高エネルギー電子ビームまたはＸ線を用いた車体上のコーティング硬化方法
要約
本発明は、密集複合した三次元の車体のコーティングを硬化するために、中〜高電力（１ｋWと同等またはより大きく）および中〜高エネルギー（１Ｍｅｖと同等またはより大きく）の電子ビームまたはＸ線を使用することに関する。当該中〜高電力および中〜高エネルギーは、複数層の鋼の硬化を可能にするために適切なスループットと侵入度を有し、それゆえ、車体の折り曲げ、折り重なり、湾曲による影を貫通できる。加えて、当該中〜高電力および中〜高エネルギーは、割れ目や隙間表面に堆積したより厚いコーティングを硬化するために、適切なスループットと侵入度を有する。本発明は、コーティングを硬化可能な電子ビームの使用を可能とし、その結果、車両産業で通常使用される塗料を構成する溶剤に用いられる無反応溶剤に関連する、火災の危険、有害性大気汚染物質、揮発性有機物などの問題を低減する。
本発明は、密集複合した三次元の車体のコーティングを硬化するために、中〜高電力（１ｋWと同等またはより大きく）および中〜高エネルギー（１Ｍｅｖと同等またはより大きく）の電子ビームまたはＸ線を使用することに関する。当該中〜高電力および中〜高エネルギーは、複数層の鋼の硬化を可能にするために適切なスループットと侵入度を有し、それゆえ、車体の折り曲げ、折り重なり、湾曲による影を貫通できる。加えて、当該中〜高電力および中〜高エネルギーは、割れ目や隙間表面に堆積したより厚いコーティングを硬化するために、適切なスループットと侵入度を有する。本発明は、コーティングを硬化可能な電子ビームの使用を可能とし、その結果、車両産業で通常使用される塗料を構成する溶剤に用いられる無反応溶剤に関連する、火災の危険、有害性大気汚染物質、揮発性有機物などの問題を低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１．０ 関連出願とのクロスリファレンス
この特許出願は、２００３年７月３１日出願、同名称の米国特許出願番号１０／６３０，７８５の利益を主張し、当該米国出願の開示全体が引用によりここに組み込まれている。
【０００２】
２．０ 発明の技術分野
本発明は、コーティングを硬化するために、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームまたはＸ線を使用することに関する。より詳細には、本発明は、車体などの密集複合した三次元対象物上のコーティングを硬化するために、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームまたはＸ線を使用することに関する。
【背景技術】
【０００３】
３．０ 発明の背景
コーティングの主な成分は、溶剤および接合剤、選択的に顔料、添加剤および増量剤である。溶剤は、他の構成成分を分散させて、さらに、粘着性を低減させて、容易で、滑らかで均質な塗布を保証するために添加される。かつて、コーティングのほぼ７０％は、溶剤から作られていた。最も広く使われていた有機溶剤は、トルエン、キシレン、メチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトンである。
【０００４】
コーティングにおける溶剤の使用は、大きな環境問題となっている。有機溶剤は、通常の気温および気圧で揮発する。したがって、溶剤の蒸気は、日常的な塗装作業中（たとえば、塗料は、スプレーにより噴霧される）、硬化中および清掃作業中に解放される。溶剤の蒸気は、火災の要因となる危険がある。加えて、溶剤の蒸気は、重要な健康の危機となる大気汚染（ＨＡＰｓ）の虞も含む。さらに、溶剤の蒸気は、太陽光の存在下で窒素酸化物と反応して光化学作用のオゾンまたはスモッグを生成する揮発性有機物（ＶＯＣｓ）を含むか、または生成する。
【０００５】
１９９１年、全ＶＯＣ放出の１１％は、表面コーティング作業によるものだと考えられていた。米国環境保護局による１９９２年１０月「国内空気汚染放出概算、１９９０−１９９１」を参照。この問題を処理するために、１９９６年に実施されたクリーンエア法では、ＶＯＣの放出の低下が要求されている。加えて、多くの他の連邦、州および地方条例は、ＶＯＣ放出を制限している。これらの条約に従うことは、塗装設備にとって、多大なコストである。
【０００６】
車両コーティングの主な機能は、外観、外部の耐久性および腐蝕防止である。車両塗装は、その一部が重合体および／または複合材料から形成されうる鋼の車体の多層部分に施される。現在、一般的な手法では、リン酸亜鉛か腐蝕防止剤で車体を処理し、それから４つの追加コーティングを施している。第１に、水性の陰極電気塗装（ｅ−ｃｏａｔ）が車体に施される。第２に、下塗剤が電気塗装上に施される。第３に、色素塩基コーティングが施される。一般的にこれは水性塗料によりなされるが、水性塗料はなお溶剤を含んでいる。第４に、最後に、溶剤ベースの媒体を用いて、透明コーティングが施される。そのコーティングは、連続的にオーブンでの焼き付けサイクルにより硬化される。
【０００７】
米国における車両塗装設備は、ＶＯＣを低減するための低減装置の配置を含む。その低減装置は、塗装設備の総投資額の１０％に相当しうる。低減装置は、生産される車両に全く価値を与えることなく、数百万ドルの間接コストを加算する。さらに、低減装置は、エネルギーを消費し、禁止されていないが有益でない窒素酸化物（ＮＯＸ）を生成してしまう。これらのおよび他の方法によって、自動車メーカーは、１９６０年代以来、塗装作業における放射を８０％減らしている。しかし、簡単な仕事は終わり、より困難な、さらなるＶＯＣの低減が必要とされている。
【０００８】
照射硬化性塗装が知られている。紫外線（ＵＶ）および低エネルギー電子ビーム技術は、長年、飲料製品の缶、雑誌およびインスタントくじなどの小さな工業的および商業的製品の塗装およびコーティングに用いられている。一般的には、照射硬化は、基材直上の特別に処方されたコーティング内のフリーラジカル重合またはカチオン重合を初期化する。無反応溶剤は、放射硬化性コーティングに必要とされないので、該コーティングは、１００％の反応型液体からなり得る。ある放射硬化性コーティングは揮発させ、制限されたＶＯＣを放射するが、このような放射は、比較的低く、しばしば存在しない。
【０００９】
電子ビーム硬化性コーティングは、電子を塗装に衝突させることによって硬化される。ＵＶ硬化性コーティングと対照的に、電子ビーム硬化性コーティングでは、電子ビームの衝突自体が十分なエネルギーを供給し、フリーラジカルを生成するので、光開始剤を必要としない。加えて、電子ビーム硬化は、不透明性および染色の影響を受けない。
【００１０】
不幸にも、電子ビーム硬化は、比較的平らな表面上の薄い部分のコーティングの硬化に制限されてきた。これは、従来の利用可能な電子ビーム加速器の性質が、低電力で低エネルギーであったからである。低電力加速器（すなわち、１ｋＷより低い）は、低電力がスループット率の制限を意味するので、あまり有用ではなかった。他の要素が等しい場合、２００ｋＷ加速器は、５０ｋＷ加速器の４倍の物質を単位時間当たりに処理する。低エネルギーは低い電子侵入度を意味するので、低エネルギー加速器（たとえば、５０〜３００ｋｅＶ）は、作業が制限される。正確な侵入度は、密度によって変化するが、これは、通常、３００ｋｅＶで０．５ミリメートルより小さいこと、あるいは、プラスチック材料の約３〜４ｍｍ／ＭｅＶの侵入度と相互に関連する。（加速器のビーム出射口でエネルギーが浪費されるから、電子侵入度は、低エネルギーでは電子ビームエネルギーとは直接比例しないことに留意する。）そのような侵入度では、視野方向のとても薄いフィルムの硬化にしか適していない。電子は、複数層の鋼板を侵入して、製品中の折り曲げ、折り重なり、湾曲によって隠れた表面に到達するだけの十分なエネルギーを持っていない。また、電子は、割れ目や隙間に形成されるフィルムの厚い領域に侵入するのに十分なエネルギーを持っていない。したがって、従来の電子ビームは、厚さが変化した複雑な三次元の鋼表面を持つ車体上のフィルムの硬化には用いられていなかった。
【００１１】
Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍｓ Ｉｎｃ．（ＡＥＢ）は、最近、自動車産業が従来の塗装ラインを交換しうる低エネルギー電子ビーム装置を提案した。Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ２００３年５月２６日発行のＢｕｓｉｎｅｓｓ Ｗｅｅｋ９５〜９６ページ、Ｂｅａｍｓ Ｆｏｒ Ｅｖｅｒｙｏｎｅ参照。しかし、ＡＥＢ装置は、比較的小さく（８０〜１２０ｋｅＶか、場合によってはもっと低い）、従来の装置と同様に低エネルギーの不利益に苦しむ。したがって、視野方向の硬化に有用であるだけである。
【００１２】
高エネルギー電子を高密度の目的物に衝突して生成したＸ線により製品を処理する構想は、２５年以上前に提案された。Ｘ線は、電子よりもより高い物質侵入度を示す。しかし、適度なＸ線電力を生成するためには、比較的高い電子ビーム電力が要求されるので、この構想は、商業的には、ほとんど注目を集めなかった。電子をＸ線に変換する処理は、とても非効率である。（たとえば、１０ＭｅＶより小さい電子ビームエネルギーに対して１５％以下である）
１９９０年代半ば、Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｓ．Ａ．（ＩＢＡ）は、革新的な中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビーム加速器のシリーズを紹介した。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１００は、１０ＭｅＶ（３．５ｍＡ）で最大３５ｋＷ生成する。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ２００は、１０ＭｅＶ（１０ｍＡ）で１００ｋＷまで、５ＭｅＶ（２０ｍＡ）で最大１００ｋＷ生成する。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ３００は、１０ＭｅＶ（２０ｍＡ）で２００ｋＷまで、５ＭｅＶ（２７ｍＡ）で最大１３５ｋＷ生成する。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ２００およびＴＴ３００のビーム電力は、連続的な工業系事業において、それぞれ、８０ｋＷおよび１５０ｋＷが保証されている。ＩＢＡは、世界初の超高電力工業加速器であるＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１０００の構築を完了し、テストの最終段階にあり、該ＴＴ１０００の電力は、７ＭｅＶおよび７００ｋＷと見積もられている。加速器のＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ファミリーは、米国特許５，１０７，２２１号に記述されており、その全記載は、ここに参照することにより本書に組み込まれる。
【発明の開示】
【００１３】
４．０ 発明の概要
ＩＢＡによって生成されるような高電力、高エネルギー電子ビームのための媒体の最新の生成は、車体のように複雑な三次元の表面を持つ大きく厚い対象物上のコーティングを硬化するのに十分なスループットおよび侵入度を有する。したがって、本発明の一つの態様は、車体上の１以上のコーティングを硬化する方法であって、次を含むものである：（ｉ）少なくとも１の電子ビーム硬化性コーティングで前記車体をコーティングし；（ｉｉ）１以上の中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビーム中に、前記車体を１回以上通過する。
【００１４】
ＩＢＡの中〜高電力、中〜高エネルギー加速器、特に最新のＴＴ１０００加速器（７ＭｅＶおよび７００ｋＷと見積もられている）は、車体上の塗装硬化を実行可能な代替物として、多量のＸ線を生成する。Ｘ線は、電子よりもかなり深いフィルムの厚さに侵入する。したがって、本発明の他の態様は、車体上の１以上のコーティングを硬化するための方法であり、次を含むものである：（ｉ）少なくとも１のＸ線硬化性コーティングで前記車体をコーティングし、（ｉｉ）中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームを金属目標物に衝突させて生成される１以上のＸ線照射野中に、前記車体を１回以上通過する。
【００１５】
本発明は、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームを採用している。本発明で採用される電子ビームは、主として、少なくとも１ＭｅＶのエネルギーを有し、好ましくは、少なくとも３ＭｅＶ、より好ましくは少なくとも５ＭｅＶ以上１０〜１２ＭｅＶ以下である。これは、従来のコーティング技術で使われていた低エネルギービームが一般的に持つ５０〜３００ｋｅＶの範囲のビームエネルギーよりも高い。本発明で採用されている電子ビームは、主として、電力能力として、少なくとも１ｋＷを有し、好ましくは少なくとも１０ｋＷ、より好ましくは少なくとも３５ｋＷ、さらにより好ましくは少なくとも８０ｋＷ、理想的には１５０ｋＷを有し、少なくとも一つの実施形態では、２００ｋＷ〜７００ｋＷを有する。
【００１６】
上記発明の方法は、多くの効果を提供する。第１に、電子ビームおよびＸ線は、車両コーティング産業において使用される無反応溶剤の排除または低減を可能とする。第２に、電子ビームおよびＸ線は、潜在的には一つの車体に対して１分以下という、極めて迅速な硬化を提供し、即座の起動および停止機能も提供する。第３に、電子ビームおよびＸ線硬化は、低温度処理である。第４に、放射硬化性コーティングは、コーティングが単一成分系であるので、分類としては、より長い持続期間およびより長いポットライフを持つ傾向にある。第５に、同じ調子では、放射硬化性コーティングは、より良い硬度、耐溶剤性、耐着色性および耐磨耗性を示す傾向にある。放射硬化性コーティングにおける揮発性構成物が少ないほど、光沢が高く、体型がより良く、収縮率が低い。第６に、電子ビーム加速器は、熱炉に比べてよりエネルギー効率が良い。第７に、電子ビーム加速器は、従来の熱炉よりもスペースを必要とせず、電子ビーム硬化設備のための主要なコストは、炉硬化設備と同程度である。
【００１７】
本発明は、大きく文脈上で車体の硬化コーティングについて記載されているが、これに限定されるものではなく、他の大きな三次元の対象物をコーティングする際に出くわす同様の問題も解決する。したがって、本発明の他の態様は、折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成される対象物上の１以上のコーティングを硬化する方法であり、次を含むものである：（ｉ）少なくとも１の電子またはＸ線硬化性コーティングで前記対象物をコーティングし、（ｉｉ）中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームまたはＸ線照射野中に、前記対象物を１回以上通過し、ここで、前記ビームまたは前記照射野の可視的視野方向中にないコーティングの領域を硬化するために、少なくとも１の電子ビームおよび／またはＸ線照射野が複数層の前記シート素材を通じて侵入可能である。一の実施形態では、シート素材は相当面密度を有し（たとえば、体積密度が乗算された厚さ）、該面密度は、３ｍｍのプラスチック素材の相当面密度と同等かまたはより大きい。他の実施形態では、シート素材は、０．４ｍｍの鋼の相当面密度と同等かそれより大きい相当面密度を有する。
【００１８】
本発明の他の態様は、上記方法のいずれか一つを実施できる設備である。したがって、本発明は、次の構成要素を含むプラントである：（ｉ）折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成され、１以上の電子ビームまたはＸ線硬化性コーティングによりコーティングされた１以上の対象物と；（ｉｉ）電子ビームおよび／またはＸ線照射野中に、１以上の前記対象物を通過させるコンベアシステム；（ｉｉｉ）前記ビームまたは照射野の侵入方向にないコーティング領域を硬化するために、多数層の前記シート素材を通じて侵入可能な、中〜高電力、中〜高エネルギーの（複数の）電子ビームおよび／または（複数の）Ｘ線照射野を生成可能な１以上の加速器。
【００１９】
本発明の他の態様は、ここに提供される開示を考慮して当業者にとって明らかである。
【００２０】
５．０ 図面の簡単な説明
図１Ａは、本発明に使用される垂直迷路の上面図である。
【００２１】
図１Ｂは、本発明に使用される垂直迷路の側面図である。
【００２２】
図２Ａは、本発明に使用される垂直および水平迷路の上面図である。
【００２３】
図２Ｂは、本発明に使用される垂直および水平迷路の側面図である。
【００２４】
図３Ａは、本発明に使用される水平迷路の上面図である。
【００２５】
図３Ｂは、本発明に使用される水平迷路の側面図である。
【００２６】
図４は、５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への５ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【００２７】
図５は、５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への７ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【００２８】
図６は、５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への１０ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【００２９】
図７は、１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への５ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【００３０】
図８は、１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への６ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【００３１】
図９は、１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【００３２】
図１０は、１．４ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【００３３】
図１１は、５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【００３４】
図１２は、鋼板スタックおよび拡大された鋼板の角を示す図である。
【００３５】
６．０ 好ましい実施形態の詳細な説明
６．１ 定義
ここで使用される、以下の用語は、以下の意味を有するように意図されている。
【００３６】
“低エネルギー”は、１ＭｅＶよりも低く、主に１００〜３００ｋｅＶであることを意味する。
【００３７】
“中エネルギー”は、１ＭｅＶ以上、５ＭｅＶ未満を意味する。
【００３８】
“高エネルギー”は、５ＭｅＶ以上を意味する。
【００３９】
“中〜高エネルギー”は、少なくとも１ＭｅＶを意味する。
【００４０】
“低電力”は、１ｋＷより小さいことを意味する。
【００４１】
“中電力”は、１ｋＷ以上、８０ｋＷ未満を意味する。
【００４２】
“高電力”は、８０ｋＷ以上を意味する。
【００４３】
“中〜高電力”は、少なくとも１ｋＷを意味する。
【００４４】
ここで使用される“車体”は、乗用車、トラック、バス、単車、トラクターまたは他のいかなる自動搬送車両の主要部を示し、少なくともフレームまたはシェルを含み、選択的に、ドア、フード、トランク、アクセルなどの他の部分も含む。車体は、一般的に、鋼材により形成されているが、アルミニウム、ポリマー（プラスチックおよびゴム）、グラスファイバー、カーボンファイバー、合成物、および木材さえも含む他の材料が、交換可能にまたは鋼材と組み合わせて使用されてもよい。
【００４５】
ここで使用される“影”は、製品表面上の折り曲げ、折り重なり、湾曲により所定の視線方向では見えない製品表面上の領域を示す。
【００４６】
ここで使用される“コーティング”は、１以上の被覆層が、保護および／または装飾のために、製品の表面上に広がることを示す。塗装は、コーティングの一種である。
【００４７】
“塗装”は、少なくとも一部に色彩が施されたコーティングを示す。
【００４８】
“視線方向”は、所定の方向から所定の領域を見る能力を示す。所定の方位は、電子ビームまたはＸ線を用いたコーティング硬化の前後における電子ビームまたはＸ線照射野の出力点である。
【００４９】
“相当面密度”は、材料の厚さに、その体積密度を乗算したものを示す。
【００５０】
６．２ 概説
