JP4188109B2 - ボトル缶のガス置換装置および置換方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内容物を収容したボトル缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するためのボトル缶のガス置換装置および置換方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、清涼飲料やコーヒー飲料などの食品内容物のボトル缶詰の製造において、若干の余裕を持ち内容物が収容されるため、内容物の上面とボトル缶に被着されるキャップの下面との間にヘッドスペースとなる空間が設けられる。そして、ヘッドスペース内の空気に含まれる酸素の影響による内容物の品質の劣化を防止するために、内容物が収容された後のボトル缶のヘッドスペース内の空気が窒素ガスなどの不活性ガスに置換され、その後、キャップが巻き締められて密閉されることが広く行われている。
【０００３】
従来、このようなボトル缶詰の製造における不活性ガスの置換装置および置換方法として、以下に示すような方法が知られている。
図７に示すように、キャップの巻き締め機にボトル缶１０を搬送する搬送経路の上方に、ガス供給口５と蓄圧部６とが形成されたアッパーブロック２およびアッパーブロック２の下方に設けられたフィルタ部７により構成されたガス供給部が設置され、ガス供給部の両側方から下方に垂下するようにスカート部４が設けられる。そして、ガス供給口５に不活性ガスが供給され、蓄圧部６において一定の圧力とされ、搬送経路にそって一様にフィルタ部７を通過し、アッパーブロック２およびスカート部４に囲まれた空間に不活性ガスが充満し、一様な不活性ガスの雰囲気とされる。
【０００４】
この不活性ガスの雰囲気とされた空間を、内容物１２が収容され開口部１４が密封されていないボトル缶１０が搬送される。これにより、ボトル缶１０のヘッドスペース１３、つまり内容物１２の上面１２ａから開口部１４の上端までの口金部１０ａに囲まれた空間の空気が、自然対流などにより不活性ガスに置換される。その後、ボトル缶１０はキャップの巻き締め機に搬送され、口金部１０ａにキャップが巻き締められ密封される。
（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１-２３８９３９号公報（第１，８項、第８図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような不活性ガスの置換装置および置換方法においては、ボトル缶１０の開口径が小さく置換用ガスの雰囲気とされた搬送経路を通過するだけでは十分にガス置換が行われず、ヘッドスペース１３の内部に残る酸素が内容物１２に影響を及ぼすという問題があった。また、置換効率を向上させるためにヘッドスペース１３の内部に強制的に置換用ガスを吹き込むことが考えられるが、ヘッドスペース１３の内部に置換用ガスが流入せずにボトル缶１０の開口部１４の付近で置換用ガスの渦が形成されてしまうことや、排出された空気が再度ヘッドスペース１３の内部に流入する流れが形成されてしまうことにより、ヘッドスペース１３の内部の酸素量を十分に低下させることができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ヘッドスペース内の空気を十分に不活性ガスに置換させることができるボトル缶のガス置換装置および置換方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。本発明のボトル缶のガス置換装置は、内容物を収容したボトル缶の搬送経路に沿って設けられ、該ボトル缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するためのボトル缶のガス置換装置であって、前記ボトル缶の搬送経路に置換用ガスを供給するガス供給部と、該ガス供給部から供給される置換用ガスを前記ボトル缶の開口部に導くガス流路と、前記ボトル缶の開口部から排出された空気または置換用ガスを前記ボトル缶の開口部から離間する方向に導くガス排出部とを備え、該ガス排出部は平面視して前記開口部の領域内にて前記ガス流路から離間する方向に向けて漸次上方に傾斜する一方、該開口部の領域外にて漸次下るように形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ガス供給部に供給された置換用ガスはガス流路を通過することにより、適切な流速でボトル缶の開口部に導かれ、ヘッドスペース内に供給される。そして、ヘッドスペースから排出された空気または置換用ガスは、ガス排出部に導かれて円滑にボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができ、ヘッドスペース内の酸素量は低減されるので、内容物の酸素による劣化を防止することができる。
また、ボトル缶の開口部から排出されるヘッドスペース内の空気または置換用ガスは、スリットブロックの下面に形成されたガス排出部に導かれ、ガス排出部の内面の傾斜に沿って流れの向きが円滑に変えられ、ボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、効率良くヘッドスペース内のガスを置換することができる。
【００１０】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路が一対のスリットブロックによって形成されているスリットで、前記ガス排出部が該スリットブロックの下面に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ガス流路が一対のスリットブロックによって形成されているスリットで、ガス排出部がスリットブロックの下面に設けられているので、一対のスリットブロックでスリットとガス排出部とが形成される。これにより、簡略な構成のガス置換装置でヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００１２】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス排出部と前記ガス流路との間に前記ボトル缶の開口部内に案内される置換用ガスと該開口部から排出される空気または置換用ガスとの干渉を抑える平面部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ガス排出部とガス流路との間に設けられている平面部により、開口部から排出される空気または置換用ガスの流れは、ガス流路から供給される置換用ガスの流れに巻き込まれることなくガス排出部に案内される。これにより、ヘッドスペースから排出された空気がヘッドスペース内に最流入することなく排出され、確実にヘッドスペース内の酸素量を低減させることができる。
【００１６】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したいずれかのボトル缶のガス置換装置であって、水平面に対する、前記ガス排出部の前記上方に傾斜する角度αと前記下る角度βとが、α＜βの関係とされていることを特徴とする。
【００１７】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、スリットブロックの下面に形成されるガス排出部に流れ込む置換用ガスの流れ、およびガス排出部から排出される置換用ガスの流れが、渦が形成されずスムーズな流れが形成されるように、ガス排出部の角度αおよび角度βが設定される。これにより、ヘッドスペース内の空気が円滑に置換用ガスに置換され、ガス置換効率を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したボトル缶のガス置換装置であって、前記傾斜する角度αが２０°から３０°の範囲で、前記下る角度βが４０°から９０°の範囲であることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ボトル缶の開口部からガス排出部に流れ込む置換用ガスの流れは、ガス排出部の内面に形成された２０°から３０°の範囲の傾斜により案内されるので、ボトル缶の開口部付近で渦を形成せず、スムーズな流れが形成される。また、ガス排出部から流れ出る置換用ガスの流れは、ガス排出部の内面に形成された４０°から９０°の範囲の傾斜により開口部の領域外に案内されるので、スムーズにボトル缶の開口部から離間する方向に排出される流れが形成される。これにより、ヘッドスペース内のガス置換効率をより向上させることができる。
【００２０】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したいずれかのボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路は、前記ボトル缶の開口径に対し１０％から１５％の範囲の寸法となるように形成されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ボトル缶の開口部の中心の開口径に対し１０％から１５％の範囲からヘッドスペース内に供給され、開口部の他の範囲からヘッドスペース内の空気は排出される。これにより、開口部における供給および排出の流れがスムーズになり、開口部付近で渦が形成されることなく、効率良くヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００２２】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したいずれかのボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路は、前記ボトル缶の搬送経路の中心に沿って設けられていることを特徴とする。
