JP2003043197A - 電子線照射装置のフィラメント断線検出機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １０本を越えるフィラメント（特に２５本以
上）が並列に接続された場合でもフィラメントが切れた
ことを検知でき、同時に部分的な電子線分布の悪化を検
出することができる電子線照射装置を与えること。 【解決手段】 引出電極を３以上のグリッドＡ、Ｂ、
Ｃ…に分割し、分割されたグリッドに流れるグリッド電
流Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃ、…の差を検知し、差の全グリッド
電流の和に対する比が基準値より大きければフィラメン
ト断線と判断する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は複数のフィラメント
をもつ非走査型の電子線照射装置において、フィラメン
ト断線を検知する機構に関する。電子線照射装置は真空
中でフィラメントを加熱し熱電子を放出させ加速して、
照射窓を通過させて大気中に取り出し被処理物に照射し
て高分子架橋、塗膜硬化、殺菌などの処理を行うもので
ある。電線ケーブルの被覆の高分子架橋、医療用機器の
殺菌、印刷物の処理、樹脂被覆の硬化処理など様々の用
途に用いられる。被処理物の形状や処理の目的によって
加速電圧は異なる。 【０００２】電子線照射装置は、電子線を発生するフィ
ラメント、フィラメント等を収容する真空チャンバ、加
速用の高圧電源、フィラメント電源、加速管、照射窓、
Ｘ線遮蔽筐体、搬送機構、冷却機構等を備える。電子線
が空気中で被処理物、コンベヤ、壁などに衝突するとＸ
線が発生する。それを遮蔽するために厚い金属の遮蔽機
構が必要である。それが前記の筐体である。筐体の内部
に被処理物を通すから無端周回コンベヤなどの搬送機構
が必要になる。またＸ線によって酸素が酸化されてオゾ
ンになる。オゾンの発生を嫌う場合は、窒素ガスを吹き
込むようになっている。窓箔はアルミ箔やチタン箔であ
る。大気圧が掛かっており電子線が透過することによっ
て加熱されるので、そのままだと溶けるから風冷、水冷
などの冷却機構が設けられる。 【０００３】加速電圧が５ＭｅＶ〜５００ｋｅＶといっ
た高い電圧である場合は、走査型といって充分に加速さ
れた細い１本の電子ビームを偏向コイルによって左右前
後に走査するようになっている。そのため三角型の走査
管が、加速管に続いて設けられる。走査管の下の開口部
が照射窓である。照射窓の直下が電子線照射領域であり
搬送機構は照射領域を通過するようになっている。 【０００４】加速電圧が５００ｋｅＶ〜数十ｋｅＶとい
う低い電圧である場合はフィラメントとシールドの間の
短い距離で加速できる。電子速度も遅くて細いビームに
ならない。それでビーム走査しないで初めから広い断面
をもつ電子線を発生させるようにする。ビーム走査しな
いから非走査型と呼ぶ。あるいはエリア型ともいってい
る。エリア型電子線照射装置は、広い実効断面積をもつ
ビームを発生させるために多数のフィラメントを平行に
張って並列に共通の電極間に接続する。全てのフィラメ
ントに同一の電流を流して負電圧にバイアスすれば全フ
ィラメントから熱電子が出るから実効面積の広い電子線
ビームが発生することになる。 【０００５】並列接続なのでｋ番目のフィラメントに流
れる電流をＪ_ｋとすると全フィラメント電流はΣＪ_ｋに
よって与えられる。全電圧をＶ_Ｆとし、ｋ番目のフィラ
メントの抵抗をＲ_ｋとすると、Ｊ_ｋＲ_ｋ＝Ｖ_Ｆ（一定）
である。フィラメントの材質や線径は同一であるから抵
抗Ｒ_ｋも本来同一である。しかし温度とともにフィラメ
ントの抵抗は増加するし劣化の度合いもフィラメントに
よって異なるから、必ずしもＲ_ｋが全て等しいわけでは
ない。対象物（被処理物）と処理目的にもよるがフィラ
メントの数は１０本、１５本とか２０本のようなものが
ある。例えば被処理物が１７０ｃｍ幅のシート部材でフ
ィラメントの数が２５本というものがある。本発明者が
知る限りでは、それが現在までに製造された非走査型電
子線照射装置のフィラメント数の最大値である。 【０００６】 【従来の技術】本発明はフィラメントの断線を検知する
