JP2007536543A - 線量測定フィルムおよびそれに関連する方法 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、放射線感度をもった層（１１）を含んで成る紫外線および／または電子ビームを測定するための改善された特性をもった線量測定フィルム（１００）を提供することである。この目的のために放射線感度をもった層（１１）の両側には被覆用のフィルム（１０、１２）が備えられている。また本発明は線量測定法、並びに本発明の線量測定フィルム（１００）の使用に関する。

Description

本発明は放射線感受性をもった層を用いて紫外線および／または電子ビームの線量を測定するフィルム、線量を測定する方法、および該線量測定フィルムの使用に関する。

ドイツ、Ｈａｍｂｕｒｇの会社、ｔｅｓａ ＡＧは電子ビーム放射線（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｒａｄｉａｔｉｏｎ、本明細書においては単に電子ビームと呼ぶ）に対する線量測定フィルムを製造した。このフィルムでは厚さ２０μｍの放射線感度をもった層が厚さ５０μｍのポリエステルのフィルムの上に配置されている。放射線感度をもった層は実質的にポリエステル・ラッカーおよび放射線感度をもった染料のパラローズアニリン・ニトリル（ｐａｒａｒｏｓｅａｎｌｉｎｅ ｎｉｔｒｉｌｅ）から成っている。測定用のフィルムをつくるためには、層の構成成分を溶媒の中で混合しポリエステルフィルムに被覆する。次いで乾燥機の中でこの層から溶媒を除去する。

線量測定フィルムの中で放射線で誘起されるパラローズアニリン・ニトリルの着色反応は下記のように行われる：

測定フィルムの中に存在する放射線感度をもった染料のパラローズアニリン（ｐａｒａｒｏｓａｎｉｌｉｎ）は照射する前では透明である。照射線量が増加するにつれてこの染料は赤色を呈し、その色は次第に濃くなる。何故なら約５５０ｎｍに波長の極大をもった緑色光がこの染料によって吸収されるからである。

フィルムを通る緑色の光の透過率には下記の関係が適用される。

ここで
Ｔ_ｇｒ０＝約０．８８の一定値。入射光の一部が表面により反射されるから。

Ｔ_ｇｒ＝緑色光の透過率。

ａ＝放射線と独立な吸収係数。

ｄ＝放射線感度をもった層の厚さ。

ｂ＝フィルムの放射線感度を決める吸収係数。

Ｄ＝電子ビームの線量。

従って、測定された或る透過率に対しては、受取られる電子ビームの線量は

である。

上記式から放射線感度をもった層の厚さが変動すると測定値に同じ割合の大きさのずれが生じることが判る。しかし、厚さが２０μｍで、厚さの変動が非常に小さい層をつくるにはかなりのコストがかかる。

従ってｔｅｓａ ＡＧは放射線感度をもった層の中に酸化鉄を混合した電子ビームのための第２の線量測定フィルムを製造した。照射を行う前では、酸化鉄の混合物を含む層は赤および緑の色に対し同じ吸収係数ａをもっている。さらに、約６５０ｎｍにおける赤の光に対する透過率Ｔ_ｒｔは電子ビームの線量に無関係である。

従って、赤色光に対する透過率Ｔ_ｒｔを用い、当業界の専門家には公知の下記の関係に従って厚さの補正を行うことができる。

Ｔ_ｒｔ０＝Ｔ_ｇｒ０の前提条件が与えられ緑および赤の光が混合された場合、電子ビームの線量Ｄに対する結果は

になる。

ドイツ、ＴｕｅｂｉｎｇｅｎのＰｏｌｙｍｅｒ−ｐｈｙｓｉｋ社はこのフィルムに適合した測定装置を製作した。この装置では赤および緑の光はそれぞれ互いに並んで配置された緑色発光ダイオードおよび赤色発光ダイオードによってつくられる。測定フィルムの透過率は発光ダイオードに相対した２個の光トランジスターによって測定される。この装置は電子ビームの線量を通常の単位「ｋｉｌｏＧｒａｙ（ｋＧｙ）」で直接ユーザーに示す。

