JPH0456418B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子銃の技術分野に関するもので、
より詳しく言うと、照射による材料の処理に特に
適する高電力電子銃に関するものである。

（従来の技術と問題点） 第2204882号として特許された本出願人のフラ
ンス特許第7238368号明細書において、本出願人
は、 低圧力下でイオン化される気体を含む陽イオン
を、この気体から発生することが出来、壁が(a)電
子に対して透過性のある出口窓と、(b)反対側に出
口窓の電圧にほぼ等しい電圧の導電性抽出グリツ
ドを定める装置を備えるイオン化室、及び 抽出グリツドを介してイオン化室と連通し、抽
出グリツドと整合するよう適合し、抽出グリツド
と出口窓に対して、高い負のバイアス電圧にある
低温陰極を有する高電圧室 をケーシング内に含む電子銃を提案している。

陰極は、抽出グリツドを介してイオン化室から
出るイオンによりボンバードを受け、イオンとは
反対方向で抽出グリツドと交差し、次にイオン化
室を横断して、最後に、前記窓を経て出る２次電
子を放出する。

この先行技術としてのフランス特許は、主とし
て、電子銃を電子励起によるガス・レーザー及び
マグネツト・ハイドロダイナミツク発電機に適用
しうるものである。

（本発明の目的） 本発明の第１の目的は、前述した如き電子銃を
改良することである。

本発明の第２の目的は、従来の電子銃の効率を
改善すること、すなわち、電子銃に対する高電圧
給電により与えられる全体の電流に対する（適用
領域における）電子ビームによる電流の比を改良
することである。

本発明の第３の目的は、電子銃の加速電圧、す
なわち電子に最終的に与えられエネルギーを増加
させることを可能にすることである。

（本発明の要約） 一方向におけるイオンの通過と、反対方向にお
ける電子の通路の両方に対して、部分的に妨害す
るマスクを抽出グリツドに組合せることにより、
効率を高め得ることが、若干予期されない方法で
証明された。

従つて、出口窓は、抽出グリツドにより構成さ
れるマスクを形成するグリツドを含むことが望ま
しく、同様のことが、高電圧室における電場の形
態を考慮に入れることについても認められてい
る。この様にして、抽出グリツドを通過したイオ
ンにより発生される２次電子は、全てグリツドを
通り、かつ出口窓を通つて元に戻る。

多くの適用例に対しては、高電圧陰極、抽出グ
リツド、及び出口窓のグリツドの活性部分の表面
すべてを実質的に平行し、また好適には、ほぼ平
面状とすることが有利であり、それらの部分に対
する電場の線は、ほぼ直線状である。

この場合、抽出グリツドと出口窓のグリツドの
孔の高電圧陰極における通常の照射は、相互にほ
ぼ均一である。これらの同一の照射は、一部の実
施態様においては、実質的に重畳可能である。他
の実施態様においては、出口窓のグリツドに対す
る相対的照射は、抽出グリツドに対する照射内に
含まれる。

２次電子は、加速エネルギーに対して、最初は
運動エネルギーは低い。このエネルギーは、多く
の場合、電子の横方向成分が、電子の一部分を加
速グリツドに衝突するよう導くのに充分であると
ころから、陰極に適当な形状を与えることによ
り、その放出される電子を再び焦点合せさせるこ
とが有利である。

また、本発明によるマスキング効果は、抽出グ
リツドの平行な（おそらくは曲つた）表面と、出
口窓のグリツドの表面が、高電圧陰極に対して相
対的に傾斜している構成でも得ることが出来る。
これらのグリツドの形状と電場の形態は、２次電
子が抽出グリツドと出口窓のグリツドを通し、部
分的に、又は全体的に、イオンが往復動した孔と
は異なる孔を通して元を戻り得るようなものにな
つている。

このマスキング効果に対し、焦点合せ効果を追
加することが有利である。この目的のため、電子
銃は、イオンを高電圧陰極上に焦点合せさせる一
方、高エネルギー２次電子と反対方向における軌
道が、焦点せする電場により改変されないように
する抽出グリツドを有する装置を含んでいる。

この場合、抽出グリツドの孔の比は一定に近付
く。すなわち、このグリツドは例えば、幅方向が
高電圧陰極に対してほぼ直角になつている薄い片
体により構成されている。

しかし、抽出グリツドの孔の比を、0.5値に出
来る。

更に別の実施態様においては、抽出グリツド
は、多数の小さい孔があけられた織成スクリーン
又は薄い板金の如き孔の小さいスクリーンを含
み、このスクリーンは、極めて大きい孔があけら
れたプレートで構成されたマスクにより補填され
る。

焦点合せ効果を求める場合も、抽出グリツド
は、広い孔があけてある厚めのプレートで構成す
ることが可能である。

照射による材料の処理に適用する場合、抽出グ
リツドと出口窓の両方に存在するストリツプ、又
は他のマスキング要素の全体的な方向を、処理す
べき材料の供給方向に対して傾斜させることが有
利である。

その部分に対して、出口窓のグリツドは、小さ
い孔があけられたプレートで構成可能であり、極
めて薄い導電性シートに対する支持体として作用
もする。支持グリツドの棒は中空として、冷媒流
体を往復動させることができる。

また、出口窓は、２個の同様のグリツドが支持
する薄いシートのいずれか一方の側に設置された
このグリツドを含むようにすることが有利であ
る。使用可能な電子のエネルギーを増加させると
いう課題は、幾何学的に抽出グリツドに類似さ
せ、抽出グリツドと平行で、かつ抽出グリツドの
電位差と高電圧陰極の間で選択するべき電位差に
される活性部分を有する少なくとも１個の付加的
な電極を、抽出グリツドと高電圧陰極の間に設け
ることで解決可能である。

