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JP7790641B2 - 無菌充填方法および無菌充填システム - Google Patents
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JP7790641B2 - 無菌充填方法および無菌充填システム - Google Patents

無菌充填方法および無菌充填システム

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Description

本発明は、殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填方法および無菌充填システムに関する。
従来、殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填方法において、過酸化水素等の殺菌剤を利用した殺菌処理を備えるものが公知である(例えば、特許文献1を参照)。
特開2010-202284号公報
ところが、殺菌剤を利用した殺菌処理では、成形された容器に殺菌剤が残留する懸念があることから、残留リスクを低減するために対策を施す必要があるという問題がある。
そこで、本発明は、これらの問題点を解決するものであり、簡素な構成で、殺菌剤の残留リスクを回避または低減しつつ、短時間で効果的な殺菌を実現する無菌充填方法および無菌充填システムを提供することを目的とするものである。
本発明の無菌充填方法の一態様は、殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填方法であって、前記容器または容器予備成形体に対してCOレーザを照射して容器表面を殺菌するレーザ照射処理と、前記容器内に内容物を充填する充填処理とを含むことにより、前記課題を解決するものである。
また、本発明の無菌充填方法の他の態様は、殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填方法であって、前記容器または容器予備成形体に対して赤外線波長のレーザを照射して容器表面を殺菌するレーザ照射処理と、前記容器内に内容物を充填する充填処理とを含むことにより、前記課題を解決するものである。
また、本発明の無菌充填システムの一態様は、殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填システムであって、前記容器または容器予備成形体の容器表面に対してCOレーザを照射して容器表面を殺菌するレーザ照射手段と、前記容器内に内容物を充填する充填手段とを含むことにより、前記課題を解決するものである。
また、本発明の無菌充填システムの他の態様は、殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填システムであって、前記容器または容器予備成形体の容器表面に対して赤外線波長のレーザを照射して容器表面を殺菌するレーザ照射手段と、前記容器内に内容物を充填する充填手段とを含むことにより、前記課題を解決するものである。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理は、無菌充填設備の前記容器または容器予備成形体の入口部と前記充填処理が実施される充填部との間の経路上で実施されてもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理では、前記容器または容器予備成形体の外表面へのCOレーザ照射と、前記容器または容器予備成形体の内表面へのCOレーザ照射を施してもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記容器予備成形体としてのプリフォームにブロー成形を施すことで前記容器としてのPETボトルを成形する容器成形処理を更に含み、前記レーザ照射処理は、前記プリフォームに対して行われてもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記プリフォームを前記容器成形処理時の成形温度に加熱する加熱処理を更に含み、前記レーザ照射処理は、前記加熱処理後の前記プリフォームに対して行われてもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの口部に対するCOレーザ照射は、前記プリフォームの胴部に対するCOレーザ照射よりも、出力が高い、および/または、照射時間が長くてもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの外表面に対してCOレーザ照射を施した後に、前記プリフォームの内表面に対してCOレーザ照射を施してもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの開口に対向するように前記プリフォーム外に配置された照射部によって円錐状に拡散したCOレーザを前記プリフォームの内表面に照射してもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの軸線方向において前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を相対的に移動させながら、前記プリフォームの内表面にCOレーザを照射してもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理では、前記照射部によるCOレーザの拡散角度を変化させながら、前記プリフォームの内表面にCOレーザを照射してもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの開口に対向するように前記プリフォーム外に配置された照射部を通して照射されるCOレーザが、前記プリフォームの内表面のうちの一部領域に当たるように照射スポットを設定し、前記プリフォームの軸線を中心として前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を回転させながら、前記プリフォームの内表面にCOレーザを照射してもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記照射スポットは、前記プリフォームの周方向の一部範囲において、前記プリフォームの底部中央から前記プリフォームの開口側先端までを含んでもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記照射スポットは、前記プリフォームの周方向における横幅よりも前記プリフォームの軸線方向における縦幅が広い縦長状に設定されてもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理