方法を問題にする。常時電子線を発生させ被処理物に照
射している電子線照射装置においては、フィラメントの
一部が少しずつ蒸発し次第にやせてくる。線径が細くな
り、やがて断線するということも考えられる。電子線照
射処理をしている間にもしもフィラメントのいずれかが
切れると電子線線量が規定値より低くなるから被処理物
は不良品となってしまう。不良品をただちに除きフィラ
メントを交換する必要がある。だからフィラメント切れ
を検出する機構が必要である。 【０００７】現在採用されているフィラメント切れを検
出する機構は次のようなものである。フィラメントの電
圧Ｖ_Ｆとフィラメントに流れる全電流Ｉ_Ｆ（全てのフィ
ラメントに流れる電流の和Ｉ_Ｆ＝ΣＪ_ｋ）とを常時モニ
タして、Ｖ_Ｆ／Ｉ_Ｆの値を所定の基準値と比較する。そ
して基準値との差が大きくなった時にフィラメント切れ
と判断する。Ｉ_Ｆとその基準値を比較するのではない。
被処理物によってフィラメント電流を変更することはよ
くあることであり、Ｉ_Ｆそのものに基準値という概念を
与えることではない。しかし正常な場合、全抵抗はだい
たい一定であろうから全抵抗Ｖ_Ｆ／Ｉ_Ｆについて基準値
を決め、それと現在値とを比較してフィラメント断線を
検出するようにしていたのである。 【０００８】しかし本発明者が知る限り、そのようなフ
ィラメント切れ検知装置が作動したことはかつてなかっ
た。それはどうしてか？フィラメントが断線してから交
換するというのでは、その間真空を破って真空チャンバ
を開けて古いフィラメントを取り除き新フィラメントを
取り付けるという修繕操作をしなければならない。電子
線照射処理が長い間中断されてしまい、それは望ましい
ことではない。 【０００９】多くの場合、フィラメントの寿命が２年と
か３年になるようなゆとりのある電流量で使っている。
正月休みとか盆休みのように長期間、電子線照射装置運
転を中断するときに電子線照射装置を開き分解して全て
のフィラメントを一挙に交換してしまう。寿命がくる前
に余裕をもって、１年に一度交換するようにしている。
それで電子線照射中にフィラメントが切れるというよう
な事故はこれまで起こった事はない。つまりフィラメン
ト切れに応じて随時交換するのではなくてこれまでは定
期交換していたのである。だからＶ_Ｆ／Ｉ_Ｆを基準値と
比較してフィラメント断線を検出するという現行の検出
機構が作動したことはなかったのである。 【００１０】現行のフィラメント断線検出機構がかつて
働いたことがないのであるから、そのような断線検出機
構がはたして最良のものかどうかということは現実には
わからないわけである。だから実際に従来の機構にどの
ような欠点があったのかということは事例に即してはっ
きりとはわからない。フィラメント断線機構がこれまで
働かなかったから、それが不要だということにはならな
い。さらにフィラメント断線検出機構の改良も不要だと
はいえない。 【００１１】もしも電子線処理中にフィラメントが断線
したとすると、その時の被処理物については照射線量不
足になり、それは不良品として取り除かれるべきであ
る。だから鋭敏にフィラメント断線を検出する機構は電
子線照射装置にとって依然として必要である。 【００１２】幾つかの電子線照射装置フィラメント切れ
検出装置が提案されているので紹介する。 【００１３】［従来例１（特開平１１−８４０９９号
「電子線照射装置」）］は偶数本のフィラメントを持つ
電子線照射装置において、フィラメントを二つの群
Ｇ_１、Ｇ_２に分離している。二つの群の給電線Ａ_１、Ａ
_２を反平行に配置し変流器（ＣＴ）に通す。変流器の電
流は（Ａ_１−Ａ_２）を検出するから正常時は０である。
どちらかの群にフィラメントが断線すると変流器に電流
が流れる。というわけであるが、これはフィラメント群
の給電線を二つに分割しなければならないという欠点が
ある。 【００１４】また同時に両方の群のフィラメント１本が
断線した場合それを検出できない。二つの群のフィラメ
ントの抵抗変化が同一でないから余裕を見なければなら
ないという欠点がある。また２つの群に分けるだけだか
ら、一群のフィラメント数が増えると精度が落ちる。２
０本のフィラメントの場合１０本と１０本に分けること
になり、それなりに精度を確保できよう。が、もし５０
本のフィラメントがあると２５本ずつに分けなければな
