JP2003279698A - 電子線照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】解決しようとする課題は、被照射体通路の全周
囲から低エネルギー電子線を照射する方式であって、極
めて大きな径の環状陰極を容易に製作し、安価で処理能
力を高めたコンパクトな電子線照射を実現することであ
る。 【解決手段】本発明では、環状の被照射体通路と実質的
に同軸に構成された環状の陰極が設けられており、この
陰極の電子放出面は円錐状の電子軌道を得るように傾斜
しており、この陰極は、細分化した六硼化ランタンから
成る平板状の電子放出素子を高温接着剤で張り合わせる
ことによって、特別な設備を使わずに大口径化されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、粒状の物体の表面
に付着した細菌の滅菌や、粒状又は長尺の線状物体の表
面に塗布した樹脂の硬化や、有害気体の無害化等を行う
ために、これらの粒状又は線状又は気体状の被照射体を
移動させながらこれらの被照射体に電子線を照射する装
置であって、特に、照射効率を改善して小さなスペース
で多量の被照射体の電子線照射処理ができるようにした
ことを特徴とするコンパクトな低エネルギー電子線照射
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の面照射型の電子線照射装置は、公
開特許公報、特開平１１−１９１９０号に記載されてい
るように、固定されたドラム管状の真空容器の中に直線
状の金属フィラメントを取付け、これを通電加熱するこ
とによって放出される熱電子を５００ＫＶ以下の電圧で
加速し、前記の金属フィラメントと並行に設けられた薄
い金属箔で出来た平板状の電子透過窓を透過させて、大
気中にある被照射体に電子線を照射するようになってい
る。従来の電子線照射装置の概略の横断面図を図１１に
示している。図１１において、１００１は真空容器であ
り、１００３は電子銃構造体であり、１００２は電子銃
構造体１００３等を支持するターミナルであり、１００
４は陰極フィラメントであり、１００５はグリッドであ
り、１００６は電子を透過させる電子透過窓である。陰
極フィラメント１００４から放出された電子がグリッド
１００５に印加された電位差で加速され、更に電子透過
窓１００６との間に印加された５００ＫＶ以下の電位差
で加速されて電子透過窓１００６を透過する。透過した
電子線Ｂ０１は照射室内において矢印１００９の方向か
ら矢印１０１０の方向に落下する被照射体１０１１に照
射される。この装置は大型であり、電子線が一方向にの
み照射されるようになっているのでシート状の被照射体
に電子線を照射する場合には適するが、粒状や線状の物
体や気体に電子線を照射するのには適さない。このよう
な場合には、例えば、公開特許公報、特開平１０−２６
８１００号に記載のように粒状の被照射体１０１１を傾
斜面上で転がしながら電子線を照射する方法や、図１１
に示すように粒状の被照射体を鉛直下方に落下させなが
ら横方向から電子線を照射する方法等が採用されてい
る。このような場合に、粒状の被照射体の全表面に均一
には電子線を照射できないだけでなく、粒状の被照射体
が電子線透過窓に衝突して電子線透過窓が破損する事故
が頻発する問題があった。更に、電子線の吸収によって
加熱された電子線透過窓の熱が被照射体を過熱して被照
射体を変質させる不都合があった。

【０００３】特に、被照射体が例えば殻付きの穀物等の
表面を殺菌する場合などでは、穀物をシート状に広げた
状態で自然落下させながら横方向から、長さ１ｍ程度に
渡って広く分布する電子線を照射する方法が取られてい
る。この場合、穀物への電子線の進入を防止する為に電
子線のエネルギーを１００ＫｅＶ程度に低くしており、
殻内で電子線が吸収されるようになっている。従って、
電子線を一方向から照射したのでは、反対方向の穀物の
表面は殺菌されないことになるので、せっかく電子線に
よる殺菌を行っても細菌の含有率を大きく低下させるこ
とが出来ない。又、前記の広がって分布する電子線を、
シート状に広がって自然落下する穀物の両側から対向し
て照射する方法が考えられるが、この場合には、上述の
場合よりも細菌の含有率を低下させることができるが、
まだ完全ではない。更に、殺菌したい穀物を傾斜面上で
滑り落とす方法でも穀物が完全な球形でないだけでな
く、転がる軸が一定になりがちであるので穀物の表面に
万遍無く電子線を照射するのは困難であり、完全な殺菌
ができない問題がある。又、照射される電子線にX線が
含有されやすく、被照射体の内部に悪影響を与えること
もあった。

【０００４】上記のいずれの例に於いても、穀物などの
被照射体を幅が１ｍを超えるシート状に分布させる必要
があり、装置が大型になるだけでなく照射効率が小さく
高価な装置となる。装置の設置場所も広くなり、設置場
所の確保にも問題があった。特に、対向する２方向から
電子線を照射する方法では、装置の体積と価格の両方が
およそ２倍になるだけでなく、一方の装置から放出され
た電子線が他方の装置に入射する等の悪影響が出る。こ
の場合にはＸ線の発生も増加する。被照射体を傾斜面で
滑らせる場合も同様の問題がある。又、前記の電子線透
過窓の温度が高くなるので、輻射熱が被照射体に与えら
れ、被照射体が変質する場合があった。更に、粒状の被
照射体が飛び跳ねて前記の電子線透過窓に衝突して破損
するという問題があった。同様に、同様な装置を３方向
から照射できるように配列することが考えられるが、上
述と同様な問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、粒状の物体の表面に塗布した樹脂の硬化、改質等の
処理や、その表面の殺菌処理や、有害気体の分解処理な
どを行うためにこれらの被照射体に電子線を照射する場
合に、これらの被照射体をシート状に広げることなく、
狭い場所で上記の処理が高速度で行え、コンパクトで高
い信頼性を有する低エネルギーの電子線照射装置を提供
することである。特に、被照射体の電子線処理速度を増
す為に被照射体通路を大口径の円筒状にした電子線照射
装置に使用する大きな直径の陰極を容易に製作すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、高真空状態
に維持された真空領域内に設けられた環状の陰極から放
出された電子を、環状の電子通過孔を有する陽極との間
で加速して円錐状の軌道で走行させ、前記の真空領域の
外部に取り出す為の環状の電子透過窓を透過させた後
に、透過した電子を円筒状の領域を有する被照射体通路
の全周方向からこの円筒状の領域に向かう方向に偏向さ
せる電子集中手段を用いることにより、被照射体通路内
を通過する多量の被照射体に均一に電子線を照射して、
狭いスペースに於いて高速の照射処理ができるようにな
っている。

【０００７】上記の電子集中手段の一つとして前記の被
照射体通路と同軸的に配設した磁石を用いることによ
り、被照射体通路の中心軸に平行な磁束密度成分と被照
射体通路の中心軸に向かう磁束密度成分とを有する空間
を形成し、この空間に電子を走行させて、これらの磁束
密度成分と電子との相互作用により、電子が走行するに
従って中心軸の回りでの回転力を受けるとともに被照射
体通路に近づくようになっている。

【０００８】前記の被照射体が粒状物体である場合に
は、前記の被照射体は、前記の円筒状の領域を被照射体
移送器によって鉛直下方に移動させられるとともに、被
照射体移送器にある多数のガス噴出口から高速度で噴出
する圧縮ガスによって高速度で回転させられる。この円
筒状の領域の外周から均一に電子線が照射されるので、
この粒状の被照射体の表面は電子線によって均一に照射
処理される。電子線のエネルギーが１００ＫｅＶ程度の
場合には、被照射体の表面層の密度がおよそ１ｇ／ｃｍ
^３とすると、照射された電子線はおよそ０．１ｍｍより
も深くは進入しないので、被照射体の内部に影響を与え
ない。

【０００９】前記の電子透過窓は、中心部分に穴がある
円板状に出来ており、前記の被照射体通路を環状に取り
巻くように設けられており、電子透過窓の表面は被照射
体通路の外表面と実質的に直交しており、電子透過窓か
ら出てくる輻射熱が被照射体に到達し難くなっている。
また、電子線に混じって照射される微量のＸ線も被照射
体に到達し難くなっている。

