JP5378723B2 - 電子線照射装置及び被覆電線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被照射物に電子を照射する電子線照射装置、及び、導線と該導線の外周面を被覆する有機高分子で構成される被覆部とを有する被覆電線に電子を照射して有機高分子の架橋反応を促進させる被覆電線の製造方法に関する。

導線と、該導線の外周面を被覆する有機高分子で構成される被覆部と、を有する被覆電線には、例えば、電子線照射装置によって電子が照射され、この電子によって該有機高分子の架橋反応を促進させて前記被覆部の耐熱性、耐摩耗性等の特性を向上させている。

このような電子線照射装置は、例えば、電子源としてのフィラメントと、該フィラメントに交流を通電して加熱することによって該フィラメントから電子を放出させる通電手段と、該フィラメント下部に配置され該フィラメントから放出された電子を加速用電極によって内部で加速する加速管と、該加速管に連なり加速された電子を電磁コイルによって内部で収束及び走査して被覆電線の被覆部に照射する走査管とから構成される。

前述したフィラメントは使用中に経時的に劣化して断線するが、該フィラメントが電線製造中に断線してしまうと該フィラメント断線時に製造中の被覆電線の架橋反応が行われなくなるので、不良品が発生して歩留まりが低下するといった問題があった。さらに、設備を停止してフィラメントを交換するので、計画的な製品製造に大きな影響を与えるといった問題があった。

このような問題を解決する技術として、フィラメントの寿命を予測することが可能な電子線照射装置（例えば、特許文献１参照）が提案されている。この電子線照射装置は、前記フィラメントで発生する単位時間当たりの電子量が一定となるように前記通電手段の交流の周波数を調整する調整手段と、該周波数の変化を測定する測定手段とを備え、測定手段による測定結果から該フィラメントの寿命を予測している。このように、フィラメントの寿命を予測することによって該フィラメントが経時的に劣化して断線する前に該フィラメントを計画的に交換することができ、被覆電線の製造歩留まりや量産性を向上させることができる。
特開２００１−２４２２９９号公報

しかしながら、前述した電子線照射装置は、フィラメントの断線自体を防止することはできないので、フィラメントの取替えによるランニングコストや取替え作業に手間がかかるといった問題があった。

本発明は、このような問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、フィラメントを使用せずにランニングコストを低減させた電子線照射装置及び被覆電線の硬化方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載された本発明は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、該マイクロ波発生部で発生したマイクロ波を減圧下においてガスに印加してプラズマを発生させるプラズマ発生部と、該プラズマ発生部で発生したプラズマ中の電子を減圧下において加速させる電子加速部と、を有する電子線照射装置であって、前記電子加速部が、減圧に維持される容器と、前記容器内を排気して減圧する減圧装置とを有し、そして、前記容器内には、前記電子を加速させるプラス電極と、前記プラス電極に対向してプラズマ発生部との連通口に配された網体で構成されたマイナス電極と、前記プラス電極と前記マイナス電極との間に前記マイナス電極と平行に配された網体で構成された接地電極と、が設けられていることを特徴とした電子線照射装置である。

請求項２に記載された本発明は、請求項１に記載された電子線照射装置において、前記電子加速部には、加速された電子が照射される被照射物を前記容器内の前記プラス電極と前記接地電極との間に位置付ける被照射物支持部が設けられていることを特徴とした電子線照射装置である。

請求項３に記載された本発明は、請求項２に記載された電子線照射装置において、前記電子加速部には、前記電子加速部の空間を介して、互いに交差する方向に一方の円筒体と他方の円筒体とがそれぞれ設けられていることを特徴とした電子線照射装置である。

請求項４に記載された本発明は、請求項３に記載された電子線照射装置において、前記円筒体の端部には、前記減圧装置が設けられていることを特徴とした電子線照射装置である。

請求項５に記載された本発明は、請求項３または請求項４に記載された電子線照射装置において、前記一方の円筒体内には、長尺の前記被照射物が配されていることを特徴とした電子線照射装置である。

請求項６に記載された本発明は、請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載された電子線照射装置において、前記容器内の圧力が０．１〜０．３Ｐａとされ、そして、前記プラス電極と前記接地電極との間隔が１０〜５０ｍｍとされていることを特徴とした電子線照射装置である。

請求項７に記載された本発明は、請求項６に記載された電子線照射装置において、前記プラス電極と前記接地電極との間隔が１５〜３５ｍｍとされていることを特徴とした電子線照射装置である。

請求項８に記載された本発明は、導線と、該導線の外周面を被覆する有機高分子で構成される被覆部と、を有する被覆電線に電子を照射して有機高分子の架橋反応を促進させる被覆電線の製造方法において、ガスにマイクロ波を印加してプラズマを発生させ、該プラズマ発生側から順に配置したマイナス電極、接地電極、及び、プラス電極によって、このプラズマ中から前記マイナス電極によって正電荷を帯びた粒子を除去して該プラズマ中から前記接地電極によって電子を引き出した後、この電子を前記プラス電極によって加速して前記被覆電線の被覆部に照射することにより被覆部を硬化させることを特徴とした被覆電線の製造方法である。

