JP6803735B2

JP6803735B2 - 内面電子線滅菌設備

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Publication number: JP6803735B2
Application number: JP2016237167A
Authority: JP
Inventors: 浩一生杉; 福田　直晃; 直晃福田; 絵理上野; 典洋井上; 慎平小林
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2036-12-07
Also published as: JP2018091793A

Description

本発明は、湿度判定システムに関するものである。

電子線照射装置が用いられる環境では、大気の湿度を調整することが求められる。なぜなら、電子線照射装置からの電子線と大気との化学反応により発生する腐食性のガス（例えば硝酸ガス）は、その環境における大気の湿度によって発生量が変動するからである。このため、電子線照射装置が用いられる環境に、大気の湿度を計測するための湿度計が配置される。

電子線照射装置が用いられる環境に湿度計など様々なセンサを配置することは、従来から行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−４０２７４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたセンサは、電子線照射装置が用いられる環境に配置されているので、電子線照射装置からの電子線と大気との化学反応により発生する腐食性のガスに晒されることになる。このようなセンサは、精密機器であるために、腐食性のガスに晒されると当然ながら劣化する。このため、電子線照射装置が用いられる環境に配置されたセンサは、高い頻度でメンテナンス（または交換）が必要になり、長期にわたって使用できない。このようなセンサを長期にわたって使用可能にするには、センサが腐食性のガスに晒されないようにするために、複雑な構成が必要となる。

そこで、本発明は、簡素な構成で長期にわたって大気の湿度を判定し得る湿度判定システムを備える内面電子線滅菌設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の発明に係る内面電子線滅菌設備は、容器またはプリフォームの内面を電子線の照射により滅菌する内面電子線滅菌設備であって、
上記内面が滅菌されながら、上記容器またはプリフォームが搬送される滅菌経路と、
上記滅菌経路に搬送されている容器またはプリフォームの上方に位置しながら、当該滅菌経路の上方を上流側から下流側まで移動して、上記内面に電子線を照射する電子線照射装置とを備え、
上記電子線照射装置が、上記滅菌経路とは異なる経路の上方を移動して、上記滅菌経路の下流側の上方から上流側の上方まで戻るものであり、
上記滅菌経路とは異なる経路の大気の湿度が所定値以上かを判定する湿度判定システムをさらに備え、
上記湿度判定システムが、
上記滅菌経路とは異なる経路に配置されて、上記電子線照射装置から出射された電子線が照射される導電部材と、
上記導電部材に電気的に接続されて当該導電部材の電流値を計測する電流計と、
上記電流計で計測された電流値に基づき上記大気の湿度が所定値以上か否かを判定する判定手段とを具備するものである。

上記湿度判定システムを備える内面電子線滅菌設備によると、電子線照射装置から電子線が出射される大気の湿度を、精密機器のセンサではなく、導電部材、電流計および判定手段で判定するので、簡素な構成で長期にわたって大気の湿度を判定することができる。

本発明の実施の形態１に係る湿度判定システムの概略構成図である。同湿度判定システムの電子線が出射される部分および導電部材の拡大図であり、一次電子が導電部材に直接的に到達する状態を示す。同湿度判定システムの電子線が出射される部分および導電部材の拡大図であり、水分子からの二次電子が導電部材に到達する状態を示す。同湿度判定システムの付加的な構成を示す概略構成図である。本発明の実施の形態２に係る湿度判定システムの概略構成図である。本発明の実施の形態２をより具体的に示した実施例に係る湿度判定システムを備える内面電子線滅菌設備の斜視図であり、滅菌経路側からの視点で示す。同内面電子線滅菌設備の斜視図であり、滅菌経路の反対側からの視点で示す。本発明の実施の形態３に係る湿度判定システムの概略構成図である。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１に係る湿度判定システムについて図１〜図４に基づき説明する。

