JP6731328B2

JP6731328B2 - 電子線照射装置

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Publication number: JP6731328B2
Application number: JP2016218482A
Authority: JP
Inventors: 博之大工; 坂井　一郎; 一郎坂井; 典洋井上; 洋平寺坂
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-11-09
Also published as: US20190287693A1; WO2018088334A1; US10720256B2; EP3540744A4; JP2018077106A; EP3540744A1

Description

本発明は、例えば、飲料用ボトルや医療用容器の滅菌処理等に用いられる電子線照射装置に関する。

図１および２に示すように、電子線照射装置１は、電子線発生源２と、電子線発生源２を囲う真空チャンバ３と、真空チャンバ３に取り付けられた電子線照射窓４とを備える。真空チャンバ３は壁面の一部が切りかかれており、電子線照射窓４は、その切りかかれた部分に設けられている。すなわち、真空チャンバ３と電子線照射窓４とで閉じられた空間が形成されている。真空チャンバ３には真空ポンプＰが接続されており、この真空ポンプＰによって上記閉じられた空間を真空状態とすることが可能となる。電子線照射窓４は、電子線Ｂが透過可能な窓箔を有しており、電子線発生源２から発生した電子線は、この窓箔を介して真空チャンバ３の外部へと照射される。なお、図１および図２における符号５は、電子線発生源２で励起した電子を引き出すための引出電極である。

真空チャンバ３の内部は真空ポンプＰによって排気されるが、この時、窓箔が真空雰囲気と大気との隔壁となるため、窓箔には大気圧がかかる。これに加え、窓箔は電子線Ｂの透過率を高めるために数μｍ〜１０μｍ程度に薄く形成されており、さらに、電子線Ｂを一部吸収することによって熱が発生するため、他の装置構成と比較して劣化が激しくトラブルが起こりやすい部分である。そのため、窓箔は故障や劣化による不具合が生じなくとも定期的に交換されることがある。

電子線照射装置に窓箔を取り付ける構成は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１は、真空チャンバに取り付けられたグリッドの表面に環状の溝を設け、環状の溝にＯリングを配置した状態で窓箔を重ね、さらにその上に押え部材を重ねてグリッドと押え部材とをボルト締めすることにより、電子線照射装置に窓箔を取り付ける構成を開示している。この構成によれば、真空チャンバ内部のガスシール性を確保しつつ、ボルトを緩めて押え部材を取り外すことにより、窓箔を容易に交換可能となる。

特開２０１３−１６０７２１号公報

ところで、真空チャンバ内部を真空状態にする際に、真空チャンバ内部の不純物を除去して真空性能を向上させるために真空チャンバ内部の加熱（以下、ベーキングと称することがある。）を行うことがある。ここで、特許文献１のＯリングの材料は明記されていないが、一般的にはゴム（有機樹脂）であると考えられる。ゴム製のＯリングは軟化温度が低いため耐熱性が低い。そのため、ベーキング等で高温環境下に曝されることによってＯリングは軟化して窓箔とグリッドとを接合してしまい、これにより窓箔を交換することが困難となるおそれがある。そこで、本発明は、高温環境下に曝される場合であっても、窓箔を容易に交換可能とすることを目的とする。

本発明の電子線照射装置は、真空チャンバで囲われた電子線発生源から電子線照射窓を介して前記真空チャンバの外部へ電子線を照射可能な電子線照射装置であって、前記電子線照射窓は、グリッドと、電子線が透過可能な窓箔と、前記グリッドとの間で前記窓箔を押える枠状の押え部材と、を有しており、前記グリッドは、電子線が通過可能な格子領域と、前記格子領域の材料と異なる材料で、前記格子領域の周囲に形成された外周領域と、で構成されており、前記外周領域の軟化温度は、前記格子領域のものよりも高く、前記格子領域の熱伝導率は、前記外周領域のものよりも高く、前記格子領域には、冷媒が通過可能な冷却回路が設けられており、前記外周領域の表面には、環状の溝部が設けられており、前記格子領域と前記外周領域との界面が段差を含み、前記窓箔に垂直な方向から見て前記冷却回路と溝部とが少なくとも部分的に重なるように構成されており、前記溝部と前記窓箔との間で金属製のガスケットが押えられていることを特徴とする。

