JP4127244B2 - 電子線照射装置用の電子源 - Google Patents

Description

この発明は、非走査型（エリア型とも呼ばれる）の電子線照射装置に用いられる電子源であって、フィラメントから放出された電子を電子線として引き出す引出し電極を１段以上有していて、電子線引出し方向の最下流側の引出し電極が分割構造の電子源に関し、より具体的には、前記最下流側の引出し電極の熱変形等に起因する電子線量分布の均一性悪化を防止する手段に関する。

この種の電子源を備える非走査型の電子線照射装置の一例を図７に示す。なお、これとほぼ同様の構造をした電子線照射装置が特許文献１に記載されている。

特開２００３−４８９８号公報（段落００２０、００２１、図１、図２）

図７に示す電子線照射装置は、紙面の表裏方向（Ｙ方向）に長い筒状の真空容器２内に、Ｙ方向に長い筒状をした電界集中緩和用のシールド電極４を配置し、その中にＹ方向に長い電子源６を配置した構造をしている。

電子源６は、電子を放出するものであってＸ方向に伸びた複数本の線状（棒状とも言える）のフィラメント８を有しており、これらを当該Ｘ方向に直交する前記Ｙ方向に、互いに平行にかつ互いに同一平面上に所定の間隔をあけて並べた構造をしている（図９も参照）。このフィラメント８を並べたＹ方向は、電子線１４の照射幅方向とも呼ばれる。Ｘ方向は、被照射物搬送方向とも呼ばれる。

電子源６は、更に、フィラメント８を並べた面に平行に配置されていて、各フィラメント８から放出された電子を電子線１４として引き出す多孔の引出し電極１０、１２を有している。引出し電極１０、１２は、この例では、前記Ｘ方向およびＹ方向に直交する電子線引出し方向Ｚに互いに間をあけて２段に配置されている。両引出し電極１０、１２およびシールド電極４は、互いに電気的に同電位に接続されている。

両引出し電極１０、１２は、多数の電子引出し孔（例えば図８の電子引出し孔２４参照）をそれぞれ有している。この電子引出し孔の形状は、図８等に示すような円形に限定されるものではなく、四角等の他の形状でも良い（後述する図１等の実施形態においても同様）。

引出し電極は、１段（１枚）でも良いけれども、この例のように２段（２枚）の引出し電極１０、１２を設けると、上流側の引出し電極１０によって、フィラメント８からの輻射熱が下流側の引出し電極１２に達するのを減少させて、引出し電極１２の熱変形を軽減することができると共に、下流側の引出し電極１２によって、後述する加速電圧Ｖ_A による加速電界が遮蔽されて、加速電界が上流側の熱変形しやすい引出し電極１０に及ぶことを防止することができるので、電子線１４の線量分布の均一性を良くすることができる。これと同様の目的で、互いに同電位の引出し電極を３段（３枚）以上設ける場合もある。

各フィラメント８の上部とシールド電極４との間には、図７に示す例のように、各フィラメント８から放出された電子を引出し電極１０、１２側へ押し戻すリフレクタ電極１６を設けておいても良い。この例では、各フィラメント８は、図示しない支持手段によってリフレクタ電極１６から電気的に絶縁して支持されている。引出し電極１０は、複数の絶縁支柱１８を介してリフレクタ電極１６から支持されている。引出し電極１２は、シールド電極４の開口部に取り付けられて、その周縁部がシールド電極４に固定されている。

シールド電極４、引出し電極１０および１２は前記のように互いに同電位に接続されており、それらと各フィラメント８との間には、フィラメント８側を負にして、電子線１４の引出し用の直流の引出し電圧Ｖ_E が図示しない引出し電源から印加される。また、真空容器２の開口部には真空容器２と同電位の窓箔２０が設けられており、これらと引出し電極１２等との間には、引出し電極１２側を負にして、電子線１４の加速用の直流の加速電圧Ｖ_A が図示しない加速電源から印加される。

