(57)【要約】      （修正有）【課題】荷電粒子束を被照射体に均一に照射させる方法を提供する。【解決手段】高真空系統と大気側の境界に設備された荷電粒子束取り出し窓６と同形状のフランジ７と液体冷却機構及び荷電子束透過部で構成された荷電粒子照射装置であって、荷電粒子束取り出し窓の大気側に金属製格子形状を有する斜交網または直行網、さらに同形状の金属製フェルト又は金属製スポンジを設けることによって、荷電粒子束の規則的変動（バラツキ）をなくし荷電粒子束を均一化させる。【選択図】図１
2016109656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速された荷電粒子束を高真空系統から大気中に放出するに際して、荷電粒子束を大気側にて効率よく分散して均一に照射体に暴露可能な散乱機構を設置する方法
【請求項２】
加速された荷電粒子束を高真空系統から大気中に放出するに際して、荷電粒子束を大気側にて効率よく分散して均一に照射体を暴露可能な散乱機能を有する分散装置
【請求項３】
高真空系統と大気側の境界に設備された荷電粒子束取り出し機構（「窓」と称す）と同等なフランジ形状と液体冷却機能を有する、請求項２の分散装置
【請求項４】
「窓」の大気側に設置する分散装置の荷電粒子束透過部分にあって、「窓」の荷電粒子束透過部分とは互いに重なりあわないピッチで装着することを特徴とする、請求項２の分散装置
【請求項５】
「窓」の大気側に設置する分散装置の荷電粒子束透過部分にあって、金属製格子形状を有する斜交網、そして／または直行網であることを特徴とする．請求項２の分散装置
【請求項６】
「窓」の大気側に設置する分散装置の荷電粒子束透過部分にあって、金属製フェルト、そしてまたは金属製スポンジであることを特徴とする、請求項２の分散装置
【請求項７】
「窓」の大気側に設置する分散装置の荷電粒子束透過部分にあって、金属製多孔板であることを特徴とする、請求項２の分散装置
【請求項８】
ステンレス鋼、または銅合金、またはチタン鋼、その他の金属およびそれに類似する材料とすることを特徴とする、請求項３の分散装置
【請求項９】
ステンレス鋼、または銅合金、またはチタン鋼、その他の金属およびそれに類似する材料とすることを特徴とする、請求項５の分散装置
【請求項１０】
ステンレス鋼、または銅合金、またはチタン鋼、その他の金属およびそれに類似する材料とすることを特徴とする、請求項６の分散装置
【請求項１１】
ステンレス鋼、または銅合金、またはチタン鋼、その他の金属およびそれに類似する材料とすることを特徴とする、請求項７の分散装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、荷電粒子加速照射装置に関し、更に詳しくは、例えば放射線による表面処理、具体的には、印刷や塗布接着剤の硬化、更に架橋重合や遊離基（ラジカル）重合反応等々の有機高分子加工分野にて広範に利用されている電子線照射装置に関する。
電子線照射装置（図−１参照）は電子の加速エネルギにより、便宜上百万電子ボルト以上（ｅ’＞１ＭｅＶ）を高エネルギ電子照射装置、三十万電子ボルト以上百万電子ボルト未満（３００ＫｅＶ＜ｅ’＜１ＭｅＶ）を中エネルギ電子線照射装置、三十万電子ボルト未満（ｅ’，＜３００ＫｅＶ）を低エネルギ電子線照射装置と分類されている。
本発明は、主として低エネルギ電子線照射装置に関して記述するものであるが、電子の加速エネルギ領域に限定することなく、全てのエネルギ領域に共通の適用可能なる技術である。
【背景技術】
【０００２】  産業用途としての汎用低エネルギ電子線照射装置は、主に電源と照射と制御の３系統で構成される。更に詳しくは、高電圧電源と高真空容器（真空チャンバと称す）に収納された熱電子発生用フィラメント（電子銃と称す）、熱電子引き出し格子、熱電子出口格子で構成される。電子銃を出た電子束（電子ビーム）は直流電場で一気に加速され運動エネルギを得て真空チャンバの出口に到達する。電子束出口は「窓：ウインド」と称されており、一般には伝熱効率の良い銅合金製フランジ形状を採用することが多い。この窓は高速電子による衝突暴露で発生するジュール熱を常に除去すべく水冷機能のフランジ構造（図−２電子ビーム出口フランジ概略図  参照）が必須となっている。
