JPH05225934A - 改善した並列フィラメント電子銃 - Google Patents
改善した並列フィラメント電子銃Info
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- JPH05225934A JPH05225934A JP4306919A JP30691992A JPH05225934A JP H05225934 A JPH05225934 A JP H05225934A JP 4306919 A JP4306919 A JP 4306919A JP 30691992 A JP30691992 A JP 30691992A JP H05225934 A JPH05225934 A JP H05225934A
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- Japan
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- electron beam
- filament
- beam gun
- extractor grid
- grid
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J33/00—Discharge tubes with provision for emergence of electrons or ions from the vessel; Lenard tubes
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 幅を変化させることができ、また改善された
ビームの均一性を達成できまた有する極端に広い幅の構
造的特徴を有する電子銃を提供する。 【構成】 電子ビーム放射加速器又は発生器及び同様の
機器のための新規な並列フィラメント型の電子銃で、電
子を発生するための、複数の縦方向に延び、横方向に平
行して隔てられ、下方の同一の広がりを有する抽出器グ
リッドＧと電子ビーム特性を形成するための上方の同一
の広がりを有する静電レンズＥＳＬ表面との間に延びた
ほぼ同一平面上の類似したフィラメントＦを備える。
ビームの均一性を達成できまた有する極端に広い幅の構
造的特徴を有する電子銃を提供する。 【構成】 電子ビーム放射加速器又は発生器及び同様の
機器のための新規な並列フィラメント型の電子銃で、電
子を発生するための、複数の縦方向に延び、横方向に平
行して隔てられ、下方の同一の広がりを有する抽出器グ
リッドＧと電子ビーム特性を形成するための上方の同一
の広がりを有する静電レンズＥＳＬ表面との間に延びた
ほぼ同一平面上の類似したフィラメントＦを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームによる治癒
可能な塗布及びインクの処理すなわち照射並びに表面の
滅菌及びそれに関連する応用等の目的に適した電子ビー
ム銃構造に係り、特に並列加熱フィラメント構造の電子
銃に関する。
可能な塗布及びインクの処理すなわち照射並びに表面の
滅菌及びそれに関連する応用等の目的に適した電子ビー
ム銃構造に係り、特に並列加熱フィラメント構造の電子
銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子ビームを発生する多くの領域は、種
々の構成の加熱フィラメント電子ビーム源の種々の型で
充満している。単一フィラメント銃が、例えば本出願人
と同一の出願人による米国特許第３，７０２，４１２号
及び第４，１００，４５０号に記載され、エナジー・サ
イエンス社（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｉｎ
ｃ．）でＥＳＩ型銃装置として実施されている。並列を
含む複数フィラメント構成も、例えば米国特許第３，７
４９，９６７号及び米国特許第３，８６３，１６３号に
提案されている。
々の構成の加熱フィラメント電子ビーム源の種々の型で
充満している。単一フィラメント銃が、例えば本出願人
と同一の出願人による米国特許第３，７０２，４１２号
及び第４，１００，４５０号に記載され、エナジー・サ
イエンス社（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｉｎ
ｃ．）でＥＳＩ型銃装置として実施されている。並列を
含む複数フィラメント構成も、例えば米国特許第３，７
４９，９６７号及び米国特許第３，８６３，１６３号に
提案されている。
【０００３】複雑さのために複数のフィラメント銃に存
在する代表的な問題の中には、コスト高、配列調整の厳
しい困難性、比較的低い効率及び保守の困難性という問
題がある。単一フィラメント銃に存在する代表的な問題
の中には、非常に長い銃中で大きなダイナミックレンジ
（４０：１）にわたって交差ビームの均一性を得ること
の困難性が存在する。
在する代表的な問題の中には、コスト高、配列調整の厳
しい困難性、比較的低い効率及び保守の困難性という問
題がある。単一フィラメント銃に存在する代表的な問題
の中には、非常に長い銃中で大きなダイナミックレンジ
（４０：１）にわたって交差ビームの均一性を得ること
の困難性が存在する。
【０００４】保守を容易にするモジュラー構造と同様
に、（例えば１０フィート（３．０メートル）以上の）
極端に広いウェブ幅の均一性を改善する有効で単純な信
頼できる構造を提供する問題はなおこの分野で懸案とな
っている。
に、（例えば１０フィート（３．０メートル）以上の）
極端に広いウェブ幅の均一性を改善する有効で単純な信
頼できる構造を提供する問題はなおこの分野で懸案とな
っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、上述の欠
点を除去し、反対に、良好なビームの均一性と効率のよ
