JPH1172600A - 電子線照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子線を走査せず複数の平行なフィラメント
から出た電子線をそのまま加速して被処理物に照射する
非走査型の電子線照射装置において電子線の発生領域が
照射窓のおいて狭い中央部に偏在する。ために窓箔が局
所加熱される。電子線分布をより均一化して窓箔の寿命
を延長する。 【解決手段】 照射窓に設けるフィラメントを搬送方向
に対して傾斜角Θをなすように設けている。

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、非走査型電子線
照射装置のフィラメントの設置構造に関する。電子線照
射装置は、加速された電子線を被処理物に照射して、電
線被覆の架橋反応を促したり、熱収縮チューブの熱収縮
性を与えたり、塗膜の硬化反応を起こさせたり、医療部
品の滅菌をしたり様々の効果を発揮する。電子線は真空
中でフィラメントを加熱することによって発生させる。
これを加速して照射窓の窓箔を透過させて対象物に照射
するようになっている。照射窓は電子線が発生する真空
と、対象物が存在する大気中とを分離するものである。
Ｔｉ、Ａｌの薄い箔であるが電子線を通ししかも真空を
維持する作用がある。

【０００２】電子線の加速エネルギーによってその作用
も異なる。エネルギーによって被処理物へ侵入する深さ
が異なるし誘起される化学反応も異なる。電子の運動エ
ネルギーが５ＭｅＶ以上を高エネルギー、５ＭｅＶ〜３
００ｋｅＶを中エネルギー型、３００ｋｅＶ以下を低エ
ネルギー型と呼んで区別する事もある。このエネルギー
の区別は人によって違い一定しない。

【０００３】電子線照射装置には大別して走査型と非走
査型（エリア型）と呼ばれる２種類のものがある。走査
型は細い電子ビームを交番磁界によって左右に走査して
被処理物に広く電子線を当てるものである。非走査型は
複数本のフィラメントから広い面積の電子線を発生させ
そのまま直下へ加速して被処理物に照射するものであ
る。大体３００ｋｅＶ以下のエネルギーの場合は非走査
型のものが多い。

【０００４】

【従来の技術】本発明は非走査型の電子線照射装置のフ
ィラメント構造の改良に関するので、非走査型に限って
説明する。図１は非走査型電子線照射装置の概略断面図
である。横長円筒形の加速チャンバ１の内部は真空に引
かれている。加速チャンバ１内部には下向きに開口した
カソードシールド２がある。カソードシールド２の中に
はフィラメント３がある。フィラメントには電流が流さ
れ熱電子が出るようになっている。加速チャンバ１は正
に、フィラメント３は負になるように電圧が印加され
る。非走査型の場合はこの間に発生する電界によって下
向きに加速する。

【０００５】チャンバ１の下側の開口が照射窓４であ
る。照射窓４には広い窓箔５が張られている。窓箔５の
４辺はチャンバのフランジと窓箔押さえ枠に挟まれて固
定される。窓箔の下側は大気、上側が真空になる。窓箔
はそれゆえ上向きに膨らんでいる。フィラメント３で生
じた熱電子はフィラメント・チャンバ間において加速さ
れる。

【０００６】これが下向きの電子線６となる。窓箔５の
下には搬送機構が設けられる。コンベヤ８は無限軌道を
周回する。コンベヤ８の上に被処理物９が乗せられて入
口から照射域を経て出口まで運ばれる。ローラ１３、１
４、１５、１６、１７、１８等のローラによってコンベ
ヤが周回できる。搬送機構を収納した筐体７は大気圧で
はあるが、Ｘ線やオゾンの害を防ぐために搬送機構の全
体を囲んでいる。電子線は窓箔を透過するので窓箔が加
熱される。窓箔温度が上がると融けてしまうので冷却す
る必要がある。それで窓箔の下側から冷却風を吹き付け
てこれを冷やすようになっている。そのためにガス入口
１０から乾燥空気、窒素ガス等を導入し、窓箔に吹き付
け加熱されたガスはガス出口１１から排出されるように
なっている。

【０００７】電子線が被処理物やコンベヤなどに当たる
とＸ線が発生する。Ｘ線によって酸素がオゾンになるこ
とがある。Ｘ線が外部に洩れないように、筐体７の内部
はＸ線遮蔽板２１〜２６によって、幾つもの小部屋に分
割されている。入口出口からＸ線の発生する領域が見え
ないようにコンベヤを上下に蛇行させることもある。さ
らにオゾンガスなどを抜くためにガス引き抜き口２７が
ある。

【０００８】図１では筐体７の上に加速チャンバ１が乗
っているものを示したが、これらが横に並んだような配
位のものもある。つまり電子線が水平方向に出て、コン
ベヤも水平面内を動くようになっているものである。こ
の場合はコンベヤの上にものを乗せるという訳にゆかな
い、コンベヤに変えてテープ状の被処理物に電子線照射
する場合などに横型の装置が使われる。

