JP2017143971A - 容器の殺菌装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の容器の殺菌装置は、電力の供給を受けて紫外線を発光する単数又は複数の光源4と、光源4を支持し、プリフォーム30の内部を相対的に往復移動して進退が可能な光源支持体6と、光源支持体6の内部を冷却する冷却機構5と、を備えることを特徴とする。
光源4としては、有底のハウジング41と、ハウジング41の収容空隙42に設けられるLED発光素子43と、収容空隙42をおもて面側から覆う封止材45と、ハウジング41の背面に設けられ外部からの給電点となる電極47,47と、を備えるパッケージ化されたものが好ましい。
【選択図】図2
Description
容器の内部を殺菌するのに、過酸化水素や次亜塩素酸ソーダ等の殺菌用薬剤溶液を容器の内部に注入した後、その薬剤溶液を排出し、さらに、容器の内側を水で洗浄する作業が行われていた。
しかし、薬剤溶液による殺菌処理方法は、環境負荷が大きく、薬剤コストや廃液処理コストも高いという問題があるために、いわゆる乾式の殺菌方法が検討されている。乾式の殺菌方法の一つとして、紫外線を用いる方法が、例えば、特許文献1及び特許文献2で提案されている。
特許文献1及び特許文献2は、殺菌対象である容器の外部に紫外線の光源を設け、この光源で発光された紫外線を線状の導光体を用いて容器の内部に導くことを前提としている。
ところが、特許文献1及び特許文献2で提案されているように、容器の外部で発光した光源を導光体で導く方法はいくつかの課題を抱えている。つまり、導光体を透過される間に紫外線に減衰が生じるのに加えて、光源と導光体の接続部分でも減衰が生じることである。また、紫外線を透過させる導光体の材質として石英ガラスを用いる必要があり、これは高価である。これらの課題があるために、紫外線が持つ殺菌性能を十分に発揮することができずにいたのが現状である。
本発明の殺菌装置は、小型化が可能なLED発光素子を光源として用いるので、光源支持体に支持させた状態で、容器の内部に無理なく挿入できる。したがって、本発明の殺菌装置によれば、LED発光素子で発光された紫外線を容器に直接的に照射できるので、導光体を用いるのに比べて、減衰を最小限に抑えることができる。しかも、本発明の殺菌装置は、冷却機構を備えており、LED発光素子が発熱して発光出力が低下するのを防ぐことができるので、安定した殺菌能力を確保できる。また、光源支持体が軸線周りに回転可能であることにより、LED光源が周方向に並んでいなくても、容器の側面における周方向をムラなく殺菌処理することができるし、LED光源が周方向に並んでいれば、より一層、ムラなく殺菌処理することができる。
一つ目の形態は、発光素子がハウジングの中に収容されるとともに、電力を受ける電極がハウジングに形成されることで、パッケージ化された光源である。この光源は、その取扱いが容易であるとともに、光源支持体に支持させるのも容易である。しかも、パッケージ化された光源は、品質検査がなされているものが上市されているので、所望する性能を有するものを容易に入手できる。また、いずれかの光源に不具合が生じても、当該光源を交換すれば足りるので、メンテナンスが容易である。
二つ目の形態は、複数の発光素子を共通する封止材で覆う光源である。この光源は、パッケージ化された光源のハウジングに相当する部位を設ける必要がないために、発光素子で発光した紫外線が当該部位により遮られることなく出射できるので、発光素子の発光エネルギを最大限利用できる。
なお、上記において、光源支持体が、往復移動できることを前提としている。
本実施形態の殺菌装置1は、容器の一例としてペットボトルの前駆体であるプリフォーム30(図5参照)の内部を紫外線により殺菌する。
殺菌装置1は、図1に示すように、電源2と、電源2から電力の供給を受けて紫外線を発光するLED発光素子43を有する複数の光源4と、複数の光源4を支持し、光源4とともにプリフォーム30の内部を進退移動または往復移動するとともに、その軸線周り(矢印A)に回転可能な光源支持体6と、光源支持体6に設けられる冷却機構5に冷却水CWを循環して供給する冷却水源8と、を備えている。光源4は、殺菌処理時に、図5に示すように、光源支持体6を操作することにより、把持具3で支持されたプリフォーム30の開口31を通過して、プリフォーム30の内部に挿入され、または、抜き取られる。光源4は、プリフォーム30の内部を進退移動しながら、紫外線をプリフォーム30の底面33及び側面35に向けて照射する。なお、この移動は相対的なものであって、光源4が移動してもよく、また、プリフォーム30が移動してもよい。
