JP6296545B2

JP6296545B2 - Electron beam device, electron beam filament manufacturing apparatus and manufacturing method

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Publication number: JP6296545B2
Application number: JP2014105781A
Authority: JP
Inventors: 清鶴; 中島　透; 透中島; 進午村上
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2034-05-22
Also published as: JP2015222616A

Description

本発明は電子ビーム装置、電子ビーム用フィラメントの製造装置及び製造方法に関する。 The present invention relates to an electron beam apparatus, an electron beam filament manufacturing apparatus, and a manufacturing method.

金属材料などを溶接する手法として、電子ビーム溶接が知られている。電子ビーム溶接は、真球中に保持した２つの金属部材の接合部に電子ビームを照射することで、接合部を高温にして溶接を行う。一般には、電子ビーム溶接では、電流を流して加熱したフィラメント（カソード）から熱電子を放出し、グリッド（引き出し電極）により放出された熱電子に電位勾配を与えて、一定方向に進行する電子ビームとして取り出す。そして、アノードが取り出した電子ビームに加速電圧を与え、溶接対象物に電子ビームを照射する。溶接対象物に照射された電子ビームの運動エネルギーは溶接対象物で熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーにより溶接対象物を溶融させて溶接を行う。 Electron beam welding is known as a technique for welding metal materials and the like. Electron beam welding is performed by irradiating an electron beam to a joint between two metal members held in a true sphere so that the joint is heated to a high temperature. In general, in electron beam welding, an electron beam that travels in a certain direction by emitting a thermoelectron from a filament (cathode) heated by flowing an electric current and applying a potential gradient to the thermoelectron emitted by a grid (extraction electrode). Take out as. Then, an acceleration voltage is applied to the electron beam taken out by the anode, and the welding object is irradiated with the electron beam. The kinetic energy of the electron beam irradiated to the welding object is converted into thermal energy by the welding object, and the welding object is melted by this thermal energy to perform welding.

電子ビーム溶接は、他の溶接方法と比べて、深い溶け込みが得られ、高精度な溶接が可能である。また、電子ビーム溶接は真空中で溶接を行うので、溶接部の酸化を防止できる。更に、溶接部への入熱量が他の溶接方法に比べて少ないので、溶接後の歪みを抑制できるなど、様々な利点を有する。 Electron beam welding provides deep penetration compared to other welding methods, and enables high-precision welding. In addition, since electron beam welding is performed in a vacuum, oxidation of the welded portion can be prevented. Furthermore, since the amount of heat input to the welded portion is smaller than other welding methods, there are various advantages such as suppression of distortion after welding.

電子ビーム溶接をはじめとする電子ビームを用いる装置においては、上述のように、熱電子を放出するため、フィラメントを加熱する必要が有る。そのため、フィラメントの加熱によりフィラメント表面の原子が昇華し、フィラメントは経時的に減肉する。その結果、フィラメントを長時間使用するとフィラメントの破断や抵抗値の上昇が発生し、フィラメントは寿命を迎え、交換が必要となる。これは、フィラメントの交換コストのみならず、フィラメント交換に伴う真空チャンバの開放など、交換作業による装置のダウンタイムが発生し、大きなスループット制約要因ともなる。 In an apparatus using an electron beam such as electron beam welding, as described above, it is necessary to heat the filament in order to emit thermoelectrons. Therefore, heating of the filament causes sublimation of atoms on the filament surface, and the filament thins with time. As a result, when the filament is used for a long time, the filament breaks or the resistance value increases, and the filament reaches the end of its life and needs to be replaced. This causes not only the replacement cost of the filament but also the downtime of the apparatus due to the replacement work such as the opening of the vacuum chamber accompanying the replacement of the filament, which becomes a significant throughput limiting factor.

そのため、電子ビーム装置においては、フィラメントの長寿命化を実現するための様々な試みが行われている。例えば、電子ビーム装置において、リング形状の部材にフィラメントをコイル状に巻き付け、電子ビーム溶接による反射イオンの影響を回避する手法が提案されている（特許文献１）。また、電子ビーム溶接装置において、電子銃の中に、反射イオンを受けとめて、反射イオンがフィラメントに到達するのを妨害する部材を設ける手法が提案されている（特許文献２）。 Therefore, in the electron beam apparatus, various attempts have been made to realize a long life of the filament. For example, in an electron beam apparatus, a method has been proposed in which a filament is wound around a ring-shaped member in a coil shape to avoid the influence of reflected ions caused by electron beam welding (Patent Document 1). In addition, in the electron beam welding apparatus, a technique has been proposed in which a reflected ion is received in an electron gun and a member that prevents the reflected ion from reaching the filament is provided (Patent Document 2).

また、フィラメントの熱電子を放出する部分にコーティングを施すことでフィラメントの寿命を延伸させる手法も提案されている（特許文献３）。 In addition, a method of extending the life of the filament by applying a coating to a portion of the filament that emits thermoelectrons has been proposed (Patent Document 3).

特開２００２−３２４５０９号公報JP 2002-324509 A 特開２００７−１６５１６０号公報JP 2007-165160 A 特開平２−１２１２２５号公報JP-A-2-121225

しかし、発明者らは、上述の手法には以下に示す問題点を見出した。上述のフィラメントは、螺旋形状（特許文献１）やリング形状（特許文献２）などの複雑な形状を有している。一般に、フィラメントはタングステンなどの高硬度の金属を用いる。そのため、複雑な形状のフィラメントを製造しようとすると、曲げ方向の厚みが薄い材料を用いなければならない。曲げ方向の厚みが厚すぎると、曲げ加工時にクラックや破断が生じ、フィラメント製造が困難となる。また、フィラメントにコーティングを施しても（特許文献３）、フィラメントへのイオン照射を軽減することはできない。 However, the inventors have found the following problems in the above method. The above-described filament has a complicated shape such as a spiral shape (Patent Document 1) or a ring shape (Patent Document 2). In general, the filament is made of a hard metal such as tungsten. Therefore, in order to manufacture a filament having a complicated shape, a material having a small thickness in the bending direction must be used. If the thickness in the bending direction is too thick, cracks and breaks will occur during bending, making filament production difficult. Moreover, even if it coats a filament (patent document 3), the ion irradiation to a filament cannot be reduced.

本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、電子ビーム装置のフィラメントに到達するイオン数を軽減して、フィラメントの長寿命化を実現することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the number of ions reaching the filament of the electron beam apparatus and to realize a long life of the filament.

本発明の一態様である電子ビーム装置は、電子ビームを生成する電子銃部と、前記電子ビームが照射される対象物が配置される試料室と、電子銃部を排気する第１の真空ポンプ及び第２の真空ポンプと、を備え、前記電子銃部は、前記第１の真空ポンプによって排気される第１の真空チャンバと、前記第１の真空チャンバと第１の開口を介して連結され、かつ、前記試料室と連結され、前記第２の真空ポンプによって排気される第２の真空チャンバと、前記第１の真空チャンバ内に配置され、熱電子を放出するフィラメントと、前記第２の真空チャンバ内に配置され、前記第１の開口を介して熱電子を導いて電子ビームを生成するアノードと、を備えるものである。 An electron beam apparatus according to an aspect of the present invention includes an electron gun unit that generates an electron beam, a sample chamber in which an object irradiated with the electron beam is disposed, and a first vacuum pump that exhausts the electron gun unit And the second vacuum pump, and the electron gun unit is connected to the first vacuum chamber evacuated by the first vacuum pump, and the first vacuum chamber through a first opening. And a second vacuum chamber connected to the sample chamber and evacuated by the second vacuum pump, a filament disposed in the first vacuum chamber and emitting thermoelectrons, and the second vacuum chamber An anode that is disposed in a vacuum chamber and that conducts thermionic electrons through the first opening to generate an electron beam.