さを維持しながら、（製品の幅に基づいて）容易に幅の
拡張と変更ができ、（線速度に対する必要な吸収線量に
基づいて）製品の流れ方向の長さも容易に変更できる新
規な改良された並列フィラメント型の電子ビーム銃構造
を提供するのが本発明の目的である。
点を除去し、反対に、良好なビームの均一性と効率のよ
さを維持しながら、（製品の幅に基づいて）容易に幅の
拡張と変更ができ、（線速度に対する必要な吸収線量に
基づいて）製品の流れ方向の長さも容易に変更できる新
規な改良された並列フィラメント型の電子ビーム銃構造
を提供するのが本発明の目的である。
【０００６】他のまたそれ以上の目的を以後説明し、ま
たより特定して特許請求の範囲に摘示する。
たより特定して特許請求の範囲に摘示する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】しかし要約すると、本発
明は、照射される表面の行程の方向に対応する縦方向に
沿った電子ビーム放射を発生するための、前記表面を横
切って横方向に延びた電子ビーム銃であって、その間に
電圧が印加される一対の縦方向に隔てられ横方向に延び
た電力棒導電体と、棒導電体に沿った連続して横方向に
隔てられた対向する点に電気的機械的に接続され、前記
縦方向及び横方向の両者に直交する方向にそこから支持
している複数組みの導電支持体と、導電支持体の各組の
間に接続され、すべてが前記縦方向に平行に延び、前記
電圧により並列に電力が供給される対応する複数の横方
向に隔てられたフィラメントと、ビーム出口窓及びフィ
ラメントの窓側のフィラメントに平行な平面に支持され
た抽出するグリッド手段と、他の側に置かれた静電レン
ズすなわちリペラ表面とを組み合わせて有する電子ビー
ム銃を提供する。
明は、照射される表面の行程の方向に対応する縦方向に
沿った電子ビーム放射を発生するための、前記表面を横
切って横方向に延びた電子ビーム銃であって、その間に
電圧が印加される一対の縦方向に隔てられ横方向に延び
た電力棒導電体と、棒導電体に沿った連続して横方向に
隔てられた対向する点に電気的機械的に接続され、前記
縦方向及び横方向の両者に直交する方向にそこから支持
している複数組みの導電支持体と、導電支持体の各組の
間に接続され、すべてが前記縦方向に平行に延び、前記
電圧により並列に電力が供給される対応する複数の横方
向に隔てられたフィラメントと、ビーム出口窓及びフィ
ラメントの窓側のフィラメントに平行な平面に支持され
た抽出するグリッド手段と、他の側に置かれた静電レン
ズすなわちリペラ表面とを組み合わせて有する電子ビー
ム銃を提供する。
【０００８】ベストモードと好ましい設計は後述する。
【０００９】
【実施例】図（図１及び２）を参照するに、図示された
電子銃は、好ましくは絶縁支持体Ｃの規則的に平行に配
列された保持器で平行に隔てられた頂部縁Ｅに沿ってそ
れを支持する保持器の周辺に構成される。頂部縁Ｅは、
一対の電力棒導体１−１’でその間に電流電圧源が印加
され、後述する銃フィラメントＦに加熱電流を提供する
（適宜なフィラメント温度を与えるために可変電圧ＶＦ
であることが好ましい）。該保持器頂部縁Ｅ及び棒導電
体１−１’は、製品すなわち表面として照射された電子
ビームが銃を過ぎて該電子ビーム銃の陽極窓Ｗの下方の
縦方向Ｌに移動するように製品すなわちウェブ表面に対
して横方向に配向されている。
電子銃は、好ましくは絶縁支持体Ｃの規則的に平行に配
列された保持器で平行に隔てられた頂部縁Ｅに沿ってそ
れを支持する保持器の周辺に構成される。頂部縁Ｅは、
一対の電力棒導体１−１’でその間に電流電圧源が印加
され、後述する銃フィラメントＦに加熱電流を提供する
（適宜なフィラメント温度を与えるために可変電圧ＶＦ
であることが好ましい）。該保持器頂部縁Ｅ及び棒導電
体１−１’は、製品すなわち表面として照射された電子
ビームが銃を過ぎて該電子ビーム銃の陽極窓Ｗの下方の
縦方向Ｌに移動するように製品すなわちウェブ表面に対
して横方向に配向されている。
【００１０】複数対の導電支持体Ｓ−Ｓ’で、棒導電体
１−１’に沿って連続的に横方向に隔てられて対向して
いる点Ｐに電気的機械的に接続された導電支持体Ｓ−
Ｓ’が配列され、上に定義した縦方向及び横方向に直交
する下方向に棒導電体から支持されている。これらの導
電支持体Ｓ−Ｓ’は、好ましくは弾性のある留め具Ｓ”
と共にその間に延びる比較的短く細い線状フィラメント
Ｆの端部を固定するための硬直な又は柔軟な吊り手とし
て機能する。加熱すると、図２に吊り手Ｓ−Ｓ’の破線
位置により概略的に示すようにまた図１３−１５で後述
するように、フィラメントは所望の長さに伸びる。中間
の絶縁支持体Ｉもまた、図１５におけるようにたるみを
防止するために設けてもよい。
１−１’に沿って連続的に横方向に隔てられて対向して
いる点Ｐに電気的機械的に接続された導電支持体Ｓ−
Ｓ’が配列され、上に定義した縦方向及び横方向に直交
する下方向に棒導電体から支持されている。これらの導
電支持体Ｓ−Ｓ’は、好ましくは弾性のある留め具Ｓ”
と共にその間に延びる比較的短く細い線状フィラメント
Ｆの端部を固定するための硬直な又は柔軟な吊り手とし
て機能する。加熱すると、図２に吊り手Ｓ−Ｓ’の破線
位置により概略的に示すようにまた図１３−１５で後述
するように、フィラメントは所望の長さに伸びる。中間
の絶縁支持体Ｉもまた、図１５におけるようにたるみを
防止するために設けてもよい。
【００１１】図示したように、ビームを均一にするため
に、連続的に縦方向に延びた同一平面上のフィラメント
Ｆは、銃の保持器（及び作業製品）の横方向の例えば
１．８ｃｍ（１／２インチ）から１５ｃｍ（６インチ）
の間隔のほぼ等しい間隔で配列するのが望ましい。所定
の間隔のフィラメントの数を調整することにより、３３
５ｃｍ（１３２インチ）以上の極端に広いウェブ表面す
なわち製品幅を含めて、ウェブに交差するビームの均一
