JP4620034B2 - 電子線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子線照射装置に関する。

電子線照射装置は、電子線を放出する電子銃を容器に収容し、薄膜で形成した電子線出射窓を通して大気中に電子線を出射させる装置である。このような電子線照射装置は、照射対象物の乾燥、殺菌、表面改質といった用途を有している。

ところで、電子線照射装置を実際に動作させると、電子線が照射対象物に照射される際に発生する飛散物や汚れなどが出射窓に付着する場合がある。そこで、電子線出射窓の外側に別の窓（外窓）を設け、二重窓構造とした電子線照射装置も存在している（例えば特許文献１参照）。
特開平８−１６６４９７号公報

上述したような二重窓構造の電子線照射装置では、電子線が外窓を通過する際にエネルギーを失い、その結果として出力ロスが生じることが考えられる。このことは、電子線のエネルギーが小さい場合であるほど顕著になると考えられる。そこで、照射対象物に十分な線量の電子線を照射させるため、電子線出射窓への汚れの付着を防止しつつ、外窓における電子線の出力ロスを極力抑えることができる技術が望まれている。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、電子線出射窓への汚れの付着を防止しつつ、装置外部に出射する電子線の線量を十分に確保す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。

上記課題の解決のため、本発明に係る電子線照射装置は、電子線を放出する電子放出部材を有する電子銃と、電子放出部材を収容すると共に、電子線を通過させる電子線通過孔を有する容器と、電子線通過孔を閉じるように容器に固定され、電子線通過孔を通過した電子線を容器の外部に出射させる電子線出射窓を有する第１の窓ユニットと、第１の窓ユニットに固定され、電子線出射窓から出射した電子線を装置外部に出射させる外窓を有する第２の窓ユニットとを備え、外窓における電子線の出射軸方向の厚さは、電子線出射窓における電子線の出射軸方向の厚さよりも小さいことを特徴としている。

この電子線照射装置では、電子線出射窓を有する第１の窓ユニットに対して、外窓を有する第２の窓ユニットが設けられている。そのため、電子線が照射対象物に照射される際に発生する飛散物等は外窓によってブロックされ、電子線出射窓への汚れの付着が防止される。また、この電子線照射装置では、外窓における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さが、電子線出射窓における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さよりも小さくなっている。したがって、電子線出射窓から出射した電子線が外窓を通過する際の出力ロスを極めて小さく抑えることができ、装置外部に出射する電子線の線量を十分に確保することができる。

また、第２の窓ユニットは、第１の窓ユニットに対して着脱自在であることが好ましい。こうすると、外窓への汚れの付着が進行した場合に、第２の窓ユニットの交換作業が簡単なものとなる。また、第１の窓ユニットを容器から外す必要はないため、容器内を真空リークする工程も不要となる。

また、第１の窓ユニットと第２の窓ユニットとの間の空間に不活性ガスを導入する導入管と、空間から不活性ガスを排出する排出管とを更に備えたことが好ましい。このような構成により、第１の窓ユニットと第２の窓ユニットとの間に不活性ガスを流動させることが可能となるので、電子線出射の際、オゾンの発生の抑制と電子線出射窓の冷却とを行うことができる。

第２の窓ユニットは、電子線の出射軸方向から見て、外窓と重ならないように配置された電流読出電極を有していることが好ましい。この場合、外窓から出射した電子線のうち、散乱等で外窓側に戻ってきた電子線によって生じる電流を測定することができ、電子線の実出力をリアルタイムで精度良く測定することが可能となる。また、電流読取電極が外窓の一部を塞いでしまうこともなく、外窓からの電子線の線量を十分に確保できる。

本発明に係る電子線出射装置によれば、電子線出射窓への汚れの付着を防止しつつ、装置外部に出射する電子線の線量を十分に確保することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電子線照射装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子線照射装置の構成を示す側断面図である。また、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１及び図２に示すように、電子線照射装置１は、電子線ＥＢを放出させる電子銃２と、電子銃２の先端部分のフィラメント（電子放出部材）９を収容する容器３と、電子線ＥＢを容器３から外部に出射させる第１の窓ユニット４と、窓ユニット４から出射した電子線ＥＢを装置外部に出射させる第２の窓ユニット５とを備えている。この電子線照射装置１は、例えば窒素などの不活性ガスの雰囲気下において、ライン上を流れる照射対象物（図示しない）に電子線ＥＢを照射し、照射対象物の乾燥、殺菌、表面改質などを行う装置として構成されている。

