JP2002022899A - 電子線照射装置 - Google Patents
電子線照射装置Info
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- JP2002022899A JP2002022899A JP2000207983A JP2000207983A JP2002022899A JP 2002022899 A JP2002022899 A JP 2002022899A JP 2000207983 A JP2000207983 A JP 2000207983A JP 2000207983 A JP2000207983 A JP 2000207983A JP 2002022899 A JP2002022899 A JP 2002022899A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 加速管内で不用な放電を発生させず、長
寿命で、被処理物に対して電子線をより均一に照射する
ことができ、電源がコンパクトで、製作の容易な電子線照
射装置を提供する。 【解決手段】 電子源とガングリッドとを有するガン構
造体と、同ガン構造体を内蔵し電子を通過させる高電圧
ターミナルとを具備し、同高電圧ターミナルを通過した
電子を、電子線照射窓を通して照射空間に放出させる電
子線照射装置において、前記電子源に電界放出素子を用
いたことを特徴とする。
寿命で、被処理物に対して電子線をより均一に照射する
ことができ、電源がコンパクトで、製作の容易な電子線照
射装置を提供する。 【解決手段】 電子源とガングリッドとを有するガン構
造体と、同ガン構造体を内蔵し電子を通過させる高電圧
ターミナルとを具備し、同高電圧ターミナルを通過した
電子を、電子線照射窓を通して照射空間に放出させる電
子線照射装置において、前記電子源に電界放出素子を用
いたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子線を主として大
気中に取り出し、被照射物に電子線を照射して処理加工
を行う電子線照射装置に関するものである。
気中に取り出し、被照射物に電子線を照射して処理加工
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】図２は従来のガン構造体を有する電子線
照射装置の概略断面図である。１０-1Ｐａ〜１０-6Ｐａ
の圧力に保たれた真空チャンバー２１内には、フィラメ
ント２２とガングリッド２３とを有するガン構造体２４
と、同ガン構造体２４を内蔵する高電圧ターミナル２５
とが備えられている。そしてガングリッド２３は、外部
電源によって通電加熱されるフィラメント２２から放出
される熱電子を取り出している。高電圧ターミナル２５
にはガン構造体２４から取り出された熱電子を加速空間
に取り出すためのターミナルグリッド２６が設けられて
いる。
照射装置の概略断面図である。１０-1Ｐａ〜１０-6Ｐａ
の圧力に保たれた真空チャンバー２１内には、フィラメ
ント２２とガングリッド２３とを有するガン構造体２４
と、同ガン構造体２４を内蔵する高電圧ターミナル２５
とが備えられている。そしてガングリッド２３は、外部
電源によって通電加熱されるフィラメント２２から放出
される熱電子を取り出している。高電圧ターミナル２５
にはガン構造体２４から取り出された熱電子を加速空間
に取り出すためのターミナルグリッド２６が設けられて
いる。
【０００３】フィラメント２２で発生した熱電子は、ガ
ングリッド２３やターミナルグリッド２６の開口部を通
過する際に、前記ガングリッド２３やターミナルグリッ
ド２６に加えられた電圧や開口部の形状によって、電子
線の強さや均一度等が調整されて、加速空間に取り出さ
れる。加速空間２７で加速された電子２８は電子線照射
窓２９を貫通し、処理空間３０において被処理物に照射
され、所定の電子線照射処理が行われる。
ングリッド２３やターミナルグリッド２６の開口部を通
過する際に、前記ガングリッド２３やターミナルグリッ
ド２６に加えられた電圧や開口部の形状によって、電子
線の強さや均一度等が調整されて、加速空間に取り出さ
れる。加速空間２７で加速された電子２８は電子線照射
窓２９を貫通し、処理空間３０において被処理物に照射
され、所定の電子線照射処理が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】前記従来のガン構
造体の電子源にはフィラメントが使用されているが、通
常、直径２０から５００μｍのタングステンの細線が使
用されている。タングステンの仕事関数は他の金属と比
して高いため、フィラメントから熱電子を取り出すため
には、フィラメント温度を一般的には１５００℃から２
５００℃程度に加熱しなければならない。このため、フ
ィラメントの発熱の影響を受けて、真空チャンバー内に
おかれた加速管の構成部品から放出ガスが発生する。こ
の放出ガスはイオン源となり、高電圧が印加される加速
管内で不要な放電を発生させる原因となるため、装置を
