JP2007069990A - 缶のガス置換装置及び置換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドスペースが大きい缶であっても該ヘッドスペース内の空気を十分に置換用ガスに置換させることができる缶のガス置換装置及び置換方法を提供することを目的としている。
【解決手段】不活性ガス置換装置１は、缶２の上方から不活性ガスＧＮ２を連続的に供給する不活性ガス供給部６と、液化不活性ガスＬＮ２を供給するための液化不活性ガス供給部７と、缶蓋巻き締め直前に缶２に不活性ガスＧＮ２を供給するシーマーガス供給部９とを備えており、これらはアウターカバー４で半密閉空間状態に保たれている。缶２は、コンベヤ３に搬送されることによってある程度ガス置換が行われるとともに、更にシーマーガス供給部９で不活性ガスＧＮ２が供給されるため、ヘッドスペース１１のガス置換は十分に行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内容物が充填された缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するための缶のガス置換装置及び置換方法に関するものである。

清涼飲料やコーヒー飲料などの食品内容液の缶詰の製造において、酸素の影響による内容液の品質の劣化を防止するために、内容液が収容された後の缶のヘッドスペース内の空気を窒素ガスなどの不活性ガスに置換してから缶蓋を巻き締めて密閉することが広く行われている。

このような缶詰製造における不活性ガスの置換は、例えば特公昭５８−１５３６３号に開示されているように、缶蓋の巻き締め直前に液体窒素を缶のヘッドスペース内に供給する液体窒素充填缶詰の製造ラインにおいて缶のヘッドスペースに液体窒素を添加し、次いで巻締機で缶蓋をかぶせる直前にヘッドスペース内に不活性ガスを吹き込んで、該ヘッドスペース内の空気を不活性ガスに置換する方法が知られている。

また、特開平１−９９９２２号に開示される缶の不活性ガス置換装置は図８に示すように、内容物が収容され上面が開口状態の缶６２を連続的に缶巻締機（缶シーマー）６４に搬送するコンベヤ５２と、このコンベヤ５２の搬送経路の途中に缶巻締機６４と所定の間隔をおいて配置された搬送中の缶のヘッドスペース６２ａに液化不活性ガスＬＮ２を添加するための液化不活性ガス添加装置５３と、缶巻締機６４のリフター５５の上昇途中に配置されたアンダーカバーガッシング装置５６とを備えている。また、コンベヤ５２の搬送経路はトンネル６０で囲まれている。ここで、缶６２はコンベヤ５２の上流において、液化不活性ガス添加装置５３から液化不活性ガスＬＮ２が添加され、液化不活性ガスＬＮ２は、コンベヤ５２を搬送中の缶６２のヘッドスペース６２ａ内において蒸発されて不活性ガスＧＮ２化される。そしてリフター５５に配置され、缶蓋ホルダー５７に支持された缶蓋６３が巻き締められる直前に、アンダーカバーガッシング装置５６のチャンバー体５９に形成されたガス吹き出し口５８からからヘッドスペース６２ａに不活性ガスＧＮ２が供給され、チャック６５によって缶蓋６３は巻き締められる。また、トンネル６０の上方には、不活性ガス吹き出し装置６１が設置されている。

ところで、例えばアルミ製２ピース缶のような強度の低い缶の場合、缶内圧の安定化を図るといった目的とともに、内容液がこぼれてしまうのを防止するといった目的からヘッドスペースは大きく設けられている。そのため、ヘッドスペースに存在する酸素量も必然的に多くなり、従来のような缶の不活性ガス置換装置及び方法では、該ヘッドスペース内のガス置換を十分に行うことができず、例えばコーヒー飲料や果汁飲料或いは茶系飲料など酸素の影響による劣化を受け易い内容物には、十分に対応することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ヘッドスペースが大きい缶の場合でも該ヘッドスペース内の空気を十分に不活性ガスに置換させることができる缶のガス置換装置及び置換方法を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明は、内容物が充填された缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するための缶のガス置換装置であって、内容物を収容し上部が開口状態の缶を連続して缶シーマー部に搬送させるためのコンベヤと、このコンベヤの搬送経路を前記缶シーマー部直前まで半密閉空間に保つためのアウターカバーと、前記搬送経路に沿って複数箇所に設けられ、前記アウターカバー内にて前記缶の上方から置換用ガスを連続的に供給するための置換用ガス供給部と、該置換用ガス供給部と前記缶との間に前記搬送経路に沿って配置された前記置換用ガスの流速を低下させるためのフィルタ部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、缶シーマー部に搬送され缶蓋が巻き締められる直前の缶のヘッドスペースにシーマーガス供給部から置換用ガスを供給するとともに、その上流のコンベヤの搬送経路において、ヘッドスペース内のガス予備置換手段として搬送経路に沿って複数箇所に設けられ缶の上方から置換用ガスを連続的に供給するための置換用ガス供給部を設置したことにより、缶のヘッドスペース内の空気は、コンベヤ上を搬送されるだけで自然に置換用ガスに置換される。そのため、ヘッドスペース内の酸素量は低減され、内容物の酸素による劣化は防止される。このとき、置換用ガスは不活性ガス又は炭酸ガスである。

