JP2011012137A

JP2011012137A - 気泡入り固型石鹸の製造方法

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Publication number: JP2011012137A
Application number: JP2009156195A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kodama; 伸二小玉
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP5380180B2

Abstract

【課題】成形型に液状石鹸を充填する工程に伴うような短時間における動的な変動にも対しても安定な、成形性に優れた気泡入り固型石鹸の製造方法を提供する。
【解決手段】液状石鹸の配合槽、発泡機、供給槽、射出部、および加圧された供給安定化槽を備え、該供給槽、該射出部、および該供給安定化槽を循環管路が接続し循環ラインを形成した製造装置を用いる気泡入り固型石鹸の製造方法であって、該配合槽から供給された液状石鹸を、該発泡機によって発泡し、発泡させた液状石鹸を該供給槽に一旦貯蔵させた後、該循環ラインを循環させながら、該供給安定化槽を経由して該射出部から成形型に充填して成形する気泡入り固型石鹸の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、無数の気泡を含有する液状石鹸から気泡入り固型石鹸を製造する方法に関し、更に詳しくは気泡がよく分散された気泡入り固型石鹸の製造方法に関する。

気泡入り固型石鹸の製造方法としては、従来、無数の気泡を含有する液状石鹸（ニート）を成形型のキャビティ内で固化させるに際して、キャビティ内に外部から空気が入り込むことを阻止し、固化された石鹸には空洞や凹みの発生を防止するため気密状に密閉されたキャビティ内で行われている。この方法では、得られた石鹸が、気泡が不均一に分散した状態となることがあり、使用時の泡立ちが低下してしまう原因ともなりうる。そこで、気泡と液体分とが一部分層した状態のまま液状石鹸がキャビティ内に注入されて、このような気泡の不均一な分散を生ずること防ぐため、液状石鹸の供給槽を経由する循環路を設けて、液状石鹸を、循環ラインを循環させながら供給部を通じて成形装置へ供給することが行われている（特許文献１〜２参照）。

一方、気泡と液体分とが分層していない場合にも、気泡の状態（特に気泡量）の変動に伴い、固化された石鹸の質量が変動することが考えられる。これに対し、特許文献１〜２に記載の方法では、循環中の液状石鹸の密度の変化や、供給槽に蓄えられている液状石鹸の液面レベル変化（ゆるやかな静的な変化）に応じて、成形型に液状石鹸を充填する供給部のピストンのストロークを変化させ、製品の質量一定化のための補正行っている。
しかし、従来の供給槽にポンプを付帯させた装置では、循環ラインから液状石鹸が充填ピストンへ満たされていく時、ポンプの供給能力によっては供給部のシリンジへの流入速度と釣り合うことができずに、流量が減少して、液圧が低下し、充填の１サイクルが終わって次のサイクル開始までに回復せずに、結果的には石鹸質量が徐々に低下していく場合があり、このような短時間での圧力の急激な変化（動的な変化）にも対応しうる、さらなる成形の安定性が求められていた。

特許第３６３６３１４号公報特許第３６３６３１５号公報

本発明の目的は、成形型に液状石鹸を充填する工程に伴うような短時間における動的な変動にも対しても安定な、成形性に優れた気泡入り固型石鹸の製造方法を提供することにある。

本発明は、液状石鹸の配合槽、発泡機、供給槽、射出部、および加圧された供給安定化槽を備え、該供給槽、該射出部、および該供給安定化槽を循環管路が接続し循環ラインを形成した製造装置を用いる気泡入り固型石鹸の製造方法であって、該配合槽から供給された液状石鹸を、該発泡機によって発泡させ、発泡させた液状石鹸を該供給槽に一旦貯蔵させた後、該循環ラインを循環させながら、該供給安定化槽を経由して該射出部から成形型に充填して成形する気泡入り固型石鹸の製造方法を提供する。

循環ライン中にサブタンク的な供給安定化槽を設け、該供給安定化槽内を加圧することで、気泡入り固型石鹸の製造において、成形性が安定し、得られる製品質量の均一化が図られる。また、本発明では、成形のために液状石鹸を充填して流量が減少することにより発生する圧力低下も急激に回復することができ、例えば、ポンプで循環させているよりも即応性がある制御が可能になる。

本発明の製造方法の第１の好ましい実施形態に用いられる装置を示す模式図である。本発明の製造方法の第１の好ましい実施形態に用いられる装置における射出部を示す模式図である。本発明の製造方法の第１の好ましい実施形態に用いられる装置における成形部を示す模式図である。本発明の製造方法の第２の好ましい実施形態に用いられる装置における循環部を示す模式図である。本発明の製造方法の第２の好ましい実施形態に用いられる装置における射出部および成形部を示す説明図である。本発明の製造方法の第２の好ましい実施形態に用いられる装置における成形型を示す概略斜視図である。本発明の製造方法の第２の好ましい実施形態に用いられる装置における液状石鹸の射出時の状態を示す説明図である。本発明の製造方法の第２の好ましい実施形態に用いられる装置における射出部および成形部を示す概略断面図である。実施例１の結果を示すグラフである。実施例２の結果を示すグラフである。実施例３の結果を示すグラフである。比較例１に用いられる装置における循環部を示す模式図である。比較例１の結果を示すグラフである。実施例４の結果を示すグラフである。比較例２の結果を示すグラフである。

