(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体バルブアセンブリであって、
（ａ）第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延在する少なくとも１つの側壁と、を有する、液体チャンバと、
（ｂ）前記液体チャンバの前記少なくとも１つの側壁上に配置された液体入口オリフィスであって、液体の供給源と流体連通している液体入口オリフィスと、
（ｃ）前記液体チャンバの前記第１の端部に配置された液体出口オリフィスであって、前記液体で充填される容器と流体連通している液体出口オリフィスと、
（ｄ）前記液体チャンバの内部に配設されたピストンバルブであって、第１の位置と、第２の位置と、第３の位置との間で移動可能であり、前記第１の位置において前記液体出口オリフィス及び前記液体入口オリフィスの両方を遮断し、前記第２の位置において前記液体出口オリフィスを遮断しないが前記液体入口オリフィスを遮断し、前記第３の位置において前記液体出口オリフィスも前記液体入口オリフィスも遮断しないピストンバルブと、を含み、
前記ピストンバルブは、第４の位置へと更に移動可能であり、前記第４の位置において前記ピストンバルブが前記液体出口オリフィスを遮断しないが前記液体入口オリフィスを部分的に遮断することによって、前記液体入口オリフィスの非遮断部分と遮断部分とを画定し、
前記液体入口オリフィスの前記非遮断部分が、前記ピストンバルブが前記第２の位置から前記第４の位置に移動する際に移動した距離の非線形関数によって定義される面積を有し、
前記液体入口オリフィスは楕円形の外周を有し、前記液体入口オリフィスの前記非遮断部分の前記面積が、関数（Ｉ）：
【数１】
0006928713.tif 000004
により定義され、式中、Ａは、前記液体入口オリフィスの前記非遮断部分の面積であり、Ｄは、前記ピストンバルブが前記第２の位置から前記第４の位置に移動する際に移動する距離であり、ａは、前記ピストンバルブの移動方向に対して垂直な楕円形の前記液体入口オリフィスの軌道長半径又は軌道短半径のいずれか一方であり、ｂは、前記ピストンバルブの前記移動方向に対して平行な前記楕円形の液体入口オリフィスの軌道長半径又は軌道短半径の他方である、
液体バルブアセンブリ。
【請求項２】
前記ピストンバルブが、前記液体チャンバの前記少なくとも１つの側壁に平行な方向に沿って移動可能である、請求項１に記載の液体バルブアセンブリ。
【請求項３】
前記ピストンバルブが前記第１の位置から前記第２の位置に移動する際、前記液体チャンバの内部の前記液体出口オリフィスの近くに真空が形成される、請求項１又は２に記載の液体バルブアセンブリ。
【請求項４】
前記ピストンバルブが前記第２の位置から前記第３の位置に移動する際、前記液体入口オリフィスの遮断が徐々に開放される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体バルブアセンブリ。
【請求項５】
前記液体チャンバが円筒形状を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体バルブアセンブリ。
【請求項６】
前記液体入口オリフィスが、１ｍｍ〜１ｍの範囲の距離だけ前記液体出口オリフィスから離れている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体バルブアセンブリ。
【請求項７】
前記液体チャンバから流出する液体で前記容器を充填するための、前記液体出口オリフィスに取り付けられた液体充填ノズルを更に含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体バルブアセンブリ。
【請求項８】
前記液体充填ノズルが複数の液体排出孔を有する、請求項７に記載の液体バルブアセンブリ。
【請求項９】
前記供給源からの前記液体が、前記液体入口オリフィスに流入する前に加圧されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体バルブアセンブリ。
【請求項１０】
液体洗剤組成物、及び液体布地ケア組成物を自動的に充填するための、請求項１〜９のいずれか一項に記載の液体バルブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、改良された液体バルブアセンブリに関し、より具体的には、液体で容器を高速充填するために使用することができる側面遮断ピストンバルブアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速液体充填システムは周知のものであり、多くの様々な産業で使用されている。多くのシステムでは、液体は、一連のポンプ、加圧タンク及び流量計及び／又はバルブを通じて容器内に充填されることで、適正量の液体が容器内に確実に分配されるようになっている。
