JPH04264344A - 高電圧・低電流方式電子ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子ビーム照射装置
に工夫を加えることによって、基板などに対する所望領
域への電子ビームの迅速かつ的確な照射を実現しようと
するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、金属あるいは合金表面上に、高電
圧・低電流で発生させたビーム径の小さい電子ビームを
ドット状あるいは線状に照射することにより、これら金
属あるいは合金の表面改質を行い、新しい機能材料を開
発しようとする試みがさかんになってきた。

【０００３】金属や合金の表面改質を施すための手段と
しては電子ビーム照射の他に、レーザー照射、プラズマ
照射あるいはメカニカルな手法等があるが、とくに電子
ビーム照射は、高真空を利用しなければならないハンデ
ィはあるものの、照射面積が上記の手法に比較して小さ
く、しかも照射対象物の厚み方向へビームを深く進入さ
せることができること、またビームの走査・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、さらに熱効率がよいなど多数の利点があり
、機能性材料として例えば方向性けい素鋼板の如きを対
象に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】

【発明が解決しようとする課題】電子ビーム照射技術を
適用するに当たっては、大量生産される鋼板に連続して
処理がきるように、例えばエァ−　トゥ−エァ方式によ
る高速連続式真空装置の開発が進められているが、かよ
うな照射技術においてはこの他にも、高電圧・低電流に
て発生させた電子ビームのビーム径をより一層小さくす
るとともに進入深さのより深いビームを得ることができ
る装置の開発、あるいは照射対象である鋼板の幅方向及
び／又は長手方向にわたって均一に規則正しく、しかも
迅速に照射できる装置の開発、走査方法の確立が重要課
題として残されていた。

【０００５】ここに、上記の高速連続式真空装置につい
ては例えば特開昭６４−６５２６５号公報に開示のよう
に、またビームが小さく進入深さの大きい電子ビームを
得ることができる装置に関しては、特願昭６３−２６８
３１６号明細書に開示されているように、すでに工業化
の段階にまできているが、照射対象である鋼板の幅方向
あるいは長手方向にわたって均一に規則正しく、かつ迅
速に電子ビームを照射することを可能とした装置につい
ては未だ十分なものが得られていないなかった。

【０００６】発明者等は、この点に関する技術として、
先に電子ビームの照射領域が変わっても、常に同等のビ
ーム強度となるようにビームの焦点距離を適宜補正しな
がら鋼板の板幅方向にわたって照射　（以下ダイナミッ
クフォーカス法と記す）　し、これによって鋼板の磁区
構造を細分化し、製品特性のより一層の改善を図った低
鉄損一方向性けい素鋼板の製造方法を提案した　（特願
昭６３−２６８３１６　号明細書参照）　。

【０００７】上記の技術は、電子ビームを照射する位置
に応じて正確なビームフォーカスとなるように収束コイ
ルに流す電流を制御する方式のもの、具体的には予め設
定されたデータをＤ／Ａ　コンバータより出力しこの出
力信号をアンプで増幅して、収束コイルに所定の焦点距
離となるような電流を流すものであって、かような照射
方式に従えば、電子ビームのビームフォーカスは収束コ
イルに流れる電流値によって決まるのでアンプについて
は電流増幅制御であればよく、従って電子ビームの照射
強度が照射位置によって変動する従来方式に比較し製品
特性を格段に改善することができた。

【０００８】しかしながら、電子ビームの偏向を司る偏
向コイルにおける偏向周波数の追従性から、迅速なビー
ム照射を行う場合の電流増幅制御が非常に難しい不利が
あった。なお、ダイナミックフォーカス法を適用した簡
便な制御を可能としたものとして、電子ビームの収束コ
イルを電流制御形式になる収束コイルと、電圧制御形式
になる収束コイルの少なくとも２種の収束コイルを備え
た照射装置（特願平２−１４５４９２　号明細書参照）
　を提案したが、かかる装置においても、鋼板の幅方向
の中央部から端部にわたって均一に電子ビームを照射す
るのは難しく　（幅方向の中央部が丸いビーム形状であ
っても端部にいくに従い楕円形状になる）　、未だ有効
な手段がないのが現状であった。

