JP4511155B2 - 粉粒状物に対するガス置換方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、食料や薬剤等の粉粒状物を袋等の容器に充填した際、上記充填された容器内の空気を不活性ガス等の特定のガスに効率的に置換する粉粒状物に対するガス置換方法および装置に関するものである。

従来から、各種の物質を特定のガス雰囲気内に封入することが行われている。例えば、食料品や薬剤などの酸化劣化を防止して保存するため、これらの物質を袋詰する際に、袋内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気として封入することが行われている。ここで、封入する対象物質が粉体等の粉粒状物である場合、粉体にもともと含まれているガスを置換ガスに置換するのが非常に難しいという問題点があった。すなわち、粉体の場合は、粒子が微細であるため、粉体粒子の周囲に存在するガスが細かな粒子の集合体の内部に封入された状態となっており、これを置換するのが非常に困難であった。

すなわち、粉体が充填された袋の上部開口付近の空気層は比較的簡単にガス置換されるものの、袋の内部や底部近傍の空気はほとんど置換されず、上部層の残留酸素濃度を０．５％以下までガス置換を行って封止したとしても、時間が経過すると内部や底部に残留した酸素が拡散して袋内の酸素濃度は５〜１０％程度となってしまい、酸化劣化を防止するという目的からは不十分なものであった。また、粉体中の酸素を十分に不活性ガス等に置換するためには、不活性ガスを大流量で供給する必要があり、粉体が舞い上がって袋詰に支障をきたしていた。

そこで、粉体が充填された袋の開口からガス充填管を挿入し、その状態で袋を揺さぶりながらガス置換を行う技術（例えば下記特許文献１）や、下記の特許文献２に示すように、粉体が充填された袋を真空チャンバー内に装入し、真空チャンバー内で真空吸引後ガス置換を行う技術（例えば下記特許文献２）が提案されている。
特公昭５７−２９３３２号公報 特開平６−９９９３４号公報

しかしながら、上記特許文献１記載のガス置換装置では、粉体が充填された袋の開口からガス充填管を挿入し、その袋に機械的振動を与えながらガス置換を行うため、機械振動付与機構が必須となり、装置自体が複雑化しメンテナンスも頻繁に行う必要が生じる。また、振動によって袋内で粉体が舞い上がり、袋の外まで粉体が飛散して周囲を汚染したり、熱シール等によって袋の開口を封止する際に粉体がシール部分に付着してシーリング工程に支障が生じたりするという問題がある。

一方、上記特許文献２記載のガス置換装置では、粉体が充填された袋を１つずつ真空チャンバー内に装入し、１つずつ真空引きしながらガス置換を行うため、真空チャンバーや真空ポンプ等が必須となり、装置自体が複雑化しメンテナンスも頻繁に行う必要が生じる。また、真空引きを伴うガス置換作業には極めて長時間を要するという問題がある。したがって、袋の供給工程，粉体の充填工程，ガス置換工程，シーリング工程等の一連の工程を連続的に行う自動ラインにおいては、最も時間がかかるガス置換工程によって全体のタクトタイムが律速されてしまい、生産性が極めて悪い。そこで、ガス置換速度を速くするためにガス流量を多くすると、結局袋内の粉体が舞い上がって飛散し、周囲を汚染したりシーリングに支障が生じたりするという問題が発生する。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡単な機構により短時間で効率的に粉粒状物に対するガス置換を行うことができ、自動ラインに適した粉粒状物に対するガス置換方法および装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の粉粒状物に対するガス置換方法は、粉粒状物を容器に充填する充填工程と、
上記充填工程の終了後に、粉粒状物が充填された容器を開口状態で半密閉雰囲気中に存在させ、上記半密閉雰囲気内に置換ガスを流しながら圧力振動を付与することにより、粉粒状物の集合体への置換ガスの出入りを繰り返す工程とを備えたことを要旨とする。

上記目的を達成するため、本発明の粉粒状物に対するガス置換装置は、粉粒状物を容器に充填する充填手段と、上記充填手段による充填工程の終了後に、粉粒状物が充填された開口状態の容器を半密閉雰囲気中に存在させるケーシングと、上記ケーシング内に置換ガスを導入する置換ガス導入路と、上記ケーシング内に圧力振動を付与する圧力振動付与手段とを備え、上記半密閉雰囲気内に置換ガスを流しながら圧力振動を付与することにより、粉粒状物の集合体への置換ガスの出入りを繰り返すよう構成したことを要旨とする。

