JP2023172596A - 電子線照射装置および真空容器 - Google Patents

Abstract

【課題】高エネルギーの電子線を安定させることが可能な電子線照射装置を実現する。【解決手段】電子線照射装置（１）は、導体で形成された真空容器（２）と、電子線を発生させる電極部（３）と、真空容器の内部において電極部を支持する碍子（４）と、被照射物（７）に電子線が照射されることで被照射物から碍子へ向けて放射されるＸ線の、少なくとも一部を遮断するシールド（９）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電子線照射装置、および当該電子線照射装置に適用可能な真空容器に関する。

特許文献１には、電子線発生器と、当該電子線発生器を被覆する遮蔽構造体とから構成されているＸ線遮蔽構造が開示されている。当該Ｘ線遮蔽構造においては、電子線発生器が備える真空容器が遮蔽構造体の中に設置されている。

特開２００５－２３３７９３号公報

本発明の発明者らは、特許文献１に開示されている電子線発生器において電極部に印加する加速電圧を高めると、電子線が不安定になるという問題があることを見出した。

本発明の一態様は、電極部に印加する加速電圧を高めても電子線を安定させることが可能な電子線照射装置などを実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電子線照射装置は、電子線を被照射物に照射する電子線照射装置であって、導体で形成された真空容器と、前記電子線を発生させる電極部と、前記真空容器の内部において、前記真空容器から電気的に絶縁された状態で前記電極部を支持する碍子と、前記被照射物に前記電子線が照射されることで前記被照射物から前記碍子へ向けて放射されるＸ線の、少なくとも一部を遮断するシールドと、を備える。

また、本発明の一態様に係る真空容器は、電子線を発生させる電極部を、碍子により支持された状態で収容する真空容器であって、導体で形成された周壁と、前記電子線が照射される被照射物から前記碍子へ向けて放射されるＸ線の少なくとも一部を遮断するシールドと、を備える。

本発明の一態様に係る電子線照射装置などによれば、電極部に印加する加速電圧を高めても電子線を安定させることができる。

本発明の実施形態１に係る電子線照射装置の概略を示す図である。 図１に示す真空容器を、取出し口を平面視する方向から視た図である。 本発明の実施形態２に係る電子線照射装置の概略を示す図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。以下の説明において、数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」は、特筆しない限りは「Ａ以上かつＢ以下」を意味する。

〔電子線照射装置１の構成〕
図１は、本実施形態に係る電子線照射装置１の概略を示す図である。図１に示すように、電子線照射装置１は、真空容器２、電極部３、碍子４、遮蔽体５、および直流電源６を備える。視認性のため、図１においては、真空容器２および碍子４については断面とし、内部を示している。

電子線照射装置１は、電子線８ａを被照射物７に照射するものである。被照射物７は、例えば電子線８ａの連続照射によって生成または処理される物であることが好ましい。例えば、電子線照射装置１は、基材上の塗膜中の成分の架橋もしくは重合によるシート材の製造、または、物品の殺菌もしくは滅菌に好適に用いられる。

電極部３は、電子線８ａを発生させる箇所である。電極部３は、不図示の導線、および当該導線から枝分かれする複数のフィラメントを有する。所定の真空度（例えば１×１０^－４Ｐａ以下）に減圧されている雰囲気下で、導線に加速電圧が印加されることにより、熱励起された電子がフィラメントの表面から放出されて電子線８ａが発生する。

碍子４は、電極部３を支持する。碍子４は、絶縁性を有する。碍子４の材質は、碍子４に求められる絶縁性を発現可能な範囲から適宜選ばれる。碍子４の材質には、例えば金属酸化物が含まれる。本実施形態では、碍子４の材質は、酸化アルミニウム（アルミナ）である。碍子４の厚みは、例えばいずれの部位でも実質的に一定である。碍子４の周壁の厚みは、例えば１０ｍｍ～２０ｍｍである。

