KR20070011359A - 진공압을 제거하기 위한 헤드스페이스의 시일링 및 배제방법 - Google Patents

Abstract

용기(1)는 고온 액체(21)를 충전하기 위한 용기이다. 상기 용기(1)의 네크 피니시(2)의 개구는 팽창이 가능한 측벽(4a)을 구비하는 제1 시일(4)에 의해 폐쇄된다. 상기 액체(21)가 냉각됨에 따라, 상기 측벽(4a)은 용기(1) 내로 빨려 들어가서 용기(1) 내에 형성된 진공압을 제거한다. 영구 캡(25)은 용기의 제2 시일을 제공할 수 있고, 제1 시일(4)과 제2 시일(25) 사이에 제2 헤드스페이스(24b)를 형성할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 시일(4) 대신 기계적으로 이동시켜 하방 위치에 고정시킬 수 있는 시일을 설치할 수도 있다. 또, 상기 제2 시일에는 제2 헤드스페이스 내에 물품을 도입하기 위한 포트나 구멍을 형성할 수 있다. 상기 제2 헤드스페이스 내에는 정제 또는 알약과 같은 물품을 넣어둘 수 있다.

헤드스페이스, 시일링, 진공압, 제거

Description

진공압을 제거하기 위한 헤드스페이스의 시일링 및 배제 방법{HEADSPACE SEALING AND DISPLACEMENT METHOD FOR REMOVAL OF VACUUM PRESSURE}

본 발명은 진공압을 제거하기 위한 시일링 구조를 이용한 핫-필(hot-fill) 용기의 경량화 방법에 관한 것이다.

상기 방법은 용기에 가열된 유체(이하, 액체라 함)를 충전하고, 핫-필 공정 중에 이동이 가능한 시일링 구조를 이용하여 용기의 네크 피니시를 시일링함으로써 달성된다. 상기 시일링 구조는 액체의 냉각 후에 내측으로 변위되어 용기 내에서 발생된 진공압을 제거한다. 그 결과 상기 시일링 구조에 의해 용기의 네크 영역 내의 헤드스페이스 하측의 액체는 하방으로 변위되고, 이어서 캐핑(capping) 공정 및 라벨부착(labelling) 공정이 실시된다. 본 발명은 또 열가소성 폴리에스테르 용기로 포장한 고온 충전 제품 또는 살균 제품에 관한 것으로서, 특히 장기간의 보관이 필요한 산소 민감성 식품 및 음료에 유용하다.

통상 약 85℃의 고온 상태의 다양한 액체를 수용하는 PET 용기 분야에서, 소위 '핫-필(hot fill)'용기는 공지된 것이다.

이 용기는 가열된 액체의 열 충격에 견딜 수 있도록 열가소성 플라스틱으로 제작된다. 상기 열 충격은 고온 액체를 충전할 때 또는 액체를 용기 내에 충전한 후에 가열할 때에 발생한다.

그러나, 캐핑(capped)된 용기 내의 액체가 냉각되면, 용기 내의 액체의 체적이 감소되고, 그 결과 용기 내에 진공이 형성된다. 상기 액체의 체적 감소의 결과 형성된 진공압에 의해 용기의 측벽 및 저벽은 용기의 내측으로 당겨지고, 그 결과 충분한 강성이 없는 플라스틱병의 경우에는 병에 변형이 생긴다.

종래, 진공압은 일반적으로 진공압에 의해 내측으로 변형을 일으키는 진공 패널을 이용하여 제거시켜 왔다. 종래의 기술은 용기가 가혹한 고온 충전 공정에 견딜 수 있도록 다양한 수직방향 진공 패널(panel)을 제안한다. 상기 수직 방향 진공 패널은 용기의 종축선에 평행하게 배치되고, 진공압에 의해 상기 종축선을 따라 내측으로 변형된다.

종래 기술의 용기는 상기 수직방향 진공 패널 이외에 추가로 진공을 보상하기 위한 가요성 베이스를 구비한다. 핫-필 용으로 설계된 종래의 많은 용기는 용기 내에서 발생된 진공압의 적어도 일부를 완화시키기 위해 내측으로 가능한 한 크게 변형될 수 있도록 구성된 단부벽 또는 베이스부를 구비한다.

그러나 상기 진공 패널은 변위량이 상당히 크지만 진공압에 의한 용기의 변형을 방지하기 위한 추가의 보강이 필요하다.

액체의 냉각에 의해 발생하는 액체의 수축은 진공압이 형성되는 원인이 된다. 상기 진공 패널은 진공압을 완화시킬 수 있는 정도의 소형 공간을 형성함으로써 진공압을 제거한다. 그러나, 상기 소형 공간은 진공압의 발생에 의해 일정 위치에 유지된다. 상기 구조가 내측으로 굴곡되기 곤란한 구조일수록 발생되는 진공압 은 더 커진다. 종래의 기술에 있어서, 용기 내에는 여전히 상당량의 진공이 존재하고, 이 진공은 용기의 단부로부터 적어도 1/3의 거리에 수평방향 또는 횡방향에 대형의 환형 보강 링(strengthening ring)을 설치하지 않으면 용기 전체의 형상이 변형된다.

