JP2020004550A - 容器殺菌用のキセノンフラッシュランプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、Ｕ字形状の容器内挿入部を持ち、従来の直管型ランプと同等のランプ寿命を有するキセノンフラッシュランプを提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る容器殺菌用のキセノンフラッシュランプは、円筒状のガラス管から成る発光管を備えたキセノンフラッシュランプであって、前記発光管の一部は、部分的に容器開口部に挿入可能なＵ字形状に屈曲されており、Ｕ字形状の屈曲部の内側肉厚t1[mm]が、0.8≦t1≦2.5の範囲内であり、Ｕ字形状のストレート部Ｕｓの肉厚t2[mm]が、0.4≦t2≦2.0の範囲内である。【選択図】図２

Description

本発明は、容器殺菌用のキセノンフラッシュランプに関する。更に具体的には、本発明は、食品や飲料水等の容器として利用される深型のトレイ、カップ、ボトル等の容器の内面を殺菌処理するため使用されるキセノンフラッシュランプの構成に関する。

食品や飲料水の製造・加工メーカーでは、それらの容器を確実に殺菌処理することが重要である。消費者ニーズの多様化により、食品や飲料水の低塩化、保存料の廃止、賞味期限の延長等により、容器に対する確実な殺菌処理が求められている。

現在、加熱処理、薬剤による殺菌処理に代わり又はこれと併用して、非加熱・非接触で殺菌が可能な殺菌技術の開発が進められている。このような、非加熱・非接触の殺菌技術として、閃光パルス殺菌処理が注目されている。

閃光パルス殺菌処理には、キセノンフラッシュランプが使用されている。キセノンフラッシュランプの発光には、殺菌に有効な波長200〜300ｎｍの紫外線を豊富に含んでいる。

キセノンフラッシュランプを利用した閃光殺菌処理は、殺菌効果が強力であり、発光のパルス制御が容易であり、非接触のため残留物が発生せず、極めて短時間のパルス照射のため処理対象物（容器等）への影響が少ない等の利点を有している。

その反面、閃光パルス殺菌処理は、光が照射できる部分しか殺菌できないという欠点がある。そのため、容器の外部からキセノンフラッシュランプを照射しても、容器内面の一部（例えば、容器底面や開口の小さいボトル形状の肩部）に光が十分に届かず、十分な殺菌が行われないおそれがある。

従来、次に挙げるようなキセノンフラッシュランプの一部を容器内に挿入し、容器の内部からパルス照射する殺菌方法が提案されている。

特開2001-247108「容器殺菌方法及び装置」（2001/9/11公開）出願人：食品産業電子利用技術研究組合 特開平06-191521「容器殺菌装置」（1994/7/12公開）出願人：株式会社豊振科学産業所（特許2747961） 特開2000-53111「容器殺菌方法及び装置」（2000/2/22公開）出願人：石川島播磨重工業株式会社

特許文献1〜３に開示のランプは、発光管の一部を容器に挿入している。しかし、これら特許文献には、発光管の容器挿入部分に発生する問題点及びこれを解決するためのガラス強度の規制に関する記載は存在しない。

発光管の容器内挿入部をＵ字形状にした発光管を試作したところ、下端の折り曲げ部のＵ字最下部内側の発光管内面に失透（ガラスが結晶化して脆くなる現象）が発生し、更に点灯時間が経過すると穴が開きリークする現象が発生した。即ち、従来の直管型のキセノンフラッシュランプに比較して、ランプは短寿命であった。Ｕ字形状の屈曲部の内側の機械的強度が不足し、点灯時の温度上昇によりダメージを受けているものと考えられる。

そこで、本発明は、Ｕ字形状の容器内挿入部を持ち、従来の直管型ランプと同等のランプ寿命を有するキセノンフラッシュランプを提供することを目的とする。

上記目的に鑑みて、本発明に係るキセノンフラッシュランプは、円筒状のガラス管から成る発光管を備えたキセノンフラッシュランプであって、
前記発光管の一部は、部分的に容器開口部に挿入可能なＵ字形状に屈曲されており、
Ｕ字形状の屈曲部の内側肉厚t1[mm]が、0.8≦t1≦2.5の範囲内であり、
Ｕ字形状のストレート部Ｕｓの肉厚t2[mm]が、0.4≦t2≦2.0の範囲内である。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、Ｕ字形状の屈曲部の内側肉厚t1[mm]及びストレート部Ｕｓの肉厚t2[mm]が、0.8≦t1,t2≦2.0の範囲内であってよい。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記発光管は、Ｔ字形状に屈曲されていてもよい。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記発光管は、Ｙ字形状又はカタカナの「ト」字形状に屈曲されていてもよい。