すなわち、本発明の粉粒状物質に対するガス置換方法は、粉粒状物を容器に充填する充填工程と、上記充填工程の終了後に、粉粒状物が充填された容器を開口状態で半密閉雰囲気中に存在させ、上記半密閉雰囲気内に置換ガスを流しながら圧力振動を付与し、粉粒状物の集合体への置換ガスの出入りを繰り返す工程とを備えたことにより、容器内に充填された粉粒状物質に対するガス置換を行う。このように、置換ガスを流しながら圧力振動を付与すると、低圧側において粉粒状物内部に存在する空気が粉粒状物の集合体の外部に排出され、高圧側において半密閉雰囲気内の置換ガスが粉粒状物の集合体の内部に侵入する。このような粉粒状物の集合体へのガスの出入りが繰り返されることにより、容器内に充填された粉粒状物質に対するガス置換が行なわれる。このため、従来のように、機械振動付与機構や真空チャンバー、袋の開口から装入するガス充填管等の設備が不要となるうえ、袋に機械的振動を与えたりする必要がなくなり、装置自体が簡素化しメンテナンス周期も長期化することができる。また、機械振動等による粉体の舞い上がりが防止され、周囲の汚染やシーリングの不具合等が発生しない。また、真空引き等を伴わないためガス置換工程が短時間で終了する。したがって、例えば、袋の供給工程，粉体の充填工程，ガス置換工程，シーリング工程等の一連の工程を連続的に行う自動ラインに適用した場合に、ガス置換工程によるタクトタイムの延長が防止され、生産性を低下させることがないため、効果的である。このように、簡単な機構により短時間で効率的に粉粒状物に対するガス置換を行うことができて自動ラインにも適したものである。

本発明の粉粒状物質に対するガス置換方法において、上記圧力振動を−０．１ＭＰａ〜１ＭＰａの圧力範囲内において付与する場合には、大掛かりな圧力容器を用いることなく、安価な装置で効率的にガス置換を行うことができる。すなわち、１ＭＰａを超えた圧力でもそれに絶える高圧ガス施設とする必要があり、いずれにしても設備コストやメンテナンスコストが大幅アップとなってしまうが、上記圧力範囲内で圧力振動を与えることにより、安価な装置で効率的にガス置換を行うことができるようになるのである。

本発明の粉粒状物質に対するガス置換方法において、圧力振動の振幅は±０．５５ＭＰａ以内である場合には、置換ガスを流しながら圧力振動を付与することによる粉粒状物の集合体へのガスの出入りが確実に行われるとともに、粉粒状物の飛散を防止し、短時間で効率的なガス置換を行うことができる。さらに、大掛かりな圧力容器を用いることなく、安価な装置で効率的にガス置換を行うことができる。

本発明の粉粒状物質に対するガス置換方法において、上記圧力振動の周波数は０．１Ｈｚ以上である場合には、置換ガスを流しながら圧力振動を付与することによる粉粒状物の集合体へのガスの出入りが頻繁に行われ、短時間で効率的なガス置換を行うことができる。

すなわち、本発明の粉粒状物質に対するガス置換装置は、半密閉雰囲気内に置換ガスを流しながら圧力振動を付与することにより、粉粒状物の集合体への置換ガスの出入りを繰り返すよう構成している。このように、置換ガスを流しながら圧力振動を付与すると、低圧側において粉粒状物内部に存在する空気が粉粒状物の集合体の外部に排出され、高圧側において半密閉雰囲気内の置換ガスが粉粒状物の集合体の内部に侵入する。このような粉粒状物の集合体へのガスの出入りが繰り返されることにより、容器内に充填された粉粒状物質に対するガス置換が行なわれる。このため、従来のように、機械振動付与機構や真空チャンバー、袋の開口から装入するガス充填管等の設備が不要となるうえ、袋に機械的振動を与えたりする必要がなくなり、装置自体が簡素化しメンテナンス周期も長期化することができる。また、機械振動等による粉体の舞い上がりが防止され、周囲の汚染やシーリングの不具合等が発生しない。また、真空引き等を伴わないためガス置換工程が短時間で終了する。したがって、例えば、袋の供給工程，粉体の充填工程，ガス置換工程，シーリング工程等の一連の工程を連続的に行う自動ラインに適用した場合に、ガス置換工程によるタクトタイムの延長が防止され、生産性を低下させることがないため、効果的である。このように、簡単な機構により短時間で効率的に粉粒状物に対するガス置換を行うことができて自動ラインにも適したものである。

