JP2011520721A - 減圧を解消するためのヘッドスペース修正方法およびそのための装置 - Google Patents

減圧を解消するためのヘッドスペース修正方法およびそのための装置 Download PDF

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Abstract

容器内のヘッドスペースを修正して減圧を解消するために、容器は、容器の内部に続く一時的な開口を設けることができるシールまたは蓋を有する。この開口は、容器内の加熱した内容物が冷却されるときに、制御された内部圧力上昇を実現するように、圧縮下で封止可能である。封止室（８４）は、ヘッドスペース（２３ｂ）内への流体の導入を可能にして、流位（４０）を低下させることができる。他の方法および装置についても説明する。

Description

本発明は、一般に減圧を解消するためにヘッドスペースを修正することにより高温充填（ホットフィル）用容器を軽量化する方法、およびそのための装置に関する。本方法は、加熱した流体（本明細書では、特に明記しない限り液体と気体の両方を含む）を容器に充填し、容器の内容物を外気による汚染から封止し、閉蓋工程中のヘッドスペースの圧力を調整して、流体の冷却後に容器内で発生する減圧力を打ち消すことによって達成される。このヘッドスペース修正プロセスは、流体内容物が冷えないうちに且つ容器のラベル付けを行う前に、容器のネック部上部領域の、ヘッドスペースの下側にある液体を下方へと変位させる。本発明は更に、ヒートセットしたポリエステル容器に詰められた高温充填および殺菌済み製品に関するものであり、長期の保存寿命が望まれる酸素感受性の食品および飲料の包装に特に有用である。
いわゆる「高温充填」容器は当業界でよく知られており、各製造業者から様々な液体を充填するＰＥＴ容器が供給されている。液体製品は高温、典型的には摂氏８５度（華氏１８５度）前後の温度とされる。
加熱した液体を保持することによる熱衝撃は、プラスチック容器の「ヒートセット」を招くものであるが、この容器はこうした熱衝撃に耐え得るように製造されている。この熱衝撃は、充填時に高温となっている液体を導入することにより、または液体を容器に導入した後に加熱することにより生じる。
しかしながら、閉蓋した容器内で液体を冷却すると、容器内の液体体積が減少し、容器内に減圧が生じる。この液体の収縮により、容器の側壁および端壁を内側へと引っ張る減圧が生じる。この減圧は、プラスチックボトルがこのような力に耐えられるほど堅固に構成されていない場合は、壁部に変形を生じさせる。
一般に、減圧は、減圧下で内側に歪曲する減圧パネルを使用することによって緩和される。従来技術は、容器が高温充填工程の過酷さに耐えられるようにする様々な垂直配向減圧パネルを提示している。このような垂直配向減圧パネルは、一般に容器の長手方向軸線に対して平行に配置され、減圧下では長手方向軸線に向かって内側に撓曲する。
垂直配向減圧パネルに加えて、多くの従来技術の容器は、可撓性の基部領域も有し、付加的に減圧を補償する。高温充填用に設計された様々な従来技術の容器は、その端壁すなわち基部領域に、内側への撓曲を可能な限り許容する様々な修正が施されており、これにより容器内で発生する減圧が少なくともある程度緩和される。
しかしながら、このような減圧パネルの実質的な変位を用いても、減圧力下の歪曲を防止するためには、容器を更に強化する必要がある。
液体の冷却に伴う液体の収縮は、減圧の増加を招く。減圧パネルは、減圧力を減少させる程度に、このような陰圧のかかる方向に撓むことで、事実上より小さい容器となり、より少ない体積の内容物をより良い形で収容する。しかしながら、この小さくなった形状は、発生する減圧力によってその位置で保持される。構造体が内側に撓みづらくなるほど、生成される減圧力は大きくなる。従来技術の提案では、容器内に相当量の減圧が依然として残存する可能性があり、典型的には容器の端部から少なくとも１／３の距離に、大型の環状補強リングを容器に対して水平方向すなわち横断方向に設けない限り、全体の形状が歪曲する傾向がある。
本発明は、高温充填用容器に関するものであり、例えば国際特許出願公開第ＷＯ０２／１８２１３号および第ＷＯ２００４／０２８９１０号（ＰＣＴ明細書）に記載される高温充填用容器と共に使用することができる。これらのＰＣＴ明細書の内容全体を適宜参照することにより、本明細書に援用するものとする。
これらＰＣＴ明細書は、高温充填用容器の設計およびかかる設計の問題を克服するか、または、少なくとも改善することの背景説明となっている。
液体を冷却してパネルを反転させ、容器から減圧を完全に解消した後であっても、このような横断方向のパネルを容器の側壁、または端壁すなわち基部領域に配置した場合は、問題が生じる。容器は、典型的な周囲温度よりもわずかに高い温度で充填ラインから送り出され、従来技術で知られるように、陰圧に抗してパネルが反転することにより容器内を周囲圧力とすることを達成している。容器はラベル付けされ、販売時にはしばしば冷蔵される。
この冷蔵により、製品が更に収縮するので、いわゆる「ガラス様」ボトルと呼ばれる側壁構造がほとんど存在しない容器において、ある程度パネル形成が生じ、容器の不体裁を招く恐れがある。このことを克服するために、必要とされるよりも大きな引出し能を有する基部横断パネルを設け、充填時に存在する小さなヘッドスペースの力に抗してこのパネルを反転させる試みがなされている。これにより、充填時に小さな陽圧を加えることができ、この陽圧により、前述の状況が幾分か緩和されることになる。例えば、冷蔵時に更に冷却が進むと、陽圧が減少し、冷蔵温度における周囲圧力とすることができるので、容器のパネル形成を防止することができる。
