JP6772362B2 - 容器を流体で充填するための流体充填ノズル、装置、及び方法 - Google Patents

Description

本開示は、容器を流体で充填するための技術を提供する。詳細には、本開示は、流体充填ノズル、装置、及び投与間に流体充填ノズルから延びる液体糸フィラメントを切断するために超音波振動を利用した方法に関する。

高速容器充填システムは周知であり、多くの異なる産業で使用されている。このシステムの多くにおいて、流体は、一連のポンプ、加圧タンク及び流量計、流体充填ノズル、及び／又はバルブにより充填される容器に供給されて、正確な量の流体が容器に確実に分注されるようになっている。しかしながら、１つの充填サイクルの終了時、又は連続した充填サイクルの間に、従来のポンプ、加圧又は重力供給システム、充填ノズル、及びバルブでは、流体充填ノズルの先端と充填される容器との間に延びる流体糸フィラメントが形成される場合がある。糸フィラメントの長さ及び重力下での分解時間は、流体（粘度、粘弾性特性）、ノズル形状及び周囲の媒体（例えば、相対湿度又は溶媒の分圧）に依存している。糸形成は、液体洗剤、スキンクリーム、シャンプー及びコンディショナーなどの消費者製品を充填する際によく起こることが判明している。流体が環境に曝されること、充填装置上及び容器の外側に飛散すること、及び／又は単位用量パッケージの場合は充填される容器の封止領域を汚染することを防止するため、かかる流体糸フィラメントは、次の充填サイクルの開始前に切断する必要がある。一般的には、この液体糸フィラメントは、吸い戻し機構、流体充填ノズルの変位、及び／又は重力によって切断される。かかる用途では、各容器を充填するのに要する合計時間が長くなる。

したがって、改良された流体充填システム、特に、連続した充填サイクルの終了時又は連続充填サイクル間で液体糸フィラメントを切断するのに要する時間を減少させる流体充填ノズルが提供されることが望ましい。

一実施形態において、本開示は、容器を充填するための流体充填ノズルに関する。流体充填ノズルは、任意の適当な種類のノズルであってよい。いくつかの場合において、流体充填ノズルは、流体をストリームの形で分注するように構成された超音波ノズルとすることができる。流体充填ノズルは、長手方向中心線及び排出端と排出端のオリフィスとを有する本体を含む。流体充填ノズルは、容器を充填するための流体の流れを受け、オリフィスから容器内に流体をストリームの形で吐出するように構成されている。流体充填ノズルは、流体充填ノズルへの流体の流れが停止されるときに、基準超音波周波数で、かつある振動振幅で振動するように更に設定されている。振動振幅は、流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体の流体糸を切断するように設定されている。

流体充填ノズルは、複数の異なる様式の１つで動作するように構成することができる。第１の場合において、流体充填ノズルは、流体の流れを受けるときにノズルを振動させないように超音波振動が印加されない状態で動作し、その後、流体充填ノズルへの流体の流れが停止されるときに、基準超音波周波数で、かつ流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体の流体糸を切断するように設定された振動振幅で振動するように構成することができる。第２の場合では、流体充填ノズルは、流体の流れを受けるとノズルを基準超音波周波数で、かつ一定に維持され、流体充填ノズルへの流体の流れが停止されるときに流体糸を切断するように設定された振幅で振動させるように印加された超音波振動で動作するように構成することができる。第３の場合では、流体充填ノズルは、流体の流れを受けるとノズルを基準超音波周波数で、かつ第１の振動振幅で振動させ、その後、流体充填ノズルへの流体の流れが停止されるときに、基準超音波周波数で、かつ第２の振動振幅で振動させるように印加された超音波振動で動作するように構成することができる。第２の振動振幅は第１の振動振幅よりも高く、流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体の流体糸を切断するように設定されている。

別の実施形態において、本開示は、容器を充填するための方法に関する。この方法は、流体充填ノズルによって、容器を充填するための流体の流れを受けることを含む。流体充填ノズルは、長手方向中心線及び排出端と排出端のオリフィスとを含む本体を有する。この方法はまた、流体の流れが流体充填ノズルにより受けられるときに、流体充填ノズルにより、オリフィスから容器内に流体をストリームの形で吐出することも含む。この方法は、流体充填ノズルへの流体の流れが停止されるときに、基準超音波周波数で、かつある振動振幅で流体充填ノズルを振動することを更に含む。この振動振幅は、流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体の流体糸を切断するように設定されている。この方法は、上記に述べた３つの様式のいずれかで流体充填ノズルを振動させることができる。

更なる別の実施形態において、本開示は、容器を充填するための流体充填装置に関する。流体充填装置は、流体の流れを選択的に制御するように構築された流体フロー制御機構と、流体フロー制御機構と流体連通する流体充填ノズルと、を含む。流体充填ノズルは、長手方向中心線及び排出端と排出端のオリフィスとを含む本体を有する。流体は、流体フロー制御機構が流体を流体充填ノズルに流す際にオリフィスからストリームの形で容器内に吐出される。流体の一部は、流体が流体充填ノズルに流れることを流体フロー制御機構が防止すると排出端のオリフィスから延びる流体糸を形成する。流体充填装置は、流体が流体充填ノズルに流れることを流体フロー制御機構が防止すると基準周波数で電力信号を生じるように構成された制御信号を選択的に発生するように構成された制御ユニットも含む。流体充填装置は、充填ノズルと連通している超音波トランスデューサを更に含む。超音波トランスデューサは、基準周波数で流体充填ノズルを振動させるように構成されている。超音波トランスデューサは、電力信号に応じた振動振幅で流体充填ノズルを振動させるように構成されている。この振動振幅は、流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体糸を切断するように設定されている。流体充填装置は、上記に述べた３つの様式のいずれかで流体充填ノズルを振動させるように構成することができる。

