(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁と屋根部とによって囲まれた充填室と、充填室内に導入された容器に内容物を充填するために充填室内に配置された充填管と、水平に向いた空気ダクトを通して充填室の頂部に清浄な空気を供給する清浄空気供給システムとを備えた充填機であって、前記清浄空気供給システムが、充填室内に設けられて前記側壁との間に空間を形成し、その空間内に充填管を延在させるようにしている充填フィンと、前記空気ダクト内に延在し、該空気ダクトを通る空気流を第１の経路を通る流れと第２の経路を通る流れとに分割する翼とを有し、前記翼が前記空気ダクトから充填室の頂部に突出して下方へ曲げられており、それによって前記第１の経路を通る流れが前記空間へ向けられるとともに、前記第２の経路を通る流れが、充填室内の前記空間以外の部分を下方へ向かって充填室内に空気浴を形成するようになっており、また、前記充填フィンが、前記空間の横断面積を下方へ向けて減少させて前記第１の経路を通る流れの速度を下方へ向けて増加させるように湾曲していることを特徴とする充填機。
【請求項２】
請求項１に記載の充填機であって、更に、前記充填室内の清浄空気供給を監視するように構成され且つ配置された粒子監視システムを含み、前記粒子監視システムが前記充填室内に配置され且つ前記清浄空気の供給方向と異なる方向に向いた試料採取プローブを含む充填機。
【請求項３】
請求項２に記載の充填機において、前記試料採取プローブが、一端に試料採取口を有する管状の本体、該管状本体の他端に配置され、前記試料採取口と流体連通された試料採取管路接続点、および前記管状本体に形成された取付け板を含む充填機。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の充填機に於いて、前記粒子監視システムが、真空ポンプを組込んだ粒子カウンタ、および前記充填機に相互接続したプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）へ接続したインタフェースを含む充填機。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、充填機に関する。更に詳しくは、本発明は、容器用衛生的充填機に関する。
背景技術
現在の包装機械は、容器を充填し且つ密封するために必要な種々の部品を単一機械ユニットに統合している。そのような包装機械を使って、一般的に言って、カートンブランクをこの機械に送ってカートンを作ること、このカートンの底を密封すること、これらのカートンを所望の内容物で充填すること、これらのカートンの上端を密封すること、および次にこれらの充填したカートンを出荷のために取出すことを含む包装工程を実行する。
包装機械の分野での傾向は、非常に多くの同じまたは類似の包装容器、例えば、牛乳、ジュース等のような液体内容物用を意図した種類の容器の迅速で連続的充填および密封が出来る、益々高能力の機械を指向する。そのような機械の一つは、１９９６年２月６日発行の包装機械という名称の米国特許第５，４８８，８１２号に開示されている。この特許に開示されている機械は、複数の処理ステーションを含み、各ステーションが容器を作り、充填し、および密封するための一つ以上の工程を実行する。各処理ステーションは、各処理ステーションの種々の部品を駆動する一つ以上のサーボモータによって駆動される。
もう一つの種類の包装機械は、テトラパックが製造販売するＴＥＴＲＡ  ＲＥＸ▲Ｒ▼がよい例である。そのような機械は、より従来型の機械で、部品の多くを、例えば、割出し装置およびカム機構を介して共通の駆動モータで駆動する。
ある充填機は、種々のステーションを有する。例えば、カートン形成ステーションを滅菌ステーションの前に設けてもよい。また、充填ステーションおよび密封ステーションを共通に設ける。これらの機械のあるものでは、充填作業中等に容器の清浄さの管理を強化するために、このカートン経路を狭いトンネルの中に囲い込みまたは部分的に囲い込んでもよい。しかし、カートン経路を囲い込むこれらのトンネルは、必ずしも最適ではない。まず第一に、これらのトンネルは、仮令清掃が可能であったとしても、このカートントンネルの領域が狭いために、清掃するのが困難である。その結果、自動清掃法がそのようなカートントンネルに容易には使えない。その上、これらのトンネルは、この充填機に垂直の空気流を維持することを、不可能でないまでも、困難にする。
このトンネルの更なる欠点は、それがカートン経路でのカートンの視認性を制限し、それでもしカートンに故障が起きても、それを容易には検出できないことである。同様に、このカートン経路を囲い込むトンネルの配置が制限されるために、アクセスが制限される。関連することは、それがカートンの機械的手段による操作の物理的障害となることである。
無菌換気システムを有する既知の機械に関連する問題もある。例えば、これらの機械は、空気量の制御およびこの機械内の所望の空気圧の維持に難点がある。更に、あるシステムは、空気流用再循環経路を作り、それがくずの沈降領域、この機械の中の液体の蓄積、並びに気流および後に部分的に包装した製品の再汚染を可能にする。もう一つの欠点は、空気と直接接触する面の自動清掃および滅菌が出来ないことである。
発明の開示
本発明は、先行技術の問題を解決する衛生的充填機を提供する。この充填機は、充填ステーションを囲い込む無菌室の中へ清浄空気の単方向下降流を生ずるための区分した清浄空気システムを有する。翼（air foil）がこの空気供給を異なる空気流路に分割する。本発明は、この無菌室内の空気品質を監視するための粒子監視システムも有する。本発明は、高度に濾過した清浄空気をこの無菌室に供給するために精密濾過清浄空気供給システムも有する。
