JP2014127296A - 電子線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動機直結発電機装置を用いることなく、高電位部にあるフィラメントに大地電位部から当該フィラメント加熱用の電力を供給することができるようにする。
【解決手段】 この電子線照射装置は、大地電位部にあるタンク２内に設けられていて高電圧印加部２２周りの電界集中を緩和する静電シールド体２６と、タンク２内の大地電位部に設けられた送電コイル３４と、それに高周波電力を供給する高周波電源４０と、静電シールド体２６内に設けられていて、電磁誘導によって送電コイル３４から送られた電力を受けてそれをフィラメント４に供給する受電コイル３６とを備えている。静電シールド体２６は、筒状をした非磁性金属で構成されていて、開口部２８を有しており、かつ静電シールド体２６は、それの周方向を分断している隙間を有している。
【選択図】 図２

Description

この発明は、フィラメントを加熱してそれから発生させた電子を直流高電圧によって加速して電子線として出力する電子線照射装置に関する。より具体的には、高電位部にあるフィラメントに大地電位部から当該フィラメント加熱用の電力を供給する手段の改良に関する。

この種の電子線照射装置の従来例を図１に示す。この電子線照射装置は、フィラメント４を加熱してそれから発生させた電子を直流高電圧Ｖ_D によって加速して電子線６として出力するものである。

より具体的には、この電子線照射装置は、大地電位部にあるタンク２を備えており、その中に、電子（熱電子）を発生させるフィラメント４、当該フィラメント４から発生させた電子を加速して電子線６として出力する加速管８、フィラメント４および加速管８に前記電子を加速する直流高電圧Ｖ_D （例えば−１５０ｋＶ〜−５ＭＶ程度）を印加する直流高圧電源回路１０、および、高電位部にあるフィラメント４に大地電位部から当該フィラメント４の加熱用電力を供給する電動機直結発電機装置（Ｍ−Ｇ装置）１４が設けられている。

直流高電圧Ｖ_D が印加される部分である高電圧印加部２２には、この例では、フィラメント４、加速管８の一端、後述する発電機１８および静電シールド体２４が接続されており、これらは全て、高電位部にあるということができる。

加速管８は、公知のものであり、通常は複数の電極および複数の分圧抵抗器を有しているが、ここでは分圧抵抗器の図示を省略している（後述する他の図においても同様）。

電動機直結発電機装置１４は、高電位部に設けられた発電機１８を、電気絶縁性を有する回転軸２０を介して、大地電位部に設けられた電動機１６によって回転させることによって、発電機１８からフィラメント４にその加熱用の電力を供給する構造をしている。即ち、回転軸２０によって、直流高電圧Ｖ_D を電気絶縁している。

電子線６の流量制御は、電動機１６の回転数を変化させることによって、発電機１８の起電力を制御してフィラメント４に流すフィラメント電流を制御し、それによってフィラメント４から発生させる電子量を制御することによって実現している。

直流高圧電源回路１０は、例えば、公知のシェンケル形昇圧回路または公知のコッククロフト・ワルトン形昇圧回路を含んでいる。

直流高電圧Ｖ_D が高電圧になるほど、回転軸２０の絶縁支持方法等に特別な工夫が必要になる。例えば、数段の接続を行い、その中間点で、直流高圧電源回路１０の中間点電位で電位固定する等の構造が必要である。これは、回転軸２０における電位分担のバランスを良くするためである。

タンク２内において、直流高電圧Ｖ_D が印加される高電圧印加部２２の周り、より具体的にはこの例では、上記フィラメント４、加速管８の頂上部および発電機１８の周りは、当該高電圧印加部２２周りの電界集中を緩和するものであって上面が閉じた筒状の静電シールド体２４によって囲まれている。

上記電動機直結発電機装置１４と同様の電動機直結発電機装置を備えた電子線照射装置の例が、例えば特許文献１、２に記載されている。

特開２００１−３０５２９６号公報 特開２００１−３４９９９８号公報

上述した従来の電子線照射装置は、高電位部にあるフィラメントに大地電位部から当該フィラメント加熱用の電力を供給するために電動機直結発電機装置１４を用いているために、次のような課題がある。

（１）電子線照射装置の組立時に、電動機直結発電機装置１４の電動機１６と発電機１８とを接続する回転軸２０の位置合わせ調整が必要であり、そのぶん多くの時間を要する。

（２）直流高圧電源回路１０は、通常は昇圧回路に多くの整流器およびコンデンサ（またはコンデンサを形成する電極）を含んでおり、そのような直流高圧電源回路１０や加速管８の間に回転軸２０を通す必要があるので、装置のコンパクト化が難しい。

（３）電動機１６を駆動する電源とフィラメント４との間に、電動機１６および発電機１８という、電気エネルギー→機械エネルギー→電気エネルギーというエネルギー変換手段を介在させているために、フィラメント４に流すフィラメント電流の制御性（応答性等）が悪い。

（４）回転軸２０の一端は大地電位部にあり、他端は直流高電圧Ｖ_D が印加される高電位部にあり、この回転軸２０における電位分担のバランスを良くするために、回転軸２０に中間電位を付与する構造が必要であり、そのぶん構造が複雑になる。

