JP6501620B2 - 充填方法、及び、充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、製品液を容器に充填する方法に関し、特に炭酸を含む飲料を充填するのに好適な充填方法に関するものである。

製品液、例えばコーラ飲料のように炭酸を含む飲料を容器へ充填する一連のプロセスにおいて、容器内に二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス、窒素ガスなどのガスを供給して加圧状態とするカウンタ工程を経てから、製品液が供給される。製品液の充填が完了した後は、その状態を所定時間だけ保持するホールド工程、さらに、製品液の満たされていない容器内の空間であるヘッドスペースに残存するガスを排出させるスニフト工程を経た後に、次工程が行われる。以上の各操作からなる１サイクルの操作を、次々に搬送される容器に対して繰り返し行なうことで、容器に連続的に製品液を充填する。
なお、例えば製品液の種類に応じて、容器を二酸化炭素ガスで置換するガッシング（gassing）工程を行い、その後に製品液を充填することもある。ガッシング工程は、よく知られているように、ノンシールガッシング(non-seal gassing)工程と、シールガッシング(seal gassing)工程の２つの方法を組み合わせて行なわれる。

一方で、飲料を容器に充填する方法として、スプレッダ充填と、スプレッダを用いないスプレッダレス充填が知られている。スプレッダ充填は、飲料をスプレッダと称される部材で拡散させてから容器の内側面に沿わせるものであり、スプレッダレス充填は充填ノズルから吐出される飲料を容器の底部に流下させるものである。スプレッダ充填が、容器に応じた形状のスプレッダが必要であるのに対して、スプレッダレス充填は、容器の形状が変わってもノズルを代える必要がない、などの理由により、現在はスプレッダレス充填が主流になっている。

ところが、スプレッダレス充填によると、飲料を吐出するノズルの位置から容器の底面までの距離が長いために、飲料はノズルから吐出された時点よりも速い速度で容器の底面に着液してしまう。そのときの衝撃によって、飲料が泡立つのを避けられず、特に炭酸飲料の場合には泡立ちが顕著になるので、これを抑えるためには、充填ノズルから吐出される飲料の流速である充填速度を抑える必要があり、低い充填速度が選択される。ここでいう充填速度とは、単位時間あたりに容器に供給される飲料の量ということもできる。また、ここでは泡の発生が顕著な炭酸飲料を例にしているが、炭酸飲料以外の飲料、さらには飲料以外の製品液についても、容器に充填する際に泡の発生は不可避的に生じる。

以上に対して、特許文献１には、スプレッダレス充填において泡立つのを抑制できる充填装置が開示されている。つまり、特許文献１の充填装置は、容器を傾斜状態に保持しながら炭酸飲料を容器に充填するので、炭酸飲料は容器の底部に垂直に流下するのではなく、容器の内側面に沿って流下するので、泡の発生を抑えることができる。

特開平１１−１０００９６号公報

特許文献１の充填装置は、泡の発生を抑制できるので、それに応じて炭酸飲料の充填速度を速くすることができる。
ところが、近時、飲料を含め、製品液を容器に充填する分野では、より一層の充填速度の向上が求められている。つまり、ここでは泡の発生が顕著な炭酸飲料を例にしているが、炭酸飲料以外の飲料、さらには飲料以外の製品液についても、容器に充填する際に泡は不可避的に生じる。そこで本発明は、泡の発生を抑制しつつ、製品液の充填速度を向上できる充填方法及び充填装置を提供することを目的とする。

本発明の充填方法は、充填バルブを介して製品液を容器に供給する充填方法であって、容器への製品液の供給を開始する開始ステップと、開始ステップに続いて、製品液の供給を継続する中間ステップと、中間ステップに続いて、必要量の製品液が容器に充填されると、製品液の供給を停止する停止ステップと、を備える。
本発明の充填方法においては、充填バルブにより容器の内部が密封可能であり、開始ステップの開始時までに、容器が鉛直方向に対して傾斜するとともに、充填バルブと、充填バルブが密着する容器の開口部との相対位置関係を変化させずに容器の傾斜に同期して充填バルブも鉛直方向に対して傾斜し、開始ステップにおいて、製品液が、鉛直方向に対して角度θ１に傾斜された容器の内側面に向けて供給され、かつ、中間ステップの少なくとも一部の期間において、製品液が、角度θ１よりも傾斜角度が小さくされた容器にすでに供給された製品液の液面に向けて供給されることを特徴とする。

本発明の中間ステップは、以下説明する複数の形態を備えている。
第一形態は、容器の角度θ１を保ったままで製品液を供給し、次いで、容器を正立させて製品液の供給を継続するというものであり、この形態では容器が正立してから製品液が液面に向けて供給される。
第二形態は、容器が正立するまで容器の角度θ１を連続的に小さくしながら、製品液を供給するというものであり、この形態では、容器が正立するまでのいずれかの段階で製品液の流れが液面へと向かう。
なお、以上の第一形態、第二形態は、あくまで本発明の代表的なものにすぎず、例えば、容器の角度θ１を段階的に小さくするなど、中間ステップを他の形態にすることもできる。

