JP2008024987A - ステンレス容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内面の不働態被膜を効率的に強化して、内容物への鉄成分の溶出を大幅に減少させ、容器に充填した飲料等の液体製品の変色や品質変化を大幅に減少させるとともに、容器を低コストで製造できるステンレス容器の製造方法を提供する。
【解決手段】ステンレス鋼からなる容器の内面を硝酸およびフッ酸の混合水溶液に接触させて処理する混合酸処理工程１０４と、前記混合酸処理工程の後、前記容器の内面が乾燥する前に、前記容器の内面に有機酸水溶液を接触させて処理する有機酸処理工程１０６と、前記有機酸処理工程の後、前記容器の内面を洗浄する後洗浄工程１０７と、前記後洗浄工程の後、前記容器の内面を乾燥させる工程１０８とを有し、前記容器の内面に強固な不働態被膜を形成するようにしたものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、ビール樽をはじめとするステンレス製の容器の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、容器内面の不働態被膜からの鉄成分の溶出を効率的に減少させ、容器に充填した飲料等の液体製品の変色や品質変化を大幅に減少させるとともに、容器を低コストで製造できるステンレス容器の製造方法に関するものである。

ビール、日本酒、ワイン等の飲料や液体状の薬品などを運搬・保管するための容器には、ステンレス製の容器が広く使用されている。特に、再使用可能な容器は、ほとんどがステンレス製となっているのが実情である。特に飲料にはクエン酸、乳酸等の有機酸が含まれている場合が多いので、ステンレス製の容器の内面には不働態被膜を形成する処理が施されている。この不働態被膜は、ステンレス鋼に含まれるクロムの酸化物および水和物を主成分とする被膜であり、耐腐食性に優れており、ステンレス鋼から飲料中に鉄イオンが溶出することも防止するものである。ただ、この不働態被膜中にも鉄成分が含まれており、この不働態被膜中の鉄成分が飲料中に鉄イオンとして僅かに溶出することはどうしても避けられない。

このように、容器に充填した飲料中に鉄イオンが溶出すると、溶出量が僅かでも飲料の香りや味わいが変化してしまう。いわゆる鉄臭い飲料となってしまう。また、鉄イオンの溶出により飲料の色合いも変化してしまう。特に、ビールの場合、夏期の高温、炎天下等の環境に長時間さらされることがしばしばあり、このような環境では鉄イオンの溶出量が増大してしまう。また、日本酒の場合は、環境の温度は低くても貯蔵期間が長いことが多く、長期間の保存により鉄イオンの溶出量が増大してしまう。また、薬品などの他の液体を充填した場合も、それらの液体中に鉄イオンが溶出すると、液体中の成分比率が変化してしまい、充填液体の品質劣化となって現れる。

このような、鉄イオンの溶出による充填液体の品質変化を防止するために、飲料用の容器では、飲料を一定期間保存した場合の鉄イオン溶出量の上限値が基準として定められており、その基準値以下の溶出量であることが求められる。このため、飲料容器のメーカーでは、鉄イオン溶出量の基準値を満足しない容器に対しては、容器に飲料や有機酸水溶液を充填して長期間放置し、不働態被膜中の鉄成分を強制的に溶出させ切るという処理を行ってから出荷しているのが実情である。不働態被膜中の鉄成分を溶出させ切るためには、１週間から１ヶ月以上という長期間の保存が必要であり、処理のために大量の飲料や有機酸水溶液が必要であるため、この処理のためのコストは膨大である。また、このような処理がステンレス容器のコストを引き上げ、ステンレス容器の普及拡大の障害となっている。

また、下記の特許文献１が公知である。特許文献１には、ステンレス鋼からなる酒容器およびその製造方法が記載されており、不動態皮膜が形成された容器内面に有機酸を含む洗浄液を接触させて不動態皮膜から鉄分を選択溶解させることが記載されている。また、有機酸としては、クエン酸，乳酸，リンゴ酸，琥珀酸の１種又は２種以上が使用され、ｐＨ３．０〜４．５，液温５０℃以上に調整するということが記載されている。
特開２００１−３４２５８５号公報

