(57)【要約】【課題】粒子線処理装置を用いて材料を処理するのに好適な方法およびその好適な方法で作り出された材料を提供すること。【解決手段】粒子線処理装置を用いて材料を処理する方法およびその方法で作り出された材料が本明細書に提供されている。１つの例示の好ましい実施形態によって、粒子線処理装置を用いて材料を処理する方法が提供され、その方法は、複数の粒子を作り出す少なくとも１つのフィラメントを含む粒子線発生組立品を提供する工程、約１１０ｋボルトより大きい動作電圧をフィラメントに印加して、複数の粒子を作り出す工程、複数の粒子に約１０ミクロン以下の厚さを有する薄箔を貫通させる工程、および複数の粒子を用いて材料を処理する工程を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線処理装置を用いて少なくとも３つの層を備える多層材料を処理する方法であって、
前記方法は、
複数の粒子を生成するための少なくとも１つのフィラメントを含む粒子線発生組立品を提供することと、
前記フィラメントに動作電圧を印加することにより、前記複数の粒子を生成することと、
前記複数の粒子に薄箔を貫通させることと、
前記複数の粒子を用いて前記材料を処理することと
を含み、
前記材料を硬化させ、検出可能な臭気の不存在を維持するように前記多層材料において十分な深さの照射線量プロファイルを達成するように、約１１０ｋＶ〜約１２５ｋＶの前記動作電圧および約１０ミクロン以下の前記薄箔の厚さが選択される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、２００２年５月２４日に出願された米国特許出願番号１０／１５３，６２２の一部継続出願である。この米国特許出願は、１９９９年１１月５日に出願され、現在米国特許第６，４２６，５０７号である、米国特許出願番号０９／４３４，３８０の一部継続出願である。これらは全て、本明細書中に参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、粒子線処理機器およびそのような機器を使って処理可能な材料に関する。特に、本発明は、粒子発生組立品、薄箔を有する箔支持組立品、および処理区域を含む粒子線処理機器に関する。処理可能な材料が機器によって発生された粒子にさらされると、粒子によって材料の被膜上に化学反応が起こる。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術の説明）
粒子線処理装置は、基板または被膜を電子線（ＥＢ）などの高加速粒子線にさらして、基板または被膜上に化学反応を起こさせるために一般に使われている。
【０００４】
電子は、すべての物体内に見いだされる負に帯電している粒子である。電子は、太陽の周りを回る惑星のように原子の中核の周りを回わっている。電子を共有することによって、２つ以上の原子は結合して分子を形成することができる。ＥＢ処理においては、強力な電子が使われて、多種多様の製品および材料の分子構造を変えることができる。たとえば、特殊設計された液体被膜、インク、および接着剤を変質させるために電子を使うことができる。ＥＢ処理中、電子は結合を破り、帯電粒子と遊離基を形成する。その後これらの基は結合して大きな分子を形成する。この過程によって、液体は固体に変えられる。この過程は重合として知られている。
【０００５】
ＥＢ処理を用いて処理される液体被膜は、印刷インク、ワニス、シリコーン剥離剤、下塗剤、感圧接着剤、障壁層、および積層接着剤を含む。ＥＢ処理は、また、ＥＢ処理に反応するようにすべて特別に設計されている紙、基板、不織布基体などの固体材料の物理特性を変えて強化するために使うことができる。
【０００６】
粒子線処理装置は、全体として、３つの区域、すなわち、粒子線が発生される真空チャンバ区域、粒子加速器区域、および処理区域を含む。真空チャンバにおいては、タングステンフィラメントが、タングステンの熱電子放射温度である約２４００Ｋにまで加熱され、電子雲を生成する。その後、正差動電圧が真空チャンバに印加されると、これらの電子を抽出し同時に加速することができる。その後、電子は、薄箔を貫通し、処理区域に入る。薄箔は、真空チャンバと処理区域との間の障壁として機能している。加速された電子は、薄箔を通って真空チャンバを出て、大気条件の処理区域に入る。
【０００７】
現時点で商業利用可能な電子線処理装置は、一般に最低電圧１２５ｋボルトで動作する。これら既存のＥＢユニットは、１２．５マイクロメートルの厚さを有するチタン製の薄箔を利用して、毎分８００〜１０００フィートの速度で処理装置を通って供給される基体上に被膜を硬化させることができる。そのようなＥＢユニット、型番１２５／１０５／１２００は、マサチューセッツ州、ウィルミントン市のエネルギーサイエンス社（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，  Ｉｎｃ．  ｏｆ  Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，  Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から購入することができる。現在技術は、特定産業、たとえば、柔軟食品包装で使うことはできない。１２５ｋボルトで動作するＥＢユニットによれば、包装されている食品に接触するポリエチレンを素材とする密封フィルム上にかなりの量のエネルギーが堆積する。この堆積によって、フィルム内に異臭が生じ、また密封フィルムの密封開始温度が上昇する。
【０００８】
このようなＥＢユニットの効率は、動作電圧を１２５ｋボルト以下に下げることによって向上させることができる。さらに、１２５ｋボルト以下の動作によれば、エネルギー堆積の深度をうまく制御でき、密封フィルムによって吸収される電子エネルギーを最小にすることができる。しかしながら、電圧が１２５ｋボルト以下に下がると、より多くのエネルギーがチタン箔によって吸収され、その結果、箔が過度に加熱されることになるので、チタン箔を通って伝わる電子の運動エネルギーは減少する。過度の熱によって、チタン箔は青く脆化し、チタン箔の機械的強度が失われる。過度の熱によって、またシステムの熱管理にともなう問題も生じる。その結果、基体の供給速度を実質上下げなければならなくなり、その低速度によって、処理装置は商業的に採算が取れなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記に鑑みて、より効率的に動作し、より小型で、電力需要が低減された、より製造費用がかからない粒子線処理装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（項目１）
粒子線処理装置を用いて材料を処理する方法であって、
複数の粒子を作り出す少なくとも１つのフィラメントを含む粒子線発生組立品を提供する工程と、
前記複数の粒子を作り出すことができるように前記フィラメントに約１１０ｋＶより大きい動作電圧を印加する工程と、
前記複数の粒子に約１０ミクロン以下の厚さを有する薄箔を貫通させる工程と、
前記複数の粒子を用いて材料を処理する工程と、
を含む、方法。
（項目２）
前記動作電圧は、約１２５ｋＶである、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記箔厚は、約１０ミクロンである、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記材料は、多層構造物である、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記構造物は、前記複数の粒子によって硬化されるべき接着剤を含む、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記接着剤は、第１材料層と第２材料層とを合わせて接合する、項目５に記載の方法。（項目７）
前記構造物は、前記複数の粒子によって硬化されるべき第２接着剤をさらに含み、前記第２接着剤に第３材料層が接合される、項目６に記載の方法。
（項目８）
前記第１材料層は、ＰＥＴである、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記第２材料層は、アルミニウム箔である、項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記第３材料層は、ＬＤＰＥである、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記第１接着剤および第２接着剤は、同時に硬化される、項目７に記載の方法。
（項目１２）
約２０〜９０ｇ／ｍ２の範囲内の前記材料の層が前記複数の粒子を用いて処理される、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記層は、約３０〜９０ｇ／ｍ２の前記範囲内にある、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記層は、約３０〜５０ｇ／ｍ２の前記範囲内にある、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記材料は、多層構造物であり、少なくとも２層は、前記複数の粒子によって硬化される、項目１に記載の方法。