図１は、本発明の、気泡入り固型石鹸（以下、単に「気泡入り石鹸」ということがある）の製造方法の第１の好ましい実施形態に用いられる製造装置を示す模式図である。本発明の気泡入り石鹸の製造方法には、図示されるような、配合槽１、発泡機２、供給槽３、射出部４、および加圧された供給安定化槽５を備えた製造装置が用いられる。

配合槽１は撹拌機１１を備えた公知のものを用いることができる。この配合槽１において調製される液状石鹸（ニート）には、脂肪酸石鹸、非イオン系界面活性剤、無機塩、ポリオール類、非石鹸系のアニオン界面活性剤、遊離脂肪酸、水等が適宜配合され、それ以外に、抗菌剤、顔料、染料、油剤、植物エキス等の添加物が適宜添加される。

上記石鹸組成物からなる液状石鹸の温度は、液状で取り扱いできるように融点以上の温度で保たれる。液状石鹸の温度は、粘度上昇により流動性が失われてエアレーション時の発熱が大きくなって品質劣化が生じるのを防止する上で、５０℃以上に保たれるのが望ましい。

配合槽１で調製された液状石鹸は、ポンプ１２により発泡機２に供給される。この際、気体源１３から、流量制御弁１４により適当な流量に調節された気体が、液状石鹸と共に発泡機２に供給される。

発泡機２においてエアレーション処理を行うことで、液状石鹸に気泡を含有させる。そのエアレーション処理用の気体としては、空気、窒素等の不活性ガスをはじめ、適宜選択して用いることができる。その気泡の容積分率としては、液状石鹸の固化速度、硬さ、あるいは溶けやすさ等を考慮すると、好ましくは液状石鹸全容積に対し１０％以上、より好ましくは３０％以上である。また、得られる気泡入り石鹸の強度の観点から、その気泡の容積分率は液状石鹸全容積に対し８０％以下であることが好ましい。

発泡機２としては公知のものを用いることができる。例えば、液状石鹸と気体とが送り込まれるステーター内で回転駆動されるローターを有するものを用いることができ、（株）荏原製作所製のユーロミックス、（株）愛工舎製作所製のターボミックス、田中食品機械（株）製のホイップマスター等を挙げることができる。この場合、そのローターで与える単位処理量当たりのエネルギーは特に限定されないが、３００ｋＰａ（ローターの単位時間当たりの仕事量を、ローターを通過する単位時間当たりの流量で除した値）以上の条件下でエアレーション処理するのが好ましい。これは、そのローターが与えるエネルギーを３００ｋＰａ以上とすることで、エアレーション処理により大きな剪断歪みエネルギーを与え、気泡を充分に細分化し、液状石鹸の固化前に気泡の合一や上昇が発生するのを防止し、気泡を均一に分散させることができ、得られた気泡入り石鹸の性状を、ふやけにくく、溶けにくいものとできる。

配合槽１から供給された液状石鹸は、発泡機２によって発泡させた後、供給槽３に一旦貯蔵される。液状石鹸はエアレーション処理の後に、香料を混合することが好ましい。そのため、その気泡を含有する液状石鹸を、発泡機２から混合装置１５に供給し、また、その混合装置１５に香料を香料配合槽１６からポンプ１７により供給することが好ましい。その香料は、単独で液状石鹸と混合されてもよいし、必要に応じて植物抽出エキス、顔料、染料、抗菌剤等の添加物と予め混合されてから液状石鹸と混合されてもよい。その混合装置１５として、例えば、混合のために駆動される部分を有さず、発泡機２から送られる石鹸組成物と香料とを複数のエレメントにより分割していくことにより混合を行う静止型混合装置を挙げることができる。各エレメントは、典型的なものとして板材を１８０°捻った形状を有し、混合物を右回りに捻るエレメントと左回りに捻るエレメントとが、交互に、且つ、接点において板厚方向が互いに９０°をなすように配置されるものや、格子状の板材を９０°位相をずらしたユニットを交互に配置されるものがある。その静止型混合装置としては、ノリタケカンパニーリミテッド社製のスタテイックミキサー、住友重機械工業社製のスルザーミキサー等が挙げられる。
また、香料配合槽１６は撹拌機１８を備えた公知のものを用いることができる。また、ポンプ１７は公知のものを用いることができる。

液状石鹸の発泡には各種気体を用いることができるが、特に不活性気体、とりわけ窒素ガス等の非酸化性の不活性ガスを用いることで、液状石鹸の加熱に起因して、その配合成分が酸化分解することで発生する異臭等を効果的に防止することができる。発泡に不活性気体を用いることは、気泡入り石鹸の配合成分として、酸化分解し易い香料成分が配合されている場合に特に有効である。