電子銃２は、直方体形状のケース６と、電気絶縁性を有する材料によって形成された絶縁ブロック７と、高耐圧型のコネクタ８と、電子線ＥＢを放出させるフィラメント９とを有している。ケース６は、例えば金属によって形成され、容器３の基端側に固定されている。ケース６における容器３側の壁には、ケース６の内部と容器３内の収容空間Ｓ１とを連通させる開口部６ａが設けられている。また、ケース６の側壁には、コネクタ８を取り付けるための開口部６ｂが設けられている。開口部６ｂの周りのケース６の内壁には、凹凸部分が設けられており、絶縁ブロック７との結合強度の確保が図られている。

絶縁ブロック７は、例えばエポキシ樹脂などの電気絶縁性の材料によって形成されており、コネクタ８からフィラメント９への電力供給経路を外部から絶縁している。絶縁ブロック７は、ケース６内に収容された基部７ａと、基部７ａから開口部６ａを通って容器３内の収容空間Ｓ１側に突出する切頭円錐状の突出部７ｂとを有している。基部７ａは、ケース６の内部の大部分を占めており、ケース６における開口部６ａ側及び開口部６ｂ側の内壁に接触している。また、基部７ａにおいてケース６の内壁と接触しない部分には、導電性を有するフィルム１０が貼り付けられている。このフィルム１０が接地電位であるケース６と電気的に接続されることで、ケース６の内面に面する絶縁ブロック７の表面電位を接地電位とすることができ、動作時の安定性の向上が図られる。

コネクタ８は、電子線照射装置１の外部からフィラメント９に電源電圧を供給するためのコネクタである。コネクタ８は、ケース６の側面の開口部６ｂに差し込まれ、先端部分が絶縁ブロック７の中心付近に位置した状態で、絶縁ブロック７中に埋没されて固定されている。コネクタ８の先端部分には、ケース６の内壁と同様の凹凸部分が設けられており、絶縁ブロック７との結合強度の確保が図られている。

コネクタ８の基端には、図示しない電源装置から延びる外部配線の先端を保持した電源用プラグの挿入口８ａが設けられている。また、コネクタ８の先端には、一対の内部配線１１，１１が接続されている。内部配線１１，１１は、コネクタ８の先端から絶縁ブロック７の基部７ａの中心に向かって延びると共に、基部７ａの中心から突出部７ｂに向けて折り曲がり、突出部７ｂの中心を通って突出部７ｂの先端まで延在している。

フィラメント９は、電子線ＥＢとなる電子を放出する部材である。フィラメント９は、絶縁ブロック７の突出部７ｂの先端部分に取り付けられ、内部配線１１，１１に接続されている。フィラメント９の周囲には、グリッド部１２が設けられている。グリッド部１２は、内部配線１１，１１のいずれか一方と電気的に接続されており、フィラメント９に高電圧が印加された場合に、グリッド部１２にも高電圧が印加されることで、フィラメント９から電子を引き出すための電界が形成される。フィラメント９から引き出された電子は、グリッド部１２の中心に形成された孔から電子線ＥＢとして出射する。なお、フィラメント９からの電子の放出をより精密に制御したい場合には、例えば内部配線１１，１１と同様にして、別途グリッド部１２用の配線を追加し、フィラメント９の電位とは独立してグリッド部１２の電位を制御することが好ましい。

容器３は、電子線ＥＢの出射軸に沿って延びる円筒状に形成され、電子銃２のケース６に気密に封止されている。容器３の基端側の内部には、電子銃２のフィラメント９、グリッド部１２、及び絶縁ブロック７の突出部７ｂを収容する円筒状の収容部１３が形成されている。収容部１３の径は、ケース６の開口部６ａよりも大径となっており、容器３の基端から中央付近まで延在している。また、容器３の先端側の内部には、収容部１３と連通する電子線通過孔１４が形成されている。電子線通過孔１４は、収容部１３よりも小径の円筒状をなし、電子線ＥＢの出射軸に沿って容器３の中央付近から容器３の先端まで延在している。容器３の先端には、所定の位相角をもって複数（例えば６個）のネジ穴（図示しない）が設けられている。

電子線通過孔１４の周囲には、電子線ＥＢの出射軸に沿って電磁コイル１５及び電磁コイル１６が配置されている。電磁コイル１５及び電磁コイル１６の配置中心は、電子線通過孔１４の中心軸に一致している。これらの電磁コイル１５及び電磁コイル１６の協働により、電子線通過孔１４を通過する電子線ＥＢは、後述する電子線出射窓２４に向けて集束するようになっている。

