JP2014221644A - 液体充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気泡の巻き込みを生じさせることなく迅速な充填を実現できる炭酸液体充填装置を提供する。
【解決手段】
液体充填装置は、容器ＰＢに充填される液体Ｌを貯え、液体Ｌの液面よりも上方に炭酸ガスが充填される貯液タンク３０と、容器ＰＢとの間が封止された状態で、貯液タンク３０に貯えられる液体Ｌを容器ＰＢに充填する充填ノズル１と、液体Ｌを容器ＰＢに供給することで容器ＰＢから排出される炭酸ガスを貯液タンク３０に向けて流す排気路２６と、排気路２６上に設けられ、開度の調整が可能なオリフィス２２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ペットボトル、瓶に代表される各種容器に、炭酸水を定量充填する装置に関するものである。

各種容器に液体を充填するための充填装置として、例えば特許文献１に開示されるものが知られている。
特許文献１は、計測された充填量に基づいて容器内の液体の液位を特定し、かつ特定された液位に対応する充填流量が得られるように電動シリンダの動作を制御することにより、液位に応じた液体の充填流量を設定する。特許文献１によると、液位に応じた充填流量を設定することで、気泡の巻き込みを生じさせることなく迅速な充填を実現することができる、とされている。

ところで、容器に充填される液体として、炭酸ガスを含む液体（以下、炭酸液）がある。炭酸液を容器に充填する場合、炭酸液に含まれる炭酸ガスが発泡の要因となる。また、炭酸液を充填する際には、あらかじめ容器の内部を炭酸ガスで満たしておくが、炭酸液の充填に伴って容器の内部の炭酸ガスは容器外に排出される。排出された炭酸ガスは炭酸液を貯えるタンクに戻されるが、この排気路を含めた炭酸液の充填装置における充填経路は、外気に対して閉じた系を構成する。

一方、飲料業界では、容器に対して内容物を非常に短時間で充填することが要求されている。充填を短時間で終了させるためには炭酸液の充填流量を増やせばよいが、充填流量の増大は気泡の巻き込みの発生要因となる。したがって、単純に充填流量を増やすことはできない。また、特許文献１は、炭酸ガスを含まない液体を対象としており、充填経路が外気に対して閉じた系を構成する炭酸液を対象とする充填装置に対して、充填時間の短縮化の示唆を与えない。

特開２０１３−１４１７号公報

本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、炭酸ガスを含む液体の充填を短時間で実現できる液体充填装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の液体充填装置は、容器に充填される炭酸液を貯え、炭酸液の液面よりも上方に炭酸ガスが充填されるタンクと、容器との間が封止された状態で、タンクに貯えられる炭酸液を容器に充填する充填ノズルと、炭酸液を容器に供給することで容器から排出される炭酸ガスをタンクに向けて流す排気路と、排気路上に設けられ、開度の調整が可能なオリフィスと、を備えることを特徴とする。
本発明の液体充填装置は、排気路に設けられているオリフィスの開度を調整することで、容器に充填された炭酸液の量に適合して量の炭酸ガスをタンクに戻すことができるので、炭酸液を容器に迅速に充填させることができる。

本発明の液体充填装置において、充填ノズルから容器へ充填される炭酸液の充填量を計測する充填量計測部と、計測された充填量に基づいて特定された液位に対応するオリフィスの開度を特定し、特定された開度に従ってオリフィスの開度を制御する制御部と、を備えることが好ましい。
この液体充填装置によると、炭酸液を充填している最中に計測にされた情報に基づいてオリフィスの開度を特定するので、炭酸液の充填の経過に応じた適切なオリフィスの開度を実現することができる。

本発明の液体充填装置は、充填ノズルが、炭酸液の吐出口の開度が任意に調整可能な充填ノズル、及び、吐出口の開度が固定の充填ノズルの両者に適用できる。
前者の場合には、制御部は、特定された液位に対応する充填流量が得られるように、充填ノズルからの炭酸液の充填流量を調整する。
後者の場合には、制御部は、オリフィスの開度を、特定された液位に対応するように調整することで、充填ノズルからの炭酸液の充填流量を調整することができる。後者は充填ノズルの開度を調整するための駆動源を必要としないため、安価な充填ノズルを用いることができるので、液体充填装置のコストを低減できる。

本発明の液体充填装置において、制御部は、液位と開度とが関連付けられたデータを保持し、特定された液位とこのデータとを対比することにより、オリフィスの開度を特定することができる。
この液体充填装置によると、計測に基づく液位とあらかじめ保持されているデータとを対比することで、オリフィスの開度を迅速に特定することができるので、充填速度の向上に寄与する。

本発明によれば、炭酸ガスを含む液体を充填する飲料装置において、液位に応じる液体の充填流量を設定することにより、気泡の巻き込みを生じさせることなく迅速な充填を実現することができる。