【００１０】本発明の特許請求項１に係わる電子線照射
装置は、真空領域を構成する真空容器と、この真空容器
の内部で電子を放出する陰極と、この陰極よりも高電圧
が印加されており実質的に環状の電子通過孔を有する陽
極と、この電子通過孔を通過した電子を真空容器の外部
に透過させる電子透過窓とを含んで構成される電子線照
射装置において、前記の陰極は実質的な中心軸を有する
環状構造体であり、前記の電子透過窓は中心部分に穴を
有して構成されており、前記陰極の中心軸は前記の電子
透過窓を実質的に包含してできる面を貫通していること
を特徴とするものである。この発明を採用することによ
って、陰極及び陽極が環状に構成されており、電子透過
窓を中心部分に穴を有する大きな径の円板状に構成し、
この電子透過窓を実質的に包含してできる面を前記の陰
極の中心軸が貫通して構成されているので、装置が占め
るスペースが小さいにもかかわらず、電子透過窓におけ
る電子密度が小さい状態で多量の電子が電子透過窓を通
過できるようになり、小さなスペースに於いて短時間に
多量の被照射体を電子線照射処理できる電子線照射装置
が実現できた。

【００１１】本発明の特許請求項２に係わる電子線照射
装置は、真空領域を構成する真空容器と、この真空容器
の内部で電子を放出する陰極と、この陰極よりも高電圧
が印加されており実質的に環状の電子通過孔を有する陽
極と、この電子通過孔を通過した電子を真空容器の外部
に透過させる電子透過窓と、前記の真空容器の外部に在
る被照射体を通過させる為の被照射体通路とを含んで構
成される電子線照射装置において、前記の陰極は、実質
的に環状で前記の被照射体通路と実質的に同軸であっ
て、前記の陰極の電子放出面は前記の被照射体通路と並
行でない様に構成されているものである。この発明を採
用することによって、前記の陰極から放出されて環状に
分布した電子が前記の被照射体通路の実質的な中心軸に
平行な速度成分を持って真空容器内を進行し、前記の電
子透過窓を透過した後に前記の被照射体通路の全周囲方
向から被照射体に向かって進行するので、装置が占める
スペースを大きくすることなく被照射体への照射効率を
高めることができる電子線照射装置を実現できた。

【００１２】本発明の特許請求項３に係わる電子線照射
装置は、請求項１又は請求項２に記載の装置において、
前記の陰極と前記の陽極との間に前記の陰極と実質的に
同軸である電子引出電極を設けたことを特徴とするもの
である。本発明を採用することによって、大きな直径の
環状陰極の熱膨張が生じても、前記の環状陰極と前記の
電子引出電極との相対位置のずれを小さく出来、前記の
電子引出電極を通過後の電子分布への悪影響が軽減され
て、加速される電子分布の安定度が増加するとともに、
前記の電子引出電極の電位を変化させることによって電
流の制御が高速に行える電子線照射装置を実現できた。
又、漏洩磁束が存在する状況下においては前記の陰極か
ら放出された電子は半径方向に偏向されるが、前記陰極
の電子放出面の幅を前記の電子引出電極の環状の隙間よ
り大きくしておくことによって、放出された電子の一部
のみが前記の電子引出電極の環状の隙間を通過出来るよ
うにできるので、前記陰極上の選択された半径を有する
部分から放出される電子が前記電子引出電極の環状の隙
間を通過させられるようにできるので、漏洩磁束の影響
を実質的に除去できる。

【００１３】本発明の特許請求項４に係わる電子線照射
装置は、請求項３に記載の装置において、前記の電子引
出電極は、前記の陰極よりも径が小さな部分を有する環
状構造の内側引出電極と、前記の陰極よりも径が大きな
部分を有する環状構造の外側引出電極とを含んで構成さ
れたことを特徴とするものである。本発明を採用するこ
とによって、環状の開口が形成できて前記の陰極から放
出された電子を周方向に均一な分布の環状ビームとして
取り出せ、前記の電子透過窓における電子密度分布を均
一に出来、安定な動作をする電子線照射装置を実現でき
た。又、これらの電極がコンパクトで製作が容易な構造
となり、コンパクトで安価な電子線照射装置を実現でき
た。

【００１４】本発明の特許請求項５に係わる電子線照射
装置は、請求項４に記載の装置において、前記の陰極
は、前記の内側引出電極と前記の外側引出電極とによっ
て実質的に覆われていることを特徴とするものである。
本発明を採用することによって、前記の陰極とこれらの
引出電極との間の絶縁体への帯電を防止する為に付加的
な電極を要しないので、環状の電子銃組立が小型にでき
て、装置全体をコンパクトにできた。更に、前記の絶縁
体への帯電が防止されたので、安定な動作をする電子線
照射装置を実現できた。

【００１５】本発明の特許請求項６に係わる電子線照射
装置は、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の
装置において、前記の電子引出電極は、前記の陽極と対
向する表面の成す角度が１８０度より大きく成ってお
り、前記の陰極よりも高電位で前記の陽極よりも低電位
であって、前記の電子引出電極の電位を変える事によっ
て前記の陰極から放出される電子の量を制御するように
構成されたことを特徴とするものである。本発明を採用
することによって、前記の陰極から引き出される電子の
量を容易に制御できるとともに、前記電子引出電極の環
状の隙間を通過した電子は密度を小さくしながら前記の
陽極との間で加速されて更に密度を小さくした状態で前
記の電子透過窓に入射させることが出来、電子透過窓の
信頼性を高めた電子線照射装置を実現できた。又、漏洩
磁束が存在する状況下においては前記の陰極から放出さ
れた電子は半径方向に変更されるが、このように電位を
設定して陰極表面の電界分布を適正化することにより、
前記陰極上の特定の半径部分から放出される電子を前記
電子引出電極の環状の隙間を通過させることができた。

【００１６】本発明の特許請求項７に係わる電子線照射
装置は、請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の
装置において、前記の電子引出電極に対向する前記陽極
の表面の成す角度は１８０度よりも小さくなっているこ
とを特徴とするものである。本発明を採用することによ
って、前記電子引出電極の環状の隙間を通過した電子は
密度を小さくしながら前記の陽極との間で加速されて更
に密度を小さくした状態で前記の電子透過窓に入射させ
られるので、電子透過窓の信頼性を確保した状態で処理
能力を高めた、コンパクトで狭い設置場所で使用できる
電子線照射装置を実現できた。

【００１７】本発明の特許請求項８に係わる電子線照射
装置は、請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の
装置において、前記の陰極は、前記の被照射体通路を実
質的に取り巻いて構成されており、電子放出面が内向き
に傾斜していることを特徴とするものである。本発明を
採用することによって、前記の陰極の電子放出面が被照
射体通路に対して傾斜しているので、装置の直径を小さ
く保った状態で、前記の電子透過窓に到達するまでに円
錐状の軌道に沿って十分な走行距離を確保して電子分布
を十分に広げた状態で、電子密度を十分に小さくして前
記の電子透過窓を通過させることが出来、多量の電子を
前記の被照射体通路の全外周囲から周方向に均一な密度
の電子線を被照射体に照射できるコンパクトな電子線照
射装置を実現できた。

【００１８】本発明の特許請求項９に係わる電子線照射
装置は、請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の
装置において、前記の被照射体通路は前記の陰極を実質
的に取り囲んで構成されており、前記の陰極の電子放出
面が外向きに傾斜していることを特徴とするものであ
る。本発明を採用することによって、気体状又は微粒子
状の被照射体を大きな内径を有する二重円環状の被照射
体通路内を走行移動させた状態で、前記の陰極から放出
された電子を末広がりの円錐状の軌道に沿って十分な走
行距離を確保して走行させて電子分布を十分に広げた状
態で、電子密度を十分に小さくして前記の電子透過窓を
通過させた後に、前記の被照射体通路の内側から周方向
に均一な密度の電子線を被照射体に照射して、コンパク
トでありながら照射処理速度を大きくした電子線照射装
置を実現できた。この場合、被照射体通路の外径と内径
の差を小さく保った状態で、被照射体通路の内径を大き
くすることによって、電子線のエネルギーを高めなくて
も電子線処理能力を実質的に無制限に高める事ができる
ようになる。

