JP6075535B2 - 充填密封方法及び装置 - Google Patents
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Description
この際、内容物の液面と容器口部の上端との間に存在するヘッドスペース内に酸素を含む空気が残存していると、密封後も当該空気中の酸素によって内容物が酸化反応し、色や風味が変ってしまう等の品質の劣化をきたすため、従来からヘッドスペース内の空気を不活性ガス(窒素、ヘリウム、アルゴン、炭酸ガス等の内容物に対して安定であるガス、あるいはこれらの混合ガス)に置換して密封することが行われている。
例えば、PETボトル等のボトル型容器の充填密封において、キャップ等の蓋体装着の前にヘッドスペース内及び蓋体の内面へ窒素ガス噴射を行ってヘッドスペース内の空気を窒素ガスで置換した後、容器口部と蓋体を嵌合して密封する方法が公知である。
また、上述のガス置換の他の例として、蓋体装着の際の容器口部と蓋体の嵌合までの間の空気の巻き込みによる再流入を防止し高い置換率を得るようにしたものや、少ない置換ガス量で高い置換率を得るようにしたものが知られている(特許文献1、2等参照)。
さらに、特許文献5には、ヘッドスペース内にホットエア又は水蒸気を吹き付けて内容物の泡を消し、次いで上記ヘッドスペース内に上記不活性ガスを吹き込み、しかる後に上記口部をキャップで閉じる内容物の充填方法及び装置が記載されている。
その他、アルコール等の消泡剤を投入する方法及び超音波等の外部エネルギーを照射して消泡する方法、が公知であり、上記したこれらの方法及び装置(設備)によれば、充填時に発生し、ヘッドスペース内に残存する泡の量を低減させて、ガス置換効率を向上させることができる。
また、特許文献4に記載された容器のヘッドスペース内の泡除去方法及びその装置では、容器外に泡を排出させることでヘッドスペース内の泡の除去を行うが、容器外に排出させた泡の容器への付着を最小限に留めるための泡吸引手段が別途必要となり、装置の複雑化、及び特に清掃作業における負担が大きくなり、生産性の低下を招いていた。
さらに、容器外に泡を排出させることでヘッドスペース内の泡の除去を行うため、充填ラインの汚染を防止するために容器及び搬送設備の洗浄頻度が増してしまい、コスト高となっていた。
また、特許文献5に記載された内容物の充填方法及び装置では、消泡媒体が高温であるため、熱による内容物の変質や劣化又は容器変形の虞があることに加え、消泡媒体の加熱機構などを別途に設置する必要があるため装置組みが複雑になる、又は加熱機構においてエネルギーが必要となるため、コスト観点から好ましくない。
また、超音波等の外部エネルギーを照射する技術は、追加する設備が大規模となり、使用するエネルギーも大きく、コスト負担が大きいという問題があった。
本請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載された充填密封方法の構成に加えて、前記消泡工程において、前記消泡ガスが鉛直方向を中心軸として拡散して噴射されることにより、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のいずれかに記載された充填密封方法の構成に加えて、前記消泡工程において、使用される前記消泡ガスが、前記ガス置換工程で使用される置換ガスと同一の供給系統から供給されることにより、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、請求項5又は請求項6に記載された充填密封装置の構成に加えて、前記消泡ガス噴射手段が、鉛直方向を中心軸として前記消泡ガスを拡散して噴射することにより、前記課題を解決するものである。
本請求項8に係る発明は、請求項5乃至請求項7のいずれかに記載された充填密封装置の構成に加えて、前記消泡ガス噴射手段が複数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9に係る発明は、請求項5乃至請求項8のいずれかに記載された充填密封装置の構成に加えて、前記消泡ガスが、前記置換ガスと同一のガス供給手段により供給される気体であることにより、前記課題を解決するものである。
さらに、消泡後に口部洗浄を行うことで、消泡時にヘッドスペース外に吹きこぼれた泡を確実に洗浄できるため、前記消泡ガスの噴射を高圧で短時間に行うことができ、生産速度を低下させることなく、ガス置換時に泡の影響を排除してガス置換率を向上させることが可能となる。
さらに、上述の効果に加えて、不活性ガスからなる消泡ガスがヘッドスペース内に残留し、ガス置換の一部が行われた状態となるため、その後のガス置換工程において短時間かつ少ない置換ガスの使用量でガス置換を行うことが可能となり、泡の影響を排除してガス置換率及び生産性を向上させることができる。
また、ヘッドスペース外に排出された泡の洗浄のために口部洗浄の時間を長く取る必要が生じても、ガス置換と一部又は全部重複させることで、生産速度を低下させずに、十分なガス置換率を担保しつつ、確実に口部洗浄を行うことができる。
