KR100841273B1 - 컵형 용기의 살균 충전 방법, 그 장치, 그 장치에 의해제조된 컵형 용기에 포장된 음료 - Google Patents

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요시노리 아사다
타케시 이와시타
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Abstract

하나의 연속되는 무균 챔버(1) 내에 컵형 용기(38)를 도립 상태로 반송하는 제 1 컨베이어(2)와 그 하류측에 용기를 정립 상태로 반송하는 제 2 컨베이어(3)를 거의 동일 평면에 직렬 형상으로 배치하고, 제 1 컨베이어(2)를 따라 용기 공급 장치(7), 용기 살균 영역(10), 용기 세정 영역(11)을 순차 배치하며, 제 2 컨베이어(3)를 따라 내용물 충전 장치(40), 덮개 밀봉 장치(41), 밀봉된 컵형 용기의 배출 장치를 순차 배치하고, 도립 상태에서 제 1 컨베이어(2)에 의해 반송하면서 살균 세정을 행하고, 세정 종료 후의 용기를 제 1 반송 컨베이어로부터 제 2 컨베이어(3)로 반전시켜 주고받아서 제 2 컨베이어(3) 상에서 내용물 충전 및 덮개 밀봉을 행하는 컵형 용기의 살균 충전 방법, 살균 충전 장치 및 상기 방법에 의해 충전된 컵형 용기에 포장된 음료이다.
상기 살균 충전 방법에 의해, 무균 챔버(1) 내의 살균·세정 영역으로부터 충전·밀봉 영역으로 컵형 용기의 안정된 반전 이송이 가능하고, 또한 악취나 미생물의 혼입을 방지할 수 있다.
Figure R1020077005963
컵형 용기의 살균 충전 방법 및 살균 충전 장치

Description

컵형 용기의 살균 충전 방법, 그 장치, 그 장치에 의해 제조된 컵형 용기에 포장된 음료{METHOD AND DEVICE FOR STERILIZATION AND FILLING OF CUP TYPE CONTAINER AND CUP TYPE CONTAINER-PACKED BEVERAGE MANUFACTURED BY THE DEVICE}
본 발명은 식품 등의 내용물을 컵이나 트레이(tray) 등의 개구부가 큰 용기에 살균 충전 특히, 무균 충전하는 컵형 용기의 살균 충전 방법, 그 장치, 상기 장치에 의해 제조된 컵형 용기에 포장된 음료에 관한 것이다.
내용물을 무균 상태로 밀봉하는 무균 충전 라인에서는 용기 살균 공정·용기 세정 공정, 충전 공정, 덮개의 살균 공정·세정 공정, 밀봉 공정을 필요로 하고, 이들 공정은 무균 챔버 내에서 행해지고 있다. 종래, 무균 충전 장치로서, 1개의 무균 챔버 내에 1개의 콘베이어를 배치하여 상기 콘베이어에 용기를 정립(正立) 상태로 공급하고, 정립 상태로 반송 중인 용기에 살균액을 스프레이(spray)하는 살균 공정, 가열 무균 에어에 의한 건조 공정, 내용물 충전 공정, 덮개에 의한 밀봉 공정을 통해 밀봉된 용기를 챔버 외부로 배출하도록 한 살균 장치가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 그러나, 하나의 챔버 내에서 하나의 콘베이어로 반송 중에 용기의 살균으로부터 충전을 행하기 위해서는 용기를 처음부터 정립 상태로 반송하지 않으면 안되기 때문에 세정수에 의한 세정은 용기 내에 남은 세정수를 제거할 수 없으 므로 세정을 행할 수는 없고, 열풍 건조에 의해 제거할 수 있는 과산화수소 등의 휘발성 살균제에 의한 살균에 신뢰가 필요하나, 그 경우 약제를 단시간에 확실히 제거할 수 있도록 약제의 분무량을 미량으로 하지 않으면 안되어 살균 효과가 한정적으로 되고, 적용할 수 있는 내용물이 제약되고, 저 산성 음료 등 부패하기 쉬운 음료품의 경우는 제조된 제품이 칠드(chilled) 유통을 필요로 한다는 등의 문제점이 있었다. 또한, 하나의 챔버 내에서 용기의 살균으로부터 밀봉까지 행하면 살균 용기의 살균·건조 영역에서의 약제의 비말(飛沫)이나 악취가 충전·밀봉측 영역에 확산되어 내용물에 부착될 우려가 있다는 등의 문제점이 있었다.
그러한 문제점을 해결하기 위해, 챔버를 2개로 나누어 처음 챔버에서는 용기를 도립(倒立) 상태로 반송함으로써 살균·세정이 가능하고, 또한, 다음 챔버에서는 용기를 정립 상태로 반송함으로써 용기로의 내용물 충전·밀봉이 가능해져 살균·세정 공정에서의 충분한 양에 의한 확실한 살균·세정을 가능하게 하고, 또한 살균제의 비말이나 악취가 내용물 충전 공정에 확산되는 것을 방지하도록 한 무균 충전 장치가 제안되어 있다(특허문헌 2, 3). 이들 특허문헌 2, 3에서는 내용물의 충전과 용기의 밀봉을 행하는 무균 챔버의 전단에 용기 살균 챔버가 설치되고, 이 용기 살균 챔버의 용기 배출구가 수직 슈트(chute)를 통해 무균 챔버에 접속됨으로써 무균 챔버와 기밀하게 연통됨과 아울러, 무균 챔버와 마찬가지로 내부가 무균 공기의 양압(陽壓) 하에 유지되고 있다. 살균되고 또한 살균액이 제거된 용기는 그 후 배출구의 바로 상부까지 반송되는 동안에 반전되어 개구부를 상향으로 한 자세가 되고, 그 자세로 슈트를 통해 무균 챔버로 반송되도록 되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 소화55-110555호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허 공개 소화60-99828호 공보
특허문헌 3 : 일본 특허 공개 소화60-123328호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1, 2에 기재된 바와 같이 용기를 살균 챔버로부터 무균 챔버로 슈트를 통해 낙하시키는 방식은 살균 챔버 내의 살균제를 포함한 공기가 무균 챔버로 유입되지 않도록 살균 챔버보다 무균 챔버의 기압을 높게 하기 때문에 합성 수지제 등의 경량의 컵형 용기의 경우 반송이 불안정해지고, 무균 챔버 내의 콘베이어에 안정된 자세로 용기를 공급할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 무균 챔버에는 용기의 공급구, 덮개의 공급구, 밀봉된 용기의 배출구, 덮개의 배출구 등 많은 개구부를 가져 외부 공기가 침입하기 쉬운 조건에 있지만, 종래 이들 개구부로부터 무균 챔버로의 외부 공기의 침입을 저지하는 만족스러운 대책은 얻을 수 없어 무균 챔버 내의 고 무균화를 유지하는 것이 곤란했다. 또한, 컵형 용기가 최근 다용되고 있는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 등의 폴리에스테르 수지제일 경우 용기 살균 공정에서의 과산화수소수에 의한 살균은 용기 표면에 과산화수소가 흡착되기 쉽고, 또한 가열에 의해 열 변형되기 쉽다는 문제점이 있다. 또한, 종래 상기한 바와 같이 무균 충전된 컵형 음료는 상기 이유에 의해 용기에 대해서는 생잔 균수를 100만분의 1이하로 하는 살균성 확보와 약제 잔류 저감의 양립이 곤란하고, 또한, 충전 환경도 용기와 동등한 살균과 살균 후의 무균 확보·유지가 중요하지만, 종래의 칠드 유통에 대응한 충전 장치는 간이적인 환경 살균에 대응하고 있지만, 용기와 동등한 살균과 무균성 유지에는 대응할 수 없어 상온 유통가능한 제품 에 대해 적합하지 않다.
