JP6041744B2 - 電子線照射による不活化方法および処理装置 - Google Patents
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Description
図1において、電子線発生器12は、真空チャンバ12aと、電子線13を放出するためのノズル12bと、真空チャンバ12a内に設けられた電子線発生源12cとを備える。特許文献3では、中空のボトル11の内部を殺菌する際に、ノズル12bをボトル11の中空部に挿入し、電子線発生源12cから電子線13を発生させる。これにより、電子線13がノズル12bからボトル11の内部に照射され、該電子線13によりボトル11の内側の壁の殺菌が行われる。
図2において、樹脂製容器21を殺菌する際、該樹脂製容器21を電子線照射装置22の照射窓22aの前面側を通過させることによって、樹脂製容器21は照射窓22aから照射された電子線23を受けて殺菌される。このとき、樹脂製容器21の中空部に、電子を引き付ける部材としてのアース電極24を挿入することにより、樹脂製容器21の内部に入り込んだ電子による該樹脂製容器21の内部の帯電を防止している。また、帯電防止のために挿入するアース電極24は中空であり、該中空を介しアース電極24の先端に設けられた吹き出し口24aから樹脂製容器21の内部に無菌気体を供給することにより、電子線照射により発生するオゾンを樹脂製容器21の口部21aから押し出して除去し、これと同時に粉塵やチリも同様に除去している。
従来の、特許文献4に係る装置は、キャップを螺合するために口部が肉厚に形成されている樹脂製容器の口部の内面を電子線照射により殺菌する際に、口部が肉厚であるために電子線が樹脂製容器を透過しにくく、殺菌が不十分になるという問題を解決するものである。
図3において、処理装置30は電子線照射装置32と、処理室37を備える。電子線照射装置32は、電子線33を処理室37に放射する電子線発生機構を有する。
処理室37の内部には、樹脂製容器31を保持箇所31aにおいて保持するための保持部38と、磁界発生器34を有する。樹脂製容器31は保持箇所31aに近い側の一端に開口部(口部)31bを有する。磁界発生器34はN極34aとS極34bを有し、開口部31bの近傍に磁界を発生させる。特許文献4では、電子線33は磁界発生器34の近傍に到達すると該磁界によって、開口部31bに向かって偏向し、開口部31b付近の容器の内側面に照射されると開示されている。特許文献4にて提案された殺菌方法は、これにより、樹脂が肉厚な開口部31bの内側面に対し、樹脂を透過させることなく、直接偏向された電子線が照射され、殺菌が行われるというものである。従って、特許文献4では、口部が肉厚であるために電子線が樹脂製容器を透過しにくく、殺菌が不十分になるという問題が解決されると言われている。保持部38は搬送機構を備えており、樹脂製容器31は、記号R(紙面手前から紙面奥方向の向きを示す)の向きに紙面手前から奥方向に向かって搬送されながら、前述の手段により電子線照射による殺菌処理が行われる。
図3の処理装置30を向かって右側から見た処理装置30の断面図を、図4に示す。樹脂製容器31は、搬送機構を備えた保持部38により紙面左側から右側に向かって矢印Pの向きに搬送される。樹脂製容器31が保持部38により搬送され、電子線照射装置32および磁界発生器34の近傍を通過する時に電子線照射による殺菌処理が行われる。
本実施形態に係る、微生物を不活化させる処理装置の模式図を図5および図6に図示する。図5は処理装置を一方の側面から見た断面図であり、図6は図5に対して向かって右(即ちガスノズル110が伸びている側)の側面から見た断面図である。ここで、図5および図6において、同一の構成要素には同一の番号が付されている。
図5および図6において、微生物を不活化させる処理装置100は、電子線照射装置101と、処理室102とを備える。
供給するガスとしては、例えば窒素、酸素、炭酸ガス、過酸化水素ガス、アルゴンガス、水蒸気単体やこれらの混合ガスを用いることができる。混合ガスの例としては例えば大気をそのまま用いてもよい。
なお、本実施形態において、被処理物107は飲料等の液体を封入するために用いられる円筒形の胴部を持つ中空の樹脂製容器であって、図面ではその一端に樹脂製容器の胴部よりも細く、被処理物107の中空部と外部とを連通する開口部(口部)107bを有する形状(飲料用容器に広く用いられているポリエチレンテレフタレート製ボトルの形状)である場合を例として説明するが、この形状に必ずしも限定すべきものではない。すなわち、本実施形態では、非処理物107の形状は、開口部107bを有する形状であればいずれであっても良い。
被処理物107は搬送機構を有する保持部106により、図5においては記号R(紙面手前から紙面奥方向の向きを示す)の向きに紙面手前から奥方向に向かって搬送される。図5の処理装置100を90°回転して右から見たものに相当する図6においては、矢印P(紙面向かって左から右)の向きに搬送される。このように、被処理物107は保持部106に保持されて搬送される。そして、被処理物107が電子線照射装置101の照射部105に近づいたときに電子線照射処理が行われる機構となっている。
