(57)【要約】【課題】  大口径缶密封ラインのような低速ラインでも、内容物充填容器のヘッドスペースのガス置換を、液こぼれ量が少なく、少量の置換ガス量で高置換率で行なう。【解決手段】  容器の径方向中心線Ｌを挟んで対称に複数の置換ガス噴射口６を有し、該置換ガス噴射口は、吹出した不活性ガス流が、少なくとも容器のガス流路側開口縁部を含む略直線状の衝突領域を形成するように配置され、且つ各噴射口６からの不活性ガスの吹出し方向のなす角度が容器のガス流路側開口縁部からガス流路反対側開口縁部にかけて６０°〜１２０°の範囲で変化するように、風向調整板５で仕切て形成し、ガス流路側開口縁部は衝突ガス流を密にし、ガス流路反対側開口縁部にかけて疎にすることによって、高置換率を得ると共に液こぼれを減少させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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残存気体と置換するガス置換方法において、対向する複数の置換ガス噴射口から、少なくとも容器のガス流路側開口縁部を含む領域で互いに衝突して缶内の液面と蓋の裏面とに偏向するように不活性ガスを吹き込み、該置換ガス噴射口からの不活性ガス流の吹出し方向のなす角度を，容器のガス流路側開口縁部からガス流路反対側開口縁部にかけて変化させたことを特徴とするガス置換方法。
【請求項２】
前記不活性ガス流が衝突する衝突領域は、ほぼ直線領域で、その長さが容器胴径の１／２以上である請求項１に記載のガス置換方法。
【請求項３】
前記衝突する不活性ガス流のなす角度が６０°〜１２０°の範囲で、容器の吹出し側縁部に最も近い噴射口から吹出す不活性ガス流のなす角度が最も大きく、ガス流路反対側開口縁部に最も近い噴射口から吹出す不活性ガス流のなす角度が最も小さくなるように、次第に変化させた請求項１又は２に記載のガス置換方法。
【請求項４】
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残存気体と置換するガス置換装置において、容器の径方向中心線を挟んで対称に複数の置換ガス噴射口を有し、該置換ガス噴射口は、吹出した不活性ガス流が、少なくとも容器のガス流路側開口縁部を含む略直線状の衝突領域を形成するように配置され、且つ各噴射口からの不活性ガスの吹出し方向のなす角度が容器のガス流路側開口縁部からガス流路反対側開口縁部にかけて変化するように、風向調整板で仕切られて形成されていることを特徴とするガス置換装置。    
【請求項５】
前記噴射口は、不活性ガス流が衝突する衝突領域が、ほぼ直線領域で、その長さが容器胴径の１／２以上となるように配置されている請求項４に記載のガス置換装置。
【請求項６】
前記噴射口群の対向する各噴射口の吹出し方向のなす角度が、６０°〜１２０°の範囲で、容器の吹出し側縁部に最も近い一対の噴射口のなす角度が最も大きく、ガス流路反対側開口縁部に最も近い一対の噴射口のなす角度が最も小さくなるように噴射口が配置されている請求項４又は５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、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ガス置換方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容器のヘッドスペースの残存気体を不活性ガスに置換するガス置換方法として、図３に示すように蓋の巻締直前にシーミングターレット１０とガスターレット１との間で容器（缶）３０に蓋３３が被さる直前に蓋と缶開口部との間に水平方向から置換ガスを吹き込んで置換する方法（いわゆる、アンダーカバーガッシング法）が知られている。アンダーカバーガッシングにおける置換ガスは、円弧状凹部２の内周面から缶開口部と蓋との隙間に向けて水平方向に噴射されるため、大部分の置換ガスが缶内部に入らずに缶と蓋の間を通過してしまい、置換効率が悪いという問題点があり、従来、水平方向に噴出される置換ガスをなるべく缶内に指向させてガス置換効率を高めるように、種々の工夫が提案されている。その一例として、例えば置換ガス流路中央部に気体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の缶内上部空間中心部で衝突させるようにしたもの（特許文献１参照）、あるいは置換ガス流路内にガイド板を設け、噴射口から吹出した置換ガス流が缶上部空間内に旋回流を形成するようにしたもの（特許文献２参照）等提案されている。
【特許文献１】特開平８―３２４５１３号公報
