(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-24
(45)【発行日】2023-06-01
(54)【発明の名称】容器の製造装置、製造設備、および製造方法
(51)【国際特許分類】
B65B 55/08 20060101AFI20230525BHJP
B65B 55/04 20060101ALI20230525BHJP
A61L 2/10 20060101ALI20230525BHJP
【FI】
B65B55/08 A
B65B55/04 U
B65B55/04 K
A61L2/10
(21)【出願番号】P 2019189051
(22)【出願日】2019-10-16
【審査請求日】2021-12-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000005119
【氏名又は名称】日立造船株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001298
【氏名又は名称】弁理士法人森本国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】生杉 浩一
(72)【発明者】
【氏名】岡本 拓也
(72)【発明者】
【氏名】福田 直晃
【審査官】種子島 貴裕
(56)【参考文献】
【文献】特開2002-253643(JP,A)
【文献】特開2002-355903(JP,A)
【文献】特開2018-034821(JP,A)
【文献】国際公開第2019/026431(WO,A1)
【文献】特開2018-002285(JP,A)
【文献】特開2018-104031(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B65B 55/08
B65B 55/04
A61L 2/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
壁板と、前記壁板に囲われた内部領域とを有する容器に対して、前記内部領域に面する前記壁板の内壁面を殺菌する処理を行う、容器の製造装置において、
前記内部領域に挿入されて前記内壁面に接触し、前記容器を前記内部領域側から支持するマンドレルと、
前記マンドレルの内部から前記内壁面へと紫外線を照射する紫外線照射器と、
を備
え、
前記マンドレルと前記紫外線照射器との間に、前記マンドレルと前記紫外線照射器との間隔を保持する保持体が配置されていることを特徴とする、容器の製造装置。
【請求項2】
前記マンドレルが、前記紫外線照射器から照射される紫外線を透過する紫外線透過材からなることを特徴とする、請求項1に記載の容器の製造装置。
【請求項3】
前記マンドレルに、前記紫外線照射器から照射される紫外線を通す光通路が設けられていること
を特徴とする、請求項1または請求項2に記載の容器の製造装置。
【請求項4】
前記マンドレルが、前記紫外線照射器から照射される紫外線を拡散または集光する光路調節部材を備えること
を特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の容器の製造装置。
【請求項5】
前記保持体が、前記紫外線照射器から照射される紫外線を反射するものであること
を特徴とする、請求項
1に記載の容器の製造装置。
【請求項6】
請求項1ないし請求項
5のいずれか1項に記載の容器の製造装置を備えた容器の製造設備であって、
内部に前記紫外線照射器が配置された前記マンドレルを複数備えており、前記マンドレルを回転させるマンドレル回転体と、
前記マンドレル回転体の、内部に前記紫外線照射器が配置された前記マンドレルに成形前の容器を供給して前記容器の内部領域に前記マンドレルが挿入された状態にする容器供給体と、
前記内部領域に前記マンドレルが挿入された状態で前記容器を成形する容器成形体と、
前記容器成形体によって成形された前記容器を前記マンドレルから受け取る容器受取体と、
を備えることを特徴とする、容器の製造設備。
【請求項7】
壁板と、前記壁板に囲われた内部領域とを有する容器に対して、前記内部領域に面する前記壁板の内壁面を殺菌する処理を行う、容器の製造方法において、
前記内部領域に挿入されて前記内壁面に接触し、前記容器を前記内部領域側から支持するマンドレルの内部
に配置された紫外線照射器であって、前記マンドレルとの間に、前記マンドレルとの間隔を保持する保持体が配置された前記紫外線照射器から前記内壁面へと紫外線を照射する紫外線照射工程を含むことを特徴とする、容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、容器の製造装置に関するものであり、特に容器の内壁面を殺菌する処理を行う容器の製造装置に関する。本発明はまた、容器の製造設備および製造方法にも関する。
【背景技術】
【0002】
従来、飲料が充填される紙パックなどの清浄性が求められる容器に対しては、飲料などの内容物が充填される前に、容器を殺菌する処理が行われる。そして殺菌済みの容器に内容物を充填した上で容器を密封することで、飲料などの内容物が充填された殺菌済み充填製品(例えば牛乳入り紙パック)が製造される。
【0003】
