JPH1152098A

JPH1152098A - 電子線照射装置用窓箔及び電子線照射装置

Info

Publication number: JPH1152098A
Application number: JP21463297A
Authority: JP
Inventors: Yoji Nakano; 要治中野; Toshiro Kobayashi; 敏郎小林; Ikuo Wakamoto; 郁夫若元; Susumu Urano; 晋浦野; Masaki Kouno; 将樹河野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】傷入りや磨耗による腐食をおこさない窓箔を
備えた電子線照射装置を提供する。【解決手段】アルミニウム合金箔と、該アルミニウム
合金箔を被覆するチタン膜と、該チタン膜を被覆する硬
質被膜とを含んでなる照射窓用窓箔を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面処理に利用さ
れる電子線照射装置、特にインクの硬化又は即時乾燥や
表面殺菌に利用される電子線照射装置に使用される窓箔
及び該窓箔を使用した電子線照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクの硬化や即時乾燥、表面殺
菌などの表面処理は、紫外線や電子線を用いて行われて
いる。しかし、紫外線を用いる方法では、光重合開始剤
を添加する必要があり、また、紫外線は透過力が弱いの
で、例えば着色塗料等、不透明な材料の内部までは処理
することができないという問題がある。このため、かか
る表面処理には、主に低エネルギー電子線が利用されて
いる。

【０００３】従来の低エネルギータイプの電子線照射装
置では、線状のフィラメントから放出された熱電子を電
子線として取り出し、この電子線を加速管内の真空空間
で加速した後、照射窓を介して照射室内に取り出す。そ
して、照射室内を搬送される被処理物に照射することに
より、目的の処理を行う。照射窓は、加速管内の真空雰
囲気と照射室内の照射雰囲気とを仕切る窓箔を有する。
窓箔には、ピンホールがなく、しかも加速管内の真空雰
囲気を十分維持できる機械的強度を有する金属、例えば
１０〜２０μｍ厚のチタン箔や、１０μｍ厚のアルミニ
ウム箔が用いられる。通常は窓箔として、機械的な取り
扱いやすさから、厚さ約１２．７μｍのチタン箔が最も
よく使用されている。

【０００４】図１に、電子線照射装置の一例の概略構成
を示す。この電子線照射装置は、低エネルギータイプの
もので、電子線発生部１０と照射室２０と照射窓３０と
を備えるものである。電子線発生部１０は、電子線を発
生するターミナル１２とターミナル１２で発生した電子
線を真空空間（加速空間）で加速する加速管１４とを有
するものである。また、電子線発生部１０の内部は、電
子が気体分子と衝突してエネルギーを失うことを防ぐた
め、図示省略した拡散ポンプ等により、１０^-6〜１０^-7
Ｔｏｒｒの真空に保たれている。ターミナル１２は、熱
電子を放出する線状のフィラメント１２ａと、フィラメ
ントを支えるガン構造体１２ｂと、フィラメントで発生
した熱電子をコントロールするグリッド１２ｃとを有す
る。

【０００５】照射室２０は、被処理物に電子線を照射す
る照射空間２２を含むものである。この例では、照射室
２０の内部である照射空間２２は空気雰囲気としてい
る。また、被処理物は、照射空間２２を図示省略したコ
ンベア等の搬送手段により、図１の右側から左側へ移動
する。照射窓３０は、金属箔からなる窓箔３２と窓箔３
２を冷却すると共に窓箔を支持する窓枠構造体３４とを
有するものである。窓箔３２は、電子線発生部１０内の
真空雰囲気と照射空間２２内の空気雰囲気を仕切るもの
であり、また、窓箔３２を介して照射室に電子線を取り
出すものである。電子線発生部１０と照射室２０との境
界に設ける窓箔３２にはピンホールがなく、電子線発生
部１０内の真空雰囲気を十分維持できる機械的強度があ
り、しかも、電子線が透過しやすいように比重が小さく
肉厚の薄い金属が望ましい。