更なる別の実施形態において、本開示は、容器を充填するための更なる方法に関する。この方法は、流体フロー制御機構により、長手方向中心線及び本体を有する、流体フロー制御機構と流体連通した流体充填ノズルに流体を流すことを含む。本体は、排出端と排出端のオリフィスとを有する。この方法は、流体をストリームの形で流体充填ノズルのオリフィスから容器内に吐出することを更に含む。この方法は、流体フロー制御機構によって、流体充填ノズルに流体が流れて流体の一部が流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体糸を形成することを防止することを更に含む。更に、この方法は、制御ユニットによって、基準周波数で電力信号を生じるための制御信号を発生することを含む。この方法は、電力信号の関数として超音波トランスデューサによって流体充填ノズルを基準周波数かつある振動振幅で振動させて流体充填ノズルの排出端でオリフィスから延びる流体糸を切断することを更に含む。この方法は、１乃至複数の制御信号を送信して上記に述べた３つの様式のいずれかで流体充填ノズルを振動させることを含むことができる。

本開示の非限定的実施形態の以下の説明を添付図面と併せて参照することによって、本開示の上述の特徴及び利点並びにその他の特徴及び利点と、それらを実現する方法とがより明白となり、かつ本開示自体のより深い理解が得られるであろう。なお、図中、同様の参照符号は同様の要素を示す。
容器を流体で充填するための例示的な装置である。 図１の例示的な流体充填ノズルによる容器への流体の充填を概略的に示す。 図１の例示的な流体充填ノズルによる容器への流体の充填を概略的に示す。 図１の例示的な流体充填ノズルによる容器への流体の充填を概略的に示す。 経時的な図１の流体充填ノズルの振動振幅の一実施形態を示すグラフである。

本開示は、容器を流体で充填するためのシステム、装置、及び方法を提供する。詳細には、本開示は、流体充填ノズル、装置、及び連続した容器の充填サイクルの間に流体充填ノズルから延びる液体糸フィラメントを切断するために超音波振動を利用した方法に関する。本明細書に開示される液体充填技術の機能、設計、及び使用の原理の全体的な理解を提供するため、本開示の様々な非限定的な実施形態について以下に説明する。これらの非限定的な実施形態の１つ以上の例を添付の図面に示す。当業者であれば、本明細書で説明され、かつ添付図面に示されている装置が、非限定的な例示的実施形態であり、本開示の様々な非限定的実施形態の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定義されることが理解されるであろう。１つの非限定的な実施形態に関連して図示されている、又は述べられている特徴は、他の非限定的な実施形態の特徴と組み合わせることができる。そのような修正及び変形は、本開示の範囲内に含まれるものとする。

本明細書で使用するところの「振動振幅」なる用語は、流体充填ノズル先端の振動変位のことを言う。変位は、頂点間で測定される。本明細書で使用するところの「臨界振動振幅」とは、流体充填ノズルから延びる流体糸フィラメントを切断するのに充分な流体充填ノズル先端の振動変位の最小量のことを言う。

本明細書で使用するところの「容器」なる用語には、単一の単位用量容器（例えば、可溶性の単位用量のポッド、パウチ、バッグ、小袋、カプセルなど）、ボトル、バッグ、箱、缶、カップ、バイアル、及び／又は流体若しくは液体を保持することが可能なその他の任意の種類の容器若しくはパッケージングが含まれる。特定の実施形態では、容器は、米国特許第７，１２５，８２８号、米国特許第７，１２７，８７４号、米国特許第８，６５６，６８９号、米国特許第９，２３３，７６８号、及び米国特許出願公開第２００９／０１９９８７７号に例示的に記載されるものなどの可溶性の単位用量ポッドである。

本明細書で使用するところの「充填」なる用語は、容器に流体を分注して容器を少なくとも部分的に満たすことを言う。充填は、特定の液位にまで行われる必要はない。特定の場合では、容器は完全に充填され得るが、これは特に指定されない限りは必要ではない。

本明細書で使用するところの「流体」なる用語は、液体、ゲル、スラリー、又は流動性ペーストのことを言う。本明細書で使用するところの「固体」なる用語は、流体に溶解していない粒子のことを言う。

本明細書で使用するところの「ストリーム」なる用語は、流体の途切れのない流れのことを言う。「ストリーム」なる用語は、流体の微細な液滴又は粒子の霧化された噴霧とは区別される。

本明細書で使用するところの「圧電効果」なる用語は、加えられた機械的応力に応じて電圧を発生させる結晶及び特定のセラミック材料の性質のことを言う。圧電効果は、圧電性結晶が、外部から印加された電圧を受けると、わずかに形状を変化させることができるという点で可逆的である。効果は、音の生成及び検出等、有用に応用される。本明細書で使用するとき、「圧電トランスデューサ」という用語は、圧電材料で構築されるアクチュエータ及びセンサを指す。

本明細書で使用するところの「磁歪」なる用語は、強磁性材料が磁場を受けるとその形状を変化させる強磁性材料の特性である。磁歪材料は、磁気エネルギーを運動エネルギーに、又はその逆に変換することができる。磁歪材料で構築されたアクチュエータ及びセンサは、磁歪トランスデューサである。本明細書で使用するところの「磁歪トランスデューサ」なる用語は、磁歪材料で構築されたアクチュエータ及びセンサのことを言う。

