JP2016016354A - バリア性薄膜の後処理方法及び清浄装置 - Google Patents
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Abstract
Description
容器内周面にDLC膜をコーティングする典型的な方法は、真空チャンバの中で、成膜原料のガス分子を高周波電源又はイオン化電源に接続された内部電極によりイオン化又はプラズマ化して、ペットボトルの内周面に蒸着させて、皮膜に成長させるというものである。
また、特許文献2は、DLC膜の成膜中に排気通路内にDLC膜の形成を抑制する希釈ガスを導入することで、排気通路の内面、内部電極等に炭素膜が形成されるのを抑制することを提案している。
特許文献1,特許文献2の提案により、ペットボトルの内周面に付着する炭素粉の量を低減する一定の効果が得られる。
本発明者等は、DLC膜が内周面に形成されたペットボトルに炭酸飲料水を充填する技術を確立する検討を行なう過程で、ペットボトルの内周面に発泡(以下、フォーミングという)が起こりやすいのを観察した。フォーミングが起こる原因を探ったところ、特許文献1,2の方策を行なってもペットボトルの内周面に付着した炭素粉が異物粒子として残留してしまい、この炭素粉がフォーミングの起点になることを確認した。この炭素粉は、バリア性薄膜であるDLC膜の成膜に起因しているものと解される。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、バリア性薄膜が形成された樹脂容器に飲料水を充填する際にフォーミングが起きるのを抑制できるバリア性薄膜の後処理方法を提供することを目的とする。また、本発明はこの後処理方法を実行するのに適した清浄装置を提供することを目的とする。
本発明の後処理方法によると、イオナイザのように送風を伴うことなく除電することができるので、送風が届きにくい領域を含め、容器の内周面の異物粒子を隈なく除去することができるとともに、外周面の異物粒子を除去することができるので、樹脂容器を効率よく清浄化することができる。
口部の開口が狭隘な容器を処理の対象とする場合には、この開口を介して容器の内部に挿入される一対の放電電極同士はある程度広い間隔を有することが望まれる。ここで、放電電極の放出端の間隔が狭くなると一対の放電電極により生成される電気力線の及ぶ範囲が狭くなる。そこで、放出端が容器に挿入される方向に位置をずらして一対の放電電極を配置することにより、後処理の対象である容器に電気力線が達するように、電気力線の及ぶ範囲を広くするのである。
電気力線による除電は逆帯電が生じないために、剥離した異物粒子が静電気により内周面に再付着するおそれはないが、異物粒子を容器の外部に強制的に排出させるために、容器の内部に気流を供給し、異物粒子を容器の外部に排出するキャリアとしてこの気流を利用することが好ましい。
給気ノズルに放電電極が保持させると、放電電極と給気ノズルとを各々独立して構成するのに比べて、放電電極と給気ノズルの両者を容器に無理なく挿入することができる。また、給気ノズルと口部の間に、容器の内周面から剥離された異物粒子を外部に排出するのに必要な間隙を容易に設けることができる。
また、給気ノズルを進退動作させることで、放電電極も必要な位置に進退させることができるので、給気ノズルと放電電極の動作に必要な駆動機構及び昇降動作の制御を一つにまとめることにより、本発明の後処理方法を実行する機器類のコスト低減に寄与する。
この清浄装置は、内周面にバリア性薄膜が形成された容器の内周面に付着した異物粒子を除去するものであって、少なくとも内周面に作用させる電気力線を放出する一対の放電電極と、一対の放電電極を保持しながら、一対の放電電極を容器の内部に対して挿入及び退出させるホルダと、を備えることを特徴とする。
また、本発明の清浄装置において、ホルダは、一対の放電電極が容器の内部に挿入されている際に、容器の内部に気流を供給する流路を備える給気ノズルとして機能することが好ましい。この清浄装置において、一対の放電電極は、給気ノズルの流路が設けられる内部に収容され、給気ノズルは、一対の放電電極の各々の放出端が外部に露出される窓を備えることが好ましい。
