JP4570018B2

JP4570018B2 - 容器内ガス置換方法、容器内ガス置換装置、及び、飲料液充填装置

Info

Publication number: JP4570018B2
Application number: JP2003351311A
Authority: JP
Inventors: 恭子田中; 浩一青木; 昇吾山口; 稔吉澤; 知一清水
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Food and Packaging Machinery Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: JP2005112436A

Description

本発明は、容器内ガス置換方法、容器内ガス置換装置、及び、飲料液充填方法に関し、特に、回転的に移動する容器に対して追従してガス置換を行い、又は、飲料液を充填する容器内ガス置換方法、容器内ガス置換装置、及び、飲料液充填方法に関する。

ペットボトル、ボトル缶のような容器は、全世界的規模で大量に消費される。容器生産ラインには、洗浄工程のリンサー、充填工程のフィラーが設備されている。このような工程は、その高速化が求められる。その高速化のためには、洗浄機器、充填機器は容器移送機に追従して工程ライン上で同期して移動する間に洗浄、充填が行われている。ノンガス飲料液用容器では、充填工程で内部の空気が除去される必要がある。

炭酸ガスのようなガスを含まない飲料液を充填する装置として、開閉弁を備える充填機構のノズルの先端を容器の口、口栓部位の開口部の上側に保持し、又は、そのノズルの先端を容器内に挿入し、充填液を重力で自由落下させて容器に供給する自由落下式充填機構が知られている。このような開放状態の充填方式では、ノズルから離れて容器内に注入される過程で空気に接触する飲料液は、空気中の酸素に触れ、充填後の容器の上方部位のヘッドスペースに残存する空気に触れ続け、その品質が劣化する。ヘッドスペースに残存する空気と飲料液の長期間の接触を回避するために、充填後にキャップを装着する前に、そのヘッドスペースの空気を不活性ガスで置換することが行われている。

そのような置換の技術として、一列に配列され常態的に下向きに不活性ガスを吹き出す複数のノズルの吹出口の下方側で、飲料液が充填されている容器を搬送する空気置換方式が知られている。そのような搬送ラインが円形状に形成され、飲料液充填後の容器とガス置換機器とが追従して移送される追従方式が後掲特許文献１で更に知られている。このような技術では、飲料液の粘性が高く充填速度が更に高速化される場合には、飲料液中に空気を抱き込む泡が液中に発生し、その泡はヘッドスペースに移動して封入後に残存することが知られている。

このような空気抱き込み泡の発生を回避するために、容器内空気を引き抜いて容器内を真空にした後に飲料液を充填する充填技術、容器内に液体窒素液滴を滴下し窒素液の蒸発気体で容器内を充満した後に飲料液を充填する充填技術が後掲特許文献２で知られている。このような技術に用いられる真空引き装置は装置ラインを複雑化し、且つ、ガス量制御が困難であり、実用的には採用しがたい問題点が残存している。更には、充填過程の飲料液の周囲の雰囲気を形成する空気と飲料液の接触を回避するために、飲料液吐出口の周囲に不活性ガスを吹き出することにより形成される環状の不活性ガスカーテンで内側の飲料液を空気から保護する技術が、後掲特許文献３で提案されている。このような不活性ガスカーテン保護技術には、不活性ガスの使用量の多くが無駄になる恐れがある。

回転式（ロータリー式）ガス置換ラインの追従機構の簡素化が重要である。不活性ガスの使用量を削減することが求められる。リンサー、フィラー、キャッパー（封入機）を含む一連のラインとガス置換ラインとの融合に好適であるガス置換技術の確立が求められる。

実公平６−４２９６８号特開２００２−２９３３９８号特公平６−３３１１８号

本発明の課題は、ロータリー式ガス置換ラインの追従機構が簡素化する容器内ガス置換方法、容器内ガス置換装置、及び、飲料液充填方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、不活性ガスの使用量を削減する容器内ガス置換方法、容器内ガス置換装置、及び、飲料液充填方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、リンサー、フィラーを含む一連のラインとガス置換ラインとの融合に好適であるガス置換の技術を確立する容器内ガス置換方法、容器内ガス置換装置、及び、飲料液充填方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、充填時の飲料液の空気接触をより有効に回避する技術を確立する容器内ガス置換方法、容器内ガス置換装置、及び、飲料液充填方法を提供することに
ある。

