意であるが、吹き付け量は、殺菌剤ガス生成器３９に供給される殺菌剤の量と吹き付け時間により決まる。殺菌剤ガス生成器３９は複数備えても構わない。殺菌剤を過酸化水素水とした場合、過酸化水素の濃度として１ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌの範囲が適当である。１ｍｇ／Ｌ未満では殺菌が不十分となり、２０ｍｇ／Ｌを超えると成形後のボトル２の過酸化水素残留量が多くなるおそれがある。
なお、プリフォーム１への殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物の吹き付けの直前に、プリフォーム１に熱風を吹き付ける等してプリフォーム１を予備加熱してもよい。この予備加熱によりプリフォーム１の殺菌効果をさらに高めることができる。
プリフォーム１に吹き付けられる殺菌剤は、少なくとも過酸化水素を含んでいることが好ましい。その含有量は０．５質量％〜６５質量％の範囲が適当である。０．５質量％未満では殺菌力が不足する場合があり、６５質量％を超えると安全上、扱いが困難となる。また、さらに好適なのは０．５質量％〜４０質量％であり、４０質量％以下では扱いがより容易であり、低濃度となるために殺菌後の過酸化水素の残留量を低減できる。
プリフォーム１に吹き付けられる殺菌剤が過酸化水素を含む場合、プリフォーム１の内外面に付着させる殺菌剤の量は、過酸化水素を３５質量％含む過酸化水素水として、０．００１μＬ／ｃｍ2〜０．５μＬ／ｃｍ2の範囲が好ましい。付着量が０．００１μＬ／ｃｍ2よりも少ない場合は、十分な殺菌効果を得ることができない。また、この付着量が０．５μＬ／ｃｍ2を超えると、プリフォーム１をボトル２にブロー成形した場合に、ボトル２に白化、斑点、皺、変形の成形不良が発生しやすくなる。より好ましくは、プリフォーム１の過酸化水素を３５質量％含む過酸化水素水とした付着量は、０．００２μＬ／ｃｍ2〜０．４μＬ／ｃｍ2である。
また、殺菌剤は水を含んでなるが、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトンなどのケトン類、グリコールエーテル等の１種又は２種以上を含んでも構わない。
さらに、殺菌剤は過酢酸、酢酸等の有機酸、次亜塩素酸ナトリウム等の塩素化合物、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等のアルカリ性化合物、硝酸、オゾン、酸性水等の殺菌効果を有する化合物、陽イオン界面活性剤、非イオン系界面活性剤、リン酸化合物等の添加剤を含んでも構わない。
殺菌剤の吹き付け前又は後に、殺菌装置８の一部として光照射装置や電子線照射装置を設け、波長１００ｎｍ〜３８０ｎｍの紫外線を含む光や電子線等をプリフォーム１に照射し、殺菌効果の向上を図っても構わない。
殺菌部チャンバー５内は無菌充填機の運転前に、過酸化水素水等の殺菌剤を殺菌部チャンバー５内に噴霧する等の手段により殺菌される。そのために、殺菌部チャンバー５内の壁面には、プリフォーム１に殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物を吹き付けるための殺菌剤ガス吹き付けノズル４２とは別に殺菌剤吹き付けノズルが設けられる。また、殺菌部チャンバー５に接するフィルタ２５の殺菌部チャンバー５側の面を殺菌するために同様の殺菌剤吹き付けノズルも設けられる。
殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が吹き付けられたプリフォーム１は、図１に示すようにエア吹き付けホイール９に受け渡される。ホイール９に受け渡されたプリフォーム１は、グリッパ４３により搬送されつつ無菌エア吹き付けトンネル１０により無菌エアが吹き付けられる。無菌エアは、ブロワによるエアを除菌フィルタに通すことにより得られる。ブロワを使用しないで、コンプレッサーにより発生させる圧縮空気を除菌フィルタで無菌化したものであっても構わない。
