CN1989802A - 卵类注射方法和在禽蛋壳上形成开口的方法 - Google Patents
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Abstract
提出一种在禽蛋壳上形成开孔的方法和装置，可使破裂的可能大大减少，其包括以等于或大于每秒30英寸的速度移动冲头(26)穿过蛋壳(20)。冲头可通过各种不同的装置来驱动，包括重力装置(40)、弹簧装置(50)、螺线管装置(60)和流体(如压缩空气、压缩氮气、液体等)装置(70)。通过以超过每秒30英寸的速度投射一个或多个小抛射体(80)到蛋壳(20)，可刺透蛋壳(20)且不会造成破裂。冲头(26)可安装到压电促动器(90)，其设置成可以在大约1000赫兹到大约100000赫兹的频率范围进行振动。在这些频率可有效地使冲头(26)以超过每秒30英寸的速度移动。
Description
技术领域
本发明总体上涉及蛋，具体说，涉及卵类加工方法。
背景技术
已经将注射各种物质到禽蛋中应用于降低卵化后的死亡率、增加生长速率或得到小鸡的最终尺寸，甚至影响胚胎的性别确定。类似地，注射抗原到活性蛋已经应用于孵化培养人类或动物医疗或诊断所用疫苗中的各种物质。已经或准备用于卵类注射的物质包括疫苗、抗生素和维他命。此外，从禽蛋中取出材料也已经应用于各种用途，比如测试和疫苗收获。卵类处理物质和卵类注射方法的示例在下列专利中介绍，如Sharma等人的美国专利No.4,458,630，Fredericksen等人的美国专利No.5,028,421，和Williams的美国专利No.6,032,612和6,286,455，这些专利的内容本文引用参考。
蛋注射装置通常设计成可与商业上的蛋支承机构或蛋板结合进行操作。注射装置可包含多个注射针，这些针可同步地或前后连续地注射多个蛋，或一个注射针用来注射多个蛋。这些注射装置可包括“注射头”，其包括一个或多个注射针，其中各个针流体连通含有要注射的处理物质的流体源。单个流体源可供应所有的注射装置中的注射针，也可以采用多个流体源。
示例性的卵类注射装置10在图1中显示。所显示的装置10包括支承蛋20的蛋板15，静止的基部16，和多个注射传送机构或传送头25，带有根据现有技术置于其上的流体输送机构如内腔或针头。蛋板15容纳有多个蛋20，基本处于直立位置。蛋板15设置成可从外部接近蛋20的预定区域。各个蛋20容纳于蛋板15，使得当注射头25朝装置的基部16前进时，各个端部相对对应注射头25适当对准。
卵类注射物质(以及在卵类抽出材料)一般通过刺入蛋壳形成开口(如使用冲头)，延伸注射针通过开口进入蛋壳内部(有些情况下，进入其中的禽类胚胎)，通过针头注射处理物质和/或取出材料。例如，图1装置的各注射头25包括冲头26和注射针27，冲头同轴围绕针头27，如图2A，2B所示。冲头26设置成可刺入蛋壳，针头27设置成可输送物质到蛋壳中(见图2B)。
与卵类注射装置结合使用的蛋板包括排列的凹窝，设置成可支承多个通常处于直立位置的蛋。示例性蛋板30在图3A，3B中显示。所显示的蛋板30包括多排的凹窝32。各个凹窝32设置成可容纳各自蛋20的一端20a，以便支承各个蛋20处于基本垂直的位置。图示蛋板30的各个凹窝32包括多个突片34(见图3B)，其设置成可支承各个蛋，如图4所示。
这些支承突片34尽管可在运输过程中有效地支承蛋，但在卵类处理的过程中可使蛋损坏。卵类处理冲头施加到蛋上的力可将蛋向下推到支承突片34上，施加的力足以使蛋破裂。除了降低孵化率，碎蛋还导致蛋板中的其他蛋受污染，以及污染处理设备。
此外，传统蛋板中的支承突片有一定的柔性，当对支承的蛋进行冲压时可产生变形。此外，传统的蛋板有一定的柔性。这样，在冲压多个蛋时，蛋板结构会弯曲和/或扭曲。蛋板的这种弯曲和/或扭曲可叠加到支承突片的变形，致使当冲压力从蛋板上撤消时，突片可卡住蛋，从而使得难以从蛋板上取出蛋。因此希望冲头能够不会造成蛋破裂地穿透支承于蛋板上的蛋的蛋壳，且不会造成蛋卡在蛋板上。
发明内容
