JP2015064950A - 電子銃 - Google Patents

Abstract

【課題】性能、特性を安定できる電子銃を提供する。【解決手段】電子銃10は、カソード11、およびグリッド12を備える。カソード11は、複数の電子放出部20を有する。グリッド12は、複数の電子放出部20にそれぞれ対向して同軸上に配列される複数の引出孔31が設けられたグリッドプレート30、およびこのグリッドプレート30を保持するグリッドホルダ32を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電子を発生する電子銃に関する。

大電流の電子ビームを必要とする線形加速器が備える電子銃では、電流量を確保するために面状のカソードが使用されているとともに、このカソードから電子を引き出すためのグリッドにはカソードの面積に相当する面形状でメッシュ構造を持つメッシュ状グリッドが使用されている。

これらカソードとメッシュ状グリッドを持つ電子銃は、構造が簡単で、製造も容易であるため一般的に普及しているが、近年の大型加速器に要求されるような電流、エミッタンス特性を満足するものは少なく、同じ個体の中から優れたものを選び出しても使用可能なものは限られてしまうのが現状となっている。

このように電子銃の性能、特性が安定しない理由は、一般的なメッシュ状グリッドはＭｏ（モリブデン）製のワイヤを編みこんで製造されたものが使用されるので、そのワイヤの重なり部分で凹凸ができてしまう。そのため、マイクロレベルの視野から見ると、カソードとメッシュ状グリッドとの間に加えられる電圧で形成される電界はメッシュ状グリッドの近傍で乱れたものとなり、放出される電子ビームの中に正規の軌道から外れた無効ビーム成分が多くなるという現象が出やすくなる。また、メッシュ状グリッドの近傍で電界が乱れることから、ワイヤに衝突する電子の量が増加しやすく、衝突によって発生する二次電子、およびワイヤ自身から放出される電界放出電子も同様の悪影響を与える要因となっている。

特開平６−３４９４１４号公報

上述のように、従来の電子銃では、性能、特性が安定しないものであった。

本発明が解決しようとする課題は、性能、特性を安定できる電子銃を提供することである。

本実施形態の電子銃は、複数の電子放出部を有するカソードと、前記複数の電子放出部にそれぞれ対向して同軸上に配列される複数の引出孔が設けられたグリッドプレート、およびこのグリッドプレートを保持するグリッドホルダを有するグリッドとを具備するものである。

第１の実施形態を示す電子銃の断面図である。 同上電子銃のカソードおよびグリッドプレートの斜視図である。 第２の実施形態を示す電子銃の図４Ａ−Ａ視の断面図である。 同上電子銃のグリッド支持体の底面図である。 第３の実施形態を示す電子銃の容器に装着した状態の断面図である。

以下、第１の実施形態を、図１および図２を参照して説明する。

図１に示すように、電子銃10は、カソード11、グリッド12、および電子銃支持体13等を備えている。

図１および図２に示すように、カソード11は、一般の面状カソードと異なり、マトリクス状に配列された複数点の電子放出部20を備えている。図中には簡略化して示しているが、通常の線形加速器用電子銃に用いられるカソード直径は１０ｍｍ程度で、ここではそのサイズのカソード11の表面に直径０．５ｍｍ以下の電子放出部20が数１０〜１００点配置されている。

カソード11は、その背面側にカソード11を加熱するヒータ21を備えている。

カソード11は、支持筒22に取り付けられ、この支持筒22によって電子銃支持体13に装着されている。支持筒22は、耐熱性が高くカソード11の熱を伝えにくい例えばＴａ（タンタル）等の材質で、肉薄に形成されている。

また、グリッド12には、これまでのワイヤ編み込みによるメッシュ形状ではなく、平板状のグリッドプレート30が用いられている。このグリッドプレート30には、複数の引出孔31がカソード11の複数の電子放出部20のパターンに一致するように設けられている。

グリッドプレート30は、例えばＭｏ（モリブデン）等の高い耐熱性材質で、厚さ０．１ｍｍ以下の非常に薄いものが使用されている。引出孔31は、エッチング等の手法によってグリッドプレート30に開けられている。

グリッドプレート30は、グリッドホルダ32に保持されている。グリッドホルダ32は、グリッドプレート30と同じ材質で、高い剛性を持たせるために肉厚の構造とし、円筒状に形成されている。グリッドプレート30とグリッドホルダ32とはロウ付け等の手法によって接合されている。このとき、接合するグリッドプレート30とグリッドホルダ32とが同じ材質であるため、ロウ付けのように高い温度にまで昇温する接合方法を採っても、熱膨張差による変形、ずれ等が生じにくい。

グリッドホルダ32は、グリッド支持体33に支持されている。グリッド支持体33は、例えばＳＵＳ（ステンレス）等の材質で形成されており、基部34、およびこの基部34およびグリッドホルダ32よりも低剛性構造の低剛性部35を有している。基部34は、高い剛性を持たせるために肉厚の構造とし、円筒状に形成されている。低剛性部35は、円筒状で、基部34より厚みを薄くすることによって低剛性構造に形成されている。

低剛性部35にグリッドホルダ32が接合される。このとき、Ｍｏ等の耐熱材料で作られているグリッドホルダ32とＳＵＳ（ステンレス）材質のグリッド支持体33とを溶接では接合しにくいので、ロウ付けによる接合方法を採ることになるが、ロウ付けのように高い温度にまで昇温する接合方法を採ると、熱膨張差による変形、ずれ等が生じることを考慮する必要がある。そこで、グリッド支持体33に設けた低剛性部35にグリッドホルダ32を接合することにより、低剛性部35が、高い剛性のグリッドホルダ32より先に変形して、熱膨張差による応力を吸収するので、グリッドホルダ32およびグリッドプレート30の変形を抑えることが可能となっている。

なお、低剛性部35は、単に円筒形の肉厚を薄くするだけでなく、幾つかの等配に切り欠けを入れて熱膨張の応力に対して簡単に変形できるようにしたものを適用することも可能である。

グリッド支持体33は、電子銃支持体13に装着されている。装着状態では、グリッドプレート30に設けた複数の引出孔31が、それぞれ対応するカソード11に設けた複数の電子放出部20に対向して同軸となるように、グリッドプレート30とカソード11との間の位置、位相が調整されている。

また、電子銃支持体13は、支持筒22を介してカソード11を支持するカソード支持部40、グリッド支持体33を介してグリッド12を支持するグリッド支持部41、およびこれらカソード支持部40とグリッド支持部41との間をこれらに印可する電圧に対して十分な絶縁が保つことが可能な絶縁部42を有している。

電子銃支持体13にカソード11を装着した後に、グリッド12を接合したグリッド支持体33を装着する。このとき、カソード11に設けた複数の電子放出部20とグリッド12に設けた複数の引出孔31とを対向させて同軸になるように配置する。

そして、電子銃10において、ヒータ21に規定の電流を通電してカソード11を加熱し、グリッド12にマイナス電圧を印加すれば、カソード11の複数の電子放出部20から放出された電子はそれぞれに対応したグリッド12の引出孔31を通って出射される。

このように構成された電子銃10では、複数の電子放出部20を有するカソード11と複数の引出孔31を有するグリッドプレート30とを備え、カソード11の電子放出部20とそれに対応するグリッドプレート30の各引出孔31の位置、位相を精度良く一致させ、電子銃10の動作中もその精度を維持できる構成とすることによって大電流で良好なエミッタンス特性を備えた線形加速器用電子銃を提供することができる。

また、平板状のグリッドプレート30では、編み組み式のメッシュ状グリッドに比べると、二次電子放出点となるエッジの面積が小さく、また凹凸も殆ど無いことから、グリッドプレート30の付近での電界の乱れが小さいため、無効な電子ビームを発生しにくくできる。

また、カソード11とグリッドプレート30との間の距離（ギャップ）は概ね０．２ｍｍ程度であり、その精度は少なくともその１／１０程度に抑えて両構造物の平行度を確保する必要があるが、グリッドプレート30およびグリッドホルダ32を同じ耐熱性材質で形成することにより、グリッド12の熱膨張差による変形を小さくすることができる。

また、グリッド支持体33に設けた低剛性部35にグリッドホルダ32を接合する構造であるため、その接合時において、低剛性部35が、高い剛性のグリッドホルダ32より先に変形して、熱膨張差による応力を吸収するので、グリッドホルダ32およびグリッドプレート30の変形を抑えることができる。

次に、図３および図４に第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を用い、その構成および作用効果についての説明を省略する。

本実施形態の電子銃10においては、カソード11の複数の電子放出部20とグリッドプレート30の複数の引出孔31とを精度良く一致させることが必要となる。

そのために、グリッド12を接合した後のグリッド支持体33を電子銃支持体13の上で移動させて位置、位相を調整する。その際、電子銃支持体13に接するグリッド支持体33の基部34の面に３つの突起50を設けた構造を採る。これら３つの突起50の頂点で作られる仮想平面がグリッドプレート30と平行になるように突起50の精度を管理する。

カソード11とグリッドプレート30との間のギャップは０．２ｍｍ以下に設定されるため、少なくともその１／１０以下（０．０２ｍｍ）の精度で平行度を確保することが必要となり、合わせる部品の面精度が満足できるレベルになっていなければ移動ごとに傾きやがたが発生することになる。

３つの突起50を用いて３点で面を形成する方法を採れば、電子銃支持体13上でグリッド支持体33を滑らせて移動させても、傾きやがたを生じることなく、グリッドプレート30をカソード11に対して平行に移動させることができる。

また、所定の位置にグリッド支持体33を配置した後は、グリッド支持体33に形成した複数の挿通孔51に固定用ねじ（ボルト）52を通し、これら固定用ねじ52を電子銃支持体13にねじ込み、グリッド支持体33を電子銃支持体13に締め付けて固定する。固定用ねじ52を締め付けたときに、グリッド支持体33が傾くようなモーメントが生じないように、挿通孔51および固定用ねじ52の配置は、グリッド支持体33の中心と各突起50を結んだ仮想線の延長上に設定する。

このように構成することにより、カソード11との平行度を確保しながらグリッド12のアライメント調整を施行することが可能となる。

次に、図５に第３の実施形態を示す。なお、各実施形態と同じ構成については同じ符号を用い、その構成および作用効果についての説明を省略する。

電子銃10は、実際の線形加速器に取り付けるための容器（真空容器）60に装着される。容器60には、電子銃支持体13のグリッド支持部41が装着される。そして、電子銃10のグリッドプレート30の電子を放出する面が線形加速器側および（ウェネルト）電極側に向けられ、カソード11および支持筒22等がある側が容器60内に向けられている。

また、容器60外からヒータ電流およびグリッド電圧を容器60内の電子銃10にフィードする必要がある。そのため、容器60は、グリッド支持部41およびグリッド支持体33を通じてグリッド12に電気接続されるグリッド端子部61、カソード支持部40および支持筒22を通じてカソード11に電気接続されるカソード端子部62、ヒータ21に電気接続されるヒータ端子部63、グリッド端子部61とカソード端子部62との間に介在して絶縁する第１の絶縁部64、およびカソード端子部62とヒータ端子部63との間に介在して絶縁する第２の絶縁部65を有している。これら端子部61，62，63および絶縁部64，65が気密結合されて容器60が形成されている。

そして、容器60に取り付けられた電子銃10のカソード11とグリッド12は、絶縁部42を備えた電子銃支持体13に装着した一体構造としており、カソード11とグリッド12との間の位置関係、精度はこの電子銃支持体13で独立して維持できる。

これにより、容器60の温度変化に伴う膨張、取り付け時に加わる外力は、内部の電子銃支持体13には伝わりにくい構成となっており、カソード11とグリッド12との間の精度に影響を受けにくくすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 電子銃
11 カソード
12 グリッド
13 電子銃支持体
20 電子放出部
21 ヒータ
30 グリッドプレート
31 引出孔
32 グリッドホルダ
33 グリッド支持体
34 基部
35 低剛性部
50 突起
60 容器
61 グリッド端子部
62 カソード端子部
63 ヒータ端子部
64 第１の絶縁部
65 第２の絶縁部

Claims (5)

1. 複数の電子放出部を有するカソードと、
   前記複数の電子放出部にそれぞれ対向して同軸上に配列される複数の引出孔が設けられたグリッドプレート、およびこのグリッドプレートを保持するグリッドホルダを有するグリッドと
   を具備することを特徴とする電子銃。
2. 前記グリッドプレートと前記グリッドホルダとが同じ耐熱性材質で形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の電子銃。
3. 基部、およびこの基部よりも低剛性構造の低剛性部を有し、この低剛性部に前記グリッドホルダが接合されたグリッド支持体を具備する
   ことを特徴とする請求項２記載の電子銃。
4. 前記グリッド支持体の前記基部に３つの突起が設けられ、これら３つの突起の先端で形成される仮想平面が前記グリッドプレートと平行となっている
   ことを特徴とする請求項３記載の電子銃。
5. 前記カソードを加熱するヒータと、
   前記グリッドおよび前記カソードを支持する電子銃支持体と、
   前記グリッドに電気接続されるグリッド端子部、前記カソードに電気接続されるカソード端子部、前記ヒータに電気接続されるヒータ端子部、前記グリッド端子部と前記カソード端子部との間に介在する第１の絶縁部、および前記カソード端子部と前記ヒータ端子部との間に介在する第２の絶縁部を有し、前記電子銃支持体を装着した容器と
   を具備することを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の電子銃。

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