気体を高電圧室の内部に吐出可能にするため、
付加的な電極、又は複数個の電極の活性部分の外
側に孔をあけることが好ましい。

その部分に対して高電圧室は、抽出グリツドの
反対側の陰極の背後に設けた吐出開口部と中間電
極又は複数個の電極を含む。

さらに、本発明では、イオン化装置は、陽極フ
イラメント延在状態を補償可能にする弾性部分か
らなり、かつこのフイラメントに対する電源装置
を含んでいる。

本発明の更に他の局面によれば、陰極は、好適
には絶縁管で支持され、当該絶縁管の内部導管に
は、この絶縁管に形成された導管を介して戻され
る冷媒流体と同様、高電圧電源線が収容されてい
る。

この部分に対して抽出グリツドと出口窓を支持
しているグリツドは、冷媒流体の循環に適してい
る大型の構成要素内に定めるのが有利である。

（実施例） 本発明の他の特徴と利点については、以下の詳
細な説明と添付図面を参照することにより明らか
となろう。

本発明においては、形状と幾何学的な配置が、
多くの点で関連している。従つて、添付図面は、
本明細書の説明の一体を成すものであり、必要に
応じ、本発明の定義付けに貢献出来る。

第１図及び第２図を参照して、本発明の第１実
施態様を詳しく説明する。

電子銃は、電子ビームにより発生されるＸ線に
対して透過性の無い鉛壁１０２を備え、かつ合板
殻体１０４が張設されたケーシング１０内に収め
られている。

ユニツトは、水平アングル材１０９に、対で固
定された４本の脚部１０６により支持されてい
る。アングル材１０９は、合板殻体によつて、下
方と鉛キヤツプ１１０を支持し、このキヤツプ
は、逆にケーシング１０の基礎板１０７を支持し
ている。固定は、アングル材１０９を基礎板１０
７にネジ１０８（第２図）止めすることにより、
確実にされる。

ケーシング１０の残りの部分は、基礎板１０７
上に設置されたつり鐘形状になつている。

底部において、鉛キヤツプ１１０は、以下の説
明で理解される如く、吐出装置の接続と同様、陰
極を支持する各種素子を収容する作用がある。

ジヤツキ１１４は、陰極と組合つている各種構
成要素を、内側底部１１６に対して相対的に支持
する。ネジ１１８は、この底部を、基礎板１０７
に対して相対的に支持する。

鉛キヤツプ１１０の外側は、プレートたる内側
底部１１６にネジ止めする装置を備えるプレート
１１２により支持される。

ケーシング１０の横方向には、電線及びヘリウ
ムと、冷媒流体用の管を入れる広い管１２０が設
けられている。

イオン化室と高電圧室の内側には、多くのシー
ルが設けられている。これらのシールは、専門家
であれば、図面を見て理解しうる筈であるから、
詳細には説明しない。

このことは、一部分のみについて説明を行なう
媒体流の回路についても同様である。

ケーシング１０内に形成されたイオン化室２０
の上端２０２の中央部分は、支持グリツド２５に
なつている。このグリツドに対する冷媒流体の循
環ダクト２０４が設けられている。また、イオン
化室２０は、横方向の端壁２０５及び２０８と、
長い横方向壁２０６及び１０７を備えている。こ
のイオン化室２０の水平横断面における形状は、
ほぼ矩形である。

この室の小さい壁の反対側で、ケーシング１０
は、窓２１２を備えた左側の横方向延在部２１０
（第１図）と、右側の横方向延在部２３０を含ん
でいる。

窓２１２による観察機能に加えて、横方向延在
部２１０は、広い閉じたスリーブ２１４を内部に
収容している。このスリーブ２１４の端部２１６
は透明であり、１８の箇所で、電気的端子を支持
している。この端子は、２個の絶縁短軸２２０に
より支持されている。

これらの絶縁短軸２２０は、陽極ワイヤ２２４
を励起するばねアセンブリ２２２を支承し、この
ワイヤは、イオン化室２０を完全に横切つてい
る。

本発明の有利な特徴によれば、陽極ワイヤ２２
４は、使用時におけるその加熱から生ずる伸長に
も拘わらず、引張られた状態にとどまるようにな
つている。イオン化室２０には、陽極ワイヤ２２
４と平行で、電源については詳細に図示されてい
ない始動ワイヤ２２５を装備することが好まし
い。

反対側において、横方向延在部２３０には、ヘ
リウム・ダクト２３２がある。

最終に、イオン化室２０の底部部分は、中央部
分が導電性抽出グリツド２９を定めている構成要
素２９０により閉じられている。

本発明において、機能的に最も重要な構成要素
は、導電性抽出グリツド２９、電子窓たる抽出グ
リツド２５に対する支持グリツド、電子窓を形成
し、構成要素２６０によつて締付けられる薄い金
属箔２６である。

照射を受けるべき材料MIは、金属箔２６の上
方で、金属箔２６に沿つて移動する。

イオン化室２０の下方は高電圧室３０であり、
高電圧室の上端部は、構成要素２９０により定め
られる。

横方向において高電圧室３０は、一方向におい
ては壁３０１と３０３により、他方向においては
壁３０２と３０４により境界が定められている。
これらの壁は、片側では基礎板１０７にろう付け
され、他方の側では上部板２０７にろう付けされ
ている。

先に示した如く、高電圧室３０の底部は、プレ
ートたる内側底部１１６により閉じられ、当該内
側底部は、全体的に４０で示された吐出装置に面
する開口部４１５を含んでいる。

高電圧室３０内で得られる圧力の測定を可能に
する遷移帯域を、３１０に装備するのが有利であ
る。従つて、吐出装置４０は好適には、ターボ分
子真空ポンプであるポンプ４３０に対する接続部
４２０を含んでいる。

基礎板たる内側底部１１６には、絶縁体ととも
に高電圧室３０内の冷陰極３５に対する支持体を
成す絶縁管３０５を受入れるための孔があけられ
ている。

絶縁管３５０は、外部接続部３５８を有し、構
成要素２５４に至る絶縁導電体３５６を収容する
軸方向穴を有している。この構成要素３５４は、
導電性であり、冷陰極３５に供給するよう、絶縁
管３５０の上方被覆体を横断するピン３５２に給
電する。この冷陰極３５は長円形であり、第２図
に示される如く、凹状の横方向横断面を有する上
方部分を有している。

