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JP3896809B2 - Electron beam irradiation device - Google Patents
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JP3896809B2 - Electron beam irradiation device - Google Patents

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JP3896809B2
JP3896809B2 JP2001191265A JP2001191265A JP3896809B2 JP 3896809 B2 JP3896809 B2 JP 3896809B2 JP 2001191265 A JP2001191265 A JP 2001191265A JP 2001191265 A JP2001191265 A JP 2001191265A JP 3896809 B2 JP3896809 B2 JP 3896809B2
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electron beam
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子線を被照射物に照射して、被照射物の架橋、改質、硬化、殺菌、その他の表面処理に用いられる電子線照射装置に関し、より具体的には、その電子放出用のフィラメントの支持構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の電子線照射装置の一例を図5に示す。この電子線照射装置は、電子線10を走査することなく、X方向に相対的に短く、当該X方向と直交するY方向に相対的に長い平面形状(例えば矩形状)の電子線10を発生させる装置であり、非走査型またはエリア型と呼ばれる。Y方向は、照射幅方向とも呼ばれる。
【0003】
この電子線照射装置は、Y方向に長い筒状の真空容器2と、その中に収納されていてY方向に長い筒状のシールド電極4を有している。
【0004】
このシールド電極4の中に、図6にも示すように、電子を放出するものであって前記X方向に伸びる直線状のフィラメント8をY方向に複数本並べて成るフィラメント列9をX方向に2列並べて配置している。
【0005】
各フィラメント列9のフィラメント8は互いに電気的に並列接続されており、両フィラメント列9は互いに電気的に直列接続されている。この各フィラメント8には、給電導体12、13を経由して、フィラメント変圧器44から加熱用のフィラメント電力PF が供給される。
【0006】
各フィラメント8は、図8に示すように、内側に撓ませた2枚の板ばね60でそれぞれ支持されている。具体的には、各フィラメント8の両端部を板ばね60に引っ掛けて支持している。各板ばね60は、給電導体12、13にそれぞれ固定されている。これと同様の構造は特開平11−133197号公報にも記載されており、各板ばね60はその弾性で絶えず初期状態(即ち撓み量0の状態)に戻ろうとしているので、フィラメント8が通電加熱によって伸びると、当該板ばね60の撓み量が小さくなってその伸びを吸収することができ、それによって加熱時でも、各フィラメント8に対する所要の張力を維持することができる。
【0007】
給電導体12、13は、絶縁物64、65を介して、支持板6から支持されている。この支持板6は、中央の給電導体13と同電位に固定され、フィラメント8から放出された電子をフィラメント8側へ押し戻す働きもする。
【0008】
各フィラメント8から放出された電子を電子線10として引き出す上下2枚の引出し電極14および15が、シールド電極4の開口部に設けられている。66は絶縁物である。
【0009】
図5を参照して、両引出し電極14および15とシールド電極4とは互いに同電位であり、これらとフィラメント8との間には、電子線10を引き出すために、フィラメント変圧器44および制御器56を介して、引出し電源54から直流の引出し電圧VE が印加される。制御器56は、引き出す電子線10の量を制御するものである。
【0010】
引出し電極14、15に対向する真空容器2の開口部には、照射窓22が設けられている。この照射窓22と真空容器2とは互いに同電位であり、これらと引出し電極14等との間には、引出し電極14、15から引き出された電子線10を加速するために、加速電源58から直流で高電圧の加速電圧VA が印加される。加速された電子線10は、照射窓22を通して真空容器2外の照射雰囲気(例えば大気)中へ取り出される。
【0011】
照射窓22は、図7も参照して、Y方向に長い矩形の平面形状をしており、真空容器2の内外の雰囲気を分離すると共に電子線10を透過させる窓箔24と、この窓箔24を支える枠体28および複数の冷却桟32と、窓箔24の周縁部を固定する押さえ枠34とを有している。
【0012】
窓箔24のX方向の長さを長くすると窓箔24の中央付近の冷却が困難になるので、それを防止するために、この照射窓22は、X方向の中央部に、即ち前記2列のフィラメント列9の中間に対応する位置に、Y方向に伸びる冷却水路部30を有しており、それを挟んで、電子線10を通す2列の開口部40を有している。枠体28および冷却水路部30内には、冷却水38が流される冷却水路36が設けられている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上記各板ばね60は、フィラメント8の加熱時に、フィラメント8が伸びた分、撓み量が少なくなる。その時、各フィラメント8の両端の2枚の板ばね60の撓み量が互いに均等に減少すれば良いが、両板ばね60の個体差により、撓み量の減少に差が生じることが起こる。
