JP3351685B2 - 陽圧缶ヘッドスペースガス分析方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、通常状態での缶
内圧が大気圧以上の陽圧缶のガス分析方法に関し、特
に、炭酸飲料缶詰のガス分析に好適なガス分析方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように炭酸飲料は、内容液に炭酸
ガスを溶解させて清涼感やフレーバーを与えており、そ
の溶解量によって風味などの品質が変化するので、炭酸
ガス量を管理することは、炭酸飲料の製造工程での重要
な要素である。その炭酸ガスの溶解量を示す指標として
ガスボリュームが採用されている。清涼飲料業界では慣
用的に、炭酸ガスが、１気圧下で、約１５．６℃の水に
１：１すなわち水と同容量溶けるが、これを１ガスボリ
ュームと称し、ガスボリュームの基準としている。

【０００３】また、近年、炭酸ガスの溶解量の少ない微
炭酸飲料が開発されたが、この種の飲料は、容器内の圧
力が低くくなって容器全体としての強度が不足すること
があるので、窒素ガスを封入して炭酸ガス量の不足によ
る強度不足を補っている。

【０００４】また、飲料缶詰には、内容液の充填工程で
不可避的に酸素が混入することがあるが、飲料中に溶存
する酸素は、酸化作用によって内容物を変質させたり、
金属缶の場合には、缶自体の腐食を促進させてしまう。
そのため酸素量は、極力少なくすることが好ましく、し
たがって容器中の酸素量を管理することは、充填工程で
の重要な管理項目となっている。

【０００５】従来、飲料缶詰におけるこれら酸素ガスお
よび炭酸ガスの量を測定する方法として、以下の方法が
知られている。先ず、第１の方法は測定作業を自動化し
た方法であって、ヘッドスペースガス量を測定した後
に、そのヘッドスペースガス中の酸素濃度を測定し、そ
の測定結果から炭酸ガス量およびガスボリュームを測定
する方法である。この方法では、既知の比較的小容積の
箇所に陽圧缶のヘッドスペースを連通させて圧力を測定
し、ついで他の既知の容積の箇所にヘッドスペース連通
させて再度圧力を測定し、これらの各容積および圧力か
ら Ｐ1 ・Ｖ1 ＝Ｐ2 ・Ｖ2 の関係に基づいてヘッドスペースガス量を求める。また
酸素濃度は、適宜の酸素センサーによって測定し、その
濃度に基づいてヘッドスペースガス中の酸素ガス量およ
び窒素ガス量を求め、これらの量をヘッドスペースガス
量から減算することにより炭酸ガス量を算出している。

【０００６】また第２の方法は、先ず、炭酸ガスをヘッ
ドスペースガスから除去し、その除去された量を、残っ
たガス量から求め、ガスボリュームを算出する方法であ
る。すなわち圧力の測定などによって上記の方法と同様
にしてヘッドスペースガス量を測定する。ついでそのヘ
ッドスペースガスを水酸化ナトリウムあるいは水酸化カ
リウムなどに通して炭酸ガスを吸収・除去する。こうし
て得られたガスは、実質的に酸素および窒素であるか
ら、その量をヘッドスペースガス量から減算し、炭酸ガ
ス量を求める。そしてその値に基づいて炭酸飲料のガス
ボリュームを算出する。なお、この方法は、炭酸ガスの
吸収・除去作業を必要とするために、手作業によらざる
を得ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した第１の方法
は、圧力測定および酸素センサーによる酸素ガス濃度の
測定を行うことにより炭酸飲料のガスボリュームを求め
ることができ、したがって自動化の可能な方法である。
しかしながらこの方法では、酸素ガス濃度に基づいて窒
素ガス量を推定しており、これは空気中の窒素濃度が酸
素濃度の約４倍であることに基づいており、そのため前
述したように内圧を高めるために窒素ガスを充填してあ
る陽圧缶については、窒素ガス量を知ることができず、
結局、窒素ガスを封入した炭酸飲料缶詰についてのガス
ボリュームを測定することができない。

【０００８】また上述した第２の方法は、炭酸ガスを吸
収・除去した後のガスの成分を問わないから、窒素ガス
を封入した炭酸飲料缶詰についても適用することができ
る。しかしながら炭酸ガスの吸収・除去を手作業によっ
て行わざるを得ないので、自動化することができず、も
しくは困難であり、また測定精度にばらつきが生じ、精
度の高い工程管理が困難になるおそれがあった。

