JP4905683B2 - スパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、スパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法及びその装置、特に泡立ち易く且つ高脱酸素包装が求められる液状内容物の充填密封に好適なスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法及びその装置に関する。

近年、スパウト付パウチに清涼飲料、ゼリー状食品、高カロリー又は高栄養のおかゆ等の液状食品を充填密封したものが提案されている。これらのうち内容物が例えばｐＨ４．６以上の腐敗し易い低酸性内容物の場合、１００℃以上の殺菌を必要とし、液状内容物充填・密封後にレトルト殺菌を行っている。また、充填後スパウト開口端をアルミニウム箔複合フィルム材等の内蓋シール材を融着して密封している。従来、内容物のパウチへの充填は、パウチが比較的小さい場合は、スパウトを介して内容物を注入充填している。これらの内容物の場合、特に酸化による内容物のフレーバーの変化、腐敗菌による内容物の腐敗や劣化を確実に防止でき、且つ清潔性を維持できる充填密封方法が求められ、充填後のスパウト外周部の洗浄、ヘッドスペースからの酸素の除去のためのヘッドスペースの窒素ガス置換、確実な密封のためのスパウト開口端の内蓋シール材による確実なシールが重要な要件となっている。ところが、スパウトは口径が小さいため、充填中および充填後に内容物が溢れてスパウトの口端および外周部が汚れ易い、ガス置換が困難である、高速充填が困難であり高速生産ができない等の問題点がある。このような問題の発生は、泡立ち易い内容物である程顕著であり、上記の内容物のうち低酸性内容物は特に泡立ち易く、これらの内容物のスパウト付きパウチへの充填密封における上記問題点の解消が求められている。

上記スパウト口部が汚れ易い主な原因は、充填中あるいは充填後の充填ノズルからの液垂れに加えて、パウチへの内容物充填がパウチ表裏が扁平状に重なった状態から開始され、充填中充填ノズルによってスパウトの開口が閉塞されている状態であるため、内部に空気が入らずスパウトが袋の剛性のため内容物の自重のみでは十分に膨らまず液面が高い状態にあり、この状態で次のシール工程に搬送すると搬送衝撃でスパウトから内容液がこぼれやすいことにある。スパウトの口端部に内容物が付着していると後工程での口部への内蓋シール材のヒートシール不良になるばかりでなく、衛生上も好ましくない。そのため従来、充填中袋の胴壁を外部より吸引して膨らませた状態で充填する方法、または充填後に充填ステーションで充填ノズルからパウチ内に空気を吹き込んでパウチを膨らませることにより、ノズルの残液を排出すると共に、液面を降下させその状態で次工程に搬送させることにより、搬送中の液こぼれを防止することが提案されている(特許文献１参照)。また、液状内容物充填後、スパウト外周部の洗浄を行っている。スパウト外周部の洗浄方法として、充填ステーションの次に設けられた洗浄兼充填後脱酸素ステーションで複数の噴射口を内周に有するリング状の洗浄器を容器の口部に接近する高さまで降下させ、噴射口から容器の口部の全外周に水を吹き付けて洗浄する方法（特許文献２参照）や、洗浄工程でスパウト口部洗浄装置でスパウト外周部に洗浄液を噴き付けてスパウト外周部を洗浄すると共に、パウチ内に圧縮空気を吹き込んでパウチを膨らませて液面を低下させる方法などが提案されている（特許文献３参照）。

一方、ガス置換方法としては、スパウトの乾燥工程に続いて、スパウトを介してパウチ内に不活性ガスを吹きこむガス置換工程を設け、パウチ内に不活性ガスを吹き込んでガス置換を行ない、次いで内蓋シールを部分的に仮付けし、この状態でスパウトの側面を押圧して脱気するようにしたものが提案されている（特許文献２参照）。
特開２００１−３２８６０１号公報 特開平１１−２２７７２４号公報 特開２００１−３４１７０８号公報

上記提案されているスパウト付パウチへの液状内容物充填密封方法は、何れもスパウトの清浄度の向上、脱酸素の向上に寄与するものであるが、泡立ち易い内容物である場合、充填直後に圧縮空気を充填ノズルから吹き込むと泡が発生しやすく、泡がスパウト口部から溢れ出してスパウト口部を汚すと共に、スパウト内に大量の泡が残存する。この泡はヘッドスペースばかりでなく、残液を圧縮空気でパウチ内に吹き込むことにより、泡（空気）が内容物内まで侵入して小さな気泡となって存在するという問題点がある。また、従来のスパウト付パウチにおけるガス置換包装は、充填後に一旦パウチを空気で膨らませたものに不活性ガスを吹き込んでガス置換を行い、その後脱気するようにしているが、スパウト口が小さいため、スパウトから不活性ガスを吹き込んでもスパウト内の空気を効果的に追い出すことは困難であり、また例えシール前にヘッドスペースの空気を良好に不活性ガスと置換できたとしても、前述のように内容液に小さな泡として存在していたものが密封後にヘッドスペースに出てくることによって脱酸素率を悪化させるため、脱酸素向上に未だ解決すべき問題点がある。

そこで、本発明はスパウト付パウチに泡立ち易い液状内容物を充填する場合の上記問題点を解決しようとするものであり、泡立ち易い内容物であっても泡立ちの発生を効果的に抑えて充填でき、且つ脱酸素効率を飛躍的に高めることができるスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、種々研究した結果、充填時の泡立ちは外部の空気の影響が大きく、充填時に従来と比べてパウチの胴部を外部より拡げた状態で充填するより、パウチ胴部の表裏壁が扁平状に重なった状態から充填した場合の方が泡立ちを少なくすることができるが、充填後にノズルの残液を排出するため及びパウチを膨らますために、圧縮空気を吹き込むと充填ノズル端部に残っている残液が圧縮エアにより泡となってパウチ内に吹き込まれることに起因していることが判明した。この泡はヘッドスペース内に存在すると共に、液状内容物内にも小さい気泡となって入り込む。またパウチを膨らませることによって、パウチ内に空気が多く存在し、それを完全に不活性ガスに置換することは困難であることが判明し、さらに研究した結果、泡の発生を抑え且つ高ガス置換率で良好に密封できる方法を見出し、先に出願した（特願２００６−１８２０５号）。この出願の発明は、先願発明をさらに改良したものであり、特に充填前脱酸素工程を設けて、脱酸素率を一段と向上させると共に、充填前脱気工程を効率的に行うことができ、ラインのより高速化を図るようにしたものである。

