JP6897355B2

JP6897355B2 - Electron beam irradiation device

Info

Publication number: JP6897355B2
Application number: JP2017117315A
Authority: JP
Inventors: 崇井出; 昌好伊藤
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-06-15
Also published as: JP2019002784A

Description

本発明は、エリア状に形成された低エネルギー電子線を被照射物（照射対象物）に対して照射するエリアビーム型の電子線照射装置に関する。 The present invention relates to an area beam type electron beam irradiating device that irradiates an irradiated object (irradiated object) with a low-energy electron beam formed in an area shape.

電子線照射は様々な目的に用いられているが、コーティング剤、印刷インキ、接着剤などの硬化、あるいは食品用ないし医薬品用の包装材料や容器の滅菌のような、表面ないし表層の処理には３００ｋｅＶ以下の低エネルギー電子線が照射されることが多い。低エネルギー電子線であれば、Ｘ線管に用いられる程度の小型電源を使用することができ、また、プローブ状の電子線で被照射物の照射エリアを二次元的に走査する走査型の装置を用いる代わりに、エリア状に形成された電子線シャワーの下をくぐるように被照射物を搬送するタイプの所謂「エリアビーム型」の装置が利用できることから、大面積の照射エリアに対する電子線照射処理を簡便に効率よく行うことができる。近年、エリアビーム型の電子線照射装置に対し、小型軽量化や保守の簡素化を狙った改良がさかんに行われている。 Although electron beam irradiation is used for various purposes, it is used for surface or surface treatment such as curing of coating agents, printing inks, adhesives, etc., or sterilization of packaging materials and containers for foods and pharmaceuticals. In many cases, a low-energy electron beam of 300 keV or less is irradiated. If it is a low-energy electron beam, a small power source that can be used for an X-ray tube can be used, and a scanning device that two-dimensionally scans the irradiation area of the irradiated object with a probe-shaped electron beam. Instead of using, a so-called "area beam type" device that conveys the object to be irradiated so as to pass under the electron beam shower formed in an area can be used. Therefore, electron beam irradiation for a large irradiation area can be used. The processing can be performed easily and efficiently. In recent years, improvements have been made to the area beam type electron beam irradiation device with the aim of reducing the size and weight and simplifying maintenance.

例えば特許文献１は、エリアビーム型の電子線照射装置に用いられる電子ビーム加速器を記載している。特許文献１には、電子ビーム加速器が、真空チャンバ内に電子発生器を有し、該電子発生器を構成するフィラメントに電流を流すと該フィラメントが加熱されて熱電子を発生し、発生した熱電子は、該フィラメントを包囲するハウジングの一方の側に該フィラメントと平行して設けられた開口列から、該真空チャンバの該開口列に対向する位置に設けられた電子ビーム放射窓に向かって加速され、加速された熱電子（電子ビーム）が該電子ビーム放射窓をシールする窓箔を透過して外部へ放射されるように構成されている。特許文献１は、電子ビーム加速器全体を小型化したモジュールとして一体的に構成することにより、電子ビーム加速器全体を簡便に交換できるようにして、電子線照射装置の保守の簡素化を図っている。 For example, Patent Document 1 describes an electron beam accelerator used in an area beam type electron beam irradiator. In Patent Document 1, an electron beam accelerator has an electron generator in a vacuum chamber, and when a current is passed through a filament constituting the electron generator, the filament is heated to generate thermoelectrons, and the generated heat is generated. Electrons accelerate from an opening row provided parallel to the filament on one side of the housing surrounding the filament toward an electron beam emission window provided at a position facing the opening row of the vacuum chamber. The accelerated thermions (electron beams) are configured to pass through the window foil that seals the electron beam emitting window and be radiated to the outside. Patent Document 1 simplifies the maintenance of the electron beam irradiator by integrally configuring the entire electron beam accelerator as a miniaturized module so that the entire electron beam accelerator can be easily replaced.

一方、エリアビーム型の電子線照射装置には、上に述べたように小型電源を用いて簡便に効率よく電子線照射処理を行うことができるというメリットがあり、このメリットを生かすには電力消費量に対する照射電子線量すなわち電子線生成効率を高めることが好ましいことから、従前より、フィラメントやターミナル（ハウジング）に印加する電圧を制御することによりフィラメントが発生した電子の取出し効率を高める工夫がなされている。例えば特許文献２は、ターミナルを構成するシールド電極とグリッドとを電気的に絶縁し、グリッドにはフィラメントより高い電圧を印加し、シールド電極にはフィラメントより低い電圧を印加することにより、フィラメントから発生した電子の大部分をグリッドから取り出すようにして、ターミナルからの電子の取出し効率を高める手法を開示している。 On the other hand, the area beam type electron beam irradiation device has an advantage that the electron beam irradiation process can be easily and efficiently performed by using a small power source as described above, and power consumption is required to take advantage of this advantage. Since it is preferable to increase the irradiation electron dose with respect to the amount, that is, the electron beam generation efficiency, a device has been devised to increase the extraction efficiency of electrons generated by the filament by controlling the voltage applied to the filament or the terminal (housing). There is. For example, Patent Document 2 generates electricity from a filament by electrically insulating the shield electrode constituting the terminal and the grid, applying a voltage higher than the filament to the grid, and applying a voltage lower than the filament to the shield electrode. We disclose a method to improve the efficiency of extracting electrons from the terminal by extracting most of the generated electrons from the grid.