本発明の充填方法において、ガスを供給して容器を加圧状態とするカウンタ工程と、カウンタ工程の後に、開始ステップ、中間ステップ及び停止ステップを順に行う液供給工程と、液供給工程の後に、容器内のヘッドスペースに残存するガスを排気するスニフト工程と、を備える場合には、カウンタ工程が終了するまでに、正立状態で搬送されてきた容器を角度θ１に傾けること、また、液供給工程の中間ステップの間に容器が正立に戻されることが好ましい。
そうすれば、容器を傾斜させるための時間及び容器を正立に戻す時間を新たに設ける必要がないので、飲料を充填するサイクルタイムを増やす必要がない。

本発明の充填方法は、開始ステップにおいて、容器の高さ方向の中央よりも高い位置に向けて製品液が供給されることが好ましい。
そうすれば、製品液が吐出される位置から着液する位置までの鉛直方向の距離が短くなり、正立する容器の底部に製品液が着液するのに比べて、製品液の着液時の流速を十分に低減させることができる。

本発明の充填方法は、中間ステップにおいて、製品液の充填速度を一定にすることができる。
正立する容器の底部に向けて製品液を供給する場合には、泡の発生を抑えるために、供給当初の期間は充填速度を遅くして、その後、充填速度を速くするという手順を踏むことがある。これに対して、本発明によれば、供給当初の泡の発生が抑えられるので、供給当初から製品液の充填速度を速くできる。
本発明は、容器に充填される製品液に広く適用することができるが、泡が発生しやすい炭酸飲料に適用される場合に、その効果が顕著になる。

本発明によれば、開始ステップの時点で容器を傾斜させておくので、その後の中間ステップにおいて製品液が容器に着液する速度を抑えることができるとともに、傾斜する内側面を伝って流れる製品液の流速が低下するので、泡の発生を抑えることができる。一方で、本発明によれば、中間ステップの少なくとも一部の期間において、製品液が、角度θ１よりも傾斜角度が小さくされた容器にすでに充填された製品液の液面に向けて供給されるが、充填バルブから当該液面までの距離が相当に短くなっており、液面に着液する製品液の流速が抑えられているので、泡の発生が抑えられる。また、このときには製品液が容器の内側面に沿って流れることがないので、内側面からの泡の巻き込みが生ずることがない。
以上のように、当初は製品液を容器の内側面に着液させるが、途中からは製品液をすでに充填された製品液の液面に向けて供給することにより、製品液の充填時の泡の発生を抑えることができる。したがって、特に泡が発生しやすい炭酸飲料であっても、泡の発生を抑えた充填が可能になる。

本実施形態に係る飲料充填装置のレイアウト概略を示す平面図である。 本実施形態に係る飲料充填方法の工程を示すフローチャートである。 本実施形態に係る充填バルブ及びその周りを示す部分断面図である。 本実施形態に係る飲料充填方法において、（ａ）はカウンタ工程の開始時を示し、（ｂ）はカウンタ工程終了時を示している。 本実施形態に係る飲料充填方法において、（ａ）は液供給工程の開始時（開始ステップ）を示し、（ｂ）は液供給工程に容器を傾斜させているとき（中間ステップ）を示している。 本実施形態に係る飲料充填方法において、（ａ）は液供給工程に容器を正立に戻した後を示し、（ａ）は必要量の製品液を供給し終えたとき（停止ステップ）を示している。 本実施形態に係る飲料充填方法において、（ａ）はスニフト工程を示し、（ｂ）は容器排出工程を示している。 （ａ）は本実施形態に係る効果を説明する図であり、（ｂ）は本実施形態に係る容器の高さ、傾斜角度を説明する図である。 本実施形態に係る液供給工程の代表的な形態を示す図である。

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。
本実施形態は、図１に示すように、ロータリー式の飲料充填装置１を用いて容器１００に炭酸飲料、例えばコーラ飲料を充填する例について説明する。
飲料充填装置１は、図示を省略する搬送コンベアにより連続的に搬送される容器１００を転送スターホイール３から受け取る（容器供給工程）。飲料充填装置１には、フィラ本体２の周囲に複数の充填バルブ１０（図３参照）が配置されており、転送スターホイール３から受け渡される容器１００が容器供給地点Ｓ１０１から容器排出地点Ｓ１１１まで円周上を移動する間に、一連の手順で飲料の充填が行なわれる。飲料充填が完了した容器１００は、転送スターホイール４に受け渡されてから、キャップの取り付けなどを行う次工程に向けて搬送される。なお、図１のＳ１０１〜Ｓ１１１（Ｓ１０２を除く）は、図２に示す各工程に対応しており、また、図１の中心に近い円は容器１００が傾斜しているか正立しているのかを示している。ここで、正立とは、容器１００の中心軸が鉛直方向に沿うことをいう。
飲料充填装置１は、図１に示すように、フィラ本体２、充填バルブ１０などの動作を制御する制御部７０を備えている。つまり、本実施形態は、カウンタ工程Ｓ１０３から液供給工程Ｓ１０５の初期に亘って、容器１００が傾斜される。

飲料充填装置１は、図３に示すように、充填バルブ１０を介して容器１００に供給する製品液が蓄えられている液相領域６と、カウンタ工程の際に充填バルブ１０を介して容器１００に供給されるカウンタガス、例えば二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス、窒素（Ｎ_２）ガス、エアなどから選択されるガスＧが蓄えられている気相領域７と、を備えている。なお、図３は、１つの充填バルブ１０についての配管系統のみを示しており、また、容器１００が正立状態で充填バルブ１０に対して所定の位置に供給されたところを示している。図３に示す充填バルブ１０のフィラ本体２における回転中心Ｃは、図中の右側に位置するものとする。なお、飲料充填装置１は、図１に示すように、カウンタ工程（Ｓ１０３）に先行してガッシング工程（Ｓ１０２）を行うことができるが、以下では、容器供給工程の後に、ガッシング工程を行わないでカウンタ工程に移行する例について説明する。
なお、容器１００は、ネック部１０１と、ネック部１０１に連なる胴部１０３と、胴部１０３に連なる底部１０５と、を備えており、本実施形態ではペットボトルを想定している。

