電子線照射装置
【課題】照射領域に導入する気体を工夫することで、効率的にオゾンを発生させることができるとともに、電子線照射装置や遮蔽壁の腐食を防止する。
【解決手段】電子線照射装置１００は、熱電子を放出する電子銃１１０と、真空状態に維持される真空室内で電子銃１１０から放出された熱電子を加速する加速器１１８と、加速器１１８が加速した熱電子を電子線として大気圧雰囲気に取り出すスキャンホーン１２０と、大気圧雰囲気に取り出された電子線が被照射物Ｗに照射される領域である照射領域Ｒに酸素を導入する酸素導入装置３００とを備える。
【解決手段】電子線照射装置１００は、熱電子を放出する電子銃１１０と、真空状態に維持される真空室内で電子銃１１０から放出された熱電子を加速する加速器１１８と、加速器１１８が加速した熱電子を電子線として大気圧雰囲気に取り出すスキャンホーン１２０と、大気圧雰囲気に取り出された電子線が被照射物Ｗに照射される領域である照射領域Ｒに酸素を導入する酸素導入装置３００とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射物に電子線を照射する電子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療器具や食品等の滅菌、樹脂の架橋や硬化、悪性腫瘍等の病巣の除去等、様々な分野で利用されている電子線照射装置（例えば、特許文献１、２）が知られている。このような電子線照射装置は、カソード電極と加速器を備えており、カソード電極に電力を供給することでカソード電極から電子線を放出し、その電子線を加速器で加速して被照射物に照射する。
【０００３】
被照射物に電子線が照射される照射領域においては、電子線が照射領域に存在する空気中の酸素（Ｏ２）と反応して、オゾン（Ｏ３）が生成される。オゾンは、酸化力が強いため、銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）や樹脂を腐食する。したがって、電子線の衝突に基づいて発生する放射線の外部への漏洩を防止するための遮蔽壁が銅や鉄で形成されていたり、電子線照射装置へ被照射物を搬送する搬送装置が銅や鉄、樹脂で形成されている場合、これらを腐食してしまうおそれがあった。そこで、これらの銅や鉄、樹脂で形成された部材の腐食を防止するために、従来、照射領域の近傍に排気口を設けておき、電子線照射装置において生成されたオゾンを、排気口を通じて排気していた。
【０００４】
ところで、オゾンには酸化力があるため、滅菌作用、脱臭作用、漂白作用等を有する。そこで、電子線照射装置や、遮蔽壁、搬送装置をステンレスやチタン等のオゾンによって腐食されにくい材質で形成しておき、電子線の照射による滅菌と併せて、照射領域で生成されたオゾンを排気せず、敢えて利用することでさらに滅菌する技術が開発されている。例えば、照射領域をエアカーテンで囲繞することで、空気中の酸素に基づいて生成されたオゾンをエアカーテン内（照射領域）に滞留させておく技術が開示されている（例えば、特許文献３）。特許文献３の技術では、照射領域を通過した被照射物は、電子線照射による滅菌とともに、オゾンによる滅菌もなされることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３４９９９８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３９８９８号公報
【特許文献３】特開２００５−３２９１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献３の技術を利用した場合、電子線は、酸素のみならず、空気中に含まれる窒素や水とも反応してしまい、その結果、硝酸塩やアンモニウム塩、硝酸アンモニウムといった窒化物が生成されてしまうことがある。そうすると、ステンレスやチタン等のオゾンでは腐食されにくい金属で形成された電子線照射装置や、遮蔽壁、搬送装置であっても、生成された窒化物によって腐食されてしまうおそれがある。
【０００７】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、照射領域に導入する気体を工夫することで、効率的にオゾンを生成することができるとともに、電子線照射装置や遮蔽壁の腐食を防止することが可能な電子線照射装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の電子線照射装置は、熱電子を放出する電子銃と、真空状態に維持される真空室内で電子銃から放出された熱電子を加速する加速器と、加速器が加速した熱電子を電子線として大気圧雰囲気に放出するスキャンホーンと、大気圧雰囲気に取り出された電子線が被照射物に照射される領域である照射領域に酸素を導入する酸素導入装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
照射領域を囲繞し、酸素導入装置から導入された酸素を当該照射領域に滞留させる滞留壁部を備えてもよい。
【００１０】
照射領域に被照射物を搬送する搬送体を備え、滞留壁部は、搬送体の搬送方向に延伸して設けられ、照射領域とともに、搬送方向の上流および下流のいずれか一方または両方の搬送体を囲繞して滞留空間を形成してもよい。
【００１１】
酸素導入装置は、照射領域に酸素を導入する導入部と、滞留壁部における、搬送方向の上流に配される上流端部および下流に配される下流端部のいずれか一方または両方から、滞留空間内に存在するオゾンを吸引する吸引部と、を含んで構成されてもよい。
【００１２】
吸引部が吸引したオゾンを導入部に供給する循環部を備えてもよい。
【００１３】