らない。すると誤動作が増える。フィラメント数が奇数
の場合（２５本）は適用できない。 【００１５】［従来例２（特開平１１−１０９０９８号
「電子線照射装置」）］はフィラメント全電流Ｊ_Ｆの微
分を計算し断線によって微分パルスが出るので、それに
よってフィラメント切れを検出するとしている。フィラ
メントが１０本程度だと１本の断線により微分変化は検
知できようが、３０本もあると微分パルスが小さくノイ
ズに埋もれてしまい検出できないようになる。微分であ
るからノイズやサージに弱くて高圧架台の上に乗せる回
路としては好ましくない。 【００１６】［従来例３（特開２０００−１２１８００
「電子線照射装置」）］はフィラメント電流の時間変化
が基準値より大きいときに断線と判断するとしている。
これは上記の従来例２と同じ思想であり従来例２と同じ
欠点をもつ。いずれもフィラメント断線をフィラメント
電流自身によって検出しようとしている。全て欠点があ
って多数のフィラメントの場合には全く役に立たない。 【００１７】 【発明が解決しようとする課題】１．これまで非走査型
電子線照射装置のフィラメントの総数の最大は２５本程
度であることを述べた。多くの場合フィラメントは１０
本程度である。これまでのフィラメント切れ監視機構は
フィラメントの全電流を見ていた。そして、Ｖ_Ｆ／Ｉ_Ｆ
が規定値Ｒ_Ｆより大きくなるとフィラメント切れと判断
するようになっていた。 【００１８】規定値というのは全抵抗値ということにな
るが、それは温度変化によって運転開始時と定常運転時
で相違する。また経時的にもある程度変化する。その差
がΔを越えると断線だと判断するが、許容差比Δをあま
り小さくすると誤動作が発生する。 【００１９】 ｜（Ｖ_Ｆ／Ｉ_Ｆ−Ｒ_Ｆ）／Ｒ_Ｆ｜≧Δ （断線） 【００２０】例えばフィラメントの数が１０本だとする
と、１本のフィラメントが断線したとき電流は１０％減
少する。つまりＶ_Ｆ／Ｉ_Ｆの増加は１０％もある。Δを
５〜８％に設定しておいても１本のフィラメント断線を
検出することはできる。 【００２１】現在の電子線照射装置で最大フィラメント
数は２５本程度であるが、その場合１本が切れた場合、
電流の減少は４％ということになる。全抵抗Ｖ_Ｆ／Ｉ_Ｆ
の増加は４％ある。Δを３〜４％に設定することによっ
て１本のフィラメント断線を検知できる。 【００２２】しかし被処理物の大型化によって、電子線
照射装置のフィラメント数が３０本を越えることも考え
られる。５０本というものも製造されるかもしれない。
そうなると、１本のフィラメントが切れても電流変化は
２％にすぎない。Δをあまり小さくすると誤動作する。
だから５０本ものフィラメントがある場合１本の断線を
上記のような手段では検出できない。 【００２３】２．もう一つの問題は、運転時間の経過に
伴ってフィラメントの径が細くなり、抵抗値が上昇する
ということである。フィラメント切れでなくても経時的
にＶ_Ｆ／Ｉ_Ｆが増加する。そうすると上記にように基準
値Ｒ_Ｆを固定ししかもΔが小さければ誤動作してしま
う。経時的変化に対応して基準値Ｒ_Ｆを変えなければな
らない。 【００２４】 フィラメントが切れたことを検出できず
に生産が継続されると、その切れたフィラメントの直下
の電子線量は減少し、その部分に対応する被照射物の線
量が不足し、不良品を生み出すことになってしまう。フ
ィラメントは被処理物の搬送方向に平行になるように張
られている。２０本の内１本のフィラメントが切れた場
合被処理物全面の電子線照射量が１９／２０に低減する
のではなくて、ある部位だけ電子線照射量が０になる。
だからそこは全く電子線処理されず被処理物全体として
不良品となる。 【００２５】 【課題を解決するための手段】本発明の電子線照射装置
フィラメント断線検出機構は、引出電極を３以上に分割
し、それぞれに流れ込む熱電子量を測定する。そしてそ
れぞれの熱電子量の差を基準値（引出電極に流れ込む熱
電子量に比例する値）と比較し熱電子量の差が基準値よ
り大きい場合フィラメント切れと判断する。比較の結果
は、光の有／無に変換し、大地電位部でその情報を受け
取る。 【００２６】フィラメント総数３０本程度の場合、引出
電極は３分割が良いが、フィラメント数がそれより多い