液相領域６と充填バルブ１０は、図３に示すように、液供給路８により接続されている。液供給路８には、充填バルブ１０に供給される製品液の流量を計測する流量計（図示を省略）が設けられている。流量計の計測結果は制御部７０で検知され、制御部７０はこの検知結果に基づいて、充填バルブ１０の動作を制御することができる。なお、流量計の代替として、タイマ、質量計などを用いることができる。

気相領域７と充填バルブ１０の間には、通気路９が設けられている。
通気路９は、カウンタ工程の際に、気相領域７から容器１００に向けて二酸化炭素を供給するとともに、液供給工程の際には、容器１００から排出される二酸化炭素を気相領域７に向けて戻すのに用いられる。なお、通気路９は、配管及び継手などによって構成される。

通気路９は、一端が気相領域７に接続され、他端が弁装置４０に接続される。弁装置４０は、カウンタ工程及びスニフト工程の際に、上述した二酸化炭素の流れが実現できるように、また、ガッシング工程にも対応できるように、カウンタ弁４１、ガス回収弁４２及びスニフト弁４３を備えている。カウンタ弁４１、ガス回収弁４２及びスニフト弁４３のそれぞれは開閉弁から構成されており、流路ブロック４５に固定されている。流路ブロック４５及び充填バルブ１０は、支持ブロック５３に支持されている。

流路ブロック４５は、第１流路４６、第２流路４７、第３流路４８、第４流路４９及び第５流路５０を備えている。
第１流路４６は、一端が通気路９に連通し、他端がカウンタ弁４１に連通している。第２流路４７は、カウンタ弁４１とガス回収弁４２の間、ガス回収弁４２とスニフト弁４３の間、カウンタ弁４１とスニフト弁４３の間を連通している。第３流路４８は、一端が第２流路４７に連通し、他端がガス供給ポート１７を介して充填バルブ１０のガス流路１９に連通する。また、第４流路４９は、一端がガス回収弁４２に連通し、他端が支持ブロック５３に形成される回収チャンバ（図示を省略）に連通している。第５流路５０は、一端がスニフト弁４３に連通し、他端が支持ブロック５３に形成されるスニフトチャンバ５４に連通している。

弁装置４０の主要な動作を示すと以下の通りである。
カウンタ工程工程において、カウンタ弁４１を開き、ガス回収弁４２及びスニフト弁４３を閉じると、気相領域７からの二酸化炭素が第１流路４６、第２流路４７及び第３流路４８を介して充填バルブ１０に供給される（図４（ａ））。また、スニフト工程において、カウンタ弁４１及びガス回収弁４２を閉じ、スニフト弁４３を空けると、容器１００から排出される二酸化炭素は第３流路４８、第２流路４７、第５流路５０及びスニフトチャンバ５４を介して系外に排気される（図７（ａ））。カウンタ弁４１、ガス回収弁４２及びスニフト弁４３の開閉動作は、制御部７０の指令に基づいて行われる。

図３を参照して、充填バルブ１０の構成を示す。
充填バルブ１０は先端（図中、下端）を開放し得るバルブ筐体１１と、このバルブ筐体１１の内部を軸方向に昇降可能なバルブ軸体３０と、を備えている。そして、バルブ筐体１１には軸方向に連なる空隙である製品流路１２が設けられるとともに、バルブ筐体１１の下端には、製品流路１２の中心に向けて突出する弁座１３が形成される。一方、バルブ軸体３０の下端外周には、弁座１３に対応する弁体３１が形成されている。
バルブ軸体３０は、エアシリンダ３３に連結されており、エアシリンダ３３の動作に応じて、軸方向に昇降できるようになっている。この昇降運動に伴って、弁座１３と弁体３１の接触・離間による充填バルブ１０の開・閉がなされ、バルブ軸体３０を上昇させると充填バルブ１０は開となり、容器１００に製品液が充填される。

バルブ筐体１１には、液供給路８が接続される液供給ポート１５が形成されている。液供給ポート１５は、一端が液供給路８に連通し、他端が製品流路１２に連通する。液供給路８を通ってきた製品液は、液供給ポート１５、製品流路１２を順に通過して、離間する弁座１３と弁体３１の間を通って容器１００に供給される。

バルブ筐体１１には、一端が流路ブロック４５の第３流路４８に連通するガス供給ポート１７が形成されている。ガス供給ポート１７は、他端がバルブ筐体１１に形成されるガス流路１９に連通する。ガス流路１９は、ガス供給ポート１７と接続される上端側からバルブ筐体１１の先端（下端）に向けて円環状の空隙をなしている。カウンタ工程時には、通気路９を通ってきた二酸化炭素が、ガス供給ポート１７、ガス流路１９を順に通って、容器１００の内部に供給される。
バルブ筐体１１の下端部には、容器１００の上端に位置する開口１０２が密着して、容器１００の内部を密封する機構が設けられており、本実施形態におけるカウンタ工程、液供給工程は、容器１００が密封された状態で行われる。

