JPH11223700A - 電子線走査装置及び電子線による走査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】走査により被照射物に均一に電子線を照射する
ことが可能な電子線走査装置及び電子線による走査方法
を提供する。 【解決手段】電子線の走査により被照射物に電子線を照
射する電子線走査装置は、入射された電子線を偏向させ
るための電磁石１１と、この電磁石に電流を供給する電
源３０ａ，３０ｂと、この電源から電磁石に供給される
電流を漸次変化させ、以て入射された電子線を所定方向
及びこれと逆方向に交互に漸次偏向させることにより走
査させる電源制御手段３２、とで構成される。また、入
射された電子線を偏向させるための電磁石を有し、この
電磁石で偏向された電子線を走査することにより被照射
物に照射する電子線走査方法は、この電磁石に供給され
る電流を漸次変化させ、以て入射された電子線を所定方
向及びこれと逆方向に交互に漸次偏向させることにより
走査させるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査によって電子
線を被照射物に照射する電子線走査装置及び電子線によ
る走査方法に関し、特に走査による電子線の照射むらを
軽減する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば滅菌装置として使用される
電子照射装置が知られている。この滅菌装置は、電子を
被照射物に衝突させることにより電子の持つ運動エネル
ギーを熱エネルギーに変換し、以て滅菌を行うというも
のである。図７は、このような従来の電子照射装置の要
部の構成を示す。この電子照射装置は、電子線発生装置
１０、電子線走査装置の一部である電磁石１１、照射窓
１２及び搬送コンベア１３を有する。搬送コンベア１３
は、電子線の照射対象である被照射物１４を所定速度で
搬送する。また、照射窓１２は、電子線発生装置１０か
らの電子線を搬送コンベア１３上を搬送される被照射物
１４に導くために設けられている。

【０００３】電子線発生装置１０としては、例えば電子
銃が使用されている。この電子線発生装置１０は電子線
Ａを間欠的に発生する。以下においては、電子線Ａが発
生されている状態を、例えば図９（Ｂ）に示すようなパ
ルスで表す。この電子線発生装置１０で発生された電子
線Ａは、電子ビームとして電磁石１１部分を通過し、被
照射物１４の表面を照射する。また、この電子線発生装
置１０は、電子線Ａが出力されるタイミングを表すタイ
ミング信号を生成する。このタイミング信号は、電子線
走査装置の電源制御部２２（詳細は後述する）に供給さ
れる。

【０００４】電磁石１１は電子線走査装置の一部を構成
するものであり、コアに巻かれたスキャニングコイル
（何れも図示せず）により構成されている。この電磁石
１１は、後述する電源部２０からスキャニングコイルに
供給される電流に基づいて、電子線発生装置１０から出
力される電子線Ａを加速させ、収束させ、偏向させるた
めに使用される。

【０００５】このように、電子線Ａの加速及び収束が制
御されることにより、被照射物１４上で必要とされる電
子線Ａのパワー密度が調整される。また、偏向が制御さ
れることにより、被照射物１４上での電子線Ａの走査が
実現されている。この場合、偏向角度の可変範囲が制御
されることによって走査幅が決定され、偏向角度の変化
速度が制御されることによって走査速度が決定される。

【０００６】次に、上記のように構成された従来の電子
照射装置に適用される電子線走査装置を、図８に示した
ブロック図を参照しながら説明する。この電子線走査装
置は、電磁石１１、電源部２０、電流値設定回路２１及
び電源制御部２２から構成されている。

【０００７】電源部２０は、電磁石１１に供給する電流
を発生する。この電源部２０で発生される電流の大き
さ、より具体的には後述する正弦波電流の振幅は、電流
値設定回路２１から出力される電流値制御信号ＩＡに基
づいて決定される。また、電源部２０で発生される電流
の波形形状及び出力タイミングは電源制御部２２から出
力される電流波形制御信号ＩＷによって決定される。こ
の電源部２０で発生された電流は、スキャニングコイル
電流ＩＳとして上記電磁石１１のスキャニングコイルに
供給される。

【０００８】電流値設定回路２１は、電源制御部２２か
らの制御信号に基づいて、上述した電流値制御信号ＩＡ
を生成し、これを電源部２０に供給する。電源制御部２
２は、上記電子線発生装置１０からのタイミング信号に
基づいて、上述した電流波形制御信号ＩＷを生成し、こ
れを電源部２０に供給する。