（項目１６）
前記少なくとも２層は、０〜９０ｇ／ｍ２の範囲内の前記多層構造物である、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記箔は、チタン製である、項目１に記載の方法。
（項目１８）
前記材料を複数の粒子を用いて処理する工程は、前記材料の中で化学反応を引き起こす、項目１に記載の方法。
（項目１９）
前記材料を複数の粒子を用いて処理する工程は、前記材料の中で物理反応を引き起こす、項目１に記載の方法。
（項目２０）
前記化学反応は、滅菌、重合、および架橋のうちの少なくとも１つである、項目１８に記載の方法。
（項目２１）
項目１に記載の方法によって作られた材料。
（項目２２）
第１材料層と、
第２ＥＢ硬化型接着剤層と、
第３材料層と、
第４ＥＢ硬化型接着剤層と、
第５材料層と、
を含む、多層材料。
（項目２３）
前記第４ＥＢ硬化型接着剤層は、２０〜９０ｇ／ｍ２の範囲内の前記材料である、項目２２に記載の材料。
（項目２４）
前記第４ＥＢ硬化型接着剤層は、３０〜５０ｇ／ｍ２の範囲内の前記材料である、項目２２に記載の材料。
（項目２５）
粒子線処理装置から放射される複数の粒子を用いて材料を処理する方法であって、
前記複数の粒子が貫通する箔厚を選択する工程と、
動作電圧を選択する工程であって、前記箔厚および前記動作電圧は、少なくとも約２０ｇ／ｍ２の深度において少なくとも約８０％の表面照射線量を達成するように選択される、工程と、
を含む、方法。
（項目２６）
前記箔厚および前記動作電圧は、少なくとも約３０ｇ／ｍ２の深度において少なくとも約８０％の表面照射線量を達成するように選択される、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
前記箔厚および前記動作電圧は、少なくとも約４０ｇ／ｍ２の深度において少なくとも約８０％の表面照射線量を達成するように選択される、項目２５に記載の方法。
（項目２８）
前記箔厚および前記動作電圧は、約４５ｇ／ｍ２の深度において少なくとも約８０％の表面照射線量を達成するように選択される、項目２５に記載の方法。
（項目２９）
前記箔厚は、約１０ミクロン以下になるように選択される、項目２５に記載の方法。
【００１１】
（発明の要旨）
粒子線処理装置を用いて材料を処理する方法およびその方法で作り出された材料が本明細書に提供されている。１つの例示の好ましい実施形態によって、粒子線処理装置を用いて材料を処理する方法が提供され、その方法は、複数の粒子を作り出す少なくとも１つのフィラメントを含む粒子線発生組立品を提供する工程、約１１０ｋボルトより大きい動作電圧をフィラメントに印加して、複数の粒子を作り出す工程、複数の粒子に約１０ミクロン以下の厚さを有する薄箔を貫通させる工程、および複数の粒子を用いて材料を処理する工程を含む。
【００１２】
別の好ましい実施形態によれば、第１材料層、第２ＥＢ硬化型接着剤層、第３材料層、第４ＥＢ硬化型接着剤層、および第５材料層を含む積層材料が提供される。
【００１３】
別の例示の好ましい実施形態によれば、粒子線処理装置から出る複数の電子を用いて材料を処理する方法が提供され、その方法は、複数の粒子が貫通する箔厚を選択する工程および動作電圧を選択する工程を含み、箔厚および動作電圧は、少なくとも約２０ｇ／ｍ２の深度において少なくとも約８０％の表面照射線量を達成することができるように選択されている。
【００１４】
前述の全体的な説明および以下の詳細な説明は、両方とも単なる典型的な説明例であり、特許請求された本発明を限定するものではないことは理解されるであろう。さらなる利益は、以下の説明で述べられており、その説明から部分的に理解し、あるいは、本発明を実施することによって学ぶことができるであろう。利益および目的は、添付の特許請求の範囲で述べられた組み合わせによって、得ることができる。
【００１５】
本明細書に組み込まれその一部を構成している添付の図面は、本発明のいくつかの好ましい実施形態を示し、説明と共に、本発明の原理を説明する役割を果たしている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の１つの好ましい実施形態による粒子線処理装置の概略図である。
【図２】図２は、電子線の電圧特性の概略図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施形態による粒子線処理装置の前面図である。
【図４】図４は、９０ｋボルトの動作電圧において測定されたチタン箔厚の関数としての深度照射線量特性の図である。
【図５】図５は、５、８、１０、および１２．５マイクロメートルの厚さのチタン箔を使って測定された動作電圧の関数としての１．５フィートの幅を有する処理装置の機械歩留りの図である。
【図６】図６は、さまざまな動作電圧において測定されたチタン箔厚の関数としての深度照射線量特性の図である。
【図７】図７は、１７、１２．５、および８マイクロメートルの厚さのチタン箔を使って測定されたｋｅＶ単位の入射エネルギーの関数としての薄箔によって吸収されたエネルギーの図である。
【図８】図８は、基体が粒子線処理装置を通過したときの基体上の架橋反応の概略図である。
【図９】図９は、基体が粒子線処理装置を通過したときの基体上の重合反応の概略図である。
【図１０】図１０は、基体が粒子線処理装置を通過したときの基体上の滅菌反応の概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の好ましい実施形態による１本のウェブ状の柔軟包装材料の断面図である。
【図１２】図１２は、別の例示の好ましい実施形態による粒子線処理装置の照射線量速度性能の図である。
【図１３】図１３は、さまざまな箔厚および動作電圧を使った深度照射線量特性の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明および添付の図面に示されている本発明の例に一致している機器、材料、および方法のいくつかの好ましい実施形態について今から詳細に説明する。可能な限り、同一部品または類似部品の説明には全図面を通して同じ参照番号を使うものとする。さらに、本発明は、その後に続く実施例によってさらに明白にされるものとする。
【００１８】
本発明の１つの例示の好ましい実施形態による粒子線処理装置は、少なくとも２つの特徴によって、比較的小型かつ高効率で動作させることができ、それら２つの特徴とは、（１）動作電圧は、１１０ｋボルト以下に下げられており、（２）薄箔は、チタンまたはチタン合金の場合、１０マイクロメートル以下の厚さを有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金の場合、２０マイクロメートル以下の厚さを有することである。
【００１９】
本発明の原理によれば、粒子線処理装置は、供給電源、粒子発生組立品、箔支持組立品、および処理組立品を含む。
【００２０】
図１は、供給電源１０２、粒子線発生組立品１１０、箔支持組立品１４０、および処理組立品１７０を含む、本発明の１つの例示の好ましい実施形態の原理と一致している粒子線処理装置１００を概略的に示している。供給電源１０２は、１１０ｋボルト以下、さらに望ましくは９０〜１００ｋボルトの範囲内の動作電圧を処理装置１００に供給することが望ましい。供給電源１０２は、高電圧を粒子線発生組立品１１０に供給し、電子などの粒子を作り出すことができる、電気的に絶縁された鋼製チャンバ内に配置された多重電気変圧器を含む市販されている形式の電源であってもよい。
【００２１】
粒子線発生組立品１１０は、真空環境容器またはチャンバ１１４内に保持されることが望ましい。ＥＢ処理装置においては、粒子発生組立品１１０は、通常、電子銃組立品と呼ばれている。真空チャンバ１１４は、厳重に密封された容器で構成されており、その容器内で電子などの粒子を発生させることができる。真空ポンプ２１２（図３に示す）は、約１０−６トル程度の真空環境を作ることができるように備えられている。真空環境チャンバ１１４の内部では、高電圧供給電源１０２から電力が送られ、フィラメント１１２が加熱されると、フィラメント１１２の周りに電子雲が発生する。
【００２２】
その後、フィラメント１１２は、白熱に輝き、電子雲が発生する。その後、電子は負に帯電している粒子なので、以下で説明するとおり、超高速に加速されて、電子はフィラメント１１２からより高電圧の領域へ引き寄せられる。フィラメント１１２は、通常、タングステン製の１本以上の素線で構成され、箔支持部１４４の長さ全体にわたって均等に間隔を空けて配置され、基体１０の幅全体にわたって電子線を放射することができる。
【００２３】
図１および２に示されるとおり、粒子線発生組立品１１０は、抽出グリッド１１６、端子グリッド１１８、および反射電極１２０を含む。反射電極１２０によって、電子ははね返され、その電子は抽出グリッド１１６の方へ送られる。反射電極１２０は、異なった電圧、望ましくはフィラメント１１２よりわずかに低い電圧で動作し、図２に示されるとおり、電子線方向から遠くへ漏れた、フィラメント１１２からの電子が集まるようにすることができる。
【００２４】
