JP4296873B2 - 光パルス照射装置とその照射器 - Google Patents

Description

本発明は、光パルスを放射するフラッシュランプとその放射光を反射する反射鏡が設けられた照射器を備える光パルス照射装置と、その照射器に関する。

加熱殺菌に適さない医薬品、食品、飲料等やその容器、包装資材等の殺菌処理は、薬液を用いて行なうのが一般的であるが、薬液を使用すると、殺菌処理した被処理物の表面に付着残存する薬液を洗浄除去しなければならないので、被処理物を無菌水で洗浄する洗浄設備や、その無菌水を作って供給する給水設備、使用済みの薬液が含まれた排水を無害化する排水処理設備等が必要となり、それらの設備費やランニングコストが嵩むと同時に、設備の設置スペースも著しく大きくなるという問題があった。

また、薬液を使用しない紫外線殺菌は、殺菌に有効とされる波長２５４ｎｍの紫外線を効率良く放射し、ランプ寿命も長い低圧水銀ランプを用いるのが一般的であるが、該ランプは、紫外線出力が低いために短時間で大量の被処理物を殺菌処理することができず、また、高出力を得ようとすればランプの使用本数を多くしなければならないので、その設置スペースが大きくなり、更に、被処理物の光透過率が低い場合や、菌が高濃度で存在して被処理物の表面等に重なり合って付着している場合、あるいは厚い皮膜で覆われた芽胞菌等のように紫外線の被照射耐性が高い菌の場合には、滅菌レベル（９９．９９９９％以上の殺菌）の殺菌効果を得ることができないという問題があった。

このような問題に鑑みて、近時は、低圧水銀ランプよりも高出力、高照度の紫外線を閃光的に放射するフラッシュランプを設けた光パルス照射装置による殺菌処理が徐々に普及しつつあり、例えば、光透過性を有するプラスチックのブロー成形によって医薬となる内溶液を充填した複数本のバイアルビンあるいはアンプル等の容器が横方向に並ぶように一体成形されたカードを搬送しながらこれに光パルスを照射して各容器の内面と内溶液を殺菌処理することも提案されている（特許文献１参照）。

特表２０００−５１１４９７号（図面 図９及び図１１）

特許文献１にはカードの構成が詳細に記載されていないが、この種のカードは、例えば本願に添付した図面の図１に示すカード１の如く、医薬となる内溶液を充填して封止されたバイアルビン２を５本単位で形成したものが４ユニット連なるようにポリエチレン等の光透過性プラスチックで一体成形され、そのカード１の下端には各ユニットごとに二股状に開脚した成形バリ３が形成されている。

そして、バイアルビン２は、その容器の形状や肉厚が上下にわたって全体的に均一ではなく、特に上部（頸部）と下部（底部）は形状が複雑で且つ他の部位よりも肉厚が大きいため、それらの部位については他の部位よりも紫外線照度を強くする必要があるが、バイアルビン２を必要最小限の照度で殺菌処理しようとした場合に、最も強い照度が必要とされるバイアルビン２の上部と下部が照度分布の最も低い部位となるため、その上部と下部で殺菌処理に有効な照度が得られるようにフラッシュランプの発光エネルギーを設定する必要があるので、他の部位にとっては必要以上のエネルギーを以ってフラッシュランプを発光させなければならなかった。

また、医薬品が充填された容器を殺菌処理する光パルス照射装置は、フラッシュランプの作動不良による殺菌処理品質のバラツキを防止したり、フラッシュランプのランプ寿命を知ってランプ交換を適切に行なうために、フラッシュランプの光量を常時モニタする必要があるので、特許文献１に記載された光パルス照射装置の照射器には、図９の如く反射鏡の外側からその反射板に穿設された穴を通じてフラッシュランプの放射光を受光する光検出器が取り付けられている。

しかしながら、その照射器が、特許文献１の図１１の如くカードの搬送路を挟んで左右両側から対向するように設置されると、各照射器に取り付けられた光検出器の受光部に、対向する照射器に設けられたフラッシュランプの放射光が入射するため、各フラッシュランプの光量を正確にモニタすることができないという問題があった。

