JP4155097B2

JP4155097B2 - Method for deflecting electron beam irradiation apparatus

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Publication number: JP4155097B2
Application number: JP2003134685A
Authority: JP
Inventors: 勝濱野
Original assignee: NHV Corp
Current assignee: NHV Corp
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: JP2004340614A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は走査型電子線照射装置において対象物の近傍で電子線ビームを左右に走査し、走査に同期してビーム偏向させ対象物に斜め上左右方向から電子線を照射できるようにした電線ビームの偏向方法に関する。電子線照射装置というのは真空中でフィラメントから熱電子を発生させ加速して所定のエネルギーとし照射窓から大気中に取り出して被処理物に当てるようにした装置である。被処理物は電線被覆、高分子膜、印刷塗膜、医療器具、医療材料、排ガス、穀物など多様である。電子線を照射する目的も高分子架橋促進、塗膜硬化、プラスチック膜の改質、殺菌、硫黄酸化物除去など様々である。電子線照射目的や被処理物（対象物）によって装置の規模も加速エネルギーも異なる。
【０００２】
電子線照射装置は、一般に、高圧電源、フィラメント、フィラメント電源、真空チャンバ、加速管、照射窓、遮蔽筐体、搬送機構、冷却機構などを備える。加速エネルギーが低い（３００ｋｅＶ以下）場合はビームを走査しない非走査型のものを用いる。その場合はフィラメントの数が多くて、実効的な面積が広くフィラメントから出る電子線ビーム自体に広がりがあり被照射物に広く電子線を当てることができるような工夫がなされている。
【０００３】
加速エネルギーが高い（３ＭｅＶ〜５００ｋｅＶ）場合は細いビームを多段に加速し、それを左右（前後にも振ることもある）に振って被照射物に当てて広い面積に電子線を当てるようにする。それを走査型と呼ぶ。走査型の場合は三角形の形状をした走査管を加速管に続いて設け走査コイルによって交番磁界を発生させてビームを左右に走査する。その場合は高圧電源も大がかりなものになる。
【０００４】
電子線照射装置の概略の作用を述べる。真空チャンバ内のフィラメントに負電圧を印加し、かつ交流のフィラメント電流を流すとフィラメントが加熱されて熱電子を発生する。
【０００５】
フィラメントには負の高電圧が印加されており、この電圧により加速管中で加速される。
【０００６】
走査型の場合は、走査コイルによってビーム走査させる。非走査型の場合は直進する。加速された電子線は照射窓（Ｔｉ箔あるいはＡｌ箔などの金属）を透過し、大気中に出て、電子線は被処理物に当たり殺菌、高分子架橋、塗膜硬化などの処理をする。
【０００７】
【従来の技術】
電子線は直進するから、被処理物の上面にしかビームが当たらない。ビームに対して直交するような面には効率良くビームが当たるが、ビームと僅かな角度をなすような面にはビームが当たりにくい。それにビームに対して負の角度をなす面には電子線が全く当たらない。被処理物の形状によってはそれでは困るといううこともある。
【０００８】
例えば電線被覆の高分子架橋処理のために電子線を当てるというような場合である。電線の被覆は高分子材料でできており、それに電子線を当てるという場合、芯線が邪魔になるから、いかにエネルギーの高い電子線を当てても芯線より下の部分は電子線が当たらない。そこで電線の場合は、８の字を描くように引き回し照射窓の下を二度通し表面裏面が等しく電子線を浴びるようにする。実際には複数の電線を平行に並べて同時走行させ同時に複数本を一挙に処理する。
【０００９】
図１は８の字型走行する電線に電子線照射装置１から電線９に電子線５を照射している有り様を示す。電線コイルローラ２０から巻き出された複数の電線９が帯状に並び照射窓６の直下を通過し、反転ローラ２２を周り反対向きに走行し再び照射窓６の直下を通過する。電線は８の字を描くように走行しており電子線が二度照射されるから上下面に電子線を浴びる。それに対し一方向から電子線が照射されるということになる。
【００１０】
初めに照射窓の直下を通過するときは一方の面（Ａ面）に電子線を照射し、二回目に照射窓の直下を通るときは裏返っており他方の面（Ｃ面）に電子線が当たるようになる。現在はそのように上下から２回の電子線照射によって電子線被覆の処理をしている。図２に示すように最初の電子線照射で電線９のＡ面の方に電子線が照射され被覆の内部へ入り高分子架橋反応が起こる。二回目は裏側のＣ面が電子線の照射を受ける。両側から電子線が被覆に入るので被覆は残らず高分子架橋反応を起こす。
【００１１】
しかしそれだとかなり高いエネルギーの電子線を照射しなければならない。被覆の半径をＲ、芯線（導線）の半径をｒとし中心からのビームズレをｙとすると、電線の上を照射している場合は必要浸透長さＬはＬ＝｛（Ｒ^２−ｙ^２）^１／２−（ｒ^２−ｙ^２）^１／２｝である。最大値を与えるのは電線にビームが外接するとき（ｙ＝ｒ）である。電線に外接するビームの必要な浸透長さＬはＬ＝（Ｒ^２−ｒ^２）^１／２となり、これはかなり大きい値となる。そのような浸透長さを得るためには、かなりの加速電圧が必要である。被覆が厚い場合、必要な加速電圧が１ＭｅＶというようなこともある。
【００１２】
そこで必要な加速電圧Ｖａｃｃを減らしたい。その場合、電子線を上下二方向だけでなくて斜め上下の４方向から電子線被覆へ照射できるようにすればよい。４方向から電子線を照射できれば必要な浸透深さＬが減る。だから、より厚い被覆の電線を処理できるようになる。例えば４５゜をなす一定の角度から斜めに電子線を全ての平行走行する電線に当てる事ができれば４方から電子線照射できる。図３にそのように４方から電子線照射を受けた電線を示す。Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの４方から電子線を照射している。
【００１３】
そのように４方から照射すれば必要な浸透長さが減少する。だから、より低いエネルギーで処理できる。あるいは、より厚い被覆の電線を処理できるようになる。そのようにするためには電子線のビームを４５゜の斜め上から電線に浴びせるようにすればよい。そのためには電子線を４５゜曲げるということよりも電子線自身を鉛直下方から４５゜曲げて対象物へ向けて照射するようにすればよいのである。厳密に４５゜でなくてもよいが、それに近い角度からビームを当てることができるようにすればよい。そのためには走査機構とは別にビームを対象物の近くでさらに彎曲させるような機構が必要である。本発明の目的はそのように平行に走行する電線に斜めに電子線を当てる事によって処理能力を増強できるような電子線照射方法に関する。
【００１４】
電線を照射するための従来技術はないが、ボトルのような容積のある被処理物の側面を電子線処理するためにビームを内側へ曲げてボトル外壁により効率良く電子線を当てるように工夫したものがある。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１１−２４８９００号「電子線照射方法及びその装置」
【００１６】
特許文献１は、二次元走査する電子線照射装置において、電磁偏向コイルを走査管の下に設けペットボトルのキャップの内側面と外側面に電子ビームを当てるように工夫したものである。外側の電子ビームを電磁偏向コイルによって強く曲げてキャップの内側へ電子ビームが当たるようにし、内側のビームを強く曲げて球殻ミラーに当てて反射させてキャップの外側へ電子ビームが当たるようにしている。それは走査コイルの電流と偏向コイルの組み合わせによってビームを内側へ強く振って、垂直に置かれたキャップの内面と外面に斜めから電子線が当たるようにしている。
【００１７】
走査自体が一次元的ではなくて、二次元である。それは円筒対称形のキャップを対象とするからである。ビームを螺旋軌道に沿って曲げるような走査をする必要がある。螺旋走査とともに偏向コイルによってビームを強く内側に曲げるのであるから逆円錐形の包絡線をもつようなビームが得られ円筒形のキャップの内外面を電子線照射できる。
【００１８】
【特許文献２】
特開平１１−２４８８９５号「電子線照射方法及びその装置」
【００１９】
特許文献２は二次元走査管に加えて二次元の偏向コイルを設けて、ペットボトルの本体に斜めから電子線を照射できるようにした電子線照射装置を提案している。これも円筒対称形のペットボトルの周囲壁面を全体的に殺菌するのが目的なので二次元走査が条件となる。さらに偏向コイルも二次元的である。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
走査管の下に偏向コイルを設けて偏向コイルによってビームを中央部へ向けて強制的に収束させるような電子線照射装置は特許文献１、２に提案されている。いずれも偏向角を一定にしており、走査角と偏向角の和である偏向後のビームの角度は一定でない。それは平行走行する複数本の電線の斜め照射には不適である。さらにまた、いずれも走査角θが０になるときに偏向方向を切り換えるようになっており平行に並んだ電線に均一に斜めから電子線を照射するようなことはできない。同じ条件で複数の対象物に斜めから電子線を照射したいものである。それは当然に特許文献１、２のように二次元でなく一次元の走査偏向が必要だということである。しかも走査角と偏向角の関係が一義的でないということである。
【００２１】
それは第１の目的となるが、ビームの偏向角をあまりに急激に変化させるとコイル電流の変化が大きく、それにも増して電圧変化が大きくて大型の電源を必要とする。大型の電源を使っても良いのであるが、それはビームの非連続変化を大きくする場合だけに必要なもので非連続を小さくすれば電圧変化をより小さくでき電源ももっと小容量のものを使うことができるようになる。だから電源にあまり負担がかからないように走査偏向方法を工夫するということも大事なことである。
【００２２】
同時平行に走行する等価な対象物に対する傾斜角Φが一定であるようにした偏向電子ビームを得る事ができるようにした電子線照射装置の偏向走査方法を提供することが本発明の第１の目的である。同時走行する等価な対象物に対する傾斜角をほぼ一定にしつつ偏向コイルの電源の電圧変化をより小さくできるような電子線照射装置の偏向方法を提案することが本発明の第２の目的である。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子線照射装置は、走査管における走査と偏向コイルによる偏向を加えてクロス角（ビームと鉛直のなす角度）が±Φとした電子線を与えるものであるが、偏向コイル電流Ｉｈの不連続をなくすように、＋Φのクロス角と−Φのクロス角の間および−Φのクロス角と＋Φのクロス角の間に偏向角が０となる期間を持たせるようにする。偏向角を０とする期間を休止期間という。つまりプラスの偏向角とマイナスの偏向角の中間に休止期間を設けるというのが本発明の特徴である。
【００２４】
そのようにすると偏向コイルの電流の不連続による電圧の異常な上昇を防ぐことができるので電源にかかる負担が減る。ということはつまり、より容量の小さい電源を利用することができるということである。クロス角というのは鉛直軸線とビームのなす角度であり、偏向角は偏向コイルによる偏向角度であるが、本発明はクロス角をほぼ一定値である±Φにしつつ、偏向コイルに休止期間を設けて、その間偏向電流が０となるようにする。偏向電流の微分が偏向コイルにかかる電圧であるから偏向電流が０となる休止期間を設けることによって偏向コイル電圧を大きく削減することができるのである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明は偏向コイルによってビームを偏向させて被処理物の斜め上方から電子線を照射するようにしたものであるが、走査コイルの電流・電圧変化の周期Ｔｓと、偏向コイルの電流・電圧の周期Ｔｈを同一にせず、偏向コイル電流の不連続をなくし常に連続となるようにし途中に偏向コイル電流が０となる休止期間を設ける。そのようにすると休止期間と連続性が偏向コイル電圧の巨大化を防止することができる。その結果、走査周期Ｔｓと偏向周期Ｔｈの関係がＴｈ＝３Ｔｓとなる。
【００２６】
もしも走査コイルの左右の走査と偏向コイルの左右の偏向を同期させると、常にクロス角を±Φとすることができる。しかしそうすると偏向コイルの電流の変化が大きくなりすぎて電圧が巨大化してしまう。それを防ぐために偏向コイル電流Ｉｈが連続であるようにする。偏向コイル電流Ｉｈを連続にさせて、かつ常にクロス角を±Φにすることは不可能である。そこで一部の期間はクロス角が±Φから外れるのを許容して、一部の休止期間を偏向コイル電流に設けることにする。そのようにすると偏向コイル電流が連続になるので、その微分である偏向コイル電圧Ｖｈの肥大を好適に防ぐことができるのである。
【００２７】
初めに走査角θ、偏向角Υ、クロス角Φの定義を説明する。図４は加速管、走査管と、偏向磁石を示す図である。加速管２、走査機構３、走査管４、偏向磁石８、照射窓６、窓箔７、電子線５を示す。ここでは下向きにｚ軸をとり右向きにｙ軸をとる。走査機構の中心をＯとする。フィラメント（図示せず）から発生した熱電子は加速管２でｚ方向に加速されてＮＯと進み、走査機構３で左右に一次元走査される。走査機構３では磁界が紙面に直交する方向にありビームはファラディ力によって±ｙ方向に曲げられる。
【００２８】
元の軸線ＮＯＰとビームＯＱのなす反時計回り角度を走査角θとして定義する。ビームはさらに進んで偏向磁石８にいたる。ここでも紙面と直交する方向に磁界があってファラディ力でビームが±ｙ方向に曲げられる。その場合の偏向磁石８によって曲げられた角度が偏向角Υである。つまり走査ビーム方向ＯＱと偏向ビームの方向ＱＵが反時計回りになす角度が偏向角Υである。
【００２９】
そのビームが照射窓６を経て外部へ出て行き平行に並べられｘ方向に走行する電線９に斜めから当たる。その場合の鉛直線ｍとビームのなす反時計回りの角度がクロス角Φである。走査角θ、偏向角Υ、クロス角Φいずれも＋ｙ方向に曲がるとき正に、−ｙ方向に曲がるときに負になるように方向を定義している。走査コイル電流、偏向コイル電流も右曲がり（＋ｙ）で正、左曲がり（−ｙ）で負となるようにしている。電流、角度の正負をどのように定義しても良いのであるが、ここでは右曲がり（＋ｙ）の場合、方向も角度も正になるようにしている。
【００３０】
クロス角Φは先述のように好ましくは±４５゜であるが、本発明の場合必ずしも常に４５゜になるというわけではない。
そのような定義から、クロス角Φは、走査角θと偏向角Υの和である。
【００３１】
Φ＝θ＋Υ （１）
【００３２】
偏向角Υはクロス角から走査角を引いたものであり、Υ＝Φ−θである。どのようにして電子線に偏向を与えるのかという事を述べる。偏向磁石８を図５〜図７によって説明する。図４に示したように走査管４の下方に偏向磁石８を設けるが、それは図５、図６、図７に示すように、強磁性体の細長い枠をなす偏向磁石８である。それは枠状の鉄芯２３にコイル２８、２９を巻き付けたものである。鉄芯２３は長い前辺２４、短い左辺２５、長い後辺２６、短い右辺２７よりなるｙ方向に延びた枠体である。内部に自由空間３０をもつ。短い左右辺２５、２７に左右コイル２８、２９がある。
【００３３】
それらの左右短辺にあるコイル２８、２９に同方向に電流Ｉｈを流すことによって、前辺２４、後辺２６の間にｘ方向に向かう磁束密度Ｂを発生させる。同方向に電流を流し同方向に磁界を発生させるので磁束密度Ｂは前後辺２４、２６の間で漏洩してｘ方向の磁束密度となるのである。鉄芯２３の透磁率は高く空気の透磁率は低いので、コイルによる起磁力Ｉｎ＝∫Ｈｄｓの大部分は空気中である枠内空間３０にかかる。
【００３４】
ｚ方向に電子線が走行し枠内空間３０に入るとｘ方向の磁束密度Ｂによってファラディ力が発生しビームの経路が折れ曲がる。図６はｚｙ平面を示す。ビームの偏向コイルでの折れ曲がりの角度が偏向角Υである。コイルの起磁力が同方向であり前辺２４、後辺２６での磁力が相反するので磁束密度が鉄芯から全て漏れて空間３０を通るようになる。コイル２８、２９の電流は同方向であるが交流（例えば２００Ｈｚ）であるから極性と大きさは時時刻々変化する。だから偏向角Υもコイル電流Ｉｈに比例して変化する。
【００３５】
前辺２４、後辺２６の間の相対面３２、３３で磁束密度Ｂが一番大きくなるのであるが、相対面３２、３３からずれた面３４、３５、３６、３７を通る磁束もあるので図７のように磁束は相対面３２、３３から少し広がっている。相対面からずれていても依然として電子ビームの軌跡にあるのだから電子ビームを彎曲させる作用がある。磁束の一部が漏れて無駄になっているというのではない。
【００３６】
図８は走査角θをなしてビームが偏向磁石８に入ってきたとき磁束密度Ｂの作用で半径ｒをえがいてビームが彎曲する有り様を示している。磁束密度の存在する領域の幅をｈとする。つまり前辺２４、後辺２６の上下の幅がｈである。走査角θで振られたビームが鉄芯空間３０に入ると半径ｒの円弧を描いて進む。円弧の中心をＱとする。入射点をＪとし、出射点をＭとする。入ってくるビームをＯＪとする。ビームはＪ点からＪ、Ｋ、Ｍ、Ｕというように彎曲進行する。Ｋ点はＱからｙ軸に平行に引いた直線と軌跡の交点である。∠ＪＱＫ＝−θ、∠ＭＱＫ＝＋Φである。Ｊ点からＫＱへ下した垂線の足をＲとし、ＭからＫＱへ下した垂線の足をＷとする。
【００３７】
ＪＲ＝−ｒｓｉｎθ （２）
ＷＭ＝ｒｓｉｎΦ （３）
【００３８】
でありその和がｈなのであるから、
【００３９】
ｈ＝ｒ（−ｓｉｎθ＋ｓｉｎΦ）（４）
【００４０】
である。クロス角Φはθ＋ΥであるからΥ＝Φ−θであり、θが三角波あるいは正弦波で左右に振られたとき、Φを±４５゜に固定したいというなら、Υを三角波あるいは正弦波になるように動かせばよいのである。
【００４１】
ビーム半径ｒは、電子線の速度をｗとして、遠心力ｍｗ^２／ｒとファラディ力ｑｗＢが吊り合うことから決まる。
【００４２】
ｍｗ^２／ｒ＝ｑｗＢ（５）
【００４３】
電子線のｚ方向の速度ｗは、加速エネルギーによって決まるが、加速電圧をＶａｃｃとすると加速エネルギーはｑＶａｃｃであるから、
【００４４】
ｑＶａｃｃ＋ｍ_０ｃ^２＝ｍｃ^２（６）
【００４５】
であるが、ｍは相対論的な電子質量であり、静止質量ｍ_０に対して、
【００４６】
ｍ＝ｍ_０／（１−ｗ^２／ｃ^２）^１／２（７）
【００４７】
の関係がある。これらの式から、加速電圧Ｖａｃｃの関数として電子速度ｗが求められる。電子の静止エネルギーがｍ_０ｃ^２＝５１０ｋｅＶであるから、加速エネルギーｑＶａｃｃがそれの何倍に当たるかという係数をｋとして
【００４８】
ｑＶａｃｃ＝ｋｍ_０ｃ^２（８）
【００４９】
となり、ｋで加速エネルギーを表現すると、
【００５０】
ｗ／ｃ＝（ｋ^２＋２ｋ）^１／２／（ｋ＋１）（９）
【００５１】
である。たとえば、加速エネルギーが８００ｋｅＶであると、ｋ＝１．５６である。その場合、電子線の速度ｗは
【００５２】
ｗ／ｃ＝０．９２（１０）
【００５３】
というようになる。鉄芯間での電子線の彎曲経路の半径ｒは
【００５４】
ｒ＝ｍｗ／ｑＢ（１１）
【００５５】
であるが、ｍとｗが、ｑＶａｃｃの関数であるので、ｋを使って表現すると、
