電子線照射装置

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【発明の名称】	電子線照射装置
【発明者】	【氏名】小野勝弘
【要約】	【課題】被照射体の内部を変質させることなく粒状の被照射体の全表面を均一に電子線を照射して、被照射体の全表面を完全に電子線処理でき、コンパクトで信頼性が高い電子線照射装置を提供する。【解決手段】高真空状態に維持された真空領域内に設けられた陰極２から放出された電子を、電子通過孔４０１を有する陽極との間で加速して電子透過窓７を透過させ、透過した電子を電子透過窓７と同軸的に配設した電磁石８によって被照射体１００に集中させることによって被照射体１００への命中率を高めるとともに、粒状の被照射体１００を、電子透過窓７に接触しない状態を保ちながら、被照射体回転手段によって、回転をさせながら前記の円筒状の領域を鉛直下方に移動させて、この粒状の被照射体１００の表面に電子線を均一に照射する。

【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、この真空容器の外部に在る被照射体を通過させる為の被照射体通路と、前記の真空容器の内部で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する電子加速手段と、この電子加速手段によって加速された電子を真空容器の外部に透過させる電子透過窓と、この電子透過窓に前記の被照射体が接触するのを防止する被照射体接触防止手段とを有して構成されていることを特徴とする電子線照射装置。
【請求項２】前記の電子透過窓を透過した電子の進行方向と前記の被照射体通路との成す角度を大きくする様に作用する電子集中手段を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
【請求項３】前記の電子透過窓は、前記の被照射体を取り囲んで設けられており、前記の被照射体通路と角度を有して構成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の電子線照射装置。
【請求項４】前記の被照射体接触防止手段は、前記の電子透過窓と前記の被照射体通路との間に、前記の被照射体の幅よりも狭い開口の穴又はスリットを有する構造体を含んで構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電子線照射装置。
【請求項５】前記の被照射体接触防止手段は、前記の電子透過窓と前記の被照射体通路との間に、開口部分を有する回転体を設けて構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の電子線照射装置。
【請求項６】前記の被照射体接触防止手段は、前記の被照射体を前記の被照射体通路に押し戻す方向に流体を流す機構を含んでいることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の電子線照射装置。
【請求項７】前記の被照射体通路は筒状に構成されており、前記の被照射体は被照射体通路の外周に近接して移動し、前記の加速された電子が前記の被照射体通路の周囲から被照射体に向かって照射されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の電子線照射装置。
【請求項８】前記の被照射体通路内に於いて、被照射体を自転させる被照射体回転手段を設けたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の電子線照射装置。
【請求項９】前記の被照射体通路内に置いて、前記の被照射体を螺旋状に移動させる手段を設けたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の電子線照射装置。
【請求項１０】前記の被照射体通路を構成する表面の少なくとも１個の面が機械的に振動又は回転又は移動する様に構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の電子線照射装置。
【請求項１１】前記の被照射体通路を構成する表面の少なくとも１個の面から流体を被照射体に吹き付けて被照射体を回転させるるように構成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の電子線照射装置。
【請求項１２】前記の電子透過窓は前記の被照射体通路と実質的に直交して構成されたことを特徴とする請求項３に記載の電子線照射装置。