【０００９】この発明は、上記の事情を背景としてなさ
れたものであり、炭酸飲料缶詰などの陽圧缶における酸
素量あるいは炭酸ガス量を正確に求めることができ、ま
た自動化の容易な方法を提供することを目的とするもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、この発明は、缶内圧が大気圧以上
であって内容液に炭酸ガスを溶解させた陽圧缶のヘッド
スペースからガスをサンプリングするとともに分析する
陽圧缶ガス分析方法において、前記陽圧缶のヘッドスペ
ースガスの容量を計測するとともに、そのヘッドスペー
スガス中の酸素ガスもしくは炭酸ガスの濃度を測定し、
その濃度に基づいてそれぞれのガスのヘッドスペースガ
ス中の量を求め、さらに炭酸ガス濃度を測定した場合に
は、炭酸ガス分圧および溶解度から前記内容液中の炭酸
ガス量を求めることを特徴とする方法である。

【００１１】したがってこの発明の方法によれば、ヘッ
ドスペースガスの量と酸素濃度から陽圧缶の内部の酸素
量を求めることができる。また炭酸ガス濃度およびヘッ
ドスペースガスの量から炭酸ガスの量を求めることがで
きるうえに、炭酸ガス溶解度およびその分圧から炭酸ガ
スボリュームすなわち内容液に溶存している炭酸ガス量
を求めることができる。そして特にこの発明の方法によ
れば、機械的に測定したデータに基づいて各値を演算し
て求めることができるので、手作業による場合のような
個人差による精度のばらつきなどを防止して正確な測定
値を得ることができ、また自動化が容易になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明の方法を図面を参
照して具体的に説明する。先ずこの発明の方法を実施す
るための装置について説明すると、図１に示す陽圧缶ガ
ス分析装置２５は、通常状態で缶内圧が大気圧以上の缶
詰１を保持する缶詰保持台３３と、缶詰１の内容液と接
触する部分の洗浄を行う洗浄槽３４と、陽圧缶のヘッド
スペースガスをサンプリングするピアシング装置２４と
を備えている。

【００１３】缶詰保持台３３は、一例として、缶底を上
側にして約５０°の傾斜角度で缶詰１を保持するもので
あって、缶詰外形形状すなわち缶胴の形状に合わせてＵ
字型もしくはＶ字型の溝３５が形成されるとともに、こ
の溝３５を水平面に対して約５０°の傾斜角度に設定し
て缶胴部分で缶詰１を保持する傾斜保持板３６と、傾斜
保持板３６の下端部に垂直に取り付けられるとともに缶
詰１の蓋部分の縁部全周と接触して缶蓋部分を当接させ
る端板３７とからなり、側面視で、９０°のＶ字形に形
成されている。すなわち、陽圧缶の場合、缶詰１を垂直
に立てた状態では、缶底が缶詰１の中心に向けて緩やか
に湾曲した凹形状（ドーム形状）となっているため、缶
底の中央では液面が接触しており、缶詰１の中央でヘッ
ドスペースガスを採取しようとすると、ヘッドスペース
ガスと共に内容液を採取してしまうから、陽圧缶のヘッ
ドスペースガスを採取する際には、ヘッドスペースガス
と共に内容液を採取しないように、缶詰１を傾斜させて
ヘッドスペースガスを缶底周縁部３８に集めた状態で、
缶底周縁部３８にピアシング（穿孔）し、ヘッドスペー
スガスを採取するようにしている（図２参照）。

【００１４】なお、傾斜保持板３６の傾斜角度は、各種
缶詰を傾斜させてヘッドスペースガスのサンプリングテ
ストを予め行い、その結果から、最も有効にヘッドスペ
ースガスの採取ができる角度とすればよい。

【００１５】さらに、前記傾斜保持板３６には、ハンド
リングロボットの把持爪（それぞれ図示せず）との干渉
を回避するための溝３９が形成されている。また、缶高
によってハンドリングロボットが缶詰１を把持する位置
が異なるので、缶詰１のハンドリング位置に合わせて、
前記溝３９が、二本形成されている。

【００１６】洗浄槽３４は、円筒形状の容器であって、
例えば、イオン交換水すなわち純水などの洗浄液を溜め
て、その中にサンプリング時に内容液と接触した部分を
挿入して洗浄するようになっている。なお、洗浄の都
度、缶詰１の内容液が洗浄液に、混入してしまうので、
検査毎に洗浄液を入れ替えるようになっている。なお、
この洗浄槽３４の上端部には、後述する針部などの被洗
浄部材から洗浄液を吹き飛ばして除去するためのエアー
ノズル（図示せず）が設けられている。

