JP3896809B2

JP3896809B2 - 電子線照射装置

Info

Publication number: JP3896809B2
Application number: JP2001191265A
Authority: JP
Inventors: 睦水谷
Original assignee: NHV Corp
Current assignee: NHV Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP2003004899A

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Ｐ_F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Ｖ_E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Ｖ_A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Ｉ_E（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Ｉ_A（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Ｉ_E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Ｉ_A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Ｖ_E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Ｖ_Aの大きさは、例えば８０ｋＶ〜３００ｋＶ程度もあり、引出し電圧Ｖ_Eに比べて２〜３桁大きい。従って、引出し電源電流Ｉ_Eの減少量と加速電源電流Ｉ_A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Ｉ_E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Ｉ_A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Ｉ_E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Ｉ_A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Ｖ_Eと加速電圧Ｖ_A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Ｉ_A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

Claims

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。
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。