JPH07184618A - プラズマによる容器内殺菌方法および無菌充填方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】容器の内部表面に付着している雑菌を、プラズ
マにより殺菌する。 【構成】蓋２を開放し、真空容器１に殺菌しようとする
容器１８を入れる。次に蓋２を閉じ、真空ポンプ４によ
り真空容器内をプラズマを発生させる時の圧力より充分
低くなるまで排気する。次いで気体源１４から適当な流
量で気体を導入し、弁１５調整してプラズマに適した圧
力に保持する。一方真空ポンプは運転を続ける。圧力が
安定したら高周波電源１２から、電極８に高周波電力を
印加する。それによって容器１８内にプラズマが発生す
る。充分な殺菌が行なわれる時間プラズマを保持した
後、高周波電力の印加を停止する。同時に気体の導入を
停止し、しばらく排気してから真空ポンプの運転を停め
る。そして次に大気導入弁１７を開いて大気を導入し、
その後蓋２を開いて容器１８を取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、液体、粉粒体、およ
び半固体等を収納する主として食品用の非金属容器の内
部表面に付着している雑菌を、プラズマにより殺菌処理
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より容器内部の殺菌技術は、紫外光
線、加熱、殺菌性気体、蒸気、あるいは液体の殺菌性を
利用したものが主体であったが、「TREATMENT OF SURFA
CES 」（米国特許第３３８３１６３）でプラズマによる
殺菌法が提案されたことから、乾式で短時間処理という
利点が注目され、その後多くの開示がなされている。こ
れをプラズマの発生法から類型的にみると、レーザー光
法、高電圧法等に分けることができる。

【０００３】プラズマとは、気体分子がある条件下にお
いて負に帯電した電子と、正に帯電したイオンに分か
れ、つまり電離し、電子とイオンが集合体となって存在
する一種の放電状態をいうが、電離のためにエネルギー
として使われるのがレーザー光であり、高電圧であり、
高周波電圧である。電気的なエネルギーを使って放電さ
せる場合に、二つの電極間にプラズマが発生するのに必
要な電圧は、電極間の距離と気体の圧力の積の関係にあ
り、低圧力ほど電圧は低くてもよい。このような低圧力
下で発生したプラズマは、電子とイオンが同率で存在
し、全体として温度が室温に近い、いわゆる低温プラズ
マになる。

【０００４】まず具体的に、レーザー光によるものとし
て「METHOD OF KILLING MICROORGANISMS IN THE INSIDE
OF A CONTAINER UTILIZING A LASER BEAM INDUCED PLA
SMA」（米国特許３９５５９２１）、および「プラズマ
による殺菌方法」（特公昭６０−２０２５２）等を挙げ
ることができる。また、容器の内部に電極を、外部に高
電圧コイルを配置することによりプラズマを発生させる
方法として、前記「TREATMENT OF SURFACES 」（米国特
許３３８３１６３）、および「プラズマ滅菌方法および
装置」（特開昭４６−１９４７）等を挙げることができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし前記従来例にお
いて、前者にあっては、レーザー光線の焦点合わせに難
点があり、またレーザー光線は高出力のものが要求され
る。実用的には多くの容器を同時に殺菌する必要性があ
るため、装置が複雑でかつ高価なものになり、実用には
問題点が多い。一方後者においては、コイルが容器の外
周部に置かれるために容器１本当たりに要する面積が大
きくなり、多数の容器を同時に処理するには適していな
い。

【０００６】また、マイクロ波を利用してのプラズマ発
生法は、「マイクロ波放電プラズマ殺菌装置」（特公平
２−３７１８３）、「殺菌処理装置」（特開昭６３−８
９１６２）、「プラズマ滅菌方法及び滅菌装置」（特開
平２−２７９１６０）等多数提案されているが、容器の
内部に殺菌に必要なエネルギーのプラズマを発生させる
ことが困難なため、容器の内部の殺菌には適さない。

【０００７】かかる現状に鑑み本願発明者は鋭意研究の
結果、低温プラズマはイオンと電子が同濃度で含まれて
おり、それらと高速中性粒子の高速運動が殺菌に有効で
あり、それらを容器内で発生させれば、その内部を短時
間で殺菌可能であることを知検し、本願発明を完成させ
た。

【０００８】すなわち本願発明は、真空容器の中に置か
れた容器中に電極を置き、その電極に高周波電力を加え
ることを特徴とするプラズマによる容器内殺菌方法、お
よび真空容器の中に置かれた容器中に電極を置き、その
電極に高周波電力を加えた後、当該容器が外気と接触す
ることなく、充填及び当該容器の口元のシ−ルを行なう
ようにしたことを特徴とするプラズマによる無菌充填方
法である。

