JP2002341097A - 照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】照射部内の酸素を不活性ガスに置換するために
吹き込む不活性ガス量の低減化を図る。 【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、照射部８に配
置された被照射物７を照射する照射装置１において、ガ
スを噴出することによって照射部８の外側にエアカーテ
ン２３，２４を形成する大気ガス噴出口２１，２２と、
照射部８に不活性ガス９を吹き込むことによって、照射
部８に存在している酸素をエアカーテン２３，２４を介
して照射部８の外側に除去し、照射部８を不活性ガス雰
囲気に置換する噴射ノズル５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、加速器から取り出
される電子線等の荷電粒子ビームを用いて被照射体を照
射する照射装置に係り、特に、被照射体の周囲の酸素を
除去し、不活性ガス雰囲気に置換するのに適した照射装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、加速器から取り出される電子線や
陽子線、あるいはイオンビームといった荷電粒子線を用
いて被照射物を照射する場合には照射装置が用いられて
いる。

【０００３】この種の照射装置の構成について、電子線
を照射する電子線照射装置を例に図４を用いて説明す
る。

【０００４】すなわち、図４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、真空隔壁となる照射窓３を介して大気雰囲気の照射
部８に出射させる。これによって、照射窓３に対峙して
照射部８内に配置された被照射物７が照射される。

【０００５】電子線発生部４（各種電極および電源類は
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は大気圧領域
内に出射される。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】この場合、照射部８に存在する酸素が、被
照射物７の性状や、期待する照射効果の低減をもたらす
恐れがある。例えば、被照射物７に電子線を照射してゲ
ル化反応を進行させる場合、図５に示すように、被照射
物７がゲル化した割合であるゲル分率（％）は、電子線
の線量が同じ場合には、酸素を含んでいる大気中照射時
よりも、酸素が除去された窒素中照射時の場合の方が高
いことがわかる。

【０００８】このため、照射部８に存在する酸素を、不
活性ガスに置換することが望ましく、照射部８はガス封
入性に優れたケーシング１０ａ，１０ｂで構成し、更
に、通常は照射部８に近接配置している噴射ノズル５か
らヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガ
ス９をケーシング１０ａ，１０ｂに充満させることで照
射部８の酸素を除去して、酸素濃度を所定濃度以下（例
えば１００ｐｐｍ以下）に保っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の照射装置では、以下のような問題がある。

【００１０】すなわち、以下の（１）から（３）までに
示すような理由によって、噴射ノズル５から照射部８内
に噴出する不活性ガス９の量が膨大になってしまうとい
う問題がある。

【００１１】（１）通常、被照射物７の形状は帯状であ
る場合が多い。帯状でない個別体であっても、生産ライ
ンとしては帯状コンベア１１等によって、図中に示すよ
うに搬送方向Ｆに沿って搬送されているため、被照射物
７の搬入口１２および搬出口１３が必要となる。しかし
ながら、このような搬入口１２および搬出口１３からは
噴射ノズル５から照射部８に一旦吹き込んだ不活性ガス
９が漏出するとともに、酸素が流入してしまう。したが
って、このような搬入口１２および搬出口１３からの不
活性ガス９の漏出、および酸素の流入の効果に打ち勝つ
ように、噴射ノズル５からは膨大な量の不活性ガス９を
吹き込まなくてはならない。

【００１２】（２）照射部８から搬入口１２までの距
離、および照射部８から搬出口１３までの距離をそれぞ
れ長くすれば、（１）で記載したような不活性ガス９の
漏出、および酸素の流入の効果を低減することは可能で
あるが、これはケーシング１０ａ，１０ｂのサイズの大
型化をもたらすために、不活性ガス９を封入する領域も
必然的に大きくなり、やはり膨大な量の不活性ガス９を
吹き込まなくてはならない。