より具体的には、電磁コイル１５は、電子銃２や電子線ＥＢの通過経路を構成する各部材の機械的な中心のズレや、各構成部材の残留磁気および設置場所周辺の磁界等の影響によって生じる所望の通過経路（電子通過孔１４の中心軸）に対する電子線ＥＢのズレを補正するためのアライメントコイルである。本実施形態では、対向する２つの電磁コイル１５が対となって機能するように、４つの電磁コイル１５が電子線通過孔１４を挟んで９０度の位相角をもって配置され、必要に応じて使用される。一方、電磁コイル１６は、電子銃２から出射された電子線ＥＢを電子線出射窓２４に集めるための集束コイルで、エナメル線などから成る円筒状のコイル部及び軟鉄などから成る磁気回路から構成される。これらの電磁コイル１５，１６により、フィラメント９から出射された電子線ＥＢは、電子通過孔１４の中心軸を正確に通過し、電子通過孔１４の内壁に衝突することなく電子線出射窓２４の中心へと正確に導かれる。

また、図２に示すように、容器３の側部には排気管１７が設けられている。排気管１７の先端は、収容部１３及び電子線通過孔１４を排気する真空ポンプ１８に接続されている。排気管１７及び真空ポンプ１８は、電子線照射装置１を電子線ＥＢの出射軸方向から見たときに、コネクタ８と重ならない位置に設けられている。これにより、コネクタ８に差し込まれる電源用プラグや外部配線と、真空ポンプ１８との干渉を回避し、電子線照射装置１を小型化できる。

次に、図３及び図４を参照して、第１の窓ユニット４及び第２の窓ユニット５の構成について説明する。図３は、電子線ＥＢの出射軸方向から見た各窓ユニットの平面図である。また、図４は、各窓ユニットの拡大側断面図である。

同図に示すように、窓ユニット４は、電子線照射装置１の一端側の構造体であり、電子線通過孔１４を通過した電子線ＥＢを容器３の外部に出射させるためのユニットである。第１の窓ユニット４は、台座２１と、窓基板２２と、キャップ２３と、電子線出射窓２４と、外郭部材２５とを備えて構成されている。台座２１は、例えばステンレスによって形成され、円筒状の胴部２１ａと、胴部２１ａの基端側の縁に設けられたフランジ部２１ｂとを有している。

胴部２１ａの中心には、電子線通過孔１４と同径の貫通孔２１ｃが形成されている。また、胴部２１ａの先端部には、窓基板２２をセットするための円状の凹部２１ｄが形成されている。さらに、胴部２１ａの外側面には、キャップ２３を取り付けるための雄ネジ部２１ｅが形成されている。一方、フランジ部２１ｂには、絶縁リング２６が設けられている。絶縁リング２６は、例えばポリテトラフルオロエチレンなどの電気絶縁性を有する材料によって形成され、胴部２１ａを囲うようにしてフランジ部２１ｂに固定されている。

また、フランジ部２１ｂにおいて、絶縁リング２６よりも外側の位置には、約６０°の位相角をもって６つのボルト穴２７が設けられている（図３参照）。そして、台座２１は、各ボルト穴２７にボルト２８を挿通し、ボルト２８を容器３のネジ穴に螺合させることにより、貫通孔２１ｃと電子線通過孔１４とが同心になった状態で容器３の先端に強固に固定されている。なお、容器３の先端には、Ｏリング３８が設置された溝が形成されており、これにより、台座２１と容器３との気密封止が保たれている。また、台座２１は容器３と一体に形成されていてもよい。この場合、Ｏリング３８を容器３の先端に設ける必要はない。

窓基板２２は、例えばステンレスによって形成され、円筒状の胴部２２ａと、胴部２２ａの基端側の縁に設けられたフランジ部２２ｂとを有している。胴部２２ａの中心には、台座２１の貫通孔２１ｃよりも僅かに小径の貫通孔２２ｃが形成されている。また、胴部２２ａの先端部には、電子線出射窓２４をセットするための矩形状の凹部２２ｄが形成されている。そして、窓基板２２は、貫通孔２２ｃと電子線通過孔１４とが同心になった状態で、台座２１の凹部２１ｄに配置されている。

キャップ２３は、例えばステンレスによって形成され、円形の天頂部２３ａと、天頂部２３ａの一端側に形成された円筒状の螺合部２３ｂとを有している。天頂部２３ａの中央には、窓基板２２の胴部２２ａの外径よりも大径の開口部２３ｃが形成されている。また、螺合部２３ｂの内径は、台座２１の胴部２１ａの外径とほぼ同径となっており、螺合部２３ｂの内側面には、胴部２１ａの外側面の雄ネジ部２１ｅに対応する雌ネジ部２３ｄが形成されている。

