(57)【要約】【課題】充填される内容物が含有する固形物のサイズが大きい場合にも対応できるとともに、固形物の含有率を容易に管理できる充填機の提供。【解決手段】充填機３は、容器７を把持するグリッパ３２と、容器７を把持しているグリッパ３２への荷重を計測するロードセル３４と、容器７内への充填に用いられる充填装置５とを備えている。充填装置５は、液状物が通過可能な第１経路１１と、第１経路１１を開閉する第１バルブ１２と、第１経路１１よりも開口面積が大きく、固形物が通過可能な第２経路２１と、第２経路を開閉する第２バルブ２２と、第１経路１１および第２経路２１から別々に受け入れたものを容器７内へと吐出するノズル部５１とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器を把持するグリッパと、
前記容器を把持している前記グリッパへの荷重を計測するロードセルと、
前記容器内への充填に用いられる充填装置と、を備え、
前記充填装置は、
液状物が通過可能な第１経路と、
前記第１経路を開閉する第１バルブと、
前記第１経路よりも開口面積が大きく、固形物が通過可能な第２経路と、
前記第２経路を開閉する第２バルブと、
前記第１経路および前記第２経路から別々に受け入れたものを前記容器内へと吐出するノズル部と、を備える、
ことを特徴とする充填機。
【請求項２】
前記ロードセルによる計測を行いながら、前記第１バルブの開閉および前記第２バルブの開閉を制御する制御装置を備え、
前記制御装置により発せられる指令により、
前記容器内に前記固形物が規定量だけ供給された後、前記容器内に前記液状物が供給されることで前記容器全体が規定の重量に到達する、
ことを特徴とする請求項１に記載の充填機。
【請求項３】
前記第１経路は、鉛直方向に沿って延びており、
前記第２経路は、前記第１経路に対して傾斜しており、
前記ノズル部は、前記第１経路の延長上に位置している、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の充填機。
【請求項４】
前記第２経路は、前記ノズル部内に連通しており、
前記第１バルブの弁座が前記第２経路の前記ノズル部内への連通箇所よりも上方に位置している、
ことを特徴とする請求項３に記載の充填機。
【請求項５】
前記第２経路は、前記第１経路に連通しており、
前記第１バルブの弁座が前記第２経路の前記ノズル部内への連通箇所よりも下方に位置している、
ことを特徴とする請求項３に記載の充填機。
【請求項６】
前記充填装置は、
前記第１経路へ前記液状物を流入させる経路を開閉する上流バルブを備える、
ことを特徴とする請求項５に記載の充填機。
【請求項７】
容器を把持しているグリッパへの荷重を計測しながら、経路および前記経路を開閉するバルブをいずれも備えた別々の供給系を通じて、液状物と固形物とをそれぞれ規定量だけノズル部へ受け入れ、前記ノズル部から前記容器内へと供給する供給ステップを備える、
ことを特徴とする充填方法。
【請求項８】
前記供給ステップは、
前記容器内に前記固形物を規定量だけ供給する第１供給ステップと、
前記容器内に前記液状物を供給することで前記容器全体を規定重量に到達させる第２供給ステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の充填方法。
【請求項９】
容器内に固形物を充填する固形物充填機と、
前記固形物充填機から転送された前記容器内に液状物を充填する液状物充填機と、を備え、
前記液状物充填機および前記固形物充填機のいずれも、
前記容器を把持するグリッパと、
前記容器を把持している前記グリッパへの荷重を計測するロードセルと、
経路、前記経路を開閉するバルブ、および前記経路から受け入れたものを前記容器内へと吐出するノズル部を有する充填装置と、を備える、
ことを特徴とする充填システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料等の充填機、充填方法、および充填システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料等を壜や樹脂ボトル等の容器に充填するため、充填装置を備えた充填機が使用されている。回転式の充填機の場合、軸周りに回転される回転体に備えられた複数のグリッパのそれぞれに把持された容器を搬送しながら、同じく回転体に備えられた充填装置のノズルから飲料液を容器内に充填する（例えば、特許文献１）。容器内への充填量を管理するため、例えば流量計が用いられる。
充填装置は、飲料液が流れる流路を形成するハウジングと、エアシリンダ等により流路を開閉するバルブと、バルブを通過した飲料液を容器内へと吐出するノズルとを備えている。
【０００３】
