JP2003294895A - 電子線照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型の被処理物を効率よく電子線処理するた
め照射物に二つの開口部をもつ２ウインドウ型の装置が
作られるが、開口部を覆う幅広の金属箔が入手しにく
く、しかもピンホール検査が充分でないことがある。よ
り狭い幅の金属箔を窓箔と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】 １枚の窓箔によって二つの開口部を共通
に覆うのではなくて、２枚の窓箔を使い、一つの開口部
には１枚の窓箔を貼り、他の開口部には他の窓箔を貼付
け、開口部ごと独立に窓箔を取り付けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は電子線照射装置の
照射窓の構造に関する。電子線照射装置は真空中で熱電
子を発生させ加速して照射窓を経て大気中へ取り出し、
搬送されてきた被処理物に電子線を照射し高分子架橋、
殺菌、塗膜硬化などの処理をするようにした装置であ
る。熱電子を発生するためにフィラメントがある。これ
はカソードになっており接地電位との間に高電圧をかけ
る高圧電源がある。高圧電源によって電子が加速されて
電子線となる。被処理物や処理の目的、用途によって加
速電圧やビーム電流が異なる。 【０００２】加速電圧が５ＭｅＶ〜５００ｋｅＶの高い
電圧の場合は加速管が長くて電子が多段の加速電極を通
過して加速されるようになっている。その場合は電子ビ
ームを細く絞りそれを左右前後に走査するようにしてい
る。そのような高圧を掛ける電子線照射装置は大型であ
って三角形の走査管をもつので走査型と呼ばれる。電子
ビームの走査は電磁コイルに交流電圧を印加して磁界を
周期的に変動させることによってビームを振ることによ
ってなされる。走査管の最下点の広い開口部が照射窓で
ある。照射窓には枠があって枠に窓箔が張ってありフラ
ンジで押さえるようになっている。窓箔の上は真空であ
り下は大気圧である。窓箔には大気圧が掛かるし電子線
が通過してゆきジュール熱が発生するからそのままでは
窓箔は過熱され破れる。それで枠や桟に冷却水を通し或
いは下から風を吹き付けて窓箔を冷却するようになって
いる。 【０００３】加速電圧が１００ｋｅＶ〜５００ｋｅＶの
低い電圧の場合は加速管は短くて良い。しかも一段加速
で充分である。その場合は走査をしない。それは非走査
型またはエリア型とよぶ。初めから広いビームをフィラ
メントから発生させて広がったまま照射窓まで加速して
照射窓から大気中へと取り出す。ビーム走査をしないの
で構造は簡単になる。初めから広がった電子ビームを発
生する必要があるのでカソードフィラメントに工夫があ
る。多数本の平行フィラメントに同時に通電し広い範囲
から電子ビームが直下へ向けて出るようになっている。
電子線はフィラメントから出て直進するので、フィラメ
ント電流が均一であれば電子ビームの空間密度分布が一
様になる。非走査型の場合は高い走査管が不要なので背
の低い小型の装置とすることができる。 【０００４】照射窓の構造はいずれの型でも同様であり
開口部の枠に窓箔を貼付けフランジで抑えたものであ
る。窓箔はＴｉやＡｌの強靭な金属膜である。接地電位
にしなければならないから金属箔であるのは当然であ
る。厚みは１２．５μｍとか１７．５μｍとか５０μｍ
以下の薄いものである。内部の真空を保持しなければな
らないから、窓箔と枠やフランジの間にはシール部材
（Ｏリング）を挟む。照射窓の枠にＯリング、窓箔、窓
箔抑えフランジを重ねておきボルトをフランジから差し
込んで枠の雌螺穴にねじ込む。枠、フランジに多数のボ
ルトが規則正しく並ぶ。これを均等な力で締め付けて窓
箔を枠へ密着させる。 【０００５】照射窓の下には筐体がありその内部を搬送
装置（例えば無端周回コンベヤ）が動いており、被処理
物を入口から照射窓の直下を通って出口まで自動搬送す
るようになっている。電子ビームの方向をｚ方向とし、
それに直交する平面をｘｙ平面とする。搬送装置はｙ方
向に幅をもつコンベヤなどでありｘ方向に被処理物を運