しかしながら、この状況は、より大きいヘッドスペースを利用して基部反転時の圧縮を実現することに依存するものであり、また、製品の品質を維持するためには必要以上に大きいヘッドスペースを容器に設けることは望ましくないことから、この状況を活用するのは非常に困難である。
消費者が容器を開けたときに製品がこぼれるのを避けるには容器内の液位を下げることが望ましいが、基部に陽圧能を付与しすぎると、容器を開けたときに、特に周囲温度では製品がこぼれ出る恐れがあることが知られている。
大抵の充填操作では、容器は、一般に容器の最も高いレベルの直下、すなわちネック部の上端まで充填される。
容器のヘッドスペースを可能な限り小さく保つことは、製品密度または容器容量の僅かな差が許容されるようにし、高速包装充填ライン上で液体が溢れ出ることによる無駄を最小限に抑え、高温充填後の内容物の冷却による容器の収縮を低減する上で望ましい。
ヘッドスペースには気体が収容されるが、この気体は、時間の経過と共に製品に損傷を与える可能性あるいは容器の構造上の完全性の要件を高める可能性がある。例えば、酸素に対して感受性のある製品や、高温で充填および封止される製品等がある。
剛性容器を高温で充填して封止すると、ヘッドスペース内に過度の気体が存在するときは大きな減圧力が生じる可能性がある。したがって、容器の高温充填を行う場合は、ヘッドスペースの気体は少ないほど望ましい。これは、構造上の完全性を損なう可能性、容器応力を生じさせる可能性、あるいは容器形状を大きく歪曲させる可能性のある、容器に作用する減圧力を低減するためである。このことは、最初に容器の充填を行い、次いで封止を行い、その後ある持続時間にわたって包装を高温に曝す工程を伴う殺菌およびレトルトプロセス中にも当てはまる。当業者には、包装の耐熱性能を改善するいくつかの容器製造ヒートセットプロセスが知られている。例えば、ポリエステルであるポリエチレンテレフタレートを用いる場合、ヒートセットプロセスは、一般に製造時に容器内で生じる応力を緩和して結晶構造を改善することを伴う。
典型的には、低温充填炭酸飲料向けのポリエチレンテレフタレート容器は、高温充填、殺菌、またはレトルト製品用途を想定した容器よりも内部応力が高く、結晶分子構造が少ない。しかしながら、上記のＰＣＴ明細書に記載されているような容器でさえも僅かに減圧力が残留しており、充填温度に耐え得るようにするために、依然として容器のネック部を非常に厚くする必要がある。
本出願人の国際特許出願公開第ＷＯ２００５／０８５０８２号明細書には、ヘッドスペースの変位方法に関する先行する提案を記載している。この国際特許出願の内容全体を適宜参照することにより、本明細書に援用するものとする。
本明細書において従来技術に言及した場合も、その技術がいずれかの国または地域における一般的な技術常識の一部を構成することを認めるものではない。
国際特許出願公開第ＷＯ０２／１８２１３号 国際特許出願公開第ＷＯ２００４／０２８９１０号 国際特許出願公開第ＷＯ２００５／０８５０８２号
上述の点を考慮し、本発明の可能な一実施形態の一目的は、容器内に実質的に力が残留しないように減圧を解消することができる、ヘッドスペースの封止および修正方法を得ることである。
本発明の可能な一実施形態の別の目的は、製品の冷却中に発生する減圧の影響を打ち消すために、空気もしくはその他の気体、液体、またはそれらの組合せを封止圧下でヘッドスペースに投入して加圧を発生させる、ヘッドスペースの圧縮方法を得ることである。
本発明の可能な一実施形態の別の目的は、製品の冷却中に発生する減圧の影響を打ち消すために、無菌のもしくは加熱した液体、空気もしくはその他の気体、またはそれらの組合せを無菌条件下でヘッドスペースに投入して陽圧を発生させる、ヘッドスペースの修正方法を得ることである。
本発明の可能な一実施形態の別の目的は、無菌の空気もしくはその他の気体、液体、またはそれらの組合せを封止圧下でヘッドスペースに投入することにより、製品の冷却中に発生する減圧の影響を打ち消す、ヘッドスペースの修正方法を得ることである。
本発明の可能な一実施形態の別の目的は、容器のネック部に圧縮可能なシールを設ける、ヘッドスペースの修正方法を得ることである。
本発明の可能な一実施形態の別の目的は、液体内容物を冷却する前に容器内に強制的に変位可能な圧縮可能なシールをネック部に設ける、ヘッドスペースの変位方法を得ることである。
本発明によるすべての実施形態における他の代替的な目的は、すべて択一的に捉えることができ、少なくとも公衆にとって有用な選択肢を提供することにある。
本発明の一態様では、シールまたは蓋を有する容器を提供し、前記シールまたは蓋は、前記容器の内部に続く開口もしくは開孔を有し、または該開口もしくは開孔が設けられるように構成され、前記開口または開孔は、少なくとも１つの流体を加圧下で導入することを可能にするとともに、前記容器内の加熱した内容物が冷却される前に、前記容器内の制御された内部圧力上昇をもたらすように封止可能である。
本発明の他の態様では、シールまたは蓋を有する容器を提供し、前記シールまたは蓋は、前記蓋と前記容器のネック部との間に形成される不完全なシールによって前記容器の内部に続く開口または開孔が設けられるように、一時的に取り付けられ、前記開口または開孔は、少なくとも１つの流体を加圧下で導入することを可能にするとともに、前記容器内の加熱した内容物が冷却される前に、前記容器内の制御された内部圧力上昇をもたらすように圧縮下で封止可能である。
