JP2014533346A - 冷却フランジを具備する電子ビーム放射器、及び当該電子ビーム放射器を冷却するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハウジングの内部で電子を放射することができる陰極を囲んでいるハウジングと、放出された電子をハウジングから出すための窓であって、ハウジングが、高電圧コネクタ組立体と少なくとも部分的に係合されるように構成されている開口部を有しており、高電圧コネクタ組立体が、陰極を電源に接続するように構成されている、窓とを備えている電子ビーム放射器において、電子ビーム放射器が、開口部を囲んでいる冷却フランジ（５０）であって、高電圧コネクタ組立体を冷却するための冷却流体を受容するために、入口ポート（５６）と出口ポート（５８）との間に延在している内部チャネル（５４）を有している冷却フランジ（５０）を備えている電子ビーム放射器に関する。さらに、本発明は、電子ビーム放出器を冷却するための冷却方法に関する。

Description

本発明は、電子ビーム放射器に関する。より具体的には、本発明は、電子ビーム放射器の温度を低減するための冷却フランジを有している当該電子ビーム放射器に関する。さらに、本発明は、電子ビーム装置を冷却するための方法に関する。

電子ビーム放射器は、古くから知られており、他の手法より優れた多くの利点を有しているので、様々な用途に用いられている。

例えば液状の食料のパッケージングにおいては、電子ビームの照射が、殺菌を目的とした有望な代替手段として検討されている。従来、過酸化水素を含む湿式化学物質が殺菌をするための技術的基盤であった。しかしながら、パッケージ材料を十分に殺菌することによって、パッケージング装置内の湿式化学物質に対する悪影響を解消するために、電子ビーム放射器が利用される場合がある。

電子ビーム放射器を取り扱う場合には、様々な問題点を検討する必要があり、当該問題点として、電子ビーム放射器の過度な熱が挙げられる。一般に電動式陰極と出口窓とを含む電子ビーム放射器は、動作時に電子群又は電子ビームを放射するようになっている。電子が散乱し、電子ビーム放射器の内側で電子を発生させるフィラメントが高温状態になった結果として、電子ビーム放射器の本体の内部で散逸される熱が大きくなるので、本体内の温度も高くなる。

このような理由により、外部から冷却することによって安定性と出口窓の耐用寿命とを改善するために、出口窓が設けられている。

しかしながら、接続領域、すなわち、陰極が電源に接続されている位置における温度を低減させる必要性も存在する。このことは、過度な熱が本体から接続領域に伝達されることに起因する。この点において、接続領域の動作を最適化するために、温度は８０℃を越えてはならない。好ましくは５０°より低い温度を維持しなければならない。必要な冷却を実現するための、単純且つ低コストの冷却手段が必要とされる。

従って、接続領域を効果的に冷却することができる改善された電子ビーム放射器に対するニーズが存在する。さらに、複雑でなく対費用効果が高い解決手段によって接続領域を冷却するための電子ビーム放射器に対するニーズも存在する。

従って、本発明の目的は、上述の検討を考慮及び解決した電子ビーム放射装置を提供することである。

本発明の一の実施例では、電子ビーム放射器は、ハウジングの内部で電子を放射することができる陰極を囲んでいるハウジングと、放出された電子をハウジングから出すための窓とを備えている。ハウジングが、高電圧コネクタ組立体と少なくとも部分的に係合されるように構成されている開口部を有しており、高電圧コネクタ組立体が、陰極を電源に接続するように構成されている。電子ビーム放射器が、開口部を囲んでいる冷却フランジであって、高電圧コネクタ組立体を冷却するための冷却流体を受容するために、入口ポートと出口ポートとの間に延在している内部チャネルを有している冷却フランジを備えている。

冷却フランジの内部チャネルは円環状とされ、これにより、優位には冷却フランジは電子ビーム放射器の接続領域の冷却を改善することができる。

ハウジングの外面によって冷却フランジの内部チャネルが密封されるように、冷却フランジの断面が略Ｕ字状とされる。さらに、ハウジングの壁が冷却フランジの内部で冷却流体を直接接触しているので、効果的に冷却することができる。

