JPH10288700A

JPH10288700A - 電子線照射装置

Info

Publication number: JPH10288700A
Application number: JP9618597A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Goto; 均後藤; Ryoji Fujimori; 良治藤盛; Yasunobu Sekine; 泰信関根; Masafumi Ochi; 雅文越智
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧電源容器の小型化及び高圧電源容器内の
変換損失の軽減を図ることができると共に、放電時にお
ける加速電圧の回復時間を短縮することができる電子線
照射装置を提供する。【解決手段】整流器７１、フィルタ回路７２、高周波
インバータ回路７３及び出力トランス７６を含む高周波
変換部は、商用交流電力を高周波電力に変換して出力す
る。高周波昇圧トランス８１は、出力トランス７６が出
力する高周波電圧を昇圧して高周波高電圧を出力する。
倍電圧整流回路８２は、高周波昇圧トランス８１が出力
する高周波高電圧を倍電圧整流して直流高電圧とし、そ
の直流高電圧を加速電圧としてグリッド１１ｃに供給す
る。高周波昇圧トランス８１及び倍電圧整流回路８２
は、高圧電源容器９０内に収納され、一方、高周波変換
部は、高圧電源容器９０の外部に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線照射により
起こる架橋・重合等の反応を利用して、被照射物の塗膜
の硬化や表面改質等を行う電子線照射装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電子線処理は、電子線のエネルギーを利
用して高分子に架橋、重合等の反応を起こし、フィルム
の改質、インキの乾燥、オーバーコート樹脂の硬化等を
行うことができるので、印刷やコンバーティングを始め
とする種々の産業分野で使用されている。

【０００３】図６は従来の電子線照射装置の概略構成図
である。この電子線照射装置は、最大加速電圧が３００
ｋＶのものであり、電子線発生部１１０と、照射室１２
０と、照射窓部１３０と、高圧電源容器１６０とを備え
るものである。高圧電源容器１６０には、制御用電源部
１４０と、加速用電源部１５０とが収納されている。電
子線発生部１１０は、電子線を発生するターミナル１１
１と、ターミナル１１１で発生した電子線を真空空間
（加速空間）で加速する真空チャンバー１１２とを有す
る。この真空チャンバー１１２の外壁は接地されてい
る。また、ターミナル１１１は、熱電子を放出するフィ
ラメント１１１ａと、フィラメント１１１ａで発生した
熱電子をコントロールするグリッド１１１ｂとを有す
る。

【０００４】照射室１２０は、たとえばシート状の被照
射物（ウエッブ；web ）２に電子線を照射する照射空間
１２１を含むものである。被照射物２は、巻出し装置１
７１と巻取り装置１７２とにより、照射室１２０内に設
けられたガイドロール１７３ａ，１７３ｂを介して、照
射室１２０内を図６において左側から右側に搬送され
る。また、照射室１２０内には、照射窓部１３０の下方
にビームコレクタ１２２を設けている。ビームコレクタ
１２２は、被照射物２を突き抜けた電子線を吸収するも
のであり、接地されている。

【０００５】照射窓部１３０は、金属箔からなる窓箔１
３１を有する。窓箔１３１は、電子線発生部１１０内の
真空雰囲気と照射室１２０内の照射雰囲気とを仕切ると
共に、窓箔１３１を介して照射室１２０内に電子線を取
り出すものである。制御用電源部１４０は、フィラメン
ト１１１ａとグリッド１１１ｂとの間に直流電圧（グリ
ッド電圧）を印加するものであり、加速用電源部１５０
はグリッド１１１ｂと窓箔１３１との間に直流高電圧を
印加するものである。加速用電源部１５０は、５０Ｈｚ
の商用電力で駆動する昇圧トランスと、キャパシタとダ
イオードとの組合せにより構成される倍電圧整流回路と
を有する。加速用電源部１５０の出力電圧が３００ｋＶ
である場合、単相整流における昇圧トランスは、波高値
が約１５０ｋＶである交流電圧を出力し、その出力は、
倍電圧整流回路により約３００ｋＶの直流高電圧に昇圧
される。この昇圧された直流高電圧が、加速電圧として
グリッド１１１ｂと窓箔１３１との間に印加される。

