JP2010008387A - 電子線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線遮蔽に要する材料コストの低下を図ることができる電子線照射装置を提供する。
【解決手段】照射室２０は、電子線照射時に照射室２０内で二次的に発生したＸ線が外部へ漏出しないような構造になっている。Ｘ線遮蔽構造体２３は、被処理物の搬送を妨げることなくビームキャッチャー２２及び照射空間２１を取り囲むようにして照射室２０内に設置されている。これにより、電子線照射時に照射空間２１内で二次的に発生したＸ線は、Ｘ線遮蔽構造体２３で効果的に遮蔽され、このＸ線遮蔽構造体２３で遮蔽されなかったＸ線は、照射室２０で遮蔽されることになる。このため、照射室２０についてはその壁を薄く形成しても、Ｘ線が外部に漏出するのを回避することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子線を被処理物に照射して、被処理物に所望の処理を施す電子線照射装置に関するものである。

一般に、電子線照射装置では、線状のフィラメントから放出された熱電子を電子線として取り出し、この電子線を加速管内の真空空間で加速した後、照射窓部を介して照射室内に取り出し、照射室内を搬送される被処理物に照射することにより、所望の処理を行う。ここで、電子線照射時には照射室内でＸ線が二次的に発生する。このため、照射室には、その発生したＸ線が外部に漏出しないように、鉛遮蔽が施されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−２１１１９９号公報

ところで、照射室内には被処理物を搬送する搬送装置が設置されるが、この搬送装置として、多数の被処理物を高速で搬送することができる大掛かりな装置が用いられることがある。このような場合には、大きな体積を有する照射室が形成されることになる。しかし、照射室が大きな体積を有すると、その照射室の壁の表面積がとても大きくなるので、Ｘ線遮蔽に要する材料コストがかさんでしまうという問題がある。このため、電子線照射装置では、Ｘ線遮蔽に工夫を凝らして、大幅な材料コストの増加を防ぐことが望まれている。

本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、Ｘ線遮蔽に要する材料コストの低下を図ることができる電子線照射装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するための本発明は、電子線を発生する電子線発生部と、被処理物に電子線を照射する処理が行われる照射室と、電子線発生部内の真空雰囲気と照射室内の照射雰囲気とを仕切ると共に電子線を照射室内に取り出す照射窓部と、照射窓部から照射室内に取り出された電子線が被処理物に照射される照射空間に、被処理物を搬送する搬送手段と、を備える電子線照射装置であり、照射室が、電子線照射時に照射室内で二次的に発生したＸ線を遮蔽する構造になっており、且つ、電子線照射時に照射空間内で二次的に発生したＸ線を遮蔽するためのＸ線遮蔽構造体が、被処理物の搬送を妨げることなく照射空間を取り囲むようにして照射室内に設けられている。

本発明では、照射室内にＸ線遮蔽構造体を設けたことにより、Ｘ線遮蔽構造体と照射室とでＸ線遮蔽を行うことができる。Ｘ線は照射空間内で最も多く発生するが、この照射空間を取り囲むようにＸ線遮蔽構造体が設けられているので、照射空間内で発生したＸ線はＸ線遮蔽構造体で効果的に遮蔽されることとなる。このため、照射室についてはその壁を薄く形成しても、Ｘ線が外部に漏出するのを回避することができる。したがって、本発明の電子線照射装置では、照射室の壁を薄くすることができるので、Ｘ線遮蔽に要する材料コストの低下を図ることができる。

本発明の電子線照射装置では、Ｘ線遮蔽に要する材料コストの低下を図ることができる。ここで、照射室の体積が大きいほど、その材料コストはより大幅に低下することになる。

以下に、図面を参照して、本願に係る発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態である電子線照射装置の概略構成図、図２はその電子線照射装置の水平方向概略部分断面図、図３はその電子線照射装置の電子線発生部の概略回路図である。

本実施形態の電子線照射装置は、被処理物の表面における重合や架橋処理、被処理物の殺菌処理等、いろいろな用途に使用されるものである。また、被処理物としては、ペットボトルやゴムロール等の立体物、フィルムや紙等のシート状部材など、さまざまなものを用いることができる。以下では、被処理物として立体物を用いる場合を考える。

本実施形態の電子線照射装置は、図１及び図２に示すように、電子線発生部１０と、照射室２０と、照射窓部３０とを備えるものである。ここでは、かかる電子線照射装置として、岩崎電気株式会社製の電子線照射装置を使用している。

