JP3270510B2 - 電子ビーム照射装置 - Google Patents
電子ビーム照射装置Info
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- JP3270510B2 JP3270510B2 JP09979392A JP9979392A JP3270510B2 JP 3270510 B2 JP3270510 B2 JP 3270510B2 JP 09979392 A JP09979392 A JP 09979392A JP 9979392 A JP9979392 A JP 9979392A JP 3270510 B2 JP3270510 B2 JP 3270510B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、金属などの基板上に
高電圧・低電流で発生させた電子ビームを迅速かつ規則
正しくドット状あるいは線状に照射して、その表面改質
を行う場合に有用な電子ビーム照射装置に関するもので
ある。
高電圧・低電流で発生させた電子ビームを迅速かつ規則
正しくドット状あるいは線状に照射して、その表面改質
を行う場合に有用な電子ビーム照射装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】最近、金属や合金の材料表面に向けて高
電圧・低電流で発生させた電子ビームをドット状あるい
は線状に照射することによりこれら金属材料や合金材料
の表面近傍域の改質を行い、新しい機能を付加した材料
を開発しようとする試みが盛んになってきた。
電圧・低電流で発生させた電子ビームをドット状あるい
は線状に照射することによりこれら金属材料や合金材料
の表面近傍域の改質を行い、新しい機能を付加した材料
を開発しようとする試みが盛んになってきた。
【０００３】金属や合金材料の表面改質を施すための手
段としては、電子ビームを照射する他に、レーザ照射、
プラズマ照射あるいはメカニカルな手法などがあるが、
とくに電子ビーム照射では、高真空を利用しなければな
らない不利はあるものの、照射面積が上掲の手法に比較
して小さくてよく、しかも照射対象物の厚さ方向へビー
ムを深く侵入させることができ、また、電子ビームの走
査、揺動が容易で照射作業の高速化が可能であり大型の
工業材料に適用できること、さらに熱効率が良いなど多
数の利点があり、機能材料として例えば方向性けい素鋼
板を対象とした表面改質においては上記の電子ビーム照
射は極めて有効な手段であった。
段としては、電子ビームを照射する他に、レーザ照射、
プラズマ照射あるいはメカニカルな手法などがあるが、
とくに電子ビーム照射では、高真空を利用しなければな
らない不利はあるものの、照射面積が上掲の手法に比較
して小さくてよく、しかも照射対象物の厚さ方向へビー
ムを深く侵入させることができ、また、電子ビームの走
査、揺動が容易で照射作業の高速化が可能であり大型の
工業材料に適用できること、さらに熱効率が良いなど多
数の利点があり、機能材料として例えば方向性けい素鋼
板を対象とした表面改質においては上記の電子ビーム照
射は極めて有効な手段であった。
【０００４】電子ビームの照射技術を採用するに当たっ
ては、大量生産される鋼板に対して連続的な処理を可能
とする、エァ−トゥ−エァ方式による高速連続式真空装
置やビームの径が小さくかつビームの侵入深さが深い電
子ビームを射出することができる装置などが必要であっ
て、この点に関しては特開昭64-65265号公報や特開平２
−118022号公報のように多数の提案が見られ、すでに工
業化の段階にまできている。
ては、大量生産される鋼板に対して連続的な処理を可能
とする、エァ−トゥ−エァ方式による高速連続式真空装
置やビームの径が小さくかつビームの侵入深さが深い電
子ビームを射出することができる装置などが必要であっ
て、この点に関しては特開昭64-65265号公報や特開平２
−118022号公報のように多数の提案が見られ、すでに工
業化の段階にまできている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の文献のなかで