本発明の他の態様では、シールまたは蓋を有する容器を提供し、前記シールまたは蓋は、充填直後の一時的な封止手段を提供し、開孔または開口を有し、前記開孔または開口は、前記少なくとも１つの加熱したおよび／または無菌の流体の導入を可能にするために、実質的無菌条件下でアクセス可能であり、前記開孔または開口は更に、加熱した内容物が前記容器内で冷却された後に、前記容器内の制御された内部圧力上昇をもたらすように、実質的無菌条件下で封止可能である。
本発明の他の態様によれば、容器に流体を充填する方法は、前記容器が少なくとも実質的に前記液体で満たされるように、前記流体を前記容器の開放端から導入するステップと、前記流体を前記容器への導入前または導入後に加熱するステップと、開口または開孔を有するシールまたは蓋を設けるステップと、前記開口または開孔を通じて少なくとも１つの流体を供給する方法を提供するステップと、前記加熱した内容物が冷却された後に発生する、前記シールまたは蓋の下方にある前記容器のヘッドスペース内の圧力の減少が補償されるように、前記開口または開孔を封止するステップと、を有する。
本発明の他の態様によれば、容器に流体を充填する方法は、前記容器が少なくとも実質的に前記液体で満たされるように、前記流体を前記容器の開放端から導入するステップと、前記流体を前記容器への導入前または導入後に加熱するステップと、初期状態では封止されている開口または開孔を有するシールまたは蓋を設けるステップと、前記加熱した内容物を冷却するステップと、その後前記開口または開孔にアクセスし、前記開口または開孔を通じて少なくとも１つの流体を更に供給する方法を提供するステップと、前記加熱した内容物が冷却された後に発生する、前記容器のヘッドスペース内の圧力の減少が補償されるように、前記開口または開孔を封止するステップと、を有する。
本発明の他の態様では、それ自体の内部に続く開口が上部に設けられた容器を提供し、前記上部は、加熱した液体または加熱可能な液体が前記容器に導入された後にシールを有するようにしたネック部を有し、前記シールは、前記液体の加熱前または加熱後に前記ヘッドスペースの圧力を増加させるように内側に圧縮可能または機械的に移動可能である。
本発明の他の態様によれば、容器に流体を充填する方法は、前記容器が少なくとも実質的に前記流体で満たされるように、前記流体を前記容器の開放端から導入するステップと、前記流体を前記容器への導入前または導入後に加熱するステップと、前記開放端が前記流体を覆い込むための可動シールを設けるステップと、を有し、前記シールは、前記加熱した内容物が冷却されたときに発生する、前記シールの下方にある前記容器のヘッドスペース内の圧力の減少が補償されるように、前記容器のヘッドスペースを圧縮するようにする。
本発明の他の態様では、直前の７つの段落で定義した容器を充填する、または充填方法を実施する容器充填装置を提供する。
本発明の他の態様では、容器用のシールまたは蓋を提供し、該シールまたは蓋は、本発明の容器の諸実施形態のいずれか、または本発明の方法の諸実施形態のいずれか、または本発明の容器充填装置の諸実施形態のいずれかと共に使用されるように構成する。
本発明の他の態様では、容器用のシールまたは蓋を提供し、該シールまたは蓋は、本発明の容器に関して上述した最初の３つの態様のうちのいずれかに記載したシールまたは蓋の特徴を有する。
本発明の更なる態様である、考え得るすべての新規な態様は、以下の説明を読めば明らかになるだろう。
飲料を封止するために機械的に圧縮可能な蓋が設けられた、国際特許出願公開第ＷＯ２００５／０８５０８２号に記載される従来技術の容器の実施形態を示す図である。 飲料を封止するために機械的に圧縮可能な蓋が設けられた、国際特許出願公開第ＷＯ２００５／０８５０８２号に記載される従来技術の容器の実施形態を示す図である。 飲料を封止するために機械的に圧縮可能な蓋が設けられた、国際特許出願公開第ＷＯ２００５／０８５０８２号に記載される従来技術の容器の実施形態を示す図である。 飲料を封止するために機械的に圧縮可能な蓋が設けられた、国際特許出願公開第ＷＯ２００５／０８５０８２号に記載される従来技術の容器の実施形態を示す図である。 図１および図２の蓋を圧縮した、国際特許出願公開第ＷＯ２００５／０８５０８２号に記載される従来技術の他の使用例を示す図である。 図１および図２の蓋を圧縮した、国際特許出願公開第ＷＯ２００５／０８５０８２号に記載される従来技術の他の使用例を示す図である。 本発明の可能な一実施形態による容器および蓋を示す図である。 本発明の可能な一実施形態による蓋を示す図である。 本発明の可能な一実施形態による蓋を示す図である。 本発明の可能な一実施形態による蓋を示す図である。 本発明の可能な一実施形態による蓋を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 閉蓋機の形をとる本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 閉蓋機の形をとる本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 圧力室を使用する本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 圧力室を使用する本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 圧力室を使用する本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 圧力室を使用する本発明の他の可能な実施形態を示す図である。 本発明の可能な方法の概略図である。 本発明の可能な方法の概略図である。 本発明の可能な方法の概略図である。 本発明の可能な方法の概略図である。 本発明の可能な方法の概略図である。 本発明の可能な方法の概略図である。 閉蓋機の形をとる本発明の他の可能な実施形態の概略図である。 閉蓋機の形をとる本発明の他の可能な実施形態の概略図である。 閉蓋機の形をとる本発明の他の可能な実施形態の概略図である。 閉蓋機の形をとる本発明の他の可能な実施形態の概略図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。 封止室を使用する本発明の他の実施形態を示す図である。
