JP5056000B2 - 流動体の充填方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、煎茶等の流動体を容器に充填する方法及び装置に関する。

ボトル等の容器に飲料等の流動体を充填した後、口部をキャップ等の蓋で密封すると、流動体の表面と蓋との間のヘッドスペース内に空気が閉じ込められる。この空気に含まれる酸素は流動体を酸化し、変質、劣化をもたらす。従来この酸素を除去し賞味期限を長くするため飲料にビタミンＣ等の酸化防止剤を添加している。

また、ビールの充填においては、ヘッドスペース内の空気を排除するために、容器内に液体窒素を滴下した後にビールを充填するという方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、飲料をプラスチックボトル内に充填した後に、ヘッドスペース内に液体窒素を滴下することでヘッドスペース内の残存空気量を減らすという方法が提案されている（例えば、特許文献２，３，４参照。）。

特開昭６１−２４４７９１号公報 特開２００１−３１０１０号公報 特開２００３−８１３０１号公報 特開２００６−１３７４６３号公報

上述した酸化防止剤を添加することで飲料やヘッドスペースの空気に含まれる酸素を低減する方法は、飲料の味、香り、品質等を損なうおそれがあるので、飲料に多量に添加するのは望ましいことではなく、また、飲料の種類によっては使用することができない場合がある。

また、ビールの充填に際し予め液体窒素を容器内に滴下する方法は、液体窒素を滴下しない場合に比べて容器のヘッドスペース内の酸素濃度を低減することができるのであるが、充填されたビール中の溶存酸素はあまり低減することができないという問題がある。

また、飲料を容器内に充填した後に、容器のヘッドスペース内に液体窒素を滴下する方法は、窒素ガスが容器外に逃げやすく、外気がヘッドスペース内に侵入しやすくなるという問題がある。ことに、自動充填装置で容器を高速で走行させつつ充填する場合は、ヘッドスペース内から窒素ガスがヘッドスペース外に吸い出されやすく、外気がさらに侵入しやすくなる。

上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用する。

すなわち、請求項１に係る発明は、容器（１）を温水リンスによって予熱し、この予熱した容器（１）内に上記温水リンス時の温水（ｅ）の残水が容器（１）内に存在する状態で液化不活性ガス（ｇ）を滴下し、液化不活性ガス（ｇ）の入った容器（１）内に加熱した流動体（Ｚ）を充填し、しかる後に容器（１）を密封することを特徴とする流動体の充填方法である。

密封時期を調整することで、容器の内圧を大気圧と同程度にすることができ、あるいは内圧を大気圧以上に高めることも可能である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器の殺菌処理時に上記温水リンスを行うことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器（１）の予熱温度が５０℃〜８０℃であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、液化不活性ガス（ｇ）が液体窒素であることを特徴とする。

液体窒素の場合、その供給量は流動体（Ｚ）の５００ｍｌについて望ましくは０．１ｇ〜１０ｇであり、より望ましくは０．５ｇ〜２．０ｇである。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器（１）が可撓壁を有するプラスチック製ボトルであり、液化不活性ガス（ｇ）が気化したガス（ｈ）により内圧が大気圧以上に高められたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、３０℃〜９５℃に加熱した流動体（Ｚ）を容器（１）内に充填することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、流動体（Ｚ）が茶飲料であることを特徴とする。

茶飲料の充填時の温度は、望ましくは２０℃〜６０℃であり、より望ましくは３５℃〜５０℃である。

請求項８に係る発明は、請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器（１）の予熱から容器（１）の密封までの一連の工程を無菌雰囲気下で行うことを特徴とする。

また、請求項９に係る発明は、容器（１）を所定の搬送路に沿って搬送する搬送手段（２３等）を有し、この搬送路に沿って、容器（１）を温水リンスによって予熱する予熱手段（４０）と、予熱した容器（１）内に上記温水リンス時の温水の残水が存在する状態で液化不活性ガス（ｇ）を供給する液化不活性ガス供給手段（４）と、液化不活性ガス（ｇ）の入った容器（１）内に加熱した流動体（Ｚ）を充填する流動体充填手段（５７）と、上記流動体（Ｚ）を充填した容器（１）を密封する密封手段（５９）とが順に配置されたことを特徴とする流動体の充填装置である。

請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の流動体の充填装置において、搬送手段（２３等）の搬送路が複数個のホイール（２３，２４，２５）を接続することにより円弧の連続となって延びていることを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、請求項９に記載の流動体の充填装置において、搬送路の上流側に容器（１）の殺菌装置が設けられ、この搬送路が殺菌装置内での容器（１）の搬送路に連結され、殺菌装置内に温水リンス手段（４０）が設けられ、この温水リンス手段（４０）が容器（１）の予熱手段を兼ねることを特徴とする。

請求項１〜１１に係る発明によれば、容器（１）のヘッドスペース（Ｙ）内の酸素量と充填した流動体（Ｚ）の溶存酸素量の双方を格段に低減することができ、従って流動体（Ｚ）の長期保存が可能となる。

ことに、温水リンスにより容器（１）を昇温・残水させた状態にして、液体窒素を素早く滴下し、５０℃前後の流動体（Ｚ）を充填し、ヘッドスペース（Ｙ）内を窒素ガスにより発泡置換した状態のまま、キャップ等により密封すると、少量の液体窒素で最大の酸素低減効果を得ることができる。

請求項１０〜１１に係る発明によれば、液化不活性ガス（ｇ）は空の容器（１）内に供給するので、容器（１）を走行させても口部（１ａ）からの不活性ガス（ｈ）の吸出し量は僅かであり、従って、流動体（Ｚ）を充填した際のヘッドスペース（Ｙ）内の空気を不活性ガス（ｈ）で十分置換することができる。また、ヘッドスペース（Ｙ）内の酸素量と充填した流動体（Ｚ）の酸素量の双方が格段に低減した長期保存が可能な製品を高速で製造することができる。

