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【発明の名称】 回転陰極型電子線照射装置
【発明者】 【氏名】小野 勝弘
【要約】 【課題】立体形状を有する物体の表面に電子線を照射する場合に、被照射体を回転することなく被照射体の全周囲から被照射体に向かって任意の強度分布で電子線を照射することができ、被照射体の表面に任意の線量分布を与えることができるようにする。

【解決手段】真空容器１００内に設けられた陰極２−１，２−２から放出された電子を電子通過孔５−１，５−２を有する陽極３との間で加速して、これら陰極及び陽極を真空領域内で周回できるように構成する。真空容器の外部に電子を取り出す為の電子透過窓を含む構造体４−４を円筒状に形成し、周方向に肉厚が大きい第１の部分と肉厚が小さい第２の部分を交互に設ける。この第２の部分は真空隔壁を構成しながら電子を透過させる働きをし、第１の部分は機械的強度を保ちながら第２の部分を冷却する働きをもつ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 真空領域を構成する真空容器と、この真空領域内に在って電子を放出する陰極と、この陰極から放出された電子を透過させて前記の真空領域の外部に電子を取り出す為の電子透過窓と、前記の陰極を前記の真空領域内で回転させる回転機構と、前記の真空領域内で回転する陰極に通電する回転通電機構と、前記の回転機構と前記の真空容器との境界部分を真空シールする回転シール機構とを有して成り、前記の陰極は電子を放出する方向を前記の真空領域内で変えられるようになっていることを特徴とする回転陰極型電子線照射装置。
【請求項２】 真空領域を構成する真空容器と、この真空領域内に在って電子を放出する陰極と、この陰極から放出された電子を加速して通過させる電子通過孔を有する陽極と、この陽極を通過した電子を透過させて前記の真空領域の外部に電子を取り出す為の電子透過窓と、前記の陰極を前記の真空領域内で回転させる回転機構と、前記の真空領域内で回転する陰極に通電する回転通電機構とを有して成り、前記の陽極は前記の陰極と同軸状に回転するようになっていることを特徴とする回転陰極型電子線照射装置。
【請求項３】 前記の回転シール機構は磁性流体を含んでいることを特徴とする特許請求項１に記載の回転陰極型電子線照射装置。
【請求項４】 前記の電子透過窓に通じる熱伝導通路内の位置に、動作時に液体である金属を潤滑材とした動圧滑り軸受を設けたことを特徴とする特許請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転陰極型電子線照射装置。
【請求項５】 前記の回転機構の中心軸に沿って貫通した穴を設け、この穴に被照射体を挿入するようになっていることを特徴とする特許請求項１〜４のいずれか１つに記載の回転陰極型電子線照射装置。
【請求項６】 前記の回転通電機構は、動作時に液体である金属を潤滑材とした動圧滑り軸受を介して通電することを特徴とする特許請求項１〜５のいずれか１つに記載の回転陰極型電子線照射装置。
【請求項７】 前記の電子透過窓は前記の真空容器の内部を真空に保った状態で回転できるように構成されていることを特徴とする特許請求項１〜６のいずれか１つに記載の回転陰極型電子線照射装置。
【請求項８】 前記の陰極の回転角度を検出する機構を備え、この回転角度に応じて電子線の強度を制御したことを特徴とする特許請求項１〜７のいずれか１つに記載の回転陰極型電子線照射装置。
【請求項９】 前記の陰極は同一の真空領域内に複数個設けられており、それら陰極の内の少なくとも１個から放出される電子の量を独立に制御できる様に構成されたことを特徴とする特許請求項１〜８のいずれか１つに記載の回転陰極型電子線照射装置。
【請求項１０】 前記の陽極は前記の陰極と同期して回転するようになっていることを特徴とする特許請求項２に記載の回転陰極型電子線照射装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、立体形状を有する物体の表面に塗布した樹脂の硬化、改質、架橋等や、医療用具の滅菌等を行うためにこれらの被照射体の全周囲から電子線を照射する装置であって、特に、照射する電子線の密度と照射方向とを自在に制御できることを特徴とする電子線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子線照射装置は、公開特許公報、特開平１１−１９１９０号に記載されているように、固定されたドラム管状の真空容器の中に直線状の金属フィラメントを取付け、これを通電加熱することによって放出される熱電子を５００ＫＶ以下の電位差で加速し、薄い金属箔で出来た平板状の照射窓を透過させて、大気中に在る被照射体に電子線を照射するようになっている。特開平１１−１９１９０号公開特許公報に記載されている装置の概略の断面図を図１に示している。