JP2002333499A - 照射窓冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】荷電粒子ビームのエネルギー損失を低く抑える
とともに、照射窓を効率よく冷却すること。 【解決手段】真空中で電子線２を発生させ、当該電子線
２を照射窓３を通して大気中に取り出し、被照射物７を
照射する照射装置１に備えられ、照射窓３を冷却する照
射窓冷却装置であって、照射窓３と被照射物７との間
に、有機材料を主成分とする隔壁フィルム１９を連続的
に供給する自動搬送部２０ａ，２０ｂと、自動搬送部２
０ａ，２０ｂによって供給された隔壁フィルム１９と照
射窓３との間の空間により形成される通風路２１に、照
射窓３を冷却する冷却用気体１８を供給するファン１７
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速器等から取り
出される荷電粒子ビームを用いて被照射体を照射する照
射装置に適用され、荷電粒子ビームを射出するために設
けられた照射窓を冷却する照射窓冷却装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】通常、加速器等から取り出される電子線
などの荷電粒子ビームを用いて被照射体を照射する照射
装置においては、加速器側から送られてくる荷電粒子ビ
ームを被照射体側に射出するために、通常はチタン（Ｔ
ｉ）などの薄板金属から構成されてなる照射窓が用いら
れている。

【０００３】この種の照射窓が適用されている荷電粒子
ビーム照射装置の一例である電子線照射装置１につい
て、図５を用いて説明する。

【０００４】すなわち、図５にその構成を示すような電
子線照射装置１は、図示しない真空排気装置でその内部
が真空排気された真空容器６内で発生させた電子線２
を、真空領域のバウンダリとなる照射窓３を通して大気
中に出射させる。これによって、照射窓３に対峙して配
置された被照射物７が照射される。

【０００５】電子線発生部４（各種電極及び電源類は図
示せず）から一定エネルギーに加速されて出射した電子
線２は、真空雰囲気である真空容器６内を進行し、照射
窓３に入射される。これによって、電子線２は、照射窓
３へ入射すると、照射窓３を構成している原子や分子等
と非弾性散乱等の相互作用を繰り返すことによってその
エネルギーが失われる。

【０００６】照射窓３に入射した電子線２の一部は、照
射窓３の電子入射側へ向かって再出射（反射）したり、
あるいは照射窓３の内部で全エネルギーを失って停止し
たりするが、照射窓３を透過した電子線２は大気中に出
射される。このようにして大気中に出射された電子線２
を、被照射物７に衝突させることによって被照射物７が
照射される。

【０００７】なお、上述したような照射窓３を構成して
いる原子や分子等との被弾性散乱などによる相互作用を
低減させるために、照射窓３は極力薄いことが望まし
い。しかしながら、照射窓３は、真空容器６の内部であ
る真空領域の圧力と大気圧領域の大気圧との境界である
圧力バウンダリを形成しているために、１気圧の差圧に
耐えうる程度の厚みを有していなくてはならない。この
ような相反する条件を考慮して、チタンが照射窓３の材
質として一般的に用いられている。チタンは強度的に優
れた金属であって、１０数μｍ程度の薄板であっても１
気圧の差圧に対する十分な耐圧強度を備えている。

【０００８】また、照射窓３において電子線２が損失し
たエネルギーは熱に転換され、照射窓３の温度が上昇す
る。チタンなどの金属は一般的に温度が上昇すると引張
強度が低下するために、耐圧強度も低下する。このた
め、照射窓３の近接に配置された冷却ノズル５から、空
気や窒素ガスが用いられた冷却用気体８が照射窓３に吹
き付けられることによって、照射窓３が冷却されてい
る。すなわち、図５中に示す冷却ノズル５は、冷却用気
体８を吹き付けることによって照射窓３を冷却する照射
窓冷却装置として機能している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の冷却ノズル５による照射窓冷却装置では、以
下のような問題がある。

【００１０】すなわち、従来の冷却ノズル５は、以下の
（１）から（３）に示す理由によって、照射窓３の長手
方向に沿った片側にのみ設けられている。 （１）照射処理の支障にならない位置であること。 （２）複数方向から吹き付けを行った場合、各方向から
吹き付けた冷却用気体８が交差する位置では風速が零に
なってしまうために冷却することができなくなるので、
これを回避するように冷却ノズル５を配置する必要があ
ること。 （３）吹き付け位置から離れるに従い、照射窓３面に境
界層が発達するので、この境界層を発達させないように
冷却ノズル５を配置すること。なお境界層とは、照射窓
３面に冷却用気体８の分子が付着することによって形成
される層であって、これによって、照射窓３面に対する
冷却用気体８の風速が実質的に低下し、冷却効果の低下
をもたらすものである。

