JP2021171964A - プリフォーム、殺菌装置および殺菌方法 - Google Patents

プリフォーム、殺菌装置および殺菌方法 Download PDF

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Abstract

【課題】プリフォームの底部側における電子線の吸収線量を十分に確保しつつプリフォームの口栓部側における電子線の吸収線量が過大になることを防止する。【解決手段】軸線Xに沿って円筒状に形成されるとともに一端が開口した口栓部10と、口栓部10に連結される胴部20と、胴部20に連結されるとともに軸線Xに沿った一端が閉塞した底部30と、を備え、胴部20は、口栓部10に連結されるとともに内径D1が軸線Xに沿った各位置で一定の直線部21と、一端が直線部21に連結されるとともに他端が底部30に連結され、軸線Xに沿って直線部21から底部30に向けて内径D2が一定の勾配で漸次小さくなる傾斜部22と、を有し、傾斜部22は、軸線Xに対する内周面22aの傾斜角度θが12度以上かつ22度以下となるように形成されているプリフォーム100を提供する。【選択図】図1

Description

本開示は、プリフォーム、殺菌装置および殺菌方法に関するものである。
従来、ブロー成形する前の容器のプリフォームに電子線を照射して減菌する電子線減菌装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示される電子線滅菌装置は、固定された軸状の電子線照射ノズルに対して昇降装置を用いてプリフォームを昇降させることによりプリフォームの内部に電子線照射ノズルを挿入するものである。特許文献1に開示される電子線滅菌装置は、電子線照射ノズルがプリフォームの内部に挿入された状態で電子線をプリフォームの内面に照射することにより、プリフォームの内面を減菌処理する。
特許第6091373号公報
しかしながら、特許文献に開示される電子線滅菌装置は、プリフォームを電子線照射ノズルに対して昇降させる昇降装置が必要であるため、電子線滅菌装置の製造コストが増大してしまう。また、プリフォームを電子線照射ノズルに対して昇降させる動作に時間を要するため、プリフォームを減菌処理するのに要する時間が長くなってしまう。
電子線滅菌装置の製造コストや減菌処理するのに要する時間が増大することを避けるため、プリフォームを搬送しながらプリフォームの内部に向けて電子線を照射する方法を適用することが考えられる。しかしながら、電子線の照射源からの距離が長くなるプリフォームの底部において電子線の吸収線量が十分でないと、十分な減菌処理を行うことができない可能性がある。一方、プリフォームの底部において十分な電子線の吸収線量を得ようとして電子線の加速エネルギーを高めすぎてしまうと、電子線の照射源からの距離が短い位置において電子線の吸収線量が過大となり、プリフォームが変形あるいは溶融してしまう可能性がある。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電子線を照射してプリフォームの殺菌処理を行う場合に、プリフォームの底部側における電子線の吸収線量を十分に確保しつつプリフォームの口栓部側における電子線の吸収線量が過大になることを防止することが可能なプリフォーム、殺菌装置および殺菌方法を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係るプリフォームは、軸線に沿って円筒状に形成されるとともに一端が開口した口栓部と、前記軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記口栓部に連結される胴部と、前記胴部に連結されるとともに前記軸線に沿った一端が閉塞した底部と、を備え、前記胴部は、前記口栓部に連結されるとともに前記軸線に直交する径方向の第1内径が前記軸線に沿った各位置で一定の直線部と、前記軸線に沿った一端が前記直線部に連結されるとともに前記軸線に沿った他端が前記底部に連結され、前記軸線に沿って前記直線部から前記底部に向けて前記径方向の第2内径が一定の勾配で漸次小さくなる傾斜部と、を有し、前記傾斜部は、前記軸線に対する内周面の傾斜角度が12度以上かつ22度以下となるように形成されている。