この湿度判定システムは、大気（電子線が照射される空間およびその近傍）の湿度が所定値以上かを判定するものである。このため、図１に示すように、上記湿度判定システム１は、上記大気Ａに電子線Ｅを出射する電子線照射装置２と、この電子線照射装置２から出射された電子線Ｅが照射される導電部材３とを具備する。また、上記湿度判定システム１は、上記導電部材３に電気的に接続されて当該導電部材３の電流値を計測する電流計４と、上記電流計４で計測された電流値に基づき上記大気Ａの湿度が所定値以上か否かを判定する判定手段５とを具備する。上記電流計４は、導電部材３の電流値を適切に計測するようにされており、例えば接地されている。上記判定手段５は、大気Ａの湿度が所定値となる場合における上記電流計４で計測される電流値を閾値として予め記録しており、電流計４で計測されている電流値がこの閾値以上の場合に、大気Ａの湿度が所定値以上であると判定するものである。

ここで、上記大気Ａの湿度によって、導電部材３の電流値（つまり電流計４で計測される電流値）が変動する理由について説明する。

電子線照射装置２から出射された電子線Ｅは、図１に示すように、電子雲Ｅとして広がりながら、導電部材３に照射される。導電部材３に到達する電子雲Ｅは、電子線Ｅが出射される部分および導電部材３を拡大した図２に示すように、多数の電子から構成される（図２では代表して３つの電子ｅ１のみを示す）。すなわち、図２に示す電子ｅ１は、電子線照射装置２から出射されて、直接的に一次電子ｅ１として導電部材３に到達するものである。図２に示す電子ｅ１以外で導電部材３に到達する電子は、図３に示すように、電子線照射装置２から出射された電子線Ｅを構成する多数の電子（図３では代表して２つの電子ｅ１のみを示す）が次々と大気Ａの中に存在する水分子ｗに衝突することで、当該水分子ｗから発生する二次電子ｅ２である。このため、電子線照射装置２から出射された電子線Ｅを構成する電子ｅ１の数が一定であれば、大気Ａの中に存在する水分子ｗが多いほど、当該電子ｅ１と当該水分子ｗとの衝突が増えるので、発生する二次電子ｅ２も多くなる。このような二次電子ｅ２は、図３に示すような導電部材３に向かうものだけに限られない。しかしながら、発生する二次電子ｅ２が多いほど、導電部材３以外に向かう二次電子ｅ２とともに、導電部材３に向かう二次電子ｅ２も多くなる。結果として、大気Ａの中に存在する水分子ｗが多いほど、つまり大気Ａの湿度が高いほど、導電部材３に向かう二次電子ｅ２も多くなるので、導電部材３の電流値が高くなる。逆に言えば、大気Ａの中に存在する水分子ｗが少ないほど、つまり大気Ａの湿度が低いほど、導電部材３に向かう二次電子ｅ２が少なくなるので、導電部材３の電流値が低くなる。

このように、上記湿度判定システム１によると、電子線照射装置２から電子線Ｅが出射される大気Ａの湿度を、精密機器のセンサではなく、導電部材３、電流計４および判定手段５で判定するので、極めて簡素な構成で長期にわたって判定することができる。

上記湿度判定システム１として図１に示した構成は、本発明の発明特定事項として最低限のものである。すなわち、上記湿度判定システム１は、図４に示すように、付加的な構成を具備してもよい。当該付加的な構成の一つとして、上記大気Ａの組成を定常にする定常手段６１〜６３がある。この定常手段６１〜６３は、上記大気Ａを囲う筐体６１と、この筐体６１の内部に組成が調整された気体を供給する給気部６２と、筐体６１の内部から大気Ａを排出する排気部６３とを有する。導電部材３の電流値は、大気Ａの湿度だけでなく大気Ａの組成によっても変動するので、定常手段６１〜６３により上記大気Ａの組成が定常になると、大気Ａの湿度を一層正確に反映することになる。また、上記付加的な構成の一つとして、判定手段５で大気Ａの湿度が所定値以上と判断された場合に電子線照射装置２および／または定常手段６１〜６３の出力を制御する制御手段７がある。この制御手段７は、電子線照射装置２および／または定常手段６１〜６３の出力を制御することにより、大気Ａの湿度を所定値の状態で維持し得るものである。上記導電部材３は、例えば導電板３であり、電子線Ｅが照射される面３１を凹凸にしたものであってもよい。導電板３において電子線Ｅが照射される面３１では、電子が到達することにより、二次電子が発生する。ここで、当該面３１が凹凸であることにより、当該面３１の一部分から発生した二次電子が当該面３１の他の部分で捕らわれやすくなるので、導電部材３の電流値が高くなる。すなわち、電子線Ｅが照射される面を平坦にした導電板よりも、当該面３１を凹凸にした導電板３の方が、電流計４で計測される電流値が高くなるので、大気Ａの湿度によって変動する導電部材３の電流値が鋭敏になる。

