(57)【要約】  本発明は進路に沿って電子ビーム発生器により発生され、電子の出口窓（２４）を通して発生器から放出される電子ビームの強度を検出するセンサー（１０）に関するものである。本発明は、進路内に配置され、出口窓（２４）に対して露出された導体（２６）と、導体（２６）を遮蔽する絶縁ハウジング（２８）であり、出口窓（２４）と係合して前記出口窓（２４）のある室（３０）を形成している絶縁ハウジング（２８）とを含むこと、および導体（２６）が前記室（３０）内に配置されていることを特徴とする。本発明はまた、電子ビーム強度を検出するシステムにも関するものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
進路に沿って目標面積部分（４，４’）内の目標（１６，１６’）へ向けて電子ビーム発生器（８，８’）により発生され、電子ビーム発生器（８，８’）から出口窓（２４，２４’）を通して放出される電子ビーム（６，６’）の強度を測定するセンサー（１０，１０’）であって、進路内に配置され、出口窓（２４，２４’）に対して露出された導体（２６）と、導体（２６）を遮蔽する絶縁ハウジング（２８）であり、出口窓（２４，２４’）と係合して出口窓（２４，２４’）のある室（３０）を形成している絶縁ハウジング（２８）とを含むこと、および導体（２６）が前記室（３０）内に配置されていることを特徴とするセンサー（１０，１０’）。
【請求項２】
前記室（３０）が閉じられており、少なくとも電子ビーム進路内で導体（２６）を完全に包囲していることを特徴とする請求項１に記載されたセンサー（１０，１０’）。
【請求項３】
電子ビーム強度の測定として導体（２６）を流れる電流を検出する電流検出器（３２）を含むことを特徴とする請求項２に記載されたセンサー（１０，１０’）。
【請求項４】
絶縁ハウジング（２８）が高温に耐える接着剤を使用して出口窓（２４，２４’）に接着されていることを特徴とする請求項１に記載されたセンサー（１０，１０’）。
【請求項５】
絶縁ハウジング（２８）がハウジング（２８）の一端の支持部を使用して出口窓（２４，２４’）に対して保持され、締付け固定されていることを特徴とする請求項１に記載されたセンサー（１０，１０’）。
【請求項６】
導体（２６）が絶縁ハウジング（２８）に接触されているが、出口窓（２４，２４’）には接触することを阻止されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載されたセンサー（１０，１０’）。
【請求項７】
導体（２６）がコアと外側導電被覆とで形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載されたセンサー（１０，１０’）。
【請求項８】
進路内の複数箇所の各々で電子ビーム強度を検出するために絶縁ハウジング（２８）を有する導体（２６）のアレーを含んでいることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載されたセンサー（１０，１０’）。
【請求項９】
目標（１６）がパッケージ、好ましくは充填準備済みパッケージであることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載されたセンサー（１０’）。
【請求項１０】
目標（１６）が包装材料ウェブであることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載されたセンサー（１０）。
【請求項１１】
進路内の複数箇所の各々で電子ビーム強度を検出するために絶縁ハウジング（２８）を有する導体（２６）のアレーを含んでいること、また導体（２６）が目標面積部分（４）内のウェブ（１６）の望ましい移動方向に対して角度をなして、および進路を横断する平面内に配置されることを特徴とする請求項１０に記載されたセンサー（１０）。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載されたセンサー（１０，１０’）を含むシステム（２，２’）であって、システム（２）はさらに進路に沿って目標面積部分（４，４’）内の目標（１６，１６’）へ向かう電子ビーム（６，６’）を発生させるために適用された電子ビーム発生器（８，８’）を含み、電子ビーム（６，６’）は電子ビーム発生器（８，８’）から出口窓（２４，２４’）を通して放出され、センサー（１０，１０’）は電子ビームを検出して強度を測定するために前記出口窓（２４，２４’）に係合されており、また、システム（２，２’）は目標面積部分（４，４’）内に目標（１６，１６’）を支持するための支持部（１４）をさらに含んでいるシステム（２，２’）。
