(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外縁部にチャックウォール部を有する円形の缶蓋が内容物が充填された円筒状の缶体の開口部に被さる直前に缶蓋と缶体開口部の間に向けて側方から置換ガスを置換ノズルより吹き込んで前記缶体のヘッドスペース内の残存気体と置換するガス置換方法において、
前記置換ノズルはノズル口最外側壁間を複数の風向調整板で仕切って複数の吹出し口を円弧状に配置して形成し、且つ前記ノズル口最外側壁間の開口角度が１００゜〜１３０゜に形成され、
円軌道を搬送されてくる前記缶蓋が前記缶体の開口部上方に缶開口端から隙間を介して位置する状態で、缶開口端から下方に缶ネック部の高さの１／３以上の深さで且つ開口端から上方に３ｍｍ以上の高さの範囲、又は缶開口端から下方に３ｍｍ以上の深さで且つ缶開口端から上方に缶蓋高さ以上の範囲に亘って前記置換ノズルより置換ガスが吹き出し、
且つ前記吹出し口から前記缶体の径方向中心線を対称に吹き出す置換ガス噴流のうち、前記ノズル口最外側壁に沿って吹き出される置換ガス噴流間角度が１００゜〜１３０゜をなすように吹き込まれるようにしてなることを特徴とする容器のガス置換方法。
【請求項２】
前記風向調整板は、互いに平行に配置され、対向するノズル口から噴射される置換ガス流が容器径方向中心線上で互いに衝突する請求項１に記載の容器のガス置換方法。
【請求項３】
外縁部にチャックウォール部を有する円形の缶蓋が内容物充填缶体の開口部に被さる直前に前記缶蓋と円筒状の缶体の開口部の間に向けて側方から置換ガスを置換ノズルより吹き込んで前記缶体のヘッドスペース内の残存気体と置換するガス置換装置において、
前記置換ノズルは、ノズル口最外側壁間を互いに複数の風向調整板で仕切って缶体径方向中心線を対称に前記缶体の開口部に向けて置換ガスを噴き出す複数の吹出し口を円弧上に配置してなり、
前記吹出し口の吹出し口高さが、ガス置換する缶の缶開口端から下方に缶ネック部の高さの１／３以上の深さと缶開口端から上方に３ｍｍ以上の高さの合計、又は前記缶開口端から下方に３ｍｍ以上の深さと前記缶開口端から上方に前記缶蓋高さ以上の高さの合計より高い高さ方向の開口を有し、
且つ、前記置換ノズル体の上にフィンガ−を設け、前記ノズル口最外側壁間の開口角度を１００゜〜１３０゜に拡げてなることを特徴とするガス置換装置。
【請求項４】
前記風向調整板は、互いに平行に配置されている請求項３に記載のガス置換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料缶等の内容物充填容器のヘッドスペースに不活性ガスを吹き込んでヘッドスペース内の残存気体と置換する容器のガス置換方法及び装置、特に缶蓋巻締機のアンダーカバーガッシング方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料缶等の内容物充填容器の内容物の酸化による鮮度や風味の劣化を防ぐために、缶詰製造工程において、図１０に示すように、ガスターレット１とシーミングターレット２との間で、缶蓋３３が缶体３０の開口部に被さる直前に缶蓋と缶体開口部の間に向けて置換ガスを吹き込んでガス置換を行なうアンダーカバーガッシング法が広く用いられているが、アンダーカバーガッシング法は、置換効率が悪いため、近年製造ラインの高速化及び内容物の多様化に伴い、所定以上の置換率を達成するのに使用する置換ガスの流量が著しく増大してきている。また、置換ガス流量を増やすことに伴い缶からの液こぼれ量も増大傾向にある。
【０００３】
アンダーカバーガッシング法の置換効率を上げるために、従来より種々の工夫が提案されている。例えば、置換ノズルへの置換ガス流路を大きく形成して（いわゆるバッファを設けて）ノズルの吹き出し孔群を、缶蓋のフランジに向けて置換ガスを吹き出す第１ガス噴流用孔、缶に対して直角方向に蓋下の空間中に吹き出す第２ガス噴流用孔、及び缶口縁より下にある壁部分に対して吹き出す第３ガス噴流用孔を縦方向に３段設けたもの（特許文献１）、置換ガス噴射流路中央部にガス流を左右に分岐する分岐体を設けて左右にノズルを形成することにより、一対のノズルから噴射する置換ガスを缶内上部空間中心部で衝突させることによって、置換ガスを缶のヘッドスペースの液面に指向させるようにしたもの（特許文献２）、さらに左右一対の吹出し口から吹き出した置換ガスを略直線上の衝突領域で衝突させるようにしたもの（特許文献３、４）等が提案されている。