JP2006349357A - 電子線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィラメントの断線を予知可能にし、被照射物に照射される電子線のＹ方向の線量分布が不均一になることを防止する。
【解決手段】 一対の第１給電導体１４ａがＸ方向に並設されている。複数本の第１フィラメント１２ａが一対の第１給電導体１４ａに支持されてＹ方向に並設されている。フィラメント電源３４が第１フィラメント１２ａに電流を供給する。第１フィラメント１２ａから放出された熱電子は電子線として被照射物に照射される。第２給電導体１４ｂが一対の第１給電導体１４ａとフィラメント電源３４との間に配置されている。二つの抵抗体３０が一対の第１給電導体１４ａと一対の第２給電導体１４ｂとの間にそれぞれ接続されている。第２フィラメント１２ｂが一対の第２給電導体１４ｂに支持されて照射窓６よりもＹ方向の外側の位置に配置されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、フィラメントに電流が供給されて当該フィラメントから放出された熱電子を、照射窓に向かうＺ方向に加速して電子線として被照射物に照射することによって当該被照射物に架橋、改質、硬化、殺菌、その他の処理を施す電子線照射装置に関し、より具体的には、フィラメントの断線を予知可能にすることによって、被照射物に照射される電子線の線量分布が、被照射物の表面内において不均一になることを防止可能な電子線照射装置に関する。

この種の電子線照射装置の従来例を示す概略断面図を図２に示す。なお、これとほぼ同様の構造をした電子線照射装置が特許文献１の図１に記載されている。

この電子線照射装置は、電子線４０を走査しない非走査型と呼ばれるものであり、電子線４０を加速して引き出す電子線加速器２と、それに必要な電力を供給する電源装置３２とを有している。

電子線加速器２は、電子線４０の照射幅方向（Ｙ方向）に長い筒状の真空チャンバー４を有している。この真空チャンバー４には、矩形状の開口部が形成されている。

真空チャンバー４内にはＹ方向に長い筒状のシールド電極８が配置されており、このシールド電極８の中には、電子源１０が収納されている。

電子源１０は、例えばタングステンから成り、熱電子を放出する複数本の線状（棒状とも言える）のフィラメント１２と、各フィラメント１２から放出された熱電子を引き出すと共に、多数の孔２２を有する第１引出し電極２０と、第１引出し電極２０によって引き出された熱電子を、真空チャンバー４の開口部に設けられている照射窓６に向けて加速すると共に、多数の孔２６を有する第２引出し電極２４とを備えている。フィラメント１２の数は、例えば２５本である。

シールド電極８、第１引出し電極２０および第２引出し電極２４は互いに同電位にされている。

なお、この従来例では、引出し電極の数が２段の場合について説明しているが、これに限られず、１段または３段、更にはより多くの数を有していても良い。

電源装置３２は、各フィラメント１２に電流（以下、この電流を「フィラメント電流」と呼ぶ。）を供給する交流のフィラメント電源３４と、シールド電極８と各フィラメント１２との間に、各フィラメント１２側を負極にした引出し電圧Ｖｅを印加する引出電源３６と、真空チャンバー４ひいては照射窓６とシールド電極８との間に、シールド電極８側を負極にした高圧の加速電圧Ｖａを印加する加速電源３８とを備えている。なお、フィラメント電源３４は直流電源であっても良い。

被照射物４２に電子線４０の照射処理を行うとき、フィラメント電流が、フィラメント電源３４によって各フィラメント１２に供給される。これにより、各フィラメント１２から熱電子が放出される。

前記放出された熱電子は、引出し電圧Ｖｅによって引き出され、その後、加速電圧Ｖａによって、電子線４０として照射窓６に向かうＺ方向に加速される。当該電子線４０は、照射窓６に設けられた図示しない窓箔を透過して被照射物４２に照射される。

被照射物４２は、例えばシート状、帯状の形状のものである。

この被照射物４２は、前記Ｙ方向と実質的に直交するＸ方向に搬送される。

上記電子源１０の構造（即ち、電子線照射装置のフィラメント１２周りの構造）の従来例を図３に示す。なお、これとほぼ同様の構造をしたフィラメント周りの構造が特許文献２の図２に記載されている。

