JP6237250B2

JP6237250B2 - 照射器

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Publication number: JP6237250B2
Application number: JP2014006141A
Authority: JP
Inventors: 田中　大作; 大作田中
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2034-01-16
Also published as: JP2015134311A

Description

本発明は、容器、とくに有底円筒状、あるいは、逆接頭円錐状の容器に照射する照射器に関する。

従来、光源として棒状の放電ランプと、このランプに沿って延在する樋状の反射鏡を備え、ランプからの直接光及び反射鏡からの反射光を照射対象物（容器）に照射する照射器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許４６５０８０１号公報

しかしながら、上述した従来の構成では、容器内面のランプの長手方向の部分では光が強く照射されるものの、その部分以外では光が弱く、特に底面付近の側面において低照度部ができるという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、底面付近の側面の照度を高めることができる照射器を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、光源と回転凹面反射鏡とを備え、前記光源からの直接光及び前記回転凹面反射鏡からの反射光を、開口を有する容器に照射して殺菌する照射器において、前記光源を棒状光源とし、複数の前記回転凹面反射鏡を前記棒状光源の長手方向に沿って配列し、前記回転凹面反射鏡に当該回転凹面反射鏡の回転軸を前記長手方向に挟んで一対の切り欠け部を形成し、複数の前記回転凹面反射鏡は、前記切り欠け部の平面部を接するように並べて配置され、前記平面部は前記回転凹面反射鏡の頂部に対して前記棒状光源の中心を超えて位置し、前記回転凹面反射鏡のそれぞれには前記長手方向両側に貫通孔が形成され、前記棒状光源は前記貫通孔に挿入されて、複数の前記回転凹面反射鏡を前記長手方向に貫通するように配置されていることを特徴とする。

上述の構成において、前記回転凹面反射鏡は、凹みを有する前記容器の底部の側面に光を照射する反射面を備えてもよい。

上述の構成において、前記棒状光源は、ロングアーク型のランプであってもよい。

上述の構成において、前記棒状光源は、紫外線を照射してもよい。

上述の構成において、前記凹面反射鏡は楕円反射鏡であってもよい。

上述の構成において、前記楕円反射鏡の第１焦点を前記棒状光源の中心に位置させるとともに、前記楕円反射鏡の第２焦点を前記容器の内部に位置させてもよい。

上述の構成において、前記回転凹面反射鏡及び前記棒状光源を筐体に収め、前記筐体は、前記回転凹面反射鏡の反射面を露出する開口を有する底面を備えてもよい。

上述の構成において、前記回転凹面反射鏡を前記筐体の底面に押さえる付勢手段を設けてもよい。

本発明によれば、複数の回転凹面反射鏡を並べて配置したため、各回転凹面反射鏡によって各照射対象物の底面近傍の側面に向かって照射できるので、比較的低照度となる底面近傍の側面の照度を上げることができる。

本発明の実施形態に係る照射器を上方から示す斜視図である。照射器を下方から示す斜視図である。照射器を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）は側面図である。照射器を示す分解図である。反射鏡を示す斜視図である。反射鏡を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は側面図である。照射器を示す縦断面図である。反射鏡と容器との相対位置を示す図である。照射器の照射光を示す説明図である。容器の底面の位置と最低となる照射域の照度（最低照度）との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る照射器１を上方から示す斜視図であり、図２は照射器１を下方から示す斜視図である。図３は、照射器１を示す図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は正面図、図３（Ｃ）は底面図、図３（Ｄ）は側面図である。図４は、照射器１を示す分解図である。また、図５は、反射鏡１３を示す斜視図である。図６は、反射鏡１３を示す図であり、図６（Ａ）は正面図、図６（Ｂ）は底面図、図６（Ｃ）は側面図である。なお、図２及び図３では、筐体２０を省略している。
照射器１は、例えば、食品や医療分野に用いられる有底円筒状、あるいは、逆接頭円錐状に形成されたカップ等の容器（照射対象物）Ｔを殺菌する殺菌装置等に適用することができる。照射器１は、図１に示すように、光源ユニット１０と、光源ユニット１０を収める筐体２０とを備えている。

