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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-15
(45)【発行日】2024-04-23
(54)【発明の名称】充填方法および充填装置
(51)【国際特許分類】
B67C 3/06 20060101AFI20240416BHJP
【ＦＩ】
B67C3/06
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2023087478
(22)【出願日】2023-05-29
(62)【分割の表示】P 2019194191の分割
【原出願日】2019-10-25
(65)【公開番号】P2023101635
(43)【公開日】2023-07-21
【審査請求日】2023-05-29
(73)【特許権者】
【識別番号】309036221
【氏名又は名称】三菱重工機械システム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100100077
【弁理士】
【氏名又は名称】大場 充
(74)【代理人】
【識別番号】100136010
【弁理士】
【氏名又は名称】堀川 美夕紀
(74)【代理人】
【識別番号】100203046
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 聖子
(72)【発明者】
【氏名】小林 宜弘
(72)【発明者】
【氏名】上田 敦士
(72)【発明者】
【氏名】林 柾行
(72)【発明者】
【氏名】安部 貞宏
(72)【発明者】
【氏名】古川 勝一
【審査官】佐藤 秀之
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１７－５０６２００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－１２５４９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０４４７３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２２１６４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－１９１１９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５３７７７２６（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開昭６３－０９６０９６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６７Ｃ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
容器に製品液を充填する充填方法であって、前記製品液を貯留する貯留タンクから、前記製品液を加圧された雰囲気下で貯留する計量タンクへ前記製品液を移送するステップと、
前記容器への充填に先立ち、前記容器の内部に正圧を付与するステップと、
前記計量タンクにおける圧力である計量タンク圧力と前記容器の内部の圧力との圧力差により前記計量タンクから前記容器へと前記製品液を供給しつつ、前記容器の内部から外部へと排気させながら、前記計量タンクにおける前記製品液の液位に基づいて、前記計量タンクから前記容器に前記製品液を規定の充填量まで供給する充填ステップと、を含む、
充填方法。
【請求項2】
前記容器への充填に先立ち前記容器の内部に正圧を付与するステップでは、前記容器の内部に前記計量タンク圧力に相当する第１圧力を付与し、前記充填ステップでは、前記第１圧力よりも大きい第２圧力を前記計量タンクの内部に付与する、
請求項１に記載の充填方法。
【請求項3】
前記貯留タンクから前記計量タンクへと前記製品液を移送するステップでは、前記貯留タンク内の前記製品液と前記計量タンク内の前記製品液との水頭差に従って、前記製品液が移送速度を次第に低下させつつ移送される、
請求項１または２に記載の充填方法。
【請求項4】
容器に製品液を充填する充填装置であって、前記製品液を貯留する貯留タンクと、
前記貯留タンクから移送された前記製品液を加圧された雰囲気下で貯留し、液位に基づいて計量される前記製品液を前記容器に供給する計量タンクと、
前記計量タンクにおける前記製品液の液位を検知する液位検知部と、を備え、
前記容器への充填時には、
前記計量タンクにおける圧力である計量タンク圧力と、大気圧を超える圧力であって前記計量タンク圧力に対して低い前記容器の内部の圧力との圧力差により、前記計量タンクから前記容器へ、前記容器に定められた規定充填量に満たない所定量の前記製品液を供給した後、前記容器の内部から外部へと排気させつつ、前記計量タンクにおける前記製品液の液位に基づいて、前記計量タンクから前記容器に前記製品液を規定の充填量まで供給する、充填装置。
【請求項5】
容器に製品液を充填する充填装置であって、前記製品液を貯留する貯留タンクと、
前記貯留タンクから移送された前記製品液を加圧された雰囲気下で貯留し、液位に基づいて計量される前記製品液を前記容器に供給する計量タンクと、
前記計量タンクにおける前記製品液の液位を検知する液位検知部と、を備え、
前記容器への充填に先立ち、前記容器の内部に正圧を付与し、
前記容器への充填時には、
前記計量タンクにおける圧力である計量タンク圧力と前記容器の内部の圧力との圧力差により前記計量タンクから前記容器へと前記製品液を供給しつつ、前記容器の内部から外部へと排気させながら、前記計量タンクにおける前記製品液の液位に基づいて、前記計量タンクから前記容器に前記製品液を規定の充填量まで供給する、充填装置。
【請求項6】
前記計量タンクの内部に第１圧力、および前記第１圧力よりも大きい第２圧力を選択的に付与可能な圧力付与手段を備える、請求項５に記載の充填装置。
【請求項7】
前記容器の内部から外部へと連通した排気経路に設けられ、前記容器の内部の圧力が所定の設定圧力に対して低いときに閉じて高いときに開く排気式圧力設定弁を備え、前記容器への充填時には、
前記排気式圧力設定弁を通じて前記容器の内部から外部へと排気させる、
請求項４から６のいずれか一項に記載の充填装置。
【請求項8】
前記貯留タンクから前記計量タンクへと前記製品液を移送する移送経路に設けられる第１液弁と、前記計量タンクから前記容器へと前記製品液を供給する供給経路に設けられる第２液弁と、
前記容器の内部から外部へと連通した排気経路に設けられる排気式圧力設定弁と、を備える、
請求項４から７のいずれか一項に記載の充填装置。
【請求項9】
前記貯留タンクの内部の気相領域および前記計量タンクの内部の気相領域を連通させる連通経路を備える、請求項４から８のいずれか一項に記載の充填装置。
【請求項10】
前記貯留タンクおよび前記計量タンクは、同一平面上または略同一面上に配置される、請求項４から９のいずれか一項に記載の充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、容器に液体を充填する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば炭酸ガス入りの飲料を容器に充填する方法として、特許文献１に記載されたカウンタープレッシャー方式が一般的であった。
カウンタープレッシャー方式による充填処理は、典型的には、製品液を貯留するタンクの内圧に対応した製品液の吐出圧力と同等のカウンター圧を容器の内部に付与する過程と、カウンター圧が付与された容器の内部に製品液を水頭差により充填する過程と、容器内部のガスを低速で排出させて容器内部の圧力を次第に減少させるスニフト過程とからなる。
こうしたカウンタープレッシャー方式の充填処理に要する時間が長い。近年、特許文献２および特許文献３に記載されているように、予め容器の内部を減圧により負圧にしておき、貯留タンクにおいて加圧されている炭酸ガス入りの製品液を圧力差に基づいて容器内に瞬時に充填する方法が提案されている。充填時には、製品液を容器に噴出させながら、容器の内部の圧力変化を監視することで充填量を制御する。
カウンタープレッシャー方式による充填処理は、典型的には、製品液を貯留するタンクの内圧に対応した製品液の吐出圧力と同等のカウンター圧を容器の内部に付与する過程と、カウンター圧が付与された容器の内部に製品液を水頭差により充填する過程と、容器内部のガスを低速で排出させて容器内部の圧力を次第に減少させるスニフト過程とからなる。
