JPH0720295A

JPH0720295A - 電子線照射装置

Info

Publication number: JPH0720295A
Application number: JP18719193A
Authority: JP
Inventors: Taro Takei; 太郎武井; Shinobu Kinoshita; 忍木下
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】電子線を空気雰囲気中で照射した際に発生す
るオゾンの量を低減することができる電子線照射装置を
提供する。【構成】電子線を空気雰囲気中で照射し、被処理物に
所望の処理を行う場合には、ビーム電流を電子線有効取
出窓面積で割った値である電流密度を少なくとも６×１
０^-2ｍＡ／ｃｍ²に設定する。これにより、オゾン分解
反応がオゾン生成反応に対して支配的になるので、照射
室２０内に発生するオゾンの量を低減することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子線を被処理物に空
気雰囲気中で照射して、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、工業的に利用されている電子線
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。特に、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
場合が多い。この場合、照射室内の照射雰囲気中に酸素
が存在していると、酸素によって樹脂の硬化（重合）反
応が阻害されることが知られている。これは、電子線に
よって照射室内の照射雰囲気中に活性な酸素が発生し、
この活性な酸素と樹脂に生成した遊離基とが結び付いて
樹脂の重合の成長反応を妨げるためであると考えられて
いる。したがって、樹脂の硬化処理を行う場合には、照
射室内の雰囲気を窒素で置換するのが一般的である。し
かし、照射室内の雰囲気を窒素で置換するためには窒素
ガスを絶えず照射室内に供給し続けなければならない。
多量の窒素ガスを供給するには液体窒素プラント又は窒
素生成設備等を必要とし、しかも、これらの運転維持費
用は高価であるという問題がある。

【０００３】この対策の一つとして、酸素によって反応
阻害を受けないカチオン系の樹脂の開発が進んでいる。
カチオン系樹脂は照射室内を空気雰囲気としても重合反
応が進むので、窒素で置換する必要がない。しかし、電
子線を空気雰囲気中で照射すると、オゾン、窒素酸化物
といった物質が発生することが知られている。

【０００４】文献「オゾン分解技術（三▲しゅう▼書
房、平成２年）」によれば、「加速器の照射窓から大気
中に出た電子線は、酸素や窒素等の空気組成分子を電離
あるいは励起することによって加速エネルギーの一部を
失い、結果的に、照射窓下の空気層にはＮ₂イオンやＯ
₂イオンが生成する。そして次にこれらのイオンが反応
してオゾンが生成する」ということが示されている。さ
らに、同文献には、電子線照射プロセスにおける照射室
内の空気中のオゾン濃度が次の式により求められること
が示されている。Ｃ（Ｏ₃）＝１８× dＥ/dＸ×φ×ｄ×Ｔ／Ｖ（ｐｐｍ）・・・・（１）ここで、Ｃ（Ｏ₃）は照射室内のオゾン濃度（ｐｐ
ｍ）、 dＥ/dＸは空気の阻止能（ＭｅＶ・ｃｍ²／
ｇ）、φは加速器の出力電流（ｍＡ）、ｄは照射窓下の
空気層の厚さ（ｃｍ）、Ｔは照射時間（ｓｅｃ）、Ｖは
照射室の容量（ｌ）である。（１）式から、オゾン発生
量は加速電圧が一定のとき、加速器の出力電流、すなわ
ち電子線の電流値（ビーム電流）に比例することがわか
る。

【０００５】また、文献「実務者のための電子線加工
（坂本良憲著、高分子刊行会、１９８９年）」によれ
ば、「電子線を空気雰囲気中で照射すると、酸素がオゾ
ンに変わる。オゾンの発生量は空気層が厚いほど、すな
わちＥＢ装置のウィンドウと被照射物間または電子ビー
ムキャッチャーとの間隔が大きいほど〔電子線がＸ線し
ゃ蔽物などの構造物に照射されると熱により破損するの
で通常水冷式のステンレス製ビームキャッチャーを設け
構造物に直接電子線が当たらないようにしている〕、ま
たＥＢ装置の出力が大きいほど多い」ということが示さ
れている。ここで、引用文中の「ＥＢ」とは電子線のこ
とである。