光源ユニット１０は、ランプ（光源）１１と、ランプ１１の放射光を反射する反射ユニット１２とを備える。
ランプ１１は、紫外線を含む光を放射する光源であり、キセノンランプ、水銀ランプ、及び、メタルハライドランプなどのロングアーク型の棒状光源として構成されている。
反射ユニット１２は、複数の反射鏡１３を一体に備えて構成されている。複数の反射鏡１３を一体に形成することで、部品点数を削減し、組み立て工程を簡素化できる。反射鏡１３は、図２に示すように、凹状の反射面１３Ａを有する回転凹面反射鏡であり、紫外線を反射できるように、例えば、紫外域専用の反射ミラーや、一般的な金属ミラーとして構成されている。

複数の反射鏡１３は、図３及び図４に示すように、ランプ１１の長手方向に沿って一列に配列され、これら複数の反射鏡１３を貫通するようにランプ１１が配置されている。具体的には、反射ユニット１２は、反射鏡１３のそれぞれの反射面１３Ａの一部分（図３中一点鎖線で示す）が重複（オーバーラップ）するように形成されている。このように反射面１３Ａを重複させることで、反射ユニット１２が長手方向に小さくなり、照射器１のコンパクト化が図られている。反射面１３Ａは、上述の通り、一部を重複させ、当該重複部分が切り欠かれて形成されているため、反射面１３Ａの境界部分には弓形に窪む窪み部１４が形成される。すなわち、反射鏡１３は、反射面１３Ａの重複部分を切り欠いて形成した一対の切り欠け部１６を、回転凹面反射鏡である反射面１３Ａの回転軸Ｒを挟んで有している。そして、複数の反射鏡１３は、切り欠け部１６の平面部１６Ａが接するように並べられている。

反射鏡１３には、図５及び図６に示すように、ランプ１１の長手方向両側に、ランプ１１を通す貫通孔１５が形成されている。この貫通孔１５は窪み部１４と連通しており、反射ユニット１２は、ランプ１１が反射鏡１３の反射面１３Ａ側から貫通孔１５に挿入されるように筐体２０に配置される。換言すれば、反射鏡１３は、ランプ１１の長手方向に反射鏡１３同士を連接可能な連接用の平面部１６Ａを有しており、平面部１６Ａは、ランプ１１を貫通可能な貫通孔１５を一体で有している。
容器Ｔは、例えばベルトコンベアー等の搬送手段（不図示）によって照射器１の下方まで搬送され、図１に示すように、反射鏡１３に対向する位置で停止される。そして、容器Ｔには、ランプ１１からの直接光と、対向する反射鏡１３からの反射光が照射されて、殺菌される。
なお、本実施形態では、照射器１の下方に容器Ｔを配置しているが、容器Ｔを配置する位置は照射器１の下方に限定されるものではない。照射器１は、容器Ｔを配置する側に反射面１３Ａを向けて配置されればよい。

図７は、照射器１を示す縦断面図である。
筐体２０は、図７に示すように、ランプ１１の長手方向に沿う一面（本実施形態では、下面）を開口する箱体２１と、箱体２１の一面の開口部を塞ぐ底板（底面）２２とを備えて構成されている。箱体２１は、反射ユニット１２を収容可能な大きさに形成され、底板２２には、反射面１３Ａを露出する開口２３が設けられている。
開口２３は、図４に示すように、各反射面１３Ａの先端（下端）１３Ｂに沿う形状に形成されるとともに、各反射面１３Ａに対向する開口部２３Ａが連通して１つの開口を成す。また、開口２３は当該先端１３Ｂと同等又は若干小さく形成されており、これにより、反射ユニット１２は底板２２上に配置可能になる。すなわち、底板２２は、反射ユニット１２を取り付ける反射鏡取付台としても機能する。また、開口２３には、反射面１３Ａの先端１３Ｂが当接する段差部２４が形成されており、この段差部２４によって底板２２の面方向における反射鏡１３の移動が抑制されるようになっている。