では、前記プリフォーム内に配置された照射部によってCOレーザを一方向に向けて照射するように設定し、前記プリフォームの軸線を中心として前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を回転させるとともに、前記プリフォームの軸線方向において前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を相対的に移動させながら、前記プリフォームの内表面にCOレーザを照射してもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記容器予備成形体としてのシート材に成形を施すことで前記容器としてのシート材容器を成形する容器成形処理を更に含み、前記レーザ照射処理は、前記シート材または前記シート材容器に対して行われてもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理は、前記容器成形処理前に前記シート材に対して行われてもよい。
上記無菌充填方法または無菌充填システムのいずれかでは、前記レーザ照射処理では、COレーザの照射スポットが、前記シート材の搬送方向における縦幅よりも前記搬送方向に直交する方向における横幅が広い横長状に設定され、前記シート材を搬送しながら前記シート材に対してCOレーザを照射してもよい。
本発明では、簡素な構成で、殺菌剤の残留リスクを回避または低減しつつ、短時間で効果的な殺菌を実現できる。
本発明の一実施形態に係る無菌充填システムを示す説明図。 COレーザの照射態様の例を示す説明図。 COレーザの照射態様の例を示す説明図。 COレーザ照射の殺菌効果を確認するための試験の結果を示す説明図。 光の波長に対する、芽胞菌、カビ、PET樹脂の吸光度を示す図。
以下に、本発明の一実施形態に係る無菌充填システム10について、図面に基づいて説明する。
なお、本明細書で使用する「上流」「下流」の用語は、プリフォームPまたは容器の搬送方向における上流または下流を意味する。
まず、無菌充填システム10は、殺菌済みの容器に殺菌された内容物(特に内容液)を無菌充填する所謂インラインブロー式の充填システムとして構成されたものであり、図1に示すように、容器を無菌成形する無菌成形装置20と、容器内に内容物を無菌充填する充填装置60とを備えている。
以下に、無菌充填システム10の各構成要素について、図面に基づいて説明する。
まず、無菌成形装置20は、殺菌処理を施した殺菌済みの容器を無菌成形するものであり、図1に示すように、容器予備成形体としてのプリフォームPを投入する入口部21と、ブロー成形ターレット22と、入口部21の下流側に設定されたオーブンエリアA1においてプリフォームPに昇温処理を施すオーブン機構30と、プリフォームPを搬送するプリフォーム搬送機構40と、プリフォームPを殺菌する容器殺菌装置50とを備えている。
入口部21は、図1に示すように、無菌成形装置20(無菌充填システム10)に対してプリフォームPを投入するための部位である。
ブロー成形ターレット22は、図1に示すように、オーブンエリアA1の下流側に配置され、プリフォームPに無菌ブロー成形を施すものである。
具体的には、ブロー成形ターレット22は、無菌ブロー成形時の成形温度にまで昇温されたプリフォームP内に無菌エアーを吹き込むことでPETボトル等の容器を二軸延伸ブロー成形するブロー機(図示しない)を備えたターレットとして構成されている。
ブロー成形ターレット22が設置される成形エリアA3は、チャンバーによって覆われ、HEPAフィルタを通した無菌エアーをFFU(Fan Filter Unit)により上部から吹き込むことで無菌雰囲気かつ陽圧に保たれている。
また、成形エリアA3に設置されるブロー成形ターレット22やブロー機等の各設備は、ブロー配管末端まで滅菌されている。
成形エリアA3に、プリフォーム段階での殺菌処理のみで容器の殺菌を完了したプリフォームPが搬送され、無菌ブロー成形される。
これにより、成形エリアA3では、無菌状態でブロー成形を行う無菌ブロー成形が行われる。よって、成形エリアA3内でのプリフォームPやブロー成形後の容器の搬送において搬送経路近傍を局所的に無菌エアーや殺菌ガス雰囲気化することが不要となり、また、ブロー成形後の容器に対しての殺菌は不要となる。
オーブン機構30は、ブロー成形ターレット22における無菌ブロー成形時の成形温度にまでプリフォームP(の胴部P1)の温度を昇温させる昇温処理を施すものであり、オーブンエリアA1をその内側に有したオーブンチャンバー31と、プリフォームPを昇温させる赤外線ヒーターとして構成された複数の昇温ヒーター32とを有している。
なお、オーブン機構30は、オーブンチャンバー31の代わりにオーブンの周囲を囲う簡易的なカバーを設けてもよく、また、オーブンチャンバー31を設けなくともよい。
なお、プリフォームPの胴部P1は、無菌ブロー成形時に金型内に配置され金型内で膨張させる部位であり、プリフォームPの口部P2は、無菌ブロー成形時に金型外に配置され膨張させない部位である。
また、移送エリアA2は、図1に示すように、オーブンエリアA1の下流側かつ成形エリアA3の上流側のエリアであり、成形エリアA3よりは汚染度が高いが、オーブンエリアA1よりは汚染度が低いエリアである。
プリフォーム搬送機構40は、入口部21から投入されたプリフォームPをブロー成形ターレット22に搬送するものであり、図1に示すように、主にオーブンエリアA1においてプリフォームPを搬送する搬送機41と、オーブンエリアA1から搬出されたプリフォームPをブロー成形ターレット22に向けて搬送する複数のターレット42とを備えている。
ターレット42は、移送エリアA2や成形エリアA3においてプリフォームPを搬送するものであり、これらターレット42は、プリフォームPを外周側から把持する複数のグリッパーを有している。前記グリッパーは、UV照射あるいは殺菌剤にて把持部を殺菌しておくことが望ましい。
なお、プリフォーム搬送機構40によるプリフォームPの搬送姿勢については、正立状態や、倒立状態(すなわち、プリフォームPの口部P2側を下方に向けた下向き状態)や、横向き状態(すなわち、プリフォームPの口部P2側を側方に向けた横向き状態)等、如何なるものでもよい。
無菌成形装置20は、充填装置60における内容物の充填時において、容器が商業的無菌状態(すなわち、通常の非冷蔵貯蔵・流通条件下で当該飲料に発育しうる公衆衛生上有害なすべての微生物を死滅させた状態)となるように、容器殺菌装置50等による殺菌処理を施すように構成されている。
