JP3787993B2

JP3787993B2 - 電子線照射装置

Info

Publication number: JP3787993B2
Application number: JP31120597A
Authority: JP
Inventors: 義明足立; 敏朗錦見
Original assignee: NHV Corp
Current assignee: NHV Corp
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2017-10-27
Also published as: JPH11133196A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子線を被処理物に照射して化学反応などを促進する電子線照射装置においてマスクの端部におけるビームの切れをより鋭くするビーム端部改善に関するものである。電子線照射装置というのは真空中で電子を発生し、これを加速し照射窓の窓箔を通して大気中に取りだしこれを被照射物に当てるものである。高分子の架橋反応を促進し、電線被覆の耐熱性の向上、発泡ポリエチレンの品質向上、自動車用タイヤの品質改善、包装用フィルムの改質、凹版印刷、粘着剤、転写フィルムなどにも使われる。更にまた医療用機具などの滅菌殺菌に用いられる。加速エネルギーは２００ｋｅＶ〜５ＭｅＶと広範囲に渡る。
【０００２】
【従来の技術】
電子線照射装置には走査型と非走査型のものがある。走査型はエネルギーが高くて細いビームを左右に振って被処理物の全面に電子線が当たるようにするものである。非走査型は平行な複数本のフィラメントから熱電子を発生させ初めから広い断面積のビームを作り出すものである。これを一方向に一様に加速して被処理物に照射するようになっている。非走査型のものはエリア型とも呼ぶ。走査機構がないのでフィラメントのすぐ近くに照射窓がありここに窓箔が張ってある。窓箔の外は大気圧である。ここには搬送装置がある。搬送コンベヤによって被処理物が入口から照射窓の下を通って出口まで運ばれる。照射窓の直下で電子線を受けて架橋反応、殺菌作用などの処理を受ける。
【０００３】
本発明は非走査型の電子線照射装置の改良に関する。ビームの断面積が広ければ大型の被処理物の電子線照射処理ができる。しかし断面積が広いと電流が増えパワーも大きくなるから電力費が増大する。コンベヤの搬送方向をｘ方向、電子線の方向をｚ方向とする。図５にフィラメント、被処理物の概略の関係を示す。フィラメントは複数本のＷ線などを平行に設けたものである。並列接続のこともあり蛇行させて直列に接続することもある。フィラメントはｘｙ面に平行な広がりを持っている。フィラメントのｘｙ面の広がりにより電子線ビームはＸ×Ｙの面積をもつとする。搬送方向がｘ方向であるから、ビーム断面積の奥行きＸはビーム照射量を規定する。ビーム断面積の横方向の広がり（幅）Ｙは、被処理物の幅Ｂより僅かに大きければ良い（Ｙ＞Ｂ）。通常はフィラメントから発生した電子を窓に向けて加速しそのまま窓箔を通し被処理物に当てる。ビーム幅Ｙが被処理物の幅Ｂより大きい場合、（Ｙ−Ｂ）の部分のビームは搬送装置に当たることになり無駄である。無駄であるが別段差し支えない事である。被処理物の全面を覆うように電子線ビームが当たれば良いのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが被処理物の大部分には電子ビームを当てて処理したいが、端の部分には電子ビームを当てたくないという場合が希にある。図６にそのような場合のフィラメント、被処理物の関係を示す。つまり被処理物Ｗの中央部Ｓ₀ は電子線処理が必要であり、両端部Ｓ₁ 、Ｓ₂ には電子線を当てたくないという場合である。このようなことはあまりないが、ごくたまにあることである。この場合、Ｓ₁ 、Ｓ₀ 、Ｓ₂ がｙ方向に並ぶようにコンベヤに置いて、幅Ｑの部分Ｓ₀ だけに電子線を当てるようにすれば良い。