(57)【要約】【課題】加熱電力を極力低く抑えながらビーム電流を一定に維持し、漏れビーム電流がグリッド電圧を最大にしたときのビーム電流の５％以下に抑え、少ないエネルギーロスで電子線の照射強度分布を制御できるようにする。【解決手段】電子線放出管（２）に内蔵したシールド管（１０）先端からその内部に設けた熱陰極（８）先端までの距離（Ｌ）と、シールド管（１０）の内接円直径（Ｄ）が、加速電圧（ＶＡ）に対してＬ≧０．１８Ｄ×ｌｎＶＡ  の関係を有し、グリッド（９）に電子線の照射強度分布に応じて設計された開口率分布の多数の透孔（１１…）が形成され、電子線コントローラ（３）で、ビーム電流（ＩＢ）を一定に維持するようにグリッド電圧（ＶＧ）を調整しながら、熱陰極（８）の電子放出能力が下限に達したと判断されたときに熱陰極（８）へ供給される加熱電力を予め設定された値だけ上昇させるようにした。【選択図】図１
2005024343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線照射窓を形成した陽極となる照射ヘッドが胴部の一端側に設けられた電子線放出管が、該電子線放出管に対して電力供給する電子線コントローラに接続された電子線照射装置において、
電子線を発生させる熱陰極及び一以上のグリッドが、前記電子線放出管の胴部内に配された断面略円形又は略正多角形のシールド管内に設けられ、
Ｌ≧０．１８Ｄ×ｌｎＶＡ
Ｌ：シールド管先端から熱陰極先端までの距離
Ｄ：シールド管の内接円直径
ＶＡ：加速電圧
の関係を満たすように熱陰極の位置、シールド管の大きさ及び加速電圧が選定され、
前記グリッドのうち少なくとも一のグリッドに、照射窓から照射させようとする電子線の照射強度分布に応じて設計された開口率分布で多数の透孔が形成され、
前記電子線コントローラには、熱陰極−陽極間に流れるビーム電流が一定に維持されるようにグリッド電圧を調整するグリッド電圧調整手段と、熱陰極の電子放出能力を検出して電子放出能力が下限に達したと判断されたときに熱陰極へ供給される加熱電力を予め設定された値だけ上昇させる加熱電力調整手段を備えたことを特徴とする電子線照射装置。
【請求項２】
電子線照射窓を形成した陽極となる照射ヘッドが胴部の一端側に設けられると共に、電子線を発生させる熱陰極及びグリッドが胴部内に配された電子線放出管に対して電力供給する電子線コントローラにおいて、
前記熱陰極−陽極間に流れるビーム電流が一定に維持されるようにグリッド電圧を調整するグリッド電圧調整手段と、熱陰極の電子放出能力を検出して電子放出能力が下限に達したと判断されたときに熱陰極へ供給される加熱電力を予め設定された値だけ上昇させる加熱電力調整手段を備えたことを特徴とする電子線コントローラ。
【請求項３】
前記加熱電力調整手段において、ビーム電流が予め設定された値に維持されているときのグリッド電圧を熱陰極の電子放出能力の指標として検出し、グリッド電圧が予め設定された上限値に達したときに電子放出能力が下限に達したと判断するように成された請求項２記載の電子線コントローラ。
【請求項４】
前記加熱電力調整手段において、前記熱陰極の近傍に設けられ、且つ、その熱陰極に対して一定の電圧に維持された検出電極に流入する電流値を熱陰極の電子放出能力の指標として検出し、その電流値が予め設定された下限値まで低下したときに電子放出能力が下限に達したと判断するように成された請求項２記載の電子線コントローラ。
【請求項５】
電子線照射窓を形成した陽極となる照射ヘッドが胴部の一端側に設けられた電子線放出管において、
電子線を発生させる熱陰極及びグリッドが、胴部内に配された断面略円形又は略正多角形のシールド管内に設けられ、