そして、缶シーマー部に、缶の開口部に缶蓋を巻き締める直前に前記ヘッドスペースに置換用ガスを供給するためのシーマーガス供給部を設けたことにより、コンベヤ上を搬送されることによってある程度置換用ガスに置換されたヘッドスペースは、シーマーガス供給部から供給される置換用ガスによって十分に置換用ガスに置換される。そのため、前記ヘッドスペース内の酸素量は十分に低減され、内容物の酸素による劣化は防止される。

また、搬送経路はアウターカバーによって半密閉空間に保たれているため、安定した置換用ガス雰囲気下でガス置換を行うことができる。

置換用ガス供給部から供給された置換用ガスは、搬送経路に沿うように缶の上方に配置されたフィルタ部を通過してから搬送される缶のヘッドスペースに供給されるようになっている。そのため、フィルタ部を通過した置換用ガスは、半密閉空間に保たれた搬送経路内部に拡散しつつ均一に供給され、搬送経路内部の不活性ガス雰囲気は均一となり、ヘッドスペース内のガス置換を安定して行うことができる。

フィルタ部を通過した置換用ガスを、０．５ｍ／ｓｅｃ．以下の流速で缶のヘッドスペースに供給することにより、ヘッドスペース内の空気の置換は安定して行われる。つまり、置換用ガスが大きい流速で供給された場合、搬送されている缶によって生じる気流と干渉して、置換用ガスはヘッドスペース内に安定して供給されなくなる。そのため、置換用ガスの流速を０．５ｍ／ｓｅｃ．以下の低速で供給することにより、ガス置換は安定して行われる。

フィルタ部には、２〜１０μｍのメッシュで形成された焼結フィルタを用いたことにより、置換用ガスはこの焼結フィルタを通過することによって十分に拡散されてから搬送経路に供給される。

搬送経路の途中に液化置換用ガス供給部を併設し、この液化置換用ガス供給部から前記ヘッドスペースに液化置換用ガスを供給し、搬送中に該液化置換用ガスを気化させることにより、ヘッドスペースのガス置換はさらに確実に行うことができる。

フィルタ部の下端部に、搬送される缶の側壁部に延びるように形成させた絞り込み板を設置したことにより、缶の上端と前記フィルタ部との間の空間は小さくなり、置換用ガスはヘッドスペースに向かって安定して供給される。

内容物が充填された缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するための缶のガス置換方法であって、半密閉空間に保たれた搬送経路を缶シーマー部に向かって連続的に搬送される、内容物を収容し上部が開口状態の缶のヘッドスペースに、前記搬送経路に沿って設置されたフィルタ部を通過させた置換用ガスを連続的に供給するとともに、前記缶の開口部に缶蓋を巻き締める直前に前記缶シーマー部において前記ヘッドスペースに置換用ガスまたは液化置換用ガスを供給することを特徴とする缶のガス置換方法によってガス置換することにより、前記缶は前記搬送経路を通過するだけである程度ガス置換が行われるとともに、さらに缶蓋を巻き締める直前の段階で置換用ガスが供給されるため、ヘッドスペースの隅部まで置換用ガスは十分に満たされ、缶蓋が巻き締められた密閉後の缶においても内容物の劣化は防止される。このとき、置換用ガスは不活性ガス又は炭酸ガスである。

本発明の缶のガス置換装置及び置換方法は、以下のような効果を有するものである。（１）缶シーマー部に搬送され缶蓋が巻き締められる直前の缶のヘッドスペースにシーマーガス供給部から置換用ガスを供給するとともに、その上流のコンベヤの搬送経路において、ヘッドスペース内の置換用ガス予備置換手段として搬送経路に沿って複数箇所に設けられ缶の上方から置換用ガスを連続的に供給するための置換用ガス供給部を設置したことにより、缶のヘッドスペース内の空気は、コンベヤ上を搬送されるだけで自然に置換用ガスに置換される。そのため、ヘッドスペース内の酸素量は低減され、内容物の酸素による劣化は防止される。
（２）缶シーマー部に、缶の開口部に缶蓋を巻き締める直前に前記ヘッドスペースに置換用ガスを供給するためのシーマーガス供給部を設けたことにより、コンベヤ上を搬送されることによってある程度置換用ガスに置換されたヘッドスペースは、シーマーガス供給部から供給される置換用ガスによって十分に置換用ガスに置換される。そのため、前記ヘッドスペース内の酸素量は十分に低減され、内容物の酸素による劣化は防止される。
（３）搬送経路はアウターカバーによって半密閉空間に保たれているため、安定した置換用ガス雰囲気下でガス置換を行うことができる。
（４）置換用ガス供給部から供給された置換用ガスは、搬送経路に沿うように缶の上方に配置されたフィルタ部を通過してから搬送される缶のヘッドスペースに供給されるようになっている。そのため、フィルタ部を通過した置換用ガスは、半密閉空間に保たれた搬送経路内部に拡散しつつ均一に供給され、搬送経路内部の置換用ガス雰囲気は均一となり、ヘッドスペース内のガス置換を安定して行うことができる。
（５）フィルタ部を通過した置換用ガスを、０．５ｍ／ｓｅｃ．以下の流速で缶のヘッドスペースに供給することにより、ヘッドスペース内の空気の置換は安定して行われる。つまり、置換用ガスが大きい流速で供給された場合、搬送されている缶によって生じる気流と干渉して、置換用ガスはヘッドスペース内に安定して供給されなくなる。そのため、置換用ガスの流速を０．５ｍ／ｓｅｃ．以下の低速で供給することにより、ガス置換は安定して行われる。
（６）フィルタ部には、２〜１０μｍのメッシュで形成された焼結フィルタを用いたことにより、置換用ガスはこの焼結フィルタを通過することによって十分に拡散されてから搬送経路に供給される。
（７）搬送経路の途中に液化置換用ガス供給部を併設し、この液化置換用ガス供給部から前記ヘッドスペースに液化置換用ガスを供給し、搬送中に該液化置換用ガスを気化させることにより、ヘッドスペースのガス置換はさらに確実に行うことができる。
（８）フィルタ部の下端部に、搬送される缶の側壁部に延びるように形成させた絞り込み板を設置したことにより、缶の上端と前記フィルタ部との間の空間は小さくなり、置換用ガスはヘッドスペースに向かって安定して供給される。
（９）内容物が充填された缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するための缶のガス置換方法であって、半密閉空間に保たれた搬送経路を缶シーマー部に向かって連続的に搬送される、内容物を収容し上部が開口状態の缶のヘッドスペースに、前記搬送経路に沿って設置されたフィルタ部を通過させた置換用ガスを連続的に供給するとともに、前記缶の開口部に缶蓋を巻き締める直前に前記缶シーマー部において前記ヘッドスペースに置換用ガスまたは液化置換用ガスを供給することを特徴とする缶のガス置換方法によってガス置換することにより、前記缶は前記搬送経路を通過するだけである程度ガス置換が行われるとともに、さらに缶蓋を巻き締める直前の段階で置換用ガスが供給されるため、ヘッドスペースの隅部まで置換用ガスは十分に満たされ、缶蓋が巻き締められた密閉後の缶においても内容物の劣化は防止される。