抽出グリッド１１６は、わずかに異なった電圧、望ましくはフィラメント１１２より高い電圧で動作し、電子はフィラメント１１２から遠くへ引き付けられ、それらの電子は端子グリッド１１８の方へ誘導される。抽出グリッド１１６によって、電子雲から引き寄せられる電子の量が制御され、その制御された電子の量によって、電子線の強度が決定される。
【００２５】
一般に、抽出グリッド１１６と同じ電圧で動作する端子グリッド１１８は、電子が超高速に加速され、箔支持組立品１４０を貫通することができるようになる前の電子に対して最終ゲートウェイとして作用する。
【００２６】
たとえば、本発明の１つの好ましい実施形態によれば、フィラメント１１２は、−１１０，０００ボルトで動作することができ、箔支持組立品１４０は、接地または０ボルトに設定することができる。反射電極１２０は、−１１０，０１０ボルトで動作するように選択することができ、あらゆる電子がフィラメント１１２の方へはね返されるようにすることができる。抽出グリッド１１６および端子グリッド１１８は、−１１０，０００ボルト〜−１０９，７００ボルトの範囲で動作するように選択することができる。
【００２７】
その後、電子は、真空チャンバ１１４を出て、薄箔１４２を通り抜けて、箔支持組立品１４０に入り、被覆された材料または基体１０を貫通して化学反応を起こさせる。たとえば、化学反応は、重合、架橋、または滅菌を含む。電子の速度は、秒速１００，０００マイル以上の高速になる可能性がある。箔支持組立品１４０は、一連の平行銅リブ（図示せず）によって補強することができる。図１に示されるとおり、チャンバ１１４の内部に漏れのない真空密封を施すことができるように、薄箔１４２は、箔支持組立品１４４の外側に確実に締め付けられている。高速電子は、銅リブの間を自由に通り、薄箔１４２を貫通し、被処理基体１０の中に入る。過度のエネルギー損失を防ぐためには、箔は、できるだけ薄く作られる一方、同時に、粒子発生組立品１１０内部の真空状態と処理組立品１７０との間の圧力差に耐えることができるように十分な機械強度を備えることが望ましい。
【００２８】
本発明のこの例示の好ましい実施形態の原理によれば、粒子線発生装置は、箔支持組立品の薄箔がチタンまたはチタン合金で作られ、１０マイクロメートル以下、望ましくは３〜１０マイクロメートルの範囲内、さらに望ましくは５〜８マイクロメートルの範囲内の厚さを有する場合、より小型に作られ、より高効率レベルで動作させることができる。あるいは、薄箔１４２は、また、２０マイクロメートル以下、望ましくは６〜２０マイクロメートルの範囲内、さらに望ましくは１０〜１６マイクロメートルの範囲内の厚さを有するアルミニウムまたはアルミニウム合金で作られてもよい。
【００２９】
電子がいったん箔支持組立品１４０を出ると、電子は、処理組立品１７０に入り、処理組立品内において、電子は、被覆基体またはウェブ基体１０を貫通し、重合、架橋、または滅菌をもたらす化学反応を引き起こす。図３に示されるとおり、被覆基体またはウェブ基体１０は、処理装置１００の中に供給され、処理組立品１７０に入る。処理組立品１７０は、基体１０が入るウェブ入口２０２、処理組立品１７０を通って誘導し送り出すローラー２０４、２０６、および２０８、および基体１０が処理装置１００を抜け出るウェブ出口２１０を含む。被処理製品は、瞬時に変態し、乾燥または冷却をまったく必要とせず、また、多くの新しく、好ましい物理特性を含む。製品は、処理後直ちに出荷することができる。
【００３０】
粒子線処理装置は、電子が材料内に吸収されるにつれて電子が減速するとき放射されるエックス線などの放射線を吸収するために、装置の周辺の少なくとも一部を囲む保護ライニングを含むことができる。
【００３１】
図１に示されるとおり、保護ライニング１９０は、真空チャンバ１１４および処理組立品１７０などの処理装置１００の周辺部を囲んでいる。保護ライニング１９０は、電子が材料内で減速するときに作り出されるすべてのエックス線を実質上吸収する。保護ライニング１９０の厚さおよび材料を選択すれば、エックス線を吸収する任意の速度によって主として決まる機能が形成される。１つの好ましい実施形態においては、保護ライニング１９０は、約０．１ミリレム毎時以下の残滓をともなう吸収速度でエックス線放射を吸収できる能力があることが望ましい。単位ミリレム毎時は、１時間当たり人体に吸収される０．１ミリ放射線当量を表している。１ミリレムは、電子およびエックス線の場合、１ミリラドと等価である。放射された放射線を測定する１つの方法としては、ビクロン（Ｂｉｃｒｏｎ）ＲＳＯ−５として商業上周知の電離箱計器などの計器によって、保護ライニング１９０から１０ｃｍ離れた距離における吸収を測定する方法がある。粒子線処理装置１００の安全測定をさらに強化するためには、インタロックが開放されたときはいつでも、自動的に製造停止することによって安全運転を強化することができるように、安全インタロックスイッチ（図示せず）を設けることができる。
【００３２】
粒子線処理装置は、コンピュータ化された超小型演算処理装置などのプロセッサをさらに含み、電子線出力が基体の供給速度に比例するように電子の発生量を調節することができる。図１に示されるとおり、いくつかのプロセスを制御するためにプロセス制御システム２００が設けられており、そのプロセス制御には、必要な真空環境を維持する工程だけに限られることなく、所定の電圧およびフィラメント電力を備えてシステム運転を開始する工程、一定の処理レベルを維持することができる処理速度を備えて電子発生を同期させる工程、機能およびインタロックを監視する工程、およびシステム機能が設定限度を超えたまたはインタロック問題が検知されたときはいつでも、警告および／または警報を出す工程が含まれる。
【００３３】
運転中、粒子線処理装置１００は、以下のように動作する。真空ポンプ２１２（図３に示す）によって、チャンバ１１４から空気が排除され、約１０−６トルの真空レベルが達成され、この真空レベルにおいて、処理装置１００は完全に実用可能になる。粒子発生組立品１１０においては、反射電極１２０、抽出グリッド１１６、および端子グリッド１１８を含む粒子銃組立品構成部品は、３つの独立的に制御される電圧に設定され、それら３つの電圧によって、電子の放射が起動され、電子は誘導されて箔支持部１４４を貫通する。
【００３４】
粒子線処理の間、真空チャンバ１１４内部の電場の組み合わせによって、大地（０）電位にある箔支持部１４４の薄箔１４２の方へ電子が誘導され加速される「プッシュプル」作用が引き起こされる。電子の発生量は、抽出グリッド１１６の電圧に直接対応する。遅い発生速度においては、抽出グリッド１１６は、より大きい電圧が印加されるときの高速時の電圧より低い電圧に設定される。抽出グリッド１１６の電圧が増加するにつれて、フィラメント１１２から引き出される電子の量も増加する。
【００３５】
被硬化被膜、たとえば、インク、接着剤、および他の被膜には、液態から固態へ化学変換を引き起こすために全体として低酸素環境が必要である。したがって、本好ましい実施形態による粒子線処理装置は、図１に示されるとおり、処理区域１７０内に配置された複数のノズル１７２、１７４、１７６、および１７８を含み、酸素以外の不活性ガスを噴射して、処理区域内の酸素が排除されるようにすることができる。１つの好ましい実施形態においては、窒素ガスが選ばれ、ノズル１７２、１７４、１７６、および１７８を通って処理区域１７０の中へ注入され、完全硬化を妨げると思われる酸素は排除される。
【００３６】
上述の説明から分かるとおり、プロセス制御システム２００は、基体または被膜上に所期の硬化の正確な深度レベルを提供できるように設定することができるので、粒子線処理装置１００は、極めて高い精度の仕様を達成することができるように校正することができる。プロセス制御システム２００によって、被膜または基体の中に透過した電子の照射線量および深度が計算される。電圧がより高くなるほど、電子速度はより速くなり、その結果として生じる透過はより深くなる。
【００３７】
照射線量は、単位質量当たりに吸収されるエネルギーであり、グラム当たり２．４カロリーと等価であるメガラド（Ｍｒａｄ）の単位で測定される。吸収された電子数が高いほど、より高い照射線量値を示す。応用分野においては、照射線量は、通常、被膜の材料および被硬化基体の深度によって決まる。たとえば、５Ｍｒａｄの照射線量は、通草紙製で、２０ｇ／ｍ２の質量密度を有する基体上の被膜を硬化させるのに必要とされる。照射線量は、抽出電子数である動作ビーム電流に正比例し、基体の供給速度に反比例し、次式で表される。
【００３８】
照射線量＝Ｋ（Ｉ／Ｓ）
ただし、Ｉはミリアンペアで測定された電流、Ｓはフィート毎分で測定された基体の供給速度、およびＫは処理装置の機械歩留りまたは該特定処理装置の出力効率を表す比例定数である。
【００３９】
図４〜７に示された図表に示されるとおり、以下の実施例は、一連の実験の結果として提供されている。図４は、９０ｋＶの動作電圧で測定されたときの３種類の厚さの薄箔に関して深度照射線量特性と被膜の質量密度との間の関係を示す。図５は、５、８、および１２．５マイクロメートルの厚さを有するチタン製の薄箔に対する、ｋボルトで測定された動作電圧（「高電圧」）と１．５フィートの幅を有する処理装置の機械歩留りＫとの間の関係を示す。図６は、さまざまな動作電圧に対する、深度照射線量特性と被膜の質量密度との間の関係を示す。図７は、１７、１２．５、および８マイクロメートルの厚さを有する３つのチタン箔に対する、ｋｅＶで測定された、薄箔によって吸収されたエネルギー（「ｄＥ」）と、ｋｅＶで測定された入射エネルギーまたは動作電圧との間の関係を示す。
