JP4063696B2 - 石鹸の製造装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融状態の石鹸を所定形状に成形し固化させて石鹸を製造する装置及び該装置に用いられる成形型に関する。また本発明は、溶融状態の石鹸を所定形状に成形し固化させて石鹸を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
循環路内を循環している溶融石鹸を成形型のキャビティ内に注入し、該キャビティ内で固化させる石鹸の製造方法が知られている（特許文献１参照）。この成形型には注入バルブがゲート内に配されており、この注入バルブが進退することで、ゲートを通じてキャビティ内に溶融石鹸が注入される。しかし、注入バルブはゲートの寸法よりも小さいことから、注入バルブが前進してゲートとキャビティとの連通を遮断した状態においては、ゲートと注入バルブとの間に空隙が形成され、その空隙に溶融石鹸が滞留してしまう。滞留した溶融石鹸は循環路内に戻ることなくそこに留まるので、次第に冷却固化されてしまう。従って次回の成形に先立ち固化した石鹸を除去する必要があり、生産性に劣る。石鹸を除去しない場合には次回の成形時に不具合を来す原因となり易い。また均質な製品を製造しにくくなる。
【０００３】
ノズルを通じて溶融石鹸を成形型の上部からキャビティに充填する際に、溶融石鹸の充填量に応じて成形型を下降させることで、溶融石鹸の液面の直ぐ上にノズル先端が常時位置するようにした石鹸の製造方法も知られている。しかし、この方法においても、溶融石鹸の充填が完了した時点ではノズル内に溶融石鹸が残存することになるので、やはり次回の成形に先立ち固化した石鹸を除去する必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第２９８７４８４号明細書
【特許文献２】
国際公開第９８／５３０３９号パンフレット
【０００５】
従って、本発明は、成形型への溶融石鹸の充填が完了した時点において、成形型のゲート内に溶融石鹸が滞留したり残存したりすることが無い石鹸の製造装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定形状のキャビティ及び該キャビティに通ずる溶融石鹸の供給路を備えた成形型と、該成形型へ溶融石鹸を供給する供給管とを具備する石鹸の製造装置であって、
前記成形型が、冷却水の循環路が設けられた一組の割型を組み付けて形成されており、
前記供給管が、前記供給路の供給孔に挿入されるノズルと該ノズル内に進退可能に配された、該ノズルの内形状と同形状の外形を有するプラグとを有し、
前記供給路が、前記ノズルとの間に空隙が無く該ノズルが挿入される前記供給孔及びゲートを含み、該ゲート内に、該供給孔と前記キャビティとの連通を遮断させる、該ゲートの内形状と同形状の外形を有するゲートピンが進退可能に配されており、
前記プラグの前記ノズル内への押し込みによって前記キャビティ内への溶融石鹸の供給の停止後ただちに或いはほぼ同時に、前記ゲートピンの進入によって前記供給路を完全に閉塞することで、該供給路内に残存する溶融石鹸を取り除くようになされている石鹸の製造装置を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。本実施形態で用いられる製造装置は、溶融石鹸の循環部、該循環部に接続された溶融石鹸の注入部、及び該注入部から供給された溶融石鹸を所定形状に成形する成形型を備えた成形部を具備している。図１には、第１の実施形態の製造装置における溶融石鹸の循環部が示されている。本実施形態の製造装置は、気泡入り石鹸の製造に好適に用いられる。
【００１４】
図１に示す溶融石鹸の循環部６は、貯蔵タンク６１、貯蔵タンク６１に接続され且つ貯蔵タンク６１内を経由するループを形成する循環管路６２、循環管路６２の途中に介在された循環ポンプ６３を備えている。また貯蔵タンク６１には、発泡部（図示せず）において発泡された溶融石鹸の供給管路６４が接続されている。更に貯蔵タンク６１内には撹拌翼６５が設置されている。撹拌翼６５はモータ６６によって所定方向に回転する。更に循環管路６２には、溶融石鹸の複数の注入部３が、循環管路６２と開閉可能に連通するように接続されている。各注入部３は循環管路６２に直列に接続されている。貯蔵タンク６１及び循環管路６２を含む循環部６並びに注入部３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。
【００１５】
注入部３は、図２に示すようにその一端が循環管路６２に接続されている供給管３０を備えている。供給管３０の他端は、溶融石鹸の液溜まり部３１となっており、その液溜まり部３１に注入ノズル３２が突設されている。注入ノズル３２はその先端に向かって漸次縮径した截頭円錐形をしている。ノズル３２内には、該ノズルの内形状と同形状の外形を有する押し込みプラグ３３が配されている。プラグ３３は、その後端に取り付けられている油圧シリンダ３８によってノズル３２内を進退する。プラグ３３が後退することでノズル３２とプラグ３３との間に空隙が生じ、この空隙を通じて溶融石鹸が後述する成形部４へ供給される。一方、プラグ３３が前進するとノズル３２とプラグ３３とが嵌り合って、両者間には空隙が無くなり溶融石鹸の供給が停止される。つまり、プラグ３３の進退によって、溶融石鹸が供給され、またその供給が遮断されるようになっている。
【００１６】