また、バイアルビン２の全体を殺菌処理することができる光パルスの照度分布が得られるように反射板の配光角度を設定しても、カード１の種類や規格の違いによってバイアルビン２の形状や大きさが異なると、他の部位より肉厚の大きいバイアルビン２の上部や下部などに効果的な殺菌処理を施すことができない場合があり、その場合は、フラッシュランプの発光回数を増やしたり、その光出力を高めるなどの措置を講じざるを得ないので、その分だけランプ寿命が短くなるという問題があった。

また、大量のカード１を連続的に搬送して殺菌処理する場合は、高出力のフラッシュランプを連発的に発光させなければならないため、フラッシュランプが過熱されてそのランプ寿命が短くなるという問題があった。なお、水冷ジャケットを装着させてランプを冷却する手段は周知であるが、フラッシュランプは、ガラス製発光管を焼き縮めるシュリンク加工によって電極を保持する部分が凹み形状となっているため、水冷ジャケット内を流通する冷却水の流速がその凹み形状の部分で低下して最も高温となる電極付近を効果的に冷却することができないという問題があった。

また、フラッシュランプに水冷ジャケットを装着しても、フラッシュランプから生ずる輻射熱によって該ランプを収容する照射器の器体やその器体に取り付けられた反射鏡、照射窓枠等が過熱されることがあるため、水冷ジャケットに冷却水を循環供給する配管系に接続してその冷却水の一部が流通せられる水冷パイプを反射鏡の背面や照射窓枠の内面に付設する試みもなされているが、水冷パイプを設けると照射器の構造が煩雑になってコスト高となり、また、水冷パイプの配管接続部からの漏水やメンテナンス性が低下するなどの問題がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、光パルス照射装置の照射器が、光パルスの照射処理を行なうワークの搬送路を挟んで両側から互いに対向するように設置されている場合に、各照射器のフラッシュランプの光量をモニタするために設けられた光検出器の受光部に、対向する照射器のフラッシュランプから放射されるパルス光が入射しないようにして、各フラッシュランプの光量を正確にモニタすることができるようにし、また、光パルスの照射処理を行なう処理対象物の形状や大きさに応じて必要部位の照度分布を高めることができるようにし、更に、フラッシュランプの過熱を確実に防止するために、シュリンク加工されたフラッシュランプの電極部分を水冷ジャケットの冷却水で効果的に冷却することができるようにすると共に、コストが嵩まずメンテナンス性も低下させない簡易な手段によって、フラッシュランプの輻射熱で照射器の器体内に設けた反射鏡や照射窓枠等が過熱されることを確実に防止することにある。

請求項１に係る発明は、光パルスを放射するフラッシュランプとその放射光を反射する反射鏡が設けられた照射器を備える光パルス照射装置において、光パルスを照射して処理するワークの搬送路を挟んで両側に前記照射器が互いに対向するように設置され、それら照射器に各々のフラッシュランプの光量をモニタするための光検出器が設けられると共に、該光検出器の受光部が、対向する照射器に設けられたフラッシュランプの発光部が受光角度に入らない取付角度で配置されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、光パルスを放射するフラッシュランプとその放射光を反射する反射鏡が設けられた照射器において、前記反射鏡が、フラッシュランプのランプ軸と平行に沿った中心部で２分割されると共に、その半割部の取付角度もしくは取付位置が各々調節可能に構成されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、光パルスを放射するフラッシュランプとその放射光を反射する反射鏡が設けられた照射器において、前記フラッシュランプが、該ランプの冷却水が循環供給される透明な円筒管で成る水冷ジャケットの内部に同心状に配設され、水冷ジャケットの片端側から冷却水を供給する給水口が、その冷却水を水冷ジャケットの片端側から他端側へ向けて一定の傾斜角度で流入させる傾斜孔で形成されると共に、該傾斜孔が冷却ジャケットの中心からその半径方向へ偏倚した方向に開口されていることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、光パルスを放射するフラッシュランプとその放射光を反射する反射鏡が設けられた照射器において、前記フラッシュランプに水冷ジャケットが装着され、該フラッシュランプとその反射鏡を収容する器体に、フラッシュランプの少なくとも陰極側端部に向かって送風する小型の冷却ファンが設置されると共に、フラッシュランプから伝わる熱で高温となる器体内の面部に、前記冷却ファンの送風による冷却効果を高める放熱フィンが形成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、光パルスを照射して処理するワークの搬送路を挟んでその両側に互いに対向するように設置された照射器のフラッシュランプを同時に発光させても、一方の照射器に設けられたフラッシュランプの放射光がこれと対向する他方の照射器に設けられたフラッシュランプの光量をモニタする光検出器の受光部に入射する量が著しく少ないので、両照射器に設けられたフラッシュランプの光量を光検出器で精度良く検出して、フラッシュランプの作動不良による処理品質のバラツキを確実に防止することができると同時に、フラッシュランプのランプ寿命を知ってランプ交換を適切に行なうことができるという効果がある。