即ち、上記問題点を解決する請求項１に記載の発明のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法は、液状内容物をスパウト付きパウチ内に脱酸素して充填・密封するスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法であって、内容物充填前にスパウト付きパウチ内から空気を除去する充填前脱酸素工程、内容物充填直前に前記スパウト付きパウチから脱気する充填前脱気工程、前記スパウト付きパウチに液状内容物を充填する充填工程、内容物の充填されたパウチに不活性ガスを吹き込んでガス置換を行なう充填後ガス置換工程を有することを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記充填前脱酸素工程は、パウチ内から空気を真空排気してなるバキューム工程、該バキューム工程後にパウチ内に不活性ガスを吹き込む不活性ガスブロー工程、該不活性ガスブロー工程後パウチ内のガスを真空排気してパウチ内のガスを所定量に減量させる減量バキューム工程からなることを特徴とするものである。請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記バキューム工程は、前記スパウト近傍に不活性ガスを噴射して不活性ガス雰囲気で行うことを特徴とするものである。請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法において、前記充填後ガス置換工程の前に、内容物を充填したパウチを押圧してパウチ内のガスと泡を押し出す充填後脱気工程を有することを特徴とするものである。請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法において、前記充填工程は、液状内容物を充填後にノズルに付着している残液をロッドで押し出してパウチ内に落下させる残液排出工程を含むものであることを特徴とするものである。さらに、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法において、前記充填前脱気工程は、パウチを外部より押圧してパウチ内から脱気してなることを特徴とするものである。さらにまた、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法において、前記充填工程の後にスパウトの外周部を洗浄する洗浄工程を有し、該洗浄工程と前記充填後ガス置換を同一ステーションで同時に行うことを特徴とするものである。

また、上記方法を実施するのに使用する請求項８に記載の本発明のパウチへの液状内容物充填密封装置は、パウチのスパウト部を把持して搬送するパウチ搬送手段、内容物充填前に前記スパウト付きパウチ内から空気を排気する充填前脱酸素手段、該充填前脱酸素手段の下流側に配置され、内容物充填直前に前記パウチ内のガスを排気する充填前脱気手段、前記パウチにスパウトを介して内容物を充填する充填手段、前記パウチ内に不活性ガスを吹き込む充填後ガス置換手段を有することを特徴とするものである。
そして、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のパウチへの液状内容物充填密封装置において、前記充填前脱酸素手段は、パウチ内の空気を真空排気するバキューム手段、該バキューム後にパウチ内に不活性ガスを吹き込む不活性ガスブロー手段、該不活性ガスブロー後パウチ内のガスを真空排気してパウチ内のガスを所定量に減量させる減量バキューム手段、及び該減量バキューム手段と前記パウチの係合部近傍に不活性ガスを供給してスパウト近傍を不活性ガス雰囲気にする不活性ガス噴射手段からなることを特徴とするものである。また、請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載のパウチへの液状内容物充填密封装置において、前記充填手段の下流側に内容物を充填したパウチを押圧してパウチ内のガスと泡を押し出す充填後脱気手段を有することを特徴とするものである。

請求項１１に記載の発明は、請求項８〜１０の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置において、スパウトの洗浄と共にパウチ内に不活性ガスを吹き込む洗浄兼充填後ガス置換手段、不活性ガス又は空気を吹き付けてスパウトを乾燥させるスパウト乾燥手段を有することを特徴とするものである。請求項１２に記載の発明は、請求項８〜１１の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置において、前記充填手段の上流側にパウチ内から空気を排気する充填前脱酸素手段が設けられていることを特徴とするものである。請求項１３に記載の発明は、請求項８〜１２の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置において、前記充填手段は、充填ノズルを有する外筒と、下端部が弁体となって弁座に着座することにより充填ノズルを封鎖する外ロッドと、該外ロッド内に摺動自在に嵌合され、充填ノズルに嵌合可能な外径を有し充填ノズル内の残液を押し出す内ロッドからなることを特徴するものである。請求項１４に記載の発明は、請求項８〜１２の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置において、前記充填手段は、充填ノズルを有する外筒と、下端部が弁体となって弁座に着座することにより充填ノズルを封鎖するロッドと、充填ノズルの下端部に設けられ吐出路にメッシュスクリーンを有するメッシュノズルからなることを特徴とするものである。さらに、請求項１５に記載の発明は、請求項８〜１４の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置において、前記洗浄兼充填後ガス置換手段は、パウチのスパウト外周部に向けて洗浄水を噴射する洗浄水噴出口を有するノズルボディと、該ノズルボディの軸心部に位置しパウチのスパウト開口端を覆ってスパウト内に不活性ガスを注入するガス置換ノズルからなることを特徴とするものである。さらに、請求項１６に記載の発明は、請求項８〜１５の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置において、前記充填後脱気手段と前記洗浄兼充填後ガス置換手段は同一ステーションに配置され、前記洗浄兼充填後ガス置換手段の下方部に前記脱気手段が設けられている工程の前に、パウチ内から空気を除去する充填前脱酸素工程を有するようにしたものであることを特徴とするものである。

