JP6076238B2 - 電子線滅菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に容器などの内面を電子線で滅菌するための電子線滅菌装置に関するものである。

ボトルなどの容器の内面を電子線で滅菌するための電子線滅菌装置は、一般的に、電子線を先端部から出射するノズルと、このノズルの下方に配置されて昇降自在の容器保持具と、この容器保持具を昇降させる昇降機構とを備える。そして、このような電子線滅菌装置は、容器保持具で容器の口部が上向きになるよう容器を保持し、そして昇降機構で容器を上昇させることにより、容器の口部にノズルを挿入する。次に、図１１（ａ）に示すように、上記電子線滅菌装置は、容器Ｂの口部ｍに挿入されたノズルｎの先端部から電子線ｅを出射させることにより、容器Ｂの内部を滅菌する。

また、より正確な強度で照射可能な電子線滅菌装置として、昇降機構による容器Ｂの昇降速度を適切にしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−５８８４３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のものも含め、従来の電子線滅菌装置では、図１１（ａ）に示すように、容器Ｂの胴部ｂに対する電子線ｅの照射は十分であっても、容器Ｂの肩部ｓに対する電子線ｅの照射は不十分である。なぜなら、ノズルｎの先端部から出射された電子線ｅは、モンテカルロ法を用いたシミュレーションによると、図１２に示すように、ノズルｎの先端部ｔから先に向かうものが大部分であり、ノズルｎの先端部ｔ側に戻ってくるものが殆どないからである。このような従来の電子線滅菌装置で、容器Ｂの肩部ｓに対する十分な照射をするには、照射時間を長くしなければならないが、これは容器Ｂの胴部ｂに対して過剰な照射をすることになり、その過剰な照射のされた部分が劣化することになる。

特に、図１１（ｂ）に示すような「いかり肩」の肩部ｓを有する容器Ｂについては、その肩部ｓに対する電子線ｅの照射が極めて不十分となるので、上述した問題が顕著となる。このため、従来の電子線滅菌装置で対応できる容器Ｂは、「いかり肩」やこれに近い肩部ｓを有するものではなく、「なで肩」の肩部ｓを有するものに限定されていた。したがって、容器Ｂは、必然的に容積が小さいものとなるという問題もあった。

そこで、本発明は、大容積の形状を有する容器に対しても適切に滅菌可能な電子線滅菌装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る電子線滅菌装置は、容器を保持する容器保持部と、この容器保持部に保持された容器の内部に電子線を照射する電子線照射部とを備える電子線滅菌装置であって、
上記容器保持部に保持された容器の動作を制御する動作制御部と、
上記容器保持部に保持された容器の姿勢を制御する姿勢制御部とを備え、
上記動作制御部および姿勢制御部が、上記容器の内面に対して略均等に電子線が照射されるように、上記容器の動作および姿勢をそれぞれ制御するものであり、
上記電子線照射部が、上記容器における口部に挿入される先端部から電子線を出射するノズルを有し、
上記動作制御部に制御される上記容器の動作が、上記容器における口部に対する上記ノズルの出退であり、
上記姿勢制御部に制御される上記容器の姿勢が、上記ノズルの軸心に対して上記容器における胴部の軸心が傾斜した状態であるものである。

また、本発明の請求項２に係る電子線滅菌装置は、請求項１に記載の電子線滅菌装置において、動作制御部に制御される容器の動作が、上記容器における口部に対するノズルの出退と、上記容器における口部を軸にした当該容器の回転とであるものである。