こうした殺菌処理を行う既知の技術の一例として、特許文献1にはスリーブの殺菌方法および装置が記載されている。このスリーブの殺菌方法および装置では、紙製スリーブの底部が閉塞されて成形された紙容器の内面に殺菌剤のガスを吹き付けることで殺菌を行い、さらに、紙容器の内面にホットエアを吹き付けることで殺菌剤を除去するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載のスリーブの殺菌方法および装置においては、殺菌剤の吹き付けを行う器具および殺菌剤の除去を行う器具を配置しなければならないので、製造工程が多くなる上に、製造装置の寸法が大きくなってしまうという問題があった。
【0006】
容器の殺菌処理を行う方法としては、殺菌剤の吹き付けの他に、紫外線を容器に照射するという方法がある。紫外線の照射を行う従来の容器の製造設備の一例として、紙パック製造設備90を
図17に示す。この紙パック製造設備90においては、紙パック91の上方から紫外線ランプ96で紫外線を照射することにより紙パック91の殺菌が行われ、その紙パック91に飲料(例えば牛乳)が充填されて密封されることより飲料入りの紙パック製品99が製造される。
【0007】
こうした従来の紙パック製造設備90においても、紫外線ランプ96による殺菌工程が他の工程とは独立して必要となり、紙パック製品99の製造に必要な工程が多くなってしまう。また、紙パック91の上方(外部)から紫外線ランプ96で紫外線を照射する殺菌方法では、閉塞された底部を含む紙パック91の内部に対して十分に紫外線を照射できない。このように、従来の殺菌方法では均一な殺菌が行われないおそれがある。
【0008】
そこで本発明は、容器(紙パック)の成形を行うとともに、少ない工程で均一な殺菌を可能とし、必要な寸法も小さく済む容器の製造装置、それを備えた製造設備、および容器の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するため、本発明に係る実施形態の一例としての容器の製造装置は、壁板と、前記壁板に囲われた内部領域とを有する容器に対して、前記内部領域に面する前記壁板の内壁面を殺菌する処理を行う、容器の製造装置において、前記内部領域に挿入されて前記内壁面に接触し、前記容器を前記内部領域側から支持するマンドレルと、前記マンドレルの内部から前記内壁面へと紫外線を照射する紫外線照射器と、を備えることを特徴とする。
【0010】
また好ましくは、前記マンドレルが、前記紫外線照射器から照射される紫外線を透過する紫外線透過材からなるものであるとよい。
【0011】
また好ましくは、前記マンドレルに、前記紫外線照射器から照射される紫外線を通す光通路が設けられていてもよい。
【0012】
また好ましくは、前記マンドレルが、前記紫外線照射器から照射される紫外線を拡散または集光する光路調節部材を備えるとよい。
【0013】
また好ましくは、前記マンドレルと前記紫外線照射器との間に、前記マンドレルと前記紫外線照射器との間隔を保持する保持体が配置されているとよい。
【0014】
また好ましくは、前記保持体が、前記紫外線照射器から照射される紫外線を反射するものであるとよい。
【0015】
また、本発明に係る実施形態の一例としての容器の製造設備は、上述の容器の製造装置を備えた容器の製造設備であって、前記マンドレルを複数備えており、前記マンドレルを回転させるマンドレル回転体と、前記マンドレル回転体の前記マンドレルに成形前の容器を供給して前記容器の内部領域に前記マンドレルが挿入された状態にする容器供給体と、前記内部領域に前記マンドレルが挿入された状態で前記容器を成形する容器成形体と、前記容器成形体によって成形された前記容器を前記マンドレルから受け取る容器受取体と、を備えることを特徴とする。
【0016】
また、本発明に係る実施形態の一例としての容器の製造方法は、壁板と、前記壁板に囲われた内部領域とを有する容器に対して、前記内部領域に面する前記壁板の内壁面を殺菌する処理を行う、容器の製造方法において、前記内部領域に挿入されて前記内壁面に支持し、前記容器を内部領域側から支持するマンドレルの内部に配置された紫外線照射器であって、前記マンドレルとの間に、前記マンドレルとの間隔を保持する保持体が配置された前記紫外線照射器から前記内壁面へと紫外線を照射する紫外線照射工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明に係る実施形態の例示としての容器の製造装置によれば、容器がマンドレルに取り付けられている間に容器の内壁面を殺菌することができる。従って、容器の製造にあたっての工程が少なく済み、製造効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】本発明に係る容器の製造装置を備えた製造設備の一例としての、紙パック製造設備を模式的に示す図。
【
図2】
図1に示すマンドレルのうち1つを示す斜視図。
【
図3】
図2に示すマンドレルが挿入された状態の、成形前の開放紙容器を一部破断して示す斜視図。
【
図4】マンドレルの内部から紫外線照射器が紙容器の内壁面へ紫外線を照射する様子を示す断面図。
【
図5】マンドレルに光通路が設けられている形態を示す断面図。
【
図6】マンドレルの光通路が千鳥状に配置された形態を示す側面図であり、6Aは1つの光通路が1つの紫外線光源に対応している形態、6Bは1つの光通路が2つの紫外線光源に対応している形態を示す。
【
