JPH11231100A - 電子線照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子線照射装置において窓箔を冷却する冷却
風は恒に一定幅を持って窓箔に吹き付けるようになって
いた。しかし被処理物が変わると電子線の照射幅も変わ
り電子線が透過しない部分も冷却してしまい冷却風が一
部無駄になる。 【解決手段】 冷却風吹き出しノズルの開口にシャッタ
ーを設けてこれを開口部面積を可変にする。冷却風のブ
ロワー駆動装置はインバータ制御してパワーを連続的に
調整できるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子線照射装置
の窓箔の冷却風の噴出口を可変にしたものにかかる。電
子線照射装置は被処理物に電子線を照射してこれの化学
的物理的な性質を改良するものである。ゴム架橋、塗膜
の硬化、電線被覆の改質、殺菌、排煙脱硫など広範囲の
用途がある。被処理物はゴム、プラスチック、食品、ガ
ス、水、半導体など多様である。電子線照射装置である
から、加速電源、電子を生ずるフィラメント、加速機
構、照射窓、窓箔、搬送機構、Ｘ線遮蔽機構、窓箔の冷
却装置等を持つ。本発明はこのうち窓箔の冷却装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子線照射装置は電子エネルギーによっ
て大体３段階に分類される。３００ｋｅＶ以下の加速エ
ネルギーのものは低エネルギー型という。３００ｋｅＶ
〜５ＭｅＶのものを中エネルギーといい、５ＭｅＶ以上
を高エネルギー型とよぶ。この区分は人によって異な
る。

【０００３】エネルギーの高いものは加速電圧が高い割
に電流が小さいので細いビームを左右に走査して被処理
物の全面に電子線が当たるようにしている。これを走査
型と呼ぶ。加速管が長くなり走査機構や走査管が必要で
あるので背の高い大がかりな装置になる。被処理物を運
ぶ搬送コンベヤは走査方向（ｙ方向）と直交する方向
（ｘ方向）に動く。

【０００４】一方エネルギーの低いものは大電流大口径
ビームを得易いので蛇行するように広い面積にフィラメ
ントを張り広範囲に熱電子がでるようにして垂直下方に
照射するだけで被処理物の全面を覆うようにする。つま
りフィラメントの広がりが被処理物の横方向（搬送コン
ベヤの幅の方向）幅と同じ程度である。これは非走査型
またはエリア型と呼ばれる。走査しないのでフィラメン
トと被処理物の距離が短くできる。背が低くて小型の装
置にする事ができる。

【０００５】電子線が発生し加速される部分は真空でな
ければならない。ところが被処理物は搬送コンベヤによ
って大気中を運ばれる。それで照射窓には窓箔を張り付
ける必要がある。窓箔はＴｉ、Ａｌの箔である。電子線
は荷電粒子であるからクーロン力によって近くの原子か
ら斥力や引力を受け易く当然に物質を透過する能力に乏
しい。窓箔によって多くの運動エネルギーを喪失するの
で窓箔はできるだけ薄い方が良い。しかし真空を維持す
るためには窓箔は堅牢丈夫でないといけない。

【０００６】窓箔は、照射窓において窓フランジと窓箔
押え枠によって４辺を挟んで固定する。窓箔押え枠窓フ
ランジには例えば５０ミリ毎にボルトを配置し締め付け
トルクを厳格に管理しながら締め付けるようになってい
る。窓箔を電子線が透過するとき運動エネルギーを失う
がこれが全部熱に変わる。熱によって窓箔が劣化し破損
しやすくなる。これを防ぐために窓箔には斜め下方より
冷却風を吹き付けるようになっている。下（大気中）か
らの空冷に加えて上からは水冷するようにもなってい
る。真空側の方の中央部縦に冷却水の通るパイプ（冷却
桟）を設け窓箔に上から接触させる。これで窓箔中央部
を冷却できる。真空側に桟を設けると電子線を遮ること
になるから、ほんの一部にしか桟を設けることができず
中央部だけに限定される。しかし下からの冷却風は窓箔
の全体に吹き掛かるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】下からの冷却風は窓箔
の全体の幅Ｗに広がる吹き出し口（ノズル）から吹き出
される。窓箔の全体を冷却するのであるから当然のこと
である。冷却風は窓箔の湾曲面をかすって出口から排出
される。一方被処理物は搬送コンベヤによって運ばれ
る。電子線は固体などに当たるとＸ線を発生する。Ｘ線
が外部に洩れてはいけないので照射窓の周囲は鉛や鉄、
ステンレスなどの板で囲う。搬送コンベヤが通る経路か
らＸ線が洩れてはいけないので幾重にも遮蔽板を通す。
さらにＸ線によって空気中の酸素がオゾンに変わる。オ
ゾンは猛毒である。外部に出ないようにしなけれならな
い。図１によって非走査型電子線照射装置の概略構造を
説明する。本発明は窓箔の冷却に関する。走査型の装置
でも同じ問題がある。繰り返しになるのでここでは非走
査型について述べる。