ぶようにする。つまり搬送路の方向はｘ方向である。照
射窓はｘｙ平面に平行である。それを電子ビームがｚ方
向に横切ってゆき搬送装置上の被処理物に当たる。 【０００６】搬送装置は厚い金属壁（あるいはコンクリ
ート壁）をもつ筐体の内部にある。入口と出口以外は厚
く金属壁によって包囲されている。筐体の内部は大気圧
であるが、電子線がコンベヤや被処理物に当たるとＸ線
を発生する。Ｘ線は有害であるから金属壁をもつ筐体で
厚く囲むのである。Ｘ線は金属等に当たると二次Ｘ線を
発生し散乱される。単に照射窓直下でできた一次Ｘ線を
防げば良いというものでない。二次Ｘ線も大量に発生し
それを防ぐ必要がある。だからコンベヤの軌跡は上下に
複雑に折曲げてＸ線が入口や出口から外部へ出ないよう
になっている。 【０００７】また空気雰囲気だとＸ線が酸素をオゾンに
する。オゾンは有害ガスであり外部へ漏洩してはならな
い。また被処理物に匂いが付いたりして好ましくない場
合もある。その場合はオゾンが発生しないように雰囲気
ガスを窒素ガスあるいはＡｒガスとする。下流側から上
流側へと窒素ガスやＡｒガス等雰囲気ガスを搬送方向と
逆方向に流すようにする。つまり下流側にガス供給口を
上流側にガス排出口を設ける。 【０００８】 【従来の技術】電子線照射装置の照射窓はウインドウと
も呼ばれる。これはｘｙ平面にある枠、窓箔、フランジ
などを含む機構であり、大気圧を真空を仕切る部分であ
る。枠を含めた横幅ｗ（ｙ方向）は被処理物の幅によっ
て適当なものを選ぶべきであり様々のものがある。小さ
いもので横幅ｗは６００ｍｍ程度で良く使われる装置で
は１２００ｍｍ〜１５００ｍｍが多い。大型のものは２
０００ｍｍのものもある。走査型でもエリア型でも同様
に小型のもの、大型のものがある。被処理物が大きけれ
ば大きい照射窓をもつ電子線照射装置が必要になる。 【０００９】照射窓の長さｕは搬送方向の寸法であるが
これは幅ｗよりも小さい。３０ｍｍのような狭いものも
あるし７０ｍｍ〜８０ｍｍのものもある。だから幅ｗの
方が長さｕよりも長いような矩形上の窓となる。短いほ
うの辺を長さと呼ぶのはすこしおかしいが、搬送方向を
窓の長さｕということにし、それと直交する方向を幅と
よぶ。それは被処理物の幅に対応しそれにふさわしいか
らである。しかし長さと幅は混用、混同されることもあ
る。この明細書ではそのような定義を採用する。 【００１０】長さｕは搬送速度ｖと相補的な関係があ
る。搬送速度ｖが小さいと被処理物単位面積当たり電子
線照射量を増やせる。照射窓長さｕを増やしても被処理
物単位面積当たり電子線照射量を増やすことができる。
だから搬送速度ｖを減らせば長さｕが小さくても充分な
電子ビームを照射できる。 【００１１】枠やフランジのマージンが少しあるが、開
口部の面積は大体ｗｕということになる。窓箔の面積も
大体そのようなものでありこれに１気圧の差圧が掛か
る。広い窓箔の場合はそれは大きな張力を発生する。窓
箔には強い張力の他に電子線が通ることによる加熱もあ
る。電子線は窓箔の原子によって散乱され一部だけ透過
するが、残りの電子は窓箔に留まり運動を喪失しそのエ
ネルギーが熱になる。熱をそのままにすると窓箔は溶融
しすぐに破損する。それで前述のように水冷、風冷する
のである。 【００１２】窓箔に掛かる張力は冷却しても変わらな
い。それは面積が大きい程に大きくなる。真空側には多
数の平行桟を設けて窓箔を支持し張力を緩和するように
している。桟にも冷却水を通して窓箔を冷却するように
している。 【００１３】極めて大きい被処理物を効率よく処理する
にはウインドウが広い電子線照射装置を用いるべきであ
る。それでチャンバが大きくフィラメントも多数あり電
子ビーム電流が大きく照射窓が大きく搬送機構も広い電
子線照射装置が要望されることがある。幅ｗは被処理物
のサイズより大きい必要があり、それが２０００ｍｍと
いうものがある。販売数量は１機とかせいぜい２機とい
った程度である。その場合送り方向の寸法つまり長さｕ
は５０ｍｍ〜７０ｍｍというのでは送り速度ｖを速くで
きない。そこで実効長さが１００ｍｍ〜１５０ｍｍとい
うものが要求される。そうなると照射窓の実効的な面積