以下、殺菌装置1の要素である光源4及び光源支持体6の構成を説明する。
光源支持体6に支持されるそれぞれの光源4は、殺菌対象であるプリフォーム30に向けて紫外線を出射する。
ここで紫外線は、波長が10nmから400nmの電磁波であり、この波長域でLEDとして実現されているのは250nmから400nmである。この紫外線LED(UV-LED)はさらに3つの波長に区分されており、350nmから400nmの波長領域のUVA-LED、350nmから280nmの波長領域のUVB-LED、及び、250nmから280nmの波長領域のUVC-LEDである。
本実施形態の光源4は、UVB-LED及びUVC-LEDを用いる。この波長の短い領域の紫外線が、殺菌性能が優れているからであり、UVB-LEDとUVC-LEDの波長域を合わせた250nmから400nmの波長域の紫外線を、深紫外線LED(DUV-LED:Deep UV-LED)と称する。
この光源4は、例えば、図4に示すように、内部に収容空隙42が設けられる有底のハウジング41と、ハウジング41の収容空隙42に設けられるDUV-LEDチップからなるLED発光素子43と、収容空隙42をおもて面側から覆う透明な封止材45と、ハウジング41のうら側に設けられる一対の電極47,47と、を備えている。LED発光素子43は、電極47,47を介して電源2からの電力の供給を受けることにより発光する。
この光源4は、電極47,47が光源支持体6の第一基板61に設けられる電力供給ライン65,65に電気的に接続されるように第一基板61に固定される。
光源4はここで掲げた要素以外の要素を備えることでその機能を果たすが、それらの要素は周知であるため、説明を省略する。
光源支持体6は、図2及び図3に示すように、四つの側面をなす第一基板61及び先端面をなす第二基板62を備えることで、四角柱状の外観をなしている。それぞれの第一基板61及び第二基板62には、複数の光源4が支持されている。本実施形態においては、それぞれの第一基板61には、先端63から後端64のほぼ全域にわたって軸線方向Yに光源4が並んで支持されており、これらの光源4は専らプリフォーム30の側面35を対象にして紫外線を照射して殺菌処理する。本実施形態では、プリフォーム30の軸線方向Yの全長に対応する範囲に亘って光源4を配置している。また、第二基板62に設けられる光源4は、専らプリフォーム30の底面33を対象にして紫外線を照射して殺菌処理する。本実施形態においては、単数の第一基板61の幅方向Xに二つの光源4が設けられており、光源支持体6の周方向に8つの光源4がほぼ等間隔に並んで支持されているが、軸線方向Yも含め、光源4の配列はあくまで一例であり、他の配列を採用しても構わない。
それぞれの第一基板61には、図3(c)に示すように、光源4に電力を供給するためのパターン化された一対の電力供給ライン65,65が、後端64から先端63に向けて二組ずつ形成されている。電力供給ライン65,65は、電源2に電気的に接続される一方、前述した光源4(図4)の電極47,47が電気的に接続される。
冷却機構5は、図2及び図3に示すように、後端64から先端63に向けて光源支持体6の内部に延びる外筒ジャケット51と内筒ジャケット54を備えている。外筒ジャケット51は、その横断面において、内周面52が円形をなすとともに外周面53が矩形をなしており、内周面52よりも内側に円柱状の空隙が形成される。内筒ジャケット54は、内周面55と外周面56がともに円形をなしており、外筒ジャケット51の空隙の内部に外筒ジャケット51と同軸上に配置される。
例えば、図3(b)に示すように、第一流路57に冷却媒体、例えば冷却水CWを供給すれば、この冷却水CWは第一流路57を下向きに流れた後に連通路59を通って第二流路58に流入し、さらに第二流路58を上向きに流れ、第二流路58から排出される。排出された冷却水CWは図1に示される冷却水源8にて冷却されてから、第一流路57に供給することにより、所定の温度に調整された冷却水CWを循環させることができる。
さて、殺菌装置1を用いてプリフォーム30を殺菌処理するには、図5(a),(b)に示すように、発光された光源4をプリフォーム30の開口31から光源支持体6とともに挿入し、光源支持体6の先端63がプリフォーム30の底面33に近接する最下端の位置まで降下させる。この降下の間に光源4で発光した紫外線がプリフォーム30の内面を構成する底面33及び側面35に照射されることで、殺菌処理がなされる。また、光源4のLED発光素子43発光に伴って、冷却機構5に冷却水を循環させることにより、LED発光素子43の発熱を抑える。
光源支持体6は、昇降の過程で、その軸線周りに回転される。これにより、プリフォーム30の側面35における周方向をムラなく殺菌処理することができる。