性をほとんど又は完全に損なう事なく、銃の長さを縮小
したり拡大したりできる。フィラメントＦの縦方向の長
さを調整することによりさらに線速度に対する吸収線量
の調整も容易に有効となる。
に、連続的に縦方向に延びた同一平面上のフィラメント
Ｆは、銃の保持器（及び作業製品）の横方向の例えば
１．８ｃｍ（１／２インチ）から１５ｃｍ（６インチ）
の間隔のほぼ等しい間隔で配列するのが望ましい。所定
の間隔のフィラメントの数を調整することにより、３３
５ｃｍ（１３２インチ）以上の極端に広いウェブ表面す
なわち製品幅を含めて、ウェブに交差するビームの均一
性をほとんど又は完全に損なう事なく、銃の長さを縮小
したり拡大したりできる。フィラメントＦの縦方向の長
さを調整することによりさらに線速度に対する吸収線量
の調整も容易に有効となる。
【００１２】かくしてすべてのフィラメントＦは電気的
に並列である。フィラメントＦは、下側を平面上の網の
電子抽出器スクリーングリッドＧにより好ましくは覆わ
れている。該グリッドＧは、フィラメントＦの下側で絶
縁されて一定の距離に装着され、正のＤＣ電圧バイアス
ＶＥＸが供給されていて、フィラメントの配列から平行
グリッドＧを介してウェブすなわち作業製品まで電子を
所望量供給するためにその設定又は値は可変である。抽
出器グリッドＧはフィラメントの配列の領域とほぼ同一
の広がりを有し、またそれと平行である。
に並列である。フィラメントＦは、下側を平面上の網の
電子抽出器スクリーングリッドＧにより好ましくは覆わ
れている。該グリッドＧは、フィラメントＦの下側で絶
縁されて一定の距離に装着され、正のＤＣ電圧バイアス
ＶＥＸが供給されていて、フィラメントの配列から平行
グリッドＧを介してウェブすなわち作業製品まで電子を
所望量供給するためにその設定又は値は可変である。抽
出器グリッドＧはフィラメントの配列の領域とほぼ同一
の広がりを有し、またそれと平行である。
【００１３】本発明に従えば、静電レンズ又は導電表面
又はリペラＥＳＬを用いることが必須であることが分か
る。それらは一般に（そしてそれに制限されることな
く）抽出器グリッドさらにはビーム出口窓の反対側の平
面内に位置し、フィラメントＦがその静電レンズと抽出
器グリッドとの中間にある。所望の電子ビームの均一性
を得るために、静電レンズＥＳＬは抽出器グリッドの電
圧ＶＥＸとは異なる電圧ＶＥＳＬを一般に有している。
静電レンズＥＳＬがない場合、電子ビーム光学特性は図
３に示すようになる。ここでは、連続的なフィラメント
領域と銃に沿ったビーム電流のピークとの間に電子ビー
ムの間隙が生じている。
又はリペラＥＳＬを用いることが必須であることが分か
る。それらは一般に（そしてそれに制限されることな
く）抽出器グリッドさらにはビーム出口窓の反対側の平
面内に位置し、フィラメントＦがその静電レンズと抽出
器グリッドとの中間にある。所望の電子ビームの均一性
を得るために、静電レンズＥＳＬは抽出器グリッドの電
圧ＶＥＸとは異なる電圧ＶＥＳＬを一般に有している。
静電レンズＥＳＬがない場合、電子ビーム光学特性は図
３に示すようになる。ここでは、連続的なフィラメント
領域と銃に沿ったビーム電流のピークとの間に電子ビー
ムの間隙が生じている。
【００１４】図６は、静電レンズの電圧ＶＥＳＬが抽出
器グリッドＧの電圧ＶＥＸに等しいという条件下で静電
レンズＥＳＬを用いた場合に得られる非常に異なった電
子ビーム特性を示す。この構成では、電子の軌跡は（端
部を除いて）抽出器グリッドと静電レンズの方向に均等
に分割されている。この構成は、間隙とピークの充填と
重なり合いとを有する非常に良好な均一性を示している
が、必ずしも電子のすべてが抽出器グリッドの方向に向
かわない故に有効であるとは考えられておらず、したが
ってこれらは用いられていない。このため図４は、抽出
器グリッドの電圧に対して静電レンズの電圧をより負に
した電子ビーム光学の特性を示す。ここでは、幅の大き
さ（ａ）で電子のすべてが抽出器グリッド（したがって
ビーム出口窓）の方向に向かっている。図５において
は、静電レンズの電圧を図４の静電レンズに用いたより
もより正にすることにより、所望の電子ビームの均一性
及び／又は所望の電子雲の重なり合いを得るために抽出
器グリッドの方へ向かう電子ビームの幅（ｂ）が変化さ
れ得ている。（簡略化のために、１個のフィラメントか
ら抽出された電子の１８０°のみを示している）。静電
レンズは、フィラメントの領域上に平行に延びているの
が好ましいが、厳密に平面である必要はなく、銃の内部
で適当な又は所望の電子ビーム光学の特性を得るため
に、図７の連続断面ＥＳＬ’及び図８の曲率のついたチ
ャンネルＥＳＬ”に示すように、修正した輪郭又は形状
を有してもよい。
器グリッドＧの電圧ＶＥＸに等しいという条件下で静電
レンズＥＳＬを用いた場合に得られる非常に異なった電
子ビーム特性を示す。この構成では、電子の軌跡は（端
部を除いて）抽出器グリッドと静電レンズの方向に均等
に分割されている。この構成は、間隙とピークの充填と
重なり合いとを有する非常に良好な均一性を示している
が、必ずしも電子のすべてが抽出器グリッドの方向に向
かわない故に有効であるとは考えられておらず、したが
ってこれらは用いられていない。このため図４は、抽出
器グリッドの電圧に対して静電レンズの電圧をより負に
した電子ビーム光学の特性を示す。ここでは、幅の大き
さ（ａ）で電子のすべてが抽出器グリッド（したがって
ビーム出口窓）の方向に向かっている。図５において
は、静電レンズの電圧を図４の静電レンズに用いたより
もより正にすることにより、所望の電子ビームの均一性
及び／又は所望の電子雲の重なり合いを得るために抽出
器グリッドの方へ向かう電子ビームの幅（ｂ）が変化さ
れ得ている。（簡略化のために、１個のフィラメントか
ら抽出された電子の１８０°のみを示している）。静電
レンズは、フィラメントの領域上に平行に延びているの
