JP7402878B2 - 粉末ディスペンサ及び粉末を分注する方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉末ディスペンサ及び粉末充填機に関し、特に、そのようなディスペンサ又は充填機からの粉末の流れを計量するための方法及びデバイス、並びにそのようなデバイスを使用して自由流動性粉末を可撓性容器に充填する方法に関する。本発明は更に、粉末ディスペンサ及び粉末充填機からの粉末を計量するための複数の開口部又は複数の穿孔（perforations）を含むスピニングディスクに関する。

粉末分注機、粉末ディスペンサ、及び粉末充填機は周知である。粉末ディスペンサと粉末分注機とは類似しているが、粉末充填機は、通常、充填する容器を形成する又は取り扱うための更なる構成要素を含む。３つのデバイスは全て、計量した量の粉末を分注し、通常、容器又はパッケージを充填するために使用する。容器又はパッケージは、剛性容器、ボトル、カートン、又はスティックパックなどの可撓性フィルムパッケージを含む、ほぼ任意の設計であり得る。

スティックパック（stick packs）は、多くの粉末の一般的な包装フォーマットである。これらはまた、紙、プラスチック、金属、積層体などの任意の好適なシート材料で形成する「スティック」又はチューブ形状の容器として当業者に周知である。粉末適用例では、スティックパックは、通常、取り扱い及び処理を単純化するために、充填の時点でシート材料から形成する。スティックパックを形成及び充填するために使用するように設計した先行技術の粉末充填機の一例は、Ｔｏｙｏ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．により製造されたモデルＴＭ７０－ＺＣマシンである。モデルＴＭ７０－ＺＣは、一般に、粉末ホッパーと、ホッパーからチューブに粉末を下に移動させるために連携するオーガー（auger）とを含む。このチューブの底部は、チューブを閉じる穿孔ディスクである（「スピニング（spinning）ディスク」又は「回転（rotating）ディスク」あるいは「ディスク形状分配器」としても知られる）。ディスクはオーガーの端部に取り付けられ、回転時には粉末がその穿孔を通過することができ、オーガーによって回転していないときは粉末の流れを完全に阻止するように意図されている。先行技術のスピニングディスクは、多くの粉末で十分に機能し、長年にわたって実質的に同じままであった。

粉末は、容器から注がれたときに流動する特性によって定義することができる。そのような特性の分析的尺度は、Ｈａｕｓｎｅｒ比によって定義される。Ｈａｕｓｎｅｒ比は、粉末の充填密度に対するかさ密度の比として計算する。Ｈａｕｓｎｅｒ比は、以下のように計算する。

１－既知の質量の試験粉末を漏斗を介して測定シリンダーに注ぎ、粉末が占める体積を読み取る。

２－試験粉末の質量を体積で除す計算によってかさ密度を記録する。

３－次いで、試験粉末を詰めるためにシリンダーを１５０回タップして、試験粉末が占める新たな体積を読み取る。

４－試験粉末の質量をこの新たな体積で除した計算によって充填密度を記録する。

５－次いで、タップ後密度をかさ密度で除した比率としてＨａｕｓｎｅｒ比が計算される。

表１は、Ｈａｕｓｎｅｒ比に基づく粉末流動特性の分類を示す。

スティックパックが封止されつつあるときに分注チューブの下流に存在するいかなる粉末の流れも、余分な粉末が可撓性材料の層同士の接着を妨げるので封止の脆弱化又は失敗をもたらす。このため、スティックパックの充填機では粉末の流れの精密な制御（fine control）が特に望まれる。

先行技術のスピニングディスクは、いくらか流動性が高い及び非常に流動性が高い粉末、つまり、Ｈａｕｓｎｅｒ比が＜１．１８又は最大１．２５である粉末の流れを阻止できないことが知られている。

サプライチェーン中にパッケージが再び開くことを止めるのに十分な包装の封止の創出をスティックパックにおいて可能とするために流動性の良い粉末の流れの停止を改善する、粉末充填機及び／又はスピンドルディスクを提供することが有利であろう。

流動性がさらに良い粉末と共に動作するであろう粉末充填機及び／又はスピンドルディスクを提供することが有利であり、更に、非常に流動性が高い及び／又は流動性が高い粉末、つまり、Ｈａｕｓｎｅｒ比が１．００～１．１１及び／又は１．１２～１．１８及び／又は１．１９～１．２５である粉末の流れを阻止する粉末充填機及び／又は回転ディスクを提供することが有利であろう。

静止時には、非常に流動性が高い及び／又は流動性が高い粉末、つまり、Ｈａｕｓｎｅｒ比が１．００～１．１１及び／又は１．１２～１．１８及び／又は１．１９～１．２５である粉末の流れを阻止するが、回転時に、特に２４時間生産運転において必要とされるようなかなり長い持続時間（significant durations）にわたって、粉末の自由流動を可能とする、粉末充填機及び／又は回転ディスクを提供することが有利であろう。

代替の粉末計量方法を用いた先行技術の粉末ディスペンサの実施形態は、チョーク弁による粉末計量、シャッターゲートによる粉末計量、スピナープレートによる粉末計量である。それぞれが、スティックパック包装形式と共に使用するときに、固有の欠点を呈する。