請求項１に記載された発明によれば、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、該マイクロ波発生部で発生したマイクロ波を減圧下においてガスに印加してプラズマを発生させるプラズマ発生部と、該プラズマ発生部で発生したプラズマ中の電子を減圧下において加速させる電子加速部と、を有しているので、プラズマ中の電子を加速させて被照射物に照射することができ、そのために、電子源としてフィラメントを使用しないですみ、よって、フィラメント断線時の取替えによるランニングコストや取替え作業にかかる手間をなくすことができる。

また、請求項１に記載された発明によれば、電子加速部が、減圧に維持される容器と、容器内を排気して減圧する減圧装置とを有し、そして、容器内には、電子を加速させるプラス電極と、プラス電極に対向してプラズマ発生部との連通口に配された網体で構成されたマイナス電極と、プラス電極とマイナス電極との間にマイナス電極と平行に配された網体で構成された接地電極と、が設けられているので、減圧装置によって容器内が減圧されて該電子加速部内のアルゴンガスが減少するとともにマイナス電極によってプラズマ中の正電荷を持った粒子が排除され、そのために、電子が該正電荷を持った粒子やアルゴン原子と衝突することがなく電子が効率的に加速され、よって、電子加速用電極の電圧を比較的低く設定することができるとともに、消費電力を低減させることができる。

請求項２に記載された発明によれば、電子加速部には、加速された電子が照射される被照射物を容器内のプラス電極と接地電極との間に位置付ける被照射物支持部が設けられているので、被照射物がプラス電極と接地電極の間、即ち電子を加速させている領域に確実に位置付けられ、そのために、被照射物に加速させた電子を確実に照射することができる。

請求項３に記載された発明によれば、電子加速部には、電子加速部の空間を介して、互いに交差する方向に一方の円筒体と他方の円筒体とがそれぞれ設けられているので、円筒体内に長尺の被照射物を配したり、円筒体に減圧装置を接続したりすることができ、そのために、電子線照射装置の操作性や取り扱いやすさを向上させることができる。

請求項４に記載された発明によれば、円筒体の端部には、減圧装置が設けられているので、容器内が確実に排気されて減圧され、そのために、電子を効率的に加速させることができる。

請求項５に記載された発明によれば、一方の円筒体内には、長尺の被照射物が配されているので、被照射物が電子加速部内の空間に確実に位置付けられ、そのために、被照射物に加速させた電子を確実に照射することができる。

請求項６に記載された発明によれば、容器内の圧力が０．１〜０．３Ｐａとされ、そして、プラス電極と接地電極との間隔が１０〜５０ｍｍとされているので、プラス電極と接地電極との間に被照射物を位置付けることができる。また、プラス電極と接地電極との間で電子を効率的に加速させることができ、プラス電極と接地電極との間に位置付けられた被照射物に高エネルギーの電子線を照射できる。

請求項７に記載された発明によれば、プラス電極と接地電極との間隔が１５〜３５ｍｍとされているので、プラス電極と接地電極との間で電子をさらに効率的に加速させることができ、プラス電極と接地電極との間に位置付けられた被照射物にさら高エネルギーの電子線を照射できる。

請求項８に記載された発明は、ガスにマイクロ波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマ中からマイナス電極によって正電荷を帯びた粒子を除去して該プラズマ中から接地電極によって電子を引き出した後、この電子をプラス電極によって加速して被覆電線の被覆部に照射することにより被覆部を硬化させるので、フィラメント断線時の取替えによるランニングコストや取替え作業にかかる手間をなくすことができるとともに、マイナス電極によってプラズマ中の正電荷を持った粒子が排除されて電子が該正電荷を持った粒子やアルゴン原子と衝突することがなく電子が効率的に加速され、そのために、電子加速用電極の電圧を比較的低く設定することができ、消費電力を低減させることができる。

以下、本発明の一実施形態にかかる電子線照射装置を図１ないし図５を参照して説明する。本発明の一実施形態にかかる電子線照射装置１は、例えば、銅や銅合金等の導電性の金属材料からなる導線と、該導線の外周面を被覆するポリ塩化ビニルやポリエチレン等の有機高分子で構成される被覆部と、を有した被照射物としての被覆電線５に電子を照射する。被覆電線５の被覆部に電子が照射されると、有機高分子の架橋反応が促進されて被覆部が硬化し、被覆部の耐熱性や機械特性が向上する。

電子線照射装置１は、図１に示すように、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部２と、該マイクロ波発生部２で発生したマイクロ波を減圧下においてアルゴンガス（ガスに相当する）に印加してプラズマを発生させるプラズマ発生部３と、該プラズマ発生部３で発生したプラズマ中の電子を減圧下において加速させる電子加速部４とを有している。

マイクロ波発生部２は、ソリッドステート発振器２１と、該ソリッドステート発振器２１と同軸ケーブル２３で接続されたダブルスラグチューナ２２とを有している。ソリッドステート発振器２１は、発振器本体と、アンプと、アイソレータとを有している。ソリッドステート発振器２１はマイクロ波（１〜１００ＧＨｚ）を発生させ、このマイクロ波は同軸ケーブル２３によってダブルスラグチューナ２２に伝搬される。ダブルスラグチューナ２２は、マイクロ波のインピーダンス整合をとる。即ち、ダブルスラグチューナ２２は、プラズマ発生部３からの反射電力を最低値まで調整することによってプラズマ発生部３に供給される電力を最適化し、プラズマ発生部３にマイクロ波を効果的に供給する。