使用する前に予備加熱や電圧・電流をあらかじめ印加す
る、コンディショニングと呼ばれる準備運転が必要にな
っている。また、真空中で高温にするため、フィラメン
トは徐々に損耗していき、フィラメントは数千時間程度
で切れてしまう。
造体の電子源にはフィラメントが使用されているが、通
常、直径２０から５００μｍのタングステンの細線が使
用されている。タングステンの仕事関数は他の金属と比
して高いため、フィラメントから熱電子を取り出すため
には、フィラメント温度を一般的には１５００℃から２
５００℃程度に加熱しなければならない。このため、フ
ィラメントの発熱の影響を受けて、真空チャンバー内に
おかれた加速管の構成部品から放出ガスが発生する。こ
の放出ガスはイオン源となり、高電圧が印加される加速
管内で不要な放電を発生させる原因となるため、装置を
使用する前に予備加熱や電圧・電流をあらかじめ印加す
る、コンディショニングと呼ばれる準備運転が必要にな
っている。また、真空中で高温にするため、フィラメン
トは徐々に損耗していき、フィラメントは数千時間程度
で切れてしまう。
【０００５】そして、運転時には高電圧側に加熱パワー
を送らなければならず、フィラメント電源は所望の容量
以外に、加速電源の高電圧に耐えうる高絶縁性のものが
要求される上、フィラメントを加熱するための電源も必
要になるので、電源が大型になり、消費電力が大きくなる
という問題があった。
を送らなければならず、フィラメント電源は所望の容量
以外に、加速電源の高電圧に耐えうる高絶縁性のものが
要求される上、フィラメントを加熱するための電源も必
要になるので、電源が大型になり、消費電力が大きくなる
という問題があった。
【０００６】また、直線状のフィラメントは、その両端
部の温度が低く、中央部の温度が高いため、フィラメン
トの中央部分で発生する熱電子が最も多く、両端へ近づ
くにつれ発生する熱電子の量は少なくなる。したがっ
て、熱電子を加速して得られる電子線には、フィラメン
トの長手方向において空間的な不均一が生じるという問
題がある。そして図３の従来のガン構造体に示すよう
に、高温におけるフィラメント２２の熱膨張を吸収する
ため、支持機構３１が必要となるが、同支持機構３１は、
製作が困難な上、信頼性の面でも問題があった。
部の温度が低く、中央部の温度が高いため、フィラメン
トの中央部分で発生する熱電子が最も多く、両端へ近づ
くにつれ発生する熱電子の量は少なくなる。したがっ
て、熱電子を加速して得られる電子線には、フィラメン
トの長手方向において空間的な不均一が生じるという問
題がある。そして図３の従来のガン構造体に示すよう
に、高温におけるフィラメント２２の熱膨張を吸収する
ため、支持機構３１が必要となるが、同支持機構３１は、
製作が困難な上、信頼性の面でも問題があった。
【０００７】本発明は、以上のような問題点を解消する
ためになされたものであり、その目的とするところは、
加速管内で不用な放電を発生させず、長寿命で、被処理物
に対して電子線をより均一に照射することができ、電源
がコンパクトで、製作の容易な電子線照射装置を提供す
ることである。
ためになされたものであり、その目的とするところは、
加速管内で不用な放電を発生させず、長寿命で、被処理物
に対して電子線をより均一に照射することができ、電源
がコンパクトで、製作の容易な電子線照射装置を提供す
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１記載の発明は、電子源とガングリッドとを有
するガン構造体と、同ガン構造体を内蔵し電子を通過さ
せる高電圧ターミナルとを具備し、同高電圧ターミナル
を通過した電子を、電子線照射窓を通して照射空間に放
出させる電子線照射装置において、前記電子源に電界放
出素子を用いたことを特徴とするものである。
め、請求項１記載の発明は、電子源とガングリッドとを有
するガン構造体と、同ガン構造体を内蔵し電子を通過さ
せる高電圧ターミナルとを具備し、同高電圧ターミナル
を通過した電子を、電子線照射窓を通して照射空間に放
出させる電子線照射装置において、前記電子源に電界放
出素子を用いたことを特徴とするものである。
【０００９】そして、請求項２記載の発明は、前記電界放
出素子として、電界放出型カーボン材料のグラファイト
ナノファイバー、マルチウォールカーボンナノチューブ、
シングルウォールカーボンナノチューブを用いたことを
特徴とし、請求項３記載の発明は、前記電子源とガングリ
ッドとの間隔を５ｍｍ以下、同ガングリッドの網目の間
隔を１ｍｍ以下、前記電子源とガングリッドとの間の電
圧を数百Ｖから１０ＫＶにしたことを特徴とする請求項
１または請求項２記載の電子線照射装置である。
出素子として、電界放出型カーボン材料のグラファイト
ナノファイバー、マルチウォールカーボンナノチューブ、
シングルウォールカーボンナノチューブを用いたことを
特徴とし、請求項３記載の発明は、前記電子源とガングリ
ッドとの間隔を５ｍｍ以下、同ガングリッドの網目の間
隔を１ｍｍ以下、前記電子源とガングリッドとの間の電
圧を数百Ｖから１０ＫＶにしたことを特徴とする請求項
