JP2008256584A - 電子線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子線をより高効率で窓箔部を介して照射対象物に照射可能とすること。
【解決手段】窓箔部１２を内径側に有する二重筒体２０内の内径側でかつ上記窓箔部周囲に陽極２２を配置すると共にこの陽極よりも外径側でかつ上記窓箔部を臨む位置に電界放射用炭素膜付きの環状の冷陰極２４を配置し、この冷陰極２４の周囲には該冷陰極２４と略同電位で該冷陰極２４からの電子線を遮蔽する電子線遮蔽部材２８を配置した構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、電界放射型の冷陰極から電界放射により電子線を発生すると共にその発生した電子線を窓箔部から外部に向けて照射する電子線照射装置に関するものである。

電子線は医療用、工業用、分析用、等数多くの分野で利用される。例えば半導体デバイスの微細なパターンの検査や計測など、パターン評価の目的に用いられる他、材料の評価から細胞の形態観察に至るまで、さまざまな用途に用いられている（特許文献１，２）。また電子線は金属や蛍光物質等のＸ線ターゲットに衝突することによって、Ｘ線が発生する（特許文献２，３）。

このような電子線を電子線照射窓箔から外部の照射対象物の殺菌、滅菌、改質、微細加工、等を行うようにした電子線照射装置は従来から多数提案されている（特許文献４等）。

この従来の電子線照射装置の中には、例えば冷陰極をヒータで高温に加熱して冷陰極内で熱電子を発生させると共に電子引出電極で冷陰極内から熱電子を引き出して電子線となし、その電子線を環状隙間を通過させた後、環状陽極で加速した電子線を電子透過窓を透過させるようにしたものが提案されている（特許文献５）。この提案に係る電子線照射装置では冷陰極が六硼化ランタン等の電子放出素子を有しており、その内部のヒータでの加熱で熱電子を放出するものである。

しかしながら、この特許文献５に係る電子線照射装置では、寿命が短いこと、予熱しないと電子放出タイミングが遅いこと、ヒータが必要なため構造が複雑高価かつ大型重量化すること、等の多くの課題を抱えたものとなっている。

また、図５で示すように陰極２を外径側、陽極３を内径側として互いに同心環状に配置し、陰極２を銅やステンレス鋼で構成すると共にこの陰極２の内周面全体にカーボンナノチューブ粉体のろうづけ層を形成し、陰極２内径側に配置した搬送管５にチタン等の金属箔からなる電子線透過窓６を設け、この搬送管５内を搬送される照射対象物に電子線を照射して殺菌等を実施可能としたものも提案されている（特許文献６）。

しかしながら、この特許文献６に係る電子線照射装置では、陰極２からの電子線照射方向を制限するためにその内周面にカーボンナノチューブをろう付けしているものの、この構成では、図５中の矢印Ｂ１で記載されているように多数のスリットを有する陽極３を介し、しかも陽極３から相当距離離れた位置の窓箔部６に電子線を高効率で照射させることはできない、と考えられる。
特開２００１−３３８６００ 特開２００３−１００２４３ 特表２００２−５１７８８２ 特開２００７−０１０４５０ 特開２００３−２７９６９８ 特開２００４−２３９８１９

本発明では、長寿命、速応性、簡素、小型軽量化が可能な一方で、冷陰極からの電子線を高効率で窓箔部に照射可能として、医療用、工業用、分析用、等数多くの分野でより効率的に利用することが可能な電子線照射装置を提供するものである。

本発明による電子線照射装置は、内外同心の筒体で内部に周方向環状の真空封止空間を有する構成とされた二重筒体を構成し、この内側筒体に陽極を周方向環状に設けると共にこの陽極の一部に電子線透過性がある窓箔部を形成する一方、上記二重筒体内には上記窓箔部を臨む位置に電界放射用の炭素膜付きの冷陰極を周方向環状に配置したことを特徴とするものである。