一対の給電導体１４が、被照射物４２（図２参照）が搬送されるＸ方向と実質的に平行な方向に間隔をあけて並設されている。一対の給電導体１４は、互いに、ほぼ同じ長さである。

なお、この明細書において、「実質的に直交」とは、直交の状態を含み、「実質的に平行」とは、平行の状態を含む。

一対の給電導体１４のそれぞれには、弾性を有する一対のフィラメント支持板１６が、ねじ１８等によって相対向して取り付けられている。この一対のフィラメント支持板１６は、フィラメント１２の数と同じ数だけ、Ｙ方向に実質的に平行な方向に並設されている。

相対向する一対のフィラメント支持板１６の先端部付近には、１本のフィラメント１２が、その両端を架け渡して支持されている。これにより、複数本のフィラメント１２が、Ｙ方向に実質的に平行な方向に並設されていることとなる。

複数本のフィラメント１２のＺ方向側には、第１引出し電極２０が配置されている。この第１引出し電極２０のＹ方向の長さは、フィラメント１２が並設されているＹ方向の長さ、即ち、一方端のフィラメント１２から他方端のフィラメント１２までの長さとほぼ同じである。

複数本のフィラメント１２および第１引出し電極２０は、それぞれ、Ｚ方向に照射窓６と対応している。

第２引出し電極２４は、Ｙ方向の長さが照射窓６のＹ方向の長さとほぼ同じであって、Ｚ方向に照射窓６と対応する位置に配置されている。このようにしているのは、第２引出し電極２４によって高電圧で加速された電子線４０（図２参照）が照射窓６外の部分に照射されたとき、熱電子のロスが大きくなるので、それを防止するためである。

この明細書において、「Ｚ方向に照射窓６と対応する位置」とは、照射窓６を通過し、かつＺ方向に実質的に平行な仮想線上の位置であることを意味する。

図２に戻って、上記電子線照射装置においては、複数本のフィラメント１２の内の１本でも断線すると、被照射物４２に照射されるＹ方向の電子線４０の線量分布が、被照射物４２の表面内において不均一になる。従って、フィラメント１２の断線を速やかに検出する必要がある。

なお、フィラメント１２の断線は、通電による加熱により、その材料が蒸発して発生する。その蒸発の速度は、フィラメント１２の温度と真空チャンバー４内の真空度とによって決まると考えられている。

従来、フィラメント１２の断線は、電源装置３２に設けられた図示しないフィラメント断線検出手段によって検出していた。その検出方法は、例えば次の通りである。

複数本のフィラメント１２全体に印加するフィラメント電圧Ｖｆおよび複数本のフィラメント１２全体に流れるフィラメント電流Ｉｆを断線検出手段に取り込み、フィラメント電圧Ｖｆとフィラメント電流Ｉｆとを用いてフィラメントインピーダンスＺｆを計算し（即ちＺｆ＝Ｖｆ／Ｉｆ）、このフィラメントインピーダンスＺｆの大小によってフィラメント１２の断線を検出するようにしていた。

特開２００３−４８９８号公報（図１） 特開平１１−１７４２００（図２）

ところが、複数本のフィラメント１２の内１本の断線を検出できたとしても、当該１本のフィラメント１２が断線した時点で、被照射物４２に照射される電子線４０のＹ方向の線量分布が、被照射物４２の表面内において不均一になるという課題がある。

また、前述したように、フィラメント１２は複数本が互いに並列接続されているので、１本のフィラメント１２が断線した場合の上記フィラメント電流ＩｆひいてはフィラメントインピーダンスＺｆの変化が非常に小さい。

例えば、フィラメント１２の本数は、前述したように例えば２５本であり、その内の１本が断線した場合のフィラメントインピーダンスＺｆの変化は４％しかない。しかも、上記フィラメントインピーダンスＺｆは、各フィラメント１２の使用による劣化（細り）によって変化する。そのため、１本のフィラメント１２の断線検出も困難であった。

そこで、この発明は、複数本のフィラメントの内１本でも断線が発生することを予知可能にすることによって、被照射物に照射される電子線のＹ方向の線量分布が、被照射物の表面内において不均一になることを防止することを主たる目的としている。

