JPH0741948B2

JPH0741948B2 - 液状内容物の充填方法及び装置

Info

Publication number: JPH0741948B2
Application number: JP1222464A
Authority: JP
Inventors: 信之高草木; 宣昭長谷
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1989-08-29
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH0385291A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、高果汁飲料、コーヒーミルクのような泡立
ちやすい飲料に好適に適用し得て、泡立ちを少なくし、
ヘッドスペースの減少が可能な、液状内容物の充填方法
及び装置に関するものである。

［従来の技術］高果汁飲料やコーヒーミルク等ではその香味の保存性に
優れた包装技術として、いわゆる無菌（Aseptic）充填
包装が行なわれている。これは、液状内容物を140℃以
上の超高温下で４〜５秒程度の極めて短時間加熱殺菌後
急冷し、一方容器は無菌的に製造した上で殺菌液で殺菌
処理し、この中に前述の殺菌処理した液状内容物を充填
し密封するものである。

［発明が解決しようとする課題］無菌充填では、第８図に示すように充填ノズル101は容
器や容器内の内容物と非接触に保つ必要から、容器102
の口103より上方に10〜20mm離隔して充填している。こ
のため充填ノズル101から落下する充填液104は柱状にな
って容器102の底105にあたり矢印106のように八方には
ね、矢線107のように容器胴壁に沿って巻上がり、空気
を巻き込み、泡立ちを生じる。

この泡立ちは、第６図に示すように、容量1500mlを充填
するのに、充填流量ｑを一定値約270［ml/秒］とし充充
填時間を約5.6秒かけた場合で、約70mlにも達する。

泡立ちが多いと、充填時の内容物の溢流を防止するため
にヘッドスペースを大きくしなければならず、ヘッドス
ペースが大きいと、ここに含まれる酸素量の増加による
内容物の酸化等の品質保存性の低下、容器コストの上
昇、包装容積の増大、等の問題が生ずる。

しかし泡立ちを少なく、例えば30〜40mlにしようとして
充填流量を少なくすると第６図から充填流量ｑは200［m
l/秒］となり、1500mlの充填には7.5秒もかかり、コス
ト低下にならない。

この問題を解決するために、本件出願人は先に特願昭63
−150101号明細書により、充填流量を下げずに泡立ちを
少なくすることのできる無菌充填用プラスチック製容器
を提案した。

これは第７図に示す容器110のようにその底115の形状
を、従来の球面状の上げ底である底105においてその中
央部に浅い凹部108を設けて、充填液104のはね返り方向
111が内向きになるようにして、容器胴壁に沿った巻き
上りを矢線112のように小さくおさえ、泡立ちが少なく
なるようにしたものであり、容器110においては第６図
に示すように容量1500ml（充填温度７〜30℃）に対し、
充填流量約270［ml/秒］の一定としたとき泡の容積を約
30〜40mlに減少可能であり、大きな効果を上げている。

しかし、ヘッドスペースの更なる減少が望まれており、
そのために泡立ちを更に少なくすることのできる充填技
術の開発が望まれている。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、泡立ちやすい高果汁飲料やコーヒーミルクを容器と
非接触で充填し、充填時間は従来より増加させることな
しに泡立ちを更に減少させ、従って容器のヘッドスペー
スを減少させることが可能であり、これにより内容物の
品質保存性の向上、容器コストの低下、包装容積の減少
等に資することのできる液状内容物の充填方法及び装置
を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］この目的に対応して、この発明の液状内容物の充填方法
は、容量Ｖのボルト容器に非接触で液状内容物を充填す
る方法であって、充填量が0.20V乃至0.5Vに達するまで
の充填初期は充填流量ｑをq₁/秒からq₂/秒まで漸増変化
させて行ない、前記q₁としては０≦q₁≦150ml/秒の範囲
の値を選択し、前記q₂としては200ml/秒≦q₂≦500ml/秒
の範囲の値を選択することを特徴とし、またこの発明の
液状内容物の充填装置は、内容液を充填する容器口部の
直上で前記容器口部に非接触に位置決めされるノズル部
材と、充填すべき内容液の供給管と前記ノズル部材を結
ぶ通路に設けられテーパ状の弁座面を有する弁座と、テ
ーパ状の弁面を有し進退運動により前記弁座と共働して
開度可変な弁をなす弁栓と、前記弁栓のステムを駆動し
て前記弁開度が可変に前記進退運動をなさしめ得るカム
を備え、前記弁栓のステムは前記供給管を閉じているハ
ウジングを貫通して前記供給管内に挿通されており、前
記ハウジング内で前記ステムの周囲に密閉されたスチー
ム溜りが形成され、前記スチーム溜りにスチームを流す
ように構成されることを特徴としている。