本発明による容器内ガス置換方法は、複数の容器（Ｂ）を回転面の回転に同期させて公転させる第１ステップと、回転面に対して固定される回転軸（３５）を回転面の回転に同期させて公転させる第２ステップと、回転軸（３５）の廻りにノズルレバー（４１）を一定角度範囲で回転させて揺動的に自転させる第３ステップとから構成されている。第３ステップは、ノズルレバーの噴射口（５５）から容器の上方部位の口（５６）の中に不活性ガスを噴射し容器の中の空気を不活性ガスで置換する噴射自転位置（ＩＩ）に噴射口（５５）を位置づける第４ステップと、ノズルレバー（４１）の噴射口を口（５６）から離隔させて口（５６）から退避させる退避自転位置（Ｉ）に噴射口（５６）を位置づける第５ステップとから形成されている。第５ステップでは、不活性ガスの噴射は停止し、第１ステップと第２ステップと第３ステップとは規定される時間帯で同時的に実行される。

ノズルレバーは容器に追従しながら公転し、ガス置換は公転の途中で行われる。置換のために容器の停止がなく、多数の容器に同時進行的に置換が行われ、置換工程に時間的無駄がなく、ガス置換効率が高く、置換終了時点では不活性ガスの噴射は停止し、不活性ガスを無駄に消費しない。

容器を洗浄する第６ステップと、容器に飲料液を充填する第７ステップとが効果的に追加される。第６ステップは、第１ステップより時間的に先行し、第７ステップは第５ステップより時間的に後行する。ガス置換は、洗浄工程と充填工程の間で実行されることに意義がある。

本発明による容器内ガス置換装置は、回転円盤（４）と、回転円盤（４）に支持されて回転円盤（４）と同体に回転し容器を支持する容器支持機構（６）と、回転円盤（４）に支持され回転円盤（４）と同体に回転し不活性ガスを容器の開口から下方に噴射して容器の中の空気を不活性ガスで置換するガス噴射機構（５）とから構成されている。ガス噴射機構（５）は、不活性ガスを噴射する噴射口（５５）を備えるノズルレバー（４１）と、ノズルレバー（４１）を揺動自在に支持する揺動機構（２８）とから形成されている。噴射口（５５）は、回転円盤（４）の回転面に平行である面上の２位置（Ｉ，ＩＩ）の間で揺動し、２位置のうちの１位置（ＩＩ）は、噴射口（５５）が容器の上端部位の口の真上にある噴射位置に対応し、２位置のうちの他の１位置（Ｉ）は、噴射口（５５）が容器の上端部位の口から離れる退避位置に対応する。

噴射位置（ＩＩ）と退避位置（Ｉ）の揺動回転変位に対応して不活性ガスの噴射とそれの停止が行われ、機械的追従関係を保持して機械的に揺動するノズルレバーの位置に対応して不活性ガスの供給が行われ、追従とガス供給が機械的に連動し、追従型のガス置換の機械系が簡素化され、且つ、ガス置換終了位置でガス供給が停止され、不活性ガスの無駄な使用量が削減される。

回転円盤（４）に支持されて回転円盤（４）と同体に回転し不活性ガスの供給と不活性ガスの供給の停止を切り換える開閉弁（２７）が追加される。開閉弁（２７）は、本体筒（２９）と、本体筒（２９）のなかで回転する回転弁体（３４）とから形成されている。ノズルレバー（４１）の中には、回転弁体（３４）と噴射口（５５）を接続する通路が形成される。回転弁体（３４）は、ノズルレバー（４１）に結合してノズルレバー（４１）と同体に揺動し、回転弁体（３４）は、噴射位置（ＩＩ）でその通路に不活性ガスを供給し、退避位置（Ｉ）で不活性ガスを通路に供給しない。このように追従型のガス置換の機械系は、より具体的に回転弁の回転位置と既述の２位置（Ｉ，ＩＩ）の対応が機械的でありより実用的に簡素化される。

カム機構が機械系のより一層の簡素化のために用いられる。カム機構は、回転円盤（４）の回転軸心線（Ｌ）の廻りに配置されるカム輪（４９）と、カム輪（４９）に係合して揺動する揺動レバー（４７）とから形成される。揺動レバー（４７）の揺動は回転弁体（３４）の揺動に機械的に連動している。カム輪（４９）は揺動レバー（４７）の動作点が接触するカム面（５１）を有している。カム面（５１）は、噴射口（５５）を退避位置（Ｉ）に位置づける第１カム面（５３）と、噴射口（５５）を噴射位置（ＩＩ）に位置づける第２カム面（５２）とから構成されている。カム面（５１）は、第１カム面（５３）と第２カム面（５２）で二分され、第１カム面（５３）は第１角度範囲で連続し第２カム面（）５２は第２角度範囲で連続している。両角度領域で噴射と非噴射が機械的に制御され、噴射制御の機械構造がより簡素化される。具体的には、第１角度範囲と第２角度範囲の合計は３６０度である。ロータリー式ガス置換機構の簡素化がより一層に促進されている。