従来のように、飲料容器に飲料や有機酸水溶液を充填して長期間放置して、不働態被膜中の鉄成分を選択的に溶出させ切るという方法は、処理コストおよび時間がかかり、また処理のための容器の保管スペース等も必要であり、問題点が多かった。特許文献１のような製造方法を用いても、まだ鉄分選択溶解の処理時間が長く生産ラインでのボトルネックとなってしまう。

そこで、本発明は、容器内面の不働態被膜を効率的に強化して、内容物への鉄成分の溶出を大幅に減少させ、容器に充填した飲料等の液体製品の変色や品質変化を大幅に減少させるとともに、容器を低コストで製造できるステンレス容器の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のステンレス容器の製造方法は、ステンレス鋼からなる容器の内面を硝酸およびフッ酸の混合水溶液に接触させて処理する混合酸処理工程と、前記混合酸処理工程の後、前記容器の内面が乾燥する前に、前記容器の内面に有機酸水溶液を接触させて処理する有機酸処理工程と、前記有機酸処理工程の後、前記容器の内面を洗浄する後洗浄工程と、前記後洗浄工程の後、前記容器の内面を乾燥させる工程とを有し、前記容器の内面に不働態被膜を形成するようにしたものである。

また、上記のステンレス容器の製造方法において、前記混合酸処理工程と前記有機酸処理工程の間に、前記容器の内面を洗浄する前洗浄工程を有することが好ましい。

また、上記のステンレス容器の製造方法において、前記有機酸処理工程は、倒立させた前記容器の内面に前記有機酸水溶液をシャワー状に噴射させるものであることが好ましい。

また、上記のステンレス容器の製造方法において、前記有機酸処理工程は、前記有機酸水溶液の温度が６０〜９５℃の範囲であることが好ましい。

また、上記のステンレス容器の製造方法において、前記有機酸処理工程は、前記有機酸水溶液の噴射を１０秒間〜１０分間継続するものであることが好ましい。

また、上記のステンレス容器の製造方法において、前記容器は、飲料を収容するためのものとすることができる。

本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。

混合酸処理を行った後、不働態被膜が完全に出来上がる乾燥工程の前に有機酸処理を行うことにより、極めて短時間で不働態被膜を強固なものとすることができ、ステンレス容器を低コストで効率的に製造することができる。そして、ステンレス容器内容物への鉄分の溶出を大幅に減少させることができ、ステンレス容器に充填した液体製品の変色や品質変化を大幅に減少させることができる。

混合酸処理を行った後、有機酸処理工程の前に容器の内面を洗浄する工程を行えば、有機酸水溶液の繰り返し使用を簡単に行うことができ、ステンレス容器の製造コストをさらに低減することができる。

倒立させた容器の内面に有機酸水溶液をシャワー状に噴射させて有機酸処理工程を行うようにしたので、有機酸処理を行いながら処理液を排出させることができ、効率的に処理を行うことができる。

有機酸処理工程における有機酸水溶液の温度を６０〜９５℃の範囲とすれば、さらに短時間で有機酸処理工程を完了させることができる。

有機酸処理工程は、有機酸水溶液の噴射を１０秒間〜１０分間継続することで完了させることができ、極めて短時間で鉄分の選択的溶出を完了させることができる。これにより、ステンレス容器を低コストで効率的に製造することができる。

