(57)【要約】【課題】容器を洗浄する方法において、化学物質を使用せず、環境にやさしいものとする。【解決手段】内壁１６、所定の十分な構造パラメータ、および一方の端部にある容器の開口部１４を有する容器１２を提供する。容器１２の開口部１４が最も下にあり、下向きに開くように容器１２を方向付ける。容器１２内の空気において所定の共鳴周波数で容器１２内に共鳴振動を発生させる。所定の共鳴周波数は容器１２の所定の構造パラメータにより少なくともある程度決定される。共鳴振動は、容器１２の内壁から遊離した固体粒子を取り除くのに十分な音圧レベルであるが、容器１２の構造的健全性に影響を与えるほどではない音圧レベルである。容器１２の内壁１６から遊離した固体粒子を実質的に全て取り除くのに十分な時間に亘り容器１２内の共鳴振動を維持する。【選択図】図１
2007021493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器を洗浄する方法であって、
内壁、所定の十分な構造パラメータ、および一方の端部にある容器の開口部を有する容器を提供する工程、
前記容器の開口部が最も下にあり、下向きに開いているように前記容器を方向付ける工程、
前記容器内の空気において所定の共鳴周波数で該容器内に共鳴振動を発生させる工程であって、前記所定の共鳴周波数が前記容器の前記所定の構造パラメータにより少なくともある程度決定され、前記共鳴振動が、前記容器の内壁から遊離した固体粒子を取り除くのに十分な音圧レベルであるが、前記容器の構造的健全性に影響を与えるほどではない音圧レベルである工程、および
前記容器の内壁から遊離した固体粒子を実質的に全て取り除くのに十分な時間に亘り該容器内の共鳴振動を維持する工程、
を有してなる方法。
【請求項２】
前記共鳴振動を発生させる工程が、
可聴音波を発生させる工程、および
前記容器の内壁上の遊離した固体粒子を取り除くための共鳴振動を発生させるのに十分な周波数および音圧レベルで、前記容器の開口部に向けて前記可聴音波を方向付ける工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記共鳴振動を発生させる工程が、高い音響出力および可変の帯域通過周波数範囲を有し、前記容器の開口部に向かい前記出力を方向付けるスピーカを有するオーディオ増幅トランスデューサを提供する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記共鳴振動を発生させる工程が、
前記共鳴周波数と同様の周波数および音圧レベルを有する、位相のずれた音波を提供するノイズ制御消去構成を提供する工程、および
前記共鳴周波数の音波が、前記容器の近傍を消えて周囲環境に広がるのを防ぐために該音波を実質的に消去するように、前記位相のずれた音波を前記容器の開口部から離れた向きに方向付ける工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記共鳴振動を発生させる工程が、
前記オーディオ増幅トランスデューサによって発せられた共鳴周波数と同様の周波数および音圧レベルを有する、位相のずれた音波を提供するノイズ制御消去構成を提供する工程、および
前記共鳴周波数の音波が、前記容器の近傍を消えて周囲環境に広がるのを防ぐために該音波を実質的に消去するように、前記位相のずれた音波を前記容器の開口部から離れた向きに方向付ける工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記振動を発生させる工程が、前記可聴音波を発生させる工程の前に、前記容器の構造パラメータから前記所定の共鳴周波数を計算する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記容器からの前記固体粒子の除去が、中で真空が生成されるシュラウドにより支援されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記振動を発生させる工程が、中で前記共鳴振動が発生させられるシュラウドに前記容器を搬送する工程の後に行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記共鳴振動を発生させる工程が、電気信号を、少なくとも１つのクラスＤオーディオ増幅トランスデューサに通過させる工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記容器を提供する工程が、
公知の構造特徴を有するボトルを提供する工程、および
前記ボトルの構造的特徴を用いて所望の共鳴周波数を計算する工程、
を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記計算した共鳴周波数に隣接するように前記可聴音波の周波数を調節する工程、
前記ボトルの壁における共鳴振動の量をモニタする工程、および
前記共鳴振動の最大量を提供する周波数を確立する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記共鳴振動を発生させる工程が、前記容器の内壁にある遊離した固体粒子を取り除くのに必要なエネルギーレベルの共鳴振動を発生させるのに十分な速度およびエネルギーレベルで前記容器の開口部を横切るように可圧縮流体の流れを通過させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記共鳴振動を発生させる工程が、
