JP2005274424A

JP2005274424A - 非走査型電子線照射装置

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Publication number: JP2005274424A
Application number: JP2004089368A
Authority: JP
Inventors: Masato Tsukagoshi; 正人塚越
Original assignee: NHV Corp
Current assignee: NHV Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】開閉器のような可動部や接点を有する機器を用いることなく、電子線の照射幅が変更可能な非走査型電子線照射装置を提供する。
【解決手段】この非走査型電子線照射装置は、電子線３２の照射幅Ｗ方向に分布して配置されていて互いに直列に接続された複数の熱電子放出用のフィラメント２および当該複数のフィラメント２の内の１本以上に並列に接続されたインダクタ４から成る電子源６ａと、電子源６ａに熱電子を発生させる電流を供給するものであって少なくとも周波数が可変の電子源用電源１０とを備えている。電子源用電源１０から電子源６ａに供給する電流の周波数を制御することによって、電子線３２の照射幅Ｗを変更することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子線を走査しない非走査型電子線照射装置に関し、より具体的には、電子線の照射幅が変更可能な非走査型電子線照射装置に関する。

開閉器を用いて、電流を供給するフィラメントの数を変更することにより、電子線の照射幅が変更可能な非走査型電子線照射装置が、特許文献１に記載されている。

特開平８−２１１２００号公報（段落００１１−００１４、図１、図２）

そのような非走査型電子線照射装置の一例を図５を参照して説明すると、この非走査型電子線照射装置は、電子線３２の照射幅方向に分布して配置されていて互いに直列に接続された複数（図示例では４本に省略している）の熱電子放出用のフィラメント２を有していて、給電するフィラメント２を、全数と一方端寄りの半数とに変更可能に構成されている。

具体的には、互いに直列に接続された複数のフィラメント２から成る電子源６の一端ｃを交流電源５０の一端に接続し、電子源６の他端ｅおよび中央ｄを、それぞれ開閉器４０ａおよび４０ｂを介して交流電源５０の他端に接続している。

電子源６には加速電源（図示省略）によって電子線３２の加速のための加速電圧が印加される。また、電子源６には上記加速電圧を絶縁するための絶縁トランス（図示省略）を介して交流電源５０から電力が供給される。

フィラメント２から発生した熱電子は、電子線３２として引き出され、上記加速電圧によって加速され、電子源６側の真空雰囲気と被照射物３４側の照射雰囲気（例えば大気中）とを分離する窓箔３０を通して、被照射物３４に照射される。それによって、被照射物３４に対して架橋、殺菌等の処理を施すことができる。

この非走査型電子線照射装置によると、図５に示すように開閉器４０ａを択一的に閉じることにより、電子源６の全数のフィラメント２に電流が流れ、全数のフィラメント２から熱電子が発生し、最大照射幅Ｗ_Aに亘って電子線３２が引き出され、被照射物３４に照射される。

一方、開閉器４０ｂを択一的に閉じることにより、電子源６には一方端寄り（上記ｃ−ｄ間）の半数のフィラメント２にのみ電流が流れ、当該半数のフィラメント２から熱電子が発生し、最大照射幅Ｗ_Aの半分の照射幅Ｗ_Bに亘って電子線３２が引き出され、被照射物３４に照射される。

上記のような照射幅が変更可能な非走査型電子線照射装置は、電子源６周りの真空を破ってフィラメント２の交換をすることなしに、被照射物３４の幅に応じて電子線３２の照射幅を変更することができ、当該照射幅を小さくする場合には装置の消費電力を小さくすることができるという利点を有している。

しかし、可動部と接点とを有する開閉器４０ａ、４０ｂを使用しているために、動作の信頼性が低く、開閉器４０ａ、４０ｂの故障時にはその取替えや修理の手間を要し、ひいては非走査型電子線照射装置の稼働率の低下を招き、また保守保全の手間を要する、という点になお改善の余地がある。

そこでこの発明は、開閉器のような可動部や接点を有する機器を用いることなく、電子線の照射幅が変更可能な非走査型電子線照射装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係る非走査型電子線照射装置は、電子線の照射幅方向に分布して配置されていて互いに直列に接続された複数の熱電子放出用のフィラメントおよび当該複数のフィラメントの内の１本以上に並列に接続されたインダクタから成る電子源と、当該電子源に熱電子を発生させる電流を供給するものであって少なくとも周波数が可変の電子源用電源とを備えていることを特徴としている。