【０００９】非走査型はエネルギーの低い電子線を広範
囲に発生させることができる。それはもともとフィラメ
ントが広範囲に広がっているからである。フィラメント
から放出された熱電子は殆どそのまま照射窓を通って被
処理物に至る。つまりフィラメントの空間分布のコンベ
ヤ面への投影がほぼ照射域になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】非走査型の装置は、直
流電源、電子銃（フィラメント）、照射窓、加速チャン
バ、搬送機構などよりなり極めて単純な構造をしてい
る。フィラメントと照射窓の間に１５０ｋＶ〜３００ｋ
Ｖの電圧を印加して電子線を加速する。走査しないか
ら、フィラメントの広がりが照射領域を決める。電子流
は２０〜５００ｍＡとすることができる。また照射幅は
１５０ｍｍ〜１８００ｍｍのものが多いがそれ以上のも
のもある。フィラメントは複数本を互いに平行に何本も
設ける。フィラメントは蛇行させる事もある。平行に何
本も設けるのは一様な電子線密度を実現するためであ
る。１本のフィラメントから出た電子線が被処理物面に
おいて幅Ｂの電子線束を作り出すとすれば、フィラメン
トはＢ以下の間隔で配列する必要がある。図２は従来例
にかかるフィラメント配列を示す。搬送方向をｘ方向に
とりそれと直角であってコンベヤ面に平行な方向をｙ方
向とする。

【００１１】フィラメントはｘ方向にのび、ｙ方向に平
行フィラメントが並んでいる。ｘ方向にコンベヤが動く
ので照射幅を決めるのはｙ方向のフィラメントの幅であ
る。フィラメントは平行でありかつ搬送方向（ｘ方向）
に平行に並んでいる。ここではフィラメント３０〜フィ
ラメント３８が図示されている。これらフィラメントは
蛇行するように直列に接続される場合もある。フィラメ
ント１本あたりの抵抗をｒとすると、ｎ本のフィラメン
トがあるとすると、直列接続であるからｎｒの抵抗を持
つ。それぞれのフィラメントに電流Ｉを流すと全電圧は
Ｉｎｒとなる。そうではなくてｎ本のフィラメントを並
列接続することもある。等しくＩｒの電圧を掛けて電流
Ｉを流すようにするのである。フィラメントへ流す電流
の方向は任意である。

【００１２】図３はフィラメントに直角な面での熱電子
の広がりを描いた説明図である。フィラメントと照射窓
の間には直流電圧が掛かっているからフィラメントから
等確率で花火のように放出された電子は照射窓（窓箔）
の方に引き寄せられる。窓箔での広がりが前述の幅Ｂで
ある。Ｂがフィラメントの間隔Ｄより大きければ（Ｂ＞
Ｄ）隣接フィラメントからの電子線分布が互いに重なっ
て照射窓の全域を電子線によって覆う事ができる。

【００１３】問題はｙ方向の分布ではなくてｘ方向の電
子線分布である。フィラメント１本の長さをＦとして、
その全体から電子が出るのが理想的である。ところがそ
うでない。フィラメントの両端部では熱電子は殆ど出な
い。フィラメントの中央部のみで熱電子が放出されるの
である。図４にフィラメントからの熱電子放出の範囲を
示す。フィラメントの長さをＲとすると、両端部Ｌ、Ｌ
では熱電子が出ない。中央部Ｐだけで熱電子が発生する
のである。であるからフィラメントの中央部では熱電子
の分布３９が互いに重なっているが両端部には熱電子が
存在しないような部分４９が生ずる。中央の電子が出る
部分を今、仮に放電部Ｐと呼び、両端の電子が出ない部
分を仮に暗黒部Ｌと呼ぶことにする。

【００１４】このような事はこれまで知られていなかっ
た。フィラメントの全体から熱電子が放射されるものと
考えられてきた。しかしそうでなくフィラメントの全長
Ｒのうちの一部から熱電子が出るのである。

【００１５】ｘ方向の一部から電子が出るとしても隣接
フィラメントからの電子が互いに重複分布３９を持つか
らｙ方向の広がりはフィラメント分布と同じになる。コ
ンベヤがｘ方向に被処理物を運搬するので被処理物の全
面に電子線を照射できる。

【００１６】問題は別にある。ｘ方向に熱電子の分布が
局在するので窓箔の一部に高密度の電子線が集中するこ
とになる。窓箔の面積をＳとして、電子線電流をＪとす
るとき窓箔を通る平均電流はＪ／Ｓである。しかしフィ
ラメント中央放射部Ｐの直下ではこれを上回る電子電流
が流入しており、過度に加熱されることになる。つまり
窓箔の加熱は一様でなく、中央部に偏る傾向がある。窓
箔が局所加熱されると窓箔の寿命を縮めることになる。
これは予期せぬ重大な問題である。窓箔の局所加熱を防
ぎ窓箔の寿命を延ばすことが本発明の第１の目的であ
る。熱電子放出確率を増やしフィラメント電力を節減す
るのが本発明の第２の目的である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】複数のフィラメントを加
熱して熱電子を発生させ走査する事なく熱電子を加速し
照射窓の窓箔を通して一定方向に搬送される被処理物に
照射する電子線照射装置において、フィラメントを搬送
方向に対して平行でなく、傾斜させて設けた。

