(57)【要約】【課題】容器の口部から容器内に挿入可能な長尺の筒状部材を有する電子線ガイド部を備えた電子線照射装置において、安定して電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を出射させる。【解決手段】電子線照射装置１ａは、電子銃２、真空容器３、ガイド部１０、電子線出射窓１１、集束用電磁コイル１４及び制御部１２を具備する。ガイド部１０の筒状部材は、非磁性体で形成される基端部１０ａと、ボトルＢ内に挿入可能なロッド部１０ｂと、を有する。集束用電磁コイル１４は、電磁コイルであり、流れる電流が制御部１２で制御されることにより、ガイド部１０の内部で集束点が形成されないように電子線ＥＢを集束しつつ、電子線ＥＢの広がりを抑制する集束制御を行う磁界を、基端部１０ａを通して電子線ＥＢに導く。ロッド部１０ｂは、電子線ＥＢに及ぶ外部磁気を遮蔽するように磁気シールドされている。【選択図】図２
2017122723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生させる電子線発生部と、
前記電子線発生部を収容する真空空間を構成する筐体部と、
基端側が前記筐体部に接続されて前記真空空間と連通すると共に、先端側には前記電子線の出射方向に沿って前記筐体部から離間するように突出する長尺の筒状部材が備えられ、前記電子線発生部で発生させた前記電子線が内部を通過する電子線ガイド部と、
前記電子線ガイド部の先端側に設けられ、前記電子線を出射する電子線出射窓と、
前記電子線ガイド部における前記電子線の集束を制御する集束部と、
前記集束部を制御する制御部と、を具備し、
前記筒状部材は、前記集束部により包囲され非磁性体で形成される基端部と、前記筐体部よりも小径な円筒状部材であって容器内に挿入可能なロッド部と、を有し、
前記集束部は、電磁コイルであり、流れる電流が前記制御部により制御されることにより、前記電子線ガイド部の内部において集束点が形成されないように前記電子線を集束しつつ、前記電子線の広がりを抑制する集束制御を行う磁界を、前記基端部を通して前記電子線に導き、
前記ロッド部は、前記ロッド部内の前記電子線に及ぶ外部磁気を遮蔽するように磁気シールドされている、電子線照射装置。
【請求項２】
前記電子線ガイド部における前記電子線の軌道を調整する調整部を備え、
前記基端部は、前記調整部及び前記集束部により包囲されている、請求項１に記載の電子線照射装置。
【請求項３】
前記調整部は、電磁コイルである、請求項２に記載の電子線照射装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記調整部をさらに制御し、
前記調整部は、流れる電流が前記制御部により制御されることにより、前記電子線の軌道を前記筒状部材の中心軸に一致するように調整する磁界を、前記基端部を通して前記電子線に導く、請求項３に記載の電子線照射装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記集束部よりも前記電子線ガイド部の基端側に配置されている、請求項２〜４の何れか一項に記載の電子線照射装置。
【請求項６】
前記集束部は、前記調整部よりも前記電子線ガイド部の基端側に配置されている、請求項２〜４の何れか一項に記載の電子線照射装置。
【請求項７】
前記調整部は、前記真空空間の外部に配置されている、請求項２〜６の何れか一項に記載の電子線照射装置。
【請求項８】
前記集束制御は、前記電子線出射窓上における前記電子線の照射範囲を一定とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の電子線照射装置。
【請求項９】
前記筒状部材は、非磁性体で形成され、
前記ロッド部の外面は、磁性体で覆われている、請求項１〜８の何れか一項に記載の電子線照射装置。
【請求項１０】
前記ロッド部は、磁性体で形成されている、請求項１〜８の何れか一項に記載の電子線照射装置。
【請求項１１】
電子線照射装置を用いて電子線を容器の内面に照射する方法であって、
前記電子線照射装置は、
前記電子線を発生させる電子線発生部と、
前記電子線発生部を収容する真空空間を構成する筐体部と、
基端側が前記筐体部に接続されて前記真空空間と連通すると共に、先端側には容器の口部を介して当該容器内に挿入可能な長尺の筒状部材が備えられ、前記電子線発生部で発生させた前記電子線が内部を通過する電子線ガイド部と、
前記電子線ガイド部の前記筒状部材の先端側に設けられ、前記電子線を出射する電子線出射窓と、
前記真空空間の外部において前記電子線ガイド部の基端側に配置され、前記電子線ガイド部における前記電子線の軌道を調整する調整部と、
前記電子線ガイド部における前記電子線の集束を制御する集束部と、を具備しており、
前記電子線発生部から前記電子線を発生させ、前記電子線ガイド部の内部に前記電子線を通過させつつ前記調整部により前記電子線ガイド部を通過する前記電子線の軌道を調整して、前記電子線出射窓へ前記電子線を到達させて前記電子線出射窓から前記電子線を出射させるステップと、
前記電子線を出射状態とした後、前記筒状部材を前記容器の口部を介して前記容器の内部に挿入し、前記容器と前記電子線出射窓との相対的な位置関係を常に変動させながら、前記容器の内面に前記電子線を照射するステップと、を備え、
前記電子線を照射する前記ステップは、
前記筒状部材の先端を前記容器の内部に位置させ、前記容器の底面に前記電子線を照射するステップを含み、
前記電子線を出射させる前記ステップでは、
前記調整部により、前記電子線の軌道を前記筒状部材の中心軸線に一致するように調整し、