なお、図３は、弁座１３に弁体３１が着座しており、容器１００への製品液の供給が停止されている。

充填バルブ１０は、容器１００を支持するとともに、バルブ筐体１１を支持する支持機構６０を備えている。
支持機構６０は、容器１００の側方に配置される支持本体６１と、支持本体６１の上部から延びる容器把持具６３と、支持本体６１の上部から延びるバルブ把持具６５と、を備えている。容器把持具６３は容器１００のネック部１０１を把持し、バルブ把持具６５は充填バルブ１０のバルブ筐体１１を把持する。
本実施形態のおける支持機構６０は、揺動可能に支持されており、正立している容器１００を傾ける際には、図３において、支持機構６０を時計回りに回転させ、正立に戻す際には、支持機構６０は反時計回りに回転させる。バルブ把持具６５がバルブ筐体１１を把持しているので、容器１００の動作に同期して、充填バルブ１０も傾斜、正立の動作が行われる。

次に、以上説明した充填バルブ１０を備える飲料充填装置１により製品液を容器１００に充填する工程を、図４〜図７も参照して説明する。なお、以下は、フィラ本体２が１回転する間に、特定の充填バルブ１０についてなされる１サイクルの工程を示している。

[容器供給工程（図２ Ｓ１０１，図３）］
容器１００は、転送スターホイール３により充填バルブ１０の下の所定位置まで搬送される。
容器供給工程の間は、弁装置４０のカウンタ弁４１，ガス回収弁４２及びスニフト弁４３の全てが閉じている。

[カウンタ工程（図２ Ｓ１０３，図４（ａ），（ｂ））］
次に、図４（ａ）に示すように、容器１００の開口１０２を充填バルブ１０の先端に密着させて、容器１００を密封状態にしてから、カウンタ工程が行われる。カウンタ工程は、容器１００の内部にガスＧである二酸化炭素を供給して、容器１００を加圧状態とする。
カウンタ工程が開始されると、図４（ｂ）に示すように、制御部７０の指示に基づいて、それまで正立状態とされていた容器１００及び充填バルブ１０を傾斜させる。ただし、カウンタ工程の前にガッシング工程を行う場合には、図１に破線で示すように、ガッシング工程から充填バルブ１０の傾斜を開始することもできる。また、ガッシング工程を行わない場合にも、容器１００が供給された後のカウンタ工程の前から充填バルブ１０の傾斜を開始することもできる。
そして、カウンタ工程の終了までに容器１００を所定の角度θ１だけ傾斜させておき、次に行われる液供給工程に備える。ただし、カウンタ工程の終了までに角度θ１の傾斜を終える必要は必ずしもなく、液供給工程に移行してから角度θ１まで傾斜させることもできる。容器１００を傾斜させることによる作用及び効果については、追って説明する。
なお、カウンタ工程時のカウンタ弁４１〜スニフト弁４３の開・閉状態は以下の通りである。
開：カウンタ弁４１
閉：ガス回収弁４２、スニフト弁４３

[液供給工程（図２ Ｓ１０５，図５、図６）］
次いで行われる液供給工程では、液供給路８を介して、加圧状態の容器１００内に製品液Ｌを供給、充填する。このとき、充填バルブ１０は、弁体３１がバルブ筐体１１の弁座１３から離されているので、製品液Ｌは充填バルブ１０を通過して容器１００に供給される（開始ステップ〜中間ステップ）。
ここで、図５（ａ）に示すように、容器１００は傾斜されているので、充填バルブ１０から吐出された製品液Ｌは、容器１００の胴部１０３の内側面に着液し、内側面に沿って底部１０５に流れる。図５（ｂ）に示すように、容器１００を傾斜させたままで製品液Ｌの供給を続けるが、容器１００に所定量の製品液Ｌが供給されたならば、図６（ａ）に示すように、容器１００を正立に戻す。その後、図６（ｂ）に示すように、必要量に達するまで製品液Ｌは正立している容器１００に向けて供給されるので、製品液Ｌはすでに充填されている製品液Ｌの液面に着液する。このように本実施形態の液供給工程は、製品液Ｌの充填開始から所定の期間まで、つまり、充填の初期には容器１００を傾斜させているが、その後には容器１００を正立状態に戻す。この手順を採用することによる作用及び効果については、一連の工程の説明をした後に言及する。

容器１００内に充填されていた大部分の二酸化炭素（ガスＧ）は、製品液Ｌで置換される。この際、二酸化炭素（ガスＧ）は弁装置４０を通り気相領域７に戻される。
製品液Ｌの充填量は、流量計を介して制御部７０が検知し、適切な量の製品液Ｌが充填されたならば、制御部７０は、バルブ軸体３０を降下させて弁体３１を弁座１３に接触させることで、充填を完了する（中間ステップ〜停止ステップ）。
液供給工程時のカウンタ弁４１、ガス回収弁４２及びスニフト弁４３の開・閉状態は以下の通りである。
開：カウンタ弁４１
閉：ガス回収弁４２、スニフト弁４３