線量測定フィルムは、照射されるウエッブの形の材料が電子ビーム源を横切って通される電子ビーム装置に対して主として使用され、電子ビームの線量が約３〜５０ｋＧｙの場合に適している。

工業的な紫外線照射システムで紫外線の線量を決定するために、紫外線源を較正するのに十分な絶対精度をもった線量測定フィルムはこれまで存在しなかった。従って実際には紫外線照射システムの操作員は、紫外線照射システムに通されたウエッブに接着剤で接着されている平たい電子装置を使用する。例えば米国、ＩＥＴ社の「Ｐｏｗｅｒ Ｐｕｃｋ」線量測定装置は直径が約１００ｍｍ、厚さが約１５ｍｍであり、従ってこれらの測定装置は、ウエッブの形をした材料を運ぶためのデフレクター・ロール（ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ ｒｏｌｌ）の上に紫外線源が配置された紫外線照射システムを通して操作することはできない。

この場合、十分な精度をもった代替品が得られないから、製品の特徴を含む複雑な方法を使用して操作を行い品質を保証しなければならない。さらに、通常の電気で操作される紫外線源は、最初の１０００時間操作する間その強度の２０％を失い、また汚れがつき易い。従って紫外線の線量の測定を行わずに製品の品質の変動の原因を解析することは困難である。

他の要因は、ウエッブの形の通常の材料を運ぶために例えば上記の「Ｐｏｗｅｒ Ｐｕｃｋ」を照射システムで使用した場合、線量はウエッブ自身の上ではなくウエッブの約１５ｍｍ上方で決定され、さらに斜めに入射した放射線は測定センサーの幾何学的形状のために不適切にしか検出されず、その結果製品の内部の線量にはかなり変動が生じる可能性である。

紫外線照射システムに三次元の成形品を通す場合の状況にはさらに問題が多い。この場合、「Ｐｏｗｅｒ Ｐｕｃｋ」を使用し、成形品の表面上の線量を場所に依存して正確に決定することは事実上不可能である。

本明細書の冒頭で述べた電子ビームのためのｔｅｓａ ＡＧの線量測定フィルムは、紫外線で照射した場合赤色を呈する。しかし、紫外線の照射に対するその依存性は再現できず、従ってこのフィルムは工業的に実質的な興味がもたれている紫外線の照射セクターには使用できない。これに加えて、使用される染料、即ちパラローズアニリンは問題の紫外線の照射範囲に対し敏感であり過ぎる。さらに、約６０℃以上では熱的に誘起される色の変化が起こる。殆どの紫外線重合システムおよび紫外線交叉結合システムにおいては照射により誘起される加熱により生じる温度はこの温度よりも高くなる。

従来法の中で当業界の専門家が直面している問題は、特に照射される材料が可撓性をもっている場合、十分な測定精度をもって電子ビームばかりではなく紫外線を検出することができる線量測定フィルムを提供することである。さらにまたそれに対応する線量測定法を提供することである。

これらの問題は、特許請求の範囲請求項１および１１記載の特徴によって解決される。請求項１７には線量測定フィルムの使用が記載されている。各下位請求項には本発明を具体化した利点が特徴付けられている。

本発明の基本的な概念は、脹れた部分をもたない（ｂｌｉｓｔｅｒ−ｆｒｅｅ）保護用の被膜を線量測定フィルムの両側に取り付けその適切な材料および適切な厚さを選ぶことによって、線量測定フィルムの放射線感度をもった層が適切な紫外線の線量を受取って、過熱しないような程度まで、紫外線源に面した外側のフィルムによって照射線量が減少するならば、紫外線のための線量測定フィルムの再現可能な性能が得られるということである。異なった種類の放射線に特に敏感で異なった放射線感度をもった多数の層が線量測定フィルムの中に配置されていることができ、これらに対し両側にある外側の箔が一括して保護被膜になり得ることは自明であろう。この場合の決定的な因子は、外側の箔が放射線感度をもった層と、間に空気を介在させることなく、表面全体に亙って直接接触していることである。