【０００８】横に長い筐体１がある。これは搬送コンベ
ヤ２を内蔵する。搬送コンベヤ２はＸ線漏洩を避けるた
めもっと複雑に上下湾曲運動するものもある。ここでは
極単純なコンベヤの例を示した。搬送方向をｘ方向と
し、電子線の方向をｚ方向とする。搬送方向と直角水平
方向がｙ方向である。筐体１の中央部には円筒形の加速
チャンバ３が円筒軸がｙ方向を向くように設けられる。
加速チャンバ３の内部は真空である。同心状にカソード
シールド４がありそのなかには複数本の平行なカソード
フィラメント５が張られている。

【０００９】フィラメント５の分布は様々であるが。ｙ
方向に広がりを持っているから、幅広の被処理物の全幅
に電子線を照射できる。フィラメントには電流が流れ加
熱されるから熱電子が出る。チャンバ３の下方開口が照
射窓６である。照射窓６には窓箔７が張ってある。フィ
ラメント５はチャンバ３に対して負電圧になっているの
で、電子は照射窓６とフィラメント５の間で加速され
る。電子はフィラメント５からほぼ真下に出る。搬送コ
ンベヤ２によって被処理物８が搬送され照射窓の直下で
電子線を受ける。

【００１０】窓箔７は照射窓６の窓フランジ９と窓箔押
さえ枠１０の間に挟まれている。窓箔押え枠１０と窓フ
ランジ９は多数のボルトによって締結される。窓箔より
下は大気圧、上は真空であるから窓箔は上方に湾曲す
る。筐体１にはガス入口１１があり冷却風が導入され
る。これが窓箔７の下面を冷やして、ガス出口１２から
でてゆく。実際にはノズルが窓箔を狙うように上斜めに
向けて設けられる。この冷却機構の改良のために本発明
がなされている。

【００１１】筐体１はＸ線の漏れを防ぐために多数のＸ
線遮蔽板１３〜１８をもっている。コンベヤ２は上下に
蛇行し多数のＸ線遮蔽板の狭い隙間を通過するようにな
っている。チャンバ内のどこでＸ線が発生しても入口や
出口に直進したＸ線が出ないような幾何学的関係になっ
ている。Ｘ線によってオゾンが出るがこれも外部に洩れ
てはならないのでガス排出口２５から強制排気してい
る。

【００１２】本発明は窓箔の冷却に関するので走査型電
子線照射装置においても同じ問題がある。しかし窓箔の
部分は同様であるから走査型のものはことさら説明しな
い。

【００１３】図２は冷却風吹き出し口の部分のみを示し
たものである。図１は片側から冷却風が吹き付けるもの
を示していたが、図２のものは両方から冷却風を吹き付
けるものである。片側タイプのものも両側タイプのもの
もある。両側から吹き付けるようにすると冷却の効率が
高い。しかし冷却風量が大きくなりコスト高になる。横
幅（ｙ方向）の広いダクト３０から横幅のあるノズル３
１を経て窓箔７の下面に吹き付ける。

【００１４】従来は、窓箔の幅（照射窓のｙ方向長さ）
Ｗの全体に冷却風を吹き付けるようにしていた。窓箔の
全体が熱くなるのであるから全体を冷やすのは当然と思
われた。しかし考えてみれば必ずしもそうでない。その
理由を述べる。

