(57)【要約】      （修正有）【課題】電動機を用いて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液体充填装置を提供する。【解決手段】容器ＰＢに対する液体の充填方向の相対位置が維持されながら、前記容器ＰＢに向けて前記液体を供給する充填ノズル１と、充填ノズル１の流量を調整する電動シリンダと、充填ノズル１から容器ＰＢへ供給される液体の充填量を計測するロードセル２１と、計測された充填量に基づいて容器ＰＢ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制御部５０と、を備える液体充填装置。【選択図】図２
2013001417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器ＰＢに対する液体の充填方向の相対位置が維持されながら、流量調整弁を介して前記容器ＰＢに向けて前記液体を供給する充填ノズルと、
前記流量調整弁を動作させる電動機と、
前記充填ノズルから前記容器ＰＢへ供給される液体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前記容器ＰＢ内の前記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機の動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする液体充填装置。
【請求項２】
計測された前記充填量と容器仕様データとに基づいて、前記容器ＰＢに前記液体を供給しながら前記液位を求める、
請求項１に記載の液体充填装置。
【請求項３】
計測された前記充填量と、前記容器ＰＢの充填量と液位とが関連付けられた充填量−液位データとに基づいて、前記容器ＰＢに前記液体を供給しながら前記液位を求める、
請求項１に記載の液体充填装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記液位と、当該液位において気泡の巻き込みを生じさせることなく前記液体を充填できる充填流量と、が対応付けられた液位−充填流量データを保持し、
求められた前記液位と、前記液位−充填流量データと、を対比することにより、前記充填流量を特定する、
請求項２又は３に記載の液体充填装置。
【請求項５】
前記制御部は、
複数種の前記容器ＰＢ毎に前記容器仕様データと前記液位−充填流量データを対応付けて保持し、
複数種の前記容器ＰＢの中から選択された容器ＰＢに対応する前記容器仕様データと前記液位−充填流量データに基づいて、当該容器ＰＢについての充填流量を制御する、
請求項４記載の液体充填装置。
【請求項６】
前記制御部は、
複数種の前記液体毎に前記液位−充填流量データを対応付けて保持し、
複数種の前記液体の中から選択された液体に対応する前記液位−充填流量データに基づいて、当該液体についての充填流量を制御する、
請求項４又は請求項５に記載の液体充填装置。
【請求項７】
容器ＰＢに対する液体の充填方向の相対位置が維持された充填ノズルから前記容器ＰＢに向けて前記液体を供給する液体充填方法であって、
前記充填ノズルの流量調整弁は電動機により開閉が調整され、
前記充填ノズルから前記容器ＰＢへ供給される液体の充填量を計測し、
計測された前記充填量に基づいて前記容器ＰＢ内の前記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機の動作を制御する、
ことを特徴とする液体充填方法。
【請求項８】
計測された前記充填量と容器仕様データとに基づいて、前記容器ＰＢに前記液体を供給しながら前記液位を求める、
請求項７に記載の液体充填方法。
【請求項９】
計測された前記充填量と、前記容器ＰＢの充填量と液位とが関連付けられた充填量−液位データとに基づいて、前記容器ＰＢに前記液体を供給しながら前記液位を求める、
請求項７に記載の液体充填方法。
【請求項１０】
前記液位と、当該液位において気泡の巻き込みを生じさせることなく前記液体を充填できる充填流量と、が対応付けられた液位−充填流量データを保持し、
求められた前記液位と、前記液位−充填流量データと、を対比することにより、前記充填流量を特定する、
請求項８又は９に記載の液体充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペットボトル、瓶に代表される各種容器ＰＢに、お茶、ミネラルウォータなどの飲料、その他の液体を定量充填する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種容器ＰＢ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の充填装置は、容器ＰＢ内の下端近傍の下限位置まで充填ノズルを下降させ、この後、充填ノズルを上昇させながら充填ノズルから液体を送出することを前提としている。そして特許文献１は、開口径が上部ほど狭くなる上窄まり口が形成されたペットボトルやガラス瓶に液状物を定量充填する際に、充填ノズルが上窄まり口の下端位置に達した後の充填流量を低流量に絞ると、容器ＰＢ内に定量の液体を充填し終わるまでの所要時間が長くなる、という課題を解決することを目的としてなされたものである。つまり、特許文献１は、容器ＰＢの上部に形成されている上窄まり口の下端位置に充填ノズルが達した以後は、液状物の充填流量を調整しないで充填ノズルの上昇速度を、充填ノズルと容器ＰＢ内液体の液面との相対位置関係が略一定になるように調整する。そうすることにより、所定量の液体を充填し終わるまでの所要時間を短くできる、とされている。
しかるに、特許文献１のように充填ノズルを容器ＰＢ内に挿入する充填方法は、液面から充填ノズルまでの距離を略一定に制御できるので、充填された液体に気泡が巻き込まれるのを防止するのに好ましい。しかし、衛生面の配慮から、充填ノズルを容器ＰＢ内に挿入する充填方法はあまり、採用されないのが実状である。
【０００３】