こうしたカウンタープレッシャー方式の充填処理に要する時間が長い。近年、特許文献２および特許文献３に記載されているように、予め容器の内部を減圧により負圧にしておき、貯留タンクにおいて加圧されている炭酸ガス入りの製品液を圧力差に基づいて容器内に瞬時に充填する方法が提案されている。充填時には、製品液を容器に噴出させながら、容器の内部の圧力変化を監視することで充填量を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】実公昭５９－２３７５８号公報
【文献】特開２０１５－１９９５４５号公報
【文献】特開２０１５－１９９５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献２，３に記載された充填方法は、充填に先立ち、容器の内部を大気圧に対して負圧にする必要がある。こうした方法は、ガラスびんのように剛性が相対的に高い容器に充填の対象が限られる。例えば、剛性が相対的に低い樹脂製容器は、減圧により負圧にした際に潰れるおそれがある。
【0005】
また、容器に充填された液からの炭酸ガスの放出および再溶解の現象に起因して充填量が変動し得るため、特許文献２，３に記載されているように、容器内の圧力に基づいて充填量を制御したとしても、規定量の製品液を容器に充填することが難しい。
【0006】
以上より、本開示は、樹脂製の容器に充填する場合であっても、容器の形状を維持したまま、飲料、その他の製品液の充填に要する時間をカウンタープレッシャー方式に対して短縮しつつ、規定の量の製品液を容器に充填することが可能な充填方法および充填装置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】
【0007】
本開示の充填方法は、容器に製品液を充填する充填方法であって、製品液を貯留する貯留タンクから、製品液を加圧された雰囲気下で貯留する計量タンクへと、所定量の製品液を移送するステップと、計量タンクにおける圧力である計量タンク圧力と、大気圧以上であって計量タンク圧力に対して低い容器の内部の圧力との圧力差により、計量タンクから容器へ、容器に定められた規定充填量に満たない所定量（例えば、規定充填量の約9割の
量）の製品液を供給する第１充填ステップと、容器の内部から外部へと排気させつつ、計量タンクにおける製品液の液位に基づいて、計量タンクから容器に製品液を規定の充填量まで供給する第２充填ステップと、を含む。
量）の製品液を供給する第１充填ステップと、容器の内部から外部へと排気させつつ、計量タンクにおける製品液の液位に基づいて、計量タンクから容器に製品液を規定の充填量まで供給する第２充填ステップと、を含む。
【0008】
本開示の充填方法は、容器に製品液を充填する充填方法であって、製品液を貯留する貯留タンクから、製品液を加圧された雰囲気下で貯留する計量タンクへ製品液を移送するステップと、容器への充填に先立ち、容器の内部に正圧を付与するステップと、計量タンクにおける圧力である計量タンク圧力と容器の内部の圧力との圧力差により計量タンクから容器へと製品液を供給しつつ、容器の内部から外部へと排気させながら、計量タンクにおける製品液の液位に基づいて、計量タンクから容器に製品液を規定の充填量まで供給する充填ステップと、を含む。
【0009】
本開示の充填装置は、容器に製品液を充填する充填装置であって、製品液を貯留する貯留タンクと、貯留タンクから移送された製品液を加圧された雰囲気下で貯留し、液位に基づいて計量される製品液を容器に供給する計量タンクと、計量タンクにおける製品液の液位を検知する液位検知部と、を備え、容器への充填時には、計量タンクにおける圧力である計量タンク圧力と、大気圧以上であって計量タンク圧力に対して低い容器の内部の圧力との圧力差により、計量タンクから容器へ、容器に定められた規定充填量に満たない所定量の製品液を供給した後、容器の内部から外部へと排気させつつ、計量タンクにおける製品液の液位に基づいて、計量タンクから容器に製品液を規定の充填量まで供給する。
【0010】
本開示の充填装置は、容器に製品液を充填する充填装置であって、製品液を貯留する貯留タンクと、貯留タンクから移送された製品液を加圧された雰囲気下で貯留し、液位に基づいて計量される製品液を容器に供給する計量タンクと、計量タンクにおける製品液の液位を検知する液位検知部と、を備え、容器への充填に先立ち、容器の内部に正圧を付与し、容器への充填時には、計量タンクにおける圧力である計量タンク圧力と容器の内部の圧力との圧力差により計量タンクから容器へと製品液を供給しつつ、容器の内部から外部へと排気させながら、計量タンクにおける製品液の液位に基づいて、計量タンクから容器に製品液を規定の充填量まで供給する。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、加圧された雰囲気下で製品液が計量される計量タンクを用いて、計量タンクの内圧と容器の内圧との圧力差を製品液の充填に利用し、充填工程の少なくとも一部において容器から排気させつつ製品液の充填を計量タンクの液位に基づく制御の下に行うことにより、樹脂製の容器に充填する場合であっても、容器の形状を維持したまま、製品液の充填処理に要する時間をカウンタープレッシャー方式に対して短縮でき、しかも、計量タンク４の液位に基づいて充填量が決まるため、規定量の製品液を容器に充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態に係る充填方法および充填装置を説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示す充填装置１は、製品液、例えば、炭酸ガス入りの炭酸飲料を容器２に充填する。充填装置１は、製品液が容器２に充填されてなる飲料製品を製造する図示しない製造ラインの一部を構成している。
〔第１実施形態〕
図１に示す充填装置１は、製品液、例えば、炭酸ガス入りの炭酸飲料を容器２に充填する。充填装置１は、製品液が容器２に充填されてなる飲料製品を製造する図示しない製造ラインの一部を構成している。
【0014】
容器２は、ポリエチレンテレフタレート（PET：Polyethyleneterephthalate）等の樹脂材料から形成されたボトルである。容器２の口部２Ａがシール機構２１により封止された状態で、充填ノズル２２から吐出される製品液が容器２の内部に規定の量まで充填される。
容器２は、金属材料から形成されたボトル状の缶であってもよい。
容器２は、金属材料から形成されたボトル状の缶であってもよい。
【0015】
〔充填装置の構成〕
充填装置１は、製品液を貯留する貯留タンク３と、貯留タンク３から移送された製品液を貯留し、液位に基づいて計量される製品液を容器２に供給する計量タンク４と、計量タンク４における製品液の液位を検知する液位検知部としての液位計５と、制御部１５とを備えている。
充填装置１は、制御部１５による制御下において、製造ラインの他のシステムと連係をとりつつ、図示しない搬送装置により供給される容器２のそれぞれに製品液を充填する。製品液が充填された容器２には、図示しない機構により蓋が装着される。
充填装置１は、製品液を貯留する貯留タンク３と、貯留タンク３から移送された製品液を貯留し、液位に基づいて計量される製品液を容器２に供給する計量タンク４と、計量タンク４における製品液の液位を検知する液位検知部としての液位計５と、制御部１５とを備えている。
充填装置１は、制御部１５による制御下において、製造ラインの他のシステムと連係をとりつつ、図示しない搬送装置により供給される容器２のそれぞれに製品液を充填する。製品液が充填された容器２には、図示しない機構により蓋が装着される。
【0016】
貯留する製品液を炭酸ガス（二酸化炭素）が溶解した状態に保つため、貯留タンク３の内部および計量タンク４の内部はいずれも、炭酸ガスの導入により加圧されている。これら貯留タンク３および計量タンク４は、加圧された雰囲気下で製品液を貯留する。
ヘンリーの法則より、温度が一定であるとき、気体の分圧が高いほど液体への気体の溶解度が高い。したがって、炭酸ガスの圧力が高いほど、製品液に炭酸ガスを効率よく溶解させることができる。「溶解度」は、溶質が一定量の溶媒に溶解する限界量をいう。
貯留タンク３および計量タンク４のそれぞれの内部では、炭酸ガスと、水に溶存していた酸素や窒素等の他のガスがそれぞれ、ヘンリーの法則により、分圧に従う量だけ液に溶解する。
炭酸ガスの溶解度を高め、炭酸ガスが溶解した状態に製品液を保つため、加圧に加え、図示しない冷却機構により、常温よりも低い温度にまで製品液が冷却されることが好ましい。
ヘンリーの法則より、温度が一定であるとき、気体の分圧が高いほど液体への気体の溶解度が高い。したがって、炭酸ガスの圧力が高いほど、製品液に炭酸ガスを効率よく溶解させることができる。「溶解度」は、溶質が一定量の溶媒に溶解する限界量をいう。