そして、キャップ２３は、螺合部２３ｂの雌ネジ部２３ｄを台座２１の雄ネジ部２１ｅに螺合させることにより、開口部２３ｃに窓基板２２の胴部２２ａ及び電子線出射窓２４を挿通した状態で台座２１に嵌め込まれている。これにより、窓基板２２のフランジ部２２ｂは、キャップ２３の天頂部２３ａによって台座２１の凹部２１ｄの底面に押し付けられ、窓基板２２と台座２１とが強固に固定されている。さらに、台座２１における凹部２１ｄの底面には、Ｏリング３９が設置された溝が形成されている。これにより、窓基板２２と台座２１との気密封止が保たれている。なお、Ｏリング３８とＯリング３９とは、電子線ＥＢの出射方向から見た場合に、重なるように配置され、電子線ＥＢの通過経路の近傍を囲んでいる。そのため、各Ｏリング３５，３６にかかる押圧力がほぼ等しくなり、信頼性の高い封止が可能となる。

電子線出射窓２４は、容器３の電子線通過孔１４を通過した電子線ＥＢを容器３の外部に出射させる箔状の部材である。電子線出射窓２４は、例えばベリリウムによって矩形上に形成され、電子線出射窓２４における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さは１０μｍ程度となっている。電子線出射窓２４は、窓基板２２の貫通孔２２ｃの先端を塞ぐようにして窓基板２２の凹部２２ｄの底面上に配置され、例えばロウ付けによって窓基板２２に気密に固定されている。なお、電子線出射窓２４の材質は、電子線ＥＢの透過率が高い材料であればよく、上述したベリリウムの他、チタンやアルミニウムなどを用いることもできる。

外郭部材２５は、例えばステンレスによって形成され、台座２１のフランジ部２１ｂに設けられた絶縁リング２６と同径の中空の円筒状をなしている。外郭部材２５は、台座２１の胴部２１ａ、窓基板２２、キャップ２３、及び電子線出射窓２４を覆うように配置され、絶縁リング２６を介して台座２１のフランジ部２１ｂに固定されている。外郭部材２５の先端には、所定の位相角をもって複数（例えば４個）のネジ孔２５ａが設けられている。また、外郭部材２５の側面には、導入管３０が一体的に形成されており、導入管３０と反対の位置には、排出管３１が一体的に形成されている。導入管３０及び排出管３１は、窒素ガス循環装置（図示しない）に接続されている。なお、外郭部材２５を台座２１のフランジ部２１ｂに固定する際、絶縁リング２６を介さずに直接固定してもよい。この場合、絶縁リング２６は、外郭部材２５と第２の窓ユニット５との間に配置することが好ましい。

一方、第２の窓ユニット５は、円板部材３２と、外窓取付リング３３と、外窓３４とを備えて構成されている。円板部材３２は、例えばステンレスによって外郭部材２５の外径と同径に形成されている。円板部材３２の中央部分には、窓基板２２の胴部２２ａの外径よりやや小径の開口部３２ａが形成されている。開口部３２ａの周りには、例えば６つのネジ孔３２ｂが形成されている。

また、円板部材３２の縁部には、外郭部材２５の各ネジ孔２５ａに対応する４つのネジ孔３２ｃが形成されている。そして、円板部材３２は、ネジ孔２５ａ及びネジ孔３２ｃのそれぞれにネジ３５を螺合することにより、ネジ孔３２ｂが電子線出射窓２４を向いた状態で、開口部３２ａが電子線通過孔１４と同心になるようにして外郭部材２５の先端に着脱自在に固定されている。

さらに、円板部材３２には、図示しないリード線が取り付けられている。このリード線は、電子線照射装置１の外部に設置された電流計２９に接続されている（図１参照）。このような円板部材３２の構成により、円板部材３２は、電子線ＥＢの一部が流れ込む電流読出電極として機能する。すなわち、円板部材３２には、外窓３４から出射した電子線ＥＢのうち、散乱等の影響によって外窓３４側に戻ってきた電子線ＥＢが流れ込む。円板部材３２に流れ込んだ電子線ＥＢによって発生した電流は、リード線を通って電流計２９に送られる。なお、円板部材３２は、外郭部材２５と一体的に形成してもよい。