この発明に係る第１の電子線照射装置は、被照射物が搬送されるＸ方向と実質的に平行な方向に間隔をあけて並設されている一対の第１給電導体と、前記一対の第１給電導体に両端が支持されていて、Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向に並設されている複数本の第１フィラメントと、前記各第１フィラメントに電流を供給するフィラメント電源とを備えていて、前記各第１フィラメントから放出された熱電子を、照射窓に向かうＺ方向に加速して電子線として被照射物に照射する構成の電子線照射装置において、Ｘ方向と実質的に平行な方向に間隔をあけて並設されていて、前記一対の第１給電導体と前記フィラメント電源との間に配置されている一対の第２給電導体と、前記一対の第１給電導体と前記一対の第２給電導体とをそれぞれ導通させる二つの導通手段と、前記照射窓よりもＹ方向の外側の位置であって、前記一対の第２給電導体に両端が支持されている第２フィラメントとを備えており、かつ前記二つの導通手段のうち少なくとも一方が抵抗体であることを特徴としている。

上記構成によれば、一対の第１給電導体と一対の第２給電導体とをそれぞれ導通させる二つの導通手段のうち少なくとも一方が抵抗体なので、第２フィラメントを流れるフィラメント電流が、各第１フィラメントを流れるフィラメント電流よりも大きくなる。従って、複数本の第１フィラメントの内１本が断線するよりも前に、第２フィラメントが断線する。

この発明に係る第２の電子線照射装置は、被照射物が搬送されるＸ方向と実質的に平行な方向に間隔をあけて並設されていて、一方が他方よりも長い一対の第１給電導体と、前記一対の第１給電導体に両端が支持されていて、Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向に並設されている複数本の第１フィラメントと、前記各第１フィラメントに電流を供給するフィラメント電源とを備えていて、前記各第１フィラメントから放出された熱電子を、照射窓に向かうＺ方向に加速して電子線として被照射物に照射する構成の電子線照射装置において、Ｘ方向と実質的に平行な方向に前記一方の第１給電導体と間隔をあけて並設されていて、前記他方の第１給電導体と前記フィラメント電源との間に配置されている第２給電導体と、前記照射窓よりもＹ方向の外側の位置であって、前記一方の第１給電導体および前記第２給電導体に両端が支持されている第２フィラメントと、前記他方の第１給電導体と前記第２給電導体との間に接続されている抵抗体とを備えていることを特徴としている。

上記構成によれば、一対の第１給電導体のうち他方の第１給電導体と第２給電導体との間に抵抗体が接続されているので、第２フィラメントを流れるフィラメント電流が、各第１フィラメントを流れるフィラメント電流よりも大きくなる。従って、複数本の第１フィラメントの内１本が断線するよりも前に、第２フィラメントが断線する。

前記第２フィラメントは、複数本並設されていることが好ましい。

上記構成によれば、第２フィラメントが複数本並設されているので、複数本の第２フィラメントが断線した場合におけるフィラメント電流ひいてはフィラメントインピーダンスの変化が大きい。

請求項１および２に記載の発明によれば、複数本の第１フィラメントの内１本が断線するよりも前に第２フィラメントが断線するので、第２フィラメントの断線によって、各第１フィラメントの寿命が近づいていることを把握できる。即ち、予知可能となる。従って、各第１フィラメントの断線を事前に防止でき、ひいては、被照射物に照射される電子線のＹ方向の線量分布が、被照射物の表面内において不均一になることを防止できる。その結果、被照射物の表面内における電子線のＹ方向の線量分布の均一性が向上する。

請求項３に記載の発明によれば、複数本の第２フィラメントが断線した場合におけるフィラメント電流ひいてはフィラメントインピーダンスの変化が大きいので、第２フィラメントの断線をより確実に検出できる。即ち、より確実に予知可能となる。従って、第１フィラメントの断線をより確実に事前に防止でき、ひいては、被照射物に照射される電子線のＹ方向の線量分布が、被照射物の表面内において不均一になることを、より一層確実に防止できるという更なる効果を奏する。