滞留壁部の上流端部および下流端部には開口部が設けられており、開口部には、酸素導入装置から導入された酸素の照射領域からの流出を低減するための拡散防止板が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、照射領域に導入する気体を工夫することで、効率的にオゾンを生成することができるとともに、電子線照射装置や遮蔽壁の腐食を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電子線照射装置の外観斜視図である。
【図２】図１におけるＺ軸方向から電子線照射装置を見た図である。
【図３】図１におけるＸ軸方向から電子線照射装置を見た図である。
【図４】導入部から吸引部へ向かうガスの流れを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
（電子線照射装置１００）
図１は、電子線照射装置１００の外観斜視図である。図２は、図１におけるＺ軸方向から電子線照射装置１００を見た図である。図３は、図１におけるＸ軸方向から電子線照射装置を見た図である。なお、図１では、理解を容易にするために電子線照射装置１００を支持する支持機構を省略する。
【００１８】
図１から図３に示すように、電子線照射装置１００は、カソード電源１０４と、電子銃１１０と、高周波ユニット１１２と、導波管１１４と、プリバンチャ１１６と、加速器１１８と、スキャンホーン１２０と、オゾン滞留装置２００とを備えて構成されている。なお、電子銃１１０、プリバンチャ１１６、加速器１１８、スキャンホーン１２０は、内部空間（真空室）が連続しており、この内部空間は、イオンポンプ等の真空ポンプ１０２で高真空状態から超高真空状態（例えば、１０Ｅ−５Ｐａ以下）に維持される。
【００１９】
電子線照射装置１００において、電子銃１１０から放出された熱電子は、プリバンチャ１１６、加速器１１８で加速され、スキャンホーン１２０を通過して、搬送装置１０で搬送される被照射物Ｗに向かって図１中Ｙ軸方向に照射される。なお、本実施形態において搬送装置１０は、コンベア（搬送帯）等で構成される搬送体１０ａを含んで構成され、搬送体１０ａ上に被照射物Ｗを載置した状態で被照射物Ｗを照射領域Ｒに搬送する。ここで１０ａは、ステンレス等のオゾンで腐食されにくい材質で形成されている。以下、電子線照射装置１００の各機能部について詳述する。
【００２０】
（電子銃１１０）
電子銃１１０は、例えば、三極管電子銃であり、カソード電源（交流電源）１０４から供給された電力によってカソード電極を加熱し、パルス状に印加された高電圧のグリッド電圧（引出電圧）により、電子線を放出する。
【００２１】
（高周波ユニット１１２、導波管１１４）
高周波ユニット１１２は、クライストロン等で構成される高周波増幅器１１２ａと、高周波増幅器１１２ａに電力を供給する高周波電源（電力供給部）１１２ｂとを含んで構成され、導波管１１４を通じてプリバンチャ１１６および加速器１１８に、例えばＳバンドに相当する３ＧＨｚのパルス状の高周波電力を供給する。導波管ユニット１１４は、セラミック等で構成されたＲＦ窓１１４ａ、１１４ｂを通じて、高周波増幅器１１２ａから増幅されて供給される高周波の電圧を加速器１１８に供給する。導波管１１４におけるＲＦ窓１１４ａとＲＦ窓１１４ｂの間には、六フッ化硫黄（ＳＦ６）等の絶縁ガスが充填されており、高周波増幅器１１２ａで増幅されて出力された電圧によって導波管１１４が放電してしまう事態を回避する。なおＲＦ窓１１４ａ、１１４ｂはＳＦ６と真空とを隔てる境界の役割を果たす。
【００２２】
（プリバンチャ１１６）
プリバンチャ１１６は、電子銃１１０と加速器１１８の間に設けられ、導波管１１４を通じて高周波ユニット１１２に接続されている。プリバンチャ１１６は、電子銃１１０から入射された電子線をバンチング（密度圧縮（速度変調））して、加速器１１８に送出する。具体的に説明すると、プリバンチャ１１６内は、高周波増幅器１１２ａから供給された高周波の電圧によって高周波電界が形成されており、プリバンチャ１１６を通過した電子線は、バンチングされて加速器１１８に入射する。プリバンチャ１１６で電子線をバンチングすることにより、加速器１１８で加速された電子線のエネルギーの分散を小さくすることができ、電子線のエネルギーの均一性を向上させることが可能となる。
【００２３】
ここで、プリバンチャ１１６によって圧縮された電子線の加速器１１８への入射タイミングが、加速器１１８における高周波の正位相と同期したときのみ、電子線は加速器１１８で効率よく加速される。したがって、プリバンチャ１１６から加速器１１８への電子線の入射タイミングを調整するために、プリバンチャ１１６の高周波導入部１１６ａには、不図示の位相調整手段が設けられている。また、電子線の圧縮率（バンチングされた電子線の長さ）も加速器１１８による加速効率に影響するため、すなわち、電子線の長さが短い程、加速効率が向上する。したがって、供給する高周波の強度を調整して電子線の長さを調整するために、プリバンチャ１１６の高周波導入部１１６ａには、不図示の減衰（アッテネータ）手段が設けられている。
【００２４】
（加速器１１８）
加速器１１８は、ステンレス（例えばＳＵＳ）等で形成され、内部に複数の加速空間を有して構成される。高周波増幅器１１２ａから高周波の電圧（例えば、３ＧＨｚ）が供給されると、加速器１１８の複数の加速空間が空間共振器として機能し、空間共振器内に時間的に変化する電界が生じる。そして、この時間的に変化する電界で、プリバンチャ１１６によって圧縮された電子線を加速する。
【００２５】
ここで、電子線の速度と加速空間における正に帯電する（正位相になる）タイミングが同期するように、高周波増幅器１１２ａから供給される電圧の周波数と、加速空間の距離が設計されているため、電子線は加速器１１８内で徐々に加速され、最終的には、例えば１０ＭｅＶ程度まで加速されて、スキャンホーン１２０に入射される。
【００２６】
なお、ここでは、加速器１１８として、定在波型の線形（リニアック）加速器を採用しているが、電子を加速できればよく、進行波型の線形加速器や、シンクロトロン、サイクロトロン等の円形加速器を採用することもできる。