このように、付加的な構成として上記定常手段６１〜６３を具備した上記湿度判定システム１によると、大気Ａの湿度を簡素な構成で長期にわたって判定できるとともに、導電部材３の電流値が大気Ａの湿度を一層正確に反映するので、当該判定の精度を向上させることができる。

また、付加的な構成として上記制御手段７を具備した上記湿度判定システム１によると、大気Ａの湿度を簡素な構成で長期にわたって判定できるとともに、大気Ａの湿度が所定値の状態で維持され得るので、上記湿度判定システム１を電子線滅菌設備などの他の用途に適用することができる。

加えて、導電部材３として電子線Ｅが照射される面３１を凹凸にした導電板３を採用した上記湿度判定システム１によると、大気Ａの湿度を簡素な構成で長期にわたって判定できるとともに、大気Ａの湿度によって変動する導電部材３の電流値が鋭敏になるので、当該判定の精度を向上させることができる。

［実験例］
上記実施の形態１に係る湿度判定システム１で、上記判定の精度が向上する条件を知るために、以下の実験を行った。

本実験例に係る湿度判定システム１は、図１に示した構成の他に、図４に示す付加的な構成として定常手段６１〜６３を具備するものとした。また、この湿度判定システム１は、導電部材３として電子線Ｅが照射される面３１を平坦にした導電板３を採用し、電子線照射装置２としてノズル式の（ノズルの先端から電子線Ｅを出射するタイプ）のものを採用した。

上記電子線照射装置２から電子線Ｅを出射させるための電力を、１２５ｋＶの電圧および２．０ｍＡの電流とした。上記導電板３を、２０ｍｍ×３００ｍｍの短冊状で厚さ１ｍｍのアルミニウム板とした。上記電子線Ｅが照射される前の筐体６１の内部における大気Ａの温度および湿度を、２５℃および７０％とした。

このような環境において、電子線Ｅが照射されている大気Ａの湿度が３０％、５０％および８０％のそれぞれの場合における、ノズル２３の先端と導電板３との距離が２０ｍｍ、８０ｍｍおよび１５０ｍｍのそれぞれの場合において、導電板３の電流値を電流計４で計測した。このように計測された電流値は、下の表１の通りである。

上の表１から明らかなとおり、本実験例では、ノズルの先端と導電板３との距離がいずれの場合も、大気Ａの湿度が高いほど、導電板３の電流値が高くなることを示した。また、ノズルの先端と導電板３との距離が８０ｍｍの場合、大気Ａの湿度によって変動する導電板３の電流値が最も鋭敏になった。これは、ノズルの先端と導電板３との距離が、２０ｍｍ以下の場合、２０ｍｍ超で１５０ｍｍ未満の場合、１５０ｍｍ以上の場合に分けられるとすれば、２０ｍｍ超で１５０ｍｍ未満の場合で、大気Ａの湿度によって変動する導電板３の電流値が最も鋭敏になったと言える。したがって、本実験例により、ノズルの先端と導電板３との距離が２０ｍｍ超で１５０ｍｍ未満の場合（特に８０ｍｍの場合）で、上記判定の精度を一層向上させることができたと言える。
［実施の形態２］
以下、本発明の実施の形態２に係る湿度判定システムについて図５に基づき説明する。

