(57)【要約】  加圧スプレーシステム（１０）である。このスプレーシステムはある流路を有し、内容物は、その流路を通過してシステムから大気に分配されなければならない。スプレーノズル（３０）の出口オリフィスへの流路における制限の適当な比率を維持することにより、圧力が低下しながらも、比較的一定な平均粒径分布をスプレーシステムの寿命にわたって得ることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の圧力範囲全体にわたって内容物を分配するためのパッケージであって、
製品を中に収容するための容器であって、０．８６〜０．５５ＭＰａ（８．８〜５．６ｋｇ／平方センチメートル）の範囲の圧力に内部で加圧される容器と、
前記製品を収容するための貯蔵部と、
前記貯蔵部から前記製品を移送するための弁心棒であって、前記弁心棒が上流側の流動制限を中に有し、閉じた第１の位置から開いた第２の位置へと移動可能であり、前記流動制限が、０．００６〜０．０１６平方ミリメートルの範囲の面積を有する弁心棒と、
統合されたタンジェンシャル流動面積を有する、前記弁心棒から製品を受容するための１つ以上のタンジェンシャルと、
前記タンジェンシャルからの製品とその製品と混合される空気との合流点を受容するための渦流室と、前記容器から周囲に軸方向に内容物を分配するためのノズルであって、前記渦流室と流体連通するノズルとを備え、前記タンジェンシャルの前記統合された流動面積と前記上流側の流動制限との比が、０．８〜７．５の範囲に及ぶことを特徴とするパッケージ。
【請求項２】
前記タンジェンシャルが、前記ノズルに対して垂直に向けられており、かつ好ましくは１２０度離間しており、前記パッケージが、縦軸を有し、前記可動弁心棒が、前記縦軸と一致し、前記上流側の流動制限が、少なくとも１つの弁口を備え、前記少なくとも１つの弁口が、可動弁心棒内に配置されており、かつ前記縦軸に対して直角に向けられている、請求項１に記載の容器。
【請求項３】
前記タンジェンシャルの前記統合された流動面積が、０．００６〜０．０１０平方ミリメートルである、請求項１又は２に記載の容器。
【請求項４】
前記比が１．５〜４．４である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の容器。
【請求項５】
前記比が３．５〜４．３である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の容器。
【請求項６】
前記比が１．５〜３．５である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の容器。
【請求項７】
所定の圧力範囲全体にわたって内容物を分配するためのパッケージであって、
製品を中に収容するための容器であって、０．５５〜０．２３ＭＰａ（５．６〜２．３ｋｇ／平方センチメートル）の範囲の圧力に内部で加圧される容器と、
前記製品を収容するための貯蔵部と、
前記貯蔵部から前記製品を移送するための弁心棒であって、上流側の流動制限を中に有し、閉じた第１の位置から開いた第２の位置へと移動可能であり、前記流動制限が、０．０１０〜０．０１６平方ミリメートルの範囲の面積を有する弁心棒と、
統合されたタンジェンシャル流動面積を有する、前記弁心棒から製品を受容するための１つ以上のタンジェンシャルと、
前記タンジェンシャルからの製品とその製品と混合される空気との合流点を受容するための渦流室と、前記容器から周囲に軸方向に内容物を分配するためのノズルであって、前記渦流室と流体連通するノズルとを備え、
前記タンジェンシャルの前記統合された流動面積と前記上流側の流動制限との比が、１．５〜７．５の範囲に及ぶことを特徴とするパッケージ。
【請求項８】
前記比が２．３〜４．４である、請求項７に記載の容器。
【請求項９】