【特許文献２】特開２０００―２１９２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来提案されている上記方法は、置換ガスをポケット内周面から単に水平方向に噴射させるものと比べて、缶内への置換ガスの吹き込み量が増大し、置換率を高めるのに有効であるが、缶内の特にノズル側開口縁部近傍の液面近くのヘッドスペースには置換ガスが達し難く、該部に空気溜まりが存在し、置換率を向上させるのに未だ満足するものではなかった。また、一般に置換率を向上させるには，置換ガスの吹き込み量（吹き込み速度）を増大させるのが有効であるが、吹き込み量を多くするとそれだけ置換ガス使用量が多くなり、ランニングコストが増大し、また吹き込み速度を早くすると缶内容物の液こぼれが発生し易く、特に液体窒素充填の場合は吹き込む置換ガスによって液面の液体窒素が缶外に吹き飛ばされてしまい所要の内圧が得られなくなるなどの欠点があった。
【０００４】
そこで、本発明者は、上記問題点を解決する方法として、図８（ｂ）に示す、水平方向の複数の置換ガス噴射口２５を有し、複数の置換ガス噴射口から容器に向けて吹き込んだ不活性ガス流が、少なくとも容器のガス流路側開口縁部を含む領域で互いに衝突するように吹き込むように、互いに平行な風向調整板２６で仕切られた対向する噴射口群を有する不活性ガス置換装置２７を先に提案した（特願２００２−２１６８８０号）。該提案した装置によって、従来の方法よりも残存酸素量の低減、液こぼれ量の減少、置換ガス流量の減少を図ることができ、特に高速ラインでは所望の効果を達成することができた。ところが、缶口径の大きい例えば１リットル缶等、巻締速度が例えば５００ｃｐｍ程度の遅い生産ラインの場合は、１缶当りの不活性ガス吹き込み量（吹き込み時間）が多くなる結果、噴射流の液面衝突による影響が大きくなり液こぼれ量が増える傾向が見られた。
【０００５】
そこで、本発明は、前記提案したものをさらに改良して、特に大口径缶のような低速ラインでも、液こぼれ量を減少させることができ、少量の置換ガス流量で、内容物充填容器のヘッドスペースのガス置換率を向上させるガス置換方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記問題点を解決するために種々研究した結果、図８（ｂ）に示すように噴射口を平行にした場合、ライン速度５００ｃｐｍ程度の低速ラインで液こぼれ量が増大する原因は、不活性ガス流がノズル側寄りに缶の径方向中心線軸上で缶径の１／３〜１／２以下の範囲で衝突領域を形成し、その範囲で不活性ガス流が偏向して液面に長時間に渡って集中的に衝突する結果、液こぼれ量が増大することがわかった。この問題を解決する方法として、さらに研究した結果、噴射口をガス流路側開口縁部からガス流路反対側開口縁部にかけて変化するようにすることによって、ガス流路側開口縁部への不活性ガスの吹き込みを確保しながら、液面への不活性ガスの衝突力が緩和され、低速運転でも液こぼれが発生しないことを見出し本発明に到達したものである。
【０００７】
即ち、本発明のガス置換方法は、対向する複数の置換ガス噴射口から、少なくとも容器のガス流路側開口縁部を含む領域で互いに衝突して缶内の液面と蓋の裏面とに偏向するように不活性ガスを吹き込み、該置換ガス噴射口からの不活性ガス流の吹出し方向のなす角度を，容器のガス流路側開口縁部からガス流路反対側開口縁部にかけて変化させたことを主要な構成とするものである。前記不活性ガス流が衝突する衝突領域は、ほぼ直線領域で、その長さが容器胴径の１／２以上であることが望ましい。前記不活性ガス流のなす角度は、６０°〜１２０°の範囲で、容器のガス流路側開口縁部からガス流路反対側開口縁部に向けて次第に小さくなっていることが望ましい。衝突領域が容器胴径の１／２以下であると缶内に吹き込んだ不活性ガス流の液面への衝撃力緩和効果が少なく、低速ラインでの液こぼれ抑制効果が少ない。また、ガス流路側開口縁部の噴射口から噴射される不活性ガス流のなす角度が１２０°よりも大きいと噴射口の配置が構造的に困難であると共に不活性ガス流の液面衝撃力が強くなり過ぎ液跳ねを生じるおそれがあり、また１２０°よりも小さいとガス流路側開口縁部のガス置換向上に不利である。且つガス流路反対側開口縁部の噴射口から噴射される不活性ガス流のなす角度が、６０°より大きいと不活性ガス流の液面への衝撃力緩和効果が少なく、６０゜よりも小さいと不活性ガス流の水平方向成分が多くなり、ガス置換に寄与しない不活性ガス流が生じやすくなる。
【０００８】
