JP2012227092A - 除電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子線照射による容器の帯電を、より確実に解消することのできる除電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】容器１００内に挿入した電極１３により、交流の電圧を印加することで、容器１００を形成するＰＥＴ膜内に蓄積した電荷を流出しやすくさせることにより、効率よく除電をはかる。また、容器１００の口部１００ａの近傍に、電子線を反射し、容器１００の口部１００ａから内部に向けて照射させる反射板８０を備えるのが好ましい。そして、電極１３は、この反射板８０に一体に設けるのが好ましい。さらに、電極１３は、容器１００の口部１００ａから、その外径が漸次拡大する肩部１００ｄの手前までの首部１００ｃの範囲において、その断面積を小さくする小断面積部を形成するのが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、食品・飲料・医薬品等を充填する容器を電子線により殺菌した場合に用いられる容器の除電装置に関する。

食品・飲料・医薬品等の充填物を容器に充填する充填工程においては、容器に充填物を充填するのに先立ち、容器の殺菌が行われる。
容器の殺菌には、過酢酸・過酸化水素といった薬液や紫外線照射が多く用いられているが、近年、紫外線よりも殺菌力に勝る電子線照射による殺菌技術が注目され、鋭意開発が行われている。

電子線の照射により樹脂製の容器の殺菌を行った場合、容器を形成する樹脂の内部に電荷が残るケースがある。また、容器の内部空間にも、電荷が滞留する。その結果、容器が帯電し、静電気により周囲の埃等を引き寄せたりするなどの問題が発生する。

そこで、電子線照射中に、棒状の金属製の接地電極を容器内に挿入し、容器内から電子やイオンを容器外に流す技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−２６０００号公報

しかしながら、電子線照射により容器が帯電するという問題を、より確実に、かつより低コストで解消することが常に望まれている。
この点からすると、例えば特許文献１に記載の技術では、容器から電子やイオンを容器外に流すという点で、より一層の改善の余地がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、電子線照射による容器の帯電を、より確実に解消することのできる除電装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の除電装置は、容器を保持する容器保持具と、容器の内部に挿入配置され、導電性材料からなる棒状の電極と、電極に交流電圧を印加する交流電圧印加源と、を備えることを特徴とする。
容器の内部に挿入配置した電極に交流電圧印加源から交流電圧を印加することで、容器を形成する樹脂材料の内部に蓄積される電荷を、樹脂材料外部に流出しやすくさせることができる。

ここで、容器保持具に保持された容器に電子線を照射して容器を殺菌する電子線殺菌部をさらに備え、電子線殺菌部による容器の殺菌を行いながら、電極に交流電圧印加源から交流電圧を印加することができる。

また、容器の口部の近傍に配置され、電子線殺菌部から照射される電子線を反射して口部から容器の内部に照射する反射部材をさらに備えている場合、電極は反射部材と一体に設けるのが好ましい。これにより、容器の内径が細い口部近傍の殺菌を確実に行える。
ここで、容器の口具に電極が挿入されていると、電子線が容器内部に入るのを遮られやすいので、容器の電極は、少なくとも容器の内径が細い部分に対向する部分を、他の部分よりも断面積の小さい小断面積部とするのが好ましい。
この小断面積部は、いかなる構成としても良いが、例えば、他の部分よりも外径の細い棒状の小径部を有して形成することができる。また、小断面積部は、メッシュ状または多数の孔が形成されたパンチングメタルにより形成された筒状部を有して形成することもできる。もちろん、これらの組み合わせでも良い。

また、電極は、メッシュ状または多数の孔が形成されたパンチングメタルにより筒状に形成することもできる。

電極は、容器内への挿入寸法を可変とするのも好ましい。これにより、様々なサイズ（高さ）の容器に対応が可能となる。

本発明によれば、容器の内部に挿入配置した電極に交流電圧を印加することで、容器を形成する樹脂材料の内部に蓄積される電荷を、樹脂材料外部に流出しやすくさせることができ、効率よく除電をはかることが可能となり、容器の帯電をより確実に解消することができる。

本実施の形態における飲料充填設備の概要を示すレイアウト図である。 本実施形態における殺菌装置の概略構成を示す図である。 容器を形成するＰＥＴ樹脂の温度−電気抵抗特性を示す図である。 （ａ）は反射板、および他の形態の電極を備えた例を示す図であり、（ｂ）は反射板の他の例を示す図である。 棒状の電極の複数の例を示す図である。 （ａ）は反射板の他の形状例を示す図であり、（ｂ）は長さを変更可能とした電極の例を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における飲料充填設備の概要を示す図である。
図１に示すように、飲料充填設備においては、供給されたＰＥＴ樹脂からなる容器に対し、殺菌装置（除電装置）１０において電子線照射により殺菌する殺菌工程、充填装置３０において容器に液体を充填する充填工程、液体が充填された容器にキャッパ４０においてキャップを装着するキャッピング工程、を順次経ることで、容器への飲料の充填が行われる。互いに前後する装置間においては、スターホイール５０や搬送コンベア６０により容器が搬送される。
なお、図１の例においては、殺菌装置１０を２台備え、容器を一方の側と他方の側とからそれぞれ殺菌する構成を有しているが、これに限るものではない。

