JP4821020B2 - 流体小出し容器のための圧力制御デバイス - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段部分による、一定の予め決定された過剰圧力を維持するための、流体小出し容器用の圧力制御デバイスに関する。本発明は、さらに、請求項８による、かかる圧力制御デバイスを製造するための方法に関する。

圧力制御デバイス付きの容器は、殆ど３０年以来特許文献で知られているが、今日まで、商品は、市場で入手できない。

ＥＰ−Ａ−０ ３４９０５３には、二つのチャンバからなる、スプレー缶のための圧力カプセルが記載されている。第１のチャンバには、比較的高圧力下の流体が充填され、第２のチャンバには、通常スプレー缶内に存在し、且つ液体を噴出させるのに必要とされる超過圧力と等しい圧力の流体が充填されている。第２のチャンバの壁で、膜が弁を制御する。壁の栓は、弁が閉鎖状態を保つように、流体を圧力下に保つ。

１９９３年に発行されたＷＯ−Ａ−９３／２２２２２（Cruysberghs）には、原則として、容器内に一定圧力を維持するための圧力制御デバイスが開示されている。デバイスの多くの異なる実施形態が説明されているが、実際には、商業規模で実現されたものはない。

このような圧力制御デバイスのさらなる例が、ＰＣＴ特許出願ＷＯ−Ａ−９９／６２７９１から知られている。そこに説明されているデバイスは、流体を小出しするために構成された容器内に、予め決定された一定圧力を維持するために設けられる。圧力制御デバイスは、第１のチャンバ及び第２のチャンバ、並びに閉鎖部材を有し、該閉鎖部材は、第２のチャンバに対する閉鎖部材の位置に応じて第１のチャンバと容器との間の流体連結部を開閉するために、第２のチャンバに対して移動できる。第１のチャンバには、使用中、容器内の圧力よりも高い圧力を有するガスが充填される。第２のチャンバは、予め決定された又は基準圧力のガスを有して閉じられ、第１のチャンバの外側に配置される。図２による第１の実施形態では、第１のチャンバは、容器内に逆さに配置されたカップ形状のホルダーとして備えられ、且つ第１のチャンバの長手方向の縁部が、容器の底及び直立の側壁と一緒に接合される。図３には、第２の実施形態が示され、カップ状の第１のチャンバの直径は、容器の内径よりも大変小さい。チャンバは、容器内の中央に配置され、且つ長手方向の縁部が容器の底と接合される。図４には、第３の実施形態が示され、図４におけるチャンバと同じ第１のチャンバが容器に対して偏心して配置さる。図５では、容器の高さの中間より僅か下にディスクが設けられ、密封用リングを介して、容器の内壁と気密に連結される。このディスクは、容器を二つの（固定配列）部分に分割する。同様の構造が図６ａ及び６ｂに示される。さらに、図７では、圧力制御デバイスの第１のチャンバが、プランジャとして設計され、そしてそれは、密封用リングで容器の内壁に密封され、容器内で軸方向に移動できる。かくして、プランジャは、容器を二つの部分に分割し、上部分には、小出しされるべき流体が充填される。第１のチャンバからの流体連結部は、下部分で終わる。容器の上にある押しボタンによって流体が小出しされ、容器内の圧力が降下したとき、下部分と上部分との間の圧力差のために、プランジャは、下部分と上部分との間の圧力平衡が得られるまで上方に移動する。従って、下部分の圧力が減じ、その結果、第２のチャンバ内の圧力が高くなり、閉鎖部材は、第１のチャンバと下部分との間の流体連結部を開き、下部分内の圧力は上昇する。するとプランジャは、第２のチャンバ内の予め決定された又は基準圧力に相当する、圧力平衡が得られるまで、再び上方に移動させられる。最後に、図８による実施形態では、第１のチャンバは、円筒形設計のものであり、容器の内径に相当する外径を有し、かくして、第１のチャンバは、容器内にぴったりと嵌められる。

図７の圧力デバイスだけが、軸方向に移動できる。他の全ての例では、圧力デバイスは、容器内に固定して配置される。図７の完全な圧力制御デバイスは、小出しされている流体を噴出させるピストンとして機能するプランジャとして設計される。しかしながら、圧力制御デバイスの設計は、その大きな寸法のために、不利であるから、流体を小出しするために容器を使用することができない。

