JP2021070479A - 充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器の口に弁が押し付けられた状態で製品液が充填される充填装置であっても、容器に充填される製品液の量を正確に測定すること。【解決手段】充填装置１の第１充填部は、複数の第１保持具のそれぞれに対応して設けられる、製品液を容器に供給する複数の第１弁と、複数の第１弁を流れる製品液の流量を測定する第１流量計と、を備える。第１搬送部は、容器を保持する複数の第３保持具が円周方向に沿って配置される第２回転体と、複数の第３保持具で保持される容器に充填された製品液の重量を測定する第１重量計と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、飲料、その他の製品液を容器に充填する装置に関する。

この種の充填装置として、回転体の外周部に等間隔に配置された複数の保持具に保持される容器に目標量の製品液を充填する回転式の充填装置が知られている。ここで、回転体はスターホイールと称され、また、保持具としては典型的には容器の首部を把持するグリッパが用いられる。
回転式の充填装置において、特許文献１に開示されるように、容例器に目標量の製品液を充填するために、グリッパに設けられたロードセルで製品液を含む容器の重量を測定しつつ、弁から容器に製品液を充填する装置が知られている。

特開２０１１−１６２２２４号公報

特許文献１のように、容器に製品液を充填しながら製品液を含む容器の重量を測定する装置だと、弁および弁に加わる重量を含む値を測定してしまう。これは、製品液の種類によっては容器の口に弁が押し付けられた状態で製品液が充填されるからである。これでは、充填された製品液の量を正確に把握できない。
以上より、本開示は、容器の口に弁が押し付けられた状態で製品液が充填される充填装置であっても、容器に充填される製品液の量を正確に測定することを目的とする。

本開示に係る充填装置は、製品液を容器に充填する第１充填部と、第１充填部で製品液が充填された容器を下流に向けて搬送する第１搬送部と、を備える。
第１充填部は、容器を保持する複数の第１保持具が円周方向に沿って配置される第１回転体と、複数の第１保持具のそれぞれに対応して設けられる、製品液を容器に供給する複数の第１弁と、複数の第１弁を流れる製品液の流量を測定する第１流量計と、を備える。
第１搬送部は、容器を保持する複数の第３保持具が円周方向に沿って配置される第３回転体と、複数の第３保持具で保持される容器に充填された製品液の重量を測定する第１重量計と、を備える。

本開示の充填装置によれば、第１搬送部に属する第３回転体において第１重量計により製品液の重量測定を行う。第３回転体は第１弁の影響を受けず、第１重量計の測定結果の精度が高いので、本開示の充填装置によれば、その測定結果に基づいて第１流量計による測定結果を補完できる。

本開示の第１実施形態に係る充填装置の概略構成を示す図である。 図１の充填装置の主要部を模式的に示す図である。 図１の充填装置における第１充填部の構成を示す図である。 図１の充填装置における第１搬送部の構成を示す図である。 図１の充填装置における制御手順を示す図である。 図１の充填装置において測定される流量Ｑｎの例を示す。 図１の充填装置において測定される重量Ｗｎの例を示す。 図１の充填装置において算出される充填補正量Ａｎの例を示す 図１の充填装置における充填量の正常／異常の判定結果の例を示す。 図１の充填装置における他の制御手順を示す図である。 図１の充填装置におけるさらに他の制御手順を示す図である。 本開示の第２実施形態に係る充填装置の概略構成を示す図である。 図１２の充填装置における第２充填部の構成を示す図である。 図１２の充填装置における第２搬送部の構成を示す図である。 図１２の充填装置における制御手順を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本開示の一例としての実施形態について説明する。本開示においては、第１実施形態と第２実施形態の２つの実施形態を説明する。第１実施形態は、製品液だけを容器に充填する装置に関し、第２実施形態は、製品液に加えて固形物を容器に充填する装置に関する。

〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る充填装置１は、製品液、例えば清涼飲料をプラスチック製の容器１００に充填する。回転式の充填装置１は、製品液を供給する弁などの荷重を受けることなく製品液の重量を正確に測定できる。加えて、充填装置１は、製品液が容器１００に充填される際の流量を測定することで、充填装置１の適正な運用を担保できる。

［充填装置１の全体構成］
充填装置１は、図１に示すように、製品液を容器１００に充填する第１充填部１０と、第１充填部１０で製品液が充填された容器１００を下流に向けて搬送する第１搬送部３０と、上流から充填装置１に向けて空の容器１００を供給する第２搬送部４０と、を備える。充填装置１の上流にはブロー成形された容器１００を洗浄する洗浄装置３が、充填装置１の下流には製品液が充填された容器１００にキャップを施す封緘装置５が設けられている。充填装置１は、第１充填部１０、第１搬送部３０および第２搬送部４０の動作を制御する制御部５０を備える。なお、図１において、容器１００が搬送される向きが白抜きの矢印で示され、第1回転体１１などの回転する向きが円弧状の矢印で示されている。

本実施形態において、洗浄装置３よりも上流には容器１００をブロー成形する装置が、封緘装置５よりも下流には容器１００にラベルを貼り付ける装置、ラベルが貼り付けられた容器を箱詰めする装置などを設けることができる。

［第１充填部１０］
第１充填部１０は、図２および図３に示すように、平面視した形状が円形の第１回転体１１と、第１回転体１１の外周に設けられる複数の第１保持具１３と、を備える。第１充填部１０は、また、第１保持具１３に保持される空の容器１００に製品液を充填する第１弁１５と、第１弁１５を流れて容器１００に供給された製品液の流量を測定する第１流量計１７と、を備える。図２において、第１保持具１３を示す円の内部に記載される数値は第１保持具１３の識別記号を示し、第３保持具３３を示す円の内部に記載される数値は第３保持具３３の識別記号を示している。