請求項５に係る発明によれば、早めに容器（１）を密封したり、液化不活性ガス（ｇ）の滴下量を増やしたりすることで、ガス（ｈ）による容器（１）の内圧を高め、容器（１）の座屈強度を増大することが可能である。

請求項１０，１１に係る発明によれば、充填装置をコンパクト化し、設置スペースを低減することができる。

請求項１１に係る発明によれば、殺菌処理した直後の容器に速やかに流動体を充填することができる。

以下、本発明の最良の形態について図面に基づいて説明する。

この実施の形態において、流動体を充填する容器は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で出来たパリソンをブロー成形することにより得られるプラスチック製ボトルが使用される。また、容器であるボトルに充填する流動体は、煎茶とされる。

この充填方法による流動体の充填に先立ち、容器について図１に示すような殺菌処理が行われる。最初にこの殺菌方法から説明する。

図１（Ａ）に示すように、ボトル１の口部１ａからボトル１の内部へノズル２を挿入し、そのノズル２の先端から加熱した無菌空気である熱風ａを送り込んでボトル１を予備加熱する。ノズル２をボトル１内に挿入することにより、熱風ａをボトル１内に確実に送り込むことができる。ノズル２の挿入量は熱風ａの流量、口部１ａの口径等に応じて適宜変更可能である。ノズル２から吐出する熱風ａの風量は望ましくは０．１〜０．５ｍ³／分、より望ましくは０．２〜０．３ｍ³／分である。この予備加熱の工程は場合により省略することができる。

このノズル２の外周には、ボトル１の口部１ａの口縁を覆う傘状の案内体２ａが取り付けられる。図１（Ａ）に示すように、ノズル２の先端からボトル１内に吹き込まれた熱風ａはボトル１内を巡った後、口部１ａから吹き出し、この案内体２ａに案内されつつ口部１ａの外周に接触し口部１ａを外側からも加熱する。この案内体２ａに代え又は案内体２ａと共にボトル１の口部１ａの外周にノズルを設置し、このノズルから熱風を口部１ａに吹き付けて口部１ａをその外側から加熱するようにしてもよい。ノズル２からの熱風ａのみで口部１ａを十分に加熱できるときは、案内体２ａや口部１ａの外周に配置するノズルを省略してもよい。この予備加熱により、ボトル１の内面の温度が４０℃〜７５℃、好ましくは５５℃〜６５℃に上昇する。

予備加熱したボトル１は、図１（Ｂ）に示すミスト供給工程へと送る。ミスト供給工程では、過酸化水素のミストｂをノズル３からボトル１の内部に導入し、ボトル１の内面を殺菌する。

過酸化水素のミストｂは、公知のミスト生成装置により生成することができる。図示しないが、生成装置は、殺菌剤である過酸化水素の水溶液を滴状にして供給する二流体スプレーである過酸化水素供給部と、この過酸化水素供給部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とを備える。

過酸化水素供給部が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内に噴霧すると、気化部はヒータで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のガスはノズル３からボトル１の口部１ａに向って噴出する。気化した過酸化水素は、ノズル３を出てボトル１の近傍に至る間に沸点以下の温度まで降下することにより、一部が凝縮し液化する。これにより、過酸化水素の気液混合体である微細なミストｂが生成される。この過酸化水素の微細なミストｂがノズル３から上記予備加熱したボトル１の内部に吹き込まれ、ボトル１の内面の全面にムラなく均一に付着する。ボトル１の内面に付着したミストｂは結露し、高濃度の過酸化水素となって、ボトル１の内面を速やかに殺菌する。

例えば、上記気化部はモル分率約０．２２mol％（約３５重量％）の過酸化水素溶液をその沸点である約１２１℃以上に加熱して過酸化水素を気化させる。この気化した過酸化水素のガスがノズル３から噴出すると、沸点以下の温度まで降下して気液混合体のミストｂとなる。このミストｂがボトル１の内面に付着し結露すると、モル分率約０．６０mol％（約７４重量％）という高濃度の過酸化水素溶液となってボトル１の内面に付着する。これにより、ボトル１の内面は迅速かつ適正に殺菌されることになる。

上記ボトル１の予備加熱はボトル１の内面で結露する過酸化水素溶液をより高濃度に保持するうえで役立つ。容量５００ｍｌのボトル１本に対する過酸化水素ミストの付着量は、３５重量％過酸化水素溶液に換算して５μｌ〜１００μｌの範囲であるのが好ましい。ミストの吹き込み時間はボトル１本に対して０．１秒〜１秒の範囲が好ましい。

図１（Ａ）に示すように、ボトル１の外面にもその内面に吹き付けた上記過酸化水素のミストｂと同様なミストｂをボトル１の胴体の回りに配置したノズル（図示せず）から吹き付けてボトル１の外面を殺菌する。この殺菌は上記図１（Ａ）に示した予備加熱工程において予備加熱と並行して行っているが、同図（Ｂ）に示す工程等で行うこともできるし、所望の段階で独立して行うこともできる。

内部に過酸化水素のミストｂを吹き込んだボトル１は、図１（Ｃ）に示すように、ミスト排出工程へと送る。ミスト排出工程では、無菌空気を加熱することにより生成した熱風ｃをノズル７からボトル１内に吹き込む。ノズル７はボトル１外に出したままでもよいが、望ましくはボトル１内に挿入した状態で熱風ｃを吹き込む。この熱風ｃによりボトル１は内面から加熱され、過酸化水素のミストｂによる殺菌効果が高められ、ボトル１の壁内への過酸化水素の浸透が抑制され、過酸化水素がボトル１の内面に浮かび易くなる。また、ボトル１の内部に漂っているミストｂが熱風ｃによりボトル１外へ排出される。上述したようにミストｂをボトル１内に吹き込むと、ほとんど瞬時にボトル１の内面がミストｂにより殺菌されるので、ミストｂの吹き込みの直後に熱風ｃをボトル１内に吹き込みボトル１の内部空間に漂っているミストｂをボトル１外に排出しても殺菌効果は損なわれない。むしろ余分なミストｂを早期に排出することにより、ボトル１の壁の肉厚内への過酸化水素の過剰な浸透を抑え、後の洗浄工程を短時間で終えることができる。