前記可圧縮流体の流れにより発生される共鳴振動数と同じ周波数および強度を有する、位相のずれた音波を提供するノイズ制御維持機構を提供する工程、および
前記共鳴周波数が、前記容器の近傍を超えて周囲環境に広がるのを実質的にうち消すように、前記位相のずれた音波を前記容器から離れた向きに方向付ける工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記共鳴振動を発生させる工程が、約７０ｄＢから約１１５ｄＢの範囲の強度の音波を発生させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記共鳴振動を発生させる工程が、約２．０秒から約３．０秒の期間に亘り約９０ｄＢから約１１５ｄＢの範囲の強度の音波を発生させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記容器を浄化させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記内壁の任意の有機汚染物を浄化するのに十分な期間に亘り前記容器を照射することによって該容器を浄化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
内壁によって画成される、容器の囲いを洗浄するために使用される装置であって、
水平に対して少なくとも一方向に複数の容器を保持するための容器保持器であって、前記容器は囲いを有し、前記囲いは所定の構造パラメータおよび一方の端部に容器の開口部を有するものである容器保持器、
前記容器の開口部が最も下にあり下向きに開いているように、ベルトにより保持された各容器を方向付けるための方向付け機構、および
前記容器の囲い内の空気の所定の共鳴周波数で前記容器内に共鳴振動を発生させるためのノズルを有する洗浄ステーションであって、前記所定の共鳴周波数が前記容器の囲いの前記所定の構造パラメータにより少なくともある程度決定され、前記共鳴振動が、前記容器の内壁から任意の遊離した固体粒子を取り除くのに十分なエネルギーレベルであるが、前記容器の構造的健全性に影響を与えるエネルギーレベルにはないものである洗浄ステーション、
を備えた装置。
【請求項１９】
前記内壁から任意の有機汚染物を浄化するように前記容器の壁に向けて少なくとも紫外線の周波数の電磁線を方向付ける浄化ステーションをさらに備えることを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記洗浄ステーションが、
前記容器の囲い内にヘルムホルツ共鳴振動を発生させるような範囲の周波数および音圧レベルを生成できる増幅スピーカであって、前記共鳴振動が、前記容器の内壁から任意の遊離した固体粒子を取り除くのに十分なエネルギーレベルであるが、前記容器の壁の構造的健全性に影響を与えるエネルギーレベルにはないものである増幅スピーカ、
をさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く、ボトルの処理、例えば、洗浄、殺菌および前充填を制御するための方法および装置に関し、より詳しくは、水や、過酸化物などの化学溶媒を使用しない、ボトル内部の洗浄に関する。
【背景技術】
【０００２】
腐敗および／または雑菌混入にさらされる様々な食料および他の物質は一般に、充填し蓋をする(fill-and-cap)操作でボトル内にパッケージングされる。人間向けの食品および飲料の製造業者が、そのような飲料や食品をパッケージングするのが一般的である。製品のパッケージングには、以下に限られないが、プラスチックおよびガラスを含む様々な物質が用いられている。特別な例として、ソフトドリンクは一般に、「ペット・ボトル」として知られているポリエチレンテレフタレートから形成されたボトル内にパッケージングされる。しかしながら、食品および飲料用の容器に用いられる他のプラスチックも、飲料および食品の包装業界でよく知られている。
【０００３】
ある場合には、この業界における現在の慣行では、特にソフトドリンクのパッケージングのために、ボトルにソフトドリンクを充填する前に、ペット・ボトルを水および／または洗浄用化学組成物で濯いでいる。液状食品または他の製品が充填される前に、ボトルや類似の容器、特にガラスや類似の材料から製造されたものは通常、いくつかの予備処理工程、特に十分な洗浄と完全な殺菌が施される。充填された液状食品の微生物学的品質を改善するために、存在する可能性のある、容器内に充填された食品にとって危険なあらゆる細菌を殺すように、充填操作の前にボトルを熱で殺菌することが知られている。これらの操作は、スプレー・ノズルを備えた殺菌設備を用いて、殺菌すべきボトル中に蒸気、熱水または過熱水を導入するであろう。この設備は、一般に、充填装置の前にある別の装置として連結されているか、または個々の場合において、充填装置に組み込まれている。しかしながら、そのようなプロセスは、例えば、調節弁の破損または不十分な圧力の結果として、殺菌が不完全になるかもしれず、それゆえ、ボトル内の細菌の殺菌は不完全であるか、またはひどい場合には、稼働できなくなるであろう。
【０００４】