本発明の目的は、衛生的充填機を提供することである。
本発明の付加的目的は、無菌室に粒子監視システムを有する充填機を提供することである。
本発明の付加的目的は、無菌室へ導入するために高度に濾過した空気の供給部を有する充填機を提供することである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の区分した清浄空気システムを組込んだ充填機の実施例の透視図である。
図２は、区分した清浄空気システムを組込んだ、図１の充填機の実施例の側面図である。
図３は、図１の充填機の実施例の透視図で、部品を除去してこの機械の中の区分した清浄空気システムの実施例の方向を示す。
図４は、充填機の実施例のもう一つの透視図で、部品を除去してこの機械の中の区分した清浄空気システムの実施例の方向を示す。
図５は、この区分した清浄空気システムの実施例の透視図である。
図６は、この区分した清浄空気システムの実施例の側面図である。
図７は、本発明の区分した清浄空気システムに使うための入口壁の実施例の透視図である。
図８は、本発明の入口壁の一部の実施例の正面図である。
図９は、この区分した清浄空気システムの実施例のもう一つの透視図である。
図１０は、本発明の区分した清浄空気システムに使うためのポンプカバーの実施例の透視図である。
図１１は、本発明の区分した清浄空気システムに使うためのねじの実施例である。
図１２Ａは、本発明の区分した清浄空気システムの実施例の一部の上面透視図である。
図１２Ｂは、図１２Ａの区分した清浄空気システムの実施例の一部の底面透視図である。
図１３は、本発明の区分した清浄空気システムに付けた、図１０のポンプカバーの配置を示す詳細図である。
図１４は、このシステムが最大能力で運転しているときの初期段階での関心領域の垂直空気速度分布を示すグラフである。
図１５は、このシステムの空気フィルタがそれらの有効寿命の終りにあるときの後期段階での関心領域の垂直空気速度分布を示すグラフである。
図１６は、連続粒子監視システムの実施例の概略透視図である。
図１７は、この連続粒子監視システムの試料採取プローブ実施例の透視図である。
図１８は、充填機の枠組の実施例の透視図で、この機械に対する精密濾過清浄空気供給システムの実施例の方向を示す。
図１９は、この精密濾過清浄空気供給システムの実施例の平面概略図である。
図２０は、この精密濾過清浄空気供給システムの実施例の種々の部品を示す、部分断面側面図である。
この発明を実施するための最適態様
図１ないし図３に示すように、全体を１００で示す、この充填機は、複数の機械ステーションを含む。図示する実施例では、これらのステーションを充填機１００の中に次のような順番に配置する：カートンマガジンステーション１１０、カートン形成ステーション１１５、滅菌ステーション１２０、カートン充填ステーション１２５、カートン密封ステーション１３０およびカートン取出しステーション１３５。これらのカートン、図示する例では切妻屋根形カートンをコンベヤシステム１４０によって、カートン形成ステーション１１５、滅菌ステーション１２０、カートン充填ステーション１２５、カートン密封ステーション１３０およびカートン取出しステーション１３５の間を運搬する。これらの機械ステーションは、例えば、制御キャビネット１０５内に配置した制御ユニットの制御下にある。この制御ユニットは、この充填機１００の動作を監視し、制御する。図示するシステムは、複ライン機であるが、この機械１００を単ライン機に構成してもよいことは分るだろう。
機械１００を作動する際、カートンブランクの供給は、カートンマガジンステーション１１０で手配する。個々のカートンブランクを立て、次にカートンマガジンステーション１１０から取出し、カートン形成ステーション１１５にあるマンドレル１４５上に置く。このマンドレル１４５上にある間、立ったカートンは、次の底密封ステーションの間で回転され、上端が開き、底を密封したカートンを作る。それでこのカートンは、滅菌ステーション１２０に入るとき、上端が開いている。滅菌ステーション１２０で、これらのカートンは、過酸化水素噴霧を受け、続いて紫外線組立体１５５によってＵＶ照射され、製品を充填する前にカートンの内部を滅菌する。
各滅菌したカートンを滅菌ステーション１２０からカートン充填ステーション１２５へ移し、そこで製品を充填する。この製品は、ポンプ、および釣合いまたは中間貯蔵タンク１６０から弁群１６５を介して製品を受けるために接続された充填管によって各カートンに供給する。
一旦製品を充填すると、カートン密封ステーション１３０で各カートン１５０を閉じ、密封する。このカートン密封ステーション１３０は、例えば、カートンの上端を仮に折り且つ閉じるために１対の対向する車を使う、上端折畳み機構を含む。この上端密封ステーション１３０は、更に、カートンの上端を気密に密封する、超音波密封機のような、上端密封機を含む。カートンを充填し且つ密封してから、それを取出しステーション１３５でこの充填機１００から運び出す。
図１は、各カートンにねじキャップを付けるために随意に設けた、随意のねじキャップ取付けステーション１７０も示す。更に、この充填機１００は、種々のステーションを囲い込むために配置した複数のドア１８０を含む。これらのドア１８０は、個々のステーションの動作を観察できるようにするために、透明部１８５を有するのが好ましい。
区分した清浄空気システムは、全体を２００で指し、充填ステーション１２５を清浄空気の下降流がある正に加圧した室２０２内に効果的に囲い込む。以下の説明から明らかなように、この清浄空気の下降流は、この充填工程が非常に衛生的雰囲気で行うように、特にこの充填ステーションの充填管の周りに向ける。この上端密封ステーションの少なくとも上端折畳み部も室２０２内に囲い込むのが好ましい。
