JP6451716B2

JP6451716B2 - 電子線照射装置

Info

Publication number: JP6451716B2
Application number: JP2016206883A
Authority: JP
Inventors: 昌好伊藤; 末年大泉; 崇井出; 鈴木　陽介; 陽介鈴木
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2036-10-21
Also published as: WO2018074450A1; JP2018066700A

Description

本発明は、電子線照射装置に関する。

従来、コーティング剤・印刷インキ・接着剤などの硬化、食品用・医薬品用の包装材料や容器の滅菌などに用いられる電子線照射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような電子線照射装置は、真空チャンバと、当該真空チャンバに内蔵され、電子線を発生させるターミナルと、ターミナルに内蔵され、熱電子を発生させるフィラメントと、を備えている。そして、電子線照射装置は、ターミナルで発生した電子線を、真空チャンバ内で高電圧で加速して被照射物に照射する。

ところで、電子線照射装置では、高電圧電源をターミナルに接続する必要があるが、高電圧電源と、真空チャンバとを電気的に分離する必要がある。そのため、特許文献１に記載の電子線照射装置では、高電圧電力ケーブルコネクタに接合する高電圧接続用レセプタクルが設けられた絶縁チャンバと、真空チャンバとの間を高電圧セラミック絶縁体で絶縁している。さらに、高電圧接続用レセプタクルが設けられた絶縁チャンバに、気体や液体状の絶縁媒体を充填して高電圧接続用レセプタクルの絶縁を図っている。

特開２０１０−１６４５８２号公報

しかしながら、高電圧接続用レセプタクルが設けられた絶縁チャンバと、真空チャンバとの間を高電圧絶縁体で絶縁し、さらに、絶縁チャンバに絶縁媒体を充填して高電圧接続用レセプタクルを絶縁する構成では、装置構成が複雑であり、装置が大型化する要因となっていた。
一方で、電子線照射によるコーティング塗膜の硬化、ゴムや樹脂の架橋・改質、ゴムや樹脂のグラフト重合、包装材料や容器の滅菌では、高い効果を効率よく得ることができる。例えば、コーティング塗膜の硬化では、必要な照射線量をコーティング剤の種類や配合によって細やかに設定することができるため、ベース基材の劣化を抑えつつ、コーティング層だけを十分に硬化させることができる。このように、電子線照射による処理では、高い効果が効率よく得られるため、電子線照射装置の様々な分野への適用が期待されており、装置の小型化、及び軽量化に対する強い要望があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、小型化及び軽量化を図った電子線照射装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、電子線を発生させる電子線発生部を備え、前記電子線発生部は、熱電子を発生させるフィラメント、及び当該フィラメントで発生した熱電子が通過する拡散板を有するターミナルと、前記熱電子を真空空間で加速させる真空チャンバと、を有し、前記真空チャンバには、前記電子線発生部で発生した電子線を放出させる電子線取出窓が設けられ、前記ターミナルには、前記真空チャンバの外に延び出た一端に高電圧ケーブルが差し込まれる樹脂製のコネクタの他端が前記真空チャンバ内で直接接続されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記電子線照射装置において、前記コネクタは、絶縁性及び難燃性に優れた材料で形成され、高電圧電源と前記真空チャンバとを電気的に分離する機能と、前記コネクタのレセプタクルの絶縁を図る機能とを一体に備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上記電子線照射装置において、前記電子線発生部は、円筒形状であり、中心軸が略水平に配置され、前記コネクタが電子線の放射方向に対して直交する側から前記ターミナルに直接接続されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記電子線照射装置において、前記電子線発生部は、円筒形状であり、中心軸が略水平に配置され、前記コネクタが電子線の放射方向に平行に前記ターミナルに直接接続されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記電子線照射装置において、前記コネクタは、前記電子線発生部の外部に臨む一端を凹ませて前記コネクタのレセプタクルが形成され、他端が前記ターミナルに直接接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、ターミナルには、高電圧ケーブルが差し込まれるコネクタが直接接続されている構成であるため、絶縁チャンバを設けて当該絶縁チャンバを絶縁ガスなどの絶縁物質で充填する必要が無く、電子線照射装置の小型化及び軽量化を図ることができる。

