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本发明提供消泡方法，其能够高速并有效地将在向容器内填充饮料等时产生的气泡进行消泡，并且在窄口容器的情况下也能够有效地进行消泡。通过向容器(1)内的液面(6)照射脉冲状的光(2)，将照射点(7)作为声源而产生脉冲状声波(8)，来使所产生的脉冲状声波从声源以较强的球面波进行传播，到达泡沫(9)将其破坏，也能够迅速地破坏位于离开光程的位置的气泡，从而能够有效地高速消泡。另外，通过将脉冲状的光聚光于液面上方的气体部分，通过由破裂现象所产生的冲击波也能够进行消泡。

1.  一种消泡方法，其特征在于，使用脉冲状声波将泡沫破坏来进行消泡。

2.  根据权利要求1所述的消泡方法，其特征在于，通过照射脉冲状的光来产生上述脉冲状声波。

3.  根据权利要求2所述的消泡方法，其特征在于，将上述脉冲状的光进行聚光照射。

4.  根据权利要求3所述的消泡方法，其特征在于，通过将脉冲状的光聚光于液面上方的气体部分，来产生上述脉冲状声波。

5.  根据权利要求2或3所述的消泡方法，其特征在于，通过将脉冲状的光照射于液面，来产生上述脉冲状声波。

6.  根据权利要求2至5中的任意一项所述的消泡方法，其特征在于，针对具有开口部小于产生气泡的液面的容器，将上述脉冲状的光的光束的直径形成为小于上述开口部的直径来穿过上述开口部。

7.  根据权利要求2至6中的任意一项所述的消泡方法，其特征在于，将脉冲状的光穿过容器的壁面进行照射。

8.  根据权利要求2至7中的任意一项所述的消泡方法，其特征在于，上述脉冲状的光是脉冲激光。

9.  一种消泡方法，其特征在于，利用权利要求1至8中的任意一项所述的消泡方法将气泡进行消泡，其中，上述气泡是在将内容物向容器进行填充密封的生产线上填充内容物后而向密封装置输送中的容器的顶部空间内所产生的。

消泡方法
技术领域
本发明涉及消泡方法，特别是适于将当向罐/塑料瓶/瓶罐或者袋等的容器内填充饮料等液体时所产生的气泡进行消泡的消泡方法。
背景技术
容器装饮料(罐饮料、塑料瓶装饮料、瓶装饮料等)的填充工序，一般是从上方向在填充机中竖立的容器流进饮料，接着用密封装置(卷边机/压盖机等)来使其与盖部件结合而实行密封工序。作为保持饮料的品质、提高风味的重要因素，需要降低密封容器内的残存氧气量。特别是，重要的是从容器内的顶部空间除去氧气，为了实现该目标，开发并使用了密封之前的盖下放气等的脱氧技术。另一方面，由于容器装饮料是大量消费的制品，因此追求填充工序的高速化，在罐装饮料的情况下，实现了每分钟制造1000罐～2000罐的高速生产线。随着饮料的填充而在容器内产生气泡。气泡的产生举动及消灭产生的气泡的举动，因各种饮料的性质和填充条件而不同，然而，一般地生产速度越快，则产生气泡就越多，并且，到消灭气泡为止没有采取足够的时间，因而成为在残留了气泡的状态下进行密封。
在气泡中含有与大气中相同浓度的氧气，由于气泡内的氧气靠顶部空间的气体置换不能除去，因此妨碍顶部空间的氧气量的降低。特别是，在提高了基于气体置换地脱氧技术的现在成为残存氧气量的主要原因。在现状中，为了抑制气泡一般使用在饮料处方中搀入消泡剂的方法，然而这样会对饮料的味道产生影响，因此寻求确定在从填充到密封之间消泡的技术。
作为针对该要求的解决对策，考虑到照射光来进行消泡的技术，并对此提出了较多的方法和装置(例如参照专利文献1～4)。其中也包含有照射激光束的方法的提案。例如，作为用激光束进行消泡的方法，提出有通过向气泡照射激光束，使形成气泡膜的分子间结合与膜内的水分子或者有机分子振荡激励，切断分子间结合，从而消除气泡的方法(参照专利文献4)。