本実施の形態における飲料充填設備の概略構成を示す図である。 本実施の形態における液体充填装置の概略構成を示す図である。 本実施の形態における充填ノズルを示す図である。 演算部で容器ＰＢに充填されている液体の液位を求める演算式を示す。 図４に示す演算式が適用される容器ＰＢを示す。 データ保持部に保持される液位−充填流量データの一例を示す。 液位−充填流量データを得る実験方法を示す。 気泡巻き込みの有無を、充填流量を増加した液位及び増加した充填流量に対応付けて纏めた表である。 第１実施形態における液体充填装置による容器ＰＢへの液体の充填の手順を示すフローチャートである。 データ保持部に保持される容器仕様データ及び液位−充填流量データの一例を示す。 保持部に保持される充填量−開度データの一例を示す。 第２実施形態における液体充填装置による容器ＰＢへの液体の充填の手順を示すフローチャートである。 充填流量―開度データの一例を示す。

［第１実施形態］
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態における飲料充填設備は、供給コンベア０１、転送ホイール０２、液体充填装置０３、転送ホイール０４、キャッパ０５、排出ホイール０６、排出コンベア０７を構成要素として備える。
この飲料充填設備では、容器ＰＢ（例えばペットボトル）を把持しつつ搬送することができるように、転送ホイール０２、液体充填装置０３、転送ホイール０４、キャッパ０５、排出ホイール０６のそれぞれは、外周部分に円周方向に沿い等間隔でホルダを備えている。これにより、転送ホイール０２〜排出ホイール０６は回転しつつ、容器ＰＢを把持して搬送し受け渡しするようになっている。

このため、供給コンベア０１により搬送されてきた容器ＰＢは、位置Ｐ１にて転送ホイール０２のホルダにより把持されて、位置Ｐ１から位置Ｐ２にまで搬送される。位置Ｐ２では、容器ＰＢは転送ホイール０２から液体充填装置０３に受け渡され液体充填装置０３のホルダで把持されて位置Ｐ２から位置Ｐ３にまで搬送される。位置Ｐ２から位置Ｐ３にまで搬送される際に、液体充填装置０３が備える充填ノズルを介して容器ＰＢには液体が充填される。

更に、容器ＰＢは位置Ｐ３にて液体充填装置０３から転送ホイール０４に、位置Ｐ４にて転送ホイール０４からキャッパ０５に、位置Ｐ５にてキャッパ０５から排出ホイール０６に、位置Ｐ６にて排出ホイール０６から排出コンベア０７に受け渡されて搬送される。キャッパ０５では、容器ＰＢに蓋をするキャッピングが行われる。

以下、飲料充填装置の特徴部分である液体充填装置０３について、図２以降を参照しながら説明する。なお、充填する液体Ｌの対象は炭酸ガスを溶解させた炭酸水とする。
図２に示す液体充填装置０３は、旋回テーブルＴが旋回軸心Ｃを中心として水平面内で回転する。この旋回テーブルＴの外周縁には、周方向に沿って等間隔に、複数の充填ノズル１と複数のホルダ２０とが対になって配置されている。
充填ノズル１の上方位置には、貯液タンク３０が配置されている。この貯液タンク３０は、充填ノズル１及び旋回テーブルＴと一体となって同期回転する。貯液タンク３０と各充填ノズル１は、液体供給管４０により接続されている。
充填ノズル１は、容器ＰＢに対する液体Ｌの充填方向、つまり鉛直方向の相対的な位置関係が維持されながら、その先端から流下する液体Ｌを容器ＰＢ内に注ぐ。液体Ｌを充填する最中は、充填ノズル１と容器ＰＢとの間は封止される。貯液タンク３０の配置は任意であり、旋回テーブルＴと分離された位置に置くことを本発明はもちろん許容する。なお充填ノズル１の詳細は後述する。

充填ノズル１と貯液タンク３０との間には排気路２６が設けられている。排気路２６は、充填ノズル１の側で、排気路２６Ａと排気路２６Ｂに分岐する。
排気路２６Ａは、その一端が、充填ノズル１の内部に形成されるガス排気流路１６に連通するように充填ノズル１に接続される（図３も参照）。排気路２６Ａは、他端が、貯液タンク３０の貯留されている液体Ｌの液面よりも上側を占める空間Ｓに連通するように貯液タンク３０に接続されている。排気路２６Ａは、液体Ｌの充填時に容器ＰＢから排出される炭酸ガスを空間Ｓに向けて戻す。排気路２６Ａ上には、オリフィス２２が設けられている。
排気路２６Ｂは、その一端が、充填ノズル１の内部に形成されるガス排気流路１６に連通するように充填ノズル１に接続される（図３も参照）。排気路２６Ｂは、他端が、大気に開放されている。排気路２６Ｂ上には、スニフト弁２４が設けられている。充填処理終了後に行うスニフト処理において、スニフト弁２４を開いて容器ＰＢ内の気体を系外に排出させ、容器ＰＢ内を大気圧まで下げる。

