JPH11248900A - 電子線照射方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャップや飲料容器等の立体的に複雑な肉厚
若しくは形状のものであっても、殺菌等の所期の目的を
達成する。 【解決手段】 本発明は、走査電子線入射位置上に、該
電子線入射方向とほぼ直交する面内に少なくとも２つの
側より交番磁界を印加する磁界印加手段を配設し、電子
線を円周方向に走査可能に構成するとともに、前記円周
方向の走査位置より走査後の電子線が前記被照射物に照
射されるまでの所定位置の走査電子線を囲繞する如くＮ
Ｓ複数組の電子線偏向用の磁石体を配置し、該磁石体に
より電子線を偏向する方向に、該走査電子線に磁力線を
加え、前記被照射物に照射される電子線の一部が前記磁
力線により偏向する。

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６に示されるよ
うな装置が検討されている。図６において、１は電子線
（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２は筒状のビームガイド筒３を介して収束電磁石４
（ビーム絞りレンズ）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（同図（Ｂ）参照）、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
査された走査電子線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３０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
走査波形が図６（Ｃ）に示すような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】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
ることは中々困難である。特に飲料容器２０等のキャッ
プは小さいためにそ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。

【０００７】キャップは図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すよう
に、キャップは直径がφ３０ｍｍ程度と小さく、外周側
にはすべり止溝３１が、内周には締め付け用のネジ山３
２やシール用突起３３があるなど複雑な構造をしてい
る。そこで本出願人は同時提出の特許願において、食品
飲料容器等のキャップ３０を電子線照射により殺菌する
装置を提案している。

【０００８】かかる装置は、図５（Ａ）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、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を曲げ
る偏向磁石板１９Ａ、１９Ｂを設け、キャップ３０の下
部には反射板１１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。

【０００９】この場合、偏向磁石板１９Ａ、１９Ｂ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、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。

【００１０】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１１により反射された電子線１８
が照射される。

【００１１】従って本実施形態によれば、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１１によりキャップ３０底部及び外周部を反射電子線
１８で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。

【００１２】尚、前記偏向磁石板１９Ａ、１９Ｂによる
偏向手段には、均一磁束密度の磁場内で、その磁場を通
過する距離を異ならせる方式、電子線がその磁場を通過
する距離を一定にした状態で、磁束密度を異ならせる方
式、及び両者を組合せた方式がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記装置
にも尚、次のような問題がある。即ち、前記装置は走査
磁石により電子線を扇状に走査し、更に二次元方向に拡
開された走査電子線を偏向磁石板により中心側に偏向し
てキャップ３０に照射するが、前記電子線照射面は二次
元であり、一方キャップは３次元方向に肉厚や形状が大
きく異なるために、前記キャップを照射位置上で回転さ
せなければ精度よい電子線照射が困難である。しかしな
がら前記キャップのような小さなものを照射位置で回転
させながら殺菌することは、試験室段階では可能である
が、製造現場では実質的に難しい。特に製造現場ではコ
ンベア等により前記電子線照射面と直交する方向にキャ
ップを搬送しながら殺菌を行なうのが生産的であり、か
かる要請に耐え得る電子線照射装置の提供が待望されて
いた。

【００１４】本発明はかかる技術課題に鑑み、キャップ
や飲料容器等の立体的に複雑な肉厚若しくは形状のもの
であっても、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。

【００１５】

【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、負圧（真
空）空間内で電子線を走査する走査体の照射窓部より出
射される走査電子線を、食品や飲料容器等の立体形状の
被照射物に繰り返し照射しながら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、前記走査体入口側の
電子線入射位置上に、該電子線入射方向とほぼ直交する
面内に少なくとも２つの側より交番磁界を印加して、電
子線を円周方向に走査するようにしたことを特徴とする
電子線照射方法を提案する。

【００１６】かかる発明によれば、立体形状の被照射
物、例えばキャップ形状に合わせて照射される電子線が
３次元状に、具体的には円錐状に周回しながら照射され
るために、キャップや飲料容器等の立体的に複雑な肉厚
若しくは形状のものであっても、特にコンベア等により
前記電子線照射面と直交する方向に搬送されるものであ
っても電子線照射パターンがこれに対応する３次元状形
状であるために、被照射物の上方を円滑に照射すること
が可能となり、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殺菌手段の提供が可能とな
る。

【００１７】このような手段でキャップのような小さい
形状のものを電子線照射した場合、電子線を円錐状に走
査する走査角に比較して容器外径が小さいために中心付
近の走査電子線は容器を照射するが、その外側の走査ビ
ームはキャップ外に照射され、そのほとんどが無駄にな
る。