本実施形態では、容器殺菌装置50等による殺菌処理は、無菌ブロー成形後における容器段階での殺菌処理を施すことなく(容器段階での殺菌処理を必要とすることなく)、無菌ブロー成形によって容器を成形する前のプリフォーム段階でのプリフォーム殺菌処理のみで容器の殺菌を完了させる(更に具体的には、本実施形態では、移送エリアA2までに殺菌を完了させ、殺菌が完了したプリフォームPを成形エリアA3に搬入する)ように構成され、言い換えると、プリフォーム段階でのプリフォーム殺菌処理のみで容器が商業的無菌状態になるように構成され、更に言い換えると、プリフォーム段階でのプリフォーム殺菌処理のみで、(プリフォームPの内表面および外表面を含む全外面について、)殺菌対象となる菌(容器内に充填する内容物内で増殖し得る菌であり、カビ、一般細菌、芽胞菌、等)について殺菌可能に構成されている。
なお、殺菌効果(D)は、殺菌効果(D)=LOG((初発菌数)/(生残菌数))の式で表されるものであり、例えば、100個の菌数が10個に減少した場合、LOG(100/10)=1Dとなる。
容器殺菌装置50は、オーブンエリアA1よりも下流側であってブロー成形ターレット22よりも上流側のエリア(本実施形態では、移送エリアA2)において、プリフォームPの内表面(胴部P1および口部P2の内表面)および外表面(胴部P1および口部P2の外表面)の殺菌を行うように構成されており、図1に示すように、容器またはプリフォームPの容器表面にCOレーザを照射するレーザ照射手段としてのレーザ照射器51と、レーザ照射器51の上流側または同じ場所に配置され、容器表面の被殺菌領域を加熱する加熱手段(本実施形態では、オーブン機構30)とを備えている。
COレーザとはガスレーザの一種であり、このCO(炭酸ガス)レーザには、炭酸ガスに窒素とヘリウムを混合したガスを使用する。この混合ガスに放電電流を流すことによりレーザを取り出すものである。
レーザ照射器51は、図1に示すように、オーブンエリアA1よりも下流側であってブロー成形ターレット22よりも上流側のエリア(本実施形態では、移送エリアA2)において、ターレット42によって搬送される途中のプリフォームPの容器表面に対してCOレーザを照射することで、プリフォームPの容器表面に殺菌を施すものである。
レーザ照射器51は、レーザ発振器51aと、レーザ発振器51aで発振されたCOレーザを照射するための、レンズ、ミラー、ビームエキスパンダー、ビームシェイパー等の光学素子から成る照射部51bとを有している。
なお、レーザ照射器51をオーブンエリアA1内またはオーブンエリアA1の上流側に設置してもよい。また、レーザ照射器51をブロー成形ターレット22の下流側に設置して、成形後の容器に対してCOレーザを照射して殺菌を行ってもよい。
加熱手段は、レーザ照射器51によるレーザ照射処理の前または同時に実施され、レーザ照射処理時において容器表面の被殺菌領域が加熱された状態にするように、当該被殺菌領域を加熱するものであり、本実施形態では、上述したオーブン機構30が加熱手段として機能する。
なお、加熱手段の具体的態様は、上記に限定されず、オーブン機構30とは別途に設けた昇温ヒーターや温水、水蒸気、熱風等を供給する供給器等から加熱手段を構成してもよい。この場合、被殺菌領域の加熱温度は60℃以上、80℃以上、100℃以上など適宜設定できる。
充填装置60は、無菌成形装置20の下流側に設置され、図1に示すように、容器内に内容物を充填する充填手段としての充填部61と、充填部61の下流側に配置され容器の口部に殺菌済みのキャップを装着するキャッピング部62とを備えている。
充填装置60における各工程は、その内部が無菌状態に維持されたチャンバー内で行われる。
また、無菌成形装置20と充填装置60との間で容器を搬送する区間においても、容器の無菌状態が維持され、言い換えると、ブロー成形ターレット22によって容器を無菌ブロー成形した後から充填部61において容器内に内容物を無菌充填するまでの全区間において容器の無菌状態が維持され、本実施形態では、上記全区間をチャンバーによって覆うことによって、当該区間において容器の無菌状態を維持している。
次に、無菌充填システム10を用いた無菌充填方法について、以下に説明する。
まず、本実施形態の無菌充填方法は、レーザ照射処理の前または同時に実施される加熱処理と、容器表面に対してCOレーザを照射するレーザ照射処理と、(本実施形態ではブロー成形ターレット22による)容器予備成形体に成形を施すことで容器を成形する容器成形処理と、充填部61によって容器内に内容物を充填する充填処理とを有している。
レーザ照射処理は、レーザ照射器51によって、容器表面(本実施形態では、プリフォームPの内表面および外表面を含む全表面)にCOレーザを照射するものであり、無菌充填設備の容器またはプリフォーム(容器予備成形体)Pの入口部21と充填処理が実施される充填部61との間の経路上で実施される。
レーザ照射処理では、容器または容器予備成形体の外表面(本実施形態ではプリフォームPの外表面)へのCOレーザ照射と、容器または容器予備成形体の内表面(本実施形態ではプリフォームPの内表面)へのCOレーザ照射とを(個別に)実施するようになっている。
プリフォームPの内表面へのCOレーザ照射の具体例については、以下のようなものが考えられる。なお、図2、3において符号Lcで示す矢印は、COレーザを模式的に示したものである。
まず、図2(a)に示すように、プリフォームPの開口に対向するようにプリフォームP外においてプリフォームPの軸線上に配置された照射部51bによって円錐状に拡散したCOレーザをプリフォームPの内表面に照射することが考えられる。
このようにCOレーザを照射する場合、プリフォームPの内表面における被殺菌領域の全域にCOレーザを照射しつつ、照射部51bをプリフォームP内に挿入する必要が無いため、短時間で照射を完了することができる。
なお、図2(a)に示す例において、照射部51bとプリフォームPとの位置関係については、照射部51bおよびプリフォームPの両方を動かすことなくCOレーザの照射を行ってもよく、プリフォームの軸線方向においてプリフォームPまたは照射部51bの少なくとも一方を相対的に移動させながら、COレーザの照射を行ってもよい。
また、図2(a)に示す例において、照射スポットSが円形状になるように照射(フルコーン照射)してもよく、また、照射スポットSが円環状になるように照射(ホローコーン照射)してもよい。
また、図2(a)に示す例において、照射部51bによるCOレーザの拡散角度θを変化させながら、COレーザの照射を行ってもよく、また、拡散角度θを変化させることなく、COレーザの照射を行ってもよい。
また、図2(b)に示すように、レーザ照射処理において、プリフォームPの開口に対向するようにプリフォームP外に配置された照射部51bを通して照射されるCOレーザが、プリフォームPの内表面のうちの一部領域に当たるように照射スポットSを設定し、照射時においてプリフォームPの軸線を中心としてプリフォームPまたは照射部51bの少なくとも一方を回転させながら(図2(b)に示す例では、照射部51bを回転させることなく、プリフォームPを回転させながら)、プリフォームPの内表面にCOレーザを照射してもよい。