【００１５】搬送コンベヤの横幅（ｙ方向の幅）をＢと
してその上に載せて運ばれる被処理物の幅をＣとする。
安定な搬送のために、Ｂ＞Ｃであることは当然であろ
う。被処理物は時に応じて様々に変わる。被処理物の寸
法Ｃは一定しない。照射窓の横幅（窓箔の横幅）Ｗは被
処理物の横幅の最大値よりも大きいはずである。つまり
Ｗ≧Ｃである。走査型の場合は、電子線照射幅つまり走
査幅Ｄが問題である。非走査型の場合はフィラメントの
広がりによって決まる電子線照射域の幅Ｄが同様に問題
となる。これらは窓より狭く、被処理物幅より広い。つ
まり、Ｃ≦Ｄ≦Ｗであるはずである。窓箔へ吹き付ける
冷却風の横幅Ｆは従来ほぼＦ＝Ｗとなっていた。窓箔の
全体に過不足なく冷却風を吹き付けて、窓箔を冷やして
いるのである。窓箔の全体が等しく電子線によって加熱
されるのであるからこれは当然のように思える。

【００１６】装置本来のパラメータは、コンベヤの幅
Ｂ、窓箔の幅Ｗである。電子線幅Ｄは非走査型の場合は
フィラメントを交換することによって変更する事ができ
る。走査型の場合は走査の幅を変える事によって電子線
照射Ｄを変更できる。被処理物は様々である。電子線照
射装置は様々の目的、対象に使う事ができる。被処理物
が変わるとその幅Ｃは変動する。これに応じて電子線幅
Ｄも変更する。これは容易である。被処理物幅Ｃが窓箔
幅Ｗよりかなり狭くて、電子線幅Ｄを狭くした場合（Ｄ
＝Ｃ）、従来は冷却風の吹き付け幅Ｆは依然として窓箔
の幅に等しく固定されていた。つまりＦ＝Ｗのままであ
る。窓箔の全体を常に冷却しているのであるからそれな
りの合理的である、と考えられよう。窓箔はＴｉやＡｌ
など金属であるから熱伝導があろうし、一部が加熱され
れば全体に熱が周り全部を冷却するのが良い、とも思わ
れる。図３は冷却風ノズルの部分のみの斜め下方向から
の斜視図である。これは冷却風ノズル３１があり先端の
開口から一様に冷却風が吹き出し、全部が窓箔に吹き付
けている。

【００１７】しかしながらそうでない。窓箔は薄いもの
であり熱は窓箔自体を通じてほとんど伝導しない。被処
理物幅Ｃが小さく電子線照射幅Ｄも狭いとすれば、窓箔
の全体ではなくて幅Ｄだけが電子線を受けて加熱される
ことになる。さればその部分だけを冷却すれば良いので
ある。Ｗ−Ｄの余白の部分を冷却するのは無駄な事であ
る。冷却風は乾燥窒素ガスを使うのでただではない。無
駄に浪費してはいけない。

【００１８】電子線を受けている窓箔の一部のみを有効
に冷却しなければならない。従来の電子線照射装置は冷
却風吹き出し口が一定開口であったためこれを調節する
事は不可能であった。窓箔の必要な部分だけを冷却する
ことのできる装置を提案することが本発明の第一の目的
である。冷却風ノズルの開口を変えても単位面積当たり
の風量が一定であるような電子線照射装置を提供するこ
とが本発明の第２の目的である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の電子線照射装置
の冷却風吹き出しノズルは開口幅を可変にしている。開
口幅を可変にするためにノズル開口部両端部にシャッタ
ーを設け、シャッターの開度を調節する。ノズルは横に
長い偏平な形状であるから、シャッターは横方向に移動
できるようにする。さらに冷却ガスの駆動源をインバー
タによって電力調整して開口面積の狭いときは、ブロワ
ーの駆動電力を下げる。開口面積の広いときはブロワー
の駆動電力を上げるようにする。こうして単位面積当た
りの冷却風の風量をほぼ一定に保つ事もできる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図４は本発明の実施例を示す冷却
風吹き出しノズル３１の斜め下方からの斜視図である。
これはノズルの部分だけが描かれているが、実際には冷
却風であるガスボンベなどへダクトを通じ背後から連続
している。開口３３には両側からシャッター３２が設け
られており、これが水平方向に移動可能である。シャッ
ター３２を広く開くと冷却風が出る開口面積が増える。
反対にシャッター３２を閉じてゆくと開口面積が減り冷
却風が吹き出す部分が狭くなる。開口部幅が冷却風の吹
き出し幅Ｆであるがこれを調整可能にしたということが
本発明の新規な特徴である。