絶縁管３５０には、更に、冷媒入口管３６０
（第２図）が設けられている。この冷媒入口管は、
管の内部と連通するよう、絶縁管自体内に埋設さ
れた管により形成されている。

冷媒流体経路の上方部分は、環状冷却剤通路３
６７と連通する管３６６に追随する。冷却剤通路
の他端は、絶縁管２５０の壁自体に集積された導
管３６８内にいたり、３６９の箇所において、冷
却剤用戻り導管内に出る。

第１図は、第２図のＢ−Ｂ線に沿う断面図であ
り、第２図は、第１図の断面図Ａ−Ａに沿う図で
ある。この断面線は、抽出グリツド２５，２６の
対称面に沿つて通り、かつ絶縁管３５０の軸線に
沿つて通るよう破断されている。

電子銃の作動は、以下の如く要約出来る。

イオン化室２０と高電圧室３０の両者は、陽イ
オン化を達成出来る極めて低い圧力の気体を含有
しており、本例の場合、気体は、10乃至50ミリ・
トルのヘリウムである。これら２つの室は、抽出
グリツド２９を介して連通する。

イオン化室２０の壁と高電圧室３０の壁は、ア
ース電位差になつている。所望により、抽出グリ
ツド２９を僅かに異なる電位差にすることが出来
るが、これは、抽出グリツド２９自体の場合も適
用される。

イオン化室には、放電を達成するには必要な電
子が含まれる。一般に、イオン化を達成するに
は、放電電極の間に僅かの電位差があれば充分で
ある。500乃至1000ボルトの電圧を連続的作動で
与え、又は10乃至20キロ・ボルトを断続的作動で
与えることが、通常行われる。

放電により発生されるイオンの割合は、高電圧
陰極３５に向つて加速され、抽出グリツド２９を
通過する。イオンは、高電圧陰極３５（第３Ａ
図）にあたる。高電圧陰極は、例えば−200キ
ロ・ボルトであるV_HTで表わされる高い負のバイ
アス電圧に、恒常的に維持される。

抽出グリツド２９の近辺におけるイオンの初期
エネルギーを無視すれば、電子は（単一の荷電イ
オンに関係があることを念頭に置けば、e.V_HTに
等しいエネルギーをもつて陰極３５に到達するも
のと考えることが出来る。

陰極３５の表面上に２次放出がされた結果生ず
るイオンは、逆に抽出グリツド２９に向かつて加
速され、そこで電子は、e.V_HTとエネルギーにて
到達する。次に、これらの電子は、イオン化室２
０を通過して出口窓２５にいたる。

必要欠くべからざるものではないが、陰極３５
と抽出グリツド３９を分離する空間内の電場線
が、ほぼ直線状であつて、これらの両表面に対し
て直角になるようにして、陰極３５の表面と抽出
グリツド２９の表面を設けることが好ましい。

その結果、これら２つの表面は、例えば平面状
でかつ平行にでき、又は円筒状で同軸的にし、又
は球状で同心状にすることもできる。後者の２つ
の事例の場合、ビームの開き角度は大きくなり、
同軸的な円筒状電子銃の場合は、360゜も達成可能
である。

第３Ａ図及び第３Ｂ図において、抽出グリツド
２９は、(a)電場線に対して前述の状態を確実にす
る。つまり、グリツドが直線状であり、陰極の平
面３５に対してと同様に、細いグリツド２８で定
められる面に対して直角になることを確実にし、
また(b)イオン化室への電位差の進入を低減化する
目の細かいグリツド２８と組合つていることが観
察されよう。

これらの状態下において、一つのイオンと、こ
のイオンによつて放出される電子は、同じ電場線
に対応して、ほぼ重畳する軌道を呈する。

しかし、本願出人は、実際上は、主として抽出
グリツド２９の近辺における電場の横方向成分の
存在を観察した。これは、軌道の僅かの偏差を必
要とする。イオンと電子両方の初期速度の小さい
横方向成分が、偏差を空に大きくする。

従つて（第３Ｂ図）、抽出グリツドのレベルに
到達する電子の割合は、最近グリツドを横断し、
次に直線状になり、準等電位空間であるイオン化
室を通り、次に、最終的に、想定した適用にも拘
わらず、全体的に高い圧力（大気圧）になつてい
る適用帯域から、電子銃を分離させる電子窓を通
る。

抽出グリツド２９は、イオン化室と高電圧室の
間に静電スクリーンを形成し、単位cmあたり、数
10キロ・ボルトの値の極めて強度の電場が得られ
るため、この抽出グリツドは、必要欠くべからざ
るものである。このスクリーンは、電子銃の高電
圧陰極に与えられる電位差にも拘わらず、イオン
化室内での所定強度の均一なイオン化を発生出来
るようにする。

電子窓は、高エネルギーに対して透過性のある
幾分薄いシート２６で構成される（e.V_HT、ここ
でV_HTは陰極における電位差）。このシートは、
アルミニウム又はチタンの如き金属で作成可能で
あり、数10マイクロ・メーターの厚さを有してい
る。

多くの適用例、特に、照射による材料の処理に
関連した適用例は、１cmを越える窓幅を要するこ
とが観察された。シートが圧力に耐え得るよう、
支持グリツド２５は、薄い窓シート２６の下側に
設けることが、必要不可欠であることが判明し
た。

本出願人が実施した実験では、２次放出を行な
う電子銃の効率は、特に、(i)（一方ではイオンに
対し、他方では電子に対する）抽出グリツド２９
の透過性と、(ii)電子窓とその支持体から成るアセ
ンブリの電子に対する透過性に依存することが判
明した。