［ホールド工程（図２ Ｓ１０７）］
充填終了後、次のスニフト工程にすぐに移行することなく、所定時間だけ従前の状態を保持（ホールド）する。つまり、充填が終了した時点で製品液Ｌの上面に泡および液中に気泡核が発生するが、ホールドすることにより、気泡核を製品液Ｌ中に溶解させることや、泡をヘッドスペースへ浮上させることで、泡を低減または消滅させる。
ホールド工程時のカウンタ弁４１、ガス回収弁４２及びスニフト弁４３の開・閉状態は以下の通りである。
閉：カウンタ弁４１、ガス回収弁４２及びスニフト弁４３

[スニフト工程（図２ Ｓ１０９，図７（ａ））］
所定時間のホールドが済んだならば、スニフト工程を行う。
スニフト工程では、製品液Ｌより上方の容器１００内の空隙（ヘッドスペース）の圧力を大気圧まで減圧させる。容器１００をいきなり充填バルブ１０から離脱させると、泡が発生してしまうためである。したがって、スニフト工程において、ヘッドスペースの圧力を漸減させる。
スニフト工程時は、スニフト弁４３を開けることで、充填バルブ１０（ガス供給ポート１７、ガス流路１９）、流路ブロック４５の第３流路４８、スニフト弁４３及びスニフトチャンバ５４を介して、ヘッドスペースの二酸化炭素ガスの一部を系外に排出させる。
スニフト工程時のカウンタ弁４１、ガス回収弁４２及びスニフト弁４３の開・閉状態は以下の通りである。
開：スニフト弁４３
閉：カウンタ弁４１、ガス回収弁４２

[容器排出工程（図２ Ｓ１１１，図７（ｂ））］
スニフト工程が済んだならば、製品液Ｌが充填された容器１００は、図７（ｂ）に示すように、充填バルブ１０から離脱されてから、容器排出地点Ｓ１１１（図１）において転送スターホイール４に受け渡され、次工程に向けて移送される。
容器排出工程時のカウンタ弁４１，ガス回収弁４２及びスニフト弁４３の開・閉状態は以下の通りである。
閉：カウンタ弁４１，ガス回収弁４２及びスニフト弁４３

［作用及び効果］
さて、本実施形態における作用及び効果について説明する。
本実施形態は、容器１００を傾斜させているので、充填バルブ１０の先端から吐出される製品液が容器１００の胴部１０３の内側面に向けて供給されるために、液供給工程の初期に製品液が容器１００に着液する速度を抑えることができる。つまり、正立している容器１００に製品液を供給したときの、充填バルブ１０の先端から容器１００の底部１０５までの距離に比べて、容器１００が傾斜しているときの、充填バルブ１０の先端から容器１００の胴部１０３の製品液が着液する位置までの距離が短い。したがって、容器を傾斜させる本実施形態は、重力加速度の影響による製品液の流速を抑えることができるので、泡の巻き込みにより製品液に泡が生ずるのを抑えることができる。なお、ここでいう距離とは、鉛直方向の距離のことである。
ここで、容器１００に製品液を充填する際の泡の発生要因としては、少なくとも、流速を持った製品液が着液することによるものと、内側面との界面からの周囲の気体の巻き込みによるものがあるが、着液するまでの距離を短くすることは、主に前者の要因に対応する。また、以下での説明は、主に後者の要因に対応する。

特に、本実施形態では、容器１００の胴部１０３の内側面に着液した製品液は、傾斜する内側面を伝って流れるので、摩擦抵抗を受けることにより流速が低下するのに加えて、図５（ａ）及び図８（ａ）に示すように、製品液Ｌの流れが広がることにより流速が低下するので、泡の巻き込みをより抑えることができる。仮に、図５（ｂ）に示すように、初期に泡（白丸）が巻き込まれたとしても、内側面を伝って底部１０５に向かう流れ（白抜き矢印）によって泡が液面に浮上しやすいので、最終的に巻き込まれる泡の量を減らすことができる。さらに、内側面を伝うことにより製品液の流速が低下し、エネルギーが分散するので発泡すること自体を抑えることができる。
以上のように泡の発生を抑えることができるので、本実施形態の炭酸飲料の充填方法、装置によれば、充填バルブ１０から供給する製品液の充填速度を上げることができる。
傾斜を維持する期間は任意であるが、本発明者らの検討によると、製品液が容器１００の容量の少なくとも１／５程度供給されていれば、以上の作用及び効果を享受することができる。例えば、容量が５００ｍＬの容器１００であれば、１００ｍＬ程度供給される間は傾斜させておき、その後は正立に復帰させることができる。

次に、本実施形態は、液供給工程の途中で容器１００を正立に復帰させるが、これによる作用及び効果は以下の通りである。
正立に復帰後は、図６（ａ）に示すように、供給される製品液は容器１００にすでに供給されている製品液の液面に着液する。ところが、充填バルブ１０から当該液面までの距離が相当に短くなっており、液面に着液する製品液の流速が抑えられているので、泡の発生が抑えられる。また、製品液は胴部１０３の内側面に沿って流れることがないので、内側面からの新たな泡の発生がない。
以上より、容器１００を正立に復帰させることにより、製品液に取り込まれる泡そのものの量が低減される。したがって、製品液中の泡が液面に浮上するのを待つ時間、つまりホールド工程に要する時間を短縮できるとともに、製品液に溶存する酸素が低減するので、酸素を忌避する製品液の質を向上できる。
また、製品液Ｌの供給当初の泡の発生が抑えられ、供給当初に製品液Ｌの充填速度を遅くする必要がなくなるので、当初から製品液の充填速度を速く設定し、液供給工程を通じて同一の充填速度を設定できる。もっとも、製品液の供給を開始した微小時間は、充填速度が立ち上がらず設定よりも低い値に留まるので、同一か否かはこの微小時間を除いて考えるものとする。

