JPWO2018061089A1 - 無菌充填包装機及び内容物のフィルム包装袋への無菌充填方法 - Google Patents

Abstract

液体の過酸化水素を用いずにフィルムを滅菌することを課題とする。無菌充填包装機１１は、気体過酸化水素の供給装置２４と、帯状フィルムＦが通り、供給装置２４から気体過酸化水素が供給される滅菌チャンバー１５と、滅菌チャンバー１５の下流に位置し、帯状フィルムＦが通る換気チャンバー１６と、換気チャンバー１６の換気を行う換気装置Ｆ１，Ｆ３と、換気チャンバー１６の下流に位置する充填包装チャンバー１７であって、帯状フィルムＦを袋状のフィルム包装袋に成形するフィルム成形装置１７ｄと、フィルム包装袋内に内容物を充填する充填装置３５と、を備えた充填包装チャンバー１７と、を有する。

Description

本発明は、フィルムを製袋し、液体などの内容物を無菌充填する無菌充填包装機と、内容物のフィルム包装袋への無菌充填方法に関し、特に、包装袋となる帯状フィルムを滅菌するための構成に関する。

従来から、フィルム包装袋となる帯状フィルムを滅菌する機能を備えた無菌充填包装機が知られている。国際公開第２０１０／１１６５１９号には、帯状フィルムを液体の過酸化水素が充填された滅菌槽に通し滅菌する装置が記載されている。帯状フィルムは滅菌槽の下流側のフィルム乾燥チャンバーで乾燥させられ、その後フィルム成形機で袋状に製袋され、内容物が充填され、シールされる。

過酸化水素は人体に有害であるため、袋の内容物が特に飲食物、経腸栄養食などである場合、規定値以上の量の過酸化水素がフィルム包装袋の内部に残存しないよう、あらかじめ過酸化水素を十分に除去する必要がある。しかし、液体の過酸化水素を除去するためには、長時間にわたる送風及び加熱のプロセスが必要となる。連続的に搬送される帯状フィルムから送風及び加熱によって過酸化水素を除去するためには大きな空間と長い時間を必要とする。このことは装置の巨大化とともに、長時間の送風及び加熱に伴うフィルムの劣化につながる。

本発明は、液体の過酸化水素を用いずにフィルムの滅菌が可能な無菌充填包装機を提供することを目的とする。

本発明の無菌充填包装機は、気体過酸化水素の供給装置と、帯状フィルムが通り、供給装置から気体過酸化水素が供給される滅菌チャンバーと、滅菌チャンバーの下流に位置し、帯状フィルムが通る換気チャンバーと、換気チャンバーの換気を行う換気装置と、換気チャンバーの下流に位置する充填包装チャンバーであって、帯状フィルムを袋状のフィルム包装袋に成形するフィルム成形装置と、フィルム包装袋内に内容物を充填する充填装置とを備えた充填包装チャンバーと、を有する。

本発明によれば、帯状フィルムは気体過酸化水素によって滅菌される。帯状フィルムに付着した気体過酸化水素は、換気が行われている換気チャンバーに導入され、換気のための空気とともに排出される。従って、過酸化水素を帯状フィルムから除去するための工程が簡略化され、また、帯状フィルムが高温に晒されることもなくなる。

よって、本発明によれば、液体の過酸化水素を用いずにフィルムの滅菌が可能な無菌充填包装機を提供することができる。

本発明の無菌充填包装機で製造される包装袋の一例を示す外形図である。 本発明の一実施形態に係る無菌充填包装機の全体構成図である。 閉鎖時のゲートを示す概念図である。 口栓通過時のゲートを示す概念図である。 混合器の概念図である。 本発明の一実施形態に係る無菌充填方法の概略フロー図である。 立ち上げ時滅菌工程における除湿・予熱工程の説明図である。 立ち上げ時滅菌工程における滅菌工程の説明図である。 立ち上げ時滅菌工程におけるエアレーション工程の説明図である。 生産時滅菌工程の説明図である。 スタンダードラップシールの概念図である。 リバースラップシールの概念図である。 フィンシールの概念図である。 他の包装袋の一例を示す外形図である。 他の包装袋の一例を示す外形図である。

１，１０１，２０１ フィルム包装袋
２，１０２，２０２ 口栓
１１ 無菌充填包装機
１２ フィルム供給装置
１３ 口栓取付装置
１４ 前室
１５ 滅菌チャンバー
１６ 換気チャンバー
１７ 充填包装チャンバー
１７ｄ フィルム成形装置
１８ 水素分解カラム
１９ａ〜１９ｃ 第１〜第３のゲート
２４ 気体過酸化水素の供給装置
２８ 気化器
２９ 混合器
３５ 充填装置
３６ 縦シール機構
３７ 横シール機構
３８ シゴキローラ
Ｆ 帯状フィルム
Ｆ１〜Ｆ４ 第１〜第４のファン
Ｌ１〜Ｌ１４ 第１〜第１４の管路
Ｖ１〜Ｖ４ 第１〜第４の弁

図１に本発明の無菌充填包装機で製造されるフィルム包装袋１の一例を示す。フィルム包装袋１は立てた状態で置くことができる口栓付の自立袋（スタンディング袋）である。フィルム包装袋１の口栓２がある辺は、フィルムを中央で折り返し、重なった端辺同士を、口栓２の基部３を挟むように熱融着することで形成されている。口栓２がある辺の反対の側の辺、すなわちフィルム包装袋１の底部は、フィルムを内側に折り込みながら熱融着することで形成されている。これらの辺のシールは縦シール４と呼ばれる。フィルム包装袋１の他の２辺も熱融着されており、これらの辺のシールは横シール５と呼ばれる。本発明は口栓２のないフィルム包装袋の製造に適用することもできる。以下の説明で、フィルム包装袋１は飲食物などの内容物が充填された包装袋である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図２は本発明の一実施形態に係る無菌充填包装機の概略全体構成図を示している。以下の説明で、「ファン」はブロアを含む概念として用いられる。「管路」は配管とダクトのいずれであってもよい。図２及び図６〜９において、破線は帯状フィルムとフィルム包装袋を示している。

