JP2007010533A - 電子線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子線照射装置の運転状態を制御することによって、搬送装置上の被照射物の特性変化を防止できる電子線照射装置を提供する。
【解決手段】 電子源４から引き出される電子を、加速電源２６から出力した加速電圧Ｖａによって加速して電子線５２として電子線照射領域５６に取り出す電子線加速装置２を備える。搬送装置３０は、被照射物５０を、電子線照射領域５６内で搬送する。Ｘ線測定部３２は、被照射物５０に電子線５２が照射されることによって発生する制動Ｘ線を検出し、その強度を測定する。Ｘ線量計測部は、加速電圧Ｖａが出力され、かつ搬送装置３０が停止した待機状態時における制動Ｘ線の強度を、単位時間当たりのＸ線量に変換する。制御部は、単位時間当たりのＸ線量の積算値と所定の閾値とを比較して、前者が後者以上のとき加速電源２６の出力を停止する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子源から引き出される電子を、加速電源から出力した加速電圧によって加速して電子源として電子線照射領域内に取り出して、搬送装置によって搬送される被照射物に照射することによって被照射物に架橋、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、加速電源から加速電圧が出力され、かつ搬送装置が停止している待機状態時に検出されたＸ線に基づいて運転を制御する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を図６に、電気的な構成を図７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の第１図に記載されている。

図６に示される電子線照射装置は、断面形状が細長い（Ｙ方向に長い）電子線５２が電子線照射領域５６内に取り出される。この電子線照射装置は、電子線５２を走査しないことから非走査型（またはエリア型）と呼ばれるものである。なお、Ｙ方向は、被照射物５０が搬送されるＸ方向と実質的に直交する方向である。

また、この明細書において、「実質的に直交」とは、直交の状態を含む。

なお、電子線照射装置には、非走査型の他、スポット状の電子線を、Ｙ方向に走査する走査型と呼ばれる装置もあり、走査型の装置にも本発明を適用することができるが、ここでは、非走査型の電子線照射装置を例に説明する。

この電子線照射装置は、電子源４から引き出される電子線５２を、電子線照射領域５６内に取り出して被照射物５０に照射する電子線加速装置２と、被照射物５０を、Ｘ線遮蔽箱２８に囲まれた電子線照射領域５６内で搬送する搬送装置３０とを備えている。

被照射物５０は、例えばシート状、帯状等の形状のものである。

搬送装置３０は、例えば、ベルトコンベアまたはころコンベアである。即ち、電子線照射領域５６内において被照射物５０を搬送できれば良い。

電子線加速装置２は、前記電子源４の他、Ｙ方向に長く矩形状の開口部を有する筒状の真空チャンバー１８、フィラメント電源２２、引出し電源２４および加速電源２６を有している。

なお、フィラメント電源２２は、直流電源であっても交流電源であっても良い。

電子源４は、真空チャンバー１８内に収納されており、熱電子を放出するものであってＹ方向に並設された複数本のフィラメント６と、フィラメント６から熱電子を引き出すと共に多数の孔１０が形成されている第１引出し電極８と、第１引出し電極８によって引き出された熱電子を、真空チャンバー１８の開口部に設けられている照射窓２０に向けて加速すると共に多数の孔１４が形成されている第２引出し電極１２と、これらを収納し、Ｙ方向に長いシールド電極１６とを有している。

シールド電極１６、第１引出し電極８及び第２引出し電極１２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、引出し電極の数はこれに限られず、１段または３段、更にはより多くの引出し電極を有していても良い。後述する実施形態においても同様である。

被照射物５０に電子線５２の照射処理を行うとき、フィラメント電源２２によってフィラメント６に電流（フィラメント電流）が流されると共に、シールド電極１６と各フィラメント６との間に、フィラメント６側を負極にした引出し電圧Ｖｅが引出し電源２４によって印加される。これにより、フィラメント６から電子線５２の元になる熱電子が引き出される。

