JP3922067B2 - 電子線照射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電子線照射装置の照射窓の構造に関する。電子線照射装置は真空中で熱電子を発生させ加速して照射窓を経て大気中へ取り出し、搬送されてきた被処理物に電子線を照射し高分子架橋、殺菌、塗膜硬化などの処理をするようにした装置である。熱電子を発生するためにフィラメントがある。これはカソードになっており接地電位との間に高電圧をかける高圧電源がある。高圧電源によって電子が加速されて電子線となる。被処理物や処理の目的、用途によって加速電圧やビーム電流が異なる。
【０００２】
加速電圧が５ＭｅＶ〜５００ｋｅＶの高い電圧の場合は加速管が長くて電子が多段の加速電極を通過して加速されるようになっている。その場合は電子ビームを細く絞りそれを左右前後に走査するようにしている。そのような高圧を掛ける電子線照射装置は大型であって三角形の走査管をもつので走査型と呼ばれる。電子ビームの走査は電磁コイルに交流電圧を印加して磁界を周期的に変動させることによってビームを振ることによってなされる。走査管の最下点の広い開口部が照射窓である。照射窓には枠があって枠に窓箔が張ってありフランジで押さえるようになっている。窓箔の上は真空であり下は大気圧である。窓箔には大気圧が掛かるし電子線が通過してゆきジュール熱が発生するからそのままでは窓箔は過熱され破れる。それで枠や桟に冷却水を通し或いは下から風を吹き付けて窓箔を冷却するようになっている。
【０００３】
加速電圧が１００ｋｅＶ〜５００ｋｅＶの低い電圧の場合は加速管は短くて良い。しかも一段加速で充分である。その場合は走査をしない。それは非走査型またはエリア型とよぶ。初めから広いビームをフィラメントから発生させて広がったまま照射窓まで加速して照射窓から大気中へと取り出す。ビーム走査をしないので構造は簡単になる。初めから広がった電子ビームを発生する必要があるのでカソードフィラメントに工夫がある。多数本の平行フィラメントに同時に通電し広い範囲から電子ビームが直下へ向けて出るようになっている。電子線はフィラメントから出て直進するので、フィラメント電流が均一であれば電子ビームの空間密度分布が一様になる。非走査型の場合は高い走査管が不要なので背の低い小型の装置とすることができる。
【０００４】
照射窓の構造はいずれの型でも同様であり開口部の枠に窓箔を貼付けフランジで抑えたものである。窓箔はＴｉやＡｌの強靭な金属膜である。接地電位にしなければならないから金属箔であるのは当然である。厚みは１２．５μｍとか１７．５μｍとか５０μｍ以下の薄いものである。内部の真空を保持しなければならないから、窓箔と枠やフランジの間にはシール部材（Ｏリング）を挟む。照射窓の枠にＯリング、窓箔、窓箔抑えフランジを重ねておきボルトをフランジから差し込んで枠の雌螺穴にねじ込む。枠、フランジに多数のボルトが規則正しく並ぶ。これを均等な力で締め付けて窓箔を枠へ密着させる。
【０００５】
照射窓の下には筐体がありその内部を搬送装置（例えば無端周回コンベヤ）が動いており、被処理物を入口から照射窓の直下を通って出口まで自動搬送するようになっている。電子ビームの方向をｚ方向とし、それに直交する平面をｘｙ平面とする。搬送装置はｙ方向に幅をもつコンベヤなどでありｘ方向に被処理物を運ぶようにする。つまり搬送路の方向はｘ方向である。照射窓はｘｙ平面に平行である。それを電子ビームがｚ方向に横切ってゆき搬送装置上の被処理物に当たる。
【０００６】
搬送装置は厚い金属壁（あるいはコンクリート壁）をもつ筐体の内部にある。入口と出口以外は厚く金属壁によって包囲されている。筐体の内部は大気圧であるが、電子線がコンベヤや被処理物に当たるとＸ線を発生する。Ｘ線は有害であるから金属壁をもつ筐体で厚く囲むのである。Ｘ線は金属等に当たると二次Ｘ線を発生し散乱される。単に照射窓直下でできた一次Ｘ線を防げば良いというものでない。二次Ｘ線も大量に発生しそれを防ぐ必要がある。だからコンベヤの軌跡は上下に複雑に折曲げてＸ線が入口や出口から外部へ出ないようになっている。
