JPH1143110A

JPH1143110A - ガス置換陽圧包装体の製造方法及びその装置

Info

Publication number: JPH1143110A
Application number: JP12426198A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takenouchi; 健竹之内; Hidetoshi Koike; 英俊小池; Katsumi Senbon; 克己千本; Tsutomu Iwasaki; 力岩崎
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 1999-02-16
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: JP4025418B2

Abstract

(57)【要約】【課題】陽圧包装体の不活性ガス置換率と充填内圧精
度を従来よりも飛躍的に向上させることができる陽圧包
装体の製造方法と装置を得る。【解決手段】容器のヘッドスペースにミスト供給ノズ
ル２からミスト状に微細化した液体窒素やドライアイス
を供給すると共に、不活性気体供給ノズル３から最終平
衡温度以下の低温不活性ガスを吹き込んで密封すること
により、ヘッドスペース内のガスを不活性ガスに置換す
ると共に、密封後の残留液体窒素又はドライアイスの気
化膨張と低温不活性ガスの温度膨張により内圧を発生さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、缶、成形容器、プ
ラスチックボトル、ガラス壜等の容器におけるガス置換
陽圧包装体の製造方法及びその装置、特に不活性ガス置
換率を高めることができ、且つ適正な陽圧となる容器内
圧を安定して得ることができるガス置換陽圧包装体の製
造方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、缶詰製造に際して、フィラーから
シーマへの搬送途中で缶のヘッドスペースに液体窒素を
流下させて充填し、液体窒素の気化膨張が続いているう
ちに巻締密封することによって、密封後に残留液体窒素
の気化膨張により内圧を発生させるようにした缶詰製造
方法が一般に行われている。液体窒素を封入して缶に陽
圧を発生させるのは、陽圧により缶に剛性をもたせて缶
材料の薄肉化を可能にして使用材料の削減を図ることを
主目的とするものであるが、缶内のガス（空気）を窒素
（不活性ガス）で置換して酸素を除去することにより、
内容物の酸化によるフレーバ劣化を防ぐ効果もある。さ
らに、缶内を積極的に陽圧あるいは陰圧にして、缶内の
圧力が所定圧に保持されているかを検査することによ
り、缶詰の漏洩や細菌混入による内容物の変敗の検出を
可能にして、内容物の安全性を保証する目的もある。

【０００３】一方、缶内ガスを不活性ガスに置換する方
法としては、缶詰製造ラインでは、フィラーからシーマ
への搬送途中で缶のヘッドスペースに窒素ガスを吹き付
けて置換する方法と、シーマ内で缶胴に缶蓋が被さる直
前に蓋の隙間から窒素ガスを吹き込むいわゆるアンダー
カバーガッシング法が行われている。これらのガス置換
に使われるガスは常温の窒素ガス、まれには炭酸ガス、
その他の不活性ガスあるいはそれらの混合ガスが使用さ
れる。その場合、缶内に流下した液体窒素の密封までの
気化膨張で、缶内の空気を置換する効果はあるが、それ
のみでは置換効率が低く、酸化し易い内容物の場合は、
液体窒素充填の外にさらにアンダーカバーガッシングに
より、ガス置換を行っている（例えば、特公昭５８−１
５３６３号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液体窒素を封入して内圧を発生させる方法は、充填内圧
のバラツキが大きくて圧力精度が悪く、所定内圧を安定
して得ることが困難である。そのため、缶の使用材料を
設定内圧いっぱいに耐圧強度を下げることができず、効
果的に使用材料を削減することができないという問題が
ある。また、従来の常温窒素ガスを搬送中又はアンダー
カバーガッシングによりヘッドスペースに吹き込むガス
置換方法は、置換効率を向上させるのに限度があり、陰
圧缶の場合と比べて相対的に置換効率が低いという問題
点があった。

【０００５】上記問題点の発生原因は次のような点にあ
る。従来の液体窒素流下による作用状態が模式的に図１
０に示されている。シーマへの搬送中に缶２０に流下充
填された液体窒素４０は内容物の上で液滴となる（図１
０（ａ））が、その時点ではヘッドスペースのガスを置
換しない。搬送中に液体窒素の気化により窒素ガス４２
が発生して酸素と置換されるが、同図（ｂ）に示すよう
に、搬送中に液体窒素の液滴が内容液上で揺動し、矢印
で示すように空気の巻き込みが起こり、缶内の酸素を効
果的に除去することができない。しかも、シーマで缶は
公転運動するため、図１０（ｃ）に示すように、内容液
上の液体窒素４２が外部に飛散する。そのため、たと
え、定量の液体窒素を流下充填しても、巻締時点での缶
内の液体窒素残量にバラツキが発生し、密封後に液体窒
素の気化により発生する内圧にバラツキが生じる。ま
た、アンダーカバーガッシングは常温窒素ガスをヘッド
スペースに吹き込む（図７（ｄ））ことによって、ガス
置換率を高めようとするものであるが、その際、窒素ガ
スを強く吹き付けると液上にある液体窒素が外部に吹き
跳ぶので、吹き付け圧に制限を受け、缶内の残存酸素を
完全に除去することができず、高置換率を得ることが困
難であること等にある。