前記集束部により、前記電子線ガイド部の内部において集束点が形成されないように前記電子線を集束する、電子線照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線照射装置及び電子線照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子線を発生させる電子線発生部と、電子線発生部を収容する真空空間を構成する筐体部と、一端側が筐体部に接続されて真空空間と連通する電子線ガイド部と、電子線ガイド部の他端側に設けられ電子線を出射する電子線出射窓と、を備えた電子線照射装置が知られている。このような電子線照射装置では、容器、例えばボトルの内面の滅菌等を行うべく、ボトルの内面に電子線を効率的に照射することが求められる場合がある。この点、例えば特許文献１には、長尺の筒状部材から成る電子線ガイド部（ノズル）を備え、電子線ガイド部の先端側がボトルの口部（開口部）を介して当該ボトル内に挿入可能に構成された電子ビーム照射器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７７４１５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された上記従来技術において、電子線発生部は、発生させた電子線がボトル内に挿入可能に構成された電子線ガイド部内を通って電子線出射窓から出射されるように、真空空間内に形成、寸法合わせ及び位置決めされている。この場合、電子線発生部から電子線出射窓に到るまでの電子線の軌道は、電子線発生部からの電子線の出射状態、及び、電子線発生部と電子線出射窓との位置関係に大きな影響を受ける。そのため、電子線の軌道は、電子線発生部の組立精度及び固定精度の影響を受けやすく、それらの精度に問題があると、意図した軌道からずれてしまう可能性がある。特に、ボトル内に挿入可能な長尺の筒状部材である電子線ガイド部を介して電子線を出射する場合、狭く長い空間を進行させることになることから、僅かな電子線の軌道のずれが、例えば電子線出射窓に到る前に電子線ガイド部の内壁等へ入射してしまうことにつながる。そのため、電子線出射窓に到る電子線量が大幅に減少するといった問題が発生する可能性が高い。つまり、このような電子線発生部を用いて電子線を安定して電子線出射窓から出射させようとすると、必然的に電子線発生部の加工や組立、配置に関して高い精度が必要とされる。よって、電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を安定して出射させることが困難となるおそれがある。
【０００５】
本発明は、容器の口部から当該容器内に挿入可能な長尺の筒状部材を備えた電子線ガイド部を具備する電子線照射装置において、安定して電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を出射させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電子線照射装置は、電子線を発生させる電子線発生部と、電子線発生部を収容する真空空間を構成する筐体部と、基端側が筐体部に接続されて真空空間と連通すると共に、先端側には電子線の出射方向に沿って筐体部から離間するように突出する長尺の筒状部材が備えられ、電子線発生部で発生させた電子線が内部を通過する電子線ガイド部と、電子線ガイド部の先端側に設けられ、電子線を出射する電子線出射窓と、電子線ガイド部における電子線の集束を制御する集束部と、集束部を制御する制御部と、を具備し、筒状部材は、集束部により包囲され非磁性体で形成される基端部と、筐体部よりも小径な円筒状部材であって容器内に挿入可能なロッド部と、を有し、集束部は、電磁コイルであり、流れる電流が制御部により制御されることにより、電子線ガイド部の内部において集束点が形成されないように電子線を集束しつつ、電子線の広がりを抑制する集束制御を行う磁界を、基端部を通して電子線に導き、ロッド部は、ロッド部内の電子線に及ぶ外部磁気を遮蔽するように磁気シールドされている。
【０００７】
本発明に係る電子線照射装置では、電子線ガイド部における電子線の軌道を調整する調整部を備え、基端部は、調整部及び集束部により包囲されていてもよい。
【０００８】
本発明に係る電子線照射装置では、調整部は、電磁コイルであってもよい。
【０００９】
本発明に係る電子線照射装置では、制御部は、調整部をさらに制御し、調整部は、流れる電流が制御部により制御されることにより、電子線の軌道を筒状部材の中心軸に一致するように調整する磁界を、基端部を通して電子線に導いてもよい。
【００１０】
本発明に係る電子線照射装置では、調整部は、集束部よりも電子線ガイド部の基端側に配置されていてもよい。
【００１１】
本発明に係る電子線照射装置では、集束部は、調整部よりも電子線ガイド部の基端側に配置されていてもよい。
【００１２】
本発明に係る電子線照射装置では、調整部は、真空空間の外部に配置されていてもよい。
【００１３】
本発明に係る電子線照射装置では、集束制御は、電子線出射窓上における電子線の照射範囲を一定としてもよい。
【００１４】
本発明に係る電子線照射装置では、筒状部材は、非磁性体で形成され、ロッド部の外面は、磁性体で覆われていてもよい。
【００１５】
本発明に係る電子線照射装置では、ロッド部は、磁性体で形成されていてもよい。
【００１６】
本発明に係る電子線照射方法は、電子線照射装置を用いて電子線を容器の内面に照射する方法であって、電子線照射装置は、電子線を発生させる電子線発生部と、電子線発生部を収容する真空空間を構成する筐体部と、基端側が筐体部に接続されて真空空間と連通すると共に、先端側には容器の口部を介して当該容器内に挿入可能な長尺の筒状部材が備えられ、電子線発生部で発生させた電子線が内部を通過する電子線ガイド部と、電子線ガイド部の筒状部材の先端側に設けられ、電子線を出射する電子線出射窓と、真空空間の外部において電子線ガイド部の基端側に配置され、電子線ガイド部における電子線の軌道を調整する調整部と、電子線ガイド部における電子線の集束を制御する集束部と、を具備しており、電子線発生部から電子線を発生させ、電子線ガイド部の内部に電子線を通過させつつ調整部により電子線ガイド部を通過する電子線の軌道を調整して、電子線出射窓へ電子線を到達させて電子線出射窓から電子線を出射させるステップと、電子線を出射状態とした後、筒状部材を容器の口部を介して容器の内部に挿入し、容器と電子線出射