JPH06191595A

JPH06191595A - 容器ヘッドスペースの泡消去装置

Info

Publication number: JPH06191595A
Application number: JP5270313A
Authority: JP
Inventors: Sadahiro Abe; 貞宏安部; Sueshige Nakamura; 末茂中村; Hisao Iwata; 久雄岩田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 1994-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】充填で発生する泡の一部もしくは全部を消去
することにより、容器中の残存空気の減少を高めると共
に容器から泡がこぼれないようにする。【構成】液体は充填された容器１を搬送するコンベヤ
１４の上方所定位置には、泡消去装置が配置されてい
る。泡消去装置は発振器１１、ホーン１２、振動板５１
によって構成されており、発振器１１の作動によって振
動板５１が振動するようになっている。振動板５１が振
動すると、その下を通過した容器中の泡は音圧によって
上方から順次消滅し、泡が消去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビール、果汁、牛乳等
の飲料を容器に充填・封緘（王冠、キャップ等の栓及び
容器口のシールを含む）するシステムにおける容器ヘッ
ドスペースの泡消去装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ビール、果汁、牛乳等の飲料を容器に充
填する場合、容器上部のヘッドスペース部分の残存空気
を除去することが飲料の品質管理上大切である。またビ
ールや炭酸飲料のように過飽和の炭酸ガスが多数の泡と
なって放出される場合、容器のシール部にその泡が入る
と、乾燥してシュガーセンメントとなってキャップを固
着し、開栓しにくくしたり、微生物発生の原因となる虞
れがある。一方充填装置の機構上から、充填後の容器ヘ
ッドスペースには相当量の泡が発生しているのが実情で
ある。特にビールや炭酸飲料の容器への充填において、
その泡の状態は、図１４に示すようにヘッドスペース
（イ）には小粒の泡Ａと大粒の泡Ｂがある。泡Ａは加圧
下で充填され、大気に開放した際に飲料中に溶解してい
る炭酸ガスが過飽和となるために放出されて生成するの
で、内部のほとんどは炭酸ガスであり、充填の条件を変
化（充填速度や飲料の温度等）させると増減する。また
泡Ｂは、充填中に巻込まれた気泡が浮上して生成された
もので、内部の気相部に空気を多く含んでいる。以上の
ことから品質管理のための空気除去では泡Ｂの消泡が、
また充填速度による充填機の能力向上や、省エネのため
の飲料温度を常温に近づけての充填では、容器からあふ
れる泡Ａの消泡がそれぞれ必要となる。

【０００３】次に図１１、図１２及び図１３により従来
の泡消去装置を説明すると、図１１は泡消去装置の配置
例を、図１２は実願昭６０−１８２３３２号で開示され
た超音波による泡消去装置の例を、図１３は蒸気を吹き
込んでの泡消去装置の例をそれぞれ示す。図において１
は容器、２は充填された飲料、３は充填機、４は容器を
封栓するシーマ、５はロスターホイールである。１１は
超音波の発振器、１２は発振器１１で発生した超音波を
消泡可能レベルまで増幅するホーン、矢印１３は容器１
の進行方向、１４は容器１を搬送するコンベア装置であ
る。また図１３において吹出しノズル２２から噴出する
蒸気２４は、加熱部２１にて加熱蒸気２５を通した加熱
管２３で充分加熱・乾燥されるようになっている。

【０００４】これらの装置では、飲料２が充填された容
器１はコンベア装置１４によって移送され、泡消去装置
６の下部を通っていく過程で消泡される。例えば超音波
で泡を消去する場合は、ホーン１２の下端部で発生した
空気振動で泡が急激な変形を受け、膜が破れて泡が破壊
される。また加熱蒸気２４を吹き込んで泡を消去する場
合は、吹き込まれた蒸気２４は泡の表面に熱を与えると
共に冷やされて水滴となって泡膜に付着し、泡を形成し
ている表面張力のバランスをくずして泡膜を破り泡を消
去する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の実願昭６０−１８２３３２号に示された超音波による
泡消去装置には、次のような問題があった。（１）ホーン１２の下端部で発生する超音波は指向性が
非常に強いので、ホーン１２の直下でしか泡を消去でき
ない。（２）充填機３の速度が速くなった場合、必要な泡消去
を行うためには複数台の超音波発振器１１が必要となる
ので装置が高価となる。（３）びんのように口径が小さい容器では、消泡に必要
な音波がびんの中に入らない。