另外，也提出有照射超声波进行消泡的方法和装置(参照专利文献5～9)。另外，除了光和声以外，还提出有利用加热、微波、高频波、放电、电风、静电、蒸汽的消泡方法和装置。
专利文献1：日本实开昭53-102178号公报
专利文献2：日本实开昭60-31306号公报
专利文献3：日本特开昭63-104620号公报
专利文献4：日本特开昭63-252509号公报
专利文献5：日本特开平11-90330号公报
专利文献6：日本特开平7-291395号公报
专利文献7：日本特开平9-328193号公报
专利文献8：日本实开昭62-90397号公报
专利文献9：日本特开平6-191595号公报
然而，对于以往的照射光进行消泡的技术而言，现状是缺乏高速性不适应高速化的填充速度，因此这些技术未被实用化。这些光照射技术，是由向气泡照射光能，并加热气泡的成分(多是水)，使其蒸发进行消泡的原理而成立的。因此，必须向每个气泡直接照射光能，一般地，由于气泡分布于液面整体，因此为了通过光照射来消泡，实际上必须向液面整体供给光能。在此，实际上说的是指，存在扩大光束的直径同时全面地进行照射的情况，和较细直径的光束扫描照射液面的情况，无论哪种情况都是以用“单位面积照射功率×照射时间×照射面积”所表示的全光能变为相等为目的。在高速化的填充工序中，由于分配到消泡工序中的时间较短，因此以从通常的光源发出的光的强度，不能获得足够的消泡效果。反之，对于为了获得消泡效果而投入充分的能量，需要具有巨大的能量的光源，因此不实用。
另一方面，照射超声波进行消泡的方法，例如照射从外部声源发出的连续波状的超声波进行消泡的方法的情况，由于超声波的波长与作为对象的容器的大小相同，方向性不足，照射能量发生散逸，因此效率较差。因此，有必要使其在传送带上长距离运行并且进行消泡，然而由于生产线变长因而从节省空间的方面考虑并不理想。此外，塑料瓶和瓶罐等窄口容器的情况，不容易通过开口部将光、声等传递到液面整体，因而没有有效的消泡手段。另外，在以往的方法中，特别是附着于容器的内表面的气泡存在几乎不能消泡的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种能够将向容器中填充饮料等时产生的气泡高速且有效地进行消泡，并且即使在窄口容器的情况下也能够有效地消泡，也可以有效地适用于在高速生产线上并且向窄口容器的填充密封生产线进行的消泡方法。
本发明人，对于消泡方法反复进行了种种试验的结果，发现脉冲状声波具有较宽的光谱分布，对气泡有效地发挥作用，进而研究的结果还发现，通过从容器内的液面的点产生脉冲状的声波，声波从产生源通过较强的压力变化而作为球面波进行传播，逐步破坏容器内存在的气泡并扩展开，瞬间就能够将包括存在于容器内表面附近的气泡的液面上存在的气泡有效地进行消泡，直至完成了本发明。而且，发现了作为产生该脉冲状声波的方法，通过向液面照射脉冲状的光，或者向液面上方的气体部分聚光而产生有效的脉冲状声波，光照射的同时位于光程外的气泡也能够瞬间消失。
即，解决上述课题的技术方案1的发明的消泡方法，其特征在于，使用脉冲状声波来破坏泡沫。技术方案2的发明，是在技术方案1的发明的基础上，其特征在于，通过照射脉冲状的光来产生上述脉冲状声波。技术方案3的发明，是在技术方案2的发明的基础上，其特征在于，将上述脉冲状的光进行聚光照射。技术方案3的发明，是在技术方案2的发明的基础上，其特征在于，通过将脉冲状的光聚光于液面上方的气体部分，来产生上述脉冲状声波。
此外，技术方案5的发明，是在技术方案2或3的发明的基础上，其特征在于，通过向液面照射上述脉冲状的光来产生脉冲状声波。技术方案6的发明，是在技术方案2至5中的任意一项发明的基础上，其特征在于，针对具有开口部小于产生气泡的液面的容器，将脉冲状的光的光束的直径形成为小于开口部的直径来通过开口部。而且，技术方案7的发明，在技术方案2至6中的任意一项发明的基础上，其特征在于，将脉冲状的光穿过容器的壁面进行照射。此外，技术方案8的发明，是在技术方案2至7中的任意一项发明的基础上，其特征在于，上述脉冲状的光是脉冲激光。
