(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム発生装置（１００）のための制御グリッド（１１２）であって、
幅方向に複数の行を有し、高さ方向に複数の列を有して配置された複数の開口部（１２２）を備え、
前記行の前記開口部の大多数は、同一の大きさを有し、
前記行の前記開口部の大多数は、均一な高さと均一な幅を有し、
前記制御グリッドの前記開口部の大多数は同一の幅を有しており、
前記複数の行のうちの少なくとも１つの行の前記開口部の高さが、前記複数のうちの更なる他の行の開口部の高さと異なるようにして、前記行の少なくとも１つの行の前記開口部の大きさは、前記更なる他の行の前記開口部の大きさと異なり、
前記開口部は六角形の形状を有している、制御グリッド（１１２）。
【請求項２】
前記幅方向に平行な、前記制御グリッドの中心線（Ｃ）に近い行の方が、前記中心線（Ｃ）から離れている行よりも、高さがより小さい開口部を有している、請求項１に記載の制御グリッド（１１２）。
【請求項３】
前記制御グリッド（１１２）の前記中心線（Ｃ）に合致している行（１２６）の方が、前記中心線（Ｃ）から離れている行よりも、高さ（Ｈ１）がより小さい開口部を有している、請求項２に記載の制御グリッド（１１２）。
【請求項４】
隣接する各行の開口部は、１つの行に属する隣接した開口部の中心相互間距離の半分だけ、前記幅方向にずらされており、１つの行の中の開口部は、隣接する行に属する隣り合った２つの開口部それぞれからの距離が等しい形で配置されるようになっている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の制御グリッド（１１２）。
【請求項５】
前記行の前記開口部は、ハニカム形状の構造を形成している、請求項１に記載の制御グリッド（１１２）。
【請求項６】
前記ハニカム形状構造の前記開口部相互間の前記制御グリッドの材料厚は、０．４〜１．２ｍｍの範囲である、請求項５に記載の制御グリッド（１１２）。
【請求項７】
前記制御グリッド（１１２）は、０．４〜１．２ｍｍの範囲の材料厚を有する薄板材料プレートで作製されている、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の制御グリッド（１１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い意味で電子ビーム発生装置の分野に関するものであり、特に、電子ビーム発生装置の制御グリッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム発生装置は、例えば食物パッケージ又は医療機器の滅菌といった物品の滅菌に使用することもできれば、例えばインクを硬化させるのに使用することもできる。
【０００３】
図１及び図２に、従来技術の電子ビーム発生装置の一部を開示する。電子ビーム装置１００は、２つのパーツを備えている。１つは、電子ビームを発生するとともにその形状を整える集成装置１０３を収容して保護するチューブ本体１０２であり、１つは、窓用箔片１０６等の電子ビームの出力に関連する部品、及び装置１００内部で真空が構築されたときに窓用箔片１０６が崩壊しないようにする支持プレート１０８を保持するフランジ１０４である。支持プレート１０８は、電子の通過を妨害しない程度に透明であると同時に、窓用箔片１０６の崩壊を防止しなければならない。銅の支持プレート１０８は更に、その箔片から熱を導出するという重要な目的も有している。さもなければ、箔片は、使用可能な寿命が短縮されることになるであろう。支持プレート１０８はフランジ１０４に装着され、窓用箔片１０６は、銅の支持体１０８の外周部沿いに延在する線（図示省略）に沿って、支持プレート１０８に溶接されている。
【０００４】
電子は、フィラメント１１０によって発生され、印加電圧によって窓用箔片１０６の方に加速される。電子が制御グリッド１１２を通過する途中で、その電子ビームを制御すべく、制御グリッド１１２に電位が与えられることになる。
【０００５】
したがって、電子ビーム装置からの最大電力出力は、一般に、箔片によって制限される。なぜなら、過剰電力は、一般に、箔片の耐久性によって制限されるからである。実際の例では、出力電流密度は、ビームプロファイルと呼ばれる分布形状で箔片表面全体に分布することになる。最適なビームは、図６（点線）に示すようなＸ方向沿いのプロファイル（窓よりも短い寸法）を有することになり、箔片表面全体にわたって一定の平坦領域を有する温度分布（破線）がもたらされるであろう。この場合、その平坦領域の水準は、滅菌に必要な水準を若干上回った水準に位置することになるであろう。しかしながら、これはまれな例である。それとは異なり、ビームプロファイルは、双峰分布（Ｘ方向）に従う。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電子ビーム発生装置用に、幅方向の行及び高さ方向の列の形に配列された開口部であって、１つの行の開口部の大多数が同一の大きさを有し、少なくとも１つの行の開口部の大きさが別の行の開口部の大きさと異なるようになされている開口部を備えた制御グリッドを提供することによって、上記課題の解決を図るものである。開口部の大きさを変える上記の手法は、電子ビーム発生装置からの出力ビームプロファイルを調整するのに適切な態様であることが判明した。「大多数」なる文言は、通常の意味での「過半数」を意味する。制御グリッド周辺では、ビームプロファイルを制御するのに特別な対策をとる必要があると考えられるが、実際の例では、同じ大きさを有するという基準に従わない開口部だけを、制御グリッド周辺沿いの開口部としている。