さらに、本発明の請求項３に係る電子線滅菌装置は、容器を保持する容器保持部と、この容器保持部に保持された容器の内部に電子線を照射する電子線照射部とを備える電子線滅菌装置であって、
上記容器保持部に保持された容器の動作を制御する動作制御部と、
上記容器保持部に保持された容器の姿勢を制御する姿勢制御部とを備え、
上記動作制御部および姿勢制御部が、上記容器の内面に対して略均等に電子線が照射されるように、上記容器の動作および姿勢をそれぞれ制御するものであり、
上記電子線照射部が、上記容器における口部に挿入される先端部から電子線を出射するノズルを有し、
上記動作制御部に制御される上記容器の動作が、上記容器における口部を軸にした当該容器の回転であり、
上記姿勢制御部に制御される上記容器の姿勢が、上記ノズルの軸心に対して上記容器における胴部の軸心が傾斜した状態であり、
上記容器保持部が、容器における口部の外周に配置されて当該口部の外径よりも大きな内径を有する保持用弾性リングと、この保持用弾性リングが固定される固定体と、この保持用弾性リングを圧縮流体により縮径することで当該保持用弾性リングに上記口部を保持させる流体供給器とを有し、
上記動作制御部が、上記固定体に掛けられた無端ベルトと、この無端ベルトを循環駆動させ得るモーターとを有し、
上記姿勢制御部が、上記固定体を傾動させ得る駆動機構を有するものである。

また、本発明の請求項４に係る電子線滅菌方法は、容器の内部をノズルの先端部から出射される電子線により滅菌する電子線滅菌方法であって、
上記ノズルの軸心に対して上記容器における胴部の軸心を傾斜させる傾斜工程と、
上記容器における口部に上記ノズルの先端部を挿入する挿入工程と、
上記容器における口部に対して上記ノズルを出退させる出退工程とを備え、
上記傾斜および出退は、上記容器の内面に対して略均等に電子線を照射させるものである。

上記電子線滅菌装置および電子線滅菌方法によると、大容積の形状を有する容器に対しても適切に滅菌することができる。

本発明の実施の形態に係る電子線滅菌装置の概略構成図である。 同電子線滅菌装置の正面図である。 同電子線滅菌装置の被昇降体を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 同被昇降体の一部である容器における口部の近傍を示す拡大正面断面図である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。 同電子線滅菌装置の傾斜工程の後における正面図である。 同電子線滅菌装置の挿入工程の後における正面図であり、容器および電子線照射部以外を省略して示す。 同電子線滅菌装置の回転工程における拡大正面図であり、容器およびノズル以外を省略して示す。 口部の軸心と、この軸心の垂直断面における肩部または胴部との距離が一定でない容器の滅菌について説明する図であり、図８に対応する拡大正面図である。 胴部が外側に大きく膨らんだ容器の滅菌について説明する図であり、図８に対応する拡大正面図である。 従来の電子線滅菌装置による容器の滅菌について説明する拡大正面図であり、（ａ）は「いかり肩」に近い容器の滅菌を示し、（ｂ）は「いかり肩」の容器の滅菌を示す。 ノズルの先端部から出射された電子線のシミュレーション結果を示す。

以下、本発明の実施の形態に係る電子線滅菌装置について図面に基づき説明する。なお、以下で説明する電子線滅菌装置は、容器の内部を滅菌する所謂ＩＴＢ（In the Bottle）型である。
『電子線滅菌装置の構成』
図１に示すように、この電子線滅菌装置１は、従来のものと共通する構成として、容器Ｂを保持する容器保持部２と、この容器保持部２に保持された容器Ｂの内部に電子線を照射する電子線照射部３とを備える。この電子線照射部３は、容器Ｂにおける口部ｍに挿入される先端部ｔから電子線を出射するノズルｎを有する。また、上記電子線滅菌装置１は、本発明の要旨として、上記容器保持部２に保持された容器Ｂの動作を制御する動作制御部４と、上記容器保持部２に保持された容器Ｂの姿勢を制御する姿勢制御部５とを備える。上記動作制御部４および姿勢制御部５は、上記容器Ｂの内面のどの部分に対しても略均等に電子線が照射されるように、上記容器Ｂの動作および姿勢をそれぞれ制御するものである。ここで、上述した略均等とは、完全な均等を意味するのではなく、電子線の照射が不十分または過剰な部分を発生させない程度の不均等まで許容する意味である。すなわち、上述した略均等な電子線の照射とは、容器Ｂの内面において、滅菌の不十分な部分が発生せず、且つ、電子線の照射により材質の劣化する部分が発生しない程度のことを意味する。また、上記動作は、一例として、上記容器Ｂにおける口部ｍ（例えばその軸心）を軸にした当該容器Ｂの回転である。さらに、上記姿勢は、上記ノズルｎ（正確には先端部ｔ）の軸心Ｃｎに対して上記容器Ｂにおける胴部ｂの軸心Ｃｂが傾斜した状態である。