好ましくは冷陰極の周囲には該冷陰極と略同電位で該冷陰極からの電子線を遮蔽する電子線遮蔽部材を配置することである。

上記本発明では、内側筒体に窓箔部を設け、この窓箔部周囲に陽極を配置したので、冷陰極から放出された電子線を窓箔にのみ集中させて高効率で照射させることが可能となる。この場合、電子線遮蔽部材により冷陰極周囲を被覆すると、この冷陰極から放出された電子線を窓箔にのみ集中させてより高効率で照射させることが可能となる。

電子線遮蔽部材の形態は、例えば、冷陰極を軸方向前後に挟む環状板構造や、冷陰極の外径側を覆う円筒体構造等がある。

また、上記炭素膜には、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノファイバー、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスダイヤモンド、結晶性ダイヤモンド、グラファィト、フラーレン、針状炭素膜、炭素微粒子等、微細なｎｍオーダーの突起を有するものが好ましい。冷陰極は１つでもよいし複数でもよい。

陽極は円周方向環状に連続した形態でもよいし、円周方向環状ではあるが不連続であってもよい。

陽極の一部に開口部を設け、この開口部に金属箔を設けることにより上記窓箔部を構成してもよい。

窓箔は電子線を透過することができる箔材で構成されているものであり、その材料は特に限定しないが、シリコン、ベリリウム、チタン、ガラス、ダイヤ等を例示することができる。

本発明の電子線照射装置に用いる電源としては陽極と冷陰極との間に陽極側を冷陰極側より高電位として直流、交流、あるいはパルス電圧を印加することができる電源が好ましい。

なお、冷陰極と陽極との間に電子加速手段を配置してもよい。

また、冷陰極から陽極までの距離に応じて電子加速してもよい。

なお、冷陰極は中実でも中空でもよい。

本発明によれば、内外同心の筒体で内部空間が真空封止空間とされた二重筒体を構成し、この内側筒体に陽極を周方向環状に設けると共にこの陽極の一部に電子線透過性がある窓箔部を形成する一方、上記二重筒体内には上記窓箔部を臨む位置に電界放射用の炭素膜付きの冷陰極を周方向環状に配置したことから、冷陰極からの電子線を高効率で窓箔部に照射することが可能となる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電子線照射装置を説明する。図１は、同電子線照射装置の断面図、図２は図１の電子線照射装置の一部切欠斜視図、図３は動作説明に供する図、図４は図３の要部を拡大して示す図である。

図１、図２を参照して実施の形態の電子線照射装置１０は、電子線照射用の窓箔部１２を有する内側筒体１４と、この内側筒体１４と同心配置された外側筒体１６とで内部に周方向環状で軸方向円筒形の真空封止空間１８を有する構成とされた二重筒体２０を構成している。

内側筒体１４は、２分割した２つの円筒体１４ａ，１４ｂの間に円筒形の陽極２２を挟持した構成になっている。陽極２２には円周方向数箇所に窓箔部１２が形成されている。上記により陽極２２は二重筒体２０に対して周方向環状に配置される。

上記窓箔部１２は、陽極２２の一部を開口し、この開口部に電子線透過性がある箔材を設けて構成されている。この箔材としては、シリコン、ベリリウム、チタン、ガラス、ダイヤ等を例示することができる。

二重筒体２０内の周方向環状空間１８には窓箔部１２を臨む位置に冷陰極２４が周方向環状に配置されている。

冷陰極２４は導電性ワイヤ２４ａの表面に電子線放出層としての炭素膜２４ｂが被膜されて構成されている。

冷陰極２４の断面は円形に限らず、矩形、楕円形等でもよい。

また、炭素膜２４ｂの成膜は導電性ワイヤ２４ａの内径側だけでもよい。

冷陰極２４は、陽極２２との間の電界印加による電界放射により炭素膜２４ｂが備える微細突起先端への電界集中により電子線を発生すると共にその発生した電子線を窓箔部１２を介して内側筒体１４内周面で囲むダクト空間２６内に照射するようになっている。