果肉等を含有する飲料の充填にあたっては、飲料液と果肉等とを混合し、流量に基づいて制御される単一のバルブを用いて、飲料および果肉等の混合物をノズルから充填している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３５２８３号公報
【特許文献２】特開２０１１−５７２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来よりも大きな果肉等の固形物を含有する飲料の製造が求められている。例えば、１０ｍｍ角の固形物と液状物との混合物を充填するためには、液状物と固形物との混合物が通過する充填装置の流路を拡大する必要がある。しかし、流路断面積の増大により、圧力損失が低下するため、充填に適した流量に設定することが難しく、充填時の泡の発生や液ハネ等を避ける必要から、流路の拡大には限界がある。そのため、大きな固形物がスムーズに通過できる程度にまで十分に流路を拡大することができず、固形物によって流路の閉塞（詰まり）を起こすおそれがある。
加えて、液状物の中で固形物が沈降するため、固形物の含有率を一定に管理するのが難しい。特に、固形物のサイズが大きい場合の含有率の管理が難しい。
以上より、本発明は、充填される内容物が含有する固形物のサイズが大きい場合にも対応できるとともに、固形物の含有率を容易に管理できる充填機、充填方法、および充填システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の充填機は、容器を把持するグリッパと、容器を把持しているグリッパへの荷重を計測するロードセルと、容器内への充填に用いられる充填装置と、を備え、充填装置は、液状物が通過可能な第１経路と、第１経路を開閉する第１バルブと、第１経路よりも開口面積が大きく、固形物が通過可能な第２経路と、第２経路を開閉する第２バルブと、第１経路および第２経路から別々に受け入れたものを容器内へと吐出するノズル部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の充填機が、ロードセルによる計測を行いながら、第１バルブの開閉および第２バルブの開閉を制御する制御装置を備え、制御装置により発せられる指令により、容器内に固形物が規定量だけ供給された後、容器内に液状物が供給されることで容器全体が規定の重量に到達することが好ましい。
【０００８】
本発明の充填機において、第１経路は、鉛直方向に沿って延びており、第２経路は、第１経路に対して傾斜しており、ノズル部は、第１経路の延長上に位置していることが好ましい。
【０００９】
本発明の充填機において、第２経路は、ノズル部内に連通しており、第１バルブの弁座が第２経路のノズル部内への連通箇所よりも上方に位置していることが好ましい。
【００１０】
本発明の充填機において、第２経路は、第１経路に連通しており、第１バルブの弁座が第２経路のノズル部内への連通箇所よりも下方に位置していることが好ましい。
この構成において、充填装置は、第１経路へ液状物を流入させる経路を開閉する上流バルブを備えることが好ましい。
【００１１】
本発明の充填方法は、容器を把持しているグリッパへの荷重を計測しながら、経路および経路を開閉するバルブをいずれも備えた別々の供給系を通じて、液状物と固形物とをそれぞれ規定量だけノズル部へ受け入れ、ノズル部から容器内へと供給する供給ステップを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の充填方法においては、供給ステップは、容器内に固形物を規定量だけ供給する第１供給ステップと、容器内に液状物を供給することで容器全体を規定重量に到達させる第２供給ステップと、を含むことが好ましい。
【００１３】
本発明の充填システムは、容器内に固形物を充填する固形物充填機と、固形物充填機から転送された容器内に液状物を充填する液状物充填機と、を備え、液状物充填機および固形物充填機のいずれも、容器を把持するグリッパと、容器を把持しているグリッパへの荷重を計測するロードセルと、経路、経路を開閉するバルブ、および経路から受け入れたものを容器内へと吐出するノズル部を有する充填装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液状物および固形物を容器内に供給する系が、別々の供給系として構成されているため、各供給系を適切な開口面積に構成することができ、かつ、グリッパへの荷重を計測するロードセルを用いたリアルタイムな重量監視下において、容器内に液状物および固形物をそれぞれ適切な量だけ供給することができる。したがって、単一の経路を通じて固形物および液状物の混合物をノズル部に流入させる場合とは違って経路の詰まり等を起こすことなく、固形物の含有率および製品重量を一定に管理し、製品の品質を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る飲料製造ラインを模式的に示す平面図である。