【０００９】以上の構成において、この電子線走査装置
の動作を、図９に示したタイミングチャートを参照しな
がら説明する。

【００１０】図９（Ａ）は、電磁石１１のスキャニング
コイルに供給されるスキャニングコイル電流ＩＳの波形
を示す。図示するように、スキャニングコイル電流ＩＳ
は、不連続な正弦波電流である。不連続な正弦波電流が
用いられているのは、正弦波電流の正の所定値Ｌ１から
負の所定値Ｌ２までの部分（図中の実線で示された部
分）を電子線Ａの出力タイミングに同期させるためであ
る。

【００１１】図９（Ｂ）は、電子線発生装置１０から電
子線Ａが出力されるタイミングを示す。各パルスの高レ
ベル（以下、「Ｈレベル」という）の区間は電子線Ａが
出力される区間であり、上記正弦波電流の実線で示した
部分に同期している。この電子線走査装置においては、
スキャニングコイル電流ＩＳが正の所定値Ｌ１である時
は、電子線発生装置１０からの電子線Ａは電磁石１１に
よって最大限偏向され、被照射物１４の一方の端を照射
する。

【００１２】この状態からスキャニングコイル電流ＩＳ
が減少するに連れて電子線Ａの偏向角が減少し、スキャ
ニングコイル電流ＩＳがゼロになると偏向角もゼロにな
る。この状態では、電子線Ａは、走査幅の中心点に照射
される。この状態からスキャニングコイル電流ＩＳが更
に減少（負の方向に増加）するに連れて電子線Ａの偏向
角が上記とは逆の方向に増加し、スキャニングコイル電
流ＩＳが負の所定値Ｌ２になると、電子線発生装置１０
からの電子線Ａは電磁石１１によって上記とは逆方向に
最大限偏向され、被照射物の他方の端を照射する。これ
に同期して、電子線Ａの出力が停止する。以上の動作に
より所定方向Ｐへの１つの走査が完了する。

【００１３】この走査が完了すると、次の電子線Ａが出
力されるタイミングで再度電磁石１１のスキャニングコ
イルに正の所定値Ｌ１のスキャニングコイル電流ＩＳが
供給され、被照射物１４の一方の端に電子線Ａが照射さ
れる。以下上述したと同様の動作が行われることにより
次の走査が完了する。以下同様にして、順次同一方向Ｐ
に走査が行われることにより、搬送される被照射物１４
の表面全域に電子線が照射されることになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電子線発生
装置１０から発生される電子線Ａの強さは、種々の要因
により変動しており、常に一定とは限らない。例えば図
１０に示すように、パルスのＨレベル部分は細かく変動
しており、平坦度は良好でない。このような電子線Ａが
走査されることによって被照射物に照射されると、１つ
の走査線上の照射位置によって照射量のバラツキが生じ
る。その結果、被照射物上で照射不足が生じる場所が発
生する。また、走査方向は常に一方向なので、次の走査
においても略同様の照射位置で照射不足が生じる場所が
発生する。

【００１５】即ち、このような平坦度が良好でない電子
線Ａを用いて一定の搬送速度で移動している被照射物を
２次元的に走査すると、電子線Ａのパルス形状がそのま
ま被照射物上の照射量分布に反映されるので、図１１に
示すように、被照射物上の電子線Ａの照射量のバラツキ
がそのまま照射むらとなって現れる。ところが、この種
の被照射物に照射される電子線の量の均一性は非常に厳
しい値が要求されており、従来の電子線走査装置では所
望の性能を得ることができなかった。

【００１６】そこで、本発明の目的は、走査により被照
射物に均一に電子線を照射することが可能な電子線走査
装置及び電子線による走査方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の電子線走査装置
は、上記目的を達成するために、電子線を走査すること
により被照射物に該電子線を照射する電子線走査装置で
あって、入射された電子線を偏向させるための電磁石
と、該電磁石に電流を供給する電源と、該電源から前記
電磁石に供給される電流を漸次変化させ、以て前記入射
された電子線を所定方向及びこれと逆方向に交互に漸次
偏向させることにより走査させる電源制御手段、とを備
えている。

【００１８】また、この電子線走査装置における前記上
源は、上記電源制御手段からの制御信号に応じて所定の
極性の電流と該極性とは逆の極性の電流とを交互に出力
し、上記電磁石に供給するように構成できる。

【００１９】更に、この電子線走査装置における上記電
源は、電流を漸増させる第１の電源と、電流を漸減させ
る第２の電源、とを有し、上記電源制御装置からの制御
信号に応じて該第１の電源から出力される電流と第２の
電源から出力される電流とを交互に出力し、上記電磁石
に供給するように構成できる。