図示するように、この区分した清浄空気システム２００は、上ダクト部２１０の一部である入口開口２０５を含む。この上ダクト部２１０は、中央の頂上２２０およびこの頂上２２０からこの機械の各横縁の方へ傾斜する側壁２２３を有する屋根部２１５に接続しまたはその一部である。
入口開口２０５を濾過空気源に接続する。図１および図２を参照して、この濾過空気源は、この屋根部２１５の上の充填機１００の頂上に位置する精密濾過空気供給システム２２４の形をしていてもよい。この空気供給システム２２４は、入口開口２０５と流体連通する濾過空気出口を有する。上ダクト部２１０は、室２０２へ開き、室２０２を通る無菌空気の単方向下降流を作るのを助ける一つ以上の構造体を含む。
図示する実施例では、室２０２がガラスドア１８０（図１および図２参照）を含む１対の側面壁によって、および入口壁２２５と出口壁２３０を含む１対の横断壁によって形成される。入口壁２２５は、ほぼ垂直で、充填ステーション１２５を囲い込む室２０２の入口に配置されている。入口壁２２５は、少なくとも一つのカートン開口２２７を含み、それを通してカートンをコンベヤ１４０によって室２０２に運び込む。出口壁２３０もほぼ垂直で、入口壁２２５から少し離して配置されている。同様に、出口壁２３０は、出口開口２３２を備え、それを通してカートンをコンベヤ１４０によって室２０２から運び出す。室２０２は、その上部を屋根２１５によって、およびその下部をテーブル２３４によって形成する。この様に、入口壁２２５、出口壁２３０、側面ガラスドア１８０、テーブル２３４、および屋根２１５が内部室２０２を囲い込み且つ形成する。充填ステーション１２５の充填管２４０がこの室２０２内にある充填ポンプ機構の唯一の部品であるのが好ましい。上端密封ステーションの上端折畳み部がこの室２０２内に配置されている上端密封ステーションの唯一の部分であるのが好ましい。機械１００が複ライン機である場合、この室２０２内で充填ラインを隔離するために仕切り壁３０５を使ってもよい。
このシステム２００は、この室２０２内で空気流を導くための種々の構造体を含む。図５に示す実施例では、ブラケット３２０によって支持する翼(air foil)３１５が上ダクト部２１０に配置され、部分的に室２０２の上部へ続く。この翼３１５は、空気流を導く助けをするためにフラップ３２５を含むのが好ましい。この好適フラップを固定し、その方向を本発明者が大規模な試験によって決めた。その上、充填フィン３３０をブラケット３３５によって室２０２内の入口壁２２５に取付ける。このアーチ形充填フィン３３０は、空気流が充填管２４０近くで増すように空気を導く作用をする。
このシステム２００の作用を図６に関連して理解することが出来る。図示するように、矢印Ａで示す、無菌空気の供給が入口２０５からこのシステム２００に入る。空気供給Ａは、上ダクト２１０内で曲げられ、翼３１５に当る。翼３１５は、空気供給Ａを実質的に二つの経路ＢとＣに分ける。経路Ｂは、室２０２の中へ向けられ、経路Ｃは、翼３１５錠のフラップ３２５によって、矢印Ｄで示すように、出口壁２３０に沿って実質的に下方に曲げられる。矢印Ｅで示す、経路Ｂからの空気の一部が充填フィン３３０によって捕えられ、導かれる。経路Ｅの空気は、充填フィン３３０の湾曲の結果として速度の増加を経験する。充填フィン３３０の湾曲が充填フィン３３０と入口壁２２５の間の断面積を減らすので、経路Ｅの空気の速度がベルヌーイの原理によって増さねばならない。垂直空気浴がカートンの開いた上端の上約５ｃｍの高さに生じる。この空気浴を矢印Ｖで示す。この空気は、矢印Ｆで示すように、充填機１００の底から流出する。
上に説明したような配置の結果として、室２０２内に正圧が生ずる。カートンを丁度滅菌してしまい、そして製品が存在するので、この充填ステーションおよび上端密封ステーションの上端折畳み部は、最大量の衛生管理を要する領域である。この上端密封ステーション１３０の上端折畳み部は、室２０２の外部に位置する超音波密封機３３２による最終密封の前に、各容器の上端フラップを仮閉じ状態に効果的に維持する。それで、これらのカートンを室２０２内で充填し且つ効果的に閉じ、消費者が開けるまで後には決して開けない。
説明したような区分した清浄空気システム２００の構成から生ずる、室２０２内の空気の連続下降流がこの室２０２の清潔さを増す。また、矢印Ｅで示す、充填管２４０の領域で速度の増した空気流は、機械運転によって生ずる局部乱流および再循環を克服する利点を有する。
例えば、充填サイクル中、充填管２４０を迎えるためにカートンを急速に上げ、次に、カートンを充填すると下げる。そのような充填作業は、カートンの充填のためには有利であるが、カートンの突然且つ急速な運動および持上げ装置が局部乱流を生じ、それが室２０２およびこの充填ステーション１２５の衛生的領域に汚染物質を導入することがある。
この乱流を克服するため、移動するカートンの乱流領域の空気流を増すように充填フィン３３０を構成し、配置する。矢印Ｅで示す空気流は、汚染物質を衛生的充填ステーション１２５に入れないように、この乱流領域に連続下降流を維持するに十分である。
乱流を同時に減少しながら、室２０２内の空気の下降流を更に強めるため、無菌空気を室２０２から機械１００の外部へ流れさる格子をテーブル２３４に含めることが可能である。その代りに、この格子を通過する空気を受けるために真空源を接続し、それによってテーブル２３４近くのあらゆる乱流を更に減らしてもよい。
その上、清浄空気システム２００の風通しのよい構成が入口２０５から、この室２０２全体に亘って、充填機１００の底まで乱流を減らす。更に、仕切り壁３０５が二つのカートン経路を互いから分離する。二つのカートン経路の間の仕切り壁３０５が相互乱流を都合よく減らす。