も、特開平２−118022号公報に開示の技術は、電子ビー
ムの照射領域の変動に合わせてビームの焦点距離を調整
しようとするものであって、これによれば電子ビームの
照射強度が照射位置によって大きく変わるようなことが
なくなり製品特性を格段に改善することができた。
も、特開平２−118022号公報に開示の技術は、電子ビー
ムの照射領域の変動に合わせてビームの焦点距離を調整
しようとするものであって、これによれば電子ビームの
照射強度が照射位置によって大きく変わるようなことが
なくなり製品特性を格段に改善することができた。
【０００６】しかしながら、かかる方式においても装置
を構成する機器の制御信号中に以下に述べるようなノイ
ズが含まれることがあり、これが製品特性の改善を図る
際の障害になっていた。
を構成する機器の制御信号中に以下に述べるようなノイ
ズが含まれることがあり、これが製品特性の改善を図る
際の障害になっていた。
【０００７】すなわち、電子ビーム照射装置に配置され
る収束コイルは、電子銃より射出したビームを収束する
の役目をもっていて、D/A コンバータとこのD/A コンバ
ータから出力した信号を増幅するアンプを備えるが、と
くに基板に対してドット状に電子ビームを照射するよう
な場合においては、上記D/A コンバータから出力される
信号が変化する度にヒゲ状のスパイクノイズ（通常、グ
リッジと呼ばれる。）が含まれることとなり、これが電
子ビームの照射においてばらつきをもたらす要因の一つ
になっていたのである。
る収束コイルは、電子銃より射出したビームを収束する
の役目をもっていて、D/A コンバータとこのD/A コンバ
ータから出力した信号を増幅するアンプを備えるが、と
くに基板に対してドット状に電子ビームを照射するよう
な場合においては、上記D/A コンバータから出力される
信号が変化する度にヒゲ状のスパイクノイズ（通常、グ
リッジと呼ばれる。）が含まれることとなり、これが電
子ビームの照射においてばらつきをもたらす要因の一つ
になっていたのである。
【０００８】この発明の目的は、上述したような装置を
構成する機器制御用の信号中に含まれるノイズを排除し
てより精度の高い電子ビーム照射を行うことができる装
置を提案するところにある。
構成する機器制御用の信号中に含まれるノイズを排除し
てより精度の高い電子ビーム照射を行うことができる装
置を提案するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、電子ビーム
を射出する電子銃と、この電子銃にて射出した電子ビー
ムを収束する収束コイルと、このコイルで収束させた電
子ビームを照射すべき基板の幅方向に偏向させる偏向コ
イルを備えた電子ビーム照射装置において、上記偏向コ
イルは、電子ビームの走査信号を高速変換するD/A コン
バータを備え、このD/A コンバータと偏向コイルをつな
ぐ信号伝達経路中に、D/A コンバータより出力された信
号の変化に伴って発生するスパイクノイズを軽減するサ
ンプルホールド回路と、この回路より出力された信号を
増幅する周波数特性の良好な偏向アンプを配置してなる
電子ビーム照射装置である。
を射出する電子銃と、この電子銃にて射出した電子ビー
ムを収束する収束コイルと、このコイルで収束させた電
子ビームを照射すべき基板の幅方向に偏向させる偏向コ
イルを備えた電子ビーム照射装置において、上記偏向コ
イルは、電子ビームの走査信号を高速変換するD/A コン
バータを備え、このD/A コンバータと偏向コイルをつな
ぐ信号伝達経路中に、D/A コンバータより出力された信
号の変化に伴って発生するスパイクノイズを軽減するサ
ンプルホールド回路と、この回路より出力された信号を
増幅する周波数特性の良好な偏向アンプを配置してなる
電子ビーム照射装置である。
【００１０】さて、図１にこの発明に従う電子ビーム照
射装置の一例を示し、図における番号１は配置口１ａ，
１ｂを有し真空槽を形成するためのケーシング、２は電
子ビームＢを射出する電子銃であって、この電子銃２は
高圧インシュレータ２ａと電子を放出するフィラメント
２ｂとこのフィラメント２ｂによって放出された電子を
