JP2021189038A - 電子線照射装置及び電子線照射装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窓箔部材の長寿命化を図ることができる電子線照射装置及び電子線照射装置の製造方法を提供する。【解決手段】電子線照射装置１は、電子線を発生するフィラメントユニット２と、フィラメントユニット２から発生した電子線を通過させる電子線通過部３ａが設けられた真空容器３と、電子線通過部３ａに配置された窓部材９と、を備える。窓部材９は、電子線通過部３ａを覆うメッシュ部９ｍを有する支持体９ｂと、メッシュ部９ｍ上に配置され、電子線通過部３ａを通過した電子線を透過させる金属膜である窓箔９ａと、を有する。窓箔９ａ及び支持体９ｂは、所定方向を長手方向として延在しており、メッシュ部９ｍは、開口最長寸法Ｒ（ｍｍ）の貫通孔からなり、開口径Ｒ及び窓箔部材の厚さｔ（ｍｍ）は、Ｒ≦３３３４ｔの関係式を満たす。【選択図】図３

Description

本発明は、電子線照射装置及び電子線照射装置の製造方法に関する。

従来の電子線照射装置として、電子線を発生する電子線発生部と、電子線発生部から発生した電子線を通過させる電子線通過部が設けられた筐体と、電子線通過部に配置された電子線照射窓部と、を備えるものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の電子線照射装置では、電子線照射窓部は、電子線通過部を覆うメッシュ部を有する支持部材と、メッシュ部上に配置され、電子線通過部を通過した電子線を透過させる金属膜である窓箔部材と、を有している。

特開２０１３−２４５５８号公報

上述したような電子線照射装置は、筐体内が真空となるように筐体から排気して用いられるため、メッシュ部上に配置された窓箔部材が、筐体内の真空と外部との圧力差に耐えるための強度（耐圧強度）を保持できるように、電子線照射窓部が構成されている必要がある。ここで、窓箔部材の材料が適切なものに選択されたとしても、圧力差によって窓箔部材に作用する力を支持する支持部材のメッシュ部の構成次第では、窓箔部材が十分な耐圧強度を発揮できないおそれがある。

そこで、本発明は、窓箔部材の長寿命化を図ることができる電子線照射装置及び電子線照射装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電子線照射装置は、電子線を発生する電子線発生部と、電子線発生部から発生した電子線を通過させる電子線通過部が設けられた筐体部と、電子線通過部に配置された電子線照射窓部と、を備え、電子線照射窓部は、電子線通過部を覆うメッシュ部を有する支持部材と、メッシュ部上に配置され、電子線通過部を通過した電子線を透過させる金属膜である窓箔部材と、を有し、支持部材及び窓箔部材は、所定方向を長手方向として延在しており、メッシュ部は、開口径Ｒ（ｍｍ）の貫通孔からなり、開口径Ｒ及び窓箔部材の厚さｔ（ｍｍ）は、Ｒ≦３３３４ｔの関係式を満たす。

この電子線照射装置では、メッシュ部において、貫通孔の開口最長寸法Ｒ及び窓箔部材の厚さｔが、Ｒ≦３３３４ｔの関係式を満たしている。メッシュ部がこのような貫通孔を含んで構成されることで、筐体部の内部が真空空間とされた場合にメッシュ部上に配置される窓箔部材に生じる応力を、一定の耐圧強度を発揮する所定の許容応力値以下とすることができる。よって、窓箔部材の長寿命化を図ることができる。

本発明に係る電子線照射装置の製造方法は、電子線を発生する電子線発生部と、電子線発生部から発生した電子線を通過させる電子線通過部が設けられた筐体部と、電子線通過部に配置された電子線照射窓部と、を備え、電子線照射窓部は、電子線通過部を覆うメッシュ部を有する支持部材と、メッシュ部上に配置され、電子線通過部を通過した電子線を透過させる金属膜である窓箔部材と、を有し、支持部材及び窓箔部材は、所定方向を長手方向として延在している電子線照射装置の製造方法であって、厚さｔ（ｍｍ）の窓箔部材を用意するステップと、貫通孔を含むメッシュ部において、貫通孔の開口最長寸法Ｒ（ｍｍ）及び窓箔部材の厚さｔが、Ｒ≦３３３４ｔの関係式を満たす支持部材を用意するステップと、メッシュ部上に窓箔部材を配置するステップと、筐体部内が真空となるように筐体部から排気するステップと、を備える。

この電子線照射装置の製造方法では、メッシュ部において、貫通孔の開口最長寸法Ｒ及び窓箔部材の厚さｔが、Ｒ≦３３３４ｔの関係式を満たす支持部材を用意するステップを含んでいる。このステップにより、メッシュ部がこのような貫通孔を含んで構成されることとなるため、筐体部から排気するステップによって筐体部の内部が真空空間とされた場合にメッシュ部上に配置される窓箔部材に生じる応力を、一定の耐圧強度を発揮する所定の許容応力値以下とすることができる。よって、窓箔部材の長寿命化を図ることができる。

貫通孔の開口形状は、円形であり、開口最長寸法Ｒは、貫通孔の直径であってもよい。この場合、貫通孔を、例えば工具等を用いた機械的手法によって形成することが容易となる。

