JP7246619B2 - 電子線照射装置および電子線照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子線照射装置および電子線照射方法に関し、詳しくは、後方散乱を利用した電子線照射装置および電子線照射方法に関する。

医薬品、化粧品および飲料などの包装容器に対しては、内容物を充填する前に容器を滅菌して無菌状態にし、その後、無菌室内で内容物を充填して密封するように義務付けられている。

具体的な滅菌方法としては、高温高圧水蒸気を用いる高圧蒸気滅菌、エチレンオキシドガス（ＥＯＧ）を用いるＥＯＧ滅菌、γ線や電子線等の放射線を用いる放射線照射滅菌等が知られている。

これらの内、高圧蒸気滅菌は、高温高圧水蒸気を用いるため、高圧のチャンバーを必要とし、また、対象物が高温高圧に耐える必要がある。このため、高圧蒸気滅菌は、近年広く用いられているプラスチック製の容器に適した滅菌方法とは言えない。

また、ＥＯＧ滅菌は、低温での滅菌が可能であるが、滅菌処理及び残留ガス除去に要する時間が比較的大きい。また、ＥＯＧが発がん性を有することから、規制の強化が求められている。

このため、近年は、放射線照射滅菌が広く採用されるようになっているが、その内でも、放射性物質を使用する必要がない電子線照射滅菌の採用が増えてきている。そして、このような電子線照射滅菌では、容器の外面を滅菌するだけでなく、容器の材質、肉厚の大きさによっては容器の内面を滅菌することもできる。

従来の電子線照射滅菌は、容器を梱包した状態で、梱包の外側から透過力の高い高エネルギーの電子線を照射して電子線を梱包及び容器肉厚等を透過させることにより容器全面を滅菌している（特許文献１、２参照）。この方法は、容器を梱包しているため、滅菌した後、ユーザーの下に搬送することが可能である。

しかし、上記の方法を採用した場合には、梱包を開封したときから内容物を充填するまでの間に、容器の外面が汚染されるリスクがある。このため、内容物の充填ラインにおいて、滅菌と内容物の充填とを連続して行うことができるインラインタイプの電子線照射技術が求められている。または高エネルギー電子線で梱包した状態で滅菌した後に梱包を開放する際の再汚染を防ぐために２重梱包にすることや、内容物を充填するまでの間に容器の外面を滅菌する技術が求められている。

このようなインラインでの電子線照射を行うためには、装置が小型であることが求められるが、上記した従来の高エネルギー電子線照射装置では装置規模が大きく、また、発生するＸ線を遮蔽するためには、コンクリートシールドなどの大型のシールド設備を必要とする。このため、高エネルギー電子線照射装置は、インラインでの電子線照射に適した設備とは言えない。

一方、低エネルギーおよび中エネルギーの電子線照射装置は、装置規模が小さく、シールド設備としても、鉛シールドを用いた小型の自己シールドでよいため（特許文献３参照）、インラインでの電子線照射に適した設備と言うことができる。

しかしながら、滅菌の対象となる容器は、一般的に有底筒状の形状を有している。このため、透過力の小さい低エネルギーおよび中エネルギーの電子線を、容器の一方向、例えば、側面側から照射したのでは、背面側や底面には電子線を照射することができず、照射のムラを生じてしまう。

そこで、このような照射ムラの発生をなくす方法として、例えば、筒状の容器の側面を支持して搬送しながら底面部側から電子線を照射する第１電子線加速器と、筒状の容器を底面部側から支持して自転させながら側面部側から電子線を照射する第２電子線加速器とを配置して、第１電子線加速器による照射と第２電子線加速器による照射とを連続して行う連続滅菌装置が提案されている（特許文献４参照）。

しかしながら、このような連続滅菌装置は、容器の底面および側面の全周に亘って電子線を照射することはできるものの、容器の搬送手段および電子線加速器をそれぞれ２台必要とするため、設備の大型化が避けられない。また、電子線の照射を２回に分けて行う必要があるため、効率的な処理とは言えず、生産性の向上を図る上で問題がある。

特開平１１－１３０１７２号公報 特開２０１８－９５２５７号公報 実開平５－６２９００号公報 国際公開ＷＯ２０１３／０６２００６

本発明は、上記した従来の電子線照射滅菌における諸問題に鑑みて、低エネルギーまたは中エネルギーの電子線を用いながらも、１台の電子線照射装置で、さらに、１回の照射で、有底筒状の容器の外面全体に電子線を照射することができる電子線照射技術を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題の解決について鋭意検討を行い、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

