JP7312003B2 - 不活性ガス通流部品、不活性ガス置換装置、不活性ガス置換方法及び容器充填液体製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置に用いられる不活性ガス通流部品、上記不活性ガス置換装置を用いた不活性ガス置換方法、及び上記不活性ガス置換装置を用いた容器充填液体製品の製造方法に関する。

液体を容器に充填する際に容器の上部にヘッドスペースが形成され、充填された液体がヘッドスペース中の空気によって酸化され、液体の品質が低下する場合がある。液体の酸化抑制を目的として、ヘッドスペースの酸素濃度を低減するために、ヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１では、不活性ガスの使用量を少なくし且つ装置のコンパクト化が可能であり、更に高いガス置換率で容器のヘッドスペースをガス置換することができるガス置換方法及び装置が提案されている。特許文献２では、容器のヘッドスペース内をガス置換する際に泡や内容液を吹きこぼすことなく、より少ない不活性ガスの使用量で高い置換効果を得ることが出来る容器のガス置換方法及びその装置が提案されている。

特開２００７－１６１３４７号公報 特開２０１０－１７３６６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、不活性ガスの置換効率が悪くヘッドスペースの酸素濃度を十分に低減できない場合がある。特許文献２に記載されている不活性ガス置換装置は、コンパクト化が困難で、設置スペースを確保できない場合がある。

そこで、本発明は、液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置に用いられ、省スペースで、ヘッドスペースの酸素濃度低減効果に優れた不活性ガス通流部品を提供することを主目的とする。

すなわち、本発明は、
液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置に用いられる不活性ガス通流部品であり、
長尺の中空箱状の本体部と、少なくとも２つのメインノズルと、少なくとも１つのサブノズルと、を備え、
前記本体部は、
長尺の上側板と、
複数の貫通孔が形成された長尺の下側多孔板と、
前記上側板と前記下側多孔板と対向するように前記本体部の内側に配置され、複数の貫通孔が形成された長尺の内側多孔板と、
前記上側板、前記内側多孔板及び前記下側多孔板の短手方向の一方端に配置され、複数の貫通孔が形成された側方多孔板と、を有し、
前記メインノズルは、前記上側板、前記内側多孔板及び前記下側多孔板を貫通し、
前記サブノズルは、前記上側板を貫通し、前記内側多孔板及び前記下側多孔板を貫通しない、不活性ガス通流部品を提供する。
前記内側多孔板の開口率は、前記下側多孔板の開口率よりも大きくてもよい。
前記内側多孔板の開口率は１０～５０％であり、前記下側多孔板の開口率は１０～４０％であってもよい。
前記内側多孔板の前記貫通孔の孔径は前記下側多孔板の前記貫通孔の孔径よりも大きくてもよい。
前記内側多孔板の前記貫通孔の孔径は３．０～７．０ｍｍであってもよく、前記下側多孔板の前記貫通孔の孔径は０．１～２．０ｍｍであってもよい。
前記本体部の長手方向の長さは３ｃｍ以上であってもよい。
前記液体は液状又は流動状食品であってもよい。
また、本発明は、液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置であり、前記不活性ガス通流部品を備える、不活性ガス置換装置を提供する。
さらに、本発明は、液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換方法であり、前記不活性ガス置換装置を用いる、不活性ガス置換方法を提供する。
さらに、本発明は、前記不活性ガス置換装置を用いる、容器充填液体製品の製造方法を提供する。

本発明によれば、液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置に用いられ、省スペースで、ヘッドスペースの酸素濃度低減効果に優れた不活性ガス通流部品を提供することができる。

不活性ガス通流部品１の上面図である。 不活性ガス通流部品１の底面図である。 図１における矢印Ｄ１の方向から見た不活性ガス通流部品１の側面図である。 図１における矢印Ｄ２の方向から見た不活性ガス通流部品１の正面図である。 図１に示す不活性ガス通流部品１のＡ－Ａ線矢視方向端面、容器５０及びキャップ６０を示す模式図である。 従来の窒素ガス置換装置５００の端面を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

本発明の一実施形態に係る不活性ガス通流部品は、液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置に用いられる部品である。本実施形態の不活性ガス通流部品は、長尺の中空箱状の本体部と、２つ以上のメインノズルと、１つ以上のサブノズルと、を少なくとも備える。以下、図面を参照しながら不活性ガス通流部品について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る不活性ガス通流部品１の上面図である。図１に示すように、不活性ガス通流部品１は本体部２を備え、本体部２は、長尺の上側板２１と、上側板２１を貫通する３つのメインノズル３（３ａ、３ｂ、３ｃ）と、上側板２１を貫通するサブノズル４と、を有する。