本発明を飲料用のステンレス容器に適用した場合には、容器に充填した飲料の香り、味わい、色合いを変化させずに長時間保管することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ここでは容器に充填される液体製品として生ビール、容器としてビール樽を例にとって説明する。図１は、ステンレス容器としてのビール樽９の構成を示す断面図である。図１はビール樽９を正面側から見た断面図である。まず、飲料用容器としてのビール樽９の構成を説明する。ビール樽９の上部に設けられた口金９１の内側には、フィッティングを構成する取付部材２０がねじ込まれて固定されている。また、取付部材２０にはばねで上方に付勢されたダウンチューブ５が取り付けられている。なお、ビール樽９は密封容器として機能するように各部が気密状態に構成されている。

ダウンチューブ５の上端部にはガス弁３が固定されており、また、ダウンチューブ５の上端内部にはビール弁４が上方に付勢されて設けられている。ガス弁３およびビール弁４は、コイルばねによる付勢力によって閉状態となっている。口金９１および取付部材２０にはディスペンスヘッドが取り付け可能である。ディスペンスヘッドと取付部材２０とは、係止凹部と係合突起２２による接続機構によって簡単に結合することができる。

ディスペンスヘッドは、ガス弁３およびビール弁４を操作し、二酸化炭素ガス等の圧力ガスをビール樽９内に供給し、ビール樽９の内圧を高めて生ビールをダウンチューブ５およびビール弁４を通して容器外に注出させるための装置である。口金９１と取付部材２０との間からのガス漏れを封止するために、口金９１の下部内面と取付部材２０との間にはパッキン２４が設けられている。

ビール樽９は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）によって形成されており、表面（外表面および内表面）には不働態被膜が形成されている。ビール樽９を硝酸とフッ酸の混合水溶液に所定時間浸漬することにより、溶接部の酸化物や溶接ビードの尖鋭な突起等が混合酸に溶解されて除去される。混合酸による処理に続いて、有機酸による処理が行われる。これにより、表面の不働態被膜からの鉄成分の溶出を大幅に減少させることができた。これらの工程の詳細については後述する。

図２は、本発明のステンレス容器の製造方法の各工程を示す図である。容器としてはビール樽９の例により説明する。まず、工程１０１によりビール樽９の各部を形成する。すなわち、ステンレス鋼の板材より、ビール樽９の容器本体および上下のプロテクタを形成する。また、別途、ステンレス鋼からなる口金９１が形成され、さらに取付部材２０等からなるフィッティングも形成される。

次に、工程１０２により各部材が洗浄され清浄化される。次に、工程１０３によりビール樽９が組み立てられる。すなわち、容器本体に上下のプロテクタおよび口金９１を溶接によって固着して、ビール樽９とする。ビール樽９は密封容器となるように各部が気密に形成される。図３に組み立てられたビール樽９の断面図を示す。

次に、工程１０４において、ビール樽９を硝酸とフッ酸の混合水溶液（混合酸）に所定時間浸漬する。これにより、溶接部の酸化物や溶接ビードの鋭利な突起等が混合酸に溶解して除去される。このときの混合酸の成分と処理時間の実例を示す。硝酸１０％，フッ酸２．５％の混合酸を３０℃に保持して、容器を３０分間浸漬する。これによって、容器の外表面および内表面にある溶接部の清浄化が行われる。

次に、工程１０５によりビール樽９全体が洗浄され清浄化される。洗浄はイオン交換水をシャワー状に噴出する等により行い、容器に付着した混合酸水溶液も除去される。この工程１０５が、本発明における前洗浄工程に対応する。

次に、工程１０６により、ビール樽９の内面に有機酸水溶液を接触させて処理を行う。この工程１０６については、後に詳しく説明する。工程１０６により、有機酸処理を完了したビール樽９は、次に、工程１０７により容器全体が洗浄され清浄化される。洗浄はイオン交換水をシャワー状に噴出する等により行う。この工程１０７が、本発明における後洗浄工程に対応する。そして、工程１０８により容器が乾燥され、出荷可能な状態となる。