なお、フィラメント６から第１引出し電極８によって熱電子を引き出すためには、フィラメント電源２２および引出し電源２４の両方がＯＮであることが条件となる。

また、シールド電極１６と照射窓２０との間には、シールド電極１６側を負極にした高圧の加速電圧Ｖａが加速電源２６によって印加される。これにより、フィラメント６から引き出された熱電子が、各引出し電極８，１２の孔１０，１４を通過して、電子線５２として照射窓２０を通して電子線照射領域５６に取り出される。

電子線５２は、搬送装置３０によって搬送される被照射物５０に照射される。これにより、被照射物５０に、架橋等の処理が施される。

図７に示すように、この電子線照射装置は、運転条件またはこの運転条件に対応する運転パラメータを入力可能な操作盤４２と、操作盤４２から受信した情報に基づいてフィラメント電源２２、引出し電源２４、加速電源２６および搬送装置３０の動作を制御する制御部４０とを備えている。この制御部４０は、例えばシーケンサである。

この電子線照射装置には、通常運転状態、待機状態および停止状態があり、制御部４０は、これら複数の装置状態のうちいずれかの装置状態となるようにフィラメント電源２２等を制御する。ただし、上記装置状態とは異なる装置状態を更に有していても良い。

ここで、通常運転状態とは、フィラメント電源２２、引出し電源２４および加速電源２６の全てがＯＮであって、かつ被照射物５０が搬送装置３０によって搬送されている状態をいう。このとき、第１引出し電極８によってフィラメント６から引き出された熱電子は、加速電圧Ｖａによって加速されて、電子線５２として前記被照射物５０に照射される。

待機状態とは、加速電源２６がＯＮかつ搬送装置３０が停止している状態をいう。更に、フィラメント電源２２および引出し電源２４のうち少なくとも一方がＯＦＦ（一方のみがＯＦＦまたは両方ともＯＦＦ）である。このときは、基本的には、熱電子を、第１引出し電極８によってフィラメント６から引き出すことはできない。従って、第１引出し電極８によってフィラメント６から引き出された熱電子が、電子線５２として前記被照射物５０に照射されることはない。

停止状態とは、フィラメント電源２２、引出し電源２４、加速電源２６の全てがＯＦＦであって、かつ搬送装置３０が停止している状態をいう。このとき、熱電子を、第１引出し電極８によってフィラメント６から引き出すことはできず、かつ加速電圧Ｖａも印加されていないので、第１引出し電極８によってフィラメント６から引き出された熱電子が、電子線５２として前記被照射物５０に照射されることはない。

なお、走査型の電子線照射装置においては通常、待機状態時には、フィラメント電源をＯＦＦにしている。

特開昭６２−４２７６８号公報（第１図）

しかし、前述の待機状態が一定時間以上経過すると、搬送装置３０上の被照射物５０の特性が変化してしまうといった課題がある。甚だしい場合には、被照射物５０の焼けまたは変色等が発生する場合もある。

この課題の発生原因について、以下に詳しく説明する。

待機状態においては、シールド電極１６と照射窓２０との間に高圧の加速電圧Ｖａが印加されているため、この間で放電が起き、放電電子が発生する場合がある。

更に、非走査型の電子線照射装置においては、フィラメント電源２２がＯＮかつ引出し電源２４がＯＦＦの待機状態であれば、各引出し電極８，１２に形成された孔１０，１４からしみ込んだ加速電界によって、僅かではあるが、フィラメント６から熱電子が引き出される場合がある（この電子を漏れ電子と呼ぶ）。即ち、フィラメント電源２２がＯＮかつ引出し電源２４がＯＦＦの待機状態は、電子源から電子が引き出され得る状態であると言える。

これらの放電電子及び漏れ電子は、加速電圧Ｖａによって照射窓２０方向（Ｚ方向）に加速されて、照射窓２０に設けられた図示しない窓箔を透過して搬送装置３０上の被照射物５０に照射される場合がある。

放電電子及び漏れ電子による被照射物５０への単位時間当たりの照射量は、通常運転状態における被照射物５０への単位時間当たりの照射量と比べると遥かに小さいものの、それが積算されると、被照射物５０に与える影響は無視できないものとなる。従って、運転待機状態において、上記放電電子または漏れ電子による照射が起き、それが一定時間以上経過すると、前述の課題が発生してしまう。