本発明によれば、電子ビーム装置のフィラメントに到達するイオン数を軽減して、フィラメントの長寿命化を実現することである。 According to the present invention, the number of ions reaching the filament of the electron beam apparatus is reduced, and the life of the filament is extended.

実施の形態１にかかる電子ビーム溶接装置の構成を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an electron beam welding apparatus according to a first embodiment. 実施の形態１にかかる電子ビーム溶接装置での陽イオンの移動を示す図である。It is a figure which shows the movement of the cation in the electron beam welding apparatus concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態１にかかる電子ビーム溶接装置の真空チャンバにおける陽イオンの阻止を示す図である。It is a figure which shows prevention of the cation in the vacuum chamber of the electron beam welding apparatus concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態１にかかる電子ビーム溶接装置のオリフィスに衝突する陽イオンを示す図である。It is a figure which shows the cation which collides with the orifice of the electron beam welding apparatus concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態２にかかる電子ビーム装置のフィラメントを斜め上方より俯瞰した斜視図である。It is the perspective view which looked down at the filament of the electron beam apparatus concerning Embodiment 2 from diagonally upward. 実施の形態２にかかる電子ビーム装置のフィラメントを斜め下方より見上げた斜視図である。It is the perspective view which looked up the filament of the electron beam apparatus concerning Embodiment 2 from diagonally downward. 下方（Ｚ（−）側）から見た平坦面を示す下面図である。It is a bottom view which shows the flat surface seen from the downward direction (Z (-) side). 平坦部をＹ方向から見た場合の拡大図である。It is an enlarged view at the time of seeing a flat part from the Y direction. 電子ビーム装置の一例である電子ビーム溶接装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the electron beam welding apparatus which is an example of an electron beam apparatus. 実施の形態２にかかるフィラメントの作製に用いるフィラメントの製造装置を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing apparatus of the filament used for preparation of the filament concerning Embodiment 2. FIG. ポンチの底面近傍の拡大図である。It is an enlarged view of the bottom vicinity of a punch. 実施の形態２にかかる治具とポンチとを用いてフィラメントを製造する様子を示す横面図である。It is a side view which shows a mode that a filament is manufactured using the jig | tool and punch concerning Embodiment 2. FIG. 比較例にかかる治具とポンチとを用いて比較例にかかるフィラメントを製造する様子を示す横面図である。It is a side view which shows a mode that the filament concerning a comparative example is manufactured using the jig | tool and punch concerning a comparative example.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as necessary.

実施の形態１
実施の形態１にかかる電子ビーム装置について説明する。ここでは、電子ビーム装置の一例である電子ビーム溶接装置１００について説明する。電子ビーム溶接装置１００は、所定の位置で真空ポンプによる排気を行うことで、フィラメントの寿命を延伸させることができる電子ビーム装置として構成される。図１は、実施の形態１にかかる電子ビーム溶接装置１００の構成を模式的に示す断面図である。図１では、紙面水平方向をＸ方向、紙面鉛直方向をＺ方向としている。 Embodiment 1
The electron beam apparatus according to the first embodiment will be described. Here, the electron beam welding apparatus 100 which is an example of an electron beam apparatus will be described. The electron beam welding apparatus 100 is configured as an electron beam apparatus that can extend the life of the filament by performing evacuation by a vacuum pump at a predetermined position. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an electron beam welding apparatus 100 according to the first embodiment. In FIG. 1, the horizontal direction on the paper is the X direction and the vertical direction on the paper is the Z direction.

電子ビーム溶接装置１００は、電子銃部１１０、試料室１２０、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１６２、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１６４、メカニカルブースターポンプ（ＭＰ）１６５及びロータリーポンプ（ＲＰ）１６６を有する。 The electron beam welding apparatus 100 includes an electron gun unit 110, a sample chamber 120, a turbo molecular pump (TMP) 162, a turbo molecular pump (TMP) 164, a mechanical booster pump (MP) 165, and a rotary pump (RP) 166.

ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１６２は、第１の真空ポンプとも称する。ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１６４は、第２の真空ポンプとも称する。なお、本実施の形態では、第１及び第２の真空ポンプとしてターボ分子ポンプを用いているが、例えばディフュージョンポンプ（拡散ポンプ）などの他のタイプの真空ポンプを用いてもよい。同様に、メカニカルブースターポンプ（ＭＰ）１６５及びロータリーポンプ（ＲＰ）１６６も他のタイプの真空ポンプに置き換えてもよい。 The turbo molecular pump (TMP) 162 is also referred to as a first vacuum pump. The turbo molecular pump (TMP) 164 is also referred to as a second vacuum pump. In the present embodiment, turbo molecular pumps are used as the first and second vacuum pumps, but other types of vacuum pumps such as diffusion pumps (diffusion pumps) may be used. Similarly, the mechanical booster pump (MP) 165 and the rotary pump (RP) 166 may be replaced with other types of vacuum pumps.

電子銃部１１０と試料室１２０とは、開口部１５３を介して連結され、一体の真空装置（真空チャンバ）を構成する。電子銃部１１０は、試料室１２０へ向けて、電子ビーム１４０を出射する。電子銃部１１０は、２つのターボ分子ポンプ１６２及び真空ポンプ１６４によって排気される。試料室１２０は、縦続接続されたメカニカルブースターポンプ（ＭＰ）１６５及びロータリーポンプ（ＲＰ）１６６によって排気される。 The electron gun unit 110 and the sample chamber 120 are connected via an opening 153 to constitute an integrated vacuum device (vacuum chamber). The electron gun unit 110 emits an electron beam 140 toward the sample chamber 120. The electron gun unit 110 is exhausted by two turbo molecular pumps 162 and a vacuum pump 164. The sample chamber 120 is evacuated by a mechanical booster pump (MP) 165 and a rotary pump (RP) 166 connected in cascade.

電子銃部１１０は、真空チャンバＶＣ１〜ＶＣ３、フィラメント１１１、グリッド１１２、アノード１１３、アライメントコイル１１４、レンズコイル１１５、偏向コイル１１６及びオリフィス１１７、真空バルブ１１８を有する。 The electron gun unit 110 includes vacuum chambers VC1 to VC3, a filament 111, a grid 112, an anode 113, an alignment coil 114, a lens coil 115, a deflection coil 116, an orifice 117, and a vacuum valve 118.

真空チャンバＶＣ１〜ＶＣ３及び試料室１２０は、Ｚ方向に縦続して連結されている。 The vacuum chambers VC1 to VC3 and the sample chamber 120 are connected in cascade in the Z direction.

真空チャンバＶＣ１内には、フィラメント１１１及びグリッド１１２が配置される。フィラメント１１１の一端はＤＣ電源１３０の正極と接続され、他端はＤＣ電源１３０の負極と接続される。これにより、フィラメント１１１にＤＣ電圧が印加され、電流が流れる。フィラメント１１１は、電流が流れることによるジュール熱で加熱され、熱電子を放出する。真空チャンバＶＣ１は、開口１６１を介して接続されるターボ分子ポンプ１６２により排気される。 A filament 111 and a grid 112 are arranged in the vacuum chamber VC1. One end of the filament 111 is connected to the positive electrode of the DC power supply 130, and the other end is connected to the negative electrode of the DC power supply 130. Thereby, a DC voltage is applied to the filament 111 and a current flows. The filament 111 is heated by Joule heat generated by the flow of current, and emits thermoelectrons. The vacuum chamber VC1 is evacuated by a turbo molecular pump 162 connected through the opening 161.