貯留タンク３および計量タンク４のそれぞれの内部では、炭酸ガスと、水に溶存していた酸素や窒素等の他のガスがそれぞれ、ヘンリーの法則により、分圧に従う量だけ液に溶解する。
炭酸ガスの溶解度を高め、炭酸ガスが溶解した状態に製品液を保つため、加圧に加え、図示しない冷却機構により、常温よりも低い温度にまで製品液が冷却されることが好ましい。
【0017】
図１に示す貯留タンク３は、製品液供給部６と、炭酸ガス供給部７とにそれぞれ接続されている。製品液供給部６は、例えば、製品液の供給源６１および弁６２を含んで構成されている。炭酸ガス供給部７は、例えば、高圧下で液化した二酸化炭素を貯留する二酸化炭素供給源７１と、弁７２とを含んで構成されている。
【0018】
貯留タンク３の内部には、炭酸ガス供給部７により、二酸化炭素供給源７１から図示しない圧力調整器による減圧を経てガス化した二酸化炭素、つまり炭酸ガスが供給される。そのため、貯留タンク３の製品液よりも上方の空間である気相領域３Ｇには炭酸ガスが貯えられている。気相領域３Ｇにおける炭酸ガスの圧力は、炭酸ガス供給部７により、充填する製品液の特性に対応した大気圧を超える一定の圧力（正圧）になるように、弁７２とガス排出弁７３の開閉動作で制御されている。
また、製品液は、容器２に充填される分が補充され、貯留タンク３における液面が定位置になるように制御される。
また、製品液は、容器２に充填される分が補充され、貯留タンク３における液面が定位置になるように制御される。
【0019】
本実施形態では、貯留タンク３の気相領域３Ｇと、計量タンク４の気相領域４Ｇとが、連通経路８を通じて連通している。計量タンク４の内部は、炭酸ガス供給部７により炭酸ガスが貯留タンク３を介して供給されることで、大気圧に対して加圧されている。
内部の雰囲気が加圧されている計量タンク４では、液位に基づいて製品液が正確に計量される。
内部の雰囲気が加圧されている計量タンク４では、液位に基づいて製品液が正確に計量される。
【0020】
液位計５（レベルセンサ）は、計量タンク４に貯留されている製品液の液位に応じた信号を出力する。制御部１５は、液位計５から送られる信号により、充填に先立ち計量タンク４の液位を得るとともに、液位を連続的に検知しながら、容器２に製品液を規定の充填量まで充填することが可能である。
液位計５には、フロート式、超音波式、静電容量式、圧力式（水圧式）等の公知の液位計を採用することができる。
液位計５には、フロート式、超音波式、静電容量式、圧力式（水圧式）等の公知の液位計を採用することができる。
【0021】
計量タンク４には、容器２に定められた規定充填量に適合する容積が与えられている。計量タンク４の容積は、規定充填量に対して大きい。
液位計５により検知される計量タンク４の液位と、計量タンク４の内部の横断面積とから、容器２に充填される製品液の充填量（体積）を算出することができる。そのため、液位に基づいて、充填量の制御を行うことができる。規定充填量を計量タンク４の液位（入り味線）に換算しておき、その液位を充填量の制御に用いることもできる。
計量タンク４は、液位検知の精度を向上させるため、直径に対して高さが大きいシリンダ状に形成されていることが好ましい。
液位計５により検知される計量タンク４の液位と、計量タンク４の内部の横断面積とから、容器２に充填される製品液の充填量（体積）を算出することができる。そのため、液位に基づいて、充填量の制御を行うことができる。規定充填量を計量タンク４の液位（入り味線）に換算しておき、その液位を充填量の制御に用いることもできる。
計量タンク４は、液位検知の精度を向上させるため、直径に対して高さが大きいシリンダ状に形成されていることが好ましい。
【0022】
充填装置１は、１つの貯留タンク３に対して、複数の計量タンク４を備えることができる。１つの容器２の充填には１つの計量タンク４が用いられることが好ましい。
【0023】
充填装置１は、計量タンク４における圧力である計量タンク圧力Ｐ１と、大気圧以上であって計量タンク圧力Ｐ１に対して低い容器２の内部の圧力Ｐ２との圧力差により、計量タンク４から容器２に製品液を供給した後（第１充填ステップＳ３１）、容器２の内部のヘッドスペースから外部へと排気させつつ、計量タンク４における液位に基づいて、計量タンク４から容器２に製品液を規定充填量まで供給する（第２充填ステップＳ３２）。
【0024】
それを実現するため、充填装置１は、貯留タンク３から計量タンク４へと製品液を移送する移送経路９に設けられる第１液弁１１と、計量タンク４から容器２へと製品液を供給する供給経路１０に設けられる第２液弁１２と、容器２の内部から外部へと連通した排気経路１３に設けられる排気部１４と、計量タンク４における製品液の液位に基づいて、容器２に充填される製品液を計量する制御部１５とを備えていることが好ましい。
供給経路１０は、充填ノズル２２に接続されている。第２液弁１２は、典型的には充填バルブと称される。
排気部１４は、絞り１４１と、排気弁１４２とを含んで構成されている。
供給経路１０は、充填ノズル２２に接続されている。第２液弁１２は、典型的には充填バルブと称される。
排気部１４は、絞り１４１と、排気弁１４２とを含んで構成されている。
【0025】
本実施形態では、連通経路８を通じて、貯留タンク３の内圧と計量タンク４の内圧とをバランスさせることができる。連通経路８に設けられている連通弁８１は、充填装置１による処理中は、常時開いている。本実施形態の連通経路８には、必ずしも連通弁８１が設けられていなくてもよい。
充填装置１は、制御部１５による制御の下、少なくとも、第１液弁１１、第２液弁１２、および排気弁１４２を適時に開閉させることで、容器２に製品液を充填する。
充填装置１は、制御部１５による制御の下、少なくとも、第１液弁１１、第２液弁１２、および排気弁１４２を適時に開閉させることで、容器２に製品液を充填する。
【0026】
〔充填工程の説明〕
以下、図２～図４を参照しながら、充填装置１により行われる充填工程について具体的に説明する。図２は送液ステップＳ１および液位検知ステップＳ２を示し、図３は第１充填ステップＳ３１を示し、図４は第２充填ステップＳ３２を示している。これらのステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３１，Ｓ３２が繰り返される。
図２～図４等において、開いている弁を白色で示し、閉じている弁を黒色で示している。図７および図８も同様である。
以下、図２～図４を参照しながら、充填装置１により行われる充填工程について具体的に説明する。図２は送液ステップＳ１および液位検知ステップＳ２を示し、図３は第１充填ステップＳ３１を示し、図４は第２充填ステップＳ３２を示している。これらのステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３１，Ｓ３２が繰り返される。
図２～図４等において、開いている弁を白色で示し、閉じている弁を黒色で示している。図７および図８も同様である。
【0027】
（送液ステップ）
図示しない搬送装置により充填装置１に供給された容器２に製品液を充填するにあたり、図２に示すように、貯留タンク３に貯留されている製品液を貯留タンク３から計量タンク４へ移送する（送液ステップＳ１）。製品液の移送は、貯留タンク３内の製品液と計量タンク４内の製品液との水頭差（ヘッド差）に基づいて行われる。
送液ステップＳ１を行うため、制御部１５は、所定量の製品液が貯留タンク３から計量タンク４に移送されるまでの間に亘り、第１液弁１１を開く。このとき、第２液弁１２は閉じられている。連通経路８の連通弁８１は開かれている。
図示しない搬送装置により充填装置１に供給された容器２に製品液を充填するにあたり、図２に示すように、貯留タンク３に貯留されている製品液を貯留タンク３から計量タンク４へ移送する（送液ステップＳ１）。製品液の移送は、貯留タンク３内の製品液と計量タンク４内の製品液との水頭差（ヘッド差）に基づいて行われる。
送液ステップＳ１を行うため、制御部１５は、所定量の製品液が貯留タンク３から計量タンク４に移送されるまでの間に亘り、第１液弁１１を開く。このとき、第２液弁１２は閉じられている。連通経路８の連通弁８１は開かれている。
【0028】
制御部１５は、第１液弁１１を開いた後、例えば、液位計５により計量タンク４における予め設定された液位の上限（図２のＬＶ０）が検知されたならば、第１液弁１１を閉じる。
または、制御部１５は、第１液弁１１を開いた後、タイマーにより所定時間が計時されたならば、第１液弁１１を閉じて、計量タンク４の液位ＬＶ０´を液位計５により検知する。
いずれの方法により貯留タンク３から計量タンク４へと製品液を移送するとしても、容器２への充填に先立ち、計量タンク４の液位が液位計５により検知されることとなる（液位検知ステップＳ２）。