Ｌ≧０．１８Ｄ×ｌｎＶＡ
Ｌ：シールド管先端から熱陰極先端までの距離
Ｄ：シールド管の内接円直径
ＶＡ：定格加速電圧
の関係を満たすように熱陰極の位置、シールド管の大きさが選定されたことを特徴とする電子線放出管。
【請求項６】
電子線照射窓を形成した陽極となる照射ヘッドが胴部の一端側に設けられると共に、電子線を発生させる熱陰極及び一以上のグリッドが胴部内に配された電子線放出管において、前記グリッドのうち少なくとも一のグリッドに、照射窓から照射させようとする電子線の照射強度分布に応じて設計された開口率分布で多数の透孔が形成されたことを特徴とする電子線放出管。
【請求項７】
前記開口率分布は、開口率分布が一様の透孔が形成されたグリッドを透過した電子線の基準照射強度分布と、照射窓から照射させようとする電子線の目標照射強度分布に基づき、対応する位置における照射強度分布差に基づいて設計される請求項６記載の電子線放出管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物に対して高エネルギーの電子線を照射することにより、インクや樹脂の硬化処理、フィルムやゴムの架橋反応、減菌処理、排煙処理等を行う電子線照射装置と、それに使用する電子線コントローラ及び電子線放出管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線照射装置は、一般に、電子線照射窓を形成した陽極となる照射ヘッドが内部を高真空にした封止管（胴部）の一端側に設けられると共に、電子線を発生させる熱陰極及び一以上のグリッドが胴部内に配された電子線放出管を用い、熱陰極を加熱することにより発生した熱電子をグリッドで抽出し、さらにグリッド−陽極間に３０〜１００ｋＶの加速電圧を印加することにより電子を高速まで加速して、照射窓から被処理物に対して電子線を照射するように成されている。
【０００３】この場合に、電子線照射処理の処理品質を一定にするためには、照射する電子量を一定に制御することが重要であり、そのためグリッド電圧を調節することにより熱陰極−陽極間に流れるビーム電流を一定に維持している。
【０００４】また、熱陰極に供給される加熱電力は通常装置製作時に電力値が設定され、熱陰極の経時変化やその他の要因で熱陰極の電子放出能力が変化しても十分な電子が供給できるように、余裕のある大きな電力が供給されている。
【０００５】しかしながら、加熱電力として十分に余裕のある電力を供給すると、熱陰極の負担が大きくなり、その分、熱陰極の寿命が短くなるという問題があった。
同様の問題を抱える画像表示装置などに使用される電子線発生部などでは、これを解決するためにグリッド（ビーム引出電極）でのグリッド電流（吸収電子電流）の変化に応じて熱陰極（線陰極）への加熱電力を制御することにより、熱陰極の負担を軽減して寿命を延ばす技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３１３４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように、グリッド電流をモニタして熱陰極への加熱電力を制御しても、グリッド電流はグリッド電圧に依存するので、ビーム電流すなわち電子線の照射強度を一定に維持することができない。
【０００８】この場合に、グリッド電圧を一定に維持していれば、グリッド電流はビーム電流に略比例するので、このグリッド電流に応じて加熱電力を制御することにより、理論的には、ビーム電流を一定に維持することが可能である。