【０００６】このような低エネルギータイプの電子線照
射装置では、電子線の加速電圧が約１５０ｋｖと小さ
く、窓箔に大部分の電子線が吸収されるので、窓箔の吸
収を小さくするため、窓箔の材質としてはチタンよりも
密度の小さいアルミニウムが適している。ただし、アル
ミニウムは、電子線により発生するオゾン等の反応性ガ
スで腐食しやすいので、例えば、特開平７−２０２９４
号公報に示された電子線照射装置のように、表面を０．
２〜１．０μｍのチタンで被覆したものも使用されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平７
−２０２９４号公報に記載のアルミニウム箔表面にチタ
ンを０．２〜１．０μｍ被覆した窓箔は、取扱中にチタ
ン被膜側が何かに接触することによりチタン層に傷が入
ることも多い。また、通常の使用中でも、窓箔は、図１
に示す窓枠構造体に支えられており、装置内の真空引き
あるいは大気開放のときに窓箔にたわみが生じ、窓枠構
造体との接触部が磨耗等を起こす。その結果、その傷入
り部及び磨耗部が腐食するという問題点があった。した
がって、本発明は、傷入りや磨耗による腐食をおこさな
い窓箔を備えた電子線照射装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
合金箔と、該アルミニウム合金箔を被覆するチタン膜
と、該チタン膜を被覆する硬質被膜とを含んでなる、電
子線照射装置における照射窓用窓箔を提供するものであ
る。また、本発明は、陰極から放出された熱電子を電子
線として取り出し、該電子線を加速するための電子線発
生部と、被処理物に該電子線を照射するための照射室
と、該電子線発生部内の真空雰囲気と該照射室内の照射
雰囲気とを仕切ると共に該電子線を取り出すための窓箔
とを備える電子線照射装置であって、該窓箔がアルミニ
ウム合金箔と、該アルミニウム合金箔の少なくとも該照
射室側の表面を被覆するチタン膜と、該チタン膜を被覆
する硬質被膜を含んでなることを特徴とする電子線照射
装置を提供するものである。本発明によって、電子線透
過率が高く、取り扱い時の傷入りや磨耗になどによる腐
食が起こらない窓箔を備えた電子線照射装置が得られ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の電子線照射装置における
窓箔の構成は、アルミニウム合金箔と、該アルミニウム
合金箔を被覆するチタン膜と、該チタン膜を被覆する硬
質被膜とを含んでなる。好ましくは、金属箔として厚さ
５〜２０μｍのアルミニウム合金箔を用い、アルミニウ
ム合金箔の照射室側の表面を０．０３μｍ以上、より好
ましくは０．０５μｍ以上のチタンで被覆し、該チタン
の表面をさらに０．０３μｍ以上、より好ましくは０．
０５μｍ以上の硬質被膜で被覆する。

【００１０】アルミニウム合金箔は、５〜２０μｍの厚
さが好ましい。厚さ５μｍ以上とするのは、それ以下の
厚さでは真空維持に必要なピンホールのないものを製造
することが困難なためであり、２０μｍより厚い場合は
窓箔による電子線エネルギー吸収量が大きくなってしま
い、チタンからアルミニウム合金箔に変更した利点がな
くなるためである。さらに好ましいアルミニウム合金箔
の厚さは、１０〜１５μｍである。ここで、使用できる
アルミニウム合金としては、純アルミニウム系、Ａｌ−
Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、
Ａｌ−Ｍｇ₂Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ系などの種々の合金が
挙げられる。特に、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系が優れ
た引張り強さを有する点から好ましい。

【００１１】高い電子線透過率を維持し、かつ、腐食を
防ぐために、アルミニウム合金箔の照射室側にチタンを
被覆することが必要である。このチタン被膜は、十分な
密着力を得るため、厚さ０．０３μｍ以上が好ましく、
より好ましくは、０．０５μｍ以上である。チタン被膜
は、通常純粋なチタンからなるものを使用できる。さら
に、最表面が傷入りしにくい十分な硬度、耐磨耗性を最
も外側の表面にもたせるためには、このチタン膜の表面
に硬質被膜を被覆することが必要である。この硬質被膜
は、厚さ０．０３μｍが好ましく、より好ましくは０．
０５μｍ以上である。

【００１２】チタン層と硬質被膜層の合計の膜厚は、
０．１〜１μｍが好ましい。チタン層と硬質被膜層との
合計の膜厚は、０．１μｍ以下ではその防食効果が不十
分であり、１μｍ以上では被膜の残留応力により、アル
ミニウム合金箔が著しくカールするおそれがあり、照射
窓に取り付ける際の取り扱いが困難になる場合がある。
アルミニウム合金箔に直接硬質被膜を被覆すると、その
密着力が小さく、剥離しやすいので好ましくない。チタ
ン層と硬質被膜層のそれぞれの膜厚の好ましい組合せ
は、０．０３〜１μｍのチタン層と０．０３〜１μｍの
硬質被膜層の組合せである。より好ましい組合せは、
０．０５〜０．５μｍのチタン層と０．０５〜０．５μ
ｍの硬質被膜層の組合せである。硬質被膜の材質として
は、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＯ₂、Ａｌ
₂Ｏ₃、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＮ、ＣｒＮ、Ｃｒ₂Ｏ₃、ダ
イヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、ＳｉＯ₂、
ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＣＢＮ及びこれらの混合物などを使用
することができる。このうち、チタンのコーティングと
同一プロセスにでき、蒸着法、イオンプレーティング
法、あるいは反応性スパッタリング法で比較的簡単に成
膜できることから、窒化チタン（ＴｉＮ）が好ましい。

