JP2008079891A - 電子線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低エネルギーの電子線で被照射物を効果的に滅菌処理でき、装置全体を簡素化して経済的に製作できる電子線照射装置を提供する。
【解決手段】被照射物である容器１が搬送され電子線照射室４４部分に、電子線照射手段４０を設けてる。この電子線照射手段４０の電子線発生室４１と電子線照射室４４間の電子線照射窓４３に、薄膜４６を取り付けて両者を区画し、薄膜４６を透過する電子線により容器１を滅菌処理する。電子線照射室４４内は減圧手段により減圧状態を維持させており、薄膜４６として厚さ１５〜２５μｍのグラファイトシート４８を用いている。
【選択図】図２

Description

本発明は電子線照射装置に係り、特にプラスチック製の食品容器や包装材等の被照射物を、電子線で殺菌処理するのに好適な電子線照射装置に関する。

最近では、飲料や食品や医薬品、更には化粧品の充填にプラスチック製容器が多く用いられている。これらの容器は、内容物の充填前に、内部を滅菌処理して無菌状態にし、その後内容物を充填して密封を行っている。容器の殺菌処理は、設備が大掛かりとなる薬剤を用いるものに代え、電子線照射装置の電子線を用い、電子線により高速で搬送する被照射物である容器の内外面を殺菌することが提案されている。

電子線照射装置には、高エネルギーの電子線或いは低エネルギーの電子線を用いるものがあり、前者の装置は大型となる上、Ｘ線対策の大掛かりな放射線遮蔽を設ける必要があるのに対し、後者の装置はより小型化でき、プラスチック製ボトル等の容器を製造して高速搬送するライン中に、殺菌工程を容易に組み込めるために注目されてきている。

一方、電子線を照射する被照射物が、例えばプラスチック製ボトルの如く飲み口の細い容器の場合は、搬送手段によって横倒或いは立位姿勢で搬送し、電子線照射手段での電子線を照射する照射領域中を、回転しながら照射空間を通過させることで、容器の外面及び内面の全てに電子線を照射し、電子線照射手段の電子線の照射窓に至る直前位置から通過し終えるまでの間、回転付与手段で容器を自転させ、小型化を図りながら効率よく滅菌処理を行う電子線照射装置が提案されている（特許文献１及び２参照）。

通常、電子線照射装置は、被照射物の搬送路中の電子線照射室部分に電子線照射手段を設け、大気圧である電子線照射手段の電子線発生室と高真空の電子線照射室間は薄膜にて仕切り、薄膜を電子線が透過して電子線照射室に至り、被照射物を電子線で滅菌処理する構造としている。この種の電子線照射装置では、電子線照射窓に使用する薄膜の材料に要求される性能は、次のようなものである。

即ち、薄膜の性能は、（１）高真空である電子線発生室と電子線照射室との圧力差に耐える機械的強度であること、（２）電子線発生室から電子線照射室への電子線の透過量が多く、逆に電子線照射室から電子線発生室に空気や水分等の透過量が少ない低密度であること、（３）電子線の透過に伴う発熱に耐える高熱伝導性で高耐熱性であること、（４）電子線の透過により帯電しない高電気伝導性であること、更には（５）電子線の発散角が少ないことが要求される。このため、従来では電子線照射窓に取り付ける薄膜として、厚さ１０から２０μｍ程度のチタン箔やアルミニュウム箔、或いはカーボンナノチューブを使用するか、更にはダイヤモンド主成分膜を使用することが知られている（特許文献３及び４参照）。

特開平１０−２６８１００号公報 特開平１１−１２１２号公報 特開２００１−２３５６００号公報 特開２００６−９０８７３号公報

しかし、加速電圧が１５０ｋＶ以下の低エネルギーの電子線を得ようとすると、チタン箔やアルミニュウム箔では、発散角が大きくなり、しかも透過損失が増加して発熱量が増えるため、電子線照射窓の冷却装置が複雑となる。特に、電子線の加速電圧が１００ｋＶ以下では、電子線照射窓内の原子の相互作用によって殆どの電子が失われてしまい、電子線が電子線照射窓を透過せず、被照射物の滅菌処理が行えない問題がある。また、カーボンナノチューブやダイヤモンド膜の場合は、製作が難しくなる。