本発明によれば、窓箔がグリッドと押え部材との間で押えられ、さらにグリッドの表面に設けられた環状の溝部と窓箔との間で金属製のガスケットが押えられている。これにより、真空チャンバ内部のガスシール性を確保しつつ、押え部材を取り外すことにより窓箔を容易に交換可能となる。さらに、金属製のガスケットは、一般的にゴム製のＯリングと比較して軟化温度が高いため耐熱性が高い。そのため、ベーキング等で高温環境下に曝されても、ガスケットが窓箔とグリッドとを接合するという事態を回避でき、ひいては、窓箔を容易に交換可能となる。そして本発明によれば、溝部が設けられる外周領域の材料が、格子領域の軟化温度よりも高い材料であるため、両者の軟化温度が同じである場合と比較して、ベーキング温度の上限値を高くでき、ベーキング温度を高くすることで、真空チャンバ内部の不純物が減って真空性能が向上する。

一般的な電子線照射装置を正面から見た断面図である。一般的な電子線照射装置を側面から見た断面図である。本実施の形態に係る電子線照射装置の電子線照射窓の断面図である。同電子線照射装置の電子線照射窓を分解した状態における断面図である。同電子線照射窓のグリッドの底面図である。同電子線照射窓の押え部材の底面図である。

本実施の形態に係る電子線照射装置の詳細について図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係る電子線照射装置において、電子線照射窓４以外の構成については、図１および２で示される一般的な電子線照射装置１と同様であるため、詳細な説明を省略する。電子線照射窓４以外の構成については、電子線照射装置１が真空チャンバ３の外部へ電子線Ｂを照射可能である限り、どのようなものであってもよい。以下、電子線照射窓４の構成についてその詳細を説明する。

図３は、本実施の形態に係る電子線照射窓４の断面図であって、図４は、その電子線照射窓４を分解した断面図である。電子線照射窓４は、図３及び４に示すように、グリッド６と、窓箔９と、枠状の押え部材１０と、金属製のガスケット１１とを有している。グリッド６は、電子線が通過可能な格子領域７と、格子領域７の周囲に形成された外周領域８とで構成されている。

グリッド６の格子領域７は、図３〜５に示すように、孔部７１が複数並んで形成されている。この孔部７１を電子線Ｂが通過する。孔部７１の横断面形状は、電子線が通過可能であればどのようなものでもよく、例えば、円形状や多角形状である。この格子領域７において、孔部７１以外の部分は電子が衝突して高温となる。そのため、格子領域７の外周端には、水等の冷媒が通過可能な冷却回路７２が設けられている。また、格子領域７は、冷却回路７２の冷却効率を高めるために熱伝導率が高い材料で形成されることが好ましく、例えば、銅で形成される。

グリッド６の外周領域８は、格子領域７の周囲に形成された領域である。この外周領域８に真空チャンバが接続されている。外周領域８の表面には、環状の溝部８１が設けられており、金属製のガスケット１１は、この溝部８１に配置されている。また、外周領域８は、格子領域７の材料と異なる材料で構成されており、格子領域７よりも軟化温度が高い材料で形成され、例えば、ステンレス鋼で形成される。また外周領域８には、ボルト用のネジ穴８２が設けられている。なお、図５の符号８３は、ガスケット１１を交換するときにガスケット１１をピンセット等でつまむために溝部８１に設けられたツマミ代である。

窓箔９は、グリッド６と押え部材１０との間に設けられる。また、窓箔９には、ボルトを通すための貫通孔９１が設けられている。窓箔９の材料としては、電子線が透過可能な材料および厚さのものが使用され、例えば、厚さ数μｍ〜１０μｍ程度のチタン箔が使用される。この窓箔９が真空雰囲気と大気との隔壁となる。