メインノズル３は、上側板２１と、後述する内側多孔板及び下側多孔板と、を貫通するノズルである。つまり、メインノズル３は、中空箱状の本体部２の内部を貫通するように配置されており、本体部２の下側から不活性ガスを吹き出すために設けられている。

図１において、３つのメインノズル３（３ａ、３ｂ、３ｃ）の上側端部には、それぞれ連結部３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）が設けられている。連結部３１はメインノズル３と不活性ガス供給管（不図示）とを連結する。

メインノズル３の数は、２つ以上であればよい。メインノズルが１つであると、不活性ガスの置換効率が低く、ヘッドスペースの酸素濃度を十分に低減することができない。ヘッドスペースの酸素濃度低減効果を向上させる観点からは、メインノズルの数は３つ以上が好ましい。

メインノズル３の内径は、容器口の内径に応じて適宜調整すればよいが、５～１５ｍｍが好ましく、７～１３ｍｍがより好ましい。

メインノズル３同士の間隔は、不活性ガスの置換効率を向上させる観点から、おおむね等間隔とすることが好ましい。すなわち、メインノズル３ａとメインノズル３ｂとの間の距離及びメインノズル３ｂとメインノズル３ｃとの間の距離は、おおむね等しいことが好ましい。メインノズル３同士の間隔は、一般的な液体入り容器への充填の場合、１～１０ｃｍが好ましく、３～１０ｃｍがより好ましい。

サブノズル４は、上側板２１を貫通し、後述する内側多孔板及び下側多孔板を貫通しないノズルである。サブノズル４は、中空箱状の本体部２の内部に不活性ガスを供給するために設けられている。

図１において、サブノズル４の上側端部には、連結部４１が設けられている。連結部４１はサブノズル４と不活性ガス供給管（不図示）とを連結する。

サブノズル４は、本体部２の内部に不活性ガスを偏りなく供給し、後述する下側多孔板及び側方多孔板から不活性ガスを吹き出すのに十分な量の不活性ガスを供給できれば、その数、内径、本体部２への設置場所は限定されない。例えば、サブノズル４の数は少なくとも１つあればよく、サブノズル４の内径はメインノズル３と同等の内径とすることができる。またサブノズル４が１つの場合は、本体部２の中央付近に設けられることが好ましい。

本実施形態の不活性ガス通流部品１は、図１に示すように、固定部５を有していてもよい。固定部５は、本体部２を任意の場所に固定するために用いられる部材である。固定部５の形状及び構造は、特に限定されず、本体部２の設置場所に応じて適宜設計されうる。固定部５を構成する部品は、１つであってもよく２つ以上であってもよい。図１では、一例として、２つの部品（第１の固定部品５１及び第２の固定部品５２）からなる固定部５を示している。

図２は、本発明の一実施形態に係る不活性ガス通流部品１の底面図である。図２に示すように、不活性ガス通流部品１の本体部２は複数の貫通孔２３１が形成された長尺の下側多孔板２３を有している。貫通孔２３１は、下側多孔板２３の全面に多数形成されていることが好ましい。貫通孔２３１の形状は、図２に示すような円形状であってもよく、多角形状（三角形状、四角形状など）や星形状などの他の形状であってもよい。また、複数の形状を組み合わせて用いることもできる。

下側多孔板２３には、メインノズルが貫通しており、メインノズルの下側端部３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）は、下側多孔板２３の表面上に設けられている。メインノズルの下側端部３２は、不活性ガスの吹き出し口となる。つまり、メインノズル内を通流した不活性ガスは、下側端部３２から吹き出す。

下側多孔板２３の貫通孔２３１からは、サブノズル内を通流して本体部２の内部に供給された不活性ガスが吹き出す。下側多孔板２３の貫通孔２３１の孔径は、後述する内側多孔板の貫通孔の孔径よりも小さいことが好ましい。具体的には、下側多孔板２３の貫通孔２３１の孔径は、０．１～２．０ｍｍが好ましく、０．５～１．５ｍｍがより好ましく、０．７～１．３ｍｍがさらに好ましい。

下側多孔板２３の貫通孔２３１の孔間隔（ピッチ）は、例えば、０．５～５ｍｍでありうる。なお、孔間隔は、隣接する貫通孔同士の中心から中心までの間隔を意味する。

下側多孔板２３の開口率（貫通したメインノズルの下側端部３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）部分は除く）は、後述する内側多孔板の開口率よりも小さいことが好ましい。具体的には、下側多孔板２３の開口率は、１０～４０％が好ましく、１５～３０％がより好ましい。

