JPH0439852A - 電子ビーム照射方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、金属板などからなる基板上に、高電圧・低
電流で発生させた電子ビームを迅速に規則正しくドツト
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方法に関するものである。

（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ツト状あるい
は線状に照射することにより、これら金属あるいは合金
の表面近傍域の改質を行い、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。

金属や合金の表面改質を施すための手段としてはこの他
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
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。

（発明が解決しようとする課題） ところで、電子ビームの照射技術の適用に当たっては、
大量生産される鋼板の如き基板の全面にわたって簡便か
つ迅速に−様な処理ができることが重要であって、ここ
に上記の条件を満足できる広角偏向可能な電子ビーム照
射方法の開発が望まれていた。

この点に関する技術として発明者等は先に、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
向にわたる照射（以下ダイナミックフォーカス法と記す
）を行い、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）。

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
を制御するものであって、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り、この照射方式に従えば、金属
板等の表面改質を目的とした工業材料、機能材料に幅広
く適用でき、偏向させた電子ビームの照射強度が照射位
置によって変動（ビーム焦点距離の変動）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。

しかしながら、かかる照射方式では、照射対象物である
基板等の電子銃直下におけるビーム照射域を境にしてそ
の左右の両端での照射状況を比較した場合に同様の条件
にて照射しているにもかかわらず、製品品質にばらつき
が生じることがあった。

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
おいて、照射対象物である基板の幅方向の全面にわたっ
て均一なビーム照射ができる新規な方法を提案すること
がこの発明の目的である。

（課題を解決するための手段） 基板のとくに両端域の比較において生じる品質のばらつ
きにつき種々実験と検討を重ねた結果、基板の両端域に
おける品質のばらつきは、電子ビーム照射装置のアライ
メントのずれや、収束コイルにおける非対称成分の非点
収差などによって起こることが判明し、その回避のため
には、基板の両端域におけるビーム照射の際のビーム強
度が電子銃直下におけるビーム照射も含めて同一になる
ように左右それぞれの領域で個別にビームの焦点距離を
制御することが極めて有効であることを突き止めた。

この発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、電子銃より射出させたビームを基
板の幅方向に沿って連続（線状）又は断続的（ドツト状
）に照射してその表面改質を行うに当たり、上記電子銃
の直下における基板のビーム照射域を起点にしてその両
側域へそれぞれ個別制御によって電子ビームを走査する
ことを特徴とするｔ子ビーム照射方法であり、ここで、
ビーム照射における個別制御としては、ビームの走査に
伴う照射対象物までの距離の変化に応じ、該ビームの焦
点距離を予め設定された適正距離に修正するものである
。

第１図に、この発明に従う電子ビームの照射パターンを
ビーム強度とビーム焦点距離の修正量の関係で示し、第
２図にこの発明の実施に適用して好適な電子ビーム照射
装置の一例を示す、なお、第２図中における番号１は排
気口１ａ、ｌｂ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、電子を放出するフ
ィラメント２ｂ、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より射出された電子
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４は図示はしな
いが、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。

（作　用） 電子ビームの照射において、電子銃２の直下における鋼
板にの照射域Ｐを起点として、ここから鋼板の両端に向
けて電子ビームを走査する際のビーム焦点距離ｉの修正
は、収束コイル３に流す電流Ｐｉを変化させることによ
って行う、ビーム焦点を適正にするための補正関数はワ
ークデイスタンスの関数、すなわち第３図（ａ）に示す
ように起点Ｐを頂点とした２次関数であり、鋼板にの幅
方向の全面にわたって同一の強度で電子ビームを照射す
るためには、鋼板の端部にいくにしたがいビームの焦点
距離を変化させる必要がある。

ここで、特願昭６３−２６８３１９号明細書に開示の如
き技術においては、装置のアライメントなどの良否にか
かわらず鋼板にの幅方向の全域にわたって予め設定され
る焦点距離の変化パターンとなるように収束コイル３に
流す電流を変化させていたのであるが、この照射方式に
おいては、ビーム照射後の鋼板の各照射域（鋼板の中央
及び両端部）のジャストフォーカス値（焦点距離）を測
定（ワイヤー法による測定、ワイヤー法：細いタングス
テンワイヤーとオシロスコープを接続して、電子ビーム
の径を測定する方法）した結果、第３図（ｂ）に示すよ
うに両端部での値１．，１２．にはばらつきがあること
が認められた。このばらつきが発生する原因としては、
アライメントのずれ（装置の製作精度上の限界も含む）
や収束コイルの非対称成分による非点収差が考えられる
ことは先にも述べたとおりである。