チョーク弁によって計量する粉末ディスペンサは、一般に、粉末ホッパーと、ホッパーからの粉末をチューブに沿って移動させるための関連するオーガーと、を備える。オーガーの端部を越えているがチューブ内に、チューブの長さ方向(length)に対し横方向の軸周りに旋回するチョーク弁が位置する。チョーク弁が開いてオーガーが回ると、チューブからの粉末を計量することができる。チョーク弁が閉じ、オーガーが停止すると、粉末の流れは阻止される。これによって提示される問題は、チョーク弁とオーガーとを別々に駆動かつプログラミングする際の複雑さ又はチューブ内の非常に複雑な伝動装置、チョーク弁が開放位置にある場合でも含む粉末の流れに対する静電気による障壁、並びに、チューブの外側に沿った包装フィルム材料の流れ易さを抑制する追加の機構及び／又はチューブの幅によって、下流におけるスティックパックパッケージの形成が妨げられ、又は抑制されることである。

シャッターゲートによって計量する粉末ディスペンサは、チョーク弁を備えるものとほぼ同様の方法で動作するが、チューブの長さの方向に対して横方向に摺動して閉鎖位置又は開放位置にあることができるシャッターゲート（単数又は複数）によってチョーク弁が置き換えられることのみが異なる。これによって提示される問題は、チョーク弁の問題と同様であり、すなわち、シャッターゲートとオーガーとを別々に駆動しプログラミングする際のさらなる複雑性、並びに、チューブの幅を超える追加の幅と機構により、分注チューブの下流におけるスティックパックパッケージの作製のための、チューブの外側に沿った可撓性包装材料の流れが抑制され又は妨げられることである。

スピナープレートによって計量する粉末ディスペンサは、スピンドルディスクを備える粉末ディスペンサのそれと同様である。スピナープレートは穿孔を備えておらず、粉末分注チューブの底部に垂れ下がるベル形状のハウジング内に配置されている点が異なる。スピナープレートはオーガーによって駆動され、回転時に粉末の流れを可能にすることによって動作するが、静止時は流れを阻止する。静止時、粉末はスピナープレート上に蓄積し、粉末ディスペンサチューブ上に粉末の列（column）を形成する。回転時、粉末はプレートの回転によって、外向きに、ベル形状のハウジング内に移動し、そこで下向きに方向付けられ、分注される。これによって現れる問題は、粉末分注チューブがベル形状のハウジングを組み込むことにより更に長くなることと、粉末分注チューブのベル形状のハウジングにおける全体の直径が大きく増大することによって、チューブの外側に沿って案内されて、下流においてスティックパックを形成する可撓性包装材料が過度に大きな直径を有するようになることである。

したがって、下流におけるスティックパック形式での包装を抑制することなく、かつ／又はスティックパックの直径を拡張することなく、自由流動性の及び非常に自由流動性の粉末の流れを確実に許容しかつ阻止する、スティックパックパッケージと共に使用する粉末充填機を提供することも有利であろう。

更に、既存のスティックパックの粉末充填機に後付けすることができる自由流動性の粉末及び非常に自由流動性である粉末の流れを阻止するための物理的寸法を有するスピンドルディスクを提供することが更に有利であろう。

したがって、先行技術における欠点を軽減又は低減することが、本発明の実施形態の目的である。

本発明の第１の態様によれば、円形断面のチューブと、チューブを通って軸方向に延びるオーガーと、チューブの軸に対して横方向に延び、かつチューブを部分的に閉じるディスク形状分配器とを備え、ディスク形状分配器が中央リング及び該中央リングから径方向に延びる複数のアームを含む粉末ディスペンサであって、中央リングは、チューブの内半径の５５％～９０％の半径を有し、複数のアームのうちの少なくとも１つは、チューブの内壁から１ｍｍ未満まで延び、チューブ内壁から１ｍｍの距離における各アーム間の距離を、チューブと同心になる円弧によって定義したときに該距離がチューブの内半径の３０％～６５％であることを特徴とする粉末ディスペンサが提供される。

いくつかの実施形態では、粉末ディスペンサは、飲料粉末ディスペンサである。

いくつかの実施形態では、チューブ壁内壁から１ｍｍの距離におけるディスク形状分配器の各アーム間の円弧の距離は、チューブの内半径の３５％～６５％；３０％～６０％；又は４０％～６０％である。本発明者らは、３０％～６５％の範囲内では、ディスク形状分配器は、しばらくの間、閉塞又は粉末の蓄積を伴わずに良好に作動し、３５％～６５％の範囲内では、ディスク形状分配器は、有意な粉末の蓄積を伴わずに無期限に作動することを見出した。

いくつかの実施形態では、チューブ内壁から１ｍｍの距離におけるディスク形状分配器の各アーム間の、チューブと同心になる円弧の距離は、２ｍｍ～７．５ｍｍ、又は３ｍｍ～７ｍｍである。

このようなアーム間の距離を有するディスク形状分配器は、回転しているときの良好な粉末の流れと、回転していないときの粉末の流れの良好な中断との優れたバランス、及び製造の容易さという特定の利点を有する。

いくつかの実施形態では、ディスク形状分配器の中央リングの半径は、チューブの内半径の５５％～８５％；又は６０％～８５％である。いくつかの実施形態では、チューブの内半径は１０ｍｍ～１４ｍｍであり、ディスク形状分配器の中央リングの半径は７ｍｍ～９ｍｍであり、好ましくはチューブの内半径は１１ｍｍ～１３ｍｍであり、ディスク形状分配器の中央リングの半径は７．５ｍｍ～８．５ｍｍである。

他の実施形態では、チューブの内半径は７ｍｍ～９ｍｍであり、ディスク形状分配器の中央リングの半径は５ｍｍ～７ｍｍであり、好ましくはチューブの内半径は７．５ｍｍ～８．５ｍｍであり、ディスク形状分配器の中央リングの半径は５．５ｍｍ～７ｍｍである。