このようにして、電子源６から引き出され、かつ加速された電子線１４は、真空容器２の内外の雰囲気を分離する窓箔２０を透過して真空容器２外に取り出され、被照射物（図示省略）に照射されて、それの改質等の処理に供される。

ところで、引出し電極を上記のように２段に配置しても、下流側の引出し電極１２は、依然として、フィラメント８からの熱および電子引出し孔２４以外の部分に当たった電子線１４によって加熱される。前記Ｙ方向の長さを短くして引出し電極１２の上記加熱による熱変形を軽減するために、引出し電極１２は、図８に示す例のように、Ｙ方向において複数の引出し電極片２２に隙間２６を設けて分割されている。分割部の、即ち隣り合う引出し電極片２２間の隙間２６は、引出し電極片２２のＹ方向の熱膨張を吸収することができる幅を有している。但し、電気的には、全ての引出し電極片２２は図示しない配線によって互いに同電位に接続されており、引出し電極１２は全体として見れば１枚の電極として働く。分割数は、即ち引出し電極片２２の数は、図示例のように三つに限られるものではない。

上流側の引出し電極１０も、フィラメント８からの熱および電子引出し孔以外の部分に当たった電子によって引出し電極１２よりも強く加熱される。それによる熱変形を軽減するために、通常は引出し電極１２と同様に前記Ｙ方向において複数の引出し電極片に隙間を設けて分割されている。分割数は引出し電極１２よりも多くする場合が多い。

上記下流側の引出し電極１２に着目すると、当該引出し電極１２のすぐ下流側には、より具体的には引出し電極１２とそれに対面する前記窓箔２０との間には、前記加速電圧Ｖ_A による加速電界が形成される。この加速電界の等電位面２８の例を図９に示す。なお、図９では、引出し電極１０、１２の電子引出し孔の図示を省略している（図３、図５においても同様）。

引出し電極１２を上記のように複数の引出し電極片２２に分割すると、一体の場合に比べてＹ方向の長さが短くなって熱変形は軽減されるけれども、各引出し電極片２２は依然として加熱されて熱変形を起こす。特に、各引出し電極片２２の隙間２６側の端部は、他の物に固定されていない自由端であるので熱変形を起こしやすい。その状態の一例を図８中に二点鎖線２２ａで示す。ここでは、下流側に凸状に熱変形した例を示している。この熱変形の方向や大きさは、各引出し電極片２２が置かれている状況が通常は互いに異なるので、通常は各引出し電極片２２によって互いに異なる。その結果、隣り合う引出し電極片２２間において段差が生じることが起こる。図９はその一例の断面を拡大して示すものである。

上記のように段差が生じると、図９に示す例のように、隣り合う引出し電極片２２間の隙間２６付近の加速電界（等電位面２８を参照）が乱れて不均一になり、引出し電極１２から引き出されて加速される電子線１４の一部分が例えば図示例のようにＹ方向に曲げられて、電子線１４の加速方向が不均一になり、その結果、電子線１４のＹ方向における線量分布の均一性が悪化する。

上記のような課題は、引出し電極が１段の場合にも、上記例のように２段の場合にも、あるいは３段以上の場合にも存在する。即ち、１段以上の引出し電極の最下流側の引出し電極が上記のように分割されている場合に存在する。引出し電極が何段であっても、最下流側の引出し電極のすぐ下流側に上記加速電界が形成され、それが上記段差によって乱されるからである。１段の場合は、当該１段の引出し電極は最下流側の引出し電極でもあり（換言すれば最下流側の引出し電極と見ることもでき）、２段の場合は下流側の引出し電極１２が最下流側の引出し電極である。この最下流側の引出し電極は、前記窓箔２０に対面する引出し電極と言うこともできる。また、複数段の場合の最下流側の引出し電極は、上記のように加速電界が印加されるので、加速電極とも呼ばれる。

