WO1999054207A1

WO1999054207A1 - Procede et dispositif de fabrication d'un corps de conditionnement a pression positive

Info

Publication number: WO1999054207A1
Application number: PCT/JP1999/001995
Authority: WO
Inventors: Ken Takenouchi; Hidetoshi Koike; Katsumi Senbon; Tsutomu Iwasaki; Kazuyuki Kurosawa; Mitsuo Tanioka; Yoshihiko Kimura
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha, Ltd.
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 1999-10-28
Also published as: KR100628780B1; AU3344199A; EP1106510A4; EP1106510B1; US6519919B1; ES2318891T3; EP1106510A1; KR20010042803A; DE69940023D1; TW418169B

Description

明細書

陽圧包装体の製造方法及びその装置

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て、液化不活性ガスの少量充填が高精度でできて品質保証に優れた低陽圧包装体を得ることができる陽圧包装体の製造方法及びその装置に関する。背景技術

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へッドスペースに液化不活性ガス（一般には液体窒素であるので、以下液体窒素で代表する）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卷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陽圧缶詰の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。

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、特に液体窒素充填時及び蓋卷締時に液体窒素が缶外に飛散してしまうため充填量のバラツキが大きく、所定内圧を安定して得ることができない欠点がある。そのため、缶の使用材料を設定内圧に耐える限界まで薄くすることができず、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。特に、低内圧缶詰を得るために、液体窒素を少量充填する場合は、目標充填量に対するバラツキが一段と大きくなるので、従来の液体窒素充填方法では少量の液体窒素を充填して低陽圧缶詰を安定して得ることができなかった。ミルク入り飲料等の腐敗し易い内容液の場合、腐敗菌による膨脹が判明し易いように負圧缶詰又は低陽圧缶詰が要求されるが、上記のように内圧のバラツキが大きいと腐敗菌による膨脹か液体窒素充填による内圧のバラツキによるものであるか判別できなくなる。そのため、これまで腐敗し易い内容液の場合、液体窒素充填により缶内圧を発生させて缶強度を高める手段が適用できず、肉厚の缶に充填しなければならかなった。

また、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、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。

また、液体窒素を霧状にして缶に充填することが提案されている（特公昭 5 9— 9 4 0 9号）、大気圧下での沸点が一 1 9 6 °Cという極低温で非常に気化し易い液体窒素の場合、沸点が高い通常の液体と相違して加圧常態で噴出しても安定して霧状にすることはできないため、未だ実用化されていない。その原因は、大気中に液体窒素を噴出すると、常温大気により液体窒素が熱せられて気化し、噴霧前に噴霧ノズル内で気化して圧力変動や、噴出口への気泡の嚙み込みが起こり、脈動を生じてしまうことにある。特に、高圧状態で噴出すると液体窒素が噴霧ノズルを通過する際の沸点降下度が大きくなり、ノズル内で液体窒素が沸騰して脈動が生じ、微細粒を安定して得ることはできない。また、他の原因として、大気中に含まれる水分がノズル先端で氷結し、噴出口を塞いでしまい噴霧量が安定しないことにある。さらに、例え安定して噴霧ができたとしても、噴霧した液体窒素の噴霧パターンが容器の搬送方向と整合性がないと容器への液体窒素微細粒の充填精度が悪くなり、そして特に高速ラインの場合は液体窒素微細粒が内容液面への到達時に跳ね返つて容器外へ飛散してしまうことがあり、極めて高い精度で液体窒素の少量充填が求められる低陽圧缶詰を得るには未だ満足するものではなかつた。

従って、本発明は、陽圧包装体の充填内圧精度を向上させて、低内圧でも所定内圧を安定して得ることができ、且つ陽圧包装体の不活性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る陽圧包装体製造方法及びその装置を提供するを目的としている。

また、本発明のより詳細な目的は、液化不活性ガス又は固化不活性ガスをより安定的に微細粒化して微少量充填が精度良くでき、品質保証性に優れた低陽圧ガス置換包装体を得ることができ、特に低酸性飲料液缶詰にも薄肉缶の使用を可能とする陽圧包装体製造方法及びその装置を提供することにある。発明の開示

本発明は、基本的には、気化して不活性ガスとなる液化不活性ガス又は固化不活性ガスを微細粒にして、内容物が充填された容器へッドスべース内に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と共に吹き込んで密封することにより、へッドスペース内のガスを不活性ガスに置換すると共に、密封後の残留液化不活性ガス微細粒又は残留固化不活性ガス微細粒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ものである。このことにより、内圧精度と不活性ガス置換率の高い陽圧包装体を得ることができ、上記目的が達成される。前記液化不活性ガスの微細粒は、液化不活性ガスを液化不活性ガス貯留タンクから断熱経路により前記噴霧ノズルの細孔入口まで気化を防いで供給して、前記細孔を液体状態で通過させて大気中に放出し、該細孔を出た直後に液化不活性ガスが急激な気化膨張作用を起すことにより、未だ液相状態にある他の液化不活性ガスを微細粒化させることにより確実に生成することができる。前記液化不活性ガスとしては基本的には液体窒素、固体状ガスとしてはドライアイスが採用されるが、必ずしもそれに限るものではない。

前記低温不活性ガスは、前記噴霧ノズルに所定圧力で供給された液化不活性ガスの一部が沸騰気化することにより生成された気化ガスを使用するが、不活性ガス供給源から別経路により供給される不活性ガスとを併用しても良い。容器内への充填精度を高めるためには、液化ガスを広がり角 20° 〜 1 00° の噴霧パターンを形成するように噴霧ノズルより容器開口部に向けて噴霧することが望ましい。その際、前記液化ガスの噴霧流量は 0. 2g/s〜4. Og/sの範囲が好ましく、噴霧流量が 0. 2g/sより少ないと所望の容器内圧が得られないし、 4. Og/sを越えると噴霧時に脈流がが発生しやすく、広がり角も安定せず、安定した噴霧流が得にくい。より好ましい噴霧流量は、 0. 2g/s〜3. Og/sの範囲である。なお、噴霧パターンとは、ノズル孔から出た直後に形成される液体窒素の多数の微細粒の空間への分布状態を云う。ガス置換陽圧包装体を製造するために容器内に充填される液化ガスとしては、一般に液体窒素が採用されており、本発明も液体窒素の噴霧充填に良好に適用できる。

前記噴霧パターンは、水平断面形状を方形状乃至は楕円形状に近似する形状にすることによって、効率良く液化ガス微細粒を容器内に充填でき望ましい。前記噴霧ノズルより噴霧されて形成される液化ガスの微細粒は、その粒径が 2ram以下であることが望ましく、 2mmを越える粒径であると従来の流下充填の場合と変わらず、微小な充填制御が困難である c また、液化ガスを効率良く且つ確実に微細粒化させるには、前記液化ガスを噴霧する際のノズル温度が、液化ガスの沸点以上沸点 + 75°C以下、好ましくは沸点以上沸点 + 50°C以下であり、例えば液体窒素を噴霧する場合は、一 1 20°C以下乃至液化ガス沸点以上、好ましくは一 1 50°C以下液化ガス沸点以上である。また、噴霧圧力は、 lkPa〜 1 5 O kPa、好ましくは l kPa〜 3 O kPaである。