ところで、図１には示さないが、上記電子線滅菌装置１は、従来のものと共通する構成として、容器Ｂなどの被昇降体（詳しくは後述する）を昇降させる昇降部６（図２を参照）も備える。この昇降部６は、図２および図３に示すように、被昇降体を保持するとともに平面視がコの字状にされた昇降保持板６１と、この昇降保持板６１に取り付けられた摺動体６２と、この摺動体６２を上下に案内し得るリニアスライダ６３と、この摺動体６２を上下に移動させて上記昇降保持板６１を昇降させる昇降駆動装置（図示省略）とを有する。

［電子照射部］
上記電子線照射部３は、図２に示すように、上述したノズルｎの他に、このノズルｎから出射する電子線を発生させる電子線発生器３１を有する。また、上記電子線照射部３は、ノズルｎの先端部ｔが鉛直下向きになるように配置される。

すなわち、上記電子線照射部３は、電子線発生器３１で発生させた電子線を、ノズルｎの先端部ｔから鉛直下向きに照射する構成である。なお、当然ながら、背景技術として図１１に基づいて説明したように、鉛直下向きに出射された電子線は、側方にも広がる。

［容器保持部２］
上記容器保持部２は、図３に示すように、容器Ｂにおける口部ｍの外周に配置されて当該口部ｍの外径よりも大きな内径を有するグリップゴム２１（保持用弾性リング）と、このグリップゴム２１が固定される回転固定体２２（固定体）と、上記グリップゴム２１に圧縮空気（圧縮流体の一例）を供給する空圧機器群２６とを有する。

図４に示すように、上記グリップゴム２１は、外周側に圧縮空気が供給されると縮径することで内周の上記口部ｍを保持し得る構成（弾性および形状）である。この形状を具体的に説明すると、上記グリップゴム２１は、全周にわたって、上部および下部で回転固定体２２と気密を保つとともに中間部で上記口部ｍに沿った薄膜状にされている。上記回転固定体２２は、中央に貫通口２３が形成された略円筒形状である。この貫通口２３は、下から容器Ｂにおける口部ｍが挿入され得るとともに、上からノズルｎが挿入され得る空間である。また、上記回転固定体２２の内周には、上記グリップゴム２１を固定するとともに当該グリップゴム２１の外周側に圧縮空気を受け入れる円周空間部２４が形成されている。さらに、上記回転固定体２２には、その外周面から上記円周空間部２４まで連通する内側連通路２５が平面視で放射状に多数形成されている。これら内側連通路２５は、ハウジング４１の円周溝４２（詳しくは後述する）から圧縮空気を上記円周空間部２４に導くものである。上記空圧機器群２６は、圧縮空気を発生させて上記グリップゴム２１（正確には円周空間部２４）およびエアシリンダー５３（詳しくは後述する）に供給するものであり、例えば、図示しないが、圧縮空気を発生させる空圧ポンプ（流体供給器の一例）、圧縮空気を導く空圧回路、および圧縮空気の流れを制御するバルブ類、などの種々の空圧機器からなる。

すなわち、上記容器保持部２は、空圧機器群２６から供給された圧縮空気を円周空間部２４に受け入れて、グリップゴム２１（特に薄膜状の中間部）を縮径させることで、この上記容器Ｂにおける口部ｍをグリップゴム２１に保持させる構成である。

［動作制御部４］
上記動作制御部４は、図３に示すように、上記回転固定体２２を回転自在に支持するハウジング４１と、上記回転固定体２２の外周に掛けられた無端ベルト４５と、この無端ベルト４５を循環駆動させ得るモーター４６とを有する。