そのためには走査型の場合は走査幅を減らしてやれば良い。しかし非走査型の場合は簡単でない。フィラメントの広がりによってＸ×Ｙの断面積の広いビームが発生するので、幅Ｙの全体にビームが出る。被処理物の幅Ｂのうち（Ｂ＜Ｙ）、真中のＱにだけビームを当てるという訳にはゆかない。その場合はフィラメントを交換してビーム断面積がＸ×Ｑのより小型のフィラメントを採用するということが考えられる。フィラメントを交換するのは局所照射に有効であろう。しかしそのような小型のフィラメントが常にあるとは限らない。また交換に時間が掛かる。これまで使ってきたＸ×Ｙの既設のフィラメントによって幅Ｑだけ局所照射したいものである。
【０００５】
これまでそのような局所照射の要求がなかったので解決手段が検討される事はなかった。本発明は、非走査型電子線照射装置において、両端部または片端部に電子線を照射してはいけない被処理物を処理する場合に、端部の電子線ビームを遮断できるようにした工夫を与える事を目的とする。単に端部の電子線ビームを遮断するだけでなく、ビーム分布の変化を鋭くして電子線照射のダレがないようにした電子線照射装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
真空中で縦横方向に広がったフィラメントによって縦横方向に広がった断面積を持つ電子線を発生させ、加速して窓箔を通して大気中に取りだし、大気中で搬送装置によって一方向に搬送される被処理物に電子線を照射するようにした電子線照射装置において、窓箔と被処理物の間に、搬送方向に対して直角に進退自在で先端に先細りの傾斜面を有するビームマスクを両側或いは一方に設置し、ビームマスク先端を被処理物の電子線照射を不要とする部分と、電子線照射を必要とする部分の境界に合わせることによって、被処理物に対して局所的に電子線照射するようにした。
【０００７】
ビームマスクの先端が先細りであるという点が重要である。もしもビームマスク先端が水平面と直角であって太いものであると端部でのビームの広がりがブロードになって、Ｓ₀ に当たるべき電子ビームのロスが増える。またＳ₁ 、Ｓ₂ など電子線を当ててはいけない部分にも電子線が当たってしまう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
被処理物の中央部Ｓ₀ に電子線を当て、両端Ｓ₁ 、Ｓ₂ または片端Ｓ₁ に電子線を当ててはいけない部位があるとすると、搬送方向に対して直角な方向に移動できるビームマスクを両側、または片側に設ければ良い。ビームマスクの先端がテーパー状になっているので電子線照射分布の切れが良い。単にビームマスクを付けるというだけでなくて、先端を傾斜状に形成しているので電子線分布の切れがよい。
【０００９】
図１は本発明の実施例を示す側断面図である。図２は正面断面図である。これは非走査型の電子線照射装置である。
非走査型（エリヤ型）真空チャンバ１の内部にはフィラメント２がありここから熱電子５が出るようになっている。真空チャンバ１の下端は開口になっており閉じられた筐体３の開口部につながっている。筐体３の下方は大気圧であり真空チャンバ１の内部は真空である。その境の開口が照射窓４である。チャンバ１の真空を維持するために照射窓には窓箔６が張られている。
【００１０】
窓箔６はＡｌ、Ｔｉの箔であり長方形状で開口フランジと窓箔押さえの間に固定される。照射窓４の直下には搬送コンベヤ７があり被処理物８を搬送している。搬送方向をｘ方向とする。電子線５の方向をｚ方向とする。被処理物８のコンベヤ７での横方向の広がりがｙ方向である。被処理物８の中央部Ｓ₀ のみが電子線照射を必要とする。両端Ｓ₁ ，Ｓ₂ は電子線被爆してはならない部分である。その境界が、ビームマスク９の先端に合わしてある。
【００１１】
照射窓から出た電子線５がビームマスク９によって制限され、被処理物８の中央のＳ₀ に当たり電子線処理をする。つぎつぎと被処理物が処理されていく。本発明の特徴は、照射窓と被処理物の間の位置に進退自在にビームマスク９を設けたところにある。ビームマスク９はｘ方向には十分な広さを持ち、搬送方向と直角のｙ方向には進退自在である。しかも先端が傾斜面１０になっている。これが重要である。両側にビームマスク９がありこれが同時に反対方向に進退するようにすれば、電子線５の照射域を広くしたり狭くしたりすることができる。これは両側にあるので両開きビームマスクになる。しかし、搬送経路の片側だけに設ける事もできる。その場合は片開きビームマスクとなる。電子線が直進するならビームマスクの先端に被処理物のＳ₀ ／Ｓ₁ の境界、Ｓ₀ ／Ｓ₂ の境界を単に合わせるだけでよい。しかし実際には電子線は直進しないので回り込みがある。
【００１２】
図４に片側だけの拡大断面図をしめす。真空チャンバ１の下端のフランジ１１に、四辺形枠状のウインドウ１４があてがわれ、さらに箔押え板１２が固定される。ウインドウ１４と箔押さえ板１２との間に窓箔６の四周が挟み込まれている。箔押え板１２とフランジ１１は多数のボルト（図示しない）によって締結されている。電子線５と直角の方向に平行な面をもつビームマスク９が、照射窓４の直下にｙ方向（搬送方向と直角）に進退自在、ｚ方向に昇降自在に設けられる。一点鎖線が被処理物の高さである。ビームマスクと被処理物間隔のｚ方向の調節幅ｈは５〜８ミリである。ビームマスク９のｙ方向の調節幅ｋは照射窓開口の全幅Ｑの半分Ｑ／２以下の適当な値とする（ｋ≦Ｑ／２）。
【００１３】
ｙ方向の進退はボルトをゆるめて手動でビームマスクを動かすようにしても良いし、電動器と減速機を組み合わせて自動的に行うようにしても良い。縦方向の調節は調整ボルトを廻す事によって行っても良いし電動器と減速機によって自動的に行っても良い。図４においてビームマスク１０の端部のｙ座標が小さいと開口部が狭い。Ｓ₀ の幅の狭い被処理物の処理に適する。ビームマスクの端部のｙ座標を増やすと開口部が広がるので、Ｓ₀ の幅の広い被処理物の処理に適する。端部ｙ座標の大きさは被処理物のＳ₀ の幅によって適当に決める。
【００１４】
ビームマスク９の先端１０が傾斜している事が重要であり、傾斜角は３０゜〜６０゜の程度とする。４５゜が最適である。ビームマスクの厚みは電子線を遮断できる厚みであれば任意である。５ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。ここでは例えば２０ｍｍの厚みのステンレス板をビームマスクとする。ビームマスク９がどうして先端が傾斜面１０となっているのか、その理由を述べる。
【００１５】
本発明者は初め図３に示すような端部２０が面に直交するようなビームマスク１９を作製した。すると被処理物面での電子線照射量がグラフにしめすようにビームマスクの端部においてなだらかな裾を引く事が分かった。直角面２０のｙ座標をｆとすると、それより内側のｇ点から既に電子線照射量が低下し始める。ｆより外側においても電子線量は０にならずｅ点まで徐々に減衰する。被処理物の中央部の必要部分Ｓ₀ には一様な密度で電子線を照射する必要がある。端のＳ₁ 、Ｓ₂ には電子線を当てないようにする必要がある。ために被処理物７のＳ₀ ／Ｓ₁ の境界をｆ点に合わせる。
【００１６】
ｆ点に被処理物境界Ｓ₀ ／Ｓ₁ を合わせたとしてもｅ〜ｇの広い範囲に落ちる電子線がある。電子線照射してはいけない部分にｅ〜ｆの電子線が当たっているので好ましくない。反対にｆｇ間では電子線の密度が低下している。両方とも好ましくない。これを端部ロスと呼ぶ事にする。このような電子線分布の減衰幅Ｄは１５ｍｍ〜２０ｍｍにもなる。ビームマスク１９を下げて被処理物に接近させるとｅｆが短くなるが被処理物と衝突してはいけないからビームマスク１９をあまり接近させることができない。どうしてこのようなテイルを引くのか？これが問題である。
【００１７】
