JPH11248894A - 電子線照射方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 食品や飲料容器等の被照射物に電子線を所定
方向に繰り返しビーム走査しながら照射し殺菌等の所期
の目的を達成するものにおいて、前記被照射物の肉厚が
異なるものにおいても、照射方向各部位の電子線吸収量
の均一化を可能とし得る電子線照射方法及びその装置を
提供することを目的とする。 【解決手段】 前記電子線照射方向と対面して被照射物
近傍に設置した一又は複数の反射板から反射する電子線
により被照射物に吸収線量を付加させることにより、吸
収線量の均一性を高めることを特徴とする電子線照射方
法を提案する。この場合前記電子線反射板の取り付け位
置は、電子線吸収量が最も少ない被照射物の所定部位に
電子線が反射できる位置であるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、食品や飲料容器等
の被照射物、特に立体的で複雑な形状をした飲料容器に
電子線を繰り返しビーム走査しながら照射し殺菌等の所
期の目的を達成する電子線照射方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】食品や飲料容器を殺菌
する手段として従来の薬剤（オゾン水や過酢酸）による
殺菌手段や加熱殺菌手段に代り、電子線（電子ビーム）
を容器に所定の振れ角でビーム走査しながら照射して該
容器を殺菌する方法が、近年研究開発されつつある。か
かる電子線殺菌手段はペットボトル等の耐熱性の低い樹
脂容器等の殺菌に有効である。

【０００３】このような容器殺菌の為のビーム走査型電
子線照射装置は未だ公知ではないが、図１０に示される
ような装置が検討されている。図１０において、１は電
子ビーム２を発生する電子ビーム発生／加速装置で、例
えば電子銃を出射する電子銃と、その電子銃から出射さ
れた電子ビームを所定のエネルギーを有するように加速
する加速管と、その加速管に前記電子ビームを加速する
ためのマイクロ波エネルギーを供給するクライストロン
とを具えている。そして前記加速された電子ビーム（電
子線）２は筒状のビームガイド筒３を介して収束電磁石
（ビーム絞りレンズ）４に導かれ、前記電子ビーム２を
直径方向に収束、言換えればビームの絞りを行ない細径
化させてエネルギーの高密度化を図る。

【０００４】前記収束電磁石４により高密度化された収
束電子ビームは、前面に進むに連れビーム走査方向に拡
開された偏平円錐台状の走査ホーン６内に導入される。
走査ホーン６は入口側に走査電磁石５が、前面にスリッ
ト状の照射窓７を具え、該照射窓７をチタン膜等の電子
線透過膜で封止し、内部を真空空間下に維持させてい
る。そして前記走査ホーン６内に導入された収束ビーム
は走査電磁石５により所定の振れ角と振れ周波数（往復
偏向周波数）で偏向走査される訳であるが、この偏向走
査を行なう際にビーム走査速度、言換えれば角速度を制
御する為に、前記走査電磁石５への印加電圧を制御する
制御信号を走査電磁石制御装置１０から取込むように
し、そして角速度を制御しながら偏向走査された走査電
子ビーム８は偏平円錐台状の走査ホーン６内及び照射窓
７を介して容器２０の基線方向に走査しながら容器２０
全長に亙って照射して所定の殺菌動作を行なう。

【０００５】かかる装置における前記電子ビームの走査
角速度により形成される走査波形は走査電磁石５の磁界
強度変化、言換えれば該走査電磁石５に印加される電圧
変化に依存し、通常のビーム走査装置においては、その
電圧制御の容易さから被照射物の肉厚とは無関係に前記
走査波形が三角波若しくは正弦波（交流波形）になるよ
うに電圧制御される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら被照射物
の肉厚とは無関係に前記三角波若しくは正弦波で走査を
行なった場合、立体的で複雑な形状をした例えばペット
ボトル等の飲料容器２０の内側及び外側の全表面を電子
線照射により殺菌することはなかなか困難であり、これ
を実現した装置の実用化例は国の内外を問わず未だ存在
しない。

