JP7022606B2

JP7022606B2 - 電子線照射装置

Info

Publication number: JP7022606B2
Application number: JP2018014225A
Authority: JP
Inventors: 一郎坂井; 博之大工; 洋平寺坂
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: JP2019133812A

Description

本発明は、電子線照射装置に関するものである。

電子線照射装置は、一般的に、内部が真空雰囲気の真空チャンバと、この真空チャンバの内部に配置された絶縁端子と、この絶縁端子に保持された電子銃とを備える。真空チャンバの役割は、電子銃からの電子線を真空雰囲気により加速することであり、絶縁端子の役割は、電子銃から真空チャンバへの電流を遮断することである。電子銃には高電圧が印加されるので、電子銃からギャップ放電が発生しやすく、電子銃を保持する絶縁端子から沿面放電が発生しやすい。

このような放電は、電子線照射装置の寿命を短くすることになるので、抑制される必要がある。これらの放電を抑制する構成として、絶縁端子の電子銃を保持する側に円周溝が形成される。しかしながら、円周溝が形成されることにより、上記放電が抑制されても、円周溝で別途の放電が発生しやすくなるという問題がある。

したがって、円周溝での放電を抑制するために、円周溝をメタライズした電子線照射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２－３１３２６９号公報

しかしながら、上記特許文献１の電子線照射装置では、メタライズにより円周溝に形成された金属膜は、極めて薄いことから電気抵抗値が高くなるので、放電を十分に抑えられるものではない。このため、メタライズされた円周溝に厚い導電体を配置することが考えられるが、厚い導電体は接触性が悪いので、厚い導電体に接触する面に凸凹がある場合に、当該厚い導電体の電気抵抗値は高いままである。したがって、メタライズされた円周溝（周溝の一例である）では、例え厚い導電体が配置されても、放電を十分に抑えることができない。

そこで、本発明は、絶縁端子に形成された周溝での放電を十分に抑え得る電子線照射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の発明に係る電子線照射装置は、内部が真空雰囲気の真空チャンバと、この真空チャンバの内部に配置された絶縁端子と、この絶縁端子に保持された電子銃と、窓が設けられるとともに電子銃から出射される電子線を案内して当該窓から照射するノズルとを備え、上記絶縁端子の電子銃に対向する面に周溝が形成された電子線照射装置であって、
上記周溝が、内壁面および外壁面と、これら内壁面および外壁面を接続する底面とから構成され、
上記内壁面、底面および外壁面と電子銃とに接触して、当該電子銃を付勢する導電性のコイルばねを備えるものである。

また、第２の発明に係る電子線照射装置は、第１の発明に係る電子線照射装置における周溝が、内壁面、底面および外壁面を覆う金属膜を有し、
導電性のコイルばねの上記内壁面、底面および外壁面と電子銃との接触が、上記金属膜を介したものである。

加えて、第３の発明に係る電子線照射装置は、第１または第２の発明に係る電子線照射装置における導電性のコイルばねの線径が、絶縁端子の電子銃に対向する面と当該電子銃との間隔以下であるものである。

上記電子線照射装置によると、電子銃を付勢するとともに周溝の面および電子銃に接触する導電性のコイルばねにより、電子線の出射により発生する電子が導かれるので絶縁端子に形成された周溝での放電を十分に抑えることができる。

本発明の実施例１に係る電子線照射装置の概略縦断面図である。同電子線照射装置における絶縁端子の先端部および電子銃を拡大した一部切欠側面図である。同電子線照射装置における絶縁端子の先端部、接続金属体、導電性のコイルばねおよび電子銃の分解斜視図である。本発明の実施例２に係る電子線照射装置における円周溝およびその近傍の拡大断面図である。本発明の実施例３に係る電子線照射装置における円周溝およびその近傍の拡大断面図である。本発明の実施例４に係る電子線照射装置における絶縁端子の先端部、接続金属体、導電性の無端状コイルばねおよび電子銃の分解斜視図である。

