(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の内面及び外面に電子線を照射し、前記容器の口部内面の殺菌を、前記口部の開口から入射させた前記電子線によって行い、底部を含む前記容器の内面の殺菌を、主として、前記容器の胴部の側壁を透過した電子線によって行う電子線殺菌装置であって、
前記容器の軸線に対して角度Ａ方向から前記電子線を前記容器に照射する電子線照射手段と、
前記容器を前記軸線の周りに回転させる回転手段とを有し、
前記電子線の前記軸線に対する角度Ａが、
ｔ／sinＡ×ρ１＋（Ｐ１＋Ｐ２）／cosＡ×ρ２＜０．４０７Ｅ１．３８
（ｔ：容器の側壁の壁厚  Ｅ：電子線の加速電圧  Ｈ：容器の底部内面から電子線の照射部までの鉛直距離  ρ１：容器を構成する材料の密度  ρ２：空気の密度  Ｐ１：電子線照射窓から容器の外面までの距離  Ｐ２：容器の一方の内面から他方の内面までの距離）
の要件を常に満たすものであることを特徴とする容器の電子線殺菌装置。
【請求項２】
前記電子線の前記軸線に対する前記角度Ａが、tanＡ≦Ｄｍ／Ｌ（Ａ：電子線の照射角度  Ｌ：口部の長さ  Ｄｍ：口部の開口径）であることを特徴とする請求項１に記載の容器の電子線殺菌装置。
【請求項３】
前記容器の底部側に前記電子線を前記底部に向けて反射する反射部材を配置し、前記角度Ａ又は前記反射部材と前記底部との距離ｄが、ｄ×tanＡ≧Ｄｂ／４（Ｄｂは底部の直径）の要件を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の容器の電子線殺菌装置。
【請求項４】
前記容器が、ペットボトルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の容器の電子線殺菌装置。
【請求項５】
前記壁厚ｔがｔ＝０．２〜０．４ｍｍ、容器の底部内面から電子線の照射部までの鉛直距離Ｈの最大値が２００〜３５０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の容器の電子線殺菌装置。
【請求項６】
前記容器に照射する電子線の加速電圧が、３００ｋＶ〜１ＭＶであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の容器の電子線殺菌装置。
【請求項７】
容器の内面及び外面に、前記容器の軸線に対して角度Ａ方向から電子線を照射して殺菌を行う電子線殺菌方法であって、
前記電子線の前記軸線に対する角度Ａを、
ｔ／sinＡ×ρ１＋（Ｐ１＋Ｐ２）／cosＡ×ρ２＜０．４０７Ｅ１．３８
（ｔ：容器の側壁の壁厚  Ｅ：電子線の加速電圧  Ｈ：容器の底部内面から電子線の照射部までの鉛直距離  ρ１：容器を構成する材料の密度  ρ２：空気の密度  Ｐ１：電子線照射窓から容器の外面までの距離  Ｐ２：容器の一方の内面から他方の内面までの距離）
の要件を常に満たすものとし、
前記電子線を前記角度Ａ方向から前記容器に対して照射しながら前記容器を前記軸線の周りに回転させ、前記容器の口部内面の殺菌を、前記口部の開口から入射させた前記電子線によって直接行い、前記容器の胴部内面及び底部内面の殺菌を、主として、前記容器の胴部を透過した電子線によって行い、前記容器の底部外面の殺菌を、反射部材で反射させた電子線によって行うこと、を特徴とする容器の電子線殺菌方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線を照射することにより容器の内面及び外面の殺菌を行う電子線殺菌装置及び電子線殺菌方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペットボトル等の容器は、無菌環境下における飲料等の充填にあたり、予め殺菌しておく必要がある。殺菌処理にあたっては、容器に過酸化水素や次亜塩素酸ソーダ等の殺菌用薬剤溶液をいったん注入した後、その薬剤溶液を排出し、さらに、容器の内側を無菌水で洗浄する作業が行われていた。
【０００３】
しかし、薬剤溶液による殺菌処理方法は、環境負荷が大きく、薬剤コストや廃液処理コストも高いという問題があった。このため、殺菌用薬剤溶液や洗浄水を用いない、種々の乾式の殺菌方法が提案されている。
