JP6882532B2 - 容器充填アセンブリ - Google Patents
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Description
本明細書で使用するとき、特許請求の範囲で使用されるときの「a」及び「an」という冠詞は、特許請求又は記載されているもののうちの1つ以上を意味すると理解される。本明細書で使用するとき、「含む(include)」、「含む(includes)」、及び「含んでいる(including)」という用語は、非限定的であることを意味する。本開示の組成物は、本開示の成分を含み、それらから本質的になり、又はそれらからなることができる。
図1は、製造プラントで連続充填サイクルを完了するために使用できる容器充填動作4の例を示す。充填動作4は、容器7、8、9が所望の容積の流体組成物60で充填されるプロセスであり、容器充填アセンブリ5と、充填7、8、9の様々な段階の容器と、コンベヤベルト6などの容器7、8、9を移動する手段とを提供することを含むことができる。図1は、充填サイクルの様々な段階での3つの容器を示す。図1は、流体組成物60でまだ充填されていない空の容器7と、流体組成物60で充填されている最中の容器8と、所望の量の流体組成物60で充填された完成した容器9とを示す。各容器7、8、9は、流体組成物60が容器7、8、9に入る開口部10を有する。充填動作4の間、例えばボトルなどの空の容器7が提供され、容器充填アセンブリ5のノズル95に隣接して配置され、ノズル95は容器8の開口部10に隣接して配置され得る。空の容器7は、コンベヤベルト6等のコンベヤベルト又は容器7を提供するために好適な任意の他の手段を用いて提供されてもよい。完成した容器9は、コンベヤベルト6などのコンベヤベルトの手段によって提供されるコンベヤベルト、又は容器9を移動するのに適した任意の他の手段によって、アセンブリ5から離れるように移動することができる。
ステップ(1)流体組成物で充填される容器を準備し、容器は開口部及び所望の容積V5を有する。
ステップ(2)容器充填アセンブリを準備し、容器充填アセンブリは、一時保管チャンバ筐体によって囲まれた一時保管チャンバと流体連通する混合チャンバと、一時保管チャンバ及び分配ノズルと流体連通する分配チャンバであって、分配ノズルが、容器の開口部に隣接する分配チャンバとを含み、一時保管チャンバは可変容積であり、最大容積V2と、単一の容器8又は複数の容器7、8、9に分配される全充填サイクルの流体組成物の所望の容積に対応する調整容積V3とを有する。
ステップ(3)一時保管チャンバを調整容積V3に設定する。
ステップ(4)充填される容器8をノズル95に隣接するように移動する。
ステップ(5)2つ以上の材料を混合チャンバに導入し、材料は組み合わされ流体組成物を形成する。
ステップ(6)流体組成物を第1流量で一時保管チャンバに移送し、ステップ(3)、(4)及び(5)の順序は交換可能である。
ステップ(7)流体組成物を一時保管チャンバから第2流量で分配チャンバに移送し、一時保管チャンバはもはや調整容積V3ではない。
ステップ(8)流体組成物を、容器開口部を通して分配ノズルから容器に分配する。
ステップ(9)充填された容器9を隣接していたノズル95から移動させる。
ステップ(10)所望の容積の流体組成物60の全てがアセンブリ5から分配されるまで、ステップ(2)から(9)を繰り返す。
図4は、アセンブリ5の外側筐体を示す工場又は製造現場で見られるような非限定的なアセンブリ5の等角図を示す。図4は、図5A〜5Fを切断する軸を特定する。
流体の流れを所定の期間にわたって混合チャンバ25内で減少、増加、又は阻止させることができるため、混合チャンバ25は、流体を追加するための望ましい場所を提供することができる。この時間は、成分の追加、原料が十分に混合若しくは相互に反応するための混合及び/又は滞留時間を可能にする。また、混合チャンバ25内の流体の特定の容積は固定でき、後期製品差別化アセンブリなどの従来の高速容器充填アセンブリのように、流体の継続した流れよりも変化の影響を受けにくいため、混合チャンバ25は、流体への材料のより正確な追加を提供できる。混合チャンバ25は、第1弁101が閉鎖構成にあるとき、個々の材料40、55又は流体組成物60が残るための空間を提供し得る。