特定の製品、特に微生物の影響を受けやすい製品には、十分に良好な日持ちを達成するために熱処理が必要であることが一般に知られている。ある製品の場合、１００℃未満の熱処理で十分（これは低温殺菌と称される）であり、他の製品の場合では、これらの製品の良好な日持ちを達成するためには、１００℃を超える温度を加えなければならない。これは殺菌と称される。いずれのプロセスも、ここでは、容器の浄化と称してよい。
【０００５】
ボトル詰め製品に関するより高い清浄さとより長い賞味期限の要望によって、過酸化物（Ｈ2Ｏ2）などの清浄薬を使用するようになってきた。清浄薬は、微生物による製品の腐敗や雑菌混入の可能性を減少させるために、充填前にボトルの内部に吹き付けられる。清浄薬の有効性は、清浄薬スプレーによる容器内部の十分な適用範囲と、充填前の化学物質の、濯ぎまたは他の手段による完全な除去に依存することが容易に認識できる。清浄薬の吹き付けにおいて、完全な浄化の可能性を増すために、吹き付けパターン、システムの動作圧、清浄薬の流量、温度、清浄薬の濃度、接触時間などのいくつかの動作パラメータを変動させて、スプレーの適用範囲の有効性を変更することができる。これらのパラメータの最終的な設定と、ボトルの内面の完全な吹き付けパターンの設立により、効果的な清浄剤の適用範囲をかなり確実にすることができる。しかしながら、浄化プロセスにおいて化学物質を使用すると、浄化用化学物質の洗浄と、浄化操作後の使用済み化学物質の環境的な処分が難しくなる。
【０００６】
熱水や化学的消毒薬の使用は、一般に、充填前のペット・ボトルの濯ぎには適していないと考えられている。何故ならば、熱水や消毒薬は、ペット・ボトルの特徴を化学的または物理的に変更し得るからである。そのような変更によって、ボトルが飲料の収容には適さなくなったり、飲料の品質や風味に悪影響を及ぼしたり、さらには、飲料を人の消費には適さなくしてしまうかもしれない。
【０００７】
オゾン化された濯ぎ水との接触によって、ボトルなどの容器を浄化するために、不適切な化学物質や過剰に熱い水を使用しない様々な装置およびプロセスが提案されてきた。オゾンは反応性が高く、容器を浄化するための効果的な酸化剤である。オゾン化された濯ぎ水は、容器の化学的または物理的性質を変更せずに微生物および他の汚染物を除去する上で効果的であるので、未処理の濯ぎ水よりも好ましい。例えば、シルバーザーン(Silverzahn)の特許文献１では、オゾン浴および水浴中に容器を浸漬するための回転性浸漬ホイールを備えた、容器を浄化するための装置が提案されている。清浄薬としてオゾンを使用する他の装置も提案されている。ヒューズ(Hughes)等の特許文献２では、ベンチュリを通してポンプにより循環される処理剤としてオゾンを使用した手持ち式浄水装置が提案されており、ここでは、オゾンは水中に投入され、次いで、洗浄後にタンクに戻されている。
【０００８】
レモネード、ＣＯ2を含有するミネラルウォーターまたは酸性の強い液体などのある種の飲料は、それらの天然の酸性のために、高温充填、すなわち、ボトル詰めのときの製品の上昇した温度を必要としない。このタイプの飲料がボトル詰めされるときに、どのような微生物学的要素も除去するために殺菌されている容器を製造できるように、適切な衛生的動作条件を使用することで十分である。しかしながら、アルコールおよび／またはＣＯ2を含有する飲料が、特定の微生物がよく成長するような性質のものであり、その結果、飲料が人の消費に適さなくなる場合には、これらの微生物を制御するために、追加のプラント設備、例えば、外部での濯ぎ、消毒の可能性および殺菌媒質が必要とされるであろう。
【０００９】
ボトル内部を十分に洗浄するために、数種類の方法が用いられており、そのうちのいくつかは浄化工程と共に用いられる。すなわち、多数のボトルがコンベヤ・システムを通して搬送されている場合、開口部が下方に面しているボトル中に適切に向けられれば、熱水の濯ぎが用いられる。そのような洗浄構成の例が特許文献３に開示されている。コンベヤ・ラインの連続ステーションで曝気処理および洗浄剤の分配を提供するジェット・ノズル構成が教示されている。
【００１０】
容器の壁、特に内部に入り込んだ壁により画成される囲いに、ノズルまたはジェット流を発生させる他の手段を囲い中に挿入することによって向けられる流体またはジェット流を有するそれらの従来技術の方法およびシステムの別の考慮すべき事項は、ボトル中に異物および／または汚染物を導入する可能性があることであり、これには、今のところ、そのような汚染の可能性を防ぐための手法が必要である。
【特許文献１】米国特許第４４０９１８８号明細書
【特許文献２】米国特許第５１０６４９５号明細書
【特許文献３】米国特許第５３６３８６６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
容器、より詳しくは、プラスチック・ボトルを洗浄または浄化する他の方法が知られているが、これらの全ては、上述した従来技術の方法およびシステムに類似している。必要とされているのは、効率的かつ効果的であり、供給源の維持と持続可能性を提供すると同時に、望ましくない廃液や他の残留要素を生成しない洗浄および浄化手法である。
【００１２】
これまでに公知の従来技術のシステムや方法のどれも、ボトルの内面を洗浄および／または浄化する、化学物質を使用しない非水性方法または他の環境にやさしい方法を教示していない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