図１において、１００１は真空容器であり、１００３は電子銃構造体であり、１００２は電子銃構体１００３などを支持するターミナルであり、１００４は陰極フィラメントであり、１００５はグリッドであり、１００６は電子を透過させる電子透過窓である。陰極フィラメント１００４から放出された電子がグリッド１００５に印加された電位差で加速され、更に電子透過窓１００６との間に印加された５００ＫＶ以下の電位差で加速されて電子透過窓１００６を透過する。透過した電子線Ｂは照射室内にある被照射体１０１１に照射される。この装置は大型であり、電子線Ｂの照射方向が一定となっているのでシート状の被照射体に一様な線量分布の電子線Ｂを照射する場合には適するが、立体形状の物体に電子線Ｂを照射するのには適さない。このような場合には、例えば、特開平１１−１９１９０号公開特許公報に記載の装置では、図１に示すように、立体構造体である被照射体１０１１は、２本のワイヤ１００９、１０１０で回転させながら移動させられて、前記の照射窓１００６を透過してきた電子線Ｂを照射されるようになっている。このように被照射体を回転させながら移動させたり、特開平１０−２６８１００号公開特許公報に記載のように被照射体を傾斜面上で転がしたり、特開平１０−２６８０９９号公開特許公報に記載のように被照射体を裏返す機構を設けたり、特開平９−６８６００号公開特許公報に記載のように被照射体の周囲に反射板を置いて電子線Ｂを被写体の周囲に一様に照射する努力が払われている。上記の従来例はいずれの場合も装置が大型になり、立体形状の被照射体に全周囲方向から照射するのが難しいだけでなく、電子線Ｂの密度を部分的に変更して照射することができないと言う問題があった。
【０００３】特に、被照射体が小型の物体である場合や線状の物体である場合には、上記の例では被照射体の周囲に万遍無く電子線Ｂを照射するのは不可能に近い。又、照射される電子線Ｂの密度が大きく出来ないので、照射能率が極めて悪いと言う問題がある。更に、被照射体の周囲方向によって照射線量を制御することができなかった。
【０００４】これまでの電子線照射装置では電子線Ｂの照射方向と照射線量分布と照射線量率が一定になっており、この装置にあわせて被照射体を移動させたり回転させたりしていた。その為に特殊な形状の被照射体への電子線照射や、照射線量の分布を詳細に変化させながら被照射体に電子線照射を行う事が出来なかった。このような不都合を除去するためには電子線の発生源を小さくして移動させることが必要である。しかしながら、従来の電子線照射装置は大型であり移動させることが出来なかった。本発明では、電子線発生源を小型にして真空容器の内部で回転移動させながら電子線の照射方向を変化させている。更に、真空容器の内部で電子線発生源を通電しながら回転させる方法を採用することにより装置全体が小型に成っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題は、立体形状を有する物体の表面に塗布した樹脂の硬化、改質、架橋等や、医療用具の滅菌等を行うために電子線を照射する場合に、被照射体を回転することなく被照射体の周囲から被照射体に向かって高密度の電子線を照射することができ、電子線の線量分布を任意に制御できる電子線照射装置を提供することである。特に、電子発生源から発生された電子線を集束させた状態で照射方向を変化させることにより被照射体の周囲で任意の電子線照射分布を得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している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、高真空状態に維持された真空領域内に設けられた陰極から放出された電子を、電子通過孔を有する陽極との間で加速して、これら陰極及び陽極を真空領域内で周回できるように構成し、前記の真空領域の外部に電子を取り出す為の電子透過窓を含む構造体を円筒状に形成し、任意の方向に任意の強度の電子線を取り出すことができるようにして、複雑な形状を有する被照射体に任意の線量分布で電子線を照射できるようにしている。前記の陰極及び陽極は、これらの相対位置関係が一定に保たれた状態で真空領域内で回転されるので常に安定な動作を保つことができる。前記の陰極及び陽極を回転させる機構は、真空容器の外側の大気圧領域に取り付けられており、コンパクトで信頼性が高く安価な回転機構と成っており、回転軸と真空容器との境界部分は磁性流体を用いて真空シールされた状態で高速度に回転できるように支持されている。また、この磁性流体の存在する部分では、液体金属を潤滑剤とする動圧滑り軸受に、回転を許容した状態で連結されており、この液体金属を介して強制冷却されているので磁性流体の部分では十分に低い温度に保たれるようになっており信頼性が確保されている。
