粘性材料に最適な充填機はどれ？ポンプ選定に関する技術ガイドとYunduの4ヘッドおよび8ヘッドソリューション

メーカーがパッケージングする必要がある場合 シャンプー、 ハニー、 クリームローション、ムース、フェイスクリーム、軟膏、洗剤、シャワージェル、その他の高粘度製品を選ぶ際は、 充填機 単に充填ヘッドの数が多い機械を選ぶことよりも、はるかに重要なこととなる。

液体充填機の充填ヘッドのクローズアップ詳細

粘性の高い製品は、水のような液体とは大きく異なる挙動を示します。流動抵抗は、温度、せん断速度、圧力、配合、さらには充填ノズルの設計によっても変化します。水には完璧に機能する充填システムでも、粘度の高いクリームを扱う際には、充填速度の低下、液だれ、糸引き、充填量のばらつき、製品の残留といった問題が発生する可能性があります。

では、粘性のある材料の充填に最適な機械はどれでしょうか？

ほとんどの場合、メーカーはまず ポジティブ置換充填技術特に、サーボ制御ピストン、ロータリーピストン、ギア式計量、および厳選された蠕動ポンプシステムなどが挙げられます。最適な選択は、製品の粘度、レオロジー特性、目標充填量、要求される精度、容器の寸法、生産速度、衛生要件、および洗浄プロセスによって異なります。

雲都充填生産ライン

この記事では、粘性製品の充填の背後にある工学原理を説明し、Yundu を紹介します。 4ヘッドおよび8ヘッドサーボ式定量充填機ユンドゥの高級品も同様 セラミックポンプと蠕動ポンプこれらは個別のポンプ部品としても入手可能です。

粘性の高い製品はなぜ充填が難しいのか？

主な課題は、流れ抵抗である。

水は粘度が比較的低いため、わずかな圧力差でもパイプやノズルを素早く通過できます。一方、蜂蜜、クリーム、シャンプー、ムースなどの粘性の高い物質は、同じ流量で流すにははるかに大きな力が必要です。

流体力学から、より簡略化された関係式が得られます。

圧力損失は流れ抵抗とともに増加するが、流れ抵抗自体は粘度、流路形状、および流れ条件に大きく依存する。

つまり、単にポンプの速度を上げるだけでは、粘性の高い充填物の問題は必ずしも解決しないということです。速度を上げると、圧力損失が増加したり、ノズルからの液だれが増えたり、製品の挙動に悪影響を及ぼしたりする可能性があります。

最近の充填に関する研究はこの関係を裏付けています。 薬学ジャーナル 粘度が高くなると、充填チューブやノズルを通る際の摩擦や圧力損失が増加する可能性がある一方、高粘度製品の場合は、より大きなノズルを使用することでこれらの影響を軽減できることがわかった。

粘性のある製品も頻繁に 非ニュートン的な挙動せん断速度が変化すると、見かけ粘度も変化する可能性があります。そのため、シャンプー、化粧クリーム、ジェル、そして多くの食品は、タンク貯蔵時、ポンプ輸送時、ノズル吐出時において、それぞれ異なる挙動を示すことがあります。

これがプロが 充填機 公称粘度値だけに頼るのではなく、実際の製品に合わせて設計する必要がある。

粘性材料に適した充填機とは？

適切な充填機は、以下の4つの主要な機能を備えている必要があります。

5つ目の要素も注目に値する。 ポンプとノズルの関係.

強力なポンプでも、ノズルのサイズが不適切だとその影響を補うことはできません。ノズルが小さすぎると過剰な圧力損失が発生し、大きすぎると投与量の安定性が低下し、最終的な停止が難しくなる可能性があります。

そのため、Yundu社は、充填機とは別にポンプを選定するのではなく、タンク、配管、ポンプ、バルブ、充填ノズル、制御パラメータ、容器など、製品と接触するシステム全体を評価することを推奨しています。