冷却フランジが、冷却フランジとハウジングの外面との間に液密シールを形成するためのシールを備えている。さらに、冷却流体の漏出を防止することができる。

入口ポートと出口ポートとがそれぞれ、冷却フランジの反対側に配置されている。このことは、冷却流体を入口ポートと出口ポートとの間において両向きに均等に流すことができるので優位である。

開口部が円状の形態とされ、冷却フランジが環状の形態とされる。さらに、冷却フランジの内部チャネルには、鋭角なコーナーが存在しない。このことは、冷却流体の流れ中に望ましくない乱流が発生させないので優位である。

開口部（２０）が、ハウジング（１２）の軸線方向縁部に配置されているので、電源を電子ビーム放射器のハウジングに取り付け及び接続することが容易である。

電気的絶縁体が、ハウジングと陰極との間において開口部に配置されており、電気的絶縁体が、セラミック材料から作られている。

さらに、本発明は、液状の食料を含むカートン基材のパッケージを提供することができる充填装置であって、上述の電子ビーム放射器を備えている充填装置に関する。

さらに、本発明は、ハウジングの内部で電子を放出することができる陰極を囲んでいるハウジングと、放出された電子をハウジングから出すための窓とを備えている、電子ビーム放出器を冷却するための冷却方法に関する。ハウジングが、高電圧コネクタ組立体と少なくとも部分的に係合されるように構成されている開口部を有しており、高電圧コネクタ組立体が、陰極を電源に接続するように構成されている。当該冷却方法は、開口部を囲んでいる冷却フランジであって、入口ポートと出口ポートとの間において延在している内部チャネルを有している冷却フランジを準備するステップと、高電圧コネクタ組立体を冷却するために、冷却流体を入口ポートに供給するステップとを備えている。

さらに、本発明は、電子ビーム放射器によって充填装置内でカートンを基材とするパッケージ材料を殺菌するための殺菌方法であって、上述の冷却方法を備えている殺菌方法に関する。

本発明について、添付図面を参照しつつ以下に説明する。

一の実施例における電子ビーム放射器の斜視図である。 一の実施例における電子ビーム放射器の陰極の斜視図である。 一の実施例における電子ビーム放射器のコネクタ組立体とハウジングの一部分との分解断面図である。 組立状態における、図３に表わすコネクタ組立体とハウジングとの部分的な斜視図である。 一の実施例における冷却フランジの斜視図である。 一の実施例における電子ビーム放射器を含む充填装置の側面図である。但し、図面は縮尺に従っていない。

図１は、電子ビーム放射器１０を表わす。電子ビーム放射器１０は、第１の端部１４と第２の端部１６との間に延在しているハウジング１２を有している。ハウジング１２は、管状の形態をしていると共に、電子ビーム放射器１０の本体を形成しており、ハウジング１２の長手軸線に沿って延在している電子出口窓１８を備えている。

ハウジング１２の第１の端部１４は開口部２０を有しており、陰極２２（図２に表わす）は開口部２０に挿入され、陰極２２は電子出口窓１８と横方向において位置合わせされている。開口部２０は、高電圧コネクタ組立体と係合するように構成されている。高電圧コネクタ組立体の電気絶縁ディスク２４が、開口部２０内に挿入されており、ハウジング１２と周囲と高電圧コネクタ組立体のオス型コネクタ部品２６との間に位置決めされている。オス型コネクタ部品２６は、一方の端部において陰極２２に接続されており、他方の端部においてメス型コネクタ部品３８に接続されている。メス型コネクタ部品３８は、電源に接続されている。電気絶縁ディスク２４は、陰極２２を電気的に絶縁している。

図２は、陰極２２と高電圧コネクタ組立体の一部分とのさらなる詳細図である。電気的絶縁材料２４は、環状の形態とされ、オス型コネクタ部品２６を囲んでいる。陰極２２はハウジング１２の内部に延在しており、陰極２２の長さはハウジング１２の電子出口窓１８の長さに相当する。陰極２２は、例えばフィラメントや制御グリッド等のような、当該技術分野で公知の複数の構成部材を含んでいる。