本実施形態の不活性ガス通流部品１を用いて液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する場合、容器は本体部２の下側を本体部２の長手方向に沿って通過する。本体部２の下側では、下側多孔板２３の貫通孔２３１及びメインノズル３の下側端部３２から不活性ガスが吹き出しており、この不活性ガスを容器口の上方からヘッドスペースに吹き付けることによって、ヘッドスペース内の空気を不活性ガスに置換する。

本体部２の長手方向の長さは、短手方向よりも長ければ特に限定されないが、少なくとも２つのメインノズルを設置できる長さとすることが好ましく、例えば３ｃｍ以上とすることができる。また、不活性ガス置換効率をさらに上げるためには、容器が本体部２の下側を通過する時間を長くして、ヘッドスペースに吹き付ける不活性ガス量を多くすることが好ましい。このため、本体部２の長手方向の長さは、５ｃｍ以上がより好ましく、７ｃｍ以上がさらに好ましい。メインノズルの数を３つ以上とする場合には、長手方向の長さは１０ｃｍ以上が好ましく、１５ｃｍ以上がより好ましい。

後段の比較例５～８で示すように、メインノズルとサブノズルをそれぞれ１つずつ備え、長尺の本体部を備えない部品を用いても、ヘッドスペースの酸素濃度を十分に低減することができなかった。この結果から分かるように、本実施形態の不活性ガス通流部品１においては、長尺の本体部２を備えることが不活性ガスの置換効率向上に寄与している。

本体部２の短手方向の長さは、長手方向よりも短ければ特に限定されないが、ヘッドスペースへ効率的に不活性ガスを吹き付けるために容器口全体を覆うことが可能な長さであることが好ましく、例えば２ｃｍ以上とすることができ、３ｃｍ以上とすることがさらに好ましい。

図１及び図２において、上側板２１及び下側多孔板２３の形状は長尺の矩形であり、本体部２の形状は長尺の直方体であるが、形状はこれに限定されるものではなく、Ｓ字形状や円弧形状などの曲線を有する形状を採用してもよい。液体入り容器のヘッドスペースに効率的に不活性ガスを吹き付ける観点から、上側板２１及び下側多孔板２３の形状は、本体部２の下側を通過する液体入り容器の軌道に沿った形状とすることが好ましい。本体部２が曲線を有する形状の場合には、上述した「本体部２の長手方向の長さ」は曲線に沿った長さを意味する。具体的には、液体入り容器の軌道の中心線に沿って測定した長さを指す。

図３は、図１における矢印Ｄ１の方向から見た不活性ガス通流部品１の側面図である。図３に示すように、本体部２は、複数の貫通孔２４１が形成された側方多孔板２４を有する。貫通孔２４１は、側方多孔板２４の全面に多数形成されていることが好ましい。貫通孔２４１の形状は、図３に示すような円形状であってもよく、多角形状（三角形状、四角形状など）や星形状などの他の形状であってもよい。また、複数の形状を組み合わせて用いることもできる。

サブノズル４から本体部２の内部に供給された不活性ガスの一部は、側方多孔板２４の貫通孔２４１から吹き出す。詳細は後述するが、側方多孔板２４は、液体入り容器にキャップを装着して閉栓する直前に容器口及びキャップの側方から不活性ガスを吹き付けるために設けられる。

側方多孔板２４は、本体部２の短手方向の一方端に配置されている。本体部２の短手方向の他方端、すなわち、側方多孔板２４と対向する位置には、上記固定部５が配置されている（図１参照）。

側方多孔板２４の貫通孔２４１の孔径及び開口率は、特に限定されないが、製造容易性の観点からは、上述した下側多孔板と同一の孔径及び開口率とすることが好ましい。

側方多孔板２４の高さは、特に限定されないが、１０～２０ｍｍが好ましく、１０～１８ｍｍがより好ましい。

図４は、図１における矢印Ｄ２の方向から見た不活性ガス通流部品１の正面図である。上述の通り、本体部２の上側板２１には、３つのメインノズル３（３ａ、３ｂ、３ｃ）と、サブノズル４と、が設けられている。上側板２１及び下側多孔板２３の短手方向の一方端には側方多孔板２４が配置され、他方端には第１の固定部品５１及び第２の固定部品５２からなる固定部５が配置されている。