ここに、アライメントは電子銃２のフィラメン）２ｂか
ら射出した電子の束を収束コイル３の中心に入るように
調整するためのものであるが、このアライメントの調整
がずれていると、電子ビームの偏向とともに焦点距離！
を変化させたときにビームの形状が変形してしまい、こ
のビームの変形が鋼板の左右両側域でそれぞれ異なる値
となるためであると考えられる。また、収束コイルの非
対称成分による非点収差については、該コイルによって
形成した磁界の非対称性により、アライメントのずれと
同様にビームが変形し、これが原因となって、電子銃２
の直下における起点Ｐを頂点とした２次曲線が左右で一
致せず、これに基づいてビームの焦点距離を修正しても
左右両端域では実際の値とは一致しないためであると考
えられる。

この発明においては、上掲第１図に示すように起点Ｐに
おけるビーム強度を基準（電子ビームの焦点距離はほと
んど変化しない）にして、左右の両側域でそれぞれ鋼板
の幅方向の全面にわたって均一なビーム強度となるよう
に個別に焦点距離ｌを修正つつ電子ビームを走査するよ
うにしたから、たとえアライメント等が不良であっても
上述したような問題は有利に回避されることとなる。

この発明に従って電子ビーム照射を行うに当たっては、
装置の設置状況や収束コイル３の非対称成分による非点
収差を予め把握しておき、鋼板の左側領域におけるビー
ム焦点距離の修正パターンを例えばｙ　＝　ａ　、ｘＺ
に、また右側領域における修正パターンをｙ＝ａ３Ｘ”
に設定して、ビームの照射位置の変化に応してそれぞれ
係数ａ　Ｚ＋、ａ　３を、起点Ｐと同等のビーム強度と
なるように設定する。

第４図は焦点距離を補正せずに鋼板中央からその端部に
向けて一定のビーム強度で電子ビームを照射した従来方
式の例を示したものであって、この場合鋼板の端部にい
くに従いビームの焦点距離が変化することになるので、
それに伴ってビーム強度も変化し良好な品質になる製品
を得ることはできない。また第５図は、鋼板の中央（電
子銃の直下におけるビーム照射域）を起点にして左右同
一の修正パターンで電子ビームを照射した場合の例であ
って、この場合、修正パターンに従い鋼板中央域からそ
の端部に向けて徐々に焦点距離を補正しても装置のアラ
イメントなどが不良であるために、鋼板の左右でビーム
強度が一定にならない。

（実施例） Ｃ：　０．０３７　ｗｔ％（以下単に％で記す）、Ｍｎ
　：　０．３２％、　　Ｐ　：　０．００９％、　　Ｓ
　：　０．０１４％を含有する板厚０．７　ｍになる冷
延鋼板の表面上に、上掲第１図に示した装置を適用して
加速電圧：　２５０　ＫＶ、加速電流：　０．８　ｍＡ
に設定し、鋼板の幅方向に沿って間隔１００〜２０００
μｍ、長手方向に沿って間隔１００〜２５００μ蒙とす
る条件下でドツト状に電子ビームを照射し、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
した試料をもとに電子ビームの痕跡状況、鋼板の深絞り
性及び鮮映性などの特性について調査した。なお、この
電子ビーム照射においては鋼板の一方側（第１図におけ
る鋼板の左側）のビーム走査では補正値を１１％とし、
他方側（第１図にける鋼板の右側）のビーム走査では補
正値を１８％とした。その結果、この発明に従って電子
ビームを照射した場合には、どの領域についても品質に
ばらつきがないことが確認できた。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、表面改質に有用な電子ビー
ム照射において、とくに大表面を有する基板などに対し
て迅速に、しかも広範囲にわたって均一に電子ビームを
照射でき、製品品質はもとより生産性のより一層の改善
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に従う電子ビーム照射要領の説明図 第２図はこの発明の実施に用いて好適な電子ビーム照射
装置の構成説明図 第３図（ａ）　（ｂ）はダイナミックフォーカス法を適
用して電子ビーム照射を行う場合の照射要領の説明図 第４図は従来法に従う電子ビーム照射の要領説明図 第５図は装置のアライメント等に不良が生じていてる場
合において、鋼板の中央を起点としてその両側で同等の
修正パターンで電子ビームを照射した場合の状況説明図
である。 １・・・ケーシング　　　ｌａ、ｌｂ・・・排気口２・
・・電子銃　　　　　２ａ・・・高圧インシュレータ２
ｂ・・・フィラメント　２ｃ・・・陽極２ｄ・・・コラ
ム弁　　　３・・・収束コイル４・・・偏向コイル　　
　Ｂ・・・電子ビームＫ・・・鋼板 Ｐ・・・起点（板幅中央） 同

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子銃より射出させたビームを基板の幅方向に沿っ
   て連続又は断続的に照射してその表面改質を行うに当た
   り、 上記電子銃の直下における基板のビーム照 射域を起点にしてその両側域へそれぞれ個別制御によっ
   て電子ビームを走査することを特徴とする電子ビーム照
   射方法。 ２、ビーム照射における個別制御が、ビームの走査に伴
   う照射対象物までの距離の変化に応じ、該ビームの焦点
   距離を予め設定された適正距離に修正するものである請
   求項１記載の方法。