(57)【要約】【課題】ヘッドスペース内の空気の置換を適切に実行でき、かつ使用する不活性ガスの使用量を低減可能な容器のガス置換装置を提供する。【解決手段】飲料Ｄが充填され、かつ缶蓋Ｌにて密封される前の缶ＣのヘッドスペースＨＳ内のガスを不活性ガスに置換すべく、ガスターレット１０１の供給口１０１ａからヘッドスペースＨＳに不活性ガスを供給するガス置換装置１において、不活性ガスを加熱するヒータ４と、不活性ガスの温度を取得する第３温度計１６と、供給口１０１ａに供給される不活性ガスの流量を調整する流量調整弁９とを備える。制御装置２０は、供給口１０１ａにおける不活性ガスの流速が予め設定した所定の範囲内になるように第３温度計１６により検出された温度に基づいて流量調整弁９を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飲料が充填され、かつ蓋部材にて密封される前の容器のヘッドスペース内のガスを不活性ガスに置換すべく、所定の供給口から前記ヘッドスペースに不活性ガスを供給するガス置換装置において、
前記不活性ガスの供給源から前記供給口までの間の供給経路に設けられ、前記不活性ガスを加熱する加熱手段と、前記加熱手段にて加熱された前記不活性ガスの温度を取得する温度取得手段と、前記供給口に供給される前記不活性ガスの流量を調整する流量調整手段と、前記供給口における前記不活性ガスの温度が所定の目標温度範囲内になるように前記温度取得手段が取得した温度に基づいて前記加熱手段を制御する加熱制御手段と、前記供給口における前記不活性ガスの流速が予め設定した所定の範囲内になるように前記温度取得手段が取得した温度に基づいて前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、を備えていることを特徴とするガス置換装置。
【請求項２】
前記流量制御手段は、前記加熱手段の始動時には、まず前記不活性ガスの質量流量が、前記供給口における不活性ガスの温度が前記目標温度範囲内に達しているときの質量流量よりも多い所定の低温時目標流量になるように前記流量調整手段を制御し、その後前記不活性ガスの温度が上昇するに従って前記不活性ガスの質量流量が前記低温時目標流量から低下するように前記流量調整手段を制御する請求項１に記載のガス置換装置。
【請求項３】
前記目標温度範囲には、前記容器に充填されている飲料の品質に影響が生じない温度範囲が設定される請求項１又は２に記載のガス置換装置。
【請求項４】
前記目標温度範囲は、５０〜８０°Ｃであることを特徴とする請求項１又は２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、容器を密封する際に容器のヘッドスペース内の空気を不活性ガスに置換するためのガス置換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビールや清涼飲料等の飲料を缶や壜等の容器に詰める製造工程では、容器内に飲料を充填した後、その容器に蓋部材を取り付けて容器を密封している。このように容器に蓋部材を取り付ける際には、容器内に充填された飲料の上方に残された空寸部（ヘッドスペース）内の空気を不活性ガスに置換している。そして、これにより飲料の品質劣化の原因となるヘッドスペース内の空気（主に酸素）の量を低減させている。このようにヘッドスペースの空気を置換する方法として、加熱した水蒸気を口部から容器内に吹き込み、これにより気泡を消去してヘッドスペース内の空気を置換する方法が知られている（特許文献１参照）。また、飲料が充填された缶のヘッドスペースに窒素ガス、炭酸ガス、及び蒸気のうちの少なくともいずれか一つを吹き付けてヘッドスペース内の空気をこれらのガスに置換する装置が知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平１−４６３７１号公報
