JP2646581B2

JP2646581B2 - 電子ビーム銃

Info

Publication number: JP2646581B2
Application number: JP62261061A
Authority: JP
Inventors: 等河野
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1987-10-16
Filing date: 1987-10-16
Publication date: 1997-08-27
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JPH01105449A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば物質の溶解に用いられる電子ビーム
銃に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

第２図は従来の金属溶解用電子ビーム銃をあらわすも
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
排気系統Ｐ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Voを介して排気系統Po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が配設され、
絶縁部材（４）（５）に支持された電線を介してフィラ
ント加熱用の交換電源VF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あたえるための
直流電源VAが接続されている。加速室Ａと溶解室Ｂとは
銅製のパイプ（８）により結合されており、この周囲は
収束用磁気レンズ（９）が配設されている。

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（1
0）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、パイプ（８）の下端開口
は、ビームシヤッタ（16）によって開閉されるようにな
っている。

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熱電子が発生する。この熱電子は直
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、このリング状アノード（７）の中心穴を通り
抜け、収束用磁気レンズ（９）により収束されながら、
銅製のパイプ（８）中を通過し溶解室Ｂ内に至る。そし
てルツボ（10）内の被溶解物（11）に衝突してこれを加
熱し溶解するようになっている。

然るに、この従来例で、溶解室Ｂの真空度を例えば10
^-2Torr程度とした場合には、この溶解室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、加速室Ａ内に飛込んで
くる。また被溶解物（11）の蒸発電子も同様に一部イオ
ン化されつゝ、加速室Ａ内に飛込んでくる。これらはカ
ソード（６）に衝撃的にぶつかり、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ばかりでなく、カソード金属のスパ
ッタリング等も発生させる事になり、アーキング（カソ
ード、アノード間で）が頻発し始める。

すなわち、加速室Ａと溶解室Ｂとのとの差圧をもたせ
ることが安定な電子ビーム発生のために必要とされるの
であるが、この従来例では長時間、差圧をもたせること
が困難であり、電子ビームは短時間で停止してしまう。
また、この構造ではビームの観測ができないので、電子
ビームの調整が難しい。また、差圧を得るためにビーム
パスを長くすると、ビームがパスに当たるという不都合
が生ずる。

第３図は他の従来例を示すが、第２図に対応する部分
については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略す
る。すなわち、本従来例では、加速室Ａと溶解室Ｂとの
間にダミー室（19）が設けられる。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）を介して排気系統P₁に接続されている。ダミ
ー室（19）は銅製パイプ（18）を介して溶解室Ｂと接続
され、パイプ（18）の周囲には第２の収束磁気レンズ
（17）が配設されている。

第３図の従来例では溶解室Ｂの真空度が悪化した場
合、ダミー室（19）に侵入するガスは排気系統P₁によっ
て排気され、その一部が加速室Ａに入ったとしても、こ
の程度のガスは排気系統Ｐによって排気され、加速室Ａ
の真空度は保たれる。

以上述べたように第２従来例は第１従来例の欠点を除
去するものであるが、差圧を保持するために排気系が２
組も必要であり、またこれらの配管は一般に流路抵抗を
大きくするために径が大きく、よって装置全体は大型化
する。また、２つの排気系統を相関連させて制御しなけ
ればならず、そのシーケンスコトロール及び操作系が複
雑である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記問題に鑑みてなされ、差圧を保持しなが
ら、装置全体をより小型化し、装置コストを低下させる
ことができる電子ビーム銃を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の目的は、熱電子を発生するカソード及び該カソ
ードと対向して配設される加速用アノードを収納した密
閉加速室、該密閉加速室と第１狭路を介して接続される
密閉中間室、該密閉中間室と第２狭路を介して接続され
る密閉電子ビーム処理室から成り、前記密閉加速室、前
記密閉中間室及び前記密閉電子ビーム処理室を各々、排
気するようにした電子ビーム銃において、前記密閉加速
室は独立した第１の排気系統により排気し、前記密閉中
間室と前記密閉電子ビーム処理室とは第２の排気系統に
より排気するようにし、前記密閉中間室と前記第２の排
気系統とを第１配管を介して接続し、かつ、前記密閉電
子ビーム処理室と前記第２の排気系統の最も高真空を達
成するための主排気ポンプの吸気口に接続され第１バル
ブを有する第２配管の前記第１バルブと前記主排気ポン
プの吸気口との間の部分に、前記第１配管を接続するよ
うにし、前記第１配管及び前記第２配管を介して前記密
閉中間室と前記密閉電子ビーム処理室とを排気するよう
にしたことを特徴とする電子ビーム銃によって達成され
る。