【００１８】請求項２記載の発明は、かかる点に鑑み、
前記円周方向に走査後の走査電子線を（中心側に）偏向
する方向に、該走査電子線に磁力線を加え、前記キャッ
プ（被照射物）外に照射され、そのほとんどが無駄にな
る外側の走査ビームを中心側に偏向させ小さい形状の被
照射物であっても電子線の効率的照射を可能とするもの
である。この場合、前記磁力線による電子線の偏向位置
は、走査ホーンの電子線照射窓７の出口側の大気空間中
でもよいが大気中だと電子線が発散して精度よく偏向で
きない。即ち偏向磁石を走査ホーンの外側（大気側）に
設置した場合、電子線は真空中から大気中に出ると、空
気分子に作用して散乱を受け電子線束の断面形状が拡大
して偏向効率が悪化する不具合を有している。そこで好
ましくは、前記磁力線による電子線の偏向位置が、前記
電子線を走査する為に形成された負圧（真空も含む）空
間であるのがよい。

【００１９】請求項３記載の発明は、前記請求項１記載
の発明を効果的に実施するための電子線照射装置に関す
る発明で、前記走査体入口側の電子線入射位置上に、該
電子線入射方向とほぼ直交する面内に少なくとも２つの
側より交番磁界を印加する磁界印加手段を配設し、電子
線を円周方向に走査可能に構成したことを特徴とする。

【００２０】請求項４記載の発明は、前記請求項２記載
の発明を効果的に実施するための装置に関する発明で、
前記円周方向の走査位置より走査後の電子線が前記被照
射物に照射されるまでの所定位置の走査電子線を囲繞す
る如くＮＳ複数組の電子線偏向用の磁石体を配置し、該
磁石体により電子線を偏向する方向に、該走査電子線に
磁力線を加え、前記被照射物に照射される電子線の一部
が前記磁力線により偏向された電子線であることを特徴
とする。

【００２１】尚、前記請求項３記載の磁界印加手段は、
走査体入口部を囲繞する如く配設したＮＳ複数組の交流
電磁石体であり、該各組の電磁石体に振幅が同じで位相
の異なる交流電流を印加したことを特徴と、又前記請求
項４記載の電子線偏向用の磁石体の該各組の電磁石体に
振幅が同じで位相の異なる交流電流を印加するのがよ
く、更に前記磁界印加手段はＮＳ複数組の電子線走査用
の磁石体である場合において、電子線偏向用の磁石体と
電子線走査用の磁石体に夫々印加される交流電流が夫々
逆位相であることを特徴とする。

【００２２】かかる発明によれば、電子線走査用の磁石
体により円錐方向に拡径されながら周回する走査電子線
は、逆位相の電子線偏向用の磁石体により集束方向（中
心側方向）偏向され、この結果小さな直径のキャップで
も円滑に電子線照射が可能となる。

【００２３】尚、前記の構成を取っても、照射窓の反対
側に位置する容器底面に直接照射させることは不可能で
ある。そこで本発明は、請求項６記載の様に、被照射物
を挟んで前記走査体の反対側に反射板を設置し、該反射
板から反射された反射電子線により、被照射物の底面外
部を付加照射するのがよい。

【００２４】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事によ
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、具体的には半球状、若しくは凹
曲面状に形成するのが好ましいが、コンベアで搬送する
必要から平板状若しくはＵ字状の反射板で形成すること
も可能である。

【００２５】

【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。

【００２６】図１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２は該装置を上面から見た
平面図である。図１及び図２において、６はビームガイ
ド筒３出口端より円錐状に拡径された走査ホーンで、前
面にリング円状の照射窓７０を有する。５０はビーム走
査を行なう走査磁石体で、走査ホーン６の入口部（始
端）においてビーム中心線に対し直交する面内に正方形
枠状に囲繞されている。そして該走査磁石体５０は、ホ
ーン６内真空空間に図４に示す磁場を形成すべく図３
（Ａ）に示すような交流電流を印加する走査磁場発生用
の電源が接続されている。

【００２７】６０は、走査ホーン出口側の照射窓７０よ
り僅かに上方の走査ホーン６周囲を囲繞するごとくビー
ム中心線に対し直交する面内に正方形枠状に囲繞されて
いる偏向磁石体で、走査ホーン６内真空空間に図４に示
す磁場を形成すべく図３（Ｂ）に示すような交流電流を
印加する不図示の偏向磁場発生用の電源が接続されてい
る。