一時保管チャンバ65は、管、中空、ライン、導管、チャネル、ダクト又はタンク、あるいは流体組成物60の保持を容易にし、一時保管チャンバ65に作用して、流体組成物60を第1流量から第2流量に変化させるピストンポンプ165のような圧力装置などの調整機構を可能にする当業者に既知の任意のそのようなチャンバであり得る。
分配チャンバ85は、管、中空、ライン、導管、チャネル、ダクト又はタンク、あるいはアセンブリ5からの流体組成物60の流れを促進するための当業者に既知の任意のそのようなチャンバであり得る。分配チャンバ85は、充填ノズル85とは別個のチャンバであってもよく、あるいは、分配チャンバ85は、従来の充填ノズル95であってもよい。
図8は、ノズル95の非限定的な例を示している。ノズル95などの注ぎ口あるいは他の流体誘導又は制御構造は、流体組成物60が最終的に容器充填アセンブリ5を出る際に通ることができる。ノズル95は、分配チャンバ85に隣接して配置することができ、分配チャンバ85の一部又はそれに恒久的又は一時的に固定される別個の部品とすることができる。ノズル95は、充填プロセス中に容器8の開口部10に隣接しているが、容器8の完全に外側に位置してもよく、あるいは開口部10を通して容器8内に完全に又は部分的に配置されてもよい。ノズル95は、流体組成物60が流れることができる任意の数のオリフィス96又は他の開口部を含むことができる。オリフィス96は、流体組成物60が流れることができるノズル通路97又はチャネルを形成するような長さのものとすることができる。ノズルオリフィス96又はノズルオリフィス96のいずれか1つ以上は、断面が円形であってもよいが、他の形状、オリフィスの数、及びサイズが考えられる。また、ノズル95は、単一のノズルである必要はないが、分離した又は一緒に接合された1つ以上のノズルを含んでもよい。ノズル95の形状及び/又は向きは静的であってもよい。また、容器充填アセンブリ5及び/又はノズル95は、異なるノズルが容器充填アセンブリ5と共に使用されることができるように構成されてもよく、オペレータが、特定の充填動作に応じて異なるノズルの種類のいずれかを選ぶことを可能にし得ることが考えられる。ノズル95はまた、分配チャンバ85の一部として製造されてもよい。これは、部品間で必要な封止材の数を減らすことができ、特に、密閉完全性を低下又は損なう可能性がある香水等の成分を含む流体で容器を充填するときに役立つことができる。そのような構成は、また、細菌、堆積物、及び/又は固体が閉じ込められる可能性がある場所を減らす又は排除することを促進することができる。
簡単に説明するために、図は、ある例示的種類の弁のみを表現する。しかしながら、任意の好適な弁が容器充填アセンブリ5内で使用されることができることを理解されたい。例えば、第1弁101及び第2弁121は、ボール弁、スプール弁、回転弁、スライド弁、くさび弁、バタフライ弁、チョーク弁、ダイヤフラム弁、仕切り型弁、ニードルピンチ弁、ピストン弁、プラグ弁、ポペット弁、及び容器充填アセンブリ5のために意図される特定の使用に好適な任意の他の種類の弁であってよい。更に、アセンブリ5は任意の数の弁を含んでもよく、弁は、同じ種類、異なるもの、又はそれらの組み合わせであってよい。弁は、任意の所望のサイズであってよく、同じサイズである必要はない。例えば、約300センチポイズの粘度を有する手洗い食器用洗剤及び約600センチポイズの粘度を有する液体洗濯用洗剤等の石鹸でボトルを充填するために、容器充填アセンブリ5内での使用に好適であることが分かっている弁の例として、ピストン弁、スプール弁、回転弁が挙げられる。