【００１９】本発明の特許請求項１０に係わる電子線照
射装置は、請求項２から請求項９のいずれか１項に記載
の装置において、前記の陰極の電子放出面を実質的に包
含してできる面が存在し、この面は前記の被照射体通路
と交叉するように構成されていることを特徴とするもの
である。本発明を採用することによって、前記の陰極や
これを絶縁して支持する構造体等の直径を小さく保った
状態で、簡単な構造でありながら電子ビームを円錐状に
走行させて前記の被照射体通路に近づけることができ、
前記の被照射体通路の全周囲から周方向に均一な密度の
電子線を被照射体に照射できるので、装置全体がコンパ
クトになり、狭い設置場所に於いて処理能力を高めた電
子線照射装置を実現できた。

【００２０】本発明の特許請求項１１に係わる電子線照
射装置は、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記
載の装置において、前記の陰極は、これを支持する構造
体である少なくとも１個の陰極基体を含んでおり、この
陰極基体に電子放出素子を貼り付けて構成されているこ
とを特徴とするものである。本発明を採用することによ
って、前記の陰極基体と前記の電子放出素子を一体的に
製作する必要が無くなり、種々の電子放出素子が採用で
きて、特別な設備を使わずに直径が大きな環状の陰極を
容易に製作できるようになったので、安価でありながら
処理速度が極めて大きい電子線照射装置を実現できた。

【００２１】本発明の特許請求項１２に係わる電子線照
射装置は、請求項１１に記載の装置において、前記の陰
極は、前記の同一の陰極基体に複数個の細分化した電子
放出素子を貼り付けて構成されていることを特徴とする
ものである。本発明を採用することによって、既存の単
純な形状の小さな電子放出素子を使って直径が大きな実
質的に環状の陰極を容易に製作できるようになり、安価
でありながら処理速度を極めて大きくできる電子線照射
装置を実現できた。

【００２２】本発明の特許請求項１３に係わる電子線照
射装置は、請求項１１又は請求項１２に記載の装置にお
いて、前記の陰極の電子放出素子は六硼化ランタンであ
ることを特徴とするものである。本発明を採用すること
によって、陰極の動作温度を低くできるとともに、前記
の電子透過窓の破損などによって真空度が悪化した場合
でも陰極の電子放出特性を回復できて信頼性が高く、処
理速度が大きい電子線照射装置を実現できた。

【００２３】本発明の特許請求項１４に係わる電子線照
射装置は、請求項１１から請求項１３のいずれか１項に
記載の装置において、前記の電子放出素子の各々は、実
質的に平面である電子放出面を含んでいることを特徴と
するものである。本発明を採用することによって、六硼
化ランタンのような高硬度の材質からなる各電子放出素
子の加工が容易になり、大口径の陰極を容易に製作する
ことが出来るので、特別な製造設備を要しない安価で処
理速度が大きい電子線照射装置を実現できた。

【００２４】本発明の特許請求項１５に係わる電子線照
射装置は、請求項１１から請求項１４のいずれか１項に
記載の装置において、前記各々の電子放出素子の電子放
出面は、陰極全体として実質的に共通した曲面を構成す
るような曲面であることを特徴とするものである。本発
明を採用することによって、比較的大きな電子放出素子
を用いる場合でも、大口径の環状の陰極から放出される
電子の密度をより均一に出来、前記の電子透過窓におけ
る電子密度がより均一になり、安価でありながら高信頼
性で処理速度が極めて大きい電子線照射装置を実現でき
た。

【００２５】本発明の特許請求項１６に係わる電子線照
射装置は、請求項１１から請求項１５のいずれか１項に
記載の装置において、前記各々の電子放出素子は、その
電子放出面が実質的に同一の曲面に含まれるように配列
されていることを特徴とするものである。本発明を採用
することによって、各々の電子放出素子の大きさに関係
なく、大口径の環状の陰極から放出される電子の密度を
より均一に出来、前記の電子透過窓における電子密度が
より均一になり、安価でありながら高信頼性で処理速度
が極めて大きい電子線照射装置を実現できた。

【００２６】本発明の特許請求項１７に係わる電子線照
射装置は、請求項１１から請求項１６のいずれか１項に
記載の装置において、前記の陰極基体は分割されてお
り、全体として実質的に中心軸を有する環状体に構成さ
れていることを特徴とするものである。本発明を採用す
ることによって、特別な製造設備が不要となり、安価で
ありながら実質的に環状の大口径陰極を容易に製作する
ことができ、安価でありながら電子密度分布が均一で処
理速度が大きい電子線照射装置を実現できた。

【００２７】本発明の特許請求項１８に係わる電子線照
射装置は、請求項１１から請求項１７のいずれか１項に
記載の装置において、前記の電子放出素子は耐熱性接着
剤によって前記の陰極基体に貼り付けられていることを
特徴とするものである。本発明を採用することによっ
て、特別な製造設備を要しないで安価でありながら実質
的に環状の大口径陰極を容易に製作することができ、安
価でありながら処理速度が極めて大きい電子線照射装置
を実現できた。

【００２８】本発明の特許請求項１９に係わる電子線照
射装置は、請求項１１から請求項１８のいずれか１項に
記載の装置において、前記の陰極は、前記の陰極基体と
前記の電子放出素子とを電気的に直結する導電体を含ん
で構成されていることを特徴とするものである。本発明
を採用することによって、前記の陰極基体と前記の電子
放出素子とが絶縁性を有する接着剤などを介して接着さ
れた場合でも、弾力性がある導電体を接触させることに
よって前記の電子放出素子の表面電位が安定して、信頼
性の高い電子線照射装置を実現できた。

【００２９】本発明の特許請求項２０に係わる電子線照
射装置は、請求項１１から請求項１９のいずれか１項に
記載の装置において、前記の陰極基体は加熱用ヒーター
によって加熱され、この加熱用ヒーターと前記の陰極基
体との間にある耐熱性接着剤の固化物を介して絶縁を保
っていることを特徴とするものである。本発明を採用す
ることによって、大口径の環状陰極に於いても、加熱用
ヒーターの絶縁を保ちながら前記の陰極を加熱すること
が容易になり、実質的に環状の大口径陰極を安価に製作
することができ、安価でありながら電子密度分布が均一
で処理速度が極めて大きい電子線照射装置を実現でき
た。

【００３０】本発明の特許請求項２１に係わる電子線照
射装置は、請求項２０に記載の装置において、前記の加
熱用ヒーターは、前記の陰極基体の内部に於いて多数回
往復して折り曲げて構成されていることを特徴とするも
のである。本発明を採用することによって、ヒーター電
圧を高くしてヒーター電流を低い値に保った状態で大き
な直径の肉薄の陰極を容易に加熱することが出来るの
で、ヒーターに給電する為の部品が小型になり、既存の
給電ケーブルや既存のヒーター電源が使用でき、安価で
ありながら処理速度が極めて大きい電子線照射装置を実
現できた。特に、前記の陰極基体の中心軸と平行な方向
に多数回往復して折り曲げて構成すると、製作が容易で
ある。又、ヒーターの熱膨張はヒーター自体の弾性変形
によって吸収されて過大な応力が生じないようになって
いる。

【００３１】本発明の特許請求項２２に係わる電子線照
射装置は、請求項１８から請求項２１のいずれか１項に
記載の装置において、前記の耐熱性接着剤はジルコニア
又はシリカ・アルミナを主成分とするものであることを
特徴とするものである。前記の接着剤の固化物は、ジル
コニアを主成分とするものにあっては２４００℃、シリ
カ・アルミナを主成分にするものにあっては１６００℃
の耐熱性を有しており、本発明を採用することによっ
て、電子放出素子や加熱用ヒーターの支持を容易に達成
でき、安価でありながら実質的に環状の大口径陰極を容
易に製作することができ、大きなスペースを要しない処
理速度が大きい安価な電子線照射装置を実現できた。