請求項３の発明によれば、フラッシュランプのランプ軸と平行に沿った中心部で２分割された反射鏡の半割部の取付角度や取付位置を光パルスの照射処理を行なう処理対象物の形状や大きさに応じて適宜調整することにより、処理対象物の必要部位にフラッシュランプの放射光を集光させてその必要部位の照度分布を高めることができる。

請求項４の発明によれば、水冷ジャケットの片端側に形成した給水口から供給される冷却水が、水冷ジャケットの内部に同心状に配設されたフラッシュランプの外周に沿って巻き付くようなスパイラル状の流れを生じ、そのスパイラル状の流れは、フラッシュランプの電極付近が発光管のシュリンク加工によって凹み形状となっていても、その凹み形状の部分で流速が著しく低下することがないので、最も高温となる電極付近を効果的に冷却することができる。

請求項７の発明によれば、フラッシュランプが水冷ジャケットの冷却水によって冷却されると共に、フラッシュランプと反射鏡を収容する照射器の器体に設置された冷却ファンの送風によってフラッシュランプの陰極側端部と器体の面部が効果的に冷却されるので、コストが嵩まずメンテナンス性も低下しない簡易な手段によってフラッシュランプと器体の過熱を確実に防止することができる。

請求項１に係る発明の最良の実施形態は、光パルスを照射して処理するワークの搬送路を挟んで両側に互いに対向するように設置された照射器に、各照射器のフラッシュランプの光量をモニタするための光検出器の受光部が、その光検出器を設けた照射器のフラッシュランプのランプ軸と平行する反射鏡の中心線上に形成されたスリットを通じてフラッシュランプの放射光を受光するように配置されると共に、ワークの搬送路を挟んで対向する照射器のフラッシュランプの発光部が受光角度に入らない取付角度で配置された構成とするものである。

請求項３に係る発明の最良の実施形態は、照射器に設けられた反射鏡の反射面が半楕円状の断面形状を有すると共に、その反射鏡が、フラッシュランプのランプ軸と平行に沿った中心部で２分割されて、その半割部の取付角度もしくは取付位置が各々調節可能に構成されたものである。

請求項４に係る発明の最良の実施形態は、照射器に設けるフラッシュランプが、該ランプの冷却水が循環供給される透明な円筒管で成る水冷ジャケットの内部に同心状に配設されると共に、そのフラッシュランプの陰極側が位置する水冷ジャケットの片端側に冷却水を供給する給水口が設けられ、該給水口が、冷却水を水冷ジャケットの片端側から他端側へ向けて一定の傾斜角度で流入させる傾斜孔で形成されると共に、該傾斜孔が冷却ジャケットの中心からその半径方向へ偏倚した方向に開口され、更に、水冷ジャケットの他端側から冷却水を排出する排水口が、その冷却水を水冷ジャケットの片端側から他端側へ向けて一定の角度で流出させる傾斜孔で形成されると共に、該傾斜孔が冷却ジャケットの中心からその半径方向に偏倚した方向に開口された構成とするものである。

請求項７に係る発明の最良の実施形態は、照射器に設けられたフラッシュランプに該ランプを冷却水で冷却する水冷ジャケットが装着され、そのフラッシュランプと反射鏡を収容する器体に、パソコン用小型冷却ファンとして汎用されている小型の冷却ファンが、フラッシュランプの陰極側端部と対向して設置されると共に、その冷却ファンと正対するフラッシュランプの端板部及び冷却ファンとフラッシュランプの陰極側端部との間に介在する器体の照射窓枠の部分とに冷却ファンの送風による冷却効果を高める放熱フィンが形成された構成とするものである。