【0014】
その時、2枚の板ばね60の撓み量の差により、フィラメント8が(即ちその中心8aが)、X方向において、フィラメント8が伸びる前の初期状態から中央寄りまたは外寄りに移動する(ずれる)ことになる。
【0015】
図8は、フィラメント8が伸びる前の初期状態を示している。各フィラメント8から放出される電子の線量分布は、中心8a付近が一番多く裾が広がった山形分布をしているので、2列のフィラメント列9から放出されて引出し電極14に入射する電子線10の線量分布は図8Aに示す二山形をしている。
【0016】
このような電子線量分布の裾の部分であって引出し電極14の電子線引出し領域14aよりも外側の部分は、引出し電極14を通過できずに引出し電極14で阻止され、引出し電極14における損失部Eとなる。但し、この損失部Eに相当する電子線10は引出し電極14からは引き出されないので、照射窓22における損失とはならない。なお、下側の引出し電極15の電子線引出し領域は、通常は上側の引出し電極14の電子線引出し領域14aよりも広いので、ここでは上側の引出し電極14に着目している。上記損失部Eは、引出し電源54に流れる引出し電源電流IE (図5参照)を増加させ、引出し電源54の負荷を増加させる。
【0017】
一方、照射窓22では、その中央の冷却水路部30に電子線10が衝突してそこで電子線10が阻止されるので、図8Bに示すように、冷却水路部30に損失部Gが生じる。この損失部Gは、加速電源58に流れる加速電源電流IA (図5参照)を増加させ、加速電源58の負荷を増加させる。
【0018】
このような損失部E、Gが生じる状況下で、フィラメント8が加熱によって伸びて中央寄りに移動すると、外寄りに移動した場合に比べて、問題は遙かに深刻になる。
【0019】
これを説明すると、フィラメント8が中央寄りに移動したときの引出し電極14および照射窓22における電子線量分布の概略例を図9AおよびBにそれぞれ示す。前述した電子線量分布の二つの山が互いに近づいて、中央付近がより高くなり全体のX方向の幅が狭くなる電子線量分布となる。従って、引出し電極14の電子線引出し領域14a端部における損失部Eの電子線量は減少するけれども、照射窓22の冷却水路部30における損失部Gの電子線量は増加する。
【0020】
損失部Eの電子線量が減少すると、それに応じて引出し電源電流IE が小さくなって引出し電源54の負荷が減少するけれども、それよりも、損失部Gの電子線量が増加することによって加速電源電流IA が大きくなって加速電源58の負荷が増加する量の方が遙かに大きい。なぜなら、引出し電源54から出力する引出し電圧VE の大きさは、例えば400V〜700V程度であるのに対して、加速電源58から出力する加速電圧VA の大きさは、例えば80kV〜300kV程度もあり、引出し電圧VE に比べて2〜3桁大きい。従って、引出し電源電流IE の減少量と加速電源電流IA の増加量とが同程度であるとすると、電圧が2〜3桁大きい分、加速電源58における負荷増加量の方が遙かに大きくなる。例えば、引出し電源電流IE が0.1A増加したとしても、引出し電源54の負荷は40W〜70W程度しか増加しないので容易に対応することができるけれども、加速電源電流IA が0.1A増加すると、加速電源58の負荷は8kW〜30kW程度も増加する。
【0021】
従って、加速電源58は、上記のような大きな負荷の増大にも耐えられる容量のものとしておかなければならず、その分、加速電源58を大容量にしなければならない。しかも、加速電源58は上記のように非常に高い電圧を出力するものであるので、加速電源58の大容量化による大型化、重量増加およびコスト増加も大きい。
【0022】
また、上記損失部Gの電子線量増加は、電子線入射による冷却水路部30での発熱量増加を惹き起こすので、窓箔24に対する冷却能力が低下し、窓箔24の温度上昇が大きくなる。それを防止するためには、照射窓22の冷却容量を大きくしておく必要がある。
【0023】
更に、上記のような2枚の板ばね60によるフィラメント8の支持構造では、外部から加わる機械的な振動等によって両板ばね60が揺れ動いて、フィラメント8の位置がふらつき、上記損失部EおよびGの電子線量が変化するので、照射窓22を通して外部に取り出される電子線10の出力や線量分布が不安定になるという課題もある。
【0024】
そこでこの発明は、上記のような各フィラメントの加熱時の伸びによる中央寄りへの移動および振動等による各フィラメントの位置のふらつきを防止することを主たる目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
この発明の電子線照射装置は、前記各フィラメントの外側の端部を、内側に撓ませた金属製の板ばねでそれぞれ支持し、かつ前記各フィラメントの内側の端部を、前記板ばねよりも撓みの少ない剛性金具でそれぞれ支持していることを特徴としている。
【0026】
上記構成によれば、各フィラメントを通電加熱して各フィラメントが伸びたとき、各フィラメントの伸びの殆ど全ては、外側の端部を支持している板ばねの撓み量の減少によって吸収されるので、各フィラメントは必ず外寄りに移動することになる。従って、中央寄りに移動することによる前述した、加速電源の大容量化および窓箔に対する冷却能力低下等を防止することができる。
【0027】
しかも、各フィラメントの内側の端部は剛性金具で支持しているので、外部から加わる機械的な振動等によってフィラメントの位置がふらつくことをも防止することができる。従って、外部に取り出される電子線の出力や線量分布が不安定になることを防止することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明に係る電子線照射装置のフィラメント周りの一例を拡大して示す図であり、フィラメントが伸びる前の引出し電極における電子線量分布(A)および照射窓における電子線量分布(B)の概略を合わせて示す。図8に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。また、電子線照射装置全体の構成、フィラメント列9の平面図および照射窓22の平面図は、前記図5〜図7およびその説明を参照するものとし、ここではその重複説明を省略する。