本実施形態の飲料充填システム10は、飲料水を樹脂容器100に充填するシステムであり、樹脂容器100を成形する容器成形部20と、成形された樹脂容器100の内周面にバリア性薄膜を形成する成膜部30と、内周面にバリア性薄膜が形成された樹脂容器100の充填空隙に飲料水を充填する充填部70と、飲料水が充填された樹脂容器100にキャップをする打栓部80と、を備えている。
飲料充填システム10は、容器成形部20、成膜部30、充填部70及び打栓部80の各々の要素がロータリー式の機構からなり、各要素の間には、樹脂容器100を受け渡すための転送装置SW1〜SW5が設けられているが、成膜部30はバッチ式となる場合もある。
本実施形態において、バリア性薄膜としては、DLCに代表される炭素膜、Siを主成分の一つとするシリカ(SiOX)膜などを適用できるが、以下では炭素膜を例にして説明する。また、飲料水としては、炭酸飲料水、お茶などの任意の種類の飲料水を適用できる。
成膜部30は、図2に示すように、口部101を有する樹脂容器100の内周面に放電プラズマにより炭素膜を成膜する成膜装置40を複数備えている。
この成膜装置40は、樹脂容器100の外周を取り囲む大きさを有する外部上部電極41aと外部下部電極41bからなる外部電極41と、樹脂容器100が挿入された時に少なくともその容器の口部101および肩部103と外部電極41の間に介在される誘電体からなるスペーサ42と、口部101が位置する側の外部電極41の端面に絶縁部材48を介して取り付けられる排気通路43と、媒質ガスGを吹き出すためのガス流路44が先端まで穿設された内部電極45と、外部電極41に接続された高周波電源46と、外部電極41を覆うチャンバ47と、を備えている。
なお、内部電極45は、外部電極41に囲まれる樹脂容器100の内部に挿入され、接地側に接続される。成膜部30は、排気通路43に図示を省略する排気装置が取り付けられ、また、内部電極45に媒質ガスGを供給するための図示を省略するガス供給装置を備えている。また、内部電極45は、排気通路43よりも上方に形成される挿入口31aを封止する蓋32を貫通しても容器100の内部に挿入される。
まず、外部電極41内に樹脂容器100を挿入し、チャンバ47の内部のガスを排気通路43によって排気する。規定の真空度(例えば、10−1〜10−5Torr)に到達した後、排気を続けながら媒質ガスGを内部電極45に供給(例えば、10〜200mL/minの流量)し、さらに内部電極45のガス流路44を通じて樹脂容器100の内部に吹き出させる。なお、この媒質ガスGとしては、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、含酸素炭化水素類、含窒素炭化水素類が用いられる。樹脂容器100の内部の圧力は、ガス供給量と排気量のバランスによって設定(例えば、2×10−1〜1×10−2Torr)される。その後、高周波電源46から高周波電力(例えば、50〜2000W)を整合器46a及びRF入力端子46bを介して外部電極41に印加する。
清浄装置50は、電気力線により静電気を除去する除電ガン51を用いて行う。除電ガン51は、図3及び図4に示すように、針状の放電電極52,53(図4参照)を備え、この放電電極52,53には、電源59から電圧が印加される。そうすると、除電ガン51は、放電電極52と放電電極53の間に電気力線を生成させる。本実施形態において、放電電極52と放電電極53は、一方が正(プラス)極に、また、他方が負(マイナス)極をなし、電気力線Leは、正極から負極に向けて正電荷が移動する仮想的な軌跡である。図4及び図5に示すように生成された電気力線Leが及ぶ範囲に電場(または電界)が形成され、電場が形成される範囲で、除電することができる。電気力線Leによる除電は、逆帯電しない、オゾンが発生しない、入力する電力が少ない、といった特徴を有する。
なお、電源59は、任意であるが、例えば周波数が50Hz又は60Hz、電圧が100Vの商用電源を用い、圧電トランスを介することで昇圧して放電電極52,53に高電圧を印加することができる。こうして放電電極52,53に印加される電圧は、例えば数千V程度である。