前記インダクタのインダクタンスをＬ、インダクタに供給される電流の周波数をｆとすると、インダクタのインピーダンスＺ_Lは次式のとおりである。

［数１］
Ｚ_L＝２πｆＬ

一方、前記フィラメントのインピーダンスは、殆ど全てが抵抗成分であり、供給される電流の周波数ｆによる変化は殆どない。

従って、上記非走査型電子線照射装置においては、電子源に供給する電流の周波数ｆを十分に大きく制御することによって、数１に従いインダクタのインピーダンスＺ_Lはフィラメントのインピーダンスに比べて十分に大きくなり、電子源の内でフィラメントとインダクタとが互いに並列に接続された部分では、フィラメントに殆ど全ての電流が流れ、当該フィラメントから熱電子が発生する。

一方、電子源に供給する電流の周波数ｆを十分に小さく制御することによって、数１に従いインダクタのインピーダンスＺ_Lはフィラメントのインピーダンスに比べて十分に小さくなり、電子源の内でフィラメントとインダクタとが互いに並列に接続された部分では、インダクタに殆ど全ての電流が流れ、当該フィラメントから熱電子は発生しない。

電子源の内でインダクタと並列に接続されていないフィラメントには、電子源用電源から電子源に供給する電流の周波数ｆに拘わらず、全ての電流が流れ、当該フィラメントから熱電子が発生する。

以上の結果、電子源に供給する電流の周波数を制御することによって、電子線の照射幅の変更が可能である。

この発明によれば、非走査型電子線照射装置の照射幅の変更を、開閉器のような可動部と接点を有する機器を用いずにインダクタおよび周波数可変の電子源用電源といった静止機器を用いて実現することができる。

その結果、電子線の照射幅が変更可能な非走査型電子線照射装置の信頼性向上ひいては保守保全のための手間、時間およびコストの削減ならびに当該非走査型電子線照射装置の稼働率の向上が可能になる。

図１は、この発明に係る非走査型電子線照射装置の一実施形態を示す図である。図５に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。

この実施形態においては、互いに電気的に直列に接続された複数の熱電子放出用のフィラメント２が、電子線３２の照射幅Ｗ方向に分布して設けられている。そしてこの複数のフィラメント２の内の一端寄りの例えば半数のフィラメント２に、一つのインダクタ４が並列に接続されて、電子源６ａが構成されている。

なお、図１には、各フィラメント２は、照射幅Ｗ方向に伸びた線状（棒状）に描いているが、これは、電気回路を見やすくするために便宜上このようにしたものである（図３、図４、図５についても同様である）。実際は、例えば特開２００３−４８９８号公報（段落０００３、図２）にも記載されているように、電子線照射方向と照射幅Ｗ方向とに直交する方向に伸びた線状（棒状）の複数のフィラメント２が、照射幅Ｗ方向に並設されている。そして、互いに電気的に直列に接続されている。その様子を図２に示す。また、フィラメント２の全数は、図１以降においては４本に省略して描いているが、実際には例えば３０本前後である。なお、図２中の接続部ａ、ｂは、図１中の接続部ａ、ｂとそれぞれ同じである（図３、図４においても同様）。

電子源６ａには、周波数が可変であって、更にこの実施形態では電圧も可変である電子源用電源１０から、熱電子発生用の電流が供給される。

また電子源６ａには、加速電源１６から電子線３２の加速のための加速電圧Ｖ_Aが印加される。この加速電圧Ｖ_Aの大きさは、例えば１００ｋＶ〜３００ｋＶ程度である。

電子源用電源１０には、上記加速電圧Ｖ_Aを絶縁するための絶縁トランス１２を介して、大地電位部にある一次側電源１４から電力が供給される。この一次側電源１４は、電子源用電源１０の出力電圧を可変にしたので、出力電圧を固定にしている。

電子源用電源１０から出力する電流の周波数は、制御信号発生器２０から光ファイバ１８を経由して供給される周波数制御信号によって制御され、この周波数制御信号は、当該制御信号発生器２０に与えられる照射幅制御信号Ｓ_Wに基づいて作られる。また、電子源用電源１０から出力する電圧は、制御信号発生器２０から光ファイバ１８を経由して供給される電圧制御信号によって制御され、この電圧制御信号は、当該制御信号発生器２０に与えられるビーム量制御信号Ｓ_Bに基づいて作られる。光ファイバ１８を信号の伝送に用いるのは、高電圧側の電子源用電源１０と大地電位側の制御信号発生器２０との間の電気絶縁を行うためである。

