(57)【要約】 【課題】  ガラスリングとアルミリング電極を有機接着剤で接着したものを多数組積層したものが電子線照射装置の加速管として用いられる。フィラメントの近傍ではフィラメントによってリング絶縁体・電極が加熱されるので接着剤が軟化することがある。接着剤からガスが出て真空度を低下させるし電極・絶縁体リングがずれたりする。それを防ぐことが目的である。 【解決手段】  セラミックリングにメタライズしてリング電極を鑞付けしたものを積層して作製したセラミック型の加速管をフィラメント側に、ガラス絶縁体リングとリング電極とを交互に積層したものを重ねて有機接着剤によって接合したガラス型の加速管を大地側にして中間部で接合した加速管。 【選択図】  図２ 
2005214908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックリングにメタライズしてリング電極を鑞付けしたものを複数段積層して作製したセラミック型の加速管をフィラメント側に、ガラス絶縁体リングとリング電極とを交互に積層したものを複数段重ねて有機接着剤によって接合したガラス型の加速管を大地側にして中間部で接合したことを特徴とする電子線加速器用加速管。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電子線照射装置の一部をなす加速器の加速管の構造に関する。電子線照射装置というのは真空中で負高電圧にあるフィラメントを加熱して熱電子を発生させ加速管で加速し、照射窓を経て、大気中にある被処理物に電子線を照射して架橋反応、殺菌作用、塗膜硬化などの処理を行う装置である。大気中にある被処理物を搬送するための搬送機構が照射窓の直下を横切るように設けられる。 
【０００２】
電子線が固体に当たるとＸ線が発生し、それが大気中の酸素を酸化してオゾンを造る。Ｘ線やオゾンは有害である。だから照射窓や搬送機構は厳重に重い金属板やコンクリートで造った筐体の中に納められる。固体の被処理物を扱う場合搬送機構は多くの場合無端周回コンベヤである。粉体や粒状物の場合は振動コンベヤなどが用いられる。オゾン臭がついてはいけないような被処理物の場合は窒素やＡｒなどの不活性気体を筐体の中に流して大気中の酸素を置換する。 
【０００３】
だから電子線照射装置の構成要素は、高圧電源、真空排気装置、フィラメント、加速管、走査管、照射窓、筐体、搬送装置などである。照射窓というのは真空と大気圧を仕切るために必要な窓である。Ｔｉやアルミの窓箔が窓に張られておりそれによって真空と大気が仕切られる。 
【０００４】
加速電圧の違いによって電子線照射装置は２種類に分類される。 
３ＭｅＶ〜３００ｋｅＶの高電圧に加速する場合は、高圧電源部が背の高いものになり加速管が長くビームは細いので左右前後に走査する。ビームを走査するので走査型という。走査のためには走査管が加速管に続いて設けられる。走査管は下が広くなった三角形状の管である。走査管の上部に走査コイルがあってコイルによって交番磁界を発生させローレンツ力によってビームを左右前後に曲げるようになっている。加速管は負の高圧部と大地電圧との間にあり絶縁体のリングと電極のリングを交互に積み重ねたものである。電極には負の高圧部から大地電圧間の電圧を直列の抵抗によって等配分した電圧を与えるようになっている。 
【０００５】
３００ｋｅＶ〜数十ｋｅＶの低い加速エネルギーの場合は、加速管も小さくて単に真空チャンバの真ん中に負電圧の蛇行するフィラメントを設けチャンバ出口に設けた照射窓（大地電圧）との電位差で加速するものである。それは非走査型またはエリア型とよぶ。この発明は長い加速管をもつ走査型の電子線照射装置の加速管の改良に関する。 
【背景技術】
【０００６】
電子線加速器に用いられる加速管は絶縁環をガラスとし電極はアルミ、チタン等の金属のリングとしてそれを上下に積み重ねるようになっている。電極と絶縁環は接着剤によって接着する。接着剤は電極とガラスを結合するという作用の他に真空を維持するという作用もある。ビームに掛かる電界が真っすぐ軸線方向を向くようにするために電極は等距離に設けられ電極間の電圧は等しくなるようにしている。例えば１段あたりのピッチが２０ｍｍで電極数が３０段だとすると加速管の全長が６００ｍｍとなる。電極間の電圧を例えば２０ｋＶとすると、３０段で６００ｋＶの電圧を電子線に掛けることができる。 