オリフィス２２は、開度を変更することにより、液体Ｌの充填時に容器ＰＢから排出される炭酸ガスが空間Ｓに流れる量を調整する。本実施形態では、オリフィス２２の開度を、充填ノズル１の開度に連動して調整する。オリフィス２２には、オリフィス２２の開度を調整する開閉制御部２３が設けられている。開閉制御部２３は、例えば、電動のアクチュエータを使用することができ、制御部５０から指令を受けることで動作する。
ここで、液体Ｌを容器ＰＢに充填する間は、貯液タンク３０、液体供給管４０、充填ノズル１、容器ＰＢ及び排気路２６Ａにより形成される系は密閉された空間となる。この密閉空間内では、充填ノズル１（可動弁体１５）から容器ＰＢに液体Ｌを供給しようとしても、オリフィス２２が閉じている（全閉）と、液体Ｌは容器ＰＢに向けて流れない。一方で、オリフィス２２が開いていると、その開度に応じた量の液体Ｌを容器ＰＢに向けて流すことができる。つまり、オリフィス２２の開度は、充填ノズル１から容器ＰＢに液体Ｌが充填される量を決定する要素の一つとなる。

ホルダ２０は旋回テーブルＴに固定されており、容器ＰＢを充填ノズル１の下方位置に保持する。ホルダ２０には、ロードセル２１（充填量計測部）が組み付けられており、充填される液体Ｌの重量を計測することができる。液体Ｌの重量の測定は、容器ＰＢの重量をキャリブレーションによりゼロリセットして行なうことができる。ロードセル２１で得られた計測データは、制御部５０（演算部５１）に向けて出力される。ロードセル２１の代わりに、通過する液体Ｌの体積を計測する流量計４１により充填量を計測することもできる。以下では、ロードセル２１を用いた例について説明する。
貯液タンク３０の内部には、容器ＰＢに充填すべき飲料等の液体Ｌが貯留されている。
また、貯液タンク３０の内部のうち、空間Ｓには、液体Ｌに溶解させている炭酸ガスが貯えられており、この炭酸ガスは液体Ｌの劣化を防止する。また、炭酸ガスは、所定の圧力で空間Ｓに封入されているために、貯えられている液体Ｌには当該圧力が負荷されている。
液体供給管４０は、その上端が貯液タンク３０に連通しており、その下流端が充填ノズル１の給液パイプ１１ｃに連通して、貯液タンク３０と充填ノズル１とを接続している。

次に、充填ノズル１について説明する。
図３に示すように、充填ノズル１は、結合構造体２並びに軸継手１７により、バルブ本体１１が電動シリンダ３（電動機）に連結されている。さらに充填ノズル１には、貯液タンク３０からの液体供給管４０が給液パイプ１１ｃに接続されている。かつ排気路２６が排気ポート１９に接続されている。
充填ノズル１は、バルブ本体１１の下部の弁吐出口１１ａ、上部の弁軸ガイド１１ｄ、中間部の弁取付フランジ１１ｂ、並びに給液パイプ１１ｃを備えており、内部には弁軸１０、弁体ロッド１３、絞り１４、可動弁体１５が軸方向に移動可能に組み込まれている。また、弁吐出口１１ａの先端部には、シール１２が円環状に設けられている。液体Ｌの充填時、容器ＰＢはシール１２を介して弁吐出口１１ａと当接され、容器ＰＢの内部が密閉される。なお、弁軸１０の上端は、軸継手１７により、電動シリンダ３のロッド軸３２と緊密に連結されている。
バルブ本体１１には、排気路２６が接続される排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９は、一端がバルブ本体１１の外部に連通し、他端がガス排気流路１６に連通する。ガス排気流路１６は、一端がバルブ本体１１の先端に開口している。ガス排気流路１６は、排気ポート１９と接続される他端面側から当該先端までは円環状の空隙をなしている。ガス排気流路１６は、充填液通路１８よりも径方向の外側に形成されている。
液体Ｌを容器ＰＢに充填する際に、また、スニフト処理時には、容器ＰＢで余剰となった気体がガス排気流路１６、排気ポート１９を順に通ってから排気路２６に送られる。一方、カウンタ処理時には、貯液タンク３０の空間Ｓの炭酸ガスが、排気路２６Ａ、排気ポート１９を順に通ってガス排気流路１６に送られる。各処理の詳細については、後述する。

電動シリンダ３は、種々の構成が公知であるのでここでの詳細は省略するが、例えばサーボモータなどの電動機の回転運動をボールねじにより直線運動に変換するもの、中空の電動機を使うことでナット側を回転させてネジ式の軸（ロッド）を直線運動に変換するもの、が一般的である。
電動シリンダ３は、シリンダ本体３１と、ロッド軸３２と、を備えている。シリンダ本体３１内には例えば上述したサーボモータが設けられ、このサーボモータの回転運動を直線運動に変換するボールねじとロッド軸３２とが緊密に連結される。この電動シリンダ３は、サーボモータの回転位置、速度を制御することにより、ロッド軸３２の進退位置、進退速度を制御できる。可動弁体１５は弁軸１０などを介してロッド軸３２に連結されているので、電動シリンダ３は、可動弁体１５の進退位置、進退速度を制御できる。後述する制御部５０により電動シリンダ３の駆動が制御される。

可動弁体１５は、弁吐出口１１ａの直上に設けられた固定弁座１１ｅに密着或いは隙間を隔てて対峙することにより、給液パイプ１１ｃ経由で飲料などの充填液が供給される充填液通路１８の開度を調整する流量調整弁５の機能を備えている。
また、弁体ロッド１３は、下端に可動弁体１５が、また、上端部には絞り１４を備えた軸状の部品であり、例えばねじ止めによって弁軸１０に、緊密に連結されている。

