(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生する電子線発生部と、被処理物に前記電子線を照射する処理を行う照射室と、前記電子線発生部内の真空雰囲気と前記照射室内の照射雰囲気とを仕切ると共に前記電子線を前記照射室内に取り出す窓箔とを備える電子線照射装置において、前記照射室の側から前記窓箔を押さえるクランプ板の表面を電子線が透過しやすい軽元素の窒化物又は酸化物である耐蝕性材料で被覆したことを特徴とする電子線照射装置。
【請求項２】
電子線を発生する電子線発生部と、被処理物に前記電子線を照射する処理を行う照射室と、前記電子線発生部内の真空雰囲気と前記照射室内の照射雰囲気とを仕切ると共に前記電子線を前記照射室内に取り出す窓箔とを備える電子線照射装置において、前記照射室の側から前記窓箔を押さえるクランプ板を電子線が透過しやすい軽元素の窒化物又は酸化物である耐蝕性材料で形成したことを特徴とする電子線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線を被処理物に大気（酸素のある雰囲気）中で照射して、被処理物に所望の処理を施す電子線照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、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、照射窓部を介して照射室内に取り出し、照射室内を搬送される被処理物に照射することにより、所望の処理を行う。ここで、照射窓部は、窓箔と、窓枠と、照射室の側から窓箔を押さえるクランプ板とを有する。従来、たとえば、紙やプラスチックフィルム等に塗布された放射線硬化性樹脂の硬化処理を行う場合には、照射室内に不活性ガスを流し、酸素濃度をたとえば３００ｐｐｍ以下に下げている。これは、照射室内に多量の酸素が存在すると、電子線を照射することによって照射室内の照射雰囲気中に活性な酸素が発生し、照射物中に発生したラジカルがこの酸素と反応してしまい、目的の反応が阻害されてしまうからである。ここで、不活性ガスとしては、通常コストの安い窒素が用いられる。しかし、常時、不活性ガスを流す必要があることから、設備費やその運転維持費が高価となってしまう。このため、たとえば殺菌・滅菌処理やラミネート処理を行う場合のように、照射室内を不活性ガス雰囲気とする必要がない場合には、照射室内を大気（酸素のある雰囲気）、又はグレードの低い不活性ガス雰囲気として処理を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子線を大気中で照射する場合には、オゾン、窒素酸化物等の腐食性ガスが発生し、しかもこの大気中に水分が含まれていると、電子線の照射時に腐食性ガスが水と反応して、硝酸（ＨＮＯ3 ）となる。このため、電子線を被処理物に照射する照射空間の周辺に位置する構造物には、硝酸が付着し、構造物が腐食してしまうという問題があった。特に、かかる構造物の中でも、クランプ板は真鍮や鉄化合物等で作られているため、腐食しやすい。また、クランプ板が腐食され、生じた腐食物質が窓箔に流れて付着すると、窓箔を介して照射室内に取り出される電子線の線量が低下したり、窓箔にピンホールが空いたりする。さらに、かかる腐食物質が被処理物に付着すると、被処理物の商品価値が低下してしまう。
【０００４】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、電子線を大気中で照射する場合に、照射空間の周辺に位置する構造物について耐蝕性の向上を図ることができる電子線照射装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、電子線を発生する電子線発生部と、被処理物に前記電子線を照射する処理を行う照射室と、前記電子線発生部内の真空雰囲気と前記照射室内の照射雰囲気とを仕切ると共に前記電子線を前記照射室内に取り出す窓箔とを備える電子線照射装置において、前記照射室の側から前記窓箔を押さえるクランプ板の表面を電子線が透過しやすい軽元素の窒化物又は酸化物である耐蝕性材料で被覆したことを特徴とするものである。
【０００６】
上記の目的を達成するための請求項２記載の発明は、電子線を発生する電子線発生部と、被処理物に前記電子線を照射する処理を行う照射室と、前記電子線発生部内の真空雰囲気と前記照射室内の照射雰囲気とを仕切ると共に前記電子線を前記照射室内に取り出す窓箔とを備える電子線照射装置において、前記照射室の側から前記窓箔を押さえるクランプ板を電子線が透過しやすい軽元素の窒化物又は酸化物である耐蝕性材料で形成したことを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