［作用］このように構成された液状内容物の充填方法によって、
ボルト容器に非接触で液状内容物を充填すると、充填の
最初の瞬間の充填流量はq₁/秒であって０≦q₁≦150ml/
秒であるから、充填ノズルから落下する柱状形の内容物
の横断面の面積は後述のq₂のときの1/3程度と小さい。

充填対象の容器が従来型の容器102であって容器底が球
面状をなして上方に突出している場合でも、前記柱状形
の内容物が底に当る落下面が小さいため、前記球面の中
央部分の平面に近い形状の部分に落下し、底に当った内
容物は主として上方にはね上り、ここには後続の内容物
が落下中であるのではねた内容物による空気の巻き込み
が極めて少なくなる。再び落下した内容物は底の球面に
沿って流下し、底の周縁部へ移動する。このため泡立ち
は極めて少なく抑制される。内容物が底にたまるに従っ
て、底への落下によるはね返りが次第に少なくなり、一
方充填流量はこの間にq₂/秒まで漸増される。この間
に、少ない泡立ちの状態で0.20V乃至0.5Vが充填され、
もはや泡立ち量が底への当りの影響をほとんど受けなく
なる。以後は充填流量をq₂に保ち所定量Ｖが充填された
時点で充填が終了する。

また本発明の液状内容物の充填装置は、テーパ状の弁座
面を有する弁弁座に対しテーパ状の弁面を有する弁栓を
進退させて弁を開閉するように構成され、ここに弁栓は
単に開位置と閉位置とをとるのではなく、弁栓のステム
をカム若しくは歯車によって駆動されて、開と閉との間
での位置をコントロールすることにより弁の開度がコン
トロール可能にされている。

このため、請求項第１項に記載した液状内容物の充填方
法の実施が可能である。

［実施例］以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。

第１図は、ボルト容器に1500mlのミルクコーヒーを充填
して泡量が10mlになるようにした場合の、充填量ｘ［m
l］の変化に対する充填量ｑ［ml/秒］の変化のさせ方の
一例を示すグラフであって、グラフ１は従来型ボルト容
器の場合を、グラフ２は特願昭63−150101のボルト容器
の場合を示している。このグラフ1,2における充填流量
ｑの変化を、充填時間ｔ［秒］に対する変化として示し
たものが第２図のグラフ3,4である。

グラフ１は曲線部分1aと直線部分1bとからなり、これに
対応してグラフ３は曲線部分3aと直線部分3bとからな
る。曲線部分1a,3aは充填初期の部分であり、これは、
充填の初めの瞬間の充填流量をq₁＝110［ml/秒］とし、
約3.0秒間で充填流量ｑをq₁からq₂＝353［ml/秒］まで
漸増変化させて初めの510ml（1500mlの約34％）を充填
することを示す。直線部分1b,3bは、残余の990mlの充填
を充填流量ｑ＝q₂に保つこと約2.8秒間で行ない充填量
の総和が1500mlになった時点で充填を終了することを示
し、充填に要する時間は合計5.8秒となる。

一方、グラフ２は曲線部分2aと直線部分2bとからなり、
これに対応してグラフ４は曲線部分4aと直線部分4bとか
らなる。

曲線部分2a,4aは充填初期の部分であり、充填流量ｑ
を、充填の初めの瞬間にq₁＝110［ml/秒］とし約2.24秒
間でq₂＝353［ml/秒］まで漸増変化させて初めの約403m
l（1500mlの約26.7％）を充填することを示している。

直線部分2b,4dは、残余の1097mlの充填を充填流量ｑ＝q
₂に保つこと約3.11秒間で行ない、充填量の総和が1500m
lになった時点で充填を終了することを示し、充填に要
する時間は合計約5.35秒となる。従って、いずれも従来
の充填時間5.64秒とほぼ等しい時間で充填できて、泡量
は10mlと従来の1/3〜1/7に著しく減少させ得て、特願昭
63−150101のボルトでは、充填時間が従来のボルトの9
2.2％程度で済む。

以上説明した実施例では充填流量ｑの初期値をq₁＝110
［ml/秒］としている。このq₁の値110は、Ｖ（＝1500）
の約7.3％であるが、q₁としては泡量が少ないことと共
に後述する充填装置による実施上、正確にコントロール
し得る値を設定する必要がある。