そこでこの発明は、最下流側の引出し電極を構成する引出し電極片の熱変形に起因するＹ方向の電子線量分布の均一性悪化を防止することを主たる目的としている。

この発明に係る電子源は、前記最下流側の引出し電極を構成する各引出し電極片の前記隙間側の端部に、当該端部を電子線引出し方向とは反対方向に折り曲げた折曲げ部をそれぞれ形成していることを特徴としている。

上記構成によれば、折曲げ部によって引出し電極片の断面係数が大きくなって機械的強度が増大するので、各引出し電極片の熱変形を小さくして、特に各引出し電極片の前記隙間側の端部の熱変形を小さくして、隣り合う引出し電極片間において段差が生じるのを防止することができる。

前記引出し電極片の隣り合う折曲げ部同士間に、それぞれ、一方の折曲げ部に固定され他方の折曲げ部の穴を前記Ｙ方向に伸縮自在に貫通している複数の導電棒を、前記Ｘ方向に並べて設けておいても良い。

請求項１に記載の発明によれば、折曲げ部によって引出し電極片の断面係数が大きくなって機械的強度が増大するので、各引出し電極片の熱変形を小さくして、特に各引出し電極片の前記隙間側の端部の熱変形を小さくして、隣り合う引出し電極片間において段差が生じるのを防止することができる。その結果、最下流側の引出し電極のすぐ下流側に形成される加速電界が乱れて不均一になるのを防止することができるので、Ｙ方向の電子線量分布の均一性悪化を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記導電棒によって、隣り合う引出し電極片は上下方向には互いにずれないように機械的に連結された構造になるので、隣り合う引出し電極片間において段差が生じるのをより確実に防止することができる。その結果、段差発生に起因するＹ方向の電子線量分布の均一性悪化をより確実に防止することができる。

しかも、前記導電棒によって、加速電界が引出し電極片間の隙間に入り込むのを阻止することができるので、当該隙間に加速電界が入り込んで加速電界が乱れて不均一になり、これが原因でＹ方向の電子線量分布の均一性が悪化することを防止することができる。

従って、上記二つの効果が合わさって、Ｙ方向の電子線量分布の均一性悪化をより確実に防止することができる。

図１は、この発明に係る電子源を構成する最下流側の引出し電極の一例を示す斜視図である。図２は、図１の引出し電極を拡大して部分的に示す斜視図である。図８に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。また、前記引出し電極１２を以下に述べる引出し電極１２ａで置き換えた以外の電子源６の構成および電子線照射装置全体の構成の例は、前記図７およびその説明と同様であるのでそれらを参照するものとし、ここでは重複説明を省略する。

この図１および図２に示す引出し電極１２ａは、前記引出し電極１２に替わるものであり、当該引出し電極１２ａを構成する前述したような各引出し電極片２２の隙間２６側の端部に、当該端部を電子線引出し方向Ｚとは反対方向に断面Ｌ形に折り曲げた折曲げ部３０をそれぞれ形成している。各折曲げ部３０は、隙間２６に沿って前記Ｘ方向に平行に伸びている。

各折曲げ部３０は、図１に示す例のように、引出し電極片２２のＸ方向の一端から他端まで連続して設けるのが、加工が簡単でしかも強度が一番大きくなるので好ましいけれども、必ずしもそれに限られるものではない。必要に応じて一部分を省略しても良い。

引出し電極片２２の端部を電子線引出し方向Ｚとは反対方向に折り曲げて折曲げ部３０を形成しているのは、当該折曲げ部３０によって、引出し電極１２ａのすぐ下流側に形成される前記加速電界を乱さないようにするためである。引出し電極１２ａの上流側に前記引出し電極１０が存在しても、両電極１０、１２ａは前記のように同電位であるから、折曲げ部３０によって両電極１０、１２ａ間の電界を乱すということは起こらない。

なお、引出し電極片２２の隙間２６に面していないＹ方向の端部には、折曲げ部３０を設けなくても良く、図１の例では設けていない。当該端部は、例えば前述したようにシールド電極４に固定されるからである。