充填ノズル１は、電動シリンダ３を駆動することにより可動弁体１５の固定弁座１１ｅに対する位置を制御して、液体Ｌの吐出口の開度（以下、単に開度）を調整することができる。液体Ｌを充填する場合には、可動弁体１５を固定弁座１１ｅから離なす。その中で、充填流量を少なくする場合には可動弁体１５を固定弁座１１ｅに近づけ開度を小さくし、充填流量を多くする場合には可動弁体１５を固定弁座１１ｅから遠ざけ開度を大きくする。本実施形態は、可動弁体１５から固定弁座１１ｅまでの距離を液体Ｌの液位に対応して変化させるが、容器ＰＢに充填される液体Ｌ（液種）の粘度によっても調整される。つまり、同じ充填流量を得る場合、粘度の低い充填液は可動弁体１５を固定弁座１１ｅに近づけ、粘度の高い充填液は可動弁体１５を固定弁座１１ｅから遠ざける。そのために、可動弁体１５から固定弁座１１ｅまでの距離が調整される。このように、充填ノズル１は、可動弁体１５の位置を適宜調整しながら液体Ｌの充填を行なう。

可動弁体１５の駆動源を電動シリンダ３とする充填ノズル１によると、可動弁体１５の駆動速度が容易に変更できるので、任意の充填流量の設定を迅速に行なうことができる。また、任意の位置で可動弁体１５を容易に停止できるので、充填流量を多段階に設定することができる。したがって、充填ノズル１は様々な充填条件に対応するのが容易かつ迅速に行えるのであって、このことが後述する液位による充填流量の制御を可能にする。

液体充填装置０３は、制御部５０を備えている。
制御部５０は、可動弁体１５の駆動源である電動シリンダ３の動作を調整することで、充填ノズル１から容器ＰＢに充填する液体Ｌの流量を制御する。さらに、制御部５０は、開閉制御部２３の動作を介してオリフィス２２の開度を調整し、オリフィス２２を通過する炭酸ガスの量を制御する。
この制御を実行する制御部５０は、演算部５１と、データ保持部５２と、指示部５３と、を備えている。

演算部５１は、容器ＰＢに充填された液体Ｌの液位を演算により求める。演算部５１（制御部５０）は、ロードセル２１から出力される容器ＰＢの重量に関するデータ（液体重量データ）を取得する。また、演算部５１は、データ保持部５２から、容器ＰＢについて、容器仕様データ及び液位−充填流量データを取得する。

演算部５１は、容器ＰＢに充填されている液体Ｌ表面の容器ＰＢ底面からの位置、つまり液位をｈＬとすると、演算部５１は液位ｈＬを図４に示す式（１）により求めることができる。
ここで、容器ＰＢを図５に示すように、容器ＰＢを高さ方向に微小間隔Δｈを置いてｎ等分に分割し、各分割断面を容器ＰＢの下方から、ｄ１、ｄ２、…、ｄｎとする。各断面ｄ１、ｄ２、…、ｄｎは円形の開口を有しており、この開口の面積をａ１、ａ２、…、ａｎとする。そうすると、容器ＰＢの最下面から断面ｄ１までに充填される液体Ｌの重量Ｗ１は図４に示す式（２）により求められ、また、容器ＰＢの最下面から最上位の断面ｄｎまでに充填される容器ＰＢに充填される液体Ｌの重量Ｗは図４に示す式（３）により求められる。Δｈは、Ｈ／ｎであるから、容器ＰＢの底面から高さ方向の任意の位置（液位）ｈＬ（ｔ）までに充填される液体Ｌの重量Ｗ（ｔ）は、図４に示す式（４）により求めることができる。式（４）より、当該位置ｈＬ（ｔ）は図４に示す式（５）により表されるところ、容器ＰＢに充填された液体Ｌの重量Ｗ（ｔ）が既知であれば、容器ＰＢにおける液体Ｌの液位を求めることができる。式（５）において、重量Ｗ（ｔ）は式（１）におけるロードセル２１からの計測データと等価であり、容器ＰＢに関する部分は図４に示す式（６）のように式（１）の容器仕様データと等価である。この容器仕様データは、データ保持部５２に予め保持されている。
以上のように、演算部５１は、ロードセル２１から容器ＰＢに充填される液体Ｌの液体重量データ（充填量）を取得することで、データ保持部５２が保持している容器仕様データを用いることにより、当該重量に対応する液位の推定値を式（１）に基づいて演算により求めることができる。

本実施形態の飲料充填設備が、異なる仕様を有する複数種の容器ＰＢに液体Ｌを充填する場合には、容器ＰＢ毎の容器仕様データをデータ保持部５２に保持させておく。そして、液体Ｌの充填を行なうのに先立って、液体Ｌが充填される容器ＰＢに対応する容器仕様データを選択することで、演算部５１は当該容器仕様データをデータ保持部５２から取得して、液位を求めることができる。この点については、容器仕様データの例を後述する。