そこでこの発明は、電動機直結発電機装置を用いることなく、高電位部にあるフィラメントに大地電位部から当該フィラメント加熱用の電力を供給することができる電子線照射装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係る電子線照射装置は、フィラメントを加熱してそれから発生させた電子を直流高電圧によって加速して電子線として出力する電子線照射装置において、大地電位部にあるタンクと、前記タンク内に設けられていて、かつ前記直流高電圧が印加される部分である高電圧印加部に電気的に接続されていて、当該高電圧印加部周りの電界集中を緩和する静電シールド体と、前記タンク内の大地電位部であって前記静電シールド体と対向する部分に設けられた送電コイルと、前記送電コイルに高周波電力を供給する高周波電源と、前記静電シールド体内に前記送電コイルと対向するように設けられていて、前記送電コイルとの間の電磁誘導によって、前記送電コイルから送られた電力を受けて当該電力を前記フィラメントにそれを加熱するために供給する受電コイルとを備えており、前記静電シールド体は、筒状をした非磁性金属で構成されていて、前記送電コイルと受電コイルとの間に位置する部分に開口部を有しており、かつ前記静電シールド体は、それの周方向を分断している隙間を有している、ことを特徴としている。

この電子線照射装置によれば、タンク内の大地電位部に設けられた送電コイルから、空間を通して電磁誘導によって、静電シールド体内に設けられた受電コイルに電力を送って、高電位部にあるフィラメントにそれを加熱するための電力を供給することができる。従って、電動機直結発電機装置を用いることなく、高電位部にあるフィラメントに大地電位部から当該フィラメント加熱用の電力を供給することができる。

前記静電シールド体は、それを軸方向において複数部分に分断している環状の隙間を更に有しており、かつ分断された各部分は、それぞれ一点で前記高電圧印加部に電気的に接続されている、という構成を採用しても良い。

前記タンクの内面の少なくとも前記送電コイルに対向する領域を、非磁性体であり、かつ当該タンクの材料よりも高導電率の金属で覆っていても良い。

前記タンク内の大地電位部に設けられていて、前記送電コイル周りの電界集中を緩和する第２の静電シールド体を更に備えており、前記第２の静電シールド体は、非磁性金属で構成されていて、前記送電コイルと受電コイルとの間に位置する部分に開口部を有しており、かつ前記第２の静電シールド体は、それの周方向を分断している隙間を有している、という構成を採用しても良い。

請求項１に記載の発明によれば、タンク内の大地電位部に設けられた送電コイルから、空間を通して電磁誘導によって、静電シールド体内に設けられた受電コイルに電力を送って、高電位部にあるフィラメントにそれを加熱するための電力を供給することができる。従って、電動機直結発電機装置を用いることなく、高電位部にあるフィラメントに大地電位部から当該フィラメント加熱用の電力を供給することができる。

その結果、電動機直結発電機装置を用いている場合の前述した課題を解決することができる。即ち、回転軸の位置合わせ調整が不要になるので、装置の組立および調整の簡素化を図ることができる。また、回転軸が不要になるので、直流高圧電源回路や加速管等の他の構成要素の配置が容易になり、かつ回転軸における電位分担のバランスを良くする構造を採用する必要がなくなるので、装置のコンパクト化を図ることができる。更に、送電コイルに高周波電力を供給する高周波電源によって直接、即ち従来のように電気−機械のエネルギー変換手段を介することなく、フィラメントに流すフィラメント電流を制御することができるので、フィラメント電流の制御性（応答性等）が良い。

しかも、静電シールド体は、筒状をした非磁性金属で構成されていて、送電コイルと受電コイルとの間に位置する部分に開口部を有しており、かつ当該静電シールド体は、それの周方向を分断している隙間を有しているので、静電シールド体の本来の電界集中緩和作用を奏することができると共に、静電シールド体内を流れる渦電流を抑制することができる等によって、送電コイルから受電コイルへの電力伝送効率を向上させることができる等の効果を奏することができる。

これを詳述すると、静電シールド体は非磁性金属で構成されているので、静電シールド体内において大きな渦電流損が発生することを抑制して、静電シールド体の局部的な加熱を抑制することができる。渦電流損抑制に伴い、送電コイルから受電コイルへの電力伝送効率も向上する。更に、仮に静電シールド体が磁性金属で構成されていると、その中を磁束が多く通って磁束が受電コイルと鎖交しにくくなって、送電コイルと受電コイルとの磁気結合が悪くなり、電力伝送効率を低下させるけれども、非磁性金属を採用しているのでそのような電力伝送効率低下を抑制することができる。

更に、静電シールド体は開口部を有しているので、当該開口部では静電シールド体を介在させずに送電コイルからの磁束を通すことができる。仮に、開口部を設けずに静電シールド体を介在させると、その中で渦電流が流れて逆方向磁束が発生して、送電コイルと受電コイルとの磁気結合が悪くなるけれども、上記開口部を有していることによってそれを抑制することができるので、送電コイルから受電コイルへの電力伝送効率を向上させることができる。