上に説明した清浄空気システム２００の実施例の付加的利点および利益は、これらのステーションおよびこの充填機１００を清掃するために自動清掃法および装置を使えるようにするという事実である。例えば、図２、図３および図４を参照して、全体を４４０で指す自動清掃システムをこの充填機１００内に設ける。この清掃システム４４０は、複数の噴霧球４４５および噴霧ジェット４５０を含む。清掃作業中、噴霧球４４５および噴霧ジェット４５０がこれらのステーション、特に充填ステーション１２５および密封ステーション１３０に洗浄溶液を総合的に吹付ける。本発明の区分した清浄空気システム２００は、その部品がこの自動清掃システム４４０と干渉しないように配置される。精密濾過空気システム２２４およびその中にあるフィルタが保護される。
その上、カートンの故障中、例えば、翼３１５が製品を室２０２の中へ引下げ逸らすことによって精密濾過空気供給システム２２４を実際に保護する。尚その上、入口２０５が室２０２に対して横にずれている性質が製品噴霧の精密濾過空気システム２２４に入るのを防ぐ助けをする。
更なる特別の清潔さを向上する構造を残りの図面に関連して図示し且つ説明する。最初に図７を参照して、入口壁２２５が幾つかの切欠き部を含む。更に詳しくは、１対のポンプ切欠き５４５を入口壁２２５の上部に屋根２１５との交差部に設ける。コンベヤ１４０にこの入口壁２２５を通過させるために、入口壁２２５の底にアクセススロット５５０を設ける。最後に、カートン通過開口２２７を入口壁２２５の下部に位置付ける。
図７、図８および図９に示すように、カートン開口２２７は、開口２２７の周囲に配置された上端リップ５６０および側面リップ５６５を含む。例えば、図７は、上端リップ５６０の領域用にほぼ直線状の切込みを示す。代って、図８は、別の可能な形状を備える。室２０２へより衛生的に入れるために、上端リップ５６０および側面リップ５６５は、カートン５６７の輪郭を大体複製するように作る。そのような開口形状を設けることによって、汚染物質が室２０２に入れる開口２２７の大きさを制限することによって室２０２をより衛生的に保てる。更に、上端リップ５６０を傾け、その上にたまった液体をこの機械の側面へ導く。図９に示すように、出口壁２３０の出口開口２３２を同様に構成する。この出口開口２３２は、カートンの上端の形状にほゞ適合させてもよい。
１対のポンプカバー５７０を入口壁２２５のポンプ切欠き５４５のところに結合する。ポンプカバー５７０の一実施例を図１０に示す。このポンプカバー５７０は、充填管２４０にこのポンプカバー５７０を室２０２へ突抜けさせながら、充填ステーションの一部、即ち充填ポンプを取囲むために設ける。この様にして、充填ポンプの一般的に非衛生的可動部品に室２０２をくずで汚染させない。
ポンプカバー５７０は、充填ポンプを囲むシュラウド(shroud)５８０および底部５８５に配置された充填管開口６１０を含む。図示のように、底部５８５は、傾斜部５９０および実質的水平部５９５を含む。上端フランジ６００がシュラウド５８０の縁に配置され、屋根２１５との接続面を形成する。
充填管開口６１０は、水平部５９５に作る。この開口６１０は、大体充填管２４０を通過させるような寸法である。この開口６１０は、ポンプカバー５７０に対する充填管２４０の位置に関する位置公差を許容するためにオーバサイズでもよい。充填管２４０とこの開口６１０の間に存在するかも知れない隙間を埋めるために、ガスケット（図示せず）を充填管２４０の外径とこの開口６１０の内径との間のシールとして使ってもよい。その代りに、またはそれに加えて、柔軟な充填管スリーブを設けてもよい。
屋根部２１５の頂上２２０は、ほぼ中央にあってこの中央から各横縁へ傾斜を作る。この傾斜は、粒子方向(grain direction)が矢印Ｇで示すように仕上げるのが好ましい。この粒子方向は、粒子方向Ｇに平行な溝を作ることによって確立してもよい。これは、研削またはその他の既知の仕上げ技術によって為すことができる。この傾斜と粒子方向の溝の組合せが、屋根部２１５の上に落ち、この屋根２１５の縁へ下るかも知れない液体その他のこぼれものの除去を容易にする。１対の屋根切欠き６５０を屋根部２１５に作る。フランジ６６０がこの屋根部２１５の屋根切欠き６５０を実質的に囲む。
ポンプカバー５７０がこの屋根切欠き６５０およびフランジ６６０で屋根部２１５との接続面を形成する。蓄積した公差を補償するために、ポンプカバー５７０は、直接屋根部２１５に結合しないのが好ましい。その代りに、図１３に示すようなラビリンス型の封止装置７１５を設ける。
屋根部２１５上のフランジ６６０は、逆Ｊ字形リップ７２０を含む。ポンプカバー５７０のシュラウド５８０の上端フランジ６００がこの逆Ｊ字形リップ７２０の下に位置する。上端フランジ６００とリップ７２０の間に隙間７２５を設ける。この隙間７２５は、室２０２内に正圧が維持されるために、空気を室２０２から流出させる。そのような流出を矢印Ｐで示す。ラビリンス型の封止装置７１５は、空気を逃すが、それは、この領域から汚染物質を室２０２に入れない。矢印Ｑで示すように、外部からの汚染物質は入れない。
再び図５および図６を参照して、出口壁２３０のドアパネル８０５を上げ下げするための持上げ機構８００を示す。ドアパネル８０５を定期的に上げ下げして、上端密封ステーションの部品をサービスする。例えば、持上げ機構８００は、超音波上端密封機３３２を上方に円弧状に揺動して保守および組立を容易にするために適当な隙間を作るに十分な距離だけドアパネル８０５を持上げるように作動する。それも、清掃中、この上端密封機３３２に清掃アクセス出来るように、自動的に反復する。