【００３２】本発明の特許請求項２３に係わる電子線照
射装置は、請求項１１から請求項２２のいずれか１項に
記載の装置において、前記の陰極基体は前記の電子引出
電極の材質よりも熱膨張率が小さい材質で出来ているこ
とを特徴とするものである。本発明を採用することによ
って、直径が大きい環状の陰極が高温度になった場合に
も、前記の陰極と前記の電子引出電極との位置ずれが軽
減されて、安定な動作をする電子線照射装置を実現でき
た。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態で
ある電子線照射装置の縦断面図であり、図２は図１の一
部分を拡大して表した図面であって本発明の作用を説明
する為の断面図であり、図３は図１のＡＡ’の矢印方向
から見た横断面図であって本発明の作用を説明する為の
図面であり、図４は電子集中手段としての電磁石の構造
と磁束の分布の例を表す縦断面図であり、図５から図７
までは本発明の原理を説明する原理図であり、図８は本
発明の主要構成要素である陰極の縦断面図の一部を拡大
して表した図面であり、図９は図８の右側から見た陰極
の前面の一部を表した図面であり、図１０は図８の陰極
に組み込まれる加熱用ヒーターを平面状に展開したもの
の一部を拡大して表した図面であり、図１１は従来の電
子線照射装置を示す横断面図である。同じ部分は同じ番
号を付与している。簡略化の為に断面のハッチングは部
分的に省略している。

【００３４】図１において、１は真空容器であり、排気
管１６に接続された図示しない真空ポンプによって排気
されて常時１０^−６〜１０^−８Ｔｏｒｒ程度の真空度に
保たれた真空空間１０１を形成している。真空空間１０
１内において真空容器１の壁に絶縁筒１３が取り付けら
れており、絶縁筒１３の他端には環状の電子銃取付台１
４が固定されている。電子銃取付台１４には環状の取付
金具１７を介して環状の陰極２と外側引出電極３０１と
内側引出電極３０２が同軸状に取り付けられている。外
側引出電極３０１は陰極２よりも径が大きく、陰極２の
外側から陰極２を覆っており、内側引出電極３０２は陰
極２よりも径が小さく、陰極２の内側から陰極２を覆っ
ている。これらの先端部は環状の隙間３０３を形成して
おり、陰極２から放出された電子の一部が通過するよう
になっている。外側引出電極３０１と内側引出電極３０
２には陰極２よりも高電位の電圧が印加され、電子引出
電極３を構成している。

【００３５】環状の陰極２は六硼化ランタンの電子放出
素子２２０を有しており、環状構造体である陰極基体の
内部に取り付けられたヒーター２００によって加熱され
て熱電子を放出する。環状の陰極２及びヒーター２００
には高電圧リード線１５から−１００ＫＶ程度の負の高
電圧が印加される。高電圧リード線１５は図示しない高
電圧端子を介して外部の図示しない高電圧電源に接続さ
れている。電子引出電極３は陰極２に対して正のバイア
ス電圧が印加でき、このバイアス電圧は前記の高電圧電
源によって可変でき、陰極２から放出される電子の量を
制御できるるようになっている。

【００３６】前記の電子引出電極３に対向した位置に環
状の電子通過孔４０１を形成して陽極構体４と陽極リン
グ５が同軸状に設けられており、前記の電子引出電極３
と組み合わせて電子加速手段を形成している。陽極構体
４と陽極リング５は電子通過孔４０１を有する陽極を構
成している。内側引出電極３０２と外側引出電極３０１
の、陽極構体４と陽極リング５に対向する表面は１８０
度よりも大きくなっており、逆に、陽極構体４と陽極リ
ング５の、内側引出電極３０２と外側引出電極３０１に
対向する表面は１８０度よりも小さくなっている。この
ために、環状の隙間３０３を通過した電子は電子分布を
広げながら加速されて電子通過孔４０１を通過するよう
になっている。

【００３７】陽極構体４は、真空容器１と被照射体通路
１０の境界を形成する円筒４０３に同軸的に取り付けら
れている。円筒４０３には、これと直交する平板で出来
た平板部４０２が気密に取り付けられており、平板部４
０２は真空容器１の一部分を形成している。円筒４０３
は真空容器１を貫通した状態で大気圧になった被照射体
通路１０を形成している。図１に示した平板部４０２に
は放射状に設けられた多数の孔４０５があり、孔４０５
は前記の電子通過孔４０１と繋がっており電子通路４０
６を形成している。前記の個々の孔４０５の間には図示
しない隔壁があり、機械的強度を保つとともにその内部
を流れる水によって強制冷却されている。孔４０５の近
傍には環状の冷却水路が設けられており、強制冷却され
るようになっている。

【００３８】図１に示すように、前記の平板部４０２の
表面に電子透過窓構体６が取り付けられている。電子透
過窓構体６の中央には貫通した穴があり、被照射体通路
１０の一部を形成している。前記の平板部４０２と電子
透過窓構体６との間はＯ―リングなどによって気密に接
続されている。電子透過窓構体６には多数の窪み６０１
と、これと連通した部分を有する環状の溝６０２が設け
られている。これらの近傍に環状の冷却水路６０３が設
けられており、強制冷却されるようになっている。個々
の窪み６０１の間には図示しない隔壁があり、機械的強
度を保つとともに、冷却水を通過する水路が設けられて
いる。図１に示すように、電子透過窓構体６の環状溝６
０２の端部には環状の電子透過窓７が電子ビーム溶接等
により気密に取り付けられており、真空容器１の一部を
形成して真空空間１０１を高真空状態に保っている。電
子透過窓７は、厚みが１０μｍ程度のチタニューム箔で
出来ており、１００ＫｅＶのエネルギーを持って入射し
た電子のおよそ５０％を透過することができる。

【００３９】図１に示すように、電子透過窓７の外側に
は表面がアルミニュームやカーボン等の原子番号が鉄よ
りも小さい材質で出来た照射室壁１１があり、前記の被
照射体通路１０よりも大きな半径を有する照射室空間１
１１を形成している。前記の電子透過窓７の外側表面に
対向した位置において、電子集中手段としての電磁石８
が照射室壁１１の外側に取り付けられている。電磁石８
は、被照射体通路１０と同軸的に設けられた環状の第１
の磁極８０２と、これと同軸的に設けられており、第１
の磁極８０２よりも大きな径を持った環状の第２の磁極
８０１と、この間に巻かれたコイル８０３とを有してお
り、電子集中手段を構成している。第２の磁極８０１の
先端部分には内側半径がより小さい磁極８０４が設けら
れている。

【００４０】電磁石８によって生じる磁束８０５の分布
の例を図４に示している。図４に示すように、前記の第
１の磁極８０２、第２の磁極８０１の形状により、電子
透過窓７に近い側に円錐状に広がった磁束分布を呈して
いる。第１の磁極８０２の内径は電子透過窓７の内径よ
りも小さくなっており、第２の磁極８０１の内径は電子
透過窓７の外径よりも大きくなっている。

【００４１】図１に示すように、電磁石８の外側には遮
蔽体１２が設けられており、Ｘ線の遮蔽をしている。被
照射体通路１０は装置全体を貫通しており、この被照射
体通路１０の内部に被照射体移送器１５１が配設されて
おり、図示しないポンプによって窒素等の気体が送り込
まれ、周囲に空けられた多数のガス噴出口１５３から窒
素等の気体が外側の被照射体通路１０内に噴出するよう
になっている。粒状の被照射体１００は被照射体通路１
０の通路内壁１５４と、被照射体移送器１５１の外表面
１５２とで囲まれた通路空間１５５内で転がりながら鉛
直下方に移送される。この通路空間１５５にある粒状の
被照射体１００には前記のガス噴出口１５３から高速度
で噴出されたガスが衝突して高速度で回転させられるよ
うになっている。このように、被照射体１００は高速度
で自転しながら鉛直下方に移送される。

【００４２】図１の一部分を拡大した縦断面を図２に示
しており、図１のＡＡ’から見た横断面図の主要部を図
３に表している。図１から図３に示すように、前記の照
射室空間１１１と前記の被照射体通路１０の間には被照
射体隔壁１５６があり、粒状の被照射体１００が被照射
体隔壁１５６を通り抜け出来ないようになっている。し
たがって、被照射体１００が照射室空間１１１に進入出
来なくなっており、前記の電子透過窓７に接触すること
は無い。被照射体隔壁１５６は中心軸C-C’に平行な狭
い幅の多数のスリット１５７を有しており、照射室空間
１１１と前記の被照射体通路１０との間の開口率は８０
％以上になっているので、照射室空間１１１から飛来す
る電子は大部分が被照射体通路１０内に進入して、回転
しながら通過する被照射体１００の表面に吸収される。
一部の電子が被照射体隔壁１５６に吸収されて熱に変わ
るが、被照射体隔壁１５６の熱伝導と前記の高圧ガスの
吹き付けによる強制冷却等で温度上昇が低く抑えられて
いる。高圧ガスの吹き付けによって被照射体１００は被
照射体隔壁１５６に接触するが、被照射体隔壁１５６の
温度が低く成っており被照射体１００を変質させること
は無いようにしている。又、環状の電子透過窓７は被照
射体通路１０と直交した平面内に含まれる様に配設され
ているので、電子透過窓７が電子の吸収によって高温度
になっても、その輻射熱が被照射体１００に至り難くな
っている。被照射体１００に与えられる熱は少量であ
り、被照射体１００は高圧ガスの吹き付けによって高速
回転するとともに冷却されるので温度上昇は低く抑えら
れる。

