JP2005241521A - Device and method for electron beam irradiation and method for manufacturing electron beam acceleration plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子線照射装置、電子線照射方法、及び、電子線加速板の製造方法に関し、特に、電子線密度を適正化する電子線照射装置、電子線照射方法、及び、電子線加速板の製造方法に関する。 The present invention relates to an electron beam irradiation apparatus, an electron beam irradiation method, and an electron beam acceleration plate manufacturing method, and in particular, an electron beam irradiation apparatus, an electron beam irradiation method, and an electron beam acceleration plate that optimize an electron beam density. It relates to the manufacturing method.
電子線照射装置は、殺菌、物理的物性の改質、化学的物性の改質、その他の多用途の開発が期待されている。電子線照射装置は、真空容器の中で生成される電子線を真空容器の一部として形成される電子線取出窓(参照:後掲特許文献1)を通して処理対象に対して投射する。電子線ビームは、扇状に、カーテン状に、又は、コーン状に形成される。 The electron beam irradiation apparatus is expected to be developed for sterilization, physical property modification, chemical property modification, and other various uses. The electron beam irradiation apparatus projects an electron beam generated in a vacuum container onto a processing target through an electron beam extraction window (see Patent Document 1 described later) formed as a part of the vacuum container. The electron beam is formed in a fan shape, a curtain shape, or a cone shape.
処理性能の向上のためには、電子線ビーム密度の空間分布率の調整が重要である。電子線ビーム密度の調整のために、電子線通過窓の開口率分布を2次元的に調整する技術が後掲特許文献1で知られている。公知技術は、図4に示されるように、真空容器101の中に配置されている円筒ケーシング(スリーブ)102の開口部位にメッシュ状電子線通過板103を配置させている。スリーブ102の近傍で金属表面から滲み出す電子は、スリーブ102の表面近傍で初期加速を受ける。初期加速方向は、加速後の電子線軌跡を定める重要な原因である。
In order to improve the processing performance, it is important to adjust the spatial distribution ratio of the electron beam beam density. A technique for adjusting the aperture ratio distribution of the electron beam passage window two-dimensionally for adjusting the electron beam density is known from Patent Document 1 described later. In the known technique, as shown in FIG. 4, a mesh-shaped electron
電子線ビーム密度は、電子の質量が極めて小さいので、加速する電界強度分布から第一義的に強い影響を受ける。開口率分布は、調整される電界強度分布により加速方向分布が調整される電子ビームに対して加速領域に入る電子の密度を調整する。 Since the electron beam density is extremely small, the electron beam density is primarily influenced strongly by the accelerating electric field strength distribution. The aperture ratio distribution adjusts the density of electrons entering the acceleration region with respect to the electron beam whose acceleration direction distribution is adjusted by the adjusted electric field strength distribution.
電界強度分布の調整によりエネルギー分布を調整することが第一義的に求められる。開口率分布は、第二義的に工夫されることが重要である。 It is primarily required to adjust the energy distribution by adjusting the electric field intensity distribution. It is important that the aperture ratio distribution is devised secondarily.
本発明の課題は、電界強度分布の調整により電子線密度分布を第一義的に調整する電子線照射装置、電子線照射方法、及び、電子線加速板の製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、開口率分布を第二義的に調整することにより電子線密度分布を補正する電子線照射装置、電子線照射方法、及び、電子線加速板の製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、電子線密度分布を高精細化する電子線照射装置、電子線照射方法、及び、電子線加速板の製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、結果的に、高エネルギー化することができる電子線照射装置、電子線照射方法、及び、電子線加速板の製造方法を提供する
ことにある。
本発明の更に他の課題は、結果的に装置費用を低減化する電子線照射装置、電子線照射方法、及び、電子線加速板の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an electron beam irradiation apparatus, an electron beam irradiation method, and a method for manufacturing an electron beam acceleration plate that primarily adjust an electron beam density distribution by adjusting an electric field intensity distribution.