【０００６】しかし、オゾンは人体に非常に有害な物質
である。前出の文献「オゾン分解技術」によれば、オゾ
ンによる慢性的毒性作用は図４に示すとおりである。実
際、日本産業衛生学会の許容濃度等の勧告（１９９２
年）によればオゾンの許容濃度は０．１ｐｐｍと定めら
れており、また日本空気清浄協会の各器具の暫定的な設
計基準でもオゾン濃度は最高０．１ｐｐｍ、平均０．０
５ｐｐｍ以下と定められている。したがって、作業環境
においてはオゾン濃度を十分低く維持するように努める
必要がある。

【０００７】このため、電子線を空気雰囲気中で照射し
た際に発生するオゾンの処理方法として、通常は、活性
炭によってオゾン分子を分解し、酸素分子に還元する方
法が用いられている。また、近年では、活性炭の代替品
として、金属マンガン系のオゾン分解触媒も実用化され
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性炭
は、オゾン分解処理能力の寿命が短く、しかも固形であ
った活性炭が粉化し、粉塵を生じるという問題がある。
また、オゾンの分解に使用する活性炭の量は分解される
オゾンの初期濃度によって決定される。（１）式によれ
ば、ビーム電流が大きくなるにしたがい照射室内に発生
するオゾンの量が多くなるので、活性炭を多量に必要と
することが容易に予想される。このため、活性炭が寿命
を迎えたときに、その交換にかかる費用・手間は無視で
きないものとなる。一方、金属マンガン系のオゾン分解
触媒は、活性炭よりも寿命が長く、粉塵が発生しないと
いう利点があるが、この場合も分解処理すべきオゾンの
量が多くなるにしたがって、必要とされる触媒の量が多
くなり、費用がかかることは活性炭の場合となんら変わ
りがない。したがって、かかる活性炭やオゾン分解触媒
の使用を最小限に抑えるため、電子線を空気雰囲気中で
照射した際に発生するオゾンの量を低減することができ
る電子線照射装置の実現が望まれている。

【０００９】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、電子線を空気雰囲気中で照射した際に発生する
オゾンの量を低減す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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、線状の陰極から放出された熱電子を電子
線として取り出し、前記電子線を加速する電子線発生部
と、被処理物に前記電子線を照射する照射室と、前記電
子線発生部内の真空雰囲気と前記照射室内の雰囲気とを
仕切ると共に前記電子線を通過させる照射窓部とを備え
る電子線照射装置において、前記電子線発生部から前記
照射室内に前記電子線を有効に取り出すことができる前
記照射窓部の面積でビーム電流を割った値である電流密
度を少なくとも６×１０^-2ｍＡ／ｃｍ²としたことを特
徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明は前記の構成によって、電子線を空気雰
囲気中で照射する際に、電流密度を少なくとも６×１０
^-2ｍＡ／ｃｍ²としたことにより、オゾン分解反応がオ
ゾン生成反応に対して支配的になるので、照射室内に発
生するオゾンの量を低減することができる。したがっ
て、照射室から排出される排気ガス中に含まれるオゾン
の濃度を許容濃度以下とすることができるので、オゾン
を分解・処理する装置を用いなくとも、作業環境の改善
を図ることができる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は本発明の一実施例である電子線
照射装置の概略構成図である。

【００１３】図１に示す電子線照射装置は、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。

【００１４】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
示しない拡散ポンプ等により１０^-6〜１０^-7Torr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。

【００１５】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。本実施例では、たと
えばカチオン系樹脂の硬化処理のように、その環境に酸
素が存在しても反応が進むような場合を考えており、照
射室２０の内部を空気雰囲気としている。また、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。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。

【００１６】照射窓部３０は、金属箔からなる窓箔３２
と、窓箔３２を冷却すると共に窓箔３２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室２０内の照射雰囲気
（空気雰囲気）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。電
子線発生部１０と照射室２０との境界に設ける窓箔３２
としては、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。通常は、機械的な取扱いやすさから、厚
さ約１３μｍのチタン箔が最もよく使用されている。