無菌エア吹き付けトンネル１０はプリフォーム１の口部１ａをその上方から覆い、天井部分は傾斜面を有する屋根状に形成される。また、天井部分には、無菌エアをプリフォーム１の口部１ａの方に向かって吹き出すプリフォーム無菌エア供給ノズルが、パイプの列状又はスリット状に設けられる。これにより、無菌エアがプリフォーム１へと効率的に供給される。
無菌エアの吹き付けにより、プリフォーム１の表面に付着していた殺菌剤が活性化されることにより、プリフォーム１への殺菌剤の吹き付けにより殺菌されなかった菌等が殺菌されることもある。また、無菌エアの吹き付けによって、プリフォーム１に付着した殺菌剤は、プリフォーム１の表面から速やかに除去される。プリフォーム１に付着した殺菌剤は、加熱部１９内に入る以前に、無菌エアの吹き付けによりプリフォーム１から除去されるため、殺菌剤による加熱部１９のシール部材等の各種機器が損傷を受けることはない。また、プリフォーム１の殺菌剤の付着に起因するボトルの白化、歪、成形ムラ等成形不良の発生が防止される。
プリフォーム１に吹き付けられる無菌エアは、常温でも加熱されても構わない。しかし、加熱されることが好ましく、加熱された無菌ホットエアとすることにより、殺菌剤の分解が促進され、殺菌効果が高まり、殺菌剤の残留も低減する。プリフォーム１に吹き付けられる無菌ホットエアの温度は４０℃から１４０℃にすることが望ましい。４０℃未満では加熱による効果が少なく、プリフォーム１の温度が７０℃を超えるとプリフォーム１の口部１ａの変形などの不都合を生じるため、ホットエアの温度は１４０℃を超えないことが望ましい。
プリフォーム１への無菌エアの吹き付けは必須ではなく、行わなくても構わない。行わない場合、プリフォーム１は殺菌剤のガスを吹き付けられた後に、そのまま加熱される。殺菌剤のガスが吹き付けられたプリフォーム１の内外面には殺菌剤が付着しており、プリフォーム１が成形温度まで加熱されると、付着した殺菌剤は活性化され、プリフォーム１の表面は殺菌される。また、余剰の殺菌剤は加熱により揮散する。
無菌エアの吹き付け後、プリフォーム１は、図１に示す加熱炉搬送ホイール１１に受け渡される。ここで、グリッパ４３から解放され、図５に示すようにプリフォーム１の口部１ａにスピンドル２７が挿入され、無端チェーン１２により、加熱部１９内へと搬送される。
加熱部１９はプリフォーム１の口部１ａ及びサポートリング１ｂを加熱する口部加熱部３０及びプリフォーム１の胴部１ｃを加熱する胴部加熱部２９を備える。口部加熱部３０を図５に示す。また、胴部加熱部２９を図６に示す。加熱部１９が口部加熱部３０と胴部加熱部２９を同時に備える場合を図７に示す。図１に示す加熱部１９の序盤に口部加熱部３０を備え、ヒーター１５の数ユニット以降に胴部加熱部２９を備えても、加熱部１９の序盤から口部加熱部３０と胴部加熱部２９を同時に備えて、ヒーター１５の数ユニット以降に胴部加熱部２９のみとしても、口部加熱部３０と胴部加熱部２９の組み合わせは任意に選択できる。また、口部加熱部３０を加熱部１９のどの箇所に設けても構わない。
しかし、加熱部１９の序盤に口部加熱部３０と胴部加熱部２９を同時に備え、その後胴部加熱部２９を備えることが好ましい。胴部１ｃを先に加熱し、口部１ａをその後に加熱すると、胴部１ｃを加熱する熱により口部１ａが加熱される可能性があり、口部１ａを加熱する際に口部１ａの温度コントロールが困難となるおそれがあるからである。
口部加熱部３０は図５に示すように、ヒーター１５と集光器４５を備える。ヒーター１５は近赤外線等を放射するハロゲンランプが好ましい。プリフォーム１に吸収されずに、プリフォーム１の後方に到達する近赤外線等は加熱に寄与しない。そこで図５に示すように、プリフォーム１の後方にリフレクター１６を設けることにより、プリフォーム１の後方に到達する近赤外線等を反射させて、プリフォーム１の加熱を効率的に行うことができる。ヒーター１５のハロゲンランプから放射される近赤外線、赤外線、遠赤外線によりプリフォーム１は加熱される。棒状のヒーター１５がプリフォーム１の軸方向に対して垂直に設けられる。