枠状の押え部材１０は、図３、４および６に示すように、グリッド６の格子領域７と重ならず、概ね外周領域８と重なるように配置される。押え部材１０には、ボルト用の貫通孔１０１が設けられており、ボルト１０２が押え部材１０のネジ穴１０１および窓箔９の貫通孔９１を通って、グリッド６の外周領域８のネジ穴８２に締められることによって、窓箔９は押え部材１０とグリッド６との間で押えられる。この時、金属製のガスケット１１は、窓箔９と溝部８１との間で押さえられる。

金属製のガスケット１１は、溝部８１と同様に環状で、高さが溝部８１の深さよりも大きいものが用いられる。ガスケット１１は、ボルト１０２を締めることによって溝部８１と窓箔９との間で押し潰されて変形する。これによって、真空チャンバ内部のガスシール性を確保することができる。金属製のガスケット１１の材料としては、例えば、ステンレス鋼、金、銀、鉛、焼きなました銅等が使用される。金属製のガスケット１１の材質は、常温で窓箔９および溝部８１の材質よりも硬度が低いものであればよい。

従来の電子線照射装置においては、金属製のガスケット１１の代わりに有機樹脂製のＯリングが使用されていた。有機樹脂製のＯリングの軟化温度は、その有機樹脂の種類に依存するが、一般的なゴムの場合は１００℃程度である。そのため、ベーキング等によって１００℃を大きく超えるような高温環境下に曝されると、Ｏリングが窓箔９とグリッド６とを接合してしまい、窓箔９の交換が困難になってしまうことがあった。

本実施の形態に係る電子線照射装置によれば、有機樹脂製のＯリングではなく、金属製のガスケット１１が用いられるため、ベーキング等で高温環境下に曝されても、ガスケット１１が窓箔９とグリッド６とを接合するような事態を回避でき、ひいては、窓箔９を容易に交換可能となる。金属製のガスケット１１の軟化温度は、その金属の種類や熱履歴等に依るが、ステンレス鋼の場合は、６００℃〜７００℃程度である。

また、本実施の形態によれば、グリッド６は、電子線が通過可能な格子領域７と、格子領域７の周囲に形成された外周領域８とで構成されており、溝部８１が外周領域８の表面に設けられているとともに、外周領域８が格子領域７の軟化温度よりも高い軟化温度の材料で形成されている。これにより、ガスケット１１が交換困難となる事態を回避することが可能となる。以下、詳細を説明する。

グリッド６の格子領域７は、前述したように、電子線が衝突することによって高温となるため、冷却のために熱伝導性が高い材料で形成されることが好ましく、例えば、銅で形成される。銅の軟化温度は、その熱履歴等にも依るが、２００℃〜４００℃程度である。仮に、グリッド６の全領域が銅で形成される場合、ベーキング等によってグリッド６の外周領域８が２００℃以上の高温環境下に曝されることで軟化してガスケット１１と接合してしまい、ガスケット１１が交換困難となるおそれがある。ガスケット１１がグリッド６と接合して一体化してしまうと、ガスケットとしての機能が失われ、真空チャンバ内部のガスシール性が低下してしまう。

一方で、本実施の形態によれば、グリッド６の格子領域７の熱伝導性確保のために、格子領域７の材料を銅とした場合であっても、溝部８１が設けられる外周領域８の材料が、格子領域７の軟化温度よりも高い材料であるため、グリッド６の全領域が銅で形成される場合と比較して、ガスケット１１が交換困難となる事態を回避することが可能となる。換言すると、グリッド６の外周領域８の軟化温度が格子領域７の軟化温度よりも例えば１００℃高い場合、両者の軟化温度が同じである場合と比較して、ベーキング温度の上限値も１００℃高くなる。ベーキング温度を高くすれば、真空チャンバ内部の不純物が減って真空性能が向上する。

外周領域８の材料としては、例えば、ステンレス鋼が挙げられる。ステンレス鋼の軟化温度は、前述したように、６００℃〜７００℃程度である。銅よりも軟化温度が高い材料としては、ステンレス鋼のほか、クロム、銀、チタン、ニッケル等が挙げられる。なお、ステンレス鋼は、銅よりも熱伝導率が低いため、格子領域７はステンレス鋼よりも銅で形成されることが好ましい。