【０００９】ダイナミックフォーカス法を適用した電子
ビーム照射における上述したような問題を回避し、照射
対象物である基板などに迅速かつ均一に、高電圧で発生
させた電子ビームを照射することができる新規な装置を
提案することがこの発明の目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、電子ビーム
を射出する電子線発生部と、この電子線発生部より射出
した電子ビームを収束する収束コイルと、収束コイルで
収束した電子ビームの所定領域への照射を担う偏向コイ
ルを備えた電子ビーム照射装置において、上記収束コイ
ルを、電流制御形式になる収束コイルと電圧制御形式に
なる収束コイルの少なくとも２種の収束コイルより構成
してなり、上記電子線発生部にガス絶縁機構を設置した
ことを特徴とする電子ビーム照射装置であり（第１発明
）、この発明においては、収束コイルの入側に水冷スリ
ットを配置するとともに、該収束コイルの内側に非点収
差の補正を司るスティングマトールを配置するものとす
る（第２発明）。

【００１１】さて、図１にこの発明に従う、高電圧・低
電流方式の広角偏向電子ビーム照射装置の一例を示し、
図における番号１は排気口１ａ，１ｂを備え真空槽を形
成するためのケーシング、２は電子ビームＢを射出する
電子線発生部、２ａは電子線発生部２の電子銃より射出
された電子ビームＢを加速する多段式アノード、２ｂは
高圧ケーブル、２ｃは高電圧を印加した場合にガスによ
って電気的な絶縁を確実にするガス絶縁機構（　ガスは
フオンガスを使用　）、２ｄはコラム弁であって、この
コラム弁２ｄは電子線発生部を常に高真空とする。また
、３はアライメントコイル、４はバックグラウンドを小
さくし、電子ビームの強度を高めるために有用な先細り
形状になる冷却スリット（一段絞り）、５は電子ビーム
Ｂを収束するための収束コイルであって、ここでは上部
に設置したものを電流制御形式になる収束コイル５ａと
して、また下部に設置したものを電圧制御形式の収束コ
イル５ｂとして示す。また６は収束コイル５によって収
束させた電子ビームの進行方向を変化させ所定領域への
照射を担う偏向コイルであって、この偏向コイル６は図
示はしないが、例えば、電子ビームＢの走査信号を変換
するＤ／Ａ　コンバータとこの　Ｄ／Ａコンバータより
出力された信号を増幅する偏向アンプと該偏向アンプに
よって増幅された信号を迅速に偏向コイルに伝達するス
ピードアップ回路などが設置される。また７は非点収差
を補正するためのスティングマトールであって、円周を
何分割に分離して＋−の磁界を発生させることによりビ
ームを円形に補正するために使用する。

【００１２】このスティングマトール７は４極、８極あ
るいは１６極形式のものがあるが、通常は効果的にビー
ムを円形にするため８極形式のものが数多く用いられる
。 ここに、この発明においては、　２００〜５００ＫＶ　
程度の高電圧、０．５　〜５ｍＡの低電流のもとに安定
した電子ビームを発生させるため、上記の構成になる電
子線発生部を従来の油絶縁からガス絶縁とする。

【００１３】

【作用】この発明においては、電子ビーム照射装置に、
ガス絶縁機構２ｃを設置するとともに、あるいはこれに
加え冷却スリット４およびスティングマトール７を設置
するとともに、収束コイル５を、電流制御形式になるコ
イル５ａと電圧制御正式になるコイル５ｂとより構成し
、電子線発生部２の直下（第１図の基板Ｋにおける点Ｐ
参照）における基板Ｋに対するビーム照射においては、
焦点距離がほとんど変化しないので増幅アンプの電流制
御によってコイル５ａに流す電流を一定に保つようにし
、一方基板Ｋの両サイド域におけるビーム照射において
は、ビームＢの偏向による変動分を増幅アンプの電圧制
御によりコイル５ｂに電流を流すことによって調整する
ようにしたから、収束コイル５における合成磁界によっ
て広範な領域で迅速かつ同等のビーム強度となるビーム
形状の均一な電子ビームを照射することができる。

【００１４】この収束コイル５については、電流制御形
式のコイルと電圧制御形式のコイルをそれぞれ一つずつ
配置する場合についてのみに限定されるものではなく、
必要に応じて適宜その設置個数を増すことができる。