本発明の粉粒状物質に対するガス置換装置において、置換ガス導入路および／または圧力振動付与手段から半密閉雰囲気内に導入されるガスを整流してケーシング内でのガスの乱流を防止する整流フィルターを備えている場合には、置換ガスの導入や圧力振動の際に半密閉雰囲気内に導入されるガスが整流された状態で導入されるため、ケーシング内での乱流の発生を効果的に抑制し、粉粒状物に対する気流の影響が無視できる程度に極めて少なくなり、粉体の舞い上がりが防止され、周囲の汚染やシーリングの不具合等が発生しない。また、粉粒状物に対して気流の影響をほとんど与えることなく圧力振動の周波数を高くしたり振幅を大きくしたりすることができ、置換ガスを流しながら圧力振動を付与することによる粉粒状物の集合体へのガスの出入りが頻繁かつ確実に行われ、短時間で効率的なガス置換を行うことができる。

本発明の粉粒状物質に対するガス置換装置において、上記ケーシングは、容器を間歇的に移動させる過程において容器への粉粒状物の充填包装を行う回転テーブル式もしくはコンベア式の充填包装装置に設備され、回転テーブルもしくはコンベア上の容器を上から覆って半密閉雰囲気中に存在させるキャップ状に形成されたものである場合には、回転テーブル式の充填包装装置において連続的にガス置換を行う際に、回転テーブルもしくはコンベア式上の容器をキャップ状のケーシングで上から覆うことにより、上記容器を半密閉雰囲気中に存在させることができる。このように、例えば、袋の供給工程，粉体の充填工程，ガス置換工程，シーリング工程等の一連の工程を連続的に行う自動ラインにおいて、容器の半密閉雰囲気を簡単な装置でつくりだすことができ、装置自体が簡素化しメンテナンス周期も長期化することができる。また、容器を半密閉状態におく際に、粉粒状物が充填された容器を上下振動させなくてもよいことから、粉体の舞い上がりが防止され、周囲の汚染やシーリングの不具合等が発生しない。しかも、キャップ状のケーシングを昇降させるという極めて単純な機構で容器を半密閉状態におくことができることから、ガス置換工程によるタクトタイムの延長も防止され、生産性を低下させることがないため、効果的である。
本発明の粉粒状物質に対するガス置換装置において、置換ガス導入路と圧力振動付与手段との双方から導入されるガスを、一旦ケーシングの天井部近傍の拡散空間に導入するようにした場合には、置換ガス導入路と圧力振動付与手段から導入されたガスは一旦上記拡散空間で拡散されることから、ケーシング内での乱流の発生を効果的に抑制し、粉体に対する気流の影響をより少なくできる。さらに、上記天井部全体を覆うように設けられた整流フィルターを介して粉体に供給するようにしたため、上記拡散空間で拡散されたガスがケーシング内を仕切るようにして設けられた広い面積の整流フィルターで整流され、面状の整流フィルターの面全体からガスが導入され、流量に対する流速を遅くすることができることから、ケーシング内での乱流の発生を効果的に抑制し、粉体に対する気流の影響をさらに少なくできる。

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の粉粒状物に対するガス置換方法および装置を示す断面図である。

このガス置換方法および装置では、まず、本発明の容器である袋１をテーブル２上に供給して載置し（工程Ａ：図１（ａ））、ついで、上記袋１内に本発明の粉粒状物である粉体３を充填する（工程Ｂ：図１（ｂ））。つぎに、粉体３が充填された袋１にケーシング７を被せて半密閉雰囲気におき、上記ケーシング７内に置換ガスである窒素ガスを流しながら圧力振動を付与してガス置換を行う（工程Ｃ：図１（ｃ））する。そののち、上記半密閉状態を維持しながら袋１の開口を熱シールして封止し（工程Ｄ：図１（ｄ））、ケーシング７を除去して粉体３が充填包装された袋１をテーブル２から取り出す（工程Ｅ：図示せず）ことが行われる。

上記工程Ａ，工程Ｂ，工程Ｃ，工程Ｄ，工程Ｅは、例えば、図２（ａ）に示すように、円形の回転台１２上に仮想円上に位置するように複数（この例では８個）配置されたテーブル２上でそれぞれ行うことができる。すなわち、工程Ａで袋１がテーブル２上に供給されると、回転台１２が所定角度回転して停止し、工程Ｂで袋１に粉体３が充填される。ついで、さらに回転台１２が所定角度回転して停止し、工程Ｃでガス置換が行われるとともに工程Ｄで袋１の開口が封止される。すると、さらに回転台１２が所定角度回転して停止し、工程Ｅで粉体３が充填包装された袋１がテーブル２から取り出される。