考虑到上述讨论，提出了一种在禽蛋壳上形成开孔的方法和装置，可使破裂的可能极大减少，所述方法包括以等于或大于每秒30英寸的速度移动冲头通过蛋壳。为了保护蛋的气室防止其污染，和在尿囊取样(allantois sampling)的情况下防止刺入临近的隔膜，冲头移动进入蛋后马上停止。根据本发明的另外实施例，在冲头通过位于蛋和冲头的支承壳体或机构的能量吸收材料后停止。根据本发明的另外的实施例，冲头移动可通过冲压工具主体来止动，其可在冲压过程中夹住。冲头可通过各种装置来驱动，包括从重力促动器、弹簧促动器、螺线管促动器、音圈促动器、流体(如压缩空气、压缩氮气、液体等)促动器中选出。根据本发明的实施例的冲头还可以设置成能够传送处理物质到蛋壳。
根据本发明的实施例，可以等于或大于每秒30英寸的速度投射一个或多个小抛射体到蛋壳来刺穿蛋壳，且不使蛋壳破裂。根据本发明的实施例，无毒的生物降解材料(如冰)可用作抛射体。根据本发明的实施例，投射体可包括预定剂量的处理物质。
根据本发明的实施例，可以等于或大于每秒30英寸的速度移动冲头来刺穿蛋壳，且不使蛋壳破裂，然后投射一个或多个小抛射体(如冰)到蛋壳中，来刺破位于气室底的隔膜和/或运送预定剂量的处理物质。
根据本发明的实施例，冲头可固定到压电促动器或电磁促动器，在大约1000赫兹到大约100000赫兹的频率范围内进行振动。该振动频率可有效地使冲头以大于每秒30英寸的速度移动。
由于蛋板和支承突片变形导致的蛋向下移动可增加冲压蛋所需的能量。例如，在冲压过程中，由于平均作用力大约为每个蛋6磅的惯常冲压力导致蛋板和支承突片弯曲，蛋一般向下移动大约1/8英寸到3/16英寸。冲压工具所消耗的全部能量U等于在距离上对力求积分(在蛋变形和力之间存在线性关系的条件下，U＝0.5·F·d，其中F是峰值冲压力，d是最大蛋板变形)。传统冲压技术的全部冲压功因此是大约0.03到0.04英尺-磅。测得的冲压刚性支承的蛋所要求的能量为大约0.01英尺-磅。因此，带有蛋板变形的传统冲压方式所要求的冲压蛋能量是不变形的3到4倍。
本发明的实施例优于传统的蛋壳冲压装置和方法，因为要求较少的能量来形成蛋壳上的孔。冲压速度超过每秒30英寸显示出能量未用于变形蛋板凹窝内的支承突片、蛋板、支承蛋板或冲压工具的结构。其结果是，可使用较小的冲压促动器，其比传统的促动器重量轻，成本低和结构简单，导致了费用的节约。
附图说明
结合到本文并构成说明书一部分的附图显示了本发明的实施例，并与所作说明一起解释了本发明的原理。附图中：
图1是示例性卵类处理装置的侧视图，该装置可在蛋壳上形成开口和注入材料到蛋中和/或从蛋中取出材料；
图2A，2B是图1装置的注射头下部的截面图，其中冲头将刺穿蛋壳(见图2A)，在开口已经在蛋壳形成后针头将材料注入蛋中(见图2B)；
图3A是传统的蛋板的透视图；
图3B是图3A的蛋板的顶视图；
图4是图3A蛋板的凹窝中的禽蛋的截面图；
图5显示了根据本发明实施例在蛋壳上形成开口的重力装置；
图6显示了根据本发明实施例在蛋壳上形成开口的弹簧装置；
图7显示了根据本发明的实施例在蛋壳上形成开口的螺线管装置；
图8显示了根据本发明实施例在蛋壳上形成开口的气动装置；
图9显示了根据本发明的实施例向蛋壳投射抛射体以形成开口的装置；
图10显示了根据本发明的实施例安装到压电促动器的冲头，当施加来自电源的电能时促动器可快速振动；
图11显示了根据本发明实施例在蛋壳上形成开口的音圈装置。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地介绍本发明，其中显示了本发明的优选实施例。本发明可以不同的形式来实施，不应当认为是限于本文所示的实施例；对于所属领域的技术人员，这些实施例的提出是为了使公开更完全，将更全面地覆盖本发明的范围。类似的标记在各图中代表类似的部件。
根据本发明的实施例的方法和装置可用于任何类型的禽蛋，包括但不限于，鸡、火鸡、鸭、鹅、鹌鹑、鸵鸟、鸸鹋、雏鸽、可捕的雌禽和野鸡蛋。此外，根据本发明的实施例的方法和装置可用于在胚胎发育期(或称为孵化期)内的任何时间冲压蛋壳。本发明的实施例也不限于胚胎发育期内的特定日期。
