JP2005147967A - 電子線照射装置用加速管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子線照射装置用加速管の製造方法であって、従来より破損発生を低減させて歩留りよく加速管を得ることできる方法を提供する。
【解決手段】電子線照射装置用加速管を構成するための加速電極１とスペーサ２とを交互に多段に積み重ねるとともに各上下に隣り合う加速電極及びスペーサ間に接着剤３を配置して電極スペーサ積重体１０を形成し、少なくとも３本の棒状治具５３、５３’を積重体１０の外周面に当接させて加速電極１群の芯合わせを行い、次いで積重体１０を加熱加圧し、その後加圧状態を維持したまま冷却して加速管を得る。電極芯合わせ工程、加熱加圧工程及び冷却工程では、治具５３、５３’と加速電極１との間にチタン箔Ｔを介在させる。
【選択図】図２

Description

本発明は電子線照射装置に用いる加速管の製造方法に関する。

電子線照射装置は、例えば、電線被覆材料等の高分子材料の架橋、塗膜等のキュアリング、医療品の殺菌等に使用されており、また、電子線照射によるジャガイモ等の植物の殺菌や発芽を止める芽止め等への適用も試みられている。

電子線照射装置は、例えば、特開平７−３２０６８０号公報、特開平１１−１９２０７８号公報等に記載されている。かかる電子線照射装置は概ね次のように構成されている。すなわち、図４に例示するように、熱電子を放出するためのタングステン等からなるフィラメント９１１、これを通電加熱するフィラメント電源９１２及び電子引出し用のカソード電極９１３を含む電子線源９１と、電子線源９１に連設された加速管９２及びこれに付設された分圧抵抗回路９３と、加速管９２に連設された走査コイル部９４及び走査管９５、さらに電子加速用の直流高圧電源９６等を備えている。

加速管９２は電極９２１とスペーサ９２２とを交互に積み重ね、且つ、各上下に隣り合う電極及びスペーサ同士を接着剤で接着したものである。この加速管９２の各電極９２１に分圧抵抗ｒを接続して前記の分圧抵抗回路９３が形成されている。

直流高圧電源９６のプラス側は接地され、マイナス側はフィラメント９１１及びカソード電極９１３に接続されるとともに分圧抵抗回路９３の電子発生源側の端に接続され、回路９３の他端は接地される。電子線を発生させるにあたっては、加速管９２等は図示省略の排気装置にて所定圧まで減圧される。電子線源９１で発生した電子はカソード電極９１３にて引き出され、加速管９２で加速され、電子ビームとなって走査管９５の方へ向かう。

走査コイル部９４は走査管９５の入口部分に臨むように配置され、図示省略の走査用電源から通電され、それにより発生する磁場で電子ビームを走査管９５内で所定方向に振らせる。かくして電子線は、走査管９５の電子線照射窓９５０における押さえ部材９５１にて張設された窓箔９５２の部分から被照射物ｗに走査照射される。

このような電子線照射装置における加速管９２は、これまで概ね次のように製造されてきた。先ず、図５に示すように、加速電極９２１と電気絶縁性スペーサ９２２とを交互に多段に積み重ねるとともに各上下に隣り合う加速電極及びスペーサ間に接着剤を配置して電極スペーサ積重体９２０を形成する。

この積重体９２０の電極及びスペーサの積み重ね方向に延びる複数本（図示例では３本）の芯合わせ用治具８を積重体９２０の外周面に該積重体を周囲から挟むように当接させて加速電極９２１群の芯合わせを行う。

その後、治具８で電極９２１の芯合わせがなされている積重体９２０を治具８を装着したまま加熱しつつ電極及びスペーサの積み重ね方向に加圧し、その後それら全体を加圧状態を維持したまま冷却し、最終的に加圧を解いて治具８を外して加速管９２を得る。

加速電極９２１の代表例はアルミニゥム製の円形リング形状の電極であり、スペーサ９２２の代表例はガラス製の円形リング形状のスペーサである。また、治具８の代表例は鉄材製の棒状のものである。スペーサ９２２の外径は電極９２１の外径より小さく、従って治具８は積重体９２０の外周面に当接されるとき、加速電極９２１群の外周面に当接し、加速電極群の芯合わせを行うことができる。