図４に示すように、上記ハウジング４１は、その内周側に軸受４３が配置されて、上記回転固定体２２が上記容器Ｂにおける口部ｍの軸心周りに回転し得るようにされている。また、上記ハウジング４１の内周には、内側連通路２５に対応する位置に円周溝４２が形成されている。さらに、上記ハウジング４１には、図示しないが、その外周面から上記円周溝４２まで連通する外側連通路が形成されている。この外側連通路は、上記空圧機器群２６から圧縮空気を上記円周溝４２に導くものである。図３に示すように、上記モーター４６は、その軸４７が回転固定体２２の回転軸心と平行となるように、固定板４９を介してハウジング４１に取り付けられる。また、上記モーター４６の軸４７には、同心のプーリー４８が取り付けられる。上記無端ベルト４５は、上記プーリー４８および回転固定体２２のそれぞれ外周に掛けられて、上記モーター４６の軸４７の回転を回転固定体２２に伝達するものである。

すなわち、上記動作制御部４は、モーター４６の軸４７の回転により、プーリー４８および無端ベルト４５を介して回転固定体２２を回転させ、この回転固定体２２とともにグリップゴム２１に保持された容器Ｂも回転させる構成である。

［姿勢制御部５］
上記姿勢制御部５は、図２および図３（ａ）に示すように、上記ハウジング４１から水平に突出して上記昇降部６の昇降保持板６１に回転自在に支持されたシャフト５１と、このシャフト５１を回転させ得るレバー板５２と、このレバー板５２に連結されたエアシリンダー（駆動機構の一例である）５３とを有する。

上記シャフト５１の少なくとも１つは、図５に示すように、一端部が上記ハウジング４１に固定されるとともに、他端部が上記レバー板５２に固定される。また、上記シャフト５１は、上記昇降保持板６１を貫通する孔の内側に配置された軸受５５により、当該昇降保持板６１に回転自在に支持される。上記レバー板５２は、図２に示すように、一端部が上記シャフト５１に垂直に固定されるとともに、他端部が上記エアシリンダー５３のピストンロッド５４に連結されている。上記エアシリンダー５３は、そのキャップ側が上記昇降保持板６１に連結される。また、上記エアシリンダー５３は、図３（ａ）に示すように、上記空圧機器群２６に接続されて、この空圧機器群２６からの圧縮空気により上記ピストンロッド５４を出退させるものである。

すなわち、上記姿勢制御部５は、ピストンロッド５４の出退により、レバー板５２を介してシャフト５１を回転させ、この回転に伴ってハウジング４１を傾斜させ、このハウジング４１とともにグリップゴム２１に保持された容器Ｂも傾斜させる構成である。

［被昇降体など］
上述した構成から明らかなように、上記被昇降体（上記昇降部６により昇降するもの）は、容器Ｂ、容器保持部２（空圧機器群２６を除く）、動作制御部４、および姿勢制御部５である。また、上記姿勢制御部５により傾斜するものは、容器Ｂ、容器保持部２（空圧機器群２６を除く）、および動作制御部４である。
『電子線滅菌装置１の使用方法』
以下、上記電子線滅菌装置１の使用方法（電子線滅菌方法）について図面に基づき説明する。

まず、図２に示すように、容器保持部２により、容器Ｂにおける口部ｍを保持させる。そして、図６に示すように、姿勢制御部５により、ノズルｎの軸心Ｃｎに対して容器Ｂにおける胴部ｂの軸心Ｃｂが所定角度θとなるまで、容器Ｂを傾斜させる（傾斜工程である）。次に、図７に示すように（図７では容器Ｂおよび電子線照射部３以外の構成を省略して示す）、昇降部６により、ノズルｎの先端部ｔが容器Ｂにおける口部ｍに挿入されるまで、被昇降体を上昇させる（挿入工程である）。その後、図８に示すように（図８〜図１０では容器Ｂおよびノズルｎ以外の構成を省略して示す）、電子線照射部３により、ノズルｎの先端部ｔから電子線ｅを出射する。これと同時に、動作制御部４により、容器Ｂをその口部ｍの軸心周りに回転させる（回転工程である）。ここで、上記所定角度θおよび上記回転の速度は、容器Ｂの内面に対して略均等に電子線ｅが照射される程度のものである。このため、図８に示すように、傾斜により下側となった肩部ｓは、電子線ｅが十分に照射される。一方、傾斜により上側となった肩部ｓは、電子線ｅが十分に照射されないように見えるが、上記回転により下側となるので、結果として電子線ｅが十分に照射される。