また、特許文献３は、電子線シャワーの幅方向（Ｘ方向、被照射物の搬送方向）に延びるフィラメントを長さ方向（Ｙ方向、照射幅方向）に複数並設してＹ方向に延びる筒状のシールド電極で包囲し、該シールド電極の該フィラメント列に対向する側に設けたグリッド（引出し電極）を通して引き出された電子が真空容器の開口部（照射窓）に向けて加速されるように構成された電子線発生部において、個々のフィラメントの中央部から放出されグリッドを通して引き出された電子が加速されて電子線取出窓（照射窓）を透過する際に、窓箔を支える長手桟に衝突して消費されるロスを低減するために、引出し電極を湾曲させて電子線を長手桟を避けるように偏向させる手法を開示している。 Further, in Patent Document 3, a plurality of filaments extending in the width direction (X direction, transport direction of the object to be irradiated) of the electron beam shower are arranged side by side in the length direction (Y direction, irradiation width direction) and extend in the Y direction. The electrons drawn out through the grid (drawing electrode) provided on the side of the shield electrode facing the filament row are accelerated toward the opening (irradiation window) of the vacuum vessel. In the configured electron beam generator, when the electrons emitted from the central part of each filament and drawn out through the grid are accelerated and pass through the electron beam extraction window (irradiation window), they collide with the longitudinal pole supporting the window foil. In order to reduce the loss consumed, the extraction electrode is curved to deflect the electron beam so as to avoid the longitudinal crosspiece.

特開２０１０−１６４５８２号公報JP-A-2010-164582 特開平３−２６００号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-2600 特開２００６−２０１０４６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-201046

特許文献２や特許文献３に開示される手法は、フィラメントが発生（放出）した電子のうち真空チャンバの電子線取出窓（照射窓）から電子線として照射されるものの割合、すなわち発生した電子の利用効率を高めようとするものである。 The method disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3 is the ratio of the electrons generated (emitted) by the filament to those emitted as electron beams from the electron beam extraction window (irradiation window) of the vacuum chamber, that is, the generated electrons. It is intended to improve utilization efficiency.

これに対し、本発明の発明者らは、電子線照射装置を連続して使用していると、フィラメントから発生する電子の量が次第に低下してくる場合があることを見出した。そして、その原因を調べたところ、フィラメント電流がフィラメントと直列に接続されているグリッドにも流れるとき、グリッドの温度上昇により抵抗値が上がり、同じ電流を流そうとして電圧を上げようとするが、フィラメント電源の能力が不足しているため、フィラメントに流れる電流が不足し、フィラメントの加熱不足が起こる。もちろん、電圧と共に電流を上昇させることのできる電源を用いれば、上に述べたような問題は回避できるが、それでは電源回路の構成を新たに構築しなくてはいけなくなり小型の電源を簡便に用いるメリットがなくなる。 On the other hand, the inventors of the present invention have found that the amount of electrons generated from the filament may gradually decrease when the electron beam irradiation device is continuously used. Then, when the cause was investigated, when the filament current also flowed to the grid connected in series with the filament, the resistance value increased due to the temperature rise of the grid, and the voltage was increased in an attempt to pass the same current. Due to the insufficient capacity of the filament power supply, the current flowing through the filament is insufficient, resulting in insufficient heating of the filament. Of course, if you use a power supply that can increase the current with the voltage, you can avoid the problems mentioned above, but then you have to construct a new power supply circuit configuration and use a small power supply easily. There is no merit.

そこで、本発明の目的は、エリアビーム型電子線照射装置を連続して使用した場合に、フィラメントから発生する電子の量が次第に低下することを簡単な構成で防止することである。 Therefore, an object of the present invention is to prevent the amount of electrons generated from the filament from gradually decreasing when the area beam type electron beam irradiation device is continuously used with a simple configuration.

本発明は、
電子線を発生する電子線発生部と、該電子線発生部で発生した電子線を被照射物に照射する電子線照射部とを含んでなる電子線照射装置であって、
前記電子線発生部は、減圧可能な内部空間を包含する真空チャンバと、該内部空間内に配置されて電子を放出することができる電子銃とを有し、該真空チャンバは、該電子銃が該内部空間に放出した電子を電子線として外部へ取り出すための電子線取出窓を有し、
前記電子線照射部は、前記電子線取出窓に隣接する照射空間を形成し、被照射物を搬送する搬送手段を該照射空間内に有し、
前記電子銃は、電流を流して加熱すると電子を発生する線状のフィラメントと、良導体からなり該フィラメントと導通した背面プレートと、導体からなり該フィラメント及び該背面プレートを包囲するターミナルとを有し、該ターミナルは、該フィラメントが発生した電子を前記電子線取出窓に対向する側に引き出すグリッドを有し、該グリッドは、該フィラメントに沿って設けられ、該背面プレートは、該グリッドから見て該フィラメントの背面側に設けられ、
前記電子線発生部は、前記電子銃が前記内部空間に放出した電子を前記電子線取出窓に向けて加速するための加速電圧を、該電子銃と該電子線取出窓との間に印加することができるように構成され、
前記フィラメントを流れる電流の経路が、該フィラメントと直列に接続された前記背面プレートを含むことを特徴とする電子線照射装置、を提供し、
それにより前記課題を解決するものである。 The present invention
An electron beam irradiating device including an electron beam generating unit that generates an electron beam and an electron beam irradiating unit that irradiates an object to be irradiated with the electron beam generated by the electron beam generating unit.
The electron beam generating unit has a vacuum chamber including an internal space capable of depressurizing and an electron gun arranged in the internal space and capable of emitting electrons, and the vacuum chamber includes the electron gun. It has an electron beam take-out window for taking out the electrons emitted into the internal space as an electron beam to the outside.
The electron beam irradiation unit forms an irradiation space adjacent to the electron beam extraction window, and has a transport means for transporting an object to be irradiated in the irradiation space.
The electron gun has a linear filament that generates electrons when heated by passing an electric current, a back plate made of a good conductor and conducting with the filament, and a terminal made of a conductor and surrounding the filament and the back plate. The terminal has a grid that draws out the electrons generated by the filament to the side facing the electron beam extraction window, the grid is provided along the filament, and the back plate is viewed from the grid. Provided on the back side of the filament
The electron beam generating unit applies an acceleration voltage between the electron gun and the electron beam extraction window for accelerating the electrons emitted by the electron gun into the internal space toward the electron beam extraction window. Configured to be able to
Provided is an electron beam irradiator, characterized in that the path of the current flowing through the filament includes the back plate connected in series with the filament.
Thereby, the above-mentioned problem is solved.