【００１５】図２に、電子線発生部の加速電圧と電流の
関係を示す。現在最も広く使用されている電子顕微鏡（
走査電子顕微鏡も含む）は、加速電圧が２０〜３０００
ＫＶで、画像の解像度を上げるために電流が１０−３〜
１０−８と極めて小さく、一方電子ビーム溶解炉、電子
ビーム溶接機あるいはプラズマ（ＨＣＤ法）　コーティ
ングなどにおいては加速電圧を比較的低くし大電流とし
たものが多く、とくに、電子ビーム溶接機ではＸ線が大
量発生しない６５ＫＶ程度　（一部１５０ＫＶ　程度の
ものもある）　の領域のものが常用されている。この発
明に従う電子ビーム照射装置は上掲図２に示した如き領
域　（加速電圧：２００　〜５００ＫＶ　、加速電流：
０．０５〜５ｍＡ程度）　におけるものであって、電子
顕微鏡で使用されている技術をそのまま適用するのは不
可能であり、工業製品を安定製造するためには装置にお
ける電子光学系の構造を簡便なものとし、性能について
も安定したものとするのが不可欠である。

【００１６】

【実施例】鋼板表面にリン酸塩とコロイダルシリカを主
成分とする絶縁皮膜を有する、Ｃ：０．００１ｗｔ　％
　（以下単に％で記す）　、Ｍｎ：０．０７％、Ｓｉ：
３．２５％、Ｓｅ：０．００１　％を含有する板厚０．
２３ｍｍの一方向性珪素鋼板に、上掲図１に示した如き
構成になる装置を適用して、電流制御方式のコイルの加
速電圧：２５０ＫＶ　加速電流：０．８ｍＡ　 とし、電圧制御方式のコイルには照射領域の変動に応じ
てビーム強度が常に同等となるように約１５％程度の変
動分を与えて、鋼板の幅方向に沿って間隔１５０μｍ　
、長手方向に沿って間隔５ｍｍとする条件下でドット状
に電子ビーム　（ビーム径：０．７　ｍｍφ）　を照射
し、ビーム径の板幅方向における誤差を測定するととも
に、得られた電子ビーム照射鋼板の中央領域および両端
部域から切り出した試料をもとにその鉄損値を調査した
。

【００１７】その結果、照射誤差は±１０％程度であり
、また、鋼板の中央域から採取した試料の鉄損値Ｗ１７
／５０　は０．７６Ｗ／Ｋｇ、両端部域から採取した試
料の鉄損値Ｗ１７／５０　は０．７７Ｗ／Ｋｇであって
、品質の均一な製品を得ることができた。

【００１８】

【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、製品品質改善できるとともに、生産性のより一層の
向上が期待できる。

【００１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う電子ビーム装置の構成説明図で
ある。

【図２】電子銃の用途別の加速電圧と電流の関係を示し
たグラフである。 １　　ケーシング １ａ，１ｂ…排気口 ２　　電子線発生部 ２ａ　　多段式アノード ２ｂ　　高圧ケーブル ２ｃ　　ガス絶縁機構 ２ｄ　　コラム弁 ３　　アライメントコイル ４　　冷却スリット ５　　収束コイル ５ａ　　電流制御式コイル ５ｂ　　電圧制御式コイル ６　　偏向コイル ７　　スティングマトール Ｂ　　電子ビーム Ｋ　　基板 Ｐ　　基板の幅中央点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電子ビームを射出する電子線発生部と
   、この電子発生部より射出した電子ビームを収束する収
   束コイルと、収束コイルで収束した電子ビームの所定領
   域への照射を担う偏向コイルを備えた電子ビーム照射装
   置において、上記収束コイルを、電流制御形式になる収
   束コイルと電圧制御形式になる収束コイルの少なくとも
   ２種の収束コイルより構成してなり、上記電子線発生部
   にガス絶縁機構を設置したことを特徴とする高電圧・低
   電流方式電子ビーム照射装置
2. 【請求項２】　　収束コイルの入側に水冷スリットを配
   置するとともに、該収束コイルの内側に非点収差の補正
   を司るスティングマトールを配置した請求項１記載の装
   置。