【００２１】吹き出し幅Ｆが減少したときブロワーの駆
動電力自体も減少させる。反対に吹き出し幅Ｆが増大し
たときブロワーの駆動電力をそれに伴って増大させる。
インバータによって連続的にブロワーの出力を調整して
吹き出し幅Ｆに応じた駆動電力にする。

【００２２】もとより窓箔の幅Ｗと搬送ベルトの幅Ｂは
固定されている。被処理物の幅Ｃが減るとこれに併せて
電子線走査幅Ｄを減らす。これは従来のものでもなされ
ていたことである。ところが本発明はそれだけでなく冷
却風の吹き付け幅Ｆをも変えるようにしている。シャッ
ターの開度の変更は手動で行う事ができる。窓箔の下側
の冷却風吹き出し口は真空でなく大気圧であるから真空
をやぶることなく手動によってシャッター開度を変化さ
せることができる。また特別の駆動モータと減速器を設
けて機械的に開度を変更できるようにしても良い。

【００２３】図５は電子線照射幅Ｄ、冷却風幅Ｆ、窓幅
Ｗ、被処理物幅Ｃ、コンベヤ幅Ｂなどの説明図である。
図５（ａ）は被処理物が幅広のものであって電子線照射
幅も広い例を示す説明図である。図５（ｂ）は被処理物
幅が中間的で電子線照射幅が中間的な例を示す。図５
（ｃ）は被処理物幅が狭く、電子線照射幅も狭い例を示
す。それぞれ電子線幅に応じて、冷却風の開口も増減し
ている。

【００２４】

【発明の効果】本発明は被処理物の幅が狭くて電子線の
照射幅も狭い場合に、窓箔の全体を冷却するのではなく
て、電子線が当たる領域だけに冷却風を当てるようにす
る事ができる。窓箔は十分に薄いので、膜面に平行な方
向の熱伝導は殆どなくて、電子線が当たる部分だけ加熱
され電子線の当たらない部分は殆ど昇温しない。だから
本発明のように電子線が通過する部分だけを冷却するよ
うにできれば冷却風を節減することができる。冷却風は
窒素ガス或いは乾燥空気などであって極めて高価という
わけではないがかなりの価額であるからこれを恒常的に
節約できる本発明の経済効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】非走査型電子線照射装置の概略構造を示す断面
図。

【図２】照射窓の窓箔の部分の拡大斜視図。

【図３】従来例にかかる窓箔冷却風吹き出し口の下方か
らの斜視図。

【図４】本発明の実施例にかかる開口面積可変型の冷却
風吹き出し口の下方からの斜視図。

【図５】本発明において、被処理物の幅Ｃが異なると、
電子線照射幅Ｄ、冷却風幅Ｆ、なども変更できることを
説明する概略図。

【符号の説明】

１ 筐体 ２ 搬送コンベヤ ３ 加速チャンバ ４ カソードシールド ５ カソードフィラメント ６ 照射窓 ７ 窓箔 ８ 被処理物 ９ 窓フランジ １０ 窓箔押え枠 １１ ガス入口 １２ ガス出口 ３０ 冷却風ダクト ３１ 冷却風ノズル ３２ シャッター ３３ 開口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子線を通す窓箔を冷却する冷却風吹き
   出しノズルにシャッターを設け、吹き出し口の開口部を
   増減できるようにしたことを特徴とする電子線照射装
   置。