貫通孔の開口形状は、多角形であり、開口最長寸法Ｒは、多角形の仮想的な外接円の直径であってもよい。この場合、多角形の仮想的な外接円の直径を開口最長寸法Ｒと捉えることで、窓箔部材の長寿命化を図りつつ、メッシュ部における貫通孔の開口率を向上することができる。

貫通孔の開口形状は、楕円であり、開口最長寸法Ｒは、楕円の長径であってもよい。この場合、楕円の長径を開口最長寸法Ｒと捉えることで、窓箔部材の長寿命化を図りつつ、貫通孔あたりの電子線透過量を向上することができる。

開口最長寸法Ｒ及び窓箔部材の厚さｔは、ｔ≦Ｒの関係式を更に満たしてもよい。この場合、貫通孔の開口面積が一定以上となるため、電子線の照射性能と窓箔部材の長寿命化との両立を図ることができる。

メッシュ部は、関係式を満たす開口最長寸法Ｒの複数の貫通孔からなってもよい。この場合、このような複数の貫通孔をメッシュ部の一部にのみ含む場合よりも、より確実に窓箔部材の長寿命化を図ることができる。

本発明によれば、窓箔部材の長寿命化を図ることができる。

図１は、第１実施形態に係る電子線照射装置の斜視図である。 図２は、図１の電子線照射装置の内部構造を示す一部断面図である。 図３は、図１のIII-III線に沿った断面図である。 図４は、窓部材の分解斜視図である。 図５は、メッシュ部の貫通孔の拡大斜視図である。 図６は、窓箔部材に生じる応力の計算例の概念図である。 図７は、窓箔部材の耐圧実験の結果を示す図である。 図８は、窓箔部材の厚さの存在範囲を示す図である。 図９は、電子線照射装置の製造方法を示すフローチャートである。 図１０は、貫通孔の変形例を示す模式図である。 図１１は、第２実施形態に係る電子線照射装置の側断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一又は相当する要素同士には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１に示される電子線照射装置１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インキの硬化、滅菌、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１によって電子線ＥＢが照射される側である電子線出射側（窓部材９側）を、「前側」として説明する。

図１〜図３に示されるように、電子線照射装置１は、フィラメントユニット（電子線発生部）２、真空容器（筐体部）３、陰極保持部材４、陰極保持部材５、高電圧導入絶縁部材７、絶縁支持部材８、及び窓部材（電子線照射窓部）９を備えている。フィラメントユニット２は、電子線ＥＢを発生させる電子線発生部である。また、フィラメントユニット２は、長尺状のユニットとなっている。

真空容器３は、金属等の導電性材料によって形成されている。真空容器３は、略円筒状を呈している。真空容器３は、内部に略円柱状の真空空間ＶＲを形成する。フィラメントユニット２は、真空容器３の内部において、略円柱状の真空空間ＶＲの軸線方向にそって配置されている。真空容器３におけるフィラメントユニット２の前側の位置には、真空空間ＶＲと外部の空間とをつなぐ開口部である電子線通過部３ａが設けられている。電子線通過部３ａは、フィラメントユニット２から発生した電子線ＥＢを通過させる電子線通過部である。窓部材９は、電子線通過部３ａに対して、その全体を覆って真空封止するように固定されている。窓部材９の詳細については、後述する。

真空容器３におけるフィラメントユニット２の後ろ側の位置には、真空容器３内の空気を排出するための排気口３ｂが設けられている。排気口３ｂに図示しない真空ポンプが接続され、真空ポンプによって真空容器３内の空気が排出される。これにより、真空容器３の内部が真空空間ＶＲとなる。略円筒状を呈する真空容器３の両端の開口部３ｃ及び開口部３ｄ（図２参照）は、高電圧導入絶縁部材７のフランジ部７ａ及び蓋部３ｅによってそれぞれ閉じられている。

陰極電位となる一対の陰極保持部材４及び５は、それぞれ真空容器３内に配置される。陰極保持部材４と陰極保持部材５との間には、フィラメントユニット２の一部を構成し、陰極電位である包囲電極６が設けられている。包囲電極６は、断面略Ｃ字状を呈する導電性かつ長尺状の部材である。包囲電極６は、断面略Ｃ字状の開口部が前側（窓部材９側）を向くように配置されている。包囲電極６は、内側部分においてフィラメント１０（図３参照）を収容する。例えば、フィラメントユニット２は、真空容器３の蓋部３ｅが取り外された状態において、陰極保持部材５及び絶縁支持部材８に設けられた挿入孔を介して包囲電極６の内側に差し込まれることによって、包囲電極６に保持される。

高電圧導入絶縁部材７は、真空容器３における開口部３ｃ側の端部に設けられている。高電圧導入絶縁部材７の一方の端部は、開口部３ｃを介して真空容器３の外部に突出している。高電圧導入絶縁部材７は、外側に張り出すフランジ部７ａを有し、真空容器３の開口部３ｃを封止する。高電圧導入絶縁部材７は、絶縁材料（例えばエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂、セラミック等）によって形成されている。陰極保持部材４は、接地電位である真空容器３に対して電気的に絶縁された状態で高電圧導入絶縁部材７の他方の端部を保持する。

また、高電圧導入絶縁部材７は、電子線照射装置１の外部の電源装置から高電圧の供給を受けるための高耐電圧型のコネクタである。高電圧導入絶縁部材７には、図示しない電源装置から高電圧供給用プラグが挿入される。高電圧導入絶縁部材７の内部には、外部から供給された高電圧をフィラメントユニット２に供給するための内部配線が設けられている。この内部配線は、高電圧導入絶縁部材７を構成する絶縁材料によって覆われており、真空容器３との絶縁が確保されている。