本発明による飲料液充填方法は、容器を配置するステップと、飲料液を自由落下させるステップと、自由落下する飲料液を容器に注入するステップと、自由落下して縮径する飲料液の周囲に不活性ガスを吹き付けて不活性ガスの層流（８８）を飲料液の周面（８７）に形成するステップとから構成されている。層流（８８）は飲料液に誘引されて容器の中に侵入し、容器の中の空気は不活性ガスと飲料液とで置換される。重力による自由落下の利用は、合理的である。自由落下する流体は、加速度を受け、流速が増加し自然にその流路断面積が縮小する。このような縮小は、縮径と呼ばれる。その縮径は、周囲の真空化により不活性ガスを吸引し、不活性ガスは飲料液の円錐状の周面に吸着して一体的に容器に侵入する。飲料液は確実に不活性ガスに保護される。

飲料液は、ノズルの下端開口（８４）から噴出し容器の上方部位の上端開口から容器の中に流入し、下端開口（８４）は上端開口より上方に位置していることが適正である。ノズルの下端開口（８４）は容器の内部で容器内の液面より上方に位置づけられ得る。飲料液は、ノズルの下端開口から噴出する。

本発明による飲料液充填装置は、飲料液を供給する第１供給源と、不活性ガスを供給する第２供給源と、飲料液と不活性ガスを噴射する二重管ノズル（５８）とから構成される。二重管ノズル（５８）は、外管（６２）と、外管（６２）の内側に配置される内管（５９）と、内管（５９）の内部には第１供給源から飲料液が供給され、内管（５９）と外管（６２）の間の環状空間（６４）には第２供給源から不活性ガスが供給される。飲料液は内管（５９）の下端開口（８４）から自由落下的に放出され、不活性ガスは環状空間（６４９の下端開口（８３）から噴射される。縮径する飲料液と飲料液の周囲（８７）に誘引されて形成する不活性ガスの層流（８８）は容器の口から容器の中に注入される。

内管（５９）の下端部位の外側面は飲料液の流れ方向に対して傾斜する傾斜面（８６）として形成されて、その下端部位は先鋭に形成されている。その先鋭な円形線では、不活性流と飲料液との交叉を防止して、層流（８８）が円滑に飲料液流体束の周面に形成される。不活性ガスの流れ面は環状空間（６４）の下端部位で傾斜面（８６）に沿う面に形成されている。内管（５９）の下端開口（８４）は環状空間（６４）の下端開口より高い位置に位置づけられることが適正である。二重管ノズル（５８）の下端は容器の内部に昇降自在に位置づけられることは置換効率を向上させる。

本発明による容器内ガス置換方法、容器内ガス置換装置、及び、飲料液充填方法は、ロータリー式ガス置換ラインの追従機構を簡素化することができる。不活性ガスの使用量は削減される。リンサー、フィラーを含む一連のラインとガス置換ラインとの融合が合理的に実現される。充填時の飲料液の空気接触をより有効に回避する技術を確立することができる。

本発明による容器内ガス置換装置の実現態は、図に対応して、詳細に記述される。その実現態は、図１に示されるように、３つの回転系により構成される。その３つの回転系は、リンサー回転系１と、ガス置換回転系２と、フィラー回転系３とから構成されている。３つの回転系の本体は、それぞれに、回転円盤を形成している。リンサー回転系１はボトル内面を洗浄し、ガス置換回転系２はボトル内ガスを置換し、フィラー回転系３は飲料液を充填する。ボトルとして、ＰＥＴボトルが好適に例示される。

リンサー回転系１の外周縁で把持され円運動するＰＥＴボトルＢは、円周上の定位置である第１移載位置Ｍでガス置換回転系２に移載される。第１移載位置Ｍでガス置換回転系２に移載されるボトルＢは、ガス置換回転系２と同体に１円周上で円運動する。ボトルＢの円運動の期間中に、ガス置換初期位置Ｎでガス置換が開始され、ガス置換終了位置Ｐでガス置換が終了する。ガス置換初期位置Ｎとガス置換終了位置Ｐとの間の回転角度は、ガス置換速度とガス置換回転系２の回転速度とにより適正に設計される設計定数である。ボトルＢは、ガス置換終了位置Ｐをより回転方向に僅かに進んだ回転角度位置の第２移載位置Ｑで、ガス置換回転系２からフィラー回転系３に移載される。