次に、演算部５１は、以上のようにして得られた液位と液位−充填流量データに基づいて、当該液位に対応する充填流量を特定する。
データ保持部５２に保持される液位−充填流量データの一例を図６に示している。液位−充填流量データは、液位と、当該液位において気泡の巻き込みが生じない液体Ｌの充填流量と、を対応付けたデータである。図６の液位−充填流量曲線よりもハッチングが施されている下方の領域の充填流量で液体Ｌを充填すれば、気泡の巻き込みは生じない。特に、液位−充填流量曲線上の充填流量を採用すれば、気泡の巻き込みを生じさせることなく、かつ、最短で充填を完了させることができることになる。
また、データ保持部５２は、図１３に示す充填流量―開度データを保持している。充填流量―開度データは、充填流量とオリフィス２２の開度とが対応付けられている。前述したように、オリフィス２２の開度は、充填ノズル１から容器ＰＢに液体Ｌが充填される量を決定する要素となるから、充填流量―開度データを用いることで、充填流量に対応するオリフィス２２の開度を選択できるようにしている。
演算部５１は、式（１）に基づいて液位が得られたならば、図６に示す液位−充填流量データと対比し、当該液位に対応する充填流量を特定する。

指示部５３は、演算部５１で特定された充填流量に基づいて、電動シリンダ３を介して可動弁体１５を動作させることに加え、オリフィス２２も連動して動作させる。具体的には、指示部５３は充填流量に対応する充填ノズル１の開度データを保持しており、演算部５１で特定された充填流量を取得することで、当該充填流量に対応する充填ノズル１の開度を特定するとともに、この開度に基づいて電動シリンダ３を動作させる。
さらに、指示部５３は、電動シリンダ３の動作と連動して、開閉制御部２３も動作し、オリフィス２２の開度を調整する。そうすると、容器ＰＢに充填された液体Ｌの液位に適する量の炭酸ガスがオリフィス２２を通過して貯液タンク３０の空間Ｓに戻される。
また、指示部５３は、１つの容器ＰＢに最終的に充填されるべき液体Ｌの総重量（設定充填量）に関するデータを保持するとともに、ロードセル２１からの液体重量データを取得する。指示部５３は、液体重量データを設定充填量と照合することで、容器ＰＢへの液体Ｌの充填が設定充填量に達するまで行なわれたことを検知すると、電動シリンダ３を動作させて充填ノズル１が所定の時間で閉じるように指示する。

ここで、液位−充填流量データを得るのに有効な手法の一例を、図７を参照して紹介する。
［条件］
容器ＰＢ（例えば、容量５００ｍｌのペットポトル）に下記する規定の液位までは液面が揺動しない程度の充填流量（例えば、５０ｍｌ）で液体Ｌを充填する。
規定の液位＝３０，５０，６０，８０，１００，１２０ｍｍ
規定の液位に達したら、下記する所定の充填流量に増加させる。
所定の充填流量＝１００〜３００ｍｌ／ｓｅｃの範囲で２５ｍｌ／ｓｅｃ刻み
［評価方法］
充填流量を増加させた直後の液位の最大値と最小値を読み取り、下記により液位変動量を求める。
液位変動量＝液位最大値−液位最小値
発明者らは、上記評価方法により、液位が低いほど液面変動量が大きくなること、また、増加する充填流量が大きいほど液面変動量が大きくなることを確認している。

また、充填流量を増加させた直後の気泡巻き込み状況を観察することにより、図８のように気泡巻き込みの有無を、充填流量を増加した液位及び増加した充填流量に対応付けてまとめることができる。
図８に示されるように、充填流量を増加した液位及び増加した充填流量について、気泡の巻き込みが生じない境界が存在する。そして、図８は、気泡の巻き込みを生じさせることなく液体Ｌの充填を最短で完了させるには、当該液位において気泡の巻き込みが生じない最大の充填流量（臨界充填流量）で液体Ｌを充填すればよいことを示唆している。例えば、液位が３０ｍｍの場合には充填流量を１００ｍｌとし、液位が６０ｍｍの場合には充填流量を１５０ｍｌとし、さらに液位が１００ｍｍの場合には充填流量を１７５ｍｌとする、という具合に充填流量を制御すれば、気泡の巻き込みを生じさせることなく液体Ｌの充填を最短で完了させることができる。このようにして、図８より、液位−充填流量データを得ることができ、この液位−充填流量データは、制御部５０のデータ保持部５２に保持される。なお、臨界充填流量に対応する液位変動量は、図８に示されている通りであり、これを尺度として充填流量を制御することもできる。

なお、液位−充填流量データは、液体Ｌの種類、液体Ｌが充填される容器ＰＢの仕様によって変動し得る。したがって、本実施形態の飲料充填設備が、異なる種類の液体Ｌ、異なる仕様の容器ＰＢに対応する場合には、液体Ｌの種類、容器ＰＢの仕様に対応する液位−充填流量データをデータ保持部５２に保持させることが必要である。そして、演算部５１は、当該液位−充填流量データに基づいて充填流量を特定する。