本発明の実施の形態２に係る湿度判定システムは、上記実施の形態１に係る湿度判定システム１を複数備えて、これらうちの一またはいくつかについての不具合を検出し得るように構成したものである。以下、上記実施の形態１と異なる部分に着目して説明するとともに、上記実施の形態１と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、本発明の実施の形態２に係る湿度判定システム１０は、図１で示した上記実施の形態１に係る湿度判定システム１を複数（図５では一例として３つ）備え、それぞれの判定手段５に接続される不具合検出手段８を具備するものである。この不具合検出手段８は、複数（図５では一例として３つ）の判定手段５のうち、少数（一定数）の判定手段５のみで大気Ａの湿度が所定範囲外と判定した場合に、不具合が発生したとみなす（つまり不具合を検出する）ものである。ここで、上記一定数とは、半数未満であればよい。上記一定数は、少ない数であるほど（数が１つに近いほど）不具合の検出漏れが少なくなる一方、多い数であるほど（数が半数に近いほど）大気Ａの中の湿度にムラが発生した場合などによる不具合の誤検出が少なくなる。逆に言えば、上記一定数は、少ない数であるほど（数が１つに近いほど）大気Ａの中の湿度にムラが発生した場合などによる不具合の誤検出が多くなり、多い数であるほど（数が半数に近いほど）不具合の検出漏れが多くなる。なお、上記一定数は、上記所定範囲に応じて変化させてもよい。

ここで、不具合検出手段８は、上記所定範囲により不具合を検出するものに限られず、判定手段５による電子線照射装置２ごとの判定に基づき不具合を検出するものであればよい。この例としては、電子線照射装置２ごとの判定手段５での電流値（電流計４から入力されたもの）の時間変化量に基づき不具合を検出する不具合検出手段８が挙げられる。この不具合検出手段８は、ある時点において、時間変化量が最も増加した電子線照射装置２と、時間変化量が最も減少した電子線照射装置２との、時間変化量の差が基準値を超えた場合に、不具合を検出する。他の例としては、電子線照射装置２ごとの判定手段５での電流値（電流計４から入力されたもの）と、これら電流値の平均値との差に基づき不具合を検出する不具合検出手段８が挙げられる。この不具合検出手段８は、ある時点において、平均値から最も外れた電流値と、当該平均値との差が基準値を超えた場合に不具合を検出する。勿論、不具合検出手段８が不具合を検出する条件として、基準値を超えるものが１つの場合に限られず、上記一定数の場合であってもよい。

このように、本発明の実施の形態２に係る湿度判定システム１０によると、上記実施の形態１に係る湿度判定システム１が奏する効果に加えて、不具合検出手段８により、不具合を検出することができる。

また、不具合検出手段８の設定（上記一定数）を切り換えることにより、不具合の検出漏れの防止／不具合の誤検出の防止、のいずれを重視するかにつき容易に切り換えることができる。

以下、上記実施の形態２をより具体的に示した実施例に係る湿度判定システム１０について図６および図７に基づき説明する。

本実施例に係る湿度判定システム１０は、容器など（開口部を有する滅菌対象物）の内面を電子線Ｅの照射により滅菌する内面電子線滅菌設備に適用されたものである。ここで、容器などとは、開口部を有する滅菌対象物を意味するので、容器以外にもプリフォームを含む。しかしながら、以下では説明を簡単にするために、容器などの一例として、容器について説明する。

図６に示すように、本実施例に係る湿度判定システム１０が適用された内面電子線滅菌設備９、すなわち、当該湿度判定システム１０を備える内面電子線滅菌設備９は、さらに、多数の容器Ｖがその内面を滅菌されながら半円経路に搬送される滅菌経路９２と、この滅菌経路９２に容器Ｖを搬入する搬入経路９１と、当該滅菌経路９２から容器Ｖを搬出する搬出経路９３とを備える。これら搬入経路９１、滅菌経路９２および搬出経路９３における容器Ｖの搬送は、内面電子線滅菌設備９が備える図示しない搬送装置により行われる。図６は滅菌経路９２が手前側となる視点で示した斜視図であり、図７は滅菌経路９２が奥側となる視点で示した斜視図である。なお、図６および図７において、滅菌経路９２で照射されている電子線Ｅの図示は省略する。また、上記内面電子線滅菌設備９は、図６および図７に示すように、上記滅菌経路９２の上方に位置して当該滅菌経路９２と同心のターンテーブル９４を備える。