発泡された液状石鹸は供給槽３に一旦貯蔵された後、供給槽３と射出部４との間に形成された循環部６を循環しながら、射出部４から成形型に射出、充填されて成形される。
図１に示す石鹸製造装置における循環部６は、供給槽３、射出部４、供給安定化槽５、およびそれらを接続し循環ラインを形成する循環管路２１、循環管路２１の途中に介在された送りポンプ２２および循環ポンプ２３を備えている。また、循環管路２１における切換を液状石鹸の流れを切り替える三方片２５を備えている。なお、図１中、矢印は液状石鹸の流れる方向を示す（以下の図についても同様。）。

供給槽３には、発泡機２において発泡された液状石鹸の供給管路２４が接続されている。供給槽３内には撹拌機２６が設置され、所定方向に回転する。撹拌機２６は公知のものを用いることができる。さらに、供給槽３には、液面高さ計２７が配置されている。液面高さ計２７としては、例えば光学式、超音波式又は差圧式のものが使用できる。

供給槽３は大気圧下で液状石鹸を貯蔵しておくものであっても良いが５〜５０ｋＰａ程度の圧力を加えておくことが、後述する供給安定化槽の液面安定化のために好ましい。この加圧は、供給槽を通常の加圧式タンクにより構成することによって行うことができる。

供給槽３に一旦貯蔵されていた液状石鹸は、送りポンプ２２により循環管路２１を通って供給安定化槽５に送られる。供給安定化槽５は加圧されている。供給安定化槽５の加圧圧力は、好ましくは０．０３〜０．２ＭＰａである。供給安定化槽５には公知の加圧式タンクを用いことができる。
また、供給安定化槽５の容量は供給槽３の容量よりも小さいことが好ましい。
また、供給安定化槽５には撹拌機３０、および液面高さ計３１が設置されている。撹拌機３０、液面高さ計３１としては、供給槽３に設置されている撹拌機２６、および液面高さ計２７とそれぞれ同様のものを用いることができる。

供給安定化槽５は加圧することで槽内の液状石鹸には、見かけ液面レベルが与える水頭圧以上の圧力を加えることになる。説明を容易にするため槽内の液体を比重が１の水だとすると、５０ｋＰａを加圧した場合、５ｍの水頭圧分がさらに加わるになる。循環ラインから射出部４へ液状石鹸を充填とする際には、後述する射出部への流入に伴う圧力の低下等の外乱が加わった場合でも、供給安定化槽５の下面から循環ラインに流れる部位の位置エネルギーは大きいため、循環ラインの流量減少による圧力低下も急激に回復できる、外乱に対して安定的（ロバスト）な系とすることができる。また、ポンプのみで流量を調整する場合、ポンプ出力の上限までしか即時の対応ができないのに対して、本発明のような加圧した供給安定化槽５を用いる系ではポンプ以上に、充填量を一定にするための即応性の制御を可能とすることができる。なお、加圧による効果は、気泡の分散状態に、必ずしも影響を与えるものではない。

また、液面高さ計３１により測定される供給安定化槽５内の液状石鹸の液面高さは、成形中ほぼ一定にしておくことが、供給安定化槽５の下面から循環ラインに流れる部位のエネルギーの一定化のために好ましい。供給安定化槽５内の液状石鹸の液面高さを一定にするためには、上記の供給槽３の液面高さ計２７に液面高さを考慮して、送りポンプ２２の送り速度を調整すること、あるいは、三方弁２５から供給安定化槽５に循環される量を調節することにより対応することができる。

供給槽３および供給安定化槽５内において液状石鹸は、それぞれ撹拌機２６、３０によって撹拌されて、気泡の分散状態が均一に保たれる。液状石鹸の一部は、送りポンプ２２および循環ポンプ２３によって循環管路２１を循環する。この循環によって、たとえ何らかのトラブルが発生して気泡入り石鹸製造の作業が停止しても、液状石鹸が供給配管系内で停滞することがなくなり、液状石鹸に剪断力が常に加わった状態が維持され、気泡と液体分とが分離状態となることが防止される。

供給安定化槽５からは循環管路２１が三方弁２５に配設され、その途中に射出部４への供給箇所２８が形成されている。三方弁２５からは循環管路２１の一方が供給槽３に接続され、もう一方が供給安定化槽５に接続されている。その三方弁２５の切換により、循環される液状石鹸は実線矢印ａの流れと、破線矢印ｂの流れを適宜変更して、循環させることができる。供給安定化槽５で加圧された液状石鹸は、循環ポンプ２３により循環管路２１を通って射出部４への供給箇所２８を経て、供給槽３または供給安定化槽５に循環させられる。循環管路２１の射出部４への供給箇所２８は他の部分より、管径が大きく形成されている。供給箇所２８には、循環管路２１と開閉可能に連通するように射出部４が接続されている。射出部４は複数個が循環管路２１に対して直列に接続されている。また、本実施形態では三方弁で切換可能な循環管路２１が２方向に設けられているが、三方弁を設けず、どちらか一方の循環管路２１のみを形成しても良い。供給槽３、射出部４、供給安定化槽５、および循環管路２１を含む循環部６には、何れも温水及びヒータなどの保温装置が取り付けられており、所定温度に保たれている。また循環管路２１の途中に比重計、圧力計、粘度計などのモニタリング機器を適宜、介在配置してもよい。

液状石鹸の循環においては、その温度を５５〜８０℃、特に６０〜７０℃に保つことが、後述する供給ノズル先端での液状石鹸の固化防止、及び石鹸の酸化や香料の劣化の防止の点から好ましい。

