プラスチック製ポンプの機能についてご存知ですか？ - メイパック

本稿では、外観やサイズといった項目に加え、ローションポンプの機能項目の試験方法について主に論じる。まず、プラスチックポンプの分類、原理、適用範囲について見ていこう。

プラスチックポンプの分類

1. プラスチックポンプは以下のように分類できます。スクリュープラスチックポンプpカセット式プラスチックポンプ、左右ロック式プラスチックポンプ、ハンドバックルプラスチックポンプ（トリガースプレー）、外カバー付きの直接押し込み式プラスチックポンプ、外カバーでプラスチックポンプを左右にロックする機能付き。手動ボタン式プラスチックポンプは、脱脂剤やガラス洗浄剤などの洗剤製品に主に使用されます。上記の分類は、編集者が独自の解釈に基づいて分類したものです。

2. 機能に応じて、プラスチックポンプは、ローション用プラスチックポンプ、フォーム用プラスチックポンプ、エアレスプラスチックポンプ、スプレー用プラスチックポンプ（プラスチックスプレーヤー）、エアゾールポンプ（エアゾールスプレーヤー）などに分類できます。

プラスチックポンプの原理

1. プラスチック製ローションポンプの原理

ローションポンプは、小型の往復ピストンポンプです。プラスチック製のポンプの圧力ヘッドを手で押すと、液体貯蔵室内のスプリングが圧縮されます。スプリングが圧縮される過程で、ポンプコアの吐出口が開き、ピストンがスライドダウンする際にポンプコア内の空気が吐出口から排出されます。ポンプコア内の空気を排出するには、前後に押す動作が必要です。

プラスチックポンプを離して押すと、圧力が失われるためスプリングが反発し、吐出口が閉じます。このとき、液体貯蔵室は真空吸引状態になり、ガラス（鋼）ビーズが吸い上げられ、ボトル内の材料が吸引管を通して液体貯蔵室に吸い込まれます。ポンプヘッドを往復させて複数回吸引し、材料が完全に貯蔵されるまでポンプコアに材料を貯蔵します。プラスチックポンプを再度押すと、材料は吐出口を通してポンプノズルから直接排出されます。

2. エアレスポンプの原理

エアレスポンプには吸引チューブがありません。ボトル底部にはエアレスポンプに合う小さな穴が開いています。ボトル内部にはピストンがあり、ピストン底部と大気圧を繋ぐための小さな穴がボトル底部に設けられています。エアレスポンプを押すと、ボトル内部の空気が排出され、圧力が低下します。内外の圧力差により、ボトル内のピストンが上昇し、ボトル内の材料を押し上げます。材料がプラスチックポンプの吸引口に接触すると、加圧ヘッドの往復運動によって材料がポンプノズルから押し出されます。

3．泡ポンプの原理（泡ソープディスペンサー）

泡ソープディスペンサーは、主に手指消毒剤、クレンジングウォーター、シャンプー、シャワージェルなどの製品、特に子供向け製品に使用されます。泡ソープディスペンサーの内部構造は比較的複雑です。

ボトル内の液体が泡ソープディスペンサー内部のメッシュを通過すると、液体は空気に包まれ、細かいメッシュによって泡状に押し出され、押し出されるのは泡となる。

4．噴霧ポンプ（ミス​​ト噴霧器）の原理

ミスト噴霧器は主にベルヌーイの原理を利用しており、流体の流量が速いほど圧力は低く、流量が遅いほど圧力は高くなります。これは、サッカーのペナルティキックでいわゆる「バナナボール」を蹴る原理と同じです。

ノズルを押すと、ボトル内外の圧力差によってボトル内の材料が噴射されます。高速で流れる材料はノズルの小さな穴付近のガス流を押し、その付近のガス流の速度が大きくなり圧力が小さくなるため、局所的な負圧領域が形成されます。これにより、周囲の空気が液体に混ざり合い、気液混合物が形成されます。その結果、材料は霧化されて空気中に拡散し、微細な空気懸濁液が形成されます。

5. エアロゾルポンプの原理

1個入りエアゾール製品は、噴射剤を封入した耐圧容器に入っています。通常、エアゾール缶内の圧力は外気圧よりも高くなっています。加圧ヘッドを押すとバルブが開き、エアゾール缶内の圧力によって缶内の物質がストローを通って上昇し、ノズルから噴射されます。物質が狭いノズルを高速で通過する際に、噴射剤が急速に蒸発することで霧状の液滴が形成されます。バルブの構造を変えることで、シェービングフォームなどの泡状の物質を噴射することも可能です。