また、液供給工程の途中で容器１００を正立に復帰させることにより、容器１００に加わる負荷を低減できる。
容器１００が鉛直方向に対して傾斜していると、容器１００には製品液の重量による負荷に加えて、容器１００に作用するモーメントによる負荷も加わる。容器１００が傾斜したままで製品液の供給を続けると、このモーメントによる負荷が次第に大きくなり、容器１００をネック部１０１で支持するだけでは容器１００に変形が生じるおそれがある。これを防止するためには、ネック部の他に胴部１０３を支持するガイド部材を設ける必要がある。ところが、途中で容器１００を正立に復帰させると、以後は傾斜によるモーメントは加わらないので、強度の低い薄肉の容器１００であっても、ガイド部材を設ける必要性が小さい。

また、容器１００を正立させて製品液の充填を完了させると、図６（ｂ）に示すように、ネック部１０１の直下まで製品液を充填できる。これに対して、容器１００を傾斜させたままで製品液の充填を完了させると、容器１００の傾斜に伴って製品液の液面も傾斜するので、ネック部１０１よりも下方の胴部１０３に製品液が満たされていない空間が残っている最中に充填を完了させる必要がある。つまり、製品液の充填完了時に容器１００を正立させることにより、容器１００に必要な量の製品液を無理なく充填してヘッドスペースを小さくすることができる。

本実施形態では、液供給工程の前のカウンタ工程が終了するまでに容器１００を傾斜させているので、容器１００を傾斜させるための時間を新たに設ける必要がない。また、液供給工程の最中に容器１００を正立に復帰するので、容器１００を正立させるための時間を新たに設ける必要がない。したがって、本実施形態によれば、容器１００を傾斜させてから正立に復帰させるという新たな動作を導入するにも関わらず、容器１００に製品液を充填する一連の工程に必要なサイクルタイムを縮めることができる。これにより、同じ処理能力、つまり単位時間あたりに充填できる容器１００の本数を前提とすれば、本実施形態のフィラ本体２は保持する容器１００の本数が少なくてよいので、フィラ本体２を小型化できる。

以上、本発明を好ましい実施形態を説明したが、本発明は、以下に説明するように、その主旨を逸脱しない限り、実施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することが可能である。
はじめに、液供給工程の初期に製品液を容器１００の胴部１０３の内側面に着液させるが、着液させる位置（着液位置）及び容器１００を傾斜させる角度θ１（傾斜角度）について説明する。

着液位置は、容器１００の底部１０５から離れるほど、製品液の落下距離が短くなり、製品液が胴部１０３の内側面に着液する際の流速を小さくできる。したがって、図８（ｂ）に示すように、容器１００の胴部１０３の底部１０５からの高さをＨとすると、１／２Ｈ以上、つまり容器１００の高さ方向の中央よりも高い位置に製品液を着液させることが好ましく、２／３Ｈ以上の位置にすることがより好ましい。これはあくまで好ましい値であり、容器１００の形状、製品液の種類に応じて、着液する位置を、例えば１／１０Ｈ〜１／２Ｈの範囲から選択することもできる。

また、傾斜角度が小さすぎると、落下距離が長くなり、製品液が胴部１０３の内側面に着液する際の流速が大きくなる。したがって、この傾斜角度は５度以上にすることが好ましく、より好ましくは１５度以上とし、さらに好ましくは３０度以上とする。一方で、傾斜角度が大きくなるにつれて落下距離は短くなり、製品液が胴部１０３の内側面に着液する際の流速を小さくできるので、傾斜角度の上限は９０度にすることもできる。ただし、傾斜角度が大きければその分だけ容器１００を傾斜させるための時間を要することを考慮すれば、傾斜角度は７０度以下にすることが好ましく、さらに好ましくは６０度以下とする。本発明者らの検討によると、傾斜角度が４５度程度で泡立ちを抑えながら、所望する製品液の充填流速を確保することができる。

着液位置と傾斜角度は、相互に関連するが、製品液が充填バルブ１０から吐出される流速によって、同じ傾斜角度であっても着液位置は変動し、また、同じ着液位置を得るのに必要な傾斜角度が変動することがある。ここで、飲料充填装置１は、異なるサイズの容器１００に製品液を充填することが求められる。たとえば、同じ飲料であっても、５００ｍＬの容器１００に充填することもあれば、２０００ｍＬの容器１００に充填することもある。このサイズの異なる容器１００に製品液を充填する際に、容器１００のサイズに依存せずに、泡の発生を抑えられる最も好ましい位置に製品液を着液させることが好ましい。この好ましい位置は、製品液の流速もかかわる。
なお、容器１００を傾斜させる向きは任意であり、本実施形態のように、容器１００が移動するフィラ本体２の円形をなす外縁の径方向の外側に向けて傾斜させるのに限らず、当該径方向の内側に向けて傾斜させることもできる。また、これらの場合に、容器１００の中心軸が当該径方向に一致するのに限らず、当該径方向に対して当該中心軸が傾くようにしてもよい。

