JP3963480B2 - 紫外線照射によってカートンを滅菌するための方法および装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、カートンを滅菌するための方法および装置に関する。具体的には、本発明は、紫外線照射によってカートンを滅菌するための方法および装置に関する。
背景技術
食品生産物の無菌包装は、過去数年間に非常に増加し、無菌包装法に対して、効率および利用法の分野で、大きな要求が生ずる結果となっている。食品生産物を長期間室温で保存できる能力（保存寿命の延長）が、無菌包装増加の主な理由である。食品生産物の腐敗に通ずるバクテリアの除去が、無菌包装した食品生産物に対し、この保存寿命の延長を可能にする。このバクテリアの除去は、食品生産物用の容器を食品生産物の充填直前に滅菌することによって達成する。
紫外線放射は、食品生産物用の包装を滅菌するために有効な手段であることが分っている。食品包装を滅菌するために紫外線放射を利用する、多数の発明が開示されている。例えば、ピール等の“滅菌方法の改善”は、多数の微生物への過酸化水素および紫外線放射の効果を開示している。ピール等は、食品包装を滅菌するために照射した溶液を使用することを記載する。
成形、充填および密封をする機械内への組込みは、紫外線放射による滅菌のための重要な機能である。例えば、“カートンを滅菌するための方法および装置”に対する、ザイツァ等の米国特許第５，３２６，５４２号は、充填機械のコンベヤシステムに沿って前進する食品カートンを滅菌するために、紫外線放射を利用する方法および装置を開示している。他の例は、“カートンの中の無菌生産物の包装、特に無菌包装”に対する、モーゼ等の米国特許第４，３７５，１４５号で、それは、カートンを充填機械に沿って運ぶときに、紫外線ランプおよび過酸化水素を利用してカートンを滅菌するための方法を開示している。
前記両特許は、食品包装の滅菌に有効であるが、カートン滅菌問題の解決ではない。食品包装の滅菌に関する発明の拡大を強いる未解決の問題が未だ存在する。
発明の開示
本発明の一実施例は、コンベヤシステムに沿って前進するカートンを滅菌するための装置である。この装置は、複数の紫外線光源、複数の反射器、冷却システムおよびシャッタ組立体を含んでいる。複数の紫外線光源の各々は、細長く、コンベヤシステムに沿うカートンの前進方向を実質的に横切る長手軸線を有する。複数の反射器の各々は、対応する複数の紫外線源の各々の長手軸線に沿って伸びる。複数の反射器の各々は、対応する複数の紫外線源の各々から所定の距離に配置されている。複数の反射器の各々は、入射紫外線放射をこれらのカートンの内部へ向けて実質的に反射する。
冷却システムは、全体的にこれら複数の反射器の上に配置され、複数の反射器の各々と熱的に連通している。シャッタ組立体は、複数の紫外線源から出る紫外線放射を選択的に遮蔽する。
この装置は、更に、複数の透明板を含んでもよい。複数の透明板の各々は、複数の紫外線源に対応し、これら複数の紫外線源の各々の周りに密閉した加圧環境を作る。この装置は、更に、その密閉した加圧環境の中の圧力の低下を検出し且つ指示（若しくは表示）するための複数の圧力スイッチを含んでもよい。この装置は、更に、対応する複数の紫外線源の高温を指示（若しくは表示）するための、複数の温度スイッチを含んでもよい。これら複数の温度スイッチの各々は、高温を検出したとき、対応する複数の紫外線源の各々を非作用状態にするための手段を有する。
この冷却システムは、複数の反射器の各々の上面を実質的に取囲み、それと熱的に連通している冷却マニホルドを含んでもよい。この冷却マニホルドは、冷却流体を流すための、複数の通路を有する。冷却流体は、主として水であるが、本発明では他の流体をも意図する。この冷却システムは、更に、複数の反射器の各各と複数の紫外線源の各々との間に、それらの反射器と複数の紫外線源とを冷却する効果を有するガスを導入するための手段を含んでもよい。
複数の反射器の各々は、長手軸線の周りに横方向に湾曲し、これら複数の反射器の各々が、その長手軸線に平行な頂部に沿って互いに結合された、対向する放物線側面を有するようにするとよい。これら複数の反射器の各々は、また垂直軸線から約１３°互いの方向へ向けて回転していてもよく、また対応する紫外線源の各々に共通の焦点を有していてもよい。この装置の加圧は、透明板に亀裂が入りまたはそれが割れた場合に、それを検出できるようにもする。
