JPH0621164Y2 - 電子ビーム銃の制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 電子ビーム銃を使用した金属の溶解法は，高融点金属分
野では，古くから採用されているが，最近では，高純度
金属の溶解用として，脚光を浴びている。

本考案は，このような用途に好適な電子ビーム銃の制御
装置に関する。

考案の詳細な説明 ［従来の技術］ 第２図は中間室を備えた場合の従来の金属溶解用電子ビ
ーム銃を示すものであるが，加速室Ａを構成する密封ケ
ーシング１には排気口１ａが形成され，これにバルブＶ
を介して排気用の第１の真空ポンプＰ_１が接続されてお
り，加速室Ａを減圧するようになっている。

また，この下方には後述する中間室１９を介して一体的
に結合された蓋部材２及びケーシング３によって密閉さ
れた溶解室Ｂが形成され，これは排気口３ａに接続され
るバルブＶ_０を介して排気用の真空ポンプＰ_０によって
減圧されるようになっている。

加速室Ａにはカソードとしてフィラメント６及びこの周
囲にウエーネルト電極Ｗが配置され，絶縁部材４，５に
支持された電線を介してフィラント加熱用の交流電源Ｖ
Ｆが接続され，他方，加速室Ａ内でカソード６に対向し
て配設されるリング状のアノード７との間に加速用の直
流電圧を与えるための直流電源ＶＡが接続されている。

加速室Ａと次に述べる中間室１９とは銅製のパイプ８
（第１狭路）により結合されており，この周囲は第１の
収束用磁気レンズ９が配設されている。１９ は加速室と溶解室Ｂの間に形成された中間室で，こ
れはケーシング２０によって形成されるが，その排気口
２０ａはバルブ２１を介して排気用の真空ポンプＰ_２に
接続されている。

中間室１９は銅製パイプ１８（第２狭路）を介して溶解
室Ｂと接続され，パイプ１８の周囲には第２の収束用磁
気レンズ１７が配設されている。１６ は中間室１９とパイプ８の下端開口に設けたシャッ
タ部１６ａを作動するビームシャッタである。

なお，ビームシャッタ１６は図示の場所のほか，中間室
１９とパイプ１８との連通部に配置するようにしても良
い。

溶解室Ｂには銅製のルツボ１０が配設され，これに被溶
解物１１が収容されている。

なお，図示するように，ケーシング３及びルツボ１０は
接地されている。また，蓋部材２の周囲には偏向コイル
１５が配設される。

カソード６に交流電源ＶＦによって電流を流すと，その
温度が上昇して電子ビームが発生する。この電子ビーム
は，直流電源ＶＡが形成する電界によってアノード７側
へと加速され，リング状のアノード７の中心穴を通り抜
け，収束用磁気レンズ９によって収束されながら，パイ
プ８，中間室を経て，第２の収束用磁気レンズ１７で集
束されて溶解室Ｂに至る。

なお，電子ビームは溶解室Ｂに導入するに当たっては，
偏向レンズ１５によって偏向されて，ルツボ１０内の被
溶解物１１に衝突して，これを加熱・溶解するようにな
っている。

［考案が解決しようとする課題］ たとえば，被溶解金属の蒸発を抑えるために溶解室Ｂで
アルゴンガスを使用するような場合とか，又は溶解室Ｂ
で何等かの原因でガスが突然噴出するような場合のよう
に，溶解室Ｂの真空圧力が例えば１０^-2Torr程度に上昇
した場合には，従来のものでは，次のような問題点があ
った。

真空度の悪化につれて，溶解室Ｂの残存ガスに電子ビ
ームが照射されて正イオンが発生し，これが電子ビーム
とは逆方向に加速されて，中間室２０を経て加速室Ａ内
に飛び込んでくる。

また，被溶解物１１の蒸発金属も同様に一部イオン化さ
れつつ，加速室Ａ内に飛び込んでくる。これはカソード
６に突撃的にぶつかり，フィラメントもしくは，カソー
ドを著しく損傷してフィラメントもしくは，カソードの
寿命を縮める。