そして、本発明のガス置換装置は、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残存気体と置換するガス置換装置において、容器の径方向中心線を挟んで対称に複数の置換ガス噴射口を有し、該置換ガス噴射口は、吹出した不活性ガス流が、少なくとも容器のガス流路側開口縁部を含む略直線状の衝突領域を形成するように配置され、且つ各噴射口からの不活性ガスの吹出し方向のなす角度が容器のガス流路側開口縁部からガス流路反対側開口縁部にかけて変化するように、風向調整板で仕切られて形成されていることを主要な構成とするものである。前記噴射口は、不活性ガス流が衝突する衝突領域が、ほぼ直線領域で、その長さが容器胴径の１／２以上となるように配置されているのが望ましく、より望ましくは、前記噴射口群の対向する各噴射口の吹出し方向のなす角度が、６０°〜１２０°の範囲で、容器の吹出し側縁部に最も近い一対の噴射口のなす角度が最も大きく、ガス流路反対側開口縁部に最も近い一対の噴射口のなす角度が最も小さくなるように噴射口が配置されていることである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、上記構成により、低速ラインであっても液こぼれが少なく、大容量の容器に対して少ない不活性ガス量で効率よくガス置換を行うことができるという利点を有する。したがって、本発明によれば、高置換率でしかも内容積の変化の少ない高品質の比較的容量の大きい缶詰等のガス置換包装容器詰め食品を安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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要部平面断面図であり、図３に示すようにガスターレット１の円弧状凹部２に面するように設けられる。ガスターレット１の内部に各円弧状凹部２に通じる置換ガス流路３が形成されている。該置換ガス流路３は、途中で２分されそれぞれの先端部は複数の風向調整板５によって仕切られて、円弧状凹部２に面して複数の置換ガス噴射口６を形成している。これらの置換ガス噴射口６は、中心線Ｌを挟んで２方向から対向する噴射口群４−１、４−２を形成し、噴射口群４−１と噴射口群４−２とは、それぞれ缶径方向中心線Ｌに対してほぼ線対称に配置されている。噴射口群４−１と噴射口群４−２とは、互いに対向する噴射口６から吹出した不活性ガスが、図４に模式的に示すように、中心線Ｌ上で衝突するように互いに対向する噴射口６は中心線Ｌに対して互いに同角度に形成されているが、隣同士の噴射口とは角度が相違している。即ち、噴射口群４−１、４−２の吹出し方向のなす角度は、ガス流路側開口縁部手前から６０°からガス流路反対側開口縁部が３０°（即ち、両側の噴射口間の開き角度では１２０°から６０°の範囲）となるように、均等に傾斜角度を変えている。本実施形態の場合は、置換ガス噴射口がそれぞれ６個づつ配置されているため、その傾斜角度は１２°ずつ減少している。
【００１１】
以上のように構成されたガス置換装置において、各噴射口６から噴射される置換ガス流は、図４に模式的に矢印８−１、８−２で示すように、ポケット内に位置する缶３０の中心を通る径方向中心線Ｌ上で衝突する。その結果、噴射流は缶軸方向の流れ成分と缶軸と直交方向の流れ成分が与えられ、缶軸方向の流れ成分によって図２に模式的に矢印９で示すように、缶内のヘッドスペース及び缶蓋裏面に向けて置換ガスが吹き込まれる。その際、吹き込まれる置換ガス流が、少なくとも缶３０のガス流路側開口縁部３１近傍を含む衝突領域ａ（図４）で衝突するように噴射口群４−１、４−２の噴射口が配置されてなければならない。噴射口群４−１、４−２から吹き込まれる置換ガス流が、缶３０のガス流路側開口縁部３１を含む衝突領域ａ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開口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る。そして、本発明では、置換ガス噴射口６は、ガス流路側開口縁部３１に近いほど噴射口の角度が大きくなっているため、図４に示すように、ガス流路側開口縁部３１に近いほど密に置換ガスが吹き込まれるが、反対側開口縁部に近い程吹き込むガス吹き込み角度が小さくなるので、図８（ｂ）に示す噴射口を平行に設けた場合と比べて、液面衝突領域を広げることができ、その分缶内液面に衝突するガス流が疎になり、液面への衝突による液跳ねを緩和することができ、低速運転であっても液こぼれ量を少なくすることができる。したがって、本発明では、最もガス置換が困難であるガス流路側開口縁部３１には置換ガスを密に吹き込み、吹き込んだ置換ガスが達し易くガス置換が容易である反対側開口縁部３２に近づくにつれて疎に吹き込むので、全体のガス置換の効果を図りながら、液こぼれ量の減少を図ることができる。
【００１２】