これに関連し、液状石鹸の循環においては、液状石鹸をその融点よりも１〜２０℃、特に２〜５℃高い温度に加熱し保温した条件下に循環させることが、同様の理由から好ましい。

液状石鹸の循環においては、その循環流量Ｖ（ｍ³／ｈ）に対する、貯蔵タンク６１の容量Ｓ（ｍ³）の比Ｓ／Ｖ（ｈ）が０．０１〜５となるように液状石鹸を循環させることが、気泡の合一防止、及び気泡と液体分との分離防止の点から好ましい。

前記循環流量に関連するが、液状石鹸は、その循環管路２１内での流速Ｖｄが０．０２〜５ｍ／ｓ、特に０．０５〜０．８ｍ／ｓとなるように循環されることが好ましい。下限値未満であると、液状石鹸の射出部４への分注時に圧力低下が発生し易くなる。上限値を超えると、設備が大掛かりになる上、循環中に気泡を巻き込む可能性が高くなる。

液状石鹸の循環においては、その剪断速度が０．２〜５００ｓ^-1、特に０．３〜１００ｓ^-1、とりわけ０．３〜２０ｓ^-1となるように液状石鹸を循環させることが、気泡の合一防止、及び気泡と液体分との分離防止の点から好ましい。剪断速度ＤはＤ＝２Ｖｄ／ｄから算出される。ここでＶｄは液状石鹸の循環流速（ｍ／ｓ）を示し、ｄは循環管路６２の径（ｍ）を示す。循環管路内には、前記剪断速度の範囲の剪断を加えることができるスタティックミキサー（静止混合器）を適宜設けることが好ましい。

循環管路２１を循環する液状石鹸は、その一部が循環ラインに接続されている射出部４へ送り込まれ、いわゆる射出成形が行われる。図２の模式図に示すように、射出部４は、その一端が循環管路の供給箇所２８に接続されている接続管路４１、接続管路４１の他端に接続されている切り替えバルブ４２、切り替えバルブ４２の一端に接続されている供給ノズル４３、切り替えバルブ４２の他端に接続されているシリンジ４４、及びシリンジ４４内に配されたピストン４５を備えている。この切り替えバルブ４２によって、循環管路の供給箇所２８と供給ノズル４３とが開閉可能に連通する。ピストン４５におけるロッドの先端にはリニアガイド４６が取り付けられている。リニアガイド４６はサーボモータ４７に接続されている。サーボモータ４７の作動によってピストン４５はシリンジ４４内を摺動自在になっている。サーボモータ４７に付いてエンコーダがピストン４５の位置を検出し、その情報をサーボモータ４７にフィードバックする。そして、ピストン４５の引き込み距離又は押し込み距離によって、液状石鹸の注出体積が決定される。具体的には、（１）吸引前のピストンの位置を原点としてピストンの引き込み距離で供給体積を決定する方法、又は（２）吸引後のピストンの位置を原点としてピストンの押し込み距離で供給体積を決定する方法がある。計量する液状石鹸は圧縮性の流体であるので、前記の（１）の方法において、ピストンの原点の位置でシリンジ内に溶融石鹸ができるだけ残さないように原点を決めることが、測定質量の精度を高める点から好ましい。前述の比重計、圧力計、粘度計などのモニタリング機器に基づき演算した演算結果に基づき、サーボモータ４７を制御して、充填量をさらに制御するようにしてもよい。

射出部４における液状石鹸の流れについて説明すると、循環管路２１内を循環する液状石鹸は、その一部が、切り替えバルブ４２による流路の切り替えによって、循環管路２１の供給箇所２８から接続管路４１を通じてシリンジ４４内に充填される。この場合、ピストン４５は、リニアガイド４６によって予め所定の位置まで引き戻された状態になっていてもよい。或いは液状石鹸のシリンジ４４内への送り込みと共に、ピストン４５を漸次引き戻してもよい。

所定量の液状石鹸がシリンジ４４内に送り込まれたら、切り替えバルブ４２によって流路を切り替え、シリンジ４４と供給ノズル４３とが接続されるようにする。次いで、リニアガイド４６によってピストン４５を所定距離押し込んで、シリンジ４４内の液状石鹸を押し出す。これによって液状石鹸は供給ノズル４３を通じて成形装置としての成形部５０へ射出し、充填される。成形部５０は、供給ノズル４３の個数と同数用いられる。以上の一連の操作がすべての射出部４において行われる。

次に、成形部５０へ充填された液状石鹸の成形について図３（ａ）〜（ｃ）の模式図を参照しながら説明する。図３（ａ）に示すように、成形部５０は、成形型としての下型５１及び上型５２を備えている。下型５１は金属等の剛体からなり、上部に向けて開口したキャビティ５３を有している。キャビティ５３は、製品である気泡入り石鹸の底部及び各側部の形状に合致した凹状形状となっている。キャビティ５３の底部には、キャビティ５３と下型５１の外部とを互いに連通させる連通孔５４が複数個穿設されている。下型５１の側面には、下型５１と上型５２とを固定させるためのロック機構５５が取り付けられている。

