JP2002159562A - 高電圧を利用した殺菌装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 殺菌対象物の品質を損なわずに、各種菌を常
温、常圧下で均一に殺菌でき、前処理や後処理が不要
で、安全性が高く、オゾン層破壊の問題がない殺菌装置
を提供する。 【解決手段】 高電圧を発生する電源部と、発生した高
電圧を印加する放電側電極と接地側電極を有する処理装
置とを備え、前記処理装置の前記電極間に殺菌対象物を
移動させて、前記電極間でパルスストリーマ放電を発生
させることにより連続的に殺菌するにあたり、前記放電
側電極が所定の間隔を置いて千鳥状に多数配設された針
状電極からなり、前記接地側電極が平板状電極からなる
殺菌装置を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、食品、医薬品、
漢方薬品、化粧品、飼料、肥料などの固型物全般に適用
可能であって、特に加熱不適な食品や玄米などの穀類に
は最適に適用できる高電圧を利用した殺菌装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、食品の殺菌方法としては加熱殺菌
が一般的に行われている。しかし加熱殺菌では、成分、
香り、味、色等の変質、有効成分の逸散等を伴い、食品
そのものの品質を低下させる問題があった。食品を過熱
水蒸気に接触させて殺菌する方法（特公昭６３−５０９
８４号公報）が提案されているが、香り成分の飛散や水
蒸気の食品への浸透などによる品質の変化や劣化が起こ
り易いなどの問題があった。米の殺菌・殺虫には臭化メ
チルによるくん蒸が行われてきた。しかし、臭化メチル
は、引火しやすく危険物に指定されていることや、劇物
にも指定され、皮膚に触れると水泡を生じるなど安全性
に問題がある上、その高いオゾン破壊の潜在性により大
気中に放出されて地球上空のオゾン層に到達すると、オ
ゾン層を破壊する問題がある。一方、オゾンによる殺菌
も行われてるが、殺菌効果が不満足であるという問題が
あり、また、カビの増加を抑えるため、低温貯蔵（例え
ば、１５℃、７０〜７５％ＲＨ）が行われているが、長
期低温貯蔵ではカビの増加が懸念される。

【０００３】本発明者等は、先に高交流電圧あるいは高
電圧をパルス的に印加した放電側電極と接地側電極間に
殺菌対象物を介在させて、常温、常圧下、前記電極間で
パルスストリーマ放電を発生させることにより芽胞菌な
どを含む各種菌を殺菌する装置および方法を提案した
（特開平１１−２６７１８３号公報）。この場合、前記
放電側電極と接地側電極はいずれも平板状電極を用いる
のが主流である。しかし、平板状電極を用いると、電極
の表面積が大きくなるために高電圧を発生する電源部の
容量を大きくする必要があり、また両平板状電極は絶対
平行であることが必要であり、平行が保たれないと部分
的に放電が集中する問題があった。一方、前記放電側電
極として１つの針状電極を用い、前記接地側電極として
平板状電極を用いる場合があるが、この場合は前記電極
間に介在された殺菌対象物の広範囲にわたる殺菌ができ
ず殺菌むらがでる問題があった。そこで本発明者等は、
所定の間隔を置いて碁盤の目のように整然と多数配設さ
れた針状電極を用い、接地側電極として平板状電極を用
いる殺菌装置を提案した（特願平１１−１０５２４０号
明細書）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし特願平１１−１
０５２４０号明細書に記載の殺菌装置の場合は、図９に
示すように多数の針状電極を碁盤の目のように整然と配
設した針状電極３を用いたため、各針状電極に高電圧を
かけて放電させた場合、各針状電極から平板状電極４へ
同電位のパルスストリーマ放電が放出されてお互いに干
渉が発生し、図１０に示すように平板状電極４上でパル
スストリーマ放電が行われる四角状の箇所ａと、パルス
ストリーマ放電が行われない箇所ｂが現れ、均一な放電
ができないという問題が生じた。この場合、図１１に示
すように例えば、殺菌対象物を針状電極３と平板状電極
４間で矢印で示したように移動させて殺菌を行っても、
パルスストリーマ放電が行われる箇所ａを通過する殺菌
対象物ｃは殺菌されるが、パルスストリーマ放電が行わ
れない箇所ｂを通過する殺菌対象物ｄは充分に殺菌され
ないため、殺菌むらが生じ均一な殺菌ができないという
問題があった。玄米などの穀類の貯蔵中、微生物、特に
カビなどが増加すると、最悪時には、商品価値を消失さ
せ、食用不適となる。また、米などに付着している芽胞
菌は、炊飯時にさえ死滅することは期待できない。一
方、食品の中には加熱殺菌が不適なものがあり、例え
ば、日本人の主食の米は加熱殺菌も薬剤処理も適さな
い。