絶縁支持部材８は、真空容器３における開口部３ｄ側の端部（蓋部３ｅ側の端部）に設けられている。絶縁支持部材８は、絶縁材料（例えばエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂、セラミック等）によって形成されている。陰極保持部材５は、真空容器３に対して電気的に絶縁された状態で絶縁支持部材８を保持する。

図３に示されるように、フィラメントユニット２は、包囲電極６、フィラメント１０、及びグリッド電極１２を備えている。

フィラメント１０は、通電によって加熱されることで電子線ＥＢとなる電子を放出する電子放出部である。フィラメント１０は、線状の部材であり、真空容器３の長軸方向（真空空間ＶＲの軸線方向）に沿って延びる所望の軸線上において延在している。フィラメント１０は、高融点金属材料、例えばタングステンを主成分とした材料等によって形成されている。

グリッド電極１２は、フィラメント１０の前側に包囲電極６の開口部を覆うように配置されている。グリッド電極１２には、複数の孔が形成されている。

フィラメント１０は、通電によって加熱された状態で、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。グリッド電極１２には、所定の電圧が印加される。例えば、グリッド電極１２には、フィラメント１０に印加される負電圧よりも１００Ｖ〜１５０Ｖ程度プラス側の電圧が印加されてもよい。グリッド電極１２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。これにより、フィラメント１０から放出された電子は、グリッド電極１２に設けられた孔から電子線ＥＢとして前側に出射される。

なお、グリッド電極１２の電圧とフィラメント１０の電圧との差（管電圧）の設定し得る範囲としては、４０ｋＶ〜１００ｋＶ，４０ｋＶ〜１１０ｋＶ，４０ｋＶ〜１２０ｋＶ，４０ｋＶ〜１３０ｋＶ，４０ｋＶ〜１４０ｋＶであってもよいし、５０ｋＶ〜１００ｋＶ，５０ｋＶ〜１１０ｋＶ，５０ｋＶ〜１２０ｋＶ，５０ｋＶ〜１３０ｋＶ，５０ｋＶ〜１４０ｋＶであってもよい。

次に、窓部材９の詳細について説明する。図４は、窓部材の分解斜視図である。図４に示されるように、窓部材９は、窓箔（窓箔部材）９ａと、支持体（支持部材）９ｂと、窓フランジ９ｃと、封止材９ｄと、押さえフランジ９ｅと、を有している。

窓部材９では、窓フランジ９ｃが真空容器３の電子線通過部３ａを覆うように取り付けられている。窓部材９の内側領域には（つまり、窓部材９を前側から見た場合に窓部材９内に収まるように）、窓箔９ａ、支持体９ｂ、及び封止材９ｄが配置されている。窓フランジ９ｃ及び押さえフランジ９ｅは、例えば無酸素銅（銅を含む材料）からなり、真空空間ＶＲの軸線方向を長手方向とする長方形枠状の外形を有している。

窓フランジ９ｃの前面において支持体９ｂが配置される領域の外側には、支持体９ｂを包囲するように延在する溝が設けられており、溝内には、気密封止部材である封止材９ｄが配置されている。封止材９ｄは、例えば樹脂製のＯリングを用いることができる。

窓箔９ａは、薄膜状に形成された金属膜である。窓箔９ａは、電子線通過部３ａを通過した電子線ＥＢを透過させる。窓箔９ａの材料としては、電子線ＥＢの透過性に優れた材料（例えば、ベリリウム、チタン、アルミニウム等）が用いられる。ここでの窓箔９ａは、一例としてチタン箔である。窓箔９ａは、支持体９ｂのメッシュ部９ｍと接触するように、メッシュ部９ｍ上に配置されている。窓箔９ａは、真空空間ＶＲの軸線方向（所定方向）を長手方向として延在している。窓箔９ａの厚さは、厚さｔ（ｍｍ）とされており、例えば１×１０^−３ｍｍ以上１×１０^−２ｍｍ以下の範囲となっている。厚さｔは、必ずしも実測値でなくてもよく、窓箔９ａの仕様としての公称値であってもよい。

支持体９ｂは、窓箔９ａよりも真空空間ＶＲ側に配置され、窓箔９ａを支持する平板状の部材である。支持体９ｂは、メッシュ状の部材であり、真空空間ＶＲの軸線方向（所定方向）を長手方向として延在している。支持体９ｂの材料は、例えば銅、チタン、又はアルミニウムを用いることができる。支持体９ｂは、電子線通過部３ａを覆うメッシュ部９ｍを有する。メッシュ部９ｍは、例えば複数の貫通孔９ｈからなる。貫通孔９ｈは、真空容器３の内側から外側に電子線ＥＢを通過させるための孔である。

以上のような構成を有する窓部材９では、窓フランジ９ｃに対して窓箔９ａ、支持体９ｂ、及び封止材９ｄを押圧した状態で、例えば複数のボルトにより窓フランジ９ｃに気密に固定されている。

メッシュ部９ｍの構成について、より詳しく説明する。図５は、メッシュ部の貫通孔の拡大斜視図である。図５に示されるように、メッシュ部９ｍには、複数の貫通孔９ｈがマトリクス状に並設されている。複数の貫通孔９ｈの配置は、この例に限定されず、公知の配置を採用することができる。