【0029】
この例では、前記2列のフィラメント列9を構成する各フィラメント8の外側(2列のフィラメント列9の外側に位置する側)の端部を、従来例と同様に、内側に撓ませた金属製の板ばね60でそれぞれ支持している。かつ、各フィラメント8の内側(2列のフィラメント列9の内側に位置する側)の端部を、当該板ばね60よりも撓みの少ない剛性金具62でそれぞれ支持している。各板ばね60の撓み量は、加熱時のフィラメント8の伸びを吸収して所定の張力を維持することのできる量にすれば良い。各板ばね60は前記給電導体12に支持されており、各剛性金具62は前記給電導体13に支持されている。
【0030】
各板ばね60の一例を図3に示し、各剛性金具62の一例を図4に示す。両者60、62は、フィラメント8のコ字状に曲げ戻した端部を通すことによってフィラメント8を引っ掛ける切り込み溝68および穴70をそれぞれ有している。
【0031】
各剛性金具62は、この例では断面L形をしており、このような形状にすることによって剛性が非常に高くなり、板ばね60に比べれば、撓みをほぼ無視することができる。また、フィラメント8のふらつき防止効果も大きい。もっとも、断面L形にするのが剛性を高める上で簡便で好ましいけれども、勿論それ以外の形状にしても良い。
【0032】
この各剛性金具62は、板ばね60と同じ材質、同じ長さかつ同じ断面積にするのが好ましい。そのようにすれば、フィラメント8からの熱に対する熱伝導を板ばね60と同じにすることができるので、各フィラメント8の温度分布ひいては放出電子量分布の対称性(中心8aに対するX方向における対称性)を良くすることができる。
【0033】
この電子線照射装置では、各フィラメント8を通電加熱して各フィラメント8が伸びたとき、各フィラメント8の伸びの殆ど全ては、外側の端部を支持している板ばね60の撓み量の減少によって吸収される。各剛性金具62は、剛性が高くて撓みが少なく、しかも板ばね60と違って初めから内側に撓ませてはいないので、フィラメント8が伸びても剛性金具62は変形しない。従って、各フィラメント8は、即ち各フィラメント8の中心8aは、必ず外寄りに移動することになる。従来例では前述したように、中央寄りに移動する場合と外寄りに移動する場合とがあったけれども、この装置では必ず外寄りに移動する。
【0034】
フィラメント8が外寄りに移動したときの引出し電極14および照射窓22における電子線量分布の概略例を図2AおよびBにそれぞれ示す。
【0035】
図1の初期状態に比べて、電子線量分布の二つの山が互いに少し離れて、中央部が少し低くなり全体のX方向の幅が広くなる電子線量分布となる。従って、引出し電極14の電子線引出し領域14a端部における損失部Eの電子線量は増加するけれども、照射窓22の冷却水路部30における損失部Gの電子線量は減少する。つまり、前述した図9の場合と反対になる。
【0036】
損失部Eの電子線量が増加すると、それに応じて引出し電源電流IE が大きくなって引出し電源54の負荷が増加するけれども、それよりも、損失部Gの電子線量が減少することによって加速電源電流IA が小さくなって加速電源58の負荷が減少する量の方が遙かに大きい。その理由は、引出し電圧VE と加速電圧VA との大きさの差によるものであり、詳細は前述のとおりである。
【0037】
このように、この電子線照射装置では、各フィラメント8が中央寄りに移動することを防止することができるので、各フィラメント8の伸びに伴う加速電源電流IA の増大、すなわち加速電源58の負荷増大を防止することができる。従って、加速電源58は、フィラメント8の伸びに伴う負荷増大を考慮する必要がなくなるので、その分、加速電源58の小容量化を図ることができる。ひいては、当該加速電源58の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができる。
【0038】
また、フィラメント8が伸びても照射窓22の冷却水路部30での損失部Gの電子線量が増加せず、電子線入射による冷却水路部30での発熱量は増加しないので、窓箔24に対する冷却能力の低下およびそれに伴う窓箔24の温度上昇を防止することができる。従って、照射窓22の冷却のための冷却容量を大きくせずに済む。
【0039】
しかも、各フィラメント8の内側の端部は剛性金具62で支持していて、外部から機械的な振動等が加わっても、板ばね60と違って剛性金具62が揺れ動くことはないので、外部から加わる機械的な振動等によってフィラメント8の位置がふらつくことをも防止することができる。従って、外部に取り出される電子線10の出力や線量分布が不安定になることを防止することができる。
【0040】
なお、引出し電極は、上記例のような2枚の引出し電極14および15の構成に限られるものではなく、1枚の場合もある。その場合は例えば、引出し電極15が無くて引出し電極14が存在すると考えれば良い。1枚の引出し電極の場合でも、上記のようなフィラメント8の支持構造を採用したことによる上記のような作用効果を奏することができるのは、上記説明から明らかである。
【0041】
【発明の効果】
この発明は、上記のとおり構成されているので、次のような効果を奏する。
【0042】