【０００７】
また空気雰囲気だとＸ線が酸素をオゾンにする。オゾンは有害ガスであり外部へ漏洩してはならない。また被処理物に匂いが付いたりして好ましくない場合もある。その場合はオゾンが発生しないように雰囲気ガスを窒素ガスあるいはＡｒガスとする。下流側から上流側へと窒素ガスやＡｒガス等雰囲気ガスを搬送方向と逆方向に流すようにする。つまり下流側にガス供給口を上流側にガス排出口を設ける。
【０００８】
【従来の技術】
電子線照射装置の照射窓はウインドウとも呼ばれる。これはｘｙ平面にある枠、窓箔、フランジなどを含む機構であり、大気圧を真空を仕切る部分である。枠を含めた横幅ｗ（ｙ方向）は被処理物の幅によって適当なものを選ぶべきであり様々のものがある。小さいもので横幅ｗは６００ｍｍ程度で良く使われる装置では１２００ｍｍ〜１５００ｍｍが多い。大型のものは２０００ｍｍのものもある。走査型でもエリア型でも同様に小型のもの、大型のものがある。被処理物が大きければ大きい照射窓をもつ電子線照射装置が必要になる。
【０００９】
照射窓の長さｕは搬送方向の寸法であるがこれは幅ｗよりも小さい。３０ｍｍのような狭いものもあるし７０ｍｍ〜８０ｍｍのものもある。だから幅ｗの方が長さｕよりも長いような矩形上の窓となる。短いほうの辺を長さと呼ぶのはすこしおかしいが、搬送方向を窓の長さｕということにし、それと直交する方向を幅とよぶ。それは被処理物の幅に対応しそれにふさわしいからである。しかし長さと幅は混用、混同されることもある。この明細書ではそのような定義を採用する。
【００１０】
長さｕは搬送速度ｖと相補的な関係がある。搬送速度ｖが小さいと被処理物単位面積当たり電子線照射量を増やせる。照射窓長さｕを増やしても被処理物単位面積当たり電子線照射量を増やすことができる。だから搬送速度ｖを減らせば長さｕが小さくても充分な電子ビームを照射できる。
【００１１】
枠やフランジのマージンが少しあるが、開口部の面積は大体ｗｕということになる。窓箔の面積も大体そのようなものでありこれに１気圧の差圧が掛かる。広い窓箔の場合はそれは大きな張力を発生する。窓箔には強い張力の他に電子線が通ることによる加熱もある。電子線は窓箔の原子によって散乱され一部だけ透過するが、残りの電子は窓箔に留まり運動を喪失しそのエネルギーが熱になる。熱をそのままにすると窓箔は溶融しすぐに破損する。それで前述のように水冷、風冷するのである。
【００１２】
窓箔に掛かる張力は冷却しても変わらない。それは面積が大きい程に大きくなる。真空側には多数の平行桟を設けて窓箔を支持し張力を緩和するようにしている。桟にも冷却水を通して窓箔を冷却するようにしている。
【００１３】
極めて大きい被処理物を効率よく処理するにはウインドウが広い電子線照射装置を用いるべきである。それでチャンバが大きくフィラメントも多数あり電子ビーム電流が大きく照射窓が大きく搬送機構も広い電子線照射装置が要望されることがある。幅ｗは被処理物のサイズより大きい必要があり、それが２０００ｍｍというものがある。販売数量は１機とかせいぜい２機といった程度である。その場合送り方向の寸法つまり長さｕは５０ｍｍ〜７０ｍｍというのでは送り速度ｖを速くできない。そこで実効長さが１００ｍｍ〜１５０ｍｍというものが要求される。そうなると照射窓の実効的な面積が１８００ｍｍ×１５０ｍｍというような大面積になる。そのような広い窓箔にかかる圧力は巨大である。それでそのような圧力には耐えない。
【００１４】
そこで窓を前後２つに分割して二つ窓のものが作られる。２ウインドウ型とよぶ。長さ方向に二つのウインドウを設けると、中間に支持部ができるので窓箔にかかる圧力は半分以下になる。中間の支持部の分だけ電子線が遮られて損失となるが窓箔を防護するためやむを得ないことである。それはまだまだ数は少なくて、１機〜２機といった程度であるが、被処理物が巨大化すれば２ウインド型の要求も増えてくるであろう。