【００１７】陽圧缶ヘッドスペースガスの分析を行うた
めの陽圧缶ヘッドスペースガス採取用ピアシング装置２
４は、設置台４０上の二本のリニアーガイド４１の上に
矩形キャビネット４２を移動自在に設置した構成であ
り、そのキャビネット４２の先端部分が前記缶詰保持台
３３の上方と前記洗浄槽３４の上方とに位置するように
往復移動できるようになっている。このピアシング装置
２４は、図２に示すヘッドスペースガスを分析するため
のヘッドスペースアナライザー５２を有し、またそのキ
ャビネット４２の前面にピアシング機構４３が取り付け
られている。

【００１８】ここで、ピアシング機構４３について説明
すると、このピアシング機構４３は、缶詰保持台３３上
に斜めに設置した缶詰１から、ヘッドスペースガスを採
取するためのものであって、上下方向に向けて配置した
昇降機構４５の下端部に、ヘッドスペース内のガスを吸
引するためのピアシングヘッド４４が備えられており、
このピアシングヘッド４４を昇降機構４５によって、缶
詰１に対して上下動させるように構成されている。

【００１９】そしてこの昇降機構４５は、一本のエアー
シリンダー４６を中心としてその左右両側にガイドとな
るガイドポスト４７をエアーシリンダー４６と平行に配
置し、ガイドスリーブ４８をこのガイドポスト４７に摺
動自在に嵌合させて構成されている。

【００２０】なお、前記ピアシングヘッド４４に接続さ
れた電線ケーブルや配線などは、キャタピラあるいはこ
れに類似する鎖条体５０によってまとめられ、湾曲自在
に保持されている。また、ピアシング装置２４を缶詰１
の種類に合わせてサンプリング位置に移動させるサーボ
機構（図示せず）が備えられている。

【００２１】他方、ピアシングヘッド４４の内部には、
図２に示すように、缶底周縁部３８に向けて突入・退出
する中空の針部１１４と、缶底周縁部３８とピアシング
ヘッド４４との間で前記針部１１４の周囲の所定範囲を
気密状態に保持するシール部１１５とが備えられてい
る。また、針部１１４の中空部には温度計（図示せず）
が備えられ、内容液の温度を測定するようになってい
る。

【００２２】さらに、前記針部１１４の中空部を介して
ヘッドスペースガスをヘッドスペースアナライザー５２
内に送るために、針部１１４の中空部から、ヘッドスペ
ースアナライザー５２の各装置に連通し、ヘッドスペー
スガス流路となる配管５１が備えられている。

【００２３】図２に示すように、ヘッドスペースアナラ
イザー５２は、ガスクロマトグラフ５５を主体とするも
のであって、このガスクロマトグラフ５５の吸気通路側
には、水分除去装置５６と水分検知装置５７とが、それ
ぞれ直列に接続されている。また、ガスクロマトグラフ
５５の排出通路側には、パージ用のＨｅガスを充填した
ガスボンベ５８が接続されている。そして、前記針部１
１４は、制御バルブ５９１および制御バルブ５９２を介
してガスボンベ５８に接続されている一方、制御バルブ
５９１と他の制御バルブ５９３とを介して、前記水分検
知装置５７の流入側に接続されている。

【００２４】そして、内容積を変えることのできるシリ
ンジ５４が各制御バルブ５９１，５９２，５９３を介し
て、針部１１４およびガスボンベ５８ならびに水分検知
装置５７にそれぞれ接続されている。なお、針部１１４
には、圧力測定装置５３と減圧バルブ６０とがそれぞれ
接続されるとともに、これら圧力測定装置５３および減
圧バルブ６０の接続箇所よりも先端側にフィルター１１
６が介在されている。そして、その針部１１４を前記缶
詰保持台３３上の缶詰１に突き刺して、ヘッドスペース
ガスをサンプリングするようになっている。

【００２５】なお、ガスクロマトグラフ５５による分析
結果に基づいた酸素量や炭酸ガス量の演算、それに先立
つキャリブレーションあるいは洗浄は、図示しない制御
装置によるシーケンス制御によって自動的に行うように
なっている。