次に、液体充填装置０３による容器ＰＢへの液体Ｌの充填の手順を、図９を参照して説明する。
液体充填装置０３の所定の充填位置（図１ 位置Ｐ２）に容器ＰＢが搬送され、容器ＰＢの挿入口と充填ノズル１の先端を、シール１２を介して密着させてから、容器ＰＢに液体Ｌを充填する一連の処理が行われる。

はじめに、カウンタ処理を行う（図９ Ｓ１００）。カウンタ処理とは、前述した圧力が吹かされている液体Ｌが、当該圧力よりも低い大気圧の容器ＰＢに充填されることで、容器ＰＢ内で発泡することを防止するために、予め容器ＰＢ内の圧力を液体Ｌに付加されている圧力にバランスさせる処理である。具体的には、オリフィス２２を開いて、排気路２６Ａおよびガス排気流路１６を介して、貯液タンク３０の空間Ｓに封入されている炭酸ガスを容器ＰＢ内に移送する。カウンタ処理後、オリフィス２２は一旦閉じられる。

カウンタ処理の次に、充填処理を行う。
流量調整弁５およびオリフィス２２を開いて、液体Ｌの充填が開始される（図９ Ｓ１０１）。液体Ｌの充填が始まると、制御部５０の演算部５１は、ロードセル２１から出力される液体重量データを取得するとともに、データ保持部５２から容器仕様データ及び液位−充填流量データを取得する（図９ Ｓ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０７）。

演算部５１は、取得した液体重量データ及び容器仕様データを用いて、当該液体重量における液位を演算により求める（図９ Ｓ１０９）。この演算は、図４に示した式（１）〜式（６）に基づいて行なわれる。

次いで演算部５１は、得られた液位と液位−充填流量データに基づいて、当該液位に対応する充填流量を特定する（図９ Ｓ１１１）。この充填流量に関するデータは演算部５１から指示部５３に送られる。指示部５３は、充填ノズル１から容器ＰＢに向けて吐出される液体Ｌの流量が演算部５１で特定された充填流量に一致するように、電動シリンダ３を動作させて、固定弁座１１ｅに対する可動弁体１５の位置、つまり充填ノズル１の開度を調整する。
充填流量が特定されると、データ保持部５２から充填流量―開度データに基づき、対応する開度を特定したデータが指示部５３に送られる。指示部５３は、特定された開度となるように開閉制御部２３を動作させ、オリフィス２２の開度を調整する。そうすると、容器ＰＢ内における液体Ｌの液位に対応する量の炭酸ガスが、オリフィス２２を通過し貯液タンク３０に移送される（図９ Ｓ１１３）。

以上の手順（Ｓ１０３〜Ｓ１１３）は、設定された充填重量に達するまで継続的に行なわれる（図９ Ｓ１１５ Ｎｏ）。そうすることで、気泡の巻き込みを生じさせることなく液体充填を短時間で行なうことができる。
一方、設定された充填重量に達したならば、指示部５３は、充填ノズル１およびオリフィス２２を閉じるように、電動シリンダ３および開閉制御部２３に指示する（図９ Ｓ１１５ Ｙｅｓ，図９ Ｓ１１７）。

充填処理が終了した時の容器ＰＢ内の圧力は大気圧よりも高いため、スニフト弁２４を開き、容器ＰＢ内の気体を系外に排出させ、容器ＰＢ内を大気圧まで下げる（スニフト処理）（図９ Ｓ１１８）。
こうして液体充填装置０３の所定の充填位置（図１ 位置Ｐ３）まで液体Ｌが充填された容器ＰＢが搬送されると、液体Ｌの充填処理が終了する（図９ Ｓ１１９）。

以上説明した実施形態によると、容器ＰＢへの液体Ｌの充填量に基づいて算出された液位に応じて充填流量を制御するフィードフォワード的な制御を採用するので、容器ＰＢへの炭酸ガスを含む液体Ｌの充填を迅速に完了させることができる。特に、本実施形態は、充填ノズル１に加えてオリフィス２２の開度を、液体Ｌの充填の経緯に適合するように調整しているので、充填ノズル１の開度だけを調整するのに比べて、液体Ｌの迅速な充填に寄与する。
また、本実施形態は、計測された充填量と容器仕様データとに基づいて、容器ＰＢに液体Ｌを供給しながら液位を演算によって求めるので、充填される容器ＰＢが変更されたとしても、それに対応する容器仕様データを保持しておき、それを選択するだけで、液位を正確に求めることができる。
さらに本実施形態は、液位と、気泡の巻き込みを生じさせることなく液体Ｌを充填できる充填流量と、が対応付けられた液位−充填流量データに基づいて容器ＰＢに充填する液体Ｌの充填流量を特定するので、気泡の巻き込みを生じさせることなく迅速な充填をより確実に実現できる。

本実施形態では、ロードセル２１を使用して、充填流量を特定する方法について説明したが、ロードセル２１の代わりに、通過する液体Ｌの体積を計測する流量計４１により充填流量を特定することもできる。
この場合、演算部５１は、充填する液体の密度、流量計４１で計測される単位時間当たりの流量、及び、充填時間から算出される、容器ＰＢ内の液体重量データを取得する。そして、ロードセル２１を使用した場合と同様に、液位―充填流量データに基づいて、液位に対応する充填量を特定することができる。