【請求項１３】
目標（１６）が包装材料ウェブであることを特徴とする請求項１２に記載されたシステム（２）。
【請求項１４】
目標面積部分（４）内に目標（１６）を保持するための支持部（１４）が少なくとも１つの包装材料ウェブ用移送ローラーを含むことを特徴とする請求項１３に記載されたシステム（２）。
【請求項１５】
目標（１６’）がパッケージ、好ましくは充填準備済みパッケージであることを特徴とする請求項１２に記載されたシステム（２’）。
【請求項１６】
パッケージ（１６’）と電子ビーム発生器（８’）とを相対的に移動させ、前記電子ビーム発生器（８’）がパッケージ（１６’）内に少なくとも部分的に位置してパッケージを処理できる状態にするための手段を含むことを特徴とする請求項１５に記載されたシステム（２’）。
【請求項１７】
電子ビーム・センサー（１０，１０’）の出力に応じて電子ビーム（６，６’）の強度を調整するために電子ビーム制御装置（３４）を含むことを特徴とする請求項１２から請求項１６までのいずれか一項に記載されたシステム（２，２’）。
【請求項１８】
電子ビーム強度の測定としてセンサー（１０，１０’）の導体（２６）を流れる電流を検出するための電流検出器（３２）を含むことを特徴とする請求項１２から請求項１７までのいずれか一項に記載されたシステム（２，２’）。
【請求項１９】
進路内の複数箇所の各々で電子ビーム（６，６’）の強度を検出するために絶縁ハウジング（２８）を有する導体（２６）のアレーを含むセンサー（１０，１０’）を含んでいることを特徴とする請求項１２から請求項１８までのいずれか一項に記載されたシステム（２，２’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子ビームを検出するセンサーおよびシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品包装工業分野では、異なる紙層または板紙層と、例えばポリマーの液体バリヤと、例えばアルミニュウム薄膜の気体バリヤとを含む包装材料ウェブまたはブランクから形成されたパッケージを長年にわたり使用してきた。包装される食品の寿命を延ばすために、これまでは成形作業および充填作業の前にウェブを殺菌すること、また、充填作業の前に一部成形済みパッケージ（充填準備済みパッケージ、すなわちＲＴＦパッケージ）を殺菌することが知られている。どの程度長い寿命が望まれるのか、また、配送や保存が冷蔵されて行われるのか大気温度で行われるのかに応じて、さまざまな殺菌レベルを選ぶことができる。ウェブを殺菌する１つの方法は、例えば過酸化水素水浴を使用する化学的殺菌法である。同様に、充填準備済みパッケージは気相が好ましい過酸化水素で殺菌することができる。
【０００３】
包装材料を殺菌する他の方法は、例えば電子ビーム発生器のような電子ビーム放射装置から放出される電子で包装材料を照射することである。そのような包装材料ウェブの殺菌は、例えば国際特許公報ＷＯ２００４／１１０８６８およびＷＯ２００４／１１０８６９に開示されている。充填準備済みパッケージのそのような照射は、国際特許公報ＷＯ２００５／００２９７３に開示されている。上述公報の記載内容を本明細書の記載として援用する。
【０００４】
電子ビームの強度のオンライン制御を行うために、また、一様性の変動を監視するために、電子センサーを使用して照射線量測定を行っている。センサーからの信号は分析され、フィードバック信号として電子ビーム制御システムへフィードバックされる。包装材料の殺菌では、センサーからのフィードバックは十分な殺菌レベルであることを保証するために用いられる。
【０００５】
直接測定法に基づいて電子ビーム強度を測定する既存のセンサーの１つの形式は、真空室内に配置した導体を使用するものである。真空室は周囲環境から隔絶するために使用されている。真空を利用するセンサーは比較的大きいので、目標物体に影を落とすことを避けるために電子ビームの直接的な経路から外れた位置に配置される。影を落とすことは、例えば包装材料の適正照射（したがって、適正殺菌）の妨げになる。したがって、それらのセンサーはビーム周辺からの二次的情報、または二次的照射の情報によって測定を行うことになる。