特開平７−３２０６８０号公報 特開平１１−１９２０７８号公報

しかしながら、このような加速管の製造方法によると、加速管に部分的な破損が生じることがある。特に、スペーサに破損が生じ易い。
そこで本発明は、電子線照射装置用加速管の製造方法であって、従来より破損発生を低減させて歩留りよく加速管を得ることできる方法を提供することを課題とする。

本発明者は前記課題を解決すべく研究を重ね、次のような経緯を経て本発明を完成するに至った。
先ず、従来の加速管製造方法において加速管破損の発生は電極スペーサ積重体の加熱加圧後における加圧下冷却工程に集中していることに注目した。しかも、破損はスペーサの破損に限られていると言っても過言ではないことに注目した。

その原因は明らかではないが、加熱加圧工程において熱膨張の割合がスペーサや治具より大きい加速電極部分が周囲から治具で拘束されていることで、電極及びスペーサの積み重ね方向に、自由な膨張時よりも大きく逃げ膨張し、冷却工程ではその膨張に応じた大きい電極収縮が生じ、このとき、互いに接触している加速電極と治具相互の摩擦抵抗のため加圧下冷却時の積重体全体の収縮が妨げられ、これらにより、加速電極に接着剤で接着されたスペーサ表面が大きい引っ張り力を受け、そのためスペーサが破損するのではないかと考えられた。

そこで本発明者は種々研究を重ね、電極スペーサ積重体の外周面に治具を当接させて電極群の芯合わせを行う芯合わせ工程、該積重体の加熱加圧工程及びその後の加圧下冷却工程にわたって、治具と電極スペーサ積重体（電極群）との間に金属箔を介在させたところ、加速管の破損が著しく低減することを見いだした。

加速管の破損が著しく低減する理由としては、治具と電極スペーサ積重体との間に金属箔を介在させても電極群の芯合わせには支障がない一方、微視的にみれば、金属箔が電極スペーサ積重体と治具との間で金属箔厚み方向に動き得る余裕があり、いわばクッション材の如く機能し、これにより電極が、治具に拘束されつつも、金属箔が無い場合よりも金属箔及び治具の方へ膨張し易くなり、それだけ冷却時における電極厚み方向の収縮が低減されるとともに、金属箔がその厚み方向に動き得る余裕があることで、加圧下冷却時の積重体全体の収縮が円滑となり、これらにより、スペーサの破損発生が著しく低減する、と考えられる。

よって本発明は前記課題を解決するため、
電子線照射装置用の加速管を構成するための加速電極とスペーサとを交互に多段に積み重ねるとともに各上下に隣り合う加速電極及びスペーサ間に接着剤を配置して電極スペーサ積重体を形成する工程と、
前記電極スペーサ積重体の電極及びスペーサの積み重ね方向に延びる複数本の芯合わせ用治具を該電極スペーサ積重体を周囲から挟み込むように該積重体の外周面に当接させて該電極スペーサ積重体における加速電極群の芯合わせを行う電極芯合わせ工程と、
加速電極芯合わせが行われた該電極スペーサ積重体を該芯合わせを行っている前記治具を装着したまま加熱しつつ電極及びスペーサの積み重ね方向に加圧する加熱加圧工程と、 前記加熱加圧工程の後、加圧状態を維持したまま前記電極スペーサ積重体を前記治具を装着したまま冷却する冷却工程と、
前記冷却工程後に加圧を解いて前記治具を取り外す工程とを含み、
前記電極芯合わせ工程、加熱加圧工程及び冷却工程では、前記芯合わせ用治具と加速電極との間に金属箔を介在させる電子線照射装置用加速管の製造方法を提供する。
この方法によると、従来より破損発生を低減させて歩留りよく加速管を得ることできる。

前記金属箔は前記芯合わせ用治具と電極スペーサ積重体との間に介在させるのであるが、金属箔の脱落、位置決め等のために、加速管破損を十分低減し得る範囲で、部分的に治具の芯合わせ用面に固定してもよいが、治具の加速電極に対向する面のうち電極芯合わせ用面部分には固定することなく単に配置するだけの方が好ましい。この場合、金属箔は例えばその両端部を治具の電極芯合わせに寄与しない端部等に固定等して接続することができる。