窓との相対的な位置関係を常に変動させながら、容器の内面に電子線を照射するステップと、を備え、電子線を照射するステップは、筒状部材の先端を容器の内部に位置させ、容器の底面に電子線を照射するステップを含み、電子線を出射させるステップでは、調整部により、電子線の軌道を筒状部材の中心軸線に一致するように調整し、集束部により、電子線ガイド部の内部において集束点が形成されないように電子線を集束する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、容器の口部から当該容器内に挿入可能な長尺の筒状部材を備えた電子線ガイド部を具備する電子線照射装置において、安定して電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を出射させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る電子線照射装置を示す断面図である。
【図２】図１の電子線照射装置を示す他の断面図である。
【図３】第２実施形態に係る電子線照射装置を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、変形例に係る電子線照射装置を示す断面図である。（ｂ）は、他の変形例に係る電子線照射装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は、第１実施形態に係る電子線照射装置の縦断面図である。図１に示される第１実施形態に係る電子線照射装置１ａは、照射対象物への電子線ＥＢの照射によって当該照射対象物の乾燥、殺菌又は表面改質等を行うために使用される。なお、以下、電子線照射装置１ａによって電子線ＥＢが照射される側である電子線出射側（電子線出射窓１１側）を前側として説明する。
【００２１】
電子線照射装置１ａは、電子銃２と、真空容器３と、ガイド部１０と、電子線出射窓１１と、制御部１２と、調整用電磁コイル１３と、集束用電磁コイル１４と、を備える。電子銃２は、低エネルギー電子線である電子線ＥＢを発生させる電子線発生部である。電子銃２は、ケース４と、絶縁ブロック５と、コネクタ６と、フィラメント７と、グリッド部８と、内部配線９ａ，９ｂと、導電性部材１６と、を有する。
【００２２】
ケース４は、金属等の導電性材料により形成されている。ケース４は、絶縁ブロック５を収容する。ケース４は、真空容器３の内部の真空空間Ｚ（後述）へ繋がる開口４ａと、電子線照射装置１ａの外側へ繋がる開口４ｂとを有する。開口４ａは、内部配線９ａ，９ｂを通すための円形の開口である。開口４ｂは、コネクタ６を取り付けるための円形の開口である。
【００２３】
絶縁ブロック５は、絶縁性材料（例えばエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂やセラミック等）により形成されている。絶縁ブロック５は、電子銃２の内部配線９ａ，９ｂと他の部分（例えばケース４等）とを絶縁する。絶縁ブロック５は、基部５ａと、該基部５ａから突出した凸部５ｂとを有する。基部５ａは、ケース４内の殆どを占めるようにケース４内に収容されている。凸部５ｂは、基部５ａから開口４ａを通って前側に突出してケース４から露出している。
【００２４】
コネクタ６は、電子線照射装置１ａの外部から電源電圧の供給を受けるための高耐電圧型のコネクタ（レセプタクル）である。コネクタ６は、ケース４の側面に取り付けられている。コネクタ６は、ケース４の側壁を貫通するように開口４ｂに配置されている。コネクタ６においてケース４の内部に位置する部分６ａは、絶縁ブロック５の基部５ａに埋め込まれて固定されている。コネクタ６は、絶縁ブロック５とケース４とを強固に固定する。このコネクタ６には、図示しない電源装置から延びる外部配線の先端を保持した電源用プラグが挿入される。なお、外部電源からコネクタ６を介して必要な高電圧の供給を受けるのではなく、絶縁ブロック５内に昇圧回路を含む高電圧発生部を収容することで、絶縁ブロック５内で必要な高電圧を発生させてもよい。
【００２５】
フィラメント７は、電子線ＥＢとなる電子を放出するための電子放出部材である。フィラメント７は、タングステンを主成分とした材料により形成されている。フィラメント７は、絶縁ブロック５の凸部５ｂ（本実施形態では、凸部５ｂの先端付近）の前側に配置されている。フィラメント７の両端は、コネクタ６からフィラメント７へ延びる内部配線９ａ及び９ｂにそれぞれ接続されている。従って、コネクタ６に電源用プラグが挿入されると、フィラメント７の両端は、外部配線を介して電源装置と電気的に接続される。フィラメント７は、数アンペアの電流を流されることにより、２５００℃程度に加熱され、さらに別の電源装置からマイナス数１０ｋＶ〜マイナス数１００ｋＶといった高い負電圧が印加されることにより、電子を放出する。フィラメント７は、電子を引き出すとともに拡散を抑制するための電界を形成するグリッド部８に覆われている。グリッド部８には、図示しない配線を介して所定の電圧が印加される。従って、フィラメント７から放出された電子は、グリッド部８の一部に形成された孔から電子線ＥＢとして出射される。
【００２６】
内部配線９ａ，９ｂは、高電圧が電源装置から印加される高電圧部である。内部配線９ａ，９ｂは、絶縁ブロック５の内部に埋め込まれることにより、ケース４との絶縁が確保されている。
【００２７】
導電性部材１６は、絶縁ブロック５の表面のうち、ケース４との間に隙間があいた表面を覆う導電性の部材である。導電性部材１６としては、導電性のフィルム、或いは導電性のテープ等の薄い部材が用いられている。導電性部材１６は、絶縁ブロック５のうちケース４に密着していない部分を完全に覆うように当該絶縁ブロック５に貼付されている。なお、導電性部材１６は、導電性塗料や導電性膜等であってもよい。
【００２８】