本発明の方法及び装置によれば、充填工程の前にパウチから酸素を除去し、且つ充填直前にも再度パウチを脱気するので、充填時の内容物への空気の取り込みや泡の発生が少なく、従来の直接パウチ内に内容物を充填してからガス置換を行う場合と比べて、脱酸素率が高く、特に酸素によって変敗しやすい内容物の高品質を維持できる包装が可能となる。
請求項２及び請求項９の発明によれば、充填前脱酸素工程が、バキューム工程、不活性ガスブロー工程、減量バキューム工程からなるので、後工程の充填前脱気工程に影響を与えることなくパウチに十分な量の不活性ガスをブローすることができ、充填前脱酸素率が高く、充填後泡となる部分を不活性ガスに効率よく置換することができる。そして、充填工程の前にパウチから酸素を除去することができるので、充填時の内容物への空気の取り込みや泡の発生が少なく、従来の直接パウチ内に内容物を充填してからガス置換を行う場合と比べて、脱酸素率が高く、特に酸素によって変敗しやすい内容物の高品質を維持できる包装が可能となる。
さらに、請求項３及び請求項９の発明によれば、特に充填前ガス置換後のパウチ内への外気の侵入を防止することができ、高脱酸素率を維持したまま内容液充填工程に移ることができる。
請求項４及び請求項１０の発明によれば、充填後の泡と空気を容器から排出するので、その後に行われるガス置換を効果的に行なうことができる。

請求項５、１３，１４の発明によれば、定量充填後のノズル内の残液を泡を発生させることなくパウチ内に充填することができ、泡立ち易い内容物の充填に効果的である。請求項６、１２の発明によれば、さらに、内容物充填直前にパウチを外部から押圧してパウチからの脱気を行うので、脱気時間が短縮できラインの高速化を阻害することなく、パウチ内の酸素量をより低減した状態で内容物を充填でき、充填中に内容物に酸素が溶けこむことがなく、ヘッドスペースへの泡の発生ばかりでなく、内容物への溶存酸素量も低下させることができ，パウチ内の脱酸素効果を高め、内容物の品質保持を高めることができる。
請求項７、１６の発明によれば、脱気工程と洗浄兼ガス置換工程を同一ステーションで能率的に行うことができ、充填ステーションの次のステーションで行なうので、充填ステーションで内容物の液位を下げるためにパウチを膨らませなくても搬送衝撃による内容物の溢れは少なく、たとえ溢れてもパウチ洗浄前であるので不都合はない。

以下、本発明の実施形態を図面を基に詳細に説明する。
本発明の実施形態に係るスパウト付きパウチへの内容物充填密封装置は、この種のスパウト付きパウチへの公知の充填密封装置と同様に間欠回転する回転テーブルの外周部にパウチのスパウトを把持して搬送するパウチ搬送手段であるクランプが所定ピッチで配置され、該回転テーブルに沿って、パウチの供給から充填密封後の排出までの各ステーションが設けられ、それぞれのステーションにそのステーションで行う処理のための装置が配置され、回転テーブルが間欠的に回転することによってスパウトの供給から充填〜密封を経て充填密封済みスパウト付きパウチ詰め製品を回転テーブルから排出するまでの各工程を行う。図１は、本発明の実施形態に係るスパウト付きパウチへの内容物充填密封方法の主な工程のブロック線図であり、それ以外の工程については従来と同様な方法が採用できるので、特徴的な工程のみについて説明する。

本発明の実施形態では、まず充填前脱酸素ステーションで、扁平状に供給されパウチ内から空気（酸素）を除去する充填前脱酸素工程１を行う。この状態では、パウチは表壁と裏壁がほぼくっついた扁平状を呈し、内部の空気量は少ないが、本発明者の実験によればこの工程を実施した場合と実施しない場合では、充填密封後の脱酸素率に多大な影響を及ぼし、特に内容物が変敗しやすい内容物の場合は、この工程を設けることは特に有効である。充填前脱酸素法としては、まずパウチから脱気する充填前第１脱気工程１−１、その後パウチ内不活性ガスを吹き込んでガス置換を行う充填前不活性ガスブロー工程１−２、さらにパウチ内に不活性ガスを吹き込んでパウチが膨らんだ状態から、パウチ内の不活性ガスが所定量になるまで減量する減量バキューム工程１−３を設けるのが望ましいが、必ずしもそれに限らず、例えば充填前第１脱気工程のみ、あるいは充填前不活性ガスブロー工程のみを行ってもよい。

充填前第１脱気工程としては、後述する充填後脱気工程と同様に一対の脱気板でパウチの胴部を挟んでパウチ内部のガスを押出す方法、又は真空吸引ノズルをスパウトに嵌合して、パウチ内を真空排気する何れの方法を採用してもよいが、図２に示すようにバキューム兼ブローヘッド１０をスパウト１６の頂端部と接触させた状態でバキュームしてパウチ内部の空気を吸引するのがより完全にパウチ内を脱気することができ望ましい。なお、バキューム兼ブローヘッド１０は、バキュームポンプと不活性ガス供給源（本実施形態では窒素ガスボンベ）に切替え可能に接続された切替弁を有する管路に接続され、充填前脱酸素工程を構成する充填前第１脱気工程１−１、充填前不活性ガスブロー工程１−２、減量バキューム工程１−３を同一のヘッドで連続的に行うことができるようになっている。

充填前第１脱気工程１−１に続いて行う充填前不活性ガスブロー工程１−２は、バキューム兼ブローヘッド１０の接続を不活性ガス供給源に自動的に切り替えて、前工程で脱気されたパウチの内部に所定量の不活性ガスを充填して袋内を完全に不活性ガス状態にするものであり、前工程の脱気との組合せで充填前のスパウト内部を完全に脱酸素状態にすることができる。この充填前不活性ガスブロー工程でのパウチへの不活性ガスの充填量は、パウチ容量一杯に吹きこむことが充填工程までの搬送中にパウチ内への外気の侵入を防止する上で望ましい。不活性ガスとしては、窒素ガスが好適であるが、他の不活性ガスであってもよい。また、必ずしもガスでなくても、気化して不活性ガスとなる液体窒素やドライアイス細粒であっても可能である。したがって、本発明おけるガス置換工程における不活性ガスの概念にはそれらを含むものである。