【００１３】（３）搬入口１２および搬出口１３を開閉
式として、被照射物７の搬入時および搬出時のみに搬入
口１２および搬出口１３を開き、酸素の流入を極力減ら
すようにすることも可能であるが、このような対策を施
したとしても、搬入される被照射物７に付随する酸素ま
では、その進入を阻止することはできないために、やは
り膨大な量の不活性ガス９を吹き込まなくてはならな
い。

【００１４】なお、このように照射部８に不活性ガス９
を吹き込むことによって酸素を除去する場合であって、
吹き込む不活性ガス９の量を低減させる対策に関する技
術としては、特開平９−２９２４９８号公報に開示され
ているものがある。この公報では、単純に照射部８に不
活性ガス９の循環路を設け、この循環路の内部に不活性
ガス９を強制的に循環させることによって不活性ガス９
の消費量の低減を図っている。しかしながら、このよう
に循環路を設けても搬入口１２および搬出口１３から漏
洩する不活性ガス９を低減することはできない。また、
搬入口１２と照射部８、および搬出口１３と照射部８と
の距離を短くすることもできず、ケーシング１０ａ，１
０ｂの小型化がなされないために、上記問題を解決する
ことはできない。

【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、照射部内に不活性ガスを吹き込むことによ
って酸素を除去する場合に、エアカーテンを形成して照
射部をその外部雰囲気と隔離することによって、照射部
内に吹き込んだ不活性ガスの外部への漏出量、および外
部から照射部内に流入する酸素の流入量を抑制し、もっ
て、照射部内に吹き込む不活性ガスの吹き込み量の低減
化を図ることが可能な照射装置を提供することを目的と
する。

【００１６】

【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。

【００１７】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、照射部に配置された被照
射体を照射する照射装置において、ガスを噴出すること
によって照射部の外側にガスカーテンを形成するガス噴
出手段と、照射部に不活性ガスを吹き込むことによっ
て、照射部に存在している酸素をガスカーテンを介して
照射部の外側に除去し、照射部を不活性ガス雰囲気に置
換する不活性ガス吹込手段とを備える。

【００１８】請求項２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、照射部に配置された被照射体を照射
する照射装置において、供給されたガスを噴出すること
によって照射部の外側にガスカーテンを形成するガス噴
出手段と、照射部に不活性ガスを吹き込むことによっ
て、照射部に存在している酸素をガスカーテンを介して
照射部の外側に除去し、照射部を不活性ガス雰囲気に置
換する不活性ガス吹込手段と、不活性ガス吹込手段によ
って不活性ガス雰囲気に置換された照射部から、少なく
とも不活性ガスを含むガスを回収し、回収したガスをガ
ス噴出手段へと供給するガス回収手段とを備える。

【００１９】従って、請求項１および請求項２の発明の
照射装置においては、以上のような手段を講じることに
より、ガスカーテンを形成し、照射部を外部雰囲気と隔
離することができるので、照射部内に一旦吹き込んだ不
活性ガスを効率よく照射部内に保持し、かつ外部雰囲気
から照射部内に流入する酸素量を低減することができ
る。

【００２０】その結果、照射部内に吹き込む不活性ガス
の量の低減化を図ることが可能となる。

【００２１】

【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。

【００２２】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４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。

【００２３】（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。

【００２４】図１は、第１の実施の形態に係る照射装置
の照射部周囲を詳細に示す構成概念図である。

【００２５】すなわち、本実施の形態に係る照射装置
は、図４に示す従来技術の照射装置のおける照射部８
の、被照射物７の搬送方向Ｆの前方および後方に、大気
ガス噴出口２１，２２をそれぞれ付加している。また、
本実施の形態に係る照射装置は、コンプレッサ２５，２
６を備えており、これらコンプレッサ２５，２６は、そ
れぞれ大気ガス噴出口２１，２２に圧縮大気ガスを送風
する。大気ガス噴出口２１，２２はそれぞれコンプレッ
サ２５，２６から圧縮大気ガスが送風されると、送風さ
れた大気ガスを噴出し、エアカーテン２３，２４をそれ
ぞれ形成し、このエアカーテン２３，２４によって照射
部８をその外部雰囲気から隔離する。