貫通孔９ｈの開口形状は、一例として直径がＲ（ｍｍ）の円形である。ここでは、同一形状および同一の直径の貫通孔９ｈがメッシュ部９ｍに形成されている。この場合、複数の貫通孔９ｈは、直径Ｒ（ｍｍ）のドリルのような工具を用いて機械的に順次穴開け加工をすることで形成できる。なお、複数の貫通孔９ｈの縁は、窓箔９ａを傷つけないように、適宜面取りが施されていてもよい。

複数の貫通孔９ｈの直径Ｒは、円形の開口における開口最長寸法である。開口最長寸法とは、貫通孔９ｈの１つに着目した場合に、開口形状のうち最も長く開口している直線領域の寸法を意味する。開口最長寸法は、円形の開口については、円の直径に対応する。ここでは、複数の貫通孔９ｈの直径が一律に直径Ｒであるため、全ての貫通孔９ｈの開口最長寸法Ｒ（ｍｍ）は共通の値である。例えば複数の貫通孔９ｈの開口形状が互いに異なる場合には、複数の貫通孔９ｈに対して、それぞれ互いに異なる開口最長寸法Ｒが存在してもよい。

ここで、開口最長寸法Ｒは、真空容器３の内部が真空空間ＶＲとされた場合に、圧力差によって窓箔９ａに作用する力を適切に支持することで窓箔９ａに十分な耐圧強度を発揮させられるように設定されている。

基本的に、開口最長寸法Ｒが過大であると、真空容器３の内部が真空空間ＶＲとされた際（真空排気をした際）に、圧力差によって窓箔９ａに作用する力のみによって、窓箔９ａが破損してしまう場合がある。また、窓箔９ａの破損は、窓箔９ａにかかった温度（例えば熱履歴）に依存する側面もある。例えば、窓箔９ａが電子線ＥＢを透過させる際、電子線ＥＢの少なくとも一部は、窓箔９ａを透過しきれず、窓箔９ａに吸収される。その際の発熱によって加熱されることで経時的に酸化され、徐々に脆弱となっていった結果、経時的に酸化する前と比べて、窓箔９ａの応力による破損が容易に発生する可能性もある。よって、開口最長寸法Ｒが過大ではない場合であっても、メッシュ部９ｍにおいて電子線ＥＢによって高温となる部位においては、真空容器３の内部が真空空間ＶＲとされた際には窓箔９ａの破損が生じなかったとしても、電子線照射装置１の駆動に伴って、窓箔９ａの破損が生じてしまう場合もある。したがって、窓箔９ａの長寿命化の観点では、電子線照射装置１の駆動に伴う窓箔９ａの破損も生じにくいような開口最長寸法Ｒに設定することが有用であると考えられる。

具体的には、ここでは、複数の貫通孔９ｈの開口最長寸法Ｒ及び窓箔９ａの厚さｔは、下記の関係式（１）を満たしている。

上記関係式（１）は、次のようにして導くことができる。図６は、窓箔部材に生じる応力の計算例の概念図である。図６に示されるように、圧力差によって窓箔９ａに作用する応力は、開口最長寸法Ｒとなる直線領域を含む断面視にて、窓箔９ａを両持ち梁とみなした場合に窓箔９ａに圧力ｐに応じた等分布荷重が作用するものとして、下記式（２）及び式（３）のような窓箔９ａの中心の応力及び荷重の式を用いて近似的に算出することができる。式（３）中のＤについては、式（４）で与えられる。但し、ｒは窓箔９ａの支持点間距離（ｍｍ）の半分であり、開口最長寸法Ｒの半分である。νは、ポアソン比である。ｔは、窓箔９ａの厚さ（ｍｍ）である。Ｅは縦弾性係数である。

図７は、窓箔部材の耐圧実験の結果を示す図である。図７には、複数通りの開口径のうちの１つの開口径を開口最長寸法Ｒとする貫通孔９ｈがメッシュ部９ｍに形成された支持体９ｂを用いて、真空容器３の内部が真空空間ＶＲとされた場合に窓箔９ａの破損が生じるか否かを実験した結果である。なお、窓箔９ａの厚さは３×１０^−３ｍｍ及び５×１０^−３ｍｍの２通りである。「真空排気後、破損」とは、真空排気後、１０００時間以内に窓箔９ａの破損が生じたことを意味する。「真空排気後、非破損」とは、窓箔９ａの破損が生じることなく真空排気後、１０００時間を経過できたことを意味する。

図７に示されるように、厚さ３×１０^−３ｍｍの窓箔９ａにあっては、開口最長寸法Ｒが６ｍｍの場合に「真空排気後、非破損」であったが、開口最長寸法Ｒが１０ｍｍの場合に「真空排気後、破損」であった。そこで、窓箔９ａの厚さ＝３×１０^−３ｍｍについて開口最長寸法Ｒが１０ｍｍの場合に許容応力値となったと仮定して、上記式（２）及び式（３）を２ｒ（＝開口最長寸法Ｒ）について解くと、等号で結ばれる場合の上記式（１）を得ることができる。開口最長寸法Ｒが小さいほど窓箔９ａの破損が生じにくくなるため、上記式（１）の数値範囲に属する開口最長寸法Ｒであれば、真空排気後１０００時間を経過しても破損しない蓋然性が高いということができる。