アセンブリ5は、流体組成物60がアセンブリ5内の様々なチャンバを通って流れるための所望の流量を生成及び制御するための圧力装置を更に有してもよい。圧力装置は、動力を提供して流体をアセンブリ5全体に移動させることができる任意の装置であってよい。
アセンブリ5は、様々なチャンバ及びアセンブリ5の部品を接続するための1つ以上の移送チャネルであってもよい。アセンブリ5は、混合チャンバ25と一時保管チャンバ65を動作可能に接続する第1移送チャネル181を含んでもよい。アセンブリ5は、一時保管チャンバ65を分配チャンバ85と動作可能に接続する第2移送チャネル185を含んでもよい。
本開示の材料40、55は、原材料又は純粋な物質の形態であり得る。本開示の材料40、55は、アセンブリ5の更に上流で既に生成された混合物の形態であってもよい。材料は、混合流体組成物60を形成するために統合してもよい。材料40、55の少なくとも1つは、他の材料40、55と異なる必要がある。
充填サイクル方法
第1副送り、第2副送り、主送り、静的ミキサを有するチャンバ(「混合チャンバ」)、2リットルのサーボ駆動ピストンポンプにより具現化される混合チャンバの下流の別のチャンバ(「一時保管チャンバ」)、及び流体が一時保管チャンバから容器に分配されるチャンバ(「分配チャンバ」)又は通路を有する本開示によるアセンブリが提供される。分配チャンバはノズルに取り付けられてもよい。三方弁は、混合チャンバを一時保管チャンバに接続し、一時保管チャンバを分配チャンバに接続する。アセンブリは、アセンブリの個々の部品の移動を制御する駆動装置に信号を送信できるコントローラに接続される(すなわち、主送り、副送り、三方弁の開/閉、及びピストンポンプの移動)。
1)空の透明な容器(1.5L透明プラスチックボトルなど)を分配チャンバの下に置く。
2)各副送りに適切な量の材料を充填し、主送りを適切な量の白色ベース洗剤で充填する。
3)副送りの選択、混合物の総量、副送り(単数又は複数)と主送りのそれぞれの個別の容積、及びコントローラにおける電子的流量を設定する。
4)混合チャンバと一時保管チャンバを接続する三方弁を開く。
5)主送りと副送り(単数又は複数)を開く(ピストンポンプが吸引ストロークを行うまで流れが誘導されないように、一方向弁を介して)。
6)サーボ制御ピストンポンプの吸引ストロークを開始して、吸引ストロークが一時保管チャンバの容積を生成し、混合チャンバへの主及び副送り(単数又は複数)の流れを開始する。一時保管チャンバと混合チャンバは、開いた位置にある弁を介して流体連通しているため、副送り(単数又は複数)及び主送りからの流れが混合チャンバから一時保管チャンバへ誘導される。主及び副材料の輸送中、混合チャンバ内の静的ミキサは、副送り(単数又は複数)からの材料(単数又は複数)を主送りからの洗剤と十分にブレンドして最終製品にする機能を果たす。
7)吸引ストロークが主送りからの洗剤の流れを継続している間、副送り(単数又は複数)をオフにする。このステップは、混合チャンバからの副送り(単数又は複数)から材料(単数又は複数)を洗い流すのに役立ち、後続の充填サイクルの繰り返しで、副送り(単数又は複数)からの材料(単数又は複数)が汚染されることがない。
8)混合チャンバと一時保管チャンバ間の流体連通が阻止し、一時保管チャンバと分配チャンバ間の流体連通が開くように、三方弁を回転させる。
9)吸引ストロークとは反対の方向にピストンポンプの移動を開始し、一時保管チャンバの容積を圧縮し、流体の一時保管チャンバを空にする。このステップは、流体が一時保管チャンバから分配チャンバに流入し、容器に分配されるのに役立つ。
10)容器を移動し、後続がある場合は、後続の充填サイクルの繰り返しの準備をする。
デルタE(ΔE)色差試験方法は、連続して混合され調製された一連の個々のサンプルのデルタE(ΔE)を測定し、各サンプルの混合状態と前のサンプルからの汚染があるかどうかを評価する。