中〜高電力、中〜高エネルギー工業的電子加速器の出現により、現在、車体の塗装およびコーティングの硬化に電子ビーム技術が使用されており、その結果、硬化スピードが向上し、工場フロアスペースが削減され、揮発性放射が低減され、エネルギーコストが削減されている。電子ビームは、鋼パネル上のコーティングを硬化するために適しているだけでなく、硬化中の低温性から熱可塑性パネル上のコーティングの硬化にも適している。本発明に従って、車体上の１以上のコーティングを硬化する１以上の電子ビームまたはＸ線を生成するために、少なくとも１の中〜高電力、中〜高エネルギー加速器が使用される。
【００５１】
現在、車両産業の一般的な実務は、車体をリン酸亜鉛またはそれに近い防蝕剤で処理し、さらに、４つの追加コーティングを供給している。第１に、水性の陰極電気塗装（ｅ−ｃｏａｔ）が車体に施される。第２に、下塗剤が電気塗装上に施される。第３に、一般的に水性でなお溶剤を含む色素塩基塗装が施される。第４に、最後に、溶剤ベースの媒体を用いて、透明コーティングが施される。そのコーティングは、連続的にオーブンでの焼き付けサイクルにより硬化される。これらのコーティングは、周知技術であり、十分に文書化されており、商業的にＢＡＳＦおよびＰＰＧを含む製造業から入手可能である。特別な設計は、車両製品間で少々変更される。
【００５２】
適当な電気塗装は周知技術であり、商業的に利用可能である。電気塗装（ｅ−ｃｏａｔ）とは、電着下塗剤を示す。電気塗装は、およそ４０年間知られており、産業的金属対象物上の耐食性を向上するために広く採用されている。電気塗装の間、導電性の製品を被覆するために、帯電した粒子が水懸濁から堆積される。電気塗装は、印加された電圧量により調節される一定の被膜厚さを、製品に与える。堆積は、自己制御式であり、製品を電気的に絶縁するコーティングが加えられると衰える。電気塗装固体は、最初は対極と最も近い領域から堆積され、これらの領域が電流から絶縁されると、固体はより奥に進み、露出した金属領域に完全な被覆が供給される。典型的なｅ−ｃｏａｔは、エポキシベースの水性陰極電気塗装（ＣＥＤ）下塗剤である。最初のＣＥＤ下塗剤は、トルエンジイソシアネートのようなブロックされたイソシアネートで硬化された、ペンダントアミン基を有するエポン樹脂であった。現在、ほとんどのＣＥＤ下塗剤は、硬化剤として、オキシムブロックされたトルエンジイソシアネートを用いている。適当なｅ−ｃａｏｔは、ＢＡＳＦやＰＰＧなどの企業から商業的に利用可能である。
【００５３】
適当な下塗剤は、周知技術であり、商業的に利用可能である。下塗剤は、一般的に、噴霧により与えられる。しばしば、下塗剤は粉末である。主要な粉末下塗剤表面処理は、エポキシポリエステルである。下塗剤は電気塗装であってもよい。たとえば、ＰＰＧは、ブラジルのダイムラークライスラープラントで昨年紹介された二槽電極市システムであるパワープライムを販売している。パワープライムは、２ｉｎ１電気塗装下塗剤であり、第１の槽が腐食抑制下塗剤を与え、第２の槽が全身の欠け防止下塗剤表面処理を与える。この過程は、下塗剤の被覆においてスプレー塗装のステップを省略できる。
【００５４】
適当な色彩基礎コーティングは、周知技術であり、商業的に利用可能である。適当な基礎コーティングは、一般的に、顔料を含む。基礎コーティングにおける接着剤は、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂およびアミノプラスト樹脂から選択されうる。一般的な基礎コーティングは、溶剤または水性ポリエステルコーティングである。
【００５５】
適当な透明コーティング、あるいは最表面コーティングは、周知技術であり、日本ペイントなどの製造業者から商業的に利用可能である。透明コーティングは、外的要素から塗装を保護するために使用される。適当な透明コーティング剤は、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂およびアミノプラスト樹脂を含む。一般的に、透明コーティング剤は、溶剤性のアクリルまたはウレタンである。ＢＡＳＦは、イソシアネートを使用することなくウレタンの特性を提供するカルバメート機能を有する一液形アクリルである、ウレクリア（登録商標）透明コーティングを販売している。ＢＡＳＦは、また、ＶＯＣ生成がないと報道されている車両用粉末スラリー透明コーティングも開発した。ＢＡＳＦ粉末スラリーは、メルセデスベンツの車両にも適用されており、ミシガンの低放射塗装事業体（ＧＭ、フォード、ダイムラークライスラーにより実行される合同Ｒ＆Ｄプロジェクト）で試験が試されている。
【００５６】
典型的な基礎コーティングおよび透明コーティングは、それぞれ、２０および５０μｍの厚さであり、密度は少なくとも１ｇ／ｃｍ３である。車体は複雑で幾何学的な形状を有しているので、低エネルギー電子ビームを用いて、必要な全視野方向で十分に車体上のコーティングを硬化することは非常に困難である。低エネルギー電子の空間中の短い範囲は、これをより難しくしている。さらに、低エネルギービームは、ひびや割れ目表面に通常起こる、コーティングの比較的厚い継ぎを硬化するために必要な侵入度が足りない。特に、影になった塗装表面を硬化するために、１以上の車体の鋼ボディ（たとえば、厚さ０．８ｍｍ、密度７．８５ｇ／ｃｍ３）の厚さを侵入する必要がしばしばあるので、より高いエネルギーが要求されている。
【００５７】
差し迫った発明では、車体上の少なくとも１のコーティングが電子ビーム硬化コーティングまたはＸ線硬化コーティングである。ある実施形態では、色彩基礎コーティングは、電子またはＸ線硬化性である。他の実施形態では、色彩基礎コーティングおよび透明コーティングは、電子またはＸ線硬化性である。いずれの実施形態でも、基礎コーティングおよび透明コーティングは、個別にまたは同時に硬化される。電子ビーム硬化性コーティングは、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームによって硬化される。選択的に、硬化性コーティングは、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームによって生成されたＸ線照射野によって硬化される。好ましくは、電子ビームは、高エネルギー、高電力ビームである。
【００５８】
６．３ 電子およびＸ線硬化性コーティング
電子硬化性およびＸ線硬化性コーティングは、基本的に類義語である。物理学的に異なるかもしれないが、化学的反応は基本的に同一である。しかしながら、高電力および高エネルギーの要求は電子をＸ線に変換することを必要とするので、電子ビームの方がＸ線よりももともとは好まれている。したがって、従来技術および本論述では、電子ビーム硬化性フィルムに注目する。しかし、ほとんどの電子ビーム硬化性樹脂はＸ線硬化性でもあることが理解されねばならない。
【００５９】
電子ビームおよびＸ線硬化性コーティングは、周知技術であり、商業的に利用可能である。たとえば、アクリル酸塩を水溶性コーティングまたは水性エマルジョンのような水性製剤中で使用する電子ビーム硬化性システムが利用可能である。
【００６０】
電子ビーム硬化性コーティングは、一般的に噴霧で対象物上になされ、電子ビーム加速器からの照射によって硬化（架橋／重合）される。この硬化プロセスは、従来のコーティングが要する数分後、数時間、数日後よりむしろ、照射されたときにほぼ即座に起こる。硬化がすばやく起こるので、コーティングを流出し最大の光沢を得るために十分な時間が塗装と硬化との間に許される。しかし、この流出時間の間、ＶＯＣの放射はどうしても起こる。
【００６１】
電子ビームおよびＸ線硬化は、コーティングの色または不透明性には影響を受けない。電子は、短い照射時間においてコーティングを硬化するために、着色されたコーティングを効率的に侵入する。
【００６２】
電子ビームおよびＸ線硬化性コーティングは、１００％反応溶液を用いることができ、それによって、反応しない溶剤の必要性を完全に除去できる。しかし、一定の樹脂は揮発してＶＯＣとなりうるので、ＶＯＣなしの形成の達成能力は、製剤に依存する。電子ビームおよびＸ線硬化コーティングは、一般的に、次の要素からなる；（ｉ）二重結合不飽和を含むオリゴマーまたはプレポリマー；（ｉｉ）よく反応する溶剤（すなわち、不飽和の度合いが変化する１以上のモノマー）。しばしば、オリゴマーまたはプレポリマーは、アクリル酸塩またはメタクリル酸塩基を含む。電子ビーム硬化性コーティングは、光開始剤、顔料、染料および他の添加剤を含みうる。
【００６３】
電子ビームまたはＸ線硬化性コーティングの第１タイプは、重合過程において、フリーラジカルを用いる。フリーラジカルは、高い反応性の分子であり、不対電子を含む。フリーラジカルは、反応物質を電子ビームに露出することによって直接的に生成され、または、電子ビームの照射から光化学反応を起こす光開始剤分子から間接的に生成される。フリーラジカルは、架橋および／または重合を引き起こす連鎖反応を活性化するアクリル酸塩基のような活性化した二重結合と反応する。
【００６４】
電子ビームまたはＸ線硬化性コーティングの第２タイプは、陽イオンの重合を用いる。この処理は、複合有機分子の塩を用い、エポキシド（オキシラン環）を含む樹脂およびモノマー中の陽イオン連鎖重合を開始する。アクリルアルケン二重結合およびオキシラン環は、電子ビーム照射によって光開始剤があってもなくても、活性化されうる。
【００６５】
従来の溶剤ベースのコーティングに用いられる樹脂は、電子ビーム硬化性になるように化学的に変更されうる。たとえば、エポキシド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、および他の材料は、アクリル酸塩機能性を紹介することによって、変更されうる。今日の電子ビーム硬化性製剤に最もよく見られるオリゴマーは、アクリル酸塩ウレタン、エポキシ、ポリエステルおよびシリコーンである。これらの機能性は、典型的に、アクリル酸をアルコール基によって反応させることによって、または、ヒドロキシエチルアクリル酸塩を酸性基で反応させることによって得られる。樹脂の一般的な物理的および化学的特性は、変化後に維持される。
【００６６】
６．４ 高電力、中〜高エネルギー電子ビーム
加速器は、電子的エネルギーを使って自由電子を生成し、自由電子を高速度に加速させ（これによって、それらに高い運動エネルギーを与える）、通常コンベアまたは他のタイプの運搬システムにより運ばれる物質に自由電子を案内する機械である。選択的に、十分な電力およびエネルギーのビームを与えるために、電子は、電子をＸ線に変換するタンタル板などのような変換目標物に案内されてもよい。ここで、Ｘ線は、電子よりも侵入力が高い以外、電子と同じ機能を有する。
【００６７】
加速器はＴＶセットまたは医療用Ｘ線装置と類似しており、同様の方法で電子を生成する。真空チャンバ内の陰極を加熱することによって、無数の自由電子が生成される。マイナス電気を帯びた電子は、一度生成されると、陰極上の負電位によって跳ね返され、接地された陽極板に引き付けられる。ＲＤＩ ＤＹＮＡＭＩＴＲＯＮ（登録商標）のような方向付け加速器では、陰極に印加された負電位が電子の全運動エネルギーを決定する。電磁波線形（リニアック）加速器、または、ＩＢＡ Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）のようなラジオ周波数（ＲＦ）加速器においては、電子は、比較的小さいエネルギー（通常、２５〜５０ｋｅＶ）で加速され、電子加速構造に注入され、交流電場でより高い運動エネルギーへ加速される。加速された電子は、接地された陽極板に設けられた細い金属窓から逃げ出し、処理する材料に向かって空間を進む。
【００６８】
加速器の出力は通常、電力のワットまたはキロワットで特定される。他の要素が同一の場合、２００ｋＷ加速器は５０ｋＷ加速器の４倍だけ単位時間当たりに処理する。したがって、低エネルギー加速器（たとえば５０〜３００ｋｅＶ）は、低エネルギーが低電子侵入度を意味するので、塗装処理が非常に制限される。
【００６９】
電子は、所定の材料において、予測可能な侵入深さ、または範囲を有する。当該範囲は２つのパラメータにより影響を受ける：電子エネルギーと製品密度である。侵入度は、エネルギーに比例し、密度に反比例する。等しい入出射線量での樹脂材料の侵入度を示す基本方程式は、次の通りである。
【００７０】
侵入度＝（０．４１４Ｅ−０．１４２）／ｄ
ここで、“Ｅ”はＭｅＶ単位のビームエネルギー、“ｄ”はｇ／ｃｍ３単位の密度である。正確な侵入度は、密度や原子番号で変化するが、これは、一般的に、ＭｅＶ当りおよそ３〜４ミリメーターの材料侵入度に相関がある。
【００７１】
低エネルギー加速器は、侵入して、車体などの複雑な三次元高密度対象物を硬化するために十分なエネルギーを有するビームを生成しない。低エネルギー加速器は、工程の直接的な視線方向中の薄いコーティングを硬化することに、根本的に制限されている。一つの車体の全露出表面領域に直接的な視線方向を有することは、一つのビームまたはいくつかのビームでさえ不可能ではないにしても、極めて困難であり、複数のタイプの車体ではなおさらである。車体表面上の折り曲げ、折り重なり、湾曲による影は、少なくともいくらかの露出された表面を隠す。したがって、従来の加速器における侵入度の欠如は、この目的において、大きな問題であると考えられてきた。
【００７２】
対照的に、本発明で使用される加速器は、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビーム加速器である。好ましくは、加速器は高電力、高エネルギー電子ビーム加速器である。電子ビームは、本発明において、典型的に、１ＭｅＶより高く、好ましくは３ＭｅＶ以上、より好ましくは５ＭｅＶ以上で１０〜１２ＭｅＶと同等のエネルギーを有する。これは、典型的に５０〜３００ｋｅＶのエネルギー範囲しかもたない従来からコーティング技術に使用されている低エネルギービームよりもかなり高い。電子ビームは、本発明では、典型的に、少なくとも１ｋＷ好ましくは１０ｋＷ以上、より好ましくは３５ｋＷ以上、さらにより好ましくは８０ｋＷ以上、理想的には１５０ｋＷ以上、少なくとも一つの実施形態において、２００ｋＷ〜７００ｋＷと同等の電力容量を有する。これらのビームは、金属の複数層を侵入でき、これにより、車体において影が形成される影響により不利益を被らない。これらのビームは、鋼板の複数層を侵入でき、三次元構造における折り曲げ、折り重なり、湾曲により直接的な視野方向から隠れた車体の一部に到達できる。
【００７３】
適当な加速器は、ＩＢＡによって最近紹介された。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１００は、１０ＭｅＶ（３．５ｍＡ）で３５ｋＷまで生成できる。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ２００は、１０ＭｅＶ（１０ｍＡ）で１００ｋＷまで、５ＭｅＶ（２０ｍＡ）で１００ｋＷまで生成できる。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ３００は、１０ＭｅＶ（２０ｍＡ）で２００ｋＷまで、５ＭｅＶ（２７ｍＡ）で１３５ｋＷまで生成できる。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ２００およびＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ３００のビーム電力は、連続的な商業的サービスにおいて、８０ｋＷおよび１５０ｋＷが、それぞれ保証されている。ＩＢＡは、世界初の超高電力工業加速器であるＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１０００の構築を完了し、テストの最終段階にあり、該ＴＴ１０００の電力は、７ＭｅＶおよび７００ｋＷと見積もられている。加速器のＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）シリーズは、米国特許５，１０７，２２１号に記述されており、その全記載は、ここに参照することにより本書に組み込まれる。
【００７４】
６．５ ビーム配列
中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビーム加速器は、さまざまな配列で配置されうる。３つの配列を次に詳細に示す。
【００７５】
６．５．１ プラントコンセプト♯１：複数の中〜高エネルギービーム走査部
ある実施形態では、完成した車体が連続的なコンベアシステムで運ばれて、複数の固定されたビーム走査部（たとえば２〜４個またはより多く）を有するヴォールトに入れられる、ここで、ビーム走査部は、中〜高エネルギー、中〜高電力電子ビームを供給する。たとえば、ビームは、幅３ｍまでの領域をカバーするために対象物の両側から放射される。加速器は、ヴォールトに隣接している複数の部屋に位置する。走査部は、車体全体にそれぞれ均一な線量が確実に放射されるように、ヴォールト内に戦略的に配置されている。
【００７６】
複雑な形状へのビームの分配は、多くの手段によって最大限に生かされる。図面で示す実施例は次を含む：（ａ）クリランドらの米国特許４，２９５，０４８号では、線形および不規則な形状の対象物へ制御された照射量で照射する手段が開示されており；（ｂ）ジャイレンツらの米国特許６，４７９，８３１号では、標準形状の対象物および湾曲した表面に均一な線量を照射するための手段が開示されている。これらの特許の開示は、参照によりここに組み込まれる。
【００７７】
モンテカルロソフトウェアを使ったコンピュータシミュレーションは、ビームに対して塗装表面が常に正しい方向に直接向いていたら、４０ｋＧｙの線量、単一の１０ＭｅＶ、２０ｍＡ（たとえば、２００ｋＷ）ビームの使用、１．６４分／車体（または０．６車／分）の硬化時間が達成されると予測している。硬化時間は、塗装表面に到達するまでにさまざまな厚さの金属が侵入されなくてはならなくても、いまだかなり妥当である。特に、上記予測硬化時間は、（厚さ０．８ｍｍで７．８５ｇ／ｃｍ３の密度を有する各鋼板が、それぞれ、２、４、６枚積層されたものを通じて、）深さ１．６、３．２、４．８ｍｍで１．１、１．１、２．３分／車体である。異なる方向から２以上のビームの線量を供給することによる魅力的な効果は、これらの演算には組み込まれていない。これらの割合は、２つの加速器が使用されたら半減され、また、２０ｋＧｙのより低い線量が望まれた場合も半減する。たとえば、線量要求２０ｋＧｙを達成するための、４００ｋＷのビーム電力の使用（たとえば、２つの１０ＭｅＶ、２００ｋＷ加速器）は、上述の硬化率よりも４倍早い硬化率をもたらす。
【００７８】
５〜１０ＭｅＶのエネルギーを有する２つのビームが十分であろう。３〜４のビームであれば、より効率的である。
【００７９】
第１実施形態では、線量の均一性を改善するために、車体は、処理ゾーンを通過する際に固定角度（たとえば４５°）回転させられる。この車体の方向付けを伴って１回の通過で２つのビームを通過すれば、十分のはずである。代わりに、１回の通過の総線量が半分で２回通過（すなわち、２倍のコンベア速度）する場合、より均一な線量放射を得るためには、車体に逆回転が加えられる。２回の通過は、今日の多くの電子ビーム設備で繰り返しなされている。これは、ヴォールトの外部のコンベアシステムに、ループと適切なコンピュータ化された製品追跡システムとを要求する。設備の全スループットは、本質的に、１回だけ通過するシステムと変わらない。
【００８０】
６．５．２ プラントコンセプト♯２：単一の中〜高エネルギー走査ホーン
他の実施形態では、連続的なコンベアによって運ばれた完成した車体は、単一の加速器および操作部が使用されるヴォールトに入る。この実施形態では、走査部は、いかなる水平、垂直または角度が付けられた方向にも向くように、配置されている。好ましくは、走査部は、ヴォールトの中央で下方向に向くように垂直に取り付けられ、または、ヴォールトの横から中央に向くように水平に配置される。均一な線量放射を達成するために、コンベアは、車体がヴォールトを通過する際に、ビームと直面するように車体を傾けるようにプログラミングされている。換言すると、ビームの直接的な視線方向から隠れる総表面領域を低減するために、車体はビーム中で舞う。第１実施形態では、車体は４５°まで傾かされた。本他の実施形態では、車体は２軸上で傾けられる。
【００８１】
これは動的プログラムでありえて、複数の走査ホーンを使用したときと比べて、同じ総ビーム電力で同じ全体的なスループットを達成するために、ヴォールトの２回以上の通過を必要とする。このコンセプトの利点は、複数の走査ホーンを使用したときと比べて、ビームの侵入度の要求が減少されることにより、より低いエネルギービームが利用可能である点である。これは、より低い熱効率およびスループットの向上である。より少ない加速器しか要求されず、あるいはできる限り遮蔽が減少されるので、主要なコストは少し低い。不利な面は、より複雑な製品処理システムが要求されることである。すべての他の要素は、複数の走査ホーンを使用した場合に匹敵する。
【００８２】
６．５．３ プラントコンセプト♯３：とても高電力な加速器を用いたＸ線硬化