第１回転体１１は、図示を省略する回転電機により規定の回転速度で回転される。回転速度は、制御部５０からの指示により制御される。

複数の第１保持具１３は、第１回転体１１の外周に均等な間隔を隔てて設けられる。図２には２４個の第１保持具１３が示されているが、これはあくまで一例であり、第１保持具１３の個数に制限はない。
第１保持具１３が容器１００の首部１０１を保持しながら第１回転体１１が回転することにより、容器１００は搬送される。第１保持具１３としては、一例として首部１０１を把持するグリッパが適用される。グリッパとは、一対の把持片が開閉可能とされるものであり、容器１００の授受の際に開き、容器１００を保持する際には閉じる。一対の把持片は、一例として、第１回転体１１の外周に沿って設けられるカムによって開閉がなされる。

第１弁１５は、図示を省略する貯留槽から供給される製品液を容器１００に供給する。したがって、第１弁１５は、容器１００を保持する第１保持具１３に対応する数だけ設けられる。第１弁１５は製品液を供給する際には開き、それ以外のときには閉じる。第１弁１５は制御部５０からの指示によりの開閉がなされる。第１弁１５は、例えば図示を省略する電磁ソレノイドを備え、制御部５０からの指示による電磁ソレノイドの動作に応じて第１弁１５の開閉がなされる。第１弁１５は、第１保持具１３で保持される容器１００対して昇降可能とされ、第１弁１５は容器１００に製品液を充填する際には降下して第１弁１５の先端の第１吐出筒１６が容器１００の内部に進入するか、首部１０１の上端を外部から遮蔽されるように口部に押し当てられる。

第１流量計１７は、第１吐出筒１６を容器１００に向けて流れる製品液の流量を測定する。このために、第１流量計１７は第１吐出筒１６の周囲に設けられる。ここでいう流量とは体積として求められる。制御部５０は、製品液の充填過程における第１流量計１７の測定結果を取得する。制御部５０は、この測定結果かが充填の目標量に達したら第１弁１５を閉じるように制御する。

流量計としては、電磁式流量計、カルマン渦式流量計、羽根車式流量計、浮き子式流量計、熱式流量計などが知られているが、本実施形態において好ましいのは、電磁式流量計である。電磁式流量計は、ファラデーの電磁誘導の法則を利用して流量を検出する。電磁式流量計は、磁界を発生する電磁コイルと、起電力を捉える電極と、を備え、これら要素は第１吐出筒１６の周囲に設けられれば足りるので、第１吐出筒１６の内部に製品液の流れを遮る要素を設ける必要がない。
電磁式流量計では、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて、管内径（ノズル口径）×磁束密度×平均流速に比例した起電力（電圧）が生じ、制御部５０はこの起電力を取得することで、製品液の流量を特定できる。

以上の通り、第１充填部１０は、容器１００に充填される製品液の量を測定する手段を備えるが、その量は流量であり、容器１００に負荷を与えることなく測定できる。

［第１搬送部３０］
次に、第１搬送部３０について説明する。
第１搬送部３０は、図２および図４に示すように、平面視した形状が円形の第３回転体３１と、第３回転体３１の外周に設けられる複数の第３保持具３３と、を備える。第１搬送部３０は、第３保持具３３に保持される容器１００に充填される製品液の重量を測定する第１重量計３５を備える。
第３回転体３１および第３保持具３３は、それぞれ第１回転体１１および第１保持具１３と同様の構成を備えるので、ここでの説明は省略する。ただし、図１および図２に示すように、第３回転体３１は第１充填部１０の第１回転体１１よりも径が小さい。また、第３回転体３１に設けられる第３保持具３３の数は第１充填部１０に比べて少なく、図２に示されているのは、第１充填部１０の半分の１２個である。

第１重量計３５は、図４に示すように、第３保持具３３に固定されており、例えば、第３保持具３３に生じる応力に応じた電気信号を出力する第１ロードセル３６を備えている。制御部５０は、この電気信号を取得することで、第１保持具１３の重量を計測により求めることができる。第１搬送部３０は製品液が充填された容器１００を下流に向けて搬送するものであるから、第１重量計３５を介して測定される重量は製品液が充填された容器１００のものである。また、第１搬送部３０においては、第１充填部１０の第１吐出筒１６のように容器１００に負荷を与える部材はないので、第１重量計３５は容器１００に充填された製品液の重量を高い精度で測定できる。

第１ロードセル３６としては、ばね式や圧電素子式、磁歪式ロードセル、静電容量型ロードセル、ジャイロ式ロードセル、ひずみゲージ式ロードセルなどが知られている。典型的には、ひずみゲージ式のものがロードセルと称されており、ホイートストンブリッジを構成するように結線されており、微小な電圧の変化を検出できる。

第１搬送部３０は、図１に示すように、第３回転体３１よりも下流側に設けられる第５回転体３７と、第５回転体３７よりも下流側に設けられる第６回転体３９と、を備える。第５回転体３７および第６回転体３９は、第３回転体３１と同じ寸法を有し、また、図示を省略するが、第３回転体３１と同じ仕様で同じ数の第３保持具３３を備える。
第３回転体３１で搬送されてきた容器１００は第５回転体３７に受け渡され、さらに、第５回転体３７で搬送されてきた容器１００は第６回転体３９に受け渡れる。第６回転体３９で搬送されたてきた容器１００は封緘装置５に受け渡され、キャップが施される。
ここでは、第３回転体３１の他に第５回転体３７および第６回転体３９と合わせて三つの回転体を充填装置１と封緘装置５の間に設ける例を示しているが、下流に位置する次工程との間の回転体の数は任意である。

［第２搬送部４０］
次に、第２搬送部４０は洗浄装置３と充填装置１の間に設けられ、洗浄装置３で洗浄された空の容器１００を充填装置１に向けて搬送する。第２搬送部４０は、第１搬送部３０と同様の回転体および保持具を備えており、制御部５０の指示に基づいてその動作が制御される。

［制御部５０］
次に、図５〜図９を参照して、制御部５０による充填装置１の特徴的な制御内容を説明する。
［流量Ｑｎの測定］
充填装置１において製品液の充填が始まると、第１充填部１０の第１流量計１７で容器１００に充填される製品液の流量Ｑｎが測定される（図５ Ｓ１０１）。製品液の流量Ｑｎは以下流量Ｑｎと略記される。流量Ｑｎの測定は、第１充填部１０の第１回転体１１に設けられる複数の全ての第１保持具１３のそれぞれに対応する第１流量計１７で行われる。