なお、熱風ｃは必要に応じて常温の無菌空気とすることも可能である。また、この図１（Ｃ）に示すミスト排出工程は場合により省略することも可能である。

上述したようにミストｂの吹き込みの直後に熱風ｃを吹き込むのが過酸化水素の残留を低減するうえで望ましいが、過酸化水素をボトル１内に吹き込んだ状態を所定時間保持することにより殺菌効果を高めるようにしてもよい。この時間内において、ボトル１の内面に残留した微量の過酸化水素がボトル１の内面を殺菌することになる。この所定の保持時間はボトル１をミスト供給工程からミスト排出工程まで搬送する時間を加減することにより調整することができる。過酸化水素のミストｂの導入後、熱風ｃの吹き込みを開始するまでの保持時間は１．０〜１０秒の範囲が好ましい。熱風ｃの吹き込み時間は例えば１秒〜２０秒程度である。

また、ボトル１の内面に付着した菌は高濃度で凝縮した過酸化水素の皮膜やＰＥＴ内に取り込まれた過酸化水素の粒子により速やかに殺菌される。

無菌水の蒸気を導入したボトル１は、図１（Ｄ）に示すように過酸化水素排出工程で洗浄を行い、残留過酸化水素を容器外に排出する。

過酸化水素抽出工程から過酸化水素排出工程に移行する際は、望ましくはボトル１を上下反転させ、口部１ａを下向きにする。この下向きになった口部１ａからボトル１の内部にノズル９を挿入し、ノズル９から無菌水である洗浄液ｅを送り込む。洗浄液ｅはボトル１内に充満しボトル１の内面に接触した後に口部１ａから流出する。これにより、過酸化水素抽出工程でボトル１の内面に形成され、余剰の過酸化水素を抽出した無菌水の皮膜が洗浄液ｅにより洗い流される。

過酸化水素排出工程で用いる無菌水の洗浄液ｅは、加熱して温水とした方が洗浄効率を高めるうえで望ましい。この洗浄液ｅの温度は４０℃〜８０℃の範囲が望ましい。上述した過酸化水素抽出工程においてボトル１への過酸化水素の浸透が抑制され、またボトル１から過酸化水素が抽出されているので、この洗浄は短時間で完了可能である。例えば５００ｍｌのボトルであれば３秒間程度で完了することが可能である。この結果、過酸化水素排出工程の洗浄で使用する無菌水ｅの量が低減し、ひいては無菌装置全体での無菌水の使用量も低減する。

上記洗浄で用いる無菌水は、フィルタで異物を除去した水を例えば１３０℃に加熱し、約７０℃程度まで冷却することにより得ることができる。

過酸化水素排出工程での洗浄を終えたボトル１は、図１（Ｅ）に示すようにエアブロー工程に送り、ボトル１の内面に付着した洗浄液ｅの液滴を除去する。具体的には、下向きになった口部１ａにノズル１０を対向させ、このノズルからボトル１の内部に無菌空気からなる熱風ｆを吹き込むことによりボトル１の内面に付着した水滴を吹き飛ばして除去する。

なお、上記図１（Ｄ）の洗浄又は図１（Ｅ）のエアブロー工程を省略することも可能である。

なお、上記図１（Ａ）〜（Ｅ）の工程は無菌雰囲気下で行われる。無菌雰囲気は図１（Ａ）〜（Ｅ）の工程をチャンバーで覆い、チャンバー内部を陽圧の無菌エアで満たすことにより形成することができる。

次に、流動体である煎茶を上記殺菌処理されたボトル１内に充填する方法について説明する。

図２（Ｉ）に示すように、ボトル１内に口部１ａから無菌の温水ｄを注入することによりボトル１を予熱する。この予熱温度は望ましくは５０℃〜８０℃であり、より望ましくは６０℃〜７５℃である。この予熱は図１（Ｄ）の温水による洗浄工程（温水リンス工程）で代替し、この洗浄後に次の液体窒素の供給工程を行うようにしてもよい。

図２（ＩＩ）に示すように、ボトル１内に口部１ａから液化不活性ガスである液体窒素を供給する。

符号４は液体窒素の吐出ノズルを示す。この吐出ノズル４がボトル１の口部１ａに臨み、ボトル１の口部１ａを通して液体窒素ｇをボトル１内に滴状に吐出する。図示しないが、液体窒素ｇの供給源からこの吐出ノズル４に至る導管にはタイマーで制御される電磁弁が設けられ、この電磁弁の開閉動作により吐出ノズル４から液体窒素ｇが一定量ずつ吐出される。例えば、吐出ノズル内径を０．６５インチとし、電磁弁を５０ミリ秒間だけ開けることで０．１ｇの液体窒素を吐出するようにし、この開閉動作を１回、５回、１０回、２０回行うことで、液体窒素ｇをボトル１内にそれぞれ０．１ｇ、０．５ｇ、１ｇ、２ｇ供給することができる。液体窒素ｇの供給量は、ボトル１の容積が５００ｍｌの場合、望ましくは０．１〜１０ｇ、より望ましくは０．１ｇ〜２ｇである。

吐出される液体窒素ｇは予めフィルタ等により除塵され、除菌されている。無菌の液体窒素ｇは、窒素を液体の状態から一旦気体の状態にし、除菌フィルタ（例えば０．２２μｍ）を通過させた後に、再び冷却することによって得ることができる。

ボトル１は上述したように予熱しているので、液体窒素ｇのボトル１内での気化が促進され、ボトル１内の残留酸素の更なる低減化が可能となる。

また、予熱工程が図２（Ｉ）に示した温水リンスにより行われた後、温水ｄの残水がボトル１内に存在する状態で液体窒素ｇを滴下すると、液体窒素ｇのボトル１内での気化がさらに促進され、ボトル１内の残留酸素の更なる低減化が可能となる。