一种示例性的蛋注射装置是INOVOJECT自动注射装置(可从北卡罗尼纳，Research Triangle Park，Embrex公司得到)，根据本发明的实施例的冲压蛋的方法和装置可采用这种注射装置。但是本发明的实施例可使用任何卵类处理装置。
根据本发明的实施例的方法和装置可用于向各种方位的蛋注射。本发明的实施例不限于只能沿图示方位向蛋注射的卵类注射装置。
申请人意外地发现了以超过每秒30英寸的速度，具体地超过每秒40英寸速度，移动冲头穿过支承于蛋板的蛋壳，比速度小于或等于大约每秒5英寸的传统冲压操作导致的蛋壳破裂有明显的减少。
尽管没有完全理解但并不想受到任何操作理论的束缚，本申请人相信当冲压速度超过每秒30英寸时，蛋壳产生孔所需的力其保持的时间非常之短，蛋的质量使力不能移动到蛋板的容易变形的支承突片，使支承突片不能产生反力。此外，申请人无意中发现当冲压速度超过大约每秒30英寸，穿透蛋壳需要较少的能量，这是因为能量未用于使蛋板支承突片或蛋板其他部分变形。
超过每秒30英寸的冲压的动态分析将冲头穿过蛋的冲压过程模拟成冲头到蛋壳的动量传递，然后对蛋运动到蛋板进行能量分析。冲头施加到蛋的动量(M*V)，即质量乘速度，是冲压力或冲力(Ft)的时间积分。蛋板变形(蛋板力)然后通过吸收蛋的动能(0.5M*V*V)得到的变形来确定。变形通过公式0.5*F*F/K得到，其中F是蛋板作用于蛋的峰值力，K是蛋板的刚度。
卵类注射程序要求冲头进入蛋的深度受到限制，以便保护气室受到污染，以便在尿囊取样的情况下避免刺入临近的隔膜。限制冲头在蛋壳中移动要求进入蛋壳马上减少冲压速度到零(停止冲压)。根据本发明的实施例，限制冲头移动是通过使用位于蛋壳和冲压机构之间的能量吸收材料。示例性尿烷能量吸收材料是Sorbothane能量吸收材料，可从俄亥俄州kent市的Sorbothane公司购买。Sorbo-thane牌能量吸收材料是得到广泛认可的优秀吸收振动和冲击特性的粘弹性材料。Sorbothane牌能量吸收材料还显示出具有很大温度和频率范围内的高阻尼特性。其他适合的材料比如Neoprene可用于分散冲压减速时的接触力到整个蛋。材料最好可发散能量而不是弹回。传统的进行冲压时可夹住冲压工具的冲压方法导致冲头过多进入蛋壳，因为变形的蛋在冲头刺入蛋壳后恢复到原来位置。对于冲压期间蛋向下变形的情况，在冲头移动穿过蛋壳和冲力从6磅回到零后蛋板回复其原来形状时，蛋向上反弹1/8英寸或更大。
根据本发明的实施例，冲头移动可由结合到冲头工具的止动件来限制。在这个实施例中，可通过夹紧冲头工具或使冲头工具具有足够大的质量以限制其移动来限制冲头工具的移动。
根据本发明的实施例，使冲头速度超过每秒30英寸可通过各种方式来实现，包括但不限于，重力冲压、弹簧冲压、螺线管冲压、音圈冲压、流体(如压缩空气、压缩氮气、液体)冲压。对于重力冲压，冲头可从蛋上方的预定高度下落得到超过每秒30英寸的冲压速度。图5显示了根据本发明实施例的示例性重力装置40，其可在蛋壳上形成开口。图示的装置40包括固定连接到工件42的冲头26，该工件设置成可在重力作用下下落，在蛋壳上形成开口。工件42最好具有足够的质量，可得到大约1/100英尺-磅的冲压能量。因此，对于下落d英尺的工件42，其质量将重达0.01/d。例如，冲头下落1.2英寸(1/10英尺)到蛋壳，其重量至少为1/10磅。
位于蛋壳上方大约1到2英寸(1-2in.)的距离就足以产生所需的冲压速度。这可通过公式S＝V*V/(2*A)来计算，其中S是冲头接触前的下降距离(英寸)，V是所需的冲头冲击速度(每秒英寸)，A是自由落体重力加速度(12*32.2英寸/秒/秒)。通过包括机械、电磁等所属领域的技术人员都知道的方式和/或抽吸，冲头26可返回到原始位置。根据本发明的实施例的重力装置可具有各种结构，并不只限于所显示的实施例。