【０００９】しかし実際には、加熱電力の変化に対するグリッド電流（ビーム電流）の応答速度がきわめて遅いため、グリッド電流が一定に維持されるように加熱電力を制御しようとすると、加熱電力の上昇に伴ってグリッド電流（ビーム電流）が設定値に達した時点では加熱電力は過多となっている。
したがって、時間の経過に伴いグリッド電流（ビーム電流）が設定値を超えてオーバーシュートし、これに応じて加熱電力を低下させると、アンダーシュートし、制御不能に陥るという問題があった。
【００１０】また、電子線放出管は、陽極とグリッド間の電位差（加速電圧）が３０〜１００ｋＶと非常に大きいため、電子線の照射を一時的に停止させようとしてグリッド電圧を０に絞っても、熱陰極で発生した熱電子は加速電圧による電界の影響を受けて陽極へ漏出して漏れビーム電流を生じてしまう。
この漏れビーム電流が、グリッド電圧を最大にしたときのビーム電流の５％を超えると、電子線の漏出による悪影響が懸念される。
【００１１】さらに、電子線放出管から照射される電子線の照射強度は、通常は、熱陰極から照射窓の中央を結ぶ照射軸線上が最も強く、これから離れるにしたがって徐々に弱くなる分布を有しているが、照射域全体にわたって均一な処理を行うため、電子線の照射強度分布はできるだけ均一であることが要求される。
【００１２】このため従来は、電子線照射窓の支持枠に、電子線の照射強度の高い中央部分に開口率の小さな透孔を穿設し、周辺に開口率の大きな透孔を穿設した遮蔽部材を配した電子線照射装置が提案されている（特許文献２参照）。
【００１３】
【特許文献２】特開平９−１６６７００号公報
【００１４】しかしながら、電子線照射窓中央部の開口率を小さくすると、透過できない電子が照射窓の支持枠にぶつかって無駄になる。このときのエネルギーロスは透過できない電子量（電流）と加速電圧との積になり、僅かな電子量のロスでも加速電圧の電圧値が高いことから、通常数Ｗから数十Ｗにもなる。
【００１５】そこで本発明は、第一に、加熱電力を極力低く抑えながらビーム電流を安定的に制御して一定に維持できるようにし、第二に、グリッド電圧を０に設定したときの漏れビーム電流を略０とし、第三に、少ないエネルギーロスで電子線の照射強度分布を制御できるようにすることを技術的課題としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、電子線照射窓を形成した陽極となる照射ヘッドが胴部の一端側に設けられた電子線放出管が、該電子線放出管に対して電力供給する電子線コントローラに接続された電子線照射装置において、電子線を発生させる熱陰極及び一以上のグリッドが、前記電子線放出管の胴部内に配された断面略円形又は略正多角形のシールド管内に設けられ、
Ｌ≧０．１８Ｄ×ｌｎＶＡ
Ｌ：シールド管先端から熱陰極先端までの距離
Ｄ：シールド管の内接円直径
ＶＡ：加速電圧
の関係を満たすように熱陰極の位置、シールド管の大きさ及び加速電圧が選定され、前記グリッドのうち少なくとも一のグリッドに、照射窓から照射させようとする電子線の照射強度分布に応じて設計された開口率分布で多数の透孔が形成され、前記電子線コントローラには、熱陰極−陽極間に流れるビーム電流が一定に維持されるようにグリッド電圧を調整するグリッド電圧調整手段と、熱陰極の電子放出能力を検出して電子放出能力が下限に達したと判断されたときに熱陰極へ供給される加熱電力を予め設定された値だけ上昇させる加熱電力調整手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】本発明によれば、電子線コントローラによりビーム電流が一定に維持されるようにグリッド電圧が調節されて、電子線が照射される。