そのような乾式の殺菌方法の一例として、特開平９−１５０８１３号公報には、ペットボトルに電子線を照射することにより、ペットボトルを殺菌する技術が開示されている。
また、例えば、特開平１１−１９１９０号公報には、ペットボトル等の容器の側面から電子線を照射しながら、容器を約２５°回動させる技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、上記のいずれの文献に開示の技術においても、電子線は、容器の側壁を透過した後、容器の内面に到達している。
電子線の照射によって殺菌を行う方式には、線状のフィラメントから帯状の電子線を容器に向けて照射する非走査形（又はカーテン形）と、楕円形のスポットを有する電子線（電子ビーム）を容器の表面に沿って走査させる走査形とがある。
【０００５】
前者の方式は、装置高さを低くして小型化することができる点では有利であるが、加速電圧が３００ｋＶ程度までと高出力には不向きで、かつ、電子線を効率良く取り出すために、電子線照射窓を可能な限り薄くする必要があるという欠点がある。
後者の方式は、幅方向の電子線量の分布均一性が良く、加速電圧も容易に高めることができ、かつ、容器に応じて走査幅を容易に変更できるという点では有利であるが、走査機構が必要で、加速電圧が大きくなるほど電子線発生源が大型化し、さらに、より厳重なＸ線遮蔽機構を必要とするため電子線殺菌装置が大型化するという欠点がある。
【０００６】
また、電子線の強度は、側壁を透過することにより減衰するため、内面に到達した電子線により十分な殺菌を行うためには、電子線照射源から高出力の電子線を照射させる必要がある。
特に、口部は、キャップを締め込む必要性から、他の部位よりも側壁が厚く形成されているため、加速電圧をかなり高くしても側壁を透過させた電子線で口部内面の殺菌を行うことは容易ではない。また、高出力のエネルギー線を照射すると、容器が劣化するおそれもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点にかんがみてなされたもので、比較的低い加速電圧で口部の内面をはじめ容器の内面及び外面の全体にまんべんなく電子線を照射させることができ、かつ、照射した電子線で確実に殺菌を行うことができる簡単な構成の電子線殺菌装置及び電子線殺菌方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、容器の内面及び外面に電子線を照射し、前記容器の口部内面の殺菌を、前記口部の開口から入射させた前記電子線によって行い、底部を含む前記容器の内面の殺菌を、主として、前記容器の胴部の側壁を透過した電子線によって行う電子線殺菌装置であって、
前記容器の軸線に対して角度Ａ方向から前記電子線を前記容器に照射する電子線照射手段と、
前記容器を前記軸線の周りに回転させる回転手段とを有し、
前記電子線の前記軸線に対する角度Ａが、
ｔ／sinＡ×ρ１＋（Ｐ１＋Ｐ２）／cosＡ×ρ２＜０．４０７Ｅ１．３８
（ｔ：容器の側壁の壁厚  Ｅ：電子線の加速電圧  Ｈ：容器の底部内面から電子線の照射部までの鉛直距離  ρ１：容器を構成する材料の密度  ρ２：空気の密度  Ｐ１：電子線照射窓から容器の外面までの距離  Ｐ２：容器の一方の内面から他方の内面までの距離）
の要件を常に満たす構成としてある。
【０００９】
この構成によれば、容器の口部内面の殺菌は、口部の開口から入射した電子線によって直接行うことができる。また、容器の底部を含む内面の殺菌は、容器の胴部を透過した電子線によって行うことができる。もちろん、照射角度によっては、口部の開口から入射した電子線の直接照射によって容器の内面の殺菌を行うことも可能である。このように、本発明では、電子線の照射角度を適宜に設定するだけで、容器の内面及び外面の全体にまんべんなく電子線を照射して確実に殺菌を行うことができるので、電子線殺菌装置の装置構成を簡素なものにすることができる。
【００１０】
なお、本発明を適用することのできる容器は、電子線を透過させることができるものであれば、透明に限らず半透明であってもよく、一部又は全体に着色が施されていてもよい。また、必ずしも全体が透明である必要はなく、特に、口部は、外面及び内面に電子線を直接照射して殺菌を行うため、透明又は半透明である必要はない。
【００１１】