電子線はフィラメント２からｚ方向に引き出されるが、窓箔６に当たるのでここで散漫散乱される。散乱電子線２２はもはやｚ方向に進行するとは限らず、ｙ方向の運動量をも持つようになり斜めに飛び出す。イ、ロのようにビームマスク１９の直上で散乱されたものは右斜めに出た電子線だけが被処理物８にあたるが、端面２０が垂直に突き出ているからビームが殆ど遮られる。ｆｇ間での分布の低下はこれによる。ハ、ニからの散乱電子線であって端面２０に斜めに衝突したものはここで反射されて被処理物８に入射する。衝突しなかったものは被処理物にあたらず、ｅｆ間に進む。これが長いテイルをもたらす。
【００１８】
本発明のビームマスクは図４のように先端が斜め傾斜面１０になっている。イ、ロ、ハでの散乱電子線が傾斜面１０の上を斜めに飛んでｆｇ間に至るからｆｇ間の分布を引上げて、ｂｃのように低下分を狭く少なくする。また端面２０での反射がないので、ｙ＜ｇの分布を押し上げない。ａｂ間の回り込みは、ビームマスクを下げて被処理物に接近させると少なくなる。
【００１９】
テーパー上のビームマスクのために本発明は、ビームマスク直下でのビーム分布の切れを鋭くし、端部ロスａｂｃを少なくする事ができる。被処理物の境界Ｓ₀ ／Ｓ₁ はｙ＝ｂの位置に置く。Ｓ₀ には電子線がほぼ一様密度で当たる。Ｓ₁ には殆ど電子線が当たらない。
【００２０】
ビームマスクは電子線が当たって加熱されるので、水冷する。内部に冷却水流路を設けて常時冷却水を流す。ビームマスクの厚みは先述のようにこの例では２０ｍｍであるが、冷却水による冷却能力によって厚みを適当に決める。加熱が著しい場合は大量の冷却水を流す必要があり、冷却水断面積を広くしなければならない。ためにビームマスクは厚くならざるを得ない。だから先端形状が問題になる。
【００２１】
【発明の効果】
被処理物進行方向と直角に進退できるビームマスクを設けたので電子線照射の必要な部分の幅の狭い被処理物にも電子線照射できる。電子線を当てたくない部分がある被処理物を処理するのに適する。ビームマスクの開口幅を自在に調整できるから電子線を当てるべき部分が様々の被処理物に対して応用することができる。ビームマスクの先端がテーパ状であるからビームの分布の切れが鋭い。被処理物の当てたくない部分に電子線が当たらず、当てたい部分には電子線が十分に当たるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る電子線照射装置の被処理物の進行方向に平行な面で切った概略縦断面図。
【図２】本発明の実施例に係る電子線照射装置の被処理物の進行方向に直角な面で切った概略縦断面図。
【図３】ビームマスクの先端を直角の端面としたものの照射窓近傍の断面図。
【図４】ビームマスクの先端部分を傾斜面とした本発明の実施例の照射窓近傍の断面図。
【図５】被処理物幅よりも広い照射面積を持つフィラメントを有する電子線照射装置の概略構成図。
【図６】一部に電子線照射してはいけない部分を持つ被処理物に対して広い照射面積をもつフィラメントを有する電子線照射装置を用いた場合の概略構成図。
【符号の説明】
１真空チャンバ
２フィラメント
３筐体
４照射窓
５電子線
６窓箔
７搬送コンベヤ
８被処理物
９ビームマスク
１０傾斜先端部
１１チャンバフランジ
１２窓箔押さえ
１３Ｏリング
１４ウインドウ
１９ビームマスク
２０直角端面
２２散乱電子線

Claims

真空中で縦横に広がったフィラメントによって縦横方向に広がった断面積を持つ電子線を発生させ、加速して窓箔を通して大気中に取りだし、大気中で搬送装置によって一方向に搬送される被処理物に電子線を照射するようにした電子線照射装置において、窓箔と被処理物の間の大気中に、搬送方向に対して直角に進退自在で先細りの傾斜面を有するビームマスクを両側或いは一方に設置し、ビームマスク先端を被処理物の電子線照射を不要とする部分と、電子線照射を必要とする部分の境界に合わせることによって、被処理物に対して局所的に電子線照射するようにした事を特徴とする電子線照射装置。