【０００６】
作動において、十分なエネルギーを有する電子ビームからの電子は真空室のチタン（Ｔｉ）窓のような窓を透過して、導体に吸収される。吸収された電子は導体に電流を発生させる。この電流の強度が真空室の窓を透過した電子の個数の測定値となる。この電流は、センサー位置における電子ビームの強度の測定値を与える。
【０００７】
公知の電子ビーム・センサーは保護被覆を備えた真空室を有しており、また、電極を表す室内の信号ワイヤーは米国特許出願公報２００４／０１１９０２４に記載されている。室壁は電極周囲に真空空間を維持するために使用される。真空室は、電子ビーム強度を検出するために電極と正確に整合された窓を有する。センサーは、二次照射を検出するために電子ビーム発生器と反対側の被照射可動物体と相対する位置に配置されるように構成される。
【０００８】
同様な電子ビーム・センサーは国際特許公報ＷＯ２００４／０６１８９０に記載されている。このセンサーの一実施例において、真空室は取除かれ、電極は絶縁層または薄膜を備えている。この絶縁層は、静電場による影響と、電子ビームにより生じたプラズマ電子の電極出力に対する実質的な影響とを避けるために備えられる。
【０００９】
米国特許第６６５７２１２号は電子ビーム照射の遂行装置を記載しており、それにおいては電子ビーム管の窓の外側に配置された電流検出ユニットの、例えばステンレス鋼導体のような導体の表面に絶縁薄膜が備えられている。電流測定ユニットは検出電流を測定する電流計を含んでいる。この特許はセラミックス被覆検出器の利点を記載している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、小さく信頼性のある電子ビーム検出センサーを提供することである。この目的は、電子ビーム発生器により発生された電子ビームの、目標面積部分内の目標に向かう進路に沿う強度を検出するセンサーによって達成される。電子ビームは出口窓を通して発生器から放出される。センサーは、導体と絶縁ハウジングとを含んでなることを特徴としている。さらに、導体は上記進路内に配置され、出口窓に対して曝される。絶縁ハウジングは導体を遮蔽し、また、前記ハウジングは出口窓と係合して前記出口窓のある室を形成する。さらに、導体は前記室内に配置される。このようにしてセンサーは非常に小型に作ることができるようになされる。小型センサーによって目標に影を落とすことは防止される。さらに、センサーはまた非常に信頼できるものとなる。何故なら、導体は電子ビームに直接曝されて、プラズマの影響が絶縁ハウジングによって防止されるからである。室内には無視できるほどの、また、管理可能なプラズマが存在するだけである。
【００１１】
センサーは従属請求項２〜１１によりさらに定義される。
【００１２】
本発明はまた、上述したセンサーを含んでなる電子ビームを検出するシステムにも関するものである。前記システムはさらに、目標面積部分内の目標へ向かう進路に沿う電子ビームを発生させるようになされた電子ビーム発生器を含み、電子ビームは出口窓を通して発生器から放出される。センサーは前記出口窓と係合されて電子ビームを検出してその強度を測定する。このシステムはさらに、目標面積部分内で目標を支持する支持部を含む。
【００１３】
このシステムは従属請求項１３〜１９によりさらに定義される。
【００１４】
以下に、添付図面を参照して現在好ましいとされる本発明の実施例を非常に詳細に説明する。添付図面では、同じ符号は同じ部材を示すように使用されている。
【実施例１】
【００１５】
図１は進路に沿って放出される電子ビーム６内の目標面積部分４を照射する例示システム２を示している。この例示システム２は、進路に沿って電子ビーム６を放出する電子ビーム発生器８のような放射手段を含む。システム２はまた、電子ビーム６を検出するためのセンサー１０のような手段も含む。したがってシステム２は電子ビーム発生器８およびセンサー１０の両方を含んでいる。センサー１０は電子ビーム発生器８により進路に沿って発生されて目標面積部分４を照射する電子ビーム６の強度を検出する。電子ビーム発生器８は真空室１２を含む。電子ビーム・センサー１０は真空室１２から出る電子ビームの強度を検出して測定できるように形成され、配置される。