が１８００ｍｍ×１５０ｍｍというような大面積にな
る。そのような広い窓箔にかかる圧力は巨大である。そ
れでそのような圧力には耐えない。 【００１４】そこで窓を前後２つに分割して二つ窓のも
のが作られる。２ウインドウ型とよぶ。長さ方向に二つ
のウインドウを設けると、中間に支持部ができるので窓
箔にかかる圧力は半分以下になる。中間の支持部の分だ
け電子線が遮られて損失となるが窓箔を防護するためや
むを得ないことである。それはまだまだ数は少なくて、
１機〜２機といった程度であるが、被処理物が巨大化す
れば２ウインド型の要求も増えてくるであろう。 【００１５】図１はそのようなエリア型で２ウインドウ
タイプの電子線照射装置の照射窓の部分の分解縦断面図
である。図２は照射窓の部分の平面図である。円筒形の
真空チャンバ１の直下に矩形の照射窓２がある。照射窓
２の下に１枚のＴｉ箔からなる窓箔３があり、それを下
から窓箔抑えフランジ４で抑えるようになっている。真
空チャンバ１の内部には多数の平行のフィラメント５が
あって広い面積に渡って熱電子を発生するようになって
いる。フィラメント５は陰極で照射窓は接地電位であり
窓箔も接地電位になっている。その間で電子が加速され
広い均一の電子ビームとなる。電子ビームは照射窓の窓
箔３を通って外部へ出る。窓箔３の直下には搬送機構が
ありその上に被処理物がのって運ばれる。ここでは外部
の被処理物や搬送機構などの図示を略している。 【００１６】照射窓の枠体には下面に連続して溝６が穿
たれている。溝６にはシール部材としてＯリング７がは
め込まれている。Ｏリング７と枠体面に広い矩形状の窓
箔３を押しつけて下からボルト８を、窓箔抑えフランジ
４の通し穴９に通し、枠体の雌螺穴１０にねじ込み螺合
する。窓箔抑えフランジ４と照射窓枠体、Ｏリング７の
間に窓箔の周辺部が強く抑えられ気密状態になる。 【００１７】照射窓２は２ウインドウ型なので平行な横
枠２２、２２の中間に横中間枠２３がある。従来の１ウ
インドウ型の場合は横中間枠がないが本発明は２ウイン
ドウ型を対象にするから横中間枠２３が存在する。それ
は広い面積にかかる圧力が大きいのでそれを緩和するた
めである。これら横枠２２、横中間枠２３と直交して縦
枠２４がある。照射窓２は日の字を薄くしたような矩形
状の枠体よりなる。枠体２２、２３、２４の内部には冷
却水通し穴２５が穿たれており、ここへ冷却水が通され
て枠体、窓箔３を冷却する。 【００１８】 【発明が解決しようとする課題】図１、図２の電子線照
射装置は、大型の被処理物を対象にするから広い照射窓
をもっている。当然に窓箔も広いものである。一例を述
べる。照射窓の幅ｗが２０００ｍｍで長さが３３０ｍｍ
のものを製作した。枠体の幅は、横枠２２、縦枠２４が
それぞれ７０ｍｍで、横中間枠が５０ｍｍである。二つ
の開口部２７、２７において、その幅は１８６０ｍｍで
あり、長さは７０ｍｍである。窓箔は２０００ｍｍ×３
３０ｍｍのものが必要である。 【００１９】チタン箔についていえば３３０ｍｍ幅の箔
は国内会社では販売されていない。外国の会社で販売さ
れている。金属箔はロールに巻いてあるから所望のサイ
ズ（幅ｗに等しく）で切ればよいが、ロールの幅は３３
０ｍｍ以上のものでなければならない。金属箔にはとき
にピンホールがあり、それを照射窓の窓箔として用いる
と空気がもれ真空が破れてしまう。外国会社ではピンホ
ールがないという保証をしてくれない。現状ではそうで
ある。もしもピンホールがある窓箔を照射窓に取り付け
ると真空引きできず電子線を発生できない。その場合は
窓箔を取り外して新しく別の窓箔を貼り直す必要があ
る。 【００２０】日本国内の会社の製品であるとピンホール
の検査を厳密に実施しピンホールがない事の保証をして
くれるのであるが、国内会社のものはロールの幅が３３
０ｍｍというような大きいものはない。大きくても１０
０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度である。そのようなピンホール
がないと保証されているチタン箔を窓箔として使用した
いものである。しかし前述のように大型被処理物用のも
