(57)【要約】  本発明は、放射線を収集する方法を含む。電気機械式放射線収集デバイスをロールに配置して、前記ロールに向けられた放射線を収集する。また、本発明は、外面を有するロールを含む装置である。電気機械式放射線収集デバイスは、前記ロールに配置されている。
2005516184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械式放射線収集デバイスをロールに配置して、該ロールに当たる放射線を収集することを含む、放射線を収集する方法。
【請求項２】
前記放射線の特性を測定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記放射線を連続的に収集して測定する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ロールが外面を有し、前記収集デバイスを該外面の接平面に配置する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ロールが外面を有し、前記収集デバイスを該外面の接平面から半径方向内方に配置する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
放射線を放射線源から放出することと、
前記放射線源と前記ロールとの間にウェブを配置することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ロールが、パターン間に継ぎ目を形成する一連のパターンを有する外面を備え、
前記収集デバイスを該外面における継ぎ目に配置することを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ウェブが少なくとも１つの塗料層を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
放射線を放射線源から放出することと、
前記収集した放射線の特性を測定することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
測定した特性を用いて前記放射線源を較正することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウェブを横切る複数の点で放射線を収集することを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記収集ステップが、前記ロールを横切る複数の点で放射線を収集することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記収集した放射線の特性が電磁気である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記収集した放射線が粒子状放射線である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
測定した１つの特性が、前記収集した放射線に存在するエネルギー量である、請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
測定した１つの特性が、前記収集した放射線のエネルギー分布である、請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
測定した１つの特性が、前記収集した放射線の偏光である、請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
測定した１つの特性が、前記収集した放射線における加速粒子の数である、請求項２に記載の方法。
【請求項１９】
放射線を第１の放射線源から放出することと、
前記放射線源と前記ロールとの間に第１のウェブを配置することと、
前記収集デバイスを用いて放射線を収集することと、
前記収集した放射線の特性を測定することと、
放射線を第２の放射線源から放出することと、
前記放射線源と前記ロールとの間に第２のウェブを配置することと、
前記収集デバイスを用いて放射線を収集することと、
前記収集した放射線の特性を測定することと、
前記第１の放射線源から収集された前記放射線の前記測定特性を前記第２の放射線源から収集された前記放射線の前記測定特性と比較することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
コンピュータソフトウェアを用いて前記測定特性を処理するステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
放射線収集デバイスを、外面を有するロールに対し、該外面の接平面に配置することと、
放射線源と前記収集デバイスとの間にウェブを配置することと、
前記ロールに向けられた放射線を収集することと、
前記収集した放射線の特性を測定することと、
を含む、放射線を測定する方法。
【請求項２２】
外面を有するロールと、
前記ロールに配置された放射線収集デバイスと、
を具備する装置。
【請求項２３】
前記ロールに向けられた放射線放出装置を更に具備する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記収集デバイスから離れて配置され、該収集デバイスにより収集された放射線を受け取るように該収集デバイスに接続された測定デバイスを更に具備する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記測定デバイスが前記ロールの内側に配置されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記測定デバイスが前記ロールの外側に配置されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