図５は、図１に示す不活性ガス通流部品１のＡ－Ａ線矢視方向端面、容器５０及びキャップ６０を示す模式図である。

まず、図５を参照して、不活性ガス通流部品１の内側の構造について説明する。中空箱状の本体部２は、複数の貫通孔２２１が形成された長尺の内側多孔板２２を有する。貫通孔２２１は、内側多孔板２２の全面に多数形成されていることが好ましい。貫通孔２２１の形状は、特に限定されず、円形状、多角形状（三角形状、四角形状など）、星形状など、任意の形状を採用することができ、複数の形状を組み合わせて用いることもできる。

内側多孔板２２は、上側板２１と下側多孔板２３と対向するように本体部２の内側に配置されている。内側多孔板２２によって、本体部２の内側の空間は、上部層２５と下部層２６の２つの層に分割される。上部層２５は上側板２１と内側多孔板２２との間に形成される空間であり、下部層２６は内側多孔板２２と下側多孔板２３との間に形成される空間である。なお、内側多孔板２２の枚数は１枚に限定されず、２枚以上であってもよい。

内側多孔板２２の貫通孔２２１の孔径は、下側多孔板２３の貫通孔２３１の孔径よりも大きいことが好ましい。具体的には、内側多孔板２２の貫通孔２２１の孔径は、３．０～７．０ｍｍが好ましく、３．５～６．５ｍｍがより好ましい。

内側多孔板２２の貫通孔２２１の孔間隔（ピッチ）は、１～１０ｍｍが好ましく、５～１０ｍｍがより好ましい。

内側多孔板２２の開口率（貫通したメインノズル３（３ａ、３ｂ、３ｃ）部分は除く）は、下側多孔板２３の開口率よりも大きいことが好ましい。具体的には、内側多孔板２２の開口率は、１０～５０％が好ましく、１５～５０％がより好ましく、２０～４５％がさらに好ましい。

上側板２１、内側多孔板２２、下側多孔板２３、側方多孔板２４、メインノズル３（３ａ、３ｂ、３ｃ）及びサブノズル４の材質は、特に限定されないが、鉄、ステンレス、アルミ等の金属が好ましい。上側板２１、内側多孔板２２、下側多孔板２３及び側方多孔板２４の厚みは、０．５～３．０ｍｍが好ましく、１．０～２．５ｍｍがより好ましい。

図５において、３つのメインノズル３（３ａ、３ｂ、３ｃ）と上側板２１とがなすそれぞれの角度α１、α２、α３は９０°であり、サブノズル４と上側板２１とがなす角度βも９０°である。しかしながら、角度α１、α２、α３、βは９０°に限定されるものではなく、本発明の効果を損なわない範囲において調整することができる。角度α１、α２、α３、βは、同一の角度でもよく、それぞれ異なる角度でもよい。

次に、図５を参照して、不活性ガス通流部品１における不活性ガスの流れについて説明する。図５中、不活性ガス通流部品１の内部及び周囲に示した矢印は、不活性ガスの流れの一例を示している。メインノズル３（３ａ、３ｂ、３ｃ）内を通流した不活性ガスは、下側端部３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）から吹き出す。サブノズル４内を通流した不活性ガスは、上側板２１と内側多孔板２２との間に形成された上部層２５に流れ込む。上部層２５内の不活性ガスの一部は、内側多孔板２２の貫通孔２２１を通過して、内側多孔板２２と下側多孔板２３との間に形成された下部層２６に流れ込む。また、上部層２５内の不活性ガスの一部は、側方多孔板２４の貫通孔２４１を通過して、本体部２の側方から吹き出す。下部層２６内の不活性ガスの一部は、下側多孔板２３の貫通孔２３１を通過して、本体部２の下方から吹き出す。また、下部層２６内の不活性ガスの一部は、側方多孔板２４の貫通孔２４１を通過して、本体部２の側方から吹き出す。

本実施形態の不活性ガス通流部品１は、上述したように、内側多孔板２２の開口率を下側多孔板２３よりも大きくすることが好ましい。また、内側多孔板２２の貫通孔２２１の孔径を下側多孔板２３の貫通孔２３１よりも大きくすることが好ましい。このような構成とすることにより、上部層２５と下部層２６の双方から側方多孔板２４に向けて同程度の量及び強さの不活性ガスを吹き付けることができ、側方多孔板２４の貫通孔２４１を通過する不活性ガスを均質化することができる。理由は後段で詳述するが、貫通孔２４１を通過する不活性ガスを均質化することによって、液体入り容器のヘッドスペースの酸素濃度をより効果的に低減することができる。