図３及び図４は、電子ビーム放射器の高電圧コネクタ組立体３０を表わす。高電圧コネクタ組立体３０は、図１に表わす電子ビーム放射器１０の第１の端部１４に配設されており、第１の端部１４を形成する複数の構成部材を含んでいる。

オス型コネクタ部品２６は、環状の形態をした電気絶縁材料から成る電気絶縁ディスク２４によって囲まれており、円状フランジ３４によってハウジング１２の壁３２に取り付けられている。好ましくは、ステンレス鋼から作られたリング３６が、フランジ３４をハウジング１２の所定位置に保持するために設けられている。実際には、リング３６は、フランジ３４のための端部ストッパを形成するように、ハウジング１２内で溝６８と協働する。好ましくは、環状に形成された電気絶縁ディスク２４は、例えばＡｌ_２Ｏ_３を含むセラミック材料から作られている。ハウジング１２はステンレス鋼から作られているが、好ましくは、端部分７０は鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）と銅（Ｃｏ）とを含む合金から作られており、当該合金の熱係数はセラミック材料とステンレス鋼との間の値である。

メス型コネクタ部品３８は、オス型コネクタ部品２６に電気的に接続されるように構成されており、陰極２２の異なる部分に接続するための異なるコネクタ３９ａ，３９ｂ，３９ｃを含んでいる。メス型コネクタ部品３８は、ケーブル（図示しない）を介して電源（図示しない）に接続されている。例えば、第１のコネクタ３９ａはフィラメント（図示しない）に電圧を供給し、第２のコネクタ３９ｂは制御グリッド（図示しない）に電圧を供給し、第３のコネクタ３９ｃは陰極本体（図示しない）に電圧を供給する。しかしながら、異なるコネクタの構成は、陰極の適切な機能を提供するためにも利用される。

さらに、スペーサ４０は、メス型コネクタ部品３８とセラミック製の電気絶縁ディスク２４との間に配置されている。

冷却フランジ５０は、ハウジング１２の端部分７０の壁３２の外面に配設されており、好ましくは、セラミック製の電気絶縁ディスク２４と同様に、オス型コネクタ部品２６及びコネクタ３９ａ，３９ｂ，３９ｃのインターフェースと軸線方向において位置合わせされている。冷却フランジ５０は、円環状の形態とされ、２つのＯリング５２ａ，５２ｂを介して壁３２に密着されている。

冷却フランジ５０の断面は、矩形状断面を具備する内部チャネル５４が冷却フランジ５０の内壁とハウジング１２の端部分７０の壁３２との間に形成されるように、角張ったＵ字状とされる。さらに、冷却フランジ５０には、入口ポート５６及び出口ポート５８が形成されている。好ましくは、例えば水のような冷却流体が冷却フランジ５０の内部チャネル５４に流入し、冷却流体を冷却フランジ５０から流出させるための出口ポート５８に向かって両方向において流れるように、入口ポート５６及び出口ポート５８が冷却フランジ５０の両側に配置されている。好ましくは、例えば流体管路、ポンプ、及び熱交換器等を含む閉循環システムを介して、入口ポート５６及び出口ポート５８は接続されている。従って、閉循環システムは、電子ビーム放射器１０から離隔して配置されており、その結果として、電子ビーム放射器の用途及び実装に依存した既存の冷却システムの一部分を形成している。

冷却フランジ５０は、内部チャネル５４の外方において冷却フランジ５０を貫通して軸線方向に延在している複数の受容ボア６０を有している。受容ボア６０は、冷却フランジ５０を円状フランジ３４のネジ付ボアに固定するためのボルト６２又は他の固定具を受容するように構成されている。メス型コネクタ部品３８は、メス型コネクタ部品３８を円状フランジ３４のネジ付ボアに固定するためのボルト６６を備えている。メス型コネクタ部品３８のボルト６６は、円状フランジ３４の受容ボア６０のうち幾つかの受容ボア６０を通じて延在している。受容ボア６０にはネジが形成されていない。