【０００７】
図１はそのような従来のガラス環と電極の交代する構造の加速管の縦断面図を示す。円盤状の上蓋５には電極導入端子３、３が設けられる。電極導入端子３、３は上蓋の穴を貫いてその下端にフィラメント４を保持している。フィラメントから熱電子が出るようになっている。上蓋５は胴部６の上フランジに螺子で固定される。胴部６は金属の円筒で下フランジから加速管が続いて設けられる。引出電極７によってフィラメントから出た熱電子が加速管の方へ引き出される。 
【０００８】
加速管はリング状のガラス絶縁環８と電極９を適数段積み重ねたものであり電子線を加速するための円筒形の空間を形成する。電極９とガラス絶縁環は有機系の接着剤で接着される。外部には分圧抵抗があって電極間に加速電圧を等分配した電圧を印加するようにしている。電極間隔（ピッチ）は２０ｍｍであり例えば３０段の加速管であれば６００ｍｍの長さをもつ。１段に２０ｋＶ〜３０ｋＶを掛けることができる。そのような構造で５００ｋｅＶ〜８００ｋｅＶの加速電圧の加速管を構成することができる。５００ｋｅＶを超すと相対論的な領域になり電子は光速にかなり近い速度になる。 
【０００９】
そのような加速管は一般的なものであり、多くの電子線照射装置の加速管に採用されている構造である。そのようなガラス環加速管には製造容易で材料費が安くて低コストであるという利点がある。ガラス環が透明なので外部から加速管の内部を観察できるという便利な点もある。常温である限り接着剤の作用は充分であって機械的な接着強度も充分であり真空を維持するという機能も果たしている。 
【００１０】
公知技術を示すべきであるが、電子線照射装置加速管に関しては適当な文献がない。ガラス・接着剤加速管があまりに一般的で改良の試みがなされなかったのであろう。特許文献１は加速管内のエージングをするための新規な工夫を明らかにしている。これは加速管の構造がどういうものであるかということを述べていない。加速管は絶縁部と電極部が重なっており分圧抵抗が電極に適当な分圧を与えているということが図面から読み取れる。加速管自体の発明は殆どなくて従来例を見つけることができなかった。 
【特許文献１】特開平７−３１１３００「電子線照射装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ガラス環と金属板を接着する接着剤は１００℃程度まで接着剤として機能するのであるが１００℃以下の温度で軟化し始める。 
【００１２】
フィラメントに近い電極や絶縁環はフィラメントからの熱輻射を受けて加熱される。放熱が不十分なときはフィラメントに近接した部分の電極板、ガラス環は７０℃〜８０℃にも昇温することがある。すると接着剤が軟化し始める。それとともにガスが接着剤から発生する。ガスが加速管内の真空度を悪化させる。それは電子線とガス分子との衝突を引き起こし電子線のロスになる。
【００１３】
接着剤が軟化しても漏れは起こらず真空はなお維持できるのであるが、接着剤自体が流動性を帯びるようになる。縦方向にリング状の電極・ガラスが積み重ねられている場合はまだよいのであるが、加速管が横方向に設置され電極・ガラスのリングが横に並ぶという配置の場合もある。そのような場合接着剤が流動性を帯びるようになると重みのためにガラスリングや電極リングが下方へずれてくる。そうなると電子線の通路が真っ直ぐでなく彎曲してくるから電子線が電極に衝突したりする。電極に衝突すると所望の電流値が得られないので処理能力が減退する。またそれによってパワー損失が増える。電極がよけいに加熱されて接着剤が昇温して加速管から真空漏れが起こる可能性もある。 
【００１４】
ガラス＋接着剤による加速管に変わるものとして、セラミック円板・メタライズによる加速管が提案されている。絶縁体としてセラミック円板を使いそれの両面をメタライズし電極板と鑞付けするものである。しかしそれはメタライズ・鑞付けの技術が難しく、製造コストがかかる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、電子源（フィラメント側）側の複数段にセラミック絶縁体をメタライズし電極を鑞付けした複数段よりなるセラミック型加速管を採用し、アース側（照射窓側）にガラス絶縁体と電極を接着剤で接合した複数段のガラス型加速管を採用し中間部で加速管を結合し１本の加速管としたものである。 