充填前脱酸素ステーションで続いて行う減量バキューム工程１−３は、前記不活性ガスブロー工程で容量一杯に不活性ガスで膨らんだパウチの内部ガスを所定量まで減量するための工程であり、バキューム兼ブローヘッド１０の接続を再びバキューム側に切り替えて、パウチ内から所定量の不活性ガスを排気して、図２（ｃ）に模式的に示すように、パウチ内の不活性ガスを所定量まで減量する。その技術的意義は、次のことにある。即ち、前記したように充填前の脱酸素工程ではパウチ内にできるだけ多量の不活性ガスをパウチ内に充填した状態で、次の充填ステーションに搬送するのが、脱酸素率を高めるためには望ましいが、その分充填ステーションで行う充填前第２脱気工程の脱気時間が長くかかり、ラインの高速性を阻害する。また、充填前第２脱気工程では、後述するように脱気板でパウチを挟み一気に脱気するのが望ましいが、その場合パウチ内に多量の不活性ガスが充填されていると、その分一気に排出するガス量が増え、噴出した不活性ガスが充填ノズル先端に当り、充填ノズル先端に付着している内容液の滴を周囲に飛散させるなどの不都合が発生することがある。それを防ぐために、本実施形態では、一旦パウチ一杯に不活性ガスを吹き込んでパウチ内の酸素量を極力低下させてから、充填前脱酸素ステーションでラインの高速性阻害や周囲への悪影響等の不都合を発生させない程度の量まで、パウチ内のガス量を減量させるようにした。その場合、パウチからの不活性ガスの排気は、押圧板よりもバキュームによるのが望ましく、本実施形態では、バキューム兼ブローヘッド１０によってバキューム排気するようにした。

ところが、後述する実験例で示すように、パウチ内の不活性ガスを減量するとその分充填前脱酸素ステーションから充填ステーションにパウチが搬送される間にパウチ内に外気が侵入し易くなり、パウチ内の酸素濃度が増すことが判明した。それを防ぐには充填前脱酸素ステーションから充填ステーションまでの搬送経路をトンネル状にして不活性ガス雰囲気にすることが考えられるが、設備が複雑になると共に多量の不活性ガスを消費するなどの不都合が発生する。それを解決するために、種々研究した結果、減量後容器内に外気が最も多量に侵入するのは不活性ガスブロー後にバキューム兼ブローヘッド１０をスパウト先端から離した瞬間であることが判明した。その結果、少なくともバキューム兼ブローヘッド１０をスパウトから離す瞬間のスパウトを囲む雰囲気が不活性ガス雰囲気であれば、充填前脱酸素ステーションから充填ステーションまでの搬送経路を不活性ガス雰囲気にしなくても、充填ステーションまでの外気の侵入を効果的に防止することができ、高脱酸素ができることが分かった。そこで、本実施形態では図２（ｃ）に示すように、スパウト１６とバキューム兼ブローヘッド１０との接触部近傍を不活性ガス雰囲気にするように適宜の不活性ガスを吹き出すチャンバー１１を配置してその近傍を常時不活性ガス雰囲気にするようにした。

スパウト付きパウチは、充填前脱酸素ステーションで上記のように所定量の不活性ガスが充填された状態で充填ステーションに搬送され、充填ステーションで、充填直前にパウチの内部を脱気する充填前第２脱気工程２−１を実施し、次いでパウチに内容物を充填する内容物定量充填工程２−２、充填ノズル内の残液排出工程２−３を実施する。充填前第２脱気工程２−１は、充填時の泡の発生を低減させるために行うものであり、前工程で不活性ガスが充填されたパウチから、その内部に充填されているガスを排除してパウチ内を略真空状態にするもので、図３に模式的に示すように一対の脱気板１２によってパウチ１５を圧迫して排気するようにした。それにより瞬時に排気することができ、ラインの高速性に好都合である。しかしながら、前工程と同様にバキュームによる排気でも可能である。

内容物定量充填工程２−２では、内部を排気されたパウチのスパウト開口部に充填ノズルを密着させた状態で内容液の定量充填を行う。その場合、パウチ内は完全に密閉されほぼ真空状態であるので、外部からの空気の流入がなく、充填中の内容液に空気が入りこむことがないので、泡立ち易い内容液であっても泡立たせることなく、充填することができる。しかしながら、袋内が完全に負圧であるとパウチが膨らみにくく充填し難くなるので、充填ノズルがパウチに密着した後に、パウチの胴部を外部から一対の吸引具で吸引してパウチを拡げることによって、充填しやすくなり、充填速度を向上させ、泡立ちやすい内容物であっても高速充填を可能とした。定量充填後、充填ノズルをパウチ口に密着させた状態で一時停止してノズル内の残液をパウチ内に排出する残液排出工程２−３を行う。
このように、前工程で脱酸素処理されたパウチを内容物充填前にさらに、脱気してから内容物充填することによって、袋内の空気がより少ない状態で充填でき、且つ泡の発生をより効果的に抑制することが可能となった。

また、従来は、ノズル内の残液による液垂れを防ぐため及びパウチを膨らませて液面を低下させるために充填後にパウチ内に圧縮空気を吹き込んでいるが、その場合特に泡の発生し易い内容物であると、充填後にノズル内の残液が圧縮空気によってパウチ内に吹き込まれることによって、パウチ内での泡の発生原因となっていることが分かり、本発明では充填後に圧縮空気を吹き込むことなく、充填後一時停止してノズル口に残留している残液をロッドによる押し出す残液排出工程２−３を設けることによって、残液による液垂れを防止すると共に、泡の発生を抑制することができ、且つ脱酸素効率を高めることができた。なお、充填ノズルにメッシュスクリーン付ノズルを付加した場合は、液垂れを防ぐことができるので、残液を強制的に排出する必要はなく、液充填後の残液排出工程２−３を設ける必要はない。

