コンシューマーケア製品の充填ラインを最適化するためのインライン粘度モニタリング

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コンテンツの表

• はじめに
• 2. コンシューマーケア製品の充填ライン
• 2.1 主な用途
• 2.2 コンシューマーケア製品の充填ラインにおける粘度と密度の重要性
• 2.3 製造/アプリケーションプロセス
• 3. Rheonics タイプSRインラインセンサーの概要
• 3.1 衛生認証
• 4. 推奨インストール
• 4.1. 機械的な設置に関する考慮事項
• 4.1.1. SRVおよびSRDのインストール要件
• 4.1.2. SRDの追加インストール要件
• 4.2. 一般的な解決策 Rheonics
• 5. プロセス条件とベストプラクティス
• 6。 リファレンス

ケア製品メーカーは、製品の一貫性、消費者の安全、そして規制遵守を確保するために、処方と包装の精度を求めています。充填ラインはこのプロセスの中心であり、幅広い粘度の製品の取り扱い、吐出時の泡立ちや糸引きの防止、そして様々な包装形態における正確な正味内容量の確保など、様々な課題に直面しています。

原材料と最終製品の粘度と密度の変動、温度に対する感受性、そしてプロセス中のバッチ間の安定性は、生産をより複雑にします。通常、従来のラボベースのサンプリング方法が用いられますが、これらの方法では流体特性のリアルタイムな変化を捉えることはできません。一方、インライン測定はプロセスを継続的にリアルタイムで可視化し、より迅速な制御応答を可能にします。

Rheonics センサーは、測定精度だけでなく、効率、信頼性、コスト削減も向上させ、消費者ケア充填ラインに大きな運用上および経済上の利点をもたらします。

• 消費者ケア製品の粘度、粘稠度、密度、濃度、温度を正確に測定します。

• 高圧・高温条件下でも信頼性の高いパフォーマンスを実現します。

• CIP対応、EHEDG認証、衛生的なプロセス接続など Tri-Clamp、バリンラインなど。

• Profinet、Modbus、Ethernet/IP、4～20 mA 出力などを介して PLC/DCS システムと簡単に統合できます。

• 工場で校正済みであらゆる液体に適しており、再校正は不要です。

• ライン効率を改善し、製品の無駄や不良品のバッチを削減することで、最初の 1 年以内にオフセット センサーへの投資が可能になります。

シャンプー、ローション、クリーム、ジェル、歯磨き粉などのケア製品は、精密な生産管理が求められます。これらの製品の充填ラインでは、粘度や密度といったレオロジー特性を精密に制御する必要があります。これにより、包装および品質管理における製品の安定性と一貫した投与量を確保できます。

これらの製品は、液体と半固体の 2 つの主なグループに分類でき、ボトル、サシェ、チューブ、瓶、エアゾールなどのさまざまなタイプのパッケージに充填できます。

各カテゴリーグループの製品には、それぞれ異なる製造技術を必要とする独自のパッケージングが必要です。これには以下が含まれます。

硬質容器（ボトル、ディスペンサー、ジャー）

通常はプラスチック製ですが、ガラス製の場合もあります。これは、サラサラとした液体やクリーム状の製品（例：シャンプー、コンディショナー、液体洗剤、液体石鹸、マウスウォッシュ、クリーム、ローション）を充填するために設計された最も一般的な容器です。充填方法としては、重力充填、オーバーフロー充填、ピストンポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、真空充填などがあります。

サシェ（フレキシブルポーチ）

液体やクリーム状の製品にも広く使用されていますが、これらは経済的でシンプルなパッケージングのため、マスマーケットで人気があります。これらの製品には、フォーム・フィル・シール（FFS）や計量ポンプを備えたパウチ充填システムなど、異なる充填プロセスが必要です。

チューブ

歯磨き粉、ジェル、軟膏、クリームなどの半固形製品によく使用されます。チューブは通常、プラスチックまたはアルミニウムで作られ、ピストンまたはポンプフィラーで充填され、密封されます。

スプレー缶（エアゾール、霧化プレゼンテーション）

デオドラント、シェービングフォーム、ヘアスプレー、一部のスキンケア製品などに含まれています。これらの製品では、液体製剤と噴射剤（圧縮ガスまたは液化ガス）の両方を扱う必要があります。

粘度は流体の流れ抵抗を表します。コンシューマーケア製品の充填アプリケーションでは、粘度は製品がラインをどのように通過するか、どれだけ正確に吐出されるか、そしてどれだけきれいに包装されるかに影響を与えます。