底板２２には、開口２２Ａの長手方向の両端部に、それぞれ光源支持体２５が設けられており、この光源支持体２５にランプ１１の両端が支持される。
また、底板２２には、反射ユニット１２を底板２２に押さえる押さえ部材（付勢手段）３０が設けられている。この押さえ部材３０は、反射ユニット１２の両側で下端（基端）が底板２２に固定される固定板３１と、一対の固定板３１の上端（先端）を連結する連結バー３２とを備えて構成されている。
固定板３１は、反射ユニット１２と光源支持体２５との間に配置される。この固定板３１には、底板２２側に連通する切り欠き部３１Ａが形成され、この切り欠き部３１Ａにランプ１１が挿入される。
連結バー３２は、固定板３１が底板２２に固定されたときに、反射鏡１３の頂部に当接する高さに設けられている。これにより、固定板３１が底板２２に固定されたときに、連結バー３２が反射ユニット１２を底板２２に隙間無く押さえることができるので、反射ユニット１２及び筐体２０との間からの漏れ光を防止できる。

照射器１は、例えば排気ファン等の送風手段（不図示）によって、図７に矢印で示すように、筐体２０の下方に冷却風が流れるように構成されている。冷却風は、開口２３から筐体２０内、より具体的には反射面１３Ａ内に流れ、反射鏡１３の貫通孔１５から反射鏡１３の裏面側に流れ込む。反射鏡１３の裏面側に流れ込んだ冷却風は箱体２１に接続されている排気ファンによって筐体２０外に排出される。
このように、ランプ１１を通す貫通孔１５が冷却風を通す通気孔としても機能するので、ランプ１１の反射鏡１３の裏面側に位置する部分も冷却することができ、その結果、ランプ１１全体を冷却できる。

図８は、反射鏡１３と容器Ｔとの相対位置を示す図である。図９は、照射器１の照射光を示す説明図である。
ところで、従来、複数の容器を殺菌する照射器として、紫外線を照射するランプと、このランプに沿って延在する樋状の反射鏡を備えた照射器が知られている（例えば、特開２００８−１１００８４号公報）。この照射器の照射対象物は、カップのように凹みを有し、且つ、非透明の容器である。この照射器ではランプの長手方向に向かう光が比較的多いため、凹みの底面が深いと容器自体が影となり、容器内面のランプの長手方向の部分では光が強く照射されるものの、その部分以外の部分では光が弱く、底面付近の側面までは光が届かなかった。したがって、容器Ｔの内面において底面の前側（照射器側）の側面に直接光が届き難い低照度部ができ、当該部部分で殺菌効果が低下してしまう。

そこで、本実施形態では、図８に示すように、反射鏡１３を楕円面の反射面１３Ａを有する楕円反射鏡として構成し、ランプ１１のランプ中心Ｃを反射鏡１３の第１焦点ｆ１に位置させ、反射鏡１３の第２焦点ｆ２を容器Ｔの底面Ｔ１の近傍に位置させている。これにより、図９に示すように、ランプ１１からの直接光が容器Ｔの開口側側面Ｔ３及び底面Ｔ１に照射され、反射鏡１３の反射面１３Ａで反射された反射光が第２焦点ｆ２に集光し、容器Ｔの底面Ｔ１付近の側面Ｔ２に照射される。このように、ランプ１１の長手方向以外にも光を照射できるので、直接光が届かずに比較的低照度となる底面Ｔ１付近の側面Ｔ２の照度を上げることができ、殺菌効果を向上できる。
また、反射ユニット１２には、各反射鏡１３の反射面１３Ａの一部を重複させ、当該重複部分を切り欠いた窪み部１４を形成したため、この窪み部１４のために、反射面１３Ａで反射されない直接光が、対象とする容器Ｔに隣接する容器Ｔに照射される。これによっても、直接光が届かずに比較的低照度となる底面Ｔ１の前側の側面Ｔ２に光が照射されるので、殺菌効果を向上できる。

また、発明者は、シミュレーションにより、ランプ１１から容器Ｔの底面Ｔ１までの距離によって最低となる照射域の照度が変化する知見を得た。
図１０は容器Ｔの底面Ｔ１の位置と最低となる照射域の照度（最低照度）との関係を示すグラフである。なお、図１０において横軸は、ランプ１１から容器Ｔの底面Ｔ１までの距離を、縦軸は、樋状の反射鏡を有する従来構成で照射したときの最低となる照度値を１００％とし、楕円反射鏡を複数並べた本実施形態の構成で照射した場合の照度（相対値）を示す。この図１０のグラフは、楕円面の長径が２１９．５ｍｍ、楕円面の短径が１３１．５ｍｍ、容器Ｔの高さが１００ｍｍ、容器Ｔの開口径が６０ｍｍ、容器Ｔの底面Ｔ１の径が４７ｍｍであるときのシミュレーション結果を示す。