前記液化ガスを噴霧する際、前記噴霧ノズルを、比較的低温のインナ一パージガスと比較的高温のァウタ一パージガスの二重のパージガスにより、外気と遮断するのが望ましい。しかしながら、液化ガス貯留タンク、特に加圧されている液化ガス貯留タンクから該タンク内で気化した低温の気化ガスのみでも良い。

さらに、液化ガスの噴霧流が容器の進行方向の速度成分を有するように、前記液化ガスを容器の進行に対して鉛直から 5 ° 〜4 5 ° 、好ましくは 1 5 ° 〜4 0 ° 傾斜して噴霧するのが望ましい。そして、前記噴霧ノズルの先端部から容器充填面に達するまでの噴霧距離は、 5〜1 0 0 mmが望ましく、より好ましくは 4 5〜6 0 mmである。以上のような手段によって、密封後の容器内圧が 0 . 2〜0 . 8 kgf/cm²の低陽圧包装体を安定して得ることができる。

前記容器が金属缶の場合は、基本的にはフイラ一からシーマーへの搬送中の缶に前記液化不活性ガスを噴霧充填することができるが、前記噴霧ノズル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によって、アンダーカバーで容器内に液化不活性ガスを噴霧することもできる。

また、本発明の陽圧包装体の製造装置は、液化不活性ガス貯留タンクと、該液化不活性ガス貯留タンクの底部に連通して設けられた噴霧ノズルを有する噴霧手段とを備え、前記噴霧手段は、液化不活性ガスの流量を制御するバルブ、ノズル細孔を有する前記噴霧ノズル、前記バルブから前記ノズル細孔まで液化ガスを供給する断熱経路を有してなることを特徴とするものである。

前記断熱経路は、液化不活性ガス流路を真空断熱する等の手段が採用できるが、前記バルブから前記噴霧ノズルまでの液化不活性ガス流路の外周部を、液化不活性ガス貯留タンクから液化不活性ガスが流入するノズル冷却槽で囲って構成することによって、前記噴霧ノズルをより効果的に冷却 ·温度コントロールすることができる。液化不活性ガスをより確実に微細粒にする噴霧ノズルの構成としては、開口部面積が 0 . 1 5 〜4 mm²、好ましくは 0 . 2〜 3 mm²である細孔からなる噴霧ノズル孔を有しているのが望ましい。噴霧ノズル孔の開口面積がその範囲以下では、噴出の際に気化して微細粒化が困難であり、その範囲以上であると液滴が大きくなり過ぎて流下状態に近くなり微細粒が得られにくくなる。また、前記噴霧ノズルを、鉛直方向下向きに 5 ° ~ 4 5 ° 、好ましくは 1 5 ° 〜4 0 ° 傾いて配置することによって、噴霧流に容器搬送方向の速度成分を付与し、液化ガス微細粒を容器内の液面にソフトランディングさせることができて望ましい。また、前記噴霧手段は、少なくともノズル出口部近傍をパージガスで外気と遮断して霜付きを防止するパ一ジ手段を備えているのが望ましい。前記パージ手段は、インナーパージガス路を形成するィンナーパージガスフ一ドと、アウターパージガス路を形成するアウターパージガスフードの二重のパージガスフードで形成し、且つ前記インナーパージガスフードは、前記噴霧ボディ下部外周部からノズル先端を囲うように形成することによって、ノズル先端に面するところを噴霧くちばしとして構成することができる。しかしながら、不活性ガス貯留タンクの気化ガス、特に加圧タンクから発生する気化ガスをパージガスとして導入すると、 2重のパージ路を形成しなくても、十分にパージすることができる量の低温パージガスを得ることができるので、構造が簡単になる。

噴霧手段は、それを構成する各部材を噴霧ボディに一体に取り付けて噴霧手段組立体として構成することによって、組立がより簡単にでき、望ましい。そして、前記噴霧手段を液化ガス貯留タンクの底部に容器搬送方向に沿って複数個配置するか、あるいは液化ガス流下手段と組合せて配置してマルチノズル構成とすることによって、内圧に対するバラッキを低減してより精密充填が可能となり望ましい。また、噴霧量が多い場合にも高精度の液化ガス充填が可能となる。前記液化ガス貯留タンクに、該液化ガス貯留タンク内に液化ガスを供給前に乾燥加熱ガスを供給して該タンク内の水分を除去する初期パージ機構を連結し、初期パージを行うことによって、タンク内に氷ができることがなく望ましい。図面の簡単な説明

図 1は、この発明に係る陽圧包装体の製造装置の基本的構成を示す模式図、

図 2は、シーマ一内で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、

図 3は、陽圧包装体における内容液充填量と充填内圧の関係を示すグラフ、

図 4一 A〜図 4一 Dは、本発明を陽圧包装体製造方法による陽圧缶詰の製造工程における現象を示す模式図、

図 5は、本発明の実施形態に係る液化ガス嘖霧充填装置の断面図、図 6は、噴霧手段組立体の三次元断面図、

図 7は、噴霧くちばし出口部から見た噴霧ノズルの底面図、図 8は、缶内圧と液化ガス噴霧流量との関係を表す線図、

図 9は、缶内圧と噴霧ノズル孔面積との関係を表す線図、

図 1 0は、容器と噴霧ノズルの位置関係を表す模式図、

図 1 1は、噴霧パターンの断面図、

図 1 2— A 1図及び 1 2— A 2は、本発明の他の実施形態に係る液化ガス噴霧充填装置のノズルチップの正面図及び底面図、図 1 2— B 1図及び 1 2— B 2 1は、本発明のさらに他の実施形態に係る液化ガス噴霧充填装置のノズルチップの正面図及び底面図、

図 1 3は、本発明の他の実施形態に係る液化ガス噴霧充填装置の断面図、

図 1 4— Aは、本発明のさらに他の実施形態に係る液化ガス噴霧充填装置の模式図であり、図 1 4— Bはその要部拡大図、

図 1 5は、本発明のさらに他の実施形態に係る液化ガス噴霧充填装置の断面図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施形態を説明する前に、まず本発明の基本原理について説明する。以下の説明では、ガス置換陽圧包装体の代表的な例として、金属缶に液体窒素を充填して不活性ガス置換陽圧缶詰を得る場合について説明する。

従来の液体窒素充填缶詰における缶内圧のバラツキの発生原因は、 ① 液体窒素は極低温（沸点が一 1 9 6 °C) であるため、液体窒素充填時に液体窒素が内容液面と衝突すると液面との温度差によつて突沸現象が起きて液滴状になって外部に飛散し易いこと、及びその現象がシ一マまでの搬送中の振動、及びシーマでの缶の高速自転 ·公転によっても起き、さらに充填から卷締までの蒸発のため、液体窒素の缶外部への飛散 ·蒸発量が不確実で卷締時の残留液体窒素量が正確にコントロールできないこと、 ②液体窒素充填における卷締後の缶内圧の発生は、液体窒素の気化ばかりでなく、密封時に液体窒素と共に缶へッドスペースに充填される低温の気化ガスの温度膨張によっても起こるが、これら要因によって発生する内圧は容器の内容物充填量のバラツキによって影響を受ける。そこで本発明者は、上記①②の問題点を一挙に解決しようと研究した結果、気化して不活性ガスとなる液体又は固体を微細粒子状にして低温の気化ガスと同時に、容器へッドスペース内に充填することによって、内圧のバラツキのない陽圧缶詰を安定して得ることができ、しかも高置換率でガス置換できることを見出し、さらに、研究した結果、極低温のため微細粒にすることが困難な液体窒素を安定して確実に微細粒にする方法及び装置を見出し、本発明に到達したものである。