金属箔はその熱膨張率が大きすぎると、加熱加圧工程における加速電極の膨張の妨げとなる。よって、例えば、前記加速電極の線膨張係数がα、前記スペーサの線膨張係数がβ、前記芯合わせ用治具の線膨張係数がγ、前記金属箔の線膨張係数がΔであるとき、α＞γ≧Δ＞βの関係を満たすことが好ましい。

このような条件を満たす加速電極等の代表例として、加速電極として導電性良好なアルミニゥムを主成分とする材料（アルミニゥム自体である場合も含む）からなるリング電極（代表例は円形リング電極）を、スペーサとしてガラス製のリングスペーサ（代表例は円形リングスペーサ）を、芯合わせ用治具として鉄を主成分とする材料（鉄材自体である場合も含む）からなる治具を、金属箔としてチタンを主成分とする箔（チタン自体からなる箔の場合も含む）を挙げることができる。この場合、加速電極の外径はスペーサの外径より大きくしておけばよい。

前記接着材としては、加速管の製造に使用されている一般的なものを採用でき、真空下においてガス放出が少ないもの、Ｘ線による劣化が小さいもの、軟化点が高いもの（例えば６５℃〜７０℃）が好ましく、例えばそのような条件を満たす溶剤蒸発型接着剤を挙げることができ、さらに具体例としてトルエンにポリビニルアセテートを溶かしたものを挙げることができる。

前記芯合わせ用治具は、その形態としては棒状のものを例示でき、個数としては少なくとも３本あることが望ましい。例えば、少なくとも３本の棒状治具は等中心角度間隔又は略等中心角度間隔で配置し、そのうち一本はバネ力で電極スペーサ積重体（より正確には積重体の電極群）の外周面に弾力的に当接し、他の治具は定位置で該積重体（電極群）の外周面に当接するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によると、電子線照射装置用加速管の製造方法であって、従来より破損発生を低減させて歩留りよく加速管を得ることできる方法を提供することができる。

次に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１から図３は電子線照射装置用加速管の１例の、本発明に係る製造方法例を示している。図１は電極スペーサ積重体形成工程を、図２は電極芯合わせ工程を、図３は積重体を加熱加圧する工程を示している。

電子線照射装置用加速管の製造にあたっては、先ず、図１に示すように、加速管下部フランジ１００を円筒形支持台Ｂ上に載置し、該フランジ上に接着剤３を介して継ぎリング１０ａを配置し、該継ぎリング上に接着剤３を介して加速管構成のための加速電極１及びスペーサ２を交互に積み重ねていき、且つ、上下に隣り合う電極１とスペーサ２との間にも接着剤３を介在させ、一番上に加速電極１が配置された電極スペーサ積重体１０を形成する。なお、下部フランジ１００は走査コイル部及び走査管に接続される部分である。

加速電極１は本例ではアルミニゥム製の円形リング電極であり、外径２２０ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚み２．３ｍｍである。スペーサ２は本例ではガラス製の円形リングスペーサあり、外径２１０ｍｍ、内径１８０ｍｍ、厚み２３ｍｍである。

下部フランジ１００は中央に電子ビームを通過させるための内径６０ｍｍの中心孔１０１を有しており、材質はステンレススチールである。
継ぎリング１０ａはコバール材製の円形リングであり、外径２１２ｍｍ、内径１８０ｍｍ、厚み１．５ｍｍである。加速電極１は、それには限定されないが本例では５６段積みとし、スペーサ２は５５段積みとする。

接着剤３は本例ではポリビニルアセテート（酢酸ビニル樹脂）をトルエンに溶かしたもので、下部フランジ１００上に継ぎリング１０ａ、加速電極１、スペーサ２を積み重ねていくとき、フランジ１００と継ぎリング１０ａの間、継ぎリング１０ａと最下段加速電極１との間、各上下に隣り合う加速電極１とスペーサ２との間に塗布配置する。接着剤３は薄く、しかし十分な接着効果を発揮する程度に塗布する。