【００２６】つぎに上記の装置の作用すなわちこの発明
の方法を説明する。まず、図示しないハンドリングロボ
ットによって缶詰１が缶詰保持台３３にセットされる。
その場合、該缶詰保持台３３には前記溝３９が形成され
ているので、ハンドリングロボットの把持爪が缶詰保持
台３３に引っ掛かったりせずに静かに缶詰１を缶詰保持
台３３にセットすることができる。

【００２７】また、缶詰保持台３３に載せられた缶詰１
は、缶詰保持台３３を構成する傾斜保持台３６と端板３
７とにより、缶詰１の底を上にした状態でかつ約５０°
に傾斜した状態で保持されることになるので、缶詰１内
部のヘッドスペースガスは、缶詰保持台３３に載せられ
た状態で最上部となる缶詰１の缶底周縁部３８に集めら
れる。

【００２８】缶詰１が前記缶詰保持台３３に置かれる
と、前記設置台４０のリニアーガイド４１上の陽圧缶ヘ
ッドスペースガス測定装置におけるピアシング装置２４
が、リニアーガイド４１に沿って前進し、前記缶詰保持
台３３の上部にヘッドスペースアナライザー５２のピア
シング機構４３が缶詰１の缶底周縁部３８に対するピア
シング位置にセットされる。

【００２９】そして、昇降機構４５が作動してピアシン
グヘッド４４が缶詰１に向かって下降し、ピアシングヘ
ッド４４が缶詰１の缶底周縁部３８に接触すると、ピア
シングヘッド４４内に備えられたシール部１１５が缶詰
１の缶底周縁部３８に密着する。この状態で、中空の針
部１１４が前記シール部１１５の内部を通って缶詰１の
缶底周縁部３８に突き刺さる。

【００３０】ヘッドスペースアナライザー５２の内部で
は、ピアシング前にアナライザー５２内の配管５１の途
中に取り付けてある全バルブが閉鎖されるとともに、シ
リンジ５４を図３でのＳ2 の位置すなわちシリンジ５４
の容量Ｖｓが０となる位置にセットされ、配管５１内の
ガス流動を制御する制御バルブ５９１と、制御バルブ５
９２とを開放し、ガスボンベ５８によりＨｅガスが配管
５１内に放出されアナライザー５２内がパージされる。
すなわち、配管５１を含む全体がＨｅガスで満される。

【００３１】Ｈｅガスが充満されると制御バルブ５９１
が閉鎖され、シリンジ５４をＳ1 の位置として、シリン
ジ５４内にＨｅガスを流入させる。その後、制御バルブ
５９２を閉鎖する。この状態で、前記のようにヘッドス
ペースアナライザー５２を動作させて、缶詰１の缶底周
縁部３８に針部１１４を突き刺すと、ヘッドスペースガ
スが針部１１４の中空部を通って、ヘッドスペースアナ
ライザー５２内部に入り込む。

【００３２】そして、ヘッドスペースガスに含まれる内
容液など分析に不都合なものがフィルター１１６によっ
て排除される。また同時に、圧力測定器５３により、缶
詰１内のヘッドスペースの圧力（Ｐｈｓ）を測定する。
ついで、制御バルブ５９１を開放し、その状態で再度圧
力（Ｐｓ）を測定する。この場合、ヘッドスペース内に
封入されていたガスが、シリンジ５４を含む広い領域に
拡散するから、圧力測定器５３に表れる圧力は、シリン
ジ５４と缶詰１とのヘッドスペースガスおよびその間を
連結する配管中の圧力のトータルの平衡圧となる。

【００３３】なお、ガス分析を行うガスクロマトグラフ
５５は圧力が高いと分析精度が低下するので、シリンジ
５４を含む系の圧力（Ｐｓ）が１ｋｇ／ｃｍ² 以上の場
合には、減圧バルブ６０を開放し、ガス圧（Ｐｓ）を１
ｋｇ／ｃｍ² 未満とした後、減圧バルブ６０を閉鎖す
る。

【００３４】そして、制御バルブ５９３を開放し、ガス
クロマトグラフ５５でヘッドスペースガスの分析、すな
わちヘッドスペースの酸素濃度および炭酸ガス濃度の測
定が行われる。その場合、ガスクロマトグラフ５５に入
るヘッドスペースガスは水分を多く含んでいるので、４
０℃以下の飽和水蒸気の場合には、水分除去装置５６に
より、ガスクロマトグラフ５５の検知に差支えのない水
分含量０．１％以下まで、水分を除去する。また、内容
液を吸い込んだ場合には水分除去装置５６が働かないの
で、水分検知装置５７が内容液を検知した場合、および
４０℃以上の飽和水蒸気を検知した場合には、ガスクロ
マトグラフ５５に内容液が入らないように配管５１を閉
鎖する。

