(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填機上で無菌充填される容器を滅菌する方法であって、
チューブと、前記容器内部に無菌方法で製品を分配する充填管と、単色の放射を発生させることが可能な紫外線放射源とを有する処理ステーションを備える段階にして、該放射は２００ナノメートル未満の波長を有し、前記容器の開口において前記充填管が前記紫外線放射源に取り囲まれ、該充填管および該紫外線放射源はともに前記チューブに取り囲まれ、これによって、該紫外線放射源の外壁と該チューブの内壁との間にギャップが備えられ、該チューブは、酸素の充填端と酸素を前記容器内部に供給する分配端とを有している、前記処理ステーションを備える段階と、
内部を露出する開口を有している、滅菌されるべき容器を前記処理ステーションの近くの位置に移動させる段階と、
前記紫外線放射源を通して所定量の酸素を流す段階と、
前記紫外線放射源から十分な放射を酸素に照射して酸素をオゾンに変換する段階と、
このオゾンを前記容器内に流して、該容器を滅菌する段階と、
この滅菌した該容器に製品を充填する段階と、を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、更に、オゾンを容器内に流す段階に続いて該容器から過剰なオゾンを排出する段階を含む方法。
【請求項３】
容器を流動可能な材料で無菌充填する前に容器を滅菌する装置であって、該流動可能な材料は流動可能な材料源に保持され、該容器は所定の直径の開口を有しており、
前記装置は、
前記容器内部に無菌方法で流動可能な材料を分配する充填管にして、該充填管は該容器の内部および前記流動可能な材料源と流動連通している、前記充填管と、
２００ナノメートル未満の単色波長を有し且つ該容器の開口において該充填管を取り囲む紫外線放射源と、
該充填管と該紫外線放射源とを取り囲み、これによって、該紫外線放射源の外壁とチューブの内壁との間にギャップを備えるチューブにして、該ギャップは該容器の内部と流体連通しており、該チューブは酸素の充填端と酸素を前記容器内部に供給する分配端とを有する、前記チューブと、
該ギャップと流体連通し、もって該容器の内部と流体連通している酸素供給源とを含み、
これによって、酸素が前記酸素供給源から前記ギャップを通り前記紫外線放射源を通過して流れ、それによって該容器の内部に進入する前にオゾンになり、このオゾンが流動可能な材料で無菌充填される前に該容器の内部を滅菌するようになっている装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、紫外線放射源が、単色波長を有するエキシマ紫外線ランプである装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術的分野）
本発明は、ボトルを滅菌する方法および装置に関する。詳細には本発明は、オゾンの使用を通じて高速無菌充填が行われるボトルを滅菌する方法および装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
高速無菌ボトル充填では、製品を導入する前にボトルの滅菌が必要である。しかし、充填前にボトルを十分な時間滅菌する場合、滅菌と充填の間の期間中にボトルが汚染されるかもしれないという可能性が常に存在する。この問題を解消するため、従来技術では様々な解決策が提案されてきた。一解決策は、ボトルの滅菌から充填へ移行する期間全体を通して無菌環境を維持することである。この解決策では、滅菌ボトルと同様にほとんどの充填機を無菌エンクロージャ内に閉じ込めることが必要である。その他の解決策では、ボトルを充填ステーションから下方で滅菌することができる。ここでも、充填機にはエンクロージャが必要である。したがって、充填機を作動させるための完全な無菌環境の準備を必要とせずに、汚染の可能性を減少させる無菌ボトルを提供する方法が必要である。
【０００３】
（発明の開示）
本発明は、汚染の可能性をほぼ完全に減少させるような手法で無菌容器を提供する。本発明は、充填前に容器を滅菌する装置を準備することによって、これを実現することができる。
【０００４】
本発明の一態様は、流動可能な材料で容器を無菌充填する前に、容器を滅菌する装置である。通常、流動可能な材料は流動可能な材料供給源で維持され、容器は所定の直径の開口を有している。装置は、充填管、紫外線放射源、チューブ、および酸素供給源を含む。充填管は、ジュースなどの所望の内容物を容器内部に送出する。この送出は、容器内部および流動可能な材料の供給源と流動連絡する充填管を用いて、無菌の状態で実施される。