• 充填精度と分配精度： 粘度によって、製品がノズルからスムーズに流れるか、糸引き、垂れ、はねなどの問題が発生するかが決まります。

• 製品の安定性と保存期間: 適切な粘度は、エマルジョンと懸濁液の安定性を維持し、相分離、沈殿、またはテクスチャの劣化を防ぎます。

密度とは、単位体積あたりの材料の質量を指します。コンシューマーケア製品の充填用途では、製品の一貫性、包装の適合性、そして処方の品質に直接関係します。

• ネットコンテンツ制御: 密度は体積と質量の比率に影響し、容器が宣言された重量または体積の要件を満たしていることを保証し、充填不足や充填過剰を防止します。

• 配合の一貫性: 密度の変動は、原材料の割合の逸脱、温度の影響、またはプロセスが不安定であることを示しており、製品のパフォーマンスが変化する可能性があります。

すべての充填プロセスは、ミキサーまたは準備タンクから始まります。ここで製品は準備されるか、製造後に適切な混合と均質化を維持するために保管されます。この段階で密度と粘度を監視することで、製品の均一性を確保し、下流の充填品質とバッチの一貫性に直接影響を及ぼします。ここから、混合物は様々な充填プロセスに送られます。通常、製品はまずバッファタンクに送られ、そこでトランスファーライン沿いまたはバッファタンク自体にセンサーを設置して、充填前の最終製品を監視します。

重力充填およびオーバーフロー充填プロセス用 （図7）バッファタンクまたはトランスファーラインにセンサーを設置し、充填前に製品の状態を監視し、充填ラインにおける製品の適切な流動性を確保します。これにより、再現性の高いバッチパフォーマンスが保証され、流量の不均一性によるバッチ不良のリスクが軽減されます。

エアゾールおよびフォーム・フィル・シール（FFS）充填プロセス向け （図8）充填ノズルの上流にセンサーを設置することで、製品が注入に適した状態を維持していることを確認できます。この段階でのモニタリングは、ノズルの詰まりや製品の過剰充填または充填不足を防ぎ、サシェやスプレー缶への適切な正味充填量を確保するのに役立ちます。

また、半固体やペーストなどの高粘性流体を扱うプロセスにも遭遇します。例としては、歯磨き粉、ジェル、軟膏、クリームなどがあり、製品は通常チューブに詰められています。 （図9）このプロセスは押出成形システムに近いものです。まず製品はホッパーに装填され、その後、計量ピストンポンプによってチューブ内に注入され、その後密封されます。この構成では、センサーを製品供給ラインまたはホッパーに設置することで、製品の状態を監視し、射出ノズルからの適切な流動性を確保できます。あるいは、センサーを射出ライン自体に設置することも可能ですが、これは製品が短いユニットベースの充填サイクルではなく、連続プロセスで射出される場合にのみ実用的です。

Rheonics SR型センサー（SRVおよびSRD）は、粘度、密度、温度を連続的にインライン測定し、プロセスの監視と制御に活用できます。SRVは粘度と温度を測定するように設計されており、SRDは測定に密度も加えます。

これらのセンサーは工場で校正されており、動作寿命を通じて再校正は不要です。ただし、お客様の品質管理の一環として、業界で使用される機器の校正または検証が必要となる場合があります。必要に応じて、特定の基準値との一致を図るために、再調整またはオフセット補正をオプションで実施することも可能です。

すべてのセンサーは工場で校正されており、再校正なしで耐用年数全体にわたって使用できます。ただし、一部の業界では、品質管理手順の一環として検証または校正が求められる場合があります。また、特定の参照標準に合わせるために、再調整やオフセット補正を行うこともできます。詳細については、こちらをご覧ください。 現場および工場におけるインラインプロセス粘度計SRVの校正.

Rheonics センサーは特許取得済みの技術であるバランス型ねじり共振器（BTR）を採用しています。この技術は、他の技術と比較して明確な利点を備えています。センサーはコンパクトで軽量であり、外部振動への耐性も備えています。

Rheonics SRVおよびSRDセンサーは、コンシューマーケア製品の充填ラインにおいて実績のあるソリューションです。粘度と密度をリアルタイムで測定し、シャンプー、ローション、クリーム、ジェル、エアゾールなどの製品の充填プロセス全体を通して一貫した流動特性を維持します。継続的なインラインモニタリングにより、バッチ間の均一性が向上し、製品の無駄が最小限に抑えられ、充填ライン全体の効率と信頼性が向上します。

デフォルトでは、 Rheonics SR型プローブは衛生的な機械設計を採用しており、衛生用途への適合性を確保しています。必要に応じて、3-AやEHEDGなどの認定機関による認証を取得して提供することも可能です。

詳細については、をご覧ください。 Rheonics 衛生的な設備.

両方に適用される特定のインストールの側面を強調することが重要です。 Rheonics センサーはSRVとSRDの2種類があります。どのタイプであっても、すべてのタイプで同じ共振器設計が採用されており、適切な設置はプローブの感知領域（図中の赤くマークされた部分）の正しい配置に依存します。 図13）。要点は以下のとおりです。

• 当該エリアには堆積物や障害物があってはなりません

• その領域は、対象の液体に完全に浸されている必要があります。

上記の 2 つの主な要件に加えて、SRD センサーには次の 2 つの追加考慮事項があります。

• 流体と外部環境の温度勾配が 15°C を超える場合でも、熱安定性を維持します。(SRD のみ、詳細はこちら: SRDの温度バランスを維持して高密度精度を実現

• センシングチップを図のように流体の流れの方向に合わせます。 図14（SRDのみ、詳細はこちら： SRD流体端部の向き）

これらの条件については次の記事でさらに詳しく見ていきます。 SRVおよびSRDに適した設置.