このようにCOレーザを照射する場合、プリフォームPの内表面における被殺菌領域の全域にCOレーザを照射しつつ、照射部51bをプリフォームP内に挿入する必要が無いため、短時間で照射を完了することができる。
なお、図2(b)に示すように、照射スポットSを、プリフォームPの周方向の一部範囲において、プリフォームPの底部中央からプリフォームPの開口側先端までを含むように設定してもよい。
また、図2(b)に示すように、照射スポットSを、プリフォームPの周方向における横幅よりもプリフォームPの軸線方向における縦幅が広い縦長状に設定してもよい。
また、照射スポットSの具体的形状としては、長方形、ライン状、楕円等が考えられる。
なお、図2(b)に示す例において、照射部51bとプリフォームPとの位置関係については、照射部51bおよびプリフォームPの両方をプリフォームPの軸線方向に動かすことなくCOレーザの照射を行ってもよく、照射時に、プリフォームPの軸線方向においてプリフォームPまたは照射部51bの少なくとも一方を相対的に移動させて、COレーザの照射を行ってもよい。この時、照射スポットSを、プリフォームPの軸線方向におけるプリフォームPの底部中央からプリフォームPの開口側先端までの一部を含むように設定し、複数回に分けて被殺菌領域の全域を照射するようにしてもよい。
また、図3(a)に示すように、レーザ照射処理では、プリフォームP内に配置された照射部51bによってCOレーザを一方向(図3(a)に示す例ではプリフォームPの軸線方向に直交する方向)に向けて照射するように設定し、照射時に、プリフォームPの軸線を中心としてプリフォームPまたは照射部51bの少なくとも一方を回転させる(図3(a)に示す例では、照射部51bを回転させることなく、プリフォームPを回転させる)とともに、プリフォームPの軸線方向においてプリフォームPまたは照射部51bの少なくとも一方を相対的に移動させながら(図3(a)に示す例では、プリフォームPを移動させることなく、照射部51bを移動させながら)、プリフォームPの内表面にCOレーザの照射を行ってもよい。
なお、図3(a)に示す例において、照射部51bからプリフォームPの底部側(図3に示す例では下側)に向けても追加でCOレーザを照射するようにしてもよい。
また、図3(b)に示すように、レーザ照射処理では、プリフォームP内に配置(挿入)された照射部51bの先端部の外周全域から径方向(プリフォームPの軸線方向に直交する方向)外側に向けてCOレーザを放射状に照射するように設定し、照射時に、プリフォームPの軸線方向においてプリフォームPまたは照射部51bの少なくとも一方を相対的に移動させながら(図3(b)に示す例では、プリフォームPを移動させることなく、照射部51bを移動させながら)、プリフォームPの内表面にCOレーザの照射を行ってもよい。
なお、図3(b)に示す例において、照射部51bからプリフォームPの底部側(図3に示す例では下側)に向けても追加でCOレーザを照射するようにしてもよい。
また、図3(c)に示すように、レーザ照射処理では、プリフォームP内に配置された照射部51bの先端部からCOレーザを(四方八方に)拡散させるように設定し、照射時に、プリフォームPの軸線方向においてプリフォームPまたは照射部51bの少なくとも一方を相対的に移動させながら(図3(c)に示す例では、プリフォームPを移動させることなく、照射部51bを移動させながら)、プリフォームPの内表面にCOレーザの照射を行ってもよい。
なお、この図3(c)に示す例において、プリフォームPの軸線を中心としてプリフォームPまたは照射部51bの少なくとも一方を回転させるようにしてもよい。
また、図3(d)に示すように、レーザ照射処理では、プリフォームP内に配置されプリフォームPの軸線方向に沿って伸びる長尺状の照射部51bの外周全域から(四方八方に)拡散させるように設定し、プリフォームPの内表面にCOレーザの照射を行ってもよい。
なお、図3(d)に示す例において、照射部51bとプリフォームPとの位置関係については、照射時に、照射部51bおよびプリフォームPの両方を動かすことなくCOレーザの照射を行ってもよく、照射時に、プリフォームPの軸線方向においてプリフォームPまたは照射部51bの少なくとも一方を相対的に移動させながら、COレーザの照射を行ってもよい。
プリフォームPの外表面に対するCOレーザ照射の具体的態様については、プリフォームP外に配置された照射部(プリフォームPの内表面に対してCOレーザを照射するための照射部51bと別途または同一に設けられた照射部)によってプリフォームPの外表面に対してCOレーザを照射するものであれば、如何なるものでもよい。
また、プリフォームPの内表面に対するCOレーザ照射およびプリフォームPの外表面に対するCOレーザ照射のタイミングについては、プリフォームPの外表面に対してCOレーザ照射を施した後に、プリフォームPの内表面に対してCOレーザ照射を施してもよく、反対に、プリフォームPの外表面に対してCOレーザ照射を施す前に、プリフォームPの内表面に対してCOレーザ照射を施してもよく、また、プリフォームPの外表面に対するCOレーザ照射およびプリフォームPの内表面に対するCOレーザ照射を同時に行ってもよい。
また、レーザ照射処理において、プリフォームPの容器表面の各部位ごとに、COレーザ照射の出力や照射時間や積算光量(mJ/cm)に変化をつけてもよい。
例えば、(プリフォームPの内表面および外表面の両方について、または、プリフォームPの内表面または外表面のみについて、)プリフォームの口部P2に対するCOレーザ照射が、プリフォームの胴部P1に対するCOレーザ照射よりも、出力が高い、および/または、照射時間を長くしてもよく、また、プリフォームの口部P2におけるCOレーザ照射の積算光量(mJ/cm)が、プリフォームの胴部P1におけるCOレーザ照射の積算光量(mJ/cm)よりも大きくなるようにしてもよい。
レーザ照射処理では、9μm帯(中心波長が9.0~9.9μm)の波長を有するCOレーザを照射するのが好ましい。
また、レーザ照射処理では、1秒以下の照射時間でCOレーザを照射するのが好ましい。これにより、容器の殺菌処理の時間を大幅に短縮することができる。ここでの照射時間とは、被殺菌領域がCOレーザ光を受光する時間を意味する。
また、レーザ照射処理では、良好な殺菌効果を得つつ、照射対象である容器表面に損傷を与えることを回避するために、容器表面の被殺菌領域におけるCOレーザの積算光量が1600mJ/cm以上かつ30000mJ/cm以下になるように、COレーザを照射するのが好ましい。
また、レーザ照射処理では、連続波またはパルス波のいずれの態様でCOレーザを照射するようにしてもよい。
加熱処理は、加熱手段によって、レーザ照射処理による容器表面の被殺菌領域を加熱するものであり、本実施形態では、加熱手段としてのオーブン機構30によって、プリフォームPを容器成形処理時の成形温度に加熱するものである。