본 발명은 핫-필 용기에 관한 것으로서, 본 명세서에 도입된 국제특허출원 공개 WO 02/18213 및 WO 2004/028910에 개시된 핫-필 용기와 관련하여 이용할 수 있다.

상기 국제특허출원은 핫-필 용기의 디자인 및 상기 디자인에 관련하여 극복하거나 적어도 개량되어야 할 문제점의 대상이 되는 배경기술이다.

상기 용기의 측벽이나 단부벽 또는 베이스부에 횡방향 패널을 설치했을 때는 액체가 냉각되고 패널이 반전(invert)되어 용기 내의 진공이 완전히 제거된 후에도 문제가 존재한다. 용기는 통상 대기 온도보다 높은 온도로 충전 라인으로부터 배출되고, 패널은 반전되어 용기 내에 종래 기술에서 발견되는 부압이 아닌 대기압을 형성한다. 다음에 용기에 라벨을 부착된 후 판매장소에서 냉장된다.

상기 냉장에 의해 제품은 더욱 수축하게 되고, 용기 내에 측벽구조가 매우 작은 소위 '글래스 룩(glass look-a-like)'병에 있어서 보기 흉한 패널링(panelling)이 발생한다. 종래에는 이를 극복하기 위해 충전 작업 중에 형성되는 소형 헤드스페이스(headspace)의 힘에 대항하여 강제 반전되도록, 필요한 수축량 이상으로 크게 수축되는 횡방향 패널을 베이스부에 설치한다. 그 결과, 충전 중에 작은 정압(positive pressure)이 형성되고, 이 정압에 의해 상황이 완화된다. 예를 들면, 냉장에 의한 추가의 냉각에 의해 상기 정압은 강하하고, 냉장 온도 하에서 대기압을 제공함으로써 용기의 패널링을 방지한다.

그러나, 베이스의 반전시 압압되기 위한 대형 헤드스페이스의 사용에 따라 달라지고, 제품의 품질 유지에 필요한 것보다 큰 헤드스페이스를 용기에 형성하는 것이 바람직하지 않으므로 상기 상황은 엔지니어에게 있어서 곤란하다.

소비자가 용기의 뚜껑을 개방할 때 액체가 쏟아지는 것을 방지하기 위해 용기 내의 액체 수준을 낮추는 것이 바람직하지만, 베이스 내의 지나치게 높은 정압은 특히 대기온도 하에서 용기의 개방시 내용물이 쏟아지는 원인이 된다는 것이 알려져 있다.

대부분의 충전 공정에 있어서, 용기는 대체로 네크 피니시의 상부에서 최고 수위의 직하부까지 충전된다. 용기의 헤드스페이스의 크기를 가능한 작은 크기로 유지하는 것은 제품의 밀도나 용기의 용량의 미세한 허용오차를 제공하기 위해, 그리고 고속 포장 충전 라인 상에서의 액체의 누출 및 유출에 의한 낭비를 최소화하기 위해, 그리고 핫-필 공정후의 내용물의 냉각에 따른 용기의 수축을 최소화하기 위해 바람직하다.

헤드스페이스 내에는 기체가 포함되어 있고, 이 기체로 인해 예로써 산소 민감성 제품 및 고온 충전 및 시일링된 제품과 같은 내용물은 손상될 수 있고, 용기의 구조적인 완전성을 위해 추가의 조치가 필요하다.

과도한 크기의 헤드스페이스 기체가 존재하는 강성 용기를 고온에서 충전 및 시일링하면 상당한 진공압이 형성될 수 있다.

따라서, 용기의 구조적 완전성을 해칠 수 있고, 용기에 스트레스를 유발하고, 또는 용기의 형상을 상당히 변형시킬 수 있는 진공압을 감소시키기 위해, 고온 충전된 용기는 헤드스페이스 기체의 양이 적은 것이 바람직하다. 이는 용기의 충전 공정, 시일링 공정, 및 일정 기간 동안 상승 온도에의 노출 공정을 포함하는 저온살균(pasteurization) 및 레토르트(retort) 공정에서도 동일하게 적용된다.

내열 성능을 개선하기 위한 복수의 용기 제조용 가열 경화 공정이 본 기술분야의 전문가에게 공지되어 있다. 폴리에스터, 폴리에틸렌 텔레프탈레이트의 경우, 가열 경화 공정에 의해 제작 중에 용기 내에 형성된 응력이 제거되고 결정 구조가 개선한다.

콜드-필(cold-fill) 탄산 음료용 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 용기는 핫-필 저온살균 또는 레토르트 제품용 용기에 비해 내부 응력이 크고 결정화 분자 구조가 적다. 그러나, 전술한 국제특허출원에 기재된 진공압이 거의 잔류하지 않는 용기에 있어서도, 용기의 네크 피니시는 충전 온도에 견딜 수 있도록 두껍게 형성해야 한다.

본 명세서에서 종래기술 문헌을 인용하는 것은 그 문헌의 기술이 임의의 국가에서 주지되었음을 인정하는 것은 아니다.

