JP2012091833A - 樹脂製容器の表面改質方法および樹脂製容器の表面改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製容器２に、プラズマを噴射して親水性を高めるように表面改質を行う。
【解決手段】殺菌ホイール１０に設けた複数の支持手段に樹脂製容器２を支持させて回転搬送し、電子線照射装置１２の前面側を通過する際に電子線を照射して殺菌を行う。前記殺菌ホイール１０に樹脂製容器２を供給する供給ホイール８の、容器搬送経路内に表面改質手段としてのプラズマ噴射装置２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ）が配置されている。搬送される樹脂製容器２の口部２ａの内外面にプラズマを噴射すると、表面が改質され親水性が向上する。その結果、樹脂製容器２の口部２ａに体の一部が触れたときに、電子線の照射により滞留している電荷が流れやすくなり、静電気の発生が抑制される。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂製容器の口部内外面を表面改質手段によって親水性を高めるように表面改質を行う樹脂製容器の表面改質方法および樹脂製容器の表面改質装置に関するものである。

ＰＥＴボトル等の樹脂製容器に電子線を照射して殺菌すると、樹脂製容器が帯電することが従来から知られている。このように樹脂製容器が帯電すると埃や塵を引き寄せてしまうという問題が発生する。また、樹脂製容器の壁面の内部に電荷が滞留するとともに、直接電子線の照射を受ける外側の表面と、壁面を透過して内部側の表面に滞留する電荷の量が異なるため、内面と外面との間に大きな電位差が発生し、このことが原因で静電気が発生するという問題もあった。このような樹脂製容器の静電気は、プラズマを照射することによって表面を改質することで防止できることがすでに知られている（特許文献１参照）。

前記特許文献１には、容器を収容するための空所を有し、真空チャンバーを兼ねる容器側電極と、この容器側電極と絶縁状態で容器の開口部上方に配置した口側電極と、容器の内部と外部にそれぞれガスを供給する内部ガス供給手段および外部ガス供給手段と、容器側電極に高周波を供給する高周波供給手段等を備えた構成が記載されている。

特開２００５−１０５２９４号公報

前記特許文献１に記載された構成では、真空チャンバーの内部に容器を収容し、容器の内部を原料ガスに置換するとともに、前記チャンバー内を放電ガスに置換した後、前記容器側電極に高周波を供給してプラズマを発生させることにより、容器の表面改質を行うようにしているので、搬送手段によって搬送している容器に電子線を照射する構成の装置には適用することができない。

第１の発明に係る樹脂製容器の表面改質方法は、前記課題を解決するために成されたもので、樹脂製容器の口部内外面に表面改質手段によって、親水性を高める表面改質を行うことを特徴とするものである。

また、第２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記表面改質手段が、プラズマを照射することを特徴とするものである。

さらに、第３の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記樹脂製容器は、電子線照射により殺菌される樹脂製容器であって、電子線を照射する前、もしくは照射した後に、前記表面改質手段によって表面改質を行うことを特徴とするものである。

また、第４の発明に係る樹脂製容器の表面改質装置は、樹脂製容器を搬送する搬送手段と、搬送される樹脂製容器の口部内外面に親水性を高める表面改質を行う表面改質手段を備えることを特徴とするものである。

また、第５の発明は、請求項４に記載の発明において、前記表面改質手段が、プラズマ照射装置であることを特徴とするものである。

また、第６の発明は、請求項４または請求項５に記載の発明において、前記表面改質手段が、搬送手段により搬送される樹脂製容器に電子線を照射することにより殺菌を行う電子線照射手段の上流側もしくは下流側に設けられることを特徴とするものである。

本発明の樹脂製容器の表面改質方法および表面改質装置は、樹脂製容器に、プラズマ噴射装置等の表面改質手段によって樹脂製容器の表面を改質して親水性を向上させるので、樹脂製容器の口部において電荷が流れやすくなり、局所的な静電気の発生を抑制することができる。

図１は電子線殺菌装置の全体の配置を簡略化して示す平面図である。（実施例１） 図２は供給ホイールに設けられたプラズマ噴射装置により容器にプラズマを噴射している状態を示す図である。

樹脂製容器は搬送手段によって搬送されて電子線照射装置の前面に送られ、電子線照射装置から電子線を照射されて殺菌される。前記電子線照射装置よりも上流側または下流側には、例えば、プラズマ噴射手段のような樹脂製容器の表面を改質する表面改質手段が配置されており、樹脂製容器はこの表面改質手段によって口部の内外の表面が改質され、親水性が向上されるので、局所的な静電気の発生を抑制するという目的を達成する。