または、制御部１５は、第１液弁１１を開いた後、タイマーにより所定時間が計時されたならば、第１液弁１１を閉じて、計量タンク４の液位ＬＶ０´を液位計５により検知する。
いずれの方法により貯留タンク３から計量タンク４へと製品液を移送するとしても、容器２への充填に先立ち、計量タンク４の液位が液位計５により検知されることとなる（液位検知ステップＳ２）。
【0029】
貯留タンク３から所定量の製品液が移送されたことで、計量タンク４には、容器２に定められた規定充填量に対して多い量の製品液が貯留されている。
以降、計量タンク４における液位に基づいて、制御部１５により、計量タンク４の液位に基づく充填量の制御が行われる。
以降、計量タンク４における液位に基づいて、制御部１５により、計量タンク４の液位に基づく充填量の制御が行われる。
【0030】
（充填ステップ）
計量タンク４に必要量の製品液が貯留されたならば、図３および図４に示す充填ステップＳ３を実施することにより、容器２への充填を実施する。充填ステップＳ３は、第１充填ステップＳ３１（図３）および第２充填ステップＳ３２（図４）からなる。
計量タンク４に必要量の製品液が貯留されたならば、図３および図４に示す充填ステップＳ３を実施することにより、容器２への充填を実施する。充填ステップＳ３は、第１充填ステップＳ３１（図３）および第２充填ステップＳ３２（図４）からなる。
【0031】
第１充填ステップ：
まず、図３に示す第１充填ステップＳ３１では、制御部１５により第２液弁１２を開いて、計量タンク４の内部の圧力と、容器２の内部の圧力との差ΔＰにより、計量タンク４から空の状態の容器２に、規定充填量に満たない所定量の製品液を供給する。このとき第１液弁１１および排気弁１４２は閉じておく。また、容器２の口部２Ａはシール機構２１により封止されている。
まず、図３に示す第１充填ステップＳ３１では、制御部１５により第２液弁１２を開いて、計量タンク４の内部の圧力と、容器２の内部の圧力との差ΔＰにより、計量タンク４から空の状態の容器２に、規定充填量に満たない所定量の製品液を供給する。このとき第１液弁１１および排気弁１４２は閉じておく。また、容器２の口部２Ａはシール機構２１により封止されている。
【0032】
第１充填ステップＳ３１に先立ち、計量タンク４の内部の圧力を計量タンク圧力Ｐ１とする。同じく第１充填ステップＳ３１に先立ち、容器２の内部の圧力を容器圧力Ｐ２とする。容器圧力Ｐ２は、大気圧以上であって、計量タンク圧力Ｐ１に対して低い。例えば、計量タンク圧力Ｐ１は５気圧であり、容器圧力Ｐ２は１気圧（大気圧）である。貯留タンク３および計量タンク４の圧力と容器２内の圧力との差に基づいて充填を適切に行えるように、容器２の内圧を大気圧以上の適宜な値に定めることができる。供給経路１０を通じて製品液を送り、充填ノズル２２から製品液を吐出させるために必要な押出し力が、圧力差ΔＰ（Ｐ１－Ｐ２）によって十分に確保されるため、圧力差ΔＰに従い、製品液は計量タンク４から容器２へと、水頭のみによって計量タンク４から容器２に製品液が充填される場合と比べて高速で、瞬時に充填される。
【0033】
第１充填ステップＳ３１において、製品液が流入する容器２の内圧は上昇し、それに伴い、計量タンク４の内圧（Ｐ１）と容器２の内圧との圧力差が減少する。当該圧力差の減少に伴い、計量タンク４から容器２に充填される製品液の流量は低下し、容器２の内圧と計量タンク４の内圧とが平衡になり差が無くなると、自律的に充填が停止する。
【0034】
圧力差ΔＰによる容器２への製品液の充填を終えた時点では、容器２に充填された製品液からの炭酸ガスの放出および再溶解に起因して、たとえ容器２の内部の圧力を検知していたとしても、容器２に充填されている製品液の量が必ずしも安定しない。
【0035】
そこで、高速で充填する第１充填ステップＳ３１に続いて第２充填ステップＳ３２を行うことにより、計量タンク４における液位を検知しながら、容器２に規定充填量まで製品液を補充する。第１充填ステップＳ３１により容器２に充填された液量に対応して第２充填ステップＳ３２により計量タンク４の液面検出信号に基づき必要な補填量が充填されることで、容器２内に規定の充填量を正確に充填することができる。
【0036】
第２充填ステップ：
第１充填ステップＳ３１から引き続き、第１液弁１１が閉じ、第２液弁１２が開いたまま、容器２の口部２Ａがシール機構２１により封止された状態で、第２充填ステップＳ３２が行われる。
図４に示す第２充填ステップＳ３２では、制御部１５により、例えば、計量タンク４における液位の低下速度がほぼ０になった時点で、排気弁１４２を開く。そうすると、容器２からの排気を伴い、計量タンク４内の製品液が容器２に充填される。
第１充填ステップＳ３１から引き続き、第１液弁１１が閉じ、第２液弁１２が開いたまま、容器２の口部２Ａがシール機構２１により封止された状態で、第２充填ステップＳ３２が行われる。
図４に示す第２充填ステップＳ３２では、制御部１５により、例えば、計量タンク４における液位の低下速度がほぼ０になった時点で、排気弁１４２を開く。そうすると、容器２からの排気を伴い、計量タンク４内の製品液が容器２に充填される。
【0037】
第２充填ステップＳ３２では、容器２内ガスの排出速度に対応して計量タンク４からの排出流量と同流量の製品液が容器２に充填され、容器２内圧力も一定に保たれながら第２充填ステップＳ３２が行われることとなる。すなわち、第２充填ステップＳ３２では、容器２に製品液が一定流量、一定速度で充填される。
【0038】
第２充填ステップＳ３２では、容器２の内部の圧力により製品液からの炭酸ガスの放出および再溶解を抑えながら、容器２からの排気の一定速度に相当する速度で、計量タンク４の充填前後における液位の差分に相当する規定充填量の製品液を容器２に充填することができる。
【0039】
第２充填ステップＳ３２において制御部１５は、充填に先立ち検知された計量タンク４の液位（一例として図４のＬＶ０）と、液位計５により充填中に検知される計量タンク４の液位との差分ΔＬＶ、および計量タンク４の断面積を用いて算出される液量（液の体積）が、規定充填量に到達したならば、第２液弁１２と排気弁１４２を閉じる。このとき、算出された液量が規定充填量に到達したことに代えて、ΔＬＶが、規定充填量に相当する液位（入り味線）に到達したときに第２液弁１２と排気弁１４２を閉じるようにしてもよい。
【0040】
あるいは、充填ステップＳ３に先立ち検知された計量タンク４の液位が、液位の一定の上限値を示すものである場合は、液位の上限および規定充填量から、液位の下限が決まる。その場合は、第２充填ステップＳ３２において制御部１５は、排気弁１４２を開いた後、液位計５により、液位下限が検知されたならば、第２液弁１２と排気弁１４２を閉じるとよい。
この方法で充填量を制御する場合は、液位を連続的に検知する液位計５に代えて、上限検知用のレベルスイッチおよび下限検知用のレベルスイッチを用いることができる。
この方法で充填量を制御する場合は、液位を連続的に検知する液位計５に代えて、上限検知用のレベルスイッチおよび下限検知用のレベルスイッチを用いることができる。
【0041】
充填に先立ち検知された液位がＬＶ０であり、充填ステップＳ３の終了時における液位がＬＶ２であり、計量タンク４の断面積がＡ、規定充填量がＱであるとすれば、計量タンク４の液位を用いた上記の制御のいずれも、Ａ（ＬＶ０－ＬＶ２）＝Ｑに基づくことは言うまでもない。
【0042】
以上により充填ステップＳ３を終えたならば、容器２の内圧を保持した状態で容器２に図示しない蓋を装着し、次の充填サイクルのため、貯留タンク３から計量タンク４に製品液を移送する。つまり、図２に示す送液ステップＳ１に戻る。送液ステップＳ１は、充填済の容器２に蓋を装着する処理と並行して行うことが好ましい。
【0043】
〔本実施形態による効果〕
以上で説明したステップＳ１～Ｓ３に亘り、容器２の内部の圧力が大気圧以上に維持される。そのため、容器２が樹脂製であって、ガラス製や金属製の容器と比べて剛性が低く、撓み易いとしても、容器２の内部に負圧を付与して容器２の内部と上流の貯留部との圧力差により充填を行う場合とは異なり、容器２が周囲の大気圧によって潰れることなく形状を保つ。
第１充填ステップＳ３１の開始時に容器２の内部の圧力Ｐ２が大気圧であっても、上述したように、計量タンク４から容器２まで製品液を送り、充填ノズル２２から吐出させるために必要な押出し力に足りる圧力差ΔＰを計量タンク圧力Ｐ１により得ることができる。
つまり、第１充填ステップＳ３１によれば、樹脂製の容器２に充填する場合であっても容器２の潰れを防ぎつつ、容器２の内圧と計量タンク４の内圧との圧力差ΔＰに基づいて、従来のカウンタープレッシャー方式に対して高速な充填を実現することができる。