【請求項１３】前記の電子透過窓に入射する電子の軌道は前記の被照射体が移動する方向と鋭角を成していることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載の電子線照射装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、粒状の物体の表面に付着した細菌の滅菌や、粒状の物体の表面に塗布した樹脂の硬化、改質等を行うために、これらの粒状の被照射体を高速度で回転及び移動させながら電子を被照射体に照射する装置であって、特に、高速度で走行する粒状の被照射体と、電子を真空領域内から真空領域外に透過させる電子透過窓との相互作用を防止して信頼性を高めるとともに、被照射体を回転移動することによって、電子線を被照射体の表面に均一に照射す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以下の電圧で加速し、薄い金属箔で出来た平板状の電子透過窓を透過させて、大気中にある被照射体に電子線を照射するようになっている。従来の電子線照射装置の概略の横断面図を図９に示している。図９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は電子銃構造体１００３等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Ｂ０１は照射室内において矢印１００９の方向から矢印１０１０の方向に落下する被照射体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電子線を照射する場合には適するが、粒状の形状をした物体に電子線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１０－２６８１００号公開特許公報に記載のように被照射体１０１１を傾斜面上で転がしながら電子線を照射する方法や、図９に示すように粒状の被照射体を鉛直下方に落下させながら横方から電子線を照射する方法が採用されている。このような場合に、粒状の被照射体の全表面に於いて均一に電子線を照射できないだけでなく、粒状の被照射体が電子線透過窓に衝突して電子線透過窓が破損する事故が頻発する問題があった。更に、電子線の吸収によって加熱された電子線透過窓の熱が被照射体を過熱して被照射体を変質させる不都合があった。
【０００３】特に、被照射体が例えば殻付きの穀物等の表面を殺菌する場合などでは、穀物をシート状に広げた状態で自然落下させながら横方向から、長さ１ｍ程度に渡って広く分布する電子線を照射する方法が取られている。この場合、穀物への電子線の進入を防止する為に電子線のエネルギーを１００ＫｅＶ程度に低くしており、殻内で電子線が吸収されるようになっている。従って、電子線を一方向から照射したのでは、反対方向の穀物の表面は殺菌されないことになるので、せっかく電子線による殺菌を行っても細菌の含有率を大きく低下させることが出来ない。又、前記の広がって分布する電子線を、シート状に広がって自然落下する穀物の両側から対向して照射する方法が考えられるが、この場合には、上述の場合よりも細菌の含有率を低下させることができるが、まだ完全ではない。更に、殺菌したい穀物を傾斜面上で滑り落とす方法でも穀物が完全な球形でないだけでなく、転がる軸が一定になりがちであるので穀物の表面に万遍無く電子線を照射するのは困難であり、完全な殺菌ができない問題がある。
【０００４】上記のいずれの例に於いても、穀物などの被照射体を幅が１ｍを超えるシート状に分布させる必要があり、装置が大型になるだけでなく高価な装置となる。装置の設置場所も広くなり、設置場所の確保にも問題があった。特に、対向する２方向から電子線を照射する方法では、装置の体積と価格の両方がおよそ２倍になる。被照射体を傾斜面で滑らせる場合も同様の問題がある。又、前記の電子線透過窓の温度が高くなるので、輻射熱が被照射体に与えられ、被照射体が変質する場合があった。更に、粒状の被照射体が飛び跳ねて前記の電子線透過窓に衝突して破損するという問題があった。
【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、粒状の形状を有する物体の表面に塗布した樹脂の硬化、改質等の処理や、その表面の殺菌などを行うためにこれらの被照射体に電子線を照射する場合に、これらの被照射体をシート状に広げることなく、狭い場所で上記の処理が行えるとともに、被照射体の内部を変質させることなく粒状の被照射体の全表面にわたって均一に電子線を照射して、被照射体の全表面を完全に電子線処理でき、コンパクトで信頼性が高い電子線照射装置を提供することである。特に、粒状の被照射体が飛び跳ねて電子透過窓に接触するのを防止することによって信頼性が高い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コーン状の軌道で走行させた後に、前記の真空領域の外部に取り出す為の電子透過窓を透過させ、透過した電子を円筒状の領域を有する被照射体通路の全周方向からこの円筒状の領域に向かう方向に偏向させる電子集中手段と、被照射体を前記の円筒状の領域内で回転させながら移動させる被照射体回転手段を用いることにより、被照射体通路内を回転しながら通過する粒状の被照射体の全表面に万遍無く電子を衝突させて、被照射体の全表面への命中率を大幅に改善している。
【０００７】上記の電子集中手段の一つとして前記の被照射体通路と同軸的に配設した磁石を用いることにより、被照射体通路に平行な磁束密度成分と被照射体通路の中心軸に向かう磁束密度成分とを有する空間を形成し、この空間に電子を走行させて、これらの磁束密度成分と電子との相互作用により、電子が走行するに従って中心軸の回りでの強い回転力を受けるとともに被照射体通路の中心軸に近づくようになっている。