が好ましいが、厳密に平面である必要はなく、銃の内部
で適当な又は所望の電子ビーム光学の特性を得るため
に、図７の連続断面ＥＳＬ’及び図８の曲率のついたチ
ャンネルＥＳＬ”に示すように、修正した輪郭又は形状
を有してもよい。
【００１５】図１の新規な電子銃は、図２の全加速器の
容器Ｈ内の、抽出器グリッドＧに平行でその下側で、か
つ陽極ビーム出口窓Ｗを備えた第二の加速真空段階の上
側の二次グリッドＧ’を備えた高電圧端子ＨＶに組み入
れられて示される。フィラメントＦは、好ましくは交流
電流又は直流電流又は間接的に、電子がそこから抽出さ
れる温度まで加熱される。正電圧ＶＥＸが、電子を（下
向きに示した）所望の方向に引き出す抽出器グリッドＧ
に、抽出器グリッドと同一の電圧を有する二次グリッド
Ｇ’と共に印加される。先に説明したように、所望のビ
ーム特性を形成するために静電レンズＥＳＬの電圧ＶＥ
ＳＬは、抽出器グリッドの電圧と異なることが好まし
い。図１３−１５の実施例に関連して後に説明する目的
で、抽出器グリッドＧ、二次グリッドＧ’及び窓Ｗは中
央の遮蔽及び／又は冷却チャンネル領域Ｂを有するよう
に示してある。
容器Ｈ内の、抽出器グリッドＧに平行でその下側で、か
つ陽極ビーム出口窓Ｗを備えた第二の加速真空段階の上
側の二次グリッドＧ’を備えた高電圧端子ＨＶに組み入
れられて示される。フィラメントＦは、好ましくは交流
電流又は直流電流又は間接的に、電子がそこから抽出さ
れる温度まで加熱される。正電圧ＶＥＸが、電子を（下
向きに示した）所望の方向に引き出す抽出器グリッドＧ
に、抽出器グリッドと同一の電圧を有する二次グリッド
Ｇ’と共に印加される。先に説明したように、所望のビ
ーム特性を形成するために静電レンズＥＳＬの電圧ＶＥ
ＳＬは、抽出器グリッドの電圧と異なることが好まし
い。図１３−１５の実施例に関連して後に説明する目的
で、抽出器グリッドＧ、二次グリッドＧ’及び窓Ｗは中
央の遮蔽及び／又は冷却チャンネル領域Ｂを有するよう
に示してある。
【００１６】静電レンズに印加される電圧ＶＥＳＬは、
フィラメントに関して例えば＋１０ＶＤＣの特定の値に
設定できる。電子ビーム電流を変化させることができる
ように、抽出器グリッドの電圧ＶＥＸは変化しなければ
ならない。このことは銃の内部で電子ビーム光学の特性
をわずかに変化させるかもしれない。ビーム特性を一定
に保つために、静電レンズの電圧ＶＥＳＬが全電子ビー
ム電流の関数として変化できる。このことにより、加速
器が非常に低いビーム電流から非常に高いビーム電流ま
で動作するときに、より良い一貫性が保証される。高電
圧電界が第二段階加速から第一段階加速まで図９の通常
用いられる二次グリッドＧ’を介して貫通することが既
知であるので、静電レンズ電圧ＶＥＳＬは、加速電圧
（高電圧ＶＫＶ）の関数として変化して浸入印加の異な
る深さに対する性能の一貫性を得ることができるか、あ
るいは電子ビーム電流及び加速電圧の両者の関数として
変化することができる。したがって抽出器グリッド電圧
源ＶＥＸへの破線で示すフィードバック制御を有する窓
領域Ｗにあるビーム電流検出器Ｒを図９に示す。
フィラメントに関して例えば＋１０ＶＤＣの特定の値に
設定できる。電子ビーム電流を変化させることができる
ように、抽出器グリッドの電圧ＶＥＸは変化しなければ
ならない。このことは銃の内部で電子ビーム光学の特性
をわずかに変化させるかもしれない。ビーム特性を一定
に保つために、静電レンズの電圧ＶＥＳＬが全電子ビー
ム電流の関数として変化できる。このことにより、加速
器が非常に低いビーム電流から非常に高いビーム電流ま
で動作するときに、より良い一貫性が保証される。高電
圧電界が第二段階加速から第一段階加速まで図９の通常
用いられる二次グリッドＧ’を介して貫通することが既
知であるので、静電レンズ電圧ＶＥＳＬは、加速電圧
（高電圧ＶＫＶ）の関数として変化して浸入印加の異な
る深さに対する性能の一貫性を得ることができるか、あ
るいは電子ビーム電流及び加速電圧の両者の関数として
変化することができる。したがって抽出器グリッド電圧
源ＶＥＸへの破線で示すフィードバック制御を有する窓
領域Ｗにあるビーム電流検出器Ｒを図９に示す。
【００１７】所望の電子ビーム光学特性を得る他の方法
は、図１４に示すようにフィラメントＦの間でそれらに
平行に１又はそれ以上の電界形成電極ＳＥを設置するこ
とにより得られる。この電極は静電レンズに追加して又
は時にはそれに代わって作用できる。電界形成電極ＳＥ
へ印加される電圧はある値に固定され又は上述したよう
に変化させることができる。
は、図１４に示すようにフィラメントＦの間でそれらに
平行に１又はそれ以上の電界形成電極ＳＥを設置するこ
とにより得られる。この電極は静電レンズに追加して又
は時にはそれに代わって作用できる。電界形成電極ＳＥ
へ印加される電圧はある値に固定され又は上述したよう
に変化させることができる。
【００１８】（上述したように、可動製品の幅に交差し
た）銃の縦方向後に電子ビーム加速の均一性は非常に重
要である。均一性は、一般に２．５４ｍ（１００イン
チ）幅のシステムで±１０％、１．０７ｍ（４２イン
チ）幅のシステムで±７．５％に特定されている。現在
の技術は、すべての直線加速が均一性の受動制御を有す
るという事実により、均一性を改善するような制限を有
している。当然、受動制御は許容度、システムの清潔
さ、組み立て知識等等をひどくあてにしている。しか
し、本発明の銃、古い加速器で試験したときに±２．５
％の均一性の重要な改善を示した。この結果は、図１に
示したような５．０８ｃｍ（２インチ）フィラメント間
隔の１０個のフィラメントの銃に対して図１６に示して
いる。
た）銃の縦方向後に電子ビーム加速の均一性は非常に重
要である。均一性は、一般に２．５４ｍ（１００イン
チ）幅のシステムで±１０％、１．０７ｍ（４２イン
チ）幅のシステムで±７．５％に特定されている。現在