液体窒素供給工程を経たボトル１は、図２（ＩＩＩ）に示すように、流動体充填工程へと送り、口部１ａから加熱した流動体である煎茶Ｚを充填する。

符号５は煎茶Ｚの充填ノズルを示す。この充填ノズル５がボトル１の口部１ａに臨み、ボトル１の口部１ａを通して煎茶Ｚをボトル１内に吐出する。図示しないが、煎茶Ｚの供給源からこの充填ノズル５に至る導管にはタイマーで制御される電磁弁が設けられ、この電磁弁の開閉動作により充填ノズル５から煎茶Ｚが所定量吐出される。煎茶Ｚは供給源等において予め加熱されている。

充填液である煎茶Ｚの加熱温度は、いわゆるホットパック充填をする場合は、望ましくは８０℃〜９５℃である。この温度が高いほど、液体窒素の気化効率が高まる。この実施の形態のようにボトル１を予め殺菌したアセプティック（無菌）充填の場合は、ボトル１の肉厚を薄くすることができ、そのためボトルの強度が比較的低くなるので、煎茶Ｚの加熱温度は、望ましくは３５℃〜５０℃が最適である。煎茶Ｚの充填中、液体窒素ｇが窒素ガスｈとなり、或いは窒素ガスｈの気泡ｉとなってボトル１内に溜まった煎茶Ｚ内を上昇し、口部１ａからボトル１外に吹き出る。この窒素ガスｈの流れにより、ボトル１内の空気がボトル１外に排出される。

煎茶Ｚが所望量充填されたボトル１は、図２（ＩＶ）に示す発泡工程に置いて所定時間保持する。ボトル１は充填すべき煎茶Ｚの量が例えば５００ｍｌであれば、口部１ａにおいて煎茶の液面Ｚａと口部１ａの先端との間にヘッドスペースＹが生じるように、多目の容積を有するように形成される。上記所定時間中に、窒素ガスｈにより膨らんだ煎茶Ｚの細かい泡粒ｊがこのヘッドスペースＹ内で充満し、ヘッドスペースＹ内の空気を口部１ａからボトル１外へ排出する。この発泡工程を終えた段階で、ヘッドスペースＹ内と煎茶Ｚ内の双方における酸素量は液体窒素ｇを供給しない場合に比べ、６０％〜９５％低減可能である。

発泡工程を終えたボトル１は、図２（Ｖ）に示す密封工程に送り、蓋（６）となるキャップ６で口部１ａを閉じて密封する。キャップ６はボトル１と同様な殺菌処理により予め殺菌処理されている。

図２（ＩＶ）に示すように、ボトル１の口部１ａには雄ネジ筒が設けられ、この雄ネジ筒に螺合する雌ネジ筒がキャップ６に設けられる。キャップ６が口部１ａにネジ締めされることにより、ボトル１内には窒素ガスｈが閉じ込められ、ボトル１の内圧が高まり、これにより、ボトル１の可撓壁が補強され、ボトル１の座屈等に対する物理的強度が向上する。もちろん、キャップ６を締め付けるまでの時間を調整することにより、内圧を大気圧まで低下させることも可能である。

また、液体窒素は−１９６℃である為、気化に数秒間を必要とする。したがって、液体窒素ｇの滴下からキャップ６による密封まで所定時間だけボトル１を開放状態に保持するのが望ましい。例えば、２８ｍｍφのキャップを用いて、ヘッドスペースＹの容量を２５ｍｌとしたボトル１にキャッピングする場合、キャップ６をボトル１の口部１ａに本巻締めすることなく望ましくは０．１秒〜５秒間、より望ましくは１．５秒以上の、キャップを口部１ａに載せただけか、あるいは半回転させた程度の仮巻締め工程を設けることにより、ヘッドスペース内の空気をほぼ完全に窒素ガスに置換することが可能である。

以上のように、予めボトル１を殺菌処理し、この殺菌処理されたボトル１を予熱した上でボトル１内に液体窒素ｇを滴下し、煎茶Ｚを充填することから、ボトル１を無菌状態のまま内容液の劣化に影響を及ぼす酸素を排除することができ、したがって煎茶Ｚの品質を高度に長期間常温のままで保持することが可能となる。

なお、上記図２（Ｉ）〜（Ｖ）の工程は無菌雰囲気下で行われる。無菌雰囲気は図２（Ｉ）〜（Ｖ）の工程をチャンバーで覆い、チャンバー内部を陽圧の無菌エアで満たすことにより形成することができる。

次に、上述した殺菌方法及び充填方法を実施するための無菌充填装置の一例について、図３に基づいて説明する。

図３に示すように、この無菌充填装置は、上記ボトル１を所定の搬送路に沿って搬送する手段を有する。

搬送手段は、複数の各種ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８を次々と隣接するごとく水平に配置し、各ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８の周りに鋏状のグリッパー（図示せず）を所定のピッチで多数配置することにより、構成される。

もちろん、これらのホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８は適宜追加削除が可能である。

隣り合うホイールは互いに反対方向に同じ周速度で回転し、各ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８の外周でグリッパーが各ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８と同じ周速度で旋回する。

搬送手段の搬送路は、各種ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８を接続することにより円弧の連続となって延び、この円弧の連続線上を多数のボトル１が所定の間隔で走行する。

これにより、ボトル１は上流側のホイールのグリッパーにより把持されてホイールと共に旋回し、下流側のホイールに到達するとそのホイールのグリッパーに掴み替えられ、以後下流側のホイールへと一定速度で順次送られる。