【００２３】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ガス流路を通過した置換用ガスはボトル缶の搬送経路の中心に沿って、つまりボトル缶の開口部の進行方向前端縁から後端縁を通るような略直線状に、開口部からヘッドスペース内に供給される。供給された置換用ガスはヘッドスペース内を略直線状に内容物の上面まで流れ、内容物の上面に沿って側方に向けて流れ、ボトル缶の内面に沿って上方へ流れ、開口部から排出される。これにより、ヘッドスペース内の隅々まで置換用ガスの流れが形成され、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００２４】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したいずれかのボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路の側方から前記ボトル缶の開口部より下方に垂下して設けられ、前記ボトル缶の開口部から排出された空気または置換用ガスを前記ボトル缶の開口部から前記ボトル缶の外面に沿って下方に導くスカート部を備えたことを特徴とする。
【００２５】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ガス流路の側方からボトル缶の開口部より下方に垂下するようにスカート部が設けられるので、開口部から排出されガス排出部を流れ出た空気または置換用ガスは、スカート部の内面に導かれボトル缶の開口部から前記ボトル缶の外面に沿って下方に流れ出ると共に、外部の空気が置換用ガスの流れに乗ってヘッドスペース内に流入されることが防止される。これにより、ヘッドスペース内の酸素量をより低減させることができる。
【００２６】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したいずれかのボトル缶のガス置換装置であって、前記置換用ガスは、不活性ガス又は炭酸ガスであることを特徴とする。
【００２７】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ヘッドスペース内の空気が十分に不活性ガス又は炭酸ガスに置換されることができ、ヘッドスペース内の酸素量は低減されるので、ボトル缶の内容物の酸素による劣化を防止することができる。
【００２８】
本発明のボトル缶のガス置換方法は、上述した本発明に係るボトル缶のガス置換装置のうちいずれかを予め用意し、前記ボトル缶を搬送経路上で搬送すると共に前記ガス供給部から前記搬送経路に前記置換用ガスを供給し、該置換用ガスを前記ガス流路により前記ボトル缶の開口部に導き、前記ボトル缶の開口部から排出された空気または置換用ガスをガス排出部により、前記ボトル缶の開口部から平面視して前記開口部の領域内にて前記ガス流路から離間する方向に向けて漸次上方に傾斜する一方、該開口部の領域外にて漸次下るように、前記ボトル缶の開口部から離間する方向に導いて、該ボトル缶のヘッドスペース内の空気を前記置換用ガスに置換することを特徴とする。
この発明に係るボトル缶のガス置換方法によれば、ガス供給部に供給された置換用ガスはガス流路を通過することにより、適切な流速でボトル缶の開口部に導かれ、ヘッドスペース内に供給される。そして、ヘッドスペースから排出された空気または置換用ガスは、ガス排出部に導かれて円滑にボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができ、ヘッドスペース内の酸素量は低減されるので、内容物の酸素による劣化を防止することができる。
また、ボトル缶の開口部から排出されるヘッドスペース内の空気または置換用ガスは、スリットブロックの下面に形成されたガス排出部に導かれ、ガス排出部の内面の傾斜に沿って流れの向きが円滑に変えられ、ボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、効率良くヘッドスペース内のガスを置換することができる。
【００２９】
本発明のボトル缶のガス置換方法は、上述したボトル缶のガス置換方法であって、前記ボトル缶の搬送経路の中心に沿って設けられたガス流路からボトル缶の開口部に向けて置換用ガスを供給することを特徴とする。
この発明に係るボトル缶のガス置換方法によれば、ボトル缶の搬送経路の中心に沿って設けられたガス流路から供給された置換用ガスは、ボトル缶の開口部の進行方向前端縁から後端縁を通るような略直線状に、ヘッドスペース内に供給される。そして、ヘッドスペース内を内容物の上面まで流れ、内容物の上面に沿って側方に向けて流れ、ボトル缶の内面に沿って上方へ流れ、開口部から排出される。これにより、ヘッドスペース内の空気がボトル缶の開口部から排出され、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができ、ヘッドスペース内の酸素量を低減させることができるので、ボトル缶の内容物の酸素による劣化を防止することができる。
【００３０】
また、本発明のボトル缶のガス置換方法は、上述したボトル缶のガス置換方法であって、前記置換用ガスは不活性ガス又は炭酸ガスであることを特徴とする。
【００３１】
この発明に係るボトル缶のガス置換方法によれば、ヘッドスペース内の空気が十分に不活性ガス又は炭酸ガスに置換されることができ、ヘッドスペース内の酸素量は低減されるので、ボトル缶の内容物の酸素による劣化を防止することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態によるボトル缶のガス置換装置および置換方法について説明する。
図１は、本発明のボトル缶のガス置換装置の要部を示す概略断面図である。図２は、置換用ガスの流れを示す説明図である。図３および図４は、置換用ガスの流れを示すシミュレーション結果図である。
【００３３】
図１に示すように、ボトル缶のガス置換装置（以下、単にガス置換装置とする）１は、ボトル缶１０の搬送経路の上に設けられるアッパーブロック２と、アッパーブロック２とボトル缶１０の間に設けられるスリットブロック３と、アッパーブロック２およびスリットブロック３の側方から下方に垂下するように設けられたスカート部４とを備えた構成とされている。
【００３４】
ボトル缶１０の搬送経路に沿って設けられるアッパーブロック２には、不活性ガス（置換用ガス）が供給されるガス供給口５と蓄圧部６とが形成され、蓄圧部６の下方にフィルタ部７が設けられ、アッパーブロック２およびフィルタ部７によってガス供給部が構成されている。フィルタ部７は、２〜１０μｍのメッシュで形成された焼結フィルタが用いられている。
【００３５】
フィルタ部７の下方に２個のスリットブロック３が取り付けられ、ボトル缶１０の搬送経路に沿ってスリット（ガス流路）８が形成されている。つまり、スリット８は搬送されるボトル缶１０の前方から後方に向けてボトル缶１０の中心を通るように搬送経路の上方に形成されている。２個のスリットブロック３は、ボトル缶１０の搬送経路の中心線Ｏに対し対称の形状とされ、対称となるように設置されている。これにより、ガス排出部９を流れる不活性ガスは、中心線Ｏに対し対称となるように流れが形成される。
【００３６】
２個のスリットブロック３により形成されるスリット８の寸法Ａはボトル缶１０の開口径に対し１０％〜１５％の範囲に設定され、スリットブロック３の上面とスリット８を形成する面との角部は面取りが行われており、スリット８の上部は導入部１５とされている。
【００３７】
スリットブロック３の下面にはガス排出部９が形成され、スリット８とガス排出部９との間に水平面と平行になるように平面部１１が形成されている。平面部１１の寸法Ｂは２ｍｍ〜８ｍｍの間で、ボトル缶１０の開口径によって適宜選定される。ガス排出部９は略凹面状に形成されており、ガス排出部９の平面部１１から連続する面はスリット８から離間する方向に向け漸次上方に傾斜する傾斜面９ａとされ、傾斜面９ａと滑らかに連続する曲面９ｂをもって下方に向かう形状とされている。傾斜面９ａと平面部１１（水平面）とのなす角度αは３０°に設定され、曲面９ｂの端部の接線と平面部１１（水平面）とのなす角度βは８０°に設定されている。搬送経路の中心線Ｏから曲面９ｂの端部までの寸法Ｃは、ボトル缶１０の開口径の半分の長さより大きく、開口径の１．１倍から３倍の範囲となるように選定される。
【００３８】
ガス置換装置１を搬送されるボトル缶１０は、内容物１２が収容され、内容物１２の上面１２ａから開口部１４までの口金部１０ａに囲まれた空間がヘッドスペース１３とされる。搬送経路の中心線Ｏとボトル缶１０の開口部１４の中心が同軸となるようにボトル缶１０は搬送される。これにより、スリット８から供給される不活性ガスは、ヘッドスペース１３の内部において中心線Ｏに対して対称になるように流れが形成される。
【００３９】
ガス置換装置１においては、開口径が２８ｍｍ〜３８ｍｍのボトル缶１０が用いられ、スリット８の寸法Ａが２ｍｍ〜８ｍｍ、平面部１１の寸法Ｂが２ｍｍ〜８ｍｍ、中心線Ｏから曲面９ｂの端部までの寸法Ｃが開口径の半分の長さより大きく１５．４ｍｍ〜５７ｍｍの範囲から選定される。例えば、開口径がφ３８ｍｍのボトル缶１０が用いられた場合、寸法Ａが４ｍｍ、寸法Ｂが４ｍｍ、寸法Ｃが３８ｍｍに設定される。
【００４０】
