JP4155097B2 - 電子線照射装置の偏向方法 - Google Patents

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^−３ Ｗｍ （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

Claims (1)

1. 真空中で熱電子を発生する熱電子源と、高圧の加速電圧Ｖａｃｃを発生する加速電源と、真空中で加速電源電圧によって電子線を加速する加速管と、真空に引かれた三角形状の走査管と、走査管の上部にあって交番磁場によって電子線を走査角θ、周期Ｔｓで往復走査する走査機構と、走査管の下部の真空中に設けられ電子ビームと直角の方向に交番磁束密度Ｂを発生させ走査された電子ビームをさらに交番磁束密度Ｂによって、＋Φ方向から−Φ方向、−Φ方向から＋Φ方向にビームを偏向させる偏向機構と、電子線を外部へ取り出すための窓箔を張った走査管下部の照射窓と、照射窓の直下に対象物を搬送する搬送機構とを含む電子線照射装置において、走査の周期Ｔｓに同期して、１〜１．５Ｔｓの負偏向期間Ｔａ、０〜０．５Ｔｓの休止期間Ｔｂ、１〜１．５Ｔｓの正偏向期間Ｔｃ、０〜０．５Ｔｓの休止期間ＴｄよりなるＴｓの３倍の偏向周期Ｔｈ（＝３Ｔｓ）で電子ビームを偏向させるようにしたことを特徴とする電子線照射装置の偏向方法。

Images