【０００６】また、高圧電源容器１６０は、長さ約６６
０ｍｍ、幅約３４０ｍｍ、高さ約４８０ｍｍであり、そ
の体積は約１．０７７×１０⁸ｍｍ³である。フィラメ
ント１１１ａに電流を通じて加熱すると、フィラメント
１１１ａは熱電子を放出し、この熱電子はグリッド電圧
によりフィラメント１１１ａから引き離される。その熱
電子のうちグリッド１１１ｂを通過したものだけが電子
線として有効に取り出される。この電子線は、加速電圧
により真空チャンバー１１２内の加速空間で加速され、
窓箔１３１を突き抜ける。そして、被照射物２が窓箔１
３１下方の照射空間１２１を通過する際に、その被照射
物２に電子線が照射される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の電子
線照射装置では、次のような問題点がある。まず、加速
用電源部１５０で発生する加速電圧は、１００ｋＶから
３００ｋＶと高圧であり、昇圧トランスにおいてある程
度大きな電圧を出力する必要があるので、昇圧トランス
としては大型のものを用いている。しかも、高圧電源容
器１６０内で放電が起こらないように、昇圧トランスや
倍電圧整流回路は適度な絶縁距離をとって配置しなけれ
ばならない。このため、高圧電源容器１６０が大型化す
るという問題があった。

【０００８】一方、昇圧トランスをできるだけ小型化し
たいという要求もある。このため、従来は、変換効率を
犠牲にして、重量約１００ｋｇの幾分小型化した昇圧ト
ランスを用いている。実際、昇圧トランスの変換損失が
大きく、高圧電源容器１６０内における変換効率は約７
０〜８０％である。したがって、従来は、昇圧トランス
等から発生する熱により高圧電源容器１６０内の温度が
かなり高温になるので、高圧電源容器１６０内に、電動
ファンによる空冷装置や熱交換器による水冷装置等を設
ける必要があった。

【０００９】また、真空チャンバー１１２内壁の微小な
汚れ等によって電界強度が乱れたりすることにより、タ
ーミナル１１１と真空チャンバー１１２との間で直接放
電が発生することがある。このとき、従来の装置では、
倍電圧整流回路のキャパシタを充電するのに長い時間を
要し、加速電圧が設定値に回復するまでに約１５０〜２
００ｍｓ程度の時間を要する。このため、被照射物２の
処理中に放電が起こると、被照射物２に電子線の照射ム
ラができてしまうという問題があった。

【００１０】さらに、従来は、加速電圧の制御にモータ
で駆動される摺動変圧器を用いている。かかる摺動変圧
器には、ブラシのような可動部分があり、何度も使用し
ているとブラシが磨耗してしまうことがあるので、定期
的なメンテナンスが必要となる。しかも、ブラシは機械
的に動くため、ブラシを設定値に移動するのにある程度
の時間を要する。このため、負荷変動に対する加速電圧
の追随性が悪いという問題もあった。

【００１１】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、高圧電源容器の小型化及び高圧電源容器内の変
換損失の軽減を図ることができると共に、放電時におけ
る加速電圧の回復時間を短縮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ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、熱電子源が放出する熱電子を加速空間で
加速電圧により加速して電子線として取り出し、前記電
子線を被照射物に照射する電子線照射装置において、商
用交流電力を高周波電力に変換して出力する高周波変換
手段と、前記高周波変換手段が出力する高周波電圧を昇
圧して高周波高電圧を出力する高周波昇圧手段と、前記
高周波昇圧手段が出力する高周波高電圧を倍電圧整流し
て直流高電圧とし、その直流高電圧を前記加速電圧とし
て供給する倍電圧整流手段と、を具備し、少なくとも前
記高周波昇圧手段と前記倍電圧整流手段とを高圧電源容
器内に収納し、前記高周波変換手段は前記高圧電源容器
の外部に配置したことを特徴とするものである。

【００１３】高周波昇圧手段は、高周波を用いて昇圧す
るので、従来の商用周波数昇圧型のものに比べて、変換
効率が良く、しかも小型軽量のものとなる。したがっ
て、高電圧を発生する高周波昇圧手段及び倍電圧整流手
段を収納する高圧電源容器を小型化することが可能とな
る。また、高周波変換手段を高圧電源容器の外部に配置
すると共に、高周波昇圧手段は従来の商用周波数昇圧型
のものに比べて変換効率が良いので、高圧電源容器内に
おける変換損失を軽減することができる。このため、変
換損失による熱の発生が抑えられるので、高圧電源容器
内の冷却装置として簡易なものを用いることができる。