別体のモジュールとしての上記の圧力制御デバイスのさらなる重要な問題は、容器内に取り付ける前に、第１及び第２のチャンバを加圧する必要があることである。実際には、これは、例えば、構造がワンピースであり、製造ラインが非常に高い生産量で作動するアルミニウムエアゾール缶で達成するのは大変困難であり、コスト高である。さらなる主要な不利は、後で容器内に取り付けられる、別体の圧力制御デバイス内の圧力が、商業的供給チェーンでの貯蔵及び流通に必要な数ヶ月の間に大部分降下することが証明されていることである。加えて、圧力制御デバイスの加圧は、規定量の圧力を得るために、流体連結部が閉じて行われなければならない。かくして、周知の圧力制御デバイスは、大きな工業規模での用途には適さない。

従って、本発明の目的は、構造が簡単である流体小出し容器のための圧力制御デバイスを提供することにある。本発明の他の目的は、流体小出し容器に容易に組み立てられる圧力制御デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明のこの目的及び他の目的は、請求項１に記載の圧力制御デバイス、及び請求項８に記載の製造方法により達成される。

本発明の主要な利点は、圧力制御デバイスが、液体小出しボトルの実施及び充填後に加圧されることができることである。これは、流体容器のボトルに流体を充填するのと同時に圧力制御デバイスを加圧してもよいことを意味する。かくして、例えば上述のように、以前の圧力制御デバイスで必要であったように、デバイスを前もって加圧する必要がない。第２のチャンバが、第１のチャンバを包囲しているため、非常に小型の圧力制御デバイスが得られるので、ボトル内の全体の使用できる空間は、周知の実施形態におけるよりも大変大きい。圧力制御デバイスは、前もって製造され、既存のプラスチックボトル内に容易に実行されることができるため、例えば化粧品のための既存の生産及び充填手順を、生産ラインに少しの追加の準備だけで維持することができる。

発明のさらなる利点は、従属の請求項に、及び発明の例示の態様を添付図面に関して記載する、以下の説明に開示されている。

図１及び２には、容器内に一定の予め決定された過剰圧力を維持するための圧力制御デバイス１が、斜視図及び分解組立図で示される。デバイス１は、大きいＯリング５の付いた可動ピストン４の付いた第１のシリンダ又はカップ状のインサート３によって設けられた第１のチャンバ２、及び解放端８及び閉鎖端９をもったボトル型の第２のシリンダ７によって設けられた第２のチャンバ６を含む。シリンダ７の開放端８は、テーパー付首部分１０、及びフランジ１１を有し、該フランジには、段付漏斗１３を有するリング形状のインサート又はクロージャ１２が取り付けられ、漏斗１３に、カップ状のインサート３が固定される。ピストン４は、より大きい直径の端部１５をもったステム１４を有する（図２）。密封用Ｏリング１７の付いた停止要素１６が、クロージャ１２の他端に取り付けられ、密封用Ｏリングは、クロージャの弁座と共に、閉鎖又は調整弁を構成する。シリンダ７の底部９には、開口部１９に、シリンダ７を加圧するためのシール又はニコルソンプラグ（Nicholson plug）１８が取り付けられる。