【０００６】さらに、従来の液体窒素充填法による陽圧
缶の内圧のバラツキは、内容物充填量のバラツキによっ
ても生じる。即ち、仮に定量の液体窒素が残留したとし
ても、図４のグラフにおいて線図ロで示すように、内容
物充填量が増加（即ち、ヘッドスペースが減少）したと
き、液体窒素の気化膨張で充填内圧が増大してしまうこ
とになり、より正確な内圧を得るためには内容物充填量
のバラツキに合わせて、液体窒素充填量を調整しなけれ
ばならず、従来の方法では達成することは不可能であっ
た。

【０００７】そこで本発明は、上記従来の問題点を一挙
に解決しようとするものであり、陽圧包装体のガス置換
率を従来よりも飛躍的に向上させることができ、且つ陽
圧包装体の充填内圧精度を向上させて、所定内圧を安定
して得ることができる陽圧包装体製造方法及びその装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】例えば、一般に行われて
いる液体窒素充填陽圧缶詰の製造において、巻締時にお
ける缶内への液体窒素残量を所定値に確保できれば、缶
内に供給する液体窒素量を制御することによって、缶内
圧を高精度で制御することができる。そのためには、特
にシーマーでの缶の公転・自転による液体窒素の飛散を
如何にして防ぐことができるかが課題である。この課題
を解決するために、本発明者は、液体窒素の液滴の大き
さに着目して、液滴の直径と缶の自転による液滴飛散距
離を調べる実験を行った結果、図３のグラフに示すよう
な結果が得られた。図の実験は缶の自転速度が２５００
ｒｐｍ、巻締時間０．２秒の場合である。その結果、液
滴の粒径が小さいほど飛散距離が小さく、粒子径１mmで
あると、約３０mm飛散するのに対し、粒径が０．１mmで
あると飛散距離は約０．３mmしか飛散せず、粒径が大き
くなるにつれて飛散距離はべき級数的に増大することが
分かった。従って、この実験によれば、自転速度２５０
０ｒｐｍでは液体窒素の粒径が１mmを超えると、飛散距
離が通常の飲料缶では缶外に飛散してしまうものが多く
なり、それ以下であると缶外への飛散が殆どなくなるこ
とが予測される。それ故、液滴の粒径を小さくしてミス
ト（微細な粒子）状に微細化することは、液体窒素の缶
外への飛散防止に極めて有効であることが分かった。液
滴を微細化することにより、液体窒素の飛散距離が小さ
くなる原因として、微細化すると慣性力の影響より粘性
の影響が支配的となり、飛散しなくなるものと考えられ
る。

【０００９】一方、ガス置換率の向上のためには、ヘッ
ドスペースの空気を完全に追い出し、且つその後密封充
填までの間にヘッドスペースへの空気の巻き込みが起ら
ないようにする必要がある。該問題を解決するために、
種々研究した結果、気化して不活性ガスとなる液体又は
固体の微細な粒子と不活性ガス、特にミスト状の液体窒
素と低温の気体窒素を、容器ヘッドスペース内に充填す
ることによって、ヘッドスペースの空気を完全に追い出
し、且つその後密封充填までの間にヘッドスペースへの
空気の巻き込みが起らず、高置換率でガス置換を行うこ
とができると共に、内圧のバラツキも生じなく一定の陽
圧を安定して得ることができることを見出し、本発明に
到達したものである。

【００１０】即ち、上記問題点を解決する本発明のガス
置換陽圧包装体の製造方法は、気化して不活性ガスとな
る液体又は固体と、不活性ガスとを、容器ヘッドスペー
ス内に吹き込んで密封することにより、ヘッドスペース
内のガスを不活性ガスに置換すると共に、密封後の残留
液体又は固体の気化膨張により内圧を発生させることを
特徴とするものである。前記不活性ガスは、最終平衡温
度以下の低温不活性ガスであることが望ましく、それに
より密封後の残留液体又は固体の気化膨張と共に、低温
不活性ガスの温度膨張により安定した内圧を発生させる
ことができる。前記低温不活性ガスは、気化して不活性
ガスとなる液体又は固体の微細な粒子と別のノズルから
吹き込んでも良いし、前記気化して不活性ガスとなる液
体又は固体の一部が気化して発生したものであっても良
い。また、前記気化して不活性ガスとなる液体又は固体
の微細な粒子は、直径が１mm以下のミスト状であるのが
より望ましい。

【００１１】前記気化して不活性ガスとなる液体とし
て、一般的には液体窒素が採用でき、気化して不活性ガ
スとなる固体として、ドライアイスが採用できる。ま
た、前記容器ヘッドスペース内に吹き込む不活性ガスと
しては、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス、又はそれ
らの混合ガスが採用できるが、最も好適には窒素ガスが
採用できる。

【００１２】容器が金属缶の場合、フィラーからシーマ
ーへの搬送中に、又はシーマー内のアンダーカバーガッ
シング機構により巻締直前に、さらには、シーマーへの
搬送中とアンダーカバーガッシング機構による巻締直前
との両方で、缶に気化して不活性ガスとなる液体又は固
体の微細な粒子と不活性ガスを同時に吹き込むようにす
ることができる。