これに対し、チタン箔やアルミニュウム箔に比較して上記（２）や（３）や（５）の性能に優れる市販の厚さ２５μｍのグラファイトシートを使用すると、電子線照射窓の冷却装置は簡素化できる。しかし、電子線照射手段における電子線の加速電圧を７０ｋＶ以上にしなければ、電子線が電子線照射窓を透過しないので、被照射物の滅菌処理には使用できない問題がある。このため、電子線照射手段にはより大きなものを用いた電子線照射装置とせねばならず、装置全体が大型で大重量化するし、低エネルギーの電子線による被照射物の滅菌処理ができなくなる。

本発明の目的は、低エネルギーの電子線で被照射物を効果的に滅菌処理でき、しかも装置全体を簡素化して経済的に製作できる電子線照射装置を提供することにある。

本発明の電子線照射装置は、被照射物が搬送される電子線照射室部分に電子線照射手段を設け、前記電子線照射手段の電子線発生室と電子線照射室間の電子線照射窓に薄膜を取り付け、前記薄膜を透過する電子線により前記被照射物を滅菌処理するものであって、前記電子線照射室内は減圧手段により減圧状態を維持させると共に、前記薄膜には厚さ１５〜２５μｍのグラファイトシートを用いたことを特徴とする。

好ましくは、薄膜として用いるグラファイトシートは、少なくとも電子線照射室側の面に酸化防止部材を設けたことを特徴とする。

本発明の電子線照射装置のように電子線照射室を減圧環境にし、しかも電子線照射窓に厚さの薄いグラファイトシートを使用すれば、被照射物に対して低エネルギーの電子線で照射効率を高めた殺菌処理が行える。したがって、電子線照射装置の直流電源装置を大型化せずにすむし、Ｘ線の遮蔽も簡素化できるため、装置全体を経済的に製作することができる。また、減圧環境下でグラファイトシートを使用するので、大気中での耐熱温度に比べて大幅に上昇するから、真空窓部分の冷却装置が不要になるため、より一層構造を簡素化できる。

本発明の電子線照射装置は、被照射物が搬送される電子線照射室部分に電子線照射手段を設け、電子線照射手段の電子線発生室と電子線照射室間の電子線照射窓に薄膜を取り付け、この薄膜を透過する電子線により前記被照射物を滅菌処理する。そして、電子線照射室内は減圧手段にて減圧状態にしており、電子線照射窓に取り付ける薄膜には、厚さ１５〜２５μｍのグラファイトシートを用いている。

以下、本発明を適用する図１（ａ）、（ｂ）に示す回転搬送型の電子線照射装置を用いて説明する。この図１では、電子線で殺菌処理する被照射物となる容器の例として、プラスチック製ボトルで示している。中央に配置する照射処理槽１０の側面部に隣接して、前処理ラインに連なる前圧力調整槽２０と後処理ラインに連なる後圧力調整槽３０を配置し、一体に連結している。

各槽１０、２０、３０内には、駆動機構（図示せず）により同期させて矢印で示すように回転させる回転搬送体１１、２１、３１を回転可能に配置し、これによって各槽の外壁面との間に容器１を順に搬送する環状の搬送路を形成している。各回転搬送体１１、２１、３１は、その外面に容器１を保持して搬送する保持機構２を等間隔で多数設け、これによって容器１の前処理ラインから後処理ラインまでの間で、容器１が直立状態のまま順に円滑に受け渡しできる構成としている。