【００１５】
図１はそのようなエリア型で２ウインドウタイプの電子線照射装置の照射窓の部分の分解縦断面図である。図２は照射窓の部分の平面図である。円筒形の真空チャンバ１の直下に矩形の照射窓２がある。照射窓２の下に１枚のＴｉ箔からなる窓箔３があり、それを下から窓箔抑えフランジ４で抑えるようになっている。真空チャンバ１の内部には多数の平行のフィラメント５があって広い面積に渡って熱電子を発生するようになっている。フィラメント５は陰極で照射窓は接地電位であり窓箔も接地電位になっている。その間で電子が加速され広い均一の電子ビームとなる。電子ビームは照射窓の窓箔３を通って外部へ出る。窓箔３の直下には搬送機構がありその上に被処理物がのって運ばれる。ここでは外部の被処理物や搬送機構などの図示を略している。
【００１６】
照射窓の枠体には下面に連続して溝６が穿たれている。溝６にはシール部材としてＯリング７がはめ込まれている。Ｏリング７と枠体面に広い矩形状の窓箔３を押しつけて下からボルト８を、窓箔抑えフランジ４の通し穴９に通し、枠体の雌螺穴１０にねじ込み螺合する。窓箔抑えフランジ４と照射窓枠体、Ｏリング７の間に窓箔の周辺部が強く抑えられ気密状態になる。
【００１７】
照射窓２は２ウインドウ型なので平行な横枠２２、２２の中間に横中間枠２３がある。従来の１ウインドウ型の場合は横中間枠がないが本発明は２ウインドウ型を対象にするから横中間枠２３が存在する。それは広い面積にかかる圧力が大きいのでそれを緩和するためである。これら横枠２２、横中間枠２３と直交して縦枠２４がある。照射窓２は日の字を薄くしたような矩形状の枠体よりなる。枠体２２、２３、２４の内部には冷却水通し穴２５が穿たれており、ここへ冷却水が通されて枠体、窓箔３を冷却する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図１、図２の電子線照射装置は、大型の被処理物を対象にするから広い照射窓をもっている。当然に窓箔も広いものである。一例を述べる。照射窓の幅ｗが２０００ｍｍで長さが３３０ｍｍのものを製作した。枠体の幅は、横枠２２、縦枠２４がそれぞれ７０ｍｍで、横中間枠が５０ｍｍである。二つの開口部２７、２７において、その幅は１８６０ｍｍであり、長さは７０ｍｍである。窓箔は２０００ｍｍ×３３０ｍｍのものが必要である。
【００１９】
チタン箔についていえば３３０ｍｍ幅の箔は国内会社では販売されていない。外国の会社で販売されている。金属箔はロールに巻いてあるから所望のサイズ（幅ｗに等しく）で切ればよいが、ロールの幅は３３０ｍｍ以上のものでなければならない。金属箔にはときにピンホールがあり、それを照射窓の窓箔として用いると空気がもれ真空が破れてしまう。外国会社ではピンホールがないという保証をしてくれない。現状ではそうである。もしもピンホールがある窓箔を照射窓に取り付けると真空引きできず電子線を発生できない。その場合は窓箔を取り外して新しく別の窓箔を貼り直す必要がある。
【００２０】
日本国内の会社の製品であるとピンホールの検査を厳密に実施しピンホールがない事の保証をしてくれるのであるが、国内会社のものはロールの幅が３３０ｍｍというような大きいものはない。大きくても１００ｍｍ〜１２０ｍｍ程度である。そのようなピンホールがないと保証されているチタン箔を窓箔として使用したいものである。しかし前述のように大型被処理物用のものは３３０ｍｍもの広い幅の窓箔を必要とする。
【００２１】
