JP2015039682A

JP2015039682A - 消泡装置

Info

Publication number: JP2015039682A
Application number: JP2013173138A
Authority: JP
Inventors: 栄隆辰見; Shigetaka Tatsumi; 森田　佳之; Yoshiyuki Morita; 佳之森田
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-03-02
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: JP6156639B2

Abstract

【課題】消泡効率を低下させたり、破泡した泡の飛沫の周囲への飛散を増加させることなく、かつ、充填ラインの高速化を妨げることなく、滴下した液滴が容器内に混入することを防止する消泡装置を提供すること。
【解決手段】パルス状音波Ｐを放射する音響導波管１３０は、液体表面側の開口側下端縁１３５が水平面に対して傾斜して設けられ、開口側下端縁１３５の傾斜側の最下方には外周側に延びる誘導片１４０を有し、誘導片１４０の下端縁１４１は外周側に向かって開口側下端縁１３５と同方向に傾斜していること。
【選択図】図１

Description

本願発明は、内容物表面上の泡の消去、特に、金属缶、プラスチック製カップ、トレー状容器、ＰＥＴボトル、ボトル缶或いはガラス瓶などの各種容器に飲料などの内容物を充填する際に発生する泡を消泡するのに好適な消泡装置に関する。

各種容器入り飲料（缶詰飲料、ＰＥＴボトル詰め飲料、瓶詰め飲料など）の充填工程は、一般に充填機において正立した容器に上方から飲料を充填し、次に密封装置(巻締機・キャッパーなど)で蓋、或いはキャップにより密封する。そして、飲料の品質を保持し、フレーバーを向上させる重要な因子として、密封容器内の残存酸素量の低減があり、特に、容器内のヘッドスペースから酸素を除去することが重要である。
これを実現するため、密封直前のアンダーカバーガッシングなどのガス置換による脱酸素技術が開発され用いられている。一方、容器入り飲料は大量に消費される製品であることから充填工程の高速化が追及され、缶詰飲料の場合、毎分１０００缶〜２０００缶を製造する高速ラインが実用化されており、このような高速ラインの飲料の充填において容器内に泡が発生する。

この泡の発生挙動、及び発生した泡の消滅挙動は、個々の飲料の性質や充填条件によって異なるが、一般的に、生産速度が速くなるほど、泡が多く発生し、かつ、泡が消滅するまでに十分な時間がとれず、泡が残った状態で密封が行われることになる。
また、泡内の酸素はヘッドスペースのガス置換では除去できないのでヘッドスペースの酸素量低減を妨げる。
特に、ガス置換による脱酸素技術が向上した現在では、残存酸素量の主因となっている。
現状では泡を抑制するために、飲料処方に消泡剤を混合する手法が用いられるが、飲料等の内容物の味に影響を与える場合があり、このため、充填から密封までの間に泡を消滅させる有効な消泡技術が求められている。

そこで、本出願人は、パルス状レーザー光のレーザー誘起ブレークダウンの衝撃によって発生するパルス状音波が消泡に対して優れた効果を発揮することを見出し、パルス状音波を用いて泡沫を破壊して消泡する消泡方法を提案した（特許文献１)。
また、本出願人は、パルス状レーザー光のレーザー誘起ブレークダウンの衝撃によって発生するパルス状音波を、パルス状音波の音響導波管の内周面における反射波を含めて音響導波管を用いて内容物表面方向に向けることにより、パルス状音波の消泡時における利用効率を高め、集光光学系等の配置の自由度を高めて汚染を防止し、効果的な消泡効果が得られる消泡方法及びこれらを具現化する消泡装置を提案した（特許文献２)。

図４はその上記特許文献２で公知の消泡装置の基本的な形態における動作原理を模式的に示している。
図中、５００は消泡装置であり、パルス状の光Ｌを発生するパルス状レーザー光発振装置５１０、該パルス状レーザー光発振装置５１０より発振されたパルス状レーザー光Ｌを焦点Ｓに集光する集光光学系５２０、及び音響導波管５３０とから構成されている。
消泡装置５００は、容器Ａへの内容物Ｃの密封充填ラインにおいて、内容物Ｃが充填された容器Ａを密封装置に搬送するコンベヤの上方、または密封装置内の封止前の容器通過位置の上方に音響導波管５３０が垂直となるように配置され、該音響導波管５３０の軸心方向からパルス状レーザー光Ｌを照射するように、パルス状レーザー光発振装置５１０及び集光光学系５２０が配置されている。