Another object of the present invention is to provide an electron beam irradiation apparatus, an electron beam irradiation method, and an electron beam acceleration plate manufacturing method that correct the electron beam density distribution by secondarily adjusting the aperture ratio distribution. There is.
Still another object of the present invention is to provide an electron beam irradiation apparatus, an electron beam irradiation method, and a method for manufacturing an electron beam acceleration plate that increase the electron beam density distribution.
Still another object of the present invention is to provide an electron beam irradiation apparatus, an electron beam irradiation method, and a method for manufacturing an electron beam acceleration plate that can increase the energy as a result.
Still another object of the present invention is to provide an electron beam irradiation apparatus, an electron beam irradiation method, and a method for manufacturing an electron beam acceleration plate, which consequently reduce the apparatus cost.
本発明による電子線照射装置は、真空容器(1)と、真空容器(1)の中に配置される電子線源(2)と、真空容器(1)の開口部位に取り付けられる電子線透過膜(6)とから形成されている。電子線源(2)は、電子を加速する電位を保持する加速電界生成曲面体特に初期加速を規定する初期加速電界生成曲面体(4)を備えている。初期加速電界生成曲面体(4)は、電子線透過膜(6)に対向する対向面として、初期加速電圧形成面(7)と、規定開口率を持つ電子線通過開口(12又は14)とを有している。金属面に沿って等電位面が形成されるので、初期加速電位面は金属板の曲げ加工により容易に形状化され(例示:円筒面化され)、電位面の調整が容易であって、結果的に、電子線密度の調整が容易であり、低コスト化を容易に実現することができる。 An electron beam irradiation apparatus according to the present invention includes a vacuum vessel (1), an electron beam source (2) disposed in the vacuum vessel (1), and an electron beam transmission film attached to an opening portion of the vacuum vessel (1). (6). The electron beam source (2) includes an accelerating electric field generating curved surface body (4) that holds a potential for accelerating electrons, particularly an initial accelerating electric field generating curved surface body (4) that defines initial acceleration. The initial acceleration electric field generating curved surface (4) has an initial acceleration voltage forming surface (7) and an electron beam passage opening (12 or 14) having a specified aperture ratio as opposed surfaces facing the electron beam transmission film (6). have. Since the equipotential surface is formed along the metal surface, the initial acceleration potential surface is easily shaped by bending the metal plate (eg, cylindrical surface), and the potential surface can be easily adjusted. In particular, the electron beam density can be easily adjusted, and cost reduction can be easily realized.
電子線透過膜(6)は、10μmの程度又はそれ以下の薄いTi薄膜で形成されている。そのように薄いTi薄膜を真空容器の窓部分に支持するためには、電子線透過膜を支持する桟が用いられる。電子線透過膜に対向する加速電界生成曲面体(4)に零でない曲率を与えることにより、電子線密度の空間分布を適正化し、且つ、電子線透過膜と支持桟に入射する電子線の入射角度を適正化することができる。支持桟の電子線流に対する投影断面積が大きくなると、支持桟に入射する電子が増加し、有効な電子のエネルギーが低減する。このようなエネルギーロスを少なくするためにも、電子線が透過膜に入射する入射角度の調整は重要である。 The electron beam permeable film (6) is formed of a thin Ti thin film of about 10 μm or less. In order to support such a thin Ti thin film on the window portion of the vacuum vessel, a crosspiece that supports the electron beam permeable film is used. By applying a non-zero curvature to the accelerating electric field generating curved surface (4) facing the electron beam permeable film, the spatial distribution of the electron beam density is optimized, and the electron beam incident on the electron beam transmissive film and the support beam is incident. The angle can be optimized. As the projected cross-sectional area of the support beam with respect to the electron beam flow increases, the number of electrons incident on the support beam increases, and the energy of effective electrons decreases. In order to reduce such energy loss, it is important to adjust the incident angle at which the electron beam enters the transmission film.
