JP4369977B2 - 密封シールパッケージの漏れを検出するための器具と方法 - Google Patents

Description

本発明は、密封シールパッケージ内の酸素濃度を分析して密封シールパッケージの漏れを検出するための器具と技術に関する。

加工食品、ナッツ、カットフルーツ、野菜などの腐敗しやすい食品は、パッケージ内の酸素濃度を約３％未満にすることによって食品の貯蔵寿命を延ばすため、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスが充填された密封シールパッケージに詰められることが多い。このようなパッケージは普通、制御空気パッケージ(controlled atmosphere packaging)（ＣＡＰ）または調整空気パッケージ(modified atmosphere packaging)（ＭＡＰ）として知られる。

パッケージ内の空気の不充分な充填および／またはパッケージの漏れは、予想される貯蔵寿命を著しく短縮して、腐敗を引き起こす結果となり、望ましくない。ゆえに、ＣＡＰ／ＭＡＰの適切な品質管理努力には、密封シールパッケージ内の酸素含有量とパッケージの漏れの有無を判断するための、少なくとも定期的なパッケージ検査を伴うのが一般的である。

ミネソタ州ミネアポリスのモコン・インコーポレーテッド（ＭＯＣＯＮ，Ｉｎｃ．）によるＰＡＣ ＣＨＥＣＫ（登録商標）シリーズの酸素ヘッドスペース高分析装置を含む、ＣＡＰ／ＭＡＰの上部空き高の酸素濃度を分析するための多様な器具と方法が当業者には周知である。簡潔に述べると、これらの器具は、酸素センサによる分析のため上部空き高ガスのサンプルを吸引できる中空ニードルによるサンプルパッケージの穿孔を伴う。開示内容が参考にされている、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｍａｙｅｒに発行された米国特許第５，２１２，９９３号を参照すること。

密封シールパッケージの漏れ検出には、多様な器具と方法も周知である。漏れ検出では一般的に、パッケージを圧縮するかパッケージ周囲の空気を真空状態としてからパッケージの漏れの有無に関連する所与の変数の変化を検出することなどにより、パッケージ内部の圧力（内圧）とパッケージ外部の圧力（外圧）との差圧を発生させる。具体的な例は、パッケージを液体へ浸漬してパッケージ内の液体を検出すること（Ａｌｌｅｎ Ｃｈｉｅｎ ｅｔ ａｌ．に発行された米国特許第６，７６３，７０２号）と、パッケージを圧搾して圧力低下を検出すること（Ｆｒａｎｋ Ｒａｓｐａｎｔｅ ｅｔ ａｌ．に発行された米国特許第６，４２７，５２４号）と、パッケージを圧搾して容積低下を検出すること（Ｗｉｌｌｉａｍ Ｆｒｉｅｖａｌｔに発行された米国特許第５，５３３，３８５号）と、パッケージを真空室に置いて真空の損失を検出すること（Ｅｄｗｉｎ Ｓｉｍｐｓｏｎに発行された米国特許第５，１５０，６０５号）とを含む。
米国特許第５２１２９９３号公報 米国特許第６７６３７０２号公報 米国特許第５５３３３８５号公報 米国特許第５１５０６０５号公報

これらの器具および技術の各々は、密封シールパッケージ内の酸素濃度を分析する、または密封シールパッケージの漏れを検出するのに概ね有効であるが、（ｉ）密封シールパッケージの漏れを検出するための手早く簡単で安価・正確な器具および技術と、（ｉｉ）密封シールパッケージ内の酸素濃度の正確な分析と、密封シールパッケージの漏れの検出の両方を、同一のパッケージを用いて、また両テストを実施するのに単一の一体的器具を用いて行うことのできる器具および技術に対するかなりの必要性が依然として見られる。

本発明の第一の面は、密封シールパッケージの漏れを検出するための器具である。この器具は、（ａ）内腔を有するニードルと、（ｂ）質量流量センサと、（ｃ）真空ポンプとを含む。質量流量センサは、ニードルにより画定される内腔とシール流体連通状態にある。真空ポンプは、密封シールパッケージからガスを抜くため、ニードルにより画定される内腔と質量流量センサの両方と流体連通し、ガス抜きパッケージからの連続的な質量流量の検知を質量流量センサに行わせる。