【０００３】
しかしながら、特に加圧下で高速で容器を充填する場合、従来のポンプ、加圧又は重力による供給システム及びバルブは、充填サイクルの開始時及び終了時に流体の急激な圧力変動（いわゆる「ウォーターハンマー」又は「液圧ショック」）を生じる場合があり、これにより、容器内の流体がスプラッシュバック（逆流）し（すなわち、充填方向の反対方向に）、充填される容器の外に液跳ねする場合がしばしばある。これにより、流体の浪費、容器の外側表面の汚染及び／又は充填装置自体の汚染につながりうる。
【０００４】
スプラッシュバックの問題に対処するための従来のアプローチは、容器のヘッドスペースを大きくすること（すなわち、容器内のスプラッシュバックの存在を防止する）、又は充填ノズル先端部の設計（例えば、寸法、通孔の直径など）を改良することのいずれかに焦点を当てたものであった。かかるアプローチは、スプラッシュバックの問題を軽減するうえで有用であるが限定的であり、消費者体験又は製造コストのいずれかに悪影響を及ぼす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、液体のスプラッシュバックを著しく低減又は防止しつつ、加圧液体を充填するために使用することができる、改良された流体充填システム、特に液体バルブアセンブリが提供されることが望ましいと考えられる。
【０００６】
更に、充填サイクルが終了し、液体流が遮断される際に、充填ノズルの先端部に少量の液体が残存する場合があり（いわゆる、濡れたノズル先端部をもたらす）、この液体が蓄積して量産時の液垂れ及び汚染につながるおそれがある。
【０００７】
また、改良された流体充填システム、特に液垂れが低減された液体バルブアセンブリを提供することも効果的と考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、特定のパターンで充填サイクルの開始時及び終了時の液体充填流速を制御又は調節することによって液跳ねを大幅に低減又は防止し、好ましくは液垂れも低減するように設計された側面遮断ピストンバルブを備えた液体バルブアセンブリを提供する。
【０００９】
本発明の一態様は、液体バルブアセンブリであって、
（ａ）第１の端部と、第１の端部の反対側の第２の端部と、第１の端部と第２の端部との間に延在する少なくとも１つの側壁と、を有する、液体チャンバと、
（ｂ）液体チャンバの少なくとも１つの側壁上に配置された液体入口オリフィスであって、液体の供給源と流体連通している液体入口オリフィスと、
（ｃ）液体チャンバの第１の端部に配置された液体出口オリフィスであって、液体で充填される容器と流体連通している液体出口オリフィスと、
（ｄ）液体チャンバの内部に配設されたピストンバルブであって、第１の位置と、第２の位置と、第３位置との間で移動可能であり、第１の位置において液体出口オリフィス及び液体入口オリフィスの両方を遮断し、第２の位置において液体出口オリフィスを遮断しないが液体入口オリフィスを遮断し、第３の位置において液体出口オリフィスも液体入口オリフィスも遮断しないピストンバルブと、を含む、液体バルブアセンブリに関する。
【００１０】
本発明の別の態様は、液体洗剤組成物を充填するための上述の液体バルブアセンブリの使用に関する。
【００１１】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下の発明を実施するための形態を読むことにより、更に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の例示的な一実施形態による、液体バルブアセンブリを含む高速液体充填システムの斜視図である。
【図２】液体入口オリフィス及び液体出口オリフィスを有する液体チャンバを含む図１の液体バルブアセンブリの斜視図である。
【図３Ａ】液体チャンバの液体出口オリフィス及び液体入口オリフィスの両方を遮断する液体チャンバの内部の第１の位置に配設されたピストンバルブを示す、図２の液体チャンバの第１の例示的な断面図である。
【図３Ｂ】液体チャンバの液体出口オリフィスは遮断しないが、液体入口オリフィスは遮断する第２の位置に移動されたピストンバルブを示す、図２の液体チャンバの第２の例示的な断面図である。