【００１３】上記方法を達成する本発明のガス置換陽圧
包装体の製造装置は、不活性ガスを吹き出す不活性ガス
ノズルと、気化して不活性ガスとなる液体又は固体の微
細な粒子を供給するミスト供給ノズルとからなるノズル
体を有し、前記不活性ガスノズルが不活性ガス供給機構
に連結され、且つ前記ミスト供給ノズルが気化して不活
性ガスとなる液体又は固体の供給機構に連結され、前記
ノズル体から不活性ガスと、気化して不活性ガスとなる
液体又は固体の微細な粒子を密封前の容器ヘッドスペー
ス内に供給するように前記ノズル体を配置したことを特
徴とする技術手段からなる。

【００１４】上記方法を達成する本発明の他のガス置換
陽圧包装体の製造装置は、細孔からなるノズル孔を有
し、液体窒素を所定圧力で供給することにより沸騰気化
した低温窒素ガスと液体窒素の微細な粒子とを噴霧する
ノズル体を有し、該ノズル体が液体窒素供給機構に連結
され、密封前の容器ヘッドスペース内に窒素ガスと液体
窒素の微細な粒子を供給するように前記ノズル体を配置
したことを特徴とする技術手段からなる。

【００１５】ガス置換陽圧包装体が缶詰である場合、前
記ノズル体を、フィラーからシーマーへの搬送コンベヤ
の上方に設けることができる。また、他の手段として、
前記ノズル体を、シーマーのアンダーカバーガッシング
装置として設けることができる。さらには、前記両方に
ノズル体を設けることによって、よりガス置換率を高め
ることができる。さらに、前記液体窒素供給機構を、液
体窒素供給タンク、該液体窒素供給タンクと液体窒素供
給配管を介して連結された第１圧力調整タンク、該第１
圧力調整タンクの底部と連結配管を介して連結された第
２圧力調整タンクとで構成し、該第２圧力調整タンクの
底部に充填配管を設けてその端部に前記ノズル体を設け
るように構成することによって、第１圧力調整タンクで
一旦減圧してから第２圧力調整タンクに液体窒素を供給
することができ、ノズル体からの液体窒素の噴霧圧を良
好に制御できて望ましい。さらにまた、前記ノズル体を
フィラーからシーマーへの搬送コンベヤの上方に複数個
直列に設けることによって、気化して不活性ガスとなる
液体又は固体の微細な粒子と不活性ガスとを１個のノズ
ル充填した場合と比べ、複数Ｎ個のノズルで充填すれば
充填量のバラツキがＮの平方根分の１に減少するので、
内圧のバラツキがさらに少ないガス置換陽圧包装体を得
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を詳細に
説明する。以下本発明の実施形態を図面を基に詳細に説
明する。図１は本発明の一実施形態を示す模式図であ
る。本実施形態は、内容液が充填された缶２０をフィラ
ーからシーマに搬送中に、シーマ直前のコンベヤ２１上
で缶のヘッドスペースにミスト状の液体窒素（即ち、液
体窒素の微細な粒子）と低温の窒素ガスを同時に充填す
る場合である。図中、１はミスト状の液体窒素と低温の
窒素ガスを流出するノズル体であり、不活性気体供給ノ
ズル３の中央部にミスト供給ノズル２が配置され、図示
のように中央部からミスト状液体窒素が流下し、その周
囲を包むように低温気体窒素が缶内に吹き付けられるよ
うに構成されている。

【００１７】ミスト供給ノズル２は、液体窒素供給タン
ク５に配管６を介して連結され、配管の途中に圧力調整
弁７及び流量調整弁８が設けられ、これらの弁を制御装
置９によって制御することによって、缶に供給するミス
ト状液体窒素の粒径及び供給圧力及び流量を制御できる
ようになっている。一方、不活性気体供給ノズル３は、
気体窒素供給機構１０と配管１１を介して連結され、配
管１１の途中には気体温度調節機構１２、圧力調整弁１
３、流量調整弁１４が設けられている。圧力調整弁及び
流量調整弁はそれぞれ前記制御装置９により制御され、
不活性気体供給ノズルから吹き出す気体窒素の圧力及び
流量を所望に制御できるようになっている。なお、ノズ
ル体１を含むミスト供給ノズルへの配管は点線１８で示
すように断熱配管となっている。

【００１８】本実施形態のガス置換装置は以上のように
構成され、ミスト供給ノズルのノズル穴形状、液体窒素
の流動圧力及び流量を所定に設定することによって、ミ
スト供給ノズルから所定の粒径のミスト状液体窒素が吹
き出し、また、不活性気体供給ノズルからミスト状液体
窒素１４を包むようにして気体窒素１６が吹き出して、
コンベヤ２１によって搬送される缶２０のヘッドスペー
ス内にミスト状液体窒素と気体窒素が同時に供給され
る。その際、不活性気体供給ノズル３から吹き出される
気体窒素１６の温度は、気体温度調節機構１２により低
温に調節されているが、その温度はミスト状に吹き出さ
れるミスト状液体窒素１９の一部が蒸発して発生した低
温の気体である蒸発気体１５よりは、相対的に高温、例
えば−１５０℃以上になるように設定されている。

【００１９】気体窒素の温度は、充填密封後に温度膨張
する温度であれば良く、理論的には最終平衡温度より低
温であれば良い。最終平衡温度は、使用場所の雰囲気温
度であり、通常は室温であるが、使用状態によって変化
し、例えば自動販売機などで保存する場合、低温（冷
却）で５℃、高温（加熱）で７０℃となり、冷凍食品な
どに用いる場合は零下となる。

