(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器収容チャンバと、電子線照射手段と、を備え、
前記容器収容チャンバは、
殺菌対象である一つの容器を収容するキャビティと、
前記容器に電子線を照射する際に生ずるオゾンを排気する排気経路と、
前記キャビティに繋がる冷却ガス供給路及び前記キャビティに繋がる冷却ガス排気路と、を備え、
前記容器の挿入及び排出を行う際に開放状態をなし、殺菌処理を行う際には閉塞状態をなし、
前記電子線による殺菌処理が行われている間に、冷却ガス供給源から前記冷却ガス供給路を介して前記キャビティに冷却ガスを供給し、かつ、前記冷却ガス排気路から排出し、
前記電子線照射手段は、
電子線を生成する電子線生成部と、
前記電子線生成部に連なり、前記電子線生成部で生成される電子線が通る電子線通路と、前記電子線通路を通ってきた前記電子線を外部に出射する出射口と、を有し、前記キャビティに収容される前記容器に対して進退が可能であり、殺菌処理時に前記キャビティに収容される前記容器の内部に挿入されているノズルと、を備える、
ことを特徴とする電子線殺菌装置。
【請求項２】
前記容器収容チャンバの周囲を取り囲む水冷ジャケットを備え、
前記電子線による殺菌処理が行われている間に、
冷却水供給源から前記水冷ジャケットに冷却水を供給する、
請求項１に記載の電子線殺菌装置。
【請求項３】
前記容器収容チャンバは、複数のチャンバ要素を組合せて構成され、隣接するチャンバ要素の境界は段差面同士を突合せる、
請求項１又は２に記載の電子線殺菌装置。
【請求項４】
前記容器収容チャンバの前記キャビティ内の酸素を排除する酸素排除部を備え、
前記酸素排除部は、前記殺菌処理が行われる前に、キャビティ内の酸素を排除する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子線殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料などの容器を殺菌する殺菌装置に係り、特に、電子線を照射することにより容器を殺菌する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ポリエチレンテレフタレート製のボトル（以下、ペットボトル）を殺菌する殺菌装置として、ペットボトルに対して電子線を照射するようにしたものが知られている（特許文献１〜特許文献３等）。
例えば、特許文献１の図１には、略円形通路を有する放射線遮蔽トンネルと、曲線状通路に沿って沿設させた被照射体の搬送コンベアと、放射線遮蔽トンネルの通路途中に設けた電子線照射室とを具える殺菌装置が記載されている。そして、この殺菌装置は、電子線照射室内の電子線照射により発生した放射線を遮蔽トンネル内の曲線状通路内で反射変向させながら散乱減衰させ、遮蔽トンネルの出入口部からの漏洩放射線を許容レベル以下に減衰させるとともに、遮蔽トンネルの少なくとも一部に前記通路が開放される開閉扉を設けたことを特徴としている。
【０００３】
特許文献１の殺菌装置は複数本のペットボトルを一度に殺菌処理することを念頭においている。したがって、特許文献１の殺菌装置は、高エネルギの電子線を照射することになるが、電子線照射により二次的に発生するＸ線を外部に漏洩させないための遮蔽構造が大きくかつ重くなるという問題がある。また、特許文献２、特許文献３も同様であるが、特許文献１は、遮蔽構造の内部にペットボトルを搬送するコンベア装置の一部が通過するため、遮蔽構造の容積が殺菌処理されるペットボトルのそれを大きく超える。このことも、遮蔽構造が大きくかつ重くなるのを助長する要因となっている。
また、電子線をペットボトルに照射する殺菌装置は、電子線照射によってオゾンが生じるので、それを排気する装置が必要であるが、このオゾンの回収装置も大がかりなものになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２１４３００号公報
【特許文献２】特開２００３−２４５０６１号公報
【特許文献３】特許第３４０２１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、電子線を用いた殺菌装置をより小型かつ軽量で作製することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電子線殺菌装置は、容器収容チャンバと、電子線照射手段と、から構成される。