真空容器３は、電子銃２を収容する真空空間Ｚを構成する筐体部である。真空容器３は、金属等の導電性材料により形成されている。真空容器３は、電子線ＥＢの出射方向に沿って延びる円筒状に形成されている。真空容器３は、電子銃２のフィラメント７、グリッド部８、及び絶縁ブロック５の凸部５ｂを収容して気密に封止する。真空容器３において電子銃２の前側に対向する部分には、通過孔３ｂが形成されている。通過孔３ｂは、電子銃２で発生させた電子線ＥＢを通過させる円形の貫通孔である。通過孔３ｂは、ガイド部１０の内部と連通する。真空容器３には、排気通路３ｄを介して真空ポンプ５０が接続されている。真空ポンプ５０により、真空容器３の内部の排気を簡易に行うことができる。
【００２９】
ガイド部１０は、電子銃２で発生させた電子線ＥＢをガイドする電子線ガイド部である。ガイド部１０の内部は、中空となっており、その内部空間は、電子銃２で発生させた電子線ＥＢが通過する空間を構成する。本実施形態では、ガイド部１０は、その全長に亘って均一な内径を有する円筒状となっている。ガイド部１０は、基端部１０ａ及びロッド部１０ｂを備えている。
【００３０】
基端部１０ａは、ガイド部１０の基端側であって、真空容器３に接続されており、ガイド部１０の内部空間を真空空間Ｚと連通させる。ロッド部１０ｂは、ガイド部１０の先端側であって、後述するように、容器であるボトルＢの口部Ｂａを介してボトルＢ内に挿入可能に構成されている。ロッド部１０ｂは、その外径が真空容器３よりも小径な長尺の筒状部材（ここでは、細長の円筒状部材）である。具体的には、基端部１０ａは、ガイド部１０の内部空間が真空容器３の通過孔３ｂと連続するように固定されている。ロッド部１０ｂは、基端部１０ａと連通し、電子銃２の電子線ＥＢの出射方向に沿って真空容器３から離間するように延出する。なお、本実施形態においては、基端部１０ａとロッド部１０ｂとは、その外径が真空容器３よりも小径の長尺の筒状部材として一体に構成されている。
【００３１】
電子線出射窓１１は、ガイド部１０の内部を通過した電子線ＥＢを透過させて、当該電子線ＥＢを外部に向けて出射する。電子線出射窓１１は、ガイド部１０の先端側に設けられている。具体的には、電子線出射窓１１は、ロッド部１０ｂの前側の端部（電子銃２側と反対側の端部）である先端部の開口を真空封止するように設けられている。電子線出射窓１１は、薄膜状の部材であり、電子線ＥＢを透過する材料（例えばベリリウム、チタン、アルミニウム等）から成る。電子線出射窓１１は、例えば１５μｍ以下の厚さに形成されている。ここでの電子線出射窓１１は、数μｍ〜１０μｍの厚さに形成されている。電子線出射窓１１は、ガイド部１０の先端において、ロウ材を用いてロッド部１０ｂにロウ付けされて、ロッド部１０ｂの先端部の開口を閉じるように気密に接合されている。なお、電子線出射窓１１は、例えば溶接によって接合されていてもよいし、気密保持構造を持った窓枠部によって薄膜状の部材が交換可能となるように保持されていてもよい。
【００３２】
制御部１２は、例えば、プロセッサ及び記憶装置（メモリ等）を有する一以上のコンピュータ装置により構成されている。制御部１２は、記憶装置に記憶されたプログラムに従って動作し、電子線照射装置１ａの各部を制御する。
【００３３】
調整用電磁コイル１３は、ガイド部１０における電子線ＥＢの軌道を調整する調整部である。調整用電磁コイル１３は、電磁レンズとして機能する。調整用電磁コイル１３は、ガイド部１０の内部において通過する電子線ＥＢが電子線出射窓１１に到達するように、当該電子線ＥＢの進行方向を偏向させて軌道（出射軸線）を微調整する。例えば調整用電磁コイル１３は、電子線ＥＢの出射軸線がガイド部１０（特にロッド部１０ｂ）の中心軸線におおよそ一致するように微調整する。調整用電磁コイル１３は、制御部１２に接続されており、制御部１２により流れる電流が制御される。これにより、電子線ＥＢの軌道の微調整が実現される。
【００３４】
調整用電磁コイル１３は、真空空間Ｚの外部においてガイド部１０の基端側（真空容器３側）に配置されている。より具体的には、調整用電磁コイル１３は、ガイド部１０の基端部１０ａにおける真空容器３に近接する基端側の位置に、基端部１０ａを包囲するように環状に配置されている。調整用電磁コイル１３は、保持部材２２によって覆われ、その位置が保持されている。保持部材２２は、真空容器３の前側に固定されている。保持部材２２は、ガイド部１０における基端側の一部（基端から一定距離先端側に亘る領域）である基端部１０ａを覆う。換言すると、本実施形態においては、ガイド部１０のうち、保持部材２２で覆われた部分が基端部１０ａとなる。
【００３５】
集束用電磁コイル１４は、ガイド部１０における電子線ＥＢの集束を制御する集束部である。集束用電磁コイル１４は、電磁レンズとして機能する。集束用電磁コイル１４は、ガイド部１０（特にロッド部１０ｂ）の内部において、通過する電子線ＥＢを、集束点が形成されないように集束させる。例えば集束用電磁コイル１４は、出射軸線に沿って拡がるように進行する電子線ＥＢの当該広がりを抑制し、電子線出射窓１１上における電子線ＥＢの照射範囲が一定となるように集束制御を行う。集束用電磁コイル１４は、制御部１２に接続されており、制御部１２により流れる電流が制御される。これにより、電子線ＥＢの集束制御の微調整が実現される。
【００３６】
集束用電磁コイル１４は、真空空間Ｚの外部において、調整用電磁コイル１３よりも前側であるガイド部１０の先端側（電子線出射窓１１側、真空容器３側と反対側）に配置されている。換言すると、調整用電磁コイル１３は、集束用電磁コイル１４よりもガイド部１０の基端側（電子銃２側）に配置されている。より具体的には、集束用電磁コイル１４は、ガイド部１０の基端部１０ａにおいて、調整用電磁コイル１３に対して前側（ガイド部１０の先端側）に隣接する位置に、基端部１０ａを包囲するよう環状に配置されている。調整用電磁コイル１３及び集束用電磁コイル１４は、電子線ＥＢの出射方向に沿ってこの順で並ぶように配置されている。集束用電磁コイル１４は、保持部材２２によってその位置が保持されるとともに覆われている。
【００３７】