図８は、窓箔部材の厚さの存在範囲を示す図である。図８の横軸は、窓箔９ａの厚さであり、縦軸は、貫通孔９ｈの開口径（開口最長寸法Ｒ）である。図８に示されるように、図８の原点を通るｙ＝３３３４ｘの直線上を含む当該直線の右下領域に属する開口最長寸法Ｒであれば、真空排気後１０００時間を経過しても破損しない蓋然性が高いことがわかる。

なお、開口最長寸法Ｒ及び窓箔部材の厚さｔは、ｔ≦Ｒの関係式を更に満たすようにしてもよい。電子線ＥＢの透過面積を増やす観点からは、開口最長寸法Ｒを小さくし過ぎないことが求められる。そこで、開口最長寸法Ｒの下限値をｔとすることで、窓箔９ａの長寿命化と電子線ＥＢの透過面積との両立を図ることができる。また、Ｒの具体的数値としての下限値は０．００１ｍｍである。

引き続き、電子線照射装置１の製造方法について説明する。図９は、電子線照射装置の製造方法を示すフローチャートである。図９に示される各ステップは、例えば図１に示される電子線照射装置１において、電子線通過部３ａに配置される窓部材９を準備する状況において、電子線照射装置１の製造の作業者により実行される。

図９に示されるように、電子線照射装置１の製造方法は、窓箔９ａを用意するステップＳ０１と、支持体９ｂを用意するステップＳ０２と、メッシュ部９ｍ上に窓箔９ａを配置するステップＳ０３と、真空容器３から排気するステップＳ０４と、を備える。

ステップＳ０１では、作業者は、厚さｔの窓箔９ａを用意する。ここでの窓箔９ａは、一例として、窓箔９ａの形状へと切り出されたチタン箔である。厚さｔは、特に限定されないが、例えば３×１０^−３ｍｍ又は５×１０^−３ｍｍであってもよい。

ステップＳ０２では、作業者は、貫通孔９ｈを含むメッシュ部９ｍにおいて、貫通孔９ｈの開口最長寸法Ｒ及び窓箔９ａの厚さｔが、ｔ≦Ｒ≦３３３４ｔの関係式を満たす支持体９ｂを用意する。作業者は、メッシュ部９ｍに、一例として直径がＲ（ｍｍ）の円形の開口形状となる貫通孔９ｈを形成してもよい。作業者は、貫通孔９ｈの開口最長寸法Ｒは、貫通孔９ｈを形成する工具等、例えばドリルの寸法で規定してもよいし、エッチングによって形成する場合には、マスクによって規定してもよい。また、複数の貫通孔９ｈの縁の面取り工程において適宜計測してもよい。メッシュ部９ｍの複数の貫通孔９ｈの配置は、例えばマトリクス状であってもよい。複数の貫通孔９ｈの配置は、この例に限定されない。なお、必ずしもｔ≦Ｒの関係式を満たさなくてもよい。

ステップＳ０３では、作業者は、メッシュ部９ｍ上に窓箔９ａを配置する。作業者は、支持体９ｂのメッシュ部９ｍと接触するように、メッシュ部９ｍ上に窓箔９ａを載置する。作業者は、メッシュ部９ｍの貫通孔９ｈの全てを覆うように、メッシュ部９ｍ上に窓箔９ａを配置する。

ステップＳ０４では、作業者は、真空容器３内が真空となるように真空容器３から排気する。以上の各ステップにより、電子線照射装置１が使用可能な状態に製造される。

以上説明したように、電子線照射装置１では、メッシュ部９ｍにおいて、貫通孔９ｈの開口最長寸法Ｒ及び窓箔９ａの厚さｔが、Ｒ≦３３３４ｔの上記関係式（１）を満たしている。メッシュ部９ｍがこのような貫通孔９ｈを含んで構成されることで、真空容器３の内部が真空空間ＶＲとされた場合にメッシュ部９ｍ上に配置される窓箔９ａに生じる応力を、一定の耐圧強度を発揮する所定の許容応力値以下とすることができる。よって、窓箔９ａの長寿命化を図ることができる。

電子線照射装置１では、貫通孔９ｈの開口形状は円形であり、開口最長寸法Ｒは、貫通孔９ｈの直径である。この構成によれば、貫通孔９ｈを、例えば工具等（例えばドリル）を用いた機械的手法によって形成することが容易となる。この場合、支持体９ｂが所望の機械的強度を得られるように、ある程度の厚みを持った金属板を用いた場合であっても、所望の径の貫通孔９ｈを備えたメッシュ部９ｍを持つ支持体９ｂを作成することができる。

電子線照射装置１では、開口最長寸法Ｒ及び窓箔部材の厚さｔは、ｔ≦Ｒの関係式を更に満たしている。この構成によれば、貫通孔９ｈの開口面積が一定以上となるため、電子線ＥＢの照射性能と窓箔９ａの長寿命化との両立を図ることができる。

電子線照射装置１では、メッシュ部９ｍは、上記関係式（１）を満たす開口最長寸法Ｒの複数の貫通孔９ｈからなっている。この構成によれば、このような複数の貫通孔９ｈをメッシュ部９ｍの一部にのみ含む場合よりも、より確実に窓箔９ａの長寿命化を図ることができる。