一方、上型５２も金属等の剛体からなっている。上型５２は、蓋体５６、蓋体５６の下面に取り付けられ且つその下面が気泡入り石鹸の上部の形状に合致している圧縮部５７、蓋体５６の上面に取り付けられた加圧部５８、及び加圧部５８に遊嵌され且つ下型５１のロック機構５３に係合する係合部５９を備えている。

図３（ａ）に示すように、切り替えバルブ４２による流路の切り替え、および矢印方向に移動自在なピストン４５の動きによりシリンジ４４を介して供給ノズル４３から注出された液状石鹸６０は、下型５１のキャビティ５３内に充填される。液状石鹸の体積は、圧力及び温度によって変化するが、本明細書において、液状石鹸の体積とは、１気圧下、２５℃における体積をいう。液状石鹸のキャビティ５３内への充填温度は、循環管路２１内を循環する液状石鹸の温度とほぼ同一となっている。

液状石鹸６０の注入が完了したら、下型５１の上面を上型５２で閉塞させ、下型５１に取り付けられているロック機構５５によって上型５２に取り付けられている係合部５９を係合させる。これにより、両型を固定し、キャビティ５３内を気密状態にする。次いで、図３（ｂ）に示すように、上型５２に取り付けられている加圧部を、サーボモータを備えた加圧シリンダ等の所定の加圧手段（図示せず）によって矢印方向に押圧し、キャビティ５３内に注入された液状石鹸６０を、製品である気泡入り石鹸の目標設定体積まで圧縮する。この圧縮状態下に、後述の方法で液状石鹸を固化させる。この操作によって、液状石鹸の冷却に起因する収縮やひけ（くぼみ）の発生が効果的に防止され、良好な外観を呈する気泡入り石鹸が得られる。

液状石鹸の圧縮の圧力は、液状石鹸の注入体積が、気泡入り石鹸の目標設定体積の何倍位かによっても異なるが、一般に０．００５〜０．３ＭＰａ、特に０．０５〜０．２ＭＰａ程度となる。

また、液状石鹸の圧縮比、つまり、液状石鹸に含まれている気体成分の圧縮比（圧縮前の気体成分の体積／圧縮後の気体成分の体積）は、１．０８〜２．５、特に１．１〜２であることが、冷却に起因する収縮やひけの発生の防止、並びに冷却時間の短縮化及び生産効率の向上の点から好ましい。液状石鹸に含まれている気体成分には、液状石鹸の発泡に用いられる気体及び液状石鹸に含有されている水蒸気等が含まれる。

液状石鹸の固化に際しては、下型５１を所定の冷却手段、例えば水等の冷媒によって冷却させて、液状石鹸の固化時間を短縮化させてもよい。勿論、自然冷却でもよい。水によって冷却する場合、水温は５〜２５℃程度とすることが、冷却時に気泡が不均一に分散することを防止する点から好ましい。

液状石鹸の固化が完了したら、下型５１に取り付けられているロック機構５５と、上型５２に取り付けられている係合部５９との係合を解除し、次いで図３（ｃ）に示すように上型５２を取り外す。更に、所定の把持手段、例えば真空チャック６２を用いて、下型５１のキャビティ５３内から白抜き矢印方向に気泡入り固型石鹸６１を取り出す。取り出しに際しては、キャビティ５３の底部に穿設された連通孔５４を通じてキャビティ５３内に空気等の気体を黒矢印方向吹き込んで、気泡入り石鹸６１の離型を促進させるようにしてもよい。

このようにして得られた気泡入り石鹸の質量は、設定された質量にほぼ一致する。さらに、気泡入り石鹸は気泡が全体に亘って均一に分散したものとなる。従って、該気泡入り石鹸は泡立ちの良好なものとなる。また、該気泡入り石鹸には、液状石鹸の冷却に起因する収縮やひけが観察されず、良好な外観を呈するものとなる。

また前記実施形態においては気泡入り石鹸の成形装置が、下型５１及び上型５２を備えた成形型を有していたが、これに代えて、他の形状及び／又は構造を有する成形装置を用いてもよい。例えば、前記実施形態に用いられる成形型に代えて、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステルなどの合成樹脂；可撓性を有する薄板状金属；可撓性を有するゴム材料などからなる中空体を、成形型として用いてもよい。この場合には、該中空体内に液状石鹸を供給し固化させれば、該中空体がそのまま、得られた気泡入り石鹸の包装容器となるという利点がある。

また前記実施形態においては成形型が凹部を有する下型５１と該凹部を閉塞する上型５２とから構成されていたが、これに代えて複数の割型からなり且つ各割型を組み付けることで、目的とする気泡入り石鹸の形状に合致した形状のキャビティが形成される成形型を用いてもよい。このような成形型を用いる場合には、プラスチックの射出成形と同様の方法で該成形型に液状石鹸を注入すればよい。

図４は本発明の第２の好ましい実施形態についての循環部の模式図である。なお、この実施形態については、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明し、特に説明しない点については、第１の実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図４において、図１と同じ部材に同じ符号を付してある。