따라서, 본 발명은 종래의 컵형 용기의 무균 충전 장치의 상기 문제점을 해결하려고 하는 것이며, 하나의 챔버 내에서 용기의 살균·세정과 충전·밀봉이 가능하여 충분한 살균 효과를 얻을 수 있고, 또한 살균제나 세정수의 비말이나 악취가 내용물 충전 공정에 확산되는 것을 방지할 수 있으며, 게다가 경량의 용기라도 도립 상태로부터 정립 상태로 안정적으로 반전시켜 충전 공정으로 반송할 수 있고, 또한, 폴리에스테르 수지제 등의 합성 수지제 컵 용기라도 열 변형이나 악취 부착의 우려 없이 확실히 살균할 수 있으며, 또한 무균 챔버의 무균성을 확실히 유지할 수 있도록 한 컵형 용기의 살균 충전 방법, 그 장치, 및 부패하기 쉬운 저 산성 음료라도 상온 유통이 가능한 컵형 용기에 포장된 음료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하는 본 발명의 컵형 용기의 살균 충전 방법은 일체의 챔버 내에서 용기 살균 공정으로부터 용기 세정 공정까지의 용기의 반송과, 충전 공정부터 밀봉 공정까지의 용기의 반송을 거의 동일 평면에 직렬 상태로 배치된 각각 다른 콘베이어에 의해 행하고, 용기 살균 공정으로부터 용기 세정 공정까지는 용기를 도립 상태로 반송하며, 도립 상태로 콘베이어에 의해 반송시키면서 용기 살균 세정을 행하고, 세정 종료 후의 컵형 용기를 콘베이어간의 중계로 정립 상태로 이송해서 충전 공정으로 반송하는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기 컵형 용기의 살균은 살균제를 도립 상태인 용기의 적어도 내면에 분사해서 행하고, 또한 상기 컵형 용기의 세정은 무균수를 도립 상태의 용기의 적어도 내면에 분사해서 행하도록 한다. 상기 챔버를 내부가 무균 공기에 의해 양압화된 무균 챔버로 함으로써 무균 충전 방법으로서 적용할 수 있다.
상기 무균 챔버는 컵형 용기의 공급구, 충전 밀봉된 컵형 용기의 배출구, 덮개의 공급구, 덮개 스켈러톤(skeleton)의 배출구를 가짐과 아울러, 무균 공기의 급기구, 및 주 배기구를 가지고, 상기 주 배기구의 전방에 예비 압력 영역을 형성해서 무균 챔버 본실과 격벽에 의해 구획되며, 상기 예비 압력 영역의 기압(P1)을 상기 무균 챔버 본실 내의 기압(P0) 보다도 낮게, 외기압(P3) 보다도 높게, P0 > P1 > P3의 관계를 만족시키도록 압력을 제어하고, 상기 챔버 내의 공기의 흐름 방향을 제어함으로써 챔버 내로의 외부 공기의 침입을 효과적으로 저지할 수 있음과 아울러, 챔버 내의 기류의 흐름을 예비 압력 영역 방향으로의 흐름으로 제어할 수 있고, 용기 살균, 세정 공정의 공기가 충전, 밀봉 공정으로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 상기 챔버는 상기 다른 콘베이어간의 중계 부위에서 살균·세정측 영역과 충전·밀봉측 영역으로 구획되며, 충전·밀봉측 영역의 기압(P0 -1)을 살균·세정측 영역의 기압(P0 -2) 보다도 높아지도록 함으로써 살균 영역 및 세정 영역으로부터의 세정수의 비말이나 살균 약제의 악취가 충전∼밀봉 영역에 유입되는 것을 더욱 효과적으로 저지할 수 있다.
용기 살균, 용기 세정 공정을 행하는 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역은 공기의 유통은 허용하고, 액체의 소정 방향으로의 유통을 저지하는 칸막이 수단에 의해 분할되며, 공기의 유통을 허용하면서 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역에서 날아온 살균액이나 세정액의 비말이 다른 영역으로 비산되는 것을 방지하도록 함으로써 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역에서 발생한 비말의 다른 영역으로의 비산을 방지하면서 챔버 내의 기압을 제어할 수 있다. 그리고, 컵형 용기의 살균은 폴리에스테르 수지제인 경우, 과초산 용액을 도립 상태인 용기의 적어도 내면에 분무해서 행함으로써 종래와 같은 용기로의 악취의 부착이나 용기의 열 변형의 우려 없이 양호하게 행할 수 있다.
상기 챔버로의 용기의 공급은 상기 컵형 용기의 공급구에 배치된 용기 공급 로터(rotor)에 의해 용기 스택커(container stacker)로부터 용기를 수취하여 용기 공급구로부터 챔버 내의 공기의 유출을 방지하면서 용기를 반전시켜 상기 챔버 내의 용기를 도립 반송하는 상기 콘베이어 상에 공급함으로써 챔버 내의 살균제를 포함한 공기가 챔버 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 살균 충전 방법을 실시하는 본 발명의 컵형 용기의 살균 충전 장치는 일체의 챔버 내에 컵형 용기를 도립 상태로 반송하는 제 1 콘베이어와 그 하류측에 컵형 용기를 정립 상태로 끼워넣어 반송하는 제 2 콘베이어를 거의 동일 평면에 직렬 형상으로 배치하고, 상기 제 1 콘베이어를 따라 용기 공급 장치, 용기 살균 장치, 용기 세정 장치를 순차 배치하여 상류측으로부터 순서대로 용기 공급 영역, 용기 살균 영역, 용기 세정 영역을 형성하고, 또한 상기 제 2 콘베이어를 따라 내용물 충전 장치, 덮개 밀봉 장치, 밀봉된 컵형 용기의 배출 장치를 순차 배치하여 상류측으로부터 순서대로 내용물 충전 영역, 덮개 밀봉 영역, 밀봉된 용기 배출 영역을 형성해서 이루어지고, 상기 제 1 콘베이어는 용기를 도립 상태로 수용하는 수용대를 가진 콘베이어이며, 상기 제 2 콘베이어는 용기를 정립 상태로 수용하는 용기 맞물림구가 형성된 용기 수용대를 가진 콘베이어로 이루어지고, 콘베이어간의 용기 주고받기를 제 1 콘베이어의 하류측 단부에서 횡으로 기울어진 상태로 제 2 콘베이어의 상기 용기 맞물림구로 주고받음으로써 제 2 콘베이어에 반전 상태로 용기를 이송하도록 해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 챔버는 내부가 무균 공기에 의해 양압화된 무균 챔버이며, 컵형 용기의 공급구, 충전 밀봉된 컵형 용기의 배출구, 덮개 공급구, 덮개 스켈러톤 배출구를 가짐과 아울러, 무균 공기의 급기구, 및 주 배기구를 가지고, 상기 무균 챔버 내의 상기 용기 공급 영역의 상류측을 상기 제 1 콘베이어가 통과하는 통과구를 가지는 격벽에 의해 구획되며, 예비 압력 영역을 형성하여 상기 예비 압력 영역에 상기 주 배기구가 형성되어 있음으로써 용기 살균·세정측 영역의 공기가 충전 밀봉 라인으로 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있음과 아울러, 무균 챔버 내로의 공기의 유입을 저지할 수 있다. 상기 용기 살균 공정, 용기 세정 공정을 행하는 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역은 공기의 유통은 허용하고, 액체의 소정 방향으로의 비산을 저지하는 칸막이 수단에 의해 분할되며, 공기의 유통을 허용하면서 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역에서 날아온 살균액이나 세정액이 다른 영역으로 비산되는 것을 방지하도록 한다. 구체적인 칸막이 수단으로서, 각각의 영역을 향해 하향으로 경사지는 경사판을 소정 간격으로 배치해서 이루어지는 블라인드상(blind-shaped) 칸막이를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 용기 공급 장치는 상기 무균 챔버 상벽에 형성된 용기 공급실, 상기 용기 공급실 상벽에 배치된 용기 공급 스택커, 상기 용기 공급실에 배치되어 상기 용기 스택커로부터 용기를 수취해서 반전시키고 상기 무균실 내의 상기 제 1 콘베이어 상에 용기를 공급하는 용기 공급 로터로 이루어지고, 상기 용기 공급 로터는 원기둥 형상 로터의 외주부에 1 또는 복수개의 용기 맞물림 포켓을 구비하며, 그 외주면이 상기 용기 공급실의 상부 개구부 및 상기 무균 챔버의 용기 공급구의 개구 가장자리부와 접촉하도록 배치함으로써 용기 공급구로부터 무균 챔버 내의 공기가 유출되는 것을 방지해서 이루어지는 수단을 채용함으로써 상기 용기 공급구를 통한 무균 챔버 내의 공기의 유출을 효과적으로 저지할 수 있다. 무균 챔버에 덮개 살균 영역, 덮개 세정 영역이 연접되어 이들 덮개 살균 영역, 덮개 세정 영역은 각각 덮개 통과 구멍이 형성된 격벽에 의해 구획되고, 무균 챔버 내의 기압에 대해 다른 기압으로 제어할 수 있도록 구성함으로써 덮개 통과 구멍으로부터의 무균 챔버 내의 공기의 유출을 최소한으로 할 수 있다.