そのような寸法の中央リング及びチューブを有するディスク形状分配器は、回転しているときの良好な粉末の流れと、回転していないときにディスク形状分配器上に粉末が蓄積するのを容易にすることによる静止時における粉末の流れの良好な中断との優れたバランス、及び材料の経済的な利用、という特定の利点を有する。

いくつかの実施形態では、ディスク形状分配器は、４～１２個のアーム、好ましくは６～１０個のアームを含む。

チューブの内半径が１０ｍｍ～１４ｍｍ又は１１ｍｍ～１３ｍｍである実施形態では、チューブの断面の平面に沿ったディスク形状分配器の各アームの幅は、好ましくは１．５ｍｍ～２．５ｍｍである。チューブの内半径が、７ｍｍ～９ｍｍ又は７．５ｍｍ～８．５ｍｍである実施形態では、チューブの断面の平面に沿ったディスク形状分配器の各アームの幅は、好ましくは１ｍｍ～２ｍｍである。

この数のアームを有するディスク形状分配器は、回転しているときの均一な粉末の流れ、回転していないときのアーム間の上流における良好な粉末ブリッジング（powder bridging）、及び製造の容易さという特定の利点を有する。特に、上記の幅寸法を有するアームは、改善された表面積及び使用中の剛性という更なる特定の利点を有する。

いくつかの実施形態では、ディスク形状分配器の中央リングは、ディスク形状分配器の平面から４ｍｍまで延び、好ましくはディスク形状分配器の中央リングは、ディスク形状分配器の平面から３ｍｍ、２ｍｍ、又は１ｍｍまで延びる。いくつかの実施形態では、中央リングは、ディスク形状分配器の平面から、これらの量だけ、片側又は両側に延びる。このような実施形態では、中央リングは、チューブの長手方向において、アームよりも大きな深さを有する。

このような実施形態は、製造の容易さと、本発明のものではない既存のディスク形状分配器を本発明のものに適合させるための中央リングの同一化及び直截的な追加という特定の利点を有する。中央リングがディスク形状分配器の両側から延びる実施形態は、ディスク形状分配器はリバーシブルであり、意図しない向きに挿入するリスクが排除される、という特定の利点を有する。

いくつかの実施形態では、ディスク形状分配器の中央リングは、少なくとも１つの孔を更に含み、孔のそれぞれは、チューブの半径に沿った方向に、チューブの半径の３０％；２６％；２４％以下、好ましくは２２％以下の最大幅を有する。

いくつかの実施形態では、ディスク形状分配器の中央リングは、少なくとも１つの孔を更に含み、それぞれが、チューブの半径に沿った方向に２．５ｍｍ以下の最大幅を有する。

好ましくは、孔はスロット又は径方向のスロットの形態であり、より好ましくはスロットはリングの外周と同心であり、最も好ましくはスロット同士は、また、等しく離間している。

このような孔を有する中央リングは、ディスク形状分配器及び／又はオーガーが回転しているときに、粉末ディスペンサのチューブ内の粉末の経時的な蓄積が少なく、チューブ内の圧力を低減するという特別な利点を有する。

いくつかの実施形態では、中央リング内の全ての孔の面積は、チューブの断面積の１５％以下、好ましくは１２％以下、最も好ましくは１０％以下である。

そのような制限された全体サイズを有する孔を備える中央リングは、回転していないときのディスク形状分配器の粉末停止特性を維持しながら、粉末分配器のチューブ内の粉末の過剰な蓄積を経時的に妨げる、という特別の利点を有する。

いくつかの実施形態では、ディスク形状分配器は、チューブの端部の５０ｍｍ、４０ｍｍ、３０ｍｍ、２０ｍｍ以内、又は好ましくは１０ｍｍ以内にある。

ディスク形状分配器のそのような位置は、ディスク形状分配器の後ろのチューブの閉塞を妨げ、下流動作において可撓性がより高いという、特定の利点を有する。

いくつかの実施形態では、チューブの外径は、２５ｍｍ～６０ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ～５０ｍｍである。

このような外径は、消費者に受け入れられる寸法のスティックパックに容易かつ確実に用いられ、包装効率が良く、包装充填時間が良好であるという、更なる利点を有する。

いくつかの実施形態では、オーガーとディスク形状分配器とは、動作可能に接続され、好ましくはディスク形状分配器とオーガーとは、動作可能に接続され、かつ分離可能である。好ましい実施形態では、ディスク形状分配器はオーガーの端部において接続されているが、他の実施形態では、オーガーに沿ってチューブ内の途中で接続されてもよい。

いくつかの実施形態では、ディスク形状分配器はオーガーの回転によって駆動される。

このような実施形態は、動作及び製造が単純であり、かつ単一の駆動モータのみ必要とする、という特定の利点を有する。

いくつかの実施形態では、粉末ディスペンサは、Ｈａｕｓｎｅｒ比が１．００～１．２５の粉末を更に含む。

このような粉末を有する粉末ディスペンサは、優れた粉末流動特性、粉末分注機のチューブ内の閉塞及び／又は粉末の蓄積を低減する、という特定の利点を有する。

いくつかの実施形態では、粉末は飲料粉末である。

本発明の第２の態様によれば、粉末を分注する方法であって、
ａ－本発明の第１の態様の粉末ディスペンサを用意することと、
ｂ－粉末を添加することと、
ｃ－オーガー及び／又はディスク形状分配器を回転させて、粉末をチューブを介してチューブ外に搬送することと、
ｄ－容器内に粉末を収集することと、を含む、方法が提供される。