次に、容器１００を正立に復帰させる動作について、以下の通りである。
以上の実施形態では、図９（ａ）に示すように、容器１００の角度θ１を継続して傾斜させておき、その後に正立に復帰させるという動作を採用しているが、本発明はこれに限らない。例えば、図９（ｂ）に示すように、製品液の供給の開始時から連続的に容器１００を正立に復帰するように動作することができるし、図９（ｃ）に示すように、段階的に容器１００を正立に復帰するように動作することができる。図９（ｂ）の連続的な正立への復帰の場合には、正立するまでのいずれかの段階で、製品液が液面に向けて供給され始めることになる。

また、以上の実施形態では、容器供給工程の後にカウンタ工程を行う例について説明したが、炭酸飲料で行われることがあるガッシング工程（図１ Ｓ１０２）をカウンタ工程の前に行うこともできる。
ガッシング工程については、背景技術の欄で要旨に言及したが、製品液が酸素と接触して酸化してしまうのを防止するために、製品液を充填する前に容器１００内の空気を二酸化炭素で置換するものである。ガッシング工程を、通常、ノンシールガッシングと、シールガッシングと、の二段階で行うことで、容器１００内の酸素を二酸化炭素に効率よく置換する。
本実施形態を例にすると、ノンシールガッシングは、充填バルブ１０と容器１００の間に隙間がある状態で、気相領域７から通気路９、弁装置４０及び充填バルブ１０を介して容器１００に二酸化炭素を吹き込む。容器１００内に供給された二酸化炭素は、容器１００の容量に対して余剰となった二酸化炭素が空気とともに、充填バルブ１０と容器１００の間の隙間から外部に排出される。このようにすることで、容器１００内の空気を溢出させ容器内の酸素濃度を低下させるとともに、容器内を二酸化炭素などのガスで置換して酸素濃度を低くする。ノンシールガッシング処理は、当初から存在している空気を短時間に二酸化炭素に置換するのに適しているが、容器１００内の酸素濃度をある程度までしか低くすることができない。よって、さらにシールガッシングを行なう。
なお、充填バルブ１０と容器１００の間の隙間、二酸化炭素の吹き込み時間などの条件は、容器１００の容量、吹き込む二酸化炭素の流量などに応じて調整することができる。
ノンシールガッシング処理時のカウンタ弁４１、ガス回収弁４２及びスニフト弁４３の開・閉状態は以下の通りである。
開：カウンタ弁４１
閉：ガス回収弁４２、スニフト弁４３

シールガッシング処理では、容器１００の製品液の挿入口を充填バルブ１０に密着した状態で、ノンシールガッシング処理と同様、二酸化炭素を吹き込む。
容器１００に残存していた空気および二酸化炭素は、充填バルブ１０、弁装置４０（第３流路４８、第２流路４７、ガス回収弁５２、第５流路５０）を順に通って系外に排出される。この処理により、容器１００内の酸素濃度をさらに低くすることができる。
シールガッシング処理時のカウンタ弁４１、ガス回収弁４２及びスニフト弁４３の開・閉状態は以下の通りである。
開：カウンタ弁４１、ガス回収弁４２
閉：スニフト弁４３

また、以上の実施形態では、容器１００とともに充填バルブ１０を傾斜させているが、充填バルブ１０を傾斜させることなく、容器１００のみを傾斜させることもできる。この場合には、充填バルブ１０と容器１００の間を例えば可撓管で接続し、可撓管を介して製品液Ｌ、ガスＧを供給すればよい。
また、以上の実施形態では、容器１００としてびん容器を例にして説明したが、缶容器に本発明を適用することもできる。
また、泡が発生しうる限り、本発明に適用される製品液は任意であり、コーラ飲料のほかに、ビールなどのアルコール飲料、サイダーなどの清涼飲料に広く適用することができる。また、本発明は、炭酸飲料に代表されるガス入り飲料の充填に限らず、ガスを含まない飲料の充填を行うこともできる。通常は、容器１００の密封を行わないで製品液を供給する。さらに、本発明は、製品液の種類に限らずその効果を得ることができるので、飲料以外の製品液を容器に充填する際に適用することができる。
さらに、以上の実施形態は、容器１００は、充填バルブ１０の所定の位置に正立状態で搬送されることを前提としているが、本発明は、容器１００を傾斜させた状態で搬送してきて、傾斜して待ち受けている充填バルブ１０に密着させることもできる。また、本発明は、停止ステップにおいて、必ずしも容器１００が正立状態にあることを必須とするものではなく、供給される製品液を容器１００にすでに供給されている製品液の液面に着液させるという本発明の要件を備える限り、容器１００が傾斜していてもよい。

１ 飲料充填装置
２ フィラ本体
３ 転送スターホイール
４ 転送スターホイール
６ 液相領域
７ 気相領域
８ 液供給路
９ 通気路
１０ 充填バルブ
１１ バルブ筐体
１２ 製品流路
１３ 弁座
１５ 液供給ポート
１７ ガス供給ポート
１９ ガス流路
３０ バルブ軸体
３１ 弁体
３３ エアシリンダ
４０ 弁装置
４１ カウンタ弁
４２ ガス回収弁
４３ スニフト弁
４５ 流路ブロック
４６ 第１流路
４７ 第２流路
４８ 第３流路
４９ 第４流路
５０ 第５流路
５３ 支持ブロック
５４ スニフトチャンバ
６０ 支持機構
６１ 支持本体
６３ 容器把持具
６５ バルブ把持具
７０ 制御部
１００ 容器
１０１ ネック部
１０２ 開口
１０３ 胴部
１０５ 底部