また、上記電子線滅菌装置１は、図９に示すように、口部ｍの軸心と、この軸心の垂直断面における肩部ｓまたは胴部ｂとの距離が一定でない容器Ｂ１についても、その内部を滅菌するのに適している。このような容器Ｂ１は、従来の電子線滅菌装置１だと、容器Ｂ１における肩部ｓおよび胴部ｂにおいて、ノズルｎから離れた部分（電子線ｅが十分に照射されない部分）が生じる。しかし、本実施の形態に係る電子線滅菌装置１だと、上記傾斜により、肩部ｓおよび胴部ｂがノズルｎに近づくので、容器Ｂ１の内面に対して略均等に電子線ｅが照射される。この場合、動作制御部による動作は、図８のような容器Ｂにおける口部ｍを軸にした当該容器Ｂの回転ではなく、口部ｍに対するノズルｎの出退となる。したがって、この場合の動作制御部は、上述した動作制御部４ではなく、上記被昇降体を昇降させる昇降部６となる。なお、上記傾斜および出退は、容器Ｂ１の内面に対して略均等に電子線ｅが照射されるのであれば、同時であっても別々であってもよい。

さらに、上記電子線滅菌装置１は、図１０に示すように、胴部ｂが外側に大きく膨らんだ容器Ｂ２についても、その内部を滅菌するのに適している。このような容器Ｂ２は、従来の電子線滅菌装置１だと、容器Ｂ２における胴部ｂにおいて、ノズルｎから離れた部分（電子線ｅが十分に照射されない部分）が生じる。しかし、本実施の形態に係る電子線滅菌装置１だと、上記傾斜により、胴部ｂがノズルｎに近づくので、容器Ｂ２の内面に対して略均等に電子線ｅが照射される。この場合、動作制御部による動作は、図８のような容器Ｂにおける口部ｍを軸にした当該容器Ｂの回転と、図９のような口部ｍに対するノズルｎの出退とを加えたものになる。したがって、この場合の動作制御部は、上述した動作制御部４および昇降部６となる。なお、上記傾斜、回転および出退は、容器Ｂ２の内面に対して略均等に電子線ｅが照射されるのであれば、同時であっても別々であってもよい。

このように、上記電子線滅菌装置１およびその使用方法（電子線滅菌方法）によると、大容量の形状を有する容器に対しても、その内面に対して略均等に電子線ｅが照射されるので、適切に滅菌することができる。

また、上記電子線滅菌装置１によると容器保持部２および姿勢制御部５がいずれも空圧機器群２６により制御されるので、装置構成を簡素にすることができる。
また、上記実施の形態では、ノズルｎの先端部ｔを容器Ｂにおける口部ｍに挿入するために、容器Ｂを上昇させるとして説明したが、これに限定されるものではなく、ノズルｎを下降させてもよい。

さらに、上記実施の形態では、傾斜工程の後に挿入工程があるとして説明したが、挿入工程の後に傾斜工程があってもよい。
加えて、上記実施の形態では、動作制御部４による容器Ｂの回転について詳しく説明しなかったが、連続的な回転の他に、断続的な回転など、回転の全てを含む意味である。特に、肩部ｓと胴部ｂとの境がアール状の容器（つまり丸型の容器）に対しては、回転の速度を一定にすることが、適切な滅菌の観点から好ましい。一方、肩部ｓと胴部ｂとの境が角状の容器（つまり角型の容器）に対しては、回転の速度をノズルｎと胴部ｂとの距離に応じて変化させることが、適切な滅菌の観点から好ましい。

また、上記実施の形態では、姿勢制御部６がエアシリンダー５３を有するとして説明したが、エアシリンダー５３の代わりに電動アクチュエータなどであってもよい。
また、上記実施の形態では、一例として、１つの容器Ｂの内面を滅菌する装置として説明したが、上記電子線滅菌装置１を複数設けて、複数の容器Ｂの内面を同時にまたは順次に滅菌するように構成してもよい。