以下、本発明の一実施形態による缶のガス置換装置及びその方法を図面を参照して説明する。図１は本発明の缶のガス置換装置の全体の構成を示す側面図であり、図２は図１の第１不活性ガス置換部Ａ部分の拡大図である。なお、本実施形態では、置換用ガスを不活性ガスとしているが、炭酸ガスであってもよい。

図１において、不活性ガス置換装置（ガス置換装置）１は、上部が開口状態の缶２を搬送させるためのコンベヤ３と、このコンベヤ３の長手方向に沿って設置された不活性ガス（置換用ガス）ＧＮ２を供給するための第１不活性ガス置換部Ａ、第２不活性ガス置換部Ｂ、第３不活性ガス置換部Ｃと、缶シーマー部８に設けられたシーマーガス供給部９とを備えている。また、第２不活性ガス置換部Ｂと第３不活性ガス置換部Ｃと間には、液化不活性ガス（液化置換用ガス）ＬＮ２を供給するための液化不活性ガス供給部７が設置されている。

缶２は、例えばアルミ合金によって有底円筒状に形成されたものであり、図２に示すように上端に開口部１０を有している。缶２の内部には、コンベヤ３の上流側に設けられた、不図示の内容物充填機によって飲料用液体等の内容物２ａが収容されている。この内容物２ａと缶２の上端との間にはヘッドスペース１１が形成されている。この缶２は、コンベヤ３によって直立状態のまま、前記開口部１０に缶蓋を巻き締めるための缶シーマー部８に搬送される。

図１、図２、図３に示すように、コンベヤ３の長手方向に沿ってアウターカバー４が設置されている。このアウターカバーは、図３に示すように、断面下向きに開口した略コ字状に形成されており、その下端部はコンベヤ３の近傍まで延びている。そして、コンベヤ３の搬送経路を半密閉空間状態に保っている。

図２に示すように、第１不活性ガス置換部Ａにはコンベヤ３の搬送経路に沿って複数箇所に不活性ガス供給部（置換用ガス供給部）６が設置されている。この不活性ガス供給部６は、アウターカバー４の天井部４ａに間隔を持って設置されており、例えば１ｍ当たり２〜４箇所設置されている。この不活性ガス供給部６からは、窒素ガスなどの不活性ガスＧが鉛直下向きに連続的に噴射され、コンベヤ３を搬送される缶２の上方から供給される。また天井部４ａは、図３に示すようにヒンジ部４ｂに回動自在に支持されており、図３中、４ａと４ａ’との間で回動することにより、アウターカバー４の上方を開閉できるようになっている。

不活性ガス供給部６の下方には、平面視長方形状に形成された板状の焼結フィルタ１２が、缶２の搬送方向に沿って缶２の上方全てを覆うように複数段設置されている。その最上段と最下段との高さは、１００ｍｍ程度になるように設けられている。また、不活性ガス供給部６と焼結フィルタ１２の最上段との間には空間部１３が形成されている。

焼結フィルタ１２は、そのメッシュが２〜１０μｍのもの、好ましくは５μｍメッシュのものが使用されており、アウターカバー４の側壁部から内側に延びるように形成されたフィルタ支持部１４の断面凹状に形成された複数の係合部１４ａにそれぞれ支持されている。また焼結フィルタ１２は、その最下段と搬送される缶２の上端との間が１０〜４０ｍｍ程度になるように配置されている。