以下、殺菌装置1が奏する効果について説明する。
本実施形態の殺菌装置1は、紫外線の発光源として小型化が可能な光源4を用いるので、例えば、容器としてプリフォーム30を殺菌対象にする場合でも、プリフォーム30の内部に無理なく挿入できる。しかも、光源4は、低圧水銀灯、冷陰極管に比べて、殺菌効果の優れた254nmの波長域でエネルギ密度の大きな紫外線を発光できる。さらに、発光素子で発光された紫外線を容器に直接的に照射できるので、導光体を用いるのに比べて、減衰を最小限に抑えることができるので、高い殺菌性能を得ることができる。
光源4が往路及び復路のそれぞれを移動するのに要する時間をtとし、この時間tをかけて光源4が往路又は復路の片道だけ移動すれば、所望する殺菌性能が得られるものとする。この場合には、2t時間をかけてプリフォーム30を殺菌処理するとすれば、片道だけよりもまんべんなく紫外線を照射できるので、殺菌をより確実に行うことができる。一方で、光源4が移動する速度を2倍にしたとしても、往路及び復路の両方で殺菌処理をt時間だけ行うことができるので、所望する殺菌性能を得ることができる。このように、往路及び復路の両方で光源4を発光させ、さらに、進退の移動速度を調整することにより、任意の殺菌性能を得ることができる。
例えば、殺菌処理対象はプリフォーム30に限るものではなく、プリフォーム30から成形されたペットボトルを殺菌処理する際に本発明の殺菌装置を用いることができる。
また、本発明に用いるLED光源としては、実施形態で用いたパッケージ化された光源に限るものでなく、例えば、図6(a)に示すように、複数の発光素子13が共通の透明な封止材14により覆われている形態の光源15とすることができる。この光源15は、パッケージ化された光源4のハウジング41に相当する部位がないために、発光素子13で発光した紫外線が当該部位により遮られることなく出射されるので、発光素子13の発光エネルギを最大限利用できる。この光源15は、含まれる発光素子13の数によって、単数であって又は複数であってもよい。
第一の機構としては、例えば、光源支持体6と第一基板61の間に、光源支持体6が回転すると発生する遠心力を利用することで光源4を変位させることができる。また、第二の機構としては、例えば、光源支持体6と第一基板61の間に、熱膨張率の高い金属ダイアフラムを介在させて光源4を変位させることができる。また、第三の機構としては、例えば、光源支持体6と第一基板61の間に、圧電素子を介在させて光源4を変位させることができる。
2 電源
3 把持具
4 光源
5 冷却機構
6 光源支持体
8 冷却水源
30 プリフォーム
31 開口
33 底面
35 側面
41 ハウジング
42 収容空隙
43 発光素子
45 封止材
47 電極
51 外筒ジャケット
52 内周面
53 外周面
54 内筒ジャケット
55 内周面
56 外周面
57 第一流路
58 第二流路
59 連通路
61 第一基板
62 第二基板
63 先端
64 後端
65 電力供給ライン
CW 冷却水
Claims (6)
- 電力の供給を受けて紫外線を発光するLED発光素子をそれぞれが有する単数又は複数の光源と、
前記光源を支持し、容器の内部を相対的に往復移動して進退が可能で、かつ、その軸線周りに回転可能な光源支持体と、
前記光源支持体の内部を冷却する冷却機構と、
を備えることを特徴とする容器の殺菌装置。 - 前記光源は、
前記発光素子がハウジングの中に収容されるとともに、前記電力を受ける電極が前記ハウジングに形成されることで、パッケージ化された光源である、
請求項1に記載の容器の殺菌装置。 - 前記光源は、
複数の前記発光素子が共通する封止材で覆われた光源である、
請求項1に記載の容器の殺菌装置。 - 複数の前記光源が、前記光源支持体の軸線方向及び周方向に並んで支持される、
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の容器の殺菌装置。 - 前記光源支持体は、前記容器に先に挿入される側の先端面を有し、
単数又は複数の前記光源が、前記光源支持体の前記先端面にも支持される、
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の容器の殺菌装置。 - 前記光源支持体は、その先端側が振れ回るように揺動可能である、
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の容器の殺菌装置。
Priority Applications (1)
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