【００１７】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電圧により加速管１４内の真空空
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。

【００１８】本実施例では、照射室２０内を空気雰囲気
としているので、被処理物に電子線を照射すると、オゾ
ンが生成される。本発明者等は、電流密度を変化させ
て、照射室２０内に発生するオゾンの量を実際に測定し
た。図２は電流密度とオゾン発生量との関係を示す図で
ある。縦軸はオゾン発生量であり、その測定された最大
値を１００とした相対値で示している。また、横軸は電
流密度（ｍＡ／ｃｍ²）である。ここで、電流密度と
は、装置で発生させた電子線の電流値、いわゆるビーム
電流を、電子線を電子線発生部１０から有効的に照射室
２０内に取り出せる照射窓部３０の面積（電子線有効取
出窓面積とも称する。）で割った値のことをいう。同一
の電子線照射装置では、電子線有効取出窓面積が一定で
あるので、明らかに電流密度はビーム電流に比例する。
尚、この測定には、エナジー・サンエンス社製の電子線
照射装置ＣＢ１７５／１５／１８０Ｌ、ＣＢ２００／４
５／３００及びＣＢ２００／７５／６５０を使用した。

【００１９】図２において、丸印は測定点であり、実線
はこれらの測定点を滑らかに繋いだものである。図２か
らわかるように、まず、電流密度（又はビーム電流）が
大きくなるにしたがって、オゾン発生量は増大し、電流
密度が約２．５×１０^-2ｍＡ／ｃｍ²のときに極大とな
る。さらに、電流密度が大きくなると、オゾン発生量は
減少し始め、電流密度がある程度以上になると、オゾン
はほとんど発生しないようになる。そして、電流密度が
オゾンの最大発生量に対応する電流密度よりも大きい場
合に、オゾンの最大発生量に対して１０％以下の発生量
となるのは、電流密度が約６×１０^-2ｍＡ／ｃｍ²以上
のときであり、またオゾンの発生がほとんど観測されな
かったのは、電流密度が約８×１０^-2ｍＡ／ｃｍ²より
大きいときである。

【００２０】したがって、本実施例の電子線照射装置で
は、たとえばカチオン系樹脂の硬化処理を行う場合のよ
うに、電子線を空気雰囲気中で照射するときには、電流
密度を少なくとも６×１０^-2ｍＡ／ｃｍ²に設定し、照
射室２０内で発生するオゾンの量をできるだけ少なくし
ている。

【００２１】ところで、今回、本発明者等が見出したこ
の事実は、先に示した（１）式の内容、すなわちオゾン
の発生量は電流密度が大きくなるにしたがって多くなる
ということと矛盾しているように思われる。この理由は
明確ではないが、次にその理由に対する本発明者等の解
釈を述べる。

【００２２】前出の文献「オゾン分解技術」によれば、
照射室２０内の空気雰囲気でのオゾン生成の反応機構は
次のように考えられている。Ｎ₂，Ｏ₂→ Ｎ₂ ⁺，Ｏ₂ ⁺ （一次イオンの生成）Ｎ₂ ⁺＋Ｏ₂→ Ｎ₂＋Ｏ₂ ⁺ （電荷の移動）Ｏ₂ ⁺＋ｅ → ２Ｏ（中和による解離）Ｎ₂ ⁺＋ｅ → ２Ｎ（中和による解離）Ｎ＋Ｏ₂→ ＮＯ＋ＯＮ＋ＮＯ → Ｎ₂＋ＯＯ＋２Ｏ₂→ Ｏ₃＋Ｏ₂ （オゾンの生成）・・・・（２）したがって、この一連の反応によって、酸素及び窒素の
存在する雰囲気からはオゾンや窒素酸化物が生成され
る。

【００２３】しかしながら、照射室２０内の空気雰囲気
では、逆にオゾンが分解する反応も同時に進行している
と考えられる。文献「オゾン利用の新技術（三▲しゅう
▼書房、昭和６１年）」によれば、「気相においてオゾ
ンは熱、高周波および紫外線などでも分解するが、電子
によってさらに容易に分解する」ことが知られており、
その反応は次のようなものである。Ｏ₃＋ｅ → Ｏ₂＋Ｏ・・・・（３）この反応ではオゾンから酸素分子と活性な酸素が生成さ
れる。