次に、図５を参照して、不活性ガス通流部品１、容器５０及びキャップ６０の位置関係を説明する。容器５０には、液体７０が充填されており、容器５０の上部にはヘッドスペース８０が形成されている。図５中、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、容器５０が通過する位置を示している。容器５０は、搬送部（不図示）によって搬送されて、本体部２の下部をＰ１、Ｐ２の順に通過する。Ｐ２の位置を通過した容器５０は、本体部２の下部を抜けてＰ３の位置に搬送される。Ｐ３の位置で、閉栓部（不図示）がキャップ６０を容器口５１に装着することで容器５０を閉栓する。

次に、図５を参照して、本発明の一実施形態に係る不活性ガス置換方法について説明する。当該不活性ガス置換方法は、上記不活性ガス通流部品１を備える不活性ガス置換装置を用いることにより実現され、不活性ガス通流部品１を通流した不活性ガスを利用して、液体入り容器５０のヘッドスペース８０内に存在する空気を不活性ガスに置換する。

より詳細には、本実施形態の不活性ガス置換方法では、メインノズル３を通流した不活性ガスと、サブノズル４から供給され下側多孔板２３の貫通孔２３１を通過した不活性ガスを、液体入り容器５０の容器口５１の上方から容器口５１へ吹き付けた後、サブノズル４から供給され側方多孔板２４の貫通孔２４１を通過した不活性ガスを、容器口５１及び容器口５１に取り付けるキャップ６０の側方から容器口５１及びキャップ６０へ吹き付けて、液体入り容器５０のヘッドスペース８０内に存在する空気を不活性ガスに置換する。上記不活性ガス置換方法では、容器口５１及びキャップ６０へ不活性ガスを吹き付けた直後に、容器口５１にキャップ６０を装着して閉栓することが好ましい。

以下、引き続き図５を参照して、不活性ガス置換方法について具体例を挙げて説明する。Ｐ１の位置に搬送された容器５０の容器口５１の上方から、メインノズル３ａを通流した不活性ガスを吹き付ける。これにより、ヘッドスペース８０内の空気の一部が不活性ガスに置換されて、ヘッドスペースの酸素濃度が低減される。図示はしないが、同様に、メインノズル３ｂ及びメインノズル３ｃからも容器口５１へ不活性ガスを吹き付ける。

容器５０がＰ２の位置にある場合、下側多孔板２３の貫通孔２３１を通過した不活性ガスを容器口５１の上方から吹き付ける。容器５０は、Ｐ２の位置にある場合に限らず、本体部２の下側を通過している間は常時下側多孔板２３の貫通孔２３１から不活性ガスを吹き付けられている。

容器５０が本体部２の下側を抜けてＰ３の位置にある場合、上部層２５内の不活性ガスと下部層２６内の不活性ガスの両方を、側方多孔板２４の貫通孔２４１から、容器口５１及びキャップ６０へ吹き付ける。Ｐ３の位置では、キャップ６０を下方へ移動させて容器口５１へと装着することで容器５０を閉栓する。容器５０がＰ３の位置にある場合において、キャップ６０の内側の空間Ａ１や、キャップ６０と容器口５１との間の空間Ａ２に空気が存在すると、空間Ａ１及びＡ２に存在する空気が閉栓時にヘッドスペース８０へと押し込められてしまう。このため、閉栓作業によってヘッドスペースの酸素濃度が上昇する場合がある。しかしながら、本実施形態の不活性ガス置換方法では、側方多孔板２４の貫通孔２４１から不活性ガスを吹き付けることで、空間Ａ１及びＡ２を不活性ガス雰囲気とすることが可能であるため、閉栓時におけるヘッドスペースの酸素濃度上昇を抑制することができる。

側方多孔板２４の貫通孔２４１を通過する不活性ガスには、本体部２内の上部層２５から吹き出されるガスと下部層２６から吹き出されるガスがある。双方の不活性ガスの量又は強さにばらつきがあると、空間Ａ１及びＡ２に存在する空気を同時に不活性ガス雰囲気とすることができず、空間Ａ１又はＡ２に残存した空気が閉栓時にヘッドスペース内へ混入する可能性がある。このため、不活性ガス置換効率を上げてヘッドスペースの酸素濃度をより低減させるためには、側方多孔板２４の貫通孔２４１を通過する不活性ガスを均質化することが好ましい。側方多孔板２４の貫通孔２４１を通過する不活性ガスを均質化するには、内側多孔板２２の開口率を下側多孔板２３よりも大きくしたり、内側多孔板２２の貫通孔２２１の孔径を下側多孔板２３の貫通孔２３１よりも大きくしたりすることが好ましい。