噴射口群４−１、４−２から吹き込まれる置換ガス流は、衝突後缶内の液面と蓋３３の裏面との間に広がり、連続的に吹き込むことによって置換ガス流の先端１２は、図２に示すように、衝突後缶内の液面と蓋の裏面とに接触して反対側の開口縁部３２まで到達してから外部に流出してその間にある空気を外部に押出し、ヘッドスペース３５のガスを置換ガスと置換する。したがって、空気溜まりが発生し易いガス流路側開口縁部近傍のヘッドスペースまで効果的にガス置換するためには、ガス流路側開口縁部を含む衝突領域を有し、衝突後に液面に指向するガス流を発生させる必要があり、噴射口群４−１、噴射口４−２の吹出し方向不活性ガス流の、衝突領域における長手方向成分の総和が直交方向成分の絶対値の総和より小さくなるように噴射口を配置することが重要である。噴射口群４−１群、４−２の吹出し方向不活性ガス流の、衝突領域における長手方向成分の総和が、直交方向成分の絶対値の総和より大きくなると、噴射流の衝突効果が減少し、噴射流はヘッドスペース方向への偏向流よりも水平方向への流れが多くなる。したがって、液面への衝突量を増やしてガス置換率を高めるには、噴射口群４―１、４−２の噴射流のなす交差角度が１８０°に近い方が望ましいと考えられるが、配置するのに構造的制限を受けると共に、液面への衝突流の衝撃が大きくなり、液こぼれを増大させる原因となる。本発明は、その相反する問題点を空気溜まりが生じガス置換が難いガス流路側開口縁部については、ガス衝突流を密にし、ガス置換が比較的行いやすいガス流路反対側開口縁部に近づくにつれて、液面へのガス衝突流の密度を疎にすることによって、低速運転であっても、ガス置換率の向上を図りながら、液こぼれを少なくして効率良くガス置換を行なうことができたものである。本発明者は、噴射口群４−１、４−２の広がり角度はどの範囲が最も望ましいか、有限要素法による流体解析を行なって、次のように角度の範囲を種々変えて確認した。
【００１３】
噴射口群４−１及び４−２とも、それぞれ（ａ）３０°−６０°、（ｂ）５°−３０°、（ｃ）２０°−４５°、（ｄ）４０−６０°の範囲で、噴射口を６個ずつ形成して、ガス流路側開口縁部側から均等ずつ開き角度が小さくなるように形成して、次のような条件で解析を行って、それぞれの開き角度の場合の、缶内の残存酸素量と液こぼれ量を計算した。
解析対象：開口内径          ７８ｍｍ
容量              １０３６ｍｌ
置換ガス流量      １０００  ＮＬ／ｍｉｎ
【００１４】
その結果、図５から明らかなように、（ａ）３０°−６０°の場合が、最も残存酸素量が少なく、且つ液こぼれ量が少ないことがわかった。一方、（ｂ）の場合は、液こぼれ量は少ないが残存酸素量が多く、ガス置換率が悪い。反対に、（ｄ）の場合は、残存酸素量は少ないが、液こぼれ量が多く、いずれの場合も上記目的は達成できなかった。また、（ｃ）は、残存酸素量及び液こぼれ量いずれの場合も満足する結果が得られなかった。そこで、本実施形態では、置換ガス噴射口をガス流路側開口縁部では、開き角度１２０°とし、そこから１２°ずつ段階的に減少させて、ガス流路反対側開口縁部では６０°となるように設定した。
【実施例】
【００１５】
本発明の作用効果を確認するため、以下のような条件の基で、上記実施形態のガス置換装置を有する缶巻締装置でアンダーカバーガッシングを行い、巻締を行った。また、比較例として図８（ａ）に示すノズル配置、及び図８（ｂ）に示すノズル配置であるアンダーカバーガッシング装置を有する缶巻締装置で巻締を行った。そして、以下に示す方法で巻締終了後の缶内残存酸素量とガス置換時の内容液こぼれ量を測定して評価した。なお、図８（ａ）に示す比較例１のガス置換装置２０は、各置換ガス噴射口２１から噴射される置換ガスが缶中心に集まるように、風向調整板２２を放射状に配置して形成したものである。
１）ガス置換条件
・缶形状：開口部直径７８ｍｍ
・内容液の種類及びその量：飽和食塩水１２００ｇ  →ヘッドスペース高さ１４ｍｍ
・置換ガス種：炭酸ガス
・置換ガス流量：２００ＮＬ／分、３００ＮＬ／分、４００ＮＬ／分、６００ＮＬ／分とそれぞれについて流量を変えて行った。
・巻締速度：５００ｃｐｍ
２）缶内残存酸素量測定法
（イ）炭酸ガスをアンダーカバーガッシングで吹き込んで、
（ロ）巻締密封した直後に缶のヘッドスペース気体を全て捕集し、
（ハ）捕集した気体中の炭酸ガスを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させ、
（ニ）残った気体（大気）の体積を測定して、
（ホ）大気の酸素分率２０．１％を乗じて残存酸素量を算出した。
３）こぼれ量測定法
試験前後の缶重量を測って、その差からこぼれ量を算出した。
【００１６】
実施例