そこで、この発明は、電子線照射装置の装置状態を制御することによって、搬送装置上の被照射物の特性変化を防止できる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。

この発明に係る電子線照射装置の一つは、電子源から引き出される電子を、加速電源から出力した加速電圧によって加速して電子線として電子線照射領域内に取り出して被照射物に照射する電子線加速装置と、前記被照射物を、前記電子線照射領域内で搬送する搬送装置と、前記被照射物に電子線が照射されることによって発生するＸ線を検出して、当該Ｘ線の強度を測定するＸ線測定部と、前記加速電源から加速電圧が出力され、かつ前記搬送装置が停止している待機状態時における前記測定したＸ線の強度を、所定の単位時間当たりのＸ線量に変換するＸ線量計測部と、前記所定の単位時間当たりのＸ線量の積算値を求め、当該積算値と所定の閾値とを比較して、前者が後者以上のときに、前記加速電源の出力を停止する制御部とを備えていることを特徴としている。

この発明に係る電子線照射装置の他のものは、電子源から引き出される電子を、加速電源から出力した加速電圧によって加速して電子線として電子線照射領域内に取り出して被照射物に照射する電子線加速装置と、前記被照射物を、前記電子線照射領域内で搬送する搬送装置と、前記被照射物に電子線が照射されることによって発生するＸ線を検出して、当該Ｘ線の強度を測定するＸ線測定部と、前記加速電源から加速電圧が出力され、かつ前記搬送装置が停止している待機状態時における前記測定したＸ線の強度を、所定の単位時間当たりのＸ線量に変換するＸ線量計測部と、前記所定の単位時間当たりのＸ線量の積算値に対応する電子線の照射量の積算値を求め、当該電子線量の積算値と所定の閾値とを比較して、前者が後者以上のときに、前記加速電源の出力を停止する制御部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、所定の単位時間当たりのＸ線量の積算値またはこれに対応する電子線の照射量の積算値が所定の閾値以上となったときに、加速電源の出力が停止されるので、シールド電極と照射窓との間の電圧が実質的にゼロになる。

前記Ｘ線測定部は、Ｘ線透過部を有するＸ線遮蔽部材で覆われており、前記Ｘ線透過部は、電子線が照射された被照射物からＸ線が発生する方向を向いていて当該Ｘ線を透過させるように構成されていても良い。

前記Ｘ線測定部は、前記待機状態のときにのみ、Ｘ線の強度を測定可能な状態にされるようにしても良い。

請求項１および２に記載の発明によれば、所定の単位時間当たりのＸ線量の積算値またはこれに対応する電子線の照射量の積算値が所定の閾値以上となったときに、加速電源の出力が停止されるので、放電電子が発生することなく、また、フィラメントから漏れ電子が引き出されることもない。従って、運転待機状態が一定時間以上経過した場合であっても、放電電子または漏れ電子が電子線として搬送装置上の被照射物に照射されることがないので、被照射物の特性変化を防止できる。

請求項３に記載の発明によれば、電子線が照射された被照射物から発生したＸ線の強度はＸ線測定部によって測定されると共に、他の方向から発生したＸ線はＸ線遮蔽部材によって遮蔽されるので、被照射物から発生するＸ線の強度を精度良く測定できる。従って、被照射物に照射される電子線の照射量の測定精度が向上し、搬送装置上の被照射物の特性変化の防止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。

請求項４に記載の発明によれば、Ｘ線測定部は、単位時間当たりの電子線の照射量が大きい通常運転状態時にはＸ線の強度を測定せず、通常運転状態時よりも単位時間当たりの電子線の照射量が小さい待機状態時にのみＸ線の強度を測定することとなるので、Ｘ線測定部の寿命延長を図ることが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一実施形態を示す概略断面図である。図２は、図１に示される電子線照射装置の電気的な構成を示すブロック図である。なお、図６および図７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。