本発明では、照射空間の周辺に位置する構造物の表面を耐蝕性材料で被覆することにより、電子線を大気中で被処理物に照射する場合に、その構造物の耐蝕性を向上させることができる。ここで、耐蝕性材料で被覆する構造物を、クランプ板とするのが最も効果的である。特に、腐食しやすいクランプ板の表面を耐蝕性材料で被覆することにより、腐食物質の発生を抑えることができるので、腐食物質が被処理物に落下して被処理物の商品価値をなくす問題も非常に少なくなる。尚、照射空間の周辺に位置する構造物の表面を耐蝕性材料で被覆する代わりに、照射空間の周辺に位置する構造物を耐蝕性材料で形成するようにしてもよい。
【０００９】
また、耐蝕性材料として比重の小さい軽元素の窒化物又は酸化物を用いることにより、一般に電子線は軽元素の物質の方が透過しやすいので、たとえクランプ板の表面を被覆した耐蝕性物質が腐食し、腐食物質が窓箔に付着したとしても、その腐食物質で電子線が吸収される割合を小さく抑えることができる。このため、窓箔にはピンホールが空きにくくなると共に、照射室に取り出される電子線の量の大幅な低下を防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態である電子線照射装置の概略構成図、図２はその電子線照射装置の電子線発生部の概略回路図、図３（ａ）はその電子線照射装置の照射窓部の概略平面図、図３（ｂ）はその照射窓部の概略断面図である。
【００１１】
図１に示す電子線照射装置は、被処理物の表面における重合や架橋処理、被処理物の殺菌処理等、いろいろな用途に使用されるものであり、電子線発生部１０と、照射室２０と、照射窓部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、及びフィラメント１２ａの酸化を防止するため、図示しないポンプ等により１．３×１０-4〜１．３×１０-5Ｐａ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１２ａを支持するガン構造体１２ｂと、フィラメント１２ａ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。
【００１２】
また、図２に示すように、電子線発生部１０には、フィラメント１２ａを加熱して熱電子を発生させるための加熱用電源１６ａと、フィラメント１２ａとグリッド１２ｃとの間に電圧を印加する制御用直流電源１６ｂと、グリッド１２ｃと照射窓部３０に設けられた窓箔３２との間に電圧（加速電圧）を印加する加速用直流電源１６ｃとが設けられている。
【００１３】
照射室２０は、電子線を被処理物に照射する照射空間２２を含むものである。被処理物は照射室２０内をコンベア等の搬送手段（不図示）により、図１において左側から右側に移動する。また、照射室２０内には、照射窓部３０の下方にビームコレクタ２４を設けている。このビームコレクタ２４は、被処理物を突き抜けた電子線を吸収するものである。尚、電子線発生部１０及び照射室２０の周囲は電子線照射時に二次的に発生するＸ線が外部へ漏出しないように、鉛遮蔽が施されている。
【００１４】
また、照射室２０内は、処理内容に応じて不活性ガスや大気等の雰囲気とされる。たとえば、被処理物の表面に塗布された放射線硬化性樹脂の硬化処理を行う場合には、照射室２０内の雰囲気を窒素等の不活性ガスで置換する。これは、照射室２０内に酸素が存在すると、電子線を照射することで生成されたラジカルが酸素と反応してしまい、樹脂の硬化（重合）反応が阻害されてしまうからである。一方、殺菌・滅菌処理を行う場合には、照射室２０内の照射雰囲気を大気（酸素のある雰囲気）にしておき、電子線によって被処理物を殺菌すると共に、電子線により酸素から生成されたオゾンの殺菌効果をも利用することがある。また、ラミネート処理をする場合には、照射室２０内の照射雰囲気を不活性雰囲気とする必要がないので、多量の窒素ガスを供給するための設備費やその運転維持費を節約するためにも、大気中で処理を行っている。
【００１５】
照射窓部３０は、図１及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、金属箔からなる窓箔３２と、窓枠３４と、クランプ板３６とを有するものである。窓枠３４とクランプ板３６は窓箔３２を支持する役割を果たすものであり、クランプ板３６は照射室２０の側から窓箔３２を押さえる。窓枠３４は窓箔３２を冷却するために、内部に水冷用の流路（不図示）を備える。窓枠３４には、同一形状の桟３４ａが複数個並設され、これにより長方形状の開口部３４ｂが複数形成されている。そして、窓枠３４の下部には、窓箔３２がクランプ板３６で固定されている（図３（ｂ）では、窓箔３２、窓枠３４、クランプ板３６の間隔を空けて描いた。）。窓枠３４の材質としては、銅を用いている。一方、クランプ板３６の材質としては、窓枠３４と同程度の熱膨張係数を有する物質、たとえば真鍮や鉄化合物を用いている。窓箔３２は、電子線発生部１０内の真空雰囲気と照射室２０内の照射雰囲気とを仕切るものであり、また窓箔３２を介して照射室２０内に電子線を取り出すものである。窓箔３２に使用する金属としては、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って、電子線が透過しやすいように比重が小さくて肉厚が薄く、しかも耐熱性に優れたものが望ましい。通常は、機械的な取扱いやすさから厚さ約１０μｍ程度のチタン（Ｔｉ）箔が使用されている。