また、熱陰極が劣化して電子放出能力が低下していく変化は長期的であるが、電子線放出管の使用時間に応じて確実に低下していく。この場合、電子放出能力の低下に伴いビーム電流が低下しないように、グリッド電圧を上昇させる制御が行われるので、グリッド電圧の電圧値は電子放出能力を示す指標となる。
【００１８】そこで、グリッド電圧が予め設定された上限値に達したときに電子放出能力が下限に達したと判断して、熱陰極へ供給される加熱電力を予め設定された値だけ上昇させる。
このとき、加熱電力の変化に対するビーム電流の応答速度は極めて遅いため、ビーム電流がすぐに上昇することはないが徐々に上昇していく。そして、ビーム電流が設定値より高くなったときにはグリッド電圧を下げることによりビーム電流を一定に維持できる。
【００１９】このように、熱陰極が劣化するなどして電子放出能力が下限に達したときに加熱電力を少しずつ上昇させ、ビーム電流が変動したときにはグリッド電圧を調節することによりビーム電流を一定に維持するようにしているので、加熱電力は極力低く抑えられて熱陰極ひいては電子線放出管の寿命が延び、且つ、ビーム電流の制御も安定的に行われる。
【００２０】また、電子線の照射を一時的に停止させようとしてグリッド電圧を０に絞ったときに、漏れビーム電流が、グリッド電圧を最大にしたときのビーム電流の５％以下であれば実用上差し支えない。
そして、発明者の実験によれば、熱陰極及び一以上のグリッドを電子線放出管の胴部内に配された断面略円形又は略正多角形のシールド管内に設けて、
Ｌ：シールド管先端から熱陰極先端までの距離
Ｄ：シールド管の内接円直径
ＶＡ：加速電圧
としたときに、
Ｌ≧０．１８Ｄ×ｌｎＶＡ
の関係を満たすように熱陰極の位置、シールド管の大きさ及び加速電圧を選定すれば良いことが判明した。
電子線放出管では、加速電圧は、定格電圧として予め設定されるものであるので、通常はこの加速電圧に対して、シールド管先端から熱陰極先端までの距離Ｌと、シールド管の内接円直径Ｄを決めれば良く、これによりグリッド電圧の調節により確実にビーム電流がコントロールされる。
【００２１】さらに、電子線放出管のグリッドに形成された多数の透孔の開口率分布が一様であれば、電子線は中央部分の照射強度が高く、中央部分から離れるに従って照射強度が徐々に低くなる強度分布で出力される。
このとき、グリッドの透孔を通過した電子のみが陽極へ達し、グリッドに直接衝突した電子は透孔を通過せずにグリッドに流入する電流となる。
したがって、例えば、中央近傍の透孔の開口率を小さく、周囲の透孔の開口率を大きく設計しておけば、中央部分の照射強度が低下するので、全体として略均一なフラットな照射強度分布の電子線が出力される。
【００２２】このとき、グリッドに衝突した電子は、グリッド電流となってエネルギーロスを生ずるが、この場合のエネルギー損失はグリッド電圧×電流で求められる。グリッド電圧は、加速電圧と比して格段に小さくせいぜい数百Ｖであるので、中央部のグリッド開口率を小さくしたことによるエネルギーロスは通常数十ｍＷに抑えられる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明にかかる電子線照射装置を示す説明図、図２は測定結果を示すグラフ、図３は電子線の照射強度分布のプロフィールを示すグラフ、図４はグリッドの配列が異なる他の実施形態を示す説明図、図５は電子線コントローラの処理手順を示すフローチャート、図６は他の実施形態を示す説明図である。
なお、本実施形態では電子線放出管は真空排気系を持たない封止きり形であるが、別途排気装置によって電子線放出管内を真空引きし、管内を高真空に保ちながら使用する電子線放出管であっても効果は同じである。