加速するための陽極２ｃおよび電子線発生部を常に真空
に保持するためのコラム弁２ｄからなる。また、３は電
子銃２より射出した電子ビームＢを収束するための収束
コイル、４は収束させた電子ビームの進行方向を変化さ
せて所望領域への照射を担う偏向コイルであって、この
偏向コイル４は図２に示すように、ＣＰＵ (中央演算処
理装置) から出力された電子ビームＢの走査信号をデジ
タル信号からアナログ信号へ変換するためのD/A コンバ
ータ４ａが配置されていて、これにつながる偏向コイル
４との間には、D/A コンバータ４ａより出力された信号
の変化に伴って発生するスパイクノイズを軽減するサン
プルホールド回路４ｂと、この回路４ｂより出力された
信号を増幅する周波数特性の良好な偏向アンプ４ｃが配
置される。ここで、上記の偏向アンプ４ｃと偏向コイル
４との間には偏向アンプ４ｃによって増幅された信号を
迅速に偏向コイル４に伝えるためにスピードアップ回路
を配置することもできる。
射装置の一例を示し、図における番号１は配置口１ａ，
１ｂを有し真空槽を形成するためのケーシング、２は電
子ビームＢを射出する電子銃であって、この電子銃２は
高圧インシュレータ２ａと電子を放出するフィラメント
２ｂとこのフィラメント２ｂによって放出された電子を
加速するための陽極２ｃおよび電子線発生部を常に真空
に保持するためのコラム弁２ｄからなる。また、３は電
子銃２より射出した電子ビームＢを収束するための収束
コイル、４は収束させた電子ビームの進行方向を変化さ
せて所望領域への照射を担う偏向コイルであって、この
偏向コイル４は図２に示すように、ＣＰＵ (中央演算処
理装置) から出力された電子ビームＢの走査信号をデジ
タル信号からアナログ信号へ変換するためのD/A コンバ
ータ４ａが配置されていて、これにつながる偏向コイル
４との間には、D/A コンバータ４ａより出力された信号
の変化に伴って発生するスパイクノイズを軽減するサン
プルホールド回路４ｂと、この回路４ｂより出力された
信号を増幅する周波数特性の良好な偏向アンプ４ｃが配
置される。ここで、上記の偏向アンプ４ｃと偏向コイル
４との間には偏向アンプ４ｃによって増幅された信号を
迅速に偏向コイル４に伝えるためにスピードアップ回路
を配置することもできる。
【００１１】
【作用】電子銃２より射出した電子ビームＢの偏向は、
ＣＰＵにて計算された偏向量をD/A コンバータ (デジタ
ル- アナログコンバータ) ４ａにてアナログ電圧に変換
し、これをさらに偏向アンプ４ｃで増幅したのち偏向コ
イル４に印加することによって行う。ここで、電子ビー
ムを基板Ｋに例えばドット状に照射する場合には、上記
ＣＰＵでは、ある一定時間 (＝停留時間) 毎に照射領域
に応じて偏向量を変化させる演算を行うが、その際のD/
A コンバータ４ａの出力波形はオシロスコープでの観察
によれば図３に示すような階段波形になっている。
ＣＰＵにて計算された偏向量をD/A コンバータ (デジタ
ル- アナログコンバータ) ４ａにてアナログ電圧に変換
し、これをさらに偏向アンプ４ｃで増幅したのち偏向コ
イル４に印加することによって行う。ここで、電子ビー
ムを基板Ｋに例えばドット状に照射する場合には、上記
ＣＰＵでは、ある一定時間 (＝停留時間) 毎に照射領域
に応じて偏向量を変化させる演算を行うが、その際のD/
A コンバータ４ａの出力波形はオシロスコープでの観察
によれば図３に示すような階段波形になっている。
【００１２】図４に示すような構成になる偏向コイル４
を備えた従来形式の装置では、上記の階段波形が図５に
示すような状況になっている。すなわち、D/A コンバー
タの出力信号が変化する度にヒゲ状のスパイクノイズ
(以下、単にグリッジと記す。) ｇが発生していたので
ある。これはD/A コンバータ４ａの出力信号が変化する
途中で不定の値となってしまうためでD/A コンバータ４
ａ特有の現象である。
を備えた従来形式の装置では、上記の階段波形が図５に
示すような状況になっている。すなわち、D/A コンバー
タの出力信号が変化する度にヒゲ状のスパイクノイズ
(以下、単にグリッジと記す。) ｇが発生していたので