プラズマ発生部３は、前述したダブルスラグチューナ２２と同軸ケーブル３３を介して接続されたサーファトロン３１と、該サーファトロン３１からマイクロ波が伝搬されるプラズマ発生管３２とを備えている。サーファトロン３１は、同軸ケーブル３３を介してダブルスラグチューナ２２から供給されたマイクロ波をプラズマ発生管３２の外表面に伝搬させる。サーファトロン３１は、金属からなり、断面ドーナツ形状の箱状に形成されている。サーファトロン３１は、有底筒状の外筒部３１ａと、該外筒部３１ａ内に配された筒状の内筒部３１ｂと、該外筒部３１ａの開口を覆う有底筒状の蓋部３１ｃと、該外筒部３１ａと該内筒部３１ｂとの間に配された平板ドーナツ形状の可動部３１ｄとを備えている。

外筒部３１ａには外筒部３１ａの外周壁を貫通するようにダブルスラグチューナ２２からの同軸ケーブル３３が取り付けられ、外筒部３１ａ内には該同軸ケーブル３３が突出して、外筒部３１ａ内にマイクロ波が伝搬される。なお、本実施形態において、外筒部３１ａは、外径約６．８ｃｍ、内径約５．８ｃｍ、軸心方向の長さ約５．０ｃｍに形成されている。

内筒部３１ｂは、外筒部３１ａ内に該外筒部３１ａと同軸的に配され、外筒部３１ａより若干短く設けられている。外筒部３１ａの底面の中心及び蓋部３１ｃの中心にはそれぞれ孔が設けられ、該孔によって内筒部３１ｂ内は外部と連通している。内筒部３１ｂ内には、プラズマ発生管３２が配されている。外筒部３１ａ内に伝搬されたマイクロ波は、内筒部３１ｂと蓋部３１ｃとの隙間３５からプラズマ発生管３２の外表面に伝搬される。なお、本実施形態において、内筒部３１ｂは、外径約１．６ｃｍ、内径約１．２ｃｍ、軸心方向の長さ約４．８ｃｍに形成されている。

可動部３１ｄは、蓋部３１ｃに近づく方向に移動自在に設けられている。可動部３１ｄの外周部及び内周部には、それぞれ、銅からなる板ばね状のシールドフィンガーが設けられている。可動部３１ｄの外周部に設けられたシールドフィンガーはサーファトロン３１の外筒部３１ａの内面と接触し、可動部３１ｄの内周部に設けられたシールドフィンガーは内筒部３１ｂの外面と接触して、マイクロ波の漏洩を防止する。前述した構成の可動部３１ｄを移動させることによって、マイクロ波のインピーダンス整合をとる。即ち、反射電力を微調整することによってプラズマ発生管３２に供給される電力を最適化し、プラズマ発生管３２にマイクロ波を効率的に伝搬する。

プラズマ発生管３２は、例えば、石英、ガラス、セラミック等からなり、円筒状に形成されている。プラズマ発生管３２は、サーファトロン３１の内筒部３１ｂ内に、内筒部３１ｂの内面と僅かな間隔（約０．５ｍｍ）をあけて配されている。プラズマ発生管３２の長手方向の一端の開口にはゲージポート３２ａが取り付けられ、該ゲージポート３２ａを介してアルゴンガス供給用のステンレス管３４が接続されて、プラズマ発生管３２内に微量のアルゴンガス（２．７〜６．７Ｐａ程度）が供給されている。プラズマ発生管３２の長手方向の他端は電子加速部４の加速管本体４２と連なっている。なお、本実施形態において、プラズマ発生管３２は、外径約１．１ｃｍ、内径約０．７ｃｍ、軸心方向の長さ約２０．０ｃｍに形成されている。

前述した構成のプラズマ発生管３２は、電子加速部４に設けられた後述する差動排気装置４０ａ、４０ｂによって排気されて減圧されている。そして、プラズマ発生管３２の外表面にはサーファトロン３１からマイクロ波が伝搬され、該マイクロ波がプラズマ発生管３２内のアルゴンガスに印加されてアルゴンガスが電離してプラズマが発生する。プラズマは、Ａｒ＋（以下、アルゴンイオンとよぶ）、電子、アルゴン原子、アルゴンラジカル等から構成されている。なお、本実施形態においては、アルゴンガスを電離してプラズマを生成しているが、ヘリウム、酸素、窒素等を用いることもできる。