【００２７】
（スキャンホーン１２０）
スキャンホーン１２０は、ステンレス（例えばＳＵＳ）等で形成され、その内部空間が加速器１１８と連結され、加速器１１８の出口付近に設けられたスキャン電磁石１２２と、加速器１１８と連結する端部と対向する端部に設けられた電子線取出部１２４とを含んで構成される。
【００２８】
スキャン電磁石１２２は、加速器１１８から入射された電子線を水平方向（図１中Ｘ軸方向）に走査（スキャン）する。電子線の進行方向は鉛直方向（図１中Ｙ軸方向）であるため、スキャン電磁石１２２が鉛直方向に進行する電子線を水平方向に走査することにより、水平方向に幅のある被照射物Ｗに確実に電子線を照射することができる。
【００２９】
電子線取出部１２４は、例えば、５０μｍ程度の厚みのチタン（Ｔｉ）箔で構成され、内部空間と、大気とを隔てる境界の役割を果たす。そして、電子線取出部１２４から大気雰囲気に放出された電子線は、被照射物Ｗに照射される。
【００３０】
こうして、電子銃１１０で放出された電子線は、加速器１１８で加速されて、電子線取出部１２４を通じて、被照射物Ｗに照射される。
【００３１】
ところで、被照射物Ｗに電子線が照射される照射領域Ｒにおいて、電子線が照射領域Ｒに存在する気体と反応して、元々の気体とは異なる物質が生成される。例えば、照射領域Ｒに空気が存在する場合、電子が空気中の酸素と反応してオゾンが生成され、空気中の窒素や酸素、水と反応して、硝酸塩やアンモニア塩、硝酸アンモニウム等の窒化物が生成される。
【００３２】
電子線によって生成されたオゾンは、その酸化力により、強い滅菌作用、脱臭作用、漂白作用等を有する。そこで、オゾン滞留装置２００は、照射領域Ｒにおいて、オゾンを滞留させることにより、電子線照射による滅菌と併せて、オゾンによる滅菌を被照射物Ｗに施す。
【００３３】
一方、硝酸塩やアンモニウム塩、硝酸アンモニウム等の窒化物は、腐食性を有する。したがって、電子線照射装置１００における、ステンレスやチタン等のオゾンでは腐食されにくい金属で形成された部材（例えばスキャンホーン１２０）や、オゾンでは腐食されにくい金属で形成された搬送装置１０の部材を腐食してしまうおそれがある。そこで、オゾン滞留装置２００は、照射領域Ｒにおいて、腐食性を有する物質の生成を抑制する。
【００３４】
以下、照射領域Ｒに導入する気体を工夫することで効率的にオゾンを生成するとともに、腐食性を有する物質の生成を抑制するオゾン滞留装置２００について説明する。
【００３５】
（オゾン滞留装置２００）
図１から図３に示すように、オゾン滞留装置２００は、滞留壁部２１０と、拡散防止板２１２と、酸素導入装置３００とを含んで構成される。
【００３６】
滞留壁部２１０は、ステンレスやチタン等のオゾンでは腐食されにくい金属の板で形成されており、搬送体１０ａの搬送方向（図１、図３中、Ｚ軸方向）に延伸して設けられる。また、滞留壁部２１０は、照射領域Ｒとともに、搬送方向の上流および下流の搬送体１０ａを囲繞して滞留空間Ｓを形成する。すなわち、滞留空間Ｓは、滞留壁部２１０および搬送体１０ａで囲まれた空間である。
【００３７】
拡散防止板２１２は、ステンレスやチタン等のオゾンでは腐食されにくい金属で形成されており、滞留壁部２１０の上流端部２１０ａに設けられた開口部２２０ａ、および下流端部２１０ｂに設けられた開口部２２０ｂを閉塞可能に設けられている。拡散防止板２１２は、後述する酸素導入装置３００が照射領域Ｒに導入した酸素の滞留空間Ｓからの流出を低減する。
【００３８】
なお、拡散防止板２１２は、その上部が、蝶番（ヒンジ）等で滞留壁部２１０に接続されており、蝶番を回転軸として搬送方向に開閉可能に設けられている。したがって、搬送体１０ａによって移動する被照射物Ｗが拡散防止板２１２を押進することにより、拡散防止板２１２が回動して、拡散防止板２１２による開口部２２０ａ、２２０ｂの閉塞を解除する。すなわち、被照射物Ｗが開口部２２０ａ、２２０ｂを通過する期間は、開口部２２０ａ、２２０ｂが開状態となり、それ以外の期間は閉状態となる。
【００３９】
したがって、拡散防止板２１２を開口部２２０ａ、２２０ｂに設ける構成により、開口部２２０ａ、２２０ｂを被照射物Ｗが通過していない場合、すなわち、開口部２２０ａ、２２０ｂが閉状態である場合には、滞留空間Ｓからの酸素やオゾンの拡散（流出）を低減することができる。また、拡散防止板２１２が回動可能に設けられる構成により、被照射物Ｗをスムーズに通過させることが可能となる。
【００４０】
酸素導入装置３００は、照射領域Ｒを含む滞留空間Ｓに酸素を導入する。具体的に説明すると、酸素導入装置３００は、導入部３１０と、吸引部３１２と、循環部３１４と、オゾン測定部３１６と、導入量調整部３１８とを含んで構成される。
【００４１】
導入部３１０は、酸素ボンベ等で構成される酸素源３０から、滞留空間Ｓに酸素を導入する。本実施形態において導入部３１０は、照射領域Ｒまたは照射領域Ｒの近傍に酸素を導入する。
【００４２】
オゾンは、電子線が照射される照射領域Ｒで生成されることになる、すなわち照射領域Ｒがオゾンの発生源になる。したがって、導入部３１０が照射領域Ｒにオゾンを導入することで、効率よくオゾンを生成することが可能となる。
【００４３】
吸引部３１２は、滞留壁部２１０における、搬送方向の上流に配される上流端部２１０ａおよび下流に配される下流端部２１０ｂから、導入部３１０が導入した酸素によって照射領域Ｒで生成された、滞留空間Ｓ内に存在するオゾンと、酸素とを吸引する。
【００４４】