窓フランジの出口側には高真空を保ち、且つ、加速電子のエネルギ損失を最小限にすべく薄い金属箔（通常は１０から２０μｍ程度のチタン箔を使用）を装備している。電子束は窓フランジの隙間（スリット）を通過した後、大気中（一般的には窒素気流中）にある照射すべき品物（ターゲット）に暴露される。【０００３】  窓であるフランジ構造のスリット部分を経由してチタン箔を透過した電子束は、高分子加工対象ターゲットに対して必ずしも均一に暴露されているとは限らない。加工対象ターゲットであるシートやフィルム等の長物をロール状に準備した品物を連続的に巻き出して照射しながら巻き取る連続処理方式では、品物の幅方向に処理品質の変動を生じさせることが懸念される。この不均一現象は明らかに窓フランジの隙間（スリット）に依存するものと言える。言い換えれば長手方向に縦縞の照射効果の差異、即ち照射線量の差が発生することを意味する。【０００４】  従来技術としての電子線照射装置の電子ビーム発生系統にあっては、照射すべき品物（ターゲット）の照射幅を基準として、ターミナルに内蔵される電子銃のフィラメント配列構造、即ち水平・垂直方向の配列精度に直結する電子ビームの均一性（ユニホーミティ）確保に設計及び製造・組み立ての主眼が置かれてきた。高電圧発生系統にあっては、照射すべき品物（ターゲット）の密度と厚みを基準として、加速電子がターゲットに透過し侵入する深さとその際にターゲットに与えるエネルギ、即ち吸収線量との相関（線量―深さ曲線：Ｄｏｓｅ−Ｄｅｐｔｈ  Ｃｕｒｖｅ）を考慮して設計される。なお、電子ビームの電流値は、ターゲットに与えるエネルギに直結し、吸収線量の単位は「グレイ（Ｇｙ）」で表され、１Ｋｇの物質あたり１ジュールのエネルギを吸収したときの線量と定義している。【０００５】  次に、放射線量を利用する高分子加工技術を理解するうえで重要な、電離放射線の一種である電子線の品物（物質）への作用について述べる。数万電子ボルト以上に加速された高速電子は、物質と様々な相互作用を起こす。先ず、高速電子は相手物質の原子核及び軌道電子とのクローン力により、運動エネルギを保存したまま散乱し、これを弾性散乱と呼ぶ。次に、高速電子が相手物質を構成する原子の軌道電子と衝突するさいに、軌道電子が受け取るエネルギが軌道電子と原子核との総合エネルギよりも大きくなると、物質側で原子や分子の励起や電離（イオン化）が起こる。一般には、電離現象で系外に放出される電子を二次電子と呼び、減速した一次電子は反跳電子と呼ぶ。そして、百電子ボルト以上（ｅ’＞１００ｅＶ）のエネルギを持った二次電子をデルタ（δ）線とよびそれ自身が励起や電離能をもち、放電線加工時にも重要な役割を担う。最後に、入射電子（一次電子）が相手物質の原子核のクローン場で減速させられると、一次電子の運動エネルギの一部をフォトン（光子）として系外に放出し，光子も勿論電磁波の一種であり、電子線照射時のＸ線として発生する。この現象を制動輻射と呼ぶ。
以上が、加速電子と物質の相互作用として理解されている。制動輻射によるＸ線も電離放射の一種であり、且つその透過力により、電子線照射装置自体の電子ビーム発生近傍はＸ線遮蔽構造としている。【０００６】  従来技術にあっては、真空チャンバから大気中に放出された高速電子ビームに対して、分散や散乱を促進させるような工夫はほとんど施されていなかった。その結果、加工対象ターゲットであるシートやフィルム等の長物をロール状に準備した品物を連続的に巻き出して照射しながら巻き取る連続処理方式にあって、毎分数十メートル以上の搬送処理速度では、ターゲットの幅方向に処理品質の変化が発生することがしばしば認められた。その原因としては、加速電子がエネルギを損失しながら消滅する前に電子線照射装置を通過して目的の反応が終結する前に大気中の酸素に暴露されて所定の反応が途中で停止することにより、処理品質の連続的且つ規則的変動を惹き起すこととなる。その主な原因は、先に述べたように高速電子ビーム真空チャンバ内部から大気中に放出されるさいに通過する窓フランジの隙間（スリット）に由来するものと言える。言い換えれば、品物の長手方向に縦縞の照射効果の差異、即ち吸収線量の差が発生することを意味する。なお、毎分二十メートル以下の搬送処理速度では、電子線照射装置内部のターゲットの滞留時間が十分であることから顕著な照射効果の変動はみとめられない。
【発明の概要】
【発明が解決しようする課題】
【０００７】  本発明者らは、長年にわたる低エネルギ電子照射装置の開発、設計、製造、据付、試運転そして長期にわたるアフターサービスを鋭意努力し継続した結果、電子線による高分子加工に関する一分野において、電子ビーム処理製品の品質に連続的且つ規則的変動（バラツキ）を惹き起すことを発見した。