ノズル形状：図１に示すように各群内の噴射口中心線開き角度６０°−１２０°で等角
度で順次変化
噴射口：４．０ｍｍＷ×６．５ｍｍ×６穴×２
衝突領域（設計値）：ガス流路側開口縁部から７８ｍｍ
【００１７】
比較例１
ノズル形状：図８（ａ）に示すような缶中心に集中する噴射口
噴射口：４．０ｍｍＷ×６．５ｍｍ×５穴×２  各穴間角度は１０°
衝突領域（設計値）：缶中心の一点
比較例２
ノズル形状：図８（ｂ）に示すような各群内の噴射口方向が平行
噴射口：４．０ｍｍＷ×６．５ｍｍ×５穴×２  平行噴射口
噴射口群のなす角度：１１０°
衝突領域（設計値）：缶縁から３９ｍｍ
【００１８】
以上の実施例及び比較例１、２によるガス置換の結果、それぞれについて内容液こぼれ量（ｍｌ／缶）及び残存酸素量（ｍｌ／缶）を測定した。その結果を図６及び図７に示す。
その結果、内容液こぼれ量に関しては、実施例の場合は、３００ＮＬ／ｍｉｎまでは、殆ど液こぼれは観察されず、４００ＮＬ／ｍｉｎ、６００ＮＬ／ｍｉｎにつれて上昇したが、比較例１、２と比べては液こぼれ量は明らかに少なく（置換ガス流量が増えるとその傾向がより顕著である）、本発明が低速ラインのガス置換装置に適用して、液こぼれ量を低減させるのに特に有効であることが確認された。一方、残存酸素量に関しては、置換ガス流量が３００ＮＬ／ｍｉｎの場合が実施例および比較例とも最も少なく、それ以上に流量を増やしても置換ガス効率は殆ど変わらず、逆に若干高くなっている傾向が見られた。その中で、実施例と比較例２は、残存酸素量の点からは３００ＮＬ／ｍｉｎのとき、最も残存酸素量が最も少なく、実施例の方が比較例２よりも若干低いことが観測された。そのことから、本実施例の場合は、比較例の場合と比較して少ない置換ガス流量でヘッドスペースの残存酸素量を低減させることができることが分かる。以上の実施例により本発明の有効性が確認できた。
【００１９】
以上、本発明の実施形態及び実施例を示したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限らず、その技術的思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。
例えば、上記噴射口群は、前記実施形態では置換ガス流路の途中に２分してガス流路先端に形成したが、図４に模式的に示すように、それぞれ別々に形成したガス流路１５−１、１５−２先端に配置する事も可能である。なお、噴射口の数及びその吹出し範囲も、缶のガス流路側開口縁部を含めばその範囲は特に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、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残存気体と置換するガス置換方法及び装置として利用でき、特に缶詰のアンダーカバーガッシング装置として有効であるが、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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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要部平面概略断面図である。
【図２】図１のアンダーカバーガッシング装置を置換ガス流路に添って切断した断面図である。
【図３】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ガス略図である。
【図４】本発明の実施形態に係るガス置換装置の置換ガス噴射状態を示す模式図である。
【図５】置換ガス噴射口の広がり角度を変えた場合における、液こぼれ量と残存酸素量を示す解析データの線図である。
【図６】実施例及び比較例における液こぼれ量−置換ガス流量線図である。
【図７】実施例及び比較例における残存酸素量−置換ガス流量線図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ比較例のガス置換装置の要部平面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ガスターレット
２  円弧状凹部
３  置換ガス流路
４−１、４−２  噴射口群
５  風向調整板
６  置換ガス噴射口
１０  シーミングターレット
１５−１、１５−２    ガス流路
３０  缶
３１  ガス流路側開口縁部
３２  ガス流路反対側開口縁部
【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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