外窓取付リング３３は、円板部材３２よりも小径の扁平な部材である。外窓取付リング３３の中央部分には、電子線出射窓２４よりも大径の開口部３３ａが形成されている。開口部３３ａの周りには、円板部材３２の各ネジ孔３２ｂに対応する６つのネジ孔３３ｂが形成されている。外窓取付リング３３は、ネジ孔３２ｂ及びネジ孔３３ｂのそれぞれにネジ３６を螺合することにより、開口部３２ａが電子線通過孔１４と同心になるようにして円板部材３２の裏側に固定されている。

外窓３４は、電子線出射窓２４から出射した電子線ＥＢを装置１の外部に出射させる箔状の部材である。外窓３４は、例えばアルミニウムによって矩形状に形成され、外窓３４における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さは数μｍ程度となっている。外窓３４は、外窓取付リング３３の開口部３３ａを塞ぐようにして外窓取付リング３３の一面側にロウ付け固定され、円板部材３２の開口部３２ａ内に配置されている。

ここで、外窓３４と外窓取付リング３３の間は気密封止する必要は無いため、ロウ付けによって固定する代わりに、外窓３４を外窓取付リング３３と円板部材３２とで挟み込むことによって固定してもよい。この場合には、外窓取付リング３３の開口部３３ａと、円板部材３２の開口部３２ａとを同寸法とすると、例えば外窓３４の固定作業を行う際などに、開口部３２ａおよび開口部３３ａのエッジ部に当たって外窓３４が破損してしまうことを防止できる。

また、外窓３４における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さは、上述した電子線出射窓２４における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さよりも小さくなっているが、第１の窓ユニット４と第２の窓ユニット５との間は気密性を厳密に保つ必要はないため、電子線ＥＢの出力ロスをより低減する観点から、外窓３４は１μｍ程度にまで薄膜化することも可能である。さらには、外窓３４を構成する材料は、電子線出射窓２４を構成する材料よりも原子番号の大きい材料を含んでいてもよい。外窓３４を構成する材料としては、例えばカーボン（有機膜）、アルミ、シリコン、チタン、ニッケル、銅、銀、金、および各種合金などが挙げられる。これらの材料は、耐熱性に優れるため、外窓としての耐久性に優れている。

上述した構成を有する電子線照射装置１では、真空ポンプ１８によって容器３の内部が排気され、内部配線１１，１１を介して外部電源から数十ｋＶ〜数百ｋＶ程度の電圧がフィラメント９に供給されると、フィラメント９から電子が放出される。フィラメント９から放出された電子は、グリッド部１２が形成する電界によって加速し、電子線ＥＢとなる。電子線ＥＢは、電子線通過孔１４を通過する際、電磁コイル１５によって中心軸の補正がなされた後、電磁コイル１６によって集束され、電子線出射窓２４及び外窓３４を通って外部に出射する。出射した電子線ＥＢは、例えば窒素ガスのような不活性ガスの雰囲気下において、ライン上を流れる印刷物などの照射対象物に照射される。

電子線ＥＢを電子線出射窓２４及び外窓３４から出射させる際、照射対象物に向かった電子線ＥＢの一部が散乱等の影響によって外窓３４側に戻り、第２の窓ユニット５の円板部材３２に流れ込む。電子線ＥＢの一部が流れ込むことによって発生した電流は円板部材３２から電流計２９に送られ、電流値のモニタリングが行われる。また、第１の窓ユニット４と第２の窓ユニット５との間の空間Ｓ２には、導入管３０から一定量の窒素ガスが導入される。空間Ｓ２に導入された窒素ガスは、排出管３１から窒素ガス循環装置に排出される。

以上説明したように、電子線照射装置１では、電子線出射窓２４を有する第１の窓ユニット４に対して、外窓３４を有する第２の窓ユニット５が設けられている。そのため、電子線ＥＢが照射対象物に照射される際に発生する飛散物等は外窓３４によってブロックされ、電子線出射窓２４への汚れの付着が防止される。また、この電子線照射装置１では、外窓３４における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さが、電子線出射窓２４における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さよりも小さくなっている。したがって、電子線出射窓２４から出射した電子線ＥＢが外窓３４を通過する際の出力ロスを極めて小さく抑えることができ、装置外部に出射する電子線ＥＢの線量を十分に確保することができる。

また、電子線照射装置１では、第２の窓ユニット５の円板部材３２が電流読出電極としても機能する。したがって、電子線出射窓２４の厚みのムラや、電子線ＥＢが照射対象物に照射される際に発生する飛散物や汚れなどの付着によって動作時間の経過と共に変化する外窓３４の表面状態を加味した上で、実際に外窓３４から出射した電子線ＥＢの出力（実出力）をリアルタイムで精度良く測定することが可能となる。また、円板部材３２は、電子線ＥＢの出射軸方向から見て、電子線出射窓２４及び外窓３４と重ならないように配置されているので、電子線出射窓２４からの電子線ＥＢの出射量を十分に確保できる。