容器収容チャンバは、殺菌対象である一つの容器を収容するキャビティを有する。また、容器収容チャンバは、容器に電子線を照射する際に生ずるオゾンを排気する排気経路を備えている。この容器収容チャンバは、容器の挿入及び排出を行う際に開放状態をなし、殺菌処理を行う際には閉塞状態をなす。
電子線照射手段は、電子線を生成する電子線生成部と、電子線生成部に連なるノズルと、を備える。ノズルは、電子線生成部で生成される電子線が通る電子線通路と、電子線通路を通ってきた電子線を外部に出射する出射口と、を備えている。ノズルは、キャビティに収容される容器に対して進退が可能であり、殺菌処理時にキャビティに収容される容器の内部に挿入されている。
本発明における電子線照射手段は、ノズルが容器に対して進退される過程で電子線を出射することができる。
【０００７】
本発明の電子線殺菌装置において、電子線照射手段は一つの容器に対して殺菌に必要な電子線を与えるものであるから、低エネルギの電子線を生成するもので足りる。したがって、本発明の電子線殺菌装置は、小型の電子線照射手段を用いることができる。また、容器収容チャンバはキャビティ（容器）内に導入される電子線、電子線照射により二次的に発生するＸ線を外部に漏洩するのを防ぐ遮蔽構造を必要とするが、低エネルギの電子線であるために、従来の電子線殺菌装置に比べると軽微な遮蔽構造にすることができる。加えて本発明の電子線殺菌装置は、容器収容チャンバのキャビティは、実質的には容器を収容できる容積を備えれば足りるので、容器収容チャンバを最小限の大きさに抑えることができる。以上より、本発明の電子線殺菌装置は小型かつ軽量にできる。
【０００８】
ところで、電子線照射による殺菌処理は発熱を伴う。したがって、本発明は冷却構造を付加する。具体的には、キャビティに繋がる冷却ガス供給路を容器収容チャンバが備え、電子線による殺菌処理が行われている間に、冷却ガス供給源から冷却ガス供給路を介してキャビティに冷却ガスを供給し、かつ、冷却ガス排気路から排出する。
【０００９】
冷却構造は、容器収容チャンバの周囲を取り囲む水冷ジャケットを備え、電子線による殺菌処理が行われている間に、冷却水供給源から水冷ジャケットに冷却水を供給するものであってもよい。
【００１０】
次に、容器収容チャンバは、電子線、Ｘ線及びオゾンの漏洩を防止することが前提となるが、この漏洩防止効果を向上するために、本発明の容器収容チャンバは、複数のチャンバ要素を組合せて構成される場合には、隣接するチャンバ要素の境界は段差面同士を突合せることが好ましい。
また、オゾンの発生を防止することを目的として、本発明の電子線殺菌装置は、容器収容チャンバのキャビティ内の酸素を排除する酸素排除部を備えることができる。この酸素排除部は、殺菌処理が行われる前に、キャビティ内の酸素を排除する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型かつ軽量な電子線を用いた殺菌装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態における電子線殺菌システムの構成を示す図である。
【図２】本実施の形態における容器収容チャンバの部分断面図である。
【図３】（ａ）が容器収容チャンバを開放した状態を、（ｂ）がペットボトルＰＢを収容後に容器収容チャンバを閉塞した状態を、（ｃ）は電子線照射銃を引き上げる過程を、各々示している。
【図４】電子線照射銃の概略構成を示す断面図である。
【図５】冷却構造としてエア供給を加えた電子線殺菌システムの構成を（ａ）に、容器収容チャンバの構成を（ｂ）に示す。
【図６】冷却構造として水冷ジャケットを加えた電子線殺菌システムの構成を（ａ）に、容器収容チャンバの構成を（ｂ）に示す。
【図７】容器収容チャンバの他の形態を示す部分断面図である。
【図８】容器収容チャンバにおける突合せ面の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
第１実施形態における電子線殺菌システム１０は、図１に示されるように、複数の容器収容チャンバ２０と、容器収容チャンバ２０に対応して設けられる電子線照射銃４０と、を備えており、図示を省略した手段で搬送されるペットボトルＰＢの内面を殺菌処理するものである。
電子線殺菌システム１０は、電子線照射による殺菌処理時にオゾンが発生するのを防止するための酸素排除部６０を備えている。酸素排除部６０は、酸素排除配管Ｌ１を介して各容器収容チャンバ２０の排気経路２８と連通されている。また、電子線殺菌システム１０は、各電子線照射銃４０で電子線を生成するための電力を供給する電源８０を備えている。電源８０は、電力線Ｌ２を介して各電子線照射銃４０と電気的に接続されている。