このように、本発明のガス置換方法および装置は、袋１を間歇的に移動させる過程において袋１への粉体３の充填包装を行う回転テーブル式の充填包装装置に適用することができる。なお、上記工程Ａ，工程Ｂ，工程Ｃ，工程Ｄ，工程Ｅは、図２（ｂ）に示すように、直線的に移動するコンベア１３上に配置した複数のテーブル２上でそれぞれ行うこともでき、本発明のガス置換方法および装置は、袋１を間歇的に移動させながら袋１への粉体３の充填包装を行うコンベア式の充填包装装置にも適用することが可能である。

より詳しく説明すると（図１に戻る）、上記工程Ａでは、図１（ａ）に示すように、テーブル２上に、上部に開口を有する袋１を供給し載置する。この袋１は、工程Ｄにおいてヒートシールを行うため、例えば、合成樹脂や合成樹脂ラミネート紙から形成されたものが用いられる。

上記工程Ｂが行われる領域には、図１（ｂ）に示すように、テーブル２上に供給された袋１の上部開口を広げる開口器５と、袋１内に粉体３を充填する粉体充填パイプ４が設けられている。この工程Ｂでは、袋１の開口縁を開口器５で引っ掛けて両側に開いた状態で、上部から粉体充填パイプ４が降下して袋１内に挿入される。そして、先端の噴出口から所定量の粉体３を噴出させて袋１内に充填することが行われる。

工程ＣおよびＤが行われる領域では、図１（ｃ）に示すように、粉体３が充填された開口状態の袋１を半密閉雰囲気中に存在させるケーシング７が設けられている。上記ケーシング７は、大略有天筒状すなわちキャップ状を呈しており、昇降動作により、テーブル２上の袋１を上から覆って半密閉雰囲気中に存在させるようになっている。この例では、ケーシング７が袋１を覆った状態で、テーブル２の上面とケーシング７の下部開口縁との間に所定のクリアランス１０（例えば数ｍｍ程度）が形成されることにより、袋１を半密閉雰囲気中に存在させるようになっている。

上記ケーシング７の天井部には、上記ケーシング７内に不活性ガスの窒素ガスを導入する置換ガス導入路８が接続されているとともに、上記ケーシング７内に圧力振動を付与する圧力振動付与手段９が連通している。上記圧力振動付与手段９は、この例ではピストンが内蔵されたシリンダであり、ピストンの往復動によりケーシング７の内部へのガスの導入と排出を繰り返し、ケーシング７内の空間に圧力振動を付与しうるようになっている。

そして、工程Ｃでは、上記ケーシング７内の半密閉雰囲気内に置換ガス導入路８から所定流量の窒素ガスを流しながら、圧力振動付与手段９を駆動して上記半密閉雰囲気内に圧力振動を付与することにより、ケーシング７内の半密閉雰囲気内に存在させた開口状態の袋１内に充填された粉体３の集合体に対するガス置換が行なわれる。

すなわち、置換ガスを流しながら圧力振動を付与すると、圧力振動の低圧側において粉体３の集合体内部に存在する空気が外部に排出され、圧力振動の高圧側において半密閉雰囲気内に流されている置換ガスが粉体３の集合体の内部に侵入する。このような粉体３の集合体へのガスの出入りが繰り返されることにより、袋１内に充填された粉体３に対するガス置換が行なわれるのである。

このため、従来のように、機械振動付与機構や真空チャンバー、袋１の開口から装入するガス充填管等の設備が不要となるうえ、袋１に機械的振動を与えたりする必要がなくなり、装置自体が簡素化しメンテナンス周期も長期化することができる。また、機械振動等による粉体３の舞い上がりが防止され、周囲の汚染やシーリングの不具合等が発生しない。また、真空引き等を伴わないためガス置換工程が短時間で終了する。したがって、例えば、袋１の供給工程，粉体３の充填工程，ガス置換工程，シーリング工程等の一連の工程を連続的に行う自動ラインに適用した場合に、ガス置換工程によるタクトタイムの延長が防止され、生産性を低下させることがなく、極めて効果的である。このように、簡単な機構により短時間で効率的に粉体に対するガス置換を行うことができて自動ラインに適している。

また、上記ケーシング７には、その天井部近傍に、置換ガス導入路８および圧力振動付与手段９から半密閉雰囲気内に導入されるガスを整流する整流フィルター１１を備えている。上記整流フィルターは、例えば焼結金属，焼結セラミックス，スポンジ，不織布，布等の多孔質体を用いることができる。