さらに、ヒーター１５から放射される近赤外線等を反射してプリフォーム１の口部１ａ及びサポートリング１ｂを効率的に加温する集光器４５が設けられる。集光器４５は、ヒーター１５をドーム状に覆い、ヒーター１５から放射され、直進してプリフォーム１の口部１ａ及びサポートリング１ｂに向かう近赤外線等以外の近赤外線等を反射させて、プリフォーム１の口部１ａ及びサポートリング１ｂに向かわせるような構造とされている。集光器４５は金属に金、銀又はアルミニウムなどを蒸着又はメッキしたものが用いられる。近赤外線等を所望の方向に反射できれば、曲面でも、平面と曲面との組み合わせでも、どのような形状ものでも構わない。
口部加熱部３０によりプリフォーム１の口部１ａ及びサポートリング１ｂは５０℃〜７０℃に加熱される。５０℃未満ではプリフォーム１に存在する殺菌剤の活性化が不十分となり、プリフォーム１の口部１ａ及びサポートリング１ｂに殺菌不良を生じるおそれがある。また、７０℃を超えるとプリフォーム１の口部１ａが変形し、プリフォーム１を成形後のボトル２にキャップを巻き締める際に密封不良となるおそれがある。
プリフォーム１は、図５に示すように、スピンドル２７が口部１ａに挿入され、回転しながら、加熱部１９内を搬送される。プリフォーム１は、口部１ａ内にスピンドル２７の下部が挿入される際に、ゴム又はバネのような弾性体の弾性変形によりスピンドル２７に支持される。スピンドル２７は無端チェーン１２に保持される。無端チェーン１２はプーリ１３ａ及び１３ｂにより回転する。スピンドル２７に代えてマンドレルをプリフォーム１に挿入することによって、プリフォーム１を倒立状態で回転させつつ搬送することも可能である。
図６に胴部加熱部２９を示す。ヒーター１５はプリフォーム１の軸方向に対して垂直に複数本が並列に設けられる。複数本設けられるハロゲンランプは加熱温度が制御され、プリフォーム１の胴部１ｃの軸方向の加熱温度について、温度差が設けられても構わない。また、プリフォーム１の移動方向に対して図１のようにヒーター１５としてのハロゲンランプのユニットが複数設けられる。図１では片列に６ユニットが２列で計１２ユニット設けられているが、各ヒーター１５のいくつかのユニットを口部加熱部３０としても、胴部加熱部２９としても、口部加熱部３０と胴部加熱部２９を同時に設けても構わない。例えば、序盤の３ユニットに口部加熱部３０を設け、４ユニット以降１２ユニットまでを胴部加熱部とする。また、ユニット数は任意に定められ、１２未満でも１２を超えても構わない。
図６に示すように、胴部加熱部２９にも口部加熱部３０と同様にリフレクター１６が設けられる。胴部加熱部２９ではヒーター１５のプリフォーム１に対して反対側にも設けられる。さらに、ヒーター１５の熱がプリフォームの加熱装置１４の外部に伝導するのを防止するために、ヒーター１５の外側に断熱材３５を設けても構わない。リフレクター１６は集光器４５と同様な構成であり、平面又は曲面としても構わない。
胴部加熱部２９によりプリフォーム１の胴部１ｃは９０℃から１４０℃に加熱される。９０℃未満では、プリフォーム１をブロー成形してボトル２とする際、金型２３による賦形が不十分となる。また、１４０℃を超えると得られるボトル２の肉厚が均等にならないおそれがある。
胴部加熱部２９には、プリフォーム１の胴部１ｃを加熱する熱により、口部１ａ及びサポートリング１ｂが７０℃を超えるような温度に加熱されることを防止するために、図６に示すような口部保護材３６が設けられる。口部保護材３６は、プリフォーム１のサポートリング１ｂの下部に、プリフォーム１の軸方向に対して垂直な面として形成される。口部保護材３６は、胴部加熱部２９のヒーター１５から放射される近赤外線等がプリフォーム１の口部１ａ及びサポートリング１ｂに達しないようにする。また、胴部加熱部２９のヒーター１５の熱により発生する上昇気流による口部１ａの温度上昇を防ぐために、図６に示すように、口部保護材３６のヒーター１５側の先端部分をプリフォーム１の軸方向に対して９０°以下の角度を付けても構わない。口部保護材３６は内部に水等の冷却媒体を循環させることにより冷却することが望ましい。