従来この種の充填装置としては、エアー駆動の流量調整弁が用いられていたが、エアー駆動による流量調整弁は、細やかな開度調整が難しく、開閉の精度が劣るという問題があった。また、充填液タンクからの給液圧力が一定範囲以上変動すると、液面レベルの制御が不能となり、充填液に気泡の巻き込みや液不足が生じるという問題があった。この問題を解決するために、特許文献２は、電動機（サーボモータ）を用いフィードバック制御の一種であるＰＩＤ制御により流量調整弁の開閉量を調整することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３７２０３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２６２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
飲料業界において、例えば５００ｍｌの容器ＰＢに対して４秒以内と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液体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。
特許文献２のようにフィードバック制御を用いることは適切な充填流量を得るための一手段ではあるが、５００ｍｌの容器ＰＢに対する４秒以内という短時間充填では、電動機をフィードバック制御する時間的余裕がないのが実状である。したがって、特許文献２による充填装置は、このような短時間充填には不向きである。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、電動機を用いて短時間充填を実現できる液体充填装置及び方法を提供することを目的とする。本発明は、そのような液体充填装置及び方法において、さらに気泡の巻き込みを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
容器ＰＢへの充填量に基づいて算出された液位に基づい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ことを本発明者が検討したところ、本発明が志向する短時間充填に十分に対応することができることを確認した。
また本発明者は、容器ＰＢ内に充填ノズルを挿入するのではなく、容器ＰＢ外に配置される充填ノズルと容器ＰＢの相対的な位置関係を維持しながら液体を容器ＰＢに定量充填すること（以下、ノズル定置充填、称する）を前提にし、本発明の目的を達成するべく検討を行なった。その結果、ノズル定置充填において、充填流量が同じでも、充填された液体の容器ＰＢ底部からの液面の高さ（液位）によって気泡の巻き込みの発生有無が相違すること、具体的には、液位が低いほど充填流量が少なくても気泡の巻き込みが生じやすい傾向があり、逆に、液位が高いほど充填流量が多くても気泡の巻き込みが生じにくい傾向があること、を知見した。したがって、この傾向に基づいて液位に応ず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短時間充填を実現することができる。
【０００７】
以上の検討結果に基づく本発明の液体充填装置は、充填ノズルと、電動機と、充填量計測部と、制御部と、を備えている。
充填ノズルは、容器ＰＢに対する液体の充填方向の相対位置が維持されながら、流量調整弁を介して容器ＰＢに向けて液体を供給する。
電動機は、充填ノズルの流量調整弁を動作させる。
充填量計測部は、充填ノズルから容器ＰＢへ供給される液体の充填量を計測する。
制御部は、計測された充填量に基づいて容器ＰＢ内の液体の液位を特定する。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電動機の動作を制御する。
なお、本発明において、充填流量とは単位時間当たりに供給される液体の量をいい、充填量とは当該容器ＰＢに供給された液体の総量をいうものとする。両者の量自体は、体積として捉えることもできるし、質量（重さ）として捉えることもできる。
【０００８】
本発明において、制御部が液位を特定する方法として少なくとも以下の２つが掲げられる。
１つ目の方法は、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に液体を供給しながら液位を求める。ここでいう容器仕様データは、例えば、液体を収容する容器ＰＢの形状、寸法を少なくとも含んでいればよい。例えば、充填量として重量を計測するものとすれば、重量が既知であれば容器ＰＢの形状、寸法に基づいて、液位を演算により求めることができる。
２つ目の方法は、当該容器ＰＢにおける充填量と液位とが関連付けられた充填量−液位データを予め保持する。制御部は、充填量計測部から液体の充填量を取得すると、充填量−液位データを参照して当該充填量における液位を特定することができる。
１つ目の方法および２つ目の方法のいずれにおいても、制御部は、特定された液位に対応する液体の充填流量が得られるように電動機の動作を制御する。
【０００９】
本発明の液体充填装置において、制御部は、以下のようにして充填流量を特定することができる。
制御部は、液位と、当該液位において気泡の巻き込みを生じさせることなく液体を充填できる充填流量と、が対応付けられた液位−充填流量データを保持する。制御部は、求められた液位と、液位−充填流量データと、を対比することにより、容器ＰＢに充填する液体の充填流量を特定する。
この液体充填装置は、液位−充填流量データに基づく充填流量に従って液体の充填が行なわれるので、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。
【００１０】
本発明の液体充填装置は、異なる仕様を有する複数種の容器ＰＢに対応することができる。
この場合の制御部は、複数種の容器ＰＢ毎に容器仕様データと液位−充填流量データが対応付けて保持される。制御部は、複数種の容器ＰＢの中から選択された容器ＰＢに対応する容器仕様データと液位−充填流量データに基づいて、当該容器ＰＢについての充填流量を制御する。
この本発明によれば、液体が充填される容器ＰＢが仕様の異なるものに変更されても、複数種の容器ＰＢ毎に容器仕様データを備えているので、当該容器ＰＢにおける液位を正確に求めることができる。
同様に、本発明の液体充填装置は、異なる種類の液体に対応することができる。
この場合の制御部は、複数種の液体毎に液位−充填流量データが対応付けて保持される。制御部は、複数種の液体の中から選択された液体に対応する液位−充填流量データに基づいて、当該液体についての充填流量を制御する。