場合は、一つの引出電極あたりのフィラメント数が１０
本ぐらいになるよう分割数、演算回路を増せば、フィラ
メント切れ検出性能は低下しない。 【００２７】本発明は従来のようにフィラメント電流そ
のものを測定するのではなくて、引出電極に流れ込む電
流を測定する。それが一つの工夫点である。もう一つの
工夫は引出電極を３以上（グリッド分割数ｆ≧３）に分
割してそれぞれに流れる電流を測定するようにしたこと
である。 【００２８】 【発明の実施の形態】フィラメント電流というのはフィ
ラメント毎の電流Ｊ_ｋの和ΣＪ_ｋであるが、共通の電極
に全てのフィラメントの両端が接続されてしまうから、
個々のフィラメント電流を測定することはできない。つ
まりフィラメント電流は総和ΣＪ_ｋしかわからない。 【００２９】本発明者はフィラメント電流ではなくて引
出電極（グリッド）の電流によってフィラメントの断線
を検知することができるということに気付いた。引出電
極を幾つかに分割した場合、フィラメントが切れた位置
に対応する引出電極部分へ流れる電流は他の引出電極部
分のそれに比べて小さくなる。それを演算回路で検出し
光の信号にし、大地電位部で受取り、フィラメント切れ
を検出した場合、電子線照射装置の運転を停止する。 【００３０】エリア型電子線照射装置においては円筒形
真空チャンバの内部に円筒形のシールドがある。シール
ドのまん中にフィラメントがあって、シールドの開口部
に引出電極がある。引出電極とフィラメントの間には引
出電圧Ｖ_ｅｘが掛かっている。引出電極と大地電圧との
間には負の高電圧がかかっている。その高電圧が加速電
圧Ｖ_ａｃｃである。引出電極というのは格子状の電極で
あり、フィラメントの並ぶ方向（ｙ方向）に長く伸びて
いる。 【００３１】引出電極を例えば３分割して、フィラメン
トから部分引出電極に流れ込む熱電子電流を測定する。
引出電極は空間的な広がりをもつので、３つに分割して
個別の格子に流れる電流を測定することができる。引出
電極を分割したものをここではグリッドと呼ぶことにす
る。分割した３つのグリッドに流れる電流をＩ_Ａ、
Ｉ _Ｂ、Ｉ_Ｃとする。これらの格子に流れる電流をここで
はグリッド電流と呼ぶ事にする。 【００３２】引出電極を３つの同じ大きさに分割するか
ら、正常時においてこれらのグリッド電流は等しいはず
である。Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝Ｉ_Ｃ。ところがフィラメントの１
本が断線するとそのフィラメントの直下にある引出電極
に入る電子線電流が減少する。例えばＣ格子に熱電子が
入るべきフィラメントが断線したとすると、Ｉ_Ｃが減少
する。これによって、フィラメントの断線が検出される
ことになる。 【００３３】これらのグリッド電流がどういうものであ
るのか？ということを説明する。引出電極に流れるグリ
ッド電流をフィラメント電流と混同してはならない。さ
らに電子ビーム電流とも混同してはならない。熱電子と
してフィラメントから電子が放出されるが電子流は、例
えばリチャードソンの放射式 【００３４】ｉ＝ＡＴ^２ｅｘｐ（−φ／ｋＴ） 【００３５】のようにフィラメントの温度と仕事関数φ
をｋＴで割った値の関数である。フィラメント温度Ｔは
フィラメント電流によるが、フィラメント電流Ｊ_Ｆと電
子放射電流Ｊ_ｅ（全電子ビーム電流）とは簡単な関係に
ない。電子放射電流Ｊ_ｅは、一部が引出電極に衝突して
失われる。これがグリッド電流Ｉ_Ｄである。残りはグリ
ッドを通過して加速され、照射窓を越えて被処理物にま
でいたる。窓箔で失われる電子流Ｊ_ｗと対象物に当たる
電子流Ｊ_ｒの合計が、グリッドを通過した電流Ｊ _ｑに等
しい。 【００３６】Ｊ_ｑ＝Ｊ_ｗ＋Ｊ_ｒ （１） 【００３７】全電子ビーム電流をＪ_ｅとすると、これは
グリッド電流Ｉ_Ｄと、グリッド通過電流Ｊ_ｑの和であ
る。 【００３８】Ｊ_ｅ＝Ｉ_Ｄ＋Ｊ_ｑ （２） 【００３９】全電子ビーム電流Ｊ_ｅは測定されている。
グリッド電流Ｉ_Ｄと、全電子ビーム電流Ｊ_ｅが比例関係
にある。 【００４０】Ｉ_Ｄ＝ＫＪ_ｅ （３） 【００４１】Ｋの値はグリッドのメッシュの密度や線径
によって異なるが、例えば２０〜３０％程度である。グ
リッド電流Ｉ_Ｄは損失になるからＫは小さい方が良い。