【００２４】図１に示す電子線照射装置１は、電子線を照射する電子線放出管２がその照射強度を一定に維持する電子線コントローラ３に接続されている。
電子線放出管２は、電子線照射窓５を形成した陽極６となる照射ヘッド７が封止管（胴部）４の一端側に設けられると共に、その内部に、照射窓５に向う電子線を発生させる熱陰極８及びグリッド９が配され、熱陰極８及びグリッド９は、封止管４内に配された断面略円形又は略正多角形のシールド管１０内に設けられている。
そして、陽極６がグランドに接続されると共に、電子線コントローラ３により陽極６−グリッド９間に−３０〜１００ｋＶの加速電圧ＶＡが印加され、グリッド９−熱陰極８に数十Ｖのグリッド電圧ＶＧが印加されるようになされている。
【００２５】照射ヘッド７はＳＵＳで形成され、電子線を照射したときに、電子線放出管２の外側に放出される二次Ｘ線の線量当量率が０．６μＳｖ／ｈｒ（平成１２年１０月２３日科学技術庁告示第５号  第２条参照）以下になるようにその厚さが選定されている。
本例では、ヘッド肉厚が最小部でも１０ｍｍ以上になるように製作したところ、加速電圧ＶＡ＝６０ｋＶ、熱陰極８−陽極６間に流れるビーム電流ＩＢ＝１ｍＡで運転したときの二次Ｘ線の線量当量率が０．５μＳｖ／ｈｒであった。
【００２６】また、グリッド電圧ＶＧの調節でビーム電流ＩＢを確実にコントロールできるようにするため、発明者が実験・研究を重ねた結果、グリッド電圧ＶＧ＝０に設定したときの漏れビーム電流が、グリッド電圧ＶＧを最大にしたときのビーム電流の５％以下となるような電子線放出管２の設計条件が判明した。
【００２７】実験は、まず、グリッド電圧ＶＧを最大にした状態で熱陰極８−陽極６間に流れる最大ビーム電流ｍａｘＩＢ＝１ｍＡとなる加熱電力ＷＫを熱陰極８に供給しておき、次に、グリッド電圧ＶＧ＝０に落として、シールド管１０の内接円直径（断面円形のときはその内径）Ｄ、シールド管１０先端から熱陰極８先端までの距離Ｌ及び加速電圧ＶＡを変化させたときに、ビーム電流ＩＢが最大ビーム電流ｍａｘＩＢの５％となる漏れ限界加速電圧ＶＭを測定した。
【００２８】図２はその測定結果を表すもので、縦軸に距離Ｌ（ｍｍ）、横軸に漏れ限界加速電圧ＶＭの対数軸をとったグラフで表したところ、シールド管１０の内接円直径Ｄが一定であれば、距離Ｌと漏れ限界加速電圧の対数値ｌｎＶＭが一次関係にあり、その傾きが内接円直径に依存することがわかった。
さらに、この場合、グリッド９の枚数を増やしても漏れ電流の値に影響はなかった。
【００２９】そしてこれを解析したところ、距離Ｌ及び内接円直径Ｄは、漏れ限界加速電圧ＶＭに対して、
Ｌ＝０．１８Ｄ×ｌｎＶＭ
の関係を有しており、加速電圧ＶＡは漏れ限界加速電圧ＶＭより小さくする必要があるから、電子線放出管２は、
Ｌ≧０．１８Ｄ×ｌｎＶＡ
の条件で設計されている。
そして、これにより、漏れビーム電流が、グリッド電圧ＶＧを最大にしたときのビーム電流ＩＢの５％以下に抑えられた。
なお、熱陰極８はシールド管１０内に配されているので、距離Ｌはシールド管１０の長さＬＳより短く、Ｌ＜ＬＳの関係が成り立つ。
【００３０】また、グリッド９には、照射窓５から照射させようとする電子線の照射強度分布に応じて設計された開口率分布の多数の透孔１１…が形成されている。
このグリッド９は、例えば、開口率分布が一様の透孔が形成されたグリッドを透過した電子線の基準照射強度分布と、照射窓から照射させようとする電子線の目標照射強度分布に基づき、対応する位置における照射強度分布差に基づいて設計されている。
【００３１】図３（ａ）は電子線を照射スポットの直径方向に切断したときの強度分布を示すビームプロフィールであって、プロフィールＡが基準照射強度分布、プロフィールＢが目標照射強度分布である。