図7】光路調節部材の具体例を示す一部断面図であり、7Aは反射防止構造部、7Bは紫外線拡散構造部、7Cは紫外線集光構造部、7Dは角部レンズ部材を示す。
【
図8】光路調節部材がマンドレルの内側に配置された形態を示す断面図。
【
図9】光路調節部材がマンドレルの外側に配置された形態を示す断面図。
【
図10】光路調節部材がマンドレルの光通路に配置された形態を示す断面図。
【
図11】無菌エア供給器により無菌エアが供給され、光通路と空気流通路により空気の流通が行われる形態を示す断面図。
【
図12】マンドレルと紫外線照射器との間に保持体が配置された形態を示す断面図。
【
図13】角部が湾曲した形状になっているマンドレルを示す斜視図。
【
図14】マンドレルとマンドレル回転体との接続部を示す断面図。
【
図15】マンドレルとマンドレル回転体との接続方式の一例を模式的に示す図。
【
図16】
図1の紙パック製造設備におけるマンドレル回転体での作業工程の順序を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0019】
[容器の製造設備]
図1に、本発明に係る容器の製造装置を備えた製造設備の一例として、紙パック製造設備10を模式的に示す。紙パック製造設備10は、マンドレル20を複数備えたマンドレル回転体25を有する容器製造装置24(容器の製造装置)と、マンドレル回転体25のマンドレル20に四角筒状の開放紙容器11(成形前の容器)を供給する容器供給体42と、開放紙容器11の底部が閉塞されるように成形する底部成形体43(容器成形体)と、底部が閉塞された紙容器12をマンドレル20から受け取って搬送する容器搬送路46(容器受取体)と、を備える。
【0020】
容器製造装置24は、マンドレル回転体25のほか、各種構成要素の駆動動作(例えばマンドレル回転体25の回転や、後述の紫外線照射器30による紫外線の照射)を制御する駆動制御器26(例えばプロセッサやマイコン)と、冷却水の循環などにより紫外線照射器30を冷却する冷却器27と、紫外線照射器30などの各種構成要素に電力を供給する電源28とを備えている。
【0021】
容器搬送路46はマンドレル20から受け取った紙容器12を搬送方向(図中の左方向)に沿って搬送する。その搬送方向に沿って、マンドレル20から紙容器12を受け取る地点の下流側に内容物充填体47が設けられており、それより更に下流側には頭部成形体48が設けられている。内容物充填体47は紙容器12に飲料などの内容物を充填し、頭部成形体48は内容物が充填された紙容器12の頭部を閉塞するように成形する。これらにより、内容物が容器に充填されて密封がなされた紙パック製品13が製造される。
【0022】
なお本実施形態においては、
図3に示すような、底部/頭部共に開放された状態の成形前の容器を開放紙容器11と称し、開放紙容器11の底部が閉塞された状態を紙容器12と称し、紙容器12に内容物が充填されて頭部が閉塞された状態を紙パック製品13と称する。これらはいずれも紙パック製造設備10において製造、殺菌、成形、充填の対象となる容器であり、製造工程の過程で変形していく容器を形状に応じて便宜上区別している。
【0023】
開放紙容器11は、紙および熱可塑性樹脂が積層された平板状のシート部材を素材とし、そのシート部材の向かい合う二辺が貼り合わせ部15によって貼り合わされることによって筒状とされたものである。この開放紙容器11はさらに、最終的な紙パック製品13の形状へと変形することが容易となるように、事前に仮折り込みされたり、型押し機で特定部分が押圧されたりするなどの方法により、複数の折り目が予め形成されている。ここでは、四角筒状への変形を促進する筒成形折り目11a、底部の成形を促進する底部成形折り目11b、頭部の成形を促進する頭部成形折り目11cが予め形成されている。
【0024】
[容器の製造装置]
紙パック製造設備10においては、紙容器12がマンドレル20から容器搬送路46へと受け取られた時点で紙容器12の殺菌処理が完了している。以下、紙容器12の殺菌処理を行う構成について、
図2,
図3,
図4を参照して説明する。
図2は、本実施形態におけるマンドレル20の1つを拡大して示す斜視図である。マンドレル20の内部に、多数の紫外線光源32(例えば紫外線LED、紫外線ランプなど)を表面に備えた紫外線照射器30が配置されている。
【0025】
図1の容器供給体42は、底部/頭部共に開放された状態の四角筒状の開放紙容器11を、マンドレル20に被せるようにして供給する。すなわち、
図3の一部破断図に示すように、開放紙容器11の壁板16に囲われた内部領域19にマンドレル20が挿入された状態となるように開放紙容器11の供給が行われる。ここで壁板16は、開放紙容器11を構成する紙の壁面のことを指している。後に行われる底部の成形が可能となるように、マンドレル20が挿入されるのは開放紙容器11のうち一部を残した部分、具体的には後述する底部成形折り目11bが形成されている部分の手前までとなっている。
【0026】
図1の容器供給体42には開放紙容器11が四角筒状に変形する前の状態で複数収納されており、例えば壁板16となる部分が吸盤によって外面から吸着されて引っ張られることにより、開放紙容器11が筒成形折り目11aに沿って屈曲して四角筒状の形状が得られるようになっている。しかし、例えば材質の紙が部分的に硬くなっていて筒成形折り目11aが十分に形成されずに薄くなっている部分があるといった場合に、吸盤による引っ張りだけでは十分に四角筒状へ変形せず、部分的に曲線状の辺や曲面状の面が残ることもある。そのような場合でも、