図２は本発明に係る光パルス照射装置とその照射器の一例を概略的に示す断面図、図３はその照射器の平面図であって、本例の光パルス照射装置は、図１に示すカード１を立てた状態で載せて搬送する主ベルト５と、該主ベルト５に載せられたカード１の上縁部４をその左右両面側から挟持して主ベルト５と同一方向に等速で走行する一対の補助ベルト６Ｒ、６Ｌとで成るワーク搬送機構によって搬送されるカード１の搬送路を挟んでその両側から互いに対向するように左右一対の照射器７Ｒ、７Ｌが設置されている。

照射器７Ｒ、７Ｌは、夫々その器体８内に、カード１に光パルスを放射して該カード１に形成されたバイアルビン２の内面と内容液を殺菌処理するフラッシュランプ９と該ランプの放射光を反射する反射鏡１０が設けられると共に、各々のフラッシュランプ９の光量を反射鏡１０の背面側からモニタする光検出器１１Ｒ、１１Ｌが設けられている。

光検出器１１Ｒ、１１Ｌは、その受光部１２が、フラッシュランプの放射光を直接受光してこれを電気信号に変換する光電変換素子で構成されるか、もしくはフラッシュランプの放射光をファイバ端から入射させて光電変換素子に伝送する光ファイバ等で構成されて、各照射器７Ｒ、７Ｌのフラッシュランプ９のランプ軸Ｘと平行する反射鏡１０の中心線上に形成されたスリット１３を通じてフラッシュランプ９の放射光を受光するように配置されると同時に、対向する照射器に設けられたフラッシュランプ９の発光部１４が受光角度に入らない取付角度で配置されている。

これにより、光パルスを照射して処理するカード１の搬送路を挟んでその両側から互いに対向するように設置された各照射器７Ｒ、７Ｌのフラッシュランプ９を同時に発光させても、一方の照射器７Ｒ（又は７Ｌ）に設けられたフラッシュランプ９の放射光がこれと対向する他方の照射器７Ｌ（又は７Ｒ）に設けられたフラッシュランプ９の光量をモニタする光検出器１１Ｒ（又は１１Ｌ）の受光部１２に入射する量が著しく少ないので、両照射器７Ｒ、７Ｌのフラッシュランプ９の光量を各々の光検出器１１Ｒ、１１Ｌで精度良く検出して、フラッシュランプ９の作動不良による処理品質のバラツキを確実に防止することができると同時に、フラッシュランプ９のランプ寿命を知ってランプ交換を適切に行なうことができる。

照射器７Ｒ、７Ｌに設ける反射鏡１０は、その反射面が半楕円状の断面形状に成形されると共に、フラッシュランプ９のランプ軸Ｘと平行に沿った中心部で２分割されて、その半割部１０Ｕ、１０Ｄが、反射鏡１０の中心部側に設けたヒンジ１５Ｕ、１５Ｄによって互いに接近又は離反する方向にチルト可能に取り付けられ、各々をチルトさせてその取付角度を個別に調節することができるようになっている。また、図示は省略するが、各ヒンジ１５Ｕ、１５Ｄは、半割部１０Ｕ、１０Ｄの取付位置も調整できるようにするため、フラッシュランプ９に対して接近又は離反する方向と、該方向に対して直交する方向とに移動可能に設けられている。なお、反射鏡１０の半割部１０Ｕ及び１０Ｄが双方間に若干の隙間をあけて取り付けられることによって前記スリット１３が形成されている。