電子加速部４は、図１ないし図３に示すように、減圧に維持される容器４１と、容器４１内を排気して減圧する差動排気装置４０ａ、４０ｂ（減圧装置に相当する）とを有している。容器４１は、例えば、石英、ガラス、セラミックス等からなる。容器４１は、図２に示すように、前述したプラズマ発生管３２に連なりプラズマ発生管３２より径が大きな太筒状の加速管本体４２と、加速管本体４２の外周面から突出したそれぞれ筒状の被照射物支持部４３ａ、４３ｂ（一方の円筒体に相当する）、機器接続部４４ａ、４４ｂ（他方の円筒体に相当する）、及びメッシュ電極支持部４５と、加速管本体４２のプラズマ発生管３２から離れた外表面から突出した筒状の電子加速用電極支持部４６とを備えている。

加速管本体４２は、プラズマ発生管３２と同軸的且つ直列的に配され、加速管本体４２内とプラズマ発生管３２内とは連通口４７によって連通している。プラズマ発生管３２内で生成されたプラズマは、連通口４７を通ってプラズマ発生管３２内から加速管本体４２内へと侵入する。なお、本実施形態において、加速管本体４２は、外径約６．８ｃｍ、内径約５．８ｃｍ、軸心方向の長さ約５．０ｃｍに形成されている。

被照射物支持部４３ａ、４３ｂは、加速管本体４２の外周面から電子が加速される方向Ｅに対して直交する方向に突出して一対設けられている。一対の被照射物支持部４３ａ、４３ｂは、互いの間に加速管本体４２の軸心を位置付けるようにそれぞれ反対方向に延びて、全体として直線状に設けられている。一対の被照射物支持部４３ａ、４３ｂは、後述する電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間に配されている。一対の被照射物支持部４３ａ、４３ｂの先端にはそれぞれゲージポート４８（図３）が取り付けられ、それぞれのゲージポート４８は接地されている。一方の被照射物支持部４３ａは、ゲージポート４８を介して差動排気装置４０ｂに接続されている。

前述した構成の被照射物支持部４３ａ、４３ｂ内には、図３に示すように、被覆電線５（長尺の被照射物）等が配される。被照射物支持部４３ａ、４３ｂは、加速された電子が照射される被覆電線５を容器４１内の電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間に位置付ける。そして、被覆電線５は、被照射物支持部４３ａ、４３ｂ内を電線移動手段７によって移動しながら被覆部の外周面に電子を照射される。電線移動手段７は、一方の被照射物支持部４３ａ側に配された電線供給部７１及び電線巻取部７２と、他方の被照射物支持部４３ｂにゲージポート４８を介して取り付けられたローラ部７３とを備えている。

電線供給部７１は、大気圧領域に配されている。電線供給部７１は、電子を照射される前の被覆電線５が巻きつけられ回転自在に支持されたドラムを備えている。電線供給部７１から引き出された被覆電線５は、差動排気装置４０ｂ内及びゲージポート４８内を順次通って一方の被照射物支持部４３ａ内に侵入する。

電線巻取部７２は、大気圧領域に配されている。電線巻取部７２は、電子を照射された後の被覆電線５が巻きつけられ回転自在に支持されたドラムと、該ドラムを回転させる駆動部とを備えている。電線巻取部７２には、一方の被照射物支持部４３ａ内から引き出され、ゲージポート４８及び差動排気装置４０ｂ内を順次通った被覆電線５が巻き取られる。

ローラ部７３は、他方の被照射物支持部４３ｂに取り付けられたゲージポート４８に接続されたケース７３ａと、ケース７３ａ内に回転自在に支持された複数のローラ７３ｂとを備えている。ローラ７３ｂの外周面には被覆電線５が配される。

被覆電線５は、電線供給部７１から引き出された後に一方の被照射物支持部４３ａ内、加速管本体４２内、他方の被照射物支持部４３ｂ内を順次通り抜け（進路Ａ）、ローラ部７３で折り返されて、再び、他方の被照射物支持部４３ｂ内、加速管本体４２内、一方の被照射物支持部４３ａ内を順次通り抜けて（進路Ｂ）、電線巻取部７２に巻き取られる。即ち、被覆電線５は、進路Ａからローラ部７３を経由して進路Ｂへと自動で移動して、一対の被照射物支持部４３ａ、４３ｂ内を往復移動する。このとき、進路Ａの加速管本体４２内で被覆部の径方向の一方の外周面に電子が照射され、進路Ｂにおいて該被覆部の径方向の他方の外周面に電子が照射されて、被覆部の全外周面に電子が照射される。

機器接続部４４ａ、４４ｂは、図１等に示すように、加速管本体４２の外周面から電子が加速される方向Ｅに対して直交する方向に突出して一対設けられている。一対の機器接続部４４ａ、４４ｂは、互いの間に加速管本体４２の軸心を位置付けるようにそれぞれ反対方向に延びて、全体として直線状に設けられている。一対の機器接続部４４ａ、４４ｂと一対の被照射物支持部４３ａ、４３ｂとは、互いに直交（交差）する方向に設けられ、同一平面上に設けられている。一対の機器接続部４４ａ、４４ｂの先端にはそれぞれステンレス製のゲージポート４９が取り付けられ、それぞれのゲージポート４９は接地されている。一方の機器接続部４４ａはゲージポート４９を介して差動排気装置４０ａに接続され、他方の機器接続部４４ｂはゲージポート４９を介して真空計センサに接続されている。