【図２】充填機を模式的に示す平面図である。
【図３】（ａ）は、充填機の構成を示す模式図である。（ｂ）は、（ａ）におけるIIIｂ線断面図である。
【図４】第１実施形態における充填処理の流れを示す図である。
【図５】（ａ）は固形物充填時の充填装置の状態を示す図であり、（ｂ）は液状物充填時の充填装置の状態を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る充填機の構成を示す模式図である。（ａ）は固形物充填時の状態を示し、（ｂ）は液状物充填時の状態を示している。
【図７】第２実施形態に係る充填機の構成を示す模式図である（閉塞時）。
【図８】第２実施形態における充填処理の流れを示す図である。
【図９】第３実施形態に係る飲料製造ラインを模式的に示す図である。
【図１０】第３実施形態における充填機の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示す飲料製造ライン１は、樹脂ボトル等の容器に充填されている飲料製品を得る設備であり、容器を洗浄するリンサ２（洗浄機）と、容器内に内容物（飲料）を充填する充填機３と、容器に蓋（キャップ）を取り付けるキャッパ４とを備えている。
飲料製造ライン１には、リンサ２、充填機３、およびキャッパ４と共に回転式の搬送装置を構成する複数のスターホイール１０１〜１０４が含まれている。
飲料製造ライン１は、図示しない容器供給源から供給される容器７（図２）を搬送しながら、リンサ２による洗浄および殺菌、充填機３による充填、キャッパ４による蓋の取り付けを行い、箱詰め等の後工程に向けて払い出す。
また、飲料製造ライン１は、図示しないチャンバの内側に配置されている。チャンバ内は、外部の大気圧に対して陽圧に維持されることで塵埃等の侵入が防止されており、チャンバ内において、無菌状態で充填および蓋の取り付けが行われる。
【００１７】
充填機３は、単一の種類の液状物からなる飲料、二種類の液状物からなる飲料、および、液状物の中に果肉等の固形物を含有する飲料のいずれをも、容器内に充填することができる。
図２に示すように、充填機３は、図示しない駆動部により軸周りに回転される回転体３１と、容器をリンサ２（図１）から回転体３１へと転送するスターホイール１０２と、回転体３１から容器を受け取り、キャッパ４（図１）へと転送するスターホイール１０３と、充填機３の各部を制御する制御装置３５とを備えている。
回転体３１の外周部には、容器をそれぞれ把持する多数のグリッパ３２が支持されている。図２には、一部のグリッパ３２のみを示している。
制御装置３５は、飲料製造ライン１全体を制御する制御装置の一部であってもよい。
【００１８】
充填機３は、制御装置３５による制御の下、図示しないタンクから供給される飲料をグリッパ３２により把持されている容器７内に充填する。充填機３は、グリッパ３２にそれぞれ対応する複数の充填装置５（図３（ａ））を備えている。これらの充填装置５はいずれも、グリッパ３２により把持された状態で回転体３１の円周方向に搬送される容器７に追走するように構成されている。
充填機３は、回転体３１の円周方向に容器７が搬送されている間に、所定のタイミングで充填装置５により容器７内に飲料を充填し、飲料の充填された容器７を排出する。
【００１９】
図３（ａ）を参照し、充填機３の特徴的な構成を説明する。
充填機３の回転体３１（図２）にグリッパ３２を支持する支持部３３には、容器７の首部を把持するグリッパ３２に掛かる荷重を計測するロードセル３４が設けられている。充填機３は、グリッパ３２に個別に対応する複数のロードセル３４を備えている。ロードセル３４の計測値により、容器７内に充填された内容物の重量を知ることができる。ロードセル３４は、流量計が検知に所定の時間を要するのとは異なり、荷重を瞬時に検知することができるので、ロードセル３４により連続的に容器内への内容物の供給量を監視しながら、充填装置５による充填の開始および停止を制御するといったリアルタイム処理が可能である。
グリッパ３２、支持部３３、ロードセル３４、および充填装置５は、回転体３１に一体的に組み付けられており、回転体３１と共に円周方向に回転運動する。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、充填装置５は、容器７の開口７Ａに向けて内容物を吐出するノズル部５１と、第１の内容物をノズル部５１へと供給する第１供給系１０と、第２の内容物をノズル部５１へと供給する第２供給系２０と、ハウジング５２とを備えている。
第１供給系１０は、第１経路１１と、第１経路１１を開閉可能な第１バルブ１２とを備えている。
第２供給系２０は、第２経路２１と、第２経路２１を開閉可能な第２バルブ２２とを備えている。第２経路２１の開口面積は、第１経路１１の開口面積よりも大きい。
【００２１】