図１に示すように、この電子線照射装置は、従来例における電子線照射装置に加え、Ｘ線を検出して、その強度を測定するＸ線測定部３２と、Ｘ線の強度を、所定の単位時間当たりのＸ線量に変換するＸ線量計測部３８とを更に備えている。

更に、図２に示すように、この電子線照射装置は、従来例における制御部４０に代えて制御部４０ａを備えている。

この実施形態では、Ｘ線測定部３２として例えばガイガーミューラー計数管（ＧＭ管）を用いている。

Ｘ線測定部３２は、検出管の内部にガスが充満されていると共に電極が配置された構造をしており（いずれも図示せず）、検出管と電極との間には電圧がかけられている。被照射物５０に電子線５２が照射されることによってその被照射部５８からＸ線が発生する。これを制動Ｘ線５４と呼ぶ。Ｘ線測定部３２は、この制動Ｘ線５４を検出すると、前記ガスが電離して検出管と電極との間にＸ線の強度に応じた電流が流れ、これを信号、例えばパルス信号としてＸ線量計測部３８に出力する。

なお、このＸ線測定部３２は、例えば鉛から成るＸ線遮蔽部材３４で覆われて、電子線照射領域５６内に配置されている。

更に、被照射物５０の被照射部５８から発生した制動Ｘ線５４を検出しやすいよう、Ｘ線遮蔽部材３４はＸ線透過部３６を有している。このＸ線透過部３６は、例えば、被照射物５０の被照射部５８を向いてＸ線遮蔽部材３４に形成された孔である。

上記構成によって、被照射物５０の被照射部５８から発生する制動Ｘ線５４の強度を選択的に測定できる。即ち、被照射物５０の被照射部位５８を除く他の方向からＸ線測定部３２に向かうＸ線はＸ線遮蔽部材３４によって遮蔽され、被照射物５０の被照射部位５８からＸ線測定部３２に向かう制動Ｘ線はＸ線透過部３６を透過する。これにより、測定精度が向上する。更に、Ｘ線測定部３２を、他の方向からＸ線測定部３２に向かうＸ線から保護することもできる。

なお、Ｘ線透過部３６は、孔に限られず、当該部分のみＸ線が透過し易いように他の部位よりも厚みが薄く形成された部位であっても良く、また、プラスティックフィルム等のようにＸ線を透過し易い部材から構成されていても良い。即ち、電子線５２が照射された被照射物５０から発生した制動Ｘ線５４を透過させることができれば良い。

Ｘ線量計測部３８は、パルス信号を、所定の単位時間当たりのＸ線量（以下、単に「Ｘ線量」と呼ぶ。）に変換する演算回路を備えている。そして、Ｘ線測定部３２からパルス信号を受信すると、これをＸ線量に変換して制御部４０ａに出力する。

制御部４０ａは、Ｘ線量を積算する演算回路を備えている。そして、Ｘ線量計測部３８からＸ線量を受信すると、Ｘ線量の積算値を電子線の照射量に変換し、この電子線の照射量に基づいて、電子線照射装置の状態およびＸ線測定部３２のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

以下に、この発明に係る電子線照射装置における処理の流れの一例について、図３を参照しつつ説明する。

制御部４０ａは、常時、電子線照射装置の運転状態を監視しており（ステップＳ１０）、待機状態となったとき、制動Ｘ線５４の積算値Ｃおよびこれを変換した電子線５２の照射量（以下、単に「照射量」と呼ぶ。）の積算値Ｄをリセットし（ステップＳ２０）、Ｘ線測定部３２をＯＮする（ステップＳ３０）。

被照射物５０の被照射部５８に電子線５２が照射されて制動Ｘ線５４が発生すると、Ｘ線測定部３２がこの制動Ｘ線５４の強度を測定し、この制動Ｘ線５４の強度を、Ｘ線量計測部３８がＸ線量Ｃ１に変換、計測する（ステップＳ４０）。