また，真空度の悪化につれて，カソード周辺で，アー
ク短絡が頻発し，ビーム発生が維持できなくなる。

本考案では，このような従来のものの課題を解決するよ
うにした電子ビーム銃の制御装置を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本考案の電子ビーム銃の制御装置は，上記課題を解決す
るために，電子ビームを発生するカソード及びこのカソ
ードと対向して配設される加速用アノードを収納した大
気とは真空状態にシールされる加速室と発生した電子ビ
ームを加熱対象に照射する溶解室との間に中間室を備え
ると共に，この中間室と上記溶解室とを狭い流路で連通
し，これらの各室を独立に夫々排気する真空ポンプを備
えた電子ビーム銃であって，上記加速室と中間室の両者
を真空遮断しうるビームシャッタを設け，上記中間室の
真空圧力がビームを発生するに不適切な圧力に上昇した
ことを中間室に設けた真空計の出力によって検出し，ビ
ームシャッタを開状態から閉状態に作動させるように構
成した。

また，この場合において，さらに，上記中間室に設けた
ビームシャッタの作動を検出するリミットスイッチを備
え，このリミットスイッチの検出出力に基づいて電子ビ
ームを停止するように構成するのが望ましい。

［実施例］ 以下第１図に示す本考案の一実施例について本考案を具
体的に説明する。なお，本実施例も中間室を備えた構成
のもので説明するが，中間室が存在しないものについて
も本考案が適用できることはいうまでもない。

同図において，従来のものと同等なものについては，第
２図と同等の符号を付して示した。

本考案では，ビームシャッタ１６を例えば，空圧作動式
として，空圧シリンダ１６ｂ内に収納するピストン部１
６ｐを備え，後述する空圧作動器２５で，これを閉ざす
ように作動させる。

Ｇ_１は加速室Ａに設けた排気口１ａに管２２を介して接
続した第１の真空計，Ｇ_２は中間室１９に設けた排気口
２０ａに管２３を介して接続した第２の真空計で，これ
ら各真空計Ｇ_１，Ｇ_２の表示信号はシーケンサ２４に供
給される。

シーケンサ２４は，真空計Ｇ_１の表示が所定の圧力（例
えば１０^-5Torr）未満，且つ真空計Ｇ_２の表示が所定の
表示（例えば１０^-4Torr）未満のときは，ビームシャッ
タ１６を開く開指令を，一方真空計Ｇ_１の表示が前記表
示（例えば１０^-5Torr）以上かまたは，真空計Ｇ_２の表
示が前記表示（例えば１０^-4Torr）以上のいずれかとな
ったときは，ビームシャッタ１６を閉ざす閉指令を出す
ように論理が組まれている。

２５は空圧作動手段でシーケンサ２４からの開指令で開
信号を，閉指令で閉信号をそれぞれビームシャッタ１６
に与えてシャッタ部１６ａをそれぞれ開，閉動作させる
ようになっている。

なお，ビームシャッタ１６を電磁弁等の電気式としたと
きは，空圧作動手段２５を省略し，シーケンサ２４の信
号を直接受けるようにできる。

２６及び２７は，それぞれ第１及び第２のリミットスイ
ッチで，それぞれの検出素子（図示せず）をシリンダ１
６ｂ内に突出させて，ピストン１６ｐの通過位置を検出
することにより，第１のリミットスイッチ２６はシャッ
タ部１６ａが開状態のときＯＮ，閉状態となるときはＯ
ＦＦとなり，一方，第２のリミットスイッチ２７はピス
トン１６ｐの通過位置を検出することにより，シャッタ
部１６ａが閉状態のときはＯＮ，開状態となるときはＯ
ＦＦとなるようになっている。

リミットスイッチ２６からＯＦＦ信号に基づいてリレー
２８を作動して電源ＶＡからの出力を停止し，電子ビー
ムを遮断するようになっている。

［作用］ 以上の構成において，電子ビームを発生させ，加速室
Ａ，中間室１９を介して溶解室Ｂに至らせ，ルツボ１０
内の被溶解物を溶解させる動作は，従来のものと全く変
わらないので，その説明は省略する。

本考案では，加速室Ａと中間室１９の真空状態を真空計
Ｇ_１，Ｇ_２により常に監視し，この表示信号をシーケン
サ２４に供給している。この状態において，前記したよ
うに例えば，被溶解金属の蒸発を抑えるために溶解室Ｂ
でアルゴンガスを使用するような場合とか，又は溶解室
Ｂで何等かの原因でガスが突然噴出するような場合のよ
うに，溶解室Ｂの真空圧力が例えば１０^-2Torr程度に上
昇した場合でも，中間室１９の真空圧力が同室に対する
真空ポンプＰ_２の作動によって１０^-4Torr程度を維持で
きるときは，加速室Ａからの電子ビームを中間室１９を
介して溶解室Ｂに供給し溶解作業を継続することができ
る。

次に，中間室１９の真空圧力がさらに，上昇し，真空計
Ｇ_１が所定値（例えば１０^-5Torr）以上となるかまた
は，真空計Ｇ_２の表示がその所定値（例えば１０^-4Tor
r）以上となるかのいずれかの状態となったときは，閉
指令を空圧作動器２５に送り，空圧作動器２５の作動に
より，ビームシャッタ１６を作動し，シャッタ部１６ａ
を閉状態とする。

この際，第１のリミットスイッチ２６はＯＮ→ＯＦＦ状
態へ移行するので，リレー２８を作動して直流電源ＶＡ
を停止し，電子ビームを遮断する。

ビームシャッタ１６が閉ざされた後は，加速室Ａと中間
室１９の真空状態を悪化させる原因となった溶解室Ｂか
らの正イオンや蒸発金属等の侵入はなくなり，一方この
間も真空ポンプＰ_１，Ｐ_２による排気作業は継続して行
われているので，前記各室の真空状態は回復していく。

この回復がなされることは，各真空計Ｇ_１，Ｇ_２の表示
が各所定値以上となったことにより，シーケンサ２４に
よって検出されるため，作動器２５を介して，ビームシ
ャッタ１６は開かれ，これに伴いリミットスイッチ２６
がＯＮとなることに基づき，リレー２８が動作して直流
電源ＶＡがその出力を回復するようになるため，電子ビ
ームは再び溶解室Ｂの被溶解物１１に照射され，電子ビ
ーム銃による所定の溶解作業も復帰する。

即ち，上記動作は全て自動的に迅速に行われるから上記
した各室の真空度低下に伴ってビームシャッタの開閉動
作となる区間は極めて短時間となるので，カソード若し
くはフィラメントは完全に保護され，且つ，カソード周
辺でのアークの短絡をも防止できる。

［考案の効果］ 本考案の電子ビーム銃の制御装置は，上記のように構成
されるから，次のような優れた効果を有する。

たとえば，溶解室で何等かの原因でガスの突然の噴出
があった場合とか，被溶解金属の蒸発を抑えるためにア
ルゴンガスを使用した場合のように溶解室の真空圧力が
１０^-2Torr程度に上昇した場合にも，中間室１９では独
立した真空ポンプＰ_２による排気によって１０^-4Torr程
度の真空の維持が可能のため，加速室の真空圧力が真空
ポンプＰ_１による排気によって１０^-5Torr程度に保たれ
ている場合には，溶解室に対する電子ビームの供給をさ
らに継続し，溶解作業を続行することができる。

なお，溶解室Ｂの真空圧力がさらに悪化し，中間室１
９の真空圧力も所定値以上に上昇したときはビームシャ
ッタ１６を自動的に閉ざしてカソード，フィラメント等
に対する所要の保護を的確に行うことができる。また，
中間室，溶解室等の真空圧力が所定の圧力に復帰したと
きには，ビームシャッタの開動作と電子ビームの復帰を
自動的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す１部を切り欠いて示し
た正面図，第２図は従来例を示す縦断正面図である。 Ａ‥‥加速室 Ｂ‥‥溶解室 ２０‥‥中間室１６ ‥‥ビームシャッタ Ｇ_１‥‥第１の真空計 Ｇ_２‥‥第２の真空計 ２４‥‥シーケンサ ２５‥‥空圧作動手段 ２６‥‥第１のリミットスイッチ ２７‥‥第２のリミットスイッイチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 中井 泰弘 三重県伊勢市竹ケ鼻町100番地 神鋼電機 株式会社伊勢製作所内 (56)参考文献 特開 昭52−27037（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−15083（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−48044（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−23267（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−71561（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを発生するカソード及びこのカ
   ソードと対向して配設される加速用アノードを収納した
   大気とは真空状態にシールされる加速室と発生した電子
   ビームを加熱対象に照射する溶解室との間に中間室を備
   える共にこの中間室と上記溶解室とを狭い流路で連通
   し，これらの各室を独立に夫々排気する真空ポンプを備
   えた電子ビーム銃であって，上記加速室と中間室の両者
   を真空遮断しうるビームシャッタを設け，上記中間室の
   真空圧力がビームを発生するに不適切な圧力に上昇した
   ことを中間室に設けた真空計の出力によって検出し，ビ
   ームシャッタを開状態から閉状態に作動させるようにし
   たことを特徴とする電子ビーム銃の制御装置。
2. 【請求項２】上記中間室に設けたビームシャッタの作動
   を検出するリミットスイッチを備え，このリミットスイ
   ッチの検知出力に基づいて電子ビームを停止するように
   した請求項１記載の電子ビーム銃の制御装置。