本実施形態の無菌充填包装機１１は、フィルム供給装置１２と、口栓取付装置１３とを有している。フィルム供給装置１２からは、無菌環境下にない（すなわち、通常は菌が付着している）帯状の連続フィルム（以下、帯状フィルムＦという）が繰り出される。図示は省略するが、フィルム供給装置１２は繰り出されている帯状フィルムＦのロールと、待機している帯状フィルムＦのロールとを保持しており、繰り出されている帯状フィルムＦが消費されたときに無菌充填包装機１１の動作を停止させないで待機している帯状フィルムＦに切り替える機構を備えている。繰り出されている帯状フィルムＦの側縁部には、口栓取付装置１３によって口栓２が取り付けられる。

口栓２が取り付けられた帯状フィルムＦは、駆動ローラ（図示せず）で規制される搬送経路を通り、前室１４を介して滅菌チャンバー１５に進入する。滅菌チャンバー１５に供給された帯状フィルムＦは、気体過酸化水素によって滅菌される。前室１４は滅菌チャンバー１５の上流側で滅菌チャンバー１５に隣接しており、滅菌チャンバー１５に充填された気体過酸化水素が無菌充填包装機１１の外部へ漏えいすることを抑制する。気体過酸化水素の無菌充填包装機１１の外部への漏えいをさらに抑えるため、前室１４は換気装置を備えている。すなわち、前室１４には第４のファンＦ４から第７の管路Ｌ７を介して外気が導入される。滅菌チャンバー１５から前室１４内に漏えいする可能性のある微量の気体過酸化水素は、前室１４に接続された第９の管路Ｌ９から外気とともに排出され、第９の管路Ｌ９に接続された第８の管路Ｌ８を通って過酸化水素分解カラム１８に導入される。過酸化水素は過酸化水素分解カラム１８で水と酸素に分解され、大気に放出される。

気体過酸化水素の無菌充填包装機１１の外部への漏えいをさらに抑えるため、前室１４の入口には口栓２が通過するときだけ開き、それ以外のときは閉止する第１のゲート１９ａが設けられている。さらに、前室１４と滅菌チャンバー１５の間には、第１のゲート１９ａと同様の構成の第２のゲート１９ｂが設けられている。図３Ａ，３Ｂに第１のゲート１９ａの概念を示す。第１のゲート１９ａは２つのゲート板２０ａ，２０ｂから構成されており、それぞれのゲート板２０ａ，２０ｂは回転中心２１ａ，２１ｂの周りを回転することができる。引張力が加えられたコイルばね２２の両端がそれぞれのゲート板２０ａ，２０ｂの支持部２３ａ，２３ｂに支持されている。この引張力による付勢力によって２つのゲート板２０ａ，２０ｂは互いに当接しており、第１のゲート１９ａは閉められている。これにより、前室１４は滅菌チャンバー１５から隔離される。図３Ｂに示すように、口栓２は第１のゲート１９ａを通過する際に第１のゲート１９ａに押圧力を印加する。口栓２はコイルばね２２の付勢力に打ち勝って第１のゲート１９ａを開き、第１のゲート１９ａを通過して、前室１４から滅菌チャンバー１５に移動する。口栓２が滅菌チャンバー１５に移動すると、第１のゲート１９ａは再びコイルばね２２の引張力によって図３Ａに示す状態に復帰する。ゲート板２０ａ，２０ｂに付勢力を与えることができる限り、コイルばね２２以外の任意の弾性体を用いることができる。

以上の構成によって、前室１４は通常、滅菌チャンバー１５から隔離されており、口栓２が通過するときなどに前室１４に漏えいする可能性のある微量の過酸化水素も、無菌充填包装機１１の外部に漏えいすることなく、過酸化水素分解カラム１８で処理される。

本実施形態では、ゲートは前室１４の入口及び前室１４と滅菌チャンバー１５の間の他、後述するように、滅菌チャンバー１５と換気チャンバー１６の間、換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７の間にも設けられている。しかし、ゲートはこれらのすべての位置に設けなくてもよく、少なくともいずれかに設けられていればよい。

本実施形態において、前室１４の換気を行う換気装置は、第７の管路Ｌ７に接続された第４のファンＦ４（給気ファン）と、第８の管路Ｌ８上に設けられた第３のファンＦ３（排気ファン）であるが、第３の管路Ｌ３から分岐管を設け、第３の管路Ｌ３上に設けられた第１のファンＦ１の給気を前室１４に供給することもできる。

前室１４には電気ヒーター１４ａが設けられている。帯状フィルムＦの滅菌効果を高めるためには滅菌チャンバー１５中の気体過酸化水素の濃度を上げることが必要であり、そのためには気体過酸化水素の凝縮を防止することが望ましい。帯状フィルムＦの表面温度が低いと気体過酸化水素の一部がフィルム表面に凝縮して付着する。これにより、滅菌チャンバー１５中の気体過酸化水素の一部が失われ、気体過酸化水素の濃度が上がらなくなる。また、フィルム表面に付着した過酸化水素を後述する換気チャンバー１６で除去することも難しくなる。そのため、前室１４の壁面に電気ヒーター１４ａを設け、滅菌チャンバー１５に入る前の帯状フィルムＦを予熱している。電気ヒーター１４ａは前室１４の手前に設けることもでき、また、場合により省略することもできる。

滅菌チャンバー１５は、袋状に成形される前の、口栓２が付いた帯状フィルムＦを滅菌する。口栓２と帯状フィルムＦは同時に滅菌される。滅菌チャンバー１５には気体過酸化水素が充填されている。気体過酸化水素の濃度は、ボツリヌス菌などの菌を十分に滅菌できる程度の高い値に予め定められる。滅菌チャンバー１５には、複数の上部ローラ１５ａと複数の下部ローラ１５ｂが交互に配置されており、帯状フィルムＦは滅菌チャンバー１５内を蛇行しながら引き回される。これによって、滅菌チャンバー１５の容積を抑えながら、長い滅菌時間を確保することができる。滅菌チャンバー１５の上部には気体過酸化水素のスプレイ管１５ｃが設けられており、気体過酸化水素を滅菌チャンバー１５内に均等に拡散させることができる。滅菌チャンバー１５の内部に塵埃が侵入することを防止するため、滅菌チャンバー１５は無菌充填包装機１１の外部に対して正圧に維持されている。