電子線発生部１０は、図２に示すように、電子線を発生するターミナル１１と、ターミナル１１で発生した電子線を真空空間（加速空間）で加速する加速管１２とを有するものである。ターミナル１１は、熱電子を放出する線状のフィラメント１１ａと、フィラメント１１ａを支持するガン構造体１１ｂと、フィラメント１１ａで発生した熱電子をコントロールするグリッド１１ｃとを含む。

加速管１２は円筒形状に形成されており、その中心軸が略鉛直方向を向くように設置されている。この加速管１２の中心軸に沿ってフィラメント１１ａが配置されている。この加速管１２には、電子線照射時に二次的に発生するＸ線が外部へ漏出しないように、鉛遮蔽が施されている。尚、加速管１２（電子線発生部１０）の内部は、電子が気体分子と衝突してエネルギーを失うことを防ぐため、及びフィラメント１１ａの酸化を防止するため、図示しないポンプ等により１０^−４〜１０^−５Ｐａの真空に保たれている。

照射室２０は、被処理物に電子線を照射する処理が行われる処理室である。この照射室２０内には、被処理物を搬送する搬送装置（不図示）が設置されている。本実施形態では、この搬送装置として、多数の被処理物を高速で搬送することができる大掛かりな装置を用いている。このため、図１に示すように、照射室２０はかなり大きな体積を有している。被処理物は、搬送装置により照射室２０内を所定の経路（図１における矢印で示した経路）に沿って搬送される。そして、図２に示すように、被処理物が照射窓部３０の近傍を通過する際に、その照射窓部３０から照射室２０内に取り出された電子線がその被処理物に照射される。以下では、照射室２０内において被処理物が通過する照射窓部３０の近傍領域を、照射空間２１と称することにする。すなわち、照射空間２１とは、電子線が被処理物に照射される空間のことである。

この照射室２０は、電子線照射時に照射室２０内で二次的に発生したＸ線が外部へ漏出しないような構造になっている。すなわち、照射室２０それ自体がＸ線遮蔽構造体となっている。具体的に、照射室２０は、鉛をステンレスで挟んだ材料で形成されている。このため、照射室２０の外面及び内面においては、鉛がむき出しになっていない。これは、被処理物として、飲料水用ペットボトルや食品包装材等、食品に関連するものが用いられる場合があるので、鉛がむき出しになった装置で処理を行うのは好ましくないからである。

また、照射室２０内は、処理内容に応じて不活性ガスや大気等の雰囲気とされる。例えば、被処理物の表面に塗布された放射線硬化性樹脂の硬化処理を行う場合には、照射室２０内の雰囲気を窒素等の不活性ガスで置換する。これは、照射室２０内に酸素が存在すると、電子線を照射することで生成されたラジカルが酸素と反応してしまい、樹脂の硬化（重合）反応が阻害されてしまうからである。一方、殺菌・滅菌処理を行う場合には、照射室２０内の照射雰囲気を大気（酸素のある雰囲気）にしておき、電子線によって被処理物を殺菌すると共に、電子線により酸素から生成されたオゾンの殺菌効果をも利用することがある。

照射窓部３０は、図２に示すように、金属箔からなる窓箔３１と、窓枠部３２と、クランプ板３３とを有する。窓枠部３２は、窓箔３１を冷却すると共に窓箔３１を支持するものである。クランプ板３３は、照射室２０の側から窓箔３１を押さえるものである。窓箔３１は、電子線発生部１０内の真空雰囲気と照射室２０内の照射雰囲気とを仕切ると共に、窓箔３１を介して電子線発生部１０から照射室２０へ電子線を取り出すためのものである。窓箔３１に使用する金属としては、電子線発生部１０内の真空雰囲気を十分維持できる機械的強度があって、電子線が透過しやすいように比重が小さくて肉厚が薄く、しかも耐熱性に優れたものが望ましい。この窓箔３１に使用される金属の例としては、チタン（Ｔｉ）がある。通常は、機械的な取扱いやすさからアルミ箔、チタン箔などの金属箔が最もよく使用されている。

また、電子線照射装置には、図３に示すように、フィラメント１１ａを加熱して熱電子を発生させるための加熱用電源５１と、フィラメント１１ａとグリッド１１ｃとの間に電圧を印加する制御用直流電源５２と、グリッド１１ｃと窓箔３１との間に電圧（加速電圧）を印加する加速用直流電源５３とが備えられている。