このような整流フィルター１１を備えることにより、置換ガスの導入や圧力振動の際に半密閉雰囲気内に導入されるガスが多孔質体を通過することにより整流された状態で導入されるため、ケーシング７内での乱流の発生を効果的に抑制し、粉体３に対する気流の影響が無視できる程度に極めて少なくなり、粉体３の舞い上がりが防止され、周囲の汚染やシーリングの不具合等が発生しない。また、粉体３に対して気流の影響をほとんど与えることなく圧力振動の周波数を高くしたり振幅を大きくしたりすることができ、置換ガスを流しながら圧力振動を付与することによる粉体３の集合体へのガスの出入りが頻繁かつ確実に行われ、短時間で効率的なガス置換を行うことができる。

上記整流フィルター１１は、ケーシング７の天井部との間に所定のクリアランスを設けて天井部全体を覆うように設けられている。そして、上記整流フィルター１１と天井部との間の空間に対して置換ガス導入路８と、圧力振動付与手段９との接続管が開口している。このように、置換ガス導入路８と圧力振動付与手段９との双方から導入されるガスを、整流フィルター１１を介して粉体３に供給することにより、ケーシング７内での乱流の発生を効果的に抑制し、粉体３に対する気流の影響をほとんど無視できるようになる。なお、置換ガス導入路８と圧力振動付与手段９のいずれかから導入されるガスを、整流フィルター１１を介して粉体３に供給するようにしてもよい。

また、置換ガス導入路８と圧力振動付与手段９との双方から導入されるガスを、一旦ケーシング７の天井部近傍の拡散空間に導入するようにしたため、置換ガス導入路８と圧力振動付与手段９から導入されたガスは一旦上記拡散空間で拡散されることから、ケーシング７内での乱流の発生を効果的に抑制し、粉体３に対する気流の影響をより少なくできる。さらに、上記天井部全体を覆うように設けられた整流フィルター１１を介して粉体３に供給するようにしたため、上記拡散空間で拡散されたガスがケーシング７内を仕切るようにして設けられた広い面積の整流フィルター１１で整流され、面状の整流フィルター１１の面全体からガスが導入され、流量に対する流速を遅くすることができることから、ケーシング７内での乱流の発生を効果的に抑制し、粉体３に対する気流の影響をさらに少なくできる。

上記圧力振動は、−０．１ＭＰａ〜１ＭＰａの圧力範囲内において付与することが好ましい。このようにすることにより、大掛かりな圧力容器を用いることなく、安価な装置で効率的にガス置換を行うことができる。すなわち、１ＭＰａを超え圧力でもそれに絶える高圧ガス施設とする必要があり、いずれにしても設備コストやメンテナンスコストが大幅アップとなってしまうが、上記圧力範囲内で圧力振動を与えることにより、安価な装置で効率的にガス置換を行うことができるようになるのである。

上記圧力振動付与手段９で付与される圧力振動の振幅は、±０．５５ＭＰａ以内に設定することが好ましく、より好ましくは±０．５ＭＰａ以内である。さらに、より好ましいのは、±０．１ＭＰａ以内であり、さらに好ましいのは±０．０５ＭＰａ以内、最も好ましいのは±０．０２ＭＰａ以内である。このように、置換ガスを流しながら圧力振動を付与することにより、大掛かりな圧力容器を用いることなく、粉体３の集合体へのガスの出入りが確実に行われるとともに、粉粒状物の飛散を防止し、安価な装置により短時間で効率的なガス置換を行うことができる。

上記圧力振動は、大気圧を中心として交互に正圧と負圧を繰り返すように付与してもよいし、高圧側が大気圧レベル以下となるよう全体に負圧寄りの状態で付与してもよいし、低圧側が大気圧レベル以上となるよう全体に正圧寄りの状態で付与してもよい。すなわち、圧力振動を正圧寄りの状態で付与する場合は、上記圧力振動は、大気圧（０ＭＰａ）〜＋１ＭＰａの圧力範囲内において付与され、例えば＋０．５ＭＰａを基準圧力とし、±０．５ＭＰａ以内の振幅で付与される。一方、圧力振動を負圧寄りの状態で付与する場合は、上記圧力振動は、−０．１ＭＰａ〜大気圧（０ＭＰａ）の圧力範囲内において付与され、例えば−０．０５ＭＰａを基準圧力として±０．０５ＭＰａ以内の振幅で付与される。