真空容器２は、略円筒形状の中空の容器である。真空容器２は、碍子４に支持された状態の電極部３を収容する容器である。碍子４は、真空容器２の内部において、真空容器２から電気的に絶縁された状態で電極部３を支持する。碍子４は、真空容器２に接続される第１端４ａと、電極部３を支持する第２端４ｂとを有する管状の部材である。碍子４の内径および外径は、第１端４ａから第２端４ｂに向けて漸次減少する。すなわち、碍子４は、いわゆるテーパ形状を有する。

真空容器２は、周壁２１を備える。周壁２１は、導体で形成されている。導体の例としてはステンレスが挙げられる。真空容器２は、減圧のための不図示の排気口を有する。当該排気口は、不図示の真空ポンプに接続されている。真空ポンプを動作させることにより、排気口を通じて真空容器２内を減圧することができる。

真空容器２は、電極部３において発生した電子線８ａを外部へ取り出すための取出し口２２を有する。取出し口２２は、周壁２１の一部に設けられた、金属箔により形成された部位である。金属箔の例として、チタンまたはアルミニウムの箔が挙げられる。電子線８ａは、取出し口２２を貫通して外部に照射される。被照射物７は、取出し口２２と対向する位置に配される。

被照射物７に電子線８ａを照射すると、被照射物７はＸ線８ｂを放出する。被照射物７がＸ線８ｂを放出する原理としては、以下の２つが挙げられる。１つ目は、電子線８ａが被照射物７に照射された場合、被照射物７を構成する原子が励起されて励起状態となり、その後に基底状態に戻るときにＸ線８ｂを放出するというものである。２つ目は、被照射物７を構成する原子に含まれている電子により電子線８ａを構成する電子が減速され、それにより電子線８ａを構成する電子が失うエネルギーがＸ線８ｂとして放出されるというものである。

真空容器２は、シールド９をさらに備える。シールド９は、被照射物７に電子線８ａが照射されることで被照射物７から碍子４へ向けて放射されるＸ線８ｂの、少なくとも一部を遮断する。シールド９の材質は、鉛である。ただし、シールド９の材質は、Ｘ線８ｂの少なくとも一部を遮断するものであればこれに限られない。シールド９の材質の別の例としてステンレスまたは鉄が挙げられる。真空容器２がシールド９を備えることについて、電子線照射装置１がシールド９を備えるとも表現できる。

シールド９は、主面を有する平板状の形状を有する。シールド９は、シールド９の主面が真空容器２の外側表面に沿うように設けられていることが好ましい。すなわち、シールド９は、略筒状である真空容器２の湾曲した外側表面に対応する湾曲形状を有している。シールド９の厚みは、シールド９の材質が鉛である場合には、５ｍｍ～４０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、シールド９の厚みは、シールド９の材質がステンレスまたは鉄である場合には、４０ｍｍ～３５０ｍｍの範囲であることが好ましい。これにより、Ｘ線８ｂを効果的に遮断しつつ真空容器２およびシールド９の省スペース化を図ることができる。

図２は、図１に示す真空容器２を、取出し口２２を平面視する方向から視た図である。具体的には、図２は、真空容器２を図１に示す矢印Ａの方向から見た図である。シールド９は、被照射物７から視て、碍子４の外形を覆うように設けられている。これにより、被照射物７から碍子４に向かって放射されるＸ線８ｂを遮断できる。

シールド９は、被照射物７から視て、碍子４の外形を覆うことが可能な限りにおいて、小さく製作されていることが好ましい。このため、図２に示すように、取出し口２２を平面視する方向から視て、シールド９は真空容器２の全体を覆っていない。これにより、取出し口２２を平面視する方向から視てシールド９が真空容器２の全体を覆う場合と比較して、シールド９の製造コストを低減できる。また、取出し口２２を平面視する方向から視てシールド９が真空容器２の全体を覆う場合と比較して、シールド９の質量が小さくなるため、シールド９が真空容器２の周壁２１の外側表面に設けられている状態を好適に維持することができる。