滅菌チャンバー１５の外壁には電気ヒーター１５ｄが設けられている。電気ヒーター１５ｄによって滅菌チャンバー１５全体の温度が一定の温度に制御され、滅菌チャンバー１５の気体過酸化水素の濃度を維持することができる。環境条件によっては電気ヒーター１５ｄを省略することもでき、あるいは電気ヒーター１５ｄの代わりに保温材を設けることもできる。

滅菌チャンバー１５には気体過酸化水素を排出するための第１０の管路Ｌ１０が接続されている。第１０の管路Ｌ１０は第８の管路Ｌ８を介して過酸化水素分解カラム１８と接続されており、滅菌チャンバー１５から排出された気体過酸化水素は過酸化水素分解カラム１８で処理される。

気体過酸化水素は気体過酸化水素の供給装置２４から滅菌チャンバー１５に供給される。滅菌チャンバー１５は第１の管路Ｌ１によって供給装置２４と接続されている。供給装置２４は、気体過酸化水素の供給部と、空気供給部と、気体過酸化水素と空気の混合器２７と、からなっている。空気供給部は外気を供給する第２のファンＦ２と、電気ヒーター２５と、ヘパフィルター２６とを有し、これらは第４の管路Ｌ４上に設置されている。第４の管路Ｌ４は第３の管路Ｌ３の中性能フィルター３１の出口側から分岐しているため、除湿された清浄な外気を供給することができる。電気ヒーター２５を設けることで外気温度が高められ、外気と混合される気体過酸化水素の凝縮が抑制される。

気体過酸化水素の供給部は気化器２８を備えている。気化器２８では過酸化水素水と空気の混合物（過酸化水素水溶液）が加熱、蒸発されて気体過酸化水素が生成される。混合器２９では気体過酸化水素が、キャリアガスである空気と混合される。気化器２８は第５の管路Ｌ５によって混合器２９に接続されている。図４に混合器２９の概念図を示している。混合器２９は、第４の管路Ｌ４と第１の管路Ｌ１に接続され外気が流れる母管２９ａと、母管２９ａの内部に設けられた概ねＬ型形状の屈曲配管２９ｂと、を有している。屈曲配管２９ｂは母管２９ａの管壁を通って第５の管路Ｌ５と連通し、母管２９ａの内部を母管２９ａとの接続部から第１の管路Ｌ１、すなわち滅菌チャンバー１５に向かって屈曲している。従って、気化器２８から供給される気体過酸化水素は第５の管路Ｌ５を通って屈曲配管２９ｂに導入され、母管２９ａを流れる空気流と合流する。第４の管路Ｌ４から供給される外気の温度は電気ヒーター２５によって十分に高められているが、気体過酸化水素は外気と直接接触することで冷却され、凝縮する可能性がある。凝縮が生じると気体過酸化水素が所望の濃度に達しない可能性が高まる。本実施形態では、気体過酸化水素は屈曲配管２９ｂを通って空気流と合流するため、外気と徐々に接触し急激な温度変化が防止される。

換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７には換気のための外気が導入される。第３の管路Ｌ３に沿って除湿器３０と、中性能フィルター３１と、第１のファンＦ１と、電気ヒーター３２と、ヘパ・ウルパフィルター３３とが配置されている。ヘパ・ウルパフィルター３３はヘパフィルターとウルパフィルターが一体化されたフィルターであり、高い粒子の捕捉効率を有する。これによって、高温、低湿度で清浄な空気が第３の管路Ｌ３を通って換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７に供給される。

第１の管路Ｌ１から第２の管路Ｌ２が分岐している。第２の管路Ｌ２はヘパ・ウルパフィルター３３の入口側、より詳細には電気ヒーター３２とヘパ・ウルパフィルター３３の間で第３の管路Ｌ３に合流している。第１の弁Ｖ１が第２の管路Ｌ２に設けられている。第２の弁Ｖ２が第３の管路Ｌ３の第２の管路Ｌ２の合流部の上流側に設けられている。第１の弁Ｖ１と第２の弁Ｖ２の開閉は、後述する立ち上げ時滅菌工程と生産時滅菌工程とを切り替えるように制御部３４によって制御される。

滅菌チャンバー１５の下流には帯状フィルムＦが通る換気チャンバー１６が設けられている。本実施形態では一つの換気チャンバー１６が設けられているが、複数の換気チャンバーを直列に配置することもできる。換気チャンバー１６は滅菌チャンバー１５で帯状フィルムＦに付着した気体過酸化水素、及び滅菌チャンバー１５から換気チャンバー１６に漏えいした気体過酸化水素を除去（エアレーション）するために設けられている。換気チャンバー１６には第３の管路Ｌ３から分岐する第６の管路Ｌ６と、第１１の管路Ｌ１１が接続されている。第１１の管路Ｌ１１は第８の管路Ｌ８を介して第３のファンＦ３（排気ファン）に接続されている。第６の管路Ｌ６から供給された高温、低湿度で清浄な空気は帯状フィルムＦに付着した気体過酸化水素を捕捉し、第１１の管路Ｌ１１から排出させる。滅菌チャンバー１５と換気チャンバー１６の間には、図３を参照して説明した前室１４と滅菌チャンバー１５の間の第１のゲート１９ａと同様の構成の第３のゲート１９ｃが設けられている。このため、換気チャンバー１６はほぼ滅菌チャンバー１５から隔離されているが、微量の気体過酸化水素が滅菌チャンバー１５から換気チャンバー１６に漏えいする可能性がある。第６の管路Ｌ６から供給された清浄な空気はこのようにして換気チャンバー１６に漏えいする気体過酸化水素を除去することができる。

本実施形態において、換気チャンバー１６の換気を行う換気装置は、第３の管路Ｌ３上に設けられた第１のファンＦ１（給気ファン）と、第８の管路Ｌ８上に設けられた第３のファンＦ３（排気ファン）であるが、専用の管路上に専用のファンを設けることもできる。

換気チャンバー１６の下流には充填包装チャンバー１７が設けられている。充填包装チャンバー１７に塵埃や菌が入り込まないように、充填包装チャンバー１７は無菌充填包装機１１の外部に対し正圧に保持されている。