図４は、導入部３１０から吸引部３１２へ向かうガスの流れを説明するための説明図である。図４に示すように、導入部３１０から導入された酸素は、上流端部２１０ａおよび下流端部２１０ｂに設けられた吸引部３１２によって吸引される。そうすると、図４中、矢印で示すように、照射領域Ｒで生成されたオゾンは、照射領域Ｒから上流端部２１０ａに向かって流れ、また、照射領域Ｒから下流端部２１０ｂに向かって流れることになる。換言すれば、照射領域Ｒで生成されたオゾンは、滞留壁部２１０内に拡散することになる。したがって、滞留壁部２１０を通過する間、被照射物Ｗはオゾン雰囲気に曝されることになり、オゾンによって被照射物Ｗの表面を確実に滅菌することが可能となる。
【００４５】
循環部３１４は、吸引部３１２が吸引したオゾンを導入部３１０に供給する。これにより、吸引部３１２によって吸引されたオゾンを再度滞留空間Ｓに導入することができ、滞留空間Ｓにおけるオゾンの濃度を向上させることが可能となる。
【００４６】
オゾン測定部３１６は、滞留空間Ｓにおけるオゾン濃度を測定する。導入量調整部３１８は、オゾン測定部３１６が測定したオゾン濃度に基づいて、導入部３１０が酸素源３０から滞留空間Ｓに導入する酸素量を調整する。オゾン測定部３１６および導入量調整部３１８を備える構成により、滞留空間Ｓ内のオゾン濃度を、滅菌に適した所定の濃度に保つことができ、オゾンによる被照射物Ｗの表面の滅菌効率を上昇させることが可能となる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態にかかる電子線照射装置１００によれば、照射領域Ｒにおいて電子線を照射することにより、被照射物Ｗの表面および内部を確実に滅菌することができる。また、酸素導入装置３００を備える構成により、オゾンを効率よく生成することができ、表面形状が複雑な（表面積が大きい）被照射物Ｗであっても、その表面を満遍なく滅菌することが可能となる。
【００４８】
また、酸素導入装置３００は、空気ではなく酸素を導入し、滞留壁部２１０が滞留空間Ｓを形成することにより、滞留空間Ｓ内にオゾンを効率よく滞留させるとともに、滞留空間Ｓへの空気の流入を低減することができる。したがって、空気中に含まれる窒素や水が電子線と反応して窒化物が生成されてしまう事態を回避することができ、電子線照射装置１００におけるステンレスやチタン等のオゾンで腐食されにくい金属で形成された部材や、オゾンで腐食されにくい金属で形成された搬送装置１０の部材の、窒化物による腐食を防止することが可能となる。
【００４９】
さらに、滞留壁部２１０が、照射領域Ｒのみならず、搬送方向の上流および下流の搬送体１０ａを囲繞して滞留空間Ｓを形成することから、照射領域Ｒで生成されたオゾンを搬送方向の上流や下流にまで拡散させることができる。したがって、被照射物Ｗは、照射領域Ｒだけでなく、滞留空間Ｓである搬送方向の上流や下流を通過するときにも、オゾンによって、その表面が滅菌されることとなる。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５１】
例えば、上述した実施形態では、滞留壁部２１０は、照射領域Ｒとともに搬送方向の上流の搬送体１０ａおよび下流の搬送体１０ａを囲繞して滞留空間Ｓを形成する。しかし、滞留壁部２１０は、照射領域Ｒとともに少なくとも搬送方向の上流の搬送体１０ａのみを囲繞して滞留空間Ｓを形成しても、照射領域Ｒとともに少なくとも搬送方向の下流の搬送体１０ａのみを囲繞して滞留空間Ｓを形成してもよい。
【００５２】
また、滞留壁部２１０は、搬送体１０ａの搬送方向に延伸して設けられているが、これに限定されず、少なくとも照射領域Ｒにおいてオゾンを滞留させることができればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、被照射物に電子線を照射する電子線照射装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｒ …照射領域
Ｓ …滞留空間
Ｗ …被照射物
１０ …搬送装置
１０ａ …搬送体
１００ …電子線照射装置
１１０ …電子銃
１１８ …加速器
１２０ …スキャンホーン
２１０ …滞留壁部
２１０ａ …上流端部
２１０ｂ …下流端部
２１２ …拡散防止板
２２０ａ、２２０ｂ …開口部
３００ …酸素導入装置
３１０ …導入部
３１２ …吸引部
３１４ …循環部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射物に電子線を照射する電子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療器具や食品等の滅菌、樹脂の架橋や硬化、悪性腫瘍等の病巣の除去等、様々な分野で利用されている電子線照射装置（例えば、特許文献１、２）が知られている。このような電子線照射装置は、カソード電極と加速器を備えており、カソード電極に電力を供給することでカソード電極から電子線を放出し、その電子線を加速器で加速して被照射物に照射する。
【０００３】
被照射物に電子線が照射される照射領域においては、電子線が照射領域に存在する空気中の酸素（Ｏ２）と反応して、オゾン（Ｏ３）が生成される。オゾンは、酸化力が強いため、銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）や樹脂を腐食する。したがって、電子線の衝突に基づいて発生する放射線の外部への漏洩を防止するための遮蔽壁が銅や鉄で形成されていたり、電子線照射装置へ被照射物を搬送する搬送装置が銅や鉄、樹脂で形成されている場合、これらを腐食してしまうおそれがあった。そこで、これらの銅や鉄、樹脂で形成された部材の腐食を防止するために、従来、照射領域の近傍に排気口を設けておき、電子線照射装置において生成されたオゾンを、排気口を通じて排気していた。
【０００４】