【０００９】

【課題を解決するための具体的手段】図１において１は
真空容器で、蓋２を有し、パッキン３にて密閉容器を構
成している。真空容器１は、真空ポンプ４によって、弁
５、配管６を介して真空にされる。７は真空測定器であ
る。

【００１０】８は高周波電力を加えるための金属製で棒
状に形成された電極であり、中央部に気体導入用の供給
孔９が貫通されている。電極８は、表面が金属の用な導
電体であれば直流電圧の印加でもプラズマの放電は可能
であるが、セラミックのような誘電体では高周波を印加
する必要がある。本発明においては、電極の材料の選択
性を高めるために、高周波を使うことにした。高周波
は、工業用に割り当てられた波長の中から選ばれるが、
１３．５６ＭＨｚなどが代表的なものである。

【００１１】１０は電極８を機械的に保持し、同時に蓋
２との電気的絶縁性を保持するための絶縁体で、機械的
な強度が高く、高周波電力に対する高い絶縁性を有する
ブッシュプラスチックスやセラミックスで造られてお
り、パッキン１１によって蓋２との間の気密が保たれて
いる。１２は高周波電源で、負荷である電極８とのイン
ピ−ダンスを整合するための整合回路を有しており、ケ
−ブル１３によって電極８と電気的に接続されている。

【００１２】１４は気体源で、弁１５および配管１６に
よって電極８の供給孔９に接続されている。配管１６は
電気的に絶縁性のある材質を使うか、電気的に絶縁性の
ある接手を介して電極８に接続されて、気体源１４が電
気的な影響を受けないように構成されている。電極８に
供給孔９を設けずに、別の場所、例えば蓋２に気体導入
口を設けてもよい。１８はその内部を殺菌しようとする
容器である。

【００１３】高周波電源の周波数は多くの周波数帯が使
用できるが、代表的には１０〜１５ＭＨｚのものが使わ
れる。プラズマを発生させる時の圧力は、１〜１０００
Ｐａ程度の範囲で行なわれる。実際にプラズマを発生さ
せる場合、プラズマ発生用として適した性質をもつ気体
（例えばアルゴンガス）や通常殺菌効果をもつ塩素ガ
ス、あるいは菌の分解気化を高める酸素ガス等が有効で
ある。そして初めにプラズマの発生をさせる圧力より低
い圧力まで真空容器内を排気して、空気成分を除去し、
その後に適正な気体を気体源１４から、供給孔９を通し
て容器１８の開口部の先端から容器１８内に導入し、そ
の気体の流量と、弁１３の開閉の度合によって容器１８
内の圧力を適正なものにする。

【００１４】本願発明の実施の工程は、まず蓋２を開放
し、真空容器１に殺菌しようとする容器１８を入れる。
次に蓋２を閉じ、真空ポンプ４により真空容器１内をプ
ラズマを発生させる時の圧力より充分低くなるまで排気
する。次いで気体源１４から適当な流量で気体を導入
し、弁１５を調整してプラズマに適した圧力に保持す
る。一方真空ポンプは運転を続ける。圧力が安定したら
高周波電源１２から、電極８に高周波電力を印加する。
それによって容器１８内にプラズマが発生する。充分な
殺菌が行なわれる時間（数秒から十数秒）間プラズマを
保持した後、高周波電力の印加を停止する。同時に気体
の導入を停止し、しばらく排気してから真空ポンプの運
転を停める。そして次に大気導入弁１７を開いて大気を
導入し、その後蓋２を開いて容器１８を取り出す。

【００１５】電極８はいろいろな構造が考えられる。図
２は図１の電極８の表面に別の材質のもの、表面電極１
９をかぶせたものである。表面電極１９の材質を特殊な
セラミック（例えば殺菌、消臭、赤外線放射などの効果
をもつもの）にすれば、セラミックから電極が放電する
時にセラミックの原子がスパッタされて、容器１８の内
部表面に付着し、その内部表面に特別の性能をもたせる
ことができる。

【００１６】図３は図１および図２とは別の電極の構造
例で、円筒状の表面電極２０は非磁性材料で造られてい
る。２１は半径方向に磁極を構成させた円筒状の永久磁
石で、外径は表面電極２０の内径に合わせて造られてい
る。２２は磁極体で大直径部と小直径部を有し、大直径
部は表面電極２０の内径に合わせて造られており、小直
径部は永久磁石２１と接している。永久磁石２１は電極
のほぼ中段にあり、磁極体２２と対称な位置に、同じ形
状の磁極体２３が置かれている。２４は非磁性材料で造
られた中間体で永久磁石２５と磁極体２２の間に置かれ
ている。磁極間で構成される磁界の強さは、容器の大き
さ、磁極の太さ、あるいは長さ等により適正に決めるこ
とができるが、電圧、真空容器内圧力、内部の気体の種
類等にも関与するものであり、経験的には磁極表面の磁
束密度で１５０〜１０００ガウス程度に選ばれる。