【図３Ｃ】液体チャンバの液体出口オリフィスも液体入口オリフィスも遮断しない第３の位置に移動されたピストンバルブを示す、図２の液体チャンバの第３の例示的な断面図である。
【図３Ｄ】液体チャンバの液体出口オリフィスを遮断しないが液体入口オリフィスを部分的に遮断する第４の位置に移動されたピストンバルブを示す、図２の液体バルブアセンブリの第４の例示的な断面図である。
【図４】円形の外周を有する部分的に遮断された液体入口オリフィスを示す、図３Ｄの部分断面図である。
【図５】本発明の例示的な一実施形態による、楕円形の外周を有する液体入口オリフィスを含む液体バルブアセンブリの部分断面図である。
【図６】本発明の例示的な一実施形態による、矩形の外周を有する液体入口オリフィスを含む液体バルブアセンブリの部分断面図である。
【図７】図１の液体バルブアセンブリが使用される際の充填サイクルにおける、時間に対する液体の流速変化の関係を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書で使用するとき、請求項において使用される「ａ」及び「ａｎ」などの冠詞は、特許請求される又は記載されるものの１つ以上を意味すると理解される。用語「備える」、「含有する」、「含む」など（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｃｏｎｔａｉｎ、ｃｏｎｔａｉｎｓ、ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、及びｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）は全て、非限定的であることを意味する。
【００１４】
本明細書で使用するとき、用語「液体」は、２０℃及び２０秒−１の剪断速度における粘度が、約１〜約２５００ｍＰａ・ｓである流体のことを指す。いくつかの実施形態では、液体の粘度は、約２０℃及び約２０秒−１の剪断速度で、約１０〜約２０００ｍＰａ・ｓの範囲であってよい。いくつかの実施形態では、液体の粘度は、約２０℃及び約２０秒−１の剪断速度で、約５０〜約１０００ｍＰａ・ｓの範囲であってよい。粘度は、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計、２番スピンドルを使用し、６０ＲＰＭ／秒で測定することができる。
【００１５】
本明細書で使用するとき、用語「液体洗剤組成物」は、汚れた材料を洗浄するのに有用な液体組成物を意味し、かかる組成物は、注入可能な液体、ゲル、クリーム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される形態とすることができる。液体洗剤組成物は、水性又は非水性のいずれかであってよく、異方性、等方性、又はこれらの組み合わせであってよい。
【００１６】
本明細書で使用するとき、用語「汚れた材料」は、非特定的に使用され、これらに限定するものではないが、木綿、亜麻布、ウール、ポリエステル、ナイロン、絹、アクリル及びこれらに類するものなどの天然繊維、人工繊維、及び合成繊維を含む、天然繊維又は人工繊維の網状構造、並びに様々なブレンド及び組み合わせからなる任意のタイプの可撓性材料を指しうる。汚れた材料は、これらに限定するものではないが、タイル、花崗岩、しっくい、ガラス、複合材料、ビニル、堅木、金属、調理用表面、プラスチック、及びこれらに類するものなどの天然表面、人工表面、及び合成表面を含む任意のタイプの硬質表面、並びにブレンド及び組み合わせを更に指しうる。
【００１７】
本明細書における用語「液体布地ケア組成物」は、布地を処理するのに有用な液体組成物を指す。本発明の液体布地ケア組成物は、液体洗濯洗剤、及び液体布地柔軟剤、液体漂白添加剤、又は液体布地前処理剤などの洗浄助剤であってよい。
【００１８】
以下の説明は、読者の理解を促進するために、具体的な実施例と一緒に本発明の概要を提供することが意図される。その説明は、その他の特徴、特徴の組み合わせ、及び実施形態が発明者により想到されるような、いずれかの方法に限定されるものとして見なされるべきではない。更に、本明細書に記載される実施形態は、本明細書の種々の特徴の例示であることが意図される。したがって、説明される実施形態のいずれの特徴も、本発明の範囲内で代替又は追加の実施形態を提供するために、その他の特徴と組み合わせられ若しくはそれらと交換され、又は除去される可能性があることが、十分に想到される。
【００１９】