当然に 【００４２】 Ｊ_ｑ＝Ｊ_ｗ＋Ｊ_ｒ＝（１−Ｋ）Ｊ_ｅ （４） 【００４３】である。式（３）の関係があるから、電子
ビーム電流Ｊ_ｅの値は、グリッド電流Ｉ_Ｄから求めるこ
とができる。 【００４４】ｍ本ずつのフィラメント群が３つあるか
ら、グリッド電流はｍ本のフィラメントからグリッドへ
流れる電子電流のＫ倍ということになる。もしもフィラ
メントが１本断線すると、それが含まれる群のグリッド
の電流は、１／ｍだけ減少する筈である。グリッド電流
Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃは正常時は等しいが、フィラメントの
どれかが断線すると、それが属する群のグリッド電流は
１／ｍだけ減少する。 【００４５】ｍを１０程度にすると、その減少分を検出
することができる。それでフィラメント数が３０本なら
フィラメント群を３つに分割し、５０本ならフィラメン
ト群を５つに分割し、というようにすればフィラメント
断線は常に検出できることになる。 【００４６】以上の説明によって、グリッド電流とフィ
ラメント電流、電子線電流の関係がわかる。 【００４７】 【実施例】図１によって本発明の実施例の構成を説明す
る。大地電位をｅとする。大地電位に正極が接続された
高圧電源１は加速電圧ｈを与えるものである。高圧電源
１は実際には商用交流を整流して倍電圧回路で昇圧しコ
ンデンサに蓄電したものである。エリア型の電子線照射
装置の加速電圧であるから、数十ｋｅＶ〜５００ｋｅＶ
の程度である。それより上の部分は全て高圧架台の上に
置かれ、地上とは絶縁されている。それに続いて交流の
フィラメント電源２がある。フィラメント電源２はトラ
ンス３によって適当な電圧に変換されてフィラメント７
に与えられる。トランス３の一次側である大地側と二次
側である高圧部は電気的に遮断されなければならない。
そのためにトランス３が介装されている。その理由を簡
単に述べる。 【００４８】フィラメント７には加熱のための交流電流
が与えられるが、フィラメント７の電位は直流的には一
定でなければならない。そうでないと加速電圧が揺らぐ
からである。フィラメント７と引出電極８の間に引出電
源４が介装される。引出電源４はフィラメントから熱電
子を引き出すための直流の引出電圧Ｖ_ｅｘを与えるもの
である。ここでは直流を作り出すためにフィラメント電
源２の電圧を取っている。トランス３の二次側のｓ、ｔ
電極から交流を取り、これを整流して直流を得てそれを
引出電圧Ｖ_ｅｘとしているのである。 【００４９】引出電源４の出力の負端子はトランス３の
二次側６の中心のタップｍにつながっている。引出電源
４の出力の正端子は先述の高圧電源１の負電極ｈにつな
がっている。だからフィラメント中心の電位ｍは、ｈ＋
Ｖ_ｅｘとなる。これが加速電圧Ｖ_ａｃｃに等しい。引出
電圧Ｖ_ｅｘは小さい電圧であり、大部分はｈである。フ
ィラメントと引出電極８の間に引出電圧がかかっている
ので、フィラメントの熱電子は引出電極８に引き寄せら
れ、引出電極８を越えて加速され照射窓へと飛んでゆ
く。 【００５０】フィラメント７は平行なＷなどの金属の線
である。フィラメント７はＦ_１、Ｆ _２、…、Ｆ_３０とい
うように多数設けられるが何れも両端が電極ｓ、ｔにつ
ながっている。これまで述べたフィラメント電流ΣＪ_ｋ
というのは、電極ｓ、ｔに電流計を入れて測定した電流
である。そのような電流計はこの回路に含まれるが本発
明の工夫には無関係であるから図示していない。 【００５１】フィラメント７の長さの方向をｘ方向とす
る。それは被処理物の搬送方向である。照射窓はｘｙ面
上の矩形の開口部である。照射窓の幅方向がｙ方向であ
ってその方向に長い。前後方向がｘ方向でありフィラメ
ントはその方向を向く。フィラメントの並存して延長す
る方向がｙ方向である。電子線の出る方向がｚ方向とな
る。 【００５２】フィラメント７の直下（ｚ方向）に引出電
極８がある。従来は引出電極８は一体のものであったが
本発明ではそれを３つに分割している。３つに分割した
引出電極８をそれぞグリッドＸ_Ａ、Ｘ_Ｂ、Ｘ_Ｃとする。
引出電極８は引出電源４の出力の正電極（電圧ｈ）に接
続されるが、ここでは３つに分かれているのでそれぞれ
