JP7768923B2 - 電子線照射装置 - Google Patents

Description

本開示は電子線照射装置に関する。

電子線をワークに照射して当該ワークを硬化するための電子線照射装置が知られている。特許文献１には、搬送される被照射物（ワーク）を、９０～１８０度の角度で搬送の向きを変えてワークに電子線を照射する照射室内に導く搬送ロールと、照射室内において搬送されるワークに電離放射線を照射する電離放射線発生装置と、照射後のワークを７０度以上の角度で搬送の向きを変える搬送ロールとを有する電離放射線照射装置が開示されている。

特開２００４－３７１３８号公報

ワークに電子線を照射する際に、照射室の内部から酸素を除去するために窒素が充填される。また、ワークに電子線が照射されるとＸ線が発生する。照射室からの窒素とＸ線の漏洩を防ぐために照射室は遮蔽する必要がある。発明者らは、照射室へワークを搬入する搬入経路の搬入口と、搬出経路の搬出口とにシャッター等を設けず遮蔽しない場合は窒素とＸ線が照射室から漏洩するおそれがあり、シャッター等を設け照射室を遮蔽した場合はシャッター開閉に時間を要するためサイクルタイムが増加するという問題を見出した。

本開示は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、電子線の照射室に連結された搬入経路および搬出経路の閉鎖を行うことなく照射室内部の窒素濃度を維持しつつＸ線の漏洩を抑制可能な電子線照射装置を提供するものである。

本開示に係る電子線照射装置は、電子線をワークに照射して当該ワークを硬化するための電子線照射装置であって、前記電子線照射装置は、前記ワークに前記電子線を照射する中空状の略直方体の照射室と、前記照射室の内部上方に配置された窒素を供給する窒素供給部と、前記照射室の底面の一方側に連結され、前記ワークを前記照射室に搬入するための搬入経路と、前記照射室の底面の他方側に連結され、前記ワークを前記照射室から搬出するための搬出経路と、を備え、前記照射室の底面より下側に設けられた前記搬入経路および前記搬出経路はそれぞれ、前記照射室に向かって延在する第１の経路と、前記第１の経路の端部から上方に向かって延在する第２の経路と、前記第２の経路の端部から前記照射室の側面に沿って平行に延在する第３の経路と、前記第３の経路の端部から上方に向かって延在する第４の経路と、を少なくとも備え、前記第４の経路と、前記照射室の底面とが連結されている。

本開示に係る電子線照射装置では、窒素供給部と、照射室の底面より下側に設けられた搬入経路および搬出経路がそれぞれ、照射室に向かって延在する第１の経路と、第１の経路の端部から上方に向かって延在する第２の経路と、第２の経路の端部から照射室の側面に沿って平行に延在する第３の経路と、第３の経路の端部から上方に向かって延在する第４の経路と、を少なくとも備え、第４の経路と、照射室の底面とが連結されている。照射室に窒素を層流状に連続供給することによって照射室内の窒素濃度を維持しつつ、ワークの搬送方向が複数回変更されることにより、照射室内で発生したＸ線が複数回反射されて減衰するため、Ｘ線の漏洩も抑制することができる。よって、電子線の照射室に連結された搬入経路および搬出経路の閉鎖を行うことなく照射室内部の窒素濃度を維持しつつＸ線の漏洩を抑制可能な電子線照射装置を提供できる。

本開示により、電子線の照射室に連結された搬入経路および搬出経路の閉鎖を行うことなく照射室内部の窒素濃度を維持しつつＸ線の漏洩を抑制可能な電子線照射装置を提供できる。

実施の形態に係る電子線照射装置を示す斜視図である。 実施の形態に係る電子線照射装置を示す正面図および平面断面図である。 実施例および比較例に係る電子線照射装置内の窒素濃度を示す模式図およびグラフである。

以下、本開示の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、図に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。特に言及のない限り、ｚ軸プラス向きが鉛直上向きである。また、ｘｙ平面が水平面である。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態に係る電子線照射装置１を示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態に係る電子線照射装置１は、電子線をワークに照射して当該ワークを硬化するための装置である。ワークは例えば、電子線によって硬化する塗料によって被覆された塗装物や、電子線によって硬化する塗装フィルム等である。