かかる電極スペーサ積重体１０を形成するとき、積み重ねる各部材の孔の中心を目測或いは図示省略の芯合わせ用の治具を用いてできるだけ正確に一致させ、形成される積重体１０における各加速電極１の外周が、下部フランジ１００、継ぎリング１０ａ、各スペーサ２のそれぞれの外周より外側に突出するようにする。

このようにして電極スペーサ積重体１０を形成すると、次に図２に示すように電極芯合わせを行う。この芯合わせは、本例では治具装置５を用いて行う。治具装置５は、円筒を半割りしたような一対の、本例では鉄材製の半割り部材５１、５２のうち一方の部材５１の内面に鉄材からなる棒状治具５３を部材５１の長手方向に延在するように２本固定する一方、他方の半割り部材５２にもう一本の同様の棒状治具５３’を部材５２の長手方向に延在するように配置したものである。

半割り部材５２に配置される治具５３’は背面に、スプリング５４を嵌装したボルト５５が上下方向に略均一な間隔で複数本突設されており、各ボルト５５は部材５２の壁孔に遊嵌され、部材５２の外側まで突出し、該突出部分に抜け止めナット５６が螺合されている。

各半割り部材は長手方向に延びる両側端のそれぞれにフランジ部を有しており、これらフランジ部を突き合わせてボルトナット５７で接続することで円筒形状体５８を構成することができる（図２等参照）。両半割り部材５１、５２を突き合わせ接続して円筒形状体５８を形成したとき、前記の合計３本の棒状治具５３、５３’は略等中心角度間隔で配置される恰好となり、且つ、各治具５３の一側面（平坦面）ｓが積重体１０の加速電極１の外周部に当接できる方向に向けられるとともに治具５３’の一側面（平坦面）ｓ’が積重体１０の加速電極１の外周部に当接できる方向に向けられる

そして、治具５３、５３’の長手方向と同方向に延びる帯状のチタン箔Ｔが該治具側面ｓ、ｓ’上に配置され、該帯状チタン箔Ｔの上下の各端部が、本例では接着テープＡｄ（図３参照）にて治具５３、５３’に留められている。なお、治具５３、５３’は電極スペーサ積重体１０の高さより長く、チタン箔ＴがテープＡｄにて留められる治具部分は積重体１０より上方及び下方に位置する部分である。本例では、チタン箔Ｔの幅は３０ｍｍであり、治具側面ｓ、ｓ’の幅に略一致しており、厚みは５０μｍ程度である。

かかる治具装置５の両半割り部材５１、５２で、接着剤３が未だ硬化していない積重体１０を両側から抱き込むとともに部材５１、５２をボルトナット５７で突き合わせ接続する。すると、３本の治具５３、５３’が積重体１０の外周面、より正確には積重体１０を構成している加速電極１群の外周面に当接するとともに部材５２上の治具５３’がスプリング５４に抗して後退せしめられ、加速電極１群はその反力で３本の治具５３、５３’にて周囲から挟みこまれる。かくして各加速電極１のずれが修正され、加速電極１群の芯合わせがなされる。

次いでこれら全体を図３に示すように加熱炉６内に入れて加熱するとともに、積重体１０の最上段の加速電極１上に加圧用板７を載置し、この加圧用板７を介して図示省略の加圧装置にて積重体１０に加圧する。このときの、本例における加熱温度は１７０℃程度、加圧力Ｗは７７ｋｇ／ｃｍ² 程度であり、加熱加圧時間は１０時間程度である。

かかる加熱加圧工程の後、加圧力は維持したまま、積重体１０、治具装置５等を含む全体を自然冷却により徐冷し、その後加圧力を解き、治具装置５を取り外すことで、下部フランジ１００や継ぎリング１０ａが付設された加速管が得られる。得られた加速管は、加熱加圧前の電極スペーサ積重体１０の高さより少し（本例では２０〜３０ｍｍ程度）縮むが、スペーサ２等の破損は見られない。

以上説明した加速管の製造は１例にすぎず、例えば、加速電極及びスペーサのそれぞれの材質や各部の寸法等は前記のものに限定されるものではなく、さらに接着剤についても前記のものに限定されず、電子線照射装置に求められる性能等に応じて、且つ、加速管製造において加速管の破損が生じない、或いはできるだけ生じない範囲で、種々選択採用できる。