상기 제 1 콘베이어의 수용대는 컵형 용기의 플랜지가 끼워넣어지는 개구부를 가지고, 상기 개구부의 내부에 용기의 플랜지를 지지하는 복수개의 반경 방향으로 돌출한 돌기를 가지며, 또한 용기의 높이 방향으로 연장되어 용기가 횡으로 기울어질 때 용기를 지지하는 지지 핀을 하나 이상 구비해서 이루어지는 구성을 채용함으로써 용기를 안정적으로 반송 주고받을 수 있음과 아울러, 지지대의 용기와의 접촉 면적을 적게 할 수 있어 용기를 효율적으로 살균 세정할 수 있다. 또한, 상기 챔버를 상기 제 1 콘베이어와 제 2 콘베이어의 중계부에서 적어도 용기가 통과하는 개구를 가진 격벽에 의해 살균·세정측 영역과 충전·밀봉측 영역으로 구획되고, 충전·밀봉측 영역의 기압을 살균·세정측 영역의 기압 보다도 높아지도록 구성함으로써 용기의 살균·세정시의 세정수의 비말이나 악취가 충전·밀봉 영역으로 유입되는 것을 효과적으로 저지할 수 있어 바람직하다. 또한, 상기 무균 챔버의 제 2 콘베이어의 하류측 단부 근방의 무균실 챔버의 상벽에 용기 배출 압력 조정실을 설치하고, 상기 용기 배출 압력 조정실과 상기 무균 챔버를 용기가 통과가능한 용기 인출구를 통해 연통시키며, 용기 배출 압력 조정실내와 상기 무균 챔버 내의 기압을 별도로 제어 가능하게 구성함으로써 무균 챔버 내의 기류의 흐름을 제어할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하는 본 발명의 컵형 용기에 포장된 음료는 무균 공기에 의해 양압화된 무균 챔버 내에서 용기 살균 공정으로부터 용기 세정 공정까지의 컵형 용기의 반송과, 충전 공정으로부터 밀봉 공정까지의 컵형 용기의 반송을 거의 동일 평면에 직렬 상태로 배치된 각기 다른 콘베이어로 행하고, 용기 살균 공정으로부터 용기 세정 공정까지는 상기 컵형 용기를 도립 상태로 반송하며, 상기 컵형 용기의 적어도 내면에 살균제를 분사해서 살균을 행하고, 또한 내면에 무균수를 분사해서 세정을 행하고, 세정 종료 후의 컵형 용기를 정립 상태가 되도록 다른 콘베이어로 반송하여 상기 콘베이어 상에서 음료를 충전하고, 또한 살균·세정된 덮개에 의해 밀봉되어 무균 챔버 내의 기압의 흐름을 밀봉·충전 영역에서 살균·세정 영역으로 제어한 분위기에서 제조되어 이루어지며, 밀봉 후 상온 유통이 가능한 것을 특징으로 하는 것이다. 상기 용기에 포장된 음료는 비교적 부패하기 쉬운 저 산성 음료라도 상온 유통이 가능하다.
[발명의 효과]
본 발명의 컵형 용기의 살균 충전 방법 및 장치는 일체의 챔버 내에서 용기 살균 공정부터 용기 세정 공정까지의 용기의 반송과, 충전 공정부터 밀봉 공정까지의 용기의 반송을 직렬 상태로 배치된 각기 다른 콘베이어에 의해 반송하고, 동일 압력 챔버 내에서 도립 상태로부터 정립 상태로 변환되어 반송되기 때문에 경량의 컵형 용기라도 밀봉 챔버 내의 충전 밀봉 라인의 콘베이어에 안정적으로 살균이 완료된 용기를 적재할 수 있다. 또한, 용기를 도립 상태로 살균·세정을 행하므로 약제의 분사량을 많게 해도 잔류될 걱정 없이 확실한 살균을 할 수 있다. 그리고, 주 배기구의 전방에 예비 압력 영역을 설정하여 상기 예비 압력 영역의 기압을 상기 챔버 내의 기압 보다도 낮게, 외부 기압 보다도 높게 되도록 해서 챔버 내의 기류의 방향을 제어함으로써 챔버 내로의 외부 공기의 침입을 효과적으로 저지할 수 있고, 또한 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역을 충전·밀봉측 영역과 동일 챔버 내에 설치하더라도 기류 방향을 예비 압력 영역으로 향하게 할 수 있으므로 충전 영역으로 확산되는 일이 없고, 내용물 내에 살균제의 비말이나 악취 또는 세균이 부착되는 일이 없다.
또한, 용기 살균 공정, 용기 세정 공정을 행하는 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역은 블라인드상 칸막이에 의해 구획됨으로써 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역에서의 비산액의 다른 영역으로의 비산을 방지하면서 챔버 내의 기압을 일정하게 유지할 수 있어 용기가 빠져있더라도 안정적으로 용기를 반송할 수 있다. 특히, 용기를 도립 상태로 반송할 경우, 리테이너(retainer)에 끼워넣어 반송하는 정립 상태의 경우와 다르고, 용기의 플랜지 부분을 맞물리는 것만으로 반송되기 때문에 경량의 용기인 경우, 기류의 난류에 의해 용기가 불안정해지지만, 상기한 바와 같이 블라인드상 칸막이에 의해 구획되었을 경우 기류의 난류가 적어 용기의 안정한 반송에도 효과가 높다. 또한, 컵형 용기의 살균은 PET 등의 폴리에스테르 수지제인 경우, 과 초산 용액을 도립 상태인 용기의 적어도 내면에 분사해서 행함으로써 종래와 같은 용기로의 악취의 부착이나 용기의 열 변형의 우려 없이 양호하게 행할 수 있다.
그리고, 본 발명의 살균 장치는 동일 챔버 내에 제 1 콘베이어 및 제 2 콘베이어를 배치했으므로 구조를 단순화할 수 있다. 특히, 컵형 용기의 도립 상태로부터 정립 상태로의 반전 기구를 종래의 기구와 비교해서 특별히 단순화할 수 있어 장치의 살균이 용이해지고, 무균 충전 기구에 있어서의 가장 중요한 세정화를 유지하는데도 유리한 기구가 되고 있다.
또한, 용기 공급 장치를 청구항 13과 같이 구성함으로써 용기 공급구를 통한 약제 냄새를 포함한 무균 챔버 내의 공기의 외부로의 유출을 저감하는 효과가 있다. 또한, 덮개 살균 영역, 덮개 세정 영역이 무균 챔버 내의 기압에 대해 다른 기압에서 제어할 수 있도록 구성함으로써 덮개 통과 구멍으로부터의 무균 챔버 내의 공기의 유출을 최소한으로 할 수 있어 무균 챔버 내를 효율적으로 무균 상태로 유지할 수 있다. 또한, 용기 배출 압력 조정실을 설치하여 용기 배출 압력 조정실내와 무균 챔버 내의 기압을 별개로 제어 가능하게 구성함으로써 무균 챔버 내로의 용기 배출구로부터의 무균 챔버내의 공기의 유출을 최소한으로 할 수 있음과 아울러 무균 챔버 내의 기류의 흐름 방향을 제어할 수 있다. 이들 압력 조정 기능에 의해, 무균 챔버 내의 기압으로부터 외부 기압까지 각 영역의 기압을 단계적으로 제어함으로써 무균 챔버의 무균성을 확실하게 유지함과 아울러 내부의 공기의 흐름 방향을 제어할 수 있고, 또한 무균 챔버로부터의 공기의 유출을 최소한으로 하여 양압 유지를 위한 무균 공기의 공급량을 저감할 수 있다. 또한, 제 1 콘베이어와 제 2 콘베이어의 중계 부위에서 격벽으로 구획함으로써 살균·세정 영역으로부터의 비말이나 살균 약제의 악취가 충전·밀봉 영역으로의 유입을 효과적으로 저지할 수 있어 보다 양호한 무균 충전 제품을 얻을 수 있다. 이상과 같은 본 발명의 컵형 용기의 살균 충전 방법과 장치는 무균 충전에 한하지 않고, 칠드 충전(chilled filling), 핫팩킹(hot packing) 등에도 적용할 수 있지만, 무균 충전으로의 적용이 가장 바람직하다. 본 발명의 무균 충전 방법에 의해 얻어진 컵형 용기에 포장된 음료는 종래 냉장 상태의 유통이 요청되고 있었던 저 산성 음료 등 부패되기 쉬운 음료의 컵형 용기에 포장된 음료라도 고 무균도의 충전 밀봉이 가능하기 때문에 제조 후는 상온에 있어서도 장기간에 걸쳐 세균이 증식하는 일 없이 상온 유통이 가능해서 유통 비용을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 무균 충전 장치의 개략을 도시하는 모식도이다.