が抵抗Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂ、Ｒ_Ｃを介して引出電源４の正電極に
接続される。さらに全電流を求めるために、合一点から
引出電源４までの経路に抵抗Ｒ_Ｄを接続している。 【００５３】これらの抵抗Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂ、Ｒ_Ｃの両端電圧
差によって、グリッドＸ_Ａ、Ｘ_Ｂ、Ｘ_Ｃに流れるグリッ
ド電流Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃが分かる。またＲ_Ｄの両端電圧
差によって全グリッド電流Ｉ_Ｄ＝Ｉ_Ａ＋Ｉ_Ｂ＋Ｉ_Ｃが求
められる。この例では、３０本のフィラメントがあっ
て、フィラメントから出た熱電子を３つのグリッドで引
き出しているから、フィラメント１０本ずつの熱電子電
流がグリッドに流れておりＩ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝Ｉ_Ｃであるはず
である。 【００５４】演算回路１０に４つのグリッド電流Ｉ_Ａ、
Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃ、Ｉ_Ｄを入力する。演算回路１０は図２に示
すように、入力端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄがあって、それにそ
れぞれ、グリッド電流Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃ、Ｉ_Ｄを入力す
るようになっている。グリッド電流対応記号に接続して
いるから、以後簡単に、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄをグリッド電流
Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃ、Ｉ_Ｄと同一のものとして説明する。
演算回路１０はたとえば３つの比較器Ｙ_１、Ｙ_２、Ｙ_３
を含む。その出力はＬＥＤ_１、ＬＥＤ_２、ＬＥＤ_３に接
続される。 【００５５】Ｙ_１： ｜Ａ−Ｂ｜とｋＤを比較し、｜Ａ
−Ｂ｜＜ｋＤならば出力はＹ_１＝０、｜Ａ−Ｂ｜≧ｋＤ
なら出力はＹ_１＝１とする。出力１ならＬＥＤ_１を発光
させる。 【００５６】Ｙ_２： ｜Ｂ−Ｃ｜とｋＤを比較し、｜Ｂ
−Ｃ｜＜ｋＤならば出力はＹ_２＝０、｜Ｂ−Ｃ｜≧ｋＤ
なら出力はＹ_２＝１とする。出力１ならＬＥＤ_２を発光
させる。 【００５７】Ｙ_３： ｜Ｃ−Ａ｜とｋＤを比較し、｜Ｃ
−Ａ｜＜ｋＤならば出力はＹ_３＝０、｜Ｃ−Ａ｜≧ｋＤ
なら出力はＹ_３＝１とする。出力１ならＬＥＤ_３を発光
させる。 【００５８】ここでｋというのは定数であり、１／８ｍ
〜１／３ｍ程度とすることができる。もしもｍ本のグリ
ッドが一つのグリッド電流を形成するとし、正常時には
Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝ｉｍ、Ｄ＝３ｉｍとなる。ｉはフィラメン
ト１本あたりのグリッド電流である。フィラメントが１
本断線したとすると、他のフィラメントに流れる電流は
３ｍ／（３ｍ−１）に増大する。断線フィラメントを含
まないグリッドの電流は、３ｉｍ^２／（３ｍ−１）とな
る。断線フィラメントを含むグリッドの電流は、３ｍｉ
（ｍ−１）／（３ｍ−１）となる。これらの差である二
つの不等式の左辺は３ｍｉ／（３ｍ−１）となる。全グ
リッド電流Ｄは依然としてＤ＝３ｍｉである。 【００５９】フィラメント断線を検出できるとすれば、 ｋ＜１／（３ｍ−１） （５） 【００６０】であることが必要である。これは直観的に
分かりにくい値である。等号のある式で表したい。それ
より少し小さい値で書けば、 【００６１】ｋ≦１／３ｍ （６） となろう。 【００６２】誤動作を避けるためにｋをそれほど小さく
できない。とすれば、１／８ｍ＜ｋ≦１／３ｍ程度に決
めれば良い。ｍ＝１０ならば、１／８０＜ｋ≦１／３０
である。式（５）や（６）はグリッド分割数ｆを３とし
た場合である。フィラメントが１０本程度に分割グリッ
ドを一つ対応させるとすれば、フィラメントが５０なら
ば、グリッド分割数ｆを５にした方が良い。フィラメン