なお、図１は複数の容器収容チャンバ２０（電子線照射銃４０）が直線上に並んで固定されている例を示しているが、本発明はこの配置に限ることはなく、円周上に容器収容チャンバ２０（電子線照射銃４０）を配置し、かつ相対的に回転可能にする、などの種々の配置を採用することができる。
【００１４】
＜容器収容チャンバ２０＞
容器収容チャンバ２０は、図１、２に示すように、下部２１と、本体２２と、上部２３という複数の要素から構成される。下部２１と本体２２の境界部、また、本体２２と上部２３の境界部には、電子線、Ｘ線及びオゾンの漏洩を防止するためのＯリングなどの封止体ＯＲを介在させている。容器収容チャンバ２０の外観は円筒状をなしている。容器収容チャンバ２０は、電子線、Ｘ線が外部に漏洩するのを阻止するために、主要部分は鉛から構成されている。
下部２１と本体２２は、殺菌処理をこれから行うペットボトルＰＢを容器収容チャンバ２０に挿入し、又は、殺菌処理が終了したペットボトルＰＢを容器収容チャンバ２０からペットボトルＰＢを排出する際には、図３（ａ）に示すように、容器収容チャンバ２０が開放状態となるように、下部２１を降下させることで本体２２から分離する。このとき、電子線照射銃４０はキャビティ２４から退避した上方に位置する。ペットボトルＰＢを殺菌処理する際には、下部２１と本体２２とを密着させることで、容器収容チャンバ２０を閉塞状態とする。上部２３は、メンテナンスなどの場合を除き、本体２２に密着される。また、後述（図７）するように、上部２３と本体２２とを一体で作製することもできる。電子線、Ｘ線及びオゾンの漏洩防止の観点から好ましい形態である。
【００１５】
容器収容チャンバ２０は、ペットボトルＰＢを収容するキャビティ２４を備えている。
キャビティ２４は、容器収容チャンバ２０が閉塞状態において、ペットボトルＰＢを十分に収容できるサイズの円筒状の空隙である。サイズの異なるペットボトルＰＢを処理するには、キャビティ２４は、電子線殺菌システム１０で処理される最大のサイズのペットボトルＰＢを収容できるサイズを有していることが好ましい。
キャビティ２４は下部２１及び本体２２に亘って形成されるものであり、そのために、下部２１には第１空隙２５が、また、本体２２には第２空隙２６が形成される。キャビティ２４にペットボトルＰＢが収容されたときに、ペットボトルＰＢの底面を除いて、ペットボトルＰＢの外面と容器収容チャンバ２０の内面の間にクリアランスが設けられる。ペットボトルＰＢに傷が着くのを防ぐためである。第１空隙２５及び第２空隙２６は、このクリアランスを考慮して形成される。
【００１６】
本体２２の上部には、キャビティ２４の上部開口と繋がるノズル挿入路２７が形成されている。電子線照射銃４０のノズル４２は、このノズル挿入路２７を介してキャビティ２４内に配置される。
上部２３には、ノズル挿入路２７を介してキャビティ２４と繋がる排気経路２８が形成されている。排気経路２８は、酸素排除配管Ｌ１を介して酸素排除部６０に繋がっている。電子線による殺菌処理中にキャビティ２４（ペットボトルＰＢ）でオゾンが発生するのを防止することを目的として、酸素排除部６０は真空ポンプを備えている。殺菌処理する前にキャビティ２４を真空引きすることで、オゾン発生の要因である酸素をキャビティ２４から排除する。真空引きは、殺菌処理中も継続して行うことが好ましい。
酸素排除部６０として真空引きするものを示したが、オゾンの発生防止のためには、キャビティ２４内の大気を窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスで置換することで、殺菌処理前にキャビティ２４内の酸素を排除することもできる。もちろん、真空引きした後に不活性ガスをキャビティ２４に充填することもできる。
【００１７】
＜電子線照射銃４０＞
電子線照射銃４０は、図４に示すように、電子線を生成する銃本体４１と、銃本体４１に連なるノズル４２と、から構成される。銃本体４１及びノズル４２はともに中空円筒状の形態をなし、銃本体４１の下端とノズル４２の上端が繋がっている。
銃本体４１は、外筒４３内の上部に電子生成器４４が設けられている。電子生成器４４は、ケース４５を有している。ケース４５は、その外面が外筒４３の内面から所定の距離を離して設けられているので、外筒４３とケース４５の間に高電圧ギャップを作り出すことができる。