【００１６】
加熱用電源１６ａによりフィラメント１２ａに電流を通じて加熱するとフィラメント１２ａは熱電子を放出し、この熱電子は、フィラメント１２ａとグリッド１２ｃとの間に印加された制御用直流電源１６ｂの制御電圧により四方八方に引き寄せられる。このうち、グリッド１２ｃを通過したものだけが電子線として有効に取り出される。そして、このグリッド１２ｃから取り出された電子線は、グリッド１２ｃと窓箔３２との間に印加された加速用直流電源１６ｃの加速電圧により加速管１４内の加速空間で加速された後、窓箔３２を突き抜け、照射窓部３０の下方の照射室２０内を搬送される被処理物に照射される。尚、通常は、加熱用電源１６ａと加速用直流電源１６ｃとを所定の値に設定し、制御用直流電源１６ｂを可変にすることにより、ビーム電流の調整を行っている。一般に、電子線照射装置では、被処理物が吸収する線量はビーム電流に比例する。このため、ビーム電流を変えることにより、電子線の吸収線量を調整することができる。
【００１７】
ところで、照射室２０の照射雰囲気を大気（酸素のある雰囲気）として電子線を照射する場合には、次のような問題が生じる。すなわち、オゾン、窒素酸化物等の腐食性ガスが発生し、しかも、照射雰囲気中に水分が含まれていると、電子線の照射時に腐食性ガスが水と反応して、硝酸（ＨＮＯ3 ）となる。このため、照射空間２２の周辺に位置する構造物に硝酸が付着し、構造物が腐食することになる。特に、かかる構造物の中でも、クランプ板３６は真鍮や鉄化合物等で作られているため、特に腐食しやすい。
【００１８】
また、構造物が腐食することにより生成された物質、すなわち銅や鉄等が主成分の物質が窓箔３２に付着してしまうと、その付着部分からは電子線が照射室２０内に取り出しにくくなり、電子線の出力が低下してしまう。しかも、腐食物質が付着した窓箔３２の部分は熱を持ち、最終的には窓箔３２にピンホールが空き、電子線発生部１０内を真空に保てなくなり、装置が停止してしまうと共に、フィラメント１２ａが酸化して使用できなくなってしまう。図４に電子線の浸透深さ曲線を示す。ここで、図４の横軸は物質の単位面積当たりの質量（面密度ｇ／ｍ2 ）を表し、また、同図の縦軸は電子線を照射された物質の表面で受けた線量を１００％とした場合の、深さで受ける線量の割合を表す。図４を用いて考えると、銅や鉄等は比重が大きいため、腐食した物質の厚さが数ミクロンとしても、図４の横軸に相当する面密度が大きく、腐食物質が付着した窓箔３２の部分では、電子線の大部分が吸収されてしまうことがわかる。したがって、窓箔３２にピンホールが空く現象は、電子線のエネルギーが熱に変換したことにより起こるのではないかと推測される。
【００１９】
そこで、本実施形態では、照射空間２２の周辺に位置する構造物の表面を、耐蝕性材料で被覆している。耐蝕性材料で被覆する構造物は、本実施形態では、クランプ板３６及びビームコレクタ２４である。クランプ板３６については、照射室２０側の表面のみを被覆し、ビームコレクタ２４については、全面を被覆する。また、耐蝕性材料としては、軽元素の窒化物や酸化物を使用する。具体的には、ボロンナイトライド（ＢＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）等が用いられる。ここで、耐蝕性材料を軽元素の物質としたのは、たとえその物質が腐食して、窓箔３２に付着したとしても、十分な量の電子線がその腐食物質を透過することができるようにするためである。
【００２０】
次に、本発明者等は、耐蝕性効果を確認する試験を行った。この試験では、電子線照射装置として、岩崎電気株式会社製の電子線照射装置ＣＢ２５０／１５／１８０Ｌを二台使用した。また、クランプ板３６として真鍮製のものを用い、一方の電子線照射装置ではクランプ板３６の表面を被覆せず、他方の電子線照射装置ではクランプ板３６の表面を耐蝕性材料で被覆した。ここでは、耐蝕性材料として、株式会社オーデック製の「ＢＮコート」を用いた。このＢＮコートは、ボロンナイトライドを水で溶かしたものであり、ＢＮコートをクランプ板３６に塗布した後、焼き付けることにより、クランプ板３６をボロンナイトライドで被覆した。そして、両方の電子線照射装置に対して、照射室２０内に一度水中を通過させた空気を供給し、加速電圧を１５０ｋＶに、ビーム電流を５ｍＡに設定して、電子線を照射することにより、両方の電子線照射装置についてのライフテストを実施した。尚、この試験では、窓箔３２及びビームコレクタ２４には被覆処理を施さなかった。
【００２１】