【０００５】本発明の目的は、食品、医薬品、漢方薬
品、化粧品、飼料、肥料などの殺菌対象物の品質を損な
うことなく常温、常圧下で殺菌むらを生じることなく、
容易に効率よく均一に殺菌でき、米などに付着している
芽胞菌などを含む各種菌も殺菌でき、前処理および／ま
たは後処理が不要であり、安全性が高く、オゾン層破壊
の問題がない殺菌装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、従来の問
題を解決するために鋭意研究した結果、放電側電極とし
て所定の間隔を置いて千鳥状に多数配設された針状電極
を用いることにより課題を解決できることを見出し、こ
の発明を完成するに到った。

【０００７】上記課題を解決するため請求項１の発明
は、高電圧を発生する電源部と、発生した高電圧を印加
する放電側電極と接地側電極を有する処理装置とを備
え、前記処理装置の前記電極間に殺菌対象物を移動させ
て、前記電極間でパルスストリーマ放電を発生させるこ
とにより連続的に殺菌する殺菌装置であって、前記放電
側電極が所定の間隔を置いて千鳥状に多数配設された針
状電極からなり、前記接地側電極が平板状電極からなる
ことを特徴とする高電圧を利用した殺菌装置である。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１記載の殺菌装
置において、前記針状電極が５ｍｍから３０ｍｍの範囲
から選ばれる一定の間隔を置いて千鳥状に多数配設され
ていることを特徴とする。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１あるいは請求
項２記載の殺菌装置において、前記針状電極が前記接地
側電極に対して所定の間隔を置いて配設されていること
を特徴とする。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
のいずれかに記載の殺菌装置において、前記針状電極が
ステンレス鋼などの耐腐性材料で形成されていることを
特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明においては、針状電極と平
板状電極間で殺菌対象物を移動させて前記電極間にパル
スストリーマ放電を発生させることにより各種菌を殺菌
する。所定の間隔を置いて千鳥状に多数配設された針状
電極からなる放電側電極に、立ち上がり時間数１０ｎＳ
（ナノ秒）、持続時間１μＳ（マイクロ秒）程度以下の
パルス高電圧を印加すると、放電側電極から線状に伸び
るストリーマー放電が発生し、電極間の広い範囲をプラ
ズマ化でき、前記電極間に介在させた殺菌対象物を殺菌
できる。直流電圧印加時のコロナ放電では放電側電極の
ごく近傍が発光するのみであるが、パルスストリーマ放
電でははるかに広い領域をプラズマ化できる。これは、
パルスストリーマ放電では直流コロナ放電でのスパーク
電圧より高い電圧が瞬間的に印加でき高電界領域を広く
できること、また直流コロナではイオン空間電荷により
放電側電極近傍の電離域の電界強度が低下するため放電
が抑制されるが、パルスストリーマ放電では電圧の立ち
上がりが急峻なため空間電荷電界による放電抑制がわず
かであることなどによるものと考えられる。

【００１２】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、本実施形態における高電圧を
利用した殺菌装置の一実施形態の概要を示す構成図であ
る。図１において、本発明の殺菌装置１は、高電圧を発
生する電源部２と、発生した高電圧を印加する放電側電
極となる一定の間隔ｄを置いて千鳥状に多数配設された
針状電極（例えばステンレス製針状電極で先端が０．５
ｍｍφと非常に細いもの）３と、接地側電極となる平板
状電極４を有する処理装置５とを備えている。