更に、静電シールド体はそれの周方向を分断している隙間を有しているので、静電シールド体内を周回しようとする渦電流を阻止することができる。仮に、静電シールド体内を周回する渦電流が流れると、それによって逆方向磁束が発生して、送電コイルと受電コイルとの磁気結合が悪くなるけれども、上記隙間を有していることによってそれを抑制することができるので、このような観点からも、送電コイルから受電コイルへの電力伝送効率を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、静電シールド体は、それを軸方向において複数部分に分断している環状の隙間を更に有しているので、静電シールド体の側面において、軸方向の流れ成分を含んで循環しようとする渦電流をも阻止することができる。更に、静電シールド体の上記分断された各部分は、それぞれ一点で高電圧印加部に電気的に接続されているので、この電気的な接続ラインを経由しての閉ループ形成を防止して、上記分断された各部分間を渦電流が流れることをも阻止することができる。その結果、送電コイルから受電コイルへの電力伝送効率をより向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、タンクの内面の少なくとも送電コイルに対向する領域を、非磁性体であり、かつ当該タンクの材料よりも高導電率の金属で覆っているので、送電コイル近傍のタンク内で発生する渦電流損を小さくすることができる。これは、送電コイルに供給する電力は高周波電力であり、高周波の場合は、タンクに通常使用される鉄板のように磁性体で導電率が小さいと大きな渦電流損が発生するので、タンク内面を上記の非磁性体で高導電率の金属で覆うことによって、渦電流損を小さくすることができるからである。その結果、タンクの局部的な加熱を抑制することができると共に、送電コイルから受電コイルへの電力伝送効率をより向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、第２の静電シールド体を備えているので、送電コイルを設けていても、その周りの電界集中を緩和することができる。その結果、放電等の不具合発生を抑制することができる。しかも、第２の静電シールド体も、請求項１中の静電シールド体と同様に非磁性金属で構成されており、かつ開口部および隙間を有しているので、請求項１中の静電シールド体が奏する上記効果と同様の効果を奏することができる。

従来の電子線照射装置の一例を示す概略断面図である。 この発明に係る電子線照射装置の一実施形態を示す概略断面図である。 高周波電源からフィラメントまでの等価回路の一例を示す図である。 高周波電源からフィラメントまでの等価回路の他の例を示す図である。 静電シールド体のより具体例を受電コイルと共に示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 図５中の線Ａ−Ａに沿う断面図である。 図５に示す静電シールド体を簡略化して示す斜視図である。 静電シールド体の他の例を簡略化して示す斜視図である。 静電シールド体の他のより具体例を受電コイルと共に示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 図９に示す静電シールド体を簡略化して示す斜視図である。 第２の静電シールド体の一例を送電コイルと共に示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は正面図である。 この発明に係る電子線照射装置の他の実施形態を示す概略断面図である。 この発明に係る電子線照射装置の更に他の実施形態を示す概略断面図である。

図２に、この発明に係る電子線照射装置の一実施形態を示す。図１に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主体に説明する。

この電子線照射装置は、フィラメント４を加熱してそれから発生させた電子を直流高電圧Ｖ_D によって加速して電子線６として出力するものである。

より具体的には、この電子線照射装置は、電気的に接地されていて大地電位部にあるタンク２を備えており、その中に、電子（熱電子）を発生させるフィラメント４、当該フィラメント４から発生させた電子を加速して電子線６として出力する加速管８、フィラメント４および加速管８に前記電子を加速する直流高電圧Ｖ_D を印加する直流高圧電源回路１０が設けられている。

タンク２内には、通常は、絶縁ガス（例えばＳＦ₆ ガス）が充填されている。後述するタンク２ａ、２ｂ内も同様である。

フィラメント４は、より具体的には、加速管８の一端部（頂上部）内に設けられている。

加速管８は、公知のものであり、通常は複数の電極および複数の分圧抵抗器を有しているが、ここでは分圧抵抗器の図示を省略している（後述する他の図においても同様）。

直流高圧電源回路１０から出力する直流高電圧Ｖ_D は、例えば、−１５０ｋＶ〜−５ＭＶ程度であるが、これに限られるものではない。この直流高電圧Ｖ_D が印加される部分である高電圧印加部２２には、この例では、フィラメント４の一端、加速管８の一端、後述する静電シールド体２６および受電コイル３６の一端が接続されており、これらは全て、高電位部にあるということができる。

直流高圧電源回路１０は、例えば、特許第４９９２６４９号公報、特開平１１−２２５４７６号公報等に記載されているような公知のシェンケル形昇圧回路を含んでいる。シェンケル形昇圧回路を含む直流高圧電源回路１０のより具体例を図１３中に示している。

直流高圧電源回路１０は、シェンケル形のものに限られるものではなく、それ以外の直流高圧電源回路でも良い。例えば、特開２００７−３７２６８号公報等に記載されているような公知のコッククロフト・ワルトン形昇圧回路を含んでいても良い。

タンク２内において、直流高電圧Ｖ_D が印加される高電圧印加部２２の周りは、より具体的にはこの例では、少なくとも上記フィラメント４および加速管８の一端部（頂上部）の周りは、これらの周りの電界集中を緩和する筒状の静電シールド体２６によって囲まれている。

静電シールド体２６のより具体例を図５〜図１０に示す。筒状の静電シールド体２６の軸方向Ｅ（図７等参照）の長さは、図示例のようなものより短い場合もあるし、長い場合もある。また、側面が傾いていても良い。

タンク２内の大地電位部であって静電シールド体２６と対向する部分に送電コイル３４を設けている。この例では、送電コイル３４をタンク２内の上部に設けているが、タンク２内の側部に設けても良い。その場合は、後述する受電コイル３６も、当該側部の送電コイル３４に対向するように設ければ良い。この送電コイル３４の一端および後述する高周波電源４０の一端は電気的に接地されている。

この送電コイル３４に高周波電力を供給して磁束３８を発生させる高周波電源４０を、この例ではタンク２外に設けている。４２は電流導入端子である。但しこの高周波電源４０は、タンク２内に設けても良い。高周波だから磁束３８の向きは周期的に反転する。この高周波電源４０が出力する高周波電力の周波数は、例えば、１０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ程度の範囲内、より具体的には２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度の範囲内であるが、これに限られるものではない。

静電シールド体２６内に、送電コイル３４と対向するように、換言すれば送電コイル３４とほぼ平行に沿うように、受電コイル３６を設けている。この受電コイル３６は、送電コイル３４との間の電磁誘導によって、送電コイル３４から送られた電力を受けて、当該電力をフィラメント４にそれを加熱するために供給する。受電コイル３６とフィラメント４との間に、電圧降圧等のための変圧器（フィラメント変圧器）を介在させても良い。後述する他の実施形態においても同様である。

上記高周波電源４０、送電コイル３４、受電コイル３６およびフィラメント４周りの等価回路の例を図３、図４に示す。Ｌ₁ 、ｒ₁ は、それぞれ、送電コイル３４の自己インダクタンス、抵抗であり、Ｌ₂ 、ｒ₂ は、それぞれ、受電コイル３６の自己インダクタンス、抵抗であり、Ｍは両コイル間の相互インダクタンスである。Ｃ₁ は一次側の静電容量、Ｃ₂ は二次側の静電容量である。両静電容量Ｃ₁ 、Ｃ₂ は、コンデンサとして設けても良いし、送電コイル３４、受電コイル３６を構成するコイルの電線間やレイヤー間の静電容量を利用しても良い。

図３は、静電容量Ｃ₁ を並列接続した例であり、図４は静電容量Ｃ₁ を直列接続した例であり、いずれも採り得る。静電容量Ｃ₂ も、図示例のように並列接続でも良いし、直列接続でも良い。要は、所望のリアクタンスが得られるように構成すれば良い。

運転条件の一例として、高周波電源４０の周波数において、送電コイル３４側の回路と受電コイル３６側の回路が共振するようにしても良い。そのようにすると、送電コイル３４から受電コイル３６へ効率良く電力を伝送することができる。

また、高周波電源４０の周波数においてインダクタンスＬ₂ と静電容量Ｃ₂ が共振するように設定し、高周波電源４０から見て力率を１（またはほぼ１）にするのに不足分の無効電力を静電容量Ｃ₁ で補償するようにしても良い。そのようにすると、高周波電源４０としては有効電力のみを供給すれば良いので、受電コイル３６に効率良く電力を供給することができる。

上記のような送電コイル３４および受電コイル３６を用いて電力伝送を行う場合、受電コイル３６を収納している静電シールド体２６が図１に示したような従来の静電シールド体２４と同じ構造をしていたのでは、静電シールド体内に大きな渦電流が流れて逆方向磁束（逆方向になるのはレンツの法則による。以下同様）が発生する等の理由によって、効率の良い電力伝送を行うことはできない。そのために、静電シールド体２６には次のような特別な構造を採用している。それを図５〜図１０をも参照して説明する。

静電シールド体２６は、例えばアルミニウム、銅等の非磁性金属で構成されている。アルミニウムは、軽くて安価であるという特徴を有している。

静電シールド体２６は、送電コイル３４と受電コイル３６との間に位置する部分（換言すれば、送電コイル３４に面する側の部分）に開口部２８を有している。この開口部２８の近くに受電コイル３６を配置している。

静電シールド体２６は、それの周方向Ｄ（図７等参照）を分断している隙間３０を有している。隙間３０は、この例ではスリット状をしており、スリットと言うこともできる。隙間３０は、図８に示す例のような斜め等でも良い。要は、静電シールド体２６の周方向Ｄを分断して、図７等中の矢印Ｆで示すように（またはその逆方向に）、静電シールド体２６内を周方向Ｄに周回しようとする渦電流を阻止できれば良い。

なお、図５、図６、図９に示すように、静電シールド体２６の各部分の端部は、各端部付近での電界集中を緩和するために、丸くしている。開口部２８を囲む端部２７（図６参照）を、他の端部に比べて大きなアール（半径）で丸くしているのは、その近くに受電コイル３６があって電界の乱れが大きくなりやすく、それをうまく緩和するためである。

この電子線照射装置によれば、タンク２内の大地電位部に設けられた送電コイル３４から、空間を通して電磁誘導によって、静電シールド体２６内に設けられた受電コイル３６に電力を送って、高電位部にあるフィラメント４にそれを加熱するための電力を供給することができる。従って、従来例のような電動機直結発電機装置を用いることなく、高電位部にあるフィラメント４に大地電位部から当該フィラメント４加熱用の電力を供給することができる。

