(57)【要約】【課題】電線被覆の高分子架橋のために高いエネルギーの電子線を走査型電子線照射装置によって照射するとき表裏２方向から照射すると必要貫通長さが長すぎて内部まで充分に架橋反応がおこらないことを解決すること。【解決手段】走査管の下部にクロス照射用偏向電磁石８を設けて走査角θに応じ、Ｂ＝｛２ｍ０（ｑＶａｃｃ／ｍ０ｃ２＋１）１／２Ｖａｃｃ／ｑ｝１／２（ｓｉｎθ±ｓｉｎΦ）／Ｄの磁束密度を発生させ、走査された電子ビームをさらに±Φ偏向させて、電線の斜め右上と斜め左上から電子線をクロス照射できるようにした。クロス照射できない領域を減らすために走査方向が反転するときに超過走査をしてビームをより外側へ振る。あるいは走査方向が反転するときに電線を偏向の方向へ平行移動させる。或いは偏向角を走査角θに比例して端で増加させる。【選択図】  図１
2004239758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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で往復走査する走査電磁石と、走査管の下部の真空中に設けられ長さＤにおいて交番磁束密度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方向と−Φ方向の２方向に偏向するクロス照射用偏向電磁石と、電子線を外部へ出すための走査管下部の照射窓と、照射窓に張った窓箔と、照射窓の直下を往復運動するよう電線或いはチューブを搬送する搬送機構とを含み、クロス照射用偏向電磁石が形成する磁束密度Ｂの大きさを、クロス角をΦ、走査角をθとして、ある方向の走査のときは、Ｂ＝｛２ｍ０（ｑＶａｃｃ／ｍ０ｃ２＋１）１／２Ｖａｃｃ／ｑ｝１／２（ｓｉｎθ＋ｓｉｎΦ）／Ｄとし、反対方向に走査するときはＢ＝｛２ｍ０（ｑＶａｃｃ／ｍ０ｃ２＋１）１／２Ｖａｃｃ／ｑ｝１／２（ｓｉｎθ−ｓｉｎΦ）となるように（ｍ０は電子静止質量、ｃは光速）クロス照射用偏向電磁石に電流を流し、クロス照射用偏向電磁石と走査電磁石に流す交流電流と同期させて増減する事とし、搬送される電線に斜め上で±Φの角度をなす２方向から電子線を照射するようにしたことを特徴とするクロス照射用電子線照射装置。
【請求項２】
照射窓直下においてクロス照射可能な照射範囲を拡大するため、走査方向が反転する瞬間に走査電磁石電流に超過走査電流を流すことによって、走査方向反転時に電子ビームを走査管内でより上方へ持ち上げるようにした事を特徴とする請求項１に記載のクロス照射用電子線照射装置。
【請求項３】
照射窓直下においてクロス照射可能な照射範囲を拡大するため、走査方向が反転する瞬間に電子線搬送の位置を偏向方向へ移動させるようにした事を特徴とする請求項１に記載のクロス照射用電子線照射装置。
【請求項４】
照射窓直下においてクロス照射可能な照射範囲を拡大するため、クロス角Φをある走査方向ではΦ＝Φ０−εｓｉｎθ（Φ０、εは定数）とし、反対の走査方向では−Φ＝−Φ０−εｓｉｎθとするようにした事を特徴とする請求項１に記載のクロス照射用電子線照射装置。
【請求項５】
走査の１周期（−Ｔ≦ｔ≦Ｔ）において時間ｔと走査角θがθ＝ｔａｎ−１（ｓｉｎｈｃｔ）という関係を満たすように電子ビームを走査するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のクロス照射用電子線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【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くで電子線ビームを左右に振って、連続走行する円形外周部をもつ対象物（電線、チューブ）の斜めから電子線を照射できるようにした改良に関する。
【０００２】
電子線照射装置というのは真空中でフィラメントを加熱して熱電子を発生させ加速管で電子を加速して高速の電子線ビームとしてから照射窓の窓箔を通して大気中に取り出して被処理物に電子線をあてて高分子架橋、塗膜硬化、殺菌などの処理を行う装置である。高圧電源、加速管、フィラメント、照射窓、搬送機構、金属筐体、冷却機構などを含む。加速エネルギーが５ＭｅＶ〜５００ｋｅＶというように高い場合は背の高い大型の走査型のものを用いる。加速エネルギーが数十ｋｅＶ〜５００ｋｅＶというように低い場合は非走査型のものを用いる。
【０００３】
走査型の場合は加速管の終わりに走査電磁石を備え、それに続いて三角形状に広がった走査管を設ける。走査電磁石には交流の電流を流して磁場の方向を交互に変化させ電子ビームに働くファラディ力を左右変化させる。加速管によって高いエネルギーに加速した細い電子線ビームを縦横に走査して被処理物に照射する。例えば走査電磁石電流ＩｓをｓｉｎΩｔで振ることによって電子ビームを左右に振る事ができる。ｓｉｎでは速度が一様でないので困るというなら、走査電磁石電流を交流三角波（例えば図５のように）にしてビームを等速度で左右に振ることもできる。走査電磁石の交流はたとえば２００Ｈｚ程度で遅い周波数で交代するものである。
【０００４】
非走査型の場合は多数の平行フィラメントを利用し電子が出るフィラメント領域の面積を広くしておき、それをそのまま照射窓の方向へ加速する。大面積の電子流が発生するから走査しなくても被処理物の広い面積に一挙に電子線が照射される。そのかわり１段加速なので電圧をあまり上げることができない。比較的低エネルギーでよい処理の場合に使われる。
【０００５】