【０００７】即ちその課題を、図６に基づいて具体的に
説明するに、図６（Ｂ）は前記走査ホーン６をペットボ
トル２０の上方に配置し、電子線８がボトル２０上面を
左右に繰り返し走査しながら照射する方法、図６（Ａ）
は前記走査ホーン６をペットボトル２０の側方に配置
し、ボトル２０基線に沿って上端から下端方向に繰り返
し走査しながら照射する方法、及び図示しないが、ペッ
トボトル２０の左右両側に夫々配置した２台の走査ホー
ン６によりペットボトル２０を側方両側から照射する方
法がある。

【０００８】しかしながら前記図６（Ｂ）に示す上方照
射では、ペットボトルのような深い飲料容器２０を上方
から照射した場合、容器２０上部の吸収線量は多いが、
容器２０下部の吸収線量が非常に少なく、容器２０底部
の吸収線量は皆無に近いため実用に適さない。前記図６
（Ａ）に示す側方照射では、一般的に容器２０の口部は
キャップ封印出来るように厚肉となっていて、電子線が
透過できないので口部内側２３Ｂの吸収線量が非常に少
ない。又、走査ホーン６に遠い側の反対側に位置する容
器壁２１Ｂの吸収線量が少ない。

【０００９】又、胴体部２１Ａの肉厚は薄くなっている
ので、厚肉部の電子線透過量は小さく、薄肉部の透過量
は大きくなり、容器２０内部の電子線吸収量は均一とは
ならない。この場合、殺菌に必要な電子線吸収量はある
決められた値以上であるので、厚肉部内面に必要な量を
確保しようとすると、薄肉部の電子線吸収量は過大とな
り、ボトル２０材質の弱体化、変色等の悪影響を生ず
る。一方、薄肉部内面に必要な限度の電子線吸収量を確
保する場合には、厚肉部の電子線吸収量が不足となり殺
菌が不十分となる悪影響を生じることとなる。

【００１０】更に側方両側照射では、両側から容器２０
を挟むように照射することから容器２０胴体部の吸収線
量は改善されるが、コストが極めて高い照射装置を２台
必要とするのでコストが２倍となることから実用に適さ
ない。

【００１１】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、食
品や飲料容器等の被照射物に電子線を所定方向に繰り返
しビーム走査しながら照射し殺菌等の所期の目的を達成
するものにおいて、前記被照射物の照射方向各部位の電
子線吸収量の均一化を可能とし、これにより例えば前記
容器においては殺菌むらが無くかつ電子線照射による品
質の悪化の発生を防止し得る電子線照射方法及びその装
置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、請求項１記載の発明において、食品や飲料
容器等の立体形状の被照射物に、電子線を繰り返し二次
元若しくは三次元方向にビーム走査しながら照射し殺菌
等の所期の目的を達成する電子線照射方法において、前
記電子線照射方向と対面して被照射物近傍に設置した一
又は複数の反射板から反射する電子線により被照射物に
吸収線量を付加させることにより、吸収線量の均一性を
高めることを特徴とする電子線照射方法を提案する。こ
の場合、電子線を繰り返し二次元方向に走査するとは例
えば対面配置した一対の走査電磁石に交番電圧を印加し
ながら扇状にビーム走査する場合を指し、三次元方向に
走査するとは例えば四本の走査電磁石を電子線周囲に方
形枠状に囲繞配置し、各対間の走査電磁石に位相差をず
らして交番電圧を印加しながら円錐状状にビーム走査す
る場合を指す。

【００１３】請求項２記載の発明は、前記発明を効果的
に実施するための装置に関する発明で、前記電子線照射
方向と対面して一又は複数の電子線反射板を配し、前記
電子線照射部より出射されるビーム走査のみで所期の目
的を達成されていない被照射物の所定部位に、前記反射
板により反射される電子線を照射可能に構成したことを
特徴とする。

【００１４】この場合前記電子線反射板は原子番号の大
きい金属若しくは金属膜、例えばタングステン板や金板
若しくはステンレス板に金メッキを施した部材で形成す
ることにより、加速エネルギが低い（６００ＫｅＶ）電
子線では約５０％の電子の反射が期待できる。又、電子
線反射板の反射面形状は、被照射物の所定部位に電子線
を集束させる集束（集光）面形状、具体的には椀形、Ｕ
字状に形成するのが好ましいが、後記実施形態に示すよ
うに、被照射物がキャップ等の場合で、キャップの内面
に電子線を照射する為に、前記電子線を偏向磁石により
集束方向に偏向した後、平板状若しくは凸面状の反射板
で形成することも出来る。