なお、加熱処理は、加熱処理後のプリフォームPに対して実施されるレーザ照射処理時に容器表面の被殺菌領域の温度が120℃以上になるように、被殺菌領域を加熱するように設定することが好ましい。
次に、COレーザ照射による殺菌効果を確認するために行った試験について、図4に基づいて説明する。
本試験では、まず、PET(ポリエチレンテレフタレート)から成るプレート状の基材上における直径5mmの円状領域に、1.7×10cfuの芽胞菌(Bacillus atrophaeus胞子)および1.2×10cfuのカビ(Aspergillus niger分生子)を付着させた後、クリーンルーム内で乾燥させることで、芽胞菌およびカビを植菌した基材を用意した。
そして、用意した基材に対して、図4に示す条件でCOレーザを照射し、その後、基材上における生残菌数を以下の定法で計測した。
生残菌数の測定方法:滅菌済みの試験管内に、上記の基材と滅菌済みの界面活性剤水溶液と滅菌済みのビーズとを入れた後、滅菌済みのキャップで試験管を密封し、当該試験管を振ることで当該界面活性剤水溶液中に生残した菌を抽出し、滅菌希釈液に懸濁し、希釈倍率毎に標準寒天培地上でメンブランフィルター法にて菌数計測した。培地培養条件は35℃で1週間保管し、希釈倍率に応じて出現したコロニー数を計測することで生残菌数とした。
なお、基材表面におけるCOレーザの照射スポット径は約22mmであり、図4に示す「Φ5出力(W)」は、試験時におけるレーザ発振器の出力(W)のうち、菌を植菌した直径5mmの円状領域に照射される分の出力(W)を測定したものである。
また、A-9~12の基材については、COレーザの照射時に基材の被照射領域が120℃になるようにヒーターによって加熱を施した。
また、A-1~12において照射するCOレーザは連続波で、出力はPWM制御(周波数5kHz)により調整している。B-1~3、C-1~7において照射するCOレーザはパルス波で周波数は1kHzである。
また、A-1~12、B-1~3において照射するCOレーザの波長は、9μm帯(9.3μm)であり、C-1~7において照射するCOレーザの波長は、10μm帯(10.6μm)である。
また、本試験では、レーザ発振器、照射部としての照射レンズ等を用いて光学系を構成して試験を行った。また、「Φ5出力(W)」はGentec社製のパワーメータ(UP55N-300F-H12-D0)を用いて測定した。
上記の試験の結果から、以下のことが分かった。
すなわち、COレーザの波長が9μm帯である場合、照射時間が0.02秒以上かつ0.05秒以下の範囲で、1600mJ/cm以上(より好ましくは3310mJ/cm以上)である場合に、カビについて良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯である場合、照射時間が0.05秒以上かつ0.075秒以下の範囲で、3310mJ/cm以上(より好ましくは3820mJ/cm以上)である場合に、カビについて良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯である場合、照射時間が0.075秒超かつ0.1秒以下の範囲で、3820mJ/cm以上(より好ましくは6621mJ/cm以上)である場合に、カビについて良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯である場合、照射時間が0.1秒超かつ0.2秒以下の範囲で、6621mJ/cm以上(より好ましくは7130mJ/cm以上)である場合に、カビについて良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯である場合、照射時間が0.2秒超かつ0.5秒以下の範囲で、7130mJ/cm以上(より好ましくは7894mJ/cm以上)である場合に、カビについて良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯である場合、照射時間が0.5秒超かつ1.0秒以下の範囲で、7894mJ/cm以上(より好ましくは10186mJ/cm以上)である場合に、カビについて良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が10μm帯である場合、照射時間が0.05秒以上かつ1.0秒以下の範囲で、5093mJ/cm以上(より好ましくは10200mJ/cm以上)である場合に、カビについて良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯で基材加熱ありの場合 、照射時間が0.005秒以上かつ0.01秒以下の範囲で、400mJ/cm以上(より好ましくは662mJ/cm以上)である場合に、カビについて良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯で基材加熱ありの場合、照射時間が0.01秒以上かつ0.03秒以下の範囲で、662mJ/cm以上(より好ましくは1986mJ/cm以上)である場合に、カビについて良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯で基材加熱ありの場合、照射時間が0.03秒以上かつ0.05秒以下の範囲で、1986mJ/cm以上(より好ましくは3310mJ/cm以上)である場合に、カビについて良好な殺菌効果が得られることが分かった。
よって、照射時間を1秒以下(基材加熱なしは0.025秒以上、基材加熱ありは0.005秒以上)と設定しても、COレーザの出力を適宜設定することによりカビを殺菌可能であることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯である場合、照射時間が0.05秒以上かつ0.075秒以下の範囲で、4966mJ/cm以上である場合に、芽胞菌について良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯である場合、照射時間が0.075秒超かつ0.1秒以下の範囲で、4966mJ/cm以上(より好ましくは6621mJ/cm以上)である場合に、芽胞菌について良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が9μm帯である場合、照射時間が0.1秒超かつ1.0秒以下の範囲で、6621mJ/cm以上(より好ましくは10186mJ/cm以上)である場合に、芽胞菌について良好な殺菌効果が得られることが分かった。
また、COレーザの波長が10μm帯である場合、照射時間が0.05秒以上かつ1.0秒以下の範囲で、7639mJ/cm以上である場合に、芽胞菌について良好な殺菌効果が得られることが分かった。
よって、照射時間を1秒以下(0.05秒以上)と設定しても、COレーザの出力を適宜設定することにより芽胞菌を殺菌可能であることが分かった。