音響導波管５３０は、レーザー光入射孔５３４側のテーパ部５３２と開口部５３１側のストレート部５３３からなり、前記テーパ部５３２はパルス状レーザー光の少なくとも焦点Ｓ或いはその近傍から前記開口部５３１に向かって内周面の内径が増加するように形成されている。
そして、集光光学系５２０により集光されたパルス状レーザー光Ｌは、音響導波管５３０の前記テーパ部５３２の内部空間に前記焦点Ｓが位置するようにレーザー光入射孔５３４から内部に照射される。
レーザー光の焦点Ｓ側に音響導波管５３０のテーパ部５３２を設けることにより、音響導波管５３０の内周面に向かうパルス状音波Ｐは、音響導波管５３０の軸心方向との角度が小さくなるように反射されて開口部５３１側に向けて進行し、パルス状音波Ｐの進行する各方向の前記反射波がほとんど時間差を生じることなく開口部５３１に向けて進行する。

国際公開２００７−０８６３３９号公報特開２０１２−１８３５２１号公報

前記特許文献２等で公知の音響導波管を用いた消泡技術は、パルス状音波の消泡時における利用効率を高めつつ、集光光学系等の配置の自由度を高めて汚染を防止することが可能であるが、破泡した泡の飛沫などが音響導波管に付着し、付着した飛沫が液滴となって音響導波管の表面を下方に流れ下端縁から滴下するため、この滴下した液滴が容器内に再混入するという問題があった。
このような事態を防止するために、音響導波管に付着する飛沫の量を減らしたり、液滴となって滴下する前に付着した飛沫を除去することが考えられる。

しかしながら、音響導波管に付着する破泡した泡の飛沫を減らすためには、音響導波管の下端を内容物表面から遠ざけるか、パルス状音波の出力を下げて飛沫の飛散量を減少させる必要があるが、いずれの対策でも消泡効率が低下する。
また、音響導波管の下端を内容物表面から遠ざけた場合、破泡した泡の飛沫の周囲への飛散が増加する。
また、液滴が音響導波管の下端縁から滴下する前に付着した破泡した泡の飛沫を除去するためには、一定間隔で充填ラインを一時停止し、音響導波管を洗浄あるいは交換する必要が生じ、充填ラインの高速化の妨げとなる。

本発明は、前記した消泡技術における問題点を解決するものであり、容器内に充填された内容物表面の上方から泡沫を破壊するパルス状音波を放射する音響導波管を有する消泡装置において、消泡効率を低下させたり、破泡した泡の飛沫の周囲への飛散を増加させることなく、かつ、充填ラインの高速化を妨げることなく、滴下した液滴が容器内に混入することを防止する消泡装置を提供することを目的とするものである。

本請求項１に係る発明は、容器内に充填された内容物表面の上方から泡沫を破壊するパルス状音波を放射する音響導波管を有する消泡装置であって、前記音響導波管は、内容物表面側の開口側下端縁が水平面に対して傾斜して設けられ、前記開口側下端縁の傾斜側の最下方には、外周側に延びる誘導片を有し、前記誘導片の下端縁は、外周側に向かって前記開口側下端縁と同方向に傾斜していることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に係る消泡装置の構成に加え、前記音響導波管が、円筒状で中心軸が垂直方向に延びるように設けられていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項３に係る発明は、請求項２に係る消泡装置の構成に加え、前記開口側下端縁が、中心軸を含む所定の平面を中心に両側方に向けて傾斜するように形成され、前記開口側下端縁の両側方の傾斜側の最下方には、それぞれ、前記誘導片を有することにより、前記課題を解決するものである。
本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに係る消泡装置の構成に加え、前記開口側下端縁が、前記容器が搬送される方向と所定の角度を有する方向に傾斜して設けられ、前記誘導片が、前記容器の開口が通過する領域の外側まで延びていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに係る消泡装置の構成に加え、前記開口側下端縁の水平面に対する傾斜角度が、１５°以上３０°以下であることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項６に係る発明は、請求項５に係る消泡装置の構成に加え、前記開口側下端縁の水平面に対する傾斜角度が、１５°以上３０°以下であることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項７に係る発明は、容器内に充填された内容物表面の上方から泡沫を破壊するパルス状音波を放射する音響導波管であって、前記音響導波管は、内容物表面側の開口側下端縁が水平面に対して傾斜して設けられ、前記開口側下端縁の傾斜側の最下方には、外周側に延びる誘導片を有し、前記誘導片の下端縁は、外周側に向かって前記開口側下端縁と同方向に傾斜していることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る消泡装置および本請求項７に係る音響導波管によれば、音響導波管の内容物表面側の開口側下端縁が水平面に対して傾斜して設けられていることにより、音響導波管に付着した破泡した泡の飛沫などが液滴となって流れる際に、開口側下端縁に達した後、途中で滴下することなく開口側下端縁に沿って傾斜側の最下方に誘導される。
そして、開口側下端縁の傾斜側の最下方には、外周側に向かって開口側下端縁と同方向に傾斜した下端縁を有する誘導片が設けられているため、さらに、液滴は途中で滴下することなく誘導片の下端縁に沿って外周側まで誘導された後に、誘導片の先端から滴下する。
このことで、音響導波管に付着した破泡した泡の飛沫などが液滴となっても、容器の開口の上部以外の位置まで誘導して滴下させることができ、滴下した液滴が容器内に混入することを防止することができる。

また、音響導波管の下端を内容物表面から遠ざけたり、パルス状音波の出力を下げる必要がないため消泡効率が低下することはなく、破泡した泡の飛沫の周囲への飛散が増加することもない。
また、音響導波管に付着した破泡した泡の飛沫を除去する必要がないため、音響導波管を洗浄あるいは交換するために充填ラインを一時停止する必要はなく、充填ラインの高速化を妨げることもない。
さらに、液滴が滴下する位置が誘導片の先端位置に固定されるため、滴下した液滴の処理が容易となり、充填ラインの汚損等を防止することが可能となる。

本請求項２に記載の構成によれば、音響導波管が、円筒状で中心軸が垂直方向に延びるように設けられていることにより、パルス状音波を、容器内に充填された内容物表面に向かって上方から均等に放射することができ、さらに、消泡効率の低下を防止することができる。
本請求項３に記載の構成によれば、開口側下端縁が、中心軸を含む所定の平面を中心に両側方に向けて傾斜するように形成されていることにより、開口側下端縁と容器内に充填された内容物表面との距離が遠ざかる部分を減らすことができ、さらに、消泡効率の低下を防止することができる。
本請求項４に記載の構成によれば、誘導片が容器の開口が通過する領域の外側まで延びていることにより、誘導片の外周側先端から液滴を滴下させて、確実に容器内に混入することを防止することができる。

本請求項５に記載の構成によれば、開口側下端縁の水平面に対する傾斜角度が、１５°以上３０°以下であることにより、音響導波管に付着した破泡した泡の飛沫などに起因する液滴を途中で滴下させることなく、開口側下端縁に沿って確実に傾斜側の最下方に誘導し、さらに、誘導片の下端縁に沿って外周側まで誘導されて誘導片の先端から滴下させることができる。
また、開口側下端縁と容器内に充填された内容物表面との距離が遠ざかる部分を減らし、消泡効率の低下を確実に防止することができる。
すなわち、傾斜角度が１５°より小さいと、内容物の粘度や温度等の条件によっては液滴が開口側下端縁の途中で滴下する可能性があり、また、傾斜角度が３０°より大きい場合、開口側下端縁の最も高い位置で容器内に充填された内容物表面との距離が遠ざかり、容器の直径や容器内での液面高さ等の条件によっては、パルス状音波が側方にも放射されて消泡効率の低下が発生する可能性がある。
したがって、本請求項５に記載の構成によって、さらに確実に、滴下した液滴が容器内に混入することを防止し、消泡効率の低下を防止することができる。

本請求項６に記載の構成によれば、開口側下端縁および誘導片の下端縁の水平面に対する傾斜角度が、１５°以上３０°以下であることにより、音響導波管に付着した破泡した泡の飛沫などに起因する液滴を途中で滴下させることなく、開口側下端縁に沿って確実に傾斜側の最下方に誘導し、さらに、誘導片の下端縁に沿って外周側まで円滑に確実に誘導されて誘導片の先端から滴下させることができる。
したがって、本請求項６に記載の構成によって、より一層、確実に、滴下した液滴が容器内に混入することを防止し、消泡効率の低下を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る消泡装置の側方視断面概略図。本発明の一実施形態に係る消泡装置を上方から見た概略図。本発明の他の実施形態に係る消泡装置の側方視断面概略図。従来の消泡装置の側方視断面概略図。

本発明の消泡装置は、容器内に充填された内容物表面の上方から泡沫を破壊するパルス状音波を放射する音響導波管を有する消泡装置であって、音響導波管は、内容物表面側の開口側下端縁が水平面に対して傾斜して設けられ、開口側下端縁の傾斜側の最下方には、外周側に延びる誘導片を有し、誘導片の下端縁は、外周側に向かって前記開口側下端縁と同方向に傾斜しているものである。

図１は、本発明の一実施形態を示すものである。
本実施形態の消泡装置１００は、図１に示すように、音響導波管１３０の開口部１３１近傍を除いて、前述した公知の特許文献２に記載消泡装置５００と同様の構成である（図１において、同一部材には５００番代に代えて１００番代の符号を付した。）。
音響導波管１３０は、円筒状で中心軸が垂直方向に延びるように設けられ、容器Ａの内容物Ｃの表面側の開口側下端縁１３５が中心軸を含む所定の平面を中心に両側方に向けて傾斜するように形成されている。
開口側下端縁１３５の両側方の傾斜側の最下方には、それぞれ、外周側に延びる誘導片１４０を有し、誘導片１４０の下端縁１４１は、外周側に向かって開口側下端縁１３５と同方向に傾斜している。
開口側下端縁１３５の水平面に対する傾斜角度θは、側方視で、約２０°に設定され、特に好ましくは、開口側下端縁１３５および誘導片１４０の下端縁１４１の水平面に対する傾斜角度θは、側方視で、約２０°に設定されている。

このことにより、音響導波管１３０に付着した破泡した泡の飛沫などが液滴となって流れる際に、開口側下端縁１３５に達した後、途中で滴下することなく開口側下端縁１３５に沿って傾斜側の最下方に誘導され、さらに、誘導片１４０の下端縁１４１に沿って外周側まで誘導された後に、誘導片１４０の先端から滴下する。
本実施形態にかかる消泡装置１００は、図２に示すように、充填ライン中において、容器Ａの移動方向と直角の方向に誘導片１４０が延びるように設置され、かつ、誘導片１４０の先端が、容器Ａの開口Ｄが通過する領域Ｒの外側まで延びるように形成されているため、どのようなタイミングで液滴が滴下しても、容器Ａ内に再混入することはない。
また、滴下する位置が固定されるため、滴下した液滴の処理が容易となり、充填ラインの汚損等を防止することが可能となる。
なお、図２に示す例では、誘導片１４０の延びる方向を容器Ａの移動方向と直角の方向としたが、誘導片１４０の先端が容器Ａの開口Ｄが通過する領域Ｒの外側まで延びるように設置されていれば直角以外の方向であってもよい。
また、容器Ａの移動経路が円弧状等、直線でない場合でも、誘導片１４０の先端が容器Ａの開口Ｄが通過する領域Ｒの外側まで延びるように設置されていればよい。

本実施形態では、開口側下端縁１３５、あるいは、開口側下端縁１３５および誘導片１４０の下端縁１４１の水平面に対する傾斜角度θを約２０°としたが、内容物の粘度や消泡効率によって適宜設定可能であり、１５°以上３０°以下が好ましい。
また、図３に示すように、音響導波管１３０ａの開口側下端縁１３５を、一側方にのみ傾斜するように形成し、誘導片１４０を１つのみ設けるように構成してもよい。
さらに、図１、図３に示す実施形態では、音響導波管１３０、１３０ａの開口側下端縁１３５の傾斜が側方から見て直線状としたが、法線方向から見て一定角度となるように形成されていてもよく、側方、法線方向いずれから見ても途中で傾斜角度が変化するものであってもよい。

また、本実施形態では、音響導波管１３０、１３０ａの開口側下端縁１３５の傾斜角度と誘導片１４０の下端縁１４１の傾斜角度を、側方から見て同一のものとしているが、異なるものとしてもよい。
音響導波管１３０、１３０ａの開口側下端縁１３５および誘導片１４０の下端縁１４１の傾斜角度が、その接続部を含めて途中で変化させる場合は、変化部で液滴が滴下しないように、円滑に連続的に変化させるように形成するのが望ましい。
さらに、図１、図３に示す実施形態では、音響導波管１３０、１３０ａは、円筒状で中心軸が垂直方向に延びるように設けられているが、中心軸が傾斜するように設けられていてもよい。
例えば、図４に示すような公知の音響導波管５３０を垂直軸に対して傾斜させることで、その傾斜分、開口部５３１側の下端縁を水平に対して傾斜させ、傾斜側の最下方に誘導片を設けてもよい。

上述した実施形態では、音響導波管１３０、１３０ａは、例えば、ステンレス等の金属製の管材で適宜の長さに切断して製造され、開口側下端縁１３５は、端面を設置時に傾斜する形状に加工することで形成される。
また、誘導片１４０は、所定の形状の金属片を音響導波管１３０、１３０ａの外周部に溶接等で固着することにより形成されるが、音響導波管１３０、１３０ａ、誘導片１４０の材料や製造方法は、いかなるものであってもよい。
また、誘導片の形状は、下端縁が規定されれば、板状、棒状等、いかなる形状であってもよく、その下端縁の先端位置が規定されれば、下端縁の中間部の幅等は適宜設計可能である。
さらに、音響導波管の開口部は、開口部におけるパルス状音波の伝播損失を抑制するためにホーン形状に形成してもよく、音響導波管の長さは、長くても短くても良く、特に限定されない。

以上、本発明の消泡装置の実施形態や変形例を示したが、音響導波管内で発生するパルス状音波を用いて泡沫を瞬時に破壊することができるものであり、音響導波管の内容物表面側の開口側下端縁が水平面に対して傾斜して設けられ、開口側下端縁の傾斜側の最下方に、下端縁が外周側に向かって同方向に傾斜している誘導片を有するものであれば、その具体的手段は特に限定されるものでなく、種々の構成が採用可能である。
本発明は、金属缶、プラスチック製カップ、トレー状容器、ＰＥＴボトル、ボトル缶、ガラス瓶などの各種容器に適用することができる。

本発明の消泡装置は、各種容器に飲料等の内容物を充填する際に発生する泡の消泡に好適であるが、前記各種容器に飲料等の内容物を充填する場合に限らず、例えば豆腐製造工程等の種々の食品製造工程等において発生する泡の消泡や、種々の産業分野における消泡手段に利用可能である。

１００、５００・・・消泡装置
１１０、５１０・・・パルス状レーザー光発振装置
１２０、５２０・・・集光光学系
１２１、５２１・・・レンズ
１３０、５３０・・・音響導波管
１３１、５３１・・・開口部
１３２、５３２・・・テーパ部
１３３、５３３・・・ストレート部
１３４、５３４・・・レーザー光入射孔
１３５、５３５・・・開口側下端縁
１４０・・・誘導片
１４１・・・下端縁(誘導片の)
Ａ・・・容器
Ｂ・・・泡
Ｃ・・・内容物
Ｄ・・・開口（容器の）
Ｌ・・・レーザー光
Ｓ・・・焦点
Ｐ・・・パルス状音波

Claims

容器内に充填された内容物表面の上方から泡沫を破壊するパルス状音波を放射する音響導波管を有する消泡装置であって、
前記音響導波管は、内容物表面側の開口側下端縁が水平面に対して傾斜して設けられ、
前記開口側下端縁の傾斜側の最下方には、外周側に延びる誘導片を有し、
前記誘導片の下端縁は、外周側に向かって前記開口側下端縁と同方向に傾斜していることを特徴とする消泡装置。
前記音響導波管が、円筒状で中心軸が垂直方向に延びるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の消泡装置。
前記開口側下端縁が、中心軸を含む所定の平面を中心に両側方に向けて傾斜するように形成され、
前記開口側下端縁の両側方の傾斜側の最下方には、それぞれ、前記誘導片を有することを特徴とする請求項２に記載の消泡装置。
前記開口側下端縁が、前記容器が搬送される方向と所定の角度を有する方向に傾斜して設けられ、
前記誘導片が、前記容器の開口が通過する領域の外側まで延びていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の消泡装置。
前記開口側下端縁の水平面に対する傾斜角度が、１５°以上３０°以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の消泡装置。
前記開口側下端縁および誘導片の下端縁の水平面に対する傾斜角度が、１５°以上３０°以下であることを特徴とする請求項５に記載の消泡装置。
容器内に充填された内容物表面の上方から泡沫を破壊するパルス状音波を放射する音響導波管であって、
前記音響導波管は、内容物表面側の開口側下端縁が水平面に対して傾斜して設けられ、
前記開口側下端縁の傾斜側の最下方には、外周側に延びる誘導片を有し、
前記誘導片の下端縁は、外周側に向かって前記開口側下端縁と同方向に傾斜していることを特徴とする音響導波管。