接合する手段としては、上下各々の加速管を別々に製作し、接着剤で接合するか、あるいは金属シールを介した機械的接合をするかである。いずれであってもよい。接着剤による接合を採用すると電極ピッチに狂いは生じない。 
【００１６】
しかし金属板を用いて機械結合する方法であると電極間ピッチに多少の狂いが生じる。それについて述べる。通常電子源部より２００ｋｅＶ程度までの加速を行えば充分安定なビームサイズが得られるので、この２００ｋｅＶに相当する程度の加速管段数（５段程度）をセラミック方式で製作し、下流のガラス接着方式加速管とボルトによって接合することが最適な方式となる。 
【発明の効果】
【００１７】
電子線照射装置の電子源にはフィラメントを加熱する熱電子発生式の電子銃が搭載される。そのために加速管の電子銃側には放出ガスが少なく、また耐熱温度が高い耐熱温度特性に優れた加速管が特に要求される。一方アース側加速管は温度条件も緩く加熱されることもない。反面アース側から入射するＸ線による劣化も大きく安価で容易に取り替えが可能な加速管を取り付けることが求められる。 
２種の製作方式にて作られた加速管を巧妙に組み合わせることにより課題において記述した効果が得られる。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図２によって本発明の実施例にかかる電子線照射装置の加速管を説明する。 
それは図２のガラス絶縁体型のものと殆ど同じ構造をとるように書いてある。しかし実は上下の部分の絶縁体の材料が異なるし、異なる上下部分に金属フランジを用いて結合している。それだけの差はある。 
【００１９】
円盤状の上蓋５には電極導入端子３、３が設けられる。上蓋５の二箇所に開けられた穴にはセラミック製の碍子リング２３がはめ込まれてあって、電極導入端子３と上蓋５とは絶縁されている。電極導入端子３、３は上蓋５の穴２６を貫いて伸びその下端にフィラメント４を保持している。電流導入端子から電流を流す事によってフィラメント４を加熱しフィラメント４から熱電子が出るようになっている。 
【００２０】
上蓋５は胴部６の上フランジ３２に螺子２７で固定される。胴部６は金属円筒である。胴部６と上蓋５とは金属パッキンを介在することによって気密保持するようになっており螺子２７で結合される。胴部６の下フランジ３３から加速管が続いて設けられる。加速管の１段目電極の内側には無底コップ状の引出し電極２９が取り付けられる。ウエネルト電極７と引出し電極２９によってフィラメント４から出た熱電子が加速管の方へ引き出される。加速管は上下２つの構造物を組み合わせたものである。 
【００２１】
フィラメント側の５段分はリング状のセラミック絶縁環３８とＮｉ、Ｔｉなどの電極リング３９を交互に積み重ねたものである。この図は省略して書いてあるが実際には、２０段とか３０段とか多段連結する場合が多い。セラミック絶縁環は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）である。絶縁環３８は内周面に溝と段部があって外周部は平坦である。セラミック絶縁環３８の内外側面はセラミックのままであるが上下の端面はメタライズしてある。この処理をすると、セラミック板と電極のＭｏ、Ｔｉを鑞付けすることができる。アルミ電極は鑞付けが効かないので使えない。 
【００２２】
重要なことはガラスと高分子接着剤を使わないということである。セラミックの絶縁体にメタライズして金属電極と鑞付けでつけるので１００℃程度ではビクともしない。高分子接着剤のように軟化しないし剥離もしない。フィラメントの輻射熱で加熱されても鑞付けは堅牢であるし、また加熱によるガス放出量も少ない。つまり耐熱性に優れたものとなる。反面セラミックが不透明であるから内部を窺う事ができなくなる。便宜のため上半分をセラミック型加速管と仮に呼ぶことにする。 
【００２３】
下半分は従来どおりのガラス絶縁環８とアルミ電極９を高分子接着剤で接着し交互に積み重ねたものである。ここでは６段分を図示しているが実際のはもっと数多い。下半分を仮にガラス型加速管と呼ぶことにしよう。下半分はフィラメントから遠いのでフィラメント熱によって加熱されにくい。だから接着剤が輻射熱で加熱されず接着剤からガスが出たり軟化したりしない。電極、ガラスが横滑りすることはない。それに下半分だけでも透明であって内部を肉眼で目視できるというのは便利である。さらに照射窓に近い方はより頻繁に取り替える必要があるが、それがより安価なガラス型であるというのは好都合なことである。 