【００５６】
ｒ＝ｍ_０ｃ（ｋ^２＋２ｋ）^１／２／（ｋ＋１）ｑＢ（１２）
【００５７】
というようになる。電子線の偏向コイルでの軌跡の半径は、磁束密度Ｂに反比例し、加速エネルギーの静止エネルギーに対する倍数ｋを用いた定数（ｋ^２＋２ｋ）^１／２倍になるということである。これを必要なＢｒ積を決める式だと解釈することもできる。
【００５８】
Ｂｒ＝ｍ_０ｃ（ｋ^２＋２ｋ）^１／２／ｑ（ｋ＋１）（１３）
【００５９】
ｍ_０＝９．１×１０^−３１ｋｇ、ｃ＝３×１０^８ｃｍ／ｓ、ｑ＝１．６×１０^−１９Ｃであるから、
【００６０】
Ｂｒ＝１．７×１０^−３（ｋ^２＋２ｋ）^１／２／（ｋ＋１）Ｗｍ（１４）
【００６１】
となるわけである。単位はウエーバーメートル（Ｗｍ）である。
【００６２】
偏向角をたとえば常に±４５゜とするには走査と偏向を同期して行わなければならない。それは走査が右行き走査であれば偏向は左偏向に、走査が左行き走査であれば偏向は右偏向にというようなことである。図９（比較例）にそのような走査と偏向を１：１に同期させた場合の走査、偏向を示す。上段が電子線照射装置での走査、偏向ビームの変化を示す。中段が走査コイル電流Ｉｓの変化を示す。下段が偏向コイル電流Ｉｈの変化を示している。
【００６３】
図９（１）はビームをイ、ロ、ハ、ニ、ホという順で左から右へと走査しており、ビームを左４５゜（Φ＝−４５゜）に偏向しているものを示している。先述の定義によって、Ｙ走査コイル電流Ｉｓが正電流の時ビームは右へ、負電流のときビームは左へ走査される。Ｙ走査コイル電流Ｉｓはだから、イロハニホという左から右への走査（走査角が負から正に変わる）において負から正へ電流が一様に変化する。偏向コイル電流Ｉｈはやはり左偏向の時に負電流となるように図示している。
【００６４】
Ｙ走査コイル電流Ｉｓは走査角θに比例する。偏向コイル電流Ｉｈは偏向角Υに比例する。どちらも反時計回りに角度を定義しておりイロハニホではクロス角Φは一定で−４５゜なのであるが、偏向角Υは一定でない。Υ＝Φ−θであるから、θが極大（イ点）では、Φとθが近似し（θが負で最小）ているので偏向角Υは負で絶対値が小さく、電流も小さい。ところがθが増えると（ロ点）、Φとの差が増えるので、Υが増える。偏向角Υの絶対値が増えるから、Ｉｈは負で絶対値が増える。ハ点では走査角がθ＝０となり正走査に変わる。クロス角は−４５゜で不変だから、偏向角Υの絶対値はさらに増える。ニ点では走査角が正になり、ホ点では走査角の最大に達する。クロス角Φは−４５゜であるから、ここで偏向角Υが負で絶対値が最大となる。上の図で偏向角が大きくなっていることがよくわかる。
【００６５】
クロス角Φをここで突然に−４５゜から＋４５゜に切り換えるとする。それがヘ点である。図９（２）の右端のようなビーム軌跡となる。そのとき偏向角Υが突然に９０゜も変化するから偏向コイル電流Ｉｈが不連続に突然増える。それがホヘの不連続である。走査角θは正の最大値をとりクロス角Φも正の最大値をとるから、偏向角Υ＝Φ−θは小さい。そのあと走査角θはヘトチリヌというように減少する。走査角の減少はＹ走査コイル電流Ｉｓの減少ヘトチリヌのように一様な電流の減少に対応する。
【００６６】
走査角θが減少するが、クロス角をΦ＝＋４５゜で一定値を保持するので、偏向角Υ、偏向コイル電流Ｉｈは増えて行く。左端のヌ点でクロス角を＋４５゜から−４５゜に突然に変化させる。そのために偏向コイル電流Ｉｈが不連続に低下し（ヌイ）負電流となる。そのあとはイロハニホという先ほどと同じ繰り返しになる。
【００６７】
図９は時系列的な変化を示すが、回帰的に表現するとより分かりやすい。図１０は１周期を左右の往復運動で表現した回帰表現である。中央横線が０である。それを横切る斜め１本の線分がＹ走査コイル電流Ｉｓ（或いは走査角θ）である。走査電流Ｉｓ、走査角θはイロハニホと負からリニヤに増加し、正の領域に達し最大ホから同じ経路を経て減少し、ヘトチリヌとなる。走査角θはホヘ、ヌイで不連続はない。
【００６８】
偏向角Υ、偏向コイル電流Ｉｈは、ここでは符号を反対にして示す。−Ｉｈ、−Υは平行四辺形イロハニホヘトチリヌというように変化する。クロス角ΦはΦ＝＋Υ＋θであるから、θと−Υの差に等しい。ということは、図１０で平行四辺形の上辺、下辺と、中線の差異に等しい。それは±Φであって常に同一である。クロス角を＋Φまたは−Φにするというのであれば、そのように−Ｉｈ、−Υが平行四辺形を、θ、Ｉｓがその中線を描くように変化するしかない。
【００６９】
そうなると右端ホヘの不連続、左端イヌでの不連続が不可避となる。どうしてもそのようにビームが右端（ヘ）に来たときの偏向コイル電流Ｉｈのヌイの不連続、左端（イ）へ来たときの偏向コイル電流Ｉｈのホヘの不連続がある。コイルは誘導性の負荷であるからコイル電流の不連続は電圧についてはより大きい不連続をもたらす。それは電源に大きい負担を課することになる。ヌイ、ホヘの不連続は１周期に２回現れるだけであるが、そのために過大な電源が必要だという事になってしまう。
【００７０】
偏向コイル電流Ｉｈをもしも連続変化させるとヌイ、ホヘの不連続をなくし急峻な電圧変化を除くことができ電源の負担を低減できる。そこで本発明は、偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υの変化を連続のものとする。
【００７１】
図１１によって本発明の場合のビーム走査・偏向、Ｙ走査コイル電流Ｉｓ、偏向コイル電流Ｉｈの時間変化を説明する。図１１（１）においてワカヨタレというようにビームを左端から右端まで右方向へ走査する。ビームは左に振れ、クロス角Φは負の一定角であり（たとえば−４５゜）、Ｙ走査コイル電流Ｉｓは負の最小値から増え始めワカヨと負の値を取り、ヨタレと正の値をとり線形に増加する。偏向コイル電流Ｉｈは負でワカヨタレというように絶対値が増加する。そこまでは図９のイロハニホと同様である。しかしビームが右端（θが正の最大）にきたレ点での、偏向コイル電流Ｉｈの変化が違う。
【００７２】
どう違うのか？不連続をなくし連続のものとするのである。偏向コイル電流Ｉｈを連続にするために、ここで偏向方向を反転しないで同一偏向をなお持続するようにする。だからレに続いて、ソツネナラというようにビームの振れはなお左方向とする。つまり１周期ワカヨタレソツネナラで常に同一の左向きの負クロス角Φ（たとえば−４５゜）を保持する。走査角θは左右の走査だから、図９の場合と同じようになりワカヨタレソツネナラは三角波の上下一周期となる。偏向コイル電流Ｉｈの方はレから連続的に少しずつソツネナラムというように絶対値を減少させる。
【００７３】
つまり図９と比べて、ホヘの不連続がない。図１１（１）、（２）はだからクロス角Φが負の一定値のままである。図１１（３）では本発明に特有の場合が現れる。左端のム点では殆ど偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υが０である。ビームを左から右へ走査するがその間、偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υは０とする。つまり偏向コイル電流Ｉｈの休止期間ウヰノを新たに設ける。そのあいだ偏向しない。クロス角Φは走査角θに等しい。その場合は電線の表面の上面に電子線を打ち込むということになる。
【００７４】
右端オまで走査する（θが最大）と、少しずつ偏向角Υ、偏向コイル電流Ｉｈを正方向に増大させる。左向き走査のクヤマケフにおいて、偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υを正方向に増加させる。クヤマケフにおいては、走査角θの減少、偏向角Υの増加がほぼ同じ速度であり、クロス角ΦはΦ＝θ＋Υなので、Φは一定角度（たとえば＋４５゜）を保持することになる。
【００７５】
左端フまで走査する（θが最小）と、偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υを少しずつ下げて行く。コエテアサの部分では走査角θは増加し（右への走査）てゆき、同じ速度で偏向コイル電流Ｉｈを下げる。クロス角ΦはΦ＝θ＋Υだからそれはほぼ一定値（たとえば＋４５゜）となるのである。右端サ点では走査角θは最大でありクロス角Φとほぼ同じなので偏向角Υ（偏向コイル電流Ｉｈ）は小さい。
【００７６】
さらに右端サ点で偏向方向を急激に変化させず、連続的にゆるやかに変化させる。偏向角Υ、偏向コイル電流Ｉｈを０としてビームは走査だけにする。その場合クロス角Φは走査角θに等しい。それがキユメミシの部分である。そこにも休止期間メミシが設けられているのである。
【００７７】
シの後は、図１１（１）のワに戻る。だから偏向コイル電流Ｉｈは、０からワカヨタレとリニヤに下がり、右へとビームが走査される。
【００７８】
ワ〜シは走査角θの変動からみれば３周期（３Ｔｓ）にあたる。ところがクロス角Φについていえばそれが一つの周期となる。走査の初めの１周期ワ〜ラではクロス角Φは負の一定値（たとえば−４５゜）であり、走査の１．５周期〜２．５周期のクヤマケフコエテアサでは、クロス角Φは正の一定値（たとえば＋４５゜）である。
【００７９】
ムウヰノオの部分では偏向角Υ、偏向コイル電流Ｉｈが小さくウヰノでは負から正へ変化の準備をするための休止期間となる。キユメミシでも偏向角Υ、偏向コイル電流Ｉｈが小さくて、メミシでは休止期間となっている。
【００８０】
休止期間は半周期かそれより僅かに短い期間である。休止期間は２回あり、それが半周期だとすると、偏向角Υ、偏向コイル電流Ｉｈの動きは走査の３周期分３Ｔｓであり、１周期分は正の一定偏向角、１周期分は負の一定偏向角、半周期は負から正への休止、残り半周期は正から負への休止期間となるのである。３Ｔｓ＝Ｔｈとなるのである。
【００８１】
図１２は横軸を時間軸とするが往復運動を線分で示したものである。３本の平行斜線が引いてあるが、走査は中間の斜線であり、それは走査角θ、Ｙ走査コイル電流Ｉｓを表現している。３周期Ｔｓの動きをするので走査角θ、Ｙ走査コイル電流Ｉｓは、ワカヨタレと左下端から右上端まで変化し、ソツネナラと右上端から左下端へと変動する。
【００８２】
さらに同じ経路をムウヰノオと上り、クヤマケフと下りる。さらにコエテアサと上り反転して左下端に戻る。それは３回往復走査になるが、偏向角Υの動きとしては１周期になる。図１２において上下の斜線と中央の水平線を含めたＳ字型の経路は、偏向角Υ、偏向コイル電流Ｉｈのマイナス分、−Υ、−Ｉｈの変化の経路を示している。上分枝の左下からワカヨタレというように偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υの絶対値が増えて行く。レ点で負の最大値に到達する。つまりビームはもっとも強く左方へ偏向する。
【００８３】
レ点で折り返し、ソツネナラというように偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υの絶対値が減少する。クロス角Φは負の一定値を保持するが、走査角θが正から負へと変化して行き、その差である偏向角Υ＝Φ−θの絶対値は減少する。ワカヨタレソツネナラが負の一定クロス角Φの期間であり負偏向期間Ｔａと呼ぶ。
【００８４】
ムで偏向角Υは０に近く、ウヰノで偏向角Υ＝０となる。ウヰノを休止期間Ｔｂと呼ぶ。休止期間Ｔｂは走査周期Ｔｓの半周期以下の長さをもつ。
【００８５】
その後は偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υが正で増大し始める。−Υ、−Ｉｈは図１２において、ノオクヤマケフというように下斜め分枝を辿って下がる。フ点で偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υが最大値になる。それは図１１の（４）のフの折れ線が強く折れ曲がっていることに対応する。フ点でも不連続を作らず、そこから偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υを連続的に下げてゆく。
【００８６】
だから図１２の下分枝をコエテアサキユというように斜め右向きにはい上がってゆく。それが正偏向期間Ｔｃである。偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υが０に接近する。ユ点の近くで０となりメミシという休止期間になる。その休止期間は正から負への遷移のための休止であり、Ｔｄとする。その後やっと初めのワカヨタレという分枝へつながる。
【００８７】
だから偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υのマイナス分−Ｉｈ、−Υは図１２のＳ字型分枝を、３Ｔｓかけて上中下中上というように辿る。つまり偏向周期Ｔｈは
【００８８】
Ｔｈ＝３Ｔｓ（１５）
【００８９】
であって、かつ
【００９０】
Ｔｈ＝Ｔａ＋Ｔｂ＋Ｔｃ＋Ｔｄ（１６）
【００９１】
である。走査周期Ｔｓを単位にして数えると、負偏向期間Ｔａ、正偏向期間Ｔｃは１Ｔｓ〜１．５Ｔｓであり、休止期間Ｔｂ、Ｔｄは０．５Ｔｓ〜０である。
休止期間Ｔｂ、Ｔｃがあるので偏向コイル電流Ｉｈの変化が少なくなり電圧の変化も減少する。
【００９２】
休止期間Ｔｂ、Ｔｄは最大で０．５Ｔｓとすることができる。その場合は左から右への半走査、右から左への半走査においてずっと無偏向ということになる。それは図１１に示したものよりも休止期間が長くなる。図１１においてムウヰノオ部分が休止期間Ｔｂになり、キユメミシの部分が休止期間となる。
【００９３】
休止期間Ｔｂ、Ｔｄを０．５とした場合のＹ走査コイル電流Ｉｓ、偏向コイル電流Ｉｈのダイヤグラムを図１３に示す。図１２の折れ先ムウ、オクのような部分がなくて３本の平行斜線が存在し、中央の斜線がＹ走査コイル電流Ｉｓであり、斜線の左下端から始まり右上端へ上昇し、さらに左下端へ折り右上端へ行き左下端へ進み右上端へ移動し左下端へとゆく。つまり３回往復変化するのである。
【００９４】
偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υのマイナスである−Ｉｈ、−Υの方は、ワカヨタレというように上分枝を左下から右上に上り、右上端からソツネナラというように左下へ降りてくる。その大きさが偏向コイル電流Ｉｈであり偏向角Υの大きさである。そのあいだクロス角Φは一定の負の値をとる。クロス角ΦはΦ＝θ＋Υ＝θ−（−Υ）であるから、走査角θと、偏向角のマイナス−Υの差であって、上斜線と中斜線の差となる。平行線だからその差は一定であり、それは偏向角が一定だという事を示す。
【００９５】
偏向コイル電流Ｉｈのマイナスである−Ｉｈ、−Υの変化は、その後休止期間ムウヰノオとなる。それは水平軸線での変化として表現される。図１１の（３）の期間の全体が休止（Ｉｈ＝０、Υ＝０）となるのである。
【００９６】
オで休止が終り、クヤマケフというように−Ｉｈ、−Υが下がって行く。それは正の偏向をする期間である。偏向角Υは増加する。左下端で偏向角Υの最大をとる。そのあと左下端から反対に斜線を右上に遡行してコエテアサというように減少しながら０に近付いて行く。クヤマケフコエテアサの間において偏向角は正である。
【００９７】
正偏向をしている間において、クロス角Φは走査角θから−Υを引いたものであり、中斜線と下斜線の縦方向の距離に等しい。平行線だから距離は常に一定である。それは、この期間クヤマケフコエテアサキにおいてクロス角Φが正の一定値だということである。その後はキ点で偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υが０となり、０のままキユメミシというようになる。
【００９８】
図１２は負偏向期間Ｔａ、正偏向期間Ｔｃにおいて、ムウ、ノオ、キユ、ミシのように一過的な遷移部分を設けている。それが休止期間Ｔｂ、Ｔｄを短くしているのであるが、反面偏向コイル電流Ｉｈの変化の速度を緩和する作用がある。
【００９９】
図１３は負偏向期間Ｔａ、正偏向期間Ｔｃにおいて、そのような一過性の遷移部分がない。それは休止期間Ｔｂ、Ｔｄを長くすることを可能にする。しかしそれは偏向コイル電流Ｉｈの変化の速度を早くしなければならないという制限をもたらす。休止期間Ｔｂ、Ｔｄの設定はそのようなことを勘考して適宜、０＜Ｔｂ、Ｔｄ≦０．５Ｔｓという範囲で決定するべきである。
【０１００】
【実施例】
［８００ｋｅＶの加速電圧の場合の実施例］
加速電圧が８００ｋｅＶ（相対論的な取扱が必要）であるとする。図５の偏向コイルにおいて、空隙３０の幅をｄ＝８４ｍｍ、空隙３０の長さをＷ＝１０００ｍｍ、空隙の厚みをｈ＝６０ｍｍとする。つまり
【０１０１】
ｄ＝０．０８４ｍ、Ｗ＝１ｍ、ｈ＝０．０６ｍ（１７）
【０１０２】
であると仮定する。（４）式が走査角θ、クロス角Φに対して、偏向コイルの高さｈと、電子線の彎曲半径を関係付ける。ｈはここでは６０ｍｍとしているから、そこからｒの最小値を計算することができる。クロス角Φを４５度、走査角θの最大値を４２゜と仮定すると式（４）のｓｉｎθとｓｉｎΦの和の最大は１．３７６となる。これでｈ（６０ｍｍ）を割ったものが最小半径ｒだから、最小半径ｒ_ｍｉｎは
【０１０３】
ｒ_ｍｉｎ＝４３．６ｍｍ＝０．０４３６ｍ（１８）
【０１０４】
となる。８００ｋｅＶの加速電圧であり、電子の静止エネルギーは５１０ｋｅＶであるからその比ｋは
【０１０５】
ｋ＝８００／５１０＝１．５７（１９）
【０１０６】
である。Ｂｒ積は、これを式（１４）に代入して
【０１０７】
Ｂｒ＝１．５６６×１０^−３Ｗｍ（２０）
【０１０８】
である。最小彎曲半径がｒ＝０．０４３６ｍだとすると、最大磁束密度Ｂは
【０１０９】
Ｂ＝０．０３５９テスラ＝３５９ガウス（２１）
となるわけである。
【０１１０】
そのような磁束密度を形成するために必要なコイル巻き数Ｎ、コイル電流Ｉｈを試算しよう。
【０１１１】
図５、６に示すように、両側に同等のコイルが二つあるから、その内の一つについて計算して、その値を２倍すればよい。磁力線は、コイルの間を通り、鉄芯を通って、空間に出て、さらに鉄芯に戻ってさらにコイルに戻るような閉磁路を描く。磁場Ｈの経路積分が電流巻き数積ＮＩである。磁場Ｈの経路積分は鉄芯部分を空間（ｄ）に分けられるが、鉄芯部分は透磁率μが大きく磁束密度Ｂの連続性があるので、Ｈ自体は小さいものである。磁場Ｈが大きいのは空間部分である。だから、空間部分のＨだけを考えることにする。
【０１１２】
Ｈｄ＝ＮＩ（２２）
【０１１３】
（２２）式は近似式である。だから、Ｈ＝ＮＩ／ｄとなり、これに真空の透磁率μ_０を掛けたものが空気中の磁束密度Ｂを与える。Ｂ＝μ_０ＮＩ／ｄである。これから必要なＮＩはｄＢ／μ_０ということになる。ｄ＝０．０８４ｍ、Ｂ＝０．０３５９Ｔ（テスラ）、μ＝４π×１０^−７Ｈ／ｍだから、
【０１１４】
ＮＩ＝２４００ＡＴ（２３）
【０１１５】
となる。コイル巻き数と電流の積が決まるが、積の値を与えるための電流、巻き数には自由度がある。これを満たすものであればいくらでも良い。簡単に、ここでは、巻き数をＮ＝８０Ｔｍ、電流を３０Ａとする。
【０１１６】
今度はそのような条件で、磁束密度Ｂ、コイルの誘導Ｌ、磁束Ψ、電圧Ｖなどを考えてみよう。
【０１１７】
Ｈｄ＝ＮＩ＝２４００ＡＴ（２４）
【０１１８】
偏向コイルの空隙の幅をｄ＝８４ｍｍ＝０．０８４ｍとしているので、空隙部の磁場Ｈは、
【０１１９】
Ｈ＝ＮＩ／ｄ＝２８５７１Ａ／ｍ（２５）
【０１２０】
である。空隙部の磁場のμ_０（真空の透磁率：４π×１０^−７Ｈ／ｍ）をＨに掛けたものが空隙部の磁束密度Ｂであるから、
【０１２１】