図１１及び図１２は、特許文献３に示すようなガスターレットのポケット部に設けられる従来のノズル体５０の一例を示している。左右に分岐した置換ガス流路５１ａ、５１ｂを風向調整板５２で仕切って対向する吹出し口５３ａ、５３ｂを形成し、該吹出し口から置換ガスを缶体と缶蓋の間に対称に吹き出しているが、従来のノズル体は、その両端部の外側に、図１２のガスターレットのポケット部の正面図に示すように、前記ノズル体と同一レベル位置にガスターレット本体上に、缶蓋送り用のフィンガー５５が設けられているため、ノズル吹出し口の最外側壁５４ａ、５４ｂ間の角度θは９０゜以下（通常は８０゜）にしか形成できなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭４９−２８６２７号公報
【特許文献２】特開平８−３２４５１３号公報
【特許文献３】特開２００４−５９０１６号公報
【特許文献４】特開２００５−５９８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
容器のガス置換方法において、最も理想的なガス置換方法は、容器内の残存酸素量、置換ガスの消費量、置換時における容器からの液こぼれ量の３量を同時に低減できることであり、従来提案されている方法は何れもこの理想的な技術課題達成を目的とするものであるが、これらの課題は技術的に相反し、一方の要求を満たせば他の要求を犠牲にしなければならず、３量を同時に達成することは困難で、未だ満足するものが得られていない。例えば、上記特許文献１の方法によれば、置換ガス流量を多くすれば残存酸素量の低減（即ち、置換率の向上）は満足するものが得られるが大量の置換ガスを消費するという問題点がある。一方、特許文献２〜４に示す方法では、容器内の中心部あるいは中心線に沿って噴流を衝突させることによって、置換ガス流を液面に衝突させて、液面近傍に効果的に置換ガスを供給して置換効率を高めるものであるが、置換効率を高めるためには置換ガス噴流の速度を高める必要があるため、液面に衝突する置換ガス流の衝撃により液こぼれが発生し易いという問題点がある。アンダーカバーガッシングは直線軌道から円軌道に乗り移る不安定なところで行なわれ、しかも近年の高速生産に伴い僅かな衝撃でも液こぼれが生じやすいという問題があり、上記提案の方法では未だ満足に液こぼれ量を低減させるに至っていない。また、従来置換率向上のためには、大量の置換ガス量を必要とすることから製造コストが増大し、大量の缶詰を製造する製造メーカー又はボトラーにとって大幅な置換ガス消費量の低減が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、従来達成できなかった上記課題、即ち、残存酸素量、置換ガスの消費量、置換時における缶からの液こぼれ量の３量を同時に低減でき、特に置換ガス量を従来と比べて飛躍的に低減できて且つガス置換率を高めることができるガス置換方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意研究した結果、アンダーカバーガッシング装置において、ノズル口の最外側壁間の開口角度を従来のノズルよりも大きい特定の範囲に構成することによって従来と比べてガス置換率を向上させることができ、かつその吹出し口高さを高くして容器開口上部と缶ネック部を含む容器上部に対し置換ガスを吹き出すようにするという改良によって、従来全く予測できなかった程、従来と比べて飛躍的に置換ガス消費量を少なくしてガス置換率を向上させることができ、且つ液こぼれも飛躍的に減少させ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。
【０００８】
即ち、上記課題を解決するための本発明のガス置換方法は、外縁部にチャックウォール部を有する円形の缶蓋が内容物充填缶体の開口部に被さる直前に缶蓋と缶体開口部の間に向けて側方から置換ガスを置換ノズルより吹き込んで前記缶体のヘッドスペース内の残存気体と置換するガス置換方法において、