照射窓というのはフィラメントのある真空領域と、被処理物の存する大気圧領域を仕切るための窓でありＴｉ、Ａｌの窓箔が張られている。照射窓の窓箔を高速の電子ビームが通過すると、そこで損失を受け損失分が熱になるから窓箔が加熱される。そのままでは溶けてしまうから窓箔は冷却風、冷却水によって冷却する。
【０００６】
照射窓は金属製の大きい筐体に取り付けられる。筐体は密封された空間をなしていて入口、出口、搬送機構を有する。電子線が被処理物、コンベヤ、窓箔などに当たると制動輻射によってＸ線が出る。Ｘ線を遮蔽するため厚い金属筐体で搬送機構や被処理物、照射窓を覆うようになっている。金属筐体の中を無端周回コンベヤなどの搬送機構が走行し、被処理物を入口−照射窓直下（処理位置）−出口へと運んでゆくようになっている。それもＸ線が漏洩しないように上下に強く蛇行するような工夫がなされている。
【０００７】
加速電源は、商用電源をトランスによって適当な電圧に変換し、それを多数のコンデンサと整流器を組み合わせた電圧逓倍回路によって所望の高電圧にしている。それらの高電圧を扱うコンデンサ、整流器は高電圧架台の上に搭載され、大地側とは絶縁されている。電圧が高い走査型の場合は電源回路は複雑で容積も大きい。走査型の場合は地上側と高圧架台を絶縁しつつ電力を供給するために地上側でモータを廻し、その回転力を絶縁体の棒によって高圧架台の発電機に伝え高圧架台の発電機を廻すようになっている。高圧架台と大地側を結ぶものは、その絶縁棒と光電素子や光ファイバだけである。
【０００８】
電圧が低い非走査型の場合、電源回路はより簡単化されている。この場合は大地側と高圧側の電力の結合にトランス結合を採用している。絶縁トランスを使って充分に大地側と高圧側を絶縁することができる。
【０００９】
【従来の技術】
本発明で問題にするのは電線の被覆高分子の架橋のための電子線照射の改良である。電線の高分子被覆に電子線を当てて架橋反応を促し被覆を強化するという処理は昔からなされており今でも電子線照射装置の主要な用途である。電線被覆はかなり分厚いものであり内部まで電子線が到達しなければならないから電子線の加速電圧は大きい。例えば８００ｋＶ〜１０００ｋＶの電圧で加速した電子ビームを当てることによって電線被覆の処理をする。非走査型ではそのように高電圧加速できないから、電線処理には当然に走査型の電子線照射装置を使うことになる。
【００１０】
ここでは電線被覆のための電子線照射を問題にする。従来は走査型電子線照射装置の照射窓の直下に８の字を描くように電線を走らせて、ある方向と反対の方向から電子線を当てることができるようにしている。図７にそれを略示する。巻取りコイル１０に巻いてある電線（メ）を下側（ミ）から引き出し上へあげ照射窓６の下（シ）を通し、反転コイル２０の上（エ）から廻して反転コイル２０の下側（ヒ）へと引き出し、それを照射窓の下（モ）に通し、左側へ（セ）引き出してゆく（ス）。ローラ１０、２０を照射窓６直下の両側で用いて８の字を描くように電線を廻し２回電子線５を浴びるようになっている。だから電線９は表面と裏面の二方向から電子線を浴びる。しかし二方向だけだから被覆が受ける電子線密度が周囲方向において均一でない。
【００１１】
図２によって、それを説明する。電線被覆２２の中に芯線３３がある。被覆２２が高分子であって電子線によって架橋すべきものである。初め、その電線はＡＢＣＤＥを上方に向けた状態で電子線照射装置の照射窓の下を通過したとする。すると上からの電子線イ、ロ、ハがＡＢＣＤＥ面に当たる。その電線は８の字型の道筋を辿って再び電子線照射装置の照射窓の下へ戻ってくる。そのときはＥＦＧＨＡ面が上を向いている。照射窓の上から来た電子線ニホヘが上を向いているＥＦＧＨＡ面に当たることになる。
【００１２】
この図ではニホヘは下からのように描いてあるが実際には電子線は必ず上から下へと飛翔する。そのときはＥＦＧＨＡが上を向いているのである。電線の被覆は上下両側から電子線を浴びるので高分子架橋が内部の全域でおこる。だから内部全体で電線被覆の処理がなされる。
【００１３】
実際には１本ずつ処理するのではない。処理コストを下げるために複数の電線が同時平行に照射窓の直下を走るようになっており複数の電線が同時に電子線処理を受けるようになっている。走査型電子線照射装置においては走査電磁石によって電子線ビームを左右に走査するから平行複数本あっても全ての電線に等しく電子線を当てるようにすることはできる。その場合でも複数の電線はそれぞれ独立の巻取りコイルから繰り出されており独立に８の字を描いて照射窓を往復するようになっている。しかし１本の電線に着目すると図２に示したように面の半分ずつ２度電子線を浴びるようになっているだけである。
【００１４】
さて従来例であるが、電線やチューブなどの高分子処理についての従来例は発見できなかった。電子線を偏向させるという技術についての従来例を二つ述べる。
（１）特開平１１−２４８９００号「電子線照射方法及びその装置」はペットボトルのキャップを電子線処理する方法を提案している。４極構造の偏向磁石体を使って電子線を内側へ静的に偏向しキャップの内部まで電子線が斜めに入るようし反射鏡を使って電子線を反射してキャップの外側へ当てるようにしている。これは電子線をある位置方向へ静的に曲げるだけで時間的に磁束密度は不変である。常に１方向へ曲げるだけで曲げの方向は不変である。２方向へ曲げるという動的な構造でない。走査と同期していない。
【００１５】