本発明の液体バルブアセンブリは、液体製品、特に加圧された液体製品で容器を充填するための自動化された高速液体充填動作で使用することができる。本発明のかかる液体バルブアセンブリを使用することによって充填することができる適当な容器としては、ボトル、缶、ジャー、パウチ、箱、カップ、バイアル、例えば、可溶性の単位用量ポッド、パウチ、バッグなどの単一単位用量容器、及び充填ラインの速度が制限的と見なされないものが挙げられるが、これらに限定されない。本発明の液体バルブアセンブリによって充填される液体製品は、飲料、洗剤、スキンケア組成物（例えば、ファンデーション、化粧水、保湿剤など）、及びヘアケア組成物（例えば、シャンプー、コンディショナーなど）などの任意の液体組成物であってよい。必ずしもそうではないが、好ましくは、本発明の液体バルブアセンブリによって充填される液体製品は液体布地ケア組成物である。
【００２０】
更に、理論に束縛されるものではないが、従来の充填ライン内の液跳ねは、例えば、液体シャットオフバルブの開閉時の液体流路の断面積の急激な増減、並びに／又は充填サイクルの開始時及び終了時の液体流速の加速若しくは減速パターンを含む、１つ以上の要因によって生じるものと考えられる。本発明は、充填サイクルの開始時及び終了時の液体流速の加速又は減速の速さ及びパターンを制御することによって、スプラッシュバックの量又は強度を効果的に低減する。これにより、より高速で、かつ／又はより高い精度で充填を行うことができ、その結果、衛生状態が向上し、製品及び／又はパッケージングの無駄が少なくなる。
【００２１】
図１は、パッケージングされた液体製品を製造するための製造ラインで使用することができる高速液体充填システム１の斜視図である。かかる液体充填システム１は、液体供給源２０と流体連通している液体バルブアセンブリ１０を含んでいる。例えば、ボトル３２、３４、及び３６のような複数の容器が供給され、液体バルブアセンブリ１０に隣接して配置されている。図に示されるように、液体バルブアセンブリ１０は、既に液体２２でボトル３６を充填しており、ボトル３４を充填しつつある。図１の矢印によって示されるように、液体２２は、液体供給源２０から液体バルブアセンブリ１０を通ってボトル３２、３４、及び３６内に流れる。好ましくは、液体２２は、図１に示されるように、液体バルブアセンブリ１０に流入する前に供給源２０又はその流路に沿った特定の点（図示せず）のいずれかで加圧され、より好ましくは、液体２２は、図１に示されるように、側壁パイプを通じて液体バルブアセンブリ１０に流入する。ボトル３２、３４、及び３６は、コンベヤベルト３０のようなコンベヤベルト又は容器を供給するための他の任意の適当な手段を用いて供給することができる。
【００２２】
本明細書に記載される高速液体充填システム１は、本発明の液体バルブアセンブリを含む様々な充填動作のあくまで一例として意図されており、いかなる意味でも限定することを目的とするものではない。１度に複数の容器が充填される動作、ボトル以外の容器が充填される動作、異なる形状及び／又はサイズの容器が充填される動作、容器が図に示されるものと異なる向きで充填される動作、容器間で異なる充填レベルが選ばれる、かつ／又は変動する動作、並びに、例えば、キャッピング、洗浄、ラベル付け、計量、混合、炭酸飽和、加熱、冷却、及び／又は放射処理などの更なる工程が充填動作中に行われる動作を含むがこれらに限定されない、本発明の液体バルブアセンブリを含む他の充填動作を容易に用いることができると十分に想到される。
【００２３】
図２は、図１の液体バルブアセンブリ１０の斜視図である。詳細には、液体バルブアセンブリ１０は、第１の端部１０２と、第１の端部１０２の反対側の第２の端部１０４と、第１の端部１０２と第２の端部１０４との間に延在する側壁１０６とを有する液体チャンバ１００を含む。必ずしもそうではないが、好ましくは、第１の端部１０２は下にあり、第２の端部１０４は上にある。液体チャンバ１００は、ピストンバルブを内部に収容するのに適したものであれば、任意の望ましい形状又は外形を有することができる。例えば、液体チャンバ１００は、矩形のピストンバルブを内部に収容するための矩形形状を有してもよい。別の好ましい例では、液体チャンバ１００は、円筒形のピストンバルブを内部に収容するための円筒形状を有してもよい。液体入口オリフィス１０７が液体チャンバ１００の側壁１０６上に配置され、側壁パイプ１３２を通じて図１の液体供給源２０と流体連通している。液体出口オリフィス１０３が液体チャンバ１００の第１の端部１０２に配置され、液体充填ノズル１３４を通じて図１の充填される容器３４と流体連通している。液体チャンバ１００は、内部に配設されたピストンバルブ（図示せず）を更に含み、ピストンバルブ（図示せず）は、液体チャンバ１００の第２の端部１０４を通って延在するピストンロッド１２２によって移動可能とすることができる。