前記置換ノズルはノズル口最外側壁間を複数の風向調整板で仕切って複数の吹出し口を円弧状に配置して形成し、且つ前記ノズル口最外側壁間の開口角度が１００゜〜１３０゜に形成され、円軌道を搬送されてくる前記缶蓋が前記缶体の開口部上方に缶開口端から隙間を介して位置する状態で、缶開口端から下方に缶ネック部の高さの１／３以上の深さで且つ開口端から上方に３ｍｍ以上の高さの範囲、又は缶開口端から下方に３ｍｍ以上の深さで且つ缶開口端から上方に缶蓋高さ以上の範囲に亘って前記置換ノズルより置換ガスが吹き出し、且つ前記吹出し口から前記缶体の径方向中心線を対称に吹き出す置換ガス噴流のうち、前記ノズル口最外側壁に沿って吹き出される置換ガス噴流間角度が１００゜〜１３０゜をなすように吹き込まれるようにしてなることを特徴とするものである。
前記置換ノズルより吹き込む置換ガス流の範囲は、ガス置換を行う缶体が通常の高さのネッイン加工を施した缶体（ネックイン加工部の高さ：５〜２０ｍｍ）の場合は缶開口端から下方に缶ネック部の高さの１／３以上の深さをカバーすればよいが、ネックイン加工を施していない缶体又はネックイン加工部が長い缶体である場合は缶開口端から缶胴方向に３ｍｍ以上の深さをカバーするようにする。同様に、缶蓋がチャックウォール部の高さが通常の缶蓋（チャックウォール部高さ：４〜８ｍｍ）であれば缶開口端から上方に缶蓋高さ以上であればよいが、缶蓋がチャックウォール部の高さが通常の缶体より低い又は高い場合は缶開口端から３ｍｍ以上の範囲となるようにする。
【０００９】
また、前記ガス置換方法において、前記置換ノズルはノズル口最外側壁間を風向調整板
で仕切って複数の吹出し口を形成し、該吹出し口から容器径方向中心線を対称に吹き出す置換ガス噴流のうち、前記ノズル口最外側壁に沿って吹き出される置換ガス噴流間角度が１００゜〜１３０゜をなすように吹き出すようにした構成を備えることにより、より少ない置換ガス量でより置換率を高め、且つ液こぼれ量を低減させることを可能にできる。
【００１０】
また、上記課題を解決する本発明のガス置換装置は、外縁部にチャックウォール部を有する円形の缶蓋が内容物充填缶体の開口部に被さる直前に前記缶蓋と円筒状の缶体の開口部の間に向けて側方から置換ガスを置換ノズルより吹き込んで前記缶体のヘッドスペース内の残存気体と置換するガス置換装置において、
前記置換ノズルは、ノズル口最外側壁間を互いに複数の風向調整板で仕切って缶体径方向中心線を対称に前記缶体の開口部に向けて置換ガスを噴き出す複数の吹出し口を円弧上に配置してなり、
前記吹出し口の吹出し口高さが、ガス置換する缶の缶開口端から下方に缶ネック部の高さの１／３以上の深さと缶開口端から上方に３ｍｍ以上の高さの合計、又は前記缶開口端から下方に３ｍｍ以上の深さと前記缶開口端から上方に前記缶蓋高さ以上の高さの合計より高い高さ方向の開口を有し、
且つ、前記置換ノズル体の上にフィンガ−を設け、前記ノズル口最外側壁間の開口角度を１００゜〜１３０゜に拡げてなることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、本発明のガス置換装置は、前記置換ノズルはノズル口最外側壁間を互いに風向調整板で仕切って容器径方向中心線を対称に容器開口部に向けて置換ガスを噴き出す複数の吹出し口を円弧上に配置してなり、前記ノズル口最外側壁間の開口角度が１００゜〜１３０゜である構成を備えることによって、より少ない置換ガス量で置換率を高め、且つ液こぼれを低減させることを可能にしたものである。前記風向調整板は、互いに平行に配置することが望ましい。そして、前記置換ノズル体の上にフィンガ−を設けることにより、吹出し口を１３０゜の範囲まで拡大配置することが可能となった。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来技術の改良により少ない置換ガス流量で従来と比べて同等以上の置換率を確保することができ、且つこぼれ量も限りなく減少させることができるという従来のものと比べて格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るガス置換装置の平面模式図であり、フィンガー部を除く置換ガス流路の平面断面図である。