高粘度液体の充填に最適なポンプはどれですか？

あらゆる粘性流体に最適なポンプは存在しません。一般的に検討される技術としては、以下のものが挙げられます。

磁気ポンプ充填機 YD-1-1

研究では 現代製造システムおよび技術ジャーナル 高粘度液体を扱う際のオーガーポンプの性能を調査し、粘度がポンプの動作性能と流量挙動に影響を与えることを実証した。

しかし、多くの従来の化粧品、食品、化学製品、家庭用品では、 サーボ駆動式容積型充填機 精度、速度、柔軟性、操作性の優れたバランスを実現しています。

1. サーボギア式計量充填機

Yunduの充填ソリューションは、 高精度ギア式定量計測サーボシステムによって駆動される。

基本的なコンセプトは単純明快です。ポンプが一定量を計量し、サーボモーターが回転運動を制御します。ポンプの吐出量、サーボモーターの回転速度、充填パラメータをPLC（プログラマブルロジックコントローラー）で制御することで、オペレーターは手動による機械的な調整に頼ることなく、充填プロセスを調整できます。

この方法は、安定した体積投与が求められる中粘度および高粘度の製品に特に有効である。

例えば、Yunduの8ヘッド構成は、以下のような点を中心に設計されています。

• 8つの独立制御式充填ヘッド
• 充填範囲は約 20～1000mL製品と容器によって異なります
• サーボ式定量充填
• 高精度ギア計測
• 約 40～55本/分 参考までに、300gのムースを塗布してください。
• 多段階充填
• 液だれ防止充填ノズル
• エアブレーキ機能により、遮断性能が向上
• PLC＋タッチスクリーン制御
• レシピの保存
• 304ステンレス鋼製機械フレーム

実際の生産速度と精度は、製品特性、ボトル形状、目標容量、温度、充填パラメータに大きく左右されます。

この点は重要です。 充填ヘッドの数だけでは、最終的な生産量は決まりません。

ヘッドが8つだからといって、必ずしも4つの2倍の速度になるわけではありません。製品の充填時間、ボトル間隔、ノズルの動き、ポンプの回復時間、下流工程の処理など、すべてが実際の生産量に影響を与えます。

2. 大容量充填用Yundu 4ヘッド充填機

より大きな容量や異なる動作条件を必要とするアプリケーション向けに、Yundu は 4ヘッド独立制御充填構成.

参照仕様には以下が含まれます。

• 独立して制御可能な4つの充填ヘッド
• 約 30～5000mL 充填範囲は、製品と包装によって異なります。
• サーボ式定量充填
• 高精度ギア計測
• 約 毎分70～100本 300mLのシャンプーを基準として使用した場合
• 多段階充填機能
• レシピ200件を保存可能
• 作動空気圧：0.6～0.8 MPa
• 304ステンレス鋼製
• 約114mmのタンクチェーンコンベア
• サーボ駆動コンベアおよび充填システム
• タンクレベル制御付き自動液体供給
• 液だれ防止充填ノズル
• ボトル高さの調整機能

最終的な機械設計によっては、並列または間隔追跡モードを含む、追跡型充填構成にも対応可能です。

この構成により、4ヘッド充填機は、シャンプー、シャワージェル、洗剤、液体石鹸、蜂蜜、ソース、クリーム、その他粘性のある製品など、必要な充填量が大きく変動する製品にとって魅力的なものとなる。

3．粘性充填においてサーボ制御が重要な理由

サーボ制御は重要な利点を提供する。なぜなら、粘性の高い製品は、単純な定速充填プロファイルでは必ずしも良好な反応を示さないからである。

500mLのシャンプーボトルを例に考えてみましょう。

充填開始時は、良好な生産性を確保するためにノズルからの流量を高くする必要がある場合があります。しかし、液体が目標レベルに近づくにつれて、流量を下げれば、飛沫、泡立ち、滴下、または過剰な製品の動きを最小限に抑えることができます。

したがって、サーボシステムは、 多段階充填プロファイル.