充填機３により、二種類の液状物を充填する場合、第１経路１１を液状物（第１の内容物）が通過し、第２経路２１を別の液状物（第２の内容物）が通過する。
充填機３により、液状物および固形物を充填する場合、第１経路１１を液状物（第１の内容物）が通過し、第２経路２１を固形物（第２の内容物）が通過する。
充填機３により、単一の種類の液状物を充填する場合、第１供給系１０のみが使用され、第２供給系２０は使用されない。第１経路１１を液状物が通過し、第２経路２１は、第２バルブ２２により閉塞される。
【００２２】
本明細書において、「液状物」は、液体の他、形状が不定であって流動性を有する流動物を含むものとする。飲料として供される液状物として、具体的には、果汁、コーヒー、茶等を例示できる。
一方、本明細書において「固形物」は、塊状あるいは繊維状に、ある程度まとまった形状が与えられているものをいう。固形物として、具体的には、果肉、ナタデココ、タピオカ、ゼリー等を例示できる。これらは、液状物と共に飲料として供されるのに好ましい、滑らかな食感を有している。これらの固形物の大きさは、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍ、もしくはそれ以上である。これらの固形物は、例えば、立方体や球等の形状をしている。
固形物の集合が第２経路２１を通過することとなる。第２経路２１をスムーズに通過するため、固形物がシロップ等の多少の液を伴っていると好ましい。
【００２３】
充填機３は、図３（ａ）に示す例の如く、特に、液状物と、固形物とを充填装置５によって容器７内に充填する場合に好適に使用することができる。充填装置５は、第１供給系１０と第２供給系２０とを通じて、液状物と、固形物とを別々にノズル部５１まで供給し、ノズル部５１を介して容器７内へと液状物および固形物を供給する。後述するように、先ず、固形物を容器７内に供給した後、液状物を容器７内に供給するといったように、タイミングを変えて、順次、固形物および液状物を容器７内に供給することが好ましい。
【００２４】
第１経路１１および第１バルブ１２と、第２経路２１および第２バルブ２２と、ノズル部５１との具体的な構成について説明する。
第１経路１１および第２経路２１を形成するハウジング５２や、第１バルブ１２および第２バルブ２２を構成する部材は、いずれも金属材料から構成することができる。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、第１経路１１は、上下方向（鉛直方向）に延びている。液状物は、第１経路１１の上部の壁を貫通する導入開口部１１０を通じて、側方から第１経路１１内へと流入し、第１経路１１を下方に向けて流れる。
導入開口部１１０には、液状物を供給する配管８１が接続されている。配管８１は、液状物を貯留する液状物タンク８に接続されている。
【００２６】
ノズル部５１は、第１経路１１の延長上に位置しており、第１経路１１に対して縮径している。ノズル部５１は、正立状態で把持されている容器７の開口７Ａに対向しており、第１経路１１から流入した液状物を容器７の開口７Ａに向けて吐出する。
第１経路１１およびノズル部５１は、液状物が連続して流れる流路を形成している。第１経路１１の長さや、第１経路１１（縮径部を含む）およびノズル部５１の開口面積（流路断面積）は、流路における液状物の圧力損失を考慮して、極力、泡の発生や液ハネを生じさせない適切な流量となるように定められている。
【００２７】
ノズル部５１の手前で、第１経路１１が下方に向かうにつれて次第に縮径している部分は、第１バルブ１２に対応する弁座１１Ａとして機能する。
第１バルブ１２は、弁座１１Ａに突き当てられる円錐状の弁部１２１と、弁部１２１と一体に形成されている弁棒１２２とを備えており、圧縮空気により駆動される。
弁棒１２２は、圧縮空気により第１経路１１内を流れの方向に沿って上下動することにより、弁部１２１を操作する。
図３（ｂ）に示すように、弁棒１２２は、第１経路１１の開口の中心から放射状に配置されたベーン１２２Ａを有して断面十字状に形成されている。弁棒１２２は、弁部１２１（図３（ａ））を第１経路１１の開口中心に位置決めする。それによって弁部１２１を弁座１１Ａに確実に突き当て、第１経路１１を閉塞することができる。
【００２８】
弁棒１２２の上部は、ハウジング５２に一体に組み付けられたエアシリンダ１３内に突出している。弁棒１２２の上部の外周部と、ハウジング５２の貫通孔の内周部との間の隙間は、図示しないシールにより液密に封止されている。
エアシリンダ１３内は、弁棒１２２に設けられたフランジ１２２Ｂを境に、上方空間１３１と、下方空間１３２とに仕切られている。図示しない圧縮空気源から供給される圧縮空気が上方空間１３１内へと導入されていると、図３（ａ）に示すように、弁棒１２２が押し下げられることで弁部１２１が弁座１１Ａへと押し付けられ、第１バルブ１２により第１経路１１が閉塞される。図示を省略するが、下方空間１３２内へと圧縮空気が導入されていると、弁棒１２２が押し上げられることで弁部１２１が弁座１１Ａから上方へと退避するので、第１経路１１が開放される。