照射窓の長さｕが大きいものであってもより狭い幅の金属箔を張るようにしたいものである。本発明は大型の電子線照射装置においても国産の狭い幅の金属箔を利用できるようにすることが目的である。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、照射窓の開口部を二つもつ２ウインドウ型の照射窓において、二つの開口部を別々の窓箔２枚によって覆うようにした。横中間枠にも溝とＯリングを付加し、ボルトの雌螺穴を設け、窓箔抑えフランジにも中間フランジを設けて中間フランジを横中間枠へボルトで固定するようにした。そのようにすると約半分の大きさの金属箔を窓箔として使用できる。ボルト穴、ボルトの数、窓箔抑えフランジの中間抑えフランジ、中間抑えフランジの通し穴などが新たに必要になる。１枚でなく２枚の窓箔を使うので取付の手数は少し増えるがそれは大したことではない。そのような螺穴、工程の付加は容易なことである。二つの開口部があってもその一つ一つに独立の金属箔を窓箔として固定しているから、半分の寸法の窓箔を使う事ができる。
【００２３】
それなら国産のピンホールフリーであることが保証されている金属箔を利用することができる。それによって高信頼性を得ることができる。国内の会社の製品であるから入手容易である。そのような利益がある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の実施例にかかる電子線照射装置の照射窓の断面図。図４は窓箔より下を見た平面図である。円筒形真空チャンバ１の下部に照射窓２があり窓箔３が張ってある。真空チャンバ１の中には多数本平行なカソードフィラメント５が設けてある。照射窓の枠が平行な長い横枠２２、２２、横中間枠２３とこれらに直交する短い縦枠２４よりなる。それらは従来例と同様である。枠の内部に冷却水通し穴２５があってここに冷却水が導かれる。
【００２５】
横中間枠２３に新しい工夫がなされる。横中間枠下面には２本の溝２８が穿たれ両側の縦枠の溝６と連続しており、２つの独立した周回溝となっている。その二つの周回溝に二つのＯリング２９が充填されている。また一連のボルトのための雌螺穴２６が設けてある。さらに窓箔抑えフランジ４は中間フランジ３０をもっている。中間フランジ３０には通し穴３１が穿ってある。だから中間フランジ３０をボルト３２によって横中間枠２３に締結することができるようになっている。
【００２６】
窓箔は１枚でなくて、１つの開口部２７を覆うだけの細い窓箔３３、３４が２枚使われる。左窓箔３３はＯリングを設けた左側の横枠２２と横中間枠２３、縦枠２４に接触する。右窓箔３４はＯリングを設けた右側の横枠２２と横中間枠２３、縦枠２４に接触する。両者の窓箔３３、３４は共に窓箔抑えフランジ４によって四周が固定される。ボルト８によって窓箔３３の周辺部が固定される。ボルトは従来例のように外周部だけにあるのではなく、中間枠、中間フランジにも設けられる。それは窓箔が２枚になるからである。またＯリングも従来例のように外周をめぐる一つのＯリングではなくて、２つのＯリングが用いられる。Ｏリングを収容するための溝も増える。
【００２７】
つまり、横中間枠の溝、Ｏリング、ボルトなどが窓箔を２分割にしたことによって増加することになる。溝の穿設は容易なことである。Ｏリングも従来の半分の寸法のものを使えるのでより入手しやすい。その点はかえって有利になる。ただしボルトの数、ボルト通し穴の数、ボルト雌螺穴の数が増えるし、そのための取付の手間も増える。その点は不利な点である。
【００２８】
図５は照射窓の底面図である。窓箔抑えフランジを照射窓枠体に固定するボルト列を示す。本発明では独立の窓箔を２枚使っているから窓箔の中間部に近い辺を抑えるために、中間フランジや中間枠へもボルトを取り付ける必要がある。Ｏリングを潰すことによって密封性を与えるが、外周部の横枠２２、縦枠２４ではＯリングが１重であるのに対して、横中間枠２３ではＯリングが２重に設けられるからＯリングを抑えるボルトの単位長さ当たりの数を二倍にする必要がある。図５にはそのようなことを示した。ボルトの数は実際にはもっと多いのであるがここでは分布が２倍であることを示せばよいのだから数は少なくしてある。