図２は、図１の電子線照射装置の使用状態を示す断面図である。図１及び図２に示されるように、ガイド部１０の先端側であるロッド部１０ｂは、容器であるボトルＢの口部Ｂａを介して当該ボトルＢ内に挿入可能に構成されている。換言すると、本実施形態においては、ガイド部１０のうち、保持部材２２から突出し、ボトルＢの口部Ｂａを介して当該ボトルＢ内に挿入可能に構成されている部分がロッド部１０ｂとなる。
【００３８】
図示する例においては、ボトルＢは、ネック部Ｂｎに連なる開口部である口部Ｂａを備えた容器である。口部Ｂａの内径は、真空容器３の外径よりも小さく、且つ、ロッド部１０ｂの外径よりも大きい。つまり、ロッド部１０ｂは、ボトルＢの口部Ｂａに対して、ボトルＢの軸方向に沿って挿入可能な外径を有している。例えばロッド部１０ｂの外径は、口部Ｂａから挿入可能な寸法として、φ１８ｍｍ程度とされている。ガイド部１０において保持部材２２から突出する部分の軸長であるロッド部１０ｂの長さＬは、電子線ＥＢがボトルＢの底面に照射されるように、口部Ｂａを通ってボトルＢ内に位置するロッド部１０ｂの先端がボトルＢの底面近傍まで届き得る長さとされている。
【００３９】
ロッド部１０ｂの長さＬは、３００ｍｍ以上とされている。本実施形態では、ロッド部１０ｂの長さＬは、３００ｍｍ〜４００ｍｍである。適用されるボトルＢとしては、特に限定されず、あらゆるボトルＢを適用できる。ボトルＢの大きさ、材質、形状、外観及び用途等は限定されず、種々のボトルを適用できる。本実施形態のボトルＢとしては、容量が２リットルの飲料用ペットボトルが適用されている。
【００４０】
ガイド部１０は、非磁性体で形成されている。例えばガイド部１０は、ステンレス、アルミニウム又は無酸素銅等により形成されている。これにより、ガイド部１０の周囲に設置した調整用電磁コイル１３及び集束用電磁コイル１４の形成する磁界を、ガイド部１０内の電子線（電子ビーム）ＥＢへ導くことができる。そのため、ガイド部１０のうち、特に基端部１０ａを非磁性体で形成することが必須となる。
【００４１】
一方、ガイド部１０において保持部材２２から突出する部分（外部に露出し、ボトルＢ内に挿入可能な部分であって、長さＬに対応する部分）であるロッド部１０ｂは、その外面が磁性体１５で覆われている。磁性体１５は、磁気シールドとして機能するものであり、ロッド部１０ｂ内の電子線ＥＢに及ぶ地磁気等の外部磁気を遮蔽して、当該電子線ＥＢの軌道のずれを抑制する。なお、非磁性体で形成されたロッド部１０ｂを別途に磁性体１５で覆うのではなく、ロッド部１０ｂ自体を磁性体で形成してもよい。
【００４２】
以上の構成を備える本実施形態の電子線照射装置１ａの動作について説明する。
【００４３】
まず、真空ポンプ５０によって真空容器３の内部を排気して真空空間Ｚを形成した後、フィラメント７を通電することにより、フィラメント７を予備加熱し、電子放出の準備を行う。続いて、電源装置からマイナス数１０ｋＶ〜マイナス数１００ｋＶの電源電圧を印加する。この電源電圧は、内部配線９ａ及び９ｂを介してフィラメント７に供給される。そして、所望の管電流値が得られるような温度までフィラメント７を加熱する。なお、予備加熱を行うことなく、直接、所望の管電流値が得られるような温度までフィラメント７を加熱してもよい。その後、グリッド部８によってフィラメント７から電子を引き出し、前側に放出させる。
【００４４】
フィラメント７から放出された電子は、グリッド部８によって拡散が抑制され、印加電圧に応じたエネルギーを持った電子線ＥＢとなる。電子線ＥＢは、拡がるように前側に直進し、ガイド部１０の内部空間を電子線出射窓１１へ向かって進む。このとき、電子線ＥＢは、調整用電磁コイル１３により、軌道がガイド部１０（特にロッド部１０ｂ）の中心軸線に一致するように微調整された後、集束用電磁コイル１４により、ガイド部１０（特にロッド部１０ｂ）の内部において集束点が形成されないように集束制御される。
【００４５】
軌道が微調整されて集束制御された電子線ＥＢは、電子線出射窓１１に到達し、電子線出射窓１１を透過して電子線照射装置１ａの外部へ出射される。電子線ＥＢを出射状態とした後、ガイド部１０の先端側のロッド部１０ｂをボトルＢの口部Ｂａを介してボトルＢの内部に挿入し、ロッド部１０ｂ先端の電子線出射窓１１をボトルＢの内部の所望位置に位置させる。その結果、電子線ＥＢがボトルＢの内面に効率よく照射され、ボトルＢの内面が滅菌される。なお、ボトルＢの局所への電子線ＥＢの過剰照射による劣化を抑制するため、ボトルＢと電子線出射窓１１の相対的な位置関係は常に変動するように制御される。
【００４６】
ここで、電子線ＥＢをボトルＢの内面に効率よく照射するためには、ボトルＢの内部に電子線ＥＢを放出する部位を挿入する必要がある。このことから、電子線照射装置１ａは、基本構造として、ガイド部１０において、ボトルＢの口部ＢａからボトルＢ内部に挿入可能な細長いロッド部１０ｂを備える。そのため、電子銃２から放出された電子線ＥＢを、細長いロッド部１０ｂの狭く且つ長い内部空間を通過させて先端の電子線出射窓１１に効率よく到達させる必要がある。
【００４７】
一方、電子線照射装置１ａにおける電子銃２は、調整用電磁コイル１３を備えていない場合には、調整用電磁コイル１３を備えている場合と比較して、電子線出射窓１１から出射される電子線量が減少するような構成となっている。換言すると、調整用電磁コイル１３を備えている場合と比較して、電子線出射窓１１に到達不能な電子線量が増加するような構成となっている。具体的には、電子銃２は、調整用電磁コイル１３を備えていない場合には、その加工や組立、配置等を非常に高精度で行わない限り、電子銃２から出射した際の電子線ＥＢの軌道（出射軸線）がガイド部１０（特にロッド部１０ｂ）の中心軸線と一致せず、交差した状態となる可能性が高い。特に、電子銃２は、電子を放出するフィラメント７やグリッド部８を絶縁性樹脂やセラミック等の絶縁性材料からなる絶縁ブロック５で保持した構造であるため、絶縁ブロック５に起因する個体差も生じやすく、加工や組立、配置等を高精度で行うのは非常に困難である。つまり、電子銃２は、電子線ＥＢを電子銃２から放出させたとき、その軌道を調整しないと、電子線出射窓１１に到る前に、例えばガイド部１０の内壁等に入射したりする可能性が高いため、電子線出射窓１１から出射される電子線量が減少する（電子線出射窓１１に到達不能な電子線量が増加する）ような構成となっている。電子銃２は、それのみで電子線ＥＢがガイド部１０内を通って電子線出射窓１１から出射されるようには、真空空間Ｚ内に形成、寸法合わせ及び位置決めされていない。