【００１３】電源部２において、電源２１（ＡＣ２００
Ｖ、５０Ｈｚ）から入力された電圧をスライダック２２
および高電圧トランス２３にて昇圧し、全波整流ブリッ
ジ２４にて整流する。その後、抵抗２５にて電流値を下
げ、コンデンサ２６を充電する。コンデンサ２６に充電
された電気エネルギーは、ギャップ２７を通して瞬間的
に放電され、パルス電圧となって処理装置５の針状電極
３と平板状電極４間に印加される。２８は抵抗、２９は
接地手段である。電界強度として１０〜５０ＫＶ／ｃｍ
程度が好ましい。

【００１４】図２に、一定の間隔ｄを置いて千鳥状に多
数配設された針状電極の一例を示す。図２に示すよう
に、第１列目の針状電極は横方向に一定の間隔ｄ１を置
いて多数配設されており、そして第２列目の針状電極は
第１列目の針状電極から一定の間隔ｄ２を置いて、第１
列目の針状電極の相隣る２つの針状電極の間に第２列目
の１つの針状電極が互い違いに位置するように、そして
横方向には一定の間隔ｄ１を置いて多数配設されてお
り、そして第３列目の針状電極は第２列目の針状電極か
ら一定の間隔ｄ２を置いて、第１列目の針状電極と縦方
向において同一位置になるように配設されており、以下
同様にして針状電極が千鳥状に多数配設されている。

【００１５】ｄ１、ｄ２は特に限定されないが、通常は
ｄ２≒１／２ｄ１〜２ｄ１であり、例えば、式：ｄ２＝
（√３／２）ｄ１を満足するようにｄ１、ｄ２を決めて
針状電極を千鳥状に多数配設して、第２列目の針状電極
１１が、第１列目の針状電極１２および１３、第２列目
の針状電極１４および１５、第３列目の針状電極１６お
よび１７からそれぞれ略均等に離れて位置するようにす
ることが好ましい。このようにすると各針状電極に高電
圧をかけて放電させた場合、各針状電極から平板状電極
４へ同電位のパルスストリーマ放電が放出されるが放電
干渉が異なった箇所に発生し、図３に示すように平板状
電極４上でパルスストリーマ放電が行われる円形状の箇
所ａとパルスストリーマ放電が行われない箇所ｂが現れ
る。

【００１６】しかし、図４に示すように殺菌対象物を針
状電極３と平板状電極４間を矢印で示したように移動さ
せると、針状電極３が千鳥状に多数配置されているため
に、例えば第１列目でパルスストリーマ放電が行われな
い箇所ｂを通過した殺菌対象物は第１列目では殺菌され
ないが、第２列目においてパルスストリーマ放電が行わ
れる箇所ａを通過するので殺菌が行われる。第３列目以
降も同様にして殺菌が行われるので、結果的に図中に殺
菌範囲ｅで示したように殺菌対象物を殺菌むらなく充分
に均一に殺菌することができる。

【００１７】図５は、図１に示した針状電極３と平板状
電極４の説明図である。処理装置５中の平板状電極４の
上にセラミック板（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）６が配設されており、
上記のように針状電極３と平板状電極４上のセラミック
板６との間に殺菌対象物（例えば、玄米などの穀類）を
介在させて移動させて殺菌する。針状電極３と平板状電
極４との間隔は特に限定されないが、通常１０ｍｍ〜５
０ｍｍから選ばれる所定の間隔である。針状電極３と平
板状電極４との間隔を所定の間隔とすることにより、部
分的に放電が集中することがなくなり均一にパルススト
リーマ放電が行われる。