本発明によれば、所謂エリアビーム型の電子線照射装置を連続的に使用したときのフィラメントに流れる電流量の経時的低下が抑制され、大面積の照射エリアに対する電子線照射処理を簡便に効率よく安定して行うことができる。 According to the present invention, a decrease in the amount of current flowing through the filament over time when a so-called area beam type electron beam irradiation device is continuously used is suppressed, and electron beam irradiation processing for a large area irradiation area can be easily and efficiently performed. It can be done well and stably.

本発明の電子線照射装置の内部構造を例示する模式的正面図である。It is a schematic front view which illustrates the internal structure of the electron beam irradiation apparatus of this invention. 図１に示す装置を同図のＡ−Ａ断面で見た模式的側面図である。It is a schematic side view which looked at the apparatus shown in FIG. 1 in the cross section AA of the figure. 図１に示す装置の背面プレートの一例を示す。An example of the back plate of the apparatus shown in FIG. 1 is shown. 図１に示す装置のグリッドの一例を示す。An example of the grid of the apparatus shown in FIG. 1 is shown. 図１に示す装置のグリッドの別の例を示す。Another example of the grid of the apparatus shown in FIG. 1 is shown. 図１に示す装置のコネクタと電源プラグを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the connector and the power plug of the apparatus shown in FIG.

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子線照射装置の内部構造を例示する模式的正面図であり、図２は、図１に示す装置を同図のＡ−Ａ断面で見た模式的側面図である。図１及び図２に示す電子線照射装置は、電子線を発生する電子線発生部１と該電子線発生部で発生した電子線ＥＢを被照射物Ｘに照射する電子線照射部２を含む。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic front view illustrating the internal structure of an electron beam irradiation device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of the device shown in FIG. 1 in a cross section taken along the line AA of the same figure. It is a side view. The electron beam irradiating device shown in FIGS. 1 and 2 includes an electron beam generating unit 1 that generates an electron beam and an electron beam irradiating unit 2 that irradiates an object X with an electron beam EB generated by the electron beam generating unit. ..

電子線発生部１は、真空排気システム３により減圧可能な内部空間１０を包含する真空チャンバ１１と、該内部空間内に配置されて電子を放出する電子銃１２とを有する。真空チャンバ１１は、中心軸が略水平になるように配置された円筒形状の筒状筐体１１ａと、その筒状筐体の両端の開口をそれぞれ閉封するエンドキャップ１１ｂ、１１ｃからなる。電子銃１２は、基本構成要素として、線状に延びる発熱抵抗体であるフィラメント１３とその周りを筒状に包囲する導電体であるターミナル１４とを有する。 The electron beam generating unit 1 includes a vacuum chamber 11 including an internal space 10 that can be decompressed by the vacuum exhaust system 3, and an electron gun 12 that is arranged in the internal space and emits electrons. The vacuum chamber 11 includes a cylindrical cylindrical housing 11a arranged so that the central axis is substantially horizontal, and end caps 11b and 11c that close the openings at both ends of the cylindrical housing, respectively. The electron gun 12 has, as basic components, a filament 13 which is a heat generating resistor extending linearly and a terminal 14 which is a conductor surrounding the filament 13 in a tubular shape.

真空チャンバ１１の底部には、電子銃１２が放出した電子（熱電子）を加速して外部（照射空間２０）へ電子線ＥＢとして導入するための電子線取出窓１５が設けられている。電子線取出窓１５は、真空チャンバ１１の筒状筐体１１ａの中心軸に平行な方向を長手方向とする矩形状をなし、その長手方向の長さを長さ、それに直交する方向の長さを幅とする断面矩形状の電子流（電子線シャワー）を形成する。 At the bottom of the vacuum chamber 11, an electron beam extraction window 15 for accelerating the electrons (thermoelectrons) emitted by the electron gun 12 and introducing them to the outside (irradiation space 20) as an electron beam EB is provided. The electron beam extraction window 15 has a rectangular shape whose longitudinal direction is parallel to the central axis of the tubular housing 11a of the vacuum chamber 11, and the length in the longitudinal direction is the length, and the length in the direction orthogonal to the length. Form an electron stream (electron beam shower) having a rectangular cross section having a width of.

電子線取出窓１５は、真空チャンバ１１の底部に取り付けられた窓枠体１５ａと、該電子線取出窓の開口１６を塞ぐことで密閉された内部空間１０を形成する金属箔１５ｂとを備える。金属箔１５ｂは、チタン、マグネシウム、アルミニウム、ベリリウム等からなり、電子線ＥＢを透過させる一方、内部空間１０を真空排気したときの真空チャンバの内外圧力差に耐える必要がある。用いる材料にもよるが一般的には３〜２０μｍ程度の厚さを有する。このとき、金属箔１５ｂを内側から支える支持体１５ｃを設けることにより、所望の耐圧性をもたせながら金属箔１５ｂの厚さを抑えることができる。 The electron beam extraction window 15 includes a window frame body 15a attached to the bottom of the vacuum chamber 11 and a metal foil 15b that forms a sealed internal space 10 by closing the opening 16 of the electron beam extraction window. The metal foil 15b is made of titanium, magnesium, aluminum, beryllium, etc., and must withstand the pressure difference between the inside and outside of the vacuum chamber when the internal space 10 is evacuated while allowing the electron beam EB to pass through. Although it depends on the material used, it generally has a thickness of about 3 to 20 μm. At this time, by providing the support 15c that supports the metal foil 15b from the inside, the thickness of the metal foil 15b can be suppressed while maintaining the desired pressure resistance.