初期加速電界生成曲面体(4)は、穴開きプレートとして形成されることが実用的に重要である。穴開きプレートとしてパンチングプレートが精度的に特に実用的である。パンチングプレートの厚みは均一なものとして自由市場に大量に供給されていて、初期加速電圧形成面(7)を容易に且つ低廉に平滑な曲面に形成することができる。初期加速電圧形成面(7)が平滑化されていれば、電子線の初期加速方向を高精度に設計することができる。この場合には、規定開口率はパンチングプレートに開けられている電子線通過開口のサイズの面内分布により定められ、その開口数密度の面内分布により定められ、又は、サイズと開口数密度面内分布とにより簡易に定められる。 It is practically important that the initial acceleration electric field generating curved surface (4) is formed as a perforated plate. A punching plate is particularly practical in terms of accuracy as the perforated plate. The punching plate has a uniform thickness and is supplied in large quantities to the free market, and the initial acceleration voltage forming surface (7) can be easily and inexpensively formed into a smooth curved surface. If the initial acceleration voltage forming surface (7) is smoothed, the initial acceleration direction of the electron beam can be designed with high accuracy. In this case, the specified numerical aperture is determined by the in-plane distribution of the size of the electron beam passage opening formed in the punching plate, and is determined by the in-plane distribution of the numerical aperture density, or the size and numerical aperture density surface. It is easily determined by the internal distribution.
初期加速電圧形成面(7)の両側は、電子線を中央寄りに向かわせる補正加速電界(8’)を形成する補正加速電圧形成突起面(4’)に形成されている。面の形状変更により、電子の初期加速方向を用途に合わせて容易に規定することができる。 Both sides of the initial acceleration voltage forming surface (7) are formed on a corrected acceleration voltage forming projection surface (4 ') for forming a corrected acceleration electric field (8') for directing the electron beam toward the center. By changing the shape of the surface, the initial acceleration direction of electrons can be easily defined according to the application.
本発明による電子線照射方法は、既述の電子線照射装置を用いて処理対象に電子線を照射する電子線照射方法であり、電子線照射装置を処理施設に配置すること、平滑な面に仕上げられているパンチングプレートで初期加速電界生成曲面体の複数体を製作すること、初期加速電界生成曲面体を電子線源の規定位置に取り付けること、処理対象の変更に対応して初期加速電界生成曲面体を取り換えることとから構成されている。電子線照射装置は非常に高価であるが、その用途は広い。プレートの交換のような簡単な工夫により、何台もの装置を購入することができる経済的効果があり、高価な装置の普及を促進することができる。 An electron beam irradiation method according to the present invention is an electron beam irradiation method for irradiating a processing target with an electron beam using the above-described electron beam irradiation apparatus. Producing initial acceleration electric field generation curved body with finished punching plate, attaching initial acceleration electric field generation curved body to specified position of electron beam source, initial acceleration electric field generation corresponding to processing object change It consists of replacing the curved body. Although an electron beam irradiation apparatus is very expensive, its application is wide. By a simple device such as replacement of plates, there is an economic effect that many devices can be purchased, and the spread of expensive devices can be promoted.
本発明による電子線加速板の製造方法は、電子線照射装置に取り付けられ電子を初期的に加速する電子線初期加速板を製造する電子線加速板の製造方法であり、平滑な平面を有するパンチング用のプレートを製作すること(工場に搬入することに同義)、プレートに規定開口率の電子線通過開口をパンチングにより開けること、電子線通過開口が既に開けられているプレートに零でない曲率の曲面を与えることとから構成されている。低コストで高精細な電子線密度を得ることができる。 An electron beam acceleration plate manufacturing method according to the present invention is an electron beam acceleration plate manufacturing method for manufacturing an electron beam acceleration plate that is attached to an electron beam irradiation device and initially accelerates electrons, and has a smooth plane. Manufacturing a plate for use (synonymous with carrying into a factory), punching an electron beam passage opening with a specified aperture ratio in a plate, a curved surface with a non-zero curvature on a plate with an electron beam passage opening already opened And is made up of. A high-definition electron beam density can be obtained at low cost.