前記電子線の照射角度Ａを、tanＡ≦Ｄｍ／Ｌ（Ａ：電子線の照射角度 Ｌ：口部の長さ Ｄｍ：口部の開口径）の条件を満たすように選択するとよい。このように構成することで、口部の内面に確実に電子線を直接照射させることが可能になる。
【００１２】
本発明は、前記容器の底部側に前記電子線を前記底部に向けて反射する反射部材を配置し、前記角度Ａ又は前記反射部材と前記底部との距離ｄが、ｄ×tanＡ≧Ｄｂ／４（Ｄｂは底部の直径）の要件を満たすように設定した構成としてある。このように構成すれば、容器の底部外面の殺菌を、反射部材によって反射させた電子線によって行うことが可能になる。
【００１３】
本発明は、前記容器を、ペットボトルとしてあり、また、本発明は、前記壁厚ｔをｔ＝０．２〜０．４ｍｍ、容器の底部内面から電子線の照射部までの鉛直距離Ｈの最大値を２００〜３５０ｍｍの範囲としてある。このように、本発明は、近年最も一般的かつ大量に利用されている上記寸法範囲内のペットボトルの殺菌に最適なものである。なお、容器に照射する電子線の加速電圧は、３００ｋＶ〜１ＭＶであるのが好ましい。
【００１４】
本発明の電子線殺菌方法は、容器の内面及び外面に、前記容器の軸線に対して角度Ａ方向から電子線を照射して殺菌を行う電子線殺菌方法であって、
前記電子線の前記軸線に対する角度Ａを、
ｔ／sinＡ×ρ１＋（Ｐ１＋Ｐ２）／cosＡ×ρ２＜０．４０７Ｅ１．３８
（ｔ：容器の側壁の壁厚  Ｅ：電子線の加速電圧  Ｈ：容器の底部内面から電子線の照射部までの鉛直距離  ρ１：容器を構成する材料の密度  ρ２：空気の密度  Ｐ１：電子線照射窓から容器の外面までの距離  Ｐ２：容器の一方の内面から他方の内面までの距離）
の要件を常に満たすものとし、
前記電子線を前記角度Ａ方向から前記容器に対して照射しながら前記容器を前記軸線の周りに回転させ、前記容器の口部内面の殺菌を、前記口部の開口から入射させた前記電子線によって直接行い、前記容器の胴部内面及び底部内面の殺菌を、主として、前記容器の胴部を透過した電子線によって行い、前記容器の底部外面の殺菌を、反射部材で反射させた電子線によって行う方法としてある。
この方法によれば、電子線の照射角度を適宜に設定するだけで、容器の内面及び外面の全てにまんべんなく電子線を照射して、確実に殺菌を行うことができる。特に、本発明は、近年最も一般的かつ大量に利用されているペットボトルの殺菌に最適に実施することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を、図面にしたがって詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる電子線殺菌装置の概略図である。
図１に示すように、容器であるペットボトル３（以下、単にボトル３と記載する）は、図示しない回転駆動機構によって軸線Ｃを中心に回転自在に支持されている。図示しない電子線照射装置の電子線照射窓１が、ボトル３の軸線Ｃに直交する面に対して角度Ａで傾斜して設けられている。これにより、電子線照射窓１から照射された電子線２は、ボトル３の軸線Ｃに対して角度Ａで照射されることになる。
また、ボトル３の底部３ｃの下方には、底部３ｃに対面させて、反射板５が配置されている。そして、この反射板５に反射した電子線２が、ボトル３の底部３ｃの外面に照射されるようになっている。
【００１６】
［角度Ａの条件］
角度Ａの条件は以下のとおりである。
（１）まず、角度Ａは、ボトル３の口部３ａの内面に、電子線２が直接照射される角度である。
これを、図２を参照しながら説明する。
口部３ａの高さをＬ、口径をＤｍとした場合に、角度Ａは、
Ｌ×tanＡ≦Ｄｍ          ・・・▲１▼
の関係を満足するものでなければならない。
【００１７】
（２）  また、角度Ａは、電子線照射窓１からボトル３の底部３ｃの内面までの最大透過距離が、電子線２の届く範囲（最大飛程）内のものである。
これを、図３を参照しながら説明する。
電子線２の最大飛程Ｒ［ｇ／ｃｍ２］は、電子線加速電圧Ｅ［ＭＶ］に対して、Ｒ＝０．４０７Ｅ１．３８  
の関係にあることが知られている。
【００１８】