【００４３】以下において、電子透過窓７を透過した電
子を被照射体通路１０内の領域に集中させる電子集中手
段の作用について図２から図７を参照して述べる。被照
射体通路１０の中心軸C-C’と直交して同軸的に配設さ
れた環状の電子透過窓７を図５に模式的に示している。
ここで、Ｚ軸は被照射体通路１０の中心軸C-C’と一致
しており、図１の下側が正の座標になっており、Ｒ軸は
半径方向を表している。図５に示すように任意の点の座
標を円柱座標（ｒ、θ、ｚ）で表す。電子透過窓７上の
点Ｐ_１（ｒ_１、θ_１、ｚ_１）において、半径方向に角度
φ_０だけＺ軸に対して傾斜して、真空領域に在る環状の
溝６０２から電子が入射した場合を考える。入射した電
子は電子透過窓７内でエネルギーを減少するとともに散
乱されて図５に示すように点Ｐ_１（ｒ_１、θ_１、ｚ_１）
とＺ軸を含む平面内、及びこれと直交する面の方向に立
体的に広がった指向性の速度分布を有して電子透過窓７
の外側の大気圧領域である照射室空間１１１に進入す
る。

【００４４】図５の点Ｐ_１（ｒ_１、θ_１、ｚ_１）とＺ軸
を含む平面における断面図を図６−ａに、これと直角な
方向の断面図を図６−ｂに示している。図６−ａの角度
φ_１はＲＺ平面内における電子の散乱角度を示してお
り、半径方向散乱角と呼ぶ。図６−ｂにおける角度φ_２
はＲＺ平面に垂直な面内における電子の散乱角度を示し
ており、横方向散乱角と呼ぶ。１００ＫｅＶの運動エネ
ルギーを持って初速度ｖ _ｉで角度φ_０だけ傾斜して電子
透過窓７に入射した電子は、２０ＫｅＶ程度のエネルギ
ーを減少させて透過した電子の初速度が幾分減少する。
これをｖ_０とすると、透過電子のＲ，θ、Ｚ方向の速度
成分ｖ_ｒ、ｖ_θ、ｖ_ｚは、それぞれ、ｖ_ｒ＝ｖ_０・ｓｉ
ｎ（φ_１−φ_０）・ｃｏｓ（φ_２）、ｖ_θ＝―ｖ_０・ｃ
ｏｓ（φ_１−φ_０）・ｓｉｎ（φ_２）、ｖ_ｚ＝ｖ_０・ｃ
ｏｓ（φ_１−φ_０）・ｃｏｓ（φ_２）で表される。

【００４５】環状の電子透過窓７の外側には電子集中手
段としての前記の電磁石８が、その中心軸がＺ軸に一致
するように設けられており、電子透過窓７の内側の近傍
及び外側では図４に示すように半径方向の磁束密度成分
Ｂ_ｒ，Ｚ軸方向の磁束密度成分Ｂ_ｚをもった磁束８０５
が存在するので、この領域に入った電子は概略ｅ（ｖ _ｚ
Ｂ_ｒ−ｖ_ｒＢ_ｚ）の回転力が中心軸の回りに与えられる
ことになる。ここで、ｖ_ｚとｖ_ｒは電子のＺ方向速度成
分とＲ方向速度成分を、ｅは素電荷をそれぞれ表してい
る。電子が電磁石８に近づくに従って強い回転力を与え
るように磁束密度の各成分Ｂ_ｒ，Ｂ_ｚの空間分布を与え
ておくと、電子は電磁石８に近づくにつれて強い正方向
回転力を受けてＺ軸の周りで正方向に回転しようとす
る。図７−ａには、Ｚ軸の回りで正方向回転している電
子が磁束密度成分、Ｂ_ｒ，Ｂ_ｚによって受ける力の方向
を模式的に示している。この場合には電子は正方向に回
転しながらＺ軸方向に減速され、半径が縮小する方向に
力を受けることになる。図７−ｂには、Ｚ軸の回りで負
方向に回転している電子が磁束密度成分、Ｂ_ｒ，Ｂ_ｚに
よって受ける力を示している。この場合には電子はＺ軸
の回りで負方向に回転しながらＺ軸方向に加速され、Ｒ
軸の方向に発散されることになる。電子透過窓７を透過
した直後の電子のθ方向速度ｖ_θが図６−ｂにおける負
方向である場合には正方向回転が強調され、電子はＺ軸
方向に向かう力を受けながらＺ軸に近づいてゆく。θ方
向速度ｖ_θの影響でＺ軸から逸れた軌道となるが、この
電子の軌道は、磁束密度成分、Ｂ_ｒ，Ｂ_ｚがゼロの場合
に比べてＺ軸への最近接距離が小さくなっている。この
様子を模式的に図２、図３に示している。

【００４６】図２は、−１００ＫＶの電圧が印加された
環状の陰極２から放出されておよそ−９９．７ＫＶが印
加された電子引出電極３によって均一な電子密度をもっ
て引き出されて、環状の隙間３０３を通過した後、環状
の電子通過孔４０１を形成して接地電位に設定された陽
極構体４、陽極リング５から成る陽極によって加速され
た電子ビーム７０１がコーン状の軌道で走行し、環状の
電子透過窓７を透過して８０ＫｅＶの運動エネルギーを
もって横方向散乱角φ_２、半径方向散乱角φ_１で散乱さ
れた電子の軌道をＲＺ平面に投影して模式的に表してい
る。

【００４７】図３において、真空領域に在る環状の溝６
０２を通って電子透過窓７に近づいてくる電子の軌道の
代表例が軌道７０１に示されている。環状陰極２の平均
半径の部分から走行して点Ｐ_１（ｒ_１、θ_１、ｚ_１）に
おいて電子透過窓７に入射して半径方向散乱角φ_１と横
方向散乱角φ_２とをもって散乱された電子の軌道を模式
的に軌道７０２に示している。これらの電子の軌道７０
２は前記の電磁石８が無い場合、つまり磁束密度Ｂが０
の場合には、大気中における散乱の影響を無視すると、
大略直線状に軌道７０２’で示す様に進行するので被照
射体１００に到達しない。しかしながら、図２と図３か
ら判るように、電磁石８の磁束密度Ｂが最適な値に設定
された場合には、前記の電子集中手段の効果によって電
子軌道が７０２に示される様に被照射体１００に向かっ
て曲げられて、被照射体１００に照射されるようにな
る。このように、電磁石８を設けることによって電子軌
道のＺ軸への最近接距離が小さくできるので被照射体通
路１０の外周表面に垂直に近づいた角度で接近し、被照
射体１００への電子の命中率は向上する。一方、θ方向
の初速度ｖ_θが図６−ｂにおける正方向である場合にも
前記の磁束密度に起因する正方向回転力が電子の進行と
ともに大きくなり、電子は正方向回転を行うようになっ
て上記と同様の集中効果を生じることになる。

【００４８】以上において代表的な動作条件での電子軌
道の説明を行ったが、半径方向散乱角φ_１が異なった場
合や透過電子のエネルギーが異なった場合などについて
も同様な効果があるので、本発明の電子集中手段として
の電磁石８を設けることによって、電子透過窓７を透過
した電子の被照射体１００への命中率が全体として改善
され、電子透過窓７における電子密度を高めることなく
被照射体１００に多量の電子を照射することができる電
子線照射装置を実現できる。