請求項1記載の発明によれば、上記構成を採用したことによって、各フィラメントが中央寄りに移動することを防止することができるので、各フィラメントの伸びに伴う加速電源の負荷増大を防止することができる。従って、加速電源はフィラメントの伸びに伴う負荷増大を考慮する必要がなくなるので、その分、加速電源の小容量化を図ることができ、ひいては当該加速電源の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができる。
【0043】
また、フィラメントが伸びても照射窓の冷却水路部での損失電子線量が増加せず、電子線入射による冷却水路部での発熱量は増加しないので、窓箔に対する冷却能力の低下およびそれに伴う窓箔の温度上昇を防止することができる。従って、照射窓の冷却のための冷却容量を大きくせずに済む。
【0044】
しかも、各フィラメントの内側の端部は剛性金具で支持しているので、外部から加わる機械的な振動等によってフィラメントの位置がふらつくことをも防止することができる。従って、外部に取り出される電子線の出力や線量分布が不安定になることを防止することができる。
【0045】
請求項2記載の発明によれば、各フィラメントからの熱に対する熱伝導を板ばねと剛性金具とで互いに同じにすることができるので、各フィラメントの温度分布ひいては放出電子量分布の対称性を良くすることができる。しかも剛性金具を断面L形にすると剛性が非常に高くなるので、外部からの振動等によってフィラメントの位置がふらつくことをより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る電子線照射装置のフィラメント周りの一例を拡大して示す図であり、フィラメントが伸びる前の引出し電極における電子線量分布(A)および照射窓における電子線量分布(B)の概略を合わせて示す。
【図2】図1の構造において、フィラメントが伸びてその中心が外寄りに移動した時の引出し電極における電子線量分布(A)および照射窓における電子線量分布(B)の概略を示す図である。
【図3】板ばねの一例を示す斜視図である。
【図4】剛性金具の一例を示す斜視図である。
【図5】電子線照射装置の一例を示す図である。
【図6】フィラメント配置の一例を示す平面図である。
【図7】照射窓の一例を示す平面図である。
【図8】従来の電子線照射装置のフィラメント周りの一例を拡大して示す図であり、フィラメントが伸びる前の引出し電極における電子線量分布(A)および照射窓における電子線量分布(B)の概略を合わせて示す。
【図9】図8の構造において、フィラメントが伸びてその中心が中央寄りに移動した時の引出し電極における電子線量分布(A)および照射窓における電子線量分布(B)の概略を示す図である。
【符号の説明】
8 フィラメント
9 フィラメント列
10 電子線
14 引出し電極
22 照射窓
24 窓箔
30 冷却水路部
60 板ばね
62 剛性金具
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam irradiation apparatus for irradiating an irradiated object with an electron beam and used for crosslinking, modification, curing, sterilization, and other surface treatment of the irradiated object, and more specifically, the electron emission. The present invention relates to the improvement of the support structure for filaments.
[0002]
[Prior art]
An example of this type of electron beam irradiation apparatus is shown in FIG. This electron beam irradiation apparatus generates an electron beam 10 having a planar shape (for example, a rectangular shape) that is relatively short in the X direction and relatively long in the Y direction orthogonal to the X direction without scanning the electron beam 10. This device is called a non-scanning type or an area type. The Y direction is also called the irradiation width direction.
[0003]
This electron beam irradiation apparatus has a cylindrical vacuum vessel 2 that is long in the Y direction, and a cylindrical shield electrode 4 that is housed therein and is long in the Y direction.
[0004]
In this shield electrode 4, as shown in FIG. 6, a filament array 9, in which a plurality of linear filaments 8 that emit electrons and extend in the X direction, are arranged in the Y direction, is 2 in the X direction. They are arranged side by side.