本開示のアセンブリを使用して個々に混合された、続いて充填されたサンプル間の汚染レベル及び混合の良さを判定するために、上記のデルタE(ΔE)色差試験方法及び充填サイクル方法に従って5つのサンプルを調製した。アセンブリでは、SMX(登録商標)静的ミキサ(スイスのWinterthurにあるから市販されている、直径3/4インチ、6要素)を使用した。副送り1は、約20mLの赤色染料予混合(水で希釈された1%赤色染料)で充填された。副送り2は、約12mL青色染料予混合(水で希釈された1%青色染料)で充填された。主送りは、約7Lの白色ベース洗剤(オハイオ州シンシナティのThe Procter&Gamble Companyから市販されている、約400cpsの高せん断粘度を有する着色剤を含まない白色2X Ultra TIDE(登録商標)液体洗剤)で充填された。第1充填サイクルの繰り返しでは、20mLの副送り1材料及び730mLの主送り材料が、総容積750mLに対して約300mL/sの流量を生成する2Lピストンポンプの吸引ストロークにより混合チャンバを通過して一時保管チャンバに移動した。次に、2Lピストンポンプは、材料を一時保管チャンバから分配チャンバに移動し、約500mL/sの流量を生成する分配ストロークによってアセンブリから容器に移動した。次に、サンプル1を含む容器を移動し、次の充填サイクルの繰り返しのために、新しい容器を分配チャンバ及びノズルの下に配置した。第2〜5充填サイクルの繰り返しでは、3mLの副送り2材料及び1497mLの主送り材料が、約400mL/sの流量を生成する2Lピストンポンプの吸引ストロークにより混合チャンバを通過して一時保管チャンバに移動した。次に、2Lピストンポンプは、材料を一時保管チャンバから分配チャンバに移動し、約200mL/sの流量を生成する分配ストロークによってアセンブリから容器に移動した。連続する充填サイクルの繰り返し間でアセンブリをすすがず、各連続する充填サイクルの繰り返し間の時間は約15秒以下であった。デルタE(ΔE)色差試験法では、HunterLab(米国バージニア州Reston)製のHunterLab UltraScan VIS分光光度計を使用した。
単一容器内の最終製品全体の混合の良さを判定するために、構造化剤を含まない洗剤に、副送り材料として構造化剤を加えた上記の充填サイクル方法に従って、洗剤の最終製品を調製した。最終製品から採取した16個のサンプルの降伏応力を測定し、相対標準偏差のパーセント(%RSD)を計算した。降伏応力は、最終製品全体に均一に分散されている構造化剤によって生成されたマトリックスの完全性を示し、%RSDは、容器全体のマトリックスの均一性を示す。降伏応力測定値ごとにR2値もまた計算された(以下で説明するように、Herschel−Bulkleyモデルに適合したレオロジーデータ)。R2は、材料特性を特徴付ける観点から、洗剤内に他の材料を懸濁させるのに十分なマトリックスを作成するために、構造化剤がどれだけ十分に分散しているかを示している。
Claims (13)
- 流体充填動作用の容器充填アセンブリ5であって、
内向きの一時保管チャンバ筐体内面71を有する一時保管チャンバ筐体70によって囲まれた一時保管チャンバ65と、
前記一時保管チャンバと流体連通する圧力装置と、
前記一時保管チャンバの上流に位置する混合チャンバ25と、前記一時保管チャンバの下流に位置する分配チャンバ85と、
前記混合チャンバを前記一時保管チャンバに接続する第1弁101と、前記一時保管チャンバを前記分配チャンバに接続する第2弁121と
を含み、
前記第1弁は、流体が前記混合チャンバと前記一時保管チャンバとの間を流れることを可能にする開放構成と、流体が前記第1弁を通過することを防ぐ閉鎖構成とを有し、
前記第2弁は、流体が前記一時保管チャンバと前記分配チャンバとの間を流れることを可能にする開放構成と、流体が前記第2弁を通過するのを防ぐ閉鎖構成とを有し、
、前記第1弁と前記第2弁とは、独立して構成される、容器充填アセンブリ。 - 前記圧力装置は、ピストンポンプを含み、
前記ピストンポンプは、少なくとも部分的に前記一時保管チャンバ内に配置され、
前記ピストンポンプは、
ピストンポンプシャフト175と、