充填包装チャンバー１７は帯状フィルムＦの蛇行を修正する蛇行修正部１７ａと、帯状フィルムＦを搬送するフィルム送りモータ１７ｂと、間欠的に動作して帯状フィルムＦの張力を一定にするダンサローラ部１７ｃと、を有している。帯状フィルムＦはこれらの装置に沿って搬送されながら蛇行を修正され、張力を一定にされる。この間、帯状フィルムＦに付着している可能性のある気体過酸化水素は充填包装チャンバー１７内の換気によって除去される。従って、充填包装チャンバー１７は第２の換気チャンバーとしての機能も有している。

充填包装チャンバー１７は帯状フィルムＦを袋状のフィルム包装袋１に成形するフィルム成形装置１７ｄを有している。フィルム成形装置１７ｄは、ほぼ水平に搬送される帯状フィルムＦの向きを下方に変えながら、帯状フィルムＦをその幅方向の両側縁部が重なり合うように折り返す。この際、口栓２の基部３は両側縁部の間に挟まれる。フィルム成形装置１７ｄを出たフィルムは筒状に成形されている。

充填包装チャンバー１７はフィルム包装袋１内に内容物を充填する充填装置３５を有している。充填装置３５は筒状に形成されたフィルムの内部を延びる投入パイプ３５ａを有している。投入パイプ３５ａはフィルム成形装置１７ｄを貫通して上方に延びており、第１３の管路Ｌ１３を介して内容物を供給する第１４の管路Ｌ１４に接続されている。また、第１３の管路Ｌ１３はヘパ・ウルパフィルター３３の下流側で第３の管路Ｌ３から分岐する第１２の管路Ｌ１２に接続されている。第１２の管路Ｌ１２には第３の弁Ｖ３が、第１４の管路Ｌ１４には第４の弁Ｖ４が設けられており、これらの弁の開閉は制御部３４で制御される。

充填包装チャンバー１７は内容物が充填されたフィルム包装袋１をシールするシール装置を有している。シール装置は縦シール４を形成する縦シール機構３６と、横シール５を形成する横シール機構３７と、を有している。縦シール機構３６は、フィルムの折り返し部分を熱融着する。縦シール機構３６はこれと同時に、口栓２の基部３を挟んで対向するフィルムの縁部同士を熱融着し、口栓２をフィルムに最終的に固定する。このようにして、筒状に成形されたフィルムから口栓２の付いた袋状のフィルムが形成される。横シール機構３７は、投入パイプ３５ａの先端（内容物吐出口）の下方に、フィルムを挟んで対向配置された一対の横シールバー（図示せず）を有し、フィルムをその幅方向（鉛直方向に沿ったフィルム送り方向に直角な方向、すなわち水平方向）に沿って、かつ全幅にわたって熱融着する。横シール５によって、筒状のフィルム内の底部が形成され、投入される内容物が袋状のフィルム内に保持される。上下方向に隣接する２つの横シール５によって区画された部分が１つのフィルム包装袋１となる。横シール機構３７は、フィルムを横シール５において幅方向に沿って切断するためのカッター（図示せず）をさらに備えていてもよい。横シール５でフィルムを切断することにより、互いに分離されたフィルム包装袋１が得られる。

充填包装チャンバー１７はさらに一対のシゴキローラ３８を備えている。一対のシゴキローラ３８は、投入パイプ３５ａの下方でかつ横シール機構３７の上方に、フィルムの通過経路を挟んで対向配置されている。シゴキローラ３８は、フィルムを鉛直下方に送る向きに回転するとともに、互いに近接、離反する方向に移動することができる。シゴキローラ３８は、フィルムをその全幅にわたって加圧することができる長さを有している。内容物がシゴキローラ３８よりも高い位置まで投入されている状態で一対のシゴキローラ３８を閉じることにより、フィルムはシゴキローラ３８の加圧力で押しつぶされて、内容物が上下に分離される。シゴキローラ３８を閉じたまま回転させると、シゴキローラ３８よりも上方の内容物はシゴキローラ３８の上方に溜まったままとなる。シゴキローラ３８によって筒状のフィルムが押し潰されつつ、シゴキローラ３８よりも下方の内容物のみがフィルムとともに送られる。シゴキローラ３８で押し潰されたフィルムの部分を横シール機構３７で熱融着することで、内部に空気が混入されないフィルム包装袋１を製造することができる。内部に空気が混入しないため、内容物の酸化を防止することができ、また、万が一充填包装チャンバー１７内に過酸化水素が残留した場合も、過酸化水素がフィルム包装袋１に混入する可能性が低減する。シゴキローラ３８の近傍には、フィルムを下方に搬送する搬送機構（図示せず）が設けられている。

充填包装チャンバー１７には第３の管路Ｌ３の端部と第８の管路Ｌ８の端部が開口している。これにより、充填包装チャンバー１７の清浄な空気による換気が行われる。仮に帯状フィルムＦに微量の気体過酸化水素が付着していても、そのような気体過酸化水素は内容物の充填前に実質的に除去される。また、換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７の間には、図３を参照して説明した前室１４と滅菌チャンバー１５の間の第１のゲート１９ａと同様の構成の第４のゲート１９ｄが設けられており、充填包装チャンバー１７はほぼ換気チャンバー１６から隔離されている。このため、充填包装チャンバー１７の内部は実質的に無菌状態に保たれる。

本実施形態において、充填包装チャンバー１７の換気を行う換気装置は、第３の管路Ｌ３上に設けられた第１のファンＦ１（給気ファン）と、第８の管路Ｌ８上に設けられた第３のファンＦ３（排気ファン）であるが、専用の管路上に専用のファンを設けることもできる。

次に本実施形態の無菌充填包装機１１の運転方法の一例を説明する。図５に無菌充填方法の各工程を示している。無菌充填包装機１１は立ち上げ時滅菌工程と生産時滅菌工程の２つの運転モードで運転される。立ち上げ時滅菌工程では、無菌充填包装機１１でフィルム包装袋１を製造する前に、無菌充填包装機１１の内部が気体過酸化水素で滅菌される。立ち上げ時滅菌工程は除湿・予熱工程Ｓ１と、第１の滅菌工程Ｓ２と、第１のエアレーション工程Ｓ３と、からなる。滅菌する対象（以下、滅菌空間という）は、生産時に気体過酸化水素が充填される部分の他、換気用の給気が通る部分と、内容物が通る部分であり、少なくとも、滅菌チャンバー１５、換気チャンバー１６、充填包装チャンバー１７、投入パイプ３５ａ、第１の管路Ｌ１、第３の管路Ｌ３、第６の管路Ｌ６、第１２の管路Ｌ１２、第１３の管路Ｌ１３を含む。生産時滅菌工程はフィルム加熱工程Ｓ４と、第２の滅菌工程Ｓ５と、第２のエアレーション工程Ｓ６と、からなる。