前記収集デバイスが、放射線を連続的に受け取り、前記放射線を前記測定デバイスに実質的同時に送出する、請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
前記収集デバイスに接続された測定デバイスを更に具備する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２９】
放射線源と、
前記ロールの一部の周りに配置されたウェブであって、前記放射線源と前記ロールとの間に配置されているウェブと、
を更に具備する、請求項２２に記載の装置。
【請求項３０】
前記収集デバイスにより収集された放射線を受け取るように該収集デバイスに接続された測定デバイスをさらに具備し、該測定デバイスからの測定値を使用して前記放射線源を較正する、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記ロールの前記外面に配置され、放射線の通過を許容するに十分な開口部をさらに具備し、前記収集デバイスが該開口部の内部に配置されている、請求項２２に記載の装置。
【請求項３２】
前記収集デバイスに接続された駆動装置をさらに具備し、該駆動装置が前記開口部の長さ方向へ該収集デバイスを平行移動させるように動作する、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記開口部が前記ロールの長手方向長さを横断する、請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記開口部が、前記収集デバイスにより収集された放射線に対して透明な窓で覆われている、請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
外面および該外面に配置された放射線の通過を許容するに十分な開口部を有するロールと、
前記開口部に移動可能に配置された放射線収集デバイスと、
前記収集デバイスから離れて配置され、該収集デバイスにより収集された放射線を受け取るように該収集デバイスに接続された測定デバイスと、
前記収集デバイスに接続された駆動装置であって、前記開口部の長さ方向へ該収集デバイスを平行移動させるように動作する駆動装置と、
を具備する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射エネルギー収集デバイスである。より詳細には、本発明は、処理ライン用のロールベースの放射エネルギー収集及び測定デバイスである。
【背景技術】
【０００２】
放射エネルギー源を用いた処理システムは、多くの産業用処理で知られている。１つの典型的な処理システムでは、製造ラインにおける製品の近くに配置された紫外線（ＵＶ）ランプ又は電球を使用して、前記製品の中又は上で化学反応が起きるようにする。これらの化学反応は、硬化（又は一部の産業界では乾燥）と呼ばれることが多い。可視及び非可視スペクトルの両方でＵＶランプにより放射される放射エネルギーの波長は、エネルギーを前記製品に伝達して所望の化学変化をもたらすのに特に効果的であることが分かっている。
【０００３】
前記製品上に放射されるエネルギー波長は通常、約２．５μｍ（マイクロメートル）〜約１９０ｎｍ（ナノメートル）の範囲にわたる。前記システムにより処理される前記製品は、ほぼ何でもよいが、通常、紙、プラスチック又は紙様材料（例えば、板紙）の「ウェブ」である。前記「ウェブ」は、一連のローラを通って供給される材料の連続的な流れを含む。放射エネルギー源（通常、２つ以上のランプ又は電球）は、前記ウェブ上にエネルギーを放射するのに前記ウェブに沿って種々の箇所に配置されている。前記ウェブ又は前記ウェブ材料自体の表面上の１つ以上の塗料は、この処理中に化学変化を受けることになる。このようにして、前記ウェブ又は前記ウェブ自体の上の前記塗料（例えば、インク、ラッカー又は接着剤）が硬化される。
【０００４】
都合の悪いことには、個々のＵＶエネルギーランプ（又は任意の他のエネルギー源）の性能は、変動することがある。より新しいランプは、古いランプの場合よりも強いエネルギーを放射することがある。同じ仕様を有する個々のランプは、異なって機能することがある。また、個々のランプは、それらの長さに沿って異なって機能することもある。詳細には、あるランプから次のランプに、異なる波長がより強く放出されることがある。予想通り、ランプが古くなるにつれて、その性能は通常、そのランプが最終的に働かなくなるまで低下する。前記ランプに与えられた能力は、前記ランプの性能に影響を及ぼすこともある。前記ランプへの配電が変動すると、前記ランプにより生成される特定の波長の強度が変動することがある。前記ランプが暖機運転するのにかかる時間だけでなく前記ランプの周囲の気温の差は、波長強度の変動を引き起こすこともある。前記ランプにより放出される放射エネルギーの強度のすべてのこれらの変動により、前記ウェブの硬化の程度が変動する原因となることがある。従って、前記処理を最適化してばらつきがない製品を供給するために、前記ウェブの適切な硬化（即ち、強度及び露光時間の関数として放射線露光量）を保証するのに、前記ランプにより放出される放射エネルギー量を監視する必要がある。
【０００５】
前記ウェブに当たる放射エネルギーの量（又は「線量」）を測定するのに、検出システムが必要になる。前記源が適切な放射エネルギーを供給していたか否かを評価する従来方法の１つは、前記ランプから下流に沿って前記ウェブを検査することであった。これにより、前記ウェブが適切に硬化されていたか否かの非常に正確な測定が得られたけれども、適切に硬化されていなかった製品が使用されないこともあるので、前記測定は前記処理で非常に遅く行われ、従って棄却された。
【０００６】