加熱用電源５１によりフィラメント１１ａに電流を通じて加熱するとフィラメント１１ａは熱電子を放出し、この熱電子は、フィラメント１１ａとグリッド１１ｃとの間に印加された制御用直流電源５２の制御電圧により四方八方に引き寄せられる。このうち、グリッド１１ｃを通過したものだけが電子線として有効に取り出される。そして、このグリッド１１ｃから取り出された電子線は、グリッド１１ｃと窓箔３１との間に印加された加速用直流電源５３の加速電圧により加速管１２内の加速空間で加速された後、窓箔３１を突き抜け、照射室２０内の照射空間２１を搬送される被処理物に照射される。尚、グリッド１１ｃから取り出された電子線の流れによる電流値はビーム電流と称される。したがって、ビーム電流が大きいほど、電子線の量が多くなる。

電子線照射装置では、加速電圧、ビーム電流、被処理物の搬送速度等を所定の値に設定して、被処理物に電子線を照射する処理が行われる。電子線に与えられるエネルギーは加速電圧によって決まる。すなわち、加速電圧を高く設定する程、電子線の得る運動エネルギーが大きくなり、その結果、電子線は被処理物の表面から深い位置まで到達することができるようになる。このため、加速電圧の設定値を変えることにより、被処理物に対する電子線の浸透深さを調整することができる。また、被処理物に電子線が照射されるときに被処理物が受けるエネルギーの量は吸収線量という値で表される。適切な吸収線量を被処理物に与えるためには、ビーム電流を制御することになる。通常は、加熱用電源５１と加速用直流電源５３とを所定の値に設定し、制御用直流電源５２を可変にすることにより、ビーム電流の調整を行っている。被処理物が受ける吸収線量は、ビーム電流に比例し、被処理物の搬送速度に反比例する。このため、ビーム電流や被処理物の搬送速度を変えることにより、電子線の吸収線量を調整することができる。

本実施形態では、照射室２０内に、ビームキャッチャー２２とＸ線遮蔽構造体２３とを設けている。図４は本実施形態の電子線照射装置におけるビームキャッチャー２２及びＸ線遮蔽構造体２３の鉛直方向概略断面図、図５はそのビームキャッチャー２２の概略斜視図、図６はそのＸ線遮蔽構造体２３の概略斜視図である。

まず、ビームキャッチャー２２について説明する。ビームキャッチャー２２は、図４に示すように、被処理物を介して照射窓部３０と対向する位置に設置されている。すなわち、被処理物は、照射窓部３０とビームキャッチャー２２とで囲まれた照射空間２１内を搬送される。このビームキャッチャー２２は、被処理物に照射されずに照射空間２１を通過してきた電子線を捕捉するものである。ビームキャッチャー２２は、例えば、ステンレスやアルミニウム等で形成されている。

ビームキャッチャー２２は立体的な形状に形成されている。具体的に、このビームキャッチャー２２は、図４及び図５に示すように、横から見たときの形状が略コの字状となるように形成されている。すなわち、ビームキャッチャー２２は、平板状の本体部２２ａと、上側壁部２２ｂと、下側壁部２２ｃとを有する。ここで、本体部２２ａの形状は略四角形状である。上側壁部２２ｂは本体部２２ａの上端部において本体部２２ａに垂直に取り付けられ、下側壁部２２ｃは本体部２２ａの下端部において本体部２２ａに垂直に取り付けられている。上側壁部２２ｂ及び下側壁部２２ｃの形状も略四角形状である。ビームキャッチャー２２は、本体部２２ａが電子線の照射方向に略垂直になるようにして照射空間２１内に設置される。このとき、上側壁部２２ｂ及び下側壁部２２ｃは、電子線の照射方向と被処理物の搬送方向とに略直交する方向に沿って照射空間２１をその両側から挟むことになる。

また、このビームキャッチャー２２は水冷式の冷却部となっている。すなわち、ビームキャッチャー２２の内部には冷却水が流通している。電子線は高い運動エネルギーを持っており、この電子線がビームキャッチャー２２に捕捉されると、その電子線の運動エネルギーが熱エネルギーに変換して、ビームキャッチャー２２の温度が上昇する。このため、冷却部としてのビームキャッチャー２２が、自分自身を冷却することにしている。しかも、電子線照射時には、電子線が照射空間２１内の気体分子や被処理物に衝突することにより、照射空間２１内の雰囲気の温度及び被処理物の温度が上昇するという現象が起こる。ビームキャッチャー２２は、自分自身を冷却する役割だけでなく、照射空間２１内の照射雰囲気及び被処理物を冷却する役割をも果たす。

かかるビームキャッチャー２２は、例えばステンレス製の角パイプを繋ぎ合わせることにより製作される。このとき、それらの角パイプによりビームキャッチャー２２内には通路が形成される。この通路が冷却水用の流路となる。ここで、この通路は、本体部２２ａの内部だけでなく上側壁部２２ｂ及び下側壁部２２ｃの内部をもくまなく通過するように形成されている。すなわち、ビームキャッチャー２２の表面が冷却可能な面となっている。