6. ローションポンプの材質が及ぼす影響に影響を与えるいくつかの要因

01) バネの下にあるガラス（鋼）球の密着性：ここでの密着性は、バネ室内の液体が上向きに勢いよく押し上げられる力に関係します。密着性が悪いと、プラスチックポンプを押したときに、本体から液体がボトル内に漏れ出し、ポンプの作動に影響します。

02) バルブ本体上端のシールリングの密着性：ここに漏れがあると、プラスチックポンプの圧力ヘッドが緩んだときに、スプリングチャンバーに吸い込まれる材料本体の力が低下します。

プラスチックポンプの適用範囲

プラスチックポンプは、主に水、牛乳、シャンプー、シャワージェルなど、流動性の高い液体に使用されます。使用する液体の特性や、求める効果に応じて、適切な種類のプラスチックポンプを選択する必要があります。ヘアコンディショナーなど、やや粘度の高い液体にもプラスチックポンプを使用できます。ただし、粘度の高い液体にはプラスチックポンプの使用は適しておらず、吐出不良や吐出途中で液体の流れが途切れるなどの問題が発生する可能性があります。

粘度の高い材料の場合は、プラスチックポンプの使用を確認する前に、材料を充填してポンプテストを行う必要があります。プラスチックポンプで液体油製品を送液する場合、すべてが漏れるわけではありませんが、個々の漏れが発生する可能性が高くなります。

泡ソープディスペンサーは、ポンプで押し出すのは泡なので、水に浸してこすって泡立てる必要はありません。使用量も少なく、使いやすいです。泡ソープディスペンサーに入れるものは液体でなければならず、粘度が高くなく、非常にサラサラしている必要があります。粘度が高いとメッシュが詰まり、中身が押し出されません。泡ソープディスペンサーのボトルには液体しか入れられず、ローションは入れられません。また、プラスチックポンプ内部の細かいメッシュが欠けていないことを確認してください。欠けていると泡が押し出されません。

締め付け感

プラスチックポンプのシール不良、例えば水漏れは、通常、ねじ部、ポンプ本体、ポンプノズルの3箇所で発生します。ねじ部の水漏れは、プラスチックポンプカバー内部のガスケットの厚さを変更することで大体解決できます。ポンプ本体やポンプノズルからの水漏れは、プラスチックポンプ自体の構造または製造上の問題が原因です。

ポンプの数

簡単に言うと、プラスチックポンプのポンピング回数とは、材料を排出するためにポンプを最大ストロークで何回押したかを示す指標です。この指標は非常に重要です。ポンプを何度も押しても排出されない場合、または排出されるまでに何度も押さなければならない場合は、そのプラスチックポンプは不良品です。そのようなプラスチックポンプを搭載した製品が工場から出荷された場合、返品されます。

ポンプの回数をテストする際は、実際の充填材をボトルに注ぎ、プラスチックポンプをねじ込んだ後、プラスチックポンプの圧力ヘッドを緩めるか、プラスチックポンプのクリップを取り外すなどして、プラスチックポンプを押し込める状態にします。プラスチックポンプがこれ以上押し込めなくなるまで（つまり、プラスチックポンプの最大ストロークまで）押し込み、プラスチックポンプが完全に飛び出すまで手を離します。これが1回のポンピングプロセスです。ポンプから液体が出てくるまで、この操作を繰り返して押し続けます。プラスチックポンプを押した回数を数えます。

通常、水性製品のポンプ回数は5回を超えません。やや粘度の高い製品でも10回を超えません。一般的に、プラスチックポンプの耐水性試験は、吐出量の2～3倍程度です。

初期の頃に経験したことですが、製造工程で、材料を排出するまでにプラスチックポンプを何十回も押さなければならないことが分かりました。その後、プラスチックポンプがほぼ空になるまで、製造されたすべての製品をプレスして再加工する方法がなくなってしまいました。