公知の実施態様においては、抽出グリツドは、
全体的に透過性がほぼ70％を越えることのない織
成した金属性グリツドである。

その部分に対して、電子窓の支持グリツドは、
90％迄の透過過性を可能にする厚く張つたワイヤ
で構成可能である。

しかし、電子銃が全電力にて作動し、かつ広い
窓幅にて作動する場合（数cm以上）、薄いシート
を通過した時点で、電子ビームにより、又、その
シートに対する支持グリツド上での直接的な衝撃
によつて消費されるエネルギーを、伝熱により
（又は流体の循環により）除去する必要があるた
め、透過性は70％を越えることはない。

２つの透過度の積は、0.5の値となつている。

本発明は、抽出グリツドのユニツトと、抽出窓
に付する支持グリツドの特別の配列に貢献するも
のである。これは、第１に、電子銃の効率増加を
可能にし、第２に、２段階又は多段階アセンブリ
による電子銃の加速電圧増加を可能にし、しか
も、効率の損失を伴なわずに可能にする。

第３Ａ図と第３Ｂ図は、マスキング効果の説明
を容易にするものである。

２次放出を行なう電子銃の公知の構成において
は、電子の流れが、高電圧陰極によつて殆んど均
一に放出される。戻り中に、電子の流れの割合
は、グリツドの透過性に関連して、抽出グリツド
により遮断される。

マスク２９を抽出グリツド（第３Ａ図）の近辺
に配設することにより、このマスクは、その遮蔽
部分におけるイオンの抽出を閉塞する。逆に、高
電圧室３０に向かつて面するマスクの孔の表面に
おいて抽出されるイオンは、２次電子の放出を陰
極３５の近辺に発生する。

これらの電子は、次にマスク２９の同じ孔を介
して戻る。この電子の軌道は、軌道を発生したイ
オンの軌道にほぼ重畳する。

電子窓２６に対する支持グリツド２５を、マス
クの孔に正確に整合して設置すると、マスクの孔
の領域における抽出グリツド２９を通過する電子
も、支持グリツド２５の孔を通過することは明ら
かである。従つて、すべての支持グリツドは、完
全に透過であつたかの如く生ずる。

マスク２９は、抽出グリツド２８の上方又は下
方のいずれかに設置可能である。

抽出グリツドの近辺に電場の横方向成分が追加
されるような２次電子の初期速度の横方向成分が
存在することが観察された。電圧維持の目的上要
求される研磨を行つても、極微小の粗さが存在す
る。その結果、マスク２９の縁部から放出されて
Ａに到達するイオンは（第３Ｂ図）、Ｂの部分で
マスクの遮蔽部分に当たる電子を放出する。従つ
て、マスク２９を備える抽出グリツド２８の有効
な透過度は、その理論値より僅かに小さくなつて
いる。

その上、イオン化室の内部においては、電子の
軌道は、概ね直線的であるが、電子の速度の小さ
い横方向成分は、マスク２９を通過した電子の一
部の電子を導いて、支持グリツド２５の遮蔽部分
を打撃する。

第３Ｂ図においては、こうした際立つた軌道の
例を、CDにて示してある。

この後者の場合、約100％に等しい状態に残つ
ている電子に関して、グリツド２５の透過度を有
効にするべく、例えば第３Ｂ図においてEFで示
すように、支持グリツド２５の孔を若干大きくす
れば充分である。

電子窓に対する支持グリツド２５の開きは、頑
堅さと冷却を確実にする材料の最小厚さにより、
明らかに制限される。

同じ結果が、出来るだけ削減を受ける支持グリ
ツドの小さい開きにて達成される。グリツド２５
と２９を分離する距離は、イオン化室の厚さの境
界を定める。

イオン化室の通常の厚さは、４乃至10cmの値で
ある。寸法の大きいイオン化室（長さ50cm、幅９
cm）において、この厚さを１〜２cm減少し、均一
で連続した強度のイオン化（20〜60mAの充電電
流）を与えることが可能である。若干低い圧力
（ヘリウムの10〜30ミリ・トル）において、本発
明による２次放出銃内での室の使用と互換性を持
たせることが可能であつた。

以上説明したマスキング効果自体は、それ自
体、本発明による電子銃に高程度の効率を与える
のに充分である。しかし、少なくとも一部の適用
例に対しては、今説明する焦点合せ効果を使用す
ることも有利である。

この焦点合せ効果は、マスキング効果の場合
に、不利な影響を呈する前述した電場の横方向成
分を、特に有利に使用している。

第４Ａ図は、相互に平行で、かつ陰極３５の表
面に対して直角になつている規則的に間隔があけ
られた片体により構成される抽出グリツド２９を
示す。これは、第１図及び第２図と実施態様に対
応している。

高電圧室３０内の等電位差線の大略の形状は、
EQEで表わされている。本出願人は、この構成
において、等電位差線が抽出グリツド２９の近辺
と、このグリツドの各片体の間で凹状を呈するこ
とを観察した。

作動にあたり、この構成は、第４Ａ図に極めて
概略的に表わしてある如く、イオンの軌道のコ
ンバーゼンスを発生する静電レンズ（図示の例に
おいては円筒状）に対応している。

従つて、イオンは、高電圧陰極３５の狭い帯域
に向かつて収束し、この帯域は、２個の連続する
片体の中間面Pmと、高電圧陰極３５の表面の交
差に対して、対称的に位置付けてある。

電子（ビームｅ）は、すべてこれらのコンバー
ゼンス帯域内に放出されるので、電子ビームは、
第４Ａ図の断面図で示してあるカーテンで構成さ
れる。これらのビームは、抽出グリツド２９を通
過した時点に、焦点が僅かに外される。

マスキング効果の場合と同様、支持グリツド２
５を形成する片体は、抽出グリツド２９の片体に
対向して設置される。次に、電子ビームは、第４
Ａ図に示す如く、幅が明らかに支持グリツド２５
の２個の片体の間の間隔より小さい帯域内の薄い
シート２６を通過する。