【０００５】
紫外線放射源は、２００ナノメートル未満の単色波長を有し、また容器の開口近くで充填管を取り囲む。
【０００６】
チューブは充填管と紫外線放射源の両方を取り囲み、充填管の外壁とチューブの内壁との間にギャップが設けられる。ギャップは容器内部と流動連絡する。チューブは充填端と分配端を有する。酸素供給源はギャップと流動連絡し、それによって容器内部と流動連絡する。酸素は、酸素供給源から紫外線放射源を通過しながらギャップを通って流れるときにオゾンに変換され、その後、容器内部に進入してオゾンが容器内部を滅菌し、その後、流動可能な材料を無菌充填する。容器は、ＰＥＴボトル、ＨＤＰＥブロー成形ボトル、ＰＥＴカップ、ポリエチレン・ボトル、およびポリプロピレン・ボトルからなる群からのものでよい。
【０００７】
本発明の別の態様は、充填・シール機に沿って運ばれてきたボトルを、機械の単一処理ステーションで無菌状態で滅菌し充填する装置である。各ボトルは所定の直径の開口を有し、流動可能な材料の供給源から流動可能な材料が充填される。装置は上述と同様であり、多段ステーション機の充填ステーション内に一体化される。
【０００８】
本発明の別の態様は、充填機上で無菌充填を行うボトルを滅菌する方法である。この方法の第１段階は、滅菌するボトルを処理ステーション近くの位置に移動させることである。ボトルには、ボトル内部を露出する開口がなければならない。次は、２００ナノメートル未満の実質上単色の放射を発することが可能な紫外線放射源を準備することである。次の段階は、紫外線放射源を通して所定量の酸素ガスを流すことである。次の段階は、紫外線放射源から十分な放射を酸素に照射して、酸素をオゾンに変換することである。次の段階は、オゾンをボトル内に流し、それによってボトルを滅菌することである。最後の段階は、滅菌したボトルに製品を充填することである。
【０００９】
本発明の主な目的は、ボトルに所望の製品を充填する直前にボトルを滅菌する方法を提供することである。
【００１０】
本発明の追加の目的は、所望の製品を充填する直前に、１本のボトルまたは一連のボトルを滅菌する装置を提供することである。
【００１１】
本発明の追加の目的は、品質保持期間の長い、ボトルに詰められた製品を提供することである。
【００１２】
本発明の追加の目的は、充填・シール機の充填ステーション内に一体化され、所望の製品を充填する直前にボトルを滅菌する装置を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、カップまたはボトル用カップを滅菌する方法および装置を提供することである。
【００１４】
本発明を簡単に述べたが、当業者なら、以下の本発明の詳細な説明を添付の図面とともに解釈することによって、上記および別の目的、特徴、およびその利点を理解するであろう。
【００１５】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明は、ボトルの充填・シール機に使用する。任意のタイプのボトル、カップ、キャップ、または容器を利用することができるが、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）ボトル、またはブロー成形された高密度ポリエチレン（「ＨＤＰＥ」）が好ましい。その他の容器は、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはこれらの共重合体からなるものでよい。本発明は、ボトルに詰められた製品の品質保持期間を延ばすことができるように、充填する直前にボトルを滅菌する。
【００１６】
（酸素／オゾンの変換）
酸素が人間の生存に極めて重要であるのに対し、オゾンは人間に非常に有害な影響を及ぼす気体である。したがって、その一方が他方に容易に変換され、またその逆も同様であることは興味深い。可能性ある機構を以下に示す。
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【００１７】
オゾンはすばやく分解して酸素になり、このため、オゾンを滅菌剤として使用するには、オゾンが発生して滅菌剤として実際に使用されるまでの間のオゾンの急速な分解を克服することが可能でなければならない。