ある実施形態では、水平または垂直走査ホーンを有する１以上の高電力加速器がＸ線変換目標物に取り付けられ、Ｘ線をヴォールトに導き、本質的に、ヴォールト全体をＸ線照射野内に浸漬される。最新世代の中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームは、大量のＸ線の生成を可能とする。高電力および高エネルギーはＸ線変換を容易にするので、高電力高エネルギービームが好まれる。この関連で、ＩＢＡは、世界初の超高電力工業加速器であるＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１０００の構築を完了し、テストの最終段階にあり、該ＴＴ１０００の電力は、７ＭｅＶおよび７００ｋＷと見積もられている。
【００８３】
Ｘ線は、電子を使用するよりも大きな規模のオーダーで厚みに侵入する能力を提供する。一般的に、Ｘ線からの光子は、電子を衝突させるのと同等の硬化効果を有することが期待されている。不利な面は、Ｘ線を生成するために使用される電子ビームのエネルギーしだいで、電子ビームからＸ線への変換効率が５％〜１５％の範囲（１０ＭｅＶ以下のエネルギーに対して）と悪いことである。しかしながら、処理スピードは、いまだ適当に高く、特にＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１０００のようなとても高電力の加速器を採用するときに適当である。
【００８４】
車体上のコーティングが電子ビームで硬化される前述のコンセプト以外のこのコンセプトの利点は、たった一つの走査ホーンしか有さない単純な製品処理システムを使える点と、車体中の均一な侵入が達成されない見込みがほとんどない点である。また、生成される全エネルギーのより小さな割合しか鋼に吸収されないので、温度増加が直接的な電子ビーム硬化より小さい。Ｘ線方法の不利な点は、およそ１５００ｋＷという高い電気的要求を含むことと、いささか遮蔽要求が増加されることである。
【００８５】
モンテカルロソフトウェアを用いたコンピュータシミュレーションでは、７ＭｅＶ、７００ｋＷビームからの単一の高電力Ｘ線資源を用いて、４０ｋＧｙの線量で、深さ１．６、３．２および４．８ｍｍ（２，４および６枚の金属厚さにそれぞれ相当する）に、およそ１２、１３および１４分／車体の硬化時間が達成されることを予測している。これらの時間は、線量２０ｋＧｙでは半減し、２つの加速器が使用された場合にも半減する。したがって、４つの加速器を備えたシステムは、１．５〜２分／車体の範囲の硬化時間を有しうる。
【００８６】
６．６ コンベアシステム
迷路中で車体を移動させるために、いかなる周知のコンベアシステムが利用されてもよい。オーバーヘッドおよび変換された電力および自由コンベアおよびチェーンコンベアの混合が一般的である。適当なコンベアシステムは、Ｊｅｒｖｉｓ Ｗｅｂｂなどの企業から商業的に利用可能である。コンベアシステムの原則的要求は、迷路中の車体を移動させ支持するのに適切で、ビームによる均一な線量を確保するために車体のスピードおよび角度を制御できることである。供給された線量は、ビームによるコンベアのスピードに反比例する。
【００８７】
６．７ 迷路
全ての照射がヴォールト内に含まれることを保証する一つの方法は、車体がヴォールトに入る前に、“迷路”を通過することを伴う。このヴォールトおよび迷路は、迷路の入り口または出口において照射レベルを背景強度まで低減するために、内部表面から４つまたは５つの散らばりを生成するように設計されている。どんな特定の設備設計のヴォールトおよび迷路の外側の照射レベルでも、正確にモデル化するコンピュータコードが商業的に利用可能である。
【００８８】
図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａおよび３Ｂは、そのような設備が取りうる３つのレイアウトの平面図および側面図を示す。迷路は、水平型、垂直型または両者の組み合わせである。図１Ａおよび１Ｂは、垂直迷路を有する“ストレートスルー”配列を示す。図２Ａおよび２Ｂは、垂直および水平迷路の組み合わせを示す。図３Ａおよび３Ｂは、迷路の角を車体が通過する際に車体が旋回する水平迷路を示す。車体は、迷路中およびヴォールトを連続的に一方位に進むことができ、または迷路を通過する際に旋回できる。多くの他の考え方が可能である。可能な構造のたった３つの実施例がある。コンクリート壁は、走査部近傍で厚く、迷路の出入口で薄い。コンクリートの代わりに、鋼や鉛のような高密度遮蔽材料を使用することは、いささか高い主要コストにもかかわらず、必要な壁厚みを低減し、その結果、設備のサイズを低減する。
【００８９】
ヴォールトから漏れる照射は直線的に進むが、内側面から散乱しない。これらのレイアウトは、線量を背景強度まで減衰するために内側面からの５回の散乱が要求されると、想定する。これは、慎重な予測かもしれない。４つの分散だけが要求されることもありえるし、この結果、より小さい迷路となる。設備に見られる内部寸法は、ＳＵＶのようなフルサイズの車体にとって十分とすべきである。
【００９０】
６．８ 加熱
鋼のブロックの断熱温度上昇は、鉄に伝達される線量のｋＧｙごとに約２．２７℃である。したがって、４０ｋＧｙの線量は、環境温度を超える９１℃の温度上昇、換言すると約１２０℃という最大温度までの上昇を即座に引き起こす。この温度上昇は、許容範囲内に違いない（塗装された車体は、現行の炉焼き工程中にこれより高い温度にやがてさらされるからである）。さらに、空気（または他の）冷却システムはこの温度上昇を低減しうる。車体の全表面領域のうちのほんの小さな部分だけが瞬間的にビームエネルギーにさらされ、より低く要求された線量に比例して温度上昇も低下する。たとえば、２０ｋＧｙの線量は、約４５℃の環境を超えて、理論上の最大温度上昇に帰着する。概して、温度上昇は深刻な問題ではない。
【００９１】
６．９ 無酸素環境
コーティングを硬化する電子ビームの硬化率は、照射チャンバ内の酸素の存在によって妨げられる。電子はフリーラジカルの生成によりコーティングを硬化する。酸素は、フリーラジカル清掃物なので、フリーラジカルの工程を遅延させる。この影響が重大である場合、電子硬化性コーティングにおいて過酸化物清掃物を組み込むことによって、酸素レベルを低減できる。代わりに、不活性ガス（たとえば窒素ガス）をパルスすることによって、および／または真空吸引によって、酸素レベルを低減できる。その製品は、また、真空によってシールされるか、不活性ガスによって充填されたバッグ内に詰められる。酸素によって大きな影響を受けない硬化率の電子ビーム硬化性コーティングを選択することが好ましい。適当な塗料は、たとえば、Ｓｔｒａｔｈｍｏｒｅ（ニューヨーク）によって生成され、Ｂ９５−０００２Ｕ（Ｓ ２６９９２）と呼ばれている。ＳｔｒａｔｈｍｏｒｅのＢ９５−０００２Ｕは、電子ビーム硬化性、陽イオン性、黒色、脂環式のエポキシ製剤である。
【００９２】
６．１０ 本発明の利益
本発明の方法は、複数の利益を提供する。第１で最重要なものとして、本方法は、車両コーティング産業において使用される無反応溶剤をなくすか低減することが可能である。上述のように、溶剤は、火災の原因となり、ＨＡＰおよびＶＯＣの発生源となる蒸気を発生し、このため、高価でエネルギー消費が高いＶＯＣ減少装置を強いる。第２に、電子ビームおよびＸ線は、極めて迅速な硬化を提供し−潜在的には車体１台に対して１分より短い−即座な起動および終了機能も提供する。これは、上昇、硬化および下降に多くの時間を要する従来の熱オーブンに比べて、スループットを増加する。第３に、電子ビームおよびＸ線硬化は、低温度工程である。製品内で内部温度が発生するが、これらの工程は、熱可塑性物質のような熱に敏感な物質に対してもやさしい。感熱物質は、車体や基礎コーティングの多様な部分にしばしば見られる。第４に、照射硬化性コーティングがしばしば単一構成材要素であるので、塗布の前に長い持続期間および長いポットライフを有する傾向にある分類の照射硬化性コーティングを許容する。第５に、この同じ傾向で、照射硬化性コーティングは、強度、耐溶剤性、汚れ防止、磨耗防止のような、良い物理的特性を示す傾向にある。実際、照射硬化性コーティングにおけるより低い揮発性成分は、光沢、良い体型および低い収縮性を車体に与える。第６に、電子ビーム加速器は、熱オーブンに比べてエネルギー効率が良い。従来のシステムにおける溶剤の蒸発または熱反応のために必要な熱エネルギーは、オーブンが非効率なので、電子ビームシステムで使用されるエネルギーよりも大規模である。１０ＭｅＶ、２００ｋＷの加速器は、約５００ｋＷの電力を必要とする。コストが５セント／ｋＷ時間であると見積もられた場合、料金は２５＄／時間である。これは熱オーブンに比べて実質的なコスト削減である。第７に、電子ビーム加速器は、従来の熱オーブンよりも少ないフロア空間しか必要とせず、電子ビーム硬化設備のための主要コストは熱硬化設備と比べて遜色ない。
【００９３】
６．１１ 他の応用
本発明は、車体上の硬化コーティングについて大きく詳述されてきたが、これに限定されるものではない。他の大きな三次元対象物のコーティングを硬化する際に出会う、似たような問題も、本発明により解決される。したがって、本発明は、いかなる三次元構造物、たとえば、家具（食器棚、机など）、芝刈り機のフレーム、ボート、自転車、建設用機器、造園機器などにも適応可能である。本発明は、特に、シート状素材が折り曲げ、折り重なり、湾曲されて形成されるいかなる三次元対象物上のコーティングの硬化にも適用可能である。適当なシート素材は、金属、樹脂、ガラスファイバー、カーボンファイバー、ゴム、木材またはそれらの組み合わせを含む。
【００９４】
その結果、本発明の他の態様は、折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成される対象物上の１以上のコーティングを硬化する方法であって、次を含む：（ｉ）少なくとも１の電子またはＸ線硬化性コーティングで前記対象物をコーティングし、（ｉｉ）中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームまたはＸ線照射野中に、前記対象物を１回以上通過し、ここで、前記ビームまたは照射野の可視的視野方向上にないコーティングの領域を硬化するために、少なくとも１の電子ビームおよび／またはＸ線照射野が複数層の前記シート素材を通じて侵入可能である。好ましくは、全ての電子ビームおよび／またはＸ線照射野を前記シート素材の複数層を通じて侵入可能とし、該ビームまたは照射野の可視的視線方向上にないコーティング領域を硬化する。高電力、中〜高エネルギーＸ線照射野は、現在、金属目標物に中〜高パワー、中〜高エネルギー電子ビームを衝突させることによって生成されている。ある実施形態では、シート素材は、３ｍｍのプラスチック材料の相当面密度と同等か一層大きい相当面密度を有する。他の実施形態では、シート素材は、０．４ｍｍの鋼の相当面密度と同等か一層大きい相当面密度を有する。さらに他の実施形態では、シート材料は鋼である。
【００９５】
本発明の他の態様では、上述の方法のいずれか一つでも実行できる設備である。その結果、本発明は、次の構成要素を含むプラントである：（ｉ）折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成され、１以上の電子ビームまたはＸ線硬化性コーティングによりコーティングされた１以上の対象物と、（ｉｉ）電子ビームおよび／またはＸ線照射野中に、１以上の前記対象物を通過させるコンベアシステムと、（ｉｉｉ）１以上の中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームおよび／またはＸ線照射野を生成可能であり、少なくとも１の前記ビームまたはおよび／または照射野が、前記ビームまたは照射野の可視的視野方向上にないコーティング領域を硬化するために、多数層の前記シート素材を通じて侵入可能な１以上の加速器。好ましくは、全ての電子ビームおよび／またはＸ線照射野を前記シート素材の複数層を通じて侵入可能であり、該ビームまたは照射野の可視的視線方向上にないコーティング領域を硬化する。高電力、中〜高Ｘ線照射野は、現在、金属目標物に中〜高パワー、中〜高エネルギー電子ビームを衝突させることによって生成されている。ある実施形態では、シート素材は、３ｍｍのプラスチック材料の相当面密度と同等か一層大きい相当面密度を有する。他の実施形態では、シート素材は、０．４ｍｍの鋼の相当面密度と同等か一層大きい相当面密度を有する。さらに他の実施形態では、シート材料は鋼である。
【実施例】
【００９６】
７．０ 実施例
７．１ 実施例１：モンテカルロシミュレーション（電子ビーム）
高エネルギー電子で車体上のコーティングを硬化するのに必要とされる時間を見積もるために、演算がなされた。特に、ＩＴＳ３ ＴＩＧＥＲモンテカルロコードは、５，７および１０ＭｅＶの電子ビームで照射された電子吸収材内の深さ−線量分布を演算するために使用された。各ケースでは、鉄の厚さは、一次電子の最大範囲よりも大きいものとした。鉄の表面は、コーティング中のエネルギー堆積（吸収された線量に比例）と鉄中のエネルギー堆積との相違を評価するために、アクリル材料によりカバーするものとした。
【００９７】
ＴＩＧＥＲコードは、解放された領域を有する平板材料中の一次元線量分布だけを与える。電力データは、大きな平らな表面を照射するために領域スループット率を演算するため、および、吸収材内で吸収された線量の変化を示すために使用される。しかし、異なる形状を有する有限平板または対象物の端部の線量変化は、該コードを用いて評価できない。そのような三次元演算は、ＩＴＳ３ ＡＣＣＥＳＳモンテカルロコード（すなわち、照射安全情報計算センターから利用可能な、連結された電子／陽子モンテカルロ伝送コードのＣＣＣ−４６７／ＩＴＳ３コードパッケージ、統合されたＴＩＧＥＲシリーズ）により可能である。３つのモンテカルロ演算が、厚い鉄吸収材への５，７および１０ＭｅＶの電子投射により実行された。入力データを簡易化するために、鋼の代わりに鉄が指定された。鋼と鉄との相違は、これらの演算では無視できる。５０ミクロンのチタン電子ビーム照射口は、当該照射口と鉄吸収材との間の１００ｃｍの空間に沿って含まれる。ビーム照射口で付与される電子エネルギーおよび空隙は、これらの入力エネルギーでは無視でき、これらは、結果を変更することなく演算から削除できる。
【００９８】
ビーム照射口および空間は、単一の区画（層）として設計される。鉄中の深さ−線量分布を示すために、５０ミクロンのアクリルコーティングは、２つの区画に細分され、一方、厚い鉄吸収材は、それぞれ厚さ０．２ｍｍの複数の区分に細分される。これらの演算は、有機コーティングと鉄吸収材との間で、より高い線量が予想されることを裏付ける。各モンテカルロ演算は、５００，０００個の電子の履歴を含む。実行時間は、１．７ＧＨｚペンティアム４プロセッサを搭載したパソコンを用いて、およそ２１〜３７分に及んだ。
【００９９】
ＩＴＳ３ ＴＩＧＥＲ出力データファイルは、吸収素材の各区画中における電子ごとにエネルギー堆積を、ＭｅＶ ｃｍ２／ｇ単位、または、単位領域密度ｇ／ｃｍ２当りのＭｅＶという単位で与える。各区画の出入口の深さは、その材料中で深さＺを最大電子範囲Ｒで除算した無次元率Ｚ／Ｒとして、また、体積密度ｇ／ｃｍ３に厚さｃｍを乗算した領域密度単位ｇ／ｃｍ２として与えられる。モンテカルロ演算の結果は、部分的に、図４、５および６にプロットされる。生データは、下記に示される：
【０１００】
【表１】
【０１０１】
【表２】
【０１０２】
【表３】
【０１０３】
これらの深さ−線量分布は、等しい入出線量に対する鉄の厚さが５ＭｅＶで１．８ｍｍ、７ＭｅＶで２．８ｍｍ、１０ＭｅＶで４．２ｍｍであることを示す。鉄の体積密度は、７．８９ｇ／ｃｍ３であるので、均一な面密度は、５ＭｅＶで１．４ｇ／ｃｍ２、７ＭｅＶで２．２ｇ／ｃｍ２、１０ＭｅＶで３．３ｇ／ｃｍ２である。エネルギー堆積の初期上昇は、鉄に含まれる活動的な二次電子の生成によって起こる。際立った深さでのエネルギー堆積の減少は、一次および二次電子エネルギーの枯渇によって起こる。
【０１０４】
鉄中の電子エネルギー堆積の値は、鉄の深さを０．２ｍｍずつ増加させて、表１、２および３の第２列に示される。表面値に対する深さ値の割合は、第３列に示される。エネルギー堆積は、５ＭｅＶでおよそ１．０ｍｍ、７ＭｅＶでおよそ１．４ｍｍ、１０ＭｅＶでおよそ２．４ｍｍの最大値に到達する。表面値に対する最大値の割合は、５ＭｅＶでおよそ１．５７、７ＭｅＶでおよそ１．６６、１０ＭｅＶでおよそ１．６７である。
【０１０５】
車両部品の有機コーティングは、鉄吸収材よりも高い電子阻止能を持つ。その阻止能は、素材の区画を通り抜ける際に電子から付与されたＭｅＶのエネルギーとして定義される。したがって、鉄の表面と同じ電子フルエンスが浴びせられるコーティング中のエネルギー堆積は、第１の鉄区域中のエネルギー堆積よりも高いに違いない。両素材中の二次電子平衡を前提とすると、それらの表面のエネルギー堆積の割合は、それらの電子阻止能の割合と同じである。
【０１０６】
５０ミクロンコーティングは、ポリメチルメタクリレートと似た阻止能を有するアクリル酸樹脂であると仮定される。鉄中の電子阻止能に対するポリマー中の電子阻止能の割合は、該割合が電子エネルギーの増加に伴いわずかに増加するけれども、ほぼ電子エネルギーと無関係である。理論的な阻止能の割合は、５ＭｅＶで１．３１、７ＭｅＶで１．３０、１０ＭｅＶで１．２９である。図４、５および６に示されるモンテカルロデータから得られた、計算された表面エネルギー堆積の割合は、５ＭｅＶで１．２４、７ＭｅＶで１．２８、１０ＭｅＶで１．３０である。コーティング中のより高いエネルギー堆積は、理論的な期待値と一致する。
【０１０７】
テーブルの第６列に示される領域スループットの割合は、以下の方程式により計算される：
Ａ／Ｔ＝ＫＴ／Ｄ
ここで、Ａ／ＴはＭ２／分単位の領域スループットであり、ＩはｍＡ単位の電子ビーム電流であり、ＤはｋＧｙ単位の吸収線量である。電子ビーム電力は、各ケースで２００ｋＷが想定された。したがって、電子ビーム電流は、５ＭｅＶで４０ｍＡ、７ＭｅＶで２８．６ｍＡ、１０ＭｅＶで２０ｍＡであった。コーティング中の吸収線量は４０ｋＧｙが想定された。
【０１０８】
要素ＫはｋＧｙ ｍ２／ｍＡの領域処理係数であり、ＭｅＶ ｃｍ２／ｇのエネルギー堆積の６倍に等しい。鉄のＫの値は、テーブルの第４列に示される。第５列に示されるコーティングのためのＫ要素は、鉄のＫ要素に、それぞれ、テーブル１の１．２４を乗算して、テーブル２の１．２８を乗算して、テーブル３の１．３０を乗算して得られる。モンテカルロ演算（既述の説明参照）から得られる鉄のエネルギー堆積に対するポリメチルメタクリレートのエネルギー堆積の割合の値がある。第６列の領域スループットの割合は、アクリルコーティングのためのより高いＫ要素に基づく。
【０１０９】
第７列に示されるラインスピードは、２ｍと想定されたコンベア幅で除算された領域スループットである。第８列に示される車体硬化率は、５ｍと想定された車体ごとに、コンベアの長さでラインスピードを除算した値である。車体ごとの硬化時間は、車体硬化率の逆数である。
【０１１０】
鉄表面のコーティング中のエネルギー堆積に基づいて、車体ごとの硬化時間は、５ＭｅＶでビーム電流４０ｍＡで約０．７２分、７ＭｅＶで２８．６ｍＡで約１．０１分、１０ＭｅＶで２０ｍＡで約１．６４分であり、コーティング中の吸収線量が４０ｋＧｙと想定され、一方向から一つの加速器を用いた処理と想定された。硬化時間は、均等な入出線量のための厚みよりも大きな鉄の厚みを通じて線量が供給される場合、一層長くなる。
【０１１１】
一方、硬化時間は線量に対して直接比例するので、硬化時間は、要求された線量がより低い場合に短くなる。たとえば、線量が演算に用いられた４０ｋＧｙの代わりに２０ｋＧｙに減少されうる場合、テーブルに記入された硬化時間は半減される。また、２つの電子加速器により両側から車体が照射された場合、硬化時間はほぼ半減し、線量分布の均一性が向上する。これらのモンテカルロシミュレーションに基づいて、車体のような複雑な鋼構造物上の有機コーティングが、高エネルギー電子の照射によって硬化される。この技術を用いてさまざまな利点があり、たとえば、従来の熱効果に比べて、より短い硬化時間、より低い電力コストおよびより低い主要コストである。
【０１１２】
７．２ 実施例２：モンテカルロシミュレーション（Ｘ線）
高エネルギーＸ線を用いて車体上のコーティングを硬化するのに必要とされる時間を見積もるために、類似の演算がなされた。その結果は、一般的な目標組立体上に５、６、７ＭｅＶ電子によって生成されたＸ線を用いて厚い鉄吸収材中の深さ−線量分布を演算するために、ＩＴＳ３ ＴＩＧＥＲモンテカルロコードを用いて得られた。想定された目標構造体は、加速器からの全一次電子を停止するのに十分な厚さであった。電子深さ−線量分布のＸ線“バックグラウンド”は、目標物を超えて目標物から電子吸収材まで広がった。深さ−線量分布の残りの“テイル”は、この報告のために必要なデータを提供した。
【０１１３】
最初に、典型的なＸ線目標物上に、５、６および７ＭｅＶ電子により三つのモンテカルロ演算がなされた。想定された目標物素材は、１．２ｍｍタンタルコンバータ板、冷却水の２ｍｍチャネルおよび２ｍｍステンレス鋼受け板を含む。もう一度、鉄は、入力データを簡略化するために鋼の代わりに特定される。５０ミクロンのチタン電子ビーム照射口は、該照射口と目標物との間の１５ｃｍの空隙に沿って含まれる。他の１００ｃｍの空間は、Ｘ線目標物と５ｃｍの厚さに想定された鉄吸収材との間に含まれた。ビーム照射口および空隙内に堆積された電子エネルギーは、これらの入力エネルギーにおいては無視でき、これらは結論を変えることなく演算から削除される。Ｘ線の減衰を示すために鉄吸収材が各１ｍｍ厚さの５０個の区画に分割されている一方で、鉄吸収材を除いて全素材は、エネルギー堆積を演算するために単一区画（層）に指定された。