このライフテストの結果を図５に示す。クランプ板３６に被覆処理を施さなかった方の電子線照射装置では、一ヶ月経過すると、クランプ板３６に緑色や白色の腐食物質が発生した。そして、二ヶ月経過すると、その腐食物質が窓箔３２に付着して、窓箔３２に穴が開いてしまい、電子線照射装置が動作できなくなった。一方、クランプ板３６に被覆処理を施した方の電子線照射装置では、六ヶ月経過しても、クランプ板３６に何の変化も生じなかった。そして、十ヶ月経過すると、クランプ板３６のところどころに緑色の孔食（金属体表面における腐食の分布状況が一様でなく、部分的に深い穴状の腐食を生ずること）が見られ始め、十二ヶ月経過すると、その孔食が少し成長していることが認められた。したがって、クランプ板３６をボロンナイトライドで被覆することにより、耐蝕性が非常に向上することが確認された。
【００２２】
また、本発明者等は、たとえクランプ板３６の表面に被覆した耐蝕性材料が腐食して、その腐食物質が窓箔３２に付着した場合でも、電子線を照射室２０内に取り出すことができることを確認する試験を行った。この試験では、窓箔３２の表面を耐蝕性材料で被覆し、実際に電子線が照射室２０に出てくるかどうかを調べた。ここで、電子線照射装置としては、岩崎電気株式会社製の電子線照射装置ＣＢ２５０／１５／１８０Ｌを使用し、耐蝕性材料としては、株式会社オーデック製の「ＢＮコート」を用いた。そして、電子線の加速電圧をいろいろ変えて、照射室２０内において電子線の透過量を線量フィルムを使用して測定した。その結果、窓箔３２を耐蝕性材料で被覆した場合には、窓箔３２を被覆しない場合に比べて、電子線の透過量の減衰はみられたが、電子線が窓箔３２を介して照射室２０内に出てくることが確認された。
【００２３】
本実施形態の電子線照射装置では、照射空間の周辺に位置する構造物の表面を耐蝕性材料で被覆したことにより、電子線を大気中で被処理物に照射する場合に、その構造物の耐蝕性を向上させることができる。ここで、耐蝕性材料で被覆する構造物を、クランプ板、ビームコレクタとするのが最も効果的である。特に、腐食しやすいクランプ板の表面を耐蝕性材料で被覆することにより、腐食物質の発生を抑えることができるので、腐食物質が被処理物に落下して被処理物の商品価値をなくす問題も非常に少なくなる。
【００２４】
また、耐蝕性材料として比重の小さい軽元素の窒化物又は酸化物を用いることにより、一般に電子線は軽元素の物質の方が透過しやすいので、たとえクランプ板の表面を被覆した耐蝕性物質が腐食し、腐食物質が窓箔に付着したとしても、その腐食物質で電子線が吸収される割合も小さく抑えることができる。このため、窓箔にはピンホールが空きにくくなると共に、照射室に取り出される電子線の量の大幅な低下を防止することができる。さらに、ビームコレクタでは、軽元素の方が電子線を吸収しやすいので、従来と変わりなく効率よく電子線を吸収できるという利点がある。
【００２５】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。たとえば、上記の実施形態では、照射空間の周辺に位置する構造物の表面を耐蝕性材料で被覆した場合について説明したが、その構造物自体を耐蝕性材料で形成するようにしてもよい。この場合も上記の実施形態と同様の効果が得られることが推察される。また、電子線照射装置の照射室に排気装置を設けて、照射空間で発生したガスを積極的に外部に排気するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、照射空間の周辺に位置する構造物の表面を耐蝕性材料で被覆したことにより、電子線を大気中で被処理物に照射する場合に、その構造物の耐蝕性を向上させることができる電子線照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である電子線照射装置の概略構成図である。
【図２】その電子線照射装置の電子線発生部の概略回路図である。
【図３】（ａ）はその電子線照射装置の照射窓部の概略平面図、（ｂ）はその照射窓部の概略断面図である。
【図４】物質の面密度とその物質の厚さで受ける線量との関係を示す図である。
【図５】本実施形態の電子線照射装置と従来の電子線照射装置とにおいて耐蝕性についての試験結果を示す図である。
【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
１６ａ    加熱用電源
１６ｂ    制御用直流電源
１６ｃ    加速用直流電源
２０    照射室
２２    照射空間
２４    ビームコレクタ
３０    照射窓部
３２    窓箔
３４    窓枠
３４ａ    桟
３４ｂ    開口部
３６    クランプ板
【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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