請求項3及び請求項7に記載の構成によれば、連続して搬送されるボトル型容器のヘッドスペース内に残存する泡表面に前記消泡ガスを噴射する時間を長くとることができ、さらに効率的にヘッドスペース内の消泡が可能となる。
請求項8に記載の構成によれば、複数の消泡ガス噴射手段を設けることで、その噴射量、噴射角度あるいは拡散角度をそれぞれ個別に最適に設定して、搬送されるボトル型容器に対して最適な噴射形態とすることが可能となり、さらに効率的にヘッドスペース内の消泡が可能となる。
基本的な形態の充填密封装置100は、図1の概略平面図に示すように、外周部に把持アーム103が等間隔に設けられ連続的に回転する第1搬送ターレット101と、同様の構造を持つ第2搬送ターレット102(図示は簡略化した)を備え、ボトル型容器105を公知の適宜手段で把持しながら連続的に搬送可能に構成されている。
ボトル型容器105は、第1搬送ターレット101の上流にて充填工程が行われる充填領域(図示せず)、その後に第1搬送ターレット101により把持されて、消泡工程が行われる消泡領域120、口部洗浄工程が行われる口部洗浄領域130及びガス置換工程が行われるガス置換領域140の順に搬送され、ガス置換領域140で第1搬送ターレット101から解放されて第2搬送ターレット102に把持され、蓋体装着工程が行われる蓋体装着領域150に搬送されて蓋体の巻き締めが行われる。
消泡領域120では、ボトル型容器105の容器口部の経路上方に消泡ガス噴射手段121が配置され、ガス供給手段143から供給される常温の不活性ガスが消泡ガスとしてボトル型容器105のヘッドスペース内に噴射される。
口部洗浄領域130では、ボトル型容器105の搬送経路の両側、かつ容器口部106に洗浄水を噴射可能な位置に、ボトル型容器105の容器口部106の側面に向けて洗浄水を噴射する口部洗浄ノズル131が配置されている。
また、このガス置換領域140では、蓋体供給手段104から蓋体107が供給されてボトル型容器105の容器口部の上方に合流する際、前記置換ガスが蓋体107の内面及びボトル型容器105のヘッドスペース内に向かって置換ガス噴射手段141から噴射される。
蓋体装着領域150では、図示しない公知の適宜の手段でボトル型容器105の容器口部が蓋体107によって密封される。
また、この際、使用される消泡ガス及び置換ガス(不活性ガス)は、窒素、ヘリウム、アルゴン、炭酸ガス等の内容物に対して安定であるガス、あるいはこれらの混合ガスである。
図2は各工程を説明するものであり、ボトル型容器105は図示左から右に向かって搬送され、前述の充填工程、消泡工程、口部洗浄工程、ガス置換工程及び蓋体装着工程が順に行われる(なお、図2では蓋体装着工程は省略した。)。
充填工程では、容器口部106の上方から充填ノズル111によって内容物108がボトル型容器105の内に充填される。この時、ヘッドスペース内(ボトル型容器105内に充填された内容物108の液面より上方の空間)内に泡109が発生する。
この噴射圧により泡109が破壊され、ヘッドスペース内の泡109が減少する。消泡ガスの流速は、泡109の表面で15m/秒以上が好適である。
なお、本形態では、消泡ガス噴射ノズル孔122から噴射される消泡ガスの噴射方向は、ボトル型容器105のヘッドスペース内に残存する泡表面に対して鉛直下方となるよう設定されているが、これに限定されることなく、ボトル型容器105の搬送速度に応じて最適な角度となるように設定可能である。
また、図3に示すように、搬送方向に平行に広がるような扇形、あるいは円錐形に拡散して噴射するようにしてもよく、これによってボトル型容器105のヘッドスペース内に残存する泡表面に消泡ガスを噴射する時間を長くとることができ、さらに効率的にヘッドスペース内の泡109を減少させることができる。
さらに、図2、図3では、消泡ガス噴射ノズル孔122を1つのみ図示しているが、消泡ガス噴射手段121に複数の消泡ガス噴射ノズル孔122を設け、あるいは、複数の消泡ガス噴射手段121を設けてもよく、複数設けた消泡ガス噴射ノズル孔122を、それぞれ異なる噴射量、噴射速度、噴射角度あるいは上記以外の拡散形状としても良い。
口部洗浄工程を消泡工程の後に行うことによって、ボトル型容器105のヘッドスペース外に吹きこぼれた泡を確実に洗浄できるため、前記消泡ガスを短時間で高圧噴射することが可能となる。
本形態では、洗浄水としては無菌水を用いており、口部洗浄ノズル131は、ボトル型容器105の搬送経路の両側、かつ容器口部106に洗浄水を噴射可能な位置に複数設けられ、また、異なる角度で洗浄水を噴射するように設定されている。
本形態では、置換ガス噴射手段141は、ボトル型容器105の搬送方向に沿って延びる形状に形成され、上下にそれぞれ、搬送方向に沿って複数の置換ガス噴射ノズル孔142を有するように構成されている。
置換ガスはガス供給手段143から供給されるが、本発明では前述したように消泡ガスを常温の不活性ガスとするため、ガス供給手段143は消泡工程における消泡ガスの供給も兼ねており、充填密封装置100全体として設備が簡素化されている。