不活性ガス供給部６から供給された不活性ガスＧＮ２は空間部１３に一端溜められて、該空間部１３を不活性ガスＧ雰囲気下にするとともに圧力を微かに上昇させるようになっている。不活性ガスＧＮ２はこの微圧によって複数段設置された焼結フィルタ１２を通過し搬送される缶２の上方に供給されるようになっている。このとき、焼結フィルタ１２を通過した不活性ガスＧＮ２は０．５ｍ／ｓｅｃ．以下の流速で供給されるように設定されており、好ましくは０．１ｍ／ｓｅｃ．の流速で供給されるようになっている。

フィルタ支持部１４の下端部近傍からは、舌片状の案内板１５が２枚、搬送される缶２の側壁部近傍に延びるように形成されている。同様にフィルタ支持部１４の下端部近傍からは、搬送される缶２の側壁部近傍に延びるように形成された絞り込み板１７が搬送経路方向に沿って設けられている。この絞り込み板１７は、その平面部分がコンベヤ３の搬送経路方向と平行になるように設置されており、その断面形状はフィルタ支持部１４から缶２の側壁部に接近するように断面コ字状に形成されており、缶２の搬送を妨げないように側壁部と離間させて設けられている。

なお、このような構成を持つ不活性ガス供給部６や焼結フィルタ１２及び絞り込み板１７は、第２不活性ガス置換部Ｂ、第３不活性ガス置換部Ｃにも同様に配置されている。そして、これら第１、第２、第３不活性ガス置換部Ａ、Ｂ、Ｃの設置長さは、取り付け可能範囲で可能な限り長くすることでヘッドスペース１１の不活性ガスＧＮ２の置換を十分に行うことができるが、不活性ガスＧＮ２の消費量などコスト的な面を考慮すると、それぞれ０．５〜１．５ｍ程度に設けることが望ましい。

図１、図２、図４に示すように、第１不活性ガス置換部Ａの最上流部分には不活性ガスカーテン形成部５が設置されている。この不活性ガスカーテン形成部５には、不活性ガスＧＮ２を連続的に吹き出すための、搬送経路入側端部の上方に設けられた上方噴出部５ａと左右２箇所に設けられた側方噴出部５ｂとが備えられている。このうち上方噴出部５ａは、搬送される缶２の上方から垂直下方向に且つ搬送経路の上流側に向かって連続的に不活性ガスＧＮ２を吹き出しており、側方噴出部５ｂは、搬送経路の半径方向内側に且つ搬送経路の上流側に向かって連続的に吹き出している。これら各噴出部５ａ、５ｂは０．５〜１．０ｍｍ程度の幅を有したスリット状に形成されたものであり、各噴出部５ａ、５ｂと搬送される缶２との距離は１０ｍｍ程度に設定されている。そして、搬送された缶２のヘッドスペース１１に不活性ガスＧＮ２を供給するとともに、第１不活性ガス置換部Ａの内部側に空気が入り込むのを防いで、各不活性ガス置換部Ａ、Ｂ、Ｃ内部の不活性ガス雰囲気を維持させるようになっている。

第２不活性ガス置換部Ｂと第３不活性ガス置換部Ｃとの間には、液化不活性ガス供給部７が設置されている。この液化不活性ガス供給部７からは、例えば液体窒素などの液化不活性ガスＬＮ２が、搬送された缶２の開口部１０からヘッドスペース１１内部に供給されるようになっている。

第３不活性ガス置換部Ｃの下流側には、搬送された缶２の開口部１０に缶蓋を巻き締めるための缶シーマー部８が設置されている。この缶シーマー部８にはリフター１６が設置されており、搬送してきた缶２をリフター１６で支持させ、缶シーマー部８に搬送して缶蓋を巻き締めるようになっている。

缶シーマー部８には、缶２がリフター１６に上昇される途中で、缶２のヘッドスペース１１に不活性ガスＧＮ２を供給するためのシーマーガス供給部９が設置されている。コンベヤ３を搬送されてきた缶２には、最終的にこのシーマーガス供給部９から不活性ガスＧＮ２が供給される。このリフター１６及びシーマーガス供給部９もアウターカバー４によって囲まれている。

そして、これら第１、第２、第３不活性ガス置換部Ａ、Ｂ、Ｃと液化不活性ガス供給部７とリフター１６とシーマーガス供給部９とはアウターカバー４で連続するように覆われており、半密閉空間状態を維持している。

このような構成を持つ缶の不活性ガス置換装置１を用いて缶２のヘッドスペース１１の空気を不活性ガスＧＮ２に置換させるためには、先ず不図示の内容物充填機によって缶２の開口部１０から内容物２ａを収容させる。このとき、内容物２ａがこぼれるのを防止するためや、或いは密閉後の缶２の内圧を安定化させるために、若干余裕を持たせて内容物２ａを収容させる。このとき、内容物２ａの上面と缶２の上端との間にはヘッドスペース１１が形成される。