ガス置換回転系２の本体は、回転円盤４として構成されている。回転円盤４と同体に回転円盤４に、複数のノズル型ガス噴射ユニット５と、多数のボトルＢをそれぞれに把持する多数のグリッパユニット６とが形成されている。１つのノズル型ガス噴射ユニット５は、１つのグリッパユニット６に位置対応して１円周上で等角度間隔で回転円盤４に配置されている。回転運動中のノズル型ガス噴射ユニット５は、グリッパユニット６に把持されるボトルＢに対して追従関係を保持している。

１つのグリッパユニット６は、図２に示されるように、１つのボトルＢを把持する。回転円盤４は、中心支柱７に回転自在に内挿されている回転駆動軸８に同体に結合している。ノズル型ガス噴射ユニット５は、回転円盤４の周縁で立ち上がるステーロッド９に支持されている。置換用ガスは、ガス分配供給器１１から多数のノズル型ガス噴射ユニット５に分配的に供給される。ガス分配供給器１１は、多数のガス分配管１２を介してそれぞれにノズル型ガス噴射ユニット５に接続している。回転駆動軸８に同軸に結合するヘッダーピラー１３の頂部の内部は、ガス分配共通口１４として形成されている。多数のガス分配管１２のそれぞれの一端側は、共通にヘッダーピラー１３に接続している。ガス分配供給器１１は、ガス分配共通口１４に対してロータリジョイント１５を介して連通している。ガス分配供給器１１には、ガス供給管１６が接続している。ガス供給管１６の一部位は、ステーフレーム１７に支持されている。ステーフレーム１７は、支持板１８を介して中心支柱７に固定的に支持されている。置換用ガス１９は、ガス供給管１６に導入されている。

図３は、ノズル型ガス噴射ユニット５とグリッパユニット６の詳細を示している。公知のグリッパユニット６は、ボトルＢの頚部を把持する開閉自在なネックホルダ２１と、ネックホルダの両指を開閉駆動するネックホルダ動作カム輪板２２とから形成されている。ネックホルダ動作カム輪板２２は、支持板１８に対して支持体２３を介して１水平面上に支持されている。ネックホルダ２１の両指は、圧縮ばね２４により常態的に開く方向に付勢されている。その両指は、第１移載位置Ｍと第２移載位置Ｑの間の回転角度範囲でネックホルダ動作カム輪板２２に形成されている動作カム面２５に転動し又は摺動する動作体２６の動作力を受けて、その回転角度範囲で強制的に閉じる方向の動作力を受ける。このような把持機構の把持動作は、回転円盤４の回転に機械的に同期していて、その同期制御が簡素に形成され得る。このような把持機構は、周知である。

ノズル型ガス噴射ユニット５は、ガス分配開閉弁機構２７と揺動ノズル機構２８とから構成されている。ガス分配開閉弁機構２７の本体は、弁形成本体筒２９として形成されている。弁形成本体筒２９は、図２に示されるように、既述のステーロッド９を介して回転円盤４に支持されている。弁形成本体筒２９の中に形成されるガス供給路３１は、蓋部分３２により閉められている。ガス分配管１２の開口端は、ガス供給路３１に接続して開放されている。弁形成本体筒２９の内部でガス供給路３１に、非回転摺動弁座３３と回転摺動弁体３４と鍔付き回転筒３５が挿入されている。鍔付き回転筒３５は、回転摺動弁体３４に一体的に固着されている。非回転摺動弁座３３は、回転阻止ピン３６により回転を制止されている。非回転摺動弁座３３と回転摺動弁体３４の対向面は回転摺動面として形成されている。非回転摺動弁座３３には、軸心線から離隔した位置で、第１導通路３７が軸心線方向に貫通的に開けられている。回転摺動弁体３４には、軸心線から離隔した位置で、第２導通路３８が軸心線方向に貫通的に開けられている。非回転摺動弁座３３の第１導通路３７は、非回転摺動弁座３３に対して規定される回転位置の回転摺動弁体３４の第２導通路３８に位置的に一致して、第１導通路３７と第２導通路３８は１直線上に接続する。鍔付き回転筒３５の鍔部の上面側には円形状溝が形成され、鍔付き回転筒３５の筒部の中心にはガス通路３９が形成されている。ガス通路３９の上端は、その円形状溝で開放されている。ガス通路３９は、既述の回転位置の回転摺動弁体３４の第２導通路３８を介して非回転摺動弁座３３の第１導通路３７に接続する。