代替測定方法は、前記ランプにより放出される放射エネルギー量の検査測定を行うのに前記ウェブ上に配置され前記ランプと前記ウェブとの間で前記ウェブと共に移動される（業界で既知の）小型一体化放射計などの電子デバイスを使用することであった。この方法により、ランプ性能の一層直接的な測定が得られたけれども、実際の実行時処理中に前記ウェブに当たるエネルギーに関して情報が収集されていないので、その測定は準備中および実際の製造中でない間に行われた。特に、前記ウェブに当たる放射エネルギーの変動の測定を行うことができなかった。再度、不適切に硬化された製品が生じた。更に、あるキャスティング処理で必要とされるように、前記ウェブをニップ点及びアイドラロールに通すと、測定が得られる前に前記小型一体化放射計に損傷を与えることもあった。
【０００７】
別の代替方法は、放射線量を測定する光量デバイスを使用することであった。光量デバイスの化学組成は、放射線に露光されると、変わる。光量デバイスの例は、放射線に応じて色を変える物質を埋め込んだテープ又はフィルムである。これらのデバイスはニップを通過できるけれども、前記デバイスを前記ウェブ上に手作業で配置して前記デバイスを放射線に露光させる必要があり、前記デバイスを手作業で取り外して読取値を得る必要がある。前記デバイスは、処理において放射線の連続的手段ではない。
【０００８】
前記ランプにより使用される実際のエネルギーの「リアルタイム」測定を行おうとして各ランプ用の電源のエネルギー取り出しを監視する別の方法が開発された。この測定は、前記ランプにより放出され、前記ウェブに連続的に当たる放射エネルギー量を評価するのに、非常に大雑把で不正確な方法であった。不正確であるけれども、この方法は、放射エネルギーが「リアルタイム」で前記ウェブに当たった量を測定する試みであった。前記放射エネルギーを「リアルタイム」で測定することは、（例えば、処理を通して前記ウェブの速度を変えてより長いまたは短い処理時間を与えることにより）前記ウェブの硬化時間をより正確に制御すること、及び製品の損失を減少することを可能にした。都合の悪いことには、多くの要因により、前記ランプから取り出される前記エネルギーの測定が、前記リアルタイム測定で得られるあらゆる利点をだめにする前記ウェブに当たる前記放射エネルギーの不正確な測定になった。例えば、ランプ自体が老化のために劣化するにつれて、前記ランプにより取り出されるエネルギー量は、放出される放射線量に対して変わることがあった。更に、取り出される特定の電力量に対して放出される放射線は、ランプ間で変動した。これらの問題を軽減するために、電子検出デバイスを前記ランプの周りに配置して、前記ランプから放出される放射エネルギーの直接出力を測定した。しかし、前記処理を取り巻く環境条件（例えば、高湿度、高温、高周波放射、及び空中浮遊接着剤、ラッカーなどの異物）は、前記検出デバイスにおけるエレクトロニクスが故障及び誤動作する原因となることが多かった。
【０００９】
最後に、前記ランプにより放出される放射エネルギーを収集して、前記ウェブを取り巻く悪い環境から遠く離れて配置された検出デバイスに（通常、光ファイバケーブルにより）移送することができる遠隔収集デバイスが、開発されている。これらのデバイスを（前記ウェブの反対側で）前記ランプの裏側に配置して、前記ランプにより放出される放射エネルギー量の直接測定を行うことが可能になった。前記ウェブから前記ランプの反対側のこれらのデバイスのこの配置は、２つの主な理由で行われた。１番目に、前記ウェブと前記ランプとの間に非常に小さい間隔があった。２番目に、前記処理における最悪の環境が前記ウェブの流れと前記ランプの筺体の表面との間に丁度あるからであった。前記ランプからの最大の放射エネルギー量が前記ウェブに当たることを保証すると共に、（ある処理で前記ウェブの硬化に影響を及ぼすことがある）酸素などの汚染物質を最小限にしておくために、前記ウェブと前記ランプとの間隔は小さかった。前記ウェブからの空中浮遊汚染物質及び接着剤だけでなく、前記ランプからの熱及び放射線と最も直接接触しているので、この位置で環境は極端に悪い。遠隔収集デバイスは上述の問題の一部を解決したけれども、前記遠隔収集デバイスでは、前記ウェブに当たる放射エネルギー強度の正確な測定がまだ得られていなかった。通常、前記ランプ構成要素を空中浮遊汚染物質から保護するために、透明カバーを前記ランプの上に配置する。この透明カバーは、（空中浮遊汚染物質のせいで）時間が経つにつれて曇ってきて、前記ランプにより放出される前記放射エネルギーの一部が前記ウェブに当たるのを妨げる。従って、前記ランプの裏に配置された収集デバイスでは、この劣化を分かっておらず、前記ウェブに放射されるエネルギーの正確な測定を得ることができない。前記デバイスの何れも、前記ウェブにおける放射エネルギーのリアルタイム収集を考慮していなかった。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態は、放射線を収集する方法を含む。電気機械式放射線収集デバイスをロールに配置して、前記ロールに向けられた放射線を収集する。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、放射線を測定する方法である。放射線収集デバイスをロールに配置する。前記ロールは外面を有し、前記収集デバイスを前記外面に接する平面に配置する。ウェブを、放射線源と前記収集デバイスとの間に配置する。前記ロールに向けられた放射線を収集し、前記収集放射線の特性を測定する。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態は、外面を有するロールを含む装置である。電気機械式放射線収集デバイスは、前記ロールに配置されている。
【００１３】
本発明の別の実施形態は、外面を有するロールを含む装置である。放射線の通過を可能にするのに十分な開口部は、前記外面に配置されている。放射線収集デバイスは、前記開口部に移動可能に配置されている。前記収集デバイスから離れて配置された測定デバイスは、前記装置に含まれている。前記測定デバイスは、前記収集デバイスにより収集された放射線を受け取るように前記収集デバイスに接続されている。駆動装置は、前記収集デバイスに接続されている。前記駆動装置は、前記開口部の長さに沿って前記収集デバイスを平行移動させるように動作する。