ここで図１を参照すると、容器１１を流体１９で充填するための流体充填装置１０（図２Ａ〜２Ｃに示される）が、本開示の非限定的な一実施形態にしたがって示されている。流体充填装置１０は、流体源２０、流体フロー制御機構２１、制御ユニット３１、及び流体充填ノズル１４を含む。特定の実施形態では、流体充填装置１０は、制御ユニット３１の一部を構成するか又は流体充填装置１０の別個の異なる構成要素として実施することができる電源１２も含む。動作時には、流体充填ノズル１４は、容器１１内にストリームの形で流体１９を分注又は吐出するように構成されていることにより、図２Ａ〜２Ｃに連続的に示されるように容器１１を充填する。これを行うために、流体充填ノズル１４は、流体源２０から流体１９の流れを受ける。流体源２０は、タンク、容器、又は分注される流体１９を保持するように構築されたその他の任意の貯蔵機構であってよい。特定の実施形態では、流体充填ノズル１４への流体１９の流れは流体フロー制御機構２１によって制御され、流体フロー制御機構は制御ユニット３１によって制御することができる。例示の実施形態では、１つの流体充填ノズル１４のみが示されているが、他の実施形態では、流体充填装置１０は任意の数の流体充填ノズル１４を含むことができる点が理解されよう。例えば、流体充填装置１０は、対応する数の容器を流体１９で実質的に同時に充填するように構成された複数の流体充填ノズル１４（図には示されていない）を含むことができる。かかる実施形態では、各流体充填ノズル１４を直列及び／又は並列に配置することができる。

充填サイクルの終了時に、流体充填ノズル１４への流体１９の流れは停止される。更に、流体１９の流れの方向は逆転させることもできる。例えば、いくつかの実施形態では、流体１９が流体充填ノズル１４から流体源２０に向かって流れるように流体１９の流れを逆転させることができる。例示の実施形態では、流体充填ノズル１４への流体１９の流れは充填サイクルの終了時に停止されるが、他の実施形態では、流体充填ノズル１４への流体１９の流量を代わりに低下させてもよい点が理解されよう。いずれの場合も、流体充填ノズル１４への流体１９の流れの停止、逆転及び／又は低下によって、流体充填ノズル１４と充填される容器１１との間に流体１９の流体糸フィラメント２３（図２Ｂに示される）が形成され得る。流体充填装置１０を用いて容器１１を連続的に充填する用途では、流体糸フィラメント２３が形成されることで（充填サイクル間にも起こり得る）、各容器１１を充填するのに要する合計時間が長くなり、流体１９の一部が環境に曝される可能性が高くなり、流体１９の一部が流体充填装置１０上に及び／又は容器１１の外側に飛び散ったり、又は付着する可能性が高くなる。可溶性の単位用量ポッドの場合では、流体糸フィラメント２３が形成されることによって、充填される容器１１の封止領域上に流体１９の一部が飛び散ったり、又は付着する可能性も高くなり、場合によっては充填される容器１１の影響が及ぼされる封止領域で漏れが生じ、封止が妨げられ、かつ／又は封止強度の低下につながるおそれがある。

充填サイクルの終了時に流体糸フィラメント２３が形成された後、流体充填ノズル１４は、流体糸フィラメント２３を切断するように設定された基準超音波周波数かつ基準振動振幅で振動する。これを行う際、流体充填装置１０は、流体１９が環境に曝され、充填装置上に飛び散り、かつ／又は充填サイクル間に充填される容器１１の封止領域を汚染することを防止する。いくつかの実施形態では、流体充填ノズル１４は充填サイクル中に振動しない。他の実施形態では、流体充填ノズル１４は、充填サイクルの前又は最中に開始する単一の振動振幅で振動する。これらの実施形態では、単一の振動振幅は、充填プロセス中の流体の流れを大きく妨げないが、充填サイクルの終了時に流体の糸を切断するうえで充分であるように設定することができる。他の実施形態では、流体充填ノズル１４は、流体１９が容器１１内に吐出されている際には基準超音波周波数かつ初期基準振動振幅で振動し、流体充填ノズル１４への／からの流体１９の流れが停止、逆転、又は低下される際には基準超音波周波数かつ異なる基準振動振幅で振動する。

後者の実施形態では、流体充填ノズル１４への／からの流体１９の流れが停止、逆転、又は低下される際に用いられる基準振動振幅は、流体１９が流体充填ノズル１４によって容器１１内に吐出されている際に用いられる基準振動振幅よりも大きい。例えば、流体充填ノズル１４は、流体１９が容器１１内に吐出されている際には低い振動振幅３８（図３に示される）で振動し、流体充填ノズル１４への／からの流体１９の流れが停止、逆転、又は低下される際には高い振動振幅３９（図３に示される）で振動する。高い振動振幅３９での振動によって流体糸フィラメントが切断される。いくつかの実施形態では、流体充填ノズル１４は、流体糸フィラメントを切断するのに必要とされる臨界振幅４０（図３に示される）に基づいて選択することができる設定可能な振動時間にわたって高い振動振幅３９で振動することができる。基準超音波周波数、振動振幅、及び／又は設定可能な振動時間は、流体１９の流量、流体１９の粘度、コンベヤ２６の速度（図２に示される）、並びに／あるいは流体１９及び／又は流体充填装置１０の他の任意の特質又はパラメータの関数として選択することができる点を理解されたい。