ところで、オゾンには酸化力があるため、滅菌作用、脱臭作用、漂白作用等を有する。そこで、電子線照射装置や、遮蔽壁、搬送装置をステンレスやチタン等のオゾンによって腐食されにくい材質で形成しておき、電子線の照射による滅菌と併せて、照射領域で生成されたオゾンを排気せず、敢えて利用することでさらに滅菌する技術が開発されている。例えば、照射領域をエアカーテンで囲繞することで、空気中の酸素に基づいて生成されたオゾンをエアカーテン内（照射領域）に滞留させておく技術が開示されている（例えば、特許文献３）。特許文献３の技術では、照射領域を通過した被照射物は、電子線照射による滅菌とともに、オゾンによる滅菌もなされることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３４９９９８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３９８９８号公報
【特許文献３】特開２００５−３２９１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献３の技術を利用した場合、電子線は、酸素のみならず、空気中に含まれる窒素や水とも反応してしまい、その結果、硝酸塩やアンモニウム塩、硝酸アンモニウムといった窒化物が生成されてしまうことがある。そうすると、ステンレスやチタン等のオゾンでは腐食されにくい金属で形成された電子線照射装置や、遮蔽壁、搬送装置であっても、生成された窒化物によって腐食されてしまうおそれがある。
【０００７】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、照射領域に導入する気体を工夫することで、効率的にオゾンを生成することができるとともに、電子線照射装置や遮蔽壁の腐食を防止することが可能な電子線照射装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の電子線照射装置は、熱電子を放出する電子銃と、真空状態に維持される真空室内で電子銃から放出された熱電子を加速する加速器と、加速器が加速した熱電子を電子線として大気圧雰囲気に放出するスキャンホーンと、大気圧雰囲気に取り出された電子線が被照射物に照射される領域である照射領域に酸素を導入する酸素導入装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
照射領域を囲繞し、酸素導入装置から導入された酸素を当該照射領域に滞留させる滞留壁部を備えてもよい。
【００１０】
照射領域に被照射物を搬送する搬送体を備え、滞留壁部は、搬送体の搬送方向に延伸して設けられ、照射領域とともに、搬送方向の上流および下流のいずれか一方または両方の搬送体を囲繞して滞留空間を形成してもよい。
【００１１】
酸素導入装置は、照射領域に酸素を導入する導入部と、滞留壁部における、搬送方向の上流に配される上流端部および下流に配される下流端部のいずれか一方または両方から、滞留空間内に存在するオゾンを吸引する吸引部と、を含んで構成されてもよい。
【００１２】
吸引部が吸引したオゾンを導入部に供給する循環部を備えてもよい。
【００１３】
滞留壁部の上流端部および下流端部には開口部が設けられており、開口部には、酸素導入装置から導入された酸素の照射領域からの流出を低減するための拡散防止板が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、照射領域に導入する気体を工夫することで、効率的にオゾンを生成することができるとともに、電子線照射装置や遮蔽壁の腐食を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電子線照射装置の外観斜視図である。
【図２】図１におけるＺ軸方向から電子線照射装置を見た図である。
【図３】図１におけるＸ軸方向から電子線照射装置を見た図である。
【図４】導入部から吸引部へ向かうガスの流れを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
（電子線照射装置１００）
図１は、電子線照射装置１００の外観斜視図である。図２は、図１におけるＺ軸方向から電子線照射装置１００を見た図である。図３は、図１におけるＸ軸方向から電子線照射装置を見た図である。なお、図１では、理解を容易にするために電子線照射装置１００を支持する支持機構を省略する。
【００１８】
図１から図３に示すように、電子線照射装置１００は、カソード電源１０４と、電子銃１１０と、高周波ユニット１１２と、導波管１１４と、プリバンチャ１１６と、加速器１１８と、スキャンホーン１２０と、オゾン滞留装置２００とを備えて構成されている。なお、電子銃１１０、プリバンチャ１１６、加速器１１８、スキャンホーン１２０は、内部空間（真空室）が連続しており、この内部空間は、イオンポンプ等の真空ポンプ１０２で高真空状態から超高真空状態（例えば、１０Ｅ−５Ｐａ以下）に維持される。
【００１９】
電子線照射装置１００において、電子銃１１０から放出された熱電子は、プリバンチャ１１６、加速器１１８で加速され、スキャンホーン１２０を通過して、搬送装置１０で搬送される被照射物Ｗに向かって図１中Ｙ軸方向に照射される。なお、本実施形態において搬送装置１０は、コンベア（搬送帯）等で構成される搬送体１０ａを含んで構成され、搬送体１０ａ上に被照射物Ｗを載置した状態で被照射物Ｗを照射領域Ｒに搬送する。ここで１０ａは、ステンレス等のオゾンで腐食されにくい材質で形成されている。以下、電子線照射装置１００の各機能部について詳述する。
【００２０】
（電子銃１１０）
電子銃１１０は、例えば、三極管電子銃であり、カソード電源（交流電源）１０４から供給された電力によってカソード電極を加熱し、パルス状に印加された高電圧のグリッド電圧（引出電圧）により、電子線を放出する。
【００２１】
（高周波ユニット１１２、導波管１１４）