圧力振動を正圧寄りの状態で付与することにより、ガス置換中のケーシング７内への外気の侵入が少なくなり、例えば袋１内の酸素濃度を低下させたい場合に有効である。反対に、圧力振動を負圧寄りの状態で付与することにより、ケーシング外への置換ガスの漏れ出しが少なくなり、例えば臭気の強いガスのように外部に漏らしたくない置換ガスを使用する場合に有効である。

また、上記圧力振動付与手段９で付与される圧力振動の周波数は、０．１Ｈｚ以上に設定することが好ましい。このように、置換ガスを流しながら圧力振動を付与することによる粉体３の集合体へのガスの出入りが頻繁かつ確実に行われ、短時間で効率的なガス置換を行うことができる。

上記ケーシング７には、ケーシング７内部に存在する袋１の上部開口をヒートシールするためのヒートシーラー６が設けられている。このヒートシーラー６は、ケーシング７の上部寄りの空間に相対向するように突出し、ケーシング７の内部に進退するようになっている。

そして、ガス置換が終了すると、工程Ｄでは、図１（ｄ）に示すように、圧力振動付与手段９の駆動を停止してケーシング７内部を大気圧に戻すとともに、置換ガスの導入を続けて半密閉状態のケーシング７の内部空間に大気が導入するのを防止した状態で、上記ヒートシーラー６をケーシング７の内部に押し込むことが行われる。そして、ヒートシーラー６により袋１の上部を挟んで突き合わせ、その挟持部分を加熱することにより、袋１の上部開口を熱シールで封止することが行われる。

そののち、ヒートシーラー６による袋１の挟持を解除してケーシング７を上昇させると、テーブル２上には、袋１に粉体３が充填され、ガス置換されて開口が封止された充填包装物が完成している。そして、工程Ｅでは、完成した上記充填包装物を取り出すことが行われる。

このように、上記ケーシング７は、袋１を間歇的に移動させる過程において袋１への粉体３の充填包装を行う回転テーブル式もしくはコンベア式の充填包装装置に設備されている。そして、上記ケーシング７は、テーブル２上の袋１を上から覆って半密閉雰囲気中に存在させるキャップ状に形成されていることから、上記充填包装装置において連続的にガス置換を行う際に、テーブル２上の袋１をキャップ状のケーシング７で上から覆うことにより、上記袋１を半密閉雰囲気中に存在させることができる。このように、例えば、袋１の供給工程Ａ，粉体３の充填工程Ｂ，ガス置換工程Ｃ，シーリング工程Ｄ等の一連の工程を連続的に行う自動ラインにおいて、袋１の半密閉雰囲気を簡単な装置でつくりだすことができ、装置自体が簡素化しメンテナンス周期も長期化することができる。また、袋１を半密閉状態におく際に、粉体３が充填された袋１を上下振動させなくてもよいことから、粉体３の舞い上がりが防止され、周囲の汚染やシーリングの不具合等が発生しない。しかも、キャップ状のケーシング７を昇降させるという極めて単純な機構で袋１を半密閉状態におくことができることから、ガス置換工程によるタクトタイムの延長も防止され、生産性を低下させることがないため、効果的である。

図３は、本発明の粉粒状物に対するガス置換方法および装置の第２実施例を示す断面図である。

この例では、ケーシング７の下部開後端とテーブル２との間にクリアランス１０が設けられておらず、ケーシング７の側面に、逆止弁１５付の大気連通パイプ１４が設けられている。上記逆止弁１５はケーシング７からの排気ができて吸気を阻止するものであり、上記逆止弁１５によってケーシング７の内部に半密閉雰囲気を形成するようになっている。このため、この装置では、圧力振動付与手段９を駆動することにより、圧力振動の高圧側では大気連通パイプ１４からの排気が行われ、圧力振動の低圧側では大気連通パイプ１４からの吸気が行われないため、圧力振動の高圧側が大気圧近傍となり、ケーシング７内を全体に負圧寄りで圧力振動を付与することができる。

上記の例とは反対に、大気連通パイプ１４の逆止弁１５を、ケーシング７内への吸気ができて排気を阻止するものとすると、圧力振動付与手段９を駆動したときに、圧力振動の低圧側では大気連通パイプ１４からの吸気が行われ、圧力振動の高圧側では大気連通パイプ１４からの排気が行われないため、圧力振動の低圧側が大気圧近傍となり、ケーシング７内を全体に正圧寄りで圧力振動を付与することができる。

それ以外は、上記実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。これらの例でも上記実施例と同様の作用効果を奏する。