本実施形態では、ビームキャッチャー２２が本体部２２ａと上側壁部２２ｂと下側壁部２２ｃとを有し、立体的な形状に形成されている。これにより、このビームキャッチャー２２は、従来のビームキャッチャー（平面的な形状のもの）よりも広い表面積を有すると共に、照射空間２１を上側、下側及び後ろ側の合計三方向の側から取り囲むことができる。このため、ビームキャッチャー２２と照射空間２１との接触面積を増やすことができるので、ビームキャッチャー２２の冷却効果を高めることができ、したがって、電子線照射時における照射雰囲気の温度上昇及び被処理物の温度上昇を効果的に抑制することができる。

次に、Ｘ線遮蔽構造体２３について説明する。Ｘ線遮蔽構造体２３は、図４に示すように、被処理物の搬送を妨げることなくビームキャッチャー２２及び照射空間２１を取り囲むようにして照射室２０内に設置されている。このＸ線遮蔽構造体２３は、電子線照射時に照射空間２１内で二次的に発生したＸ線を遮蔽するためのものである。ここで、Ｘ線遮蔽構造体２３も、照射室２０と同様に、鉛をステンレスで挟んだ材料で形成されている。この理由は、上述したように、被処理物として、飲料水用ペットボトルや食品包装材等、食品に関連するものが用いられる場合があるので、鉛がむき出しになった装置で処理を行うのは好ましくないからである。

具体的に、Ｘ線遮蔽構造体２３は、図４及び図６に示すように、平板状の本体部２３ａと、上側壁部２３ｂと、下側壁部２３ｃと、左側壁部２３ｄと、右側壁部２３ｅとを有する。本体部２３ａは電子線の照射方向に略垂直となるようにして、ビームキャッチャー２２の背面側に配置されている。ここで、この本体部２３ａの形状は略四角形状である。上側壁部２３ｂは本体部２３ａの上端部において本体部２３ａに垂直に取り付けられ、下側壁部２３ｃは本体部２３ａの下端部において本体部２３ａに垂直に取り付けられている。すなわち、上側壁部２３ｂ及び下側壁部２３ｃは、電子線の照射方向と被処理物の搬送方向とに略直交する方向に沿ってビームキャッチャー２２をその両側から挟み込んでいる。これら上側壁部２３ｂ及び下側壁部２３ｃの形状は略四角形状である。そして、左側壁部２３ｄは本体部２３ａの左端部において本体部２３ａに垂直に取り付けられ、右側壁部２３ｅは本体部２３ａの右端部において本体部２３ａに垂直に取り付けられている。すなわち、左側壁部２３ｄ及び右側壁部２３ｅは、被処理物の搬送方向に沿って照射空間２１をその両側から挟み込んでいる。但し、左側壁部２３ｄ及び右側壁部２３ｅはそれぞれ、被処理物の搬送を妨げないように、四角形からその一部が切り欠かれた形状を有している。このように、Ｘ線遮蔽構造体２３は密閉した空間を形成しているわけではないので、このＸ線遮蔽構造体２３ではＸ線を完全に遮蔽することはできないが、その大部分を効果的に遮蔽することができる。

尚、Ｘ線遮蔽構造体２３の本体部２３ａとビームキャッチャー２２の本体部２２ａとの間には一定の空間が設けている。これは、Ｘ線をこの空間の中に閉じ込めることにより、遮蔽効果を高めるためである。また、ビームキャッチャー２２の水冷配管の引き回しのためのスペースを確保するためでもある。

照射室２０の中でＸ線が一番多く発生するところは、照射空間２１である。実際、電子線がビームキャッチャー２２、照射空間２１内の気体分子、被処理物等に衝突すると、Ｘ線が発生する。本実施形態では、照射室２０内にＸ線遮蔽構造体２３を設けたことにより、Ｘ線遮蔽構造体２３と照射室２０とでＸ線遮蔽を行うことができる。すなわち、Ｘ線遮蔽構造体２３が照射空間２１を取り囲むように設けられているので、電子線がビームキャッチャー２２等に衝突することにより照射空間２１内で発生したＸ線は、このＸ線遮蔽構造体２３で効果的に遮蔽されることとなる。そして、このＸ線遮蔽構造体２３で遮蔽されなかったＸ線は、照射室２０で遮蔽されることになる。