図１は、この発明に係る電子線照射装置のフィラメント周りの構造の一例を示す斜視図である。なお、図３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。

この電子線照射装置は、従来例における電子源１０に代えて電子源１０ａを備えている。

この電子源１０ａは、Ｘ方向と実質的に平行な方向に間隔をあけて並設されている一対の第１給電導体１４ａを備えている。この一対の第１給電導体１４ａは、従来例に示す一対の給電導体１４（図３参照）とほぼ同じ形状および長さのものである。

一対の第１給電導体１４ａとフィラメント電源３４との間には、一対の第２給電導体１４ｂが、Ｘ方向と実質的に平行な方向に間隔をあけて並設されている。一対の第２給電導体１４ｂは、互いに、ほぼ同じ長さである。

一対の第１給電導体１４ａと一対の第２給電導体１４ｂとの間、即ち、一方の第１給電導体１４ａと一方の第２給電導体１４ｂとの間および他方の第１給電導体１４ａと他方の第２給電導体１４ｂとの間には、それぞれ、絶縁体２８が一つずつ設けられている。

ただし、前記絶縁体２８を設けている代わりに、一対の第１給電導体１４ａと一対の第２給電導体１４ｂとの間に間隔をあけていても良い。

更に、一対の第１給電導体１４ａと一対の第２給電導体１４ｂとを電気的に導通させる導通手段が、両者１４ａ、１４ｂに接続されている。即ち、一方の第１給電導体１４ａと一方の第２給電導体１４ｂとを導通させる導通手段および他方の第１給電導体１４ａと他方の第２給電導体１４ｂとを導通させる導通手段が、それぞれ、両者１４ａ、１４ｂに接続されている。

この実施形態では、導通手段として二つの抵抗体３０が用いられている。この実施形態のように二つの抵抗体３０を用いると、両第１給電導体１４ａの電位はほぼ同じになるので、各第１フィラメント１２ａのＸ方向における電位分布が、Ｘ方向にずれるのを防止することができる。

ただし、二つの導通手段のうち、少なくとも一方が抵抗体３０であれば良く、他方は導体でも良い。また、一対の第１給電導体１４ａと一対の第２給電導体１４ｂとの間に間隔をあけている場合には、当該間隔に導通手段を配置して、両者１４ａ、１４ｂを接続するようにしても良い。

第１給電導体１４ａおよび第２給電導体１４ｂには、それぞれ、従来例と同じように、各フィラメント支持板１６を介して、複数本の第１フィラメント１２ａおよび複数本の第２フィラメント１２ｂが、それぞれ、支持されている。

この実施形態では、第１フィラメント１２ａが例えば２５本、第２フィラメント１２ｂが例えば３本である。ただし、図３では、便宜上、これだけの本数を図示していない。

第１フィラメント１２ａが並設されているＹ方向の長さは、従来例のフィラメント１２（図３参照）が並設されているＹ方向の長さとほぼ同じ長さである。ここで、照射窓６の大きさは従来例とほぼ同じなので、複数本の第１フィラメント１２ａは、Ｚ方向に照射窓６と対応する位置に並設されていることとなる。

第２フィラメント１２ｂは、照射窓６よりもＹ方向の外側の位置に並設されている。即ち、第２フィラメント１２ｂは、照射窓６とＺ方向にずれた位置に並設されていることとなる。換言すれば、最も第１フィラメント１２ａに近い第２フィラメント１２ｂを通過するＺ方向に実質的に平行な仮想線４８が、照射窓６を通過しないことを意味する。更に、照射窓６を照射領域と呼べば、第２フィラメント１２ｂは、照射領域外に配置されているといえる。

この第１フィラメント１２ａおよび第２フィラメント１２ｂのＺ方向側には、多数の孔２２ａを有する第１引出し電極２０ａが配置されている。

この第１引出し電極２０ａのＹ方向の長さは、第１フィラメント１２ａおよび第２フィラメント１２ｂが並設されているＹ方向の長さ、即ち、最も端の第１フィラメント１２ａから最も端の第２フィラメント１２ｂまでの長さとほぼ同じであるかそれよりも長い。換言すれば、最も端の第１フィラメント１２ａを通過するＺ方向に実質的に平行な仮想線４４および最も端の第２フィラメント１２ｂを通過するＺ方向に実質的に平行な仮想線４６が、いずれも、第１引出し電極２０ａを通過する。