図６に示すように、二つのカートンコンベヤ経路間の衛生的障壁を作る仕切り壁３０５は、更に、アーチ形切欠き８１５を含む。清掃作業または保守に備え、持上げ機構８００を使ってドアパネル８０５を持上げることが出来る。ドアパネル８０５を上げてから、アーチ形切欠き８１５は、必要なときに清掃または保守のために、密封ステーション１３０をこのアーチ形切欠き８１５に対応する円弧で上方に揺動させる。
図２に戻って参照して、この区分した清浄空気システムの装置および配置は、充填機１００内に隔離した正圧区域を設ける。そのような配置は、この充填機１００全体に亘って清潔さのレベルを変えた。例えば、図２で左から右へ示す領域の相対圧力は次の通りである：
カートン取出しステーション１３５の圧力は、ほぼ大気圧であり；カートン密封ステーション１３０の領域の圧力は、大気圧より高く；カートン充填ステーション１２５の領域の圧力は、相対的に最高であり、従って、カートン密封ステーション１３０および滅菌ステーション１２０およびカートン形成ステーション１１５のそれよりも高く；最後に、カートンマガジンステーション１１０の圧力は、再び大気圧である。それで、最高の清潔さを要するカートン充填ステーション１２５は、相対的に最高の圧力に維持され、室２０２内に確実な垂直下向き空気浴を有する。
同様に、上に説明したように、充填機１００は垂直空気浴で溢れている。その上、最高の清潔さを要する領域は、最大の垂直下降気流を備える。図１４および図１５は、滅菌ステーション１２０とカートン充填ステーション１２５の間の境界面からカートン上端密封ステーション１３０までの垂直空気速度分布をグラフで示す。この関心領域は、中央パネル３０５およびドア１８０によっても区切る。
図１４は、このシステムが最大能力で運転しているときの初期段階での関心領域の垂直空気速度分布を示す。一方、図１５は、このシステムの空気フィルタがそれらの有効寿命の終りにあるときの後期段階での関心領域の垂直空気速度分布を示す。二つの図の比較は、フィルタが劣化すると、どの様に垂直空気速度が低下するかを示す。しかし、この速度分布は、重要領域（例えば、充填管近く）が最高速の空気を有するように、比例したままである。
この清浄空気システム２００は、充填作業のために無菌室２０２に無菌に近い環境を設けるが、監視しなければならない問題が起こるかも知れない。このために、連続粒子監視システムを設ける。図３、図５、図６、図１６および図１７を参照して、連続粒子監視システムの実施例を全体を３５０で示す。特に、図１６は、自動および連続粒子監視システム３５０の実施例およびこのシステムの部品の相対方向を概略的に示す。このシステムの主要部品には、粒子カウンタ３６０がある。この粒子カウンタ３６０は、自蔵式ハウジングユニット３６５に配置するのが好ましい。このカウンタ３６０は、真空ポンプ３７０およびこの充填機１００の制御ユニットキャビネット１０５の中にあるプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）３８５（図２参照）へのインタフェース接続３８０も有する。この粒子カウンタ３６０は、２４ボルト作動用に作るのが好ましい。
好適実施例では、ポンプ３７０は、粒子カウンタ３６０の中へ０．０２８ｍ3/minの規制流れを発生する真空を作る。この流れを図１６に矢印Ｖで示す。この規制流れは、約０．００３ｍ3/minから０．０５６ｍ3/minに及んでもよい。ポンプ３７０で作った真空が、粒子カウンタ３６０に接続した試料採取プローブ３９０から粒子カウンタ３６０の中へエーロゾル試料を引込む。この試料採取プローブ３９０を粒子試料採取管路３９５によって粒子カウンタ３６０と流体連通に接続する。この粒子試料採取管路３９５は、米国カリフォルニア州レッドランドのクリメット・インスツルメント社から入手可能な、直径６．３５ｍｍの低剥離性ベバライン管であるのが好ましい。
この好適実施例では、粒子カウンタ３６０が種々の特徴を盛込む。この粒子カウンタ３６０は、レーザダイオードを組込むのが好ましい。また、この粒子カウンタ３６０は、粒子数の時間平均を使って動作するのが好ましい。時間平均は、この粒子カウンタ３６０に組込まれた有利な特徴である。特に、粒子の計数中に時間平均を使うとき、この粒子カウンタ３６０は、正確な粒子計数をゆがめるかも知れない、非代表的な過渡的エーロゾル発生の突発に影響され難い。その上、過大な粒子計数を示す警報限界を設ける。
ＰＬＣ３８５へのインタフェース接続３８０は、電力、入／出力（Ｉ／Ｏ）およびこの粒子監視システム３５０とＰＬＣ３８５の間のフィードバック情報を提供する。ＰＬＣ３８５は、粒子カウンタ３６０が提供する情報に応じてこの充填機１００の制御を助けるために使う。
典型的には、粒子カウンタ試料採取プローブを等軸方向（優勢気流方向と直列）に配置する。しかし、この充填機の環境では、そのような配置は、望ましくない汚染物質が粒子カウンタに吸込まれる結果になりそうである。例えば、洗浄溶液または製品がプローブに入り、敏感な粒子カウンタに損傷を起すことがあるかも知れない。
それで、過去には、カウンタへの損傷を避けるために、操作員が清掃作業前はプローブを蓋しなければならなかった。また、この蓋を清掃してから後刻取外さねばならず、それが非衛生的状態を作る。本自動および連続粒子監視システムは、これらの既知の粒子監視システムの問題を克服する。
図６および図１６に示すように、この好適実施例の試料採取プローブ３９０は、この充填機に非等軸、非等速構成で配置する。試料採取プローブ３９０を充填システム１２５の近くに配置することは、この領域が最大の清潔さを要し、充填管２４０からカートンへ分配している間、この製品が外気に曝されるので、都合がよい。更に、このプローブ３９０は、敏感な粒子カウンタ３６０を製品、水、または洗浄薬品の偶然の吸込みから保護するために、特別に設計する。図示のように、このプローブ３９０は、この充填機１００の充填システム１２５の近くの無菌室２０２内に配置する（図６参照）。