【００１５】又、請求項３に記載したように、前記一又
は複数の電子線反射板の取り付け位置は、電子線吸収量
が最も少ない被照射物の所定部位に電子線が反射できる
位置であるのが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。

【００１７】図８に示すＰＥＴボトル等の形状変化の大
きい飲料容器２０の図上左側方（ボトル２０胴体部２１
左側）から図６（Ａ）のように一側方に走査ホーン６を
配置して電子線照射した場合、電子線照射窓７に近い側
のボトル２０の胴体部２１Ａ、ボトル２０肩部２２Ａ、
および走査ホーン６を配置した側のボトル口部左表側２
３Ａの吸収線量が高くなり、ボトル口部内周面２３Ｂと
走査ホーン６の反対側に位置するボトル口部右表側２３
Ｃの吸収線量が低くなるため、ボトル２０各部位で吸収
線量に大きなバラツキが生じる。

【００１８】これはボトル２０胴体部２１Ａや肩部２２
Ａ等の照射窓７に対面する側では電子線照射距離が近
く、このことは空気中での電子線のエネルギ・ロスが少
ないことにつながるために、結果として吸収線量が高
く、特に加速エネルギが低い（６００ＫｅＶ程度）電子
線では透過能力が乏しい為に、ボトル口部内周面２３Ｂ
と右表側２３Ｃではボトル口部２３の肉厚が厚いために
吸収線量としては非常に低い値となる。また、ボトル底
部２６はボトル２０により非常に複雑な形状をしている
場合もあるため、図９に示すようにその部位によって
は、複数の肉厚を持つ部分を透過したエネルギの大きく
減衰した電子線８が到達するため吸収線量としては非常
に低くなる可能性がある。

【００１９】ペットボトルの場合、殺菌に必要な電子線
吸収量はある決められた値以上であるので、最も吸収線
量の低いボトル口部内周面２３Ｂと右表側２３Ｃ等にそ
の線量を照射すると、照射窓７がある側のボトル２０の
胴体部２１Ａや肩部２２Ａでは過大な吸収線量となり、
ボトル２０の変色、贅化等の弊害が生じることになる。

【００２０】そこで本発明の実施形態は、前記電子線照
射窓７と反対側に位置する電子線吸収量が最も少ないボ
トル口部２３とボトル底部２６近傍に夫々反射板１１、
１２を配置している。図１及び図２は本発明の実施形態
に係るビーム走査型電子線照射装置を示し、図１は斜視
図、図２はその正面図（Ａ）と上から見た平面図（Ｂ）
である。

【００２１】これらの図において、５は一対の走査磁
石、６は前面に照射窓７を有する偏平円錐状の走査ホー
ン、２０はペットボトルで、網目コンベア１４に立設さ
れた状態で照射位置に順次搬送される。

【００２２】前記網目コンベア１４の左右両側にはコン
ベアガイド１５が配設されているが、ボトル２０照射位
置部分では、コンベアガイド１５が切断されており、コ
ンベアガイド１５により電子線の照射を妨げないような
構造にしている。またコンベア１４を網目状にしたのは
電子線の照射を容易にする為である。

【００２３】そして前記電子線照射窓７部と反対側に位
置する電子線吸収量が最も少ないボトル２０口部２３の
右表側２３Ｃと対面する位置に第１の反射板１１を、網
目コンベア１４下方のボトル底部２６と対面する位置に
第２の反射板１２を配置している。

【００２４】反射板１１、１２には、金（メッキ）、タ
ングステン等の原子番号の大きな金属を用いて、加速エ
ネルギが低い（６００ＫｅＶ）電子線でも約５０％の電
子の反射が期待できるように設定している。又前記夫々
の反射板１１、１２の反射面形状は、夫々ペットボトル
２０口部２３及びボトル２０底部２６に夫々電子線が集
束されるようにＵ字状に若しくは僅かに腕型状にその曲
率面を設定している。（図２（Ａ）（Ｂ）参照）