電子のエネルギーは、逆にこの点において極め
て高い（e.V_HT）ので、イオンが抽出グリツド２
９に到達する際、そのエネルギーが極めて低くな
つているイオンの焦点合せ効果は、明らかに電子
が受ける焦点外れ作用より相当高くなつているこ
とに注目すべきである。

マスキング効果は、電子に対する支持グリツド
２５の透過度を、100％近くにできたに過ぎない
が、付加的な焦点合せ作用によつても、抽出グリ
ツド２９の透過度を100％にすることが可能であ
る。これは、自然に電子銃の効率における付加的
な改善をもたらす。

イオン軌道の焦点が、陰極３５からはるかに離
れている場合の不適切な焦点合せ（第５Ａ図）
は、勿論回避しなければならないが、逆に、過剰
の焦点合せ（第５Ｂ図）は、その同じ焦点を陰極
３５から上流側にもたらすことになる。

第４Ｂ図に示すアセンブリで、実験的に焦点合
せ効果を出しうることが証明された。

電子窓（支持グリツド２５と薄いシート２６）
は、イオン化室２０に面する側における金属化層
を備える「パイレツクス・ガラス（商標）」のプ
レートVPMと置換されている。従つて、電子銃
の作動中に、このプレートを通つてイオン化室内
の電荷により放出された光を観察することが可能
になる。

ビームにより穿入された薄い層内のパイレツク
ス・ガラスの内側における電子ビーームの衝撃で
誘発された蛍光も観察される。

観察者Ｏ（又は写真フイルム）は、充分な厚さ
を有する鉛ガラス板PVBによつてＸ線照射に対
し保護される。この目的のため、ケーシング１０
内に観察窓を設けてある。

２つの作用による蛍光強度の大きさは同じであ
るが、その色彩は、ビームの蛍光が青色を表わ
し、一方、放電が黄−赤色となることから、極め
て異なつている。

金属化されたパイレツクス・ガラス板VPM（ア
ルミニウムの500Å）の使用によつて、放電によ
り出される光を閉塞し、一方、ビームのエネルギ
ーが充分である場合の電子ビームにより、容易に
往復動しうるようにできる。

第４Ｂ図は、寸法通りに描かれていないが、こ
の図は、ミリメートルで表わされた寸法表示を含
んでいる。

片体の間の間隙ｄが、４、６、８及び12mmの値
を呈すると仮定すれば、銃子銃が作動状態にある
際、パイレツクス・プレートVPM内に電子ビー
ムより誘発された蛍光が観察されることになる。

蛍光は、陰極３５（第６Ａ図）に与えられる、
10キロ・ボルトの値の電圧から始まるのを見るこ
とが出来る。

蛍光は、陰極電圧V_HTの増加に伴なつて迅速に
増加し、更に、ZFUに示された如く比較的均一
である。一方、輪郭PGEは、パイレツクス・プ
レートVPM上での抽出グリツドの矩形開口部の
照射を表わしている。

V_HTが80〜100キロ・ボルトの値に達すると、
蛍光の集中化が観察される。100キロ・ボルトか
らは、蛍光はｄ＝４mmと６mmでの２〜３mmの広い
帯域に集中され、第６Ｂ図から理解される如く、
ｄ＝８mmと12mmでの幅が３〜４mmである。ここ
で、１はこの帯域の幅を表わしている。

100キロ・ボルトと150キロ・ボルトの間では、
なんらの変化も観察されないが、蛍光の強度は、
電圧増加とともに増加し続ける。

幅１の集中帯域の外側において、更に低い強度
の均一な蛍光が存在する。これは、第４Ａ図によ
る電子窓に対する支持グリツドにより、パイレツ
クス・プレートを置換すべき場合には、このグリ
ツドが、事実上その透過度が僅かに100％を下廻
わることを意味している。

蛍光帯域は、（横断面の）抽出グリツドの矩形
開口部より僅かに短かくなつている。更に、蛍光
強度の局部的強度ZFMが、各強度の蛍光帯域
ZFCの２個の端部にて観察される。この強度化
は、端部におけるビームの焦点合せが、中央帯域
における如く側部PRとQSに沿つて行なわれるだ
けでなく、側部PQとRS（第６Ｂ図）に沿つても
行なわれることにより説明が可能である。

電子銃が、連続的様式で又は断続的様式で作動
しているか否かに拘わらず、同じ現象が観察され
る。これは、１平方cmあたりの30μAと、１平方
cmあたり60μAの間の値から成る値の限界値内で、
実質的に電子ビームの瞬間的な電流の密度とは無
関係である。

一方、蛍光の強度は、ビームの平均電流密度と
ともに増加する。

電子銃を取りはずすと、イオン衝撃のトレース
は、元々研磨されていたステンレス鋼の表面上
に、ブラウンの色彩として反射されることが陰極
３５上（第４Ｂ図）で判明した。

これらのトレースの幅は、0.3〜0.5mmの値であ
る。トレースの長さは、パイレツクス・プレート
上の蛍光帯域ZFCの長さと類似している。これら
のトレースは、陰極３５の作動面とともに２つの
連続する片体の間の中間面Pmの交差部に位置付
けられる。

第１図及び第２図の実施態様に適用されるこれ
らの観察内容は、マスキング効果と焦点合せ効果
に関して、前述した内容を証明している。

マスキング効果がそれ自体追究されれば、抽出
グリツド２９の開口は、原則的に適用例に従つて
選択される任意の形状にすることが出来る。

最小のマスキング効果を予想する焦点合せ効果
は、グリツドが平行な薄い片体で構成された場合
に観察された。

この効果は、厚い平行片体又は円筒状若しくは
円錐形状孔があけられた若干厚いプレートで構成
された抽出グリツドでも得られることが考えられ
る。

この後者の場合、中央部分が孔の軸線と、高電
圧陰極３５の表面との交差部になつている円形帯
域上に、イオンが焦点合せされることになる。電
子窓に対する支持グリツド２５は、勿論抽出グリ
ツドのものと同じ軸線を有する孔をあけなければ
ならない。