ある。これはD/A コンバータ４ａの出力信号が変化する
途中で不定の値となってしまうためでD/A コンバータ４
ａ特有の現象である。
【００１３】かかるグリッジｇの発生は通常は問題には
ならないが、D/A コンバータの出力値の微小量を約20μ
s 以下の微小時間で変化させるような場合( 電子ビーム
を高速で偏向照射する場合など) には、電子ビームの照
射条件等に悪影響を与え、これまで以上に製品特性の改
善を図ることは非常に困難だったのである。
ならないが、D/A コンバータの出力値の微小量を約20μ
s 以下の微小時間で変化させるような場合( 電子ビーム
を高速で偏向照射する場合など) には、電子ビームの照
射条件等に悪影響を与え、これまで以上に製品特性の改
善を図ることは非常に困難だったのである。
【００１４】この発明では、D/A コンバータ４ａと偏向
コイル４との間にサンプルホールド回路４ｂを設け、出
力信号中のグリッジｇを排除するようにしたので、より
精度の高い電子ビーム照射ができるようになる。
コイル４との間にサンプルホールド回路４ｂを設け、出
力信号中のグリッジｇを排除するようにしたので、より
精度の高い電子ビーム照射ができるようになる。
【００１５】サンプルホールド回路４ｂの構成例を図６
に示す。かかる回路は、ホールドコンデンサ４ｂ1 , 入
出力バッファ４ｂ2 , ４ｂ3 およびスイッチ４ｂ4 より
構成されている。スイッチ４ｂ4 が閉じられているサン
プル期間中( 図７のｔ1 とｔ 3 参照) は入力バッファ４
ｂ2 を経てホールドコンデンサ４ｂ1 で急速に充電さ
れ、出力バッファ４ｂ3 を経て出力される。また、ホー
ルド期間中 (図７のｔ2参照) はスイッチ４ｂ4 開かれ
て上記のその入力が遮られることとなる。理想的にはホ
ールドコンデンサ４ｂ1 はスイッチ４ｂ4 が開かれる直
前の電圧を保持する。以上のように、この発明はD/A コ
ンバータ４ａの出力が変化し安定するまでの時間
(ｔ2 ) をホールド期間にすることによってグリッジｇ
を回避するものである。
に示す。かかる回路は、ホールドコンデンサ４ｂ1 , 入
出力バッファ４ｂ2 , ４ｂ3 およびスイッチ４ｂ4 より
構成されている。スイッチ４ｂ4 が閉じられているサン
プル期間中( 図７のｔ1 とｔ 3 参照) は入力バッファ４
ｂ2 を経てホールドコンデンサ４ｂ1 で急速に充電さ
れ、出力バッファ４ｂ3 を経て出力される。また、ホー
ルド期間中 (図７のｔ2参照) はスイッチ４ｂ4 開かれ
て上記のその入力が遮られることとなる。理想的にはホ
ールドコンデンサ４ｂ1 はスイッチ４ｂ4 が開かれる直
前の電圧を保持する。以上のように、この発明はD/A コ
ンバータ４ａの出力が変化し安定するまでの時間
(ｔ2 ) をホールド期間にすることによってグリッジｇ
を回避するものである。
【００１６】この発明に適合するD/A コンバータとして
は、分解能が16ビット程度で変換時間が５μS 程度のも
のを、また偏向アンプについては周波数特性が80 kHz程
度のものを、また偏向コイルにつていはインダクタンス
が110 μH ±10％程度のものを用いるのがとくに望まし
い。
は、分解能が16ビット程度で変換時間が５μS 程度のも
のを、また偏向アンプについては周波数特性が80 kHz程
度のものを、また偏向コイルにつていはインダクタンス
が110 μH ±10％程度のものを用いるのがとくに望まし
い。
【００１７】
実施例１ 上掲図１に示した如き構成になる装置を適用して、Ｃ：
0.043 wt％ (以下単に％で示す) , Mn：0.35％, Ｐ：0.
007 ％, Ｓ：0.008 ％を含有する板厚0.7 mmになる冷延
鋼板の表面上に、加速電圧：150KV,加速電流1.5mA にし
て板の幅方向に沿って100 〜2000μm,長手方向に沿って
100 〜2500μm の間隔でドット状に電子ビームを照射
し、照射後の均一性を顕微鏡によって直接観察した。そ
の結果、すべての面にわたって均一であることが確かめ
られた。
0.043 wt％ (以下単に％で示す) , Mn：0.35％, Ｐ：0.