另外，技术方案9的发明，其特征在于，是通过技术方案1至8中的任意一项所述的消泡方法将气泡进行消泡，其中，上述气泡是在将内容物向容器进行填充密封的生产线上填充内容物后而向密封装置输送中的容器的顶部空间内所产生的。
根据本申请的技术方案1至9的发明，伴随来自声源的较强的压力变化的脉冲状声波作为球面波进行传播，从而能够破坏气泡进行消泡。因此，与以往的通过激光束等的光照射进行消泡的情况不同，由于无需用光束照射每个气泡，因而能够在短时间内以高速进行消泡。另外，由于脉冲状声波传播到容器的内表面，因此对于在以往的方法中消泡困难的容器内周壁面附近的气泡也能够有效地进行消泡。
根据技术方案2的发明，除了上述效果以外，由于通过照射脉冲状的光来产生上述脉冲状声波，因而能够用简单的装置并且以高速可靠地产生脉冲状声波。
根据技术方案3的发明，通过照射聚光了的脉冲状的光，能够提高单位面积的光能密度，从而能够产生能量转换效率更好的脉冲状声波。
根据技术方案4的发明，通过使脉冲状的光聚光到液面上方的气体部分，使其产生破裂而消泡，因此与向液面直接照射激光的情况相比，液面的冲击较少，因而不存在液滴飞溅附着在装置，或者附着在激光照射口的玻璃部件上的问题。因此，技术方案4的发明，特别是有利于装置的卫生性和保持光学特性。
根据技术方案5的发明，通过向液面照射脉冲状的光，来迅速地破坏照射点附近的气泡，并且通过此时产生的脉冲状声波，还能够迅速地破坏位于离开光程的位置的气泡，从而能够有效地高速消泡。
根据技术方案6的发明，即使是窄口容器也能够可靠地向液面照射脉冲状的光，在窄口容器的顶部空间内产生脉冲状声波，从而能够可靠地进行以往困难的窄口容器内的消泡。
根据技术方案7的发明，即使不在容器的开口部的正上方配置光源，也能够向液面照射脉冲状的光。
根据技术方案8的发明，由于利用脉冲激光所得到的脉冲激光束，能够从较少的输入能中获得具有较高峰值能的脉冲状的光，因此能够产生能量转换效率更好的脉冲状声波。另外，由于脉冲激光束，重复周期及脉冲幅度较短，因此即使输送容器实质上也能够作为停止的容器来处理，可靠地将光照射到以高速进行移动的容器内的内容物上，从而能够产生脉冲状声波。
根据技术方案9的发明，由于能够以高速且可靠地在将内容物向容器进行填充密封的生产线上的容器内的消泡，因此即使是在高速生产线上并且窄口容器也能够进行消泡，且能够提高容器内的脱氧率，从而能够获得高品质的容器装饮料等。
附图说明
图1示意地表示本发明的实施方式涉及的消泡方法中的消泡原理。
图2示意地表示另一实施方式涉及的消泡方法中的消泡原理。
图3示意地表示再一实施方式涉及的消泡方法中的消泡原理。
图4示意地表示适用于窄口容器的情况下的本发明的实施方式涉及的消泡方法中的消泡原理。
图5示意地表示再一实施方式涉及的消泡方法中的消泡原理。
图6示意地表示再一实施方式涉及的消泡方法中的消泡原理。
图7是表示在完成了焦点距离不同的多个透镜中的发消泡的情况下的脉冲能和聚光点的位置关系的图表。
符号说明：1...光源；5、25...容器；6...液面；7...照射点；8...脉冲状声波；9...泡沫；10...聚光光学系统；13...光束；15...反射镜；20...瓶罐；21...开口部。
具体实施方式
本实施方式中的消泡方法是，作为脉冲状声波的产生手段向容器内的液面照射脉冲状的光，将照射点作为声源产生脉冲状声波的，图1示意地表示在其基本的方式中的消泡原理。