本開示の一態様に係る殺菌方法は、プリフォームを殺菌し、前記プリフォームは、軸線に沿って円筒状に形成されるとともに一端が開口した口栓部と、前記軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記口栓部に連結される胴部と、前記胴部に連結されるとともに前記軸線に沿った一端が閉塞した底部と、を備え、前記胴部は、前記口栓部に連結されるとともに前記軸線に直交する径方向の第1内径が前記軸線に沿った各位置で一定の直線部と、前記軸線に沿った一端が前記口栓部に連結されるとともに前記軸線に沿った他端が前記底部に連結され、前記軸線に沿って前記口栓部から前記底部に向けて前記径方向の第2内径が一定の勾配で漸次小さくなる傾斜部と、を有し、前記傾斜部は、前記軸線に対する内周面の傾斜角度が12度以上かつ22度以下となるように形成されており、前記プリフォームを前記軸線と交差する搬送方向に沿って搬送する搬送工程と、前記搬送工程により前記プリフォームが搬送される搬送路において、前記プリフォームの前記口栓部に向けて前記軸線に沿った方向に電子線を照射する照射工程と、を備える。
本開示によれば、電子線を照射してプリフォームの殺菌処理を行う場合に、プリフォームの底部側における電子線の吸収線量を十分に確保しつつプリフォームの口栓部側における電子線の吸収線量が過大になることを防止することが可能なプリフォーム、殺菌装置および殺菌方法を提供することができる。
本開示の一実施形態に係るプリフォームの縦断面図である。 照射部からプリフォームに電子線を照射した状態を示す図である。 プリフォームの端部からの距離と電子線の吸収線量の関係を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る殺菌装置を示す図である。
以下に、本開示に係るプリフォーム、殺菌装置および殺菌方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本開示の一実施形態に係るプリフォーム100の縦断面図である。
本実施形態のプリフォーム100は、主材料である熱可塑性樹脂材料により一体成形された底部を有する筒状部材であり、ブロー成形してプラスチックボトルを作製するための部材である。プリフォーム100に用いられる熱可塑性樹脂材料は、例えば、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PC(ポリカーボネート)である。
図1に示すように、本実施形態のプリフォーム100は、口栓部10と、胴部20と、底部30と、を備える。口栓部10と胴部20と底部30とは、熱可塑性樹脂材料により一体に成形されている。プリフォーム100は、軸線Xに沿って延びるとともに口栓部10側の一端が開口し、底部30側の他端が閉塞した形状を有する。
口栓部10の内周面10aの内径D0は、軸線Xに沿った各位置で一定となっている。プリフォーム100の口栓部10側の端部100aから、底部30の内周面30aと軸線Xとが交差する位置までの軸線Xに沿った長さは、L1となっている。例えば、容積600mL以下のプラスチックボトルに用いられるプリフォーム100の場合、長さL1は、90mm以上かつ110mm以下に設定される。
口栓部10は、軸線Xに沿って円筒状に形成されるとともに端部100aにおいて一端が開口した形状を有する。口栓部10の外周面10bには、軸線X回りに螺旋状に延びる雄ねじ11が形成されている。雄ねじ11は、プリフォーム100から作製されるプラスチックボトルにキャップ(図示略)を取り付けるために用いられる。
口栓部10の底部30側の端部には、外周面10bから軸線Xに直交する径方向に外部へ突出する円環状のサポートリング12が設けられている。サポートリング12は、プラスチックボトルの開封時にキャップから剥離する剥離リング(図示略)を保持するための部材である。
胴部20は、軸線Xに沿って円筒状に形成されるとともに、一端が口栓部10に連結され、他端が底部30に連結される。胴部20は、口栓部10に連結される直線部21と、直線部21および底部30に連結される傾斜部22と、を有する。
直線部21は、軸線Xに沿った一端が口栓部10に連結されるとともに軸線Xに沿った他端が傾斜部22に連結される円筒状の部材である。直線部21の内周面21aの内径(第1内径)D1は、軸線Xに沿った各位置で一定となっている。直線部21の内周面21aの内径D1は、口栓部10の内周面10aの内径D0と同一である。内径D1は、例えば、20mm以上かつ35mm以下に設定される。