【００２５】次にかかる実施形態の作用を説明する。先
ず電子線走査ホーン６の基部にある交番（交流）磁界を
発生させる走査磁石５にて電子線が走査（スキャニン
グ）される。交番（交流）磁界は図１０（Ｃ）に示すよ
うに走査波形が三角波走査になるように制御する。走査
された電子線８は照射窓７から空気中に放出され、ペッ
トボトル２０を照射すると共に電子線８の透過しにくい
ボトル口部２３及びボトル底部２６については反射板１
１、１２で反射した電子線１８により照射する。

【００２６】ペットボトル底部２６において反射電子線
１８による吸収線量を得られるように、ペットボトル２
０は網目コンベア１４上を搬送されており、反射板１
１、１２がある部分の網目コンベア１４はコンベア１４
両側を支えるガイド１５が切断された形状となってい
る。

【００２７】本発明の効果を図２及び図７により説明す
る。飲料用ボトルのようなペットボトル２０を電子線照
射して吸収線量の均一化を図ろうとすると、一般的には
図７に示すように最低３台の電子線照射装置が必要とな
る。図２に示すように、本実施形態ではこの３台で照射
するのと同等の照射を１台の照射装置で実現することが
出来るために、電子線照射窓７から空気中に放出された
電子線８の一部を反射板１１、１２で反射させた電子線
１８を用いて吸収線量の低いボトル口部２３及びボトル
底部２６に照射することにより、ボトル２０のどの部位
でも吸収線量を概ね均一にすることができる。

【００２８】更に本実施形態では反射した電子線１８が
より多くペットボトル底部２６に照射されるようにペッ
トボトル２０の搬送コンベアは網目コンベア１４とし、
さらに反射板１２のある部位では網目コンベア１４を両
側で支えるコンベアガイド１５も搬送に支障のない範囲
で切断するようにしている。また、各反射板１１、１２
は吸収線量の低い部分めがけて効率よく反射電子線１８
の照射ができるように凹面構造をなすようにすることが
有利となる。

【００２９】さてペットボトル２０の口部２３は人間が
口をつけるために、その部分を充分殺菌する必要があ
る。図３はかかる点に着目した他の実施例で、電子線照
射装置の走査ホーン６をペットボトル口部２３上方に配
置し、ボトル底部２６下方の網目コンベア１４下面側に
Ｕ字状の反射板１３を配置している。かかる実施例によ
れば、最も厚肉で充分殺菌する必要がある口部２３が電
子線照射窓７部に近接しているために、多くの電子線８
を吸収できるとともに、電子線照射距離の最も遠いボト
ル底部２６には、反射板１３から反射する電子線１８に
より被照射物に吸収線量を付加しているために、吸収線
量の均一性を高めることが出来る。

【００３０】図４は食品飲料容器２０等のキャップ３０
を電子線照射により殺菌する装置を示す。立体的で複雑
な形状をした飲料容器２０等のキャップ３０の内側及び
外側の全表面を電子線照射により殺菌するのは中々困難
である。図５に示すように、キャップ３０は直径がφ３
０ｍｍ程度と小さく、外周側にはすべり止め溝３１が、
内周には締め付け用のネジ山３２やシール用突起３３が
あるなど複雑な構造をしている。そこで図４に示すよう
に、キャップ３０開口を上向きにした状態で不図示の網
目コンベア１４により搬送可能にした、照射位置に位置
するキャップ３０の上部に走査ホーン６を設置し、該走
査ホーン６にはキャップ３０の内外面を照射するように
電子線８を曲げる偏向磁石２９を設け、キャップ３０の
下部には反射板１９を設置してキャップ３０の底面等の
外面を照射させるようにしている。

【００３１】この場合、偏向磁石２９は走査ホーン６出
口側の左右両側に一対配置され、又走査ホーン６内の電
子線の振れ角に対応してその偏向角も大きくするため
に、走査軸線より遠ざかるにつれその偏向角が中心側に
向け大きくなるようにしている。これにより、電子線照
射窓７より出射される電子線８がキャップ３０側に集束
される。