内容物２ａが収容された缶２はコンベヤ３に載せられて下流側に搬送され、第１不活性ガス置換部Ａに進入する。第１不活性ガス置換部Ａの入側部分には不活性ガスカーテン形成部５が形成されており、上方噴出部５ａからは不活性ガスＧＮ２が缶２の開口部１０に向かうように上方から吹き出しているため、先ずこの段階でヘッドスペース１１には不活性ガスＧＮ２が供給される。またこの不活性ガスＧＮ２は側方噴出部５ｂから吹き出される不活性ガスＧＮ２とともに、第１不活性ガス置換部Ａの外方に向けられて噴出されるため、この入側部分から第１不活性ガス置換部Ａへの空気の浸入は防止されている。そのため第１不活性ガス置換部Ａ及びその下流側の第２、第３不活性ガス置換部Ｂ、Ｃは、それぞれ不活性ガスＧＮ２雰囲気を安定して維持することができる。

不活性ガスカーテン形成部５を通過した缶２は、第１不活性ガス置換部Ａ及び第２不活性ガス置換部Ｂに搬送される。このとき、缶２のヘッドスペース１１には、上方に位置した不活性ガス供給部６から不活性ガスＧＮ２が連続的に供給される。

この不活性ガスＧＮ２は、図３に示す空間部１３を一端満たして不活性ガスＧＮ２雰囲気にさせる。空間部１３の下方に配置されている焼結フィルタ１２は、そのメッシュが２〜１０μｍに形成されているため、不活性ガスＧＮ２が通過するのに若干抵抗を生じさせるようになっている。そのため、該空間部１３の圧力はわずかに上昇され、焼結フィルタ１２の通過は空間部１３と焼結フィルタ１２下方位置との圧力差によって行われるようになっている。

不活性ガスＧＮ２は焼結フィルタ１２を通過することによって分散されるため、第１、第２、第３不活性ガス置換部Ａ、Ｂ、Ｃ内部におけるガス雰囲気は均一化されるようになっている。

そして、缶２を例えば１．６ｍ／ｓ程度の速さで搬送させる。缶２の上方からは、焼結フィルタ１２を通過した不活性ガスＧＮ２が０．５ｍ／ｓｅｃ．以下の流速で、好ましくは０．１ｍ／ｓｅｃ．の流速で供給されるため、缶２は各置換部Ａ、Ｂ、Ｃを通過するだけで、例えば６０〜７０％程度の置換効果を得ることができる。

缶２は、上方から不活性ガスＧＮ２が供給されつつ下流側に搬送される。第２不活性ガス置換部Ｂの下流側に設置された液化不活性ガス供給部７からは缶２のヘッドスペース１１に液体窒素等の液化不活性ガスＬＮ２が供給される。ヘッドスペース１１に供給された液化不活性ガスＬＮ２は、第３不活性ガス置換部Ｃ内部を搬送されて缶シーマー部８で缶蓋が巻き締められるまでの間に気化し、ヘッドスペース１１の隅々まで不活性ガスＧＮ２を行き渡らせる。

なお液化不活性ガス供給部７を設けなくても各不活性ガス置換部Ａ、Ｂ、Ｃのみで十分にヘッドスペース１１の空気を不活性ガスＧＮ２に置換することは可能である。本実施形態のように液化不活性ガス供給部７を組み合わせる場合は、液化不活性ガス供給部７の下流に、液化不活性ガスＬＮ２が完全に気化されるとともにヘッドスペース１１を不活性ガスＧＮ２で満たすために、第３不活性ガス置換部Ｃなど不活性ガスＧＮ２を供給する搬送経路を確保することが好ましい。

各不活性ガス置換部Ａ、Ｂ、Ｃ及び液化不活性ガス供給部７を通過した缶２はリフター１６に載置され、該リフター１６を上昇させることによって缶シーマー部８に供給される。缶シーマー部８にはシーマーガス供給部９が設けられており、このシーマーガス供給部９からは、缶シーマー部８の缶蓋ホルダーに支持された缶蓋が開口部１０に装着される直前に、ヘッドスペース１１に不活性ガスＧＮ２が供給される。そして缶２は、シーマーガス供給部９によってヘッドスペース１１に不活性ガスＧＮ２が供給された直後、チャックによって缶蓋が巻き締められる。

このようにして、不活性ガス置換装置１は、第１、第２、第３不活性ガス置換部Ａ、Ｂ、Ｃによってヘッドスペース１１内部の空気を６０〜７０％程度不活性ガスＧＮ２に置換させ、さらにシーマーガス供給部９を組み合わせることによって最終的に９６％程度のガス置換を行うことができる。

このように、缶シーマー部８に搬送され缶蓋が巻き締められる直前の缶２のヘッドスペース１１にシーマーガス供給部９から不活性ガスＧＮ２供給するとともに、その上流のコンベヤ３の搬送経路において、缶２のヘッドスペース１１の不活性ガスＧＮ２の予備置換手段として、前記搬送経路の入側のアウターカバー４の端部近傍に設けられ、該端部近傍に不活性ガスＧＮ２を吹き付ける不活性ガスカーテン形成部５と、缶２の開口部１０上方から搬送経路に沿って複数箇所に設けられた不活性ガスＧＮ２を連続的に供給するための不活性ガス供給部６と、コンベヤ３の搬送経路の途中に、ヘッドスペース１１に液化不活性ガスＬＮ２を供給するための液化不活性ガス供給部７とを設置したことにより、缶２のヘッドスペース１１内の空気は、コンベヤ３上を搬送されるだけで自然に不活性ガスＧＮ２に置換される。