[0005]
The filaments 8 of each filament row 9 are electrically connected to each other in parallel, and both filament rows 9 are electrically connected to each other in series. This Each filament 8 via the conductive layers 12, 13, filament power P F for heating the filament transformer 44 is supplied.
[0006]
As shown in FIG. 8, each filament 8 is supported by two leaf springs 60 bent inward. Specifically, both ends of each filament 8 are hooked and supported by the leaf spring 60. Each leaf spring 60 is fixed to the power supply conductors 12 and 13, respectively. A structure similar to this is also described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-133197. Since each leaf spring 60 is constantly returning to its initial state (that is, a state where the amount of deflection is 0) due to its elasticity, the filament 8 is energized. When stretched by heating, the amount of bending of the leaf spring 60 can be reduced to absorb the stretch, whereby the required tension for each filament 8 can be maintained even during heating.
[0007]
The power supply conductors 12 and 13 are supported from the support plate 6 via insulators 64 and 65. The support plate 6 is fixed at the same potential as the central feeding conductor 13 and also functions to push back the electrons emitted from the filament 8 to the filament 8 side.
[0008]
Two upper and lower extraction electrodes 14 and 15 for extracting electrons emitted from each filament 8 as an electron beam 10 are provided in the opening of the shield electrode 4. 66 is an insulator.
[0009]
Referring to FIG. 5, both the extraction electrodes 14 and 15 and the shield electrode 4 are at the same potential, and between them and the filament 8, a filament transformer 44 and a controller are used to extract the electron beam 10. A DC extraction voltage V E is applied from the extraction power supply 54 via 56. The controller 56 controls the amount of the electron beam 10 to be extracted.
[0010]
An irradiation window 22 is provided at the opening of the vacuum vessel 2 facing the extraction electrodes 14 and 15. The irradiation window 22 and the vacuum vessel 2 are at the same potential, and an acceleration power source 58 is provided between the irradiation window 22 and the extraction electrode 14 to accelerate the electron beam 10 extracted from the extraction electrodes 14 and 15. A high acceleration voltage V A is applied in direct current. The accelerated electron beam 10 is taken out into an irradiation atmosphere (for example, air) outside the vacuum vessel 2 through the irradiation window 22.
[0011]
The irradiation window 22 has a rectangular planar shape that is long in the Y direction with reference to FIG. 7. The window foil 24 that separates the atmosphere inside and outside the vacuum vessel 2 and transmits the electron beam 10, and the window foil The frame body 28 and the plurality of cooling bars 32 that support the frame 24, and the pressing frame 34 that fixes the peripheral edge of the window foil 24 are provided.
[0012]
When the length of the window foil 24 in the X direction is lengthened, it becomes difficult to cool the vicinity of the center of the window foil 24. In order to prevent this, the irradiation window 22 is arranged at the center of the X direction, that is, the two rows. The cooling water passage portion 30 extending in the Y direction is provided at a position corresponding to the middle of the filament row 9, and two rows of openings 40 through which the electron beam 10 passes are sandwiched therebetween. A cooling water channel 36 through which the cooling water 38 flows is provided in the frame body 28 and the cooling water channel part 30.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
When the filament 8 is heated, each leaf spring 60 has a smaller amount of bending due to the elongation of the filament 8. At this time, the amount of bending of the two leaf springs 60 at both ends of each filament 8 may be reduced evenly. However, due to the individual difference between the two leaf springs 60, a difference in reduction in the amount of bending occurs.
[0014]
At that time, due to the difference in the deflection amount of the two leaf springs 60, the filament 8 (that is, its center 8a) moves (shifts) toward the center or outward from the initial state before the filament 8 extends in the X direction. It will be.
[0015]
FIG. 8 shows an initial state before the filament 8 is stretched. The dose distribution of electrons emitted from each filament 8 has a mountain-shaped distribution in which the vicinity of the center 8a is the largest and the base is widened. Therefore, the electron beam emitted from the two filament arrays 9 and incident on the extraction electrode 14 The dose distribution of 10 has a double mountain shape shown in FIG. 8A.
[0016]
The portion of the bottom of the electron dose distribution that is outside the electron beam extraction region 14 a of the extraction electrode 14 is blocked by the extraction electrode 14 without passing through the extraction electrode 14, and a loss portion in the extraction electrode 14. E. However, since the electron beam 10 corresponding to the loss part E is not extracted from the extraction electrode 14, it does not cause a loss in the irradiation window 22. Since the electron beam extraction region of the lower extraction electrode 15 is usually wider than the electron beam extraction region 14a of the upper extraction electrode 14, the upper extraction electrode 14 is focused here. The loss part E increases the extraction power source current I E (see FIG. 5) flowing through the extraction power source 54 and increases the load of the extraction power source 54.