以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図１は一例として、容器を殺菌した後、液体を充填しキャッピングを行う殺菌充填装置であり（全体として符号１で示す）、図の左側が、本発明の一実施例に係る電子線殺菌装置を備えた殺菌ゾーンＳ、右側が充填およびキャッピングを行うゾーンＦ（以下、充填ゾーンと呼ぶ）である。殺菌ゾーンＳは、樹脂製容器２（図２参照）に電子線を照射して殺菌する際に、電子線やＸ線（制動Ｘ線）が外部に漏れないように遮蔽する鉛製の壁面４によって囲まれた殺菌チャンバー６内に収容されている。この殺菌チャンバー６内には、入口側に配置された供給ホイール８と、この供給ホイール８から受け渡された容器２を回転搬送する殺菌ホイール１０が設けられている。樹脂製容器２は、この殺菌ホイール１０に設けられたボトル支持手段（図示せず）によって支持されて搬送される間に、電子線照射装置１２の前面側を通過して電子線の照射を受けて殺菌される。電子線の照射を受けた樹脂製容器２は、殺菌チャンバー６の下流側に配置された排出ホイール１４に受け渡されて、次の充填ゾーンＦに送られる。

前記殺菌ゾーンＳで殺菌され、その下流側の充填ゾーンＦにおいて液体等の内容物が充填される容器２は、ＰＥＴボトル等の樹脂製の容器２である。この樹脂製容器２は、上部に円筒状の口部２ａを備えている。この口部２ａの下部寄りにフランジ２ｂが形成されており、このフランジ２ｂの上方または下方をグリッパによって把持し、あるいはフランジ２ｂの下面側を前記殺菌ホイール１０のボトル支持手段やその他の支持手段等によって支持して、吊り下げた状態で搬送する。

この樹脂製容器２は、エア搬送コンベヤ１６によって連続的に搬送され、図示しないインフィードスクリュー等によって所定の間隔に切り離された後、前記殺菌チャンバー６の入口側に配置された供給ホイール８に引き渡される。供給ホイール８には、円周方向等間隔で複数のグリッパ１８が設けられており、各グリッパ１８が前記樹脂製容器２のフランジ２ｂよりも上方側を把持して搬送する。供給ホイール８のグリッパ１８に保持されて回転搬送された樹脂製容器２は、次の殺菌ホイール１０に引き渡される。なお、この実施例では、供給ホイール８の入口側にプラズマ噴射装置２０が設置されている。このプラズマ噴射装置２０については後に説明する。

前記殺菌ホイール１０には、円周方向等間隔で複数のボトル支持手段が設けられており、これら各ボトル支持手段が樹脂製容器２のフランジ２ｂの下面側を支持して搬送する。前記供給ホイール８と殺菌ホイール１０とは同期回転しており、供給位置Ａにおいて、供給ホイール８の各グリッパ１８から殺菌ホイール１０の各ボトル支持手段に樹脂製容器２が受け渡される。

殺菌ホイール１０の各ボトル支持手段に支持されて回転搬送される樹脂製容器２は、電子線照射装置１２の前方を通過し、その間に上下方向の全長に亘って全体的に電子線照射装置１２から電子線の照射を受けて殺菌される。殺菌された樹脂製容器２は、その下流側の排出ホイール１４に引き渡される。排出ホイール１４は外周部に円周方向等間隔で複数のグリッパ２２が設けられており、これら各グリッパ２２が、前記殺菌ホイール１０のボトル支持手段が支持している樹脂製容器２の、フランジ２ｂよりも上部を把持して受け取る。排出ホイール１４も前記殺菌ホイール１０と同期回転しており、排出位置Ｂにおいて、殺菌ホイール１０の各ボトル支持手段から排出ホイール１４の各グリッパ２２に樹脂製容器２が受け渡される。排出ホイール１４のグリッパ２２に把持された樹脂製容器２は、殺菌チャンバー６に隣接して設けられた次のチャンバー（充填ゾーンＦのチャンバー２４）の入口側に配置されている受け取りホイール２６の容器支持手段（図示せず）に受け渡されて次の工程に送られる。

前記殺菌チャンバー６の一方の壁面（図１の上方の壁面）に開口部４ａが形成され、この開口部４ａに電子線照射装置１２が取り付けられている。この電子線照射装置１２は、図示はしないが、樹脂製容器２に電子線を照射する真空チャンバー（加速チャンバー）を備えており、周知のように、真空チャンバー内の真空中でフィラメントを加熱して熱電子を発生させ、高電圧によって電子を加速して高速の電子線ビームにした後、照射窓１２ａに取り付けてあるＴｉ等の金属製の窓箔を通して大気中に取り出して被処理物（この実施例では樹脂製容器２）に電子線を当てて殺菌等の処理を行う。