【００２８】そして前記照射窓７０と反対側にキャップ
３０下方のキャップ底部と対面する位置に反射板１２を
配置している。反射板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、前記反射板
１２の反射面形状は、走査ホーン６より出射される電子
線８が拡開若しくは収束方向に偏向しているためにこれ
に対応して半球状の反射板１２を配設しているが、前記
キャップ３０をコンベア等で搬送する場合は、そのコン
ベア通過部位を切り欠くか、若しくはＵ字状に形成して
もよい。尚、コンベアを用いる場合は網目状にし、下側
に配した反射板１２よりの反射電子線１８の照射を容易
にする必要がある。

【００２９】前記方形枠状の走査磁石体５０（５０Ａ、
５０Ｂ）は図４に示すように、対面する二辺が夫々Ｎ極
とＳ極となる四極磁石構造に設定する。即ち走査磁石体
５０Ａ、５０Ｂを構成する四極磁石はＮ極とＳ極が互い
に向き合う２組の交流電磁石により形成される。そし
て、図３（Ａ）に示すように前記Ｎ／Ｓ各組の４極磁石
５０Ａ及び５０Ｂに振幅が同じで位相が９０°異なる交
流電流を印加すると、走査磁石体５０の中心部を通過す
る電子線が円周状に周回走査されるような磁場を与える
ことが出来る。

【００３０】前記方形枠状の偏向磁石体６０も同様に図
４に示すように、対面する二辺が夫々Ｎ極とＳ極となる
四極磁石構造に設定する。即ち偏向磁石体６０を構成す
る四極磁石もＮ極とＳ極が互いに向き合う２組の交流電
磁石６０Ａ、６０Ｂにより形成される。そして図３
（Ｂ）に示すように前記偏向磁石体６０も走査磁石体５
０に印加する交流電流と位相が１８０°異なる交流電流
を印加すると、走査磁石体５０により円錐状に拡径され
ながら周回走査されていた走査電子線が、前記走査磁石
体５０と逆位相の磁場によりあたかも光が凸レンズを通
過する如く円軌道を描きながら集束する。前記偏向磁石
体６０に印加する交流電流の強度（波高）は、走査磁石
体５０に印加する交流電流の強度（波高）に比較して大
に設定しているが、これは囲繞する走査ホーン６の径に
対応するものである。

【００３１】この結果、電子線走査用の磁石体５０によ
り円錐方向に拡径されながら周回する走査電子線は、逆
位相の電子線偏向用の磁石体６０により集束方向（中心
側方向）に偏向される。

【００３２】次にかかる実施形態の作用を図１に基づい
て説明する。先ず円錐状の走査ホーン６の始端にある４
極構造の走査磁石体５０にて電子線が円周状に周回さ
れ、円錐状に走査される走査電子線が形成される。円錐
状に走査された電子線は同様に４極構造の偏向磁石体６
０により集束方向（中心側方向）に偏向され、この結果
小さな直径のキャップ３０でも円滑に電子線照射が可能
となる。

【００３３】更に電子線８の透過しにくいキャップ底部
２６については前記電子線８が反射板１２で反射した反
射電子線１８により照射される。これによりキャップ３
０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。

【００３４】尚、前記電子線は走査ホーン６内の真空空
間中を直進している間は、拡散がないために真空空間中
で振れ幅の最も大きい大気照射位置直前に偏向磁石体６
０を配置するのが好ましいが、前記偏向磁石体６０は大
気照射位置直後の照射窓７０前面に配置してもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上記載のごとく請求項１及び３記載の
発明によれば、立体形状の被照射物、例えばキャップ形
状に合わせて照射される電子線が３次元状に、具体的に
は円錐状に周回しながら照射されるために、キャップや
飲料容器等の立体的に複雑な肉厚若しくは形状のもので
あっても、特にコンベア等により前記電子線照射面と直
交する方向に搬送されるものであっても電子線照射パタ
ーンがこれに対応する３次元状形状であるために、被照
射物の上方を円滑に照射することが可能となり、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
し得る殺菌手段の提供が可能となる。

【００３６】請求項２及び４記載の発明によれば、前記
円周方向に走査後の走査電子線を（中心側に）偏向する
方向に、該走査電子線に磁力線を加え、前記キャップ
（被照射物）外に照射され、そのほとんどが無駄になる
外側の走査ビームを中心側に偏向させ小さい形状の被照
射物であっても電子線の効率的照射を可能とする。また
磁石体である場合において、電子線偏向用の磁石体と電
子線走査用の磁石体に夫々印加される交流電流が夫々逆
位相であることを特徴とする。