上述したようなガス置換装置１の構成において、不活性ガスがガス供給口５から蓄圧部６に供給され、フィルタ部７が流れの抵抗となり、蓄圧部６の内部において不活性ガスは均一に一定の圧力状態となる。蓄圧部６の一様な圧力によって不活性ガスは搬送経路に沿って一様にフィルタ部７を通過し、導入部１５によって圧力損失が生じないようにスリット８に導入される。スリット８を通過する不活性ガスの流速は、不活性ガスの供給量とスリット８の寸法Ａとによって決定される。
【００４１】
図２に示すように、スリット８を通過した不活性ガスは、ボトル缶１０の進行方向前端縁から後端縁を通るように、直線状に搬送経路の中心線Ｏの付近からヘッドスペース１３に流入し、流れの勢いによってヘッドスペース１３の隅々まで循環し、開口部１４から排出される。これにより、ヘッドスペース１３の内部の空気が排出され、ヘッドスペース１３の内部に不活性ガスが供給されたことになる。開口部１４において不活性ガスの流入および排出の流れは常に安定した状態で形成され、ヘッドスペース１３の内部において、渦が形成されることはない。
【００４２】
開口部１４から排出された空気および不活性ガスは、ガス排出部９に案内され、ボトル缶１０の外側に流れ出る。このとき、ガス排出部９の傾斜面９ａと平面部１１とのなす角度αは３０°に設定されているので、渦が形成されることなく流れの向きが変えられ、傾斜面９ａと曲面９ｂはなだらかに形成されているのでスムーズに流れが形成される。また、ガス排出部９の曲面９ｂの端部の接線と平面部１１とのなす角度βは８０°に設定されているので、口金部１０ａの外面とスカート部４との間をスムーズに流れるように空気および不活性ガスの流れが形成される。
【００４３】
そして、平面部１１がスリット８に隣接するように設けられているので、開口部１４においてスリット８から流入してくる不活性ガスの流れに対して、排出される空気および不活性ガスの流れは離れた位置に形成される。これにより、流入してくる不活性ガスの流れに、排出される空気および不活性ガスの流れが巻き込まれることがなくなる。また、スカート部４により外部の空気が不活性ガスの流れに乗ってヘッドスペース１３の内部に流入されることが防止される。
【００４４】
以下に、各置換条件におけるキャップが巻き締められた後のヘッドスペース１３の内部の酸素量を測定した実験結果を表１に示す。実験は、１分間あたりに搬送されるボトル缶１０の個数が５００個で、供給される不活性ガスの温度が２０℃となるように行われた。そして、キャップが巻き締められた後のヘッドスペース１３の内部を０．１５ＭＰａの陽圧とするためにガス置換後に液体窒素を滴下してキャップが巻き締められる。表１の酸素量は、実験を１０回行った結果の平均値である。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１において、比較例１はスリットが設けられず開口部１４の付近を不活性ガスの雰囲気とした、図７に示されるような従来技術の場合の酸素量を示す。比較例２は、図５に示すようにガス排出部９が形成されず、下面全面が平面部１１'とされたスリットブロック３’が設けられ、スリット８が４ｍｍに設定された場合の酸素量を示す。そして、実施例はガス排出部９が形成されたスリットブロック３が設けられ、スリット８が４ｍｍに設定された場合の酸素量を示す。その結果から、最も酸素量が低い実験条件を○、それ以外を×と評価している。
【００４７】
表１より、比較例１に対し比較例２および実施例において酸素量が低く、スリット８を設けることによりガス置換効率が向上していることが分かる。また、比較例２に対し実施例において酸素量が低く、ガス排出部９が設けられたことによってヘッドスペース１３内の空気が効率良く排出されていることが分かる。そして、本実施例の場合が最も酸素量が低く、十分にガス置換が行われていることが分かる。
【００４８】
図３は、上述したようなガス置換装置１の構成を模式的に簡略化し、数値計算による不活性ガスの流れのシミュレーション結果である。口金部１０ａやガス排出部９の曲面９ｂの曲線部などが直線に置き換えられ、角度αが２０°、角度βが４５°に設定され、スリット８を通過する不活性ガスの流速が５０ｍｍ／ｓｅｃ、スリット８の寸法Ａが５ｍｍに設定されている。ヘッドスペース１３などの空間部分に示された多数の短線は、そのポイントでの流れの向きを示し、その長さは流速を示している。
【００４９】
図３より、不活性ガスは、渦が形成されることなく流れが形成され、内容物１２の上面１２ａ近辺まで送り込まれ、ガス排出部９においてスムーズに流れの向きが変えられ、口金部１０ａとスカート部４との間からボトル缶１０の外側に排出するように流れが形成されていることが分かる。つまり、ヘッドスペース１３の内部の空気が円滑に排出され、ヘッドスペース１３の内部の隅々まで不活性ガスが供給されることが分かる。
【００５０】
図４は、図５に示すようにガス排出部９が形成されず、全面が平面部１１’とされた場合におけるシミュレーション結果で、スリット８を通過する不活性ガスの流速が５０ｍｍ／ｓｅｃ、スリット８の寸法Ａが５ｍｍに設定されている。本図において、不活性ガスは、口金部１０ａの先端と平面部１１’との間においてスムーズな流れが形成されず、平面部１１’とスカート部４との角部においてもうまく流れの向きが変えられていないことが分かる。
【００５１】
上述したようなシミュレーションにおいて、角度αおよび角度βを変えたときの不活性ガスが形成する流れの評価結果を表２に示す。シミュレーションは、角度αまたは角度βの一方の角度を固定し他方の角度を変えて行い、角度αおよび角度β以外の条件は同一の設定で行われた。
【００５２】
【表２】
【００５３】
表２は角度βを４５°に固定して角度αを１７°，２０°，２５°，３０°，３３°とし、角度αを２０°に固定して角度βを３７°，４０°，６５°，９０°，９３°としてシミュレーションを行った結果である。この結果から、渦が発生せず流れがスムーズに形成され、ガス置換が円滑に行われている条件の角度αおよび角度βの評価を○、流れがスムーズに形成されず、渦が発生している条件の評価を×とした。表２より、角度αが２０°〜３０°の範囲、角度βが４０°〜９０°の範囲において流れがスムーズに形成されていることが分かる。
【００５４】
また、ボトル缶１０の開口径に対し、平面部１１の寸法Ｂが小さいと平面部１１を設けることによる効果が得られず、平面部１１の寸法Ｂが大きいとガス排出部９を設けていない場合と同じく不活性ガスの排出がスムーズに行われないことが分かっている。同様に、ボトル缶１０の開口径に対し、中心線Ｏから曲面９ｂの端部までの寸法Ｃが小さいとヘッドスペース１３から排出された空気が再度ヘッドスペース１３の内部に入り込み、寸法Ｃが大きいとガス置換装置１の周辺の空気が不活性ガスの流れに巻き込まれヘッドスペース１３の内部に入り込みガス置換効率が低下することが分かっている。
【００５５】
上述したようなガス置換装置１および置換方法によれば、ガス供給口５と蓄圧部６とが形成されたアッパーブロック２およびフィルタ部７によって構成されたガス供給部と、スリット８を形成する２個のスリットブロック３とを備えた構成とされ、スリットブロック３の下面にガス排出部９が形成されるので、スリット８からヘッドスペース１３に供給された不活性ガスは、ヘッドスペース１３の内部の空気を排出し、ガス排出部９を通過し円滑にボトル缶１０の外側に流れ出ることができる。これにより、ボトル缶１０のヘッドスペース１３の内部の酸素量を低減させることができ、ボトル缶１０の内容物１２の酸素による劣化を防止することができる。また、このような構成とすることでガス置換装置１をシンプルに構成することができる。
【００５６】
そして、スリットブロック３の下面に形成されたガス排出部９とスリット８との間に平面部１１が形成されているので、スリット８から供給され開口部１４に流入される不活性ガスの流れに対し、開口部１４から排出される空気および不活性ガスの流れは離れて形成され、お互いに干渉されることなく、排出される流れが流入される流れに巻き込まれて再度、開口部１４に流れ込まないように形成することができる。
【００５７】
さらに、ガス排出部９の傾斜面９ａが平面部１１となす角度αが３０°に設定され、曲面９ｂの端部の接線と平面部１１とのなす角度βが８０°に設定されているので、ガス排出部９において円滑に流れが形成され、効率良くヘッドスペース１３の内部の空気を排出することができる。
【００５８】
また、ボトル缶１０の開口径がφ３８ｍｍの場合にスリット８の寸法Ａが４ｍｍに設定されるので、ボトル缶１０の開口部１４の付近における不活性ガスは、渦が形成されることなくヘッドスペース１３の内部に流入および流出の流れを形成することができる。
【００５９】
また、スリット８はボトル缶１０の搬送経路の中心に沿って設けられており、ボトル缶１０の進行方向に沿った開口部１４の直径上を通るように不活性ガスが供給されるので、スムーズに流入および排出の流れを形成することができる。そして、スカート部４がスリットブロック３の側方から下方に垂下するように設けられているので、外部の空気がヘッドスペース１３の内部に流れ込むことを防止することができる。
【００６０】
つぎに、図６を用いて第２の実施形態のガス置換装置２０について説明する。また、ガス置換装置２０とガス置換装置１とにおいて共通する構成部品には、同一の符号を付して詳細な説明を省略し、ボトル缶１０も上記実施形態と同様に配置されるので図示を省略する。ガス置換装置２０では、一対のスリット形成ブロック２１によりスリット８が形成されており、ガス排出部９が形成されたガス排出部形成ブロック２２とスリット形成ブロック２１とが互いに独立した部材とされている。スリット形成ブロック２１は、水平部２１ａと垂直部２１ｂとを有する断面Ｌ字状の部材で、フィルタ部７の下面に水平部２１ａが当接されて配置されており、水平部２１ａの端部から下方に向けて垂下する垂直部２１ｂがスリット８を形成し、垂直部２１ｂの先端が平面部１１とされている。ガス排出部形成ブロック２２は、断面長方形の部材の下面にガス排出部９が形成された部材で、水平部２１ａおよび垂直部２１ｂに当接するように配置されている。