【００２０】上記のように、ミスト状液体窒素と気体窒
素を缶内に吹き込むことによって行われるガス置換の作
動状態が図５に模式的に示されている。所定の粒径のミ
スト状液体窒素と気体窒素の混合体（以下便宜的に混合
ガスという）をヘッドスペースに吹き付けることによっ
て、同図（ａ）に示すように、ヘッドスペース内の空気
が追い出されて窒素置換される。これは、従来の単に液
体窒素を流下した場合と相違して、液体窒素がミスト状
であると共に、気体窒素も同時に吹き込まれるので、混
合ガス状態となってヘッドスペース一杯に拡がって充填
されるからである。図中、矢印ａが混合ガスの缶への吹
き出し状態を示し、１７がヘッドスペース内の空気と置
換された混合ガスを示し、矢印ｂが空気の流れを示して
いる。ガス置換された容器はシーマーに搬送されて巻締
めが行われるが、その搬送中、同図（ｂ）、（ｃ）に示
すようにミスト状液体窒素が気化膨張するので、その膨
張圧により缶内から缶外への窒素ガスの流れ（矢印ｃで
示す）が発生し、缶内への空気の流入を阻止する。図２
（ｂ）において矢印ｄは空気の流れを表す。シーマ内で
は公転・自転運動によって缶が回転するが、ミスト状液
体窒素は慣性力の影響よりも粘性の影響が支配的となる
ので、回転運動に影響されずにミスト状液体窒素が外部
に飛散することがない（図４（ｃ））。そして、ミスト
状液体窒素の気化膨張が続いているうちに蓋２２を被せ
て巻締密封を行う（図４（ｄ））ことにより、密封後に
残留液滴の気化膨張と低温気体の温度膨張で内圧が発生
して、陽圧缶となる。

【００２１】上記のように、本実施形態では、密封後の
残留液滴の気化膨張と低温気体の温度膨張によって所定
の内圧を発生させるものであるが、該方法によって内容
物充填量のバラツキに対しても、常に安定して所定の内
圧を得ることができることを確認するために、次の実験
を行った。

【００２２】満注容量３７０ml缶に、内容液充填量を３
４０ｇ〜３５０ｇの間を１ｇ刻みで変化させて充填し、
上記実施形態のように混合ガスを充填密封した場合の充
填内圧の変化を測定した。また、比較例として、従来の
液体窒素を充填密封した場合と、低温気体窒素のみを充
填密封した場合についても、同様な実験を行った。その
結果を図４に示す。図において、線図イが本実施形態を
示し、線図ロが液体窒素だけの場合、線図ハが気体窒素
だけの場合を示す。

【００２３】図から明らかなように、内容物充填量の増
加に対応して、液体窒素の気化膨張では線図ロに示すよ
うに、充填内圧が増大するのに対して、低温気体窒素の
温度膨張では線図ハに示すように、充填内圧が減少する
ことを示している。このことから、これらを適切な割合
で混合することによって、内容物充填量に関わらず充填
内圧を一定に保ことが可能となることが分かる。従っ
て、充填内圧の絶対値は、液体窒素の量と、気体窒素の
温度を選択することにより、所望の値に設定することが
でき、充填内圧の制御が可能となる。本実施形態は、こ
の原理を応用したものであり、線図イに示すように、内
容物充填量に関わらず充填内圧が略一定であることが確
認された。なお、図４において線図ニはホットパック充
填の場合を示している。

【００２４】図２は、本発明の他の実施形態を示し、本
実施形態ではアンダーカバーガッシング法によって、ガ
ス置換陽圧缶を製造している。従来、アンダーカバーガ
ッシングは、フィラーからコンベヤにより搬送されてき
た缶がコンベヤからシーマーのリフターテーブルへの移
載時に、缶蓋供給ターレットにより蓋を供給されて蓋が
完全に被さる直前にアンダーカバーガッシング装置より
蓋と缶胴との隙間に窒素ガスを吹き込むことによって行
っている。本実施形態では、従来のアンダーカバーガッ
シング装置を改良して、蓋巻締め直前に、ミスト状液体
窒素と気体窒素の混合ガスを缶に吹き込んで、缶に内圧
付与と窒素置換作業を同時に行おうとするものである。

【００２５】図２において、３０が従来のアンダーカバ
ーガッシング装置に相当するアンダーカバーガッシング
機構であり、３１が気体窒素を吹き出す不活性気体供給
ノズルであり、その中心部にミスト供給ノズル３２が配
置されている。不活性気体供給ノズル３１及びミスト供
給ノズル３２は、それぞれ前記実施形態と同様に気体窒
素供給機構と液体窒素供給タンクにそれぞれ接続されて
いるが、それらは前記実施形態と同様であるので、前記
実施形態と同一機構には同一符号を付し、詳細な説明は
省略する。

【００２６】本実施形態のガス置換陽圧缶製造装置は以
上のように構成され、コンベヤにより搬送されてシーマ
ー２９に達した缶は、コンベヤからリフターテーブル３
３に移載され、アンダーカバーガッシング機構３０によ
り、ミスト状液体窒素と気体窒素を同時に缶のヘッドス
ペースに吹き込まれる。それにより、前記実施形態と同
様に図６に示すように、混合ガス１７がヘッドスペース
内の空気を除去してヘッドスペース内に充満してガス置
換を行う。そして、直ぐに巻締め密封することによって
ミスト状液体窒素の気化膨張と低温気体の温度膨張によ
り内圧を発生し、ガス置換率が高く且つ所定の内圧を有
する陽圧缶が得られる。