図１に示すように、電子線照射装置１は、照射室１０、窒素供給部１１、搬入経路２０、搬出経路３０を備える。照射室１０は、ワークに電子線を照射する空間であり、中空状の略直方体状である。照射室１０、搬入経路２０及び搬出経路３０の各内表面は、Ｘ線を吸収可能な鉛等の材料で被覆されている。

電子線照射による硬化反応では、表層部の特性が重要である。照射室１０内部に酸素が残存した場合、硬化反応が阻害され、表層部の特性に影響が生じるおそれがある。したがって、ワークへの電子線照射の照射雰囲気は、例えば窒素雰囲気である。すなわち、ワークへの電子線照射の際に、照射室１０内には窒素が充填されている。

図１に示すように、窒素供給部１１は照射室１０の内部上方に配置されている。窒素供給部１１は、照射室１０内に窒素を充填可能な経路を備える。不図示の窒素ガスが窒素供給部１１から照射室１０内へと層流状に連続的に供給され、照射室１０内に充填される。

続いて図１と併せて図２も参照し、搬入経路２０及び搬出経路３０について説明する。図２は、実施の形態に係る電子線照射装置を示す正面図（図２ａ）および平面断面図（図２ｂ）である。図１及び図２に示すように、搬入経路２０及び搬出経路３０は、照射室１０の底面１０ａより下側（ｚ軸負側）に設けられている。

図１に示すように、搬入経路２０は、ワークを照射室１０に搬入するための経路である。搬入経路２０は、照射室１０の底面１０ａの一方側（ｘ軸負側）に連結されてもよい。図２に示すように、搬出経路３０は、ワークを照射室１０から搬出するための経路である。搬出経路３０は、照射室１０の底面１０ａの他方側（ｘ軸正側）に連結されてもよい。

搬入経路２０と搬出経路３０とは同様の構成であってもよいし、正面視および平面視で左右対称の構成（図２参照）を備えてもよい。図１及び図２に示すように、搬入経路２０は少なくとも第１の経路２１、第２の経路２２、第３の経路２３、第４の経路２４を備える。搬出経路３０は少なくとも第１の経路３１、第２の経路３２、第３の経路３３、第４の経路３４を備える。第１の経路２１，３１、第２の経路２２，３２、第３の経路２３，３３、第４の経路２４，３４、はそれぞれ、例えば略角筒状である。各経路は、所望のワークが通過可能な程度の断面積を有する。また、各経路は、ワークを搬送可能なコンベア機構や昇降機構等を備える。

図１及び図２に示すように、搬入経路２０は、ｚ軸負側から順に、第１の経路２１、第２の経路２２、第３の経路２３、第４の経路２４が配置されている。第１の経路２１は照射室１０に向かってｘ軸方向に沿って延在する経路である。第１の経路２１はｘ軸負側のｙｚ平面が開口した搬入口２１ａを備える。第２の経路２２は、第１の経路２１の端部（ｘ軸正側）から上方（ｚ軸正方向）に向かって延在する経路である。第３の経路２３は、第２の経路２２の端部（ｚ軸正側かつｘ軸負側のｙｚ平面）から照射室１０の側面１０ｂに沿って（ｙ軸に沿って）平行に延在する経路である。第４の経路２４は、第３の経路２３の端部（ｘ軸正側かつｚ軸正側のｘｙ平面）から上方（ｚ軸正方向）に向かって延在する経路である。第４の経路２４のｚ軸正側のｘｙ平面と、照射室１０の底面１０ａ（ｘｙ平面）とが連結されている。