この本発明によれば、異なる種類の液体に変更されても、複数種の液体毎に液位−充填流量データを備えているので、当該液体における液位を正確に求めることができる。
【００１１】
本発明は、容器ＰＢに対する液体の充填方向の相対位置が維持された充填ノズルから容器ＰＢに向けて液体を供給する液体充填方法も提供する。この液体充填方法は、充填ノズルの流量調整弁は電動機により開閉が調整されるものであり、充填ノズルから容器ＰＢへ供給される液体の充填量を計測し、計測された充填量に基づいて容器ＰＢ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機の動作を制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、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。また、本発明は、演算により求められた液位に対応する液体の充填流量が得られるように電動機の動作を制御するので、５００ｍｌの容器ＰＢに対する充填時間が４秒以内という迅速な充填に対応した充填流量の制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】本実施の形態における充填ノズルを示す図である。
【図４】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５】図４に示す演算式が適用される容器ＰＢを示す。
【図６】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。
【図７】液位−充填流量データを得る実験方法を示す。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】保持部に保持される充填量−液位データの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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てなる。
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。
【００１５】
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Ａにて転送ホイール０２のホルダにより把持されて、位置Ａから位置Ｂにまで搬送される。位置Ｂ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Ｂから位置Ｃにまで搬送される。位置Ｂから位置Ｃ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。
【００１６】
更に、容器ＰＢは位置Ｃにて液体充填装置０３から転送ホイール０４に、位置Ｄにて転送ホイール０４からキャッパ０５に、位置Ｅにてキャッパ０５から排出ホイール０６に、位置Ｆ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。
【００１７】
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。
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、その下端から流下する液体Ｌを容器ＰＢ内に注ぐ。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。
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。なお、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を本発明は許容する。
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、貯留している液体Ｌの上側の空間には、炭酸飲料であれば炭酸ガス、非炭酸飲料であれば窒素ガスなどの気体が貯えられており、液体Ｌの劣化を防止する。
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。
【００１８】
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）に連結されており、かつ貯液タンク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。
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。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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することができる。充填液の充填を行なう場合には、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、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ことを主旨とするが、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。
【００２２】
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の実現を可能にする。
また、空気圧シリンダを用いた従来の充填ノズルは、バルブ個々に応答遅れが発生し、かつフレキシブルに充填流量を制御することが難しい。また長時間使用すると空気圧シリンダ内のオリフィスにゴミが混入するなどして可動弁体１５の駆動に支承がでることがある。そうすると、規定量の充填液が充填されないまま容器ＰＢが充填装置から排出されるおそれもある。これに対して充填ノズル１は、電動シリンダ３を可動弁体１５の駆動源としており空気の供給設備が不要なため、ゴミの混入による上述した充填不良がなくなる。
【００２３】