【００２７】図７は上記課題を達成するためのガス置換
陽圧包装体の製造装置の他の実施形態を示している。上
記実施形態ではミスト供給ノズル２と不活性気体供給ノ
ズル３とを別々に有していたが、本実施形態では液体窒
素供給機構に連結されている単一のノズルを有し、該ノ
ズルからミスト状液体窒素と低温気体窒素を缶内に噴霧
するようにしたものである。

【００２８】本発明者は、上記課題解決のために種々実
験を繰り返した結果、ノズル孔を細孔に形成して、該細
孔を液体窒素が液体状態で速やかに通過するように圧
力、流量及びノズル温度等の物理的条件を整えて、液体
窒素を細孔から大気中に放出ささせることによって、放
出された液体窒素の一部が急激に気化膨脹し、他の液相
状態にある液体窒素を微小粒化させる現象を見出した。
本実施形態は、該現象を利用することによって、液体窒
素を適正圧力・適正流量・適正温度管理のもとでノズル
体に供給するのみで、液体窒素の微細な粒子と低温窒素
ガスを同一のノズル孔から同時に容器に充填できるよう
にしたものである。

【００２９】図７において、２５はノズル体であり、該
ノズル体は細孔からなるノズル孔２６を有し、その外周
部は破線で示すように空気断熱や断熱材等による簡易断
熱手段２７が施されている。液体窒素が気化膨脹作用に
より良好にミストを形成するためには、液体窒素が細孔
を通過する間は沸騰せず、細孔を通過して大気中に放出
された直後に一部の液体窒素が直ぐに気化膨脹するよう
な温度（配管内の圧力に対応した沸点温度が望ましい）
となるように細孔内壁温度を維持する必要がある。この
ような温度条件を満たすように前記の簡易断熱手段で外
部からの熱の流入をコントロールしている。

【００３０】ノズル体２５は、液体窒素供給タンク２８
を含む液体窒素供給機構に連結されている。即ち、ノズ
ル体２５は、真空断熱構造である液体窒素供給タンク２
８に配管２９を介して連結され、配管の途中に流量調整
弁３１が設けられている。配管２９は、ノズル体２５に
至るまで各弁を含め真空手段３２が施され、液体窒素供
給タンク２８から液体窒素を蒸発させることなくノズル
体に供給できるように外部からの熱の流入を遮断する構
造となっている。液体窒素供給タンク２８の気相部には
外部に設けられた加圧ガスボンベ３３が配管３４を介し
て連結され、該配管の途中には圧力調整弁３５が設けら
れ、液体窒素タンクに加圧ガスを供給することによりタ
ンク内圧高めることができるようになっている。また、
液体窒素供給タンクの気相部には、外部に開放する配管
３６が圧力調整弁３７を介して設けられ、液体窒素タン
クの内圧が設定値よりも高くなった場合、タンク内のガ
スを外部に放出できるようになっている。前記各弁は、
制御装置３８により制御され、ノズル体を所望の圧力及
び流量で液体窒素を供給するようになっている。液体窒
素が細孔から放出される圧力・流量を適宜コントロール
することによって、該液体窒素の気化率と粒子形成率が
相違するので、これらをコントロールすることによっ
て、容器内に充填する低温窒素ガス量とミスト状液体窒
素量を制御することができる。

【００３１】本実施形態のガス置換陽圧包装体製造装置
は、以上のように構成され、制御装置３８の指令に基づ
き圧力調整弁・流量調整弁が作動して、液体窒素タンク
の内圧、液量等が設定値に制御されて、ノズル孔から放
出される液体窒素の所望の物理的条件を満たした放出圧
・流量が得られる。その結果、ノズル体から放出される
液体窒素の一部が気化し、その気化膨張により未だ液相
状態にある液体窒素をミスト化し、低温窒素ガスと液体
窒素の微細な粒子が形成される。従って、不活性ガス供
給源に連結された不活性ガス供給ノズルを別途設けるこ
となく、単一のノズルから液体窒素の微細な粒子と低温
窒素ガスとを同時に容器内に充填することができる。そ
の際、液体窒素の気化してガス化する割合と微細な粒子
化となる割合は、液体窒素の全噴霧量に対して微細な粒
子化した液体窒素の質量が１５〜６０％程度となるよう
に、前記放出圧力・流量を制御することによって、容器
ヘッドスペースのガス置換と密封後の所定内圧を得るこ
とができる。ガス置換率を高めるためには、液体窒素の
気化率は上記範囲（即ち、液体窒素の４０〜８５重量
％）内にあるのが好ましい。

【００３２】図８及び図９は本発明の他の実施形態を示
し、本実施形態は缶詰製造ラインにおいて、フィラーか
らシーマへの容器搬送ライン上方にミスト状の液体窒素
と低温窒素ガスを同時に噴霧する複数のノズル体を直列
に配置して、これらのノズル体から容器ヘッドスペース
に所定量の液体窒素の微細な粒子と低温窒素ガスを充填
することによって、容器内圧のバラツキをさらに抑制す
るようにしたものである。