流体充填ノズル１４は、流体１９を１つ以上の容器１１内に分注又は吐出するように構成された任意の種類のノズルであってよい。いくつかの実施形態では、流体充填ノズル１４は超音波ノズルである。超音波ノズルは、流体を（噴霧ではなく）ストリームの形で分注するように構成されている場合、それ自体で新規なものであり得る。図１及び図２Ａ〜２Ｃに例示的に示されるように、流体充填ノズル１４は、第１の端部１７及び第２の端部１８（例えば排出端）を有する本体を備えている。流体充填ノズル１４の第１の端部１７は、超音波トランスデューサ１３と結合されるか又は他の形で超音波トランスデューサ１３と音響連通してよく、以下で詳述するように、流体充填ノズル１４（又はその一部）を、基準超音波周波数で、かつ充填サイクルの終了時に流体充填ノズル１４から延びている流体１９の流体糸フィラメント２３を切断するのに充分な基準振動振幅で振動させる。流体充填ノズル１４の第２の端部１８は流体１９に出口を提供し、これにより、流体充填ノズル１４から出る流体１９は、充填される容器１１内に分注される。第２の端部１８はノズル先端３２を含む。ノズル先端３２は、充填サイクル中に容器１１内に流体１９を分注するように構成されたオリフィス３７を含む。オリフィス３７の内径は約２ｍｍ〜約６ｍｍであってよい。他の実施形態では、オリフィス３７の内径は約２．８ｍｍ〜約５ｍｍであってよい。他の実施形態ではオリフィス３７の内径は約５ｍｍである。

超音波トランスデューサ１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する任意の種類の機構であってよい。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ１３は、圧電チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）トランスデューサとすることができる。そのような実施形態では、ＰＺＴトランスデューサ（すなわち、超音波トランスデューサ１３）はディスク形状とすることができる。しかしながら、ＰＺＴトランスデューサ、又はより一般的には超音波トランスデューサ１３は、他の任意の形状を有することができる点が理解されよう。他の実施形態では、超音波トランスデューサ１３は、磁歪トランスデューサとすることができる。

例示的な実施形態では、超音波トランスデューサ１３は、電源１２から基準周波数で電力信号の形の電気的入力を受信する。受信された電力信号は、超音波トランスデューサ１３によって、受信された電力信号の基準周波数に実質的に一致した周波数で振動運動に変換される。例えば、例示の実施形態では、４０ｋＨｚの基準周波数を有する電力信号を受信したことに対応して、超音波トランスデューサ１３はこの電力信号を実質的に同様の周波数の振動運動に変換する。基準周波数は、流体充填ノズル１４のノズル先端３２から延びる流体１９の流体糸２３を切断するのに適した任意の周波数とすることができる。いくつかの実施形態では、基準周波数は、流体１９の流量、流体１９の粘度、流体充填ノズル１４のオリフィス３７の内径、コンベヤ２６の速度（図２に示される）、並びに／あるいは流体１９及び／又は流体充填装置１０の構成要素のその他の任意の特質又はパラメータに少なくとも一部基づいて、又はこれらの関数として選択することができる。いくつかの実施形態では、基準周波数は約２０ｋＨｚ〜約２００ｋＨｚである。その他の実施形態では、基準周波数は約２０ｋＨｚ〜約１００ｋＨｚである。その他の実施形態では、基準周波数は約４０ｋＨｚである。これらの範囲内の基準周波数は、消費者製品産業（例えば、衣類、食器類、及び表面を洗浄するための洗剤組成物、オーラルケア組成物、ボディーウォッシュ、コンディショナー及びシャンプーなどを含むパーソナルケア組成物など）で容器を充填するために用いられている広範囲の流量、粘度、オリフィス径、及びコンベヤ速度に適しているか、又は適し得ることが考えられる。

述べたように、超音波トランスデューサ１３は、流体充填ノズル１４（又はその一部）を基準超音波周波数で振動させる。これを行うには、超音波トランスデューサ１３により発生した振動運動が流体充填ノズル１４に伝達され、その結果、流体充填ノズル１４がその長手方向中心線１６に対してある方向に基準周波数で振動する。一実施形態において、流体充填ノズル１４は、長手方向中心線１６に対して実質的に平行な方向に振動するように構成されている。別の実施形態では、流体充填ノズル１４は、長手方向中心線１６に対して実質的に垂直な方向に振動するように構成されている。その他の実施形態では、流体充填ノズル１４は長手方向中心線１６に対して任意のその他の方向に振動するように構成することができる点を理解されたい。

超音波トランスデューサ１３は、流体充填ノズル１４（又はその一部）を異なる振動振幅でも振動させる。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ１２は、流体充填ノズル１４（又はその一部）に流体充填ノズル１４を異なる振動振幅で振動させる。例えば、流体１９の流れが容器１１の充填サイクル中に流体充填ノズル１４に供給されているようないくつかの場合においては、超音波トランスデューサ１３は流体充填ノズル１４を第１の振動振幅（例えば、図３の「低い」振動振幅３８）で振動させる。第１の振動振幅は、受け取った流体１９をストリームの形で流体充填ノズル１４のオリフィス３７から容器１１内に吐出させるように選択される。更に、充填サイクルの終了時に流体１９の流れが停止又は低下される、かつ／又は流体１９の流れの方向が逆転されると、超音波トランスデューサ１３は流体充填ノズル１４を第２の振動振幅（例えば、図３の「高い」振動振幅３９）で振動させる。第２の振動振幅は、充填サイクルの終了時に形成され流体充填ノズル１４のノズル先端３２から延びる流体糸フィラメント２３が切断されるように選択される。