電子銃１２の基本構成要素の一つであるフィラメント１３は、通常、タングステンのような高温に耐える金属からなる発熱抵抗線であり、これに電流を流して高温に加熱すると熱電子が放出される。フィラメントが細いと切れやすくなり寿命が短くなるが、一方、太すぎると長さ方向に均一に加熱されなくなり熱電子の発生バランスが悪くなる。タングステン製のフィラメントの場合、フィラメントの線径は０．１５〜０．５ｍｍ程度が好ましい範囲である。フィラメント１３は、電子線取出窓１５に対向して該電子線取出窓の長手方向（すなわち電子線シャワーの長さ方向）に略平行して延びるように設けられることが好ましい。 The filament 13, which is one of the basic components of the electron gun 12, is usually a heat-generating resistance wire made of a metal such as tungsten that can withstand high temperatures, and when an electric current is passed through it and heated to a high temperature, thermoelectrons are emitted. .. If the filament is thin, it will be easily cut and the life will be shortened. On the other hand, if the filament is too thick, it will not be heated uniformly in the length direction and the balance of thermionic generation will be poor. In the case of a filament made of tungsten, the wire diameter of the filament is preferably in the range of about 0.15 to 0.5 mm. The filament 13 is preferably provided so as to face the electron beam extraction window 15 and extend substantially parallel to the longitudinal direction of the electron beam extraction window (that is, the length direction of the electron beam shower).

電子銃１２の基本構成要素の他の一つであるターミナル１４は、フィラメント１３の周りを囲んで該フィラメントを電磁的にシールドする役割を果たすとともに、フィラメントから放出された熱電子を電子線取出窓に向けて送り出す役割を果たす。このため、ターミナル１４の底部（フィラメント１３と電子線取出窓１５とがターミナル１４の当該部位を挟んで対向する領域）には、電子を引き出す複数の開口部が配列して設けられたグリッド１７を形成する。 The terminal 14, which is one of the other basic components of the electron gun 12, surrounds the filament 13 and plays a role of electromagnetically shielding the filament, and at the same time, the thermoelectrons emitted from the filament are taken out from the electron beam outlet window. It plays a role of sending out toward. Therefore, at the bottom of the terminal 14 (the region where the filament 13 and the electron beam extraction window 15 face each other with the portion of the terminal 14 in between), a grid 17 is provided in which a plurality of openings for drawing electrons are arranged. Form.

また、フィラメント１３の上方（グリッド１７から見てフィラメント１３の背面側）には背面プレート（リペラともいう）１８が設けられ、フィラメント１３から上方に放出された熱電子がグリッド１７の方に向けて撥ね返されるように構成される。背面プレート１８は、図３に示すように、最も高温になるフィラメント中央部の上方に位置する部分をくり抜いた形状にすると、背面プレート自体が加熱されて抵抗が増大するのを回避することができ、また、グリッドが加熱されるのを抑制する効果もあるので好ましい。 A back plate (also referred to as a repeller) 18 is provided above the filament 13 (on the back side of the filament 13 when viewed from the grid 17), and thermions emitted upward from the filament 13 are directed toward the grid 17. It is configured to be repelled. As shown in FIG. 3, when the back plate 18 has a shape in which a portion located above the central portion of the filament having the highest temperature is hollowed out, it is possible to prevent the back plate itself from being heated and an increase in resistance. It is also preferable because it has the effect of suppressing the grid from being heated.

フィラメントに沿って設けられたグリッド１７を構成する複数の開口部は、フィラメント１３が延びる方向に配列されていることが好ましい。図４及び図５は、本実施形態の電子線照射装置に好ましく用いられるグリッドの開口部の配列を示すものである。図４は円形の開口部が３列に配列されたものを示し、図５は円形の開口部が５列に配列されたものを示す。円形の開口部の場合、その直径は２．０〜８．０ｍｍ程度とすることが好ましい。ただし、グリッドを構成する個々の開口部の形状は円形に限られるわけではなく、矩形、六角形、長円形など任意の形状であってよい。また、複数の開口部は必ずしも３列または５列に配列されていなくてもよく、更にいえば規則的に配列されていなくてもよい。図４及び図５に示されるグリッド１７では、その長手方向（フィラメント１３が延びる方向と平行な方向）に関してグリッドの中程に位置する領域（以下「中央部領域」という）における開口率（当該領域の面積に対してその領域内の開口部の面積の総和が占める割合）が、該中央領域を両端側から挟む領域（以下「端部側領域」という）における開口率よりも小さくなっていて、フィラメントから放出される熱電子の分布の不均一性（中央部領域からの熱電子放出量が多い）が是正されるように構成されている。ただし、本実施形態のグリッド１７は、必ずしも図４又は図５に示されるように構成されていなくてもよい。 It is preferable that the plurality of openings forming the grid 17 provided along the filament are arranged in the direction in which the filament 13 extends. 4 and 5 show an array of grid openings that are preferably used in the electron beam irradiator of this embodiment. FIG. 4 shows the circular openings arranged in three rows, and FIG. 5 shows the circular openings arranged in five rows. In the case of a circular opening, the diameter is preferably about 2.0 to 8.0 mm. However, the shape of the individual openings constituting the grid is not limited to a circle, and may be any shape such as a rectangle, a hexagon, or an oval. Further, the plurality of openings do not necessarily have to be arranged in three or five rows, and more specifically, they do not have to be arranged regularly. In the grid 17 shown in FIGS. 4 and 5, the aperture ratio (hereinafter referred to as “central region”) in the region located in the middle of the grid in the longitudinal direction (direction parallel to the direction in which the filament 13 extends) (the region). The ratio of the total area of the openings in the region to the area of is smaller than the aperture ratio in the region sandwiching the central region from both ends (hereinafter referred to as the "end side region"). It is configured to correct the non-uniformity of the thermionic distribution emitted from the filament (the amount of thermionic emissions from the central region is large). However, the grid 17 of the present embodiment does not necessarily have to be configured as shown in FIG. 4 or FIG.