图中，1是产生脉冲状的光的光源，将内容物向容器进行密封填充的生产线上，其设置在将填充了内容物的容器5输送到密封装置的传送带的上方或者密封装置内的密封前的容器通过位置的上方，来向通过的容器的液面照射脉冲状的光。
如图1所示，当向固体或液体的目标(图中的情况是液面6)照射由光源1振荡的较强的脉冲状的光时，在照射的瞬间从液面6的照射点产生冲击压力脉冲，因而能够产生脉冲状声波。产生的脉冲状声波，以将照射点7作为声源的球面波8进行传播，到达液面上的泡沫9并将其以高速依次破坏。该原理是基于，由于光和气体的相互作用的强度，与液体乃至固体相比较弱，因此能够在照射到目标之前不反应，照射到目标才开始产生脉冲状声波。
作为给予该脉冲状的光的光源，优选为脉冲激光，其能够在某一瞬间将至此为止蓄积于激光介质的能量作为光脉冲而一下子放出。作为脉冲激光，例举了可进行Q开关振荡的YAG激光、YVO₄激光、YLF激光以及钛蓝宝石激光等的飞秒激光。这些脉冲激光具有数Hz～数十kHz的重复周期，将该重复周期之间蓄积的能量在数飞秒(fs)乃至数十纳秒(ns)这样极短的时间幅度内放出。因此，能够从较少的输入能中有效地获得较高的峰值能。作为光源此以能够使用CO₂激光器、准分子激光器、半导体激光器等各种激光光源。另外，还能够使用从这些激光光源的基波通过波长变换元件生成的高次谐波光。在这些光源中，也包含连续振荡(CW)光源，然而即使在这种情况下，也可以使用遮光器等光控制部件，来生成脉冲状的光。
所产生的声波的大小，由单位面积的光能密度和目标的物理性能来决定。因此，如图2实施方式所示，当使用透镜等的聚光光学元件10，以在照射点聚光的方式照射目标时，能够有效地产生脉冲状声波。另外，在使用聚光光学系统的情况下，光除了最聚光的光束腰以外，可以将单位面积的光能密度充分地减小。于是，即使照射目标以外的部分，例如光照到容器壁面或顶面、周边装置，也不会造成损坏，从而能够避免对人体的危险性。当冲击压力脉冲的强度较大的情况下，声波作为冲击波进行传播。在这种情况下，能获得更高的破泡效果。由于这样产生的脉冲状声波，是将照射点作为声源的球面波进行传播，因此即使对于离开了光的传播路径的场所存在的气泡，也能够带来破泡作用，从而获得有效的消泡效果。
另外，在将较高能量的光进行聚光的情况下，如图3所示，不仅是向液体或固体的目标照射的情况下，而且即使在目标面更上方进行聚光，也能够在聚光点12上产生光传播路径的空气的破裂现象，即使这样也能够产生脉冲状声波。基于使这样的激光聚光产生的破裂，被称作激光诱导破裂(Laser Induced Breakdown：LIB)。
一般地，与液体和固体相比气体的密度较低，基于激光产生的光子的相互作用也较弱。因此，为了在液面上方的气体中引起LIB，与向液面直接照射激光相比，需要更大的激光能密度。然而，将激光照射到液面的情况下，液滴因冲击而飞溅，飞溅的液滴附着在装置的内壁或激光射出口的玻璃部件上，损害装置的卫生性，并且也存在使激光光程的光学特性发生改变，从而损害聚光性的危险。与此相对，当在液面上方的气体中产生了LIB的情况下，不产生这样的液滴的飞溅，有利于装置卫生性和光学特性的维持。
作为激光的共振器构造，适合使用纤维光学系统。主要使用高斯光学系统和纤维光学系统。由于高斯光学系统，仅靠单一模式振荡，因此波面聚齐，且由于聚光性较高，因此具有高效地产生LIB的优点。然而，高斯光学系统热的稳定性要求严格，重复周期被固定。因此，难于配合各种生产线速度和作为对象的容器的到达时刻来照射激光。与此相对，由于纤维光学系统，所振荡的光是多个模式混和的多模式，由于波面不聚齐聚光性相对较差，因此LIB产生效率相对较低，需要更大的能。然而，纤维光学系统，具有在达到最小重复周期的范围，能够自由地控制照射间隔的优点，因而对填充生产线的适应性优越。