傾斜部22は、軸線Xに沿った一端が直線部21に連結されるとともに軸線Xに沿った他端が底部30に連結される中空円錐状の部材である。傾斜部22の内周面22aの内径(第2内径)D2は、軸線Xに沿って直線部21から底部30に向けて一定の勾配で漸次小さくなる。傾斜部22の内周面22aの内径D2は、直線部21の内径D1から底部30の上方側端部の内径D3まで、直線部21から底部30に近づくにずれて漸次小さくなる。
図1に示すように、傾斜部22は、軸線Xに対する内周面22aの傾斜角度がθとなっている。本実施形態では、以下の式(1)を満たすように傾斜角度θが設定される。
12°≦θ≦22° (1)
また、傾斜角度θは、以下の式(2)を満たすように設定するのが更に望ましい。
14°≦θ≦20° (2)
底部30は、胴部20に連結されるとともに軸線Xに沿った一端が閉塞した形状を有する。底部30は、延伸ブロー成形を行う際に延伸ロッド(図示略)が接触する部分である。
次に、図2および図3を参照して、本実施形態のプリフォーム100が傾斜部22を有する形状を採用している理由について説明する。図2は、照射部200からプリフォーム100に電子線EBを照射した状態を示す図である。図3は、プリフォーム100の端部100aからの距離と吸収線量の関係を示すグラフである。
後述するように、本実施形態では殺菌装置400の製造コストや殺菌処理するのに要する時間が増大することを避けるため、プリフォーム100を搬送しながらプリフォーム100の内部に向けて電子線を照射する殺菌方法を採用する。この方法は、プリフォーム100の内部に電子線照射ノズルを挿入する方法に比べ、プリフォーム100の昇降装置が不要となるため製造コストの点で有利である。
その反面、電子線の照射がプリフォーム100の内部ではなく外部で行われるため、電子線の照射源からの距離が長くなるプリフォーム100の底部30において電子線の吸収線量が十分でないと、十分な減菌処理を行うことができない可能性がある。さらに、プリフォーム100の底部30において十分な電子線の吸収線量を得ようとして電子線の加速エネルギーを高めすぎてしまうと、電子線の照射源からの距離が短い位置において電子線の吸収線量が過大となり、プリフォーム100が変形あるいは溶融してしまう可能性がある。
図2に示すように、本実施形態では、プリフォーム100の内周面である内周面10a、内周面21a、内周面22a、および内周面30aを殺菌処理するために、電子線EBを照射する照射部200が用いられる。照射部200は、軸線Xに沿って電子線EBをプリフォーム100の口栓部10に向けて照射する装置である。
図2に示すように、本実施形態のプリフォーム100は、口栓部10の内径D0と口栓部10に連結される直線部21の内径D1が軸線Xに沿った各位置で一定であるため、軸線Xに沿って電子線EBが照射された場合の口栓部10および直線部21における電子線EBの吸収線量が比較的少なくなる。
一方、本実施形態のプリフォーム100は、直線部21に連結される傾斜部22の内径D2が底部30に向けて内径D1から内径D3まで一定の勾配で漸次小さくなるため、軸線Xに沿って電子線EBが照射された場合の傾斜部22における電子線EBの吸収線量が比較的多くなる。そのため、プリフォーム100の底部30側における電子線EBの吸収線量を十分に確保しつつプリフォーム100の口栓部10側における電子線EBの吸収線量が過大になることを防止することができる。
また、本実施形態のプリフォーム100によれば、傾斜部22は、軸線Xに対する内周面22aの傾斜角度θが12度以上かつ22度以下となるように形成されている。傾斜角度θが大きくなるほど底部30側の単位面積あたりの吸収線量が多くなるが、傾斜部22の領域が狭くなり傾斜部全体としての吸収線量が減少してしまう。また、傾斜角度θが小さくなるほど傾斜部22の領域が広くなるが、底部30側の単位面積あたりの吸収線量が少なくなってしまう。
発明者らは、傾斜部の傾斜角度を調整しながら検討した結果、傾斜角度が12度以上かつ22度以下となるように傾斜部22を形成することにより、プリフォーム100の底部30側における電子線EBの吸収線量を十分に確保しつつプリフォーム100の口栓部10側における電子線EBの吸収線量が過大になることを防止することができるという知見を得た。