【０００８】前記の被照射体は、前記の円筒状の領域に於いて螺旋状の被照射体ガイドを有する回転移送器によって前記の円筒状の領域を螺旋状に移動しながら鉛直下方に移動させられるとともに、螺旋状の被照射体ガイドの間にある多数のガス噴出口から高速度で噴出する圧縮ガスによって高速度で回転させられる。このような被照射体回転手段によって、粒状の被照射体は自転と公転の両方の回転をしながら前記の円筒状の領域を鉛直下方に移動させられるが、この円筒状の領域の外周から均一に電子線が照射されるので、この粒状の被照射体の表面は電子線によって均一に処理される。被照射体の表面層の密度がおよそ１ｇ／ｃｍ^３とすると、照射された電子線はおよそ０．１ｍｍよりも深くは進入しないので、被照射体の内部に影響を与えない。
【０００９】前記の電子透過窓は、前記の被照射体通路を環状に取り囲むように設けられており、電子透過窓の表面は被照射体通路の外表面と角度を有しており、電子透過窓から出てくる輻射熱が被照射体に到達し難くなっている。また、前記の被照射体通路と前記の電子透過窓との間に被照射体接触防止手段としての被照射体隔壁があり、被照射体が電子透過窓に到達できないようになっている。被照射体隔壁は、スリット又は穴を有しており、電子線はこれらを通って通過できるが被照射体は通過できないようになっている。また、被照射体に流体が含まれている場合にはスリットを有するファンなどの回転体を被照射体接触防止手段として設ける事により、この流体が電子透過窓に到達するのが防止される。
【００１０】本発明の特許請求項１に係わる電子線照射装置は、真空領域を構成する真空容器と、この真空容器の外部に在る被照射体を通過させる為の被照射体通路と、前記の真空容器の内部で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する電子加速手段と、この電子加速手段によって加速された電子を真空容器の外部に透過させる電子透過窓と、この電子透過窓に前記の被照射体が接触するのを防止する被照射体接触防止手段とを有して構成されていることを特徴とするものである。被照射体接触防止手段によって、前記の粒状の被照射体が飛び跳ねた場合にも粒状の被照射体が前記の電子透過窓と接触することが防止されているので、電子透過窓が損傷を受けることがないだけでなく、被照射体が高温度の電子透過窓によって過熱されることもないようになっている。この発明を採用することによって、多数の粒状の被照射体に信頼性良く電子線が照射できる電子線照射装置を実現できた。
【００１１】本発明の特許請求項２に係わる電子線照射装置は、特許請求項１に記載の装置において、前記の電子透過窓を透過した電子の進行方向と前記の被照射体通路との成す角度を大きくする様に作用する電子集中手段を有して構成されていることを特徴とするものである。この発明を採用することによって、電子透過窓を透過した電子が被照射体通路に対して垂直に近づいた状態で被照射体に向かって進行するので被照射体への照射効率を高めることができるとともに、電子透過窓から輻射される熱が被照射体に到達する割合を減少することができるようになった。
【００１２】本発明の特許請求項３に係わる電子線照射装置は、特許請求項１又は２に記載の装置において、前記の電子透過窓は、前記の被照射体を取り囲んで設けられており、前記の被照射体通路と角度を有して構成されていることを特徴とするものである。本発明を採用することによって、被照射体通路を通過する被照射体に全周方向から均一に電子線を照射するとともに、電子透過窓と被照射体通路とが平行に対面しないので電子透過窓から輻射される熱が被照射体に到達し難くなって高品質の電子線処理を行えるようになった。
【００１３】本発明の特許請求項４に係わる電子線照射装置は、特許請求項１から３のいずれかに記載の装置において、前記の被照射体接触防止手段は、前記の電子透過窓と前記の被照射体通路との間に、前記の被照射体の幅よりも狭い開口の穴又はスリットを有する構造体を含んで構成されていることを特徴とするものである。本発明を採用することによって、簡単な構造で、電子が被照射体通路内に到達するが前記の被照射体が前記の電子透過窓に到達するのを防ぐ被照射体接触防止手段を実現することができるとともに、この部分に電子が吸収されても構造体の熱伝導によって温度上昇を防止することができる。
【００１４】本発明の特許請求項５に係わる電子線照射装置は、特許請求項１から４のいずれかに記載の装置において、前記の被照射体接触防止手段は、前記の電子透過窓と前記の被照射体通路との間に、開口部分を有する回転体を設けて構成されていることを特徴とするものである。本発明を採用することによって、簡単な構造で、電子が被照射体通路内に到達するが前記の被照射体が前記の電子透過窓に到達するのを防ぐ被照射体接触防止手段を実現することができるとともに、回転部分による流体の吹き付けの冷却効果によって構造体の温度上昇を防止することができる。特に、被照射体が流体である場合や、流体を含んだ粒状物体である場合には、この回転体によって圧力を生じさせることによってこれらの流体を前記の被照射体通路に押し戻すことができるようになっている。