フィラメント１１１から放出された熱電子は、グリッド１１２を通過した後、後述するアノード１１３により加速電圧を与えられ、電子ビーム１４０となる。グリッド１１２は、フィラメント１１１に対して高電位となるように構成されている。グリッド１１２とフィラメント１１１との間の電圧を高くすることで、電子ビーム１４０のビーム電流を制御することができる。電子ビーム１４０は、真空チャンバＶＣ１から真空チャンバＶＣ２及びＶＣ３を経て、試料室１２０に導かれる。 The thermoelectrons emitted from the filament 111 pass through the grid 112 and are given an acceleration voltage by an anode 113 to be described later to become an electron beam 140. The grid 112 is configured to have a high potential with respect to the filament 111. By increasing the voltage between the grid 112 and the filament 111, the beam current of the electron beam 140 can be controlled. The electron beam 140 is guided from the vacuum chamber VC1 to the sample chamber 120 through the vacuum chambers VC2 and VC3.

真空チャンバＶＣ１と真空チャンバＶＣ２とは連結され、開口部１５１を介して真空チャンバＶＣ１から真空チャンバＶＣ２へ電子ビーム１４０が導かれる。真空チャンバＶＣ２と真空チャンバＶＣ３とは連結され、開口部１５２を介して真空チャンバＶＣ２から真空チャンバＶＣ３へ電子ビーム１４０が導かれる。真空チャンバＶＣ３と試料室１２０とは連結され、開口部１５３を介して真空チャンバＶＣ３から試料室１２０へ電子ビーム１４０が導かれる。 The vacuum chamber VC1 and the vacuum chamber VC2 are connected, and the electron beam 140 is guided from the vacuum chamber VC1 to the vacuum chamber VC2 through the opening 151. The vacuum chamber VC2 and the vacuum chamber VC3 are connected, and the electron beam 140 is guided from the vacuum chamber VC2 to the vacuum chamber VC3 through the opening 152. The vacuum chamber VC3 and the sample chamber 120 are connected, and the electron beam 140 is guided from the vacuum chamber VC3 to the sample chamber 120 through the opening 153.

なお、ここでは、真空チャンバＶＣ１を第１の真空チャンバとも称する。真空チャンバＶＣ２を第２の真空チャンバとも称する。また、真空チャンバＶＣ２と試料室１２０とは、真空チャンバＶＣ３を介して連結されているが、この連結状態を、単に真空チャンバＶＣ２と試料室１２０とが連結されているとも表記する。 Here, the vacuum chamber VC1 is also referred to as a first vacuum chamber. The vacuum chamber VC2 is also referred to as a second vacuum chamber. Further, the vacuum chamber VC2 and the sample chamber 120 are connected via the vacuum chamber VC3, but this connected state is also simply expressed as the vacuum chamber VC2 and the sample chamber 120 being connected.

真空チャンバＶＣ２の内部には、アノード１１３、オリフィス１１７が配置される。真空チャンバＶＣ２内の開口部１５１には、アノード１１３が配置される。アノード１１３の電子ビーム１４０の出射側（Ｚ（−）側）には、電子ビーム１４０が通過できるようにオリフィス１１７が配置される。真空チャンバＶＣ２と真空チャンバＶＣ３との間の開口部１５２には、真空バルブ１１８が設けられる。真空バルブ１１８により、真空チャンバＶＣ２と真空チャンバＶＣ３との間が開放され、又は遮断される。真空チャンバＶＣ２は、開口１６３を介して接続されるターボ分子ポンプ１６４により排気される。 An anode 113 and an orifice 117 are arranged inside the vacuum chamber VC2. An anode 113 is disposed in the opening 151 in the vacuum chamber VC2. An orifice 117 is disposed on the emission side (Z (−) side) of the electron beam 140 of the anode 113 so that the electron beam 140 can pass therethrough. A vacuum valve 118 is provided in the opening 152 between the vacuum chamber VC2 and the vacuum chamber VC3. The vacuum valve 118 opens or blocks between the vacuum chamber VC2 and the vacuum chamber VC3. The vacuum chamber VC2 is evacuated by a turbo molecular pump 164 connected through the opening 163.

真空チャンバＶＣ３内には、アライメントコイル１１４、レンズコイル１１５及び偏向コイル１１６が配置される。アライメントコイル１１４は、電子ビーム１４０のビームスポットの原点位置を決定する。レンズコイル１１５は、電子ビーム１４０のビームスポットの大きさを決定する。偏向コイル１１６は、溶接対象物に対する電子ビーム１４０の照射位置を制御する。 An alignment coil 114, a lens coil 115, and a deflection coil 116 are disposed in the vacuum chamber VC3. The alignment coil 114 determines the origin position of the beam spot of the electron beam 140. The lens coil 115 determines the size of the beam spot of the electron beam 140. The deflection coil 116 controls the irradiation position of the electron beam 140 on the welding object.

試料室１２０には、溶接対象物（この例では、部材Ｗ１及びＷ２）が配置される。試料室１２０は、真空ポンプ（メカニカルブースターポンプ（ＭＰ）１６５、ロータリーポンプ（ＲＰ）１６６）により、溶接作業中は常時排気されている。この例では、電子ビーム１４０が部材Ｗ１と部材Ｗ２との接合部に照射され、部材Ｗ１と部材Ｗ２とが溶け合った溶融金属部１４１を形成する。この溶融金属部１４１が冷えて固化することで、部材Ｗ１と部材Ｗ２とが溶接される。 An object to be welded (in this example, members W1 and W2) is arranged in the sample chamber 120. The sample chamber 120 is constantly evacuated during welding by a vacuum pump (mechanical booster pump (MP) 165, rotary pump (RP) 166). In this example, the electron beam 140 is irradiated to the joint part of the member W1 and the member W2, and the molten metal part 141 in which the member W1 and the member W2 melt | dissolved is formed. When the molten metal portion 141 is cooled and solidified, the member W1 and the member W2 are welded.

以下、本実施の形態にかかる電子ビーム溶接装置１００におけるフィラメント１１１の寿命延伸の原理について説明する。 Hereinafter, the principle of extending the life of the filament 111 in the electron beam welding apparatus 100 according to the present embodiment will be described.