【０００７】
１つ又は複数の実施例では、幅方向に平行な制御グリッドの中心線に近い行の方が、中心線から離れている行よりも、より小型の大きさの開口部を有している。
【０００８】
１つ又は複数の実施例では、１つの行の開口部の大多数は、均一な高さ及び幅を有し、制御グリッドの開口部の大多数は、同一の幅を有する。この場合、少なくとも１つの行の開口部の高さは、別の行の開口部の高さと異なっている。開口部の高さは変えるが、幅は変えずに維持する上記の手法は、電子ビーム発生装置からの出力ビームプロファイルを調整するのに適切な態様であることが判明した。上述したように、「大多数」なる文言は、「過半数」を意味する。制御グリッド周辺では、ビームプロファイルを制御するのに特別な対策をとる必要があると考えられるが、同じ幅を有するという基準に従わない開口部だけを、制御グリッド周辺沿いの開口部としている。
【０００９】
１又は複数の実施例では、幅方向に平行な制御グリッドの中心線に近い行の方が、中心線から離れている行よりも、高さがより小さい開口部を有している。
【００１０】
１又は複数の実施例では、制御グリッドの前記中心線に合致している行の方が、中心線から離れている行よりも、高さがより小さい開口部を有している。
【００１１】
１又は複数の実施例では、隣接する各行は、１つの行に属する隣接した開口部の中心相互間距離の半分だけ、幅方向にずらされており、したがって、１つの行の中の開口部は、隣接する行に属する隣り合った２つの開口部それぞれからの距離が等しい形で配置されている。
【００１２】
１又は複数の実施例では、開口部は六角形の形状を有している。
【００１３】
１又は複数の実施例では、行の開口部が、ハニカム形状の構造を形成している。ハニカム構造は、電子の透過性が高いため、制御グリッドに非常に適していることが分かった。これは、その構造が、材料厚が薄い場合でも高い機械的強度を有していることによるものである。
【００１４】
１又は複数の実施例では、ハニカム形状構造の開口部相互間の材料厚は、０．４〜１．２ｍｍの範囲である。
【００１５】
１又は複数の実施例では、制御グリッドは、０．４〜１．２ｍｍの範囲の材料厚を有する薄板材料プレートで作製されている。
【００１６】
以下に、本発明の目下の好適な実施例について、添付図面を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術の電子ビーム装置の一部分の概略的な断面等角図である。
【図２】図１の装置の概略断面図である。
【図３ａ】本発明の第１の実施例に係る制御グリッドの概略平面図である。
【図３ｂ】第１の実施例に係る制御グリッドを簡易的に表した平面図である。
【図４】図３の実施例に係る制御グリッドの一区分の概略平面図である。
【図５】第２の実施例の開口部を示す図である。
【図６】空間位置の関数として表した、理想的電流密度プロファイル（点線）及び対応する箔片温度（破線）のグラフである。
【図７】空間位置の関数として表した、シミュレーションによる２つの異なる制御グリッド構造の電流密度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１及び図２については、背景技術の段落で既に説明を行なっており、ここではそれ以上の説明は行なわない。それらの図はさておき、図３ａについて説明すると、本発明の第１の実施例に係る制御グリッド１１２の平面図を示している。図３ｂに、簡易化した平面図を示す。制御グリッド１１２は、開口部１２２が備わった、本質的に長方形のプレート１２０である。そのプレートは、好ましくは０．４〜１．２ｍｍの範囲の材料厚を有する薄板で作製されることが好ましい。図３ｂの制御グリッドは、代表的制御グリッドを単に簡易化しただけであり、図にある縦横比及び大きさは、電子ビーム発生装置に合わせるべく、必要に応じて変更できることは、当業者であれば分かることである。例えば、制御グリッドは、図３ａのような外観とすることができる。
【００１９】
図３ｂには、制御グリッド１１２の長さ方向に延伸する中心線Ｃが表示されている。開口部１２２は、制御グリッドの中心区域にわたって実質的に均等に分布されており、制御グリッド１１２の周辺部には、開口部が存在しない枠体１２４が残っている。電子ビーム発生装置のフィラメントは、図１及び図２から、制御グリッド１１２の中心線Ｃに並んで、それと平行な方向に延在している。そのため、電子ビームの強度は、制御グリッド１１２の中心で最強になる。
【００２０】
図４の概略平面図では、制御グリッド１１２のある区分だけを示している。なお、かかる区分を複数並置することによって図３ａのような完全な制御グリッドを実現できることは、当業者であれば分かることである。開口部１２２は六角形の形状を有しており、開口部１２２が一体となって、ハニカム形状構造を形成している。