本実施形態では、被処理物107は、開口部107bを有する中空体容器である。放出されたガス122(以下、供給ガス122と呼ぶ)は被処理物107内に流入するように開口部107bに向かって噴射される。
なお、本実施形態では、上述のように、電子線113が照射された領域に、保持部106に保持された被処理物107の開口部107b側に設けられたガスノズル110からガスを吹き付けている。従って、被処理物107には、電子線113によって励起された供給ガス122が吹き付けられることになる。また、本実施形態では、処理室102内が大気雰囲気やあるガスの雰囲気である場合は、電子線113により大気雰囲気やあるガスの雰囲気として存在していたガス124も励起されても良い(以下、雰囲気ガス124と呼ぶ)。その場合には、ガスノズル110から供給ガス122が吹き出していることによりガスの流れが形成されているので、上記の過程で励起された雰囲気ガス124も励起された供給ガス122と共に被処理物107に吹き付けられる。従って、被処理物107には、ガスノズル110により形成された気流により、電子線113によって励起された所定のガスが供給されることになる。このように供給された励起された所定のガスは、被処理物107においては開口部107bにまず供給され、後に中空部に供給される。よって、ガスノズル110は、励起された所定のガスを、少なくとも開口部107bに供給することになる。
このように、本実施形態では、励起された所定のガスは、ガスノズル110から供給された供給ガス122を電子線113によって励起することにより得られたガスであっても良いし、雰囲気ガス124を電子線113によって励起することによって得られたガスであっても良いし、それら双方を電子線113によって励起することによって得られたガスであっても良い。すなわち、励起された所定のガスは、電子線照射装置101から照射された電子線113により励起されたガスであり、この励起された所定のガスは、ガスノズル110により形成されたガスノズル10から、保持部106に保持された被処理物107の開口部107bに向かう気流により、該開口部107bに吹き付けられる。よって、ガスノズル110は、電子線113により励起された所定のガスを保持部106に保持された被処理部107の開口部107bに向かって流す気流を生成する気流生成部として機能する。
ガスノズル110と被処理物107の位置関係を図8〜図10に示す。図8〜図10はいずれも(a)および(b)の2つの図からなる。いずれの図においても、(a)は被処理物107を開口部107bの側(即ち、図6と同じ視点)から見た図であり、(b)は被処理物107を側面(即ち、図5と同じ視点)から見た図である。これらの図において、被処理物107を矢印P方向または記号R方向に搬送しながら、ガスノズル110から被処理物107にガスを供給する途中における、被処理物107とガスノズル110の位置関係を図示している。これらの図では、ガスを供給するガスノズル110を固定し、被処理物107を搬送するという例により、供給されるガスと被処理物107(特に開口部107b)の位置関係の規定を説明している。しかしながら、吹き付けられるガスと開口部107bの位置関係が重要であるので、例えば、ガスノズル110と、被処理物107はどちらも固定されていても良く、ガスノズル110の方が搬送されても良く、ガスノズル110と、被処理物107の両方がそれぞれ搬送されても良い。いずれであっても、ガスノズル110によってガスを吹き付ける方向と位置が規定され、吹き付けられたガスが被処理物107の開口部107bを通過するように、ガスを吹き付ける方向と位置が設定され、かつ被処理物107が配置されていることが重要である。そうすることで、電子線113によって励起された供給ガス122または雰囲気ガス124が中空部を有する被処理物107の内部に効率よく流入する。これにより、効率よく被処理物107の内面の微生物の不活化が行われる。
さらに、処理室102の圧力が大気圧近傍の圧力であっても良く、例えば若干の陽圧であっても本発明の効果が著しく損なわれるものではない。
なお、本実施形態におけるOES装置は被処理物107への励起種等の作用量をモニタリングできるように、処理室102の内部に配置することができる。OES装置は、安価に入手が可能な市販の分光器(測定波長範囲200〜1100nm程度)が好適に利用可能である。
電子線照射装置101は、電子線発生部103の中央部に位置するターミナル103aのフィラメント103bに電流を流すことにより熱電子を発生させ、該発生した熱電子を加速器104で加速させ、該加速された電子線を電子線発生部103(真空雰囲気)と処理室102(大気雰囲気)とを仕切る窓箔としての仕切り部105bを透過させる。これにより、処理室102内に電子線113が出射される。なお、電子線発生部103はここでは図示しないポンプ等により10−4〜10−5Paの真空に排気・保持されている。一方、処理室102内は大気圧もしくは図示しない排気ドラフトによって弱減圧に保持されている。上述の通り、この処理室102の雰囲気は大気(空気)でも、窒素等の供給ガスの雰囲気に置換された状態でもよく、周囲雰囲気によって本発明の効果が著しく損なわれるものではない。