【００３５】そして、ヘッドスペースガス分析終了後、
制御バルブ５９１、制御バルブ５９３を閉鎖した後、針
部１１４を内容液中に挿入し、針部１１４の中空部に備
えた温度計により内容液の温度を測定する。そして、針
部１１４を抜き測定を終了する。

【００３６】また、ヘッドスペースガスのサンプリング
検査終了後、ピアシング装置２４がリニアーガイド４１
に沿って洗浄槽３４の上方に移動し、缶詰１の内容液に
接触したピアシング部が、洗浄槽３４内に充填した洗浄
液の中に挿入されて洗浄される。

【００３７】以上のようにしてサンプリングされ、かつ
計測されたデータに基づいてガスボリュームが、以下の
ようにして演算され、算出される。先ず、炭酸ガスの液
中濃度Ｃは下記の式で表される。

【００３８】Ｃ＝Ｈ・Ｐ Ｃ：ＣＯ₂ の液中濃度、 Ｈ：溶解度係数、 Ｐ：炭酸
ガスの分圧 なお、炭酸ガスの内容液に対する溶解度は、糖度に影響
される。そこで炭酸ガスの溶解度およびそれに対する糖
度の影響を示す係数は以下のとおりである。

【００３９】 Ｃｗ：ガス（ＣＯ₂ ）の水に対する溶解度。（ｋｇ・ｍ
ｏｌ／ｍ³ ） Ｃ ：ガス（ＣＯ₂ ）の溶液に対する溶解度係数（ｍ³
／ｋｇ・ｍｏｌ） Ｈｗ：ガスの水に対するヘンリー定数（ａｔｍ・ｍ³ ／
ｋｇ・ｍｏｌ） Ｈ ：ガスの溶液に対するヘンリー定数（ａｔｍ・ｍ³
／ｋｇ・ｍｏｌ） Ｃｓ：非電解質（糖）のモル濃度（ｋｇ・ｍｏｌ／
ｍ³ ） Ｋｓ：塩類効果係数（糖による溶解度係数）（ｍ³ ／ｋ
ｇ・ｍｏｌ） ところで糖度は、内容液（清涼飲料）に添加された糖の
量によって決まり、ブリックス（糖度）％で示され、一
般に清涼飲料に用いられる糖は、シュークロースであっ
てこれは非電解質として扱うことができ、その糖濃度は
１０％前後である。これを前提に上記の塩類効果係数Ｋ
ｓは、分子量３４２として、実験的に“０．１５”とさ
れる。それに基づいて上記係数の間には、下記関係が成
立する。

【００４０】 ｌｏｇ（Ｃ／Ｃｗ）−ｌｏｇ（Ｈｗ／Ｈ）＝Ｃｓ×（−Ｋｓ） …式 ここで、糖濃度（シュークロース）を１０．５％とした
場合を示すと、 Ｃｓ＝非電解質濃度（モル分率） ＝（ブリックス％×１／１００）×１０００／シュークロス分子量…式 ＝（１０．５％×１／１００）×１／（３４２／１０００） ＝０．３０７ 式より、 Ｃｓ×（−Ｋｓ）＝０．３０７×（−０．１５）＝−
０．０４６ Ｃ／Ｃｗ＝Ｈｗ／Ｈ＝Ｅｘｐ（Ｃｓ×（−Ｋｓ）） ＝Ｅｘｐ（−０．０４６） ＝０．８９９ したがって、Ｃ＝０．８９９×Ｃｗ Ｈ＝１．１１２×Ｈｗ このことは、溶液に対する炭酸ガスの溶解度Ｃが水に対
するガスの溶解度に比べて、約１０％低下することを示
す。また、溶液に対するヘンリー定数（溶解度）Ｈも同
様な意味を示している。この関係がガスボリューム計算
式に導入される。

【００４１】つぎに、炭酸ガスの水に対する溶解度の温
度換算式を示す。水に対する炭酸ガスの溶解度は下記式
によって求められている。なお、本発明では標準温度を
２０℃に設定しているため、２０℃でのガスボリューム
を算出している。