また、電子線照射装置１の製造方法では、メッシュ部９ｍにおいて、貫通孔９ｈの開口最長寸法Ｒ及び窓箔９ａの厚さｔが、Ｒ≦３３３４ｔの上記関係式（１）を満たす支持体９ｂを用意するステップＳ０２を含んでいる。このステップＳ０２により、メッシュ部９ｍがこのような貫通孔９ｈを含んで構成されることとなるため、真空容器３から排気するステップＳ０４によって真空容器３の内部が真空空間ＶＲとされた場合にメッシュ部９ｍ上に配置される窓箔９ａに生じる応力を、一定の耐圧強度を発揮する所定の許容応力値以下とすることができる。よって、窓箔９ａの長寿命化を図ることができる。

［第２実施形態］
図１１は、第２実施形態に係る電子線照射装置１Ａの側断面図である。電子線照射装置１に代えて、図１１に示されるような電子線照射装置１Ａにおいても、上記第１実施形態で窓部材９として例示された電子線照射窓部を適用することが可能である。

図１１に示されるように、電子線照射装置１Ａは、電子線通過領域２０を形成するチャンバ（筐体部）３０と、電子線通過領域２０の後端２０ａを塞ぐようにチャンバ３０に気密に取り付けられた電子銃（電子線発生部）４０と、電子線通過領域２０の前端２０ｂを塞ぐようにチャンバ３０に気密に取り付けられた電子線透過ユニット（電子線照射窓部）５０と、を備えている。電子銃４０が発生した電子線ＥＢは、電子線通過領域２０をＺ軸方向前側に進行し、電子線透過ユニット５０を透過して外部に出射する。なお、電子線照射装置１Ａによって電子線ＥＢが照射される側を前側、その反対側を後側とする。

チャンバ３０は、電子銃４０が取り付けられた金属製の円柱部３１を有している。円柱部３１には、アライメントコイル２１及び集束コイル２２が設けられている。電子銃４０から出射した電子線ＥＢは、アライメントコイル２１によって、電子線ＥＢの中心線が電子線通過領域２０の中心線ＣＬに一致するように調整された後、集束コイル２２によって、電子線透過ユニット５０に集束される。なお、円柱部３１には、真空ポンプが接続される排気管２３が設けられており、これにより、チャンバ３０内（すなわち、電子線通過領域２０）が真空引きされる。

チャンバ３０は、偏向管（筐体部）３２を有している。偏向管３２は、例えば四角柱状の外形を有している。電子線通過領域２０のうち偏向管３２によって形成される部分である電子線通過領域２４の断面は、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形状となっている。偏向管３２の外側には、偏向管３２の内側を通過する電子線ＥＢを偏向する偏向コイル２５が取り付けられている。集束コイル２２によって集束されて電子線通過領域２４を通過する電子線ＥＢは、偏向コイル２５によってＹ軸方向に偏向される。

更に、チャンバ３０は、偏向管３２の前端面に固定された走査管（筐体部）３３を有している。走査管３３は、前側に向かって末広がりの四角柱状の外形を有している。電子線通過領域２０のうち走査管３３によって形成される部分である電子線通過領域２６の断面は、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形状となっている。なお、走査管３３の前端部には、フランジ３４が設けられている。

電子線透過ユニット５０は、電子線通過領域２０の前端２０ｂの電子線通過部２０ｃを覆って封止するように、走査管３３に固定されている。走査管３３と電子線透過ユニット５０とは、フランジ３４と窓枠体５０ＡとがＯリングを介して接触した状態で、例えば複数のボルトにより気密に固定されている。電子線透過ユニット５０の詳細な構成は、フランジ３４への取り付けに伴う形状及び寸法等の構成変更を除いて、上記第１実施形態の窓部材９の構成の要部と同様であるため、重複する説明を省略する。

なお、電子線照射装置１Ａの製造方法については、図９に示される各ステップが、例えば図１１に示される電子線照射装置１Ａにおいて、電子線通過部２０ｃに配置される電子線透過ユニット５０を準備する状況において、電子線照射装置１Ａの製造の作業者により実行される。電子線照射装置１Ａの製造方法の詳細については、ステップＳ０４において真空容器３がチャンバ３０に置き換わる以外、図９に示される各ステップと同様であるため、重複する説明を省略する。

以上説明した電子線照射装置１Ａにおいても、電子線照射装置１と同様、メッシュ部９ｍにおいて、貫通孔９ｈの開口最長寸法Ｒ及び窓箔９ａの厚さｔが、Ｒ≦３３３４ｔの上記関係式（１）を満たしている。メッシュ部９ｍがこのような貫通孔９ｈを含んで構成されることで、チャンバ３０の内部が真空空間とされた場合にメッシュ部９ｍ上に配置される窓箔９ａに生じる応力を、一定の耐圧強度を発揮する所定の許容応力値以下とすることができる。よって、窓箔９ａの長寿命化を図ることができる。

電子線照射装置１Ａでは、貫通孔９ｈの開口形状は円形であり、開口最長寸法Ｒは、貫通孔９ｈの直径である。この構成によれば、貫通孔９ｈを、例えば工具等（例えばドリル）を用いた機械的手法によって形成することが容易となる。この場合、支持体９ｂが所望の機械的強度を得られるように、ある程度の厚みを持った金属板を用いた場合であっても、所望の径の貫通孔９ｈを備えたメッシュ部９ｍを持つ支持体９ｂを作成することができる。