その結果、電動機直結発電機装置を用いている場合の前述した課題を解決することができる。

即ち、回転軸の位置合わせ調整が不要になるので、装置の組立および調整の簡素化を図ることができる。

また、回転軸が不要になるので、直流高圧電源回路や加速管等の他の構成要素の配置が容易になり、かつ回転軸における電位分担のバランスを良くする構造を採用する必要がなくなるので、装置のコンパクト化を図ることができる。

更に、送電コイル３４に高周波電力を供給する高周波電源によって直接、即ち従来のように電気−機械のエネルギー変換手段を介することなく、フィラメント４に流すフィラメント電流を制御することができるので、フィラメント電流の制御性（応答性等）が良い。例えば、電子線６の流量、即ち電子線電流は、直流高圧電源回路１０の出力電流を例えば電流計１２で測定することによって測定することができるので、この測定した電子線電流が所望の値になるように、高周波電源４０から送電コイル３４に供給する高周波電力を制御することによって、フィラメント電流を所望の値に応答性良く制御することができる。

しかも、静電シールド体２６は、筒状をした非磁性金属で構成されていて、送電コイル３４と受電コイル３６との間に位置する部分に開口部２８を有しており、かつ当該静電シールド体２６は、それの周方向Ｄを分断している隙間３０を有しているので、静電シールド体２６の本来の電界集中緩和作用を奏することができると共に、静電シールド体２６内を流れる渦電流を抑制することができる等によって、送電コイル３４から受電コイル３６への電力伝送効率を向上させることができる等の効果を奏することができる。

これを詳述すると、静電シールド体２６は非磁性金属で構成されているので、静電シールド体２６内において大きな渦電流損が発生することを抑制して、静電シールド体２６の局部的な加熱を抑制することができる。非磁性金属の場合に渦電流損が小さくなる理由の詳細は、後述する金属４４についての説明の所で一括して説明する。渦電流損抑制に伴い、送電コイル３４から受電コイル３６への電力伝送効率も向上する。更に、仮に静電シールド体２６が磁性金属で構成されていると、その中を磁束３８が多く通って磁束３８が受電コイル３６と鎖交しにくくなって、送電コイル３４と受電コイル３６との磁気結合が悪くなり、電力伝送効率を低下させるけれども、非磁性金属を採用しているのでそのような電力伝送効率低下を抑制することができる。

更に、静電シールド体２６は開口部２８を有しているので、当該開口部２８では静電シールド体を介在させずに送電コイル３４からの磁束３８を通すことができる。仮に、開口部２８を設けずに静電シールド体２６を介在させると、その中で渦電流が流れて逆方向磁束（逆方向になるのは前述したようにレンツの法則による）が発生して、送電コイル３４が発生する磁束３８を打ち消す働きをして、送電コイル３４と受電コイル３６との磁気結合が悪くなるけれども、上記開口部２８を有していることによってそれを抑制することができるので、送電コイル３４から受電コイル３６への電力伝送効率を向上させることができる。この観点からは、開口部２８の大きさは、受電コイル３６の外形寸法と同程度またはそれよりも幾分大きくするのが好ましい。但しそれに限定されるものではない。

更に、静電シールド体２６はそれの周方向Ｄを分断している隙間３０を有しているので、図７等中に矢印Ｆで示すように（またはその逆方向に）、静電シールド体２６内を周方向Ｄに周回しようとする渦電流を阻止することができる。仮に、静電シールド体２６内を周回する渦電流が流れると、それによって逆方向磁束が発生して、送電コイル３４が発生する磁束３８を打ち消す働きをして、送電コイル３４と受電コイル３６との磁気結合が悪くなるけれども、上記隙間３０を有していることによってそれを抑制することができるので、このような観点からも、送電コイル３４から受電コイル３６への電力伝送効率を向上させることができる。

次に、この発明に係る電子線照射装置の他の実施形態を説明する。先に説明した実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては先に説明した実施形態との相違点を主体に説明する。

例えば図９、図１０に示す例のように、静電シールド体２６は、それを軸方向Ｅ（図１０参照）において複数部分に（この例では二つの部分に）分断している環状の隙間３２を更に有していても良い。分断された各部分２６ａ、２６ｂは、それぞれ一点４７ａ、４７ｂで前述した高電圧印加部２２（図２参照）に電気的に接続されている。環状の隙間３２を軸方向Ｅに二つ以上設けることによって静電シールド体２６を軸方向Ｅに三つ以上に分断して、上記と同様にしても良い。隙間３２は、この例ではスリット状をしており、スリットと言うこともできる。

このような構成を採用したことによって、次の更なる効果を奏する。即ち、静電シールド体２６は、それを軸方向Ｅにおいて複数部分に分断している環状の隙間３２を更に有しているので、図１０中に矢印Ｇで示すように（またはその逆方向に）、静電シールド体２６の側面において、軸方向Ｅの流れ成分を含んで循環しようとする渦電流をも阻止することができる。隙間３２を設けていないと上記のような渦電流が発生する可能性があるのは、送電コイル３４が発生した磁束３８（図２参照）は通常は広がりを持っているので、当該磁束３８が静電シールド体２６の側面と鎖交する可能性があるからである。

更に、静電シールド体２６の上記分断された各部分２６ａ、２６ｂは、それぞれ一点４７ａ、４７ｂで高電圧印加部２２に電気的に接続されているので、この電気的な接続ラインを経由しての閉ループ形成を防止して、上記分断された各部分２６ａ、２６ｂ間を渦電流が流れることをも阻止することができる。