【００２０】このように構成される本発明に係る電子線
走査装置によれば、走査方向が交互に変更されながら走
査が行われるので、電子線の出力自体にバラツキがあっ
ても被照射物上における照射量が平均化され、被照射物
に均一に且つ過大・過小照射がないように電子線を照射
することができる。

【００２１】また、上記と同様の目的で、本発明に係る
電子線による走査方法は、入射された電子線を偏向させ
るための電磁石を有し、該電磁石で偏向された電子線を
走査することにより被照射物に照射する電子線走査方法
であって、該電磁石に供給される電流を漸次変化させ、
以て前記入射された電子線を所定方向及びこれと逆方向
に交互に漸次偏向させることにより走査させるように構
成されている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
電子線走査装置について、図面を参照しながら詳細に説
明する。この電子線走査装置は、図７を参照しながら既
に説明した電子照射装置に組み込まれて使用されるもの
とする。従って、電子照射装置の説明は省略する。

【００２３】先ず、本発明の実施の形態に係る電子線走
査装置の構成を、図１に示したブロック図を参照しなが
ら説明する。この電子線走査装置は、電磁石１１、電源
部３０ａ、電源部３０ｂ、電流値設定回路３１、電源制
御部３２及びトランス３３から構成されている。

【００２４】電源部３０ａは、図２（Ａ）に示すよう
な、正極性の不連続な正弦波電流Ｗ１を出力する。な
お、不連続な正弦波電流Ｗ１が使用されている理由は、
正弦波電流の正の所定値Ｌ１から負の所定値Ｌ２までの
部分（図中の実線で示された部分、以下この部分を特に
「第１波形電流」という）を電子線Ａが出力されるタイ
ミングに同期させるためである。

【００２５】この電源部３０ａから出力される正弦波電
流Ｗ１の振幅は、電流値設定回路３１からの電流値制御
信号ＩＡ１によって制御される。また、この電源部３０
ａから出力される第１波形電流の出力タイミング及びそ
の形状は、電源制御部３２からの電流波形制御信号ＩＷ
１に従って決定される。この電源部３０ａからの出力は
トランス３３の第１入力端子に供給される。

【００２６】また、電源部３０ｂは、図２（Ｂ）に示す
ような、負極性の不連続な正弦波電流Ｗ２を出力する。
なお、不連続な正弦波電流を使用している理由は、上記
と同様に、正弦波電流の負の所定値Ｌ３から正の所定値
Ｌ４までの部分（図中の実線で示された部分、以下この
部分を特に「第２波形電流」という）を電子線Ａが出力
されるタイミングに同期させるためである。

【００２７】この電源部３０ｂから出力される正弦波電
流Ｗ２の振幅は、電流値設定回路３１からの電流値制御
信号ＩＡ２によって制御される。また、この電源部３０
ｂから出力される第２波形電流の出力タイミング及びそ
の形状は、電源制御部３２からの電流波形制御信号ＩＷ
２に従って決定される。この電源部３０ｂからの出力は
トランス３３の第２入力端子に供給される。

【００２８】電流値設定回路３１は、電源制御部３２か
らの制御信号に応じて、電源部３０ａから出力される正
弦波電流Ｗ１の振幅を決定するための電流値制御信号Ｉ
Ａ１及び電源部３０ｂから出力される正弦波電流Ｗ２の
振幅を決定するための電流値制御信号ＩＡ２を生成す
る。この電流値設定回路３１で生成された電流値制御信
号ＩＡ１及びＩＡ２は、それぞれ電源部３０ａ及び３０
ｂに供給される。

【００２９】電源制御部３２は、上述した電子線発生装
置１０からのタイミング信号に基づいて電流波形制御信
号ＩＷ１及びＩＷ２を生成し、それぞれ電源部３０ａ及
び３０ｂに供給する。これら電流波形制御信号ＩＷ１及
びＩＷ２は、上述したように、正弦波電流Ｗ１及びＷ２
の各第１及び第２波形電流部分を電子線Ａの出力タイミ
ングに同期させて出力するために使用される。

【００３０】トランス３３は、１次側に第１入力端子及
び第２入力端子といった２つの入力端子を備え、２次側
に１つの出力端子を備えている。１次側と２次側との巻
線比は、例えば「１：１」である。このトランス３３
は、第１入力端子に供給される電源部３０ａの出力及び
第２入力端子に供給される電源部３０ｂの出力をそのま
ま出力端子に出力する。これにより、トランス３３の出
力端子からは、図２（Ｃ）に示すような、正弦波電流Ｗ
１及びＷ２の各第１及び第２波形電流部分が交互に周期
的に出現する電流が出力される。このトランス３３から
出力される電流がスキャニングコイル電流ＩＳとして電
磁石１１のスキャニングコイル（図示しない）に供給さ
れる。