以下、本発明の実施例１に係る電子線照射装置について図面に基づき説明する。

この電子線照射装置は、図１に示すように、内部が真空雰囲気の真空チャンバ２と、この真空チャンバ２の内部に配置された絶縁端子３と、この絶縁端子３に保持された電子銃５とを備える。また、上記電子線照射装置１は、上記電子銃５から出射する電子線Ｅを案内するフランジ７およびノズル８と、このフランジ７に接続された真空ポンプ９とを備える。上記真空チャンバ２、フランジ７およびノズル８は互いに内部が連通するとともに同一軸心であり、上記真空ポンプ９は上記真空チャンバ２、フランジ７およびノズル８の内部を真空雰囲気にし得るものである。さらに、上記電子線照射装置１は、上記絶縁端子３に電子銃５を保持させるための接続金属体４を備える。なお、上記ノズル８におけるフランジ７とは反対側には、上記電子銃５からの電子線Ｅを透過させて照射する窓１０が設けられる。

上記真空チャンバ２は、略円筒形状であり、一方の底面側が、図示しない外部電源から電力の供給を受ける電力側（図１での上側）となり、他方の底面側が、電子線Ｅを出射する電子線側（図１での下側）となる。また、上記真空チャンバ２は、上記電力側（一方の底面側）が例えば図１に示すキャップ２１などで上記絶縁端子３を保持する側であり、上記電子線側（他方の底面側）が上記フランジ７およびノズル８を接続する側である。

上記絶縁端子３は、例えばセラミックまたは硝子からなる略円筒形状であり、基端部が真空チャンバ２の電力側に上記キャップ２１などで保持され、先端側が上記接続金属体４により上記電子銃５を保持する。上記絶縁端子３の先端側には、図１の破線で囲われた部分を拡大した図２に詳しく示すように、上記電子銃５に対向する面に円周溝３１（周溝の一例である）が形成される。この円周溝３１は、内壁面３２および外壁面３４と、これら内壁面３２および外壁面３４を接続する湾曲底面３３（底面の一例である）とで形成される空間である。この円周溝３１が形成されることにより、上記絶縁端子３の先端側には、内側円筒突出部３６および外側円筒突出部３８が形成される。この内側円筒突出部３６と外側円筒突出部３８との間が円周溝３１となるので、上記内壁面３２は内側円筒突出部３６の外周面となり、上記外壁面３４は外側円筒突出部３８の内周面となる。内側円筒突出部３６の方が外側円筒突出部３８よりも先端側に突出しているが、この内側円筒突出部３６の突出した端面３７は上記接続金属体４および電子銃５に接触しない。

上記接続金属体４は、図２に示すように、上記内側円筒突出部３６の内周面で保持される小径部４１と、この小径部４１よりも大径の大径部４３と、小径部４１および大径部４３を接続して内側円筒突出部３６の端面３７に面する段差部４２とを有する。また、上記接続金属体４は、その段差部４２と上記内側円筒突出部３６の端面３７とが所定間隔ｇとなる位置で、上記絶縁端子３に小径部４１が保持される。さらに、上記接続金属体４は、その大径部４３の外径が上記円周溝３１の内壁面３２よりも小径である。

上記電子銃５は、上記接続金属体４の大径部４３を外周側から覆う金属部品であり、上記接続金属体４の段差部４２と略面一で円周溝３１に面する円周端面５４を有する。すなわち、この円周端面５４と内側円筒突出部３６の端面３７との間隔も、上記所定間隔ｇとなる。また、上記電子銃５は、図示しないが、内部にフィラメントを配置して、このフィラメントから電子線Ｅをノズル８に向けて出射するように構成される。このフィラメントは、図示しないが、上記接続金属体４および絶縁端子３の内部に配置された中心棒に、電気的に接続される。この中心棒は、上記真空チャンバ２の電力側を経由して上記外部電源から電力が供給されるものである。さらに、上記電子銃５は、図３に詳しく示すように、上記接続金属体４の先端側から嵌め込まれるように構成される。