好ましくは、ピストンバルブ（図示せず）は、図２に破線の両矢印で示されるように、液体チャンバ１００の側壁１０６に平行な方向に沿ってピストンロッド１２２によって移動可能である。ピストンロッド１２２は、好ましくは継手１２４を介して作動シリンダ１１０と接続される。作動シリンダ１１０は、エアシリンダ又は電気シリンダのいずれかであってよい。作動シリンダ１１０は、ピストンロッド１２２を作動させるために開閉させることができる１つ以上のコントローラバルブ１１２（図２には２個のコントローラバルブが示されているが、その実際の数はこれに限定されない）を含む。一実施形態では、作動シリンダ１１０はエアシリンダであり、一方、コントローラバルブ１１２はエアシリンダ１１０内に圧縮空気を流入させるか又はエアシリンダ１１０から圧縮空気を放出させるように機能し、これにより、ピストンロッド１２２を引き上げるか又はピストンロッド１２２を押し下げることで、これが、液体チャンバ１００内部のピストンバルブ（図示せず）を開閉するように機能する。別の実施形態では、作動シリンダ１１０は電気シリンダであってもよく、一方、コントローラバルブ１１２はピストンロッド１２２を任意の所望の位置に配置するために部分的に開閉することができるものとし、これにより液体チャンバ１００内部のピストンバルブ（図示せず）が部分的に開閉される。任意の所望の速度（一定又は可変のいずれか）でのピストンロッド１２２の任意の所望の移動を可能としうる、デジタル調節可能なコントローラバルブ１１２を備えたシリンダ１１０を提供することが特に望ましい。
【００２４】
図３Ａは、液体チャンバ１００の内部に配設され、液体チャンバ１００の第２の端部１０４を通って延在するピストンロッド１２２によって移動可能であるピストンバルブ１０５を示す、図２の液体チャンバ１００の第１の例示的な断面図である。図３Ａに示されるピストンバルブ１０５は第１の位置にあり、液体チャンバ１００の第１の端部１０２の液体出口オリフィス１０３と液体チャンバ１００の側壁１０６上の液体入口オリフィス１０７の両方を遮断している。ピストンバルブ１０５は、液体チャンバ１００の内面と封止接触状態を有するような特別な設計及び形状を有し、好ましくは、この第１の位置で液体出口オリフィス１０３及び液体入口オリフィス１０７を完全に封止することが可能であり、液体チャンバ１００に液体を流入させず、液体チャンバから流出もさせない。好ましくは、液体チャンバ１００及びピストンバルブ１０５はいずれも円筒形状を有し、ピストンバルブ１０５は、液体チャンバ１００の円筒側壁１０６に平行な方向に沿って液体チャンバ１００内部で摺動することができる。更に、図３Ａに示されるように、ピストンバルブ１０５はこの第１の位置にある場合、その底面で液体出口オリフィス１０３を遮断又は封止し、同時に側面で液体入口オリフィス１０７を遮断又は封止することが好ましい。
【００２５】
好ましくは、液体充填ノズル１３４が液体出口オリフィス１０３に接続され、取り付けられているが、図３Ａに示されるように、かかる液体充填ノズル１３４は複数の液体排出孔又は通路１３５を含むことができる。かかる液体排出孔１３５は、加圧液体で容器を充填するために特に設計されている。液体充填ノズル１３４は、約５ｍｍ〜約１２０ｍｍ、好ましくは約３０ｍｍ〜約４５ｍｍの範囲の直径を有することができる。かかるノズル１３４の先端は、（１）約５ｍｍ〜約１２０ｍｍ、好ましくは約３０ｍｍ〜約４５ｍｍの範囲の外径、（２）約１ｍｍ〜約５０ｍｍ、好ましくは約３ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲の高さ、及び（３）約２０ｍｍ〜約８０ｍｍ、好ましくは約４０ｍｍ〜約６０ｍｍの範囲の深さを有することができる。液体充填ノズル１３４は、それぞれが約１ｍｍ〜約７ｍｍ、好ましくは約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲の直径を有する、１個、２個、３個、６個、１２個、又は４０個の液体排出孔１３５を有することができる。
【００２６】