【００２６】更に、本実施の形態に係る照射装置は、こ
のようにエアカーテン２３，２４によって外部雰囲気か
ら隔離された照射部８内に向けてヘリウム（Ｈｅ）やア
ルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス９を吹き込む噴射ノズ
ル５を備えている。なお、図１では、噴射ノズル５をケ
ーシング１０ａの搬入口１２側に備え、搬送方向Ｆに向
かって不活性ガス９を吹き込むようにしているが、逆
に、噴射ノズル５をケーシング１０ｂの搬出口１３側に
備え、搬送方向Ｆと逆の方向に不活性ガス９を吹き込む
ようにしても良い。このようにしてエアカーテン２３，
２４によって外部雰囲気から隔離された照射部８に不活
性ガス９を吹き込むことによって、照射部８内の酸素を
エアカーテン２３，２４から照射部８の外側に追い出
し、照射部８内の雰囲気を不活性ガス雰囲気としてい
る。

【００２７】なお、その他の構成は、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。

【００２８】次に、以上のように構成した本実施の形態
に係る照射装置の作用について説明する。

【００２９】すなわち、本実施の形態に係る照射装置
は、大気ガス噴出口２１，２２から大気ガスを噴出する
ことによって、エアカーテン２３，２４が形成され、こ
のエアカーテン２３，２４によって照射部８がその外部
雰囲気から隔離される。

【００３０】更に、照射部８内に不活性ガス９を吹き込
むことによって、照射部８内の酸素がエアカーテン２
３，２３を介して照射部８外に押し出され、酸素が除去
される一方で、吹き込まれた不活性ガス９はエアカーテ
ン２３，２４によって照射部８の内部に効率よく保持さ
れる。これによって不活性ガス９の照射部８内から外部
雰囲気への漏洩量の低減化が図られ、かつ、外部雰囲気
から照射部８内への酸素の流入量の低減化もまた図られ
る。図２は、流体解析コードを用いて行った照射部８内
の不活性ガス９の流れ方向、および酸素濃度分布の解析
結果である。図中矢印で示すような噴射ノズル５から吹
き込まれる不活性ガス９の吹き込み方向に沿って酸素濃
度が低い領域が形成されている。照射効果に対して有意
な影響を及ぼす酸素濃度は、１００ｐｐｍ程度である
が、照射部８全体に亘って酸素濃度は１００ｐｐｍ以下
に保たれており、被照射物７が照射される位置である被
照射物照射位置１５における酸素濃度は１００ｐｐｍに
比べて十分低い値に保たれることがわかる。

【００３１】なお、エアカーテン２３，２４自体は構造
体ではないため、照射部８に搬入される被照射物７の形
状に影響を受けにくく、異なる形状の被照射物７に対し
ても同等の作用効果が奏される。また、大気ガス噴出口
２１，２２を照射部８の極近傍側に配置することによっ
て、酸素を不活性ガス９に置換する置換領域が必要最小
限とされる。

【００３２】さらに、照射部８に搬入される被照射物７
に、大気ガス噴出口２１から吹き出される大気ガスを吹
き付けることにより、被照射物７に付随する酸素の進入
速度が、被照射物７の搬入速度に対して減速される。こ
れによって、被照射物７が照射部８に高速で搬送される
場合であっても、照射部８内の酸素を除去し、効率よく
不活性ガス雰囲気が形成される。

【００３３】上述したように、本実施の形態に係る照射
装置においては、上記のような作用により、エアカーテ
ン２３，２４を形成し、照射部８を外部雰囲気と隔離す
ることができるので、照射部８内に一旦吹き込んだ不活
性ガス９を効率よく照射部８内に保持し、かつ外部雰囲
気から照射部８内に流入する酸素量を低減することがで
きる。これによって、照射部８内に吹き込む不活性ガス
９の量の低減化を図ることが可能となる。