図６には測定される流量Ｑｎが例示されている。図６において、「Ｎｏ．」は第１流量計１７の識別記号であり、「流量Ｑｎ」はそれぞれの流量計で測定された製品液の流量（体積）である。また、図６において、「１サイクル」、「２サイクル」…は、製品液の充填が開始してからの充填の周期を示している。ここで第１流量計１７は第１弁１５に対応しているので、この識別記号は第１弁１５についての識別記号といえる。
図６に示すように、１サイクル目において、Ｎｏ．１，２，３，４…２１，２２，２３，２４の第１流量計１７で測定された製品液の流量ＱｎはＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ２３，Ｑ２４である。この流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ２３，Ｑ２４は、第１流量計１７の識別記号と対応付けて、制御部５０に記憶される。

１サイクル目の測定が終了すると２サイクル目も同様に、Ｎｏ．１，２，３，４…２１，２２，２３，２４の第１流量計１７で製品液の流量はＱ２５，Ｑ２６，Ｑ２７，Ｑ２８，…Ｑ４５，Ｑ４６，Ｑ４７，Ｑ４８を測定し、この流量Ｑ２５，Ｑ２６，Ｑ２７，Ｑ２８，…Ｑ４５，Ｑ４６，Ｑ４７，Ｑ４８と第１流量計１７の識別記号とが対応付けて、制御部５０に記憶される。図６には３サイクル目までしか記載されていないが、３サイクル目以降も同様である。

［重量Ｗｎの測定］
第１充填部１０で製品液が充填された容器１００は第１搬送部３０の第３回転体３１の第３保持具３３に順番に受け渡されると、第３保持具３３に設けられている第１重量計３５で容器１００に充填された製品液の重量Ｗｎが測定される（図５ Ｓ１０３）。製品液の重量Ｗｎは、以下重量Ｗｎと略記される。重量Ｗｎの測定は、第１搬送部３０の第３回転体３１に設けられる全ての第３保持具３３のそれぞれに対応する第１重量計３５で行われる。

図７には測定される重量Ｗｎが例示されている。図７において、「Ｎｏ．」は第１重量計３５の識別記号であり、「重量Ｗｎ」はそれぞれの第１重量計３５で測定された容器１００に充填された製品液の重量である。また、図７において、「１サイクル」、「２サイクル」…は、製品液の充填が開始してからの測定の周期を示している。ただし、第３回転体３１における第３保持具３３の数は第１充填部１０の第１保持具１３の１／２である。したがって、第１充填部１０におけるサイクルと第３回転体３１におけるサイクルは対応せず、第１充填部１０における１サイクルと第３回転体３１における２サイクルが対応する。

図７に示すように、１サイクル目において、Ｎｏ．１，２，３，４…９，１０，１１，１２の第１重量計３５で測定された製品液の重量ＷｎはＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４…Ｗ９，Ｗ１０，Ｗ１１，Ｗ１２である。この流量Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４…Ｗ９，Ｗ１０，Ｗ１１，Ｗ１２は、第１重量計３５の識別記号と対応付けて、制御部５０に記憶される。

１サイクル目の測定が終了すると２サイクル目も同様に、Ｎｏ．１，２，３，４…９，１０，１１，１２の第１重量計３５で容器１００に充填された製品液の重量Ｗ１２，Ｗ１３，Ｗ１４，Ｗ１５…Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２３，Ｗ２４を測定し、この重量Ｗ１２，Ｗ１３，Ｗ１４，Ｗ１５…Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２３，Ｗ２４と第１重量計３５の識別記号とが対応付けて、制御部５０に記憶される。図７には３サイクル目までしか記載されていないが、３サイクル目以降も同様である。

重量Ｗｎの測定がなされると、第１充填補正量Ａｎの算出（図５ Ｓ１０５）および充填量の正常／異常の判定（図５ Ｓ１０７）がなされる。以下、第１充填補正量Ａｎの算出、充填量の正常／異常の判定の順に説明する。

［第１充填補正量Ａｎの算出］
重量Ｗｎの測定がなされると、重量Ｗｎを用いて第１充填補正量Ａｎが算出される（図５ Ｓ１０５）。第１充填補正量Ａｎは、以下補正量Ａｎと略記される。補正量Ａｎは、第１弁１５から容器１００に実際に充填される製品液の量が予め定められている目標量Ｗｒからずれているときに、目標量Ｗｒに一致するように、第１弁１５の開閉の動作を制御するために測定される。したがって、補正量Ａｎは、容器１００へ充填されるべき製品液の目標量Ｗｒと重量Ｗｎの差分、つまりＷｒ−Ｗｎとして算出される。この算出を行うために、制御部５０には目標量Ｗｒが予め記憶されているとともに、測定された重量Ｗｎとの差分を演算する。この演算は、測定された全ての流量Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４…Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２３，Ｗ２４…Ｗｎのそれぞれについて目標量Ｗｒとの差分が算出される。図８には算出される補正量Ａｎが例示されている。図８における「Ｎｏ．」は、図７と同様に第１重量計３５の識別記号である。

目標量Ｗｒと重量Ｗｎの差分（Ｗｒ−Ｗｎ）は、正の値、ゼロおよび負の値の３つに区分される。差分（Ｗｒ−Ｗｎ）が正の値の場合には、第１弁１５からの充填量が足りなかったことを意味し、差分（Ｗｒ−Ｗｎ＞０）の分だけ充填量が多くなるように、第１弁１５を開く時間を長くする補正を行う。差分（Ｗｒ−Ｗｎ）が負の値の場合には、第１弁１５からの充填量が多かったことを意味し、差分（Ｗｒ−Ｗｎ＜０）の分だけ充填量が少なくなるように、第１弁１５を開く時間を短くする補正を行う。差分（Ｗｒ−Ｗｎ）がゼロの場合には、第１弁１５からの充填量が過不足なかったことを意味し、第１弁１５について補正をする必要はない。