電子ビーム１４０が部材Ｗ１及びＷ２に照射されると、電子ビーム１４０のエネルギーにより、部材Ｗ１及びＷ２を構成する金属原子が陽イオンとなって試料室１２０内に放出される。図２は、実施の形態１にかかる電子ビーム溶接装置１００での陽イオンの移動を示す図である。図２に示すように、部材Ｗ１及びＷ２から放出された陽イオン１７０は、電位が低いフィラメント１１１の側に引かれて、電子ビーム１４０とは逆の経路を辿ってフィラメント１１１へ向かう。陽イオン１７０が、経路の途中で妨害されることなくフィラメント１１１に到達すると、陽イオン１７０がそのままフィラメント１１１に衝突する。その結果、フィラメント１１１は陽イオン照射により、すり鉢型の穿孔が生じるなどの物理的ダメージを受ける。その結果、フィラメント１１１の抵抗値上昇や断裂などが発生し、フィラメント１１１の寿命が縮まる。 When the members W1 and W2 are irradiated with the electron beam 140, the metal atoms constituting the members W1 and W2 are released into the sample chamber 120 as cations by the energy of the electron beam 140. FIG. 2 is a diagram illustrating the movement of positive ions in the electron beam welding apparatus 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the positive ions 170 emitted from the members W <b> 1 and W <b> 2 are attracted toward the filament 111 having a low potential, and travel toward the filament 111 along a path opposite to that of the electron beam 140. When the cation 170 reaches the filament 111 without being interrupted in the middle of the path, the cation 170 collides with the filament 111 as it is. As a result, the filament 111 undergoes physical damage such as mortar-shaped perforation due to cation irradiation. As a result, the resistance value of the filament 111 is increased, the tear is generated, and the life of the filament 111 is shortened.

ところが、本実施の形態にかかる電子ビーム溶接装置１００では、真空チャンバＶＣ２にターボ分子ポンプ１６４を接続し、排気を行っている。これにより、フィラメントに衝突する陽イオン数を抑制し、フィラメント寿命を延伸させることができる。特に、陽イオンは溶接作業中に多く生じるので、ターボ分子ポンプ１６４による真空チャンバＶＣ２の排気は、少なくとも溶接作業中には行われることが前提である。 However, in the electron beam welding apparatus 100 according to the present embodiment, the turbo molecular pump 164 is connected to the vacuum chamber VC2 to perform evacuation. Thereby, the number of cations colliding with the filament can be suppressed and the filament life can be extended. In particular, since a large amount of positive ions are generated during the welding operation, it is assumed that the vacuum chamber VC2 is exhausted by the turbo molecular pump 164 at least during the welding operation.

以下、図を参照して具体的に説明する。図３は、実施の形態１にかかる電子ビーム溶接装置１００の真空チャンバＶＣ２における陽イオンの阻止を示す図である。図３に示すように、部材Ｗ１及びＷ２から放出される陽イオンには、まっすぐ（正確にＺ軸に沿って）フィラメント１１１へ向かわずに、Ｚ軸に対してある程度の角度をもってフィラメント１１１に向かうものがある。 Hereinafter, specific description will be given with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram illustrating blocking of cations in the vacuum chamber VC2 of the electron beam welding apparatus 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the cations emitted from the members W1 and W2 do not go straight to the filament 111 (exactly along the Z axis), but go to the filament 111 at a certain angle with respect to the Z axis. There is something.

Ｚ軸に対してある程度の角度をもってフィラメント１１１に向かう陽イオンが、真空チャンバＶＣ２に進入すると、ターボ分子ポンプ１６４により排気されるものが存在する（図３の陽イオン１７２）。こうした陽イオン１７２がターボ分子ポンプ１６４で排気されることで、フィラメント１１１に到達する陽イオンの数を低減することができる。その結果、フィラメント１１１に衝突する陽イオン数を低減し、フィラメント１１１の寿命を延伸することが可能となる。 When cations heading to the filament 111 at a certain angle with respect to the Z axis enter the vacuum chamber VC2, there are those that are exhausted by the turbo molecular pump 164 (positive ions 172 in FIG. 3). By exhausting such cations 172 by the turbo molecular pump 164, the number of cations reaching the filament 111 can be reduced. As a result, the number of cations colliding with the filament 111 can be reduced and the life of the filament 111 can be extended.

また、図１に示すように、電子ビーム溶接装置１００には、オリフィス１１７を設けることができる。図４に、実施の形態１にかかる電子ビーム溶接装置１００のオリフィス１１７に衝突する陽イオン１７１を示す。この場合、アノードに向かう陽イオンのうちで、オリフィス１１７の中央の開口を通過できない程度の角度をもってオリフィス１１７に到達した陽イオン１７１は、オリフィス１１７に衝突する。オリフィス１１７に衝突した陽イオン１７１は速度が低下し、ターボ分子ポンプ１６４により排気される。つまり、オリフィス１１７を設けることで、電子ビーム１４０を導く経路を確保しつつ、フィラメント１１１に到達する陽イオン数をより低減することが可能である。以上より、オリフィス１１７を設けることで、フィラメント１１１の寿命を更に延伸することが可能となる。 As shown in FIG. 1, the electron beam welding apparatus 100 can be provided with an orifice 117. FIG. 4 shows positive ions 171 that collide with the orifice 117 of the electron beam welding apparatus 100 according to the first embodiment. In this case, of the cations toward the anode, the cations 171 that reach the orifice 117 at an angle that cannot pass through the central opening of the orifice 117 collide with the orifice 117. The cations 171 that collide with the orifice 117 have a reduced velocity and are exhausted by the turbo molecular pump 164. That is, by providing the orifice 117, it is possible to further reduce the number of cations reaching the filament 111 while securing a path for guiding the electron beam 140. As described above, the life of the filament 111 can be further extended by providing the orifice 117.

実施の形態２
実施の形態２にかかる電子ビーム装置のフィラメント２００について説明する。フィラメント２００は、実施の形態にかかるフィラメント１１１の具体例である。図５は、実施の形態２にかかる電子ビーム装置のフィラメント２００を斜め上方より俯瞰した斜視図である。図６は、実施の形態２にかかる電子ビーム装置のフィラメント２００を斜め下方より見上げた斜視図である。フィラメント２００は、リボン状の金属部材１を折り曲げて形成されている。フィラメント２００は、Ｙ軸に沿った方向（Ｙ方向）から見た場合、Ｚ軸を中心として線対称の構成を有する。なお、以下では、Ｚ軸に沿った方向（Ｚ方向）を第１の方向とも称し、Ｘ軸に沿った方向（Ｘ方向）を第２の方向とも称する。 Embodiment 2
The filament 200 of the electron beam apparatus according to the second embodiment will be described. The filament 200 is a specific example of the filament 111 according to the embodiment. FIG. 5 is a perspective view in which the filament 200 of the electron beam apparatus according to the second embodiment is viewed from obliquely above. FIG. 6 is a perspective view of the filament 200 of the electron beam apparatus according to the second embodiment as viewed from obliquely below. The filament 200 is formed by bending a ribbon-like metal member 1. When viewed from the direction along the Y axis (Y direction), the filament 200 has a line-symmetric configuration about the Z axis. In the following, the direction along the Z axis (Z direction) is also referred to as a first direction, and the direction along the X axis (X direction) is also referred to as a second direction.

本実施の形態においては、リボン状の金属部材１の材質として、タングステン、レニウム−タングステン合金、カリウム添加タングステンのいずれかを用いることができる。 In the present embodiment, any of tungsten, rhenium-tungsten alloy, and potassium-added tungsten can be used as the material of the ribbon-shaped metal member 1.