請求項１に記載の発明は、
有底筒状の容器に向けて電子線を照射する電子線照射装置であって、
前記容器を側面が前記電子線の照射方向と相対するように保持して、上流側から下流側に向けて搬送する搬送路を備える搬送手段と、
前記搬送路を搬送される前記容器に向けて電子を加速して照射する電子線照射部を備える電子線照射手段と、
前記搬送路の側方で前記容器を挟んで前記電子線照射部と対向する位置に配置され、前記電子線照射部より照射された前記電子線を前記容器の底面に反射させる反射面を有する反射板とが備えられており、
前記搬送手段には、回転しながら搬送方向に移動する複数のローラーが、一定間隔をおいて配置されており、隣接する２つの前記ローラー間に配置された前記容器を回転させながら搬送するように構成され、
前記ローラーは、側面の一方の端部に鍔部が設けられており、前記鍔部が設けられた端部を下側にして水平方向に対して１～８０°の角度を付けて配置されており、前記側面が重金属製であり、前記容器との非接触部分の少なくとも一部に全周に亘って鏡面加工が施されていることを特徴とする電子線照射装置である。

請求項２に記載の発明は、
前記反射板が、冷却可能であることを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置である。

請求項３に記載の発明は、
前記反射板の前記反射面が、鏡面加工されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子線照射装置である。

請求項４に記載の発明は、
前記反射板において、少なくとも前記反射面が、金属を用いて形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子線照射装置である。

請求項５に記載の発明は、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子線照射装置を用いて、有底筒状の容器に向けて電子線を照射する電子線照射方法であって、
前記容器を、側面が前記電子線の照射方向と相対するように保持して、上流側から下流側に向けて搬送する搬送工程と、
前記搬送路を搬送される前記容器の側面に向けて電子を加速して照射すると共に、前記電子線照射部より照射され、前記反射板の反射面から反射してきた電子線を前記容器の底面に照射する電子線照射工程とを備えており、
前記搬送工程において、隣接する２つの前記ローラー間に配置された前記容器を回転させながら搬送することを特徴とする電子線照射方法である。

本発明によれば、低エネルギーまたは中エネルギーの電子線を用いながらも、１台の電子線照射装置で、さらに、１回の照射で、有底筒状の容器の外面全体に電子線を照射することができる電子線照射技術を提供することができる。

また、反射板から反射してきた電子線を利用して、容器の底面における電子線の照射不足を補うことで、底面と側面の照射の偏りを改善することができるため、放射線劣化しやすい容器でも１台で滅菌することができる。

本発明の一実施の形態に係る電子線照射装置の基本的な態様を示す模式図である。 図１ＡのＡ－Ａ矢視図である。 本発明の一実施の形態に係る電子線照射装置の反射板の構成を示す模式図である。 図２Ａの反射板を背面から見た模式図である。 電子線照射中における容器の回転機構を示す模式図である。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。

［１］電子線照射装置
１．基本的な態様
はじめに、本実施の形態の電子線照射装置の基本的な態様について説明する。図１Ａは、本実施の形態に係る電子線照射装置の基本的な態様を示す模式図であり、図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ矢視図である。

図１Ａ、図１Ｂにおいて、１はインラインに設けられた電子線照射装置であり、電子線を容器Ｃに向けて放射して照射する電子線照射部１１が、搬送路１２の上方に、容器Ｃと相対するように配置されている。なお、本実施の形態において、電子線照射部１１は、例えば、加速電圧１ＭＶ以下の低エネルギーまたは中エネルギーで電子を加速する。そして、１３は反射板であり、搬送路１２の側方で容器Ｃを挟んで電子線照射部１１と対向する位置に傾斜して配置されている。また、容器Ｃは、図１Ｂに示すように、回転する複数のローラー２１の隣接する２つのローラー間に配置されて、ローラー２１の回転に合わせて回転している。

このような構成とすることにより、横向きに載置された容器Ｃの側面に向けて放射電子線１１ａを照射した場合、回転する容器Ｃの側面では、放射電子線１１ａが十分に照射されるため、十分な滅菌を行うことができる。