したがって、内壁により画成された、容器の囲いを洗浄するシステムおよび方法であって、所定の高さの囲いと一端にある容器開口部とを有する容器を提供する工程、開口部が最も下側にあり下方に開いているように容器を方向付ける工程、容器の囲い内の空気中に所定の共鳴周波数で容器内の共鳴振動を発生させる工程であって、所定の共鳴周波数が容器の囲いの所定の構造パラメータにより少なくともある程度決定され、共鳴振動が、容器の内壁から任意の遊離した固体粒子を取り除くのに十分なエネルギー・レベルであるが、容器の構造の健全性に影響を与えるほどのエネルギー・レベルではない工程、および容器の内壁から全ての遊離した固体粒子を取り除くのに十分な時間に亘り容器の囲い内の共鳴振動を維持する工程を有してなる方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の第１の実施の形態を示している。ここでは、開口部１４、内壁面１６およびネック１８を有するボトル１２に、ボトル洗浄、浄化および充填システムおよび操作の洗浄ステーションで発生した可聴共鳴周波数の同調適用が行われる。そのシステムおよび操作の他の要素は、図３を参照して以下に論じられる。図１に示すように、ボトル１２は、固定具１９によりネック１８で保持されている。この固定具は、例えば、従来技術において公知である、従来のネック保持コンベヤ・システムの一部であってよく、以下により詳しく説明されている。
【００１５】
洗浄ステーション１００は、可聴波場の供給源２０を備えている。供給源２０は、１つのコントロール２３が図示されている、１つ以上の外部コントロールにより、供給源２０によって発生した可聴波のピッチ（周波数）およびボリューム（音圧レベル）を調節できる音圧および周波数プロセッサ２２によって制御される。ボリュームは、より正確には、可聴波の音圧レベルまたはＳＰＬと称される。
【００１６】
可聴波Ｗは、供給源２０から放射されるものとして図示されている。この供給源は、市販のスピーカ、または別の可聴波発生器に接続されていても差し支えない。供給源２０は、カリフォルニア州、サニーベール所在のマキシム・インテグレーテッド・プロダクツ社(Maxim Integrated Products, Inc.)から部品番号ＭＡＸ４２９５または４２９７で市販されているもの、並びに１つ以上のスピーカ２１に接続されているものなどの、クラスＤのオーディオ増幅トランスデューサから構成されることが好ましい。スピーカ２１は、トランスデューサ・モジュール２０と一体であっても、または以下に説明するように、別体でそこから取り外せてもよい。あるいは、プロセッサ２２およびコントロール２３がトランスデューサ２０と一体であり、スピーカ２１のみが、電子構成および／または任意の空間の検討事項に応じて、駆動電子機器とは別体であってもよい。
【００１７】
供給源またはトランスデューサ２０およびスピーカ２１の組合せは、以下に説明するように、ボトルのサイズと他の要因に応じて、所定の周波数で可聴波を発生する。最大量の共鳴振動を発生させる適切な周波数は、例えば、標準的なモード共鳴による、どの周波数が最大量の共鳴を発生させるかを決定するための共鳴周波数の偶然差異および評価による、理論的計算による、または好ましくは理論的応答および観察／試験周波数応答の両方の組合せによる、多くの様式のいずれによって導き出してもよい。
【００１８】
理論的方法は、例えば、標準的なモード共鳴による、または理論的ヘルムホルツの共鳴考察に基づく計算による、様々な方法を含んでよい。この周波数を計算して、ボトル１２の内壁面１６により画成された空洞または囲い内にヘルムホルツの共鳴を確立してもよい。すなわち、図示するように開口部１４に継続的な可聴波を生成することによって、ボトル１２内の空気が、ヘルムホルツの共鳴周波数にさせられ、ボトル１２の囲まれた空洞内の空気がヘルムホルツの周波数で振動し、それによって、ボトル１２の内壁面１６も振動する。この振動によって、ボトル内に残留しているかもしれない任意の固体粒子を取り除き、ボトルから落とす。このボトルは、図示したように、開口部１４が下方に面するように逆さにされていることが好ましい。
【００１９】
所望のヘルムホルツの共鳴周波数振動を提供するための適切な理論周波数は、ヘルムホルツ方程式ω0＝ｃ√（Ａ／ＶＬ）から導かれる。ここで、
ω0は所望の共鳴周波数であり、
ｃは周囲環境における音速であり、
Ａはネックまたは開口部１４の断面積であり、
Ｖは実効開口部までのボトル１２中の空気の体積であり、
Ｌは、図１に示したような、内壁の「底部から」ボトル１２の実効開口部までの空洞の実効長さである。
【００２０】
それゆえ、供給源２０の理論的周波数設定値は、異なる所望のサイズのボトルについて容易に計算できる。残念ながら、この理論的計算は、壁が比較的動かない容器についての正確な周波数計算を与えるが、共鳴周波数で振動するであろう壁は考慮していない。あるいは、または理論的計算と共に、周波数は、コントロール２３によるアナログ増分において調節可能であろうし、供給源の周波数は、ボトル洗浄が行われる周囲条件におけるわずかな差を説明するために、予測範囲内で計算できる。
【００２１】