【００１４】更に、倍電圧整流手段は高周波高電圧を倍
電圧整流するため、倍電圧電流手段のキャパシタの容量
を小さくすることができるので、キャパシタを充電する
ときの時定数が小さくなる。これにより、かかるキャパ
シタの充電時間が短くなるので、放電が発生したとき
に、加速電圧が設定値に回復するまでの回復時間を短縮
することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態
である電子線照射装置の概略構成図、図２はその電子線
照射装置をターミナルの長手方向から見たときの概略断
面図、図３はその電子線照射装置の概略回路図、図４は
その電子線照射装置の倍電圧整流回路の回路図、図５は
その電子線照射装置においてグリッド電圧及び加速電圧
を説明するための図である。

【００１６】図１及び図２に示す電子線照射装置は、電
子線発生部１０と、照射室２０と、照射窓部３０と、交
流電源４０と、高周波変換部７０と、高圧電源容器９０
とを備えるものである。高圧電源容器９０は、フィラメ
ント用電源部５０と、グリッド用電源部６０と、加速用
電源部８０とを収納する。尚、本実施形態では、被照射
物２として、高分子フィルムや、また、印刷インキ、オ
ーバーコート樹脂が表面に施された紙等のウエッブ（連
続巻物）を用いる場合について説明する。

【００１７】電子線発生部１０は、電子線を発生するタ
ーミナル１１と、ターミナル１１で発生した電子線を真
空空間（加速空間）で加速する真空チャンバー１２とを
有するものである。真空チャンバー１２の外壁は接地さ
れている。また、真空チャンバー１２の内部は、電子が
気体分子と衝突してエネルギーを失うことを防ぐため、
及び熱電子源であるフィラメント１１ａの酸化を防止す
るため、図示しない真空ポンプ等により１．３×１０^-4
〜１．３×１０^-5Ｐａの高真空に保たれている。ターミ
ナル１１は、熱電子を放出するフィラメント１１ａと、
フィラメント１１ａを支持するガン構造体１１ｂと、フ
ィラメント１１ａで発生した熱電子をコントロールして
電子線として取り出すグリッド１１ｃとを有する。フィ
ラメント１１ａとグリッド１１ｃとは一定の間隔をもっ
て配列されている。

【００１８】また、フィラメント１１ａとしては、多数
の短い線状フィラメントを被照射物２の搬送方向に対し
て所定の角度だけ傾け、且つ所定の間隔で平行に配列し
たものを用いる。そして、かかるフィラメント１１ａ
は、線状フィラメントの配列方向が被照射物２の搬送方
向に直交する方向になるようにして、ガン構造体１１ｂ
に取り付けられる。このような構造のフィラメント１１
ａを用いたことにより、幅方向に渡って、均一な電子線
を発生させることができる。

【００１９】照射室２０は、電子線を被照射物２に照射
する照射空間２１を含むものである。この照射空間２１
において、被照射物２に電子線を照射することにより、
被照射物２に対して種々の電子線処理を行う。被照射物
２は、電子線照射装置の前後に配置された巻出し装置及
び巻取り装置（不図示）により、照射室２０内を、図２
において左側から右側に搬送される。また、照射室２０
内には、照射窓部３０の下方であって、被照射物２の下
方にビームコレクタ（beam collector）２２が配置され
る。ビームコレクタ２２は、被照射物２を突き抜けた電
子線を吸収するものであり、照射窓部３０の窓箔３１か
ら取り出された余分の電子線を受けることにより照射室
２０が加熱されるのを防止する。また、このビームコレ
クタ２２は接地されている。尚、電子線発生部１０及び
照射室２０の周囲は電子線照射時に二次的に発生するＸ
線が外部へ漏出しないように、鉛遮蔽が施されている。