上記構成によれば、折曲げ部３０によって引出し電極片２２の断面係数が大きくなって機械的強度が増大するので、各引出し電極片２２の熱変形を小さくして、特に各引出し電極片２２の前記隙間２６側の端部の熱変形を小さくして、隣り合う引出し電極片２２間において段差が生じるのを防止することができる。その結果、この引出し電極１２ａのすぐ下流側に形成される前記加速電界が乱れて不均一になるのを防止することができるので、電子線１４のＹ方向における線量分布の均一性悪化を防止することができる。

この引出し電極１２ａは、前記引出し電極１２と同様に、２段の引出し電極の下流側（即ち最下流側）の引出し電極の場合の例であるけれども、前述したように、引出し電極が１段の場合は、その引出し電極が最下流側の引出し電極でもあるので、当該引出し電極を構成する引出し電極片に上記のような折曲げ部３０を設けておけば良い。また、引出し電極が３段以上の場合は、最下流側の引出し電極を構成する引出し電極片に上記のような折曲げ部３０を設けておけば良い。

図２を参照して、各隙間２６の幅ａは、前記のように、引出し電極片２２のＹ方向の熱膨張を吸収することができる大きさにしている。その両側の各折曲げ部３０の高さｂは、機械的強度向上の観点からはある程度大きいのが好ましい。但し、引出し電極が１段の場合は、即ち前記引出し電極１０が無くてこの引出し電極１２ａが１段目となりそのすぐ上側に前記フィラメント８が位置する場合は、ａ≧ｂにするのが好ましい。

これは、フィラメント８は前述したように所定の間隔をあけて並設されていて（例えば図３参照）、各フィラメント８から放出される電子の殆どは湾曲して１段目の引出し電極（この場合は上記引出し電極１２ａ）に引きつけられることになり、その際に、ａ≧ｂにしておくと、上記電子が隙間２６を通して引き出される際に折曲げ部３０が邪魔になりにくく、隙間２６を電子引き出しにより有効に利用することができるからである。引出し電極が複数段の場合は、最下流側の引出し電極１２ａに入る電子は電子線引出し方向Ｚにほぼ平行になっているので、必ずしもａ≧ｂにする必要はない。

ところで、前記図９およびその説明では、各隙間２６に加速電界が入り込むことは無視していたが、詳細に見ると、図３に示す例のように、引出し電極１２ａにおける段差の有無に拘わらず、各隙間２６に加速電界が入り込み、各隙間２６付近の加速電界が乱れて不均一になり、隙間２６付近から引き出されて加速される電子線１４が曲げられ、これも電子線１４のＹ方向における線量分布の均一性を悪化させる要因になる。そこで、このような課題をも解決することができる手段を次に説明する。

図４に示す引出し電極１２ａにおいては、各引出し電極片２２の隣り合う折曲げ部３０同士間に、それぞれ、一方（図４では右側）の折曲げ部３０に固定され、他方（図４では左側）の折曲げ部３０に設けられた穴３４を前記Ｙ方向に伸縮自在に貫通している複数の導電棒３２を、前記Ｘ方向に並べて設けている。

この複数の導電棒３２は、Ｘ方向に互いに等間隔で配置するのが好ましい。そのようにすると、後述する加速電界の隙間２６への入り込み阻止作用を均一にすることができる。各導電棒３２は、隙間２６の幅ａ（図２参照）よりも長くしている。引出し電極片２２の熱膨張による隙間２６の収縮に対応するためである。各導電棒３２の材質は、折曲げ部３０を含めた引出し電極片２２と同じ材質にするのが好ましい。そのようにすると、引出し電極片２２と熱膨張率等が同じになるからである。例えば、ニッケル、ステンレス鋼、モリブデン等である。

各穴３４は、各導電棒３２に対応する位置に設けられており、その大きさは、導電棒３２のＹ方向の伸縮を許容できる範囲で小さくするのが好ましい。そのようにすると、穴３４の外周部と導電棒３２との間の隙間が小さくなるので、後述する段差発生防止の作用効果をより高めることができる。