標準的なモード共鳴によれば、最も効果的な周波数、すなわち、ボトルの壁で最大量の共鳴を発生させる周波数は、ヘルムホルツの共鳴周波数の計算から導かれる周波数とは非常に異なるであろう。すなわち、ヘルムホルツ方程式は、剛性の壁を持つ容器については正確である。ボトル、例えば、約０．０１０インチ（約０．２５４ｍｍ）の厚さのプラスチック・ボトルは、それ自体が振動する側壁を有し、それゆえ、ボトル１２内の空気について異なる周波数環境を生成する。それゆえ、１つ以上の狭い周波数帯が、このシステムに予定した異なるサイズのボトルのいずれについても理論的に設立され、その後、例えば、図示したように、プロセッサ２２に電気的に接続された、テープ加速度計２６などのトランスデューサによってボトルの壁の実際の振動をフィールド・モニタすることによる、観察技法が続けられる。
【００２２】
ここで、図２を参照すると、以下に図３を参照してより詳しく記載されている、本発明による代わりのシステム１０’のセクションのいくつかの代わりの実施の形態が図示されている。図２は、逆さ位置で示されたボトル１２の概略図である。ボトル１２は、図１の実施の形態におけるように、開口部１４が最も下側にあり、開口部１４が下方に面している方向に向けられている。図１および２に示した実施の形態は、共鳴周波数可聴波の発生器を除いて、実質的に同一である。すなわち、ボトル１２および以下に記載される他の要素、例えば、ボトル保持機構、すなわち、固定具１９、搬送ベルトなどは、図１の実施の形態に関するものと同じであって差し支えない。それゆえ、様々な図面に同じ要素が示されている場合、同じ参照番号が用いられる。
【００２３】
洗浄ステーションで、ボトル１２は各々、気流を導管３６に通し各ボトル１２の開口部１４を横切るように向ける、ファン３２または他の気流発生手段３０により提供される空気などの可圧縮流体の通過流にさらされる。この通過する気流は、計算されたまたは試験から導かれた強度と速度に応じて、一部が先に論じられた、公知の理論原理にしたがって、ボトル１２内の空気にヘルムホルツ共鳴を生成させる。矢印により示された気流および気流発生器３０の動作の正確な特徴は、コントローラ３４により制御されるであろう。このコントローラ３４は、ファン３２の動作または可能な他のパラメータ、例えば、導管３６の直径、向きまたは開口サイズを制御するために１つ以上のコントロール３５を含んでよい。これらのパラメータの各々は、矢印により示されるように、気流の特徴の変化のために共鳴周波数を変更する必要があるかもしれない。パラメータに応じて、各ボトル１２内で生じるヘルムホルツ共鳴の量および音圧レベルは、ボトル１２の形状を不可逆的に変えたり影響を与えたりせずに、任意の遊離した固体粒子を取り除くのにずっと大きなエネルギーを提供するように調節されるであろう。
【００２４】
図１および２に示した、上述した実施の形態に関連して、洗浄方法は、ボトル１２の外面を洗い、それゆえ、その外面に付着しているかもしれない静電荷電粒子を除去するために、イオン化空気流（図示せず）を用いてもよい。さらに、ボトル１２内の空気の振動またはヘルムホルツ共鳴器により発生される音波を減衰させるまたは除去するために、別の機構を提供してもよい。これが以下により詳しく説明されている。すなわち、一連の可聴波発生器の１つ以上を、ボトル１２またはボトル洗浄ステーションの近傍に配置し、適切な周波数および音圧レベルの可聴波を発生させて、公知のヘルムホルツ周波数で生成された可聴波を減衰させてもよい。この手法は、ボトル洗浄ステーションの直近から逃れる音エネルギーを効果的に相殺することができる。
【００２５】
可聴波発生器は、最初のヘルムホルツ周波数発生器を提供するものと同じであってよいが、その可聴波は、洗浄ステーションから発せられる同じ周波数を持つ音から実質的に１８０°位相がずれており、それゆえ、音波エネルギーを効果的に相殺する反対の波面を提供する。理想的には、これらの可聴波発生器は、ボトル洗浄ステーションと、システム１０のオペレータおよび／または任意の予想される傍観者または観察者の予測される通常の操作位置との間に配置される。このようにして、オペレータはシステムの連続的な帯域通過ノイズにさらされず、ヘルムホルツ周波数可聴波は、ボトル詰めプラント全体に亘り可聴波を一般に広めずに、各ボトル内の共鳴空洞のみに影響するようにボトル開口部の向きのみに方向付けられ、それによって、上昇した周囲騒音レベルおよびオペレータと他の従業員および／または通行人への不快感が最小にされるまたは回避される。
【００２６】
ボトル１２を洗浄する方法は、図１または２の実施の形態を用いるかにかかわらず、洗浄操作が完了したことを確実にするために、特定の標準化されたパラメータを必要とする。例えば、可聴音波のヘルムホルツ周波数は、ボトルのパラメータにより計算される、一般によく知られた特徴の内の１つであるが、可聴波発生器２０（図１）により発せられた波形の音圧レベルは、ある範囲、例えば、７０から１１５ｄＢの範囲内に維持されるべきであり、したがって、ボトル壁の振動は、遊離した粒子を取り除くのに十分であるが、ボトル１２の構造的健全性を破壊するほど強くはない。より具体的には、音圧レベルの範囲は、ボトルが十分な時間に亘り音場内にあれば、所望の洗浄を行うために、８０から８５ｄＢに維持されていてよい。
【００２７】
公知のボトル製造技法により製造されたプラスチック・ボトルは、非常に薄くすることのできる壁を有する。あるプラスチック・ボトルの厚さは、０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）ほど薄くに減少されている。その上、洗浄操作の安全性および効果を維持するために、ボトル１２を可聴波共鳴周波数にさらす時間が設立され、特定のボトルの特徴および存在するヘルムホルツモード共鳴のレベルに基づいて、一般に、約１．０秒から約３〜４秒の範囲にあるのが最もよいと考えられる。