しかし、容器Ｃの底面については、図１Ａに示すように、放射電子線１１ａは容器Ｃの底面に平行に通過するため、照射不足を招いて十分な滅菌ができない恐れがある。このため、本実施の形態においては、容器Ｃに照射されなかった放射電子線１１ａの一部を反射板１３の反射面１３ａにおいて反射させることにより、後方散乱電子線１１ｂを、容器Ｃの底面Ｂに向けて照射することができるようにされている。

この結果、底面Ｂにおける電子線の照射不足を補って、十分な照射を行うことができ、低エネルギーまたは中エネルギーの電子線を用いながらも、１台の電子線照射装置で、さらに、１回の照射で、有底筒状の容器の外面全体に電子線を照射して滅菌することができる。また、底面Ｂにおける電子線の照射不足を補うことで、底面と側面の照射の偏りを改善することができるため、放射線劣化しやすい容器でも１台で滅菌することができる。

そして、加速電圧が１ＭＶ以下のような電子線照射部１１は小型であるため、電子線照射装置１全体も小型化でき、インラインに設ける滅菌設備として好ましい。

なお、本実施の形態においては、必要に応じて、電子線照射前に予め内容物が充填された容器に対して、低エネルギーの電子線を利用することで内容物に電子線を照射せずに容器の外面だけを照射することもできる。

２．電子線照射装置の特徴部
次に、本実施の形態の電子線照射装置の具体的な態様の内、特徴部である反射板、ローラーについて説明する。

（１）反射板
前記したように、容器Ｃの底面Ｂについては、放射電子線１１ａは容器Ｃの底面に平行に通過するため、側面に比べて照射不足を招く恐れがある。しかしながら、本実施の形態においては、搬送路１２の側方で容器Ｃを挟んで電子線照射部１１と対向する位置に反射板１３が配置されており、放射電子線１１ａを反射板１３の反射面１３ａで後方散乱させることにより、後方散乱電子線１１ｂが容器Ｃの底面Ｂに照射されるように構成されている。このため、容器Ｃの底面Ｂに対して効率良く電子線を照射することができ、１台の電子線照射装置を用いて１回の照射でありながら、容器Ｃの全面に対して十分な滅菌を行うことができる。また、底面Ｂにおける電子線の照射不足を補うことで、底面と側面の照射の偏りを改善することができるため、放射線劣化しやすい容器でも１台で滅菌することができる。

図２Ａは、本実施の形態に係る電子線照射装置の反射板１３の構成を示す模式図であり、図２Ｂは、反射板１３を背面から見た模式図である。図２Ａ、２Ｂにおいて、１４は、反射板１３を支持する支持装置である。なお、θは傾斜角度であり、ｃは冷媒である。

反射板１３の放射電子線１１ａの放射方向に対する傾斜角度θが変更できるように支持装置１４で支持することにより、放射電子線１１ａから後方散乱電子線１１ｂへの反射角度を任意に調整することができる。この結果、後方散乱電子線１１ｂを、容器Ｃの底面Ｂの所望する位置に合わせて確実に照射することができる。

本実施の形態において、反射板１３は、支持装置１４に冷却装置が設けられて、冷却可能とされていることが好ましい。

反射板１３を冷却することにより、長時間継続して放射電子線１１ａが反射板１３に向けて照射された場合における反射板１３の温度上昇を防止することができる。具体的な冷却方法としては、例えば、図２Ｂに示すように、反射板１３の裏側に固着された配管３０に、冷却水や冷却効果の高いＬＬＣクーラント液等の冷媒ｃを通過させる方法も可能である。

反射面１３ａは、さらに、鏡面加工されていることが好ましい。これにより、放射電子線１１ａをより効率的に後方散乱させることができるため、放射電子線１１ａをより効率的に利用して、後方散乱電子線１１ｂの線量を増大させることができる

また、反射板１３は、少なくとも反射面１３ａが、電子線に対する後方散乱の機能に優れる金属を用いて形成されていることが好ましい。

具体的な金属としては、例えば、タングステン（Ｗ）や金（Ａｕ）等の重金属が挙げられる。これらの金属は、反射板１３の内部まで、所謂バルク状態で使用してもよいが、反射面１３ａに表面被覆して薄膜を形成させる等、後方散乱に関与する表面部分のみに使用してもよい。