図２（ａ）に示すように、搬出経路３０は、ｚ軸負側から順に、第１の経路３１、第２の経路３２、第３の経路３３、第４の経路３４が配置されている。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩＢ－ＩＩＢ線に沿う平面断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１の経路３１は照射室１０に向かってｘ軸方向に沿って延在する経路である。第１の経路３１はｘ軸正側のｙｚ平面が開口した搬出口３１ａを備える。第２の経路３２は、第１の経路３１の端部（ｘ軸負側）から上方（ｚ軸正方向）に向かって延在する経路である。第３の経路３３は、第２の経路３２の端部（ｚ軸正側かつｘ軸正側のｙｚ平面）から照射室１０の側面１０ｃに沿って（ｙ軸に沿って）平行に延在する経路である。第４の経路３４は、第３の経路３３の端部（ｘ軸負側かつｚ軸正側のｘｙ平面）から上方（ｚ軸正方向）に向かって延在する経路である。第４の経路３４のｚ軸正側のｘｙ平面と、照射室１０の底面１０ａ（ｘｙ平面）とが連結されている。

換言すると、搬入経路２０及び搬出経路３０は、ワークの搬送方向が９０°変更される屈折部を４つ以上有する形状の経路構造であればよい。

図１及び図２の黒矢印は、ワークが電子線照射装置１の外部から照射室１０に搬入および搬出される経路を示している。まず、ワークが電子線照射装置１の照射室１０へと搬入される際の搬送方向について説明する。第１の経路２１の搬入口２１ａから搬入され、第１の経路２１をｘ軸正方向に搬送されたワークは、第２の経路２２に入る際に搬送方向が９０°変更され、ｚ軸正方向に搬送される。続いて、第３の経路２３に入る際に搬送方向が９０°変更され、第３の経路２３の幅（ｘ軸方向の幅）をｘ軸負方向に搬送された後、さらに搬送方向が９０°変更され、第３の経路２３内を照射室１０の側面１０ｂに沿ってｙ軸負方向に搬送される。続いて、第４の経路２４に入る際に搬送方向が９０°変更され、第３の経路２３内及び第４の経路２４内をｘ軸正方向に搬送された後、さらに搬送方向が９０°変更され、ｚ軸正方向に搬送され、照射室１０へと搬送される。

続いて、ワークが照射室１０から電子線照射装置１の外部へと搬出される際の搬送方向について説明する。照射室１０において電子線照射を終えたワークは、第４の経路３４内をｚ軸負方向に搬送される。続いて搬送方向が９０°変更され、第３の経路３３の幅（ｘ軸方向の幅）をｘ軸負方向に搬送された後、さらに搬送方向が９０度変更され、第３の経路３３内を照射室１０の側面１０ｃに沿ってｙ軸正方向に搬送され、さらに搬送方向が９０度変更され、第３の経路３３内をｘ軸正方向に搬送される。続いて、第２の経路３２に入る際に搬送方向が９０°変更され、ｚ軸負方向に搬送される。続いて、第１の経路３１に入る際に搬送方向が９０°変更され、ｘ軸正方向に搬送され、ワークは電子線照射装置１から搬出される。

なお、本実施の形態では、搬入経路および搬出経路は照射室の底面のｘ軸正側および負側に配置されているが、照射室の底面より下側に設けられていればよいため、これに限定されるものではない。例えば、照射室の底面より下側であり、かつ、搬入経路が照射室の底面に連結されている部分と搬出経路が照射室の底面に連結されている部分とが重ならないように配置すればよい。より具体的には、例えば照射室の底面の一方側（ｘ軸負側）に搬入経路および搬出経路の両方を設けてもよい。

なお、本実施の形態では第２の経路２２，３２は照射室１０の底面１０ａの真下に配置されているが、これに限定されない。例えば、第２の経路２２，３２は照射室よりｘ軸負側または正側に配置されてもよい。換言すると、第３の経路２３，３３の第４の経路２４，３４と連結される部分と、第４の経路２４，３４を照射室１０の真下（ｚ軸負側）に配置すればよく、第１の経路２１，３１、第２の経路２２，３２、第３の経路２３，３３の端部までは、照射室１０の底面１０ａよりｚ軸負側または正側の任意の位置に配置できる。

発明者らは、照射室へワークを搬入する搬入経路の搬入口と、搬出経路の搬出口とにシャッター等を設けず遮蔽しない場合は窒素とＸ線が照射室から漏洩するおそれがあり、シャッター等を設け照射室を遮蔽した場合はシャッター開閉に時間を要するためサイクルタイムが増加するという問題を見出した。