１または請求項２記載の電子線照射装置である。
【００１０】請求項１、請求項２、請求項３記載の発明に
よれば、電子源にフィラメントを使用しないため、加熱電
源が不要となって電源をコンパクトにすることができ、
加速管内で不用な放電を発生させず、長寿命で、被処理物
に対して電子線をより均一に照射することができ、設
計、製作の容易な電子線照射装置が得られる。
よれば、電子源にフィラメントを使用しないため、加熱電
源が不要となって電源をコンパクトにすることができ、
加速管内で不用な放電を発生させず、長寿命で、被処理物
に対して電子線をより均一に照射することができ、設
計、製作の容易な電子線照射装置が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１を参
照して詳細に説明する。図１(ａ)は、本発明に係る電子
線照射装置の一実施例を示すガン構造体の立体構成図で
ある。導電性の電子源基板１上に粉末状のカーボンナノ
チューブナノポリへドロン混合物と導電性接着剤または
導電性コーティング剤との混合物２を固着して、電子源
を形成している。
照して詳細に説明する。図１(ａ)は、本発明に係る電子
線照射装置の一実施例を示すガン構造体の立体構成図で
ある。導電性の電子源基板１上に粉末状のカーボンナノ
チューブナノポリへドロン混合物と導電性接着剤または
導電性コーティング剤との混合物２を固着して、電子源
を形成している。
【００１２】カーボンアーク法で作られたナノチューブ
は生成したままの状態では電子放出密度がとりづらいの
で、精製して粉末状にする。同粉末状ナノチューブを導
電性接着剤中に分散させ、電子源基板１上からガングリ
ッド３へ向けてナノチューブの先端を突出させている。
このようにして、カーボンナノチューブナノポリへドロ
ン混合物と導電性接着剤との混合物２が構成されてい
る。導電性接着剤を用いれば、任意の形状の電子源基板
１にカーボンナノチューブを付着させることができ、導
電性接着剤の変わりに導電性コーティング剤を用いれ
ば、より強固なカーボンナノチューブ分散層が形成でき
る。また、銀ロウを用いれば、金属中にカーボンナノチ
ューブが分散し、電気伝導度の非常によい結合を形成で
きる。また、特開平１１−１１９１７にあるように、電
子源基板１上に直接カーボンナノチューブを生成して電
子源としてもよい。
は生成したままの状態では電子放出密度がとりづらいの
で、精製して粉末状にする。同粉末状ナノチューブを導
電性接着剤中に分散させ、電子源基板１上からガングリ
ッド３へ向けてナノチューブの先端を突出させている。
このようにして、カーボンナノチューブナノポリへドロ
ン混合物と導電性接着剤との混合物２が構成されてい
る。導電性接着剤を用いれば、任意の形状の電子源基板
１にカーボンナノチューブを付着させることができ、導
電性接着剤の変わりに導電性コーティング剤を用いれ
ば、より強固なカーボンナノチューブ分散層が形成でき
る。また、銀ロウを用いれば、金属中にカーボンナノチ
ューブが分散し、電気伝導度の非常によい結合を形成で
きる。また、特開平１１−１１９１７にあるように、電
子源基板１上に直接カーボンナノチューブを生成して電
子源としてもよい。
【００１３】図１(ｂ)は、本発明に係る電子線照射装置
の一実施例を示すガン構造体の断面図である。前記電子
源とガングリッド３とでガン構造体を構成し、電子源と
ガングリッド３および絶縁碍子４は、電子源と電気的に
絶縁を保つ一定の間隔で対向するように配置する。電子
源がガングリッド３に対して、負の電位になるように電
源を接続すれば、電界電子放出型電子源を構成すること
ができる。電界の大きさはガングリッド３と電子源の間
隔ｄ１によって決定される。ｄ１が大きいと必要な電圧
が増大する。ガングリッド３の網目の間隔ｄ２が大きい
と電子線の制御が難しくなる。図１(Ｃ)は、本発明に係
る電子線照射装置の一実施例を示すガン構造体のガング
リッドの正面図である。
の一実施例を示すガン構造体の断面図である。前記電子
源とガングリッド３とでガン構造体を構成し、電子源と
ガングリッド３および絶縁碍子４は、電子源と電気的に
絶縁を保つ一定の間隔で対向するように配置する。電子
源がガングリッド３に対して、負の電位になるように電
源を接続すれば、電界電子放出型電子源を構成すること
ができる。電界の大きさはガングリッド３と電子源の間
隔ｄ１によって決定される。ｄ１が大きいと必要な電圧
が増大する。ガングリッド３の網目の間隔ｄ２が大きい
と電子線の制御が難しくなる。図１(Ｃ)は、本発明に係
る電子線照射装置の一実施例を示すガン構造体のガング
リッドの正面図である。
【００１４】電子線照射装置の電子源とガングリッドと
の間隔ｄ１を５ｍｍ以下に設定し、ガングリッドの網目
の間隔ｄ２を１ｍｍ以下とし、電子源に印加する電圧を
数百Ｖから１０ＫＶの範囲で選ぶことにより、被処理物
に対して電子線をより均一に照射することができ、所望
の電子線電流が得られることが確認できた。電子線照射
装置の簡略化のため、ガングリッドとターミナルグリッ