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。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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の総重量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Ａと等価である。この容器仕様データＡ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Ａ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
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。
【００２８】
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。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。
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。
【００２９】
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（例えば、ミネラル水）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た。
液位変動量＝液位最大値−液位最小値
その結果、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、が確認された。例えば、液位が３０ｍｍのときに、充填流量を１００ｍｌ／ｓｅｃに増加させると液面変動量は２５ｍｍ、充填流量を１５０ｍｌ／ｓｅｃに増加させると液面変動量は５０ｍｍであった。
【００３０】
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した。
図８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纏めた。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、つまり臨界液位変動量は図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。
【００３１】
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。
【００３２】
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Ｂ）に容器ＰＢが搬送されことを条件に、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）。
【００３３】
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。
【００３４】
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（図９  Ｓ１１３）。
【００３５】
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を閉じるように電動シリンダ３に指示する（図９  Ｓ１１５  Ｙｅｓ，図９  Ｓ１１７）。
こうして液体充填装置０３の所定の充填位置（図１  位置Ｃ）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）。
【００３６】
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への液体Ｌの充填を迅速に完了させることができる。
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。
【００３７】
上記実施形態は、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。
【００３８】
また、上記実施形態では、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するが、本発明はこれに限定されない。例えば、液体Ｌが充填される容器ＰＢの充填量と液位とが関連付けられた充填量−液位データをデータ保持部５２が予め保持する。充填量−液位データは、例えば図１１に示されるように、容器ＰＢ毎に、充填量と液位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−液位データを対比して当該充填量における液位を特定することもできる。
計測された充填量と容器仕様データに基づいて液位を演算により特定する方法はデータ保持部５２に保持されるデータ量が少なく済む利点があり、一方、充填量−液位データを参照して液位を特定する方法は、データテーブル（例えば図１１）から参照するため、演算を行なわなくて済むので液位の特定を迅速に行なえる利点がある。
【００３９】
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。
これ以外にも、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することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
ＰＢ    容器
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
Ｔ      旋回テーブル
１０    弁軸
１１    バルブ本体
１１ａ  弁吐出口
１１ｂ  弁取付フランジ
１１ｃ  給液パイプ
１１ｄ  弁軸ガイド
１１ｅ  固定弁座
１３    弁体ロッド
１５    可動弁体
１７    軸継手
１８    充填液通路
２０    ホルダ
２１    ロードセル
３０    貯液タンク
３１    シリンダ本体
３２    ロッド軸
４０    液体供給管
５０    制御部
５１    演算部
５２    データ保持部
５３    指示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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