その様なq₁としては第５図にプロットされた最小の値
（約70）ではq₁＝110とした場合と比較して泡量として
はほとんど変らない（第６図より泡量約10ml）のに充填
時間は余分にかかり、安定的にコントロールできるとい
う面からも、q₁≧90（ml/秒）が適当である。

またｑの上限については、q₁＝200では泡量が30〜40ml
以上になってしまい従来と変らなくなるので、泡量を20
ml以下に押え得るように、q₁≦150（ml/秒）が適当であ
る。

また上記実施例では最大充填流量q₂≒350（ml/秒）とし
ている。最大充填量q₂は従来の一定値266［ml/秒］より
大きい値として初期の充填の遅れを打消す必要があり、
q₂が大きいほど充填時間は短縮されるが、一方では、q₂
が大きいとごく短い時間にも充填量が大きく変化するの
で充填量の正確なコントロールがしにくくなる。しかる
に第４図から分かるようにｑ＞500ml/秒では同一充填流
量の増加分に対する弁と弁座の隙間部の面積Ｓの増加分
を急激に大きくせねばならずコントロールがしにくい。
そこで200ml/秒≦q₂≦500ml/秒が適当である。

次に液状内容物の充填装置について説明する。

第３図において11は液状内容物の充填装置である。

液状内容物の充填装置11はノズル部材12を備える。ノズ
ル部材12は内容物を充填すべきボルト容器13の口部14と
非接触に保たれるべく、口部14のわずか上方に口部14と
同軸状に位置し口部14よりも小さな内径をもつ筒状体を
なす。ノズル部材12は、下端部に飛沫防止用メッシュ1
5,15,15を軸16と垂直に三重に張設されて有する。

ノズル部材12は配液管17の下端に内嵌してこれに支持さ
れており、配液管17との嵌合部は環状パッキン18により
液密にされている。

配液管17は横に倒したＴ字管状をなす。Ｔ字管の鉛直な
本管部19の下端が前記ノズル部材12と接続するノズル接
続端21であり、本管部19の上端22にはフランジ23を有す
る。上端22の近傍位置からは、本管部19と垂直な液供給
管接続部24が分岐しており、液供給管接続部24は充填す
べき液状内容物の供給管（図示せず）に接続されてい
る。

本管部19は、液供給管接続部24への分岐点25とノズル接
続端21との間の位置に、弁座26を有する。弁座26は、本
管部19の内周壁から内方の通路29に突出する環状をな
し、軸16のノズル部接続端21に向かう方向30にテーパし
た円錐面からなる弁座面27を有する。

液状内容物の充填装置11はまた弁栓28を備える。弁栓28
は方向30にテーパした円錐面からなる弁面31を有し、軸
16方向の進退運動により弁座26と共働して開度可変な弁
32をなす。弁栓28のステム33は、本管部19の上方外部で
ハウジング34に液密に枢嵌し、本管部19の上端開口はハ
ウジング34により液密に閉じられている。すなわちハウ
ジング34は、軸孔37を有し軸孔37でステム33を枢嵌さ
せ、またハウジング34は下端にフランジ36を有し、フラ
ンジ36を本管部19上端のフランジ23と衝合させた状態で
締具35によって本管部19に固着されており、これにより
ハウジング34は、本管部19の上端22の開口を液密に閉じ
た状態でステム33がハウジング34を貫通して方向16に摺
動することを許容する。

このような液密を保障するためにハウジング24とステム
33の間、及びフランジ23,36の間にパッキンク38,41;43,
44を設ける。

また前記摺動部やパッキンによるフランジ接合部には、
微生物が混入するのを防止する目的でスチームバリア機
構を設けてある。

すなわち軸孔37の一部分に径の大きい部分を設けてスチ
ーム溜り45とし、ハウジング34の一方の外側面からスチ
ーム溜り45に貫通する流通路46と、スチーム溜り45から
ハウジング34の他方の外側面に貫通する流通路47とを設
け、スチームを常時、流通路46から流通路47へと吹込
む。フランジ23,36の接合部にも環状のスチーム溜り48
を設け、かつスチーム溜り45,48を連通させる通路50を
複数個設け、これによりフランジ接合部にも常時スチー
ムが流通するようにする。