【００２９】
さて、第２経路２１は、第１経路１１とは異なり、鉛直方向に対して傾斜するように延びている。固形物は、導入開口部２１０を通じて、側方から第２経路２１内へと入り、第２経路２１内を滑り落ちる。液状物の流れに圧力損失を与える第１経路１１と比べれば、第２経路２１の長さは短くてよい。この第２経路２１を第１経路１１に対して傾斜させることで、周囲の部材への干渉を避け、省スペースで第２経路２１を設置している。
第２経路２１の開口面積は、固形物がスムーズに通過でき、かつ、ノズル部５１へと固形物が入る量を適切に設定できるように、固形物のサイズを考慮して定められている。
【００３０】
第１経路１１、ノズル部５１、および第２経路２１のいずれも、単一のハウジング５２の内側に形成されている。ハウジング５２は、第１経路１１、ノズル部５１、および第２経路２１をそれぞれ区画した状態で、一体に備えている。
第２経路２１の傾斜角度は、固形物がスムーズに滑り落ち、また、隣りのグリッパ３２（図示しない）や、隣のグリッパ３２に対応する充填装置５等の周囲の部材と干渉しないように、適宜に定めることができる。図３（ａ）に示す構成よりも、第２経路２１の勾配を急にすることもできる。
【００３１】
第２経路２１が、第１経路１１に対して必ずしも傾斜している必要はない。固形物がスムーズに通過する限りにおいて、例えば、第２経路２１が鉛直方向に延びている部分と、水平方向に延びている部分とからＬ字状に形成されていてもよい。
あるいは、部材の設置スペースと、固形物の安定した搬送とを確保できる限りにおいて、水平方向に延びるように第２経路２１を形成することも許容される。
【００３２】
さらには、第１経路１１ではなく第２経路２１を鉛直方向に延びるように構成し、この第２経路２１に対して第１経路１１が傾斜するように構成することも許容される。
【００３３】
導入開口部２１０には、固形物を供給する配管９１が接続されている。配管９１は、固形物を貯留する固形物タンク９に接続されている。固形物タンク９内に貯留された固形物の自重により、配管９１内を固形物が所定の圧力で押し流されて、第２経路２１へと至る。管路や経路の内壁と固形物との摩擦により、固形物の搬送には液状物と比べて高い圧力が必要となるため、固形物タンク９を液状物タンク８よりも高い位置に設置してヘッド圧を確保することも好ましい。
第２経路２１は、第１経路１１およびノズル部５１に連通している。配管９１から第２経路２１に入った固形物は、第２経路２１の下端に位置する縮径部を経てノズル部５１へと入り、ノズル部５１から容器７内へと吐出される。
ノズル部５１は、第１経路１１の下側に連続し、かつ、第２経路２１の下側に導入開口部５１０を介して連通しており、略円筒状の空間を包囲している。
【００３４】
第２経路２１が次第に縮径している部分は、第２バルブ２２に対応する弁座２１Ａとして機能する。
第２バルブ２２は、上述の第１バルブ１２とほぼ同様に構成されており、第２経路２１が次第に縮径している部分である弁座２１Ａに突き当てられる円錐状の弁部２２１と、弁部２２１と一体に形成されている弁棒２２２とを備えている。
弁棒２２２は、エアシリンダ２３内に導入される圧縮空気により第１経路１１内を流れの方向に沿って上下動することにより、弁部２２１を操作する。エアシリンダ２３の下方空間内へと圧縮空気が導入されると、図３（ａ）に示すように、弁棒２２２の弁部２２１が弁座２１Ａから退避し、第２経路２１が開放される。そして、エアシリンダ２３の上方空間内へと圧縮空気が導入されると、弁棒２２２の弁部２２１が弁座２１Ａに押し付けられて第２経路２１が閉塞される。
【００３５】
第１バルブ１２および第２バルブ２２は、圧縮空気により弁棒が駆動されるものに限らず、電磁石（ソレノイド）の磁力を用いて弁棒（プランジャ）を動かすソレノイドバルブとして構成することもできる。あるいは、モータの回転駆動力を直線運動に変換する機構により弁棒が駆動されるものであってもよい。
【００３６】
以上で説明した充填装置５は、液状物に適合する第１供給系１０と、固形物に適合する第２供給系２０とを備えており、第１バルブ１２と第２バルブ２２とにより、第１経路１１および第２経路２１を個別に開閉可能である。そのため、第１バルブ１２および第２バルブ２２の駆動を適宜に制御することで、第１供給系１０と第２供給系２０とを切り替え、液状物と固形物とを個別に容器７内に供給することができる。
ここで、充填機３は、グリッパ３２への荷重をリアルタイムで計測可能なロードセル３４を備えているから、回転体３１により容器７を搬送しつつ、容器７の重量を検知しながら、液状物および固形物が容器７内に供給される量を制御し、容器７に充填される内容物に含まれる固形物の含有率を一定に管理することができる。