【０１２２】
となって先述のように、ｈ＝６０ｍｍで、±４２゜の走査角、±４５゜のクロス角を発生させるための磁束密度３５９ガウスに合致する。
【０１２３】
コイルの誘導Ｌは、単位時間での電流変化１単位に対してコイルの両端に出る電圧変化として定義される。電圧変化というのはコイルを横切る全磁束Ψの変化である。コイルはＮ回巻線をもつので、全磁束Ψはコイルを横切る磁束のＮ倍である。上の関係を時間で積分すると、Ψ＝Ｌ_１Ｉによって一つのコイルの誘導Ｌ_１が定義されるということである。磁束は磁束密度Ｂを面積で積分したものである。全磁束Ψは
【０１２４】
Ψ＝Ｎ∫ＢｄＳ（２８）
【０１２５】
面積は空隙部分である。空隙部分は長さがＷであり、幅がｄ、高さがｈである。磁束密度Ｂは必ずしも一様でないが平均の磁束密度Ｂがあるとし、長さＷのうち半分が一方のコイルによる磁束密度によるものだとして、積分の範囲を限定し、空隙の面積（ｈＷ／２）を掛けたものが積分だとする。
【０１２６】
Ψ＝ＮＢｈＷ＝８０×０．０３５９×０．０６×１／２＝０．０８６Ｗ（２９）
【０１２７】
となる。単位はウエーバＷである。これを電流Ｉ＝３０Ａで割ると、Ｌ_１＝０．００２８７Ｈとなる。ＢをＨになおし電流Ｉと関係付けると、
【０１２８】
Ψ＝Ｎｈ（Ｗ／２）μ_０Ｈ＝Ｎｈ（Ｗ／２）μ_０ＮＩ／ｄ＝Ｌ_１Ｉ（３０）
【０１２９】
となり、この式で一方のコイルの誘導Ｌが定義される。
【０１３０】
Ｌ_１＝μ_０Ｎ^２ｈＷ／２ｄ（３１）
【０１３１】
となる。これは
【０１３２】
Ｌ_１＝０．００２８７Ｈ（３２）
となり同じ結果を与える。実際には両方に等価なコイル（Ｌ_１、Ｌ_２）がある。それを直列に繋ぐので、その二倍が全誘導Ｌ_０＝Ｌ_１＋Ｌ_２であり、
【０１３３】
Ｌ_０＝μ_０Ｎ^２ｈＷ／ｄ＝０．００５７４Ｈ（３３）
【０１３４】
である。それは鉄芯の対向する部分（幅ｈ）での磁束密度Ｂだけを考慮しているが図７のように実際には、鉄芯の上下から発生する漏れ磁力線がある。それが電子線を曲げる作用があるしコイル電流を消費するという作用がある。鉄芯の幾何学的形状によって上下面からの漏れ磁力線は異なる。その評価は難しいから余裕をみて、対面での磁力線の３倍の磁力線が、鉄芯間に存在するとして、全誘導Ｌを３Ｌ_０で計算すると、
【０１３５】
Ｌ＝３Ｌ_０＝０．０１７２Ｈ＝１７．２ｍＨ（３４）
【０１３６】
というようになる。３倍というのは概算であるが、この計算は大体の必要電圧を見積もるためのものだから、それでもよいのである。コイルの誘導としてこれは大きい値である。２００Ｈｚのような低い周波数で偏向コイルを駆動するとしても、それはかなり大きい電圧を必要とするのである。
【０１３７】
図９の比較例において、ヘホ、ヌイでのコイル電流の不連続を考える。ヌ点で電流が３０Ａであり、イ点で電流が−５Ａであるから、電流の変化は３５Ａである。２００Ｈｚの場合周期は５ｍｓであるが、電流の変化に要する時間を１００μｓ＝０．１ｍｓ＝１０^−４ｓだとする。電流変化に誘導Ｌを掛けたものが電圧だから、
【０１３８】