いくつかの実施形態では、粉末は、消費可能な粉末、好ましくは飲料粉末、特にミルク、コーヒー、茶、クリーマー、砂糖及び／又はｎ人工甘味料を含む粉末である。

いくつかの実施形態では、粉末は、１．００～１．２５、１．００～１．２２、１．００～１．２０又は、好ましくは１．０５～１．１８のＨａｕｓｎｅｒ比を有する。

本発明の第１の態様の粉末ディスペンサを使用し、そのような粉末を含む方法は、粉末流動特性に優れ、粉末ディスペンサのチューブ内の閉塞及び／又は粉末の蓄積を低減する、という特定の利点を有する。

いくつかの実施形態では、容器は、２５ｍｍ～５５ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ～５０ｍｍ、最も好ましくは３５ｍｍ～４５ｍｍの直径を有する。

いくつかの実施形態では、１０ｇ～５０ｇ、好ましくは１５ｇ～４０ｇ、最も好ましくは１５ｇ～３０ｇの粉末が容器に添加される。

このような充填重量は、最終消費者の使用のための優れた分量である、という特定の利点を有する。

いくつかの実施形態では、粉末は、複数の容器によって順次収集される。

いくつかの実施形態では、その又は各容器は可撓性フィルムを含む。

いくつかの実施形態では、その又は各容器は、粉末収集時点で形成される。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様の粉末ディスペンサと包装装置とを備える粉末充填機が提供される。

いくつかの実施形態において、包装装置は、可撓性フィルム包装装置、好ましくはスティックパック包装装置である。

本発明がより明確に理解され得るように、本発明の実施形態が、添付の図面を参照し、単なる例示として説明される。

先行技術の粉末充填機（１）の概略断面図である。 図１の粉末充填機（１）と共に使用する先行技術のスピニングディスク（１４）の上面図である。 図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスク（１４）の多くの様々に異なる欠陥がある設計の斜視図であり、特許請求される発明において使用するスピニングディスクの範囲には含まれない。 図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスク（１４）の多くの様々に異なる欠陥がある設計の斜視図であり、特許請求される発明において使用するスピニングディスクの範囲には含まれない。 図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスク（１４）の多くの様々に異なる欠陥がある設計の斜視図であり、特許請求される発明において使用するスピニングディスクの範囲には含まれない。 図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスク（１４）の多くの様々に異なる欠陥がある設計の斜視図であり、特許請求される発明において使用するスピニングディスクの範囲には含まれない。 図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスク（１４）の多くの様々に異なる欠陥がある設計の斜視図であり、特許請求される発明において使用するスピニングディスクの範囲には含まれない。 図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスク（１４）の多くの様々に異なる欠陥がある設計の斜視図であり、特許請求される発明において使用するスピニングディスクの範囲には含まれない。 図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスク（１４）の多くの様々に異なる欠陥がある設計の斜視図であり、特許請求される発明において使用するスピニングディスクの範囲には含まれない。 図１の粉末充填機（１）と共に使用する回転ディスク（１４）の多くの様々に異なる欠陥がある設計の斜視図であり、特許請求される発明において使用する回転ディスクの範囲には含まれない。 図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスク（１４）の多くの様々に異なる欠陥がある設計の斜視図であり、特許請求される発明において使用するスピニングディスクの範囲には含まれない。 図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスク（１４）の多くの様々に異なる欠陥がある設計の斜視図であり、特許請求される発明において使用するスピンドルディスクの範囲には含まれない。 図１の粉末充填機（１）と共に使用し、共に本発明の粉末ディスペンサを形成するスピンドルディスクの第１の実施形態の斜視図である。 本発明の同じスピニングディスクの平面図である。 側面図である。 図１の粉末充填機（１）と共に使用し、共に本発明の粉末ディスペンサを形成するスピニングディスクの第２の実施形態の斜視図である。 本発明の同じスピニングディスクの平面図である。 側面図である。 図１の粉末充填機（１）と共に使用し、共に本発明の粉末ディスペンサを形成する、スピニングディスクの第３の実施形態の斜視図である。 本発明の同じスピニングディスクの平面図である。 側面図である。 図１の粉末充填機（１）と共に使用し、共に本発明の粉末ディスペンサを形成する、図６のスピニングディスクの別の実施形態の斜視図である。 図１の粉末充填機（１）と共に使用し、共に本発明の粉末ディスペンサを形成する、図６のスピニングディスクの更に別の実施形態の斜視図である。

図１は、ホッパー（１０）と、ホッパーを通ってホッパー外に、かつホッパーの下流端部に接続したチューブ（１３）内に延びる垂直のオーガー（１２）と、モータ（図示せず）の形態の、オーガーを回転させる手段と、スピニングディスク（１４）の形態の粉末分散手段と、フローラップ（flow wrap）（１６）の形態の包装材料と、包装封止手段（１８）と、を備える先行技術の粉末充填機（１）を示す。オーガー（１２）は、モータ（図示せず）からホッパー（１０）内へ、そしてチューブ（１３）内に下降して延びる。回転ディスク（１４）は、チューブ（１３）内のオーガー（１２）の端部に取り付けられ、チューブ（１３）をその端部に近接して部分的に閉じる。スピニングディスク（１４）は、ディスクの外縁とチューブ内壁との間の粉末の流れを妨げつつ、チューブ（１３）内で自由に回転することを可能とするために十分なほどに、全体の直径がチューブ（１３）の内径よりも小さい。フローラップ（１６）は、チューブ（１３）の外側表面に沿って置かれ、包装封止手段（１８）はチューブ（１３）の端部を越えている。