そして、コンベヤ３上を搬送されてある程度不活性ガスＧＮ２に置換されたヘッドスペース１１は、シーマーガス供給部９によって十分に不活性ガスＧＮ２に置換され、ヘッドスペース１１内の酸素量は十分に低減される。そのため内容物２ａの酸素による劣化を防ぐことができる。

また、前記搬送経路はアウターカバー４によって半密閉空間に保たれているため、安定した不活性ガス雰囲気下でガス置換を行うことができる。さらに、前記搬送経路入側のアウターカバー４端部には不活性ガスカーテン形成部５が設けられたため、半密閉空間に保たれた搬送経路内部への空気の浸入は防止され、該搬送経路内部の不活性ガス雰囲気は安定して維持される。

不活性ガス供給部６の下方には搬送経路に沿うように焼結フィルタ１２が設置されており、不活性ガスＧＮ２は焼結フィルタ１２を通過してからヘッドスペース１１に供給される。この焼結フィルタ１２は２〜１０μｍのメッシュで、好ましくは５μｍのメッシュで形成されており、不活性ガス供給部６から空間部１３に供給された不活性ガスＧＮ２によって空間部１３の圧力は微かに上昇され、該不活性ガスＧＮ２はこの圧力差によって拡散しつつ焼結フィルタ１２を通過する。そのため、半密閉空間に保たれた搬送経路のガス雰囲気は均一となりヘッドスペース１１内の不活性ガスＧＮ２の置換は安定して行われる。

また、焼結フィルタ１２を缶２の上端より１０〜４０ｍｍの上方位置に配置させることにより、不活性ガスＧＮ２は効率良く確実にヘッドスペース１１に供給されるようになる。

さらに、焼結フィルタ１２の下端部に、搬送された缶２の側壁部に延びる絞り込み板１７を、前記側壁部と離間させるように設置したことにより、缶２の上端面と焼結フィルタ１２との間の空間は小さくなり、不活性ガスＧＮ２はヘッドスペース１１に向けて安定して供給される。

焼結フィルタ１２を通過した不活性ガスＧＮ２は、０．５ｍ／ｓｅｃ．以下の流速で、好ましくは０．１ｍ／ｓｅｃ．の流速で供給させることにより、ヘッドスペース１１内のガス置換は安定して行われる。これは、焼結フィルタ１２を通過した不活性ガスＧＮ２の流速が大きいと、例えば図５に示すように、焼結フィルタ１２からの不活性ガスＧＮ２の流れの影響が大きい範囲１００においては、不活性ガスＧＮ２の流れは上方から下方に向かったものとなる。そして、搬送される缶２によって生じる横方向の気流と、焼結フィルタ１２からの上下方向への気流とが合流して缶２の開口部１０近傍の範囲１０１の流れは速くなる。するとヘッドスペース１１内部の領域と範囲１０１の気流との速度差が、例えば１．５ｍ／ｓｅｃ．と大きなものとなり、それに伴ってヘッドスペース１１は停滞領域となってしまい、焼結フィルタ１２から供給された不活性ガスＧＮ２はヘッドスペース１１内部に行き渡らないこととなる。

しかしながら、焼結フィルタ１２から供給される不活性ガスＧＮ２の流速を０．５ｍ／ｓｅｃ．以下好ましくは０．１ｍ／ｓｅｃ．に設定することにより、例えば図６に示すように、缶２の搬送によって生じる搬送方向の気流と焼結フィルタ１２からの不活性ガスＧＮ２との干渉によって開口部１０近傍の流速が増加するといった現象が無くなる。そのため、ヘッドスペース１１内部の気流は停滞せず、供給された不活性ガスＧＮ２はヘッドスペース１１の隅々にまで安定して循環される。

図７に実験結果を示す。このうち、図７（ａ）は焼結フィルタ１２から供給された不活性ガスＧＮ２の流速が小さい場合のヘッドスペース１１内部の酸素濃度分布を表しており、図７（ｂ）は不活性ガスＧＮ２の流速が大きい場合のヘッドスペース１１内部の酸素濃度分布を表している。それぞれのグラフの横軸は、不活性ガス置換装置１の搬送経路方向における観測位置を表しており、観測は搬送経路の入側から出側までの５点の位置で行っている。各グラフのうち線Ｐは、各観測位置における缶２のヘッドスペース１１の上端部分での上部酸素濃度Ｐ（％）を表しており、線Ｑはヘッドスペース１１内部の内容物表面近傍での下部酸素濃度Ｑ（％）を表している。そして酸素濃度測定は、それぞれのヘッドスペース１１内部の位置にセンサを設置して行った。また線Ｒは、各観測位置で測定された焼結フィルタ１２から供給された不活性ガスＧＮ２の流速Ｒ（ｍ／ｓ）を表している。なお、このときの空気中の酸素の割合は２０．９％であった。

図７（ａ）に示すように、搬送経路の入側において、流速Ｒが約０．１ｍ／ｓ以下の低速であるとき、上部酸素濃度Ｐは約８％であり、下部酸素濃度Ｑは約１９％であった。これより、流速Ｒが小さければ入側の位置においてでも上部酸素濃度Ｐを若干低下させることができることが分かる。そして不活性ガスＧＮ２を供給しつつ缶２を下流に向かって搬送させることにより、不活性ガスＧＮ２はヘッドスペース１１内部に安定して供給され、下部酸素濃度Ｑは徐々に低下していく。そして、缶２が搬送経路の中央に搬送される頃には、上部酸素濃度Ｐと下部酸素濃度Ｑとの差はほとんど無くなっている。また、上部、下部酸素濃度Ｐ、Ｑは中央付近から出側にわたって低濃度を示しており、ガス置換は安定且つ確実に行われていることが分かる。