本発明の第二の面は、密封シールパッケージ内のガスの酸素濃度を分析して密封シールパッケージの漏れを検出するための器具である。この器具は、（ａ）内腔を有するニードルと、（ｂ）酸素センサと、（ｃ）質量流量センサと、（ｄ）真空ポンプとを含む。酸素センサと質量流量センサとは、ニードルにより画定される内腔とシール流体連通する。（Ａ）密封シールパッケージ内からのガスのサンプルの酸素濃度の検知を可能にするため、ニードルの内腔を通じてサンプルを供給して酸素センサに対して作動可能接触状態に置き、（Ｂ）密封シールパッケージのガス分を抜き、（Ｃ）ガス抜きパッケージからの連続的な質量流量の検知を質量流量センサに行わせるため、真空ポンプは、ニードルにより画定される内腔および酸素センサと質量流量センサの両方と流体連通する。

本発明の第三の面は、密封シールパッケージの漏れを検出する方法である。この方法は、（ａ）密封シールパッケージを選択することと、（ｂ）内腔を有する中空ニードルで密封シールパッケージを穿孔することと、（ｃ）ニードルの内腔を介して密封シールパッケージ内からガス分を抜いて、密封シールパッケージ内に真空状態を発生させることと、（ｄ）ガス抜き密封シールパッケージ内からの質量流量を測定することとを伴う。ガス抜き密封シールパッケージからの閾値を上回る質量流量の検知は、密封シールパッケージの漏れを示す。

本発明の第四の面は、密封シールパッケージ内のガスの酸素濃度を分析して、密封シールパッケージの漏れを検出する方法である。この方法は、（ａ）密封シールパッケージを選択することと、（ｂ）内腔を有する中空ニードルで密封シールパッケージを穿孔することと、（ｃ）密封シールパッケージ内のガスのサンプルの酸素濃度を検知するため、ニードルの内腔を介してサンプルをポンプ供給して酸素センサに対して作動可能接触させることと、（ｄ）ニードルの内腔を通じて密封シールパッケージ内からガス分を抜いて密封シールパッケージ内に真空状態を発生させることと、（ｅ）ガス抜き密封シールパッケージからの質量流量を測定することとを伴う。ガス抜き密封シールパッケージからの閾値を上回る質量流量の検知は、密封シールパッケージの漏れを示す。

図１に見られるように、本発明の第一の面は、密封シールパッケージ１００のガス分１０２の酸素濃度を分析して密封シールパッケージ１００の漏れを検出するための器具１０である。

ポリ塩化ビニル管などの剛性パッケージから、ワックスコーティングボール紙や薄壁ポリエチレンボトルなどのセミフレキシブルパッケージ、そしてポリエチレンテレフタレート（すなわちＭＹＬＡＲ（登録商標）など）やポリエチレンフィルムなどで製作されたバッグなどのフレキシブルパッケージに及ぶ多様な密封シールパッケージ１００に、器具１０を効果的に使用できる。

図１を参照すると、器具１０の第一の面は、ニードル２０と、圧力センサ３０と、酸素センサ４０と、任意のバルブ５０と、真空ポンプ６０と、質量流量センサ７０と、器具１０の様々な部品をシール状態で相互接続するための適切な管材料８０ａ，８０ｂ，８０ｃ（以後、まとめて管材料８０と呼ぶ）とを含む。

図２に見られるように、ニードル２０は、内腔２９と、パッケージ１００の側壁（数字なし）の穿孔に適した尖鋭末端部２１とを備えて構成および配置されている。パッケージ１００が非常にフレキシブルである時には特に、ニードル２０の周囲に密封シールを維持するため、ニードル２０でパッケージ１００を穿孔する前に、パッケージ１００の側壁に隔膜２００が付着されることが好ましい。

図１を参照すると、真空ポンプ６０は、管材料８０によりニードル２０の内腔２９にシール状態で接続されている。ニードル２０がパッケージ１００に挿入されると、パッケージ１００からニードル２０の内腔２９を介して酸素センサ４０に対して操作可能接触するようにパッケージ１００のガス分のサンプルを吸引するための真空ポンプ６０の作動が有効となる。

実質的にいかなるタイプの真空ポンプ６０でも器具１０での使用に適しており、主として電源（つまり電池または電線）と、所望する携帯性レベル（つまりハンドヘルドまたはデスクトップ）と、目的の用途（つまり少量または大量のパッケージの検査）の選び方により、選択が左右される。大部分の用途では、標準的な乾電池（例えばＡＡＡ，ＡＡ，Ａ，Ｃ，Ｄまたは９ボルト電池）を用いて、約２５０〜１，０００ｃｍ３/分のガス最大体積流量を持ち、約１〜１５ ｌｂ／ｉｎ２、好ましくは４〜８ ｌｂ／ｉｎ２の真空化が可能な真空ポンプ６０で充分である。