【図２】その円弧状凹部側からみた要部正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るガス置換装置の缶体及び缶蓋との関係を示すノズル体断面の模式図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るガス置換装置の平面模式図であり、フィンガー部を除く置換ガス流路の平面断面図である。
【図５】実施例及び比較例１、２における置換ガス（炭酸ガス）流量に対する残存酸素量の関係を示すグラフである。
【図６】実施例及び比較例１、２における置換ガス（炭酸ガス）流量に対する液こぼれ量の関係を示すグラフである。
【図７】アンダーカバーガッシング時における置換ガスの平面方向の流れ状態を示す数値解析図であり、（ａ）は本発明に係る最外側壁間の角度が１２０゜であるノズル体による場合、 （ｂ）は従来の最外側壁間の角度が８０゜であるノズル体による場合をそれぞれ示している。
【図８】ノズル体の２方向の吹出し口から吹き出した噴流の衝突後の缶胴軸方向への広がりを数値解析した結果を示し、（ａ）は従来のノズル体に係る衝突の角度が９０°の場合、（ｂ）は本発明のノズル体に係る衝突の角度が１２０°の場合をそれぞれ示す。
【図９】ノズル体から吹き出した置換ガスの液面への衝突による液面の盛り上がり状態を示す数値解析図であり、（ａ）は従来のノズル体に係るノズル開口高さが８ｍｍの場合、（ｂ）は本発明のノズル体に係る吹出し口高さが１３ｍｍの場合をそれぞれ示す。
【図１０】缶巻締装置におけるアンダーカバーガッシング装置の平面配置を示す概略図である。
【図１１】従来の平行櫛歯型ノズルのガス置換装置の平面模式図であり、フィンガー部を除く置換ガス流路の平面断面図である。
【図１２】図１１に示すガス置換装置の円弧状凹部側からみた要部正面図である。
【符号の説明】
【００１４】
１  ガスターレット
２  シーミングターレット
３  円弧状凹部（ポケット）
４  フィンガー
１０  ガスターレット本体
１１、４０  ノズル体
１２、１２−１、１２−２、４１  置換ガス流路
１３  分岐板
１４  置換ガス供給口
１５、１５−１、１５−２、４２  置換ガス吹出し口（吹出し口）
１６、４３  風向調整板
１７ａ、１７ｂ、４６ａ、４６ｂ  最外側壁
３０  缶体
３１  ネック部
３３  缶蓋
３４  チャックウォール
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、本発明のガス置換装置の実施形態に係るアンダーカバーガッシング装置のノズル体の平面断面図であり、図１０に示すガスターレット１の円弧状凹部（ポケット）３に面するように設けられる。ガスターレット１のガスターレット本体１０の上面にノズル体１１が固定され、該ノズル体の内部に各円弧状凹部３に通じる置換ガス流路１２が形成されている。
【００１６】
本実施形態では、置換ガス供給口１４に至る置換ガス流路１２は、置換ガス量を少なくするため、図３に示すように、略等高さのストレートに形成され、途中でのバッファは設けられていない。該置換ガス流路１２は、置換ガス供給口１４から円弧状凹部３に向けてテーパー状に拡がっているが、途中に分岐板１３によってガス流路１２ａ及び１２ｂに分岐され、その先端部の置換ガス吹出し口（以下、吹出し口という）は複数の平行な風向調整板１６ａ、１６ｂによって仕切られ、円弧状凹部に向けて複数の平行な吹出し口１５ａ、１５ｂ群として形成されて噴射ノズルを構成している。吹き出し口１５ａ、１５ｂ群は、それぞれ中心線Ｌに対して対称に形成され、該吹出し口の最外側壁１７ａ、１７ｂ間の角度θが１００゜〜１３０゜の角度をなし、前記風向調整板１６ａ、１６ｂが最外側壁１７ａ、１７ｂにそれぞれ平行に設けられている。従って、本実施形態では各吹出し口も対向する吹出し口間の角度θが１００゜〜１３０゜の角度をなして形成され、対向する吹出し口から吹き出された置換ガスは、中心線Ｌ上で互いに衝突するようになっている。
【００１７】