例えば：

ステージ1： 素早く充填
ステージ2： 中速充填
ステージ3： ゆっくりと充填される
ステージ4： 最終投与量と投与中止

この技術は、気泡を含む製品、せん断減粘性を示す製品、または充填サイクルの終盤で制御が困難になる製品を扱う場合に特に有効です。

4．粘性製品にとってノズル設計が重要な理由

ポンプの選定が最も注目されるが、ノズルの設計も充填性能に同様に重要な影響を与える可能性がある。

研究論文は 薬学ジャーナル ノズルサイズは、圧力損失、液だれ挙動、充填精度に影響を与えることがわかった。高粘度製品を充填する場合、ノズルサイズが大きいほど流動抵抗を低減できる。

粘性の高い製品の場合、ノズルとボトルの間に「糸」のようなものができることがあります。きれいな液滴になる代わりに、ノズルを引き抜く際に材料が伸びてしまうのです。

これにより、いくつかの問題が生じます。

• 容器の首部分に製品が付着している
• 重量変動
• 見た目が悪い
• ノズル周辺に製品が蓄積する
• 追加の清掃要件

ユンドゥは、 エアブレーク機能を備えた液だれ防止充填ノズル設計 粘性製品用途に適用可能です。

しかし、最適なノズル径は、必ず実際の製品と容器を用いた試験によって決定すべきである。

5. セラミックポンプの技術的役割

要求の厳しいアプリケーション向けに、Yundu は ハイエンドセラミックポンプ別売充填機全体の一部としてだけでなく。

セラミック製ロータリーピストン技術は、ポンプの材質や表面との相互作用が製品の品質に影響を与える可能性があるため、医薬品充填の分野で大きな注目を集めている。

発表された研究 バイオテクノロジーとバイオエンジニアリング 研究者らは、セラミック製ロータリーピストンポンプを充填したタンパク質製剤を調査した。その結果、ポンプ表面との相互作用が粒子形成に影響を与える可能性があることが分かった一方、元素分析では、セラミックの摩耗粉は微量しか残っておらず、調査した条件下ではタンパク質の凝集に大きく寄与していないことが明らかになった。

別の研究では、試験条件下では、ステンレス鋼製の回転ピストンポンプは、セラミック製のポンプヘッドよりも多くのタンパク質凝集体を生成したと報告されている。

最近の研究では 薬学ジャーナル ポンプの材質、クリアランス、流路構造が充填・仕上げ工程における粒子形成にどのように影響するかについて、引き続き調査を行ってきた。この研究では、蠕動ポンプとセラミック製およびステンレス鋼製の回転ピストンシステムを比較した。

これらの結果は、セラミックポンプがすべての製品において自動的に最良の結果をもたらすことを意味するものではありません。これらは重要な工学原理を示しています。

製品が表面との相互作用、汚染、摩耗、または機械的ストレスに敏感な場合、ポンプの材質は重要なプロセス変数となる可能性がある。

高付加価値医薬品や精密投与用途において、セラミックポンプ技術は特に魅力的な技術となる。

6. ユンドゥ蠕動ポンプ：従来とは異なる充填原理

ユンドゥ また、 蠕動ポンプこれは充填機の一部として供給される場合もあれば、別売りされる場合もあります。

蠕動ポンプは、柔軟なチューブを制御された順序で圧縮することにより液体を移送します。製品に接触するのはチューブのみです。

このアーキテクチャにはいくつかの利点があります。

1. 製品とポンプ部品との接触を低減。
2. 便利なチューブ交換。
3. 製品と機械式ポンプ部品との間に適切な分離を設ける。
4. 無菌状態や汚染に敏感なプロセスに最適です。
5. 実験室、パイロットプラント、および工業用充填システムへの柔軟な統合が可能。

蠕動ポンプは、医薬品の充填、特に生物学的製剤の充填に長年使用されてきた。研究では、高濃度および高粘度の製剤における蠕動ポンプの挙動が検討されている。

しかし、「蠕動ポンプは完璧な精度を意味する」という表現は誤解を招くだろう。

2025年の研究では、粘度、充填量、チューブのサイズ、ポンプ速度、加減速、およびサックバックのすべてが、充填量の変動に統計的に有意な影響を与えることがわかった。

2026年に発表されたさらに最近の研究では、蠕動ポンプは背圧が一定の閾値を超えると流量が低下する可能性があり、特に粘性の高い液体を充填する際にその影響が顕著になることが実証された。