【００６１】
このように、スリット８とガス排出部９とが異なる部材で構成されていることにより、たとえば不活性ガスの流れをよりスムーズにする場合にスリット８とガス排出部９との配置を相対的に変更して対応することができ、また、ボトル缶１０の形状に合わせてガス排出部９の形状を変更する場合に、ガス排出部形成ブロック２２だけを交換することで対応することができる。なお、ガス流路はスリット８のような連続的な間隙で形成されている構成以外であってもよく、たとえば同様の機能を有するように管状のノズルが連続的にまたは不連続的に設けられてガス流路が構成されていてもよい。また、ガス排出部９はブロック状の部材に形成されている構成以外であってもよく、たとえば同様の機能を有するように屈曲形成された板状の部材で構成されていてもよい。
【００６２】
なお、本実施の形態においては、ボトル缶１０の開口径がφ３８ｍｍの場合について説明を行ったが、開口径がφ３８ｍｍ以外のボトル缶について本発明を用いてもよく、その場合はスリットブロック３の取り付け位置を変えるだけで、そのボトル缶に適したスリット寸法Ａのスリットを形成することができる。また、角度αを３０°としたが、角度αは２０°〜３０°の範囲であればよく、同様に角度βを８０°としたが、角度βは４０°〜９０°の範囲であればよい。また、ボトル缶１０の搬送経路は直線状でも円弧状でもよい。また、置換用ガスを不活性ガスとしているが、炭酸ガスであってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボトル缶のガス置換装置によれば、置換用ガスはガス供給部からガス流路を通過してボトル缶のヘッドスペース内に供給され、ヘッドスペース内の空気がガス排出部に沿って円滑にボトル缶の開口部から離間する方向に排出されるので、ヘッドスペース内の酸素量を低減させることができる。これにより、ボトル缶の容物の酸素による劣化を防止することができる。
また、ボトル缶の開口部から排出される置換用ガスの流れはガス排出部の傾斜に沿って円滑に形成されるので、置換用ガスはボトル缶の開口部付近で渦を形成することなく円滑にボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出ることができる。これにより、効率良くヘッドスペース内のガスを置換することができる。
【００６４】
また、一対のスリットブロックでスリットとガス排出部とが形成されるので、簡略な構成のガス置換装置で、確実にヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００６５】
また、ガス流路に隣接するように平面部が形成されているので、ガス流路から供給される置換用ガスの流れとヘッドスペースから排出される空気の流れとが干渉することがなく、排出される空気が再度ヘッドスペース内に流れ込むことのない流れを形成することができる。これにより、確実にヘッドスペース内の酸素量を低減させることができる。
【００６７】
また、ガス排出部の両端部と水平面とにより形成される角度αおよび角度βは、置換用ガスの流れの向きがスムーズに変わるように形成されているので、円滑な流れを形成することができる。これにより、ヘッドスペース内のガス置換効率を向上させることができる。
【００６８】
また、ガス排出部の傾斜する角度αは２０°から３０°の範囲であるので、ボトル缶の開口部からガス排出部に流れ込む置換用ガスは、渦を形成することなく流れを形成することができる。また、ガス排出部の下る角度βは４０°から９０°の範囲であるので、ボトル缶の開口部から離間する方向に排出される置換用ガスはスムーズな流れを形成することができる。これにより、ヘッドスペース内のガス置換効率をより向上させることができる。
【００６９】
また、ガス流路の寸法はボトル缶の開口径に対し１０％から１５％となるように設定されるので、ボトル缶のヘッドスペース内に供給される置換用ガスの流入および流出の流れが円滑に形成され、ヘッドスペース内の隅々まで置換用ガスを供給することができる。これにより、効率良くヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００７０】
また、ボトル缶の搬送経路の中心に沿ってガス流路が形成されているので、供給される置換用ガスはボトル缶の開口部の進行方向前端縁から後端縁を通るように略直線状に開口部からヘッドスペース内に流れ込み、ヘッドスペース内を隅々まで置換用ガスの流れが形成され、ヘッドスペース内の空気を開口部から排出することができる。これにより、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００７１】
また、ガス流路の側方に設けられたスカート部により外部の空気がヘッドスペース内に流入されることが防止されるので、ヘッドスペース内の酸素量をより低減させることができる。
【００７２】
また、ヘッドスペース内に供給される置換用ガスは不活性ガス又は炭酸ガスであるので、ヘッドスペース内の酸素量を確実に低減させることができ、ボトル缶の内容物の酸素による劣化を防止することができる。
【００７３】
本発明のボトル缶のガス置換方法によれば、ガス供給部に供給された置換用ガスはガス流路を通過することにより、適切な流速でボトル缶の開口部に導かれ、ヘッドスペース内に供給される。そして、ヘッドスペースから排出された空気または置換用ガスは、ガス排出部に導かれて円滑にボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができ、ヘッドスペース内の酸素量は低減されるので、内容物の酸素による劣化を防止することができる。
また、ボトル缶の開口部から排出されるヘッドスペース内の空気または置換用ガスは、スリットブロックの下面に形成されたガス排出部に導かれ、ガス排出部の内面の傾斜に沿って流れの向きが円滑に変えられ、ボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、効率良くヘッドスペース内のガスを置換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるボトル缶のガス置換装置の要部を示す概略断面図である。
【図２】 置換用ガスの流れを示す説明図である。
【図３】 置換用ガスの流れを示すシミュレーション結果図である。
【図４】 置換用ガスの流れを示すシミュレーション結果図である。
【図５】 ガス排出部が形成されていないガス置換装置の要部を示す概略断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態におけるボトル缶のガス置換装置の第２の実施形態の要部を示す概略断面図である。
【図７】 従来のガス置換装置の要部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ ボトル缶のガス置換装置
３ スリットブロック
４ スカート部
８ スリット（ガス流路）
９ ガス排出部
９ａ 傾斜面
９ｂ 曲面
１０ ボトル缶
１１ 平面部
１２ 内容物
１３ ヘッドスペース
１４ 開口部
Ｏ 中心線
α 傾斜面と平面部（水平面）とのなす角度
β 曲面の端部の接線と平面部（水平面）とのなす角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、内容物を収容したボトル缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するためのボトル缶のガス置換装置および置換方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、清涼飲料やコーヒー飲料などの食品内容物のボトル缶詰の製造において、若干の余裕を持ち内容物が収容されるため、内容物の上面とボトル缶に被着されるキャップの下面との間にヘッドスペースとなる空間が設けられる。そして、ヘッドスペース内の空気に含まれる酸素の影響による内容物の品質の劣化を防止するために、内容物が収容された後のボトル缶のヘッドスペース内の空気が窒素ガスなどの不活性ガスに置換され、その後、キャップが巻き締められて密閉されることが広く行われている。
【０００３】
従来、このようなボトル缶詰の製造における不活性ガスの置換装置および置換方法として、以下に示すような方法が知られている。
図７に示すように、キャップの巻き締め機にボトル缶１０を搬送する搬送経路の上方に、ガス供給口５と蓄圧部６とが形成されたアッパーブロック２およびアッパーブロック２の下方に設けられたフィルタ部７により構成されたガス供給部が設置され、ガス供給部の両側方から下方に垂下するようにスカート部４が設けられる。そして、ガス供給口５に不活性ガスが供給され、蓄圧部６において一定の圧力とされ、搬送経路にそって一様にフィルタ部７を通過し、アッパーブロック２およびスカート部４に囲まれた空間に不活性ガスが充満し、一様な不活性ガスの雰囲気とされる。
【０００４】
この不活性ガスの雰囲気とされた空間を、内容物１２が収容され開口部１４が密封されていないボトル缶１０が搬送される。これにより、ボトル缶１０のヘッドスペース１３、つまり内容物１２の上面１２ａから開口部１４の上端までの口金部１０ａに囲まれた空間の空気が、自然対流などにより不活性ガスに置換される。その後、ボトル缶１０はキャップの巻き締め機に搬送され、口金部１０ａにキャップが巻き締められ密封される。