図５は、冷却フランジ５０のさらなる詳細図である。ここで、冷却フランジ５０は、冷却フランジ５０が電子ビーム放射器の円筒状のハウジング１２に装着可能とされる円環状の形態をしている。冷却フランジ５０の形状は、冷却フランジ５０の内寸がハウジング１２の第１の端部１４の外寸に相当する限り、例えば矩形状のような他の形態であっても良い。冷却フランジ５０は、例えばステンレス鋼や腐食防止コーティングされたアルミニウムのような、様々な材料から作ることができる。さらに、２つの溝６４，６５は、図３に表わすＯリング５２ａ，５２ｂを受容することによって冷却流体の漏出を防止するために、内部チャネル５４に隣接して設けられている。

図６は、２つの対向配置された電子ビーム放射器１１０を利用する充填装置１００を表わす。電子ビーム放射器１１０は、図１〜図５を参照しつつ説明した電子ビーム放射器に基づいて構成されている。電子ビーム放射器１１０が、自動パッケージング装置内でパッケージ材料を殺菌するために利用される場合には、電子ビーム放射器１１０は、例えば図６に表わすように配置されている。図６は、マガジンリール１１６から巻き戻されたパッケージ材料ウエブ１１４が通路１１８を通じて供給される際に送り込まれる殺菌チャンバ１１２を表わす。感染した空気が通路１１８を通じて侵入しないように、殺菌チャンバ１１２内では、殺菌された空気が維持されており、さらには、僅かに大きな圧力が維持されている。この場合には、殺菌チャンバ１１２内に導入されたパッケージ材料ウエブ１１４が、電子ビーム放射器１１０を通過させられる。電子ビーム放射器１１０の出口窓１２０は、パッケージ材料ウエブ１１４の内面及び外面に向かって方向づけられている。略Ｓ字状のＸ線シールド１１１によって、電子ビーム放射器１１０は外部環境から遮蔽されている。パッケージ材料ウエブ１１４の内面及び外面が電子ビーム放射器１１０を通過する際に、強力なエネルギを有する電子から成る電子ビーム放射器１１０からの電子ビームがパッケージ材料ウエブ１１４の内面及び外面に作用し、パッケージ材料ウエブ１１４の内面及び外面が殺菌される。その後に、パッケージ材料ウエブ１１４はチューブ形成セクションに導入され、これにより、パッケージ材料ウエブ１１４が曲げローラ１２２を通過し、長手方向シール装置１２４によって、パッケージ材料ウエブ１１４の長手方向縁部同士が一体化され密封されるので、パッケージ材料ウエブ１１４はチューブに形成される。殺菌されたパッケージ材料から成るチューブ１２６は、供給導管１２８を介して、殺菌された内容物で充填される。その後に、チューブ１２６は、殺菌チャンバ１１２から排出され、チューブ１２６の長手方向に対する横方向において横方向シールを施すことを繰り返すことによって、シール装置１３０を介してパッケージング容器１３２それぞれに分割される。その後に、形成されたパッケージングユニット１３２は、シーリング領域における切り込み作業によってパッケージング容器それぞれに分割され、折り曲げ又は他の手法によって六面体状又は他の構造のパッケージに形成される場合がある。

特定の実施例について説明したが、特許請求の範囲で規定された技術的範囲から逸脱することなく、電子ビーム放射器について様々な変更を加えることができることに留意すべきである。

１０ 電子ビーム放射器
１２ ハウジング
１４ 第１の端部
１６ 第２の端部
１８ 電子出口窓
２０ 開口部
２２ 陰極
２４ 電気絶縁ディスク
２６ オス型コネクタ部品
３０ 高電圧コネクタ組立体
３２ （ハウジング１２の）壁
３４ 円状フランジ
３６ リング
３８ メス型コネクタ部品
３９ａ 第１のコネクタ
３９ｂ 第２のコネクタ
３９ｃ 第３のコネクタ
４０ スペーサ
５０ 冷却フランジ
５２ａ Ｏリング
５２ｂ Ｏリング
５４ 内部チャネル
５６ 入口ポート
５８ 出口ポート
６０ 受容ボア
６２ ボルト
６４
６６ ボルト
７０ （ハウジング１２の）端部分
１００ 充填装置
１１０ 電子ビーム放射器
１１１ Ｘ線シールド
１１２ 殺菌チャンバ
１１４ パッケージ材料ウエブ
１１６ マガジンリール
１１８ 通路
１２０ 出口窓
１２２ 曲げローラ
１２４ シール装置
１２６ チューブ
１２８ 供給導管
１３０ シール装置
１３２ パッケージング容器