〔作用〕

密閉中間室と密閉電子ビーム処理室とは共通の第２の
排気系統により排気されるので、装置コストを低下さ
せ、装置全体を小型化することができる。

また、密閉中間室は第２の排気系統の最も高真空を達
成するための主排気ポンプの吸気口と第１配管を介して
接続されるので、密閉加速室と密閉電子ビーム処理室と
の間に良好な差圧を保持することができる。

また、中間室は第２の排気系統の最も高真空を達成す
るための主排気ポンプの吸気口と配管を介して接続され
るので、加速室と電子ビーム処理室との間に良好な差圧
を保持することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例による金属溶解用電子ビーム銃
について図面を参照して説明する。

なお、従来例の第３図に対応する部分については同一
の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

すなわち、本実施例によれば、第１図において、密閉
電子ビーム処理室としての溶解室Ｂ及び中間室もしくは
ダミー室（19）は共通の第２の排気系統PAに接続されて
いる。本実施例によれば、溶解室Ｂは３つの排気口又は
吸気口を有するが、その１つは配管（31）、バルブ（3
2）を介してローラリーポンプ（39）に接続されてい
る。ロータリーポンプ（39）は公知の構造を有してい
る。また、第２の排気口は第２配管（33）、第１バルブ
（34）を介して、第２排気系統PAの最も高真空を達成す
るための主排気ポンプとしての油拡散ポンプ（37）の吸
気口（38）に接続されている。油拡散ポンプ（37）は公
知の構造を有するので、ロータリーポンプ（39）と同様
その詳細な説明は省略する。ロータリーポンプ（39）の
吸気口はさらに管路（41）、バルブ（40）を介して油拡
散ポンプ（37）に接続される。溶解室Ｂの第３の吸気口
は管路（43）、バルブ（42）を介して、本実施例によれ
ば、アルゴンガス供給源へ接続されている。

本実施例の排気系統PAは以上のように構成されるので
あるが、本実施例によればこれは中間室（19）と共通に
用いられ、中間室（19）は第１配管（35）、第２バルブ
（36）を介して第１バルブ（34）と油拡散ポンプ（37）
の吸気口（38）との接続点Ｃに接続される。

本実施例によれば、さらにビームシヤッター（44）と
（45）が第１の筒体（８）の下端開口、及び第２の筒体
（18）の上端開口を開閉するように、ケーシング（20）
に矢印方向に摺動自在に配設されている。図ではこれら
開口を開放している場合を示している。図示せずともシ
ャッター部（44a）（45a）はシール機構を備えている。
なお、従来例において、加速室Ａの第１の排気系統Ｐは
簡略化して示されているが、上述の共通の排気系統PAと
同様に、ロータリーポンプ及び拡散ポンプなどから成っ
ている。

本発明の実施例は以上のように構成されるのである
が、次にこの作用について説明する。

まず、本実施例の電子ビーム銃の使用にあたっては、
バルブＶ、バルブ（32）が開放されて排気系統Ｐ及びPA
が駆動される。すなわち、排気系統PAにおいてはロータ
リーポンプ（39）が駆動開始され、同様に加速室Ａの排
気系統の図示せずとも、そのロータリーポンプは駆動開
始され、大気圧にある加速室Ａ、中間室（19）、及び溶
解室Ｂが排気される。そして、各室の真空度が１×10^-2
Torr程度になると、バルブ（32）は閉じられ、また、バ
ルブ（34）（36）（40）が開放される。そして油拡散ポ
ンプ（37）が駆動開始される。ロータリーポンプ（39）
はなおも駆動を続け、油拡散ポンプ（37）が吸入したガ
スを吸引する働らきをする。油拡散ポンプ（37）の駆動
により、中間室（19）、及び溶解室Ｂの真空度は１×10
^-4Torr程度にまで上昇させられる。なお、加速室Ａ用の
排気系統Ｐにおいても同様な働きで、その真空度は１×
10^-4Torr程度に排気される。