【特許文献２】特許第４６６９１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置では、加熱した水蒸気をそのままノズルから吹き出させており、容器内に吹き込む水蒸気の量を制御していない。特許文献２の装置では、各ガスの供給路の流量制御弁が設けられているが、それらの弁をどのように制御するか開示も示唆もされていない。ヘッドスペースに吹き込むガスの量を多くするほど空気の置換は促進されるが、使用するガスの量が増加するためコストが高くなる。一方、ガスの量が少ないと空気の置換が適切に実行できないおそれがある。特許文献２の装置のように水蒸気及び不活性ガスの両方を使用する場合には、これら２種類のガスの供給路を設ける必要があり、また置換に使用するガスの種類が増えるためコストが高くなる。また、特許文献１の装置では、装置を始動した直後は加熱用蒸気で水蒸気を目標温度まで加熱できないおそれがある。この場合、水蒸気を目標温度に加熱できるようになるまで密封作業の開始を待つか、低い温度の水蒸気で空気の置換を行うことになる。水蒸気の温度が低いとヘッドスペース内の空気の置換が適切に実行できないおそれがある。一方、水蒸気を目標温度に加熱できるようになるまで待つ場合には生産効率が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、ヘッドスペース内の空気の置換を適切に実行でき、かつ使用する不活性ガスの使用量を低減可能な容器のガス置換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】
【０００６】
本発明のガス置換装置は、飲料（Ｄ）が充填され、かつ蓋部材（Ｌ）にて密封される前の容器（Ｃ）のヘッドスペース（ＨＳ）内のガスを不活性ガスに置換すべく、所定の供給口（１０１ａ）から前記ヘッドスペースに不活性ガスを供給するガス置換装置（１）において、前記不活性ガスの供給源（２）から前記供給口までの間の供給経路（３）に設けられ、前記不活性ガスを加熱する加熱手段（４）と、前記加熱手段にて加熱された前記不活性ガスの温度を取得する温度取得手段（１６）と、前記供給口に供給される前記不活性ガスの流量を調整する流量調整手段（９）と、前記供給口における前記不活性ガスの温度が所定の目標温度範囲内になるように前記温度取得手段が取得した温度に基づいて前記加熱手段を制御する加熱制御手段（２０）と、前記供給口における前記不活性ガスの流速が予め設定した所定の範囲内になるように前記温度取得手段が取得した温度に基づいて前記流量調整手段を制御する流量制御手段（２０）と、を備えていることにより、上述した課題を解決する。
【０００７】
周知のように気体は温度が高くなるほど密度が低くなる。本発明のガス置換装置によれば、加熱手段にて不活性ガスを加熱するので、供給口に供給する不活性ガスの体積を大きくできる。そのため、供給口における流速を同じと仮定すると、不活性ガスを加熱しない場合と比較してヘッドスペース内のガスの置換に必要な不活性ガスの量を低減できる。これによりヘッドスペース内のガスを置換する際に使用する不活性ガスの使用量を低減できる。したがって、製造コストを低減できる。また、本発明では、供給口における不活性ガスの流速が所定の範囲内になるように不活性ガスの温度に応じて不活性ガスの流量を調整するので、例えば加熱手段の始動時等の不活性ガスの温度が低いときでもヘッドスペース内の空気の置換を適切に実行できる。そのため、生産効率が低下することを抑制できる。
【０００８】
本発明のガス置換装置の一形態において、前記流量制御手段は、前記加熱手段の始動時には、まず前記不活性ガスの質量流量が、前記供給口における不活性ガスの温度が前記目標温度範囲内に達しているときの質量流量よりも多い所定の低温時目標流量（ＱＬ）になるように前記流量調整手段を制御し、その後前記不活性ガスの温度が上昇するに従って前記不活性ガスの質量流量が前記低温時目標流量から低下するように前記流量調整手段を制御してもよい。このように不活性ガスの質量流量を調整することにより、加熱手段の始動時からヘッドスペース内の空気の置換を適切に実行できる。
【０００９】
本発明のガス置換装置の一形態において、前記目標温度範囲には、前記容器に充填されている飲料の品質に影響が生じない温度範囲が設定されてもよい。また、前記目標温度範囲は、５０〜８０°Ｃであってもよい。このような温度範囲を設定することにより、不活性ガスにより飲料の品質が低下することを防止できる。