このように、反射鏡１０が２分割されてその半割部１０Ｕ、１０Ｄの取付角度や取付位置が調整可能な構成となっていれば、例えば図４（ａ）の如くフラッシュランプ９の放射光を反射する一方の半割部１０Ｕの二次焦点（集光位置）Ｑが、フラッシュランプ９の直接放射光の照度分布が最も高くて肉厚も小さいバイアルビン２の胴部中央に位置する場合に、その半割部１０Ｕを図４（ｂ）の如くチルトさせて該半割部１０Ｕの二次焦点Ｑを肉厚の大きいバイアルビン２の上部に位置させるように調整し、また、図示は省略するが、他方の半割部１０Ｄも、肉厚が大きくてフラッシュランプ９の直接放射光の照度分布が低いバイアルビン２の下部（底部）に二次焦点を位置させるように調整することにより、フラッシュランプ９の光出力を必要以上に高めることなく、バイアルビン２全体を確実に殺菌処理することができる。

フラッシュランプ９は、ガラス製発光管１６の管内に対向して配置された一対の電極１７、１８間が発光部１４となり、発光管１６は電極１７、１８を保持する部分がシュリンク加工によって凹み形状となっている。更に、このフラッシュランプ９は、図５の如く、該ランプの冷却水が循環供給される透明な円筒管で成る水冷ジャケット１９の内部に同心状に配設されて、フラッシュランプ９の陰極となる電極１７が収容される水冷ジャケット１９の片端側を保持するジャケットホルダ２０に、冷却水を供給する給水口２１が設けられると共に、該給水口２１が、図５（ａ）の縦断面図の如く、水冷ジャケット１９の片端側から他端側へ向けて冷却水を一定の傾斜角度で流入させる傾斜孔で形成されると共に、該傾斜孔が、図５（ｂ）の横断面図の如く、冷却ジャケット１９の中心Ｏからその半径方向へ偏倚した方向に開口された構成となっている。なお、図中２２は、ジャケットホルダ２０の端部を蓋するように封止すると同時にフラッシュランプ９を水冷ジャケット１９の中心に配するように発光管１６の端部を保持固定する発光管取付ベースである。

しかして、給水口２１を通じて水冷ジャケット１９の片端側に供給される冷却水は、その水冷ジャケット１９内に配設されたフラッシュランプ９の外周に沿って巻き付くように旋回するスパイラル状の流れを生じ、そのスパイラル状の流れは、フラッシュランプ９の電極１７付近が発光管１６のシュリンク加工によって凹み形状となっていても、その凹み形状の部分で流速が著しく低下することがないので、ランプ発光時に最も高温となる電極１７付近を効果的に冷却することができる。

なお、図示は省略するが、水冷ジャケット１９の他端側に図５に示すジャケットホルダ２０と同型のジャケットホルダを設ければ、その水冷ジャケット１９の他端側に給水口２１と対称形を成す排水口が形成される。つまり、水冷ジャケット１９の他端側から冷却水を排出する排水口が、その冷却水を水冷ジャケット１９の片端側から他端側へ向けて一定の角度で流出させる傾斜孔で形成されると共に、該傾斜孔が冷却ジャケット１９の中心Ｏからその半径方向に偏倚した方向に開口された構成となる。これにより、水冷ジャケット１９の片端側から他端側へスパイラル状に流れる冷却水をその他端側に設けられた排水口から円滑に流出させることができるので、水冷ジャケット１９内における冷却水の流速低下を抑制してフラッシュランプ９の冷却効果をより高めることができる。

また、各照射器７Ｒ、７Ｌは、上記の如くフラッシュランプ９に水冷ジャケット１９が装着されると共に、図６の如く、フラッシュランプ９と反射鏡１０を収容する器体８に、フラッシュランプ９の少なくとも陰極となる電極１７が設けられた側の端部に向かって送風する小型の冷却ファン２３が設置され、更に、フラッシュランプ９から伝わる熱で高温となる器体８内の面部に、冷却ファン２３の送風による冷却効果を高める放熱フィン２６、２７が形成されている。つまり、照射器７Ｒ、７Ｌの器体８には、冷却ファン２３がフラッシュランプ９の陰極側端部と対向して設置されると共に、その冷却ファン２３と正対するフラッシュランプ９の端板部２４と、冷却ファン２３とフラッシュランプ９の陰極側端部との間に介在する器体８の照射窓枠２５の部分とに各々放熱フィン２６、２７が形成されている。また、反射鏡１０の背面側には、これを冷却する水冷ジャケット２８が装着されている。