好ましい諸実施形態に関する以下の説明は、事実上単なる例示であり、本発明あるいは本発明の用途または使用例を決して限定するものではない。
上述のように、ヒートセットした容器内の内容物を冷却する間に減圧力を緩和するために、容器は、典型的には側壁部の周囲にある一連の減圧パネルと、最適化された基部と、を備える。減圧力の影響下において、減圧パネルは内側に向かって変形し、基部は上方に向かって変形する。これにより、容器の他の部分の望ましくない歪曲を防止する。しかしながら、容器は依然として内部減圧力を受ける。これらのパネルおよび基部は、この力に対する適当な耐久構造を与えるにすぎない。構造上の耐久性が高くなるほど、減圧力も高くなる。また、エンドユーザは、容器を保持したときに減圧パネルを感じ取ることができる。
典型的には、ボトル詰め工場において、容器は、高温液体を充填され、その後、冷水スプレーに曝されて容器構造体が抗すべき減圧が容器内に発生する前に、閉蓋される。本発明は、高温充填用容器、および減圧の実質的な解消または実質的な打ち消しを実現する方法に関するものである。本発明は、容器を機械的に歪曲させる減圧力に耐え得る構造とする必要がなくなるので、設計上の自由度を高めるとともに軽量化の機会を提供することができる。
図１ａ、図１ｂ、図２ａおよび図２ｂに示す従来技術の解決策では、容器（１）に高温液体（２１）が導入された場合に、高温液体（２１）は、第１の上方水位（３ａ）により画定される体積を占めている。圧縮可能な蓋（８）を充填直後に容器ネック（２）に取り付けると、液体の上方から圧縮可能な蓋の封止面（１０）の下方までのヘッドスペース（２３ｂ）に減圧が発生する。封止面（１０）は、蓋（８）の外側部分と係合する圧縮可能な内室（９）の下縁である。このヘッドスペースの減圧は、通常蓋を取り外さなければ解放されない。蓋（８）が定位置にある間は、減圧力は大きく変化しない。容器の壁部が内側へと屈曲または撓曲すると、減圧レベルが僅かに低下する可能性がある。
図３ａおよび図３ｂを参照すると、従来技術の発明の他の実施形態が示されている。
しかしながら、図２ａおよび図２ｂに示した従来技術に開示されているように、陽圧をもたらすための蓋構造内の可動シールの機械的圧縮は、容器を冷却しない限り発生しない。蓋構成部品の滅菌されていない壁面を移動して容器の液体内容物と連通させることは、言うまでもなく問題となる。このような汚染は許容できるものではなく、したがって、本発明の一実施形態は、このようなヘッドスペースの機械的圧縮が蓋の取付け直後にのみ発生することを可能にする。
このようにして、容器の内容物が加熱状態にある間に機械的圧縮によって陽圧をもたらすことができ、その後、パネル形成を伴わずに容器を冷却することができる。したがって、圧縮下で容器のヘッドスペース内に進入する蓋構成部品は、加熱した内容物によって冷却前に滅菌される。液体内容物を大きく変位させるために押し下げることが可能な１次シール構造として、多種多様な構造が想定されることは理解されよう。例えば、容量６００ｍｌの容器では、２０〜３０ｃｃ程度の液体を変位させる必要があるだろう。容量２０００ｍｌの容器では、７０ｃｃ程度の液体を変位させる必要があるだろう。
蓋は、金属製またはプラスチック製とすることも予想され、代替的な実施形態では、容器のネック部にねじ込む代わりに押し込むこともでき、所望の位置でロック可能とすることができる。
蓋は、任意の適切な機械式手段、電気式手段、もしくはその他の手段、または手動によって制御可能に下方に変位させることができる。
本発明の方法は、機械的圧縮の様々な変形例に対処することができるが、大幅な下方変位が必要とされるより大型の容器に関しては、圧縮可能な蓋から圧縮力の一部だけを獲得すること、より重要なこととして、圧縮力の残りの部分を以下に開示する方法によって獲得することを想定している。
図４ａおよび図４ｂを参照すると、蓋（８０）を容器ネック（２）と係合させた本発明の例示的な一実施形態が示されている。図４ａ以降の図において、容器の上部は、図４ａに示したものと同様である。
本発明の他の態様によれば、図４ａおよび図４ｂ、図５ａ〜図５ｃを参照すると、事前に加熱されていても後の加熱に適したものであってもよい液体を導入した後に、小さい開口または開孔（８１）を有する蓋を取り付けることができる。したがって、ヘッドスペース（２３ａ）は、蓋本体（８０）の下方から容器内の流位（４０）の上方まで収容される。ヘッドスペース（２３ａ）は、この段階では外気と連通しているため、周囲圧力となり、流位（４０）を保持する。
図６ａ〜図６ｃに示すように、一実施形態では、ネック部と蓋の組合せ体に封止室（８４）が被せられ、これにより、液体が外気から封止される（構造体８４の閉じた上端は図示せず）。例えば、空気またはその他の気体を注入することにより、矢印で示したような圧縮力を導入した後、封止室内の増加した圧力により、ヘッドスペース（２３ｂ）内の圧力を増加させるとともに、その後プラスチック容器が膨張することにより、流位（４０）をより低い位置に押し下げることができる。