第１弁１５の補正は、識別記号ごとに行われる。
例えば、Ｎｏ.１の第１弁１５における１サイクル目の差分（Ｗｒ−Ｗｎ）、つまり補正量がＡ１だとする。この場合、２サイクル目については、Ｎｏ.１の第１弁１５の動作について補正量Ａ１が考慮される。同様に、Ｎｏ.１の第１弁１５における２サイクル目の補正量がＡ１３だとすると、３サイクル目については、Ｎｏ.１の第１弁１５の動作について補正量Ａ１３が考慮される。３サイクル目以降についても同様である。
また、Ｎｏ.２の第１弁１５における１サイクル目の差分（Ｗｒ−Ｗｎ）、つまり補正量がＡ２だとする。この場合、２サイクル目については、Ｎｏ.２の第１弁１５の動作について補正量Ａ２が考慮される。同様に、Ｎｏ.２の第１弁１５における２サイクル目の補正量がＡ１４だとすると、３サイクル目については、Ｎｏ.２の第１弁１５の動作について補正量Ａ１４が考慮される。３サイクル目以降についても同様である。

本実施形態において、第１弁１５の補正を補正量Ａｎ（差分（Ｗｒ−Ｗｎ））が算出される度に行ってもよいし、補正しきい値Ａｔを設け、補正量Ａｎを補正しきい値Ａｔと比較し、補正量Ａｎがこの補正しきい値Ａｔを超える場合に、第１弁１５の補正を行うこともできる。しきい値Ａｔは充填量に与えられる量目公差を考慮したものであり、補正しきい値Ａｔは量目公差と一致するように設定できる。

補正量Ａｎと補正しきい値Ａｔとの比較は、補正量Ａｎが算出される度に行うことができる。例えば、Ｎｏ.１の第１弁１５について、１サイクル目の補正量Ａ１と補正しきい値Ａｔとの比較を行い、２サイクル目の補正量Ａ２と補正しきい値Ａｔとの比較を行い、３サイクル目の補正量Ａ３と補正しきい値Ａｔとの比較を行う、というものである。この場合、比較の度に、Ｎｏ.１の第１弁１５の動作が補正され得る。

補正量Ａｎと補正しきい値Ａｔとの比較は、複数の補正量Ａｎの算術演算値と補正しきい値Ａｔとの比較として行うこともできる。算術演算としては、平均、標準偏差、偏差値などが掲げられる。この場合、補正しきい値Ａｔは算術演算の種類に応じて設定される。

例えば、Ｎｏ.１の第１弁１５について、１サイクル目の補正量Ａ１、２サイクル目の補正量Ａ２および３サイクル目の補正量Ａ３の平均値（（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３）／３）と補正しきい値Ａｔとの比較を行うことができる。次の平均値については、２サイクル目の補正量Ａ２、３サイクル目の補正量Ａ３および４サイクル目の補正量Ａ４の平均値（（Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）／３）とすることもできる。これとは異なり、４サイクル目の補正量Ａ４、５サイクル目の補正量Ａ５および６サイクル目の補正量Ａ６の平均値（（Ａ４＋Ａ５＋Ａ６）／３）とすることもできる。

補正量Ａｎと補正しきい値Ａｔとの比較は、他に、補正しきい値Ａｔを補正量Ａｎが複数回にわたって超えるか否かに基づいて行うこともできる。例えば、Ｎｏ.１の第１弁１５について、１サイクル目の補正量Ａ１、２サイクル目の補正量Ａ２および３サイクル目の補正量Ａ３が続けて補正しきい値Ａｔを超えた場合には、Ｎｏ.１の第１弁１５について補正を行うことができる。この場合の補正量Ａｎは補正量Ａ１、補正量Ａ２および補正量Ａ３の平均値とすることができるし、補正量Ａ１、補正量Ａ２および補正量Ａ３のいずれかの値、例えば大小を基準として真ん中の値を補正量Ａｎとすることもできる。

［充填量の正常／異常の判定］
重量Ｗｎの測定がなされると、重量Ｗｎの測定結果に基づいて、容器１００に充填された製品液の量が正常か異常かのいずれかの判定がなされる（図５ Ｓ１０７）。この判定は、制御部５０において、測定された重量Ｗｎと予め設定されている基準重量Ｒｗとを比較することにより行うことができる。
ここでは、充填量の正常／異常の判定の説明が補正量Ａｎの算出の説明の後になされるが、制御部５０における現実的な処理としては、両者が同時並行的に行うことができる。

充填量の判定の基礎となる基準重量Ｒｗは、一例として、下限値Ｒｗ（−）と上限値Ｒｗ（＋）を有する範囲とされる。重量Ｗｎと基準重量Ｒｗの比較は、順に測定される重量Ｗｎ（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…）が基準重量Ｒｗの範囲（Ｒｗ（−）〜Ｒｗ（＋））に該当するか否かでなされる。重量Ｗｎ（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…）が基準重量Ｒｗの範囲（Ｒｗ（−）〜Ｒｗ（＋））にあれば、例えば、図９に示すように、正常であることを示すＯＫが各サイクルにおいて第１重量計３５の識別記号に対応付けて制御部５０に記述される。重量Ｗｎ（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…）が基準重量Ｒｗの範囲（Ｒｗ（−）〜Ｒｗ（＋））から外れれば、例えば、図９に示すように、異常であることを示すＮＧが各サイクルにおいて第１重量計３５の識別記号に対応付けて記述される。

重量の正常／異常の判定の結果は、当該容器１００の以後の搬送に影響を与える。つまり、重量Ｗｎが基準重量Ｒｗの範囲にあれば、下流に設けられる次工程、第５回転体３７および第６回転体３９を介して封緘装置５に搬送される（図５ Ｓ１０９）。重量Ｗｎが基準重量Ｒｗの範囲から外れていれば、下流に設けられる次工程に搬送されることなく、第５回転体３７または第６回転体３９において図示を省略する回転体に受け渡すことで、当該容器１００は排斥される（図５ Ｓ１１１）。

排斥は、例えば第５回転体３７に対応して排斥用の回転体を設けておき、「ＮＧ」が記述された識別記号に対応する第５回転体３７のグリッパに保持される容器１００が排斥用の回転体に受け渡される。