上記ターンテーブル９４は、上記滅菌経路９２の直上方に等間隔で多数のノズル式の電子線照射装置２を配置するとともに、滅菌経路９２に搬送される容器Ｖの直上方に一定の電子線照射装置２が位置するように回転するものである。上記ノズル式の電子線照射装置２は、内部が真空雰囲気の真空チャンバー２１と、この真空チャンバー２１を上記ターンテーブル９４に固定する固定具２２と、上記真空チャンバー２１から下方に延びるノズル２３とを有する。上記真空チャンバー２１は、図示しないが、内部に電子線発生源が配置されることにより、多数の電子を発生させて下方に加速するものである。上記ノズル２３は、上記真空チャンバー２１に連通して内部が真空雰囲気であり、上記真空チャンバー２１で加速された多数の電子を電子線Ｅとして下端から出射するものである。したがって、容器Ｖの内面を滅菌するために、上記ノズル２３は、容器Ｖの内部に開口部ｍから挿入されながら当該容器Ｖの内面に電子線Ｅを照射させる必要がある。このため、容器Ｖを上記滅菌経路９２から上昇させることにより、上記ノズル２３を容器Ｖの内部に開口部ｍから挿入する昇降装置も、図示しないが上記内面電子線滅菌設備９に備えられる。

上記内面電子線滅菌設備９が備える湿度判定システム１０は、図７に示すように、電子線照射装置２の下方における滅菌経路９２以外の箇所に配置された複数の導電板３を具備する。各電子線照射装置２におけるノズル２３の下端と導電板３との距離は、大気Ａの湿度によって変動する導電板３の電流値が鋭敏になるように予め調整される。また、上記湿度判定システム１０は、判定部５（判定手段５の一例である）および不具合検出部８（不具合検出手段８の一例である）の他に、当該不具合検出部８に接続された制御部７（制御手段７の一例である）を具備する。この制御部７は、不具合検出部８が不具合を検出した場合に、内面電子線滅菌設備９が備える機器を停止または減速させるなど制御するものである。なお、上記判定部５、不具合検出部８および制御部７は、例えばパーソナルコンピュータまたは制御盤など、一つの制御装置７０に格納されてもよい。さらに、上記湿度判定システム１０は、定常手段として、図６および図７に示すように、内部を内面滅菌室とする筐体６１と、図示しないが給気部および排気部とを有する。

以下、上記湿度判定システム１０を備える内面電子線滅菌設備９の動作および作用について説明する。

図６に示すように、開口部ｍを上にした多数の容器Ｖが、搬送装置により、電子線照射装置２の下方で滅菌経路９２に連続して搬送される。個々の容器Ｖは、昇降装置により上昇することで、その内部にノズル２３が開口部ｍから挿入される。ノズル２３の下端からは電子線Ｅが出射されているので、容器Ｖの内部で出射された電子線Ｅにより当該容器Ｖの内面が滅菌される。

一方で、図７に示すように、滅菌経路９２以外の箇所の直上方に位置する電子線照射装置２のノズル２３からも、電子線Ｅが出射される。これら電子線Ｅは、無駄に捨てられることなく導電板３に照射されて、大気Ａの湿度を判定するのに用いられる。判定部５により大気Ａの湿度が所定値以上であるかが判定されるとともに、不具合検出部８により不具合が検出され得る。そして、不具合検出部８により不具合が検出された場合は、制御部７により内面電子線滅菌設備９の機器が制御される。

このように、本実施例に係る湿度判定システム１０を備える内面電子線滅菌設備９によると、上記実施の形態２に係る湿度判定システム１０が奏する効果に加えて、容器Ｖなどの内面を滅菌するのに用いられていない電子線Ｅを、無駄に捨てることなく湿度の判定に用いるので、内面の滅菌および湿度の判定を効率的に行うことができる。
［実施の形態３］
以下、本発明の実施の形態３に係る湿度判定システムについて図８に基づき説明する。