なお、前洗浄工程としての工程１０５は本発明に絶対必要なものとは言えない。実際に工程１０５を省略しても次の工程１０６を行うことは可能である。しかし、その場合は、工程１０６で使用した有機酸水溶液に前工程（工程１０４）の硝酸とフッ酸の混合水溶液が混入してしまい、有機酸水溶液の繰り返し使用が難しくなってしまう。前洗浄工程としての工程１０５を入れることにより、有機酸水溶液の繰り返し使用が容易となって、ビール樽９の製造コストを低減させることができる。

前述の工程１０６について詳しく説明する。工程１０４の後に形成されている不働態被膜は、ステンレス鋼に含まれるクロムの酸化物および水和物を主成分とする被膜であり、耐腐食性に優れている。ただ、この不働態被膜中にもある程度鉄成分が含まれており、この不働態被膜中の鉄成分が飲料中に鉄イオンとして僅かに溶出することはどうしても避けられない。しかし、工程１０４に引き続いて、工程１０６のようにビール樽９内表面の不働態被膜に有機酸による処理を行うことにより、飲料を充填しての実使用時に飲料中への鉄イオンの溶出が大幅に減少することを見出したのである。

工程１０６は、図３に示すようなビール樽９を倒立させて、口金９１が下方に向くように配置して行う。口金９１を通して下方から容器内にシャワーノズルを挿入し、有機酸水溶液を容器内面にシャワー状に噴射する。有機酸水溶液は容器内面の各部に対してできるだけ均一に噴射されるようにする。有機酸水溶液のシャワーが容器内面に均一に接触するように、シャワーノズルに上下動、回動等の運動を行わせてもよい。容器内面に噴射された有機酸水溶液は、ビール樽９内表面の不働態被膜に接触して処理を行いながら内表面に沿って流下し、口金９１からビール樽９の外部に排出される。

有機酸としては、クエン酸、タンニン酸、乳酸、リンゴ酸等が使用でき、これらの有機酸を適宜混合したものを使用することができる。濃度はｐＨ２．５〜４．５となるように調整する。また、有機酸水溶液は、高温とした方が処理時間を短縮させることができる。しかし、あまり高温にすると、作業の安全性に問題が生じるため、６０〜９５℃程度が望ましい。シャワー状噴射の継続時間は１０秒間以上は必要であり、１００秒間以上とすることが望ましい。

また、有機酸処理の継続時間は、長ければ長いほど不働態被膜に対する処理が進むものと考えられるが、処理時間があまりに長ければ、生産ライン中でのボトルネックとなって生産効率を低下させてしまう。本発明では、有機酸処理の継続時間を従来より大幅に短縮させることができ、１０分間以内で充分に処理を進行させることができる。なお、工程１０５〜１０７は、同じシャワーノズルから噴射する液体を順次切り換えることにより連続して行うことができる。

工程１０６は、ビール樽９内表面が完全に出来上がってしまう前に行う必要がある。乾燥工程を通し、表面が乾燥すると、不働態被膜は完全に出来上がってしまう。しかし、そのように完全に出来上がった不働態被膜の状態では、有機酸水溶液による処理の効果があまり現れず、上記のように有機酸を短時間接触させても、不働態被膜からの鉄分の溶出を防止することはできなかった。本発明のように、不働態被膜が完全に出来上がる前に、すなわち表面を乾燥させるよりも前に工程１０６の処理を行うことにより、不働態被膜を薄くて強固なものとすることができ、実使用時におけるビール樽９内表面から内容物への鉄分の溶出を大幅に減少させることができたのである。

工程１０６の処理実例としては、クエン酸０．１〜０．１５質量％の水溶液を７５℃に加熱して容器内面にシャワー状に噴射し、この噴射を１２０秒間継続した。これによって、不働態被膜を強固なものとし容器内容物への鉄分の溶出を大幅に減少させることができた。この処理を内容量１５Ｌのビール樽に実施した２例（樽Ａ，樽Ｂ）と、処理を行わない内容量１５Ｌのビール樽（樽Ｃ）とを比較した結果を以下に示す。