【０１１４】
想定された目標物構造体が５および６ＭｅＶでは全１次電子を停止できるだけ十分に厚く、７ＭｅＶでは十分でなかったことが、最初の演算で示された。結果として、７ＭｅＶで全一次電子を停止するのに十分な１．４ｍｍ厚のタンタルコンバータ板を用いて、７ＭｅＶにおける他の演算がなされた。鉄吸収材の表面上の５０ミクロンアクリルコーティングを用いて７ＭｅＶでの第５の演算が行われた。これは、鉄吸収材と対比して有機コーティング中のより高い線量の予想を裏付ける。各モンテカルロ演算は、５００，０００電子の履歴を有する。１．７ＧＨｚペンティアム４プロセッサを搭載したパソコンを用いて、それぞれの実行には、約７５分かかった。これらのモンテカルロ演算の結果は、図７、８、９、１０および１１に部分的に示される。縦軸の目盛りは、電子深さ−線量分布のＸ線“テイル”を強調するために、拡張されており、切り取られている。生データは、下記の通りである：
【０１１５】
【表４】
【０１１６】
【表５】
【０１１７】
【表６】
【０１１８】
目標物材料内の電子エネルギー堆積の値は、外部の鉄吸収材中のＸ線エネルギー堆積よりも約１００倍高い。目標物中の最大電子エネルギー堆積がこれらの図表に示される場合、鉄吸収材中のＸ線エネルギー堆積はほとんど目立たない。図７、８および１０のグラフ、およびテーブル４、５および６中のデータを比較すると、外部の鉄吸収材の第１区画の電子ごとのＸ線エネルギー堆積がＸ線目標物上の電子エネルギー投射に伴って増加していることを示す。入射口の値は、５ＭｅＶで０．０２１８から、６ＭｅＶで０．０３２０へ、さらに７ＭｅＶで０．０４１８へ増加している。５から７ＭｅＶまでの増加は、１．９２の割合であり、初期電子エネルギーの２乗の割合、つまり（７／５）２＝４９／２５＝１．９６とほぼ等しい。この結果は、照射されたＸ線電力が電子エネルギーの２乗と電子ビーム電流との乗算として増加するという実際的な規則と一致する。ビーム電流が一定の場合、Ｘ線照射は、電子エネルギーの２乗として増加する。一方、ビーム電力（エネルギー×電流）が一定で、ビーム電流が電子エネルギーの増加として増加する場合、Ｘ線照射は、電子エネルギーの最初の電力としてだけ増加する。
【０１１９】
図９および１０のグラフを比較すると、外部鉄吸収材の第１区画中の電子ごとのエネルギー堆積は、薄いタンタル目標物を伴う方がとても高いことがわかる。図９における第１および第２鉄区画間のより大きな減衰は、第１鉄区画中の追加的なエネルギー堆積が目標物からの低エネルギー電子から来ており、該低エネルギー電子が鉄の最初の１ミリメートル中で停止されていることを示す。この効果は、より厚いタンタル目標板を有する図１０では明らかではない。
【０１２０】
車体部品上の有機コーティングは、鉄吸収材よりも高い電子阻止能を有する。したがって、鉄と同じ二次電子影響を示すコーティング中のエネルギー堆積は、鉄の電子阻止能の割合にしたがって、鉄中のエネルギー堆積よりも高い。阻止能は、面密度１ｇ／ｃｍ２の材料の区画を通り抜ける際に電子により付与されるＭｅＶのエネルギーとして定義される。
【０１２１】
再度、コーティングは、ポリメチルメタクリレートの阻止能と同等のアクリル酸材料に想定されている。電子阻止能率はわずかに電子エネルギー増加に伴って増加するけれども、電子阻止能率はほぼ電子エネルギーと関係ない。目標物による制動放射陽子の最も有望なエネルギーを含む０．２〜０．５ＭｅＶのエネルギー範囲では、阻止能率はおよそ１．４である。コーティングのより高いエネルギー堆積は、鉄吸収材上の５０ミクロンアクリルコーティングを想定して演算された図１１に示すデータによって確認される。コーティングの第１区画のエネルギー堆積は０．０５８５であり、鉄の第１区画のエネルギー堆積は０．０４２０である。これらの値の比率は、１．３９である。図７、８および１０の減衰カーブは、電子領域からＸ線領域まで滑らかな推移を示す。これは、外部鉄吸収材の表面の線量がこの材料内の指数関数型減弱と一致することを意味する。
高エネルギー陽子の平行ビームを起こす表面−線量集積効果はない。
【０１２２】
５、６および７ＭｅＶ電子を用いたモンテカルロ演算から得られた鉄へのＸ線エネルギー堆積値は、鉄の１ｍｍずつの深さ増加に伴って、テーブル４、５および６の第２列に示される。表面値に対する深さ値の割合は、第３列に示される。テーブル６の７ＭｅＶデータにとって、鉄の最初の１ミリメーターの減衰はおよそ７．５％である。半値深さは、１４ｍｍ鉄についてのテーブル１および２の、５および６ＭｅＶデータとほぼ同じである。１５．５ｍｍ鉄の７ＭｅＶデータにとっての半値深さは、わずかに、より大きい。
【０１２３】
領域スループット率は、次の方程式により演算され、第６列に示される。
【０１２４】
Ａ／Ｔ＝ＫＩ／Ｄ
ここで、Ａ／Ｔは領域スループット率であり単位ｍ２／分で示され、Ｉは電子ビーム電流で単位ｍＡで示され、Ｄは吸収線量で単位ｋＧｙで示される。製品コンベアの領域を上から走査することによって、ビーム電流のいかなる損失に対しても、堆積されない。電子ビーム電流は、１００ｍＡに想定され、コーティング内の吸収線量は４０ｋＧｙに想定された。
【０１２５】
Ｋ要素は、領域処理係数であり、単位ｋＧｙ ｍ２=／ｍＡ 分で示され、ＭｅＶ ｃｍ２／ｇ単位のエネルギー堆積の６倍に等しい。鉄のＫの値は、第４列に示される。コーティングためのＫ要素は、テーブルの第５列に示され、鉄のＫ要素に１．４倍を乗算することによって得られる。ここで、１．４とは、鉄に対するポリメチルメタクリレートの阻止能の割合として適切な値である。第６列の領域スループット率は、アクリルコーティングのためのより高いＫ要素に基づく。
【０１２６】
第７列に示されるラインスピードは、領域スループット率を２ｍと想定されたコンベア幅で除算したものである。第８列に示される車体硬化率は、ラインスピードを５ｍと想定される車体ごとのコンベア長さで除算したものである。車体ごとの硬化時間は、車体硬化率の逆数である。
【０１２７】
最短の硬化時間は、最高のＸ線エネルギーを用いて得られる。コーティングされた鉄の表面のエネルギー堆積に基づいて、目標物上に１００ｍＡの電子ビーム電流を有し、コーティング内に４０ｋＧｙの吸収線量を有する７ＭｅＶのＸ線を使用することにって、車体ごとの硬化時間が約１１分となる。テーブルに示されるように、鉄の数ミリメートルを通じて線量が運ばれる場合、硬化時間は、わずかに長くなる。
【０１２８】
一方、硬化時間が線量に直接比例するので、必要な線量が低い場合、硬化時間が短くなる。たとえば、想定された４０ｋＧｙの値の代わりに２０ｋＧｙまで線量が低減された場合、テーブルに表された硬化時間は半減される。また、車体が両側から２つの加速器により照射された場合、硬化時間はほぼ半減し、線量分布の均一性が向上される。
【０１２９】
モンテカルロシミュレーションは、車体のような複雑な鋼構造体上の有機コーティングが高エネルギーＸ線で照射されることによって硬化されることを示す。この種のエネルギーを使用する主な利点は、比較的低い線量均整度が単純な製品コンベアシステムで達成できることである。車体ごとのＸ線硬化時間は、電子ビーム電流が同じと仮定すると、高エネルギー電子を用いた照射による硬化時間よりも長い。なぜなら、投射する電子ビーム電力を放射するＸ線電力に変換するための効率が比較的低いからである。
【０１３０】
７．３ 実施例３：コーティングされた板と板スタックの電子ビーム処理
従来の電子コーティングおよび下塗で前処理された１５枚のスチール板（４”×１２”）が電子ビーム硬化性色素（銀）基礎コーティングでスプレー塗装された。この基礎コーティングの後、全１５枚の塗装された板は、従来の透明コーティングによりスプレー塗装された。これらの板のうち５枚は、１０ｋＧｙから５０ｋＧｙまで値を増加させて、標準の運搬用トレーを用いて、高エネルギー電子ビーム照射装置（８ｋＷ、１２ＭｅＶ）で個々に処理された。基礎コーティングおよび下塗を含む残りの１０枚の板は、５枚の板からなる２つのスタックに組み立てられ、３０ｋＧｙおよび４０ｋＧｙで処理された。図１２に図示されるように、各板スタック１２００は、角の穴１２２０を通じて互いにボルト締結され、スペーサ１２３０（厚さ０．２５インチ）によって互いに分離された個々の板１２１０からなる。加えて、電子コーティングでコーティングされた単一の板、および電子コーティングおよび下塗でコーティングされた単一の板が、単に１０ｋＧｙから５０ｋＧｙまでの増分で処理された。
【０１３１】
各経過の後、コーティングの硬さが検査された。この実験の生データは、以下に示す通りである。
【０１３２】
【表７】
【０１３３】
上述のように、１０ｋＧｙの第１のパス（１３：５８）の後、全板は、いまだ湿っており、基礎コーティングも透明コーティングも簡単にふき取られた。２０ｋＧｙの第２のパス（１４：１４）の後、基礎コーティングは乾いたが、透明コーティングは未だ湿っていた。これは、３０ｋＧｙの第３のパス、４０ｋＧｙの第４のパス（１４：３０）および５０ｋＧｙの第５のパス（１４：３８）の後でも残っていた。基礎コーティングおよび透明コーティングでコーティングされていないいかなる板においても明らかな変化はなかった。温度の重要な変化はなかった−その５０ｋＧｙ板は触ると暖かかった。コーティングされた板のスタックは、３０ｋＧｙの第３のパス（１４：２１）および４０ｋＧｙの第４のパス（１４：３０）で処理された。全基礎コーティングは硬化された。
【０１３４】
この実験に基づいて、電子ビーム硬化性基礎コーティングを硬化するために複数の鋼板を侵入するために、高エネルギー電子ビームが使用可能であることが立証された。侵入度は、車体の陰に隠れたコーティングを硬化するのに必要な侵入度と同一である。したがって、高エネルギー電子ビームは、電子ビーム硬化性基礎コーティングを硬化するために車体の陰に侵入するために使用可能である。電子ビーム硬化性透明コーティングと共に電子ビームまたはＸ線硬化性基礎コーティングを採用することによって、基礎コーティングおよび透明コーティングは、同時に硬化されることに留意しなければならない。
【０１３５】
７．４ 実施例３：板スタック中のコーティングされた板の電子ビーム処理
車両用金属下塗は、６インチ×６インチの亜鉛メッキされた鋼板１３枚の両側に加えられた。図１２を再び参照すると、各板１２１０は、０．８ｍｍ（１／３２インチ）の厚みを有する。直径０．２５インチの一つの穴１２２０は、各穴１２２０の中心が最も近い角から０．５インチとなるように、各板１２１０の各角をドリル穴開けされて形成される。
【０１３６】
１３：００から始まって、１３枚の下塗された各板１２１０の一側に基礎コーティングを加えるためにアルミニウムのスプレッダーが使用された。基礎コーティングは、Ｂ９５−０００２Ｕ（以前はＳ２６９９２）という名前で販売され、陽イオン、ブラック、脂環式のエポキシ製剤として識別される商品をＳｔｒａｔｈｍｏｒｅ（ニューヨーク）から購入した。１３枚の下塗およびコーティングされた各板１２１０は、板スタック１２００を形成するために、厚さ０．２５インチのスペーサ１２３０により各板１２１０間に１／４インチの空隙分離されて、次々と上に積み重ねられ、ボルト締結された。全塗装および積層過程には３５分が費やされた。
【０１３７】
１４：１０から、１２ＭｅＶ電子加速器によって生成された電子ビームの最初の通過によって、板スタック１２００が照射された。与えられた表面線量は、４０ｋＧｙであった。１４：１６、板スタック１２１０中の板１２１０が解析された。下から４枚の板１２１０が未だ湿っている一方で、上から９枚目の板１２１０までは硬化したと判断された。１４：２５、板スタック１２００が、ひっくり返され、４０ｋＧｙの表面で第２時間だけ照射された。１４：３３、板スタック１２００中の板１２１０が、再び解析された。全板１２１０は硬化したと判断された。翌日の７：３０、板１２１０が、再び解析された。全プレート１２１０は完全な硬化、光沢および非常に硬い仕上がりを有していた。
【０１３８】
この実験は、複数の鋼板を侵入し、電子ビーム硬化性基礎コーティングを硬化するために、高エネルギー電子ビームが使用され得ることをさらに確認した。設計によって車体ごとに要求される侵入度は変化する。相当密度に厚さ０．８ｍｍの鋼板の１３枚分の厚みを乗算したものを超える侵入度が要求される場合、要求された侵入度が達成されるように、２以上の電子ビーム源を戦略的に配置することによって、さらなる侵入度が達成されうる。したがって、高エネルギー電子ビームは、電子ビーム硬化性基礎コーティングを硬化するために車体の陰に侵入するために使用される。
【０１３９】
８．０ むすび
８．１ 参照による組み込み
本明細書で言及された全ての公報、特許および特許出願は、各個別の公報、特許または特許出願が参照により組み込まれるために特別におよび個別に指定されたのと同じ範囲で、ここに組み込まれる。ここで引用されたいかなる参照も従来技術としての自白を形成するものではない。
【０１４０】
８．２ 発明の思想
本発明は今完全に説明され、本発明の思想および範囲から離れることなく多くの変更および変形が加えられることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、法によって定義されるように、特許請求の範囲の限定およびそのいかなる均等物によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１Ａ】本発明に使用される垂直迷路の上面図である。
【図１Ｂ】本発明に使用される垂直迷路の側面図である。
【図２Ａ】本発明に使用される垂直および水平迷路の上面図である。
【図２Ｂ】本発明に使用される垂直および水平迷路の側面図である。
【図３Ａ】本発明に使用される水平迷路の上面図である。
【図３Ｂ】本発明に使用される水平迷路の側面図である。
【図４】５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への５ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【図５】５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への７ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【図６】５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への１０ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【図７】１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への５ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【図８】１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への６ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【図９】１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【図１０】１．４ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【図１１】５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【図１２】鋼板スタックおよび拡大された鋼板の角を示す図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１２００ 各板スタック、
１２１０ 個々の板、
１２２０ 角の穴、
１２３０ スペーサ。
【技術分野】
【０００１】
１．０ 関連出願とのクロスリファレンス
この特許出願は、２００３年７月３１日出願、同名称の米国特許出願番号１０／６３０，７８５の利益を主張し、当該米国出願の開示全体が引用によりここに組み込まれている。
【０００２】
２．０ 発明の技術分野
本発明は、コーティングを硬化するために、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームまたはＸ線を使用することに関する。より詳細には、本発明は、車体などの密集複合した三次元対象物上のコーティングを硬化するために、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームまたはＸ線を使用することに関する。
【背景技術】
【０００３】
３．０ 発明の背景
コーティングの主な成分は、溶剤および接合剤、選択的に顔料、添加剤および増量剤である。溶剤は、他の構成成分を分散させて、さらに、粘着性を低減させて、容易で、滑らかで均質な塗布を保証するために添加される。かつて、コーティングのほぼ７０％は、溶剤から作られていた。最も広く使われていた有機溶剤は、トルエン、キシレン、メチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトンである。
【０００４】
コーティングにおける溶剤の使用は、大きな環境問題となっている。有機溶剤は、通常の気温および気圧で揮発する。したがって、溶剤の蒸気は、日常的な塗装作業中（たとえば、塗料は、スプレーにより噴霧される）、硬化中および清掃作業中に解放される。溶剤の蒸気は、火災の要因となる危険がある。加えて、溶剤の蒸気は、重要な健康の危機となる大気汚染（ＨＡＰｓ）の虞も含む。さらに、溶剤の蒸気は、太陽光の存在下で窒素酸化物と反応して光化学作用のオゾンまたはスモッグを生成する揮発性有機物（ＶＯＣｓ）を含むか、または生成する。
【０００５】
１９９１年、全ＶＯＣ放出の１１％は、表面コーティング作業によるものだと考えられていた。米国環境保護局による１９９２年１０月「国内空気汚染放出概算、１９９０−１９９１」を参照。この問題を処理するために、１９９６年に実施されたクリーンエア法では、ＶＯＣの放出の低下が要求されている。加えて、多くの他の連邦、州および地方条例は、ＶＯＣ放出を制限している。これらの条約に従うことは、塗装設備にとって、多大なコストである。
【０００６】
車両コーティングの主な機能は、外観、外部の耐久性および腐蝕防止である。車両塗装は、その一部が重合体および／または複合材料から形成されうる鋼の車体の多層部分に施される。現在、一般的な手法では、リン酸亜鉛か腐蝕防止剤で車体を処理し、それから４つの追加コーティングを施している。第１に、水性の陰極電気塗装（ｅ−ｃｏａｔ）が車体に施される。第２に、下塗剤が電気塗装上に施される。第３に、色素塩基コーティングが施される。一般的にこれは水性塗料によりなされるが、水性塗料はなお溶剤を含んでいる。第４に、最後に、溶剤ベースの媒体を用いて、透明コーティングが施される。そのコーティングは、連続的にオーブンでの焼き付けサイクルにより硬化される。
【０００７】
米国における車両塗装設備は、ＶＯＣを低減するための低減装置の配置を含む。その低減装置は、塗装設備の総投資額の１０％に相当しうる。低減装置は、生産される車両に全く価値を与えることなく、数百万ドルの間接コストを加算する。さらに、低減装置は、エネルギーを消費し、禁止されていないが有益でない窒素酸化物（ＮＯＸ）を生成してしまう。これらのおよび他の方法によって、自動車メーカーは、１９６０年代以来、塗装作業における放射を８０％減らしている。しかし、簡単な仕事は終わり、より困難な、さらなるＶＯＣの低減が必要とされている。
【０００８】
照射硬化性塗装が知られている。紫外線（ＵＶ）および低エネルギー電子ビーム技術は、長年、飲料製品の缶、雑誌およびインスタントくじなどの小さな工業的および商業的製品の塗装およびコーティングに用いられている。一般的には、照射硬化は、基材直上の特別に処方されたコーティング内のフリーラジカル重合またはカチオン重合を初期化する。無反応溶剤は、放射硬化性コーティングに必要とされないので、該コーティングは、１００％の反応型液体からなり得る。ある放射硬化性コーティングは揮発させ、制限されたＶＯＣを放射するが、このような放射は、比較的低く、しばしば存在しない。
【０００９】
電子ビーム硬化性コーティングは、電子を塗装に衝突させることによって硬化される。ＵＶ硬化性コーティングと対照的に、電子ビーム硬化性コーティングでは、電子ビームの衝突自体が十分なエネルギーを供給し、フリーラジカルを生成するので、光開始剤を必要としない。加えて、電子ビーム硬化は、不透明性および染色の影響を受けない。
【００１０】
