JPH0648619B2 - 電子銃装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子銃装置に関し、更に詳しくはライン状の
電子ビームを出力する電子銃装置のグリッドの構造に関
するものである。

（従来の技術） 電子ビームを走査させることなく長尺の試料を均一に加
熱して溶解させたり蒸発させるのにあたっては、ライン
状の電子ビームの電流密度分布，すなわち強度を均一に
する必要がある。

第１０図は、このようなライン状の電子ビームを出力す
る電子銃装置の概念構成図である。図において、１はラ
イン状に形成されたフィラメントであり、通電に応じて
第１の熱電子２を出力する。３は例えば100mm程度の長
さのライン状に形成されたカソードであり、一定の間隔
を保ってフィラメント１と対向するように配置されてい
る。該カソード３はコの字状に形成され、カソード支持
体３ａによって支持されている。カソード３はフィラメ
ント１に対して所定の電位差を持っている。フィラメン
ト１から放出される第１の熱電子２は電位差に引かれて
カソード３に衝突し、カソード３を加熱する。カソード
３は加熱に応じて第２の熱電子４を放出する。

５はグリッドであり、フィメント１を内包する第１のカ
バー６の端面に固定されている。グリッド５は、カソー
ド３から出力される第２の熱電子４を集束形成する。７
はアノードであり、第２のカバー８の開口部の内周に固
定されている。アノード７は、グリッド５で集束形成さ
れた第２の熱電子４を電子ビーム９として引き出す。

なお、例えばカソード３に加速電圧を印加しない時フィ
ラメント１には−２ＫＶが加えられ、カソード３は０Ｖ
に保たれ、グリッド５には−６ＫＶが加えられる。これ
により、フィラメント１とカソード３の電位差は２ＫＶ
になり、カソード３とグリッド５の電位差は６ＫＶにな
り、フィラメント１とグリッド５の電位差は４ＫＶにな
る。そして、カソード３は、フィラメント１から出力さ
れる第１の熱電子の衝撃により２０００゜Ｋ以上の高温
に加熱されることになる。

ところで、従来のこのような電子銃装置で用いられるグ
リッド５の平面は、第１１図の断面図に示すように、フ
ィラメント１の垂直軸Ｚに対して鈍角をなすように形成
されていた。

これは、第１２図に示すような従来のスポットビーム電
子銃の各電極の形状をそのままライン状電子ビームを出
力する長尺構造に適用したものと考えられる。第１２図
において、１０はカソードを兼ねたフィラメント、１１
はグリッド、１２はアノードである。フィラメント１０
の一端には第１電源１３の負電極が接続され、第１電源
の正電極はアース電位に接続されている。フィラメント
１０の他端には第２電源１４の正電極が接続され、第２
電源１４の負電極はグリッド１１に接続されている。す
なわち、フィラメント１０にはアース電位に対して負の
一定電圧が印加され、グリッド１１にはフィラメント１
０に対して負の可変電圧が印加されることになる。

このような構成において、グリッド１１の平面はフィラ
メント１０の垂直軸Ｚに対して鈍角になるように形成さ
れている。そして、これ等フィラメント１０，グリッド
１１及びアノード１２により真空管が形成されていて、
第２電源１４の出力電圧を調整することにより、電流分
布密度等を任意に調整できるようになっている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このように構成された装置における電子ビー
ム強度は第１３図に示すような正規分布曲線になり、均
一な強度の電子ビームを得ることは困難である。すなわ
ち、第１０図の装置の場合には、対向するグリッド５間
で電子ビームの強度が正規分布特性を持つことになり、
矩形領域で強度が均一な電子ビームを得ることができな
い。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、
その目的は、矩形領域で強度が均一な電子ビームが得ら
れる電子銃装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記した課題を解決する本発明は、ライン状のフィラメ
ントから出力される第１の熱電子をライン状のカソード
に衝突させて第２の熱電子を発生させ、この第２の熱電
子をカソードを両側から挾むようにカソードと平行に対
向配置されたグリッドで集束形成し、集束形成された熱
電子をアノードを介して電子ビームとして取り出すよう
に構成された電子銃装置において、 前記各グリッドの平面が前記フィラメントの垂直軸に対
して９０度未満の角度をなすように形成されたことを特
徴とする。

（作用） 本発明の装置の対向するグリッド間の電子ビームの強度
はほぼ平坦になり、矩形領域で強度が均一な電子ビーム
を得ることができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の原理説明図であり、第１２図と同一部
分には同一の符号を付けている。図において、第１２図
と異なる点は、各グリッド１１の平面がフィラメント１
０の垂直軸Ｚに対して９０度未満の角度をなすように形
成されていることである。

このように構成された装置における電子ビーム強度は、
第２図に示すようにほぼ矩形状の分布曲線になり、第１
２図の装置よりも広い範囲で均一な強度の電子ビームを
得ることができる。

本発明は、このような第１図の構造を第１０図に示した
ような装置に適用したものである。

第３図は本発明の一実施例の要部の構成図、第４図は第
３図のＡ−Ａ′断面図であり、第１０図と同一の部分に
は同一の符号を付けている。これら図において、各グリ
ッド５の平面はフィラメント１の垂直軸に対して９０度
未満の角度をなすように形成され、アノード７はグリッ
ド５に対して凸になるように形成されている。

このような構成において、電子銃として動作させるのに
あたっては、カソード３にアース電位に対して負の高電
圧（加速電圧）を印加する。フィラメント１に電流を流
して熱電子が十分放出される２６００゜Ｋ前後の温度ま
で加熱する。グリッド５にはカソード３の電位に対して
負のグリッド電位Ｖｇを印加し、その電位は電子ビーム
の遮断電圧（カットオフ）に設定する。

カソード３にフィラメント１に対して正の電位を徐々に
印加する。カソード３はフィラメント１から放出される
ボンバード電流Ｉｂによる電子衝撃を受けて加熱され
る。カソード３の温度はボンバード電力Ｐｂ（＝Ｉｂ×
Ｖｇ）に依存し、該ボンバード電力Ｐｂを制御すること
により所定の動作温度（一般に２６００゜Ｋ〜２７００
゜Ｋ）に設定する。グリッド電位を遮断電圧から小さく
（浅く）していくと、カソード３から放出される電子ビ
ームがアース電位のアノード７により加速され、試料に
向かって照射される。

このようにして電子銃から得られる電子ビームの断面形
状及びビーム電流の値はグリッド５及びアノード７の形
状、グリッド５とカソード３間の距離，グリッド５とア
ノード７間の距離，加速電圧及びグリッド電圧等により
設定されるものの、対向するグリッド５間の電子ビーム
の強度はほぼ平坦になり、矩形領域で強度が均一な電子
ビームを得ることができる。

第５図はグリッドの平面をフィラメントの垂直軸に対し
て９０度になした例、第６図及び第７図はそれぞれ本発
明の他の実施例を示す構成図であり、第４図と同一の部
分には同一の符号を付けている。

第５図の装置では、各グリッド５の平面はフィラメント
１の垂直軸Ｚに対して９０度の角度をなすように平坦に
形成され、アノード７もグリッド５に対して平行になる
ように平坦に形成されている。

第６図の装置では、各グリッド５の平面はフィラメント
１の垂直軸Ｚに対して９０度未満の角度をなすように形
成され、アノード７は平坦に形成されている。但し、各
グリッド５は薄肉部材で形成されている。

第７図の装置では、第４図と同様に各グリッド５の平面
はフィラメント１の垂直軸Ｚに対して９０度未満の角度
をなすように形成され、アノード７はグリッド５に対し
て凸になるように形成されているが、各グリッド５は第
６図と同様に薄肉部材で形成されている。

これら第４図、第６図及び第７図に示した各実施例にお
ける電子ビーム特性の違いは、同一動作パラメータで駆
動した場合にレンズ作用の違いとして電子ビーム特性に
差を生じる。

第８図はこのような電極形状の違いをパラメータとした
グリッド特性図であり、縦軸にはビーム電流Ｉｂを表わ
し、横軸にはグリッド電圧Ｖｇを表わしている。図にお
いて、Ａは第４図の特性を示し、Ｂは第５図の特性を示
し、Ｃは第６図の特性を示し、Ｄは第７図の特性を示し
ている。ここで、グリッド電圧Ｖｇの変化に対するビー
ム電流Ｉｂの立ち上がりの大きい方が性能は優れている
ことになる。

第９図は電極形状の違いをパラメータとした電子ビーム
の放射角度特性図であり、縦軸には電子ビームの開き角
度αを表わし、横軸にはグリッド電圧Ｖｇを表わしてい
る。図において、第８図と同様にＡは第４図の特性を示
し、Ｂは第５図の特性を示し、Ｃは第６図の特性を示
し、Ｄは第７図の特性を示している。ここで、グリッド
電圧Ｖｇの変化に対する開き角度αの小さい方が性能は
優れていることになる。

これら第８図及び第９図の特性図から明らかなように、
第５図の電極形状よりも第４図，第６図及び第７図の電
極形状の方が優れた特性が得られる。また、グリッド５
については、第４図のような厚肉構造であっても６図，
第７図のような薄肉構造であってもほとんど特性の差異
は現われていない。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、矩形領域
で強度が均一な電子ビームが得られる電子銃装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は第１図の電子ビ
ーム強度特性図、第３図は本発明の一実施例の要部の構
成図、第４図は第３図のＡ−Ａ′断面図、第５図はグリ
ッドの平面をフィラメントの垂直軸に対して９０度にな
した例、第６図及び第７図はそれぞれ本発明の他の実施
例を示す構成図、第８図は電極形状の違いをパラメータ
としたグリッド特性図、第９図は電極形状の違いをパラ
メータとした電子ビームの放射角度特性図、第１０図は
ライン状の電子ビームを出力する電子銃装置の概念構成
図、第１１図は第１０図の断面図、第１２図は従来のス
ポットビーム電子銃装置の概念構成図、第１３図は第１
２図の電子ビーム強度特性図である。 １……フィラメント、３……カソード ５……グリッド、７……アノード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 999999999 北陸電力株式会社 富山県富山市桜橋通り３番１号 (71)出願人 999999999 関西電力株式会社 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 (71)出願人 999999999 中国電力株式会社 広島県広島市中区小町４番33号 (71)出願人 999999999 四国電力株式会社 香川県高松市丸の内２―５ (71)出願人 999999999 九州電力株式会社 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 (71)出願人 999999999 日本原子力発電株式会社 東京都千代田区大手町１丁目６番１号 (71)出願人 999999999 三菱重工業株式会社 東京都千代田区丸の内２丁目５番１号 (71)出願人 999999999 日本電子株式会社 東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号 (72)発明者 若元 郁夫 広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 今野 茂生 東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号 日本 電子株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−40475（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−54652（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−145050（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ライン状のフィラメントから出力される第
   １の熱電子をライン状のカソードに衝突させて第２の熱
   電子を発生させ、この第２の熱電子をカソードを両側か
   ら挾むようにカソードと平行に対向配置されたグリッド
   で集束形成し、集束形成された熱電子をアノードを介し
   て電子ビームとして取り出すように構成された電子銃装
   置において、前記各グリッドの平面が前記フィラメント
   の垂直軸に対して９０度未満の角度をなすように形成し
   たことを特徴とする電子銃装置。