気体を注入する代わりに、加熱した液体、例えば加熱した水を注入することもできる。これにより、注入液体は、気体を加熱環境に注入したときに通常発生する膨張に曝されることがなくなり、この点で更なる利点がもたらされる。したがって、初期の高温充填段階で最終的に容器の側壁に加わる力が小さくなる。
更に、注入液体は、後に冷却されたときの収縮が気体よりも小さくなる。このため、予期される減圧力を補償するためにヘッドスペースに必然的に注入すべき液体の量が少なくなる。
次に図７ａ〜図７ｃを参照すると（圧縮力は図示せず）、封止室（８４）内の圧力を維持したまま、プラグ機構（８２）が送り出し装置（８３）から開孔（８１）に向かって下方に移動される。
図８ａ〜図８ｃに示すように、封止室（８４）内の圧力を維持したまま、プラグ（８２）を孔部（８１）に挿入することにより、孔部（８１）が恒久的に閉じられる。
この時点で、図９ａ〜図９ｃに示すように、ヘッドスペース（２３ｂ）は、送り出された気体の量に応じて制御される圧力下に置かれ、封止室は、封止室内の圧力が解放された後に、容器が抜き取られ充填ラインに戻されるときに、送り出し装置（８３）を引き抜くことができる。
図１０ａ〜図１０ｃに示すように、その後ボトルが充填ラインの下流へと移動し冷却されると、ヘッドスペース（２３ｂ）は、液体の体積が収縮するにつれて膨張する。流位（４０）は、新しい位置（４１）まで低下し、加圧されたヘッドスペース（２３ｂ）は、膨張するとともにその圧力の一部または全部を失い、これに伴って新しいヘッドスペース（２３ｃ）が形成される。
一方、重要なこととして、内容物が一旦冷却されると容器内に減圧は残留しなくなる。
別法として、図１０ｄ〜図１０ｆに示すように、蓋の製造中に、例えば部材９１により、プラグ９２を蓋に一時的に取り付けることもできる。図示の例のとおり、液体または気体を上記と同じ様式で圧縮下で注入し、プラグを迂回させ、圧縮下にある容器のヘッドスペースに進入させることができ、その後、ロッド機構９３を押し下げて、プラグ９２を孔部に恒久的に押し込むことができる。この代替的な形態では、ロッドに複数のプラグ機構を装填する必要はない。
このような代替的な形態の他の一例を図１８に示す。本発明のこの実施形態において、蓋８０には、部材（図示せず）によってプラグ９２が一時的に取り付けられている。封止室８４は、蓋の上面に対して封止リング８９を圧縮することによって蓋を閉じ込め、内部封止室ヘッドスペース８７を提供する。気体もしくは液体またはそれらの組合せは、注入口８６を通って内部封止室ヘッドスペース８７に注入され、プラグの周りの空間を経て容器のヘッドスペース内に注入される。容器内で必要な圧力が得られると、プッシュロッド８８が下方に移動され、それによってプラグ９２が蓋内の所定位置に置かれ、したがって容器のヘッドスペースが必要な圧力下で封止される。これにより、プラグが最終的な位置まで推進されたときは、計算された内部圧力を容器の封止時点で厳密に達成することができる。したがって、加熱した内容物が後に容器内で冷却されることによって発生する減圧の影響を事前に補償することができる。
図１９ａおよび図１９ｂを参照すると、本発明は、充填ライン上の典型的な閉蓋ステーションに非常によく似たラインに沿って機能するように製造することができる。典型的な閉蓋機ヘッドユニット１０１は、封止ユニット８４を閉じ込めるとともに、容器を封止するための蓋を介して容器を封止および加圧する機能を提供する。典型的な閉蓋ユニットは、任意選択で蓋が所定位置にくるよう事前にトルクを付与していることもあるが、プラグが蓋内の「栓を抜いた（unplugged）」位置に存在し、液体または気体が容器の内外に移動できる状態にあるため、容器は依然として封止されていない。容器が封止される厳密な瞬間は、従来技術の閉蓋手順に典型的であるが、プラグが所定位置に押し込まれ、充填および閉蓋領域において、蓋内のヘッドスペースが周囲圧力ではなくなったときである。一方、本発明によれば、ヘッドスペース修正ユニット１０２は、閉蓋した容器１を受け、その後、容器を蓋封止用プラグで封止する直前に加圧することができる。
代替的な一形態では、ヘッドスペース修正ユニット１０２に典型的な閉蓋機の通常の機能を発揮させることもできる。このユニットは、空の容器を受け、プラグを収容した蓋を取り付け、その後、蓋が所定位置にくるようトルクを付与するとともに、プラグの推進またはその他の封止方法を利用して容器を最終的に封止する前に、容器を加圧することができる。
本発明の代替的な諸実施形態のまた他の例を図２０ａ〜図２０ｆに示す。蓋８０には、ゴムまたは他の適切な材料のプラグ１８２を組み込むことができる。これにより、ヘッドスペースの加圧に先立って、当初からの漏れ止めシールが容器に与えられる利点がもたらされる。このようにして、内容物の冷却前、例えば過圧力を利用した充填および蓋締めの直後に、あるいは内容物が冷却され容器内に減圧が発生した後に、液体または気体に由来する圧力を容器にかけることができる。例えば、蓋および封止用プラグ１８２は、液体内容物が冷却された後に、熱水６６によって滅菌することができる。これにより蓋の上面が滅菌され、その後、加熱した液体を注入して減圧を補償することができる。滅菌用に加熱した液体は、注入針２０２を引き抜いた後、圧力室から容器を抜き取るときに取り除くことができる。ゴムシール１８２は、蓋下方のヘッドスペースと、圧力室を開けたときに存在する外気との連通を防止するために、容器を閉止および封止している。