フィラメント１３が発生した電子は、グリッド１７からターミナル１４の外側（電子線取出窓と対向する位置）に引き出される。このとき、ターミナル１４に電子線取出窓１５に対して負の電圧が印加されていると、引き出された電子が電子線取出窓１５に向かって加速されて電子線ＥＢとなり、電子線取出窓１５を塞いでいる金属箔１５ｂを透過し電子線シャワーとなって、電子線照射部２の照射空間２０内に導入され、照射空間２０内を当該電子線シャワーと交差する方向に搬送されている（あるいは当該電子線シャワーが照射する位置に支持されている）被照射物Ｘに照射されることになる。 The electrons generated by the filament 13 are drawn from the grid 17 to the outside of the terminal 14 (position facing the electron beam extraction window). At this time, if a negative voltage is applied to the electron beam take-out window 15 to the terminal 14, the extracted electrons are accelerated toward the electron beam take-out window 15 to become an electron beam EB, and the electron beam take-out window 15 becomes an electron beam EB. The metal foil 15b is transmitted through the metal foil 15b to form an electron beam shower, which is introduced into the irradiation space 20 of the electron beam irradiation unit 2 and is conveyed in the irradiation space 20 in a direction intersecting with the electron beam shower (). Alternatively, the object to be irradiated X (supported at the position where the electron beam shower irradiates) will be irradiated.

通常、フィラメント１３とターミナル１４（及びその一部を構成するグリッド１７）とは電気的に導通しており、このため、フィラメントを電流が流れる際の電圧降下（フィラメント両端間の電位差）を無視すれば、これらは略同じ電位にある。このため、電子銃１２で発生した電子を電子線取出窓に向けて加速するためにターミナル１４に印加される負の加速電圧（電子線取出窓１５側は接地される）は、電子がグリッド１７からターミナル１４の外側に引き出されるまでは当該電子の移動に殆ど寄与しない。ただし、特許文献２に記載されるように、グリッド１７の方がフィラメント１３よりも高い電位になるように構成したり、ターミナル１４や背面プレート１８の方がフィラメント１３よりも低い電位になるように構成してもよい。そのような場合には、ターミナル１４の内部でもフィラメント１３から放出された熱電子をグリッド１７に向けて誘導する力がはたらくため、それにより電子銃１２の電子線発生効率が向上することもある。 Normally, the filament 13 and the terminal 14 (and the grid 17 forming a part thereof) are electrically conductive, so that the voltage drop (potential difference between both ends of the filament) when a current flows through the filament is ignored. For example, they are at about the same potential. Therefore, the negative acceleration voltage (the electron beam extraction window 15 side is grounded) applied to the terminal 14 for accelerating the electrons generated by the electron gun 12 toward the electron beam extraction window is such that the electrons are grounded in the grid 17. It hardly contributes to the movement of the electron until it is pulled out from the terminal 14. However, as described in Patent Document 2, the grid 17 is configured to have a higher potential than the filament 13, and the terminal 14 and the back plate 18 are configured to have a lower potential than the filament 13. It may be configured. In such a case, a force for inducing thermions emitted from the filament 13 toward the grid 17 also acts inside the terminal 14, which may improve the electron beam generation efficiency of the electron gun 12.

電子線照射部２は、電子線取出窓１５に隣接して照射空間２０を形成し、該照射空間内に被照射物Ｘを搬送あるいは単に支持するための不図示の搬送手段を有する。被照射物を照射空間内で搬送する場合、断面矩形状の電子線シャワーの長さ方向と交差する方向に被照射物を搬送すれば、一度の搬送動作で当該長さ（の当該搬送方向に垂直な成分）に相当する幅で電子線シャワーによる照射が行われるため、効率よく広い面積に対して電子線照射処理を行うことができる。そして、本発明によれば、当該装置を連続的に使用したときのフィラメントに流れる電流量の経時的変化（低下）が抑制されるため、大面積の照射エリアに対する電子線照射処理を安定して行うことができる。 The electron beam irradiation unit 2 forms an irradiation space 20 adjacent to the electron beam extraction window 15, and has a transport means (not shown) for transporting or simply supporting the irradiated object X in the irradiation space. When transporting the irradiated object in the irradiation space, if the irradiated object is transported in a direction intersecting the length direction of the electron beam shower having a rectangular cross section, the irradiated object can be transported in one transport operation to the length (in the transport direction). Since the irradiation is performed by the electron beam shower with a width corresponding to the vertical component), the electron beam irradiation process can be efficiently performed on a wide area. According to the present invention, the change (decrease) in the amount of current flowing through the filament when the device is continuously used is suppressed, so that the electron beam irradiation process for a large area irradiation area can be stably performed. It can be carried out.

なお、上でいう照射空間２０とは、電子線取出窓１５を通過した電子線ＥＢが十分な強度で到達する範囲を意味し、照射空間が大気圧下にあり電子線取出窓を透過した時点で１００ｋｅＶの電子線を照射する場合では、電子線取出窓１３から最大１４ｃｍ程度離れた距離までの空間がここでいう照射空間２０ということになる。照射空間２０自体は必ずしも筐体２１で囲われていなくてもよいが、被照射物Ｘに電子線を照射する際に制動Ｘ線が発生するため、電子線照射部２全体を鉛等の遮蔽壁で覆ってＸ線被曝を防止することが好ましい。なお、深い凹凸のある表面形態をもった被照射物の滅菌処理を行う場合のように、電子線の到達距離を大きくしたい場合には照射空間を減圧することが好ましく、その場合には照射空間を封止するために筐体で囲う必要があるのは当然である。 The irradiation space 20 mentioned above means a range in which the electron beam EB that has passed through the electron beam extraction window 15 reaches with sufficient intensity, and is the time when the irradiation space is under atmospheric pressure and passes through the electron beam extraction window. In the case of irradiating an electron beam of 100 keV, the space up to a distance of up to about 14 cm from the electron beam extraction window 13 is the irradiation space 20 here. The irradiation space 20 itself does not necessarily have to be surrounded by the housing 21, but since braking X-rays are generated when the irradiated object X is irradiated with electron beams, the entire electron beam irradiation unit 2 is shielded by lead or the like. It is preferable to cover it with a wall to prevent X-ray exposure. It is preferable to reduce the pressure in the irradiation space when it is desired to increase the reach of the electron beam, such as when sterilizing an irradiated object having a surface morphology with deep irregularities. In that case, the irradiation space Of course, it is necessary to enclose it in a housing to seal it.