（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１-２３８９３９号公報（第１，８項、第８図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような不活性ガスの置換装置および置換方法においては、ボトル缶１０の開口径が小さく置換用ガスの雰囲気とされた搬送経路を通過するだけでは十分にガス置換が行われず、ヘッドスペース１３の内部に残る酸素が内容物１２に影響を及ぼすという問題があった。また、置換効率を向上させるためにヘッドスペース１３の内部に強制的に置換用ガスを吹き込むことが考えられるが、ヘッドスペース１３の内部に置換用ガスが流入せずにボトル缶１０の開口部１４の付近で置換用ガスの渦が形成されてしまうことや、排出された空気が再度ヘッドスペース１３の内部に流入する流れが形成されてしまうことにより、ヘッドスペース１３の内部の酸素量を十分に低下させることができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ヘッドスペース内の空気を十分に不活性ガスに置換させることができるボトル缶のガス置換装置および置換方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。本発明のボトル缶のガス置換装置は、内容物を収容したボトル缶の搬送経路に沿って設けられ、該ボトル缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するためのボトル缶のガス置換装置であって、前記ボトル缶の搬送経路に置換用ガスを供給するガス供給部と、該ガス供給部から供給される置換用ガスを前記ボトル缶の開口部に導くガス流路と、前記ボトル缶の開口部から排出された空気または置換用ガスを前記ボトル缶の開口部から離間する方向に導くガス排出部とを備え、該ガス排出部は平面視して前記開口部の領域内にて前記ガス流路から離間する方向に向けて漸次上方に傾斜する一方、該開口部の領域外にて漸次下るように形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ガス供給部に供給された置換用ガスはガス流路を通過することにより、適切な流速でボトル缶の開口部に導かれ、ヘッドスペース内に供給される。そして、ヘッドスペースから排出された空気または置換用ガスは、ガス排出部に導かれて円滑にボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができ、ヘッドスペース内の酸素量は低減されるので、内容物の酸素による劣化を防止することができる。
また、ボトル缶の開口部から排出されるヘッドスペース内の空気または置換用ガスは、スリットブロックの下面に形成されたガス排出部に導かれ、ガス排出部の内面の傾斜に沿って流れの向きが円滑に変えられ、ボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、効率良くヘッドスペース内のガスを置換することができる。
【００１０】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路が一対のスリットブロックによって形成されているスリットで、前記ガス排出部が該スリットブロックの下面に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ガス流路が一対のスリットブロックによって形成されているスリットで、ガス排出部がスリットブロックの下面に設けられているので、一対のスリットブロックでスリットとガス排出部とが形成される。これにより、簡略な構成のガス置換装置でヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００１２】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス排出部と前記ガス流路との間に前記ボトル缶の開口部内に案内される置換用ガスと該開口部から排出される空気または置換用ガスとの干渉を抑える平面部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ガス排出部とガス流路との間に設けられている平面部により、開口部から排出される空気または置換用ガスの流れは、ガス流路から供給される置換用ガスの流れに巻き込まれることなくガス排出部に案内される。これにより、ヘッドスペースから排出された空気がヘッドスペース内に最流入することなく排出され、確実にヘッドスペース内の酸素量を低減させることができる。
【００１６】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したいずれかのボトル缶のガス置換装置であって、水平面に対する、前記ガス排出部の前記上方に傾斜する角度αと前記下る角度βとが、α＜βの関係とされていることを特徴とする。
【００１７】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、スリットブロックの下面に形成されるガス排出部に流れ込む置換用ガスの流れ、およびガス排出部から排出される置換用ガスの流れが、渦が形成されずスムーズな流れが形成されるように、ガス排出部の角度αおよび角度βが設定される。これにより、ヘッドスペース内の空気が円滑に置換用ガスに置換され、ガス置換効率を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したボトル缶のガス置換装置であって、前記傾斜する角度αが２０°から３０°の範囲で、前記下る角度βが４０°から９０°の範囲であることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ボトル缶の開口部からガス排出部に流れ込む置換用ガスの流れは、ガス排出部の内面に形成された２０°から３０°の範囲の傾斜により案内されるので、ボトル缶の開口部付近で渦を形成せず、スムーズな流れが形成される。また、ガス排出部から流れ出る置換用ガスの流れは、ガス排出部の内面に形成された４０°から９０°の範囲の傾斜により開口部の領域外に案内されるので、スムーズにボトル缶の開口部から離間する方向に排出される流れが形成される。これにより、ヘッドスペース内のガス置換効率をより向上させることができる。
【００２０】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したいずれかのボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路は、前記ボトル缶の開口径に対し１０％から１５％の範囲の寸法となるように形成されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ボトル缶の開口部の中心の開口径に対し１０％から１５％の範囲からヘッドスペース内に供給され、開口部の他の範囲からヘッドスペース内の空気は排出される。これにより、開口部における供給および排出の流れがスムーズになり、開口部付近で渦が形成されることなく、効率良くヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００２２】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したいずれかのボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路は、前記ボトル缶の搬送経路の中心に沿って設けられていることを特徴とする。
【００２３】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ガス流路を通過した置換用ガスはボトル缶の搬送経路の中心に沿って、つまりボトル缶の開口部の進行方向前端縁から後端縁を通るような略直線状に、開口部からヘッドスペース内に供給される。供給された置換用ガスはヘッドスペース内を略直線状に内容物の上面まで流れ、内容物の上面に沿って側方に向けて流れ、ボトル缶の内面に沿って上方へ流れ、開口部から排出される。これにより、ヘッドスペース内の隅々まで置換用ガスの流れが形成され、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００２４】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したいずれかのボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路の側方から前記ボトル缶の開口部より下方に垂下して設けられ、前記ボトル缶の開口部から排出された空気または置換用ガスを前記ボトル缶の開口部から前記ボトル缶の外面に沿って下方に導くスカート部を備えたことを特徴とする。
【００２５】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ガス流路の側方からボトル缶の開口部より下方に垂下するようにスカート部が設けられるので、開口部から排出されガス排出部を流れ出た空気または置換用ガスは、スカート部の内面に導かれボトル缶の開口部から前記ボトル缶の外面に沿って下方に流れ出ると共に、外部の空気が置換用ガスの流れに乗ってヘッドスペース内に流入されることが防止される。これにより、ヘッドスペース内の酸素量をより低減させることができる。
【００２６】