図３Ｂは、図２の液体チャンバ１００の第２の例示的な断面図であり、ピストンバルブ１０５が、実線の矢印（好ましくは上向き）によって示される方向に沿って第２の位置へとピストンロッド１２２によって移動されて、第１の端部１０２の液体出口オリフィス１０３を遮断していないが、依然として液体チャンバ１００の側壁１０６の液体入口オリフィス１０７を遮断又は封止している。ピストンバルブ１０５は、液体チャンバ１００の内面と封止接触状態を有するような特別な設計及び形状を有するため、図３Ａの第１の位置から図３Ｂの第２の位置へのその移動により、液体チャンバ１００内部の液体出口オリフィス１０３の付近に真空が形成される。かかる真空は、残留液を液体充填ノズル１３４内にわずかに戻るが全体には戻らないように吸引する（液体排出孔１３５の影付き部分によって示される）ように機能し、これにより液体チャンバ１００内への空気の流入を防止しつつ、かかる残留液が液体ノズル１３４から垂れることを防止することから、本発明において特に有益である。
【００２７】
図３Ｃは、図２の液体バルブアセンブリ１００の第３の例示的な図であり、ピストンバルブ１０５は、ピストンロッド１２２によって第３の位置へと更に遠くに移動されて、もはや液体チャンバ１００の第１の端部１０２の液体出口オリフィス１０３も側壁１０６の液体入口オリフィス１０７も遮断していない。その結果、液体２２は、側壁パイプ１３２から液体入口オリフィス１０７を通って液体チャンバ１００内へと妨げられずに流れ、次いで、かかる液体チャンバ１００から液体出口オリフィス１０３を通って液体充填ノズル１３４の液体排出孔１３５へと流れる。
【００２８】
図３Ａに示される第１の位置から図３Ｂに示される第２の位置へ、更に図３Ｃに示される第３の位置へのピストンバルブ１０５の移動の順序は、通常は充填サイクルの開始時に生じ、液体バルブアセンブリ１００を閉鎖状態から開放状態へと変化させる。これに対して、かかる動作順序は充填サイクルの終了時に予約される。すなわち、このときピストンバルブ１０５は図３Ｃに示される第３の位置から図３Ｂに示される第２の位置へと移動し、更に図３Ａに示される第１の位置に戻ることにより、液体バルブアセンブリ１００を開放状態から閉鎖状態へと変化させる。かかる逆転運動では、液体入口オリフィス１０７がピストンバルブ１０５によって既に遮断又は閉鎖された後、ピストンバルブが図３Ｂに示される第２の位置から図３Ａに示される第１の位置へと戻る際、少量の余分な液体が液体バルブアセンブリ１００から押し出される場合がある。
【００２９】
液体製品の液跳ね（スプラッシング）及び液垂れを低減するには、液体チャンバ１００の全高及び充填される液体製品のレオロジーに基づいて液体のこの余分な量を最適化することが望ましい。液体入口オリフィス１０７の下縁部と液体出口オリフィス１０３の上縁部との間の距離は、充填サイクルの開始時に液体チャンバ１００内に吸引される液体の体積（これは真空の強さに影響を及ぼす）、及び充填サイクルの終了時に液体チャンバ１００から押し出される液体の体積（これは液垂れ又は充填体積の変動に影響する）を規定する。したがって、液体入口オリフィス１０７と液体出口オリフィス１０３との間の距離を、液体チャンバ１００の全高に応じて、例えば１ｍｍ〜１ｍ、好ましくは２ｍｍ〜５０ｍｍ、より好ましくは４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲に調整することが望ましい。充填サイクルの開始時又は終了時に液体チャンバ１００内に吸い込まれるか又はそこから押し出される液体の体積を、例えば５ｍｍ３〜１００ｃｍ３、好ましくは２０ｍｍ３〜１５ｃｍ３の範囲に調整することもまた、望ましい。
【００３０】
好ましくは、ピストンロッド１２２はピストンバルブ１０５を図３Ｂの第２の位置から図３Ｃの第３の位置まで漸進的に移動させ、これにより液体入口オリフィス１０７の遮断を徐々に開く。ピストンロッド１２２及びピストンバルブ１０５のこのような漸進運動は、シリンダ１１０のコントローラバルブ１１２を調整することによって容易に実現することができる。液体オリフィス１０７のかかる漸進的な遮断の開放は、以下でより詳細に説明するように、充填サイクルの開始時に液体バルブアセンブリ１００を通る液体の流速をより良好に制御及び調節できるようにすることで液跳ねを低減又は防止することから、本発明において特に有用である。
【００３１】
図３Ｄは、図２の液体バルブアセンブリ１００の第４の例示的な図であり、第１の端部１０２の液体出口オリフィス１０３をもはや遮断しておらず、液体チャンバ１００の側壁１０６の液体入口オリフィス１０７を部分的にのみ遮断している、第４の位置にあるピストンバルブ１０５を示している。この第４の位置は、図３Ｂに示される第２の位置と図３Ｃに示される第３の位置との中間の過渡位置である。この時点で、液体は液体入口オリフィス１０７から流出し始めるが、部分的に遮断された液体入口オリフィス１０７の外周の部分をより分かりやすく示す目的で、流出する液体は示されていない。
【００３２】