【０００６】また蒸気２４を吹き込む泡消去装置では、
次のような問題があった。（１）消泡のために加熱蒸気を飲料容器内に吹き込むの
で、使用する蒸気配管系統の確実なサニテーションが必
要であり、装置の保守に要する時間が大きい。（２）蒸気を吹き出すため、蒸気による湯けむりや湿度
上昇により作業環境が悪化する。本発明は前記従来の問題点を解決しようとするもので、
充填で発生する泡の一部、若しくは全部を消去すること
により、残存空気の減少効果を高めたり、容器から泡が
こぼれないようにしようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、飲料
充填機において、飲料液体充填後から封栓されるまでの
間の容器が通る通路の上方に、同飲料容器液面に向けて
超音波発振器を設けたものであり、また超音波発振器の
先端のホーン部に矩形状の振動板と放射音波を反射する
板を設けたもので、更に容器が通る通路上に音波が反射
するように板を設けた物で、これを課題解決のための手
段とするものである。また本発明は、フィラの出口スタ
ーホイル上を移動する容器に対して、振動板からの放射
超音波を反射する板の曲率を振動板の長手方向に変化さ
せてなるものであり、更に移動する容器の口の軌跡に振
動板からの放射超音波が反射板を介して集音するように
してなるもので、これを課題解決のための手段とするも
のである。

【０００８】

【作用】超音波発振器で発生した振動は固体に伝播して
ホーンに伝達され、先端に取付けられた矩形状の振動板
を振動させる。そして超音波発振器の作用で振動してい
る振動板の下を充填後のびんのように口の狭い容器が通
過すると、超音波が有効に容器の中に入っての泡が消去
する。ビール充填の場合は空気を含んだ泡を超音波によ
り消滅させた後、容器のヘッドスペースに炭酸ガスを充
満させて打栓することにより、ヘッドスペース中の残存
エア量を少なくする効果がある。また容器の口からあふ
れ出ようとする泡を消滅させるので、封栓後のシュガー
セメントによるキャップの固着や微生物の発生を防止で
きる。更にこぼれることによって発生する飲料液の充填
量不足が解消できる。また反射板で音波が集中するの
で、口の狭い容器でも発生する超音波が効率的に利用で
きる。なお、振動板の長さを長くすることで超音波の発
生領域が拡大できるので、複数の発振器を必要としな
い。

【０００９】

【実施例】以下本発明を図面の実施例について説明する
と、図１は本発明の第１実施例に係る容器ヘッドスペー
スの泡消去装置の側面図、図２は同正面図、図３は振動
板５１の振動モードの１例を示す説明図である。図１、
図２に示す泡消去装置は、図１１に示す従来方式の泡消
去装置６の設置位置に配置されており、同装置中の発振
器１１（例えば超音波発振器）は図示しない手段で容器
１の通路上部に設置してある。また発振器１１には従来
装置と同様に、超音波を増幅するホーン１２が取付けて
あり、同ホーン１２には振動板５１がネジ５２等で固着
されている。

【００１０】さて発振器１１で発生させた振動は、ネジ
等で固着されたホーン１２を伝播してネジ５２等で固着
してある振動板５１に伝達される。ところでこの時、振
動板は両端自由の撓み振動をし、その長さＬを次式とす
ると共振する。

【数１】ｍｉは基準定数で、 COSmi・COShmi＝１から求められ
る。またｉは振動モードの次数（ｉ＝１，２，３，・・
・）であり、Ｒは回転半径で、矩形断面の場合厚さをＳ
とすると、 0.289Ｓなる値が一般に与えられる。Ｃは振
動板材質中における音速度、ｗは角振動数で振動周波数
ｆからｗ＝２πｆとなる。ここで振動モードの次数を奇
数にすると、ホーンと振動板の取付け部が振動の腹とな
り共振する。振動板の振動の腹は振動モードの次数と
同じ数だけ起こり、その部分で空気振動を誘起して超音
波を発生させる。前記したように振動板５１の長さを奇
数の振動モード５３が発生するような寸法にすると、そ
の振動の腹の部分から超音波が放射する。一方泡立った
容器１は、コンベヤ１４等の搬送手段で矢印１３方向に
移動して振動板５１の直下を通過するようになってい
る。このため泡立った容器１が超音波を放射している振
動板５１の直下を通過すると、泡Ａ，Ｂは超音波の音圧
を受けて上方から順次消滅する。こうして容器ヘッドス
ペースに生じた泡は効果的に消泡されることになる。

【００１１】次に図４〜図７は本発明の第２実施例を示
す。図において、５１は共振する振動板、５２はホーン
１２と振動板５１をネジ等で締結する部材、５３は振動
する振動板５１の振動モード、６１は放射された音波を
集音するための反射板、６２は振動の腹から放射される
超音波が隣り同志の干渉を避けるための隔壁板、６３
ａ，６３ｂ、６３ｃは放射超音波の行路を示す。また放
射された超音波の容器１の口に至るまでの行路６３ａ〜
６３ｃを同じくするか、若しくは、波長の整数倍の差と
することで音波の増幅が生じ、強い音波が容器１の中に
入る。これによって音波の集中化と増幅ができるので、
びんのように口の狭い容器１１が通過すると、超音波は
有効に容器の中に入って泡が消去する。このように発生
超音波を有効に利用することができる。