立ち上げ時滅菌工程では、まず除湿・予熱工程Ｓ１が行われる。図６に除湿・予熱工程Ｓ１の説明図を示す。なお、図６〜９において、外気（空気）を「Ａ」、気体過酸化水素を「Ｈ」、外気と気体過酸化水素の混合流を「Ａ＋Ｈ」で示す。まず、第１〜第３のファンＦ１〜Ｆ３を起動する。第２の弁Ｖ２と第３の弁Ｖ３を開け、第４の弁Ｖ４は閉じる。第１の弁Ｖ１は閉じられているが、開けてもよい。電気ヒーター２５，３２を作動させ、外気温度を上昇させる。外気の一部は第３の管路Ｌ３と第６の管路Ｌ６を通り換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７に供給され、第１２の管路Ｌ１２、第１３の管路Ｌ１３を通って投入パイプ３５ａにも供給される。残りの外気は第３の管路Ｌ３から第４の管路Ｌ４に流入し、第１の管路Ｌ１を通って滅菌チャンバー１５に供給される。外気の相対湿度は除湿器３０による除湿と電気ヒーター２５，３２による加熱によって低下する。これによって、次の第１の滅菌工程Ｓ２における気体過酸化水素の凝縮（結露）が防止される。気体過酸化水素の凝縮が生じると、第１のエアレーション工程Ｓ１で、換気チャンバー１６や充填包装チャンバー１７などでの過酸化水素の除去に時間を要する。また、気体過酸化水素の凝縮を防止することで、滅菌空間の気体過酸化水素の濃度を高めることができる。外気の状態によっては電気ヒーター２５，３２による加熱を省略することもできる。また、第１のファンＦ１を起動せず、第２の弁Ｖ２を閉じてもよいが、この場合は第１の弁Ｖ１を開く。

次に、第１の滅菌工程Ｓ２を行う。図７に第１の滅菌工程の説明図を示す。まず、第１の弁Ｖ１を開け、第２の弁Ｖ２を閉じる。第１のファンＦ１は停止する。次に、気体過酸化水素の供給装置２４に過酸化水素水と空気を供給し過酸化水素水溶液を作成する。過酸化水素水溶液は過酸化水素と水を所定の割合で混合したものである。次に、気化器２８で過酸化水素水溶液を加熱蒸発させ、気体過酸化酸素を作成する。次に、混合器２９で気体過酸化酸素をキャリアガスである空気流と混合し、第１の管路Ｌ１に供給する。これによって気体過酸化水素の一部が第２の管路Ｌ２と第３の管路Ｌ３を通って換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７に供給され、換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７が滅菌される。気体過酸化水素が通る第２の管路Ｌ２と第３の管路Ｌ３も滅菌される。気体過酸化水素の一部は第１２の管路Ｌ１２と第１３の管路Ｌ１３を通り投入パイプ３５ａに導入される。これによって、第１２の管路Ｌ１２、第１３の管路Ｌ１３及び投入パイプ３５ａが滅菌される。残りの気体過酸化水素は第１の管路Ｌ１を通って滅菌チャンバー１５に供給され、第１の管路Ｌ１と滅菌チャンバー１５が滅菌される。第２の管路Ｌ２がヘパ・ウルパフィルター３３の上流側で第３の管路Ｌ３に合流しているため、ヘパ・ウルパフィルター３３も気体過酸化水素で滅菌される。このため、ヘパ・ウルパフィルター３３に付着した菌が生産時滅菌工程で剥離して充填包装チャンバー１７に侵入する可能性が低減する。第１の滅菌工程Ｓ２では第２のファンＦ２と第３のファンＦ３は起動したままとすることが望ましい。これによって、高温の乾燥した空気が気体過酸化水素とともに供給され、気体過酸化水素の凝縮（結露）が防止され、滅菌空間の気体過酸化水素の濃度を高めることができる。

次に、第１のエアレーション工程Ｓ３を行う。図８に第１のエアレーション工程Ｓ３の説明図を示す。第１の弁Ｖ１を閉じて気体過酸化水素の換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７への供給を停止する。第１のファンＦ１を起動し、第２の弁Ｖ２を開け、高温の乾燥した空気を換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７に供給する。換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７の気体過酸化水素は排出される。これによって、換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７は滅菌され、かつ気体過酸化水素が実質的にない状態となる。同様に、第３の管路Ｌ３、第６の管路Ｌ６、第１２の管路Ｌ１２、第１３の管路Ｌ１３及び投入パイプ３５ａも滅菌され、かつ気体過酸化水素が実質的にない状態となる。一方、滅菌チャンバー１５へは気体過酸化水素が引き続き供給され、高温の乾燥した空気も第２のファンＦ２によって滅菌チャンバー１５に供給され続ける。これによって、生産時滅菌工程に容易に移行することができる。以上の工程で排気に含まれる気体過酸化水素は第８の管路Ｌ８を通って過酸化水素分解カラム１８で処理され、大気に放出される。第１のファンＦ１は他のファンより容量が大きいため、洗浄後の投入パイプ３５ａの乾燥も同時に行うことができる。

次に、生産時滅菌工程を説明する。上述のように、生産時滅菌工程はフィルム加熱工程Ｓ４と、第２の滅菌工程Ｓ５と、第２のエアレーション工程Ｓ６と、からなる。これらの工程は帯状フィルムＦの処理の流れに着目した工程であり、実際には同時に行われる。図９に生産時滅菌工程の説明図を示す。