[0017]
On the other hand, in the irradiation window 22, since the electron beam 10 collides with the cooling water channel portion 30 at the center and the electron beam 10 is blocked there, a loss portion G is generated in the cooling water channel portion 30 as shown in FIG. 8B. This loss part G increases the acceleration power supply current I A (see FIG. 5) flowing in the acceleration power supply 58 and increases the load of the acceleration power supply 58.
[0018]
Under such a situation where the loss parts E and G are generated, if the filament 8 is stretched by heating and moves toward the center, the problem becomes much more serious than when the filament 8 moves toward the center.
[0019]
Explaining this, FIGS. 9A and 9B show schematic examples of electron dose distributions in the extraction electrode 14 and the irradiation window 22 when the filament 8 moves toward the center. The above-described two peaks of the electron dose distribution approach each other, resulting in an electron dose distribution in which the vicinity of the center is higher and the width in the entire X direction is narrower. Therefore, although the electron dose of the loss part E in the edge part of the electron beam extraction area | region 14a of the extraction electrode 14 reduces, the electron dose of the loss part G in the cooling water channel part 30 of the irradiation window 22 increases.
[0020]
When the electron dose in the loss portion E decreases, the extraction power source current IE decreases accordingly, and the load on the extraction power source 54 decreases. However, the acceleration power supply current increases as the electron dose in the loss portion G increases. who amount load increases in I a acceleration increases power source 58 is much larger. This is because the magnitude of the extraction voltage V E output from the extraction power supply 54 is, for example, about 400 V to 700 V, whereas the magnitude of the acceleration voltage V A output from the acceleration power supply 58 is, for example, about 80 kV to 300 kV. Yes, 2 to 3 orders of magnitude higher than the extraction voltage V E. Therefore, if the decrease amount of the extraction power source current I E and the increase amount of the acceleration power source current I A are approximately the same, the load increase amount in the acceleration power source 58 is much larger because the voltage is two to three orders of magnitude larger. growing. For example, even if the extraction power supply current IE increases by 0.1 A, the load of the extraction power supply 54 increases only by about 40 W to 70 W, so this can be easily dealt with. However, if the acceleration power supply current I A increases by 0.1 A , The load of the acceleration power source 58 increases by about 8 kW to 30 kW.
[0021]
Therefore, the acceleration power source 58 must have a capacity that can withstand the large increase in load as described above, and the acceleration power source 58 must have a large capacity accordingly. In addition, since the acceleration power supply 58 outputs a very high voltage as described above, the acceleration power supply 58 increases in size, weight, and cost due to an increase in capacity.
[0022]
Moreover, since the increase in the electron dose in the loss part G causes an increase in the amount of heat generated in the cooling water channel 30 due to the incidence of the electron beam, the cooling capacity for the window foil 24 decreases, and the temperature increase of the window foil 24 increases. In order to prevent this, it is necessary to increase the cooling capacity of the irradiation window 22.
[0023]
Further, in the support structure of the filament 8 by the two leaf springs 60 as described above, both the leaf springs 60 are shaken by mechanical vibration applied from the outside, and the position of the filament 8 is fluctuated, and the loss portions E and G Therefore, there is a problem that the output and dose distribution of the electron beam 10 taken out through the irradiation window 22 becomes unstable.
[0024]
Accordingly, the main object of the present invention is to prevent the movement of each filament toward the center due to the elongation of each filament when heated and the fluctuation of the position of each filament due to vibration or the like.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
In the electron beam irradiation apparatus of the present invention, the outer ends of the filaments are supported by metal leaf springs bent inward, and the inner ends of the filaments are supported by the leaf springs. It is characterized by being supported by rigid metal fittings with little deflection.
[0026]
According to the above configuration, when each filament is stretched by energizing and heating each filament, almost all of the elongation of each filament is absorbed by the decrease in the amount of deflection of the leaf spring supporting the outer end. Each filament will always move outward. Therefore, it is possible to prevent the above-described increase in the capacity of the acceleration power source and the decrease in the cooling capacity for the window foil due to the movement toward the center.
[0027]
In addition, since the inner end of each filament is supported by a rigid metal fitting, it is possible to prevent the position of the filament from fluctuating due to mechanical vibration applied from the outside. Therefore, it is possible to prevent the output of the electron beam taken out to the outside and the dose distribution from becoming unstable.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an enlarged view showing an example around a filament of an electron beam irradiation apparatus according to the present invention, and an electron dose distribution (A) in an extraction electrode and an electron dose distribution (B) in an irradiation window before the filament extends. Are shown together. Portions that are the same as or correspond to those in the conventional example shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below. Moreover, the structure of the whole electron beam irradiation apparatus, the top view of the filament row | line | column 9, and the top view of the irradiation window 22 shall refer to the said FIGS. 5-7 and its description, The duplication description is abbreviate | omitted here.