本発明の利点は、下記に説明するような外側の箔を使うことによって、放射線感度をもった層の機能が大気中の酸素または他の影響により阻害されることを避け得ることである。例えば、デフレクター・ロールの上を通すことによる機械的な負荷を線量測定フィルムにかけ、反ったりまたは曲ったりした状態にすることができる。さらに他の付加的な保護被覆用の箔、あるいはそれとは別に両側にそれぞれ被覆した外側の箔は、紫外線感度をもった層の摩耗を防ぎ、機械的負荷がかかっている間あるいはその後でさえも、線量測定フィルムが放射線に露出されたことを視覚的にチェックすることができる。特にこの付加的な保護被覆用の箔を用いると、例えば電子ビームによる硬化に使用される放射線感度をもった非常に薄い層を取り扱うことができる。この場合、紫外線ばかりではなく電子ビームに対しても放射線感度をもった層を使用することが好ましい。

この付加的な外側の箔には、放射線感度をもった層に到達する照射線の量を低下させることによって、放射線感度をもった層を照射する際の温度に関連した効果による許容できない加熱、またそれとは別に照射線に対する過度な露出を達成することができる。当業界の専門家は、外側の箔の材料および厚さを適切に選ぶことによってこのことを行うことができる。

特許請求の範囲の請求項２に記載された具体化例においては、紫外線ばかりではなく電子ビームの放射線を測定するために線量測定フィルムを使用することができる。放射線感度をもった層の中に含まれたこの目的に適した染料はパラローズアニリンであり、これは当業界の専門家には公知であって適当な担体材料の中に混入することができる。

これに加えて、請求項３に記載されているように、放射線感度をもった層の中に乳白剤（ｏｐａｃｉｆｉｅｒ）、特に酸化鉄が含まれていることができる。上記のようにこれを用いると厚さの変動による測定誤差を除去することができる。

放射線感度をもった層の厚さは請求項４に記載されているように１〜１５．０μｍ、特に２〜５０μｍになるように設計し、可撓性をもった線量測定フィルムを得ることが好ましく、またこのフィルムを接着剤で可撓性の材料に接合して例えば照射システムの中でデフレクター・ロールの上を案内できるようにすることが好適である。

請求項５には、外側の箔の中で紫外線を吸収するために、その厚さは線量測定フィルムに衝突する紫外線、特にＵＶ−Ｃ領域の紫外線の０．１〜９５％、特に１〜５０％が放射線感度をもった層に到達するように設計することが好ましいことが提案されている。その
選択は所望のフィルムの感度に従って行われる。

請求項６に記載されているように、外側の箔に対して提案されている材料はプラスティックスおよび／または被覆された紙であり、この場合プラスティックスは次の材料、即ちＰＥＴ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＶＣおよびＰＳから選ぶことが好ましい。

請求項７に記載された他の具体化例においては、外側の箔の一つまたは両方は蒸着された金属の反射層から構成され、この層は放射線の一部を蒸着された金属の厚さの関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として反射する。この金属メッキされた反射層は放射線感度をもつように設計することができる。

請求項８には第１の外側の箔に放射線感度をもった層を被覆するという提案がなされており、請求項８においては放射線感度をもった層またはその構成成分をこの目的に適した溶媒に溶解し、外側の箔の上に堆積（ｄｅｐｏｓｉｔ）させる。特に堆積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、放射線感度をもった層自身が十分な固有の安定性をもち、それによって外側の箔から順に引き剥がすことができる（ｃａｐａｂｌｅ ｉｎ ｔｕｒｎ ｏｆ ｂｅｉｎｇ ｐｅｅｌｅｄ ｏｆｆ）厚さをもつように行われる。この場合当業界の専門家によれば、外側の箔を予備処理することにより外側の箔と放射線感度をもった層との間の接着を所望の大きさの範囲内で調節することができる。例えば外側の箔をコロナ・システムによって予備処理することができる。