これにより、照射器７Ｒ、７Ｌに設けたフラッシュランプ９と反射鏡１０は、水冷と空冷を併用して効果的に冷却することができる。また、そのフラッシュランプ９と反射鏡１０を設けた器体８の各部は、パソコン用小型冷却ファン等の安価で取り付けが容易な冷却ファン２３によって効果的に冷却することができる。なお、照射器７Ｒ、７Ｌは、殺菌処理以外の用途にも勿論使用することができる。

本発明に係る光パルス照射装置で光パルスを照射するワークの例を示す図 本発明に係る光パルス照射装置とその照射器の一例を概略的に示す断面図 本発明に係る光パルス照射装置とその照射器の平面図 本発明に係る照射器の反射鏡の作用を示す図 本発明に係る照射器のフラッシュランプとその水冷ジャケットの断面図 本発明に係る照射器の器体とフラッシュランプの空冷機構を示す図

符号の説明

１ カード（ワーク）
７Ｒ 照射器
７Ｌ 照射器
８ 器体
９ フラッシュランプ
１０ 反射鏡
１０Ｕ 半割部
１０Ｄ 半割部
１１Ｒ 光検出器
１１Ｌ 光検出器
１２ 受光部
１３ スリット
１４ フラッシュランプの発光部
１５Ｕ ヒンジ
１５Ｄ ヒンジ
１６ 発光管
１７ 電極（陰極）
１８ 電極
１９ 水冷ジャケット
２０ ジャケットホルダ
２１ 給水口
２３ 冷却ファン
２４ フラッシュランプの端板部
２５ 照射窓枠
２６ 放熱フィン
２７ 放熱フィン

Claims (7)

1. 光パルスを放射するフラッシュランプとその放射光を反射する反射鏡が設けられた照射器を備える光パルス照射装置において、光パルスを照射して処理するワークの搬送路を挟んで両側に前記照射器が互いに対向するように設置され、それら照射器に各々のフラッシュランプの光量をモニタするための光検出器が設けられると共に、該光検出器の受光部が、対向する照射器に設けられたフラッシュランプの発光部が受光角度に入らない取付角度で配置されていることを特徴とする光パルス照射装置。
2. 前記光検出器の受光部が、その光検出器を設けた照射器のフラッシュランプのランプ軸と平行する前記反射鏡の中心線上に形成されたスリットを通じてフラッシュランプの放射光を受光するように配置されている請求項１記載の光パルス照射装置。
3. 前記照射器に設けられた前記フラッシュランプが、該ランプの冷却水が循環供給される透明な円筒管で成る水冷ジャケットの内部に同心状に配設され、水冷ジャケットの片端側から冷却水を供給する給水口が、その冷却水を水冷ジャケットの片端側から他端側へ向けて一定の傾斜角度で流入させる傾斜孔で形成されると共に、該傾斜孔が冷却ジャケットの中心からその半径方向へ偏倚した方向に開口されている請求項１又は２記載の光パルス照射装置。
4. 前記給水口が、前記フラッシュランプの陰極側が位置する水冷ジャケットの片端側に設けられている請求項３記載の光パルス照射装置。
5. 前記水冷ジャケットの他端側から冷却水を排出する排水口が、その冷却水を水冷ジャケットの片端側から他端側へ向けて一定の角度で流出させる傾斜孔で形成されると共に、該傾斜孔が冷却ジャケットの中心からその半径方向に偏倚した方向に開口されている請求項３又は４記載の光パルス照射装置。
6. 前記照射器に設けられた前記フラッシュランプに水冷ジャケットが装着され、該フラッシュランプとその反射鏡を収容する器体に、フラッシュランプの少なくとも陰極側端部に向かって送風する小型の冷却ファンが設置されると共に、フラッシュランプから伝わる熱で高温となる器体内の面部に、前記冷却ファンの送風による冷却効果を高める放熱フィンが形成されている請求項１又は２記載の光パルス照射装置。
7. 前記冷却ファンが、前記フラッシュランプの陰極側端部と対向して設置されると共に、その冷却ファンと正対するフラッシュランプの端板部と、冷却ファンとフラッシュランプの陰極側端部との間に介在する器体の照射窓枠の部分とに前記放熱フィンが形成されている請求項６記載の光パルス照射装置。

Images