【００１２】また振動板５１の長さは、前記の如く奇数
の振動モード５３が発生するような寸法にすると、その
振動の腹の部分から超音波が放射するようになる。また
振動板５１の前面側には、放射した超音波の容器１の口
までの行路６３ａ〜６３ｃが、夫々同一若しくは波長の
整数倍のズレになるような距離で、容器１の口に至るよ
うに曲率が設けてある。また放射超音波の干渉防止と拡
散防止のために、隔壁板６２が反射板６１に固着してあ
る。図７に示す如く泡立った容器１は、コンベア１４等
の搬送手段で矢印１３方向に移動して、振動板５１と反
射板６１の直下を通過するようになっている。そして泡
立った容器１が超音波を放射している本装置の直下を通
過すると、泡Ａ，Ｂは超音波の音圧を受けて上方から順
次消滅する。

【００１３】次に図８〜図１０は本発明の第３実施例を
示し、容器１が回転体に乗って移動する場合である。こ
こで図８は回転体に設定した場合の平面図、図９は反射
板の曲率を変化させた場合の反射音の集音部の変化状況
を示す説明図、図１０は容器１が回転体に乗って移動す
るフィラの平面図と泡消去装置の設置位置をそれぞれ示
す。さて図１０において容器１は入口スターホイル１０
２にてフィラ１０１へ供給され、飲料が充填される。飲
料が充填された容器１は、回転体である出口スターホイ
ル１０３に乗って移動し、泡消去装置１０６の下を通過
して封栓機１０４で封栓され、ホイル１０５を介してコ
ンベア上に移送される。泡消去装置１０６では、ホーン
１２に締結部材５２で振動板５１が締結され、前記振動
モード５３が発生するようになっている。振動板５１の
放射超音波は、曲率の異なる反射板６１ａ〜６１ｄで反
射し、それぞれ異なった位置〜に集音するようにな
っている。また集音する位置〜は、容器１口の中心
の軌跡１００になるように、反射６１ａ〜６１ｄの曲率
を変化させてあり、集音で強力化した超音波が容器１の
口部に放射される。

【００１４】

【発明の効果】以上詳細に説明した如く本発明によれ
ば、容器内へ入るものは音波のみであるため、装置のサ
ニテーションが容易であると共に、作業環境を汚染させ
ることがない等の効果がある。一方消泡力の調整は超音
波発振器の出力調整で容易に実施可能であり、また容器
の移動速度が速くなっても１台の発振器で広い領域に超
音波を放射できるので、装置コストの低減を図ることが
できる。また反射板で音波が集中するので、口の狭い容
器でも発生する超音波が効率的に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る泡消去装置の側面図
である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】振動板の振動モードの説明図である。

【図４】本発明の第２実施例に係る泡消去装置の側面図
である。

【図５】図４の平面図である。

【図６】振動板の振動モードと反射板部の断面図であ
る。

【図７】図４の正面図である。

【図８】本発明の第３実施例に係る泡消去装置の平面図
である。

【図９】図８の側面図である。

【図１０】本発明の第３実施例に係る装置の配置図であ
る。

【図１１】従来の泡消去装置の配置図である。

【図１２】従来の超音波式泡消去装置の側面図である。

【図１３】従来の蒸気吹き込み泡消去装置の縦断面図で
ある。

【図１４】充填直後の容器内の泡立った状況の詳細断面
図である。

【符号の説明】

１容器１１発振器１２ホーン５１振動板６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ反射板６２隔壁板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】飲料充填機において、飲料液体充填後か
ら封栓されるまでの間の容器が通る通路の上方に、同飲
料容器液面に向けて超音波発振器を設けたことを特徴と
する容器ヘッドスペースの泡消去装置。
【請求項２】請求項１記載の容器ヘッドスペースの泡
消去装置において、超音波発振器の先端のホーン部に矩
形状の振動板と放射音波を反射する板を設けたことを特
徴とする容器ヘッドスペースの泡消去装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の容器ヘッドスペー
スの泡消去装置において、容器が通る通路上に音波が反
射するように板を設けたことを特徴とする容器ヘッドス
ペースの泡消去装置。
【請求項４】フィラの出口スターホイル上を移動する
容器に対して、振動板からの放射超音波を反射する板の
曲率を振動板の長手方向に変化させたことを特徴とする
容器ヘッドスペースの泡消去装置。
【請求項５】請求項４記載の容器ヘッドスペースの泡
消去装置において、移動する容器の口の軌跡に振動板か
らの放射超音波が反射板を介して集音することを特徴と
する容器ヘッドスペースの泡消去装置。