【００１１】上述した理由により、照射窓３の短手方向
側に冷却ノズル５を備え、ここから照射窓３に向けて冷
却用気体８を吹き付けるようにすることが望ましい。し
かしながら、照射窓３の短手方向側に冷却ノズル５を配
置しても、照射窓３の短手方向の長さ自体が大きい照射
装置の場合には、いずれにせよ冷却効率が低下してしま
うので効率良く照射窓３を冷却することが困難であると
いう問題がある。

【００１２】なお、照射窓３を効率よく冷却する技術と
して、特開昭５２−１４９５９６号公報に開示されてい
るような２重窓構造の照射窓がある。しかしながら、こ
の技術は、単純に照射窓を２重にした構造であり、２重
にした両照射窓を冷却することは可能であるが、２重構
成の照射窓内での荷電粒子ビームのエネルギー損失も増
大する。荷電粒子ビームのエネルギーは、エネルギーが
低いほど相互作用の確率が高くなるために、単純に同じ
厚みの照射窓が２枚ある場合には、照射窓が１枚の場合
に比べて、そのエネルギー損失は２倍以上となる。この
傾向は荷電粒子ビームのエネルギーが低くなるほど顕著
になるために、照射窓の材質及び厚みによっては荷電粒
子ビームを被照射物７にまで取り出せない場合も生じ
る。このように、特開昭５２−１４９５９６号公報に開
示されている２重窓構造の照射窓では、荷電粒子ビーム
のエネルギー損失が大きいことから、被照射物７を高線
量で照射することが困難となり、照射装置の利用効率の
低下をもたらすという問題がある。

【００１３】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、照射窓の被照射物側に、荷電粒子ビームを
良く透過する有機材料からなる隔壁を配し、照射窓面と
隔壁との間に形成される空間を通風路として、この通風
路に冷却ガスを導入することによって、荷電粒子ビーム
のエネルギー損失を低く抑えるとともに、照射窓を効率
よく冷却することが可能な照射窓冷却装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、以下のような手段を講じる。

【００１５】すなわち、請求項１の発明では、真空中で
荷電粒子ビームを発生させ、当該荷電粒子ビームを照射
窓を通して大気中に取り出し、被照射体を照射する照射
装置に備えられ、照射窓を冷却する照射窓冷却装置であ
って、照射窓と被照射体との間に、有機材料を主成分と
する交換可能な隔壁体を配し、照射窓と隔壁体との間の
空間を通風路として、この通風路に照射窓を冷却する冷
却ガスを導入する。

【００１６】請求項２の発明では、請求項１の発明の照
射窓冷却装置において、照射窓と被照射体との間に配さ
れた隔壁体を、定期的に交換する。

【００１７】請求項３の発明では、真空中で荷電粒子ビ
ームを発生させ、当該荷電粒子ビームを照射窓を通して
大気中に取り出し、被照射体を照射する照射装置に備え
られ、照射窓を冷却する照射窓冷却装置であって、照射
窓と被照射体との間に、有機材料を主成分とする隔壁体
を連続的に供給する隔壁体連続供給手段と、隔壁体連続
供給手段によって供給された隔壁体と照射窓との間の空
間により形成される通風路に、照射窓を冷却する冷却ガ
スを供給する冷却ガス供給手段とを備える。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の各実施の形態に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００１９】なお、以下の各実施の形態の説明に用いる
図中の符号は、図５と同一部分については同一符号を付
して示すことにする。

【００２０】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態を図１および図２を用いて説明する。

【００２１】図１は、第１の実施の形態に係る照射窓冷
却装置を適用した電子線照射装置の電子線発生部近傍を
示す構成概念図である。

【００２２】すなわち、本実施の形態に係る照射窓冷却
装置は、照射窓３と被照射物７との間に、照射窓３に対
峙するように連続的に搬送される有機材料で構成された
隔壁フィルム１９を電子線の進行方向にほぼ直交するよ
うに張設し、照射窓３と隔壁フィルム１９との間に形成
された通風路２１に、ダクト１６等から冷却用気体１８
を導入するようにしている。