【００１０】
なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明のガス置換装置によれば、加熱手段で加熱した不活性ガスを用いてヘッドスペース内のガスの置換を実行するので、ヘッドスペース内のガスを置換する際に使用する不活性ガスの使用量を低減できる。また、本発明では、供給口における不活性ガスの流速が所定の範囲内になるように不活性ガスの温度に応じて不活性ガスの流量を調整するので、例えば加熱手段の始動時等の不活性ガスの温度が低いときでもヘッドスペース内の空気の置換を適切に実行できる。そのため、生産効率が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一形態に係るガス置換装置が組み込まれたシーマーの要部を概略的に示す図。
【図２】図１のシーマーで密封される缶の一例を示す図。
【図３】不活性ガスの温度と不活性ガスの質量流量との関係の一例を示す図。
【図４】ヒータの始動時における不活性ガスの質量流量及び供給口における不活性ガスの温度の時間変化の一例を示す図。
【図５】缶の入味量とヘッドスペースの残存酸素濃度との関係の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一形態に係るガス置換装置が組み込まれたシーマーの要部を概略的に示している。このシーマー１００は、図２に一例を示した缶Ｃを密封する周知の装置である。シーマー１００には、ビールや発泡酒等の飲料Ｄが充填された缶Ｃが不図示のフィラーから供給される。シーマー１００では、この缶Ｃに缶蓋Ｌを被せて巻き締めを行い、これにより缶Ｃを密封する。図１に示すようにシーマー１００は、ガスターレット１０１を備えている。ガスターレット１０１は、缶Ｃの上部に缶蓋Ｌを被せる。また、これと同期して供給口１０１ａ（図２参照）から缶ＣのヘッドスペースＨＳ内に不活性ガスを吹き込む。そして、これにより缶ＣのヘッドスペースＨＳ内の空気を不活性ガスに置換する。なお、ガスターレート１０１には複数の供給口１０１ａが設けられているが、図２ではそのうちの１つのみを示した。これらの機構は周知のシーマーと同じでよいため、詳細な説明を省略する。
【００１４】
図１に示すようにシーマー１００は、ガス置換装置１を備えている。ガス置換装置１は、各供給口１０１ａに不活性ガスを供給するための装置である。なお、不活性ガスとしては、例えば二酸化炭素（炭酸ガス）又は窒素等が用いられる。ガス置換装置１は、高圧の不活性ガスが貯留されるタンク２と、タンク２と複数の供給口１０１ａとを繋ぐガス通路３とを備えている。ガス通路３には、不活性ガスを加熱するためのヒータ４が設けられている。ヒータ４としては、例えば電気で不活性ガスを加熱するヒータを用いてもよいし、スチームで不活性ガスを加熱する熱交換器を用いてもよい。ガス通路３には、ヒータ４をバイパスして不活性ガスを供給口１０１ａに導くためのバイパス通路５が設けられている。
【００１５】
ガス通路３のうちタンク２とヒータ４との間には、上流側から順に第１流量計６、減圧弁７、第１圧力計８、流量調整弁９、及び第１開閉弁１０が設けられている。第１流量計６は、ガス通路３を流れる不活性ガスの流量を検出する。減圧弁７は、高圧の不活性ガスを予め設定した所定の目標圧まで減圧する。第１圧力計８は、ガス通路３を流れる不活性ガスの圧力を検出する。流量調整弁９は、ガス通路３を流れる不活性ガスの流量を調整する。第１開閉弁１０は、ガス通路３を開閉可能な周知の弁である。
【００１６】
ヒータ４には、第１温度計１１及び第２温度計１２が設けられている。第１温度計１１は、ヒータ４の入口側における不活性ガスの温度を検出する。第２温度計１２は、ヒータ４の出口側における不活性ガスの温度を検出する。バイパス通路５には、第２開閉弁１３が設けられている。第２開閉弁１３は、バイパス通路５を開閉可能な周知の弁である。
【００１７】
ガス通路３のうちヒータ４と供給口１０１ａとの間には、上流側から順に除菌フィルタ１４、第２流量計１５、第３温度計１６、及び第２圧力計１７が設けられている。除菌フィルタ１４は、不活性ガスを濾過する周知のフィルタである。第２流量計１５は、ガス通路３を流れる不活性ガスの流量を検出する。第３温度計１６は、ガス通路３を流れる不活性ガスの温度を検出する。第２圧力計１７は、ガス通路３を流れる不活性ガスの圧力を検出する。