由LIB所产生的脉冲状声波的强度，根据在聚光点中的单位面积的光能密度而变化。通过将光学系统最佳化提高聚光性，从而能够从相同的激光输出更有效地产生LIB。一般地，对于提高聚光性而言，透镜的数值孔径(NA)较大者有利。这就意味着，用大口径焦点距离越短的透镜聚光性越高。然而，大口径透镜，具有价格高，而且容易脏、容易损伤等的危险性。焦点距离变短后，与液面的距离变窄，因而由于液滴的飞溅等容易弄脏。另外，在将内容物向容器进行填充密封的生产线上，也受容器开口端的大小和顶部空间深度的制约。光学系统的设计需要考虑这些点。另外，为了提高聚光性，将波面聚齐者是有利的。因此，优选为使用由多个透镜的组合而补正了像差的组合透镜(消球差性透镜)，和将透反射镜的形状与叶面的状态配合设计的非球面透镜等。
本发明人，使用了焦距不同的透镜来调查透镜的焦距和消泡效果的关系。即，在与后述的实施例1相同的条件下，分别用焦距f为300mm、250mm、200mm、150mm的单透镜，组成用高斯光学系统振荡了的YAG基波的平行光束的光学系统，在以脉冲宽度5ns的脉冲状态下发射了一次后，调查了常温咖啡饮料能够消泡的条件。其结果如图7所示。在图7的图表中，横轴是激光的脉冲能(mJ/Pulse)，纵轴是从液面到聚光点的距离。如图7所示，在使用了f＝150mm的凸透镜的情况下，通过以脉冲能为65mJ/Pulse并在液面上方10mm的气体部分的聚光而引起的破裂能够举实现了消泡，然而在使用f＝200mm、f＝250mm的凸透镜的情况下，如果脉冲能不是100mJ/Pulse，则不能一下子完成消泡。此外，在f＝300mm的情况下，即使是100mJ/Pulse，也不能一举消泡，因此图中未表示。
如上述所明确的那样，透镜的焦距越变短则消泡效率越变高，在该试验中，f＝100mm的情况为最高，例如在65mJ/Pulse时，不论聚光点在液面、液面下5mm、液面上10mm都可以一举消泡。与此相对，f＝200mm、f＝250mm的透镜，以100mJ/Pulse开始，聚光点在液面、液面下、液面上，都能够一举消泡。
因此，特别是用产生基于LIB的冲击波进行消泡的情况，优选是以从聚光透镜到焦点的距离f为100mm<f<250mm的方式来设定光学系统。
图4表示将本发明适用于塑料瓶或瓶罐20等的具有窄于气泡产生的液面的开口部的窄口容器的情况的实施方式。激光束等的光束，能够容易地从比窄口容器的开口部更足够细的光源射出。另外，如图所示在使用了具有聚光光学元件10的聚光光学系统的情况下，能够形成更细的光束13。这样的较细的光束通过窄口容器的开口部21而到达顶部空间部，因而能够通过如上所示的任意一种方法产生脉冲状声波。产生的脉冲状声波，作为来自声源的球面波进行传播，到达顶部空间部的所有的位置，从而能够破坏泡沫。
一般地，由于脉冲激光束的重复周期及脉冲宽度较短，因此即使输送容器，实际上也能够作为停止的容器来处理。对于一个容器，可以只产生一次脉冲状声波，也可以以任意的重复周期产生多次。既可以照射单一的光束，也可以照射多个光束。另外，还可以使用检流计等的光学元件，扫描光束并且产生多个脉冲状声波。
作为光学系统的配置，如图1～图4所示的实施方式那样，也可以在容器的正上方配置光源乃至聚光光学元件。然而，根据情况存在导致由这些部件引起的预想外的污染和异物混入的危险性，为了排除这些危险，可以使用镜子和光纤等部件而采取不在容器正上方配置光源乃至聚光光学元件的光学配置。图5是表示其中一个实施方式，将光源1在容器输送路的外侧上方相对于输送路成直角配置，用聚光光学元件10聚光，用反射镜15进行直角反射，以照射容器内的液面的方式配置光学系统。