一方、焼結フィルタ１２から供給される不活性ガスＧＮ２の流速が大きい場合、ヘッドスペース１１の上部、下部酸素濃度Ｐ、Ｑは安定した挙動を示さない。つまり、図７（ｂ）に示すように、搬送経路の入側において、流速Ｒが約０．５ｍ／ｓと高速である場合、上部酸素濃度Ｐは約１５％、下部酸素濃度Ｑは約１９％であり、ガス置換はほとんど行われていないことが分かる。また、図７（ｂ）に示すように流速Ｒが搬送経路全体にわたって常に０．３ｍ／ｓ以上と高い場合、下部酸素濃度Ｑは流路の中央部近傍においても約８％と高い数値を示しており、出側近傍に至るまで下部酸素濃度Ｑは低下されず、ヘッドスペース１１内部のガス置換は安定して行われていないことが分かる。

つまり、大きい流速で不活性ガスＧＮ２が供給された場合、搬送される缶２によって生じる気流と供給される不活性ガスＧＮ２とが干渉してしまって、不活性ガスＧＮ２はヘッドスペース１１内に安定して供給されなくなる。そのため、供給される不活性ガスＧＮ２の流速を０．５ｍ／ｓｅｃ．以下、好ましくは０．１ｍ／ｓｅｃ．以下の低速で供給させることにより、不活性ガスＧＮ２の置換は安定して行われる。

半密閉空間状態の搬送経路において焼結フィルタ１２を通過させた不活性ガスＧＮ２を供給させつつ搬送される缶２に、その搬送途中で液化不活性ガスＬＮ２を供給するととともに、缶シーマー部８において缶２に缶蓋を巻き締める直前にさらに不活性ガスＧＮ２を供給させることにより、ヘッドスペース１１は隅々まで不活性ガスＧＮ２で満たされる。このことを検証した実験結果を表１に示す。

表１は、缶シーマー部８上流の不活性ガス置換部の構成とシーマーガス供給部９におけるガス供給量とをそれぞれ変化させたときの、缶シーマー部８直前（第３置換部Ｃ下流側）でのヘッドスペース１１内部の酸素濃度、及びシーマーガス供給部９でガス置換を行った直後の酸素濃度を示したものである。表１中、ＬＮ２は液化不活性ガス供給部７を表しており、例えば表１中、Ｎｏ．４の構成である「ＬＮ２上流２．０ｍ＋ＬＮ２下流０．５ｍ」とは、図１のように、液化不活性ガス供給部７の上流に設置された第１、第２不活性ガス置換部Ａ、Ｂを合わせた搬送経路の長さが２．０ｍであり、液化不活性ガス供給部７の下流側つまり第３不活性ガス置換部Ｃの長さが０．５ｍであるということを表している。Ｎｏ．２、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７の各条件についても同様である。また、Ｎｏ．６の「密閉なし」とは、搬送路を半密閉空間状態とせず、アウターカバー４の天井部４ａを開放して半密閉空間状態を解いたときの条件を表している。また、Ｎｏ．１、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５の「なし」とは、不活性ガス供給部６や焼結フィルタ１２などを設けず、単に搬送経路内を不活性ガス雰囲気下にしたときの状態を示している。またガスターレット置換とは、シーマーガス供給部９において単位時間当たり（この場合１分間当たり）にヘッドスペース１１に供給した不活性ガスＧＮ２の量を表している。なお、このとき缶２は、約１．６ｍ／ｓ（１０００ｃｐｍ相当）の速さで搬送されており、焼結フィルタ１２には５μｍメッシュのものが使用されている。また、このときの大気中の酸素濃度は２０．９％である。

表１のＮｏ．３の条件において、特に不活性ガス置換部を設けず、不活性ガスＧＮ２が満たされた半密閉空間状態の搬送経路を搬送された後における缶２のヘッドスペース１１の酸素濃度は１４．６％であり、シーマーガス供給部９によるガス置換後は６．６％となった。一方、Ｎｏ．４の条件に示すように、液化不活性ガス供給部７の上流側に不活性ガス置換部を２ｍ設置するとともに下流側に０．５ｍの不活性ガス置換部を設置させることにより、缶２のヘッドスペース１１の酸素濃度は該搬送経路を通過させただけで、６．３％に低減される。そして、さらにターレット部９によるガス置換を併用することにより酸素濃度は１．５％にまで低減され、ガス置換は十分に行われていることが分かる。

また、Ｎｏ．２とＮｏ．４との比較から分かるように、液化不活性ガス供給部７上流側の不活性ガス置換部の搬送経路をできるだけ長く設置させることにより、該搬送経路を通過後のヘッドスペース１１の酸素濃度はより低減される。Ｎｏ．１とＮｏ．３と、またはＮｏ．４とＮｏ．７との比較から分かるように、シーマーガス供給部９でのガス供給量を多くしてやることにより、シーマーガス供給部９による置換後の酸素濃度は確実に低減される。また、Ｎｏ．６とＮｏ．７との比較から分かるように、搬送経路を半密閉空間状態に維持しないと、該搬送経路を搬送させただけでは缶２のヘッドスペース１１の酸素濃度は十分に低減されない。