도 2는 도 1의 무균 충전 장치의 제 1 콘베이어 상에 배치되어 있는 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역부의 개략을 도시하는 모식도이다.
도 3은 제 1 콘베이어 및 제 2 콘베이어의 요부 확대 정면도이다.
도 4는 (A) 제 1 콘베이어의 유지대의 평면도, (B) 그 측면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 의한 무균 충전 장치의 요부 개략을 도시하는 모식도이다.
[부호의 설명]
1: 무균 챔버 1A: 무균 챔버 본실
2: 제 1 콘베이어 3: 제 2 콘베이어
4: 유지대 5: 유지대
6: 안내 가이드 7: 용기 공급 장치
8: 스프로킷(sprocket) 9:용기 공급 영역
10: 용기 살균 영역 11: 용기 세정 영역
12: 용기 배수 영역 13: 상벽
14: 용기 공급실 15: 용기 공급실의 상벽
16: 스택커 17: 용기 공급 로터
18: 용기 맞물림 포켓 20: 살균제 분사 노즐
21: 세정 노즐 22: 살균제 수용 팬
23: 세정수 수용 팬 24: 살균제 저장소
25: 세정수 저장소 26: 차폐판
27: 바닥벽 28: 상류측 단벽
30: 예비 압력 영역 31: 무균수 분사 노즐
32: 무균 공기 분사 노즐 33: 개구부
34: 돌기 351~4: 블라인드상 칸막이
36: 경사판 38: 용기
40: 내용물 충전 장치 411~4: 덮개 밀봉 장치
43: 용기 배출 압력 조정실 45: 덮개 살균실
46: 덮개 세정실 47: 덮개 반송실
48: 덮개 웹 49: 덮개 스켈러톤
50: 압력 조정실 51: 압력 조정실
52: 살균제 분사 노즐 53: 세정수 분사 노즐
55: 무균 에어 공급구 56: 주 배기구
57: 용기 살균·세정측 영역 배기구
58: 배기구 59: 배기구
71: 분할판 72: 살균·세정측 영역
73: 충전·밀봉측 영역 74: 통과 구멍
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 컵형 용기로의 무균 충전 라인의 개략을 도시하고 있다. 본 발명에서는 전체적으로 1개의 양압화된 무균 챔버(1) 내에 무균 충전 라인이 배치되어 있다. 무균 챔버(1) 내에는 제 1 콘베이어(2)와 제 2 콘베이어(3)가 종렬로 배치되고, 각각 동기해서 간헐적으로 회전 구동된다. 제 1 콘베이어(2)는 컵형 용기를 도립 상태로 반송하는 콘베이어이며, 한 쌍의 평행하는 체인(chain) 등의 무단 스트립 사이에 컵형 용기를 도립 상태로 유지하는 유지대(4)가 소정 피치로 배치되어 있다. 유지대(4)의 구조는 용기 하부를 향한 개구부로부터 용기 내주면에 살균제와 세정수를 분사할 수 있고, 또한 상기 분사 압력에 대해 쓰러지거나 이동되지 않도록, 또한 콘베이어 하류 단부에서 횡으로 기울어진 상태가 될 때에 탈락되지 않도록 용기를 유지할 수 있으면 좋고, 그 구조는 특별히 한정되지 않지만, 멸균제나 세정수가 용기 내주면 전체에 접촉할 수 있도록 용기 유지대와 용기의 접촉 면적을 될 수 있는 한 적게 해서 상기 유지 기능을 달성하는 구조가 바람직하다. 유지대(4)는 1개의 용기를 유지할 수 있도록 구성하는 것 이외에, 동시에 복수개의 용기를 처리할 수 있도록 횡으로 소정 간격을 두고 복수개의 용기 유지부를 가지는 것이 생산성을 향상시킨다는 점에서 바람직하다. 본 실시형태에서는 유지대(4)는 도 3, 도 4에 도시한 바와 같이, 용기의 플랜지부가 맞물리는 개구부(33)를 횡으로 10개 가지고, 상기 개구부(33)에 용기의 플랜지부가 맞물려 지지되어 반송 중에 용기 내부에 콘베이어의 하면측으로부터 살균제 등을 분사해서 내부를 살균할 수 있도록 되어 있다. 개구부(33)에는 용기의 플랜지를 지지하는 복수개의 돌기(34)(본 실시형태에서는 120°간격으로 3개)가 내주면으로부터 반경 방향으로 돌출되어 형성되어 있고, 상기 돌기(34) 중 용기 반송 방향 후방에 위치하는 돌 기(34)의 선단으로부터는 용기의 높이 방향으로 돌출한 핀(37)이 설치되어 있다. 상기 핀은 도 3에 도시한 바와 같이, 제 1 콘베이어의 하류 단부에서의 제 2 콘베이어로의 중계 지점까지 횡으로 기울어지는 상태가 되어갈 때에 용기를 지지하고, 유지대로부터 탈락되는 것을 방지하기 위한 것이며, 상기 핀의 선단이 용기의 중심 위치보다 높은 위치에서 접촉하도록 하는 것이 바람직하다. 이상과 같이, 본 실시형태에서는 컵을 3개의 돌기(34)에 의해 지지하고, 또한 핀(37)의 선단부가 용기 내주면에 접촉하는 것만으로 용기와의 접촉 면적을 매우 적게 하여 살균 누설이 생기는 것을 방지하고 있다. 또한, 돌기(34)로부터 유지대(4)의 천정면까지의 높이를 소정 깊이 예를 들면, 약 3mm정도로 함으로써 약제 및 세정수 분사시에 분사 압력에 의해 컵을 1∼2mm 정도 부상시킴으로써 플랜지와 돌기의 접촉면도 확실히 살균·세정을 할 수 있다.
또한, 제 2 콘베이어(3)는 컵형 용기(38)(이하, 간단히 용기라 함)를 정립 상태로 반송하는 콘베이어이며, 제 1 콘베이어와 마찬가지로, 한 쌍의 평행하는 체인 등의 무단 스트립 사이에 용기(38)를 유지하는 유지대(5)가 소정 피치로 배치되어 있다. 제 2 콘베이어의 유지대(5)는 도 3에 도시한 바와 같이, 정립 상태의 용기의 몸통부가 맞물리는 구멍을 가지며, 상기 구멍의 외주부에 용기의 플랜지부 또는 컬부(curl section)가 락킹(locking)되는 락킹면을 구비하고 있고, 종래의 컵형 용기 반송 콘베이어와 마찬가지의 것이 채용될 수 있다.
제 1 콘베이어(2)와 제 2 콘베이어(3)의 중계부에서의 용기의 반송은 도립 상태로 반송되어온 용기를 정립 상태로 반전시켜 주고 받을 수 있도록 용기가 90° 기울어진 상태로 행한다. 이에 따라, 제 1 콘베이어(2)의 하류측 단부의 한 쌍의 스프로킷(8)사이에는 유지대(4)에 유지된 컵이 90°의 상태가 될 때까지 반송할 수 있도록 용기 저부를 안내하는 원호 형상의 안내 가이드(6)를 배치함과 아울러, 내측에는 용기가 도시한 바와 같이 90° 기울어진 상태가 되는 위치에 도달함과 동시에, 용기를 대향하는 제 2 콘베이어(3)의 유지대(5)의 방향으로 취출(吹出)하고, 용기를 유지대(5)의 용기 맞물림 구멍에 정립 상태가 되도록 반송하기 위해 용기(38)를 유지대(4)로부터 반송 방향 축심을 따라 고압 무균 에어를 분출하는 고압 에어 분사 노즐(39)을 배치하고 있다.
또한, 제 1 콘베이어(2)로부터 제 2 콘베이어(3)로의 반송은 상기 수단 뿐만 아니라 예를 들면, 반대로 제 2 콘베이어(3)측에서 흡인하도록 한다든가, 제 1 콘베이어(2)측에서 기계적으로 압출한다든가, 기타 직선 이동용 액츄에이터 등 적당한 수단이 채용될 수 있지만, 본 발명의 경우는 컵형 용기를 도면에 있어서 단지 좌측으로부터 우측으로 직선적으로 이동시키는 것뿐이기 때문에 종래의 반전 장치에 비해 고압 에어 분사 노즐 등 매우 간단한 수단이 채용될 수 있어 용기를 간단히 반전 반송할 수 있다는 것에 특징이 있다.