【００１４】
上記の図面は本発明の一実施形態に記載してあるけれども、説明で述べるように他の実施形態も考えられる。すべての場合、この開示は、非限定及び説明を手段として本発明を表す。本発明の原理の範囲と精神の範囲内にある多くの他の修正及び実施形態を当業者により考案することができるものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のエネルギー収集装置１０の一実施形態を、図１における典型的な産業用処理で示す。エネルギー収集装置１０は、ロール１４の内側に取り付けられた機器組立体１２を含む。放射線源１６（例えば、紫外線（ＵＶ）ランプ又は放射線放出装置）は、ロール１４に隣接して配置されている。連続的に流れるウェブ１８（例えば、紙、ポリマー、布又は金属ベース材料）は、前記放射線源１６の傍を通り過ぎて方向２０に送られる。案内ロール２２を利用して、ウェブ１８をロール１４に向けることができる。ウェブ１８が放射線源１６とロール１４との間で進むにつれて、（以後、基板材料に塗布される任意の接着剤又は他の層を含むと仮定される）ウェブ１８は、放射線源１６から放出される放射エネルギーにより硬化される。エネルギー収集デバイス１０は、ウェブ１８に向けられる放射エネルギーのリアルタイム収集を可能にする。ウェブ１８は、ロール１４と放射線源１６との間に配置されている。
【００１６】
下記では、紙又はポリマーベースのウェブに放出されるＵＶ放射線を用いた用途のために構成されているように前記エネルギー収集デバイス１０を説明しているけれども、これは例示の目的でのみ行われていることに留意すべきである。本発明の収集デバイス１０は、ロール又はロール同等物を利用した多数の他のウェブ又は箔ベースの処理用途で使用可能である。例えば、電子ビーム放射線を利用した硬化処理でも、本発明のエネルギー収集装置１０を使用することができる。前記処理は、ＵＶ放射線を使用して前記ウェブ１８を硬化させることを指すので、用語「放射線源１６」は、「ランプ１６」と区別なく使用される。
【００１７】
図２は、ジャケット２６、エンドキャップ２８及び支持軸３０を含むロール１４の斜視図を示す。ロール１４は通常、アルミニウムから成り、一実施形態において、長さが約２３  ３／４インチ（６０．３２５ｃｍ）、直径が約１２インチ（３０．４８ｃｍ）である。スロット３２は、ロール１４の環状外壁３４を完全に貫通して機械加工される。一実施形態において、環状壁３４は、厚さが約３／４インチ（１９．０５ｍｍ）〜約１インチ（２５．４ｍｍ）である。軸３０はエンドキャップ２８に接続され、次にエンドキャップ２８は通常、ジャケット２６にボルト締めされている。エンドキャップ２８は通常、アルミニウムから成る。軸３０は、ロール１４の縦軸３６を規定し、通常、前記ロール１４が所与の支持構造（図示せず）に対して回転できる。この回転接続は、前記軸３０とエンドキャップ２８境界面との間又は前記軸３０と支持構造（図示せず）との間に軸受（図示せず）を配置することを含む、当業者に既知の多くの方法で達成可能である。また、軸３０は、電線管（例えば、ロール１４の内部に配置される構成部品の配線用）及び／又はパイプ（例えば、ジャケット２６を冷却するのに使用される液体用）としての機能を果たすこともできる。バージニア州ブラックスバーグのリットン・ポリ・サイエンティフィック（Ｌｉｔｔｏｎ  Ｐｏｌｙ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ｏｆ  Ｂｌａｃｋｓｂｕｒｇ，ＶＡ）により製造されているスリップリング型番ＡＣ６０２３−２４などの回転スリップリング（図示せず）をロール１４と一緒に使用して、回転可能ロール１４とワイヤ連結を行うこともできる。同様に、回転水ユニオン継手（図示せず）をロール１４と一緒に設けて、冷却液をロール１４に出し入れできる連結を行うこともできる。ロールは、ウェブベースの処理で普通のものであり、特殊なロールが記載されているけれども、本発明の精神と範囲に反することなく種々のロールを使用できることに留意すべきである。例えば、ロール１４は滑らかな環状壁３４を有するように記載されているけれども、ロール１４は、前記ウェブに刻印するのに一連の突起パターン３７（点線で示す）を用いたフレキソ印刷型ロール又は印刷型ロールであってもよい。スロット３２は、前記ロールによる前記ウェブの処理に影響を及ぼさないように前記パターン内の切れ目又は「継ぎ目」３７Ａに沿ってロール１４を貫通して配置可能である。更に、本発明の精神と範囲に反することなく、ウェブベースの用途（例えば、スライドバー及び巻き）で使用される他の種類の環状面を利用することもできる。
【００１８】
一実施形態において、スロット３２は、ジャケット２６の長手方向の略全長である、約２３インチ（５８．２４ｃｍ）延在している。更に、スロット３２は、幅が約１／４インチ（６．３５ｍｍ）〜約１／２インチ（１２．７ｍｍ）である。本発明の他の実施形態は、前記ジャケット２６の長手方向の長さに沿って部分的にのみ延在しているスロットを含む。代わりに、ロール１４に沿って長手方向に及び／又はロール１４の周りに半径方向に種々の位置でジャケット２６を貫通して、多数のスロット（又は孔）を配置することができる。前記エネルギー収集デバイスにより収集される放射線に対して透明な材料（即ち、点線で示す窓３８）をスロット３２の上に配置して、ロール１４の内部の構成部品に有害な影響を及ぼすことがあるあらゆる物質の侵入、又はロール１４で封入されている物質の外出を阻止することができる。また、放射線がジャケット２６を通過して収集デバイス５８に当たることができるように、ロール全体を放射線に対して透明な材料で構成することもできる。
【００１９】