第１の振動振幅、第２の振動振幅、又はより一般的には基準振動振幅は、流体１９の流量、流体１９の粘度、流体充填ノズル１４のオリフィス３７の内径、コンベヤ２６の速度（図２に示される）、並びに／あるいは流体１９及び／又は流体充填装置１０の構成要素のその他の任意の特質又はパラメータに少なくとも一部基づいて、又はこれらの関数として選択することができる。

例示の実施形態では、超音波トランスデューサ１３は流体充填ノズル１４を容器１１（連続的な充填が行われる用途では複数の容器１１）の充填サイクルの関数として異なる振動振幅で振動させるが、他の実施形態では、超音波トランスデューサ１３は代わりに流体充填ノズル１４を単一の振動振幅で振動させることができる点を理解されたい。第１の実施形態群では、超音波トランスデューサ１３は流体充填ノズル１４を充填サイクルの終了時にのみ単一の振動振幅で振動させることができる。つまり、超音波トランスデューサ１３に供給される電力信号を充填サイクルの終了時にのみ供給することができるということである。このような第１の実施形態では、超音波トランスデューサ１３は、充填サイクル中（例えば、流体１４が流体充填ノズル１４に供給されている際）、動作（例えば、振動運動を発生させる）を行わなくともよい。第２の実施形態群では、超音波トランスデューサ１３は、流体充填ノズル１４を充填サイクルの前、又は最中に開始して単一の振動振幅で振動させることができる。これらの第２の実施形態では、単一の振動振幅は、充填プロセス中の流体の流れを大きく妨げないが、充填サイクルの終了時に流体の糸を切断するうえで充分であるように設定することができる。

超音波トランスデューサ１３が流体充填ノズル１４を充填サイクルの関数として異なる基準振動振幅で振動させるような実施形態では、第２の振動振幅は第１の振動振幅よりも大きい。例えば、いくつかの実施形態では、第２の振動振幅は第１の振動振幅よりも約１．０５倍〜約２０倍高いか又は大きくすることができる。他の実施形態では、第２の振動振幅は第１の振動振幅よりも約１．５倍〜約２０倍高いか又は大きくすることができる。更に他の実施形態では、第２の振動振幅は第１の振動振幅よりも約２倍〜約４倍高いか又は大きくすることができる。

述べたように、第１の振動振幅は、受け取った流体１９を流体充填ノズル１４のオリフィス３７から容器１１内に吐出させるように選択される。いくつかの実施形態では、第１の振動振幅は、約０．５マイクロメートル〜約２０マイクロメートルである。他の実施形態では、第１の振動振幅は、約１マイクロメートル〜約１０マイクロメートルである。やはり上記で述べたように、振動振幅（又はノズルがより低い振動振幅で最初に振動される場合には、第２の振動振幅）は、流体充填ノズル１４のノズル先端３２から延びる流体糸フィラメント２３が切断されるように選択される。いくつかの実施形態では、振動振幅（又はこの場合そうであり得るように、第２の振動振幅）は、約２マイクロメートル〜約８０マイクロメートルである。他の実施形態では、振動振幅（又は第２の振動振幅）は約４マイクロメートル〜約４０マイクロメートルである。充填ノズルが充填中及び流れが停止された後で一定の振動振幅で振動される場合、その単一の振動振幅は、例えば約２マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの範囲であってよい。

流体１９は、容器１１の１つ以上に分注される任意の種類の液体、ゲル、スラリー、又は流動性ペーストであってよい。いくつかの実施形態では、流体１９はベース材料であってよい（例えば水）。他の実施形態では、流体１９は、複数の材料又は成分を含む配合物又は予め混合された組成物であってよい。例えば、流体１９は、他の材料の中でも１つ以上の界面活性物質を含むことができる。界面活性物質は、ラウリル硫酸ナトリウム、ポリソルベート８０、非イオン性界面活性剤及びモノグリセリド、並びにレシチンのうちの１つ以上であってよい。これに加えるか又はこれに代えて、流体１９は香料を含むことができる。流体１９は、これに加えるか又はこれに代えて、流体１９の目的とする最終的な形態又は組成に基づいて他の成分又は材料を含有することもできる点を理解されたい。本明細書で述べたように、他の要因の中でもとりわけ、流体１９の特質（例えば、粘度、固形物含有率、レオロジー挙動など）は、充填サイクルの終了時（又は連続的な充填運転における充填サイクル間）に形成される液体糸フィラメント２３を切断するために必要とされる臨界振動振幅４０及び／又は高い振動振幅３９に影響し得る。例えば、いくつかの実施形態では、流体１９は、約２００センチポアズ〜約６０００センチポアズの粘度を有する食器手洗い用洗剤液とすることができる。別の実施形態では、流体１９は、約６００センチポアズの粘度を有する洗濯用洗剤液とすることができる。そのため、対応する流体１９の粘度に少なくとも一部基づいて、食器手洗い用洗剤液の液体糸フィラメント２３を切断するために必要とされる臨界振動振幅４０は、洗濯用洗剤液の液体糸フィラメント２３を切断するために必要とされる臨界振動振幅４０とは異なり得る。