メッシュ電極支持部４５は、図２に示すように、加速管本体４２の外周面から電子が加速される方向Ｅに対して直交する方向に突出して一対設けられている。一対のメッシュ電極支持部４５は、互いの間に加速管本体４２の軸心を位置付けるようにそれぞれ反対方向に突出するとともに、電子が加速される方向Ｅに対して互いに間隔をあけて設けられている。メッシュ電極支持部４５には、後述するメッシュ電極５２、５３の支柱５２ａ、５３ａが通されてメッシュ電極５２、５３を支持する。なお、メッシュ電極支持部４５の先端は気密に保たれている。

電子加速用電極支持部４６は、加速管本体４２の外周面から電子が加速される方向Ｅに対して平行な方向に突出して設けられている。電子加速用電極支持部４６内には、後述する電子加速用電極５１の支柱５１ａが通されて電子加速用電極５１を支持する。なお、電子加速用電極支持部４６の先端は気密に保たれている。

前述した構成の容器４１内には、電子を加速させる電子加速用電極５１（プラス電極に相当する）と、電子加速用電極５１に対向してプラズマ発生部３のプラズマ発生管３２との連通口４７に配された網体で構成された第一のメッシュ電極５２（マイナス電極に相当する）と、電子加速用電極５１と第一のメッシュ電極５２との間に第一のメッシュ電極５２と平行に配された網体で構成された第二のメッシュ電極５３（接地電極に相当する）とが設けられている。

電子加速用電極５１は、平板円状に形成され、連通口４７の内径より大きく設けられている。電子加速用電極５１は、電子が加速される方向Ｅに対して直交する方向に配されている。電子加速用電極５１の一方の外表面の中心には、該外表面から突出した細円柱状の支柱５１ａが設けられている。支柱５１ａは、容器４１外に突出し、直流電圧電源５４に接続されている。電子加速用電極５１には、該支柱５１ａを介して直流電圧電源５４によって高電圧（５ｋＶ程度）が印加されており、第一及び第二のメッシュ電極５２、５３を通り抜けた電子を矢印Ｅに沿って加速させる。

第一及び第二のメッシュ電極５２、５３は、平板円状に形成され、連通口４７の内径より大きく設けられている。第一及び第二のメッシュ電極５２、５３は、容器４１内にプラズマ発生管３２との連通口４７を覆うように配され、電子が加速される方向Ｅに対して直交する方向に配されている。第一及び第二のメッシュ電極５２、５３は、電子が加速される方向Ｅに沿って並んで、互いに間隔をあけて対向するように配されている。第一及び第二のメッシュ電極５２、５３は網体で構成され、この網体の隙間内を電子等が通過自在に設けられている。第一及び第二のメッシュ電極５２、５３の外縁には、該外縁から突出した細円柱状の支柱５２ａ、５３ａが設けられている。支柱５２ａ、５３ａは、容器４１外に突出している。

第一及び第二のメッシュ電極５２、５３は、例えば、ステンレス鋼やタングステン等からなる。タングステンの方がアルゴンイオンによる電極表面のスパッタリングをより確実に防止することができる。本実施形態においては、第一及び第二のメッシュ電極５２、５３は、ＳＵＳ３０４（Ｃｒ１８％とＮｉ８％を含むステンレス鋼）からなり、直径約２ｃｍ（第一のメッシュ電極５２）、３ｃｍ（第二のメッシュ電極５３）、線径０．０３ｍｍ、間隔５ｍｍ、４００ｍｅｓｈのものが用いられている。

前述した電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間隔は、１０〜５０ｍｍとされているのが好ましい。前記間隔が１０ｍｍ未満であると、電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３の間に被覆電線５を位置付けづらい（位置付けることができない）。また、前記間隔が５０ｍｍより大きいと、後述する実施例２の結果を表す図６に示すように、電子を効率的に加速させる（容器４１内の圧力が０．１〜０．３Ｐａのときに加速電圧を約２０ｋＶ以上にする）ことができず、被覆電線５の被覆部を確実に架橋させるような高エネルギーの電子線を被覆電線５に照射するのが難しい。

さらに、前記間隔は、１５〜３５ｍｍとされているのがより好ましい。これによって、図６に示すように、電子をさらに効率的に加速させる（容器４１内の圧力が０．１〜０．３Ｐａのときに加速電圧を約４０ｋＶ以上にする）ことができ、被覆電線５の被覆部を確実に架橋させるような高エネルギーの電子線を被覆電線５に照射できる。

前述した第一のメッシュ電極５２の支柱５２ａは直流可変電圧電源５５と接続されており、第一のメッシュ電極５２には負電圧（−１０Ｖ〜−１００Ｖ程度）が印加されている。この第一のメッシュ電極５２に印加される電圧は、後述するように、正電荷を持つアルゴンイオンを捕獲し且つ負電荷を持つ電子を通過させるような値とされている。また、前述した第二のメッシュ電極５３は接地されており、電子を加速させるための基準電位を与える。第二のメッシュ電極５３は、電子加速部４へと引き寄せられたプラズマ中から電子のみを引き出して電子のみを通過させる。