【００２３】隔壁フィルム１９は、例えばポリイミドや
ポリエチレン等の有機材料を主成分として製造する。照
射窓３と同様、電子線２が隔壁フィルム１９を通過する
場合にも、隔壁フィルム１９を構成する分子や原子等と
の相互作用によって電子線２のエネルギー損失が生じ
る。そして、このエネルギー損失量は、隔壁フィルム１
９の厚み、および隔壁フィルム１９を構成する物質の原
子番号に依存する。隔壁フィルム１９の厚みは薄い方
が、隔壁フィルム１９を構成する物質の原子番号は低い
方が、この相互作用は小さくなる。

【００２４】このため、隔壁フィルム１９として上述し
たような有機材料を主成分とするフィルムを用いた場合
には、比較的原子番号が低く、その厚みが薄い場合であ
っても十分な強度を有し、かつ電子線２のエネルギー損
失を最低限に抑えることを可能としている。なお、上述
したような有機材料は安価であり、かつ容易に入手可能
である。

【００２５】このような隔壁フィルム１９を照射窓３と
被照射物７との間の空間に、電子線２の進行方向にほぼ
直交するように連続的に搬送するために、一対の自動搬
送部２０ａ，２０ｂを備えている。自動搬送部２０ａ
は、隔壁フィルム１９をロール状に巻き保持していると
ともに、このロール状に保持している隔壁フィルム１９
を照射窓３側に送り出す送り出し機能を備えている。一
方、自動搬送部２０ｂは、自動搬送部２０ａによって送
り出された隔壁フィルム１９をロール状に巻き取り、保
持する。自動搬送部２０ａと自動搬送部２０ｂとが連動
して動作することによって、未照射の隔壁フィルム１９
を照射窓３と被照射物７との間の空間に連続的に供給
し、電子線２の進行方向にほぼ直交するように張設する
とともに、照射窓３を通過した電子線２によって照射さ
れ、照射損傷により強度が低下した照射済の隔壁フィル
ム１９を自動搬送部２０ｂにおいて巻き取り回収するよ
うにしている。

【００２６】このようにして張設された隔壁フィルム１
９と照射窓３との間に形成される空間で通風路２１を形
成する。この通風路２１には、ダクト１６を介してファ
ン１７によって空気などの冷却用気体１８が自動搬送部
２０ａ側から導入されるようにしている。通風路２１に
導入された冷却用気体１８は、照射窓３を冷却し、しか
る後に自動搬送部２０ｂ側から通風路２１の外に排出さ
れるようにしている。通風路２１の外に排出された冷却
用気体１８は、被照射物７が設置された大気圧領域を循
環している途中で他の気体分子との衝突等によって熱を
失い、やがてはダクト１６に取り込まれ、ファン１７に
よって駆動され再び通風路２１に導入される。

【００２７】なお、冷却用気体１８は空気に限るもので
はなく、窒素（Ｎ）、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈ
ｅ）を用いても良い。また、通風路２１に冷却用気体１
８を送風する手段としては、ファン１７に限らず、ノズ
ル等別の手段を用いてもよく、実質的に冷却用気体１８
を送風できるものであれば何れであっても構わない。

【００２８】照射窓３と隔壁フィルム１９とがある程度
近接している場合、すなわち通風路２１の幅（照射窓３
と隔壁フィルム１９との距離）がある程度小さい場合に
は、境界層が発達せず、通風路２１の内部での冷却用気
体１８の風速をほぼ一定に保ち、照射窓３を効率良く冷
却することを可能としている。

【００２９】なお、電子線発生部４側の構成は、従来技
術で説明した構成と同一であるのでここでは重複説明を
避ける。

【００３０】次に、以上のように構成した本実施の形態
に係る照射窓冷却装置の作用について説明する。

【００３１】すなわち、本実施の形態に係る照射窓冷却
装置は、有機材料を主成分とした隔壁フィルム１９を照
射窓３の被照射物７側に電子線２の進行方向にほぼ直交
するように張設し、この隔壁フィルム１９と照射窓３と
の間に形成される通風路２１に冷却用気体１８を導入し
て照射窓３を冷却することによって、電子線２のエネル
ギー損失が低く抑えられるとともに、照射窓３が効率良
く冷却される。図２は、本実施の形態に係る照射窓冷却
装置を適用した照射装置と、従来技術の照射窓冷却装置
を適用した照射装置との冷却効率の比較を示す図であ
る。本実施の形態に係る照射窓冷却装置を用いると、同
一量の除熱量を実現するために必要な冷却用気体１８の
流量は、従来技術による照射窓冷却装置の場合のわずか
１５％程度で良いことがわかる。