上記フィラメントから電子線Ｅが出射することで、当該フィラメントを内部に配置する電子銃５から電子が接続金属体４に流れるとともに、この接続金属体４を保持する絶縁端子３が帯電する。電子銃５からのギャップ放電および絶縁端子３からの沿面放電は上記円周溝３１により抑えられるが、この円周溝３１で放電するおそれがある。しかしながら、上記円周溝３１に配置された図１～図３に示す導電性のコイルばね６（弾性導電部材の一例である）により、当該円周溝３１での放電が抑えられる。

以下、本発明の要旨である導電性のコイルばね６（以下では略して、コイルばね６と言う）について詳細に説明する。

このコイルばね６は、図２に詳しく示すように、上記内壁面３２、湾曲底面３３および外壁面３４と電子銃５の円周端面５４とに接触して、当該電子銃５の円周端面５４を付勢するものである。言い換えれば、上記コイルばね６は、上記円周端面５４に接触する部分で当該円周端面５４を押しているので、この円周端面５４に多少の凸凹があっても、当該円周端面５４と適切に電気的に接続される。上記コイルばね６は、円周端面５４を付勢するためにも、湾曲底面３３から円周端面５４までよりも長い自由長さを有する。また、上記コイルばね６は、図３に示すように、一端部６１が内壁面３２に沿うようにして押し入れられることで、当該一端部６１が湾曲底面３３を沿って外壁面３４まで至るようにされ、さらに他端部６２が電子銃５の円周端面５４で押し入れられて配置される。このコイルばね６の配置は、図２に示すような一様に円周溝３１の面３２～３４に接触する状態に限られず、一部で円周溝３１の面３２～３４に接触しない状態でもよい。

上記コイルばね６の電気抵抗値は、円周溝３１での放電を抑制する程度まで低く設定される。この電気抵抗値を満たすように、上記コイルばね６の線径および材質が決定される。上記コイルばね６の線径は、当該コイルばね６の電気抵抗値を下げるためにも、大きい方が好ましい。しかしながら、上記線径が上記所定間隔ｇよりも大きいと、上記円周端面５４と内側円筒突出部３６の端面３７との間にコイルばね６を構成する線材が位置した場合に、当該線材が噛み込まれることになるので、適切に電子銃５が接続金属体４に保持されなくなる。このため、上記コイルばね６の線径は、上記所定間隔ｇ以下ものが採用される。一方で、上記コイルばね６の材質は、銀または銅など電気抵抗率の低いものが採用される。

上記コイルばね６は、放電を抑えるものであるから、放電の要因となり得る角部を有しない方が好ましい。このため、上記コイルばね６を構成する線材の両端は、好ましくは滑らかにされる。さらに、上記コイルばね６を構成する線材の放電が予想される部分は、電気抵抗値を下げるように構成されることが好ましく、例えばその部分の線径が他の部分の線径よりも大きくされる。

以下、上記電子線照射装置１の組み立て方法について説明する。

真空チャンバ２の電力側に、当該真空チャンバ２の外部から図示しない外部電源を接続し、当該真空チャンバ２の内部から図１に示すキャップ２１などにより絶縁端子３の基端側を保持させる。この絶縁端子３の先端側には、図１および図２に示すように、予め接続金属体４を保持させておく。

次に、図３に示すように、コイルばね６の一端部６１を円周溝３１に押し入れるとともに、コイルばね６の他端部６２を電子銃５の円周端面５４で押し込みながら、電子銃５を接続金属体４に嵌め込む。そして、電子銃５の円周端面５４と段差部４２とが略面一になる位置で、電子銃５を接続金属体４に固定させる。