对于弹簧冲压，冲头受到弹簧推动，得到超过每秒30英寸的冲压速度。弹簧施加到冲头的能量最好大约在至少1/100英尺-磅。图6显示了根据本发明实施例的弹簧装置50，其可在蛋壳上形成开口。所示装置50包括固定连接到工件52的冲头26，工件可在弹簧54的推动下向下运动，在蛋壳上形成开口。通过包括机械、电磁等所属领域的技术人员都知道的方式和/或抽吸，冲头26可返回到原始位置。根据本发明实施例的弹簧装置可具有各种结构，并不只限于所显示的实施例。
图7显示了螺线管冲压装置60，包括分开连接到极靴62的壳体61。冲头26刚性连接到极靴62并可与极靴62一起移动。壳体61连接到支承臂64，其设置成可移动壳体61在冲压前接触蛋20和冲压后离开蛋。支承臂64可具有各种结构，可以不同的方式来操作。例如，支承臂64可移动壳体61通过线性移动、曲线移动或线性与曲线移动结合的方式与蛋接触或与蛋脱离。
图示壳体61通过突出部65和夹子66可脱开地连接到极靴62，如螺线管促动器领域的技术人员已知的。在没有电流通过线圈68的情况下，壳体61内的弹簧67使极靴62和冲头26保持在升高位置。
操作时，当电流流过线圈68，极靴62和冲头26受到向下驱动，速度超过每秒30英寸，穿透蛋壳20。当电流从线圈68离开，弹簧67推动极靴62和冲头26向上离开蛋20。
在图示的实施例中，吸收能量的易变形材料69连接到壳体61的底部61a。吸收能量的易变形材料69通过变形(受压)来吸收壳体61的运动。还通过变形使止动冲头26的力扩散到蛋壳的很大区域，以防止破裂。当吸收能量的易变形材料69使冲头26的运动停止时，壳体61的动量施加到吸收能量的易变形材料69。吸收能量材料69当冲头26穿透蛋壳时即刻降低了极靴62和冲头26的速度。在穿透蛋壳20后，极靴62冲击螺线管壳体61，根据公式M1*V1(极靴质量乘以冲击前的速度)＝M2*V2(冲击后的极靴和壳体的质量和速度)，施加动量到壳体。能量吸收材料69可具有各种形状和结构，并不限于图示的结构。根据本发明的实施例的螺线管装置可具有各种结构，并不只限于图示的实施例。
对于气动冲压，冲头受到空气或其他压缩气体推动，实现超过每秒30英寸的冲压速度。图8显示了根据本发明的实施例的气动装置70，其可在蛋壳上形成开口。所示装置70包括固定连接到活塞72的冲头26，活塞72可在从气源73进入气缸74的压缩空气(或其他流体/气体)的推动下向下运动，在蛋壳上形成开口。通过包括机械、电磁等所属领域的技术人员都知道的方式和/或抽吸，冲头26可返回到原始位置。根据本发明的实施例的气动装置可具有各种结构，并不只限于所显示的实施例。
根据本发明的实施例，冲头可设置成能够在蛋壳形成开口后传送处理物质到蛋中。处理物质的传送可通过传送针进行，传送针设置在冲头内，如所述领域的技术人员知道的。
根据本发明的实施例，以超过每秒30英寸的速度投射一个或多个小抛射体到蛋壳，可以刺穿蛋壳但不会使其破裂。最好是使用无毒的生物降解材料(如冰)作为抛射体，但是，也可以使用各种类型的材料。本发明的实施例并不限于使用冰抛射体。抛射体可通过各种机构投射到蛋上，包括机械，液压和气动机构。图9显示了根据本发明实施例的抛射体80(如冰)从装置82被投射到蛋壳。在图示的实施例中，抛射体由压缩空气源83的压缩空气提供能量。
根据本发明的实施例，抛射体可包含将注入蛋中的处理物质。例如，冰抛射体可包括将注入蛋中的处理物质。
根据本发明的另外实施例，在用冲头形成开口后可将一个或多个抛射体投射到蛋中。这些抛射体可设置成能刺破蛋内的一个或多个隔膜，和/或传送一个或多个处理物质到蛋中。这些抛射体可通过冲头或可插入开口或位于开口附近的机构进行传送。
根据本发明实施例的抛射体可具有各种形状，尺寸和结构。例如，用于在蛋壳上形成开口的抛射体可具有细长的圆柱形状，类似于传统的冲头形状。在开口形成后投射到蛋中的抛射体可具有普通的球形状。用于在蛋壳上形成开口的第一抛射体可与后续的抛射体具有不同的形状和/或结构。例如，第一抛射体可具有形成开口的细长圆柱形，后续的抛射体可具有传送一种或多种处理物质到蛋中和/或刺穿蛋中一个或多个隔膜的球状。
由冰构成的抛射体可通过使用各种类型的冷冻设备和所述领域的技术人员已知的技术制造，如制冰块的盘子。