以上で説明したステップＳ１～Ｓ３に亘り、容器２の内部の圧力が大気圧以上に維持される。そのため、容器２が樹脂製であって、ガラス製や金属製の容器と比べて剛性が低く、撓み易いとしても、容器２の内部に負圧を付与して容器２の内部と上流の貯留部との圧力差により充填を行う場合とは異なり、容器２が周囲の大気圧によって潰れることなく形状を保つ。
第１充填ステップＳ３１の開始時に容器２の内部の圧力Ｐ２が大気圧であっても、上述したように、計量タンク４から容器２まで製品液を送り、充填ノズル２２から吐出させるために必要な押出し力に足りる圧力差ΔＰを計量タンク圧力Ｐ１により得ることができる。
つまり、第１充填ステップＳ３１によれば、樹脂製の容器２に充填する場合であっても容器２の潰れを防ぎつつ、容器２の内圧と計量タンク４の内圧との圧力差ΔＰに基づいて、従来のカウンタープレッシャー方式に対して高速な充填を実現することができる。
【0044】
本実施形態によれば、上述したように、計量タンク４から容器２へと第１充填ステップＳ３１および第２充填ステップＳ３２の二段階の充填ステップＳ３を実施する。
第２充填ステップＳ３２において容器２に製品液が充填される速度が、第１充填ステップＳ３１における充填速度と比べて低速であるとしても、第２充填ステップＳ３２により容器２に充填される製品液の量は、第１充填ステップＳ３１により充填される製品液の量に対して少量である。第２充填ステップＳ３２に要する時間が第１充填ステップＳ３１に要する時間に対して仮に長いとしても、両者は大きくは変わらない。
また、貯留タンク３から計量タンク４へと製品液を移送する送液ステップＳ１は、前サイクルにおいて製品液が充填された容器２に蓋を装着する処理と並行して行うことができる。
したがって、ステップＳ１～Ｓ３によれば、従来のカウンタープレッシャー方式に対して、規定充填量の製品液の充填に要する時間の短縮が可能であるとともに、送液に要する時間および蓋装着に要する時間を含めた、充填に係る一連の処理に要するサイクルタイムを短縮することが可能である。
第２充填ステップＳ３２において容器２に製品液が充填される速度が、第１充填ステップＳ３１における充填速度と比べて低速であるとしても、第２充填ステップＳ３２により容器２に充填される製品液の量は、第１充填ステップＳ３１により充填される製品液の量に対して少量である。第２充填ステップＳ３２に要する時間が第１充填ステップＳ３１に要する時間に対して仮に長いとしても、両者は大きくは変わらない。
また、貯留タンク３から計量タンク４へと製品液を移送する送液ステップＳ１は、前サイクルにおいて製品液が充填された容器２に蓋を装着する処理と並行して行うことができる。
したがって、ステップＳ１～Ｓ３によれば、従来のカウンタープレッシャー方式に対して、規定充填量の製品液の充填に要する時間の短縮が可能であるとともに、送液に要する時間および蓋装着に要する時間を含めた、充填に係る一連の処理に要するサイクルタイムを短縮することが可能である。
【0045】
以上で説明したように、本実施形態の充填装置１およびステップＳ１～Ｓ３による充填方法によれば、樹脂製の容器に充填する場合であっても、容器の形状を維持したまま、製品液の充填処理に要する時間をカウンタープレッシャー方式に対して短縮でき、しかも、計量タンク４の液位に基づいて充填量が決まるため、規定量の製品液を容器に充填することができる。
【0046】
〔変形例〕
図５に示す例では、貯留タンク３と計量タンク４とが、二点鎖線で示す同一平面１００上に配置されている。貯留タンク３内の気相領域３Ｇと計量タンク内の気相領域４Ｇとは、連通経路８を通じて連通している。
図５に示す構成によれば、貯留タンク３から計量タンク４へ製品液を移送する送液ステップＳ１において、貯留タンク３と計量タンク４とのそれぞれの内圧がバランスされている条件下で、貯留タンク３内の製品液と計量タンク４内の製品液との水頭差Δｈ（ヘッド差）のみに従って移送される。
図５に示す例では、貯留タンク３と計量タンク４とが、二点鎖線で示す同一平面１００上に配置されている。貯留タンク３内の気相領域３Ｇと計量タンク内の気相領域４Ｇとは、連通経路８を通じて連通している。
図５に示す構成によれば、貯留タンク３から計量タンク４へ製品液を移送する送液ステップＳ１において、貯留タンク３と計量タンク４とのそれぞれの内圧がバランスされている条件下で、貯留タンク３内の製品液と計量タンク４内の製品液との水頭差Δｈ（ヘッド差）のみに従って移送される。
【0047】
このとき、移送の進行による水頭差Δｈの減少に伴い、水頭差Δｈに相当するエネルギーが減少するため、貯留タンク３から計量タンク４へと移送される製品液の速度は次第に低下する。このとき、貯留タンク３から計量タンク４に移動する製品液に対して、水頭差Δｈに相当するエネルギーのみが作用し、その他のエネルギーが製品液に作用することを避けることができる。そのため、送液の速度が安定的に低下し、送液の停止直後に、計量タンク４の液位は、静置された状態の如く、安定する。
そうすると、液位計５による液位の検出値も安定するので、液位に基づく制御による充填量の精度が第１実施形態（図１～図４）と比べて向上する。また、送液ステップＳ１と第１充填ステップＳ３１との間で製品液を静置する必要がないため、充填処理の短縮に寄与できる。
そうすると、液位計５による液位の検出値も安定するので、液位に基づく制御による充填量の精度が第１実施形態（図１～図４）と比べて向上する。また、送液ステップＳ１と第１充填ステップＳ３１との間で製品液を静置する必要がないため、充填処理の短縮に寄与できる。
【0048】
貯留タンク３と計量タンク４とは、厳密に同一平面１００上に配置されている必要はない。製品液に作用するエネルギーとして、水頭差Δｈに相当するエネルギーが支配的であれば、送液の速度が安定的に低下し、送液停止時における計量タンク４の液面の揺動を避けて液位を安定させることができる。そのため、貯留タンク３と計量タンク４とは略同一面に配置されていれば足りる。
【0049】
【0050】
図６に示す充填装置１－１は、製品液、例えば、炭酸ガス入りの炭酸飲料を容器２に充填する。充填装置１－１は、製品液が容器２に充填されてなる飲料製品を製造する図示しない製造ラインの一部を構成している。
【0051】
〔充填装置の構成〕
充填装置１－１は、貯留タンク３と、計量タンク４と、液位計５と、正圧付与部１７と、制御部２０とを備えている。
充填装置１－１は、制御部２０による制御下において、製造ラインの他のシステムと連係をとりつつ、図示しない搬送装置により供給される容器２のそれぞれに製品液を充填する。製品液が充填された容器２には、図示しない機構により蓋が装着される。
充填装置１－１は、貯留タンク３と、計量タンク４と、液位計５と、正圧付与部１７と、制御部２０とを備えている。
充填装置１－１は、制御部２０による制御下において、製造ラインの他のシステムと連係をとりつつ、図示しない搬送装置により供給される容器２のそれぞれに製品液を充填する。製品液が充填された容器２には、図示しない機構により蓋が装着される。
【0052】
充填装置１－１の貯留タンク３、計量タンク４、および液位計５は、第１実施形態の充填装置１（図１）の貯留タンク３、計量タンク４、および液位計５と同様である。 第１実施形態と同様に、貯留タンク３の内部には、炭酸ガス供給部７により、二酸化炭素供給源７１から図示しない圧力調整器による減圧を経てガス化した二酸化炭素、つまり炭酸ガスが供給される。炭酸ガス供給部７は、貯留タンク３の内部に送り込んだ炭酸ガスにより、大気圧よりも高い所定の圧力（正圧）に貯留タンク３を加圧する。
【0053】
貯留タンク３と計量タンク４とは、上述の変形例（図５）と同様に、同一平面１００上または略同一平面上に配置されていることが好ましい。
【0054】
貯留タンク３の気相領域３Ｇと、計量タンク４の気相領域４Ｇとは、連通経路８を通じて連通しており、炭酸ガス供給部７により同じ圧力Ｐ１に加圧される。
内部の雰囲気が加圧されている計量タンク４では、液位に基づいて製品液が正確に計量される。
内部の雰囲気が加圧されている計量タンク４では、液位に基づいて製品液が正確に計量される。
【0055】
充填装置１－１は、充填時に計量タンク４の雰囲気に付与される押出圧力Ｐ３と、押出圧力Ｐ３に対して低い容器２の内部の圧力Ｐ２との圧力差により、計量タンク４から容器２に製品液を供給しつつ、容器２の内部のヘッドスペースから外部へと排気させながら、計量タンク４における製品液の液位に基づいて、計量タンク４から容器２に製品液を規定の充填量まで供給する。押出圧力Ｐ３は、炭酸ガス供給部７により計量タンク４の雰囲気に付与される圧力Ｐ１以上である。
【0056】
充填装置１は、貯留タンク３から計量タンク４へと製品液を移送する移送経路９に設けられる第１液弁１１と、計量タンク４から容器２へと製品液を供給する供給経路１０に設けられる第２液弁１２と、容器２の内部から外部へと連通した排気経路１３に設けられる排気部としての排気式圧力設定弁１９と、容器２の内部に正圧を付与する正圧付与部１７と、計量タンク４における製品液の液位に基づいて容器２に充填される製品液を計量する制御部２０とを備えていることが好ましい。