請求項９に従えば、線量測定フィルムを所望の基質に取り付けるために、外側の箔の少なくとも一つは、その外へ面した側に線量測定フィルムを基質に接着剤で取り付けるための接着層を具備している。通常巻いてロールにされた線量測定フィルムを取り扱うために、この接着層自身に剥離用のライニング材の形の剥離層が取り付けられているか、或いは他の反対側の外側の箔の外を向いた側に剥離処理が行われていることがさらに好ましい。

請求項１０においては、外側の箔を放射線感度をもった層に接合するために、接着剤の層を用いてこれらを互いに接合することが記載されている。使用できる接着剤は特に溶媒を含んだ接着剤かまたは高温熔融接着剤である。

紫外線で交叉結合を行う方法は広く使用されている技術であり、例えばラッカー、印刷インク、および裏地材料、例えば箔、繊維布、タイル、木材または金属に被覆し得る接着剤の交叉結合または重合に使用されている。紫外線はまた種々の製品の滅菌に、またチップ（集積回路）および回路板の製造においてエレクトロニックス産業に使用されている。

本発明においては照射された紫外線用線量測定フィルムに対し、測定を行うための測定装置が開発された。この装置は本明細書の初期段階で説明したＰｏｌｙｍｅｒ−Ｐｈｙｓｉｋ社製の装置の測定原理に基づいている。しかし、赤色発光ダイオードおよび緑色発光ダイオードの代わりに唯１個の発光ダイオードを具備し、これは二つの色の間を電子的に切り替えできるようになっている。従って二つの波長に対する測定は正確に同じ場所で行われ、その結果測定精度が著しく向上する。さらに光トランジスターは唯１個しか必要としないので、ドリフト（測定値の変動）がなくなる。

本発明方法の特徴は、それぞれの場合において線量測定フィルムが一つの同じ光源から出る異なった波長の光で照射され、従って上記のように測定誤差または測定のドリフトを除去できることである。

この線量測定法が使用される典型的な照射装置は、光源の出力が光源１個当たり４０〜２４０Ｗ／ｃｍであり、この場合紫外線照射システムは１〜１０個またはそれ以上の管状
の光源から成っていることができる。この線量測定法はもっと出力が低い光源および他の構造の光源にも適している。フィルムの性能が直線的である本発明で開発された紫外線用線量測定フィルムを用いて測定できる線量は、フィルムを冷却状態に保つ特定の手段が採られていない場合、０．５〜５０ｍＪ／ｃｍ^２である。性能を向上させるためにこの線量測定フィルムをさらに冷却できることは自明のことである。高出力の紫外線光源の直ぐ後ろにフィルムを通したりせず、或いはフィルムが過度に加熱されない場合、このフィルムは最高約２００ｍＪ／ｃｍ^２まで直線的な性能を示す。この場合上記の線量は「Ｐｏｗｅｒ Ｐｕｃｋ」を使用しＵＶ−Ｃ領域の紫外線に対して測定された値と相互に関連をもっている。市販されている紫外線用線量計には種々の波長および波長範囲のセンサーが使用されているから、必要とされるそれぞれの紫外線の線量で種々の製品を照射することができる。

請求項１２に記載されているように、異なった波長の光を光ダイオードで発生させることが好ましい。光ダイオードは当業界の専門家には公知であり、取り扱いが容易で且つ長寿命である。

さらに請求項１３に記載されているように、任意の長さのフィルム片または線量測定フィルムをモーターにより測定装置を通して引き込み、任意所望の無端の材料を線量測定フィルムに装着し所望の方法で照射するようにすることができる。

