JP2000312708A - 電子ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被滅菌物に対して、その形状に左右されるこ
となく均一に電子ビームを照射することが可能な電子ビ
ーム照射装置を提供する。 【解決手段】 電子ビーム源が発射する電子ビームは、
線量調整器を通過した後に被照射物に照射される。ここ
で、線量調整器は、電子ビームの照射方向と垂直な方向
における被照射物のあらゆる点において、前記電子ビー
ムが通過する際の吸収の割合を示す吸収割合値が一定と
なるように構成されている。よって、被照射物の各点に
おいて、線量調整器により吸収される線量と被照射物に
より吸収される線量との合計が一定となるので、被照射
物にはその形状にかかわらず均一な線量の電子ビームが
照射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用機器、医薬
品、衛生用品、さらには食品等に対して滅菌の目的で電
子ビームを照射する電子ビーム照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、医療用機器、医薬品などの滅
菌は、蒸気加熱処理、エチレンオキサイドガス等による
化学処理、ガンマー線の照射処理、電子ビーム照射処理
等によって行われている。しかし、蒸気加熱処理は、被
滅菌物に対する１回の処理量が少なく非能率的である
上、耐熱性の設備が必要となるという問題がある。エチ
レンオキサイド等による化学処理は、環境衛生上の問題
が大きい。また、ガンマー線照射処理は、極めて大規模
な完璧な遮蔽設備を必要とする上、使用済み照射源の廃
棄処理が問題になる。これに対し、電子ビーム照射処理
は、上述したような問題が少なく、多量の被滅菌物を効
率的に処理できる利点がある。

【０００３】電子ビームの照射による滅菌において、被
滅菌物がある程度の厚みを有する形状である場合には、
被滅菌物内で照射した電子ビームの吸収および減衰が生
じる。このため、ある程度の厚みを有する被滅菌物に対
しては、電子ビームを両面から照射して滅菌を行うのが
一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電子ビーム照
射には、被滅菌物の形状に関する問題が存在する。被滅
菌物が矩形の断面形状を有し、かつ、適切な厚さを持つ
場合には、両面から照射された電子ビームは、電子ビー
ムの照射方向と垂直な方向の異なる位置においてほぼ均
一な線量分布を示す。しかし、例えば被滅菌物の断面が
円形である場合、被照射物内の中心よりの位置と周辺よ
りの位置では照射される電子ビームの線量が大きく異な
る。即ち、中心よりの位置では照射された電子ビームは
被滅菌物を内部を長い距離に渡り通過して円形の中央付
近に到達するため、その間に電子ビームの吸収および減
衰が生じ、中央部に到達する電子ビームの線量は大きく
ならない。これに対し、円形の周辺よりの位置では、照
射された電子ビームが被滅菌物内部を通過する距離が短
いため、電子ビームの吸収および減衰は小さく、その結
果到達する電子ビームの線量は大きくなる。このよう
に、被滅菌物の断面形状が矩形以外である場合には、照
射される電子ビームの線量分布が不均一となる。

【０００５】このような場合、照射する電子ビームの強
度を断面形状の厚みが小さい部分（例えば、円形断面の
周辺付近）に最適となるように調整すると、被滅菌物の
中央付近の位置の滅菌が不十分となる。一方、電子ビー
ムの強度を厚みの大きい部分（例えば円形断面の中央付
近）に最適となるように調整すると、被滅菌物の厚みの
小さい部分で照射線量が過大となり、材料の劣化が生じ
るおそれがある。また、部分的に過大な線量の照射を行
うことになるため、電子ビームの照射電力効率も悪化す
る。

【０００６】本発明は、以上の点に鑑みてなされたもの
であり、被滅菌物に対して、その形状に左右されること
なく均一に電子ビームを照射することが可能な電子ビー
ム照射装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、電子ビーム照射装置において、電子ビーム源
と、前記電子ビーム源と被照射物との間に配置される線
量調整器と、を備え、前記線量調整器は、前記電子ビー
ムの照射方向と垂直な方向における前記被照射物のあら
ゆる点において、前記電子ビームが通過する際の吸収の
割合を示す吸収割合値が一定となるように構成され、前
記吸収割合値は、前記線量調整器を構成する材料の平均
密度をＰ１、前記線量調整器内を前記電子ビームが通過
する距離をＸ１、前記被照射物を構成する材料の平均密
度をＰ２、前記被照射物内を前記電子ビームが通過する
距離をＸ２とすると、Ｐ１×Ｘ１＋Ｐ２×Ｘ２で示され
ることを特徴とする。