ドを外し、加速電圧が直接電子源にかかるようにして、
１６０ＫＶの加速電圧で、５０ｍｍ×１５ｍｍの電子源
により実験を行ったところ、１．１ｍＡの電子線電流が
測定でき、均一な所望の電子線電流が得られた。同電子
線電流は２時間経過後も安定していた。電源は直流、交
流のどちらでも良く、パルス電源でも良い。
の間隔ｄ１を５ｍｍ以下に設定し、ガングリッドの網目
の間隔ｄ２を１ｍｍ以下とし、電子源に印加する電圧を
数百Ｖから１０ＫＶの範囲で選ぶことにより、被処理物
に対して電子線をより均一に照射することができ、所望
の電子線電流が得られることが確認できた。電子線照射
装置の簡略化のため、ガングリッドとターミナルグリッ
ドを外し、加速電圧が直接電子源にかかるようにして、
１６０ＫＶの加速電圧で、５０ｍｍ×１５ｍｍの電子源
により実験を行ったところ、１．１ｍＡの電子線電流が
測定でき、均一な所望の電子線電流が得られた。同電子
線電流は２時間経過後も安定していた。電源は直流、交
流のどちらでも良く、パルス電源でも良い。
【００１５】カーボンナノチューブとしては、円筒状の
グラファイトの層が多数重なったマルチウォールカーボ
ンナノチューブやグラファイトの層が１層のみのシング
ルウォールカーボンナノチューブを使用する。マルチウ
ォールナノチューブはその先端部が閉じているが、酸化
処理により、その先端を破り電子放出を増大させても良
い。また、グラファイトナノファイバーは、断面が百ナ
ノメートル程度の直方体で、平面の炭素の層が長手方向
に重なってできたものを使用する。電子源としてはこれ
らのどの種類のカーボンナノチューブを選択しても、電
子線照射装置の電子源とガングリッドとの間隔ｄ１を５
ｍｍ以下に設定し、ガングリッドの網目の間隔ｄ２を１
ｍｍ以下とし、電子源に印加する電圧を数百Ｖから１０
ＫＶの範囲で選ぶことにより、所望の電子線電流が得ら
れた。
グラファイトの層が多数重なったマルチウォールカーボ
ンナノチューブやグラファイトの層が１層のみのシング
ルウォールカーボンナノチューブを使用する。マルチウ
ォールナノチューブはその先端部が閉じているが、酸化
処理により、その先端を破り電子放出を増大させても良
い。また、グラファイトナノファイバーは、断面が百ナ
ノメートル程度の直方体で、平面の炭素の層が長手方向
に重なってできたものを使用する。電子源としてはこれ
らのどの種類のカーボンナノチューブを選択しても、電
子線照射装置の電子源とガングリッドとの間隔ｄ１を５
ｍｍ以下に設定し、ガングリッドの網目の間隔ｄ２を１
ｍｍ以下とし、電子源に印加する電圧を数百Ｖから１０
ＫＶの範囲で選ぶことにより、所望の電子線電流が得ら
れた。
【００１６】前記のように電子源は、電界放出型冷陰極
電子源となるため、フィラメントの加熱電源は必要なく
なり、リード線の数が減らせるので、コンパクトな電子
線照射装置とすることができ、製造工程を簡略化でき
る。
電子源となるため、フィラメントの加熱電源は必要なく
なり、リード線の数が減らせるので、コンパクトな電子
線照射装置とすることができ、製造工程を簡略化でき
る。
【００１７】なお、上記実施の形態では、非走査性直流
電場加速の電子線照射装置について説明したが、電子の
加速方式はこれに限るものではなく、真空容器内に電子
を加速させるための手段と、これに電子を供給する電子
源とを備えた、いかなる電子線照射装置にも適用できる
ことはいうまでもない。例えば、スキャンタイプの電子
線照射装置でもよいし、パルス電場加速の電子線照射装
置でもよい。
電場加速の電子線照射装置について説明したが、電子の
加速方式はこれに限るものではなく、真空容器内に電子
を加速させるための手段と、これに電子を供給する電子
源とを備えた、いかなる電子線照射装置にも適用できる
ことはいうまでもない。例えば、スキャンタイプの電子
線照射装置でもよいし、パルス電場加速の電子線照射装
置でもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子線照射装置の電子発生源の寿命を大幅に伸ばすこと
が可能であり、フィラメント加熱によるガス放出がなく
なるので、予備加熱時間が不要になり、電子線装置起動
のための準備時間を極めて短くできる。さらに電子源の
構造も簡単にできるので製造工程も簡略となる。また、
フィラメント電子源のような温度部分布に基づく電子分
布の不均一がおこらないので、一様な電子ビームを種々
の形状で取り出すことができるし、フィラメントの複雑
な支持構造も不要となるので、ガン構造体の製作に熟練
した技術や技能を要することのない電子線照射装置が得
られる。
電子線照射装置の電子発生源の寿命を大幅に伸ばすこと
が可能であり、フィラメント加熱によるガス放出がなく
なるので、予備加熱時間が不要になり、電子線装置起動
のための準備時間を極めて短くできる。さらに電子源の
構造も簡単にできるので製造工程も簡略となる。また、
フィラメント電子源のような温度部分布に基づく電子分
布の不均一がおこらないので、一様な電子ビームを種々
の形状で取り出すことができるし、フィラメントの複雑