ケース４５の内部には、電子発生用のフィラメント４６が配置されている。このフィラメント４６には、絶縁体４７及び電力線Ｌ２を介して電源８０から電力が供給される。フィラメント４６は、供給される電力によって加熱され、自由電子（ｅ−）を生成させる。生成された電子は、静電レンズ４８に形成された開口部４９及びケース４５先端に形成された開口部５０を通過してノズル４２に向けて出射される。
【００１８】
電子生成器４４のケース４５とノズル４２の先端にある出射口５１との間に、電源８０から高電圧が印加される。なお、出射口５１は、接地されている。電子生成器４４と出射口５１との間の電位差によって、フィラメント４６で生成した電子が、ノズル４２内の電子線通路５２を出射口５１に向けて通過しながら加速され、さらに出射口５１を通過して外部に出射される。このように、キャビティ２４に収容されているペットボトルＰＢの内面に電子線が照射されることで、当該面を殺菌処理することができる。
電子線照射銃４０は、例えば以下のように動作してペットボトルＰＢを殺菌することができる。
図３（ａ）に示すように、ペットボトルＰＢが容器収容チャンバ２０に収容されるまでは、キャビティ２４から上方に退避した初期位置にあるする。ペットボトルＰＢが容器収容チャンバ２０に収容されると、下部２１と本体２２とを密着させることで、容器収容チャンバ２０を閉塞状態とする。そうすると、電子線照射銃４０は、ペットボトルＰＢ内を図３（ｂ）に示す最下端まで降下しながら電子線を出射する。電子線照射銃４０は、最下端まで降下した後に、図３（ｃ）に示すように、初期位置に向けて上昇する。この上昇の過程で電子線を出射することもできる。電子線照射銃４０が初期位置に戻ると殺菌処理が終了し、その後に容器収容チャンバ２０を開放状態（図３（ａ））としてペットボトルＰＢを取り出す。
以上の動作は一例であり、初期位置に上昇する過程のみに電子線を出射することができるし、また、電子線を偏向する手段を設けることで電子線照射銃４０の位置を固定にすることもできる。
また、ここで示した電子線照射銃４０は、ノズル４２の先端にある出射口５１から電子線が出射されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、ノズル４２の側面から電子線が出射されるものであってもよい。
【００１９】
電子線殺菌システム１０は、以上説明したように、電子線照射銃４０は一つの容器収容チャンバ２０に対して殺菌に必要な電子線を与えるものであるから、低エネルギの電子線を生成するもので足りる。したがって、電子線殺菌システム１０は、小型の電子線照射銃４０を用いることができる。また、容器収容チャンバ２０はキャビティ２４（容器）内に導入される電子線、Ｘ線を外部に漏洩するのを防ぐ遮蔽構造を必要とするが、導入されるのが低エネルギの電子線であるために、従来の電子線殺菌装置に比べると軽微な遮蔽構造にすることができる。加えて電子線殺菌システム１０は、容器収容チャンバ２０のキャビティ２４が、実質的にはペットボトルＰＢを収容できる容積を備えれば足りるので、容器収容チャンバを最小限の大きさに抑えることができる。
また、電子線殺菌システム１０は、容器収容チャンバ２０に排気経路２８を設け、殺菌処理を行う前に酸素排除部６０により真空引きあるいは不活性ガスの置換をするので、殺菌処理時にオゾンが発生するのを防止することができきる。したがって、人体あるいは飲料の安全性が確保される。また、微量のオゾンが発生したとしても、殺菌処理中にも酸素排除部６０から真空引きをしてそれを回収すれば、より確実に安全性が確保される。さらに、容器収容チャンバ２０内に大気があるとその中の水素、窒素と反応して硝酸を生成させ、容器収容チャンバ２０を構成する金属部材を腐食させるおそれがある。したがって、オゾンの発生を防止することで、金属部材の腐食低減にも効果を発揮する。さらにまた、真空引きを行うことで、他の異物の除去にも有効である。
【００２０】
＜冷却構造＞
電子線照射による殺菌処理は発熱を伴う。したがって、本発明は冷却構造を付加することが好ましい。以下、その例を説明する。
冷却構造としては、空冷と水冷を代表例として掲げることができる。
図５は、空冷を採用した電子線殺菌システム１００を示している。なお、図１と同じ要素については図１と同じ符号を付すことで説明を省略する。以下に説明する図６、図７も同様である。
電子線殺菌システム１００は、エア供給源８５を備えている。少なくとも殺菌処理を行う間には、このエア供給源８５からエア供給配管Ｌ３を介して各容器収容チャンバ１２０に冷却媒体としてのエアを供給する。