【００２８】
可聴波の音圧レベルは、約２．０秒の好ましい時間に亘り約１０５ｄＢであることが好ましいが、これらのパラメータは各ボトルのサイズについて変動するであろう。ボトルのパラメータは、周囲条件、ボトルの特徴の変化、例えば、壁厚、ボトルサイズなどの様々な要因に応じて、可聴波の調節を必要とするであろう。
【００２９】
ここで図３を参照すると、容器、より具体的には、０．５リットル、１６および２０オンス（４４８および５６０ｇ）、１．５リットルおよび２リットルのサイズで一般に入手できるタイプのソフトドリンクを収容するのに用いられるボトルのための洗浄および浄化システム１０の正面図が示されている。システム１０は、好ましくは配管を含むフレーム４２を含むことが好ましく、矢印Ａの方向に装置内でボトルを搬送するためのエンドレス・チェーンまたはベルト４４を有する。ベルト４４は、システムの全長に亘り配置されており、図示するように、ボトル・ホルダ４６が設けられている。単純にするために、図３のエンドレス・ベルト４４にはボトル１２はいくつかしか適所に示されていない。エンドレス・ベルト４４は、複数のホイール５２〜６２により駆動され動作され、このベルトは、複数のガイド６６により案内されている。図示したシステムは、上述したネック保持式のボトル・コンベヤ・システムの任意の代わりの実施の形態であってよく、以下により詳しく説明される。
【００３０】
図３に示したシステム１０は、本発明をより完全に理解するために示されたものよりも複雑な構成を表している。図３の概略図は、システム１０により示されたボトル取扱設備における多数のステーションを示している。例えば、システム１０は、ボトル装填ステーション８０を含む。このステーションで、完全に形成された空のボトル１２がキャリアまたはホルダ４６に装填される。そこからは、以下に説明するように、充填の準備ができたボトルまたは充填されたボトルは先に取り除かれている。
【００３１】
ボトル１２は、この業界で知られている標準的な操作工程、例えば、図示したような、ステーション８８でのボトルの壁厚の検査にしたがって最初に処理されても、またはボトル１２は、本発明と密接な関係のなく、さらに論じる必要がない公知のプロセスで仕上げられていてもよい。
【００３２】
ステーション８８での処理の後、ボトル１２は、本発明の代わりの実施の形態にしたがって構成され、上述された図１および２に示されたようなボトル洗浄ステーション１００、またはその変種に持って行かれる。ボトル洗浄ステーション１００は、図１または２に示したように構成されていても、もしくは本発明の教示にしたがってまたは図４を参照してより詳しく以下に説明する好ましいボトル洗浄システムにしたがう任意の他のボトル洗浄ステーションであってもよい。図示したように、ホイール５８がベルト４４とボトル１２の位置を逆転し、したがって、開口部１４が図示したように全て下方に面している。次いで、ボトル洗浄ステーション１００の操作が、上述した図１または２の説明にしたがって、ボトルがボトル洗浄ステーション１００を通過するときに、各ボトル１２について行われる。図１に示したネック保持式ボトル構成が好ましいことを理解すべきである。しかしながら、システム１００の実施の形態は、中央本体部の周りで保持されたボトル１２を示している。これは、好ましいものではないが、本発明の目的のために実施してもよい別の代わりの構成である。また、ボトル洗浄ステーション１００に、音波エネルギーをボトルの後から方向付ける可聴波発生器２０，３０が示されているが、好ましい方法は、図１および４に示したように、ボトル開口部１４中にエネルギーを方向付けることである。
【００３３】
ボトル洗浄ステーション１００での操作工程後、ボトルはホイール５６により、開口部が上方に面する位置に再度逆転され、ボトルはベルト４４によってボトル浄化ステーション１２０に搬送される。浄化ステーション１２０にて、ボトル１２は、適切な周波数の紫外線（ＵＶ）が照明され、この紫外線は、ボトル１２の外面と内面（１６）の両方を浄化する殺菌剤として働く。紫外線源１２２は１つだけ示されているが、紫外線源１２２に加え、全表面を完全に照明するように、いくつかの線源（図示せず）を用いてもよいと考えられる。あるいは、浄化は、標準的な水酸化物の濯ぎにより、または後で出願すべき共通の譲渡された出願に説明され、特許請求された別の独立した発明について考えられる圧縮空気浄化技法を用いた、乾燥空気吹き付け方法によって行ってもよい。
【００３４】
浄化ステーション１２０での浄化工程後、ボトル１２は、ボトル解放ステーション１３０に搬送され、そこで、ボトル１２はホルダまたはキャリア４６から取り外され、キャリア４６は、サイクルを続けるためにボトル装填ステーション８０に再度搬送される。一方で、清浄な浄化されたボトル１２は、ボトル解放ステーション１３０から標準的なボトル充填ステーション（図示せず）に搬送され、そこで、ボトル１２に収容すべき液体飲料がボトル１２中に分配され、そのボトルは次いで蓋がされ、出荷のために包装される。あるいは、ボトル１２は、システム１０の１つ以上のステーションで充填されてもよい。そのボトル充填ステーションは図示されていないが、システム内の適切な位置に組み込まれている。
【００３５】