なお、この場合、励起ガスの原料としてガスノズル110から供給されるガスは、経済性(ランニングコスト)を考慮して、連続的に噴出せずに一定期間毎のパルス状(断続的)に噴出させるようにしてもよい。また、前述の一定時間毎のパルス状の噴出は例えば被処理物107が保持部106により搬送され電子線113の照射領域を横切るタイミングと同期するように噴出のタイミングが設定されていてもよい。
ここで、本明細書において、「励起されたガス(例えば、励起された所定のガス、励起された供給ガス、励起された雰囲気ガスなど)」とは、上記励起種、イオン種、および活性種の少なくとも1つを含むものを指す。
また、ガスノズル110により電子線113により励起された所定のガスを開口部107bに供給している。従って、従来技術のように磁界発生器を用いて電子線を偏向させるといった大型で複雑な装置構成を用いることなく、ガスを吹き付けるという単純な機構を用いるだけで、電子線113の強度を上げなくても、肉厚な開口部107bの内面に対して不活化処理を施すことができる。
図11の装置により、滅菌評価を行った。
電子線照射装置101では、フィラメント103bとターミナル103aに形成されたグリッドとの間、および該グリットと窓箔としての仕切り部105bとの間にそれぞれ図示しない高圧電源が接続されており、50kVから500kVまでの範囲で加速電圧が印加されて、電子線が加速される。このような加速電圧範囲とすることで、電子線113の照射領域に存在する雰囲気ガス124を十分励起でき、確実な滅菌処理が実現できる。
第1の実施例の処理方法としては、図11の概略図に示すように被処理物107である中空体容器を開口部が上方にくるように縦置きで保持部204に並べて設置した。そして、保持部204と一体型のガス供給部201から窒素ガスもしくは空気を供給ガス203として流量25リットル/分で噴出させながら、加速電圧150kV、ビーム電流25.4mAの電子線113を発生させて励起空間205を形成した。この状態で、供給ガス203を被処理物107の内表面に吹き付けながら、保持部204全体を10m/分の速度で矢印方向Qに移動して被処理物107を励起空間205内に進入させ、該進入後に矢印方向Qと反対側に移動させて、保持部204を一往復させた。なお、処理室102内は大気雰囲気であった。
図12の計測結果より、窒素第二正帯(second positive band system)に帰属する波長281.4〜497.6nmの範囲のバンドスペクトル(図中、N2 *と表示)、第一負帯(first negative band system)に帰属する波長391.4nmのスペクトル(図中、N2 +と表示)、原子状酸素(777.4nm)のピークが確認でき、励起、イオン化された窒素分子や原子状酸素が、被処理物107近傍で生成されていることが確認できた。また、これらの励起種は数マイクロ秒以内に失活(下準位に遷移)することが知られており、ガスの流れにのって被処理物107の最深部(底部)までは到達していないことが推測されるが、別のガス原子・分子にエネルギーを転化して、非発光の励起種、活性種が生成されて、黒かび胞子表面に作用し、不活化(滅菌)されているものと考えられる。
Claims (22)
- 電子線が照射されるように構成された処理室内の保持部に、開口部を有する中空形状の被処理物を保持させる工程と、
前記保持された被処理物を含む領域に対して前記電子線を照射し、気流生成部により生成された気流により、前記領域に照射された電子線によって励起された所定のガスを、少なくとも前記被処理物の開口部および前記電子線が前記保持部により遮蔽される保持箇所における前記被処理物の内表面に対して供給する工程とを有することを特徴とする電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。 - 前記供給する工程において、
前記励起された所定のガスを、前記被処理物の開口部を経由して被処理物内部に侵入させ、前記被処理物の内面に対しても同時に供給することを特徴とする請求項1に記載の電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。 - 前記気流生成部は、ガス供給部であり、
前記供給する工程は、
前記ガス供給部から前記保持された被処理物に向かってガスを吹き付ける工程であって、前記電子線が照射されている領域を通過するように前記ガスを吹き付ける工程とを有し、
前記励起された所定のガスは、前記電子線が照射されている領域を通過することにより該電子線によって励起された前記吹き付けられたガスを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。 - 前記ガスを吹き付ける工程において、
前記ガス供給部によってガスを吹き付ける方向と位置が規定され、
吹き付けられた前記ガスが被処理物の開口部を通過するように、前記ガスを吹き付ける方向と位置が設定され、かつ被処理物が保持されていることを特徴とする請求項3に記載の電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。 - 前記被処理物の開口部は面状であり、前記ガスを吹き付ける向きが前記開口部の面に対して垂直となるように前記ガスを吹き付ける方向と位置が規定されていることを特徴とする請求項4に記載の電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。