前掲の観観察内容を基にして、本出願人は、あ
る事例において、この目的に対し孔の形状と孔の
寸法に関連がある抽出グリツド２９の厚さについ
て作動を実施することのみが可能であるところか
ら、焦点合せ効果を最適化することは困難である
ことを見出した。

こうした最適化を得るため、単一の抽出グリツ
ドを、２９−１，２９−２及び２９−３（第７
図）の如き、２個又は３個の抽出グリツドのシス
テムと置換することが有利である。

これらのグリツドの厚さは、各々ｅ１，ｅ２，
ｅ３、孔の寸法は、ｄ１，ｄ２，ｄ３、分離部は
１１及び１２、各々の極化電圧はＶ１，Ｖ２，Ｖ
３である。従つて、これらのパラメータは、すべ
て特にマスクの所望の形状に従つて、焦点合せ効
果を最適にするべく可変である。

次に、本発明によるマスキング効果と焦点合せ
効果の実際的な結論について要約する。

電子銃の効率増加は、グリツドが受ける熱機械
的応力における減少により付随する。支持グリツ
ド２５により消失される熱は、薄いシート２６に
与えられるエネルギー迄減小される。抽出グリツ
ド２９を介して消失される熱は、焦点合せ効果が
使用される場合は０であり、マスキング効果が充
分な場合は、所定のビームム流れに対して無変化
であるが、これは、更に広い伝熱性金属面上に分
配されることから、一層容易に消散出来る。

全体的な透過度とそれに伴なう効率を変化させ
ずに、グリツドを構成する片体又は棒の厚さを増
加させることが出来るので、グリツドの機械加工
のコストを削減出来る。これは、例えば電食を慣
用的な研削加工で置換出来ることによる。熱的消
散は又、伝熱によつて又は冷媒流体の通過によつ
て容易に出来る。

例えば、丸い孔、円筒状孔又は円錐孔があけら
れたプレートにより構成されたグリツドを使用す
れば、製造はより簡単となる。この場合、熱消散
は、やや望ましくないものとなる。

第８Ａ図と第８Ｂ図を比較すると、支持グリツ
ド２５の棒の（水平）厚さを、グリツドのピツチ
を変えずに増加出来ることが分かる。その結果、
頑堅性の増加または厚さの減少化を可能にする薄
いシート２６のスパン減少が生じる。その結果、
それ自体の透過度の増加が生じ、放出する電子ビ
ームに、利用可能なエネルギーが、V_HTのその最
大値に近付く。

第９図に示す如く、２５Ｓの如き付加的な棒
を、薄いシート２６の他方の側に設定することに
よつて、電子ビームの損失を伴なわずに、熱の消
散も強化することが出来る。

適用領域において、電子ビームは、明らかに相
互に分離されている厚さの薄いカーテンの形態を
とる。この現象は、一方では薄いシート２６内で
の電子ビームの分散が原因であり、かつ他方で
は、この薄いシート２６と処理すべき製品の間の
気体においても生ずる分散が原因で消散される。
この消散は、第４Ａ図から理解される如く、ビー
ムの重なりを生じる。

照射の均一性は、一部の適用例に対しては不適
切となる。

従つて、第１０図に図示されている如く、処理
すべき製品の供給方向DFに対して傾斜するよう
に、グリツド２５と２９を構成する片体を配置す
ることが可能であるため、この製品のすべての表
面素子は、少なくとも電子の一つのカーテンを横
切つて移動する。

この目的のため、方向DFに対して直角に測定
した同じグリツド片体の２つの端部の間の距離
を、少なくとも２つの隣接するグリツド片体の間
のピツチと等しくすれば充分である。

以上に説明して来た実施態様においては、電場
の線は、実質的に陰極３５の表面に対して直角で
あると仮定して来た。しかしこの条件は、強制的
なものではない。

電子ビームが、正確に充分コリメート化され、
言う迄もなく、全ての電子を放出したイオンと同
じ孔を通過する場合には、直角性（例えば２〜３
度の偏向）の状態での僅かのずれは許容できる。

また、電子が抽出グリツドによる遮断を受けず
に、他の孔を通過できる限り、電子は、放出状態
を発生したイオンと同じ抽出グリツドの孔を介し
て元に戻る必要はない。

この点について、第１１図に示してあるが、こ
の図において、イオンのビームは、抽出グリツ
ド２９の一つの孔を通過し、一方、これらのイオ
ンから来る２次電子は、この同じグリツドの隣接
する孔を通過することが理解されよう。

電場線は、陰極３５の活性面に対して、相対的
に傾斜している。従つて、これら２つのグリツド
の間の空間は、準等電位差にあり、電子の軌道
は、図示の如く、実際上は直線状であるので、抽
出グリツド２９の孔と電子窓２６に対する支持グ
リツド２５の孔を整合させることは容易である。

以上の説明は、第１図及び第２図に関連して詳
細に説明して来た本発明の一実施態様に関するも
のである。この実施態様は、又、第４Ａ図、第４
Ｂ図、第６Ａ図及び第６Ｂ図に対応している。

第３Ａ図と第３Ｂ図に概略的に示されている如
く、第１図及び第２図に詳細に示された構造を改
変して、それ自体のマスキング効果に対応させる
ことは、当該技術の熟知者の理解の範囲内にある
と思われる。

同様に、詳細に図示されている実施態様は、第
７図、第８Ａ図、第８Ｂ図、第９図、第１０図及
び第１０図の開示内容にも適用し得る。

ここで、高電圧室が多段階型式のものである実
施態様について説明する。

前掲のものと同じ理由から、又、説明を容易に
する狙いから、本実施態様については、第１２図
を参照しながら概略的に説明する。最初の２つの
図に示されている詳細な開示内容によれば、当技
術の熟知者は、本発明のこの改変内容を実施しう
るものと考えられる。