（２）特開平１１−２４８８９５号「電子線照射方法及びその装置」はペットボトルの外側の垂直壁に電子線を当てるため電子ビームを集合させる方向に偏向させている。これも静的な偏向であって時間的に不変であり、走査と同期していない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
よく見れば被覆の部位によって電子線の必要な貫通長さが違う。そのために電子線架橋が内部全体で一様に起こらない、という欠点がある。図２と図３に示すように、被覆２２の半径をｂ、芯線３３の半径をａとする。電子線の方向イロハとニホヘは反対方向からのビームであり１８０゜の角度をなすということができる。それと直交する直径をＥＡとする。直径ＥＡに沿って座標ｗをとる。必要な貫通長さＫ（ｗ）というのは全ての部分を電子線処理するために電子線が被覆を通るべき長さであり、表面から直径ＥＡまでの距離である。それは
【００１７】
−ｂ＜ｗ＜−ａ又はａ＜ｗ＜ｂのとき、    Ｋ（ｗ）＝（ｂ２−ｗ２）１／２  （１）
−ａ≦ｗ≦ａのとき、    Ｋ（ｗ）＝（ｂ２−ｗ２）１／２−（ａ２−ｗ２）１／２  （２）
【００１８】
というようになる。
【００１９】
それは決して一様でない。ｗ＝−ｂで必要貫通長さはＫ（−ｂ）＝０である。ｗが−ｂを超えるとＫ（ｗ）が急激に増えてｗ＝−ａ（Ｍ点）で極大Ｋ（−ａ）＝（ｂ２−ａ２）１／２  となる。そのようなところが生ずるというのが問題である。
【００２０】
ｗがそれより増えると必要貫通長さＫ（ｗ）は減少し、ｗ＝０でＫ（０）＝ｂ−ａとなる。
ｗがそれより増えるとＫ（ｗ）は増え始める。
ｗ＝ａ（Ｊ点）で極大Ｋ（ａ）＝（ｂ２−ａ２）１／２  となる。
ｗがａを超えると減り始め、ｗ＝ｂでＫ（ｂ）＝０となる。
【００２１】
そのように必要貫通長さＫ（ｗ）が一様でない。図２の下に必要貫通長さを描いている。特にｗ＝±ａ（Ｍ、Ｊ点）のときに極大Ｋ（ｗ）＝（ｂ２−ａ２）１／２をとる。それが問題である。そのような深い点まで達するような強い貫通力があるようにするために電子線の加速電圧を高くしなければならない。
【００２２】
そのようにしてもｗ＝±ａの近傍Ｊ、Ｍ点での電子線強度は弱くて高分子架橋反応が不十分となる。それはＪ、Ｍ点まで到達するために必要な貫通長さが長いということである。
【００２３】
本発明の目的はそのような電子線の必要貫通長さを低減し、照射強度の不均一を軽減し、一様な処理が可能な電子線照射装置を与えることである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、走査管の下方の真空中に偏向電磁石を設け交番磁場を発生させ電子ビームを照射窓の近くで２方向（±Φ）へ曲げ、斜め上方２方向から電線に電子線照射して電線被覆の内部まで一様の電子線を通すようにする。
【００２５】
本発明は、電子線を曲げて２方向から電線に照射する方式を提案するわけであるが、ここではそれを簡単にクロス照射方式と呼ぶことにする。２方向からビームが交差するように電線被覆に当てるからである。クロス照射のために、走査管の下方で照射窓のすぐ上に交番電流によって交番磁束密度を形成する偏向電磁石を設ける。この偏向電磁石をクロス照射用偏向電磁石と呼ぶことにする。走査電磁石に同期してクロス照射用偏向電磁石の駆動電流を制御するようにして、電子ビームを鉛直線に対してある角度±Φ（クロス角）をなすようにする。
【００２６】
つまり例えば鉛直線に対して４５度の角度をなすようにする事ができる。ビームの走査の往きにおいて＋４５度の方向に曲げビーム走査の帰りにおいて−４５度の方向に曲げるようにする。そうすると１往復で±４５度の方向から電線に電子線照射することができる。４５度とは限らないのであるが、走査ビームを直接そのまま電線に当てるのではなくて照射窓の近くで左右に曲げ側方から電線に当てるようにするのである。
【００２７】
ビームを２方向に振る事ができるから図３のように電線を４方向から電子線照射するということになる。つまり電線がＡＢＣＤＥを上面にして照射窓の下を走行しているとき、電子ビーム走査の往きにトチリの方向から、帰りにヌルヲの方向から電線に電子ビームを照射することになる。８の字運動をする電線は次にＥＦＧＨＡを上面にして照射窓の直下を走るようになる。そのときもワカヨの方向と、タレソの方向とから電線は電子ビームを浴びるようになる。だから電線は４方向から電子線を受けるのである。
【００２８】
４方向から電子ビームを浴びるであるが往復で角度が違うのでもしも電子線の強度や電線の搬送速さが同じであるとすると、全体の照射電子線の量は同じである。しかし４方向からビームがくるので被覆内部での電子ビーム照射量の不均一が減少する。
【００２９】
図２においてＪ点とＭ点が特に表面から離れており必要貫通長さの極大点となっていた。図３のように４方向から照射する場合はＭ点までの貫通長さＫＭはヲルヌ方向から
【００３０】
ＫＭ＝（ｂ２−ａ２／２）１／２−ａ／２１／２        （３）
【００３１】
というようになり、
【００３２】
ＫＭ＝（ｂ２−ａ２／２）１／２−ａ／２１／２＜（ｂ２−ａ２）１／２＝Ｋ（ａ）  （４）
【００３３】
であるから必要貫通長さが減少しているということが分かる。Ｍ点までの必要貫通長さが短くなる。それだけでなく、Ｍ点に到達するのはヌルヲ方向からと、ワカヨ方向からの２種類の電子ビームとなるから空間的な一様性が増す。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１によって、そのようなクロス照射方式の電子線照射装置を説明する。これは高圧電源、熱電子発生部、フィラメント、加速管、筐体、搬送装置などを省略してある。上方の加速管２の内部は真空であり真空中を電子線５が下へ向かって直進してくる。電子ビーム５はある程度の広がりをもつビームである。走査型だから５００ｋＶ以上の電圧によって加速されている。加速管２に続いて電子ビームを左右に走査する走査部がある。走査部は走査電磁石３とそれに続く三角形状の走査管４からなる。走査電磁石３に交流電流を流し交番磁場を発生させる。
【００３５】
交番磁場Ｂによって電子線を左右に振ることができる。電子線は常に１本であるが、それが時間的に左右（ｙ方向）に振られるので、電子線はツネナラムウノオクヤマケツネ…というように方向が変化してゆく。ビームはある程度の広がりをもっている。常に広がった電子ビームが存在するのではなくて、ある瞬間にはある方向だけに走っているのである。走査というのはそういうことである。電子ビームの鉛直軸（ｚ軸）となす角度を走査角といいθで表す。
【００３６】
走査角θは時間によって周期変化する振れ角θ（ｔ）である。ここでは往きと帰りを区別する必要がある。そこでｙ方向走査の往きのビームのツネナラムウは実線で、ｙ方向走査の帰りのビーム、ノオクヤマケは破線で示している。
【００３７】
図１において電子ビームが進行する直下の方向をｚ方向とし、電子ビーム５を振る方向をｙとする。三角形走査管４の下の窓が照射窓６である。照射窓６にはＡｌ、Ｔｉの窓箔７が張ってある。それは走査管４、加速管２の内部の真空と、外部の大気圧を遮断するためである。電子線５は薄い窓箔７を通過することができる。通過の際、電子はエネルギーを失う。それはジュール熱になる。窓箔７はジュール熱で加熱される。それを冷却するための冷却風を用いた冷却装置（ダクト、ブロワー）が窓箔７の近くに設けてあるが、ここでは省略している。
【００３８】
窓箔７の直下に複数本の電線９が走行している。電線に電子線５が当たる。それによって高分子架橋反応がおこる。図７に示すように二つのローラ１０、２０を用いて８の字型の行路を描くように電線９を走らせる。照射窓６の直下にくるのはシの巻き出し位置とモの折り返し位置の２回である。だから電線９は表面と裏面が上にくるようになって照射窓直下を通過する。
【００３９】
それだけなら従来例の電線処理のための電子線照射装置と変わらない。本発明はそれに加え走査管４の下方に新しくクロス照射用偏向電磁石８というものを加えてビームを左右に振ってクロス照射している。クロス照射用偏向電磁石８の平面図を図１０に示す。クロス照射用偏向電磁石８は細長い枠型の強磁性体のヨーク５９とコイル６６、６７とよりなる。強磁性体のヨーク５９は、細長い前辺６０と短い右端辺６２と細長い後辺６３と短い左端辺６４とよりなり閉回路を構成している。右端辺６２には右コイル６６を、左端辺６４には左コイル６７を設けている。左右のコイル６６、６７には同方向に駆動電流Ｕ（ｔ）が流れるようになっている。
【００４０】
コイル電流が同方向なので磁束がヨーク５９の中を巡回するのでなく、磁束は前辺６０、後辺６３から前後方向に漏れる。それで狭いギャップ６８に前後方向（ｘ方向）を向いた強い磁束密度Ｂが形成される。その磁束密度は静磁束密度ではなく交番磁束密度Ｂ（ｔ）であり駆動電流Ｕ（ｔ）に比例するものである。磁束密度がｘ方向に生成され電子ビームがｚ方向に走行しているのでビームはｙ方向に振れることになる。このクロス照射用偏向電磁石８によって電子ビームと鉛直線のなす角度（クロス角）が±Φというようにする。±Φから電子線を当てるので「クロス照射」と呼んでいるのである。
【００４１】
図１に示すように振れた後の電子ビームと鉛直線（ｚ軸）とのなす角度がクロス角±Φである。これはある適当な一定角度であって、例えばΦ＝４５度というように決まった値である。
【００４２】
電子ビームはツネナラムウノオクヤマケというように走査されている。走査角をθ（ｔ）とする。走査角は左向きを正に、右向きを負に取るように定義する（ケで正で最大としノで負で最小とする）。偏向角は右方向に傾いているのを＋Φとし、左方向へ傾くのを−Φとする。走査角θとクロス角Φの定義が反対であるが以下の説明の都合でそのようにする。
【００４３】
走査角θに拘らず、往き走査ツネナラムウでは＋Φ方向に偏向させる。帰り走査ノオクヤマケでは−Φ方向に偏向させる。ということは偏向角Υがビームの走査角θによって異なるということである。偏向角Υは
【００４４】
（Ａ）往き走査ツネナラムウ（実線）で    Υ＝＋Φ＋θ      （５）
（Ｂ）帰り走査ノオクヤマケ（破線）で    Υ＝−Φ＋θ      （６）
【００４５】
ということになる。クロス照射用偏向電磁石８での偏向角Υは往きでは＋Φ＋θになり帰りは−Φ＋θになるから偏向角Υも時間的に変化するのである。θは三角波で走査するとしても偏向角Υは三角波であって方向変換のときに２Φの不連続があるような角度変化をする。両者の関係は簡単なようで複雑である。だから図面によって具体的な例を述べよう。
【００４６】
図５に走査角電磁石電流Ｗ（ｔ）の変化の一例を示す。これは単純な三角波で電子ビームを左右に走査するものである。上ピーク３２から電流が下がり３３で０となり、下ピーク３４に到達し、反転して増大してゆく。リニヤに増大して立ち上がり３５で０となる。３６で上ピークになり、零点３７を越えて下ピーク３８となり、さらに反転する。そのように走査電磁石電流は三角波３２〜４０を描いて変動する。走査電磁石電流は走査角に比例する。
【００４７】
だから図５の電流波形Ｗ（ｔ）は走査角θ（ｔ）と同じ動きをする。単純にθが図５の動きをするというように考えることもできる。そこで図５の走査波形にビーム位置ツネナラムウノオクヤマケ…という符号を振ることができる。上ピーク３２、３６が図１のビーム、ケツに対応する。下ビーム３４、３８が図１のウノに該当する。中間位置ネナラムも三角波の中間位置に対応づけることができる。それによって図１のビーム位置を図５の走査電磁石電流Ｗ、走査角θの対応がハッキリする。
【００４８】
そのように単純な三角波の走査をしたとして、クロス照射用偏向電磁石８の電流Ｕ（ｔ）はどうなるかということを図４に示す。それは偏向電磁石電流であるが、それに偏向角Υが比例するのだから、図４は偏向角Υ（ｔ）だということもできる。
【００４９】
走査の往きツネナラムウでΥ＝＋Φ＋θであり、帰りのノオクヤマケでΥ＝−Φ＋θである。図４の上ピーク２３、２７が左端の走査線ツに該当する。そのあとθが単調減少するからΥは２３から下がってゆく。それが２３−２４の下がり線上のネナラムウである。往き走査において偏向角は２３から２４まで下がってゆく。走査角θの最大値をΘとすると（それは例えば３０度程度である）、点２３（ツ）での偏向角はΥｍａｘ＝Φ＋Θである。下がりきった点２４での偏向角はΥｍｉｎ＝Φ−Θである。Φ＞Θだからこの角度は正である。しかしそれはΦ＜Θであってはいけないということでない。そのようにも（Φ＜Θ）できるが波形がより複雑になり説明が難しい。そこでここではΦ＞Θとしている。例えばΦ＝４５度、Θ＝３０度程度である。
【００５０】
もちろん往きでΥ＝−Φ＋θ、帰りでΥ＝＋Φ＋θとすることもできる。それは反対向きに進むものだと考えることもできる。図１でケマヤクオノウムラナネツというような経路を辿るものである。図４では初め低く次第に高くなる波形となる。図８、９では左廻りの動きをする。それはもちろん可能である。が、両方説明するまでもないから、以後はそのような場合については述べない。
【００５１】
往き走査の終わりウから反転して帰り走査の始まりノに移る。図１に示すようにウでは右に（＋Φ）ビームを偏向させているが、ノでは左に（−Φ）ビームを偏向させる。つまり偏向電磁石電流がここで正から負に非連続に急変する。負であってしかも負の最大となる。図４の電流で示すと点２５のような落ち込みになる。点２５が帰り走査の初めノにあたる。偏向角は負の最大−Υｍａｘ＝−Φ−Θを取る。ウの偏向角Φ−Θから−２Φだけ不連続に変化したのである。
【００５２】
偏向角Υは帰り走査にともなってノオクヤマケというようにその絶対値が減少してゆく。それは往き走査と同じである。偏向角の絶対値が減少するのはθが増えて往くからである。帰り走査のおわりのケにおいて走査角はθ＝＋Θで、偏向角Υは−Υｍｉｎ＝−Φ＋Θである。
【００５３】
帰りから往き走査に変わるとき偏向角が＋２Φだけ不連続にかわる。点２７でツとなるがツでは走査角はθ＝Θで、偏向角は最大値Υｍａｘ＝Θ＋Φである。それからの変化は先ほどと同じであり走査角θが減るので、ツネナラムウというように偏向角Υも減少してゆく。図４と図５は偏向角Υと走査角θであって横軸に時間軸があり互いに同期して描かれている。
【００５４】
そうでなくて、時間軸を回帰状にして、走査角θと偏向角Υの関係をよりわかりやすく単純化して説明したい。図８はそのような図形である。縦方向が角度θ、Υあるいは走査電流、偏向電流である。横は時間であるが、回帰的な時間軸となっている。Ｐ点は左極限走査を示す。Ｓ点は右極限走査を示す。走査角θはＰＳ間を動く時間と走査角は比例しており、その関係は線分ＰＳによって簡単に示される。走査角はツネナラムウというようにＰからＳへ、ノオクヤマケというようにＳからＰへと変化する。それは簡単な往復運動である。
【００５５】
それに対して偏向角Υは平行四辺形ＰＱＳＴという運動をする。ＰＱによってツネナラムウまでの偏向角の時間変化を示す。右端ウまで走査すると、ここで偏向角が突然変化する。ＱＳの偏向角の不連続（ウノ）が−２Φの不連続である。それは一瞬にしておこる不連続である。負の極小点Ｓから帰り走査オクヤマケに従って偏向角がＳＴの間で連続的に変化する。左走査極限ケで＋２Φの不連続がある。それがケツの不連続である。だからそのようにして偏向角はＰＱＳＴの順で平行四辺形を描いて変化する。
【００５６】
ビームは図１において往きが６本、帰りが６本書いてあるだけであるが実際には連続的に電子ビームが左右に動いている。連続的に左右に動いている（走査）のであるが電線コエテアサキユから見ると往きには＋Φ方向から電子線が当たり、帰りには−Φ方向から電子線が当たることになる。走査往きツネナラムウでは、図３の電子ビームのヌルヲというように左斜め上から電子線を浴びる。走査帰りノオクヤマケでは図３の電子ビームのトチリというように右斜め上から電子線を浴びるということになる。
【００５７】
もしもΦ＝４５度に選ぶと表裏裏返し照射を合わせて、電線は４方向から電子線を受けるということになる。そうなると初めに述べた必要照射長さ（図２のＭ点、Ｊ点）を短縮するという目的を達成していることになる。
【００５８】
そのように電線が上方斜め２方向から電子線を受けるようにできるから被覆内部を通る電子線の分布の不均一性も減少して周囲全体から被覆を強化することができるようになる。それは手間が２重になるということではない。電線の走行速さは遅くて照射窓直下の領域を通り抜けるのに要する時間τが、走査周期Ｔ（例えば５ｍｓ；２００Ｈｚの場合）より長いようにすればよい。
【００５９】
照射領域のｘ方向の長さをＬとし電線の走行速度をｕとすると、照射領域を通り抜ける時間τはτ＝Ｌ／ｕである。τ＞Ｔであれば電線の表面には必ず電子線が当たることになる。それを電線の搬送速度ｕへの制限だと解釈すると、
【００６０】
ｕ＜Ｌ／Ｔ      （７）
【００６１】
であればよいということになる。
【００６２】
それは電線の表面あるいは裏面が少なくとも１回電子線を受けるという条件である。実際には走査が充分速くて電線搬送速度ｖが遅いと複数回電子線を浴びるということになる。電線の表面あるいは裏面が電子線を浴びる回数ｎは当然にＬ／ｕＴということになる。
【００６３】
ｎ＝Ｌ／ｕＴ      （８）
【００６４】
ここでＬは照射領域のｘ方向の長さ、ｕは電線の搬送速度、Ｔは走査周期（＝１／ｆ；ｆは走査周波数）である。
【００６５】
図５のような純粋の三角波であると走査の端でのビームの速度が速すぎ、中央でのビーム速度が遅いという不均一がある。ビーム走査が端でも中央部でも同一であるようにしたいというのであれば、次のように走査角の速度を変えるようにする。走査電磁石の中点Ｏとその直下の電線までの距離をＨとする。走査角がθのときの、電磁石中点Ｏと電線までの距離はＨｓｅｃθとなる。Ｈｓｅｃθ（ｄθ／ｄｔ）が直線速度となるから、これが定数になるようにすればよい。
【００６６】
Ｈｓｅｃθ（ｄθ／ｄｔ）＝ｃ    （９）
【００６７】
である。但しそれは１周期だけで成り立つものである。これを積分すると
【００６８】
ｌｏｇ｛ｔａｎ（θ／２＋π／４）｝＝ｃｔ＋ｃ２  （１０）
【００６９】
であるが、θ＝０でｔ＝０とすると、ｃ２＝０となる。
【００７０】
ｌｏｇ｛ｃｏｔ（θ／２＋π／４）｝＝−ｃｔ  （１１）
【００７１】
となるので、
【００７２】
−ｃｏｔ（θ＋π／２）＝ｓｉｎｈｃｔ    （１２）
【００７３】
ここでｃｏｓｈｘ＝（ｅｘ＋ｅ−ｘ）／２のことである。つまり
【００７４】
ｔａｎθ＝ｓｉｎｈｃｔ    （１３）
【００７５】
となり、これはｔ＝０でθ＝０としており、−Ｔ≦ｔ≦Ｔにおいてだけ成り立つものである。
【００７６】
θ＝ｔａｎ−１（ｓｉｎｈｃｔ）    （１４）
【００７７】
ということである。そのような走査角θ（ｔ）にすることによって中央にある電線も端にある電線も同じ量の電子線を受ける事ができる。これは厳密式である。それは直感性を欠くので近似式にすると、
【００７８】
θ＝ｃｔ−（ｃｔ）３／２    （１５）
【００７９】
である。つまり走査角速度を定数ｃでなくて
【００８０】
ｄθ／ｄｔ＝ｃ−（３／２）ｃ３ｔ２  （１６）
【００８１】
というようになる（−Ｔ≦ｔ≦Ｔ）。
【００８２】
さて、図１を見ると、右斜め上からと左斜め上からというように両方から電子線を受けることができるのは、テ、ア、サまでの電線であり、それより端にあるコ、エ、キ、ユなど電線はどちらか一方から電子線が当たるだけである。
【００８３】
反対に、図１において、ウとケなどの電子ビームは電線９の配列の外側へ出てしまうから初めから無駄になることがわかっている。
【００８４】
それを解決する方法として、ここで３つの異なる手段を述べる。
（１）電線の搬送位置を走査の方向に同期して左右にずらせる。
図１に於いて往き走査のときは、電線の位置をテアサキユというようにして、帰り走査のときは、電線の位置をコエテアサというようにする。図７に示すように複数の電線９を同時に８字型搬送して同時処理しているが、これらの巻き取りローラと反転ローラを全体として左右へシフトさせることによって電線全体の位置を動かしてしまう。それは電線の搬送機構を工夫することによってなされる。これはビーム偏向の方向に電線を相対移動させるから電子ビームの無駄がない。
【００８５】
（２）走査方向と偏向方向が異なる場合の極限（ツとノ）において走査電磁石電流を非連続に増やして超過走査をする。
それは図６のような超過走査をするということである。図６の走査波形の４２−４３、４５−４６、４８−４９等が超過走査である。それは走査の端で走査電流を追加的に増やして、ツやノのビームを強く上へ引き上げることである。図１において、ツをさらに左へノをさらに右へと引き上げるということである。そのようにすれば、電線エと電線キもクロス照射することができるのである。４２−４３、４５−４６、４８−４９等の超過走査角度は走査管の形状などによってきまる。走査角Θ＝３０度とする場合、超過走査角としてΔΘ＝５度程度をとることができる。超過走査はツやノを引き上げるだけでなく、反対にケやウのようなビームを押し下げる方向にも行う事ができる。だからツをケから大きく引き離し、ノをウから引き離すようになる。
【００８６】
超過走査によって図８の走査、偏向角の閉曲線ループは図９のようになる。偏向角の変化が平行四辺形ＰＱＳＴにそって巡回する点は同じである。しかし、走査角が線分でなくて面積をもつ平行四辺形ＰＰ’ＳＳ’というようになる。偏向角の変化はＰＰ’ＳＳ’を巡回するような変化である。ＰＰ’、ＳＳ’が超過走査角ΔΘである。
【００８７】
（３）偏向角を走査角によって変化させ端の方では偏向角を小さくする。
偏向角Υは走査の往きの場合はΥ＝θ＋Φ（ｔ）とし、帰りではΥ＝θ−Φ（ｔ）とするが、クロス角Φ（ｔ）が一定でなくてθによって変えるようにする。たとえば走査の往きは
【００８８】
Φ（ｔ）  ＝  Φ０  −  εｓｉｎθ    （１７）
【００８９】
となるようにし、走査の帰りは
【００９０】
−Φ（ｔ）＝−Φ０  −  εｓｉｎθ      （１８）
というようにする。εは任意定数である。走査の端（ツ、ケ、ノ、ウ）での偏向角の飛びは２Φ０であるが中央部でのビーム偏向に比べεｓｉｎΘだけ大きくなっている。それを図１１に示す。そのようにすることによって、クロス照射できる領域を左右方向に