前記を考慮して、プローブ３９０は、まだ直列プローブの効率から最小限の量しか違わない許容吸引効率をもたらしながら、無菌室２０２から空気を非等軸、非等速的方法で採取するように形作り、配置する。ここで本発明者は、本発明のプローブ構成が許容レベル内で作動することを検証するために、大規模な計算および実験を行った。プローブ３９０は、典型的には０．３μｍ以上の空力的粒子直径の粒子を採取する。このプローブは、非等軸および非等速的方法で取付けるので、この試料採取は、１００％の吸引効率ではない。しかし、本出願の発明者は、このシステム全体の吸引効率を評価するために理論的計算を行った。これらの計算は、プローブ効果、管路損失等を含む理論的吸引効率を考慮する。これらの計算は、非等軸および非等速的試料採取の影響が問題の粒子サイズに対する管路損失に関して無視できることを証明する。
本発明者は、好適試料採取プローブ３９０がまだ許容吸引効率をもたらしながら、カウンタ３６０を製品しぶき、洗浄薬品等の吸込みから保護し、およびプローブ３９０に液体を排出させるようにこのプローブを向けることができるように、このプローブ３９０の吸引効率を計算した。無菌室２０２内の確実な吹出し気流（図６および図１６に矢印Ｅで示す）は、この無菌室２０２内に配置したプローブ３９０を利用してカウンタ３６０によって測定した微粒子計数を有する。
この自動清掃および滅菌システム４４０との干渉を避けるために、粒子カウンタハウジングユニット３６５を無菌室２０２の外に配置してもよい。図３および図６に示す好適実施例では、このハウジングユニット３６５を清浄空気システム２００と清浄空気供給システム２２４の間で無菌室２０２の上に取付ける。
試料採取損失か少なくする付加的特徴として、プローブ３９０と粒子カウンタ３６０の間の試料採取管路３９５を比較的短く保ち、より正確な全採取効率をもたらす。それで、短い試料採取管路３９５が非等軸、非等速的試料採取による吸引効率の幾らかの低下を補償するのを助ける。
さて、図１７を参照して、プローブ３９０の好適実施例の特徴を説明する。例えば、この試料採取プローブ３９０は、試料採取口４００を有する曲った管本体を含み、この口に、カウンタ３６０の中のポンプ３７０が作った真空によって粒子が引込まれる。プローブ３９０は、取付け板４０５および採取管路接続部４１０も含む。この採取管路接続部４１０を試料採取管路３９５に接続する。取付け板４０５は、取付け具４２０、例えば、ボルトを含む。取付け具４２０は、このプローブ３９０を固定位置に維持可能にする。この特徴を更に向上するために、取付け板４０５も位置決めピン４３０を含む。この位置決めピン４３０を予め選択した、協同する位置決め孔（図示せず）に差込み、吸引効率を維持し且つ粒子カウンタを保護するために、プローブ３９０をこの充填機１００内の適正な位置および方向に取付けることを保証する。
図示するものを含む、多くの充填機が一つ以上の容器運搬ラインを含む。特に、図１は、充填機１００の実施例に２本のコンベヤライン１４０を使うことを示す。それで、図１６に破線で示すように、充填機１００の無菌室２０２に仕切り壁３０５を配置する。同様な粒子監視システム３５０をこの仕切り壁３０５の各側に配置し、従って、各コンベヤ経路１４０の独立の粒子監視を行う。これは、一つの経路が汚染されても、他が運転可能で停止する必要がないので都合がよい。
上に説明したように、連続および自動粒子監視システム３５０の実施例は、それを充填機１００の制御ユニット１０５に接続するので更に都合がよい。予め選択した粒子濃度を超えると、警報が鳴り、機械が自動的に停止する。その結果、操作員がこの充填機１００の作業を間近に監視し、充填作業の品質管理を維持できる。
この連続粒子監視システム３５０の付加的利点は、作業中に粒子を監視でき、次にこの充填機１００の各ステーションの自動清掃および滅菌中は休止状態にされることである。
図１８を参照して、この精密濾過清浄空気供給システムは、全体を２２４で指し、入口２０６および出口２２６を含む。この入口２０６は、入口ドア２４２で覆う。この入口ドア２４２は、この清浄空気供給システム２２４へ空気を取込めるように複数のルーバ２４４が作られているのが好ましい。
清浄空気供給システム２２４は、ハウジング２４５を含む。このハウジングモジュール２４５は、継目を最少にした、ブラシ掛けまたは研磨したステンレス３０４であるのが好ましい。ハウジング２４５は、入口２０６から出口２２６まで伸びる。出口２２６近くに出口ドア２４６が配置され、入口ドア２４２にあるようなルーバ２４４がある。それで、ハウジング２４５、出口ドア２４６および入口ドア２４２が内部室２４８を囲い込み、形成する。ハウジング２４５の内部室２４８を、以下に図１９を参照して、更に詳しく説明する。調整可能ダンパ機構２４９も図１８ないし図２０に示す。このダンパ機構２４９の配置および作用を以下に図２０を参照して議論する。
このシステム２２４は、入口２０６を覆うルーバ付き入口ドア２４２を含む。このルーバ付き入口ドア２４２は、１組の内部Ｖ字形ルーバを備える外部の美的部分を含み、それらの組合せは、どの様な有向液体噴霧も入口ドア２４２を通さない経路を作る。矢印Ａで示す入来気流を横切って配置した第１複数のフィルタ２５０をこの清浄空気供給システム２２４の入口２０６に設ける。融合フィルタ２５２を入口ドア２４２に取付けるのが好ましい。入口ドア２４２上の融合フィルタ２５２およびルーバ２４４とラビリンス型密封装置２５５（図２０を参照して以下に議論する）との組合せが凝集した水蒸気を、この水分が下流のフィルタを抑え、事によると弱化する前に集める。融合フィルタ２５２は、湿気のあるまたは濡れた環境で清浄空気供給システム２２４を保護する。