上記吹出し口間角度１００゜〜１３０゜は、従来のガスターレットの吹出し口間の角度が図１１、図１２に示すように略８０゜程度に形成してあるのに比べて、次のような技術的理由により大きな角度に形成されている。即ち、本発明者は、従来のアンダーカバーガッシング方法でガス置換率が向上しない理由を研究する過程で、従来のノズル体では容器開口部に図１１に仮想線で示すノズル吹出し口基部外側位置Ｚに渦が発生し、その部分にガスの淀みが生じガス置換が良好に行われない点、及びガス置換時に発生する液こぼれが発生する点を解決する手段として、吹出し口の開口幅（吹き出し角度）を大きくすることによって、これらの問題点が解決できることを見出した。しかしながら、従来のガスターレット１は、図１１〜１２に示すようにガスターレット本体１０の円弧状凹部３の両端部にポケット外周縁に載った缶蓋３３をポケットに位置決めして搬送するためにフィンガー５５が設けられ、その間にノズル体５０が設けられているため、ポケット周面に配置する吹出し口の設置範囲は自ずと制限を受け、最大で１００゜以内しか設置できず、通常８０゜程度にしか形成されていない。
【００１８】
そこで、本発明では置換ノズルの設置範囲を広げるために、従来のフィンガー５５をガスターレット本体１０上から除去して、従来のフィンガーが位置している位置まで、置換ノズルの範囲を広げたノズル体を形成し、図１、２に示すようにノズル体１１の上にフィンガー４、４を設けた。それにより、置換ノズルの範囲を図１に示すように最外側壁１７ａ、１７ｂ間の角度を１３０゜まで拡大することができ、吹出し口の対向角度が１３０゜となるように形成することができた。その結果、噴射流路面積幅を拡大できて同一流量の置換ガスを噴射する場合の流速を遅くすることを可能にすると共に、ヘッドスペースの渦の発生を抑制することができた。
【００１９】
さらに、本発明では、置換ノズルからの置換ガス吹き込み時に図３に示すように缶体３０のネック部３１の外周部に位置する空気の巻き込み量を減少させるために、該ネック部３１の外面近傍に置換ガス雰囲気を形成できるように、置換ガスノズルの吹出し口１５の吹出し口高さｈを缶開口端から下方に缶ネック部の高さの１／３の深さと缶開口端から上方に３ｍｍ以上の高さの合計より高くして、又は缶開口端から下方に３ｍｍ以上の深さで且つ缶開口端から上方に缶蓋高さ以上に高くして、従来の平行形ノズルに比べて噴射流路面積高さを大きくした。図３はコンベヤにより搬送され缶体がシーマーのリフター上に載り移りはじめ、その開口部上方にガスターレットのポケットの両端側にあるフィンガー間に位置して円弧軌道を搬送されてくる缶蓋が、缶開口部上方に位置していく状態を示し、この状態でノズルの吹出し口から吹出すガス流の縦方向中心がほぼ缶蓋の最下端部から僅か下方近傍に位置する状態に設定され、吹出し口から吹出される置換ガス流が、缶開口端３２から下方に缶ネック部３１の高さの１／３以上の深さ若しくは缶開口端から缶胴方向に３ｍｍ以上で、且つその上方に隙間を介して位置する缶蓋のチャックウォール３４の外周面に当たる範囲に吹出すようにノズル開口高さを設定してある。
【００２０】
より詳細には、吹出し口１５の高さ、即ちガス流路の吹出し口高さｈは、図３に示すように、缶上部にネック部を有する場合は、缶ネック部の高さをｂとすると、ガス置換する缶の缶開口端から下方に缶ネック部の高さｂの１／３以上の深さと缶開口端から上方に３ｍｍ以上の高さの合計、又は前記缶開口端から下方に３ｍｍ以上の深さと前記缶開口端から上方に前記缶蓋高さａ以上の合計より高い高さ方向の開口を有し、上限はｈ≦ａ＋ｂ／１．５の関係を満たす範囲が望ましい。ガス流路の吹出し口高さｈが上記範囲よりも低いと、噴射流速が早くなり、液こぼれが発生し易くなると共に、外気の巻きこみ量が増えて置換率が向上し難くなる不都合が発生し、逆に上記範囲より高い（大きい）と置換ガスの流速が遅くなって缶体内の残存エアを十分に除去できなくなるので、上記範囲が望ましい。
缶形状についてはネック部の有無や種々のネック形状があり、また、蓋形状についても種々の高さがあるので、これらに対応するためは具体的な数値として、缶開口部を基準として胴部方向は、缶開口端から３ｍｍ以上の範囲、より好ましくは５ｍｍ以上の範囲がよく、缶上部方向は、缶開口端から３ｍｍ以上の範囲、より好ましくは８ｍｍ以上の範囲がよい。それにより、従来のアンダーカバーガッシングのノズル体の流路高さは約８ｍｍであるが、本実施形態ではガス流路の高さｈを約１３ｍｍの高さに高くしてある。
【００２１】