図3は、プリフォーム100の端部100aからの距離と電子線の吸収線量の関係を示すグラフである。図3に示す横軸は、プリフォーム100の端部100aの位置を0とし、プリフォーム100の内周面の端部100aからの軸線X方向の距離を示す。端部100aからの軸線X方向の距離の最大値はL1である。
図3に示す縦軸は、所定の基準値を100%とした場合に、プリフォーム100の内周面の単位時間かつ単位面積あたりの電子線EBの吸収線量の割合を示す。図3に示すプロットは、傾斜角度θを12°,17°,22°,45°に設定した場合に得られた吸収線量の割合を示す。傾斜角度θを12°,17°,22°とする例は、前述した式(1)の範囲に含まれる本実施形態の例である。一方、傾斜角度θを45°とする例は、前述した式(1)の範囲に含まれない本実施形態の比較例である。
図3に示すように、傾斜角度θを45°とする例では、プリフォーム100の内周面の端部100aからの軸線X方向の距離がL1/2を超えてから吸収線量が大きく減少し、軸線X方向の距離がL1に近づく直前で吸収線量がわずかに増加する。一方、傾斜角度θを12°,17°,22°とする例では、プリフォーム100の内周面の端部100aからの軸線X方向の距離がL1/2を超えた後に、直線部21から傾斜部22に切り替わることにより吸収線量が増加する。
傾斜角度θを12°,17°,22°とする例では、吸収線量が増加した後は軸線X方向の距離がL1に近づくにつれて吸収線量が減少する。しかしながら、軸線X方向の距離がL1/2となる位置からL1となる位置に至るまでの各位置での吸収線量は、傾斜角度θを45°とする比較例よりも多い状態を維持する。発明者らは、以上の結果を踏まえ、前述した式(1)の範囲で傾斜角度θを設定することとした。
本実施形態において、プリフォーム100の口栓部10側の端部100aから、底部30の内周面30aと軸線Xとが交差する位置までの軸線Xに沿った長さL1は、以下の式(3)を満たすように設定する。
0.5・D1≦L1≦3.0・D1 (3)
また、長さL1は、以下の式(4)を満たすように設定するのが更に望ましい。
1.0・D1≦L1≦2.6・D1 (4)
次に、本実施形態の殺菌装置400について、図4を参照して説明する。図4は、本実施形態に係る殺菌装置400を示す図である。図4に示すように、殺菌装置400は、照射部200と、搬送部300と、を備える。図4に示す例は、搬送部300が3つのプリフォーム100を搬送する状態を示すが、搬送部300は3以上の任意の数のプリフォーム100を搬送可能なものとすることができる。
照射部200は、プリフォーム100の口栓部10に向けて軸線Xに沿った方向に電子線EBを照射する装置である。照射部200は、搬送部300がプリフォーム100を搬送する搬送路320に配置される。
照射部200は、プリフォーム100の外部から口栓部10を介して底部30に到達するように電子線EBを照射する。本実施形態の照射部200が電子線EBを照射する位置からプリフォーム100の口栓部10までの軸線Xに沿った長さL2は、例えば、約20mmに設定される。
照射部200から照射される電子線EBの加速エネルギーは、例えば、120eV以上かつ180eV以下に設定される。この加速エネルギーは、例えば、プリフォーム100の内周目の電子線EBの吸収線量の最小値が約15kGyとなるように設定するのが望ましい。
搬送部300は、複数のプリフォーム100を軸線Xと直交(交差)する搬送方向TDに沿って搬送する装置である。搬送部300は、複数のプリフォーム100を保持する複数の保持部310を備える。搬送部300は、保持部310を搬送方向TDに沿って一定速度で移動させることにより搬送路320に配置される照射部200の下方を通過するように、プリフォーム100を搬送する。搬送部300がプリフォーム100を搬送方向TDに沿って搬送させる搬送速度は、例えば、300mm/sec以上かつ500mm/sec以下に設定される。
本実施形態の殺菌装置400は、以下のようにプリフォーム100の殺菌処理を実行する。
第1に、搬送部300の保持部310にプリフォーム100が保持されるように設置する。
第2に、保持部310にプリフォーム100が保持された状態で、搬送部300によりプリフォーム100を搬送方向TDに沿って搬送させる(搬送工程)。