また、胴部加熱部２９には、プリフォーム１の口部１ａが胴部加熱部２９のヒーター１５の熱により発生する上昇気流により、口部１ａの温度が上がるのを防ぐために、図６に示すように口部１ａに冷風吹き付けノズル４９を設け、口部１ａに冷風を吹き付けても構わない。プリフォーム１は無端チェーン１２により搬送されながら回転しており、一方向から吹き付けることで、口部１ａの温度上昇を防止できる。リフレクター１６の反対側から吹き付けることが好ましい。冷風吹き付けノズル４９からは、ブロワ５２のエアを冷却装置５１で冷却し、除菌フィルタ５０を通したエアがプリフォーム１の口部１ａに吹き付けられる。冷却装置５１を設けず、常温のエアを吹き付けても構わない。
図７に口部加熱部３０と胴部加熱部２９を同時に設ける加熱ユニットを示す。例えば、このような加熱ユニットを図１の加熱部１９の序盤に３ユニットに設け、以降を胴部加熱部２９のみとしても構わない。また、終盤の３ユニットに設けても構わない。
図８にプリフォームの加熱装置１４の断面を示す。図の左側は加熱部１９の序盤であり、口部加熱部３０と胴部加熱部２９が同時に設けられている。右側は加熱部１９の終盤であり、胴部加熱部２９のみが設けられている。プリフォームの加熱装置１４は、少なくとも加熱部１９及び駆動部２８を有する。駆動部２８には、モーター、動作伝達手段等が備えられる。駆動部２８の装備は潤滑剤を必要として、汚れが蓄積されるため無菌性を維持することは困難である。
プリフォームの加熱装置１４の加熱部１９は加熱部チャンバー１８により遮蔽されており、プリフォームの加熱装置１４を運転する前に、加熱部チャンバー１８内は殺菌されることが好ましい。その後無菌エアが加熱部チャンバー１８内に供給され、加熱部チャンバー１８内が陽圧に保持されることより、殺菌されたプリフォーム１の無菌性を維持した状態で、プリフォーム１はボトル２に成形可能な温度に加熱される。
加熱部チャンバー１８には、加熱部チャンバー１８内を殺菌するために殺菌装置が設けられる。また、加熱部チャンバー１８内を適正な圧力に保持するために、無菌エア供給装置３１及び排気装置３７が設けられる。
加熱部チャンバー１８内がプリフォームの加熱装置１４が運転される前に殺菌されるために、加熱部チャンバー１８には殺菌装置が設けられる。殺菌装置とは加熱部チャンバー１８内に殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物を吹き付ける殺菌剤ノズル４６及び殺菌剤のガスを生成する殺菌剤ガス生成器３９等である。
図８に示すように、加熱部チャンバー１８の壁面に殺菌剤ノズル４６が設けられ、殺菌剤ノズル４６から、殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が加熱部チャンバー１８内に吹き付けられる。殺菌剤ノズル４６からは、図４に示す殺菌剤ガス生成器３９により生成された殺菌剤のガスが、加熱部チャンバー１８内の加熱部１９及び加熱チャンバー１８の壁面に吹き付けられる。使用する殺菌剤及び殺菌剤ガスの生成条件は、プリフォーム１を殺菌する場合の殺菌剤及び殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物の生成条件と同様である。