揺動ノズル機構２８は、ノズル形成揺動レバー４１を備えている。ノズル形成揺動レバー４１は、鍔付き回転筒３５の筒部の下端面に固着的に接合し、鍔付き回転筒３５と同体に揺動的に回転する。ノズル形成揺動レバー４１には部分的に円筒部分が形成され、その円筒部分は第１セクタギア４２として形成されている。第１セクタギア４２に噛み合う第２セクタギア４３は、揺動軸４４に支持されている。揺動軸４４は、弁形成本体筒２９の上方部位に一体に取り付けられている上側ブラケット４５と弁形成本体筒２９の下方部位に一体に取り付けられている下側ブラケット４６とに貫通して軸受けされて、両ブラケット４５，４６に回転自在に支持されている。

揺動軸４４の頂部には、図４に示されるように、揺動レバー４７が取り付けられている。揺動レバー４７の自由側端部には、カム動作ローラ４８が回転自在に支持されている。ノズル揺動カム動作輪板４９は、図２に示されるように、Ｌを軸心線として共有し、回転軸心線Ｌの廻りで一周している。ノズル揺動カム動作輪板４９の外周面は、図４に示されるように、ノズル揺動カム動作面５１として形成されている。ノズル揺動カム動作面５１は、回転円盤４の回転方向にガス置換初期位置Ｎからガス置換終了位置Ｐに向かう回転角度範囲では、向心方向に低位に形成されるノズル揺動カム動作低位面５２として形成されている。ノズル揺動カム動作面５１は、回転円盤４の回転方向に第２移載位置Ｑからと第１移載位置Ｍに向かう回転角度範囲では、遠心方向に高位に形成されるノズル揺動カム動作高位面５３として形成されている。揺動レバー４７の自由側端部と回転円盤４の間には、図３に示されるように、引張コイルスプリング５４が介設されている。引張コイルスプリング５４は、カム動作ローラ４８がノズル揺動カム動作面５１に常態的に接する向きに揺動軸４４と同体に回転する回転力を揺動レバー４７に与えている。

カム動作ローラ４８がノズル揺動カム動作高位面５３に接して転動している回転運動中には、揺動レバー４７は図４に示されるガス噴出禁止位置Ｉに位置している。カム動作ローラ４８がノズル揺動カム動作低位面５２に接して転動している回転運動中には、揺動レバー４７は図４に示されるガス噴出許容位置ＩＩに位置している。位置Ｉは退避位置であり、位置ＩＩは動作位置である。位置Ｉと位置ＩＩの比較のために、位置Ｉは、現実に位置し得る実線位置と現実に位置し得ない点線位置とで図４に示されている。位置ＩＩのノズル形成揺動レバー４１のガス噴射口５５は、図３に示されるように、ボトルＢの頚部の開口上端面５６に回転方向に位置的に一致している。退避位置Ｉと動作位置ＩＩの位置間で、ノズル形成揺動レバー４１のガス噴射口５５は開口上端面５６に平行である１水平回転面の上で回転し、ノズル形成揺動レバー４１は昇降方向に運動することはない。ガス噴射口５５の下端面と開口上端面５６との間には、僅かな高さ幅の隙間が与えられている。その高さ幅は、より狭いことがガス置換効率の向上の点で望ましい。ノズル形成揺動レバー４１を動作位置ＩＩに厳密に保持するためには、揺動レバー４７と上側ブラケット４５との間に揺動レバー４７の回転を制止するストッパ機構を介設することが望ましい。その場合には、カム動作ローラ４８はノズル揺動カム動作低位面５２に接することは強制されない。

ノズル形成揺動レバー４１が動作位置ＩＩに位置している時間中には、ノズル形成揺動レバー４１と同体に回転する鍔付き回転筒３５のガス通路３９は、第２導通路３８を介して第１導通路３７に連通している。ガス供給管１６に導入される置換用ガス１９は、ガス分配供給器１１とロータリジョイント１５を介してガス分配管１２に分配され、ガス分配管１２に分配される置換用ガス１９は、図３に示されるように、ガス供給路３１に導入され、連通しあう第１導通路３７と第２導通路３８とガス通路３９を介して、ノズル形成揺動レバー４１の中に通されている噴出案内孔の先端開口であるガス噴射口５５から吹き出してボトルＢの中に導入される。

このようなガス噴射は、それぞれの揺動ノズル機構２８に関して、ガス置換初期位置Ｎで開始されガス置換終了位置Ｐで終了する。ガス置換が終了したボトルＢは、第２移載位置Ｑでガス置換回転系２からフィラー回転系３に移載される。フィラー回転系３で回転運動するボトルＢには、飲料液が充填される。飲料液が充填されるボトルＢの中は、空気ではなく空気と置換されている不活性ガスが充填されている。充填される飲料液は、その不活性ガスを追い出す。その不活性ガスは、飲料液と置換される。飲料液の充填の際に生じる泡立ちに吸い込まれるガスは空気ではなく不活性ガスである。栓で密封されるボトルＢの中に空気は残存しない。ボトルＢの中に不活性ガスが残存することは許容される。