図3に示すように、開放紙容器11の内部領域19に四角柱形のマンドレル20が挿入されることによって、内部領域19に面する壁板16の内壁面18にマンドレル20の外面が接触し、マンドレル20が開放紙容器11を内部領域19側から支持することになる。そのため、開放紙容器11の胴部はマンドレル20の外形に沿って変形し、望ましい形状の四角筒状に成形される。
【0027】
図2、
図3、
図4に示すように、マンドレル20の内部には紫外線照射器30が配置されている。本実施形態においては、このマンドレル20は紫外線を透過する紫外線透過材(例えば石英ガラス、紫外線透過樹脂、サファイアなど)からなるものである。従って、紫外線照射器30の表面に備えられた紫外線光源32が紫外線を発すると、その紫外線はマンドレル20を透過して開放紙容器11の内壁面18へと到達することができる。つまりマンドレル20の内部から内壁面18へと紫外線が照射されることになるので、開放紙容器11がマンドレル20に装着された時点から、紫外線によって内壁面18を殺菌する処理が行われることになる。
【0028】
ここで、
図2、
図3に示すように、本実施形態の紫外線照射器30は横断面視が四角形における4つの角を二等辺直角三角形で切り落とされた八角形(つまり紫外線照射器30が八角柱状)になっており、切り落とされた4つの角における二等辺直角三角形の底辺にあたる部分が傾斜部34となっている。この傾斜部34にも紫外線光源32が設けられているので、
図3に示すように、四角筒状の開放紙容器11の、横断面視で四角形の角部にあたる部分や、角部において重なり合っている貼り合わせ部15と壁板16との間の段差の陰となる部分に対しても紫外線が照射されることになる。
【0029】
また、紫外線照射器30の長手方向先端に位置する先端面37、および傾斜部34と先端面37との間をつなぐ先端傾斜部36にも紫外線光源32が設けられているため、紫外線はマンドレル20の長手方向先端面を越えた領域へも至ることとなる。従って、マンドレル20と直接は向かい合っていない、
図3において底部成形折り目11bが形成されている部分(後に紙容器12、紙パック製品13の底部となる部分)の内壁面18に対しても紫外線が照射される。このように、開放紙容器11の内壁面18の全体に紫外線が照射されて、内壁面18の全体に対して殺菌処理が行われるようになっている。これにより、容器角部や底部の折り目部分など、成形後の容器外部からでは陰となる箇所にも紫外線が照射されて十分に殺菌される。そのため、
図17に示すような、上方から紫外線ランプ96で紫外線を照射する従来の殺菌方法では殺菌が不十分となる箇所も十分に殺菌されるため、容器が菌により汚染されることや、充填される飲料や他の容器に菌が飛び移って汚染を広げてしまうことが防がれる。
【0030】
[マンドレル回転体]
図1に示すように、マンドレル回転体25は回転軸25aを中心として放射状に延びる複数の(ここでは8つの)マンドレル20を備えており、これらの放射状に配置されたマンドレル20を回転軸25a周りで回転させることができる。容器製造装置24が備える駆動制御器26からの指令によりマンドレル回転体25がマンドレル20を回転させると、容器供給体42からマンドレル20へ供給された開放紙容器11が、マンドレル20によって内部領域19から支持された状態でマンドレル20と共に回転する。このとき、マンドレル20は開放紙容器11を内側から突っ張って支持しているため、マンドレル20が回転して重力に対する姿勢が変化しても、開放紙容器11が重力によってマンドレル20の表面に沿って自然と滑ってしまうことはなく、マンドレル20と開放紙容器11との間の相対的な位置関係は維持される。
【0031】
開放紙容器11が回転して通過する経路上には底部成形体43が配置されており、この底部成形体43は、詳しい図示は省略するが開放紙容器11を底部成形折り目11bに沿って折り込む。その後、加熱圧着体43aによってその折り込んだ部分を加熱することにより、開放紙容器11の材質に含まれる熱可塑性樹脂を溶融させ、その状態で折り込んだ部分を加熱圧着体43aがヒートシールの手法で圧着することにより、開放紙容器11は底部が閉塞するように成形されて、紙容器12へと変形する。このとき、マンドレル20が開放紙容器11を内部領域19から支持しているため、加熱圧着体43aによる圧着の際に、加熱圧着体43aが紙容器12の底部となる部分を挟んでマンドレル20の長手方向先端面と突き当たる位置まで開放紙容器11を押し込むようにする。これにより、押し込み過ぎたり、押し込みが足りなかったりすることはなく、底部が望ましい位置に成形される。
【0032】
図4には、底部成形体43による底部成形後の紙容器12およびその内部のマンドレル20、紫外線照射器30の様子を表す断面図が示されている。
図4に示されているように、底部成形後の紙容器12に対しても、紫外線照射器30は、マンドレル20の内部から内壁面18へと紫外線を照射する。ここで、前述の通り紫外線照射器30の先端面37にも紫外線光源32が設けられているため、紙容器12の底面にも紫外線が照射される。また、先端傾斜部36にも紫外線光源32が設けられているため、紙容器12底側の角部にも紫外線が照射される。このように、底部成形後の紙容器12に対しても内壁面18の全体に紫外線が照射され、殺菌処理が行われる。
