クリーム充填機：異なる粘度の製品とのマッチング

製品の粘度がクリーム充填機の性能に与える影響

クリーム充填機における粘度と充填精度の関係

粘度はクリーム充填機における流動挙動を直接的に左右し、高粘度の製品は±1％の精度を維持するため、低粘度のものと比較して18～23％長い充填時間が必要です。スキンケア用クリームに多い50,000 cPを超える製品は、ノズルからの材料分離が不完全になるため、5,000 cP未満のローションと比べてバッチ間で12％大きな重量変動を示します。

ボディバターなどの高粘度製品が標準充填システムに与える課題

80,000 cPを超えるボディバターは従来の重力供給式システムに負荷をかけ、生産効率が最大23％低下します。このような製品には通常、標準モデルと比較して300％高い押出圧力を発生できるピストン式充填機が必要であり、これは 化粧品製造研究 .

充填中の粘度変動による製品ロスの管理

5°Cというわずかな温度変化でも、乳剤の粘度が15～30%変化し、制御されていないシステムでは年間7%の材料損失につながります。最新のクリーム充填機は、インライン粘度計とAI駆動型の圧力調整機能を統合しており、手動キャリブレーションに比べて過剰充填エラーを41%削減します。

自動クリーム充填プロセスにおける粘性流体の科学的原理

ハーゲン・ポアズイユの式は、粘度（η）がノズルを通る流量に逆比例することを示しています。この原理はノズル設計の最適化を導くもので、テーパー形状の幾何学的設計により、せん断薄化性クリームの流速が19%向上することが、「 流動力学研究 .

異なる粘度範囲に対応するクリーム充填機の種類

高粘度製品に優れたピストン式充填機：その理由

非常に粘度の高い物質を扱う場合、ほとんどの人はピストン式フィラーを使用します。これは制御性が優れており、毎回一定量を正確に供給できるためです。これらの装置はピストンを往復動かすことで作動し、高粘度のボディクリームなどを均一な分量で分配するのに適しています。特に特徴的なのは密閉されたチャンバー構造で、充填中に製品内部に空気が混入するのを防ぎます。気泡は特に極めて粘性の高い材料を扱う際に、容器の充填不足といった問題を引き起こす可能性があります。業界の専門家たちが指摘している興味深い点として、10,000センチポアズを超えるような高粘度材料を処理する際、従来のねじ式システムと比較して、生産ラインでの停止が約30％少なくなる傾向があることが挙げられます。この信頼性の高さが、高粘度用途においてメーカーがピストン技術への投資を検討する大きな要因となっているのです。

高粘度製剤の均一分量充填のための容積式フィラー

体積式フィラーは、バッチの均一性を必要とする半粘性製品に対して信頼性の高い性能を提供します。較正済みチャンバーで体積を事前に測定することで、せん断に敏感なシリコーン系クリームであっても±0.5%の投与量の一貫性を達成します。二つの回転シリンダーにより、連続的かつ脈動のない充填が可能となり、化粧品用途における製品の完全性を保持します。

ペリスタルティックおよび重力式フィラー：低粘度ローションに最適

2,000 cP以下の低粘度製品には、ペリスタルティック式および重力式フィラーが効率的で優しい取り扱いを実現します。ペリスタルティックポンプはチューブを圧縮することで繊細なセラムを搬送し、有効成分を保護します。重力式システムは高精度フローメーターを使用して1分あたり150容器以上の速度を実現しており、日焼け止めなど水に近いローションの大量生産に最適です。

多粘度対応のハイブリッドクリーム充填機

混合アプローチでは,ピストンとペリスタルティックポンプの両方が結合し,生産ラインのあらゆる種類の異なる製品を扱うのに最適です. 濃厚な顔クリームから 濃度約5000センチプースの ヘアセラムから 200センチプースの ヘアセラムへと 移行する際には この多機能な機械は 自動的に設定を調整できます この機能は 切替時間を削減し 単一の用途機器と比較して 約70%節約します また,圧力を制御するホッパーシステムも組み込まれていて,移行時に材料が混ざらないようにします. 汚染防止の追加保護にもかかわらず 機械は毎分80個以上の詰め物速度を維持することが可能で 大量の作業では合理的です

高粘度詰め物用のノズル設計と流量最適化

クリーム 詰め 機 の 噴出口 の 塞い て しまう こと を 防ぐ エンジニアリング ソリューション

粘度が高いクリームやワックス製のゲルなどの製品は,効率を維持するために専門的なノズル工学が必要です. 塞栓防止の主要な戦略は以下の通りです.