また、以上の説明では充填流量―開度データを保持しているが、充填流量は求められた液位に対応する値であるから、実体としては、充填流量―開度データは液位と開度とが対応付けられたデータ（液位―開度データ）とみなすことができる。つまり、本発明は、充填流量―開度データの代わりに液位―開度データを保持し、求められた液位と液位―開度データとに基づいてオリフィス２２の開度を特定することもできる。
本実施形態の液体充填装置は、例えばみかんの砂のうを予め詰めた容器ＰＢに炭酸液を充填するのに使用できる。この炭酸液の充填は、充填ノズル１の開度を全開にして行われるが、オリフィス２２の開度を調整することで容器ＰＢへの充填流量を制御できる。また、第１実施形態の液体充填装置は、炭酸ガスを含まない液体を容器ＰＢに充填する場合に使用できる。この場合、充填ノズル１の開度を調整することで、容器ＰＢへの液体の充填流量を制御できる。

［第２実施形態］
上述した通り、液体Ｌを充填する過程では、貯液タンク３０、充填ノズル１、容器ＰＢ等を含んだ系が密閉状態となる。したがって、流量調整弁５が開いていても、オリフィス２２が閉じていれば液体Ｌを容器ＰＢに充填することができないが、オリフィス２２の開度を調整することで容器ＰＢに充填される液体Ｌの量を調整することができる。そこで、第２実施形態は、オリフィス２２の開度を調整するだけで、容器ＰＢへの液体Ｌの充填流量を制御する方法を説明する。
第２実施形態に係る装置の構成は、第１実施形態と同様であるため、ここでの説明は相違点を中心に説明する。

第２実施形態における流量調整弁５は、全開及び全閉のいずれかを選択できる開閉弁として機能するものとし、カウンタ処理時及び液体Ｌの充填処理時には全開とし開度を固定にするが、それ以外の時には全閉（開度がゼロ）とする。
また、データ保持部５２は、液体Ｌの種類、容器ＰＢの仕様に対応する液位−充填流量データと、充填流量−開度データのみを保持している。

第２実施形態による容器ＰＢへの液体Ｌの充填の手順を、図１２を参照して説明する。
液体充填装置０３の所定の充填位置（図１ 位置Ｐ２）に容器ＰＢが搬送され、カウンタ処理が行われる（図１２ Ｓ２００）。
カウンタ処理後、充填ノズル１およびオリフィス２２の間を封止することで、液体Ｌの充填が開始される（図１２ Ｓ２０１）。
そして、演算部５１は、ロードセル２１から出力される液体重量データを、データ保持部５２から容器仕様データ及び液位−充填流量データをそれぞれ取得する（図１２ Ｓ２０３，Ｓ２０５，Ｓ２０７）。

演算部５１は、取得した液体重量データ及び容器仕様データを用いて、当該液体重量における液位を演算により求める（図１２ Ｓ２０９）。次いで、演算部５１は、得られた液位と液位−充填流量データに基づいて、当該液位に対応する充填流量を特定する（図１２ Ｓ１１１）。この充填流量に関するデータは演算部５１から指示部５３に送られる。指示部５３は、充填流量―開度データを基に、演算部５１で特定された充填流量に一致するように、開閉制御部２３を動作させて、オリフィス２２の開度を調整する（図１２ Ｓ２１３）。

以上の手順（Ｓ２０３〜Ｓ２１３）は、設定された充填重量に達するまで継続的に行なわれる（図１２ Ｓ２１５ Ｎｏ）。そうすることで、気泡の巻き込みを生じさせることなく液体充填を短時間で行なうことができる。
一方、設定された充填重量に達したならば、指示部５３は、充填ノズル１およびオリフィス２２を閉じるように電動シリンダ３および開閉制御部２３に指示する（図１２ Ｓ２１５ Ｙｅｓ，図１２ Ｓ２１７）。
そして、スニフト処理を行うことにより、容器ＰＢ内を大気圧まで下げる（図１２ Ｓ２１８）。
こうして液体充填装置０３の所定の充填位置（図１ 位置Ｐ３）まで液体Ｌが充填された容器ＰＢが搬送されると、液体Ｌの充填処理が終了する（図１２ Ｓ２１９）。

第２実施形態によると、第１実施形態と同様の効果が得られるのに加えて、以下の効果が得られる。すなわち、流量調整弁５は開閉弁で足りるので、駆動源も含めた構成が簡易でかつ安価な機器を用いることができるので、液体充填装置のコストを低減できる。
また、以上の説明では、液位−充填流量データを参照することで充填流量を求めてから、充填流量−開度データに基づいてオリフィス２２の開度を特定したが、液位と開度を関連付けた液位−開度データのみを保持しておき、演算により求められた液位から直接的に開度を特定することもできる。この場合、液位−充填流量データを保持する必要がないことと、充填流量を特定する演算を行なう必要がないので、制御部５０の構成を簡易にすることができる。さらに、第２実施形態によると、液体Ｌを充填する間に流量調整弁５の開度を調整する必要がないので、その分だけ電力の消費を省くことができる。