その後、真空チャンバ２の電子線側にフランジ７およびノズル８を同一軸心となるように接続し、フランジ７に真空ポンプ９を接続する。この真空ポンプ９により、真空チャンバ２、フランジ７およびノズル８の内部を真空雰囲気にする。

以下、上記電子線照射装置１の動作および作用について説明する。

まず、外部電源から中心棒を介してフィラメントに電力を供給することで、フィラメントから電子線Ｅが出射する。この電子線Ｅは、図１に示す真空チャンバ２からフランジ７およびノズル８に案内されて、ノズル８に設けられた窓１０から外部に照射する。

フィラメントから電子線Ｅが出射することで、当該フィラメントを内部に配置する電子銃５から電子が接続金属体４に流れるとともに、図２に示す接続金属体４を保持する絶縁端子３が帯電する。この帯電は円周溝３１により内側円筒突出部３６に集中するものの、内側円筒突出部３６の電子は、コイルばね６を介して外側円筒突出部３８に導かれる。また、電子銃５の円周端面５４がコイルばね６で付勢されているので、この円周端面５４に多少の凸凹があっても、当該円周端面５４とコイルばね６が適切に電気的に接続される結果、電子銃５の電子も、コイルばね６を介して外側円筒突出部３８に導かれる。

このように、上記実施例１に係る電子線照射装置１によると、電子銃５を付勢するとともに円周溝３１の面３２～３４および電子銃５に接触するコイルばね６により、電子線Ｅの出射により発生する電子が内側円筒突出部３６および電子銃５から外側円筒突出部３８に導かれるので、円周溝３１での放電を十分に抑えることができる。

また、弾性導電部材としてコイルばね６を採用することにより、コイルばね６の円周溝３１への配置が容易になるので、電子線照射装置１を容易に組み立てることができる。

本実施例２に係る電子線照射装置１は、弾性導電部材として、上記実施例１のようなコイルばね６ではなく、板ばね６０を採用したものである。なお、以下において、上記実施例１と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施例２に係る板ばね６０は、図４に示すように、内壁面３２、湾曲底面３３および外壁面３４と電子銃５の円周端面５４とに面接触するように、短辺側の両端部で曲げられたものである。また、上記板ばね６０は、円周溝３１の全周にわたって配置されるために、長辺側で曲げられて環状にされたものである。この板ばね６０も、上記実施例１に係るコイルばね６と同様に、放電の要因となり得る角部を有しない方が好ましい。このため、上記板ばね６０の短辺および長辺における角部は、好ましくはアール加工などにより滑らかにされる。さらに、上記板ばね６０の放電が予想される部分は、電気抵抗値を下げるように構成されることが好ましく、例えばその部分の板厚が他の部分の板厚よりも大きくされる。

このように、本実施例２に係る電子線照射装置１によると、板ばね６０と円周溝３１の面３２～３４および電子銃５との接触の面積が増えるので、円周溝３１での放電をより十分に抑えることができる。

本実施例３に係る電子線照射装置１は、上記実施例１に係る電子線照射装置１の円周溝３１がメタライズされたものである。なお、以下において、上記実施例１と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施例３に係る円周溝３１は、図５に示すように、メタライズされているので、内壁面３２、湾曲底面３３および外壁面３４を覆う金属膜３０を有する。一方で、本実施例３に係るコイルばね６は、このメタライズされた円周溝３１に配置される。このため、上記コイルばね６は、この金属膜３０を介して、内壁面３２、湾曲底面３３および外壁面３４に接触する。なお、図５では上記金属膜３０が円周溝３１の全面を覆うものとして示したが、金属膜３０がコイルばね６と接触する範囲のみ円周溝３１を覆うものであってもよい。

このように、本実施例３に係る電子線照射装置１によると、金属膜３０により、コイルばね６と円周溝３１の面３２～３４および電子銃５との電気的な接触の面積が増えるので、円周溝３１での放電をより十分に抑えることができる。