具体的には、シート幅１メートル、シートの厚さ１ｍｍの処理対象ロール（全長１，０００ｍ）を処理速度毎分５０ｍで連続的に搬送しながらシート表面の硬化処理を行うのが標準運転処理条件であった。この場合の照射条件は、加速電圧２５０ＫＶ、吸収線量を７５±２５ｋＧｙとしてビーム電流を調整してシート表面の硬化処理を実施した。処理後、シート表面の硬化度合いを調べたところ、シートの幅方向に規則的な硬さの繰り返し変化が発見された。この品質変動はシートの撒き出しから巻き取りまで全長にわたって連続的かつ規則的に続いていた。
【０００８】  そこで発明者らは、電子線照射による硬化反応時間の不足が原因と推定して、運搬処理速度を減速することを試みた。具体的には、搬送処理速度を毎分２０ｍまで減速し、加速電圧と吸収線量は不変としビーム電流を調整しながら、シートの電子線照射装置内部を通過する滞留時間を増加させる改善策を実施した。改善後の硬化処理製品の品質の変動に明らかな解消傾向は認められたが、品質上要求される変動許容幅以内には至らなかった。それよりも、品質向上を目的に、処理速度を減速することは、生産量の減少を来たすと同時に、消費電力、パージ用窒素ガス、冷却水等製品製造原価に直接影響を及ぼすユーティリティ使用量の増大化に直結するために、本改善策は見送ることとした。
【０００９】  そこで、本発明者らは本件課題解決の原点に立ち返るべく、電子線照射装置設計の詳細を精査検討すると同時に、既設電子線照射装置の現地調査を実施した。その結果、電子ビームを品物に照射するための電子銃を装備した真空容器に直結する電子ビーム取り出し「窓」の構造に原因があることに着目した。
具体的には、硬化処理したシートの品質変動と「窓」を構成する冷却機能を備えたフランジ形状の部品に類似性があるとの発見に至った。更に具体的には、処理製品の連続的且つ規制的変動傾向が「窓」を形成するフランジ形状の部品の構造に一致することを見出したのである。
【００１０】  ここで、具体的な「窓」のフランジ構造と照射処理品質の変動の関連性に関して理解を容易にすべく以下の簡単な図−２により解説する。
図−３  参照  １段目図：電子ビームフランジ形状取り出し窓（ウインド）
２段目図：加速電子ビーム通過図
３段目図：硬化度の処理製品幅方向の変動傾向
フランジ形状の窓は間隔（スリット）構造となっており、電子ビームは本間隔を通過してチタン箔を貫通して大気側に放出されたターゲットに照射、暴露される。その後高速電子は大気中で様々な作用を経てそのエネルギを伝播しながら減衰していく。電子の減衰過程でターゲット内部に進入しながら高分子材料の硬化等様々な化学反応を惹き起こす。
本発明者らが見出した品質変動傾向は、フランジ形状の窓に存在する間隙（スリット）のピッチと一致し，フランジ間隙部分では硬化度が高く、通過を妨げるフランジ構造部分では硬化度が低くなるという、規則的且つ連続的変動傾向である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明者らは、照射処理品の規制的品質変動を解決すべく、電子ビーム取り出し出口の大気側に、簡単な金属板を追加設置しその効果を検討することにした。具体的には、フランジ形状の窓と同等な寸法と材質の金属板を加工し、開口部分のピッチは１ピッチ分ずらす設計とした。板厚は、照射窓と搬送移動中の照射対象シートとの僅かな隙間を利用するために８ｍｍとした。本金属板を既設装置の「窓」の大気側に取り付けた。本件手段を容易に理解すべく以下に略図（図−３）を示す。
図−４参照  １段目図  電子ビームフランジ形状取り出し窓（ウインド）平面
２段目図                  同上                        断面
３段目図  追設金属板  １２．７μｍチタン箔（大気側）  平面
４段目図                  同上                        断面
【００１２】  この金属板の効果を確認すべく、シート表面の硬化処理試験を実施した。
シート表面の硬化処理条件は、標準運転処理条件とした。具体的には、シート幅１メートル、シート厚さ１ｍｍの処理対象ロール（全長１，０００ｍ）を処理速度毎分５０ｍで連続的に搬送しながらシート表面の硬化処理を行った。この場合の照射条件は、加速電圧２５０ＫＶ、吸収線量を７５±２５ｋＧｙとしてビーム電流を調整してシート表面の硬化処理を実施した。