【００１６】
支持部１４は目標１６を目標面積部分４内に支持するために備えられている。図１に示す実施例では、目標は包装材料ウェブ１６であり、その目標用の支持部１４は、例えば包装機械のウェブ材料用移送ローラーまたは他の何れかの適当装置とされることができる。さらに、支持部１４は、目標面積部分４内におけるセンサー１０および電子ビーム発生器８に対して望ましい測定位置に目標１６を保持するために使用することができる。
【００１７】
電子ビーム発生器８は、図１に示されるように、望まれる適用例に合わせて電子ビーム発生器８を駆動するために十分な電圧を付与する適当な高電圧電源１８を含む。電子ビーム発生器８はまた、高電圧電源１８からの電流を発生器８のフィラメント２２に合った適当な入力電圧に変換させるフィラメント電源２０も含む。さらに、この高電圧電源はグリッド２１を制御するグリッド制御装置１９を含む。
【００１８】
フィラメント２２は真空室１２内に収容することができる。例示実施例では、真空室１２は密封されることができる。作動において、フィラメント２２からの電子は電子ビーム６の進路に沿って目標面積部分４へ向けて放射される。
【００１９】
さらに、電子ビーム発生器８は電子の出口窓２４を備えている。この出口窓２４は電子ビーム６をさらに一様なビームに拡散させて、その電子ビームを目標面積部分４へ向けて集めるために使用される。窓２４は、例えばチタンのような金属箔で形成することができ、また、４〜１２μｍの範囲の厚さを有することができる。アルミニュウムまたは銅製の支持ネットがその箔を電子ビーム発生器の内部に支持する。
【００２０】
図２に例示実施例を示すセンサー１０は、裸ワイヤーのプローブとして、またはコアとその外側導電層との複合体として形成された導体２６を含む。一実施例において、導体２６は銅またはステンレス鋼製の単一ワイヤーとされるか、他の何れかの適当な導体２６とすることができる。例えば、外側導電層は金または金メッキのような不活性導電材とすることができる。導体２６用に選ばれる厚さは、何れの適当な寸法でよい。例えば、比較的小さい導体２６を使用することができる。例示実施例においては、導体２６の直径は０．３ミリメートル（ｍｍ）程度にすることができ、望まれるならばそれより小さく、または大きくすることができる。適当に小さな寸法であるならば、センサー１０はフィラメント２２と目標面積部分４との間で電子ビーム６の進路内に直接に配置することができる。
【００２１】
さらに、センサー１０は絶縁ハウジング２８を含み、このハウジングは摂氏数百度程度（摂氏約４００度まで）の温度に耐えることのできる何れかの絶縁材で作ることができる。そのような材料の例はセラミックス、酸化チタン、およびガラスである。絶縁ハウジング２８の機能は、導体２６をプラズマや二次電子から遮蔽することである。用語「絶縁」はハウジング２８が電気的に絶縁されている、すなわち非導電状態にあることを意味する。
【００２２】
前記ハウジング２８は前記出口窓２４と一緒になって室３０を形成するようにその出口窓２４と係合する。出口窓２４は室３０の１つの壁を形成し、絶縁ハウジング２８が残る壁を形成する。現在好ましいとされる実施例においては、ハウジング２８はＵ字形で、Ｕ字形の脚が出口窓２４に係合している。本明細書では、用語「係合」はハウジングと出口窓とが関係づけられる全ての方法を包含する。それらはさまざまな方法で互いに付着または取付けることができ、あるいは、それらは互いに対して保持または締付け固定されることができる。ハウジング２８は、窓表面と直接に係合される、すなわち箔と係合されるようにして窓と係合される。
【００２３】
導体２６は前記室３０内に配置される。導体２６は出口窓２４に付着されず、または接触されないが、絶縁ハウジング２８上に支持され、または付着される。勿論、絶縁ハウジング２８から導体２６を隔てて支持することは可能である。しかしながら窓表面が導電材で作られているならば、出口窓２４から隔てることがやはり必要である。
【００２４】
ハウジング２８は、例えば高温状況で用いられる、すなわち電子ビーム発生器８の作動時の出口窓２４付近の温度に耐えることのできる接着剤やグルーを使用する接着によって、出口窓２４の表面に対して密着または付着できる。この温度は高く、通常は接氏３００〜４００度である。使用できる接着剤の例は有機グルーである。