【００１８】本発明の殺菌装置１において、電源部２に
おいて発生した高電圧は、パルス電圧（例えば、エネル
ギー波を１秒間に約１００回発生させる）となって処理
装置５の針状電極３と平板状電極４間に印加され、常
温、常圧下、針状電極３と平板状電極４間でパルススト
リーマ放電を発生させることができ、両電極間に介在さ
せて移動させた殺菌対象物の殺菌が行われる。

【００１９】本発明においては、針状電極３は多数の針
状電極を所定の一定の間隔ｄを置いて千鳥状に配設する
ことが肝要である。前記のように多数の針状電極を用い
る替わりに１つの針状電極を用いた場合は針状電極３と
平板状電極４間に介在させた殺菌対象物を広範囲にわた
って殺菌ができずに殺菌むらが発生し、また、図９に示
したように多数の針状電極３を碁盤の目のように整然と
配設した針状電極３を用いた場合も均一な殺菌ができな
い。

【００２０】本発明においては、針状電極３と平板状電
極４間に介在させて移動する殺菌対象物を広範囲にわた
って均一に殺菌できるように、針状電極を多数、所定の
間隔ｄを置いて千鳥状に配設する。印加電圧、パルス
数、投入エネルギー（ｃａｌ／ｃｍ³ ）、電界強度など
が殺菌対象物の種類、形態、菌の種類、形態などによっ
て異なるので間隔ｄの大きさおよびどの程度千鳥状にす
るか、すなわちどの程度互い違いにするかは特に限定さ
れず、殺菌対象物が本来有する香味、風味、薬効、性
能、分散性などの品質を損なわない範囲において充分に
均一に殺菌できるように、適宜選定して決めるのが好ま
しい。

【００２１】しかし、針状電極の間隔ｄは通常は、５ｍ
ｍから３０ｍｍ未満、好ましくは８ｍｍから３０ｍｍの
範囲から選ばれることが望ましい。針状電極の間隔ｄが
５ｍｍ未満であると殺菌対象物の殺菌はできるが電源部
２の容量を大きくしなければならず不経済となる。一
方、針状電極の間隔ｄが３０ｍｍを超えると針状電極３
と平板状電極４間に介在させた殺菌対象物を均一に殺菌
ができず殺菌むらがでる。

【００２２】一般的には、印加電圧、パルス数、投入エ
ネルギー、電界強度ともに大きい方が殺菌に有効であ
り、またパルス数よりも印加電圧が高い方が有効であ
り、同一投入エネルギーにおいては電界強度が高い方が
有効である。

【００２３】また、針状電極３と平板状電極４間を移動
させる殺菌対象物の移動速度、殺菌処理時間、殺菌対象
物の処理量、湿度などの殺菌条件も、殺菌対象物の種
類、形態、菌の種類、形態などによって異なるので適宜
選定して決めるのが好ましく特に限定されない。

【００２４】図６は本発明の他の実施形態における高電
圧を利用した殺菌装置の概要を示す構成図である。図６
において、本発明の殺菌装置１Ａの処理装置５Ａは、高
電圧を発生する電源部２と、発生した高電圧を印加する
多数の針状電極を所定の間隔ｄを置いて千鳥状に配設し
た図示しない針状電極３と、図示しないセラミック板６
および平板状電極４を設けた電極部分７を備えている。
図示しない平板状電極４は接地手段４１によって接地さ
れている。２１は電源（ＡＣ２００Ｖ、５０Ｈｚ）であ
る。上述した殺菌装置１Ａを作動させ、殺菌対象物（玄
米）８を処理装置５Ａの上部の入口５１から内部に供給
すると、殺菌対象物（玄米）８は電極部分７に入り図示
しない針状電極３と平板状電極４間でパルスストリーマ
放電により殺菌される。殺菌された殺菌対象物（玄米）
９は、処理装置５Ａの下部の出口５２から外部へ排出さ
れて、容器１０へ入れられる。このようにして殺菌対象
物（玄米）８を常温、常圧下で連続的に均一に容易に殺
菌することができる。