図１ａには、停止要素１６が拡大して示される。停止要素１６は、円筒部分２０、及び大きいリング部分２１を含み、リング部分２１の下側には、クロージャ１２の下リム２３に超音波溶接するための鋸歯状の歯２２がある。停止要素１６の内円形中空部２４には、ピストンのステム１４を案内するための、互いに１２０度の角度に間隔を隔てた３つの案内用リブ２５が設けられる。さらに、ピストンのステム１４は、ステムの軸に平行な２つの溝を有し、２つの溝は、ステム１４の端部１５及び小さいＯリング１７によって作られた調整弁に加わる高圧の気体又は空気を通気する。これらの溝は、端部１５まで延びる。図１ｂには、クロージャ１２が拡大して示される。図でわかるように、リング形溝２７を有する大きいリム部分２６が設けられ、リング形溝２７には、クロージャ１２をシリンダ７のフランジ１１に超音波溶接するための内歯２８のリング、及び外歯２９のリングがある。図１ｃには、カップ状のインサート３が拡大して示され、図１ｃは、リムに規則正しく分配された６個の切り込み３２を備えて、下面に鋸歯状の歯３４をもった突起３３を形成する円形上プレート３１（図２ｃ参照）を示す。さらに、円筒形のカップ３の開放端３６には、軸方向に向いた切り込み３７が設けられる。組立てられたならば、密封用リング５の付いたピストン４は、圧力平衡で、即ち初期の又は非加圧位置で、切り込み３７の端部を覆っているだけである。加えて、インサート３の開放端のすぐそばで、内壁３８には、切り込み３７に段部３９が設けられ、密封用Ｏリング５の付いたピストン４が初期又は非加圧状態（下記を参照）でその段部３９に位置している。密封用Ｏリング５及びカップ状のインサート３の壁との間の摩擦を下げるために、例えば、シリコン又はグラファイトオイルからなる摩擦減少ゲルが密封用Ｏリング５を被覆するために使用される。

図１ａ、１ｂ、及び１ｃに示す要素と同じ番号が付された図２、並びに図２ａ、２ｂ、及び２ｃでは、図１と同じ圧力制御デバイス１がひっくり返して描かれる。

図３ａ、及び３ｂは、上で説明した異なる部分の組立位置を示す。

図４には、組立てられた圧力制御デバイス１の断面の一部が示され、そして矢印３５は、クロージャ１２と第２のシリンダ７のフランジの間、突起３３と漏斗１３の内リング段部４０の間、及び停止要素１６のリング部分２１とクロージャ１２の下リム２３の間の溶接領域を指す。

〔作用〕
上で説明した圧力制御デバイス１の機能は以下の通りである。第２のチャンバ６内には、約８．１６kg/cm²（８bar）の超過圧力の不活性ガス、特に普通の空気が充填される。組立位置では、第１のチャンバ２は、通常の気圧であり、ピストン４の密封用リング５は、切り込み３７の端部を覆っているだけであり、又は内段部３９に位置している。第２のチャンバ６内の超過圧力によってステム１４に加えられた力は、停止要素１６と密封用Ｏリング１７との間の弁が閉じるまで、ピストンをインサート３の円形上プレート２７に向かって押す。ボイル・シャルルの法則によればピストン４の上の空間内の圧力が上昇し、全体の温度が一定であるから、第１のチャンバ２内の圧力は、閉弁位置での容積、初期位置での容積、及び通常の圧力に比例する。第２のチャンバから弁を通して外部まで、即ちインサート３の上プレートの上の外部まで通路がある。そのように組立てられた圧力制御デバイス１は、例えばつまみによって作動されるスプレーバルブの付いた流体容器の底部に取り付けられる。容器内の圧力が第１のチャンバ２内の制御圧力と等しければ、圧力制御デバイス１の調整弁は閉じたままとなる。しかしながら、いくらかの流体がスプレーバルブを通して小出しされるならば、容器内の圧力は降下し、調整弁は開くので、超過圧力のガスが第２のチャンバから容器に流れる。容器内の圧力が大変急速に制御圧力に等しくなるので、調整弁は再び閉じる。

スプレーバルブを通じて大量の流体が消費されるならば、調整弁は、開位置と閉位置との間を往復する。実際には、ピストンは、弁を開閉するために密封用Ｏリング３４の転がり運動によって、数分１０又は数１００分の１ミリメートルだけ移動させられる。

〔理論上の計算〕
圧力制御デバイスの数学モデルは、制御圧力は、以下の式に従うことを示す。

ここで、
Ｐ_C＝制御又は過剰圧力
Ｐ_R＝第２のチャンバ内の圧力
Ｐ_l＝初期位置での圧力（通常の気圧）
Ａ₁＝ピストンステムの面積
Ａ₂＝ピストンの面積
Ｖ₁＝初期位置での、ピストンより上の第１のチャンバ内の容積
Ｖ₂＝加圧位置での、ピストンより上の第１のチャンバ内の容積