【００３３】例えば、飲料缶詰の製造ラインにおいて、
一般的なライン速度は１００ｍ／分（１２００ｃｐｍ）
と高速であり、このような高速充填ラインで所定の缶内
圧を得るためには、液体窒素の噴霧量を多くする必要が
ある。しかしながら、１本のノズルからの噴霧量を多く
するには、噴霧流量・圧力を高くするか及び又はノズル
孔径を大きくする必要があるので、噴霧時の液体窒素の
微細粒子化に大きな影響を及ぼし、安定した液体窒素の
微細粒子化が困難になり、缶内への充填量のバラツキが
大きくなる。

【００３４】一方、噴霧流量を変化させず、複数のノズ
ルを用いて充填すると、本発明者の実験によれば缶内圧
はノズル本数の１乗に比例するのに対して、標準偏差は
１／２乗に比例する。即ち、ライン速度が増加すると、
容器がノズルの下を通過する時間はライン速度に反比例
して少なくなるため、容器が受け取る全液体窒素量も減
少し、結果として缶内圧ライン速度に反比例て減少す
る。また、標準偏差も同様に、ライン速度に反比例して
減少する。今、ある速度において、１本のノズルで所定
の缶内圧が得られているとき、これをＮ本のノズルに分
割して充填することを考える。各々のノズルの噴霧流量
を減じて、得られる缶内圧が１／Ｎとなるように設定す
る。このとき、各ノズルのバラツキ（標準偏差）は１／
Ｎとなる。このＮ本のノズルを缶の進行方向に配置して
充填すると、缶内圧はＮ×１／Ｎ＝１となり、元と同じ
缶内圧が得られる。このときの標準偏差は、Ｎの平方根
分の１となり１本のノズルで充填した場合と比べてばら
つきが抑制される。

【００３５】図８は、以上の事実に基づきのＮ本（４
本）のノズル体を缶の進行方向に配置して、分割充填す
る場合の実施形態の模式図を示している。図中、４０は
第１圧力調整タンクであり、可搬式の図示しない液体窒
素供給タンクが液体窒素供給配管４２を介して連結され
て液体窒素が供給されるようになっている。４３は第２
圧力調整タンクであり、第１圧力調整タンクの底部から
液体窒素流下配管４４を介して連結されている。４５は
第２圧力タンクの底部から垂下した充填配管４６の下端
分に設けられた複数本のノズル体であり、該ノズル体は
図７に示したノズル体と同様に液体窒素の粒滴と低温窒
素ガスを単一のノズル口から同時に供給できるように構
成されている。本実施形態では、図９に拡大して示すよ
うに、缶の進行方向に沿って直列に４本配置してある。
なお、充填配管４６の途中にはそれぞれ空圧式の開閉弁
５４（図９には図示が省略されている）が設けられてお
り、個々のノズル体が独立して開閉できるので、ライン
の運転速度や容器種類等に応じて噴霧するノズル体の数
を変更することができる。なお、液体窒素供給タンクか
ら充填配管までの液体窒素の経路は、全て真空断熱構造
に形成され液体窒素の沸騰を防いでいる。

【００３６】以上のように構成されたガス置換陽圧包装
体製造装置において、前記ノズル体から所定量の液体窒
素の微細粒子と窒素ガスが缶に充填できるように、次の
ような圧力及び流量調整機構が設けられている。第１圧
力調整タンク４０及び第２圧力調整タンク４３には、そ
れぞれ液温計４７、４８と液面計４９、５０が設けら
れ、タンク内の液体窒素の温度と液面レベルを常に監視
でき、それぞれのタンクへの液体窒素の供給量が液体窒
素供給配管４２に設けられた電磁開閉弁５１と連結配管
４４に設けられた流量制御弁５３によって制御される。
また、前記第１圧力調整タンク４０、第２圧力調整タン
ク４３の気相部には、タンク内圧が設定値よりも高い場
合にタンク内の気化ガスを外部に逃がすための、タンク
圧力調整配管が設けられている。

【００３７】図８に示す実施形態におけるタンク圧力調
整配管は、第１圧力調整タンク４０の気相部に連結され
端部が大気に開放している第１圧力調整配管５６、第２
圧力調整配管５７からなっている。第１圧力調整配管５
６及び第２圧力調整配管５７には、圧力調整弁５９、６
０がそれぞれ設けられ、各圧力調整タンクの圧力を個別
に適宜調整できるようになっている。

【００３８】以上のガス置換陽圧包装体製造装置におい
て、液体窒素供給タンク４１、第１圧力調整タンク４
０、及び第２圧力調整タンク４３を含む開閉弁５４まで
の液体窒素管路はすべて真空断熱を施し、外部からの熱
の流入を遮断して液体窒素の沸騰を防止している。ま
た、開閉弁からノズル体までは簡易断熱を施し、液体窒
素がノズル体の細孔を通過する際、できるだけ沸点温度
に近づくように、外部からの熱の流入を制御している。

【００３９】また、ノズル体から良好に気液混合のミス
ト状態で噴霧するには、噴出圧力は０．０１〜０．２kg
f/cm²程度が望ましく、そのためには充填配管に通じる
第２圧力調整タンクは無加圧乃至は０．２kg/cm²以下の
加圧状態を維持する必要がある。そのため、タンクを１
つのみ設けた場合、高圧の液体窒素供給タンクからいき
なり上記圧力まで減圧すると沸点降下で気化ガスが発生
し易くなるため、本実施形態でタンクを第１圧力調整タ
ンクと第２圧力調整タンクに分けて、外部より制御して
２段階で減圧して安定して上記噴出圧力を得るようにし
た。即ち、第１圧力調整タンクでは、内圧を０．５〜
２．０kg/cm²の範囲に減圧し、第２圧力調整タンクで
０．０〜０．２kg/cm²に減圧するようにした。また、第
１圧力調整タンクを設けることによって、気液分離も良
好に行われる。