逆に、内側多孔板２２の開口率や孔径を下側多孔板２３よりも小さくすると、上部層２５から下部層２６へと流れ込む不活性ガス量が減少して上部層２５に不活性ガスが滞留することがある。その結果、側方多孔板２４において、下部層２６よりも上部層２５から吹き出される不活性ガスの方が多く又は強くなる場合がある。一方でこのような場合、上部層２５に滞留している不活性ガスが上部層２５内で均一に広がって、内側多孔板２２の貫通孔２２１を通過する不活性ガスが均質化し、下部層２６に充満する不活性ガスがより均一になる可能性がある。その結果、下側多孔板２３の貫通孔２３１を通過する不活性ガスが均質化して、容器５０が下側多孔板２３の下部を通過する際の不活性ガス置換効率は向上する可能性がある。しかしながら、側方多孔板２４から吹き出す不活性ガスを均質化する方が、閉栓時の空気の巻き込みを効果的に抑制できるため、ヘッドスペースの酸素濃度低減効果がより高いと考えられる。したがって、内側多孔板２２の開口率や孔径は下側多孔板２３よりも大きい方が好ましい。

本実施形態において、容器５０が本体部２の下側を通過する際の下側多孔板２３と容器口５１との間の距離は、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましい。閉栓時における側方多孔板２４と容器口５１との間の距離は、２０～５０ｍｍが好ましく、３０～４０ｍｍがより好ましい。

本実施形態において使用される不活性ガスは、化学反応が起こりにくいガスであればよい。不活性ガスには、例えば、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴンなどのガスが１種又は２種以上含まれうる。これらの中でも、入手しやすく取り扱いが容易な窒素ガスが好適である。

容器に充填される液体の種類は、特に限定されないが、好適には液状又は流動状食品である。液状又は流動状食品としては、例えば食用油、ドレッシング、液体調味料、スープ、飲料、牛乳、果汁などが挙げられ、好ましくは食用油である。

不活性ガスを吹き付ける容器は、特に限定されない。容器の形状は、例えばボトル形状でありうる。ボトル形状の容器の場合、容器口の直径は、例えば２．５～３．５ｍｍでありうる。容器の材質も特に限定されないが、好適にはプラスチック又はガラスである。容器の大きさは、例えば２５～２０００ｇの液体を収容可能な大きさとすることができる。

本実施形態の不活性ガス置換方法は、１０．８～３０．０ｃｍ／秒の移動速度で搬送されるボトル形状の容器に液体を充填する製造ラインにおいて好適に用いられる。この場合、不活性ガス通流部品のメインノズルから吹き出される不活性ガスの量（ブロー量）は、メインノズル１本あたり５～３０Ｌ／分が好ましく、１０～３０Ｌ／分がより好ましく、１０～２０Ｌ／分がさらに好ましい。また、サブノズルからの不活性ガスのブロー量は、５～４０Ｌ／分が好ましく、１０～４０Ｌ／分がより好ましい。

本実施形態の不活性ガス置換方法は、上記不活性ガス通流部品を用いることで、液体入り容器のヘッドスペースの酸素濃度を好ましくは５．０％以下、より好ましくは４．０％以下に低減することができる。これにより、容器に充填された液体の酸化が抑制され、液体の品質低下を防ぐことができる。

また、本実施形態で用いられる不活性ガス通流部品は、外形がコンパクトであり、従来技術と比較して省スペース化が可能である。従来技術である上記特許文献２には、容器の口部のヘッドスペースに対して上方から窒素ガスを流し込むボトル用ノズルが記載されている。また、容器を閉栓する直前において、容器の口部に窒素ガスを流し込む横側ボトル用ノズルとキャップの内部に窒素ガスを流し込む横側キャップ用ノズルが記載されている。ボトル用ノズルは容器の上方に設置され、横側ボトル用ノズル及び横側キャップ用ノズルは容器を挟んで対向する位置（容器の両側方）に設置される。このため、特許文献２に記載されている窒素ガス置換装置は、外形をコンパクトにすることが難しく、設置スペースを確保できない場合がある。

一方、本実施形態の不活性ガス通流部品は、メインノズル及びサブノズルを備える本体部から、容器の上方だけでなく、容器口及びキャップの側方にも不活性ガスを吹き付けることができる。このため、本実施形態の不活性ガス通流部品は、従来技術よりも省スペース化が可能であり、従来技術の不活性ガス通流装置を設置できなかった場所でも使用することができる。