【００１７】２６は中間体２４と同じ形状の中間体で、
永久磁石２７と磁極体２３の間に置かれている。永久磁
石２５および２７の磁極の方向は永久磁石２１と逆にな
るように構成されている。このような構成において永久
磁石の造り出す磁界は磁石の磁束密度を適正に設計する
ことによって容器１８の内壁に達するようにできる。こ
のような構成において電極８に高周波電力が印加された
場合、発生したプラズマは電界と磁界の関係により、容
器１８の内壁に達することができ、殺菌の効果を高くす
る。

【００１８】この発明において使われる高周波の波形
は、負荷によって形はくずれるが正規には正弦波であ
る。一般的な使い方としては殺菌のための放電の連続で
行なわれるが、これを図４のようにパルス（例えば１
３．５６ＭＨｚの正弦波を１０Ｈｚから１ＫＨｚのパル
ス状に出す。パルスの中に１３．５６ＭＨｚの波形が多
数含まれていることになる。）を出し、ピ−ク値を高く
することによって菌への衝撃力を大きくし、殺菌効果を
高めることができる。しかしパルス状のため、全体とし
てのエネルギ−を小さくすることができ、容器１８に対
する熱の放射を少なくすることができる。

【００１９】次に図５をもとに充填工程を説明する。ま
ず３０は、本願発明にかかる充填装置を示し、主に前段
緩衝室３１、図１で説明した真空室１に相当するプラズ
マ室３２、後段緩衝室３３、そして充填・シール室３４
の４室から成り、各室の間にはゲ−ト弁３５、３６、３
７が、前段緩衝室３１には、容器３８の導入用扉３９、
充填・シ−ル室３４には、充填・シ−ルが終了した容器
３８の排出用扉４０が設けられている。全ての部屋及び
弁は内部を真空にしても圧力的に耐え得る構造にしてあ
る。前段緩衝室３１は弁４１を介して真空排気系４２
が、プラズマ室３２は弁４３を介して真空排気系４４
が、後段緩衝室３３は弁４５を介して真空排気系４６
が、充填・シ−ル室３４は弁４７を介して、真空排気系
４８が設けられている。

【００２０】容器３８は数十本がトレイ４９に、２次元
的広がりで配置されており、容器３８の口元が上になる
ような姿勢で置かれている。４つの部屋全てに、トレイ
４９を乗せて移動するためのローラ５０（あるいはベル
トコンベアー等）が設けられている。ローラ５０は電気
的に回転駆動されて、トレイ４９を、導入用扉３９から
取り入れて、前段緩衝室３１、プラズマ室３２、後段緩
衝室３３、充填・シ−ル室３４へ移動させ、最後は排出
用扉４０から外部に取り出す作用をする。

【００２１】５１はプラズマ室３２において容器３８の
中に入れるプラズマ発生のための容器用電極（図１にお
ける電極８に相当）で、高周波電源５２（図１における
高周波電源１２に相当）と、プラズマ発生用のガス導入
部５３（図１における１４に相当）が接続されている。

【００２２】充填・シ−ル室３４において、５４は充填
物を充填するためのノズルで、充填量の制御や食品タン
ク等から構成されている充填装置５５が結合されてい
る。充填・シ−ル室３４における５６は、容器３８の口
元をシ−ルするためのアクチュエ−タで、シ−ル材の供
給等をするためのシ−ル装置５７と結合されている。容
器用電極５１、ノズル５４を容器３８内に挿入するに
は、容器用電極５１やノズル５４自体を上下させるか、
トレイ４９を持上げるか、あるいはその両方を同時に行
なうか、いずれの方法をも採用することができる。アク
チュエ−タ５６を容器３８の口元に押しつけるのも同様
の方法を使うことができる。

【００２３】後段緩衝室３３及び充填・シ−ル室３４に
おいて、５８は後段緩衝室３３内表面をプラズマによっ
て殺菌するための電極で、高周波電源５９が結合されて
いる。６０は電極５８によってプラズマを発生するため
の気体導入部である。６１は気体導入弁、６２は清浄気
体源である。