流体フロー制御機構２１は、流体遮断バルブアセンブリ、ポペットバルブ、ギアポンプ、又は流体源２０へ／流体源２０から流体充填ノズル１４への流体１９の流れを制御するように構成されたその他の任意の機構とすることができる。流体フロー制御機構２１は、ノンクロッグ供給管３３を介して流体充填ノズル１４と流体連通させることができる。流体フロー制御機構２１は、流体充填ノズル１４への流体１９の流れを停止するか又は他の形で低下させるように構成することができる。流体フロー制御機構２１は、流体１９が流体充填ノズル１４から離れる方向に流れるように流体１９の流れの方向を逆転させるように構成することもできる。流体フロー制御機構２１は、制御ユニット３１から受信した制御信号に基づいてこうした機能を行うように構成することができる。これに加えるか又はこれに代えて、いくつかの実施形態では、流体フロー制御機構２１は容積移送式ポンプを含むか、又はこれと流体連通している。かかる実施形態では、流体１９の合計流量は、ポンプの回転速度によって正確に調節され、それにより、流体１９の粘度、流体１９の各成分の濃度、及び流体１９のその他の特質などの要因に対する流量の依存性をなくすことができる。

制御ユニット３１は、プログラム可能な論理コントローラ、プログラム可能なオートメーションコントローラ、プログラム可能な論理リレー、演算装置、サーバ、１つ以上のプログラム可能なタイマー、及び／又はその他の任意の種類の製造、プロセス、又はオートメーション制御システム若しくは装置とすることができる。制御ユニット３１は、１つ以上の容器１１の充填サイクルに基づいて流体充填装置１０の１つ以上の構成要素を制御するように構築されている。例えば、いくつかの実施形態では、制御ユニット３１は、流体フロー制御機構２１に、容器１１の充填サイクル中に流体１９の流れが流体充填ノズル１４に供給されることを可能にさせる（例えば、許容する、可能とする、引き起こす）ように構成又は構築することができる。制御ユニット３１は、流体フロー制御機構２１に、容器１１の充填サイクルの終了時に流体充填ノズル１４への流体１９の流れを停止させるか、方向を逆転させるか、又は流量を低下させるように構成することもできる。制御ユニット３１は、コンベヤ２６又は関連する構成要素の動作（例えば、ライン速度、時間遅れなど）を制御する制御信号を発生するように構成することもできる。

述べたように、いくつかの実施形態では、制御ユニット３１は電源１２を含むことができる。他の実施形態では、電源１２は、制御ユニット３１と連通している流体充填装置１０の別個の異なる構成要素とすることができる。いずれの場合も、制御ユニット３１は、選択的に制御信号を発生することができ、この制御信号は電源１２によって受信されると、電源１２は基準周波数で電力信号の形の電気的出力を発生させる。例えば、流体１９の流れが容器１１の充填サイクル中に流体充填ノズル１４に供給されている際に、制御ユニット３１は第１の制御信号を発生することができる。すると、電源１２は第１の制御信号の関数として基準周波数で第１の電力信号を発生する。次いで、第１の電力信号は超音波トランスデューサ１３に供給され、超音波トランスデューサは第１の電力信号を振動運動に変換する。述べたように、いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ１３は、流体充填ノズル１４を、基準超音波周波数で、かつ供給された第１の電力信号の関数としての第１の振動振幅（例えば、図３の低い振動振幅３８）で振動させる。更に、充填サイクルの終了時に、流体１９の流れが停止又は低下される、かつ／又は流体１９の流れの方向が逆転されると、制御ユニット３１は第２の制御信号を発生することができる。第２の制御信号の関数として、電源１２は基準周波数で第２の電力信号を発生する。第２の電力信号は超音波トランスデューサ１３に供給され、超音波トランスデューサは第２の電力信号を振動運動に変換する。述べたように、超音波トランスデューサ１３は、流体充填ノズル１４を、基準超音波周波数で、かつ供給された第２の電力信号の関数としての第２の振動振幅（例えば、図３の高い振動振幅３９）で振動させる。