【００１８】電極間の距離は一定であるがフィラメント
を斜めにするのでフィラメントが長くなる。フィラメン
トの両端に暗黒部Ｌ、Ｌがあっても、中央部Ｐが十分に
広いので熱電子は盛んに放射される。しかも放出域が広
くなる。為に窓箔の負担が均等になり、窓箔寿命を延長
することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】フィラメントの両端を電極が支持
しており電極から電流を供給されている。電極間の距離
をＲとするとフィラメントの電極間長さはＲｓｅｃΘと
なる。両端に暗黒部Ｌ、Ｌがあるから中央放射部の長さ
はＰ＝ＲｓｅｃΘ−２Ｌとなり、放射部が長くなり電子
放射が促進される。従来例に比べて放射長さはＲｓｅｃ
Θ−Ｒだけ長くなる。同時に窓箔から見た、電子放射部
が拡大され電子線密度が均一になる。これは実効的に暗
黒部ＬがＬｃｏｓΘに減少するからである。暗黒部の減
少幅はＬ−ＬｃｏｓΘである。

【００２０】図５によって本発明のフィラメント構造を
説明する。照射窓に斜め平行にフィラメント４０、４
１、…、４８が設けられる。これは被処理物搬送方向ｘ
方向に対してΘの角度をなす。両端からＬの長さでは電
子が放射されないが、フィラメント１本の長さが従来例
に比べて、ＲｓｅｃΘ−Ｒだけ伸びているので放射長さ
が伸びる。図６は従来例に於けるフィラメントからの熱
電子の放射を示す。中央部の狭い範囲で局所的に放射さ
れている。窓箔での電子線分布を曲線で示す。図７は本
発明に於けるフィラメントからの熱電子の放射を示して
いる。熱電子の放射域が両側へと広がっている。

【００２１】図８はフィラメントから熱電子が出る範囲
を示すｘｙ平面図である。図４と比較してエミッション
領域が広がっている。従来は傾き角が０であったが、本
発明はフィラメントを搬送の方向に対してΘだけ傾け
る。Θは例えば３０゜〜９０゜である。９０゜であると
フィラメントは搬送方向に直交するようになる。この場
合は窓の長手方向を向く事になり、暗黒部Ｌが幅方向に
出るようになる。幅に余裕がある場合は理想的なフィラ
メントの張り方ということになる。しかし照射窓一杯に
被処理物が搬送されてくるような場合は、暗黒部がｙ方
向の両端に発生するようなフィラメントの張り方はでき
ない。その場合はΘを３０゜〜６０゜程度にする。より
良い角度は４５゜〜６０゜である。

【００２２】

【発明の効果】照射窓において、フィラメントを搬送方
向と平行でなくて搬送方向にΘをなすようにしている。
フィラメントの両端に暗黒部Ｌ、Ｌが生ずるがフィラメ
ントが長くなるので放射域が広がる。ために照射窓一杯
近くに電子線が発生して電子線分布が均一になる。ため
に窓箔を通過する電子線の密度が均一になって窓箔の寿
命が伸びる。窓箔交換の頻度が少なくなって、電子線照
射装置の操業度が向上する。単純な構成であるが有用な
発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】非走査型電子線照射装置の概略断面図。

【図２】従来例にかかる照射窓でのフィラメント配置を
示す平面図。

【図３】フィラメントからの熱電子の放射の有り様を示
すフィラメント長手直角方向の図。

【図４】従来例にかかるフィラメント配置においてエミ
ッション領域が狭いということを説明するために平面
図。

【図５】本発明に於ける照射窓でのフィラメントの斜め
配置を示す平面図。

【図６】従来例におけるフィラメント長手方向での熱電
子発生を説明するための図。

【図７】本発明に於けるフィラメント長手方向での熱電
子発生を説明するための図。

【図８】本発明に於ける斜め配列フィラメントの電子線
発生領域の重なりを説明するための図。

【符号の説明】

１ 加速チャンバ ２ カソードシールド ３ フィラメント ４ 照射窓 ５ 窓箔 ６ 電子線 ７ 筐体 ８ 搬送コンベヤ ９ 被処理物 １０ ガス入口 １１ ガス出口 １３〜１８ ローラ １９ 上板 ２０ 下板 ２１〜２６ Ｘ線遮蔽板 ２７ ガス排出 ３０〜３８ フィラメント ４０〜４８ フィラメント

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の平行なフィラメントを加熱して熱
   電子を発生させ走査する事なく熱電子を加速し照射窓の
   窓箔を通して一定方向に搬送される被処理物に照射する
   電子線照射装置において、フィラメントを搬送方向に対
   して平行でなく、傾斜させて設けたことを特徴とする電
   子線照射装置。