제 1 콘베이어(2)의 반송 경로에는 상류측으로부터 순서대로 용기 공급 장치(7), 용기 살균 장치, 용기 세정 장치가 순서대로 배치되고, 각각 배치되어 있는 위치는 용기 공급 영역(9), 용기 살균 영역(10), 용기 세정 영역(11)으로서 각각 구획되어 있다. 또한, 도 1에 있어서는 용기 세정 영역의 하류측에 용기 배수 영역(12)을 형성하고 있지만, 배수 영역 대신에 건조 영역으로 해도 좋다.
용기 공급 장치(7)는 무균 챔버(1)의 상벽(13)에 형성된 용기 공급실(14), 상기 용기 공급실의 상벽(15)에 배치된 용기 공급 스택커(16), 상기 용기 공급실에 배치되고 상기 용기 스택커(16)로부터 용기를 수취하여 반전시켜서 제 1 콘베이어(2) 상에 용기를 공급하는 용기 공급 로터(17)로 구성되어 있다. 용기 공급 로터(17)는 원기둥 형상 로터의 외주부에 1 또는 복수개(도면의 실시형태에서는 4개)의 용기 맞물림 포켓(18)을 구비하고, 그 외주면이 용기 공급실(14)의 상부 개구부 및 무균 챔버(1)의 상벽 개구부의 개구 가장자리부와 접촉하도록 배치되며, 그것에 의해 용기 공급구부로부터 무균 챔버내의 공기가 외부로 유출되는 것을 방지하고 있다.
용기 살균 영역(10)에는 살균제를 용기의 내외로 분사하기 위한 살균제 분사 노즐(20)을 용기의 저부 반송측 및 콘베이어 내부의 용기 개구측에 각각 적당한 간격으로 복수개 배치하고 있다. 살균제로서는, 살균 능력이 높은 과초산액을 사용할 수 있다. 통상, 용기를 정립 상태로 살균할 경우, 과산화수소를 미량 분무하고, 그 후 가열 제거하고 있지만, 살균 능력이 한정적이다. 또한, PET제 용기를 이용할 경우, 용기로의 과산화수소의 흡착이나 용기의 열 변형의 우려가 있다.
본 발명에서는 용기를 도립 상태로 살균·세정하기 위해 충분한 양의 살균제를 분사해도 확실히 세정 제거할 수 있고, 과초산용액과 조합시켜 높은 살균 효과가 얻어진다. 또한, 가열 제거 공정도 필요없으므로 PET제 용기의 사용도 문제없다.
용기 세정 영역(11)에는 살균된 용기의 내외면으로부터 살균제를 제거해서 세정하기 위해 무균수를 분사하는 세정 노즐(21)이 용기 살균 영역과 마찬가지로, 용기의 저부 반송측 및 콘베이어 내부의 용기 개구측에 각각 적당한 간격으로 복수개 배치하고 있다.
그리고, 용기 살균 영역(10)의 하방에는 도 2에 도시한 바와 같이, 분사한 살균제를 받기 위한 살균제 수용 팬(22)이, 용기 세정 영역(11)의 하방에는 세정수를 받기 위한 세정수 수용 팬(23)이 콘베이어의 폐루프 내에 배치되고, 이들로부터 수용된 살균제, 세정수는 살균제 저장소(24), 세정수 저장소(25)에 각각 저류되어 재사용 또는 배출에 준비된다. 상기 살균제 수용 팬(22) 및 세정수 수용 팬(23)은 그들 영역을 다른 영역과 구획하는 분할판으로서의 기능도 하고, 상기 살균제 수용 팬(22)의 상류측 단부는 용기 공급 영역(9)의 하방에 배치되어 있는 차폐판(261)에 연접되고, 상기 차폐판(261)은 굴절되어 제 1 콘베이어의 통과를 허용하는 구멍을 가지며, 무균 챔버(1)의 상벽(13)에 연접되어 있다. 또한, 차폐판(261) 또는 살균제 수용 팬(22)의 저면에는 무균 챔버(1)의 저벽(27)에 연접하는 차폐판(262)이 연접되어 있다. 차폐판(262)에도 제 1 콘베이어(2)의 통과를 허용하는 구멍이 형성되어 있다. 따라서, 무균 챔버의 상류측에는 차폐판(261, 262)과 무균 챔버 상벽(13), 상류측 단벽(28), 바닥벽(27) 및 양측벽으로 둘러싸여진 예비 압력 영역(30)이 형성된다. 예비 압력 영역(30)의 목적, 기능에 대해서는 후술한다.
그리고, 살균제 수용 팬(22) 및 세정수 수용 팬(23)의 상면과 무균 챔버의 상벽(13) 사이에는 도 2에 명시한 바와 같이, 용기 살균 영역(10), 용기 세정 영역(11)을 구획하는 칸막이 수단이 배치되어 있다. 칸막이 수단은 그들 영역에서 사용하는 살균액이나 세정수가 다른 영역으로 비산되는 것을 방지하기 위해 설치되는 것이지만, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이, 예비 압력 영역(30)을 제외한 무균 챔버를 동일 내압으로 제어하기 때문에 칸막이 수단을 설치해도 공기의 유통은 자유롭게 할 필요가 있다. 그 요건을 충족시키기 위해 본 실시형태에서는 칸막이 수단으로서, 각 영역의 내측을 향해 하향으로 경사진 경사판(36)을 소정 간격으로 배치해서 구성되어 있는 블라인드상 칸막이(351∼354)를 용기 살균 영역(10), 용기 세정 영역(11)의 상류측 및 하류측에 한 쌍씩 설치해서 구획했다. 블라인드상 칸막이(351∼354)에는 도시한 바와 같이 제 1 콘베이어(2) 및 용기의 통과를 허용하는 통과 구멍이 형성되어 있다. 이상과 같이, 블라인드상 칸막이(351∼354)는 경사판이 각 영역의 내측 하향으로 경사져서 설치되어 있으므로, 각 영역에서 비산된 액체가 칸막이에 닿아도 비산액은 경사판을 따라 영역 내로 흘러내려서 다른 영역으로 비산되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 경사판 사이는 간극이 있으므로 공기는 자유롭게 유통할 수 있고, 각 영역을 거의 등압으로 유지하도록 제어할 수 있다. 또한, 경사판 사이의 공기 통로는 제 1 콘베이어의 유지대 상에 용기 탈락이 존재할 경우에 있어서도 각 영역간의 압력 변화가 미소하게 되는 개구 면적으로 한다.
한편, 제 2 콘베이어(3)에 의한 반송 경로에는 종래의 이러한 충전 장치와 마찬가지로 상류측으로부터 순서대로 내용물 충전 장치(40), 덮개 밀봉 장치(41)가 순서대로 배치되어 있다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 필요에 따라 가스 치환 장치 및/또는 액체 질소 등의 액화 불활성 가스 첨가 장치를 배치할 수도 있다. 덮개 밀봉 장치(41)에 의해 후술하는 바와 같이, 살균 세정해서 무균 챔버 내에 공급된 덮개 웹(48)이 내용물이 충전된 용기의 개구부에 가열 밀봉되고, 그 후 트리밍이 행하여져 덮개가 천공된 덮개 스켈러톤(49)은 후술하는 압력 조정실(51)을 통과해서 챔버 외부로 배출된다. 한편, 밀봉된 용기는 용기 배출 압력 조절실(43)을 통해 챔버 외부로 배출된다. 또한, 도면 중, 31은 제 2 콘베이어를 세정하는 무균수 분사 노즐이며, 32는 배수용 무균 공기 분사 노즐이며, 제 2 콘베이어는 상시 또는 임의 시간마다 살균 세정할 수 있고, 충전 영역에서 내용물이 부착되더라도 항상 청정하게 유지되도록 되어 있다.