【００３７】
図４および図５を参照し、充填機３による充填処理の流れを説明する。以下の処理は、制御装置３５（図２）が、容器７の位置角やロードセル３４による計測値等に基づいて第１バルブ１２および第２バルブ２２を駆動する指令を発し、その指令により圧縮空気がエアシリンダに導入されて第１バルブ１２および第２バルブ２２が駆動されることで行われる。
【００３８】
充填機３は、スターホイール１０２（図２）のグリッパから回転体３１のグリッパ３２に容器７を受け取って把持したならば、空である容器７（風袋）の重量をロードセル３４により計測する（ステップＳ１）。計測が正常に行われ、風袋の重量が規定値の許容範囲内であれば、容器７への充填を開始する（ステップＳ２でYES）。もし、計測にエラーが発生したり、風袋重量が規定値の範囲から外れていたならば（ステップＳ２でNO）、再度、風袋重量を計測する（ステップＳ１）。それでも異常があれば、制御装置３５により該当の容器７が特定され、以後、この容器７に対する充填処理は行われない。
【００３９】
容器７内への充填は、固形物の供給（第１供給ステップＩ）、液状物の供給（第２供給ステップII）の順序で行う。
これとは逆の順序とすると、固形物を充填する際に、液状物が飛散する（液ハネ）を起こす可能性があるが、固形物の大きさや形状、あるいは容器７の形状等により、問題が少なければ、液状物、固形物の順序で充填することも許容される。
【００４０】
充填開始にあたり、図５（ａ）に示すように、第２バルブ２２（固形物バルブ）を開いて固形物６１の充填を開始する（ステップＳ３）。このとき、第１バルブ１２は閉じている。なお、図５（ａ）および（ｂ）には、一部の固形物６１のみを示している。
固形物６１を容器７内に供給する間、容器７の重量データをロードセル３４により連続して取得し（ステップＳ４）、ステップＳ１で得た風袋重量と、固形物６１の重量を含む容器７込みの重量とから、容器７内に規定量の固形物６１が供給されたか否かが制御装置３５により判定される（ステップＳ５）。規定量の固形物６１が供給されるまでの間（ステップＳ５でNO）、第２バルブ２２が開いた状態に維持される。容器７内に規定量の固形物６１が供給されたならば（ステップＳ５でYES）、第２バルブ２２（固形物バルブ）を閉じる（ステップＳ６）。
【００４１】
続いて、液状物の充填開始にあたり、図５（ｂ）に示すように、第１バルブ１２（液バルブ）を開く（ステップＳ７）。なお、第２バルブ２２を閉じるのと同時に（ステップＳ６）第１バルブ１２を開くようにしてもよい。
容器７内に液状物６２を供給する間、容器７の重量データをロードセル３４により連続して取得し（ステップＳ８）、風袋重量と、固形物および液状物の重量を含む容器７全体の重量とから、容器７内に規定量の内容物（固形物６１および液状物６２）が供給されたか否かが制御装置３５により判定される（ステップＳ９）。容器７全体の重量が規定重量に到達するまでの間（ステップＳ９でNO）、第１バルブ１２が開いた状態に維持される。規定量の内容物が充填されることで容器７全体の重量が規定重量に到達したならば（ステップＳ９でYES）、第１バルブ１２（液バルブ）を閉じる（ステップＳ１０）。
【００４２】
本実施形態によれば、上述したように、液状物および固形物を容器７内に供給する系が、別々の供給系１０，２０として構成されており、供給系１０，２０には、液状物と固形物とのそれぞれに適合する開口面積が確保されている。そのため、単一の経路を通じて固形物および液状物の混合物をノズル部５１に流入させる場合とは異なり、縮径部においても経路の詰まりを起こすことなく、容器７内に液状物および固形物のいずれをもスムーズに供給することができる。
その上、供給系１０，２０の各々にバルブ１２，２２が備えられており、かつ、容器７の重量をロードセル３４により取得できるため、リアルタイムな重量監視下においてバルブ１２，２２を開閉することで、容器７内に液状物および固形物をそれぞれ適切な量だけ供給することができる。したがって、内容物中の固形物の含有率および製品重量（充填を終えた容器７の重量）を一定に管理し、製品の品質を安定させることができる。
【００４３】
〔第２実施形態〕
次に、図６〜図８を参照し、本発明の第２実施形態について説明する。
以下、第１実施形態と相違する事項を中心に述べる。第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付している。
第２実施形態は、ノズル部５５からの液ダレを抑制する。
第２実施形態では、図７に示すように、固形物が通過可能な第２経路２１が、ノズル部５１の内側よりも上方の位置で第１経路１１に連通している。
第１経路１１内に配置される第１バルブ１２の弁棒１２２の下端に位置する弁部１２１は、第２経路２１から第１経路１１へと固形物が入り込む位置よりも下流で、弁座１１Ａに突き当てられる（図７）。このとき、第１経路１１は第１バルブ１２により閉塞される。