高周波ユニット１１２は、クライストロン等で構成される高周波増幅器１１２ａと、高周波増幅器１１２ａに電力を供給する高周波電源（電力供給部）１１２ｂとを含んで構成され、導波管１１４を通じてプリバンチャ１１６および加速器１１８に、例えばＳバンドに相当する３ＧＨｚのパルス状の高周波電力を供給する。導波管ユニット１１４は、セラミック等で構成されたＲＦ窓１１４ａ、１１４ｂを通じて、高周波増幅器１１２ａから増幅されて供給される高周波の電圧を加速器１１８に供給する。導波管１１４におけるＲＦ窓１１４ａとＲＦ窓１１４ｂの間には、六フッ化硫黄（ＳＦ６）等の絶縁ガスが充填されており、高周波増幅器１１２ａで増幅されて出力された電圧によって導波管１１４が放電してしまう事態を回避する。なおＲＦ窓１１４ａ、１１４ｂはＳＦ６と真空とを隔てる境界の役割を果たす。
【００２２】
（プリバンチャ１１６）
プリバンチャ１１６は、電子銃１１０と加速器１１８の間に設けられ、導波管１１４を通じて高周波ユニット１１２に接続されている。プリバンチャ１１６は、電子銃１１０から入射された電子線をバンチング（密度圧縮（速度変調））して、加速器１１８に送出する。具体的に説明すると、プリバンチャ１１６内は、高周波増幅器１１２ａから供給された高周波の電圧によって高周波電界が形成されており、プリバンチャ１１６を通過した電子線は、バンチングされて加速器１１８に入射する。プリバンチャ１１６で電子線をバンチングすることにより、加速器１１８で加速された電子線のエネルギーの分散を小さくすることができ、電子線のエネルギーの均一性を向上させることが可能となる。
【００２３】
ここで、プリバンチャ１１６によって圧縮された電子線の加速器１１８への入射タイミングが、加速器１１８における高周波の正位相と同期したときのみ、電子線は加速器１１８で効率よく加速される。したがって、プリバンチャ１１６から加速器１１８への電子線の入射タイミングを調整するために、プリバンチャ１１６の高周波導入部１１６ａには、不図示の位相調整手段が設けられている。また、電子線の圧縮率（バンチングされた電子線の長さ）も加速器１１８による加速効率に影響するため、すなわち、電子線の長さが短い程、加速効率が向上する。したがって、供給する高周波の強度を調整して電子線の長さを調整するために、プリバンチャ１１６の高周波導入部１１６ａには、不図示の減衰（アッテネータ）手段が設けられている。
【００２４】
（加速器１１８）
加速器１１８は、ステンレス（例えばＳＵＳ）等で形成され、内部に複数の加速空間を有して構成される。高周波増幅器１１２ａから高周波の電圧（例えば、３ＧＨｚ）が供給されると、加速器１１８の複数の加速空間が空間共振器として機能し、空間共振器内に時間的に変化する電界が生じる。そして、この時間的に変化する電界で、プリバンチャ１１６によって圧縮された電子線を加速する。
【００２５】
ここで、電子線の速度と加速空間における正に帯電する（正位相になる）タイミングが同期するように、高周波増幅器１１２ａから供給される電圧の周波数と、加速空間の距離が設計されているため、電子線は加速器１１８内で徐々に加速され、最終的には、例えば１０ＭｅＶ程度まで加速されて、スキャンホーン１２０に入射される。
【００２６】
なお、ここでは、加速器１１８として、定在波型の線形（リニアック）加速器を採用しているが、電子を加速できればよく、進行波型の線形加速器や、シンクロトロン、サイクロトロン等の円形加速器を採用することもできる。
【００２７】
（スキャンホーン１２０）
スキャンホーン１２０は、ステンレス（例えばＳＵＳ）等で形成され、その内部空間が加速器１１８と連結され、加速器１１８の出口付近に設けられたスキャン電磁石１２２と、加速器１１８と連結する端部と対向する端部に設けられた電子線取出部１２４とを含んで構成される。
【００２８】
スキャン電磁石１２２は、加速器１１８から入射された電子線を水平方向（図１中Ｘ軸方向）に走査（スキャン）する。電子線の進行方向は鉛直方向（図１中Ｙ軸方向）であるため、スキャン電磁石１２２が鉛直方向に進行する電子線を水平方向に走査することにより、水平方向に幅のある被照射物Ｗに確実に電子線を照射することができる。
【００２９】
電子線取出部１２４は、例えば、５０μｍ程度の厚みのチタン（Ｔｉ）箔で構成され、内部空間と、大気とを隔てる境界の役割を果たす。そして、電子線取出部１２４から大気雰囲気に放出された電子線は、被照射物Ｗに照射される。
【００３０】
こうして、電子銃１１０で放出された電子線は、加速器１１８で加速されて、電子線取出部１２４を通じて、被照射物Ｗに照射される。
【００３１】
ところで、被照射物Ｗに電子線が照射される照射領域Ｒにおいて、電子線が照射領域Ｒに存在する気体と反応して、元々の気体とは異なる物質が生成される。例えば、照射領域Ｒに空気が存在する場合、電子が空気中の酸素と反応してオゾンが生成され、空気中の窒素や酸素、水と反応して、硝酸塩やアンモニア塩、硝酸アンモニウム等の窒化物が生成される。
【００３２】
電子線によって生成されたオゾンは、その酸化力により、強い滅菌作用、脱臭作用、漂白作用等を有する。そこで、オゾン滞留装置２００は、照射領域Ｒにおいて、オゾンを滞留させることにより、電子線照射による滅菌と併せて、オゾンによる滅菌を被照射物Ｗに施す。
【００３３】
一方、硝酸塩やアンモニウム塩、硝酸アンモニウム等の窒化物は、腐食性を有する。したがって、電子線照射装置１００における、ステンレスやチタン等のオゾンでは腐食されにくい金属で形成された部材（例えばスキャンホーン１２０）や、オゾンでは腐食されにくい金属で形成された搬送装置１０の部材を腐食してしまうおそれがある。そこで、オゾン滞留装置２００は、照射領域Ｒにおいて、腐食性を有する物質の生成を抑制する。
【００３４】
以下、照射領域Ｒに導入する気体を工夫することで効率的にオゾンを生成するとともに、腐食性を有する物質の生成を抑制するオゾン滞留装置２００について説明する。
【００３５】
（オゾン滞留装置２００）
図１から図３に示すように、オゾン滞留装置２００は、滞留壁部２１０と、拡散防止板２１２と、酸素導入装置３００とを含んで構成される。
【００３６】