使用中、ホッパー（１０）には、チューブ（１３）から分注される粉末が装填される。スピニングディスク（１４）及びオーガー（１２）は、モータ（図示せず）によって一緒に回転する。オーガー（１２）は、粉末を駆動してチューブ（１３）を通し、スピニングディスク（１４）は、粉末をチューブ（１３）の端部からフローラップ（１６）内に分散させ、分注する。回転していないとき、オーガー（１２）は粉末を駆動してチューブ（１３）を通さず、回転していないスピニングディスク（１４）は、チューブ（１３）からの粉末の流れを阻止し、この静止状態においてチューブ（１３）からの粉末のいかなる「滴り」（dribbling）も防止するように構成された形状及びサイズを有する。オーガー（１２）及びスピニングディスク（１４）の回転期間の持続時間が、どれだけの粉末をフローラップ（１６）内に分注するかを決定する。オーガー（１２）及びスピニングディスク（１４）の回転が中断すると、封止手段（１８）はフローラップを封止し、充填したパッケージ上部の封止と次のパッケージのための底部の封止を提供する。「滴り」の防止は、フローラップ（１６）の面同士の間の良好な封止と、正しい包装充填体積とをもたらすために重要である。

図２を参照すると、同様の番号は図１と比較して同様の構成要素を指しており、先行技術のスピニングディスク（１４）は、全体の直径が２４ｍｍであり、半径５．５ｍｍの中央リング（２２）と、８個のアーム（２４）と、半径４．０５ｍｍの穴（２６）の形態による中央取り付け手段を備えている。８個のアーム（２４）は、リング（２２）から延び、リング（２２）の周囲に均等に離間しており、各アーム（２４）の幅は２ｍｍである。スピニングディスク（１４）の最大直径は２４ｍｍであり、図１の粉末充填機（１）のチューブ（１３）の端部で使用するように設計されている。

図２のスピニングディスクは、４５ｍｍの外径と２５ｍｍ（半径１２．５ｍｍ）の内径を有する業界標準のチューブ（１３）を備えた１の粉末充填機（１）と共に使用するとき、本発明のものではない。それは、中央リング（２２）の半径がチューブ（１３）の半径の４４％であり、チューブ壁から１ｍｍの距離におけるディスク形状分配器の各アーム間の、チューブと同心である円弧距離は、７．４２ｍｍ、チューブ（１３）の内半径の５９．４％であるためである。

スピニングディスクを説明するとき、様々な寸法に依拠することが理解されるであろう。図２のスピニングディスク（１４）を参照すると、スピニングディスクのリング（２２）の半径を説明するとき、半径は、ディスクの理論中心からリングの外縁までが測定される。ディスク（１４）の半径を説明するとき、ディスクの理論中心から、中心から最も遠いディスク上の点の外側先端まで測定が行われ、本発明のほとんどの実施形態において、この点は、アーム（２４）のうちの１つの先端である。したがって、直径は、半径を２倍にして計算される。

図３ａ～図３ｈを参照すると、図３ａは、半径４．０５ｍｍの中央取り付け穴と、半径５．５ｍｍの中央リングと、１２個のアームと、を備えるスピニングディスクであり、図３ｂは、半径４．０５ｍｍの中央取り付け穴と、半径５．５ｍｍの中央リングと、１４個のアームと、を備えるスピニングディスクの図である。図３ｃは、半径４．０５ｍｍの中央取り付け穴と、半径５．５ｍｍの中央リングと、５個の幅１．５ｍｍの径方向のスロットと、を備えるスピニングディスクの図であり、図３ｄは、半径４．０５ｍｍの中央取り付け穴と、半径５．５ｍｍの中央リングと、幅２．５ｍｍの径方向のスロットを備えるスピニングディスクである。図３ｅは、半径４．０５ｍｍの中央取り付け穴と、１２個の幅１．５ｍｍの径方向のスロットと、を備えるスピニングディスクの図であり、図３ｆは、半径４．０５ｍｍの中央取り付け穴と、１１個の径方向のスロットと、を備えるスピニングディスクである。図３ｇは、半径４．０５ｍｍの中央取り付け穴と、８個の直径５ｍｍの穴と、を備えるスピニングディスクであり、図３ｈは、半径４．０５ｍｍの中央取り付け穴と、直径２．５ｍｍの穴のアレイと、波状外辺部と、を備えるスピニングディスクの図である。図３ａ～図３ｈのスピニングディスクのそれぞれは、２４ｍｍの最大直径を有し、図１の粉末充填機（１）のチューブ（１３）の端部で使用するように設計されている。

図３ａ～図３ｈのスピニングディスクのいずれも、チューブ（１３）の内径が２５ｍｍである図１の粉末充填機（１）と共に使用する場合、本発明のものではない。図３ａを参照すると、中央リングの半径は、チューブ（１３）の半径の４４％であり、チューブ壁から１ｍｍの距離におけるディスク形状分配器の各アーム間の、チューブと同心である円弧距離は、４．２８ｍｍ、チューブ（１３）の内半径の３４．３％である。図３ｂを参照すると、中央リングの半径は、チューブ（１３）の半径の４４％であり、チューブ内壁から１ｍｍの距離におけるディスク形状分配器の各アーム間の、チューブと同心である円弧の距離は、３．３９ｍｍ、チューブ（１３）の内半径の２７．１％である。図３ｃ、図３ｄ、図３ｅ、図３ｆ及び図３ｇを参照すると、中央リングの半径は、チューブ（１３）の内半径の４４％であり、複数のアーム又はアーム間隙がない。図３ｈを参照すると、中央リングも、複数のアーム又はアーム間隙も存在しない。