また、A-7とA-9との比較から、芽胞菌について、基材を加熱した場合に、殺菌効果が向上することが分かった。
また、連続波またはパルス波のいずれであるかについては、殺菌効果に大きな影響を与えないことが分かった。
また、COレーザの出力(Φ5出力)が高く、照射時間が短いほど、小さい積算光量で殺菌可能であることが分かった。
なお、COレーザが上述したような優れた殺菌効果を発揮するメカニズムについては必ずしも明らかではないが、図5に示した、光の波長に対する、芽胞菌(Bacillus atrophaeus)、カビ(Aspergillus niger)、PET樹脂の吸光度によると、COレーザの波長帯域、特に9μm帯で、芽胞菌、カビ、PET樹脂ともに高い吸光度を示している。菌体はCOレーザ光を吸収して直接加熱されDNAが破壊されると共に、PET樹脂もレーザ光で加熱され間接的に菌体を加熱するため、優れた殺菌効果を発揮すると考えられる。吸光度の測定は、フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光株式会社 FT/IR6700)を用いて、kbr錠剤法で測定した。
このようにして得られた本実施形態では、容器表面に対してCOレーザを照射するレーザ照射処理を有することにより、短時間で容器表面を良好に殺菌することができる。
また、COレーザ照射による殺菌を採用することで、殺菌剤による殺菌を必要としない、または、殺菌剤による殺菌を併用する場合であっても使用する殺菌剤の量を低減することが可能であるため、成形される容器に殺菌剤が残留してしまうリスクを低減できる。
また、レーザ照射処理の前または同時に実施される加熱処理を更に有し、当該加熱処理では、レーザ照射処理による容器表面の被殺菌領域を加熱することにより、容器表面の被殺菌領域の殺菌効果を一段と向上させることができる。
以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。また、上述した実施形態や後述する変形例の各構成を、任意に組み合わせて無菌充填方法や無菌充填システム10を構成しても何ら構わない。
また、上述した実施形態では、無菌充填方法(無菌充填システム10)が、容器予備成形体であるプリフォームPの容器表面を殺菌するように構成されているものとして説明したが、無菌充填方法(無菌充填システム10)の具体的態様は、上記に限定されず、成形後の容器の容器表面を殺菌するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、容器予備成形体がプリフォームPであり、容器がPETボトルであるものとして説明したが、容器予備成形体や容器の具体的態様は、これに限定されず、例えば、容器が樹脂被覆缶や塗装缶等であってもよく、また、容器予備成形体が、シート材(例えば、紙基材の表面を合成樹脂で被膜したシート材や、樹脂フィルムとして形成されたシート材)であり、容器が、当該シート材に成形を施すことで得られたシート材容器(例えば、紙パックやパウチ)であってもよい。
この場合においても、レーザ照射処理は、容器予備成形体としてのシート材等または容器としてのシート材容器等に対して行われる。
また、この場合、レーザ照射処理では、COレーザの照射スポットが、容器予備成形体としてのシート材の搬送方向における縦幅よりも搬送方向に直交する方向における横幅が広い横長状に設定され、シート材を搬送しながらシート材に対してCOレーザを照射するようにしてもよい。
また、容器表面がPET(ポリエチレンテレフタレート)やPP(ポリプロピレン)やPE(ポリエチレン)等の合成樹脂から形成されている(または合成樹脂で被膜されている)場合、COレーザによって容器表面に損傷が生じることを回避するために、容器表面の被殺菌領域におけるCOレーザの積算光量が30000mJ/cm以下になるように、COレーザを照射するのが好ましい。
また、上述した実施形態では、容器殺菌装置50が、レーザ照射器51等を備えているものとして説明したが、容器殺菌装置50の構成要素として、レーザ照射器51以外の殺菌処理器、例えば、過酸化水素(過酸化水素水溶液)や過酢酸(過酢酸水溶液)や水(温水、水蒸気)等の殺菌流体を容器または容器予備成形体の容器表面に供給することで殺菌を行う殺菌処理器や、容器表面にUV光や電子線を照射することで殺菌を行う殺菌処理器や、プリフォームPに付着した塵埃を除去する除塵器、等を設けてもよい。なお、殺菌流体として、水(温水、水蒸気)を用いた場合には、成形される容器に殺菌剤が残留してしまうリスクを排除できる。
また、上述した実施形態では、レーザ照射処理では、9μm帯(中心波長が9.3μmや9.6μm等、中心波長が9.0~9.9μm)の波長を有するCOレーザを照射するものとして説明したが、それ以外の波長、例えば、10μm帯(中心波長が10.2μmや10.6μm等、中心波長が10.0~10.9μm)のCOレーザを照射するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、レーザ照射処理において容器または容器予備成形体の容器表面のうち、内表面および外表面を含む全表面にCOレーザを照射するものとして説明したが、容器表面のうち一部のみ(例えば、内表面のみ、外表面のみ、口部の内表面のみ、等)にCOレーザを照射するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、COレーザを照射して容器表面を殺菌するものとして説明したが、COレーザに代えて、赤外線波長のレーザ(具体的には、近赤外線波長、中赤外線波長、遠赤外線波長のレーザを含む0.78μm~1000μmの波長のレーザ)を照射して容器表面を殺菌するようにしてもよい。レーザの種類は、COレーザの他に、ダイオードレーザ、ファイバーレーザ、YAGレーザ、YVOレーザ、COレーザなど公知のレーザを用いてもよい。
赤外線波長のレーザは公知の赤外線ランプやヒータと比べて、指向性が高く殺菌対象部に集中的に赤外線を照射することができるためエネルギー効率が高く、また、照射開始時の出力の立上りが早いため短時間のON―OFF制御が可能になるなどの利点がある。
なお、赤外線波長のレーザを用いた無菌充填方法・システムの具体的態様については、COレーザに代えて赤外線波長のレーザを用いる点を除いて、上述したCOレーザを用いた無菌充填方法・システムと全く同じであるため、上述したCOレーザを用いた無菌充填方法・システムの説明における「COレーザ」を「赤外線波長のレーザ」と読み替えることにより、その具体的な説明を省略する。
また、上述した赤外線波長のレーザを用いた無菌充填方法・システムは、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限定されない。
(付記1)
殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填方法であって、
前記容器または容器予備成形体に対して赤外線波長のレーザを照射して容器表面を殺菌するレーザ照射処理と、
前記容器内に内容物を充填する充填処理と、
を含むことを特徴とする無菌充填方法。
(付記2)
前記レーザ照射処理は、無菌充填設備の前記容器または容器予備成形体の入口部と前記充填処理が実施される充填部との間の経路上で実施されることを特徴とする付記1に記載の無菌充填方法。
(付記3)
前記レーザ照射処理では、前記容器または容器予備成形体の外表面への赤外線波長のレーザ照射と、前記容器または容器予備成形体の内表面への赤外線波長のレーザ照射を施すことを特徴とする付記1または付記2に記載の無菌充填方法。
(付記4)
前記容器予備成形体としてのプリフォームにブロー成形を施すことで前記容器としてのPETボトルを成形する容器成形処理を更に含み、
前記レーザ照射処理は、前記プリフォームに対して行われることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれかに記載の無菌充填方法。
(付記5)
前記プリフォームを前記容器成形処理時の成形温度に加熱する加熱処理を更に含み、
前記レーザ照射処理は、前記加熱処理後の前記プリフォームに対して行われることを特徴とする付記4に記載の無菌充填方法。
(付記6)
前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの口部に対する赤外線波長のレーザ照射は、前記プリフォームの胴部に対する赤外線波長のレーザ照射よりも、出力が高い、および/または、照射時間が長いことを特徴とする付記4または付記5に記載の無菌充填方法。
(付記7)
前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの外表面に対して赤外線波長のレーザ照射を施した後に、前記プリフォームの内表面に対して赤外線波長のレーザ照射を施すことを特徴とする付記4乃至付記6のいずれかに記載の無菌充填方法。
(付記8)
前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの開口に対向するように前記プリフォーム外に配置された照射部によって円錐状に拡散した赤外線波長のレーザを前記プリフォームの内表面に照射することを特徴とする付記4乃至付記7のいずれかに記載の無菌充填方法。
(付記9)
前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの軸線方向において前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を相対的に移動させながら、前記プリフォームの内表面に赤外線波長のレーザを照射することを特徴とする付記8に記載の無菌充填方法。
(付記10)
前記レーザ照射処理では、前記照射部による赤外線波長のレーザの拡散角度を変化させながら、前記プリフォームの内表面に赤外線波長のレーザを照射することを特徴とする付記8または付記9に記載の無菌充填方法。
(付記11)
前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの開口に対向するように前記プリフォーム外に配置された照射部を通して照射される赤外線波長のレーザが、前記プリフォームの内表面のうちの一部領域に当たるように照射スポットを設定し、前記プリフォームの軸線を中心として前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を回転させながら、前記プリフォームの内表面に赤外線波長のレーザを照射することを特徴とする付記4乃至付記7のいずれかに記載の無菌充填方法。
(付記12)
前記照射スポットは、前記プリフォームの周方向の一部範囲において、前記プリフォームの底部中央から前記プリフォームの開口側先端までを含むように設定されることを特徴とする付記11に記載の無菌充填方法。
(付記13)
前記照射スポットは、前記プリフォームの周方向における横幅よりも前記プリフォームの軸線方向における縦幅が広い縦長状に設定されることを特徴とする付記11または付記12に記載の無菌充填方法。
(付記14)
前記レーザ照射処理では、前記プリフォーム内に配置された照射部によって赤外線波長のレーザを一方向に向けて照射するように設定し、前記プリフォームの軸線を中心として前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を回転させるとともに、前記プリフォームの軸線方向において前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を相対的に移動させながら、前記プリフォームの内表面に赤外線波長のレーザを照射することを特徴とする付記4乃至付記7のいずれかに記載の無菌充填方法。
(付記15)
前記容器予備成形体としてのシート材に成形を施すことで前記容器としてのシート材容器を成形する容器成形処理を更に含み、
前記レーザ照射処理は、前記シート材または前記シート材容器に対して行われることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれかに記載の無菌充填方法。
(付記16)
前記レーザ照射処理は、前記容器成形処理前に前記シート材に対して行われることを特徴とする付記15に記載の無菌充填方法。
(付記17)
前記レーザ照射処理では、赤外線波長のレーザの照射スポットが、前記シート材の搬送方向における縦幅よりも前記搬送方向に直交する方向における横幅が広い横長状に設定され、前記シート材を搬送しながら前記シート材に対して赤外線波長のレーザを照射することを特徴とする付記16に記載の無菌充填方法。
(付記18)
殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填システムであって、
前記容器または容器予備成形体の容器表面に対して赤外線波長のレーザを照射して容器表面を殺菌するレーザ照射手段と、
前記容器内に内容物を充填する充填手段と、
を含むことを特徴とする無菌充填システム。
10 ・・・ 無菌充填システム
20 ・・・ 無菌成形装置
21 ・・・ 入口部
22 ・・・ ブロー成形ターレット
30 ・・・ オーブン機構
31 ・・・ オーブンチャンバー
32 ・・・ 昇温ヒーター
40 ・・・ プリフォーム搬送機構
41 ・・・ 搬送機
42 ・・・ ターレット
50 ・・・ 容器殺菌装置
51 ・・・ レーザ照射器(レーザ照射手段)
51a ・・・ レーザ発振器
51b ・・・ 照射部
60 ・・・ 充填装置
61 ・・・ 充填部
62 ・・・ キャッピング部
P ・・・ プリフォーム(容器予備成形体)
P1 ・・・ プリフォームの胴部
P2 ・・・ プリフォームの口部