前記比が２．３〜３．０である、請求項８に記載の容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を送出するシステムに関し、より具体的には、加圧下で液体を送出するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スプレーシステム、特に加圧スプレーシステムは、当該技術分野において周知である。そのようなスプレーシステムは、多くの場合、高圧ガスを充填した金属缶、プラスチック容器、又は他のパッケージを利用している。高圧ガスは、大気圧を超える圧力にスプレーシステムの内容物を加圧する。パッケージの内容物を加圧する高圧ガスを解放すると、圧力差により、内容物が大気又は周囲環境に放出される。
【０００３】
典型的な高圧ガスには、窒素などの圧縮ガス、又はブタン等の炭化水素が挙げられる。圧縮ガスと炭化水素高圧ガスとの双方に共通する特徴の１つは、例示するように、繰り返し使用することで圧力が低下することである。そのような圧力低下は、パッケージの内容物の送出特性を一変させることがある。しかしながら、圧縮ガスシステムの圧力低下は通常、システムの耐用期間を通じて更に顕著である。対照的に、炭化水素システムは再生する傾向があり、システム耐用期間のうちの長期間にわたって、概してより安定した圧力を供給する。したがって、圧縮ガスシステムのみを以下で考慮する。
【０００４】
そのようなパッケージに収容される典型的な製品には、洗浄剤、家具用の艶出し剤、芳香剤、室内用の脱臭剤、スプレー式塗料、殺虫剤、潤滑剤、ヘアスプレー、薬剤などがある。これらの製品の各々は、流量、円錐角、及び粒径などの送出特性において望ましい値域を有している。流量とは、単位時間当たりに送出される製品の量である。円錐角とは、特定の距離をおいた特定の範囲にわたる製品の分散度である。粒径とは、ノズルオリフィスから所定の距離をおいた標的表面又は環境と接した際の平均液滴粒度分布である。
【０００５】
しかしながら、時間と共に、高圧ガスの圧力低下が原因で、これらの送出特性の各々が変化する。ユーザーが、これらの変化のうちの一部を補うことが可能であり得る。例えば、送出速度が低下するときに、ユーザーは単に、より長期間にわたって分配してもよい。同様に、円錐角が減少するにときに、消費者は単に、分配の間に、より広範囲にわたって製品を向けるか、あるいは標的表面までの距離を調節してもよい。
【０００６】
しかしながら、圧力低下の間に粒径が増大すると、ユーザーが補うことはできなくなる。粒径の増大は望ましくないものとなり得る。例えば、ヘアスプレーの粒径が増大すると、ポリマーが過度に粘着性となることがある。家具用の艶出し剤の粒径が増大すると、艶出し剤が塗布の際に染みになることがある。粒径はまた、芳香剤の吐出又は浮遊に影響を与えることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、スプレーシステムから分配される製品の耐用期間にわたって、粒径と使用回数との連関を緩和することが、当該技術分野において求められている。いくつかの試みが既に当該技術分野においてなされてきた。例えば、プール（Pool）らに付与された欧州特許第０，４７９，７９６号（Ｂ１）は、弁口とアクチュエータ出口との流動面積比を少なくとも２：１とすることで、有利な流れ特性がもたらされることを示唆している。しかしながら、２：１未満の比の中にも有効となる比があることが判明しており、一方で、２：１を超える比の中にも不適切となる比があることが判明している。したがって、別の手法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
所定の圧力範囲全体にわたって内容物を分配するためのパッケージが、製品を収容するための貯蔵部と、閉じた第１の位置と開いた第２の位置との間で移動可能であり、上流側の流動制限部を中に有する弁心棒と、統合されたタンジェンシャル流動面積を有する、該弁心棒から製品を受容するための１つ以上のタンジェンシャルであって、タンジェンシャルの統合された流動面積と上流側の流動制限部との比が０．８〜７．５の範囲に及ぶタンジェンシャルと、該容器から周囲に内容物を分配するためのノズルとを備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による例示的なスプレーパッケージの斜視図。