【００３２】隔壁フィルム１９は、電子線２の照射によ
って照射損傷しその強度が低下するが、一対の自動搬送
部２０ａ，２０ｂによって、照射された隔壁フィルム１
９が回収されると同時に、未照射の隔壁フィルム１９が
連続的に供給される。したがって、電子線２が連続的に
長時間照射されるような場合であっても強度的に健全な
隔壁フィルム１９によって常に通風路２１が健全に維持
されるので、その冷却効果が低下することはない。

【００３３】上述したように、本実施の形態に係る照射
窓冷却装置においては、上記のような作用により、電子
線２のエネルギー損失を低く抑えるとともに、照射窓３
を効率良く冷却することができる。

【００３４】したがって、従来よりも大型の照射窓を用
いた照射装置や、あるいは従来よりも大電流の電子線を
用いた照射装置であっても、本実施の形態に係る照射窓
冷却装置を適用することによって、電子線のエネルギー
損失を低く抑えるとともに、照射窓を効率良く冷却する
ことが可能となる。

【００３５】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態を図３および図４を用いて説明する。

【００３６】図３は、第２の実施の形態に係る照射窓冷
却装置を適用した電子線照射装置の電子線発生部近傍を
示す構成概念図であり、図１と同一部分には同一符号を
付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について
のみ述べる。

【００３７】すなわち、第１の実施の形態に係る照射窓
冷却装置では、ロール状の隔壁フィルム１９を自動搬送
部２０ａ，２０ｂを連動させることよって連続的に交換
しているが、本実施の形態に係る照射窓冷却装置では、
自動搬送部２０ａ，２０ｂを備えておらず、その代わり
に、図４に示すように隔壁フィルム１９を張設した隔壁
フレーム２９を用い、図３および図４に示すようにその
４隅を固定具３２上に載上することによって照射窓３と
被照射物７との間に、電子線２の進行方向にほぼ直交す
るように配置する。隔壁フィルム１９は、第１の実施の
形態と同様のものであり、例えばポリイミドやポリエチ
レン等の有機材料を主成分として製造する。

【００３８】そして、このようにして固定具３２上に載
上された隔壁フレーム２９と照射窓３との間の空間によ
って通風路２１を形成する。この通風路２１には、ダク
ト１６を介してファン１７によって空気などの冷却用気
体１８が図中左側から導入されるようにしている。そし
て、通風路２１に導入された冷却用気体１８は、照射窓
３を冷却し、しかる後に図中右側から通風路２１の外に
排出されるようにしている。

【００３９】固定具３２上に載上された隔壁フレーム２
９は、電子線２の照射によって損傷し、その強度が低下
するので、適当な頻度で新たな隔壁フレーム２９に交換
する必要がある。このために、交換用隔壁フレームホル
ダ３０と使用済隔壁フレームホルダ３１とを備えてい
る。

【００４０】交換用隔壁フレームホルダ３０は、上部に
開口部を備えた箱形状をしており、未使用の隔壁フレー
ム２９を複数枚保持する。また、底部にバネ３３を備え
ており、このバネ３３によって、保持している未使用の
隔壁フレーム２９を、交換作業員が取り出しやすいよう
に開口部側に持ち上げる。使用済隔壁フレームホルダ３
１は、交換用隔壁フレームホルダ３０と同様に、上部に
開口部を、底部にバネ３４を備えた箱形状をしており、
使用済の隔壁フレーム２９を複数枚保持する。

【００４１】交換作業員は、電子線２の照射を行ってい
ない場合に、定期的（たとえば１日１回）あるいは必要
に応じて（たとえば、照射と照射とのインターバルを利
用して）随時固定具３２上に載上された隔壁フレーム２
９を取り外し、使用済隔壁フレームホルダ３１に収納す
る。そして、交換用隔壁フレームホルダ３０から未使用
の隔壁フレーム２９を取り出して固定具３２上に載上す
ることによって隔壁フィルム１９を交換する。