容器４１内及びプラズマ発生管３２内は差動排気装置４０ａ、４０ｂによって減圧されており、プラズマ発生管３２内で生成されたプラズマは全体としてプラズマ発生管３２内から容器４１内へと引き寄せられる。そして、プラズマ中のアルゴンイオンは、第一のメッシュ電極５２に引き寄せられて第一のメッシュ電極５２の外表面上に捕獲される。また、プラズマ中の電子は、第一のメッシュ電極５２を通過し第二のメッシュ電極５３によってプラズマ中から引き出されて、電子加速用電極５１によって電子加速用電極５１に向かって加速される。プラズマ発生部３と第一のメッシュ電極５２との間にはプラズマ収束用磁石（図示せず）が設けられ、プラズマ収束用磁石によって生成されたプラズマが収束され、容器４１内の壁への衝突によるプラズマの損失を防止する。

前述したプラズマ発生管３２内のアルゴンプラズマの圧力は２．７〜６．７Ｐａ程度であり、容器４１内のアルゴンプラズマの圧力は０．１〜１．３Ｐａ程度である。また、この容器４１内の圧力は、容器４１内で電子を効率的に加速させるために、０．１〜０．３Ｐａであるのが好ましい。これによって、後述する実施例２の結果を表す図６に示すように、電子を効率的に加速させる（電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間隔が１６ｍｍ、３３ｍｍ、５０ｍｍのときに加速電圧を約２０ｋＶ以上にする）ことができ、被覆電線５の被覆部を確実に架橋させるような高エネルギーの電子線を被覆電線５に照射できる。

電子が加速されても、該電子が他の粒子等に衝突すると電子加速用電極５１まで到達できないので、アルゴンガスを排除するために容器４１内及びプラズマ発生管３２内は差動排気装置４０ａ、４０ｂによって排気されて減圧されている。また、プラズマ中の微量に存在するアルゴン原子やアルゴンラジカルは、差動排気装置４０ａ、４０ｂによって排気されている。また、プラズマ中のアルゴンイオンを排除するために、第一のメッシュ電極５２が設けられている。プラズマ中のアルゴン原子、アルゴンラジカルやアルゴンイオンが排除されることによって、電子が効率的に電子加速用電極５１へと向かって加速され、被覆電線５へと照射される。

このように、第一のメッシュ電極５２によってアルゴンイオンが排除されることによって、電子が電子加速用電極５１によって加速される際にアルゴンイオンに衝突することがなくなり、電子のみが確実に電子加速用電極５１によって加速される。アルゴンイオンを排除しないと、電子がアルゴンイオンやアルゴン原子と衝突して十分に加速されずに後述する被覆電線５の被覆部が架橋されないだけでなく、アルゴンイオンが該被覆部に衝突して被覆部が熱変形を起こしてしまう。

前述した構成の電子線照射装置１を用いて被覆電線５の被覆部に電子を照射する際には、まず、マイクロ波発生部２でマイクロ波を発生させ、該マイクロ波をスラグチューナを介してサーファトロン３１に伝搬させて、プラズマ発生部３にマイクロ波を伝搬させる。そして、プラズマ発生管３２内に供給されたアルゴンガスにマイクロ波を印加してアルゴンガスを電離してプラズマを生成させる。

このプラズマは、プラズマ発生管３２と連通口４７を介して連なる容器４１が差動排気装置４０ａ、４０ｂによって減圧されているので、連通口４７を通って加速管本体４２内へと引き寄せられる。そして、プラズマ中のアルゴンイオンは第一のメッシュ電極５２によって排除され、プラズマ中の電子は第二のメッシュ電極５３によって引き出されて電子加速用電極５１によって矢印Ｅに沿って加速される。このとき、被覆電線５が、第二のメッシュ電極５３と一対の被照射物支持部４３ａ、４３ｂ内を往復移動すると、被覆部の外周面に電線が照射され、有機高分子の架橋反応が起こって被覆部の耐熱性や機械特性が向上する。

本実施形態によれば、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部２と、該マイクロ波発生部２で発生したマイクロ波を減圧下においてガスに印加してプラズマを発生させるプラズマ発生部３と、該プラズマ発生部３で発生したプラズマ中の電子を減圧下において加速させる電子加速部４とを有しているので、プラズマ中の電子を加速させて被照射物に照射することができ、そのために、電子源としてフィラメントを使用しないですみ、よって、フィラメント断線時の取替えによるランニングコストや取替え作業にかかる手間をなくすことができる。

電子加速部４が、減圧に維持される容器４１と、容器４１内を排気して減圧する差動排気装置４０ａ、４０ｂとを有し、そして、容器４１内には、電子を加速させる電子加速用電極５１と、電子加速用電極５１に対向してプラズマ発生部３との連通口４７に配された網体で構成された第一のメッシュ電極５２と、電子加速用電極５１と第一のメッシュ電極５２との間に第一のメッシュ電極５２と平行に配された網体で構成された第二のメッシュ電極５３とが設けられているので、差動排気装置４０ａ、４０ｂによって容器４１内が減圧されて該電子加速部４内のアルゴンガスが減少するとともに第一のメッシュ電極５２によってプラズマ中の正電荷を持った粒子が排除され、そのために、電子が該正電荷を持った粒子やアルゴン原子と衝突することがなく電子が効率的に加速され、よって、電子加速用電極５１の電圧を比較的低く設定することができるとともに、消費電力を低減させることができる。