【図２】図１の線２−２に沿って取り、明瞭にするために部分的に回転させた垂直断面図。
【図２Ａ】図２の部分図から取り、明瞭にするために部分的に回転させた、パッケージの流路のタンジェンシャル（tangentials）の斜視図。
【図３Ａ】異なる３つの流量制限部面積に対する、加圧システムから分配される製品の３つの噴霧特性の相互関係の３次元グラフ図。
【図３Ｂ】異なる３つの流量制限部面積に対する、加圧システムから分配される製品の３つの噴霧特性の相互関係の３次元グラフ図。
【図３Ｃ】異なる３つの流量制限部面積に対する、加圧システムから分配される製品の３つの噴霧特性の相互関係の３次元グラフ図。
【図４Ａ】図３Ａ〜３Ｃに示した情報の２次元グラフ図。
【図４Ｂ】図３Ａ〜３Ｃに示した情報の２次元グラフ図。
【図４Ｃ】図３Ａ〜３Ｃに示した情報の２次元グラフ図。
【００１０】
図３Ａ〜３Ｃ及び４Ａ〜４Ｃにおいて、Ａ１は、弁口で占め得るような、上流側の流量制限部の面積を示し、Ａ２は、タンジェンシャルの流動面積を示し、Ａ１／Ａ２比は、グラフに示した特定の点におけるＡ１とＡ２との比を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照すると、典型的な分配システムがパッケージ１０を備えている。分配される内容物及び高圧ガスが、パッケージ１０内に収容されている。内容物と高圧ガスは、当該技術分野において既知であるように、界面にて混合されてもよく、あるいは、膨張式バッグを使用して別々に保たれてもよい。
【００１２】
図２を参照すると、内容物は連続した流路で分配される。パッケージ１０内での収納から大気／周囲への噴霧に至る流路の多数の製作法（executions）が知られているが、本明細書では１つの例示的な実施形態について説明することにする。しかしながら、本発明がそれによって限定されないことが、当業者には理解されよう。
【００１３】
分配される内容物は、貯蔵部１２に収容されており、浸漬管１４を通じて流路に進入することができる。浸漬管１４は、一定断面のものであっても変断面のものであってもよい。浸漬管１４が変断面を有する場合、浸漬管１４のうちの最大流量制限を有する部分（最小の流動面積／水力半径）が考慮される。浸漬管１４が一定断面を有する場合、入口での浸漬管１４の面積が考慮される。
【００１４】
分配される内容物は、浸漬管１４を抜け出し、ヘッドスペースに進入する。ヘッドスペースは、一般には流路のうちの比較的大きな部分であり、通常は際立った流動制限を設けていない。分配される内容物は、ヘッドスペースから弁心棒２０に入る。弁心棒２０は、第１の位置から第２の位置に移動すると分配プロセスを始動／停止する可動アセンブリの一部である。典型的には、ユーザーは弁心棒２０を開位置に押し下げて分配を開始する。次いで、分配を停止するために、ユーザーは弁心棒２０を解放して閉位置に戻す。弁心棒２０は、開位置から閉位置に戻ることができるように、バネ荷重を受けるか、あるいは他の方法で付勢されてもよい。弁心棒は、押しボタン又は引き金２１で作動させることができる。
【００１５】
分配システムは、ある縦軸を有していてもよい。多くの場合、弁心棒２０は、分配システムの縦軸に平行であり、変性したケース（degenerate case）においては分配システムの縦軸と一致する。分配される内容物は、縦軸に対して横向きに、典型的には半径方向に、弁心棒２０に進入することができる。弁心棒２０への進入は、１つ、２つ、又はそれ以上の弁口２２を通じたものであってもよい。弁心棒２０が複数の弁口２２を有する場合、すべての弁口２２の流動面積を統合したものが考慮される。一般的な市販のシステムは、１８０度離間した同じ寸法の２つの弁口２２を有している。