図３は、図２の線３−３に関するロール１４の図を示す。冷却水路４２は、ジャケット２６内に延在して示してあり、キャスティングロールで見られる典型的な特徴である。通常、ガンドリル孔（例えば、約３／８インチ〜約１／２インチ（９．５２５〜１２．７ｍｍ）直径の窪み（図示せず））をジャケット２６にあけて、ジャケット２６全体にわたって冷却液（例えば、水）用の通路を設ける。アルミニウムカバー品（図示せず）を冷却水路４２の上に溶接して、冷却水路４２に冷却液を封止することもできる。ボルト孔４４により、エンドキャップ２８をジャケット２６にボルト締めすることができる。また、ジャケット２６の内壁４６も示してある。
【００２０】
機器組立体１２は、ロール１４の内側に固定して示してある。機器組立体１２は、プレート取付台５２上に支持されたプレート５０を含む。プレート取付台５２及びプレート５０は、ジャケット２６の内壁４６に（例えば、ボルトを用いて）固定されている。合わせピン５４をプレート５０に挿入し、（プレート５０の長手方向の反対側端部上の）各エンドキャップ２８に部分的に挿入して、追加の取付箇所及び構造的支持体をプレート５０に設ける。一方のエンドキャップ２８を取り外してジャケット２６からプレート５０のボルトを外すことにより、矢印５６Ａ及び５６Ｂで示すように、プレート５０をスライド可能にロール１４から外したりロール１４に挿入したりできる。一実施形態において、プレート５０は、幅が約８〜１０インチ（２０．３〜２５．４ｃｍ）、長さが約２３インチ（５４．４ｃｍ）である。
【００２１】
収集デバイス５８は、ロール１４の内部からスロット３２に延在して図示してある。収集デバイス５８は、その表面に当たる放射線を受け取って向けることができる。図示の実施形態において、収集デバイス５８は、ＵＶ放射線を受け取って向けることができる束状光ファイバケーブルである。他の実施形態において、前記収集デバイスは、本発明が使用されている用途に応じて変わってもよい。詳細には、収集される放射線の種類は、異なる種類の収集デバイスの使用を必要とすることもある。光管、鏡、レンズ、シリコン検出器（例えば、フォトダイオード又は電荷結合素子）、硫化カドミウム検出器、ガリウム砒素検出器、熱電対列、分離検出器及びシンチレーション検出器は、本発明のエネルギー収集装置１０で使用可能な多くの収集デバイスの数例である。これらの例は例示の目的でのみ与えられていることに留意すべきであり、列記されたそれらの収集デバイスに本発明を限定するものと解釈すべきではない。
【００２２】
収集デバイス５８は、外面に接する平面に又は同平面から半径方向内向きに配置されるようにスロット３２に配置されている。換言すれば、仮にスロット３２がロール１４に含まれていなかった場合、収集デバイス５８は、前記外面が前記スロットの上に延在する箇所に又は同箇所から半径方向内向きに存在するであろう。そのように収集デバイス５８を位置決めすると、前記収集デバイスは、前記ウェブ１８（点線で示す）が前記放射線源（例えば、紫外線ランプ）により放出された放射線で当てられている地点で前記放射線を直接測定することができる。更に、収集デバイス５８を環状壁３４で又は同環状壁３４から半径方向内向きに位置決めすることにより、ウェブ１８は、収集デバイス５８により影響を受けない（例えば、隆起又は突起がウェブ１８に押し付けられない）。収集デバイス５８自体は、ロール１４の外部の環境における汚染物質からウェブ１８で保護される。また、収集デバイス５８のこの位置決めは、（通常、前記ロールから２５ミクロン以内に配置される）案内ロール又はニップとの接触から収集デバイス５８を保護し、収集デバイスに機械的に損傷を与えるように前記ロールの外面の傍を通り過ぎて延在する収集デバイスと接触することもある。収集デバイス５８の先端５８Ａは、前記環状壁３４と略同一平面に位置決めされているように図示されているけれども、本発明の代替実施形態では、環状壁３４から半径方向内向きの任意の位置に先端５８Ａを配置することもできる。収集デバイス５８をスロット３２に沿って平行移動させて、ロール１４沿いの種々の地点で放射線を受け取ることができる。更に、本発明のエネルギー収集装置１０は、ウェブ１８がスロット３２の一部のみを覆うように構成可能である。ウェブ１８のこの位置決めにより、ウェブ１８の長手方向エッジ５９を通り過ぎて収集デバイス５８を平行移動させることができ、参照データ点を与えるようにウェブ１８の長手方向エッジ５９の外側で放射線のサンプリングを行うことができる。また、スロット３２の全部を覆うようにウェブ１８を配置することもできる。収集デバイス５８を環状壁３４の外面で又は同外面から半径方向内向きに位置決めすることは、上述の理由で好ましいけれども、環状壁３４の前記外面を通り過ぎて前記収集デバイスを延ばすことが有益である処理用途が生じる場合もあることが考えられる。
【００２３】
本発明の装置１０は、前記ウェブを使用して又は使用せずに、２つの基本的な方法で使用可能である。１番目の使用では、ウェブが流されていない間に、ロール１４を特定の処理用途における位置に取り付ける。これにより、作業者は、前記ランプから放出される放射線を測定して処理を較正することができ、製品を流す前に放出放射線の適切なレベルが設定される。更に、前記エネルギー収集装置を、ある処理ラインから容易に取り外して別の処理ラインに配置することができる。従って、ウェブを、適所に本発明の装置を用いて「準備的」又は試験的処理ラインで流すことができる。前記ウェブが十分に処理される（例えば、硬化される）まで、前記ウェブに放出される放射線量を変えることができる。次に、前記ウェブを取り外し前記収集装置を使用して、前記放射線源により放出される放射線のレベルを測定することができる。次いで、前記収集装置を別のラインに移送し前記放射線源を調整して、前記収集装置に当たる放射線のレベルを正確に再現することができる。同種のウェブを第２の製品ラインで流す場合、同一レベルの放射線が前記ウェブに当たり、そのウェブを適切に硬化させる。従って、較正時間及び廃棄物を大幅に低減することができる。本発明は、異なるライン間の実質的に丁度同じ位置で放射線のレベルを正確に再現する性能を与える。次に、この相互較正を別の処理ラインで繰り返して、各処理ラインの迅速な始動を行うことができる。従って、前記較正処理は、非常に単純化され、作業者がシステムを正しく較正するための練習量を減少できる。更に、従来の較正方法（例えば、小型一体化放射計又は光量デバイス）により必要とされたが、前記作業者は、前記システムを較正するために前記ウェブ又はロールに触れる必要がないので、前記システム及び前記作業者の快適な状態に対する危険性は減少する（例えば、衣類又は指が機器にひっかかること、前記ウェブが燃えること等）。