【００１５】本発明の特許請求項６に係わる電子線照射装置は、特許請求項１から５に記載の装置において、前記の被照射体接触防止手段は、前記の被照射体を前記の被照射体通路に押し戻す方向に流体を流す機構を含んでいることを特徴とするものである。本発明を採用することによって、被照射体の中に微細な粉状の物体が混入している場合や、被照射体が流体を含んでいる場合にも、これらの物質が前記の電子透過窓に到達するのを防止でき、電子透過窓の信頼性を高めた電子線照射装置を実現させることができた。
【００１６】本発明の特許請求項７に係わる電子線照射装置は、特許請求項１から６のいずれかに記載の装置において、前記の被照射体通路は筒状に構成されており、前記の被照射体は被照射体通路の外周に近接して移動し、前記の加速された電子が前記の被照射体通路の周囲から被照射体に向かって照射されることを特徴とするものである。本発明を採用することによって、装置全体をコンパクトに保ちながら、全周に広がって分布した多量の被照射体を短時間に照射することによって、狭い設置場所に於いて処理能力を高めることが出来るようになった。
【００１７】本発明の特許請求項８に係わる電子線照射装置は、特許請求項１から７のいずれかに記載の装置において、前記の被照射体通路内に於いて、被照射体を自転させる被照射体回転手段を設けたことを特徴とするものである。本発明を採用することによって、高速度で移動する粒状の被照射体を、より高速に自転させて被照射体の全周囲を均一に照射処理できる電子線照射装置を実現できた。
【００１８】本発明の特許請求項９に係わる電子線照射装置は、特許請求項１から８のいずれかに記載の装置において、前記の被照射体通路内に於いて、前記の被照射体を螺旋状に移動させる手段を設けたことを特徴とするものである。本発明を採用することによって、簡単な構造で、粒状の被照射体を前記の被照射体通路の電子線照射位置の周辺に沿って長い距離を移動させることが出来、高速度に且つ均一に電子線照射処理を行う事ができる電子線照射装置を実現できた。
【００１９】本発明の特許請求項１０に係わる電子線照射装置は、特許請求項１から９のいずれかに記載の装置において、前記の被照射体通路を構成する表面の少なくとも１個の面が機械的に振動又は回転又は移動する様に構成されていることを特徴とするものである。本発明を採用することによって、簡単な構造で粒状の被照射体を被照射体通路の周囲に沿って移動させるとともに粒状の被照射体を自転させて高速度に且つ均一に電子線照射処理を行う事ができる電子線照射装置を実現できた。
【００２０】本発明の特許請求項１１に係わる電子線照射装置は、特許請求項１から１０のいずれかに記載の装置において、前記の被照射体通路を構成する表面の少なくとも１個の面から流体を被照射体に吹き付けて被照射体を回転させるるように構成されていることを特徴とするものである。本発明を採用することによって、被照射体通路壁の穴から高圧ガスを吹き付けて粒状の被照射体を前記の被照射体通路の周囲で高速度で自転させることが出来、被照射体の全周囲にわたって均一に電子線照射処理を行う事ができる電子線照射装置を実現できた。
【００２１】本発明の特許請求項１２に係わる電子線照射装置は、特許請求項３に記載の装置において、前記の電子透過窓は前記の被照射体通路と実質的に直交して構成されたことを特徴とするものである。本発明を採用することによって、電子線照射窓を簡単に製造することが出来、電子線透過窓から放射される熱が被照射体に到達する割合を最も減少させた電子線照射装置を実現できた。
【００２２】本発明の特許請求項１３に係わる電子線照射装置は、特許請求項１から１２のいずれかに記載の装置において、前記の電子透過窓に入射する電子の軌道は前記の被照射体が移動する方向と鋭角を成していることを特徴とするものである。本発明を採用することによって、電子透過窓に至るまでの電子軌道が前記の電子集中手段としての磁石の影響を受け難いだけでなく、前記の陰極を小型に出来、全体がコンパクトでありながら、被照射体に全周方向から電子線を照射できる電子線照射装置を実現できた。
【００２３】
【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１は本発明の一実施形態である電子線照射装置の縦断面図であり、図２は図１の一部分を拡大しており、本発明の作用を説明する為の断面図、図３は図１のＡＡ’の矢印方向から見た横断面図で、本発明の作用を説明する為の図面、図４は本発明の主要構成要素である電子集中手段としての電磁石の構造と磁束の分布の例を表す断面図、図５から図７までは本発明の原理を説明する原理図、図８は他の変形した実施形態を示す縦断面図、図９は従来の電子線照射装置を示す横断面図である。同じ部分は同じ番号を付与している。簡略化の為に断面のハッチングは部分的に省略している。