次いで、本実施形態では、洗浄兼充填後脱酸素ステーションが設けられ、該ステーションでヘッドスペースに発生した泡を押し出すと共に、充填ステーションから洗浄兼充填後脱酸素ステーションに移動する間にヘッドスペース内に侵入した空気を排出するための充填後脱気工程３と、スパウト外周面の洗浄とパウチ内に窒素ガス等の不活性ガスを吹き込んでガス置換を行うスパウト洗浄兼充填後ガス置換行程４を実施する。洗浄兼充填後脱酸素ステーションに到達したパウチは、図６に示すように、まず胴部を一対の脱気板４２にて押圧してヘッドスペース内の泡をスパウトから外部に排出すると共にヘッドスペース内の脱気を行い、ついで洗浄兼置換ノズル４１が降下してスパウトの頂面および外周部に向けて洗浄水を噴射すると共にパウチ内部に不活性ガスを吹き込む。その際、洗浄兼置換ノズル４１はスパウト口を完全に覆った状態であり、スパウト内に不活性ガスのみが吹きこまれ、洗浄水はスパウト内には浸入しないようになっている。それにより、スパウト外周面を洗浄して内容物の付着を除去することができ、後工程の内蓋シール工程における内蓋シール材の良好なヒートシールを可能にすると共に、シール後のスパウト外周面を清潔にすることができる。また、洗浄工程で不活性ガスを吹き込むことによって、充填工程で空気又は窒素ガスを吹き込む場合と違って、残液による泡立ちがないので、パウチ内に泡を発生させることなく、パウチを膨らませることができ、パウチ内の液面を降下させ、以後の搬送工程での内容液の搬送衝撃によるあふれを防止することができる。しかも、空気でなく不活性ガスでパウチを膨らませたため、脱酸素効果を飛躍的に高めることができた。このように、本実施形態では充填工程で空気や不活性ガスによるパウチを膨らませる工程を設けてないので、泡立ち易い内容物であっても泡の発生を抑制することができる。また、充填中にパウチ胴部を外部より吸引し膨らませるので、パウチ内に圧縮空気を供給しなくてもパウチはある程度膨らみ、また例え充填後の液面の降下が少なくても充填ステーションに隣接する洗浄兼充填後脱酸素ステーションまでの１ステップの搬送であるので、搬送衝撃による内容液のあふれは少なく、たとえあふれてもパウチ洗浄前であるので問題はない。

内部に不活性ガスを吹き込むことによって完全に膨らんで液位が低下したスパウトは、次いでスパウト乾燥ステーションに搬送され、スパウトの内外面に不活性ガスを吹き付けることによって、洗浄水による洗浄後のスパウトを乾燥させる。不活性ガスによって乾燥させるので、不活性ガスが空気のパージ作用をし、外部からのパウチ内への空気の流入を阻止する。しかしながら、スパウト乾燥ステーションでは、乾燥媒体である不活性ガスをスパウトへの吹付けの際、スパウト開口部を完全に覆った状態で吹付けることによって、乾燥媒体がパウチ内に浸入することがないので、その場合嵌装媒体として圧縮空気を採用しても良い。圧縮空気でスパウト外周部に付着している水分を飛ばすことによって、短時間に乾燥させることができる。
しかしながら、本実施形態では、前記のような充填前脱酸素工程１及び充填工程２での脱酸素を行うことによって、パウチ内の酸素量を飛躍的に減少させることができ、泡の発生も少ないので、極端に泡立ち易い内容物の場合を除き、図１に示す工程図において、スパウト洗浄兼充填後第１ガス置換工程４を省き、破線で示すように充填工程２から直接充填後第２ガス置換工程６に移行してもよい。

以上の工程を経て、密封工程に進むが、本実施形態ではより脱酸素効果を高めるために、内蓋シール直前に、さらに充填後第２ガス置換工程６を実施するようにしてある。充填後第２ガス置換工程６は、充填後第２ガス置換ステーションでパウチ内に不活性ガスを吹き込んでヘッドスペースのガス置換を行なう。次いで、内蓋仮シール・打ち抜き・脱気ステーションに搬送され、内蓋シール工程７を実施する。内蓋シール工程では、内蓋シール前脱気工程７−１で一対の脱気板でパウチ胴部を充填液が溢れ出ない程度に圧迫して、その状態で内蓋の仮シール・打抜きを行う内蓋仮シール・打抜き工程７−２を実施する。内蓋仮シール・打抜き工程７−２は、アルミニウム箔と合成樹脂フィルムの複合シール材等の熱溶着性とガスバリア性を有する内蓋材をスパウトに仮シール後に打抜きする工程であり、従来と同様な方法が採用できる。次いで、スパウト開口天面全体に内蓋を第１シール工程７−３及び第２シ−ル工程７−４を経て行い、パウチを内蓋で完全に密封する。その後、外蓋装着工程８で外蓋を螺着する。
以上、本発明のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限るものでなく、その目的を達成する範囲内で各工程の順番を変更したり、工程の削除あるいは付加は適宜可能である。