トが４０ならｆを４とするのがよかろう。一般にグリッ
ド分割数をｆとすると下限をも含めた式（５）、（６）
に対応する式は、 【００６３】 １／２ｆｍ≦ｋ＜１／（ｆｍ−１） （７） １／２ｆｍ≦ｋ≦１／ｆｍ （８） となろう。 【００６４】発光ダイオード（ＬＥＤ）１１の信号は、
光伝送媒体１２を経て、受光器（フォトトランジスタ）
１３に入る。受光器（フォトトランジスタ）１３の出力
は検出回路１４に入力される。光伝送媒体１２は空間か
光ファイバである。これは高圧架台と、大地電圧を絶縁
するために必要である。空間伝搬とする場合、ＬＥＤと
フォトトランジスタの間は５０ｃｍ〜１００ｃｍの程度
である。フィラメントが正常なら、Ｙ_１＝Ｙ_２＝Ｙ_３＝
０であり、ＬＥＤ_１〜ＬＥＤ_３は消えているから、受光
器１３に光が入らない。フィラメントが１本でも断線す
ると、比較器Ｙ_１、Ｙ_２、Ｙ_３のいずれかが１になり、
ＬＥＤのいずれかが点灯する。受光器１３に光が入り、
地上側の検出回路１４はフィラメント断線である旨の信
号を出す。それとともに電子線照射装置は電子線を止め
て処理を停止する。 【００６５】ここでは、３つのＬＥＤの信号を一つのフ
ォトトランジスタ（ＰＴＲ）１３で受けているから、和
演算回路になっている。 【００６６】 ＰＴＲ＝Ｙ_１＋Ｙ_２＋Ｙ_３ （９） 【００６７】だからフィラメント切れを検出できるが、
どの位置にあるフィラメントが切れたかという事は分か
らない。 【００６８】あるいは、３つのＬＥＤに対応して、３つ
の受光器（３つのフォトトランジスタ）ＰＴＲ_１、ＰＴ
Ｒ_２、ＰＴＲ_３を設けることにすれば、 【００６９】 ＰＴＲ_１＝Ｙ_１ （１０） ＰＴＲ_２＝Ｙ_２ （１１） ＰＴＲ_３＝Ｙ_３ （１２） 【００７０】断線フィラメントを含む群のＬＥＤだけが
点灯し、それに対応する受光器がそれを感受するからフ
ィラメント切れの大体の場所を求めることができる。正
確な位置は被処理物（試料）に線量検出テープを貼り付
けて照射窓の下を通すことによってわかる。 【００７１】ここで受光器をフォトトランジスタとして
いるのは、電子線照射装置の信号伝達系において、ＬＥ
Ｄとフォトトランジスタの組み合わせになるカップラに
実績があるからである。フォトトランジスタには増幅機
能もあって使いやすい。しかし受光器としてフォトダイ
オード（ＰＤ）を用いても良いのはもちろんである。 【００７２】次にフィラメント数が３０本の場合で全電
子ビーム電流が３０ｍＡの場合と１００ｍＡの場合の例
を述べる。 【００７３】［フィラメント総数３０本、引出電極分割
数３の例］ １．全電子ビーム電流Ｊ_ｅ＝３０ｍＡ時 正常時、フィラメント１本当たりから放出される電子線
電流は、３０ｍＡ／３０本＝１ｍＡである。フィラメン
ト１本あたりからグリッドへ流れる電流はそれにＫを掛
けた値であり、１ｍＡ×Ｋである。３つのグリッド電流
は全てこの値となる。Ｋは先述のように電子放出電流の
内、引出電極に流れ込む比率で０．２〜０．３程度の一
定値である。 【００７４】異常時で、１本切れたと仮定する。電流制
御をしているから全電流がＪ_ｅ＝３０ｍＡは変わらな
い。全てのフィラメントから出る電子線電流によるグリ
ッド電流は３０ｍＡ／２９本×Ｋ＝１．０３４ｍＡ×Ｋ
となる。 【００７５】断線フィラメントを含まないグリッドは１
０本のフィラメントが生きているからグリッド電流は１
０をかけて、１．０３４ｍＡ×Ｋ×１０＝１０．３４ｍ
Ａ×Ｋとなる。 【００７６】断線フィラメントを含むグリッドは９本の
フィラメントが電子線を出すから、１．０３４ｍＡ×Ｋ
×９＝９．３１ｍＡ×Ｋとなる。 【００７７】３つのグリッド電流Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃは、
１０．３４ＫｍＡ、１０．３４ＫｍＡ、９．３１ＫｍＡ
である。 【００７８】差： （１０．３４−９．３１）ｍＡ×Ｋ
＝１．０３ｍＡ×Ｋ 【００７９】たとえば基準値を正常時のフィラメント１
本あたりの電子線電流とすると、 基準値： ３０ｍＡ×Ｋ／３０＝１ｍＡ×Ｋ となるが、 １．０３ｍＡ×Ｋ＞１ｍＡ×Ｋ となってフィラメント切れを検知することができる。 【００８０】これは基準値を、大きく（ｋ＝１／３ｍ）