전술한 내용을 감안하여, 본 발명의 일실시예의 목적은 용기 내에 진공압이 실질적으로 잔류하지 않도록 진공압을 제거할 수 있는 헤드스페이스 시일링 및 배제 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예의 다른 목적은 이동이 가능한 시일을 용기의 네크 피니시에 설치한 헤드스페이스 배제 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예의 다른 목적은 용기 내에 정압이 형성되도록 상기 용기 내측으로 강제로 이동시킬 수 있는 시일을 용기의 네크 피니시에 설치한 헤드스페이스 배제 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예의 다른 목적은 진공압 효과만으로 용기의 내측으로 이동시킬 수 있는 이동이 가능한 시일을 네크 피니시에 설치한 헤드스페이스 배제 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예의 다른 목적은 캡핑된(capped) 네크 피니시 내에 물품을 수용하기 위한 보호 포켓(protected pocket)을 형성하는 시일을 네크 피니시에 설치한 헤드스페이스 배제 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 모든 실시예의 추가의 목적 및 다른 목적은 대중에게 유용한 선택을 제공하는 것이다.

본 발명의 일관점에 따르면, 본 발명은 개구를 구비한 상부를 구비한 용기로서, 상기 용기의 상부는 상기 용기 내에 가열된 액체 또는 가열이 가능한 액체를 도입한 후 팽창이 가능한 시일을 구비하도록 구성된 네크 피니시를 구비하고, 상기 시일은 상기 용기의 시일링 후 액체의 냉각 중에 진공압을 보상하기 위해 상기 네크 피니시 내에서 이동이 가능한 용기를 제공한다.

전술한 본 발명의 추가의 관점에 따르면, 상기 시일은 팽창이 가능한 측벽을 구비한 가요성 재료로 구성된다.

전술한 본 발명의 추가의 관점에 따르면, 상기 이동이 가능한 시일은 상기 네크 피니시에 대해 상대적인 물리적 이동 및 용기 내의 액체를 향한 물리적으로 이동이 가능하다.

제2 시일은 상기 시일과 함께 제2 헤드스페이스를 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제2 헤드스페이스 내에는 물품이 수용될 수 있다.

본 발명의 추가의 관점에 따르면, 본 발명은 용기에 액체를 충전하는 방법으로서, 적어도 실질적으로 상기 용기를 충전하기 위해 상기 용기의 개구단을 통해 유체를 도입하는 단계, 상기 용기 내의 유체 도입 전 또는 도입 후에 가열하는 단계, 상기 용기 내의 유체 도입 전 또는 도입 후에 가열하는 단계, 상기 유체를 덮어 구속하기 위해 상기 개구단에 이동이 가능한 시일을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 시일은 상기 유체의 팽창 또는 수축에 반응함으로써 상기 용기의 시일링 후 상기 시일의 하측의 헤드스페이스 내압을 보상할 수 있는 용기에 액체를 충전하는 방법을 제공한다.

본 발명의 추가의 신규한 관점은 이하의 설명에 의해 명백히 이해될 수 있을 것이다.

도 1a는 종래의 핫-필 용기의 네크 피니시(neck finish)의 상부의 직하부까지 충전하고, 개방된 상태의 횡단면도;

도 1b는 도 1a의 용기의 냉각에 의해 수축된 액체의 액면을 보여주는 도면;

도 1c는 도 1a의 용기의 네크 피니시 상에 설치된 일반적인 폐쇄 시일링 구 조 또는 캡 시일링 구조를 보여주는 도면;

도 2a는 도 1a의 용기의 충전 직후, 본 발명의 일실시예에 따라 네크 피니시의 상면에 음료를 안정시키기 위한 팽창성 시일을 설치한 것 및 이 시일의 하측에 소형 헤드스페이스가 형성된 것을 보여주는 도면;

도 2b는 도 2a의 용기의 냉각 공정시 물분사에 의해 시일이 손상되는 것을 방지하기 위해 임시 캡을 설치한 것을 보여주는 도면;

도 2c는 도 2b의 용기의 냉각 및 액체의 수축 후 임시 캡을 제거한 것을 보여주는 도면;

도 2d는 도 2c의 용기에 영구 캡을 설치한 것을 보여주는 도면;

도 3a-b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 음료를 시일하기 위해 설치한 기계적인 압축이 가능한 캡을 구비한 용기를 보여주는 도면;

도 3c-d는 도 3a-b의 용기의 헤드스페이스의 진공을 배제시키고, 냉각후 용기의 내부에 정압을 형성하기 위해, 상기 압축이 가능한 캡을 압축한 상태를 보여주는 도면;

도 4a-b는 본 발명의 일실시예에 따른 팽창이 가능한 시일의 수축상태 및 팽창상태의 확대단면도;

도 5a-b는 본 발명의 일실시예에 따른 압축이 가능한 시일의 비압축상태 및 압축상태의 확대단면도;