以上のように、本発明では、置換ガスノズルの吹出し口高さをガス置換する缶の缶開口端から下方に缶ネック部の高さの１／３以上の深さと缶開口端から上方に３ｍｍ以上の高さの合計、又は前記缶開口端から下方に３ｍｍ以上の深さと前記缶開口端から上方に前記缶蓋高さの合計より高くして、従来の平行形ノズルに比べて噴射流路面積高さを大きくしている。吹出し口より吹き出されたガスは、図３に示すように、蓋のチャックウォールに当たって缶内に流入するダウンフローｆ１と、蓋と缶の隙間に平行に流入する平行な流れｆ３と、缶ネック部に当たる流れｆ２を生じるが、その際、隙間に対して平行な流れｆ３がダウンフローｆ１を弱め、ｆ１の液面衝突を緩和する効果がある。ダウンフローｆ１は液面Ｓに衝突することで、衝突した箇所の周囲液面が盛り上がる。ダウンフローｆ１が緩和することで液面の盛り上がりが少なくなり、液こぼれが生じにくくなる。
【００２２】
本実施形態のガス置換装置は、以上のように構成され、吹出し口１５ａ、１５ｂから噴射される置換ガス流Ｆが中心線Ｌに沿って１００゜以上１３０゜以内の角度をなして衝突し、缶体の軸方向に曲げられて缶内のヘッドスペース内に吹き込まれ、置換ガス流が缶３０のガス流路側縁部を含む衝突領域で衝突することによって、従来のアンダーカバーガッシングでは困難であったガス流路側縁部近傍のヘッドスペースにも置換ガスを吹き込むことができ、その部分のガス置換を効果的に行うことができる。最外側の吹出し口の角度を１００゜以上になして噴射口幅を広げることによって、少ないガス流量で置換率が向上する理由を調べるために噴出ガスの流れをコンピュータで数値解析した。その結果を図７に示す。該図はノズルから吹き出した置換ガスの同時刻における濃度９０％の流入するフロント面を表している。図７において、（ａ）は開口角度が１２０゜の場合であり、（ｂ）は従来のノズル開口角度である８０゜の場合で、ガスの流れの時間的な経過を短破線、長破線及び実線の順で示している。その結果、開口角度が大きい本発明のノズルでは、吹出し口より吹き出されたガス流は、あたかも平泳ぎの手の形のように、まず中央部にガスが流れ、反対側の缶壁に衝突後左右に空気を押し出す流れとなり、押し出す空間が広いため、その結果少ないガス流量で効率的にガス置換ができることがわかった。一方、開口角度が８０゜の従来のノズル構造の場合は、ヘッドスペースの外側から置換ガスが充満し、遅れて内側の空気を前方に追い出す流れとなっており、押し出す空間が狭くなるので、その分多量の置換ガスが必要であることが分かった。
開口角度を１２０°に広げた影響は、衝突する噴流の角度そのものを大きくすることにつながる。図８は、２方向から衝突する噴流において、（ａ）衝突の角度が９０°の場合と（ｂ）衝突の角度が１２０°の場合で衝突後の広がりを数値解析した結果を示している。図８（ｂ）から衝突角度が１２０°の方が衝突後に広がる領域が広いことが分かる。衝突する噴流の角度を大きくすることで、衝突後の置換ガスが広がる領域が、より広くなることで置換効率が上がる効果があると考えられる。
【００２３】
また、本発明では前記のように置換ガス流路の吹出し口高さを従来よりも高くしてあるが、それによる作用効果を前記開口角度による影響と同様に数値解析によって調べた。その結果を図９に示す。図９において（ａ）は従来の吹出しノズルの開口高さを８ｍｍにした場合を示し、（ｂ）は本発明の開口高さを１３ｍｍに設定した場合を示す。該図から明らかなように、開口高さ８ｍｍの場合は、１３ｍｍの場合と比べて置換ガスが当たる液面ＳをＰ１だけ深く押し込み、その分液面ＳがＰ２だけ下流側で高く盛り上がっていることが分かる。即ち、従来の開口が８ｍｍの場合は、開口面積が狭くその分流速が早くなり、且つノズル口から吹出す置換ガス流ｆ１は殆どが缶蓋のチャックウォール部に当たって缶と蓋の隙間に流入するため、図９（ａ）に示すような強いダウンフローｆ５が発生して吹出し口手前の液面に当たり、液面Ｓが進行方向に高く盛り上がる。一方、本発明では、吹出し口の開口高さが高くなっていることによって流速が低下し、液面に衝突する置換ガス量が低下し、図９（ｂ）に示すような平行流れｆ６が従来の置換ガスフローｆ１を弱めるため、進行方向の液面Ｓの波立ちが緩和される。この結果、置換ガス流が液こぼれに及ぼす影響を可及的に少なくすることすることができると共に、少ない置換ガス流量で缶体内の残存酸素量をより少なくすることができた。
【００２４】