図４に示す殺菌剤ガス生成器３９により発生する殺菌剤のガスは、無菌加熱エアと混合され、殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物となって、殺菌剤ノズル４６から加熱部チャンバー１８内に吹き付けられる。殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物の吹き付け量は任意であるが、吹き付け量は、殺菌剤ガス生成器３９に供給される殺菌剤の量と吹き付け時間により決まる。殺菌剤ガス生成器３９は複数備えても構わない。殺菌剤を過酸化水素水とした場合、過酸化水素の濃度として１ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌの範囲が適当である。１ｍｇ／Ｌ未満では殺菌が不十分となり、２０ｍｇ／Ｌを超えると加熱部チャンバー１８内の部材を劣化させるおそれがある。また、殺菌剤ノズル４６から、殺菌剤を２流体スプレーによりミスト化して、加熱部チャンバー１８内に吹き付けても構わない。この場合、ヒーター１５に向けて殺菌剤のミストを吹き付け、ヒーター１５の熱により殺菌剤を気化させても構わない。
また、殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物を加熱部チャンバー１８内に吹き付けている状態で加熱部１９を運転させることにより、加熱部１９の装置への殺菌剤付着量のバラツキを抑えながら加熱部チャンバー１８内を殺菌することも可能である。具体的には、加熱部チャンバー１８内にあるスピンドル２７、グリッパ４３、無端チェーン１２及びプーリ１３ａ及びプーリ１３ｂ等を駆動させることで、これらの装置の表面全体に殺菌剤を均一に付着させることができる。
殺菌剤ノズル４６から加熱部チャンバー１８内に、殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が吹き付けられた後に、加熱部チャンバー１８内に無菌エアが吹き付けられる。無菌エアは、加熱部チャンバー１８内に残存する殺菌剤を気化させて除去する。また、この際、気化する殺菌剤が殺菌効果を発揮する場合もある。
無菌エアを加熱部チャンバー１８内に下部から吹き付けるため、図８に示すように、加熱部チャンバー１８の下部に無菌エア供給装置３１が設けられる。無菌エア供給装置３１はブロワ３２及び除菌フィルタ３４を備える。また、無菌エアを加熱する場合もあり、ブロワ３２と除菌フィルタ３４の間に無菌エア加熱装置３３を設けることが好ましい。
ブロワ３２によるエアが無菌エア加熱装置３３により加熱され、除菌フィルタ３４により除菌された後に、無菌ホットエアとなって加熱部チャンバー１８内に下部から吹き付けられる。無菌エアは加熱されなくても構わないが、加熱されることで、殺菌剤の除去が速やかに行われ、殺菌剤の殺菌効果も高まる。プリフォームの加熱装置１４の稼働時に加熱部チャンバー１８内の無菌性を維持するために、加熱部チャンバー１８内に無菌エアを供給する場合、無菌エアを加熱しなくても構わない。
プリフォームの加熱装置１４を運転する前の加熱部チャンバー１８内の殺菌において、殺菌剤ノズル４６により、殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が吹き付けられることにより、ＨＥＰＡフィルタ等からなる除菌フィルタ３４の内面側も殺菌される。
加熱部チャンバー１８内はヒーター１５によって加熱されるために、上昇気流が発生する。この上昇気流と同一の方向に無菌エアを流す方が、上方から下方に無菌エアを流すよりも、加熱部チャンバー１８内で乱流を生じることなくスムーズに無菌エアを流すことができる。したがって、無菌エアは加熱部チャンバー１８の下部から上部に吹き込む。下部から吹き込まれた無菌エアは図８に示すように、ヒーター１５及びリフレクター１６の外側及び内側を上部に向かって流れていく。
プリフォーム１の加熱を効率良く行うために、ヒーター１５とリフレクター１６の間に流す無菌エアの流量を、プリフォーム１の下部に設ける板の開口面積を調整することにより制御しても構わない。また、無菌エアを加熱することで、ヒーター１５とリフレクター１６の間の無菌エアの流れによる冷却効果を抑制しても構わない。