好適実施例では、第１複数のフィルタ２５０が約３０％〜６０％の範囲内の捕集効率を有する第１ＡＳＨＲＡＥ（米国加熱・冷凍・エアコン学会）前置フィルタ２６０を含む。約９０〜９５％の範囲内の捕集効率を有する第２ＡＳＨＲＡＥ前置フィルタ２６５もハウジング２４５の入口２０６に第１ＡＳＨＲＡＥ前置フィルタ２６０に関して下流に配置する。この９５％ＡＳＨＲＡＥフィルタ２６５の枠組をこのハウジングに対して発泡ガスケットで密封してもよい。二つのレベルのＡＳＨＲＡＥフィルタ２６０、２６５の組合せが大抵の黴および酵母を常に最終フィルタに達する前に捕える。
更に、ＡＳＨＲＡＥフィルタ２６０、２６５は、フィルタ媒体上で黴が成長するのを防ぐために抗菌剤を含む。この抗菌剤をフィルタ２６０、２６５に含浸してもよい。ＡＳＨＲＡＥフィルタ２６０、２６５は、抗菌スプレーで処理してもよくまたはバイオスタット織を組込んでもよい。例えば、好適実施例では、３０％ＡＳＨＲＡＥフィルタ２６０に対する補完物として米国イリノイ州エルジンのトリ・ディムフィルタが製造するエージス抗菌システムを置く。また、好適実施例では、９５％ＡＳＨＲＡＥフィルタ２６５に対する補完物として米国ノースカロライナ州ワシントンのフランダースフィルタが製造するエージス抗菌システムを置く。その結果、集めた黴を抑制し、次にＡＳＨＲＡＥフィルタ２６０、２６５の定期的交換によって処理し、それが最終フィルタを可能性ある“黴の徹底成長”から保護することによってそれらの寿命を延す。
ブロワ室２８０もこの精密濾過清浄空気供給システム２２４のハウジング２４５内に設ける。ブロワ２８５を、振動を減らすために既知の衝撃吸収法で、ブロワ室２８０に取付けるのが好ましい。このブロワ２８５は、必要な静圧範囲に亘って５６ｍ3/min±２０％を発生できる直接駆動、高出力型であるのが好ましい。
更に、ブロワ２８５は、仕切り壁３００の開口２９５と流体連通して結合した排気口２９０を含む。融合フィルタ２５２並びに第１および第２ＡＳＨＲＡＥフィルタ２６０、２６５によって予備濾過された、ブロワ２８５を通る空気は、図１９および図２０に示すように、排気口２９０を出て、拡散板３０６に当る。拡散板３０６は、空気を分散するためにブロワ２８５の前に配置されている。拡散板３０６は、孔明き金属、例えば、１６番のステンレス３０４を所定の形状に作り、ハウジング２４５内に適当に配置するのが好ましい。図１９は、拡散板３０６に作った複数の孔３１０の一部を示す。孔３１０は、直径約６．３５ｍｍで９．５ｍｍの中心千鳥間隔で配置し、約４０％の空隙率を得る。
図１９に示すように、矢印Ｄで示す拡散した空気は、９５％の捕集効率（即ち捕集率）のＤＯＰ前置フィルタ３１６を含む、第２複数のフィルタを通過する。この９５％ＤＯＰ前置フィルタ３１６は、０．３μｍ直径の粒子に対して９５％の捕集効率を有する。また、この９５％ＤＯＰ前置フィルタ３１６を当業者がよく知っている密封手段によってハウジング２４５内に固定してもよい。例えば、９５％ＤＯＰフィルタ３１６をステンレス３０４の枠に入れて、ガスケットシールの発泡材で密封する。９５％ＡＳＨＲＡＥフィルタ２６５も発泡材で密封してもよい。前置フィルタ２６０、２６５、３１６は、疎水性材料、例えば、ファイバグラス媒体で作るのが好ましい。
９５％ＤＯＰ前置フィルタ３１６と最終フィルタ３３１の間に空隙３２１を示す。最終フィルタ３３１は、ハウジング２４５内にこの最終フィルタ３３１を気密密封するために、既知のゲル／ナイフ型シールによって保持するのが好ましい。この最終フィルタ３３１は、０．１２μｍ直径の粒子に対して少なくとも９９．９９９９９％の捕集効率を有するのが好ましい。最終フィルタ３３１のひだを垂直方向に取付ける。
特別な実施例では、好適フィルタが以下に挙げる大きさおよび捕集効率を有し、既知の業者から入手可能である。好適フィルタには：米国ケンタッキー州ルイスビル、ＡＡＦシンドレージェネラル社が製造する融合前置フィルタ２５２（６１０ｍｍ×６１０ｍｍ×５１ｍｍ）；イリノイ州エルジンのトリ・ディムが製造する５０％ＡＳＨＲＡＥ硬質ひだ前置フィルタ２６０（６１０ｍｍ×６１０ｍｍ×５１ｍｍ）；ワシントン、ＮＣ、ＦＦＩフランダーフィルターズが製造する９５％ＡＳＨＲＡＥエコノセルII前置フィルタ２６５（６１０ｍｍ×６１０ｍｍ×１４９ｍｍ）；ＦＦＩが製造する９５％ＤＯＰピューアフォーム・セパレータレスフィルタ３１６（６１０ｍｍ×６１０ｍｍ×１４９ｍｍ）（０．３μｍで９５％）；およびＦＦＩが製造するＶＬＳＩIIピューアフォーム・セパレータレス最終フィルタ３３１（６１０ｍｍ×６１０ｍｍ×２９２ｍｍ）（０．１２μｍで９９．９９９９９％）、またはもし入手不能であれば、粒子直径０．１２μｍで９９．９９９５％以上の指定捕集効率を有するＵＬＰＡフィルタがある。
このため、精密濾過清浄空気供給システム２２４の前記実施例は、挑戦的（汚れた）環境ででも高品質の空気の供給をもたらすために、同等の濾過を行う。例えば、この充填機にはいる空気の空気品質は、以下の周囲空気濃度から推定できる。入力周囲濃度を４×１０7〜２×１０10粒／ｍ3
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とすると、この清浄空気モジュールからの出力は、空力的直径０．３μｍ以上の粒子に対して０．１７９〜８９．３粒／ｍ3という結果となる。この予想出力濃度は、クラス１００で要求される０．３μｍ
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粒子で１×１０4粒／ｍ3（ＦＥＤ−ＳＴＤ−２０９Ｅで規定）より少なくとも１００倍有利である。