まず、滅菌チャンバー１５に気体過酸化水素が供給される。第１の弁Ｖ１は閉じられ、第２の弁Ｖ２は開けられている。第３の弁Ｖ３が閉められ、第４の弁Ｖ４が開けられる。これによって、内容物が第１３の管路Ｌ１３を通って投入パイプ３５ａから供給可能になる。第１〜第３のファンＦ１〜Ｆ３は起動している。気体過酸化水素の全量は第１の管路Ｌ１を通って滅菌チャンバー１５に供給される。また、外気が第３の管路Ｌ３を通って換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７に供給される。さらに、第４のファンＦ４が起動され、外気が第７の管路Ｌ７を通って前室１４に供給される。

フィルム供給装置１２が起動され、滅菌されていない帯状フィルムＦはまず前室１４に入る。前室１４は無菌状態ではないため、この段階では帯状フィルムＦは滅菌されない。帯状フィルムＦはフィルム加熱工程Ｓ４において、電気ヒーター１４ａで、表面に気体過酸化水素の凝縮が生じない程度の温度に加熱される。気体過酸化水素の凝縮はフィルムの温度が滅菌チャンバー１５の温度より低い場合に生じやすいため、帯状フィルムＦの温度が滅菌チャンバー１５の温度と同じかそれを上回る場合、フィルム加熱工程Ｓ４は省略することもできる。前室１４は第４のファンＦ４と第３のファンＦ３によって換気されているため、滅菌チャンバー１５から漏えいする可能性のある微量の気体過酸化水素は過酸化水素分解カラム１８で処理される。前室１４は滅菌されていないが、前室１４の機能は滅菌されていない帯状フィルムＦを加熱することと、気体過酸化水素が滅菌チャンバー１５から漏えいすることを防止することであるため、問題とはならない。

次に、第２の滅菌工程Ｓ５が行われる。第１〜第４のファンＦ１〜Ｆ４は起動したままである。帯状フィルムＦは滅菌チャンバー１５に入り、気体過酸化水素によって滅菌される。帯状フィルムＦは前室１４において、気体過酸化水素の凝縮を生じない温度まで加熱されているため、滅菌チャンバー１５内の気体過酸化水素の濃度は所定の値に維持される。帯状フィルムＦに付着した菌は気体過酸化水素によって死滅し、第８の管路Ｌ８から無菌充填包装機１１の外部に排出される。帯状フィルムＦが滅菌チャンバー１５を通る時間は対象となる菌の種類と、残存する菌の単位容積当たり個数の要求値によって異なる。本実施形態では滅菌チャンバー１５における気体過酸化水素の濃度が高い値にされているため、短い時間で十分である。また、滅菌チャンバー１５の温度は高々常温より多少高い程度であり、帯状フィルムＦへのダメージはほとんど生じない。

前述のように滅菌チャンバー１５は無菌充填包装機１１の外部に対し正圧に維持される。これは第２のファンＦ２と第３のファンＦ３の流量を調整することで行うことができる。滅菌チャンバー１５には、高温の乾燥した空気（キャリア空気）が気体過酸化水素とともに供給されるため、気体過酸化水素の凝縮（結露）が防止され、滅菌チャンバー１５の気体過酸化水素の濃度を維持することができる。

次に、第２のエアレーション工程Ｓ６が行われる。帯状フィルムＦは換気チャンバー１６に入る。換気チャンバー１６は第１のファンＦ１と第３のファンＦ３によって連続的に換気される。これによって、帯状フィルムＦの表面に付着している気体過酸化水素が除去される。滅菌チャンバー１５と換気チャンバー１６の間に設けられた第３のゲート１９ｃにより、滅菌チャンバー１５から換気チャンバー１６に漏えいする気体過酸化水素の量は最小限に抑えられる。換気チャンバー１６の温度は常温であるため、帯状フィルムＦへのダメージあるいは帯状フィルムＦのカールや伸びなどの変形はほとんどない。

帯状フィルムＦは次に充填包装チャンバー１７に入る。充填包装チャンバー１７は第１のファンＦ１と第３のファンＦ３によって連続的に換気されているため、充填包装チャンバー１７に侵入した、あるいは帯状フィルムＦに残存した微量の気体過酸化水素はほぼ完全に除去される。充填包装チャンバー１７の温度は常温であるため帯状フィルムＦへのダメージはほとんどない。換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７の間に設けられた第４のゲート１９ｄにより、充填包装チャンバー１７の過酸化水素濃度はほぼゼロとなる。

帯状フィルムＦはフィルム送りモータ１７ｂで搬送されながら、蛇行修正部１７ａで蛇行を修正され、ダンサローラ部１７ｃで張力を一定に調整されフィルム成形装置１７ｄに入る（フィルム成形工程Ｓ７）。帯状フィルムＦはフィルム成形装置１７ｄで筒状に成形され、次に縦シール装置で縦シール４が形成される（縦シール形成工程Ｓ８）。無菌充填包装機１１は連続運転されるため、帯状フィルムＦの底部には横シール５が形成されており、上部だけが開口した袋状の形状となっている。このため、帯状フィルムＦ自体はフィルム成形装置１７ｄの一部ではないが、帯状フィルムＦの内部の、底部の横シール５より上方の空間は、充填包装チャンバー１７の内部と同程に滅菌された空間であり、かつ充填包装チャンバー１７の外部ないし帯状フィルムＦの外部から隔離された空間となる。次に投入パイプ３５ａで内容物を充填し（内容物充填工程Ｓ９）、シゴキローラ３８で帯状フィルムＦを扁平化し、下部に充填された内容物を上方の内容物から分離する。その後横シール装置で、シゴキローラ３８で扁平にされた部分に横シール５を形成し（横シール形成工程Ｓ１０）、横シール５を高さ方向中央部に沿って切断する。横シール５の上半部は次のフィルム包装袋１の底部となる。

生産時滅菌工程では、前室１４、滅菌チャンバー１５、換気チャンバー１６、充填包装チャンバー１７の圧力はほぼ同一とされている。これによって、気体過酸化水素をほぼ滅菌チャンバー１５に閉じ込めることができる。しかし、前室１４と換気チャンバー１６を滅菌チャンバー１５に対してわずかに正圧にすることで、気体過酸化水素をより効果的に滅菌チャンバー１５に閉じ込めることも可能である。