電子線ＥＢの実出力の測定により、実出力が低下してきたことが確認された場合、外窓３４への汚れの付着が原因と考えられるため、外窓３４の交換が必要となる。この場合、電子線照射装置１では、ネジ３５を外すことにより、第２の窓ユニット５を第１の窓ユニット４から容易に取り外すことが可能となっている。したがって、外窓３４の交換を簡単に行うことができる。また、第１の窓ユニット４を容器３から外す必要はないため、容器３内を真空リークする工程も不要となる。このため、窓交換を行う際の装置の停止時間を著しく短縮することが可能となる。

さらに、電子線照射装置１では、第１の窓ユニット４と第２の窓ユニット５との間の空間Ｓ２に窒素ガスを導入する導入管３０と、空間Ｓ２から窒素ガスを排出する排出管３１と備えている。このような構成により、電子線出射窓２４から電子線ＥＢが出射する際の空間Ｓ２内でのオゾンの発生が抑制される。また、空間Ｓ内を窒素ガスが流動することにより、電子線出射窓２４及び外窓３４の冷却効果が得られる。

［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態に係る電子線照射装置について詳細に説明する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る電子線照射装置の構成を示す側断面図である。また、図６は、図１におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。図５及び図６に示すように、第２実施形態に係る電子線照射装置４０は、偏向コイル５２により、容器３の電子線通過孔１４を通過した電子線ＥＢを所定の方向に高速で偏向させることによって第１の窓ユニット４１及び第２の窓ユニット４２から線状に電子線ＥＢを出射させる点で、第１の窓ユニット４及び第２の窓ユニット５から一点で電子線ＥＢを出射させる第１実施形態と異なっている。

第１の窓ユニット４１及び第２の窓ユニット４２の構成について説明する。図７は、電子線ＥＢの出射軸方向から見た各窓ユニットの平面図である。また、図８は、各窓ユニットの拡大側断面図である。

図７及び図８に示すように、窓ユニット４１は、筐体５１と、窓基板５３と、電子線出射窓５４と、外郭部材５５とを備えて構成されている。筐体５１は、基端側から先端側に向かうに従って電子線ＥＢの偏向方向（図５におけるＸ方向）の幅が拡大する形状となっている。筐体５１の基端側には、電子線通過孔１４と同径の開口部５１ａが形成されており、筐体５１の先端側は、矩形に開口している。また、筐体５１の基端側の縁には、円形のフランジ部５１ｂが形成されている。そして、筐体５１は、開口部５１ａと電子線通過孔１４とが同心になるように位置決めされ、容器３の先端に気密に固定されている。

また、筐体５１の基端側のフランジ部５１ｂの近傍には、偏向コイル５２が設けられている。偏向コイル５２は、電子線通過孔１４を通過した電子線ＥＢを筐体５１内において偏向させるコイルである。偏向コイル５２の両端には、Ｌ字状の支持部材５２ａがそれぞれ取り付けられており、偏向コイル５２は、支持部材５２ａ，５２ａで筐体５１の基端側の側壁を挟み込むことにより、筐体５１において偏向方向と直交する側壁の一方に近接するように配置されている。そして、偏向コイル５２は、外部電源（図示しない）から供給される電流値に基づいて、電子線通過孔１４を通過した電子線ＥＢの進行方向をＸ方向に沿って線状に偏向させる。

窓基板５３は、例えばステンレスによって長方形状に形成され、筐体５１の先端に固定されている。窓基板５３の中央には、複数（本実施形態では５個）の矩形の貫通孔５３ａが形成されている。各貫通孔５３ａは、電子線ＥＢの偏向方向に沿って所定の間隔で一列に配列されている。また、貫通孔５３ａ，５３ａの間には、電子線ＥＢの偏向方向と直交する方向に仕切溝５３ｂがそれぞれ形成されている。そして、窓基板５３の縁部には、例えばポリテトラフルオロエチレンなどによって形成された矩形環状の絶縁リング５６が固定されている。電子線出射窓５４は、第１実施形態と同様に、例えばベリリウムによって矩形状に形成され、電子線出射窓５４における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さは、１０μｍ程度となっている。電子線出射窓５４は、貫通孔５３ａごとに設けられ、各貫通孔５３ａの先端を塞ぐようにして窓基板５３にロウ付けされている。なお、筐体５１の先端には、Ｏリング６０が設置された溝が形成されている。これにより、窓基板５３と筐体５１との気密封止が保たれている。

外郭部材５５は、窓基板５３と同寸法の中空の直方体形状をなし、絶縁リング５６を介して窓基板５３に固定されている。外郭部材５５の先端側におけるＸ方向の両端部には、ネジ孔５５ａがそれぞれ形成されている。また、外郭部材５５のＸ方向の側面には、導入管５７が一体的に形成されており、導入管５７と反対の位置には、排出管５８が一体的に形成されている。導入管５７及び排出管５８は、窒素ガス循環装置（図示しない）に接続されている。なお、外郭部材５５を窓基板５３に固定する際、絶縁リング５６を介さずに直接固定してもよい。この場合、絶縁リング５６は、外郭部材５５と第２の窓ユニット４２との間に配置することが好ましい。

第２の窓ユニット４２は、板部材６１と、外窓取付部材６２と、外窓６３とを備えて構成されている。板部材６１は、例えばステンレスによって外郭部材５５と同寸法に形成されている。板部材６１の中央部分には、各電子線出射窓５４を露出させる矩形の開口部６１ａが形成され、板部材６１におけるＸ方向の両端部には、外郭部材５５のネジ孔５５ａに対応するネジ孔６１ｂがそれぞれ形成されている。さらに、板部材６１の一面側において、ネジ孔６１ｂよりも内側の位置には、開口部６１ａを挟むようにネジ孔６１ｃが形成されている。そして、板部材６１は、ネジ孔５５ａ及びネジ孔６１ｂのそれぞれにネジ６４を螺合することにより、ネジ孔６１ｃが電子線出射窓５４を向いた状態で、外郭部材５５の先端に着脱自在に固定されている。

さらに、板部材６１には、図示しないリード線が取り付けられている。このリード線は、電子線照射装置４０の外部に設置された電流計２９に接続されている（図５参照）。このような板部材６１の構成により、板部材６１は、電子線ＥＢの一部が流れ込む電流読出電極として機能する。すなわち、板部材６１には、外窓６３から出射した電子線ＥＢのうち、散乱等の影響によって外窓６３側に戻ってきた電子線ＥＢが流れ込む。板部材６１に流れ込んだ電子線ＥＢによって発生した電流は、リード線を通って電流計２９に送られる。なお、板部材６１は、外郭部材５５と一体的に形成してもよい。

外窓取付部材６２は、板部材６１よりも幅寸法の小さい扁平な矩形状をなしている。外窓取付部材６２の中央には、板部材６１と同様に、電子線出射窓５４を露出させる矩形の開口部６２ａが形成されている。また、外窓取付部材６２におけるＸ方向の縁部には、板部材６１の各ネジ孔６１ｃに対応するネジ孔６２ｂがそれぞれ形成されている。外窓取付部材６２は、ネジ孔６１ｃ及びネジ孔６２ｂのそれぞれにネジ６５を螺合することにより、板部材６１の裏側に固定されている。

外窓６３は、例えばアルミニウムによって矩形状に形成され、外窓６３における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さは、数μｍ程度となっている。外窓６３は、外窓取付部材６２の開口部６２ａを塞ぐようにして外窓取付部材６２の一面側にロウ付け固定され、板部材６１の開口部６１ａ内に配置されている。

第１実施形態と同様に、外窓６３と外窓取付部材６２の間は気密封止する必要は無いため、ロウ付けによって固定する代わりに、外窓６３を外窓取付部材６２と板部材６１とで挟み込むことによって固定してもよい。この場合には、外窓取付部材６２の開口部６２ａと、板部材６１の開口部６１ａとを同寸法にすると、例えば外窓６２の固定作業を行う際などに、開口部６１ａおよび開口部６２ａのエッジ部に当たって外窓６３が破損してしまうことを防止できる。

また、外窓６３における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さは、上述した各電子線出射窓５４における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さよりも小さくなっているが、第１の窓ユニット４１と第２の窓ユニット４２との間は気密性を厳密に保つ必要はないため、電子線ＥＢの出力ロスをより低減する観点から、外窓６３は１μｍ程度にまで薄膜化することも可能である。