シールド９は、真空容器２の外側表面における、取出し口２１の近傍に設けられる。換言すれば、シールド９は、取出し口２１に隣接して設けられている。具体的には、シールド９と取出し口２１との間の距離が、２ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、シールド９および取出し口２１の間の隙間が小さくなる。したがって、当該隙間を通過して碍子４へ向けてＸ線８ｂが放射される可能性を低減できる。

また、シールド９が真空容器２の外側に存在することで、真空容器２の内部を清浄な状態とすることができる。さらに、真空容器２の内部における電界分布が均一になるため、真空容器２の構造を簡易なものとすることができる。

遮蔽体５は、真空容器２および被照射物７を収容し、被照射物７から外部へ放射されるＸ線８ｂを遮断する。真空容器２は、遮蔽体５の内部に設置されている。これにより、例えば碍子４の一部が破損するなどして真空容器２に交換の必要性が生じたときに、遮蔽体５を交換せずに真空容器２のみを交換することができる。

直流電源６は、電極部３に加速電圧を印加するものである。直流電源６は、遮蔽体５の外部に配置されている。直流電源６は、導体６ａを介して電極部３に接続されている。加速電圧を３００ｋＶよりも大きくする場合には、電子線照射装置１とは異なる構造の電子線照射装置が必要となる。このため、電子線照射装置１における加速電圧は３００ｋＶ以下とする。直流電源６は、電子線照射装置１の構成要素としては必須ではなく、電子線照射装置１のユーザが外部の電源装置を電極部３に接続してもよい。

〔電子線照射装置１の効果〕
本願発明者は、シールド９を有しない、従来の電子線照射装置において、高エネルギーの電子線を得るために加速電圧を増大させると電子線が不安定になるという問題があることを見出した。本願発明者は、鋭意検討を重ねた結果、被照射物から碍子へのＸ線が上記の問題の原因であるとの知見を得た。

被照射物と碍子との間には、真空容器の周壁が存在する。加速電圧が小さければ、被照射物から放出されるＸ線のエネルギーも小さいため、Ｘ線は真空容器の周壁により遮断されて碍子には入射しない。一方、加速電圧が大きければ、被照射物から放出されるＸ線のエネルギーが大きくなり、Ｘ線は真空容器の周壁を貫通して碍子に入射する。具体的には、加速電圧が１５０ｋＶよりも大きい場合には、被照射物から放出されるＸ線は周壁を貫通して碍子に入射する。

碍子を構成する原子にＸ線が入射すると、当該原子から２次電子が放出される。２次電子は電極部と真空容器との間の電場により加速されて再度碍子に入射し、さらに２次電子を発生させる。すなわち、いわゆる電子なだれと呼ばれる現象が碍子の表面で発生する。その結果、碍子の表面において沿面放電が生じ、上記の問題が生じていた。本願発明者は、被照射物から碍子へのＸ線を遮断するための、シールドを設ける必要最小限の部位を特定し、電子線照射装置１を完成するに至った。

上述したとおり、電子線照射装置１は、真空容器２と、電極部３と、碍子４と、シールド９と、を備える。電子線照射装置１においては、Ｘ線８ｂの少なくとも一部がシールド９により遮断される。このため、碍子４の表面における沿面放電を低減できる。電子線照射装置１によれば、電極部３に印加される加速電圧が１５０ｋＶを超える場合であっても、加速電圧、電子線８ａの電流、および真空容器２内の真空度を安定させることができる。したがって、高エネルギーの電子線８ａを安定させることができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図３は、実施形態２に係る電子線照射装置１Ａの概略を示す図である。電子線照射装置１Ａは、真空容器２の代わりに真空容器２Ａを備える。真空容器２Ａはシールド９を備えていない点で真空容器２と相違する。電子線照射装置１Ａは、真空容器２Ａとは別にシールド９を備えている。