まず本発明者は、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 2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 2 5 0 0 r p m、卷締時間 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 1匪であると、約 3 0廳飛散するのに対し、粒径が 0 . 1 mmであると飛散距離は約 0 . 3 ram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。従つて、この実験によれば、自転速度 2 5 0 0 r p mでは液体窒素の粒径が l mm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微細粒にすることが、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。

また、内容物充填量のバラツキによる缶内圧に与える影響を調べるために、次の実験を行った。

満注容量 3 7 O ml缶に、内容液充填量を 3 4 0 g〜3 5 0 gの間を 1 g刻みで変化させて充填し、液体窒素微細粒と低温窒素ガスとを同時に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 3に示す。図 3 において、線図 aが液体窒素微細粒とその気化ガス（低温ガス）充填した場合を示し、線図 bが液体窒素だけの場合、線図 cが低温気体窒素だけの場合を示す。なお、線図 dは、ホットパック充填の場合を示している。図 3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 b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 c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、内容物充填量のバラツキに関わらず充填内圧を線図 aに示すように一定に保ことが可能となることが分かる。

以上の実験結果から、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り、内圧のバラツキの少ない陽圧缶詰を得ることができることが分かる。さらに本発明者は、液体窒素を確実に微細粒にする方法を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、流量及ぴ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。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。

図 1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実施形態の概略図を示している。本実施形態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、該ノズルから液体窒素微細粒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。

図 1において、 5 0はノズル体であり、該ノズル体は細孔からなるノズル孔 5 1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 5 2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、液体窒素がノズル孔を通過する間は沸騰せず、ノズル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）となるようにノズル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。

噴霧ノズル 5 0は、液体窒素供給タンク 5 3を含む液体窒素供給機構に連結されている。即ち、噴霧ノズル 5 0は、真空断熱構造である液体窒素供給タンク 5 3に配管 5 4を介して連結され、配管の途中に流量調整弁 5 6が設けられている。配管 5 4は、噴霧ノズル 5 0に至るまで各弁を含め真空手段 5 7が施され、液体窒素供給タンク 5 3から液体窒素を蒸発させることなく噴霧ノズル 5 0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 5 3の気相部には外部に設けられた加圧ガスボンベ 5 8が配管 5 9を介して連結され、該配管の途中には圧力調整弁 6 0が設けられ、液体窒素供給タンクに加圧ガスを供給することによりタンク内圧を高めることができるようになつている。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 6 1が圧力調整弁 6 2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 6 3により制御され、噴霧ノズル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。液体窒素がノズル孔 5 1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液体窒素微細粒量を制御することができる。

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 6 3の指令に基づき圧力調整弁 ·流量調整弁が作動して、液体窒素供給タンク 5 3の内圧、液量等が設定値に制御されて、ノズル孔 5 1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、噴霧ノズル 5 0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微細粒化し、低温窒素ガスと液体窒素の微細粒が生成される。従って、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粒化とする割合は、液体窒素の全噴霧量に対して微細粒化した液体窒素の質量が 1 5〜 6 0 %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、容器へ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 4 0〜 8 5重量％) 内にあるのが好ましい。上記のように、液体窒素微細粒と気体窒素を缶内に吹き込むことによつて行われるガス置換の作動状態が図 4 _ A〜図 4 _ Dに模式的に示されている。所定の粒径の液体窒素微細粒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、図 4— Aに示すように、へ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 - 窒素が微細粒化していると共に、気化した低温の気体窒素も同時に吹き込まれるので、混合ガス状態となつてへ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、 6 5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卷締めが行われるが、その搬送中、図 4— B、図 4— Cに示すように液体窒素微細粒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 4一 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、液体窒素微細粒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液体窒素微細粒が外部に飛散することがない（図 4— C ) 。そして、液体窒素微細粒の気化膨張が続いているうちに蓋 6 6を被せて卷締密封を行う（図 4一 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。なお、図中、 6 7は缶、 6 8は内容液を示している。

図 5〜図 7は、上記実施形態における液体窒素供給タンクから噴霧ノズルまでの具体的な機構を示している。

図 5はその断面を示し、図 6はその噴霧手段組立体部分の立体断面図を示している。図中、 1は真空断熱槽を有する二重壁の真空断熱構造に形成された液化ガス（液体窒素）貯留タンク（以下、単にタンクという）であり、前記実施形態の液体窒素供給タンクに相当する。その底部開口部に液体窒素を微細化して噴霧するための噴霧手段が設けられている。噴霧手段は、基本構成として液体窒素の流量を制御するバルブ 2 (前記実施形態の流量調整弁に相当する）と噴霧ノズル（以下、単にノズルという） 3からなり、液体窒素を確実に微細粒化して噴霧する付加的構成として、バルブ 2からノズル 3までの液体窒素流路 4、該流路を冷却するノズル冷却槽 5、ノズル外周部及び出口部を外気と遮断して霜付きを防止するパージ手段等を有し、本実施形態では図 2の立体断面図に示すように、これらが噴霧ボディ 6に一体に取り付けられて噴霧手段組立体 1 0を構成している。

噴霧ボディ 6は、図 6に示すように、タンク 1の底壁に形成された開口部に合致する内径を有する円筒状外壁 1 1を有し、その底壁 1 2を貫通して液体窒素通路を構成するパイプ 1 3が立ち上がって設けられている。従って、噴霧ボディの円筒状外壁 1 1 とパイプ 1 3は二重構造になつて、円筒状外壁 1 1 とパイプ 1 3の間には、タンク 1から液体窒素が流入するノズル冷却槽 5を構成している。該ノズル冷却槽 5は、図示のようにノズル近傍まで延びており、パイプ 1 3とノズル 3を常時液体窒素で冷却するようになっている。それにより、液体窒素をタンクからノズルまで沸騰気化させることなく、且つ沸点近傍までの温度勾配を持たせてノズルに供給することを可能にしている。

パイプ 1 3の上端開口部はタンク 1の開口部に臨み、その入口部にはノズルへの液体窒素の供給を制御するバルブ 2の弁座 1 4が設けられている。バルブ 2はニードルバルブで構成され、弁座 1 4に対向して上下動可能に設けられる弁棒 1 5がタンク内を貫通してタンク上部に突出しており、図示しない弁制御手段により外部から駆動制御できるようになつている。パイプ 1 3の上端には、弁座 1 4の上方に位置して気泡偏向部材 1 6が設けられノズル冷却槽 5に貯溜されている液体窒素が気化しても気泡がパイプ 1 3内に侵入するのを阻止して、液体窒素の微細粒化の妨げとなる気泡のノズルへの浸入を阻止している。