【００４０】
本発明の該好ましい実施形態の目的は、動作電圧を発生させるために必要な電源を縮小させ、電源の縮小によって、処理装置をより小型に、より安価に作ることができるようにするために、できるだけ低い動作電圧を印加することによって処理装置の出力効率を向上させることにある。したがって、図６の深度照射線量特性に示されるとおり、最適曲線は、被硬化被膜の密度を表す横座標軸と交差する想像上の垂直線に向かってより近く移動することが望ましい。しかしながら、前述のとおり、動作電圧を低減させると、甚だしい熱問題が引き起こされ、処理装置は、商業的に成り立たない状態になる。図４および７に示されるとおり、熱問題は、１０マイクロメートル以下の厚さを有するチタン箔を利用することによって解決することができる。
【００４１】
これらの実験で得られたデータは、薄膜線量測定技術を利用して測定されている。線量測定技術には、９から１０マイクロメートルの範囲内の厚さを有するナイロンフィルムが必要である。放射線量計は、ラジオクロミック染料で構成されており、ラジオクロミック染料が電磁放射にさらされた場合、ラジオクロミック染料は無色から青色に変色する。青色の強度は、ナイロンフィルムから得られた放射線照射量に正比例する。濃度計を使って青色の強度または光学濃度を測定することによって、測定された光学濃度を吸収された照射線量にＭｒａｄ単位で変換することができる。光学濃度からＭｒａｄ単位の照射線量への変換は、メリーランド州、ゲーサーズバーグ市の米国立標準技術研究所（Ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，  Ｍａｒｙｌａｎｄ）において、Ｃｏ６０ガンマ施設を使って放射線量計および濃度計を事前校正することによって達成される。これらの実験には、カリフォルニア州、ゴリータ市、ファーウエストテクノロジー（Ｆａｒ  Ｗｅｓｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｇｏｌｅｔａ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）社製放射線量計型式ＦＷＴ−６０−８１０、およびカリフォルニア州、ゴリータ市、ファーウエストテクノロジー（Ｆａｒ  Ｗｅｓｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｇｏｌｅｔａ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）社製濃度形型式９２ＳＸＮ３２８５が使用された。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
図４に示された第１実験の結果は、１２．５マイクロメートル未満の厚さを有するチタン製の薄箔１４２を使っている粒子線処理装置１００によって、基体１０内の電子透過が改善されていることを示している。
【００４３】
第１実験においては、薄いナイロンフィルム放射線量計が使われ、電子の透過能力が測定された。この実験のパラメータは、９０ｋボルトの一定動作電圧、５Ｍｒａｄの照射線量、および薄いチタン箔を含む。１２．５、８、および５マイクロメートルの３種類のチタン箔厚を調査するために、３つの試料を各箔厚当たり１つづつ試験した。
【００４４】
３つの試料は、３０の放射線量計で作られ、各線量計は約２Ｘ２ｃｍ２の表面積を有していた。これらの線量計は３つの積み重ね山に分けられ、各積み重ね山には、１つの線量計が他の線量計の上に配置された１０の線量計が含まれていた。線量計の各積み重ね山の片端は、１２５マイクロメートルの厚さを有するポリエステルキャリアにテープで留められていた。さらに、３つのポリエステルキャリアは、紙基体にテープで留められて、処理装置１００の中に供給され、放射線照射処理を受けた。第１積み重ね山は１２．５マイクロメートル、第２積み重ね山は８マイクロメートル、および第３積み重ね山は５マイクロメートルのチタン箔を備えた処理装置１００内で処理された。放射線照射処理に引き続いて、３つの積み重ね山は、摂氏６０度のオーブン内で５分間焼鈍された。その後、放射線量計は分けられ、個々に濃度計上で測定され、Ｍｒａｄ単位の照射線量に変換された。各積み重ね山に対して、得られた照射線量値が第１線量計に正規化された。
【００４５】
図４は、この実験から得られたデータを、各積み重ね山に対して正規化された照射線量を表すＹ軸およびｇ／ｍ２単位の質量密度を表すＸ軸を用いて示している。質量密度は、放射線量計質量密度を測定することによって得られ、それは結果として１０ｇ／ｍ２であった。第１点は、質量密度の半分のところに置き、その後、引き続く点に対して、各質量密度を第１点の質量密度に加えることを前提としている。この実験により結論付けられることは、より薄い箔が粒子線処理装置１００内に使われているほど、基体１０上により高い電子透過が達成されるということである。
【００４６】
（実施例２）
図５に示されている第２実験の結果が示すことは、より薄い箔は、基体上に電子透過を向上させるだけでなく、効率または機械歩留りＫも増加させるということである。
【００４７】
第２実験においては、第１実験とほぼ同様に、薄いナイロンフィルムが使われ、１．５フィート幅を有する処理装置の機械歩留りＫが、ｋボルトで測定されたさまざまな動作電圧で測定された。４つの測定が実施され、１２．５、１０、８、および５マイクロメートルの厚さを有する４種類のチタン箔を調査した。
【００４８】
機械歩留りＫの値は、９つの個別放射線量計小片の平均を計算することによって得られた。各２Ｘ２ｃｍ２の放射線量計は、片端をポリエステルキャリアにテープで留められた。各ポリエステルキャリアには９つの放射線量計が入れられた。ポリエステルキャリアは、紙基体にテープで留められて、処理装置１００の中に供給され、放射線照射処理を受けた。放射線照射後、放射線量計は、摂氏６０度で５分間焼鈍された。その後、光学密度および照射線量値が測定された。各測定に対して、処理装置１００は、４Ｍｒａｄを放射線量計に加えるように設定された。処理装置１００は、フィート毎分単位の基体の供給速度およびミリアンペア単位の粒子線電流を示すいくつかの計器（図示せず）を含んでいた。平均照射線量が割り出され、次式によるＫ値の計算に使われた。
【００４９】
【数１】
2010047017.tif 000002
同様の手順をすべての電圧に対して繰り返した。
【００５０】
図５は、機械歩留りＫを表すＹ軸およびｋボルト単位の動作電圧を表すＸ軸を用いてこの実験から得られたデータを示す。この実験により結論付けられることは、より薄い箔ほど効率すなわち機械歩留りＫを高めるということである。本好ましい実施形態による処理装置の機械歩留りＫは増加して、対応する最適動作電圧において最適値に達している。図５に示されるとおり、１０マイクロメートルチタン箔が使われて、処理装置が１１０ｋボルトで動作する場合、機械歩留りは約２３に達する。８マイクロメートルチタン箔が使われて、処理装置が１００ｋボルトで動作する場合、機械歩留りは、９０から１００ｋボルトにおいて約３０に達する。同様に、５マイクロメートルチタン箔が使われて、処理装置が７０ｋボルトで動作する場合、機械歩留りは約３０に達する。１２．５マイクロメートルチタン箔を使っている処理装置と１０、８、および５マイクロメートルチタン箔を使っている処理装置との間で機械歩留りＫを比較すると、以下の関係が導き出される。
【００５１】
８０〜１１０ｋボルトの電圧で動作する１０マイクロメートルチタン箔の場合、
７０〜１１０ｋボルトの電圧で動作する８マイクロメートルチタン箔の場合、
６０〜１１０ｋボルトの電圧で動作する５マイクロメートルチタン箔の場合、
Ｋ≧２０／Ｌ
ただし、Ｌは、フィート単位で測定された処理装置の幅であり、本実施例の場合１．５フィートである。
【００５２】
（実施例３）
図６に示されるとおり、第３実験の結果は、柔軟な食品包装の分野において１１０ｋボルト以下の電圧で処理装置１００を動作させることの１つの利益を示している。
【００５３】
第３実験においては、第１実験に対して前述された手順に従って、さまざまな動作電圧における処理装置１００に対する深度照射線量特性が測定された。柔軟食品包装の典型的な用途は、通常、上部フィルム、接着剤、および密封剤の３層を含む加工肉およびチーズ用包装である。たとえば、下表１は、典型的な包装層およびそれらの層の正規化された厚さ、ｇ／ｍ２単位の測定値を示す。
【００５４】
【表１】
2010047017.tif 000003
全体として、電子線は、上部フィルムと密封剤との間にある接着剤の硬化に使われた。
【００５５】
図６に示されるとおり、１２５ｋボルトで動作する現在市場で入手可能なＥＢ処理装置によれば、上部フィルムおよび接着剤が硬化される２０ｇ／ｍ２の深度において接着剤は十分硬化された。しかしながら、該ＥＢ処理装置によれば、６０ｇ／ｍ２の深度（上部フィルム、接着剤、および密封剤）において密封剤層に著しい照射線量が堆積された。被包装食品に接触する、ポリエチレンを基剤にしている密封剤層は、密封剤層が密封剤層上に堆積された照射線量を吸収すると、好ましくない臭気を放射する。さらに、堆積された照射線量によって、また密封開始温度も上昇され、したがって、ヒートシールが困難になる。密封剤層に対するこれら２つの影響によって、現在のＥＢ処理装置は、柔軟食品包装産業向けの需要に応じることができない。