【００３１】なお、この電子線走査装置は、図５に示す
ように、図１に示した電子線走査装置から電源部３０ｂ
を除去し、電源部３０ａからの出力を切替スイッチ３４
を介して正極性でトランス３３の第１入力端子に供給す
ると共に、負極性で第２入力端子に供給するように構成
できる。この場合、切替スイッチ３４の切替タイミング
は、電子線発生装置１０からのタイミング信号に基づい
て電源制御部３２で生成される切替信号ＳＳによって決
定するように構成できる。この構成によれば、トランス
３３の出力端子からは上記図２（Ｃ）と同様の、正弦波
電流Ｗ１及びＷ２の各第１及び第２波形電流部分が交互
に周期的に出現する電流が得られる。この場合、電源部
は１つで済むので電子線走査装置を安価且つ簡単に構成
できるという利点がある。

【００３２】また、上記トランス３３は、昇圧又は減圧
のために用いられるのではなく、電源部３０ａからの出
力と電源部３０ｂからの出力とを合成して出力するため
に用いられている。従って、このトランス３３の代わり
に、図６に示すような切替スイッチ３４を用いることが
できる。この場合、切替スイッチ３４の切替タイミング
は、電子線発生装置１０からのタイミング信号に基づい
て電源制御部３２で生成される切替信号ＳＳによって決
定するように構成できる。

【００３３】次に、上記の構成において、この電子線走
査装置の動作を、図２に示したタイミングチャートを参
照しながら説明する。

【００３４】上述したように、図２（Ａ）は電源部３０
ａから出力される正弦波電流Ｗ１、図２（Ｂ）は電源部
３０ｂから出力される正弦波電流Ｗ２、図２（Ｃ）は正
弦波電流Ｗ１及び正弦波電流Ｗ２がトランス３３で合成
されて電磁石１１のスキャニングコイルに供給されるス
キャニングコイル電流ＩＳの波形をそれぞれ示す。ま
た、図２（Ｄ）は、電子線発生装置１０から電子線Ａが
出力されるタイミングを示す。各パルスのＨレベルの区
間は電子線Ａが出力される区間であり、上記正弦波電流
Ｗ１及びＷ２の各第１及び第２波形電流部分に同期して
いる。

【００３５】先ず、電子線発生装置１０から電子線Ａの
出力が開始されると、つまり図２（Ｄ）のパルスＰ１が
立ち上がると、これに同期して電子線走査装置は、図２
（Ｃ）に示す正の所定値Ｌ１を有するスキャニングコイ
ル電流ＩＳを出力する。これにより、電子線発生装置１
０からの電子線Ａは電磁石１１によって一方向に最大限
偏向され、被照射物１４の一方の端Ｌを照射する。

【００３６】この状態からスキャニングコイル電流ＩＳ
が減少するに連れて電子線Ａの偏向角が減少し、スキャ
ニングコイル電流ＩＳがゼロになると偏向角もゼロにな
る。この状態では、電子線Ａは、走査幅の中心点に照射
される。この状態からスキャニングコイル電流ＩＳが更
に減少（負の方向に増加）するに連れて電子線Ａの偏向
角が上記とは逆の方向に増加し、スキャニングコイル電
流ＩＳが負の所定値Ｌ２になると、電子線発生装置１０
からの電子線Ａは電磁石１１によって上記位置方向とは
逆方向に最大限偏向され、被照射物１４の他方の端Ｒを
照射する。これに同期して、電子線Ａの出力が停止す
る。つまり図２（Ｄ）のパルスＰ１が立ち下がる。以上
の動作により方向Ｐへの１つの走査が完了する。

【００３７】この走査が完了し、電子線発生装置１０か
ら次の電子線Ａの出力が開始されると、つまり図２
（Ｄ）のパルスＰ２が立ち上がると、これに同期して電
子線走査装置は、図２（Ｃ）に示す負の所定値Ｌ３を有
するスキャニングコイル電流ＩＳを出力する。これによ
り、電子線発生装置１０からの電子線Ａは電磁石１１に
よって上記一方向とは逆方向に最大限偏向され、被照射
物１４の他方の端Ｒを照射する。