また、本発明のボトル缶のガス置換装置は、上述したいずれかのボトル缶のガス置換装置であって、前記置換用ガスは、不活性ガス又は炭酸ガスであることを特徴とする。
【００２７】
この発明に係るボトル缶のガス置換装置によれば、ヘッドスペース内の空気が十分に不活性ガス又は炭酸ガスに置換されることができ、ヘッドスペース内の酸素量は低減されるので、ボトル缶の内容物の酸素による劣化を防止することができる。
【００２８】
本発明のボトル缶のガス置換方法は、上述した本発明に係るボトル缶のガス置換装置のうちいずれかを予め用意し、前記ボトル缶を搬送経路上で搬送すると共に前記ガス供給部から前記搬送経路に前記置換用ガスを供給し、該置換用ガスを前記ガス流路により前記ボトル缶の開口部に導き、前記ボトル缶の開口部から排出された空気または置換用ガスをガス排出部により、前記ボトル缶の開口部から平面視して前記開口部の領域内にて前記ガス流路から離間する方向に向けて漸次上方に傾斜する一方、該開口部の領域外にて漸次下るように、前記ボトル缶の開口部から離間する方向に導いて、該ボトル缶のヘッドスペース内の空気を前記置換用ガスに置換することを特徴とする。
この発明に係るボトル缶のガス置換方法によれば、ガス供給部に供給された置換用ガスはガス流路を通過することにより、適切な流速でボトル缶の開口部に導かれ、ヘッドスペース内に供給される。そして、ヘッドスペースから排出された空気または置換用ガスは、ガス排出部に導かれて円滑にボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができ、ヘッドスペース内の酸素量は低減されるので、内容物の酸素による劣化を防止することができる。
また、ボトル缶の開口部から排出されるヘッドスペース内の空気または置換用ガスは、スリットブロックの下面に形成されたガス排出部に導かれ、ガス排出部の内面の傾斜に沿って流れの向きが円滑に変えられ、ボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、効率良くヘッドスペース内のガスを置換することができる。
【００２９】
本発明のボトル缶のガス置換方法は、上述したボトル缶のガス置換方法であって、前記ボトル缶の搬送経路の中心に沿って設けられたガス流路からボトル缶の開口部に向けて置換用ガスを供給することを特徴とする。
この発明に係るボトル缶のガス置換方法によれば、ボトル缶の搬送経路の中心に沿って設けられたガス流路から供給された置換用ガスは、ボトル缶の開口部の進行方向前端縁から後端縁を通るような略直線状に、ヘッドスペース内に供給される。そして、ヘッドスペース内を内容物の上面まで流れ、内容物の上面に沿って側方に向けて流れ、ボトル缶の内面に沿って上方へ流れ、開口部から排出される。これにより、ヘッドスペース内の空気がボトル缶の開口部から排出され、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができ、ヘッドスペース内の酸素量を低減させることができるので、ボトル缶の内容物の酸素による劣化を防止することができる。
【００３０】
また、本発明のボトル缶のガス置換方法は、上述したボトル缶のガス置換方法であって、前記置換用ガスは不活性ガス又は炭酸ガスであることを特徴とする。
【００３１】
この発明に係るボトル缶のガス置換方法によれば、ヘッドスペース内の空気が十分に不活性ガス又は炭酸ガスに置換されることができ、ヘッドスペース内の酸素量は低減されるので、ボトル缶の内容物の酸素による劣化を防止することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態によるボトル缶のガス置換装置および置換方法について説明する。
図１は、本発明のボトル缶のガス置換装置の要部を示す概略断面図である。図２は、置換用ガスの流れを示す説明図である。図３および図４は、置換用ガスの流れを示すシミュレーション結果図である。
【００３３】
図１に示すように、ボトル缶のガス置換装置（以下、単にガス置換装置とする）１は、ボトル缶１０の搬送経路の上に設けられるアッパーブロック２と、アッパーブロック２とボトル缶１０の間に設けられるスリットブロック３と、アッパーブロック２およびスリットブロック３の側方から下方に垂下するように設けられたスカート部４とを備えた構成とされている。
【００３４】
ボトル缶１０の搬送経路に沿って設けられるアッパーブロック２には、不活性ガス（置換用ガス）が供給されるガス供給口５と蓄圧部６とが形成され、蓄圧部６の下方にフィルタ部７が設けられ、アッパーブロック２およびフィルタ部７によってガス供給部が構成されている。フィルタ部７は、２〜１０μｍのメッシュで形成された焼結フィルタが用いられている。
【００３５】
フィルタ部７の下方に２個のスリットブロック３が取り付けられ、ボトル缶１０の搬送経路に沿ってスリット（ガス流路）８が形成されている。つまり、スリット８は搬送されるボトル缶１０の前方から後方に向けてボトル缶１０の中心を通るように搬送経路の上方に形成されている。２個のスリットブロック３は、ボトル缶１０の搬送経路の中心線Ｏに対し対称の形状とされ、対称となるように設置されている。これにより、ガス排出部９を流れる不活性ガスは、中心線Ｏに対し対称となるように流れが形成される。
【００３６】
２個のスリットブロック３により形成されるスリット８の寸法Ａはボトル缶１０の開口径に対し１０％〜１５％の範囲に設定され、スリットブロック３の上面とスリット８を形成する面との角部は面取りが行われており、スリット８の上部は導入部１５とされている。
【００３７】
スリットブロック３の下面にはガス排出部９が形成され、スリット８とガス排出部９との間に水平面と平行になるように平面部１１が形成されている。平面部１１の寸法Ｂは２ｍｍ〜８ｍｍの間で、ボトル缶１０の開口径によって適宜選定される。ガス排出部９は略凹面状に形成されており、ガス排出部９の平面部１１から連続する面はスリット８から離間する方向に向け漸次上方に傾斜する傾斜面９ａとされ、傾斜面９ａと滑らかに連続する曲面９ｂをもって下方に向かう形状とされている。傾斜面９ａと平面部１１（水平面）とのなす角度αは３０°に設定され、曲面９ｂの端部の接線と平面部１１（水平面）とのなす角度βは８０°に設定されている。搬送経路の中心線Ｏから曲面９ｂの端部までの寸法Ｃは、ボトル缶１０の開口径の半分の長さより大きく、開口径の１．１倍から３倍の範囲となるように選定される。
【００３８】
ガス置換装置１を搬送されるボトル缶１０は、内容物１２が収容され、内容物１２の上面１２ａから開口部１４までの口金部１０ａに囲まれた空間がヘッドスペース１３とされる。搬送経路の中心線Ｏとボトル缶１０の開口部１４の中心が同軸となるようにボトル缶１０は搬送される。これにより、スリット８から供給される不活性ガスは、ヘッドスペース１３の内部において中心線Ｏに対して対称になるように流れが形成される。
【００３９】
ガス置換装置１においては、開口径が２８ｍｍ〜３８ｍｍのボトル缶１０が用いられ、スリット８の寸法Ａが２ｍｍ〜８ｍｍ、平面部１１の寸法Ｂが２ｍｍ〜８ｍｍ、中心線Ｏから曲面９ｂの端部までの寸法Ｃが開口径の半分の長さより大きく１５．４ｍｍ〜５７ｍｍの範囲から選定される。例えば、開口径がφ３８ｍｍのボトル缶１０が用いられた場合、寸法Ａが４ｍｍ、寸法Ｂが４ｍｍ、寸法Ｃが３８ｍｍに設定される。
【００４０】
上述したようなガス置換装置１の構成において、不活性ガスがガス供給口５から蓄圧部６に供給され、フィルタ部７が流れの抵抗となり、蓄圧部６の内部において不活性ガスは均一に一定の圧力状態となる。蓄圧部６の一様な圧力によって不活性ガスは搬送経路に沿って一様にフィルタ部７を通過し、導入部１５によって圧力損失が生じないようにスリット８に導入される。スリット８を通過する不活性ガスの流速は、不活性ガスの供給量とスリット８の寸法Ａとによって決定される。
【００４１】
図２に示すように、スリット８を通過した不活性ガスは、ボトル缶１０の進行方向前端縁から後端縁を通るように、直線状に搬送経路の中心線Ｏの付近からヘッドスペース１３に流入し、流れの勢いによってヘッドスペース１３の隅々まで循環し、開口部１４から排出される。これにより、ヘッドスペース１３の内部の空気が排出され、ヘッドスペース１３の内部に不活性ガスが供給されたことになる。開口部１４において不活性ガスの流入および排出の流れは常に安定した状態で形成され、ヘッドスペース１３の内部において、渦が形成されることはない。
【００４２】
開口部１４から排出された空気および不活性ガスは、ガス排出部９に案内され、ボトル缶１０の外側に流れ出る。このとき、ガス排出部９の傾斜面９ａと平面部１１とのなす角度αは３０°に設定されているので、渦が形成されることなく流れの向きが変えられ、傾斜面９ａと曲面９ｂはなだらかに形成されているのでスムーズに流れが形成される。また、ガス排出部９の曲面９ｂの端部の接線と平面部１１とのなす角度βは８０°に設定されているので、口金部１０ａの外面とスカート部４との間をスムーズに流れるように空気および不活性ガスの流れが形成される。
【００４３】
そして、平面部１１がスリット８に隣接するように設けられているので、開口部１４においてスリット８から流入してくる不活性ガスの流れに対して、排出される空気および不活性ガスの流れは離れた位置に形成される。これにより、流入してくる不活性ガスの流れに、排出される空気および不活性ガスの流れが巻き込まれることがなくなる。また、スカート部４により外部の空気が不活性ガスの流れに乗ってヘッドスペース１３の内部に流入されることが防止される。
【００４４】