本発明の他の実施形態である不活性ガス置換装置は、上記不活性ガス通流部品を備える装置である。当該装置は、上記不活性ガス通流部品を備えることにより、外形を小さくしつつ、ヘッドスペースの酸素濃度を効果的に低減させることが可能である。不活性ガス置換装置において、不活性ガス通流部品以外の部品は特に限定されないが、例えば、不活性ガス供給管、容器を搬送する搬送部、容器にキャップを装着する閉栓部などが挙げられる。

さらに、本発明の他の実施形態は、上記不活性ガス通流装置を用いる容器充填液体製品の製造方法である。容器充填液体製品は、容器に液体が充填された製品であれば特に限定されないが、好ましくは容器充填液状食品又は容器充填流動状食品である。本実施形態の製造方法によれば、容器のヘッドスペースの酸素濃度が低い容器充填液体製品を得ることができる。当該容器充填液体製品は、容器のヘッドスペースの酸素濃度が好ましくは５．０％以下であり、より好ましくは４．０％以下である。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例は、本発明の代表的な実施例の一例を示したものであり、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

不活性ガス置換装置を用いて不活性ガス置換試験を行った。試験には、食用油を充填した容量３００ｇのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のボトル容器を用いた。ボトル容器に食用油を充填する速度（容器の移動速度）は２３～３０ｃｍ／秒であり、この速度で搬送されるボトル容器に対して、不活性ガスである窒素ガスを吹き付けた。不活性ガス通流部品とボトル容器との位置関係は図５に示すとおりであり、ボトル容器に窒素ガスを吹き付けた直後に、ボトル容器の容器口にキャップを装着して閉栓した。

閉栓後、キャップの上方から吸引針を差し込み、吸引針からヘッドスペース内に存在する気体を採取して、気体の酸素濃度を計測した。酸素濃度の計測には飯島電子工業株式会社製「微量酸素分析計 ＲＯ－１０２」を用い、任意の３本のボトル容器を対象に計測を行った。３本の計測結果の平均値をヘッドスペースの酸素濃度として評価し、平均酸素濃度５．０％以下を合格とした。

＜試験１＞
図５に示した構造を有する不活性ガス通流部品を用いて、下記表１に示す条件で試験を行った。表１において、比較例１のメインノズルのブロー量を「－」で示した。これは、メインノズルに窒素ガス供給管を連結せず、メインノズルに窒素ガスを通流させなかったことを意味する。不活性ガス通流部品の詳細は以下のとおりである。

［不活性ガス通流部品］
本体部の長手方向の長さ：２５０ｍｍ
本体部の短手方向の長さ：４０ｍｍ
本体部（側方多孔板）の高さ：１５ｍｍ
メインノズルの内径：１０ｍｍ
サブノズルの内径：１０ｍｍ
内側多孔板の貫通孔の孔径／孔間隔／開口率：５．０ｍｍ／８．５ｍｍ／３１．３％
下側多孔板の貫通孔の孔径／孔間隔／開口率：１．０ｍｍ／２．０ｍｍ／２２．７％
側方多孔板の貫通孔の孔径／孔間隔／開口率：１．０ｍｍ／２．０ｍｍ／２２．７％
本体部を構成する各板の厚み：１ｍｍ

試験１の結果を下記表１に示す。

試験１の結果から、本発明の不活性ガス通流部品を用いることで、ヘッドスペースの酸素濃度を５．０％以下に低減可能であることが確認された。

＜試験２＞
試験１の不活性ガス通流部品を用いて、下記表２に示す条件で、メインノズルを２つ使用した実施例と、メインノズルを１つ使用した比較例の試験を行った。使用するメインノズルには窒素ガス供給管を連結して窒素ガスを通流させ、使用しないメインノズルには窒素供給管を連結しなかった。試験２の結果を下記表２に示す。

試験２の結果から、メインノズルの数が２つの場合でもヘッドスペースの酸素濃度を５．０％以下に低減可能であることが確認された。また、メインノズルの数が１つであると、ヘッドスペースの酸素濃度が５．０％以下にまで下がらず、酸素濃度低減効果に劣ることが確認された。

＜試験３＞
メインノズルの角度を調整した不活性ガス通流部品を用いて試験を行った。不活性ガス通流部品は、図５に示すメインノズルと上側板とがなす角度α１、α２、α３をそれぞれ９５°に変更した以外は、試験１と同様の構造とした。試験３の結果を下記表３に示す。