ピストンポンププレート背面173、対向するピストンポンププレート前面171、ならびに前記ピストンポンププレート前面171から延び前記ピストンポンププレート背面を前記ピストンポンププレート前面171に接続するピストンポンププレート外側境界172を有するピストンポンププレート170と
を含み、
前記ピストンポンプシャフトは前記ピストンポンププレート背面に取り付けられる、請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記一時保管チャンバ筐体は、第1壁72と、対向する第2壁73と、前記第1壁から延び前記第1壁を前記第2壁に接続する側壁74とを含み、
前記ピストンポンププレート前面は前記第2壁に面し、前記ピストンポンプは前記第2壁に垂直な軸Aに沿って移動可能である、請求項2に記載のアセンブリ。 - 前記軸Aは、原点で前記第2壁と交差し、
前記ピストンポンプは、前記軸Aに沿って、前記原点、第2点、及び第3点の間で移動可能であり、前記第2点及び前記第3点はそれぞれ前記原点から独立した距離にあり、
前記第2点及び前記第3点の距離は0mmより大きい距離を有する、請求項3に記載のアセンブリ。 - 前記一時保管チャンバは、前記ピストンポンプが前記軸Aに沿った前記第3点に位置するときに画定される最大容積V2と、前記ピストンポンプが前記軸Aに沿った前記第2点に位置するときに画定される調整容積V3とを有し、前記調整容積V3が前記最大容積V2以下である、請求項4に記載のアセンブリ。
- 前記ピストンポンププレート外側境界は、前記一時保管筐体内面の周りで摺動可能に移動可能であり、
前記ピストンポンプは、前記ピストンポンププレート外側境界を囲む1つ以上の封止材176を備え、前記流体組成物は、前記ピストンポンププレート外側境界と前記一時保管チャンバ筐体内面との間を流れることができない、請求項2〜5のいずれか一項に記載のアセンブリ。 - 前記圧力装置は、1つ以上の空気ポンプを含み、
前記空気ポンプの少なくとも1つは、前記混合チャンバ内に少なくとも部分的に配置される、、請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記圧力装置が、少なくとも2つの空気ポンプを含み、
前記空気ポンプの少なくとも1つが、前記分配チャンバ内に少なくとも部分的に配置された真空装置である、請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記第1弁が前記第1弁開放構成にあるとき、前記第2弁は前記第2弁閉鎖構成にあり、
前記第2弁が前記第2弁開放構成にあるとき、前記第1弁は前記第1弁閉鎖構成にある、請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記アセンブリが三方弁140を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のアセンブリ。
- 前記三方弁は、第1位置、第2位置、及び閉鎖位置の間で回転可能であり、
前記三方弁が前記第1位置にあるとき、前記三方弁は前記混合チャンバ及び前記一時保管チャンバと流体連通し、
前記三方弁が前記第2位置にあるとき、前記三方弁は前記一時保管チャンバ及び前記分配チャンバと流体連通し、
前記三方弁が前記閉鎖位置にあるとき、前記三方弁は前記混合チャンバ、前記一時保管チャンバ、又は前記分配チャンバのいずれとも流体連通していない、請求項10に記載のアセンブリ。 - 前記アセンブリが、少なくとも1つの静的又は動的ミキサ190を更に含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載のアセンブリ。
- 前記一時保管チャンバ筐体は、非可撓性材料、可撓性材料、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される材料から構成される、請求項1〜12のいずれか一項に記載のアセンブリ。
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