【0033】
このように、本実施形態の容器製造装置24を備えた紙パック製造設備10によれば、底部成形体43により紙容器12の底部を成形する工程と、紫外線照射器30により内壁面18を殺菌する工程とが並行して行われる。従って、底部成形後の紙容器12がマンドレル20から容器搬送路46へと受け取られた時点で紙容器12の殺菌処理が完了していることになる。
【0034】
以上、本発明に係る容器の製造設備について、実施形態の一例としての紙パック製造設備10を基に説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、様々に変形・改善することが可能である。以下にいくつかの変形例を説明するが、これらもあくまで一例であり、本発明がこれらの変形例に限定されることを意味するものではない。
【0035】
[光通路]
上記の実施形態例においては、マンドレル20が紫外線を透過する紫外線透過材からなるものとしたが、
図5に示すように、マンドレル20に紫外線を通す光通路22(ここではマンドレル20表面に開けられた透光孔)が設けられていれば、マンドレル20は紫外線を透過しない材質(紫外線非透過材:例えば金属、セラミック、紫外線非透過樹脂)で構成されていてもよい。
【0036】
ここで、紫外線が光通路22を確実に通過できるように、光通路22は少なくとも紫外線光源32の直上を含む範囲に設けられていることが好ましい。例えば、紫外線照射器30の外面上において紫外線光源32が配置されている位置についての幾何学的法線の延長上にあたる位置が光通路22の範囲に含まれているとよい。特に、紫外線光源32が紫外線LEDのような指向性のある点光源である場合には、
図5に示す通り、紫外線光源32の投光方向上に光通路22が設けられていると、紫外線が確実にマンドレル20の外部、ひいては紙容器12の内壁面18へと到達することができる。なお、光通路22はマンドレル20の側面だけでなく、
図5に示す通り長手方向先端面や、先端面と側面との間の角部に設けられてもよい。
【0037】
また、
図6Aに示すように、マンドレルの表面(特に、紙容器12の内部領域19に面した部位)に光通路22(および紫外線光源32)が千鳥状に配置されていると、マンドレル20に対して開放紙容器11、紙容器12が抜き差しされる際に、マンドレル20の幅方向に沿ったどの位置でも内壁面18が紫外線の照射を受けることになる。従って、ムラなく紫外線を内壁面18へ照射することができる。このようにムラなく照射させるための光通路22の配置は千鳥状に限らず、マンドレル20の幅方向に沿った任意の位置において、マンドレル20の長手方向に沿って1つ以上の光通路22が配置されるようになっていればよい。例えばマンドレル20の表面上で点在する光通路22が螺旋状に(あるいは螺旋に類似した形状に沿って)配置されていてもよい。
【0038】
また、光通路22の形状は
図6に示すような矩形形状でなくてもよく、例えば四角形以外の多角形状であったり、円形や楕円形などの曲線を含む形状であったりしてもよい。このように、光通路22の形状は、紫外線が通過できて紫外線による殺菌を実現できるものであればよく、上記において例示した形状に限られるものではない。
【0039】
また、
図6Aでは1つの光通路22が1つの紫外線光源32に対応するようになっているが、1つの光通路22が複数の紫外線光源32に対応していてもよい。例えば
図6Bに示すように、1つ1つの光通路22の寸法を大きくする(ここではマンドレル20の長手方向に沿った辺の寸法を長くする)ことにより、複数(ここでは2つ)の紫外線光源32からの紫外線が共通の光通路22を通過するようにしてもよい。
【0040】
なお、
図5、
図6では平板状の紫外線非透過材がマンドレル20の外壁をなしており、その外壁に光通路22としての透光孔が設けられているものとしているが、光通路22の形態はこれに限るものではなく、マンドレル20の内部から発した紫外線がマンドレル20の外部へと到達できる構造となっていればよい。例えば、マンドレル20が紫外線非透過材からなる金網状の部材として構成され、その網目が光通路22となっていてもよい。
また、紫外線非透過材ではなく紫外線透過材からなるマンドレル20に光通路22が設けられてもよい。
【0041】
[光路調節部材]
マンドレル20内部の紫外線照射器30から発して紙容器12の内壁面18へ照射される紫外線が適切な照射範囲、適切な照射強度となるように、マンドレル20は
図7に示されるような、紫外線の光路を調節する(例えば、紫外線を拡散または集束させる)光路調節部材50を備えていてもよい。光路調節部材50は紫外線透過材(マンドレル20を構成する材質とは別のものでもよい)からなるものであることが好ましい。
【0042】
光路調節部材50の一例としては、
図7Aに示されるように、紫外線透過材からなる薄板状の光路調節部材50がマンドレル20の面(ここでは内面とする)を覆っており、紫外線が光路調節部材50へと入射する方向側(図中の左側)の面に反射防止構造部51が設けられたものが考えられる。
図7Aの反射防止構造部51は矩形状の凹部が複数並んだものとして構成されており、マンドレル20内面の法線に近い角度で入射してくる紫外線のみを通すことで、マンドレル20の内面で紫外線が反射してしまうことが防止されるようになっている。