試験３の結果から、メインノズルの角度が直角以外の場合であっても酸素濃度低減効果に優れることが確認された。

＜試験４＞
図６に示す従来の窒素ガス置換装置５００を用いて、下記表４に示す条件で比較例の試験を行った。図６は、従来の窒素ガス置換装置５００の端面を示す模式図である。窒素ガス置換装置５００は、長尺の中空箱状の本体部を備えていない点で本発明の不活性ガス通流部品と異なる。窒素ガス置換装置５００は、２つの独立した本体部５１０、５２０を備える。本体部５１０、５２０は円筒形状をなしており、直径は４５ｍｍ、高さは２０ｍｍである。本体部５１０、５２０は、それぞれ、メインノズル５１１、５２１と、サブノズル５１２、５２２と、を有する。メインノズル及びサブノズルの内径は１０ｍｍである。メインノズル５１１、５２１を通流した窒素ガスは、本体部５１０、５２０の下部から吹き出す。また、本体部５１０、５２０の内部には、多孔板５１３、５２３が設けられており、サブノズル５１２、５２２から共有された窒素ガスは多孔板５１３、５２３の貫通孔を通過して下方へ吹き出す。

食用油７１が充填されたボトル容器５０を、本体部５１０の下部、本体部５２０の下部の順に通過させ、窒素ガスを吹き付けた。ボトル容器５０が本体部５２０を通過した後、容器口５１にキャップを装着して閉栓した。閉栓後の酸素濃度計測は、任意のボトル容器１本を対象に行った。試験４の結果を下記表４に示す。

試験４の結果から、長尺の中空箱状の本体部を備えない従来の窒素ガス置換装置では、十分な酸素低減効果が得られないことが確認された。また、本発明において本体部が酸素濃度低減効果の向上に寄与していることが示唆された。

１ 不活性ガス通流部品
２ 本体部
３ メインノズル
４ サブノズル
５ 固定部
２１ 上側板
２２ 内側多孔板
２２１ 内側多孔板の貫通孔
２３ 下側多孔板
２３１ 下側多孔板の貫通孔
２４ 側方多孔板
２４１ 側方多孔板の貫通孔
２５ 上部層
２６ 下部層
５０ 容器
６０ キャップ
７０ 液体
８０ ヘッドスペース

Claims (10)

1. 液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置に用いられる不活性ガス通流部品であり、
   長尺の中空箱状の本体部と、少なくとも２つのメインノズルと、少なくとも１つのサブノズルと、を備え、
   前記本体部は、
   長尺の上側板と、
   複数の貫通孔が形成された長尺の下側多孔板と、
   前記上側板と前記下側多孔板と対向するように前記本体部の内側に配置され、複数の貫通孔が形成された長尺の内側多孔板と、
   前記上側板、前記内側多孔板及び前記下側多孔板の短手方向の一方端に配置され、複数の貫通孔が形成された側方多孔板と、を有し、
   前記メインノズルは、前記上側板、前記内側多孔板及び前記下側多孔板を貫通し、
   前記サブノズルは、前記上側板を貫通し、前記内側多孔板及び前記下側多孔板を貫通しない、不活性ガス通流部品。
2. 前記内側多孔板の開口率は、前記下側多孔板の開口率よりも大きい、請求項１に記載の不活性ガス通流部品。
3. 前記内側多孔板の開口率は１０～５０％であり、前記下側多孔板の開口率は１０～４０％である、請求項１に記載の不活性ガス通流部品。
4. 前記内側多孔板の前記貫通孔の孔径は前記下側多孔板の前記貫通孔の孔径よりも大きい、請求項１から３のいずれか一項に記載の不活性ガス通流部品。
5. 前記内側多孔板の前記貫通孔の孔径は３．０～７．０ｍｍであり、前記下側多孔板の前記貫通孔の孔径は０．１～２．０ｍｍである、請求項１から４のいずれか一項に記載の不活性ガス通流部品。
6. 前記本体部の長手方向の長さは３ｃｍ以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載の不活性ガス通流部品。
7. 前記液体は液状又は流動状食品である、請求項１から６のいずれか一項に記載の不活性ガス通流部品。
8. 液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置であり、請求項１から７のいずれか一項に記載の不活性ガス通流部品を備える、不活性ガス置換装置。
9. 液体入り容器のヘッドスペース内に存在する空気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換方法であり、請求項８に記載の不活性ガス置換装置を用いる、不活性ガス置換方法。
10. 請求項８に記載の不活性ガス置換装置を用いる、容器充填液体製品の製造方法。