前記殺菌ホイール１０のボトル支持手段に支持されて搬送されている樹脂製容器２が、電子線照射装置１２から電子線を照射されて殺菌された後、排出ホイール１４のグリッパ２２に受け渡されて回転搬送される。前記殺菌ゾーンＳの殺菌チャンバー６に隣接して、充填ゾーンＦのチャンバー２４が配置されており、殺菌ゾーンＳの排出ホイール１４によって回転搬送された樹脂製容器２は、充填ゾーンＦのチャンバー２４の入口側に配置された受け取りホイール２６に受け渡される。受け取りホイール２６に受け渡された樹脂製容器２は、回転搬送されて次のフィラ２８に供給される。

受け取りホイール２６から樹脂製容器２を受け取ったフィラ２８は、この樹脂製容器２を保持して回転搬送する間に液体等の内容物の充填を行う。フィラ２８において充填が終了した樹脂製容器２は、フィラ２８の排出ホイールと次のキャッパの供給ホイールとを兼ねた中間ホイール３０によって取り出され、キャッパ３２に供給される。キャッパ３２においてキャッピングが行われた樹脂製容器２は、キャッパ３２からの排出ホイール３４によって取り出されて、排出コンベヤ３６によって排出され次の工程に送られる。

前記供給ホイール８の入り口付近に３台のプラズマ噴射装置２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ）が設けられている（図２参照）。供給ホイール８の外周部に円周方向等間隔で複数のグリッパ１８が設けられており、各グリッパ１８が前記樹脂製容器２のフランジ２ｂよりも上方側を把持して搬送する。この樹脂製容器２の中心が通過する搬送経路の上方に、直下方向にプラズマを噴射する第１プラズマ噴射装置２０Ａが、そして、樹脂製容器２の搬送経路の半径方向外方側と内方側にそれぞれ、第２、第３のプラズマ噴射装置２０Ｂ、２０Ｃが設置されている。これら第２および第３のプラズマ噴射装置２０Ｂ、２０Ｃは、樹脂製容器２の口部２ａの外面側にプラズマを噴射するように配置されている。従って、供給ホイール８によって搬送されている樹脂製容器２は、これら３台のプラズマ噴射装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃによって、樹脂製容器２の口部２ａの内面と口部２ｂの外面全域に亘ってプラズマが照射される。プラズマ噴射装置２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ）は、高電圧アークプラズマ放電と空気を用い、大気中でプラズマ放電を発生させる。そのプラズマ放電電子を直接樹脂製容器２の口部２ａの内外面に照射することにより、表面改質を行い親水性を高める。

以上の構成に係る殺菌充填装置１の作動について説明する。この殺菌充填装置１の上流側の殺菌ゾーンＳに設けられている電子線殺菌装置で殺菌される樹脂製容器２は、エア搬送コンベヤ１６によって搬送され、所定の間隔にピッチ切りされた後、鉛製の壁面４で囲まれた殺菌チャンバー６内に搬入される。殺菌チャンバー６の入口側に配置された供給ホイール８は、円周方向等間隔で複数のグリッパ１８が設けられており、外部から搬入された樹脂製容器２の円筒状口部２ａの下部寄りに形成されているフランジ２ｂの上方側をグリップする。グリッパ１８に保持された樹脂製容器２は、供給ホイール８の回転によって回転搬送される。

供給ホイール８の入口部の上方にプラズマ噴射装置２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ）が設けられており、グリッパ１８に保持されている樹脂製容器２の口部２ａの内外面に、これらプラズマ噴射装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃからプラズマ放電電子が照射される。樹脂製容器２の口部２ａは、内外面全域がプラズマの照射によって親水性が向上し、プラズマを照射しない場合と比較して電荷が流れやすい状態になる。プラズマが照射された樹脂製容器２は、殺菌ホイール１０への供給位置Ａで、供給ホイール８のグリッパ１８から殺菌ホイール１０に設けられたボトル支持手段（図示せず）に受け渡される。

殺菌ホイール１０の回転により、ボトル支持手段に支持されている樹脂製容器２が図１の矢印Ｒ方向に回転搬送されて電子線照射装置１２の前面側に到達する。ボトル支持手段に支持された樹脂製容器２が、電子線照射装置１６の照射窓１２ａの前方側を移動する間に電子線の照射を受けて殺菌される。