【0043】
図7Bの光路調節部材50は、紫外線が光路調節部材50から出ていく側(図中の右側)の面に拡散構造部52が設けられている。
図7Bの拡散構造部52は凹レンズ状の構造が複数並んだものとなっており、凹レンズ作用によって紫外線を拡散させるようになっている。
図7Cの光路調節部材50は、紫外線が光路調節部材50から出ていく側(図中の右側)の面に集束構造部53が設けられている。
図7Cの集束構造部は凸レンズ状の構造が複数並んだものとなっており、凸レンズ作用によって紫外線を集束させるようになっている。
【0044】
図7Dには光路調節部材50の別形態としての角部レンズ部材54が示されており、この角部レンズ部材54は、マンドレル20内の角部に設けられる。
図7Dの角部レンズ部材54はマンドレル20の角部を埋めてマンドレル20内側へは傾斜面を露出するようにして配置されており、これによりマンドレル20の側面と先端面との間で面同士が垂直に交わっている角部がマンドレル内部に直接露出しないようになっている。このため、マンドレル20の角部およびその近傍に向かう紫外線は角レンズ部材54の傾斜面に入射することになり、傾斜面に入射した紫外線は角部レンズ部材54により集束されてマンドレル20外側の角部から出射する。
【0045】
このとき、マンドレル20の内面角部近傍に入射する紫外線は、角部レンズ部材54がなければその一部がマンドレル20の側面と先端面との間で反射するなどして外側の角部の方向へ十分な光量で出射されないおそれがある。そこで、角部レンズ部材54を設置して、マンドレル20の内面角部近傍に入射する紫外線を集束させることにより、外側の角部の方向にも紫外線が十分な光量で問題なく出射されるようになる。
【0046】
なお、こうした光路調節部材50は
図7、
図8に示されるようにマンドレル20の内面側に配置されてもよいが、
図9に示されるように、マンドレル20の外面側に光路調節部材50が配置されてもよい。
【0047】
また、マンドレル20に
図5のような光通路22が設けられている場合は、
図10に示されるように、光通路22に光路調節部材50が埋め込まれてもよい。ここで、マンドレル20の角部に設けられた光通路22には、角部レンズ部材54が埋め込まれることが好ましい。なお、紫外線の光路を変更せず、そのまま透過させるもの(例えば平坦な石英ガラスなどの紫外線透過材)が光通路22に嵌め込まれてもよい。
【0048】
[空気流通路]
また、マンドレル20には、マンドレル20の内部と外部との間で空気の流通を可能とする空気流通路23が設けられてもよい。ここで、
図11に示すように、光通路22が紫外線だけでなく空気も通すものであってもよい。すなわち光通路22が空気流通路23を兼ねてもよい。また、
図11の右上近くに示されているように、光通路22とは別に空気流通路23が設けられてもよい。マンドレル20に空気流通路23が設けられている場合、マンドレル20の内部(マンドレル20と紫外線照射器30との間)に無菌エアを供給する無菌エア供給器38が設けられていてもよい。マンドレル20の内部に無菌エアが供給されることにより、マンドレル20および紫外線照射器30の清浄性が高く保たれる。また、容器搬送路46がマンドレル20から紙容器12を受け取る際に、空気流通路23(または光通路22)を有するマンドレル20の内部に無菌エアが供給されれば、無菌エアは紙容器12の内部領域19にも供給されることになる。従って、内部領域19からの空圧により紙容器12がマンドレル20から離脱しやすくなって、容器搬送路46がスムーズに紙容器12を受け取れるようになる。
【0049】
[保持体]
また、
図12に示すように、マンドレル20と紫外線照射器30との間に、マンドレル20と紫外線照射器30との間隔を保持する保持体21が配置されていてもよい。ここで、間隔を保持するとは、保持体21によってマンドレル20と紫外線照射器30との位置関係が一定に保持されることを指しており、開放紙容器11や紙容器12を支持するマンドレル20に外力が加わった際に、そのマンドレル20に不可逆的な損傷が生じないようになっていればよい。すなわち、マンドレル20と紫外線照射器30との間に保持体21が配置されていると、マンドレル20外部から外力が加わった場合にも、マンドレル20と紫外線照射器30との位置関係がずれてしまうことがない。
【0050】
例えば、マンドレル20と紫外線照射器30とが平面視において互いの中心位置が略同一位置となるように配置された状態で、マンドレル20に外力が加わった際にも、平面視においてこれらの中心位置が略同一位置となった状態が保持される。外力の例としては、四角筒状に変形し切っていない開放紙容器11にマンドレル20が挿入されるときや、底部成形体43が紙容器12の底部を成形するときには、マンドレル20の外部から外力が加わることになる。
【0051】
このとき、マンドレル20と紫外線照射器30との間隔が長い、あるいは短い場合に保持体21が配置されていないとすると、マンドレル20に外力が加わった際にその外力自体でマンドレル20が変形することや、あるいはマンドレル20が揺れ動いてしまうことがある。そして、マンドレル20が紫外線照射器30やその他の周囲の物体と衝突するなどして、マンドレル20や紫外線照射器30に割れや折れといった不可逆的な損傷が生じることがある。また、マンドレル20と紫外線照射器30との位置関係がずれることで、光通路22と紫外線光源32との位置関係にもずれが生じて、光通路22を通過する紫外線量が減少し、殺菌効果が低減することがある。