本実施形態の電子線照射装置の電子線発生部１における真空チャンバ１１の一方のエンドキャップ１１ｂには、真空チャンバ１１の中心軸と同心的に貫通孔が設けられ、そこに挿入された電力供給用のコネクタ４０が電子銃１２に接続している。フィラメント１３に流す電流やターミナル１４に印加する負の加速電圧（小型電源を用いる場合は最大１００ｋＶ程度）は、高電圧ケーブル４の先端に設けられた電源プラグ４２をコネクタ４０に設けられたレセプタクル４１に挿入することで、高電圧電源から電子銃１２に供給される。 One end cap 11b of the vacuum chamber 11 in the electron beam generating unit 1 of the electron beam irradiation device of the present embodiment is provided with a through hole concentrically with the central axis of the vacuum chamber 11, and the power supply inserted therein is provided. Connector 40 is connected to the electron gun 12. The current flowing through the filament 13 and the negative acceleration voltage applied to the terminal 14 (up to about 100 kV when using a small power supply) are the receptacle 41 provided on the connector 40 with the power plug 42 provided at the tip of the high voltage cable 4. By inserting it into, it is supplied to the electronic gun 12 from a high voltage power source.

図６は、コネクタ４０と電源プラグ４２の構成を示す斜視図である。真空チャンバ１１に挿入されたコネクタ４０の外側に露出した表面の中央部には、レセプタクル４１が窪み状に形成されている。コネクタ４０は、一体に形成された樹脂性であり、大径部４３と小径部４４とを備えている。コネクタ４０が真空チャンバ１１に挿入されたとき、小径部４４は該真空チャンバの内側に位置し、大径部４３は該真空チャンバの外側に位置する。また、大径部４３と小径部４４の間にはフランジ部４５が備えられ、これら全体が一体に形成されている。フランジ部４５は、真空チャンバ１１の一方のエンドキャップ１１ｂの外面に締結されて固定され、真空チャンバ１１を密閉するように構成されている。レセプタクル４１はコネクタ４０の大径部４３の端から小径部４４の途中まで延びており、レセプタクル４１の底面（図では右側の面）からは小径部４４を構成する樹脂の内部を通して電源線４６ａ、４６ｂが延びている。 FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the connector 40 and the power plug 42. A receptacle 41 is formed in a recessed shape in the central portion of the surface exposed to the outside of the connector 40 inserted into the vacuum chamber 11. The connector 40 is made of a resin integrally formed, and includes a large diameter portion 43 and a small diameter portion 44. When the connector 40 is inserted into the vacuum chamber 11, the small diameter portion 44 is located inside the vacuum chamber and the large diameter portion 43 is located outside the vacuum chamber. Further, a flange portion 45 is provided between the large diameter portion 43 and the small diameter portion 44, and all of them are integrally formed. The flange portion 45 is fastened and fixed to the outer surface of one end cap 11b of the vacuum chamber 11 so as to seal the vacuum chamber 11. The receptacle 41 extends from the end of the large diameter portion 43 of the connector 40 to the middle of the small diameter portion 44, and from the bottom surface of the receptacle 41 (the surface on the right side in the figure), the power supply line 46a, through the inside of the resin constituting the small diameter portion 44, 46b is extended.

フィラメント１３を流れる電流は一対の電源線４６ａ、４６ｂを介して供給される。すなわち、電源線４６ａ、４６ｂの一方（例えば４６ｂ）はフィラメント１３の一端に接続しており、他方（例えば４６ａ）はフィラメント１３の他端に接続している。そして、フィラメント１３は筒状のターミナル１４の内部を線状に延びているため、フィラメント１３の一端はコネクタ４０に隣接し、他端はコネクタ４０から離れた位置にくる。従って、コネクタ４０から離れている端（ここでは「他端」の方）とコネクタ４０とをつなぐ配線部材が必要になる。このとき、ターミナル１４の内部にはフィラメント１３に沿ってグリッド１７と背面プレート１８とが存在するため、これらを上記配線部材として利用すれば、別途、配線部材を設ける必要がないので有利である。 The current flowing through the filament 13 is supplied via the pair of power supply lines 46a and 46b. That is, one of the power lines 46a and 46b (for example, 46b) is connected to one end of the filament 13, and the other (for example, 46a) is connected to the other end of the filament 13. Since the filament 13 extends linearly inside the tubular terminal 14, one end of the filament 13 is adjacent to the connector 40 and the other end is separated from the connector 40. Therefore, a wiring member that connects the end (here, the "other end") away from the connector 40 and the connector 40 is required. At this time, since the grid 17 and the back plate 18 are present along the filament 13 inside the terminal 14, it is advantageous to use these as the wiring members because it is not necessary to separately provide the wiring members.