不幸にも、電子ビーム硬化は、比較的平らな表面上の薄い部分のコーティングの硬化に制限されてきた。これは、従来の利用可能な電子ビーム加速器の性質が、低電力で低エネルギーであったからである。低電力加速器（すなわち、１ｋＷより低い）は、低電力がスループット率の制限を意味するので、あまり有用ではなかった。他の要素が等しい場合、２００ｋＷ加速器は、５０ｋＷ加速器の４倍の物質を単位時間当たりに処理する。低エネルギーは低い電子侵入度を意味するので、低エネルギー加速器（たとえば、５０〜３００ｋｅＶ）は、作業が制限される。正確な侵入度は、密度によって変化するが、これは、通常、３００ｋｅＶで０．５ミリメートルより小さいこと、あるいは、プラスチック材料の約３〜４ｍｍ／ＭｅＶの侵入度と相互に関連する。（加速器のビーム出射口でエネルギーが浪費されるから、電子侵入度は、低エネルギーでは電子ビームエネルギーとは直接比例しないことに留意する。）そのような侵入度では、視野方向のとても薄いフィルムの硬化にしか適していない。電子は、複数層の鋼板を侵入して、製品中の折り曲げ、折り重なり、湾曲によって隠れた表面に到達するだけの十分なエネルギーを持っていない。また、電子は、割れ目や隙間に形成されるフィルムの厚い領域に侵入するのに十分なエネルギーを持っていない。したがって、従来の電子ビームは、厚さが変化した複雑な三次元の鋼表面を持つ車体上のフィルムの硬化には用いられていなかった。
【００１１】
Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍｓ Ｉｎｃ．（ＡＥＢ）は、最近、自動車産業が従来の塗装ラインを交換しうる低エネルギー電子ビーム装置を提案した。Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ２００３年５月２６日発行のＢｕｓｉｎｅｓｓ Ｗｅｅｋ９５〜９６ページ、Ｂｅａｍｓ Ｆｏｒ Ｅｖｅｒｙｏｎｅ参照。しかし、ＡＥＢ装置は、比較的小さく（８０〜１２０ｋｅＶか、場合によってはもっと低い）、従来の装置と同様に低エネルギーの不利益に苦しむ。したがって、視野方向の硬化に有用であるだけである。
【００１２】
高エネルギー電子を高密度の目的物に衝突して生成したＸ線により製品を処理する構想は、２５年以上前に提案された。Ｘ線は、電子よりもより高い物質侵入度を示す。しかし、適度なＸ線電力を生成するためには、比較的高い電子ビーム電力が要求されるので、この構想は、商業的には、ほとんど注目を集めなかった。電子をＸ線に変換する処理は、とても非効率である。（たとえば、１０ＭｅＶより小さい電子ビームエネルギーに対して１５％以下である）
１９９０年代半ば、Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｓ．Ａ．（ＩＢＡ）は、革新的な中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビーム加速器のシリーズを紹介した。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１００は、１０ＭｅＶ（３．５ｍＡ）で最大３５ｋＷ生成する。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ２００は、１０ＭｅＶ（１０ｍＡ）で１００ｋＷまで、５ＭｅＶ（２０ｍＡ）で最大１００ｋＷ生成する。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ３００は、１０ＭｅＶ（２０ｍＡ）で２００ｋＷまで、５ＭｅＶ（２７ｍＡ）で最大１３５ｋＷ生成する。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ２００およびＴＴ３００のビーム電力は、連続的な工業系事業において、それぞれ、８０ｋＷおよび１５０ｋＷが保証されている。ＩＢＡは、世界初の超高電力工業加速器であるＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１０００の構築を完了し、テストの最終段階にあり、該ＴＴ１０００の電力は、７ＭｅＶおよび７００ｋＷと見積もられている。加速器のＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ファミリーは、米国特許５，１０７，２２１号に記述されており、その全記載は、ここに参照することにより本書に組み込まれる。
【発明の開示】
【００１３】
４．０ 発明の概要
ＩＢＡによって生成されるような高電力、高エネルギー電子ビームのための媒体の最新の生成は、車体のように複雑な三次元の表面を持つ大きく厚い対象物上のコーティングを硬化するのに十分なスループットおよび侵入度を有する。したがって、本発明の一つの態様は、車体上の１以上のコーティングを硬化する方法であって、次を含むものである：（ｉ）少なくとも１の電子ビーム硬化性コーティングで前記車体をコーティングし；（ｉｉ）１以上の中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビーム中に、前記車体を１回以上通過する。
【００１４】
ＩＢＡの中〜高電力、中〜高エネルギー加速器、特に最新のＴＴ１０００加速器（７ＭｅＶおよび７００ｋＷと見積もられている）は、車体上の塗装硬化を実行可能な代替物として、多量のＸ線を生成する。Ｘ線は、電子よりもかなり深いフィルムの厚さに侵入する。したがって、本発明の他の態様は、車体上の１以上のコーティングを硬化するための方法であり、次を含むものである：（ｉ）少なくとも１のＸ線硬化性コーティングで前記車体をコーティングし、（ｉｉ）中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームを金属目標物に衝突させて生成される１以上のＸ線照射野中に、前記車体を１回以上通過する。
【００１５】
本発明は、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームを採用している。本発明で採用される電子ビームは、主として、少なくとも１ＭｅＶのエネルギーを有し、好ましくは、少なくとも３ＭｅＶ、より好ましくは少なくとも５ＭｅＶ以上１０〜１２ＭｅＶ以下である。これは、従来のコーティング技術で使われていた低エネルギービームが一般的に持つ５０〜３００ｋｅＶの範囲のビームエネルギーよりも高い。本発明で採用されている電子ビームは、主として、電力能力として、少なくとも１ｋＷを有し、好ましくは少なくとも１０ｋＷ、より好ましくは少なくとも３５ｋＷ、さらにより好ましくは少なくとも８０ｋＷ、理想的には１５０ｋＷを有し、少なくとも一つの実施形態では、２００ｋＷ〜７００ｋＷを有する。
【００１６】
上記発明の方法は、多くの効果を提供する。第１に、電子ビームおよびＸ線は、車両コーティング産業において使用される無反応溶剤の排除または低減を可能とする。第２に、電子ビームおよびＸ線は、潜在的には一つの車体に対して１分以下という、極めて迅速な硬化を提供し、即座の起動および停止機能も提供する。第３に、電子ビームおよびＸ線硬化は、低温度処理である。第４に、放射硬化性コーティングは、コーティングが単一成分系であるので、分類としては、より長い持続期間およびより長いポットライフを持つ傾向にある。第５に、同じ調子では、放射硬化性コーティングは、より良い硬度、耐溶剤性、耐着色性および耐磨耗性を示す傾向にある。放射硬化性コーティングにおける揮発性構成物が少ないほど、光沢が高く、体型がより良く、収縮率が低い。第６に、電子ビーム加速器は、熱炉に比べてよりエネルギー効率が良い。第７に、電子ビーム加速器は、従来の熱炉よりもスペースを必要とせず、電子ビーム硬化設備のための主要なコストは、炉硬化設備と同程度である。
【００１７】
本発明は、大きく文脈上で車体の硬化コーティングについて記載されているが、これに限定されるものではなく、他の大きな三次元の対象物をコーティングする際に出くわす同様の問題も解決する。したがって、本発明の他の態様は、折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成される対象物上の１以上のコーティングを硬化する方法であり、次を含むものである：（ｉ）少なくとも１の電子またはＸ線硬化性コーティングで前記対象物をコーティングし、（ｉｉ）中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームまたはＸ線照射野中に、前記対象物を１回以上通過し、ここで、前記ビームまたは前記照射野の可視的視野方向中にないコーティングの領域を硬化するために、少なくとも１の電子ビームおよび／またはＸ線照射野が複数層の前記シート素材を通じて侵入可能である。一の実施形態では、シート素材は相当面密度を有し（たとえば、体積密度が乗算された厚さ）、該面密度は、３ｍｍのプラスチック素材の相当面密度と同等かまたはより大きい。他の実施形態では、シート素材は、０．４ｍｍの鋼の相当面密度と同等かそれより大きい相当面密度を有する。
【００１８】
本発明の他の態様は、上記方法のいずれか一つを実施できる設備である。したがって、本発明は、次の構成要素を含むプラントである：（ｉ）折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成され、１以上の電子ビームまたはＸ線硬化性コーティングによりコーティングされた１以上の対象物と；（ｉｉ）電子ビームおよび／またはＸ線照射野中に、１以上の前記対象物を通過させるコンベアシステム；（ｉｉｉ）前記ビームまたは照射野の侵入方向にないコーティング領域を硬化するために、多数層の前記シート素材を通じて侵入可能な、中〜高電力、中〜高エネルギーの（複数の）電子ビームおよび／または（複数の）Ｘ線照射野を生成可能な１以上の加速器。
【００１９】
本発明の他の態様は、ここに提供される開示を考慮して当業者にとって明らかである。
【００２０】
５．０ 図面の簡単な説明
図１Ａは、本発明に使用される垂直迷路の上面図である。
【００２１】
図１Ｂは、本発明に使用される垂直迷路の側面図である。
【００２２】
図２Ａは、本発明に使用される垂直および水平迷路の上面図である。
【００２３】
図２Ｂは、本発明に使用される垂直および水平迷路の側面図である。
【００２４】
図３Ａは、本発明に使用される水平迷路の上面図である。
【００２５】
図３Ｂは、本発明に使用される水平迷路の側面図である。
【００２６】
図４は、５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への５ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【００２７】
図５は、５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への７ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【００２８】
図６は、５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への１０ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【００２９】
図７は、１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への５ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【００３０】
図８は、１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への６ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【００３１】
図９は、１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【００３２】
図１０は、１．４ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【００３３】
図１１は、５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【００３４】
図１２は、鋼板スタックおよび拡大された鋼板の角を示す図である。
【００３５】
６．０ 好ましい実施形態の詳細な説明
６．１ 定義
ここで使用される、以下の用語は、以下の意味を有するように意図されている。
【００３６】
“低エネルギー”は、１ＭｅＶよりも低く、主に１００〜３００ｋｅＶであることを意味する。
【００３７】
“中エネルギー”は、１ＭｅＶ以上、５ＭｅＶ未満を意味する。
【００３８】
“高エネルギー”は、５ＭｅＶ以上を意味する。
【００３９】
“中〜高エネルギー”は、少なくとも１ＭｅＶを意味する。
【００４０】
“低電力”は、１ｋＷより小さいことを意味する。
【００４１】
“中電力”は、１ｋＷ以上、８０ｋＷ未満を意味する。
【００４２】
“高電力”は、８０ｋＷ以上を意味する。
【００４３】
“中〜高電力”は、少なくとも１ｋＷを意味する。
【００４４】
ここで使用される“車体”は、乗用車、トラック、バス、単車、トラクターまたは他のいかなる自動搬送車両の主要部を示し、少なくともフレームまたはシェルを含み、選択的に、ドア、フード、トランク、アクセルなどの他の部分も含む。車体は、一般的に、鋼材により形成されているが、アルミニウム、ポリマー（プラスチックおよびゴム）、グラスファイバー、カーボンファイバー、合成物、および木材さえも含む他の材料が、交換可能にまたは鋼材と組み合わせて使用されてもよい。
【００４５】
ここで使用される“影”は、製品表面上の折り曲げ、折り重なり、湾曲により所定の視線方向では見えない製品表面上の領域を示す。
【００４６】
ここで使用される“コーティング”は、１以上の被覆層が、保護および／または装飾のために、製品の表面上に広がることを示す。塗装は、コーティングの一種である。
【００４７】
“塗装”は、少なくとも一部に色彩が施されたコーティングを示す。
【００４８】
“視線方向”は、所定の方向から所定の領域を見る能力を示す。所定の方位は、電子ビームまたはＸ線を用いたコーティング硬化の前後における電子ビームまたはＸ線照射野の出力点である。
【００４９】
“相当面密度”は、材料の厚さに、その体積密度を乗算したものを示す。
【００５０】
６．２ 概説
中〜高電力、中〜高エネルギー工業的電子加速器の出現により、現在、車体の塗装およびコーティングの硬化に電子ビーム技術が使用されており、その結果、硬化スピードが向上し、工場フロアスペースが削減され、揮発性放射が低減され、エネルギーコストが削減されている。電子ビームは、鋼パネル上のコーティングを硬化するために適しているだけでなく、硬化中の低温性から熱可塑性パネル上のコーティングの硬化にも適している。本発明に従って、車体上の１以上のコーティングを硬化する１以上の電子ビームまたはＸ線を生成するために、少なくとも１の中〜高電力、中〜高エネルギー加速器が使用される。
【００５１】
現在、車両産業の一般的な実務は、車体をリン酸亜鉛またはそれに近い防蝕剤で処理し、さらに、４つの追加コーティングを供給している。第１に、水性の陰極電気塗装（ｅ−ｃｏａｔ）が車体に施される。第２に、下塗剤が電気塗装上に施される。第３に、一般的に水性でなお溶剤を含む色素塩基塗装が施される。第４に、最後に、溶剤ベースの媒体を用いて、透明コーティングが施される。そのコーティングは、連続的にオーブンでの焼き付けサイクルにより硬化される。これらのコーティングは、周知技術であり、十分に文書化されており、商業的にＢＡＳＦおよびＰＰＧを含む製造業から入手可能である。特別な設計は、車両製品間で少々変更される。
【００５２】
適当な電気塗装は周知技術であり、商業的に利用可能である。電気塗装（ｅ−ｃｏａｔ）とは、電着下塗剤を示す。電気塗装は、およそ４０年間知られており、産業的金属対象物上の耐食性を向上するために広く採用されている。電気塗装の間、導電性の製品を被覆するために、帯電した粒子が水懸濁から堆積される。電気塗装は、印加された電圧量により調節される一定の被膜厚さを、製品に与える。堆積は、自己制御式であり、製品を電気的に絶縁するコーティングが加えられると衰える。電気塗装固体は、最初は対極と最も近い領域から堆積され、これらの領域が電流から絶縁されると、固体はより奥に進み、露出した金属領域に完全な被覆が供給される。典型的なｅ−ｃｏａｔは、エポキシベースの水性陰極電気塗装（ＣＥＤ）下塗剤である。最初のＣＥＤ下塗剤は、トルエンジイソシアネートのようなブロックされたイソシアネートで硬化された、ペンダントアミン基を有するエポン樹脂であった。現在、ほとんどのＣＥＤ下塗剤は、硬化剤として、オキシムブロックされたトルエンジイソシアネートを用いている。適当なｅ−ｃａｏｔは、ＢＡＳＦやＰＰＧなどの企業から商業的に利用可能である。
【００５３】
適当な下塗剤は、周知技術であり、商業的に利用可能である。下塗剤は、一般的に、噴霧により与えられる。しばしば、下塗剤は粉末である。主要な粉末下塗剤表面処理は、エポキシポリエステルである。下塗剤は電気塗装であってもよい。たとえば、ＰＰＧは、ブラジルのダイムラークライスラープラントで昨年紹介された二槽電極市システムであるパワープライムを販売している。パワープライムは、２ｉｎ１電気塗装下塗剤であり、第１の槽が腐食抑制下塗剤を与え、第２の槽が全身の欠け防止下塗剤表面処理を与える。この過程は、下塗剤の被覆においてスプレー塗装のステップを省略できる。
【００５４】
適当な色彩基礎コーティングは、周知技術であり、商業的に利用可能である。適当な基礎コーティングは、一般的に、顔料を含む。基礎コーティングにおける接着剤は、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂およびアミノプラスト樹脂から選択されうる。一般的な基礎コーティングは、溶剤または水性ポリエステルコーティングである。
【００５５】
適当な透明コーティング、あるいは最表面コーティングは、周知技術であり、日本ペイントなどの製造業者から商業的に利用可能である。透明コーティングは、外的要素から塗装を保護するために使用される。適当な透明コーティング剤は、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂およびアミノプラスト樹脂を含む。一般的に、透明コーティング剤は、溶剤性のアクリルまたはウレタンである。ＢＡＳＦは、イソシアネートを使用することなくウレタンの特性を提供するカルバメート機能を有する一液形アクリルである、ウレクリア（登録商標）透明コーティングを販売している。ＢＡＳＦは、また、ＶＯＣ生成がないと報道されている車両用粉末スラリー透明コーティングも開発した。ＢＡＳＦ粉末スラリーは、メルセデスベンツの車両にも適用されており、ミシガンの低放射塗装事業体（ＧＭ、フォード、ダイムラークライスラーにより実行される合同Ｒ＆Ｄプロジェクト）で試験が試されている。
【００５６】
典型的な基礎コーティングおよび透明コーティングは、それぞれ、２０および５０μｍの厚さであり、密度は少なくとも１ｇ／ｃｍ３である。車体は複雑で幾何学的な形状を有しているので、低エネルギー電子ビームを用いて、必要な全視野方向で十分に車体上のコーティングを硬化することは非常に困難である。低エネルギー電子の空間中の短い範囲は、これをより難しくしている。さらに、低エネルギービームは、ひびや割れ目表面に通常起こる、コーティングの比較的厚い継ぎを硬化するために必要な侵入度が足りない。特に、影になった塗装表面を硬化するために、１以上の車体の鋼ボディ（たとえば、厚さ０．８ｍｍ、密度７．８５ｇ／ｃｍ３）の厚さを侵入する必要がしばしばあるので、より高いエネルギーが要求されている。
【００５７】
差し迫った発明では、車体上の少なくとも１のコーティングが電子ビーム硬化コーティングまたはＸ線硬化コーティングである。ある実施形態では、色彩基礎コーティングは、電子またはＸ線硬化性である。他の実施形態では、色彩基礎コーティングおよび透明コーティングは、電子またはＸ線硬化性である。いずれの実施形態でも、基礎コーティングおよび透明コーティングは、個別にまたは同時に硬化される。電子ビーム硬化性コーティングは、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームによって硬化される。選択的に、硬化性コーティングは、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームによって生成されたＸ線照射野によって硬化される。好ましくは、電子ビームは、高エネルギー、高電力ビームである。
【００５８】
６．３ 電子およびＸ線硬化性コーティング
電子硬化性およびＸ線硬化性コーティングは、基本的に類義語である。物理学的に異なるかもしれないが、化学的反応は基本的に同一である。しかしながら、高電力および高エネルギーの要求は電子をＸ線に変換することを必要とするので、電子ビームの方がＸ線よりももともとは好まれている。したがって、従来技術および本論述では、電子ビーム硬化性フィルムに注目する。しかし、ほとんどの電子ビーム硬化性樹脂はＸ線硬化性でもあることが理解されねばならない。
【００５９】
電子ビームおよびＸ線硬化性コーティングは、周知技術であり、商業的に利用可能である。たとえば、アクリル酸塩を水溶性コーティングまたは水性エマルジョンのような水性製剤中で使用する電子ビーム硬化性システムが利用可能である。
【００６０】
電子ビーム硬化性コーティングは、一般的に噴霧で対象物上になされ、電子ビーム加速器からの照射によって硬化（架橋／重合）される。この硬化プロセスは、従来のコーティングが要する数分後、数時間、数日後よりむしろ、照射されたときにほぼ即座に起こる。硬化がすばやく起こるので、コーティングを流出し最大の光沢を得るために十分な時間が塗装と硬化との間に許される。しかし、この流出時間の間、ＶＯＣの放射はどうしても起こる。