以後、排気系統Ｐ、及びPAの連続的な駆動により各室
は１×10^-4Torr程度の真空度を保った状態でカソード
（６）から熱電子が放出され、これがアノード（７）に
よって加速されて中間室（19）に侵入し、さらに筒体
（18）を通って溶解室Ｂ内に突入する。なお偏向コイル
（15）によって電子ビームｅは実線、及び破線で示すよ
うに溶解室Ｂにおいて偏向させられ、これによりルツボ
（10）内の溶解物（11）を電子ビームの衝撃により加熱
して溶解する。

中間室（19）から溶解室Ｂ内に電子ビームｅが突入す
るのであるが、被溶解物（11）から蒸発する原子や分子
が衝撃によりイオン化されて、このイオンや原子や分子
のガスが溶解室Ｂへの入口であるＴの付近で１×10^-2To
rr程度に真空度を低下させるが、上述したように中間室
（19）の真空度は常時、油拡散ポンプ（37）により排気
され続けているので、この真空度が１×10^-4Torr程度に
保持されつ加速室Ａへの上記のイオンや原子、分子の侵
入を防止する。よって安定な電子ビームが加速室Ａから
中間室（19）を通って、溶解室Ｂへと突入させることが
できる。

以上は通常の作用を示すものであるが、ルツボ（10）
内の被溶解物の種類によっては、高真空では極めて蒸発
しやすいものがあり、この溶解時に蒸発による目減り量
が増加するのを防ぐために、溶解室Ｂの内圧力を増加さ
せる場合がある。この場合にはバルブ（42）は開かれ、
アルゴンガスが管路（43）を介して溶解室Ｂ内に導入さ
れる。これにより溶解室Ｂの圧力が、例えば１×10^-1To
rr程度にされるのであるが、この場合には第２配管（3
3）に接続される第１バルブ（34）が閉じられる。これ
により第１配管（35）の真空度は障害されることなく所
望の１×10^-4Torr程度を維持することができ、よって中
間室（19）、すなわち加速室Ａの真空度が阻害されるこ
とはない。加速室Ａと溶解室Ｂとの所望の差圧は保持さ
れることができる。

次にビームシヤッター（44）、及び（45）の作用につ
いて説明する。

例えば、加速室Ａ及び溶解室Ｂの真空度はそのまゝに
して中間室（19）の保守、点検のために大気圧にしたい
場合がある。この場合にはビームシャッター（44）（4
5）は、図示の位置から左方へと移動されて、筒体
（８）及び（18）の開口を閉じる。これにより中間室
（19）は、加速室Ａ及び溶解室Ｂとは気密に遮断される
のであり、かつ第２バルブ（36）が閉じられる。よっ
て、排気系統PA側とを遮断される。この状態で図示しな
い気密性のゲートを開けることにより、大気に戻され、
所定の保守、点検を行なうことができる。そして、この
保守、点検が終れば図示しないゲートを閉じて、ビーム
シヤッター（44）はそのまゝにしてビームシヤッター
（45）だけが開放される。すると中間室（19）と溶解室
Ｂとが連通し、かつバルブ（32）が開けられることによ
り、ロータリーポンプ（39）により１×10^-2Torr程度に
まで中間室（19）の真空度は上げられた後第２バルブ
（36）を開けられて、かつバルブ（32）は閉じられ、中
間室（19）が所望の１×10^-4Torr程度にまで真空度を上
げることができる。なお、第１配管（35）内には第１バ
ルブ（34）および第２バルブ（36）を閉じていたことに
よって高真空が維持され、直ちに中間室（19）の真空度
は所望の１×10^-4Torr程度にまで上昇させることができ
る。この後ビームシヤッター（44）を図示の位置へと開
放し、上述した通常の作用が行なわれる。すなわち、カ
ソード（６）からの熱電子がアノード（７）により加速
されて、筒体（８）、中間室（19）、及び筒体（18）を
通って溶解室Ｂ内に突入し、ルツボ（10）内の被溶解物
（11）の溶解作用を行なう。

次に溶解室Ｂのみを大気圧に戻す場合について説明す
る。

この場合には、ビームシヤッター（45）だけが操作さ
れ、筒体（18）の開口を閉じる。よって中間室（19）と
溶解室Ｂとは気密に遮断される。この状態で第１バルブ
（34）を閉じることにより、溶解室Ｂは排気系統PA側と
を遮断される。この状態で図示しない気密性のゲートを
開けることにより大気に戻され、所定の保守、点検を行
なう。この後、図示しないゲートを閉じて、バルブ（3
2）を開けることにより、ロータリーポンプ（39）によ
り１×10^-2Torr程度にまで真空度を上げた後、バルブ
（32）を閉じ、第１バルブ（34）を開けることにより、
油拡散ポンプ（37）の作用により溶解室Ｂの真空度は１
×10^-4Torr程度にまで上げられる。この後、ビームシヤ
ッター（45）を開放すれば、通常の作用を行なうことが
できる。

なお、加速室Ａのみを保守、点検のために大気圧にす
るためには、上述の溶解室Ｂのみを大気にしたのと同様
に行なえばよい。

以上本発明の実施例による溶解用電子ビーム銃につい
て説明したが、もちろん本発明はこれに限定されること
なく本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能であ
る。

例えば、以上の実施例では第１配管（35）に第２バル
ブ（36）を設けることにより、中間室（19）と拡散ポン
プ（37）側とを遮断し得るようにしたが、場合によって
はこの第２バルブ（36）を省略することもできる。

また、以上の実施例では２つのビームシャッター（4
4）（45）が用いられたが、場合によってはこの一方を
省略してもよい。あるいは、その両者を省略しても本発
明の効果が失なわれることがない。

また、本発明の実施例によれば、溶解用の電子ビーム
銃が説明されたが、これ以外の電子ビームを利用するこ
とによる何らかの処理に対しても、本発明はもろん適用
可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の電子ビーム銃によれば、
排気系統を従来より減少させることにより、装置全体の
小型化を図れるのみならず、装置コストを低下させるこ
とができる。また、密閉中間室の真空度を第２の排気系
統の最も高真空を達成するための主排気ポンプの吸入口
に接続するようにしたので、高真空を維持することがで
き、よって従来の差圧式の電子ビーム銃において、この
室専用の排気系統よりも、より高真空とすることができ
るので、密閉加速室と密閉電子ビーム処理室との真空差
圧を確実に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による電子ビーム銃の断面図、
第２図は第１の従来例の電子ビーム銃の断面図、及び第
３図は第２従来例の電子ビーム銃の断面図である。なお図において、（19）……中間室（33）……第２配管（34）……第１バルブ（35）……第１配管（36）……第２バルブ（37）……油拡散ポンプＡ……加速室Ｂ……溶解室 PA……第２の排気系統

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電子を発生するカソード及び該カソード
と対向して配設される加速用アノードを収納した密閉加
速室、該密閉加速室と第１狭路を介して接続される密閉
中間室、該密閉中間室と第２狭路を介して接続される密
閉電子ビーム処理室から成り、前記密閉加速室、前記密
閉中間室及び前記密閉電子ビーム処理室を各々、排気す
るようにした電子ビーム銃において、前記密閉加速室は
独立した第１の排気系統により排気し、前記密閉中間室
と前記密閉電子ビーム処理室とは第２の排気系統により
排気するようにし、前記密閉中間室と前記第２の排気系
統とを第１配管を介して接続し、かつ、前記密閉電子ビ
ーム処理室と前記第２の排気系統の最も高真空を達成す
るための主排気ポンプの吸気口に接続され第１バルブを
有する第２配管の前記第１バルブと前記主排気ポンプの
吸気口との間の部分に、前記第１配管を接続するように
し、前記第１配管及び前記第２配管を介して前記密閉中
間室と前記密閉電子ビーム処理室とを排気するようにし
たことを特徴とする電子ビーム銃。
【請求項２】前記第１配管中に第２バルブを設けた前記
第１項に記載の電子ビーム銃。
【請求項３】前記第１狭路と第２狭路とのうち少なくと
も一方に電子ビームを遮断する気密性のビームシャッタ
を設けた前記第１項又は前記第２項に記載の電子ビーム
銃。
【請求項４】高真空で極めて蒸発しやすい被溶解物の溶
解時には、前記第１バルブを閉じて前記第２の排気系統
を前記密閉中間室の排気のみに使用するとともに、前記
密閉電子ビーム処理室にアルゴンガスを導入するように
した前記第１項乃至第３項のいづれかに記載の電子ビー
ム銃。