の技術は、すべての直線加速が均一性の受動制御を有す
るという事実により、均一性を改善するような制限を有
している。当然、受動制御は許容度、システムの清潔
さ、組み立て知識等等をひどくあてにしている。しか
し、本発明の銃、古い加速器で試験したときに±２．５
％の均一性の重要な改善を示した。この結果は、図１に
示したような５．０８ｃｍ（２インチ）フィラメント間
隔の１０個のフィラメントの銃に対して図１６に示して
いる。
【００１９】許容度、清潔度及び組み立て知識に感受性
がより小さくなり、均一性（又は上述のすべてを）大き
く改善するためには、実時間の能動制御ループが望まし
い。したがって、図１０は個別に制御できる基準電圧Ｖ
Ｆ１，ＶＤ２・・・ＶＦＮを有するフィラメントＦを示
す。図９のビーム電流検出器Ｒは、上述したように抽出
器グリッド電圧ＶＥＸのフィードバック制御に用いるよ
うに示したが、複数のビーム電流検出器ＲＦ１，ＲＦ２
・・・ＲＦＮが、（破線で示した）対応するフィラメン
ト電圧源ＶＦ１，ＶＦ２・・・ＶＦＮのフィードバック
制御をなすように各フィラメントに対して１個図１０に
示すように設けられている。これらの制御電圧は、フィ
ラメント間の差を埋めるためだけで、一般に小さい。ま
た、この回路はフィラメントの電圧が抽出電圧、この場
合はＶＥＸ＝０の大きさであるように、接続することが
できる。
がより小さくなり、均一性（又は上述のすべてを）大き
く改善するためには、実時間の能動制御ループが望まし
い。したがって、図１０は個別に制御できる基準電圧Ｖ
Ｆ１，ＶＤ２・・・ＶＦＮを有するフィラメントＦを示
す。図９のビーム電流検出器Ｒは、上述したように抽出
器グリッド電圧ＶＥＸのフィードバック制御に用いるよ
うに示したが、複数のビーム電流検出器ＲＦ１，ＲＦ２
・・・ＲＦＮが、（破線で示した）対応するフィラメン
ト電圧源ＶＦ１，ＶＦ２・・・ＶＦＮのフィードバック
制御をなすように各フィラメントに対して１個図１０に
示すように設けられている。これらの制御電圧は、フィ
ラメント間の差を埋めるためだけで、一般に小さい。ま
た、この回路はフィラメントの電圧が抽出電圧、この場
合はＶＥＸ＝０の大きさであるように、接続することが
できる。
【００２０】図１１は、上の目的を達成する他の方法を
示す。遮蔽格子をなす抽出器グリッドＧを設ける代わり
に、フィラメント及びビーム出口窓に平行な平面に複数
の線材からなる構成Ｇ”を用いることができる。各線材
は、図１０に示したのと同様の方法で対応する局所ビー
ム検出器ＲＥＸ１，ＲＥＸ２・・・ＲＥＸＮからの（破
線で示す）フィードバックにより個別に実時間で制御さ
れるその電圧ＶＥＸ１，ＶＥＸ２・・・ＶＥＸＮと共に
示されている。
示す。遮蔽格子をなす抽出器グリッドＧを設ける代わり
に、フィラメント及びビーム出口窓に平行な平面に複数
の線材からなる構成Ｇ”を用いることができる。各線材
は、図１０に示したのと同様の方法で対応する局所ビー
ム検出器ＲＥＸ１，ＲＥＸ２・・・ＲＥＸＮからの（破
線で示す）フィードバックにより個別に実時間で制御さ
れるその電圧ＶＥＸ１，ＶＥＸ２・・・ＶＥＸＮと共に
示されている。
【００２１】電子ビーム加速器の分野で知られている他
の代表的な問題は、図１２に示した電子ビームの終端で
の「落ち（ドロップオフ）」効果である。図１２では、
２個の終端フィラメントＦ’が、他のフィラメントより
も抽出器グリッドＧに近い位置に示してある。このこと
が「落ち」効果問題を解決し、実際上銃を縦方向に小さ
くすることを可能とする。
の代表的な問題は、図１２に示した電子ビームの終端で
の「落ち（ドロップオフ）」効果である。図１２では、
２個の終端フィラメントＦ’が、他のフィラメントより
も抽出器グリッドＧに近い位置に示してある。このこと
が「落ち」効果問題を解決し、実際上銃を縦方向に小さ
くすることを可能とする。
【００２２】さらに、非常に幅の広い電子ビームを作る
ために、幅の広い窓の開口が必要である。出口窓Ｗの熱
負荷のために、冷却チャンネルＣＣがビーム出口窓の縦
方向に構成されなければならない（その代表的な構成を
図２に示す）。したがって、電子ビーム加速器をどの電
子も冷却チャンネルに衝突しないように設計することが
重要である。このことは、ビーム出口窓の熱負荷を減少
し、加速器をより有効にする。図１３は、窓冷却領域と
共に調整された抽出器グリッドＧの中央領域のＢとして
不所望の領域に電子を遮蔽することにより所望の領域に
電子を用いるように選択した一つの方法を示す。上述し
た図１４は、ビーム形成電極ＳＥを銃の縦方向の中央に
置くことにより所望の方向に電子ビームを導く（押さえ
る）より有効な方法を示す。明らかに、ビーム形成電極
数はビーム出口窓の冷却チャンネル数と適合している。
図１５は、ビーム出口窓冷却チャンネルと調整された以
前に述べた中間フィラメント絶縁支持体Ｉを用いること
により冷却する他の有効な方法を追加的に示す。このこ
とによりフィラメント温度がこの領域で低くなることが
保証され、したがって不所望の領域では電子放出は存在
しない。
ために、幅の広い窓の開口が必要である。出口窓Ｗの熱
負荷のために、冷却チャンネルＣＣがビーム出口窓の縦
方向に構成されなければならない（その代表的な構成を
図２に示す）。したがって、電子ビーム加速器をどの電
子も冷却チャンネルに衝突しないように設計することが
重要である。このことは、ビーム出口窓の熱負荷を減少
し、加速器をより有効にする。図１３は、窓冷却領域と
共に調整された抽出器グリッドＧの中央領域のＢとして
不所望の領域に電子を遮蔽することにより所望の領域に
電子を用いるように選択した一つの方法を示す。上述し
た図１４は、ビーム形成電極ＳＥを銃の縦方向の中央に
置くことにより所望の方向に電子ビームを導く（押さえ
る）より有効な方法を示す。明らかに、ビーム形成電極
数はビーム出口窓の冷却チャンネル数と適合している。
図１５は、ビーム出口窓冷却チャンネルと調整された以