【００１６】
図２Ａを参照すると、内容物は次いで、弁心棒２０を去り、１つ以上のタンジェンシャル２４に進入することができる。タンジェンシャル２４は、流路のうちの、心棒の出口と渦流室２６との間に配置された部分である。タンジェンシャル２４は、渦流室２６の周りに均等に円周方向に隔置されている。典型的な構成は、１２０°離間され噴霧ノズル３０の出口オリフィスに対して垂直に向けられた３つのタンジェンシャル２４を有する。
【００１７】
渦流室２６は、分配される製品と空気とを混合させる。そのような混合は、放出に先立って製品を霧化するのに役立つ。渦流室２６は、流路のうちの出口ノズル３０の直前に配置された部分である。渦流室２６は、際立った制限を流路に与えることはない。
【００１８】
渦流室２６内の乱流状態により、周囲空気が吸い込まれ、その周囲空気が、分配される内容物と混合する。内容物は最終的に、スプレーノズル３０内の出口オリフィスから大気に分配される。出口オリフィスは、流路における更に別の最後の流量制限を与える。
【００１９】
本発明によるスプレーシステムは、少なくとも３０、６０、又は９０ｍＬ、しかしながら１０００、８００、又は６００ｍＬ未満の製品量を有することができる。高圧ガスは、少なくとも０．１、０．２、又は０．３ＭＰａ（１、２、又は３ｋｇ／平方センチメートル）、並びに１．２、１．０、又は０．８ＭＰａ（１２、１０、又は８ｋｇ／平方センチメートル）のゲージ圧力をもたらすことができる。当然ながら、本発明のシステムは、本願で主張する初期圧力を超える初期圧力を有してもよく、また、本願で主張する圧力範囲を経て、主張する圧力範囲全体を通じた効果的な結果を伴い得ることが、当業者には理解されよう。
【００２０】
通常の家庭用途で噴霧される典型的な消費者製品の内容物の場合、少なくとも６、８、又は１０ｃｍ、並びに３５、３０、又は２５ｃｍ未満の直径を有する概ね円形のパターンで内容物を噴霧することができる。通常の家庭用途で噴霧される典型的な消費者製品の内容物の場合、少なくとも２０、２５、又は３０度、並びに１５０、１２０、９０、７０、又は５０度未満の円錐角を有する概ね円形のパターンで内容物を噴霧することができる。
【００２１】
典型的な消費者製品は、少なくとも毎秒１、２、又は３グラム、並びに２５、２０、又は毎秒１５グラム未満の噴霧速度で放出することができる。本発明のスプレーシステムは、約１の密度及び約７％の全固形分を有する水中油型エマルションと、約７％乳化されたポリジメチルシロキサン油とを含む製品と共に使用することができる。この製品は、毎秒約０．３の剪断、及び毎秒０．３を超えるすべての漸増剪断速度に対する剪断粘減挙動まで、均一な約２０Ｐａ．ｓの粘度を有することができ、毎秒１の剪断速度で１０Ｐａ．ｓ、毎秒３０の剪断速度で０．５Ｐａ．ｓとなる。ミシガン州ミッドランド（Midland）のダウコーニング社（Dow Corning Corp.）から入手可能なＤＣ  ２００が、本発明のスプレーシステムに好適であることが判明している。
【００２２】
この製品の内容物は、少なくとも４０、４５、５０、５５、又は６０マイクロメートル、並びに１００、９０、８０、又は７０マイクロメートル未満のザウタ平均粒径を生じる粒径分布を有することができる。粒径は、英国ウースターシャー（Worcestershire）のマルバーンインスツルメンツ社（Malvern Instruments, Ltd.）から入手可能な噴霧粒子分析器を使用して測定することができる。
【００２３】
図３Ａ〜３Ｃ及び４Ａ〜４Ｃを参照すると、驚くべきことに、流路内に特定の制限が適当な比率で設けられたとき、パッケージ１０から噴霧される内容物の粒径と、パッケージ１０内のゲージ圧力との連関の緩和が起こり得ることが判明した。
【００２４】