【００２４】図１において、１は真空容器であり、排気管１６に接続された図示しない真空ポンプによって排気されて常時１０^－６～１０^－８Ｔｏｒｒ程度の真空度に保たれた真空空間１０１を形成している。真空空間１０１内において真空容器１の壁に絶縁筒１３が取り付けられており、絶縁筒１３の他端には環状の電子銃取付台１４が固定されている。電子銃取付台１４には環状の取付金具１７を介して環状の陰極２と環状の集束電極３が同軸状に取り付けられている。環状の陰極２はバリウム含浸型カソードであり、内部に取り付けられたヒーターによって加熱されて熱電子を放出する。環状の陰極２及び図示しないヒーターには高電圧リード線１５からー１００ＫＶ程度の負の高電圧が印加される。高電圧リード線１５は図示しない高電圧端子を介して外部の図示しない高電圧電源に接続されている。集束電極３は陰極２に対して正のバイアス電圧が印加でき、このバイアス電圧は前記の高電圧電源によって可変でき、電子の分布状態を制御できるるようになっている。
【００２５】前記の陰極２に対向した位置に環状の電子通過孔４０１を形成する陽極構体４と陽極リング５が同軸状に設けられており、前記の陰極２と組み合わせて電子加速手段を形成している。陽極構体４の一部である平板部４０２は真空容器１の一部分を形成している。陽極構体４の中心位置には、陽極構体４を貫通した状態で大気圧になった被照射体通路１０が設けられている。図１に示した陽極構体４の平板部４０２には放射状に設けられた多数の窪み４０５があり、その一部は前記の電子通過孔４０１と繋がっており電子通路４０６を形成している。前記の個々の窪み４０５の間には図示しない隔壁があり、機械的強度を保っている。窪み４０５の近傍には冷却水路が設けられており、強制冷却されるようになっている。
【００２６】図１に示すように、前記の平板部４０２の表面に電子透過窓構体６が取り付けられている。電子透過窓構体６の中央には貫通した穴があり、被照射体通路１０の一部を形成している。前記の平板部４０２と電子透過窓構体６との間はＯ―リングなどによって気密に接続されている。電子透過窓構体６には多数の窪み６０１と、これと連通した部分を有する環状の溝６０２が設けられている。これらの近傍に環状の冷却水路６０３が設けられており、強制冷却されるようになっている。個々の窪み６０１の間には図示しない隔壁があり、機械的強度を保つようになっている。図１に示すように、電子透過窓構体６の環状溝６０２の端部には環状の電子透過窓７が電子ビーム溶接等により気密に取り付けられており、真空容器１の一部を形成して真空空間１０１を高真空状態に保っている。電子透過窓７は、厚みが１０μｍ程度のチタニューム箔で出来ており、１００ＫｅＶのエネルギーを持って入射した電子のおよそ５０％を透過することができる。
【００２７】図１に示すように、電子透過窓７の外側にはアルミニューム等の原子番号が鉄よりも小さい材質で出来た照射室壁１１があり、前記の被照射体通路１０よりも大きな半径を有する照射室空間１１１を形成している。前記の電子透過窓７の外側表面に対向した位置において、電子集中手段としての電磁石８が照射室壁１１の外側に取り付けられている。電磁石８は、被照射体通路１０と同軸的に設けられた環状の第１の磁極８０２と、これと同軸的に設けられており、第１の磁極８０２よりも大きな径を持った環状の第２の磁極８０１と、この間に巻かれたコイル８０３とを有しており、電子集中手段を構成している。第２の磁極８０１の先端部分には半径がより小さい磁極８０４が設けられている。
【００２８】電磁石８によって生じる磁束８０５の分布の例を図４に示している。図４に示すように、前記の第１の磁極８０２、第２の磁極８０１の形状により、電子透過窓７に近い側にコーン状に広がった磁束分布を呈している。前記の第１の磁極８０２の内径は電子透過窓７の内径よりも小さくなっており、第２の磁極８０１の内径は電子透過窓７の外径よりも大きくなっている。
【００２９】図１に示すように、電磁石８の外側には遮蔽体１２が設けられており、Ｘ線の遮蔽をしている。被照射体通路１０は装置全体を貫通しており、この被照射体通路１０の内部に被照射体回転移送器１５０が回転自在に配設されており、図示しない軸受によって回転自在に支承されるとともに、図示しない回転駆動機構によって回転させられるようになっている。この被照射体回転移送器１５０は回転円筒１５１と、この回転円筒１５１の表面に取り付けられた螺旋状の薄板で出来た被照射体ガイド１５２と、回転円筒１５１に設けられた多数のガス噴出口１５３を含んでいる。回転円筒１５１の内側には圧縮空気や圧縮窒素などのガスが供給されており、前記のガス噴出口１５３から高速度で外側の被照射体通路１０内に噴出される。粒状の被照射体１００は被照射体通路１０の通路内壁１５４と、回転円筒１５１の外表面と、被照射体ガイド１５２とで囲まれた螺旋状の空間１５５内に閉じ込められた状態で転がりながら鉛直下方に移送される。この螺旋状の空間１５５にある粒状の被照射体１００には前記のガス噴出口１５３から高速度で噴出されたガスが衝突して高速度で回転させられるようになっている。このように、被照射体１００は高速度で自転しながら螺旋状に公転して鉛直下方に移送される。