【0057】
正圧付与部１７は、充填に先立ち、容器２の内部に大気圧よりも高い正圧を付与する。正圧付与部１７は、例えば、正圧付与用タンク１７１と、圧力導入弁１７２とを含んでいる。
図６に示す例では、正圧付与用タンク１７１は、貯留タンク３および計量タンク４に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部７（圧力源）の二酸化炭素供給源７１に接続されている。二酸化炭素供給源７１から正圧付与用タンク１７１に炭酸ガスが送り込まれることで正圧付与用タンク１７１に蓄えられる圧力を用いて、正圧付与部１７は、図示しない搬送装置により充填バルブ（第２液弁１２）に容器２が供給される度に圧力導入弁１７２を開いて、容器２に適宜な圧力Ｐ２を付与することができる。
本実施形態では、炭酸ガス供給部７により計量タンク４に付与される計量タンク圧力Ｐ１と同一の圧力Ｐ２が、正圧付与部１７により容器２に供給されるものとする。
図６に示す例では、正圧付与用タンク１７１は、貯留タンク３および計量タンク４に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部７（圧力源）の二酸化炭素供給源７１に接続されている。二酸化炭素供給源７１から正圧付与用タンク１７１に炭酸ガスが送り込まれることで正圧付与用タンク１７１に蓄えられる圧力を用いて、正圧付与部１７は、図示しない搬送装置により充填バルブ（第２液弁１２）に容器２が供給される度に圧力導入弁１７２を開いて、容器２に適宜な圧力Ｐ２を付与することができる。
本実施形態では、炭酸ガス供給部７により計量タンク４に付与される計量タンク圧力Ｐ１と同一の圧力Ｐ２が、正圧付与部１７により容器２に供給されるものとする。
【0058】
正圧付与部１７は、二酸化炭素供給源７１とは別に構成されていてもよい。例えば、正圧付与部１７が、高圧下で液化した二酸化炭素を貯留する二酸化炭素供給源と、弁とを含んで構成されていてもよい。
【0059】
本実施形態では、炭酸ガス供給部７により付与される計量タンク圧力Ｐ１と容器圧力Ｐ２とが等しいので（Ｐ１＝Ｐ２）、計量タンク４から容器圧力Ｐ２に圧力差により充填するためには、計量タンク圧力Ｐ１よりも大きい押出圧力Ｐ３を計量タンク４に得る必要がある。
そのため、充填装置１－１は、計量タンク圧力Ｐ１に追加圧力ΔＡＰを加えた押出圧力Ｐ３を計量タンク４の内部に付与する押出圧力付与部１８（他の圧力源）を備えている。
つまり、充填装置１－１は、計量タンク４の内部に第１圧力（Ｐ１）、および第１圧力（Ｐ１）よりも大きい第２圧力（Ｐ３）を選択的に付与可能な圧力付与手段を備えている。本実施形態の圧力付与手段は、炭酸ガス供給部７と、押出圧力付与部１８とを含んで構成されている。但し、同一の圧力源により計量タンク４の内部に第１圧力（Ｐ１）と第２圧力（Ｐ３）とが選択的に付与されるようにしてもよい。例えば、押出圧力付与部１８に備わる二酸化炭素供給源１８１により第２圧力（Ｐ３）を計量タンク４の内部に付与することができ、かつ、二酸化炭素供給源１８１から図示しない減圧弁を介して計量タンク４の内部に第１圧力（Ｐ１）を付与することができる。
そのため、充填装置１－１は、計量タンク圧力Ｐ１に追加圧力ΔＡＰを加えた押出圧力Ｐ３を計量タンク４の内部に付与する押出圧力付与部１８（他の圧力源）を備えている。
つまり、充填装置１－１は、計量タンク４の内部に第１圧力（Ｐ１）、および第１圧力（Ｐ１）よりも大きい第２圧力（Ｐ３）を選択的に付与可能な圧力付与手段を備えている。本実施形態の圧力付与手段は、炭酸ガス供給部７と、押出圧力付与部１８とを含んで構成されている。但し、同一の圧力源により計量タンク４の内部に第１圧力（Ｐ１）と第２圧力（Ｐ３）とが選択的に付与されるようにしてもよい。例えば、押出圧力付与部１８に備わる二酸化炭素供給源１８１により第２圧力（Ｐ３）を計量タンク４の内部に付与することができ、かつ、二酸化炭素供給源１８１から図示しない減圧弁を介して計量タンク４の内部に第１圧力（Ｐ１）を付与することができる。
【0060】
本実施形態とは異なり、計量タンク圧力Ｐ１が容器圧力Ｐ２よりも大きい場合（Ｐ１＞Ｐ２）、換言すると、計量タンク圧力Ｐ１よりも小さい正圧（Ｐ２）が容器２に付与される場合には、Ｐ１，Ｐ２により容器２への充填に供する圧力差（Ｐ１－Ｐ２）を得ることができる。その場合には、充填時に押出圧力Ｐ３として計量タンク圧力Ｐ１が計量タンク４に付与されていれば足りるから（Ｐ３＝Ｐ２）、充填装置１－１が押出圧力付与部１８を備えている必要はない。
【0061】
本実施形態における追加圧力ΔＡＰは、押出圧力Ｐ３（Ｐ１＋ΔＡＰ）により、供給経路１０および充填ノズル２２を通じて製品液を容器２の正圧雰囲気に吐出させることが可能な程度に、また、サイクルタイムから必要な充填時の吐出流量に足りる程度に、小さくてよい。
例えば、計量タンク圧力Ｐ１および容器圧力Ｐ２は約３気圧であれば、押出圧力Ｐ３は約３．２気圧で良い。製品液は、押出圧力Ｐ３と容器圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ（Ｐ３－Ｐ２）に従って計量タンク４から容器２へと充填される。
例えば、計量タンク圧力Ｐ１および容器圧力Ｐ２は約３気圧であれば、押出圧力Ｐ３は約３．２気圧で良い。製品液は、押出圧力Ｐ３と容器圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ（Ｐ３－Ｐ２）に従って計量タンク４から容器２へと充填される。
【0062】
押出圧力付与部１８は、例えば、二酸化炭素供給源７１とは別の二酸化炭素供給源１８１と、弁１８２とを含んでいる。押出圧力付与部１８は、充填バルブ（第２液弁１２）に容器２が供給される度に弁１８２を開いて、押出圧力Ｐ３を計量タンク４の内部に付与することができる。
【0063】
排気式圧力設定弁１９は、容器２の内圧が設定圧力Ｐ４に対して高ければリリーフ機構が作動して開き、設定圧力Ｐ４に対して低いときに閉じるように構成されている。排気式圧力設定弁１９のリリーフ機構は、容器２の内圧が設定圧力Ｐ４を超えると、設定圧力Ｐ４よりも高い圧力で作動する。設定圧力Ｐ４は、例えば、正圧付与部１７により容器２の内部に付与される圧力Ｐ２に設定することができる。このときＰ４＝Ｐ２である。容器２の内圧（Ｐ２）が、充填時の上限である押出圧力Ｐ３に到達したとき、排気式圧力設定弁１９のリリーフ機構が作動している。
排気式圧力設定弁１９には、リリーフタイプのレギュレータや、圧力逃し弁等を用いることができる。
排気式圧力設定弁１９には、リリーフタイプのレギュレータや、圧力逃し弁等を用いることができる。
【0064】
〔充填工程の説明〕
以下、図７および図８を参照しながら、充填装置１－１により行われる充填工程について具体的に説明する。図７は送液ステップＳ１、液位検知ステップＳ２、および容器への正圧付与のステップＳ４を示し、図８は充填ステップＳ５を示している。これらのステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５が繰り返される。
以下、図７および図８を参照しながら、充填装置１－１により行われる充填工程について具体的に説明する。図７は送液ステップＳ１、液位検知ステップＳ２、および容器への正圧付与のステップＳ４を示し、図８は充填ステップＳ５を示している。これらのステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５が繰り返される。
【0065】
（送液ステップ）
図示しない搬送装置により充填装置１に供給された容器２に製品液を充填するにあたり、図７に示すように、貯留タンク３に貯留されている製品液の一部を貯留タンク３から計量タンク４へ移送する（送液ステップＳ１）。製品液の移送は、貯留タンク３内の製品液と計量タンク４内の製品液との水頭差（ヘッド差）に基づいて行われる。
送液ステップＳ１を行うため、制御部２０は、所定量の製品液が貯留タンク３から計量タンク４に移送されるまでの間に亘り、第１液弁１１を開く。このとき、第２液弁１２は閉じられている。連通経路８の連通弁８１は開かれており、押出圧力付与部１８の弁１８２は閉じられている。
図示しない搬送装置により充填装置１に供給された容器２に製品液を充填するにあたり、図７に示すように、貯留タンク３に貯留されている製品液の一部を貯留タンク３から計量タンク４へ移送する（送液ステップＳ１）。製品液の移送は、貯留タンク３内の製品液と計量タンク４内の製品液との水頭差（ヘッド差）に基づいて行われる。