のは３３０ｍｍもの広い幅の窓箔を必要とする。 【００２１】照射窓の長さｕが大きいものであってもよ
り狭い幅の金属箔を張るようにしたいものである。本発
明は大型の電子線照射装置においても国産の狭い幅の金
属箔を利用できるようにすることが目的である。 【００２２】 【課題を解決するための手段】本発明は、照射窓の開口
部を二つもつ２ウインドウ型の照射窓において、二つの
開口部を別々の窓箔２枚によって覆うようにした。横中
間枠にも溝とＯリングを付加し、ボルトの雌螺穴を設
け、窓箔抑えフランジにも中間フランジを設けて中間フ
ランジを横中間枠へボルトで固定するようにした。その
ようにすると約半分の大きさの金属箔を窓箔として使用
できる。ボルト穴、ボルトの数、窓箔抑えフランジの中
間抑えフランジ、中間抑えフランジの通し穴などが新た
に必要になる。１枚でなく２枚の窓箔を使うので取付の
手数は少し増えるがそれは大したことではない。そのよ
うな螺穴、工程の付加は容易なことである。二つの開口
部があってもその一つ一つに独立の金属箔を窓箔として
固定しているから、半分の寸法の窓箔を使う事ができ
る。 【００２３】それなら国産のピンホールフリーであるこ
とが保証されている金属箔を利用することができる。そ
れによって高信頼性を得ることができる。国内の会社の
製品であるから入手容易である。そのような利益があ
る。 【００２４】 【発明の実施の形態】図３は本発明の実施例にかかる電
子線照射装置の照射窓の断面図。図４は窓箔より下を見
た平面図である。円筒形真空チャンバ１の下部に照射窓
２があり窓箔３が張ってある。真空チャンバ１の中には
多数本平行なカソードフィラメント５が設けてある。照
射窓の枠が平行な長い横枠２２、２２、横中間枠２３と
これらに直交する短い縦枠２４よりなる。それらは従来
例と同様である。枠の内部に冷却水通し穴２５があって
ここに冷却水が導かれる。 【００２５】横中間枠２３に新しい工夫がなされる。横
中間枠下面には２本の溝２８が穿たれ両側の縦枠の溝６
と連続しており、２つの独立した周回溝となっている。
その二つの周回溝に二つのＯリング２９が充填されてい
る。また一連のボルトのための雌螺穴２６が設けてあ
る。さらに窓箔抑えフランジ４は中間フランジ３０をも
っている。中間フランジ３０には通し穴３１が穿ってあ
る。だから中間フランジ３０をボルト３２によって横中
間枠２３に締結することができるようになっている。 【００２６】窓箔は１枚でなくて、１つの開口部２７を
覆うだけの細い窓箔３３、３４が２枚使われる。左窓箔
３３はＯリングを設けた左側の横枠２２と横中間枠２
３、縦枠２４に接触する。右窓箔３４はＯリングを設け
た右側の横枠２２と横中間枠２３、縦枠２４に接触す
る。両者の窓箔３３、３４は共に窓箔抑えフランジ４に
よって四周が固定される。ボルト８によって窓箔３３の
周辺部が固定される。ボルトは従来例のように外周部だ
けにあるのではなく、中間枠、中間フランジにも設けら
れる。それは窓箔が２枚になるからである。またＯリン
グも従来例のように外周をめぐる一つのＯリングではな
くて、２つのＯリングが用いられる。Ｏリングを収容す
るための溝も増える。 【００２７】つまり、横中間枠の溝、Ｏリング、ボルト
などが窓箔を２分割にしたことによって増加することに
なる。溝の穿設は容易なことである。Ｏリングも従来の
半分の寸法のものを使えるのでより入手しやすい。その
点はかえって有利になる。ただしボルトの数、ボルト通
し穴の数、ボルト雌螺穴の数が増えるし、そのための取
付の手間も増える。その点は不利な点である。 【００２８】図５は照射窓の底面図である。窓箔抑えフ
ランジを照射窓枠体に固定するボルト列を示す。本発明
では独立の窓箔を２枚使っているから窓箔の中間部に近
い辺を抑えるために、中間フランジや中間枠へもボルト
を取り付ける必要がある。Ｏリングを潰すことによって
密封性を与えるが、外周部の横枠２２、縦枠２４ではＯ
リングが１重であるのに対して、横中間枠２３ではＯリ
ングが２重に設けられるからＯリングを抑えるボルトの
単位長さ当たりの数を二倍にする必要がある。図５には
そのようなことを示した。ボルトの数は実際にはもっと