図５は、本発明による飲料液充填方法の実現態を示している。飲料液は、ノンガス飲料液である。本実現態では、飲料液吐出口はボトルＢの口より上方側に位置づけられ、充填ノズルユニット５８が用いられている。充填ノズルユニット５８は、飲料液供給ノズル本体筒５９と、弁体６１と、ガス供給ノズル本体筒６２とを備えている。ガス供給ノズル本体筒６２は、飲料液供給ノズル本体筒５９に外挿されている。飲料液供給ノズル本体筒５９の内側は飲料液流路６３として形成されている。飲料液供給ノズル本体筒５９とガス供給ノズル本体筒６２の間の環状空間は、ガス流路６４として形成されている。飲料液供給ノズル本体筒５９の上端面は、蓋６５で閉じられている。弁体６１は、弁棒６６により支持され弁棒６６の下方端に一体に形成されている。弁棒６６の上方部分は、蓋６５を貫通している。弁棒６６の上端は、エアシリンダ６７の動作部分６８に結合している。飲料液供給ノズル本体筒５９の上方部位には半径方向に飲料液供給管６９が貫通し、飲料液供給管６９の管端面は飲料液流路６３で開放されている。飲料液供給ノズル本体筒５９には半径方向にガス供給管７１が貫通し、ガス供給管７１の管端面はガス流路６４で開放されている。ガス供給管７１の一部位は、飲料液供給ノズル本体筒５９に結合している。飲料液供給管６９は飲料液供給タンク（図示されず）に接続し、ガス供給管７１の内部に形成されているガス通路７２は、不活性ガス供給源（図示されず）に接続している。ガス置換回転系２で用いられるグリッパユニット６と同じグリッパユニット６が、フィラー回転系３で用いられる。

図６は、弁体６１とそれの近傍の詳細を示している。飲料液供給ノズル本体筒５９の下端部位は、縮径化される縮径部分７３を形成している。縮径部分７３は、下方に向かって滑らかに縮径化する円錐座面形成部分７４と、最小径部分７５とから形成されている。円錐座面形成部分７４は、下方向きに最小径部分７５に連続に接続している。円錐座面形成部分７４の内面は円錐面７６に形成され、最小径部分７５の内面は円筒面７７に形成されている。弁体６１の上方部位７８は、飲料液流路６３の流路断面積を縮小して第１環状流路７９を形成している。弁体６１の下方部位８１は、第１環状流路７９の流路を更に縮径化して第２環状流路８２を形成している。第２環状流路８２は、断面輪環状の流路の流れを軸線線方向に収束させる絞り作用を有している。飲料液供給ノズル本体筒５９の下端部位とガス供給ノズル本体筒６２の下端部位との間には、縮径化されたガス吹出口８３が形成されている。

飲料液流路６３の下端開口面８４とガス噴出口８３の下端開口面８５とが同一平面を形成することは、液流とガス流の層状化の点で好ましい。ガス噴出口８３の下端開口面８５が飲料液流路６３の下端開口面８４より僅かに下方に位置することは、その層状化を阻害しない。飲料液流路６３の下端に一致する飲料液供給ノズル本体筒５９の下端は、先鋭化されている。円筒面７７の下端部位は円筒面であるが、飲料液供給ノズル本体筒５９の下端部位の外周面は円錐面８６に形成されている。