本発明による電子線照射装置、電子線照射方法、及び、電子線加速板の製造方法は、電界強度分布の調整により電子線密度分布を第一義的に調整することができ、更には、開口率分布を第二義的に調整することにより電子線密度分布を補正することができる。高価な装置の低廉化により有用な装置の普及が促進される。 The electron beam irradiation apparatus, the electron beam irradiation method, and the electron beam accelerating plate manufacturing method according to the present invention can primarily adjust the electron beam density distribution by adjusting the electric field intensity distribution. The electron beam density distribution can be corrected by secondarily adjusting the rate distribution. The cost reduction of expensive devices promotes the spread of useful devices.
本発明による電子線照射装置の実現態は、図に対応して、詳細に記述される。その電子線照射装置の真空容器1の中に、電子線源2が配置されている。電子線源2は、金属表面から真空中に電子を排出する電子ポンプ容器を形成している。電子ポンプ容器は、概円筒体3に形成されている。概円筒体3の開口部位には、電子を加速する電位を保持する初期加速電界生成曲面体4が取り付けられている。真空容器1の開口部位には、電子線取出し窓5が取り付けられている。電子線取出し窓5は、Ti薄膜6を備えている。Ti薄膜6は、構造上の理由により平面的に形成されている。初期加速電界生成曲面4には、適正な開口率分布で分布する多数の小半径開口が開けられている。
The implementation state of the electron beam irradiation apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. An electron beam source 2 is disposed in the vacuum container 1 of the electron beam irradiation apparatus. The electron beam source 2 forms an electron pump container that discharges electrons from a metal surface into a vacuum. The electronic pump container is formed in a substantially
初期加速電界生成曲面体4の初期加速電圧形成面7として、円筒面、楕円面、鞍型面が例示される。初期加速電圧形成面7は、Ti薄膜6に対向する透過膜対向面として透過膜側で初期加速電界生成曲面体4に形成されている。多様な曲面を有する複数の初期加速電界生成曲面体4が用意されている。多数の初期加速電界生成曲面体4は、処理目的に対応して、互いに交換自在に概円筒体3に取り付けられる。初期加速電圧形成面7は、平滑面に仕上げられている。初期加速電界生成曲面体4は、平滑面に仕上げられている金属薄板に高精細金型により多数の電子線通過開口が開けられるパンチングプレートとして容易に製作される。
Examples of the initial acceleration voltage forming surface 7 of the initial acceleration electric field generating
初期加速電界生成曲面体4に規定電圧が印加されれば、初期加速電界生成曲面体4の全体は一定規定電圧に印加され、初期加速電圧形成面7も等電位面を形成する。初期加速電圧形成面7が中心点Oを中心とする球面、又は、初期加速電圧形成面7が中心線Oを中心軸心線とする円筒面であれば、初期加速電圧形成面7から放射方向に一定距離で離隔する仮想球面又は仮想円筒面は、その面上の電界分布が均一に等電位化される等電位面8を形成する。そのような等電位面8の任意の位置に存在する電子は、等電位面8の放線方向(半径方向、放射方向)に電圧作用を受けて半径方向Rに加速される。電子ビームの放射方向エネルギー密度(特には、線量密度)は、初期加速電圧形成面7の曲面形状の関数として概ね規定される。
If a specified voltage is applied to the initial acceleration electric field generating
初期加速電圧形成面7の上の電子は、初期加速電界生成曲面体4の電位とTi薄膜6又は他の加速用電位形成体の間の電圧落差により概線形方向(概放射方向)に加速されてTi薄膜6に向かうが、加速領域の電子軌跡は初期加速電界によって大きく影響を受け、透過膜又は通過した後のビーム分布に大きく関与する。初期加速電圧形成面7で初期加速を受け、その初期加速方向が積極的に規定されているので、ビームは概ね設計通りの方向に向けることが可能である。このような初期加速用電位面の設定は、均一に又は設計通りの電子線量密度で処理対象に電子線を照射することを可能にし、結果的に、高エネルギー化を実現することができる。
Electrons on the initial acceleration voltage forming surface 7 are accelerated in a substantially linear direction (generally radiating direction) by a voltage drop between the potential of the initial acceleration electric field generating