【００４２】 Ｅｘｐ｛測定温度×（−０．０３４６６２）｝×０．０７００２１ …式 この式に炭酸ガスの溶液に対するヘンリー定数Ｈを掛
けると、内容液に対する炭酸ガスの溶解分が求められ、
これを´式とする。 （ 式×Ｈ＝内容液に対する炭酸ガスの溶解分 …´式） 缶内圧力は、相対圧力として測定されるので、絶対圧力
に換算する。また、ガスボリュームは、内容液中に溶解
した炭酸ガスの容積比であるが、ヘッドスペースのガス
分析値と溶解度とから算出するので、気液平衡であるこ
とを前提としており、必要な場合には、飲料缶を振るな
どした後に測定する。

【００４３】炭酸ガスの分圧（炭酸ガス濃度は、ガスク
ロで全気体中の比率で出す。）は、絶対圧として用いら
れるので、測定したヘッドスペースの圧力から、水蒸気
圧を引いて大気圧を加える。すなわち、 炭酸ガスの分圧＝｛缶詰の内圧−水蒸気圧＋大気圧｝×ＣＯ₂ ％ ×１／１００ ＝｛内圧（ゲージ圧）−水蒸気圧＋１．０３３｝×ＣＯ₂ ％ ×１／１００ …式 気体の体積の２０℃への換算を示すと、気体の体積Ｖは
以下のようになる。

【００４４】Ｖ＝ＲＴ Ｒ：気体定数＝０．０８２０５ Ｔ：絶対温度＝２７３＋２０℃ 注）０℃のとき ０．０８２０５×２７３＝２２．４
（ｌ） ゆえに、２０℃における気体の体積は、（ｍｌ単位） （２７３＋２０）×０．０８２０５ ＝２９３×０．０８２０５×（１／１０００） …式 なお、この算出式は、容量単位に換算するために用い
る。

【００４５】水蒸気圧は、下記の関係式により求められ
る。

【００４６】 ＬｏｇＰ（mmHg）＝｛Ｄ−Ｅ／（Ｆ＋測定温度（℃））｝ ＝Ｐ（Ｈ₂ ＯmmＨｇ）−１７．５３６ この圧力をｋｇ／ｃｍ² へ換算すると Ｐ（Ｈ₂ Ｏｋｇ／ｃｍ² ）＝Ｐ（Ｈ₂ ＯmmＨｇ）×０．００１３６ …式 つぎにガスボリューム（Ｇ．Ｖ）の算出方法について説
明する。ガスボリュームは、炭酸ガスの内容液に対する
溶解度と炭酸ガスの分圧との積により求められる。炭酸
ガスの内容液に対する溶解度は、式（式のＨｗ）よ
り Ｅｘｐ｛測定温度×（−０．０３４６６２）×０．０７
００２１｝ となり、式より炭酸ガスの内容液に対する溶解度は下
記のように求められる。

【００４７】 溶解度＝Ｈｗ／１０^{｛Ｃｓ×（−Ｋｓ）｝} （式を代入して） ＝Ｈｗ／１０^{｛ブリックス（％）×（−Ｋｓ）／分子量｝} ＝Ｅｘｐ｛測定温度（℃）×（−0.034662）｝×0.070021 ／１０^{｛ブリックス（％）×（−１．５）／３４２｝} 炭酸ガスの分圧は、式および式より下記の計算式が
導かれ、求められる。

【００４８】分圧＝｛内圧−［１０^{D-E/(F＋測定温度)}
−17.536］×0.00136 ｝＋1.033 ×ＣＯ₂ （％）×（1/
100 ） 気体の体積の２０℃への換算は、式で行うことができ
る。

【００４９】そして、上記の式を用いて、ガスボリュー
ムを求めると下記のようになる。

【００５０】 ガスボリューム（Ｇ．Ｖ）＝溶解度×分圧×気体体積２０℃換算 ＝Ｅｘｐ［測定温度（℃）×（−0.034662）］×0.070021 ／１０^{｛ブリックス（％）×(-1.5)/342｝} ×［内圧−〔｛１０ ^{{D-E/(F＋測定温度)}}-17.536 ｝×0.00136 〕］ ＋1.033 ×ＣＯ₂ （％）×0.08205 ×（273 ＋測定温度）×0.01 なお、ヘッドスペースアナライザー５２内でのヘッドス
ペース容量の算出方法は下記の式により求められてい
る。

【００５１】ヘッドスペースおよび配管系の容量と圧力
との関係は、 Ｐｈｓ（Ｖｈｓ＋Ｖｐ）＋Ｐｓｏ×Ｖｓ＝Ｐｓ（Ｖｈｓ＋Ｖｐ＋Ｖｓ＋Ｓｖ） この式を開くと Ｐｈｓ×Ｖｈｓ＋Ｐｈｓ×Ｖｐ＋Ｐｓｏ×Ｖｓ ＝Ｐｓ×Ｖｈｓ＋Ｐｓ×Ｖｐ＋Ｐｓ×Ｖｓ＋Ｐｓ×Ｓｖ Ｖｈｓ（Ｐｈｓ−Ｐｓ） ＝Ｖｐ（Ｐｓ−Ｐｈｓ）＋Ｖｓ（Ｐｓ−Ｐｓｏ）＋Ｐｓ×Ｓｖ Ｖｈｓ＝｛Ｖｓ（Ｐｓ−Ｐｈｓ）＋Ｖｓ（Ｐｓ−Ｐｓｏ）＋Ｐｓ×Ｓｖ｝ ／（Ｐｈｓ−Ｐｓ）・・・・・式（Ａ） 記号の現す意味は Ｖｈｓ：ヘッドスペース容量（求めようとする容量）。

【００５２】Ｖｐ ：缶蓋から制御バルブ５９１までの
配管内の容量。

【００５３】Ｖｓ ：制御バルブ５９１から制御バルブ
５９２および制御バルブ５９３までの配管内の容量（シ
リンジ５４はＳ2 の位置で閉鎖されている）。

【００５４】Ｓｖ ：シリンジ５４の容量（Ｓ2 からＳ
1 にした時の容量）。

【００５５】Ｐｈｓ：ヘッドスペースの圧力測定値（制
御バルブ５９１を閉鎖している時の圧力）。

【００５６】Ｐｓｏ：シリンジ５４を閉鎖している時
（Ｓ2 の位置）の配管内の圧力測定値（Ｈｅガスの圧力
を示す）。

【００５７】Ｐｓ ：シリンジ５４を開放した時（Ｓ1
の位置）のヘッドスペースの圧力測定値（制御バルブ５
９１は開放されている）。

【００５８】ここで、分析システムに固有の既知の数値
（実際の数値）を示すと、 Ｖｐ ：システムに固有 ０．５（ｍｌ） Ｖｓ ：システムに固有 ２．０（ｍｌ） Ｓｖ ：設定した固有の値 ２０．０（ｍｌ） Ｐｓｏ：Ｈｅガスの設定圧力 １．０（ｋｇ／ｃｍ² ） この数値を、式（Ａ）に代入すると、 Ｖｈｓ＝｛０．５（Ｐｓ−Ｐｈｓ）＋２．０（Ｐｓ−１．０）＋Ｐｓ×２０｝ ／（Ｐｈｓ−Ｐｓ） Ｖｈｓ＝｛２２．５×Ｐｓ−０．５×Ｐｈｓ−２．０）／（Ｐｈｓ−Ｐｓ） ・・・・・式（Ｂ） したがって、式（Ｂ）からＰｈｓとＰｓ、すなわちヘッ
ドスペースの圧力と、シリンジ５４を開放した時のヘッ
ドスペースの圧力とを測定することによって、飲料缶詰
の未知のヘッドスペース容量を算出することができる。

【００５９】なお、ヘッドスペース容量の測定法として
は、単純に制御バルブ間のパイプだけで容量を変えるの
ではなく、シリンジ５４で容量変化を大きくし、測定圧
力に差を付けることによって、より正確にヘッドスペー
ス容量が測定できる。

【００６０】この方法を用いることによって、飲料缶個
々に固有のヘッドスペース容量の測定が可能となり、よ
り正確なガスボリュームや、酸素濃度の測定を可能とし
た。

【００６１】上記計算式において、シリンジ５４にリジ
ッドな容器を用いた場合、ヘッドスペース容量に対する
測定温度の影響は、主として、内容液の膨張および収縮
率であるが、測定温度が約５〜３０℃の場合には、内容
液の膨張および収縮は、ほとんど生じないので、測定温
度への影響は無視してもよいと考えられる。

【００６２】また、ヘッドスペース酸素量の算出につい
ては、下記式で求められている。

【００６３】酸素量（ｍｌ）＝ヘッドスペース容量×
｛２０℃換算圧力（ゲージ圧−水蒸気圧）＋大気圧｝×
酸素濃度 ここで、ヘッドスペースの内圧について、２０℃換算し
たものを示すと、 １．非炭酸飲料の陽圧缶の場合 （１）２０℃の場合の換算圧力 Ｐ＝Ｐ₂₀´＋Ｐ・Ｈ₂ Ｏ Ｐ ：２０℃の換算圧力（ｋｇ／ｃｍ² ） Ｐ₂₀´ ：水蒸気圧を除く２０℃換算圧力 Ｐ・Ｈ₂ Ｏ：水蒸気圧 （２）Ｐ₂₀´の計算 Ｐ₂₀´＝測定内圧×（２７３＋２０）／（測定温度＋２
７３） （３）Ｐ・Ｈ₂ Ｏの計算 水蒸気圧について Ｌｏｇ（Ｐ／mmＨｇ）＝Ｄ−Ｅ／（Ｆ＋測定温度） ＝Ｐ（mmＨｇ） Ｐ（mmＨｇ）−１７．５３６（mmＨｇ）＝Ｐ・Ｈ₂ Ｏ
（mmＨｇ） 単位の換算 Ｐ・Ｈ₂ Ｏ（ｋｇ／ｃｍ² ）＝Ｐ・Ｈ₂ Ｏ（mmＨｇ）×
０．００１３６ ２．炭酸飲料の陽圧缶の場合 ガスボリュームを求める式を２０℃の水の溶解度を代入
し変型することによって求められる。

【００６４】｛ガスボリューム値×［0.84159／１０
^{｛ブリックス（％）×(-1.5)/342｝}］^-1−［1.033 ×Ｃ
Ｏ₂ （％）／100 ］｝×［１／（ＣＯ₂ （％）／100
）］＝２０℃換算圧力 なお、上記の具体例では、酸素ガスおよび炭酸ガスの濃
度をガスクロマトグラフで計測するようにしたが、この
発明では、窒素ガス濃度を併せて検出してもよく、その
ようにすれば、微炭酸飲料缶詰のように窒素ガスを充填
した飲料缶詰についてのガスボリュームを計測すること
ができる。

【００６５】また、内容液の温度測定は、上述した方法
に限らず、必要に応じて適宜の測温方法を採用すること
ができる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の方法に
よれば、ヘッドスペースガスの量と酸素濃度とから陽圧
缶の内部の酸素量を求めることができる。また炭酸ガス
濃度およびヘッドスペースガスの量から炭酸ガスの量を
求めることができるうえに、炭酸ガス溶解度およびその
分圧から炭酸ガスボリュームすなわち内容液に溶存して
いる炭酸ガス量を求めることができる。そして特にこの
発明の方法によれば、機械的に測定したデータに基づい
て各値を演算して求めることができるので、手作業によ
る場合のような個人差による精度のばらつきなどを防止
して正確な測定値を得ることができ、また自動化が容易
になる。したがってこの発明によれば、通常状態での内
圧が大気圧以上の陽圧缶の品質を正確かつ迅速に把握で
きるので、充填工程での管理が容易かつ正確になるなど
の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法を実施するための陽圧缶ガス分
析装置の全体的な構成を示す概略図である。

【図２】その内部構造を示す概要図である。

【符号の説明】

１…缶詰、 ２４…ピアシング装置、 ３３…缶詰保持
台、 ４３…ピアシング機構、 ５２…ヘッドスペース
ガスアナライザー、 ５５…ガスクロマトグラフ、 ５
３…圧力測定装置、 １１４…針部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 33/14 B65B 57/10 G01N 1/22 G01N 30/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 缶内圧が大気圧以上であって内容液に炭
   酸ガスを溶解させた陽圧缶のヘッドスペースからガスを
   サンプリングするとともに分析する陽圧缶ガス分析方法
   において、 前記陽圧缶のヘッドスペースガスの容量を計測するとと
   もに、そのヘッドスペースガス中の酸素ガスもしくは炭
   酸ガスの濃度を測定し、その濃度に基づいてそれぞれの
   ガスのヘッドスペースガス中の量を求め、さらに炭酸ガ
   ス濃度を測定した場合には、炭酸ガス分圧および溶解度
   から前記内容液中の炭酸ガス量を求めることを特徴とす
   る陽圧缶ガス分析方法。