【００２５】図７（Ａ）、（Ｂ）は本発明の他の実施形
態における高電圧を利用した殺菌装置の要部概要を示す
構成図である。図７（Ａ）、（Ｂ）において、本発明の
殺菌装置１Ｂは、多数の針状電極を所定の間隔を置いて
千鳥状に配設した針状電極３と、平板状電極４の間にベ
ルトコンベア１１を配設してある。電源部２などは図示
しないが図１に示したものと同様になっている。ベルト
コンベア１１は、樹脂あるいは合成ゴムなどの体積固有
抵抗が約１０¹⁰〜１０¹⁴Ω・ｃｍあるいはそれ以上の材
料で形成されたものが好ましい。上述した殺菌装置１Ｂ
を作動させ、殺菌対象物（玄米）８をホッパ１２からベ
ルトコンベア１１上に供給すると、殺菌対象物（玄米）
８は矢印方向に連続的に移動して針状電極３と平板状電
極４間でパルスストリーマ放電により連続的に殺菌され
る。そして殺菌された殺菌対象物（玄米）９はベルトコ
ンベア１１から排出されて容器１０中に入れられる。こ
のようにして、殺菌対象物（玄米）８を常温、常圧下で
連続的に均一に容易に殺菌することができる。１３はベ
ルトコンベア１１を駆動するモータである。

【００２６】図８は本発明の他の実施形態における高電
圧を利用した殺菌装置の要部概要を示す構成図である。
図８において、本発明の殺菌装置１Ｃは、多数の針状電
極を所定の間隔を置いて千鳥状に配設した針状電極３
と、矢印方向に殺菌対象物を連続的に移動できるベルト
コンベアに類似の構造に形成された平板状電極４を備え
ている。電源部２などは図示しないが図１に示したもの
と同様になっている。上述した殺菌装置１Ｃを作動さ
せ、殺菌対象物（玄米）８を平板状電極４上に供給する
と、殺菌対象物（玄米）８は矢印方向に連続的に移動し
て針状電極３とこの針状電極３に対応する位置にある平
板状電極４間でパルスストリーマ放電により連続的に殺
菌される。殺菌された殺菌対象物（玄米）９は平板状電
極４から排出される。このようにして殺菌対象物（玄
米）８を常温、常圧下で連続的に均一に容易に殺菌する
ことができる。

【００２７】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸
脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。

【００２８】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明の実用性、有効
性を説明するが、本発明は勿論これらの実施例に何ら限
定されるものではない。 （実施例１）図７に示した殺菌装置１Ｂ（針状電極３と
平板状電極４間の距離１３ｍｍ）を用いて、殺菌対象物
（玄米）を供給してベルトコンベア１１を移動させて周
波数１００ヘルツ、パルス幅１００〜５００ｎｍ、電界
強度５〜４０ｋＶ／ｃｍとなる電圧（６．５〜５２ｋ
ｖ）、パルスストリーマ放電時間３０分の条件で殺菌を
行い、殺菌率を測定した。その結果、殺菌は均一に行わ
れており殺菌率は９９％であった。

【００２９】（比較例１）図９に示した多数の針状電極
を碁盤の目のように整然と多数配設した針状電極３を備
えた殺菌装置を用いた以外は実施例１と同様にして、殺
菌対象物（玄米）の殺菌を行い、殺菌率を測定した。そ
の結果、殺菌は不均一であり殺菌率は９５％であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の高電圧を利用し
た殺菌装置は、放電側電極が所定の間隔を置いて千鳥状
に多数配設された針状電極からなり、接地側電極が平板
状電極からなるので、食品、医薬品、漢方薬品、化粧
品、飼料、肥料などの殺菌対象物を両電極間を移動させ
て、殺菌対象物の品質を損なうことなく均一に常温、常
圧下で容易に効率よく殺菌できるという顕著な効果を奏
する。本発明の殺菌装置を用いると前処理および／また
は後処理が不要であり、安全性が高く、オゾン層破壊の
問題がない。