この図に示すように、ランプ１１から容器Ｔの底面Ｔ１までの距離を所定の範囲ｘにした場合に、従来の構成よりも照射対象物の形状や材質により照射不足により最低となる照射域の照度を向上させることができる。
そこで、本実施形態では、反射鏡１３と容器Ｔとの相対位置を以下のように設定している。なお、本実施形態では、容器Ｔは、有底円筒状、あるいは、逆接頭円錐状の非透明体であるとする。

反射鏡１３は、ランプ中心Ｃから容器Ｔの底面Ｔ１までの距離の範囲をｘ、楕円面の長径をａ、楕円面の短径をｂ、容器Ｔの高さをｃｈとすると、以下の式（１）を満たすように構成される。

上述の式（１）を満たす条件は、容器Ｔの底面Ｔ１の直径αは４０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下とし（４０ｍｍ≦α≦８０ｍｍ）、容器Ｔの開口の直径βは４０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下とし（４０ｍｍ≦β≦１００ｍｍ）、容器Ｔの底面Ｔ１から開口に広がる角度（広がり角）θは０°以上、１５°以下（０°≦θ≦１５°）とする。
式（１）を満たすように反射鏡１３を構成することで、容器Ｔを底面Ｔ１の近傍に反射鏡１３の第２焦点ｆ２を確実に位置させることができるので、照射不足で最低となる照射域の照度（容器底部の底面Ｔ１付近の側面Ｔ２の照度）を上げて、殺菌効果を向上できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数の反射鏡１３を並べて配置したため、各回転凹面反射鏡によって各照射対象物の底面近傍の側面に向かって照射できるので、比較的低照度となる底面近傍の側面の照度を上げることができる。
また、反射鏡１３に回転凹面反射鏡の回転軸Ｒを挟んで一対の切り欠け部１６を形成し、複数の反射鏡１３を切り欠け部１６の平面部１６Ａが接するように並べて配置して、反射鏡１３を平面部１６Ａ同士で連接させる構成とした。この構成により、ランプ１１の長手方向に対して、各反射鏡１３の直下への反射光以外に各連接部から隣接する容器Ｔに向けて届く光の照射範囲が広くなる。さらには、切り欠け部１６を形成しない場合に比べ、ランプ１１の反射鏡１３上部に露出する部分を少なくできるので、ランプ１１が反射鏡１３上部へ露出して配光制御不可となる比率を少なくでき、効率的である。
さらに、複数の反射鏡１３を並べて配置するとともに、光源を棒状のランプ１１とし、当該ランプ１１を、複数の反射鏡１３を貫通させて配置する構成とした。この構成により、複数の反射鏡１３で光源を共通化できるので、光源及び反射鏡を備える光源ユニットを複数配置する場合に比べ、照射器１を安価に製造できる。

また、本実施形態によれば、反射鏡１３は、凹みを有する容器Ｔの底部の側面Ｔ２に光を照射する反射面１３Ａを備える構成とした。この構成により、照度の低下する底部の側面Ｔ２に照射できるので、底部の側面Ｔ２の照度を高めることができる。

また、本実施形態によれば、棒状光源は、ロングアーク型のランプであるため、棒状光源にＬＥＤを用いる場合に比べコストを削減できる。

また、本実施形態によれば、棒状光源は、紫外線を照射するランプ１１であるため、照射器１を殺菌装置に用いることができる。

また、本実施形態によれば、反射鏡１３は楕円反射鏡である構成とした。この構成により、反射鏡１３によってランプ１１の光を集光できるので、例えば、凹みを有する容器Ｔの底部の側面Ｔ２に光を照射でき、照度の低下する底部の側面Ｔ２の照度を高めることができる。また、反射鏡を放物反射鏡とする場合に比べ、反射鏡１３を小型化できるとともに、開口部が小径で深い形状の容器Ｔに対しても照射距離を大きくすることなく有効に照射が可能となる。