ポンプ出力

使用する製品の特性に応じて、適切な吐出量のプラスチックポンプを選択してください。例えば、シャンプーやシャワージェルなどは一度に大量に使用するため、吐出量の大きいプラスチックポンプを選択する必要があります。水や牛乳などの製品には、吐出量がやや小さいプラスチックポンプを選択してください。プラスチックポンプの吐出量は均一で安定している必要があります。吐出量の変動幅は、使用目的とプラスチックポンプの特性に応じて決定されます。

プラスチックポンプの吐出量をテストする際は、実際の充填材をボトルに注ぎます。プラスチックポンプをねじ込んだ後、ポンプの圧力ヘッドを緩めるか、クランプを取り外すなどして、ポンプを押し下げられる状態にします。適切な力でポンプを繰り返し押して材料を押し出し、その後、材料がスムーズに排出されるまで数回連続して押します。

材料を充填したプラスチックポンプ付きボトルを電子天秤に載せ、重量を測定して蓋を開けます。次に、適切な力でプラスチックポンプを最大ストロークまで押し込みます。ポンプから材料が排出されたら、再び電子天秤に載せて重量を測定します。これは1回のポンプ吐出量です。

この方法で3回のポンプ量を繰り返し測定し、重量に関係なくプラスチックポンプを10回連続して押し、次に上記の方法に従って3回のポンプ量を連続して測定し、重量に関係なくプラスチックポンプを10回連続して押し、最後に上記の方法に従って4つのポンプのうち10回のポンプの平均値を計算します。同時に上記の方法に従って4つのプラスチックポンプを測定し、ポンプ出力の平均値をプラスチックポンプの実際のポンプ出力とします。

プラスチック製ポンプとボトルの互換性

ねじ込み式ボトルを使用する包装材料の場合、プラスチックポンプを回転させたとき、プラスチックポンプとボトルは空転したり、歯が外れたり、滑ったりすることなくスムーズに回転する必要があります。プラスチックポンプを締め付けた後、プラスチックポンプが傾いたり緩んだりしてはならず、プラスチックポンプの下端とボトルの肩部（一般に「吊り下げ脚」と呼ばれる）の間の距離は大きすぎず、通常は1mm以下である方が見栄えが良いです。どの程度適切かは、製品の実際の状況に応じて決定されます。外蓋付きのプラスチックポンプは、外蓋をかぶせた後、しっかりと固定され、フィットする必要があります。

プラスチック製ポンプとボトルをバヨネット式で嵌合させるタイプの包装材（一部のエアレスボトルなど）の場合、キャッピングマシンを使用してエアレスポンプの外側カバーを押し込み、エアレスポンプとボトル本体を一体化させます。プラスチック製ポンプとボトル本体の間に隙間があってはなりません。

プラスチックポンプのディップチューブポートと長さ

プラスチックポンプのディップチューブがボトルの底に接触する側のポートは平らにしてはいけません。そうしないと、ポンプが液体を供給しなかったり、途中で止まったりする問題が発生します。通常、プラスチックポンプメーカーから提供される吸引チューブは、ディップチューブの両端に隙間があります。ストローを切断するための専用工具があります。ストローが長すぎると感じ、専用工具を使わずに自分で切断したい場合は、ハサミを使ってストローの端を斜めに切断してください。

通常、ディップチューブの長さは、ディップチューブをプラスチックポンプに挿入してしっかりと差し込んだ後の理想的な長さであり、プラスチックポンプを締め付けた後、ディップチューブが曲がらずにボトルの底に接している長さが理想的な長さです。プラスチックポンプの底を、通常プラスチックポンプの底を締め付けるボトルの外側に置き、ストローの先端とボトルの底の間の距離を使用して、ストローの長さが適切かどうかを判断できます。ボトルの底が内側に凸になっているものもあることに注意してください。プラスチックポンプのディップチューブは長すぎても短すぎてもいけません。プラスチックポンプのディップチューブが長すぎると、細い吸引チューブの先端が曲がりやすく、ポンプが不完全になります。太いディップチューブの場合、プラスチックポンプの抵抗が大きく、潰れやすく、ポンプする材料にも影響します。言うまでもなく、ストローが短すぎると、ポンプする材料が十分にポンプされません。

ポンプヘッドの反発力（リバウンド時間）

プラスチックポンプを対応するボトルにしっかりと取り付け、ポンプの圧力ヘッドが押し込める状態にします。適切な力で圧力ヘッドを押し下げられなくなるまで（最大ストロークまで）押し込み、その後すぐに手を離して時間を計測します。圧力ヘッドが完全に元の位置に戻るまでの時間が、プラスチックポンプの反発時間です。通常、プラスチックポンプの反発時間は3秒以内です。