【００３０】図１の一部分を拡大した縦断面を図２に示しており、図１のＡＡ’から見た横断面図の主要部を図３に表している。図１から図３に示すように、前記の照射室空間１１１と前記の被照射体通路１０の間には被照射体隔壁１５６があり、粒状の被照射体１００が前記の電子透過窓７に接触しない様になっている。被照射体隔壁１５６は中心軸Ｚに平行な多数のスリット１５７を有しており、照射室空間１１１と前記の被照射体通路１０の間の開口率は８０％以上になっているので、照射室空間１１１から飛来する電子は大部分が被照射体通路１０内に進入して、回転しながら通過する被照射体１００の表面に吸収される。一部の電子が被照射体隔壁１５６に吸収されて熱に変わるが、被照射体隔壁１５６の熱伝導と前記の高圧ガスの吹き付けによる強制冷却で温度上昇が低く抑えられている。高圧ガスの吹き付けによって被照射体１００は被照射体隔壁１５６に接触するが、被照射体隔壁１５６の温度が低く成っており被照射体１００を変質させることは無いようにしている。又、環状の電子透過窓７は被照射体通路１０と直交して配設されているので、電子透過窓７が電子の吸収によって高温度になっても、その輻射熱が被照射体１００に至り難くなっている。被照射体１００に与えられる熱は少量であり、被照射体１００は高圧ガスの吹き付けによって高速回転するとともに冷却されるので温度上昇は低く抑えられる。
【００３１】以下において、電子透過窓７を透過した電子を被照射体通路１０内の領域に集中させる電子集中手段の作用について図２から図７を参照して述べる。被照射体通路１０の中心軸と直交して同軸的に配設された環状の電子透過窓７を拡大して図５に模式的に示している。ここで、Ｚ軸は被照射体通路１０の中心軸と一致しており、図１の下側が正の座標になっており、Ｒ軸は半径方向を表している。図５に示すように任意の点の座標を円柱座標（ｒ、θ、ｚ）で表す。電子透過窓７上の点Ｐ_１（ｒ_１、θ_１、ｚ_１）において、半径方向に角度φ_０だけＺ軸に対して傾斜して、真空領域に在る環状の溝６０２から電子が入射した場合を考える。入射した電子は電子透過窓７内でエネルギーを減少するとともに散乱されて図５に示すように点Ｐ_１（ｒ_１、θ_１、ｚ_１）とＺ軸を含む平面内、及びこれと直交する面の方向に立体的に広がった指向性の速度分布を有して電子透過窓７の外側の大気圧領域である照射室空間１１１に進入する。
【００３２】図５の点Ｐ_１（ｒ_１、θ_１、ｚ_１）とＺ軸を含む平面における断面図を図６－ａに、これと直角な方向の断面図を図６－ｂに示している。図６－ａの角度φ_１はＲＺ平面内における電子の散乱角度を示しており、半径方向散乱角と呼ぶ。図６－ｂにおける角度φ_２はＲＺ平面に垂直な面内における電子の散乱角度を示しており、横方向散乱角と呼ぶ。１００ＫｅＶの運動エネルギーを持って初速度ｖ_ｉで角度φ_０だけ傾斜して電子透過窓７に入射した電子は、２０ＫｅＶ程度のエネルギーを減少させて透過した電子の初速度が幾分減少する。これをｖ_０とすると、透過電子のＲ，θ、Ｚ方向の速度成分ｖ_ｒ、ｖ_θ、ｖ_ｚは、それぞれ、ｖ_ｒ＝ｖ_０・ｓｉｎ（φ_１－φ_０）・ｃｏｓ（φ_２）、ｖ_θ＝―ｖ_０・ｃｏｓ（φ_１－φ_０）・ｓｉｎ（φ_２）、ｖ_ｚ＝ｖ_０・ｃｏｓ（φ_１－φ_０）・ｃｏｓ（φ_２）で表される。
【００３３】環状の電子透過窓７の外側には電子集中手段としての前記の電磁石８が、その中心軸がＺ軸に一致するように設けられており、電子透過窓７の内側の近傍及び外側では図４に示すように半径方向の磁束密度成分Ｂ_ｒ，Ｚ軸方向の磁束密度成分Ｂ_ｚをもった磁束８０５が存在するので、この領域に入った電子は概略ｅ（ｖ_ｚＢ_ｒ－ｖ_ｒＢ_ｚ）の中心軸の回りの回転力を与えられることになる。ここで、ｖ_ｚとｖ_ｒは電子のＺ方向速度成分とＲ方向速度成分を、ｅは素電荷をそれぞれ表している。電子が電磁石８に近づくに従って強い回転力を与えるように磁束密度の各成分Ｂ_ｒ，Ｂ_ｚの空間分布を与えておくと、電子は電磁石８に近づくにつれて強い正方向回転力を受けてＺ軸の周りで正方向に回転しようとする。図７－ａには、Ｚ軸の回りで正方向回転している電子が磁束密度成分、Ｂ_ｒ，Ｂ_ｚによって受ける力の方向を模式的に示している。この場合には電子は正方向に回転しながらＺ軸方向に減速され、半径が縮小する方向に力を受けることになる。図７－ｂには、Ｚ軸の回りで負方向に回転している電子が磁束密度成分、Ｂ_ｒ，Ｂ_ｚによって受ける力を示している。この場合には電子はＺ軸の回りで負方向に回転しながらＺ軸方向に加速され、Ｒ軸の方向に発散されることになる。電子透過窓７を透過した直後の電子のθ方向速度ｖ_θが図６－ｂにおける負方向である場合には正方向回転が強調され、電子はＺ軸方向に向かう力を受けながらＺ軸に近づいてゆく。θ方向速度ｖ_θの影響でＺ軸から逸れた軌道となるが、この電子の軌道は、磁束密度成分、Ｂ_ｒ，Ｂ_ｚがゼロの場合に比べてＺ軸への最近接距離が小さくなっている。この様子を模式的に図２、図３に示している。