另外对于玻璃或塑料等带有具有光透过性的壁面的容器而言，可以使其穿过容器壁面，并在内部进行聚光产生脉冲状声波。图6是表示该情况下的实施方式。在这种情况下，有以下优点，即，可以不在带有具有光透过性的壁面的容器25的开口部的正上方放置光源1等的光学系统。此时，通过使其具有合适的聚光倍数，在穿过容器壁面时，以变成足够低的光能密度的方式，使得不在容器壁面造成损伤，而在内部形成较高的光能密度，从而能够产生具有较大的声压的声波。
以上，表示了本发明的消泡方法的各种实施方式，然而本发明不局限于那些实施方式，只要是使用脉冲状声波能够瞬间破坏泡沫的，其具体手段不作特殊限定，可以采用各种方法。
实施例1：
将Q开关YAG激光的基波用焦距为300mm的凸透镜进行聚光，向填充到容量为200g的罐(开口直径50mm)中的咖啡液面进行照射。在该液面上，跨越开口部整体覆盖了高度10mm的气泡。激光束的波长是1064nm、脉冲宽度是5ns、重复周期是10Hz、平均光能是1W。在焦点位置上光束的直径是200μm，单位面积的光能密度是5GW/cm²。在将该光束向液面照射了十次时，气泡完全被破坏，液面全面出现。
实施例2：
与实施例1同样，向填充到500ml的塑料瓶(开口部直径20mm，瓶体直径80mm)中的咖啡液面进行照射。在该液面跨越顶部空间整体覆盖了高度15mm的气泡。在将该光束向液面照射了10次时，气泡完全被破坏，液面全面出现。
如实施例1、2所示，是比较难消除气泡的咖啡饮料的气泡，而且即使气泡覆盖容器的液面整体，通过本发明的方法，也确认了能够瞬间进行消泡。而且，以往位于容器壁面周围的气泡不能容易地消泡，然而对于这些气泡也能够可靠地进行消泡。另外，如实施例2所示，即使是窄口容器也与广口容器同样能够有效地消泡，以往不能将塑料瓶等的窄口容器的气泡在短时间并且可靠地进行消泡，然而根据本发明，确认了那是可能的。因此，例如在易于产生气泡并且易于氧化的塑料瓶装茶饮料的制造生产线上，通过适用本发明，从而能够获得脱氧更加优越的高品质的茶饮料。另外，如上述实施例那样，在液面整体存在气泡的情况下，激光束的光程上的气泡，用光能直接消泡，除此以外的预计通过在液面上产生的脉冲状声波而被消泡。
实施例3：
将Q开关脉冲YAG激光的基波(光束直径9mm)用焦距为150mm的消球差性凸透镜进行聚光，向填充到容量为200g的罐(开口直径50mm)中的绿茶饮料的液面上10mm处聚光，产生激光诱导破裂(LIB)。在绿茶饮料的液面上，沿着与侧壁的边缘残留了高度约5mm的气泡。
激光束是用高斯模式，激光波长是1064nm、脉冲宽度是5ns、重复周期是10Hz、平均光能是1W。即，每一个脉冲的光能为100mJ。照射了一次该脉冲时，通过由LIB产生的声波，液面的气泡完全被破坏。
另外，在该条件下，使激光束向液面聚光照射时，以50mJ就能够完全地破坏上述气泡。
实施例4：
将Q开关脉冲YAG激光的基波(光束直径3mm)通过用凹透镜和凸透镜所构成的光束扩展器，将光束直径扩大到24mm，并入射到焦距150mm、透镜直径30mm的消球差性凸透镜上，在离消球差性凸透镜150mm的位置上进行聚光组成了光学系统。该激光由纤维共振器构成，激光束为多模式，激光波长是1064nm、脉冲宽度是5ns、重复周期在最大20Hz为止的范围是可变，且通过诱导信号能够在任意时刻射出。使用该装置以重复周期20Hz，每一个脉冲的光能为150mJ射出激光束时，产生了LIB。将该聚光点，配置在填充到容量200g的罐中的的绿茶饮料的液面上10mm处，在照射了一次激光脉冲时，通过由LIB产生的声波，沿着与侧壁的边缘在高度约5mm处残留的气泡完全被破坏。
产业上的可利用性：
本发明的消泡方法，特别适用于将向罐、塑料瓶、瓶罐、玻璃瓶、袋等容器中填充饮料等液体时产生的气泡进行消泡，然而不局限于容器装的情况，也能够利用于，例如在豆腐制造工序等各种食品制造工序等中产生的气泡，或在各种产业领域中的消泡手段。