このように、本実施形態の電子線照射装置では、照射空間内で発生したＸ線をＸ線遮蔽構造体で効果的に遮蔽することができるので、照射室についてはその壁を薄く形成しても、Ｘ線が外部に漏出するのを回避することができる。このため、照射室の壁を薄くすることにより、Ｘ線遮蔽に要する材料コストの低下を図ることができる。また、本実施形態では、Ｘ線をＸ線遮蔽構造体で効果的に遮蔽することができるので、照射室の設計上の自由度が高く、その設計がしやすくなるという利点がある。更に、本実施形態では、照射室内に、搬送装置等、電子線を照射する必要のない機器が多数置かれることとなるが、Ｘ線をＸ線遮蔽構造体で効果的に遮蔽することができるので、これらの機器にＸ線があまり当たらないようにすることができる。

ところで、照射室には、図１に示すように、被処理物を外部から照射室内に入れるための入口部２５及び被処理物を照射室内から外部に出すための出口部２６が設けられている。このように、照射室が入口部２５及び出口部２６を有するにもかかわらず、本実施形態の電子線照射装置では、照射室の壁はＸ線漏洩防止の役割を十分に果たしている。これが可能であるのは、照射空間の近傍にＸ線遮蔽構造体を配置して、二重のＸ線遮蔽が施されているからである。

尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。

例えば、上記の実施形態では、Ｘ線遮蔽構造体の左側壁部及び右側壁部がそれぞれ、四角形からその一部が切り欠かれた形状を有している場合について説明したが、左側壁部及び右側壁部はそれぞれ四角形状に形成してもよい。すなわち、Ｘ線遮蔽構造体は、一方の面が開放された箱型であってもよい。

また、上記の実施形態では、照射室が大きな体積を有している場合について説明したが、本発明は、照射室の大小に関係なく、どんな大きさの照射室を備える電子線照射装置に対しても適用することができる。この場合も、上記の実施形態と同様に、Ｘ線遮蔽に要する材料コストの低下を図ることができる。但し、照射室の体積が大きいほど、その材料コストはより大幅に低下することになる。

以上説明したように、本発明の電子線照射装置によれば、照射室内にＸ線遮蔽構造体を設けたことにより、Ｘ線遮蔽構造体と照射室とでＸ線遮蔽を行うことができる。Ｘ線は照射空間内で最も多く発生するが、この照射空間を取り囲むようにＸ線遮蔽構造体が設けられているので、照射空間内で発生したＸ線はＸ線遮蔽構造体で効果的に遮蔽されることとなる。このため、照射室についてはその壁を薄く形成することができるので、Ｘ線遮蔽に要する材料コストの低下を図ることができる。したがって、本発明は、電子線を被処理物に照射して、被処理物に所望の処理を施す電子線照射装置に適用することができる。

本発明の一実施形態である電子線照射装置の概略構成図である。 その電子線照射装置の水平方向概略部分断面図である。 その電子線照射装置の電子線発生部の概略回路図である。 本実施形態の電子線照射装置におけるビームキャッチャー及びＸ線遮蔽構造体の鉛直方向概略断面図である。 そのビームキャッチャーの概略斜視図である。 そのＸ線遮蔽構造体の概略斜視図である。

符号の説明

１０ 電子線発生部
１１ ターミナル
１１ａ フィラメント
１１ｂ ガン構造体
１１ｃ グリッド
１２ 加速管
２０ 照射室
２１ 照射空間
２２ ビームキャッチャー
２２ａ 本体部
２２ｂ 上側壁部
２２ｃ 下側壁部
２３ Ｘ線遮蔽構造体
２３ａ 本体部
２３ｂ 上側壁部
２３ｃ 下側壁部
２３ｄ 左側壁部
２３ｅ 右側壁部
２５ 入口部
２６ 出口部
３０ 照射窓部
３１ 窓箔
３２ 窓枠部
３３ クランプ板
５１ 加熱用電源
５２ 制御用直流電源
５３ 加速用直流電源

Claims (1)

1. 電子線を発生する電子線発生部と、
   被処理物に前記電子線を照射する処理が行われる照射室と、
   前記電子線発生部内の真空雰囲気と前記照射室内の照射雰囲気とを仕切ると共に前記電子線を前記照射室内に取り出す照射窓部と、
   前記照射窓部から前記照射室内に取り出された前記電子線が前記被処理物に照射される照射空間に、前記被処理物を搬送する搬送手段と、
   を備える電子線照射装置において、
   前記照射室は、電子線照射時に前記照射室内で二次的に発生したＸ線を遮蔽する構造になっており、且つ、電子線照射時に前記照射空間内で二次的に発生したＸ線を遮蔽するためのＸ線遮蔽構造体が、前記被処理物の搬送を妨げることなく前記照射空間を取り囲むようにして前記照射室内に設けられていることを特徴とする電子線照射装置。

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