【００４４】
第２実施形態では、ハウジング５２において弁座１１Ａよりも下方の略筒状の部分が、第１経路１１を通過した液状物および第２経路２１を通過した固形物をそれぞれ受け入れて容器７内へと吐出するノズル部５５となっている。本実施形態のノズル部５５は、第２経路２１に連通している導入開口部を持たないので、かかる導入開口部が設けられている第１実施形態のノズル部５１（図３）と比べて、上下方向の長さが短い。
【００４５】
第２実施形態において、液状物の供給系１０は、第１経路１１および第１バルブ１２に加え、第１経路１１よりも上流で配管８１を開閉可能な上流バルブ１４を備えている。
上流バルブ１４は、制御装置３５（図２）による制御に基づいて配管８１を開閉する。上流バルブ１４は、例えば、電磁弁として構成することができる。
図６（ａ）および図６（ｂ）に示す充填工程の間、液状物の供給と供給停止の切り替えは、上流バルブ１４を開閉することで行う。この間、第１バルブ１２を弁座１１Ａに対して退避させて開放するため、第２経路２１は、第１経路１１を介してノズル部５５に連通している。
【００４６】
第２実施形態では、図８に示す処理の流れのように、充填処理を行うことができる。
風袋重量の計測（ステップＳ１）を経て、充填を開始するにあたっては（ステップＳ２でYES）、図６（ａ）に示すように、第１バルブ１２（液バルブ）を開くことで、第２経路２１からノズル部５５への固形物の供給経路を確保し（ステップＳ１１）、第２バルブ２２（固形物バルブ）を開く（ステップＳ３）。このとき、上流バルブ１４は閉じている（閉じていることを黒色で示す）。この状態で容器７内への固形物６１の供給が完了したならば（ステップＳ４，Ｓ５）、第２バルブ２２を閉じ（ステップＳ６）、図６（ｂ）に示すように、上流バルブ１４を開いて（ステップＳ７）、容器７内へと液状物６２を供給する。上流バルブ１４よりも下流に位置する第１バルブ１２は、引き続き、開いたままである。
図７に示すように、容器７全体として規定重量に到達した時点で（ステップＳ８，Ｓ９）、上流バルブ１４を閉め、その後に、第１バルブ１２（液バルブ）も閉める（ステップＳ１２）。図７に示すように、上流バルブ１４および第１バルブ１２のいずれも締め切られている。
上記のように、第１バルブ１２よりも先に上流バルブ１４を閉めることが好ましい。そうすると、第１バルブ１２を閉める際に、第１経路１１内の液流が停止あるいはほぼ停止しているので、下流方向へと駆動される第１バルブ１２により液状物が押し出されて噴流径が大きい状態でノズル部５５から噴出されることを避けることができる。そのため、容器７内液面への噴流の衝突による液ハネを防止することができる。
【００４７】
図７に示すように、充填装置５の下端の近傍で供給経路１１，２１が閉塞されており、ノズル部５５の内側のボリュームが小さいため、ノズル部５５内に液が残存していたとしても、ノズル部５５の内周部に付着した液が自重により滴下し難い。したがって、容器７が回転体３１からスターホイール１０３へと受け渡される際に、ノズル部５５から液が垂れるのを抑えることができる。
スターホイール１０３へと容器７を渡し、それによって空いたグリッパ３２は、回転体３１の円周方向に回転し、スターホイール１０２から別の容器７を受け取って把持する。その容器７の空の状態の重量を計測し（ステップＳ１）、第１バルブ１２を開くと（ステップＳ１１）、第２経路２１がノズル部５５内に連通するので、固形物を供給する用意が整う。このとき、上流バルブ１４が閉じられており、上流バルブ１４よりも下流は大気に開放されている。そのため、上流バルブ１４と第１バルブ１２との間に溜まっている液状物は、大気圧および表面張力により、その場にそのまま保持される。したがって、これから容器７内に供給される固形物に液状物が混じることなく、固形物の計量を正確に行える。
【００４８】
〔第３実施形態〕
次に、図９および図１０を参照し、本発明の第３実施形態について説明する。
図９に示す飲料製造ライン１９は、リンサ２と、固形物用の充填機１０３と、液状物用の充填機１１３と、キャッパ４とを備えている。固形物充填機１０３と液状物充填機１１３との間には、転送スターホイール１０４が配置されている。
固形物充填機１０３および液状物充填機１１３と、少なくとも転送スターホイール１０４を備えて、第３実施形態の充填システムが構成されている。この充填システムは、固形物充填機１０３、液状物充填機１１３の順に容器７を搬送しながら、容器７内に固形物および液状物をそれぞれ充填する。
【００４９】
液状物充填機１１３は、図示しない駆動機構により回転される回転体１１３Ａ（図９）と、回転体１１３Ａに設けられる多数のグリッパ３２（図１０）と、容器７を把持するグリッパ３２に掛かる荷重を計測するロードセル３４（図１０）と、把持された容器７内へと液状物を供給する充填装置４０（図１０）とを備えている。