【００３４】ケーシング１０ａ，１０ｂのサイズが大き
い場合であっても、エアカーテン２３，２４によって隔
離される領域を限定することによって、酸素を不活性ガ
ス９に置換する置換領域を必要最小限とすることがで
き、照射部８内に吹き込む不活性ガス９の量の更なる低
減化を図ることも可能となる。

【００３５】このように、照射部８内に不活性ガス９を
必要最低限のみ吹き込むことによって照射部８内の酸素
を除去して不活性ガス雰囲気に置換することが可能とな
る。また、エアカーテン２３，２４は、被照射物７の形
状に依存しないので、汎用的に用いることができ、低コ
ストで効率的な照射を行うことが可能となる。

【００３６】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態を図３を用いて説明する。

【００３７】図３は、第２の実施の形態に係る照射装置
の照射部周囲を詳細に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。

【００３８】すなわち、本実施の形態に係る照射装置
は、第１の実施の形態に係る照射装置の変形例であっ
て、コンプレッサ２５，２６を備えた大気ガス噴出口２
１，２２の代わりに、循環ガス抜出口３４、ファン２８
ａ，２８ｂ、循環ガス噴出ノズル２９，３１を備えた循
環路２７を備え、循環路２７ａ，２７ｂにおのおの備え
られたファン２８ａ，２８ｂを駆動することによって、
循環路２７ａ，２７ｂ内を循環する循環ガス３３を、循
環ガス噴出ノズル２９，３１からそれぞれ噴出させ、エ
アカーテン２３，２４を形成するようにした点のみが異
なる。このエアカーテン２３，２４は、第１の実施の形
態と同様に、照射部８を、その外部雰囲気から隔離す
る。

【００３９】そして、第１の実施の形態と同様にして、
噴射ノズル５から照射部８内に不活性ガス９を吹き込む
ことによって、照射部８内の酸素を照射部８外に押し出
して除去することによって、照射部８内を不活性ガス雰
囲気に置換する。

【００４０】更に、照射部８内に吹き込まれた不活性ガ
ス９を含む照射部８近傍のガスは、ファン２８ａ，２８
ｂの駆動によって発生する負圧によって、循環ガス抜出
口３４から循環ガス３３として循環路２７に取り込ま
れ、循環路２７ａ，２７ｂをそれぞれ循環した後にファ
ン２８ａ，２８ｂの駆動によって、再び循環ガス噴出ノ
ズル２９，３１から噴出されエアカーテン２３，２４を
形成する。

【００４１】このように、本実施の形態に係る照射装置
では、照射部８近傍の不活性ガス雰囲気から不活性ガス
９を含むガスを循環ガス抜出口３４から取り出し、取り
出したガスを循環ガス３３として循環路２７内を循環さ
せて循環ガス噴出ノズル２９，３１から取り出し、この
循環ガス３３によってエアカーテン２３，２４を形成す
るようにしている。

【００４２】なお、必要に応じて循環路２７ａからバイ
パスラインを設け、このバイパスラインの先端を冷却ガ
ス噴出口３２とし、この冷却ガス噴出口３２から循環ガ
ス３３の一部を、照射窓３を冷却する冷却ガス３０とし
て照射窓３に向けて吹き出すようにしても良い。

【００４３】次に、以上のように構成した本実施の形態
に係る照射装置の作用について説明する。

【００４４】すなわち、本実施の形態に係る照射装置
は、第１の実施の形態に係る照射装置と同様に、エアカ
ーテン２３，２４によって照射部８がその外部雰囲気と
隔離される。この照射部８には、不活性ガス９が吹き込
まれることによって照射部８内の酸素がエアカーテン２
３，２４を介して外部雰囲気に追い出され、照射部８の
内部が不活性ガス雰囲気に置換される。更に、照射部８
がエアカーテン２３，２４によって外部雰囲気と隔離さ
れていることによって、不活性ガス９の外部への漏出、
および外部からの酸素の流入が抑制され不活性ガス雰囲
気が効率よく維持される。このように照射部８に維持さ
れている不活性ガス９の一部が、循環ガス抜出口３４か
ら循環路２７側へと抜き出され、循環路２７内を循環し
た後に循環ガス噴出ノズル２９，３１から噴出され、エ
アカーテン２３，２４の形成に供される。