グリッド１７も背面プレート１８も通常は導体である金属で作られているので、フィラメント１３の上記他端をいずれかの部材の当該他端側（コネクタと離れた側）に接続し、その部材の反対側（コネクタ側）を電源線４６ａに接続すれば、フィラメント１３を流れる電流の（電源線４６ｂからフィラメント１３を経て電源線４６ａに至る）経路が構成される。ここで、グリッド１７はフィラメント１３に近接して設けられているため、フィラメント１３からの輻射熱を受けて温度が上昇しやすい。グリッド１７の温度が上昇するとその部分の抵抗が増大するため、フィラメント１３の上記他端から電源線４６ａまでの経路におけるフィラメントを加熱するための電流量が低下することになる。 Since both the grid 17 and the back plate 18 are usually made of metal, which is a conductor, the other end of the filament 13 is connected to the other end side (the side away from the connector) of any member of the member. If the opposite side (connector side) is connected to the power supply line 46a, a path (from the power supply line 46b to the power supply line 46a via the filament 13) of the current flowing through the filament 13 is formed. Here, since the grid 17 is provided close to the filament 13, the temperature tends to rise due to the radiant heat from the filament 13. As the temperature of the grid 17 rises, the resistance of that portion increases, so that the amount of current for heating the filament in the path from the other end of the filament 13 to the power supply line 46a decreases.

このため、本実施形態においては、フィラメント１３の上記他端を背面プレート１８の当該他端側（コネクタと離れた側）に接続し、背面プレート１８の反対側（コネクタ側）を電源線４６ａに接続しており、フィラメント１３を流れる電流の経路が、該フィラメントと直列に接続された背面プレート１８を含むように構成されている。背面プレート１８はグリッド１７よりフィラメント１３の輻射熱を受けにくく温度が上昇しにくいので、そこを流れる電流に対する抵抗が増大しにくい。また、背面プレート１８自体が良導体からなる、すなわち少なくとも加熱されて温度が上昇したときのグリッドより抵抗が小さくなるように構成されている。そのため、フィラメント１３を流れる電流の経路が背面プレート１８及びグリッド１７の両者をともに（並列的に）含むように構成されたとしても、グリッド１７の温度が上昇して抵抗が増大したときには、電流は背面プレートを優先的に流れることになるので、グリッド１７の温度上昇によるフィラメント１３の上記他端と電源線４６ａまでの経路の電流量の低下は大幅に低減される。 Therefore, in the present embodiment, the other end of the filament 13 is connected to the other end side (the side away from the connector) of the back plate 18, and the opposite side (connector side) of the back plate 18 is connected to the power supply line 46a. It is connected and the path of the current through the filament 13 is configured to include a back plate 18 connected in series with the filament. Since the back plate 18 is less likely to receive the radiant heat of the filament 13 than the grid 17 and the temperature is less likely to rise, the resistance to the current flowing through the back plate 18 is less likely to increase. Further, the back plate 18 itself is made of a good conductor, that is, it is configured so that the resistance is smaller than that of the grid when at least heated and the temperature rises. Therefore, even if the path of the current flowing through the filament 13 is configured to include both the back plate 18 and the grid 17 (in parallel), when the temperature of the grid 17 rises and the resistance increases, the current is generated. Since the current flows preferentially through the back plate, the decrease in the amount of current in the path between the other end of the filament 13 and the power supply line 46a due to the temperature rise of the grid 17 is significantly reduced.

背面プレート１８を構成する「良導体」としては、抵抗率が小さい金、銀、銅などの金属やこれらを含む合金が好ましく、コストを考慮すれば銅が特に好ましい。ニッケルの抵抗率は銅の４〜６倍程度であるから多くの場合に使用可能であるが、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の抵抗率は銅の２０〜４０倍にもなるので一般に使用可能であるとはいえない。もっとも、材料としての抵抗率が大きくても背面プレートの厚みを大きくすれば、電流経路としての抵抗値は下がるので、必ずしも全く使用できないわけではない。 As the "good conductor" constituting the back plate 18, metals such as gold, silver, and copper having a low resistivity and alloys containing these are preferable, and copper is particularly preferable in consideration of cost. Nickel has a resistivity of about 4 to 6 times that of copper, so it can be used in many cases, but stainless steel (SUS304) has a resistivity of 20 to 40 times that of copper, so it can be used in general. I can't say. However, even if the resistivity as a material is large, if the thickness of the back plate is increased, the resistance value as a current path decreases, so that it is not necessarily unusable at all.

以上、図１〜図６に示す本発明の実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本願の各請求項の記載に基づいてその範囲が規定されるものであることはいうまでもない。 Although the embodiments of the present invention shown in FIGS. 1 to 6 have been described above, the present invention is not limited to the present embodiment, and the scope thereof is defined based on the description of each claim of the present application. Needless to say.

図１及び図２に示す電子線照射装置の電子線発生部１に相当する実験装置を製作し、電子線発生実験を行った。フィラメント１３としては長さ１５０ｍｍ、線径０．２ｍｍのタングステン線を用いた。また、グリッド１７としては、図４に示すものと同様の、フィラメントが延びる方向に沿って円形の開口部を３列に設けたＳＵＳ３０４製のものを用いた。このときのグリッドとフィラメントの間の距離は１０ｍｍである。また、フィラメントの上方に４０ｍｍ離してフィラメントに平行に銅製又はＳＵＳ３０４製の背面プレート（幅４０ｍｍ、厚さ３ｍｍ）を設け、フィラメントのコネクタから離れた側の端とグリッド及び背面プレートとを接続して、フィラメントに対して直列に接続されたグリッド及び背面プレート（グリッドと背面プレートとは互いに並列）に含むフィラメント電流の経路を構成した。背面プレートは、開口を有しないものと図３に示すような開口（２８ｍｍ×１１０ｍｍ）を有するものを用意し、開口の効果を調べた。 An experimental device corresponding to the electron beam generating unit 1 of the electron beam irradiating device shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured, and an electron beam generating experiment was performed. As the filament 13, a tungsten wire having a length of 150 mm and a wire diameter of 0.2 mm was used. Further, as the grid 17, a grid 17 made of SUS304 having circular openings in three rows along the direction in which the filament extends, similar to that shown in FIG. 4, was used. The distance between the grid and the filament at this time is 10 mm. Further, a copper or SUS304 back plate (width 40 mm, thickness 3 mm) is provided above the filament 40 mm apart in parallel with the filament, and the end on the side away from the filament connector is connected to the grid and the back plate. , A path for filament currents contained in a grid connected in series with respect to the filament and a back plate (the grid and the back plate are parallel to each other). As the back plate, one having no opening and one having an opening (28 mm × 110 mm) as shown in FIG. 3 were prepared, and the effect of the opening was examined.