【００５６】
本発明の該好ましい実施形態の原理に一致する処理装置１００によれば、商業的に成り立つ基体供給速度において、１１０ｋボルト以下の電圧範囲、望ましくは９０〜１００ｋボルトで動作させることによって、先行処理装置の問題は克服される。図６に示されるとおり、１１０ｋボルト以下の動作電圧において、２０ｇ／ｍ２の深度で接着剤を適切に硬化させ、しかも極めて少ない照射線量を与え、したがって、密封剤フィルムにさほど損傷を与えないようにすることができる。
【００５７】
（実施例４）
図７に示されるとおり、第４実験の結果は、ｋボルト単位で測定された動作電圧の関数として、チタン箔によって吸収されたエネルギー間の関係を示している。この調査では、１７、１２．５、および８マイクロメートルの厚さの３種類のチタン箔が比較された。１７および１２．５マイクロメートルについての調査は、モンテカルロ計算を使ったチタン箔内の電子エネルギー損失に従って米国立標準技術研究所（Ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）で実施された。これらの調査からもたらされたデータに基づいて、８マイクロメートルチタン箔のデータを外挿した。この調査によって、特に低電圧において、薄い箔ほどエネルギー吸収は少ないことが立証された。したがって、箔によって吸収されたエネルギーは、結果として箔にともなう熱管理問題となる電力に変換されるので、１０マイクロメートル以下の厚さを有する箔を利用している処理装置では、熱管理問題は解決される。
【００５８】
本発明による処理装置は、１１０ｋボルト以下の動作電圧で動作することができるので、動作電圧を発生させる供給電源の大きさを縮小させることができるだけでなく、粒子線発生組立品を収容する真空容器の大きさも実質上縮小させることができる。その上、動作電圧が１１０ｋボルト以下の場合、より遅い速度で真空容器を出る電子によってあまり激しくない放射線が放射されるので、保護ライニングの厚さを低減することができる。
【００５９】
応用分野においては、粒子線処理装置は、電子線（ＥＢ）処理などの製造工程に使われ、装置にさらされる被膜または基体を処理することができる。処理は、重合、架橋、または滅菌などの化学反応を含む。基体または被膜が高加速電子にさらされると、基体または被膜内の化学結合が破壊されて、新しく改良された分子構造が形成される反応が起こる。この実用性は、あらゆる粒子線に広く適用されるが、典型的な用途として、電子線を特に説明する。ＥＢ処理中に起こる可能性のある化学反応を以下で説明する。
【００６０】
（実施例５）
架橋は、被処理材料の物理特性を変え、強化する化学反応である。架橋工程においては、化学結合すなわち結合の相互連結網が大きな重合体連鎖の間に作られ、より強力な分子構造が形成される。架橋反応によるＥＢ処理の用途は、たとえば、樹脂様基体またはゴム基体が電子を用いて処理された場合、それらの基体内に多くの連結結合を作る大きな重合体を含む。これらの結合によって、製品の性能および高温での耐軟化性が増加する。図８は、概略的に１００として表された粒子線処理装置下を基体１０Ａが左領域１２Ａ上の未処理状態から照射領域１４Ａに入り、右領域１６Ａ上の処理済み状態へ通過したときの基体１０Ａ上の架橋反応を示している。
【００６１】
（実施例６）
架橋と同様に、重合は、いくつかの個別の分子群が互いに結合し、重合体と呼ばれる１つの大きな群を形成する工程である。この工程によって、被処理製品内に著しい物理変化が引き起こされ、その結果として高い光沢度および耐摩耗性などの多くの好ましい物理特性がもたらされる。たとえば、ＥＢ処理中に、加速電子にさらされると、家具被膜および接着剤は、ほとんど瞬時に液（未硬化）状態から粘着性のない（硬化済）固体の状態へ変態する。図９は、基体１０Ｂが粒子線処理装置１００下を左領域１２Ｂ上の未処理状態から照射領域１４Ｂに入り、右領域１６Ｂ上の処理済み状態へ通過したときの基体１０Ｂ上の重合反応を示している。
【００６２】
（実施例７）
滅菌は、微生物を殺菌または繁殖不能な状態にすることによって汚染微生物を殺菌する工程である。電子が微生物の中に向けられ、それによって、繁殖を制御するＤＮＡ鎖が破壊されるとき、ＥＢ滅菌が起こる。一度、製品が滅菌されてしまうと、微生物による分解はまったく起こり得ない。電子は化学滅菌剤よりむしろ物理滅菌剤として作用するので、電子によって、対象製品の化学的性質は変わらないし、いかなる化学材料の残滓も残されない。ＥＢ滅菌は、過酸化水素および酸化エチレンを使う化学滅菌技術などの化学滅菌技術を超えて多数の利益を提供する。たとえば、ＥＢ滅菌は、医療補給品および傷みやすい食品ならびにそれらそれぞれの包装の滅菌に使うことができるのに対して化学滅菌は使うことができない。図１０は、概略的に１００として表されている粒子線処理装置下を基体１０Ｃが左領域１２Ｃ上の未処理状態から照射領域１４Ｃに入り、右領域１６Ｂ上の処理済み状態へ通過したときの基体１０Ｃ上の滅菌反応を示している。
【００６３】
近年においては、ＥＢ処理の応用分野は、多くのさまざまな産業界で広く受け入れられている。たとえば、包装産業界においては、缶詰およびビン詰めなどの柔軟包装に対抗する硬質および半硬質包装と比較して柔軟包装はすばらしく順調な伸びを経験している。硬質および半硬質包装の代替品を制したこの成功の１つの理由は、柔軟包装によってコストおよび資源の削減が図れるということである。通常、産業界では、ＥＢ機械として呼ばれている、該好ましい実施形態による粒子線処理装置は、より安価であり、米国食品医薬品局などの政府関連機関によって発布された保健衛生安全基準に適合する柔軟包装材料を供給することも含めこの包装産業界の要求事項を満たすために使うことができる。費用削減は、より少ない原材料を使い、改良された製造技術を採用することによって達成可能である。さらなる利益としては、原材料の削減は、また、環境に優しいとしてこの産業界にはかなりの魅力となる。
【００６４】
実施例３で上述し、表１で例示したとおり、現在市場で入手可能な代表的な柔軟包装材料は、積層形態で売られており、その積層形態とは、柔軟包装材料が、上部高分子フィルムと下部高分子フィルムとの間にはさまれたまたは積層された接着剤をともなう上部フィルムおよび下部フィルムである２つの極小の主要層を有することを意味する。上部および下部フィルムのそれぞれは、通常、円筒コアまたはスプールの周りに巻かれた連続シートの形状で売られている。接着剤は、たとえば、１つローラーは上部フィルムの案内用、もう１つのローラーは下部フィルムの案内用の対になったローラーの間のニップ部分の中に接着剤をノズルから押し出すことによって塗布することができる。一般に、製品ラベルの印刷も、上部および下部フィルムの間に積層され保護されている。印刷は、通常、実際のラベル自体の裏返し画像である。
【００６５】
ペットフード包装業界において、この応用例の教示に従って作られた粒子線処理装置の応用例もまた、産業界において現在周知である。たとえば、多層袋などのペットフード包装材料上のラッカー被膜を硬化すなわち重合させるために本例示の好ましい実施形態のＥＢ機械が使われていることは周知である。ペットフード包装材料は、普通、高強化紙の層と、紙上に印刷されたラベルを保護するためのラッカー被膜とで構成されている。通常、１１０ｋボルトの電圧で動作し、ラッカー被膜を硬化させ、ラッカー被膜を液相から固体にほとんど瞬時に変態させることができる本好ましい実施形態の粒子線処理装置の中に紙を供給することによってその紙上のラッカー被膜を硬化させることができることは周知である。ラッカー被膜は、ＥＢ硬化されて、光沢、耐摩耗性、および望ましい摩擦係数（ＣＯＦ）を備えることができるように設計されている。ＥＢラッカーが塗布された後、紙はさらに処理され、そこでは、他の層の紙および樹脂フィルムが、多重袋基体を作るＥＢラッカーを含有している紙の上に貼り付けられる。内容物が充填された後、紙包装は、次に普通、包装の上端および下端が縫われて密封される。ＥＢラッカーが塗布され、ＥＢを用いて硬化されるとき、包装をヒートシールすることができるように、通常、ポリエチレンで作られている下部重合フィルムをペットフード包装材料は含まない。
【００６６】
粒子線処理装置からの放射線が下部重合フィルムにかなりの照射線量を堆積させた場合、それによって、下部重合フィルムの密封特性は変わり、フィルムは好ましくない臭気を放射させ、密封開始温度は上昇され、そのために、包装をヒートシールすることが困難になることは周知である。
【００６７】
本例示の好ましい実施形態は、粒子線処理装置の用途を柔軟食品包装などの処理可能な材料に向けられており、それによって、処理可能な材料は、基体、粒子線処理可能ラッカー被膜、および密封層などの放射線不安定性層を含み、そのため、粒子線によって、ラッカー被膜は、放射線不安定性層に影響を与えることなく、化学反応を起こす。
【００６８】
本好ましい実施形態によって作られた粒子線処理装置の用途は、たとえば、包装、絶縁膜、反射膜および反射材料、太陽電池フィルムなどを含む多くの産業界で見つけることができる。宇宙服および航空機などの他の分野においても、本好ましい実施形態の有用性を見つけることができる。典型的な用途として、本発明の好ましい実施形態において、柔軟食品包装分野における粒子線処理装置の応用例について説明する。