第２の実施形態においては、供給安定化槽５から独立して延びる循環管路２１が２本あり、上下２段に並列に設置された、それぞれ複数個の射出部１４０に対して液状石鹸を提供する上部供給箇所７１と下部供給箇所７２が設けられている。このように上下２段に並列の循環ラインおよび射出部１４０を設けることで、より効率的な製造が可能となる。
本発明では、このような上下２段に並列に射出部１４０が並んだ製造装置において、上下における、製品のロットの振れを効率的に抑えることができる。

図５は、第２の好ましい実施形態の射出部１４０および成形部１５０の１例を示す概略側面図による説明図である。なお、図５中、固定側型板１５１および可動側型板１５２、ならびに供給ノズル１４３および弁体１４８は断面図によって示している。射出部１４０は、その一端が循環管路の上部供給箇所７１および下部供給箇所７２にそれぞれ、接続管路１４１により接続されている。接続管路１４１は切り替えバルブ１４２を介して、供給ノズル１４３と接続し、また、切り替えバルブ１４２の別の接続箇所にはシリンジ１４４が接続している。シリンジ１４４内にはピストン１４５を備えている。この切り替えバルブ１４２によって、循環管路の上部供給箇所７１もしくは下部供給箇所７２は、供給ノズル１４３またはシリンジ１４４と開閉可能に連通する。ピストン１４５におけるロッドの先端にはリニアガイド１４６が取り付けられている。リニアガイド１４６はサーボモータ１４７に接続されている。なお、シリンジ１４４、ピストン１４５、リニアガイド１４６およびサーボモータ１４７の作動については、上記の第１の実施形態におけるシリンジ４４、ピストン４５、リニアガイド４６およびサーボモータ４７と、それぞれ同様である。

成形部１５０は、成形型を構成し、それぞれ金属等の剛体からなる固定側型板１５１及び可動側型板１５２を備え、固定側型板１５１は支持部材１５３に取り付け固定されている。可動側型板１５２は、受け板１５４を介してシリンダ（アクチュエータ）１５５に接続され、シリンダ１５５の伸縮作用により、左右に移動自在となっている。また、シリンダ１５５は、支持部材１５３に取り付け固定されており、シリンダ１５５が最も伸張された状態では、固定側型板１５１及び可動側型板１５２が密着し、成形型として、製品である気泡入り石鹸の底部及び各側部の形状に合致した空洞部を形成する。固定側型板１５１は、当該空洞部に対応する洞部１５７Ａを有する凹状形状をし、型板を貫通するスプルー１５８を有する。なお、スプルー１５８と供給ノズル１４３の先端が接触する領域とを含む部分は、固定側型板１５１に、スプルーブッシュとして交換可能に形成してもよい。一方、可動側型板１５２は、当該空洞部に対応する洞部１５７Ｂを有する凹状形状をし、ランナー１５９が設けられている。

図６は、第２の実施形態に好ましく用いられる成形型の１例の斜視図である。図示される成形型は、固定側型板１５１及び可動側型板１５２からなり、それぞれ、洞部１５７Ａ及び洞部１５７Ｂが上下２段に計１２箇所設けられている。

図７は、図５に示す装置の射出部１４０から成形部１５０への液状石鹸の射出注入時の説明図である。液状石鹸の射出注入時には、シリンダ１５５が最も伸張し、固定側型板１５１と可動側型板１５２を密着、固定して、空洞部１５６を形成するとともに、ノズル１４３が、その開口部と固定側型板１５１のスプルー１５８と連通するように、固定側型板１５１に当接させる。そして、上記第１の実施形態と同様に、循環管路２１内を循環する液状石鹸は、その一部が、切り替えバルブ１４２による流路の切り替えによって、循環管路２１の上部供給箇所７１または下部供給箇所７１から接続管路１４１を通じてシリンジ１４４内に充填される。

所定量の液状石鹸がシリンジ１４４内に送り込まれたら、切り替えバルブ１４２によって流路を切り替え、シリンジ１４４と供給ノズル１４３とが接続されるようにするとともに、図８の拡大された概略断面図に示されるように、駆動体１４９により弁体１４８を上昇させ、空洞部１５６と接続配管１４１とを、ライナー１５９、スプルー１５８およびノズル１４３の内部空間を介して連通させる。次いで、リニアガイド１４６によってピストン１４５を所定距離押し込んで、シリンジ１４４内の液状石鹸６０を押し出す。これによって液状石鹸６０は供給ノズル４３から排出され、スプルー１５８およびライナー１５９を通じて空洞部１５６へ充填される。なお、このとき空洞部１５６などに存在していたエアはエア抜き用の微細な溝（図示せず）から排出される。

液状石鹸６０の注入が完了したら、弁体１４８を下降させ、接続配管１４１とスプール１５８を遮断し、供給ノズル１４３を固定側型板１５１から隔離する。ノズル１４３の内部空間等に残った液状石鹸は、状況に応じて、上記貯留槽へ帰還するようにしてもよいし、あるいは開放されてそのまま廃棄されるようにすることも可能である。