弁栓28のステム33は第３図に図示しないカム若しくは歯
車によって駆動される。

すなわち、ステム33は、弁32を単に開または閉の状態に
するように駆動されるのではなく、弁32の開度をコント
ロール可能なように駆動される点が重要である。すなわ
ち、ステム33は第１図または第２図に示した充填流量の
変化を実現すべく、弁32の開度を、初めは０から所定の
大きさに急激に変化させ、その所定の大きさから漸増さ
せて他の所定の大きさとし、この大きさを所定の時間保
った後０に戻し、これを繰返すような進退運動をするよ
うに駆動されねばならない。

このため、液状内容物の充填装置11は、ステム33を駆動
するカム若しくは歯車を備える。

前述の進退運動をするようにステム33を駆動するカムの
一例を第４図に示す。

第４図において51は端面カムであり、カム51の回転軸52
は図示しないモータによって方向50に回転駆動されこれ
に従って従動節53は方向54の進退運動をする。

方向54を軸16の方向と一致させ、ステム33を従動節53に
固定すれば、ステム33に前述の進退運動をさせることが
できる。

すなわち、容器13がノズル部材12の下方の所定位置にセ
ットされるまでの間は、カム51の従動節53にはカム51の
端面のうち図のAB間の水平な低い部分が接当し、弁32は
閉じており、容器13が所定位置にセットされる従動節53
には点Ｃが接当し弁栓28が軸16方向上方に退いて弁座26
から離れて弁32を開き、その開度は充填流量がq₁［ml/
秒］となる開度であるようにし、次いで従動節53との接
当位置がＣからＤまで次第に高くなり、この間に弁32の
開度が次第に大きくなって充填流量がq₂［ml/秒］まで
漸増してその間に容器の全充填量Ｖの20％乃至35％が充
填されるように、その後従動節53にはＤからＡまでの水
平な高い部分が接当して弁32の開度を充填流量q₂［ml/
秒］の状態に保ち、Ａで低い点に戻り弁32が閉じ、Ａか
らＢの間に充填済みの容器が移動して次の容器がセット
され、これを繰返すようにされている。軸52の回転速度
は、実際にボルト容器に入った充填量（重量）により微
調整可能にコンピュータ制御される。このような技術は
公知である。

［発明の効果］以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、泡立
ちやすい高果汁飲料やコーヒーミルクを容器と非接触で
充填し、充填時間は従来より増加させることなしに泡立
ちを更に減少させ、従って容器のヘッドスペースを減少
させることが可能であり、これにより内容物の品質保存
性の向上、容器コストの低下、包装容積の減少等に資す
ることのできる液状内容物の充填方法及び装置を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わる液状内容物の充填
方法を充填量と充填流量との関係で示すグラフ、第２図
は第１図に示す液状内容物の充填方法を充填時間と充填
流量との関係で示すグラフ、第３図はこの発明の一実施
例に係わる液状内容物の充填装置と容器を示す縦断面
図、第４図は第３図に示す液状内容物の充填装置のカム
の一例を示す斜視説明図、第５図は弁座と弁栓の隙間部
面積と充填流量との関係を示す図、第６図は充填流量を
一定にして充填したときの充填流量と泡立ちの容量との
関係を示す図、第７図はこの発明の液状内容物の充填方
法による充填初期の状態を示す正面説明図、及び第８図
は従来の液状内容物の充填方法による充填初期の状態を
示す正面説明図である。 12……ノズル部材、26……弁座、 27……弁座面、28……弁栓、 31……弁面、32……弁、 33……ステム、34……ハウジング、 51……カム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容量Ｖのボトル容器に非接触で液状内容物
を充填する方法であって、充填量が0.20V乃至0.5Vに達
するまでの充填初期は充填流量ｑをq₁/秒からq₂/秒まで
漸増変化させて行ない、前記q₁としては０≦q₁≦150ml/
秒の範囲の値を選択し、前記q₂としては200ml/秒≦q₂≦
500ml/秒の範囲の値を選択することを特徴とする液状内
容物の充填方法
【請求項２】内容液を充填する容器口部の直上で前記容
器口部に非接触に位置決めされるノズル部材と、充填す
べき内容液の供給管と前記ノズル部材を結ぶ通路に設け
られテーパ状の弁座面を有する弁座と、テーパ状の弁面
を有し進退運動により前記弁座と共働して開度可変な弁
をなす弁栓と、前記弁栓のステムを駆動して前記弁開度
が可変に前記進退運動をなさしめ得るカムを備え、前記
弁栓のステムは前記供給管を閉じているハウジングを貫
通して前記供給管内に挿通されており、前記ハウジング
内で前記ステムの周囲に密閉されたスチーム溜りが形成
され、前記スチーム溜りにスチームを流すように構成さ
れることを特徴とする液状内容物の充填装置