【００３４】図２は、－１００ＫＶの電圧が印加された環状の陰極２から放出されておよそ－１００ＫＶが印加された集束電極３によって均一な電子密度をもって集束されて、環状の電子通過孔４０１を形成して接地電位に設定された陽極構体４、陽極リング５から成る電子加速手段によって加速された電子ビーム７０１がコーン状の軌道で走行し、環状の電子透過窓７を透過して８０ＫｅＶの運動エネルギーをもって横方向散乱角φ_２、半径方向散乱角φ_１で散乱された電子の軌道をＲＺ平面に投影して模式的に表している。電子透過窓７上の点Ｐ_１（ｒ_１、θ_１、ｚ_１）において透過した電子が半径方向散乱角φ_１で散乱された電子は、電子集中手段としての前記の電磁石８が無い場合には、大気中における散乱の影響を無視すると、破線７０２’で表すように直線的に進行して被照射体１００に到達しない。しかるに、前記の電磁石８がある場合には、上記の電子は磁束密度成分、Ｂ_ｒ，Ｂ_ｚによって偏向されて、実線で表した軌道７０２で示す様に、被照射体通路１０と成す角度が大きくなって走行するので、被照射体１００に到達する電子の割合が増加している。
【００３５】図３において、真空領域に在る環状の溝６０２を通って電子透過窓７に近づいてくる電子の軌道の代表例が７０１に示されている。環状陰極２の平均半径の部分から走行して点Ｐ_１（ｒ_１、θ_１、ｚ_１）において電子透過窓７に入射して半径方向散乱角φ_１と横方向散乱角φ_２とをもって散乱された電子の軌道を模式的に７０２に示している。これらの電子軌道７０２は前記の電磁石８が無い場合、つまり磁束密度Ｂが０の場合には、大気中における散乱の影響を無視すると、大略直線状に進行するので被照射体に到達しない。しかしながら、図３から判るように、電磁石８の磁束密度Ｂが最適な値に設定された場合には、前記の電子集中手段の効果によって電子軌道が７０２に示される様に被照射体１００に向かって曲げられて、被照射体１００に照射されるようになる。このように、電磁石８を設けることによって電子軌道のＺ軸への最近接距離が小さくできるので被照射体通路１０の外周表面に垂直に近づいた角度で接近し、被照射体１００への電子の命中率は向上する。一方、θ方向の初速度ｖ_θが図８－ｂにおける正方向である場合にも前記の磁束密度に起因する正方向回転力が電子の進行とともに大きくなり、電子は正方向回転を行うようになって上記と同様の集中効果を生じることになる。
【００３６】以上において代表的な動作条件での電子軌道の説明を行ったが、半径方向散乱角φ_１が異なった場合や透過電子のエネルギーが異なった場合などについても同様な効果があるので、本発明の電子集中手段としての電磁石８を設けることによって、電子透過窓７を透過した電子の被照射体１００への命中率が全体として改善され、電子透過窓７における電子密度を高めることなく被照射体１００に多量の電子を照射することができる電子線照射装置を実現できる。
【００３７】上述のように、電子集中手段の例である前記の電磁石８の電子集中効果により、電子透過窓７を透過した電子がＲＺ平面の方向にも、Ｒθ平面の方向にも被照射体１００に近づく様に偏向されるので、被照射体１００に照射される電子は合計でおよそ１０倍増加することが実験によって確かめられている。図３に示したように、被照射体通路１０の全周囲から同様に集中された電子が多数の被照射体１００に照射される。多数の粒状の被照射体１００は前述のように高速度で自転しながら螺旋状に被照射体通路１０の外周領域をＺ軸の方向に移動するので、個々の被照射体１００の全表面に均一に照射される。照射される電子の運動エネルギーは８０ＫｅＶ程度と低い為に被照射体１００の表面のみで吸収され、深部には到達しない。また、電子透過窓７の表面は被照射体通路１０の中心軸Ｚと直行しているので、電子透過窓７からの輻射熱は被照射体１００に到達し難くなっている。
【実施例】次に本発明の電子線照射装置の作用及び効果について実施例を用いて更に説明する。被照射体通路の内径は１０ｃｍであり、電子透過窓７は、厚みが１０μｍ、外径が１６ｃｍで内径１２ｃｍのチタニュームの環状薄膜で構成されており、表面積は８８ｃｍ^２であり、電子がこの表面に均一に広がって入射するの場合について述べる。このような薄膜に信頼性を保って許容される電子入射密度は２０Ｗ／ｃｍ^２程度であるので、本実施例で許容される入力は１７６０Ｗである。入射電子のエネルギーが１００ＫｅＶである場合には、１７．６ｍＡの電流に相当する。入射した電子のおよそ５０％が電子透過窓７で吸収され、残りのおよそ５０％程度が運動エネルギー８０ＫｅＶをもって透過する。透過した電子のパワーは７０４Ｗである。被照射体１００が半径２．５ｍｍの球形であり、密度が１．２ｇ／ｃｍ^３であるとすると、電子線が進入する深さはおよそ４０μｍであるので、電子線が照射される部分の１個当りの体積は０．００３１ｃｍ^３であり、この部分の質量は０．００３７ｇである。前記の電子集中手段としての電磁石８を用いない場合において、透過した電子のパワーの８％が被照射体１００に命中するものとし、被照射体１個当りに２ＫＧｙの線量を照射する必要がある場合には、１分間に３５Ｋｇの被照射体を処理できることになる。
【００３８】電子集中手段としての前記の電磁石８を取付けて最適の磁束密度を与えると、前述のように被照射体１００への命中率がおよそ１０倍改善されるので被照射体１００の処理速度は１分間に３５０Ｋｇに改善される。この電子線照射装置１台の全長はおよそ５０ｃｍであるので直列に装置を接続して使用すると被照射体１００の照射線量はそれだけ増強できる。例えば、５台を直列に接続すると、装置の全長は２．５ｍになるが、被照射体１００の照射線量は２０ＫＧｙに増強され、十分な照射線量を得ることができる。更に処理能力を高める必要があれば、電子透過窓７の面積を大きくして電子透過窓７に入射する電子の分布を広げ、電子透過窓７における電子密度を小さく保った状態で電子透過窓７を透過させ、透過した電子を前記の電子集中手段で被写体に命中させることによって容易に達成できる。電子の分布を広げることは、例えば電子分散手段としての集束電極３のバイアス電圧を高めることによって容易に実現できる。