請求項１４に記載されているように、当業界の専門家には公知の処理技術を使用して測定装置から得た測定値をコンピュータから読み出し、或いは直ちにコンピュータへ転送し、ｍＪ／ｃｍ^２単位で表示して監視を容易に行うことが好ましい。

特に請求項１６に記載されているように、放射線の所望の割合が付加的な外側の箔に吸収されるから、本発明の線量測定法または線量測定フィルムは高エネルギ−のＵＶ−Ｃ領域の紫外線の量を、或いはさらに高いエネルギーの電磁放射線の量さえも測定するのに使用される。

好ましくは本発明の線量測定フィルムを用いる線量測定法は、二つの異なった色の間で切り替えが行える光源を用い、上記の測定装置の中で測定を行うのに適している。

また、例えば照射している材料の幅全体に亙ってウエッブを監視できるようにするために、コンピュータのスクリーンに再現される図表の中で、線量測定フィルムに作用する全紫外線を場所に依存して表示することができる。

特にこの場合、ウエッブの形の材料の幅全体を横切って照射を行い、同時に本発明の線量測定フィルムを介してコントロールを行うことも可能である。さらに、線量測定フィルムが接着剤で接着されている三次元の部材を所望の方法で照射し、同時にこの線量測定フィルムによって該三次元の部材の表面上の全線量を測定することが可能である。

線量測定フィルムからつくられる各バッチに対し感度因子を決定し、フィルムのロールに記録しておく。この感度因子を測定装置に入力しパラメータとして使用することができる。このようにして将来測定装置を較正する能力を持たせることができる。

次に添付図面を参照して本発明の具体化例をさらに詳細に説明する。

線量測定フィルム１００の構造は図１から見ることができる。これはこの目的に適した弾力性のあるプラスティックス材料から成り、支持箔１０としての作用をする外側の箔から実質的に構成されている。その厚さは当業界の専門家が選ぶことができる。支持フィル
ム１０の上に、紫外線に対し感度をもったおよび／または電子ビームに対し感度をもった層１１が例えば溶液から堆積させることによって被覆されており、この層は試料を経由して紫外線に露出された場合色が変化する。紫外線感度をもった層１１の設計は当業界の専門家によって任意所望の方法で選ぶことができる。紫外線感度をもった層１１を機械的な影響、および特に過度な照射の影響から保護するために、紫外線感度をもった層１１の上に外側の箔１２が被覆され、例えば接着剤による接合により適切に固定されている。接着剤の層１４は当業界の専門家によって選び得る接着剤から成っていることができる。紫外線感度をもった層１１はまた支持フィルム１０に接着剤で接合されていることができる。線量測定フィルム１００を使用する一つの機能として、外側の箔１２はその熱絶縁性および／または紫外線吸収性および／または空気に対する障壁性を自由に決めることができる。外側の箔１２、並びに支持フィルム１０は弾力性をもったプラスティックス材料または被覆された紙から成っていることが好ましい。また外側の箔１２は線量測定フィルム１００の機械的な安定性を増加させ、非常に薄い紫外線感度をもった層１１をつくり、線量測定フィルム１００の感度を増加させることができる。従って、任意所望の基質１５に接着剤で接合された線量測定フィルム１００は紫外線照射システムの内部においてデフレクター・ロールの上で運ぶことができる。線量測定フィルム１００を所望の場所にしっかりと取り付けるために、自己接着剤の層１３を支持フィルム１０の下側に備えることができる。紫外線照射システムの中で、例えばこのシステムを通って運ばれる無端の基質１５、およびそれに接着剤で接合された線量測定フィルム１００は紫外線ランプ１６によって照射されるが、この場合保護被覆用の箔１２のために所望の割合の紫外線だけが放射線感度をもった層１１に作用し、またその下にある基質１５に作用する。線量測定フィルム１００をチェックすることにより実際の照射量を監視し、またそれとは別に照射システムの較正を行うことができる。