【0052】
一方、保持体21が配置されていれば、マンドレル20と紫外線照射器30との位置関係が一定に保持され、不可逆的な損傷や殺菌効果の低減が防がれる。また、マンドレル20と保持体21、あるいは紫外線照射器30と保持体21の接合部においては、物理的に接しているだけでもよいが、ボルトなどで固定されていることが好ましい。
【0053】
保持体21の位置はマンドレル20と紫外線照射器30の間である。保持体21の配置方法の一例としては、マンドレル20の長手方向先端面と、紫外線照射器30の長手方向先端に位置する先端面37とを接続するように保持体21が配置されるとよい。このように保持体21が配置されていると、底部成形体43によって開放紙容器11が加熱成形される際に、底部形成体43による長手方向への押し込みに対してマンドレル20が抗することができ、マンドレル20が長手方向に圧縮されて膨張することが防がれる。
【0054】
保持体21の配置方法の他の例として、マンドレル20の側面と、紫外線照射器30の側面とを接続するように保持体21が配置されてもよい。この場合、マンドレル20が側面のうち一方向のみに偏って膨張することが防がれる。保持体21の数はマンドレル20の変形を防ぐために多い方が好ましいが、1つだけであっても、複数あってもよい。
【0055】
また、保持体21自体が紫外線反射材で構成される、あるいは紫外線反射材が保持体21の表面に貼りつけられるなどして、保持体21が紫外線を反射するものとなっていれば、紫外線を様々な方向に照射することができる。また、保持体21は
図12に示すように棒状や板状の部材でもよいが、保持体21が紫外線透過材からなるものであれば、マンドレル20内部を充填する部材、例えば綿状の部材であってもよい。
【0056】
[マンドレルの形状や支持構造]
以上の説明においてはマンドレル20を四角柱形の形状として描写してきたが、マンドレル20は湾曲した形状の領域を含むものであってもよく、例えば
図13に示されているように、マンドレル20は角部(側面の角部、先端部の角部)が湾曲した形状であってもよい。このように角部が湾曲した形状であれば、開放紙容器11にマンドレル20が挿入される際に、マンドレル20および開放紙容器11が破損しにくくなる。なおマンドレル20の形状が正確な四角柱形でなくとも、望ましい四角筒形状の内面の複数点または複数面に相当する部分で内壁面18に接触して開放紙容器11を内部領域19側から支持するようになっていれば、開放紙容器11を望ましい四角筒状の形状へ成形することは問題なく行われる。
【0057】
また、マンドレル回転体25とマンドレル20とが別体のものであれば、単体で製造されたマンドレル回転体25(例えば既存のもの)に、内部に紫外線照射器30が配置されたマンドレル20を別途取り付けることもできる。この場合、マンドレル20とマンドレル回転体25との間、および紫外線照射器30とマンドレル回転体25との間は、溶接などの物理的接合や、リブを介したボルト締めによる固定がなされる。
【0058】
なお、マンドレル20と紫外線照射器30との間は、上述したように保持体21によって位置関係が保持されていると好ましい。例えばマンドレル20は、マンドレル回転体25外面に設けられたマンドレル接続部25b(
図14)に対して溶接や接着剤によって固定されるとよい。この固定は、マンドレル回転体25の運転時(駆動制御器26からの指令による回転時)にマンドレル20、マンドレル回転体25、紫外線照射器30が相互に取り外れないようになっているとよい。
【0059】
一方、マンドレル回転体25の停止時にはマンドレル20および紫外線照射器30がマンドレル回転体25から取り外し可能となっていることが好ましい。この場合、停止時にマンドレル20またはその内部の紫外線照射器30を取り替えることができる。例えばマンドレル20とマンドレル回転体25との接続境界20aとなる箇所にゴムパッキンが挟まれるなどして、マンドレル20がマンドレル回転体25に対して着脱可能に取り付けられていると、運転時にはマンドレル20がマンドレル回転体25から取り外れることはない。そして、マンドレル20や紫外線照射器30が破損するなどの不具合が生じたときには、それらを交換するため停止時にマンドレル回転体25から取り外すことが容易である。
【0060】
また、
図15に示すように、マンドレル回転体25に複数設けられた接続凹部25cに、マンドレル20の基部(先端部の反対側)から突出する接続凸部29が挿入されることでマンドレル20がマンドレル回転体25に取り付けられれば、マンドレル20の取り付けがより容易になるとともに、ゴムパッキンなどを介した着脱可能な取り付けも実現しやすくなる。また、マンドレル20がマンドレル回転体25に取り付けられていない状態でも、紫外線照射器30が内部に配置されたマンドレル20単体で殺菌処理を行うことは可能である。例えば紙パック製品13の新製品試作の際に、単体のマンドレル20に開放紙容器11を取り付けて殺菌処理を試行するといったことが可能である。
【0061】
[紫外線照射器]