したがって、電子線照射窓１の任意の位置Ｏｋ１（以下、任意点を添え字１，２，３…ｋ…ｎで表す）から照射された電子線２ｋが、ボトル３の内面の対応位置Ｏｋ２に到達したとき、両位置Ｏｋ１，Ｏｋ２の透過距離をＰｋ［ｇ／ｃｍ２］とすると、全ての透過距離Ｐ１〜ｎの中の最大値（これを、特にＰｍａｘとする）が、上記の最大飛程Ｒに対して
Ｐｍａｘ＜Ｒ（＝０．４０７Ｅ１．３８）
の関係になければならない。
【００１９】
最大透過距離Ｐｍａｘは、計算によっても求めることができるが、図１のように作図をすることによっても容易に求めることができる。図１に示す例では、「Ｐｍａｘ」で示す電子線２の透過距離が最大である。
ここで、図３（ａ）に示すように、透過距離Ｐｋは、電子線照射窓１の位置Ｏｋ１からボトル３の胴部３ｂの外面までの距離Ｐｋ１と、電子線がボトル３の胴部３ｂの壁内を透過する距離ｌｋと、胴部３ｂの内面から位置Ｏｋ２までの距離Ｐｋ２との和である。
【００２０】
したがって、
ｌｋ×ρ１＋（Ｐｋ１＋Ｐｋ２）×ρ２＜０．４０７Ｅ１．３８    …  ▲２▼
である。
ここで、ρ１はボトル３を構成する材料の密度（例えば、ペットボトルではρ１＝１．３５ｇ／ｃｍ３）、ρ２は空気の密度（ρ２＝１．２９３×１０−３ｇ／ｃｍ３）である。電子線２の加速電圧としては、３００ｋＶ〜１ＭＶであるのが好ましい。
なお、ボトル３の胴部３ｂの側壁の壁厚をｔとしたとき、距離ｌｋは、図３（ｂ）からもわかるように、
ｌｋ＝ｔ／sinＡ
で表すことができる。また、任意の位置Ｏｋ１，Ｏｋ２の鉛直方向距離をＨｋとすると、
Ｐｋ１＋Ｐｋ２＝Ｈｋ／cosＡ−ｔ／sinＡ
で表すことができる。
【００２１】
したがって、上記▲２▼の式は、
ｔ／sinＡ×ρ１＋（Ｈｋ／cosＡ−ｔ／sinＡ）×ρ２＜０．４０７Ｅ１．３８  
…  ▲３▼
と表すことができる。
一般に、ボトル３がペットボトルである場合、ｔ＝０．２〜０．４×１０−１ｃｍで、Ｈの最大値が２００〜３５０×１０−１ｃｍ程度であるから、これを上記の▲３▼式に代入して、上記▲３▼式を満足する角度Ａを求めればよい。
【００２２】
（３）  さらに、角度Ａは、電子線照射窓１から照射された電子線２が、反射板５で反射されて、少なくともボトル３の底部３ｃの半分を照射するものである。
これを、図４を参照しながら説明する。
反射板５に角度Ａで入射した電子線２は、入射角に等しい角度Ａで反射して底部３ｃに照射されるから、底部３ｃと反射板５との距離をｄ、胴部３ｂの直径をＤｂとした場合に、
ｄ×tanＡ≧Ｄｂ／４      …    ▲４▼
の関係を満たす必要がある。
【００２３】
なお、上記▲４▼の式に基づいて、
ｄ≧Ｄｂ／（４×tanＡ）    …    ▲５▼
を満たすように距離ｄを設定してもよい。
上記した（１）〜（３）の要件を満たすのであれば、ボトル３の高さや口部３ａの開口幅等によっては、口部３ａの開口から入射させた電子線２によって底部３ｃの内面の殺菌を行うようにしてもよい。
【００２４】
次に、本発明の電子線殺菌方法を、上記構成の電子線殺菌装置の作用とともに説明する。
図１に示すように、電子線照射窓１に対峙させてボトル３を配置する。そして、電子線照射窓１からボトル３に向けて電子線２を照射する。
口部３ａの開口からボトル３内に侵入した電子線２は、口部３ａの内面に照射されて殺菌を行う。
胴部３ｂに照射された電子線２は、外面の殺菌を行うとともに、壁厚ｔの側壁を透過して、胴部３ｂの電子線照射窓１側の内面の殺菌を行う。電子線２の照射角度Ａが、上記した（１）及び（２）の要件を満たすように設定されているので、胴部３ｂの側壁を透過した電子線２が対向側の内面に達し、当該内面の殺菌を行う。
また、胴部３ｂの下方の側壁を透過した電子線２が、底部３ｃの内面に達して、当該部分の殺菌を行う。
【００２５】
反射板５によって反射された電子線２は、入射角と等しい角度Ａで反射して底部３ｃの外面に照射される。
角度Ａ又は距離ｄが上記（３）の条件を満たすように設定されているので、反射板５で反射した電子線２が底部３ｃの外周側から底部３ｃの中心まで達することができる。
上記の状態で、ボトル３を軸線Ｃの回りに回転させる。これにより、電子線２がボトル３の内面及び外面の全体にわたってまんべんなく照射され、確実に殺菌が行われる。
【００２６】
［第二の実施形態］
この発明の第二の実施形態の電子線殺菌装置を図５及び図６に示す。
図５は、本発明の第二の実施形態にかかる電子線殺菌装置の概略図、図６は、図５のＸ方向矢視図である。