図１は実際の尺度には対応していない。このことは支持フィルム１０、紫外線感度をもった層１１、および外側の箔１２の厚さがそれぞれここで図示された割合とは異なっていることを意味する。

キー
１０ 支持フィルム、外側の箔
１１ 紫外線感度をもった層
１２ 外側の箔
１３ 自己接着剤の層
１４ 接着剤の層
１５ 基質
１００ 線量測定フィルム

線量測定フィルムの断面図。

Claims (17)

1. 放射線感度をもった層（１１）を用い紫外線および／または電子ビームの放射線を測定するための線量測定フィルム（１００）において、放射線感度をもった層（１１）の両側に外側の箔（１０、１２）が備えられていることを特徴とする線量測定フィルム。
2. 放射線感度をもった層（１１）は紫外線または電子ビームに対して反応して変色し、特に放射線感度をもった層（１１）は染料のパラローズアニリン・ニトリルを含んで成ることを特徴とする請求項１記載の線量測定フィルム。
3. 放射線感度をもった層（１１）は乳白剤、特に酸化鉄を含んで成ることを特徴とする請求項１または２記載の線量測定フィルム。
4. 放射線感度をもった層（１１）の厚さは１〜１５０μｍ、特に２〜２５０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載された線量測定フィルム。
5. 外側の箔（１０，１２）の厚さは、線量測定フィルムに衝突する紫外線の０．１〜９５％、特に１〜５０％が好ましくは放射線感度をもった層（１１）に到達するように設計されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載された線量測定フィルム。
6. 外側の箔（１０、１２）はプラスティックスおよび／または被覆された紙で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載された線量測定フィルム。
7. 外側の箔（１０、１２）の一つまたは両方は蒸着した金属の反射層で構成されるか、または蒸着した金属層が備えられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載された線量測定フィルム。
8. 放射線感度をもった層（１１）は溶媒から外側の箔（１０、１２）へ堆積させた層であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載された線量測定フィルム。
9. 外側の箔（１０、１２）の少なくとも一つにはその外の方へ面した側に接着層が備えられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載された線量測定フィルム。
10. 放射線感度をもった層（１１）を外側の箔（１２）および／または外側の箔（１０）に接合するために接着剤の層が使用されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載された線量測定フィルム。
11. 特に請求項１〜１０のいずれか一つに記載された線量測定フィルム（１００）を用いる線量測定法において、測定装置の中で線量測定フィルム（１００）の異なった波長における光学的透過率を決定するために、異なった波長の間で切り替え得る光源を使用し、二つまたはそれ以上の異なった波長をもつ光を発生させることを特徴とする方法。
12. 光ダイオードを使用し光を発生させることを特徴とする請求項１１記載の線量測定法。
13. モーターにより線量測定フィルム（１００）を測定装置の中に引き込んで通すことを特徴とする請求項１１または１２記載の線量測定法。
14. 測定装置から得られる測定値を電子的連結器によってコンピュータへ転送し、特に照射線量を「ｍＪ／ｃｍ^２」の単位で直接表示することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一つに記載された線量測定法。
15. 線量測定フィルム（１００）上の場所の関数として照射線量の表示を測定装置から読み取ることを特徴とする請求項１１または１４記載の線量測定法。
16. 線量測定フィルム（１００）を紫外線、特にＵＶ−Ｃ領域の紫外線だけ、及びそれよりも短い波長の電磁波で照射することを特徴とする請求項１１〜１５記載の線量測定法。
17. 二つまたはそれ以上の異なった波長の光を放出するように切り替え可能な光源を用い、測定装置の中で請求項１１〜１６のいずれか一つに記載された線量測定法を行うための請求項１〜１０のいずれか一つに記載された線量測定フィルム（１００）の使用。

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