【００１８】
（エキシマ紫外線技術）
本発明は、エキシマ紫外線技術を使用することができる。エキシマは、次第に消えていく電子的に励起された分子複合体であり、特有の条件でのみ存在する。エキシマは、基底状態に対して励起状態にある。この励起状態では、通常は反応しない希ガスなどの元素どうしが互いに結合し、または別の元素と結合することができる。エキシマは、通常、形成されてから１マイクロ秒以内で分解し、２つの元素が基底状態に戻るときにその結合エネルギーを光子として放射する。紫外線を利用する場合、希ガス原子から形成されたエキシマ、または希ガスおよびハロゲンから形成されたエキシマが特に重要なものである。より周知の紫外線エキシマには、Ａｒ2、Ｋｒ2、Ｘｅ2、ＡｒＣｌ、ＫｒＣｌ、ＫｒＦ、およびＸｅＣｌが含まれる。これらの分子複合体は、エキシマである励起した二量体の分解によって、電磁スペクトルの紫外範囲で放出が生じることから、紫外線エキシマである。例えば、ＫｒＣｌからの放出は波長が２２２ナノメートル（「ｎｍ」）、ＫｒＦからの放出は波長が２４８ナノメートル、Ｘｅ2からの放出は波長が１７２ｎｍ、ＸｅＣｌからの放出は波長が３０８ｎｍである。いくつかの紫外線エキシマについて本発明に関して述べてきたが、本発明を実施するに際し、本発明の範囲から逸脱することなくその他の紫外線エキシマを使用することができることを、当業者なら理解するであろう。
【００１９】
キセノンに関するエキシマ・プロセスの例は以下のようである。まず、基底状態にあるキセノン原子を電子との相互作用により励起して励起状態にする。次に、この励起したキセノン原子を基底状態のキセノン原子と反応させてエキシマ複合体を形成する。形成から１マイクロ秒以内でキセノン原子が２個の基底状態のキセノン原子に分解し、そうすることによって紫外線光子を放出する。
【００２０】
本発明は、エキシマを形成することが可能な気体が石英ガラス・シェル内に密閉されている、エキシマ紫外線ランプを含む。気体は、希ガス、または希ガスとハロゲンの混合物でよい。電子は、シェルの外側に配置された電極によって発生し、電極ギャップによって分離する。好ましい実施形態では、エキシマ紫外線ランプは、中心が通るアパーチャを有した円筒形の形状である。この実施形態では、１つの電極は紫外線ランプの外表面に並置され、第２の電極は紫外線ランプの円筒体の内表面上に並置される。
【００２１】
図１に示すように、本発明の装置２０は、充填・シール機の充填ステーション内に一体化される。より具体的には、装置は充填ステーションの充填管を変更する。装置２０はボトル２２と係合し、それによって、開口２４、したがってボトル２２の内部と、充填管２６の間に流動連絡が作り出される。充填管２６は、充填管２６の中空内部である中央アパーチャ２８を有し、そこから製品がボトル２２に流入する。開口２４の近くでは、充填管２６が紫外線放射源３０に取り囲まれる。充填管２６および紫外線放射源３０はともにチューブ３２に取り囲まれ、このチューブは、チューブ３２の内壁３４と紫外線放射源３０の間にギャップ３８が得られるように、直径が十分大きいものである。ボトル２２にはガスケット３６が接触しており、このガスケットは、無菌環境を維持するためＦＤＡで認可されたシリコーン・ゴムからなるものでよい。ボトル２２のネックはガスケット３６に押圧されて耐密な封止をもたらし、オゾンの漏れを防ぐ。圧縮力は、ボトル２２の下に配置されたリフタによって得ることができる。あるいは把持機構を利用して、ボトル２２のネックを充填管２６に押し付けることができる。
【００２２】
ボトル２２を装置２０に接続したら、図示しない供給源４０から酸素をギャップ３８内に流す。酸素が紫外線放射源３０を通過するにつれて紫外線が酸素をオゾンに変換し、このオゾンがボトル２２に流入する。オゾンはボトルを滅菌し、次いでこのボトルに充填管２６内を流れる所望の製品をただちに充填する。製品がボトル２２に流入するにつれ、残りのオゾンがボトル２２から排出／フラッシュされる。また、紫外線放射源３０は製品によって冷却される。ボトル２２を充填したら、シール・ステーションに搬送する。このようにして、充填前にボトル２２が汚染される可能性は、完全になくならないとしても大きく減少する。ボトル２２は、製品がボトル２２に導入されるとき、実際には滅菌プロセスにかけられたままである。
【００２３】