図１８に戻って参照して、ハウジング２４５は、操作員がこのハウジング２４５内に含まれる精密濾過清浄空気供給システム２２４の内部部品に視覚的および物理的にアクセスできるように構成し、配置する。このため、ブロワ２８５用に透明覗き窓３５１を設ける。必要に応じてその他の覗き窓を設ける。特に、最終フィルタ３３１およびバイパスダンパ２４９の目視検査を可能にするために、図１８に示すように、更なる覗き窓３６５をこのハウジング２４５に作る。
清浄空気供給システム２２４の内部部品への物理的アクセスもできるのが好ましい。精密濾過清浄空気供給システム２２４の種々の部品を示す実施例を図２０に部分断面で示す。例えば、融合フィルタ２５２およびＡＳＨＲＡＥ前置フィルタ２６０、２６５は、入口ドア２４２を介して側面からアクセス可能である。ブロワ２８５へのアクセスは、入口ドア２４２およびこのハウジング２４５の上端の開口を覆う取外し可能上端パネル３６１からすることが出来る。９５％ＤＯＰ前置フィルタ３１６は、第２上端アクセスパネル３７１からサービス可能である。最終フィルタ３３１は、同様に第３上端アクセスパネル３７６からアクセス可能である。この様に、このハウジングモジュール２４５は、これらのフィルタを製品しぶきおよび物理的損傷は勿論、厳しい外部環境、頭上排水および復水滴下から保護しながら、操作員が内部部品にアクセスできるようにする。
図２０は、液体の直接外部噴霧でも入口ドア２４２か出口ドア２４６に入るのを防ぐための追加の装置を示す。特に、ドア２４２、２４６のルーバ２４４が、ドア２４２、２４６の内部に配置した複数の逆Ｖ字形デフレクタ３８１と組合わせるとき、ラビリンス型シールを形成する。ルーバ２４４とドア２４２、２４６の内部のデフレクタ３８１の協働配置は、水、洗浄溶液またはその他の液体の直接噴霧がドア２４２、２４６からハウジング２４５に入るのを防ぐための妨害路を作る。その上、昆虫または小さいくずまたは粒子が入るのを防ぐために、網３８６がルーバ２４４に隣接して位置する。
図２０は、このハウジングモジュール２４５に組込んだバイパスダンパ機構２４９も示す。このダンパ２４９は、二つの位置を持つのが好ましい。両選択肢を図２０に示す。充填機１００の通常の運転中に使う第１開位置では、バイパスダンパ２４９が傾斜面３９０に沿って約６０°の角度に配置されているのが好ましい。この開位置で、ダンパ２４９は、図１９に矢印Ｃで示す濾過した空気をこの充填機１００の無菌室２０２の中へ下方に曲げる。
ダンパ２４９は、充填機１００の清掃作業中または休止時間中、敏感なフィルタを隔離するために選択できる、第２閉位置も有する。この第２閉位置を選択したとき、ダンパ２４９は、図２０に示すように、出口２２６を密封する水平位置にある。ダンパ２４９は、出口２２６を効果的に密封し、洗浄溶液を充填機１００の中へ引戻すことによって、精密濾過空気供給システム２２４のフィルタを保護する。
二つのダンパ位置の間を選択するために、バイパスダンパ２４９は、アクチュエータ、例えば、空気圧で作動する制御アーム４００を備える。ダンパ２４９の位置をそれによって同時清掃バイパス制御とフィルタ保護または通常の動作に対して選択できる。図示のように、ダンパ２４９とアクチュエータ４００は、ハウジング２４５の内部に取付けられている。しかし、アクチュエータ４００は、外部に取付けてもよい。センサ４１０もダンパ２４９の位置を検出しまたは確認するために設けられている。また、ダンパ２４９の位置を更なる覗き窓３５６（図１８参照）から目視で決定してもよい。バイパスダンパ２４９は、この充填機１００の清掃自動化を容易にする。この空気圧作動ダンパ２４９は、清掃サイクル中閉じ、それによって最終フィルタ３３１を以下に議論する洗浄溶液の噴霧から保護する。
図２０は、フィルタを横切る圧力変化を検出することによってフィルタの作用を監視するための複数の圧力計も示す。フィルタドアの開放をこれらの圧力計で検知してもよい。複数の圧力計には、操作員に無菌室２０２の圧力の可視指示を与えるように接続した第１圧力計４３５がある。調整可能最大および最小警報レベルをこれらの計器に組込み、それらはこの機械１００の制御キャビネット１０５（図２参照）内のプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）４４１と整合してこの機械が許容レベルを超えたときに知らせる。
９９．９９９９９％ＰＳＬ最終フィルタ３３１を横切る圧力の変化を検出するための第２圧力計／センサも設ける。圧力口が計器への入力をもたらす。同様に、対応する第２圧力計４４５をこの９９．９９９９９％ＰＳＬ３３１、３１６を横切る圧力変化を表示するために接続する。また、９５％ＤＯＰ前置フィルタ３１６を横切る圧力変化を表示するために第３圧力計４５５を接続する。その上、９５％ＡＳＨＲＡＥ前置フィルタ２６５を横切る圧力変化を検出および表示するために、対応する第４圧力計４６５を設ける。
表示した圧力読みは、操作員がハウジング２４５の内部部品の性能を監視できるようにする。例えば、前置フィルタを横切る圧力の変化は、フィルタ交換の必要性、大きな漏れまたはフィルタの欠落を示すかも知れない。また、最終フィルタ３３１を横切る圧力の変化は、同様な問題を示すことがある。その上、品質の悪いフィルタ、例えば、上に好適実施例で指定したＶＬＳＩIIフィルタの代りにＨＥＰＡフィルタを挿入すると、第２圧力計４４５によって表示されるかも知れない。その上、各フィルタに対する警報程度の変化を含めることができる。図２０に示すように、圧力計４３５、４４５、４５５、４６５を操作員が見易い角度で外部パネル４７５に取付ける。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図９】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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