供給管３０における、溶融石鹸の流動方向（図中矢印Ａで示す方向）に関して注入ノズル３２よりも上流側の位置には、定容量供給装置の一例であるシリンダ３４及びピストン３６が取り付けられている。シリンダ３４は、供給管３０と交差するように設けられている。シリンダ３４内には、該シリンダ３４を境として供給管３０の上流側又は下流側とシリンダ３４とを択一的に連通させる切り替え用のロータリーバルブ３５が配されている。これと共にシリンダ３４内には、該シリンダ内を進退可能になっているピストン３６が配されている。そして、前述の通りシリンダ３４とピストン３６とによって、溶融石鹸の定容量供給装置が構成されている。ピストン３６の進退は、その後端に取り付けられているサーボモータ３７によって精密に制御されている。ピストン３６が後退することで、シリンダ３４内には、溶融石鹸を収容するための空間が形成される。この空間に溶融石鹸が充填されたのち、ピストン３６を押し込むことで、後述する成形型４０のキャビティ内へ溶融石鹸が加圧下に充填される。キャビティ内への溶融石鹸の供給体積は、ピストン３６の後退距離又は押し込み距離によって決定される。具体的には、▲１▼後退前のピストン３６の位置を原点としてピストン３６の後退距離で供給体積を決定する方法、又は▲２▼後退後のピストン３６の位置を原点としてピストン３６の押し込み距離で供給体積を決定する方法がある。計量される溶融石鹸が気泡入りである場合、これ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３６の原点の位置でシリンダ３４内に溶融石鹸ができるだけ残らないように原点を決めることが、製品重量の精度を高める点から好ましい。
【００１７】
成形部４は、注入部３から供給された溶融石鹸を所定形状に成形し固化させる成形型４０を備えている。図３には、成形型４０の型開状態が示されている。成形型４０は、２個で一組をなす第１の割型１及び第２の割型２から構成されている。各割型は金属等の剛体からなる矩形ブロック状の形態をしており、それぞれの中央部に凹部１０及び２０が形成されている。各凹部１０，２０は、第１の割型１と第２の割型２とをそれらの突き合わせ面ＰＬで突き合わせたとき、製造すべき石鹸の形状に合致した形状のキャビティ（図示せず）が形成されるように、各割型に形成されている。尚、図示していないが各凹部には空気の吹き出し及び吸引用の微細なスリット及び／又は小孔が形成されている。
【００１８】
第１の割型１には、該第１の割型１をその厚さ方向に貫通し外部に開口したノズル挿入孔１１が、凹部１０の外縁部に穿設されている。ノズル挿入孔１１は、溶融石鹸の供給孔として用いられる。ノズル挿入孔１１は、その径が、第１の割型１の背面側に向かうに連れ漸次増加しており、先に述べた注入ノズル３２と嵌り合う形状となっている。一方、第２の割型２には、その突き合わせ面ＰＬの一部が穿設されて長孔状のゲート２１が形成されている。ゲート２１は第２の割型２をその厚さ方向に貫いている。第２の割型２におけるゲート２１の形成位置は、両割型が組み付けられて成形型４０を形成する時に、第１の割型１におけるノズル挿入孔１１と対向する位置となっている。更にゲート２１は、その一部が凹部２０と連通している。従って、両割型が組み付けられて成形型４０を形成すると、ゲート２１は、ノズル挿入孔１１とキャビティとの間に位置して両者を連通させることになる。このように成形型４０には、ノズル挿入孔１１及びゲート２１を含む、溶融石鹸の供給路が形成されている。
【００１９】
ゲート２１内には、該ゲート２１の内形状と同形状の外形を有するゲートピン２２が配されている。ゲートピン２１は金属又はプラスチック等の材質からなる。ゲートピン２２の後端は、ピストン４７を備えたシリンダ４８における該ピストン４７の先端に固定されている。これによってゲートピン２２はゲート２１内を進退可能になっている。ゲートピン２２の後退位置においては、ノズル挿入孔１１とキャビティＣとがゲート２１を介して連通している。ゲートピン２１の前進位置においては、ゲートピン２１によってノズル挿入孔１１とキャビティＣとの連通が遮断されるようになっている。つまりゲートピン２１は、ノズル挿入孔１１とキャビティＣとの連通を遮断させる遮断手段として用いられる。
【００２０】
図示していないが、第１の割型１の突き合わせ面ＰＬには微細なスリット状のエアベントが設けられている。エアベントは、第１の割型１の上部に形成されることが好適である。また、図示していないが、両割型１，２を構成するブロックには冷却水の循環路が設けられている。
【００２１】
図２に戻ると、成形型４０における第一の割型１はその下部が、ベースプレート４１から立設された支持板４２に取り付けられており、固定型となっている。一方第２の割型２はその背面が、ベースプレート４１から立設された支持板４３に取り付けられている油圧シリンダ４４のピストン４５の先端に固定されている。油圧シリンダ４４は、ピストン４５が支持板４３と直交する方向に摺動するように取り付けられている。従って、第２の割型２は水平方向に移動可能な移動型となっている。成形型４０は、ノズル挿入孔１１がキャビティＣの下側に位置するように固定されている。これによって、溶融石鹸はキャビティＣの下部から上方へ向かって充填される。
【００２２】
第２の割型２の下部にはシリンダ保持板４６が水平方向に延出するように取り付けられている。シリンダ保持板４６における水平部には、ピストン４７を備えた油圧シリンダ４８が取り付けられている。油圧シリンダ４８は、ピストン４７が水平方向に摺動するように取り付けられている。ピストン４７の先端は、第２の割型２に備えられたゲートピン２２の後端に接続されている。
【００２３】
ベースプレート４１は、台座４９上に摺動自在に配されたスライダー５０の上に載置固定されている。スライダー５０は、台座４９上に載置された油圧シリンダー５１の動作によって台座４９上を摺動する。これによって、成形型４０を含む成形部４全体が、注入ノズル３２を含む注入部３に対して接離可能になっている。その結果、成形型４０の型開操作などを含む成形操作を円滑に行うことができ、製造サイクルを高めることが容易となる。
【００２４】