組み合わせ
Ａ．容器を充填するための流体充填ノズルであって、流体充填ノズルは長手方向中心線を有し、
排出端と排出端のオリフィスとを有する本体を備え、
流体充填ノズルは、（ｉ）容器を充填するための流体の流れを受け、（ｉｉ）流体の流れを受けるとオリフィスから容器内に流体をストリームの形で吐出し、（ｉｉｉ）流体充填ノズルへの流体の流れが停止されるときに、基準超音波周波数で、かつ流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体の流体糸を切断するように設定された振動振幅で振動するように構成されている、流体充填ノズル。
Ｂ．容器を充填するための方法であって、
長手方向中心線、及び排出端と排出端のオリフィスとを含む本体を有する流体充填ノズルにより、容器を充填するための流体の流れを受けることと、
流体の流れが流体充填ノズルにより受けられるときに、流体充填ノズルにより、オリフィスから容器内に流体をストリームの形で吐出することと、
流体充填ノズルへの流体の流れが停止されるときに、基準超音波周波数で、かつ流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体の流体糸を切断するように設定された振動振幅で流体充填ノズルを振動させることと、を含む、方法。
Ｃ．容器を充填するための流体充填装置であって、
流体の流れを選択的に制御するように構成された流体フロー制御機構と、
流体フロー制御機構と流体連通する、長手方向中心線、及び排出端と排出端のオリフィスとを含む本体を有する流体充填ノズルであって、流体フロー制御機構が流体を流体充填ノズルに流すと、流体がオリフィスからストリームの形で容器内に吐出され、流体が流体充填ノズルに流れることを流体フロー制御機構が防止すると、流体の一部が排出端のオリフィスから延びる流体糸を形成する、流体充填ノズルと、
流体が流体充填ノズルに流れることを流体フロー制御機構が防止すると基準周波数で電力信号を生じるように構成された制御信号を選択的に発生するように構成された制御ユニットと、
充填ノズルと連通し、基準周波数で流体充填ノズルを振動させるように構成された超音波トランスデューサであって、電力信号の関数として、流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体糸を切断するように設定された振動振幅で流体充填ノズルを振動させるように更に構成された超音波トランスデューサと、を備える、流体充填装置。
Ｄ．流体充填ノズルが、超音波ノズルである、パラグラフＡに記載の流体充填ノズル、パラグラフＢに記載の方法、又はパラグラフＣに記載の流体充填装置。
Ｅ．流体充填ノズルが、以下の様式、すなわち、
１．流体の流れを受けているときにはノズルを超音波により振動させず、その後、ノズルを基準超音波周波数で、かつ流体充填ノズルへの流体の流れが停止されると、流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体糸を切断するように設定された振動振幅で振動させること、
２．流体の流れを受けているときに、ノズルを基準超音波周波数で、かつ実質的に一定に維持され、流体充填ノズルへの流体の流れが停止されると流体充填ノズルの排出端のオリフィスから延びる流体糸を切断するように設定された振動振幅で超音波により振動させること、
３．流体の流れを受けているときに、基準超音波周波数で、かつ第１の超音波振動振幅でノズルを超音波により振動させ、その後、基準超音波周波数で、かつ第１の振動振幅よりも高く、流体充填ノズルへの流体の流れが停止されると、流体充填装置の排出端のオリフィスから延びる流体糸を切断するように設定された第２の振動振幅でノズルを振動させること、のうちの１つで動作するように構成されている、パラグラフＡに記載の流体充填ノズル、パラグラフＢに記載の方法、又はパラグラフＣに記載の流体充填装置。
Ｆ．流体充填ノズルが、以下の方向、すなわち、
基準超音波周波数で、流体充填ノズルの長手方向中心線に実質的に平行な方向、
基準超音波周波数で、流体充填ノズルの長手方向中心線に実質的に垂直な方向、のうちの一方又は両方で振動するように構成されている、パラグラフＡに記載の流体充填ノズル、パラグラフＢに記載の方法、又はパラグラフＣに記載の流体充填装置。
Ｇ．基準超音波周波数が、約２０ｋＨｚ〜約２００ｋＨｚ、あるいは約２０ｋＨｚ〜約１００ｋＨｚ、あるいは約４０ｋＨｚである、パラグラフＡに記載の流体充填ノズル、パラグラフＢに記載の方法、又はパラグラフＣに記載の流体充填装置。
Ｈ．第２の振動振幅が、第１の振動振幅よりも約１．０５倍〜約２０倍高い、あるいは第１の振動振幅よりも約２倍〜約４倍高い、パラグラフＥに示した第３の方式で動作する、流体充填ノズル、方法、又は流体充填装置。
Ｉ．振動振幅が、約２マイクロメートル〜約８０マイクロメートル、あるいは約２マイクロメートル若しくは約４マイクロメートル〜約４０マイクロメートル、あるいは約２マイクロメートル〜約２０マイクロメートルである、パラグラフＡに記載の流体充填ノズル、パラグラフＢに記載の方法、又はパラグラフＣに記載の流体充填装置。
Ｊ．第１の振動振幅が約０．５マイクロメートル〜約２０マイクロメートル、あるいは約１マイクロメートル〜約１０マイクロメートルであり、第２の振動振幅が約２マイクロメートル〜約８０マイクロメートル、あるいは約４マイクロメートル〜約４０マイクロメートルである、パラグラフＥに示した第３の方式で動作する、流体充填ノズル、方法、又は流体充填装置。
Ｋ．流体充填ノズルへの流体の流れを逆転させるように構成された、パラグラフＡに記載の流体充填ノズル、パラグラフＢに記載の方法、又はパラグラフＣに記載の流体充填装置。

以下では、本発明の様々な実施形態を説明する実施例を列挙する。他の様々な変更及び修正が本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく実施可能であることが当業者には明白であろう。以下の例示的実施例のそれぞれでは、単一の単位用量容器は、約７００ｃｐｓ（２５℃で）〜約９５０ｃｐｓ（２０℃で）の範囲の粘度を有する約１．５ｍｌの洗濯洗剤で充填される。例示的な実施例２及び３では、約４０ｋＨｚの超音波周波数を用いて流体充填ノズルを振動させる。

（実施例１）

（実施例２）

（実施例３）

本明細書で図に示し、上記に述べた実施形態及び／又は実施例のいずれか１つの任意の機能及び／又は要素を、その実施形態及び／又は実施例から取り除き、本明細書の別の実施形態又は実施例からの特徴又は要素に置き換えるか、又は等価の機能又は要素に置き換えることができる点が理解されよう。

本明細書に開示されている寸法及び／又は値は、列挙した正確な数値寸法及び／又は値に厳しく制限されるものとして理解すべきではない。むしろ、別段の指定のない限り、このような各寸法及び／又は値は、列挙した寸法及び／若しくは値、並びに／又はその寸法及び／若しくは値の近辺の機能的に同等の範囲の両方を意味することを意図している。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味するものとする。