AC方式とDC方式はともに放電電極52,53に異なる極性の電圧が印加される点では共通するが、AC方式は、放電電極52,53に交流電圧を印加して、放電電極52を交互に正極と負極となし一方、放電電極53を交互に負極と正極となす。つまり、AC方式の場合には、放電電極52,53は、交互に極性が切り替わる。
DC方式は、放電電極52,53に直流電圧が印加されるので、極性が、放電電極52,53のいずれか一方が正極、他方が負極に固定される。
本発明において、DC方式を用いるのが好ましい。DC方式であれば電磁波を発生させることもなく、取り扱いが簡単だからである。
以上のように、放電電極52,53は、その先端部が窓57,58に置かれ、樹脂製の給気ノズル55には接触しないので、給気ノズル55と放電電極52,53との間で放電するのを避けることができる。
これは、放電電極52,53同士の距離が近すぎると、放電電極52と放電電極53の間で放電が生じるおそれがあるためである。本実施形態のように、樹脂容器100の内部に挿入して使用する除電ガン51の場合には、給気ノズル55が樹脂容器100の口部101を通過する必要がある。市場に流通している樹脂容器100の口部の開口径は20mm程度であるから、放電電極52,53の先端部を給気ノズル55の同一円周上に配置したとすると、両先端部の間隔は20mmよりも狭くする必要がある。そこで、本実施形態においては、給気ノズル55の同一円周上に配置するのではなく、給気ノズル55が挿入される方向に位置をずらして放電電極52,53の先端部にある放出端を配置する。
また、放電電極52,53により生成される電気力線Leが及び電場の範囲は、放電電極52,53の放出端同士の間隔Lにより変動し、間隔Lが長いほど電場の範囲は広くなる。本実施形態において、間隔Lを適切に設定することによって、電気力線Leによる電場を樹脂容器100の外部にまで形成することにより、樹脂容器100の内周面にとどまらずに、樹脂容器100の外周面に付着する異物粒子を除去することを可能とする。
樹脂容器100として例えば1500mlのペットボトルを想定するとともに、以上の事項を考慮すると、間隔Lは50〜300mmの範囲に設定することが好ましく、150〜220mmの範囲に設定することがさらに好ましい。この範囲に間隔Lを設定すれば、放電電極52,53同士に放電が生じるのを避けることができるとともに、ペットボトルの外周面の異物粒子の除去を無理なく行うことができる。
樹脂容器100の所定の位置まで給気ノズル55が挿入されたならば、放電電極52,53に電源59から交流電圧を印加する。そうすると、放電電極52,53の間に電気力線Leが形成され、この電気力線Leによる電場は、樹脂容器100の内周面及び外周面に作用して、異物粒子の付着の原因である静電気を除電するので、異物粒子は内周面及び外周面から剥離する。
また、ここでは圧縮エアCAを樹脂容器100の内周面だけに吹き付ける例を示したが、樹脂容器100の外周面に圧縮エアCAを吹き付けることもできる。
樹脂容器100に炭酸飲料水を充填するのに先立って、ガッシング(gassing)処理が行われる。
炭酸飲料水は、酸素と接触すると酸化してしまうため、炭酸飲料水を充填する前に樹脂容器100内の空気を二酸化炭素で置換するガッシング処理を行う。ガッシング処理は、ノンシールガッシング(non-seal gassing)と、シールガッシング(seal gassing)と、の二段階の処理を行って、樹脂容器100内の酸素を二酸化炭素に効率よく置換する。
ビールを供給した後は、その状態を所定時間だけ維持するホールド処理を行う。炭酸飲料水の充填が終了し直後には炭酸飲料水の上面には泡が、また液中には気泡核が発生するので、ホールドして気泡核を製品液中に溶解させることで、泡を低減または消滅させる。
所定時間だけホールド処理した後に、スニフト処理を行う。この処理は、樹脂容器100内の炭酸飲料水よりも上方の空隙(ヘッドスペース)に残存する置換ガスを排出させることを目的とする。
本実施形態によると、電気力線Leにより形成される電場を、異物粒子が付着している樹脂容器100の内外に作用させて除電を行うものであり、イオナイザのように送風を伴うことなく除電することができる。したがって、送風が届きにくい領域を含め、樹脂容器100の内周面の異物粒子を隈なく除去することができるとともに、外周面の異物粒子を除去することができるので、樹脂容器100を効率よく清浄することができる。