상기 덮개 밀봉 영역에 공급되는 덮개 웹(48)에 충분한 살균 처리를 실시하기 위해 덮개 살균실(45), 덮개 세정실(46)을 설치하고 있지만 이에 따라 살균 세정 처리된 덮개를 외부 공기에 접촉하는 일 없이 무균 챔버 내에 공급하기 때문에, 덮개 세정실(46)로부터 무균 챔버에 연통하는 덮개 반송로(47)도 무균 챔버(1)와 일체가 되어 있지만, 덮개 살균실(45), 덮개 세정실(46)로부터 무균 챔버(1)내로의 기체 유입을 크게 방지하도록 후술하는 바와 같이 내압 제어를 도모하고 있다.
덮개 웹(48)은 도 1에 도시한 바와 같이, 도시되지 않은 코일로부터 풀려나와 덮개 살균실(45), 덮개 세정실(46), 덮개 반송로(47)를 통해 무균 챔버 내의 밀봉 영역을 통과하고, 용기가 밀봉된 후 덮개부가 천공되어 덮개 스켈러톤(49)은 외부로 배출된다. 또한, 덮개 밀봉 장치(41)는 도시한 바와 같이 제 1단 밀봉 수 단(411), 제 2단 밀봉 수단(412), 냉각 수단(413), 천공 수단(414)으로 구성되어 있다. 덮개 살균실(45)에는 살균제 분사 노즐(52)이 배치되어 덮개의 표면에 과초산수 등의 살균제를 양면에 분사해서 살균되고, 또한 덮개 세정실(46)에는 세정수 분사 노즐(53)이 배치되어 덮개의 양면에 무균의 세정수가 분사된다. 덮개 살균실(45), 덮개 세정실(46)은 모두 그 출입구가 덮개 웹이 통과할 수 있는 구멍이 형성되어 있는 격벽으로 구획되고, 그 내부 압력을 제어하여 각 실내의 공기가 하류 공정측으로 흐르지 않도록 제어되고 있다. 또한, 덮개 웹(48)의 장치 내로의 공급 및 배출시에 있어서, 외기가 무균 챔버 내에 유입되는 것을 저지하기 위해 본 실시형태에서는 덮개 웹의 공급구 및 배출구에 압력 제어를 위한 압력 조정실(50, 51)을 설치하여 상기 실내의 압력을 무균 챔버의 압력 보다도 저압으로 조정할 수 있도록 하고 있다. 그리고, 상기 압력 조정실(50, 51)에는 각각 배기구(58, 59)가 설치되어 상기 부로부터 배기할 수 있도록 되어 있다.
무균 챔버(1)에는 챔버 내에 무균 에어를 공급하는 무균 에어 공급구(55)를 가지고, 또한 무균 챔버 내의 공기를 외부에 배출해서 내부의 압력을 조절하는 배기구를 복수개 가지고 있다. 주 배기구(56)를 용기 공급 영역의 상류 단부측에 설치하고, 무균 챔버 내에 상류측으로부터 하류측 즉, 용기 살균·용기 세정 영역으로부터 용기 밀봉 영역으로의 공기의 흐름이 생기지 않도록 도모하고 있다. 또한, 용기 살균 영역과 용기 세정 라인의 중간에 이들 영역의 공기를 외부로 배기하는 용기 살균·용기 세정 영역 배기구(57)를 설치하여 살균제의 악취를 포함하는 공기 가 하류측으로 유입되는 것을 보다 확실히 방지하고 있다. 한편, 무균 챔버(1)는 용기 공급 영역, 용기 살균 영역, 용기 세정 영역, 내용물 충전 영역 및 덮개 밀봉 영역이 위치하는 무균 챔버 본실(1A)과 예비 압력 영역(30)으로 구획되어 있다. 예비 압력 영역(30)은 주 배기구(56)의 전방에 형성되며, 본 실시형태에서는 용기 공급 영역의 상류측에 인접해서 형성되고, 차폐판(261, 262)에 형성된 제 1 콘베이어 통과 구멍(60, 61)을 통해 무균 챔버 본실(1A)내와 연통하고 있다. 용기 공급 영역에서는 공급되는 용기와 함께 약간의 외부 공기의 침입을 피할 수 없지만, 인접하는 예비 압력 영역을 향하는 공기의 흐름에 의해 침입한 외부 공기가 살균·세정측 영역까지 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 실시형태의 무균 충전 장치는 이상과 같이 구성되어 무균 챔버 내의 각 영역의 압력을 제어함으로써 외부 공기의 진입을 저지함과 아울러, 무균 챔버 내에 덮개 살균 영역, 덮개 세정 영역과, 충전 영역 및 밀봉 영역이 존재하고 있더라도 덮개 살균 영역, 덮개 세정 영역의 공기가 충전 영역 및 밀봉 영역으로 흐르는 것을 저지하여 공기의 흐름을 제어하고 있다. 즉, 무균 챔버 본실(1A)의 기압을 P0, 예비 압력 영역의 기압P1, 용기 배출 압력 조정실(43)의 기압을 P2, 외부 기압을 P3로 하면 각 기압이 P0 > P1 > P3 및 P0 > P2 > P3의 관계를 만족시키도록 제어하고 있다. 이것에 의해, 무균 챔버 전체로서는 외부 기압 보다도 높게 양압화되어 있기 때문에 외부 공기의 유입이 저지되고, 반대로 챔버 내의 공기가 주 배기구(56)를 통해 외부로 흐른다. 이에 따라, 챔버 내에서는 무균 챔버 본실로부터 주 배기 구(56)가 있는 예비 압력 영역(30)으로의 공기의 흐름이 생긴다. 따라서, 용기 살균 영역의 공기는 도 2에 파선 화살표로 도시한 바와 같이, 블라인드상 칸막이(351)를 통해 용기 공급 영역으로 흐르고, 또한 차폐판(261)의 제 1 콘베이어 통과 구멍(61)을 통해 예비 압력실에 도달하여 주 배기구(56)를 통해 외부로 배기된다. 또한, 충전된 용기는 용기 배출 압력 조정실(43)을 통해 외부로 배출되도록 하고, 상기 용기 배출 압력 조정실(43)의 압력을 외부 공기 보다도 높게 하고 있으므로 용기 배출에 따른 외부 공기의 진입을 저지함과 아울러, 제 2 콘베이어 하류 단부 부근의 공기가 용기 배출 압력 조정실(43) 방향으로 흘러 외부로 유출하도록 함으로써 무균 챔버 본실 내를 항상 청정한 무균 상태를 유지할 수 있다.
또한, 무균 챔버 본실(1A)로부터 외부 공기까지의 각 영역의 기압을 단계적으로 제어함으로써 무균 챔버로부터의 공기의 유출을 최소한으로 하여 양압 유지를 위한 무균 공기의 공급량을 저감할 수 있다.
또한, 덮개 공급부로부터 무균 챔버 본실(1A) 내로의 공기의 유입도 무균 챔버 본실(1A)로부터 덮개 살균실 방향으로의 공기의 흐름이 생기도록 해서 압력 제어함으로써 저지하고 있다. 즉, 덮개 살균실 입구에 설치된 압력 조정실(50)의 기압을 P6, 덮개 살균실(45)의 기압을 P5로 하면 P0 > P5 > P3 > P6의 관계가 되도록 각 실의 압력을 조정하고 있다. 따라서, 덮개 살균실(45)은 무균 챔버 본실 보다도 압력이 낮으므로 이들 실보다 무균 챔버 본실 내로의 공기의 유입이 저지된다.
또한, 압력 조정실(50)의 압력은 외기압보다 낮으므로 덮개 살균실(45)의 살 균제를 포함한 공기가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 의한 컵형 용기의 무균 충전 장치의 요부를 도시하고 있다. 상기 실시형태의 컵형 용기의 무균 충전 장치에서는 살균∼세정 영역에 배치되어 있는 제 1 콘베이어(2)와, 충전∼밀봉 영역에 배치되어 있는 제 2 콘베이어(3) 사이에서는 칸막이가 없었지만, 본 실시형태에서는 제 1 콘베이어(2)와 제 2 콘베이어(3) 사이에 칸막이를 설치하고, 무균 챔버 본실(1A)을 살균·세정측 영역(72)과 충전·밀봉측 영역(73)으로 구획하여 충전·밀봉측 영역(73)으로부터 살균·세정측 영역(72)을 향한 기류를 보다 확실히 제어할 수 있고, 살균·세정측 영역(72)으로부터 세정수의 비말이나 살균 약제의 악취가 충전·밀봉측 영역(73)으로 유입되는 것을 보다 확실히 저지할 수 있도록 한 것이며, 다른 구성은 상기 실시형태와 마찬가지이므로, 도 1 및 도 2에 도시한 실시형태와 마찬가지의 구성에는 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다. 본 실시형태의 컵형 용기의 무균 충전 장치에 있어서, 분할판(71)은 제 1 콘베이어(2)로부터 제 2 콘베이어(3)로 반송되는 컵 형상 용기가 통과할 수 있는 간격을 두고 상하에 배치해도 좋지만, 보다 바람직하게는 컵 형상과 컵이 통과하는 위치에 대응한 통과 구멍(74)을 형성한 일체의 분할판이 바람직하다. 여기에서, 무균 챔버로의 무균 에어 공급구(55)는 충전·밀봉측 영역에 위치하도록 설치된다.