【００９１】
Δ  ＝    εｓｉｎΘ              （１９）
【００９２】
だけ増やすことができるのである。
【００９３】
【実施例】
走査型電子線照射装置の場合、加速電圧Ｖａｃｃは５００ｋＶ〜３ＭＶ程度であるが、ここでは例えばＶａｃｃ＝８００ｋＶとして計算する。クロス照射用偏向電磁石８の横方向の磁束密度Ｂによって電子線はｑｖＢのファラディ力を受ける。それが遠心力ｍｖ２／ｒと吊り合うのだから
【００９４】
ｑｖＢ＝ｍｖ２／ｒ            （２０）
【００９５】
である。ｍは電子質量である。しかし本発明の場合はエネルギーが高いので特殊相対論的な補正が必要である。質量ｍは静止質量（ｍ０＝９．１×１０−３１ｋｇ）でなくて速度による超過の重みをもつ動的電子質量である。
【００９６】
ｍ＝ｍ０／（１−ｖ２／ｃ２）１／２  （２１）
【００９７】
その補正をしてしまえば後は同じような計算をすることができる。それについては後で述べる。電子の運動エネルギーは
【００９８】
ｑＶａｃｃ＝ｍｖ２／２  ＝ｍ０ｖ２／２（１−ｖ２／ｃ２）１／２    （２２）
【００９９】
である。しばらくｍ０でなく、動的質量ｍを用いて計算を進める。
【０１００】
Ｂ＝（２ｍＶａｃｃ／ｑ）１／２／ｒ      （２３）
【０１０１】
となる。図１２に示すようにクロス照射用偏向電磁石８において、その磁束密度Ｂが存在する部分の縦長さをＤとする。この磁束密度空間に走査角θで入り、クロス角Φで抜けていくのであるから、
【０１０２】
Ｄ＝ｒｓｉｎθ＋ｒｓｉｎΦ        （２４）
【０１０３】
という関係が常に成り立つ。それはθの関数として曲率半径ｒを決めるものである。曲率半径ｒは磁束密度Ｂを決める。だから、それは走査角θの関数として必要なクロス照射用偏向電磁石８の磁束密度Ｂを決める式を与えることになる。式（２３）と（２４）からｒを消去して、
【０１０４】
Ｂ＝（２ｍＶａｃｃ／ｑ）１／２（ｓｉｎθ＋ｓｉｎΦ）／Ｄ    （２５）
【０１０５】
これは加速エネルギーと動的電子質量ｍを含む式である。ｍは加速エネルギーの関数である。
【０１０６】
ｖ２＝ｃ２／（１＋ｍ０ｃ２／ｑＶａｃｃ）          （２６）
【０１０７】
というように電子速度ｖが計算される。それは殆ど光速ｃに等しい。動的質量ｍは
【０１０８】
ｍ＝ｍ０（ｑＶａｃｃ／ｍ０ｃ２＋１）１／２    （２７）
【０１０９】
ということになる。これを式（２５）に代入すると、
【０１１０】
Ｂ＝｛２ｍ０（ｑＶａｃｃ／ｍ０ｃ２＋１）１／２Ｖａｃｃ／ｑ｝１／２（ｓｉｎθ＋ｓｉｎΦ）／Ｄ    （２８）
【０１１１】
ということになる。それが＋Φ偏向時にクロス照射用偏向電磁石８のヨーク間に生ずるべき磁束密度Ｂである。クロス角は±Φとしているので、−Φ偏向時には
【０１１２】
Ｂ＝｛２ｍ０（ｑＶａｃｃ／ｍ０ｃ２＋１）１／２Ｖａｃｃ／ｑ｝１／２（ｓｉｎθ−ｓｉｎΦ）／Ｄ    （２９）
となるのである。
【０１１３】
以上は一般論である。それでは直観的にＢやｒがどのぐらいであればよいのか分かりにくいので、例えば加速電圧が８００ｋＶのときの例について述べる。まず式（２７）の質量の倍数であるが、それは１．６倍である。だから電子質量は
【０１１４】
ｍ＝１．６×９．１×１０−３１ｋｇ＝１．４×１０−３０ｋｇ    （３０）
【０１１５】
である。（２３）式は
【０１１６】
2004239758.tif 000003
【０１１７】
となる。ｍはメートル、Ｔは磁束密度の単位テスラである。これが８００ｋＶのとき、必要な曲率半径ｒとそれに対する必要なクロス照射用偏向電磁石８の磁束密度Ｂの関係を与える式である。テスラは大きい単位で扱いにくいからｃｇｓ単位のガウスになおす。１万ガウスが１テスラであるから、
【０１１８】
Ｂｒ＝３７（メートルガウス）          （３２）
【０１１９】
クロス照射用偏向電磁石８の縦方向の長さＤが決まらないとこれ以上の議論ができない。例えばＤ＝０．２ｍとすると、式（２４）から、往き走査では
【０１２０】
ｒ＝Ｄ／（ｓｉｎθ＋ｓｉｎΦ）＝０．２／（ｓｉｎθ＋ｓｉｎΦ）（３３）
【０１２１】
帰り走査では、
【０１２２】
ｒ＝Ｄ／（ｓｉｎθ−ｓｉｎΦ）＝０．２／（ｓｉｎθ−ｓｉｎΦ）（３４）
【０１２３】
となる。ｒは変動する。たとえば最大偏向のときθ＝３０度、Φ＝４５度として、  最小、最大のｒを求めることができる。
【０１２４】
ｒｍｉｎ＝０．１６ｍ        （３５）
ｒｍａｘ＝０．９６ｍ          （３６）
【０１２５】
最小曲率半径ｒｍｉｎに対する最大磁束密度Ｂｍａｘと、最大曲率半径ｒｍａｘに対する最小磁束密度Ｂｍｉｎはそれぞれ
【０１２６】
Ｂｍａｘ＝２３０ガウス          （３７）
Ｂｍｉｎ＝  ３９ガウス          （３８）
【０１２７】
というように計算される。中間走査角でのクロス照射用偏向電磁石８に必要な磁束密度Ｂはその中間の値をとる。この磁束密度Ｂは図１０の強磁性体ヨークの空隙に生ずるべきものである。強磁性体の透磁率μによって電磁石へ流すべき偏向電流の大きさが変わる。加速エネルギーが高くて電子の静止エネルギー（０．５１ｍｅＶ）よりも運動エネルギーが高いので特殊相対論的な補正が必要で、例えば８００ｋＶだと電子は静止質量の１．６倍の質量をもつ。しかしそれでもなお電子は軽いので、かなり小さい磁束密度Ｂで狭い幅Ｄであっても電子を強く曲げることができる。
【０１２８】
そのようなことからクロス照射用偏向電磁石８が走査管の内部の真空中にあることの有利さがわかる。走査管内部の真空中では電子線は加速電圧によって決まるエネルギーをまるまるもっており速度は一様である。上の例ではほぼ光速の速度をもっている。一様速度、一様エネルギーだから一定の磁束密度Ｂで所望のクロス角＋Φ、−Φの方向へ曲げることができる。
【０１２９】
もしも走査管の外部つまり窓箔の外側にクロス照射用偏向電磁石８を設けたとすると、電子線が窓箔を通過するときにランダムなエネルギー減衰を受けているから通過後のエネルギーは多様でありバラツイている。その場合は同じ入射角θで、同じ磁束密度Ｂであっても偏向角が一定にならない。だから所定の角度でのクロス照射はできない。その点で窓箔の内側真空中にクロス照射用偏向電磁石８を設けて真空中で電子ビームを偏向させる本発明の手法は優れている。
【０１３０】
【発明の効果】
走査管の下部にクロス照射用偏向電磁石８を設けて電子ビームをさらに左右に±Φの角度（クロス角）をなすように偏向させ、斜め右上と斜め左上から電子ビームを電線に当てるようにしたので、より電線内部へ入り込む電子ビームの強度がより均一になる。それに必要貫通深さが減少して内部深くまで高分子架橋反応を起こさせることができる。クロス照射によって電子ビームの強度が平均化され、より優れた被覆の電子線照射装置処理が可能となる。
【０１３１】
ビームを左右に振ってクロス照射するので、照射窓直下の処理領域において電線がクロス照射できないような部分が生ずる。
【０１３２】
クロス照射できない部分を減らすために走査方向反転時に走査電磁石電流を瞬時に増やす超過走査を行う。そうすると走査の初めの部分でビームが広がるからクロス走査可能範囲が広がる。
【０１３３】
あるいは電線の走行搬送装置を工夫して走査と同期して搬送方向を左右にずらすようにする。そうすると電子線をより広い範囲で電線にクロス照射させることができる。より有効に電子線エネルギーを利用することができる。
【０１３４】
あるいはクロス角を±Φということに限らず走査位置によって変えるようにして左右の照射方向の差が２Φあるというような条件としてもよい。これもクロス照射可能範囲を拡大する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆高分子架橋反応を内部まで均等に起こさせるために、走行する平行な電線に斜め上方２方向から電子線を照射するようにした走査型電子線照射装置の走査装置と照射窓直下の部分のみの断面図。
【図２】電線被覆に対して上と下の２方向だけから電子線を照射する従来の方法では必要貫通長さが長くなるということを説明するための電線の断面図。
【図３】電線被覆に対して斜め上左右と斜め下左右の４方向だけから電子線を照射する本発明の方法では必要貫通長さが短くなるということを説明するための電線の断面図。
【図４】走査管の下方に設けたクロス照射用偏向電磁石の駆動電流Ｕ（ｔ）あるいはビーム偏向角Υ（ｔ）の時間変化を示すグラフ。
【図５】走査管上部の走査電磁石に流す単純三角波の電流波形Ｗ（ｔ）あるいはビームの走査角θ（ｔ）の時間変化を示すグラフ。
【図６】走査管上部の走査電磁石に流す超過走査部分をもつ変型三角波の電流波形Ｗ（ｔ）あるいはビームの走査角θ（ｔ）の時間変化を示すグラフ。
【図７】照射窓の直下で電線を８の字型に往復させて２面に電子線を照射できるようにした電線繰り出し反転機構の概略図。
【図８】三角波の走査電流を走査電磁石に流しビームを左右に走査した時の走査角の周期的な時間変化と、ビームの偏向角の周期的な時間変化を示すダイヤグラム。
【図９】追加走査分をもつ変型三角波の走査電流を走査電磁石に流しビームを左右に走査した時の走査角の周期的な時間変化と、ビームの偏向角の周期的な時間変化を示すダイヤグラム。
【図１０】クロス照射用偏向電磁石は細長い枠形状の強磁性体のヨークとヨークの適当な部位に設けたコイルとからなり前後方向の磁束密度Ｂを発生するようにしていることを説明するためのクロス照射用偏向電磁石の平面図。
【図１１】クロス照射ができない領域を減らすために偏向角を両端でより外側に振った例におけるクロス照射用偏向電磁石の電流波形あるいは磁束密度Ｂの変化を示す図。
【図１２】クロス照射用偏向電磁石が長さＤの領域に磁束密度Ｂを生じており、走査角θでその領域に入ってきた電子がクロス角Φで出ていく場合の曲率半径ｒとＤの関係を示すための図。
【符号の説明】
２  加速管
３  走査電磁石
４  走査管
５  電子線
６  照射窓
７  窓箔
８  クロス照射用偏向電磁石
９  電線
１０  ローラ
２０  ローラ
２２  被覆
３３  芯線
５９  ヨーク
６０  前辺
６２  右端辺
６３  後辺
６４  左端辺
６６  右コイル
６７  左コイル
６８  キャップ
【図１】
2004239758.tif 000004
【図２】
2004239758.tif 000005
【図３】
2004239758.tif 000006
【図４】
2004239758.tif 000007
【図５】
2004239758.tif 000008
【図６】
2004239758.tif 000009
【図７】
2004239758.tif 000010
【図８】
2004239758.tif 000011
【図９】
2004239758.tif 000012
【図１０】
2004239758.tif 000013
【図１１】
2004239758.tif 000014
【図１２】
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