フィラメント２００は、中央部下方（Ｚ（−）側）に平坦部２を有する。図５では、平坦部２は、Ｘ−Ｙ平面を主面とする部分である。平坦部２のＺ（−）側、すなわち金属部材１の折り曲げ方向に対して反対側に、正方形の平坦面２Ａが設けられる。図７は、下方（Ｚ（−）側）から見た平坦面２Ａを示す下面図である。平坦面２ＡのＸ方向の辺ＬｘとＹ方向の辺Ｌｙとは、同じ長さとなる。但し、金属部材１の製造交差及び金属部材１の曲げ加工の交差を考慮すると、Ｌｘ及びＬｙについては、それぞれ±０．１ｍｍの交差が生じうる。したがって、Ｌｘ＝Ｌｙ＝Ｌとおくと、平坦面２Ａが正方形であるということは、平坦面２ＡがＬ±０．１ｍｍの対向する二辺と、Ｌ±０．１ｍｍの対向する他の二辺とに囲まれることと同義である。 The filament 200 has the flat part 2 below the central part (Z (−) side). In FIG. 5, the flat part 2 is a part having the XY plane as a main surface. A square flat surface 2 </ b> A is provided on the Z (−) side of the flat portion 2, that is, on the opposite side to the bending direction of the metal member 1. FIG. 7 is a bottom view showing the flat surface 2A as viewed from below (Z (−) side). The side Lx in the X direction and the side Ly in the Y direction of the flat surface 2A have the same length. However, in consideration of the manufacturing intersection of the metal member 1 and the bending process of the metal member 1, an intersection of ± 0.1 mm may occur for Lx and Ly, respectively. Therefore, when Lx = Ly = L, the flat surface 2A is a square. This means that the flat surface 2A has two opposite sides of L ± 0.1 mm and the other two sides of L ± 0.1 mm. It is synonymous with being surrounded by.

平坦部２のＸ方向の両端で、金属部材１は折り曲げられている。平坦部２の一端と折り曲げ部１０を介して連結している部分を、アーム部１１と称する。平坦部２の他端と折り曲げ部２０を介して連結している部分を、アーム部２１と称する。なお、図５では、アーム部１１及びアーム部２１は、途中で折り曲げられているが、これは例示に過ぎず、折り曲げは必須ではない。 The metal member 1 is bent at both ends of the flat portion 2 in the X direction. A portion connected to one end of the flat portion 2 via the bent portion 10 is referred to as an arm portion 11. A portion connected to the other end of the flat portion 2 via the bent portion 20 is referred to as an arm portion 21. In FIG. 5, the arm portion 11 and the arm portion 21 are bent halfway, but this is merely an example, and bending is not essential.

図８は、平坦部２をＹ方向から見た場合の拡大図である。平坦面２Ａの一端の折り曲げ部１０には、曲げ加工により丸みを帯びた角部１３が存在する。平坦面２Ａの他端の折り曲げ部２０には、曲げ加工により丸みを帯びた角部２３が存在する。フィラメント２００では、丸みの曲率半径が０．３〜０．５ｍｍとなるように、角部１３及び角部２３が設けられる。この曲率半径の範囲を設ける理由については、後述する。 FIG. 8 is an enlarged view when the flat portion 2 is viewed from the Y direction. The bent portion 10 at one end of the flat surface 2A has a corner portion 13 that is rounded by bending. The bent portion 20 at the other end of the flat surface 2A has a corner portion 23 that is rounded by bending. In the filament 200, the corner | angular part 13 and the corner | angular part 23 are provided so that the curvature radius of roundness may be 0.3-0.5 mm. The reason for providing this radius of curvature range will be described later.

フィラメント２００の電子ビーム装置への実装について説明する。ここでは、電子ビーム装置の一例である電子ビーム溶接装置２１０について説明する。図９は、電子ビーム装置の一例である電子ビーム溶接装置２１０の構成を模式的に示す図である。電子ビーム溶接装置２１０は、真空チャンバ３１内に、フィラメント２００、グリッド３３、アノード３４、アライメントコイル３５、レンズコイル３６、偏向コイル３７が配置される。 The mounting of the filament 200 on the electron beam apparatus will be described. Here, the electron beam welding apparatus 210 which is an example of an electron beam apparatus will be described. FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of an electron beam welding apparatus 210 that is an example of an electron beam apparatus. In the electron beam welding apparatus 210, the filament 200, the grid 33, the anode 34, the alignment coil 35, the lens coil 36, and the deflection coil 37 are disposed in the vacuum chamber 31.

フィラメント２００のアーム部１１の端部１２及びアーム部２１の端部２２の一方はＤＣ電源３２の正極と接続され、他方はＤＣ電源３２の負極と接続される。これにより、フィラメント２００にＤＣ電源が印加され、電流が流れる。フィラメント２００は、電流が流れることによるジュール熱で加熱され、平坦面２Ａから熱電子を放出する。 One of the end portion 12 of the arm portion 11 and the end portion 22 of the arm portion 21 of the filament 200 is connected to the positive electrode of the DC power source 32, and the other is connected to the negative electrode of the DC power source 32. Thereby, DC power is applied to the filament 200 and current flows. The filament 200 is heated by Joule heat generated by current flow, and emits thermoelectrons from the flat surface 2A.

放出された熱電子は、グリッド３３に導かれ、その後、アノード３４により加速電圧を与えられ、電子ビーム３０となる。アライメントコイル３５は、電子ビーム３０のビームスポットの原点位置を決定する。レンズコイル３６は、電子ビーム３０のビームスポットの大きさを決定する。偏向コイル３７は、溶接対象物に対する電子ビーム３０の照射位置を制御する。 The emitted thermoelectrons are guided to the grid 33 and then given an acceleration voltage by the anode 34 to become an electron beam 30. The alignment coil 35 determines the origin position of the beam spot of the electron beam 30. The lens coil 36 determines the size of the beam spot of the electron beam 30. The deflection coil 37 controls the irradiation position of the electron beam 30 on the welding object.

真空チャンバ３１は、真空ポンプ３８により溶接作業中は常時排気されている。この例では、部材Ｗ１と部材Ｗ２とを溶接する。電子ビーム３０は、部材Ｗ１と部材Ｗ２との接合部に照射され、部材Ｗ１と部材Ｗ２とが溶け合った溶融金属部３９を形成する。この溶融金属部３９が冷えて固化することで、部材Ｗ１と部材Ｗ２とが溶接される。 The vacuum chamber 31 is always evacuated by a vacuum pump 38 during welding work. In this example, the member W1 and the member W2 are welded. The electron beam 30 is applied to the joint between the member W1 and the member W2, and forms a molten metal portion 39 in which the member W1 and the member W2 are melted. The molten metal portion 39 is cooled and solidified, so that the member W1 and the member W2 are welded.

次いで、フィラメント２００について、更に詳細に説明する。上述の通り、フィラメント２００は、平坦面２Ａが電子ビームの出射方向に向いており、主として平坦面２Ａから熱電子を放出する。そのため、平坦部２で最も減肉が生じる。このため、フィラメント２００では、金属部材１に厚みを持たせ、減肉の影響を軽減する。本実施の形態では、平坦部２の厚み（Ｚ軸方向）を、０．２５ｍｍ、０．３３ｍｍ、０．３８ｍｍとして、フィラメント２００の寿命を測定した。以下に、フィラメント２００の平坦部２の厚みとフィラメント寿命の関係を、表１に示す。

Next, the filament 200 will be described in more detail. As described above, the filament 200 has the flat surface 2A facing the electron beam emission direction, and mainly emits thermoelectrons from the flat surface 2A. Therefore, the thinning occurs most in the flat portion 2. For this reason, in the filament 200, thickness is given to the metal member 1, and the influence of thinning is reduced. In the present embodiment, the lifetime of the filament 200 was measured with the thickness of the flat portion 2 (Z-axis direction) set to 0.25 mm, 0.33 mm, and 0.38 mm. The relationship between the thickness of the flat portion 2 of the filament 200 and the filament life is shown in Table 1 below.