이상과 같이 구성된 본 실시형태의 장치에 있어서, 충전·밀봉측 영역(73)의 기압을 P0 -1이 살균·세정측 영역(72)의 기압(P0 -2) 보다도 높아지도록 무균 공기의 흐름을 제어한다. 이를 위해서는 P0 -1이 P0 -2보다 3Pa이상 높아지도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 충전·밀봉측 영역(73)의 기압(P0 -1)을 20Pa로 하고, 살균·세정측 영역(72)의 기압(P0 -2)을 15Pa로 한다. 이와 같이, 충전·밀봉측 영역(73)의 기압(P0 -1)을 살균·세정측 영역(72)의 기압(P0 -2) 보다도 높게 함으로써 기류는 충전·밀봉측 영역(73)으로부터 살균·세정측 영역(72)으로 확실하게 흐르고, 살균 영역∼세정 영역에서의 살균제의 사용량 및 그것에 비례하는 세정수의 사용량을 증가해도 살균·세정측 영역(72)으로부터 충전·밀봉측 영역(73)으로의 세정수의 비말이나 살균제의 악취의 유입을 확실히 저지할 수 있으며, 살균 영역∼세정 영역에서의 용기 살균·세정도를 종래의 무균 충전 라인 보다도 더욱 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태의 컵형 용기의 충전 장치에 있어서의 다른 위치와의 기압의 관계는 상기 실시형태와 마찬가지로 다음 관계를 만족시키도록 제어된다.
P0 -1 > P0 -2 > P1 > P3 이며, P0 -2 > P2 > P3
또한, P0 -1 > P0 -2 > P5 > P3 > P6
실시예 1
상기와 같은 무균 충전 장치를 사용해서 무균 충전의 효과를 확인하기 위해 다음과 같은 실험을 행했다.
다음과 같은 샘플 용기를 사용해서 세균을 부착시킨 컵 및 덮개를 상기 실시형태에 도시한 무균 충전 장치에 공급하고, 소정 조건으로 배지를 충전 후, 덮개를 가열 밀봉하여 밀폐하고, 샘플 충전 컵 제품을 얻었다. 그 경우의 각 실의 압력을 다음과 같이 제어했다. 얻어진 컵 제품을 30℃ × 7일간 보존 후, 눈으로 배지 중의 혼탁 및 침전의 형성의 유무를 판정했다. 판정 결과로서, 상기 컵 제품은 배지 중에 혼탁 및 침전의 형성은 없고, 무균 제품의 제조가 가능하다는 것이 확인되었다.
1. 샘플 용기
(1) 샘플 컵: 200ml PET 컵(구경 75mm, 높이 108.5mm)
(2) 샘플 덮개: 원반 폭 1000mm, 천공 직경 82mm
2. 사용 배지
(1) 표준 한천 배지(니스이 세이야쿠 가부시키가이샤)
효모 추출액 2.5g
펩톤 5g
포도당 1g
한천 15g
증류수 1OOOml
(2) 보통 한천 배지(니스이 세이야쿠 가부시키가이샤)
육류 추출액 5g
펩톤 1Og
염화나트륨 5g
한천 15g
증류수 1OOOml
(3) 아포균 배양용 배지
보통 한천 배지 35g
효모 추출액 5g
황산 망간(MnSO4·5H2O) 50mg
황산 마그네슘(MgSO4·7H2O) 500mg
염화 칼슘(CaCl2·2H2O) 100mg
증류수 1OOOml
(4) SCD 배지(니스이 세이야쿠 가부시키가이샤)
카제인제 펩톤 17g
대두제 펩톤 3g
인산-수소 칼륨 2.5g
포도당 2.5g
염화나트륨 5g
증류수 1OOOml
멸균 후의 pH 7.1∼7.5
3. 샘플균과 용기로의 균 부착 방법
(1) 샘플균 Bacillus subtilis var.niger IF013721
(2) 균 부착 방법: 샘플균을 보통 한천 배지에 포자 형성용 배지로서 처방한 배지 상에서 37℃×7일간 배양했다. 포자 형성후, 멸균된 인산 완충액 중에 집균하여 대상균 이외의 잡균을 제거하기 위해 80℃×10min의 가열 처리 후 냉각, 사용 현탁액으로 했다. 현탁액은 표준 한천 배지에서의 희석 배양에 의해 균 수를 계측하여 1O6cfu/컵이 되도록 컵 표면에 아토마이저(atomizer)를 사용해서 부착시키고 건조시켰다. 덮개의 경우, 상기 방법과 마찬가지로 천공 직경 82mm 내의 중심 직경 75mm내에 부착시키고 건조시켰다.
4. 시험 방법
무균 충전 장치를 환경 살균 후, (2)의 방법에 의해 작성한 컵 및 덮개를 무균 양압 유지된 무균 충전 장치에 도입하고, 소정의 제조 조건으로 SCD 배지를 200ml충전하여 덮개로 가열 밀봉했다. 상기 컵 제품을 눈으로 30℃×7일간 보존 후, 배지 중의 혼탁 및 침전의 형성의 유무를 판정했다.
(제조 조건)
(1) 용기 살균제 과초산계 살균제(함유 과초산 농도 2500ppm)
(2) 살균시의 용기 표면 온도 65℃
(3) 용기 작용 시간 10초
(4) 환경 살균 과초산계 살균제(함유 과초산 농도 2500ppm),
50℃×10분
(5) 무균 충전 장치에 있어서의 각 실의 기압은 다음 조건을 만족시키도록 제어했다.
P0 -1 = 21Pa, P0 -2 = 16Pa, P1 = 10Pa, P2 = 5Pa
P3 = 0Pa(대기), P5 = 5Pa, P6 = -1Pa
(6) 충전용 배지(SCD배지)의 충전 전의 멸균 조건
135℃×60초(F0 = 24.5)
5. 시험 결과
(1) 초기 균 부착수 컵: 4.5×106cfu/컵
덮개: 4.5×106cfu/덮개
(2) 시험수 n = 30(10열×3)
(3) 시험 결과
제작한 모든 샘플에서 배지 중에 혼탁 및 침전의 형성은 없었다.
상기 실험 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 부패되기 쉬운 상태에 있는 SCD 배지를 충전 밀봉한 상태로 30℃라는 상온 이상의 환경하에서 7일간 보관한 상태에서 모든 샘플에 배지 중의 혼탁이나 침전의 형성이 가능하지 않도록 하여 본 발명의 무균 충전 방법 및 장치에 의해 얻어지는 컵형 용기에 포장된 음료는 상온 유통이라도 충분히 품질 보장이 가능하다는 것이 확인되었다.
본 발명은 무균 충전에 한하지 않고, 칠드 충전, 핫팩킹 등에도 적용할 수 있지만, 특히 반전 기구가 복잡해지기 쉬운 컵형 용기의 무균 충전 시스템으로서 이용 가치가 높고, 용기를 도립 상태로 살균·세정하므로 높은 살균 효과를 얻음과 아울러 약제를 확실에 세정 제거할 수 있고, 무균 챔버 내로의 외부 공기의 유입이나 무균 챔버 내의 공기의 외부로의 유출도 효과적으로 저지할 수 있으며, 게다가 복잡한 기구를 채용하지 않고 확실히 반전시킬 수 있고, 또한 동일 무균 챔버 내에서 행하므로 압력차에 의한 기류에 의한 불안정성도 없으므로 경량의 합성 수지 용기로의 이용 가치가 높아 각종 용기의 무균 충전에 이용가능하다. 그리고, 부패되기 쉬운 내용물이라도 상온 유통을 가능하게 하는 컵형 용기에 포장된 음료의 제조에 이용할 수 있다.