この非走査型電子線照射装置は、電子源用電源１０から電子源６ａに供給する電流の周波数を変えることによって、電子線３２の照射幅Ｗを変更することができる。これを以下に詳述する。

インダクタ４のインダクタンスをＬ、フィラメント２のそれぞれのインピーダンスをｒ、電子源６ａに供給する電流をＩ、その周波数をｆ、インダクタ４のインピーダンスをＺ_Lでそれぞれ表して、周波数ｆを十分に大きくなるように制御したときの動作を図３を参照して説明する。このとき、前記数１によってインダクタ４のインピーダンスＺ_Lは十分に大きくなり、次式のとおりになる。ｎは、インダクタ４と互いに並列に接続されたフィラメント２の数であり、例えば、前述したようにフィラメント２の全数が３０であれば、ｎはそれより小さい数、例えば半数の１５である。

［数２］
Ｚ_L≫ｎｒ

よって、ｎ本のフィラメント２と一つのインダクタ４とが互いに並列に接続されている部分においては、フィラメント２に流れる電流Ｉ_Fとインダクタ４に流れる電流Ｉ_Lとの関係は次式のとおりになる。

［数３］
Ｉ_F≫Ｉ_L

以上より、上記フィラメント２には、電子源用電源１０から供給される電流Ｉのほぼ全てが流れ、インダクタ４には電流は殆ど流れない。インダクタ４が並列に接続されていないフィラメント２には、電子源用電源１０から供給される全ての電流Ｉが流れる。

これによって、全数のフィラメント２から熱電子が発生し、発生した熱電子は、図３に示すように最大照射幅Ｗ_Aに亘って電子線３２として引き出され、前記加速電圧Ｖ_Aによって加速され、窓箔３０を通して被照射物３４に照射される。

換言すると、電子線３２の照射幅を最大照射幅Ｗ_Aとする照射幅制御信号Ｓ_Wを制御信号発生器２０に与えると、制御信号発生器２０は、光ファイバ１８を経由して周波数制御信号を電子源用電源１０に供給することによって、電子源用電源１０から電子源６ａに供給する熱電子放出用の電流Ｉの周波数ｆが数２を成立させるような制御を行う。

以上のようにして、電子線３２の照射幅を最大照射幅Ｗ_Aにすることができる。その結果、図３に示すように幅の大きい被照射物３４への電子線３２の照射にも対応することができる。

一方、前記周波数ｆを十分に小さくなるように制御したときの動作を図４を参照して説明する。このとき、前記数１によってインダクタ４のインピーダンスＺ_Lは十分に小さくなり、次式のとおりになる。

［数４］
Ｚ_L≪ｎｒ

よってｎ本のフィラメント２と一つのインダクタ４とが互いに並列に接続されている部分においては、当該フィラメント２に流れる電流Ｉ_Fとインダクタ４に流れる電流Ｉ_Lとの関係は次式のとおりになる。

［数５］
Ｉ_F≪Ｉ_L

以上より、インダクタ４には、電子源用電源１０から供給される電流Ｉのほぼ全てが流れ、フィラメント２には熱電子を発生するだけの十分な電流は流れない。インダクタ４が並列に接続されていないフィラメント２には、電子源用電源１０から供給される全ての電流Ｉが流れる。

これによってインダクタ４が並列に接続されていないフィラメント２のみから熱電子が発生することになり、発生した熱電子は、図４に示すように最大照射幅Ｗ_Aより小さな照射幅、例えば最大照射幅Ｗ_Aの半分の照射幅Ｗ_Bに亘って電子線３２として引き出され、前記加速電圧Ｖ_Aによって加速され、窓箔３０を通して被照射物３４に照射される。

換言すると、照射幅を小さくする照射幅制御信号Ｓ_Wを制御信号発生器２０に与えると、制御信号発生器２０は、光ファイバ１８を経由して周波数制御信号を電子源用電源１０に供給することによって、電子源用電源１０から電子源６ａに供給する熱電子放出用の電流の周波数ｆが数４を成立させるような制御を行う。