【００３７】かかる発明によれば、電子線走査用の磁石
体により円錐方向に拡径されながら周回する走査電子線
は、逆位相の電子線偏向用の磁石体により集束方向（中
心側方向）偏向され、この結果小さな直径のキャップで
も円滑に電子線照射が可能となる。

【００３８】請求項６の発明によれば、被照射物を挟ん
で前記走査体の反対側に反射板を設置し、該反射板から
反射された反射電子線により、被照射物の底面外部を付
加照射することが出来る。

【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
走査装置の全体概略図で、（Ａ）は要部斜視図、（Ｂ）
は全体正面図である。

【図２】 図１の実施形態に係るビーム走査型電子線走
査装置を上面からみた平面図である。

【図３】 （Ａ）は走査磁石体に印加する交流電流の位
相波形図、（Ｂ）は偏向磁石体に印加する交流電流の位
相波形図である。

【図４】 走査磁石体と偏向磁石体夫々に使用される４
極磁石構造と、該４極磁石により形成された磁場と電子
線との関係を（Ａ）及び（Ｂ）に示した図である。

【図５】 （Ａ）は本発明の比較技術に係るビーム走査
型電子線走査装置の全体概略図で、走査ホーンをキャッ
プ上方に配置してある。（Ｂ）はキャップ形状を示す斜
視図、（Ｃ）はその断面図である。

【図６】 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】 ５０ ４極構造の走査磁石体 ６ 走査ホーン ６０ ４極構造の偏向磁石体 ７０ 照射窓 ８ 走査電子線 １２ 反射板 ３０ キャップ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負圧（真空）空間内で電子線を走査する
   走査体の照射窓部より出射される走査電子線を、食品や
   飲料容器等の立体形状の被照射物に繰り返し照射しなが
   ら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、 前記走査体入口側の電子線入射位置上に、該電子線入射
   方向とほぼ直交する面内に少なくとも２つの側より交番
   磁界を印加して、電子線を円周方向に走査するようにし
   たことを特徴とする電子線照射方法。
2. 【請求項２】 前記円周方向に走査後の走査電子線を偏
   向する方向に、該走査電子線に磁力線を加え、前記被照
   射物に照射される電子線の一部が前記磁力線により偏向
   された電子線であることを特徴とする請求項１記載の電
   子線照射方法。
3. 【請求項３】 負圧（真空）空間内で電子線を走査する
   走査体の照射窓部より出射される走査電子線を、食品や
   飲料容器等の立体形状の被照射物に繰り返し照射しなが
   ら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、 前記走査体入口側の電子線入射位置上に、該電子線入射
   方向とほぼ直交する面内に少なくとも２つの側より交番
   磁界を印加する磁界印加手段を配設し、電子線を円周方
   向に走査可能に構成したことを特徴とする電子線照射装
   置。
4. 【請求項４】 前記円周方向の走査位置より走査後の電
   子線が前記被照射物に照射されるまでの所定位置の走査
   電子線を囲繞する如くＮＳ複数組の電子線偏向用の磁石
   体を配置し、該磁石体により電子線を偏向する方向に、
   該走査電子線に磁力線を加え、前記被照射物に照射され
   る電子線の一部が前記磁力線により偏向された電子線で
   あることを特徴とする請求項３記載の電子線照射装置。
5. 【請求項５】 前記請求項３記載の磁界印加手段が、走
   査体入口部を囲繞する如く配設したＮＳ複数組の交流電
   磁石体であり、該各組の電磁石体に振幅が同じで位相の
   異なる交流電流を印加したことを特徴とする請求項３記
   載の電子線照射装置。
6. 【請求項６】 前記請求項４記載の電子線偏向用の磁石
   体の該各組の電磁石体に振幅が同じで位相の異なる交流
   電流を印加したことを特徴とする電子線照射装置。
7. 【請求項７】 前記磁界印加手段がＮＳ複数組の電子線
   走査用の磁石体である場合において、電子線偏向用の磁
   石体と電子線走査用の磁石体に夫々印加される交流電流
   が夫々逆位相であることを特徴とする請求項４記載の電
   子線照射装置。
8. 【請求項８】 被照射物を挟んで前記走査体の反対側に
   反射板を設置し、該反射板から反射された反射電子線に
   より、被照射物の底面外部を付加照射することを特徴と
   する請求項３記載の電子線照射装置。