次に本実施形態の効果について説明する。

（１）本実施形態では、口栓の形態は限定されない。従来は、口栓は過酸化水素水溶液に浸漬することで滅菌されている。このため、浸漬時に過酸化水素水溶液が口栓の内面全てに行き渡り、かつ、浸漬後、エアブローで口栓内の過酸化水素水溶液を容易に除去できる形状である必要がある。口栓の開口を下向きにして浸漬させると、口栓の内部に形成される空気溜りのために、口栓の内面の滅菌ができない可能性がある。これを避けるために口栓に仮開口を開ける場合、無菌環境で仮開口のシールが必要となる。口栓の開口を上向きにして浸漬させると、口栓の内部に大量の過酸化水素水溶液が残存し、除去の手間がかかる。これに対し、本実施形態は気体過酸化水素を用いるため、複雑な内面形状の口栓も容易に滅菌することができ、内面に付着した気体過酸化水素も容易に除去することができる。また、汎用の口栓を用い易くなり、フィルム包装袋１のコストを抑えることができる。

（２）本実施形態ではフィルムの劣化を抑えることができる。従来は、液体の過酸化水素を除去するため、エアブローだけでなく、熱風、ヒーター等による加熱手段を用いて過酸化水素を蒸発させることが多い。特に過酸化水素水溶液が残存しやすい口栓の内面はエアブローだけで完全に乾燥させることが困難なため、口栓とその周囲のフィルムが長時間高温に晒され、劣化しやすい。本実施形態では、滅菌チャンバー１５は高々常温より多少高い温度以下に維持され、換気チャンバー１６と充填包装チャンバー１７はほぼ常温である。また、帯状フィルムＦが滅菌チャンバー１５を通過する時間は短時間である。従って、フィルムが熱によって劣化しにくく、フィルム包装袋１の信頼性を高めることができる。また、従来はフィルムを過酸化水素水溶液に浸漬していたため、過酸化水素によるフィルムへのダメージも大きくなる傾向がある。劣化した帯状フィルムＦの蛇行、伸びなどが発生することもある。本実施形態では気体過酸化水素を用いるため、過酸化水素によるダメージも抑制することができる。

（３）無菌充填包装機の構成を単純化できる。前述した国際公開第２０１０／１１６５１９号にも記載されているように、従来の無菌充填包装機には液体の過酸化水素を除去するため大きな容積の乾燥チャンバーが設けられている。また、過酸化水素水の貯蔵タンク、過酸化水素のミストタンク、乾燥用の大容量のファン、ヒーター、大口径の配管などの付帯設備も必要となる。本実施形態では過酸化水素の除去のために比較的容積の小さい換気チャンバー１６を設けるだけでよく、また、換気チャンバー１６内に設備はほとんど不要である。しかも、充填包装チャンバー１７は本来の充填包装機能に加えて換気機能を備えている。よって、本実施形態では無菌充填包装機１１の小型化ないし設置面積の縮小が可能となり、無菌充填包装機１１のコストを抑えることも可能となる。また、従来は口栓の乾燥のために所定の位置に専用のエアナイフを設けることがある。この場合、口栓をエアナイフに対して正確に位置合わせする必要があるが、本実施形態ではそのための設備も不要となる。

（４）生産時滅菌工程に要する時間を短縮できる。上述のように、液体の過酸化水素を除去するためには、エアブロー、加熱等の方法がとられるが、液体の過酸化水素をこれらの方法で除去するためには長時間を要している。これに対し、本実施形態では気体過酸化水素を用いるため、過酸化水素の除去に要する時間が短い。

（５）立ち上げ時滅菌工程に要する時間を短縮できる。従来も本実施形態と同様、生産時滅菌工程の前に立ち上げ時滅菌工程が行われている。従来の立ち上げ時滅菌工程では、過酸化水素水溶液からミストを作り、乾燥チャンバーや充填包装チャンバーなどの無菌室を予熱し、無菌室に過酸化水素のミストを噴霧し、その後無菌室を乾燥させている。予熱工程は過酸化水素のミストを噴霧する前に無菌室を予熱することで滅菌効果を高めるために行われ、長時間を要する。乾燥工程は無菌室を完全に乾燥させるために長時間を要する。一例では、従来の立ち上げ時滅菌工程は２時間程度を要している。これに対し、本実施形態の立ち上げ時滅菌工程は、除湿・予熱工程、第１の滅菌工程、第１のエアレーション工程の３段階で行われる。除湿・予熱工程は気体過酸化水素の凝縮を防止する程度に滅菌空間を加熱すればよいため、長時間の工程を必要としない。このため、本実施形態では立ち上げ時滅菌工程の所要時間を従来に比べて少なくとも半減することができる。

（６）フィルムの利用効率を高めることができる。無菌充填包装機は通常連続運転されるが、装置の点検等のために稼働と停止が繰り返されることがある。稼働中の無菌充填包装機を停止する場合、無菌充填包装機内の帯状フィルムのうち、例えば過酸化水素水溶液槽に浸漬されたままの部分は劣化が激しく、無菌充填包装機の再起動時に帯状フィルムのカール、伸び、シール不良などを引き起こす可能性がある。このため、場合によっては帯状フィルムの廃棄が必要となる。しかし、無菌充填包装機内の帯状フィルムを部分的に廃棄することは困難であるため、無菌充填包装機内の帯状フィルムをすべて回収することが多い。前述のように、無菌充填包装機内の帯状フィルムは多くのローラによって蛇行しながら引き回されており、相当の長さとなる。これに対し、本実施形態では停止中の無菌充填包装機１１内で帯状フィルムＦが劣化しにくいため、廃棄するフィルムの量が減り、フィルムの利用効率が高められる。

（７）ラップシールの採用が容易である。フィルム包装袋１のシール部の構造として、一般にラップシールとフィンシールが広く用いられている。図１０Ａ、１０Ｂはラップシールの概念を、図１０Ｃはフィンシールの概念を示している。図１０Ａはスタンダードラップシール、図１０Ｂはリバースラップシールと呼ばれる。ラップシールはフィルムの一方の端面１０１がフィルム包装袋の内部に面し、リバースラップシールはフィルムの両方の端面１０１，１０２がフィルム包装袋の外部にある。フィルムは共押出し法またはラミネーション法で製造されることが多く、このうち、共押出し法で製造されるフィルムは、ナイロンなど、液体の過酸化水素を吸収しやすい素材を用いることが多い。このため、ラップシールに共押出しフィルムを採用すると、フィルムの端面から過酸化水素が溶出し、フィルム包装袋内に過酸化水素が混入する可能性がある。一方、気体過酸化水素はナイロン等の素材に吸収されないため、このような可能性を軽減することができる。なお、フィルムＦの端面を溶断し、ナイロン等の過酸化水素を吸収しやすい層を外部に露出させないことで、過酸化水素の吸着をより抑えることも可能である。