多いのであるがここでは分布が２倍であることを示せば
よいのだから数は少なくしてある。 【００２９】幅が２０００ｍｍで、長さが３３０ｍｍの
照射窓という前の例でいえば次のようになる。照射窓の
横枠２２、２２の幅が７０ｍｍ、７０ｍｍで中間横枠の
幅が５０ｍｍで、縦枠２４の幅が７０ｍｍとする。開口
部２７、２７の寸法は７０ｍｍ×１８６０ｍｍ、７０ｍ
ｍ×１８６０ｍｍである。２枚窓箔にしてボルトを付け
るので横中間枠２３を５０ｍｍでなく７０ｍｍ程度に増
やしても良い。横枠、縦枠に窓箔のない部分（マージ
ン）を３０ｍｍ、横中間枠に窓箔のない部分を中央に１
０ｍｍとるとすれば、１枚の窓箔寸法は１３０ｍｍ×１
９４０ｍｍとなる。そのような幅のチタン箔であれば国
内の会社でも製造しておりしかもピンホールの検査を厳
密に行っているから入手しやすく信頼性が高い。 【００３０】そのための手間が増えるが、入手しやすい
国産の信頼性の高い金属箔を使用できるので本発明は大
型被処理物処理用の電子線照射装置をより利用し安くメ
ンテナンスの容易なものとすることができる。 【００３１】 【発明の効果】広い面積をもつ被処理物を電子線処理す
るために、広い開口部を二つ有する電子線照射装置が用
いられる。広い二つのウインドウを覆うような幅の広い
チタン箔は国内会社では製造しておらず外国会社の製造
になる。本発明は広い開口部を有する２ウインド型の電
子線照射装置においてウインドウ毎に１枚の窓箔を使う
ようにしたので幅の狭い金属箔（チタン箔）を用いるこ
とができる。それなら国内会社の製造したピンホールフ
リーの金属箔を用いる事ができる。信頼性の高い金属箔
が入手しやすいのでより使用しやすくメンテナンスの容
易な装置となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】２つの開口部に１枚の広い窓箔を共通に張り付
けた照射窓をもつ従来例にかかる２ウインドウ型電子線
照射装置の照射窓の近傍の縦断面図。 【図２】２つの開口部に１枚の広い窓箔を張り付けた照
射窓をもつ従来例にかかる２ウインドウ型電子線照射装
置の照射窓の部分の窓箔より下を見た平面図。 【図３】２つの開口部に２枚の窓箔を独立に張り付けた
照射窓をもつ本発明にかかる２ウインドウ型電子線照射
装置の照射窓の近傍の縦断面図。 【図４】２つの開口部に２枚の窓箔を独立に張り付けた
照射窓をもつ本発明にかかる２ウインドウ型電子線照射
装置の照射窓の窓箔より下を見た平面図。 【図５】本発明において中間フランジ、横中間枠に設け
るボルトは、Ｏリングを等しい力で抑え潰すため、外周
部の縦枠や横枠の２倍の密度で設けることを示す照射窓
の底面図。 【符号の説明】 １ 真空チャンバ ２ 照射窓 ３ 窓箔 ４ 窓箔抑えフランジ ５ フィラメント ６ 溝 ７ Ｏリング ８ ボルト ９ 通し穴 １０ 雌螺穴 ２２ 横枠 ２３ 横中間枠 ２４ 縦枠 ２５ 冷却水通し穴 ２７ 開口部 ２８ 溝 ２９ Ｏリング ３０ 中間フランジ ３１ 通し穴 ３２ ボルト ３３ 窓箔 ３４ 窓箔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 周一 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新 ハイボルテージ株式会社内 Ｆターム(参考） 4C058 AA01 BB06 KK01 KK50 4G075 AA01 AA30 AA32 BA10 CA39 DA02 EB01 EB31 EE12 EE31 FB02

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 真空中で熱電子を発生させ加速して照射
   窓を通し大気中へ取り出し搬送されてきた被処理物に電
   子線を照射するようにした電子線照射装置において、照
   射窓が搬送方向に分割された二つの開口部を有する２ウ
   インドウ型であって、２つの開口部を１枚の窓箔で共通
   に覆うのではなくて、それぞれの開口部にほぼ開口部の
   寸法をもつ窓箔を独立に張り付けたことを特徴とする電
   子線照射装置。