Ｘ線量計測部３８で計測されたＸ線量Ｃ１は制御部４０ａに出力されて、制御部４０ａは、このＸ線量Ｃ１を積算し、この積算値Ｃを求める（ステップＳ５０）。

Ｘ線量Ｃ１の積算値Ｃと照射量の積算値Ｄとは比例関係にあるので、制御部４０ａは、積算値Ｃに定数αを乗じて照射量の積算値Ｄに変換し（ステップＳ６０）、この照射量の積算値Ｄと所定の閾値Ｄ２との大小を判断する（ステップＳ７０）。なお、待機状態から通常運転状態に移行したとき、および待機状態が長時間継続したときは、照射量の積算値Ｄが所定の閾値Ｄ２よりも大きくなる。

なお、定数αは、被照射物５０の材料によって異なる値であり、操作盤４２に運転パラメータとして入力（設定）される。この定数αは実験で求めることができる。

照射量の積算値Ｄが所定の閾値Ｄ２以上であれば、Ｘ線測定部３２をＯＦＦにし（ステップＳ８０）、搬送装置３０の運転が開始されたかどうか確認する（ステップＳ９０）。

搬送装置３０の運転が開始された場合には、待機状態から通常運転状態に移行したと判断し、ステップＳ１０に戻る。

搬送装置３０の運転が開始されていない場合には、通常運転状態にまだ移行していないと判断して、加速電源２６をＯＦＦにする（ステップＳ１００）。更に、フィラメント電源２２および引出し電源２４の両方をＯＦＦにする。これにより、待機状態から停止状態に移行する。

ステップＳ７０において、照射量の積算値Ｄが所定の閾値Ｄ２よりも小さければ、搬送装置３０の運転が開始されているかどうか確認し（ステップＳ１１０）、運転が開始されていれば、被照射部５８の位置が変わるので、ステップＳ１０に戻る。そして、再び運転待機状態となるまで、制動Ｘ線５４の測定が中止される。搬送装置３０の運転が開始されていなければ、ステップＳ４０に戻る。

上記説明した処理によれば、照射量の積算値Ｄが所定の閾値Ｄ２以上となり、かつ搬送装置３０が停止しているとき、加速電源２６をＯＦＦにするので、放電電子が発生することなく、また、フィラメント6 から漏れ電子が引き出されることもない。従って、搬送装置３０上の被照射物５０に電子線５２が照射されることがない。その結果、前記被照射物５０（即ち、照射窓２０のＺ方向側にある被照射物５０）に照射される放電電子または漏れ電子による照射量を監視することによって、搬送装置３０上の被照射物５０の特性変化を防止できる。

更にこのとき、Ｘ線測定部３２をＯＦＦにしているので、待機状態のときにのみ、Ｘ線の強度を測定可能な状態となる。通常運転状態時は、被照射物５０に対する電子線５２の照射が連続的に行われており、また、被照射物５０に照射される電子線５２の量が放電電子や漏れ電子に比べて桁違いに大きいことから、これにより、Ｘ線測定部３２の寿命延長を図ることができる。

なお、この実施形態では、Ｘ線量Ｃ１の積算値Ｃを求め（ステップＳ５０）、この積算値Ｃを照射量の積算値Ｄに変換（ステップＳ６０）しているが、これに代えて、図４に示すように、Ｘ線量Ｃ１を照射量Ｄ１に変換し（ステップＳ５１）、この照射量Ｄ１の積算値Ｄを求める（ステップＳ６１）ようにしても良い。

また、この実施形態では、Ｘ線量Ｃ１に基づいて求めた照射量の積算値Ｄと所定の閾値Ｄ２との大小を判断（ステップＳ７０）しているが、これに代えて、図５に示すように、Ｘ線量Ｃ１の積算値Ｃと所定の閾値Ｃ２との大小を判断（ステップＳ７１）するようにしても良い。

ここで、所定の閾値Ｃ２およびＤ２は、それぞれ、被照射物５０の特性が変化しない照射量の値およびＸ線量の値であり、通常運転状態時に被照射物５０に照射される電子線５２の設定線量およびこの設定線量に対応するＸ線量よりも小さな値であることが好ましい。