【００６１】
電子ビームおよびＸ線硬化は、コーティングの色または不透明性には影響を受けない。電子は、短い照射時間においてコーティングを硬化するために、着色されたコーティングを効率的に侵入する。
【００６２】
電子ビームおよびＸ線硬化性コーティングは、１００％反応溶液を用いることができ、それによって、反応しない溶剤の必要性を完全に除去できる。しかし、一定の樹脂は揮発してＶＯＣとなりうるので、ＶＯＣなしの形成の達成能力は、製剤に依存する。電子ビームおよびＸ線硬化コーティングは、一般的に、次の要素からなる；（ｉ）二重結合不飽和を含むオリゴマーまたはプレポリマー；（ｉｉ）よく反応する溶剤（すなわち、不飽和の度合いが変化する１以上のモノマー）。しばしば、オリゴマーまたはプレポリマーは、アクリル酸塩またはメタクリル酸塩基を含む。電子ビーム硬化性コーティングは、光開始剤、顔料、染料および他の添加剤を含みうる。
【００６３】
電子ビームまたはＸ線硬化性コーティングの第１タイプは、重合過程において、フリーラジカルを用いる。フリーラジカルは、高い反応性の分子であり、不対電子を含む。フリーラジカルは、反応物質を電子ビームに露出することによって直接的に生成され、または、電子ビームの照射から光化学反応を起こす光開始剤分子から間接的に生成される。フリーラジカルは、架橋および／または重合を引き起こす連鎖反応を活性化するアクリル酸塩基のような活性化した二重結合と反応する。
【００６４】
電子ビームまたはＸ線硬化性コーティングの第２タイプは、陽イオンの重合を用いる。この処理は、複合有機分子の塩を用い、エポキシド（オキシラン環）を含む樹脂およびモノマー中の陽イオン連鎖重合を開始する。アクリルアルケン二重結合およびオキシラン環は、電子ビーム照射によって光開始剤があってもなくても、活性化されうる。
【００６５】
従来の溶剤ベースのコーティングに用いられる樹脂は、電子ビーム硬化性になるように化学的に変更されうる。たとえば、エポキシド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル、および他の材料は、アクリル酸塩機能性を紹介することによって、変更されうる。今日の電子ビーム硬化性製剤に最もよく見られるオリゴマーは、アクリル酸塩ウレタン、エポキシ、ポリエステルおよびシリコーンである。これらの機能性は、典型的に、アクリル酸をアルコール基によって反応させることによって、または、ヒドロキシエチルアクリル酸塩を酸性基で反応させることによって得られる。樹脂の一般的な物理的および化学的特性は、変化後に維持される。
【００６６】
６．４ 高電力、中〜高エネルギー電子ビーム
加速器は、電子的エネルギーを使って自由電子を生成し、自由電子を高速度に加速させ（これによって、それらに高い運動エネルギーを与える）、通常コンベアまたは他のタイプの運搬システムにより運ばれる物質に自由電子を案内する機械である。選択的に、十分な電力およびエネルギーのビームを与えるために、電子は、電子をＸ線に変換するタンタル板などのような変換目標物に案内されてもよい。ここで、Ｘ線は、電子よりも侵入力が高い以外、電子と同じ機能を有する。
【００６７】
加速器はＴＶセットまたは医療用Ｘ線装置と類似しており、同様の方法で電子を生成する。真空チャンバ内の陰極を加熱することによって、無数の自由電子が生成される。マイナス電気を帯びた電子は、一度生成されると、陰極上の負電位によって跳ね返され、接地された陽極板に引き付けられる。ＲＤＩ ＤＹＮＡＭＩＴＲＯＮ（登録商標）のような方向付け加速器では、陰極に印加された負電位が電子の全運動エネルギーを決定する。電磁波線形（リニアック）加速器、または、ＩＢＡ Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）のようなラジオ周波数（ＲＦ）加速器においては、電子は、比較的小さいエネルギー（通常、２５〜５０ｋｅＶ）で加速され、電子加速構造に注入され、交流電場でより高い運動エネルギーへ加速される。加速された電子は、接地された陽極板に設けられた細い金属窓から逃げ出し、処理する材料に向かって空間を進む。
【００６８】
加速器の出力は通常、電力のワットまたはキロワットで特定される。他の要素が同一の場合、２００ｋＷ加速器は５０ｋＷ加速器の４倍だけ単位時間当たりに処理する。したがって、低エネルギー加速器（たとえば５０〜３００ｋｅＶ）は、低エネルギーが低電子侵入度を意味するので、塗装処理が非常に制限される。
【００６９】
電子は、所定の材料において、予測可能な侵入深さ、または範囲を有する。当該範囲は２つのパラメータにより影響を受ける：電子エネルギーと製品密度である。侵入度は、エネルギーに比例し、密度に反比例する。等しい入出射線量での樹脂材料の侵入度を示す基本方程式は、次の通りである。
【００７０】
侵入度＝（０．４１４Ｅ−０．１４２）／ｄ
ここで、“Ｅ”はＭｅＶ単位のビームエネルギー、“ｄ”はｇ／ｃｍ３単位の密度である。正確な侵入度は、密度や原子番号で変化するが、これは、一般的に、ＭｅＶ当りおよそ３〜４ミリメーターの材料侵入度に相関がある。
【００７１】
低エネルギー加速器は、侵入して、車体などの複雑な三次元高密度対象物を硬化するために十分なエネルギーを有するビームを生成しない。低エネルギー加速器は、工程の直接的な視線方向中の薄いコーティングを硬化することに、根本的に制限されている。一つの車体の全露出表面領域に直接的な視線方向を有することは、一つのビームまたはいくつかのビームでさえ不可能ではないにしても、極めて困難であり、複数のタイプの車体ではなおさらである。車体表面上の折り曲げ、折り重なり、湾曲による影は、少なくともいくらかの露出された表面を隠す。したがって、従来の加速器における侵入度の欠如は、この目的において、大きな問題であると考えられてきた。
【００７２】
対照的に、本発明で使用される加速器は、中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビーム加速器である。好ましくは、加速器は高電力、高エネルギー電子ビーム加速器である。電子ビームは、本発明において、典型的に、１ＭｅＶより高く、好ましくは３ＭｅＶ以上、より好ましくは５ＭｅＶ以上で１０〜１２ＭｅＶと同等のエネルギーを有する。これは、典型的に５０〜３００ｋｅＶのエネルギー範囲しかもたない従来からコーティング技術に使用されている低エネルギービームよりもかなり高い。電子ビームは、本発明では、典型的に、少なくとも１ｋＷ好ましくは１０ｋＷ以上、より好ましくは３５ｋＷ以上、さらにより好ましくは８０ｋＷ以上、理想的には１５０ｋＷ以上、少なくとも一つの実施形態において、２００ｋＷ〜７００ｋＷと同等の電力容量を有する。これらのビームは、金属の複数層を侵入でき、これにより、車体において影が形成される影響により不利益を被らない。これらのビームは、鋼板の複数層を侵入でき、三次元構造における折り曲げ、折り重なり、湾曲により直接的な視野方向から隠れた車体の一部に到達できる。
【００７３】
適当な加速器は、ＩＢＡによって最近紹介された。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１００は、１０ＭｅＶ（３．５ｍＡ）で３５ｋＷまで生成できる。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ２００は、１０ＭｅＶ（１０ｍＡ）で１００ｋＷまで、５ＭｅＶ（２０ｍＡ）で１００ｋＷまで生成できる。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ３００は、１０ＭｅＶ（２０ｍＡ）で２００ｋＷまで、５ＭｅＶ（２７ｍＡ）で１３５ｋＷまで生成できる。Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ２００およびＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ３００のビーム電力は、連続的な商業的サービスにおいて、８０ｋＷおよび１５０ｋＷが、それぞれ保証されている。ＩＢＡは、世界初の超高電力工業加速器であるＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１０００の構築を完了し、テストの最終段階にあり、該ＴＴ１０００の電力は、７ＭｅＶおよび７００ｋＷと見積もられている。加速器のＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）シリーズは、米国特許５，１０７，２２１号に記述されており、その全記載は、ここに参照することにより本書に組み込まれる。
【００７４】
６．５ ビーム配列
中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビーム加速器は、さまざまな配列で配置されうる。３つの配列を次に詳細に示す。
【００７５】
６．５．１ プラントコンセプト♯１：複数の中〜高エネルギービーム走査部
ある実施形態では、完成した車体が連続的なコンベアシステムで運ばれて、複数の固定されたビーム走査部（たとえば２〜４個またはより多く）を有するヴォールトに入れられる、ここで、ビーム走査部は、中〜高エネルギー、中〜高電力電子ビームを供給する。たとえば、ビームは、幅３ｍまでの領域をカバーするために対象物の両側から放射される。加速器は、ヴォールトに隣接している複数の部屋に位置する。走査部は、車体全体にそれぞれ均一な線量が確実に放射されるように、ヴォールト内に戦略的に配置されている。
【００７６】
複雑な形状へのビームの分配は、多くの手段によって最大限に生かされる。図面で示す実施例は次を含む：（ａ）クリランドらの米国特許４，２９５，０４８号では、線形および不規則な形状の対象物へ制御された照射量で照射する手段が開示されており；（ｂ）ジャイレンツらの米国特許６，４７９，８３１号では、標準形状の対象物および湾曲した表面に均一な線量を照射するための手段が開示されている。これらの特許の開示は、参照によりここに組み込まれる。
【００７７】
モンテカルロソフトウェアを使ったコンピュータシミュレーションは、ビームに対して塗装表面が常に正しい方向に直接向いていたら、４０ｋＧｙの線量、単一の１０ＭｅＶ、２０ｍＡ（たとえば、２００ｋＷ）ビームの使用、１．６４分／車体（または０．６車／分）の硬化時間が達成されると予測している。硬化時間は、塗装表面に到達するまでにさまざまな厚さの金属が侵入されなくてはならなくても、いまだかなり妥当である。特に、上記予測硬化時間は、（厚さ０．８ｍｍで７．８５ｇ／ｃｍ３の密度を有する各鋼板が、それぞれ、２、４、６枚積層されたものを通じて、）深さ１．６、３．２、４．８ｍｍで１．１、１．１、２．３分／車体である。異なる方向から２以上のビームの線量を供給することによる魅力的な効果は、これらの演算には組み込まれていない。これらの割合は、２つの加速器が使用されたら半減され、また、２０ｋＧｙのより低い線量が望まれた場合も半減する。たとえば、線量要求２０ｋＧｙを達成するための、４００ｋＷのビーム電力の使用（たとえば、２つの１０ＭｅＶ、２００ｋＷ加速器）は、上述の硬化率よりも４倍早い硬化率をもたらす。
【００７８】
５〜１０ＭｅＶのエネルギーを有する２つのビームが十分であろう。３〜４のビームであれば、より効率的である。
【００７９】
第１実施形態では、線量の均一性を改善するために、車体は、処理ゾーンを通過する際に固定角度（たとえば４５°）回転させられる。この車体の方向付けを伴って１回の通過で２つのビームを通過すれば、十分のはずである。代わりに、１回の通過の総線量が半分で２回通過（すなわち、２倍のコンベア速度）する場合、より均一な線量放射を得るためには、車体に逆回転が加えられる。２回の通過は、今日の多くの電子ビーム設備で繰り返しなされている。これは、ヴォールトの外部のコンベアシステムに、ループと適切なコンピュータ化された製品追跡システムとを要求する。設備の全スループットは、本質的に、１回だけ通過するシステムと変わらない。
【００８０】
６．５．２ プラントコンセプト♯２：単一の中〜高エネルギー走査ホーン
他の実施形態では、連続的なコンベアによって運ばれた完成した車体は、単一の加速器および操作部が使用されるヴォールトに入る。この実施形態では、走査部は、いかなる水平、垂直または角度が付けられた方向にも向くように、配置されている。好ましくは、走査部は、ヴォールトの中央で下方向に向くように垂直に取り付けられ、または、ヴォールトの横から中央に向くように水平に配置される。均一な線量放射を達成するために、コンベアは、車体がヴォールトを通過する際に、ビームと直面するように車体を傾けるようにプログラミングされている。換言すると、ビームの直接的な視線方向から隠れる総表面領域を低減するために、車体はビーム中で舞う。第１実施形態では、車体は４５°まで傾かされた。本他の実施形態では、車体は２軸上で傾けられる。
【００８１】
これは動的プログラムでありえて、複数の走査ホーンを使用したときと比べて、同じ総ビーム電力で同じ全体的なスループットを達成するために、ヴォールトの２回以上の通過を必要とする。このコンセプトの利点は、複数の走査ホーンを使用したときと比べて、ビームの侵入度の要求が減少されることにより、より低いエネルギービームが利用可能である点である。これは、より低い熱効率およびスループットの向上である。より少ない加速器しか要求されず、あるいはできる限り遮蔽が減少されるので、主要なコストは少し低い。不利な面は、より複雑な製品処理システムが要求されることである。すべての他の要素は、複数の走査ホーンを使用した場合に匹敵する。
【００８２】
６．５．３ プラントコンセプト♯３：とても高電力な加速器を用いたＸ線硬化
ある実施形態では、水平または垂直走査ホーンを有する１以上の高電力加速器がＸ線変換目標物に取り付けられ、Ｘ線をヴォールトに導き、本質的に、ヴォールト全体をＸ線照射野内に浸漬される。最新世代の中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームは、大量のＸ線の生成を可能とする。高電力および高エネルギーはＸ線変換を容易にするので、高電力高エネルギービームが好まれる。この関連で、ＩＢＡは、世界初の超高電力工業加速器であるＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１０００の構築を完了し、テストの最終段階にあり、該ＴＴ１０００の電力は、７ＭｅＶおよび７００ｋＷと見積もられている。
【００８３】
Ｘ線は、電子を使用するよりも大きな規模のオーダーで厚みに侵入する能力を提供する。一般的に、Ｘ線からの光子は、電子を衝突させるのと同等の硬化効果を有することが期待されている。不利な面は、Ｘ線を生成するために使用される電子ビームのエネルギーしだいで、電子ビームからＸ線への変換効率が５％〜１５％の範囲（１０ＭｅＶ以下のエネルギーに対して）と悪いことである。しかしながら、処理スピードは、いまだ適当に高く、特にＲｈｏｄｏｔｒｏｎ（登録商標）ＴＴ１０００のようなとても高電力の加速器を採用するときに適当である。
【００８４】
車体上のコーティングが電子ビームで硬化される前述のコンセプト以外のこのコンセプトの利点は、たった一つの走査ホーンしか有さない単純な製品処理システムを使える点と、車体中の均一な侵入が達成されない見込みがほとんどない点である。また、生成される全エネルギーのより小さな割合しか鋼に吸収されないので、温度増加が直接的な電子ビーム硬化より小さい。Ｘ線方法の不利な点は、およそ１５００ｋＷという高い電気的要求を含むことと、いささか遮蔽要求が増加されることである。
【００８５】
モンテカルロソフトウェアを用いたコンピュータシミュレーションでは、７ＭｅＶ、７００ｋＷビームからの単一の高電力Ｘ線資源を用いて、４０ｋＧｙの線量で、深さ１．６、３．２および４．８ｍｍ（２，４および６枚の金属厚さにそれぞれ相当する）に、およそ１２、１３および１４分／車体の硬化時間が達成されることを予測している。これらの時間は、線量２０ｋＧｙでは半減し、２つの加速器が使用された場合にも半減する。したがって、４つの加速器を備えたシステムは、１．５〜２分／車体の範囲の硬化時間を有しうる。
【００８６】
６．６ コンベアシステム
迷路中で車体を移動させるために、いかなる周知のコンベアシステムが利用されてもよい。オーバーヘッドおよび変換された電力および自由コンベアおよびチェーンコンベアの混合が一般的である。適当なコンベアシステムは、Ｊｅｒｖｉｓ Ｗｅｂｂなどの企業から商業的に利用可能である。コンベアシステムの原則的要求は、迷路中の車体を移動させ支持するのに適切で、ビームによる均一な線量を確保するために車体のスピードおよび角度を制御できることである。供給された線量は、ビームによるコンベアのスピードに反比例する。
【００８７】
６．７ 迷路
全ての照射がヴォールト内に含まれることを保証する一つの方法は、車体がヴォールトに入る前に、“迷路”を通過することを伴う。このヴォールトおよび迷路は、迷路の入り口または出口において照射レベルを背景強度まで低減するために、内部表面から４つまたは５つの散らばりを生成するように設計されている。どんな特定の設備設計のヴォールトおよび迷路の外側の照射レベルでも、正確にモデル化するコンピュータコードが商業的に利用可能である。
【００８８】
図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａおよび３Ｂは、そのような設備が取りうる３つのレイアウトの平面図および側面図を示す。迷路は、水平型、垂直型または両者の組み合わせである。図１Ａおよび１Ｂは、垂直迷路を有する“ストレートスルー”配列を示す。図２Ａおよび２Ｂは、垂直および水平迷路の組み合わせを示す。図３Ａおよび３Ｂは、迷路の角を車体が通過する際に車体が旋回する水平迷路を示す。車体は、迷路中およびヴォールトを連続的に一方位に進むことができ、または迷路を通過する際に旋回できる。多くの他の考え方が可能である。可能な構造のたった３つの実施例がある。コンクリート壁は、走査部近傍で厚く、迷路の出入口で薄い。コンクリートの代わりに、鋼や鉛のような高密度遮蔽材料を使用することは、いささか高い主要コストにもかかわらず、必要な壁厚みを低減し、その結果、設備のサイズを低減する。
【００８９】
ヴォールトから漏れる照射は直線的に進むが、内側面から散乱しない。これらのレイアウトは、線量を背景強度まで減衰するために内側面からの５回の散乱が要求されると、想定する。これは、慎重な予測かもしれない。４つの分散だけが要求されることもありえるし、この結果、より小さい迷路となる。設備に見られる内部寸法は、ＳＵＶのようなフルサイズの車体にとって十分とすべきである。
【００９０】
６．８ 加熱
鋼のブロックの断熱温度上昇は、鉄に伝達される線量のｋＧｙごとに約２．２７℃である。したがって、４０ｋＧｙの線量は、環境温度を超える９１℃の温度上昇、換言すると約１２０℃という最大温度までの上昇を即座に引き起こす。この温度上昇は、許容範囲内に違いない（塗装された車体は、現行の炉焼き工程中にこれより高い温度にやがてさらされるからである）。さらに、空気（または他の）冷却システムはこの温度上昇を低減しうる。車体の全表面領域のうちのほんの小さな部分だけが瞬間的にビームエネルギーにさらされ、より低く要求された線量に比例して温度上昇も低下する。たとえば、２０ｋＧｙの線量は、約４５℃の環境を超えて、理論上の最大温度上昇に帰着する。概して、温度上昇は深刻な問題ではない。
【００９１】
６．９ 無酸素環境
コーティングを硬化する電子ビームの硬化率は、照射チャンバ内の酸素の存在によって妨げられる。電子はフリーラジカルの生成によりコーティングを硬化する。酸素は、フリーラジカル清掃物なので、フリーラジカルの工程を遅延させる。この影響が重大である場合、電子硬化性コーティングにおいて過酸化物清掃物を組み込むことによって、酸素レベルを低減できる。代わりに、不活性ガス（たとえば窒素ガス）をパルスすることによって、および／または真空吸引によって、酸素レベルを低減できる。その製品は、また、真空によってシールされるか、不活性ガスによって充填されたバッグ内に詰められる。酸素によって大きな影響を受けない硬化率の電子ビーム硬化性コーティングを選択することが好ましい。適当な塗料は、たとえば、Ｓｔｒａｔｈｍｏｒｅ（ニューヨーク）によって生成され、Ｂ９５−０００２Ｕ（Ｓ ２６９９２）と呼ばれている。ＳｔｒａｔｈｍｏｒｅのＢ９５−０００２Ｕは、電子ビーム硬化性、陽イオン性、黒色、脂環式のエポキシ製剤である。
【００９２】
６．１０ 本発明の利益