前に述べた中間フィラメント絶縁支持体Ｉを用いること
により冷却する他の有効な方法を追加的に示す。このこ
とによりフィラメント温度がこの領域で低くなることが
保証され、したがって不所望の領域では電子放出は存在
しない。
【００２３】これ以上の変形もまた当業者に発生するで
あろうが、それらは特許請求の範囲に定義した本発明の
精神と範囲内にあると考えられる。
あろうが、それらは特許請求の範囲に定義した本発明の
精神と範囲内にあると考えられる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、良好なビームの均一性
と効率のよさを維持しながら、（製品の幅に基づいて）
容易に幅の拡張と変更ができ、（線速度に対する必要な
吸収線量に基づいて）製品の流れ方向の長さも容易に変
更できる新規な改良された並列フィラメント型の電子ビ
ーム銃構造を提供することができる。
と効率のよさを維持しながら、（製品の幅に基づいて）
容易に幅の拡張と変更ができ、（線速度に対する必要な
吸収線量に基づいて）製品の流れ方向の長さも容易に変
更できる新規な改良された並列フィラメント型の電子ビ
ーム銃構造を提供することができる。
【図１】 本発明の特徴を実現する電子銃の実施例の等
角図である。
角図である。
【図２】 電子銃を用いた電子ビーム加速器の異なる尺
度の横断面図である。
度の横断面図である。
【図３】 静電レンズを用いた場合と用いない場合の異
なる条件下での電子ビーム光学を示す横断面図の一部で
ある。
なる条件下での電子ビーム光学を示す横断面図の一部で
ある。
【図４】 静電レンズを用いた場合と用いない場合の異
なる条件下での電子ビーム光学を示す横断面図の一部で
ある。
なる条件下での電子ビーム光学を示す横断面図の一部で
ある。
【図５】 静電レンズを用いた場合と用いない場合の異
なる条件下での電子ビーム光学を示す横断面図の一部で
ある。
なる条件下での電子ビーム光学を示す横断面図の一部で
ある。
【図６】 静電レンズを用いた場合と用いない場合の異
なる条件下での電子ビーム光学を示す横断面図の一部で
ある。
なる条件下での電子ビーム光学を示す横断面図の一部で
ある。
【図７】 修正した静電レンズ構成に対する同様な図で
ある。
ある。
【図８】 修正した静電レンズ構成に対する同様な図で
ある。
ある。
【図９】 図１に示した基本的な銃構成に対する電気的
略図である。
略図である。
【図１０】 ビームの均一性を改善するためのフィラメ
ントの異なる電気的接続及び制御を示す同様な電気的略
図である。
ントの異なる電気的接続及び制御を示す同様な電気的略
図である。
【図１１】 ビームの均一性を改善するための抽出グリ
ッドの異なる電気的接続及び制御を示す同様な電気的略
図である。
ッドの異なる電気的接続及び制御を示す同様な電気的略
図である。
【図１２】 終端でのビームを改善するための終端フィ
ラメントの修正した位置を示す側面図である。
ラメントの修正した位置を示す側面図である。
【図１３】 中央封鎖による電子ビームの選択的使用を
示す銃の横断面図である。
示す銃の横断面図である。
【図１４】 必要内地へのビームの拡散によるビームの
選択的使用を示す同様な横断面図である。
選択的使用を示す同様な横断面図である。
【図１５】 冷却により電子ビームの選択的使用と同様
に両方の機械的利点を得るための支持構造を絶縁された
フィラメントを示す同様な横断面図である。
に両方の機械的利点を得るための支持構造を絶縁された
フィラメントを示す同様な横断面図である。
【図１６】 ビームの均一特性を実験的に得たグラフで
ある。
ある。
１，１´ 電力棒 Ｃ 絶縁体 ＣＣ 冷却チャンネル ＥＳＬ 静電レンズ Ｆ フィラメント Ｇ 抽出グリッド Ｇ´ 二次グリッド ＨＶ 高電圧端子 Ｉ フィラメント絶縁支持体 Ｒ ビーム電流検出器 Ｓ，Ｓ´ 導電支持対 ＳＥ ビーム形成電極 ＶＦ フィラメント電力変圧器 Ｗ ビーム出口窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィレム・ヴァン・デ・スタット アメリカ合衆国マサチューセッツ州01970 セイレム，ラファイエット・ストリート・ 152 (72)発明者 マイクル・ジョン・サウザ アメリカ合衆国マサチューセッツ州02723 フォール・リヴァー，ケリー・ストリー ト・116
Claims (18)
- 【請求項１】 照射される表面の行程の縦方向に対して
横方向に沿った電子ビーム放射を発生する電子ビーム銃
であって、同時にそれを通って通過する電流により加熱
されたときに電子を発生する複数の縦方向に伸びた平行
な横方向に隔てられたほぼ同一平面の類似したフィラメ
ントと、前記フィラメントの一方の側面から隔てられ該
フィラメントの領域とほぼ同一の広がりを有し、各フィ
ラメントから抽出器グリッドへの及びそれを通る電子の
流れを修正して所望の均一性と特性とを有する連続的な
横方向に発生する電子ビームを形成するように該フィラ
メントに関して同一の極性のほぼ平面の抽出器グリッド
とを組み合わせて有することを特徴とする電子ビーム
銃。 - 【請求項２】 前記抽出器グリッドの電位と異なる値に
静電レンズの表面電位を調整する手段を備えた請求項１
記載の電子ビーム銃。 - 【請求項３】 前記電位が抽出器グリッドの電位に関し
て負である請求項１記載の電子ビーム銃。 - 【請求項４】 前記静電レンズ表面が平面の一つで輪郭
をつけた形状である請求項１記載の電子ビーム銃。 - 【請求項５】 発生したビーム電流を検出し、それに従
ってフィードバック制御により抽出器グリッド電圧、静
電レンズ表面電圧及びフィラメント電流の少なくとも一
つを変化する手段を備えた請求項１記載の電子ビーム
銃。 - 【請求項６】 前記検出する手段が、各フィラメントに
対応する複数のビーム電流検出器と、各フィラメント電
流を制御するためのそこからの対応する複数のフィード