【０１３９】
というような巨大な電圧が必要だということになる。電流が３０Ａというように大きい負荷であるが、それに６ｋＶもの高電圧を掛けるのは容易でない。よほど大型の容量の大きい電源が必要になる。それは偏向装置の製造を困難にし高価格にする。
【０１４０】
ところが図１１のように休止期間を設けるようにすると、電流は連続的になり電流の時間微分は著しく減少する。ソツネナラム、ノオクヤマケフというような一様連続の増加において正の電流変化（ｄＩ／ｄｔ）があり、ワカヨタレ、コエテアサキユの一様連続の減少において負の電流変化がある。どちらも３０Ａの電流変化を０．５周期（周期はＴｓ走査周期として）で変化するのだから、時間は２．５ｍｓである。このときの２．５ｍｓをとって計算すると、電圧は
【０１４１】

【０１４２】
ということになる。不連続のある電流変化をする比較例に比べて、連続変化する場合、電圧は約１／３０に減る。すこぶる顕著な電圧減少である。コイル電流は３０Ａであって大電流が流れる負荷であるが、２００Ｈｚで、２００Ｖ程度の電圧を掛けるのはそれほど難しくない。市販されているあり振れた電源回路を用いることができる。
【０１４３】
図１１の本発明のものは、図９の比較例に比べて偏向周期Ｔｈが長くなっているからクロス照射のためのコイル電流の変化を小さくすることができる。比較例はＴｈ＝Ｔｓであるが、本発明はＴｈ＝３Ｔｓである。
【０１４４】
比較例はクロス角Φが±定数（たとえば４５゜）であって、それ以外の値を取らないようにできる。それは常に図３のＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈの方向からの電子線照射となり被覆の奥深くまで電子線を打ち込むことができる。
【０１４５】
本発明の場合は、休止期間Ｔｂ、Ｔｄが入るので、どうしてもクロス角Φを±定数というようにはできない。しかしそれでも走査Ｔｓの３周期分（３Ｔｓ）のうち初めのＴｓ程度をマイナス定数のクロス角にできるし、後ろのＴｓ程度をプラス定数のクロス角にできる。だから図１４のようにＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈの側方斜めから充分な電子線照射をすることができる。それに休止期間Ｔｂ、Ｔｄといっても無駄だということではなくて、直上から（Ａ、Ｃ方向から）電子線が照射されるので、それも被覆の高分子架橋反応に有効に利用されるのである。
【０１４６】
【発明の効果】
本発明の電子線照射装置はビームの方向を軸線に対して傾斜させるための偏向コイルを備えているので電線被覆の高分子架橋のために電子線を照射する場合に斜めからも電子線を当てるようにできる。そのために必要な電子線浸透長さを短縮することができる。同じ太さの被覆をもつ電線であれば加速電圧をより小さくできるし、同じ加速電圧であればより太い被覆をもつ電線の処理をすることができる。
【０１４７】
偏向角Υを走査角θの関数として変更するが周期が同一でない。偏向角変化の周期Ｔｈと走査角θ変化の周期Ｔｓを同一にする（Ｔｈ＝Ｔｓ）と、どうしても偏向角変化に不連続が出る。不連続な偏向角変化は偏向コイル電源に対し大きな電圧変化を要求する。それは電源の負担を著しく増加させ望ましくない。そこで本発明は、偏向角周期Ｔｈを、走査角周期Ｔｓの３倍にして、正偏向期間と負偏向期間の間、負偏向期間と正偏向期間の間に休止期間を設けている。そのようにすると偏向コイル電流Ｉｈが連続変化するようにできるから偏向コイル電圧が巨大にならない。それは電源の負担を低減する。つまり、より小さい定格の電源を利用することができるということである。
【０１４８】
コイル負荷というものは、電流の微分が電圧であるから、通常の抵抗負荷とは違って電流の不連続性が電圧にもたらす影響は多大のものがある。だから電流は連続にしたいものである。本発明は、偏向コイルの電流に連続性を与えたので最大電圧はあまり大きくならずに済む。実際、連続的に電流を変化させたものは、不連続に電流変化させるものに比べて約１／３０に電圧を減らすことができる。それは電源の設計、製造を容易にし装置コストを縮減することができ、偏向コイルを備えた走査型電子線照射装置をより現実性のあるものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電線被覆の高分子架橋反応のために電子線照射する場合に、８の字型に電線を移動させて２度電子線を浴びるようにし表裏に電子線が当たるようにしたものの概略構成図。
【図２】電線を８の字型に引き出して２回照射窓の下を通し、電線被覆に上下２方向から電子線を照射したときにおいて、芯線の近くで必要浸透深さが大きくなることを示すための電線、電子線の断面図。
【図３】電子線を±４５度斜め上方から電線被覆に照射することによって４方から電子線を当てることができるようになり必要浸透深さが減少することを示すための電線、電子線の断面図。
【図４】走査型電子線照射装置の走査管の下方に偏向コイルを有するビーム偏向装置を設け電子線ビームを走査し偏向して電線に照射する際において縦軸線に対し走査ビームが反時計回りに成す角を走査角θとし、偏向装置においてビームが反時計回りに偏向した角度を偏向角Υとして定義することを説明する電子線照射装置の全体図。
【図５】細長い枠型をした鉄芯とコイルからなる電子線ビーム偏向機構の平面図。
【図６】細長い枠型をした鉄芯とコイルからなる電子線ビーム偏向機構の縦断面図。
【図７】対向する鉄芯の間には対向側面間だけでなく上面、下面でも磁力線が形成されるので端面の磁束の３倍程度の磁束が鉄芯間に存在するということを説明するための鉄芯間磁力線図。
【図８】高さｈの偏向機構の鉄芯に、走査角−θで入ってきた電子ビームが縦に通過するとき鉄芯の対面間に存在する磁束密度Ｂの作用で偏向角Υだけ偏向し外部に出てくるとクロス角Φのビームになり、Φ＝θ＋Υであり、ｈ＝ｒ（−ｓｉｎθ＋ｓｉｎΦ）であることを説明するための説明図。
【図９】偏向機構の偏向の周期Ｔｈを、ビーム走査の周期Ｔｓと同一にし、左右の走査端で急激にクロス角Φを−４５度から＋４５度、あるいは＋４５度から−４５度に偏向すると電流の不連続が大きくなることを説明するための電子線ビームの走査・偏向図。（１）は左クロス角Φ（−４５度）を維持してビームを左から右へ走査する過程イロハニホを示す。（２）は右クロス角Φ（＋４５度）を維持してビームを右から左へ走査する過程ヘトチリヌを示す。（３）は左クロス角Φ（−４５度）を維持してビームを左から右へ走査する過程イロハニホを示す。（４）は右クロス角Φ（＋４５度）を維持してビームを右から左へ走査する過程ヘトチリヌを示す。（５）は左クロス角Φ（−４５度）を維持してビームを左から右へ走査する過程イロハニホを示す。（６）は右クロス角Φ（＋４５度）を維持してビームを右から左へ走査する過程ヘトチリヌを示す。左右端点にビームがあるときにクロス角Φを急激に９０度変化させるから電流の不連続がヘホ、ヌイで著しいことを示すためのビーム・電流・電圧の時系列変化図。
【図１０】図９のように走査コイル電流の変化の周期Ｔｓと偏向コイル電流の変化の周期Ｔｈを同一とし走査の左右端でクロス角Φを不連続変化させるような偏向方式において周期的な走査角θ、走査コイル電流Ｉｓの時間変化と、偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υのマイナス分−Ｉｈ、−Υの時間変化を平行四辺形上の動きとして示す時系列ダイヤグラム図。
【図１１】本発明の方法を示すもので、偏向機構の偏向の周期Ｔｈを、ビーム走査の周期Ｔｓの３倍として、一定のクロス角を維持しながらビーム偏向をしてビーム走査したとき左右の走査端でビーム偏向を一次中止し休止期間として反対向きの走査を行い反対側の走査端でビームを反対向きにビーム偏向して走査と偏向を同時にして一定のクロス角を保持し、走査端に達したとき、ビーム偏向を中止して休止期間とするというような周期変化を行う。（１）は左クロス角Φ（たとえば−４５度）を維持してビームを左から右へ走査する過程ワカヨタレを示す。（２）は左クロス角Φ（たとえば−４５度）を維持してビームを右から左へ走査する過程ソツネナラを示す。（３）は偏向コイル電流を０とし偏向を中止してビームを左から右へ走査する休止過程ムウヰノオを示す。（４）は右クロス角Φ（たとえば＋４５度）を維持してビームを右から左へ走査する過程クヤマケフを示す。（５）は右クロス角Φ（たとえば＋４５度）を維持してビームを左から右へ走査する過程コエテアサを示す。（６）は偏向コイル電流を０とし偏向を中止してビームを右から左へ走査する休止過程キユメミシを示す。左右端点にビームがあるときはクロス角Φと走査角はほぼ等しいのでそこで偏向コイル電流を０とし偏向の休止期間とする。正偏向と負偏向の間に休止期間を入れるからコイル電流が連続的になり必要な電圧は小さくてすむ。
【図１２】図１１のように走査コイル電流の変化の周期Ｔｓと偏向コイル電流の変化の周期Ｔｈを異ならせ、Ｔｈ＝３Ｔｓとし、走査の左右端でクロス角Φを微小値から０へ或いは０から微小値へと連続変化させる本発明の偏向方式において、休止期間Ｔｂ、Ｔｄを走査の半周期０．５Ｔｓより短くしたときの、周期的な走査角θ、走査コイル電流Ｉｓの時間変化と、偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υのマイナス分−Ｉｈ、−Υの時間変化を平行四辺形上の動きとして示す時系列ダイヤグラム図。
【図１３】走査コイル電流の変化の周期Ｔｓと偏向コイル電流の変化の周期Ｔｈを異ならせＴｈ＝３Ｔｓとし、走査の左右端で一過性の遷移部分がない場合の本発明の偏向方式において、休止期間Ｔｂ、Ｔｄを走査の半周期０．５Ｔｓより短くしたときの、周期的な走査角θ、走査コイル電流Ｉｓの時間変化と、偏向コイル電流Ｉｈ、偏向角Υのマイナス分−Ｉｈ、−Υの時間変化を平行四辺形上の動きとして示す時系列ダイヤグラム図。
【図１４】本発明のように偏向コイルの偏向運動の途中に休止期間Ｔｂ、Ｔｄを設けると、電線被覆を往復させ両面から電子線を照射したとき、偏向時にはＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈの斜めから電子線が被覆に当たり、休止期間には、Ａ、Ｃの方向から電子線が被覆に当たるようになることを示す電子線、電線の断面図。
【符号の説明】
１走査型電子線照射装置
２加速管
３走査機構
４走査管
５電子線
６照射窓
７窓箔
８偏向磁石
９電線
２０電線コイルローラ
２２反転ローラ
２３鉄芯
２４前辺
２５左辺
２６後辺
２７右辺
２８、２９コイル
３０自由空間
３２、３３相対面
３４〜３７相対面からずれた面
Ｉｓ走査コイル電流
Ｉｈ偏向コイル電流
θ 走査角
Υ 偏向角
Φ クロス角
Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈクロス照射方向
Ａ、Ｃ垂直照射方向
Ｂ磁束密度
Ｔｓ走査周期
Ｔａ負偏向期間
Ｔｂ休止期間
Ｔｃ正偏向期間
Ｔｄ休止期間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning electron beam irradiation apparatus in which an electron beam beam is scanned left and right in the vicinity of an object and deflected in synchronization with the scanning so that the object can be irradiated with an electron beam obliquely from above and from left and right. This relates to a deflection method. An electron beam irradiation apparatus is an apparatus that generates thermoelectrons from a filament in vacuum and accelerates them to a predetermined energy, which is taken out from an irradiation window into the atmosphere and applied to an object to be processed. The objects to be treated are various such as electric wire coating, polymer film, printed coating film, medical instrument, medical material, exhaust gas, grain. The purpose of irradiating with an electron beam is various, such as polymer cross-linking acceleration, coating film curing, plastic film modification, sterilization, and sulfur oxide removal. The scale and acceleration energy of the apparatus differ depending on the purpose of electron beam irradiation and the object to be processed (object).
[0002]
An electron beam irradiation apparatus generally includes a high-voltage power supply, a filament, a filament power supply, a vacuum chamber, an acceleration tube, an irradiation window, a shielding housing, a transport mechanism, a cooling mechanism, and the like. When the acceleration energy is low (300 keV or less), a non-scanning type that does not scan the beam is used. In that case, the number of filaments is large, the effective area is wide, and the electron beam itself emitted from the filament is widened, so that an electron beam can be widely applied to the irradiated object.
[0003]
When acceleration energy is high (3 MeV to 500 keV), a thin beam is accelerated in multiple stages, and it is moved left and right (possibly shaken back and forth) to hit the irradiated object so that an electron beam is applied to a large area. . This is called a scanning type. In the case of the scanning type, a scanning tube having a triangular shape is provided following the accelerating tube, and an alternating magnetic field is generated by the scanning coil to scan the beam left and right. In that case, the high-voltage power supply is also large.
[0004]
The general operation of the electron beam irradiation apparatus will be described. When a negative voltage is applied to the filament in the vacuum chamber and an alternating filament current is passed, the filament is heated and thermoelectrons are generated.
[0005]
A negative high voltage is applied to the filament, and the filament is accelerated in this acceleration tube by this voltage.
[0006]
In the case of the scanning type, the beam is scanned by a scanning coil. In the case of non-scanning type, go straight. The accelerated electron beam passes through the irradiation window (a metal such as Ti foil or Al foil) and exits into the atmosphere, and the electron beam hits the object to be processed and performs processing such as sterilization, polymer crosslinking, and coating film curing.
[0007]
[Prior art]
Since the electron beam goes straight, the beam hits only the upper surface of the workpiece. The beam hits the surface that is orthogonal to the beam efficiently, but the surface that makes a slight angle with the beam is less likely to hit the beam. In addition, no electron beam hits the surface that forms a negative angle with respect to the beam. Depending on the shape of the workpiece, it may be difficult to do so.
[0008]
For example, it is a case where an electron beam is applied for the polymer cross-linking treatment of the wire coating. The coating of the electric wire is made of a polymer material, and when the electron beam is applied to it, the core wire becomes in the way, so no matter how high-energy electron beam is applied, the portion below the core wire does not hit the electron beam. Therefore, in the case of an electric wire, it is routed so as to draw a figure 8, and the surface and back surface are equally exposed to the electron beam by passing under the irradiation window twice. Actually, a plurality of electric wires are arranged in parallel and run simultaneously, and a plurality of wires are processed at a time.
[0009]
FIG. 1 shows a state in which an electron beam 5 is radiated to an electric wire 9 from an electron beam irradiation device 1 on an 8-shaped traveling electric wire. A plurality of electric wires 9 unwound from the coil coil roller 20 are arranged in a belt shape and pass directly under the irradiation window 6, travel around the reversing roller 22 in the opposite direction, and pass directly under the irradiation window 6 again. Since the electric wire is running so as to draw a figure 8, and the electron beam is irradiated twice, the upper and lower surfaces are exposed to the electron beam. On the other hand, an electron beam is irradiated from one direction.
[0010]
When passing directly under the irradiation window first, one surface (A surface) is irradiated with an electron beam, and when passing directly under the irradiation window for the second time, it is turned over and the other surface (C surface) has an electron beam. Get hit. At present, the electron beam coating is performed by electron beam irradiation twice from above and below. As shown in FIG. 2, the first electron beam irradiation irradiates the A surface of the wire 9 with an electron beam and enters the inside of the coating to cause a polymer crosslinking reaction. In the second time, the C surface on the back side is irradiated with an electron beam. Since the electron beam enters the coating from both sides, the coating does not remain and causes a polymer crosslinking reaction.
[0011]
However, it is necessary to irradiate a considerably high energy electron beam. If the radius of the coating is R, the radius of the core wire (conductor) is r, and the beam deviation from the center is y, the required penetration length L is L = {(R ² -Y ² ) ^1/2 -(R ² -Y ² ) ^1/2 }. The maximum value is given when the beam circumscribes the wire (y = r). The required penetration length L of the beam circumscribing the wire is L = (R ² -R ² ) ^1/2 This is a fairly large value. In order to obtain such a penetration length, a considerable acceleration voltage is required. If the coating is thick, the required acceleration voltage may be 1 MeV.
[0012]
Therefore, we want to reduce the required acceleration voltage Vacc. In that case, the electron beam may be irradiated to the electron beam coating not only in two vertical directions but also in four diagonally upper and lower directions. If the electron beam can be irradiated from four directions, the required penetration depth L is reduced. Therefore, it becomes possible to process thicker coated wires. For example, if an electron beam can be applied to all parallel traveling wires obliquely from a certain angle of 45 °, the electron beam can be irradiated from four directions. FIG. 3 shows an electric wire that has been irradiated with an electron beam from four directions. An electron beam is irradiated from four directions of E, F, G, and H.
[0013]
Thus, if it irradiates from 4 directions, the penetration length required will reduce. So it can be processed with lower energy. Alternatively, a thicker coated wire can be processed. In order to do so, the beam of the electron beam may be exposed to the electric wire from an angle of 45 °. For this purpose, the electron beam itself should be bent 45 ° from below and irradiated to the object rather than bending the electron beam 45 °. Although it does not have to be exactly 45 °, it is sufficient that the beam can be applied from an angle close to that. For this purpose, apart from the scanning mechanism, a mechanism for further bending the beam near the object is necessary. The object of the present invention relates to an electron beam irradiation method capable of enhancing the processing capability by irradiating an electron beam obliquely to such parallel running electric wires.
[0014]
Although there is no conventional technology for irradiating electric wires, in order to perform electron beam processing on the side of a large volume object to be processed, such as a bottle, the beam was bent inward so that the electron beam was applied efficiently to the outer wall of the bottle. There is something.
[0015]
[Patent Document 1]
JP-A-11-248900 “Electron Beam Irradiation Method and Apparatus”
[0016]
Patent Document 1 is an electron beam irradiation apparatus that performs two-dimensional scanning, and is devised so that an electromagnetic deflection coil is provided under a scanning tube and an electron beam is applied to the inner and outer surfaces of a PET bottle cap. The outer electron beam is strongly bent by the electromagnetic deflection coil so that the electron beam strikes the inside of the cap, and the inner beam is strongly bent and reflected by the spherical shell mirror so that the electron beam strikes the outside of the cap. Yes. The beam is vibrated inwardly by a combination of a scanning coil current and a deflection coil so that an electron beam strikes the inner and outer surfaces of a cap placed vertically from an oblique direction.
[0017]
The scan itself is not one-dimensional, but two-dimensional. This is because the target is a cylindrically symmetric cap. A scan that bends the beam along the spiral trajectory is required. Since the beam is strongly bent inward by the deflection coil together with the spiral scanning, a beam having an inverted conical envelope can be obtained, and the inner and outer surfaces of the cylindrical cap can be irradiated with an electron beam.
[0018]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-248895 “Electron Beam Irradiation Method and Apparatus”
[0019]
Patent Document 2 proposes an electron beam irradiation apparatus in which a two-dimensional deflection coil is provided in addition to a two-dimensional scanning tube so that an electron beam can be irradiated obliquely to the main body of the PET bottle. This is also intended to sterilize the entire peripheral wall surface of the cylindrically symmetric PET bottle, so two-dimensional scanning is a condition. Furthermore, the deflection coil is also two-dimensional.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]