滞留壁部２１０は、ステンレスやチタン等のオゾンでは腐食されにくい金属の板で形成されており、搬送体１０ａの搬送方向（図１、図３中、Ｚ軸方向）に延伸して設けられる。また、滞留壁部２１０は、照射領域Ｒとともに、搬送方向の上流および下流の搬送体１０ａを囲繞して滞留空間Ｓを形成する。すなわち、滞留空間Ｓは、滞留壁部２１０および搬送体１０ａで囲まれた空間である。
【００３７】
拡散防止板２１２は、ステンレスやチタン等のオゾンでは腐食されにくい金属で形成されており、滞留壁部２１０の上流端部２１０ａに設けられた開口部２２０ａ、および下流端部２１０ｂに設けられた開口部２２０ｂを閉塞可能に設けられている。拡散防止板２１２は、後述する酸素導入装置３００が照射領域Ｒに導入した酸素の滞留空間Ｓからの流出を低減する。
【００３８】
なお、拡散防止板２１２は、その上部が、蝶番（ヒンジ）等で滞留壁部２１０に接続されており、蝶番を回転軸として搬送方向に開閉可能に設けられている。したがって、搬送体１０ａによって移動する被照射物Ｗが拡散防止板２１２を押進することにより、拡散防止板２１２が回動して、拡散防止板２１２による開口部２２０ａ、２２０ｂの閉塞を解除する。すなわち、被照射物Ｗが開口部２２０ａ、２２０ｂを通過する期間は、開口部２２０ａ、２２０ｂが開状態となり、それ以外の期間は閉状態となる。
【００３９】
したがって、拡散防止板２１２を開口部２２０ａ、２２０ｂに設ける構成により、開口部２２０ａ、２２０ｂを被照射物Ｗが通過していない場合、すなわち、開口部２２０ａ、２２０ｂが閉状態である場合には、滞留空間Ｓからの酸素やオゾンの拡散（流出）を低減することができる。また、拡散防止板２１２が回動可能に設けられる構成により、被照射物Ｗをスムーズに通過させることが可能となる。
【００４０】
酸素導入装置３００は、照射領域Ｒを含む滞留空間Ｓに酸素を導入する。具体的に説明すると、酸素導入装置３００は、導入部３１０と、吸引部３１２と、循環部３１４と、オゾン測定部３１６と、導入量調整部３１８とを含んで構成される。
【００４１】
導入部３１０は、酸素ボンベ等で構成される酸素源３０から、滞留空間Ｓに酸素を導入する。本実施形態において導入部３１０は、照射領域Ｒまたは照射領域Ｒの近傍に酸素を導入する。
【００４２】
オゾンは、電子線が照射される照射領域Ｒで生成されることになる、すなわち照射領域Ｒがオゾンの発生源になる。したがって、導入部３１０が照射領域Ｒにオゾンを導入することで、効率よくオゾンを生成することが可能となる。
【００４３】
吸引部３１２は、滞留壁部２１０における、搬送方向の上流に配される上流端部２１０ａおよび下流に配される下流端部２１０ｂから、導入部３１０が導入した酸素によって照射領域Ｒで生成された、滞留空間Ｓ内に存在するオゾンと、酸素とを吸引する。
【００４４】
図４は、導入部３１０から吸引部３１２へ向かうガスの流れを説明するための説明図である。図４に示すように、導入部３１０から導入された酸素は、上流端部２１０ａおよび下流端部２１０ｂに設けられた吸引部３１２によって吸引される。そうすると、図４中、矢印で示すように、照射領域Ｒで生成されたオゾンは、照射領域Ｒから上流端部２１０ａに向かって流れ、また、照射領域Ｒから下流端部２１０ｂに向かって流れることになる。換言すれば、照射領域Ｒで生成されたオゾンは、滞留壁部２１０内に拡散することになる。したがって、滞留壁部２１０を通過する間、被照射物Ｗはオゾン雰囲気に曝されることになり、オゾンによって被照射物Ｗの表面を確実に滅菌することが可能となる。
【００４５】
循環部３１４は、吸引部３１２が吸引したオゾンを導入部３１０に供給する。これにより、吸引部３１２によって吸引されたオゾンを再度滞留空間Ｓに導入することができ、滞留空間Ｓにおけるオゾンの濃度を向上させることが可能となる。
【００４６】
オゾン測定部３１６は、滞留空間Ｓにおけるオゾン濃度を測定する。導入量調整部３１８は、オゾン測定部３１６が測定したオゾン濃度に基づいて、導入部３１０が酸素源３０から滞留空間Ｓに導入する酸素量を調整する。オゾン測定部３１６および導入量調整部３１８を備える構成により、滞留空間Ｓ内のオゾン濃度を、滅菌に適した所定の濃度に保つことができ、オゾンによる被照射物Ｗの表面の滅菌効率を上昇させることが可能となる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態にかかる電子線照射装置１００によれば、照射領域Ｒにおいて電子線を照射することにより、被照射物Ｗの表面および内部を確実に滅菌することができる。また、酸素導入装置３００を備える構成により、オゾンを効率よく生成することができ、表面形状が複雑な（表面積が大きい）被照射物Ｗであっても、その表面を満遍なく滅菌することが可能となる。
【００４８】
また、酸素導入装置３００は、空気ではなく酸素を導入し、滞留壁部２１０が滞留空間Ｓを形成することにより、滞留空間Ｓ内にオゾンを効率よく滞留させるとともに、滞留空間Ｓへの空気の流入を低減することができる。したがって、空気中に含まれる窒素や水が電子線と反応して窒化物が生成されてしまう事態を回避することができ、電子線照射装置１００におけるステンレスやチタン等のオゾンで腐食されにくい金属で形成された部材や、オゾンで腐食されにくい金属で形成された搬送装置１０の部材の、窒化物による腐食を防止することが可能となる。
【００４９】
さらに、滞留壁部２１０が、照射領域Ｒのみならず、搬送方向の上流および下流の搬送体１０ａを囲繞して滞留空間Ｓを形成することから、照射領域Ｒで生成されたオゾンを搬送方向の上流や下流にまで拡散させることができる。したがって、被照射物Ｗは、照射領域Ｒだけでなく、滞留空間Ｓである搬送方向の上流や下流を通過するときにも、オゾンによって、その表面が滅菌されることとなる。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５１】