次いで、液状石鹸の固化に際しては、固定側型板１５１及び可動側型板１５２を所定の冷却手段、例えば水等の冷媒によって冷却させて、液状石鹸の固化時間を短縮化させてもよい。勿論、自然冷却でもよい。水によって冷却する場合、水温は５〜２５℃程度とすることが、冷却時に気泡が不均一に分散することを防止する点から好ましい。
液状石鹸の固化させた後、シリンジ１５５を縮小させ、固定側型板１５１および可動側型板１５２を図５に示す状態に分離し、洞部１５７Ｂから、製品としての気泡入り固型石鹸が取り出される。

本発明は前記の実施形態に限定されるものではない。例えば、第１及び第２の実施形態においては、１本の循環管路３１に複数個の射出部４を直列で、ほぼ水平に接続し、そこから供給槽３または供給安定化槽５に戻るように循環ラインを形成したが、第２の実施形態におけるような上下２段の射出部４を一本のループ状の循環管路に接続し、各供給箇所７１，７２を液状石鹸が順次流れるようにしてもよい。

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１
以下の組成で、図３に示す構成の装置を用いて気泡入り固型石鹸製品を得た。
すなわち、配合槽１内で７０℃に調製した液状石鹸を、ポンプ１２により３９ｋｇ／Ｈｒの流量で発泡機３（（株）荏原製作所製ユーロミックスＭＤＦ０型）に送った。その石鹸組成物と同時に、流量制御弁１４で２６Ｎリットル／Ｈｒに流量調整した空気を気体源１３から発泡機２に送った。その発泡機２において、ローターを１０００ｋＰａ（５００ｒｐｍ）の条件で回転させエアレーション処理を行った。しかる後に、その石鹸組成物を発泡機２から混合装置１５（ノリタケカンパニーリミテッド製スタティックミキサー、直径１１ｍｍ、２１エレメント）に送り込んだ。同時に、予め香料配合槽１６で調製した香料と顔料の混合物を、ポンプ１７により１ｋｇ／Ｈｒの流量で混合装置１５に送り込んだ。その混合装置１５において、その香料とエアレーションされた液状石鹸とを連続的に混合した。混合装置１５から送り出される気泡を有する液状石鹸を供給槽３に送り、供給安定化槽５を経由して循環ラインで循環させ、一部を上部供給箇所７１および下部供給箇所７２から射出部１４０に送った。また、三方弁２５は供給安定化槽５側に循環された液状石鹸が流れるように設定された。また、供給槽３は１０ｋＰａの、供給安定化槽５は０．０３ＭＰａの加圧をそれぞれ行った。また、上部供給箇所７１および下部供給箇所７２における循環管路内の液状石鹸の流速は共に５Ｌ／ｍｉｎとした。

〔気泡入り石鹸の組成〕
ラウリン酸ナトリウム３０．０質量％、ココイルイセチオン酸ナトリウム２．０質量％、ラウロイル乳酸ナトリウム５．０質量％、ＰＯＥモノラウレート２．０質量％、ラウリン酸５．０質量％、グリセリン２０．０質量％、塩化ナトリウム１．５質量％、水３２．０質量％、香料１．５質量％、顔料１．０質量％

射出部１４０に送られシリンジ１４４に吸入された液状石鹸を、切り替えバルブ１４２によって流路を切り替え、供給ノズル１４３を通じて成形型の空洞部１５６に射出注入した。シリンジ１４４におけるピストン１４５の１回の押し込み量は１３４ｃｃとした。シリンダ１５５による圧縮状態下に固定側型板１５１および可動側型板１５２を５〜１５℃の冷却水で３〜１５分冷却し、液状石鹸を固化させた。この成形作業を連続的に行った。

液状石鹸の固化完了後、固定側型板１５１および可動側型板１５２を分離し気泡入り固型石鹸を洞部１５７Ｂから取り出し、最終製品である気泡入り固型石鹸を得た。

このようにして得られた気泡入り固型石鹸について、上下の各成形型で、ショット毎に合計２０個の質量を測定した。その結果を図９のグラフに示す。
実施例１で製造された気泡入り固型石鹸の製品質量の上段と下段の平均差は１．３ｇであった。また、上段の標準偏差は０．１４、下段の標準偏差は０．２０であった。

実施例２
上部供給箇所７１および下部供給箇所７２における循環管路２１内の液状石鹸の流速を共に５Ｌ／ｍｉｎとした以外は実施例１と同様に気泡入り固型石鹸を製造し、製品質量を測定した。結果を図１０のグラフに示す。
実施例２で製造された気泡入り固型石鹸の製品質量の上段と下段の平均差は０．９ｇであった。また、上段の標準偏差は０．３０、下段の標準偏差は０．３０であった。

実施例３
供給安定化槽５の加圧圧力を０．０５ＭＰａ、シリンジ４４におけるピストン４５の１回の押し込み量は１１３ｃｃ、上部供給箇所７１および下部供給箇所７２における循環管路２１内の液状石鹸の流速を共に６Ｌ／ｍｉｎとした以外は実施例１と同様に気泡入り固型石鹸を製造し、製品質量を測定した。結果を図１１のグラフに示す。
実施例３で製造された気泡入り固型石鹸の製品質量の上段と下段の平均差は０．０４ｇであった。また、上段の標準偏差は０．１３、下段の標準偏差は０．１７であった。