電子線照射装置１Ａが備えるシールド９は、シールド９の主面が真空容器２Ａの周壁２１に沿うように設けられる必要はない。図３に示す例では、シールド９は、ビーム取出し口２２の近傍から、被照射物７に向かう方向に延出している。図３においては被照射物７がシールド９に接しているが、被照射物７とシールド９とが互いに接していなくてもよい。このようなシールド９も、被照射物７から碍子４へ向けて放射されるＸ線８ｂの、少なくとも一部を遮断することができる。

〔まとめ〕
本発明の一態様に係る電子線照射装置は、電子線を被照射物に照射する電子線照射装置であって、導体で形成された真空容器と、前記電子線を発生させる電極部と、前記真空容器の内部において、前記真空容器から電気的に絶縁された状態で前記電極部を支持する碍子と、前記被照射物に前記電子線が照射されることで前記被照射物から前記碍子へ向けて放射されるＸ線の、少なくとも一部を遮断するシールドと、を備える。

上記の構成によれば、碍子に放射されるＸ線の少なくとも一部がシールドにより遮断される。このため、碍子の表面における沿面放電を低減できる。したがって、電極部に印加される電圧、電子線の電流、および真空容器内の真空度を安定させることができる。換言すれば、高エネルギーの電子線を安定させることができる。

また、本発明の一態様に係る電子線照射装置は、上記の態様において、前記真空容器は、前記電子線を外部へ取り出すための取出し口を有し、前記シールドは、前記真空容器の外側表面における、前記取出し口の近傍に設けられる。

上記の構成によれば、シールドと取出し口との間の隙間が小さくなるため、当該隙間を通過して碍子へ向けて放射されるＸ線をより低減できる。このため、高エネルギーの電子線をより安定させることができる。

また、本発明の一態様に係る電子線照射装置は、上記の態様において、前記真空容器および前記被照射物を収容し、前記被照射物から放射されるＸ線を遮断する遮蔽体をさらに備え、前記真空容器は前記遮蔽体の内部に設置されている。

上記の構成によれば、真空容器に交換の必要性が生じた場合に、真空容器のみを交換することができる。

また、本発明の一態様に係る真空容器は、上記の態様において、電子線を発生させる電極部を、碍子により支持された状態で収容する真空容器であって、導体で形成された周壁と、前記電子線が照射される被照射物から前記碍子へ向けて放射されるＸ線の少なくとも一部を遮断するシールドと、を備える。

上記の構成によれば、上述した態様の電子線照射装置と同様の効果を奏する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１、１Ａ 電子線照射装置
２、２Ａ 真空容器
３ 電極部
４ 碍子
５ 遮蔽体
７ 被照射物
９ シールド
２１ 周壁
２２ 取出し口

Claims (4)

1. 電子線を被照射物に照射する電子線照射装置であって、
   導体で形成された真空容器と、
   前記電子線を発生させる電極部と、
   前記真空容器の内部において、前記真空容器から電気的に絶縁された状態で前記電極部を支持する碍子と、
   前記被照射物に前記電子線が照射されることで前記被照射物から前記碍子へ向けて放射されるＸ線の、少なくとも一部を遮断するシールドと、を備える電子線照射装置。
2. 前記真空容器は、前記電子線を外部へ取り出すための取出し口を有し、
   前記シールドは、前記真空容器の外側表面における、前記取出し口の近傍に設けられる請求項１に記載の電子線照射装置。
3. 前記真空容器および前記被照射物を収容し、前記被照射物から放射されるＸ線を遮断する遮蔽体をさらに備え、
   前記真空容器は前記遮蔽体の内部に設置されている請求項１または２に記載の電子線照射装置。
4. 電子線を発生させる電極部を、碍子により支持された状態で収容する真空容器であって、
   導体で形成された周壁と、
   前記電子線が照射される被照射物から前記碍子へ向けて放射されるＸ線の少なくとも一部を遮断するシールドと、を備える真空容器。

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