本発明のもう一つの実施例は、コンベヤシステムに沿って前進するカートンを滅菌するための方法である。この方法は、四つの工程を含む。第１の工程は、カートンの各々を、コンベヤシステムの上方にある滅菌装置の複数の透明板の下方に位置させることである。次の工程は、カートンの各々に、所定量の紫外線を、各カートンを滅菌するために十分な所定時間の間放射することである。この紫外線放射は、滅菌装置から出る。次の工程は、滅菌装置から出る所定量の紫外線放射を最適化しながら、それと同時に滅菌装置のための所定の温度を実質的に維持することである。最終工程は、カートンの各々を透明板の下方の位置から取出すことである。
本発明の目的は、滅菌装置を低温に維持しながら、成形、充填および密封する包装機械上でカートンを滅菌するための方法および装置を提供することである。
本発明の付加的目的は、滅菌装置用過熱警報機構を提供することである。
本発明の付加的目的は、成形、充填および密封する包装機械の滅菌装置の紫外線ランプ用の密封した加圧室を提供することである。
【図面の簡単な説明】
本発明の幾つかの特徴を、添付の図面に関連して更に説明する。これらの図面で、
図１に、本発明の好適実施例の破断透視側面図を示す。
図２に、図１に示す本発明の実施例の平面破断透視図を示す。
図３に、本発明の代替実施例を示す。
図４に、本発明の滅菌装置の底面図を示す。
図５に、カートンを滅菌装置へ進めるためのコンベヤシステムの上方に組込んだ、本発明の背面図を示す。
図６に、本発明の滅菌装置の側面破断図を示す。
図７に、本発明の反射器の一実施例を示す。
発明実施の態様
複数の反射器の各々とそれらと対応する紫外線ランプとの関係は、この滅菌装置の重要な側面を含んでいる。これらの反射器の形状は、滅菌を受けるカートンの各々の内部を通して紫外線放射を分散するために非常に重要である。反射器と紫外線ランプの間のこの関係は、引用することにより本明細の一部とされるザイツァ外の米国特許第５，３２６，５４２号およびザイツァ外の米国特許第５，４３３，９２０号に開示されている。
第１図に示すように、滅菌装置全体は２０で示されている。この滅菌装置は、全体として、ハウジング２２、複数の紫外線ランプ２４、複数の反射器２６、シャッタ組立体２８、複数の透明板３０および全体を３２で示す冷却システムから成る。冷却システム３２は、冷却マニホルド３４、複数の流体通路３６、流体入口３８（図示せず）、および流体出口４０（図示せず）を含む。複数の反射器２６の各々およびそれと対応する透明板３０は、複数の紫外線ランプ２４の各々を取囲む密閉した加圧室４２を形成する。室４２は、約１．１気圧に維持される。加圧室４２は、カートンを滅菌する際に、紫外線ランプ２４の効力を高める。
第２図に示すように、滅菌装置２０は、室４２内の圧力低下を検出するための圧力検出器５４を備える。調整器および出口空気オリフィスによって、室４２を通って制御された量の空気が流れるように維持する。この空気の流れは、約１．１気圧の絶対圧力を生ずる結果となり、それにより圧力検出器５４の接点を閉じた状態に維持する。一旦、室４２内の圧力低下を検出すると、この圧力検出器は、操作員に室４２内の圧力低下を警告する信号を発生する。この信号は、可聴警報でも可視警報でもよい。滅菌装置２０は、冷却マニホルド３４の温度を監視するための温度検出器５６も有する。その温度が所定の温度以上に上がると、温度検出器５６は、作業者に冷却マニホルド３４内の温度上昇を警告する信号を発生する。この実施例の警告温度は、約４９℃である。その温度が第２の、より高い所定の温度以上に上がると、温度検出器５６は、紫外線ランプ２４を非作用状態にするための信号を発生する。この実施例においては、その非作用状態にする温度は、約７７℃である。この様にして、操作員が居なくて温度検出器が発生した第１信号を受けなかった場合にも、滅菌装置の損傷を避けることができる。温度検出器５６は、冷却マニホルド３４の過熱に対する応答時間を最少にするために、冷却マニホルド３４に直接接触して取付けられている。
本発明の冷却システム３２は、滅菌装置を、従来の紫外線放射を利用する滅菌装置より遙かに低い温度で動作することを可能にする。この低い動作温度は、冷却マニホルド３４が反射器２６から熱を抽出する冷却能力が大きいために、可能になる。流体通路３６は冷却マニホルド３４の大部分を横断し、それにより冷却マニホルド３４と循環流体、例えば水との間の接触を大きくすることを可能にしている。冷却システム３２は、毎分約１．５リットルの水によって冷却される。動作温度の低いことにより、滅菌装置２０の熱損傷が起る機会が少なくなり、その寿命が長くなる。また、動作温度が低いことにより、機械の操作員が装置２０に触れることができるように装置２０が十分な低温状態となされる。