照射処理槽１０内は、内部を減圧するため耐圧の密封構造に構成し、この照射処理槽１０に真空排気装置１３を含む排気手段に連なる配管１４を接続し、搬送する容器１の周囲の雰囲気を、所定の負圧状態に維持している。しかも、図２に示す如く照射処理槽１０内の電子線照射室４４となる容器１の搬送路に対応する部分に、電源装置４５と接続する電子線の電子線照射手段４０を少なくとも一つ備えている。この電子線照射手段４０の電子線照射窓４３から、後述する加速電圧で加速した電子線を、減圧状態を維持した電子線照射室４４に向けて照射し、高速で搬送されてくる容器１を電子線で連続して滅菌処理をする。

照射処理槽１０内が減圧された状態にあると、電子線照射室内での電子線の減衰が大幅に軽減されるので、後述するような低い加速電圧で加速した低エネルギーの電子線であっても、大気中に比べて電子の飛程（飛行距離）が長くなり、しかも電子線の発散量が少なく、電子線での被照射物の容器１に対する照射滅菌が効果的に行える。

照射処理槽１０内の負圧状態を効果的に維持可能にして電子線の照射を良好に行えるようにするため、この開口容器搬入である前処理ライン側及び搬出側である後処理ラインに連なる前圧力調整槽２０と後圧力調整槽３０は、これら内の回転搬送体２１、３１に、それぞれ各保持機構２間を区分する隔壁３を突設している。これにより、回転搬送体２１、３１の回転移動時に、各保持機構２の両側の隔壁３と槽壁面との間で、小部屋となる複数の小区画２２、３２が形成される構造にしている。

しかも、前圧力調整槽２０側では、容器１を前工程ラインから取り込んだ位置から照射処理槽１０に移動する範囲に存在する複数の小区画２２を減圧するため、この範囲の壁面に、真空排気装置２３を含む排気手段に連なる配管２４の複数本を接続し、これによって容器１が、前工程ラインより前圧力調整槽２０に搬入されてから照射処理槽１０までの範囲の小区画２２は、大気圧から所望の負圧までの状態となる圧力調整範囲としている。また、後圧力調整槽３０側では、容器１を照射処理槽１０から後工程ラインの位置に移動する範囲に形成される小区画３２を減圧するため、同様にこの範囲の壁面に、真空排気装置３３を含む排気手段に連なる配管３４の複数本を接続し、これによって照射処理槽１０から後圧力調整槽３０の後工程ラインに容器１が搬出されるまでの範囲の小区画３２は、逆に所望の負圧から大気圧までの状態となる圧力調整範囲としている。

なお、前圧力調整槽２０や後圧力調整槽３０における小区画３２の減圧する範囲は、必要に応じて上記とは反対側、即ち前圧力調整槽２０においては照射処理槽１０から前工程ラインに移動する範囲の小区画３２と、後圧力調整槽３０においては照射処理槽１０から後工程ラインに移動する範囲の小区画３２とも、排気手段を設けて減圧することもできる。

小区画２２、３２を形成させるための各隔壁３は、図１（ｂ）に示すように各槽２０、３０の外壁との間に微小な間隙Ｇを有するように設けている。隔壁３は、照射処理槽１０から前圧力調整槽２０や後圧力調整槽３０の大気開放側の各範囲に、複数個存在することになる。このため、複数個の隔壁３が、ラビリンスシール構造の働きと同様になり、照射処理槽１０から大気圧の外部までの流路抵抗が大きくなるので、特別にシール等を使用することなく、照射処理槽１０の負圧状態を維持することができる。当然のことながら、照射処理槽１０に設ける排気手段の真空排気装置１３の容量は、漏れ量を見込んだ容量とすることで、照射処理槽１０内部を予め定めた負圧状態の範囲内に維持することができる。