ただし、第１引出し電極２０ａのＹ方向の長さは、これに限られず、第１引出し電極２０（図３参照）と同じ長さであっても良い。即ち、第１フィラメント１２ａから放出された熱電子を少なくとも引き出すことができれば良い。

第１引出し電極２０ａの更にＺ方向側には、従来例と同様に、Ｚ方向に照射窓６と対応する位置に第２引出し電極２４が配置されている。

以上より、第１フィラメント１２ａから放出された熱電子は、電子線４０（図２参照）として被照射物４２（図２参照）への照射に利用されるが、第２フィラメント１２ｂから放出された熱電子は、第２引出し電極２４によって加速されないので照射窓６まで到達せず、被照射物４２（図２参照）への照射に利用されない。これにより、第１フィラメント１２ａは正規のフィラメントであるといえ、第２フィラメント１２ｂはダミーのフィラメントであるといえる。

このように、第１フィラメント１２ａとフィラメント電源３４との間に第２フィラメント１２ｂを配置すると共に、各第１給電導体１４ａと各第２給電導体１４ｂとを抵抗体３０でそれぞれ接続することによって、各第２フィラメント１２ｂにはフィラメント電源３４からの電流がそのまま供給され、各第１フィラメント１２ａには抵抗体３０を介して供給される。従って、各第２フィラメント１２ｂを流れるフィラメント電流が、各第１フィラメント１２ａを流れるフィラメント電流よりも大きくなる。その結果、複数本の第１フィラメント１２ａの内１本が断線するよりも前に、第２フィラメント１２ｂが断線する。ひいては、第２フィラメント１２ｂの断線が、第１フィラメント１２ａが断線することの事前警報となる。即ち、第１フィラメント１２ａの断線の予知が可能となる。

また、複数本の第１フィラメント１２ａの内１本が断線するよりも前に、第２フィラメント１２ｂが断線することによって、第１フィラメント１２ａの寿命が近づいてきていることを検出でき、このタイミングで第１フィラメント１２ａを交換することによって、第１フィラメント１２ａの断線を事前に防止できる。

従って、被照射物４２（図２参照）に照射される電子線４０（図２参照）のＹ方向の線量分布が、被照射物４２ (図２参照）の表面内において不均一になることを防止でき、その結果、被照射物４２ (図２参照）の表面内における電子線４０（図２参照）のＹ方向の線量分布の均一性が向上する。

更に、第２フィラメント１２ｂが複数本並設されているので、複数本の第２フィラメント１２ｂが断線した場合におけるフィラメント電流ひいてはフィラメントインピーダンスＺｆの初期値からの変化が大きいので、第２フィラメント１２ｂの断線をより確実に検出できる。

その結果、第１フィラメント１２ａの断線をより確実に事前に防止でき、ひいては、被照射物４２（図２参照）に照射される電子線４０（図２参照）のＹ方向の線量分布が、被照射物４２（図２参照）の表面内において不均一になることを、より一層確実に防止できる。

ここで、抵抗体３０の抵抗値は、第２フィラメント１２ｂの寿命が、第１フィラメント１２ａの寿命の例えば９５％程度となるように設定されることが好ましいが、これに限られるものではない。

なお、真空チャンバー４内の真空度によっても異なるが、例えば、第１フィラメント１２ａに６．２Ａ、第２フィラメント１２ｂに６．２５Ａのフィラメント電流が流れるように抵抗体３０の抵抗値を設定すれば、第２フィラメント１２ｂの寿命が上記寿命になると考えられる。

また、第２フィラメント１２ｂの本数は、第２フィラメント１２ｂの断線を確実に検出するために、第１フィラメント１２ａの本数の５〜２０％の本数であることが好ましい。ただし、第２フィラメント１２ｂの断線を検出するためのより好ましい前記割合は、８〜１２％である。