図2は、本発明による電子線照射装置の他の実現態を示している。ビーム形状の本変形例では、図1の既述の初期加速電界生成曲面体4の両側部位に軌道補正突起(電位補正突起)4’が配置されている。軌道補正突起4’は、等電位面8の両側に初期電圧補正形成面8’を補正的に形成する。軌道補正突起4’は、1枚のパンチング用矩形板を成形することにより初期加速電界生成曲面体4に一体に製作することが可能である。初期電圧補正形成面8’は、初期加速電圧形成面7からTi薄膜6に向く方向に凸状に形成されている。初期電圧補正形成面8’は、電子ビームの両側部分を中央寄りに向かわせることができる。このように、初期加速電圧形成面7の曲率分布を調整することにより自由に電子ビームの空間密度を調整することができる。このことは、軌道補正用の磁界生成装置を不要化することができることを意味する。
FIG. 2 shows another embodiment of the electron beam irradiation apparatus according to the present invention. In this modified example of the beam shape, trajectory correction protrusions (potential correction protrusions) 4 ′ are arranged on both sides of the aforementioned initial acceleration electric field generating
図3は、電子線密度の広域的分布を可能にする実施例を示している。本実施例では、電子線流は2ビームに分割的に形成される。初期加速電界生成曲面体(パンチングプレート)4は、2領域に分けられる。一方側矩形領域11は小径開口12が高密度に開けられている高密度領域として形成され、他方側矩形領域13は大径開口が低密度に形成される低密度領域として形成されている。ここで、大小関係と高低関係は、比較のための表現である。このような密度は、面上で連続的に変化することが可能である。処理対象物体(例示:フィルム)が搬送方向Aに連続的に搬送されている場合には、その処理対象物体は時間的に先に高密度電子線照射を受け、時間的に後に低密度電子線照射を受け、段階的にその物性の改質を受けることができる。
FIG. 3 shows an embodiment that allows a wide distribution of electron beam density. In the present embodiment, the electron beam current is divided into two beams. The initial acceleration electric field generating curved body (punching plate) 4 is divided into two regions. The one-side
初期加速電界生成曲面体4は、その複数体が製作される。その複数体は、開口率、開口率分布、曲率、曲率分布の組合せで多様に製作される。処理対象の特性、物性、処理課題に対応して、複数体は互いに差し込み式又は着脱自在に交換される。
A plurality of initial acceleration electric field generating
平滑な平面を有するパンチング用のプレートは大量に自由市場に提供されている。規定開口率の電子線通過開口は、そのようなプレートに周知技術のパンチングにより開けられる。電子線通過開口が既に開けられているプレートに零でない曲率の曲面が与えられる。パンチング技術は、滑らかな多数の開口を形成することができる。開口の滑らかさは、加速電圧等高面を滑らかにする。その滑らかさにより、初期加速方向分布が高精度に設計通りに得られる。曲面に開口を開けることは、開口の形状を不正確にする。 Punching plates having a smooth flat surface are provided in large quantities on the free market. An electron beam passage opening with a prescribed aperture ratio is opened in such a plate by punching of a well-known technique. A curved surface with a non-zero curvature is given to a plate in which an electron beam passage opening has already been opened. The punching technique can form a large number of smooth openings. The smoothness of the opening smoothes the surface of the acceleration voltage. Due to the smoothness, the initial acceleration direction distribution can be obtained as designed with high accuracy. Opening an opening in a curved surface makes the shape of the opening inaccurate.
1…真空容器
2…電子線源
4…初期加速電界生成曲面体
4’…補正加速電圧形成突起面
6…電子線透過膜
7…初期加速電圧形成面
8’…補正加速電界
12…電子線通過開口
14…電子線通過開口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container 2 ...