ここでは充填量の正常／異常の判定を重量Ｗｎと基準重量Ｒｗとの比較結果で行ったが、本実施形態の充填装置１はこれに限定されない。つまり、第１流量計１７で測定された流量Ｑｎと基準流量Ｑｗとの比較結果により当該判定を行うこともできるし、重量Ｗｎと基準重量Ｒｗとの比較結果および流量Ｑｎと基準流量Ｑｗとの比較結果のいずれか一方が「ＮＧ」であれば次工程に至る前に当該容器１００は排斥される。

［第１流量計１７および第１重量計３５の故障診断］
充填装置１は、第１流量計１７と第１重量計３５という測定原理の異なる製品液の量を測定する手段を備える。充填装置１は、それぞれで測定された結果を用いて、この２つの測定手段に故障が生じたか否かの診断することができる。以下、図１０を参照して第１流量計１７の故障診断を説明し、図１１を参照して第１重量計３５の故障診断を説明する。なお、図１０において、Ｓ１２１、Ｓ１２３およびＳ１２５を除くと、図５の手順と同じであるので、以下ではＳ１２１、Ｓ１２３およびＳ１２５の部分だけを説明する。図１１についても同様である。

［第１流量計１７の故障診断］
重量Ｗｎの測定がなされると、第１流量計１７の故障診断が行われる（図１０ Ｓ１２１）。この診断は以下の手順で行われる。つまり、すでに測定されている流量Ｑｎと重量Ｗｎを比較して、その差分値Ｄｎを算出する。制御部５０はこの差分値Ｄｎと予め設定されている診断基準Ｒｄとを比較する。診断基準Ｒｄは、下限値Ｒｄ（−）と上限値Ｒｄ（＋）を有する範囲として特定される。なお、重量Ｗｎと流量Ｑｎとを直に比較、演算することはできないので、製品液の密度を用いて、重量Ｗｎを体積に換算するか、流量Ｑｎを重量に換算する。これは、次に説明する第１重量計３５の故障診断についても同様である。

差分値Ｄｎと診断基準Ｒｄの比較は、差分値Ｄｎが診断基準Ｒｄの範囲（Ｒｄ（−）〜Ｒｄ（＋））に該当するか否かでなされる。差分値Ｄｎ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…）が診断基準Ｒｄの範囲（Ｒｄ（−）〜Ｒｄ（＋））にあれば、第１流量計１７には故障のおそれがないものと見做される（図１０ Ｓ１２３）。差分値Ｄｎが診断基準Ｒｄの範囲から外れれば、第１流量計１７には故障のおそれがあるものと見做される。ただし、差分値Ｄｎが診断基準Ｒｄの範囲から外れるのが１回だけであれば故障が生じたものとは見做さず、例えば、差分値Ｄｎが診断基準Ｒｄの範囲から外れるのが２回（２サイクル分）、あるいはそれ以上の回数（数サイクル分）に達したときに、第１流量計１７に故障が生じたものと診断することもできる。制御部５０が第１流量計１７に故障が生じたものと診断すると、充填装置１が備える画像表示手段、音声発生手段などを用いてその旨の警告がなされる（図１０ Ｓ１２５）。そうでなければ、制御部５０は警告を行わない（図１０ Ｓ１２３）。

［第１重量計３５の故障診断］
次に、第１重量計３５の故障診断について、図１１を参照して説明する。
第１重量計３５の故障診断は、第１流量計１７の診断と同様に、第１流量計１７による流量Ｑｎと第１重量計３５による重量Ｗｎの差分値Ｄｎを算出する（図１１ Ｓ１３１）。制御部５０は、算出された同じ識別記号の第１重量計３５の差分値Ｄｎを比較し、その比較結果から当該第１重量計３５の故障を診断する。例えば、識別記号がＮｏ.１の第１重量計３５についての差分値Ｄｎが、1サイクル目からＤ１，Ｄ１３，Ｄ２５，Ｄ３７…だとする。そうすると、Ｄ１とＤ１３を比較して一致するか不一致か、Ｄ１とＤ２５を比較して一致するか不一致か、Ｄ１とＤ３７を比較して一致するか不一致か、という判定の手順が順に行われる。そして、この比較、判定の結果、不一致との判定が、２回、あるいはそれ以上の回数に達すると、当該識別記号Ｎｏ.１の第１重量計３５には故障が生じたものと診断し、その旨の警告を発することができる（図１１ Ｓ１３５）。そうでなければ、制御部５０は警告を行わない（図１１ Ｓ１３３）。

第１流量計１７および第１重量計３５の故障診断において公差を設けて、一致または不一致の判定をすることができる。例えば、差分値Ｄ１について、公差の下限値−αおよび上限値＋αを設定し、差分値にＤ１−α〜Ｄ１＋αの範囲を設ける。この範囲が設けられた差分値Ｄ１−α〜Ｄ１＋αと、以降の差分値Ｄ１３，Ｄ２５，Ｄ３７…とを比較する。差分値Ｄ１３，Ｄ２５，Ｄ３７…のそれぞれが、差分値Ｄ１−α〜Ｄ１＋αの範囲にあれば一致すると判定し、差分値Ｄ１−α〜Ｄ１＋αの範囲から外れると不一致と判定することができる。

［充填装置１の効果］
以上説明した通りであり、充填装置１は、第１弁１５における製品液の流量を測定する第１流量計１７および製品液が充填された後の重量を測定する第１重量計３５を備える。
第１流量計１７は、製品液が充填される過程においてその流量を測定し、第１弁１５を閉じる時期を特定する。ただし、第１流量計１７は体積による流量を測定するものであるから、製品液に発泡が生ずると、発泡による体積の増分まで流量として測定するので、流量を正確に測定できないおそれがある。
製品液に発泡が生じたとしても製品液の重量には変化がないので、第１重量計３５によれば、発泡の有無に関わらず、製品液の流量を正確に測定できる。ただし、第３保持具３３に第１重量計３５を設けたとすると、容器１００に第１弁１５が押し付けられる荷重を第１重量計３５が拾うので、流量の測定結果が不正確になるおそれがある。
しかるに、充填装置１によれば、第１搬送部に属する第３回転体において第１重量計により製品液の重量測定を行う。第３回転体は第１弁の影響を受けず、第１重量計の測定結果の精度が高いので、本開示の充填装置によれば、その測定結果に基づいて第１流量計による測定結果を補完できる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る充填装置２について、図１２〜図１５を参照して説明する。なお、図１２〜図１５において、充填装置１と同じ構成、手順については、図１および図５と同じ符号をつけてその説明を省略する。

［充填装置２の構成］
充填装置２は、図１２に示すように、第１充填部１０よりも上流に第２充填部２０が設けられている。第２充填部２０は固形物、例えばナタデココ、タピオカなどを容器１００に充填する。充填装置２は、固形物が充填された容器１００に第１充填部１０より製品液を充填する。

第２充填部２０は、図１３に示すように、第２回転体２１と、第２回転体２１の外周に設けられる複数の第２保持具２３と、を備える。第２充填部２０は、また、第２保持具２３に保持される空の容器１００に固形物を充填する第２弁２５と、第２弁２５を流れて容器１００に供給された固形物の流量を測定する第２流量計２７と、を備える。制御部５０は、製品液の充填過程における第２流量計２７の測定結果を取得する。制御部５０は、この測定結果かが充填の目標量に達したら第２弁２５を閉じるように制御する。第２回転体２１、第２保持具２３、第２弁２５および第２流量計２７は、第１実施形態の第１回転体１１、第１保持具１３、第１弁１５および第１流量計１７と同様の構成、機能を備えるので、その説明は省略される。

第２搬送部４０は、図１４に示すように、第４回転体４１と、第４回転体４１の外周に設けられる複数の第４保持具４３と、を備える。第２搬送部４０は、第４保持具４３に保持される容器１００に充填される固形物の重量を測定する第２重量計４５を備える。複数の第４保持具４３のそれぞれに第２ロードセル４６が対応して設けられている。測定された固形物の重量は、第２充填部２０の第２弁２５から充填される固形物の補正量の算出に用いられるとともに、第１充填部１０の第１弁１５から充填される製品液の補正量の算出に用いられる。

次に、図１５を参照して、制御部５０による充填装置２の特徴的な制御内容を説明する。図１５において、第１実施形態の図５と同じ部分については図５と同じ符号を付しており、以下においては、第１実施形態との相違点を中心に行われる。

［流量ｑｎの測定］
充填装置２においての充填が始まると、第２充填部２０の第１流量計１７で容器１００に充填される固形物の流量ｑｎが測定される（図１５ Ｓ２０１）。流量ｑｎの測定は、第２充填部２０の第２回転体２１に設けられる全ての第２保持具２３のそれぞれに対応する第２流量計２７で行われる。
測定される流量ｑｎは、第１実施形態の図６に示されたのと同様に、「１サイクル」、「２サイクル」…において、第２流量計２７の識別記号と対応付けて測定、記憶される。

［重量ｗｎの測定］
第２充填部２０で固形物が充填された容器１００は第２搬送部４０の第４回転体４１の第４保持具４３に順番に受け渡されると、第４保持具４３に設けられている第２重量計４５で容器１００に充填された固形物の重量ｗｎが測定される（図１５ Ｓ２０３）。重量ｗｎの測定は、第１搬送部３０の第３回転体３１に設けられる全ての第３保持具３３に対応する第１重量計３５で行われる。

測定される重量ｗｎは、第１実施形態の図７に示されたのと同様に、「１サイクル」、「２サイクル」…において、第２重量計４５の識別記号と対応付けて重量ｗｎが測定、記憶される。

［第２充填補正量ａｎの算出］
重量ｗｎの測定がなされると、重量ｗｎを用いて第２充填補正量ａｎが算出される（図１５ Ｓ２０５）。以下、第２充填補正量ａｎは補正量ａｎと略記される。補正量ａｎは、第２弁２５から容器１００に実際に充填される固形物の量が予め定められている目標量ｗｒからずれているときに、目標量ｗｒに一致するように、第２弁２５の開閉の動作を制御するために求められる。したがって、補正量ａｎは、容器１００へ充填されるべき固形物の目標量ｗｒと重量ｗｎの差分、つまりｗｒ−ｗｎとして算出される。この算出を行うために、制御部５０には目標量ｗｒが予め記憶されているとともに、測定された重量ｗｎとの差分を演算する。この演算は、測定された全ての流量ｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４…ｗ２１，ｗ２２，ｗ２３，ｗ２４…ｗｎのそれぞれについて目標量ｗｒとの差分が算出される。

算出される補正量ａｎは、第１実施形態の図８に示されたのと同様に、「１サイクル」、「２サイクル」…において、第１重量計３５の識別記号と対応付けて測定、記憶される。目標量ｗｒと重量ｗｎの差分（ｗｒ−ｗｎ）は、第１実施形態と同様に、正の値、ゼロおよび負の値の３つに区分される。第２弁２５の補正は、第１実施形態と同様にして、識別記号ごとに行われる。

［第１充填部における充填量の特定］
充填装置２は、以下説明するように、測定された重量ｗｎの結果を、次工程である第１充填部１０における製品液の充填に反映させる。
充填装置２は、重量ｗｎの測定がなされると、重量ｗｎの測定結果に基づいて、容器１００に充填された製品液の量が正常か異常かのいずれかの判定がなされる（図１５ Ｓ２０７）。この判定は、制御部５０において、測定された重量ｗｎと予め設定されている基準重量ｒｗとを比較することにより行われる。
ここでは、充填量の正常／異常の判定の説明が補正量ａｎの算出の説明の後になされるが、制御部５０における現実的な処理としては、両者が同時並行的に行うことができる。

充填量の判定の基礎となる基準重量ｒｗは、下限値ｒｗ（−）と上限値ｒｗ（＋）を有する範囲として特定される。重量ｗｎと基準重量ｒｗの比較は、順に測定される重量ｗｎ（ｗ１，ｗ２，ｗ３…）が基準重量ｒｗの範囲（ｒｗ（−）〜ｒｗ（＋））に該当するか否かでなされる。重量ｗｎ（ｗ１，ｗ２，ｗ３…）が基準重量ｒｗの範囲（ｒｗ（−）〜ｒｗ（＋））にあれば、例えば、図９に示したのと同様に、正常であることを示すＯＫ、異常であることを示すＮＧが第１重量計３５の識別記号に対応付けて記述される。

重量の正常／異常の判定の結果は、第１充填部１０において当該容器１００に充填される製品液の量に反映される。つまり、重量ｗｎが基準重量ｒｗの範囲にあれば、制御部５０は第１充填部１０における製品液の充填量の設定値を算出する（図１５ Ｓ２０９）。一方、制御部５０は、重量ｗｎが基準重量ｒｗの範囲から外れていれば、予め定められている規定値で充填がなされる（図１５ Ｓ２１１）。

［充填装置２の効果］
充填装置２によれば、以下の効果を奏する。
固形物を充填する第２充填部２０を備える場合においても、第２弁２５の影響を受けない第４回転体４１において第２重量計４５における固形物の重量測定を行い、その測定結果に基づいて、第２流量計２７による測定結果を補完できる。
また、固形物の流量を把握したうえで製品液の充填量を特定できるので、固形物の充填量に整合する適切な量の製品液を充填できる。

本実施形態における充填装置１は、以下のように把握される。
製品液を容器１００に充填する第１充填部１０と、第１充填部１０で製品液が充填された容器１００を下流に向けて搬送する第１搬送部３０と、を備える。
第１充填部１０は、容器１００を保持する複数の第１保持具１３が円周方向に沿って配置される第１回転体１１と、複数の第１保持具１３のそれぞれに対応して設けられる、製品液を容器に供給する複数の第１弁１５と、複数の第１弁１５を流れる製品液の流量を測定する第１流量計１７と、を備える。
第１搬送部３０は、容器を保持する複数の第３保持具３３が円周方向に沿って配置される第３回転体３１と、複数の第３保持具３３で保持される容器に充填された製品液の重量を測定する第１重量計３５と、を備える。
充填装置１は、第１弁１５の影響を受けない第３回転体３１において第１重量計３５における製品液の重量測定を行い、その測定結果に基づいて、第１流量計１７による測定結果を補完できる。

本実施形態に係る充填装置１は、第１充填部１０および第１搬送部３０の動作を制御する制御部５０を備える。この制御部５０は、第１流量計１７による製品液の測定結果に基づいて、第１弁１５の動作を制御する。第１流量計１７は第１弁１５に対応して設けられているので、第１弁１５から供給される製品液が目標量に達したら、製品液の充填を速やかに止めることができる。

制御部５０は、第１重量計３５による製品液の測定結果に基づいて、第１充填部１０における製品液の第1充填補正量を算出し、第１弁１５の動作を制御する。
第１重量計３５は、第１搬送部３０に設けられており、第１弁１５などから荷重を受けることがない。よって、第１重量計３５による製品液の測定結果は精度が高い。したがって、第１重量計３５の測定結果に基づく補正量もまた精度が高い。

本実施形態に係る制御部５０は、第１重量計３５による製品液の測定結果に基づいて、第１充填部１０における製品液の充填量が正常かまたは異常であるかを判定する。
第１重量計３５は、第１搬送部３０に設けられており、第１弁１５などから荷重を受けることがない。よって、第１重量計３５による製品液の測定結果は精度が高い。したがって、第１重量計３５の測定結果に基づく製品液の充填量が正常かまたは異常の判定の精度が高い。

本実施形態に係る制御部５０は、充填量が異常であると判定すると、異常と判定された容器１００が第１搬送部３０から排斥されるように、第１搬送部３０の動作を制御する。
充填量が異常であると判定された容器１００が排斥されるので、製品となるべきではない容器１００について以後の工程で不要な作業を省くことができる。

本実施形態に係る充填装置２は、第１充填部１０よりも上流に設けられる、固形物を容器１００に充填する第２充填部２０と、第２充填部２０で固形物が充填された容器１００を第１充填部１０に搬送する第２搬送部４０と、を備える。
第２充填部２０は、容器１００を保持する複数の第２保持具２３が円周方向に沿って配置される第２回転体２１と、複数の第２保持具２３のそれぞれに対応して設けられる、固形物を容器１００に供給する複数の第２弁２５と、複数の第２弁２５を流れる固形物の流量を測定する第２流量計２７と、を備える。
第２搬送部４０は、容器１００を保持する複数の第４保持具４３が円周方向に沿って配置される第４回転体４１と、複数の第４保持具４３のそれぞれに設けられる、容器１００に充填された固形物の重量を測定する第２重量計４５と、を備える。
固形物を充填する第２充填部２０を備える充填装置２においても、第２弁２５の影響を受けない第４回転体４１において第２重量計４５における固形物の重量測定を行い、その測定結果に基づいて、第２流量計２７による測定結果を補完できる。

本実施形態に係る制御部５０は、第２充填部２０および第２搬送部４０の動作を制御する。制御部５０は、第２流量計２７による固形物の測定結果に基づいて、第２弁２５の動作を制御する。
第２流量計２７は第２弁２５に対応して設けられているので、第２弁２５から供給される固形物が目標量に達したら、固形物の充填を速やかに止めることができる。

制御部５０は、第２重量計４５による固形物の測定結果に基づいて、第２充填部２０における固形物の第２充填補正量を算出し、第２弁２５の動作を制御する。
第２重量計４５は、第２搬送部４０に設けられており、第２弁２５などから荷重を受けることがない。よって、第２重量計４５による固形物の測定結果は精度が高い。したがって、第２重量計４５の測定結果に基づく補正量もまた精度が高い。

制御部５０は、第２重量計４５による固形物の測定結果に基づいて、第１充填部１０における製品液の充填量を制御する。
これによると、第１充填部１０においては、固形物の流量を把握したうえで製品液の充填量を特定できるので、固形物の充填量に整合する適切な量の製品液を充填できる。

充填装置１，２は、液相および気相の２相流となって第１弁１５を流れる製品液にとって好適である。つまり、発泡して気相が生じたとしても、重量には変化がないため、第１重量計３５で測定された製品液の量は精度が高い。