なお、一対の第１給電導体１４ａは、必ずしも、互いに、ほぼ同じ長さでなくても良い。例えば、一対の第１給電導体１４ａのうち、一方が他方よりも長いものであっても良い。

このとき、上記電子源１０ａは、一対の第２給電導体１４ｂに代えて一本の第２給電導体１４ｂを備えていて、当該第２給電導体１４ｂは、Ｘ方向と実質的に平行な方向に前記一方の第１給電導体１４ａと間隔をあけて並設された構成となる。

また、第２フィラメント１２ｂは、フィラメント支持板１６を介して、前記一方の第１給電導体１４ａおよび第２給電導体１４ｂに両端が支持されている。このとき、第２給電導体１４ｂ、ひいては一方の第１給電導体１４ａ、第２給電導体１４ｂおよび第２フィラメント１２ｂは、Ｙ方向の外側の位置である。

更に、他方の第１給電導体１４ａと第２給電導体１４ｂとの間に抵抗体３０を接続しておく。

電子源１０ａを上記構成としたとき、一対の第１給電導体１４ａのうち他方の第１給電導体１４ａと第２給電導体１４ｂとの間に、抵抗体３０が接続されているので、第２フィラメント１２ｂを流れるフィラメント電流が、各第１フィラメント１２ａを流れるフィラメント電流よりも大きくなる。従って、複数本の第１フィラメント１４ａの内１本が断線するよりも前に、第２フィラメント１２ｂが断線する。

その結果、第２フィラメント１２ｂの断線が、第１フィラメント１２ａが断線する事前警報となり、被照射物４２の表面内における電子線４０のＹ方向の線量分布の均一性が向上するという上述の実施形態と同様の効果を奏する。

この発明に係る電子線照射装置のフィラメント周りの構造の一例を示す斜視図である。 電子線照射装置の従来例を示す概略断面図である。 図２に示す電子線照射装置のフィラメント周りの構造を示す斜視図である。

符号の説明

６ 照射窓
１２ａ 第１フィラメント
１２ｂ 第２フィラメント
１４ａ 第１給電導体
１４ｂ 第２給電導体
３０ 抵抗体
３４ フィラメント電源
４０ 電子線
４２ 被照射物

Claims (3)

1. 被照射物が搬送されるＸ方向と実質的に平行な方向に間隔をあけて並設されている一対の第１給電導体と、前記一対の第１給電導体に両端が支持されていて、Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向に並設されている複数本の第１フィラメントと、前記各第１フィラメントに電流を供給するフィラメント電源とを備えていて、前記各第１フィラメントから放出された熱電子を、照射窓に向かうＺ方向に加速して電子線として被照射物に照射する構成の電子線照射装置において、
   Ｘ方向と実質的に平行な方向に間隔をあけて並設されていて、前記一対の第１給電導体と前記フィラメント電源との間に配置されている一対の第２給電導体と、
   前記一対の第１給電導体と前記一対の第２給電導体とをそれぞれ導通させる二つの導通手段と、
   前記照射窓よりもＹ方向の外側の位置であって、前記一対の第２給電導体に両端が支持されている第２フィラメントとを備えており、
   かつ前記二つの導通手段のうち少なくとも一方が抵抗体であることを特徴とする電子線照射装置。
2. 被照射物が搬送されるＸ方向と実質的に平行な方向に間隔をあけて並設されていて、一方が他方よりも長い一対の第１給電導体と、前記一対の第１給電導体に両端が支持されていて、Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向に並設されている複数本の第１フィラメントと、前記各第１フィラメントに電流を供給するフィラメント電源とを備えていて、前記各第１フィラメントから放出された熱電子を、照射窓に向かうＺ方向に加速して電子線として被照射物に照射する構成の電子線照射装置において、
   Ｘ方向と実質的に平行な方向に前記一方の第１給電導体と間隔をあけて並設されていて、前記他方の第１給電導体と前記フィラメント電源との間に配置されている第２給電導体と、
   前記照射窓よりもＹ方向の外側の位置であって、前記一方の第１給電導体および前記第２給電導体に両端が支持されている第２フィラメントと、
   前記他方の第１給電導体と前記第２給電導体との間に接続されている抵抗体とを備えていることを特徴とする電子線照射装置。
3. 前記第２フィラメントは、複数本並設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子線照射装置。

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