以下に、各置換条件におけるキャップが巻き締められた後のヘッドスペース１３の内部の酸素量を測定した実験結果を表１に示す。実験は、１分間あたりに搬送されるボトル缶１０の個数が５００個で、供給される不活性ガスの温度が２０℃となるように行われた。そして、キャップが巻き締められた後のヘッドスペース１３の内部を０．１５ＭＰａの陽圧とするためにガス置換後に液体窒素を滴下してキャップが巻き締められる。表１の酸素量は、実験を１０回行った結果の平均値である。
【００４５】
【表１】
表１において、比較例１はスリットが設けられず開口部１４の付近を不活性ガスの雰囲気とした、図７に示されるような従来技術の場合の酸素量を示す。比較例２は、図５に示すようにガス排出部９が形成されず、下面全面が平面部１１'とされたスリットブロック３’が設けられ、スリット８が４ｍｍに設定された場合の酸素量を示す。そして、実施例はガス排出部９が形成されたスリットブロック３が設けられ、スリット８が４ｍｍに設定された場合の酸素量を示す。その結果から、最も酸素量が低い実験条件を○、それ以外を×と評価している。
【００４７】
表１より、比較例１に対し比較例２および実施例において酸素量が低く、スリット８を設けることによりガス置換効率が向上していることが分かる。また、比較例２に対し実施例において酸素量が低く、ガス排出部９が設けられたことによってヘッドスペース１３内の空気が効率良く排出されていることが分かる。そして、本実施例の場合が最も酸素量が低く、十分にガス置換が行われていることが分かる。
【００４８】
図３は、上述したようなガス置換装置１の構成を模式的に簡略化し、数値計算による不活性ガスの流れのシミュレーション結果である。口金部１０ａやガス排出部９の曲面９ｂの曲線部などが直線に置き換えられ、角度αが２０°、角度βが４５°に設定され、スリット８を通過する不活性ガスの流速が５０ｍｍ／ｓｅｃ、スリット８の寸法Ａが５ｍｍに設定されている。ヘッドスペース１３などの空間部分に示された多数の短線は、そのポイントでの流れの向きを示し、その長さは流速を示している。
【００４９】
図３より、不活性ガスは、渦が形成されることなく流れが形成され、内容物１２の上面１２ａ近辺まで送り込まれ、ガス排出部９においてスムーズに流れの向きが変えられ、口金部１０ａとスカート部４との間からボトル缶１０の外側に排出するように流れが形成されていることが分かる。つまり、ヘッドスペース１３の内部の空気が円滑に排出され、ヘッドスペース１３の内部の隅々まで不活性ガスが供給されることが分かる。
【００５０】
図４は、図５に示すようにガス排出部９が形成されず、全面が平面部１１’とされた場合におけるシミュレーション結果で、スリット８を通過する不活性ガスの流速が５０ｍｍ／ｓｅｃ、スリット８の寸法Ａが５ｍｍに設定されている。本図において、不活性ガスは、口金部１０ａの先端と平面部１１’との間においてスムーズな流れが形成されず、平面部１１’とスカート部４との角部においてもうまく流れの向きが変えられていないことが分かる。
【００５１】
上述したようなシミュレーションにおいて、角度αおよび角度βを変えたときの不活性ガスが形成する流れの評価結果を表２に示す。シミュレーションは、角度αまたは角度βの一方の角度を固定し他方の角度を変えて行い、角度αおよび角度β以外の条件は同一の設定で行われた。
【００５２】
【表２】
表２は角度βを４５°に固定して角度αを１７°，２０°，２５°，３０°，３３°とし、角度αを２０°に固定して角度βを３７°，４０°，６５°，９０°，９３°としてシミュレーションを行った結果である。この結果から、渦が発生せず流れがスムーズに形成され、ガス置換が円滑に行われている条件の角度αおよび角度βの評価を○、流れがスムーズに形成されず、渦が発生している条件の評価を×とした。表２より、角度αが２０°〜３０°の範囲、角度βが４０°〜９０°の範囲において流れがスムーズに形成されていることが分かる。
【００５４】
また、ボトル缶１０の開口径に対し、平面部１１の寸法Ｂが小さいと平面部１１を設けることによる効果が得られず、平面部１１の寸法Ｂが大きいとガス排出部９を設けていない場合と同じく不活性ガスの排出がスムーズに行われないことが分かっている。同様に、ボトル缶１０の開口径に対し、中心線Ｏから曲面９ｂの端部までの寸法Ｃが小さいとヘッドスペース１３から排出された空気が再度ヘッドスペース１３の内部に入り込み、寸法Ｃが大きいとガス置換装置１の周辺の空気が不活性ガスの流れに巻き込まれヘッドスペース１３の内部に入り込みガス置換効率が低下することが分かっている。
【００５５】
上述したようなガス置換装置１および置換方法によれば、ガス供給口５と蓄圧部６とが形成されたアッパーブロック２およびフィルタ部７によって構成されたガス供給部と、スリット８を形成する２個のスリットブロック３とを備えた構成とされ、スリットブロック３の下面にガス排出部９が形成されるので、スリット８からヘッドスペース１３に供給された不活性ガスは、ヘッドスペース１３の内部の空気を排出し、ガス排出部９を通過し円滑にボトル缶１０の外側に流れ出ることができる。これにより、ボトル缶１０のヘッドスペース１３の内部の酸素量を低減させることができ、ボトル缶１０の内容物１２の酸素による劣化を防止することができる。また、このような構成とすることでガス置換装置１をシンプルに構成することができる。
【００５６】
そして、スリットブロック３の下面に形成されたガス排出部９とスリット８との間に平面部１１が形成されているので、スリット８から供給され開口部１４に流入される不活性ガスの流れに対し、開口部１４から排出される空気および不活性ガスの流れは離れて形成され、お互いに干渉されることなく、排出される流れが流入される流れに巻き込まれて再度、開口部１４に流れ込まないように形成することができる。
【００５７】
さらに、ガス排出部９の傾斜面９ａが平面部１１となす角度αが３０°に設定され、曲面９ｂの端部の接線と平面部１１とのなす角度βが８０°に設定されているので、ガス排出部９において円滑に流れが形成され、効率良くヘッドスペース１３の内部の空気を排出することができる。
【００５８】
また、ボトル缶１０の開口径がφ３８ｍｍの場合にスリット８の寸法Ａが４ｍｍに設定されるので、ボトル缶１０の開口部１４の付近における不活性ガスは、渦が形成されることなくヘッドスペース１３の内部に流入および流出の流れを形成することができる。
【００５９】
また、スリット８はボトル缶１０の搬送経路の中心に沿って設けられており、ボトル缶１０の進行方向に沿った開口部１４の直径上を通るように不活性ガスが供給されるので、スムーズに流入および排出の流れを形成することができる。そして、スカート部４がスリットブロック３の側方から下方に垂下するように設けられているので、外部の空気がヘッドスペース１３の内部に流れ込むことを防止することができる。
【００６０】
つぎに、図６を用いて第２の実施形態のガス置換装置２０について説明する。また、ガス置換装置２０とガス置換装置１とにおいて共通する構成部品には、同一の符号を付して詳細な説明を省略し、ボトル缶１０も上記実施形態と同様に配置されるので図示を省略する。ガス置換装置２０では、一対のスリット形成ブロック２１によりスリット８が形成されており、ガス排出部９が形成されたガス排出部形成ブロック２２とスリット形成ブロック２１とが互いに独立した部材とされている。スリット形成ブロック２１は、水平部２１ａと垂直部２１ｂとを有する断面Ｌ字状の部材で、フィルタ部７の下面に水平部２１ａが当接されて配置されており、水平部２１ａの端部から下方に向けて垂下する垂直部２１ｂがスリット８を形成し、垂直部２１ｂの先端が平面部１１とされている。ガス排出部形成ブロック２２は、断面長方形の部材の下面にガス排出部９が形成された部材で、水平部２１ａおよび垂直部２１ｂに当接するように配置されている。
【００６１】
このように、スリット８とガス排出部９とが異なる部材で構成されていることにより、たとえば不活性ガスの流れをよりスムーズにする場合にスリット８とガス排出部９との配置を相対的に変更して対応することができ、また、ボトル缶１０の形状に合わせてガス排出部９の形状を変更する場合に、ガス排出部形成ブロック２２だけを交換することで対応することができる。なお、ガス流路はスリット８のような連続的な間隙で形成されている構成以外であってもよく、たとえば同様の機能を有するように管状のノズルが連続的にまたは不連続的に設けられてガス流路が構成されていてもよい。また、ガス排出部９はブロック状の部材に形成されている構成以外であってもよく、たとえば同様の機能を有するように屈曲形成された板状の部材で構成されていてもよい。
【００６２】
なお、本実施の形態においては、ボトル缶１０の開口径がφ３８ｍｍの場合について説明を行ったが、開口径がφ３８ｍｍ以外のボトル缶について本発明を用いてもよく、その場合はスリットブロック３の取り付け位置を変えるだけで、そのボトル缶に適したスリット寸法Ａのスリットを形成することができる。また、角度αを３０°としたが、角度αは２０°〜３０°の範囲であればよく、同様に角度βを８０°としたが、角度βは４０°〜９０°の範囲であればよい。また、ボトル缶１０の搬送経路は直線状でも円弧状でもよい。また、置換用ガスを不活性ガスとしているが、炭酸ガスであってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボトル缶のガス置換装置によれば、置換用ガスはガス供給部からガス流路を通過してボトル缶のヘッドスペース内に供給され、ヘッドスペース内の空気がガス排出部に沿って円滑にボトル缶の開口部から離間する方向に排出されるので、ヘッドスペース内の酸素量を低減させることができる。これにより、ボトル缶の容物の酸素による劣化を防止することができる。