【００４０】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上記実施形態に限らず、その技術思
想の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、上
記実施形態では、ミスト状液体窒素と気体窒素を同時に
ノズル体より吹き出していたが、必ずしも同時でなく
て、気体窒素を吹き込んでからミスト状液体窒素を充填
するようにすることも可能である。また、気体窒素は低
温気体窒素であることが望ましいが、常温の気体窒素を
採用することも可能である。気化して不活性ガスとなる
液体としては、液体窒素の外に他の不活性液化ガスも採
用できる。また、不活性液化ガスに代えてドライアイス
を採用することも可能である。ドライアイスの場合も、
ミスト状に微粒子にすることが望ましい。不活性気体と
しては、窒素ガスの外に、炭酸ガス、アルゴンガス、又
はそれらの混合ガスを採用しても良い。

【００４１】また、前記実施形態では、ノズル体をコン
ベヤの上方又はアンダーカバーガッシング機構に設ける
場合を示したが、どちらか一方のみでも良く、必要に応
じて両方に設けても良い。さらに、本発明のガス置換陽
圧包装体の製造方法は、包装体が缶詰の場合に限らず、
密封できて内圧を保持できる容器であればよく、プラス
チックボトル、成形容器、柔軟材包装容器、ガラス壜等
にも適用可能である。また、内容物は液体に限らず、固
体の場合も適用可能である。

【００４２】

【発明の効果】請求項１〜１５の発明は、以上の構成か
らなり、気化して不活性ガスとなる液体又は固体と不活
性気体とを容器のヘッドスペース内に吹き込むことによ
り、容器内の空気を完全に不活性ガスと置換すると共
に、容器を密封するまで、前記液体又は固体が内容物に
接触して気化膨張し、容器内から外側に向かう気流を生
じて外部からの空気の流入を阻止するので、従来と比べ
て高ガス置換率を達成することができる。また、前記液
体又は固体を微細粒にすることによって、シーマーにお
いて、缶の回転による遠心力の影響を受けず、前記液体
又は固体が外部に飛散せずに缶内に留まるので、所定の
内圧を安定して得ることができ、内圧のバラツキの少な
い密封包装体を得ることができる。

【００４３】さらに、気化して不活性ガスとなる液体又
は固体と最終平衡温度よりも低温の不活性気体を封入す
ることによって、密封後に前記液体又は固体の気化膨張
と低温気体の温度膨張により缶内に内圧を発生し、内容
量のバラツキに関わらず、常に一定の内圧を得ることが
できる。そして、気化膨張と温度膨張の割合を制御する
ことによって、充填内圧を制御することができ、所望の
内圧を安定して得ることができる。

【００４４】また、本発明の装置によれば、コンベヤの
上方にノズル体を設けることによって達成できるので、
従来のガス置換陽圧包装体の製造ラインに簡単に設ける
ことができる。また、アンダーカバーガッシング機構に
よると、低温気体とミスト状液体又は固体を、缶のヘッ
ドスペースに十分に吹いて充填することができ、且つ充
填直後に密封することができるので、不活性ガスの散逸
によるロスを減らすとともに、外部からの空気の流入が
なく、効率的で効果の高いガス置換陽圧包装が行える。

【００４５】液体窒素供給機構に第１圧力調整タンクと
第２圧力調整タンクを設けることによって、第１圧力調
整タンクで一旦減圧してから第２圧力調整タンクに液体
窒素を供給することができ、気化ガスの発生を少なくす
ると共に気液分離が良好にでき、ノズル体からの液体窒
素の噴霧圧をより正確に制御できる。また、ノズル体を
複数個直列に設けることによって、気化して不活性ガス
となる液体又は固体の微細な粒子と不活性ガスとを１個
のノズル充填した場合と比べ、複数Ｎ個のノズルで充填
すれば充填量のバラツキがＮの平方根分の１に減少する
ので、内圧のバラツキがさらに少ないガス置換陽圧包装
体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施形態のガス置換陽圧包装
体の製造方法及びその装置を模式的に示す模式図であ
り、（ｂ）はその容部拡大図である。