以上の構成を有する製造装置を用いた気泡入り石鹸の製造方法について説明する。先ず循環部６による溶融石鹸の循環について図１を参照しながら説明すると、図示しない発泡部において発泡されて、無数の気泡が分散含有されている溶融石鹸は、供給管路６４を通じて貯蔵タンク６１内に貯えられる。貯蔵タンク６１内において溶融石鹸は、撹拌翼６５によって撹拌されて、気泡の分散状態が均一に保たれる。溶融石鹸の一部は、循環ポンプ６３によって循環管路６２内に送り込まれる。その結果、貯蔵タンク６１内に貯えられている溶融石鹸は、貯蔵タンク６１を経由して循環管路６２内を循環する。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、溶融石鹸が配管系内で停滞することがなくなり、溶融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。特に、本実施形態においては、溶融石鹸を循環させることで剪断力を加えるので、例えば溶融石鹸の流速を制御して溶融石鹸に剪断力を加える時間を制御できるという利点がある。つまり気泡を含む溶融石鹸のような保存安定性の低い圧縮性流体に長時間剪断力を加え続けることで気泡の状態を保持させることができる。一方、剪断力を加えないと、気泡の合一や気液の分離が起こることが避けられない。このように、溶融石鹸を循環させる場合に、剪断力を加える時間を制御することで、溶融石鹸に効果的に剪断力を加えることができ、その結果、貯蔵タンク６１内の気泡入り石鹸における気泡の分散状態を良好にすることができ、且つその良好な状態を長時間保つことができる。貯蔵タンク６１における撹拌翼６５による撹拌によっても、気泡と液体分との分離はある程度防止できるが十分とはいえない。撹拌翼６５によって気液分離や気泡の合一が発生しないように溶融石鹸を撹拌すると、溶融石鹸が気泡を巻き込みその比重が変動してしまう。従って、貯蔵タンク６１内では気泡を混入させない緩やかな撹拌を行い、気泡と液体分との分離防止は、循環管路６２内の循環によって行うことが好ましい。
【００２５】
無数の気泡を分散含有する溶融石鹸の調製方法としては、例えば本出願人の先に出願に係る特開平１１−４３６９９号公報の第２欄１５行〜第５欄１行に記載されている方法を用いることができる。溶融石鹸の発泡には各種気体を用いることができる。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、溶融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。
【００２６】
溶融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溶融石鹸の固化防止、及び石鹸の酸化や香料の劣化の防止の点から好ましい。
【００２７】
これに関連し、溶融石鹸の循環においては、溶融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。
【００２８】
溶融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となるように溶融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。
【００２９】
前記循環流量に関連するが、溶融石鹸は、その循環管路６２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、溶融石鹸の注入部３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。またこれに関連して、循環管路６２は、その断面積が１０〜２００ｃｍ²、特に２０〜１８０ｃｍ²であることが、同様の理由から好ましい。
【００３０】
溶融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となるように溶融石鹸を循環させることが、気泡の合一防止、及びと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は溶融石鹸の循環流速（ｍ／ｓ）を示し、ｄは循環管路６２の内径（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。
【００３１】
成形前においては、図２に示すように、注入部３におけるノズル３２と、成形部４における成形型４０とは離間した状態になっている。注入部３においては、シリンダ３４と循環管路６２との連通が、ロータリーバルブ３５によって遮断されている。シリンダ３４内に配されているピストン３６は所定の位置に留まっている。また、注入部３における押し込みプラグ３３はノズル３２内に完全に挿入されており、溶融石鹸が供給されないようになっている。成形部４においては、油圧シリンダ４４を作動させてピストン４５を押し出して、第１の割型１と第２の割型１とを型閉しておく。両割型には、前述した冷却水の循環路に水を循環させておく。また、油圧シリンダ４８を作動させてピストン４７を後退させ、これによって該ピストン４７に接続されているゲートピン２２をゲート２１から引き出しておき、ノズル挿入孔１１からゲート２１を経てキャビティＣへ至る供給路を形成しておく。
【００３２】
次に、図４（ａ）に示すように、成形部４における油圧シリンダ５１を作動させて、成形型４０を注入部３におけるノズル３２に近接させ、該ノズル３２を成形型４０のノズル挿入孔１１内に完全に挿入する。この状態においては、図４（ａ）の要部拡大図である図４（ｂ）に示すように、ノズル３２とノズル挿入孔１１との間には空隙が全く存在していない。従って、ノズル３２とノズル挿入孔１１との間で溶融石鹸の液漏れが発生したり、或いは成形後にノズル３２とノズル挿入孔１１との間に溶融石鹸が残留することがない。
【００３３】
この状態下に、循環管路６２を循環する溶融石鹸は、その一部が、注入部３へ送り込まれる。この状態を図５に示す。溶融石鹸を注入部３へ送り込むには、ロータリーバルブ３５を１８０度回転させてシリンダ３４と循環管路６２とを連通させる。これと共にサーボモータ３７を作動させてピストン３６を後退させる。これによってシリンダ３４内に空間が形成され、その空間内に溶融石鹸が流入する。ピストン３６の後退は、所定量の溶融石鹸がシリンダ３４内に充填されるまで続けられる。
【００３４】