第３Ａ図および第３Ｂ図に示す滅菌装置２０は、第１図の実施例とかなり類似している。しかし、第３Ａ図および第３Ｂ図の滅菌装置２０の冷却システム３２は、冷却マニホルド３４による流体冷却を補うためにガス冷却機能を有する。ガスが密閉した加圧室４２に室ガス孔４４から入り、それによって室４２を通るガス流が室４２の温度を下げるように作用する。このガスは、出口孔４６（図示せず）から室４２を出る。ガスは、ハウジング２２全体に亘って配置された複数のガス通路４８を通って孔４４へ送られる。類似のガス通路４８が、室４２からガスを運び出すために出口孔４６に流れ連通している。ガスは、ハウジング２２の上部にあるガス入口５０を通ってガス通路４８に流入する。このガスは、やはりハウジング２２の上部にあるガス排出通路５２を通ってハウジング２２から流出する。多くの用途において、このガスは海面レベルの大気である。この実施例の冷却システム３２は、毎分約０．５ガロン（１．９リットル）の水と毎分約１立方フート（２８リットル）の空気によって冷却する。
この実施例は、各紫外線ランプ２４に対してフォトダイオードシステム５８を有する。各フォトダイオードシステム５８は、紫外線ランプ２４から受ける光に比例する電圧を発生することによって、紫外線ランプ２４の各々の出力に反応する。その電圧は、電源キャビネットの中にある比較回路（comparitor circuit）へ伝達される。電圧が所定の最少レベルに達したとき、警告灯が点いて操作員に知らせる。ガス排出通路５２に位置するサーミスタ５７（図示せず）も設けられている。サーミスタは、周囲温度に比例してその抵抗値を変える装置である。電源キャビネットの中には、そのサーミスタの抵抗値を監視し、所定の高温で警報器を作動し、かつ第２のより高い所定の高温で紫外線ランプ２４を非作用状態にする（deactivate）る回路がある。この実施例では、サーミスタ５７が６５℃で警告信号を発生し、８８℃で紫外線ランプ２４を非作用状態にする。
第４図に示すように、透明板３０が、紫外線ランプ２４を取囲む、密閉した加圧室４２の下方の境界を形成する。シャッタ組立体２８は閉位置か開位置に位置することができる。閉位置では、紫外線ランプ２４から出る放射線をシャッタ組立体２８をが遮蔽する。この閉位置で、シャッタ組立体２８は、密閉した加圧室４２の内部の熱を保持させることによって、紫外線ランプ２４の温度上昇を促進する。この様にして、紫外線ランプ２４、従って滅菌装置２０を動作温度までより迅速に暖めることができる。従来の装置においては、紫外線ランプ２４は、通常５９３℃から８１５℃の温度範囲で動作する。一旦この動作温度に達すると、シャッタ組立体２８は開位置に位置される。第４図に示すように、シャッタ組立体２８は、この開位置で、滅菌装置２０の下方を前進するカートンの照射および滅菌を行なえるようにする。反射器２６が密封された加圧室４２の上方境界を形成し、カートンが滅菌装置２０の下方を前進するときに紫外線／放射線を反射する。
また、シャッタ組立体２８は、このシャッタ組立体２８が閉位置にあることを示す複式感知スイッチを安全リレーと関連して備える。このセンサは、充填機械のドアが開いているときにシャッタ組立体２８が閉位置にあることを感知しないと、紫外線ランプ２４を非作用状態にする。これは、操作員の被害を防ぐ。シャッタ組立体２８は、このシャッタ組立体２８が開位置にあることを示し、従って充填機械をカートンの充填のための準備完了にする信号充填機械へ伝達するセンサも備える。
第５図に示すように、滅菌装置２０は、全体を６０で示すコンベヤシステムの上方に配置されている。このコンベヤシステム６０は、成形、充填および密封をする機械に沿って、ステーションからステーションへカートン６２を運ぶ。本発明の滅菌装置２０は、この成形、充填および密封機械上で最小のスペースしか使わないように設計されている。複数の紫外線ランプ２４をコンベヤシステム６０に沿うカートンの前進方向を横切って配置することが、カートンの効果的な滅菌に必要なスペースの量を低減する。本発明の滅菌装置２０によってもたらされるスペースの最小化は、成形、充填および密封機械上に、その機械を実質的に調整せずに、口取付装置（spout applicator）（図示せず）を組込めるようにする。シャッタ組立体２８は、紫外線によるカートンの滅菌をできるようにする開位置で示されている。このシャッタ組立体２８は、コンベヤシステム６０に沿うカートン６２の前進方向を横切る方向に動き、それによってスペースを最小にする。カートン６２は、端が開かれていて内部側壁および底が露出され、所望の内容物がこのカートン６２と接触する。第５図には、滅菌装置２０と外部供給源および処理装置との間の流体迅速継手も示されている。これらの継手は、工具を使わずに、滅菌装置２０を清掃および検査のために取外せるようにもする。