これらの３種類のビール樽にビールを充填し、温度２８℃で７日間保存した後に、ビール中への鉄分溶出量を比較した。未処理の樽Ｃでは鉄分溶出量が１２０ｐｐｂであったのに対し、本発明の処理を行ったものでは、樽Ａ：鉄分溶出量６０ｐｐｂ，樽Ｂ：鉄分溶出量８０ｐｐｂと、大幅に鉄分溶出量を減少させることができた。通常、鉄分溶出量が１００ｐｐｂ以下であれば味覚上の問題はないとされているので、本発明の処理によって十分な結果が得られることが分かる。

以上のように、本発明によれば、極めて短時間で不働態被膜を強固なものとすることができ、ステンレス容器を低コストで効率的に製造することができる。そして、ステンレス容器内容物への鉄分の溶出を大幅に減少させることができ、ステンレス容器に充填した液体製品の変色や品質変化を大幅に減少させることができる。特に飲料用のステンレス容器に適用した場合には、充填した飲料の香り、味わい、色合いを変化させずに長期間保管することができる。

なお、以上の実施の形態では、液体製品として生ビール、容器としてビール樽を例に挙げて説明したが、それ以外の任意の液体製品を収容するステンレス容器にも適用することができる。

本発明によれば、極めて短時間で不働態被膜を強固なものとすることができ、ステンレス容器を低コストで効率的に製造することができる。そして、ステンレス容器内容物への鉄分の溶出を大幅に減少させることができ、ステンレス容器に充填した液体製品の変色や品質変化を大幅に減少させた高性能のステンレス容器を提供することができる。

ステンレス容器としてのビール樽９の構成を示す断面図である。 本発明のステンレス容器の製造方法の各工程を示す図である。 組み立てられたビール樽９の断面図である。

符号の説明

３ ガス弁
４ ビール弁
５ ダウンチューブ
９ ビール樽
２０ 取付部材
２２ 係合突起
２４ パッキン
９１ 口金

Claims (6)

1. ステンレス鋼からなる容器（９）の内面を硝酸およびフッ酸の混合水溶液に接触させて処理する混合酸処理工程（１０４）と、
   前記混合酸処理工程（１０４）の後、前記容器（９）の内面が乾燥する前に、前記容器（９）の内面に有機酸水溶液を接触させて処理する有機酸処理工程（１０６）と、
   前記有機酸処理工程（１０６）の後、前記容器（９）の内面を洗浄する後洗浄工程（１０７）と、
   前記後洗浄工程（１０７）の後、前記容器（９）の内面を乾燥させる工程（１０８）とを有し、
   前記容器（９）の内面に不働態被膜を形成するようにしたステンレス容器の製造方法。
2. 請求項１に記載したステンレス容器の製造方法であって、
   前記混合酸処理工程（１０４）と前記有機酸処理工程（１０６）の間に、前記容器（９）の内面を洗浄する前洗浄工程（１０５）を有するステンレス容器の製造方法。
3. 請求項１，２のいずれか１項に記載したステンレス容器の製造方法であって、
   前記有機酸処理工程（１０６）は、倒立させた前記容器（９）の内面に前記有機酸水溶液をシャワー状に噴射させるものであるステンレス容器の製造方法。
4. 請求項３に記載したステンレス容器の製造方法であって、
   前記有機酸処理工程（１０６）は、前記有機酸水溶液の温度が６０〜９５℃の範囲であるステンレス容器の製造方法。
5. 請求項４に記載したステンレス容器の製造方法であって、
   前記有機酸処理工程（１０６）は、前記有機酸水溶液の噴射を１０秒間〜１０分間継続するものであるステンレス容器の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載したステンレス容器の製造方法であって、
   前記容器（９）は飲料を収容するためのものであるステンレス容器の製造方法。

Images