【００３８】この状態からスキャニングコイル電流ＩＳ
が増加するに連れて電子線Ａの偏向角が減少し、スキャ
ニングコイル電流ＩＳがゼロになると偏向角もゼロにな
る。この状態では、電子線Ａは、走査幅の中心点に照射
されている。この状態からスキャニングコイル電流が更
に増加するに連れて電子線Ａの偏向角が上記とは逆の方
向に増加し、スキャニングコイル電流ＩＳが正の所定値
Ｌ４になると、電子線発生装置１０からの電子線Ａは電
磁石１１によって上記一方向に最大限偏向され、被照射
物１４の一方の端Ｌを照射する。これに同期して、電子
線Ａの出力が停止する。つまり図２（Ｄ）のパルスＰ２
が立ち下がる。以上の動作により上記方向Ｐとは逆の方
向Ｑへの１つの走査が完了する。

【００３９】以下同様にして順次方向Ｐ及び方向Ｑとが
交互に変更されながら走査が行われる。図３は方向Ｐへ
走査された場合の被照射物上における電子線Ａの照射量
分布及び方向Ｑへ走査された場合の走査線上における電
子線Ａの照射量分布を示す。なお、図３のパルスにおけ
るＬは被照射物１４の一方の端に対応しＲは他方の端に
対応する。このようにして、方向Ｐ及び方向Ｑとが交互
に変更されながら走査が行われることにより、搬送され
る被照射物１４の表面に電子線Ａが照射される。この場
合の被照射物の表面における照射量分布を図４に示す。

【００４０】以上のように動作する電子線走査装置によ
れば、電子線発生装置１０から発生されるパルス形状は
常に一定であるから、パルスの重ね合わせにより、前回
の走査での電子線の照射不足を補うことが可能になる。
これにより、被照射物へ電子線をむら無く照射すること
が可能になり、上述したパルス平坦度のバラツキによる
不均一照射が軽減される。

【００４１】なお、上述した例では、走査幅の中心点は
固定としたが、被照射物の大きさや形状によっては、走
査幅の中心点を変更することが望ましい場合がある。こ
のような場合は、トランス３３から出力されるスキャニ
ングコイル電流ＩＳ全体に直流バイアスを印加するよう
に構成すればよい。この構成によれば、バイアス電流を
変更することにより走査幅の中心点を自由に設定するこ
とが可能である。

【００４２】また、上述した例では、電子線を取り扱う
電子線走査装置について説明したが、本発明は電子線に
限定されず、例えば光、レーザー、イオン等を走査によ
り照射する照射装置であれば、取り扱う媒体のエネルギ
の大きさ等とは無関係に幅広く利用可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
走査により被照射物に均一に電子線を照射することが可
能な電子線走査装置及び電子線による走査方法を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電子線走査装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る電子線走査装置の動
作を説明するためのタイミングチャートである。

【図３】本発明の実施の形態に係る電子線走査装置にお
ける電子線の走査方向及びその強さの変動を説明するた
めの図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る電子線走査装置の動
作を説明するためのタイミングチャートである。

【図５】本発明の実施の形態に係る電子線走査装置の他
の構成例を示すブロック図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る電子線走査装置の更
に他の構成例を示すブロック図である。

【図７】従来の電子線走査装置が組み込まれた電子照射
装置の要部の構成を示す図である。

【図８】従来の電子線走査装置の構成を示すブロック図
である。

【図９】従来の電子線走査装置の動作を説明するための
タイミングチャートである。

【図１０】従来の電子線走査装置における電子線の走査
方向及びその強さの変動を説明するための図である。

【図１１】従来の電子線走査装置による電子線の照射状
態を説明するための図である。

【符号の説明】

１０ 電子線発生装置 １１ 電磁石 １２ 照射窓 １３ 搬送コンベア １４ 被照射物 ３０ａ、３０ｂ 電源部 ３１ 電流値設定回路 ３２ 電源制御部 ３３ トランス ３４ 切替スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神納 祐一朗 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作 所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子線を走査することにより被照射物に該
   電子線を照射する電子線走査装置であって、 入射された電子線を偏向させるための電磁石と、 該電磁石に電流を供給する電源と、 該電源から前記電磁石に供給される電流を漸次変化さ
   せ、以て前記入射された電子線を所定方向及びこれと逆
   方向に交互に漸次偏向させることにより走査させる電源
   制御手段、とを備えた電子線走査装置。
2. 【請求項２】入射された電子線を偏向させるための電磁
   石を有し、該電磁石で偏向された電子線を走査すること
   により被照射物に照射する電子線走査方法であって、 該電磁石に供給される電流を漸次変化させ、以て前記入
   射された電子線を所定方向及びこれと逆方向に交互に漸
   次偏向させることにより走査させる電子線による走査方
   法。