滅菌装置２０は、この装置２０が適正な動作位置にあるかどうかを監視する、安全リレーと関連した、複式感知スイッチをも備える。装置２０が適正位置になければ、紫外線ランプ２４が非作用状態になり、それによってこの装置２０付近の各個人の被害が防止される。
第６図に示すように、密封された加圧室４２は、紫外線ランプ２４を取囲み、反射器２６と透明板３０からなる境界を有する。上記したように、室４２は、第１図の実施例においては、少量のガス流によって約１．１気圧に維持される。
第７図に示すように、反射器２６は、式ｙ＝ｘ²／４ａによって定義される放物線形をしている。この反射器２６は、厳密には、円弧の中心に共通の焦点を有する、二つの放物曲線形である。各反射器２６の放物線形は、垂直軸から１３°回転し、軸間の角度が２６°になるようにした、英クォート（imperial quart）（1.136リットル）カートンの複合である。各反射器２６の上面を囲む冷却マニホルド３４は、反射器２６の冷却用流体を循環させるためにそのマニホルド３４を貫通する複数の流体通路３６を有する。

Claims (6)

1. コンベヤシステムに沿って前進するカートンを滅菌するための滅菌装置であって：
   それぞれが細長く、かつ長手軸線が前記コンベヤシステムに沿うカートンの前進方向を横切る方向へ延びる複数の紫外線源；
   それぞれが対応する複数の紫外線源の各々の長手軸線に沿って延び、対応する複数の紫外線源の各々から所定の距離に配置され、入射紫外線放射をカートンの内部へ向けて反射する複数の反射器；
   前記複数の反射器の上方に配置され、それら反射器の各々と熱的に連通していて、それら反射器の各々を冷却するための冷却水を貫流させる複数の内部通路を有する複数の冷却マニホルドを含む冷却システム；
   それぞれが前記複数の紫外線源に対応し、それら紫外線源の各々の周りで各々の反射器との間に１気圧より大きい密閉した加圧環境を作る複数の透明板；
   前記加圧環境に連絡され、ガス源と流れ連通してその密閉した加圧環境を加圧し且つ前記紫外線源を冷却するためにガス流を制御するガス入口；
   前記複数の紫外線源から出る紫外線放射を選択的に遮蔽するためのシャッタ組立体；および
   対応する複数の紫外線源における高温を表示するための複数の温度スイッチ；を含み、これら複数の温度スイッチの各々は、高温を検出したときに対応する複数の紫外線源の各々を非作用状態にするための手段を有する滅菌装置。
2. 請求項１による装置であって、更に、上記密閉した加圧環境内の圧力低下を検出し且つ表示するための複数の圧力スイッチを含む装置。
3. 請求項１による装置に於いて、上記密閉した加圧環境が少なくとも１．１気圧に加圧される装置。
4. 請求項１による装置に於いて、上記複数の反射器の各々が上記長手軸線の周りに横方向にかつ上方へ凸になるように湾曲する湾曲面を有し、各反射器の上記湾曲面の頂部が上記長手軸線に平行に延びており、その湾曲面が、上記頂部から上記長手軸線の両横方向へ湾曲する２つの対向する放物線形の曲面になっている装置。
5. コンベヤシステムに沿って前進するカートンを滅菌するための方法であって：
   コンベヤシステムの上方に配置された請求項１に記載の滅菌装置の複数の前記透明板の下方にそれぞれのカートンを位置させる工程；
   これらカートンの各々が、前記滅菌装置から出る所定量の紫外線放射を、各カートンを滅菌するために十分な所定時間の間、受けるようにする工程；
   前記滅菌装置から出る紫外線放射の量を最適化しながらその滅菌装置の温度を維持する工程；並びに
   カートンの各々を前記透明板の下方の位置から取出す工程；
   を含む方法。
6. 請求項５による方法に於いて、カートンの各々が所定量の紫外線放射を受けるようにする上記工程を上記複数の紫外線源からの直接放射および上記複数の反射器からの入射放射によって遂行する方法。

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