上記の結果、図９、図１０を参照して説明したような静電シールド体２６の構成を採用することによって、送電コイル３４から受電コイル３６への電力伝送効率をより向上させることができる。

静電シールド体２６の上記構成は、後で図１２、図１３を参照して説明する他の実施形態においても採用することができる。

ところで、タンク２は、通常は、鉄のような磁性体金属で構成されている。このタンク２内に設けられている送電コイル３４が発生する磁束３８はこのタンク２の壁面を横切ることになり、そのままだと、タンク２の壁面内で大きな渦電流損が発生する恐れがある。そこでこれを解消するために、次に述べるような金属４４を設けても良い。

即ち、図２に示す例のように、タンク２の内面の少なくとも送電コイル３４に対向する領域を、非磁性体であり、かつタンク２の材料よりも高導電率の金属４４で覆っていても良い。図２の例では、金属４４は、送電コイル３４に対向する領域よりも幾分大きい領域を覆っている。

金属４４の材質は、例えば、銅、アルミニウム等である。即ち金属４４は、例えば、銅板、アルミニウム板等である。

金属４４は、この例では、金属製のボルト４６によって、タンク２の内面に固定されているけれども、この固定方法に限られるものではない。

送電コイル３４近傍のタンク２内面を上記金属４４で覆っておくと、送電コイル３４近傍のタンク２内で発生する渦電流損を小さくすることができる。これは、送電コイル３４に高周波電源４０から供給する電力は前述したような周波数の高周波電力であり、高周波の場合は、タンク２に通常使用される鉄板のように磁性体で導電率が小さいと大きな渦電流損が発生するので、タンク内面を上記の非磁性体で高導電率の金属４４で覆うことによって、渦電流損を小さくすることができるからである。

この渦電流損について詳述すると次のとおりである。

前述したような周波数ｆの高周波磁場印加によってタンク２や金属４４のような金属内に流れる渦電流は、表皮効果のために、送電コイル３４側のごく薄い表面（次の数１で表される表皮厚さδ程度）に集中して流れる。そのために、渦電流路の抵抗Ｒ_e は数２で示すようになり、金属の透磁率μの平方根に比例し、導電率σの平方根に反比例する。ここで、Ａは渦電流路の幅、Ｌは渦電流路の長さである。

［数１］
δ＝√（１／πｆμσ）

［数２］
Ｒ_e ＝Ｌ／σδＡ∝√（πｆμ／σ）

金属と鎖交する磁束の時間微分である誘電電圧をＶ_e とすると、商用周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の場合は、一般的に渦電流損はＶ_e ² ／Ｒ_e で与えられるけれども、上記のような周波数ｆの高周波の場合は、渦電流経路のリアクタンス成分Ｘ_e が無視できなくなり、渦電流Ｉ_e ≒Ｖ_e ／Ｘ_e で与えられるようになる。即ち、Ｖ_e およびＸ_e が一定ならば渦電流Ｉ_e はほぼ一定になる。従って、渦電流損Ｐ_e は、次式で近似することができる。

［数３］
Ｐ_e ＝Ｉ_e ² ・Ｒ_e ∝Ｉ_e ² √（πｆμ／σ）

上記数３からも分るように、鉄などのように磁性体や抵抗率の大きな金属（即ち透磁率μが大きく導電率σが小さい金属）は、抵抗Ｒ_e が大きくなり大きな渦電流損Ｐ_e が発生する。

これに対して、タンク２の内表面を、上記のように非磁性体で高導電率の金属４４（即ち透磁率μが小さく導電率σが大きい金属）で覆うと、上記数３からも分るように、金属４４内においては、渦電流は小さな抵抗Ｒ_e で流れるようになり、従って渦電流損Ｐ_e を小さくすることができる。

一例を示すと、タンク２用に一般的な熱間圧延鋼板（ＳＳ４００）と、金属４４の一例として用いられる銅板とを比較すると、ＳＳ４００の導電率σは約６．１×１０⁶ ／Ωｍ、比透磁率は約１３００である。銅板の導電率σは約５．８×１０⁷ ／Ωｍ、比透磁率は約１である。従って、仮に両者に同じ高周波磁場が印加されたとすると、ＳＳ４００に比べて銅板内における渦電流損Ｐ_e は約１／１００になる。従って、金属４４を設けない場合のタンク２内での渦電流損よりも、金属４４を設けた場合の当該金属４４内での渦電流損の方が、上記程度に小さくなることが期待できる。

但し、図２に示す装置では、送電コイル３４が発生させる磁束３８は、金属４４内を流れる渦電流が作る反対方向の磁束によって言わば遮蔽されるようになり、タンク２へは殆ど届かなくなる、つまり送電コイル３４の背面側の磁束３８は主として送電コイル３４と金属４４との間を通るようになるけれども、幾らかはタンク２内を通る。それでも、タンク２内を通る磁束は非常に少なくなるので、タンク２内での渦電流損も小さくなる。この場合のタンク２内での渦電流損と金属４４内での渦電流損とを合計しても、金属４４で覆わない場合のタンク２内での渦電流損よりは小さくなる。例えば約１／５以下程度になることが期待できる。