第１２図において、符号１０はイオン化室を表
わし、符号３０−１と３０−２は、高電圧室の２
つの部分を表わす。イオン化室２０と上方部分２
５は、照射すべき材料Ｍ１を位置付け得る反対の
電子に対する出口窓である。

イオン化室２０の下方には、第１抽出グリツド
２９−１が示されている。このグリツドは、イオ
ン化室２０の壁と高電圧室の壁３００の部分を形
成している。

イオン化室２０は、矩形の直方体形になつてい
るが、高電圧室３００は、図示の如く半円形によ
り共に結合された２つの平面状水平壁に基づいた
全体的に円筒状の形になつている。

高電圧室３３００の中心において、陰極３５
は、絶縁管２５０−１を備えた状態で位置付けら
れ、負のバイアス電圧V_HTを受取る。

類似した形状を有する外壁３００と陰極３５の
間には、仕切り３００−２がある。この仕切り
も、前記形状と類似しており、抽出グリツド２９
−１に対向する第２抽出グリツド又は中間電極２
９−２を備えている。

この中間電極は、例えばV_HT／２で絶縁管３５
０−２から得られる値に対し電源から給電され
る。これは、仕切り３００−２が実質的に陰極３
５と外壁３００の間で等距離にあるという仮定に
立つている。

抽出グリツド２９−１と２９−２と反対の側に
おいて、壁３００−２にはグリツド３１５−２が
ある。このグリツドは、ヘリウムを通して室３０
−２内に真空を生ぜしめるもので、壁３０のグリ
ツド４１５−１と対向して位置付けられている。
後者のグリツドは、高電圧室を吐出装置４０と連
通させることが出来る。

グリツド２９−１と２９−２は同様の形状を有
している。すなわち前述した中の一つの形状を呈
している。

供給電圧V_HT／２は、抵抗性又は容量性分割ブ
リツジを使つて分離した低電源より、又は供給電
V_HTから得ることが出来る。中間電極に供給すべ
き電流は、それが(a)一方では中間電極とケーシン
グの間、他方では中間電極と陰極の間で生じるマ
イクロ・フラシユ・オーバーで生じる電流、及び
(b)中間電極の孔を介して加速空間内を移動するイ
オン又は電子の可能な遮断に対応することから、
中間電極に供給すべき電流は低出力になつてい
る。

第１２図の２段階配列は、供給電圧の限界値を
増加させることが出来る。工業上の環境において
は、電極の間で200〜250キロ・ボルトの値の電圧
限界値を越えることは困難である。

多数の中間電極によつて、３０−１と３０−２
の如き２個又は多数の段階に加速空間（高電圧室
の内部）の分割により、この問題を解決するこ
と、及び同時に全体的な電位差の規則的な分配に
従つて電場線の一層好適な幾何学を達成すること
が出来る。グリツド２９−１と２９−２に配列さ
れた通過孔の図示を、これらのグリツドの間の間
隔に対して相対的に小さくすることが好ましい。