電子線照射装置１Ａでは、開口最長寸法Ｒ及び窓箔部材の厚さｔは、ｔ≦Ｒの関係式を更に満たしている。この構成によれば、貫通孔９ｈの開口面積が一定以上となるため、電子線ＥＢの照射性能と窓箔９ａの長寿命化との両立を図ることができる。

電子線照射装置１Ａでは、メッシュ部９ｍは、上記関係式（１）を満たす開口最長寸法Ｒの複数の貫通孔９ｈからなっている。この構成によれば、このような複数の貫通孔９ｈをメッシュ部９ｍの一部にのみ含む場合よりも、より確実に窓箔９ａの長寿命化を図ることができる。

また、電子線照射装置１Ａの製造方法では、メッシュ部９ｍにおいて、貫通孔９ｈの開口最長寸法Ｒ及び窓箔９ａの厚さｔが、Ｒ≦３３３４ｔの上記関係式（１）を満たす支持体９ｂを用意するステップＳ０２を含んでいる。このステップＳ０２により、メッシュ部９ｍがこのような貫通孔９ｈを含んで構成されることとなるため、チャンバ３０から排気するステップＳ０４によってチャンバ３０の内部が真空空間とされた場合にメッシュ部９ｍ上に配置される窓箔９ａに生じる応力を、一定の耐圧強度を発揮する所定の許容応力値以下とすることができる。よって、窓箔９ａの長寿命化を図ることができる。

［変形例］
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限られるものではない。

上記第１及び第２実施形態では、同一形状の貫通孔９ｈがメッシュ部９ｍに形成されていたが、これに限定されない。メッシュ部９ｍにおいて、例えば互いに異なる開口形状の貫通孔９ｈが形成されていてもよい。この場合、互いに異なる開口形状であっても、開口形状のうち最も長く開口している直線領域の寸法（開口最長寸法Ｒ）に着目することで、各貫通孔９ｈが上記関係式（１）を満たすように構成されているか否かを評価することができる。例えば、図１０は、貫通孔の変形例を示す模式図である。図１０（ａ）に示されるように、貫通孔９ｈＡの開口形状は、多角形（ここでは正六角形）であってもよい。この場合、開口最長寸法Ｒは、正六角形の仮想的な外接円Ｃ１の直径とすることができる。この構成によれば、多角形の仮想的な外接円Ｃ１の直径を開口最長寸法Ｒと捉えることで、窓箔９ａの長寿命化を図りつつ、メッシュ部９ｍにおける貫通孔９ｈＡの開口率を向上することができる。また、図１０（ｂ）に示されるように、貫通孔９ｈＢの開口形状は、楕円であってもよい。この場合、開口最長寸法Ｒは、楕円の長径とすることができる。この構成によれば、楕円の長径を開口最長寸法Ｒと捉えることで、窓箔９ａの長寿命化を図りつつ、貫通孔あたりの電子線透過量を向上することができる。

上記第１及び第２実施形態では、メッシュ部９ｍは、上記関係式（１）を満たす複数の貫通孔９ｈからなっていたが、これに限定されず、メッシュ部９ｍは、上記関係式（１）を満たす複数の貫通孔９ｈを含んでいればよい。例えば、メッシュ部９ｍの一部分が上記関係式（１）を満たす貫通孔９ｈからなっており、メッシュ部９ｍの他の部分が上記関係式（１）を必ずしも満たさない貫通孔からなっていてもよい。

例えば、支持体９ｂの周縁領域では、電子線ＥＢの透過量が比較的大きい支持体９ｂの中央領域と比べて、電子線ＥＢの透過に起因する発熱量が小さく、熱負荷が小さい傾向にある。更に、支持体９ｂの周縁領域では、窓フランジ９ｃ又はフランジ３４に熱が逃げやすい。よって、支持体９ｂの周縁領域における開口最長寸法Ｒを、上記関係式（１）を満たす範囲で支持体９ｂの中央領域と比べて大きくしてもよい。あるいは、支持体９ｂの中央領域における開口最長寸法Ｒを、上記関係式（１）を満たす最大値（つまりＲ＝３３３４ｔ）とし、支持体９ｂの周縁領域における開口最長寸法Ｒを、関係式（１）を満たさない値（つまりＲ＞３３３４ｔ）としてもよい。

また、例えば、メッシュ部９ｍにおける貫通孔９ｈの開口率に応じて、開口最長寸法Ｒを異ならせてもよい。開口率とは、メッシュ部９ｍの所定単位面積における貫通孔９ｈの開口面積の比率を意味する。ちなみに、上記第１実施形態での支持体９ｂの開口率としては、例えば、メッシュ部９ｍの全体にわたって約８０％程度とされている。

メッシュ部９ｍにおける貫通孔９ｈの開口率に応じて開口最長寸法Ｒを異ならせる一例として、メッシュ部９ｍの開口率が約６０〜８０％程度とされている領域と、メッシュ部９ｍの開口率が約４０〜６０％程度とされている領域とがある場合、約６０〜８０％程度とされている領域では、開口最長寸法Ｒを、上記関係式（１）を満たす最大値（つまりＲ＝３３３４ｔ）とし、約４０〜６０％程度とされている領域では、開口最長寸法Ｒを、関係式（１）を満たさない値（つまりＲ＞３３３４ｔ）としてもよい。なお、開口率の範囲としては、上記の他、約３０〜５０％程度、約５０〜７０％程度などであってもよい。