第3に、搬送部300によりプリフォーム100を搬送方向TDに沿って搬送させる状態で、照射部200から電子線EBを照射し、照射部200の下方を通過するプリフォーム100の内周面に電子線を到達させる(照射工程)。
以上説明した各実施形態に記載のプリフォーム(100)は、例えば以下のように把握される。
本開示に係るプリフォームは、軸線(X)に沿って円筒状に形成されるとともに一端が開口した口栓部(10)と、前記軸線(X)に沿って円筒状に形成されるとともに前記口栓部(10)に連結される胴部(20)と、前記胴部に連結されるとともに前記軸線に沿った一端が閉塞した底部(30)と、を備え、前記胴部は、前記口栓部に連結されるとともに前記軸線に直交する径方向の第1内径(D1)が前記軸線に沿った各位置で一定の直線部(21)と、前記軸線に沿った一端が前記直線部に連結されるとともに前記軸線に沿った他端が前記底部に連結され、前記軸線に沿って前記直線部から前記底部に向けて前記径方向の第2内径(D2)が一定の勾配で漸次小さくなる傾斜部(22)と、を有し、前記傾斜部は、前記軸線に対する内周面の傾斜角度が12度以上かつ22度以下となるように形成されている。
本開示に係るプリフォームによれば、口栓部に連結される胴部が、口栓部に連結されるとともに径方向の第1内径が軸線に沿った各位置で一定の直線部と、直線部に連結されるとともに直線部から底部に向けて径方向の第2内径が一定の勾配で漸次小さくなる傾斜部と、を有する。
口栓部に連結される直線部の第1内径が軸線に沿った各位置で一定であるため、軸線に沿って電子線が照射された場合の直線部の吸収線量が比較的少なくなる。一方、直線部に連結される傾斜部の第2内径が底部に向けて一定の勾配で漸次小さくなるため、軸線に沿って電子線が照射された場合の傾斜部の吸収線量が比較的多くなる。そのため、プリフォームの底部側における電子線の吸収線量を十分に確保しつつプリフォームの口栓部側における電子線の吸収線量が過大になることを防止することができる。
また、本開示に係るプリフォームによれば、傾斜部は、軸線に対する内周面の傾斜角度が12度以上かつ22度以下となるように形成されている。傾斜角度が大きくなるほど底部側の単位面積あたりの吸収線量が多くなるが、傾斜部の領域が狭くなり傾斜部全体としての吸収線量が減少してしまう。また、傾斜角度が小さくなるほど傾斜部の領域が広くなるが、底部側の単位面積あたりの吸収線量が少なくなってしまう。発明者らは、傾斜部の傾斜角度を調整しながら検討した結果、傾斜角度が12度以上かつ22度以下となるように傾斜部を形成することにより、プリフォームの底部側における電子線の吸収線量を十分に確保しつつプリフォームの口栓部側における電子線の吸収線量が過大になることを防止することができるという知見を得た。
本開示に係るプリフォームにおいて、前記軸線(X)に沿った前記口栓部(10)の端部から前記底部(30)までの長さが、前記第1内径(D1)の3倍以下であってもよい。
口栓部の端部から底部までの長さを直線部の第1内径の3倍以下とすることで、電子線の照射源から底部までの距離が直線部の第1内径に対して十分に短いものとなる。そのため、電子線の照射源から底部までの距離が第1内径に対して長くなり、底部側の電子線の吸収線量が過剰に少なくなることを防止することができる。
以上説明した各実施形態に記載の殺菌装置(300)は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る殺菌装置は、上記のプリフォームを前記軸線(X)と交差する搬送方向(TD)に沿って搬送する搬送部(300)と、前記搬送部(300)が前記プリフォームを搬送する搬送路(320)に配置され、前記プリフォームの前記口栓部に向けて前記軸線に沿った方向に電子線を照射する照射部(200)と、を備える。
本開示に係る殺菌装置によれば、プリフォームの底部側における電子線の吸収線量を十分に確保しつつプリフォームの口栓部側における電子線の吸収線量が過大になることを防止することができる。また、電子線の照射源をプリフォームの内部に挿入する必要がないため、殺菌装置の製造コストを低減することができる。