また、上記実施の形態では、圧縮空気を供給する空圧機器群２６について説明したが、これに限定されるものではなく、圧縮流体を供給する流体圧機器群であればよい。

Ｂ 容器
ｍ 口部
ｓ 肩部
ｄ 胴部
ｎ ノズル
Ｃｎ ノズルの軸心
Ｃｂ 胴部の軸心
１ 電子線滅菌装置
２ 容器保持部
３ 電子線照射部
４ 動作制御部
５ 姿勢制御部
６ 昇降部
２１ グリップゴム
２２ 回転固定体
２３ 貫通口
２４ 円周空間部
２５ 内側連通路
２６ 空圧機器群
３１ 電子線発生器
４１ ハウジング
４２ 円周溝
４３ 軸受
４５ 無端ベルト
４６ モーター
４８ プーリー
４９ 固定板
５１ シャフト
５２ レバー板
５３ エアシリンダー
５４ ピストンロッド
５５ 軸受
６１ 昇降保持板
６２ 摺動体
６３ リニアスライダ

Claims (4)

1. 容器を保持する容器保持部と、この容器保持部に保持された容器の内部に電子線を照射する電子線照射部とを備える電子線滅菌装置であって、
   上記容器保持部に保持された容器の動作を制御する動作制御部と、
   上記容器保持部に保持された容器の姿勢を制御する姿勢制御部とを備え、
   上記動作制御部および姿勢制御部が、上記容器の内面に対して略均等に電子線が照射されるように、上記容器の動作および姿勢をそれぞれ制御するものであり、
   上記電子線照射部が、上記容器における口部に挿入される先端部から電子線を出射するノズルを有し、
   上記動作制御部に制御される上記容器の動作が、上記容器における口部に対する上記ノズルの出退であり、
   上記姿勢制御部に制御される上記容器の姿勢が、上記ノズルの軸心に対して上記容器における胴部の軸心が傾斜した状態であることを特徴とする電子線滅菌装置。
2. 動作制御部に制御される容器の動作が、上記容器における口部に対するノズルの出退と、上記容器における口部を軸にした当該容器の回転とであることを特徴とする請求項１に記載の電子線滅菌装置。
3. 容器を保持する容器保持部と、この容器保持部に保持された容器の内部に電子線を照射する電子線照射部とを備える電子線滅菌装置であって、
   上記容器保持部に保持された容器の動作を制御する動作制御部と、
   上記容器保持部に保持された容器の姿勢を制御する姿勢制御部とを備え、
   上記動作制御部および姿勢制御部が、上記容器の内面に対して略均等に電子線が照射されるように、上記容器の動作および姿勢をそれぞれ制御するものであり、
   上記電子線照射部が、上記容器における口部に挿入される先端部から電子線を出射するノズルを有し、
   上記動作制御部に制御される上記容器の動作が、上記容器における口部を軸にした当該容器の回転であり、
   上記姿勢制御部に制御される上記容器の姿勢が、上記ノズルの軸心に対して上記容器における胴部の軸心が傾斜した状態であり、
   上記容器保持部が、容器における口部の外周に配置されて当該口部の外径よりも大きな内径を有する保持用弾性リングと、この保持用弾性リングが固定される固定体と、この保持用弾性リングを圧縮流体により縮径することで当該保持用弾性リングに上記口部を保持させる流体供給器とを有し、
   上記動作制御部が、上記固定体に掛けられた無端ベルトと、この無端ベルトを循環駆動させ得るモーターとを有し、
   上記姿勢制御部が、上記固定体を傾動させ得る駆動機構を有することを特徴とする電子線滅菌装置。
4. 容器の内部をノズルの先端部から出射される電子線により滅菌する電子線滅菌方法であって、
   上記ノズルの軸心に対して上記容器における胴部の軸心を傾斜させる傾斜工程と、
   上記容器における口部に上記ノズルの先端部を挿入する挿入工程と、
   上記容器における口部に対して上記ノズルを出退させる出退工程とを備え、
   上記傾斜および出退は、上記容器の内面に対して略均等に電子線を照射させるものであることを特徴とする電子線滅菌方法。