本発明の実施の形態３に係る湿度判定システムは、複数の電子線照射装置２を具備して、これらのうちの一またはいくつかについての不具合を検出し得るように構成したものであるが、上記実施の形態２に係る湿度判定システム１０と異なり、導電部材３、電流計４および判定手段５を、上記複数の電子線照射装置２よりも数を少なくしたものである。以下、上記実施の形態１および２と異なる部分に着目して説明するとともに、上記実施の形態１および２と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。なお、導電部材３、電流計４および判定手段５は、上述した通り上記複数の電子線照射装置２の数よりも少なければよいが、説明を簡単にするために、以下では１つずつとする。

図８に示すように、本発明の実施の形態３に係る湿度判定システム１００は、上記実施の形態２に係る湿度判定システム１０と同様に電子線照射装置２ａ〜２ｃを複数（図８では一例として３つ）と、それぞれ１つずつの導電部材３、電流計４、判定手段５および不具合検出手段８とを備える。これら複数の電子線照射装置２ａ〜２ｃは、１つの導電部材３に電子線Ｅａ〜Ｅｃを順次照射していくように、例えばターンテーブル９４に配置される。このため、導電部材３には、所定時間において、全ての電子線照射装置２ａ〜２ｃからの電子線Ｅａ〜Ｅｃが照射されることになる。したがって、本発明の実施の形態３に係る湿度判定システム１００は、判定手段５が１つであっても、所定時間において、この判定手段５で上記複数（電子線照射装置２ａ〜２ｃと同数）の判定がされ、上記不具合検出手段８は上記実施の形態２に係る不具合検出手段８と同様に複数の判定に基づいて不具合を検出することになる。

このように、本発明の実施の形態３に係る湿度判定システム１００によると、上記実施の形態２に係る湿度判定システム１０が奏する効果に加えて、当該湿度判定システム１０よりも簡素な構成にすることができる。

ところで、上記実施の形態１〜３および実施例では、導電部材３として導電板３について説明したが、ファラデーカップであってもよい。導電部材３がファラデーカップであることにより、電流計４で計測される電流値が高くなるので、大気Ａの湿度によって変動するファラデーカップの電流値が鋭敏になるので、当該判定の精度を一層向上させることができる。

また、上記制御手段７（または制御部７）は、判定手段５（または判定部５）による判断に基づき制御するとして説明したが、電流計４で計測された電流値に基づき制御するものであってもよい。

Ａ大気
Ｅ電子線
ｅ１一次電子
ｅ２二次電子
ｗ水分子
１湿度判定システム（実施の形態１）
２電子線照射装置
３導電部材
４電流計
５判定手段
７制御手段
８不具合検出手段
１０湿度判定システム（実施の形態２）
１００湿度判定システム（実施の形態３）

Claims

容器またはプリフォームの内面を電子線の照射により滅菌する内面電子線滅菌設備であって、
上記内面が滅菌されながら、上記容器またはプリフォームが搬送される滅菌経路と、
上記滅菌経路に搬送されている容器またはプリフォームの上方に位置しながら、当該滅菌経路の上方を上流側から下流側まで移動して、上記内面に電子線を照射する電子線照射装置とを備え、
上記電子線照射装置が、上記滅菌経路とは異なる経路の上方を移動して、上記滅菌経路の下流側の上方から上流側の上方まで戻るものであり、
上記滅菌経路とは異なる経路の大気の湿度が所定値以上かを判定する湿度判定システムをさらに備え、
上記湿度判定システムが、
上記滅菌経路とは異なる経路に配置されて、上記電子線照射装置から出射された電子線が照射される導電部材と、
上記導電部材に電気的に接続されて当該導電部材の電流値を計測する電流計と、
上記電流計で計測された電流値に基づき上記大気の湿度が所定値以上か否かを判定する判定手段とを具備することを特徴とする内面電子線滅菌設備。