【００４９】上述のように、電子集中手段の例である前
記の電磁石８の電子集中効果により、電子透過窓７を透
過した電子がＲＺ平面の方向にも、Ｒθ平面の方向にも
被照射体１００に近づく様に偏向されるので、被照射体
１００に照射される電子は増加することが実験によって
確かめられている。図３に示したように、被照射体通路
１０の全周囲から同様に集中された電子が多数の被照射
体１００に照射される。多数の粒状の被照射体１００は
前述のように高速度で自転しながら被照射体通路１０の
外周領域をＺ軸の方向に移動するので、個々の被照射体
１００の全表面に均一に照射される。照射される電子の
運動エネルギーは８０ＫｅＶ程度と低い為に被照射体１
００の表面のみで吸収され、深部には到達しない。ま
た、電子透過窓７の表面は被照射体通路１０の中心軸Ｚ
と直行しているので、電子透過窓７からの輻射熱や含有
されるＸ線は被照射体１００に到達し難くなっている。

【００５０】次に、図８を用いて陰極２の構造について
述べる。図８は陰極２の縦断面の一部を拡大して表示し
たものである。モリブデンで出来た環状台座２０１には
モリブデン板でできた外側環状体２０２が接合されてい
る。外側環状体２０２の他端の近傍にはタンタル板で出
来た断熱支持体２０３が取り付けられており、断熱支持
体２０３の他端にはタンタル板で出来た断熱環状体２０
４が取り付けられている。断熱環状体２０４の他端は図
１に示す様に環状絶縁体３０４を介して取付金具１７に
取り付けられている。環状台座２０１の内側には外側環
状体２０２と同軸的にモリブデン板でできた内側環状体
２０５が接合されている。外側環状体２０２と内側環状
体２０５の、環状台座２０１に対して反対側の端部には
環状の蓋２０６が取り付けられている。これらの全部又
は一部は陰極２を支持する陰極基体を構成している。

【００５１】外側環状体２０２と内側環状体２０５と環
状の蓋２０６で囲まれた環状のヒーター空間２０８内に
環状に構成されたヒーター２００が挿入されている。環
状のヒーター２００を、平面状に引き伸ばした状態で図
１０に示している。環状のヒーター２００は、直径が
０．６ｍｍ程度のレニューム含有タングステンの線２１
０を前記のヒーター空間２０８に入るように陰極２の中
心軸C-C’に平行な方向に多数回繰り返して折り曲げら
れている。線２１０には絶縁体２１１が取り付けられて
おり、前記のヒーター空間２０８に挿入されたときに外
側環状体２０２と内側環状体２０５と環状の蓋２０６と
の絶縁が保てるようになっている。線２１０の両端には
鉄製のリード棒２１２が取り付けられており、リード棒
２１２は図１の高電圧リード線１５に接続されている。

【００５２】環状台座２０１には、多数の電子放出素子
２２０が図示しない高温接着剤で接着されている。電子
放出素子２２０は、１辺が４ｍｍ程度の正方形に近い平
面の電子放出面を有した厚みが２ｍｍ程度の略直方体形
状の六硼化ランタンＬａＢ_６で出来ている。各電子放出
素子２２０の電子放出面は小さな平面であるが、環状台
座２０１の直径が２８０ｍｍと大きいので、陰極全体と
して見ると全体的には実質的に球面の一部と成ってい
る。高温接着剤としては、例えば「セラムエース」の商
品名で市販されているセラミック接着剤を使用すること
ができる。例えばジルコニアを主成分とするセラミック
接着剤では２４００℃において１００ｋｇ _ｆ／ｃｍ^２の
接着強度を有することが知られている。同様に、シリカ
・アルミナを主成分とするセラミック接着剤では１６０
０℃において８０ｋｇ_ｆ／ｃｍ^２の接着強度を有するこ
とが知られている。これらの熱膨張係数は（４〜１０）
ｘ１０^−６／℃程度のであり、モリブデンの熱膨張係数
や六硼化ランタンの熱膨張係数と極めて近い熱膨張係数
を有するようにセラミック接着剤の材質を選定すること
ができる。環状台座２０１と電子放出素子２２０の間の
セラミック接着剤は極めて薄いので熱抵抗が小さくなっ
ており、環状台座２０１と電子放出素子２２０の温度差
は十分に小さくすることができる。

【００５３】環状台座２０１及び六硼化ランタンＬａＢ
_６から成る電子放出素子２２０は電気良導体であるが、
セラミック接着剤は電気絶縁体であるので、環状台座２
０１と電子放出素子２２０の導電不良をきたし易い。こ
れを避けるために、タングステンシートなどで出来た図
示しない高温バネが両者間に弾力をもって接触されてい
る。この導電体を通じて電子放出素子２２０の各々は環
状台座２０１と電気的に直結されており、高電圧リード
線１５を通じて図示しない高電圧電源に接続されてい
る。

【００５４】同様に、環状のヒーター２００とヒーター
空間２０８の間にも前記のセラミック接着剤が充填され
ており、環状のヒーター２００を支持している。この接
着剤は、外側環状体２０２や内側環状体２０５や線２１
０と近い熱膨張係数を有するように材質を選定する。し
かしながら、線２１０が高温になった場合の応力を軽減
する為にセラミック接着剤が無い部分、つまりスリッ
ト、を設けるのが好ましい。環状のヒーター２００と内
側環状体２０５の間にはタングステンシートなどで出来
た高温度において弾力性を有する板バネ２０７が挿入さ
れており、応力を緩和した状態で熱伝導するようになっ
ている。外側環状体２０２及び内側環状体２０５はセラ
ミック接着剤を介して環状のヒーター２００の発熱によ
って加熱される。これらの熱は熱伝導によって環状台座
２０１に伝えられ、更に前記のセラミック接着剤を介し
て電子放出素子２２０を９００℃程度の高温に保つよう
になっている。

【００５５】上記の構造の陰極２を採用すると、陰極２
が直径２８０ｍｍ程度に大きい場合にも、大きな高温炉
のような特別な設備を使わずに容易に製作できるという
メリットがある。更に大きな直径、例えば５００ｍｍ、
の陰極２が必要な場合でも、容易に製作することができ
る。このような大きな直径の陰極２が必要な場合には、
環状台座２０１、外側環状体２０２、内側環状体２０
５、断熱支持体２０３、断熱環状体２０４、環状の蓋２
０６等の全部又は一部から成り陰極２を支持する陰極基
体を周上の多点で中心軸に平行な方向に分割して、多数
個に分割されたそれぞれの陰極基体の環状台座２０１に
１個又は多数の細分化した電子放出素子２２０を張り合
わせて構成しても良い。この場合には更に大きな環状陰
極２をより容易に製作することができる。

【００５６】陰極２の直径が大きくなった場合には、高
温時に熱膨張によって直径が変化する。例えば、モリブ
デンで出来た環状台座２０１の直径が２８０ｍｍの場合
に、温度が１０００℃になると、陰極２の直径がおよそ
１．４ｍｍ大きくなる。陰極２を取り囲んで設けられた
電子引出電極３を構成する外側引出電極３０１と内側引
出電極３０２の温度は、これらがステンレス鋼で出来て
いるとすると、およそ４００℃であるので、これらの直
径はおよそ１．７ｍｍ大きくなる。これらの直径の膨張
差は０．３ｍｍ程度と小さくなっている。このように、
前記の陰極基体を構成する材質よりも熱膨張率が大きい
材質で電子引出電極３を作ることにより、動作時におけ
る陰極２の直径と外側引出電極３０１及び内側引出電極
３０２の直径との差が大きくならないようになってい
る。又、陰極２の電子放出面と、外側引出電極３０１及
び内側引出電極３０２との距離を比較的大きく保ってお
り、これらの間の距離が多少変化しても陰極２から放出
される電子の量や分布に大きな影響を与えないようにな
っている。又、陰極２の電子放出面の位置は電磁石８か
ら十分な距離を保って離れているが、漏洩磁束の影響を
多少受けることになる。この場合でも、陰極２の電子放
出面の幅を電子引出電極３環状の隙間３０３よりも大き
くし、これらの電位差の設定を適正化することによって
この影響を小さくできる。