第１流量計１７は、複数の第１弁１５のそれぞれに対応して設けられ、第１重量計３５は、複数の第３保持具３３のそれぞれに対応して設けられる。また、第２流量計２７は、複数の第２弁２５のそれぞれに対応して設けられ、第２重量計４５は、複数の第４保持具４３のそれぞれに対応して設けられる。
このように、第１流量計１７、第１重量計３５、第２流量計２７および第２重量計４５を漏れなく設けることにより、確実な排斥を実現できる。

本開示に係る充填方法は、製品液を容器１００に充填する第１充填ステップと、製品液が充填された容器１００を下流に向けて搬送する第１搬送ステップと、を備える。第１充填ステップにおいて、液相および気相の２相流となって流れる製品液の流量を測定し、第１搬送ステップにおいて、容器１００に充填された製品液の重量を測定する。

［付記］
本開示における「製品液」とは、純粋な液体のほかに、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製品液として、果汁、コーヒー、茶等を例示できる。
一方、本開示における「固形物」とは、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、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、製品液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。

充填装置１，２においては、第１搬送部３０に第３回転体３１の他に第５回転体３７および第６回転体３９を備え、第１充填部１０の下流に隣接する第３回転体３１に第１重量計３５を設けている。しかし本開示はこれに限らず、第５回転体３７または第６回転体３９に第１重量計３５を設けることもできる。もっとも、第１重量計３５で測定された結果を第１充填部１０に即座に反映させる上では、第１搬送部３０に最も近い第３回転体３１に第１重量計３５を設けるのが好ましい。

１，２ 充填装置
３ 洗浄装置
５ 封緘装置
１０ 第１充填部
１１ 第1回転体
１３ 第１保持具
１５ 第１弁
１６ 第1吐出筒
１７ 第１流量計
２０ 第２充填部
２１ 第２回転体
２３ 第２保持具
２５ 第２弁
２７ 第２流量計
３０ 第１搬送部
３１ 第３回転体
３３ 第３保持具
３５ 第１重量計
３６ 第１ロードセル
３７ 第５回転体
３９ 第６回転体
４０ 第２搬送部
４１ 第４回転体
４３ 第４保持具
４５ 第２重量計
４６ 第２ロードセル
５０ 制御部
１００ 容器
１０１ 首部

Claims (12)

1. 製品液を容器に充填する第１充填部と、前記第１充填部で前記製品液が充填された前記容器を下流に向けて搬送する第１搬送部と、を備え、
   前記第１充填部は、
   前記容器を保持する複数の第１保持具が円周方向に沿って配置される第１回転体と、
   複数の前記第１保持具のそれぞれに対応して設けられる、前記製品液を前記容器に供給する複数の第１弁と、
   複数の前記第１弁を流れる前記製品液の流量を測定する第１流量計と、を備え、
   前記第１搬送部は、
   前記容器を保持する複数の第３保持具が円周方向に沿って配置される第３回転体と、
   複数の前記第３保持具で保持される前記容器に充填された前記製品液の重量を測定する第１重量計と、を備える、充填装置。
   
2. 前記第１充填部および前記第１搬送部の動作を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記第１流量計による前記製品液の流量の測定結果に基づいて、前記第１弁の動作を制御する、
   請求項１に記載の充填装置。
   
3. 前記制御部は、
   前記第１重量計による前記製品液の重量の測定結果に基づいて、前記第１充填部における前記製品液の第１充填補正量を算出し、前記第１弁の動作を制御する、
   請求項２に記載の充填装置。
   
4. 前記制御部は、
   前記第１重量計による前記製品液の重量の測定結果に基づいて、前記第１充填部における前記製品液の充填量が正常かまたは異常かを、前記容器ごとに判定する、
   請求項２または請求項３に記載の充填装置。
   
5. 前記制御部は、
   前記充填量が異常であると判定すると、
   前記異常と判定された前記容器が前記第１搬送部から排斥されるように、前記第１搬送部の動作を制御する、
   請求項４に記載の充填装置。
   
6. 前記第１充填部よりも上流に設けられる、固形物を前記容器に充填する第２充填部と、
   前記第２充填部で前記固形物が充填された前記容器を前記第１充填部に搬送する第２搬送部と、を備え、
   前記第２充填部は、
   前記容器を保持する複数の第２保持具が円周方向に沿って配置される第２回転体と、
   複数の前記第２保持具のそれぞれに対応して設けられる、前記固形物を前記容器に供給する複数の第２弁と、
   複数の前記第２弁を流れる前記固形物の流量を測定する第２流量計と、を備え、
   前記第２搬送部は、
   前記容器を保持する複数の第４保持具が円周方向に沿って配置される第４回転体と、
   複数の前記第４保持具で保持される前記容器に充填された前記固形物の重量を測定する第２重量計と、を備える、
   請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の充填装置。
   
7. 前記制御部は、前記第２充填部および前記第２搬送部の動作を制御し、
   前記制御部は、
   前記第２流量計による前記固形物の流量の測定結果に基づいて、前記第２弁の動作を制御する、請求項６に記載の充填装置。
   
8. 前記制御部は、
   前記第２重量計による前記固形物の重量の測定結果に基づいて、前記第２充填部における前記固形物の第２充填補正量を算出し、前記第２弁の動作を制御する、
   請求項７に記載の充填装置。
   
9. 前記制御部は、
   前記第２重量計による前記固形物の重量の測定結果に基づいて、前記第１充填部における前記固形物の充填量を制御する、
   請求項７または請求項８に記載の充填装置。
   
10. 前記製品液は、
    液相および気相の２相流となって前記第１弁を流れる、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の充填装置。
    
11. 前記第１流量計は、複数の前記第１弁のそれぞれに対応して設けられ、
    前記第１重量計は、複数の前記第３保持具のそれぞれに対応して設けられる、
    請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の充填装置。
    
12. 前記第２流量計は、複数の前記第２弁のそれぞれに対応して設けられ、
    前記第２重量計は、複数の前記第４保持具のそれぞれに対応して設けられる、
    請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の充填装置。

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