更に、上記キセノンフラッシュランプでは、前記容器開口部から前記容器内部へ挿入した屈曲部の長さは、前記容器の深さに応じて決定されていてもよい。

本発明によれば、Ｕ字形状の容器内挿入部を持ち、従来の直管型ランプと同等のランプ寿命を有するキセノンフラッシュランプを提供することができる。

図１は、従来のキセノンフラッシュランプを説明する図である。 図２は、本実施例に係るキセノンフラッシュランプを説明する図である。 図３は、殺菌処理の対象である容器の一例を示す図である。 図４は、本実施例に係るキセノンフラッシュランプを使用して、容器の内面を殺菌処理している状況を説明する図である。 図５は、発光管のＵ字形状の屈曲部に発生した失透及びリークの穴を撮影した写真である。図５（Ａ）は、Ｘ線写真、図５（Ｂ）は、点灯後のランプ外観写真、図５（Ｃ）は、失透及びリークの穴の写真である。 図６は、本実施例に係るキセノンフラッシュランプの点灯回路を説明する図である。 図７（Ａ），（Ｂ）は、本実施例に係るキセノンフラッシュランプの変形例を示す模式図である。

以下、本発明に係る容器殺菌用のキセノンフラッシュランプの実施形態に関し、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複する説明を省略する。

本実施例に係るキセノンフラッシュランプの特徴は、従来のキセノンフラッシュランプと比較して、ランプの形状にある。従って、本実施例に係るキセノンフラッシュランプの理解を容易に出来るように、最初に従来のキセノンフラッシュランプに関して簡単に説明する。

［従来のキセノンフラッシュランプ］
図１は、従来のキセノンフラッシュランプを説明する図である。従来のキセノンフラッシュランプ１１０は、希ガスのキセノンを封入した発光管１０２の両端に、陽極電極１０４ａと陰極電極１０４ｂとが対向して配置された構造となっている。発光管１０２は、紫外線透過率の高い石英ガラスから成り、両端が封止された一定の太さの直線状の円筒形に成形されている。

発光管１０２の外周面に沿って、トリガー線（「始動用補助電極」ともいう。）１０８が配置されている。トリガー線１０８は、各々が発光管１０２の外周面に密着しながら発光管を取り囲む複数個のリング部ワイヤ１０８−１と、発光管の軸線に沿って延在して複数個のリング部ワイヤ１０８−１を連結する連結部ワイヤ１０８−２とから成る。

陽極電極１０４ａは、電極リード棒１０４ａ−１の先端部（発光管側）を円柱状に成形加工した陽極大径部１０４ａ−２を備えるタングステンロッドによって形成されている。

陰極側電極１０４ｂは、電極リード棒１０４ｂ−１の先端部（発光管側）を円柱状に成形加工して陰極大径部１０４ｂ−２とし、この陰極大径部の端部上面に電子放出性物質から成る円柱状の焼結体（「エミッタ部」ともいう。）１０４ｂ−３が固着されたタングステンロッドによって形成されている。エミッタ部１０４ｂ−３の先端周囲にリング部ワイヤ１０８−１が位置決めされている。

電極リード棒１０４ａ−１，１０４ｂ−１の発光管と反対側は、リードワイヤ１０３ａ，１０３ｂに夫々接続されている。

［本実施例に係るキセノンフラッシュランプ］
（ランプ形状）
図２は、本実施例に係るキセノンフラッシュランプ１０ａを説明する図である。なお、図を簡略化して明瞭なものとするため、トリガー線は図示していないが、実際は図１と同様にトリガー線が発光管２の外周面に沿って存在している。

図１に示す従来のキセノンフラッシュランプ１１０との相違点を中心に説明する。従来のキセノンフラッシュランプ１１０と比較すると、発光管２の両端に、陽極電極４ａと陰極電極４ｂとが対向して配置されている点は共通するが、発光管２の中央部２ｂがＵ字形状に形成されている点で相違する。このＵ字形状部分２ｂ−１が、容器の開口部から内部に挿入される部分である。

発光管２の左端部分２ａ，中央部２ｂ、及び右端部分２ｃは、同じ外径の放電空間を形成するよう接続され、両端部は封止されている。従来のキセノンフラッシュランプ１１０と同様に、発光管２の左端部分２ａには、陽極大径部４ａ−２及び電極リード棒４ａ−１が配置され、反対側の右端部分２ｃには、エミッタ部４ｂ−３，陰極大径部４ｂ−２及び電極リード棒４ｂ−１が配置されている。