【００６９】
本発明の１つの例示の好ましい実施形態の原理と一致して、現行の包装材料の製造コストおよび材料資源を削減するために、本応用例は、基体および基体に塗布されるラッカー被膜と、ラッカー被膜に化学反応を起こさせることができる高加速粒子、たとえば、本好ましい実施形態の粒子線処理装置によって発生される高加速粒子にさらすことができるように構築されたラッカー被膜とを含む粒子線処理可能材料を提供する。該粒子線処理装置は、１１０ｋボルト以下の範囲の電圧で動作する。
【００７０】
図１１に示されるとおり、１つの例示の好ましい実施形態に一致する包装材料２００は、上面２１２および下面２１４を有する基体１０と、基体１０の上面２１２上に塗布されたラッカー被膜２４０とを含む。図１１の例示の好ましい実施形態においては、包装材料２００は、本好ましい実施形態の粒子線処理装置１００の中を矢印２１６の方向に進むように概略的に示されている。基体１０は、全体として連続ウェブの形状をしている。しかしながら、基体１０は、またシート状であってもよい。
【００７１】
オーバープリントワニス（ＯＰＶ）などのラッカー被膜２４０は、矢印２４２として概略的に図示されている高加速粒子にさらすことができるように構築されている。粒子２４２は、粒子線発生組立品１１０によって発生された高加速電子などの電子線であってもよい。電子線２４２にさらされると、ラッカー被膜２４０は、化学反応、すなわち、ラッカー被膜が液態から固態（参照番号２４４として図１１に示されている）へ物理的に変態される重合工程を経ることによって処理される。この重合工程は、一般に硬化工程と呼ばれている。都合のよいことには、ラッカー被膜２４０は、理論的にはほとんど瞬時にまたは実際には約２、３ミリ秒以内に硬化され得る。チョコレートバー、ポテトチップス、キャンディー、ドライフルーツなどのような消費者食品の製造業者にとっては、大量生産が必須であり、この瞬時硬化は、包装済み製品を迅速に供給業者および消費者へ出荷することができるので、すばらしい飛躍的進歩となる。
【００７２】
ラッカー被膜２４０は、ラベル印刷２５０のインクを汚れや擦り傷から保護すること、ウェブがＥＢ機械を通り抜けることができるように牽引力を与えること、および美的理由として、被包装製品に非常に光沢のある仕上げを与えることを含むいくつかの効果の役に立つ。ラッカー被膜２４０は、カチオン重合のための遊離基重合、ビニルエーテル、サイクロアリファティックジエポキサイド、およびポリオール系用多機能性アクリル酸塩を含むアクリル酸塩エステルなどの官能基から作ることができる。ラッカー被膜は、また、摩擦係数（ＣＯＦ）を制御して、ガスおよび芳香障壁作用などの望ましい機能特性を導入するために湿潤剤および他の添加剤を含むことができる。
【００７３】
たとえば、以下は、多機能性アクリル酸塩として可能性のあるものである。
【００７４】
１５０〜６００の分子量を有するアクリル酸塩ポリオール、
１０００〜２０００の分子量を有するポリエステルアクリル酸塩、
２００〜１５００の分子量を有するポリエーテルアクリル酸塩、
４００〜２０００の分子量を有するポリエステルウレタンアクリル酸塩、
４００〜２０００の分子量を有するポリユリアアクリル酸塩、
３００〜１０００の分子量を有するエポキシアクリル酸塩、および
多機能性アクリル酸塩の混合物。
【００７５】
特に、多機能性アクリル酸塩は、ペンタエリトリトールテトラアクリル酸塩と、ジトリメチロールプロパンテトラアクリル酸塩と、トリメチロールプロパントリアクリル酸塩と、グリセロールトリアクリル酸塩と、トリスーｔ２水酸基ーエチルイソシアヌール酸塩のトリアクリル酸塩エステルと、ヘキサンジオールジアクリル酸塩と、ジペンタエリトリトールヘキサアクリル酸塩およびジペンタエリトリトールヘキサアクリル酸塩のエトキシレートおよびプロポキシレート派生物とを含むことができる。
【００７６】
ラッカー被膜２４０は、０．５〜２０ｇ／ｍ２の範囲内の正規化された厚さ（被膜の質量密度によって表される）を有することができる。１つの好ましい実施形態においては、ラッカー被膜２４０は、１〜１０ｇ／ｍ２の範囲内の厚さ、さらに望ましくは２〜５ｇ／ｍ２の厚さを有することが望ましい。
【００７７】
また、本発明の１つの好ましい実施形態の原理に一致して、ラッカー被膜２４０は、１１０ｋボルト以下の供給電源電圧および動作電圧を有するＥＢ機械を使って処理されることが望ましい。１つの応用例として、ＥＢ機械の動作電圧は、６０〜１１０ｋボルトの範囲内、または望ましくは７０〜１１０ｋボルトの間、およびさらに望ましくは９０〜１１０ｋボルトの間であってもよい。
【００７８】
その上、０．５〜１０Ｍｒａｄの範囲内のエネルギーを放射し、ラッカー被膜２４０を硬化させることができる電子を発生させるＥＢ機械を使って、ラッカー被膜２４０は、処理されてもよい。１つの実施例においては、放射される電子エネルギーは、１〜７Ｍｒａｄの範囲内、または望ましくは２〜５Ｍｒａｄの範囲内であることが望ましい。
【００７９】
また、本発明の別の好ましい実施形態の原理に一致して、基体１０は、配向ポリプロピレン（ＯＰＰ）、キャストポリプロピレン、ポリエチレン、およびポリエチレン共重合体を含むポリオレフィンと、ポリスチレンと、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を含むポリエステルと、エチレンビニルアセテート、エチレンアクリル酸およびエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリビニルアルコール、およびポリビニルアルコールの共重合体を含むポリオレフィン共重合体と、ナイロン、およびＭＸＤ６を含むポリアミドと、ポリイミドと、ポリアクリロニトリルと、ポリ塩化ビニルと、ポリ二塩化ビニルと、ポリ塩化ビニリデンと、ポリアクリレートと、イオノマーと、再生セルロースを含む多糖と、ゴムまたは密封剤を含むシリコーンと、天然または合成ゴムと、グラシンまたはクレーコーティング紙と、厚紙と、クラフト紙と、ＡｌＯＸ、ＳｉＯＸ、またはＴｉＯＸを含む金属化フィルムおよび金属酸化物蒸着重合体フィルムといった材料で作ることができる。
【００８０】
好ましい強度を包装に与え、被包装製品の中身の品質を維持するためには、基体１０は、１０〜２００ｇ／ｍ２、望ましくは３０〜９０ｇ／ｍ２、またはさらに望ましくは５０〜７０ｇ／ｍ２の範囲内の厚さを有することができる。
【００８１】
さらに本発明の該好ましい実施形態の原理に一致して、基体１０は、基体１０の上面２１２上に塗布され、被包装製品の中身の必要条件を維持することができる障壁層２６０を有することができる。被包装製品の中身がポテトチップスなどの食料品である場合、たとえば、必要条件には、風味、鮮度、味、カリカリ感、色などを含むことができる。
【００８２】
障壁層２６０は、一般に真空蒸着工程として周知の技術によって塗布されてもよく、それによって、たとえば、アルミニウム蒸気、酸化アルミニウム（ＡｌＯＸ）、シリコーン酸化物（ＳｉＯＸ）、または他の適切な材料の層が基体１０上に溶着され、被包装製品の中身の必要条件を維持することができる。酸化アルミニウムを使った真空蒸着工程、また金属被覆法として周知の工程においては、アルミニウムは、真空状態のチャンバ内で融解温度以上に加熱される。連続ウェブを溶融アルミニウムで満たされた真空チャンバの中を一連のローラーを介して走らせる。制御状態の下で、溶融アルミニウムは、ウェブ表面の片面か両面かに溶着され、ウェブ上に高精度の厚さのアルミニウム金属被覆が創出される。たとえば、この金属被覆は、ポテトチップスの袋の内側の光沢のある銀色の被膜として見ることができる。１つの好ましい実施形態においては、障壁層２６０は、１００〜１０００オングストロームの範囲内の厚さを有することができる。
【００８３】
ラベル印刷２５０は、必ずしも障壁層２６０の上面ではなく、普通、基体１０の上面２１２上に直接塗布されてもよい。基体１０が障壁層２６０を含む場合、ラベル印刷２５０は、障壁層２６０が基体１０上に塗布された後に塗布することができる。該好ましい実施形態によるラベル印刷２５０は、裏面印刷に対向するように表面印刷として塗布することができる。表面印刷は、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、オフセットリソグラフィ印刷、スプレー印刷などの現在利用可能な技術を使って行うことができる。全体として、ＥＢ機械の印刷区域においては、基体１０の連続シートは、一連のローラー（図示せず）の中を走り、これらの印刷技術の１つによって基体の上面２１２上に表面印刷を受け入れる。柔軟包装産業においては、印刷は、フレキソ印刷法によって行うことが望ましい。ラベル印刷２５０は、溶剤を基剤としたインク、水を基剤としたインク、およびイリノイ州、ノースレーク市のサンケミカルスインク（Ｓｕｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｉｎｋ  ｏｆ  Ｎｏｒｔｈｌａｋｅ，  Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）から入手可能なＵｎｉｃｕｒｅ（商標）などの電子線硬化型インクを含むあらゆる種類の公知のフレキソインクで行うことができる。基体１０上のラッカー被膜２４０およびラベル印刷２５０が粒子線処理装置１００を通過するとき、ラッカー被膜およびラベル印刷は、同時に処理されることが、該好ましい実施形態によってさらに予測される。