【００１８】
なお、第１流量計６及び第２流量計１５には、不活性ガスの流量を検出可能な周知の流量計が用いられる。第１圧力計８及び第２圧力計１７には、不活性ガスの圧力を検出可能な周知の圧力計が用いられる。第１温度計１１、第２温度計１２、及び第３温度計１６には、不活性ガスの温度を検出可能な周知の温度計が用いられる。
【００１９】
ガス置換装置１は、制御装置２０を備えている。ヒータ４、流量調整弁９、及び第３温度計１６は、それぞれ制御装置２０に接続されている。ヒータ４及び流量調整弁９の動作は、制御装置２０にて制御される。制御装置２０は、例えばマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットによって実現されてもよいし、ハードウエア制御回路によって実現されてもよい。
【００２０】
制御装置２０は、供給口１０１ａにおける不活性ガスの温度が所定の目標温度範囲、例えば５０〜８０°Ｃになるように第３温度計１６の検出値に基づいてヒータ４の動作を制御する。なお、目標温度範囲は５０〜８０°Ｃに限定されない。目標温度範囲は、飲料Ｄの品質に影響を及ぼさないように適宜に設定してよい。また、制御目標として目標温度範囲の代わりに目標温度、例えば６０°Ｃを設定し、供給口１０１ａにおける不活性ガスの温度がこの目標温度になるように第３温度計１６の検出値に基づいてヒータ４の動作を制御してもよい。
【００２１】
制御装置２０は、供給口１０１ａにおける不活性ガスの流速が予め設定した所定の範囲内になるように第３温度計１６の検出値に基づいて流量調整弁９の開度を調整する。所定の範囲としては、例えば１６〜２０ｍ／秒が設定される。なお、所定の範囲は、この範囲に限定されず、ヘッドスペースＨＳ内の空気の置換を適切に実行できる流速範囲を適宜に設定してよい。また、制御目標として所定の範囲の代わりに目標流速、例えば１８ｍ／秒を設定し、供給口１０１ａにおける不活性ガスの流速がこの目標流速になるように第３温度計１６の検出値に基づいて流量調整弁９の開度を調整してもよい。周知のように気体は、温度が高くなるほど密度が低くなる。そのため、不活性ガスの質量流量が一定の場合には、不活性ガスの温度が高くなるほど供給口１０１ａにおける流速が速くなる。そこで、制御装置２０は、図３に一例を示すように不活性ガスの温度が高くなるほど不活性ガスの質量流量が少なくなるように流量調整弁９の開度を制御する。なお、図３に示した関係は、予め実験や数値計算等により求めて制御装置２０にマップとして記憶させておけばよい。そして、そのマップを参照して流量調整弁９の開度を制御すればよい。
【００２２】
また、制御装置２０は、ガス置換装置１の始動時すなわちヒータ４の始動時には、供給口１０１ａにおける不活性ガスの流速が予め設定した所定の範囲内になるように第３温度計１６の検出値に基づいて流量調整弁９の開度を調整する。ヒータ４の始動時は、ヒータ４で不活性ガスを十分に加熱できないため、供給口１０１ａから吹き出る不活性ガスの温度が低い。そこで、制御装置２０は、図４に一例を示すように、ヒータ４の始動直後（時刻ｔ０）は不活性ガスの質量流量が低温時目標流量ＱＬになり、その後不活性ガスの温度が上昇するに従って不活性ガスの質量流量が低下するように流量調整弁９の開度を調整する。なお、低温時目標流量ＱＬには、供給口１０１ａにおける不活性ガスの温度が大気温度と同じであってもヘッドスペースＨＳの空気を不活性ガスに適切に置換可能な流量が設定される。なお、図４に示した例では、不活性ガスの質量流量をステップ状に変化させたが、質量流量の調整方法はこの方法に限定されない。例えば、不活性ガスの温度の変化に応じて質量流量が滑らかに低下するように質量流量を調整してもよい。
【００２３】