具体的には本発明では、ガス流路の吹出し口高さｈが、ガス置換する缶の缶開口端から下方に缶ネック部の高さの１／３以上の深さと缶開口端から上方に３ｍｍ以上の高さの合計、又は前記缶開口端から下方に３ｍｍ以上の深さと前記缶開口端から上方に前記缶蓋高さ以上の高さの合計よりも高く形成されている。その結果、図３に示すように、置換ガス流Ｆのうちノズル開口上方部から噴射するガス流ｆ１は缶蓋のチャックウォール３４の外面に当たってからヘッドスペースに進入して液面を叩くが、本発明の場合は前述のようにノズルの開口面積が大きいため流速が遅くなり、それにより液面を叩く衝撃は少なく且つ、液面衝突流れを弱め、ガス流路縁部付近の液面を押し上げることで進行方向の液こぼれの発生を抑制し、液面及び缶内周面近傍のガス置換を効率よく行うことができる。一方、ノズル開口下方部のガス流ｆ２は缶のネック部３１の外周面に当たり、該近傍を置換ガス雰囲気で包囲することによって、缶内への外気の吸い込みを防ぐことができる。
【００２５】
図４は、本発明のガス置換装置のノズル体の他の実施形態を示している。本実施形態のノズル体４０は、図１に示すノズル体と比較して相違している点は、置換ガス流路が分岐されてなく、置換ガス吹出し口４２が円弧状凹部４５の外周面に沿って均一に形成され、置換ガスがほぼその円弧中心部に吹き込まれるように、ガス置換ガス吹出し口が放射状に配置されている点である。そのため、本実施形態では、風向調整板４３は放射状に配置されている。そして、ガス置換ガス吹出し口の最外側壁４６ａ、４６ｂ間の開口角度を前記実施形態と同様に、１００〜１３０゜まで拡げ、且つ吹出し口高さを、前記実施形態と同様に吹出し口がガス置換する缶の缶開口端から下方に缶ネック部の高さの１／３以上の深さと缶開口端から上方に３ｍｍ以上の高さの合計、又は前記缶開口端から下方に３ｍｍ以上の深さと前記缶開口端から上方に前記缶蓋高さ以上の高さの合計より高い高さ方向の開口を有している。
【実施例】
【００２６】
本発明の作用効果を確認するため、以下のような設定条件で、図１〜図３の実施形態に示す缶巻締装置のガス置換装置及び図４に示すガス置換装置でアンダーカバーガッシングを行った場合、また比較例として従来の平行櫛歯形ノズルで行う場合、及び櫛歯形ノズルでバッファが設けられているノズル体で行った場合について、置換ガス噴射流量を変えて残存エア量、液こぼれ量を測定して評価を行った。なお、噴射時間は、缶蓋巻締機における蓋が缶体上方に位置し、蓋が閉まるまでの０．０４秒間である。
【００２７】
実施例１：
(１)ガス置換装置
吹出し口の形状：平行櫛歯型ノズル
吹き出し角度（置換ガス噴射角度）：１２０゜
吹出し口（ガス流路）の高さ：ｈ＝１３ｍｍ
(２)ガス置換条件
缶形状：缶胴３５０ｍｌ缶（胴部直径６６ｍｍ、開口部直径６２ｍｍ、缶ネック部高さ１９．５ｍｍ）
缶蓋形状：蓋高さ８ｍｍ
内溶液の種類及びその量：飽和食塩水３５０ｇ、
ヘッドスペース容積：３０．２ｍｌ
置換ガス：炭酸ガス
巻締速度：１０００ｃｐｍ
置換ガス流量：６００、８００、１０００Ｎｌ／ｍｉｎの場合についてそれぞれ行った。
(３)測定法
残存エア量：ヘッドスペースの初期設定をエアーとして、置換後のヘッドスペースのガスを採集し、酸素濃度を測定器にて残存酸素量を算出した。
液こぼれ量：シーマーを通過する前後の重量変化を測定して求めた。
【００２８】
その結果を図５の線図ａ及び図６の棒グラフａに示す。図５は、置換ガス流量を、６００、８００、１０００Ｎｌ／ｍｉｎと変化させた場合のヘッドスペースの残存酸素量、また図６は液こぼれ量の変化を示している。
【００２９】
比較例１：
比較例１として、ガス置換装置を図１１に示す構造のノズル体において吹出し口高さを８ｍｍにしたものを採用した。その他のガス置換条件は実施例と同様である。
比較例２：
比較例２として、ガス置換装置を特許文献１に記載のように置換ガス流路にバッファを有し、噴射口が放射状に配置されている構造のノズルを採用した。その他のガス置換条件は実施例と同様である。
以上の比較例１、２において、置換ガス流量を６００、８００、１０００Ｎｌ／ｍｉｎと変化させた場合のヘッドスペースの残存酸素量及び液こぼれ量を測定した。以上の実験を実施例及び比較例とも各６缶ずつ行なった。各噴射流量ごとのそれぞれの残存酸素量の測定結果の平均値を実施例と共に図５に示す。図５においてａ線図が実施例、ｂ線図が比較例１、ｃ線図が比較例２を表している。また、図６に液こぼれ量を表している。なお、図６において棒グラフが表示されて８００Ｎｌ／ｍｉｎにおける比較例２では液こぼれが起きなかったことを意味している。