同様に、固形物充填機１０３も、回転される回転体１０３Ａと、回転体１０３Ａに設けられる多数のグリッパと、容器７を把持するグリッパに掛かる荷重を計測するロードセルと、把持された容器７内へと液状物を供給する充填装置とを備えている。
【００５０】
第３実施形態の飲料製造ライン１９は、各容器７内に、固形物充填機１０３により規定量の固形物を供給し、液状物充填機１１３により規定量の液状物を供給することで、液状物中に固形物を含有する内容物が充填された容器７を得る。
第３実施形態において、固形物充填機１０３の充填装置は、固形物に適した経路およびバルブを備えていれば足り、液状物充填機１１３の充填装置４０（図１０）は、液状物に適した経路およびバルブを備えていれば足りる。
【００５１】
液状物充填機１１３の充填装置４０は、図１０に示すように、液状物を貯留するタンク８から配管８１を通じて液状物が流入する液状物経路４１と、液状物経路４１を開閉可能なバルブ４２と、ノズル部５５とを備えている。
固形物充填機１０３の充填装置も、図示を省略するが、同様に構成することができる。その充填装置に備えられた固形物経路の開口面積は、固形物がスムーズに通り抜けられるように、液状物経路４１の開口面積よりも大きい。その固形物流路を鉛直方向に延びるように設定することができる。
【００５２】
第３実施形態でも、図４に示した処理手順と同様にして充填処理を行うことができる。
つまり、固形物充填機１０３のロードセル３４によりリアルタイムで計測しながら、容器７内に固形物を充填した後、スターホイール１０４を介して液状物充填機１１３へと容器７を転送し、液状物充填機１１３のロードセル３４によりリアルタイムで計測しながら、容器７内に液状物を充填することができる。
【００５３】
第３実施形態でも、液状物および固形物を容器７内に供給する系が、別々の供給系（固形物充填機１０３および液状物充填機１１３）として適切な開口面積にて構成されており、ロードセル３４によるリアルタイムな重量監視下において、容器７内に液状物および固形物をそれぞれ適切な量だけ供給することができる。したがって、経路の詰まり等の支障をきたすことなく、内容物中の固形物の含有率および製品重量（充填済みの容器７の重量）を一定に管理し、製品の品質を安定させることができる。
【００５４】
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記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することが可能である。
本発明の充填機、充填システム、および充填方法は、飲料の充填に限らず、液状物および固形物を容器内に充填する用途に広く利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１        飲料製造ライン
２        リンサ
３        充填機
４        キャッパ
５        充填装置
７        容器
７Ａ      開口
８        液状物タンク
９        固形物タンク
１０      第１供給系
１１      第１経路
１１Ａ    弁座
１２      第１バルブ
１３      エアシリンダ
１４      上流バルブ
１９      飲料製造ライン
２０      第２供給系
２１      第２経路
２１Ａ    弁座
２２      第２バルブ
２３      エアシリンダ
３１      回転体
３２      グリッパ
３３      支持部
３４      ロードセル
３５      制御装置
４０      充填装置
４１      液状物経路
４２      バルブ
５１      ノズル部
５２      ハウジング
５５      ノズル部
６１      固形物
６２      液状物
８１      配管
９１      配管
１０１〜１０４      スターホイール
１０３    固形物充填機
１０３Ａ  回転体
１１０    導入開口部
１１３    液状物充填機
１１３Ａ  回転体
１２１    弁部
１２２    弁棒
１２２Ａ  ベーン
１２２Ｂ  フランジ
１３１    上方空間
１３２    下方空間
２１０    導入開口部
２２１    弁部
２２２    弁棒
５１０    導入開口部
Ｓ１〜Ｓ１２      ステップ
【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】
2017206299.tif 000010
【図９】
2017206299.tif 000011
【図１０】
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