図８に示すように、加熱部チャンバー１８の上部に排気装置３７を設け、無菌エアをプリフォームの加熱装置１４の機外に排気することにより、加熱部チャンバー１８内の圧力を適正に保持しても構わない。図８に示すように、圧力センサー３８が加熱部チャンバー１８の上部に設けられることにより、加熱部チャンバー１８内の圧力は常に測定される。測定される圧力値によりブロワ３２及び排気装置３７を制御して、加熱部チャンバー１８内の圧力を適正に保持する。
加熱されたプリフォーム１は、図１に示すように、スピンドル２７から解放され、ホイール１７のグリッパに受け渡され、さらにブロー成型機２０に搬送される。ホイール１７で、プリフォーム１の口部１ａに無菌エアを吹き付けても構わない。プリフォーム１は無菌性を維持しつつ、ブロー成形機２０の成形部２１に備えられた金型２３に供給される。
成形部チャンバー２２内は、ブロー成形機２０の運転前に過酸化水素水等の殺菌剤により殺菌され、稼働しているときは無菌エアが供給され、成形部チャンバー２２内の無菌性は維持される。成形部チャンバー２２内を殺菌剤により殺菌するために、成形部チャンバー２２の壁面には加熱部チャンバー１８と同様に殺菌剤を噴霧するための殺菌剤ノズルが設けられる。成形部チャンバー２２の無菌性が維持されることにより、成形されるボトル２も無菌性を有する。
ブロー成形機２０に受け渡されたプリフォーム１は図９に示すように、ボトル２に成形される。ホイール１７から、金型２３の割型２３ａ及び底型２３ｂが閉じることでプリフォーム１はブロー成形機２０に受け渡される。その後、ブローノズル４７がプリフォーム１の口部１ａに接合され、延伸ロッド４８がブローノズル４７に設けられた孔に誘導されてプリフォーム１内に挿入され、同時に図示しないバルブブロックの電磁弁の動作により中圧エア及び高圧エアが順次プリフォーム１に送り込まれ、プリフォーム１はボトル２に成形される。
ブロー成形機２０により成形されたボトル２は、図１０に示すようにグリッパ４３により金型２３から取り出され、ホイール２４を経て、検査部チャンバーに搬送される。検査部チャンバーで検査され、欠陥がないと判断されたボトル２は充填部チャンバーに搬送され、殺菌された内容物が充填され、殺菌された蓋材により密封され、無菌製品として非無菌雰囲気に搬出される。検査部では、ボトル２の胴部、口部１ａの天面、サポートリング１ｂ、底部等の異物、変色、キズ等について検査し、限度を超えると判断された場合、欠陥を有するボトル２は無菌充填機の外部に排出される。検査は行われなくても構わない。
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、本発明の要旨内において種々変更可能である。
１…プリフォーム
２…ボトル
５…殺菌部チャンバー
１２…無端チェーン
１３ａ、１３ｂ…プーリ
１４…プリフォームの加熱装置
１５…ヒーター
１６…リフレクター
１８…加熱部チャンバー
１９…加熱部
２９…胴部加熱部
３０…口部加熱部
３６…口部保護材
４５…集光器
４９…冷風吹き付けノズル

Claims (2)

  1. 過酸化水素を含む殺菌剤が吹き付けられたプリフォームを、ボトルにブロー成形するための温度に加熱する前記プリフォームの加熱方法であって、
    前記プリフォームの口部の加熱を、ハロゲンランプから照射される近赤外線を前記プリフォームの前記口部に集光することにより、前記プリフォームの前記口部を５０℃〜７０℃に加熱することを特徴とするプリフォームの加熱方法。
  2. 請求項１に記載のプリフォームの加熱方法において、
    前記プリフォームの胴部を９０℃〜１４０℃に加熱することを特徴とするプリフォームの加熱方法。
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