【００２４】本発明の実施の工程は、まずプラズマ室３
２、後段緩衝室３３、充填・シ−ル室３４を真空排気す
るためにゲート弁３５、３６、３７、排出用扉４０を閉
じ、弁４３、４５、４７を開き、真空排気系４４、４６
及び４８により排気する。次に電極５１、５８に高周波
電源に５２，５９により高周波電力を印加し、ガス導入
部５３及び６０から適当量の気体を導入して、プラズマ
室３２、後段緩衝室３３、充填・シ−ル室３４内表面を
一定時間プラズマの発生によって殺菌する。

【００２５】次に導入用扉３９を開いて容器３８を乗せ
たトレイ４９をローラ５０に乗せ、その後導入用扉３９
を閉じて前段緩衝室３１、弁４１を介して真空排気系４
２によって真空排気する。前段緩衝室３１内の圧力がプ
ラズマ室３２内の圧力と同程度になった後、ゲート弁３
５を開き、トレイ４９をプラズマ室３２の規定の位置
（電極５１を容器３８内に挿入可能な位置）まで移動す
る。次にゲート弁３５を閉じ、容器用電極５１を容器の
中に入れ、気体を導入し、高周波電力を印加して、前述
したような作業によって、容器３８の内部を一定時間使
って殺菌する。

【００２６】次にゲート弁３６を開き、容器用電極５１
を容器３８から抜き、トレイ４９を後段緩衝室３３に移
動する。次にゲート弁３６を閉じて、ゲート弁３７を開
き、トレイ４９を充填・シ−ル室３４の中で充填するに
適した位置まで移動する。次にゲート弁３７を閉じ、気
体導入弁６１を開いて、室内が大気圧よりいく分高くな
るまで、無菌の清浄気体（空気、窒素等）を導入する。
次に充填装置５５により、充填物を容器３８に充填す
る。充填が終了したらノズル５４を容器３８から抜いて
から、トレイ４９をシ−ル作業するための位置に移動す
る。

【００２７】移動が完了したらシ−ル装置５７を使っ
て、容器３８の口元をシ−ルする。シ−ル作業が完了し
たら排出用扉４０を開いて、トレイ３９を外部に取り出
す。取り出したら速やかに排出用扉４０を閉じ、真空排
気する。充填及びシ−ル作業は、充填装置５５及びシ−
ル装置５７の構造が許されれば充填・シ−ル室３４が真
空であっても可能である。

【００２８】この場合、充填・シ−ル作業後、排出用扉
４０を閉じたまま、洗浄気体を、大気圧よりいく分高く
なるまで導入した後に排出用扉４０を開いてトレイ４９
を取り出す。この作業は、充填・シ−ル室３４を常に清
浄なものにしておくのに有効である。また、図５に示す
複数の真空排気系を数を少なくして併用してもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ており、容器の内部を短時間で殺菌処理することがで
き、また連続的に無菌充填を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明にかかる装置の正面断面図。

【図２】電極の他の実施例図。

【図３】電極の他の実施例図。

【図４】パルス図

【図５】本願発明にかかる無菌充填装置の正面図。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 蓋 ４ 真空ポンプ ８ 電極 ９ 供給孔 １２ 高周波電源 １４ 気体源 １７ 空気導入弁 １８ 容器 １９ 表面電極 ２０ 表面電極 ２１，２５，２７ 永久磁石 ３０ 無菌充填装置 ３１ 前段緩衝室 ３２ プラズマ室 ３３ 後段緩衝室 ３４ 充填・シール室 ３８ 容器 ３９ 導入用扉 ４０ 排出用扉 ４９ トレイ ５１ 容器用電極 ５２ 高周波電源

フロントページの続き (72)発明者 今井 廣敬 千葉県野田市野田339番地 キッコーマン 株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器の中に置かれた容器中に電極を置
   き、その電極に高周波を加えることを特徴とするプラズ
   マによる容器内殺菌方法。
2. 【請求項２】請求項１において、電極に気体を導入する
   ための供給孔を設けたプラズマによる容器内殺菌方法。
3. 【請求項３】請求項１において、電極に表面電極をかぶ
   せたものを構成要素とするプラズマによる容器内殺菌方
   法。
4. 【請求項４】請求項１において、電極を永久磁石によっ
   て構成させたプラズマによる容器内殺菌方法。
5. 【請求項５】請求項１において、高周波がパルス状であ
   るプラズマによる容器内殺菌方法。
6. 【請求項６】真空容器の中に置かれた容器中に電極を置
   き、その電極に高周波電力を加えた後、当該容器が外気
   と接触することなく、充填及び当該容器の口元のシ−ル
   を行なうようにしたことを特徴とするプラズマによる無
   菌充填方法。