蓋８０内の適切なプラグ機構の他の代替的な形態を図２１ａ〜図２１ｆに示す。ボール弁タイプの閉鎖具８８２を利用して孔部を設けることができ、先述のとおり、この孔部を通じて圧力室ユニット内でヘッドスペースを修正することができる。ヘッドスペースが加圧されると、図２１ｄ〜図２１ｆに示すように、ヘッドスペースを厳密な圧力下で維持しながら、回転式プッシュロッド８８３によってボール弁を閉じることができる。
図２２ａ〜図２２ｃは、本発明の方法を使用してヘッドスペースを修正する典型的な方法の一例を示す。空の容器（ネック部より下は図示せず）がネック部の縁まで充填または過充填（overfilled）され、ヘッドスペースの修正を可能にする開口を有する蓋、例えばボール弁閉鎖装置が取り付けられる。少なくとも閉蓋したネック部が圧力室（図示せず）内に収容され、容器が計算された圧力下に置かれる。この圧力の増加は、図示の例と同様に気体を注入することによって生じることも、更なる液体を注入することによって生じることもある。この工程で、容器の寸法は（気体の注入が続けられれば）流位が低下する程度まで増加するので、その後ボール弁閉鎖具を閉鎖することにより、容器内の増加した圧力を維持することができる。
これと同じ方法手順を、図２３ａ〜図２３ｃに示したのと同様の様式で、より典型的な「プッシュプル」タイプのスポーツ閉鎖具（sport closure）を使用して実現することができる。
本発明の別の代替的な態様として、図１７ａ〜図１７ｃを参照すると、蓋自体の内部に開孔またはプラグ機構を設ける必要をなくすため、通常の蓋を閉蓋ユニットによって取り付けることができるが、ここでは、蓋が所定位置にくるよう強制的にトルクを付与することはしない。この場合、ネック部は、封止室８４に閉じ込めることができ、液体または気体は、液体の通路８６で示したように、蓋とネック部のスレッド機構との間の間隙を通じて容器内に押し込むことができる。所望の圧力が得られると、図１７ｂに示すように、容器のヘッドスペースを圧力下に置いたまま、封止室８４内のトルクロッド８５を推進させることにより、蓋が所定位置にくるようトルクを付与することができる。本実施形態において、この方法は、修正を加えた蓋ではなく標準的な蓋を使用して実施することができる。図１７ｃは、蓋８０に適正なトルクを付与し、容器のヘッド部を封止室８４から抜き取る直前に、トルクロッド８５を取り外す様子を示す。
本発明は、典型的な閉蓋機を改変することにより、ヘッドスペースの修正手順を実行する際の複数の選択肢を提供することを理解されたい。このような装置は容易に利用することができ、修正手順においては、ヘッドスペースの修正だけでなく容器の閉蓋機能も実現することができる。
図２４は、容器が容器のネック支持リング３３の直下から典型的な封止室８４にどのように収容され得るかを示す。
図２５は、容器全体が封止室８４にどのように収容され得るかを示す。本実施形態では、容器は、それ自体が封止室から抜き取られるまで、増加した圧力の応力を受けることはない。
図２６は、本発明の代替的な一実施形態を示す。封止室８４は、任意選択で下端封止スカート８８４を備え得ることが想定される。本例では、軟質材料の封止リングを、注入口８８３を通る水または気体の圧力下で膨張させ、容器の肩部との緊密な接触を生み出すことができる。その後、注入口８６を通じて気体または液体を圧力室ヘッドスペース８７に投入することにより、容器のヘッドスペースを最終的な封止前に修正することができる。
図２７は、図２６の封止室が、回転式ヘッドアプリケータを有する典型的な閉蓋ユニットステーションにどのように組み込まれ得るかを示す。ここでは、改変した閉蓋ユニットが通常の様式で蓋の取付けを行うが、容器上の蓋を封止するためのトルクの付与に先立って、ヘッドスペースを修正することが可能となる。
本発明を容易にするために、液体の収縮前にヘッドスペースを変位させることにより、減圧を完全にまたは実質的に解消すると、機械的な歪曲力が取り除かれるため、側壁から相当の重量を取り除くことができる。
本発明の他の一態様によれば、図１１ａ〜図１１ｃにつき説明すると、事前に加熱されていても後の加熱に適したものであってもよい液体を導入した後に、小さい開口または開孔（８１）を有する蓋を取り付けることができる。この開口または開孔（８１）は、連通シール（９１）によって一時的に覆われる。したがって、ヘッドスペース（２３ｄ）は、蓋本体（８０）の下方から容器内の流位（４０）の上方まで収容される。ヘッドスペース（２３ｄ）は、この段階では外気と連通していないため、充填ライン上で冷却される段階では典型的な容器圧力となる。
図１２ａ〜図１２ｃに示すように、典型的には容器がラベル付けおよび分配可能なレベルまで冷却されると、ヘッドスペース（２３ｅ）は、流位の低下によって膨張状態となり、加熱した液体が容器内で収縮することにより減圧を発生させる。
本発明のこの好ましい実施形態から分かるように、減圧を解消するために、ネック部と蓋の組合せ体に封止室（８４）が被せられ、これにより、連通シール（９１）が外気から封止される（構造体８４の閉じた上端は図示せず）。
例えば、加熱した水、好ましくは９５℃超の加熱した水、または加熱した水と蒸気の混合物を注入することにより滅菌媒体（６６）を導入した後、封止室（８４）および連通シール（９１）の各内面を滅菌媒体（６６）によって滅菌することができる。
次に図１３ａ〜図１３ｃにつき説明すると、滅菌媒体を封止室（８４）内で維持したまま、プラグ機構（８２）が送り出し装置（８３）から開孔（８１）に向かって下方に移動される。このプラグ機構は、図１４ａ〜図１４ｃに示すように、連通シール（９１）を穿刺し、再び一時的に引き抜かれる。これにより、蓋（８０）の上方の封止室内の滅菌済み容積と、蓋（８０）の下方のヘッドスペース（２３ｅ）との間の連通が可能となる。