バック経路とを備えた請求項５記載の電子ビーム銃。 - 【請求項７】 前記抽出器グリッドが、その電圧を制御
するために対応するビーム電流検出器に個別にそれぞれ
が接続された複数の個別の線材を備えた請求項５記載の
電子ビーム銃。 - 【請求項８】 複数の同一平面上のフィラメントが、電
子の落ち効果を除去するような目的で前記平面の外で抽
出器グリッドにより近く置かれた１又はそれ以上の終端
フィラメントを備えた請求項１記載の電子ビーム銃。 - 【請求項９】 発生した電子ビームが、前期照射される
表面上の陽極窓へ及びそれを通って加速され、該窓が、
そこで電子が遮蔽される中間冷却チャンネル領域と、抽
出器グリッドの領域に対応して配列されて設けられた電
子遮蔽手段とを有する請求項１記載の電子ビーム銃。 - 【請求項１０】 前記抽出器グリッド及び前記窓へ導く
加速領域の間に二次グリッドが設けられ、該二次グリッ
ドが同様に配列された電子遮蔽手段を備えた請求項９記
載の電子ビーム銃。 - 【請求項１１】 発生した電子ビームが、前記照射され
る表面上の陽極窓へ及びそれを通って加速され、該窓
が、そこで電子が遮蔽される中間冷却チャンネル領域
と、前記冷却チャンネル領域に対応する領域の電子を減
少させるためにフィラメントと抽出器グリッドの間に置
かれたビーム形成陽極手段とを有する請求項１記載の電
子ビーム銃。 - 【請求項１２】 発生した電子ビームが、前期照射され
る表面上の陽極窓へ及びそれを通って加速され、該窓
が、そこで電子が遮蔽される中間冷却チャンネル領域
と、前記冷却チャンネル領域に対応する領域と同一の領
域を冷却するためにフィラメントの間に入る手段とを有
する請求項１記載の電子ビーム銃。 - 【請求項１３】 前記冷却する手段が中間分離フィラメ
ント支持体を備えた請求項１２記載の電子ビーム銃。 - 【請求項１４】 フィラメントに電流を印加する導電支
持体により該フィラメントがその終端で支持され、該フ
ィラメントの中間に絶縁フィラメント支持手段が設けら
れた請求項１記載の電子ビーム銃。 - 【請求項１５】 抽出器グリッドから出てくる電子ビー
ムの輪郭を変えるために選択的に置かれた補足的なビー
ム形成電極手段を備えた請求項１記載の電子ビーム銃。 - 【請求項１６】 縦方向に隔てられ横方向に延びた一対
の電力棒導体を連続的に横方向に隔てられた対向する点
の間に備え、電気的に並列に電力を供給し機械的に連続
的に対応するフィラメントを支持するためにその点に複
数の導体支持対が支持された請求項１記載の電子ビーム
銃。 - 【請求項１７】 前記静電レンズ表面が、電力棒導体と
抽出器グリッドとの間に支持され、該電力棒から絶縁さ
れて機械的に支持され、また該抽出器グリッドに対する
絶縁支持保持手段である請求項１６記載の電子ビーム
銃。 - 【請求項１８】 フィラメント導電支持体が、フィラメ
ントの終端を保持するための終端弾性クリップを備えた
請求項１６記載の電子ビーム銃。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/796,479 US5254911A (en) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | Parallel filament electron gun |
| US796479 | 1991-11-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05225934A true JPH05225934A (ja) | 1993-09-03 |
| JP3375159B2 JP3375159B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=25168288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30691992A Expired - Fee Related JP3375159B2 (ja) | 1991-11-22 | 1992-11-17 | 改善された並列フィラメント電子銃 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5254911A (ja) |
| EP (1) | EP0549113A1 (ja) |
| JP (1) | JP3375159B2 (ja) |
| CA (1) | CA2083450A1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006201046A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Nhv Corporation | 電子線照射装置 |
| JP2008209410A (ja) * | 1997-01-02 | 2008-09-11 | Advanced Electron Beams Inc | 電子ビーム加速器 |
| JP2008237380A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Shibuya Kogyo Co Ltd | 電子線殺菌装置 |
| JP2010287387A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Nhv Corporation | 電子線照射装置のカソード構造 |
| JP2012504980A (ja) * | 2008-10-07 | 2012-03-01 | テトラ・ラヴァル・ホールディングス・アンド・ファイナンス・ソシエテ・アノニム | 切替可能電子ビーム殺菌デバイス |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5391958A (en) * | 1993-04-12 | 1995-02-21 | Charged Injection Corporation | Electron beam window devices and methods of making same |