上記第１及び第２実施形態では、メッシュ部９ｍは、複数の貫通孔９ｈからなっていたが、これに限定されない。例えば、窓箔９ａと比べて相対的に厚い（厚さｔが大きい）窓箔部材を使用する場合には、厚さｔが大きい分だけ上記第１及び第２実施形態と比べて開口最長寸法Ｒを大きくできる。この場合、貫通孔１つあたりの電子線ＥＢの通過面積が大きくなるため、メッシュ部９ｍが１つの貫通孔からなっていてもよい。

以上に記載された実施形態及び種々の変形例の少なくとも一部が任意に組み合わせられてもよい。

１，１Ａ…電子線照射装置、２…フィラメントユニット（電子線発生部）、３…真空容器（筐体部）、３ａ，２０ｃ…電子線通過部、９…窓部材（電子線照射窓部）、９ａ…窓箔（窓箔部材）、９ｂ…支持体（支持部材）、９ｈ…貫通孔、９ｍ…メッシュ部、３０…チャンバ（筐体部）、３２…偏向管（筐体部）、３３…走査管（筐体部）、４０…電子銃（電子線発生部）、５０…電子線透過ユニット（電子線照射窓部）、ＥＢ…電子線、Ｒ…開口最長寸法。

Claims (12)

1. 電子線を発生する電子線発生部と、
   前記電子線発生部から発生した前記電子線を通過させる電子線通過部が設けられた筐体部と、
   前記電子線通過部に配置された電子線照射窓部と、を備え、
   前記電子線照射窓部は、
   前記電子線通過部を覆うメッシュ部を有する支持部材と、
   前記メッシュ部上に配置され、前記電子線通過部を通過した前記電子線を透過させる金属膜である窓箔部材と、を有し、
   前記支持部材及び前記窓箔部材は、所定方向を長手方向として延在しており、
   前記メッシュ部は、開口最長寸法Ｒ（ｍｍ）の貫通孔を含み、
   前記開口最長寸法Ｒ及び前記窓箔部材の厚さｔ（ｍｍ）は、Ｒ≦３３３４ｔの関係式を満たす、電子線照射装置。
2. 前記貫通孔の開口形状は、円形であり、
   前記開口最長寸法Ｒは、前記貫通孔の直径である、請求項１記載の電子線照射装置。
3. 前記貫通孔の開口形状は、多角形であり、
   前記開口最長寸法Ｒは、前記多角形の仮想的な外接円の直径である、請求項１記載の電子線照射装置。
4. 前記貫通孔の開口形状は、楕円であり、
   前記開口最長寸法Ｒは、前記楕円の長径である、請求項１記載の電子線照射装置。
5. 前記開口最長寸法Ｒ及び前記窓箔部材の厚さｔは、ｔ≦Ｒの関係式を更に満たす、請求項１〜４の何れか一項記載の電子線照射装置。
6. 前記メッシュ部は、前記関係式を満たす開口最長寸法Ｒの複数の貫通孔からなる、請求項１〜５の何れか一項記載の電子線照射装置。
7. 電子線を発生する電子線発生部と、
   前記電子線発生部から発生した前記電子線を通過させる電子線通過部が設けられた筐体部と、
   前記電子線通過部に配置された電子線照射窓部と、を備え、
   前記電子線照射窓部は、
   前記電子線通過部を覆うメッシュ部を有する支持部材と、
   前記メッシュ部上に配置され、前記電子線通過部を通過した前記電子線を透過させる金属膜である窓箔部材と、を有し、
   前記支持部材及び前記窓箔部材は、所定方向を長手方向として延在している電子線照射装置の製造方法であって、
   厚さｔ（ｍｍ）の前記窓箔部材を用意するステップと、
   貫通孔を含む前記メッシュ部において、前記貫通孔の開口最長寸法Ｒ（ｍｍ）及び前記窓箔部材の厚さｔが、Ｒ≦３３３４ｔの関係式を満たす前記支持部材を用意するステップと、
   前記メッシュ部上に前記窓箔部材を配置するステップと、
   前記筐体部内が真空となるように前記筐体部から排気するステップと、を備える、電子線照射装置の製造方法。
8. 前記貫通孔の開口形状は、円形であり、
   前記開口最長寸法Ｒは、前記貫通孔の直径である、請求項７記載の電子線照射装置の製造方法。
9. 前記貫通孔の開口形状は、多角形であり、
   前記開口最長寸法Ｒは、前記多角形の仮想的な外接円の直径である、請求項７記載の電子線照射装置の製造方法。
10. 前記貫通孔の開口形状は、楕円であり、
    前記開口最長寸法Ｒは、前記楕円の長径である、請求項７記載の電子線照射装置の製造方法。
11. 前記開口最長寸法Ｒ及び前記窓箔部材の厚さｔは、ｔ≦Ｒの関係式を更に満たす、請求項７〜１０の何れか一項記載の電子線照射装置の製造方法。
12. 前記メッシュ部は、前記関係式を満たす開口最長寸法Ｒの複数の貫通孔からなる、請求項７〜１１の何れか一項記載の電子線照射装置の製造方法。

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