【００２０】照射窓部３０は、真空チャンバー１２の外
周の一部に設けられ、窓箔３１と、窓枠構造体３２とを
有するものである。窓箔３１は、電子線発生部１０内の
真空雰囲気と照射室２０内の照射雰囲気とを仕切るもの
であり、また窓箔３１を介して照射室２０内の照射空間
２１に電子線を取り出すものである。窓箔３１に使用す
る金属としては、電子線発生部１０内の真空雰囲気を十
分維持できる機械的強度があって、電子線が透過しやす
いように比重が小さくて肉厚が薄く、しかも耐熱性に優
れたものが望ましい。通常は、機械的な取扱いやすさか
ら、厚さ１０〜３０μｍ程度のアルミニウムやチタンな
どからなる金属箔が使用される。窓箔３１は、スリット
状の開口部を有する窓枠構造体３２により支持される。
この窓枠構造体３２は、銅などの材料で作られており、
窓箔３１で発生する電子による発熱を抑えるために循環
水により冷却される。

【００２１】フィラメント用電源部５０は、フィラメン
ト１１ａを加熱するためのものであり、図３に示すよう
にトランスで構成される。フィラメント用電源部５０
は、交流電源４０を昇圧し、その出力をフィラメント１
１ａに供給して、フィラメント１１ａに交流電流を流
す。これにより、フィラメント１１ａは所定の温度まで
加熱され、フィラメント１１ａから熱電子が放出され
る。尚、交流電源４０としては、交流波高値が２００Ｖ
で周波数が５０Ｈｚである商用電源を用いている。

【００２２】グリッド用電源部６０は、フィラメント１
１ａとグリッド１１ｃとの間に印加する直流電圧（グリ
ッド電圧）を発生するものである。グリッド用電源部６
０は、図３に示すように、フィラメント用電源部５０の
トランスの二次側コイルの中点から交流電力を取り出
し、これを整流することによりグリッド電圧を発生す
る。このグリッド電圧はグリッド１１ｃに供給される。

【００２３】高周波変換部７０は、交流電源４０からの
商用交流電力を高周波電力に変換して、加速用電源部８
０に供給するものである。高周波変換部７０は、図３に
示すように、整流器７１と、フィルタ回路７２と、高周
波インバータ回路７３と、変流器７４と、駆動制御回路
７５と、出力トランス７６と、基準電圧設定回路７７
と、比較回路７８とを備える。

【００２４】整流器７１は、交流電源４０から供給され
た交流を整流し、フィルタ回路７２は、整流器７１の出
力直流からリプルを取り除き、波形を整形する。高周波
インバータ回路７３は、四つの半導体スイッチング素子
７３ａをオン・オフすることによりフィルタ回路７２か
ら出力された直流電力を高周波電力に変換するものであ
る。半導体スイッチング素子７３ａとしては、ＩＧＢＴ
（Insulated Gate Bipolar Transistor ）を用いてい
る。また、この高周波の周波数は１０ｋＨｚ以上２００
ｋＨｚ以下の範囲内であることが望ましい。これは次の
理由による。すなわち、周波数が１０ｋＨｚよりも低い
と、可聴周波数帯となり、耳障りな音が発生するので、
作業環境が悪化するからである。一方、周波数が２００
ｋＨｚよりも高いと、回路での損失が大きくなると共
に、後述する加速用電源部８０の高周波昇圧トランス８
１の芯材に市販品を使用することができないからであ
る。本実施形態では、高周波インバータ回路７３から、
約２０ｋＨｚの高周波のパルスを出力している。

【００２５】変流器７４は、高周波インバータ回路７３
の出力側に設けられ、高周波インバータ回路７３の出力
電流値に応じた信号を駆動制御回路７５に送る。駆動制
御回路７５は、高周波インバータ回路７３の半導体スイ
ッチング素子を駆動するものである。また、駆動制御回
路７５は、変流器７４から送られる信号に基づいて、高
周波インバータ回路７３から所定の高周波電流が出力さ
れているかどうかを監視し、これにより、出力電流の安
定化を図っている。出力トランス７６は、高周波インバ
ータ回路７３から供給された高周波電圧を波高値が約４
００Ｖとなるまで昇圧する。尚、基準電圧設定回路７
７、比較回路７８については後述する。

【００２６】加速用電源部８０は、グリッド１１ｃと窓
箔３１との間に印加する直流高電圧（加速電圧）を発生
するものである。通常、最大加速電圧は、装置の用途に
応じて、約１００〜３００ｋＶの範囲となるように設計
されている。以下では、電子線照射装置として、最大加
速電圧が３００ｋＶのものを用いる場合について説明す
る。加速用電源部８０は、図３に示すように、高周波電
力により駆動する高周波昇圧トランス８１と、倍電圧整
流回路８２と、電流制限抵抗８３と、降圧回路８４とを
備える。