【００１３】チタン及び硬質被膜の蒸着は、真空蒸着
法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ＣＶ
Ｄ法など各種の方法により行うことができ、特に限定さ
れない。例として、図２に、本発明の窓箔を製造するの
に利用することのできる真空蒸着法用の装置の模式図を
示す。拡散ポンプ４２と、ロータリーポンプ４３の備わ
った真空容器４１は、これらポンプ４２、４３により内
部を１０^-5Ｔｏｒｒ以下の真空にすることができる。真
空容器４１の中には、チタンを内部に含むチタン蒸発用
るつぼ４４、ホロカソード式電子銃４５、シャッタ４
６、蒸着ロール４７、２本の払出・巻取ロール４８、水
晶発振式膜厚計４９が配置されている。本装置は、真空
度約１×１０^-4Ｔｏｒｒのアルゴン雰囲気中で電子銃４
５から電子ビーム５０をチタン蒸発用るつぼ４４の中の
チタンに照射し、電子ビームの熱でチタンを加熱蒸発さ
せるものである。蒸発したチタンは、電子ビーム中で一
部イオン化され、蒸着ロールとの電位差により加速され
てアルミニウム合金箔基材５１に蒸着される。蒸着膜厚
は、水晶発振式膜厚計４９で計測される成膜速度とアル
ミニウム合金箔基材搬送速度より、決定することができ
る。

【００１４】硬質被膜として窒化チタンを用いる場合
は、チタンのコーティングと同一プロセスによって行う
ことができる。即ち、チタン成膜途中で窒素ガスを導入
し、窒化チタンを生成させ、この窒化チタンの被膜をチ
タン膜の表面に形成する。この際、窒素ガス導入量を徐
々に増加させてアルミニウム合金箔表面から照射室側表
面にかけて、チタンから窒化チタンに連続的に変化した
層を形成してもよい。また、チタンと窒化チタンの傾斜
組成層としてもよいし、チタンと窒化チタンの独立した
二層を形成してもよい。

【００１５】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細
に説明するが、これらにより本発明を制限することを意
図したものではない。なお、実施例では硬質被膜に窒化
チタンを使用したが、窒化チタン以外にＴｉＣ、ＴｉＣ
Ｎ、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＮ、Ｃｒ
Ｎ、Ｃｒ₂Ｏ₃、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカ
ーボン、ＳｉＯ₂、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＣＢＮ及びこれら
の混合物などを広く使用できるのはいうまでもない。

【００１６】従来例１、２として、窓箔としてそれぞれ
厚さ１２．７μｍのチタン箔、厚さ１２．７μｍのアル
ミニウム合金箔（合金の種類：Ａｌ−Ｍｇ系合金５０５
２）を用いた。従来例３〜７として、厚さ１２．７μｍ
のアルミニウム合金箔の照射室側の表面にチタンをそれ
ぞれ０．０５μｍ、０．１μｍ、０．２μｍ、１μｍ、
２μｍの厚さに被覆したものを用いた。

【００１７】従来例３〜７におけるチタンの被覆は、図
２に示すような装置を用いて真空蒸着法により行った。
従来例１〜７の窓箔について、電子線透過率、５０時間
照射テスト後の腐食の有無を調べた結果を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１から、窓箔母材をチタン箔からアルミ
ニウム合金箔に変更することにより電子線透過量が増
し、よりＸ線の有効利用が可能となることがわかる。一
方、アルミニウム合金箔では、電子線により発生するオ
ゾンによる腐食という問題があるが、表面にチタン膜を
０．０５〜１μｍの厚さで被覆した従来例３〜６では、
基本的には腐食が無く、耐食性を示した。従来例３〜６
については、照射窓への取り付け時などの取り扱いによ
り発生したと推定される傷が一部のチタンにみられ、傷
の部分では若干の腐食が見られた。その原因としては、
チタン膜に硬さが不足していることによると推定され、
２μｍ以下の厚さでは膜に傷が入りやすいことが原因と
考えられる。しかし、１μｍより厚いチタンを被覆する
と、特開平７−２０２９４号公報にも記載があるように
箔の取り扱いが容易でなくなる。２μｍのチタンを被覆
した従来例７では、チタン膜の残留応力によりアルミニ
ウム合金箔のカールが著しく、取り扱いが困難となり、
使用できなかった。