そして、被処理物に対してプロフィールＢに示すようなフラットな照射強度分布で電子線を照射しようとする場合、プロフィールＢの目標照射強度分布からプロフィールＡの基準照射強度分布を引いて、図３（ｂ）に示すように対応する位置における照射強度分布差を求め、その差がマイナスの部分はその絶対値に応じて開口率を小さく、プラスの部分はその絶対値に応じて開口率を大きくすることにより、概ねプロフィールＢのような照射強度分布が得られた。
【００３２】このとき、熱陰極８で発生し、グリッド電圧により引き付けられてグリッド９に衝突した電子は、グリッド電流ＩＧとなってエネルギーロスを生ずるが、この場合のエネルギー損失はグリッド電圧×電流で求められる。
グリッド電圧ＶＧは、加速電圧ＶＡと比して格段に小さくせいぜい数百Ｖであるので、グリッド電圧１５０Ｖ、開口率を小さくしたことによる損失電流を０．５ｍＡとしても、損失分は０．０７５Ｗに過ぎず、少ないエネルギーロスで電子線の照射強度分布が制御できる。
【００３３】なお、ビームプロフィール成形用のグリッド９は一以上設けられていればその数は任意であり、また、図４に示すように、ビームプロフィール成形用の一以上のグリッド９と、略均一な開口率分布の多数の透孔１２…が形成されている一以上のグリッド１３を重ねて使用しても良い。
要するに、複数のグリッドのうち少なくとも一がビームプロフィール成形用グリッド９であればよい。
【００３４】また、複数のグリッド９…、１３…を重ねて使用する場合、各グリッド９…、１３…の透孔１１、１２の総開口面積が、熱陰極８側から陽極６側に向って徐々に大きくなるように形成すると、電子線の照射効率に優れる。
【００３５】電子線コントローラ３は、熱陰極８−陽極６間に流れるビーム電流ＩＢを一定に維持するようにグリッド電圧ＶＧを調整するグリッド電圧調整手段２１と、熱陰極８の電子放出能力を検出して電子放出能力が下限に達したと判断されたときに熱陰極８へ供給される加熱電力ＷＫ（＝フィラメント電圧ＶＫ×フィラメント電流ＩＫ）を予め設定された値だけ上昇させる加熱電力調整手段２２を備えている。
【００３６】そして、これにより熱陰極８に供給される加熱電力ＷＫを極力低く抑えて、且つ、熱陰極８−陽極６間に流れるビーム電流ＩＢを一定に維持した状態で、電子線放出管２から電子線を照射させることができるようになっている。
【００３７】グリッド電圧調整手段２１には、ビーム電流ＩＢをモニタする電流計２３が接続され、その検出信号に応じてビーム電流ＩＢが一定の値に維持されるようにグリッド電圧ＶＧを調整するフィードバック制御を行う。
また、加熱電力調整手段２２には、前記グリッド電圧調整手段２１から出力されるグリッド電圧ＶＧを熱陰極８の電子放出能力の指標としてモニタする電    圧計２４が接続され、グリッド電圧ＶＧが予め設定された上限値ｍａｘＶＧに達したときに電子放出能力が下限に達したと判断するようになされている。
【００３８】図５は電子線コントローラ３の処理手順を示すフローチャートである。なお、電子コントローラ３には、目標ビーム電流ＴＩＢが得られる初期加熱電力ＤＷＫ、加速電圧ＶＡ、初期グリッド電圧ＤＶＧと、熱陰極８の電子放出能力の下限に対応する最大グリッド電圧ｍａｘＶＧが工場出荷時に設定されている。
【００３９】そして、スイッチ（図示せず）がオンされて処理が実行開始されると、まず、ステップＳＴＰ１で、加熱電力ＷＫ＝ＤＷＫ、グリッド電圧ＶＧ＝ＤＶＧと設定し、ステップＳＴＰ２で熱陰極８に加熱電力ＷＫを供給し、グリッド９−熱陰極８間及び陽極６−グリッド９間に夫々グリッド電圧ＶＧ及び加速電圧ＶＡを印加する。