【００２１】
図３において、開口部１２２は、Ｗで示される幅方向の行Ｒ、及びＨで示される高さ方向の列Ｃの形で配置されている。図から分かるように、幅方向Ｗは、中心線Ｃの方向と一致している。第１の行１２６は、中心線Ｃに合致して配置されている。図４参照。他の行１２８〜１３６は、中心線Ｃから次々とより離れる形で配置されている。ハニカム形状の構造にするために、隣接する各行は、１つの行に属する隣接した開口部の中心相互間距離の半分だけ、幅方向Ｗにずらされており、したがって、１つの行の中の開口部は、隣接する行に属する隣り合った２つの開口部それぞれからの距離が等しい形で配置されている。
【００２２】
好ましくは、１つの行の開口部の大多数が、同一の大きさを有する。少なくとも１つの行の開口部の大きさは、別の行の開口部の大きさと異なっている。
【００２３】
第１の実施例において、１つの行の開口部の大多数は、均一な高さ及び幅を有している。六角形形状の高さとは、本明細書では、直接的に対向し六角形形状を２つの等脚台形に分割する、２つの角部相互間の最大距離と規定されている。そのため、六角形形状の幅は、六角形形状の２本の平行な辺相互間を測ったものとなる。異なる行１２６〜１３６の各開口部の高さは、Ｈ１〜Ｈ６で表された矢印で示されている。この第１の実施例では、六角形形状は、高さ方向Ｈが制御グリッド１１２の中心線Ｃに垂直になるような形で配向されている。制御グリッド１１２の全開口部１２２の大多数は、同一の幅Ｗを有している。しかし、少なくとも１つの行の開口部の高さは、別の行の開口部の高さと異なっている。この第１の実施例では、制御グリッド１１２の中心線Ｃに近い行の方が、中心線Ｃから離れている行よりも、より小型の大きさの開口部を有している。これは、その行では、隣り合う行と比べ、制御グリッド材料が比較的より多く、開口部面積が比較的より少なくなっていることを意味する。この性質は、とりわけ電子の透過性に影響が及ぶ。電子の透過性は、制御グリッド材料が多く存在するほど低くなる。
【００２４】
図３ｂ及び図４にあるように、中心線Ｃに合致した行１２６の開口部の方が、例えば行１２８のような中心線Ｃから離れた行よりも、高さＨ１がより小さい六角形形状を有している。中心線Ｃでは、ビーム強度は非常に強くなっており、したがって、適切な電流密度プロファイルを形成する目的には、その区域の透過性を低くした方が好都合であると考えられる。
【００２５】
開口部の六角形形状の高さは、高さ方向に対して平行になっている六角形の平行な両辺の長さを縮めることによって変更することが好ましい。１つのかかる平行な辺を、図４にｓで示している。このようにして、実質的に均一なハニカム形状構造を依然として保持しながら、１つの行が他の行と異なる高さを有することができる。
【００２６】
第２の実施例の一部を図５に示しているが、この実施例では逆に、高さの方が中心線Ｃに平行になるように、六角形形状を配向することができる。この例では、制御グリッドの高さ方向及び幅方向は、開口部／六角形形状の高さ方向及び幅方向に対応していない。それでもやはり、ハニカム形状構造を保持するために、六角形形状の大きさは、六角形形状の高さＨに沿って調整されることが好ましい。
【００２７】
図４に示す実施例の開口部１２２相互間の材料厚、即ち、六角形形状開口部及びハニカム形状構造の縁部を形成している枠組は、０．４〜１．２ｍｍの範囲である。これにより、材料厚を薄くしたままで、機械強度が強くなる。更に、高さＨ１〜Ｈ６は、３〜４ｍｍの範囲である。ある行と、隣り合う行との間の高さの差を、わずか０．１ｍｍにすることが可能である。開口部の幅Ｗは、３．５〜４．５ｍｍの範囲である。
【００２８】
図６は、理想的な制御グリッドのシミュレーションの結果を示したものであり、電流密度プロファイル（点線）及びその結果の箔片温度（破線）を空間位置の関数として示している。温度が一様なプロファイルを有していることを認識することができる。箔片の寿命を延ばす上でこのことが重要であることが、判明している。
【００２９】
電流密度と温度との間に相関関係が見られない理由は、支持プレートの境界付近で熱輸送速度が遥かに高くなっていることである。これは、電流密度が均質であっても、所望の温度プロファイルを得られることにはならないことを意味している。
【００３０】
図７は、空間位置の関数として表した、シミュレーションによる２つの異なる制御グリッド構造の電流密度プロファイルのグラフである。点線は本発明の第１の実施例に係る制御グリッドを表しており、破線は従来技術の制御グリッドを表している。後者の制御グリッドは、規則正しく配置された円形の孔を備えている。明らかなように、本発明の第１の実施例に係る制御グリッドは、理想に近い電流密度プロファイルを生じさせている。一方、従来技術のプロファイルは、特に境界付近で冷却速度が増大することによって縁部の勾配効果が高まることを考えると、内部変動が大きいビームプロファイルを生じさせることになるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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