図１Ａに、図１の装置の上断面図を示す。図１Ａに示す装置２０の様々な部品の断面は、環状である。しかし、本発明の実施に際し、本発明の精神および範囲から逸脱することなく楕円形の断面などその他の断面を使用できることを、当業者なら理解するであろう。充填管２６は、紫外線放射源３０に取り囲まれる。好ましい実施形態では、紫外線放射源３０はエキシマ・ランプである。エキシマ紫外線ランプ３０は、一般に円筒形シェル４８、外部電極５０、および内部電極５６からなるものでよい。円筒形シェル４８内には、反応してエキシマを形成する気体が密封されている。気体は、内部電極５２と外部電極５０の間に確立された電極ギャップに電流を発生させる交流電圧によって、電気的に励起される。エキシマによって発生した紫外線は、一般に円筒状シェル４８から外方に向けられる。
【００２４】
本発明のエキシマ紫外線ランプ３０は、従来の水銀ベースの紫外線ランプよりりも極めて低い温度で作動する。しかし、本発明のエキシマ紫外線ランプ３０は、ランプ３０、充填管２６、およびボトル２２の過熱を防ぐために依然として冷却することが必要である。そのため、充填管２６の中央アパーチャ２８内を流れてボトル２２に入る製品が、エキシマ紫外線ランプ３０から熱を除去するように作用する。冷却流体が中央アパーチャ２８内を流れるときに、冷却流体が吸熱源として作用してランプ３０から熱を除去するようにするため、製品を、エキシマ紫外線ランプの作動温度よりも低い所定温度で維持することができる。
【００２５】
図２に示す一連のボトル２２は、コンベア・システム６０に沿って搬送される。充填ステーション６２で装置２０はボトル２２と接続し、それによって、充填管がボトル２２の内部と流動連絡するように配置する。接続は、装置とボトル２２内部との間に作り出される真空によって、またはボトル２２の開口２４内にある充填管２６の配置を通して補助することができる。コンベア・システム６０上には、製品タンク６４および酸素供給源４０がある。各ボトル２２を滅菌して製品を充填した後、ラインのさらに下にあるシール・ステーションにボトルを搬送する。
【００２６】
本発明の方法を、図３の流れ図で述べる。ステップ８０で、ボトルを充填・シール機の充填ステーションに向けて移動させる。ボトルは開口を有し、それによってボトル内部が外部にさらされる。図１で述べた充填ステーションは、所望の内容物をボトル２２に送出する充填管２６を有する。ボトル２２の開口に最も近い充填管２６は、紫外線放射源で囲まれる。充填管２６および紫外線放射源３０はともにチューブ３２に取り囲まれ、このチューブは、紫外線放射源３０とチューブ３２の内壁３４の間にギャップ３８が得られるように、直径が十分大きいものである。
【００２７】
ステップ８２で、実質的に単色の放射を発生させることが可能な紫外線放射源３０を準備する。この紫外線は波長が２００ナノメートル未満である。ステップ８４で、所定量の酸素ガスをギャップ３８内に流し、紫外線放射源３０を通過させる。ステップ８６で、紫外線放射源３０から十分な紫外線を酸素に照射して、酸素からオゾンに変換する。ステップ８８で、オゾンをボトル２２内部に導入し、それによってボトル２２を滅菌する。ステップ９０で、充填管６０を通してボトル２２に製品を分配し、それによって、ボトル２２に製品を充填するときに残りのオゾンをボトル２２から排出する。
【００２８】
所望の製品は、好ましくはミルク、ジュース、または水でよい。しかし、スープ、ヨーグルト、チーズ、パスタなどを含めたその他の圧出可能な食品も本発明の範囲内にある。容器のタイプまたは所望の製品は、容器が開口を有し製品が流動可能である限り、本発明において制限を設けるべきではない。
【００２９】
図４に、本発明を使用して滅菌した、ブロー成形ＨＤＰＥボトルを示す。図５に、本発明を使用して滅菌したＰＥＴボトルを示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の装置の好ましい実施形態の概略図である。
【図１Ａ】  本発明の装置の切断図である。
【図２】  充填ステーション上に一体化された、本発明の装置の概略図である。
【図３】  本発明の方法の流れ図である。
【図４】  本発明を使用して滅菌したブロー成形ＨＤＰＥボトルを示す図である。
【図５】  本発明を使用して滅菌したＰＥＴボトルを示す図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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