Patent Documents

1 and 2 propose electron beam irradiation apparatuses in which a deflection coil is provided below a scanning tube and a beam is forcibly converged toward the center by the deflection coil. In both cases, the deflection angle is constant, and the angle of the beam after deflection, which is the sum of the scanning angle and the deflection angle, is not constant. It is unsuitable for oblique irradiation of a plurality of electric wires traveling in parallel. Furthermore, in either case, the deflection direction is switched when the scanning angle θ becomes 0, and it is impossible to uniformly irradiate the parallel aligned electric wires from an oblique direction. It is intended to irradiate a plurality of objects with an electron beam obliquely under the same conditions. Of course, as in

Patent Documents

1 and 2, one-dimensional scanning deflection is required instead of two-dimensional. Moreover, the relationship between the scanning angle and the deflection angle is not unique.
[0021]
This is the first purpose. However, if the deflection angle of the beam is changed too rapidly, the coil current changes greatly, and in addition, the voltage changes greatly, requiring a large power source. A large power supply may be used, but it is necessary only when increasing the discontinuous change of the beam. If the discontinuity is reduced, the voltage change can be reduced and the power supply must be of a smaller capacity. Will be able to. Therefore, it is also important to devise a scanning deflection method so that the power supply is not burdened so much.
[0022]
It is a first object of the present invention to provide a deflection scanning method of an electron beam irradiation apparatus capable of obtaining a deflected electron beam in which an inclination angle Φ with respect to an equivalent object traveling in parallel is constant. Is the purpose. It is a second object of the present invention to propose a deflection method of an electron beam irradiation apparatus that can make the change in the voltage of the power source of the deflection coil smaller while making the tilt angle with respect to equivalent objects traveling simultaneously substantially constant.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The electron beam irradiation apparatus of the present invention applies an electron beam having a cross angle (angle formed between a beam and a vertical axis) of ± Φ by adding scanning by a scanning tube and deflection by a deflection coil. In order to eliminate discontinuities, a period in which the deflection angle is 0 is provided between the cross angle of + Φ and the cross angle of −Φ and between the cross angle of −Φ and the cross angle of + Φ. A period in which the deflection angle is 0 is referred to as a pause period. That is, a feature of the present invention is that a pause period is provided between the positive deflection angle and the negative deflection angle.
[0024]
By doing so, it is possible to prevent an abnormal increase in voltage due to the discontinuity of the current of the deflection coil, thereby reducing the burden on the power supply. This means that a smaller capacity power supply can be used. The cross angle is the angle formed by the vertical axis and the beam, and the deflection angle is the deflection angle by the deflection coil. In the present invention, the crossing angle is set to ± Φ, which is a substantially constant value, and a pause period is provided in the deflection coil. During this time, the deflection current is set to zero. Since the derivative of the deflection current is the voltage applied to the deflection coil, the deflection coil voltage can be greatly reduced by providing a pause period in which the deflection current is zero.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the beam is deflected by the deflection coil and the electron beam is irradiated obliquely from above the workpiece. The current / voltage change period Ts of the scanning coil and the current / voltage of the deflection coil are The period Th is not made the same, the discontinuity of the deflection coil current is eliminated, and it is always continuous, and a pause period in which the deflection coil current becomes 0 is provided in the middle. By doing so, the pause period and continuity can prevent the deflection coil voltage from becoming enormous. As a result, the relationship between the scanning cycle Ts and the deflection cycle Th is Th = 3Ts.
[0026]
If the left and right scanning of the scanning coil and the left and right deflection of the deflection coil are synchronized, the cross angle can always be ± Φ. However, if so, the change in the current of the deflection coil becomes too large and the voltage becomes enormous. In order to prevent this, the deflection coil current Ih is made continuous. It is impossible to make the deflection coil current Ih continuous and always set the cross angle to ± Φ. Therefore, in some periods, the cross angle is allowed to deviate from ± Φ, and some rest periods are provided in the deflection coil current. By doing so, since the deflection coil current becomes continuous, the enlargement of the deflection coil voltage Vh, which is the derivative thereof, can be suitably prevented.
[0027]
First, the definitions of the scanning angle θ, the deflection angle Υ, and the cross angle Φ will be described. FIG. 4 shows an acceleration tube, a scanning tube, and a deflection magnet. An acceleration tube 2, a scanning mechanism 3, a scanning tube 4, a deflecting magnet 8, an irradiation window 6, a window foil 7, and an electron beam 5 are shown. Here, the z axis is taken downward and the y axis is taken right. Let O be the center of the scanning mechanism. Thermoelectrons generated from a filament (not shown) are accelerated in the z direction by the accelerating tube 2 and proceed to NO, and are scanned one-dimensionally left and right by the scanning mechanism 3. In the scanning mechanism 3, the magnetic field is in a direction perpendicular to the paper surface, and the beam is bent in the ± y direction by the Faraday force.
[0028]
A counterclockwise angle formed by the original axis NOP and the beam OQ is defined as a scanning angle θ. The beam travels further to the deflection magnet 8. Again, there is a magnetic field in the direction orthogonal to the plane of the paper, and the beam is bent in the ± y direction by Faraday force. The angle bent by the deflection magnet 8 in that case is the deflection angle Υ. That is, the angle formed by the scanning beam direction OQ and the deflection beam direction QU counterclockwise is the deflection angle 偏向.
[0029]
The beam goes out through the irradiation window 6 and hits the electric wire 9 arranged in parallel and traveling in the x direction from an oblique direction. The counterclockwise angle formed by the vertical line m and the beam in this case is the cross angle Φ. The direction is defined so that the scanning angle θ, the deflection angle Υ, and the cross angle Φ are all positive when bent in the + y direction and negative when bent in the −y direction. The scanning coil current and the deflection coil current are also positive when turned right (+ y) and negative when turned left (-y). The sign of current and angle may be defined in any way, but here, in the case of a right turn (+ y), both the direction and the angle are made positive.
[0030]
As described above, the cross angle Φ is preferably ± 45 °, but in the present invention, it is not always 45 °.
From such a definition, the cross angle Φ is the sum of the scanning angle θ and the deflection angle Υ.
[0031]
Φ = θ + Υ (1)
[0032]
The deflection angle Υ is obtained by subtracting the scanning angle from the cross angle, and Υ = Φ−θ. Describe how to deflect the electron beam. The deflection magnet 8 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 4, a deflecting magnet 8 is provided below the scanning tube 4, and as shown in FIGS. 5, 6, and 7, the deflecting magnet 8 forms an elongated frame of ferromagnetic material. That is, coils 28 and 29 are wound around a frame-shaped iron core 23. The iron core 23 is a frame extending in the y direction, which includes a long front side 24, a short left side 25, a long rear side 26, and a short right side 27. It has a free space 30 inside. There are left and