図４は、ピストンバルブ１０５によって部分的に遮断されることにより、非遮断部分１０７Ａ（影付きの部分）と、遮断部分１０７Ｂ（影付きのない、破線で示される部分）とを生じている、液体入口オリフィス１０７をより詳細に示した、図３Ｄの部分断面図である。液体は、非遮断部分１０７Ａを通って流れ、遮断部分１０７Ｂを流れることはできない。したがって、任意の所定の液体充填速度において、ピストンバルブ１０５が第４の位置にある場合の液体入口オリフィス１０７を通る実際の液体流速は、非遮断部分１０７Ａの面積によって制限される。非遮断部分の面積はここでは、図４の２本の破線によって示されるようにピストンバルブが図３Ｂに示される第２の位置から図３Ｄに示される第４の位置へと移動する際にピストンバルブ１０５が移動する距離Ｄの関数により定義される。
【００３３】
ピストンバルブの移動距離Ｄと液体入口オリフィス１０７の非遮断面積との間の非線形関数が、ピストンバルブの移動距離Ｄと液体入口オリフィス１０７を通る液体流速との間の非線形的関係式を定義することから、かかる関数は好ましくは非線形関数である。このようにして、ピストンバルブ１０５を一定速度で移動させることにより、任意の更なる流速制御又は調節手段を必要とすることなく、非直線的に上昇する液体流速を生じることができる。このような非直線的に上昇する液体流速は、充填サイクルの開始時の液跳ねを低減するうえで特に有用である。
【００３４】
例えば、液体入口オリフィス１０７が、本発明の実施において特に好ましい円形の外周（図３Ｄ及び図４に示される）を有する場合、液体入口オリフィス１０７の非遮断部分１０７Ａの面積は関数（Ｉ）：
【００３５】
【数１】
0006928713.tif 000002
により定義され、式中、Ａは、液体入口オリフィス１０７の非遮断部分の面積であり、Ｄは、ピストンバルブ１０５が第２の位置から第４の位置に移動する際に移動する距離であり、Ｒは、円形の液体入口オリフィス１０７の半径である。より詳細には、ピストンバルブ１０５が一定速度で動いている場合、すなわち、Ｄが一定速度で上昇する場合、面積Ａは、開始時及び終了時には大幅に遅いが、その中間ではより速い可変速度で増加する。面積Ａのこのような可変増加速度は、液体入口オリフィス１０７を通る可変的に上昇する液体流速に変換され、充填サイクルの開始時の液跳ねを低減又は防止するように機能する。
【００３６】
代替的に、本発明の液体入口オリフィスは、非遮断面積Ａとピストンバルブの移動距離Ｄとの間にこのような非直線形状をもたらす他の任意の適当な形状を有してもよい。例えば、図５は、楕円形の外周を有する液体入口オリフィス２０７を有する別の液体バルブアセンブリの部分断面図を示している。楕円形の液体入口オリフィス２０７は、ピストンバルブ２０５によって部分的に遮断されることにより、非遮断部分２０７Ａ（影付きの部分）と、遮断部分２０７Ｂ（影付きのない、破線で示される部分）とを生じる。液体入口オリフィス２０７の非遮断部分２０７Ａの面積は、関数（ＩＩ）：
【００３７】
【数２】
0006928713.tif 000003
により定義され、式中、Ａは、液体入口オリフィス２０７の非遮断部分２０７Ａの面積であり、Ｄは、ピストンバルブ２０５が第２の位置から第４の位置に移動する際に移動する距離であり、ａは、ピストンバルブ２０５の移動方向に対して垂直な楕円形の液体入口オリフィス２０７の軌道長半径又は軌道短半径のいずれか一方であり、ｂは、ピストンバルブ２０５の移動方向に対して平行な楕円形の液体入口オリフィス２０７の軌道長半径又は軌道短半径の他方である。
【００３８】
また、本発明の液体入口オリフィスは、非遮断面積Ａとピストンバルブの移動距離Ｄとの間に直線的形状を定義する形状を有することも可能である。例えば、図６は、矩形の外周を有する液体入口オリフィス２１７を有する更に別の液体バルブアセンブリの部分断面図を示している。矩形の液体入口オリフィス２１７は、ピストンバルブ２１５によって部分的に遮断されることにより、非遮断部分２１７Ａ（影付きの部分）と、遮断部分２１７Ｂ（影付きのない、破線で示される部分）とを生じる。液体入口オリフィス２１７の非遮断部分２１７Ａの面積は、第２の位置から第４の位置に移動する際にピストンバルブ２１５が移動する距離Ｄの線形関数により定義される。かかる実施形態では、充填サイクル開始時の液跳ねを低減するための非直線的に上昇する液体流速を依然としてもたらすことができるように、ピストンバルブ２１５が一定でない速度で移動されることが好ましい。
【００３９】