図５は、本発明のガス置換装置１にてヘッドスペースＨＳ内の空気を不活性ガスに置換して密封した缶ＣのヘッドスペースＨＳの残存酸素濃度の一例を示している。なお、この際の供給口１０１ａにおける不活性ガスの温度を温度Ｔ０とし、不活性ガスの質量流量を流量Ｑ０とする。温度Ｔ０は、例えば上述したように６０°Ｃである。この図の横軸は缶Ｃに充填されている飲料Ｄの量、いわゆる入味量を示している。また、この図の縦軸はヘッドスペースＨＳの残存酸素濃度を示している。周知のように缶Ｃの品質は、缶Ｃ内の残存酸素濃度が低いほど良い。
【００２４】
この図には、供給口１０１ａにおける不活性ガスの温度を大気温度Ｔ１とし、かつ供給口１０１ａにおける流速が本発明と同じになるように質量流量を流量Ｑ１まで増加させた場合の残存酸素濃度を比較例として示した。すなわち、流量Ｑ１＞流量Ｑ０である。以下、この比較例を第１の比較例と呼ぶ。また、この図には、供給口１０１ａにおける不活性ガスの温度を大気温度Ｔ１とし、かつ質量流量を本発明の質量流量と同じ流量Ｑ０とした場合の残存酸素濃度も比較例として示した。以下、この比較例を第２の比較例と呼ぶ。なお、図中の実線Ｌ１が本発明の残存酸素濃度を示している。破線Ｌ２が、第１の比較例の残存酸素濃度を示している。破線Ｌ３が、第２の比較例の残存酸素濃度を示している。
【００２５】
破線Ｌ２及び破線Ｌ３から明らかなように供給口１０１ａにおける不活性ガスの温度が大気温度の場合には、質量流量が多い方が残存酸素濃度が低くなる。しかしながら、実線Ｌ１及び破線Ｌ２から明らかなように供給口１０１ａにおける不活性ガスの温度を温度Ｔ０（例えば、６０°Ｃ）にすれば、不活性ガスの質量流量が流量Ｑ０であっても第１の比較例より残存酸素濃度が低くなる。そのため、少ない不活性ガスでヘッドスペースＨＳの残存酸素濃度を低くすることができる。
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、不活性ガスを加熱してヘッドスペースＨＳに吹き込むので、ヘッドスペースＨＳ内の空気を置換する際に使用する不活性ガスの使用量を低減できる。そのため、缶Ｃの製造コストを低減できる。また、図５に示したように不活性ガスを加熱することにより、供給口１０１ａにおける流速が同じでも不活性ガスの温度が大気温度Ｔ１の場合よりもヘッドスペースＨＳの残存酸素濃度を低くできる。
【００２７】
本発明では、図４に示したように、ヒータ４の始動直後は不活性ガスの質量流量を低温時目標流量ＱＬとし、不活性ガスの温度が上昇するに従って不活性ガスの質量流量を低下させる。そのため、ガス置換装置１の始動直後からヘッドスペースＨＳ内の空気の置換を適切に行うことができる。したがって、ヘッドスペースＨＳの空気の置換を適切に実行しつつ生産効率が低下することを抑制できる。
【００２８】
なお、上述した形態では、タンク２が本発明の供給源に相当する。ガス通路３が本発明の供給経路に相当する。ヒータ４が本発明の加熱手段に相当する。第３温度計１６が本発明の温度取得手段に相当する。流量調整弁９が本発明の流量調整手段に相当する。制御装置２０が本発明の加熱制御手段及び流量制御手段に相当する。缶Ｃが本発明の容器に相当し、缶蓋Ｌが本発明の蓋部材に相当する。
【００２９】
本発明は上述した形態に限定されることなく種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明のガス置換装置にてヘッドスペースの空気が置換される容器は、缶に限定されない。本発明は、壜、ＰＥＴボトル、及びビール樽等のヘッドスペースの空気の置換に使用してもよい。また、容器に充填される飲料は、ビールや発泡酒に限定されず、チューハイ（酎ハイ）や清涼飲料であってもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  ガス置換装置
２  タンク（供給源）
３  ガス通路（供給経路）
４  ヒータ（加熱手段）
９  流量調整弁（流量調整手段）
１６  第３温度計（温度取得手段）
２０  制御装置（加熱制御手段、流量制御手段）
１０１ａ  供給口
Ｃ  缶（容器）
Ｌ  缶蓋（蓋部材）
Ｄ  飲料
ＨＳ  ヘッドスペース
ＱＬ  低温時目標流量
【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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