Claims (21)

  1. 컵형 용기의 살균 충전 방법으로서:
    일체의 챔버 내에서 용기 살균 공정으로부터 용기 세정 공정까지의 용기의 반송과, 충전 공정부터 밀봉 공정까지의 용기의 반송을 동일 평면에 직렬 상태로 배치된 각각 다른 콘베이어에 의해 행하고; 용기 살균 공정으로부터 용기 세정 공정까지는 용기를 도립 상태로 반송하고; 도립 상태로 콘베이어에 의해 반송하면서 용기 살균 세정을 행하며; 세정 종료 후의 컵형 용기를 콘베이어간의 중계로 정립 상태로 이송해서 충전 공정으로 반송하는 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컵형 용기의 살균은 살균제를 도립 상태인 용기의 적어도 내면에 분사해서 행하고, 또한 상기 컵형 용기의 세정은 무균수를 도립 상태인 용기의 적어도 내면에 분사해서 행하는 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 내부가 무균 공기에 의해 양압화된 무균 챔버이며, 상기 살균 충전 방법은 무균 충전 방법인 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 챔버는 컵형 용기의 공급구, 충전 밀봉된 컵형 용기의 배출구, 덮개의 공급구, 덮개 스켈러톤의 배출구를 가짐과 아울러 무균 공기의 급기구, 및 주 배기구를 가지고, 상기 주 배기구의 전방에 예비 압력 영역을 형성해서 무균 챔버 본실과 격벽으로 구획되고, 상기 예비 압력 영역의 기압(P1)을 상기 무균 챔버 본실 내의 기압(P0) 보다도 낮게, 외기압(P3) 보다도 높게, P0 > P1 > P3의 관계를 만족시키도록 압력을 제어해서 상기 챔버 내의 공기의 흐름 방향을 제어한 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 다른 콘베이어간의 중계 부위에서 살균·세정측 영역과 충전·밀봉측 영역으로 구획되고, 충전·밀봉측 영역의 기압(P0-1)을 살균·세정측 영역의 기압(P0-2) 보다도 높아지도록 한 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 용기 살균 공정을 행하는 용기 살균 영역, 및 용기 세정 공정을 행하는 용기 세정 영역은 공기의 유통은 허용하고 액체의 유통을 저지하는 칸막이 수단에 의해 구획되어, 공기의 유통을 허용하면서 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역에서 날아온 살균액이나 세정액이 다른 영역으로 비산되는 것을 방지하도록 한 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 컵형 용기는 폴리에스테르 수지제이며, 또한 상기 살균제는 과초산 용액인 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버로의 용기의 공급은 상기 컵형 용기의 공급구에 배치된 용기 공급 로터에 의해 용기 스택커로부터 용기를 수취해서, 용기 공급구로부터 챔버 내의 공기의 유출을 방지하면서 용기를 반전시켜 상기 챔버 내의 용기를 도립 반송하는 상기 콘베이어 상에 공급하는 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 방법.
  9. 컵형 용기의 살균 충전 장치로서:
    일체의 챔버 내에 컵형 용기를 도립 상태로 반송하는 제 1 콘베이어와 그 하류측에 컵형 용기를 정립 상태로 끼워넣어 반송하는 제 2 콘베이어를 동일 평면에 직렬 형상으로 배치하고, 상기 제 1 콘베이어를 따라 용기 공급 장치, 용기 살균 장치, 용기 세정 장치를 순차 배치하며, 상류측으로부터 순서대로 용기 공급 영역, 용기 살균 영역, 용기 세정 영역을 형성하고, 또한 상기 제 2 콘베이어를 따라 내용물 충전 장치, 덮개 밀봉 장치, 밀봉된 컵형 용기의 배출 장치를 순차 배치하며, 상류측으로부터 순서대로 내용물 충전 영역, 덮개 밀봉 영역, 밀봉된 용기 배출 영역을 형성해서 이루어지고; 상기 제 1 콘베이어는 용기를 도립 상태로 수용하는 수용대를 가진 콘베이어이며, 상기 제 2 콘베이어는 용기를 정립 상태로 수용하는 용기 맞물림구가 형성된 용기 수용대를 가진 콘베이어로 이루어지고; 콘베이어간의 용기 주고받기를 제 1 콘베이어의 하류측 단부에서 횡으로 기울어진 상태로 제 2 콘베이어의 상기 용기 맞물림구로 주고받음으로써 제 2 콘베이어에 반전 상태로 용기를 이송하도록 해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 챔버는 내부가 무균 공기에 의해 양압화된 무균 챔버이며, 컵형 용기의 공급구, 충전 밀봉된 컵형 용기의 배출구, 덮개 공급구, 덮개 스켈러톤 배출구를 가짐과 아울러 무균 공기의 급기구, 및 주 배기구를 가지고, 상기 무균 챔버 내의 상기 용기 공급 영역의 상류측을 상기 제 1 콘베이어가 통과하는 통과구를 가지는 격벽에 의해 구획되어 예비 압력 영역을 형성하고, 상기 예비 압력 영역에 상기 주 배기구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 용기 살균 영역 및 상기 용기 세정 영역은 공기의 유통은 허용하고 액체의 유통을 저지하는 칸막이 수단에 의해 구획되어, 공기의 유통을 허용하면서 용기 살균 영역 및 용기 세정 영역에서 날아온 살균액이나 세정액이 다른 영역으로 비산되는 것을 방지하도록 한 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 칸막이 수단은 각각의 영역을 향해 하향으로 경사지는 경사판이 이격되게 배치되어 이루어지는 블라인드상 칸막이인 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 장치.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 용기 공급 장치는 상기 무균 챔버의 상벽에 형성된 용기 공급실, 상기 용기 공급실의 상벽에 배치된 용기 공급 스택커, 상기 용기 공급실에 배치되고 상기 용기 스택커로부터 용기를 수취해서 반전시켜 상기 무균실 내의 상기 제 1 콘베이어 상에 용기를 공급하는 용기 공급 로터로 이루어지고; 상기 용기 공급 로터는 원기둥 형상 로터의 외주부에 1 또는 복수개의 용기 맞물림 포켓을 구비하며, 그 외주면이 상기 용기 공급실의 상부 개구부 및 상기 무균 챔버의 용기 공급구의 개구 가장자리부와 접촉하도록 배치함으로써 용기 공급구로부터 무균 챔버 내의 공기가 유출되는 것을 방지해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 장치.
  14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 챔버에 덮개 살균 영역, 덮개 세정 영역이 연접되고, 상기 덮개 살균 영역, 덮개 세정 영역은 각각 덮개 통과 구멍이 형성된 격벽에 의해 구획되며, 각 영역이 상기 무균 챔버 내의 기압에 대해 상이한 기압에서 제어할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 콘베이어의 수용대는 컵형 용기의 플랜지가 삽입되는 개구부를 가지고, 상기 개구부의 내부에 용기의 플랜지를 지지하는 복수개의 반경 방향으로 돌출한 돌기를 가지며, 또한 용기의 높이 방향으로 연장되어 용기가 횡으로 기울어질 때 용기를 지지하는 지지 핀을 하나 이상 구비해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 장치.
  16. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 챔버를 상기 제 1 콘베이어와 제 2 콘베이어의 중계부에서 적어도 용기가 통과하는 개구를 가진 격벽에 의해 살균·세정측 영역과 충전 밀봉측 영역으로 구획되고, 충전·밀봉측 영역의 기압을 살균·세정측 영역의 기압 보다도 높아지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 장치.
  17. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 콘베이어의 하류측 단부 근방의 무균 챔버의 상벽에 용기 배출 압력 조정실을 설치하고, 상기 용기 배출 압력 조정실과 상기 무균 챔버는 용기가 통과가능한 용기 취출구를 통해 연통되어 있으며, 상기 용기 배출 압력 조정실 내와 상기 무균 챔버 내의 기압이 별개로 제어가능한 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 4 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 다른 콘베이어간의 중계 부위에서 살균·세정측 영역과 충전·밀봉측 영역으로 구획되고, 충전·밀봉측 영역의 기압(P0-1)을 살균·세정측 영역의 기압(P0-2) 보다도 높아지도록 한 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 방법.
  21. 제 4 항에 있어서,
    상기 챔버로의 용기의 공급은 상기 컵형 용기의 공급구에 배치된 용기 공급 로터에 의해 용기 스택커로부터 용기를 수취해서, 용기 공급구로부터 챔버 내의 공기의 유출을 방지하면서 용기를 반전시켜 상기 챔버 내의 용기를 도립 반송하는 상기 콘베이어 상에 공급하는 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 살균 충전 방법.
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