送液ステップＳ１を行うため、制御部２０は、所定量の製品液が貯留タンク３から計量タンク４に移送されるまでの間に亘り、第１液弁１１を開く。このとき、第２液弁１２は閉じられている。連通経路８の連通弁８１は開かれており、押出圧力付与部１８の弁１８２は閉じられている。
【0066】
制御部２０は、第１液弁１１を開いた後、例えば、液位計５により計量タンク４における予め設定された液位の上限（図７のＬＶ０）が検知されたならば、第１液弁１１を閉じる。
または、制御部２０は、第１液弁１１を開いた後、タイマーにより所定時間が計時されたならば、第１液弁１１を閉じて、計量タンク４の液位ＬＶ０´を液位計５により検知する。
いずれの方法により貯留タンク３から計量タンク４へと製品液を移送するとしても、容器２への充填に先立ち、計量タンク４の液位が液位計５により検知されることとなる（液位検知ステップＳ２）。
または、制御部２０は、第１液弁１１を開いた後、タイマーにより所定時間が計時されたならば、第１液弁１１を閉じて、計量タンク４の液位ＬＶ０´を液位計５により検知する。
いずれの方法により貯留タンク３から計量タンク４へと製品液を移送するとしても、容器２への充填に先立ち、計量タンク４の液位が液位計５により検知されることとなる（液位検知ステップＳ２）。
【0067】
送液ステップＳ１では、貯留タンク３の製品液と計量タンク４の製品液との水頭差に従って、製品液が貯留タンク３から計量タンク４への移送速度を次第に低下させつつ移送される。そのため、送液の停止直後に計量タンク４の液位が安定し、液位計５による液位の検出値も安定する。したがって、液位に基づく制御による充填量の精度を向上させることができるとともに、充填処理の短縮に寄与できる。
【0068】
貯留タンク３から所定量の製品液が移送されたことで、計量タンク４には、容器２に定められた規定充填量に対して多い量の製品液が貯留されている。
以降、計量タンク４における液位に基づいて、制御部２０により、計量タンク４の液位に基づく充填量の制御が行われる。
以降、計量タンク４における液位に基づいて、制御部２０により、計量タンク４の液位に基づく充填量の制御が行われる。
【0069】
（正圧付与ステップ）
容器２に対しては、製品液の充填に先立ち、正圧付与部１７により、内部に正圧を付与する（正圧付与ステップＳ４）。このとき、排気経路１３における排気式圧力設定弁１９の下流に設けられた弁１９２は閉じられる。
正圧付与ステップＳ４は、上記の送液ステップＳ１および液位検知ステップＳ２と並行して行われることが好ましい。
本実施形態では、容器２の内部に、計量タンク圧力Ｐ１と同一の圧力Ｐ２（第１圧力）が付与される。
容器２に対しては、製品液の充填に先立ち、正圧付与部１７により、内部に正圧を付与する（正圧付与ステップＳ４）。このとき、排気経路１３における排気式圧力設定弁１９の下流に設けられた弁１９２は閉じられる。
正圧付与ステップＳ４は、上記の送液ステップＳ１および液位検知ステップＳ２と並行して行われることが好ましい。
本実施形態では、容器２の内部に、計量タンク圧力Ｐ１と同一の圧力Ｐ２（第１圧力）が付与される。
【0070】
（充填ステップ）
計量タンク４に必要量の製品液が貯留されたならば、図８に示す充填ステップＳ５を実施することにより、容器２への充填を実施する。このとき弁１９２は開かれる。
計量タンク４に必要量の製品液が貯留されたならば、図８に示す充填ステップＳ５を実施することにより、容器２への充填を実施する。このとき弁１９２は開かれる。
【0071】
充填ステップＳ５では、制御部２０により、連通弁８１を閉じた後に押出圧力付与部１８の弁１８２を開き、圧力Ｐ２よりも大きい第２圧力としての押出圧力Ｐ３（Ｐ１＋ΔＡＰ）を計量タンク４の内部に付与するとともに、第２液弁１２を開く。このとき第１液弁１１は閉じておく。また、容器２の口部２Ａはシール機構２１により封止されている。
充填ステップＳ５では、押出圧力Ｐ３と、容器２の内部の圧力Ｐ２との差ΔＰにより、計量タンク４から空の状態の容器２に製品液を供給しつつ、排気式圧力設定弁１９を通じて容器２の内部から外部へと排気させながら、計量タンク４における製品液の液位に基づいて、計量タンク４から容器２に製品液を規定の充填量まで供給する。
圧力差ΔＰに従い、製品液は計量タンク４から容器２へ充填され、水頭のみによって計量タンク４から容器２に充填する場合と比べて高速で充填される。
充填ステップＳ５では、押出圧力Ｐ３と、容器２の内部の圧力Ｐ２との差ΔＰにより、計量タンク４から空の状態の容器２に製品液を供給しつつ、排気式圧力設定弁１９を通じて容器２の内部から外部へと排気させながら、計量タンク４における製品液の液位に基づいて、計量タンク４から容器２に製品液を規定の充填量まで供給する。
圧力差ΔＰに従い、製品液は計量タンク４から容器２へ充填され、水頭のみによって計量タンク４から容器２に充填する場合と比べて高速で充填される。
【0072】
製品液の充填に伴い容器２の内圧が上昇すると排気式圧力設定弁１９のリリーフ機構が作動して排気式圧力設定弁１９が開く。以降は、製品液が充填される間に亘り、容器２の内圧の増加分に相当する排気量にて排気式圧力設定弁１９を通じて容器２から排気させつつ、計量タンク４から容器２に製品液が規定充填量まで充填される。
【0073】
本実施形態においても、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５に亘り、容器２の内部の圧力が大気圧以上に維持される。
【0074】
本実施形態では、容器２の内部が正圧（Ｐ１＝Ｐ２）に加圧されており、容器２への充填に供される圧力差ΔＰ（Ｐ３－Ｐ２）を得るために必要な限度で押出圧力Ｐ３が計量タンク４に付与されるとともに、排気式圧力設定弁１９を通じて容器２から連続的に排気させる。このとき、計量タンク４内の圧力は、押出圧力付与部１８による圧力の印加により一定に保たれている。
本実施形態によれば、容器２の内部に一定の正圧が付与された状態を維持できることにより、製品液からの炭酸ガスの放出および再溶解を抑え、容器２の内部の圧力変動や炭酸ガスの放出および再溶解等を発生させることなく安定した充填状態が保持されるとともに、計量タンク４の液位に基づいて規定充填量の製品液を容器２に充填することができる。本実施形態では、１度の充填ステップＳ５により容器２への充填が完了する。
本実施形態によれば、容器２の内部に一定の正圧が付与された状態を維持できることにより、製品液からの炭酸ガスの放出および再溶解を抑え、容器２の内部の圧力変動や炭酸ガスの放出および再溶解等を発生させることなく安定した充填状態が保持されるとともに、計量タンク４の液位に基づいて規定充填量の製品液を容器２に充填することができる。本実施形態では、１度の充填ステップＳ５により容器２への充填が完了する。
【0075】
充填ステップＳ５において制御部２０は、第２液弁１２を開いた後、例えば、充填に先立ち検知された計量タンク４の液位（一例として図８のＬＶ０）と、液位計５により充填中に検知される計量タンク４の液位との差分ΔＬＶ、および計量タンク４の断面積を用いて算出される液量（液の体積）が規定充填量に到達したならば、第２液弁１２を閉じる。このとき、算出された液量が規定充填量に到達したことに代えて、ΔＬＶが、規定充填量に相当する液位（入り味線）に到達したときに第２液弁１２を閉じるようにしてもよい。
【0076】
あるいは、充填ステップＳ５に先立ち検知された計量タンク４の液位が、液位の一定の上限値を示すものである場合は、液位の上限および規定充填量から、液位の下限が決まる。その場合は、充填ステップＳ５において制御部２０は、第２液弁１２を開いた後、液位計５により、液位下限が検知されたならば、第２液弁１２を閉じるとよい。
この方法で充填量を制御する場合は、液位を連続的に検知する液位計５に代えて、上限検知用のレベルスイッチおよび下限検知用のレベルスイッチを用いることができる。
この方法で充填量を制御する場合は、液位を連続的に検知する液位計５に代えて、上限検知用のレベルスイッチおよび下限検知用のレベルスイッチを用いることができる。
【0077】
充填に先立ち検知された液位がＬＶ０であり、充填ステップＳ５の終了時における液位がＬＶ２であり、計量タンク４の断面積がＡ、規定充填量がＱであるとすれば、計量タンク４の液位を用いた上記の制御のいずれも、Ａ（ＬＶ０－ＬＶ２）＝Ｑに基づくことは言うまでもない。
【0078】
以上により充填ステップＳ５を終えたならば、容器２の内圧を保持した状態で容器２に図示しない蓋を装着し、次の充填サイクルのため、貯留タンク３から計量タンク４に製品液を移送する。つまり、図７に示す送液ステップＳ１に戻る。上述の送液ステップＳ１、液位検知ステップＳ２、および正圧付与ステップＳ４は、充填済の容器２に蓋を装着する処理と並行して行うことが好ましい。