各容器収容チャンバ１２０には、一方端がエア供給配管Ｌ３に繋がり他端がキャビティ２４に繋がるエア供給路２９が本体２２に形成されており、エア供給配管Ｌ３を介してエア供給源８５から供給されたエアがエア供給路２９を通ってキャビティ２４に導入される。キャビティ２４に導入されたエアは排気経路２８を通って容器収容チャンバ１２０の外に排出されるが、その過程で容器収容チャンバ１２０を冷却する。
【００２１】
図６は、水冷を採用した電子線殺菌システム２００を示している。
電子線殺菌システム２００は、循環装置９０を備えている。少なくとも殺菌処理を行う間に、この循環装置９０から冷却水供給配管Ｌ４１を介して各容器収容チャンバ２２０に冷却水を供給し、また、各容器収容チャンバ２２０から冷却水回収配管Ｌ４２を介して冷却水を循環装置９０で回収する。
各容器収容チャンバ２２０には、下部２１及び本体２２の周囲を取り囲む水冷ジャケット３０が設けられている。水冷ジャケット３０には、冷却水供給配管Ｌ４１と繋がる導入管３１と、冷却水回収配管Ｌ４２と繋がる排出管３２が設けられている。冷却水供給配管Ｌ４１を介して循環装置９０から供給された冷却水は導入管３１を通って水冷ジャケット３０に供給される。冷却水は水冷ジャケット３０を通って各容器収容チャンバ２２０を冷却した後に排出管３２から排出され、冷却水回収配管Ｌ４２を介して循環装置９０に戻される。循環装置９０に戻った冷却水は所定の温度まで冷やされた後、また、冷却水供給配管Ｌ４１を介して水冷ジャケット３０に供給される、という手順が繰り返される。
【００２２】
以上では、空冷の例と水冷の例を個別に示したが、空冷と水冷の両方を適用することもできる。
また、空冷の冷却媒体はエアに限るものではなく、窒素などの不活性ガス、その他のガスを用いることができることは言うまでもない。また、水冷ジャケット３０の具体的な構造は公知のものを適宜採用することができるとともに、水冷ジャケット３０を各容器収容チャンバ２２０に設ける位置も適宜設定することができる。
【００２３】
＜容器収容チャンバ３２０＞
以上説明した容器収容チャンバ２０（１２０，２２０）は、下部２１、本体２２及び上部２３の３つの要素から構成され、かつキャビティ２４は円筒状の空隙を有しているが、これは本発明の一例である。図７に示すように、本体２２と上部２３とを一体化した本体１２２と下部２１との２つの要素から構成できるとともに、キャビティ２４をペットボトルＰＢと相似形にした容器収容チャンバ３２０にすることもできる。そうすることで、殺菌処理前に真空引きする際の排気容量最小化、または不活性ガスを充填する際の充填容量を最小化できる。
＜接合構造＞
次に、各容器収容チャンバ２０は、電子線、Ｘ線及びオゾンの漏洩を防止するための封止体ＯＲを、下部２１と本体２２の境界部、また、本体２２と上部２３の境界部に介在させている。この漏洩防止効果を向上するために、平坦面同士を突合せるのではなく、図８に示すように、段差面を突合せることが好ましい。そうすると、電子線、Ｘ線及びオゾンが通過する境界部の延長距離を、平坦面同士を突合せる場合よりも長くなるので、電子線、Ｘ線及びオゾンが漏洩しにくくなる。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは高知の他の構成に適宜変更することが可能である。例えば、容器収容チャンバ２０は、開放状態の一形態として下部２１を降下させることで本体２２から分離する構造としたが、観音開きする構造を採用することで、開放状態と閉塞状態をなすこともできる。
また、オゾンの発生をそもそも起こさせないために、キャビティ内に予め窒素を充填しておくこともできる。
【符号の説明】
【００２５】
１０，１００，２００…電子線殺菌システム
２０，１２０，２２０，３２０…容器収容チャンバ
２１…下部、２２…本体、２３…上部
２４…キャビティ、２８…排気経路、２９…エア供給路、３０…水冷ジャケット
４０…電子線照射銃
４１…銃本体、４２…ノズル、４４…電子生成器、５１…出射口、５２…電子線通路
６０…酸素排除部、８０…電源、８５…エア供給源、９０…循環装置
ＰＢ…ペットボトル
Ｌ１…酸素排除配管、Ｌ２…電力線、Ｌ３…エア供給配管
Ｌ４１…冷却水供給配管、Ｌ４２…冷却水回収配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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