本発明の液体バルブアセンブリは好ましくは、充填サイクル開始時の液体流速の非直線的上昇及び充填サイクル終了時の液体流速の非直線的低下を特徴とする、図８に示されるような「ｓｉｎ」曲線を有する充填液体流プロファイルをもたらす。詳細には、充填サイクルが開始する際、液体の流速は、開始時には遅い加速率で上昇し、この加速率は、中間における最大値まで徐々に上昇した後、液体充填の最大能力となる一定の液体流速に達するまで低下する。かかる可変加速率は、上記に述べたようにピストンバルブが第２の位置から第４の位置に移動する際、円形の液体入口オリフィスの非遮断部分の非直線的な面積の増加と相関しうる。
【００４０】
同様に、充填サイクルが停止すると、液体流速は、開始時に遅い減速率で低下し、中間における最大値まで徐々に上昇した後、充填動作が完全に停止する液体流速０に達するまで低下する。かかる可変減速率もまた、ピストンバルブが第４の位置から第２の位置に、次いで第１の位置へと逆方向に動いて本発明の液体バルブアセンブリを遮断する際、円形の液体入口オリフィスの非遮断部分の非直線的な面積の減少と相関する。
【実施例】
【００４１】
実施例１：本発明の側面遮断ピストンバルブを使用してニュートン液体を充填する際の液跳ねの低減を示す比較試験
２０℃で測定した約１００ｍＰａ・ｓの粘度及び２０秒−１の剪断速度を有する乳白色のニュートン液体を得る。
【００４２】
この乳白色のニュートン液体を、まず、本発明による側面遮断ピストンバルブを３０℃及び約０．５ｂａｒの圧力下で使用して約１．４Ｌの充填容積を有する透明な可撓性パウチ容器に充填する。充填サイクルの終了時には、目に見える液跳ねは観察されない。
【００４３】
次いで、この乳白色の白色ニュートン液体を、下部液体出口オリフィスのみを遮断及び開放することによって開閉する非ピストンバルブを、やはり３０℃及び約０．５ｂａｒの圧力下で使用して透明な可撓性パウチ容器に充填する。充填サイクルの終了時に最大高さ５０ｍｍの液跳ねが観察される。
【００４４】
実施例２：本発明の側面遮断ピストンバルブを使用して非ニュートン液体を充填する際の液跳ねの低減を示す比較試験
２０℃で測定した約２７０ｍＰａ・ｓの粘度及び２０秒−１の剪断速度を有する青色の非ニュートン液体を得る。
【００４５】
この青色のニュートン液体を、まず、本発明による側面遮断ピストンバルブを３０℃及び約０．８ｂａｒの圧力下で使用することにより、約１．３５ｋｇの充填重量を有する透明な可撓性パウチ容器に充填する。充填サイクルの終了時には、目に見える液跳ねは観察されない。
【００４６】
次いで、この青色のニュートン液体を、下部液体出口オリフィスのみを遮断及び開放することによって開閉する非ピストンバルブを、やはり３０℃及び約０．５ｂａｒの圧力下で使用して透明な可撓性パウチ容器に充填する。充填サイクルの終了時に最大高さ５０ｍｍの液跳ねが観察される。
【００４７】
本明細書にて開示された寸法及び値は、列挙された正確な数値に厳密に限定されるものとして理解されるべきではない。その代わりに、特に別途指示がない限り、このような寸法はそれぞれ、列挙された値とその値を囲む機能的に同等な範囲との両方を意味することが意図されている。例えば、「４０ｍｍ」と開示された寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することが意図される。
【００４８】
相互参照される又は関連する全ての特許又は特許出願、及び本願が優先権又はその利益を主張する任意の特許出願又は特許を含む、本願に引用される全ての文書は、除外又は限定することを明言しない限りにおいて、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見なされず、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、そのような発明全てを教示、示唆又は開示するとは見なされない。更に、本文書における用語の任意の意味又は定義が、参照することによって組み込まれた文書内の同じ用語の意味又は定義と矛盾する場合、本文書における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。
【００４９】
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を添付の特許請求の範囲に網羅することが意図されている。
【図１】
0006928713.tif 000005
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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