本発明の実施形態の電子線照射装置の概略構成を示す側面断面図である。電子線照射装置の概略構成を示す正面断面図である。コネクタとレセプタクルとを示す斜視図である。本発明の別の実施形態の電子線照射装置の概略構成を示す側面断面図である。電子線照射装置の概略構成を示す正面断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る電子線照射装置１の概略構成を示す側面断面図である。図２は電子線照射装置１の正面断面図である。電子線照射装置１は、電子線を発生させ、発生させた電子線を加速して被照射物Ｘに照射する装置である。電子線照射装置１は、例えば、電子線照射によるコーティング塗膜の硬化、ゴムや樹脂の架橋・改質、ゴムや樹脂のグラフト重合、包装材料や容器の滅菌などの用途で好適に用いることができる。

電子線照射装置１は、図１、図２に示すように、電子線８０を発生させる電子線発生部１０を備え、電子線発生部１０で発生させた電子線８０を照射空間５０内に配置された被照射物Ｘに照射するように構成されている。
電子線発生部１０は、ターミナル１１と、真空チャンバ２０とを備えている。ターミナル１１は、熱電子を放出する線状のフィラメント１３と、フィラメント１３を内側に支持するハウジング１４と、拡散板１５と、を備えている。真空チャンバ２０は、その中心軸Ｏが略水平になるように配置された円筒形状の筒状筐体２５と、筒状筐体２５の両端の開口を閉封するエンドキャップ２１Ａ，２１Ｂを備えている。

ターミナル１１のハウジング１４は、真空チャンバ２０の中心軸Ｏに沿って延びる円筒形状に形成されている。ターミナル１１は、真空チャンバ２０の中心軸Ｏの同心上に設けられているのが望ましい。ハウジング１４は、円筒側面に長手方向に延びる開口１４Ａを有している。拡散板１５は、開口１４Ａを覆うように設けられている。拡散板１５は、図示は省略するが格子状（グリッド）に配列された複数の開口を有している。拡散板１５は、電子の流れを調整する機能を有し、フィラメント１３で発生した熱電子のうち、拡散板１５を通過した熱電子が真空チャンバ２０内に放出される。

真空チャンバ２０には、真空排気システム１９が接続されている。真空排気システム１９は、筒状筐体２５の円筒側面に設けられた排気管２３で筒状筐体２５の内部空間に接続されている。真空チャンバ２０内部は、高真空の状態、本実施形態では３×１０^−３以下になるように、真空排気システム１９により真空引きされる。真空排気システム１９は、図示は省略するが、真空ポンプなどの真空装置を備えている。真空チャンバ２０を高真空状態とすることで、フィラメント１３の酸化を防ぐことができ、且つ、フィラメント１３から発生する熱電子が気体分子と衝突してエネルギーを失うことを防ぎ、熱電子を安全に取り出すことができる。

ターミナル１１から真空チャンバ２０内に放出された熱電子は、後述する高電圧ケーブル３０を介して印可される高電圧で加速されて電子線８０となる。真空チャンバ２０の底部には、電子線発生部１０で発生した電子線８０を照射空間５０内に取り出す、電子線取出窓１６が設けられている。電子線取出窓１６は、真空チャンバ２０の中心軸Ｏに沿って所定の長さ延びると共に、被照射領域に応じた所定の幅を有している。電子線取出窓１６は、真空チャンバ２０の底部に取り付けられた窓枠体１７と、窓枠体１７の開口１７Ａを塞ぎ、真空チャンバ２０を密閉する金属箔１８と、を備えている。金属箔１８は、チタン、マグネシウム、アルミニウム、ベリリウム等の箔で構成されている。電子線取出窓１６は、金属箔１８で密閉されて、真空チャンバ２０内の真空状態が維持されるように構成されている。また、金属箔１８は、電子線８０が透過しやすい比重であって、金属箔１８を透過した電子線８０が照射空間５０に配置された被照射物Ｘに照射されるような耐熱性に優れた構成となっている。

真空チャンバ２０の一方のエンドキャップ２１Ａには、真空チャンバ２０の中心軸Ｏの同心上に貫通孔２２が設けられている。貫通孔２２には、コネクタ４０が挿入されている。コネクタ４０は、その全体が一体に形成された樹脂製である。コネクタ４０は、大径部４１と、小径部４２と、を備えている。コネクタ４０は、貫通孔２２を介して真空チャンバに２０に挿入され、小径部４２が真空チャンバ２０の内側に配置され、大径部４１が真空チャンバ２０の外側に配置されるように構成されている。また、コネクタ４０には、大径部４１と、小径部４２と、の境目にフランジ状のフランジ部４５が一体に備えられている。コネクタ４０は、フランジ部４５が一方のエンドキャップ２１Ａの外側に締結されて固定され、真空チャンバ２０を密閉するように構成されている。