【００２４】
別の使用では、前記ウェブを流しながら、前記エネルギー収集装置を処理ラインに残しておくことができる。前記ウェブを通過し前記収集デバイス５８に当たる放射線のレベルを連続的に監視することにより、処理の変動を「リアルタイム」で観測及び補正して、前記処理を最適化することができる。例えば、前記ウェブを通過する放射線のレベルが、前記放射線源の老化のために減少した場合、前記収集装置は、前記減少放射線を検出し、前記源への電力を増加させるようなフィードバックを与え、その結果、前記ウェブに当たる放射線の強度が増加する。同様に、ウェブ厚さ又はウェブ材料特性の変動が生じた場合、前記収集装置は、前記ウェブを通過する放射線量の増減を観測し、前記放射線源の強度又は前記ウェブの速度を調整するフィードバックを与える。
【００２５】
前述のように、１つのスロット３２が図１〜図３においてロール１４に沿って長手方向に延在して示してあるけれども、本発明の精神と範囲に反することなく、ロール１４を貫通するスロット（又は孔）の数及び位置決めに関する多くの変更を行うことができる。例えば、本発明の代替実施形態では、前記ロールの内部から孔に延在する収集デバイスを各々が有する多くの孔を利用することもできる。代わりに、多くの収集デバイスを１つのスロットで使用することもできる。多くの収集デバイスを使用すると、前記ウェブに沿って異なる地点で多くの測定値を同時に収集する機会が得られる。スロット及び収集デバイスの数と位置の決定は、前記作業者により要望されるデータと同様に処理用途に応じて変わることがある。
【００２６】
図３に示す前記実施形態では、１つの収集デバイス５８を、利用しており、スロット３２に沿って長手方向に平行移動させることができる。収集デバイス５８をスロット３２に沿って長手方向に平行移動させると、前記ウェブの進行方向に沿った地点（即ち、「上流」及び「下流」、矢印６２参照）だけでなくウェブ１８を横切る地点（矢印６０Ａ及び６０Ｂ参照）で放射線のサンプリングを行うことができる。図４に示すように、前記収集デバイス５８は、支持され、機器組立体１２に沿って平行移動される。
【００２７】
スロット３２の長さに沿って収集デバイス５８を移動させる性能は、前記ウェブに沿ってかつ同ウェブを横切って放射線サンプルを収集する種々の方法を提供する。例えば、図４Ａに示すように、ロール１４を回転させて（矢印６３）、放射線源１６（点線で示す）により放出される放射線への露光の全範囲を通るウェブ１８（点線で示す）上の横方向及び長手方向の１つの位置で放射線を収集することができる。
【００２８】
図４Ｂに示すように、ロール１４を静止状態に保持することができ、ロール１４を横切る１つの位置で収集デバイス５８を維持して、放射線源１６により放出される放射線の範囲を通る１つの位置で、かつ（ウェブ１８が収集デバイス５８を通り過ぎて引っ張られながら）ウェブ１８の長手方向の連続地点で、測定値が得られる。
【００２９】
図４Ｃに示すように、ウェブ１８が収集デバイス５８を通り過ぎて引っ張られながら、ロール１４を静止状態に保持することができる。収集デバイス５８を、ウェブ１８を横切って平行移動させて（矢印６０Ａ及び６０Ｂ参照）、ウェブ１８に沿った横方向及び長手方向の地点で収集することができる。
【００３０】
図４Ｄでは、収集デバイス５８を平行移動させながらロール１４を回転させて（矢印６３）、放射線源１６により放出される放射線の範囲を通る、前記ウェブの１本の横線に沿ってウェブ１８を横切って（矢印６０Ａ及び６０Ｂ）放射線を収集することができることを示す。その上、上記のサンプリング方法のうち何れでも変更が考えられる。例えば、ロール１４の各回転の後、ウェブ１４を横切って収集デバイス５８を割り出しすることができる。
【００３１】
図５及び図６に最もよく示されるように、（図３及び図４に関する）前述の構成部品に加えて、機器組立体１２は、取付台組立体６４、直線レール６６、サーボモータ６８（例えば、カリフォルニア州コービナのクイック・シルバー・コントロールズ（Ｑｕｉｃｋ  Ｓｉｌｖｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ，Ｃｏｒｖｉｎａ，ＣＡ）により製造されている型番「Ｓｉｌｖｅｒｍａｘ  ＱＣＩ−２３−３」）、タイミングベルト７０（例えば、コロラド州デンバーのゲールズ・ラバー・カンパニー（Ｇａｌｅｓ  Ｒｕｂｂｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｄｅｎｖｅｒ，ＣＯ）により製造されている型番５７０ＸＬ０２５）、ガード７０Ａ、プーリ７２、ねじ７４、スペーサ７６、電源７８（例えば、イリノイ州パラティンのカールトン−ベイツ・カンパニー（Ｃａｒｌｔｏｎ−Ｂａｔｅｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｐａｌａｔｉｎｅ，ＩＬ）により製造されているＱｕｉｎｔ−ＰＳ電源）、計器８０（例えば、バージニア州スターリングのＥＩＴ（ＥＩＴ，Ｓｔｅｒｌｉｎｇ，ＶＡ）により製造されているＥＩＴ  ＵＶ検出器）、モニタ取付組立体８２、分光計８３、調整可能な阻止インライン繊維フィルタ８４（例えば、カナダのオンタリオ州のＯＺオプティックス（ＯＺ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａ）により製造されている）、端子台８５、及び束状接続ケーブル８６（一実施形態では、例えば、マサチューセッツ州ロングメドウのセラムオプティック（ＣｅｒａｍＯｐｔｉｃ，Ｌｏｎｇｍｅａｄｏｗ，ＭＡ）により製造されている５本の光ファイバケーブルから成る）を含む。