本明細書の全体を通して記載される全ての最大数値限定は、それよりも小さい全ての数値限定を、かかるより小さい数値限定があたかも本明細書に明確に記載されているかのように包含するものと理解すべきである。本明細書の全体を通して示される全ての最小数値限定は、それよりも高い全ての数値限定を、かかるより高い数値限定があたかも本明細書に明確に記載されているかのように包含する。本明細書の全体を通して示される全ての数値範囲は、このような広い数値範囲内に収まるより狭い全ての数値範囲を、このようなより狭い数値範囲が全てあたかも本明細書に明確に記載されているかのように包含する。

あらゆる相互参照又は関連特許若しくは関連出願を含む、本明細書に引用される全ての文献は、明確に除外ないしは別の方法で限定されない限り、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。いかなる文献の引用も、本明細書中で開示又は特許請求される任意の発明に対する先行技術であるとはみなされず、あるいはそれを単独で又は他の任意の参考文献（単数又は複数）と組み合わせたときに、そのような任意の発明を教示、示唆、又は開示するとはみなされない。更に、本文書における用語の任意の意味又は定義が、参照により本明細書に援用された文書内の同じ用語の任意の意味又は定義と矛盾する場合、本文書においてその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。

本発明の特定の実施形態を例示及び説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を行うことができる点は当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのような全ての変更及び修正は、添付の特許請求の範囲にて網羅するものとする。

Claims (10)

1. 容器を充填するための流体充填ノズルであって、前記流体充填ノズルは長手方向中心線を有し、
   排出端と前記排出端のオリフィスとを有する本体を備え、
   前記流体充填ノズルは、
   （ｉ）容器を充填するための流体の流れを受け、
   （ｉｉ）前記流体の流れを受けると前記オリフィスから前記容器内に前記流体をストリームの形で吐出するように構成され、更に、前記流体充填ノズルは、（ｉｉｉ）前記流体の流れを受けると、基準超音波周波数でかつ第１の振動振幅で振動し、かつ、前記流体充填ノズルへの前記流体の流れが停止されると、前記基準超音波周波数で、かつ第２の振動振幅で振動するように構成され、
   前記第２の振動振幅は、前記流体充填ノズルの前記排出端の前記オリフィスから延びる前記流体の流体糸を切断するように設定され、
   前記第２の振動振幅は、前記第１の振動振幅よりも高いことを特徴とする、流体充填ノズル。
2. 前記流体充填ノズルが、超音波ノズルである、請求項１に記載の流体充填ノズル。
3. 容器を充填するための方法であって、
   請求項１に記載の流体充填ノズルにより、容器を充填するための流体の流れを受け、かつ前記流体の流れを受けると、基準超音波周波数でかつ第１の振動振幅で振動することと、
   前記流体の流れが前記流体充填ノズルにより受けられるときに、前記流体充填ノズルにより、前記オリフィスから前記容器内に前記流体をストリームの形で吐出することと、
   前記流体充填ノズルへの前記流体の流れが停止されるときに、前記基準超音波周波数で、かつ前記流体充填ノズルの前記排出端の前記オリフィスから延びる前記流体の流体糸を切断するように設定された前記第２の振動振幅で前記流体充填ノズルを振動させることと、を含む、方法。
4. 前記流体充填ノズルを振動させることは、前記流体充填ノズルを前記基準周波数で、かつ以下の方向、すなわち、ａ）前記流体充填ノズルの前記長手方向中心線に実質的に平行な方向、又はｂ）前記流体充填ノズルの長手方向中心線に実質的に垂直な方向のうちの一方の振動振幅で振動させることを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記基準超音波周波数が、２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、好ましくは２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、好ましくは４０ｋＨｚである、請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記第２の振動振幅は、前記第１の振動振幅よりも１．０５倍〜２０倍高い、請求項３に記載の方法。
7. 前記第１の振動振幅が、０．５マイクロメートル〜２０マイクロメートル、好ましくは１マイクロメートル〜１０マイクロメートルである、請求項６に記載の方法。
8. 前記第２の振動振幅が、２マイクロメートル〜８０マイクロメートル、好ましくは４マイクロメートル〜４０マイクロメートルである、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記流体充填ノズルへの前記流体の流れが停止されるときに前記流体充填ノズルへの前記流体の流れを逆転させることを更に含む、請求項３に記載の方法。
10. 容器を充填するための流体充填装置であって、
    流体の流れを選択的に制御するように構成された流体フロー制御機構と、
    前記流体フロー制御機構と流体連通する、請求項１に記載の流体充填ノズルであって、前記流体フロー制御機構が前記流体を前記流体充填ノズルに流すと、前記流体が前記オリフィスからストリームの形で容器内に吐出され、前記流体が前記流体充填ノズルに流れることを前記流体フロー制御機構が防止すると、前記流体の一部が前記排出端の前記オリフィスから延びる流体糸を形成する、流体充填ノズルと、
    前記流体が前記流体充填ノズルに流れることを前記流体フロー制御機構が防止すると、基準周波数で電力信号を生じるように構成された制御信号を選択的に発生するように構成された制御ユニットと、
    前記充填ノズルと連通し、前記基準周波数で前記流体充填ノズルを振動させるように構成された超音波トランスデューサであって、前記電力信号の関数として、前記流体充填ノズルの前記排出端の前記オリフィスから延びる前記流体糸を切断するように設定された振動振幅で前記流体充填ノズルを振動させるように更に構成された超音波トランスデューサと、を備える、流体充填装置。

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