[0029]
In this example, the end of each filament 8 constituting the two filament rows 9 (the side located outside the two filament rows 9) is bent inward as in the conventional example. Each is supported by a leaf spring 60 made of metal. In addition, the end portions on the inner side of each filament 8 (the side positioned on the inner side of the two filament rows 9) are supported by rigid metal fittings 62 that are less bent than the leaf spring 60, respectively. The amount of bending of each leaf spring 60 may be set to an amount that can absorb the elongation of the filament 8 during heating and maintain a predetermined tension. Each leaf spring 60 is supported by the power supply conductor 12, and each rigid fitting 62 is supported by the power supply conductor 13.
[0030]
An example of each leaf spring 60 is shown in FIG. 3, and an example of each rigid fitting 62 is shown in FIG. Both 60 and 62 have a cut groove 68 and a hole 70 for hooking the filament 8 by passing the end of the filament 8 bent back in a U-shape.
[0031]
Each of the rigid fittings 62 has an L-shaped cross section in this example, and the rigidity becomes very high by making such a shape. Compared with the leaf spring 60, the bending can be almost ignored. Further, the effect of preventing the filament 8 from wobbling is great. Of course, the L-shaped cross-section is convenient and preferable for enhancing the rigidity, but of course other shapes may be used.
[0032]
The rigid fittings 62 are preferably made of the same material, the same length and the same cross-sectional area as the leaf spring 60. By doing so, the heat conduction with respect to the heat from the filament 8 can be made the same as that of the leaf spring 60, so the temperature distribution of each filament 8 and thus the symmetry of the emitted electron quantity distribution (the symmetry in the X direction with respect to the center 8a). ) Can be improved.
[0033]
In this electron beam irradiation device, when each filament 8 is heated by energizing each filament 8, almost all of the elongation of each filament 8 is reduced in the amount of deflection of the leaf spring 60 supporting the outer end. Is absorbed by. Since each rigid fitting 62 has high rigidity and little bending, and unlike the leaf spring 60, the rigid fitting 62 is not bent inward from the beginning, so that the rigid fitting 62 does not deform even when the filament 8 extends. Therefore, each filament 8, that is, the center 8 a of each filament 8 always moves outward. In the conventional example, as described above, there are a case of moving toward the center and a case of moving toward the outside, but this apparatus always moves outward.
[0034]
2A and 2B show schematic examples of electron dose distributions in the extraction electrode 14 and the irradiation window 22 when the filament 8 moves outward.
[0035]
Compared to the initial state of FIG. 1, the two peaks of the electron dose distribution are slightly separated from each other, the central portion is slightly lowered, and the entire X-direction width is widened. Therefore, although the electron dose of the loss portion E at the end of the electron beam extraction region 14a of the extraction electrode 14 increases, the electron dose of the loss portion G in the cooling water channel portion 30 of the irradiation window 22 decreases. That is, it is opposite to the case of FIG.
[0036]
When the electron dose in the loss part E increases, the extraction power source current IE increases correspondingly and the load of the extraction power source 54 increases. The amount by which I A becomes smaller and the load of acceleration power supply 58 decreases is much larger. The reason is due to the difference in magnitude between the extraction voltage V E and the acceleration voltage V A , and the details are as described above.
[0037]
In this way, in this electron beam irradiation apparatus, each filament 8 can be prevented from moving toward the center, so that the acceleration power supply current I A increases with the extension of each filament 8, that is, the load of the acceleration power supply 58. An increase can be prevented. Therefore, the acceleration power source 58 does not need to consider the load increase accompanying the elongation of the filament 8, and accordingly, the capacity of the acceleration power source 58 can be reduced. As a result, the acceleration power source 58 can be reduced in size, weight, and cost.
[0038]
Further, even if the filament 8 extends, the electron dose of the loss part G in the cooling water channel portion 30 of the irradiation window 22 does not increase, and the amount of heat generated in the cooling water channel portion 30 due to the incidence of the electron beam does not increase. It is possible to prevent the cooling capacity from being lowered and the temperature rise of the window foil 24 associated therewith. Therefore, it is not necessary to increase the cooling capacity for cooling the irradiation window 22.
[0039]
In addition, the inner end of each filament 8 is supported by the rigid fitting 62, and unlike the leaf spring 60, the rigid fitting 62 does not swing even when mechanical vibrations are applied from the outside. It is also possible to prevent the position of the filament 8 from fluctuating due to mechanical vibration applied. Therefore, it is possible to prevent the output and dose distribution of the electron beam 10 taken out from being unstable.
[0040]
The extraction electrode is not limited to the configuration of the two extraction electrodes 14 and 15 as in the above example, and may be one. In that case, for example, it may be considered that there is no extraction electrode 15 and the extraction electrode 14 exists. It is clear from the above description that even with a single extraction electrode, the above-described operational effects can be obtained by adopting the support structure for the filament 8 as described above.