根据本发明的实施例，冲头可固定到压电促动器，其设置成可在大约1000赫兹到100000赫兹之间频率范围内振动。这些频率可有效地使冲头以超过每秒30英寸的速度移动。在这个实施例中，蛋壳可通过连续冲击来刺穿，每次在冲击点冲出很小的破裂，直至蛋壳在很小的冲压力下开口。如所属领域的技术人员已知的，压电促动器是固态装置，可将电能直接转换成动能。图10显示了根据本发明实施例的固定到压电促动器90上的冲头26，促动器设置成可在源91的电能施加其上时快速振动。根据本发明的实施例的压电装置可具有各种结构，并不限于图示的实施例。
对于音圈冲压，冲头受到音圈装置的推动，实现超过每秒30英寸的冲压速度。音圈促动器是直接驱动的有限运动装置，其利用永久磁场和线圈绕组(导体)来产生与施加到线圈的电流成比例的力。用于根据本发明的实施例的音圈装置可从加利佛尼亚州的San Marcos市，804-A Rancheros Drive，Kimco Magnetics Division的BEI Tech-nologies公司购买。
图11显示了根据本发明实施例的示例性音圈装置100，可在蛋壳上形成开口。图示装置100包括铁磁性的圆柱壳体102，其包括气缸103。永久磁铁104连接到图示气缸103的内壁。线圈保持架106可滑动地沿气缸103的纵轴设置在气缸103内。管状线圈108如图所示位于线圈保持架106内。铁磁材料内芯110沿线圈的轴向中心线设置，完成磁路。当电流流过线圈108时在线圈108轴向产生的力将使线圈保持架106和气缸壳体102产生相对运动，如所属领域的技术人员知道的。
在图示的实施例中，音圈装置100包括固定连接到线圈保持架106的冲头26，当电流流过线圈108，如上所述，可以大于或等于每秒30英寸的速度向下推动冲头，在蛋壳上形成开口。通过任何所属领域的技术人员已知的方式冲头26可回复到其原始位置。
上面对本发明进行了说明，而非意在对本发明进行限制。尽管介绍了本发明的几个实施例，所属领域的技术人员容易理解，可对示例性的实施例进行许多改进，且未脱离本发明的新范围和优点。因此，所有这些改进将包括在权利要求限定的本发明的范围。因此，应当懂得前面所述是对本发明的说明，本发明并不限于公开的特定实施例，对所公开的实施例以及其他实施例改进包括在所附权利要求的范围。本发明受下面的权利要求及其所包含的等效体的限定。
Claims (8)
1.卵类注射方法，包括以等于或者大于每秒30英寸的速度移动冲头穿过蛋壳，其中，所述冲头被固定在压电促动器上，所述压电促动器在约1000赫兹至约100000赫兹的频率范围内振动。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在移动所述冲头穿过蛋壳之前将蛋置于预定位置。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述冲头穿过所述蛋壳的移动限制到预定的距离。
4.卵类注射方法，包括：
在蛋壳上形成开口，包括以等于或者大于秒30英寸的速度移动冲头穿过蛋壳，其中该冲头被固定在压电促动器上，所述压电促动器在约1000赫兹至约100000赫兹的频率范围内振动；
经所述开口将物质投入所述蛋内。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，运送机构包括运送针。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述物质包括用于处理禽胚胎的处理物质。
7.在禽蛋壳上形成开口以减少潜在开裂的方法，其中，所述蛋支承在蛋板的凹窝中，所述凹窝包括支承蛋的多个柔性突片，该方法包括以不造成支承所述蛋的所述柔性突片弯曲的速度移动冲头穿过蛋壳。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述冲头的速度大于或者等于每秒30英寸。
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