蓋体装着工程では、ボトル型容器105と蓋体107が密封されるが、公知の適宜手段で行えば良いため、具体的な説明は省略する。
また、消泡工程後に口部洗浄工程を行うことで、ヘッドスペース外に排出された泡109を確実に洗浄できるため、前記消泡ガスの噴射を高圧で短時間に行うことができ、生産速度を低下させることなく、ガス置換工程において泡109の影響を排除してガス置換率を向上させることが可能となる。
さらに、消泡工程で噴射する常温の不活性ガスが、ガス置換工程において使用される置換ガスと同一であって、ガスの供給源をガス供給手段143に統一することが可能であるため、消泡ガスを供給する設備を新設する必要がなく、設備の簡素化を図ることができる。
また、消泡工程にて噴射された常温の不活性ガスがヘッドスペース内に残留してガス置換の一部が行われた状態となるため、その後のガス置換工程において短時間かつ少ない置換ガス量でガス置換を行うことが可能となり、泡の影響を排除してガス置換率及び生産性を向上させることができる。
本発明の実施形態である充填密封装置200は、図4の概略平面図に示すように、口部洗浄工程が行われる口部洗浄領域230が、ガス置換工程の行われるガス置換領域140まで延びて設けられており、置換ガス噴射手段141の側部にも口部洗浄ノズル231が配置されている。
その他の構成及び各領域で行われる各工程は、前述した充填密封装置100の基本的な形態と同様である。
また、本実施形態のように、口部洗浄工程が行われる口部洗浄領域230が、ガス置換工程の行われるガス置換領域140まで延びて設けられる構成は、消泡ガスとしていかなる気体を使用する方法、装置においても応用可能である。
また、上述した各領域を有する装置は、単数の装置内に各領域を有しても良いし、個々の装置を組み合わせて設備としても良い。
また、本発明の充填密封方法及び装置は、PETボトル等のボトル型容器105に好適であるが、内容物108を上方から充填して密封する容器であれば、いかなる材質、形状の容器であっても適用可能である。
101 ・・・第1搬送ターレット
102 ・・・第2搬送ターレット
103 ・・・把持アーム
104 ・・・蓋体供給手段
105 ・・・ボトル型容器
106 ・・・容器口部
107 ・・・蓋体
108 ・・・内容物
109 ・・・泡
120 ・・・消泡領域
121 ・・・消泡ガス噴射手段
122 ・・・消泡ガス噴射ノズル孔
130、230 ・・・口部洗浄領域
131、231 ・・・口部洗浄ノズル
140 ・・・ガス置換領域
141 ・・・置換ガス噴射手段
142 ・・・置換ガス噴射ノズル孔
143 ・・・ガス供給手段
150 ・・・蓋体装着領域
Claims (9)
- ボトル型容器を連続的に搬送しながら、充填工程、消泡工程、口部洗浄工程、ガス置換工程及び蓋体装着工程が順次行われる充填密封方法であって、
前記消泡工程が、消泡ガスとして常温の不活性ガスを、前記ボトル型容器のヘッドスペース内に噴射するものであり、
前記口部洗浄工程が、前記ガス置換工程の開始後も引き続き行われることを特徴とする充填密封方法。 - 前記消泡工程において、前記消泡ガスが鉛直下方に噴射されることを特徴とする請求項1に記載の充填密封方法。
- 前記消泡工程において、前記消泡ガスが鉛直方向を中心軸として拡散して噴射されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の充填密封方法。
- 前記消泡工程において、使用される前記消泡ガスが、前記ガス置換工程で使用される置換ガスと同一の供給系統から供給され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充填密封方法。
- 少なくとも消泡領域、口部洗浄領域及びガス置換領域が順次設けられ、ボトル型容器が各領域を連続的に搬送可能に構成された充填密封装置であって、
前記消泡領域には、消泡ガスとして常温の不活性ガスを、ボトル型容器のヘッドスペース内に噴射する消泡ガス噴射手段を有し、
前記口部洗浄領域の下流側が、前記ガス置換領域と一部又は全部重複するように配置されていることを特徴とする充填密封装置。 - 前記消泡ガス噴射手段が、前記消泡ガスを鉛直下方に噴射することを特徴とする請求項5に記載の充填密封装置。
- 前記消泡ガス噴射手段が、鉛直方向を中心軸として前記消泡ガスを拡散して噴射することを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の充填密封装置。
- 前記消泡ガス噴射手段が、複数設けられていることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれかに記載の充填密封装置。
- 前記消泡ガスが、前記置換ガスと同一のガス供給手段により供給される気体であることを特徴とする請求項5乃至請求項8のいずれかに記載の充填密封装置。
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