かくして、この方程式は、第２のチャンバ６内の圧力、並びにピストン４及びピストンのステム１４の寸法が決定されたときに、容器の圧力を計算するのを可能にする。方程式は、さらに、圧力制御デバイス１が開いたままとなる、Ｐ_RがＰ_Cと等しくなるまで、第２のチャンバ内の圧力Ｐ_Rが減ずると、第１のチャンバ２内の制御圧力Ｐ_Cが僅かに増すことを示す。かくして、方程式は、また容器内の全ての流体を小出しするための最小圧力Ｐ_Rを決定するのを可能にする。

ピストン４及びピストンのステム１４の予め決定された幾何学的寸法では、容積Ｖ₂は、制御又は過剰圧力Ｐ_Cを定める。かくして、ピストン４の厚さだけを修正することによって、カップ状のインサート３の同じ形状で、異なる制御圧力Ｐ_Cを得ることができる。

〔製造工程〕
カップ状のインサート３、及びクロージャ１２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で成形される。ピストンのステム１４の付いたピストン４、及び停止要素１６は、ポリオキシエチレン（ＰＯＭ：ポリアセタール）で成形される。ボトル状のシリンダ７は、ＰＥＴで射出吹込み成形される。シリンダ７を製造するための射出吹込み成形の主要な利点は、同じツールで異なる大きさのものを製造することができることであり、且つ吹込み工程中延伸ＰＥＴの配向は、高い強度及び良好な気体遮断性を与える高い結晶構造をもたらすことである。

組立工程は以下の通りである。最初に、密封用Ｏリングの付いたピストン４を、カップ状のインサート３に導入する。次いで、インサート３を、鋸歯状の歯３４の付いた突起３３が漏斗１３のリング段部にしっかり位置するまで、クロージャ１２の漏斗１３内に押し込む。次いで、インサート３を、漏斗１３に超音波溶接する。しかる後、小さい密封用Ｏリング１７の付いた停止要素１６を、ピストンのステム１４に押し嵌め、停止要素１６を、漏斗１３にスナップ嵌め連結固定し、かくして、Ｏリング１７を漏斗１３と停止要素１６の上面との間に挟持する。次いで、停止要素１６のリング部分２０を、漏斗の下リムに超音波溶接する。最後に、クロージャ１２を、シリンダ７のフランジ１１に取り付け、フランジ１１に超音波溶接する。そのように組立てられた圧力制御デバイス１は、例えばスプレーノズルを有する流体小出し容器に取り付けられるべく使用の準備ができている。以下、シリンダ７を、約８．１６kg/cm²（８bar）の超過圧力の不活性ガス又は空気で加圧し、ピストン４を上方に移動させ、ピストンのステム１４及び小さいＯリング１７によって作られる調整弁を閉鎖させ、容器を予め決定された過剰圧力で加圧する。要求されるなら、幾分異なる順序で組立を行ってもよい。

要素を、回転溶接、レーザ溶接、或いは周知の他のプラスチック溶接方法のような他の溶接方法で、又は接着剤或いは、機械的な固着、例えばスナップ嵌め又はネジで固定してもよいことは明らかである。

発明のさらなる利点は、普通の空気又は他の適当な不活性ガスだけが圧力充填のために使用されるから、製造設備、道具、製造工場、及び作業工程は、危険な可燃性燃料のために普通は必要とされる特別な安全要求を考慮に入れる必要がない。

図１a〜図１cは、圧力制御デバイスの斜視図、分解図、及び底面図であり、或る部分は拡大縮尺で示す。 図２a〜図２cは、同圧力制御デバイスの上面図である。 圧力制御デバイスの組み立てを説明するための、下から見た分解図である。 圧力制御デバイスの組み立てを説明するための、上から見た分解図である。 組立てられた圧力制御デバイスの一部の断面斜視図である。 組立てられた圧力制御デバイスの三つの断面図である。

Claims (12)