なお、充填の完了後も容器２内に正圧が付与されている状態であり、その状態のままで容器２に蓋が装着される。そのため、容器２の内圧を大気圧まで漸次低下させるスニフト処理は必要ない。
なお、充填の完了後も容器２内に正圧が付与されている状態であり、その状態のままで容器２に蓋が装着される。そのため、容器２の内圧を大気圧まで漸次低下させるスニフト処理は必要ない。
【0079】
〔本実施形態による効果〕
以上で説明したように、本実施形態の充填装置１－１およびステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５による充填方法によれば、容器２への製品液の充填を一度のステップＳ５により実現しながら、第１実施形態による効果と同様に、樹脂製の容器に充填する場合であっても、容器の形状を維持したまま、製品液の充填処理に要する時間をカウンタープレッシャー方式に対して短縮でき、しかも、計量タンク４の液位に基づいて充填量が決まるため、規定量の製品液を容器に充填することができる。
以上で説明したように、本実施形態の充填装置１－１およびステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５による充填方法によれば、容器２への製品液の充填を一度のステップＳ５により実現しながら、第１実施形態による効果と同様に、樹脂製の容器に充填する場合であっても、容器の形状を維持したまま、製品液の充填処理に要する時間をカウンタープレッシャー方式に対して短縮でき、しかも、計量タンク４の液位に基づいて充填量が決まるため、規定量の製品液を容器に充填することができる。
【0080】
本実施形態では、充填に先立ち容器２の内部が正圧に加圧されているため、製品液の充填に供される圧力差ΔＰは、充填に必要な吐出圧力に十分でありながら、容器２の内部に負圧が付与される場合に製品液の充填に供される圧力差と比べて小さいことは勿論のこと、計量タンク圧力Ｐ１と、正圧が付与されないで大気圧雰囲気下にある容器２の内部の圧力との圧力差と比べても小さい。圧力差ΔＰが小さければ、容器２に吐出される製品液の吐出圧力も小さい。圧力差ΔＰは、充填時に計量タンク４に付与される押出圧力Ｐ３に基づいて決まるので、計量タンク圧力Ｐ１の値とは関係なく、充填に足りる程度の大きさに圧力差ΔＰを留めることができる。但し、圧力差ΔＰが小さくても、容器２の内部は充填ステップＳ５の間に亘り正圧に維持される。
そうすると、圧力差ΔＰを利用してカウンタープレッシャー方式に対して充填の高速化を図り、かつ容器２内部への正圧付与により炭酸ガスの製品液からの離脱、再溶解を抑えつつ、さらに吐出圧力が小さい点でも、容器２内の圧力変動等に起因した炭酸ガスの製品液からの放出および再溶解を抑え、計量タンク４において計量された製品液の容器２への移送により、一定量の製品液を容器２に充填することができる。
そうすると、圧力差ΔＰを利用してカウンタープレッシャー方式に対して充填の高速化を図り、かつ容器２内部への正圧付与により炭酸ガスの製品液からの離脱、再溶解を抑えつつ、さらに吐出圧力が小さい点でも、容器２内の圧力変動等に起因した炭酸ガスの製品液からの放出および再溶解を抑え、計量タンク４において計量された製品液の容器２への移送により、一定量の製品液を容器２に充填することができる。
【0081】
第２実施形態によれば、圧力差Δを抑えて、炭酸ガスの放出、再溶解による充填量変動を抑えられることにより、第１実施形態のように二段階の充填ステップＳ３１，Ｓ３２を行う必要がないので、一度の充填ステップＳ５により容器２への充填を完了させることができる。
【0082】
圧力差ΔＰは、計量タンク圧力Ｐ１を付与する炭酸ガス供給部７とは別の圧力源である押出圧力付与部１８により、適宜な値に設定することができる。圧力差ΔＰに応じて、容器２の特性等に合わせた充填流量の設定が可能である。
【0083】
本実施形態において、充填に先立つ送液ステップＳ１から正圧付与ステップＳ４にかけては、前サイクルにおいて製品液が充填された容器２に蓋を装着する処理と並行して行うことができる。
したがって、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５によれば、従来のカウンタープレッシャー方式に対して、規定充填量の製品液の充填に要する時間の短縮が可能であるとともに、送液に要する時間および蓋装着に要する時間を含めた、充填に係る一連の処理に要するサイクルタイムを短縮することが可能である。
したがって、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５によれば、従来のカウンタープレッシャー方式に対して、規定充填量の製品液の充填に要する時間の短縮が可能であるとともに、送液に要する時間および蓋装着に要する時間を含めた、充填に係る一連の処理に要するサイクルタイムを短縮することが可能である。
【0084】
上記以外にも、本開示の主旨を逸脱しない限り、上記各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。
上記各実施形態として、炭酸入りの飲料を充填する例を説明したが、本開示は、炭酸が含まれていない飲料、さらには、薬液等の製品液にも適用できる。
また、炭酸入りの飲料を充填する上記各実施形態では、貯留タンク３や計量タンク４、容器２の加圧に使用するガスとして炭酸ガスを用いているが、炭酸ガスに限らず、容器に充填される製品液の特性維持に必要なガス、例えば窒素ガス等の不活性ガスを貯留タンク３や計量タンク４、容器２の加圧に用いることもできる。
また、上記各実施形態で説明した容器２は樹脂製であるが、容器２は、例えば金属製の缶容器であってもよく、可撓性を有しない例えばガラス製のびんを充填の対象から排除するものではない。
上記各実施形態として、炭酸入りの飲料を充填する例を説明したが、本開示は、炭酸が含まれていない飲料、さらには、薬液等の製品液にも適用できる。
また、炭酸入りの飲料を充填する上記各実施形態では、貯留タンク３や計量タンク４、容器２の加圧に使用するガスとして炭酸ガスを用いているが、炭酸ガスに限らず、容器に充填される製品液の特性維持に必要なガス、例えば窒素ガス等の不活性ガスを貯留タンク３や計量タンク４、容器２の加圧に用いることもできる。
また、上記各実施形態で説明した容器２は樹脂製であるが、容器２は、例えば金属製の缶容器であってもよく、可撓性を有しない例えばガラス製のびんを充填の対象から排除するものではない。
【符号の説明】
【0085】
１ 充填装置
２ 容器
２Ａ 口部
３ 貯留タンク
３Ｇ 気相領域
４ 計量タンク
４Ｇ 気相領域
５ 液位計（液位検知部）
６ 製品液供給部
７ 炭酸ガス供給部（圧力源）
８ 連通経路
９ 移送経路
１０ 供給経路
１１ 第１液弁
１２ 第２液弁
１３ 排気経路
１４ 排気部
１５ 制御部
１７ 正圧付与部
１８ 押出圧力付与部（他の圧力源）
１９ 排気式圧力設定弁
２０ 制御部
２１ シール機構
２２ 充填ノズル
６１ 製品液供給源
６２ 弁
７１ 二酸化炭素供給源
７２ 弁
７３ ガス排出弁
８１ 連通弁
１００ 同一平面
１４１ 絞り
１４２ 排気弁
１７１ 正圧付与用タンク
１７２ 圧力導入弁
１８１ 二酸化炭素供給源
１８２ 弁
１９２ 弁
ＬＶ０，ＬＶ１，ＬＶ２，ＬＶ３ 液位
Ｐ１ 計量タンク圧力
Ｐ２ 容器圧力
Ｐ３ 押出圧力
Ｐ４ 設定圧力
Ｓ１ 送液ステップ
Ｓ２ 液位検知ステップ
Ｓ３ 充填ステップ
Ｓ３１ 第１充填ステップ
Ｓ３２ 第２充填ステップ
Ｓ４ 正圧付与ステップ
Ｓ５ 充填ステップ
ΔＡＰ 追加圧力
Δｈ 水頭差
ΔＬＶ 差分
２ 容器
２Ａ 口部
３ 貯留タンク
３Ｇ 気相領域
４ 計量タンク
４Ｇ 気相領域
５ 液位計（液位検知部）
６ 製品液供給部
７ 炭酸ガス供給部（圧力源）
８ 連通経路
９ 移送経路
１０ 供給経路
１１ 第１液弁
１２ 第２液弁
１３ 排気経路
１４ 排気部
１５ 制御部
１７ 正圧付与部
１８ 押出圧力付与部（他の圧力源）
１９ 排気式圧力設定弁
２０ 制御部
２１ シール機構
２２ 充填ノズル
６１ 製品液供給源
６２ 弁
７１ 二酸化炭素供給源
７２ 弁
７３ ガス排出弁
８１ 連通弁
１００ 同一平面
１４１ 絞り
１４２ 排気弁
１７１ 正圧付与用タンク
１７２ 圧力導入弁
１８１ 二酸化炭素供給源
１８２ 弁
１９２ 弁
ＬＶ０，ＬＶ１，ＬＶ２，ＬＶ３ 液位
Ｐ１ 計量タンク圧力
Ｐ２ 容器圧力
Ｐ３ 押出圧力
Ｐ４ 設定圧力
Ｓ１ 送液ステップ
Ｓ２ 液位検知ステップ
Ｓ３ 充填ステップ
Ｓ３１ 第１充填ステップ
Ｓ３２ 第２充填ステップ
Ｓ４ 正圧付与ステップ
Ｓ５ 充填ステップ
ΔＡＰ 追加圧力
Δｈ 水頭差
ΔＬＶ 差分
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】