本発明者等の試作したこのＵ字形状発光管の仕様は次の通りである。但し、これに限定されない。
発光管：材質はオゾンレス石英管、
ｄ＝φ10、肉厚ｔ＝1.0ｍｍ
ガス圧：Ｘｅガス500 torr
電極： φ7.5

（ランプの使用態様）
図３は、殺菌処理の対象である容器の一例を示す図である。

図４は、本実施例に係るキセノンフラッシュランプ１０ａを使用して、容器１２の内面を殺菌処理している状況を説明する図である。キセノンフラッシュランプ１０ａは、中央部２ｂのＵ字形状部分２ｂ−１が、容器開口部１２ａから内部に深く挿入されている。中央部２ｂのＵ字形状部分２ｂ−１は、テフロン（登録商標）膜で被覆された石英ジャケット６で覆われている。石英ジャケット６は、ランプ破裂時や衝撃によるガラス割れ時に破片の飛散を防ぐために用いられる。

このキセノンフラッシュランプ１０ａの第１の特徴は、中央部２ｂのＵ字形状部分２ｂ−１が、容器１２の開口部１２ａから内部に挿入されている点にある。容器１２の深さに合わせて、ランプ１０ａのＵ字形状部分２ｂ−１の長さを決めることにより、容器の内面全体を直接光照射して殺菌処理可能にしている。

一方、陽極電極４ａ（陽極大径部４ａ，電極リード棒４ａ−１）が封入された左端部分２ａ及び陰極電極４ｂ（エミッタ４ｂ−３，陰極大径部４ａ，電極リード棒４ａ−１）が封入された右端部分２ｃは、容器１２の外部に配置されている。

本発明者等の試作したこのＵ字形状発光管の仕様は次の通りである。但し、これに限定されない。
容器の開口部：φ40 長さ80ｍｍ
発光管：材質は一般石英管、
外径ｄ＝φ10、肉厚ｔ＝1.0ｍｍ
ガス圧：Ｘｅガス500 torr
電極：φ７.5
石英ジャケット：外径φ30ｍｍ
作業条件：ランプ入力エネルギー 600Ｊ
パルス点灯間隔 3ショット／秒

（発光管の機械的強度）
当初、中央部をＵ字形状にした発光管を試作し点灯したところ、Ｕ字最下部内側の発光管内面に失透が発生し、更に点灯時間が経過すると穴が開きリークする現象が発生した。図５は、発光管のＵ字形状の屈曲部に発生した失透及びリークの穴を撮影した写真である。図５（Ａ）は、Ｘ線写真、図５（Ｂ）は、点灯後のランプ外観写真、図５（Ｃ）は、失透及びリークの穴の写真である。

本発明者等は、失透及びリークの穴の発生箇所を調べたところ、Ｕ字形状の屈曲部に発生することが判明した。この部分のガラス強度が、比較的弱いと思われる。

そこで、ガラス強度を確保するため、Ｕ字形状部２ｂ−１のガラス肉厚を管理することとした。幾つかのガラス肉厚の異なる試作品を作成し、屈曲部Ｕｂの内側肉厚ｔ２及びストレート部Ｕｓの肉厚ｔ２の最適範囲及びの最適範囲を求めた。表１にその実験結果を示す。実験に使用した発光管の外径は、Ｄ＝10.0ｍｍである。

表１に示すように、屈曲部Ｕｂの内側肉厚t1[mm]が、0.8≦t1≦2.5の範囲では失透，リークは発生しなかった。しかし、この範囲よりガラスが薄いt1＜0.6では失透，リークが発生した。一方、ストレート部Ｕｓの肉厚t2[mm]が、0.4≦t2≦2.0の範囲では、十分な光量が確保できている。しかし、この範囲よりガラスが厚い2.5＜t2では暗くなり、光量不足となる。

従って、t1,t2を個別に管理しない場合、総合評価として、失透，リークが発生せず、十分な光量が確保出来る範囲は、0.8≦t1,t2≦2.0であった。

（キセノンフラッシュランプの点灯回路）
図５は、図２に示すキセノンフラッシュランプの点灯回路３０の一例を説明する図である。ここで、符号１０ａはランプであり、符号８はトリガー線である。点灯回路３０は、商用交流電源２２と、これを昇圧し整流する充電用高圧電源回路２４と、この出力を蓄電する充放電用コンデンサ２６と、波形調整用コイル２８とを備え、ランプ１０にパルス電圧を給電している。更に、始動用外部トリガー発生回路３２と、トリガーパルスを昇圧してトリガー線８に送るパルス昇圧トランス３４とを備えている。