【００３２】そして前記集束された電子線８がキャップ
３０上面開口から外周面に照射される。一方前記キャッ
プ３０底面側は反射板１９により反射された電子線１８
が照射される。

【００３３】従って、電子線は薬剤と違って、小さな隙
間にも侵入することができるが、直進性があるので、凸
部の陰になるところには侵入が困難な場合があるが、本
実施例によればネジ山やシール突起部に電子線が直進出
来るように電子線を曲げて照射することにより、従来の
薬剤殺菌では困難であった高レベルの殺菌が可能とな
る。更にキャップ３０の下部の反射板１９でキャップ３
０底部及び外周部を照射することにより、キャップ３０
の全内外面を完全に殺菌することが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、被照
射物の照射方向における異なる肉厚若しくは電子線透過
量に対応させて所定位置に反射板を配設することによ
り、被照射物全体における電子線吸収量が均一かつ必要
な電子線吸収量が得られる。

【００３５】これにより、前記被照射物が食品や飲料容
器である場合には容器内各部において均一な殺菌能力が
得られ、殺菌むらの発生及び品質の低下を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係るビーム走査型電子線
走査装置の全体斜視図である。

【図２】 前記実施形態における正面図（Ａ）と上から
見た平面図（Ｂ）である。

【図３】 本発明の他の実施形態に係るビーム走査型電
子線走査装置の全体概略図で、走査ホーンを容器上方に
配置してある。

【図４】 本発明の他の実施形態に係るキャップ殺菌用
のビーム走査型電子線走査装置の全体概略図で、（Ａ）
は正面図と（Ｂ）は側面図である。

【図５】 図４の装置で殺菌されるキャップ形状を示
す。

【図６】 本発明の課題を説明するための新規な比較技
術で、（Ａ）は前記走査ホーンをペットボトルの側方に
配置した説明図、（Ｂ）は前記走査ホーンをペットボト
ルの上方に配置し説明図である。

【図７】 本発明の課題を説明するための新規な比較技
術で、前記走査ホーンをペットボトルの上下及び側方に
配置した説明図である。

【図８】 ペットボトルの概略形状を示す斜視図であ
る。

【図９】 図６（Ａ）の装置におけるペットボトルの底
部の電子線透過状態を示す説明図である。

【図１０】 本発明の前提となる前記ビーム走査型電子
線走査装置の基本構成を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）
は走査ホーンの窓部の形状を示し、（Ｃ）は電子線の走
査状態を示す。

【符号の説明】

１ 電子ビーム発生／加速装置 ５ 走査電磁石 ６ 走査ホーン ７ 照射窓 ８ 走査電子線 １１、１２、１３、１９ 反射板 １４ 網目コンベア １５ コンベアガイド １８ 反射電子線 ２０ 容器（ペットボトル） ２９ 偏向磁石 ３０ キャップ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 食品や飲料容器等の立体形状の被照射物
   に、電子線を繰り返し二次元若しくは三次元方向にビー
   ム走査しながら照射し殺菌等の所期の目的を達成する電
   子線照射方法において、 前記電子線照射方向と対面して被照射物近傍に設置した
   一又は複数の反射板から反射する電子線により被照射物
   に吸収線量を付加させることにより、吸収線量の均一性
   を高めることを特徴とする電子線照射方法。
2. 【請求項２】 食品や飲料容器等の立体形状の被照射物
   に、電子線を繰り返し二次元若しくは三次元方向にビー
   ム走査しながら照射し殺菌等の所期の目的を達成する電
   子線照射装置において、 前記電子線照射方向と対面して一又は複数の電子線反射
   板を配し、前記電子線照射部より出射されるビーム走査
   のみで所期の目的を達成されていない被照射物の所定部
   位に、前記反射板により反射される電子線を照射可能に
   構成したことを特徴とする電子線照射装置。
3. 【請求項３】 前記一又は複数の電子線反射板の反射面
   形状が、被照射物の所定部位に電子線を集束させる集束
   （集光）面形状である請求項２記載の電子線照射装置。
4. 【請求項４】 前記一又は複数の電子線反射板の取り付
   け位置が、電子線吸収量が最も少ない被照射物の所定部
   位に電子線が反射できる位置である請求項２記載の電子
   線照射装置。