【００４０】次いで、ステップＳＴＰ３に移行し、ビーム電流ＩＢが目標ビーム電流ＴＩＢに一致するか否かをその差ΔＩＢ＝ＩＢ−ＴＩＢにより判断する。
そして、差ΔＩＢ＝０の場合は、グリッド電圧ＶＧ及び加熱電力ＷＫが適正であると判断されてステップＳＴＰ２へ戻る。
また、差ΔＩＢ＞０の場合はビーム電流ＩＢを低下させるべくステップＳＴＰ４へ移行し、差ΔＩＢ＜０の場合はビーム電量ＩＢを上昇させるべくステップＳＴＰ６へ移行する。
【００４１】ステップＳＴＰ４及びステップＳＴＰ５では、差ΔＩＢ＝０となるまでグリッド電圧ＶＧを低下させ、差ΔＩＢ＝０となった時点でステップＳＴＰ２へ戻る。
【００４２】一方、ステップＳＴＰ６及びステップＳＴＰ７では、差ΔＩＢ＝０となるまでグリッド電圧ＶＧを上昇させ、差ΔＩＢ＝０となった時点でＳＴＰ８に移行し、グリッド電圧ＶＧが予め設定された最大グリッド電圧ｍａｘＶＧに達したか否かが判断される。
そして、グリッド電圧ＶＧ＝ｍａｘＶＧとなった時点で熱陰極８の電子放出能力が下限に達したと判断してＳＴＰ９に移行し、加熱電力ＷＫ＝ＷＫ＋ΔＷと置き換えて予め設定された電力値ΔＷ分だけ加熱電力を上昇させ、ステップＳＴＰ２へ戻る。
【００４３】ここで、ステップＳＴＰ４及び５、ステップＳＴＰ６及び７の処理がグリッド電圧調整手段２１における処理であり、ステップＳＴＰ８及び９の処理が加熱電力調整手段２２における処理である。
【００４４】以上が本発明の一例であって、次にその作用を説明する。
まず、電子線コントローラ３がオンされると、ビーム電流ＩＢが一定に維持されるようにグリッド電圧ＶＧが調節されて、電子線放出管２から電子線が照射される。
【００４５】これに対して、熱陰極８が劣化して電子放出能力が低下していく変化は長期的であるが、電子線放出管２の使用時間に応じて確実に変化していく。この場合、電子放出能力の低下に伴いビーム電流ＩＢが低下しないように、これに対してグリッド電圧ＶＧを上昇させる制御を行うので、グリッド電圧ＶＧの電圧値は、現在の電子放出能力を示す指標となる。
【００４６】そこで、グリッド電圧ＶＧ＝上限値ｍａｘＶＧに達したときに電子放出能力が下限に達したと判断して、熱陰極８へ供給される加熱電力ＷＫを予め設定された値だけ上昇させる。
加熱電力ＷＫの変化に対するビーム電流ＩＢの応答速度は遅いため、ビーム電流ＩＢがすぐに上昇することはないが徐々に上昇していくので、ビーム電流ＩＢが高くなったときには、グリッド電圧ＶＧを下げることによりビーム電流ＩＢを一定に維持できる。
【００４７】このように、熱陰極８が劣化するなどして電子放出能力が下限に達したときに加熱電力ＷＫを少しずつ上昇させ、ビーム電流ＩＢが変動したときにはグリッド電圧ＶＧを調節することによりビーム電流ＩＢを一定に維持するようにしているので、加熱電力ＷＫは極力低く抑えられて熱陰極８ひいては電子線放出管２の寿命が延び、且つ、ビーム電流ＩＢの制御も安定的に行われる。
【００４８】また、電子線放出管２は、
Ｌ≧０．１８Ｄ×ｌｎＶＡ
Ｌ：シールド管先端から熱陰極先端までの距離
Ｄ：シールド管の内接円直径
ＶＡ：加速電圧
の関係を満たすように加速電圧ＶＡに対する熱陰極８の位置及びシールド管１０の大きさが選定されている。
これにより、漏れビーム電流が、グリッド電圧ＶＧを最大にしたときのビーム電流ＩＢの５％以下に抑えられ、グリッド電圧ＶＧを絞ることにより一時的に電子線の照射を停止させようとする場合も実用上問題はない。
【００４９】さらに、電子線放出管２のグリッド９には多数の透孔１１…が形成され、その透孔１１…を通過した電子のみが陽極６へ達し、グリッド９に直接衝突した電子は透孔１１…を通過せずにグリッド９に流入する電流となる。