（実験１）
１００ｋＶタイプの小型電源を用い、加速電圧を５０ｋＶ、フィラメント電流を３．２Ａ（初期値）とした。背面プレートとしては、ＳＵＳ３０４製のもの（開口無し）を設けた。フィラメントの電力供給はグリッド側から供給した。実験開始直後のビーム電流は１．６５ｍＡ、連続して３時間照射を行った時点での電子線出力は０．９３ｍＡであった。 (Experiment 1)
A small 100 kV type power supply was used, the acceleration voltage was set to 50 kV, and the filament current was set to 3.2 A (initial value). As the back plate, one made of SUS304 (without opening) was provided. The power supply of the filament was supplied from the grid side. The beam current immediately after the start of the experiment was 1.65 mA, and the electron beam output at the time of continuous irradiation for 3 hours was 0.93 mA.

（実験２）
背面プレートを開口を設けたＳＵＳ３０４製のもの（開口２８×１１０ｍｍ）にした以外は実験１と同じ条件で実験を行った。実験開始直後のビーム電流は２．７１ｍＡ、連続して３時間照射を行った時点での電子線出力は１．７６ｍＡであった。 (Experiment 2)
The experiment was carried out under the same conditions as in Experiment 1 except that the back plate was made of SUS304 having an opening (opening 28 × 110 mm). The beam current immediately after the start of the experiment was 2.71 mA, and the electron beam output at the time of continuous irradiation for 3 hours was 1.76 mA.

（実験３）
背面プレートを銅製のもの（開口２８×１１０ｍｍ）にし、かつフィラメントの電力供給を背面プレート側から供給した以外は実験１と同じ条件で実験を行った。実験開始直後の電子線出力は３．４２ｍＡ、連続して３時間照射を行った時点での電子線出力は２．２４ｍＡであった。 (Experiment 3)
The experiment was carried out under the same conditions as in Experiment 1 except that the back plate was made of copper (opening 28 × 110 mm) and the power of the filament was supplied from the back plate side. The electron beam output immediately after the start of the experiment was 3.42 mA, and the electron beam output at the time of continuous irradiation for 3 hours was 2.24 mA.

本発明の電子線照射装置は、大面積の照射エリアに対して均一に電子線照射を行う必要がある、コーティング剤の硬化処理や包装材料の滅菌処理等を簡便に効率よく行う用途に好適に用いることができる。 The electron beam irradiation device of the present invention is suitable for applications in which it is necessary to uniformly irradiate a large area of irradiation area with electron beam irradiation, and easily and efficiently perform curing treatment of a coating agent, sterilization treatment of a packaging material, and the like. Can be used.

１電子線発生部
２電子線照射部
３真空排気システム
４高電圧ケーブル
１０内部空間
１１真空チャンバ
１１ａ筒状筐体
１１ｂエンドキャップ
１１ｃエンドキャップ
１２電子銃
１３フィラメント
１４ターミナル
１５電子線取出窓
１５ａ窓枠体
１５ｂ金属箔
１５ｃ支持体
１６電子線取出窓の開口
１７グリッド
１８背面プレート
２０照射空間
２１照射空間の筐体
４０コネクタ
４１レセプタクル
４２電源プラグ
４３大径部
４４小径部
４５フランジ部
４６ａ電源線
４６ｂ電源線 1 Electron beam generator 2 Electron beam irradiation unit 3 Vacuum exhaust system 4 High voltage cable 10 Internal space 11 Vacuum chamber 11a Cylindrical housing 11b End cap 11c End cap 12 Electron gun 13 Filament 14 Terminal 15 Electron beam outlet window 15a Window frame Body 15b Metal foil 15c Support 16 Electron beam outlet window opening 17 Grid 18 Back plate 20 Irradiation space 21 Irradiation space housing 40 Connector 41 Receptacle 42 Power plug 43 Large diameter 44 Small diameter 45 Flange 46a Power line 46b Power supply line

Claims

An electron beam irradiating device including an electron beam generating unit that generates an electron beam and an electron beam irradiating unit that irradiates an object to be irradiated with the electron beam generated by the electron beam generating unit.
The electron beam generating unit has a vacuum chamber including an internal space capable of depressurizing and an electron gun arranged in the internal space and capable of emitting electrons, and the vacuum chamber includes the electron gun. It has an electron beam take-out window for taking out the electrons emitted into the internal space as an electron beam to the outside.
The electron beam irradiation unit forms an irradiation space adjacent to the electron beam extraction window, and has a transport means for transporting an object to be irradiated in the irradiation space.
The electron gun has a linear filament that generates electrons when heated by passing an electric current, a back plate made of a good conductor and conducting with the filament, and a terminal made of a conductor and surrounding the filament and the back plate. The terminal has a grid that draws out the electrons generated by the filament to the side facing the electron beam extraction window, the grid is provided along the filament, and the back plate is viewed from the grid. Provided on the back side of the filament
The electron beam generating unit applies an acceleration voltage between the electron gun and the electron beam extraction window for accelerating the electrons emitted by the electron gun into the internal space toward the electron beam extraction window. Configured to be able to
An electron beam irradiator in which a path of an electric current flowing through the filament includes the back plate connected in series with the filament.

The electron beam irradiation device according to claim 1, wherein the grid is made of stainless steel and the back plate is made of copper.

The electron beam irradiation device according to claim 1 or 2, wherein the back plate has an opening.