所定量の溶融石鹸がシリンダ３４内に充填されたら、サーボモータ３７の作動を停止し、ピストン３６の後退を停止する。次に図６（ａ）に示すようにロータリーバルブ３５を１８０度反転させてシリンダ３４と循環管路６２との連通を遮断し且つシリンダ３４とノズル３２とを連通させる。引き続き、油圧シリンダ３８を作動させてノズル３２内からプラグ３３を引き抜き、両者間に空隙を形成する。この状態を図６（ｂ）に示す。これによって、シリンダ３４、供給管３０、ノズル３２、ゲート２１及びキャビティＣからなる溶融石鹸の供給路が形成される。この状態下にサーボモータ３７を作動させてシリンダ３４内のピストン３６を押し込む。これによって、シリンダ３４内に充填されていた溶融石鹸が前記供給路を通じて成形型４０のキャビティＣ内に加圧注入される。溶融石鹸の供給量がピストン３４のストローク量で決定されることは前述の通りであるが、そのストローク量はサーボモータ３７によって精密に制御される。従って、本発明によれば一定重量の石鹸を容易に製造することができる。
【００３５】
本実施形態におけるキャビティへの溶融石鹸の充填は、初期段階、中期段階及び後期段階の３つの段階に分けて行う。３つの段階の何れにおいても、前述した定容量供給装置、即ちシリンダー３４内のピストン３６の動作速度をサーボモータ３７によって制御して充填速度を調整する。充填の初期段階においては、溶融石鹸を、得られる石鹸中に目視可能な程度の大きさの気泡が存在しないような低充填速度で充填する。この理由は次の通りである。充填速度を余りに高くすると、溶融石鹸が噴射状態でキャビティＣ内に注入され、キャビティＣ内で溶融石鹸が泡立ってしまい、得られる石鹸中にその泡が残存してしまう。そこで前記のような低充填速度で溶融石鹸を充填することでキャビティＣ内での溶融石鹸の泡立ちを防止している。目視可能な程度の大きさの気泡は一般に０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度のものである。
【００３６】
充填の中期段階では、充填初期よりも相対的に高充填速度で溶融石鹸を充填する。この理由は次の通りである。キャビティＣ内での溶融石鹸の泡立ち防止の観点からは、充填中期においても低充填速度で溶融石鹸を充填することが好ましい。しかし、キャビティＣ内が溶融石鹸である程度満たされると、溶融石鹸の自重によって泡立ちしにくくなる。つまり、充填速度をある程度高めても泡立ちしにくくなる。特に本実施形態のようにキャビティＣの下部から上方に向かって溶融石鹸が充填される方法の場合には、一層泡立ちしにくくなる。そこで、製造サイクルを高める観点から充填中期においては、充填初期よりも相対的に高充填速度で溶融石鹸を充填する。充填中期の開始時は、一般にキャビティＣの体積に対して溶融石鹸が５〜３０％程度充填された状態である。
【００３７】
充填の後期段階では、充填中期よりも相対的に低充填速度で該溶融石鹸を充填する。この理由は次の通りである。充填後期では、キャビティＣは溶融石鹸で大部分満たされており空間は少ない。この状態下に高充填速度で溶融石鹸を供給すると、成形型に形成されているエアベント（図示せず）が溶融石鹸で閉塞されて、キャビティＣの空間に存在している空気が抜けきらないおそれがある。空気が抜けきらない場合には、得られる石鹸に凹み等の欠陥が生じてしまう。この不都合を回避するために、充填の後期段階では、充填中期よりも相対的に低充填速度で該溶融石鹸を充填する。充填後期の開始時は、一般にキャビティＣの体積に対して溶融石鹸が７０〜９５％程度充填された状態である。
【００３８】
以上のような充填速度の制御を行うことで、欠陥の無い製品を生産性よく製造することができる。
【００３９】
溶融石鹸の充填速度を、シリンダー３４内のピストン３６の動きを制御することなく制御することもできる。この場合には、押し込みプラグ３３を適宜進退させて、溶融石鹸の供給路の開度を調整する方法が一例として挙げられる。この状態は先に図６（ｂ）に示した通りである。つまり、溶融石鹸の圧力損失又は流体摩擦を制御することで、その充填速度を制御することができる。この制御を一層精密にするには、押し込みプラグ３３をサーボモータを用いて進退させることが有利である。この場合においては、シリンダ３４とピストン３６とから構成される定容量供給装置を用いて一定容量の溶融石鹸をキャビティＣ内に供給しているので、プラグ３３を用いた充填速度の制御は、定容量の溶融石鹸の供給下に行われる。この方法によれば、充填速度を精密に制御しつつ一定容量の溶融石鹸をキャビティＣ内に供給することが容易である。
【００４０】
所定量の溶融石鹸がキャビティＣに充填されたら、図７に示すように押し込みプラグ３３をノズル３２内に完全に挿入して、溶融石鹸の供給を停止する。この後ただちに、或いはほぼ同時に油圧シリンダ４８を作動させてゲートピン２２をゲート２１内に押し込む。これによって、成形型４０における溶融石鹸の供給路は完全に閉塞されて空間が全く存在しない状態となり、供給路内に残存している溶融石鹸はキャビティに追加充填される。更に、注入ノズル３２の内部もプラグ３３によって完全に閉塞され空間が全く存在しない状態となり、ノズル３２内には溶融石鹸は残存していない。つまり、溶融石鹸の充填完了時においては、成形型４０における供給路及び注入ノズル３２から石鹸が取り除かれ、これらの何れにも溶融石鹸が残存していない。その結果、次回の成形に先立ち、成形型や注入ノズルから、固化した石鹸を除去する必要がなく、生産性を高めることができる。また、次回の成形時には新しい溶融石鹸を供給することができるので成形を円滑に行うことができ、また得られる石鹸も均質なものとなる。更に、得られる石鹸に不要な部分が存在していないので、いわゆる端切りが不要である。その上、成形型を毎回清掃する必要がないので生産性に優れる。
【００４１】
キャビティＣ内に充填される溶融石鹸の量は、キャビティＣの体積と同程度又はそれよりも多少多くてもよく或いは少なくてもよい。溶融石鹸の充填量がキャビティＣの体積よりやや少ない場合には、ゲートピン２１の押し込みによる追加充填によって最終的にはキャビティＣの体積と同程度の量の溶融石鹸が充填されることになる。逆に、溶融石鹸の充填量がキャビティＣの体積よりやや多くても、該溶融石鹸が気泡を含む圧縮性流体であることから十分に充填可能である。従って、圧縮性の低い溶融石鹸を用いる場合（例えば、気泡を含有していない溶融石鹸を用いる場合）には、キャビティＣ内に充填される溶融石鹸の量は、キャビティＣの体積と同程度又はそれよりもやや少ない方がよい。