図６に示されるボトルＢは、既述のネックホルダーで規定位置に支持されている。下端開口面８４と容器Ｂの上端開口面との間の隙間幅は、適正値に設定されている。その適正値としては、５〜１０ｍｍが適正である。ガス通路７２からガス流路６４に導入される適正圧力の不活性ガスは、ガス噴出口８３からボトルＢの中に吹き出される。その直後に、エアシリンダ６７が動作し弁体６１が上動して、図６に示されるように、第１環状流路７９が開通し、飲料液供給管６９から供給され飲料液流路６３に導入される飲料液の流れは、円錐面７６と円筒面７７により強制的に縮径され、下端開口面８４から放出される。飲料液は、第１環状流路７９で重力的に自然落下して下端開口面８４から放出される。下端開口面８４から下方に放出され重力加速度を受けてその流速が増大する飲料液の流れは、自然に縮径化される。その縮径化の程度は、初期直径と初期速度と重力加速度とにより計算され得る。下端開口面８４から放出される飲料液の流れは、飲料液供給ノズル本体筒５９の下端の先鋭円周で有効に絞られてその縮径化が促進される。縮流化された飲料液は、その外周面が円錐状面８７に保持される。ガス噴出口８３から下方に吹き出す不活性ガスは、その縮径円錐状面の負圧に誘引されて、環状薄膜状の層流８８に形成され、円錐面８６を被覆する。その不活性ガスの層流８８は、ボトルＢの中でより下方で更に縮径化する飲料液の円錐状面８７に吸着し、飲料液に同体化して、ボトルＢの中の飲料液面まで誘導される。ボトルＢの中に初期的に充填されている不活性ガスは、飲料液と層流８８の不活性ガスとに置換されて、矢印８９で示されるように、ボトルＢの口の内面と層流８８の外周面の間を通って外部に放出される。ボトルＢの中に残存していた僅かな空気は、概ね完全にボトルＢの中から追放される。飲料液の規定量がボトルＢの中に充填された後のボトルＢのヘッドスペースには不活性ガスが充満している。

図７は、本発明による容器内飲料液充填方法の他の実現態を示している。本実現態では、既述の実現態のガス噴出口８３と下端開口面８４とが形成されるノズル筒９１が別途に用いられる。ノズル筒９１は、外筒９２と内筒９３とから形成されている。内筒９３の内部は、飲料液流路６３に接続して連通している。ガス通路７２は、外筒９２と内筒９３の間の環状空間９４に連通している。

図８に示されるように、図６の下端開口面８４は内筒９３の下端面に下端開口面８４’として転位され、図６の下端開口面８５は環状空間９４の下端面に下端開口面８５’として転位されている。内筒９３の下端の先鋭化と外筒９２の下端の先鋭化は、図６に対応して記述されいる通りである。飲料液の縮径と層流８８の形成は、既述の通りである。飲料液は、ボトルＢの中の液面の近傍で層流８８でより確実に覆われより確実に縮径化し、その縮径状態と層流状態の乱れがより確実に抑制される。

図１は、本発明による容器内ガス置換装置の適用を示す平面図である。図２は、本発明による容器内ガス置換装置の実現態を示す断面図である。図３は、図２の一部の詳細を示す断面図である。図４は、図３の一部を示す平面図である。図５は、本発明による容器内ガス置換方法の実現態を示す断面図である。図６は、本発明による容器内ガス置換方法の他の実現態を示す断面図である。図７は、本発明による容器内ガス置換方法の更に他の実現態を示す断面図である。図８は、本発明による容器内ガス置換方法の更に他の実現態を示す断面図である。

符号の説明

４…回転円盤
６…容器支持機構
５…ガス噴射機構
５５…噴射口
２８…揺動機構
２７…開閉弁
２９…本体筒
３４…回転弁体
３５…回転軸
４１…ノズルレバー
４９…カム輪
４７…揺動レバー
５１…カム面
５２…第２カム面
５３…第１カム面
５５…ノズルレバーの噴射口
５６…上方部位の口
５８…二重管ノズル
５９…内管
６２…外管
６４…環状空間
８４…下端開口
８４…下端開口
８３…下端開口
８６…傾斜面
８７…周面
８８…層流