また、治具上に配置する金属箔は前記寸法のチタン箔に限られるものではなく、加速管製造において加速管の破損が生じない、或いはできるだけ生じない範囲で、種々の材質、各部寸法のものを選択採用できる。金属箔の治具への保持についても接着テープによるものに限定されない。さらに、治具や治具装置、それらの材質、各部の寸法についても、製造すべき加速管に応じて、また、加速管製造において加速管の破損が生じない、或いはできるだけ生じない範囲で、種々選択採用できる。

本発明は電子線照射装置用の加速管を破損が十分抑制される状態で歩留りよく製造することに利用できる。

電極スペーサ積重体形成工程を示す図である。 電極芯合わせ工程を示す図である。 電極スペーサ積重体を加熱加圧する工程を示す図である。 電子線照射装置の１例を示す図である。 従来の加速管製造例を示す図である。

符号の説明

９１ 電子線源
９１１ フィラメント
９１２ フィラメント電源
９１３２ カソード電極
９２ 加速管
９２１ 加速電極
９２２ スペーサ
９３ 分圧抵抗回路
Ｒ、ｒ 抵抗 ９４ 走査コイル部
９５ 走査管
９５１ 押さえ部材
９５２ 照射窓箔
９５０ 電子線照射窓
９６ 直流高圧電源
８ 電極芯合わせ用治具
１０ 電極スペーサ積重体
１ 加速電極
２ スペーサ
３ 接着剤
１００ 下部フランジ
１０ａ 継ぎリング
Ｂ 支持台
５ 治具装置
５１、５２ 半割り部材
５３、５３’ 治具
ｓ、ｓ’ 治具の一側面（電極に対向する面） ５４ スプリング
５５ ボルト
５６ 抜け止めナット
５７ 半割り部材接続用ボルトナット
５８ 円筒形状体
Ｔ チタン箔
Ａｄ 接着テープ
６ 加熱炉
７ 加圧用板

Claims (4)

1. 電子線照射装置用の加速管を構成するための加速電極とスペーサとを交互に多段に積み重ねるとともに各上下に隣り合う加速電極及びスペーサ間に接着剤を配置して電極スペーサ積重体を形成する工程と、
   前記電極スペーサ積重体の電極及びスペーサの積み重ね方向に延びる複数本の芯合わせ用治具を該電極スペーサ積重体を周囲から挟み込むように該積重体の外周面に当接させて該電極スペーサ積重体における加速電極群の芯合わせを行う電極芯合わせ工程と、
   加速電極芯合わせが行われた該電極スペーサ積重体を該芯合わせを行っている前記治具を装着したまま加熱しつつ電極及びスペーサの積み重ね方向に加圧する加熱加圧工程と、 前記加熱加圧工程の後、加圧状態を維持したまま前記電極スペーサ積重体を前記治具を装着したまま冷却する冷却工程と、
   前記冷却工程後に加圧を解いて前記治具を取り外す工程とを含み、
   前記電極芯合わせ工程、加熱加圧工程及び冷却工程では、前記芯合わせ用治具と加速電極との間に金属箔を介在させることを特徴とする電子線照射装置用加速管の製造方法。
2. 前記金属箔は前記芯合わせ用治具の加速電極に対向する面のうち電極芯合わせ用面部分には固定することなく該対向面上に配置する請求項１記載の電子線照射装置用加速管の製造方法。
3. 前記加速電極の線膨張係数がα、前記スペーサの線膨張係数がβ、前記芯合わせ用治具の線膨張係数がγ、前記金属箔の線膨張係数がΔであり、α＞γ≧Δ＞βの関係を満たす請求項１又は２記載の電子線照射装置用加速管の製造方法。
4. 前記加速電極はアルミニゥムを主成分とする材料からなるリング電極であり、前記スペーサはガラス製のリングスペーサであり、前記芯合わせ用治具は鉄を主成分とする材料からなる治具であり、前記金属箔はチタンを主成分とする箔である請求項３記載の電子線照射装置用加速管の製造方法。