また、ボトル缶の開口部から排出される置換用ガスの流れはガス排出部の傾斜に沿って円滑に形成されるので、置換用ガスはボトル缶の開口部付近で渦を形成することなく円滑にボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出ることができる。これにより、効率良くヘッドスペース内のガスを置換することができる。
【００６４】
また、一対のスリットブロックでスリットとガス排出部とが形成されるので、簡略な構成のガス置換装置で、確実にヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００６５】
また、ガス流路に隣接するように平面部が形成されているので、ガス流路から供給される置換用ガスの流れとヘッドスペースから排出される空気の流れとが干渉することがなく、排出される空気が再度ヘッドスペース内に流れ込むことのない流れを形成することができる。これにより、確実にヘッドスペース内の酸素量を低減させることができる。
【００６７】
また、ガス排出部の両端部と水平面とにより形成される角度αおよび角度βは、置換用ガスの流れの向きがスムーズに変わるように形成されているので、円滑な流れを形成することができる。これにより、ヘッドスペース内のガス置換効率を向上させることができる。
【００６８】
また、ガス排出部の傾斜する角度αは２０°から３０°の範囲であるので、ボトル缶の開口部からガス排出部に流れ込む置換用ガスは、渦を形成することなく流れを形成することができる。また、ガス排出部の下る角度βは４０°から９０°の範囲であるので、ボトル缶の開口部から離間する方向に排出される置換用ガスはスムーズな流れを形成することができる。これにより、ヘッドスペース内のガス置換効率をより向上させることができる。
【００６９】
また、ガス流路の寸法はボトル缶の開口径に対し１０％から１５％となるように設定されるので、ボトル缶のヘッドスペース内に供給される置換用ガスの流入および流出の流れが円滑に形成され、ヘッドスペース内の隅々まで置換用ガスを供給することができる。これにより、効率良くヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００７０】
また、ボトル缶の搬送経路の中心に沿ってガス流路が形成されているので、供給される置換用ガスはボトル缶の開口部の進行方向前端縁から後端縁を通るように略直線状に開口部からヘッドスペース内に流れ込み、ヘッドスペース内を隅々まで置換用ガスの流れが形成され、ヘッドスペース内の空気を開口部から排出することができる。これにより、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができる。
【００７１】
また、ガス流路の側方に設けられたスカート部により外部の空気がヘッドスペース内に流入されることが防止されるので、ヘッドスペース内の酸素量をより低減させることができる。
【００７２】
また、ヘッドスペース内に供給される置換用ガスは不活性ガス又は炭酸ガスであるので、ヘッドスペース内の酸素量を確実に低減させることができ、ボトル缶の内容物の酸素による劣化を防止することができる。
【００７３】
本発明のボトル缶のガス置換方法によれば、ガス供給部に供給された置換用ガスはガス流路を通過することにより、適切な流速でボトル缶の開口部に導かれ、ヘッドスペース内に供給される。そして、ヘッドスペースから排出された空気または置換用ガスは、ガス排出部に導かれて円滑にボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、ヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換することができ、ヘッドスペース内の酸素量は低減されるので、内容物の酸素による劣化を防止することができる。
また、ボトル缶の開口部から排出されるヘッドスペース内の空気または置換用ガスは、スリットブロックの下面に形成されたガス排出部に導かれ、ガス排出部の内面の傾斜に沿って流れの向きが円滑に変えられ、ボトル缶の開口部から離間する方向に流れ出る。これにより、効率良くヘッドスペース内のガスを置換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるボトル缶のガス置換装置の要部を示す概略断面図である。
【図２】 置換用ガスの流れを示す説明図である。
【図３】 置換用ガスの流れを示すシミュレーション結果図である。
【図４】 置換用ガスの流れを示すシミュレーション結果図である。
【図５】 ガス排出部が形成されていないガス置換装置の要部を示す概略断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態におけるボトル缶のガス置換装置の第２の実施形態の要部を示す概略断面図である。
【図７】 従来のガス置換装置の要部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ ボトル缶のガス置換装置
３ スリットブロック
４ スカート部
８ スリット（ガス流路）
９ ガス排出部
９ａ 傾斜面
９ｂ 曲面
１０ ボトル缶
１１ 平面部
１２ 内容物
１３ ヘッドスペース
１４ 開口部
Ｏ 中心線
α 傾斜面と平面部（水平面）とのなす角度
β 曲面の端部の接線と平面部（水平面）とのなす角度
Claims (12)
- 内容物を収容したボトル缶の搬送経路に沿って設けられ、該ボトル缶のヘッドスペース内の空気を置換用ガスに置換するためのボトル缶のガス置換装置であって、前記ボトル缶の搬送経路に置換用ガスを供給するガス供給部と、該ガス供給部から供給される置換用ガスを前記ボトル缶の開口部に導くガス流路と、前記ボトル缶の開口部から排出された空気または置換用ガスを前記ボトル缶の開口部から離間する方向に導くガス排出部とを備え、
該ガス排出部は平面視して前記開口部の領域内にて前記ガス流路から離間する方向に向けて漸次上方に傾斜する一方、該開口部の領域外にて漸次下るように形成されていることを特徴とするボトル缶のガス置換装置。 - 請求項１に記載のボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路が一対のスリットブロックによって形成されているスリットで、前記ガス排出部が該スリットブロックの下面に設けられていることを特徴とするボトル缶のガス置換装置。
- 請求項１または請求項２に記載のボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス排出部と前記ガス流路との間に前記ボトル缶の開口部内に案内される置換用ガスと該開口部から排出される空気または置換用ガスとの干渉を抑える平面部が設けられていることを特徴とするボトル缶のガス置換装置。
- 請求項１から請求項３のいずれかに記載のボトル缶のガス置換装置であって、水平面に対する、前記ガス排出部の前記上方に傾斜する角度αと前記下る角度βとが、α＜βの関係とされていることを特徴とするボトル缶のガス置換装置。
- 請求項４に記載のボトル缶のガス置換装置であって、前記傾斜する角度αが２０°から３０°の範囲で、前記下る角度βが４０°から９０°の範囲であることを特徴とするボトル缶のガス置換装置。
- 請求項１から請求項５のいずれかに記載のボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路は、前記ボトル缶の開口径に対し１０％から１５％の範囲の寸法となるように形成されていることを特徴とするボトル缶のガス置換装置。
- 請求項１から請求項６のいずれかに記載のボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路は、前記ボトル缶の搬送経路の中心に沿って設けられていることを特徴とするボトル缶のガス置換装置。
- 請求項１から請求項７のいずれかに記載のボトル缶のガス置換装置であって、前記ガス流路の側方から前記ボトル缶の開口部より下方に垂下して設けられ、前記ボトル缶の開口部から排出された空気または置換用ガスを前記ボトル缶の開口部から前記ボトル缶の外面に沿って下方に導くスカート部を備えたことを特徴とするボトル缶のガス置換装置。
- 請求項１から請求項８のいずれかに記載のボトル缶のガス置換装置であって、前記置換用ガスは、不活性ガス又は炭酸ガスであることを特徴とするボトル缶のガス置換装置。
- 請求項１から請求項９のいずれかに記載のボトル缶のガス置換装置を予め用意し、前記ボトル缶を搬送経路上で搬送すると共に前記ガス供給部から前記搬送経路に前記置換用ガスを供給し、該置換用ガスを前記ガス流路により前記ボトル缶の開口部に導き、前記ボトル缶の開口部から排出された空気または置換用ガスをガス排出部により、前記ボトル缶の開口部から平面視して前記開口部の領域内にて前記ガス流路から離間する方向に向けて漸次上方に傾斜する一方、該開口部の領域外にて漸次下るように、前記ボトル缶の開口部から離間する方向に導いて、該ボトル缶のヘッドスペース内の空気を前記置換用ガスに置換することを特徴とするボトル缶のガス置換方法。
- 請求項１０に記載のボトル缶のガス置換方法であって、前記ボトル缶の搬送経路の中心に沿って設けられたガス流路からボトル缶の開口部に向けて置換用ガスを供給することを特徴とするボトル缶のガス置換方法。
- 請求項１１に記載のボトル缶のガス置換方法であって、前記置換用ガスは、不活性ガス又は炭酸ガスであることを特徴とするボトル缶のガス置換方法。
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