グリッパーは、図示しないが、ボトル１の胴体から突出する口部１ａをその外側から挟む一対の挟み片を有する。一対の挟み片は引張スプリングにより常時閉じ方向に引っ張られる。一対の挟み片はボトル１の口部１ａを常時把持しようとし、グリッパーで掴まれたボトル１は宙吊り状態となる。各ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８の内方にはグリッパーの挟み片を開状態又は閉状態に切り換えるための図示しないカムが配置される。各ホイール１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０,２１,２２,２３，２４，２５，２６，２７，２８が回転してグリッパーが隣り合うホイールのグリッパーと対向すると、一旦双方のグリッパーがボトル１の口部１ａを把持し、その後上流側のグリッパーの挟み片が開いてボトル１を解放し、下流側のグリッパーの挟み片が閉じたままでボトル１を搬送する。以後同様な操作が行われることにより、ボトル１が下流側のホイールへと一列で搬送される。

図３に示すように、上記搬送路に沿って、ボトル１を予備加熱する手段３６と、予備加熱したボトル１内に過酸化水素のミストｂを導入し（図１（Ｂ）参照）、ボトル１の内面を殺菌する手段３７と、内面が殺菌されたボトル１内に熱風ｃを吹き込んで（図１（Ｃ）参照）、ボトル１を加熱するとともに、ボトル１外にミストｂを排出する手段３８と、ミストｂを吹き込んだボトル１内を洗浄液ｅ（図１（Ｄ）参照）で洗浄し過酸化水素をボトル１外に排出する過酸化水素排出手段４０と、洗浄後に無菌の熱風ｆ（図１（Ｅ）参照）をボトル１内に吹き込みボトル１内から水滴を除去するエアブロー手段４１とが順に配置される。また、ボトル１の外面を過酸化水素のミストａで殺菌する外面殺菌手段４２も上記搬送路に沿って設けられる。この実施の形態では外面殺菌手段４２は上記予備加熱手段３６と同じ箇所に設けられる。エアブロー手段４１は省略することも可能である。

予備加熱手段３６と外面殺菌手段４２は第一のホイール１４の外周に沿うように配置され、この第一のホイール１４に接する第二のホイール１５の外周に沿うようにボトル内面殺菌手段３７が配置される。両ホイール１４，１５の回りは内部が陽圧の無菌空気で満たされた無菌チャンバー４３で囲まれる。もちろん、各ホイール１４，１５ごとに無菌チャンバーで囲むことも可能である。

予備加熱手段３６等が設けられる第一のホイール１４の上流側には複数個の導入ホイール１１，１２，１３の列が接続され、最上流の導入ホイール１１にはスクリュー４４が接続される。これら導入ホイール１１，１２，１３及びスクリュー４４も無菌チャンバー４５で囲まれる。図示しないブロー成形機等で成形されたボトル１がスクリュー４４により一定ピッチで無菌チャンバー４５内に導入されると、最上流の導入ホイール１１のグリッパーにより口部１ａを把持され、順次下流側の導入ホイール１２，１３のグリッパーを経て第一のホイール１４のグリッパーに受け渡される。

予備加熱手段３６は、第一のホイール１４の外周に沿って湾曲する熱風供給箱４６を有する。この熱風供給箱４６には図示しないがブロア、ＨＥＰＡフィルタ及び電熱器が接続される。ブロアから引き込まれた空気がＨＥＰＡフィルタで浄化され、電熱器で所定温度まで加熱され、熱風となって熱風供給箱４６内に送られる。第一のホイール１４の旋回軸１４ａにはボトル１の口部１ａを掴むグリッパーのほか熱風ａを分配するための図示しないマニホルドが旋回可能に取り付けられ、第一のホイール１４と一体で旋回するようになっている。また、各グリッパーの上方にノズル２が上下方向にスライド可能に、かつ第一のホイール１４と共に旋回可能に配置される。ノズル２のスライド動作は、図示しないエアシリンダ装置又は旋回軸１４ａを取り巻くように配置される円筒カムにより行うことができる。各ノズル２にはマニホルドから伸びるフレキシブルホース製の分岐管が接続される。

熱風供給箱４６内の熱風ａは旋回軸１４ａの中空部を通ってマニホルド、分岐管を経てノズル２に至る。第一のホイール１４へとボトル１が導入されると、ボトル１と共に走行するノズル２が降下しボトル１内に侵入して熱風ａを吹き込む。熱風ａは図１（Ａ）に示したように流れてボトル１全体を予備加熱する。熱風ａの吹き込みは第一のホイール１４が第二のホイール１５に接する箇所までの間において行われる。この箇所にボトル１が接近すると、ノズル２がボトル１外へと上昇し熱風ａの吹き込みを止める。

予備加熱手段３６は、ボトル１の口部１ａをボトル１の胴体とは別に加熱する口部加熱手段を必要に応じて備える。この口部加熱手段は具体的には、ノズル２の外周に取り付けられる傘状の案内体２ａであり、ノズル２がボトル１内に挿入されると同時にこの案内体２ａがボトル１の口部１ａの口縁を覆う。図１（Ａ）に示したように、ノズル２の先端からボトル１内に吹き込まれた熱風ａはボトル１内を巡った後口部１ａから吹き出し、案内体２ａに案内されつつ口部１ａの外周に接触し口部１ａを外側から加熱する。

外面殺菌手段４２は、図示しないミスト生成装置と、ボトル１の搬送路を所定長さで覆うトンネル状の囲い４７とを有する。

トンネル状の囲い４７は、第一のホイール１４が上記最下流の導入ホイール１３に接する箇所から第二のホイール１５に接する箇所へと円弧状に延びている。囲い４７の天板には、旋回軸１４ａを中心点として円弧状に湾曲する溝が形成され、この溝内をグリッパーとノズル２とが通過し、各グリッパーにより把持されたボトル１が囲い４７内を通過する。