炭素膜２４ｂにはカーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノファイバー、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスダイヤモンド、結晶性ダイヤモンド、グラファィト、フラーレン、針状炭素膜、炭素微粒子等、微細なｎｍオーダーの突起を有するものを例示することができる。

冷陰極２４の外径側周囲に当該冷陰極２４と略同電位とされて冷陰極２４から電界放出された電子線を遮蔽する電子線遮蔽部材２８が配置されている。電子線遮蔽部材２８は、一対の環状板部２８ａと、両環状板部２８ａを外径側で連結する円筒体部２８ｂとから構成されている。両環状板部２８ａの内径側端部は冷陰極２４よりも好ましくは内径側に延びており、冷陰極２４から放出された電子線を窓箔部１２以外に放出されないよう電子線を遮蔽することにより窓箔部１２に電子線が高効率で照射することができるようにしている。

陽極２２は接地されていると共に、冷陰極２４と電子線遮蔽部材２８は負電位が印加される。この負電位電源は直流電源でもよいし、パルス電源でもよい。パルス電源で電子線照射装置を駆動した場合は、窓箔部１２の電子線照射による発熱を抑制できる一方、直流電源で連続駆動する場合では、窓箔部１２に冷却機構を設けてもよい。

以上の構成を備えた実施の形態の電子線照射装置１０においては、冷陰極２４に負電位が印加されると、この冷陰極２４の炭素膜２４ｂ表面からは電界放射により電子が放出され、電子線３２が窓箔部１２からダクト空間２６内に照射される。そしてこの電子線照射装置１０を照射対象物搬送経路Ａ，Ｂ間に介装し、経路Ａ側から電子線照射装置１０内のダクト空間２６内に矢印で示す一方側から他方側にかけて照射対象物３０が搬入されてくると、この照射対象物３０に対して上記電子線３２が照射され、殺菌・滅菌、改質、微細加工等が処置が行われて、他方の経路Ｂへと搬出される。

この場合、冷陰極２４からは電子線遮蔽部材２８により電子線照射方向が規制される結果、破線３４で示す方向には電子線３２は照射されず、高効率で窓箔部１２に照射される。

陽極２２は図４で示すように内側筒体１４の一部を構成するごとく窓箔部１２の周囲に沿って配置してもよい。ただし、この場合、陽極２２はダクト空間２６に露出するので、陽極２２は接地すると共に、冷陰極２４を負の高電位を印加する構成とすることが好ましい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。

図１は本発明の実施の形態に係る電子線照射装置の断面図である。 図２は図１の電子線照射装置の一部を切欠いて示す斜視図である。 図３は図１の電子線照射装置の動作説明に供する、図１に対応する断面図である。 図４は図３の要部を拡大して示す断面図である。 図５は特許文献６に記載されている電子線照射装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 電子線照射装置
１２ 窓箔部
１４ 内側筒体
１６ 外側筒体
１８ 真空封止空間
２０ 二重筒体
２２ 陽極
２４ 冷陰極
２４ａ 導電性ワイヤ
２４ｂ 炭素膜
２６ ダクト空間
２８ 電子線遮蔽部材
３０ 照射対象物
３２ 電子線

Claims (3)

1. 内外同心の筒体で内部に周方向環状の真空封止空間を有する構成とされた二重筒体を構成し、この内側筒体に陽極を周方向環状に設けると共にこの陽極の一部に電子線透過性がある窓箔部を形成する一方、上記二重筒体内には上記窓箔部を臨む位置に電界放射用の炭素膜付きの冷陰極を周方向環状に配置した、ことを特徴とする電子線照射装置。
2. 上記冷陰極の周囲に該冷陰極と略同電位で該冷陰極からの電子線を遮蔽する電子線遮蔽部材を配置した、ことを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
3. 上記内側筒体の一部を陽極で構成した、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。

Images