【００２７】高周波昇圧トランス８１は、高周波変換部
７０が出力する高周波電圧（波高値が約４００Ｖ）を昇
圧して、波高値が約３０ｋＶの高周波高電圧を得るもの
である。かかる高周波昇圧トランス８１は、従来の電子
線照射装置で使用していた商用周波数昇圧型のものに比
べて、変換効率が良く、小型でしかも軽量となる。実
際、高周波昇圧トランス８１の重量は約１０ｋｇであ
り、従来の商用周波数昇圧型のものに比べて約１０分の
１である。また、後述する倍電圧整流回路８２において
１０倍の昇圧ができることも、高周波昇圧トランス８１
を小型化することができた一つの要因である。

【００２８】倍電圧整流回路８２は、高周波昇圧トラン
ス８１が出力する高周波高電圧を倍電圧整流して、直流
高電圧を発生するものである。この倍電圧整流回路８２
は、図４に示すように、キャパシタ８２ａとダイオード
８２ｂとの組合せにより構成されたものであり、コック
クロフト・ウォルトン（Cockcroft-Walton）回路と称さ
れるものである。キャパシタ１個、ダイオード１個から
なる回路（Ｃ_i＋Ｄ_i（ｉ＝１，２，３，・・・））をＮ
段に重ねた場合、高周波昇圧トランス８１から出力され
た高周波高電圧の波高値をＶ_Sとすると、倍電圧整流回
路８２の出力電圧はＮ×Ｖ_Sとなる。本実施形態では、
キャパシタ１個、ダイオード１個からなる回路を１０段
重ねており、倍電圧整流回路８２は、約３００ｋＶの直
流高電圧を発生する。

【００２９】ところで、従来の電子線照射装置で使用し
ていた倍電圧整流回路では、商用周波数の交流電圧を倍
電圧整流しており、容量の大きなキャパシタを使わなけ
ればならなかった。このため、キャパシタが大型化する
ので、キャパシタ１個、ダイオード１個からなる回路は
せいぜい２段までしか組むことができなかった。これに
対して、本実施形態の倍電圧整流回路８２では、高周波
高電圧を倍電圧整流するため、キャパシタの容量を小さ
くすることができ、したがってキャパシタを小型化する
ことができる。これにより、キャパシタ１個、ダイオー
ド１個からなる回路を３段以上（本実施形態では１０
段）組むことができる。

【００３０】こうして倍電圧整流回路８２で発生した直
流高電圧は、電流制限抵抗８３を介して、グリッド１１
ｃと窓箔３１との間に加速電圧として供給される。ここ
で、電流制限抵抗８３は、たとえば高圧電源容器９０内
で放電が発生したときに流れる大きな放電電流から、回
路を保護するために挿入した保護抵抗である。通常、フ
ィラメント用電源部５０の出力電圧と加速用電源部８０
の加速電圧とは予め所定の値に設定され、グリッド用電
源部６０のグリッド電圧を可変にすることにより、グリ
ッド１１ｃから取り出す熱電子の放出量を制御して、電
子線の流れであるビーム電流の調整を行う。一般に、電
子線照射装置では、被照射物２が吸収する線量はビーム
電流に比例する。このため、ビーム電流を変えることに
より、被照射物２の吸収線量を調整する。

【００３１】加速用電源部８０の降圧回路８４と、高周
波変換部７０の基準電圧設定回路７７及び比較回路７８
とは、実際にグリッド１１ｃと窓箔３１との間に印加さ
れた加速電圧を監視するモニタ回路を構成する。降圧回
路８４は、抵抗８４ａとキャパシタ８４ｂとからなり、
倍電圧整流回路８２で発生した加速電圧を比較回路７８
で使いやすいように所定の電圧まで降圧する。ここで、
キャパシタ８４ｂは直流電圧の変動分を補正するための
ものである。基準電圧設定回路７７では、加速電圧の設
定値に応じた所定の基準電圧が設定される。比較回路７
８は、降圧回路８４で降圧された電圧と、基準電圧設定
回路７７で設定された基準電圧とを比較し、その結果を
駆動制御回路７５に送る。