図４は上記機能を果たすために充填ステーションに配置された充填手段としての充填バルブの実施形態を示し、該充填バルブ２０は、外筒２１、外ロッド２２、中ロッド２３から構成されている。外筒２１は、中空円筒状に形成され、内容液供給タンクと給液管２４を介して連通する内容液供給口２５、流体室２６、弁座２７、充填ノズル２８を有している。本実施形態では充填ステーションに充填前第２脱気工程を行うための一対の脱気板（図示していない）が充填バルブの下方が配置され、且つパウチに内容物充填開始後にパウチの胴部を吸引して開く一対の吸引パットが配置されている。しかしながら、充填前第２脱気工程を脱気板によらずに、真空吸引で行う場合は前記給液管２４は、切り替え可能に真空ポンプに連結され、給液に先立ってパウチ内の空気を真空排気できるようにする。外ロッド２２は、前記流体室内にシリンダ等の適宜のアクチュエータで上下駆動可能に設けられ、弁座２７に着座して充填ノズル２８を開閉する弁体２９として機能し、該弁体２９は中央部が充填ノズル２８と略同径の貫通中空になっており、該中空部に中ロッド２３がシリンダ等の適宜のアクチュエータで上下駆動可能に嵌合している。中ロッド２３は、中実棒で形成され、弁体２９が弁座に着座した状態で駆動されることによって、該中ロッドの先端部が充填ノズル２８内に進入して、充填ノズル内に残留している残液をパウチ内に押し出す作用を行なう。

以上のように構成された充填バルブ２０が配置された充填ステーションでは、前工程で不活性ガスが充填されたパウチが充填ステーションに到達すると一対の脱気板でパウチ胴部を押圧して充填前第２脱気工程２−１を行い、ついで充填バルブ降下し、同図（ａ）に示すように、充填ノズル２８にパウチのスパウト１６の頂部が嵌合して、内容物定量充填工程２−２では弁体２９が中ロッド２３と一体に上昇して、充填ノズル２８が開口し、給液管を介して内容物供給タンクに連通させて内容物を充填する。内容物充填開始後一対の吸引パッドで胴部を吸引して内容物の充填に応じてパウチを膨らませる。定量充填後、同図（ｂ）に示すように外ロッド２２と中ロッド２３が一体に下降して弁体２９が着座して内容液の吐出を停止し、その後同図（ｃ）に示すように中ロッド２３が下降して充填ノズル２８内の残液を押し出す。したがって、本実施形態によれば、圧縮空気によることなく充填ノズル内の残液をパウチ内に吐出させることができるので、充填後液垂れが発生することなく、かつパウチ内での泡の発生も少ない。

図５は充填手段としての他の実施形態に係る充填バルブを示している。図５（ａ）はバルブが開いて内容物の吐出している常態であり、図５（ｂ）はバルブが閉じている状態を示している。本実施形態の充填バルブ３２は、前記実施形態の場合と違って充填後の残液の押し出しを行なわず、吐出口の下方にメッシュノズルを設けることによって、残液による液垂れを防止するようにしたものである。本実施形態の充填バルブ３２は、吐出口３５を有する外筒３３と、下端部が弁体となって弁座に着座することにより吐出口を封鎖する弁ロッド３４と、バルブの吐出口３５下端部に設けられ吐出路の途中にメッシュスクリーン３６を有するメッシュノズル３８から構成されている。なお、図中３７はメッシュスクリーン３６をメッシュノズル３８に固着するための取付ジグである。メッシュスクリーン３６は、本実施形態では図示のように３枚のスクリーンが吐出路に間隔をおいて配置され、最下端のメッシュスクリーンは下方凸のドーム状に形成されているが、その枚数や形状は本実施形態に限るものではない。ノズルにメッシュスクリーンを設けることによって、内容液充填時の内容液の整流作用により泡立ちの発生を少なくすると共に、定量吐出後に充填ノズル内に残った残液は、メッシュスクリーンのメッシュ間で表面張力により液垂れを起すことなく次の吐出まで残留する。したがって、この場合も圧縮空気による残液の排出をする必要がなく、液垂れと泡の発生を防ぐことができる。

図６は、洗浄兼充填後脱酸素ステーションに配置された充填後脱気装置４０と洗浄兼ガス置換手段４１の断面図を示す。脱気装置４０は、パウチ１５の胴部１７を押圧する一対の脱気板４２、４２がシリンダ装置４３によってその間隔調整駆動可能に設けられている。充填ステーションで内容物１８が充填されたパウチ１５は、図６（ａ）に示すように内容物の自重によりある程度膨らんだ状態にあり、液面１９が下がり液面上に大きなヘッドスペースが存在する。図示しないグリッパ装置によって、スパウト１６の外周部に設けられたフランジ間を挟時して保持されているパウチが洗浄兼充填後脱酸素ステーションに到着すると、スパウトの胴部１７が一対の脱気板４２間に位置し、その状態で脱気板４２が互いに接近するように所定のストロークだけ変位して、スパウトの胴部１７を所定量押圧することによって、液面を上昇させパウチ内の泡と空気をパウチから排出するようにする（同図（ｂ）参照）。その後、洗浄兼ガス置換手段が下降して、不活性ガス噴出しノズルでスパウト口を封鎖すると同時に、脱気装置４０の脱気板４２、４２は元の位置に復帰し、洗浄と充填後第１ガス置換が開始される。

洗浄兼ガス置換手段４１は、洗浄水噴出口４６を有するノズルボディ４５とガス置換ノズル４７及び該ガス置換ノズル４７を下方に付勢するスプリング４８を保持するための保持板４９とからなり、ノズルボディ４５の軸方向中央部にガス置換ノズル４７が嵌合している。該ガス置換ノズル４７は、図示のように、基端が不活性ガス供給源に連通しているロッド部５０の途中にフランジ５１が形成され、下端の噴出口がスパウト開口端に係合するように形成されている。該ガス置換ノズル４７は、フランジ５１がノズルボディ４５に形成された係合突起５２と係合し、その下限位置を規制されてノズルボディに支持され、フランジ５１の上面と保持板４９との間に嵌合したスプリング４８によって下方に付勢されている。ノズルボディ４５は、洗浄水供給口５３を介して洗浄水供給源に連通し、下端部にはスパウト口端部方向に向けて形成された複数の洗浄水噴出口４６が円周上に所定ピッチで形成され、スパウト外周部の全周に亘って洗浄水を噴き付けてスパウトの開口端部および外周部を洗浄するように形成されている。