【００４８】
そこで、電子線照射装置１ａでは、真空空間Ｚの外部においてガイド部１０の基端側に調整用電磁コイル１３が配置されている。調整用電磁コイル１３によってガイド部１０における電子線ＥＢの軌道を調整することで、電子銃２の加工や組立、配置に関して高い精度を必要とせずに、電子銃２からの電子線ＥＢを、ガイド部１０の先端側の電子線出射窓１１へ確実に到達させて当該電子線出射窓１１から出射できる。すなわち、調整用電磁コイル１３によって初めて、電子線出射窓１１から電子線ＥＢを高効率で出射できる。さらに、調整用電磁コイル１３を真空空間Ｚ外に配置することで、調整用電磁コイル１３からのガス放出による真空空間Ｚの真空度の低下といった問題を抑制し、より高効率に電子線出射窓１１から電子線ＥＢを出射できる。なお、調整用電磁コイル１３をガイド部１０の先端側、つまりロッド部１０ｂの領域に配置することも考えられるが、その場合、調整用電磁コイル１３を設けたロッド部１０ｂをボトルＢの内部に挿入可能な大きさとするのは非常に困難となる。ロッド部１０ｂには電子線ＥＢを制御するような構成を付加せず、その手前の基端部１０ａにおいて制御することが好ましい。
【００４９】
従って、本実施形態の電子線照射装置１ａによれば、ボトルＢの口部Ｂａから当該ボトルＢ内に挿入可能な長尺の筒状部材を備えたガイド部１０を具備することで、安定してガイド部１０先端側の電子線出射窓１１から電子線ＥＢを出射可能となる。また、電子銃２に求められる精度に余裕が生じることで、良品率の向上や均一の特性を備えた電子線照射装置の製造が容易となる。さらに、電子銃２から放出された電子線ＥＢを常に電子線出射窓１１の有効径内に入るようにし、安定して高性能の滅菌効果を得ることができる。
【００５０】
電子線照射装置１ａにおいて、電子線ＥＢの軌道を調整する調整部として、電磁コイルである調整用電磁コイル１３を備えている。これにより、調整用電磁コイル１３に供給する電流を調整することで、ガイド部１０における電子線ＥＢの軌道を微調整できるので、安定してガイド部１０先端側の電子線出射窓１１から電子線ＥＢを出射可能となる。また、熱膨張等による経時変化に起因した電子線ＥＢの軌道の変化にも、容易に対応することができる。
【００５１】
電子線照射装置１ａは、真空空間Ｚの外部に配置され電子線ＥＢの集束を制御する集束用電磁コイル１４を、集束部としてさらに備えている。これにより、ガイド部１０における電子線ＥＢの集束制御を確実に行い、安定してガイド部１０先端側の電子線出射窓１１から電子線ＥＢを出射可能となる。また、このように集束部として集束用電磁コイル１４を備えていることから、集束用電磁コイル１４に供給する電流を調整することで、ガイド部１０における電子線ＥＢの集束を微調整でき、さらに安定してガイド部１０先端側の電子線出射窓１１から電子線ＥＢを出射可能となる。より詳細には、電子銃２の加工や組立、配置のバラツキによって、同じ集束レンズを用いても電子線出射窓１１上における電子線ＥＢの照射範囲にバラツキが発生するため、結果として電子線出射窓１１から出射される電子線ＥＢを均一化するのは困難となる。対して、集束部を集束用電磁コイル１４とすることで、供給する電流の調整によって集束レンズを適切に調整できるので、電子線出射窓１１上における電子線ＥＢの照射範囲のバラツキを抑制し、電子線出射窓１１から出射される電子線ＥＢを均一化できる。さらに、集束用電磁コイル１４を真空空間Ｚ外に配置することで、集束用電磁コイル１４からのガス放出による真空空間Ｚの真空度の低下といった問題を抑制し、より高効率に電子線出射窓１１から電子線ＥＢを出射できる。
【００５２】
ところで、ガイド部１０の内部に電子線ＥＢの集束点が存在する場合、例えば放電等の影響によって当該集束点が電子線出射窓１１上に位置し、電子線ＥＢのエネルギーが電子線出射窓１１上の局所に集中してしまうことから、電子線出射窓１１が破損してしまう可能性が懸念される。これに対し、電子線照射装置１ａでは、集束用電磁コイル１４により、ガイド部１０（特にロッド部１０ｂ）の内部において集束点が形成されないように電子線ＥＢを集束する。これにより、電子線出射窓１１が破損する当該可能性を低減でき、安定してガイド部１０先端側の電子線出射窓１１から電子線ＥＢを出射可能となる。
【００５３】
電子線照射装置１ａにおいて、調整用電磁コイル１３は、集束用電磁コイル１４よりもガイド部１０の基端側に配置されている。これにより、ガイド部１０内を電子線出射窓１１へ向かって進む電子線ＥＢは、調整用電磁コイル１３で軌道が微調整された後に集束用電磁コイル１４で集束制御される。そのため、電子銃２からの電子線ＥＢの軌道においてずれが大きい場合であっても、集束用電磁コイル１４により電子線ＥＢの集束制御を確実に行い得る軌道となるように電子線ＥＢの軌道を調整できるので、安定してガイド部１０先端側の電子線出射窓１１から電子線ＥＢを出射可能となる。また、電子線ＥＢの集束制御を確実に行うことができるので、電子線出射窓１１から出射させる電子線ＥＢを均一化することが可能となる。
【００５４】
なお、電子線照射装置１ａでは、調整用電磁コイル１３及び集束用電磁コイル１４を真空空間Ｚの外側に設置し、ガイド部１０を介して制御用磁界を導入している。これにより、次の効果を奏する。すなわち、調整用電磁コイル１３及び集束用電磁コイル１４からのガス放出による真空空間Ｚの真空度の低下といった問題を抑制する。これにより、より高効率に電子線出射窓１１から電子線ＥＢを出射できる。また、調整用電磁コイル１３及び集束用電磁コイル１４を真空に対応させることが不要となることから、構造の簡素化が可能となる。さらに、調整用電磁コイル１３及び集束用電磁コイル１４の位置調整が容易となる。
【００５５】
電子線照射装置１ａでは、集束用電磁コイル１４により、電子線ＥＢを電子線出射窓１１上にて任意のサイズに調整できる。集束用電磁コイル１４により電子線ＥＢの集束制御ができるため、ガイド部１０のロッド部１０ｂの長さＬや電子線出射窓１１の有効径を変更する場合、ガイド部１０（ロッド部１０ｂ）のみを付け替えることで対応可能となる。
【００５６】
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について説明し、重複する説明は省略する。
【００５７】
図３は、第２実施形態に係る電子線照射装置の縦断面図である。図３に示される第２実施形態に係る電子線照射装置１ｂは、調整用電磁コイル１３と集束用電磁コイル１４との配置が入れ替わっている点で上記電子線照射装置１ａ（図１参照）と異なる。
【００５８】
集束用電磁コイル１４は、ガイド部１０の基端部１０ａにおける真空容器３に近接する基端側の位置に、基端部１０ａを包囲するように設けられている。調整用電磁コイル１３は、ガイド部１０の基端部１０ａにおいて、集束用電磁コイル１４に対して前側（ガイド部１０の先端側）に隣接する位置に設けられている。集束用電磁コイル１４及び調整用電磁コイル１３は、電子線ＥＢの出射方向に沿ってこの順で並ぶように、ガイド部１０の基端部１０ａの周囲に配置されている。
【００５９】
以上、電子線照射装置１ｂにおいても、上記電子線照射装置１ａにおける効果と同様の効果を奏する。また、電子線照射装置１ｂａでは、集束用電磁コイル１４が調整用電磁コイル１３よりもガイド部１０の基端側（電子銃２側）に配置されている。これにより、ガイド部１０内を電子線出射窓１１に向かって進む電子線ＥＢは、集束用電磁コイル１４で集束制御された後に、調整用電磁コイル１３で軌道が微調整される。よって、電子銃２からの電子線ＥＢの発散が大きい場合であっても、それを予め集束した上で電子線ＥＢの軌道を微調整するため、調整用電磁コイル１３において容易に電子線ＥＢの軌道調整が可能となり、安定してガイド部１０先端側の電子線出射窓１１から電子線ＥＢを出射可能となる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
【００６１】
上記実施形態において、ガイド部１０は、その先端側のロッド部１０ｂがボトルＢに挿入可能であれば、その長さを適宜変更することができる。例えば、図４（ａ）に示される電子線照射装置１ｃのように、ロッド部１０ｂの長さＬよりも小さい長さＬ２のロッド部１０ｃを備えていてもよい。この電子線照射装置１ｃは、例えばボトルＢよりも低背のボトルＢ２にロッド部１０ｃが挿入されて使用される。また逆に、図４（ｂ）に示される電子線照射装置１ｄのように、ロッド部１０ｂの長さＬよりも大きい長さＬ３のロッド部１０ｄを備えていてもよい。この電子線照射装置１ｄは、例えばボトルＢよりも高背のボトルＢ３にロッド部１０ｄが挿入されて使用される。
【００６２】
上記実施形態では、調整部として調整用電磁コイル１３を適用したが、調整部は特に限定されず、電子線ＥＢの軌道を調整できるものであれば、種々の手段を調整部として適用できる。上記実施形態では、集束部として集束用電磁コイル１４を適用したが、集束部は特に限定されず、電子線ＥＢを集束制御できるものであれば、種々の手段を集束部として適用できる。また、集束部を備えない場合もある。
【００６３】
本発明に係る電子線照射装置は、電子線を発生させる電子線発生部と、電子線発生部を収容する真空空間を構成する筐体部と、基端側が筐体部に接続されて真空空間と連通すると共に、先端側には容器の口部を介して当該容器内に挿入可能な長尺の筒状部材が備えられ、電子線発生部で発生させた電子線が内部を通過する電子線ガイド部と、電子線ガイド部の先端側に設けられ、電子線を出射する電子線出射窓と、電子線ガイド部における電子線の軌道を調整する調整部と、を具備し、調整部は、真空空間の外部において電子線ガイド部の基端側に配置されていてもよい。
【００６４】
この電子線照射装置において、電子線ガイド部は、その先端側に、容器の口部を介して当該容器内に挿入可能な長尺の筒状部材を備える。そして、真空空間の外部において電子線ガイド部の基端側に調整部が配置されている。この調整部によって電子線ガイド部における電子線の軌道を調整することで、電子線発生部の加工や組立、配置に関して高い精度を必要とせずに、電子線発生部で発生させた電子線を、電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓へ確実に到達させて当該電子線出射窓から出射できる。すなわち、容器の口部から当該容器内に挿入可能な長尺の筒状部材を備えた電子線ガイド部を具備する電子線照射装置において、安定して電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を出射させることが可能となる。
【００６５】
本発明に係る電子線照射装置では、調整部は、電磁コイルであってもよい。この場合、調整部により電子線ガイド部における電子線の軌道を微調整できるので、より安定して電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を出射させることが可能となる。
【００６６】
本発明に係る電子線照射装置は、真空空間の外部に配置され、電子線ガイド部における電子線の集束を制御する集束部をさらに具備していてもよい。この場合、集束部により電子線ガイド部における電子線の集束制御を確実に行い、より安定して電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を出射させることが可能となる。
【００６７】
本発明に係る電子線照射装置では、集束部は、電磁コイルであってもよい。この場合、集束部により電子線ガイド部における電子線の集束を微調整できるので、より安定して電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を出射させることが可能となる。
【００６８】