第１実施形態および第２実施形態は、１種類の容器ＰＢ及び１種類の液体Ｌを対象に説明したが、本発明は容器ＰＢ及び液体Ｌともに複数種であっても対応することができる。
仮に、処理される容器ＰＢが容器Ａ、容器Ｂ、…、容器Ｎであり、充填される液体Ｌが液体α、液体β及び液体γとする。データ保持部５２は、図１０に示すように、容器Ａ、容器Ｂ、…、容器Ｎに対応する容器仕様データを保持する。また、データ保持部５２は、液体Ｌ（液種）ごとに、容器Ａ、容器Ｂ、…、容器Ｎに対応する液位−充填流量データを保持する。そして、制御部５０に容器ＰＢ及び液体Ｌを選択する機能を持たせる。そうすれば、飲料充填装置による処理を行うのに先立って、液体Ｌが充填される容器ＰＢを容器Ａ、容器Ｂ、…、容器Ｎから選択し、また、充填される液体Ｌを液体α、液体β、液体γから選択することで、演算部５１が取得する容器仕様データ及び液位−充填流量データを容器種、液種に応じて特定することができる。
同様に、充填流量―開度データにおいても、容器種、液種に応じて特定することができる（図１３）。

以上、本発明を第１実施形態、第２実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりることができる。
例えば、第１実施形態および第２実施形態では、計測された充填量と容器仕様データに基づいて液位を特定し、液位−充填流量データおよび充填流量−開度データを基に、オリフィス２２の開度を特定していたが、これに限定されない。
例えば、液体Ｌが充填される容器ＰＢの充填量と開度が関連付けられた充填量−開度データをデータ保持部５２が予め保持する。充填量−開度データは、例えば図１１に示されるように、容器ＰＢ毎に、充填量と開度が対応付けられている。演算部５１がロードセル２１から充填量を取得すると、充填量−開度データを対比して当該充填量における開度を特定することもできる。
充填量−開度データを参照して開度を特定する方法は、データテーブル（例えば図１１）から参照するため、演算を行わなくて済むので開度の特定を迅速に行える利点がある。

また、上記実施形態では、図６に示すように、液位に応じて充填流量を連続的に変化させる例を示したが、本発明はこれに限定されず、充填流量を段階的に変化させることを許容する。ただし、充填流量を連続的に変化させる方が、臨界充填流量を反映する充填流量で液体Ｌの充填を行なうのに有利である。

０１ 供給コンベア
０２ 転送ホイール
０３ 液体充填装置
０４ 転送ホイール
０５ キャッパ
０６ 排出ホイール
０７ 排出コンベア
１ 充填ノズル
２ 結合構造体
３ 電動シリンダ
５ 流量調整弁
１０ 弁軸
１１ バルブ本体
１２ シール
１３ 弁体ロッド
１５ 可動弁体
１６ ガス排気流路
１７ 軸継手
１８ 充填液通路
１９ 排気ポート
２０ ホルダ
２１ ロードセル
２２ オリフィス
２３ 開閉制御部
２４ スニフト弁
２６ 排気路
３０ 貯液タンク
３１ シリンダ本体
３２ ロッド軸
４０ 液体供給管
４１ 流量計
５０ 制御部
５１ 演算部
５２ データ保持部
５３ 指示部
Ｃ 旋回軸心
Ｐ１〜Ｐ６ 位置
ＰＢ 容器
Ｌ 液体
Ｓ 空間
Ｔ 旋回テーブル

Claims (5)

1. 容器に充填される炭酸液を貯え、前記炭酸液の液面よりも上方に炭酸ガスが充填されるタンクと、
   前記容器との間が封止された状態で、前記タンクに貯えられる前記炭酸液を前記容器に充填する充填ノズルと、
   前記炭酸液を前記容器に供給することで前記容器から排出される炭酸ガスを前記タンクに向けて流す排気路と、
   前記排気路上に設けられ、開度の調整が可能なオリフィスと、
   を備えることを特徴とする液体充填装置。
2. 前記充填ノズルから前記容器へ充填される前記炭酸液の充填量を計測する充填量計測部と、
   計測された前記充填量に基づいて特定された液位に対応する前記オリフィスの開度を特定し、特定された開度に従って前記オリフィスの開度を制御する制御部と、を備える、
   請求項１に記載の液体充填装置。
3. 前記充填ノズルは、
   前記炭酸液が吐出される吐出口の開度が調整可能であり、
   前記制御部は、
   特定された前記液位に対応する充填流量が得られるように、前記充填ノズルからの前記炭酸液の充填流量を調整する、
   請求項２に記載の液体充填装置。
4. 前記充填ノズルは、
   前記炭酸液が吐出される吐出口の開度が固定であり、
   前記制御部は、
   前記オリフィスの開度を、特定された前記液位に対応するように調整することで、前記充填ノズルからの前記炭酸液の充填流量を調整する、
   請求項２に記載の液体充填装置。
5. 前記制御部は、
   前記液位と前記開度とが関連付けられたデータに基づいて、前記オリフィスの開度を制御する、
   請求項３又は４に記載の液体充填装置。

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