ミネソタ州ミネアポリスのＭＯＣＯＮ，Ｉｎｃ．によるＰＡＣ ＣＨＥＣＫ（登録商標）シリーズの酸素ヘッドスペース高分析装置など、いくつかの供給元から容易に入手できる多様な酸素センサから、酸素センサ４０が選択される。酸素センサ４０は、分析のためパッケージ１００から取り出されたガスサンプルの汚染の可能性を回避するため、真空ポンプ６０の上流に配置されることが好ましい。

開示内容を参照によって導入する、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｍａｙｅｒに発行された米国特許第５，２１２，９９３号に詳述されているように、ポンプ６０によりパッケージ１００から酸素センサ４０へ吸引されるガスサンプルの圧力が、分析の前に正常化(normalize)されるため、好ましくは三方バルブなどのバルブ５０が酸素センサ４０と真空ポンプ６０との間に配置される。このようなガスサンプル圧力の正常化は、分析の精度を向上させることが分かっている。

真空ポンプ６０によりパッケージ１００から吸引されるガス分１０２の質量流量を測定するため、真空ポンプ６０の下流には質量流量センサ７０が配置されている。あるいは、質量流量センサ７０は真空ポンプ６０の上流に配置されてもよい。関心があるのは、真空ポンプ６０によりパッケージ１００からガス分１０２が抜かれて、パッケージ内に定常状態の真空が確立された後で質量流量センサ７０により測定される質量流量である。この段階で測定される質量流量は、質量流量が閾値を上回るかこれと等しい時にはパッケージ１００に漏れが見られることを示し、質量流量が閾値を下回る時にはパッケージ１００に漏れが見られないことを示す。

実際的な閾値の選択は、真空ポンプ６０により吸引される真空のレベルや、パッケージ１００が製造される材料などを含むいくつかの要因に左右される。概して、真空ポンプ６０により吸引される真空が約４〜８ ｌｂ／ｉｎ２の時には、約０．１ｃｍ３／分の閾値を閾値として採用するのが有効である。

器具１０に使用するのに適当なガス質量流量センサ７０は、マサチューセッツ州ウィルミントンのＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓを含む数社の供給元から入手できる。

真空ポンプ６０が作動中にパッケージ１００内の圧力を測定および報告するため、ニードル２０と真空ポンプ６０の間、好ましくはニードル２０と酸素センサ４０との間に圧力センサ３０が採用されている。

圧力センサ３０と酸素センサ４０と任意のバルブ５０と真空ポンプ６０と質量流量センサ７０とは、様々な部品の動作を制御して、様々なセンサにより発せられるデータ信号を受信および処理するためのマイクロコントローラまたはプロセッサ（図示せず）によって動作可能に相互接続されることが好ましい。これらの部品は、（ｉ）ニードル２０をハウジング内に保持された部品と流体連通状態にするために一定長さの管材料８０ａに装着するような構造および配置を持つ流入ポート（図示せず）と、（ｉｉ）ユーザと通信するためのユーザ入力デバイス（図示せず）および視覚的ディスプレイパネル（図示せず）とを装備する単一のハウジング（図示せず）に、関連する管材料８０や電源（図示せず）とともに保持されることが好ましい。

器具１０は、携帯用またはデスクトップユニットとして構成できる。

固形分１０１とガス分１０２とを有するパッケージ１００のユニットが分析用に選択される。パッケージ１００の外面（付番なし）に、任意で隔膜２００が付着される。隔膜２００とパッケージ１００とは、パッケージ１００の中身との流体連通状態に内腔２９を置くのに充分な距離だけ、ニードル２０の末端部２１で穿孔される。次に、処置の均衡を保つため、ニードル２０が挿入位置に残される。処置の均衡は、手動でまたは自動的に達成される。以下の開示内容は、器具１０の自動的動作に基づいて示される。

ユーザは、スタートボタン（図示せず）を押して分析を開始する。ニードル２０を真空ポンプ６０との流体連通状態にして通気孔９０を閉じるように、バルブ５０が作動する。次に、管材料８０ａの長さによって、パッケージ１００から酸素センサ４０へガス分１０２のサンプルを吸引するため、真空ポンプ６０が作動する。一般的には約２〜５ｍｌのサンプルで充分である。次に真空ポンプ６０が停止し、通気孔９０を開いて酸素センサ４０内のガス状サンプルの圧力が正常化されるようにバルブ５０が作動する。ガス状サンプルの圧力が正常化されると、通気孔９０を閉じるようにバルブ５０が作動し、パッケージ１００から吸引されたガス状サンプルの酸素濃度を検知、記録、報告するため酸素センサ４０が作動する。