図４は、容器、例えば、ボトルをネックで保持するための好ましい構成を示しており、ここで、容器は、図示したように、逆転されネックが下にある位置にある。図４に示した発明の特徴は、浄化ステーション１２０（図３）に進む前に、容器から残りくずを洗浄するための洗浄ステーション１００’を含んでもよい。容器は、レール１４４に沿ってあるステーションから次のステーションに搬送されるものとして図４に示されている。ボトル１２は、その内の１つが図１に部分的に示されている複数の固定具１９によりレール１４４に沿って搬送されるべく保持されている。
【００３６】
固定具１９は、レールにより保持され、レール１４４に沿ってまたはそれによって摺動し、レール１４４の長手方向に対して垂直な方向にある程度延在するレール部分１４０を含むことが好ましい。第２のボトル保持部分１４２は、レールの移動方向に沿って延在し、あるいはそれに対して垂直に延在し、各ボトル１２のネック１８を解放可能に保持するための圧縮孔１４３（図１に点線で示されている）を有する。図４に示したように、ボトル１２は、ボトル洗浄ステーション１００’を通って搬送されているときに、逆転された位置に向けられている。
【００３７】
洗浄ステーション１００’の実施の形態に示した重要な特徴の１つは、洗浄ステーション１００’で可聴音波エネルギーを封じ込め集中させるために提供された共鳴チャンバ９０である。共鳴チャンバ９０は、ベース側、すなわち、先が切り取られたピラミッド状の共鳴チャンバ９０の幅広部分を持つ部分的に切り取られたピラミッド形で示されており、レール１４４に向かって開いており、ボトル１２（部分的に透視した状態で示されている）がステーション１００’を通して搬送されている。チャンバ９０は、ボトル１２の上のシュラウドとして作用し、２つの開口部９２を備えている。その一方は、ボトル１２をチャンバ中に入れ、他方はチャンバから出すために設けられている。開口部９２は、様々なサイズを有するボトルをそこに通して通過させられる形状と方向性を有し、開口部９２は、洗浄されているボトルのサイズに適合するように調節可能に製造されていてもよい。共鳴チャンバ９０のサイズは、一度に少なくとも３つのボトル１２を覆うのに十分に大きく、したがって、ライン速度に応じて、各ボトルが、そこから残り屑を取り除く目的でボトル壁１６のモード励起を十分に誘起するのに十分な時間に亘り共鳴チャンバ９０内にあることが好ましい。
【００３８】
音圧レベルに応じて、その時間は、上述した好ましい範囲内にあるか、または以下に説明するように、共鳴チャンバ９０の囲い内に可聴波エネルギーの大部分を封じ込めること、チャンバ９０の好ましくは傾斜した壁９１によってボトルに向かう反射音波を集中させ強め合うこと、およびボトル洗浄ステーション１００’から発せられる可聴音エネルギーの消去を含む共鳴チャンバ９０を使用する利点のために、より短い時間であろう。
【００３９】
レール１４４とボトル１２の反対側には、スピーカ２１が配置されている。このスピーカは、そこから発せられる波Ｗにより示された、可聴音エネルギーを、ボトル１２に向かい、共鳴チャンバ９０中に向けるように方向付けられている。共鳴チャンバ９０は５つの壁９３および開放ベースを持つものとして示されているが、他の形状および構成も可能である。例えば、第２の共鳴チャンバ（図示せず）が、反対に向けられ、外側のベースの境界９５に取り付けられ、限られた開口部のみ、例えば、ボトルのための開口部９２、およびレール１４４がそこを通過するための一連の第２の開口部を有する囲い内に可聴音波エネルギーをより完全に閉じ込めるように、ボトル１２とスピーカ２１の両方を囲い込んでもよい。スピーカ２１は、図１に示した実施の形態におけるように、トランスデューサ２０およびコントロール・システム２２に接続されている。スピーカの数と配列は、チャンバの周りの均質で適切なノイズ消去場を生成するために、用途に応じて実験的に決定されるであろう。
【００４０】
可聴音エネルギーが、ボトル１２内にあるであろう任意の固体残り屑を解き放つまたは取り除くボトル洗浄ステーション１００’を通過した後、ボトル開口部１４を通して残り屑を除去するのには、下方に向いている重力で十分であろう。必要に応じて、ボトル１２を残り屑除去ステーション１１０’に、さらにレール１４４に沿って搬送することが好ましい。残り屑除去ステーションは、部分切取図に示されたシュラウド１１２を有する。ボトルネック１８はそこを通過して、各ボトル開口部１４のための半囲い空間を提供する。シュラウド１１２は、その中に、図示するように、レール１４４に向かって、または各ボトル１２の開口部１４が通過する空間に向かって内側に向けられた、開口部１１５を持つ１つまたは好ましくは複数の真空ノズル１１４、または連続真空レールまたはプレナムを含む。ボトル開口部が真空開口部１１５を通過するときに、導管１１８を通してノズル１１４に接続された真空発生器１１６により生成された真空によって、空気がボトルから矢印Ｂの方向に吸い出され、任意の捕捉された固体残り屑粒子も吸い出される。次いで、空気はフィルタ（図示せず）に向けられ、そこで、残り屑は濾過により除去され、清浄な空気が環境に放出される。一方で、ボトル１２は、製品が充填される前に、次の処理ステーション、例えば、それに行うべき他の適切な処理段階のための浄化ステーション１２０（図３）に搬送される。
【００４１】