007 ％, Ｓ：0.008 ％を含有する板厚0.7 mmになる冷延
鋼板の表面上に、加速電圧：150KV,加速電流1.5mA にし
て板の幅方向に沿って100 〜2000μm,長手方向に沿って
100 〜2500μm の間隔でドット状に電子ビームを照射
し、照射後の均一性を顕微鏡によって直接観察した。そ
の結果、すべての面にわたって均一であることが確かめ
られた。
【００１８】実施例２ 仕上げ焼鈍を施した一方向性けい素鋼板に絶縁被膜を形
成したのち、図１に示した装置を適用して電子ビームを
照射 (加速電圧：150KV,電流：0.7mA,板の幅方向に６mm
の間隔, 板の長手方向に６mmの間隔) し、製品特性の改
善状況および幅方向における反り状況について調査し
た。その結果を従来法に従って電子ビームを照射した場
合の結果とともに表１に示す。
成したのち、図１に示した装置を適用して電子ビームを
照射 (加速電圧：150KV,電流：0.7mA,板の幅方向に６mm
の間隔, 板の長手方向に６mmの間隔) し、製品特性の改
善状況および幅方向における反り状況について調査し
た。その結果を従来法に従って電子ビームを照射した場
合の結果とともに表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１より明らかなように、この発明に従え
ば、照射対象物の形状劣化を伴うことはなく製品特性を
有利に改善できることが確かめられた。
ば、照射対象物の形状劣化を伴うことはなく製品特性を
有利に改善できることが確かめられた。
【００２１】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、金属や合金
などの表面改質に有用な電子ビーム照射において、電子
ビームを迅速にしかも広範囲にわたって均一に照射でき
る。
などの表面改質に有用な電子ビーム照射において、電子
ビームを迅速にしかも広範囲にわたって均一に照射でき
る。
【図１】この発明に従う装置の構成説明図である。
【図２】この発明に従う装置に配置される偏向コイルの
回路を示した図である。
回路を示した図である。
【図３】電圧と時間の関係を示した図である。
【図４】従来装置に配置される偏向コイルの回路を示し
た図である。
た図である。
【図５】グリッジの発生状況の説明図である。
【図６】サンプルホールド回路の構成を示した図であ
る。
る。
【図７】サンプルホールドの入出力電圧とホールド信号
の状況を示した図である。
の状況を示した図である。
１ ケーシング ２ 電子銃 ３ 収束コイル ４ 偏向コイル 4a D/A コンバータ 4b サンプルホールド回路 4c 偏向アンプ ｇ グリッジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金内 奉八 東京都港区芝５丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−39850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−108696（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−59749（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−272556（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/30 G21K 5/04 H01J 37/147
Claims (1)
- 【請求項１】 電子ビームを射出する電子銃と、この電
子銃にて射出した電子ビームを収束する収束コイルと、
このコイルで収束させた電子ビームを照射すべき基板の
幅方向に偏向させる偏向コイルを備えた電子ビーム照射
装置において、上記偏向コイルは、電子ビームの走査信
号を高速変換するD/A コンバータを備え、このD/A コン
バータにつながる偏向コイルとの間に、D/A コンバータ
より出力された信号の変化に伴って発生するスパイクノ
イズを軽減するサンプルホールド回路と、この回路より
出力された信号を増幅する周波数特性の良好な偏向アン
プを配置してなる電子ビーム照射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09979392A JP3270510B2 (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 電子ビーム照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09979392A JP3270510B2 (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 電子ビーム照射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05299051A JPH05299051A (ja) | 1993-11-12 |
| JP3270510B2 true JP3270510B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=14256803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09979392A Expired - Fee Related JP3270510B2 (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 電子ビーム照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3270510B2 (ja) |
-
1992
- 1992-04-20 JP JP09979392A patent/JP3270510B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05299051A (ja) | 1993-11-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |