JP3166390U - 密閉容器の内蓋 - Google Patents

Abstract

【課題】水と溶解若しくは反応して短時間でガスを発生するガス発生剤を用いてガスを水に溶解する場合に、発生するガスを空気中に気散させることなく水に溶解させることである。【解決手段】容器の開口部に装着して該容器の外蓋を被せて密閉される容器の内蓋１であって、前記内蓋は外部空間と隔離するための隔壁で囲まれた大、小２ケの内部空間２（大），３（小）を有し、２，３は連通孔４で連通されており、内部空間２及び３の隔壁の一部を構成する側壁には外部空間と連通する連通孔５及び６が存在する密閉容器の内蓋を用いる。この内蓋を水の入った容器の開口部に挿入して内蓋の内部空間にガス発生剤を投入して外蓋で密閉して容器全体を倒立させる。【選択図】図１

Description

本考案はＰＥＴボトルなどの容器中の水、各種飲料水やお酒などの水若しくは水溶液に炭酸ガスや水素ガスを容器外に気散することなく溶解させるためのガス発生用の内蓋に関する。

炭酸ガスを飲料水などに溶解した清涼飲料水が古くから知られている。最近、水素ガスを溶解した水が人の健康に資するということで市場に登場し始めた。水素ガスを溶解した水は水素水と呼ばれているが、その製造方法は大きく２種類に分類される。一つは、工場などで飲料水に水素ガスを加圧溶解してそれを容器に充填する方法である。（特許文献１）。他の方法は水と反応して水素を発生するマグネシウム金属粉末などの水素発生剤を用いて、水の入った容器内に水素発生剤を投入して密閉し、発生する水素を水に溶解させて水素水を調整する方法である（特許文献２）。

水素は気体中で一番分子量が小さくそのために水素水を調整して容器に密閉しても、保存中に気散してしまう欠点がある。従って、工場で水素水を調整して容器に詰めても保存や流通過程で水素が容器から気散してしまい、消費者の手元に渡った時点ではかなり水中の溶存水素濃度（ＤＨと略す）が低下したものとなってしまう欠点があった。 一方、水素発生剤を使用する方法は、水素水を飲む直前に水素水を調整することが出来るので上記のような課題は解決されるが、マグネシウム金属は水との反応が遅く水素水を調整するのに時間を要したり、未反応の金属残渣が水中に残存する欠点があった。

本考案者は最近、水との反応が早い水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）や水素化カルシウム（ＣａＨ２）などの水素化合物を用いた新規な水素発生剤を開発してこれらの欠点を解決した（特許文献３）。しかしながら、これらの水素発生剤は水素化合物の種類や組成によっては水との反応が早いため、水を入れた容器に水素発生剤を投入して密栓をする間に水素が発生して容器の開口部から空気中に気散してしまう課題が見つかった。

特開２００５−１７７７２４号公報 特開２００７−１６３３号公報 ＷＯ２００７／０５５１４６号公報

水と反応若しくは溶解して短時間でガスを発生するガス発生剤を用いてガスを水に溶解する場合に、発生するガスを空気中に気散させることなく水に溶解させることである。

上記課題は容器の開口部に装着して該容器の外蓋を被せて密閉される容器の内蓋１であって、前記内蓋は外部空間と隔離するための隔壁で囲まれた大、小２ケの内部空間２（大），３（小）を有し、２，３は連通孔４で連通されており、内部空間２及び３の隔壁の一部を構成する側壁には外部空間と連通する連通孔５及び６が存在する密閉容器の内蓋を用いることで解決される。この内蓋において内部空間２，３のそれぞれが２ケ以上の連通孔５、６を有する内蓋が好ましく、さらに内部空間３の連通孔６が内部空間２の連通孔５よりも大きいものである内蓋がより好ましい。

本考案の内蓋を用いることにより、水と反応若しくは溶解してガスを短時間で発生するガス発生剤のガスを大気中に気散させることなく容器内の水に溶解させることが出来た。

図１は本考案の内蓋の１例である。ａ）はその断面図、ｂ）はその上面図である。 図２は水の入った容器の開口部に図１の内蓋を挿入してガス発生剤を内蓋に入れて外蓋で密閉した状態の断面図である。 図３は図２の密閉容器を倒立させた状態の断面図である。 図４は本考案の内蓋の別の例である。ａ）はその断面図、ｂ）はその上面図である（実施例１）。 図５は本考案の内蓋にガス発生剤を投入して水の入った容器開口部に装着し外蓋で密閉した状態で容器の正立図と倒立図である。

本考案が有効的に使用されるガス発生剤は水と反応若しくは溶解して短時間でガスを発生するもので、ガスとしては炭酸ガスや水素ガスが考えられる。炭酸ガスの発生剤としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウムなどの重炭酸塩や炭酸塩とクエン酸、コハク酸、シュウ酸などの有機酸を混合したものが代表的である。また、水が既に上記重炭酸塩や炭酸塩を溶解した水溶液の場合は有機酸が炭酸ガス発生剤となるし、水が既にクエン酸や酢酸、塩酸などの酸を含むものであれば、上記重炭酸塩や炭酸塩が炭酸ガス発生剤となる。

一方、水と接触して短時間で水素ガスを発生するガス発生剤としては水素化リチウム、水素化ナトリウムなどの水素化アルカリ金属、水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）、水素化カルシウム（ＣａＨ２）などの水素化アルカリ土類金属、水素化ホウ素ナトリウムや水素化ホウ素カリウムなどの水素化ホウ素金属塩などが例示される。これらの水素発生剤はいずれも水と化学反応して水素を発生するものであり、その反応速度が水素発生剤の種類によって異なるがいずれもマグネシウム金属に比べて格段に早いのが特徴である。

ＭｇＨ２や水素化ホウ素金属塩は酸が存在すると反応速度は速くなる。一方、ＣａＨ２は酸の存在は必要なく水との反応が著しく早い。従って、反応速度を遅くするためにトレハロースやポリエチレングリコールなどの水溶性化合物中に溶融・包埋して反応速度を遅くした水素発生剤として用いるのが好ましい。また、ＣａＨ２やＭｇＨ２は水と反応してアルカリ性となるため、水素を溶解した水溶液が中性を必要とする場合は、中和する目的で前述の有機酸などとこれらの水素化アルカリ土類金属を混合して用いるか、予め酸性に調整した水溶液に水素発生剤を溶解することが好ましい。

これらのガス発生剤の形態は粉末状、錠剤状、ブロック状など様々な形態で内蓋の内部空間に収納することができる。これらのガス発生剤は微量の水分とも反応してガスを発生するので、保存する場合は湿度のない状態例えばアルミ製の袋などに密閉保存するのが好ましい。

本考案の内蓋は使用時に水の入った容器の開口部に水と接触しないように挿入して、密閉用の外蓋でねじ方式やかん合方式等の手段で密閉される。その際に予め内蓋の内部空間にガス発生剤を投入して置き、外蓋で容器が密閉されるまではガス発生剤と水の接触は行わない（図５の正立図）。密閉後に容器を傾斜若しくは倒立させることで内蓋の隔壁に設けられた連通孔５、６を通して容器内の水が内蓋の内部空間に侵入してガス発生剤と接触してガスを発生する（図６の倒立図）。

発生したガスは容器の外部に気散出来ないので容器の空間部分に集まり、発生ガスの量に応じて容器内は加圧状態となる。ガスは微細な気泡となって発生するので、水中を上部空間へ移動する間にその一部は水に溶解する。また、上部空間に捕集されたガスは加圧状態であるのでその分圧に応じて水にガスは溶解する。このようにして有効にガスを水に溶解させることが出来る。ガスの溶解が完了した時点で密閉容器を正立状態に戻して外蓋を開けて内蓋を取り出して容器内の水を利用することが出来る。

このような発生したガスを空気中に逃がさずに完全に水中に溶解できる機能は、単に飲料用の水素水や炭酸水を効率的に調整できるだけでなく、分析技術においても有用である。たとえば炭酸水の場合、炭酸水素ナトリウムとクエン酸等の有機酸から炭酸ガスを発生させてそれを水に溶解して炭酸水を調整する。その場合、化学反応式から1モルの炭酸水素ナトリウムから1モルの炭酸ガスが発生するから炭酸水中に含まれる炭酸ガスの濃度が理論的に決定される。即ち、この反応で発生した炭酸ガスを空気中に逃がさずに完全に溶解させた炭酸水の炭酸ガス濃度をガスクロマグラフ法で測定するとそのクロマトグラフの面積が理論炭酸ガス濃度に等しいことになる。これは分析技術に於いて必要な正確な検量線の作成に繋がるものである。

以下にポリエチレンテレフタレート製ボトル（以降ＰＥＴボトルと略す）を容器にして本考案の内蓋を用いてガスを水に溶解する場合について図面を用いて説明する。第１図は本考案内蓋の１例である。材質は金属、セラミック、プラスチック等が例示されるが、プラスチックが加工性の点から好ましい。ａ）はその断面図、ｂ）は上面図で１は内蓋の本体でＰＥＴボトルの開口部に挿入可能な円筒状の側壁と底で形成された大、小２ケの内部空間２と３を有する。内部空間２と３は連通孔４で連通されており、また２と３の側壁には外部空間と連通する連通孔５と６が存在する。

図２はＰＥＴボトル８に水を入れて図１の内蓋をボトル開口部に挿入し、粉末状のガス発生剤９を内蓋の内部空間に投入して外蓋７でボトルを密閉した状態の断面図である。内蓋の底は容器内の水に接触しない状態に保つことが必要である。粉末状のガス発生剤は連通孔４を通して内部空間２から３へ一部分落下するが、空間３が小さいために空間３の連通孔６から外部へ落下して水と接触することはない。一方、空間２の連通孔５は空間２の側壁上部に設けられているのでそこからガス発生剤が外部へ落下することもない。

図３は図２の密閉ＰＥＴボトルを倒立させた状態の断面図である。倒立によりガス発生剤９は外蓋の内壁部に移動すると同時に、容器内の水が内部空間２と３の側壁にある連通孔５、６を通して内蓋の内部空間に侵入してガス発生剤９と接触してガス１０を発生する。この場合、内蓋の内部空間３にはガス発生剤は少量しか残存していないので、その連通孔６からの水の侵入が容易となる。しかしながらこの連通孔からはガスが外部の水中に逃げ出すため水の浸入が阻害される。そのためにガスと水の透過を容易なものとするためにこの連通孔６を連通孔５よりも大きくすることが好ましい。また、連通孔は２，３それぞれの空間に２ケ以上設けることが好ましい。

図４は本考案内蓋の別の例を示した図である。ａ）はその断面図、ｂ）は上面図である。本例では内蓋の内部空間３が円筒状内蓋の底部に直径方向に穿たれた円筒から構成されており、その円筒がそのまま側部を貫通して連通孔６を形成している。このような構造にすることで内蓋の製造が容易なものとなる。図４では内部空間３の連通孔は２ケであるが、この円筒状内部空間に直角にもう一つ円筒状空間３を同様に設ければ内部空間３の連通孔は合計４ケとなり、水やガスの移動が容易な内蓋とすることができる。

本考案の内蓋はガス発生剤を内蓋の内部空間２に投入した際に、下部の連通孔６から外部空間に落下して水に接触しないようにすることが望ましい。そのためには内部空間２と３の連通孔４の大きさ、内部空間３の大きさ、内部空間３の中心（堆積したガス発生剤の中心）から連通孔６迄の距離などを適宜選定してその構造を決める必要がある。

本考案で使用できる水は純水以外に各種のお茶、ミネラル水、天然水、ジュース類、焼酎やお酒など飲料出来るすべての水溶液が適用できる。また、酸やアルカリ性の水も含まれる。さらに、飲料以外に化粧水や美容液などの化粧料も、使用時に水素や炭酸ガスを効率よく溶解して美白効果や血行促進効果が期待できる化粧料に調整することができる。以下に実施例を援用して本考案をさらに詳しく説明する。

無水トレハロースとアジピン酸の混合物をホットプレート上で溶融して、その中に硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム及び水素化カルシウム（ＣａＨ２）を添加して混合・撹拌した。この混合物を冷却して固化させることでＣａＨ２を溶融・包埋した水素発生剤を得た。固化した混合物を粉砕機で粉砕して粉末状の水素発生剤を調整した。この水素発生剤１ｇを水と反応させると３５ｍｌ（２５℃）の水素が発生した。

市販の２８０ｍｌ容量の肉厚ＰＥＴボトルの開口部に挿入できる図４の内蓋を、円柱状のポリエチレン樹脂を機械加工して作成した。円筒状内蓋の側隔壁の外径は１８ｍｍ、内部空間２の内径は１６ｍｍ、フランジ部も含めた高さは２４ｍｍとした。円柱の底部から３ｍｍの位置を中心点として直径４ｍｍの円筒状の孔を円柱の直径方向に削孔して内部空間３と連通孔６を２ケ作成した。内部空間２と３の連通孔４は直径５ｍｍとした。また、内部空間２の連通孔５として直径２ｍｍの孔を内蓋の上部から６ｍｍの位置に４ケ作成した。ＰＥＴボトルを密閉するための外蓋は市販の炭酸飲料用ＰＥＴボトルの蓋を用いた。

市販の２８０ｍｌＰＥＴボトルに水道水を２８０ｍｌ入れて上記で試作した内蓋を十分乾燥した後水に接触しないように容器開口部に挿入した。内蓋の内部空間に上記の水素発生剤１ｇを入れ外蓋で密閉してＰＥＴボトルを倒立させた。倒立と同時に微細な気泡が約３０秒間激しく発生した。その後５分間倒立状態を保持してボトルを正立状態に戻して外蓋を開封した。開封と同時にシューと言う音が発生し内部が加圧状態であったことを確認した。内蓋内の水素発生剤は完全に溶解しており透明な水素水が得られた。水素水中の溶存水素濃度（ＤＨ）をガスクロマトグラフ法で分析すると１．６ｐｐｍであった。

本考案は水素水や炭酸水を使用直前に効率よく調整できるので、飲料用や化粧料として人体の健康促進に役立つことが期待できる。また、水中のガス濃度分析技術にも校正液の調整法として有用である。

１ 内蓋本体
２ 内部空間（大）
３ 内部空間（小）
４ 内部空間２と３の連通孔
５ 内部空間２の連通孔
６ 内部空間３の連通孔
７ 外蓋
８ 容器
９ ガス発生剤
１０ ガスの気泡

Claims (3)

1. 容器の開口部に装着して該容器の外蓋を被せて密閉される容器の内蓋１であって、前記内蓋は外部空間と隔離するための隔壁で囲まれた大、小２ケの内部空間２（大），３（小）を有し、２，３は連通孔４で連通されており、内部空間２及び３の隔壁の一部を構成する側壁には外部空間と連通する連通孔５及び６が存在する密閉容器の内蓋。
2. 内部空間２，３のそれぞれが２ケ以上の連通孔５、６を有する請求項１の密閉容器の内蓋。
3. 内部空間３の連通孔６が内部空間２の連通孔５よりも大きいものである請求項１又は２の密閉容器の内蓋。

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