도 6a-d는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제1 시일링 캡과 제2 시일링 캡의 사이에 수용된 포켓 내에 첨가제를 배치하고, 제2 시일링 캡을 제거하고, 상기 첨 가제를 제거하고, 상기 제1 시일링 캡을 제거한 다음, 상기 첨가제를 음료 내에 첨가하는 예를 보여주는 도면;

도 7은 공기를 유입시킬 수 있는 구멍을 구비하는, 2a-d에 도시된 제2 시일링 캡의 다른 실시예를 보여주는 도면;

도 8a-d는 캡을 통해 첨가제를 도입하는, 도 7a-d의 제2 시일링 캡의 다른 실시예를 보여주는 도면;

도 9a-e는 제2 시일링 캡의 중앙부에 대구경 개구가 형성된 다른 실시예를 보여주는 도면;

도 10a-f는 팽창성 재료로 구성된 및/또는 액체를 시일하기 위해 상향 경사 위치 또는 하향 경사 위치에 설치될 수 있는, 제1 시일의 다른 실시예를 보여주는 도면;

도 11a-e는 제2 헤드스페이스가 횡방향 베이스 패널의 반전에 의해 더욱 압축된 상태인, 도 2 a-d의 실시방법의 다른 실시예를 보여주는 도면;

도 12a-g는 제1 시일이 기계적 수단에 의해 강제로 하향으로 반전되어 정위치에 고정되는, 제1 시일링 캡의 다른 실시예를 보여주는 도면;

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 방법의 도식도;

도 14a-e는 도 7b 및 도 7c의 제1 및 제2 시일의 확대도;

도 15a-b는 도 3 및 도 5의 압축된 시일 캡의 다른 실시예의 부분 횡단면도이다.

후술한 바람직한 실시예는 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하거나 본 발명의 적용 또는 사용을 제한하기 위한 것이 아니다.

전술한 바와 같이, 열가소성 용기 내의 내용물의 냉각 중의 진공압을 수용하기 위해, 용기의 측벽 주위 및 최적의 베이스부에 일련의 진공 패널을 설치한다. 상기 진공압의 영향을 받아서 상기 진공 패널은 내측으로 변형되고, 상기 베이스부는 상측으로 변형된다. 그 결과, 불필요한 용기의 변형을 방지할 수 있다. 그러나, 용기는 여전히 내부의 진공압에 노출되어 있다. 상기 패널과 베이스는 단지 진공압에 대항하는 적절한 저항 구조를 제공할 뿐이다. 구조의 저항력이 클수록 진공압의 크기도 커진다. 또, 최종 사용자는 손으로 용기를 잡고 있을 때 진공 패널의 존재를 느낄 수 있다.

통상 바틀링 공장(bottling plant)에서 용기 내에 고온 액체를 충전하고, 캡을 씌운 후, 냉수를 분사하여 용기 내에 진공을 형성하므로, 용기는 상기 진공에 대처할 수 있는 능력이 요구된다. 본 발명은 핫-필 용기 및 진공압을 실질적으로 제거하거나 소거하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 용기를 기계적으로 변형시킬 우려가 있는 진공압에 대한 저항 구조가 불필요하므로 설계의 자유도가 증대하고 경량을 달성할 수 있다.

도 1a 및도 1b에 도시된 바와 같이, 고온 액체(21)를 용기(1) 내에 도입했을 때, 액체는 제1액면(3a) 까지 충전된다. 뚜껑을 닫지 않은 상태로 방치하면, 액체는 냉각에 의해 제2액면(3b)까지 수축한다.

도 1c에 도시된 바와 같이 충전 직후에 캡(25)을 설치하면, 액면과 제1 시일 링 캡(25) 사이의 제1 헤드스페이스(23) 내에 진공이 형성되고, 이 진공은 캡을 제거한 경우에만 해소된다. 상기 액체와 제1 헤드스페이스의 상측의 제1 시일이 소정의 위치에 유지되어 있으면 진공압은 크게 변하지 않는다. 용기의 벽이 내측으로 굴곡 변형되면 진공압의 수준은 감소된다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 일실시예를 도시한 것으로서, 이것은 용기(1)에 고온 액체(21)를 도입한 후, 용기의 네크 피니시(2)에 제1의 팽창이 가능한 시일(4)을 설치한 것이다. 액체는 가능한 최고의 액면(3a)까지 충전시킴으로써, 시일링시 용기 내에 최소의 헤드스페이스(23a)가 존재하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 시일(4)은 외기와 액체 사이의 상호 작용을 완전히 차단한다. 시일링 후 용기를 거꾸로 세우면 용기 내의 고온 액체에 의해 제1 시일의 하면이 살균된다. 살균후, 가장 중요한 것은 용기 내의 제1 시일 하측에 살균되지 않은 외기가 침투하는 것을 방지하기 위해 제1 시일이 파손되거나 제거되지 않도록 하는 것이다.

제2 임시 시일링 캡(7)은 제1의 팽창이 가능한 시일(4)을 덮기 위해 설치한다. 제2 캡(7)은 라벨을 붙이기 전 용기를 냉각시키는데 사용하는 물분사로부터 시일을 보호한다.