【００４２】
キャビティＣ内に溶融石鹸が加圧充填されると、その圧力がゲート２１に向けて生じる。ゲートピン２２をゲート２１内に押し込み、その状態を維持させるには、この圧力に抗する力をゲートピン２２に加える必要がある。この力を最小限にするためには、ゲートピン２２の押し込み方向（進入方向）が、圧力の生じる方向と９０度の角度をなすようにすればよい。そこで本実施形態においては、ゲートピン２２を水平方向に進退させてその進退方向を、ゲート２１における溶融石鹸の流動方向（この方向は溶融石鹸によって生じる圧力の方向と平行である）に対して９０度としている。また成形型４０の側部にゲートピン２２の進退手段を配してゲートピン２２を水平方向に押し込むようにすることで成形型４０の下側に空間が設けられ、これによって成形の作業性を良好になるという利点もある。
【００４３】
ゲートピン２２をゲート２１内に押し込み且つプラグ３３をノズル３２内に押し込んだ状態下に、図８に示すように、成形部４における油圧シリンダ５１を作動させて成形型４０をノズル３２から引き離す。これと共にキャビティＣ内の溶融石鹸の固化を進行させる。
【００４４】
溶融石鹸の固化がある程度進行したら、図９に示すように、成形部４における油圧シリンダ４４を作動させてピストン４５を引き戻し、第１の割型１と第２の割型２とを型開する。このとき、第１の割型１のキャビティ面に形成されているスリット（図示せず）を通じて吸引を行う。これと共に第２の割型２のキャビティ面に形成されているスリット（図示せず）を通じて該キャビティ面から石鹸Ｓに向けて空気を吹き付け、該キャビティ面からの石鹸Ｓの離型を促進させる。これらの操作によって、石鹸Ｓを第１の割型１のキャビティ面に保持させる。
【００４５】
引き続き、図１０に示すように、第２の割型２の凹部と同形状の凹部を有する受け取り装置７０を第１の割型１の突き合わせ面に対向当接させる。この状態下に、受け取り装置７０の凹部表面に形成されているスリット（図示せず）を通じて吸引を行う。これと共に第１の割型１のキャビティ面に形成されているスリット（図示せず）を通じて該キャビティ面から石鹸Ｓに向けて空気を吹き付け、該キャビティ面からの石鹸Ｓの離型を促進させる。これらの操作によって、第１の割型１に保持されていた石鹸Ｓを受け取り装置７０に受け渡す。その後、第１の割型１と第２の割型２とを型閉して図１に示す状態に復帰させ、これまでに述べた操作を繰り返す。
【００４６】
本実施形態の変形例として、押し込みプラグ３３とゲートピン２２との押し込み順序を逆にする方法がある。この方法においては、キャビティＣへ溶融石鹸を充填しつつ又は充填完了後、先ずゲートピン２２をゲート２１内に押し込む。この押し込みによってゲート２１を閉塞してゲート２１内に空間が存在しないようにする。また、ゲートピン２１の押し込みに連動して、注入部３のピストン３６を引き戻す。これによって、ゲート２１内に残存する溶融石鹸を、キャビティＣ内に追加充填せず、それに代えて型外である注入部３へ吸引除去する。この方法によれば、ゲートピン２１の押し込みよって発生するキャビティＣ内での圧力上昇を最小限に止めることができ、得られる石鹸を一層均質なものとすることができる。また、成形型の温度が低い場合には、一部が固化した状態でゲート内に残存する溶融石鹸がキャビティＣ内に進入することを最小限に止めることができ、これによっても得られる石鹸を一層均質なものとすることができる。
【００４７】
ゲート２１内に残存する溶融石鹸の除去が完了したら、油圧シリンダ３８を作動させて押し込みプラグ３３をノズル３２内に完全に挿入し、ノズル３２の内部をプラグ３３によって完全に閉塞して空間が全く存在しない状態とする。これによって、ノズル３２内に溶融石鹸が残存しないようにする。この後は図８〜図１０に示す操作が行われる。
【００４８】
気泡入り石鹸を構成する配合成分としては、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、香料、水等が挙げられる。更に、抗菌剤、顔料、染料、油剤、植物エキス等の添加物を必要に応じて適宜配合してもよい。
【００４９】
次に、本発明の第２〜第６の実施形態について、図１１〜図１６を参照しながら説明する。これら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１１〜図１６において、図１〜図１０と同じ部材に同じ符号を付してある。
【００５０】
図１１に示す第２の実施形態の製造装置では、循環部６及び注入部３の構造は第１の実施形態と同じであるが、成形型４０を含む成形部４の構造が第１の実施形態と異なる。図１２には本実施形態に用いられる成形型４０の型開状態が示されている。成形型４０における第１の割型１の構造は第１の実施形態と同じであるが、第２の割型２の構造が第１の実施形態と異なる。第２の割型２には、その突き合わせ面ＰＬの一部が半円柱形状に凹設されてゲート２１が形成されている。ゲート２１は、その一端が第２の割型２の凹部２０に通じており、他端が第２の割型２の端面で開口している。第２の割型２におけるゲート２１の形成位置は、第１及び第２の割型１，２が組み付けられて成形型４０を形成する時に、第１の割型１におけるノズル挿入孔１１と対向する位置となっている。従って、両割型が組み付けられて成形型４０を形成すると、ゲート２１は、ノズル挿入孔１１とキャビティとの間に位置して両者を連通させることになる。ゲート２１内には、該ゲート２１の内形状と同形状（即ち半円柱形状）の外形を有するゲートピン２２が、該ゲート２１内に配されている。
【００５１】
図１１に戻ると、ゲートピン２２は、その下端の位置において、油圧シリンダ４８のシリンダー軸４７の先端に取り付けられている。これによって、ゲートピン２２は、ゲート２１内を進退可能になっている。尚、油圧シリンダ４８は、第２の割型２の下端から垂下する支持板４６の側面に取り付けられている。このように、本実施形態の製造装置においては、ゲートピン２１が上下方向に進退する。これに対して先に述べた第１の実施形態においては、ゲートピンは水平方向に進退する。