Claims (14)

1. 充填バルブを介して製品液を容器に供給する充填方法であって、
   前記容器への前記製品液の供給を開始する開始ステップと、
   前記開始ステップに続いて、前記製品液の供給を継続する中間ステップと、
   必要量の前記製品液が前記容器に充填されると、前記製品液の供給を停止する停止ステップと、
   を備え、
   前記充填バルブにより前記容器の内部が密封可能であり、
   前記開始ステップの開始時までに、前記容器が鉛直方向に対して傾斜するとともに、前記充填バルブと、前記充填バルブが密着する前記容器の開口部との相対位置関係を変化させずに前記容器の傾斜に同期して前記充填バルブも鉛直方向に対して傾斜し、
   前記開始ステップにおいて、
   前記製品液は、鉛直方向に対して角度θ１に傾斜された前記容器の内側面に向けて供給され、
   前記中間ステップの少なくとも一部の期間において、
   前記製品液は、前記角度θ１よりも傾斜角度が小さくされた前記容器にすでに供給された前記製品液の液面に向けて供給される、
   ことを特徴とする充填方法。
2. 前記中間ステップにおいて、
   前記容器の前記角度θ１を保ったままで前記製品液を供給し、
   次いで、前記容器を正立させることで前記製品液の流れを前記液面に向けて、前記製品液の供給を継続する、
   請求項１に記載の充填方法。
3. 前記中間ステップにおいて、
   前記容器が正立するまで前記容器の前記角度θ１を連続的に小さくしながら、前記製品液を供給し、
   前記容器が正立するまでのいずれかの段階で、前記製品液の流れが前記液面へと向かう、
   請求項１に記載の充填方法。
4. ガスを供給して前記容器を加圧状態とするカウンタ工程と、
   前記カウンタ工程の後に、前記開始ステップ、前記中間ステップ及び前記停止ステップを順に行う液供給工程と、
   前記液供給工程の後に、前記容器内のヘッドスペースに残存する前記ガスを排気するスニフト工程と、を備え、
   前記カウンタ工程が終了するまでに、正立状態で搬送されてきた前記容器が前記角度θ１に傾けられ、
   前記液供給工程の前記中間ステップの間に前記容器が正立に戻される、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の充填方法。
5. 前記開始ステップにおいて、
   前記容器の高さ方向の中央よりも高い位置に向けて前記製品液が供給される、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の充填方法。
6. 前記中間ステップにおいて、
   前記製品液の充填速度が一定である、
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の充填方法。
7. 前記製品液は、炭酸飲料である、
   請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の充填方法。
8. 充填バルブを介して製品液を容器に供給する充填装置であって、
   前記容器への前記製品液の供給を開始する開始ステップと、
   前記開始ステップに続いて、前記製品液の供給を継続する中間ステップと、
   必要量の前記製品液が前記容器に充填されると、前記製品液の供給を停止する停止ステップと、
   を実行し、
   前記充填バルブにより前記容器の内部が密封可能であり、
   前記開始ステップの開始時までに、前記容器が鉛直方向に対して傾斜するとともに、前記充填バルブと、前記充填バルブが密着する前記容器の開口部との相対位置関係を変化させずに前記容器の傾斜に同期して前記充填バルブも鉛直方向に対して傾斜し、
   前記開始ステップにおいて、
   前記製品液を、鉛直方向に対して角度θ１に傾斜された前記容器の内側面に向けて供給し、
   前記中間ステップの少なくとも一部の期間において、
   前記製品液を、前記角度θ１よりも傾斜角度が小さくされた前記容器にすでに供給された前記製品液の液面に向けて供給する、
   ことを特徴とする充填装置。
9. 前記中間ステップにおいて、
   前記容器の前記角度θ１を保ったままで前記製品液を供給し、
   次いで、前記容器を正立させることで前記製品液の流れを前記液面に向けて、前記製品液の供給を継続する、
   請求項８に記載の充填装置。
10. 前記中間ステップにおいて、
    前記容器が正立するまで前記容器の前記角度θ１を連続的に小さくしながら、前記製品液を供給し、
    前記容器が正立するまでのいずれかの段階で、前記製品液の流れが前記液面へと向かう、
    請求項８に記載の充填装置。
11. ガスを供給して前記容器を加圧状態とするカウンタ工程と、
    前記カウンタ工程の後に、前記開始ステップ、前記中間ステップ及び前記停止ステップを順に行う液供給工程と、
    前記液供給工程の後に、前記容器内のヘッドスペースに残存する前記ガスを排気するスニフト工程と、を実行し、
    前記カウンタ工程が終了するまでに、正立状態で搬送されてきた前記容器が前記角度θ１に傾けられ、
    前記液供給工程の前記中間ステップの間に前記容器が正立に戻される、
    請求項８〜１０のいずれか一項に記載の充填装置。
12. 前記開始ステップにおいて、
    前記容器の高さ方向の中央より高い位置に向けて前記製品液が供給される、
    請求項８〜請求項１１のいずれか一項に記載の充填装置。
13. 前記中間ステップにおいて、
    前記製品液の充填速度が一定である、
    請求項８〜請求項１２のいずれか一項に記載の充填装置。
14. 前記製品液は、炭酸飲料である、
    請求項８〜請求項１３のいずれか一項に記載の充填装置。

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