【００３２】駆動制御回路７５は、比較回路７８から送
られた信号に基づいて、実際にグリッド１１ｃと窓箔３
１との間に印加された加速電圧が所定の設定値になって
いるかどうかを判断する。そして、実際の加速電圧が所
定の設定値よりも小さいと判断した場合には、駆動制御
回路７５は、高周波インバータ回路７３の半導体スイッ
チング素子７３ａのオン・オフを制御して、高周波パル
スのデューティ比を大きくする。すなわち、周波数を変
えずに、半導体スイッチング素子７３ａをオンにする時
間を長くして、パルス幅を大きくする。一方、実際の加
速電圧が所定の設定値よりも大きいと判断した場合に
は、駆動制御回路７５は、高周波インバータ回路７３の
半導体スイッチング素子７３ａのオン・オフを制御し
て、高周波のパルス幅を小さくする。このように、加速
電圧は駆動制御回路７５にフィードバックされ、駆動制
御回路７５は加速電圧の安定化を図っている。

【００３３】高圧電源容器９０は、フィラメント用電源
部５０と、グリッド用電源部６０と、加速用電源部８０
とを収納する。これに対して、高周波変換部７０は、出
力電圧が約４００Ｖであるので、高圧電源容器９０の外
部に設けることができる。また、上述したように高周波
昇圧トランス８１や倍電圧整流回路８２のキャパシタ８
２ａを小型化することができたことに伴い、高圧電源容
器９０も小型化することができる。実際、本実施形態の
高圧電源容器９０は、長さが約１２０ｍｍ、幅が約２４
０ｍｍ、高さが約２５０ｍｍであり、その体積は約７．
２×１０⁶ｍｍ ³である。すなわち、高圧電源容器９０
の体積は、従来のものに比べて約１５分の１となり、本
実施形態の高圧電源容器９０は、従来のものより大幅に
小型化することができた。尚、高圧電源容器９０内に
は、高電圧に対する絶縁ガスである六フッ化イオウ（Ｓ
Ｆ₆）が大気圧よりも高い圧力で封入される。

【００３４】また、高周波インバータ回路７３等の高周
波変換部７０を高圧電源容器９０の外部に配置すると共
に、高周波昇圧トランス８１は従来の商用周波数昇圧型
のものに比べて変換効率が良いので、高圧電源容器９０
内における変換損失を軽減することができる。本実施形
態の電子線照射装置では、約２０ｋＨｚの高周波を用い
た場合、高圧電源容器９０内における変換効率は約９０
％であり、従来のものに比べて約１．１３〜１．２８倍
に向上する。尚、キャパシタ１個とダイオード１個から
なる回路を１０段にして倍電圧整流回路８２を構成した
ことにより、回路素子の数が従来のものよりも多くなる
ので、その増加した分の回路素子による変換損失が新た
に加わることになるが、かかる変換損失は全体の変換効
率に比べて小さいので、問題にならない。

【００３５】このように高圧電源容器９０内における変
換損失が軽減するため、変換損失による熱の発生が抑え
られる。したがって、高圧電源容器９０内の冷却装置と
して簡易な装置を用いることができ、冷却に要するコス
トが低減する。特に、電子線照射装置として最大加速電
圧が低いものを用いた場合、たとえば最大加速電圧が１
５０ｋＶのものである場合には、高圧電源容器９０内の
温度上昇が少ないので、冷却装置を不要とすることもで
きる。これにより、メンテナンスや、高圧電源容器を設
置する際の作業が著しく簡便になる。

【００３６】次に、本実施形態の電子線照射装置の動作
について説明する。まず、フィラメント用電源部５０
は、フィラメント１１ａに電流を通じてフィラメント１
１ａを加熱する。また、高周波変換部７０の駆動制御回
路７５が高周波インバータ回路７３の半導体スイッチン
グ素子７３ａのオン・オフを制御することにより、高周
波インバータ回路７３は約２０ｋＨｚの高周波電圧を出
力する。かかる高周波電圧は、出力トランス７６により
波高値が約４００Ｖになるまで昇圧されて、加速用電源
部８０に供給される。次に、加速用電源部８０に供給さ
れた高周波電圧は、高周波昇圧トランス８１により波高
値が約３０ｋＶになるまで昇圧された後、倍電圧整流回
路８２により１０倍の電圧値まで倍電圧整流される。こ
うして倍電圧整流回路８２から出力された約３００ｋＶ
の直流高電圧は、加速電圧としてグリッド１１ｃと窓箔
３１との間に印加される。