再び図２〜２Ａを参照し、より具体的に述べると、スプレーノズル３０は、少なくとも０．０２６、０．０２７、又は０．０２８平方ミリメートル、並びに０．０３２、０．０３１、又は０．０３０平方ミリメートル未満の流動面積を持つ出口オリフィスを有するように選択することができる。０．０２９平方ミリメートルの面積を有する円形ノズル３０が好適であると判明した。システムは、少なくとも０．００２、０．００４、又は０．００６平方ミリメートル、並びに０．０１８、０．０１６、又は０．０１４平方ミリメートル未満の流動面積で規定される、流路内の上流側の流量制限を設けることが可能である。
【００２５】
上流側の流動制限は、内容物が、パッケージ１０から周囲に放出されるために、タンジェンシャル２４及びノズル３０の前に通過しなければならない最小の流動面積として定義される。流路の一部分が平行チャネルを有する場合、流路の面積を、したがって上流側の流動制限を決定する上で、すべての平行チャネルの累計面積が考慮される。本発明による典型的なシステムの場合、上流側の流動制限は弁口２２で生じ得るが、本発明はそのように限定されるものではない。本明細書で説明する実施形態の場合、上流側の流動制限をもたらす面積の形状が円形であり、平行に取られた等しい大きさの２つの流動面積によって与えられるが、本発明はそのように限定されるものではない。
【００２６】
流動制限は、面積とは無関係に設けられ得ることが、当業者には理解されよう。例えば、流動抵抗は、ベンド、表面仕上げ、水力半径、及び境界層などに影響を与える他の物理パラメータを使用して設けられてもよい。
【００２７】
再び図２Ａを参照すると、タンジェンシャル２４は、すべての平行なタンジェンシャル２４の流動面積が累積的に考慮される場合、統合したタンジェンシャル流動面積をもたらす。タンジェンシャル流動面積は、少なくとも０．００１、０．００２、又は０．００３平方ミリメートル、並びに０．００８、０．００７、又は０．００６平方センチメートル未満であってもよい。タンジェンシャル流動面積は、成形、適当な次元（dimension）に挿入することによる弁アクチュエータの組み付け、又は穿孔によって獲得することができる。
【００２８】
スプレーノズル３０の出口オリフィスの面積が増大するにつれて、タンジェンシャル流動面積が同様に増大し得る。この比例関係により、最大の流動制限面積とタンジェンシャル流動面積との流動面積比が、少なくとも０．５、１．０、又は１．５、並びに８、７、又は６未満となる。驚くべきことに、タンジェンシャル２４とスプレーノズル３０との流動面積の比は、文献に記載されている他の流路特性よりも大きな影響を粒径に与えることが判明した。
【００２９】
再び図３Ａ〜３Ｃ及び４Ａ〜４Ｃを参照すると、流動面積の特定の比を特定の高圧ガスの圧力と組み合わせると、高圧ガスの圧力の有効範囲にわたって、比較的一定の粒径が予期せず生じることが明らかとなる。
【００３０】
図３Ａ及び４Ａを参照すると、０．００６平方ミリメートルの上流側の流動制限を有するシステムが検討されている。０．８６〜０．５５ＭＰａ（８．８〜５．６ｋｇ／平方センチメートル）への減圧により、０．８〜２．５の流動面積比の範囲全体にわたって、約１〜５マイクロメートルの差が粒径に生じている。０．５５〜０．２７ＭＰａ（５．６〜２．８ｋｇ／平方センチメートル）への減圧により、０．８〜２．５の流動面積比の範囲全体で、約１１〜１７マイクロメートルの差が粒径に生じている。この関係は、０．８〜２．５の流動面積比に対して、より高い圧力にて、より良好な性能が得られることを示している。
【００３１】
０．００６平方ミリメートルの流動制限の場合、良好な結果、すなわち、５マイクロメートル未満の粒径差が、０．８〜２．５の流動面積比の範囲全体で、０．８６〜０．５５ＭＰａ（８．８〜５．６ｋｇ／平方センチメートル）の範囲の圧力に対して生じると思われる。より大きな粒径差が、流動面積比の同じ範囲全体で、０．５５ＭＰａ（５．６ｋｇ／平方センチメートル）未満の圧力に対して生じている。
【００３２】