Claims (10)
前記真空容器の中に配置される電子線源と、
前記真空容器の開口部位に取り付けられる電子線透過窓とを具え、
前記電子線源は電子を加速する電位を保持する初期加速電界生成曲面体を備え、
加速電界生成曲面体は、
前記電子線透過膜に対向する対向面として初期加速電圧形成面と規定開口率を持つ電子線通過開口とを有する
電子線照射装置。 A vacuum vessel;
An electron beam source disposed in the vacuum vessel;
Comprising an electron beam transmission window attached to the opening of the vacuum vessel;
The electron beam source includes an initial acceleration electric field generating curved body that holds a potential for accelerating electrons,
The acceleration electric field generating curved body is
An electron beam irradiation apparatus having an initial acceleration voltage forming surface and an electron beam passage opening having a specified aperture ratio as opposing surfaces facing the electron beam transmission film.
請求項1の電子線照射装置。 The electron beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the initial acceleration electric field generating curved surface is formed as a perforated plate, the thickness of the perforated plate is uniform, and the initial acceleration voltage forming surface is formed as a smooth curved surface. .
請求項2の電子線照射装置。 The electron beam irradiation apparatus according to claim 2, wherein the perforated plate is a punching plate.
請求項2の電子線照射装置。 The electron beam irradiation apparatus according to claim 2, wherein the prescribed aperture ratio is determined by an in-plane distribution of the size of the electron beam passage aperture formed in the perforated plate.
請求項2の電子線照射装置。 The electron beam irradiation apparatus according to claim 2, wherein the prescribed aperture ratio is determined by an in-plane distribution of a numerical aperture density of the electron beam passage aperture formed in the perforated plate.
請求項2の電子線照射装置。 The electron beam irradiation apparatus according to claim 2, wherein the prescribed aperture ratio is determined by an in-plane distribution of a size and a numerical aperture density of the electron beam passage aperture formed in the perforated plate.
請求項1の電子線照射装置。 The electron beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein both sides of the initial acceleration voltage forming surface are formed on a correction acceleration voltage forming projection surface that forms a correction acceleration voltage that directs the electron beam toward the center.
請求項1〜7から選択される1請求項の電子線照射装置。 The electron beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the electron beam permeable film is formed in a plane.
前記電子線照射装置を処理施設に配置すること、
平滑な面に仕上げられているパンチングプレートで前記初期加速電界生成曲面体の複数体を製作すること、
前記初期加速電界生成曲面体を前記電子線源の規定位置に取り付けること、
前記処理対象の変更に対応して前記初期加速電界生成曲面体を取り換えること
とを具える電子線照射方法。 An electron beam irradiation method for irradiating a processing object with an electron beam using the electron beam irradiation apparatus according to claim 1,
Arranging the electron beam irradiation apparatus in a processing facility;
Producing a plurality of the initial accelerating electric field generating curved body with a punching plate finished to a smooth surface;
Attaching the initial acceleration electric field generating curved body to a prescribed position of the electron beam source;
An electron beam irradiation method comprising: replacing the initial acceleration electric field generating curved body in response to the change of the processing target.
平滑な平面を有するパンチング用のプレートを製作すること、
前記プレートに規定開口率の電子線通過開口をパンチングにより開けること、
前記電子線通過開口が既に開けられているプレートに零でない曲率の曲面を与えること
とを具える電子線加速板の製造方法。 An electron beam initial acceleration plate manufacturing method for manufacturing an electron beam initial acceleration plate that is attached to an electron beam irradiation apparatus and initially accelerates electrons,
Producing a plate for punching with a smooth plane;
Opening an electron beam passage opening with a specified aperture ratio in the plate by punching;
A method of manufacturing an electron beam acceleration plate comprising: providing a curved surface with a non-zero curvature on a plate in which the electron beam passage opening has already been opened.
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Effective date: 20070926 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20080204 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |