(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を透過出射する電子線出射部を備えた電子線管と、該電子線管に直流高電圧を印加する直流高電圧電源とを備える電子線照射処理装置において、
前記電子線出射部は導電性部材で構成され、前記電子線出射部と前記直流高電圧電源の低圧部との間を電気的に絶縁すると共に、前記電子線出射部と前記低圧部間に流れる電流を計測する電流計と、前記電子線管に流れる管電流を測定する電流計とを設け、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御する制御手段を設けたことを特徴とする電子線照射処理装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記電子線管のフィラメントから熱電子を発生させるフィラメント電源および／または前記電子線管のグリッドによって発生した電子の進行エネルギーを制御するグリッド電源を制御して、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の電子線照射処理装置。
【請求項３】
前記両電流計で計測された電流値の差が所定の範囲を超えたとき、異常状態であることを報知する表示手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子線照射処理装置。
【請求項４】
電子線を透過出射する電子線出射部を備えた電子線管と、該電子線管に直流高電圧を印加する直流高電圧電源とを備える電子線照射処理装置において、
前記電子線出射部は導電性部材で構成され、前記電子線出射部と前記直流高電圧電源の低圧部との間を電気的に絶縁すると共に、前記電子線出射部と前記低圧部間に流れる電流を計測する電流計と、前記電子線管に流れる管電流を測定する電流計とを設け、前記両電流計で計測された電流値の差が所定の範囲を超えたとき、異常状態であることを報知する表示手段を設けたことを特徴とする電子線照射処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線を照射することによって、印刷塗料や半導体材料の硬化、材質の改善、殺菌等を行う電子線照射処理装置に係わり、特に、電子管から放射される電子線の出力を制御する制御手段の改良に係る電子線照射処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、電子線照射処理装置は、電子線管から放射される電子線を計測してフィードバック制御することにより所定量の電子線が出力されるように制御する制御手段を備えている。
【０００３】
図５は、そのような制御手段を備えた電子線照射処理装置の一例を示す図である。
この装置では、直流高電圧電源から供給される直流高電圧を電子線管のフィラメントとフランジおよび電子線出射窓間に印加することによって、図示破線で示すように流れる管電流を計測し、計測結果に基づいてフィラメント電源またはグリッド電源を制御することにより、フィラメントに流れる電流や、グリッドに印加するグリッド電圧を制御して、管電流を一定に制御し、それによって電子線出力を一定に制御している。
【０００４】
ここで、管電流が変化する理由としては、フィラメントが熱的に劣化したり、または変形することによって抵抗値が変化することが考えられる。上記のような制御手段を付加することにより、前記抵抗値の変化に係わらず、管電流を一定に維持制御することができるものである。
【０００５】
図６は、図５に示すものと異なる制御手段を備えた電子線照射処理装置の一例を示す図である。
【０００６】
この装置では、電子線出射窓から放射される電子線を電流検出部および電流測定部によって計測し、計測結果に基づいてフィラメント電源を制御し、電子線出力を一定に制御している。
【０００７】
この装置に係る公知技術としては、特開２００１−２２１８９８が知られているが、この種の装置の優れている点は、電流検出部、電流測定部によって電子線出射窓から出射される電子線出力を直接検出し測定している点にある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す電子線照射処理装置においては、電子線管内部の部品の熱的変形や静電気帯電によって電子線の形状が変化すると、電子線出射窓から出射されない電子線が増えてしまい、このような場合は、管電流を一定に維持制御しても、電子線出力を一定に維持することはできない問題がある。
【０００９】
さらに、電子線出射窓が、電子線照射雰囲気ガスとの反応により、その厚みが増減し、それに伴って電子線の電子線出射窓を透過する電子線量が増減し、管電流と電子線出力との比が変化してしまい、たとえ管電流を一定に維持しても電子線出力を一定に維持することができない問題がある。
【００１０】
また、図６に示す電子線照射処理装置では、電流検出部によって電子線出力の一部を捕捉する必要があり、被処理物に照射できる電子線の一部が失われる問題がある。本件発明者等の知見によれば、電子線を安定的に検出し、所定の安定した一定の電子線出力を得るためには、電子線の約２０〜３０％までも捕捉する必要がある。
【００１１】
さらに、電流検出部を電子線出射窓の近傍に配置しなければならないので、被処理物を電子線出射窓に近接させることができない。そのため電子線を大気圧中で照射するような場合、電子線が電子線出射窓と被処理物間の大気圧によって吸収・散乱され減衰されてしまう。上記特開２００１−２２１８９８に開示されている実施例においては、電子線出射窓と電流検出部間の距離が５ｍｍであり、このときの被処理物までの距離は１０ｍｍ程度を必要とし、電子線の大気による吸収・散乱が非常に大きくなる。
【００１２】
さらに、この装置は、長時間の使用によって電流検出部の感度が変化して電子線出力が変化する問題がある。
【００１３】
さらに、この装置では、減圧条件下で照射する場合、雰囲気ガスプラズマが発生するため、雰囲気ガスプラズマからの電流により、電流検出部における検出が不安定となり、その結果、電子線出力が変動してしまい、また雰囲気ガスの圧力により雰囲気ガスプラズマの状態も変化するため、雰囲気ガスの圧力によって電子線出力が変動する問題が発生する。
【００１４】
さらには、被処理物等から発生する汚染物質が電流検出部に付着すると、電流検出部の感度が変化し、電子線出力が変化してしまう問題も発生する。
【００１５】
本発明の目的は、上記のような従来の電子線照射処理装置における種々の問題点に鑑み、電子線管に流れる管電流と電子線管の電子線出射部からアースに流れる電流との差を検出する手段を設けることにより、電子線管から長期間にわたり安定した一定の電子線を出力させることのできる電子線照射処理装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、電子線を透過出射する電子線出射部を備えた電子線管と、該電子線管に直流高電圧を印加する直流高電圧電源とを備える電子線照射処理装置において、前記電子線出射部は導電性部材で構成され、前記電子線出射部と前記直流高電圧電源の低圧部との間を電気的に絶縁すると共に、前記電子線出射部と前記低圧部間に流れる電流を計測する電流計と、前記電子線管に流れる管電流を測定する電流計とを設け、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
第２の手段は、第１の手段において、前記制御手段は、前記電子線管のフィラメントから熱電子を発生させるフィラメント電源および／または前記電子線管のグリッドによって発生した電子の進行エネルギーを制御するグリッド電源を制御して、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御することを特徴とする。
【００１７】
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記両電流計で計測された電流値の差が所定の範囲を超えたとき、異常状態であることを報知する表示手段を設けたことを特徴とする。
【００１８】
第４の手段は、電子線を透過出射する電子線出射部を備えた電子線管と、該電子線管に直流高電圧を印加する直流高電圧電源とを備える電子線照射処理装置において、前記電子線出射部は導電性部材で構成され、前記電子線出射部と前記直流高電圧電源の低圧部との間を電気的に絶縁すると共に、前記電子線出射部と前記低圧部間に流れる電流を計測する電流計と、前記電子線管に流れる管電流を測定する電流計とを設け、前記両電流計で計測された電流値の差が所定の範囲を超えたとき、異常状態であることを報知する表示手段を設けたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１ないし図４を用いて説明する。
図１は、本発明に係る電子線照射処理装置の基本原理を説明するための構成を示す図である。
同図において、１は電子線管、１１は熱電子を放射するためのフィラメント、１２はフィラメント１１から放射された電子を加速制御するグリッド、１３は電子線管１のフランジ、１４は電子線管１の外部に電子線を透過出射させる電子線出射窓、２はフィラメント電源、３はフィラメント電源トランス、４はグリッド電源、５はグリッド電源トランス、６は電子線管に流れる管電流を計測する電流計、７は一端を電子線管１の高電圧印加部に接続し、他端をアースに接続して、電子線管１に直流高電圧を供給する直流高電圧電源である。
【００２０】
この電子線照射処理装置において、フィラメント１１で発生した熱電子はグリッド１２による高電圧により電界集中部に引き出された後に、電子線出射窓１４方向に向かって加速され、電子線出射窓１４に到達するように構成されている。
【００２１】
ここで、フランジ１３および電子線出射窓１４は全体として電子線出射部を構成し、これらは導電性部材で構成される。電子線出射窓１４に到達した電子は、加速電圧に応じた割合で、電子線出射窓１４を透過するものと、電子線出射窓１４に吸収されるものとに分けられる。なお、若干量の電子は、電子線出射窓１４ではなく、フランジ１３により吸収される。
【００２２】
この電子線照射処理装置の各部に流れる電流について説明すると、管電流をＩｔ、電子線として流れる電流をＩｅｂ、フランジ１３と電子線出射窓１４において吸収される電流をＩｓ、漏れ電流をＩｍとすると、管電流Ｉｔは下式で表される。
Ｉｔ＝Ｉｅｂ＋Ｉｓ＋Ｉｍ・・・（１）
さらに、漏れ電流Ｉｍは、電子線管１のガラス壁面を流れる漏れ電流Ｉｍ１、長期使用による電子線管１内の真空度劣化によって生ずる電子線管１内の漏れ電流Ｉｍ２、電子線出射窓１４やフランジ１３で発生した２次電子の再結合電流Ｉｍ３、電子線管１の高電圧印加部から空気や絶縁ガス等を介して漏れる放電電流Ｉｍ４等からなり、従って、漏れ電流Ｉｍは大凡下式で表される。
Ｉｍ＝Ｉｍ１＋Ｉｍ２＋Ｉｍ３＋Ｉｍ４・・・（２）
なお、これらの漏れ電流Ｉｍ１，Ｉｍ２，Ｉｍ３，Ｉｍ４は、電流Ｉｅｂや電流Ｉｓと比べて相対的に無視し得る程小さいが、これらの全ての漏れ電流Ｉｍは、電子線出射窓１４とフランジ１３によって吸収される。
【００２３】
（１）式を書き換えると、電子線として出力される電流Ｉｅｂは下式で表される。
Ｉｅｂ＝Ｉｔ−（Ｉｓ＋Ｉｍ）・・・（３）
先に述べたように、電流（Ｉｓ＋Ｉｍ）は、電子線出射部を構成するフランジ１３と電子線出射窓１４を流れる電流の総和を表しているので、管電流Ｉｔとフランジ１３および電子線出射窓１４を流れる電流の総和（Ｉｓ＋Ｉｍ）を知ることにより、電子線として出力される電流Ｉｅｂを知ることができる。
【００２４】
図２は、電子線管１の保持部構造を詳細に示した本発明に係る電子線照射処理装置の構成を示す図である。
同図において、２０は減圧チャンバー、２１は電子線管１のフランジ１３と減圧チャンバー２０間に介在し、フランジ１３から減圧チャンバー２０を通ってアースに流れる電流を阻止するために設けられた絶縁体、２２はフランジ１３と絶縁体２１間に設けられるＯリング、２３は絶縁体２１と減圧チャンバー２０間に設けられるＯリング、２４は電流（Ｉｓ＋Ｉｍ）を測定するためにフランジ１３とアース間に設けられる電流計、２５は電流計６と電流計２４とによって検出された電流に基づいて、フィラメント電源を制御して、電子線として出力される電流Ｉｅｂを所定値に維持するように制御する制御部である。
なお、その他の構成は図１に示す同符号の構成に対応するので説明を省略する。
ここで、絶縁体２１としては、セラミック、ガラスや樹脂等が用いられ、減圧チャンバー２０はＳＵＳ製が用いられる。
【００２５】
この電子線照射処理装置において、フィラメント電源２およびグリッド電源４を動作させ、直流高電圧電源７から電子線管１に直流高電圧を印加すると、電子線出射窓１４から電子線が放射され被処理物を照射することができる。電子線出射窓１４から電子線が放射されると、それと共にフランジ１３に流れ込んだ電流は絶縁体２１に阻止されて減圧チャンバー２０を介してアースに流れることはできないが、フランジ１３とアース間に接続された電流計２４を通って流れることができ、その結果、電流計２４によってフランジ１３に流れ込んだ電流の総和（Ｉｓ＋Ｉｍ）を測定することができる。一方、電流計６において管電流Ｉｔが測定され、電流計２４および電流計６において測定された電流は、制御部２５に入力される。制御部２５では、フィラメント電源２を制御して電子線として出力される電流Ｉｅｂ＝Ｉｔ−（Ｉｓ＋Ｉｍ）が所定値に保持されるように制御する。
【００２６】
なお、ここではフィラメント電源２を制御する場合について説明したが、フィラメント電源２を制御することに代えてグリッド電源４を制御するようにしてもよいし、または両者を同時に制御するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００２７】
図３は、制御系を詳細に示した本発明に係る電子線照射処理装置の構成を示す図である。
同図において、電流計６，２４に、それぞれホール素子を用いて電流を検出する場合を示しており、各ホール素子によって検出された電流Ｉｔ，（Ｉｓ＋Ｉｍ）はそれぞれ制御部２５の電流増幅器２５１，２５２に入力するように構成される。電流増幅器２５１，２５２において増幅されたそれぞれの電流は、電流−電圧変換器２５３，２５４で電圧に変換され、さらに両電圧は演算部２５５において、比ｘ１＝（Ｉｓ＋Ｉｍ）１／Ｉｔ１に相当する演算が行われる。演算部２５５ではさらに、求められた比ｘ１に基づく計算式ｘ１＝（Ｉｓ＋Ｉｍ）２／Ｉｔ２と、出力すべき電子線出力に応じて設定入力されている電子線の出力電流Ｉｅｂ０＝Ｉｔ２−（Ｉｓ＋Ｉｍ）２に相当する設定値とに基づいて、修正すべき管電流Ｉｔ２＝Ｉｅｂ０／（１−ｘ１）に相当する値を求め、管電流ＩｔがこのＩｔ２＝Ｉｅｂ０／（１−ｘ１）となるように制御信号を出力する。演算部２５５から出力された制御信号はフィルター２５６において不要な周波数成分が除去された後に、ゲイン調整器２５７によってゲイン調整されてフィラメント電源２のＰＷＭ制御回路２０２に制御信号として出力される。フィラメント電源２では、ＰＷＭ制御回路２０２は、基準発振器２０１によって与えられる周波数において、前記制御信号に応じて制御されたパルス幅変調信号を出力する。ドライブ回路２０３は前記のパルス幅変調信号によって駆動され、フィラメント１１に流れるフィラメント電流を制御している。
【００２８】
ここで、基準発振器２０１の基準発振周波数は８０ｋＨｚ、ドライブ回路２０３はプッシュプル方式を採用し、管電流１０μＡ〜１０００μＡの範囲において、安定した電子線出力が得られることが確認されている。
【００２９】
図４は、電子線管から放射される電子線電流Ｉｅｂが何らかの理由により変化した場合に制御されて修正される様子を説明するための表である。
同表の例１において、正常時、電流計２４で計測されて電子線出射部からアースに流れる電流（Ｉｓ＋Ｉｍ）０＝２２５μＡ、電流計６で計測された管電流Ｉｔ０＝３００μ、これに基づいて演算された電子線の電流Ｉｅｂ０＝（３００−２２５）μＡ＝７５μＡの正常状態にあったものが、何らかの理由により、電流計２４で計測された電流が（Ｉｓ＋Ｉｍ）１＝２３０μＡに変化し、その結果、正常時の電子線電流Ｉｅｂ０＝７５μＡであるべきものが電子線の電流Ｉｅｂ１＝（３００−２３０）μＡ＝７０μＡに減少して、異常状態に到ったとする。本発明によれば、上記に説明した計算式に基づいて、Ｉｔ２＝Ｉｅｂ０／（１−ｘ１）＝７５／（１−２３０／３００）＝３２１．４μＡ、同様に、（Ｉｓ＋Ｉｍ）２＝Ｉｅｂ０・ｘ１／（１−ｘ１）＝７５・２３０／３００（１−２３０／３００）＝２４６．４μＡとなるように計算され、これらの電流になるように制御部２５から制御信号が出力される。その結果、管電流Ｉｔ２＝３２１．４μＡ、および電流（Ｉｓ＋Ｉｍ）２＝２４６．４μＡとなるように修正制御され、これにより演算された電子線の電流Ｉｅｂ２＝（３２１．４−２４６．４）μＡ＝７５μＡに維持させることができ、常に電子線の電流Ｉｅｂを所定の値７５μＡに維持することができる。また、例２についても同様に説明される。
【００３０】
なお、本発明の上記の実施形態では、何らかの理由により、電流計２４で計測された電流（Ｉｓ＋Ｉｍ）が変化し、その結果、電子線の電流がＩｅｂが減少した場合、管電流Ｉｔや電流（Ｉｓ＋Ｉｍ）を増やして、電子線電流Ｉｅｂを一定に維持するように制御する場合について説明したが、これに代えて、またはこれと共に、電子線の電流Ｉｅｂが設定された所定の範囲を逸脱したか否かを判断して、所定の範囲を逸脱した場合は、発光手段や発音手段等の表示手段によって異常状態にあることを報知させるようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電子線出射部を導電性部材で構成し、前記電子線出射部と直流高電圧電源の低圧部との間を電気的に絶縁すると共に、前記電子線出射部と前記低圧部間に流れる電流を計測する電流計と、電子線管に流れる管電流を測定する電流計とを設け、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御する制御手段を設けたので、従来の管電流を制御することによる電子線出力の一定化を図る従来装置の欠点を解決し、常に安定した一定の電子線を出力させることができる。また、電子線出射窓が、電子線照射雰囲気ガスとの反応によりその厚みが増減しても、電子線出力を一定に維持することが可能となる。さらに、電子線の一部を捕捉して電流を検出する従来装置に比べて、電子線を全て有効に使用することができるので装置の効率化を図ることができると共に、電流検出部が雰囲気ガスプラズマや被処理物からの汚染物質に曝されることによる種々の問題を解決することができる。
【００３２】
請求項２に記載の発明によれば、制御手段が、前記電子線管のフィラメントから熱電子を発生させるフィラメント電源および／または前記電子線管のグリッドによって発生した電子の進行エネルギーを制御するグリッド電源を制御して、前記両電流計で計測された電流値の差が一定となるように、前記各電流計に流れる電流を制御するようにしたので、簡便な手段で電子線出力を高精度に制御することができる。
【００３３】
請求項３または請求項４に記載の発明によれば、前記両電流計で計測された電流値の差が所定の範囲を超えたとき、異常状態であることを報知する表示手段を設けたので、電子線出力の異常状態を簡便な手段で容易にかつ高精度に報知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電子線照射処理装置の基本原理を説明するための構成を示した図である。
【図２】電子線管の保持部構造を詳細に示した本発明に係る電子線照射処理装置の構成を示す図である。
【図３】制御系を詳細に示した本発明に係る電子線照射処理装置のの構成を示す図である。
【図４】電子線管から放射される電子線電流Ｉｅｂが何らかの理由により変化した場合の修正される様子を説明するための表である。
【図５】従来技術に係る制御手段を備えた電子線照射処理装置の一例を示す図である。
【図６】従来技術に係る制御手段を備えた電子線照射処理装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  電子線管
１１  フィラメント
１２  グリッド
１３  フランジ
１４  電子線出射窓
２  フィラメント電源
２０１  基準発振器
２０２  ＰＷＭ制御回路
２０３  ドライブ回路
３  フィラメント電源トランス
４  グリッド電源
５  グリッド電源トランス
６  電流計
７  直流高電圧電源
２０  減圧チャンバー
２１  絶縁体
２２，２３  Ｏリング
２４  電流計
２５  制御部
２５１，２５２  電流増幅器
２５３，２５４  電流−電圧変換器
２５５  演算部
２５６  フィルター
２５７  ゲイン調整器
【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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