（８）気体過酸化水素の濃度はガスセンサーで測定できるため、気体過酸化水素を適切な濃度に維持するのが容易である。従来は過酸化水素水のミストを噴霧しているため濃度の管理が困難である。

（９）気体過酸化水素を用いているため、過酸化水素の使用量を減らすことができる。これに伴い蒸気や水の使用量も減らすことができ、環境への負荷の低減、運転コストの低減が可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は口栓が袋の外側面または内側面に取り付けられたフィルム包装袋にも適用することができる。図１１には他のフィルム包装袋の外形図の一例を示している。フィルム包装袋１０１には口栓１０２が取り付けられている。口栓１０２は縦シール１０４ではなく、袋の外面の中央付近に取り付けられている。基部１０３はフィルム包装袋１０１の内側に取り付けられており、基部１０３と一体形成された口栓１０２がフィルム包装袋１０１に開けられた穴（図示せず）を貫通してフィルム包装袋１０１の外側に延びている。図１２にはさらに他のフィルム包装袋の外形図の一例を示している。フィルム包装袋２０１には口栓２０２が取り付けられている。口栓２０２は縦シール２０４ではなく、フィルム包装袋２０１の内面の中央付近に取り付けられている。

Claims (16)

1. 気体過酸化水素の供給装置と、
   帯状フィルムが通り、前記供給装置から気体過酸化水素が供給される滅菌チャンバーと、
   前記滅菌チャンバーの下流に位置し、前記帯状フィルムが通る換気チャンバーと、
   前記換気チャンバーの換気を行う換気装置と、
   前記換気チャンバーの下流に位置する充填包装チャンバーであって、前記帯状フィルムを袋状のフィルム包装袋に成形するフィルム成形装置と、前記フィルム包装袋内に内容物を充填する充填装置と、備えた充填包装チャンバーと、
   を有する、無菌充填包装機。
2. 前記充填包装チャンバーは前記換気装置によって換気される、請求項１に記載の無菌充填包装機。
3. 前記滅菌チャンバーの上流側で前記滅菌チャンバーに隣接し、前記帯状フィルムが通り、前記換気装置によって換気される前室を有する、請求項２に記載の無菌充填包装機。
4. 前記前室にヒーターが設けられている、請求項３に記載の無菌充填包装機。
5. 前記供給装置を前記滅菌チャンバーと接続する第１の管路と、
   前記第１の管路から分岐する第２の管路と、
   外気を前記換気チャンバーと前記充填包装チャンバーとに導入し、前記第２の管路が合流する第３の管路と、を有する、請求項３または４に記載の無菌充填包装機。
6. 前記第３の管路上に設けられ、前記外気をろ過するフィルターを有し、
   前記第２の管路は前記フィルターの入口側で前記第３の管路に合流している、請求項５に記載の無菌充填包装機。
7. 前記第２の管路に設けられた弁と、前記弁を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、気体過酸化水素が前記第２の管路と前記第３の管路とを通って前記換気チャンバーと前記充填包装チャンバーとに供給される立ち上げ時滅菌工程と、外気が前記第３の管路を通って前記換気チャンバーと前記充填包装チャンバーとに供給される生産時滅菌工程とを切り替えるように、前記弁の開閉を制御する、請求項５または６に記載の無菌充填包装機。
8. 前記前室の上流側に前記帯状フィルムに口栓を取り付ける口栓取付装置を有する、請求項３から７のいずれか１項に記載の無菌充填包装機。
9. 前記前室の入口、前記前室と前記滅菌チャンバーの間、前記滅菌チャンバーと前記換気チャンバーの間、及び前記換気チャンバーと前記充填包装チャンバーの間の少なくともいずれかに位置するゲートを有し、各ゲートはゲート板と、前記ゲート板に付勢力を与え前記ゲート板を閉鎖する弾性体と、を有し、前記ゲート板は移動する前記口栓の押圧力によって、前記付勢力に抗して開放させられ、前記口栓を通過させる、請求項８に記載の無菌充填包装機。
10. 前記気体過酸化水素の供給装置は、過酸化水素の気化装置と、前記気化装置から供給される気化された過酸化水素を外気と混合する混合器と、を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の無菌充填包装機。
11. 前記混合器は、前記外気が流れる母管と、前記気化装置に接続され、前記母管の内部を前記母管との接続部から前記滅菌チャンバーに向かって屈曲する屈曲配管を有する、請求項１０に記載の無菌充填包装機。
12. 前記供給装置は、外気を前記混合器に供給する第４の管路を有し、前記第４の管路上にヒーターが設けられている、請求項１０または１１に記載の無菌充填包装機。
13. 前記滅菌チャンバーの外壁の少なくとも一部にヒーターが設けられている、請求項１から１２のいずれか１項に記載の無菌充填包装機。
14. 前記充填包装チャンバーは、前記フィルム包装袋の内容物が充填された部分を、前記内容物が前記帯状フィルムの進行方向に分離するように加圧するシゴキローラを備えている、請求項１から１３のいずれか１項に記載の無菌充填包装機。
15. 気体過酸化水素が充填された滅菌チャンバーに帯状フィルムを通すことと、
    前記滅菌チャンバーを出た前記帯状フィルムを、換気されている換気チャンバーに通すことと、
    前記換気チャンバーを出た前記帯状フィルムを、換気されている充填包装チャンバーに通すことと、
    前記充填包装チャンバーで前記帯状フィルムを袋状のフィルム包装袋に成形し、前記フィルム包装袋内に内容物を充填することと、を有する、フィルム包装袋への無菌充填方法。
16. 前記滅菌チャンバーに前記帯状フィルムを通す前に、前記換気チャンバーと前記充填包装チャンバーが気体過酸化水素で滅菌される、請求項１５に記載の無菌充填方法。

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