殺菌工程において用いられる殺菌装置１０は、容器を搬送しながら容器に電子線を照射して殺菌を行う。
殺菌装置１０は、円盤状の回転体１１の外周部に、図２に示すように、供給された容器１００を保持するグリッパ（容器保持具）１２と、グリッパ１２で保持した容器１００内に挿入される棒状の電極１３とが、周方向に間隔を隔てて複数組配置されている。
さらに、殺菌装置１０には、グリッパ１２で保持した容器１００に対して電子線を照射する電子線照射装置（電子線殺菌部）２０が、回転体１１の外周側に設けられている。

電子線照射装置２０は、電子線発生源２１と、ホーン２２と、コントローラ（図示無し）とを備える。
電子線発生源２１としては、いわゆる電子銃を用いることができる。この電子線発生源２１では、ビーム状の電子線を発生し、これを、容器１００に照射する。このとき、電子線照射装置２０には、図示しないスキャン用磁石が備えられている。スキャン用磁石は、それぞれ、印加される電流に応じて発生する磁界が変化するものであり、コントローラの制御により発生する磁界を変化させることで、電子線発生源２１で発生した電子線を所定の方向にスキャンさせるようになっている。ここで、電子線は容器１００の高さ方向にスキャンするのが望ましい。
ホーン２２は、電子線発生源２１から離れるに従い、その断面寸法が拡大する筒状で、スキャン用磁石によって電子線のスキャンを行っているときの、電子線の照射領域を取り囲むように設けられる。

グリッパ１２は、回転体１１と等速で回転するスターホイール５０等の容器搬送手段から一本ずつ受け渡される空の容器１００を、その首部１００ｃを挟み込むことで保持する。

グリッパ１２で保持された容器１００に対し、電極１３が、図示しないシリンダ機構等によって挿入されるようになっている。
電極１３は、例えばステンレス、タングステン等からなる導電性材料からなり、棒状で、その長さは、容器１００内に挿入されたときに、容器１００の口部１００ａから底部１００ｂの近傍まで位置するよう設定されている。

電極１３には、交流電源（交流電圧印加源）１５が接続されており、交流の電圧が印加されるようになっている。このとき、印加する交流電流は、誘電体である容器１００に対して十分な損失作用及び電流通電作用をもたらす周波数が好適であり、１００Ｈｚ以上は必要である。

このような殺菌装置１０においては、グリッパ１２で保持した容器１００を後工程側のスターホイール５０に受け渡すまでの間に、電子線照射装置２０の電子線発生源２１から電子線を容器１００の外部から照射することで、容器１００を殺菌する。
それと同時に、交流の電圧が印加された電極１３が容器１００内に挿入されることで、電子線照射を行うことで容器１００を形成する材料であるＰＥＴ膜内に蓄積した電荷を除去し、殺菌と除電を当時に行う。

このように、電極１３に交流電圧を印加しながら電子線照射装置２０から電子線を照射することにより、電子線の照射時に散逸電子などの影響により容器１００の内部空間で発生する弱電離プラズマを介して、非処理体である容器１００を形成する材料であるＰＥＴ膜に、電極１３の電位によって誘導される交流電界を作用させることができる。
容器１００を形成するＰＥＴ膜は、絶縁体であるとともに誘電体であるため、直流電流はほとんど流れないが、交流電界を作用させると、容器１００の表面に時間的に変動する電荷を誘導することができる。その際、誘電体に交流電場を加えたときの電場のエネルギーの一部が誘電体中で熱となって散逸する誘電損失現象が発生する。そして、電子線の照射により容器１００を形成するＰＥＴ膜中に取り込まれた電荷は、前記の誘電損失現象を増加させる。その結果、電荷が取り込まれた領域近傍の誘電体（容器１００を形成するＰＥＴ膜）の温度が局所的にさらに上昇する。ここで、図３に示すように、誘電体であるＰＥＴの抵抗は、温度が高まるに従い低下することが知られている。容器１００を形成するＰＥＴ膜の抵抗値Ｒが低下すると、放電時定数τ＝ＣＲ（Ｃ：静電容量、Ｒ：抵抗）が小さくなるので、容器１００を形成するＰＥＴ膜の内部に充電された電荷が、ＰＥＴ膜の外部に流出しやすくなる。
このような状態で、容器１００の内部空間に配置した電極１３に交流電圧を印加しながら電子線を照射することにより、容器１００を形成するＰＥＴ膜の内部に充電された電荷が外部（容器１００の外部空間および内部空間）に流出しやすくなり、内部空間に流出した電荷は電極１３を介して容器１００の外部に導き出される。このようにして、容器１００を形成するＰＥＴ膜の内部充電を抑制し、除電をはかることができる。