【００３０】
以上の結果を示す図５及び図６のグラフから次のようなことが明らかになった。
（１）残存酸素量、即ちガス置換率に関して、実施例の場合は、流量が６００Ｎｌ／ｍｉｎから、８００、１０００と増えると、ヘッドスペースの残存酸素量は、約０．０７６ｍｌから０．０２７ｍｌまで半減した。比較例２の場合は流量が６００Ｎｌ／ｍｉｎの場合、残存酸素量が共に約０．２５５ｍｌあり、置換率が著しく悪い。流量を８００、１０００Ｎｌ／ｍｉｎと増やすことによって、残存酸素量は減り、置換率は向上しているが、８００Ｎｌ／ｍｉｎ以上では残存酸素量は約０．０９６からあまり下がらなかった上、実施例と比べて残存酸素量が３倍以上多く置換率が低い。
（２）一方、液こぼれ量に関して、実施例１の場合は、置換ガス流量が８００Ｎｌ／ｍｉｎの場合は、液こぼれ量がほとんど無かった。また、１０００Ｎｌ／ｍｉｎの時は液こぼれ量が１ｍｌでありごく少量であった。
比較例１は、実施例に比べ残存酸素量は６割程度であるが液こぼれが１０００Ｎｌ／ｍｉｎでは、実施例の５倍以上であった。
（３）以上の（１）（２）のことから、比較例２に示す従来技術では置換ガス流量が６００Ｎｌ／ｍｉｎでは置換率が極端に悪く、実用的なガス置換率を得るには少なくとも８００Ｎｌ／ｍｉｎ以上を必要とするのに対し、実施例１では６００Ｎｌ／ｍｉｎで比較例２の８００Ｎｌ／ｍｉｎと比べて大幅に残存酸素量を減らすことができ、この量で実用的なガス置換が十分可能である。即ち、実施例によれば、従来のガス置換装置に比べて置換ガス使用量を３０％以上節約できることを意味している。しかも、置換ガス流量が６００Ｎｌ／ｍｉｎでは液こぼれ量もゼロであることが分かる。一方、比較例１はガス置換率については、実施例とほぼ同等以上の結果が得られているが、液こぼれ量が実施例１と比べて特段に多く、液こぼれを低減させる課題は達成できなかった。
【００３１】
実施例２：
(１)ガス置換装置
吹出し口の形状：放射型櫛歯型ノズル
吹き出し角度（置換ガス噴射角度）：１２０゜
吹出し口（ガス流路）の高さ：ｈ＝１２ｍｍ
(２)ガス置換条件
全て、実施例１と同じ
その結果を表１に示す。
【表１】
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【００３２】
比較例３：
実施例２のノズル体と同様な放射型櫛歯型ノズル形状において、吹出し角度を１００゜にし、且つ吹出し口高さを７ｍｍとしたノズル体を使用して実施例２と同様なガス置換条件で、置換ガス噴射流量９００ｃｃでアンダーカバーガッシングを行った場合の液こぼれ量及び残存酸素量を数値解析により求めた。その結果を実施例２とともに表１に示す。
【００３３】
表１から明らかなように、放射型櫛歯型ノズルの場合も、吹出し角度を１００゜、吹出し口高さを１２ｍｍと大きくした実施例２の場合が、比較例３に比べて液こぼれ量及び残存酸素量とも明らかに低減しており、本発明の効果が確認された。
【００３４】
以上の結果から、本発明では少ない置換ガス流量で従来と比べて同等以上のガス置換率を確保することができ、且つ液こぼれ量が零であるという劇的効果を奏していることが判明した。その結果、缶詰製造に大量の置換ガス量を必要とする缶詰製造メーカーやボトラーにとって、本発明を採用することにより、置換ガス消費量が３０％以上も節約でき大幅なコスト削減が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、内容物充填容器のヘッドスペースに置換ガスを吹き込んで残存気体と置換するガス置換装置として利用でき、特に置換ガス流量を少なくして高置換率、液こぼれの大幅な低減が可能であり、缶詰のアンダーカバーガッシング装置として産業上の利用可能性が高いが、缶容器のガス置換に限らず、例えばボトル状容器の蓋密封直前のガス置換装置やカップ状容器の蓋材のヒートシール前のガス置換装置としても適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図９】
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