right coils

28, 29 on the short left and

right sides

25, 27.
[0033]
By causing a current Ih to flow in the same direction through the

coils

28 and 29 on the left and right short sides, a magnetic flux density B in the x direction is generated between the front side 24 and the rear side 26. Since a current flows in the same direction and a magnetic field is generated in the same direction, the magnetic flux density B leaks between the front and

rear sides

24 and 26 and becomes a magnetic flux density in the x direction. Since the magnetic permeability of the iron core 23 is high and the magnetic permeability of air is low, most of the magnetomotive force In = ∫Hds by the coil is applied to the inner space 30 in the air.
[0034]
When an electron beam travels in the z direction and enters the in-frame space 30, a Faraday force is generated by the magnetic flux density B in the x direction and the beam path is bent. FIG. 6 shows the zy plane. The angle of bending at the beam deflection coil is the deflection angle Υ. The magnetomotive force of the coil is in the same direction, and the magnetic forces at the front side 24 and the rear side 26 are opposite to each other, so that all the magnetic flux density leaks from the iron core and passes through the space 30. Although the currents of the

coils

28 and 29 are in the same direction but are alternating current (for example, 200 Hz), the polarity and the magnitude change from time to time. Therefore, the deflection angle Υ also changes in proportion to the coil current Ih.
[0035]
The magnetic flux density B is the highest at the relative surfaces 32 and 33 between the front side 24 and the rear side 26, but there is also a magnetic flux passing through the