【００３７】次に、グリッド用電源部６０は、グリッド
電圧を０Ｖから所定の設定値（たとえば、約３００Ｖ）
まで上げる。すると、フィラメント１１ａを加熱するこ
とにより放出された熱電子は、図５に示すように、フィ
ラメント１１ａとグリッド１１ｃとの間に印加されたグ
リッド電圧Ｖ_Gにより四方八方に引き寄せられる。この
うち、グリッド１１ｃを通過したものだけが電子線とし
て有効に取り出される。取り出された電子線は、グリッ
ド１１ｃと窓箔３１との間に印加された加速電圧Ｖ_Aに
より真空チャンバー１２内の加速空間で加速された後、
窓箔３１を突き抜けて照射空間２１に取り出され、照射
窓部３０下方の照射室２０内を搬送される被照射物２に
照射される。

【００３８】本実施形態の電子線照射装置では、加速用
電源部に、高周波により駆動する高周波昇圧トランスを
設けたことにより、高周波昇圧トランスは従来の商用周
波数昇圧型のものに比べて、変換効率が良く、しかも小
型軽量となる。このため、加速用電源部を収納する高圧
電源容器も小型化することができ、したがって、コスト
の低下を図ることができる。

【００３９】また、高周波インバータ回路等の高周波変
換部を高圧電源容器の外部に配置すると共に、高周波昇
圧トランスは従来の商用周波数昇圧型のものに比べて変
換効率が良いので、高圧電源容器内における変換損失を
軽減することができる。このため、変換損失による熱の
発生が抑えられるので、高圧電源容器内の冷却装置とし
て簡易なものを用いることができる。

【００４０】また、本実施形態では、倍電圧整流回路は
高周波高電圧を倍電圧整流するので、倍電圧電流回路の
キャパシタの容量が小さくなり、したがってキャパシタ
を充電するときの時定数を小さくすることができる。こ
のようにキャパシタの充電時間が短くなるので、放電が
発生したときに、加速電圧が設定値に回復するまでの回
復時間を従来のものに比べて短縮することができる。本
実施形態では、高周波の周波数を約２０ｋＨｚとした場
合、放電時における加速電圧の回復時間は約５０ｍｓ以
下であり、従来のものに比べて約３分の１になった。し
たがって、被照射物の処理中に放電が発生しても、被照
射物に対する電子線の照射ムラを少なく抑えることがで
き、不良製品の発生率を低くすることができる。

【００４１】更に、本実施形態では、半導体スイッチン
グ素子をオン・オフすることによって高周波電力を出力
する高周波インバータ回路を設けたことにより、かかる
出力の制御を無接点・無摺動で行うことができるので、
加速電圧を所定の設定値に変更する際の応答時間が短く
なる。たとえば、被照射物の搬送速度を速くした場合、
被照射物に照射する電子線の量を一定に保つために、ビ
ーム電流を上げる必要がある。このとき、加速用電源部
等の回路に負荷がかかり加速電圧が落ちてくるが、駆動
制御回路は、その状況をモニタ回路から送られる信号に
基づいて監視し、高周波インバータ回路を制御すること
により、加速電圧を瞬時に元の値に戻すことができる。
したがって、負荷変動に対する加速電圧の追随性が向上
する。また、高周波インバータ回路の出力を無接点で制
御するため、信頼性も向上する。