【００２５】
出口窓の表面と接触する表面を完全に接着する必要はない。接触面上の離れた複数箇所で接着することができる。
【００２６】
本発明の他の実施例においては、ハウジングは端部における支持部を使用して出口窓の表面に対して保持され、締付け固定される。
【００２７】
この設計では、導体２６は電子ビーム６に曝されることになる。電子ビーム６内に導入されると導体２６は電子を捕捉でき、それらの電子は電流として記録することできるのであり、その電流は電子ビーム強度の瞬間強度を表す。導体２６は、何れの幾何学形状に対しても合致できるように比較的小さい寸法に形成することができる。典型的には、導体は０．１〜０．５ｍｍ程度またはそれよりも小さい直径とされる。このセンサーの直径は０．５〜１．５ｍｍの程度とされる。
【００２８】
以下において、プラズマまたは二次電子の用語または概念が説明される。図１のフィラメント２２から放出された電子（ｅ−）が目標面積部分４へ向けて移動するとき、この進路に沿って空気分子と衝突する。これらの放出電子はこの進路に沿うガスをイオン化させる十分なエネルギーを有することができ、したがってイオンおよび電子を含んでなるプラズマを発生する。プラズマ電子は二次電子または熱電子であり、電子ビームの電子に比べてエネルギーは小さい。プラズマ電子はランダムなベクトル速度を有しており、プラズマ電子の平均自由進路の僅かな部分の距離しか移動できない。
【００２９】
室３０内には内部空気の存在によるプラズマが存在することになる。しかしながら、そのプラズマは管理されて小さな寸法のものとなる。したがって、測定および演算においてそれを補償することは可能である。
【００３０】
室３０は閉じられており、少なくとも電子ビーム進路内では導体２６を完全に包囲する。センサー１０は電子の出口窓２４に沿ってまたは電子の出口窓２４を横断して延在し、また、両端でハウジング３０は外部へ開放されることができる。しかしながら、電子ビーム６に曝されるセンサー１０の部分に沿って適当なプラズマ・シールドとして機能するように閉じられることが好ましい。
【００３１】
既に説明したように、センサー１０に達した電子が検出されて測定される。例えば、電子ビーム強度の測定としてセンサー１０の導体２６を流れる電流を検出するために電流検出器３２を備えることができる。電流検出器３２の出力は、センサー１０の出力に応答して電子ビーム６の強度を調整する手段として作用することのできる制御装置３４に与えることができ。例示実施例において、電子ビーム６は、例えば６０〜８０ｋｅＶのような１００ｋｅＶ未満のエネルギーを有して放出されることができる。
【００３２】
電流検出器３２は直接または間接的に電子ビーム６の強度を測定するのに適当な何れの装置とすることもできる。例えば、電流検出器３２は抵抗器と組合わされた電圧計、または電流計、または他の何れかの適当装置とすることができる。
【００３３】
実施例では、センサー１０は電子ビーム進路６内の複数箇所のそれぞれにおける電子ビーム強度を検出するために絶縁ハウジング２８を有する導体２６のアレーを含む。センサー１０は、図３を参照して分るように、出口窓２４に取付けられたグリッド配列またはメッシュ状のセンサーにより構成されるセンサー１０のアレーを含むと言える。それぞれの導体２６からの情報（例えば、信号振幅、信号差／比、導体位置など）は、プロセッサ３６を経て放射強度のプロットを行うために使用できる。グリッド配列はまた壊れやすい出口窓２４を保護する機能も有する。
【００３４】
さらに、例示の図３の実施例において、導体２６を有するセンサー１０は互いに角度をなして、および（または）目標面積部分４内および電子ビーム６を横切る平面内で目標１６に望まれる移動方向に対して角度をなして配置することができる。このような構造は、グリッド下方を移動する目標１６に落とす影を最小限にする。例えば、包装材料ウェブ１６のような目標物体が図３における下側部分から上側部分へ移動する場合、その材料の移動によって包装材料１６の全ての部分が電子ビーム６で照射されることになる。角度を付されたセンサー１０はその二次元断面を横切る多数位置で電子ビームを検出し、これにより殺菌処理に影響を与えずに電子ビーム強度の正確なプロットを行う。