【００２４】したがって、（２）式に示す一連のオゾン
生成反応と（３）式に示すオゾン分解反応とのバランス
によって照射室２０内の空気雰囲気でのオゾン発生量が
変化すると考えられる。すなわち、電流密度が小さい場
合には、電子の量が少ないため、オゾン分解反応はオゾ
ン生成反応に比べて起こりにくく、オゾン生成反応が支
配的である。そして、電流密度が大きくなるにしたが
い、電子の量が多くなり、オゾン分解反応が支配的にな
るので、オゾンの発生量はある電流密度の値以上では減
少し、さらに電流密度が大きくなると発生しなくなる。

【００２５】ところで、オゾンの生成・分解反応の際に
生じる活性な酸素は、酸素分子と結び付いてオゾン分子
を形成するほかに、窒素分子または窒素イオンと結び付
いて一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ₂）などの
窒素酸化物を形成すると考えられる。そこで、本発明者
等は、電流密度を変化させて、照射室２０内に発生する
二酸化窒素の量を測定した。図３は電流密度と二酸化窒
素の発生量との関係を示す図である。縦軸は二酸化窒素
の発生量であり、その測定された最大値を１００とした
相対値で示している。また、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃ
ｍ²）である。図３から、電流密度が大きくなるにした
がって二酸化窒素の生成量は単調に増加することがわか
る。したがって、電流密度を大きくしてオゾンの発生量
を減少させることは望ましい傾向であるが、一方で窒素
酸化物の生成量が増加するという事実を考え併せると、
実際には、電流密度を制限なく大きくするのではなく、
６×１０^-2ｍＡ／ｃｍ²になるべく近い値に設定するこ
とが望ましいと思われる。

【００２６】本実施例の電子線照射装置では、電子線を
空気雰囲気中で照射する際に、電流密度を少なくとも６
×１０^-2ｍＡ／ｃｍ²としたことにより、オゾン分解反
応がオゾン生成反応に対して支配的になるので、照射室
内で発生するオゾンの量を低減することができる。した
がって、照射室から排出される排気ガス中に含まれるオ
ゾンの濃度を許容濃度以下とすることができるので、オ
ゾンを分解・処理する装置を用いなくとも、作業環境の
改善を図ることができる。

【００２７】尚、本発明は、上記の実施例に限定される
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、上記の実施例では、照射室内の
照射雰囲気を空気雰囲気とした場合について説明した
が、照射室内の照射雰囲気が酸素を含む気体雰囲気であ
れば、上記実施例と同様にオゾン発生量を減少させるこ
とができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子線を空気雰囲気中で照射する際に、電流密度を少なく
とも６×１０^-2ｍＡ／ｃｍ²としたことにより、オゾン
分解反応がオゾン生成反応に対して支配的になるので、
照射室内で発生するオゾンの量を低減することができ、
したがって、照射室から排出される排気ガス中に含まれ
るオゾンの濃度を許容濃度以下とす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】本発明の一実施例である電子線照射装置の概略
構成図である。

【図２】電流密度とオゾン発生量との関係を示す図であ
る。

【図３】電流密度と二酸化窒素発生量との関係を示す図
である。

【図４】主に人体に与えるオゾンの影響を説明するため
の図である。

【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２０照射室２２照射空間３０照射窓部３２窓箔３４窓枠構造体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線状の陰極から放出された熱電子を電子
線として取り出し、前記電子線を加速する電子線発生部
と、被処理物に前記電子線を照射する照射室と、前記電
子線発生部内の真空雰囲気と前記照射室内の雰囲気とを
仕切ると共に前記電子線を通過させる照射窓部とを備え
る電子線照射装置において、前記電子線発生部から前記照射室内に前記電子線を有効
に取り出すことができる前記照射窓部の面積でビーム電
流を割った値である電流密度を少なくとも６×１０^-2ｍ
Ａ／ｃｍ²としたことを特徴とする電子線照射装置。