【００５２】
本実施形態の製造装置を用いた石鹸の製造方法について説明すると、図１１に示す装置が、第１の実施形態に関して説明した図５に示す状態となった後、ロータリーバルブ３５を１８０度反転させてシリンダ３４と循環管路６２との連通を遮断し且つシリンダ３４とノズル３２とを連通させる。引き続き、油圧シリンダ３８を作動させてノズル３２内からプラグ３３を引き抜き、両者間に空隙を形成する。これによって、シリンダ３４、供給管３０、ノズル３２、ゲート２１及びキャビティＣからなる溶融石鹸の供給路が形成される。この状態下にサーボモータ３７を作動させてシリンダ３４内のピストン３６を押し込む。これによって、シリンダ３４内に充填されていた溶融石鹸が前記供給路を通じて成形型４０のキャビティＣ内に加圧注入される。所定量の溶融石鹸がキャビティに充填されたら、押し込みプラグ３３をノズル３２内に完全に挿入して、溶融石鹸の供給を停止する。この後ただちに、或いはほぼ同時に油圧シリンダ４８を動作させてゲートピン２２を上昇させゲート２１内に押し込む。これによって、成形型４０における溶融石鹸の供給路であるゲート２１は完全に閉塞され空間が全く存在しない状態となり、ゲート２１内に残存している溶融石鹸はキャビティに追加充填される。更に、注入ノズル３２の内部もプラグ３３によって完全に閉塞され空間が全く存在しない状態となり、ノズル３２内には溶融石鹸は残存していない。この後は第１の実施形態と同様の操作が行われる。
【００５３】
本実施形態では、ゲート２１がキャビティＣ内に開口する面積を第１の実施形態の場合よりも小さくできるので、得られる石鹸に形成されるゲート２１の痕跡を第１の実施形態の場合よりも小さくできるという利点がある。但し、本実施形態では、ゲートピン２２の進入方向が、ゲート２１における溶融石鹸の流動方向（この方向はキャビティＣ内に加圧充填された溶融石鹸によって生じる圧力の方向と平行である）に対して０度なっており、その圧力をすべてゲートピン２２が受けるので、ゲートピン２２をゲート２１内に押し込み、その状態を維持させるには、第１の実施形態よりも大きな力をゲートピン２２に加える必要がある。このように、ゲートピン２２の進入方向と、ゲート２１における溶融石鹸の流動方向とがなす角度は、（１）ゲートピン２２をゲート２１内に押し込み、その状態を維持させるために要する力と、（２）得られる石鹸に形成されるゲート２１の痕跡の大きさとのバランスを考慮して、０〜９０度の範囲で適宜決定すればよい。この範囲外の角度では、前記バランスが大きく崩れてしまい、また成形部４の構成が極めて複雑になる。
【００５４】
図１３に示す第３の実施形態の製造装置は、これまでに説明した実施形態と異なり循環部を具備していない。また、注入部３の構成が異なる。しかし、成形部４の構成は第１の実施形態と同様である。本実施形態においては、溶融石鹸は、図示していない貯蔵タンクから直接注入部３に供給される。注入部３は、貯蔵タンク（図示せず）に接続している供給管３０を備えている。供給管３０には図示していない加圧ポンプが取り付けられており、この加圧ポンプの圧力によって、貯蔵タンクから注入部に向けて溶融石鹸が供給される。供給管３０には、その側面から突出した注入ノズル３２が設けられている。ノズル３２内には、該ノズル３２の内形状と同形状の外形を有する押し込みプラグ３３が配されている。プラグ３３はこれに接続されているサーボモータ３９によってノズル３２内を進退する。
【００５５】
本実施形態の製造装置を用いた石鹸の製造方法について説明すると、図１３に示す装置が、第１の実施形態に関して説明した図５に示す状態となった後、図示しない加圧ポンプを作動させて供給管３０内の溶融石鹸を加圧して流動させる。更にサーボモータ３９を作動させてノズル３２内からプラグ３３を引き抜き、両者間に空隙を形成する。これによって、供給管３０、ノズル３２、ゲート２１及びキャビティからなる溶融石鹸の供給路が形成される。供給管３０内の溶融石鹸は前述の通り加圧ポンプによって加圧されているので、キャビティＣ内に加圧下に注入される。所定量の溶融石鹸がキャビティに充填されるのとほぼ同時に、押し込みプラグ３３をノズル３２内に完全に挿入して、溶融石鹸の供給を停止する。この後ただちに、或いはほぼ同時に油圧シリンダ４８を動作させてゲートピン２２をゲート２１内に押し込む。これによって、成形型４０における溶融石鹸の供給路であるゲート２１は完全に閉塞され空間が全く存在しない状態となり、ゲート２１内に残存している溶融石鹸はキャビティに追加充填される。更に、注入ノズル３２の内部もプラグ３３によって完全に閉塞され空間が全く存在しない状態となり、ノズル３２内には溶融石鹸は残存していない。この後は第１の実施形態と同様の操作が行われる。
【００５６】
本実施形態においては、先に述べた実施形態と異なり、キャビティＣ内への溶融石鹸の充填量及び充填速度の双方を、押し込みプラグ３３の進退のみで制御している。従って、本実施形態においてはプラグ３３の進退を、一層精密な制御が可能であるサーボモータ３９を用いて行っている。
【００５７】
本実施形態は、成形の度に一層新しい溶融石鹸を供給できるという点、及び溶融石鹸の供給路を簡素化できるという点で、先に述べた実施形態の場合よりも有利である。
【００５８】
図１４に示す第４の実施形態の製造装置は、図１１に示す第２の実施形態の成形部４と、図１３に示す第３の実施形態の注入部３とを組み合わせたものである。従って、本実施形態の製造装置の構成及びこれを用いた石鹸の製造方法は、当業者であれば第２及び第３の実施形態の説明から明らかであり、特に説明を要するものではない。
【００５９】