図３Ｂ及び４Ｂを参照すると、０．０１０平方ミリメートルの上流側の流動制限を有するシステムが検討される。０．８６〜０．５５ＭＰａ（８．８〜５．６ｋｇ／平方センチメートル）への減圧により、１．５〜４．４の流動面積比の範囲全体で、約１〜５マイクロメートルの差が粒径に生じている。０．５５〜０．２７ＭＰａ（５．６〜２．８ｋｇ／平方センチメートル）への減圧により、１．５〜４．４の流動面積比の範囲全体で、約５〜１０マイクロメートルの差が粒径に生じている。この関係は、１．５〜４．４の流動面積比に対して、より高い圧力にて、より良好な性能が得られることを示している。
【００３３】
０．０１０平方センチメートルの流動制限の場合、最良の結果は、２．０未満の流動面積比にて生じると思われる。そのような結果は、相対的に高い圧力にて、質的により良好なものとなっている。
【００３４】
図３Ｃ及び４Ｃを参照すると、０．０１６平方ミリメートルの上流側の流動制限を有するシステムが検討されている。０．８６〜０．５５ＭＰａ（８．８〜５．６ｋｇ／平方センチメートル）への減圧により、２．３〜７．５の流動面積比の範囲全体で、約１０〜２０マイクロメートルの差が粒径に生じている。０．５５〜０．２７ＭＰａ（５．６〜２．８ｋｇ／平方センチメートル）への減圧により、２．６〜７．５の流動面積比の範囲全体で、約５〜１０マイクロメートルの差が粒径に生じており、この範囲全体で質的な改善がなされたことが示されている。約１マイクロメートルの粒径差が、２．３の流動面積比にて生じている。
【００３５】
０．０１６平方ミリメートルの流動面積制限の場合、最良の結果は、２．５未満及び３．５〜４．３の流動面積比にて得られると思われる。そのような結果は、相対的に低い圧力にて、質的により良好なものとなっている。
【００３６】
約１０マイクロメートル以下、特に約５マイクロメートル以下の粒径差は、動作圧力範囲全体で比較的一定であると考えられる。上記のデータは、比較的一定な粒径を表すものであり、表１に示されている。表１は、０．８６〜０．２３ＭＰａ（８．８〜２．３ｋｇ／平方センチメートル）の圧力範囲全体での、またそのような圧力範囲全体で約５マイクロメートル以下の粒径差を得るために使用可能な、上流側の流動制限の面積とタンジェンシャル２４の面積との様々な流動面積比に対する上流側の流動制限を平方ミリメートル単位で示している。表２は、約５〜１０マイクロメートルの範囲の粒径差を得るための同じデータを示している。
【００３７】
【表１】
2010540372.tif 000003
【００３８】
【表２】
2010540372.tif 000004
【００３９】
したがって、単に１０マイクロメートルの許容差を必要とする多くの用途には、０．５５〜０．２３ＭＰａ（５．６〜２．３ｋｇ／平方センチメートル）の圧力では２．３〜７．５の流動面積比、０．８６〜０．５５ＭＰａ（８．８〜５．６ｋｇ／平方センチメートル）の圧力に対しては３．０〜７．５の範囲の流動面積比に結び付けられる０．０１６の上流側の流動制限が好適である。より小さな０．０１０平方ミリメートルの上流側の流動制限が選択された場合、この外形は、１．５〜４．４の流動面積比で使用可能となる。その用途で５マイクロメートルの許容差が必要な場合、表１の記載事項のいずれもが好適となる。
【図１】
2010540372.tif 000005
【図２】
2010540372.tif 000006
【図２Ａ】
2010540372.tif 000007
【図３Ａ】
2010540372.tif 000008
【図３Ｂ】
2010540372.tif 000009
【図３Ｃ】
2010540372.tif 000010
【図４Ａ】
2010540372.tif 000011
【図４Ｂ】
2010540372.tif 000012
【図４Ｃ】
2010540372.tif 000013
【国際調査報告】
2010540372.tif 000014
2010540372.tif 000015