（２）ローラー
図１に示すように、本実施の形態において、搬送路１２には、回転しながら搬送方向に移動する複数のローラー２１が、一定間隔をおいて配置されている。そして、容器Ｃは、隣接する２つのローラー２１の間に配置されている。このため、容器Ｃがローラー２１の回転に合わせて回転して、放射電子線１１ａが照射される側面が絶えず変化し、容器Ｃの側周面全面に対して十分な量の放射電子線１１ａが照射されることになる。この結果、容器Ｃの側面を十分に滅菌することができる。なお、２１ｃは容器Ｃを底面Ｂ側から支持するためにローラー２１の側面の端部に設けられた鍔部である。

また、図１Ｂに示すように、水平に配置された２つのローラー２１間に容器Ｃを配置した場合には、容器Ｃをチャックなどで保持する必要がないため、影ができず、容器Ｃの側面の全面に放射電子線１１ａを照射することができる。

なお、ローラー２１が完全に水平の角度で配置されていると、ローラー２１の回転に伴って回転する容器Ｃが、ローラー２１上で移動してしまう恐れがあるため、ローラー２１は所定の角度、好ましくは１～８０°の角度をつけて配置されていることが好ましい。これにより、容器Ｃが鍔部によって支えられながら回転するため、ローラー２１上での移動を防止することができる。

（３）回転機構
図３は、電子線照射中における容器の回転機構を示す模式図である。図３において、２２ａは固定部材、２２ｂは支持部材、２２ｃはローラー保持部材、２２ｄは支点である。そして、ローラー２１の回転軸は、ローラー保持部材２２ｃの両側に突出部を有しており、一端にローラー２１が取り付けられ、他端にピニオン２４ａが取り付けられている。また、２４ｂはラックであり、搬送路に沿って平行に配置されている。

図３に示すように、ローラー支持装置が搬送路に搬入されたときピニオン２４ａがラック２４ｂと噛み合い、ローラー支持装置が搬送方向に移動することでローラー２１が回転する。これにより、容器Ｃを回転させながら電子線を照射することができる。

このように、ピニオン２４ａとラック２４ｂを組み合わせることにより、回転機構を簡素な構成にすることができ、また故障のリスクが低減される。また、ローラー２１の回転数は、ピニオン２４ａとラック２４ｂの歯数の比によって決まるため、搬送スピードが変動してもローラー２１の回転数が変動することがない。このため、例えば照射線量を調整するため、搬送スピードを変えた場合でも回転数を一定に保つことができる。

３．より好ましい態様
（１）反射板の反射面の傾斜角度
反射板１３は、反射面１３ａの傾斜角度θが変更できるように支持されていることが好ましい。具体的には、図２Ｂにおいて、例えば、配管３０により反射板の幅方向の中央を中心として反射板１３の傾きを自在に変えられるように支持する。これにより、サイズ、形態が多様な容器に対しても所望の位置に後方散乱電子線１１ｂを照射することができる。

（２）ローラーの表面形状および材質
ローラー２１は、容器Ｃと接触する部分２１ａの少なくとも一部の側面が、全周に亘って、ローレット加工または梨地加工が施されていることが好ましい。このような加工を施すことにより、容器Ｃとローラー２１の側面との間の摩擦力が高められるため、容器Ｃがローラー２１に対して滑りにくくなり、回転するローラー２１に合わせて、確実に、容器Ｃを回転させることができる。

なお、具体的なローレット加工の形態としては、アヤ目加工やローラー２１の軸方向に沿って目が形成されたヒラ目加工を挙げることができる。また、梨地加工の形態としては、エッチング、サンドブラスト、ホーニングなど公知の表面処理加工を挙げることができる。ローレット加工の目の大きさおよび梨地における粗度は、容器の材質、側面の曲率の大きさ、表面粗度等に応じて適宜決定される。

また、ローラー２１の容器Ｃと接触しない部分２１ｂの少なくとも一部の側面では、全周に亘って、鏡面加工が施されていることが好ましい。具体的には、図１Ａに示すように、ローラー２１の長さを容器Ｃの高さより大きくし、容器Ｃと接触しない部分２１ｂの一部の側面に鏡面加工が施されていることが好ましい。

これにより、鏡面加工が施されている部分では、放射電子線１１ａが反射されて、容器Ｃに向けて後方散乱するため、放射電子線１１ａの照射線量が少ない容器Ｃの頂部Ｔの蓋部などについても、ローラー２１の鏡面加工された側面から後方散乱された電子線を照射して、滅菌することができる。