図１４ａ〜図１４ｃに示すように、連通シールが穿刺されたため、滅菌媒体、例えば９５℃の加熱した水が開口孔部（８１）を通じて容器内に直ちに取り込まれる。これにより容器内の圧力が均等化され、または容器内の減圧が解消され、その結果、ヘッドスペース（２３ｆ）のレベルが上昇する。別の好ましい実施形態では、事実上、容器内の圧力が陽圧となりヘッドスペースが非常に小さくなるように、液体は事実上、封止室（８４）から供給される小さい圧力の下で容器内に注入される。
容器内の製品体積の完全性は、ヘッドスペースと連通する前に蓋上方の環境が既に滅菌されているので損なわれない。また、本明細書に記載するヘッドスペースの置換方法に先立って、容器内に追加的な液体を供給することにより、容器内の加熱した液体の収縮によって「失われた」体積が補償される。
圧力の均等化に続いて、次に図１５ａ〜図１５ｃにつき説明すると、プラグ（８２）を孔部に挿入することにより孔部が恒久的に閉じられるように、送り出し装置（８３）が再び推進される。
この時点で、ヘッドスペース（２３ｆ）は、先述のとおり、事前に生じた液体の収縮を補償するために送り出された液体の体積に応じて制御される圧力下に置かれる。
このとき、封止室は、封止室内の滅菌媒体および／または圧力が解放された後に、容器が抜き取られ充填ラインに戻されるときに実行され得る送り出し装置（８３）の引き抜きを実行することができる。
以下、容器内の減圧を補償する方法について説明する。図１６ａ〜図１６ｃにつき説明すると、加熱した内容物が閉鎖された容器内で冷却された後に生じる当初のヘッドスペースレベル（４０）は、第１のヘッドスペース（２３ｄ）内に減圧を生じさせることができる。本発明のこの実施形態による補償に続いて、ヘッドスペースレベルは、ヘッドスペース内に収容される圧力に応じて変化し、場合によっては上昇（４１）する。このとき、ヘッドスペース２３ｆ内の圧力は、容器の側壁が僅かな内部圧力で支持されるように、事実上周囲圧力あるいは僅かに陽圧であることが好ましい。
図２８ａ〜図２８ｄにつき説明すると、本発明の代替的な一実施形態は、内容物の充填後に内容物が冷却される前に圧縮することができる圧縮可能な蓋も含む。このようにして、液体が熱いときに圧縮を行うことにより、圧縮可能な内室（９）は、それ自体が容器内に推進されたときに内容物によって滅菌され得る。圧縮可能な蓋は、特に大型の容器では、先述の圧縮室内に収容することができる。例えば、容量６００ｍｌの容器では、２０〜３０ｃｃ程度の液体を変位させる必要があるが、容量２０００ｍｌの容器では、７０ｃｃ程度の液体を変位させる必要があるだろう。このような大きい変異は、極めて大きい変位可能なチャンバを容器内に進入させなければ、実現は困難である。したがって、チャンバサイズを最小限に抑えるために、一定の量の気体または液体の注入を圧縮室によって実現し、残りの必要な圧縮を圧縮可能な蓋によって実現することが想定され得る。このようにすると、容器内に注入される気体も最小限に抑えられる。無論、小型の容器では、圧縮可能な蓋だけを利用することもできることが理解されるだろう。
従来技術と異なり、本発明では、容器内の高温液体が高温液体内容物に圧縮される際に、高温液体によって内室（９）の内部に存在する表面の裏側を滅菌することができる。
通常は、製品が冷却されると、蓋の下方の１次ヘッドスペース（２３ｂ）において容器内に減圧が発生する。この減圧は、容器（１）の壁部がこのような力に耐えられるほど堅固でない場合は、容器（１）をある程度歪曲させる可能性がある。
一方、内部圧力を製品の冷却前に増加方向に調整した場合、その正味の効果としては、製品の冷却中に圧力レベルが一時的に上昇し、製品の冷却が完了したときは、実質的に圧力が存在しなくなること、あるいはより有利な場合もある少量の陽圧が存在するようになることが挙げられる。
図２９ａ〜図２９ｄにつき説明すると、本発明の別の同様の実施形態は、「出」および「入」の位置を機械的に制御できる機械式の蓋を提供することができる。圧縮可能な蓋（８）は、高温飲料の充填直後に容器（１）に取り付けられる。この特定の実施形態では、圧縮可能な内室（９）の封止表面（１０）は、図２８ａ〜図２８ｄに示した先の例よりも高い位置に変位される。
図３０ａおよび図３０ｂを参照すると、本発明の他の実施形態が開示されている。蓋構造は、２ピース構造であっても単一ユニットであってもよい。ここで、圧縮可能な内室（９）は、ネック部（９９）上の雌ねじと係合し、蓋が容器（１）に取り付けられ固定されたときにヘッドスペースを圧縮する。これにより、より大型の容器では、やはり容器を封止するときに高温液体内容物の変位を利用して容器圧力を増加させながら、気体または液体の注入を最小限に抑えることが可能となる。
上述の説明において、公知の均等物を有する、本発明による具体的な部分または全体について言及した場合には、その均等物については、個々に説明したものとして本明細書中に組み込まれるものとする。
以上、本発明の可能な実施形態を参照して本発明を例示的に説明してきたが、これらの実施形態には、添付の特許請求の範囲に定義される発明の範囲を逸脱しない限り、様々な変更および改良を加えることができることは理解されよう。