Claims

複数の容器を回転面の回転に同期させて一定回転角度範囲で公転させる第１ステップと、
前記回転面に対して固定される回転軸を前記回転面の回転に同期させて公転させる第２ステップと、
前記回転軸の廻りにノズルレバーを一定角度範囲で回転させて揺動的に自転させる第３ステップとを構成し、
前記第３ステップは、
前記ノズルレバーの噴射口から前記容器の上方部位の口の中に不活性ガスを噴射し前記容器の中の空気を前記不活性ガスで置換する噴射自転位置に前記噴射口を前記容器の公転開始後に位置づける第４ステップと、
前記ノズルレバーの噴射口を前記口から離隔させて前記口から退避させる退避自転位置に前記噴射口を前記容器の公転終了前に位置づける第５ステップとを形成し、
前記第５ステップでは、前記不活性ガスの噴射は停止し、前記第１ステップと前記第２ステップと前記第３ステップとを規定される時間帯で同時的に実行する
容器内ガス置換方法。
前記容器を洗浄する第６ステップと、
前記容器に飲料液を充填する第７ステップとを更に具備し、
前記第６ステップは前記第１ステップより時間的に先行し、前記第７ステップは前記第５ステップより時間的に後行する
請求項１の容器内ガス置換方法。
前記容器に飲料液を充填するステップは、
更に前記容器を配置するステップと、
前記飲料液を自由落下させるステップと、
自由落下する前記飲料液を前記容器に注入するステップと、
自由落下して縮径する前記飲料液の周囲に不活性ガスを吹き付けて前記不活性ガスの層流を前記飲料液の周面に形成するステップとを具備し、
前記層流は前記飲料液に誘引されて前記容器の中に侵入し、前記容器の中の空気を前記不活性ガスと前記飲料液とで置換する
請求項２に記載の容器内ガス置換方法。
前記飲料液は、ノズルの下端開口から噴出し前記容器の上方部位の上端開口から前記容器の中に流入し、前記下端開口は前記上端開口より上方に位置している
請求項２に記載の容器内ガス置換方法。
前記ノズルの下端開口を前記容器の内部で前記容器内の液面より上方に位置づけ、
前記飲料液は、前記ノズルの下端開口から噴出する
請求項２に記載の容器内ガス置換方法。
回転円盤と、
前記回転円盤に支持されて前記回転円盤と同体に回転し容器を支持する容器支持機構と、
前記回転円盤に支持され前記回転円盤と同体に回転し不活性ガスを前記容器の開口から下方に噴射して前記容器の中の空気を前記不活性ガスで置換するガス噴射機構とを構成し、
前記ガス噴射機構は、
前記不活性ガスを噴射する噴射口を備えるノズルレバーと、
前記ノズルレバーを揺動自在に支持する揺動機構とを形成し、
前記噴射口は、前記回転円盤の回転面に平行である面上の２位置の間で揺動し、前記２位置のうちの１位置は、前記噴射口が前記容器の上端部位の口の真上にある噴射位置に対応し、前記２位置のうちの他の１位置は、前記噴射口が前記容器の上端部位の口から離れる退避位置に対応し、
更に、前記回転円盤に支持されて前記回転円盤と同体に回転し前記不活性ガスの供給と前記不活性ガスの供給の停止を切り換える開閉弁を構成し、
前記開閉弁は、
本体筒と、
前記本体筒のなかで回転する回転弁体とを形成し、
前記ノズルレバーの中には、前記回転弁体と前記噴射口を接続する通路が形成され、前記回転弁体は、前記ノズルレバーに結合して前記ノズルレバーと同体に揺動し、前記回転弁体は、前記噴射位置で前記通路に前記不活性ガスを供給し、前記退避位置では前記不活性ガスの前記通路への供給を停止し、
カム機構を更に構成し、
前記カム機構は、
前記回転円盤の回転軸心線の廻りに配置されるカム輪と、
前記カム輪に係合して揺動する揺動レバーとを形成し、
前記揺動レバーの揺動は前記回転弁体の揺動に機械的に連動しており、
前記カム輪は前記揺動レバーの動作点が接触するカム面を有し、
前記カム面は、
前記噴射口を前記退避位置に位置づける第１カム面と、
前記噴射口を前記噴射位置に位置づける第２カム面とを構成し、
前記カム面は、前記第１カム面と前記第２カム面で二分され、前記第１カム面は第１角度範囲で連続し前記第２カム面は第２角度範囲で連続する
容器内ガス置換装置。
前記第１角度範囲と前記第２角度範囲の合計は３６０度である
請求項６の容器内ガス置換装置。
請求孔６又は７に記載の容器内ガス置換装置と、
飲料液を供給する第１供給源と、
不活性ガスを供給する第２供給源と、
前記飲料液と前記不活性ガスを噴射する二重管ノズルとを構成し、
前記二重管ノズルは、
外管と、
前記外管の内側に配置される内管とを形成し、
前記内管の内部に前記第１供給源から供給され、
前記内管の下端開口から自由落下的に放出される前記飲料液と、
前記内管と前記外管との間の環状空間に前記第２供給源から供給され、前記環状空間の下端開口から噴射され、縮径する前記飲料液の周囲に誘引されて形成する前記不活性ガスとの層流とから形成される
飲料液充填装置。
前記内管の下端部位の外側面は前記飲料液の流れ方向に対して傾斜する傾斜面として形成されて、前記下端部位は先鋭に形成されている
請求項８の飲料液充填装置。
前記不活性ガスの流れ面は前記環状空間の下端部位で前記傾斜面に沿う面に形成されている
請求項９の飲料液充填装置。
前記内管の前記下端開口は前記環状空間の前記下端開口より高い位置に位置づけられている
請求項８ないし請求項１０から選択されるいずれか一に記載の飲料液充填装置。
前記二重管ノズルの下端は前記容器の内部に昇降自在に位置づけられる
請求項８ないし請求項１０から選択されるいずれか一に記載の飲料液充填装置。