また、本実施形態によれば、反射鏡１３の第１焦点ｆ１をランプ１１のランプ中心Ｃに位置させ、反射鏡１３の第２焦点ｆ２を容器Ｔの内部に位置させる構成とした。この構成により、反射鏡１３で反射した光は第２焦点ｆ２から広がり、底面Ｔ１の近傍の側面Ｔ２に向かって照射されるので、比較的低照度となる底面Ｔ１近傍の側面Ｔ２の照度を上げることができる。

また、本実施形態によれば、反射鏡１３及びランプ１１を筐体２０に収め、筐体２０は、反射鏡１３の反射面１３Ａを露出する開口２２Ａを有する底板２２を備える構成とした。この構成により、筐体２０の開口２２Ａから反射面１３Ａ内に風が流れ込むと、ランプ１１を貫通させる反射鏡１３の貫通孔１５から反射鏡１３の裏面側に風が流れ、ランプ１１の反射鏡１３の裏面側に位置する部分を冷却できる。

また、本実施形態によれば、反射鏡１３を筐体２０の底板２２に押さえる押さえ部材３０を設けたため、反射鏡１３を底板２２に隙間無く押さえることができるので、反射鏡１３及び筐体２０との間からの漏れ光を防止できる。

但し、上述の実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上述の実施形態では、照射器を殺菌装置に適用したため、光源に紫外線を含む光を放射する光源を用いていたが、光源はこれに限定されない。
また、上述の実施形態では、棒状光源としてロングアーク型のランプを用いたが、棒状光源は、これに限定されるものではなく、例えば、ＬＥＤ等の発光素子であってもよい。

また、上述の実施形態では、反射鏡は、紫外線を反射可能に構成されていたが、反射鏡は、これに限らず、用途に応じて適正な構成のミラー膜が内表面に作られればよい。
また、上述の実施形態では、反射鏡を楕円反射鏡としたが、反射鏡は、回転凹面反射鏡であれば、楕円反射鏡に限定されるものではなく、例えば放物面反射鏡であってもよい。

また、上述の実施形態では、照射対象物である容器を非透明体として説明したが、照射対象物は透明でもよい。

１照射器
１１ランプ（光源、棒状光源）
１３反射鏡（回転凹面反射鏡、楕円反射鏡）
１３Ａ反射面
１６切り欠け部
１６Ａ平面部
２０筐体
２２底板（底面）
２２Ａ開口
３０押さえ部材（付勢手段）
Ｔ容器（照射対象物）
Ｔ１底面（底部）
Ｔ２側面

Claims

光源と回転凹面反射鏡とを備え、前記光源からの直接光及び前記回転凹面反射鏡からの反射光を、開口を有する容器に照射して殺菌する照射器において、

前記光源を棒状光源とし、複数の前記回転凹面反射鏡を前記棒状光源の長手方向に沿って配列し、前記回転凹面反射鏡に当該回転凹面反射鏡の回転軸を前記長手方向に挟んで一対の切り欠け部を形成し、
複数の前記回転凹面反射鏡は、前記切り欠け部の平面部を接するように並べて配置され、前記平面部は前記回転凹面反射鏡の頂部に対して前記棒状光源の中心を超えて位置し、前記回転凹面反射鏡のそれぞれには前記長手方向両側に貫通孔が形成され、前記棒状光源は前記貫通孔に挿入されて、複数の前記回転凹面反射鏡を前記長手方向に貫通するように配置されていることを特徴とする照射器。
前記回転凹面反射鏡は、凹みを有する前記容器の底部の側面に光を照射する反射面を備えたことを特徴とする請求項１に記載の照射器。
前記棒状光源は、ロングアーク型のランプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の照射器。
前記棒状光源は、紫外線を照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照射器。
前記回転凹面反射鏡は楕円反射鏡であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の照射器。
前記楕円反射鏡の第１焦点を前記棒状光源の中心に位置させるとともに、前記楕円反射鏡の第２焦点を前記容器の内部に位置させたことを特徴とする請求項５に記載の照射器。
前記回転凹面反射鏡及び前記棒状光源を筐体に収め、
前記筐体は、前記回転凹面反射鏡の反射面を露出する開口を有する底面を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の照射器。