【００８４】
しかもその上、本発明の該好ましい実施形態の原理に一致して、基体１０は、放射線損傷に抵抗力のない材料の層として定義される放射線不安定層を有することができる。放射線不安定層は、基体１０の下面２１４上に塗布された密封層２７０であってもよい。密封層２７０は、包装材料の密封を容易にし、かつ粒子線処理装置１００からの放射線によって化学的に変えられることのない構造物を包装に与えることができるように設けられている。包装にその構造物を与えるために、密封層２７０は、５〜５０ｇ／ｍ２、望ましくは８〜３５ｇ／ｍ２、さらに望ましくは１２〜２５ｇ／ｍ２、または最も望ましくは１５〜２０ｇ／ｍ２の範囲内の厚さを備えることができる。密封層２７０は、押出し法などの任意の従来手段によって柔軟基体２１０の下面２１４に塗布することができる。
【００８５】
消費者食品製造会社においては、ラッカー被膜２４０が処理された後、普通、連続ウェブの形状をしている基体１０は、切断工程に送られ、それによって、連続シートは、まず連続管になるように折り畳まれ、それから所定の大きさに切断され個別の袋が作られ、組立ライン内に並べられ袋の片端が密封される。切断工程においては、基体１０の連続シートは、さまざまなローラーの中を通され、連続Ｕ字形状シートが作られ、それによって、密封層２７０は、Ｕ字形状シートの２つの脚部の相互に面している内側上に来る。それから、Ｕ字形状シートの脚部の先端部が密封され、連続管が作られ、個別袋の大きさに切断される準備が整う。その次に、個別袋の組立ラインは、充填工程に進み、それによって、包装の中身が個別袋の中に充填され、個別袋それぞれは、他端が密封され、包装が閉じられる。すでに所定の大きさに切断されているか、所定の大きさに切断される準備が整っているかのいずれかの個別シートの形状になっている基体１０を準備することも可能である。
【００８６】
密封層２７０は、ヒートシール、コールドシール、または他の相当する密封工程などの被包装製品を密封するために適した材料で作ることができる。密封層２７０がヒートシール層として設けられている場合、密封層７０は、望ましくは摂氏１００〜１５０度の温度範囲に溶融点を有する重合体で作ることができる。そのような重合体の例としては、ポリエチレン、ポリビニルアセテート、エチレンプロピレン共重合体、ターポリマーエチレンアクリル酸、メタロセン、イオノマー、およびそれらの組み合わせがある。ポテトチップスのような袋入りスナック食品の場合は、たとえば、密封層２７０は、摂氏１１０〜１４０度の溶融温度範囲を有するポリエチレン、またはポリエチレン／ポリプロピレン共重合体ターポリマーで作ることができる。
【００８７】
あるいは、密封層２７０は、包装をコールドシールするためのコールドシール層を備えることができる。１つの好ましい実施形態においては、コールドシール接着剤を基体に塗布することができる。コールドシールとしては、密封層２７０は、天然ゴム、ポリアミド、およびそれらの組み合わせで作ることができる。
【００８８】
以下の比較例は、自立型袋包装、菓子包装、およびスナック食品包装を含む現在市場にある本好ましい実施形態によるウェブ包装材料のいくつかの用途を提示している。以下の例から分かるとおり、本例示の好ましい実施形態のウェブ包装材料によれば、費用節約、より高品質の製品、および環境意識を提案することによって、現在利用可能な包装材料は改善される。本例示の好ましい実施形態によれば、より少ない原材料を使い、包装材料を硬化させるために低電圧ＥＢ機械を使うことによって、これらの改善は達成される。典型的な用途として、実施例８〜１０において、ｇ／ｍ２の単位で測定された正規化された厚さの点から見た重合体について説明する。
【００８９】
（実施例８、自立型袋包装）
自立型袋包装は、たとえば、クッキー、ナッツ、ドライフルーツなどの包装に使われる。今日の市場においては、自立型袋用包装は、積層形状、すなわち、接着剤層を間にはさむように積み重ねられた少なくとも２層の重合体で作られている。以下は、現在市場にある自立型袋包装の例である。
【００９０】
【表２】
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本発明の該好ましい実施形態の原理に一致して作られた包装材料は、自立型袋包装に対して以下の構造を有することができる。
【００９１】
【表３】
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典型的な好ましい実施形態においては、ラッカー被膜２４０のオーバープリントワニスは、約３〜５ｇ／ｍ２厚さであり、８０〜１１０ｋボルトの範囲で動作するＥＢ機械を用いて少なくとも２．０Ｍｒａｄで硬化させることができる。本発明の該好ましい実施形態の原理によって作られたウェブ包装には、従来の自立型袋包装より約１０ｇ／ｍ２だけ少ない原材料が使われており、この量はほとんど１５〜２０％の原材料の節約であることが分かる。さらに、本好ましい実施形態の原理によって作られたウェブ包装によって、いくつかの動作または工程段階の削減に関連してエネルギーおよび費用の節約が提供される。
【００９２】
（実施例９、菓子包装）
菓子包装は、たとえば、キャンディー、および砂糖菓子の包装に使われる。以下は、現在市場にある菓子包装の例である。
【００９３】
【表４】
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本発明の該好ましい実施形態の原理に一致して作られた包装材料は、菓子包装に対して以下の構造を有することができる。
【００９４】
【表５】
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この実施例においては、ラッカー被膜２４０のオーバープリントワニスは、８０〜１１０ｋボルトの範囲で動作するＥＢ機械を用いて少なくとも２．０Ｍｒａｄで硬化させることができる。本好ましい実施形態の原理によって作られたウェブ包装には、従来の包装より少ない原材料が使われており、材料費用の節約は、約８ｇ／ｍ２または１０〜１５％であることが分かる。さらに、本好ましい実施形態の原理によって作られたウェブ包装によって、いくつかの動作または工程段階の削減に関連してエネルギーおよび費用の節約が提供される。
【００９５】
（実施例１０、スナック食品包装）
スナック食品包装は、たとえば、ポテトチップス、コーンチップス、およびプレッツェルの包装に使われる。以下は、現在市場にある菓子包装の例である。
【００９６】
【表６】
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本好ましい実施形態の原理に一致して作られた包装材料は、スナック食品包装に対して以下の構造を有することができる。
【００９７】
【表７】
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この実施例においては、ラッカー被膜２４０のオーバープリントワニスは、８０〜１１０ｋボルトの範囲で動作するＥＢ機械を用いて少なくとも２．０Ｍｒａｄで硬化させることができる。本発明の該好ましい実施形態の原理によって作られたウェブ包装には、従来の包装より少ない原材料が使われており、費用の節約は、約１０ｇ／ｍ２または１５％であることが分かる。さらに、本発明の前述の好ましい実施形態の原理によりＥＢ機械を用いて硬化させたウェブ包装によって、現在市場で使われている従来のオーブン動作と比較すると実質的なエネルギー節約が提供される。
【００９８】
上述の工程によれば、粒子線処理は、実質上瞬時に起こり、通常、室温で動作し、また、粒子線被膜材料は１００％固体なので、排出ガスすなわち大気汚染をまったく発生させないなどのいくつかの利益がある。さらに、被膜は、有害な溶剤すなわち揮発性の有機化合物を含有していない。さらに、ＥＢを動作させるエネルギー費用は、実質上今日使われているオーブンを動作させる費用よりも低い。
【００９９】
低い動作電圧を使うとき、より薄い箔１４２は、より厚い箔よりエネルギーの吸収はより少ない傾向にあり、そのため、結果として効率および処理量はより高くなるということが（たとえば、図５および７を参照して）示されている。より低い動作電圧によって、より小さい変圧器およびより少ない全体的機材の使用が可能になり、結果としてＥＢ装置は、より小型でより低価格になる。
【０１００】
上述のとおり、低電圧ＥＢ装置の１つの用途は、積層接着剤の瞬時硬化（上の実施例３および８〜１０を参照）である。ＥＢ粒子線処理装置１００を使って積層接着剤を瞬時に硬化させれば、硬化に時間がかかる溶剤、水、または１００％固体接着剤を使っていたときに要した１２時間から７日のＷＩＰ（仕掛品）在庫が削減され、製造業者にとっては費用節約ということになる。ＥＢ硬化を使うことによって、また、現在使われている化学反応に関連する潜在的毒性のあるイソシアン酸塩化学反応の使用が防がれる。さらに、瞬時硬化によって、実時間品質管理およびより少ない廃棄物などの他の別途利益が得られる。ＥＢ装置を使って２つの類似または異種の基体（樹脂フィルムまたはアルミニウム箔のような無機質層をともなう樹脂フィルムなどの）を接着する接着剤を瞬時に硬化させることは、重要なＥＢ用途である。