図４ａ～図４ｃは、チューブ（１３）の内径が２５ｍｍ（半径１２．５ｍｍ）である、本発明の粉末ディスペンサを形成するために図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスクの第１の実施形態を示しており、スピニングディスクは、高さ（すなわち、チューブ（１３）の長手方向の高さ）２ｍｍであり、中央取り付け穴は半径４．０５ｍｍであり、中央リングは半径８ｍｍで、チューブ（１３）の半径の６４％である。中央リングから、１０個のアームがディスクの中心から１２ｍｍの距離まで延び、チューブ内壁から１ｍｍの距離における各アーム間の円弧の距離は５．５ｍｍであり、これはチューブ（１３）の内半径の４４．３％である。

図５ａ～図５ｃは、チューブ（１３）の内径が２５ｍｍである、本発明の粉末ディスペンサを形成するために図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスクの第２の実施形態を示しており、図４ａ～図４ｃの実施形態と同様であり、中央リングの高さ（すなわち、チューブの長手方向の高さ）が複数のアームの平面から１ｍｍ延びている（すなわち、チューブ（１３）の長手方向においてより厚い）という点でのみ異なる。理論に束縛されることを望むものではないが、本発明者らは、中央リングが、例えば４ｍｍ以上など、１ｍｍを有意に超えて複数のアームの平面から延びる場合、中央リングの側面とチューブ内壁との間に狭いチャネル及び流れの制約が生成され、経時的にチューブにおける粉末閉塞の可能性及び／又は発生率を増大させると考えている。

図５ａ～図５ｃのスピニングディスクは、粉末充填機（１）において、（中央リングがホッパー（１０）に向かって、又はそこから離れるように延びる）２つの可能な向きのいずれかで使用してもよい。本発明において、中央リングがディスクの両側から１ｍｍ延びている、図示しない実施形態が存在する。この実施形態は、いずれをも上方として使用でき、取り付けエラーのリスクが低減される、という特定の利点を有する。

図６ａ～図６ｃは、チューブ（１３）の内径が２５ｍｍである、本発明の粉末ディスペンサを形成するために図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスクの第３の実施形態を示しており、スピニングディスクは、高さ２ｍｍであり、中央取り付け穴は半径４．０５ｍｍであり、中央リングは半径８ｍｍで、チューブ（１３）の半径の６４％である。中央リングは、５個の２．５ｍｍ幅（チューブの内半径の２０％）の径方向のスロットと、１０個の２ｍｍ幅のアームとを備え、複数のアームは、中央リングから、ディスクの中心から１２ｍｍの距離まで延び、チューブ内壁から１ｍｍの距離におけるアーム間の円弧の距離は５．５ｍｍであり、これはチューブ（１３）の内半径の４４．３％である。５個の径方向のスロットは、チューブ（１３）の断面積の９％である４４．２ｍｍ²の総面積を占める。

図７は、チューブ（１３）の内径が２５ｍｍである、本発明の粉末ディスペンサを形成するために図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスクの第４の実施形態を示しており、スピニングディスクは、図６ａ～図６ｃのものと同様であり、１２個のアームを備え、チューブ壁から１ｍｍの距離における、ディスク形状分配器の各アーム間の、チューブと同心である円弧の距離は、４．３ｍｍ、チューブ（１３）の内半径の３４．３％である点でのみ異なる。

図８は、チューブ（１３）の内径が２５ｍｍである、本発明の粉末ディスペンサを形成するために図１の粉末充填機（１）と共に使用するスピニングディスクの第５の実施形態を示しており、本発明のスピニングディスクは、図６ａ～図６ｃのものと同様であり、中央リングが５個の１．５ｍｍ幅（チューブの内半径の１２％）の径方向のスロットを備える点でのみ異なる。５個の径方向のスロットは、チューブ（１３）の断面積の４．２％のである２０．６７ｍｍ²の総面積を占める。

実施例１－第１の試験粉末
外径４５ｍｍ、内径２５ｍｍのチューブ（１３）を有し、図１のレイアウトのＴｏｙｏ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ製のモデルＴＭ７０－ＺＣ粉末充填機（１）を用意し、ホッパー（１０）を第１の試験粉末で充填した。

第１の試験粉末は、３７％の糖、１９％のスキムミルク粉末、３７％のクリーマー、０．５％のキサンタンガム、１％のフレーバー、及び５．５％の可溶性コーヒーを含む噴霧乾燥粉末であり、Ｈａｕｓｎｅｒ比が１．０８であり、表１の分類による「非常に流動性が高い粉末」であり、ｘ５０粒度分布が１９７ミクロンである。

複合フローラップ包装材料を、直径４５ｍｍかつ長さ１８０ｍｍのスティックパックパッケージを製造するために、図１の粉末充填機のチューブ（１３）の周りに取り付けた。

粉末充填機を、毎分３７個のスティックパックの速度、粉末充填重量２１．５ｇで運転するように設定した。

オーガーを、毎分３５～４２回転の速度で回転するように設定した。

図２～図３ｈのスピニングディスク（１４）の異なる設計（請求された発明の範囲内に含まれない）及び図５ａ～図８（本発明の特許請求される範囲内に含まれる）のそれぞれを、中央取り付け穴（２６）によってオーガー（１２）の端部に取り付け、粉末充填機を、それぞれの異なるディスクについて６時間運転した。その間に、運転中の第１の試験粉末による「１．チューブ（１３）の閉塞の程度」と、「２．回転が停止しているときのスピニングディスク（１４）を介した試験粉末の漏出の程度」の両方を測定した。結果を表２に記録する。

図２のスピニングディスク、及びディスクの周りに均等に離間している１０個のアームを有する図２のスピニングディスクの変種（variant）は、回転が停止しているときにチューブ（１３）からの粉末の流れを妨げなかった。理論に束縛されることを望むものではないが、本発明者らは、これらのディスクが、回転していないときに粉末が積み重なる表面を提供するためのチューブの中央に向けた十分な本体を欠くことにより、１０個のアームを有する変種に置換されても粉末の流れを妨げなかったと考えている。１０個のアームを有する図２の変種のスピニングディスクは、１０個のアームを備えている点のみが異なり、図２のディスクと同一寸法であり、チューブ壁から１ｍｍの距離におけるアーム間の間隙は、５．５ｍｍ（チューブの半径の４４．３％）であった。