パイプ 1 3の下端部は、図 5に示すように容器の進行方向 Aに対して噴霧方向が鉛直方向下向きに αだけ傾くように傾斜面に形成され、該傾斜面にノズル 3が水平面に対して α傾いた状態で固定されている。傾斜角 αは、後述する理由により 5 ° 〜4 5 ° の範囲内で適宜選択される。ノズル 3は、ノズルチップ 1 7と該ノズルチップを噴霧ボディに固定する保持口金 1 8で構成されている。ノズルチップ 1 7は、下端中央部に容器の進行方向に対して直角に溝 1 9が形成され、その中央に液体窒素流路に連通する細孔からなるノズル孔 2 0が形成されている。保持口金 1 8は、ノズル孔 2 0よりも充分に大きな開口を有している。ノズル 3 が上記構造を有することによって、該ノズルから噴霧される液体窒素は、所定の広がり角をもって進行方向に対して扁平で全体として直方形状〜楕円形の扁平状の噴霧パターンを形成して、進行方向に速度成分を有するように傾斜して噴霧される。噴霧パターンの広がり角は、前記ノズルチップの形状と噴霧圧とによつて左右されるが、本実施形態では後述するように、噴霧の広がり角を 2 0 ° 〜1 0 0 ° の範囲内で適宜選択する。噴霧ボディ 6の外周部には、パージ手段が設けられている。パージガスは、液体窒素で氷結する成分（水分等）を含んでいない乾燥ガスであれば良く、好ましくは窒素や乾燥空気が良い。パージガス流量が少ないと外気を充分にパージできなくてノズルに霜付きが生じる。一方、パージガス流量が多いと液体窒素の安定的噴霧を阻害し、噴霧流量の減少とバラツキの増大を招く。さらに、パージガス温度が高いと、ノズルや液体窒素噴霧流を加熱することになり、同様に噴霧流量の減少やバラツキの増加を招く。従って、液体窒素を良好に噴霧するには大気温よりも低いパージガスが望ましいが、装置の最外層は常温大気と接しているので、結露 ·霜付きを防ぐためには、この部分を過度に冷却することは望ましくない。

この観点から、本実施形態では、パージガス流路をインナーバージガス路 2 1 とアウターパージガス路 2 2と二重に形成して、ィンナーバージガス路 2 1には比較的低温のインナーパージガスを、アウターパージガス路 2 2は比較的高温のパージガスを流すように構成してある。図中、 2 3は噴霧ボディとの間にィンナーパージガス路を形成するためのィンナ一パージフードであり、噴霧ボディ下部外周部からノズル先端を囲うように形成され、ノズル先端に面するところは噴霧くちばしとなっている。噴霧くちばしの噴霧誘導口 2 5の形状は、噴霧パターンに対応しており、図 5及び図 6に示すように本実施形態ではその出口端で容器搬送方向と直角方向が長径となる全体として扁平状楕円形となるように、上端部から所定の広がり角で断面扁平状楕円形に形成されている。上記広がり角は 2 0 ° 〜 1 0 0 ° の範囲で、液体窒素を充填する容器に応じて選択される。なお、図 7は判り易くするために、図 5において噴霧手段組立体 1 0の下方から矢印 B方向に噴霧ノズル部を見た場合を示している。なお、 2 4は噴霧誘導口 2 5の上端開口部であり、噴霧ノズルに面して開口している。

さらに、ィンナーパージフード 2 3の外周部にはその外周部との間にアウターパージガス路 2 2を形成するアウターパージフード 2 6が固定されている。該アウターパージフード 2 6の外周部には、外周円筒状の保護口金 2 8がー体に取付けられ、アウターパージフードとの間にヒータ 2 7が設け、必要に応じてアウターパージフードを加熱して露結 ·氷結を防止している。図中、 2 9はインナーパージガス供給管であり、本実施形態ではタンクの気相部分に連結され、タンク内の気化ガスをィンナーパージガスとして利用している。 3 0はアウターパージガス供給管であり、外部の窒素ガスタンクに連結されている。 3 1はタンクカバーである。

なお、図示されていないが、タンク 1には、貯留されている液体窒素 3 3の液面を計測する液面レベルセンサー、タンク内で気化した気化ガスを大気に逃がしてタンク内圧を一定に保っための排気管、又はタンク内に外部より加圧ガスを導入してタンク内圧を制御するための加圧管が圧力調整弁を介して接続されており、これらの液面レベル、排気量、加圧ガス量を適宜制御することによって嘖霧圧を制御することができる。また、タンク内に液化ガスを貯留するに先立ち、タンク内を殺菌し且つタンク内の水分を完全に除去するために、初期パージ機構を備えている。該初期パージ機構は、例えばタンク内を蒸気殺菌するための蒸気の供給と、該蒸気殺菌後にタンク内を乾燥させるために、加熱不活性ガスや加熱空気を供給する機構からなる。

本実施形態の液体窒素噴霧充填装置は、以上のように形成され、タンクの底部開口一弁座 1 4の弁孔ーパイプ 1 3を経てタンク 1からノズルチップ 1 7のノズル孔 2 0までの液体窒素流路を形成する。パイプ 1 3 は外周部が液体窒素で冷却されて外部からの熱流入が阻止されているので、タンク 1からノズル孔 2 0までの液体窒素流路は断熱経路となっている。しかしながら、タンクと違って完全な断熱構造ではないので、噴霧ボディ 6及ぴノズルチップ 1 7への外気熱の流入は完全に阻止されず、パイプ 1 3を通過する液体窒素は熱流入の影響を受け温度が次第に上昇し、温度勾配が生じる。該温度勾配を利用することによって、ノズル孔 2 0を通過する液体窒素を噴霧圧での沸点近くまで上昇させることが可能であり、ノズル孔 2 0から放出する液体窒素を効果的に微細粒化することができる。

ところで、極低温の液体窒素を容器内に正確に定量充填するには、液体窒素の安定した噴霧と、噴霧された液体窒素が容器内に適正に充填されることが要求される。本発明では、液体窒素の安定した適正な噴霧のための噴霧条件として、ノズル温度、ノズル孔径、噴霧圧、噴霧流量等について種々検討し、また噴霧された液体窒素が容器内に適正に充填する条件として、噴霧パターン、噴霧粒径、噴霧角、噴霧距離について検討した。

噴霧パターンは、噴霧流量と噴霧広がり角に左右され、また噴霧された液体窒素の粒径によっても左右される。ところで、充填時の缶内圧は噴霧流量（即ち、缶内充填量）に関係し、噴霧流量は噴霧圧とノズルチップの穴面積によって決まるので、充填缶内圧を高くするためには、ノズル穴径を大きくする、及び又は噴霧圧を高くする必要がある。しかしながら、ノズル孔径を大きくすると、液滴の直径が大きくなり、充填液中に潜り込んで突沸する現象が起こる。また、液滴の入る個数による充填内圧のバラツキや、液滴の飛散によるバラツキの影響が大きくなり、充填缶内圧精度が悪くなる。そこで、缶に 6 5 °C温水を 2 4 0 g充填し、ライン速度 1 5 0 0 c p mで稼動して、単位時間当たりの液体窒素噴霧流量と缶内圧のバラツキの関係を調べた。なお、液体窒素の噴霧流量は、ノズルより噴霧した液体窒素を、液体窒素を満たした容器を上皿上に設置した天秤で捕集し、単位時間当たりの重量増加量を測定することにより求めた。その結果を、図 8に示す。

図 8は、噴霧圧が lkPa、 5kPa、 1 0 kPaの場合の液体窒素噴霧流量と缶内圧との関係を示している。図から明らかなように、何れの噴霧圧の場合も噴霧流量が増えるにつれて次第にバラツキが大きくなり、 4. Og/sを越えるとバラツキがかなり大きくなつた。また、逆に噴霧流量が少なければ缶内圧のバラツキは少なくなるが、 0. 2g/s以下であると、所望する缶内を得ることはできないので、噴霧流量としては 0. 2 g/s〜4. Og/sの範囲が好ましく、より好ましくは 0. 2g/s~3. 0g /sの範囲である。