洗浄兼ガス置換手段４１は、以上のように構成され、前述の充填後脱気工程が終了すると下降して、ガス置換ノズル４７がスパウト１６の開口端に係合した時にスプリングがクッションすることにより、所定の圧力でガス置換ノズル４７をスパウトに係合させてスパウトの口部を封鎖して洗浄水のスパウト内への進入を確実に防止できると共に、振動や変位量の誤差を吸収し破損を防止することができる。この状態で、ノズルボディ４５に形成された洗浄水噴出口からスパウトの口端部及びその外周部の全周に亘って洗浄水を噴き出して、スパウトを洗浄する。同時に、ガス置換ノズル４７から不活性ガスが噴出してパウチ内に不活性ガスが充填される。その場合、充填ノズルによる空気噴出しの場合と違って、パウチ内での泡の発生はなく、良好に不活性ガスを充填でき、同図（ｃ）に示すようにパウチを所定量膨らませて液面を下げることができる。しかもその場合、ヘッドスペース内に脱気後に不活性ガスを充填しているので、ヘッドスペースのガス置換率が高く内容物の酸化を良好に防止することができ、酸化しやすい内容物の場合特に有効である。

充填前脱酸素工程を設けることによる脱酸素の効果を確認するために次のような実験を行った。
実験は表１に示すように、充填前脱酸素工程における第１脱気工程、不活性ガスブロー工程、脱気工程のうち、第１脱気工程、不活性ガスブロー工程のみを有し、脱気工程を行わなかったもの（Ｎｏ.１，Ｎｏ.２）、脱気工程を窒素雰囲気なしで行ったもの（Ｎｏ.３）、脱気工程を窒素雰囲気下で行ったもの（Ｎｏ.４）に分けて行い、密封後の含気量、酸素濃度、酸素量を測定し、置換率を求めた。脱気は全試料とも０．５秒間行い、窒素ブローはＮｏ.１のみ０．０３秒間、他は０．１４秒間行った。その結果を表１に示す。なお、表１のデータは、充填前脱酸素工程の後、パウチに内容物の充填無しでそのままシールしたものの測定値である。

表１から分かるように、脱気後の窒素ブローがごく少量でそのまま密封したＮｏ.１は酸素濃度が高く置換率が低く、満足な置換率が得られてない。他の試料のうち窒素ブロー後脱気を行わないでそのまま密封したもの（Ｎｏ.２）は、ガス置換率は最も高いが、この場合は充填前脱気工程が板で押す場合、脱気量が多く充填ノズルの先端の滴が飛散してしまう欠点があり、また充填前脱気工程が真空排気の場合は所定時間内に排気できないという欠点がある。また、脱気を窒素雰囲気なしで行った場合（Ｎｏ.３）は、脱気した分外気の侵入により酸素濃度が高くなり置換率はＮｏ.２の場合と比べて低くなっている。ところが、脱気を窒素雰囲気で行った場合（Ｎｏ.４）は、Ｎｏ.３と比べてかなり置換率が向上しており、脱気工程を不活性ガス雰囲気で行うことによる置換率向上の効果が確認された。

次に、本発明の方法による脱酸素効果を確認するために、表２に示すように、実施例として、充填前脱酸素工程を表１におけるＮｏ.４に示す方法で行った場合における充填時脱気工程、充填後脱気脱気工程、充填後第２ガス置換工程の各工程を実施した場合（実施例２）、そのうち充填後第２ガス置換工程のみを行わなかった場合（実施例１）について、含気量、酸素濃度、酸素量を測定して置換率を求めた。また、比較例として充填後第１ガス置換工程のみを実施した場合（比較例１）、充填後脱気工程と充填後第１ガス置換工程を実施した場合（比較例２）、さらに充填時脱気工程、充填後脱気工程及び充填後第１ガス置換工程を実施した場合（比較例３）について、同様に含気量、酸素濃度、酸素量を測定して置換率を求めた。その結果を表２に示す。

表２から明らかなように、本実施例の場合、即ち充填前脱酸素を行った場合は比較例と比べて特段にガス置換率が向上していることが確認された。

本発明のスパウト付パウチへの内容物充填方法および装置は、泡の発生を抑制しかつ高ガス置換率を達成できるので、泡が発生しやすい内容物および酸化劣化しやすく、充填密封後にレトルト殺菌する内容物のパウチ詰めの場合は特に好適であるが、それに限らず一般の常温充填、ホットパック、無菌充填用としても利用可能である。また、内容物は液状食品に限らず、洗剤、オイル等の種々の液状内容物のスパウト付パウチへの充填密封に利用可能である。

本発明の実施形態に係るスパウト付パウチへの内容物充填密封方法の要部工程を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るスパウト付パウチへの内容物充填密封方法における充填前脱酸素工程を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るスパウト付パウチへの内容物充填密封方法における充填前脱酸素工程を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るスパウト付パウチへの内容物充填密封装置における充填ステーションに配置された充填バルブの要部断面図であり、（ａ）は開弁状態、（ｂ）は充填口閉鎖状態、（ｃ）は残液押し出し状態を示している。 本発明の他の実施形態に係るスパウト付パウチへの内容物充填密封装置における充填バルブの要部断面図であり、（ａ）は開弁状態を示している。 本発明の実施形態に係るスパウト付パウチへの内容物充填密封装置における洗浄兼充填後脱酸素ステーションに配置された脱気装置および洗浄兼ガス置換手段による脱気工程および洗浄ガス置換工程を示し、（ａ）は内容物充填後の状態を示すパウチ断面図、（ｂ）は脱気工程終了後の状態、（ｃ）は洗浄ガス置換工程終了後の状態を示す要部断面図である。