本実施例４に係る電子線照射装置１は、弾性導電部材として、上記実施例１のようなコイルばね６ではなく、図６に示す無端状コイルばね６６を採用したものである。なお、以下において、上記実施例１と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施例４に係る無端状コイルばね６６は、図６に示すように、通常のコイルばねの両端を接続した環形状のものであり、例えば、バルシール社製のラジアルスプリング、アキシアルスプリングまたは斜め巻きコイルスプリングなどである。この無端状コイルばね６６も、上記実施例１に係るコイルばね６と同様に、放電の要因となり得る角部を有しない方が好ましい。

上記無端状コイルばね６６は、上記円周端面５４および円周溝３１の面３２～３４に接触する部分で当該面５４，３２～３４を押しているので、これらの面５４，３２～３４に多少の凸凹があっても、当該面５４，３２～３４と適切に電気的に接続される。

このように、本実施例４に係る電子線照射装置１によると、円周端面５４および円周溝３１の面３２～３４に多少の凸凹があっても、これらの面５４，３２～３４と無端状コイルばね６６とが適切に電気的に接続されるので、円周溝３１での放電をより十分に抑えることができる。

ところで、上記実施例１～４で説明した構成のうち、［課題を解決するための手段］に記載した第１の発明の構成以外については、任意の構成であり、適宜削除および変更することが可能である。例えば、上記実施例２または４に係る電子線照射装置１に、上記実施例３に係る金属膜３０を採用したものであってもよい。

また、上記実施例１～４では、周溝が円周溝３１であるとして説明したが、角周溝（多角形状の周溝）であってもよい。また、円周溝３１の底面が湾曲底面３３であるとして説明したが、湾曲以外の形状をした底面であってもよい。なお、円周溝３１の底面が湾曲底面３３であることにより、円周溝３１へのコイルばね６および板ばね６０の配置が容易になるので、電子線照射装置１を容易に組み立てることができる。

さらに、上記実施例１～４では、弾性導電部材の一例として、コイルばね６，板ばね６０または無端状コイルばね６６について説明したが、電子銃５への付勢が可能な程度に弾性を有するとともに、導電性を有するものであればよい。

また、上記実施例１～３では、コイルばね６または板ばね６０による付勢が電子銃５に対するものとして説明したが、電子銃５に加えて円周溝３１の内壁面３２に対するもの、すなわち、コイルばね６または板ばね６０（つまり弾性導電部材）が内壁面３２を締め付けるものであってもよい。弾性導電部材が内壁面３２を締め付けることで、弾性導電部材と内壁面３２とが適切に電気的に接続されるので、円周溝３１での放電をより十分に抑えることができる。

Ｅ電子線
ｇ所定間隔
１電子線照射装置
２真空チャンバ
３絶縁端子
４接続金属体
５電子銃
３０金属膜
３１円周溝
３２内壁面
３３湾曲底面
３４外壁面
６０板ばね

Claims

内部が真空雰囲気の真空チャンバと、この真空チャンバの内部に配置された絶縁端子と、この絶縁端子に保持された電子銃と、窓が設けられるとともに電子銃から出射される電子線を案内して当該窓から照射するノズルとを備え、上記絶縁端子の電子銃に対向する面に周溝が形成された電子線照射装置であって、
上記周溝が、内壁面および外壁面と、これら内壁面および外壁面を接続する底面とから構成され、
上記内壁面、底面および外壁面と電子銃とに接触して、当該電子銃を付勢する導電性のコイルばねを備えることを特徴とする電子線照射装置。
周溝が、内壁面、底面および外壁面を覆う金属膜を有し、
導電性のコイルばねの上記内壁面、底面および外壁面と電子銃との接触が、上記金属膜を介したものであることを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
導電性のコイルばねの線径が、絶縁端子の電子銃に対向する面と当該電子銃との間隔以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子線照射装置。