ＤＩＮ（ドイツ工業規格）レール８７を使用して、構成部品をプレート５０に固定する。ベルト７０を、取付台組立体６４に固定し、プーリ７２の周りに巻き付ける。１つのプーリ７２Ａは、サーボモータ６８により駆動される。取付台組立体６４を、プレート５０の長さに沿って直線レール６６によりスライド可能に支持する。サーボモータがプーリ７２Ａを回転させるようにすることにより、ベルト７０は前記直線レール６６に沿って取付台組立体６４を駆動する。収集デバイス５８を取付台組立体６４に固定する（図７及び図８に関して更に説明する）。従って、収集デバイス５８は、サーボモータ６６を用いて直線レール６６の長さに沿って（その結果、スロット３２の長さに沿って）選択的に位置決め可能である。ガード７０Ａは、何かがベルト７０及びプーリ７２に誤って触れるのを防止する。本発明の収集装置の機器部分の構成は、収集されるべき所望のデータと同様に、本発明装置が使用される処理用途に応じて変わることがあるものとする。
【００３２】
一旦放射線が前記収集デバイス５８に当たると、収集デバイス５８は、前記束状接続ケーブル８６における前記光ファイバケーブルを介した前記収集放射線を、前記光ファイバケーブルのうち４本を終端させて前記収集放射線を前記計器８０に向けるように動作するモニタ取付組立体８２に向ける。計器８０は、前記放射線の種々の特性（例えば、強度波長、偏光エネルギー分配器、加速粒子数、又は監視するのが望ましい任意の他の特性）のレベルを確かめるのに前記放射線を分析する。前述のように、一実施形態において、前記計器はＵＶ（紫外線）検出器である。これらの検出器は、ＵＶＡ（３２０〜３９０ｎｍの波長を有する光と規定される）、ＵＶＢ（２８０〜３２０ｎｍの波長）、ＵＶＣ（２５０〜２６０ｎｍの波長）及びＵＶＶ（３９５〜４４５ｎｍの波長）のフィルタを含み、これらの種類の紫外線の各々に対する強度レベルの測定を行うことができる。また、前記検出器は、前記検出器を駆動して得られた電気信号を前記ロールから送出する増幅器を含む。
【００３３】
フロリダ州ダニーディンのオーシャン・オプティックス（Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｄｕｎｅｄｉｎ，ＦＬ）により製造されているＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｓ２０００などの高解像度分光計８３を、プレート５０の下に配置する。前記収集デバイス５８により収集された放射線を、前記光ファイバケーブルのうち１本を介して束状接続ケーブル８６から分光計８３に送信する。図示の前記実施形態では、まず、前記分光計に一層適した前記光ケーブルにより向けられる放射線の強度を減少できる調整可能阻止インラインフィルタ８４に前記光ファイバケーブルを接続する。調整可能阻止インラインフィルタ８４の出力は、ガード７０Ａ及びプレート５０を介して分光計８３との境界面に向けられる。
【００３４】
計器８０及び分光計８３は、ロール１４内の前記機器組立体に含まれているけれども、代わりにこれらをロール１４の外部に取り付けることもできるものとする。機器をロール１４の外部に取り付ける場合、束状接続ケーブル８６からの前記光ファイバケーブルは、回転スリップリング（図示しないが業界で既知）を介して前記計器及び／又は前記分光計に向けられる。図示の前記実施形態では通常、内部に取り付けられた計器８０、分光計８３及びサーボモータ６８を、コンピュータ又はプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）などの外部制御／監視デバイス（図示せず）まで前記スリップリング（前述）を介して前記軸を通って延在するワイヤに端子台８５を介してワイヤで接続する。外部デバイスを用いて前記サーボモータ６８を制御すると、作業者の望み通りに収集地点及び収集回数を変えることができる。データ出力を外部制御装置に接続すると、前記ウェブの正確な処理を保証するのにシステムの変更を必要とする場合（例えば、放射線強度の増加、前記ウェブの処理速度の低下など）、前記制御装置が自動的に前記システムを補償して均衡させ前記ウェブの適切な硬化時間を保証できるようにリアルタイムでデータを読取って処理することができる。更に、本発明装置１０をリモートコンピュータに接続することにより、データ分析が処理ラインから遠く離れて行われることができる。前記コンピュータをネットワークにつないで、処理設備の外側の場所からデータにアクセスすることができ、その結果、製造設備から離れた場所にいる技術者及び科学者が、リアルタイムで本発明装置により得られたデータを再検討して分析することができる。
【００３５】
再度、図示の前記実施形態は光測定デバイス（即ち、ＵＶ検出器、分光計）を利用しているけれども、他の種類の放射線を測定できる他のデバイスを、（前記ロールの内部又は外部に）前記収集デバイスに接続することができる。
【００３６】
図７及び図８は、より詳細に前記取付台組立体６４を示す。取付台組立体６４は、スイッチ８８、検出器台９０、ブラケット９２、ベルト取付台９４、及び往復台９６を含む。ベルト取付台９４（前述のようにベルト１０により駆動される）をブラケット９２に固定し、次にブラケット９２を往復台９６に固定する。収集デバイス５８を、ブラケット９２に固定する。取付台組立体６４の往復台９６部分をベルトで直線レール６６に沿って長手方向に無理に平行移動させて、その結果、取付台組立体６４に原動力を与える。スイッチ８８は、「リミット」スイッチとして使用される。取付台組立体６４が直線レール６６の何れか一方の端部に到達すると、前記スイッチ８８の１つが係合し、信号を前記サーボモータ６８（図６に示す）に送信して、取付台組立体６４の平行移動をその方向に停止する。