符号の説明

１ 充填前脱酸素工程 １−１ 充填前第１脱気工程
１−２ 充填前不活性ガスブロー工程 ２ 充填工程
２−１ 充填前第２脱気工程 ２−２ 内容物定量充填工程
２−３ 残液排出工程 ３ 充填後脱気工程
４ スパウト洗浄兼充填後第１ガス置換工程
５ スパウト乾燥工程 ６ 充填後第２ガス置換工程
７ 内蓋シール工程 ７−１ 内蓋シール前脱気工程
７−２ 仮シール・打抜き工程 ７−３ 第１シール工程
７−４ 第２シール工程 ８ 外蓋装着工程
１０、１３ バキューム兼ブローヘッド
１１ チャンバー １２ 脱気板
１５ パウチ １６ スパウト
１８ 内容物 １９ 液面
２０、３２ 充填バルブ ２１、３３ 外筒
２２ 外ロッド ２３ 中ロッド
２５ 内容液供給口 ２６ 流体室
２７ 弁座 ２８ 充填ノズル
２９ 弁体 ３４ 弁ロッド
３５ 吐出口 ３６ メッシュスクリーン
３７ 取付ジグ ３８ メッシュノズル
４０ 脱気装置 ４１ 洗浄兼置換ノズル
４２ 脱気板 ４３ シリンダ装置
４５ ノズルボディ ４６ 洗浄水噴出口
４７ ガス置換ノズル ４８ スプリング
４９ 保持板 ５０ ロッド部
５１ フランジ ５２ 係合突起

Claims (16)

1. 液状内容物をスパウト付きパウチ内に脱酸素して充填・密封するスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法であって、内容物充填前にスパウト付きパウチ内から空気を除去する充填前脱酸素工程、内容物充填直前に前記スパウト付きパウチから脱気する充填前脱気工程、前記スパウト付きパウチに液状内容物を充填する充填工程、内容物の充填されたパウチに不活性ガスを吹き込んでガス置換を行なう充填後ガス置換工程を有することを特徴とするスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法。
2. 前記充填前脱酸素工程は、パウチ内から空気を真空排気してなるバキューム工程、該バキューム工程後にパウチ内に不活性ガスを吹き込む不活性ガスブロー工程、該不活性ガスブロー工程後にパウチ内のガスを真空排気してパウチ内のガスを所定量に減量させる減量バキューム工程からなる請求項１に記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法。
3. 前記減量バキューム工程は、前記スパウト近傍に不活性ガスを噴射して不活性ガス雰囲気で行う請求項２に記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法。
4. 前記充填後ガス置換工程の前に、内容物を充填したパウチを押圧してパウチ内のガスと泡を押し出す充填後脱気工程を有する請求項１、２又は３に記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法。
5. 前記充填工程は、液状内容物を充填後にノズルに付着している残液をロッドで押し出してパウチ内に落下させる残液排出工程を含むものである請求項１〜４の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法。
6. 前記充填前脱気工程は、パウチを外部より押圧してパウチ内から脱気してなる請求項１〜５の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法。
7. 前記充填工程の後にスパウトの外周部を洗浄する洗浄工程を有し、該洗浄工程と前記充填後ガス置換を同一ステーションで同時に行う請求項１〜６の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封方法。
8. パウチのスパウト部を把持して搬送するパウチ搬送手段、内容物充填前に前記スパウト付きパウチ内から空気を排気する充填前脱酸素手段、該充填前脱酸素手段の下流側に配置され、内容物充填直前に前記パウチ内のガスを排気する充填前脱気手段、前記パウチにスパウトを介して内容物を充填する充填手段、前記パウチ内に不活性ガスを吹き込む充填後ガス置換手段を有することを特徴とするパウチへの液状内容物充填密封装置。
9. 前記充填前脱酸素手段は、パウチ内の空気を真空排気するバキューム手段、該バキューム後にパウチ内に不活性ガスを吹き込む不活性ガスブロー手段、該不活性ガスブロー後パウチ内のガスを真空排気してパウチ内のガスを所定量に減量させる減量バキューム手段、及び該減量バキューム手段と前記パウチの係合部近傍に不活性ガスを供給してスパウト近傍を不活性ガス雰囲気にする不活性ガス噴射手段からなる請求項８に記載のパウチへの液状内容物充填密封装置。
10. 前記充填手段の下流側に内容物を充填したパウチを押圧してパウチ内のガスと泡を押し出す充填後脱気手段を有する請求項８又は９に記載のパウチへの液状内容物充填密封装置。
11. スパウトの洗浄と共にパウチ内に不活性ガスを吹き込む洗浄兼充填後ガス置換手段、不活性ガス又は空気を吹き付けてスパウトを乾燥させるスパウト乾燥手段を有する請求項８〜１０の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置。
12. 前記充填手段の上流側にパウチ内から空気を排気する充填前脱酸素手段が設けられている請求項８〜１１の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置。
13. 前記充填手段は、充填ノズルを有する外筒と、下端部が弁体となって弁座に着座することにより充填ノズルを封鎖する外ロッドと、該外ロッド内に摺動自在に嵌合され、充填ノズルに嵌合可能な外径を有し充填ノズル内の残液を押し出す内ロッドからなる請求項８〜１２の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置。
14. 前記充填手段は、充填ノズルを有する外筒と、下端部が弁体となって弁座に着座することにより充填ノズルを封鎖するロッドと、充填ノズルの下端部に設けられ吐出路にメッシュスクリーンを有するメッシュノズルからなる請求項８〜１２の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置。
15. 前記洗浄兼充填後ガス置換手段は、パウチのスパウト外周部に向けて洗浄水を噴射する洗浄水噴出口を有するノズルボディと、該ノズルボディの軸心部に位置しパウチのスパウト開口端を覆ってスパウト内に不活性ガスを注入するガス置換ノズルからなる請求項８〜１４の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置。
16. 前記充填後脱気手段と前記洗浄兼充填後ガス置換手段は同一ステーションに配置され、前記洗浄兼充填後ガス置換手段の下方部に前記脱気手段が設けられている請求項８〜１５の何れかに記載のスパウト付きパウチへの液状内容物充填密封装置。

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