酸素センサ４０により実行される分析が終了すると、酸素センサ４０が停止し、パッケージ１００からガス分１０２を抜いて真空状態とするように真空ポンプ６０が作動する。質量流量センサ７０が作動し、パッケージ１００からのガス分１０２が抜かれた後で、管材料８０を通る質量流量が検知される。検知された質量流量は単に記録されて報告されても良いが、閾値と、記録および報告された検知質量流量との比較が最初に行われて、定常状態の真空での質量流量が閾値を下回る時には「漏れ検出なし」が表示され、定常状態の真空での質量流量が閾値を上回るかこれと等しい時には「漏れ検出あり」が表示されることが好ましい。次いで、真空ポンプ６０と質量流量センサ７０とが停止する。

本発明の一実施例の側面図である。 図１に図示されたニードルの末端部の拡大側方断面図である。

符号の説明

１０ 器具
２０ ニードル
２１ ニードルの末端部
２９ ニードルの内腔
３０ 圧力センサ
４０ 酸素センサ
５０ バルブ
６０ 真空ポンプ
７０ 質量流量センサ
８０ 管材料８０ａ，８０ｂ，８０ｃをまとめて指す
８０ａ ニードルと酸素センサを相互接続する一定長さの管材料
８０ｂ 酸素センサと真空ポンプを相互接続する一定長さの管材料
８０ｃ 真空ポンプと質量流量センサを相互接続する一定長さの管材料
９０ 通気孔
１００ パッケージ
１０１ パッケージの固形分
１０２ パッケージのガス分
２００ 隔膜

Claims (4)

1. （ａ）密封シールパッケージに穿孔するための尖鋭末端部及び内腔を有するニードルと、
   （ｂ）前記ニードルにより画定される前記内腔とシール状態で流体連通する質量流量センサと、
   （ｃ）前記密封シールパッケージからガスを抜くため前記ニードルにより画定される前記内腔と流体連通し、前記ガス抜きパッケージからの連続的な質量流量の検知を可能とするように該ガス抜きパッケージからの質量流量を前記質量流量センサに対して作動可能接触させるため、該質量流量センサと流体連通する真空ポンプと、
   を含む器具。
2. （ａ）密封シールパッケージに穿孔するための尖鋭末端部及び内腔を有するニードルと、
   （ｂ）前記ニードルにより画定される前記内腔とシール状態で流体連通する酸素センサと、
   （ｃ）前記ニードルにより画定される前記内腔とシール状態で流体連通する質量流量センサと、
   （ｄ）（ｉ）（Ａ）前記密封シールパッケージからのガスのサンプルを前記ニードルの前記内腔を通じて汲み上げて、酸素濃度の検知を可能にするために前記サンプルを前記酸素センサに対して作動可能接触させるため、また（Ｂ）該密封シールパッケージのガス分を抜くため、前記ニードルにより画定される該内腔と流体連通し、（ｉｉ）前記ガス抜きパッケージからの連続的な質量流量の検知を可能とするように、該ガス抜きパッケージからの質量流量を前記質量流量センサに対して作動可能接触させるため、該質量流量センサと流体連通する、真空ポンプと、
   を含む器具。
3. （ａ）密封シールパッケージを選択する段階と、
   （ｂ）内腔を有する中空ニードルで前記密封シールパッケージを穿孔する段階と、
   （ｃ）前記ニードルの前記内腔を介して前記密封シールパッケージ内からガス分を抜いて、前記密封シールパッケージ内に真空状態を発生させる段階と、
   （ｄ）前記ガス抜き密封シールパッケージ内からの質量流量を測定する段階であって、該ガス抜き密封シールパッケージからの質量流量が閾値を上回ると、該密封シールパッケージの漏れを示す段階と、
   を含む方法。
4. （ａ）密封シールパッケージを選択する段階と、
   （ｂ）内腔を有する中空ニードルで前記密封シールパッケージを穿孔する段階と、
   （ｃ）前記密封シールパッケージ内の前記ガスのサンプルの酸素濃度を検知するため、前記ニードルの前記内腔を介して該サンプルを汲み上げて酸素センサに対して作動可能接触させる段階と、
   （ｄ）前記ニードルの前記内腔を介して前記密封シールパッケージ内からガス分を抜いて、該密封シールパッケージ内に真空状態を発生させる段階と、
   （ｅ）前記ガス抜き密封シールパッケージからの質量流量を測定する段階であって、該ガス抜き密封シールパッケージからの質量流量が閾値を上回ると該密封シールパッケージの漏れを示す段階と
   を含む方法。

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