全体的な供給電圧の増加を可能にすることによ
つて、本発明の２段階又は多段階の実施態様は、
高いエネルギー・レベルの電子を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるによる電子銃の特別の
第１実施態様の長手方向の断面図。第２図は、第
１図の横方向面のＡ−Ａにおける断面図。第３Ａ
図及び第３Ｂ図は、本発明によるマスキング効果
を示す図。第４Ａ図と第４Ｂ図は、本発明による
焦点合せ効果を示す図。第５Ａ図及び第第５Ｂ図
は、それぞれ、不充分な焦点合せと過剰焦点合せ
を示す図。第６Ａ図と第６Ｂ図は、第４Ｂ図を参
照して定められた実験的なアセンブリを基にした
焦点合せ効果の実行を示す図。第７図は、多数の
抽出グリツド、即ち、本発明による補助抽出電極
を備える装置の原理を示す図。第８Ａ図及び第８
Ｂ図は、出口窓の実施態様の一部を示す図。第９
図は、出口窓の実施態様の改変を示す図。第１０
図は、本発明による装置を移動材料の照射処理に
適用した状態を示す図。第１１図は、本発明の第
１実施態様の改変を示す図。第１２図は、高電圧
室内の２つの加速段階を含む本発明の第２実施態
様の長手方向断面図。 １０…ケーシング、２０…イオン化室、２５，
２５Ｓ…グリツド、２６…出口窓、２８…スクリ
ーン、２９…抽出グリツド、３０…高電圧室、３
０−１，３０−２…高電圧室、３５…陰極、１０
２…鉛壁、１０４…合板殻体、１０６…脚部、１
０７…基礎板、１０８…ネジ、１０９…アング
ル・アイアン、１１０…鉛キヤツプ、１１２…プ
レート、１１４…ジヤツキ、１１６…内側プレー
ト、１１８…ネジ、２０２…上端、２０４…循環
ダクト、２０５，２０６…端壁、２１４…スリー
ブ、２２２…アセンブリ、２０２，２９０…要
素、２２４，２２５…イオン化装置、３２３…ヘ
リウム・ダクト、３０１，３０３…壁、３５０…
絶縁管、３５４，３５６…高電圧供給線、３６４
…内部導管、３６８…導管、４１０…開口部、４
２０…接続部、４３０…ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (i)低圧力にてイオン化すべき気体と、(ii)この
   気体の陽イオンを発生しうる装置２２４，２２５
   を含み、壁が電子に対して透過性のある出口窓２
   ６を定め、反対側に出口窓２６の電位差とほぼ等
   しい電位差とする導電性抽出グリツド２９を定め
   るイオン化室２０、及び 抽出グリツド２９を介してイオン化室２０と連
   通し、この抽出グリツドに対向して、抽出グリツ
   ド２９に関し、かつ出口窓２６に関して高い負の
   電圧にされる冷陰極３５を収容し、この陰極３５
   に、抽出グリツド２９を介してイオン化室２０か
   ら来るイオンのボンバードを受けさせ、この陰極
   が、イオンと反対方向に抽出グリツド２９を通つ
   て、次に、イオン化室２０を通り、前記出口窓２
   ６を通じて出る２次電子を放出させるようにした
   高電圧室３０を、ケーシング１０内に含む型式の
   イオン化ボンバードの下における２次放出により
   解放される電子用の銃であつて、 抽出グリツドが、一方向におけるイオンの通路
   および反対方向における電子の通路の両方に対
   し、部分的に妨害するマスク２９であること、及
   び出口窓２６も、孔が前記抽出グリツドにより形
   成されたマスク２９の孔に対向するように設置さ
   れている格子状の支持グリツド２５を含むことに
   より、抽出グリツド２９を通過したイオンにより
   発生される２次電子が、すべて抽出グリツドと出
   口窓を通つて戻るようにしたことを特徴とする電
   子銃。 ２ (a)高電圧陰極３５の活性部分、(b)抽出グリツ
   ド２９、及び(c)出口窓２６のグリツド２５の表面
   が、すべてほぼ平行になつていること、かつ電場
   線が、ほぼ直線状になつていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の電子銃。 ３ (a)高電圧陰極３５、(b)抽出グリツド２９、及
   び(c)出口窓２６に対するグリツド２５の表面が、
   すべてほぼ平面状であることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載の電子銃。 ４ 抽出グリツド２９の孔と出口窓２６のグリツ
   ド２５の高電圧陰極３５上の通常の放射が、互い
   にほぼ均一になつていることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項または第３項に記載の電子銃。 ５ 放射が、実質的に重畳するようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の電子
   銃。 ６ 出口窓２６のグリツド２５の放射が、抽出グ
   リツド２９の放射内に含まれるようになつている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
   電子銃。 ７ イオンを高電圧陰極３５上に焦点合せさせ、
   一方、反対方向における高エネルギー２次電子の
   軌道が、焦点合せ電場により実質的に改変されな
   いようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第６項のいずれかに記載の電子銃。 ８ 抽出グリツド２９の孔の比が、ほぼ一定とな
   つていることを特徴とする特許請求の範囲第７項
   に記載の電子銃。 ９ 抽出グリツド２９の孔の比が、0.5の値にな
   つていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第６項のいずれかに記載の電子銃。 １０ 抽出グリツド２９が、目の細かいスクリー
   ン２８の孔よりも相当に大きい孔があけられたプ
   レートからなるマスクによつて製作された多数の
   小さい孔があいている織成グリツド、又は薄い板
   金からなる目の細かいスクリーン２８を含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の電子
   銃。 １１ 抽出グリツド２９が、相互に平行で、かつ
   高電圧陰極３５に直角をなす片体を含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第７項または第８項に記
   載の電子銃。 １２ 抽出グリツド２９が、厚いプレートにあけ
   られた孔を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第７項または第８項に記載の電子銃。 １３ 出口窓２６の反対に、処理すべき製品の供
   給を可能にする装置を含み、かつ抽出グリツド２
   ９が、供給方向に対して斜めを向く開口部を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   １２項のいずれかに記載の電子銃。 １４ 出口窓２６のグリツド２５に小さい孔があ
   けられ、極めて薄い導電性シート用の支持体２６
   として作用しうるようになつていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第１３項のいずれ
   かに記載の電子銃。 １５ 出口窓２６のグリツド２５が、薄いシート
   ２６を支持するグリツドであり、グリツドを支持
   する中空棒に冷媒流体を往復動させるようになつ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第１４項のいずれかに記載の電子銃。 １６ 出口窓が、薄いシートのいずれか一方の側
   に置かれた２個の同様のグリツド２５，２５Ｓに
   より支持された薄いシートを含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第１５項のいずれか
   に記載の電子銃。 １７ 抽出グリツド２９に平行で、抽出グリツド
   ２９−１と高電圧陰極３５の電位差の間で選択さ
   れる電位差にされる抽出グリツド２９と幾何学的
   に類似している活性部分を備える少なくとも１個
   の付加的な電極２９−２を、抽出グリツド２９−
   １と高電圧陰極３５の間に設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第１６項のいずれか
   に記載の電子銃。 １８ 気体を高電圧室３０−１，３０−２の内部
   に吐出しうるようにするため、付加的な電極２９
   −２の活性部分の外側に孔をあけてある３１５−
   ２ことを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記
   載の電子銃。 １９ 高電圧室３０が、抽出グリツドの反対側で
   陰極の背後に設けられた吐出開口部４１０、中間
   電極又は電極を含むようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１８項に記載の電子銃。 ２０ 抽出グリツド２８，２９と出口窓２５，２
   ６に対するグリツドの表面が、すべて高電圧陰極
   に対して相対的に傾斜しており、これらのグリツ
   ドの形状と電場が、２次電子がすべて抽出グリツ
   ドと出口窓に対するグリツドを通つて、少なくと
   も部分的にイオンの往復動する孔とは異なる孔を
   通つて元へ通過出来るような形状になつているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項、又は第７
   項乃至第１９項のいずれかに記載の電子銃。 ２１ イオン化装置２２４，２２５が、陽極フイ
   ラメント２２４と、このフイラメントに対する給
   電装置１８を含み、かつ給電装置が陽極フイラメ
   ントの延在を補償しうる弾性部分２２２を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第２０
   項のいずれかに記載の電子銃。 ２２ イオン化装置２２４，２２５が、２次始動
   フイラメント２２５を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第２１項に記載の電子銃。 ２３ 絶縁管の壁に突入した導管３６８を介して
   戻る冷媒流体と、高電圧供給線３５４，３５６を
   内部導管３６４が受入れる絶縁管３５０によつ
   て、陰極３５が支持されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第２３項のいずれかに
   記載の電子銃。 ２４ 出口窓に対する抽出グリツド２９と支持グ
   リツド２６が、冷媒流体の循環に適する大寸の要
   素２０２，２９０内に定めてあることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第２３項のいずれか
   に記載の電子銃。