図１５に示す第５の実施形態は、循環部６の構成が第１の実施形態と異なる。詳細には、貯蔵タンク６１と注入部３との間に循環管路６２を循環する溶融石鹸の冷却用の冷却装置８１が取り付けられている。具体的には、注入部３が循環管路６２に接続されている接続位置と貯蔵タンク６１との間において、循環管路６２に冷却装置８１が取り付けられている。冷却装置８１は、注入部３が循環管路６２に接続されている位置の直ぐ上流側（直前）に取り付けられている。また、循環管路６２には、該循環管路６２を循環する溶融石鹸の加熱用の加熱装置８０も取り付けられている。加熱装置８０の取り付け位置は、注入部３が循環管路６２に接続されている接続位置よりも下流側になっている。つまり、循環管路６２には、溶融石鹸の循環方向に関して、上流側に冷却装置８１が取り付けられており、それよりも下流側に加熱装置８０が取り付けられている。そして、循環管路６２に取り付けられた冷却装置８１と加熱装置８０との間に、溶融石鹸の注入部３が接続されている。加熱装置８０における加熱温度は、循環管路６２から貯蔵タンク６１に戻る溶融石鹸の温度を、貯蔵タンク６１内の溶融石鹸の温度（保温温度）と同温度とするため、循環管路６２の温度よりも高温度に設定されている。一方、冷却装置８１における冷却温度は、循環管路６２を保温する保温装置の保温温度よりも低温度に設定されている。これにより溶融石鹸は、その保温温度よりも例えば０．５〜１０℃程度低く冷却される。勿論、冷却温度は石鹸の溶融温度以上となっている。加熱装置８０としては、熱交換器などを用いることができる。冷却装置８１としては、熱交換器などを用いることができる。
【００６０】
本実施形態においては、溶融石鹸が、成形型のキャビティに注入される前に、循環中の温度（保温温度）よりも低い温度に冷却されるので、キャビティ内での冷却固化時間が第１の実施形態の場合よりも短縮されるという利点がある。特に、溶融石鹸をキャビティに供給する直前で、保温温度よりも０．５〜１０℃低い温度に冷却することで、撹拌や剪断が加わっていないキャビティ内での静置時間を短縮できるので、固化するまでに発生する気泡の合一や分離が低減できるので好ましい。但し、冷却装置８１によって溶融石鹸を冷却すると、循環管路６２内における溶融石鹸の流動性が低下して円滑な循環を行えないおそれがあることから、循環管路６２における、該循環管路６２と注入部３との接続位置よりも下流の位置に、該循環管路６２の保温装置とは別に、溶融石鹸の加熱用の加熱装置８０を取り付け、該加熱装置８０による加熱で溶融石鹸の円滑な循環を確保している。
【００６１】
図１６に示す第６の実施形態においては、循環部６に取り付けられている循環管路６２に注入部３が接続されていない。また、加熱装置及び冷却装置も取り付けられていない。これに代えて、循環管路６２とは別に貯蔵タンク６１に接続された接続管路８３を介して、注入部３が貯蔵タンク６１に接続されている。そして貯蔵タンク６１と注入部３とを接続する接続管路８３には冷却装置８１が取り付けられている。つまり、貯蔵タンク６１と注入部３との間に冷却装置８１が取り付けられている。尚、図１６においては、注入部３が一つしか図示されていないが、複数の注入部を貯蔵タンク６１に接続してもよい。その場合には、各注入部と貯蔵タンク６１とを接続する管路に冷却装置をそれぞれ取り付ける。何れの場合においても、冷却装置８１による冷却温度は、貯蔵タンク６１を保温する保温装置の保温温度よりも低温度に設定されている。これにより溶融石鹸は、その保温温度よりも例えば０．５〜１０℃程度低く冷却される。
【００６２】
本実施形態においても、第５の実施形態と同様に、溶融石鹸が、成形型のキャビティに注入される前に、循環中の温度よりも低い温度に冷却されるので、キャビティ内での冷却固化時間が第１の実施形態の場合よりも短縮されるという利点がある。その上、第５の実施形態と異なり循環管路６２を冷却していないので、第５の実施形態で用いた加熱装置を用いなくても良いとい利点もある。その分、製造装置の構成を簡単にすることができる。
【００６３】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば前記各実施形態においては、押し込みプラグ３３は注入ノズル３２の内形状と完全に合致しており、プラグ３３がノズル内に完全に挿入された状態においては、ノズル内には空間が全く存在していなかったが、プラグ３２の形状は、ノズル３２内に成形に差し支えのない程度の量の溶融石鹸が残存してもよい限度において、少なくともノズル先端部の形状と合致していればよい。逆に、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、ノズル３２の内形状よりもプラグ３３の形状が大きく、プラグ３３の後端部が供給路３０内に突出していてもよい。
【００６４】
また、注入ノズルの形状は截頭円錐形に限られず、他の形状、例えば截頭角錐形などでもよい。
【００６５】
また、前記各実施形態においては、ゲートピン２２の進退方向がゲート２１における溶融石鹸の流動方向と０度又は９０度の角度をなしている場合について説明したが、この角度は前述の通り、ゲートピン２２をゲート２１内に押し込み、その状態を維持させるために要する力と、（２）得られる石鹸に形成されるゲート２１の痕跡の大きさとのバランスを考慮して、０〜９０度の範囲で決定すればよい。
【００６６】
第３及び第４の実施形態においては、溶融石鹸の供給管３０が直接貯蔵タンクに接続されていたが、これに代えて第１及び第２の実施形態のように溶融石鹸の循環管路に接続されていてもよい。逆に、第１及び第２の実施形態において、溶融石鹸の供給路が貯蔵タンクに直接接続されていてもよい。
【００６７】
また前記実施形態においては、ノズル挿入孔１１の内形状と、ノズル３２の外形状とが完全に合致しており、両者間には空間が全く存在していなかったが、ノズル３２の形状は、成形に差し支えのない程度の量の溶融石鹸がノズル挿入孔１１内に残存してもよい限度において、例えば図１８（ａ）に示すように、少なくともノズル挿入孔１１の最奥部の形状と合致していればよい。また、ノズル３２の形状がノズル挿入孔１１の最奥部の形状と合致していなくても、図１８（ｂ）に示すように、ノズル３２の先端にＯリング３２ａを取り付けることで、ノズル３２の挿入時にノズル３２の先端形状がノズル挿入孔１１の最奥部の形状と合致するようにしてもよい。
【００６８】