図３ａ、図３ｂのスピニングディスクは、回転していないときに粉末の流れを停止させたが、試験の期間の間、チューブを通って戻った粉末の蓄積がもたらされた。これらのスピニングディスクは、１２個のアーム及び１４個のアームの図２のスピニングディスクの単純な変種である。理論に束縛されることを望むものではないが、本発明者らは、追加のアームの導入が回転していないときに粉末の流れを妨げる効果を有したものの、スピニングディスクに十分な追加の本体が導入されたため、試験の持続時間にわたって回転しているときに粉末がチューブから自由には流れない結果となったと考えている。

図３ｃ、図３ｄ、図３ｅ、図３ｆ及び図３ｇのスピニングディスクは、全て、回転していないときに粉末の流れを停止させたが、試験の期間の間、チューブを通って戻った粉末の蓄積がもたらされた。理論に束縛されることを望むものではないが、本発明者らは、これらのディスクの本体に関する質量の分配は、回転時に試験粉末の自由流動を可能にする回転により加えられた力を十分に利用せず、これは先行技術の課題を克服する際に感じられる困難さを強調すると考えている。

図３ｈのスピニングディスクは、回転していないときに流れを妨げず、試験中の粉末の蓄積もチューブの閉塞も妨げなかった。

図４ａ～図４ｃ、図５ａ～図５ｃ、図６ａ～図６ｃ、図７、及び図８のスピニングディスクは全て、回転していないときに粉末の流れを停止させる良好な性能を示し、試験の期間の間、チューブの閉塞は起きなかった。理論に束縛されることを望むものではないが、本発明者らは、これらの実施形態における、チューブ（１３）の内壁から１ｍｍにおけるアーム間の間隙と組み合わせて、特許請求される寸法を有する中央リングによって追加の本体が提供されたことにより、ディスクが回転していないときにはチューブ内に粉末が蓄積するのに十分な表面が提供されるが、回転しているときには、粉末が自由にディスクを通過して流れるのに十分なアーム間の空隙がもたらされたと考えている。図７及び図８のスピニングディスクは、試験期間後にスピニングディスクのアーム上に若干の粉末が蓄積した兆候を示しており、本発明者らは、理論に束縛されることを望むものではないが、このわずかな蓄積は、アームの数及びアーム間の間隙が本発明の範囲の限界に近いことに帰せられると考えている。

実施例２－第２の試験粉末
試験の第２の組は、実施例１の試験と同じ方法で実施され、唯一の変更は、実施例１における第１の試験粉末ではなく、第２の試験粉末を使用したことであった。第２の試験粉末は、第１の試験粉末と同じ組成を有する噴霧乾燥粉末であったが、噴霧乾燥プロセスのパラメータ及び乾燥の程度が異なるため、より高いＨａｕｓｎｅｒ比１．１８を有し、表１の分類による「流動性が高い粉末」であった。

第２の試験粉末を用いた試験の第２の組の結果を表３に示す。

結果は、実施例１のものと概ね同等であり、全般的な傾向は、実施例２の粉末は自由流動性がより低いため、チューブ閉塞がより多く、粉末漏出がより少ない。図２のディスク設計、及び１０個のアームを有する図２の変種は、実施例１と同じ方法では不合格であった。図３ａ～図３ｈのディスク設計は、チューブがより急速に閉塞されたため不合格となり、図３ｄの設計は、回転していないときの粉末漏出による不合格ではなかった。実施例１と同様に、図４ａ～図４ｃ、図５ａ～図５ｃ、図６ａ～図６ｃ、図７及び図８のスピニングディスク設計は、粉末の流れを停止させ、自由流動性がより低い第２の試験粉末を用いても、試験の期間にわたって閉塞しなかった。

図６ａ～図６ｃ、図７、及び図８のスピニングディスクは、運転中におけるチューブ内の粉末の蓄積に対する耐性が強化されていることを示した。理論に束縛されることを望むものではないが、本発明者らは、これは、スピニングディスクの中央リング内の複数の穿孔を介して空気が通過することにより、スピニングディスクを越える任意の圧力の蓄積が低減されることに起因すると考えている。これらの穿孔は、拡大された中央リングによって与えられる粉末停止特性を損なうことがない十分に小さいものと考えられる。

理論に束縛されることを望むものではないが、本発明者らは、アーム間の距離、中央リングの寸法、任意選択の中実な外周部の寸法、並びにディスクを貫通する任意選択の任意の追加孔のサイズ及び配置が、本発明における成功したスピニングディスクに重要であると考えている。

実施例３－外径３５ｍｍ、内径１６ｍｍのチューブ
チューブ（１３）を外径３５ｍｍ、内径１６ｍｍまで縮小させて、実施例１及び２で使用された図２～図７のスピニングディスクの縮小された変種を、図１の粉末充填機で使用した。

スピニングディスクの縮小された変種は、以下の寸法を有した。

各縮小されたディスクは、半径２．５ｍｍの中央取り付け穴、１．５ｍｍのアーム幅（チューブの断面にわたって測定）、及び１５ｍｍのディスク直径を有した。

縮小されたスピニングディスクの他の寸法は、表４、図５及び図６に示すとおりである。

図２及び図３ａ～図３ｊのディスクの３５ｍｍ用変種は、外径３５ｍｍのチューブ（１３）を有する図１の縮小された粉末充填機（１）と共に使用する場合、本発明のものではない。