【００３１】本発明の請求項２記載の殺菌装置は、針状
電極を５ｍｍから３０ｍｍの範囲から選ばれる一定の間
隔を置いて千鳥状に多数配設したので、より均一に容易
に効率よく殺菌できるという顕著な効果を奏する。

【００３２】本発明の請求項３記載の殺菌装置は、針状
電極を接地側電極に対して所定の間隔を置いて配設した
ので、部分的に放電が集中することがなくなり、むらな
く均一に殺菌できるという顕著な効果を奏する。

【００３３】本発明の請求項４記載の殺菌装置は、針状
電極がステンレス鋼などの耐腐性材料で形成されている
ので、両電極間で長期にわたり安定してパルスストリー
マ放電を行えるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高電圧を利用した殺菌装置の要部の概
要を示す構成図である。

【図２】図１に示した所定の間隔を置いて千鳥状に多数
配設された針状電極の平面説明図である。

【図３】図１に示した平板状電極上でパルスストリーマ
放電が行われる箇所とパルスストリーマ放電が行われな
い箇所を示す平面説明図である。

【図４】図１に示した平板状電極上で殺菌が行われる領
域を示す平面説明図である。

【図５】図１に示した本発明の殺菌装置の針状電極と平
板状電極の断面説明図である。

【図６】本発明の高電圧を利用した他の殺菌装置の要部
の概要を示す構成図である。

【図７】（Ａ）は本発明の高電圧を利用した他の殺菌装
置の側面からみた要部の概要を示す構成図であり、
（Ｂ）は同殺菌装置の正面からみた要部の概要を示す構
成図である。

【図８】本発明の高電圧を利用した他の殺菌装置の要部
の概要を示す構成図である。

【図９】碁盤の目のように整然と多数配設された従来の
針状電極の平面説明図である。

【図１０】従来の平板状電極上でパルスストリーマ放電
が行われる箇所とパルスストリーマ放電が行われない箇
所を示す平面説明図である。

【図１１】従来の平板状電極上で殺菌が行われる領域と
殺菌が行われない領域を示す平面説明図である。

【符号の説明】

ａ パルスストリーマ放電が行われる箇所 ｂ パルスストリーマ放電が行われない箇所 ｃ、ｄ 殺菌対象物 ｅ 殺菌範囲 ｄ、ｄ１、ｄ２ 間隔 １、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 殺菌装置 ２ 高電圧を発生する電源部 ３ 放電側電極（針状電極） ４ 接地側電極（平板状電極） ５、５Ａ 処理装置 ６ セラミック板 ７ 電極部分 ８ 殺菌対象物 ９ 殺菌された殺菌対象物 １０ 容器 １１ ベルトコンベア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植木 耕司 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本ペ イント株式会社内 (72)発明者 岩田 顕範 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本ペ イント株式会社内 (72)発明者 長谷川 秀翁 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 武田 宏治 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 植木 裕 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4B021 LP10 4C058 AA21 AA22 AA30 BB02 EE23 EE29

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高電圧を発生する電源部と、発生した高
   電圧を印加する放電側電極と接地側電極を有する処理装
   置とを備え、前記処理装置の前記電極間に殺菌対象物を
   移動させて、前記電極間でパルスストリーマ放電を発生
   させることにより連続的に殺菌する殺菌装置であって、
   前記放電側電極が所定の間隔を置いて千鳥状に多数配設
   された針状電極からなり、前記接地側電極が平板状電極
   からなることを特徴とする高電圧を利用した殺菌装置。
2. 【請求項２】 前記針状電極が５ｍｍから３０ｍｍの範
   囲から選ばれる一定の間隔を置いて千鳥状に多数配設さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の殺菌装置。
3. 【請求項３】 前記針状電極が前記接地側電極に対して
   所定の間隔を置いて配設されていることを特徴とする請
   求項１あるいは請求項２記載の殺菌装置。
4. 【請求項４】 前記針状電極がステンレス鋼などの耐腐
   性材料で形成されていることを特徴とする請求項１から
   請求項３のいずれかに記載の殺菌装置。