この囲い４７の中には、図示しないが過酸化水素のミストを噴出するノズルと、ボトル１の搬送方向に逆行する向きに突出するバッフル部とが設けられる。

外面殺菌用のノズルは囲い４７内においてボトル１の搬送路の上流側に集中して配置され、ミスト生成装置から過酸化水素のミストｂを供給される。ミスト生成装置は上述したミスト生成装置と同様の構成のものが使用される。ノズルから吹き出た過酸化水素のミストｂは囲い４７内に充満し、囲い４７内を通過するボトル１の外面の全面に皮膜となってムラなく付着する。ミストｂはボトル１の外面に付着して凝結し高濃度の過酸化水素となってボトル１の外面を適正に殺菌する。

ボトル内面殺菌手段３７は第二のホイール１５が上記第一のホイール１４と接する箇所から第三のホイール１６に接する箇所に至るまでの搬送路上に設けられる。第二のホイール１５の外周におけるグリッパーの真上に位置するように、ボトル内面殺菌手段３７としてのミスト生成装置がグリッパーのピッチと同じピッチの間隔で複数台取り付けられ、各ミスト生成装置のノズル３がグリッパーに保持されたボトル１の口部１ａに対向する。各ミスト生成装置で生成された過酸化水素のミストｂは、各ノズル３の下方を走行するボトル１内に口部１ａから吹き込まれ、ボトル１の内面の全面にムラなく付着する。ミストｂはボトル１の内面に付着して凝結し、高濃度の過酸化水素となってボトル１の内面を速やかに殺菌する。

ミスト排出手段３８は、第三のホイール１６が上記第二のホイール１５と接する箇所から第四のホイール１７に接する箇所に至るまでの搬送路上に設けられる。第三のホイール１６の回りと第四のホイール１７の回りは、それぞれ内部が陽圧の無菌空気で満たされた無菌チャンバー５１，５２で囲まれる。

ミスト排出手段３８は、第三のホイール１６の各グリッパーの真上でグリッパーと共に旋回するノズル７を備える。ノズル７は上記ボトル内面殺菌手段３７と同様な機構によって上下動可能であり、また、上記ボトル内面殺菌手段３７と同様にして加熱した無菌空気である熱風ｃを供給される。ノズル７は上記ボトル内面殺菌手段３７によりミストｂが吹き込まれたボトル１がグリッパーに掴まれた状態で到来すると、ボトル１内に侵入して熱風ｃを吹き込む。熱風は図１（Ｃ）に示したように流れてボトル１の全体を加熱するとともに、ボトル１外にミストｂを排出する。熱風ｃの吹き込みは第三のホイール１６が第四のホイール１７に接する箇所までの間において行われる。第四のホイール１７に接する箇所にボトル１が接近すると、ノズル７がボトル１外へと上昇し熱風ｃの吹き込みを止める。

上記ボトル内面殺菌手段３７によりミストｂを吹き込まれたボトル１は、このミスト排出手段３８に至るまでの搬送路上において内部がミストｂで充満した状態に一定時間保持されるが、この一定時間内にボトル１の内面に付着し凝結した高濃度の過酸化水素がボトル１の内面をより効果的に殺菌する。

第四のホイール１７は、例えば殺菌装置の始動当初に生じる殺菌不良のボトル１を回収するために設けられる。殺菌不良のボトル１の到来を知らせる信号が図示しない制御部から発せられると、第三のホイール１６のグリッパーから第四のホイール１７のグリッパーがボトル１を受け取って搬送路外に排出する。正常に殺菌されたボトル１は第三のホイール１６の搬送路から第四のホイール１７を素通りして次の第五のホイール１８における搬送路へと向う。

第五のホイール１８及び第六のホイール１９の回りは、第六のホイール１９に接する第七のホイール２０の周りと共に、内部が陽圧の無菌空気で満たされた無菌チャンバー５３で囲まれる。

過酸化水素排出手段４０は、第六のホイール１９が上記第五のホイール１８に接する箇所から第七のホイール２０に接する箇所に至るまでの搬送路上に設けられる。

この第六のホイール１９の外周にも上記グリッパーと同様なグリッパーが所定のピッチで配置されるが、これらのグリッパーは図示しない水平枢軸を介して第六のホイール１９側に支持される。また、第六のホイール１９の旋回軸１９ａを中心にして円弧状に湾曲する図示しないカムに各グリッパーが接触するようになっており、第六のホイール１９の旋回によりグリッパーが第五のホイール１８との接点からボトル１を受け取って進行すると、カムの案内により上下反転し、従って、ボトル１も上下反転してその口部１ａが下向きとなる。

過酸化水素排出手段４０は、各グリッパーの真下にグリッパーと共に旋回運動するノズル９を備える。各ノズル９は各グリッパーの真上において上記予備加熱手段３６と同様な機構によって上下動しボトル１内に出入り可能である。また、過酸化水素排出手段４０は上記予備加熱手段３６と同様な機構によって無菌水である洗浄液ｅをマニホルド、中空管等からノズル９に供給するようになっている。無菌水は洗浄効果を高めるため望ましくは所定の温度まで予め加熱された温水とされる。ノズル９から吹き出た洗浄液ｅはボトル１内に流入した後、口部１ａから流れ出る。過酸化水素排出手段４０の下方にはこのボトル１外に流出する洗浄液ｅを受けるための樋部材（図示せず）が設けられる。

グリッパーにより逆さまに保持されたボトル１が到来すると、ノズル９がボトル１内に侵入し洗浄液ｅを噴出する。噴き出した洗浄液ｅはボトル１の内面から残留した過酸化水素を無菌水の皮膜ごと洗い流し、ボトル１の下方に流れ落ちる。流れ落ちた洗浄液ｅは樋部材に受け止められ回収される。洗浄液ｅの注入は第六のホイール１９が第七のホイール２０に接する箇所の手前までの間において行われる。この第七のホイール２０の手前の箇所にボトル１が接近すると、洗浄液ｅの注入が停止される。ボトル１内は過酸化水素抽出手段４０により洗浄され、過酸化水素が容器外に排出される。