これに対し、本開示に係る電子線照射装置では、窒素供給部と、照射室の底面より下側に設けられた搬入経路および搬出経路がそれぞれ、照射室に向かって延在する第１の経路と、第１の経路の端部から上方に向かって延在する第２の経路と、第２の経路の端部から照射室の側面に沿って平行に延在する第３の経路と、第３の経路の端部から上方に向かって延在する第４の経路と、を少なくとも備え、第４の経路と、照射室の底面とが連結されている。照射室に窒素を層流状に連続供給することによって照射室内の窒素濃度を維持できる。換言すると、照射室に窒素を層流状に連続供給することによって搬入経路の搬入口および搬出経路の搬出口からの酸素の流入を抑制し、照射室内の酸素を所望の濃度以下とすることができる。さらに、ワークの搬送方向が複数回変更されることにより、照射室内で発生したＸ線が複数回反射されて減衰するため、Ｘ線の漏洩も抑制することができる。よって、電子線の照射室に連結された搬入経路および搬出経路の閉鎖を行うことなく照射室内部の窒素濃度を維持しつつＸ線の漏洩を抑制できる。

さらに、本開示に係る電子線照射装置では、照射室と、搬入経路および搬出経路との連結部分を閉鎖するためのシャッター等が不要である。すなわちシャッターの開閉に要する時間が不要であるため、電子線照射装置に連続的にワークを搬送する際のサイクルタイムを大幅に減少できる。

以下、実施例に基づき本開示を具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例のみに限定されるものではない。実施例および比較例では、ワークに電子線を照射する際の照射室内の窒素濃度のシミュレーションを行った。実施例では、上述の実施の形態に係る図１に示す電子線照射装置を用いた。すなわち、照射室に窒素を層流状に連続供給し、照射室の底面より下側にワークの搬送方向が変更される屈折部を４つ以上有する形状の搬入経路を有する電子線照射装置を用いた。実施例と比較例１及び２との異なる点は、搬入経路および搬出経路の配置と形状である。比較例１及び比較例２として、搬入経路が直線形状である電子線照射装置を用いた。詳細は図３を用いて後述する。

図３は、実施例および比較例に係る電子線照射装置内の窒素濃度を示す模式図およびグラフである。図３（ａ）が実施例の正面模式図、図３（ｂ）が比較例１の正面模式図、図３（ｃ）が比較例２の正面模式図、図３（ｄ）が図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）の窒素濃度のシミュレーション結果を示すグラフである。

図３（ａ）に示すように、実施例に係る電子線照射装置が備える照射室１０は、照射室１０に窒素を層流状に連続供給可能な窒素供給部１１を備え、照射室１０の底面より下側にワークの搬送方向が９０°変更される屈折部を４つ以上有する形状の搬入経路２０を有している。実施例に係る電子線照射装置では、図３（ａ）及び図３（ｄ）に示すように、照射室１０内の窒素濃度が電子線照射に必要な濃度以上に維持されているという結果を得られた。すなわち、搬入経路２０の搬入口２１ａからの酸素の流入を抑制することができた。

図３（ｂ）に示すように、比較例１に係る搬入経路１２０は直線状であり、照射室１１０の底面側の側面に連結されている。搬入口１２１ａの底面が載置される載置面Ｂから搬入口１２１ａの天井面１２１ｂまでの高さをＨ１とする。載置面Ｂから照射室１１０の底面１１０ａまでの高さをＨ２とする。比較例１では、搬入経路１２０を正面視で右上がりの傾斜を有するように配置し、Ｈ１＞Ｈ２となるように配置した。すなわち、搬入口１２１ａの天井面１２１ｂが照射室１１０の底面１１０ａより上方側となるように搬入経路１２０を配置した。

比較例１に係る電子線照射装置では、図３（ｂ）に示すように、搬入経路１２０の搬入口１２１ａから流入する酸素が多く、照射室１０内の窒素濃度が電子線照射に必要な濃度未満であった。図３（ｄ）に示すように、照射室１１０内の窒素濃度は、搬入経路１２０が照射室１１０の側面に連結されている比較例１では、搬入経路が照射室の底面より下側に連結されている実施例に係る電子線照射装置の照射室１０内の窒素濃度に比べて低いという結果であった。