そして、このような効果を得るためには、反射板の場合と同様に、ローラー２１の少なくとも側面部分は、金属を用いて形成されていることが好ましい。

（３）ローラーの姿勢変更
電子線の照射は、容器を水平、横向きに配置して行われる。一方、容器への内容物の充填は、通常、容器を立設させて行われるため、電子線照射後に容器を立設させる姿勢変更を行うことが好ましい。

［２］電子線照射方法
次に、上記した電子線照射装置を用いて、有底筒状の容器に向けて電子線を照射する電子線照射方法について説明する。

本実施の形態においては、上記した電子線照射装置を用いて、以下の２つの工程を経ることにより、容器に電子線を照射して滅菌を行うことができる。

即ち、容器を、側面が電子線の照射方向と相対するように保持して、上流側から下流側に向けて搬送する搬送工程と、搬送路を搬送される容器の側面に向けて電子を加速して照射すると共に、電子線照射部より照射され、反射板の反射面から反射してきた電子線を容器の底面に照射する電子線照射工程との２つの工程である。

そして、このような工程を経て、有底筒状の容器に向けて電子線を照射することにより、上記した電子線照射装置の説明において記載したように、容器の側面だけでなく、底面や頂部に対しても十分に電子線を照射することができる。この結果、加速電圧１ＭＶ以下の低エネルギーまたは中エネルギーで電子を加速して照射する小型の電子線照射部を用いながらも、１回の照射で筒状の容器の外面全体に電子線を効率良く照射することができる。

また、底面における電子線の照射不足を補うことで、底面と側面の照射の偏りを改善することができるため、放射線劣化しやすい容器でも１台で滅菌することができる。

以上、本発明を実施の形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１ 電子線照射装置
１１ 電子線照射部
１１ａ 放射電子線
１１ｂ 後方散乱電子線
１２ 搬送路
１３ 反射板
１３ａ 反射面
１４ 支持装置
２１ ローラー
２１ａ 容器と接触する部分
２１ｂ 容器と接触しない部分
２１ｃ 鍔部
２２ａ 固定部材
２２ｂ 支持部材
２２ｃ ローラー保持部材
２２ｄ 支点
２４ 回転機構
２４ａ ピニオン
２４ｂ ラック
３０ 配管
Ｂ 底面
Ｃ 容器
Ｔ 頂部
ｃ 冷媒
θ 傾斜角度

Claims (5)

1. 有底筒状の容器に向けて電子線を照射する電子線照射装置であって、
   前記容器を側面が前記電子線の照射方向と相対するように保持して、上流側から下流側に向けて搬送する搬送路を備える搬送手段と、
   前記搬送路を搬送される前記容器に向けて電子を加速して照射する電子線照射部を備える電子線照射手段と、
   前記搬送路の側方で前記容器を挟んで前記電子線照射部と対向する位置に配置され、前記電子線照射部より照射された前記電子線を前記容器の底面に反射させる反射面を有する反射板とが備えられており、
   前記搬送手段には、回転しながら搬送方向に移動する複数のローラーが、一定間隔をおいて配置されており、隣接する２つの前記ローラー間に配置された前記容器を回転させながら搬送するように構成され、
   前記ローラーは、側面の一方の端部に鍔部が設けられており、前記鍔部が設けられた端部を下側にして水平方向に対して１～８０°の角度を付けて配置されており、前記側面が重金属製であり、前記容器との非接触部分の少なくとも一部に全周に亘って鏡面加工が施されていることを特徴とする電子線照射装置。
2. 前記反射板が、冷却可能であることを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
3. 前記反射板の前記反射面が、鏡面加工されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子線照射装置。
4. 前記反射板において、少なくとも前記反射面が、金属を用いて形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子線照射装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子線照射装置を用いて、有底筒状の容器に向けて電子線を照射する電子線照射方法であって、
   前記容器を、側面が前記電子線の照射方向と相対するように保持して、上流側から下流側に向けて搬送する搬送工程と、
   前記搬送路を搬送される前記容器の側面に向けて電子を加速して照射すると共に、前記電子線照射部より照射され、前記反射板の反射面から反射してきた電子線を前記容器の底面に照射する電子線照射工程とを備えており、
   前記搬送工程において、隣接する２つの前記ローラー間に配置された前記容器を回転させながら搬送することを特徴とする電子線照射方法。

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