そして、不活性ガス置換部によってある程度（６０〜７０％）空気を置換させないと、シーマーガス供給部９において不活性ガスＧＮ２の供給量を多くしても、所望の酸素濃度まで低減させることができない。

このように、半密閉空間状態の搬送経路に搬送される缶２に不活性ガスＧＮ２を連続的に供給するとともに液化不活性ガスＬＮ２の供給を併用することにより、缶２は該搬送経路を通過するだけで例えば６０〜７０％程度のガス置換効果を得ることができる。さらに、缶蓋を巻き締める直前におけるシーマーガス供給部９からの不活性ガスＧＮ２の供給を組み合わせることにより、９６％以上もの高効率なガス置換を行うことができる。

本発明の缶のガス置換装置の実施形態の一例を示す構成図である。 図１のうち、第１置換用（不活性）ガス置換部を説明する側面図である。 図２のＴ−Ｔ断面図であり、置換用ガス供給部近傍を説明する図である。 置換用ガスカーテン形成部近傍を上方から見た図である。 焼結フィルタから供給される置換用ガスの流速が大きい場合の缶近傍の気流を説明する図である。 焼結フィルタから供給される置換用ガスの流速が小さい場合の缶近傍の気流を説明する図である。 缶の搬送経路の各位置における供給された置換用ガスの流速とヘッドスペース内部の酸素濃度との関係を説明する図である。 従来の缶のガス置換装置を説明する図である。

符号の説明

１ 不活性ガス置換装置（ガス置換装置）
２ 缶
２ａ 内容物
３ コンベヤ
４ アウターカバー
４ａ天井部
５ 不活性ガスカーテン形成部（置換用ガスカーテン形成部）
６ 不活性ガス供給部（置換用ガス供給部）
７ 液化不活性ガス供給部（液化置換ガス供給部）
８ 缶シーマー部
９ シーマーガス供給部
１０ 缶開口部
１１ ヘッドスペース
１２ 焼結フィルタ
１３ 空間部
１４ フィルタ支持部
１６ リフター
１７ 絞り込み板
Ａ 第１不活性ガス置換部
Ｂ 第２不活性ガス置換部
Ｃ 第３不活性ガス置換部
ＧＮ２ 不活性ガス（置換用ガス）
ＬＮ２ 液化不活性ガス（液化置換用ガス）

Claims (9)

1. 内容物が充填された缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するための缶のガス置換装置であって、
   内容物を収容し上部が開口状態の缶を連続して缶シーマー部に搬送させるためのコンベヤと、
   このコンベヤの搬送経路を前記缶シーマー部直前まで半密閉空間に保つためのアウターカバーと、
   前記搬送経路に沿って複数箇所に設けられ、前記アウターカバー内にて前記缶の上方から置換用ガスを連続的に供給するための置換用ガス供給部と、
   該置換用ガス供給部と前記缶との間に前記搬送経路に沿って配置された前記置換用ガスの流速を低下させるためのフィルタ部とを備えたことを特徴とする缶のガス置換装置。
2. 請求項１に記載の缶のガス置換装置であって、
   前記缶シーマー部に設けられ、前記缶の開口部に缶蓋を巻き締める直前に前記ヘッドスペースに置換用ガスを供給するためのシーマーガス供給部を備えたことを特徴とする缶のガス置換装置。
3. 請求項１または２に記載の缶のガス置換装置であって、
   前記フィルタ部を通過した置換用ガスは、前記缶の上方に、
   ０．５ｍ／ｓｅｃ．以下
   の流速で供給されることを特徴とする缶のガス置換装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の缶のガス置換装置であって、
   前記フィルタ部は、２〜１０μｍのメッシュを有する焼結フィルタであることを特徴とする缶のガス置換装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の缶のガス置換装置であって、
   前記搬送経路の途中に前記ヘッドスペースに液化置換用ガスを供給するための液化置換用ガス供給部が設置されたことを特徴とする缶のガス置換装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の缶のガス置換装置であって、
   前記フィルタ部の下端部には、搬送される缶の側壁部に延びるように形成された絞り込み板が設置されたことを特徴とする缶のガス置換装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の缶のガス置換装置であって、
   前記置換用ガスは、不活性ガス又は炭酸ガスであることを特徴とする缶のガス置換装置。
8. 内容物が充填された缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するための缶のガス置換方法であって、
   半密閉空間に保たれた搬送経路を缶シーマー部に向かって連続的に搬送される、内容物を収容し上部が開口状態の缶のヘッドスペースに、前記搬送経路に沿って設置されたフィルタ部を通過させた置換用ガスを連続的に供給するとともに、前記缶の開口部に缶蓋を巻き締める直前に前記缶シーマー部において前記ヘッドスペースに置換用ガスまたは液化置換用ガスを供給することを特徴とする缶のガス置換方法。
9. 請求項８に記載の缶のガス置換方法であって、
   前記置換用ガスは、不活性ガス又は炭酸ガスであることを特徴とする缶のガス置換方法。

Images