電子加速部４には、加速された電子が照射される被照射物を容器４１内の電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間に位置付ける被照射物支持部４３ａ、４３ｂが設けられているので、被照射物が電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３の間、即ち電子を加速させている領域に確実に位置付けられ、そのために、被照射物に加速させた電子を確実に照射することができる。

電子加速部４には、電子加速部４の空間を介して、互いに交差する方向に被照射物支持部４３ａ、４３ｂと機器接続部４４ａ、４４ｂとがそれぞれ設けられているので、被照射物支持部４３ａ、４３ｂ内に長尺の被照射物を配したり、被照射物支持部４３ａや機器接続部４４ａに差動排気装置４０ｂ、４０ａを接続したりすることができ、そのために、電子線照射装置１の操作性や取り扱いやすさを向上させることができる。

被照射物支持部４３ａと機器接続部４４ａの端部には、それぞれ、差動排気装置４０ｂ、４０ａが設けられているので、容器４１内が確実に排気されて減圧され、そのために、電子を効率的に加速させることができる。

被照射物支持部４３ａ、４３ｂ内には、被覆電線５が配されているので、被覆電線５が電子加速部４内の空間に確実に位置付けられ、そのために、被覆電線５に加速させた電子を確実に照射することができる。

容器４１内の圧力が０．１〜０．３Ｐａとされ、そして、電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間隔が１０〜５０ｍｍとされているので、電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間隔との間に被覆電線５を位置付けることができる。また、電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間で電子を効率的に加速させることができ、電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間に位置付けられた被覆電線５に高エネルギーの電子線を照射できる。

電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間隔が１５〜３５ｍｍとされているので、電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間で電子をさらに効率的に加速させることができ、電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間に位置付けられた被覆電線５にさらに高エネルギーの電子線を照射できる。

アルゴンガスにマイクロ波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマ中から第一のメッシュ電極５２によって正電荷を帯びた粒子を除去して該プラズマ中から第二のメッシュ電極５３によって電子を引き出した後、この電子を電子加速用電極５１によって加速して被覆電線５の被覆部に照射することにより被覆部を硬化させるので、フィラメント断線時の取替えによるランニングコストや取替え作業にかかる手間をなくすことができるとともに、第一のメッシュ電極５２によってプラズマ中の正電荷を持った粒子が排除されて電子が該正電荷を持った粒子やアルゴンガスと衝突することがなく電子が効率的に加速され、そのために、電子加速用電極５１の電圧を比較的低く設定することができ、消費電力を低減させることができる。

（実施例１）
前述した実施形態に記載された電子線照射装置１を組み立てて、マイクロ波発生部２からの入射電力を６０Ｗとし、サーファトロン３１からの反射電力をなくすようにダブルスラグチューナ２２を調整して、プラズマ発生管３２内でアルゴンプラズマを生成させた。そして、第一のメッシュ電極５２に−１００Ｖの電圧を印加し第二のメッシュ電極５３を接地して、該アルゴンプラズマ中から電子加速部４に電子を引き出した。容器４１内に四象限電源と接続されたラングミューアプローブ電極（プローブ表面積２５ｍｍ²）を設置し、容器４１内のアルゴンプラズマの圧力を０．１３Ｐａ、０．８０Ｐａ、１．０７Ｐａ、２．０Ｐａ、４．０Ｐａに変化させるとともに電子加速用電極５１に印加する電圧を０Ｖ、１００Ｖ、２００Ｖ、３００Ｖに変化させて、各条件において、ラングミューアプローブ電極に印加する電圧を掃引してラングミューアプローブの電流電圧特性曲線を得た。この測定結果を解析して、各条件での電子温度及び浮遊電位を算出した。

（電子温度）
電子温度は、電流電圧特性曲線の指数関数領域にある電流値Ｉ₁がｅ倍（約２．７倍）になるときの電圧変化量をΔＶとした場合、
電子温度（Ｔｅ）＝電圧変化量（ΔＶ）（単位：ｅＶ）
で示される。

電子温度の算出結果を図４に示す。電子加速用電極５１の電圧を０Ｖとした場合と比較し、電子温度はいずれも高い結果となり、電子が加速されていることが確認された。さらに、電子は、高温度電子（図４（ａ））と低温度電子（図４（ｂ））とから構成されることが示された。高温度電子の電子温度は、アルゴンプラズマの圧力及び電子加速用電極５１の電圧に大きく依存し、アルゴンプラズマの圧力を１．３Ｐａ以下及び電子加速用電極５１の電圧を１００Ｖ以上にすると３０ｅＶを超えた。

（浮遊電位）
浮遊電位は、電流電圧特性曲線の電流がゼロとなるときの電圧である。浮遊電位の算出結果を図５に示す。浮遊電位は、電子加速用電極５１の電圧に比例したものとなり、電子が加速されていることが確認された。