また、照射処理槽１０や前圧力調整槽２０及び後圧力調整槽３０部分に、例えばドライポンプを用い、適切なフィルタを備えた清浄空気発生装置１５からの配管１６を接続し、内部に清浄空気を供給するように構成している。なお、清浄空気発生装置１５の代りに、電子線の照射が良好に行えるガス雰囲気にするため、窒素ガスやヘリウムガス等やこれらの混合ガスを供給する各種のガス供給装置を接続することができる。

上記の構成の電子線照射装置では、前工程ラインからの直立状態のまま前圧力調整槽２０に送り込まれる容器１は、順に前圧力調整槽２０から照射処理槽１０を経て、後圧力調整槽３０から後工程ラインに搬出されるが、途中の照射処理槽１０部分の負圧雰囲気内で、電子線照射手段４０からの電子線照射による滅菌処理を受ける。この際、前圧力調整槽２０内の回転搬送体２１が時計方向に回転すると、容器１の前工程ラインより前圧力調整槽２０への取り込み位置から、照射処理槽１０に近づく範囲に形成されて内部に開口容器３０を保持している小区画２２は、排気手段によって大気圧から少しずつ減圧された状態となり、照射処理槽１０内の回転搬送体１１に移動したときには、照射処理槽１０と略同じ負圧となる。

また逆に、後圧力調整槽３０内の回転搬送体３１が時計方向に回転し、容器１が照射処理槽１０から後工程ラインへの排出位置に近づく範囲に形成されて内部に開口容器３０を保持している小区画３２では、排気手段によって照射処理槽１０内の負圧状態から少しずつ大気圧に近づく状態になり、後工程ライン側に容器１を排出する時点では大気圧になる。

上記のように電子線照射装置を構成したので、照射処理槽１０と前圧力調整槽２０及び後圧力調整槽３０で、各槽内部の圧力管理を別個に適切に管理できるから、負圧に維持する照射処理槽１０内で、加速電圧が低くて低エネルギーの電子線照射手段４０を使用して、電子線による容器１の滅菌処理を効果的に行うことができる。

また、照射処理槽１０の上部に取り付ける各電子線照射手段４０は、例えば図２に示す如く高真空にする電子線発生室４１内に、少なくとも１つの電子線ユニット４２を配置している。電子線ユニット４２部分で発生して後述する低い加速電圧で加速した電子線ＥＢを、円形等に形成した電子線照射窓４３から、負圧状態に維持した下方の電子線照射室４４となる搬送路に向けて照射し、回転搬送体１１の各保持機構２に保持され、しかも自転しながら順に移動してくる容器１の内外面の滅菌処理を実施する。

本発明による電子線照射手段４０では、電子線照射室４４部分は上記したように減圧手段により減圧状態にしており、しかも電子線発生室４１と電子線照射室４４との間の電子線照射窓４３部分に、電子線を透過する薄膜４６を配置して両者を区画している。その上、特に薄膜４６としては、厚さ１５〜２５μｍ程度のグラファイトシート（カーボン膜）を使用している。これにより、電子線照射手段４０の加速電圧が１００ｋＶであっても、電子線は薄膜４６として用いたグラファイトシートを透過し、電子線の飛程が格段に長くなる減圧状態の電子線照射室４４に入射するから、照射効率のよい容器１の滅菌処理を行うことができる。

電子線照射窓４３部分に設ける薄膜４６は、例えば図３に示すようにシリコン等の基板４７にグラファイトシート４８を一体に固着して構成し、取付部材（図示せず）を介して取り付けたり、図２の構造の場合には、電子線発生室４１と電子線照射室４４間を連結するフランジ部分に配置して使用する。

図３に示す薄膜４６の場合、取付用補強材として用いるシリコン等の基板４７に、市販されている厚さ２５μｍのグラファイトシート４８を固着した後、周知のように電子線照射窓４３の所定の形状に対応するように基板４７をマスクしてから、基板４７の不要部分をエッチング処理等で除去し、電子線がグラファイトシート４８を透過できる部分を作って使用する。