제품이 냉각됨에 따라, 용기의 제1 시일(4) 하측의 제1 헤드스페이스(23a) 및 제1 시일(4)과 제2 시일(7) 사이의 제2 헤드스페이스(24a) 내에는 진공이 형성된다. 상기 용기가 진공압에 저항할 수 있는 충분한 강성을 가지고 있지 않으면 용기(1)는 진공에 의해 어느 정도 변형된다.

제품이 냉각된 후, 도 2c에 도시된 바와 같이 제2 시일(7)을 제거하면, 즉각 용기의 외부의 상승된 압력에 의해 팽창이 가능한 시일(4)은 하방으로 밀리고, 그 결과 용기 내의 압력은 평형을 이룬다. 상기 제1 시일(4)의 팽창이 가능한 측벽(4a)은 도 2a의 비팽창 위치(5)로부터 도 2c의 팽창 위치(6)로 이동하고, 도 2c에 도시된 바와 같이 제1 헤드스페이스(23b)로부터 진공압이 제거된다. 용기의 변형이 제거되면, 도 2d에 도시된 바와 같이, 영구 캡(25)을 설치하고, 라벨을 붙인다. 상기 팽창이 가능한 제1 시일은 상기 제2 임시 시일링 캡(7)을 제거하는 것만으로도 진공압에 의해 완전히 팽창될 수 있다. 평형 상태가 달성되면, 즉시 제2 영구 시일링 캡을 설치할 수 있다. 영구 캡(25) 대신 상기 제2 시일(7)을 재설치하는 것도 가능하다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 위 과정에서 제1 헤드스페이스(23b)의 진공압 뿐 아니라 제2 헤드스페이스(24b)의 진공압이 제거된다.

도 4 a 및 도4b는 도 2의 팽창이 가능한 시일(4)의 상세도이다.

상기 시일(4)은 가요성 플라스틱재로 제조하고, 이 시일(4)에는 비팽창 위치 및 팽창 위치에서 시일의 위치를 고정하기 위해 네크 피니시(2)의 림(rim)에 결합할 수 있는 림부(rim portion; 4a)를 구비하는 것이 바람직하다. 또 주름상자형(concertina-like) 측벽(4a)에 의해 시일(4)은 네크 피니시(2) 내로 팽창할 수 있다. 통상, 상기 제2 시일(7)과 영구 캡(25)도 플라스틱재로 제작할 수 있다.

상기 제1 시일은 강제 하강되는 구조로 구성할 수 있고, 또 제2 시일의 하측에 고정시킬 필요가 없는 구조로 구성할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 시일은 기계식으로 외측 위치 및 내측 위치를 제어할 수 있는 기계식 캡의 형태로 설치할 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 용기(1)에 고온의 음료를 충전한 직후 압축성 캡(8)을 설치하면, 제1 시일링 구조에 의해 제1 헤드스페이스(23)가 커버된다. 음료가 냉각되면, 제1 시일의 하측의 제1 헤드스페이스(23) 내에 진공이 형성되고, 용기는 변형된다. 냉각후, 상기 제1 시일링 캡 구조의 측벽(9)을 외측 위치(11; 도 3b)로부터 내측 위치(12; 도 3d)로 나사결합에 의해 하강시킨다. 그 결과, 도 3c-d에 도시된 바와 같이, 하단부(10)가 헤드스페이스를 하방으로 변위시킴에 따라 헤드스페이스의 진공 및 변형이 해소된다. 상기 기계식 압축에 의해 정압이 형성되므로 패널링(panelling)을 발생시키지 않고 용기를 냉장시킬 수 있다. 상기 제1 시일링 구조로서는 액체를 대폭적으로 강제 변위시키는 다양한 구조를 고려할 수 있다. 예를 들면, 600ml 치수의 용기는 30cc 정도의 액체를 이동(displacement)시켜 주어야 한다. 2000ml 범위의 치수의 용기는 70cc 정도의 액체를 이동시켜 주어야 한다. 본 발명의 방법에 의하면 기계식 압축에 관련된 다양한 구성이 가능하다.

상기 캡(8)은 금속이나 플라스틱으로 제작할 수 있고, 다른 실시예에 있어서는 용기(1)의 네크부에 나사결합하지 않고 푸시하여 결합할 수 있고, 원하는 위치에 고정시킬 수도 있다.