1. 開放端及び閉鎖端を有し、予め決定された過剰圧力のガスで加圧されるために設けられた第１のシリンダ（３）と、
   前記第１のシリンダ内で移動できる、密封用リング（５）の付いたピストン（４）と、
   閉鎖端及び開放端を有し、前記過剰圧力よりも高い圧力のガスが充填されるために設けられた第２のシリンダ（７）と、を有し、
   前記第１のシリンダ（３）は、前記第１のシリンダと第２のシリンダとの間にリング形の通路を形成するように前記第２のシリンダ（７）により包囲され、前記第２のシリンダ（７）の前記開放端は前記第１のシリンダの前記開放端に隣接して配置され、
   さらに、前記第２のシリンダ（７）の内部から、前記第１のシリンダ（３）の外壁を通って外部に至る通路と、
   前記通路を開閉する弁とを有し、
   前記ピストンは、前記弁を開閉するためのステム（１４）を含む、
   流体小出し容器のために設けられる圧力制御デバイスにおいて、
   前記第１のシリンダ（３）の前記開放端は、少なくとも一つの軸方向に向いた切り込み（３７）を備え、前記第１のシリンダ（３）に導入され、且つ前記切り込み（３７）の端部を覆う前記密封用リング（５）の付いたピストン（４）が非加圧状態にあり、
   前記ステム（１４）は、前記ピストンの上部位置で前記弁を閉じる停止要素（１５）を有し、前記ステムの長さは、前記非加圧状態と前記閉弁位置との間での前記ピストンのストロークを決定するように定められ、
   前記ピストンのストロークが、前記閉弁位置で前記ピストンのスペースの内容積に関連して、前記予め決定された過剰圧力を定めること、
   を特徴とする圧力制御デバイス。
2. 前記第１のシリンダ（３）は、前記少なくとも一つの切り込みの端部に設けられた内側段（３９）を有し、前記密封用リング（５）の付いた前記ピストン（４）が前記非加圧状態で、前記内側段に位置すること、
   を特徴とする請求項１に記載の圧力制御デバイス。
3. 前記ピストンの外輪郭は、前記密封用リング（５）だけが前記第１のシリンダの内壁に接触するように、前記第１のシリンダ（３）の内径よりも小さいこと、
   を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかの項に記載の圧力制御デバイス。
4. 前記密封用リング（５）は、摩擦減少ゲルを備えていること、
   を特徴とする請求項３に記載の圧力制御デバイス。
5. 前記摩擦減少ゲルは、シリコン又はグラファイトオイルからなること、
   を特徴とする請求項４に記載の圧力制御デバイス。
6. 前記第２のシリンダ（７）は、第１のシリンダとしての円筒形のカップ（３）が取り付けられる漏斗状のクロージャ（１２）によって閉じられること、
   を特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかの項記載の圧力制御デバイス。
7. 前記漏斗状のクロージャ（１２）は、溶接によって前記第２のシリンダ（７）に固定され、且つ
   前記円筒状のカップ（３）は、溶接によって前記クロージャ（１２）に固定されたこと、
   を特徴とする請求項６に記載の圧力制御デバイス。
8. 請求項１乃至７の何れかの項に記載の圧力制御デバイスを製造する方法であって、
   前記第１のシリンダ（３）及び前記第２のシリンダ（７）は、適当な合成材料で形成され、
   前記ステム（１４）の付いた前記ピストン（４）、及び前記弁要素は、適当な合成材料から形成され、
   前記密封用リング（５）の付いた前記ピストン（４）は、前記第１のシリンダ（３）の中の圧力が上昇し始めるまで前記第１のシリンダ（３）の中に導入され、
   前記第１のシリンダ（３）は、前記第２のシリンダ（７）を閉じるために設けられたクロージャ（１２）の中に取り付けられ、
   前記弁要素（１６，１７）は、前記クロージャ（１２）の中に取り付けられ、
   前記クロージャ（１２）は、前記第２のシリンダ（１２）に取り付けられたこと、
   を特徴とする方法。
9. 前記密封用リング（５）には、摩擦減少ゲルが設けられる、
   請求項８に記載の製造方法。
10. 前記摩擦減少ゲルは、シリコン又はグラファイトオイルからなる、
    請求項９に記載の製造方法。
11. 前記第１のシリンダ（３）及び前記弁要素（１６）は、前記クロージャ（１２）に溶接され、
    前記クロージャ（１２）は、前記第２のシリンダ（７）に溶接される、
    請求項８乃至請求項１０の何れかの項に記載の製造方法。
12. 前記第１のシリンダ（３）、及び前記弁要素（１６）は、前記クロージャ（１２）に超音波溶接され、
    前記クロージャ（１２）は、前記第２のシリンダ（７）に超音波溶接される、
    請求項１１に記載の製造方法。

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