ただし、放電電極52,53及び給気ノズル55を挿入する間口が広い容器を対象とする場合には、軸方向に間隔Lを設ける代わりに軸方向に直交する方向に間隔Lを設けることができ、本発明はこのような形態を包含する。
したがって、本実施形態によると、放電電極52,53と給気ノズル55の両者を樹脂容器100に無理なく挿入することができるのに加え、給気ノズル55と口部101の間に、樹脂容器100の内周面から剥離された異物粒子を外部に排出するのに必要な間隙を設けることができる。
また、給気ノズル55を昇降動作させることで、放電電極52,53も必要な位置に昇降させることができるので、給気ノズル55と放電電極52,53の動作に必要な駆動機構を単一にできるとともに、昇降動作の制御も単一にすることができる。よって、本実施形態によると、清浄装置50のコストを抑えることができる。
ただし、本発明は、放電電極52,53と給気ノズル55とを各々独立して構成することを排除するものではない。
例えば、本実施形態の飲料充填システム10は、容器成形部20から打栓部80まで一貫した製造ラインを備えているが、本発明はこれに限らず、各工程を独立して行うことができるし、例えば、容器成形部20から成膜部30まで一貫ラインとし、炭素膜が形成された樹脂容器100を外部に取り出して、それ以降の充填部70から打栓部80までの一貫ラインにて炭酸飲料水の充填及びキャップの装着を行うようにしてもよい。
20 容器成形部
30 成膜部
40 成膜装置
41 外部電極
41a 外部上部電極
41b 外部下部電極
42 スペーサ
43 排気通路
44 ガス流路
45 内部電極
46 高周波電源
46a 整合器
46b 入力端子
47 チャンバ
48 絶縁部材
50 清浄装置
51 除電ガン
52,53 放電電極
55 給気ノズル
55h 吐出孔
56 流路
57,58 窓
59 電源
70 充填部
80 打栓部
100 樹脂容器
101 口部
103 肩部
105 胴部
107 底部
CA 圧縮エア
Le 電気力線
P プリフォーム
SW1〜SW5 転送装置
Claims (8)
- 容器の内周面にバリア性薄膜を形成する成膜工程と、
前記容器の内周面に付着した異物粒子を除去する粒子除去工程と、
を備え、
前記粒子除去工程は、
少なくとも前記容器の前記内周面に電気力線を作用させる、
ことを特徴とするバリア性薄膜の後処理方法。 - 前記電気力線は、
前記容器に挿入される一対の放電電極に電圧を印加することで生成され、
前記一対の放電電極は、前記電気力線を放出する放出端が、前記容器に挿入される方向に位置をずらして配置される、
請求項1に記載のバリア性薄膜の後処理方法。 - 前記電気力線が作用している前記容器の内部に、前記内周面から剥離された前記異物粒子を強制的に排除する気流を供給する、
請求項1又は請求項2に記載のバリア性薄膜の後処理方法。 - 前記気流は、前記容器の内部を進退する給気ノズルを介して供給され、
前記一対の電極は、前記給気ノズルに保持される、
請求項2又は請求項3に記載のバリア性薄膜の後処理方法。 - 内周面にバリア性薄膜が形成された容器の前記内周面に付着した異物粒子を除去する清浄装置であって、
少なくとも前記内周面に作用させる電気力線を放出する一対の放電電極と、
一対の前記放電電極を保持しながら、一対の前記放電電極を前記容器の内部に対して挿入及び退出させるホルダと、
を備えることを特徴とする清浄装置。 - 一対の前記放電電極は、前記電気力線を放出する放出端が、前記ホルダの進退方向に位置をずらして配置される、
請求項5に記載の清浄装置。 - 前記ホルダは、一対の前記放電電極が前記容器の内部に挿入されている際に、前記容器の内部に気流を供給する流路を備える給気ノズルとして機能する、
請求項5又は6に記載の清浄装置。 - 一対の前記放電電極は、前記給気ノズルの前記流路が設けられる内部に収容され、
前記給気ノズルは、一対の前記放電電極の各々の放出端が外部に露出される窓を備える、
請求項5〜7のいずれか一項に記載の清浄装置。
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