例えば、上述した実施形態では、滞留壁部２１０は、照射領域Ｒとともに搬送方向の上流の搬送体１０ａおよび下流の搬送体１０ａを囲繞して滞留空間Ｓを形成する。しかし、滞留壁部２１０は、照射領域Ｒとともに少なくとも搬送方向の上流の搬送体１０ａのみを囲繞して滞留空間Ｓを形成しても、照射領域Ｒとともに少なくとも搬送方向の下流の搬送体１０ａのみを囲繞して滞留空間Ｓを形成してもよい。
【００５２】
また、滞留壁部２１０は、搬送体１０ａの搬送方向に延伸して設けられているが、これに限定されず、少なくとも照射領域Ｒにおいてオゾンを滞留させることができればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、被照射物に電子線を照射する電子線照射装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｒ …照射領域
Ｓ …滞留空間
Ｗ …被照射物
１０ …搬送装置
１０ａ …搬送体
１００ …電子線照射装置
１１０ …電子銃
１１８ …加速器
１２０ …スキャンホーン
２１０ …滞留壁部
２１０ａ …上流端部
２１０ｂ …下流端部
２１２ …拡散防止板
２２０ａ、２２０ｂ …開口部
３００ …酸素導入装置
３１０ …導入部
３１２ …吸引部
３１４ …循環部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電子を放出する電子銃と、
真空状態に維持される真空室内で前記電子銃から放出された熱電子を加速する加速器と、
前記加速器が加速した熱電子を電子線として大気圧雰囲気に放出するスキャンホーンと、
大気圧雰囲気に取り出された前記電子線が被照射物に照射される領域である照射領域に酸素を導入する酸素導入装置と、
を備えたことを特徴とする電子線照射装置。
【請求項２】
前記照射領域を囲繞し、前記酸素導入装置から導入された酸素を当該照射領域に滞留させる滞留壁部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
【請求項３】
前記照射領域に前記被照射物を搬送する搬送体を備え、
前記滞留壁部は、前記搬送体の搬送方向に延伸して設けられ、前記照射領域とともに、前記搬送方向の上流および下流のいずれか一方または両方の搬送体を囲繞して滞留空間を形成することを特徴とする請求項２に記載の電子線照射装置。
【請求項４】
前記酸素導入装置は、
前記照射領域に酸素を導入する導入部と、
前記滞留壁部における、前記搬送方向の上流に配される上流端部および下流に配される下流端部のいずれか一方または両方から、前記滞留空間内に存在するオゾンを吸引する吸引部と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項３に記載の電子線照射装置。
【請求項５】
前記吸引部が吸引したオゾンを前記導入部に供給する循環部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の電子線照射装置。
【請求項６】
前記滞留壁部の上流端部および下流端部には開口部が設けられており、
前記開口部には、前記酸素導入装置から導入された酸素の前記照射領域からの流出を低減するための拡散防止板が設けられていることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の電子線照射装置。
【請求項１】
熱電子を放出する電子銃と、
真空状態に維持される真空室内で前記電子銃から放出された熱電子を加速する加速器と、
前記加速器が加速した熱電子を電子線として大気圧雰囲気に放出するスキャンホーンと、
大気圧雰囲気に取り出された前記電子線が被照射物に照射される領域である照射領域に酸素を導入する酸素導入装置と、
を備えたことを特徴とする電子線照射装置。
【請求項２】
前記照射領域を囲繞し、前記酸素導入装置から導入された酸素を当該照射領域に滞留させる滞留壁部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
【請求項３】
前記照射領域に前記被照射物を搬送する搬送体を備え、
前記滞留壁部は、前記搬送体の搬送方向に延伸して設けられ、前記照射領域とともに、前記搬送方向の上流および下流のいずれか一方または両方の搬送体を囲繞して滞留空間を形成することを特徴とする請求項２に記載の電子線照射装置。
【請求項４】
前記酸素導入装置は、
前記照射領域に酸素を導入する導入部と、
前記滞留壁部における、前記搬送方向の上流に配される上流端部および下流に配される下流端部のいずれか一方または両方から、前記滞留空間内に存在するオゾンを吸引する吸引部と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項３に記載の電子線照射装置。
【請求項５】
前記吸引部が吸引したオゾンを前記導入部に供給する循環部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の電子線照射装置。
【請求項６】
前記滞留壁部の上流端部および下流端部には開口部が設けられており、
前記開口部には、前記酸素導入装置から導入された酸素の前記照射領域からの流出を低減するための拡散防止板が設けられていることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の電子線照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４２１４５（Ｐ２０１２−２４２１４５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９９８０（Ｐ２０１１−１０９９８０）
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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