【実施例】次に本発明の電子線照射装置の作用及び効果
について実施例を用いて更に説明する。被照射体通路１
０の内径が１０ｃｍであり、電子透過窓７が、厚みが１
０μｍで、外径が１６ｃｍで内径が１２ｃｍのチタニュ
ームの環状薄膜で穴付きの円盤状に構成されており、そ
の表面積が８８ｃｍ^２であり、電子がこの表面に均一に
広がって入射するの場合について述べる。電子透過窓７
には図示しない放射状のフィンが多数個取り付けられて
おり、電子透過窓の機械的強度を保つとともに、冷却効
果を持たせている。このような薄膜に信頼性を保って許
容される電子入射パワー密度は２０Ｗ／ｃｍ^２程度であ
るので、本実施例で許容される入力パワーは１７６０Ｗ
である。入射電子のエネルギーが１００ＫｅＶである場
合には、１７．６ｍＡの電流に相当する。入射した電子
のおよそ５０％が電子透過窓７で吸収され、残りのおよ
そ５０％程度が運動エネルギー８０ＫｅＶをもって透過
する。透過した電子のパワーは７０４Ｗである。被照射
体１００が半径２．５ｍｍの球形であり、密度が１．２
ｇ／ｃｍ^３であるとすると、電子線が進入する深さはお
よそ４０μｍであるので、電子線が照射される部分の１
個当りの体積は０．００３１ｃｍ^３であり、この部分の
質量は０．００３７ｇである。前記の電子集中手段とし
ての電磁石８を用いない場合において、透過した電子の
パワーの８％が被照射体１００に命中するものとし、被
照射体１個当りに２ＫＧｙの線量を照射する必要がある
場合には、１分間に３５Ｋｇの被照射体を処理できるこ
とになる。

【００５７】電子集中手段としての前記の電磁石８を取
り付けて最適の磁束密度を与えると、前述のように被照
射体１００への命中率が改善されるので被照射体１００
の処理速度は３倍以上に改善される。この電子線照射装
置１台の全長はおよそ５０ｃｍであるので直列に装置を
接続して使用すると被照射体１００の照射線量はそれだ
け増強できる。例えば、５台を直列に接続すると、装置
の全長は２．５ｍになるが、被照射体１００の照射線量
は１０ＫＧｙ以上に増強され、十分な照射線量を得るこ
とや処理速度を高めることができる。更に処理能力を高
める必要があれば、電子透過窓７の面積を大きくして電
子透過窓７に入射する電子の分布を広げ、電子透過窓７
における電子密度を小さく保った状態で電子透過窓７を
透過させ、透過した電子を前記の電子集中手段で被写体
に命中させることによって容易に達成できる。電子の分
布を広げることは、例えば電子分散手段としての電子引
出電極３を構成する外側引出電極３０１の外表面と内側
引出電極３０２の外表面の成す角度を１８０度よりも大
きくし、陽極構体４の表面と陽極リング５の表面の成す
角度を１８０度よりも小さくし、この範囲内でこれらの
角度を適正化すること等によって容易に実現できる。

【００５８】上記の実施形態及び実施例では、陰極の直
径は２８０ｍｍ程度であり、エミッション面は中心軸Ｃ
−Ｃ’に対して３０度内向きに傾斜しており、エミッシ
ョン面の幅はおよそ４ｍｍであり、エミッション面の総
面積はおよそ２３ｃｍ^２であるので、１５００℃におけ
る六硼化ランタンの電子放出密度が１．６Ａ／ｃｍ^２で
あることを考慮すると、３６．８Ａの電流を得ることが
できる。実際には、前述のように電子透過窓の温度上昇
の制限によって、必要な電流は１７．６ｍＡ程度である
ので、電子放出素子２２０の温度はおよそ９００℃の低
い温度で動作し、極めて安定した状態で動作することに
なる。

【００５９】陽極構体４及び陽極リング５と平板部４０
２との間に位置し、これらと絶縁された状態で、被照射
体通路１０の中心軸を中心として放射状に配列された電
流検出線５０１が設けられており、加速された電流の一
部を検出できるようになっている。検出された電流は気
密に保持された導電端子５０２を介して図示しない高電
圧制御回路に入力され、この入力値に応じて電子引出電
極３を構成する外側引出電極３０１，内側引出電極３０
２の電位が制御されて、電子放出素子２２０から放出さ
れる電流が制御されるようになっている。陰極２からの
電流放出は空間電荷制限領域で行われるようになってい
る。これらにより、陰極２の温度変化や、陰極２の変形
や変位による加速電流への影響が実質的に無視できると
ともに、電流の遮断や、立ち上げは高速で行えるように
なっている。

【００６０】陰極２を支える電子銃取付台１４は環状の
セラミックからなる絶縁筒１３に支えられており、絶縁
筒１３は同軸的に構成されたカバー１８、１９、２０、
２１によって覆われており、電子の走行方向から絶縁筒
１３が全く見えないようになっており、浮遊電子が絶縁
筒１３に帯電するのを防いでいる。これによって、絶縁
筒１３の耐電圧が向上し、安定な動作をするようになっ
ている。

【００６１】本発明を実施形態及び実施例に関連して説
明したが、本発明は、ここに例示した実施形態及び実施
例の構造及び形態に限定されるものではなく、本発明の
精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形
態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えること
ができることを理解されたい。例えば、電子集中手段と
しての電磁石８は永久磁石に替えても良いことは勿論で
ある。更に、好ましくは無いが、陰極２を楕円形に形成
し、又は方形や長方形に形成しても類似の効果が得られ
るので、本発明に含まれるのは当然である。図１に示す
本実施形態では陽極構体４と陽極リング５に挟まれてで
きる電子通過孔４０１や、電子透過窓７が円形の場合を
示しているが、これらの形状を変えた場合も本発明に含
まれるのは当然である。図１の実施例では、陰極２が被
照射体通路１０を取り巻いて設けられた例を示している
が、反対に、被照射体通路１０が陰極２を取り囲む様に
構成されており、電子ビームが陰極２よりも大きな径の
被照射体通路１０に向かって進行するように構成した場
合も本発明に含まれる。電子放出素子がバリューム含浸
ポーラスタングステンである場合も本発明に含まれる。
前記の陰極基体を多分割して構成して全体として環状構
造体に組立てた場合も本発明に含まれる。ここに例示し
た実施形態では電子透過窓が被照射体通路と直交する平
面の場合を示しているが、これに限定されるわけではな
い。外側引出電極３０１と内側引出電極３０２との間に
ある環状の隙間３０３にタングステン薄板などで出来た
メッシュを設けると電位分布がより好ましくなり、陰極
２から引き出される電子の密度分布をより均一にできる
が、この場合も本発明に含まれる。

【発明の効果】以上説明したように本発明の電子線照射
装置を採用すると、線状や粒状の物体の表面に塗布した
樹脂の硬化、改質等の処理や、その表面の殺菌などを全
表面に渡って完全に行う処理や、有害気体の分解処理を
目的としてこれらの被照射体に電子線を照射する場合
に、これらの処理が狭い場所で高速度に行えるコンパク
トで信頼性が高い電子線照射装置を提供することができ
る。特に、高速度の処理を行う為に被照射体通路の径を
大きくする場合でも、大きさに制限が生じず、幾らでも
大きな径の環状の陰極を容易に製作することが出来、安
価で処理能力を高めた電子線照射を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である電子線照射装置の縦
断面図である。