エアブロー手段４１は、第六のホイール１９における搬送路上において、上記過酸化水素の容器外排出が終了した箇所から第六のホイール１９が第七のホイール２０に接する箇所までの間に配置される。エアブロー手段４１は、第六のホイール１９のグリッパーにより下向きに保持されたボトル１内に無菌空気からなる熱風ｆを吹き込むためのノズル１０を備える。これらのノズル１０はグリッパーに固定される。

各ノズル１０には上記予備加熱手段４７と同様にマニホルド等を介して無菌空気の熱風ｆが供給される。無菌空気は必要に応じて常温で使用される。ノズル１０は上記過酸化水素排出が終了したボトル１がグリッパーに掴まれた状態で到来すると、ボトル１の口部１ａからボトル１内に熱風ｆを吹き込む。熱風ｆは図１（Ｆ）に示したように流れてボトル１全体を加熱するとともに、ボトル１内面に付着した無菌水を吹き飛ばす。これにより、過酸化水素の除去が促進され、ボトル１内での過酸化水素の残留が更に低減する。熱風ｆの吹き込みは第六のホイール１９が第七のホイール２０に接する手前の箇所までの間において行われる。第七のホイール２０に接する箇所にボトル１が接近すると、グリッパーがカムに接することにより元の正立状態に復帰し、第七のホイール２０のグリッパーに把持される。

上記過酸化水素の容器外排出等が行われる無菌チャンバー５３に接して、無菌処理されたボトル１内への煎茶の充填が行われる無菌チャンバー５６が設けられる。

この無菌チャンバー５６内には上記第七のホイール２０に連結される各種ホイール２１，２２，２３の列が配置され、所定のホイール２３に接するように煎茶Ｚの充填機５７が設置される。ボトル１は各種ホイール２１，２２，２３のグリッパーに把持されて搬送されつつ充填機５７で煎茶Ｚを充填された後、次の無菌チャンバー５８内に移動する。

ホイール２３における充填機５７よりも上流側には、液体窒素の供給手段として吐出ノズル４（図２（ＩＩ）参照）が配置される。この吐出ノズル４から所望量の液体窒素ｇがグリッパーで把持されたボトル１の口部１ａに向かって滴状に噴射される。

ここで、図２（Ｉ）の予熱工程は上記第六のホイール１９において過酸化水素抽出手段４０又はエアブロー手段４１において温水又は熱風の供給によりすでに行われている。すなわち、殺菌装置内の温水リンス手段がボトル１の予熱手段を兼ねている。したがって、液体窒素ｇの滴下はボトル１がまだ温かいうちに行われる。第六のホイール１９の過酸化水素抽出手段４０又はエアブロー手段４１は液体窒素ｇを滴下する位置に近い例えばホイール２１，２２の回りに移設してもよいし、あるいは同様な予熱手段を別途設けてもよい。また、液体窒素ｇを滴下する際は、ボトル１内には過酸化水素抽出手段４０による温水リンスの残水が存在し、これにより液体窒素ｇのガス化が促進される。

充填機５７は充填手段として図２（ＩＩＩ）に示した充填ノズル５を備える。この充填ノズル５はボトル１の走行に同期的に走行しつつ煎茶Ｚを口部１ａからボトル１内に充填する。煎茶Ｚは充填機５７内で所望の温度まで加熱されている。図２（ＩＩＩ）に示したように、加熱された煎茶Ｚの充填により、ボトル１内からは揮発した窒素ガスｈが口部１ａから噴出し、ボトル１内に溜まった煎茶Ｚ内では窒素ガスｈが泡ｉとなって口部１ａへと上昇する。これらの窒素ガスｈによりボトル１内から空気が排出される。

次の無菌チャンバー５８内には、各種ホイール２４，２５，２６，２７，２８の列が配置され、所定のホイール２５に対して打栓機５９が設置される。

煎茶Ｚが充填されたボトル１は、ホイール２３，２４上の符号２９で示す搬送路を経て打栓機５９に至るが、この搬送路２９において図２（ＩＶ）に示した発泡工程が実行される。すなわち、ボトル１がこの搬送路２９を走行する間に、窒素ガスｈにより膨らんだ煎茶の細かい泡ｊがボトル１のヘッドスペースＹ内で充満し、ヘッドスペースＹ内の空気を口部１ａからボトル１外へ排出する。

煎茶Ｚが充填されたボトル１が無菌チャンバー５８内に搬入され、打栓機５９に到達すると、ホイール２５においてグリッパーに把持されたボトル１の口部１ａに打栓機５９により図２（Ｖ）に示したようにキャップ６が被せられ密封される。

キャップ６で密封されたボトル１は、リジェクト用のホイール２７を経由して搬出用のホイール２８から無菌チャンバー５８外に搬出され出荷される。一方、充填、キャッピング等に支障のあるボトル１はリジェクト用のホイール２７から別経路で無菌チャンバー５８外に搬出され回収される。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施の形態では、容器としてボトルを使用したが、本発明はボトル以外の形態であるカップ状の容器、パウチ、スパウト付きパウチ等の容器についても適用可能である。プラスチック製の容器以外の例えばガラス製、金属製の容器についても適用可能である。液化不活性ガスは液体窒素以外のガスを用いることも可能である。また、充填する流動体を飲料である煎茶としたが、それ以外の抹茶、紅茶、ウーロン茶等の茶飲料、ジュース、機能性飲料、酸化劣化の著しい飲料、飲料以外の流動体の充填にも適用可能である。さらに、本発明においては上記殺菌方法以外の他の殺菌方法を利用して容器を殺菌することも可能である。

液体窒素を滴下する前に、ボトルを温水リンスした場合としない場合のボトル内酸素濃度を比較したところ、表１と表２の結果を得た。

ボトルは上記殺菌方法により殺菌処理した容量５００ｍｌのＰＥＴ製ボトルを用い、このボトル内を６８℃に加熱した温水でリンスした。そして、一部のボトルについて、ボトル内面温度が６５℃程度の時に液体窒素を滴下した。