【０００８】上記のように構成された発明によれば、電
子ビーム源が発射した電子ビームは線量調整器を通過し
た後に被照射物に照射される。ここで、線量調整器は、
電子ビームの照射方向と垂直な方向における被照射物の
あらゆる点において、前記電子ビームが通過する際の吸
収の割合を示す吸収割合値が一定となるように構成され
ている。これは、前記線量調整器を構成する材料の平均
密度をＰ１、前記線量調整器内を前記電子ビームが通過
する距離をＸ１、前記被照射物を構成する材料の平均密
度をＰ２、前記被照射物内を前記電子ビームが通過する
距離をＸ２とすると、吸収割合値＝Ｐ１×Ｘ１＋Ｐ２×
Ｘ２＝一定（理想値）とすることにより実現される。よ
って、被照射物の各点において、線量調整器により吸収
される線量と被照射物により吸収される線量との合計が
一定となるので、被照射物にはその形状にかかわらず均
一な線量の電子ビームが照射される。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の電子ビーム照射装置において、前記線量調整器は前記
電子ビーム源に固定され、前記電子ビーム照射装置は、
さらに前記被照射物を前記線量調整器に対して位置決め
する手段を備えることを特徴とする。これにより、搬送
経路中の被照射物などに対しても線量を均一に調整する
ことができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の電子ビーム照射装置において、前記線量調整
器は、冷却媒体の通路を備えることを特徴とする。これ
により、線量調整器の加熱が防止される。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれかに記載の電子ビーム照射装置において、前記
線量調整器は、前記被照射物の形状に適合した内部形状
を有することを特徴とする。これにより、被照射物に対
する照射線量の調整が容易になる。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の電子ビーム照射装置において、前記線量調整器は、前
記被照射物の形状に適合した内部形状を有し、前記被照
射物を内部に収容することを特徴とする。これにより、
被照射物と線量調整期を結合して一体とすることができ
るので、電子ビームの照射の際の位置決め精度の要求を
緩和することができる。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
の電子ビーム照射装置において、前記電子ビーム源は、
前記電子ビームを前記被照射物の両面に照射することを
特徴とする。これにより、ある程度の厚さを有する被照
射物に対して効率的かつ確実に電子ビームを照射するこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、好適な実施形態の説明に先
立ち、滅菌のために照射する電子ビームの強度と被照射
物（被滅菌物）の形状との関係について考察する。

【００１５】図１に、一例として直径６ｃｍ、比重１の
物質からなる円筒形状の被照射物の断面を示す。図１の
例では、被照射物に対して左右から電子ビームを照射す
る。照射位置Ａは円形断面の直径位置とし、照射位置Ｂ
およびＣは円形断面の周辺よりに決める。照射位置Ｂで
は電子ビームが被照射物内を通過する長さは４ｃｍと
し、照射位置Ｃでは電子ビームが被照射物内を通過する
長さは２ｃｍとする。

【００１６】図２に、各照射位置Ａ〜Ｃにおいて電子ビ
ームを照射した場合の、被照射物内での線量の分布を示
す。図２（Ａ）〜（Ｃ）において、縦軸は電子ビームの
相対線量を示し、滅菌の目的で必要とされる線量を１０
０％としている。横軸は、比重を１としたため、被照射
物内の位置を示す。電子ビームは図１に示すように左右
から照射されているが、横軸の位置を示す数字は便宜上
左側からの位置のみを示す。図２（Ａ）〜（Ｃ）におい
て、波線の特性５０、５３、５６は左側からの電子ビー
ムの線量を示し、波線の特性５１、５４、５７は右側か
らの電子ビームの線量を示す。実線の特性５２、５５、
５８は左右からの電子ビームの総（合計）線量を示す。

【００１７】図２（Ａ）〜（Ｃ）から分かるように、本
例では電子ビームは被照射物の深さ２〜３ｃｍ付近で線
量が最大となる。従って、図２（Ａ）に示す照射位置Ａ
の場合、横方向の幅６ｃｍの被照射物の中央付近位置で
総線量は２１０％に達する。また、図２（Ｂ）に示す照
射位置Ｂの場合は総線量のピーク値は２４５％にも達
し、被照射物の端部付近でも総線量は１６０％に達す
る。さらに、図２（Ｃ）に示す照射位置Ｃの場合には、
ほぼ被照射物の全体で総線量が２２０％に達する。この
ように、被照射物の形状により、線量分布は大きく異な
る。

【００１８】一方、図３は、同一の物質からなる断面形
状が矩形で厚さ８ｃｍ（理想値）の被照射物に対して左
右から電子ビームを照射した場合の線量分布を示す。特
性６０は右側からの電子ビームの線量、６１は左側から
の電子ビームの線量、６２は総線量を示す。被照射物の
いずれの位置においても必要線量以上の線量の照射が行
われているので、十分な滅菌効果が得られている。ま
た、総線量の最大値は約１２６％であり、必要線量の２
０％増程度に抑えられているので被照射物の材料劣化の
問題はほとんど生じず、理想的な線量分布が得られてい
る。