【０００７】前記の陰極が、前記の電子透過窓の回転中心軸に向かって電子を照射するように、放射状に複数個取り付けられている。断面が細長い長方形の電子線を発生する陰極が、電子線の長手方向を前記の電子透過窓の回転中心軸にほぼ並行して複数個取り付けられており、電子線が電子透過窓を透過する際に散乱されるので、円筒状の電子透過窓の内側では周方向にほぼ均一な強度分布を持つ電子線を取り出すことができる。陰極の数を減少して陰極の回転角度に応じて電子線強度を変更することによって任意の電子分布を得ることもできる。前記の陰極と陽極の現在回転角度が検出され、予め与えられた回転角度において、予め与えられた関係の電子線強度を得るように制御することができる。陰極及び陽極は小型になっており、これらの回転と被照射体の直線移動とによって広い領域に渡って強度を制御しながら電子線をスキャンすることができる。
【０００８】照射目的によっては、時間的にも空間的にも極めて均一な線量分布を持つことが必要な場合もあるが、これは、前記の陰極の回転と同期させて前記の電子透過窓を含む円筒状の構造体を同軸状に回転させることによって達成される。真空空間において陰極を回転しながら通電する方法は例えば特許出願番号「特願２０００−１００１５８」、「特願２０００−１００１８４」公報等に記述している。
【０００９】前記の真空容器は、真空ポンプによって常時排気されており、前記の磁性流体によって回転自在の状態で真空シールされており、真空シールの部分からの真空リークが無視できる程度であるので、常に高真空状態が維持できるようになっている。そのために、微小放電などの不具合が発生せず、高信頼度の状態を維持することができる。また、構造が簡単であるために小型で低価格の全周照射型の電子線照射装置を提供することができるようになった。
【００１０】請求項１に記載の発明は、真空領域を構成する真空容器と、この真空領域内に在って電子を放出する陰極と、この陰極から放出された電子を透過させて前記の真空領域の外部に電子を取り出す為の電子透過窓と、前記の陰極を前記の真空領域内で回転させる回転機構と、前記の真空領域内で回転する陰極に通電する回転通電機構と、前記の回転機構と前記の真空容器との境界部分を真空シールする回転シール機構とを有して成り、前記の陰極は電子を放出する方向を前記の真空領域内で変えられるようになっていることを特徴とする回転陰極型電子線照射装置であって、前記の回転機構が前記の真空領域の外部に設けられるので小型でありながら上記の課題を達成できるようになっている。
【００１１】請求項２に記載の発明は、真空領域を構成する真空容器と、この真空領域内に在って電子を放出する陰極と、この陰極から放出された電子を加速して通過させる電子通過孔を有する陽極と、この陽極を通過した電子を透過させて前記の真空領域の外部に電子を取り出す為の電子透過窓と、前記の陰極を前記の真空領域内で回転させる回転機構と、前記の真空領域内で回転する陰極に通電する回転通電機構とを有して成り、前記の陽極は前記の陰極と同軸状に回転するようになっていることを特徴とする回転陰極型電子線照射装置であって、前記の陰極と前記の陽極との相対位相角を制御することにより上記の課題をより良く達成できるようになっている。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記の回転シール機構は磁性流体を含んでいることを特徴とする回転陰極型電子線照射装置であって、回転機構を前記の真空容器の外部に設けて回転機構の信頼性を得た状態で上記の課題が達成できるようになっている。
【００１３】請求項４に記載の発明は、特許請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記の電子透過窓に通じる熱伝導通路内の位置に、動作時に液体である金属を潤滑材とした動圧滑り軸受を設けたことを特徴とする回転陰極型電子線照射装置であって、前記の電子透過窓を回転を許容した状態で冷却できるので前記の電子透過窓及びこれに繋がる部分の温度を低く保てることにより信頼性を確保した状態で上記の課題が達成できるようになっている。
【００１４】請求項５に記載の発明は、特許請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明において、前記の回転機構の中心軸に沿って貫通した穴を設け、この穴に被照射体を挿入するようになっていることを特徴とする回転陰極型電子線照射装置であって、細長い被照射体に適した状態で上記の課題が達成できるようになっている。
【００１５】請求項６に記載の発明は、特許請求項１〜５のいずれか１つに記載の発明において、前記の回転通電機構は、動作時に液体である金属を潤滑材とした動圧滑り軸受を介して通電することを特徴とする回転陰極型電子線照射装置であって、回転する陰極に真空領域の中で信頼性良く通電することにより上記の課題が達成できるようになっている。
【００１６】請求項７に記載の発明は、特許請求項１〜６のいずれか１つに記載の発明において、前記の電子透過窓は前記の真空容器の内部を真空に保った状態で回転できるように構成されていることを特徴とする回転陰極型電子線照射装置であって、前記の電子透過窓の温度分布をより均一化することにより電子密度を増した状態で上記の課題が達成できるようになっている。
【００１７】請求項８に記載の発明は、特許請求項１〜７のいずれか１つに記載の発明において、前記の陰極の回転角度を検出する機構を備え、この回転角度に応じて電子線の強度を制御したことを特徴とする回転陰極型電子線照射装置であって、電子線の分布を任意に制御して最適の電子線分布を得た状態で上記の課題が達成できるようになっている。
【００１８】請求項９に記載の発明は、特許請求項１〜８のいずれか１つに記載の発明において、前記の陰極は同一の真空領域内に複数個設けられており、それら陰極の内の少なくとも１個から放出される電子の量を独立に制御できる様に構成されたことを特徴とする回転陰極型電子線照射装置であって、電子線分布を容易に制御できるようにして上記の課題が達成できるようになっている。
【００１９】請求項１０に記載の発明は、特許請求項２に記載の発明において、前記の陽極は前記の陰極と同期して回転するようになっていることを特徴とする回転陰極型電子線照射装置であって、被照射体の周囲における電子線分布を均一化し易い状態で上記の課題が達成できるようになっている。
【００２０】
【作用】本発明の電子線照射装置では、真空領域内で電子銃を周回させることにより装置全体を固定した状態で電子線の照射方向とその強度を自在に制御できるようになっている。従って、被照射体に要求される照射条件に従って常に最適な電子線照射分布を得られるようになっている。特に、回転させることが困難な被写体にも、装置を固定した状態で最適な照射条件で電子線の照射ができるようになっている。又、真空領域内で周回する電子銃に、真空領域内に在って動作中に通電できる回転型通電機構を通じて、真空領域の外部にある高電圧電源から耐電圧を確保した状態で通電できるようになっており、電子銃を周回させながら任意の強度の電子線を回転角に応じて制御できるようになっている。電子線の照射角度が変わることにより、電子透過窓上の電子線の入射位置が変化して電子透過窓の温度上昇が抑制され、照射できる電子線の密度が大きくなっている。真空領域の外側に回転機構が設けられており、既存の小型の回転機構を採用しており、装置全体が小型で軽量となっている。尚、詳細な作用は、以下の本発明の実施形態の記述に含めている。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図２は本発明の一実施形態である回転陰極型電子線照射装置の縦断面図であり、図３は図２のＡＡ’における横断面図、図４は本発明の構成要素である電子透過窓を含む構造体の一部を表す斜視図、図５は本発明の構成要素である電子透過窓を含む構造体の他の一部を表す斜視図、図６は細長い被照射体に適したように変形した他の実施形態の回転陰極型電子線照射装置を表す概略縦断面図、図７と図８は細長い被照射体に適したように変形した更に他の実施形態の回転陰極型電子線照射装置を表す概略縦断面図、図９は平面状の表面を持つ被照射体に適したように変形した更に他の実施形態の回転陰極型電子線照射装置を表す概略縦断面図である。同じ部分には同じ番号を付与している。図６から図９までの断面図は簡略化して表しており、断面のハッチングは部分的に省略している。
【００２２】図２及び図３において、１００は真空容器であり、高電圧供給用の絶縁体１０−１、１０−２と、回転シール機構２００を構成する外側スリーブ２０１と、回転シール機構２００を構成する内側スリーブ２０２と、回転シール機構２００を構成するシール機構部２０３と、シール機構部２０３に気密に接続された回転軸５０１と、後述する電子照射窓機構４とによって気密に囲まれた真空領域を形成している。真空容器１００には図示しない真空ポンプが接続され、内部は常時１０−６〜１０−８Ｔｏｒｒ程度の真空度に保たれている。前記の内側スリーブ２０２は回転軸５０１に気密に取り付けられており、回転軸５０１には回転支持部材５０２が取り付けられており、回転支持部材５０２には例えばセラミックから成る筒状の絶縁体６０１−１、６０１−２の一端が取り付けられている。これらの絶縁体６０１−１、６０１−２の他端には電子銃支持体１２−１、１２−２が取り付けられており、電子銃支持体１２−１、１２−２の先端には電子銃Ｅ１、Ｅ２が取り付けられている。回転軸５０１は真空領域の外部に在るロータ３０１に接続されており、ロータ３０１の外側にはステータ３０２が取り付けられており、これらは誘導モータ３００を形成しており、動作時には３０００ｒｐｍ程度の高速度で真空領域内において電子銃Ｅ１、Ｅ２を回転できるようになっている。このように高速度で電子銃Ｅ１、Ｅ２が回転した場合でも、前記の真空容器の内部は前記のシール機構部２０３で真空シールされて高真空状態に保たれるようになっている。
【００２３】前記の筒状の絶縁体６０１−１、６０１−２と前記の電子銃支持体１２−１、１２−２の接合部分には環状の通電用動圧滑り軸受７０１、７０２、７０３、７０４の回転部分の一部が電気絶縁を保ちながら、後述のフレキシブルな回転伝達機構を介して結合されている。通電用動圧滑り軸受７０１、７０２、７０３、７０４の固定部分は、それぞれ電気絶縁を保った状態で取付金具７０５−１、７０５−２を介して前記の高電圧供給用の絶縁体１０−１、１０−２に取り付けられている。通電用動圧滑り軸受７０１、７０２、７０３、７０４の回転部分と固定部分の間には軸受ギャップを有して互いに対面している軸受面を持っており、これらの軸受面のいずれか一方にはヘリンボーン状の軸受溝が設けられている。これらの軸受ギャップの間には動作時に液体である液体金属が潤滑材として挿入されている。この液体金属は前記の軸受溝の吸引作用等により軸受の内部に閉じ込められる。通電用動圧滑り軸受７０１、７０２、７０３、７０４の詳細な内部構造は、例えば、前記の特許出願番号「特願２０００−１００１５８」、「特願２０００−１００１８４」公報等に記述しているので説明を省略する。
【００２４】前記の電子銃Ｅ１、Ｅ２はそれぞれ集束電極１−１、１−２を持っており、集束電極１−１、１−２の先端部には直方体形状に切り取られた窪みが在り、その中にタングステン合金で出来たコイル状の陰極２−１、２−２が、その長手方向が中心軸ＣＣ’に平行な方向にほぼ一致するように取り付けられている。それぞれのフィラメント陰極２−１、２−２は前記の電子銃支持体１２−１、１２−２の中に取り付けられた２組のリード線ペア１１−１、１１−２に接続されている。リード線ペア１１−１のそれぞれの他端は、前記の通電用動圧滑り軸受７０１、７０２のそれぞれの回転部分に電気的に接続されている。同様に、リード線ペア１１−２のそれぞれの他端は、前記の通電用動圧滑り軸受７０３、７０４のそれぞれの回転部分に電気的に接続されている。通電用動圧滑り軸受７０１、７０２のそれぞれの固定部分は高電圧供給用端子７０６−１、７０７−１に電気的に接続されている。通電用動圧滑り軸受７０３、７０４のそれぞれの固定部分は高電圧供給用端子７０６−２、７０７−２に電気的に接続されている。高電圧供給用端子７０６−１、７０７−１、７０６−２、７０７−２は真空気密を保った状態で先端部が真空容器１００の外部に導かれており、図示しない高電圧電源に接続される。通電用動圧滑り軸受７０１、７０２、７０３、７０４それぞれの前記の軸受面間で軸受損失として発生する熱は、熱伝導率が大きい絶縁体、例えば窒化アルミ、で出来た高電圧供給用の絶縁体１０−１、１０−２を通じて真空容器１００に伝達されて、強制冷却によって除去されるとともに、絶縁体６０１−１、６０１−２、回転支持部材５０２、回転軸５０１、動圧滑り軸受から成る冷却機構４００を通じても除去される。
【００２５】前記の電子銃Ｅ１、Ｅ２に対向した位置に、電子通過孔５−１、５−２を有する陽極３が取り付けられており、陽極３は前記の回転支持部材５０２を介して回転軸５０１に取り付けられており、電子銃Ｅ１、Ｅ２と相対関係を保った状態で回転できるようになっている。陽極３の電子通過孔５−１、５−２のそれぞれに対して前記の電子銃Ｅ１、Ｅ２と反対側に電子照射窓機構４の一部である電子透過部４−４が取り付けられている。陽極３及び回転支持部材５０２は接地電位になっている。回転支持部材５０２には図示しない回転角度検出機構が取り付けられており、電子銃Ｅ１、Ｅ２の現在回転角度は常に検出されるようになっている。この検出出力は、図示しない高電圧電源の制御器に導かれ、現在回転角度に応じた電子線出力を得るように制御されるようになっている。
【００２６】電子照射窓機構４は電子透過部４−４を含んでおり、電子透過部４−４は、図４に示すように、周方向にスリット５−１ａ、５−２ａ、５−３ａ、５−４ａ、５−５ａ、５−６ａが並んだ第１の構造体４−４ａと、この第１の構造体４−４ａに貼り付けられた金属箔４−４ｂと、図５に示すように、周方向にスリット５−１ｂ、５−２ｂ、５−３ｂ、５−４ｂ、５−５ｂ、５−６ｂが並んだ第２の構造体４−４ｃとを含んでおり、これらは気密状態で同軸状に取り付けられている。第１の構造体４−４ａの表面に前記の金属箔４−４ｂを気密に貼りつけたものを第２の構造体４−４ｃの中心の穴４−４ｄの中に密着挿入されて気密に組立てられる。この際、それぞれのスリットがそれぞれ一致するように例えば電子ビーム溶接などで気密に取り付けられて、電子透過部４−４を構成する。この電子透過部４−４は、厚さが１５μｍ程度以下のチタニュームから出来た電子透過窓４−４ｂと熱伝導率が大きい厚肉の構造体で出来た熱伝導機構部４−４ｅとが周方向に交互に配列された構造になっている。電子透過窓４−４ｂは前記の金属箔で出来ているので同じ番号を付している。この電子透過部４−４を含む電子照射窓機構４は、真空容器１００に気密に接続されており、図示しない水冷管で強制冷却されている。
【００２７】前記の回転シール機構２００のシール機構部２０３は、固定部分と回転部分の微小なギャップに磁性流体を磁力で付着させて内部を高真空状態に保てるようになっている。磁性流体は８０℃以下に保つ必要があり、回転シール機構２００の外側スリーブ２０１から導入した水で固定部分は強制水冷されている。回転シール機構２００の内側スリーブ２０２も同様に温度上昇が許されないので、回転シール機構２００の内側スリーブ２０２に接続されている回転軸５０１は、液体金属を潤滑剤とする動圧滑り軸受４０１と水冷管４０２と可動部材４０３を含んで成る冷却機構４００によって強制冷却されている。この動圧滑り軸受４０１は、回転する回転体と回転しない固定体とを含んでおり、これらが数十ミクロンのギャップを有して対向する軸受面の少なくとも一方にヘリンボーン状の軸受溝を有しており、このギャップの中にガリウムの合金から成る動作時に液体である金属が充填されており、この液体金属を通じて回転体と固定体の間で大きな熱伝導が行われる。
【００２８】前記の冷却機構４００を構成する動圧滑り軸受４０１の固定体は、真空を保った状態で図示しないフレキシブルな通路を通して真空容器１００の壁から導入された水を通路４０２に流すことによって強制水冷される。前記の動圧滑り軸受４０１の固定体は、回転は禁止されているが半径方向及び回転軸方向には移動可能であるように可動部材４０３によって保持されている。この機構により、軸受ギャップが一定に保たれて回転軸５０１はスムーズな回転を保証されると共に、前記の液体金属を介して良好に冷却される。
【００２９】次に本発明の回転陰極型電子線照射装置の作用について説明する。高電圧供給用端子７０６−１、７０７−１、及び７０６−２、７０７−２は、外部の図示しない高電圧電源に接続され、５００ＫＶ以下の負の高電圧に保たれるとともに、それぞれのフィラメント陰極２−１、２−２を加熱するための１５Ｖ程度の電圧が高電圧供給用端子７０６−１と７０７−１の間及び高電圧供給用端子７０６−２と７０７−２の間に供給される。これらの電位は高電圧供給用の絶縁体１０−１、１０−２によって真空容器から電気絶縁されている。通電用動圧滑り軸受７０１の回転部分は、筒状の絶縁体６０１−１に取り付けられたフレキシブルな回転力伝達機構を介して回転トルクを与えられる。同様に、通電用動圧滑り軸受７０２の回転部分は、筒状の絶縁体６０１−１に取り付けられたフレキシブルな回転力伝達機構を介して回転トルクを与えられる。前記のように、通電用動圧滑り軸受７０１、７０２のそれぞれの回転部分と固定部分のギャップには液体金属が充填されているので常に小さな電気抵抗で接続されている。これらを通じてフィラメント陰極２−１に１５Ｖ程度の電圧が与えられてフィラメント陰極２−１が２１３０℃程度に加熱され、熱電子が放出される。放出された熱電子は集束電極１−１によって回転中心軸ＣＣ’に平行な方向に細長い長方形の断面を有する電子線に集束されて電子通過孔５−１を有する陽極３との電位差で加速され、電子通過孔５−１を通過する。
【００３０】同様に、高電圧供給用端子７０６−２、７０７−２から供給された負の高電圧及びフィラメント点火電力は前記の通電用動圧滑り軸受７０３、７０４を介してフィラメント陰極２−２に供給される。フィラメント陰極２−２から放出された熱電子は集束電極１−２によって回転中心軸ＣＣ’に平行な方向に細長い長方形の断面を有する電子線に集束されて電子通過孔５−２を有する陽極３との電位差で加速され、電子通過孔５−２を通過する。電子照射窓機構４の電位は陽極３と同じ接地電位になっており、電子銃Ｅ１、Ｅ２と陽極３との相対位置関係及びこの間の電位分布は安定しているので、電子照射窓機構４の形状の変化によっては電子線Ｂの集束度に影響されないようになっている。
【００３１】図３に示すように、前記の陽極３の電子通過孔５−１、５−２を通過してきた長方形の断面を有する電子線Ｂは電子透過部４−４の電子透過窓４−４ｂが対面する瞬間にこれを透過して被照射体６に入射する。この際、一部の電子が電子透過窓４−４ｂに吸収されてこの部分が加熱される。その直後に回転支持部材５０２は回転移動しており、電子線Ｂの方向が変化しており、電子透過部４−４の厚肉部分４−４ｅの熱伝導によって電子透過窓４−４ｂは冷却される。このとき、電子透過部４−４の厚肉部分４−４ｅに電子線Ｂが衝突するが、この部分では熱伝導が大きく、強制冷却された真空容器１００と熱的に連結されており、等価的に大きな熱容量を持つことになり、その温度は低く保たれる。このようにして、高密度の電子線Ｂを、信頼性良く電子透過窓４−４ｂを透過させて被照射体６に照射することができる。
【００３２】被照射体６の処理の仕方について述べる。被照射体６の全体に端部から電子線を照射する場合には、前記のコイル状の陰極２−１、２−２に通電した状態で回転支持部材５０２を回転させることにより電子線Ｂの照射方向を変えながら、被照射体６を挿入して直線的に移動させる。電子線Ｂが電子透過部４−４を透過する際に散乱されて広がった分布となり被照射体６の表面では均一化される。複雑な形状の被照射体６を電子線照射処理する場合には、照射方向を変えながら電子線強度を変化させることができるので、周方向に任意の線量分布を得ることができる。
【００３３】前記の電子透過窓４−４ｂ内での温度分布の差を小さくすることが、電子透過窓４−４ｂの信頼性を増す上で好ましいが、これは、前記の構造の電子透過部４−４に入射する電子線Ｂを高速度で回転させることによって達成される。
【００３４】上記の実施形態では、前述したように、被照射体６の周方向における照射線量の分布は、前記の電子透過窓４−４ｂでの電子の散乱により均一化される。特に、被照射体６が細い形状である場合にはより均一化される。被照射体が太い形状である場合には前記の陰極と電子透過窓４−４ｂと陽極３とを回転中心軸ＣＣ’に対して周方向に幾分傾斜させておくと、より均一な線量分布を得ることができる。電子透過部４−４が固定の場合には、前記の電子透過部４−４の厚肉部分４−４ｅで電子線の透過が妨げられるタイミングがあるので被照射体６に照射される線量は時間的に変化するが、前記の陰極の回転速度が十分に速い場合には被照射体６の移動により平均化されるので大部分の電子線照射処理において問題とならない。
【００３５】被照射体６が微弱なＸ線に対しても悪影響を受易い物質であった場合には、発生するＸ線を極力減少させるために、前記電子透過部４−４の厚肉部分４−４ｅの表面に鉄よりも原子番号が小さい物質から成る部材を取り付けておくと良い。また、電子透過窓４−４ｂを透過した電子線Ｂを出来るだけ多く被照射体６に入射させるためには、電子透過窓４−４ｂをできる限り被照射体６に近づけることが好ましい。従って、電子透過窓４−４ｂの直径は前記電子透過部４−４の厚肉部分４−４ｅの内径とほぼ等しくなっている。
【００３６】次に、変形された実施形態について図６を用いて説明する。図６に示す実施形態では細長い被照射体に適するように、真空容器１００を貫通して回転軸５０１を設け、この回転軸５０１に貫通した穴を設け、この穴は大気圧状態に成っており、この穴の中に被照射体６が挿入される。この回転軸５０１に前記の電子銃Ｅ１、Ｅ２、陽極３、及び電子透過部４−４が取り付けられており、これらは回転軸５０１と同時に回転するようになっている。この回転軸５０１は両端部に２個の回転シール機構２００、２１０で回転を許容した状態で真空シールされている。回転シール機構２００、２１０は前述の構造と成っており、これらに含まれるシール機構部２０３、２１３は磁性流体によって真空シールされるようになっている。回転軸５０１は回転機構２０４、２１４によって回転自在に支承されており、誘導モータ３００によって回転トルクが与えられる。電子透過部４−４は前記の構造であり、電子を透過させる薄肉の部分４−４ｂと熱伝導と機械強度を保つ厚肉の部分４−４ｅとを持っており、真空タイトに回転軸５０１に接続されている。シール機構部２０３、２１３と電子透過部４−４の間にはそれぞれ前述の構造の冷却機構４００、４１０が設けられ、シールド機構２０３、２１３はこれらによって強制冷却されている。この実施形態では照射方向を変更しながら高密度の電子線を細長い被照射体６に照射することができる。
【００３７】次に、更に変形された実施形態について図７を用いて説明する。図７に示す実施形態では、細長い被照射体に適するように、貫通した穴を持った電子照射窓機構４が真空容器１００に取り付けられており、この穴は大気圧状態に成っており、この穴の中に被照射体６が挿入される。前記の電子照射窓機構４には前記の構造の電子透過部４−４と筒状の電子照射窓機構支持部分４−１とが真空気密に接続されている。この電子照射窓機構支持部分４−１と同軸状に筒状の回転軸５０１が設けられており、この回転軸５０１に前記の電子銃Ｅ１、Ｅ２、陽極３が取り付けられており、これらは回転軸５０１と同時に回転するようになっている。この回転軸５０１は２個の回転シール機構２００、２２０で、回転を許容した状態で真空シールされている。回転シール機構２００、２２０は前述の構造と成っており、これらに含まれるシール機構部２０３、２２３は磁性流体によって真空シールされるようになっている。回転軸５０１は、回転機構２０４、２２４によって回転自在に支承されており、誘導モータ３００によって回転トルクを与えられる。シール機構部２０３と回転軸５０１の間には前記の構造の冷却機構４００が設けられており、これによってシール機構部２０３は強制冷却されている。電子照射窓機構支持部分４−１は回転しない構造になっており、図示しない水路によって強制冷却されており、シール機構部２２３の部分は十分に低温に保たれるようになっている。この実施形態では細長い被照射体６に照射方向を変更しながら高密度の電子線Ｂを照射することができる。更に、電子透過部４−４に対して真空容器１００の片方には回転機構が無いので短い被照射体にも照射処理がし易くなっている。
【００３８】次に、更に変形された実施形態について図８を用いて説明する。図８に示す実施形態では、電子照射窓機構４の回転と、前記の電子銃Ｅ１、Ｅ２、及び陽極３の回転とを独立に行えるように図６の実施形態を変更している。前記の電子照射窓機構支持部分４−１は両端の回転シール機構２１０、２２０で真空シールされた状態で誘導モータ３１０によって回転させられる。電子照射窓機構支持部分４−１と同軸的に筒状の回転軸５０１が設けられており、この回転軸５０１に前記の電子銃Ｅ１、Ｅ２、及び陽極３が取り付けられており、これらは回転軸５０１と同時に回転するようになっている。この回転軸５０１は、２個の回転シール機構２００、２２０を用いて回転を許容した状態で真空シールされている。回転シール機構２００、２１０、２２０は前述の構造と成っており、これらに含まれるシール機構部２０３、２１３、２２３は磁性流体によって真空シールされるようになっている。回転軸５０１は、誘導モータ３００によって回転トルクを与えられる。この実施形態では電子銃Ｅ１、Ｅ２、及び陽極３の回転の方向と電子照射窓機構４の回転の方向とを逆にすることが出来、更に電子密度を高めた電子線Ｂを被照射体６に照射することができる様になっている。
【００３９】次に、更に変形された実施形態について図９を用いて説明する。図９に示す実施形態では、平面状に構成した電子照射窓機構４を真空容器１００の端部の平面状の壁に設けており、平面を有する被照射体に任意の線量分布を与えて電子線照射ができるように図２の実施形態を変更している。これは、前記の電子銃Ｅ１、Ｅ２及び陽極３が回転軸５０１と共に回転するようになっているので、被照射体６を平面内で移動させることによって達成される。電子透過部４−４は、陽極に対向した面を持って、同心円状に構成されている。電子透過部４−４は周方向に、電子を透過させる薄肉の部分と、熱伝導と機械強度を保つ厚肉の部分とが配列されており、真空気密状態で真空容器１００に接続されている。この実施形態では、陰極及び陽極の回転と連動して被照射体を平面状に移動させながら電子線強度を制御することによって、平面状の部分を有する立体構造の被照射体に任意の電子密度で電子線照射を行うことができる。電子銃Ｅ１と電子銃Ｅ２の出力は独立に制御できるようになっているので、均一な線量分布を得るためには回転半径が大きい電子銃Ｅ１の出力は、回転半径が小さい電子銃Ｅ２の出力よりも大きくすると良い。
【００４０】本発明を実施形態に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施形態の構造及び形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。例えば、電子照射窓機構４の内側を真空にした状態で被照射体６に電子線を照射できることは勿論である。また、陰極の数は限定されるものではなく、１個でも１０個以上でもよい。また、陽極３を省略して電子透過窓と陰極との電位差で電子を加速する場合も本発明に含まれる。電子透過窓４−４ｂが真空容器の外周部分に取り付けてあり、陰極及び陽極が真空容器の外周方向に向かって電子線を照射するようになっている実施形態は、穴状の構造をもつ被照射体に適するが、この場合も本発明に含まれる。電子銃Ｅ１、Ｅ２にグリッド等の電極を設けて出力を制御しても良いことは勿論である。これまでの説明では前記の陰極を回転させる回転機構を真空領域の外部に設けた場合について述べているが、被照射体が大きくなった場合には回転機構を真空領域の内部に設け、前記の回転シール機構を省略することが好ましい場合もある。この場合でも、前記の陰極と前記の陽極とを同軸状に回転させると電子分布を制御し易い。この際、前記の陰極と前記の陽極との回転位相を一致させておくと電子線の周方向での分布を一様にするには都合が良いが、逆に、前記の陽極を回転させる為の独立した回転機構を設けて前記の回転位相をずらすように制御すると、電子線の方向が周方向にスキャンされる効果を持ち、被照射体の種類によっては好ましい場合もある。また、被照射体の種類によっては、前記の陰極がある回転角度位置にある状態で電子線の照射を行い、その後回転角度を変えて再度電子線を照射するような照射方法を用いるのが良い場合もある。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の電子線照射装置を採用すると、立体的な構造を有する被照射体を回転させること無く全周方向から能率よく照射できる。陰極の周回速度を制御すること又は陰極の回転角度に応じて陰極の温度を制御することにより、被照射体に照射される線量分布を自在に制御でき、被照射体の任意の回転角度において任意の線量率分布を得ることができる。また、電子透過窓の温度上昇が減少するので大線量率の電子線を得ることが出来、照射処理の速度を高めることができる。特に、被照射体が細長い立体である場合にも任意の方向から任意の線量を照射することができる。また、電子線の集束が良い状態に保たれるので部分的に集中した電子線照射を行う事も、全周にわたって均一な電子線照射を行うこともできる。更に、装置全体が小型で軽量となる。
【出願人】 【識別番号】３９９１１６１０２
【氏名又は名称】小野 勝弘
【出願日】 平成１２年１１月９日（２０００．１１．９）
【代理人】
【公開番号】 特開２００２−１４８３９７（Ｐ２００２−１４８３９７Ａ）
【公開日】 平成１４年５月２２日（２００２．５．２２）
【出願番号】 特願２０００−３４１２８７（Ｐ２０００−３４１２８７）