また、容器１００のＰＥＴ膜に電極１３から高周波電界が印加されることにより、交流電流が流れるため、容器１００のＰＥＴ膜に内部充電された電荷が、電極１３による電界により容器１００のＰＥＴ膜の外部（容器１００の外部空間および内部空間）に流出することも期待できる。

このようにして、電極１３により、交流の電圧を印加することで、容器１００を形成するＰＥＴ膜内に蓄積した電荷を流出しやすくさせることにより、効率よく除電をはかることができる。
さらに、交流電圧の印加により、容器１００が加熱されることによっても、除電効率がさらに高まる。

また、容器１００の首部１００ｃの部分は、形状が複雑で、肉厚も大きいために、電子線照射による殺菌を行いにくいが、首部１００ｃの内部に位置する電極１３と、グリッパ１２との間で電位差を生じさせることによって、電極１３で交流電圧を印加することによる除電効果を顕著に発揮することができる。このため、グリッパ１２は金属等の導電性材料から形成するとともに、接地する必要がある。

（応用例）
ここで、電極１３の構成について、複数の応用例を示す。
上記実施形態では、棒状の電極１３を容器１００内部に挿入するようにしたが、このとき、前述したように、容器１００の首部１００ｃの部分は、形状が複雑で、肉厚も大きいために、電子線照射による殺菌を行いにくい。そのような部分に電極１３を挿入しているため、容器１００の首部１００ｃの部分の殺菌はさらに行いにくくなる可能性がある。
そこで、図４に示すように、容器１００の口部１００ａの近傍に、電子線照射装置から照射される電子線を反射し、容器１００の口部１００ａから内部に向けて照射させる反射板（反射部材）８０を備えるのが好ましい。
そして、電極１３は、この反射板８０に一体に設けるのが好ましい。

電極１３は、容器１００の口部１００ａから、その外径が漸次拡大する肩部１００ｄの手前までの首部１００ｃの範囲において、その断面積を小さくする小断面積部９０を形成するのが好ましい。この小断面積部９０は、例えば、図４（ａ）に示すように、電極１３の一部を、その外径を他の部分よりも小さくした小径部９１により形成することができる。この小径部９１により、反射板８０で反射した電子線を阻害することなく容器１００の内部に導くことができる。

これ以外にも、図５（ａ）に示すように、小断面積部９０は、小径部９１の周囲に、金属メッシュあるいはパンリングメタル等の多数の開口を有した材料からなる筒状部９２を設けることもできる。この筒状部９２により、電子線の透過の阻害を避けつつ、小径部９１の補強を図ることができる。

また、図５（ｂ）に示すように、小断面積部９０は、小径部９１の周囲に、小径部９１とほぼ同径の複数本のシャフト（小径部）９３を設けるようにしても良い。これによっても電子線の透過の阻害を避けつつ、小径部９１の補強を図ることができる。

さらには、図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）に示した構成から、中央部の小径部９１を除外した構成、すなわち、円弧状に間隔を隔てて配置された複数本のシャフト９３により小断面積部９０を形成することもできる。

また、図５（ｄ）に示すように、電極１３の全体を、金属メッシュあるいはパンリングメタル等の多数の開口を有した材料からなる筒状部９５により形成することもできる。このようにして、容器１００の口部１００ａから首部１００ｃの範囲だけでなく、その全長にわたって、電極１３の軸線に直交する方向におけるその投影断面積よりも、実断面積を小さくする。
これによって、容器１００の口部１００ａから首部１００ｃの範囲において電子線の通過の阻害を避けて１００ｃの殺菌を確実に行いつつ、電極１３としての機能を十分に発揮できる。また、図４（ａ）、図５（ａ）〜（ｃ）の構成に比較し、電極１３を軽量、単純な構成とすることができる。

ところで、反射板８０は、例えば図４（ｂ）に示すように、その反射面に、凹凸８１を形成しても良い。これにより、反射板８０において反射した電子線を散乱させて容器１００の口部１００ａに照射することができ、口部１００ａ近傍の殺菌を確実に行うことができる。ここで、凹凸８１の形状や数については何ら限定する意図はない。

また、図６（ａ）に示すように、反射板８０は、電極１３を取り付ける部分に、電極１３の軸線方向に直交する平面８２を有する構成とすることもできる。これにより、電極１３を、反射板８０に対して容易に取り付けることが可能となる。
さらに、電極１３を、反射板８０に対し、反射板８０を貫通して先端が電極１３にねじ込まれるボルト等によって固定する構造としたり、電極１３の基端部を、反射板８０を貫通して反対側に突出させ、そこにナット８４等を螺合させる構造とすることができる。これにより、電極１３の交換を可能とすることができる。