なお、以上の説明においてはマンドレル20の内部に配置される紫外線照射器30について、多数の紫外線光源32を備えたものを例示したが、単体の紫外線ランプを紫外線照射器30として用いることも可能である。また、紫外線照射器30の形状および紫外線光源32の配置について、以上の説明では八角柱状の紫外線照射器30を例示しており、その表面に紫外線光源32が配置されるものとしているが、これらも例示の形状および配置に限定されるものではない。
【0062】
紫外線照射器30の形状や、紫外線光源32の配置については、紫外線照射器30から照射される紫外線がマンドレル20を透過(あるいは光通路22を通過)して、開放紙容器11や紙容器12に対して紫外線の均一な照射ができるものとなっていればよい。例えば、紫外線照射30の形状は、4つの角を切り落としていない四角柱であっても、六角柱状であっても、円柱形状となっていてもよい。また紫外線光源32の配置は、
図2に示されるような縦方向(長手方向)にも横方向(幅方向)にもそれぞれ一列に整列したものに限られるものではなく、例えば
図6Aに示す光通路22と同じく千鳥状に配置されてもよいし、螺旋状に配置されてもよい。
【0063】
[容器殺菌工程]
図16に、本発明に係る容器の製造方法の一例として、上記の実施形態例における容器製造装置24を備えた紙パック製造設備10のマンドレル回転体25において開放紙容器11、紙容器12に対して行われる作業工程の順序を示す。なお、この
図16はマンドレル20へと供給される開放紙容器11(紙容器12)の1つに対して行われる作業工程の順序を示すものであり、実際には複数の開放紙容器11(紙容器12)に対して並行して別々の作業工程が行われる。
【0064】
まず、容器供給体42によってマンドレル20へと開放紙容器11が供給される(開放紙容器11の内部領域19にマンドレル20が挿入される)容器供給工程S01が行われる。この時点から紫外線照射器30により内壁面18へ紫外線を照射する紫外線照射工程SAが行われる。容器供給工程S01の後、開放紙容器11は紫外線照射工程SAによる殺菌を受けながら、底部成形体43によって底部成形折り目11bに沿って折り込まれ、加熱圧着体43aによる加熱、すなわち加熱体接触工程S02による加熱を受ける。その後、加熱圧着体43aによって、加熱された部分をヒートシールによって閉塞して底部として成形し、開放紙容器11を紙容器12へと変形させる容器成形工程S03による成形を受ける。そして変形後の紙容器12に対して、吸盤によってマンドレル20から重力方向へ引き抜かれるなどして容器搬送路46へと受け取られる容器受取工程S04が行われる。開放紙容器11(紙容器12)に対する紫外線照射工程SAは、容器供給工程S01から、容器受取工程S04まで継続して行われる。すなわち、開放紙容器11(紙容器12)に対して加熱体接触工程S02および容器成形工程S03が行われている間も、紫外線照射工程SAが並行して行われる。
【0065】
なお、加熱体接触工程S02において開放紙容器11へ与えられる熱が紫外線照射器30に伝わって紫外線照射器30が破損することのないように、加熱体接触工程S02の間、または加熱体接触工程S02よりも前から、(例えば、冷却水の温度を下げる、冷却水の循環速度を上昇させるなどして)冷却器27による紫外線照射器30の冷却機能が強化される冷却強化工程SBが並行して行われることが好ましい。
【0066】
以上において説明したような本発明によれば、殺菌のための工程・装置と成形のための工程・装置とを別々にする必要がないので、
図1の紙パック製造設備10は
図17に示された従来の紙パック製造設備90に比べ、紙パック製品13完成までの工程が少なく、紙パック製品13の製造効率が高くなっている。また、底部成形後の紙容器12が搬送される容器搬送路46内に従来の紙パック製造設備90のような殺菌装置96を設ける必要もなく、容器の内壁面を殺菌するための機器をマンドレル20の外部に設ける必要もない。従って容器搬送路46の搬送方向寸法が短く済み、紙パック製造設備10全体の寸法が小さくできる、つまり省スペースとなる。
【0067】
なお、以上の説明においては紙パック製造設備10において製造される容器として、四角筒状の開放紙容器11、開放紙容器11の底部が閉塞された紙容器12、紙容器12に内容物が充填されて頭部が閉塞された紙パック製品13を例示したが、容器の形状は四角筒状に限るものではない。本発明に係る製造装置、製造設備、製造方法は様々な形状の容器を製造可能である。製造される容器の形状に応じて適切なマンドレルを使用すれば、例えば三角錐や円筒状の紙パックを製造することも可能である。また容器の材質も紙に限るものではなく、本発明によれば例えば柔軟な樹脂製容器を製造することも可能である。
【符号の説明】
【0068】
10 紙パック製造設備
11 開放紙容器
12 紙容器
13 紙パック製品
16 壁板
18 内壁面
19 内部領域
20 マンドレル
22 光通路
23 空気流通路
24 容器製造装置
25 マンドレル回転体
30 紫外線照射器
32 紫外線光源
42 容器供給体
43 底部成形体
43a 加熱圧着体
46 容器搬送路
47 内容物充填体
48 頭部成形体
50 光路調節部材
90 紙パック製造設備
91 紙パック
96 殺菌装置
99 紙パック製品
S01 容器供給工程
S02 加熱体接触工程
S03 容器成形工程
S04 容器受取工程
SA 紫外線照射工程
SB 冷却強化工程