上記のような複数の導電棒３２を設けると、各導電棒３２は一方の折曲げ部３０に固定されていて引出し電極片２２と同電位であるので、当該導電棒３２によって、図５に示す例のように、加速電界が各隙間２６に入り込むのを阻止することができる。その結果、各隙間２６に加速電界が入り込んで加速電界が乱れて不均一になり、これが原因で電子線１４のＹ方向における線量分布の均一性が悪化することを防止することができる。

しかも、導電棒３２によって、隣り合う引出し電極片２２は上下方向には互いにずれないように機械的に連結された構造になるので、隣り合う引出し電極片２２間において段差が生じるのをより確実に防止することができる。その結果、段差発生に起因する電子線１４のＹ方向における線量分布の均一性悪化をより確実に防止することができる。

従って、上記二つの効果が合わさって、電子線１４のＹ方向における線量分布の均一性悪化をより確実に防止することができる。

なお、各導電棒３２は、一方の折曲げ部３０に固定され他方の折曲げ部３０の穴３４をＹ方向に伸縮自在に貫通しているので、引出し電極片２２のＹ方向の熱膨張を許容することができる。従って、引出し電極１２ａをＹ方向において複数の引出し電極片２２に分割した本来の前記作用効果（即ち引出し電極１２ａの熱変形の軽減）を減ずるものではない。

図４の例は、全ての導電棒３２を、同一の折曲げ部３０に固定し、その反対側の折曲げ部３０の穴３４を貫通させているけれども、図６に示す例のように、各導電棒３２の固定と穴３４の貫通とが交互になるようにしても良い。そのようにしても、図４の例の場合と同様の作用効果を奏する。

この発明に係る電子源を構成する最下流側の引出し電極の一例を示す斜視図である。 図１の引出し電極を拡大して部分的に示す斜視図である。 図２の引出し電極を用いた場合の電子線の軌道の例を示す図である。 この発明に係る電子源を構成する最下流側の引出し電極の他の例を拡大して部分的に示す斜視図である。 図４の引出し電極を用いた場合の電子線の軌道の例を示す図である。 この発明に係る電子源を構成する最下流側の引出し電極の更に他の例を拡大して部分的に示す斜視図である。 電子源を備える非走査型の電子線照射装置の一例を示す概略断面図である。 従来の電子源を構成する下流側の引出し電極の一例を示す斜視図である。 図８の引出し電極を用いた場合の電子線の軌道の例を示す図である。

符号の説明

６ 電子源
８ フィラメント
１０ 引出し電極
１２ａ 引出し電極（最下流側の引出し電極）
１４ 電子線
２２ 引出し電極片
２６ 隙間
３０ 折曲げ部
３２ 導電棒
３４ 穴

Claims (2)

1. 各々はＸ方向に伸びていて電子を放出するものであってしかも互いに同一平面上にかつ前記Ｘ方向と直交するＹ方向に並べて配置された複数のフィラメントと、当該フィラメントに沿って配置されていて当該フィラメントから放出された電子を電子線として引き出す引出し電極とを備えており、かつ当該引出し電極は互いに同電位のものが電子線引出し方向に１段以上に配置されていて、電子線引出し方向の最下流側の引出し電極は前記Ｙ方向において複数の引出し電極片に隙間を設けて分割されている電子源において、
   前記最下流側の引出し電極を構成する各引出し電極片の前記隙間側の端部に、当該端部を電子線引出し方向とは反対方向に折り曲げた折曲げ部をそれぞれ形成していることを特徴とする電子線照射装置用の電子源。
2. 前記引出し電極片の隣り合う折曲げ部同士間に、それぞれ、一方の折曲げ部に固定され他方の折曲げ部の穴を前記Ｙ方向に伸縮自在に貫通している複数の導電棒を、前記Ｘ方向に並べて設けている請求項１記載の電子線照射装置用の電子源。

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