当学校区の Rheonics タイプSRセンサーはモジュール式でコンパクトな設計のため、アプリケーションの条件に応じて幅広い構成で実装できます。例えば：

FET-XXT: Tri-Clamp エルボーティー

高粘度流体やミクロンスケールを超える粒子径のアプリケーションでは、エルボ接続が推奨されます。このような場合、 Rheonics FETを提供しています（ 図15）、衛生的な Tri-Clamp 適切なセンサーの取り付けを保証する短縮ポートを備えたエルボ ティー。

FETは、 SRV-X3 および SRD-X3、ショートバージョンのセンサー Tri-Clamp 接続部は複数のサイズ（1.5インチ、2インチ、3インチ、4インチなど）が用意されており、プローブ用のクランプとクランプシールが付属しています。詳細については、 FET-XXT.

HPT-12G: HPHT衛生フローセル

小規模のパイプラインやホース設備を含む衛生用途の場合、 Rheonics HPT-12Gを提供しています（ 図16）。このフローセルは高圧、高温プロセス用に設計されており、ねじ式プロセス接続を使用してセンサーをエルボ構成で配置します。

HPT-12Gは、 SRV-X1-12GG 1/2インチねじ接続を採用しています。CIP/SIP対応で信頼性の高い衛生シールを確保し、衛生用途に最適です。詳細については、 HPT-12G.

SR型センサー用衛生的なウェルドレットとフェルール

パイプライン、タンク壁、またはベースへの垂直設置は、最も一般的な設置方法の一つです。これは通常、溶接ポートで実現されます。衛生用途では、 Rheonics 両方に専用のソリューションを提供します Tri-Clamp G 1/2”プロセス接続。これらの場合、短いフェルールを使用することで、標準フェルールと比較して、センシングエレメントが適切に浸漬されます（ 図17).

WFT-15T（参照 図18）は衛生的な Tri-Clamp センサー用に設計されたウェルドレット Tri-Clamp プロセス接続部。衛生的な用途において、信頼性の高い衛生的なシールと、センシングエレメントの適切な浸漬を保証します。詳細については、 WFT-15T.

HAW-12G-OTK（参照 図19）は、G 1/2インチねじ接続のセンサー用に設計された衛生的なアダプタ溶接レットです。衛生的な用途において、安全で衛生的なシールと適切な浸漬を実現します。詳細については、 HAW-12G-OTK.

消費者ケア製品アプリケーションの充填ラインに関する重要な考慮事項は次のとおりです。

洗浄プロセスとCIP/SIP手順

コンシューマーケア製品の充填ラインでは、ローション、クリーム、ジェルなどの粘性物質の沈殿物がSRVまたはSRDの検知面に徐々に蓄積することがあります。プローブを定期的に点検・洗浄することで、堆積を防ぎ、安定した信頼性の高い測定が可能になります。適切な洗浄方法については、本書に記載されています。 掃除方法 Rheonics プローブ？.

どちらのセンサーも衛生的な設計で作られており、CIP（定置洗浄）およびSIP（定置滅菌）システムへの統合に適しています。オプションで、 Rheonics 衛生認証も提供しています。

粒子と泡

Rheonics センサーはミクロンスケールの軟質粒子の存在に対して堅牢であり、測定の信頼性への影響は最小限です。センサーの電子機器は小さな外乱を自動的に除去しますが、大きな粒子は時折スパイクやノイズを発生させる可能性があり、データ評価の際に考慮する必要があります。

泡に関しては、2つのモデル間でパフォーマンスが異なります。 SRV 泡沫流体でも安定した粘度測定値を維持し、 SRD粘度と密度の両方を測定するSRDは、混入空気の影響をより受けやすいため、気泡濃度が高いと密度の精度が低下する可能性があるため、SRDでは推奨されません。

可動部品と障害物

パドル、撹拌アーム、その他の機械式撹拌装置を使用する混合タンクまたは処理タンクでは、SRVまたはSRDセンサーを可動部品から適切な距離を置いて配置することが重要です。適切な距離を保つことで、物理的な干渉を防ぎ、機械的損傷のリスクを軽減し、良好な測定条件を確保できます。

[1] Plastekグループ「パーソナルケアパッケージ」

[2] アキュテックパッケージング「オーバーフロー充填」

[3] Indiamart「自動パウチ包装機」

[4] TWP.「チューブシーリングの種類」

[5] ブラットニー「チューブラーフォームフィルシール技術の台頭」

[6] ファーストクラスマシン「エアゾール充填ライン」

その他の関連記事をご覧ください:

液体包装の最適化、インライン粘度管理による充填操作