表１の例では、平坦部のＹ−Ｚ平面での断面積が等しくなるように、厚みの変化ともなって、平坦面２Ａの面積を変化させている。また、ＷＤはワークディスタンスであり、電子ビームの照射対象物と平坦面２Ａとの間の距離である。突き出し量は、フィラメントを電子銃に組み込んだときの平坦面２Ａとカソードとの距離を示す。 In the example of Table 1, the area of the flat surface 2A is changed as the thickness changes so that the cross-sectional areas of the flat portion on the YZ plane are equal. WD is a work distance, which is a distance between the irradiation object of the electron beam and the flat surface 2A. The protruding amount indicates the distance between the flat surface 2A and the cathode when the filament is incorporated in the electron gun.

表１に示す通り、厚みが０．２５ｍｍ以上であれば、３００時間以上のフィラメント寿命を確保することができる。 As shown in Table 1, when the thickness is 0.25 mm or more, a filament life of 300 hours or more can be secured.

また、上述のとおり、フィラメント２００は、金属部材１を曲げて作製する。この際、折り曲げ部１０及び折り曲げ部２０の角の曲率半径を考慮する必要がある。曲率半径が０．３ｍｍよりも小さければ、曲げ加工時にクラックが発生する。また、曲率半径が０．５ｍｍよりも大きければ、電子ビーム生成時のサイドビームの発生が懸念される。したがって、本実施の形態では、折り曲げ部１０及び折り曲げ部２０の角の曲率半径は、０．３
ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とする必要がある。 Further, as described above, the filament 200 is produced by bending the metal member 1. At this time, it is necessary to consider the radius of curvature of the corners of the bent portion 10 and the bent portion 20. If the radius of curvature is smaller than 0.3 mm, cracks occur during bending. Further, if the radius of curvature is larger than 0.5 mm, there is a concern about generation of a side beam when generating an electron beam. Therefore, in the present embodiment, the radius of curvature of the corners of the bent portion 10 and the bent portion 20 is 0.3.
It is necessary to set it to mm or more and 0.5 mm or less.

電子ビーム装置のなかでも、電子ビーム溶接装置では、溶接対象物に電子ビームを照射すると、溶接対象物から金属イオンが叩き出される。発生したイオンは、電子ビームの照射経路をさかのぼり、フィラメント２００の平坦面２Ａに衝突する。よって、平坦部２にイオン照射によるすり鉢状の穴が生じ、フィラメント破断の原因になり得る。しかし、上述の通り、フィラメント２００では平坦部２のＺ方向に厚みを持たせているので、こうしたイオン衝突によるダメージが有る場合でも、フィラメントの破断を抑制し、フィラメントの長寿命化を実現できる。 Among electron beam devices, in an electron beam welding device, when an electron beam is irradiated onto a welding object, metal ions are knocked out of the welding object. The generated ions go up the irradiation path of the electron beam and collide with the flat surface 2A of the filament 200. Therefore, a mortar-shaped hole is formed in the flat portion 2 by ion irradiation, which may cause filament breakage. However, as described above, since the filament 200 has a thickness in the Z direction of the flat portion 2, even when there is damage due to such ion collision, the filament breakage can be suppressed and the filament life can be extended.

次いで、フィラメント２００の製造方法について説明する。フィラメント２００は、金属部材１を治具とポンチとで挟んで圧迫することで、金属部材１を曲げて作製される。図１０は、実施の形態２にかかるフィラメント２００の作製に用いるフィラメント製造装置２５０の構成を示す図である。フィラメント製造装置２５０は、雌側の治具４と雄側のポンチ５とを有する。 Next, a method for manufacturing the filament 200 will be described. The filament 200 is produced by bending the metal member 1 by pressing the metal member 1 with a jig and a punch. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a filament manufacturing apparatus 250 used for manufacturing the filament 200 according to the second embodiment. The filament manufacturing apparatus 250 includes a female jig 4 and a male punch 5.

治具４は、治具４には、例えば金属で形成されＺ軸（＋）側から穿たれた開口４０を有する。開口４０の底部４１は、平坦（Ｘ−Ｙ平面）となっている。 The jig 4 has an opening 40 formed in the jig 4 from, for example, a metal and drilled from the Z-axis (+) side. The bottom 41 of the opening 40 is flat (XY plane).

底部４１のＸ（＋）側の端部には、概ね半円形の曲面４２Ａを有する凹部４２が設けられている。そして、曲面４２Ａと連続する曲面４３Ａを有する支持部４３が設けられる。曲面４３Ａは、曲面４２ＡのＸ（＋）側の端部からＺ（＋）方向へ立ち上がり、Ｘ（＋）側へ向かうに従って徐々に勾配が小さくなるように設けられる。そして、曲面４３ＡのＸ（＋）側の端部からＺ（＋）方向に立ち上がる側面４４Ａを有する側面部４４が設けられている。 A recess 42 having a generally semicircular curved surface 42A is provided at the end of the bottom 41 on the X (+) side. And the support part 43 which has the curved surface 43A continuous with the curved surface 42A is provided. The curved surface 43A rises from the end of the curved surface 42A on the X (+) side in the Z (+) direction, and is provided such that the gradient gradually decreases toward the X (+) side. A side surface portion 44 having a side surface 44A that rises in the Z (+) direction from the end portion of the curved surface 43A on the X (+) side is provided.

底部４１のＸ（−）側の端部には、概ね半円形の曲面４５Ａを有する凹部４５が設けられている。そして、曲面４５Ａと連続する曲面４６Ａを有する支持部４６が設けられる。曲面４６Ａは、曲面４５ＡのＸ（−）側の端部からＺ（＋）方向へ立ち上がり、Ｘ（−）側へ向かうに従って徐々に勾配が小さくなるように設けられる。そして、曲面４６ＡのＸ（−）側の端部からＺ（＋）方向に立ち上がる側面４７Ａを有する側面部４７が設けられている。 A concave portion 45 having a substantially semicircular curved surface 45 </ b> A is provided at the end of the bottom portion 41 on the X (−) side. And the support part 46 which has the curved surface 46A continuous with the curved surface 45A is provided. The curved surface 46A is provided so as to rise in the Z (+) direction from the end of the curved surface 45A on the X (−) side and gradually decrease in the gradient toward the X (−) side. Then, a side surface portion 47 having a side surface 47A that rises in the Z (+) direction from the end portion of the curved surface 46A on the X (−) side is provided.

ポンチ５は、軸部５１及び錐形部５２を有する。軸部５１は、Ｚ軸方向に延在する棒状の部材である。錐形部５２は、軸部５１のＺ（−）方向の先端に設けられ、Ｚ（−）方向に向かうに従ってＸ方向の幅が狭まる。ポンチ５は、錐形部５２のＺ（−）方向の底面５３（Ｘ−Ｙ平面）は、治具４の底部４１と対向するように配置される。底面５３のＸ（＋）の端部と軸部５１のＸ（＋）側の端部の間には、底面５３のＸ（＋）の端部からＺ（＋）側へ立ち上がり、Ｘ（＋）側へ向かうにしたがって勾配が大きくなる曲面５４が存在する。底面５３のＸ（−）の端部と軸部５１のＸ（−）側の端部の間には、底面５３のＸ（−）の端部からＺ（＋）側へ立ち上がり、Ｘ（−）側へ向かうにしたがって勾配が大きくなる曲面５５が存在する。 The punch 5 has a shaft portion 51 and a conical portion 52. The shaft portion 51 is a rod-shaped member that extends in the Z-axis direction. The conical portion 52 is provided at the tip of the shaft portion 51 in the Z (−) direction, and the width in the X direction becomes narrower toward the Z (−) direction. The punch 5 is disposed so that the bottom surface 53 (XY plane) of the conical portion 52 in the Z (−) direction faces the bottom portion 41 of the jig 4. Between the X (+) end of the bottom surface 53 and the X (+) side end of the shaft portion 51, the X (+) end of the bottom surface 53 rises to the Z (+) side, and X (+) There is a curved surface 54 whose gradient increases toward the) side. Between the X (−) end of the bottom surface 53 and the X (−) side end of the shaft portion 51, the X (−) end of the bottom surface 53 rises to the Z (+) side, and X (− There is a curved surface 55 whose gradient increases toward the) side.

