JP6009038B2 - 除電装置 - Google Patents

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。
そこで、本発明は、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。

本発明の除電装置は、ＰＥＴ樹脂からなる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、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と、電極に交流電圧を印加する交流電圧印加源と、を備え、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を特徴とする。

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印加源から交流電圧を印加すると、詳しくは後述するように、電子線の照射により容器に充電された電荷が外部に流出し易くなるので、効率よく除電を図ることができる。

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。

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。

図２に示すように、電極１３には、交流電源（交流電圧印加源）１５を接続し、交流の電圧を印加する。
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、殺菌と除電を同時に行う。

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、電極を一定電圧とした場合よりも、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。

ここで、電極１３の構成について、複数の応用例を示す。
容器１００の口部１００ａ近傍の部分は、キャップをねじ込むためのネジ溝が形成される等、形状が複雑で、肉厚も大きく、またグリッパ１２によって容器１００が保持される部分であるため、電子線照射による殺菌を行いにくい。棒状の電極１３を容器１００内部に挿入しているため、一層、容器１００の口部１００ａ近傍の殺菌が行いにくくなっている。
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が設けられるのが好ましい。
そして、電極１３は、この反射板８０に一体に設けられるのが好ましい。

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を有して形成されるのが好ましい。

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４（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。
これによっても、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。

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３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。

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
８１ 凹凸
９０ 小断面積部
９１ 小径部
９２ 筒状部
９３ シャフト
９５ 筒状部
１００ 容器
１００ａ 口部
１００ｂ 底部
１００ｃ 首部
１００ｄ 肩部

Claims (1)

1. ＰＥＴ樹脂からなる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、
   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除電装置。

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