surfaces

34, 35, 36, and 37 that are offset from the relative surfaces 32 and 33. As shown in FIG. 7, the magnetic flux slightly spreads from the relative surfaces 32 and 33. Even if it deviates from the relative plane, it is still in the trajectory of the electron beam, so it has the effect of bending the electron beam. This is not to say that part of the magnetic flux leaks and is wasted.
[0036]
FIG. 8 shows a state in which the beam is bent by setting the radius r by the action of the magnetic flux density B when the beam enters the deflecting magnet 8 at a scanning angle θ. Let h be the width of the region where the magnetic flux density exists. That is, the vertical width of the front side 24 and the rear side 26 is h. When the beam swung at the scanning angle θ enters the iron core space 30, the beam advances while drawing an arc of radius r. Let Q be the center of the arc. Let the incident point be J and the exit point be M. Let the incoming beam be OJ. The beam folds from point J to J, K, M, and U. Point K is the intersection of a straight line drawn from Q and parallel to the y-axis and the locus. ∠JQK = −θ and ∠MQK = + Φ. Let R be the leg of the perpendicular dropped from point J to KQ, and W be the leg of the perpendicular dropped from M to KQ.
[0037]
JR = −rsinθ (2)
WM = rsinΦ (3)
[0038]
And the sum is h,
[0039]
h = r (−sin θ + sin Φ) (4)
[0040]
It is. Since the cross angle Φ is θ + Υ, Υ = Φ−θ, and when θ is swung to the left or right with a triangular wave or sine wave, if you want to fix Φ to ± 45 °, make Υ a triangular wave or a sine wave. You can move it.
[0041]
The beam radius r is the centrifugal force mw, where w is the velocity of the electron beam. ² / R and Faraday force qwB are determined from each other.
[0042]
mw ² / R = qwB (5)
[0043]
The speed w of the electron beam in the z direction is determined by the acceleration energy, but if the acceleration voltage is Vacc, the acceleration energy is qVacc.
[0044]
qVacc + m ₀ c ² = Mc ² (6)
[0045]
Where m is the relativistic electron mass and the static mass m ₀ Against
[0046]
m = m ₀ / (1-w ² / C ² ) ^1/2 (7)
[0047]
There is a relationship. From these equations, the electron velocity w is determined as a function of the acceleration voltage Vacc. Electron static energy is m ₀ c ² = 510 keV, so the coefficient of how many times the acceleration energy qVacc hits is k
[0048]
qVacc = km ₀ c ² (8)
[0049]
And expressing acceleration energy with k,
[0050]
w / c = (k ² + 2k) ^1/2 / (K + 1) (9)
[0051]
It is. For example, when the acceleration energy is 800 keV, k = 1.56. In that case, the velocity w of the electron beam is
[0052]
w / c = 0.92 (10)
[0053]
And so on. The radius r of the bending path of the electron beam between the iron cores is
[0054]
r = mw / qB (11)
[0055]
However, since m and w are functions of qVacc, when expressed using k,
[0056]
r = m ₀ c (k ² + 2k) ^1/2 / (K + 1) qB (12)
[0057]
And so on. The radius of the locus of the electron beam deflection coil is inversely proportional to the magnetic flux density B, and is a constant (k ² + 2k) ^1/2 It is to be doubled. This can be interpreted as an expression for determining a necessary Br product.
[0058]
Br = m ₀ c (k ² + 2k) ^1/2 / Q (k + 1) (13)
[0059]
m ₀ = 9.1 × 10 ^-31 kg, c = 3 × 10 ⁸ cm / s, q = 1.6 × 10 ^-19 Because it is C,
[0060]
Br = 1.7 × 10 ^-3 (K ² + 2k) ^1/2 / (K + 1) Wm (14)
[0061]
That is why. The unit is Weber meter (Wm).
[0062]
In order to always set the deflection angle to ± 45 °, for example, scanning and deflection must be performed synchronously. That is, if the scan is a rightward scan, the deflection is a left deflection, and if the scan is a leftward scan, the deflection is a right deflection. FIG. 9 (comparative example) shows scanning and deflection when such scanning and deflection are synchronized to 1: 1. The upper part shows the change of the scanning and deflected beam in the electron beam irradiation apparatus. The middle stage shows the change of the scanning coil current Is. The lower part shows the change of the deflection coil current Ih.
[0063]
FIG. 9 (1) shows the beam being scanned from left to right in the order of A, B, C, D, and H, and deflected to 45 ° (Φ = −45 °) to the left. ing. According to the above definition, when the Y scanning coil current Is is a positive current, the beam is scanned to the right, and when the Y scanning coil current Is is a negative current, the beam is scanned to the left. Therefore, the Y-scanning coil current Is uniformly changes from negative to positive in the left-to-right scanning (scanning angle changes from negative to positive). The deflection coil current Ih is also shown to be a negative current during left deflection.
[0064]
The Y scanning coil current Is is proportional to the scanning angle θ. The deflection coil current Ih is proportional to the deflection angle Υ. In both cases, the angle is defined counterclockwise. In Irohaniho, the cross angle Φ is constant and −45 °, but the deflection angle Υ is not constant. Since Υ = Φ−θ, when θ is maximal (a point), Φ and θ are approximated (θ is negative and minimum), so the deflection angle 負 is negative, the absolute value is small, and the current is also small. However, as θ increases (point B), the difference from Φ increases, and so does Υ. Since the absolute value of the deflection angle 増える increases, Ih is negative and the absolute value increases. At point C, the scanning angle becomes θ = 0 and changes to normal scanning. Since the cross angle remains unchanged at −45 °, the absolute value of the deflection angle 増える increases further. The scanning angle becomes positive at point D, and the maximum scanning angle is reached at point E. Since the cross angle Φ is −45 °, the deflection angle Υ is negative and the absolute value is maximum. It can be clearly seen that the deflection angle is large in the above figure.
[0065]
Assume that the cross angle Φ is suddenly switched from −45 ° to + 45 °. That is the point. It becomes a beam locus like the right end of FIG. At that time, since the deflection angle suddenly changes by 90 °, the deflection coil current Ih suddenly increases discontinuously. That is the discontinuity of Hohe. Since the scanning angle θ has a positive maximum value and the cross angle Φ also has a positive maximum value, the deflection angle Υ = Φ−θ is small. After that, the scanning angle θ decreases to hettilin. The decrease in scan angle corresponds to a uniform decrease in current, such as a decrease in Y scan coil current Is.
[0066]
Although the scanning angle θ decreases, since the cross angle is held constant at Φ = + 45 °, the deflection angle Υ and the deflection coil current Ih increase. The cross angle is suddenly changed from + 45 ° to -45 ° at the leftmost point. Therefore, the deflection coil current Ih decreases discontinuously (Nui) and becomes a negative current. After that, it will be the same as Irohaniho.
[0067]
FIG. 9 shows changes in time series, but it is easier to understand when expressed recursively. FIG. 10 is a regression expression in which one cycle is expressed by left and right reciprocating motion. The central horizontal line is 0. A diagonal line segment crossing it is the Y scanning coil current Is (or scanning angle θ). The scan current Is and the scan angle θ increase from negative to linear, reach a positive region, decrease from the maximum via the same path, and become hetininine. The scan angle θ is hohe and nuy and there is no discontinuity.
[0068]
Here, the deflection angle 偏向 and the deflection coil current Ih are shown with opposite signs. -Ih, -Υ changes like a parallelogram Irohanihotochirinu. Since the cross angle Φ is Φ = + Υ + θ, it is equal to the difference between θ and −Υ. This is equivalent to the difference between the upper and lower sides of the parallelogram and the middle line in FIG. It is ± Φ and is always the same. If the cross angle is set to + Φ or −Φ, there is no choice but to change so that −Ih and −Υ draw a parallelogram, and θ and Is draw their midline.
[0069]
Then, discontinuity in the right end hoge and discontinuity in the left end dog are inevitable. As such, there is a nuisance discontinuity of the deflection coil current Ih when the beam comes to the right end (f) and a discontinuity of the deflection coil current Ih when the beam comes to the left end (b). Since the coil is an inductive load, the coil current discontinuity results in a larger discontinuity in voltage. That puts a heavy burden on the power supply. Nui and Hohe discontinuities only appear twice in one cycle, but this means that an excessive power supply is required.
[0070]
If the deflection coil current Ih is continuously changed, the discontinuity of nuis and hohe can be eliminated, a steep voltage change can be eliminated, and the load on the power source can be reduced. Therefore, in the present invention, changes in the deflection coil current Ih and the deflection angle Υ are made continuous.
[0071]
With reference to FIG. 11, the time change of the beam scanning / deflection, the Y scanning coil current Is, and the deflection coil current Ih in the case of the present invention will be described. In FIG. 11 (1), the beam is scanned in the right direction from the left end to the right end as “Wakayotare”. The beam swings to the left, the cross angle Φ is a negative constant angle (for example, −45 °), the Y scanning coil current Is starts to increase from the negative minimum value, takes a negative value and a negative value. It increases linearly. The deflection coil current Ih is negative, and increases in absolute value, such as “Wakayotare”. Up to that point, it is the same as Irohanijo in FIG. However, the change in the deflection coil current Ih at the point where the beam comes to the right end (θ is the maximum positive) is different.
[0072]
How is it different? It eliminates discontinuities and makes them continuous. In order to make the deflection coil current Ih continuous, the same deflection is still continued without reversing the deflection direction. Therefore, following the letter, the beam swing is still leftward, as in Sotsunenara. That is, the same left-handed negative cross angle Φ (for example, −45 °) is always maintained in one cycle. Since the scanning angle θ is left and right scanning, it is the same as in the case of FIG. The deflection coil current Ih decreases its absolute value in a continuous manner from the point of view such as a sonarenarum.
[0073]
In other words, compared to FIG. 11 (1) and 11 (2), the cross angle Φ remains a negative constant value. In FIG. 11 (3), a case specific to the present invention appears. At the leftmost point, the deflection coil current Ih and the deflection angle 殆ど are almost zero. While the beam is scanned from left to right, the deflection coil current Ih and the deflection angle Υ are set to zero. In other words, a rest period Uno of the deflection coil current Ih is newly provided. It does not deflect during that time. The cross angle Φ is equal to the scanning angle θ. In that case, an electron beam is driven into the upper surface of the surface of the electric wire.
[0074]
When scanning is performed up to the right end (θ is maximum), the deflection angle Υ and the deflection coil current Ih are gradually increased in the positive direction. In the left-scanning Kuyamakefu, the deflection coil current Ih and the deflection angle Υ are increased in the positive direction. In Kuyamakefu, the decrease in the scanning angle θ and the increase in the deflection angle Υ are almost the same speed, and the cross angle Φ is Φ = θ + Υ, so that Φ maintains a constant angle (for example, + 45 °).
[0075]
When scanning to the left end (θ is minimum), the deflection coil current Ih and the deflection angle Υ are gradually reduced. The scanning angle θ increases (scans to the right) at the portion of the coarser, and the deflection coil current Ih is decreased at the same speed. Since the cross angle Φ is Φ = θ + Υ, it is almost constant (for example, + 45 °). At the rightmost point, the scanning angle θ is maximum and is almost the same as the cross angle Φ, so the deflection angle Υ (deflection coil current Ih) is small.
[0076]
Furthermore, the deflection direction is not changed suddenly at the right end point, but continuously and gradually. The beam is only scanned with the deflection angle Υ and deflection coil current Ih set to zero. In that case, the cross angle Φ is equal to the scanning angle θ. That is a part of Kiyumemishi. There is also a rest period memishi.
[0077]
After the shift, the process returns to the state of FIG. Therefore, the deflection coil current Ih drops from 0 to a straight line and linear, and the beam is scanned to the right.
[0078]
When viewed from the fluctuation of the scanning angle θ, the eagle is equivalent to 3 periods (3Ts). However, when it comes to the cross angle Φ, it becomes one cycle. The cross angle Φ is a negative constant value (for example, −45 °) in the first cycle of the scan, and the cross angle Φ is positive in the KUMAAKEFU COE TEASA for 1.5 to 2.5 cycles of the scan. Is a constant value (for example, + 45 °).
[0079]
The deflection angle ヰ and the deflection coil current Ih are small in the portion of the noise, and in the corner, it becomes a rest period for preparing to change from negative to positive. The deflection angle Υ and the deflection coil current Ih are small even in the limiter, and in the limiter, there is a rest period.
[0080]
The rest period is a half cycle or a slightly shorter period. Assuming that there are two pauses and that is a half cycle, the deflection angle Υ, the movement of the deflection coil current Ih is 3Ts for three scanning cycles, one cycle is a positive constant deflection angle, and one cycle is a negative constant. The deflection angle and half cycle are a pause from negative to positive, and the remaining half cycle is a pause from positive to negative. 3Ts = Th.
[0081]
FIG. 12 shows the reciprocating motion as a line segment with the horizontal axis as the time axis. Although three parallel oblique lines are drawn, the scan is an intermediate oblique line, which represents the scan angle θ and the Y scan coil current Is. Since the movement is performed for three periods Ts, the scanning angle θ and the Y scanning coil current Is change from the lower left and the lower left to the upper right, and change from the inner right and the upper right to the lower left.
[0082]
Furthermore, go up the same route with Muu Noo and down with Kuyamakefu. Furthermore, it turns upside down with Coetasa and returns to the lower left corner. Although it is three reciprocating scans, the movement of the deflection angle is one cycle. In FIG. 12, the S-shaped path including the upper and lower diagonal lines and the central horizontal line indicates the path of change of the deflection angle Υ, the minus amount of the deflection coil current Ih, and −Υ and −Ih. The absolute values of the deflection coil current Ih and the deflection angle Υ increase from the lower left of the upper branch, such as wakayotare. A negative maximum value is reached at the check point. That is, the beam is most strongly deflected to the left.
[0083]
Returning to the point, the deflection coil current Ih and the absolute value of the deflection angle 減少 are reduced, as in the case of a sonar. The cross angle Φ maintains a constant negative value, but the scanning angle θ changes from positive to negative, and the absolute value of the deflection angle Υ = Φ−θ, which is the difference, decreases. This is a period of constant negative cross angle Φ, which is called a negative deflection period Ta.
[0084]
In this case, the deflection angle 近く is close to 0, and in the case of deflection, the deflection angle Υ = 0. Uno is called the rest period Tb. The pause period Tb has a length equal to or shorter than a half period of the scanning period Ts.
[0085]
After that, the deflection coil current Ih and the deflection angle 正 are positive and begin to increase. In FIG. 12, −Υ and −Ih go down the lower diagonal branch like Nookuyamakefu. At the point F, the deflection coil current Ih and the deflection angle Υ become maximum values. This corresponds to the fact that the fold line of (4) in FIG. 11 is strongly bent. There is no discontinuity even at the point F, and the deflection coil current Ih and deflection angle Υ are continuously lowered from there.
[0086]
Therefore, the lower branch of FIG. 12 goes up diagonally to the right, like Coetea Sakiyu. That is the positive deflection period Tc. The deflection coil current Ih and the deflection angle Υ approach zero. It becomes 0 near the point, and it becomes a rest period called Memishi. The pause period is a pause for transition from positive to negative, and is Td. After that, it finally leads to the first branch called Wakayotale.
[0087]
Therefore, the deflection coil current Ih and the minus angle -Ih, -Υ of the deflection angle Υ follow the S-shaped branch of FIG. That is, the deflection cycle Th is
[0088]
Th = 3Ts (15)
[0089]
And
[0090]
Th = Ta + Tb + Tc + Td (16)
[0091]
It is. When counted in units of the scanning cycle Ts, the negative deflection period Ta and the positive deflection period Tc are 1 Ts to 1.5 Ts, and the pause periods Tb and Td are 0.5 Ts to 0.
Since there are the rest periods Tb and Tc, the change in the deflection coil current Ih is reduced and the change in the voltage is also reduced.
[0092]
The rest periods Tb and Td can be set to 0.5 Ts at the maximum. In that case, there is no deflection in the half-scan from left to right and the half-scan from right to left. It has a longer rest period than that shown in FIG. In FIG. 11, the Mu-no-no part becomes the rest period Tb, and the part of Kyumemishi becomes the rest period.
[0093]
FIG. 13 shows a diagram of the Y scanning coil current Is and the deflection coil current Ih when the pause periods Tb and Td are 0.5. In FIG. 12, there are three parallel diagonal lines without the folds and folds, the central diagonal line is the Y scanning coil current Is, starting from the lower left corner of the diagonal line, rising to the upper right corner, and further lower left Fold to the end, go to the upper right corner, go to the lower left corner, move to the upper right corner and go to the lower left corner. That is, it changes three times.
[0094]
The deflection coil current Ih and the negative deflection angle Υ-Ih, -Υ move up the upper branch from the lower left to the upper right as Wakayo Tare, and descend from the upper right end to the lower left as Sotsunenara. The magnitude is the deflection coil current Ih, which is the magnitude of the deflection angle Υ. Meanwhile, the cross angle Φ takes a constant negative value. Since the cross angle Φ is Φ = θ + Υ = θ − (− Υ), the difference between the scanning angle θ and the minus minus Υ of the deflection angle is the difference between the upper oblique line and the middle oblique line. Since the lines are parallel, the difference is constant, which indicates that the deflection angle is constant.
[0095]
The change in −Ih and −Υ, which is a negative value of the deflection coil current Ih, thereafter becomes a rest period mu-no. It is expressed as a change in the horizontal axis. The entire period (3) in FIG. 11 is paused (Ih = 0, Υ = 0).
[0096]
The pause ends at O, and -Ih, -Υ goes down like Kuyamakefu. That is the period of positive deflection. The deflection angle 増加 increases. Take the maximum deflection angle で at the lower left corner. After that, from the lower left corner, the diagonal line goes back to the upper right, and it approaches 0 while decreasing like Coetasa. The deflection angle is positive between Kuyamakefukoetasa.
[0097]
During the positive deflection, the cross angle Φ is obtained by subtracting −Υ from the scanning angle θ, and is equal to the vertical distance between the middle oblique line and the lower oblique line. Because they are parallel lines, the distance is always constant. That is, the cross angle Φ is a positive and constant value during this period. After that, the deflection coil current Ih and the deflection angle Υ become 0 at the key point, and the value is zero.
[0098]
In FIG. 12, in the negative deflection period Ta and the positive deflection period Tc, transient transition portions such as Mu, No, Ki, and Misi are provided. This shortens the pause periods Tb and Td, but has the effect of reducing the rate of change of the deflection coil current Ih.
[0099]
In FIG. 13, there is no such transient transition part in the negative deflection period Ta and the positive deflection period Tc. It makes it possible to lengthen the pause periods Tb, Td. However, it causes a limitation that the rate of change of the deflection coil current Ih must be increased. The rest periods Tb and Td should be set appropriately within the range of 0 <Tb and Td ≦ 0.5Ts in consideration of such a situation.
[0100]
【Example】
[Example in the case of an acceleration voltage of 800 keV]
Assume that the acceleration voltage is 800 keV (relativistic handling is required). In the deflection coil of FIG. 5, the width of the gap 30 is d = 84 mm, the length of the gap 30 is W = 1000 mm, and the thickness of the gap is h = 60 mm. That is
[0101]
d = 0.084m, W = 1m, h = 0.06m (17)
[0102]
Assume that Equation (4) relates the deflection coil height h and the electron beam bending radius to the scanning angle θ and the cross angle Φ. Since h is 60 mm here, the minimum value of r can be calculated therefrom. Assuming that the cross angle Φ is 45 degrees and the maximum value of the scanning angle θ is 42 °, the maximum sum of sin θ and sin Φ in Expression (4) is 1.376. Since the minimum radius r is obtained by dividing h (60 mm), the minimum radius r _min Is
[0103]
r _min = 43.6mm = 0.0436m (18)
[0104]
It becomes. Since the acceleration voltage is 800 keV and the static energy of electrons is 510 keV, the ratio k is
[0105]
k = 800/510 = 1.57 (19)
[0106]
It is. Br product is substituted into equation (14)
[0107]
Br = 1.566 x 10 ^-3 Wm (20)
[0108]
It is. If the minimum radius of curvature is r = 0.0436m, the maximum magnetic flux density B is
[0109]
B = 0.0359 Tesla = 359 Gauss (21)
That is why.
[0110]
Let us estimate the number of coil turns N and the coil current Ih necessary to form such a magnetic flux density.
[0111]
As shown in FIGS. 5 and 6, since there are two equivalent coils on both sides, it is only necessary to calculate one of them and double the value. The magnetic field lines draw a closed magnetic path that passes between the coils, passes through the iron core, exits into the space, returns to the iron core, and then returns to the coil. The path integral of the magnetic field H is the current winding number product NI. In the path integral of the magnetic field H, the iron core portion can be divided into the space (d). However, the iron core portion has a high permeability μ and a continuity of the magnetic flux density B, so H itself is small. The magnetic field H is large in the space portion. Therefore, only the H in the space part is considered.
[0112]
Hd = NI (22)
[0113]
Expression (22) is an approximate expression. Therefore, H = NI / d, and the vacuum permeability μ ₀ Multiplying gives the magnetic flux density B in the air. B = μ ₀ NI / d. The required NI from now on is dB / μ. ₀ It turns out that. d = 0.084m, B = 0.0359T (Tesla), μ = 4π × 10 ^-7 H / m,
[0114]
NI = 2400AT (23)
[0115]
It becomes. The product of the number of coil turns and the current is determined, but there is a degree of freedom in the current and the number of turns to give the product value. Any number is acceptable as long as it satisfies this requirement. For simplicity, it is assumed here that the number of turns is N = 80 Tm and the current is 30 A.
[0116]
Now consider the magnetic flux density B, coil induction L, magnetic flux Ψ, voltage V, etc. under such conditions.
[0117]
Hd = NI = 2400AT (24)
[0118]
Since the width of the gap of the deflection coil is d = 84 mm = 0.084 m, the magnetic field H of the gap is
[0119]
H = NI / d = 28571 A / m (25)
[0120]
It is. Μ of the magnetic field in the gap ₀ (Vacuum permeability: 4π × 10 ^-7 H / m) multiplied by H is the magnetic flux density B of the air gap.
[0121]

[0122]
As described above, the magnetic flux density 359 gauss for generating a scanning angle of ± 42 ° and a crossing angle of ± 45 ° is satisfied at h = 60 mm.
[0123]
Coil induction L is defined as the change in voltage that appears across the coil for one unit of current change per unit time. The voltage change is a change in the total magnetic flux Ψ across the coil. Since the coil has N turns, the total magnetic flux Ψ is N times the magnetic flux across the coil. Integrating the above relationship over time, Ψ = L ₁ Induction of one coil by I ₁ Is defined. The magnetic flux is obtained by integrating the magnetic flux density B by area. The total magnetic flux Ψ is
[0124]
Ψ = N∫BdS (28)
[0125]
The area is a void portion. The gap portion has a length W, a width d, and a height h. The magnetic flux density B is not necessarily uniform, but there is an average magnetic flux density B, and assuming that half of the length W is due to the magnetic flux density of one coil, the range of integration is limited and the area of the air gap (hW / 2 ) Is the integral.
[0126]
Ψ = NBhW = 80 × 0.0359 × 0.06 × 1/2 = 0.086W (29)
[0127]
It becomes. The unit is Weber W. When this is divided by the current I = 30 A, L ₁ = 0.00287H. If B is changed to H and related to current I,
[0128]
Ψ = Nh (W / 2) μ ₀ H = Nh (W / 2) μ ₀ NI / d = L ₁ I (30)
[0129]
Thus, the induction L of one coil is defined by this equation.
[0130]
L ₁ = Μ ₀ N ² hW / 2d (31)
[0131]
It becomes. this is
[0132]
L ₁ = 0.00287H (32)
Gives the same result. Actually, the equivalent coil (L ₁ , L ₂ ) Since it is connected in series, the double is the total induction L ₀ = L ₁ + L ₂ And
[0133]
L ₀ = Μ ₀ N ² hW / d = 0.00574H (33)
[0134]
It is. It considers only the magnetic flux density B at the opposite part (width h) of the iron core, but actually there are leakage magnetic field lines generated from the top and bottom of the iron core as shown in FIG. It has the effect of bending the electron beam and consuming the coil current. The leakage magnetic field lines from the upper and lower surfaces differ depending on the geometric shape of the iron core. Since it is difficult to evaluate, assuming that there is a magnetic field line that is three times as large as the magnetic field lines facing each other, the total induction L is 3L. ₀ When calculating with
[0135]
L = 3L ₀ = 0.0172H = 17.2mH (34)
[0136]
And so on. Three times is a rough estimate, but this calculation is only for estimating the required voltage, so that is fine. This is a large value for coil induction. Even if the deflection coil is driven at a low frequency such as 200 Hz, it requires a rather large voltage.
[0137]
In the comparative example of FIG. 9, the discontinuity of the coil current at Heho and Nui is considered. Since the current is 30 A at the n point and the current is -5 A at the point a, the change in current is 35 A. In the case of 200 Hz, the period is 5 ms, but the time required for the current change is 100 μs = 0.1 ms = 10. ^-4 s. Since the current change multiplied by the induction L is the voltage,
[0138]