【００３５】
図４Ａおよび図４Ｂは電子ビームの出口窓２４の例示実施例を示している。出口窓２４は電子透過構造体により支持された箔を使用して形成することができる。支持構造体の穴３８（数個しか描かれていない）が真空室から図４Ａのセンサー１０へ向けて電子ビーム６が通過できるようにする。図４Ｂでは、多数のセンサーが対称的に配置されて出口窓２４に備えられている。勿論何れの個数のセンサー１０を使用することもできる。
【００３６】
説明したものと類似のセンサー１０は、一部成形済みパッケージである目標１６を照射することに関して良好に使用することができる。一部成形済みパッケージは通常は一端を開口され、他端が底部または頂部を形成するようにシールされており、また、一般に充填準備済みパッケージ（ＲＴＦパッケージ）と称される。図５で、システム２’は充填準備済みパッケージ１６’を照射するための電子ビーム発生器８’を含んで模式的に示されている。パッケージ１６’は底部４０を開口され、他端に頂部４２と開口装置４４とを備えている。殺菌時には、パッケージ１６’は支持体（図示せず）内に頂部を下にして置かれる（すなわち頂部４２が下側に位置される）。支持体は殺菌室を通してパッケージ１６’を搬送するコンベヤのキャリヤとすることができる。システム２’は、パッケージ１６’と電子ビーム発生器８’とに相対的な動き（矢印を参照する）を与えて、前記電子ビーム発生器８’が少なくとも部分的にパッケージ１６’内に位置決めされてパッケージの処理を行う状態にするための手段（図示せず）を含む。発生器８’がパッケージ１６’内へと下方へ移動されるか、パッケージ１６’が発生器８’の周りに位置するように上方へ移動されるか、またはそれぞれが互いに向けて移動される。例えば図２に示されたセンサーであるセンサー１０’は、発生器８’の出口窓２４’に接着される。
【００３７】
本発明は現在好ましいとされる実施例に関して説明されたが、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の目的および精神から逸脱することなくさまざまな変更および変形がなされ得ることを知らねばならない。
【００３８】
例えばハウジング２８は接着剤を使用して出口窓２４に接着されることが説明された。理解すべきは、ハウジングを例えば締付け固定や溶接などの代替方法で出口窓に取付けできるということである。
【００３９】
導体ワイヤー２６を有するＵ字形ハウジング２８が説明された。勿論他の設計も同様に可能である。例えば、ハウジングは半球形に形成することができる。導体は長方形、正方形、または楕円形のような他の何れかの横断面形状を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ウェブの形態をした目標に対して電子ビームを照射するための例示システムを概略的に示している。
【図２】本発明によるセンサーの実施例の横断面を概略的に示している。
【図３】本発明の多数センサー構造を概略的に示している。
【図４】図４Ａ〜図４Ｂは他の多数センサー構造を概略的に示している。
【図５】図１のシステムに類似であるが充填準備済みパッケージの形態をした目標を照射するための例示システムを概略的に示している。
【符号の説明】
【００４１】
２，２’  システム
４，４’  目標面積部分
６，６’  電子ビーム
８，８’  電子ビーム発生器
１０，１０’  センサー
１２  真空室
１４  支持部
１６，１６’  目標
１８  高電圧電源
１９  グリッド制御装置
２０  フィラメント電源
２１  グリッド
２２  フィラメント
２４，２４’  電子の出口窓
２６  導体
２８  絶縁ハウジング
３０  室
３２  電流検出器
３４  制御装置
３６  プロセッサ
４０  底部
４２  頂部
４４  開口装置
【図１】
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【図２】
2009512875.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
2009512875.tif 000009
2009512875.tif 000010
2009512875.tif 000011
2009512875.tif 000012