図３は、コネクタ４０と、高電圧ケーブル３０の構成を示す図である。
コネクタ４０は、図３に示すように、真空チャンバ２０の外側の一端４０Ａに窪み状に形成されたレセプタクル４７を備えている。高電圧ケーブル３０は、不図示の高電圧電源から延び、先端に電源プラグ３１を備えている。高電圧ケーブル３０とコネクタ４０とは、高電圧ケーブル３０の電源プラグ３１がコネクタ４０のレセプタクル４７に挿入されて電気的に接続され、電子線照射装置１に電圧を印加する。電子線照射装置１は、高電圧ケーブル３０を介して印加される４０ｋＶ〜１５０ｋＶの比較的低い電圧の加速電圧で電子線８０を発生させる装置である。電子線照射装置１は、特に１００ｋＶ以下、より好ましくは９０ｋＶ以下という低いレベルの加速電圧で用いることが好ましい。

コネクタ４０は、難燃性グレードが高い絶縁性樹脂材から形成されいる。例えば、グレードＵＬ９４Ｖ−０の絶縁性樹脂材を好適に用いることができる。なお、コネクタ４０は、絶縁性樹脂材に限らず、セラミックなどの難燃性の部材から形成されていても良い。
レセプタクル４７は、真空チャンバ２０の中心軸Ｏに沿って、コネクタ４０の大径部４１から小径部４２の途中まで延びている。コネクタ４０には、レセプタクル４７から、小径部４２の樹脂内部を通して電源線４８Ａ，４８Ｂが配線されている。

上述したように、コネクタ４０は、真空チャンバ２０に固定され、真空チャンバ２０の内側に配置される他端４０Ｂから導出されている一方の電源線４８Ａとターミナル１１とが電気的及び機械的に接続されている。また、コネクタ４０の他端４０Ｂから出ている他方の電源線４８Ｂがフィラメント１３の一方の端部と接続されているとともに、フィラメント１３の他方の端部はターミナル１１と接続されている。つまり、電気的には、コネクタ４０の一方の電源線４８Ａからターミナル１１、ターミナル１１からフィラメント１３、フィラメント１３から他方の電源線４８Ｂと接続されている。図示は省略するが、電源線４８Ａ，４８Ｂは金属棒であり、先端に切られたタップによってターミナルに接続されている。このように、コネクタ４０は、コネクタ４０の樹脂内部を通して配線された電源線４８Ａ，４８Ｂがターミナルに直接接続されている構成である。

このように、本実施形態の電子線照射装置１では、高電圧ケーブル３０の電源プラグ３１が挿入されるレセプタクル４７を有するコネクタ４０が、直接ターミナル１１に接続されている。コネクタ４０は、樹脂製であるため、高電圧ケーブル３０及び電源プラグ３１と、真空チャンバ２０とを電気的に分離することができ、且つ、ターミナル１１と真空チャンバ２０とを電気的に分離することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、電子線８０を発生させる電子線発生部１０を備え、電子線発生部１０は、熱電子を発生させるフィラメント１３、及び当該フィラメント１３で発生した熱電子が通過する拡散板１５を有するターミナル１１と、熱電子を真空空間で加速させる真空チャンバ２０と、を有し、真空チャンバ２０には、電子線発生部１０で発生した電子線を放出させる電子線取出窓１６が設けられ、ターミナル１１には、高電圧ケーブル３０が差し込まれるコネクタ４０が直接接続されている。

この構成によれば、従来のように絶縁チャンバを設けて当該絶縁チャンバを絶縁ガスなどの絶縁物質で充填する必要が無い。よって、絶縁チャンバと真空チャンバとをセラミックのブッシング等で分離する必要も、絶縁チャンバを絶縁物質で充填する必要もない。これにより、電子線照射装置１の小型化及び軽量化を図ることができる。また、絶縁物質として一般的に用いられるＳＦ６ガスは、環境負荷が高いが、本実施形態では絶縁物質を用いる必要が無いため、環境負荷低減に貢献することができる。

また、本実施形態によれば、コネクタ４０は、絶縁性及び難燃性に優れた材料で形成され、高電圧電源と真空チャンバ２０とを電気的に分離する機能と、コネクタ４０のレセプタクル４７の絶縁を図る機能とを一体に備えた。この構成によれば、電子線照射装置１の小型化及び軽量化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、電子線発生部１０は、円筒形状であり、中心軸Ｏが略水平に配置され、コネクタ４０が電子線８０の放射方向に対して直交する側からターミナル１１に直接接続されている。この構成によれば、電子線８０の放射に影響を与えることなく、コネクタ４０をターミナル１１に直接接続することができる。また、絶縁物質を充填・封入する絶縁チャンバを設けることなく、コネクタ４０をターミナル１１に直接接続することができるため、装置の容積を従来よりも大幅に小さくすることができる。