本発明の方法は、複数の利益を提供する。第１で最重要なものとして、本方法は、車両コーティング産業において使用される無反応溶剤をなくすか低減することが可能である。上述のように、溶剤は、火災の原因となり、ＨＡＰおよびＶＯＣの発生源となる蒸気を発生し、このため、高価でエネルギー消費が高いＶＯＣ減少装置を強いる。第２に、電子ビームおよびＸ線は、極めて迅速な硬化を提供し−潜在的には車体１台に対して１分より短い−即座な起動および終了機能も提供する。これは、上昇、硬化および下降に多くの時間を要する従来の熱オーブンに比べて、スループットを増加する。第３に、電子ビームおよびＸ線硬化は、低温度工程である。製品内で内部温度が発生するが、これらの工程は、熱可塑性物質のような熱に敏感な物質に対してもやさしい。感熱物質は、車体や基礎コーティングの多様な部分にしばしば見られる。第４に、照射硬化性コーティングがしばしば単一構成材要素であるので、塗布の前に長い持続期間および長いポットライフを有する傾向にある分類の照射硬化性コーティングを許容する。第５に、この同じ傾向で、照射硬化性コーティングは、強度、耐溶剤性、汚れ防止、磨耗防止のような、良い物理的特性を示す傾向にある。実際、照射硬化性コーティングにおけるより低い揮発性成分は、光沢、良い体型および低い収縮性を車体に与える。第６に、電子ビーム加速器は、熱オーブンに比べてエネルギー効率が良い。従来のシステムにおける溶剤の蒸発または熱反応のために必要な熱エネルギーは、オーブンが非効率なので、電子ビームシステムで使用されるエネルギーよりも大規模である。１０ＭｅＶ、２００ｋＷの加速器は、約５００ｋＷの電力を必要とする。コストが５セント／ｋＷ時間であると見積もられた場合、料金は２５＄／時間である。これは熱オーブンに比べて実質的なコスト削減である。第７に、電子ビーム加速器は、従来の熱オーブンよりも少ないフロア空間しか必要とせず、電子ビーム硬化設備のための主要コストは熱硬化設備と比べて遜色ない。
【００９３】
６．１１ 他の応用
本発明は、車体上の硬化コーティングについて大きく詳述されてきたが、これに限定されるものではない。他の大きな三次元対象物のコーティングを硬化する際に出会う、似たような問題も、本発明により解決される。したがって、本発明は、いかなる三次元構造物、たとえば、家具（食器棚、机など）、芝刈り機のフレーム、ボート、自転車、建設用機器、造園機器などにも適応可能である。本発明は、特に、シート状素材が折り曲げ、折り重なり、湾曲されて形成されるいかなる三次元対象物上のコーティングの硬化にも適用可能である。適当なシート素材は、金属、樹脂、ガラスファイバー、カーボンファイバー、ゴム、木材またはそれらの組み合わせを含む。
【００９４】
その結果、本発明の他の態様は、折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成される対象物上の１以上のコーティングを硬化する方法であって、次を含む：（ｉ）少なくとも１の電子またはＸ線硬化性コーティングで前記対象物をコーティングし、（ｉｉ）中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームまたはＸ線照射野中に、前記対象物を１回以上通過し、ここで、前記ビームまたは照射野の可視的視野方向上にないコーティングの領域を硬化するために、少なくとも１の電子ビームおよび／またはＸ線照射野が複数層の前記シート素材を通じて侵入可能である。好ましくは、全ての電子ビームおよび／またはＸ線照射野を前記シート素材の複数層を通じて侵入可能とし、該ビームまたは照射野の可視的視線方向上にないコーティング領域を硬化する。高電力、中〜高エネルギーＸ線照射野は、現在、金属目標物に中〜高パワー、中〜高エネルギー電子ビームを衝突させることによって生成されている。ある実施形態では、シート素材は、３ｍｍのプラスチック材料の相当面密度と同等か一層大きい相当面密度を有する。他の実施形態では、シート素材は、０．４ｍｍの鋼の相当面密度と同等か一層大きい相当面密度を有する。さらに他の実施形態では、シート材料は鋼である。
【００９５】
本発明の他の態様では、上述の方法のいずれか一つでも実行できる設備である。その結果、本発明は、次の構成要素を含むプラントである：（ｉ）折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成され、１以上の電子ビームまたはＸ線硬化性コーティングによりコーティングされた１以上の対象物と、（ｉｉ）電子ビームおよび／またはＸ線照射野中に、１以上の前記対象物を通過させるコンベアシステムと、（ｉｉｉ）１以上の中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームおよび／またはＸ線照射野を生成可能であり、少なくとも１の前記ビームまたはおよび／または照射野が、前記ビームまたは照射野の可視的視野方向上にないコーティング領域を硬化するために、多数層の前記シート素材を通じて侵入可能な１以上の加速器。好ましくは、全ての電子ビームおよび／またはＸ線照射野を前記シート素材の複数層を通じて侵入可能であり、該ビームまたは照射野の可視的視線方向上にないコーティング領域を硬化する。高電力、中〜高Ｘ線照射野は、現在、金属目標物に中〜高パワー、中〜高エネルギー電子ビームを衝突させることによって生成されている。ある実施形態では、シート素材は、３ｍｍのプラスチック材料の相当面密度と同等か一層大きい相当面密度を有する。他の実施形態では、シート素材は、０．４ｍｍの鋼の相当面密度と同等か一層大きい相当面密度を有する。さらに他の実施形態では、シート材料は鋼である。
【実施例】
【００９６】
７．０ 実施例
７．１ 実施例１：モンテカルロシミュレーション（電子ビーム）
高エネルギー電子で車体上のコーティングを硬化するのに必要とされる時間を見積もるために、演算がなされた。特に、ＩＴＳ３ ＴＩＧＥＲモンテカルロコードは、５，７および１０ＭｅＶの電子ビームで照射された電子吸収材内の深さ−線量分布を演算するために使用された。各ケースでは、鉄の厚さは、一次電子の最大範囲よりも大きいものとした。鉄の表面は、コーティング中のエネルギー堆積（吸収された線量に比例）と鉄中のエネルギー堆積との相違を評価するために、アクリル材料によりカバーするものとした。
【００９７】
ＴＩＧＥＲコードは、解放された領域を有する平板材料中の一次元線量分布だけを与える。電力データは、大きな平らな表面を照射するために領域スループット率を演算するため、および、吸収材内で吸収された線量の変化を示すために使用される。しかし、異なる形状を有する有限平板または対象物の端部の線量変化は、該コードを用いて評価できない。そのような三次元演算は、ＩＴＳ３ ＡＣＣＥＳＳモンテカルロコード（すなわち、照射安全情報計算センターから利用可能な、連結された電子／陽子モンテカルロ伝送コードのＣＣＣ−４６７／ＩＴＳ３コードパッケージ、統合されたＴＩＧＥＲシリーズ）により可能である。３つのモンテカルロ演算が、厚い鉄吸収材への５，７および１０ＭｅＶの電子投射により実行された。入力データを簡易化するために、鋼の代わりに鉄が指定された。鋼と鉄との相違は、これらの演算では無視できる。５０ミクロンのチタン電子ビーム照射口は、当該照射口と鉄吸収材との間の１００ｃｍの空間に沿って含まれる。ビーム照射口で付与される電子エネルギーおよび空隙は、これらの入力エネルギーでは無視でき、これらは、結果を変更することなく演算から削除できる。
【００９８】
ビーム照射口および空間は、単一の区画（層）として設計される。鉄中の深さ−線量分布を示すために、５０ミクロンのアクリルコーティングは、２つの区画に細分され、一方、厚い鉄吸収材は、それぞれ厚さ０．２ｍｍの複数の区分に細分される。これらの演算は、有機コーティングと鉄吸収材との間で、より高い線量が予想されることを裏付ける。各モンテカルロ演算は、５００，０００個の電子の履歴を含む。実行時間は、１．７ＧＨｚペンティアム４プロセッサを搭載したパソコンを用いて、およそ２１〜３７分に及んだ。
【００９９】
ＩＴＳ３ ＴＩＧＥＲ出力データファイルは、吸収素材の各区画中における電子ごとにエネルギー堆積を、ＭｅＶ ｃｍ２／ｇ単位、または、単位領域密度ｇ／ｃｍ２当りのＭｅＶという単位で与える。各区画の出入口の深さは、その材料中で深さＺを最大電子範囲Ｒで除算した無次元率Ｚ／Ｒとして、また、体積密度ｇ／ｃｍ３に厚さｃｍを乗算した領域密度単位ｇ／ｃｍ２として与えられる。モンテカルロ演算の結果は、部分的に、図４、５および６にプロットされる。生データは、下記に示される：
【０１００】
【表１】
【０１０１】
【表２】
【０１０２】
【表３】
【０１０３】
これらの深さ−線量分布は、等しい入出線量に対する鉄の厚さが５ＭｅＶで１．８ｍｍ、７ＭｅＶで２．８ｍｍ、１０ＭｅＶで４．２ｍｍであることを示す。鉄の体積密度は、７．８９ｇ／ｃｍ３であるので、均一な面密度は、５ＭｅＶで１．４ｇ／ｃｍ２、７ＭｅＶで２．２ｇ／ｃｍ２、１０ＭｅＶで３．３ｇ／ｃｍ２である。エネルギー堆積の初期上昇は、鉄に含まれる活動的な二次電子の生成によって起こる。際立った深さでのエネルギー堆積の減少は、一次および二次電子エネルギーの枯渇によって起こる。
【０１０４】
鉄中の電子エネルギー堆積の値は、鉄の深さを０．２ｍｍずつ増加させて、表１、２および３の第２列に示される。表面値に対する深さ値の割合は、第３列に示される。エネルギー堆積は、５ＭｅＶでおよそ１．０ｍｍ、７ＭｅＶでおよそ１．４ｍｍ、１０ＭｅＶでおよそ２．４ｍｍの最大値に到達する。表面値に対する最大値の割合は、５ＭｅＶでおよそ１．５７、７ＭｅＶでおよそ１．６６、１０ＭｅＶでおよそ１．６７である。
【０１０５】
車両部品の有機コーティングは、鉄吸収材よりも高い電子阻止能を持つ。その阻止能は、素材の区画を通り抜ける際に電子から付与されたＭｅＶのエネルギーとして定義される。したがって、鉄の表面と同じ電子フルエンスが浴びせられるコーティング中のエネルギー堆積は、第１の鉄区域中のエネルギー堆積よりも高いに違いない。両素材中の二次電子平衡を前提とすると、それらの表面のエネルギー堆積の割合は、それらの電子阻止能の割合と同じである。
【０１０６】
５０ミクロンコーティングは、ポリメチルメタクリレートと似た阻止能を有するアクリル酸樹脂であると仮定される。鉄中の電子阻止能に対するポリマー中の電子阻止能の割合は、該割合が電子エネルギーの増加に伴いわずかに増加するけれども、ほぼ電子エネルギーと無関係である。理論的な阻止能の割合は、５ＭｅＶで１．３１、７ＭｅＶで１．３０、１０ＭｅＶで１．２９である。図４、５および６に示されるモンテカルロデータから得られた、計算された表面エネルギー堆積の割合は、５ＭｅＶで１．２４、７ＭｅＶで１．２８、１０ＭｅＶで１．３０である。コーティング中のより高いエネルギー堆積は、理論的な期待値と一致する。
【０１０７】
テーブルの第６列に示される領域スループットの割合は、以下の方程式により計算される：
Ａ／Ｔ＝ＫＴ／Ｄ
ここで、Ａ／ＴはＭ２／分単位の領域スループットであり、ＩはｍＡ単位の電子ビーム電流であり、ＤはｋＧｙ単位の吸収線量である。電子ビーム電力は、各ケースで２００ｋＷが想定された。したがって、電子ビーム電流は、５ＭｅＶで４０ｍＡ、７ＭｅＶで２８．６ｍＡ、１０ＭｅＶで２０ｍＡであった。コーティング中の吸収線量は４０ｋＧｙが想定された。
【０１０８】
要素ＫはｋＧｙ ｍ２／ｍＡの領域処理係数であり、ＭｅＶ ｃｍ２／ｇのエネルギー堆積の６倍に等しい。鉄のＫの値は、テーブルの第４列に示される。第５列に示されるコーティングのためのＫ要素は、鉄のＫ要素に、それぞれ、テーブル１の１．２４を乗算して、テーブル２の１．２８を乗算して、テーブル３の１．３０を乗算して得られる。モンテカルロ演算（既述の説明参照）から得られる鉄のエネルギー堆積に対するポリメチルメタクリレートのエネルギー堆積の割合の値がある。第６列の領域スループットの割合は、アクリルコーティングのためのより高いＫ要素に基づく。
【０１０９】
第７列に示されるラインスピードは、２ｍと想定されたコンベア幅で除算された領域スループットである。第８列に示される車体硬化率は、５ｍと想定された車体ごとに、コンベアの長さでラインスピードを除算した値である。車体ごとの硬化時間は、車体硬化率の逆数である。
【０１１０】
鉄表面のコーティング中のエネルギー堆積に基づいて、車体ごとの硬化時間は、５ＭｅＶでビーム電流４０ｍＡで約０．７２分、７ＭｅＶで２８．６ｍＡで約１．０１分、１０ＭｅＶで２０ｍＡで約１．６４分であり、コーティング中の吸収線量が４０ｋＧｙと想定され、一方向から一つの加速器を用いた処理と想定された。硬化時間は、均等な入出線量のための厚みよりも大きな鉄の厚みを通じて線量が供給される場合、一層長くなる。
【０１１１】
一方、硬化時間は線量に対して直接比例するので、硬化時間は、要求された線量がより低い場合に短くなる。たとえば、線量が演算に用いられた４０ｋＧｙの代わりに２０ｋＧｙに減少されうる場合、テーブルに記入された硬化時間は半減される。また、２つの電子加速器により両側から車体が照射された場合、硬化時間はほぼ半減し、線量分布の均一性が向上する。これらのモンテカルロシミュレーションに基づいて、車体のような複雑な鋼構造物上の有機コーティングが、高エネルギー電子の照射によって硬化される。この技術を用いてさまざまな利点があり、たとえば、従来の熱効果に比べて、より短い硬化時間、より低い電力コストおよびより低い主要コストである。
【０１１２】
７．２ 実施例２：モンテカルロシミュレーション（Ｘ線）
高エネルギーＸ線を用いて車体上のコーティングを硬化するのに必要とされる時間を見積もるために、類似の演算がなされた。その結果は、一般的な目標組立体上に５、６、７ＭｅＶ電子によって生成されたＸ線を用いて厚い鉄吸収材中の深さ−線量分布を演算するために、ＩＴＳ３ ＴＩＧＥＲモンテカルロコードを用いて得られた。想定された目標構造体は、加速器からの全一次電子を停止するのに十分な厚さであった。電子深さ−線量分布のＸ線“バックグラウンド”は、目標物を超えて目標物から電子吸収材まで広がった。深さ−線量分布の残りの“テイル”は、この報告のために必要なデータを提供した。
【０１１３】
最初に、典型的なＸ線目標物上に、５、６および７ＭｅＶ電子により三つのモンテカルロ演算がなされた。想定された目標物素材は、１．２ｍｍタンタルコンバータ板、冷却水の２ｍｍチャネルおよび２ｍｍステンレス鋼受け板を含む。もう一度、鉄は、入力データを簡略化するために鋼の代わりに特定される。５０ミクロンのチタン電子ビーム照射口は、該照射口と目標物との間の１５ｃｍの空隙に沿って含まれる。他の１００ｃｍの空間は、Ｘ線目標物と５ｃｍの厚さに想定された鉄吸収材との間に含まれた。ビーム照射口および空隙内に堆積された電子エネルギーは、これらの入力エネルギーにおいては無視でき、これらは結論を変えることなく演算から削除される。Ｘ線の減衰を示すために鉄吸収材が各１ｍｍ厚さの５０個の区画に分割されている一方で、鉄吸収材を除いて全素材は、エネルギー堆積を演算するために単一区画（層）に指定された。
【０１１４】
想定された目標物構造体が５および６ＭｅＶでは全１次電子を停止できるだけ十分に厚く、７ＭｅＶでは十分でなかったことが、最初の演算で示された。結果として、７ＭｅＶで全一次電子を停止するのに十分な１．４ｍｍ厚のタンタルコンバータ板を用いて、７ＭｅＶにおける他の演算がなされた。鉄吸収材の表面上の５０ミクロンアクリルコーティングを用いて７ＭｅＶでの第５の演算が行われた。これは、鉄吸収材と対比して有機コーティング中のより高い線量の予想を裏付ける。各モンテカルロ演算は、５００，０００電子の履歴を有する。１．７ＧＨｚペンティアム４プロセッサを搭載したパソコンを用いて、それぞれの実行には、約７５分かかった。これらのモンテカルロ演算の結果は、図７、８、９、１０および１１に部分的に示される。縦軸の目盛りは、電子深さ−線量分布のＸ線“テイル”を強調するために、拡張されており、切り取られている。生データは、下記の通りである：
【０１１５】
【表４】
【０１１６】
【表５】
【０１１７】
【表６】
【０１１８】
目標物材料内の電子エネルギー堆積の値は、外部の鉄吸収材中のＸ線エネルギー堆積よりも約１００倍高い。目標物中の最大電子エネルギー堆積がこれらの図表に示される場合、鉄吸収材中のＸ線エネルギー堆積はほとんど目立たない。図７、８および１０のグラフ、およびテーブル４、５および６中のデータを比較すると、外部の鉄吸収材の第１区画の電子ごとのＸ線エネルギー堆積がＸ線目標物上の電子エネルギー投射に伴って増加していることを示す。入射口の値は、５ＭｅＶで０．０２１８から、６ＭｅＶで０．０３２０へ、さらに７ＭｅＶで０．０４１８へ増加している。５から７ＭｅＶまでの増加は、１．９２の割合であり、初期電子エネルギーの２乗の割合、つまり（７／５）２＝４９／２５＝１．９６とほぼ等しい。この結果は、照射されたＸ線電力が電子エネルギーの２乗と電子ビーム電流との乗算として増加するという実際的な規則と一致する。ビーム電流が一定の場合、Ｘ線照射は、電子エネルギーの２乗として増加する。一方、ビーム電力（エネルギー×電流）が一定で、ビーム電流が電子エネルギーの増加として増加する場合、Ｘ線照射は、電子エネルギーの最初の電力としてだけ増加する。
【０１１９】
図９および１０のグラフを比較すると、外部鉄吸収材の第１区画中の電子ごとのエネルギー堆積は、薄いタンタル目標物を伴う方がとても高いことがわかる。図９における第１および第２鉄区画間のより大きな減衰は、第１鉄区画中の追加的なエネルギー堆積が目標物からの低エネルギー電子から来ており、該低エネルギー電子が鉄の最初の１ミリメートル中で停止されていることを示す。この効果は、より厚いタンタル目標板を有する図１０では明らかではない。
【０１２０】
車体部品上の有機コーティングは、鉄吸収材よりも高い電子阻止能を有する。したがって、鉄と同じ二次電子影響を示すコーティング中のエネルギー堆積は、鉄の電子阻止能の割合にしたがって、鉄中のエネルギー堆積よりも高い。阻止能は、面密度１ｇ／ｃｍ２の材料の区画を通り抜ける際に電子により付与されるＭｅＶのエネルギーとして定義される。
【０１２１】
再度、コーティングは、ポリメチルメタクリレートの阻止能と同等のアクリル酸材料に想定されている。電子阻止能率はわずかに電子エネルギー増加に伴って増加するけれども、電子阻止能率はほぼ電子エネルギーと関係ない。目標物による制動放射陽子の最も有望なエネルギーを含む０．２〜０．５ＭｅＶのエネルギー範囲では、阻止能率はおよそ１．４である。コーティングのより高いエネルギー堆積は、鉄吸収材上の５０ミクロンアクリルコーティングを想定して演算された図１１に示すデータによって確認される。コーティングの第１区画のエネルギー堆積は０．０５８５であり、鉄の第１区画のエネルギー堆積は０．０４２０である。これらの値の比率は、１．３９である。図７、８および１０の減衰カーブは、電子領域からＸ線領域まで滑らかな推移を示す。これは、外部鉄吸収材の表面の線量がこの材料内の指数関数型減弱と一致することを意味する。
高エネルギー陽子の平行ビームを起こす表面−線量集積効果はない。
【０１２２】
５、６および７ＭｅＶ電子を用いたモンテカルロ演算から得られた鉄へのＸ線エネルギー堆積値は、鉄の１ｍｍずつの深さ増加に伴って、テーブル４、５および６の第２列に示される。表面値に対する深さ値の割合は、第３列に示される。テーブル６の７ＭｅＶデータにとって、鉄の最初の１ミリメーターの減衰はおよそ７．５％である。半値深さは、１４ｍｍ鉄についてのテーブル１および２の、５および６ＭｅＶデータとほぼ同じである。１５．５ｍｍ鉄の７ＭｅＶデータにとっての半値深さは、わずかに、より大きい。
【０１２３】
領域スループット率は、次の方程式により演算され、第６列に示される。
【０１２４】
Ａ／Ｔ＝ＫＩ／Ｄ
ここで、Ａ／Ｔは領域スループット率であり単位ｍ２／分で示され、Ｉは電子ビーム電流で単位ｍＡで示され、Ｄは吸収線量で単位ｋＧｙで示される。製品コンベアの領域を上から走査することによって、ビーム電流のいかなる損失に対しても、堆積されない。電子ビーム電流は、１００ｍＡに想定され、コーティング内の吸収線量は４０ｋＧｙに想定された。
【０１２５】
Ｋ要素は、領域処理係数であり、単位ｋＧｙ ｍ２=／ｍＡ 分で示され、ＭｅＶ ｃｍ２／ｇ単位のエネルギー堆積の６倍に等しい。鉄のＫの値は、第４列に示される。コーティングためのＫ要素は、テーブルの第５列に示され、鉄のＫ要素に１．４倍を乗算することによって得られる。ここで、１．４とは、鉄に対するポリメチルメタクリレートの阻止能の割合として適切な値である。第６列の領域スループット率は、アクリルコーティングのためのより高いＫ要素に基づく。
【０１２６】
第７列に示されるラインスピードは、領域スループット率を２ｍと想定されたコンベア幅で除算したものである。第８列に示される車体硬化率は、ラインスピードを５ｍと想定される車体ごとのコンベア長さで除算したものである。車体ごとの硬化時間は、車体硬化率の逆数である。
【０１２７】
最短の硬化時間は、最高のＸ線エネルギーを用いて得られる。コーティングされた鉄の表面のエネルギー堆積に基づいて、目標物上に１００ｍＡの電子ビーム電流を有し、コーティング内に４０ｋＧｙの吸収線量を有する７ＭｅＶのＸ線を使用することにって、車体ごとの硬化時間が約１１分となる。テーブルに示されるように、鉄の数ミリメートルを通じて線量が運ばれる場合、硬化時間は、わずかに長くなる。
【０１２８】
一方、硬化時間が線量に直接比例するので、必要な線量が低い場合、硬化時間が短くなる。たとえば、想定された４０ｋＧｙの値の代わりに２０ｋＧｙまで線量が低減された場合、テーブルに表された硬化時間は半減される。また、車体が両側から２つの加速器により照射された場合、硬化時間はほぼ半減し、線量分布の均一性が向上される。
【０１２９】