【００４５】この循環ガス３３で作られるエアカーテン
２３，２４は，通常の大気よりも酸素濃度が低いため，
エアカーテン２３，２４中の酸素濃度も低くなり、照射
部８内を不活性ガス雰囲気とするための不活性ガス９の
消費量の低減化が図られる。

【００４６】また、循環ガス３３の一部が、冷却ガス３
０として、照射窓３側に噴出されるので、電子線２の照
射によって高温化した照射窓３が冷却される。

【００４７】上述したように、本実施の形態に係る照射
装置においては、上記のような作用により、第１の実施
の形態の場合において照射部８内に吹き込む不活性ガス
９の量よりも少ない不活性ガス９で、第１の実施の形態
と同様の作用効果を奏することが可能となる。また、電
子線２の照射によって高温化した照射窓３を冷却するこ
とも可能となる。

【００４８】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。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
照射部内に不活性ガスを吹き込むことによって酸素を除
去する場合に、エアカーテンを形成して照射部をその外
部雰囲気と隔離することによって、照射部内に吹き込ん
だ不活性ガスの外部への漏出量、および外部から照射部
内に流入する酸素の流入量を抑制することができる。

【００５０】以上により、照射部内に吹き込む不活性ガ
スの吹き込み量の低減化を図ることが可能な照射装置を
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装置の照射部周囲
を詳細に示す構成概念図

【図２】照射部内の不活性ガスの流れ方向、および酸素
濃度の分布を示す図

【図３】第２の実施の形態に係る照射装置の照射部周囲
を詳細に示す構成概念図

【図４】従来技術による照射装置の照射部周囲を詳細に
示す構成概念図

【図５】電子線の線量に対する被照射物のゲル分率との
関係を示す相関図

【符号の説明】

Ｆ…搬送方向 １…電子線照射装置 ２…電子線 ３…照射窓 ４…電子線発生部 ５…噴射ノズル ６…真空容器 ７…被照射物 ８…照射部 ９…不活性ガス １０…ケーシング １１…帯状コンベア １２…搬入口 １３…搬出口 １５…被照射物照射位置 ２１，２２…大気ガス噴出口 ２３，２４…エアカーテン ２５，２６…コンプレッサ ２７…循環路 ２８…ファン ２９，３１…循環ガス噴出ノズル ３０…冷却ガス ３２…冷却ガス噴出口 ３３…循環ガス ３４…循環ガス抜出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G075 AA33 BB10 BD30 CA03 CA39 CA51 CA63 CA65 DA02 EA05 EB01 EB31 EC01 ED11 EE07

Claims (2)

【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、
   照射部に配置された被照射体を照射する照射装置におい
   て、 ガスを噴出することによって前記照射部の外側にガスカ
   ーテンを形成するガス噴出手段と、 前記照射部に不活性ガスを吹き込むことによって前記照
   射部に存在している酸素を前記ガスカーテンを介して前
   記照射部の外側に除去し、前記照射部を不活性ガス雰囲
   気に置換する不活性ガス吹込手段とを備えたことを特徴
   とする照射装置。
2. 【請求項２】 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、
   照射部に配置された被照射体を照射する照射装置におい
   て、 供給されたガスを噴出することによって前記照射部の外
   側にガスカーテンを形成するガス噴出手段と、 前記照射部に不活性ガスを吹き込むことによって前記照
   射部に存在している酸素を前記ガスカーテンを介して前
   記照射部の外側に除去し、前記照射部を不活性ガス雰囲
   気に置換する不活性ガス吹込手段と、 前記不活性ガス吹込手段によって不活性ガス雰囲気に置
   換された前記照射部から、少なくとも前記不活性ガスを
   含むガスを回収し、前記回収したガスを前記ガス噴出手
   段へと供給するガス回収手段とを備えたことを特徴とす
   る照射装置。