도 5a 및 도 5b는 압축이 가능한 캡(8)의 작용을 보여주는 상세도이다. 상기 시일(8)은 기계 수단, 전기 수단 또는 기타 수단, 또는 손을 이용하여 하방으로 제어가 가능하게 변위시킬 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 도 6a-d에 도시된 바와 같이, 제1 시일 및 제2 시일 사이의 제2 헤드스페이스(24b)는 물품(commodities)을 넣어두는 곳으로 사용할 수 있다. 상기 물품에는 단순한 촉진 물질(promotional materials)로부터 음료에 첨가시킬 수 있는 정제 또는 알약과 같은 제품에 이르기까지 여러 가지를 상정해 볼 수 있다. 소비자는 캡(25)의 하측에 놓인 물품(16)을 꺼내고, 제1 시일(4)을 제거한 다음, 음료(일례) 내에 상기 물품(16)을 집어넣고, 캡(25)을 다시 닫은 다음, 용기를 흔들어서 상기 물품과 음료를 혼합할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 도 7a-d 및 도 14a-c 에 도시된 바와 같이, 제2 시일(25)에 구멍 또는 포트(26)를 형성함으로써, 용기의 내용물이 냉각됨에 따라 상기 제1 시일(4)이 하방으로 팽창되고, 그 결과 용기(1) 내에 압력 평형이 형성될 수 있도록 할 수 있다. 상기 구멍(26)을 통해 외기가 진입할 수 있으므로, 제1 시일(4) 및 제2 시일(25) 사이의 제2 헤드스페이스(24) 내에 진공이 형성되지 않고, 상기 제1 시일(4)에 의해 외기와 액체 사이의 상호 접촉이 방지된다. 상기 제2 헤드스페이스(24) 내에 진공이 형성되지 않음으로써, 외압에 의해 제1 시일(4)이 하방으로 가압될 수 있고, 그 결과 제1 헤드스페이스(23)에도 역시 진공이 형성되지 않게 된다. 내용물이 충분히 냉각되면 상기 구멍(26)을 보호 시일(27)로 막아서, 용기의 템퍼링(tampering; 觸手) 및 공기나 물질의 진입을 방지한다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 도 8a-d에 도시된 바와 같이, 상기 제2 헤드스페이스(24)에 추가의 유익한 효과를 제공하는 물품을 충전시킬 수 있다. 예를 들면, 압력 분사(26)에 의해 소량의 액체 질소를 도입할 수 있고, 이와 같이 액체 질소를 도입하면 용기(1)의 가압화에 다소 유리한 효과를 발휘한다. 소량의 액 체 질소를 분사함에 따른 용기의 가압화는 콜드-필(cold-fill) 음료에 대해서 탑 로드(top load)의 이익을 증대하기 위하여 통상 실시하는 것이다. 핫-필 음료에 대해 상기 공정을 적용하는 경우, 음료가 고온 상태일 때 액체 질소를 도입해야 하므로 매우 곤란하고, 플라스틱 용기와 음료의 양자가 고온이므로 상당한 어려움이 발생한다. 본 발명에서는 질소를 내용물이 냉각되었을 때 도입할 수 있다. 실제로는 동일한 목적을 위해 제1 시일(4)이 도입된 기체와 용기 내의 액체 사이의 접촉을 방지하면서 모든 기체를 가압 하에서 도입할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 도 8a-d에 도시된 바와 같이, 분사(26) 또는 임의의 다른 수단에 의해 도입되는 물품은 산소 제거제로 구성할 수 있다. 음료의 가공과 동시에 캡(25)의 하측에 상기 물질을 기체 상태 또는 다른 상태로 주입하면 용기의 내용물에 유익한 영향을 줌으로써 음료의 풍미의 수명 및 보관 수명을 연장할 수 있다. 상기 제1 시일(4)의 재료를 적절히 선택하면 용기의 내용물과 첨가제 사이의 반응 효과가 더욱 크게 발휘된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 도 9a-e에 도시된 바와 같이, 제2 시일링 구조에는 대형 구멍이 형성된다. 상기 용기는 임의의 적합한 형태 및 치수를 구비할 수 있고, 도면의 실시예는 대구경 병 또는 팟('wide mouth' jar or pot)으로 도시되어 있다. 상기 제1 시일(4)의 팽창 및 그에 따른 진공압의 제거 후, 시일링 구조(37)를 시일링 캡(28)의 상측에 나사결합이나 기타 결합에 의해 설치하여 제2 헤드스페이스(24b)를 적절히 보호할 수 있다. 상기 시일링 부재(37)는 상기 제2 시일링 캡(28)의 설치시에 소정의 위치에 나사 체결될 수 있다. 그 결과 용기 내용물이 냉각됨에 따라 제2 헤드스페이스(24b) 내에는 진공이 형성된다. 이 때, 상기 시일링 부재(37)의 나사체결 상태를 해제한 후 다시 나사체결하면 제2 헤드스페이스 내의 진공압이 제거될 수 있다.

도 10a-f에 도시된 바와 같이, 유연성이 큰 풍선 형태의 구조물을 제1 시일(29a)로서 설치하여, 액체의 시일링시 직립 자세를 취하게 할 수 있다. 캡(28)의 시일 부재(37)가 설치되면, 제1 시일(29b)은 용이하게 압축된다. 또, 상기 제1 시일링 풍선(29)은 하방으로 설치할 수 있다. 액체의 냉각에 의해 진공이 형성되면, 상기 제1 시일(29c)은 풍선 내의 부압에 의해 약간 팽창된다. 그러나, 시일링 부재(37)를 제거하여 압력 평형을 형성한 후 재설치하면, 진공압이 제거되었으므로 제1 시일(29d)은 즉각 완전 팽창된 자세를 취한다.

본 발명을 촉진함에 있어서, 액체의 수축후 헤드스페이스를 제거함에 따른 진공압의 완전한 제거 또는 상당한 제거에 의해 기계적 변형력을 제거함으로써 측벽의 중량을 상당량 제거할 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 도 11a-e에 도시된 바와 같이, 가열된 액체를 용기에 충전하고, 제1 시일링 구조(4)를 설치할 수 있다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 제2 시일(7)은 캡(임시 캡 또는 영구 캡)의 형태로 설치할 수 있다. 그 결과, 제2 헤드스페이스(24a)는 초기에 가열된 액체에 의해 압력이 형성되지만, 내용물이 냉각됨에 따라 그 압력은 강하하여 진공압이 형성되기 시작한다. 냉각 공정이 종료되면, 제2 시일(7)을 제거후 재설치하여 진공압을 제거함으로써 제2 헤드스페이스(24b) 및 제1 헤드스페이스(23b)의 압력 평형을 달성시킬 수 있다. 다음에, 캡이 설치된 용기의 횡방향 베이스 패널(31)을 내측으로 반전시킴으로써, 액체와 분리되어 있는 상기 제1 시일(4)의 상측의 제2 헤드스페이스(24b)를 가압한다. 상기 횡방향 베이스 패널이 반전되면, 제2 헤드스페이스(24c) 내에 정압이 형성됨으로써 패널링을 야기시킬 우려가 있는 냉장 효과를 제거할 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 도 12a-g에 도시된 바와 같이, 강제 반전에 의해 하향 위치에 고정되는 횡방향 패널(41)을 구비하는 제1 시일링 구조(40)에 의해 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이 경우, 추가의 보호를 위해 또는 제1 시일과 제2 시일 사이에 물품을 수용하기 위해, 제1 시일의 상측에 제2 시일을 설치하지만 제1 시일(40) 역시 영구 캡으로 구성할 수 있다. 이 경우, 용기 내에 충전된 액체(3a)의 액면과 제1 시일의 수준 사이에 위치하는 상기 제1 헤드스페이스(23a)는 크기는 상당히 크다. 상기 제1 시일(40)의 설치 직후에는 제1 헤드스페이스(23a) 내에 압력이 형성되지만, 액체 냉각에 의해 액면이 도 12d에 도시된 바와 같이 하강하면 제1 헤드스페이스(23b) 내에 궁국적으로 진공이 형성된다. 상기 실시예에 있어서, 상기 제1 시일은 진공압만으로는 하방으로 이동할 수 없고, 기계적인 로드(51) 또는 펀치 등에 의한 기계적인 힘을 가하여 강제로 하방으로 이동시킬 수 있다. 상기 기계적 로드로 제1 시일(40)을 가압하면, 도 12c에 도시된 바와 같이 외방을 향해 돌출해 있던 횡방향 패널이 반전 자세(42)로 전환됨으로써 용기 내의 진공압을 제거할 수 있다.

도 13은 용기 내의 헤드스페이스를 시일링 및 배제(displacing)시키는 방법을 도시한 것이다. 상기 방법은 빈 용기(1)를 준비하는 단계로부터 시작된다. 상기 용기는 횡방향 베이스 패널(도시 생략)을 구비하거나 구비하지 않는 것으로 할 수 있다. 다음 단계는 용기의 충전(60) 단계로서, 여기서 충전장치(도시 생략)에 의해 용기를 충전한다. 충전된 용기는 충전 액위(level; 3a)를 유지한다. 다음에, 제1 헤드스페이스(23a) 상에 제1 시일(4)을 설치하여 밀봉한다. 필요에 따라 액체를 고온 상태에서 주입하면, 용기의 내부 및 제1 시일의 하측면은 열에 의해 살균된다. 이와 같은 살균 작용을 돕기 위해, 통상 용기를 거꾸로 세운다(도시 생략). 이와 달리 액체(21)를 냉각 상태에서 주입한 경우, 필요에 따라 가열(70)해 주면 적정 온도에서 살균 작용이 발생한다. 용기는 필요에 따라 예를 들면 물분사(80)에 의해 또는 방냉(left to cool down)에 의해 냉각시킬 수 있다. 액체가 냉각 및 수축되면, 제1의 제거가 가능한 시일(40)이 하방 위치(6)로 이동되어 용기 내의 진공이 제거된다. 상기 제1 구조 상에 제2 시일링 구조(7)를 설치한 경우에는 외기 통로를 제공해 주어야 한다. 외기 통로는 제1 시일의 제거 및 재설치에 의해 제공하거나 제2 시일에 통공을 형성하여 제공할 수 있다. 상기 방법의 마지막 단계는 필요에 따라 폐쇄체(closure)를 설치하는 단계를 포함한다. 상기 폐쇄체는 실제로 제2 시일링 구조(7)로 구성할 수 있다. 완성된 용기는 배출되어 저장 및 수송된다. 필요에 따라, 상기 제2 시일링 폐쇄체를 설치하기 이전에 제1 시일 및 제2 시일 사이에 위치하는 제2 헤드스페이스 내에 예를 들면 산소 제거제, 액체 질소와 같은 물질을 도입하는 추가의 단계가 포함될 수 있다.

이상은 본 발명의 특정 부품에 대한 설명으로서, 본 발명은 상기 특정 부품에 대한 등가물을 모두 포함한다.

이상은 본 발명의 특정 실시예에 대한 설명으로서, 본 발명의 첨부한 청구범위에서 정의한 본 발명의 범위 내에서 다양한 개조 또는 개선이 가능하다.

Claims (22)

1. 개구를 구비한 상부를 구비한 용기로서, 상기 용기의 상부는 상기 용기 내에 가열된 액체 또는 가열이 가능한 액체를 도입한 후 팽창이 가능한 시일을 구비하도록 구성된 네크 피니시를 구비하고, 상기 시일은 액체의 냉각 중에 진공압을 보상하기 위해 상기 네크 피니시 내에서 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 용기.
2. 제1항에 있어서, 상기 시일의 표면은 상기 네크 피니시의 횡방향으로 연장하고, 상기 시일이 팽창함에 따라 상기 네크 피니시 내로 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 용기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시일은 팽창이 가능한 측벽을 구비한 가요성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 용기.
4. 제3항에 있어서, 상기 측벽은 상기 팽창을 위해 주름상자 형태의 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 용기.
5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서, 상기 시일은 상기 네크 피니시의 림에 결합할 수 있는 림부를 구비하는 것을 특징으로 하는 용기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이동이 가능한 시일은 상기 네크 피니시에 대해 상대적인 물리적 이동 및 용기 내의 액체를 향한 물리적으로 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 용기.
7. 제6항에 있어서, 상기 측벽은 상기 네크 피니시 또는 캡에 형성된 다른 나사와 맞물릴 수 있는 나사를 구비하는 것을 특징으로 하는 용기.
8. 제6항에 있어서, 상기 측벽은 상기 네크 피니시 또는 캡과 압입(push-fit) 결합을 제공하는 것을 특징으로 하는 용기.
9. 제1항 내지 제8항 중 한 항에 있어서, 상기 시일은 용기의 제1 시일을 제공하고, 상기 네크 피니시를 위한 제2 시일은 상기 용기의 개구 상에 제공되어 상기 제1 시일과 제2 시일 사이에 위치하는 제2 헤드스페이스를 형성하는 것을 특징으로 하는 용기.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2 헤드스페이스 내에 물품이 설치되어 있거나 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 용기.
11. 제10항에 있어서, 상기 물품은 상기 액체를 사용하기 전에 상기 액체와 혼합시키기 위한 정제 또는 알약인 것을 특징으로 하는 용기.
12. 제9항에 있어서, 상기 제2 시일은 상기 제2 헤드스페이스 내에 접근하기 위한 구멍 또는 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 용기.
13. 제12항에 있어서, 상기 구멍 또는 포트는 상기 제2 헤드스페이스 내에 외기의 유입을 허용하고, 상기 액체가 충분히 냉각된 후에 폐쇄되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용기.
14. 제12항에 있어서, 상기 구멍 또는 포트를 통해 제2 헤드스페이스 내에 물품을 도입할 수 있는 것을 특징으로 하는 용기.
15. 제14항에 있어서, 상기 물품은 질소 또는 산소제거제인 것을 특징으로 하는 용기.
16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시일은 상기 액체의 냉각에 따른 진공압을 보상함에 있어서 상기 네크 피니시 내에서 팽창할 수 있는 풍선형태의 가요성 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 용기.
17. 제1항 내지 제16항 중 한 항에 있어서, 상기 용기는 베이스를 더 포함하고, 이 베이스는 반전되어 상기 시일을 압압하여 상기 네크 피니시 내에서 상기 개구를 향해 상기 시일을 이동시킴과 동시에 상기 시일의 상측의 제2 헤드스페이스를 가압하는 것을 특징으로 하는 용기.
18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시일은 상기 개구의 주위에 위치할 수 있는 캡의 형상을 구비하고, 상기 캡은 상기 시일의 하측의 헤드스페이스를 가압하기 위해 하방 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 용기.
19. 제18항에 있어서, 상기 하방 이동을 위해 기계적 힘을 제공하는 것을 특징으로 하는 용기.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 캡은 하방 위치에 고정시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 용기.
21. 용기에 액체를 충전하는 방법으로서, 적어도 실질적으로 상기 용기를 충전하기 위해 상기 용기의 개구단을 통해 유체를 도입하는 단계, 상기 용기 내의 유체 도입 전 또는 도입 후에 가열하는 단계, 상기 유체를 덮어 구속하기 위해 상기 개구단에 이동이 가능한 시일을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 시일은 상기 유체의 팽창 또는 수축에 반응함으로써 상기 시일의 하측의 헤드스페이스 내압을 보상할 수 있는 것을 특징으로 하는 용기에 액체를 충전하는 방법.
22. 실질적으로 도 2 및 도 4, 도 3 및 도 5, 도 7 및 도 14, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12 또는 도 13에 관련하여 기술된 용기.

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