【００２９】
幅が２０００ｍｍで、長さが３３０ｍｍの照射窓という前の例でいえば次のようになる。照射窓の横枠２２、２２の幅が７０ｍｍ、７０ｍｍで中間横枠の幅が５０ｍｍで、縦枠２４の幅が７０ｍｍとする。開口部２７、２７の寸法は７０ｍｍ×１８６０ｍｍ、７０ｍｍ×１８６０ｍｍである。２枚窓箔にしてボルトを付けるので横中間枠２３を５０ｍｍでなく７０ｍｍ程度に増やしても良い。横枠、縦枠に窓箔のない部分（マージン）を３０ｍｍ、横中間枠に窓箔のない部分を中央に１０ｍｍとるとすれば、１枚の窓箔寸法は１３０ｍｍ×１９４０ｍｍとなる。そのような幅のチタン箔であれば国内の会社でも製造しておりしかもピンホールの検査を厳密に行っているから入手しやすく信頼性が高い。
【００３０】
そのための手間が増えるが、入手しやすい国産の信頼性の高い金属箔を使用できるので本発明は大型被処理物処理用の電子線照射装置をより利用し安くメンテナンスの容易なものとすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
広い面積をもつ被処理物を電子線処理するために、広い開口部を二つ有する電子線照射装置が用いられる。広い二つのウインドウを覆うような幅の広いチタン箔は国内会社では製造しておらず外国会社の製造になる。本発明は広い開口部を有する２ウインド型の電子線照射装置においてウインドウ毎に１枚の窓箔を使うようにしたので幅の狭い金属箔（チタン箔）を用いることができる。それなら国内会社の製造したピンホールフリーの金属箔を用いる事ができる。信頼性の高い金属箔が入手しやすいのでより使用しやすくメンテナンスの容易な装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの開口部に１枚の広い窓箔を共通に張り付けた照射窓をもつ従来例にかかる２ウインドウ型電子線照射装置の照射窓の近傍の縦断面図。
【図２】 ２つの開口部に１枚の広い窓箔を張り付けた照射窓をもつ従来例にかかる２ウインドウ型電子線照射装置の照射窓の部分の窓箔より下を見た平面図。
【図３】 ２つの開口部に２枚の窓箔を独立に張り付けた照射窓をもつ本発明にかかる２ウインドウ型電子線照射装置の照射窓の近傍の縦断面図。
【図４】 ２つの開口部に２枚の窓箔を独立に張り付けた照射窓をもつ本発明にかかる２ウインドウ型電子線照射装置の照射窓の窓箔より下を見た平面図。
【図５】 本発明において中間フランジ、横中間枠に設けるボルトは、Ｏリングを等しい力で抑え潰すため、外周部の縦枠や横枠の２倍の密度で設けることを示す照射窓の底面図。
【符号の説明】
１ 真空チャンバ
２ 照射窓
３ 窓箔
４ 窓箔抑えフランジ
５ フィラメント
６ 溝
７ Ｏリング
８ ボルト
９ 通し穴
１０ 雌螺穴
２２ 横枠
２３ 横中間枠
２４ 縦枠
２５ 冷却水通し穴
２７ 開口部
２８ 溝
２９ Ｏリング
３０ 中間フランジ
３１ 通し穴
３２ ボルト
３３ 窓箔
３４ 窓箔

Claims (1)

1. 真空中で熱電子を発生させ加速して照射窓を通し大気中へ取り出し搬送されてきた被処理物に電子線を照射するようにした電子線照射装置において、照射窓が搬送方向に分割された二つの開口部を有する２ウインドウ型であって、２つの開口部を１枚の窓箔で共通に覆うのではなくて、それぞれの開口部にほぼ開口部の寸法をもつ窓箔を独立に張り付け、横枠、縦枠と横中間枠からなる照射窓の枠と、中間フランジを有する窓箔抑えフランジとの間に、２枚の窓箔の四周と２つのＯリングを挟み、窓箔抑えフランジの外周を照射窓の横、縦枠にボルトで固定し、中間フランジと横中間枠の間にもＯリングがあって、外周を止めるボルトの単位長さ当たり２倍の数のボルトで中間フランジと横中間枠が固定されていることを特徴とする電子線照射装置。

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