【００４２】尚、本発明は上記の実施形態に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が
可能である。上記の実施形態では、キャパシタ１個、ダ
イオード１個からなる回路を１０段に重ねて倍電圧整流
回路を構成した場合について説明したが、たとえば、倍
電圧整流回路は、キャパシタ１個、ダイオード１個から
なる回路を２段以上５０段以下の範囲の段数で重ねて構
成するようにしてもよい。ここで、５０段という上限値
は、本実施形態における加速電圧の最大値３００ｋＶを
カバーできる段数という観点から定められたものであ
る。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、商
用交流電力を高周波電力に変換して出力する高周波変換
手段と、高周波変換手段が出力する高周波電圧を昇圧し
て高周波高電圧を出力する高周波昇圧手段と、高周波昇
圧手段が出力する高周波高電圧を倍電圧整流して直流高
電圧とし、その直流高電圧を加速電圧として供給する倍
電圧整流手段とを備え、高周波昇圧手段と倍電圧整流手
段とを高圧電源容器内に収納し、高周波変換手段を高圧
電源容器の外部に配置したことにより、高周波昇圧手段
は、従来の商用周波数昇圧型のものに比べて、変換効率
が良く、しかも小型軽量となるので、高周波昇圧手段及
び倍電圧昇圧手段を収納する高圧電源容器も小型化する
ことができ、また、高圧電源容器内における変換損失を
軽減することができるので、高圧電源容器内の冷却装置
として簡易なものを用いることができると共に、倍電圧
電流手段のキャパシタの容量を小さくすることができる
ので、放電時における加速電圧の回復時間を短縮するこ
とができる電子線照射装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である電子線照射装置の概
略構成図である。

【図２】その電子線照射装置をターミナルの長手方向か
ら見たときの概略断面図である。

【図３】その電子線照射装置の概略回路図である。

【図４】その電子線照射装置の倍電圧整流回路の回路図
である。

【図５】その電子線照射装置においてグリッド電圧及び
加速電圧を説明するための図である。

【図６】従来の電子線照射装置の概略構成図である。

【符号の説明】

２被照射物１０電子線発生部１１ターミナル１１ａフィラメント１１ｂガン構造体１１ｃグリッド１２真空チャンバー２０照射室２１照射空間２２ビームコレクタ３０照射窓部３１窓箔３２窓枠構造体４０交流電源５０フィラメント用電源部６０グリッド用電源部７０高周波変換部７１整流器７２フィルタ回路７３高周波インバータ回路７３ａ半導体スイッチング素子７４変流器７５駆動制御回路７６出力トランス７７基準電圧設定回路７８比較回路８０加速用電源部８１高周波昇圧トランス８２倍電圧整流回路８２ａキャパシタ８２ｂダイオード８３電流制限抵抗８４降圧回路８４ａ抵抗８４ｂキャパシタ９０高圧電源容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者越智雅文埼玉県行田市壱里山町１丁目１番地岩崎電気株式会社埼玉製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電子源が放出する熱電子を加速空間で
加速電圧により加速して電子線として取り出し、前記電
子線を被照射物に照射する電子線照射装置において、商用交流電力を高周波電力に変換して出力する高周波変
換手段と、前記高周波変換手段が出力する高周波電圧を昇圧して高
周波高電圧を出力する高周波昇圧手段と、前記高周波昇圧手段が出力する高周波高電圧を倍電圧整
流して直流高電圧とし、その直流高電圧を前記加速電圧
として供給する倍電圧整流手段と、を具備し、少なくとも前記高周波昇圧手段と前記倍電圧整流手段と
を高圧電源容器内に収納し、前記高周波変換手段は前記
高圧電源容器の外部に配置したことを特徴とする電子線
照射装置。
【請求項２】前記熱電子源に電力を供給する熱電子源
用電源と、前記熱電子を前記加速空間に取り出すために
前記熱電子源とグリッドとの間に印加するグリッド電圧
を供給するグリッド用電源とを前記高圧電源容器内に収
納したことを特徴とする請求項１記載の電子線照射装
置。
【請求項３】前記高周波変換手段は、半導体スイッチ
ング素子を用いたインバータ回路を含むものであること
を特徴とする請求項１又は２記載の電子線照射装置。
【請求項４】前記倍電圧整流手段は、キャパシタとダ
イオードとを組み合わせて構成されたものであり、前記
高周波昇圧手段が出力する前記高周波高電圧の波高値の
２倍以上５０倍以下の電圧を出力することを特徴とする
請求項１乃至３記載の電子線照射装置。
【請求項５】前記高周波変換手段が出力する前記高周
波電力の周波数は１０ｋＨｚ以上２００ｋＨｚ以下であ
ることを特徴とする請求項１乃至４記載の電子線照射装
置。
【請求項６】前記加速電圧は１００ｋＶ以上３００ｋ
Ｖ以下であることを特徴とする請求項１乃至５記載の電
子線照射装置。