本発明の一態様では、シールまたは蓋を有する容器を提供し、前記シールまたは蓋は、前記容器の内部に続く開口もしくは開孔を有し、または該開口もしくは開孔が設けられるように構成され、前記開口または開孔は、使用時に、少なくとも１つの流体を加圧下で導入することを可能にするとともに、使用時に、前記容器内の加熱した内容物が冷却される前に、前記容器内の内部圧力を増加させるように加圧下で封止可能である。
本発明の他の態様によれば、容器に流体を充填する方法は、前記容器が少なくとも実質的に前記液体で満たされるように、前記流体を前記容器の開放端から導入するステップと、前記流体を前記容器への導入前または導入後に加熱するステップと、開口または開孔を有するシールまたは蓋を設けるステップと、前記開口または開孔を通じて少なくとも１つの流体を供給するステップと、前記加熱した内容物が冷却された後に発生する、前記シールまたは蓋の下方にある前記容器のヘッドスペース内の圧力の減少が補償されるように、前記開口または開孔を加圧下で封止するステップと、を有する。

Claims (20)

  1. シールまたは蓋を有する容器であって、前記シールまたは蓋は、前記容器の内部に続く開口もしくは開孔を有し、または該開口もしくは開孔が設けられるように構成され、前記開口または開孔は、少なくとも１つの流体を加圧下で導入することを可能にするとともに、前記容器内の加熱した内容物が冷却される前に、前記容器内の制御された内部圧力上昇をもたらすように封止可能である、容器。
  2. 請求項１に記載の容器であって、前記少なくとも１つの流体は、加圧下で導入され、前記開口または開孔は、圧縮下で封止可能である、容器。
  3. 請求項２に記載の容器であって、前記シールまたは蓋は、前記開口または開孔が前記シールまたは蓋と前記容器のネック部との間に形成される不完全なシールによって設けられるように、一時的に取り付けられる、容器。
  4. 請求項１に記載の容器であって、前記シールまたは蓋は、前記容器の充填後に一時的な封止手段を提供し、前記開口または開孔は、前記少なくとも１つの流体の導入を可能にするために、実質的に無菌条件下でアクセス可能である、容器。
  5. 請求項４に記載の容器であって、前記少なくとも１つの流体は、加熱され且つ／または無菌であり、前記開口または開孔は更に、前記制御された内部圧力上昇を実現するために、ほぼ無菌条件下で封止可能なように構成される、容器。
  6. 請求項１に記載の容器であって、前記流体は、前記開口または開孔を通じて注入される加熱した液体または気体である、容器。
  7. 請求項６に記載の容器であって、前記開口または開孔は、前記液体または気体の注入後に恒久的に閉じられるようにする、容器。
  8. 請求項１に記載の容器であって、前記蓋は、前記容器のネック部内で前記加熱した内容物に向かって圧縮可能である、容器。
  9. 請求項１に記載の容器であって、前記開口または開孔は、前記開口または開孔を開閉するように動作可能な弁手段を有する、容器。
  10. 添付図面のうち、図１、図２および図３を除く１つまたは複数の図面に示した本発明の実施形態のいずれかを参照して説明したとおりの容器。
  11. 容器に流体を充填する方法であって、前記容器が少なくとも実質的に前記流体で満たされるように、前記流体を前記容器の開放端から導入するステップと、前記流体を前記容器への導入前または導入後に加熱するステップと、開口または開孔を有するシールまたは蓋を設けるステップと、前記開口または開孔を通じて少なくとも１つの流体を供給する方法を提供するステップと、前記加熱した内容物が冷却された後に発生する、前記シールまたは蓋の下方にある前記容器のヘッドスペース内の圧力の減少が補償されるように、前記開口または開孔を封止するステップと、を有する方法。
  12. 請求項１１に記載の方法であって、前記少なくとも１つの流体は、前記開口または開孔を加圧下で通過する、方法。
  13. 請求項１２に記載の方法であって、前記容器は、加圧手段内に位置決めされる、方法。
  14. 請求項１１に記載の方法であって、前記容器は、滅菌手段内に位置決めされ、前記流体は、前記開口または開孔を通じて注入される加熱した液体である、方法。
  15. 請求項１１に記載の方法であって、前記開口または開孔には、前記少なくとも１つの流体がそれを通じて供給される一時的なまたは部分的なシールが設けられる、方法。
  16. 請求項１１に記載の方法であって、前記容器のネック部には、前記加熱した内容物が冷却される前に前記ネック部内で前記加熱した内容物に向かって移動可能な圧縮可能な蓋が設けられる、方法。
  17. 添付図面のうち、図１、図２および図３を除く１つまたは複数の図面を参照して本明細書で説明した本発明の実施形態のいずれかを参照して説明したとおりの、容器に流体を充填する方法。
  18. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の容器を充填する、または請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法を実施する容器充填装置。
  19. 請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法または請求項１８に記載の装置によって充填される容器。
  20. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の容器、または請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法、または請求項１８に記載の装置と共に使用されるようにした、容器用の蓋。
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