これは機械購入者にとって貴重な教訓となる。

最高のポンプとは、単に理論上の精度が最も高いポンプのことではない。製品の実際の動作条件下で安定した性能を維持できるポンプのことである。

セラミックポンプ vs. 蠕動ポンプ

セラミックポンプと蠕動ポンプのどちらを選ぶかは、用途によって異なります。

科学文献は、両者のバランスの取れた見解を支持している。蠕動ポンプは、チューブのみが製品に接触するため大きな利点があり、一方、ロータリーピストン技術は、高度に制御された容積式定量供給を実現できる。しかし、どちらの技術も適切なエンジニアリングとプロセス特性評価を必要とする。

どの充填機を選ぶべきか？

実用的な選定プロセスは、機械ではなく製品から始めるべきである。

充填機メーカーに提供すべき最も重要なパラメータは以下のとおりです。

製品名 + 粘度 + 密度 + 充填量 + 容器の寸法 + 必要ボトル数/分 + 製品温度 + 製品に粒子が含まれているかどうか + 泡立ち傾向 + 衛生要件。

単純な粘度数値だけでは、必ずしも全体像を把握できるとは限りません。

例えば、2つの製品がどちらも測定粘度が5,000 cPであっても、一方は著しくせん断減粘するのに対し、もう一方は比較的安定した状態を保つため、挙動が異なる場合がある。

Yundu社は粘性製品の充填にどのように取り組んでいるか

ユンドゥのアプローチは、 ポンプ、ノズル、サーボパラメータ、容器、および生産速度 充填機を標準化された単体製品として扱うのではなく。

粘性のある製品については、Yunduは以下を提供できます。

4ヘッドサーボ式定量充填機

充填量の柔軟性と高い生産要件に対応するように設計されており、基準充填範囲は約30～5000mLで、多段階充填の設定も可能です。

8ヘッドサーボ式定量充填機

複数の独立制御可能な充填ヘッドを必要とする用途向けに設計されており、基準範囲は約20～1000mLです。

高級セラミックポンプ

高精度なポンプ部品を必要とする、要求の厳しい定量供給用途に最適です。Yunduは、既存設備への組み込みや交換プロジェクト向けに、セラミックポンプを単体で供給することも可能です。

蠕動ポンプ

医薬品、バイオテクノロジー、実験室など、製品接触構造と柔軟なチューブが重要な用途に適しています。Yunduは蠕動ポンプ単体でも提供可能です。

結論：最適な充填機とは、製品に合った充填機である。

では、粘性のある材料に適した充填機はどれでしょうか？

多くの化粧品、食品、家庭用化学薬品、および一般的な工業用途において、 サーボ制御式容積型充填機 これは優れた出発点となります。Yunduの4ヘッドおよび8ヘッド構成は、さまざまな充填量、生産速度、および容器形式に対応できる柔軟なオプションを提供します。

高度な要求が求められる医薬品用途向けに、 セラミック製ロータリーピストンポンプ そして 蠕動ポンプ 特別な配慮が必要である。最新の研究によると、粘度、ノズルサイズ、ポンプ速度、チューブ寸法、背圧、ポンプ材質、および逆流挙動はすべて充填性能に影響を与える可能性がある。

したがって、適切な充填機を選ぶ際には、「充填ヘッドはいくつ必要ですか？」といった一つの質問だけに絞るべきではありません。

より適切な質問は次のとおりです。

実際の生産条件下で、必要な容量、精度、速度、衛生性、および製品品質を実現できるポンプと充填システム構成はどのようなものか？

そこで、エンジニアリング、製品テスト、そして機械のカスタマイズが違いを生むのです。

Yunduは、充填機の完全なソリューションを提供するとともに、 セラミックポンプと蠕動ポンプを個々の部品としてこれにより、顧客は充填ライン一式を購入することも、既存の生産システムに必要な特定の計量技術のみを購入することもできる。