このように、送電コイル３４近傍のタンク２内面を金属４４で覆うことによって渦電流損を小さくすることができるので、タンク２の局部的な加熱を抑制することができると共に、送電コイル３４から受電コイル３６への電力伝送効率をより向上させることができる。

なお、金属４４でタンク２の内面を覆う領域を広くする方が、上記効果は大きくなる。

金属４４は、タンク２の電位に固定しておけば良い。この例では、金属製のボルト４６によって、金属４４をタンク２に電気的に導通させている。金属４４とタンク２とが電気的に導通しても、金属４４とタンク２の渦電流路が並列になるだけであり、その場合の渦電流路の合計抵抗は金属４４の渦電流路の抵抗より大きくなることはないので、支障はない。

タンク２内に上記送電コイル３４を設けると、送電コイル３４はタンク２と同じく大地電位部にあるけれども、静電シールド体２６との間の距離や送電コイル３４の形状等によっては、送電コイル３４に（特にその端部に）電界が集中することが起こり得る。これを解消するために、図１１に示す例のように、タンク２内の大地電位部に設けられていて、送電コイル３４周りの電界集中を緩和する第２の静電シールド体４８を更に設けても良い。静電シールド体４８は電気的に接地している。この静電シールド体４８を設けることによって、送電コイル３４を設けていても、送電コイル３４周りの電界集中を緩和することができる。その結果、放電等の不具合発生を抑制することができる。

静電シールド体４８は、図１１に示す例のように送電コイル３４の周りを囲む環状（リング状）のものでも良いし、送電コイル３４の周りを囲む筒状のものでも良い。環状の場合は、静電シールド体４８は図示例のように中空（即ちパイプ状）でも良いし、中実（即ち中が詰まっているもの）でも良い。

いずれの形状の場合も、静電シールド体４８には送電コイル３４が発生する磁束が及ぶので、静電シールド体４８は、前述した静電シールド体２６の場合と同様に、非磁性金属（例えばアルミニウム、銅等）で構成されており、かつ送電コイル３４と受電コイル３６との間に位置する部分（換言すれば受電コイル３６に面する側の部分）に開口部４９を有している。更に当該静電シールド体４８は、それの周方向を分断している隙間５０を有している。静電シールド体４８が筒状の場合は、隙間５０はスリット状をしており、スリットと言うこともできる。この隙間５０によって、図１１中に矢印Ｈで示すように（またはその逆方向に）、静電シールド体４８内を周方向に周回しようとする渦電流を阻止することができる。

この第２の静電シールド体４８は、非磁性金属で構成されていて、上記開口部４９および隙間５０を有しているので、前述した静電シールド体２６の場合と同様に、静電シールド体４８の本来の電界集中緩和作用を奏することができると共に、静電シールド体４８内を流れる渦電流を抑制することができる等によって、送電コイルから受電コイル３６への電力伝送効率を向上させることができる等の効果を奏することができる。

即ち、静電シールド体４８が非磁性金属で構成されていることによる作用効果は、前述した静電シールド体２６が非磁性金属で構成されていることによる前述した作用効果と同様であり、静電シールド体４８が開口部４９を有している作用効果は、前述した静電シールド体２６が開口部２８を有している作用効果と同様であり、静電シールド体４８が隙間５０を有していることによる作用効果は、前述した静電シールド体２６が隙間３０を有している作用効果と同様であるので、ここでは重複説明を省略する。

上記フィラメント４および加速管８等と、直流高圧電源回路１０とを、互いに別のタンク内に収納しても良い。換言すれば、前述したタンク２を、図１２、図１３に示す例のように、フィラメント４および加速管８等を収納している加速部タンク２ａと、直流高圧電源回路１０等を収納している電源タンク２ｂとに分けて構成しても良い。

図１２に示す例では、加速部タンク２ａ内に上記フィラメント４、加速管８、静電シールド体２６、送電コイル３４、受電コイル３６および金属４４を収納しており、電源タンク２ｂ内に上記直流高圧電源回路１０を収納している。そして、直流高圧電源回路１０から出力する直流高電圧Ｖ_D を、導体５８を通して、加速部タンク２ａ内の高電圧印加部２２に印加するようにしている。５２、５３は絶縁物である。導体５８は、例えば、通電ダクト、電力ケーブル等である。

この図１２に示す実施形態も、図２等を参照して先に説明した実施形態の場合と同様の作用効果を奏することができる。

図１３に示す例では、加速部タンク２ａ内に上記フィラメント４、加速管８および静電シールド体６２を収納している。静電シールド体６２は、上記静電シールド体２６に代わるものであり、上記直流高電圧Ｖ_D が印加される高電圧印加部２２に電気的に接続されていて、当該高電圧印加部２２周りの電界集中を緩和するものである。即ち、高電圧印加部２２の周りは、より具体的にはこの例では、少なくともフィラメント４および加速管８の一端部（頂上部）の周りは、静電シールド体６２によって囲まれている。この静電シールド体６２の構造は公知のもので良い。

また、図１３に示す例では、電源タンク２ｂ内に、上記直流高圧電源回路１０の他に、前述した静電シールド体２６、送電コイル３４、受電コイル３６および金属４４を収納している。