本発明に係る電子線照射装置では、集束部は、電子線ガイド部の内部において集束点が形成されないように電子線を集束してもよい。電子線ガイド部の内部に電子線の集束点が存在する場合、例えば放電等の影響によって集束点が電子線出射窓上に位置し、電子線の集中によって電子線出射窓が破損してしまうという可能性が懸念される。これに対し、電子線ガイド部の内部に集束点が形成されないように集束部によって電子線を集束することで、電子線出射窓が破損する当該可能性を低減できるので、より安定して電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を出射させることが可能となる。
【００６９】
本発明に係る電子線照射装置では、調整部は、集束部よりも電子線ガイド部の基端側に配置されていてもよい。この構成では、電子線ガイド部の内部を電子線出射窓へ向かって進む電子線は、調整部で軌道が調整された後に集束部で集束制御される。よって、電子線発生部からの電子線の軌道のずれが大きい場合であっても、集束部により電子線の集束制御を確実に行えるように当該軌道を調整できるので、より安定して電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を出射させることが可能となる。
【００７０】
本発明に係る電子線照射装置では、集束部は、調整部よりも電子線ガイド部の基端側に配置されていてもよい。この構成では、電子線ガイド部の内部を電子線出射窓に向かって進む電子線は、集束部で集束制御された後に調整部で軌道が調整される。よって、電子線発生部からの電子線の発散が大きい場合であっても、それを予め集束した上で電子線の軌道を調整するため、調整部において容易に電子線の軌道を調整でき、より安定して電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から電子線を出射させることが可能となる。
【００７１】
本発明に係る電子線照射装置では、電子線発生部は、電子線ガイド部の先端側の電子線出射窓から出射される電子線の電子線量が、調整部を具備しない場合には、調整部を具備する場合と比較して減少するように構成されていてもよい。この構成では、調整部を具備しない場合には、電子線が電子線出射窓から出射される電子線量が少ないような状態であっても、調整部で電子線の軌道を調整することによって十分な電子線量を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００７２】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…電子線照射装置、２…電子銃（電子線発生部）、３…真空容器（筐体部）、１０…ガイド部（電子線ガイド部）、１０ａ…基端部、１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…ロッド部、１１…電子線出射窓、１２…制御部、１３…調整用電磁コイル（調整部）、１４…集束用電磁コイル（集束部）、Ｂ…ボトル（容器）、Ｂａ…口部、ＥＢ…電子線、Ｚ…真空空間。
【図１】
2017122723.tif 000003
【図２】
2017122723.tif 000004
【図３】
2017122723.tif 000005
【図４】
2017122723.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月23日(2017.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生させる電子線発生部と、
前記電子線発生部を収容する真空空間を構成する筐体部と、
基端側が前記筐体部に接続されて前記真空空間と連通すると共に、先端側には前記電子線の出射方向に沿って前記筐体部から離間するように突出する長尺の筒状部材が備えられ、前記電子線発生部で発生させた前記電子線が内部を通過する電子線ガイド部と、
前記電子線ガイド部の先端側に設けられ、前記電子線を出射する電子線出射窓と、
前記電子線ガイド部における前記電子線の集束を制御する集束部と、
前記集束部を制御する制御部と、を具備し、
前記筒状部材は、前記集束部により包囲され非磁性体で形成される基端部と、前記筐体部よりも小径な円筒状部材であって容器内に挿入可能なロッド部と、を有し、
前記集束部は、電磁コイルであり、流れる電流が前記制御部により制御されることにより、前記電子線ガイド部の前記ロッド部の内部において集束点が形成されないように前記電子線を集束しつつ、前記電子線の広がりを抑制する集束制御を行う磁界を、前記基端部を通して前記電子線に導き、
前記ロッド部は、前記ロッド部内の前記電子線に及ぶ外部磁気を遮蔽するように磁気シールドされ、
前記電子線ガイド部における前記電子線の軌道を調整する調整部を備え、
前記基端部は、前記調整部及び前記集束部により包囲され、
前記制御部は、前記調整部をさらに制御し、
前記調整部は、電磁コイルであり、流れる電流が前記制御部により制御されることにより、前記電子線の軌道を前記筒状部材の中心軸に一致するように調整する磁界を、前記基端部を通して前記電子線に導く、電子線照射装置。
【請求項２】
前記調整部は、前記集束部よりも前記電子線ガイド部の基端側に配置されている、請求項１に記載の電子線照射装置。
【請求項３】
前記集束部は、前記調整部よりも前記電子線ガイド部の基端側に配置されている、請求項１に記載の電子線照射装置。
【請求項４】
前記調整部は、前記真空空間の外部に配置されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の電子線照射装置。
【請求項５】
前記集束制御は、前記電子線出射窓上における前記電子線の照射範囲を一定とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の電子線照射装置。
【請求項６】
前記筒状部材は、非磁性体で形成され、
前記ロッド部の外面は、磁性体で覆われている、請求項１〜５の何れか一項に記載の電子線照射装置。
【請求項７】
前記ロッド部は、磁性体で形成されている、請求項１〜５の何れか一項に記載の電子線照射装置。