電子線照射装置１２の前面側を通過する間に電子線の照射を受けて殺菌された樹脂製容器２は、殺菌ホイール１０のボトル支持手段に支持されて回転搬送され、次の排出ホイール１４に引き渡される。ボトル支持手段にフランジ２ｂの下方側を支持されている樹脂製容器２は、排出位置Ｂにおいて、排出ホイール１４に設けられているグリッパ２２に受け渡されてフランジ２ｂの上方側を把持される。排出ホイール１４のグリッパ２２に保持されて回転搬送された樹脂製容器２は、次のチャンバー（充填ゾーンＦのチャンバー２４）の入口側に配置された受け取りホイール２６に受け渡される。

前記受け取りホイール２６に保持された樹脂製容器２は、次のフィラ２８に供給される。このフィラ２８内で回転搬送されつつ内部に液体が充填される。液体が充填された樹脂製容器２は、中間ホイール３０を介してキャッパ３２に送られ、キャッピングが行われた後、排出ホイール３４に取り出されて排出コンベヤ３６上に排出され、この排出コンベヤ３６によって次の工程へ送られる。この実施例装置によって殺菌され、内部に液体が充填された後キャッピングが行われた樹脂製容器２は、以下のような効果を奏する。プラズマが照射されると、樹脂製容器２の素材の表面が改質され親水性が向上する。親水性が向上すると電荷が流れやすくなり、局所的な静電気の発生が抑制される。つまり、通常は、樹脂製容器２に手や口が触れた際に、樹脂製容器２の口部内外面は電荷が流れないため、液体が手や口に触れた瞬間に外面と内面に発生する電位差に相当する電荷が流れるが、この実施例に係る表面改質装置でプラズマを噴射した樹脂製容器２の口部内外面は、親水性を高めることによって液体が付着しやすい状態となっている。そのため、樹脂製容器２に手や口などが触れて内部の液体が手や口に触れる前に電荷が流れることになる。しかも、表面改質により親水性が高められた口部内外面は液体と比較すると抵抗が大きく電荷が流れにくいので、流れる電荷の速度は液体を介して流れる場合と比較して遅くなり、電荷の影響による刺激を低減することができる。なお、この実施例では、供給ホイール８による樹脂製容器２の搬送経路にプラズマ噴射装置２０を配置し、電子線照射装置１２から樹脂製容器２に電子線を照射する前にプラズマの噴射を行ったが、必ずしも電子線の照射の前にプラズマを噴射するものに限定されるものではなく、例えば、キャッパ３２の上流側に配置された排出ホイール１４や中間ホイール３０の搬送経路にプラズマ噴射装置を設けて、電子線の照射の後でプラズマを噴射するようにしてもよい。また、この実施例では、プラズマを噴射することにより樹脂製容器２の表面改質を行ったが、表面改質をする手段はプラズマの噴射に限るものではなく、その他、コロナ放電や電子線の照射等によっても表面改質を行うことができる。また、電子線照射により殺菌された樹脂製容器に限定されるものではなく、搬送手段により搬送されている樹脂製容器や静電気の発生しやすいテフロン（登録商標）や塩化ビニル、ポリエチレン等の樹脂製容器等様々な材質や形状の樹脂製容器の表面改質に適用することも可能である。

２ 樹脂製容器
１０ 搬送手段（殺菌ホイール）
１２ 電子線照射手段
２０ 表面改質手段（プラズマ噴射手段）

Claims (6)

1. 樹脂製容器の表面改質方法であって、
   樹脂製容器の口部内外面に表面改質手段によって、親水性を高める表面改質を行うことを特徴とする樹脂製容器の表面改質方法。
2. 前記表面改質手段は、プラズマを照射することを特徴とする請求項１に記載の樹脂製容器の表面改質方法。
3. 前記樹脂製容器は、電子線照射により殺菌される樹脂製容器であって、電子線を照射する前、もしくは照射した後に、前記表面改質手段によって表面改質を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂製容器の表面改質方法。
4. 樹脂製容器を搬送する搬送手段と、搬送される樹脂製容器の口部内外面に親水性を高める表面改質を行う表面改質手段を備えることを特徴とする樹脂製容器の表面改質装置。
5. 前記表面改質手段は、プラズマ照射装置であることを特徴とする請求項５に記載の樹脂製容器の表面改質装置。
6. 前記表面改質手段は、搬送手段により搬送される樹脂製容器に電子線を照射することにより殺菌を行う電子線照射手段の上流側もしくは下流側に設けられることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の樹脂製容器の表面改質装置。

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