このような電子線照射装置４０においても、第１実施形態と同様に、電子線出射窓５４を有する第１の窓ユニット４１に対して、外窓６３を有する第２の窓ユニット４２が設けられている。そのため、電子線ＥＢが照射対象物に照射される際に発生する飛散物等は外窓６３によってブロックされ、電子線出射窓５４への汚れの付着が防止される。また、電子線照射装置４０では、外窓６３における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さが、電子線出射窓５４における電子線ＥＢの出射軸方向の厚さよりも小さくなっている。したがって、電子線出射窓５４から出射した電子線ＥＢが外窓６３を通過する際の出力ロスを極めて小さく抑えることができ、装置外部に出射する電子線ＥＢの線量を十分に確保することができる。

また、電子線照射装置４０では、第２の窓ユニット４２の板部材６１が電流読出電極としても機能する。したがって、電子線出射窓５４の厚みのムラや、電子線ＥＢが照射対象物に照射される際に発生する飛散物や汚れなどの付着によって動作時間の経過と共に変化する外窓６３の表面状態を加味した上で、実際に外窓６３から出射した電子線ＥＢの実出力をリアルタイムで精度良く測定することが可能となる。また、板部材６１は、電子線ＥＢの出射軸方向から見て、電子線出射窓５４及び外窓６３と重ならないように配置されているので、外窓６３からの電子線ＥＢの出射量を十分に確保できる。

電子線ＥＢの実出力の測定により、実出力が低下してきたことが確認された場合、外窓６３への汚れの付着が原因と考えられるため、外窓６３の交換が必要となる。この場合、電子線照射装置４０では、ネジ６４を外すことにより、第２の窓ユニット４２を第１の窓ユニット４１から容易に取り外すことが可能となっている。したがって、外窓６３の交換を簡単に行うことができる。また、第１の窓ユニット４１を容器３から外す必要はないため、容器３内を真空リークする工程も不要となる。このため、窓交換を行う際の装置の停止時間を著しく短縮することが可能となる。

さらに、電子線照射装置４０では、第１の窓ユニット４１と第２の窓ユニット４２との間の空間Ｓ２に窒素ガスを導入する導入管５７と、空間Ｓ２から窒素ガスを排出する排出管５８と備えている。このような構成により、電子線出射窓５４から電子線ＥＢが出射する際の空間Ｓ２内でのオゾンの発生が抑制される。また、空間Ｓ２内を窒素ガスが流動することにより、電子線出射窓５４及び外窓６３の冷却効果が得られる。

本発明の第１実施形態に係る電子線照射装置の構成を示す側断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 電子線ＥＢの出射軸方向から見た各窓ユニットの平面図である。 各窓ユニットの拡大側断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電子線照射装置の構成を示す側断面図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。 電子線ＥＢの出射軸方向から見た各窓ユニットの平面図である。 窓ユニットの拡大側断面図である。

符号の説明

１，４０…電子線照射装置、２…電子銃、３…容器、４，４１…第１の窓ユニット、５，４２…第２の窓ユニット、９…フィラメント（電子放出部材）、１４…電子線通過孔、２４，５４…電子線出射窓、３０，５７…導入管、３１，５８…排出管、３２…円板部材（電流読出電極）、３４，６３…外窓、６１…板部材（電流読出電極）、ＥＢ…電子線、Ｓ２…空間。

Claims (2)

1. 電子線を放出する電子放出部材を有する電子銃と、
   前記電子放出部材を収容すると共に、前記電子線を通過させる電子線通過孔を有する容器と、
   前記電子線通過孔を閉じるように前記容器に固定され、前記電子線通過孔を通過した前記電子線を前記容器の外部に出射させる電子線出射窓を有する第１の窓ユニットと、
   前記第１の窓ユニットに固定され、前記電子線出射窓から出射した前記電子線を装置外部に出射させる外窓を有する第２の窓ユニットと、を備え、
   前記外窓における前記電子線の出射軸方向の厚さは、前記電子線出射窓における前記電子線の出射軸方向の厚さよりも小さく、
   前記第１の窓ユニットは、前記電子線出射窓の周りを囲むように配置され、第１の窓ユニットと前記第２の窓ユニットとの間の空間に不活性ガスを導入する導入管と、前記空間から前記不活性ガスを排出する排出管とを有する外郭部材を有し、
   前記第２の窓ユニットは、板部材と、前記板部材に前記外窓を取り付けるための取付部材とを有し、
   前記板部材が前記外郭部材に着脱自在に固定されることにより、前記第２の窓ユニットが前記第１の窓ユニットに対して着脱自在となっていることを特徴とする電子線照射装置。
2. 前記第２の窓ユニットは、前記電子線の出射軸方向から見て、前記外窓と重ならないように配置された電流読出電極を有していることを特徴とする請求項１記載の電子線照射装置。

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