[0041]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects.
[0042]
According to the first aspect of the present invention, by adopting the above configuration, it is possible to prevent the filaments from moving toward the center, thereby preventing an increase in the load of the acceleration power source accompanying the elongation of each filament. Can do. Therefore, the acceleration power source does not need to consider the load increase accompanying the elongation of the filament, so that the capacity of the acceleration power source can be reduced, and the acceleration power source can be reduced in size, weight, and cost. Can be planned.
[0043]
In addition, even if the filament is stretched, the amount of electron loss lost in the cooling water channel of the irradiation window does not increase, and the amount of heat generated in the cooling water channel due to the incidence of the electron beam does not increase. The temperature rise of the foil can be prevented. Therefore, it is not necessary to increase the cooling capacity for cooling the irradiation window.
[0044]
In addition, since the inner end portion of each filament is supported by the rigid metal fitting, it is possible to prevent the filament position from fluctuating due to mechanical vibration applied from the outside. Therefore, it is possible to prevent the output of the electron beam taken out to the outside and the dose distribution from becoming unstable.
[0045]
According to the second aspect of the present invention, the heat conduction with respect to the heat from each filament can be made the same between the leaf spring and the rigid metal fitting, so that the symmetry of the temperature distribution of each filament and thus the emission electron quantity distribution is improved. can do. In addition, since the rigidity is very high when the rigid fitting has an L-shaped cross section, the position of the filament can be more reliably prevented from fluctuating due to external vibration or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged view showing an example around a filament of an electron beam irradiation apparatus according to the present invention, in which an electron dose distribution (A) in an extraction electrode and an electron dose distribution (B) in an irradiation window before the filament extends. Are shown together.
2 is a diagram showing an outline of an electron dose distribution (A) at an extraction electrode and an electron dose distribution (B) at an irradiation window when the filament extends and the center moves outward in the structure of FIG. 1; .
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a leaf spring.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a rigid metal fitting.
FIG. 5 is a diagram showing an example of an electron beam irradiation apparatus.
FIG. 6 is a plan view showing an example of a filament arrangement.
FIG. 7 is a plan view showing an example of an irradiation window.
FIG. 8 is an enlarged view showing an example around a filament of a conventional electron beam irradiation apparatus, and shows an outline of an electron dose distribution (A) at an extraction electrode and an electron dose distribution (B) at an irradiation window before the filament extends. Are shown together.
9 is a diagram showing an outline of an electron dose distribution (A) in an extraction electrode and an electron dose distribution (B) in an irradiation window when a filament extends and its center moves toward the center in the structure of FIG. .
[Explanation of symbols]
8 Filament 9 Filament array 10 Electron beam 14 Extraction electrode 22 Irradiation window 24 Window foil 30 Cooling channel portion 60 Leaf spring 62 Rigid metal fitting

Claims (2)

電子を放出するフィラメントと、このフィラメントから放出された電子を電子線として引き出す引出し電極と、この引出し電極から引き出された電子線を窓箔を透過させて照射雰囲気中へ取り出す照射窓とを備えていて、X方向に短く、当該X方向と直交するY方向に長い平面形状の電子線を発生させる装置であって、X方向に伸びる直線状の前記フィラメントをY方向に複数本並べて成るフィラメント列をX方向に2列並べており、かつ前記照射窓が、前記2列のフィラメント列の中間に対応する位置にあってY方向に伸びる冷却水路部を有している電子線照射装置において、
前記各フィラメントの外側の端部を、内側に撓ませた金属製の板ばねでそれぞれ支持し、かつ前記各フィラメントの内側の端部を、前記板ばねよりも撓みの少ない剛性金具でそれぞれ支持していることを特徴とする電子線照射装置。
A filament for emitting electrons, an extraction electrode for extracting the electrons emitted from the filament as an electron beam, and an irradiation window for extracting the electron beam extracted from the extraction electrode into the irradiation atmosphere through the window foil An apparatus for generating an electron beam having a planar shape that is short in the X direction and long in the Y direction perpendicular to the X direction. The filament array is formed by arranging a plurality of linear filaments extending in the X direction in the Y direction. In the electron beam irradiation apparatus that has two rows in the X direction and the irradiation window has a cooling water channel portion extending in the Y direction at a position corresponding to the middle of the two filament rows,
The outer end of each filament is supported by a metal leaf spring bent inward, and the inner end of each filament is supported by a rigid metal fitting that is less bent than the leaf spring. An electron beam irradiation apparatus characterized by comprising:
前記剛性金具は、断面L形をしており、しかも前記板ばねと同じ材質、同じ長さかつ同じ断面積を有している請求項1記載の電子線照射装置。2. The electron beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the rigid fitting has an L-shaped section, and has the same material, the same length, and the same sectional area as the leaf spring.
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