以上説明した各実施形態に記載の殺菌方法は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る殺菌方法は、プリフォームを殺菌し、前記プリフォームは、軸線に沿って円筒状に形成されるとともに一端が開口した口栓部と、前記軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記口栓部に連結される胴部と、前記胴部に連結されるとともに前記軸線に沿った一端が閉塞した底部と、を備え、前記胴部は、前記口栓部に連結されるとともに前記軸線に直交する径方向の第1内径が前記軸線に沿った各位置で一定の直線部と、前記軸線に沿った一端が前記口栓部に連結されるとともに前記軸線に沿った他端が前記底部に連結され、前記軸線に沿って前記口栓部から前記底部に向けて前記径方向の第2内径が一定の勾配で漸次小さくなる傾斜部と、を有し、前記傾斜部は、前記軸線に対する内周面の傾斜角度が12度以上かつ22度以下となるように形成されており、前記プリフォームを前記軸線と交差する搬送方向に沿って搬送する搬送工程と、前記搬送工程により前記プリフォームが搬送される搬送路において、前記プリフォームの前記口栓部に向けて前記軸線に沿った方向に電子線を照射する照射工程と、を備える。
本開示に係る殺菌方法によれば、プリフォームの底部側における電子線の吸収線量を十分に確保しつつプリフォームの口栓部側における電子線の吸収線量が過大になることを防止することができる。また、電子線の照射源をプリフォームの内部に挿入する必要がないため、比較的簡易な方法によりプリフォームを殺菌処理することができる。
10 口栓部
20 胴部
21 直線部
21a 内周面
22 傾斜部
22a 内周面
30 底部
30a 内周面
100 プリフォーム
100a 端部
200 照射部
300 搬送部
320 搬送路
400 殺菌装置
EB 電子線
TD 搬送方向
X 軸線
θ 傾斜角度

Claims (4)

  1. 軸線に沿って円筒状に形成されるとともに一端が開口した口栓部と、
    前記軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記口栓部に連結される胴部と、
    前記胴部に連結されるとともに前記軸線に沿った一端が閉塞した底部と、を備え、
    前記胴部は、
    前記口栓部に連結されるとともに前記軸線に直交する径方向の第1内径が前記軸線に沿った各位置で一定の直線部と、
    前記軸線に沿った一端が前記直線部に連結されるとともに前記軸線に沿った他端が前記底部に連結され、前記軸線に沿って前記直線部から前記底部に向けて前記径方向の第2内径が一定の勾配で漸次小さくなる傾斜部と、を有し、
    前記傾斜部は、前記軸線に対する内周面の傾斜角度が12度以上かつ22度以下となるように形成されているプリフォーム。
  2. 前記軸線に沿った前記口栓部の端部から前記底部までの長さが、前記第1内径の3倍以下である請求項1に記載のプリフォーム。
  3. 請求項1または請求項2に記載のプリフォームを前記軸線と交差する搬送方向に沿って搬送する搬送部と、
    前記搬送部が前記プリフォームを搬送する搬送路に配置され、前記プリフォームの前記口栓部に向けて前記軸線に沿った方向に電子線を照射する照射部と、を備える殺菌装置。
  4. プリフォームを殺菌する殺菌方法であって、
    前記プリフォームは、
    軸線に沿って円筒状に形成されるとともに一端が開口した口栓部と、
    前記軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記口栓部に連結される胴部と、
    前記胴部に連結されるとともに前記軸線に沿った一端が閉塞した底部と、を備え、
    前記胴部は、
    前記口栓部に連結されるとともに前記軸線に直交する径方向の第1内径が前記軸線に沿った各位置で一定の直線部と、
    前記軸線に沿った一端が前記口栓部に連結されるとともに前記軸線に沿った他端が前記底部に連結され、前記軸線に沿って前記口栓部から前記底部に向けて前記径方向の第2内径が一定の勾配で漸次小さくなる傾斜部と、を有し、
    前記傾斜部は、前記軸線に対する内周面の傾斜角度が12度以上かつ22度以下となるように形成されており、
    前記プリフォームを前記軸線と交差する搬送方向に沿って搬送する搬送工程と、
    前記搬送工程により前記プリフォームが搬送される搬送路において、前記プリフォームの前記口栓部に向けて前記軸線に沿った方向に電子線を照射する照射工程と、を備える殺菌方法。
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