【発明の効果】
【００１３】  本金属板を設置したことにより、明らかな品質向上効果が確認できた。供試シートの硬化分布は、改善後品質基準を達成した。改善傾向を図式化して以下図−５に示す。
図−５参照１段目図  硬化度の処理製品幅方向の変動傾向（金属板設置前）
２段目図  追設金属板  平面
３段目図      同上    断面
４段目図  硬化度の処理製品幅方向の変動傾向（金属板設置後）
【００１４】  本発明者らは、本金属板の設置効果の理由として金属板による高速電子ビームのより効果的散乱と効果的分散、さらにその結果として高速電子の効果的減速に伴う電子エネルギの被照射体への効率的伝播に因るものといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】  電子線照射装置の全体図
【図２】  電子ビーム出口フランジ概略図
【図３】  １段目図  電子ビームフランジ形状取り出し窓（ウインド）                          ２段目図  加速電子ビーム通過図                                                  ３段目図  硬化度の処理製品幅方向の変動傾向
【図４】  １段目図  電子ビームフランジ形状取り出し窓（ウインド）    平面                  ２段目図                  同上                            断面                  ３段目図  追設金属板  １２．７μｍチタン箔（大気側）      平面                  ４段目図                  同上                            断面
【図５】  １段目図  硬化度の処理製品幅方向の変動傾向（金属板設置前）                      ２段目図  追設金属板      平面                                                  ３段目図        〃        断面                                                  ４段目図  硬化度の処理製品幅方向の変動傾向（金属板設置後）
【発明を実施するための形態】
【００１６】本発明者らは、本金属板の設置効果を確認した後、金属板以外の各種形状の均一化分散構造体を検討した。具体的には、
１）金属製格子形状を有する斜交網、そして／または直行網から成る均一化分散網（篩の目開きは２０〜１２０メッシュ）の１枚そして／または複数枚
２）金属製フェルト、そして／または金属製スポンジ
３）金属製多鋼板（開口率２０〜８０％）の１枚そして／または複数枚
４）上記各種形状の金属製品の組み合わせ
照射幅１，０００ｍｍ、運搬速度５〜１００ｍ／ｍｉｎ、加速電圧２５０ＫｅＶ、吸収線量７５±２５ｋＧｙの運転条件にて、電子ビーム出口「窓」の大気側に、各種形状の均一化分散構造体（見掛け厚み１０ｍｍ）を設置した。輻射幅の線量分布を化学線量計の均一性を調査した。その結果、均一化分散構造体を使用することで、ユニフォーミティの設計許容幅±１０％以内に対して、概ね２ポイント向上し±８％となった。加えて、吸収線量の実測値も概ね５〜１０％の増加傾向が認められた。
【産業上の利用可能性】
【００１７】  本発明は、汎用性の高い低エネルギ電子線照射装置への利用が極めて容易であり、とりわけ現行既に稼働中の装置への適用が即時可能な技術である。【００１８】  更に本発明は、低エネルギ装置に限ることなく、全てのエネルギ範囲の電子線照射装置にも容易に利用可能ならしめる利点を有する発明である。【００１９】  産業用途は多岐にわたり、フィルムのラミネート、シートの硬化等表面処理、殺菌、滅菌等々が挙げられる。
本発明を利用することにより、目指す製品の品質向上を達成できるのみならず、製造コストの低減に加えて、長期的には消費エネルギ節減による環境負荷低減に貢献可能な発明である。
【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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