モンテカルロシミュレーションは、車体のような複雑な鋼構造体上の有機コーティングが高エネルギーＸ線で照射されることによって硬化されることを示す。この種のエネルギーを使用する主な利点は、比較的低い線量均整度が単純な製品コンベアシステムで達成できることである。車体ごとのＸ線硬化時間は、電子ビーム電流が同じと仮定すると、高エネルギー電子を用いた照射による硬化時間よりも長い。なぜなら、投射する電子ビーム電力を放射するＸ線電力に変換するための効率が比較的低いからである。
【０１３０】
７．３ 実施例３：コーティングされた板と板スタックの電子ビーム処理
従来の電子コーティングおよび下塗で前処理された１５枚のスチール板（４”×１２”）が電子ビーム硬化性色素（銀）基礎コーティングでスプレー塗装された。この基礎コーティングの後、全１５枚の塗装された板は、従来の透明コーティングによりスプレー塗装された。これらの板のうち５枚は、１０ｋＧｙから５０ｋＧｙまで値を増加させて、標準の運搬用トレーを用いて、高エネルギー電子ビーム照射装置（８ｋＷ、１２ＭｅＶ）で個々に処理された。基礎コーティングおよび下塗を含む残りの１０枚の板は、５枚の板からなる２つのスタックに組み立てられ、３０ｋＧｙおよび４０ｋＧｙで処理された。図１２に図示されるように、各板スタック１２００は、角の穴１２２０を通じて互いにボルト締結され、スペーサ１２３０（厚さ０．２５インチ）によって互いに分離された個々の板１２１０からなる。加えて、電子コーティングでコーティングされた単一の板、および電子コーティングおよび下塗でコーティングされた単一の板が、単に１０ｋＧｙから５０ｋＧｙまでの増分で処理された。
【０１３１】
各経過の後、コーティングの硬さが検査された。この実験の生データは、以下に示す通りである。
【０１３２】
【表７】
【０１３３】
上述のように、１０ｋＧｙの第１のパス（１３：５８）の後、全板は、いまだ湿っており、基礎コーティングも透明コーティングも簡単にふき取られた。２０ｋＧｙの第２のパス（１４：１４）の後、基礎コーティングは乾いたが、透明コーティングは未だ湿っていた。これは、３０ｋＧｙの第３のパス、４０ｋＧｙの第４のパス（１４：３０）および５０ｋＧｙの第５のパス（１４：３８）の後でも残っていた。基礎コーティングおよび透明コーティングでコーティングされていないいかなる板においても明らかな変化はなかった。温度の重要な変化はなかった−その５０ｋＧｙ板は触ると暖かかった。コーティングされた板のスタックは、３０ｋＧｙの第３のパス（１４：２１）および４０ｋＧｙの第４のパス（１４：３０）で処理された。全基礎コーティングは硬化された。
【０１３４】
この実験に基づいて、電子ビーム硬化性基礎コーティングを硬化するために複数の鋼板を侵入するために、高エネルギー電子ビームが使用可能であることが立証された。侵入度は、車体の陰に隠れたコーティングを硬化するのに必要な侵入度と同一である。したがって、高エネルギー電子ビームは、電子ビーム硬化性基礎コーティングを硬化するために車体の陰に侵入するために使用可能である。電子ビーム硬化性透明コーティングと共に電子ビームまたはＸ線硬化性基礎コーティングを採用することによって、基礎コーティングおよび透明コーティングは、同時に硬化されることに留意しなければならない。
【０１３５】
７．４ 実施例３：板スタック中のコーティングされた板の電子ビーム処理
車両用金属下塗は、６インチ×６インチの亜鉛メッキされた鋼板１３枚の両側に加えられた。図１２を再び参照すると、各板１２１０は、０．８ｍｍ（１／３２インチ）の厚みを有する。直径０．２５インチの一つの穴１２２０は、各穴１２２０の中心が最も近い角から０．５インチとなるように、各板１２１０の各角をドリル穴開けされて形成される。
【０１３６】
１３：００から始まって、１３枚の下塗された各板１２１０の一側に基礎コーティングを加えるためにアルミニウムのスプレッダーが使用された。基礎コーティングは、Ｂ９５−０００２Ｕ（以前はＳ２６９９２）という名前で販売され、陽イオン、ブラック、脂環式のエポキシ製剤として識別される商品をＳｔｒａｔｈｍｏｒｅ（ニューヨーク）から購入した。１３枚の下塗およびコーティングされた各板１２１０は、板スタック１２００を形成するために、厚さ０．２５インチのスペーサ１２３０により各板１２１０間に１／４インチの空隙分離されて、次々と上に積み重ねられ、ボルト締結された。全塗装および積層過程には３５分が費やされた。
【０１３７】
１４：１０から、１２ＭｅＶ電子加速器によって生成された電子ビームの最初の通過によって、板スタック１２００が照射された。与えられた表面線量は、４０ｋＧｙであった。１４：１６、板スタック１２１０中の板１２１０が解析された。下から４枚の板１２１０が未だ湿っている一方で、上から９枚目の板１２１０までは硬化したと判断された。１４：２５、板スタック１２００が、ひっくり返され、４０ｋＧｙの表面で第２時間だけ照射された。１４：３３、板スタック１２００中の板１２１０が、再び解析された。全板１２１０は硬化したと判断された。翌日の７：３０、板１２１０が、再び解析された。全プレート１２１０は完全な硬化、光沢および非常に硬い仕上がりを有していた。
【０１３８】
この実験は、複数の鋼板を侵入し、電子ビーム硬化性基礎コーティングを硬化するために、高エネルギー電子ビームが使用され得ることをさらに確認した。設計によって車体ごとに要求される侵入度は変化する。相当密度に厚さ０．８ｍｍの鋼板の１３枚分の厚みを乗算したものを超える侵入度が要求される場合、要求された侵入度が達成されるように、２以上の電子ビーム源を戦略的に配置することによって、さらなる侵入度が達成されうる。したがって、高エネルギー電子ビームは、電子ビーム硬化性基礎コーティングを硬化するために車体の陰に侵入するために使用される。
【０１３９】
８．０ むすび
８．１ 参照による組み込み
本明細書で言及された全ての公報、特許および特許出願は、各個別の公報、特許または特許出願が参照により組み込まれるために特別におよび個別に指定されたのと同じ範囲で、ここに組み込まれる。ここで引用されたいかなる参照も従来技術としての自白を形成するものではない。
【０１４０】
８．２ 発明の思想
本発明は今完全に説明され、本発明の思想および範囲から離れることなく多くの変更および変形が加えられることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、法によって定義されるように、特許請求の範囲の限定およびそのいかなる均等物によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１Ａ】本発明に使用される垂直迷路の上面図である。
【図１Ｂ】本発明に使用される垂直迷路の側面図である。
【図２Ａ】本発明に使用される垂直および水平迷路の上面図である。
【図２Ｂ】本発明に使用される垂直および水平迷路の側面図である。
【図３Ａ】本発明に使用される水平迷路の上面図である。
【図３Ｂ】本発明に使用される水平迷路の側面図である。
【図４】５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への５ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【図５】５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への７ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【図６】５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への１０ＭｅＶの電子エネルギー堆積を示すグラフである。
【図７】１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への５ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【図８】１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への６ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【図９】１．２ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【図１０】１．４ｍｍタンタル目標物を用いた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【図１１】５０ミクロンのアクリルコーティングでコーティングされた鉄への７ＭｅＶのＸ線エネルギー堆積を示すグラフである。
【図１２】鋼板スタックおよび拡大された鋼板の角を示す図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１２００ 各板スタック、
１２１０ 個々の板、
１２２０ 角の穴、
１２３０ スペーサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体上の１以上のコーティングを硬化する方法であって、
（ｉ） 少なくとも１の電子ビーム硬化性コーティングで前記車体をコーティングし、
（ｉｉ） １以上の中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビーム中に、前記車体を１回以上通過する方法。
【請求項２】
前記車体は、１以上の高電力、高エネルギー電子ビームの中に、１回以上通過される請求項１の方法。
【請求項３】
前記車体は、連続的なコンベアシステムによって移動され、前記車体の両側から１以上の加速器によって生成される中〜高エネルギー電子ビームを供給する複数の電子ビーム走査部を有するヴォールト（ｖａｕｌｔ）を通過する請求項１の方法。
【請求項４】
前記車体は、複数回前記ヴォールトを通過する請求項３の方法。
【請求項５】
単一の電子ビーム加速器および走査部が用いられ、前記車体がヴォールトを通過する際に前記車体が前記ビームの方を向くように、連続したコンベアが前記車体を傾ける請求項１の方法。
【請求項６】
前記車体はヴォールトを複数回通過する請求項５の方法。
【請求項７】
前記車体は、電子コーティング、下塗、基礎コーティングおよび透明コーティングでコーティングされる請求項１の方法。
【請求項８】
前記基礎コーティングは電子ビーム硬化性コーティングである請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記電子ビーム硬化性コーティングは、不飽和オリゴマーまたはポリマーである請求項１の方法。
【請求項１０】
前記ビーム硬化性コーティングは、アクリル酸機能オリゴマーまたはポリマーである請求項９記載の方法。
【請求項１１】
車体上の１以上のコーティングを硬化するための方法であって、
（ｉ） 少なくとも１のＸ線硬化性コーティングで前記車体をコーティングし、
（ｉｉ） 中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームを金属目標物に衝突させて生成される１以上のＸ線照射野中に、前記車体を１回以上通過する方法。
【請求項１２】
前記車体は、高電力、高エネルギー電子ビームを金属目標物に衝突させて生成される１以上のＸ線照射野（ｆｉｅｌｄｓ）中に、１回以上通過される請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記車体は、コンベアによって移動され、単一のＸ線照射野中に当該車体が浸漬されるヴォールト内を通過する請求項１１の方法。
【請求項１４】
前記車体は、複数回前記ヴォールトを通過する請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記車体は、コンベアによって移動され、複数のＸ線照射野中に当該車体が浸漬されるヴォールトを通過する請求項１１の方法。
【請求項１６】
前記車体は、複数回前記ヴォールトを通過する請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記車体は、電子コーティング、下塗、基礎コーティングおよび透明コーティングでコーティングされる請求項１１の方法。
【請求項１８】
前記基礎コーティングはＸ線硬化性コーティングである請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記Ｘ線硬化性コーティングは、不飽和オリゴマーまたはポリマーである請求項１１の方法。
【請求項２０】
前記Ｘ線硬化性コーティングは、アクリル酸機能オリゴマーまたはポリマーである請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成される対象物上の１以上のコーティングを硬化する方法であって、
（ｉ） 少なくとも１の電子またはＸ線硬化性コーティングで前記対象物をコーティングし、
（ｉｉ） 中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームまたはＸ線照射野中に、前記対象物を１回以上通過し、ここで、前記ビームまたは照射野の視野方向外部のコーティングの領域を硬化するために、少なくとも１の電子ビームおよび／またはＸ線照射野が複数層の前記シート素材を通じて侵入可能である。
【請求項２２】
前記シート素材は、少なくとも０．４ｍｍの鋼の相当面密度を有する請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記シート素材は、鋼板である請求項２２の方法。
【請求項２４】
（ｉ） 折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成され、１以上の電子ビームまたはＸ線硬化性コーティングによりコーティングされた１以上の対象物と、
（ｉｉ） 電子ビームおよび／またはＸ線照射野中に、１以上の前記対象物を通過させるコンベアシステムと、
（ｉｉｉ） 前記ビームまたは照射野の視野方向上にないコーティング領域を硬化するために、多数層の前記シート素材を通じて侵入可能な１以上の中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームおよび／またはＸ線照射野を生成可能な１以上の加速器と、
いう構成要素を含む設備。
【請求項２５】
前記シート素材は、少なくとも０．４ｍｍの鋼の相当面密度を有する請求項２４の設備。
【請求項２６】
シート素材は鋼板である請求項２５の設備。
【請求項１】
車体上の１以上のコーティングを硬化する方法であって、
（ｉ） 少なくとも１の電子ビーム硬化性コーティングで前記車体をコーティングし、
（ｉｉ） １以上の中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビーム中に、前記車体を１回以上通過する方法。
【請求項２】
前記車体は、１以上の高電力、高エネルギー電子ビームの中に、１回以上通過される請求項１の方法。
【請求項３】
前記車体は、連続的なコンベアシステムによって移動され、前記車体の両側から１以上の加速器によって生成される中〜高エネルギー電子ビームを供給する複数の電子ビーム走査部を有するヴォールト（ｖａｕｌｔ）を通過する請求項１の方法。
【請求項４】
前記車体は、複数回前記ヴォールトを通過する請求項３の方法。
【請求項５】
単一の電子ビーム加速器および走査部が用いられ、前記車体がヴォールトを通過する際に前記車体が前記ビームの方を向くように、連続したコンベアが前記車体を傾ける請求項１の方法。
【請求項６】
前記車体はヴォールトを複数回通過する請求項５の方法。
【請求項７】
前記車体は、電子コーティング、下塗、基礎コーティングおよび透明コーティングでコーティングされる請求項１の方法。
【請求項８】
前記基礎コーティングは電子ビーム硬化性コーティングである請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記電子ビーム硬化性コーティングは、不飽和オリゴマーまたはポリマーである請求項１の方法。
【請求項１０】
前記ビーム硬化性コーティングは、アクリル酸機能オリゴマーまたはポリマーである請求項９記載の方法。
【請求項１１】
車体上の１以上のコーティングを硬化するための方法であって、
（ｉ） 少なくとも１のＸ線硬化性コーティングで前記車体をコーティングし、
（ｉｉ） 中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームを金属目標物に衝突させて生成される１以上のＸ線照射野中に、前記車体を１回以上通過する方法。
【請求項１２】
前記車体は、高電力、高エネルギー電子ビームを金属目標物に衝突させて生成される１以上のＸ線照射野（ｆｉｅｌｄｓ）中に、１回以上通過される請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記車体は、コンベアによって移動され、単一のＸ線照射野中に当該車体が浸漬されるヴォールト内を通過する請求項１１の方法。
【請求項１４】
前記車体は、複数回前記ヴォールトを通過する請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記車体は、コンベアによって移動され、複数のＸ線照射野中に当該車体が浸漬されるヴォールトを通過する請求項１１の方法。
【請求項１６】
前記車体は、複数回前記ヴォールトを通過する請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記車体は、電子コーティング、下塗、基礎コーティングおよび透明コーティングでコーティングされる請求項１１の方法。
【請求項１８】
前記基礎コーティングはＸ線硬化性コーティングである請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記Ｘ線硬化性コーティングは、不飽和オリゴマーまたはポリマーである請求項１１の方法。
【請求項２０】
前記Ｘ線硬化性コーティングは、アクリル酸機能オリゴマーまたはポリマーである請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成される対象物上の１以上のコーティングを硬化する方法であって、
（ｉ） 少なくとも１の電子またはＸ線硬化性コーティングで前記対象物をコーティングし、
（ｉｉ） 中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームまたはＸ線照射野中に、前記対象物を１回以上通過し、ここで、前記ビームまたは照射野の視野方向外部のコーティングの領域を硬化するために、少なくとも１の電子ビームおよび／またはＸ線照射野が複数層の前記シート素材を通じて侵入可能である。
【請求項２２】
前記シート素材は、少なくとも０．４ｍｍの鋼の相当面密度を有する請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記シート素材は、鋼板である請求項２２の方法。
【請求項２４】
（ｉ） 折り曲げ、折り重なり、湾曲されて三次元構造体にされたシート素材から形成され、１以上の電子ビームまたはＸ線硬化性コーティングによりコーティングされた１以上の対象物と、
（ｉｉ） 電子ビームおよび／またはＸ線照射野中に、１以上の前記対象物を通過させるコンベアシステムと、
（ｉｉｉ） 前記ビームまたは照射野の視野方向上にないコーティング領域を硬化するために、多数層の前記シート素材を通じて侵入可能な１以上の中〜高電力、中〜高エネルギー電子ビームおよび／またはＸ線照射野を生成可能な１以上の加速器と、
いう構成要素を含む設備。
【請求項２５】
前記シート素材は、少なくとも０．４ｍｍの鋼の相当面密度を有する請求項２４の設備。
【請求項２６】
シート素材は鋼板である請求項２５の設備。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００７−５０２６９５（Ｐ２００７−５０２６９５Ａ）
【公表日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２１９１５（Ｐ２００６−５２１９１５）
【出願日】平成１６年７月２３日（２００４．７．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２３５１９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１３２８８
【国際公開日】平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ペンティアム
【出願人】（５０６０３５５６６）イオンビーム アプリケーションズ， エス．エー． (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２３日（２００４．７．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２３５１９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１３２８８
【国際公開日】平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ペンティアム
【出願人】（５０６０３５５６６）イオンビーム アプリケーションズ， エス．エー． (5)
【Ｆターム（参考）】
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