図１１は、実施の形態２にかかるポンチ５の底面５３近傍の拡大図である。図１１に示すように、ポンチ５の先端のＸ（＋）側の端部には、Ｘ（＋）方向に張り出すように、半円形の張り出し部５６が設けられる。ポンチ５の先端のＸ（−）側の端部には、Ｘ（−）方向に張り出すように、半円形の張り出し部５７が設けられる。 FIG. 11 is an enlarged view of the vicinity of the bottom surface 53 of the punch 5 according to the second embodiment. As shown in FIG. 11, a semicircular projecting portion 56 is provided at the end of the front end of the punch 5 on the X (+) side so as to project in the X (+) direction. A semicircular projecting portion 57 is provided at the end of the front end of the punch 5 on the X (−) side so as to project in the X (−) direction.

図１２は、実施の形態２にかかる治具４とポンチ５とを用いてフィラメント２００を製造する様子を示す横面図である。金属部材１の長手方向がＸ方向に沿うように、かつ、金属部材の主面がＺ方向に垂直になるように、金属部材を配置する。そして、治具４とポンチ５とで金属部材１を挟み込み、ポンチ５をＺ（−）方向の押し付けることで、金属部材１の曲げ加工を行う。この際、フィラメント２００の先端は、治具４の底部４１に支持され、かつ、ポンチ５の先端（底面５３、張り出し部５６及び５７）に押し付けられ、底部４１とポンチ５の先端に挟まれた金属部材１の両端は、凹部４２及び凹部４５の底部へむけて撓むことができる。これにより、治具４の底部４１に支持された部分の金属部材１に、確実に平坦部２を作製できる。また、金属部材１は、支持部４３及び支持部４６に支持されることで、折り曲げ部１０及び折り曲げ部２０を所望の位置及び所望の曲率半径で作製することができる。 FIG. 12 is a lateral view showing how the filament 200 is manufactured using the jig 4 and the punch 5 according to the second embodiment. The metal member is disposed so that the longitudinal direction of the metal member 1 is along the X direction and the main surface of the metal member is perpendicular to the Z direction. And the metal member 1 is pinched | interposed with the jig | tool 4 and the punch 5, and the bending process of the metal member 1 is performed by pressing the punch 5 in a Z (-) direction. At this time, the tip of the filament 200 is supported by the bottom 41 of the jig 4 and pressed against the tip of the punch 5 (the bottom surface 53, the overhangs 56 and 57) and is sandwiched between the bottom 41 and the tip of the punch 5. Both ends of the metal member 1 can be bent toward the bottom of the recess 42 and the recess 45. Thereby, the flat part 2 can be reliably produced in the part of the metal member 1 supported by the bottom 41 of the jig 4. Further, the metal member 1 is supported by the support portion 43 and the support portion 46, whereby the bent portion 10 and the bent portion 20 can be manufactured at a desired position and a desired radius of curvature.

以下、図１２に示すフィラメントの作製の利点を理解するため、通常の治具及びポンチを用いてフィラメントを作製する場合を比較例について説明する。図１３は、比較例にかかる治具６とポンチ７とを用いて比較例にかかるフィラメント３００を製造する様子を示す横面図である。 Hereinafter, in order to understand the advantage of producing the filament shown in FIG. 12, a case of producing a filament using a normal jig and punch will be described as a comparative example. FIG. 13 is a lateral view showing how the filament 300 according to the comparative example is manufactured using the jig 6 and the punch 7 according to the comparative example.

治具６は、治具４と比較して、凹部４２及び４５が存在せず、また曲面４３Ａ及び４６Ａが平面に置換されている。ポンチ７は、ポンチ５と比較して、曲面５４及び５５が平面に置換されており、また、底面の両端には張り出し部５６及び５７が存在しない。 Compared to the jig 4, the jig 6 does not have the concave portions 42 and 45, and the curved surfaces 43A and 46A are replaced with flat surfaces. Compared with the punch 5, the punch 7 has the curved surfaces 54 and 55 replaced with a flat surface, and the protruding portions 56 and 57 do not exist at both ends of the bottom surface.

この例では、治具６とポンチ７とで金属部材１を挟み込み、ポンチ７をＺ（−）方向に押し付けることで、金属部材１の曲げ加工を行う。この際、フィラメント３００の先端は、治具６の底部に支持され、かつ、ポンチ７の先端に押し付けられる。そして、治具６及びポンチ７の形状に沿って変形する。しかし、凹部４２及び凹部４５へ撓むことができず、かつ、曲面４３Ａ及び４６Ａとの接触による押圧を受けないので、金属部材１の変形が不十分となる。その結果、フィラメント３００の先端に平坦部を形成できず、丸みを帯びた形状となってしまう。つまり、本実施の形態にかかる治具４及びポンチ５を用いた曲げ加工によらなければ、本実施の形態にかかるフィラメント３００を作製することができないことが理解できる。 In this example, the metal member 1 is sandwiched between the jig 6 and the punch 7 and the metal member 1 is bent by pressing the punch 7 in the Z (−) direction. At this time, the tip of the filament 300 is supported on the bottom of the jig 6 and pressed against the tip of the punch 7. And it deform | transforms along the shape of the jig | tool 6 and the punch 7. FIG. However, the metal member 1 is not sufficiently deformed because it cannot be bent into the concave portion 42 and the concave portion 45 and is not pressed by contact with the curved surfaces 43A and 46A. As a result, a flat portion cannot be formed at the tip of the filament 300, resulting in a rounded shape. In other words, it can be understood that the filament 300 according to the present embodiment cannot be produced unless bending is performed using the jig 4 and the punch 5 according to the present embodiment.

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述では、金属部材１の材質として、タングステン、レニウム−タングステン合金、カリウム添加タングステンのいずれかを用いることができるものとして説明した。しかし、上述のように、金属部材１の曲げ加工を行うことを考慮すると、カリウム添加タングステンは、金属部材１の脆性を軽減し、曲げ加工によるクラックの発生を抑制することができる。よって、曲げ加工に対する親和性の観点からは、金属部材１にカリウム添加タングステンを用いることが有利である。また、カリウム添加タングステンは、純タングステンやレニウム−タングステン合金に比べた安価であり、コスト面からも有利である。 Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above description, the metal member 1 has been described as being able to use any of tungsten, rhenium-tungsten alloy, and potassium-added tungsten. However, considering the bending of the metal member 1 as described above, the potassium-added tungsten can reduce the brittleness of the metal member 1 and suppress the occurrence of cracks due to the bending. Therefore, it is advantageous to use potassium-added tungsten for the metal member 1 from the viewpoint of affinity for bending. Further, potassium-added tungsten is less expensive than pure tungsten or rhenium-tungsten alloy, and is advantageous from the viewpoint of cost.