比較例１
循環部６を図１２の模式図に示す構成の、加圧していない供給槽３から、供給安定化槽を用いず上部供給箇所７１および下部供給箇所７２を順次経由して供給槽３に戻る構成とした以外は、実施例１と同様に気泡入り固型石鹸を製造した。なお、図１２に示す符号は、図４に示す符号と同様の部材を示す。また、特に説明しない点については、図４に示す装置に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図４において、図１と同じ部材に同じ符号を付してある。ここで、ポンプ２２の送り流量を１０Ｌ／ｍｉｎとし、シリンジ１４４におけるピストン１４５の１回の押し込み量は１２０ｃｃとした。
このようにして得られた気泡入り固型石鹸について、上下の各金型で、ショット毎に合計５０個の製品質量を測定した。その結果を図１３のグラフに示す。
実施例１で製造された気泡入り固型石鹸の製品質量の上段と下段の平均差は２．１ｇであった。また、上段の標準偏差は０．１６、下段の標準偏差は０．２３であった。

実施例１〜３および比較例１から理解されるように、タンク加圧により、製品のロット振れが低下したしたことがわかる。

実施例４
実施例１と同様に気泡入り固型石鹸の製造を行った。ただし、図４に示す循環部中、供給安定化槽５と上側供給箇所７１との間に圧力計−１を設け、そこの管路２１内の圧力を測定した。また、射出部１４０のピストン１４５に圧力計−２を設け、ピストンの充填圧力を測定し、それぞれ図１４にプロットした。
図１４中、８１が圧力計−１で測定した上流配管圧力のプロット、８２が圧力計−２で測定した圧力のプロットである。また、図１４にはエンコーダで計量したピストンの位置をプロット８３として合わせてプロットした。図１４で圧力の単位はｋＰａであり、またピストン位置のｍｍである。また、ピストン位置は完全に押し込まれた位置を０としている。また、連続成形中の、液状石鹸のシリンジ１４４内への送り込開始時点を経過時間０とし、圧力変動は１サイクル分（７秒）のみを示し、この１サイクル分のタクト時間を破線で合わせて示してある。

図１４に示されるように、シリンジ１４４の吸引量が所定量に達すると、バルブ１４２の切換を行い、ピストン１４５を押圧し、供給ノズル１４３から射出して、成形部に充填した。
図１４に示されるとおり、加圧した供給安定化槽を設けた実施例４では、当初から上側供給箇所の上流配管圧力８１が２９ｋＰａ程度で安定していることがわかる。

比較例２
供給安定化槽５の加圧を行わなかった以外は、実施例４と同様に、気泡入り固型石鹸を製造し、石鹸製造の１サイクル分の圧力変動、およびピストン位置を測定し、測定値を図１５にプロットした。
図１５に示されるように、当初の上側供給箇所の上流配管圧力８１がシリンジの吸引に伴い徐々に低下し、次の充填の開始までに回復しないことが示されている。

１配合槽
２発泡機
３供給槽
４射出部
５供給安定化槽
６循環部
１１撹拌機
１２ポンプ
１３気体源
１４流量制御弁
１５混合装置
１６香料配合槽
１７ポンプ
２１循環管路
２２送りポンプ
２３循環ポンプ
２４供給管路
２５三方弁
２６撹拌機
２７液面高さ計
２８射出部への供給箇所
３０撹拌機
３１液面高さ計
４１接続管路
４２切り替えバルブ
４３供給ノズル
４４シリンジ
４５ピストン
４６リニアガイド
４７サーボモータ
５０成形部
５１下型
５２上型
５３キャビティ
６０液状石鹸
６１気泡入り固型石鹸
６２真空チャック
７１上部供給箇所
７２下部供給箇所
８１上流配管圧力のプロット
８２上流配管圧力のプロット
８３ピストンの位置のプロット
１４０射出部
１４１接続管路
１４２切り替えバルブ
１４３供給ノズル
１４４シリンジ
１４５ピストン
１４６リニアガイド
１４７サーボモータ
１４８弁体
１４９駆動体
１５０成形部
１５１固定側型板
１５２可動側型板
１５３支持部材
１５４受け板
１５５シリンダ
１５６空洞部
１５７Ａ，１５８Ｂ洞部
１５８スプルー
１５９ランナー

Claims

液状石鹸の配合槽、発泡機、供給槽、射出部、および加圧された供給安定化槽を備え、該供給槽、該射出部、および該供給安定化槽を循環管路が接続し循環ラインを形成した製造装置を用いる気泡入り固型石鹸の製造方法であって、該配合槽から供給された液状石鹸を、該発泡機によって発泡させ、発泡させた液状石鹸を該供給槽に一旦貯蔵させた後、該循環ラインを循環させながら、該供給安定化槽を経由して該射出部から成形型に充填して成形する気泡入り固型石鹸の製造方法。
前記供給安定化槽は、０．０３〜０．２ＭＰａ加圧されている請求項１記載の気泡入り固型石鹸の製造方法。
前記射出部を上下２段に並列状態で有し、上記供給安定化槽から、それぞれの射出部に独立した循環管路を介して液状石鹸が送られることを特徴とする請求項１または２記載の気泡入り固型石鹸の製造方法。