【００２０】以上から、アルミニウム合金箔を窓箔母材
として用い、その表面にチタン膜を０．０５〜１μｍの
厚さで被覆すると、電子線透過量が増し、かつ、腐食を
防げることがわかった。しかし、このようなチタン膜の
被膜のみでは、傷が生じるとそこから腐食する。そこ
で、１２．７μｍの厚さのアルミニウム合金箔に、それ
ぞれ、実施例１〜３では０．０５μｍ、実施例４〜５で
は０．１μｍ、実施例６〜８では０．５μｍ、実施例９
〜１０では１．０μｍの厚さのチタン膜で被覆を施し、
さらに、そのチタン膜を、実施例１、６、９では０．０
５μｍ、実施例４、１０では０．１μｍ、実施例２、７
では０．５μｍ、実施例３、５、８では１．０μｍの厚
さの窒化チタン膜によりさらに被覆した。成膜方法は、
従来例と同様の真空蒸着法を用いた。チタン膜を所定の
厚さに成膜した後、ホロカソード電子銃への導入ガスを
窒素に変えると、蒸発したチタンと雰囲気の窒素ガスが
反応して、窒化チタンが生成する。これにより、基材の
上に窒化チタンの被膜が形成される。

【００２１】なお、１２．７μｍの厚さのアルミニウム
合金箔を、０．０５μｍ、０．１μｍの厚さの窒化チタ
ン膜でそれぞれ被覆したものを比較例１〜２とした。従
来例２、実施例１〜１０及び比較例１〜２の窓箔につい
て、電子線透過率、５０時間後の腐食の有無、表面の傷
の有無を調べた結果を表２に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】従来例２及び比較例１〜２の窓箔は腐食が
多く、特に、アルミニウム合金箔に窒化チタンのみを被
覆した比較例１〜２は、窒化チタン膜の密着性が乏しい
ため、窒化チタン膜が剥離し、オゾンが界面に入り込
み、その部分に腐食が起こった。実施例１〜１０では、
アルミニウム合金箔の表面を厚さ０．０５μｍ以上のチ
タン膜で被覆し、さらにその表面を厚さ０．０５μｍ以
上の窒化チタン膜を被覆することによって、高い電子線
透過率を維持した状態で、腐食を防ぐことができた。チ
タン膜の厚さと窒化チタン膜の厚さの合計が１μｍより
大きくなる実施例３、５、８、１０では、アルミニウム
合金箔がカールし、照射窓への取り付け操作が困難にな
った。よって、照射窓への取り付け操作を考慮すると、
チタン膜の厚さと窒化チタン膜の厚さの合計は、アルミ
ニウム合金箔がカールしない範囲である０．１〜１μｍ
がより好ましいことがわかった。

【００２４】

【発明の効果】上記したところから明らかなように、本
発明によれば、金属箔としてアルミニウム合金箔を用
い、該アルミニウム合金箔をチタンで被覆し、さらに、
該チタン層を硬質被膜で被覆したものを窓箔として用い
ることにより、表面が傷入りしにくいため、腐食しにく
い窓箔を有する電子線照射装置を得ることができる。ま
た、本発明の電子線照射装置は、電子線透過量が高いた
め、電子線のロスが無く、電子線を効率よく照射室内に
取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来より用いられている電子線照射装置の概略
図。

【図２】本発明の窓箔を製造するのに利用することので
きる真空蒸着法用の装置の模式図。

【符号の説明】

１０電子線発生部１２ターミナル１２ａフィラメント１２ｂガン構造体１２ｃグリッド１４加速管２０照射室２２照射空間３０照射窓３４窓枠構造体４１真空容器４２拡散ポンプ４３ロータリーポンプ４４チタン蒸発用るつぼ４５ホロカソード式電子銃４６シャッタ４７蒸着ロール４８払出・巻取ロール４９水晶発振式膜厚計５０電子ビーム５１アルミニウム合金箔基材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浦野晋広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者河野将樹広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム合金箔と、該アルミニウム
合金箔を被覆するチタン膜と、該チタン膜を被覆する硬
質被膜とを含んでなる、電子線照射装置における照射窓
用窓箔。
【請求項２】陰極から放出された熱電子を電子線とし
て取り出し、該電子線を加速するための電子線発生部
と、被処理物に該電子線を照射するための照射室と、該
電子線発生部内の真空雰囲気と該照射室内の照射雰囲気
とを仕切ると共に該電子線を取り出すための窓箔とを備
える電子線照射装置であって、該窓箔がアルミニウム合
金箔と、該アルミニウム合金箔の少なくとも該照射室側
の表面を被覆するチタン膜と、該チタン膜を被覆する硬
質被膜を含んでなることを特徴とする電子線照射装置。