なお、図５及び図６では、第一の実施形態と同一部位及び同一部材には同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
ボトル３は、ベルトコンベア等の第一の搬送ベルト６上に胴部３ｂが載置されて、図５の紙面に直交する方向に搬送される。ボトル３の底部３ｃ側には、第一の搬送ベルト６に直交する第二の搬送ベルト７が配置され、第一の搬送ベルト６の速度（Ｖ）よりも遅い速度（ｖ）で、第一の搬送ベルト６と同方向に移動している。
【００２７】
第二の搬送ベルト７には、第一の搬送ベルト６上でボトル３の胴部３ｂを両側から支持するガイド８が設けられている。ボトル３に接触するガイド８の接触面は、第一の搬送ベルト６と第二の搬送ベルト７との速度差（Ｖ−ｖ）によってボトル３が自由に回転できるように、滑らかに仕上げられている。
すなわち、ボトル３は、ガイド８によって両側を支持された状態で、図６中矢印に示す方向に回転しながら、第二の搬送ベルト７と同速度で搬送されるわけである。
【００２８】
第二の搬送ベルト７には反射板５が設けられ、ボトル３との位置関係を一定に保った状態で第二の搬送ベルト７とともに移動する。
上記構成の電子線殺菌装置では、第一の搬送ベルト６及び第二の搬送ベルト７によって、ボトル３が電子線照射窓１に対峙する殺菌処理位置まで搬送される。この殺菌処理位置で、ボトル３には電子線２が照射される。ボトル３は、第一の搬送ベルト６及び第二の搬送ベルト７の速度差及びガイド８によって回転しながら前記殺菌処理位置を通過するが、このとき、電子線２の照射によって、ボトル３の外面及び内面の殺菌が行われる。
この実施形態では、殺菌処理位置で第二の搬送ベルト７を停止させ、第一の搬送ベルト６のみを移動させることによって、ボトル３を当該殺菌処理位置に留めたまま回転させて殺菌を行うことも可能である。
【００２９】
この発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態により何ら限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態では、容器として特にペットボトルを例に挙げて説明したが、本発明は、ペットボトル以外の他の容器にも適用が可能である。
また、容器は、電子線を透過させることができるものであれば、透明に限らず半透明であってもよく、一部又は全体に着色が施されていてもよい。特に、口部は、外面及び内面に電子線を直接照射して殺菌を行うため、透明又は半透明である必要はない。
さらに、上記第二の実施形態では、第一の搬送ベルト６と第二の搬送ベルト７の速度差によってボトル３を回転させるものとして説明したが、前記殺菌処理位置で軸線Ｃの周りにボトル３を回転させることができるのであれば、回転手段は上記のものには限定されない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成されているので、容器の全体に電子線をむらなく照射させることができ、容器の全体を確実に殺菌することができる。しかも、電子線の照射方向をボトルの照射部位によって変化させる必要がないので、装置構成を簡素にすることができるほか、一回の殺菌作業でボトルの内面及び外面の全体を確実に殺菌することができるので、殺菌作業を短時間に終了させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかる電子線殺菌装置の概略図である。
【図２】角度Ａの第一の条件を説明するための図である。
【図３】角度Ａの第二の条件を説明するための図で、図３（ｂ）は図３（ａ）の部分拡大図である。
【図４】角度Ａの第三の条件を説明するための図である。
【図５】本発明の第二の実施形態にかかる電子線殺菌装置の概略図である。
【図６】図５のＸ方向矢視図である。
【符号の説明】
１  電子線照射窓
２  電子線
３  ボトル（容器）
３ａ  口部
３ｂ  胴部
３ｃ  底部
５  反射板（反射部材）
６  第一の搬送ベルト
７  第二の搬送ベルト
８  ガイド
【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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