図４は、本発明の粉粒状物に対するガス置換方法および装置の第３実施例を示す断面図である。

実施例１では、圧力振動付与手段９としてピストン内蔵のシリンダを用いたが、この例では、圧縮機１８が接続された高圧タンク１６と、真空ポンプ１９が接続された低圧タンク１７とがロータリーバルブ等の切り換えバルブ２０を介して接続されたものを用いている。このように、圧力振動付与手段９としては、上述したピストン式やこの例のようなバッファタンク式等に限定するものではなく、圧電素子やダイヤフラムを用いて高圧と低圧を交互に発生させるようなものを適用することもでき、その形式を限定するものではない。それ以外は、上記各実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。これらの例でも上記実施例と同様の作用効果を奏する。

図５は、本発明の粉粒状物に対するガス置換方法および装置の第４実施例を示す断面図である。

この例では、袋１をテーブル２上に載置するのではなく、大気連通パイプ１４が設けられたピット状の収容室３４内に収容し、上記収容室３４の上部開口を蓋状のケーシング７で覆うことにより、半密閉雰囲気を形成するようになっている。それ以外は、上記各実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。これらの例でも上記実施例と同様の作用効果を奏する。

図６は、本発明の粉粒状物に対するガス置換方法および装置の第５実施例を示す断面図である。

この例は、上述したような連続式の充填包装装置に適用するものではなく、本発明によるガス置換の効果を実証するための実験機である。この装置は、容器として上面開口型の筒状容器２２内に粉体３を充填したものを用いた。

また、筒状容器２２には、筒状容器２２内に突出した先端部に整流フィルター３２が取り付けられたガス導入路３１が接続され、窒素ガスを導入するようになっている。また、筒状容器２２には、筒状容器２２内のガスを排出するガス排出路３３が接続されている。さらに、上記筒状容器２２には、内部の圧力を測定する圧力計２５と、内部のガスをサンプリングするためのサンプリングポート２４が設けられている。

上記ガス導入路３１には、ガス入口弁２６と調整弁２９が取り付けられている。一方、上記ガス排出路３３には、ガス出口弁２７および流量計３０が取り付けられている。上記ガス入口弁２６とガス出口弁２７は、それぞれロータリー式のバルブであり、モータ２８による回転駆動により交互に開閉するようになっている。２３はモータの回転をガス入口弁２６およびガス出口弁２７に伝達するためのギヤボックスである。

上記装置では、つぎのようにしてガス置換を行う。すなわち、まず、圧力振動の周波数を決め、その周波数になるように設定した回転数でモータ２８を回転させる。ついで、調整弁２９を調整して圧力計２５の指示を見ながら必要な圧力振幅が得られるようにガス流量を設定する。所定時間のガス置換後、サンプリングポート２４からガスを採取し、分析する。

実施例として、上記装置を用い、容量１リットルの筒状容器２２内に小麦粉を２５０ｇ充填し、ガス入口弁２６とガス出口弁２７とを切り換えて窒素パージと脱圧を繰り返し、大気圧（０ＭＰａ）から＋０．０１ＭＰａまたは＋０．０２ＭＰａの正圧側で圧力振動を付与した。所定時間後に容器２２内の気相をサンプリングし、酸素濃度を測定した。また、筒状容器２２内の小麦粉をよく振り混ぜてから筒状容器２２内の気相をサンプリングし、酸素濃度を測定した。その結果を下記の表１に示す。

つぎに、比較例として、上記装置を用い、容量１リットルの筒状容器２２内に小麦粉を２５０ｇ充填し、圧力振動を与えずに窒素ガスパージとガス排出とを同時に行い、気相を窒素ガス置換した。所定時間後に筒状容器２２内の気相をサンプリングし、酸素濃度を測定した。また、筒状容器２２内の小麦粉をよく振り混ぜてから筒状容器２２内の気相をサンプリングし、酸素濃度を測定した。その結果を下記の表２に示す。

上記表１および表２の結果から、窒素ガスパージのみの比較例では、小麦粉中に酸素分が残留して小麦粉を振り混ぜることにより小麦粉集合体の内部に残存していた酸素分が気相中に出てくることがわかる。また、実施例のように圧力振動を与えることにより、振り混ぜることによる酸素濃度の大幅な増加はなく、小麦粉中に残存する酸素分が少ないことがわかる。

また、今回の試験装置では、振動周波数１Ｈｚに比べて２Ｈｚの方がガス置換効率はよいが、５Ｈｚまで上げるとかえってガス置換効率が低下している。これは、装置の条件により最適な周波数が存在するためと考えられる。また、ガス置換時間が長いほうが粉体３中に残存する酸素分が少なく、圧力振幅を大きくすることによりガス置換効率が向上することがわかる。