【００１９】被照射物内での電子ビームの吸収および減
衰量は、電子ビームが通過する被照射物の密度および通
過する距離の積（以下、「吸収割合値」と呼ぶ。）で評
価される。従って、被照射物に対して均一な線量の照射
を行うには、この吸収割合値が一定となるように被照射
物に対して電子ビーム照射を行う必要がある。上記の例
においては、被照射物の密度が一様であることが前提で
あったので、電子ビームの照射距離（深さ）を均一にす
れば照射線量が均一となった。

【００２０】続いて、本発明の好適な実施の形態につい
て説明する。本発明においては、上記の吸収割合値を被
照射物に対して均一となるように調整するための線量調
整器（線量調整器）を導入する。図４（Ａ）は、線量調
整器１０と被照射物例としてのダイアライザー１５の関
係を示す断面図である。ダイアライザー１５は円筒形状
の透析などに使用される医療用器具であり、内部には水
が含まれているものもある。また、線量調整器１０は、
中空であり内部の空洞１１には冷却媒体としての冷却水
１１が入れられる。なお、水以外の冷却媒体も使用可能
である。例えば、被照射物で使用される液体と同一のも
のを冷却媒体として用いることもできる。

【００２１】線量調整器１０を構成する材料は、電子ビ
ーム照射によって劣化しない強度を有する必要があり、
また被照射物とほぼ等価な密度を有する物質が好まし
い。特に好適な例はアルミニウムである。図４（Ａ）の
例では、薄いアルミニウム板により中空構造を形成し、
内部を冷却媒体により冷却している。

【００２２】また、線量調整器１０は、ダイアライザー
１５と対向する側の面に、ダイアライザーの円筒形状と
適合する円筒壁状のくぼみ１２を備える。線量調整器１
０の、ダイアライザー１５と逆側から電子ビームを照射
してダイアライザー１５の滅菌を行う。線量調整器１０
は、前述した電子ビームの吸収割合値がダイアライザー
１５の形状にかかわらず均一となるような形状に形成さ
れる。即ち、具体的には、図４（Ａ）に示すように、線
量調整器１０を形成する材料の平均密度をＰ１とし、ダ
イアライザー１５の平均密度をＰ２とし、電子ビームの
照射方向に沿った線量調整器の長さ（厚み）をＸ１と
し、電子ビームの照射方向に沿ったダイアライザー１５
の長さ（厚み）をＸ２とすると、被照射物の各位置に対
してＰ１・Ｘ１＋Ｐ２・Ｘ２＝一定値（理想値）という
関係が維持されるように線量調整器１を形成する。ここ
で一定値は、滅菌のために必要な適切な線量に対応する
吸収割合値であり、具体的な数値は照射する電子ビーム
の強度、被照射物の寸法などに依存する。図４（Ａ）に
示した例では、片側からの照射のみを考えると、上記一
定値＝１ｇ／ｃｍ³×４ｃｍ＝４ｇ／ｃｍ²である。

【００２３】図５に、線量調整器を採用する電子ビーム
照射装置の概略構成を示す。図５において、電子ビーム
管２０の下部のウィンドウ２１に線量調整器１０が取り
付けられる。ウィンドウ２１は電子ビームの出口であ
る。線量調整器１０の下方にダイアライザー１５が配置
される。ダイアライザー１５は、図４（Ａ）に示すよう
に、各々が線量調整器１０の各くぼみ１２に対向するよ
うに正確に位置決めがなされる。また、線量調整器１０
の内部の空洞１１には冷却媒体が入っている。なお、ダ
イアライザーはコンベアなどの図示しない搬送手段によ
り搬送され、位置決めされる。ダイアライザー１５が線
量調整器１０のくぼみ１２に対して正確に位置決めされ
た状態で、電子ビーム管２０が電子ビームを発射する。
発射された電子ビームは線量調整器１０内を通過し、ダ
イアライザー１５に照射される。この時、前述のように
線量調整器１０の形状はダイアライザー１５の各位置に
対して吸収割合値が一定となるように形成されているの
で、ダイアライザー１５の電子ビームの方向と垂直な方
向の全ての位置において、電子ビームの吸収および減衰
量は等しくなり、均一な線量の照射がなされることにな
る。なお、空気中の通過による電子ビームの吸収および
減衰は零とみなすことができるので、ダイアライザー１
５を線量調整器１０の対応するくぼみ１２内に収容する
ために図４における上方へ移動する必要はない。これ
は、ダイアライザー１５の搬送手段を簡素化し、作業効
率を上昇させる。