【図２】本発明の他の実施形態のガス置換陽圧包装体の
製造方法及びその装置を模式的に示す模式図である。

【図３】シーマー内での缶の自転による液体窒素粒子の
飛散距離と粒子径との関係を示すグラフである。

【図４】内容充填量と充填内圧の関係を示すグラフであ
る。

【図５】本発明の実施形態におけるガス置換陽圧包装缶
の製造工程における現象を示す模式図である。

【図６】本発明の他の実施形態におけるガス置換陽圧包
装缶の製造工程における現象を示す模式図である。

【図７】本発明のさらに他の実施形態のガス置換陽圧包
装体の製造方法及びその装置を模式的に示す模式図であ
る。

【図８】本発明のさらに他の実施形態のガス置換陽圧包
装体の製造方法及びその装置を模式的に示す模式図であ
る。

【図９】図８に示す実施形態における要部拡大図であ
る。

【図１０】従来の液体窒素によるガス置換陽圧包装缶の
製造工程における現象を示す模式図である。

【符号の説明】

１、２５、４５ノズル体２ミスト
供給ノズル３、３２不活性気体供給ノズル５、４１液体窒素供給タンク７、１３、３４、５９、６０圧力調整弁８、１４、３１、５３流量調整弁１０気体窒素供給機構１２気体窒素温
度調節機構１５蒸発気体１６気体窒素１７混合ガス１９ミスト状液
体窒素２９シーマー３０アンダーカ
バーガッシング機構３１ミスト供給ノズル３２不活性気体
供給ノズル３２真空断熱手段４０第１圧力調
整タンク４３第２圧力調整タンク４９、５０液面
計５１電磁開閉弁５４開閉弁５６第１圧力調整配管５７第２圧力調
整配管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気化して不活性ガスとなる液体又は固体
と、不活性ガスとを容器ヘッドスペース内に吹き込んで
密封することにより、ヘッドスペース内のガスを不活性
ガスに置換すると共に、密封後の残留液体又は固体の気
化膨張により内圧を発生させることを特徴とするガス置
換陽圧包装体の製造方法。
【請求項２】前記不活性ガスは、ガス置換陽圧包装体
の最終平衡温度以下の低温不活性ガスであり、密封後の
残留液体又は固体の気化膨張と前記低温不活性ガスの温
度膨張により内圧を発生させる請求項１記載のガス置換
陽圧包装体の製造方法。
【請求項３】前記低温不活性ガスは、前記気化して不
活性ガスとなる液体又は固体の一部が気化して発生した
ものである請求項２記載のガス置換陽圧包装体の製造方
法。
【請求項４】前記気化して不活性となる液体又は固体
が、複数の微細な粒子からなる請求項１、２又は３記載
のガス置換陽圧包装体の製造方法。
【請求項５】前記粒子の直径が１mm以下である請求項
１〜４何れか記載のガス置換陽圧包装体の製造方法。
【請求項６】前記気化して不活性ガスとなる液体が液
体窒素であり、前記気化して不活性ガスとなる固体がド
ライアイスである請求項１〜５何れか記載のガス置換陽
圧包装体の製造方法。
【請求項７】前記容器ヘッドスペース内に吹き込む不
活性ガスが、窒素ガス又は炭酸ガスである請求項１〜６
何れか記載のガス置換陽圧包装体の製造方法。
【請求項８】前記容器が金属缶であり、フィラーから
シーマーへの搬送中の缶に前記気化して不活性ガスとな
る液体又は固体と不活性ガスとを吹き込むようにした請
求項１〜７何れか記載のガス置換陽圧包装体の製造方
法。
【請求項９】前記容器が金属缶であり、シーマーのア
ンダーカバーガッシング機構により、気化して不活性ガ
スとなる液体又は固体と不活性ガスとを、巻締直前の缶
に吹き込むようにした請求項１〜８何れか記載のガス置
換陽圧包装体の製造方法。
【請求項１０】不活性ガスを吹き出す不活性ガスノズ
ルと、気化して不活性ガスとなる液体又は固体の微細な
粒子を供給するミスト供給ノズルとからなるノズル体を
有し、前記不活性ガスノズルが不活性ガス供給機構に連
結され、且つ前記ミスト供給ノズルが気化して不活性ガ
スとなる液体又は固体の供給機構に連結され、前記ノズ
ル体から不活性ガスと、気化して不活性ガスとなる液体
又は固体の微細な粒子とを密封前の容器ヘッドスペース
内に供給するように前記ノズル体を配置したことを特徴
とするガス置換陽圧包装体の製造装置。
【請求項１１】細孔からなるノズル孔を有し、液体窒
素を所定圧力で供給することにより沸騰気化した低温窒
素ガスと液体窒素の微細な粒子とを噴霧するノズル体を
有し、該ノズル体が液体窒素供給機構に連結され、密封
前の容器ヘッドスペース内に窒素ガスと液体窒素の微細
な粒子を供給するように前記ノズル体を配置したことを
特徴とするガス置換陽圧包装体の製造装置。
【請求項１２】ガス置換陽圧包装体が缶詰であり、前
記ノズル体が、フィラーからシーマーへの搬送コンベヤ
の上方に設けられている請求項１０又は１１記載のガス
置換陽圧包装体の製造装置。
【請求項１３】ガス置換陽圧包装体が缶詰であり、前
記ノズル体が、シーマーのアンダーカバーガッシング装
置として設けられている請求項１０又は１１記載のガス
置換陽圧包装体の製造装置。
【請求項１４】前記液体窒素供給機構が、液体窒素供
給タンク、該液体窒素供給タンクと液体窒素供給配管を
介して連結された第１圧力調整タンク、該第１圧力調整
タンクの底部と連結配管を介して連結された第２圧力調
整タンクとからなり、該第２圧力調整タンクの底部に充
填配管が設けられ、該充填配管の端部に前記ノズル体が
設けられている請求項１１又は１２記載のガス置換陽圧
包装体の製造装置。
【請求項１５】前記ノズル体をフィラーからシーマー
への搬送コンベヤの上方に複数個直列に設けられている
請求項１２又は１４記載のガス置換陽圧包装体の製造装
置。