したがって、例えば、中央近傍の透孔１１…の開口率を小さく、周囲の透孔１１…の開口率を大きく設計しておけば、中央部分の照射強度が低下し、全体として略均一なフラットな照射強度分布の電子線が出力される。
【００５０】このとき、グリッド９に直接衝突した電子は、グリッドに流れ込む電流ＩＧＬとなってグリッド電流ＩＧを増加させるが、この場合のエネルギー損失はグリッド電圧ＶＧ×電流ＩＧＬで求められ、グリッド電圧ＶＧは、加速電圧ＶＡと比して格段に小さくせいぜい数百Ｖであるので、グリッド電圧ＶＧ＝１５０Ｖのときに検出されたグリッド電流ＩＧのうち０．５ｍＡが損失分としても、その損失分は７５ｍＷに過ぎず、電子線の照射強度分布を制御するためのエネルギーロスは少ない。
【００５１】なお、上述の説明では、熱陰極の電子放出能力としてグリッド電圧ＶＧをモニタする場合について説明したが、図６に示すように、熱陰極８の近傍に別途検出電極１４を設けて、熱陰極８に対して所定の電位差を与えておき、その検出電極１４に流入する電流値を熱陰極の電子放出能力としてモニタし、その電流値が予め設定された下限値まで低下したときに電子放出能力が下限に達したと判断しても良い。
【００５２】また、電子線の照射強度分布は、フラットにする場合に限らず、よりシャープに尖らせたり、複数のピークを形成するなど、その分布パターンは任意である。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、熱陰極の電子放出能力の低下に伴い電子放出能力が低下してビーム電流が変動したときでも、グリッド電圧を調節することによりビーム電流を一定に維持しながら、加熱電力を少しずつ上昇させるようにしているので、ビーム電流の制御を安定的に行うことができると同時に、加熱電力を極力低く抑えて熱陰極の寿命延ばすことができるという大変優れた効果がある。
【００５４】また、グリッド電圧を０に設定したときの漏れビーム電流がグリッド電圧を最大にしたときのビーム電流の５％以下に抑えることができるので、電子線の照射を一時的に停止させる際に、電子線の漏出による影響が実用上問題とならない。
【００５５】さらに、グリッドに形成する多数の透孔を照射窓から照射させようとする電子線の照射強度分布に応じた開口率分布に設計したので、照射窓にそのような開口を設ける場合と異なり、極めて少ないエネルギーロスで電子線の照射強度分布を制御することができるという大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電子線照射装置を示す説明図。
【図２】測定結果を示すグラフ。
【図３】電子線の照射強度分布のプロフィールを示すグラフ。
【図４】グリッドの配列が異なる他の実施形態を示す説明図。
【図５】電子線コントローラの処理手順を示すフローチャート。
【図６】他の実施形態を示す説明図。
【符号の説明】
１………電子線照射装置
２………電子線放出管
３………電子線コントローラ
４………封止管（胴部）
５………電子線照射窓
６………陽極
７………照射ヘッド
８………熱陰極
９………グリッド
１０………シールド管
１１………透孔
２１………グリッド電圧調整手段
２２………加熱電力調整手段
ＶＡ………加速電圧
ＶＧ………グリッド電圧
ＩＢ………ビーム電流
ＷＫ………加熱電力
Ｌ………距離
Ｄ………内接円直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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