[0139]
This means that a huge voltage like this is necessary. Although the load is as large as 30 A, it is not easy to apply a high voltage of 6 kV to it. A very large power supply with a large capacity is required. This makes the manufacture of the deflection device difficult and expensive.
[0140]
However, if a pause period is provided as shown in FIG. 11, the current becomes continuous and the time derivative of the current is significantly reduced. There is a positive current change (dI / dt) in a uniform continuous increase such as Sotsunanaram and Nookuyamakefu, and there is a negative current change in a uniform continuous decrease in Wakayotale and Coete Sakiyu. In both cases, the current change of 30 A changes in 0.5 periods (the period is Ts scanning period), so the time is 2.5 ms. If the calculation takes 2.5 ms, the voltage is
[0141]

[0142]
It turns out that. Compared to the comparative example in which the current changes with discontinuity, the voltage is reduced to about 1/30 when continuously changing. There is a noticeable voltage decrease. Although the coil current is 30 A and a load through which a large current flows, it is not so difficult to apply a voltage of about 200 V at 200 Hz. A commercially available power supply circuit can be used.
[0143]
Since the deflection period Th of the present invention of FIG. 11 is longer than that of the comparative example of FIG. 9, the change in the coil current for cross irradiation can be reduced. In the comparative example, Th = Ts, but in the present invention, Th = 3Ts.
[0144]
In the comparative example, the cross angle Φ is a ± constant (for example, 45 °), and other values can be prevented. It is always electron beam irradiation from the directions of E, F, G, and H in FIG. 3, and the electron beam can be driven deep into the coating.
[0145]
In the case of the present invention, since the rest periods Tb and Td are entered, the cross angle Φ cannot be defined as a ± constant. However, the first Ts of the three scanning Ts periods (3Ts) can be a negative constant cross angle, and the back Ts can be a positive constant cross angle. Therefore, as shown in FIG. 14, sufficient electron beam irradiation can be performed from the side of E, F, G, and H obliquely. In addition, the rest periods Tb and Td are not useless, but the electron beam is irradiated from directly above (from the A and C directions), so it is also effectively used for the polymer cross-linking reaction of the coating. is there.
[0146]
【The invention's effect】
Since the electron beam irradiation apparatus of the present invention is provided with a deflection coil for inclining the beam direction with respect to the axis, the electron beam is also applied obliquely when irradiating the electron beam for polymer crosslinking of the wire coating. You can Therefore, the electron beam penetration length required for that can be shortened. If the wires have the same thickness, the acceleration voltage can be made smaller, and if the wires have the same acceleration voltage, the wires having a larger thickness can be processed.
[0147]
The deflection angle Υ is changed as a function of the scanning angle θ, but the period is not the same. If the cycle Th of the deflection angle change and the cycle Ts of the scan angle θ change are made the same (Th = Ts), the deflection angle change inevitably becomes discontinuous. Discontinuous deflection angle changes require large voltage changes to the deflection coil power supply. This significantly increases the burden on the power supply and is undesirable. Therefore, in the present invention, the deflection angular period Th is set to be three times the scanning angular period Ts, and a pause period is provided between the positive deflection period and the negative deflection period, and between the negative deflection period and the positive deflection period. By doing so, the deflection coil current Ih can be continuously changed, so that the deflection coil voltage does not become enormous. It reduces the power load. In other words, a smaller rated power supply can be used.
[0148]
In the coil load, since the differentiation of the current is the voltage, the influence of the current discontinuity on the voltage is great unlike the normal resistance load. So we want to keep the current continuous. In the present invention, since the continuity is given to the current of the deflection coil, the maximum voltage does not need to be so large. In fact, the voltage that is continuously changed can be reduced to about 1/30 of the voltage that is changed discontinuously. This makes it easy to design and manufacture the power supply and reduce the cost of the apparatus, and can make the scanning electron beam irradiation apparatus provided with the deflection coil more realistic.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an outline of an electron beam irradiated to the front and back surfaces when an electron beam is irradiated for polymer cross-linking reaction of an electric wire coating so that the electric wire is moved to a figure 8 shape so as to be exposed twice. Diagram.
[Fig. 2] Figure 2 shows that the required penetration depth increases near the core wire when an electric wire is pulled out into an 8-shape, passed under the irradiation window twice, and irradiated with an electron beam from two directions up and down. Sectional drawing of the electric wire for showing, and an electron beam.
FIG. 3 shows that an electron beam can be applied from four directions by irradiating the wire coating from ± 45 degrees obliquely from above and the necessary penetration depth is reduced. Sectional drawing.
FIG. 4 shows a beam deflecting device having a deflection coil provided below a scanning tube of a scanning electron beam irradiation device, and when the electron beam is scanned and deflected to irradiate an electric wire, the scanning beam rotates counterclockwise with respect to the vertical axis. An overall view of an electron beam irradiation apparatus for explaining that an angle formed by the above is defined as a scanning angle θ, and an angle at which the beam is deflected counterclockwise in the deflection apparatus is defined as a deflection angle Υ.
FIG. 5 is a plan view of an electron beam beam deflection mechanism composed of an elongated frame-shaped iron core and a coil.
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of an electron beam beam deflection mechanism composed of an iron frame and a coil having an elongated frame shape.
FIG. 7 illustrates that magnetic lines of force are formed between the opposing iron cores not only between the opposing side surfaces but also on the upper and lower surfaces, so that a magnetic flux of about three times the magnetic flux on the end surface exists between the iron cores. Magnetic field diagram between iron cores.
FIG. 8 shows the deflection of the deflection angle 走査 by the action of the magnetic flux density B existing between the facing surfaces of the iron core when the electron beam entering at the scanning angle −θ passes vertically to the iron core of the deflection mechanism having the height h. Then, when it comes out, it becomes a beam with a cross angle Φ, and Φ = θ + Υ and h = r (−sin θ + sin Φ).
FIG. 9 shows that the deflection period Th of the deflection mechanism is made the same as the beam scanning period Ts, and the cross angle Φ is suddenly deflected from −45 degrees to +45 degrees or from +45 degrees to −45 degrees at the left and right scanning ends. FIG. 5 is a scanning / deflection diagram of an electron beam for explaining that current discontinuity increases. (1) shows a process Irohanijo that scans the beam from left to right while maintaining the left cross angle Φ (−45 degrees). (2) shows a process hetinine that scans the beam from right to left while maintaining the right cross angle Φ (+45 degrees). (3) shows a process Irohanijo that scans the beam from left to right while maintaining the left cross angle Φ (−45 degrees). (4) shows a process hetinine that scans the beam from right to left while maintaining the right cross angle Φ (+45 degrees). (5) shows a process Irohanijo that scans the beam from left to right while maintaining the left cross angle Φ (−45 degrees). (6) shows a process hetinine that scans the beam from right to left while maintaining the right cross angle Φ (+45 degrees). FIG. 4 is a time-series change diagram of beam, current, and voltage for showing that the discontinuity of current is remarkable in Heho and Nui because the cross angle Φ is suddenly changed by 90 degrees when there is a beam at the left and right end points.
FIG. 10 shows the periodicity in a deflection system in which the scanning coil current change period Ts and the deflection coil current change period Th are the same as shown in FIG. 9 and the cross angle Φ is discontinuously changed at the left and right ends of scanning. The time-series diagram which shows the time change of the scanning angle (theta) and the scanning coil current Is, the deflection coil current Ih, the minus part of the deflection angle Υ -Ih, and the time change of -Υ as movement on the parallelogram.
FIG. 11 shows the method of the present invention, wherein the deflection cycle Th of the deflection mechanism is set to be three times the beam scanning cycle Ts, and the beam is deflected and scanned while maintaining a constant cross angle. At the scanning end of the beam, the beam deflection is temporarily stopped and the scanning in the opposite direction is performed as a pause period. The beam is deflected in the opposite direction at the scanning end on the opposite side, and the scanning and the deflection are simultaneously performed to maintain a constant cross angle. When the end is reached, a periodic change is made such that the beam deflection is stopped and a rest period is set. (1) shows the process of scanning the beam from left to right while maintaining the left cross angle Φ (for example, −45 degrees). (2) shows a process sonar that scans the beam from right to left while maintaining the left cross angle Φ (for example, −45 degrees). (3) shows a pause process muono in which the deflection coil current is set to 0, the deflection is stopped, and the beam is scanned from left to right. (4) shows the process Kuyamakefu that scans the beam from the right to the left while maintaining the right cross angle Φ (for example, +45 degrees). (5) shows a process co-teaser that scans the beam from left to right while maintaining the right cross angle Φ (for example, +45 degrees). (6) shows a pause process in which the deflection coil current is set to 0, the deflection is stopped, and the beam is scanned from right to left. When there is a beam at the left and right end points, the cross angle Φ and the scanning angle are almost equal, so the deflection coil current is set to 0 and the deflection is paused. Since a pause period is inserted between the positive deflection and the negative deflection, the coil current becomes continuous and the required voltage can be reduced.
FIG. 12 shows that the scanning coil current change period Ts and the deflection coil current change period Th are made different from each other so that Th = 3Ts, and the cross angle Φ is changed from a minute value to 0 at the left and right ends of scanning. In the deflection system of the present invention in which the period is continuously changed from 0 to a minute value, when the pause periods Tb and Td are made shorter than the scanning half period 0.5 Ts, the periodic scanning angle θ and the temporal change of the scanning coil current Is The time-series diagram which shows the time change of the deflection coil electric current Ih, minus part -Ih of deflection angle 偏向, and -Υ as a movement on a parallelogram.
FIG. 13 shows a deflection system according to the present invention in which the scanning coil current change period Ts and the deflection coil current change period Th are made different to be Th = 3Ts, and there are no transient transition portions at the left and right ends of scanning. , When the rest periods Tb and Td are shorter than the scanning half cycle 0.5 Ts, the periodic change of the scanning angle θ and the scanning coil current Is, the deflection coil current Ih, and the minus amount −Ih of the deflection angle Υ, A time-series diagram showing the time variation of the heel as a movement on a parallelogram.
FIG. 14 shows that when the suspension periods Tb and Td are provided in the middle of the deflection movement of the deflection coil as in the present invention, when the wire coating is reciprocated and the electron beam is irradiated from both sides, E, F, G, and H are deflected. Sectional drawing of the electron beam and electric wire which shows that an electron beam hits a coating | cover from diagonally, and an electron beam comes to contact | coat a coating | cover from the direction of A and C in a rest period.
[Explanation of symbols]
1 Scanning electron beam irradiation device
2 Accelerating tube
3 Scanning mechanism
4 Scan tube
5 electron beam
6 Irradiation window
7 Window foil
8 Deflection magnet
9 Electric wire
20 Electric wire coil roller
22 Reverse roller
23 Iron core
24 Front side
25 Left side
26 Rear side
27 Right side
28, 29 coils
30 Free space
32, 33 Relative surface
34-37 Surface deviated from relative surface
Is Scanning coil current
Ih deflection coil current
θ Scan angle
偏向 Deflection angle
Φ Cross angle
E, F, G, H Cross irradiation direction
A, C Vertical irradiation direction
B Magnetic flux density
Ts Scan cycle
Ta Negative deflection period
Tb off period
Tc Positive deflection period
Td rest period

Claims

A thermoelectron source that generates thermoelectrons in a vacuum, an acceleration power source that generates a high-voltage acceleration voltage Vacc, an acceleration tube that accelerates an electron beam with an acceleration power supply voltage in vacuum, and a triangular scan drawn in a vacuum A scanning mechanism for reciprocating scanning of an electron beam at a scanning angle θ and a period Ts by an alternating magnetic field at the top of the tube, and an alternating magnetic flux density in a direction perpendicular to the electron beam provided in a vacuum at the bottom of the scanning tube A deflecting mechanism that deflects the scanned electron beam from the + Φ direction to the −Φ direction and the −Φ direction to the + Φ direction by the alternating magnetic flux density B, and a window foil for taking out the electron beam to the outside. In an electron beam irradiation apparatus including an irradiation window under a stretched scanning tube and a transport mechanism for transporting an object directly below the irradiation window, a negative deflection period Ta of 1 to 1.5 Ts is synchronized with a scanning cycle Ts. 0 to 0.5Ts pause The electron beam is deflected in a period Tb, a positive deflection period Tc of 1 to 1.5 Ts, and a deflection period Th (= 3 Ts) that is three times Ts including a rest period Td of 0 to 0.5 Ts. The deflection method of the electron beam irradiation apparatus.