【００３９】上記の実施形態及び実施例では、電子銃は環状の陰極２を有しており、その中心軸は被照射体通路１０の中心軸と同心状に取り付けられているが、直径が４ｍｍ程度の円形の陰極を多数個環状に配列して構成しても良いことは勿論である。この場合には既存の陰極を採用できるメリットが生じる。電子銃の集束電極３も同様に多数個に分割されて配設されても良いことは勿論である。電子透過窓７も、多数に分割されたセグメントで環状に構成されていても良いことは勿論である。
【００４０】照射室空間１１１には不活性ガスの導入口１１２と排出口１１３とがあり、電子透過窓７に不活性ガスを吹き付けて強制冷却するようになっている。この不活性ガスは高速度で被照射体通路１０の方向に移動する様になっているので、被照射体通路１０から微紛や流体が飛来した場合にも、これらを押し戻す作用があり、前記の被照射体接触防止手段として作用している。電子透過窓７を透過した電子が照射室空間１１１の壁１１に衝突した場合にＸ線の発生を少なくする様にアルミニユームの様な原子番号が鉄よりも小さい物質で作られている。
【００４１】次に、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において、被照射体接触防止手段としてスリット１５７を有する円筒ファン状構造体を採用しており、羽根１５８が角度を持って照射室空間１１１内において被照射体通路１０の周囲に回転自在に取り付けられている。図示しない回転駆動機構によって矢印１５９の方向に高速度で回転される為に、電子線透過窓７から吹き付ける不活性ガスが高圧力で被照射体通路１０内に吹き付けられる。被照射体１００内に微細な粒子や流体が含まれる場合に、このガス圧によってこれらの微細な粒子や流体は被照射体通路１０内に押し戻されるので、電子透過窓７の信頼性が向上する。この被照射体接触防止手段を採用すると、被照射体１００が有毒ガスのような流体であっても、被照射体１００が電子透過窓７に到達するのが防止され、本発明の電子線照射装置は有効である。又、回転部分によって被照射体が損傷を受ける可能性がある場合には、図１に示したスリット付きの固定構造体の周囲に図８に示した回転構造体を取り付けることによって解決される。
【００４２】本発明を実施形態及び実施例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及び実施例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、電子集中手段としての電磁石８は永久磁石に替えても良いことは勿論である。更に、図１に示す本実施形態では電子透過窓７を円形の平板状に構成して作りやすくしているが、これをコーン状に構成しても良いことは当然である。前記の被照射体接触防止手段としての構造体は網状のものであっても良いことは当然である。前記の被照射体接触防止手段としての回転体は前記の電子透過窓に平行に設けても良いことは当然である。被照射体接触防止手段は同種又は異種のものを複数個採用しても良い。又、被照射体を水平方向に移動させるように構成しても良いことは当然である。
【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、粒状の形状を有する物体の表面に塗布した樹脂の硬化、改質等の処理や、その表面の殺菌などを全表面に渡って完全に行うことを目的としてこれらの被照射体に電子線を照射する場合に、これらの被照射体をシート状に広げるこよなく、狭い場所でこれらの処理が行えるとともに、被照射体に過大な熱を与えることなく粒状の被照射体の全表面を均一に電子線を照射して、被照射体の全表面を完全に電子線処理でき、コンパクトで信頼性が高い電子線照射装置を提供することができる。特に、殻付きの穀物の表面を、処理速度を大きくした状態で殻の部分だけに電子線を照射して穀物を変質することなく、完全に殺菌を行える電子線照射装置を提供することができる。これらの電子線照射の場合に、被照射体が電子線透過窓に近づかないので信頼性が確保できる。更に、電子透過窓が被照射体と角度を有して取り付けられているので、被照射体の蒸発などによって汚染され難く、信頼性が高いだけでなく、全長が短くコンパクトであり、シリーズに接続して更に処理能力を高めた電子線照射装置を提供することができる。また、有毒ガスの分解などにも使用できる。

【出願人】	【識別番号】３９９１１６１０２【氏名又は名称】小野勝弘
【出願日】	平成１３年５月２９日（２００１．５．２９）
【代理人】
【公開番号】	特開２００２－３５０６００（Ｐ２００２－３５０６００Ａ）
【公開日】	平成１４年１２月４日（２００２．１２．４）
【出願番号】	特願２００１－１５９９１１（Ｐ２００１－１５９９１１）