さらには、図６（ｂ）に示すように、電極１３を、反射板８０に形成された貫通孔８５に挿入し、図示しないシリンダ機構等によって、貫通孔８５から反射板８０の一歩の側への突出量を調整できる構成とすることもできる。
このような構成とすれば、容器１００の高さに応じて電極１３の容器１００内への挿入寸法を異ならせることができる。それにより、様々な容器１００に対して、除電効果を発揮する、フレキシブル性の高い殺菌装置１０を構成することができる。

なお、上記実施の形態では、飲料充填設備、殺菌装置１０の各部の構成を示したが、本発明の主旨の範囲内であればいかなる構成のものとしても良い。
また、電極１３、反射板８０の構成も、上記に挙げた構成に限らず、本発明の主旨の範囲内であればいかなる構成のものとしても良い。
例えば、図２では容器１００を正立状態とし、図４の例では容器１００を倒立状態としているが、そのいずれとしてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

［実施例］
上記図２に示したような構成と、従来の構成とで比較検証を行ったので、その結果を示す。
まず、図２に示したような構成において、５００ｃｃ用のＰＥＴボトルに電子線照射による殺菌を行いながら、電極１３に、２７５Ｖ、５００Ｈｚの交流電圧を印加し、電圧印加前、電圧印加直後、電圧印加後７２Ｈｒ経過時のそれぞれにおいて、ＰＥＴボトル内側と外側を短絡させた時の放電波形から帯電量を計測した。
一方、比較のため、同じく５００ｃｃ用のＰＥＴボトルに上記と同条件で電子線照射による殺菌を行いながら、電極１３を接地しておき、電子線照射後４８Ｈｒ経過時、電子線照射後７２Ｈｒ経過時のそれぞれにおいて、帯電量を計測した。

その結果、電極１３を接地した従来方式によれば、帯電量は、それぞれ
電圧印加前 ：−４．５ｋＶ
電子線照射後４８Ｈｒ経過時：−０．２０ｋＶ
電子線照射後７２Ｈｒ経過時：−０．１７ｋＶ
であった。
これに対し、電極１３に交流電圧を印加した本発明の方式によれば、
電圧印加前 ：−４．５ｋＶ
電圧印加直後 ： ０．０ｋＶ
電圧印加後７２Ｈｒ経過時 ：−０．１２ｋＶ
であり、除電効果が向上していることが確認された。

１０ 殺菌装置（除電装置）
１１ 回転体
１２ グリッパ（容器支持具）
１３ 電極
１５ 交流電源（交流電圧印加源）
２０ 電子線照射装置（電子線殺菌部）
２１ 電子線発生源
２２ ホーン
３０ 充填装置
４０ キャッパ
５０ スターホイール
６０ 搬送コンベア
８０ 反射板（反射部材）
８１ 凹凸
８２ 平面
８４ ナット
８５ 貫通孔
９０ 小断面積部
９１ 小径部
９２ 筒状部
９３ シャフト（小径部）
９５ 筒状部
１００ 容器
１００ａ 口部
１００ｂ 底部
１００ｃ 首部
１００ｄ 肩部

Claims (8)

1. 容器を保持する容器保持具と、
   前記容器の内部に挿入配置され、導電性材料からなる棒状の電極と、
   前記電極に交流電圧を印加する交流電圧印加源と、
   を備えることを特徴とする除電装置。
2. 前記容器保持具に保持された前記容器に電子線を照射して前記容器を殺菌する電子線殺菌部をさらに備え、
   前記電子線殺菌部による前記容器の殺菌を行いながら、前記電極に前記交流電圧印加源から交流電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の除電装置。
3. 前記容器の口部の近傍に配置され、前記電子線殺菌部から照射される電子線を反射して前記口部から前記容器の内部に照射する反射部材をさらに備え、
   前記電極は前記反射部材と一体に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の除電装置。
4. 前記電極は、少なくとも前記容器の内径が細い部分に対向する部分が、他の部分よりも断面積の小さい小断面積部とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の除電装置。
5. 前記小断面積部は、前記他の部分よりも外径の細い棒状の小径部を有して形成されていることを特徴とする請求項４に記載の除電装置。
6. 前記小断面積部は、メッシュ状または多数の孔が形成されたパンチングメタルにより形成された筒状部を有して形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の除電装置。
7. 前記電極は、メッシュ状または多数の孔が形成されたパンチングメタルにより筒状に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の除電装置。
8. 前記電極は、前記容器内への挿入寸法が可変とされていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の除電装置。