設定しているが、より小さく決めることもできる。基準
値の倍率ｋと、グリッド電流の倍率Ｋを混同してはなら
ない。 【００８１】２．全電子ビーム電流Ｊ_ｅ＝１００ｍＡの
場合 正常時、フィラメント１本当たりが生ずる熱電子電流
は、１００ｍＡ／３０本＝３．３ｍＡである。フィラメ
ント１本あたりグリッドへ流れる電流は３．３ｍＡ×Ｋ
である。 【００８２】異常時、１本切れた場合は、全電流は不変
であるから、フィラメント１本当たりが生ずる熱電子電
流は１００ｍＡ／２９本＝３．４４８ｍＡとなる。正常
のグリッドのフィラメントは１０本生きているからグリ
ッド電流は３．４４８ｍＡ×１０×Ｋ＝３４．４８ｍＡ
×Ｋとなる。断線フィラメントを含むグリッドの電流は
３．４４８ｍＡ×９×Ｋ＝３１．０３ｍＡ×Ｋである。 【００８３】３つのグリッド電流Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃは３
４．４８ｍＡ×Ｋ，３４．４８ｍＡ×Ｋ、３１．０３ｍ
Ａ×Ｋである。 差： （３４．４８−３１．０３）ｍＡ×Ｋ＝３．４５
ｍＡ×Ｋ たとえば基準値を正常時のフィラメント１本あたりの電
子線電流とすると、 基準値： １００ｍＡ×Ｋ／３０＝３．３３ｍＡ×Ｋ となる。 【００８４】３．４５ｍＡ×Ｋ＞３．３３ｍＡ×Ｋ 【００８５】となってフィラメント切れを検知すること
ができる。これも基準値を最大値（ｋ＝１／３ｍ）に設
定したものである。 【００８６】 【発明の効果】本発明は、複数のフィラメントを有する
非走査型電子線照射装置において、フィラメント電流を
監視するのではなくて、フィラメント１０本程度ごとに
分割した引出電極（グリッド）に流れるグリッド電流の
食い違いを検出することによってフィラメント断線を検
出する。 【００８７】フィラメント本数の増加、フィラメントの
経時変化によって影響を受けることなくフィラメント切
れを正確に検出できる電子線照射装置を提供することが
できる。 【００８８】また分割数を増やし受光器の数を発光素子
（ＬＥＤ）の数に等しくし、発光素子と受光素子を対応
させる事により照射量分布の変動をとらえる事も可能で
ある。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の電子線照射装置のフィラメント断線検
出機構を示す概略構成図。 【図２】本発明の電子線照射装置のフィラメント断線検
出機構において、グリッド電流の差を求めて基準値と比
較する演算回路の一例を示す回路図。 【符号の説明】 １ 高圧電源 ２ フィラメント電源 ３ トランス ４ 引出電源 ５ 一次側 ６ 二次側 ７ フィラメント ８ 引出電極 １０ 演算回路 １１ ＬＥＤ １２ 光伝送媒体 １３ 受光器（フォトトランジスタ） １４ 検出回路 Ｊ_ｋ ｋ番目のフィラメントに流れるフィラメント電流 Ｉ_Ｆ フィラメント全電流 Ｉ_Ａ Ａグリッドに流れるグリッド電流 Ｉ_Ｂ Ｂグリッドに流れるグリッド電流 Ｉ_Ｃ Ｃグリッドに流れるグリッド電流 Ｘ_Ａ Ａグリッド Ｘ_Ｂ Ｂグリッド Ｘ_Ｃ Ｃグリッド Ｒ_Ａ グリッド電流Ｉ_Ａ検出抵抗 Ｒ_Ｂ グリッド電流Ｉ_Ｂ検出抵抗 Ｒ_Ｃ グリッド電流Ｉ_Ｃ検出抵抗 Ｒ_Ｄ 全グリッド電流検出抵抗 Ｆ_１〜Ｆ_３０ フィラメント Ｙ_１〜Ｙ_３ 比較器 Ａ 演算回路のＩ_Ａ入力 Ｂ 演算回路のＩ_Ｂ入力 Ｃ 演算回路のＩ_Ｃ入力 Ｄ 演算回路のＩ_Ｄ入力 ｓ トランスの二次側の一方の電極線 ｔ トランスの二次側の他方の電極線 ｈ 高圧電源の負電極側の線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 真空チャンバの内部において並列に接続
   された複数のフィラメントから放出される熱電子を加速
   して電子線として取り出す非走査型の電子線照射装置に
   おいて、引出電極を３以上のグリッドＡ、Ｂ、Ｃ…に分
   割し、分割されたグリッドに流れるグリッド電流Ｉ_Ａ、
   Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃ、…の差を検知し、差の全グリッド電流の和
   に対する比が基準値より大きければフィラメント断線と
   判断することを特徴とする電子線照射装置のフィラメン
   ト断線検出機構。