【０１０１】
接着剤によってアルミニウム箔のような無機質層に２つのフィルムまたは１つのフィルムが接着されている「２層」構造物を接着するためには、１１０ｋＶでの動作が実によく機能することが示されている。しかしながら、より厚い材料を必要とする特定の２層構造物および他の構造物が存在し、その構造物においては、１つ以上の材料層の下にある接着剤層または層を適切に硬化させるために、より高い動作電圧が必要になる可能性がある。３つの材料層を接着するために２つの別個の接着剤層が使われる３層構造物は、両接着剤を硬化させるために、より高い動作電圧が必要になる可能性がある構造物の例である。より厚い包装が必要になる特定の自立型袋用途、たとえば、液体飲料、スナックなど、ならびにモーターオイル、肥料などのような食料品以外の用途向け包装には、３層構造物が使われる。以下は、３層構造物の例である。
【０１０２】
ＰＥＴと印刷と接着剤とアルミニウムと接着剤とＬＤＰＥ
ＥＢ硬化を使用しない場合、上述の構造物は、以下の方法を使って作ることができる。
【０１０３】
ステップ１、ＰＥＴ（ポリエステル）フィルムに裏面印刷する。
【０１０４】
ステップ２、硬化に時間のかかる接着剤を使って、印刷済みフィルムをアルミニウム箔に積層する。
【０１０５】
ステップ３、接着剤の硬化のために２４時間待機する。
【０１０６】
ステップ４、硬化に時間のかかる接着剤を使って、ＰＥＴとアルミニウムの積層物をＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）に積層する。
【０１０７】
ステップ５、食料品以外の用途の場合は２４時間待機、または食品用の場合は７日間（またはそれ以上）待機する。
【０１０８】
積層接着剤を瞬時硬化させるためにＥＢ装置を使用すれば、前述の３層構造物は、以下のステップで完成させることができるであろう。
【０１０９】
ステップ１、ＰＥＴフィルムに裏面印刷する。
【０１１０】
ステップ２、ＥＢ積層接着剤を使って、ＰＥＴとアルミニウムとＬＤＰＥの３層構造物を積層する。
【０１１１】
ステップ３、生産ライン中において３層構造物全体をＥＢ硬化させる。ＥＢが接着剤を瞬時に硬化させるので、この構造物は、即座に使うことができる。
【０１１２】
たとえば、３層構造物の製造においては、ＥＢ硬化によれば、動作ステップは削減され、構造物は同じ日に使用または出荷が可能になり、その結果、大幅な費用節約がもたらされることによって、生産工程は簡素化されることが分かる。しかしながら、３層構造物の厚さがより大きくなるため、第２接着剤層を適切に硬化させるためには、より高い動作電圧が必要になる可能性がある。さらに全体としては、接着剤のような被処理材料層が約３０〜５０ｇ／ｍ２の厚さ範囲内の構造物（２層、３層、またはその他）の内部の層である場合、１１０ｋＶの動作電圧では、その層を適切に処理することができない可能性がある。「３層」構造物に対しては、より高い動作電圧（１２５ｋＶ対１１０ｋＶ）ほど、より良い結果をもたらすことを以下の実施例によって示す。
【０１１３】
（実施例１１）
以下の３層構造物は、ＥＢ積層接着剤を使って作られた。
【０１１４】
ＰＥＴと印刷と接着剤とアルミニウムと接着剤とＬＤＰＥ。
【０１１５】
構造物は、１１０ｋＶおよび１２５ｋＶの両方の動作電圧を使って作られた。以下の表によって、その結果を示す。
【０１１６】
【表８】
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ＥＢ積層接着剤１および２には、ノースウエストコーティングス（Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ
ｃｏａｔｉｎｇｓ）製アクリル酸塩エステル（製品番号ＮＷＣ１９１４０）が使われた。接着剤１は、フレキソ法によって裏面印刷ポリエステル（ＰＥＴ）フィルム上に塗布された。このＰＥＴフィルムは、次に８マイクロメートルアルミニウム箔に積層された。接着剤２は、ポリエチレン（ＬＤＰＥ）フィルムの片面に塗布され、その塗布された面は、次にアルミニウム箔の露出されている面に積層され、３層構造物が形成された。
【０１１７】
それから、３層積層構造物全体は、マサチューセッツ州、ウィルミントン市のエネルギーサイエンス社（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，  Ｉｎｃ．  ｏｆ  Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＭＡ．）製のＥＺＣｕｒｅ（商標）Ｉ１１０／７５／１２００ユニットなどの粒子線処理装置１００（図１）を使ってＥＢ硬化された。この処理装置には、１０ミクロンチタン箔１４２が使われていた。図１２は、使用されたＥＺＣｕｒｅ（商標）処理装置の照射線量速度比率を示す。図１２に示されるとおり、装置は、１２５ｋＶにおいて、１２００ｍｐｍ（メートル毎分）で１Ｍｒａｄを出力し、またはそのような包装用途で要求される代表的な速度４００ｍｐｍで３．０Ｍｒａｄを出力する。
【０１１８】
３層構造物は電子線にさらされ、それによって、ＰＥＴ層は電子線と向き合い、電子はＰＥＴ層（および接着剤２に対してはアルミニウム層）の端から端までを移動し、接着剤１および２は硬化された。構造物の１つの試料は、３．０Ｍｒａｄの表面照射線量を備えた１１０ｋＶの動作電圧を使って硬化され、これに対して、第２の試料は、３．０Ｍｒａｄの表面照射線量を備えた１２５ｋＶの動作電圧で硬化された。
【０１１９】
両動作電圧においても、接着剤１および２は明白に硬化され、ＬＤＰＥ層はヒートシール能力またはあらゆる他の物理的特性上にまったく有害な影響を受けなかったことが判明した。しかしながら、１１０ｋＶで硬化された接着剤２は、１２５ｋＶで硬化された接着剤２より少し強い臭気を有したことが分かった。１１０ｋＶで硬化された積層内で増加した臭気は、接着剤層が受けたＥＢ照射線量のせいであり、そのＥＢ照射線量は上表および図１３に示されている。
【０１２０】
上表から確認できるように、１１０ｋＶの動作電圧および３．０Ｍｒａｄの表面照射線量において、接着剤１は、２．６５Ｍｒａｄの照射線量を受けている一方、接着剤２は、材料を若干硬化不足にさせる１．８Ｍｒａｄの照射線量しか受けておらず、その結果、臭気が作り出された。さらに、この照射線量は、包装が食品規則に適合するように接着剤製造業者によって推奨されている必要量２．４〜２．５Ｍｒａｄより低い。１２５ｋＶにおいては、接着剤１および２は、それぞれ２．９５および２．４Ｍｒａｄの照射線量を受けており、両方とも十分高いので、接着剤１および２は、適切に硬化される（その結果、臭気は検知できないレベルに減少される）ので、ＦＤＡ要求基準に適合することができる。
【０１２１】
図１３は、１１０ｋＶおよび１２５ｋＶ動作電圧に対する深度照射線量特性を示す。１２５ｋＶの動作電圧および１２．５ミクロンの箔を使った照射線量特性も示されている。図１２のグラフに見られるとおり、接着剤２が受けた照射線量は、１０ミクロン箔を用いた１１０ｋＶと１２．５ミクロン箔を用いた１２５ｋＶの両方に対して実質的に同じ（６０％の表面照射線量）である。この６０％の表面照射線量は、接着剤２の未硬化をもたらす一方、１０ミクロン箔をともなう１２５ｋＶを使えば、結果的に接着剤２は、８０％の表面照射線量を受けることになる。したがって、約２０〜９０ｇ／ｍ２、とりわけ、３０〜５０ｇ／ｍ２の厚さの範囲の一部または全部で硬化が要求される構造物（単層、２層、３層など）の場合、たとえば、前述の実施例の接着剤２の場合は、１１０ｋＶ以上、たとえば、１２５ｋＶの動作電圧が適切であり、むしろ必須である。注目すべき点は、構造物の内部に埋め込まれた材料がそのように硬化されることに加えて、ラッカーまたは０〜２０ｇ／ｍ２の層などの表面層が同時に処理される可能性があると思われる点である。
【０１２２】
技術分野の当業者には明らかなように、本発明の範囲と精神を逸脱することなく、粒子発生組立品、箔支持部、処理区域、およびプロセス制御システム、ならびに、ウェブ包装材料として選択された材料、および薄箔として選択された材料、フィラメントまたは粒子発生構成部品、および粒子線処理システムの構成ならびに本発明の別の態様にさまざまな修正および変更が可能である。たとえば、３層構造物を硬化させる例を示したが、本発明は、どんな特別の構造物を硬化させることにも制限されることはなく、たとえば、単層、２層、４層、５層の構造物などにも適用することが可能である。
【０１２３】
本明細書に開示した本発明の明細および経験を考察することによって、技術分野の当業者には、本発明の別の好ましい実施形態が明らかになるであろう。本発明の真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲および均等物によって示されているので、詳述および実施例は単なる典型例として考慮されるものである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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