Claims (13)

1. ハウジング（１２）の内部で電子を放射することができる陰極（２２）を囲んでいる前記ハウジング（１２）と、
   放出された電子を前記ハウジング（１２）から出すための窓（１８）であって、前記ハウジング（１２）が、高電圧コネクタ組立体（３０）と少なくとも部分的に係合されるように構成されている開口部（２０）を有しており、前記高電圧コネクタ組立体（３０）が、前記陰極（２２）を電源に接続するように構成されている、前記窓（１８）と、
   を備えている電子ビーム放射器（１０，１１０）において、
   前記電子ビーム放射器（１０，１１０）が、前記開口部（２０）を囲んでいる冷却フランジ（５０）であって、前記高電圧コネクタ組立体（３０）を冷却するための冷却流体を受容するために、入口ポート（５６）と出口ポート（５８）との間に延在している内部チャネル（５４）を有している前記冷却フランジ（５０）を備えていることを特徴とする電子ビーム放射器。
2. 前記冷却フランジ（５０）の前記内部チャネル（５４）が、円環状とされることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム放射器。
3. 前記冷却フランジ（５０）が、前記ハウジング（１２）の外面に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム放射器。
4. 前記冷却フランジ（５０）の断面が、前記ハウジング（１２）の外面によって前記冷却フランジ（５０）の前記内部チャネル（５４）が密封されるように略Ｕ字状とされることを特徴とする請求項２又は３に記載の電子ビーム放射器。
5. 前記冷却フランジ（５０）が、前記冷却フランジ（５０）と前記ハウジング（１２）の前記外面との間に液密シールを形成するためのシール（５２ａ，５２ｂ）を備えていることを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム放射器。
6. 前記入口ポート（５６）と前記出口ポート（５８）とがそれぞれ、前記冷却フランジ（５０）の反対側に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子ビーム放射器。
7. 前記開口部（２０）が、円状の形態とされ、
   前冷却フランジ（５０）が、環状の形態とされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子ビーム放射器。
8. 前記開口部（２０）が、前記ハウジング（１２）の軸線方向縁部に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子ビーム放射器。
9. 電気的絶縁体（２４）が、前記ハウジング（１２）と前記陰極（２２）との間において前記開口部（２０）に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電子ビーム放射器。
10. 前記電気的絶縁体（２４）が、セラミック材料から作られていることを特徴とする請求項９に記載の電子ビーム放射器。
11. 液状の食料を含むカートン基材のパッケージを提供することができる充填装置であって、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電子ビーム放射器（１０，１１０）を備えていることを特徴とする充填装置（１００）。
12. 電子ビーム放出器を冷却するための冷却方法であって、
    前記電子ビーム放射器が、ハウジング（１２）の内部で電子を放出することができる陰極（２２）を囲んでいる前記ハウジング（１２）と、放出された電子を前記ハウジング（１２）から出すための窓（１８）とを備えており、前記ハウジング（１２）が、高電圧コネクタ組立体（３０）と少なくとも部分的に係合されるように構成されている開口部（２０）を有しており、前記高電圧コネクタ組立体（３０）が、前記陰極（２２）を電源に接続するように構成されている、前記冷却方法において、
    前記開口部（２０）を囲んでいる冷却フランジ（５０）であって、入口ポート（５６）と出口ポート（５８）との間において延在している内部チャネル（５４）を有している前記冷却フランジ（５０）を準備するステップと、
    前記高電圧コネクタ組立体（３０）を冷却するために、冷却流体を前記入口ポート（５６）に供給するステップと、
    を備えていることを特徴とする冷却方法。
13. 電子ビーム放射器によって充填装置内でカートンを基材とするパッケージ材料を殺菌するための殺菌方法であって、請求項１２に記載の冷却方法を備えていることを特徴とする殺菌方法。

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