【実施例】
【００３７】
本発明のエネルギー収集装置１０の典型的な較正及び使用を行い、サンプルデータを収集した。メリーランド州ゲイサーズバーグのフュージョン・ＵＶ・システムズ（Ｆｕｓｉｏｎ  ＵＶ  ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，ＭＤ）により製造されたＦｕｓｉｏｎ  Ｄランプ（放射線源）に面する平面で前記収集デバイス５８を適所に固定することにより、前記計器８０を較正した。同等の光路を前記ランプからＰｏｗｅｒＭＡＰ及び収集デバイス５８の両方まで生成するように、前記収集デバイス５８と同じ平面で較正計器（バージニア州スターリングのＥＩＴ（ＥＩＴ，Ｓｔｅｒｌｉｎｇ，ＶＡ）により製造されたＥＩＴ  ＵＶ  ＰｏｗｅｒＭＡＰ）を固定するのにブラケットを設計した。前記ランプの出力を変えるのに、電力を前記ランプに対して変えた。前記ＥＩＴ  ＵＶ検出器により生成された電圧出力及び前記ＰｏｗｅｒＭＡＰ検出器により測定された電力を作図して、ｖｏｌｔ−ミリワット（ｍＷ）／ｃｍ2曲線を生成し、その結果、前記ＰｏｗｅｒＭＡＰの較正を前記ＥＩＴ  ＵＶ検出器に転送した。図９は、前記ＵＶＡ範囲に対するそのような較正の例を示す。このようにしてシステムを較正すると、本発明装置を用いて製造ラインへの較正の簡便な転送を行うことができる。
【００３８】
ウェブを前記ロールの周りに巻くことができるＵＶ筐体機器台上に前記ロールを取り付けた。前記ランプの焦点を前記ロールの表面に合わせるように、２列の各１対のＦｕｓｉｏｎ  Ｄランプ（合計４つのランプ）を取り付ける。ウェブを適所に保持し、２５ミクロン以上のクリアランス距離を有するような方法で、ニップを設けた。この実験にウェブを使用しなかった。前記取付ブラケットは、軸受及びロールの各取り外し及び取り付けに対する実質的な位置合わせを可能にする業界で既知の標準的なブラケットであった。
【００３９】
処理を実施するのに設計される任意の速度まで処理ライン制御が前記ロールを回転させることができるように、前記ロールを取り付けた。ライン速度を７５フィート／分（２３ｍ／分）に設定し、前記ランプを、６０％全出力に設定し、約５分間暖機運転できた。前記ジャケット２６を流れる冷却水は、内部ロール空洞を７５〜８０°Ｆ（２４〜２７℃）の温度に維持した。前記取付台組立体６４を前記ＵＶランプのうち１つのランプの中心にあるように位置決めし、前記ロールが回転しながら前記取付台組立体６４は固定したままであった。データを３０００Ｈｚの速度で収集し、前記ロールの側面上の基準マークのトリガによりデータシーケンスの開始及び停止を制御した。前記データの信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を増大するためにトリガ点を整列することにより前記データを平均した。図１０は、固定位置で光束を有する前記ランプの一周データ収集からのデータを示す。作図は、間隔の観察スリットの角度位置対ＵＶＡ波長における２つのランプ（列１、ランプ２及び列２、ランプ２）のミリワット（ｍＷ）／ｃｍ2の強度を示す。前記ロールの端部を考察する場合、０度を１２時に参照する。３６０度の全経路のうち３０６度に関してデータを収集した。
【００４０】
表１は、図９の従来生成の較正グラフと比較して電球の中心に対応する一切れのデータを用いてＵＶＡ波長における４つのランプすべてに関して計算された線量を示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
次に、前記光束を、０．５インチ（１２．７ｍｍ）刻みで前記ロールの全長にわたって順次走査した。前記ロールを同時に回転させながら、前記ロールに沿って長手方向に前記収集デバイスを走査すると、図１１に示すランプ出力の三次元ＵＶ強度マップが得られた。図１１は、高解像度を用いた各列における各ランプに関するＵＶＡ光強度の分布を示す。
【００４３】
本発明は好ましい実施形態を参照して説明されているけれども、当業者には、本発明の精神と範囲に反することなく形態及び詳細を変更できることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の収集デバイスの一実施形態を示す略図である。
【図２】本発明のエネルギー収集デバイスの一実施形態の斜視図である。
【図３】図２の線３−３に関する本発明のエネルギー収集デバイスの部分図である。
【図４】本発明のエネルギー収集デバイスの機器組立体の一実施形態の斜視図である。
【図４Ａ】本発明のエネルギー収集デバイスの一実施形態の斜視図である。
【図４Ｂ】本発明のエネルギー収集デバイスの一実施形態の斜視図である。
【図４Ｃ】本発明のエネルギー収集デバイスの一実施形態の斜視図である。
【図４Ｄ】本発明のエネルギー収集デバイスの一実施形態の斜視図である。
【図５】本発明のエネルギー収集デバイスの機器組立体の一実施形態の分解斜視図である。
【図６】図５に対して逆にした、本発明のエネルギー収集デバイスの機器組立体プレートの一実施形態の分解斜視図である。
【図７】光学ヘッドの一実施形態の斜視図である。
【図８】光学ヘッドの一実施形態の分解斜視図である。
【図９】本発明のエネルギー収集デバイスに関して典型的な較正グラフを示すグラフである。
【図１０】本発明のエネルギー収集デバイスにより収集された典型的なデータを示すグラフである。
【図１１】本発明のエネルギー収集デバイスにより収集された典型的なデータを示すグラフである。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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