1. 超大小の穴径 (812 mm vs 標準 25 mm) 粒子が多い配合物の流通を可能にします
2. 切断バルブ 投与後滴滴を排除する < 1 ms の応答時間
3. 熱口ジャケット (40°C~45°C) カカオバターや状エミュルシオンの早速固化防止

鏡磨き不鋼表面 (Ra ≤ 0.4 μm) は,標準仕上げと比較して粘着力を62%削減し,長時間実行中に残留物の蓄積を最小限に抑える.

粘着性 クリーム や ジェルの 滑らかな 詰め込み に 影響 する 噴出口 の 幾何 形

粘性のある材料の流動力学には,ノズルの形が大きく影響します.

角度をつけたノズルは丸みを帯びたエッジを備えており、層流を促進し、ヘアマスクに対して120 mL/sの充填速度を実現します。これは先端が平らな設計よりも4倍高速であり、±0.8%の体積精度を維持します。長さと直径の比率が3:1から5:1であることで、敏感な処方を損なうことなく速度を最適化します。

粘度の異なる用途における精密制御とキャリブレーション

サーボ駆動式クリーム充填機による高精度充填の実現

サーボ駆動システムは、10,000〜200,000センチポアズの範囲にある材料を扱う場合、約0.5％の体積精度を達成できます。このため、高級スキンケア製品やさまざまな医療用軟膏などの用途では非常に重要です。空圧式システムは変化する条件に適切に対応する能力に欠けるため、このような用途では十分な性能を発揮できません。サーボモーターにはクローズドループフィードバック機構が組み込まれており、材料の粘度変化によって生じる異なる圧力に応じてピストン速度を必要に応じて調整することが可能です。2023年に『Packaging Digest』で発表された研究によると、従来の機械式装置ではこうした要求に追随できなかったのに対し、これらの高度なシステムを使用している企業は、特に高粘度のシリコーン系フォーミュラを取り扱う際に、精度が約84％向上したとの結果が出ています。

リアルタイム粘度補償技術

最近のフィラーシステムには、温度変化や成分の沈降によってリアルタイムで発生する厄介な粘度変化に対抗するため、インライン粘度計と非常に優れた適応アルゴリズムが組み込まれ始めています。ある企業が自己補正機能を備えたシステムで行った取り組みを見てみましょう。せん断稀薄化するボディバターのような扱いにくい製品を加工する際に、オーバーフィル（過剰充填）の問題をほぼ半分（約41％）にまで削減することに成功しました。しかし、特に注目すべき点は、これらのシステムが相転移を伴う製品、つまり充填プロセス中に固体から液体へと変わるような製品に対して非常に効果を発揮する点です。化粧品や食品を取り扱っている人なら誰でも、適切な制御がなければこれがどれほど厄介か知っていることでしょう。

ロット間での充填精度を一定に保つためのキャリブレーション技術

長期的な再現性を確保するため、現代のシステムでは以下の3つの主要なキャリブレーション方法を採用しています。

1. 自動粘度マッピング – 製品の初期テスト中に動的圧力プロファイルが生成されます
2. 摩耗補償 – レーザーセンサーがピストンシールの劣化を0.01 mm単位で追跡します
3. ロット間の正規化 – AIが現在の材料の挙動を過去200以上の処方データベースと比較します

これらの技術により、超高粘度接着剤（320,000 cP）において8時間の連続運転でも±10 mL以内のばらつきを維持でき、次世代システムではキャリブレーション時間を45分からわずか90秒に短縮しています。

製品の粘度に適したクリーム充填機の選び方

適切なクリーム充填機を選ぶには、装置の性能を製品の粘度特性に合わせる必要があります。業界データによると、不適切な組み合わせが化粧品生産ラインの非効率性の23％を占めている（Packaging Tech Journal 2023）。

意思決定マトリクス：クリーム充填機のタイプと粘度範囲の対応表

以下のガイドを使用して、充填機のタイプと粘度を対応付けてください

ピストンフィラーは、最大40,000cPの化粧用クリームに対して±0.5%の精度を確実に達成します。80,000cPを超える医薬品グレードのゲルには、リアルタイムの圧力制御を備えたサーボ駆動システムが後端の垂れを防ぎ、きれいな切断を保証します。

濃厚クリーム用フィラーと軽いローション用フィラーの主な違い

濃厚クリーム（15,000～60,000cP）には以下が必要です：

• 容積型駆動機構
• ノズル直径は6 mm以上
• 吐出圧力は20～50 psi

低粘度のローション（< 5,000 cP）に最適な条件：

• 重力供給式リザーバー
• 1～3 mmのマイクロドーズノズル
• バルブ開放時間は0.5秒未満

高粘度クリームは内部の大きな抵抗を克服する必要があるため、その充填システムは自由に流れる液体用のものと根本的に異なります。この違いは、マスカラジェルとフェイシャルトナーの生産ラインで設備仕様が最大300%異なることにも表れています。