落下試験

ボトルに実際の充填・計量材料を入れ、プラスチックポンプをねじ込んだ後、プラスチックポンプを上向き、ボトルの底を下向きにして、地面から1.2mの高さから平らな床タイルに自由に落下させます。液漏れがなく、ポンプヘッドとボトルが緩んだり、散乱したり、破損したり、密閉性や使用効果に影響を与えたりしないことを確認してください。

耐熱・耐寒性試験

ボトルに実際の充填・計量材料を充填し、プラスチックポンプをねじ込み、(48±1)℃のインキュベーターと(-15±2)℃の冷蔵庫に24時間入れます（具体的な温度設定値は必要に応じて決定できます）。室温に戻した後、プラスチックポンプは正常に使用できるはずです。加熱と冷却のサイクルによるテストも可能です。

疲労テスト

疲労試験は、プラスチックポンプが何度も押された後でも正常に使用できるかどうかをテストするものです。プラスチックポンプの工場では、疲労試験中にポンプを1000回押す必要があると聞いています。通常は、実際の充填量に合わせてボトルに液体を入れ、プラスチックポンプを押してボトル内の液体をボトルの底まで送り込み、ポンプの動作中にポンプが正常に機能するかどうかを確認します。

エアレスボトル疲労試験は、吸引試験とも呼ばれます。ボトルに実際の充填量に従って充填した後、プラスチックポンプが材料を押し出せなくなるまで押し続けます。ポンプの吐出量と実際の充填量に大きな差があるかどうかを確認します。

その他のテスト項目

1. 機械的試験項目

プラスチックポンプの機械的試験項目は、主にプラスチックポンプとボトル間の締め付けトルク、緩めトルク、摺動歯トルク、プラスチックポンプの圧力ヘッドの緩めトルクなどであり、これらはトルクメーターで測定できます。実際には、スクリュー式プラスチックポンプの圧力ヘッドが緩まないという問題がありました。その後、この問題を解決するために、プラスチックポンプにガスケットが追加されました。

引張力試験項目には、主にポンプカバーの引張力、圧力ヘッドの引張力、ポンプコアの引張力、ポンプカバーとポンプスリーブの引張力などが含まれ、これらは張力計で試験できます。

2. 互換性テスト項目

主な検討事項は、材料を長期間保管した場合にプラスチックポンプに影響が出るかどうかです。プラスチックポンプは通常、充填状態で耐熱性および耐寒性がテストされます。テスト期間は3ヶ月です。その間、結果は3日、1週間、半月、1ヶ月、2ヶ月、3ヶ月の間隔で確認できます。よくある質問は、プラスチックポンプのスプリングが錆びるかどうかです。プラスチックポンプ内のボールが鋼球でできている場合は、鋼球の錆びも考慮する必要があります。

ポンプヘッド試験に関する補足指示

1. 泡ソープディスペンサーのテストにおいて重要な項目は、ポンプで噴射される泡が濃密で繊細でなければならないという点です。

2. エアレスボトルをテストする際には、ボトルの内壁とピストンの間の摩擦をテストする必要があります。

3．噴霧器の主要な検査項目の1つは、噴霧効果です。噴霧は連続的かつ均一で、明らかな液滴があってはなりません。さらに、噴霧角度と噴霧距離についても、15の国家標準試験を参照して試験する必要があります。

4. プラスチックポンプ工場は、ローションポンプのテスト時にプラスチックポンプの吸引力をテストします。

エアロゾルポンプ試験方法

エアロゾルポンプの主要指標に関する試験方法は、以下の国家規格における対応する方法を参照することができる。

GB/T 14449—2017 エアロゾル製品の試験方法

補足事項

上記で挙げた試験項目は比較的多く、実際の試験ではまずコア項目から試験を行うべきである。化粧品に使用されるプラスチックポンプについては、使用時の影響に特に注意を払う必要がある。機械的試験項目など、要求水準が高くない試験項目については、使用時の効果に基づいて定性的な判断を下すこともできる。また、ポンプヘッド試験項目の合格基準は一般的な基準のみであり、実際の試験では各自の要求に応じて決定することができる。