【００４２】上記のような構成とすることによっても、
電子線２のエネルギー損失を低く抑えるとともに、照射
窓３を効率良く冷却することができる。ただし、第１の
実施の形態で説明したような隔壁フィルム１９の連続交
換はできないので、電子線２を長時間連続して照射する
ような電子線照射装置１、短時間の照射でも隔壁フィル
ム１９の損傷が激しくなるような高電流で電子線２を照
射するような電子線照射装置１への適用は不向きであ
る。しかしながら、さほど長時間連続した照射を行わ
ず、かつ次の照射までに、隔壁フレーム２９を交換する
に十分な時間的余裕のあるような運転を行う電子線照射
装置１、あるいは低電流で電子線２を照射するような電
子線照射装置１への適用は可能である。

【００４３】なお、上記実施の形態では、交換作業員に
よって隔壁フレーム２９を所定のタイミングで交換する
ことを一例として説明しているが、未使用の隔壁フレー
ム２９を交換用隔壁フレームホルダ３０から取り出して
固定具３２上に載上し、適当なタイミングで自動的にあ
るいは遠隔からの指示にしたがって、載上している隔壁
フレーム２９を取り外して使用済隔壁フレームホルダ３
１に収納し、更に、未使用の隔壁フレーム２９を交換用
隔壁フレームホルダ３０から取り出して固定具３２上に
載上する動作を実現するような自動交換手段を適用して
も良い。

【００４４】また、上記実施の形態では、交換用隔壁フ
レームホルダ３０および使用済隔壁フレームホルダ３１
はそれぞれ隔壁フレーム２９を上重ね収納するようにし
ているが、横並べ収納等の別の収納方法であっても良
い。

【００４５】以上、本発明の好適な実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技
術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更
例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及
び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと
了解される。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
照射窓の被照射物側に、荷電粒子ビームを良く透過する
有機材料からなる隔壁を配し、照射窓面と隔壁との間に
形成される空間を通風路として、この通風路に冷却ガス
を導入することによって、荷電粒子ビームのエネルギー
損失を低く抑えるとともに、照射窓を効率よく冷却する
ことが可能な照射窓冷却装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る照射窓冷却装置を適用
した電子線照射装置の電子線発生部近傍を示す構成概念
図

【図２】第１の実施の形態に係る照射窓冷却装置と、従
来技術による照射窓冷却装置との冷却能力の比較図

【図３】第２の実施の形態に係る照射窓冷却装置を適用
した電子線照射装置の電子線発生部近傍を示す構成概念
図

【図４】固定具上に載上された隔壁フレームの一例を示
す平面図

【図５】従来から用いられている電子線照射装置の電子
線発生部近傍を示す構成概念図

【符号の説明】

１…電子線照射装置 ２…電子線 ３…照射窓 ４…電子線発生部 ５…冷却ノズル ６…真空容器 ７…被照射物 ８、１８…冷却用気体 １６…ダクト １７…ファン １９…隔壁フィルム ２０ａ、２０ｂ…自動搬送部 ２１…通風路 ２９…隔壁フレーム ３０…交換用隔壁フレームホルダ ３１…使用済隔壁フレームホルダ ３２…固定具 ３３、３４…バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G075 AA22 AA51 CA03 CA39 CA51 CA65 DA02 EB31 EC09 ED09 EE12 FB02 FB12 FC01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空中で荷電粒子ビームを発生させ、当
   該荷電粒子ビームを照射窓を通して大気中に取り出し、
   被照射体を照射する照射装置に備えられ、前記照射窓を
   冷却する照射窓冷却装置であって、 前記照射窓と前記被照射体との間に、有機材料を主成分
   とする交換可能な隔壁体を配し、前記照射窓と前記隔壁
   体との間の空間を通風路として、この通風路に前記照射
   窓を冷却する冷却ガスを導入するようにしたことを特徴
   とする照射窓冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の照射窓冷却装置におい
   て、前記照射窓と前記被照射体との間に配された隔壁体
   を、定期的に交換するようにしたことを特徴とする照射
   窓冷却装置。
3. 【請求項３】 真空中で荷電粒子ビームを発生させ、当
   該荷電粒子ビームを照射窓を通して大気中に取り出し、
   被照射体を照射する照射装置に備えられ、前記照射窓を
   冷却する照射窓冷却装置であって、 前記照射窓と前記被照射体との間に、有機材料を主成分
   とする隔壁体を連続的に供給する隔壁体連続供給手段
   と、 前記隔壁体連続供給手段によって供給された前記隔壁体
   と前記照射窓との間の空間により形成される通風路に、
   前記照射窓を冷却する冷却ガスを供給する冷却ガス供給
   手段とを備えたことを特徴とする照射窓冷却装置。