- 前記被処理物の開口部は面状であり、前記ガスを吹き付ける向きが前記開口部の面に対して斜めとなるように前記ガスを吹き付ける方向と位置が規定されていることを特徴とする請求項4に記載の電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。
- 前記被処理物の開口部は円形の面状であり、前記ガスを吹き付ける位置が前記円形の開口部の中心となるように前記ガスを吹き付ける方向と位置が規定されていることを特徴とする請求項4に記載の電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。
- 前記被処理物の開口部は円形の面状であり、前記ガスを吹き付ける位置が前記円形の開口部の開口部内であって前記円形の中心点以外となるように前記ガスを吹き付ける方向と位置が規定されていることを特徴とする請求項4に記載の電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。
- 前記保持する工程にて保持された被処理物および前記気流生成部の少なくとも一方は、移動可能であり、
前記気流と前記被処理物との相対的な位置を変化させながら前記ガスを供給することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。 - 前記気流生成部は、前記処理室内に照射された電子線が照射されない領域に設けられていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。
- 前記ガスは、窒素、酸素、炭酸ガス、過酸化水素ガス、アルゴンガス、水蒸気単体、またはこれらの少なくとも2つ以上を含む混合ガスであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の電子線照射による前記被処理物に付着した微生物の不活化方法。
- 開口部を有する中空形状の被処理物に付着した微生物の不活化を行うための処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内に電子線を照射する電子線照射部と、
前記処理室内に設けられ、前記電子線が照射される位置に前記被処理物を保持するための保持部と、
気流を生成する気流生成部とを備え、
前記被処理物に対して前記不活化を行う際には、前記保持部と前記気流生成部とは、前記電子線照射部により前記処理室内に照射された電子線により励起された所定のガスが前記気流により前記保持部により保持された被処理物の開口部および前記電子線が前記保持部により遮蔽される保持箇所における前記被処理物の内表面に供給されるように設けられていることを特徴とする処理装置。 - 前記気流生成部において、
前記励起された所定のガスを、前記被処理物の開口部を経由して被処理物内部に侵入させ、前記被処理物の内面に対しても同時に供給するように構成されていることを特徴とする請求項12に記載の処理装置。 - 前記気流生成部は、ガス供給部であり、
前記ガス供給部は前記保持部に保持された前記被処理物にガスを吹き付けるように設けられており、
前記保持部と前記ガス供給部との間に、前記電子線が照射されることを特徴とする請求項12または13に記載の処理装置。 - 前記ガス供給部はガスを吹き付ける方向と位置を規定するノズルを有し、
吹き付けられた前記ガスが被処理物の開口部を通過するように、前記ガスを吹き付ける方向と位置が設定されていることを特徴とする請求項14に記載の処理装置。 - 前記被処理物の開口部は面状であり、前記ガスを吹き付ける方向が前記開口部の面に対して垂直となるように前記ガスを吹き付ける方向と位置が設定されていることを特徴とする請求項15に記載の処理装置。
- 前記被処理物の開口部は面状であり、前記ガスを吹き付ける向きが前記開口部の面に対して斜めとなるように前記ガスを吹き付ける方向と位置が規定されていることを特徴とする請求項15に記載の処理装置。
- 前記被処理物の開口部は円形の面状であり、前記ガスを吹き付ける位置が前記円形の開口部の中心となるように前記ガスを吹き付ける方向と位置が規定されていることを特徴とする請求項15に記載の処理装置。
- 前記被処理物の開口部は円形の面状であり、前記ガスを吹き付ける位置が前記円形の開口部の開口部内であって中心点以外となるように前記ガスを吹き付ける方向と位置が規定されていることを特徴とする請求項15に記載の処理装置。
- 前記被処理物および前記気流生成部の少なくとも一方を移動させる搬送機構を更に有し、
前記気流と前記被処理物との相対的な位置を変化させながら前記ガスを供給することを特徴とする請求項12乃至19のいずれか1項に記載の処理装置。 - 前記気流生成部は、前記処理室内に照射された電子線が照射されない領域に設けられていることを特徴とする請求項12乃至20のいずれか1項に記載の処理装置。
- 前記ガスは、窒素、酸素、炭酸ガス、過酸化水素ガス、アルゴンガス、水蒸気単体、またはこれらの少なくとも2つ以上を含む混合ガスであることを特徴とする請求項12乃至21のいずれか1項に記載の処理装置。
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