また、Ｘ線測定部３２およびＸ線量計測部３８は、それぞれ別の装置として構成しても良く、一つの装置として構成しても良い。

また、この実施形態では、制御部４０ａがＸ線量の積算値Ｃまたはこの積算値に対応する照射線量に積算値Ｄを求めているが、これに限られず、Ｘ線量計測部３８がこれらの演算を行うようにしても良い。

また、この実施形態では、ステップＳ１００において加速電源２６をＯＦＦにし、更に、フィラメント電源２２および引出し電源２４の両方をＯＦＦにして待機状態から停止状態に移行しているが、少なくとも加速電源２６をＯＦＦにすれば、放電電子が発生せず、また、フィラメント６から熱電子が漏れ電子として引き出されることがない。従って、放電電子または漏れ電子が電子線として搬送装置３０上の被照射物に照射されることがないので、被照射物５０の特性変化を防止できる。

また、この実施形態において、「単位時間」とは、秒、分、時間のいずれであっても良い。更には、「所定の単位時間」とは、１秒、１分、１時間に限られず、２秒、１０秒、１０分、２時間等であっても良い。

また、この実施形態は非走査型の電子線照射装置を例に説明したが、これに限られず、走査型の電子線照射装置にも適用できる。

この発明に係る電子線照射装置の一実施形態を示す概略断面図である。 図１に示される電子線照射装置の電気的な構成を示すブロック図である。 この発明に係る電子線照射装置における処理の流れの一例を示すフローチャートである。 この発明に係る電子線照射装置における処理の流れの他の例を示すフローチャートである。 この発明に係る電子線照射装置における処理の流れの他の例を示すフローチャートである。 この種の電子線照射装置の従来例を示す概略断面図である。 図６に示される電子線照射装置の電気的な構成を示すブロック図である。

符号の説明

２ 電子線加速装置
６ フィラメント
８ 第１引出し電極
２６ 加速電源
３０ 搬送装置
３２ Ｘ線測定部
３８ Ｘ線量計測部
４０ａ 制御部
５０ 被照射物
５２ 電子線
５６ 電子線照射領域

Claims (4)

1. 電子源から引き出される電子を、加速電源から出力した加速電圧によって加速して電子線として電子線照射領域内に取り出して被照射物に照射する電子線加速装置と、
   前記被照射物を、前記電子線照射領域内で搬送する搬送装置と、
   前記被照射物に電子線が照射されることによって発生するＸ線を検出して、当該Ｘ線の強度を測定するＸ線測定部と、
   前記加速電源から加速電圧が出力され、かつ前記搬送装置が停止している待機状態時における前記測定したＸ線の強度を、所定の単位時間当たりのＸ線量に変換するＸ線量計測部と、
   前記所定の単位時間当たりのＸ線量の積算値を求め、当該積算値と所定の閾値とを比較して、前者が後者以上のときに、前記加速電源の出力を停止する制御部とを備えていることを特徴とする電子線照射装置。
2. 電子源から引き出される電子を、加速電源から出力した加速電圧によって加速して電子線として電子線照射領域内に取り出して被照射物に照射する電子線加速装置と、
   前記被照射物を、前記電子線照射領域内で搬送する搬送装置と、
   前記被照射物に電子線が照射されることによって発生するＸ線を検出して、当該Ｘ線の強度を測定するＸ線測定部と、
   前記加速電源から加速電圧が出力され、かつ前記搬送装置が停止している待機状態時における前記測定したＸ線の強度を、所定の単位時間当たりのＸ線量に変換するＸ線量計測部と、
   前記所定の単位時間当たりのＸ線量の積算値に対応する電子線の照射量の積算値を求め、当該電子線量の積算値と所定の閾値とを比較して、前者が後者以上のときに、前記加速電源の出力を停止する制御部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Ｘ線測定部は、Ｘ線透過部を有するＸ線遮蔽部材で覆われており、
   前記Ｘ線透過部は、電子線が照射された被照射物からＸ線が発生する方向を向いていて当該Ｘ線を透過させ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。
4. 前記Ｘ線測定部は、前記待機状態のときにのみ、Ｘ線の強度を測定可能な状態にされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子線照射装置。

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