１金属部材
２平坦部
２Ａ平坦面
４、６治具
５、７ポンチ
１０、２０折り曲げ部
１１、２１アーム部
１２、２２端部
１３、２３角部
３０電子ビーム
３１真空チャンバ
３２電源
３３グリッド
３４アノード
３５アライメントコイル
３６レンズコイル
３７偏向コイル
３８真空ポンプ
３９溶融金属部
４０開口
４１底部
４２、４５凹部
４２Ａ、４５Ａ曲面
４３、４６支持部
４３Ａ、４６Ａ曲面
４４、４７側面部
４４Ａ、４７Ａ側面
５１軸部
５２錐形部
５３底面
５４、５５曲面
５６、５７張り出し部
１００電子ビーム溶接装置
１１０電子銃部
１１１フィラメント
１１２グリッド
１１３アノード
１１４アライメントコイル
１１５レンズコイル
１１６偏向コイル
１１７オリフィス
１１８真空バルブ
１２０試料室
１３０ＤＣ電源
１４０電子ビーム
１４１溶融金属部
１５１、１５２、１５３開口部
１６１、１６３開口
１６２、１６４ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）
１６５メカニカルブースターポンプ（ＭＰ）
１６６ロータリーポンプ（ＲＰ）
１７０〜１７２陽イオン
２００、３００フィラメント
２１０電子ビーム溶接装置
２５０フィラメント製造装置
ＶＣ１〜ＶＣ３真空チャンバ
Ｗ１、Ｗ２部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal member 2 Flat part 2A Flat surface 4, 6 Jig 5, 7 Punch 10, 20 Bending part 11, 21 Arm part 12, 22 End part 13, 23 Corner part 30 Electron beam 31 Vacuum chamber 32 Power supply 33 Grid 34 Anode 35 Alignment coil 36 Lens coil 37 Deflection coil 38 Vacuum pump 39 Molten metal part 40 Opening 41 Bottom part 42, 45 Concave part 42A, 45A Curved face 43, 46 Support part 43A, 46A Curved face 44, 47 Side face part 44A, 47A Side face 51 Shaft part 52 Conical part 53 Bottom face 54, 55 Curved face 56, 57 Overhang part 100 Electron beam welding device 110 Electron gun part 111 Filament 112 Grid 113 Anode 114 Alignment coil 115 Lens coil 116 Deflection coil 117 Orifice 118 Vacuum valve 1 0 sample chamber 130 DC power supply 140 electron beam 141 fused metal portion 151, 152 and 153 openings 161, 163 opening 162, 164 turbo-molecular pump (TMP)
165 Mechanical booster pump (MP)
166 Rotary pump (RP)
170-172 Cation 200, 300 Filament 210 Electron beam welding apparatus 250 Filament manufacturing apparatus VC1-VC3 Vacuum chamber W1, W2 Member

Claims

An electron gun for generating an electron beam;
A sample chamber in which an object irradiated with the electron beam is disposed;
A first vacuum pump and a second vacuum pump for evacuating the electron gun unit,
The electron gun unit is
A first vacuum chamber evacuated by the first vacuum pump;
A second vacuum chamber connected to the first vacuum chamber via a first opening, connected to the sample chamber, and evacuated by the second vacuum pump;
A filament disposed in the first vacuum chamber and emitting thermoelectrons;
An anode disposed in the second vacuum chamber and directing thermal electrons through the first opening to generate an electron beam;
Electron beam device.

The second vacuum chamber is evacuated by the second vacuum pump at least when the object is irradiated with the electron beam.
The electron beam apparatus according to claim 1.

An orifice further disposed on the object side of the anode so that the electron beam can pass therethrough,
The electron beam apparatus according to claim 1 or 2.

The object emits a cation derived from atoms constituting the object by being irradiated with the electron beam.
The electron beam apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 3.

The object comprises a plurality of members, and the plurality of members are welded by being irradiated with the electron beam.
The electron beam apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 4.

The filament is
A flat portion made of a metal member having a rectangular cross section and having a square surface perpendicular to the first direction;
A first metal member formed of a metal member continuous with the flat portion, wherein the metal member is bent at one end in a second direction orthogonal to the first direction of the flat portion; The arm and
A second arm formed of a metal member continuous with the flat portion, wherein the metal member is bent in the same direction as the first arm at the other end of the flat portion in the second direction; Prepared,
When a voltage is applied between the first arm and the second arm, thermal electrons are emitted from the square surface of the flat portion.
The electron beam apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 5.

Forming the flat portion, the first arm, and the second arm by bending a single ribbon-like metal member having a rectangular cross section;
The electron beam apparatus according to claim 6.

The thickness of the flat portion in the first direction is 0.25 mm or more.
The electron beam apparatus according to claim 7.

The curvature radius of the corner of the bent part between the flat part and the first arm and the bent part between the flat part and the second arm is 0.3 mm or more and 0.5 mm or less,
The electron beam apparatus according to claim 7.

The metal member is made of tungsten, rhenium-tungsten alloy, or tungsten to which potassium is added.
The electron beam apparatus according to any one of claims 6 to 9.

A bottom surface perpendicular to the first direction, and a shape in which the width in the second direction parallel to the bottom surface increases as the distance from the bottom surface in the first direction increases, and is perpendicular to the first direction. A punch for pressing a ribbon-like metal member having a main surface along the first direction;
An opening drilled along the first direction, and a recess provided in both ends of the bottom of the opening in the second direction and recessed in a direction away from the bottom, and the bottom of the recess are opposite to the bottom A jig having a shape that rises away from the bottom portion in the first direction from the side end portion and has a gentler slope as it moves away from the bottom portion in the second direction,
The metal member is sandwiched between the bottom portion of the jig and the bottom surface of the punch, and the metal member is bent, so that the metal member sandwiched between the bottom portion of the jig and the bottom surface of the punch is flattened. Part is formed, a square surface is formed on the bottom side of the jig of the flat part,
Forming the filament of the electron beam device according to any one of claims 1 to 10;
Electron beam filament manufacturing equipment.

At both ends of the bottom surface of the punch in the second direction, there are overhanging portions protruding in the second direction.
The manufacturing apparatus of the filament for electron beams of Claim 11.

The bottom surface of the punch having a bottom surface perpendicular to the first direction and having a shape in which the width in the second direction parallel to the bottom surface increases as the distance from the bottom surface in the first direction increases;
Having an opening drilled along the first direction, and having a recess recessed in a direction away from the bottom in the first direction at both ends of the bottom of the opening in the second direction; A jig having a shape that rises in the first direction so as to move away from the bottom portion from the end opposite to the bottom portion of the recess, and has a shape in which the gradient becomes gentler as it moves away from the bottom portion in the second direction. Between the bottom and
A ribbon-shaped metal member is arranged so that the longitudinal direction is along the second direction and the main surface is perpendicular to the first direction,
By pressing the punch into the opening of the jig and bending the metal member, a flat portion is formed in the metal member sandwiched between a bottom portion of the jig and a bottom surface of the punch, and the flat portion Form a square surface on the bottom side of the jig,
Forming the filament of the electron beam device according to any one of claims 1 to 10;
Manufacturing method of filament for electron beam.