な支持構造も不要となるので、ガン構造体の製作に熟練
した技術や技能を要することのない電子線照射装置が得
られる。
【図１】 本発明の一実施例のガン構造体の構成図。
【図２】 従来のガン構造体を有する電子線照射装置の
概略断面図。
概略断面図。
【図３】 従来のガン構造体の構成図。
１ 電子源基板 ２ カーボンナノチューブナノポリへドロン混合物
と導電性接着剤との混合物 ３ ガングリッド ４ 絶縁碍子
と導電性接着剤との混合物 ３ ガングリッド ４ 絶縁碍子
Claims (3)
- 【請求項１】電子源とガングリッドとを有するガン構造
体と、同ガン構造体を内蔵し電子を通過させる高電圧タ
ーミナルとを具備し、同高電圧ターミナルを通過した電
子を、電子線照射窓を通して照射空間に放出させる電子
線照射装置において、前記電子源に電界放出素子を用い
たことを特徴とする電子線照射装置。 - 【請求項２】前記電界放出素子として、電界放出型カー
ボン材料のグラファイトナノファイバー、マルチウォー
ルカーボンナノチューブ、シングルウォールカーボンナ
ノチューブを用い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】前記電子源とガングリッドとの間隔を５ｍ
ｍ以下、同ガングリッドの網目の間隔を１ｍｍ以下、前記
電子源とガングリッドとの間の電圧を数百Ｖから１０Ｋ
Ｖにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載
の電子線照射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000207983A JP2002022899A (ja) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | 電子線照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000207983A JP2002022899A (ja) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | 電子線照射装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002022899A true JP2002022899A (ja) | 2002-01-23 |
Family
ID=18704645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000207983A Pending JP2002022899A (ja) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | 電子線照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002022899A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004511884A (ja) * | 2000-10-06 | 2004-04-15 | ザ ユニバーシティ オブ ノース カロライナ − チャペル ヒル | 電子電界放出カソードを使用するｘ線発生機構 |
| JP2005026238A (ja) * | 2000-09-01 | 2005-01-27 | Canon Inc | 電子放出装置、電子放出素子、電子源、画像表示装置及びテレビジョン放送の表示装置 |
| JP2005177734A (ja) * | 2003-11-25 | 2005-07-07 | Matsushita Electric Works Ltd | 改質方法および改質装置 |
| US7026764B2 (en) | 2002-03-26 | 2006-04-11 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Plasma producing apparatus and doping apparatus |
| JP2007511064A (ja) * | 2003-11-12 | 2007-04-26 | サーモ フィッシャー サイエンティフィック インク | カーボンナノチューブ電子イオン化装置 |
| US7898160B2 (en) | 2003-11-25 | 2011-03-01 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Method and apparatus for modifying object with electrons generated from cold cathode electron emitter |
-
2000
- 2000-07-10 JP JP2000207983A patent/JP2002022899A/ja active Pending
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