また、第１及び第２の実施形態においては、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示すように、供給管３０の先端に形成された液溜まり部３１の下部に、循環管路６２に接続された帰還管３１ａを設け、更に該帰還管３１ａに開閉バルブ３１ｂを取り付けてもよい。石鹸の成形操作時には、図１９（ａ）に示すようにバルブ３１ｂを閉じておく。成形操作の停止時には、図１９（ｂ）に示すようにバルブ３１ｂを開き且つピストン３６によって供給管３０内に溶融石鹸を送り込み、これを帰還管３１ａを通じて循環管路６２に帰還させる。これによって、成形操作の中断後、操作を再開する場合であっても。ノズル３２内に常に新鮮な溶融石鹸が供給される。
【００６９】
前記の各実施形態は気泡入り石鹸の製造方法に係るものであったが、本発明はこれ以外の石鹸の製造にも同様に適用できることは言うまでもない。また成形型として、前述した閉鎖されている成形型だけでなく、開放されている成形型を用いることもできる。
【００７０】
また、前記実施形態においては、成形型４０を含む成形部４全体が移動可能になっており、注入ノズル３２を含む注入部３に対して接離可能になっていたが、これに代えて又はこれに加えて、注入ノズル３２を含む注入部３全体が移動可能になっており、成形型４０を含む成形部４に対して接離可能になっていてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、成形型への溶融石鹸の充填が完了した時点において、成形型のゲート内に溶融石鹸が滞留したり残存したりすることが無い。また充填ノズル内に溶融石鹸が滞留したり残存したりすることも無い。従って、次回の成形に先立ち、成形型から固化した石鹸を除去する必要がなく、生産性を高めることができる。また、次回の成形時には新しい溶融石鹸を供給することができるので成形を円滑に行うことができ、また得られる石鹸も均質なものとなる。更に、得られる石鹸に不要な部分が存在していないので、いわゆる端切りが不要である。その上、成形型を毎回清掃する必要がないので生産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の石鹸の製造装置における循環部を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の石鹸の製造装置における注入部及び成形部を示す模式図である。
【図３】図３は、成形型の型開状態を示す斜視図である。
【図４】図４（ａ）は成形開始時の状態を示す模式図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の要部拡大図である。
【図５】図５は、シリンダ内に溶融石鹸を充填する状態を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）はキャビティ内に溶融石鹸を注入する状態を示す模式図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の要部拡大図である。
【図７】図７は、キャビティ内への溶融石鹸の充填が完了した状態を示す模式図である。
【図８】図８は、成形部を注入部から離間した状態を示す模式図である。
【図９】図９は、成形型を型開した状態を示す模式図である。
【図１０】図１０は、石鹸を受け取り手段に受け渡す状態を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の石鹸の製造装置における注入部及び成形部の別の実施形態を示す模式図である。
【図１２】図１２は、別の成形型の型開状態を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、本発明の石鹸の製造装置における注入部及び成形部の更に別の実施形態を示す模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の石鹸の製造装置における注入部及び成形部のまた更に別の実施形態を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の石鹸の製造装置における循環部の別の実施形態を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の石鹸の製造装置における循環部の更に別の実施形態を示す模式図である。
【図１７】図１７（ａ）及び図１７（ｂ）はそれぞれ、押し込みプラグの別の実施形態を示す模式図である。
【図１８】図１８（ａ）及び図１８（ｂ）はそれぞれ、ノズル及びノズル挿入孔の別の実施形態を示す模式図である。
【図１９】図１９（ａ）及び図１９（ｂ）はそれぞれ、注入部の別の実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 第１の割型
２ 第２の割型
３ 注入部
４ 成形部
６ 循環部
１１ ノズル挿入孔
２１ ゲート
２２ ゲートピン
３２ 注入ノズル
４０ 成形型

Claims (2)

1. 所定形状のキャビティ及び該キャビティに通ずる溶融石鹸の供給路を備えた成形型と、該成形型へ溶融石鹸を供給する供給管とを具備する石鹸の製造装置であって、
   前記成形型が、冷却水の循環路が設けられた一組の割型を組み付けて形成されており、
   前記供給管が、前記供給路の供給孔に挿入されるノズルと該ノズル内に進退可能に配された、該ノズルの内形状と同形状の外形を有するプラグとを有し、
   前記供給路が、前記ノズルとの間に空隙が無く該ノズルが挿入される前記供給孔及びゲートを含み、該ゲート内に、該供給孔と前記キャビティとの連通を遮断させる、該ゲートの内形状と同形状の外形を有するゲートピンが進退可能に配されており、
   前記プラグの前記ノズル内への押し込みによって前記キャビティ内への溶融石鹸の供給の停止後ただちに或いはほぼ同時に、前記ゲートピンの進入によって前記供給路を完全に閉塞することで、該供給路内に残存する溶融石鹸を取り除くようになされている石鹸の製造装置。
2. 前記ゲートピンの進入方向が前記ゲートにおける前記溶融石鹸の流動方向と０〜９０度の角度をなしている請求項１記載の石鹸の製造装置。

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