以上のようにして、電子線３２の照射幅を最大照射幅Ｗ_Aより小さな照射幅、例えば最大照射幅Ｗ_Aの半分の照射幅Ｗ_Bにすることができる。その結果、図４に示すように、幅の小さい被照射物３４への電子線３２の照射にも効率良く対応することができる。

ところで、電子源用電源１０からの出力電圧は、所望の電子線量が得られるように制御すれば良い。この実施形態ではビーム量制御信号Ｓ_Bを制御信号発生器２０に与えることによって電子源用電源１０からの出力電圧を制御する。なお、電子源用電源１０からの出力電圧は、ビーム量制御を可能とするために可変であることが望ましいけれども、この出力電圧可変は電子線３２の照射幅Ｗが変更可能な非走査型電子線照射装置を提供する目的達成のためには必須ではない。この目的達成のためには、電子源用電源１０からの出力電流の周波数が可変であることで足りるからである。

以上の結果、この非走査型電子線照射装置によれば、電子線３２の照射幅Ｗの変更を、図５に示した従来例にあるような可動部および接点を有する開閉器４０ａ、４０ｂを用いずに、少なくとも周波数が可変の電子源用電源１０およびインダクタ４といった静止機器を用いて実現することができる。

その結果、図５に示す従来例における開閉器が有する前記課題を解決することができる。即ち、開閉器の故障がなくなり、故障時の開閉器の取替えまたは修理が不要となり、保守保全の手間、時間およびコストを削減することができる。ひいては、非走査型電子線照射装置の稼働率の向上が可能になる。

なお、電子源６ａに設けられているフィラメント２の数は、複数であれば幾つでも良い。またインダクタと互いに並列接続するフィラメント２の数も幾つでも良い。

これらの数は、変更したい照射幅に応じて決定すれば良い。例えば、電子源６ａに設けられるフィラメント２の全数をＮ本（Ｎは２以上の整数）として、インダクタ４と互いに並列接続するフィラメント２の数をｎ本（ｎはＮ＞ｎ≧１を満たす整数）とすると、電子源６ａに供給する電流の周波数ｆを変更することにより、上記実施形態と同様の作用によって、照射幅を最大照射幅とその（Ｎ−ｎ）／Ｎの幅とに変更することができる。

このように、フィラメント２の全数Ｎおよびインダクタ４と互いに並列に接続するフィラメントの数ｎを選択することによって、変更したい照射幅を任意に選択することができる。

もっとも、インダクタ４の一端は、上記実施形態のように、互いに直列に接続された複数のフィラメント２の一端に接続することが望ましい。そのようにすると、電子源６ａに供給する電流の周波数を小さくして照射幅Ｗを小さくしたときに、電子線３２の照射範囲が複数に分割されるのを避けることができるからである。

また、インダクタ４を二つ用いて、それらを、互いに直列に接続された複数のフィラメント２の内の両端寄りのそれぞれ同数のフィラメント２と互いに並列に接続しても良い。例えば、両端寄りのｍ本（ｍは１以上の整数）ずつのフィラメント２にそれぞれ一つずつインダクタ４を並列に接続しても良い。そのようにすると、電子線３２の照射幅Ｗを最大照射幅としたときと電子線３２の照射幅Ｗを小さく変更したときの照射幅の中心の位置が変わらずに済むという利点がある。

この発明に係る非走査型電子線照射装置の一実施形態を示す図である。この発明に係る非走査型電子線照射装置の熱電子放出用のフィラメントのより実際に近い配置の例を示す概略斜視図である。図１の実施形態において電子線の照射幅を最大照射幅としたときの状態を示す図である。図１の実施形態において電子線の照射幅を最大照射幅の半分としたときの状態を示す図である。従来の非走査型電子線照射装置の一例を示す図である。

符号の説明

２フィラメント
４インダクタ
６ａ電子源
１０電子源用電源
３２電子線
Ｗ、Ｗ_A、Ｗ_B 照射幅

Claims

電子線の照射幅方向に分布して配置されていて互いに直列に接続された複数の熱電子放出用のフィラメントおよび当該複数のフィラメントの内の１本以上に並列に接続されたインダクタから成る電子源と、当該電子源に熱電子を発生させる電流を供給するものであって少なくとも周波数が可変の電子源用電源とを備えていることを特徴とする非走査型電子線照射装置。