一方、ノズル孔面積と液体窒素噴霧量との関係を、上記の各噴霧圧 1 kPa、 5kPa、 1 0 kPaの場合において、上記実施形態の形式のノズルのノズル孔面積を 0. 1〜4ram²の範囲で変化させて、ノズル孔面積に対する液体窒素噴霧流量を測定した。その結果、図 9のグラフに示すように、ノズル孔面積と噴霧流量は強い相関性を持ち、ノズル孔面積を 0. 1 5〜4. 0mm²の範囲にすることによって、噴霧流量 0. 2g/s〜4. 0_g/sの噴霧流量を得ることができる。孔面積が 4mm²であると噴霧流量 2. 0g/s以下の流量を得ることは困難であるので、噴霧流量 0. 2g/s 〜3. 0g/sを確実に得るには、ノズル孔面積は 0. 2〜 3mm²の範囲で選択すれば良い。

一方、噴霧の場合、図 1 0に示すように、液体窒素の微細粒が空間内に広がって分布するので、筋状に流下する場合と違って缶の開口部の全面積あるいは広い範囲にわって液体窒素の微細粒が充填される。その結果、液体窒素の蒸発が充填液面の広い範囲で起こり、酸素除去効果が流下の場合と比べて高まる利点がある。その広がり角 ]3 (図 1 0) は、ノズルチップ 1 7の形状と噴霧圧とによって決まる。広がり角）3が大きいと開口部の広い範囲に広がるが、微細粒があまり広い範囲に分布すると、缶の開口部からはみ出すことになり、効率が悪くなる。従って、噴霧の広がり角の範囲は、容器が缶詰の場合は、 20° 〜1 00° の範囲が望ましい。広がり角が 2 0 ° 以下であると、殆ど流下状態に近くなり、上記利点が発揮されない。噴霧の広がり角は容器の口径と噴霧距離によつても影響されるが、例えば実噴霧距離が 3 5〜 6 5匪、容器口径 5 0 mm の場合、広がり角は 7 1 ° 〜4 2 ° の範囲がより望ましく、容器口径 6 0 mmの場合は広がり角は 8 6 ° ~ 5 4 ° の範囲がより望ましかった。噴霧圧は、本実施形態ではタンク内の圧力を測定し、噴射孔から液面までの高さから計算されるへッド圧を加算して求めて制御する。即ち、噴霧圧は、液体窒素の蒸発によって生じる自生圧、タンクの外部から印加する圧力、及び液体窒素の自重によって生じるへッド圧の合計として考える。液体窒素の微細粒を作り出すには噴霧圧がかかることが必要であるが、噴霧圧が高い場合は沸点上昇により液体窒素の過剰な気化が生じ充分な噴霧状態とならない。一方、タンク内圧が高い場合、液体窒素供給源からの給液が困難となり、特に気液分離器から液体窒素の供給を受ける場合は顕著になる。このことから噴霧圧範囲は、 l kPa~ 1 5 0 k Pa、特に大気開放型気液分離器を使用する場合は l kPa〜 3 O kPaの範囲が好ましかった。

また、噴霧によって形成される液体窒素の微細粒の粒径は、必ずしも霧や靄状の極微細粒である必要はなく、充填時に液面との衝突による液滴の飛散がなく、且つ所定量が容器内に液体窒素として残留できる条件を満たすものであれば良い。実験の結果、噴霧により形成される微細粒の粒径は、 2匪以下であれば上記条件を満たし、 2讓を越えると従来の流下充填の場合と変わらなかった。そして、平均粒径 l mm以下の微細粒の場合が、より上記条件を効果的に満たし望ましかった。

以上の条件設定で液体窒素を良好に微細粒化することができるが、さらに本実施形態では、噴霧された液体窒素微細粒がより正確に容器内に充填させるために、液体窒素の噴霧角と噴霧距離について検討した。まず、ノズルから噴霧される液体窒素の微細粒が、内容液面にソフトランディングして、容器液面到達時に跳ね返ることなく確実に容器内に充填できるように工夫した。そのための技術手段として、液体窒素の噴霧方向を容器の進行方向に曲げて、噴霧流に容器進行方向の速度成分がでるように、図 5に示すようにノズルチップ 1 7を容器の進行方向に対して噴霧角 αだけ曲げて配置した。噴霧角の最適値について実験したところ、噴霧角は 5 ° 〜4 5 ° が適正であり、 4 5 ° 以上になると液体窒素微細粒の飛行距離が長くなり、液体窒素の蒸発量が多くなると共に、容器から噴霧流がはみ出してしまうことがある。また、 5 ° 未満であるとソフトランディング効果が少なかった。噴霧角が 1 5 ° 〜 4 0 ° の範囲が上記効果をより満たしたので、より好ましい範囲である。

また、噴霧距離については、ノズルチップと充填液面を近付けると、噴霧距離に対する缶内圧の変動が大きくなり、充填内圧精度が低下する。一方、噴霧距離が遠くなると、缶の外側にこぼれ出てしまい充填内圧が低下する。また、大気中での蒸発も影響する。従って、これらの中間領域に、距離に対して缶内圧が変動しない領域がある。この事実を実験により確認したところ、噴霧距離として 5〜 1 0 0膽の範囲が採用可能であつたが、より望ましくは 4 5〜 6 O mmの範囲が殆ど缶内圧の変化がなく望ましい結果が得られた。

上記実施形態では、単一の噴霧ノズルにより噴霧充填場合について説明したが、噴霧量を大きくするためには、単純にはノズル孔径を大きくすれば良いが、ノズル孔面積が上記のように 0 . 1 5〜4 . 0 mm²の範囲を越えると微小粒滴の形成が困難となるので、ノズル孔径を大きくするのに制限を受ける。その問題を解決するためには、単一のタンクに複数の噴霧手段を設ければ良い。このように構成することによって、該嘖霧充填装置の下方を移動する容器に複数の噴霧手段により微細粒化された液体窒素を順次充填することができ、液体窒素微細粒を多量に充填することができる。なお、噴霧流量を多量にする場合でなくても、複数の噴霧ノズルを設けることによって、例えば一定充填量を複数の噴霧ノズルに分割して充填することによって、 1本のノズルで充填した場合と比ベてバラツキが抑制される効果があるので、高速ラインには望ましい。また、噴霧量を大きくするための他の手段として、単一の噴霧ノズルに複数のノズル孔を形成する方法がある。図 1 2は、複数（2個）のノズル孔を設けたノズルチップを示す。図 1 2— A l， A 2に示すノズルチップ 3 6は、ボディ 3 7の中方部に略長方形状に突出して形成された噴霧誘導口部 3 8の下端に 2条の溝 3 9を形成し、各溝の中央部に略長方形状の細孔からなるノズル孔 4 0が形成された噴霧口 4 1が前記ノズル孔が溝 3 9に直交するように設けられている。

また、図 1 2— B l、 B 2に示すノズルチップ 4 3は、ボディ 4 4の中方部に形成された噴霧誘導口部 4 5の下端に 1条の溝 4 6を形成し、溝の中央部に略長方形状の細孔からなるノズル孔 4 7が 2個形成された噴霧口 4 8が前記ノズル孔 4 7が溝 4 6に直交するように設けられている。

これらのノズルチップ 3 6、 4 3において、複数個設けられたノズル孔 3 9、 4 7はそれぞれは前記の範囲の開口面積を有する細孔に形成されているから、良好に液体窒素を噴霧することができる。このように、複数のノズル孔を形成することによって、単一の噴霧ノズルで噴霧流量を大きくすることができるので、複数本の噴霧ノズルを設ける場合と比ベて構造が簡単であり、製造コストの低減を図ることができる。

以上の各実施形態では、液体窒素の噴霧充填のみによって内圧精度の高い陽圧包装体を製造する場合について説明したが、容器の種類によつては噴霧充填と流下充填装置と組み合わせても良い。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 1 0 O m/分（ 1 2 0 0 c p m ) と高速であり、このような高速充填ラインで所定の容器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。その場合、上記のように、複数の噴霧手段を配置するか、複数のノズル孔を有する噴霧ノズルを採用するか、あるいは両者を組み合わせて採用して噴霧量を多くしても良いが、流下ノズルと噴霧ノズルを組み合わせることによつて、流下ノズルから必要液体窒素量の多くを充填し、噴霧ノズルからはその不足分を充填すれば良いから、噴霧流量を多くすることなく液体窒素の噴霧を良好に行うことができ、内圧精度の高い缶詰類を得ることができる。その場合、液体窒素貯留タンクを 2つの貯留槽に区分して、一方の貯留槽を大気開放貯留槽にし、他方の貯留槽を内圧をコントロールできる加圧貯留槽にして、大気開放貯留槽に流下ノズルを設け、加圧貯留槽に噴霧ノズルを設けると良い。

しかしながら、必ずしも液体窒素貯留タンクを 2つの貯留槽に区分しなくても、一つの加圧貯留槽からなる液体窒素貯留タンクに、流下ノズルと噴霧ノズルを設けることも可能である。その場合、タンクの構造が簡単になる利点がある。図 1 3は、 1槽の加圧槽からなる液体窒素貯留タンクに噴霧ノズルと流下ノズルの両方を設けた場合の実施形態を示している。

図 1 3において、 7 0は真空断熱された 1槽からなる密閉型（加圧型）の液化ガス貯留タンクであり、その底部に 2個の噴霧ノズル組立体 7 1 と 1個の流下ノズル組立体 7 2を配置している。噴霧ノズル組立体 7 1及び噴霧機構は、図 5〜図 6に示す実施形態とパージ手段のみが相違し、他は同様であるので、同一部分については同一符号を付して説明を省き、相違点のみについて説明する。

本実施形態の嘖霧手段におけるパージ手段は、パージガスフードは 2 重でなくて一重に形成され、パージガスを密閉して加圧されている液化ガス貯留タンク 7 0の気相部 7 3から導入されている。図中、 7 4は噴霧ノズル 3の外周部を囲ってパージガス路 7 5を形成しているパージフードである。パージガス路 7 5はパージガス供給管 7 6を介して、液化ガス貯留タンク 7 0の気相部 Ί 3に連結されている。パージガスを加圧タンクの気相部から導入するようにしてあるので、多量の低温気化ガスを得ることができ、外部から別個にアウターパージガスを導入しなくても、十分にパージすることができる。そのため、本実施形態では構造を簡単にするために、アウターパージガス路を設けてない。なお、嘖霧手段組立体の外周部にヒータ 7 7が設けられており、露結 ·氷結の恐れがあるときは、該ヒータを作動させて露結 ·氷結を防止する。

本実施形態における流下ノズル組立体 7 2は、従来のものを採用したものであり、ニードルバルブのバルブステム 7 8を開口量駆動制御装置 7 9により、駆動制御することによって、適量の液体窒素を流下又は滴下させることができる。なお、本実施例では 2個の噴霧ノズル組立体 7 1 と 1個の流下ノズル組立体 7 2を配置しているが、必要に応じてその数は任意に変更することができる。

本実施形態は、以上のように構成され、多量の液体窒素を充填する必要がある場合は、まず流下ノズルで液体窒素を流下充填し、次いで噴霧ノズルで液体窒素の微細粒を充填することによって容器への液体窒素充填量を容易に制御することができる。しかしながら、本実施形態の装置は、必ずしも流下ノズルと嘖霧ノズルの両方を同時に使用する場合に限らず、例えば流下ノズルを閉止状態にすれば、噴霧ノズルのみが作動する液体窒素噴霧装置として使用することができ、噴霧装置のバルブを閉止状態にすれば、液体窒素流下装置として使用することができるので、 1つの装置で噴霧充填、流下充填の両方を兼用することができる利点がある。

以上の実施形態は、基本的には嘖霧ノズルから放出された液体窒素の一部が急激に気化膨張して、他の液相状態にある液体窒素を微小粒滴化させる現象に基づき、液体窒素の一部の気化膨張した低温気化ガスのみで、容器のへッドスペースのガスを不活性ガスに置換するものであるが、さらに別に設けられた不活性ガス供給手段から、同時に不活性ガスを供給するようにしても良い。

図 1 4— A， Bは、その場合の実施形態の概念図である。

図中、 9 1は微細粒の液体窒素と低温の窒素ガスを流出する噴霧手段組立体であり、不活性気体供給ノズル 9 3の中央部に噴霧ノズル 9 2が配置され、図示のように中央部から液体窒素微細粒が噴出し、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。噴霧ノズル 9 2は、液体窒素供給タンク 9 5に配管 9 6を介して連結され、配管の途中に圧力調整弁 9 7及び流量調整弁 9 8が設けられ、これらの弁を制御装置 9 9によって制御することによって、缶に供給する液体窒素微細粒の粒径及び供給圧力及び流量を制御できるようになつている。一方、不活性気体供給ノズル 9 3は、気体窒素供給機構 1 0 0 と配管 1 0 1を介して連結され、配管 1 0 1の途中には気体温度調節機構 1 0 2、圧力調整弁 1 0 3、流量調整弁 1 0 4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 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つている。なお、噴霧組立体 9 1への配管は点線 1 0 8で示すように断熱配管となっている。

本実施形態のガス置換装置は以上のように構成され、噴霧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つて、噴霧ノズルから所定の粒径の液体窒素微細粒が吹き出し、また、不活性気体供給ノズルから液体窒素微細粒 1 0 9を包むようにして気体窒素 1 0 6が吹き出して、コンべャ 1 1 0によって搬送される缶 6 7のへッドスペース内に液体窒素微細粒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 9 3から吹き出される気体窒素 1 0 6の温度は、気体温度調節機構 1 0 2により低温に調節されているが、その温度は微細粒に吹き出される液体窒素微細粒 1 0 9の一部が蒸発して発生した低温の気体である蒸発気体 1 0 5よりは、相対的に高温、例えば一 1 5 0 °C以上になるように設定されている。

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 °C、高温（加熱）で 7 0 °Cとなり、冷凍食品などに用いる場合は零下となる。

図 1 5は、本発明の他の実施形態を示し、本実施形態では、従来のァンダ一力バーガッシング装置を改良して、蓋卷締め直前に、液体窒素微細粒と気体窒素の混合ガスを缶に吹き込んで、アンダーカバーガッシング法によって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。図 1 5において、 1 3 0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、 1 3 1が気体窒素を吹き出す不活性気体供給ノズルであり、その中心部に噴霧ノズル 1 3 2が配置されている。不活性気体供給ノズル 1 3 1及び噴霧ノズル 1 3 2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。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、コンべャにより搬送されてシーマ一 1 2 9に達した缶は、コンべャからリフターテーブル 1 3 3に移載され、アンダーカバ一ガッシング機構 1 3 0 により、液体窒素微細粒と気体窒素を同時に缶のへ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、混合ガスがヘッドスぺース内の空気を除去してへッドスペース内に充満してガス置換を行う。そして、直ぐに卷締め密封することによって液体窒素微細粒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。

以上、本発明の種々の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、液化不活性ガスとしては、液体窒素の外に炭酸ガス、アルゴンガス、又はそれらの混合ガスを採用しても良い。また、液化不活性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。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。

実施例 1

図 5〜図 7に示す陽圧包装体製造装置において、ノズル孔の断面積は 0 . 4 4 mm², ノズルの傾斜角 3 0 ° の噴霧ノズルを採用し、タンク内圧を 1 0 . O kPa (そのときの噴霧圧力は 1 1 . 2 kPaとなる）に設定し、且つィンナーパージガスとしてタンク内の気化ガスを、ァウーターパ一ジガスとして常温の窒素ガスを窒素ガスボンベよりそれぞれ導入して、液体窒素の噴霧を行った。そのときのノズル温度、噴霧流量、噴霧バタ —ンの広がり角及び水平断面形状、液体窒素の微細粒径をそれぞれ次の方法で測定した。

ノズル温度は、ノズルチップの外側、ノズル孔近傍に熱電对を接触させて測定した。そのとき噴霧中の温度は— 1 8 0 °C〜一 1 9 0 °Cの範囲にあった。また、噴霧流量は、噴霧された液体窒素を、液体窒素を満たした容器を電子天秤の上皿に載せて捕集し、単位時間当たりの重量増加量を測定することにより測定した。その結果上記条件における噴霧流量は 0 . 4 4 g/sであった。また、噴霧パターンの広がり角及び水平断面形状は、ノズルから 5 0匪離れた位置で、噴霧流を横断するように水平面に設置した濾紙で受けて、液体窒素微細粒の分布状態を調べた。その結果、噴霧パターンの断面形状が図 1 1に示すように、容器搬送方向が短い細幅の略方形状を呈していた。その最大噴霧幅 a及び最大噴霧厚み bを測定したら、それぞれ 4 3 mm、 l l ramであった。そして、その広がり幅を測定し、角度に換算したら、広がり角 3は 4 6 . 5 ° であった。さらに、噴霧状態を高速度ビデオカメラで撮影し、画像上でその直径を測定したら、粒径は略 0 . 3〜 2匪の範囲に分布し、平均粒径は 0 . 9 mraであつた。

このような噴霧状態を 1 2 0分間続けたが、その間上記計測値を維持して安定した噴霧状態を続け、またノズル出口にも霜の付着は見られなかった。従って、本発明の方法及び装置によれば、粒径 0 . 3〜 2 mmの範囲の液体窒素微細粒が所定噴霧量（上記の場合は 0 . 9 4 g/s) が安定して得られることが確認された。それにより、該噴霧装置から噴霧される液体窒素微細粒を缶内に正確に充填すれば、従来の流下充填方式では困難であった液体窒素の少量充填が安定してできることになり、内圧精度の高い微陽圧缶詰を製造することが可能である。

実施例 2 そのことを確認するために、上記の条件で、缶内圧 5 5 kPa (後述の実施例 3よりは高い内圧）の低陽圧缶詰を得ることを目標に設定して、次のようにして缶詰を製造した。

満注内容積 2 6 3 mlのスチール製 2 ピース缶胴に 6 5 °Cの温水を 2 4 O ml充填し、図 5に示されているガス置換陽圧包装体の製造装置の下をノズルチップと充填液面との距離（噴霧距離）力略 5 0 mmとなるように搬送コンペャと陽圧包装体製造装置との距離を設定し、ラィン速度 7 6 ra/minの速度で搬送コンペャを稼動させ、噴霧状態が安定した状態で内容液が充填された缶を通過させて液体窒素の微細粒を容器へッドスべースに充填し、直ちにアルミニューム製蓋を卷締密封して、低陽圧缶詰を製造した。

そのときの液体窒素噴霧流の缶内への充填状況を観察すると、噴霧流は図 7に示すような噴霧幅及び噴霧厚みを有し、且つ下方を移動する缶に対して 3 0 ° の傾斜角で噴霧され、その殆どが缶内に充填される状態であった。そして、製造した陽圧缶体の缶内圧を 1 2 0缶測定した結果、缶内圧は 4 2 kPaから 6 5 kPaの間に分布し、平均値は 5 3 kPaであった。従って、目標値に近似した内圧が発生し、全ての缶体が所望する低陽圧の範囲にあった。

実施例 3

上記実施例 2よりも低い缶内圧 3 5 kPaの低陽圧缶詰を得ることを目標にして、ライン速度を 1 1 4 m/minに高速度にした外は、実施例 2 と同じ条件で低陽圧缶詰を 9 5 9缶製造した。

得られた缶詰の内圧を全数検査した結果、缶内圧は 2 9 kPaから 4 3 k Paの間に分布し、高速ラインであっても缶内圧のバラツキは少なく、低陽圧の缶詰を安定して製造することができた。そのことは、本装置は噴霧流が缶の進行方向の速度成分を有しているので、ライン速度が高速であっても液体窒素微細粒が液面にソフトランディングすることができ、極めて精度良く液体窒素が缶内に充填されることによる。

比較例 1 上記装置において、噴霧圧力を 2 0 1 . 2 kPa (タンク内圧 2 0 O kP a) に設定して噴霧量を 2 . O g/sで液体窒素を噴霧して、他は上記と同じ条件で液体窒素を容器内に充填した。その結果、噴霧時に脈動が生じ噴霧流の広がり角も安定せず、安定した噴霧流を得ることができなかつた。また、得られた缶詰の缶内圧は 2 2 kPaから 7 5 kPaの間に分布し、低陽圧の缶詰を安定して得ることができなかった。

比較例 2

図 5に示す陽圧包装体製造装置と基本的には同じ構造であるが、噴霧ノズルをパイプ 1 3の下端に水平にとりつけた構造のものとし、それに合わせて噴霧くちばしの軸線も噴霧ノズル軸線と一致させて缶搬送方向と垂直となるような装置を試作し、実施例 2と同様な噴霧条件でライン速度を① 7 6 m Zmin、 ② 1 1 4 m /minにした場合についてそれぞれ低陽圧缶詰を製造した。

その結果、低速である①の場合は、缶内圧は 3 2 kPaから 5 8 kPaの間に分布し、比較的内圧のバラツキが少ない低陽圧缶詰を得ることができた。しかしながら、高速ラインである②の場合は、噴霧された液体窒素微細粒の内容液面からの跳びはねが生じ、缶内圧は 7 kPaから 3 9 kPaの間に分布し、目標内圧に対してバラツキが大きかった。産業上の利用可能性

本発明にかかる陽圧包装体製造方法及びその装置は、缶詰等の包装体のへッドスペースに所定量の液体窒素等の液化不活性ガスを精度良く充填することができ、且つへッドスペースのガスを高置換率で不活性ガスに置換できるので、陽圧缶詰や成形力ップ詰め食品等のガス置換陽圧包装体の製造に利用でき、特に従来困難であった低陽圧缶詰の製造に有用であり、本発明を適用することによって低酸性飲料等腐敗 ·変敗し易い内容品の缶詰の缶材の薄肉軽量化 ·缶コストの低減化 ·省資源を図ることができる。

Claims

請求の範囲

1. 気化して不活性ガスとなる液化不活性ガスを微細粒にして、内容物が充填された容器へッドスペース内に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と共に吹き込んで密封することにより、へッドスペース内のガスを不活性ガスに置換すると共に、密封後の残留液化不活性ガス微細粒又は残留固化不活性ガス微細粒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ことを特徴とする陽圧包装体の製造方法。

2. 液化不活性ガスの微細粒は、液化不活性ガスを液化不活性ガス貯留タンクから断熱経路により細孔のノズル孔を有する噴霧ノズルのノズル孔入口まで気化を防いで供給して、前記ノズル孔を出た直後に液化不活性ガスが急激な気化膨張作用を起すことにより、未だ液相状態にある他の液化不活性ガスを微細粒化させることにより生成される請求項 1 の陽圧包装体の製造方法。

3. 前記低温不活性ガスは、噴霧ノズルに所定圧力で供給された液化不活性ガスの一部が沸騰気化することにより生成された気化ガスである請求項 1又は 2の陽圧包装体の製造方法。

4. 前記低温不活性ガスは、噴霧ノズルに所定圧力で供給された液化不活性ガスの一部が沸騰気化することにより生成された気化ガスと、不活性ガス供給源から別経路により供給される不活性ガスである請求項 1又は 2の陽圧包装体の製造方法。

5. 液化不活性ガスは、広がり角 20° 〜 1 00° の噴霧パターンを形成するように噴霧ノズルより噴霧される請求項 2の陽圧包装体の製造方法。

6. 液化不活性ガスの噴霧パターンは、水平断面形状が方形状乃至は楕円形状に近似する形状である請求項 2又は 5の陽圧包装体の製造方法。

7. 液化不活性ガスの噴霧流量が 0. 2g/s〜4. 0g/s、好ましくは 0. 2g/s〜3. Og/sである請求項 2又は 5の陽圧包装体の製造方法。

8. 前記液化不活性ガスの微細粒は、その粒径が 2 mm以下である . 請求項 1又は 2の陽圧包装体の製造方法。

9. 液化不活性ガスを噴霧する際の噴霧ノズル温度が、液化不活性ガスの沸点以上乃至沸点 + 75°C以下、好ましくは沸点以上乃至沸点 + 50°C以下である請求項 2又は 5の陽圧包装体の製造方法。

1 0. 液化不活性ガスを噴霧する際の噴霧圧力が、 lkPa〜 1 50k Pa、好ましくは lkPa〜3 0 kPaである請求項 2又は 5の陽圧包装体の製造方法。

1 1. 液化不活性ガスを噴霧する際、前記噴霧ノズルを、液化ガス貯留タンクの気相部から供給される比較的低温の気化ガスによって外気と遮断するようにした請求項 2又は 5の陽圧包装体の製造方法。

1 2. 液化不活性ガスを噴霧する際、前記噴霧ノズルを、比較的低温のィンナーパージガスと比較的高温のアウターパージガスの二重のパージガスにより、外気と遮断するようにした請求項 2又は 5の陽圧包装体の製造方法。

1 3. 液化不活性ガスの噴霧流が容器の進行方向の速度成分を有するように、液化不活性ガスを容器の進行に対して鉛直から 5° 〜4 5° 、好ましくは 1 5° 〜40° 傾斜して噴霧するようにした請求項 2又は 5 の陽圧包装体の製造方法。

14. 前記噴霧ノズルの先端部から容器充填面に達するまでの噴霧距離が、 5〜 1 00ram、好ましくは 4 5〜 6 0mmである請求項 2又は 5 の陽圧包装体の製造方法。

1 5. 密封後の容器内圧が 0. 2〜0. 8kgf/cm²の低陽圧包装体を得る請求項 1、 2又は 5の陽圧包装体の製造方法。

1 6. 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液化不活性ガスを噴霧充填するようにした請求項 1、 2又は 5の陽圧包装体の製造方法。

1 7. 前記容器が金属缶であり、前記噴霧ノズル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、アンダーカバーで容器内に液化不活性ガスを噴霧充填する請求項 1、 2又は 5の陽圧包装体の製造 - 方法。

1 8. 液化不活性ガス貯留タンク（ 1， 3 5， 5 3， 70, 9 5) と、該液化不活性ガス貯留タンクの底部に連通して設けられた噴霧ノズル（3， 5 0， 9 2) を有する噴霧手段とを備え、前記噴霧手段は、液化不活性ガスの流量を制御するバルブ（2， 5 6， 9 8) 、ノズル孔

(20， 40， 4 7， 5 1) を有する前記噴霧ノズル、前記バルブから前記ノズル孔まで液化ガスを供給する断熱経路を有してなることを特徴とする陽圧包装体の製造装置。

1 9. 前記断熱経路は、前記バルブ（2) から前記噴霧ノズル (3) までの液化不活性ガス流路（4) 、該液化不活性ガス流路（4) の外周部を囲繞し液化不活性ガス貯留タンク（1) から流入する液化不活性ガスにより前記噴霧ノズルを冷却するノズル冷却槽（5) を有している請求項 1 8の陽圧包装体の製造装置。

20. 前記噴霧ノズル（3， 50， 9 2) は、液化不活性ガスを微細粒にして噴霧する開口部面積が 0. 1 5〜4mra²、好ましくは 0. 2 〜3rara²である噴霧ノズル孔（20， 40， 47， 5 1) を有する請求項 1 9又は 20の陽圧包装体の製造装置。

2 1. 前記噴霧ノズル（3， 50， 9 2) 力 S、前記鉛直方向下向きに 5° 〜4 5° 、好ましくは 1 5° 〜40° 傾いて配置されている請求項 1 9又は 20の陽圧包装体の製造装置。

22. 前記噴霧ノズル（3， 50， 9 2) は、複数のノズル孔を有している請求項 1 8又は 1 9の陽圧包装体の製造装置。

23. 前記噴霧手段が、少なくとも噴霧ノズル出口部近傍をパージガスで外気と遮断して霜付きを防止するパージ手段を備えている請求項 1 8又は 1 9の陽圧包装体の製造装置。

24. 前記パージ手段は、インナーパージガス路（2 1 ) を形成するインナーパージガスフード（23) と、アウターパージガス路（2 2) を形成するアウターパージガスフード（26) との二重のパージガスフ一ドから形成されている請求項 23の陽圧包装体の製造装置。

25. 前記噴霧手段が噴霧ボディ（6) に一体に取り付けられて噴霧手段組立体（10) を構成している請求項 1 8又は 1 9の陽圧包装体の製造装置。

26. 前記噴霧手段が液化不活性ガス貯留タンク（1, 35， 53， 70， 95) の底部に複数個配置されている請求項 1 8又は 19の陽圧包装体の製造装置。

27. 前記噴霧手段が液化不活性ガス貯留タンクの底部に液化不活性ガス流下手段と組合せて配置されている請求項 1 8又は 1 9の陽圧包装体の製造装置。

28. 前記液化不活性ガス貯留タンク（1， 35， 53， 70， 9 5) に、該液化不活性ガス貯留タンク内に液化不活性ガスを供給前に乾燥加熱ガスを供給して該タンク内の水分を除去する初期パージ機構が連結されている請求項 1 8又は 1 9の陽圧包装体の製造装置。

29. 前記噴霧手段は、不活性ガス供給機構に連結された不活性ガスノズル（93) と、液化不活性ガス供給機構に連結された噴霧ノズル (92) とを有する請求項 1 9の陽圧包装体の製造装置。