（実施例２）
前述した実施形態に記載された電子線照射装置１を組み立てて、マイクロ波発生部２からの入射電力を６０Ｗとし、サーファトロン３１からの反射電力をなくすようにダブルスラグチューナ２２を調整して、プラズマ発生管３２内でアルゴンプラズマを生成させた。そして、第一のメッシュ電極５２に−１００Ｖの電圧を印加し、第二のメッシュ電極５３を接地し、電子加速用電極５１に５ｋＶの電圧を印加して、該アルゴンプラズマ中から電子加速部４に電子を引き出した。容器４１内のアルゴンプラズマの圧力を０．１〜１０Ｐａの間で変化させるとともに電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間隔を１６ｍｍ、３３ｍｍ、５０ｍｍ、５５ｍｍに変化させて、各条件において、直流電圧電源５４に表示される数値から、加速された電子によって電子加速用電極５１にかかる電圧（加速電圧）を測定した。

（加速電圧）
加速電圧の測定結果を図６に示す。図６に示すように、容器４１内のアルゴンプラズマの圧力が０．１〜０．３Ｐａのときは、電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間隔を１６ｍｍ、３３ｍｍ、５０ｍｍとすると、加速電圧が約２０ｋＶ以上となり、効率的に電子が加速されて高エネルギーの電子線を得ることができた。またこのとき、電子加速用電極５１と第二のメッシュ電極５３との間隔を１６ｍｍ、３３ｍｍとすると、加速電圧が約４０ｋＶ以上となり、さらに効率的に電子が加速されてさらに高エネルギーの電子線を得ることができた。

前述した実施形態においては被照射物が被覆電線５とされていたが、被照射物は、例えば光ファイバー等の他の長尺な被照射物であってもよく、また、長尺でない被照射物であってもよい。なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態にかかる電子線照射装置を示す構成図である。 図１に示された電子加速部を示す斜視図である。 図１に示された電子加速部に被覆電線が配された状態を示す構成図である。 （ａ）容器内の圧力及び電子加速用電極の電圧と高温度電子の電子温度との関係を示すグラフである。（ｂ）容器内の圧力及び電子加速用電極の電圧と低温度電子の電子温度との関係を示すグラフである。 容器内の圧力及び電子加速用電極の電圧と浮遊電位との関係を示すグラフである。 容器内の圧力及び電子加速用電極と第二のメッシュ電極との間隔と加速電圧と関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 電子線照射装置
２ マイクロ波発生部
３ プラズマ発生部
４ 電子加速部
５ 被覆電線（長尺の被照射物）
４０ａ、４０ｂ 差動排気装置（減圧装置）
４１ 容器
４３ａ、４３ｂ 被照射物支持部（一方の円筒体）
４４ａ、４４ｂ 機器接続部（他方の円筒体）
４７ 連通口
５１ 電子加速用電極（プラス電極）
５２ 第一のメッシュ電極（マイナス電極）
５３ 第二のメッシュ電極（接地電極）

Claims (8)

1. マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、該マイクロ波発生部で発生したマイクロ波を減圧下においてガスに印加してプラズマを発生させるプラズマ発生部と、該プラズマ発生部で発生したプラズマ中の電子を減圧下において加速させる電子加速部と、を有する電子線照射装置であって、
   前記電子加速部が、減圧に維持される容器と、前記容器内を排気して減圧する減圧装置とを有し、そして、
   前記容器内には、前記電子を加速させるプラス電極と、前記プラス電極に対向してプラズマ発生部との連通口に配された網体で構成されたマイナス電極と、前記プラス電極と前記マイナス電極との間に前記マイナス電極と平行に配された網体で構成された接地電極と、が設けられている
   ことを特徴とする電子線照射装置。
2. 前記電子加速部には、加速された電子が照射される被照射物を前記容器内の前記プラス電極と前記接地電極との間に位置付ける被照射物支持部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
3. 前記電子加速部には、前記電子加速部の空間を介して、互いに交差する方向に一方の円筒体と他方の円筒体とがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電子線照射装置。
4. 前記円筒体の端部には、前記減圧装置が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電子線照射装置。
5. 前記一方の円筒体内には、長尺の前記被照射物が配されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電子線照射装置。
6. 前記容器内の圧力が０．１〜０．３Ｐａとされ、そして、前記プラス電極と前記接地電極との間隔が１０〜５０ｍｍとされていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の電子線照射装置。
7. 前記プラス電極と前記接地電極との間隔が１５〜３５ｍｍとされていることを特徴とする請求項６に記載の電子線照射装置。
8. 導線と、該導線の外周面を被覆する有機高分子で構成される被覆部と、を有する被覆電線に電子を照射して有機高分子の架橋反応を促進させる被覆電線の製造方法において、
   ガスにマイクロ波を印加してプラズマを発生させ、該プラズマ発生側から順に配置したマイナス電極、接地電極、及び、プラス電極によって、このプラズマ中から前記マイナス電極によって正電荷を帯びた粒子を除去して該プラズマ中から前記接地電極によって電子を引き出した後、この電子を前記プラス電極によって加速して前記被覆電線の被覆部に照射することにより被覆部を硬化させることを特徴とする被覆電線の製造方法。

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