格子領域７と外周領域８は、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）や溶接等の方法で接合されている。熱間等方圧加圧法によってこれらを接合する場合、グリッド６は、格子領域７の材料と外周領域８の材料との傾斜機能材料となる。グリッド６が傾斜機能材料で形成されると、溶接等で形成される場合と比較して、格子領域７と外周領域８との間からガスがリークすることを確実に防止でき、真空チャンバ内部のガスシール性を向上させることが可能となる。

ところで、溝部８１は、その溝部８１を構成する角部のうち、内周側で窓箔９と接する角部が鈍角であるであることが好ましい。窓箔９が溝部８１の内周側の角部で破けてしまうことを防止するためである。

また、ガスケット１１の断面形状は、図３及び４に示すように、矩形状であることが好ましい。断面が矩形状である場合、例えば円形状である場合と比較して、溝部８１の底面や窓箔９との接触面積が大きくなり、これによって、真空チャンバ内部のガスシール性を向上させることが可能となる。矩形状に限られず、台形状であってもよい。

冷却回路７２は、溝部８１に近い位置に設けられることが好ましい。ガスケット１１が熱膨張してガスシール性が低下することを防止するためである。例えば、ガスケット１１と外周領域８の熱膨張率が著しく異なる場合、熱膨張でガスケット１１が溝部８１に対して位置ずれしてしまい、真空チャンバ内部のガスシール性が低下することとなる。一方で、ガスケット１１が冷却回路７２の近くに設けられる場合、ガスケット１１とその周囲の外周領域８の熱膨張量を抑えることが可能となる。そのため、ガスケット１１と外周領域８の熱膨張率が著しく異なる場合であっても、ガスケット１１の位置ずれによるガスシール性の低下を防止することが可能となる。

格子領域７に設けられる冷却回路７２を、外周領域８に設けられる溝部８１に近い位置に設ける手段としては、例えば、図３および図４に示すように、格子領域７と外周領域８との界面が段差を含み、冷却回路７２と溝部８１とが平面視で（窓箔９等に垂直な方向から見て）少なくとも部分的に重なるように構成することが考えらえる。

なお、本実施の形態に係る電子線照射装置は、グリッド６が、材料が互いに異なる格子領域７と外周領域８とで構成される態様であるが、本発明はこの態様に限られない。グリッド６が１種類の材料で形成される場合においても、金属製のガスケット１１が用いられる限り、有機樹脂製のＯリングが用いられる場合と比較して、より高温の環境下に曝された場合であっても窓箔９を容易に交換可能である。

１電子線照射装置
２電子線発生源
３真空チャンバ
４電子線照射窓
６グリッド
７格子領域
７２冷却回路
８外周領域
８１溝部
９窓箔
１０押え部材
１１ガスケット

Claims

真空チャンバで囲われた電子線発生源から電子線照射窓を介して前記真空チャンバの外部へ電子線を照射可能な電子線照射装置であって、
前記電子線照射窓は、
グリッドと、
電子線が透過可能な窓箔と、
前記グリッドとの間で前記窓箔を押える枠状の押え部材と、を有しており、
前記グリッドは、
電子線が通過可能な格子領域と、
前記格子領域の材料と異なる材料で、前記格子領域の周囲に形成された外周領域と、で構成されており、
前記外周領域の軟化温度は、前記格子領域のものよりも高く、
前記格子領域の熱伝導率は、前記外周領域のものよりも高く、
前記格子領域には、冷媒が通過可能な冷却回路が設けられており、
前記外周領域の表面には、環状の溝部が設けられており、
前記格子領域と前記外周領域との界面が段差を含み、前記窓箔に垂直な方向から見て前記冷却回路と溝部とが少なくとも部分的に重なるように構成されており、
前記溝部と前記窓箔との間で金属製のガスケットが押えられている
ことを特徴とする電子線照射装置。
前記溝部を構成する角部のうち、前記環状の溝部の内周側で前記窓箔と接する角部が鈍角である
ことを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。