【００２４】
厳密に上下半分ずつである必要はない。フィラメントから５〜６段目になるともう輻射が弱いのであるから、セラミック型は上６段だけで、それより下は全部ガラス型としてもよい。セラミック型はコスト高になるから、フィラメントの極近くだけに使うようにしてもよい。 
【００２５】
電極間隔は上のセラミック型加速管でも下のガラス型加速管でも同様である。例えば２０ｍｍピッチとすることができる。６０段の加速管なら、３０段、３０段というように半分ずつをセラミック型、ガラス型に配分してもよい。また上６段だけセラミック、下５４段をガラス型としてもよい。 
【００２６】
上方のセラミック型加速管と、下方のガラス型加速管を接着剤で接合することもできる。但し、下半分だけを交換する場合に接着剤を剥すという手間がかかる。 
【００２７】
もう一つの手段は、金属フランジを用いることである。ここでは金属フランジを用いて螺子で結合するようにしている。上側のセラミック型加速管は電極を兼ねた上フランジ４０で終端されている。最下段のセラミック絶縁環３８は上フランジ４０に鑞付けされる。上フランジには複数の螺子通し穴がある。下側のガラス型加速管は上端面にリング状の下フランジ４２を持っている。下フランジには幾つかの雌螺穴４４がある。上下フランジ４０、４２は中間部分で重ね合わされてボルト４３を通し穴から雌螺穴４４に通し螺締することによって結合される。 
【００２８】
上下フランジ４０、４２の合わせ面には円周状の段部がありそこに金属シールが挟まれ押しつぶされている。そのように金属フランジを用いて上下の加速管を結合するようにすると、下半分だけを交換するのが容易である。電子線のためＸ線が生ずるが、Ｘ線は照射窓の付近で発生しそれが加速管の下半をより多く汚染する可能性がある。それでガラス加速管を下半分に採用したときは下半分のガラス加速管だけを交換すればよいのでより便利になる。 
【００２９】
しかし反面金属フランジをもって両者を結合するとなると繋ぎ目で電極間のピッチが少しずれてくる。そのために電界分布が不均一になる可能性がある。例えば電極間で２０ｋＶの電圧を掛けていて３０段の電極数が全部で６００ｋＶの加速電圧だとする。その場合上半分のセラミック加速管では電極間隔は２０ｍｍ、下半分のガラス加速管でも電極間隔は２０ｍｍとすることができる。しかし二つの金属フランジがはさまる継ぎ目においては、電極間隔が２０ｍｍ以上に例えば３０ｍｍになってしまう。この電極間での電圧はやはり２０ｋＶだからそこでの電界が少し弱くなる。 
【００３０】
しかし電子線が２００ｋｅＶ以上に加速されていればビームは十分加速され速度も速いので電界が多少弱くなってもビームが広がるというおそれがない。だから２００ｋＶより後の部分に金属つぎ手を設けることができる。フィラメント側から２００ｋＶ程度までセラミックとして、そのあとはガラスとすることもできる。だから段間電圧が例えば３０ｋＶなら、上から７段目程度をセラミック、それより下をガラスとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ガラス絶縁体リングとリング電極とを交互に積層したものを重ねて有機接着剤によって接合した従来例にかかる加速管の概略断面図。
【図２】セラミックリングにメタライズしてリング電極を鑞付けしたものを積層して作製したセラミック型の加速管をフィラメント側に、ガラス絶縁体リングとリング電極とを交互に積層したものを重ねて有機接着剤によって接合したガラス型の加速管を大地側にして中間部で接合した本発明にかかる加速管の概略断面図。
【符号の説明】
【００３２】
３電流導入端子
４フィラメント
５上蓋
６胴部
７ウエネルト電極
８リング状ガラス絶縁体
９引出しアルミ電極
２３碍子リング
２６穴
２７螺子
２９引出し電極
３２上フランジ
３３下フランジ
３４リング
３５螺子
３８セラミック絶縁環
３９ニッケル電極リング
４０上フランジ
４２下フランジ
４３ボルト
４４雌螺穴  
【図１】
2005214908.tif 000003
【図２】
2005214908.tif 000004