表１に示すように、温水リンスを行った後、液体窒素１．０ｇを滴下した場合は、ボトル内酸素濃度は２．３％となり、これは表２に示すようにボトル内の酸素低減効果は９０％であることが確認された。一方、温水リンスをしない場合は、表１に示すようにボトル内酸素濃度は５．７％となり、表２に示すようにボトル内の酸素低減効果は７４％に止まることが確認された。

また、表２中、液体窒素滴下量が１．０ｇの欄において、温水リンスを行った場合はボトル内に水が１〜２ｃｃ程度残留しており、その状態で液体窒素を滴下すると、ボトル内酸素低減効果は９０％になる。これに対し、温水リンスを行わない場合、すなわちボトル内が乾いた状態で液体窒素を滴下すると、ボトル内酸素低減効果は７４％になる。これにより、液体窒素の滴下はボトル内が温水で濡れた状態にある場合に行うのが、ボトル内酸素低減効果を高めるうえで望ましいということができる。

なお、ボトル内酸素濃度は、ボトルのサンプル作成直後、ボトルを３０回振った後に、非破壊検査測定機 (Presens製Fibox3)を用いて測定した。表１，２中の値はそれぞれボトル３個についての平均値である。

実施例１で使用したボトルと同様な複数個のボトルを用意し、各ボトルに表３の条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆで液体窒素を入れた後に加熱した煎茶を充填し、ヘッドスペース内で発泡させた。泡はヘッドスペースから溢れるまで発生させた。また、他のボトルには表３の条件Ｅ、Ｇ、Ｈで液体窒素を入れることなく加熱した煎茶を充填した。液体窒素を入れない場合は、泡立ちは生じなかった。

この結果は表４、表５に示すとおりである。

表４は所定温度の煎茶を充填した場合における液体窒素の滴下量とヘッドスペース内及び煎茶内の酸素量との関係を表したもので、図４の棒グラフに示される。

表５は所定量の液体窒素を滴下した場合における充填温度とヘッドスペース内及び煎茶内の酸素量との関係を表したもので、図５の棒グラフに示される。

上記表３、表４及び図４から次の点が明らかになった。

２５℃の煎茶を充填する場合、液体窒素の供給量を０．１ｇから２．０ｇへと増加するに連れてヘッドスペース内の酸素量と煎茶内の酸素量が共に減少する。液体窒素１．０ｇの場合（条件Ｃ）は、液体窒素を入れない場合（条件Ｅ）に比べ全酸素量の約６０％を除くことができ、液体窒素２．０ｇの場合（条件Ｄ）は、約８０％を除くことができた。ただし、液体窒素が２．０ｇを越えると、煎茶がボトルの口部から噴き出す現象が認められた。

また、上記表３、表５及び図５から次の点が明らかになった。

液体窒素の供給量を０．５ｇにした場合、充填する煎茶の温度を２５℃から５０℃へと上げるとヘッドスペース内の酸素量と煎茶内の酸素量が共に顕著に減少する。煎茶の温度が５０℃の場合（条件Ｆ）は、液体窒素を入れない場合（条件Ｈ）に比べ全酸素量の約９０％を除くことができた。液体窒素を入れないで煎茶の温度をさらに７０℃まで高めて充填した場合（条件Ｇ）は、ヘッドスペース内の酸素量が条件Ｈの場合よりも低減したが、煎茶内の酸素量は低減することができなかった。

容器の殺菌方法の一例を表す説明図である。 本発明に係る充填方法の一実施形態を表す説明図である。 本発明に係る充填方法を実施するための装置の平面図である。 表４のデータの棒グラフである。 表５のデータの棒グラフである。

１…ボトル
１ａ…ボトルの口部
６…キャップ
２３，２４，２５…ホイール
５６，５８…無菌チャンバー
ｇ…液体窒素
ｈ…窒素ガス
ｊ…煎茶の泡
Ｙ…ヘッドスペース
Ｚ…煎茶

Claims (11)

1. 容器を温水リンスによって予熱し、この予熱した容器内に上記温水リンス時の温水の残水が存在する状態で液化不活性ガスを滴下し、液化不活性ガスの入った容器内に加熱した流動体を充填し、しかる後に容器を密封することを特徴とする流動体の充填方法。
2. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器の殺菌処理時に上記温水リンスを行うことを特徴とする流動体の充填方法。
3. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器の予熱温度が５０℃〜８０℃であることを特徴とする流動体の充填方法。
4. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、液化不活性ガスが液体窒素であることを特徴とする流動体の充填方法。
5. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器が可撓壁を有するプラスチック製ボトルであり、液化不活性ガスが気化したガスにより内圧が大気圧以上に高められたことを特徴とする流動体の充填方法。
6. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、３０℃〜９５℃に加熱した流動体を容器内に充填することを特徴とする流動体の充填方法。
7. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、流動体が茶飲料であることを特徴とする流動体の充填方法。
8. 請求項１に記載の流動体の充填方法において、容器の予熱から容器の密封までの一連の工程を無菌雰囲気下で行うことを特徴とする流動体の充填方法。
9. 容器を所定の搬送路に沿って搬送する搬送手段を有し、この搬送路に沿って、容器を温水リンスによって予熱する予熱手段と、予熱した容器内に上記温水リンス時の温水の残水が存在する状態で液化不活性ガスを供給する液化不活性ガス供給手段と、液化不活性ガスの入った容器内に加熱した流動体を充填する流動体充填手段と、上記流動体を充填した容器を密封する密封手段とが順に配置されたことを特徴とする流動体の充填装置。
10. 請求項９に記載の流動体の充填装置において、搬送手段の搬送路が複数個のホイールを接続することにより円弧の連続となって延びていることを特徴とする流動体の充填装置。
11. 請求項９に記載の流動体の充填装置において、搬送路の上流側に容器の殺菌装置が設けられ、この搬送路が殺菌装置内での容器の搬送路に連結され、殺菌装置内に温水リンス手段が設けられ、この温水リンス手段が容器の上記予熱手段を兼ねることを特徴とする流動体の充填装置。

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