【図２】本発明の実施形態の縦断面図である図１の一部
分を拡大した図面である。

【図３】本発明の実施形態の縦断面図である図１のＡ
Ａ’の矢印方向から見た横断面図である。

【図４】本発明の電子集中手段としての電磁石の構造と
磁束の分布を表す断面図である。

【図５】本発明の原理を説明する原理図であり、電子透
過窓における電子の散乱を模式的に示している。

【図６】本発明の原理を説明する原理図であり、電子透
過窓における電子の散乱の角度関係を示している。

【図７】本発明の原理を説明する原理図であり、周回運
動する電子に磁束密度が及ぼす効果を示している。

【図８】本発明の主要構成要素である陰極の縦断面の一
部を拡大して表した縦断面図である。

【図９】本発明の主要構成要素である陰極の正面図の一
部を拡大して表した図面である。

【図１０】本発明の主要構成要素である環状ヒーターを
平面状に引き伸ばして表した図面である。

【図１１】従来の電子線照射装置の概略横断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 陰極 ３ 電子引出電極 ４ 陽極構体 ５ 陽極リング ６ 電子透過窓構体 ７ 電子透過窓 ８ 電磁石 １０ 被照射体通路 １１ 照射室壁 １２ 遮蔽体 １３ 絶縁筒 １４ 電子銃取付台 １５ 高電圧リード線 １６ 排気管 １７ 取付金具 １８ カバー １９ カバー ２０ カバー ２１ カバー １００ 被照射体 １０１ 真空空間 １１１ 照射室空間 １５１ 被照射体回転移送器 １５２ 被照射体移送器の外表面 １５３ ガス噴出口 １５４ 被照射体通路内壁 １５５ 通路空間 １５６ 被照射体隔壁 １５７ スリット ２００ 環状ヒーター ２０１ 環状台座 ２０２ 外側環状体 ２０３ 断熱支持体 ２０４ 断熱環状体 ２０５ 内側環状体 ２０６ 環状の蓋 ２０７ 板バネ ２０８ 環状のヒーター空間 ２１０ 線 ２１１ 絶縁体 ２１２ リード棒 ２２０ 電子放出素子 ３０１ 外側引出電極 ３０２ 内側引出電極 ３０３ 環状の隙間 ３０４ 環状絶縁体 ４０１ 電子通過孔 ４０２ 平板部 ４０３ 円筒 ４０５ 放射状に設けられた多数の孔 ４０６ 電子通路 ５０１ 電流検出線 ５０２ 導電端子 ６０１ 放射状に設けられた多数の窪み ６０２ 環状の溝 ６０３ 冷却水路 ７０１ 真空容器内の電子軌道 ７０２ 真空容器外の電子軌道 ７０２’ 真空容器外の電子軌道 ８０１ 環状の第２の磁極 ８０２ 環状の第１の磁極 ８０３ コイル ８０４ 磁極 ８０５ 等磁位曲線

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｋ 5/00 Ｇ２１Ｋ 5/00 Ｗ // Ｇ２１Ｋ 5/10 5/10 Ｆ

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空領域を構成する真空容器と、この真
   空容器の内部で電子を放出する陰極と、この陰極よりも
   高電圧が印加されており実質的に環状の電子通過孔を有
   する陽極と、この電子通過孔を通過した電子を真空容器
   の外部に透過させる電子透過窓とを含んで構成される電
   子線照射装置において、前記の陰極は実質的な中心軸を
   有する環状構造体であり、前記の電子透過窓は中心部分
   に穴を有して構成されており、前記陰極の中心軸は前記
   の電子透過窓を実質的に包含してできる面を貫通してい
   ることを特徴とする電子線照射装置。
2. 【請求項２】 真空領域を構成する真空容器と、この真
   空容器の内部で電子を放出する陰極と、この陰極よりも
   高電圧が印加されており実質的に環状の電子通過孔を有
   する陽極と、この電子通過孔を通過した電子を真空容器
   の外部に透過させる電子透過窓と、前記の真空容器の外
   部に在る被照射体を通過させる為の被照射体通路とを含
   んで構成される電子線照射装置において、前記の陰極
   は、実質的に環状で前記の被照射体通路と実質的に同軸
   であって、前記の陰極の電子放出面は前記の被照射体通
   路と並行でない様に構成されていることを特徴とする電
   子線照射装置。
3. 【請求項３】 前記の陰極と前記の陽極との間に前記の
   陰極と実質的に同軸である電子引出電極を設けたことを
   特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子線照射装
   置。
4. 【請求項４】 前記の電子引出電極は、前記の陰極より
   も径が小さな部分を有する環状構造の内側引出電極と、
   前記の陰極よりも径が大きな部分を有する環状構造の外
   側引出電極とを含んで構成されたことを特徴とする請求
   項３に記載の電子線照射装置。
5. 【請求項５】 前記の陰極は、前記の内側引出電極と前
   記の外側引出電極とによって実質的に覆われていること
   を特徴とする請求項４に記載の電子線照射装置。
6. 【請求項６】 前記の電子引出電極は、前記の陽極と対
   向する表面の成す角度が１８０度より大きく成ってお
   り、前記の陰極よりも高電位で前記の陽極よりも低電位
   であって、前記の電子引出電極の電位を変える事によっ
   て前記の陰極から放出される電子の量を制御するように
   構成されたことを特徴とする請求項３から請求項５のい
   ずれか１項に記載の電子線照射装置。
7. 【請求項７】 前記の電子引出電極に対向する前記陽極
   の表面の成す角度は１８０度よりも小さくなっているこ
   とを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１項に
   記載の電子線照射装置。
8. 【請求項８】 前記の陰極は、前記の被照射体通路を実
   質的に取り巻いて構成されており、電子放出面が内向き
   に傾斜していることを特徴とする請求項２から請求項７
   のいずれか１項に記載の電子線照射装置。
9. 【請求項９】 前記の被照射体通路は前記の陰極を実質
   的に取り囲んで構成されており、前記の陰極の電子放出
   面が外向きに傾斜していることを特徴とする請求項２か
   ら請求項７のいずれか１項に記載の電子線照射装置。
10. 【請求項１０】 前記の陰極の電子放出面を実質的に包
    含してできる面が存在し、この面は前記の被照射体通路
    と交叉するように構成されていることを特徴とする請求
    項２から請求項９のいずれか１項に記載の電子線照射装
    置。
11. 【請求項１１】 前記の陰極は、これを支持する構造体
    である少なくとも１個の陰極基体を含んでおり、この陰
    極基体に電子放出素子を貼り付けて構成されていること
    を特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に
    記載の電子線照射装置。
12. 【請求項１２】 前記の陰極は、前記の同一の陰極基体
    に複数個の細分化した電子放出素子を貼り付けて構成さ
    れていることを特徴とする請求項１１に記載の電子線照
    射装置。
13. 【請求項１３】 前記の陰極の電子放出素子は六硼化ラ
    ンタンであることを特徴とする請求項１１又は請求項１
    ２に記載の電子線照射装置。
14. 【請求項１４】 前記の電子放出素子の各々は、実質的
    に平面である電子放出面を含んでいることを特徴とする
    請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の電子
    線照射装置。
15. 【請求項１５】 前記各々の電子放出素子の電子放出面
    は、陰極全体として実質的に共通した曲面を構成するよ
    うな曲面であることを特徴とする請求項１１から請求項
    １４のいずれか１項に記載の電子線照射装置。
16. 【請求項１６】 前記各々の電子放出素子は、その電子
    放出面が実質的に同一の曲面に含まれるように配列され
    ていることを特徴とする請求項１１から請求項１５のい
    ずれか１項に記載の電子線照射装置。
17. 【請求項１７】 前記の陰極基体は分割されており、全
    体として実質的に中心軸を有する環状体に構成されてい
    ることを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれ
    か１項に記載の電子線照射装置。
18. 【請求項１８】 前記の電子放出素子は耐熱性接着剤に
    よって前記の陰極基体に貼り付けられていることを特徴
    とする請求項１１から請求項１７のいずれか１項に記載
    の電子線照射装置。
19. 【請求項１９】 前記の陰極は、前記の陰極基体と前記
    の電子放出素子とを電気的に直結する導電体を含んで構
    成されていることを特徴とする請求項１１から請求項１
    ８のいずれか１項に記載の電子線照射装置。
20. 【請求項２０】 前記の陰極基体は加熱用ヒーターによ
    って加熱され、この加熱用ヒーターと前記の陰極基体と
    の間にある耐熱性接着剤の固化物を介して絶縁を保って
    いることを特徴とする請求項１１から請求項１９のいず
    れか１項に記載の電子線照射装置。
21. 【請求項２１】 前記の加熱用ヒーターは、前記の陰極
    基体の内部に於いて多数回往復して折り曲げて構成され
    ていることを特徴とする請求項２０に記載の電子線照射
    装置。
22. 【請求項２２】 前記の耐熱性接着剤はジルコニア又は
    シリカ・アルミナを主成分とするものであることを特徴
    とする請求項１８から請求項２１のいずれか１項に記載
    の電子線照射装置。
23. 【請求項２３】 前記の陰極基体は前記の電子引出電極
    の材質よりも熱膨張率が小さい材質で出来ていることを
    特徴とする請求項１１から請求項２２のいずれか１項に
    記載の電子線照射装置。