この例の直流高圧電源回路１０は、簡略化して図示しているけれども、公知のシェンケル形昇圧回路を含んでいる。即ちこの直流高圧電源回路１０は、半円筒状をしていて互いに向かい合うように配置された一対の高周波電極６６と、この一対の高周波電極６６の内側に、各高周波電極６６との間に隙間をあけて対向して静電容量をそれぞれ形成するように、かつ複数段に配置された半円筒状の複数のキャパシタ電極６８と、各キャパシタ電極６８間、および、１段目のキャパシタ電極６８とグラウンド間を同一の向きで順次接続している複数の整流器７０とを備えている。最上段のキャパシタ電極６８と出力端部７１との間も、上記と同じ向きの整流器７０によって接続されている。

上記一対の高周波電極６６間に、高周波電源６４から、必要に応じて昇圧コイル（図示省略）を介在させて、高周波電力を供給することによって、電圧の昇圧および整流を行って、出力端部７１から前述した直流高電圧Ｖ_D を出力することができる。

電源タンク２ｂ内において、直流高電圧Ｖ_D が印加される高電圧印加部７２の周りは、より具体的にはこの例では、少なくとも出力端部７１の周りは、その周りの電界集中を緩和する前述した静電シールド体２６によって囲まれている。この静電シールド体２６内に、前述した受電コイル３６を設けている。

この受電コイル３６から出力する電力は、導体６０、６１を通して、加速部タンク２ａ内のフィラメント４にそれを加熱するために供給される。５４、５５は絶縁物である。直流高圧電源回路１０から出力する直流高電圧Ｖ_D は、一方の導体（この例では導体６０）を通して、加速部タンク２ａ内の高電圧印加部２２に供給される。導体６０、６１は、例えば、通電ダクト、電力ケーブル等である。

なお、受電コイル３６とフィラメント４との間に、前述したフィラメント変圧器を介在させる場合は、例えば、当該フィラメント変圧器をフィラメント４に近い静電シールド体６２内に配置すれば良い。

この実施形態における静電シールド体２６、送電コイル３４、受電コイル３６、高周波電源４０および金属４４等の構成、作用効果等は、図２等を参照して先に説明した実施形態におけるものと同様であるので、ここでは重複説明を省略する。

従ってこの図１３に示す実施形態も、図２等を参照して先に説明した実施形態の場合と同様の作用効果を奏することができる。

なお、イオンビームを高電圧で加速するイオンビーム照射装置（例えばイオン注入装置）には、高電位部にあってフィラメントを含むイオン源に、大地電位部から当該フィラメント加熱用の電力を供給する構成のものがあり、そのようなイオンビーム照射装置に、上述した送電コイル３４および受電コイル３６等を用いて空間を通して電磁誘導によってフィラメント加熱用電力を供給するという技術を適用することもできる。

この発明に係る電子線照射装置は、例えば、被照射物に電子線を照射して、当該被照射物に殺菌、架橋、改質、排ガス処理（脱硫、脱硝等）等の処理を施すこと等に利用することができる。

２ タンク
４ フィラメント
６ 電子線
８ 加速管
１０ 直流高圧電源回路
２２ 高電圧印加部
２６ 静電シールド体
２８ 開口部
３０、３２ 隙間
３４ 送電コイル
３６ 受電コイル
４０ 高周波電源
４４ タンク内面を覆う金属
４８ 第２の静電シールド体
７２ 高電圧印加部
Ｖ_D 直流高電圧

Claims (4)

1. フィラメントを加熱してそれから発生させた電子を直流高電圧によって加速して電子線として出力する電子線照射装置において、
   大地電位部にあるタンクと、
   前記タンク内に設けられていて、かつ前記直流高電圧が印加される部分である高電圧印加部に電気的に接続されていて、当該高電圧印加部周りの電界集中を緩和する静電シールド体と、
   前記タンク内の大地電位部であって前記静電シールド体と対向する部分に設けられた送電コイルと、
   前記送電コイルに高周波電力を供給する高周波電源と、
   前記静電シールド体内に前記送電コイルと対向するように設けられていて、前記送電コイルとの間の電磁誘導によって、前記送電コイルから送られた電力を受けて当該電力を前記フィラメントにそれを加熱するために供給する受電コイルとを備えており、
   前記静電シールド体は、筒状をした非磁性金属で構成されていて、前記送電コイルと受電コイルとの間に位置する部分に開口部を有しており、
   かつ前記静電シールド体は、それの周方向を分断している隙間を有している、ことを特徴とする電子線照射装置。
2. 前記静電シールド体は、それを軸方向において複数部分に分断している環状の隙間を更に有しており、かつ分断された各部分は、それぞれ一点で前記高電圧印加部に電気的に接続されている請求項１記載の電子線照射装置。
3. 前記タンクの内面の少なくとも前記送電コイルに対向する領域を、非磁性体であり、かつ当該タンクの材料よりも高導電率の金属で覆っている請求項１または２記載の電子線照射装置。
4. 前記タンク内の大地電位部に設けられていて、前記送電コイル周りの電界集中を緩和する第２の静電シールド体を更に備えており、
   前記第２の静電シールド体は、非磁性金属で構成されていて、前記送電コイルと受電コイルとの間に位置する部分に開口部を有しており、
   かつ前記第２の静電シールド体は、それの周方向を分断している隙間を有している請求項１、２または３記載の電子線照射装置。

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