（本実施形態の利点・特徴）
本実施形態に係るキセノンフラッシュランプは、次のような利点・特徴を有する。
(1) キセノンフラッシュランプの発光管中央部２ｂをＵ字形状部分２ｂ−１に形成し、屈曲部の内側肉厚t1[mm]を、0.8≦t1≦2.5の範囲内であり、且つＵ字形状のストレート部Ｕｓの肉厚t2[mm]を、0.4≦t2≦2.0の範囲内にすることで、失透，リークが発生せず、十分な光量が確保出来る。
(2) キセノンフラッシュランプの発光管のＵ字形状部２ｂ−１の屈曲部Ｕｂの内側肉厚t1[mm]とストレート部Ｕｓの肉厚t2[mm]に関し、t1,t2を個別に管理しない場合には、0.8≦t1,t2≦2.0の範囲内にすることで、失透，リークが発生せず、十分な光量が確保出来る。
(3)容器開口部から内部へ挿入可能な形状に屈曲された部分の長さは、容器の深さに応じて決定することができ、容器の内面周面及び底部まで紫外線を照射することが出来る。

［変形例等］
図２及び図４に示すキセノンフラッシュランプは、全体的に見ると、発光管がＴ字形状となっている。この形状は、種々の変形例が考えられる。図７（Ａ），（Ｂ）は、本実施例に係るキセノンフラッシュランプの変形例を示す模式図である。例えば、図６（Ａ）に示すＹ字形状、図７（Ｂ）に示す両端部分２ａ，２ｃの一方が発光管中央部２ｂに水平方向に延び、他方が垂直方向に延びるカタカナ「ト」の字形状、及びこれらの組み合わせ（一方が斜め方向、他方が水平又は垂直方向）等が考えられる。

［結び］
以上、本発明に係る容器殺菌用のキセノンフラッシュランプの実施形態に関し説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を何等限定するものではない。本実施形態に対して当業者が容易に成し得る追加、削除、変更、改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。

２：発光管、 ２ａ：左端部分、 ２ｂ：発光管中央部，中央部、 ２ｂ−１：Ｕ字形状部分、 ２ｃ：右端部分、 ４ａ：陽極電極、 ４ａ−１：電極リード棒、 ４ａ−２：陽極大径部、 ４ｂｂ：陰極電極、 ４ｂ−１：電極リード棒、 ４ｂ−２： 陰極大径部、 ４ｂ−３：エミッタ、 ６：石英ジャケット、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ：キセノンフラッシュランプ、 １２：容器、 １２ａ：容器開口部，開口部、 ２２：商用交流電源、 ２４：充電用高圧電源回路、 ２６：充放電用コンデンサ、 ２８：波形調整用コイル、 ３０：点灯回路、 ３２：始動用外部トリガー発生回路、 ３４：パルス昇圧トランス、 １０２：発光管、 １０３ａ，１０３ｂ：リードワイヤ、 １０４ａ：陽極電極、 １０４ａ−１：電極リード棒、 １０４ａ：陽極大径部、 １０４ｂ：陰極電極、 １０４ｂ−１：電極リード棒、 １０４ｂ−２：陰極大径部、 １０４ｂ−３：エミッタ部、 １０８：トリガー線、 １０８−１：リング部ワイヤ、 １０８−２：連結部ワイヤ、 １１０：キセノンフラッシュランプ、
ｔ１：屈曲部の内側肉厚、 ｔ２：ストレート部の肉厚、 Ｕｂ：屈曲部、 Ｕｓ：ストレート部、

Claims (5)

1. 円筒状のガラス管から成る発光管を備えたキセノンフラッシュランプであって、
   前記発光管の一部は、容器開口部に挿入可能なＵ字形状に屈曲されており、
   Ｕ字形状の屈曲部の内側肉厚t1[mm]が、0.8≦t1≦2.5の範囲内であり、
   Ｕ字形状のストレート部Ｕｓの肉厚t2[mm]が、0.4≦t2≦2.0の範囲内である、キセノンフラッシュランプ。
2. 請求項１に記載のキセノンフラッシュランプにおいて、
   Ｕ字形状の屈曲部の内側肉厚t1[mm]及びストレート部Ｕｓの肉厚t2[mm]が、0.8≦t1,t2≦2.0の範囲内である、キセノンフラッシュランプ。
3. 請求項１に記載のキセノンフラッシュランプにおいて、
   前記発光管は、Ｔ字形状に屈曲されている、キセノンフラッシュランプ。
4. 請求項１に記載のキセノンフラッシュランプにおいて、
   前記発光管は、Ｙ字形状又はカタカナの「ト」字形状に屈曲されている、キセノンフラッシュランプ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の容器殺菌用のキセノンフラッシュランプにおいて、
   前記容器開口部から前記容器内部へ挿入した屈曲部の長さは、前記容器の深さに応じて決定されている、キセノンフラッシュランプ。