| US5414267A (en) * | 1993-05-26 | 1995-05-09 | American International Technologies, Inc. | Electron beam array for surface treatment |
| US6407492B1 (en) | 1997-01-02 | 2002-06-18 | Advanced Electron Beams, Inc. | Electron beam accelerator |
| US6545398B1 (en) | 1998-12-10 | 2003-04-08 | Advanced Electron Beams, Inc. | Electron accelerator having a wide electron beam that extends further out and is wider than the outer periphery of the device |
| FR2815769A1 (fr) * | 2000-10-23 | 2002-04-26 | Thomson Csf Linac | Canon a electrons a faisceau recombine avec fenetre de sortie a refroidissement central |
| US6630774B2 (en) * | 2001-03-21 | 2003-10-07 | Advanced Electron Beams, Inc. | Electron beam emitter |
| US6617597B2 (en) * | 2001-11-30 | 2003-09-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Circuits and methods for electron-beam control |
| US20050092253A1 (en) * | 2003-11-04 | 2005-05-05 | Venkat Selvamanickam | Tape-manufacturing system having extended operational capabilites |
| EP1775752A3 (de) * | 2005-10-15 | 2007-06-13 | Burth, Dirk, Dr. | Herstellung eines Elektronenaustrittsfensters mittels eines Ätzprozesses |
| SE529241C2 (sv) * | 2005-10-26 | 2007-06-05 | Tetra Laval Holdings & Finance | Sensor samt system för avkänning av en elektronstråle |
| SE0802102A2 (sv) * | 2008-10-07 | 2010-07-20 | Tetra Laval Holdings & Finance | Styrmetod för en anordning för elektronstrålesterilisering och en anordning för utförande av nämnda metod |
| CN102074431B (zh) * | 2010-11-30 | 2012-07-04 | 南京大学 | 一种电子直线加速器用的电子枪控制电路 |
| JP6005447B2 (ja) * | 2012-08-31 | 2016-10-12 | 澁谷工業株式会社 | 電子線検出装置 |
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-
1991
- 1991-11-22 US US07/796,479 patent/US5254911A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-10-28 EP EP92309885A patent/EP0549113A1/en not_active Withdrawn
- 1992-11-17 JP JP30691992A patent/JP3375159B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-11-20 CA CA002083450A patent/CA2083450A1/en not_active Abandoned
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| JP2009259848A (ja) * | 1997-01-02 | 2009-11-05 | Advanced Electron Beams Inc | 電子ビーム加速器 |
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Also Published As
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|---|---|
| JP3375159B2 (ja) | 2003-02-10 |
| EP0549113A1 (en) | 1993-06-30 |
| CA2083450A1 (en) | 1993-05-23 |
| US5254911A (en) | 1993-10-19 |
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