【００２４】なお、実際には、図５に示す電子ビーム管
２０、線量調整器２１はダイアライザー１５の下方にも
う一組用意され、上下方向から電子ビームを両面照射す
る。

【００２５】図４（Ｂ）に、線量調整器１０の変形例を
示す。本例では、線量調整器１０をアルミニウムなどの
材料で中実に構成し、冷却水を通過させるための冷却水
孔１３を設ける。この変形例によれば、アルミニウムな
どの材料にくぼみ１２と冷却水孔１３を設けるだけでよ
く、中空構造を形成する必要が無くなる。

【００２６】図６に、線量調整器の他の実施形態を示
す。図６（Ａ）はダイアライザー１５を収容した時の線
量調整器１０の側面図であり、図６（Ｂ）はその斜視図
である。図４および５を参照して説明した電子ビーム照
射装置においては線量調整器１０を電子ビーム管２０の
ウィンドウ２１に取り付け、ダイアライザー１５を線量
調整器１０の各くぼみ１２に対して位置決めしている。
これに対し、図６に示す実施形態では、被照射物の形状
に適合する内部形状を有する線量調整器１０を用意し、
ダイアライザー１５と予め結合して一体の被照射体を構
成する。こうして得られた被照射体をコンベアなどの搬
送手段により搬送し、途中で上下方向から電子ビームを
照射して滅菌を行う。この方法によれば、ダイアライザ
ーなどの被照射物と正確に適合する線量調整器を形成で
きるので、被照射物に対する照射線量分布をさらに正確
に均一に調整することができる。また、搬送手段上の搬
送方向における被照射体の位置決め精度を、図４および
５に示す実施形態の場合と比べて緩やかにすることがで
きる。

【００２７】なお、図６に示す線量調整器１０も被照射
物とほぼ同等な密度を有する物質により構成することが
好ましい。例えば、薄いアルミニウムによる中空構造又
は中実アルミニウムとすることができる。中空構造の場
合は、内部に被照射物で用いられている液体と同一の液
体や水を入れることができる。

【００２８】なお、上記の実施形態においては、被照射
物が円筒形である場合を例示したが、本発明の適用はこ
れに限られるものではない。即ち、断面形状が４角形以
外の多角形である被照射物や、縦および横方向に複雑な
凹凸を有する形状の被照射物に対しても同様に本発明を
適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被照射物の形状、材料の密度などを考慮して作成した線
量調整器を使用することにより、被照射物に与えられる
電子ビームの照射線量を均一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】被照射物の異なる位置に電子ビームを照射する
例を示す図である。

【図２】図１に示す各照射位置で電子ビームを照射した
場合の、相対線量と被照射物内の位置との関係を示す図
である。

【図３】図１に示す被照射物に対する理想的な相対線量
分布を示す図である。

【図４】本発明の実施形態にかかる線量調整器の例を示
す概略図である。

【図５】線量調整器を使用した電子ビーム照射装置の概
略構成図である。

【図６】線量調整器の他の実施形態を示す図である。

【符号の説明】

１０…線量調整器 １１…冷却水 １２…くぼみ １３…冷却水孔 １５…ダイアライザー ２０…電子ビーム管 ２１…ウィンドウ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビーム源と、 前記電子ビーム源と被照射物との間に配置される線量調
   整器と、を備え、 前記線量調整器は、電子ビームの照射方向と垂直な方向
   における前記被照射物のあらゆる点において、前記電子
   ビームが通過する際の吸収の割合を示す吸収割合値が一
   定となるように構成され、前記吸収割合値は、前記線量
   調整器を構成する材料の平均密度をＰ１、前記線量調整
   器内を前記電子ビームが通過する距離をＸ１、前記被照
   射物を構成する材料の平均密度をＰ２、前記被照射物内
   を前記電子ビームが通過する距離をＸ２とすると、Ｐ１
   ×Ｘ１＋Ｐ２×Ｘ２で示されることを特徴とする電子ビ
   ーム照射装置。
2. 【請求項２】 前記線量調整器は前記電子ビーム源に固
   定され、前記電子ビーム照射装置は、さらに前記被照射
   物を前記線量調整器に対して位置決めする手段を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム照射装
   置。
3. 【請求項３】 前記線量調整器は、冷却媒体の通路を備
   えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子ビ
   ーム照射装置。
4. 【請求項４】 前記線量調整器は、前記被照射物の形状
   に適合した内部形状を有することを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれかに記載の電子ビーム照射装置。
5. 【請求項５】 前記線量調整器は、前記被照射物の形状
   に適合した内部形状を有し、前記被照射物を内部に収容
   することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム照射
   装置。
6. 【請求項６】 前記電子ビーム源は、前記電子ビームを
   前記被照射物の両面に照射することを特徴とする請求項
   １に記載の電子ビーム照射装置。