また、本実施形態によれば、コネクタ４０は、電子線発生部１０の外部に臨む一端４０Ａを凹ませてレセプタクル４７が形成され、他端４０Ｂがターミナル１１に直接接続されている。この構成によれば、例えば樹脂材で一体形成されたコネクタ４０を用いて、簡単に高電圧電源と真空チャンバ２０とを電気的に分離するとともに、コネクタ４０の絶縁を図ることができる。よって電子線照射装置１の構成を簡略化することができ、電子線照射装置１の小型化及び軽量化を図ることができる。

図４は、本発明の別の実施形態の電子線照射装置１００の概略構成を示す側面断面図である。図５は、電子線照射装置１００の概略構成を示す正面断面図である。
上述した電子線照射装置１では、円筒形状の真空チャンバ２０の中心軸Ｏに沿って延びるターミナル１１に、真空チャンバ２０のエンドキャップ２１Ａに設けられた貫通孔２２を介して挿入されたコネクタ４０が直接接続されている構成である。

これに対して、この別の実施形態の電子線照射装置１００では、真空チャンバ２００は、円筒形状の筒状筐体２２５の円筒側面に、コネクタ１４０が取り付けられるコネクタ取付部１３０を備えている。なお、この別の実施形態において、上述した実施形態と同一の構成については図中に同一の符号を付して、その説明を省略する。

コネクタ１４０は、例えば樹脂等の難燃性及び絶縁性に優れた材料から一体形成され、コネクタ取付部１３０に取り付けられた際に、真空チャンバ２００内に、備えられたターミナル１１１に、直接接続されるように構成されている。つまり、コネクタ１４０が電子線８０の放射方向に平行に、且つ、電子線取出窓１６が設けられた側面位置とは異なる位置から、前記ターミナルに直接接続されている。また、コネクタ取付部１３０は、コネクタ１４０が挿入される貫通孔１２２を備え、この貫通孔１２２にコネクタ１４０を挿入することで、真空チャンバ２００が密閉されるように構成されている。

このように、コネクタ４０，１４０は、ターミナル１１，１１１に、真空チャンバ２０，２００の中心軸Ｏに沿った方向、あるいは、中心軸Ｏに対して直交する方向の何れからも直接接続する構成とすることができる。

なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。

１、１００電子線照射装置
１０電子線発生部
１１、１１１ターミナル
１３フィラメント
１５拡散板
１６電子線取出窓
２０、２００真空チャンバ
２１Ａエンドキャップ
２１Ｂエンドキャップ
３０電圧ケーブル
３１電源プラグ
４０、１４０コネクタ
４０Ａ一端
４０Ｂ他端
４１大径部
４２小径部
４７レセプタクル
４８Ａ電源線
４８Ｂ電源線
５０照射空間
８０電子線
Ｏ中心軸

Claims

電子線を発生させる電子線発生部を備え、
前記電子線発生部は、熱電子を発生させるフィラメント、及び当該フィラメントで発生した熱電子が通過する拡散板を有するターミナルと、前記熱電子を真空空間で加速させる真空チャンバと、を有し、
前記真空チャンバには、前記電子線発生部で発生した電子線を放出させる電子線取出窓が設けられ、
前記ターミナルには、前記真空チャンバの外に延び出た一端に高電圧ケーブルが差し込まれる樹脂製のコネクタの他端が前記真空チャンバ内で直接接続されている
ことを特徴とする電子線照射装置。
前記コネクタは、絶縁性及び難燃性に優れた材料で形成され、高電圧電源と前記真空チャンバとを電気的に分離する機能と、前記コネクタのレセプタクルの絶縁を図る機能とを一体に備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
前記電子線発生部は、円筒形状であり、中心軸が略水平に配置され、前記コネクタが電子線の放射方向に対して直交する側から前記ターミナルに直接接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子線照射装置。
前記電子線発生部は、円筒形状であり、中心軸が略水平に配置され、前記コネクタが電子線の放射方向に平行に前記ターミナルに直接接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子線照射装置。
前記コネクタは、前記電子線発生部の外部に臨む一端を凹ませて前記コネクタのレセプタクルが形成され、他端が前記ターミナルに直接接続されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電子線照射装置。