図４～図７のディスクの３５ｍｍ用変種が、外径３５ｍｍのチューブを有する図１の縮小された粉末充填機（１）と共に使用する場合、本発明のものである。

図１の縮小された粉末充填機（１）に、表４、表５及び表６の縮小されたスピニングディスクのそれぞれを取り付け、実施例１及び２の試験粉末を順に装填し、スピニングディスクと試験粉末の各組み合わせを試験した。実施例１の回転速度、充填速度、試験持続時間などのパラメータと同じパラメータを使用した。

図８のスピニングディスクの縮小された等価物は試験されなかった。

結果は、粉末充填機に図４～図７のスピニングディスクが取り付けられて、静止時に粉末の流れを阻止させつつチューブ（１３）の経時的な閉塞を妨げる、実施例１及び２で使用した４５ｍｍのバージョンで得られたと実質的に同じであり、粉末充填機に図２及び図３ａ～図３ｊのスピニングディスクが取り付けられた場合には実施例１及び２の一方又は両方の試験に失敗することが判明した。

図４～図７の縮小されたスピニングディスクの更なる変種の試験を、中央リングを最大６．８ｍｍの半径まで、実施例３のチューブの内半径の８５％まで拡大して（全ての他の寸法を変えることなく）行った。これらの変種は、経時的な閉塞を引き起こすことなく、表４～表６に示されたものと同じ優れた粉末流動及び停止特性を示した。

上記実施形態は、単なる例として記載されている。添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変形形態が可能である。

Claims (17)

1. 円形断面のチューブと、前記チューブを通って軸方向に延びるオーガーと、前記チューブの軸に対して横方向に延び、かつ前記チューブを部分的に閉じるディスク形状分配器を備え、前記ディスク形状分配器が中央リング及び該中央リングから径方向に延びる複数のアームを含む粉末ディスペンサであって、前記中央リングは、前記チューブの内半径の５５％～９０％の半径を有し、前記複数のアームのうちの少なくとも１つは、前記チューブの内壁から１ｍｍ未満まで延び、前記チューブの内壁から１ｍｍの距離にける各アーム間の距離を、前記チューブと同心になる円弧によって定義したときに、該距離が、前記チューブの前記内半径の３０％～６５％であることを特徴とする粉末ディスペンサ。
2. 前記粉末ディスペンサは、飲料粉末ディスペンサである請求項１に記載の粉末ディスペンサ。
3. 前記チューブの内壁から１ｍｍの距離における前記ディスク形状分配器の各アーム間の、前記チューブと同心である前記円弧の距離が、前記チューブの前記内半径の３５％～６５％である請求項１又は２に記載の粉末ディスペンサ。
4. 前記チューブの内壁から１ｍｍの距離における前記ディスク形状分配器の各アーム間の前記円弧の距離が、２ｍｍ～７．５ｍｍである請求項１～３のいずれか１項に記載の粉末ディスペンサ。
5. 前記ディスク形状分配器の前記中央リングの半径は、前記チューブの前記内半径の５５％～８５％である請求項１～４のいずれか１項に記載の粉末ディスペンサ。
6. 前記チューブの前記内半径は１０ｍｍ～１４ｍｍであり、前記ディスク形状分配器の前記中央リングの前記半径は７ｍｍ～９ｍｍである請求項１～５のいずれか１項に記載の粉末ディスペンサ。
7. 前記チューブの前記内半径は７ｍｍ～９ｍｍであり、前記ディスク形状分配器の前記中央リングの前記半径は５ｍｍ～７ｍｍである請求項１～５のいずれか１項に記載の粉末ディスペンサ。
8. 前記ディスク形状分配器は４～１２個のアームを含む請求項１～７のいずれか１項に記載の粉末ディスペンサ。
9. 前記ディスク形状分配器は６～１０個のアームを含む請求項８に記載の粉末ディスペンサ。
10. 前記ディスク形状分配器の前記中央リングは、少なくとも１つの孔を更に含み、前記孔のそれぞれは、前記チューブの前記半径に沿った方向に、前記チューブの前記半径の３０％以下の最大幅を有する、請求項１～９のいずれか一項に記載の粉末ディスペンサ。
11. 前記ディスク形状分配器の前記中央リングは、少なくとも１つの孔を更に含み、前記孔のそれぞれは、前記チューブの前記半径に沿った方向に２．５ｍｍ以下の最大幅を有する請求項１～９のいずれか一項に記載の粉末ディスペンサ。
12. 前記ディスク形状分配器の前記中央リングは複数の前記孔を含み、全ての前記孔の面積は、前記チューブの断面積の１５％以下である請求項１０又は１１に記載の粉末分配器。
13. 前記ディスク形状分配器は、前記チューブの端部の１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ以内にある、請求項１～１２のいずれか一項に記載の粉末ディスペンサ。
14. 前記オーガーと前記ディスク形状分配器とは、動作可能に接続されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の粉末ディスペンサ。
15. 前記粉末ディスペンサは、Ｈａｕｓｎｅｒ比が１．００～１．２５の粉末を更に含む、請求項１～１４のいずれか一項に記載の粉末ディスペンサ。
16. 粉末を分注する方法であって、
    Ａ－請求項１の粉末ディスペンサを用意する工程と、
    Ｂ－粉末を添加する工程と、
    Ｃ－オーガー及び／又はディスク形状分配器を回転させる工程と、
    Ｄ－容器内に前記粉末を収集する工程と
    を含む、方法。
17. 前記粉末は飲料粉末である請求項１６に記載の方法。
    

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