なお、上記各実施例では、容器として、主に袋１を使用した例を示したが、これに限定するものではなく、プラスチック容器や金属容器等を使用することも可能である。また、本発明が適用される粉粒状物としては、上記実施例では小麦粉等の粉体を例示して説明したが、これに限定するものではなく、顆粒状や繊維状のものも本発明の粉粒状物に含まれる趣旨である。また、食品や薬剤，化粧品等の粉粒状製品に限定するものではなく、樹脂粉や金属粉等の工業基礎製品や半製品等、おおよそ粉粒状を呈したものであれば各種のものに適用することができる。

本発明は、上述したように、食品等の粉粒状物が酸化変質するのを防止するためのガス置換に適用することができるが、これに限定するものではなく、粉粒状物と特定のガスとの反応を促進させるためのガス置換に適用することも可能である。

本発明のガス置換方法および装置の一実施例を示す断面図である。 本発明のガス置換方法および装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は回転テーブル式の充填包装装置に適用した例を示し、（ｂ）はコンベア式の充填包装装置に適用した例を示す。 本発明のガス置換方法および装置の第２実施例を示す断面図である。 本発明のガス置換方法および装置の第３実施例を示す断面図である。 本発明のガス置換方法および装置の第４実施例を示す断面図である。 本発明のガス置換方法および装置の第５実施例を示す断面図である。

符号の説明

１ 袋
２ テーブル
３ 粉体
４ 粉体充填パイプ
５ 開口器
６ ヒートシーラー
７ ケーシング
８ 置換ガス導入路
９ 圧力振動付与手段
１０ クリアランス
１１ 整流フィルター
１２ 回転台
１３ コンベア
１４ 大気連通パイプ
１５ 逆止弁
１６ 高圧タンク
１７ 低圧タンク
１８ 圧縮機
１９ 真空ポンプ
２０ 切り換えバルブ
２２ 筒状容器
２３ ギヤボックス
２４ サンプリングポート
２５ 圧力計
２６ ガス入口弁
２７ ガス出口弁
２８ モータ
２９ 調整弁
３０ 流量計
３１ ガス導入路
３２ 整流フィルター
３３ ガス排出弁
３４ 収容室

Claims (8)

1. 粉粒状物を容器に充填する充填工程と、
   上記充填工程の終了後に、粉粒状物が充填された容器を開口状態で半密閉雰囲気中に存在させ、上記半密閉雰囲気内に置換ガスを流しながら圧力振動を付与することにより、粉粒状物の集合体への置換ガスの出入りを繰り返す工程とを備えたことを特徴とする粉粒状物に対するガス置換方法。
2. 上記圧力振動を−０．１ＭＰａ〜１ＭＰａの圧力範囲内において付与する請求項１記載のガス置換方法。
3. 上記圧力振動の振幅は±０．５５ＭＰａ以内である請求項１または２記載の粉粒状物に対するガス置換方法。
4. 上記圧力振動の周波数は０．１Ｈｚ以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉粒状物に対するガス置換方法。
5. 粉粒状物を容器に充填する充填手段と、上記充填手段による充填工程の終了後に、粉粒状物が充填された開口状態の容器を半密閉雰囲気中に存在させるケーシングと、上記ケーシング内に置換ガスを導入する置換ガス導入路と、上記ケーシング内に圧力振動を付与する圧力振動付与手段とを備え、上記半密閉雰囲気内に置換ガスを流しながら圧力振動を付与することにより、粉粒状物の集合体への置換ガスの出入りを繰り返すよう構成したことを特徴とする粉粒状物に対するガス置換装置。
6. 置換ガス導入路および／または圧力振動付与手段から半密閉雰囲気内に導入されるガスを整流してケーシング内でのガスの乱流を防止する整流フィルターを備えている請求項５記載の粉粒状物に対するガス置換装置。
7. 上記ケーシングは、容器を間歇的に移動させる過程において容器への粉粒状物の充填包装を行う回転テーブル式もしくはコンベア式の充填包装装置に設備され、回転テーブルもしくはコンベア上の容器を上から覆って半密閉雰囲気中に存在させるキャップ状に形成されたものである請求項５または６記載の粉粒状物に対するガス置換装置。
8. 置換ガス導入路と圧力振動付与手段との双方から導入されるガスを、一旦ケーシングの天井部近傍の拡散空間に導入するようにした請求項６記載の粉粒状物に対するガス置換装置。

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