A1 ・・・ オーブンエリア
A2 ・・・ 移送エリア
A3 ・・・ 成形エリア
Lc ・・・ COレーザ

Claims (15)

  1. 殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填方法であって、
    容器予備成形体としてのプリフォームにブロー成形を施すことで容器としてのPETボトルを成形する容器成形処理と、
    記容器予備成形体としてのプリフォームに対してCOレーザを照射して容器表面を殺菌するレーザ照射処理と、
    前記容器内に内容物を充填する充填処理と、
    を含み、
    前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの口部に対するCO レーザ照射は、前記プリフォームの胴部に対するCO レーザ照射よりも、出力が高い、および/または、照射時間が長いことを特徴とする無菌充填方法。
  2. 前記レーザ照射処理は、無菌充填設備の前記容器予備成形体の入口部と前記充填処理が実施される充填部との間の経路上で実施されることを特徴とする請求項1に記載の無菌充填方法。
  3. 前記レーザ照射処理では、前記容器予備成形体の外表面へのCOレーザ照射と、前記容器または容器予備成形体の内表面へのCOレーザ照射を施すことを特徴とする請求項1に記載の無菌充填方法。
  4. 前記プリフォームを前記容器成形処理時の成形温度に加熱する加熱処理を更に含み、
    前記レーザ照射処理は、前記加熱処理後の前記プリフォームに対して行われることを特徴とする請求項に記載の無菌充填方法。
  5. 前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの外表面に対してCOレーザ照射を施した後に、前記プリフォームの内表面に対してCOレーザ照射を施すことを特徴とする請求項に記載の無菌充填方法。
  6. 前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの開口に対向するように前記プリフォーム外に配置された照射部によって円錐状に拡散したCOレーザを前記プリフォームの内表面に照射することを特徴とする請求項に記載の無菌充填方法。
  7. 前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの軸線方向において前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を相対的に移動させながら、前記プリフォームの内表面にCOレーザを照射することを特徴とする請求項に記載の無菌充填方法。
  8. 前記レーザ照射処理では、前記照射部によるCOレーザの拡散角度を変化させながら、前記プリフォームの内表面にCOレーザを照射することを特徴とする請求項に記載の無菌充填方法。
  9. 前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの開口に対向するように前記プリフォーム外に配置された照射部を通して照射されるCOレーザが、前記プリフォームの内表面のうちの一部領域に当たるように照射スポットを設定し、前記プリフォームの軸線を中心として前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を回転させながら、前記プリフォームの内表面にCOレーザを照射することを特徴とする請求項に記載の無菌充填方法。
  10. 前記照射スポットは、前記プリフォームの周方向の一部範囲において、前記プリフォームの底部中央から前記プリフォームの開口側先端までを含むように設定されることを特徴とする請求項に記載の無菌充填方法。
  11. 前記照射スポットは、前記プリフォームの周方向における横幅よりも前記プリフォームの軸線方向における縦幅が広い縦長状に設定されることを特徴とする請求項に記載の無菌充填方法。
  12. 前記レーザ照射処理では、前記プリフォーム内に配置された照射部によってCOレーザを一方向に向けて照射するように設定し、前記プリフォームの軸線を中心として前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を回転させるとともに、前記プリフォームの軸線方向において前記プリフォームまたは前記照射部の少なくとも一方を相対的に移動させながら、前記プリフォームの内表面にCOレーザを照射することを特徴とする請求項に記載の無菌充填方法。
  13. 殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填システムであって、
    容器予備成形体としてのプリフォームにブロー成形を施すことで容器としてのPETボトルを成形するブロー成形ターレットと、
    記容器予備成形体としてのプリフォームの容器表面に対してCOレーザを照射して容器表面を殺菌するレーザ照射手段と、
    前記容器内に内容物を充填する充填手段と、
    を含み、
    前記レーザ照射手段によるレーザ照射処理では、前記プリフォームの口部に対するCO レーザ照射は、前記プリフォームの胴部に対するCO レーザ照射よりも、出力が高い、および/または、照射時間が長いことを特徴とする無菌充填システム。
  14. 殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填方法であって、
    容器予備成形体としてのプリフォームにブロー成形を施すことで容器としてのPETボトルを成形する容器成形処理と、
    記容器予備成形体としてのプリフォームに対して赤外線波長のレーザを照射して容器表面を殺菌するレーザ照射処理と、
    前記容器内に内容物を充填する充填処理と、
    を含み、
    前記レーザ照射処理では、前記プリフォームの口部に対する赤外線波長のレーザの照射は、前記プリフォームの胴部に対する赤外線波長のレーザの照射よりも、出力が高い、および/または、照射時間が長いことを特徴とする無菌充填方法。
  15. 殺菌済みの容器に内容物を充填する無菌充填システムであって、
    容器予備成形体としてのプリフォームにブロー成形を施すことで容器としてのPETボトルを成形するブロー成形ターレットと、
    記容器予備成形体としてのプリフォームの容器表面に対して赤外線波長のレーザを照射して容器表面を殺菌するレーザ照射手段と、
    前記容器内に内容物を充填する充填手段と、
    を含み、
    前記レーザ照射手段によるレーザ照射処理では、前記プリフォームの口部に対する赤外線波長のレーザの照射は、前記プリフォームの胴部に対する赤外線波長のレーザの照射よりも、出力が高い、および/または、照射時間が長いことを特徴とする無菌充填システム。
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