本発明の別の随意的な特徴は、共鳴チャンバ９０の外壁９３に隣接してまたはその近傍に設けられた、点線により囲まれて示された、可聴音エネルギー消去構成１４０である。理想的には、その構成１４０は、共鳴チャンバ９０とシステム１０がシステム・オペレータのために備えた操作ステーションとの間に配置されている。あるいは、またはそれと組み合わせて、音消去構成は、いかなる音も、他の者がボトル詰めプラント内にある任意の位置に発せられるのを防ぐように配置され、したがって、可聴音エネルギーがボトル洗浄ステーション１００’の近傍内に封じ込められるようになっていてよい。
【００４２】
音消去構成１４０は、点線に囲まれているものとして図４に示されている。音消去構成１４０は、１つ以上のクラスＤ増幅器１４４により駆動され、中央処理装置１４５により制御されたスピーカ１４２を１つ以上備えることが好ましい。
【００４３】
処理装置１４５はさらに、周囲ノイズマイクロフォン１４６、信号位相調節器１４８および調節可能であり、公知のまたは計算された特徴を持つ特定のボトルのためのプリセット・コントロールを持つ帯域通過周波数信号発生器１５０を含む、いくつかの追加の要素に電気的に接続されている。これらの要素の各々は、処理装置１４５に電気的に相互接続されているものとして示されているが、この構成は要件ではなく、要素１４４，１４６，１４８，１５０などの内の１つ以上が、必要な制御機能および／または調節可能なコントロールを提供する内部電子機器を有してもよく、それらの要素は、所望のノイズ消去波を発生させるために、互いに連続して接続されていてもよい（図示せず）。あるいは、ノイズ消去構成の要素の完全な配置を含む標準的な周囲音消去は、単独のモジュラー・システムとして市販されており、例えば、カナダ国、オンタリオ州、ミシサーガ所在のサイレックス社(Silex, Inc.)から得られる。
【００４４】
動作において、共鳴チャンバ９０から発せられる音波（図示せず）が、周波数および可聴の音圧レベルの両方に関して、検出され、次いで、例えば、処理装置１４５内のトランスデューサまたはコンバータの電子回路により、アナログまたはデジタルいずれかの電子形態に変換される。次いで、電子信号は、帯域通過により濾波されて、関心のある周波数を単離し、信号を信号位相調節器１４８で再処理して、位相の一致しない電気信号を提供する。この信号は、クラスＤオーディオ増幅器１４４に送られた後、スピーカ１４２により音消去波ＣＷに音響的に変換されるように送られる。ＣＷとして図示された音消去波は、理想的には、共鳴チャンバ９０から発せられる可聴音エネルギーから実質的に１８０°位相がずれている。
【００４５】
共鳴チャンバ９０から生じる音エネルギーの周波数および音圧レベルは通常、変更状態で発せられる。何故ならば、その音エネルギーは、共鳴チャンバ９０で反響し、次いで、振動によって、壁９３を通過するからである。それゆえ、音消去波ＣＷの適切な音圧レベルを提供するために計算が必要とされ、第１スピーカ２１からの音の周波数の同調が、適切なノイズ消去技法に必要とされる音正気波ＣＷを提供するために必要とされる。囲まれた共鳴チャンバ９０から発せられる音波は、周波数で数オクターブ減少する傾向にあることが観察された。それゆえ、共鳴チャンバ９０を用いて音エネルギーを集中させる場合、構成１４０などの音消去機構を用いて、チャンバ９０の周囲の環境で聞こえるであろう周囲ノイズを減少させることが好ましい。市販の音消去プロセッサまたはアルゴリズムを使用することも、周囲ノイズの周波数、位相および強度を自動的に検出する好ましい方法を提供し、ノイズ消去音響出力の必要な自動的校正を生成する。
【００４６】
本発明を、図１〜４の実施の形態を参照して説明し、図解してきたが、本発明の特徴は、本発明の精神から著しく逸脱せずに、改変、変更、変化または置換を受けることを理解すべきである。例えば、様々なボトル、ホルダ、共鳴チャンバなどの寸法、サイズおよび形状は、特定の用途に適合するように変更されてよい。同様に、図３に示した、ボトル洗浄・浄化システム１０の構成を、図示されたものから変更または改変してもよい。したがって、ここに図解され説明された特定の実施の形態は、説明目的だけのためであり、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその同等物による以外は、制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明によるボトル洗浄装置の概略図
【図２】本発明によるボトル洗浄装置の別の実施の形態の概略図
【図３】本発明による、容器を洗浄し浄化するためのシステムの概略図
【図４】容器洗浄装置の別の実施の形態を含むシステムのあるセグメントを示す説明図
【符号の説明】
【００４８】
１０    洗浄・浄化システム
１２    ボトル
１４    開口部
１９    固定具
２０    トランスデューサ
２１，１４２    スピーカ
３２    ファン
４４    エンドレス・ベルト
４６    ボトル・ホルダ
９０    共鳴チャンバ
１００，１００’    ボトル洗浄ステーション
１２０    ボトル浄化ステーション
１４０    可聴音エネルギー消去構成
１４４    レール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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