図３（ｃ）に示すように、比較例２に係る搬入経路２２０は比較例１と同様の直線状であり、照射室２１０の底面側の側面に連結されている。搬入口２２１ａの底面が載置される載置面Ｂから搬入口２２１ａの天井面２２１ｂまでの高さをＨ１とする。比較例１の高さＨ１と比較例２の高さＨ１は同じ高さである。載置面Ｂから照射室２１０の底面２１０ａまでの高さをＨ３とする。比較例２では、搬入経路２２０を正面視で右上がりの傾斜を有するように配置し、Ｈ１＝Ｈ３となるように配置した。すなわち、搬入口２２１ａの天井面２２１ｂと照射室２１０の底面２１０ａとが同じ高さになるように搬入経路１２０を配置した。

比較例２に係る電子線照射装置では、図３（ｃ）に示すように、搬入経路２２０の搬入口２２１ａから酸素が流入し、照射室１０内の窒素濃度が電子線照射に必要な濃度未満であった。比較例２では、搬入口２２１ａの天井面２２１ｂと照射室２１０の底面２１０ａとが同じ高さとなるように配置されている。換言すると、載置面Ｂから照射室２１０の底面２１０ａまでの高さＨ３は、比較例１の載置面Ｂから照射室１１０の底面１１０ａまでの高さＨ２より大きい（図３（ｂ）参照）。当該構成により、図３（ｄ）に示すように、照射室２１０内の窒素濃度は比較例１に比べて高い結果が得られた。しかし、図３（ｄ）に示すように、照射室２１０内の窒素濃度は、搬入経路２２０が照射室２１０の側面に連結されている比較例２では、搬入経路が照射室の底面より下側に連結されている実施例に係る電子線照射装置の照射室１０内の窒素濃度に比べて低いという結果であった。

以上の結果より、本実施例に係る電子線照射装置は、照射室に窒素を層流状に連続供給し、照射室の底面より下側にワークの搬送方向が変更される屈折部を４つ以上有する形状の搬入経路を有することによって照射室内の窒素濃度を維持できることがわかった。よって、本実施例に係る電子線照射装置は、電子線の照射室に連結された搬入経路および搬出経路の閉鎖を行うことなく照射室内部の窒素濃度を維持することができる。

なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 電子線照射装置、１０、１１０、２１０ 照射室、１０ａ 底面、１０ｂ，１０ｃ 側面、１１ 窒素供給部、１２ フィルタ、２０、１２０、２２０ 搬入経路、２１，３１ 第１の経路、２１ａ，１２１ａ，２２１ａ 搬入口、２２，３２ 第２の経路、２３，３３ 第３の経路、２４，３４ 第４の経路、３０ 搬出経路、３１ａ 搬出口、１２１ｂ，２２１ｂ 天井面、Ｂ 載置面、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３ 高さ

Claims (1)

1. 電子線をワークに照射して当該ワークを硬化するための電子線照射装置であって、
   前記電子線照射装置は、
   前記ワークに前記電子線を照射する中空状の略直方体の照射室と、
   前記照射室の内部上方に配置された窒素を前記照射室内に層流状に連続供給する窒素供給部と、
   前記照射室の底面の一方側に連結され、前記ワークを前記照射室に搬入するための搬入経路と、
   前記照射室の底面の他方側に連結され、前記ワークを前記照射室から搬出するための搬出経路と、を備え、
   前記照射室の底面より下側に設けられた前記搬入経路および前記搬出経路はそれぞれ、
   前記照射室に向かって延在する第１の経路と、
   前記第１の経路の端部から上方に向かって延在する第２の経路と、
   前記第２の経路の端部から前記照射室の側面に沿って平行に延在する第３の経路と、
   前記第３の経路の端部から上方に向かって延在すると共に前記照射室の底面の真下に配置される第４の経路と、を少なくとも備え、
   前記第４の経路と、前記照射室の底面とが連結されている、
   電子線照射装置。