電子線発生室４１の電子線照射窓４３に用いる薄膜４６に、市販されている厚さ２５μｍのグラファイトシート４８を使用すると、本発明者らによる検討では、加速電圧７０ｋＶならば、モンテカルロ法による電子軌道とエネルギー分布の解析結果から、電子線は電子線照射室４４側に透過するので、被照射物を適切に滅菌処理することができる。しかも、電子線照射室４４を減圧しているため、グラファイトシート４８の耐熱温度は、大気中で耐熱温度の４００度に比べて著しく高い３０００度にもなるので、電子線照射窓４３に冷却装置を設ける必要がなくなるか或いは著しく簡素化することができる。また、加速電圧を低くできることから、電源装置が小さくＸ線の遮蔽も簡素化でき、電子線照射装置全体を小型化して経済的に製作できる。

グラファイトシート４８は、Ａｒイオンビーム等のミリング装置でエッチング処理することによって、容易に厚さ２５μｍからこれより薄い１５μｍ程度にも形成することができる。このように、グラファイトシート４８の厚さを１５μｍ程度に形成し、電子線照射窓４３に取り付けて使用すると、電子線は加速電圧が５０ｋＶの場合でも、グラファイトシート４８を透過して減圧状態の電子線照射室４４に至り、被照射物を損傷する恐れのない低エネルギーの電子線で、効果的に滅菌処理することができ、電子線照射装置の小型化に一層効果的である。

なお、グラファイトシート４８は、電子線を被照射物に照射して滅菌処理する際、電子線照射室４４内にわずかに存在する酸素や窒素のプラズマが生ずるため、グラファイトシート４８自体が酸素プラズマと反応し、長時間の使用に耐えられなくなる恐れがある。この場合、図３の構造での対策として、例えば図４に示す如くグラファイトシート４８は、少なくとも電子線照射室４４側となる面に、酸化防止部材４９を設けて長時間使用できるようにする。

酸化防止部材４９は、当然のことながら低エネルギーの電子線の透過に支障のない厚さにして使用され、例えばグラファイトシート４８の面に直接金属薄膜を付着するか、或いはグラファイトシート４８の面に極めて薄い金属シートを重ねて２層にして構成して使用することができる。金属薄膜を酸化防止部材４９として用いる場合は、チタン、アルミニュウム、金等の金属を用いて例えばスパッタによって、０．５〜１μｍ程度の薄膜を、グラファイトシート４８面に付着させて使用する。

上記した実施例では、被照射物である容器を、回転搬送体で搬送する構造の電子線照射装置の例で説明したが、本発明はこのような搬送構造に限ることなく、例えば被照射物を略直線状に搬送する構造の電子線照射室部分に電子線照射手段を設けるものに適用しても同様な効果を達成できることは明らかである。

本発明を適用する容器用電子線照射装置の原理を示す概略図である。 本発明の一実施例である容器用電子線照射装置の要部を示す概略縦断面図である。 本発明に用いる照射保護板の例を示す概略縦断面図である。 本発明に用いる照射保護板の別の例を示す概略縦断面図である。

符号の説明

１…容器、４０…電子線照射手段、４３…電子線照射窓、４４…電子線照射室、４５…電源装置、４６…薄膜、４７…基板、４８…グラファイトシート、４９…酸化防止部材、Ｇ…間隙、ＥＢ…電子線。

Claims (2)

1. 被照射物が搬送される電子線照射室部分に電子線照射手段を設け、前記電子線照射手段の電子線発生室と電子線照射室間の電子線照射窓に薄膜を取り付け、前記薄膜を透過する電子線により前記被照射物を滅菌処理する電子線照射装置であって、前記電子線照射室内は減圧手段により減圧状態を維持させると共に、前記薄膜には厚さ１５〜２５μｍのグラファイトシートを用いたことを特徴とする電子線照射装置。
2. 請求項１において、前記グラファイトシートは、少なくとも電子線照射室側の面に酸化防止部材を設けたことを特徴とする電子線照射装置。

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