JPH11339701A - 電子ビーム管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱電子放射部と電流供給部が接続された部分
の近傍における熱電子放射部の温度低下を抑制し、熱電
子放射部の温度を均一にすることにより、電子ビーム照
射領域のビーム出力が均一になる電子ビーム管を提供す
ることにある。 【解決手段】電子ビームを出射する窓部材８が形成され
た真空室１内に、一対の電流供給部２１間に架設された
金属製の熱電子放射部３１とこの熱電子放射部３１から
離間して当該熱電子放射部３１に沿って挟むように配置
された一対の電子ビーム加速電極３２とを設けてなる電
子ビーム管において、前記熱電子放射部３１の発熱量
を、その両端の電流供給部２１近傍の発熱量がそれ以外
の部分の発熱量と比較して大きくなるようにしたことを
特徴とする電子ビーム管。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、電子ビームを放射
する電子ビーム管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子ビームを利用して印刷用イン
キの乾燥、食品や医療品の殺菌、電子部品の接着が行わ
れるようになってきており、最近では、米国特許第５６
３７９５３号に示されているように、電子ビームを出射
する窓部材を有する真空室内に電子ビーム発生手段を設
けてなる電子ビーム管が利用されるようになってきた。

【０００３】このような電子ビーム管は、従来のような
大掛かりな真空装置を必要とせず、複雑な装置構造が不
要となり、小型化を達成でき、幅広い用途での利用が検
討されている。

【０００４】図６は、このような電子ビーム管の説明用
一部断面図であり、図６は、電子ビーム発生手段の側面
図である。真空室１は、直径３８ｍｍ、長さ７６ｍｍの
円筒状のパイレックスガラスよりなり、シリコン製の蓋
部材８が、この真空室１の開口を覆い内部が気密状態に
なるように配置されている。この蓋部材８には、後述す
る電子ビーム発生手段３より発生した電子が通過するた
めのモリブデン製の厚さ３．２ｍｍの金属箔による窓部
材２が形成されており、図８に示すように、この窓部材
２は直線上に並んだ幅２ｍｍ、長さ５ｍｍのスリット状
の複数の開口Ｋを覆うように形成したものである。さら
に、真空室１の後方には封止部１１が形成されている。

【０００５】電子ビーム発生手段３は、熱電子放射部で
あるフィラメント３１と電子ビーム加速電極３２とから
なり、以下に詳細に説明する。

【０００６】熱電子放射部であるタングステンよりなる
フィラメント３１は、真空室１内に延在する第１の電流
供給部である一対の第１内部リード２１の端部間に溶接
やカシメ等によって電気的機械的に接続されて架設され
ている。そして、この一対の第１内部リード２１の他端
は封止部１１に封止されたピン６に接続されている。

【０００７】図９は、熱電子放射部であるフィラメント
の形状を説明する説明図であって、図９（ａ）は窓部材
方向と直交する方向から見た正面図であり、図９（ｂ）
は図９（ａ）における矢印方向から見た側面図であり、
左右どちらの方向から見ても同じであるので１つの図で
示している。このようにフィラメント３１の形状は平板
帯状であり、両側で湾曲して第１内部リード２１に溶接
によって接続されている。

【０００８】図６、図７に戻り説明すると、電子ビーム
加速電極３２は、真空室１内に延在する第２の電流供給
部である一対の第２内部リード２２の端部に接続され、
フィラメント３１から離間してフィラメント３１を挟む
ように配置されている。そして、この一対の第２内部リ
ード２２の他端は封止部１１に封止されたピン７に接続
されている。

【０００９】ここで、電子ビームの発生方法を説明する
と、フィラメント３１を通電するとフィラメント３１が
高温になり、フィラメント３１から熱電子が放射され
る。そして、放射された電子は、５０ＫＶという高電圧
を電子ビーム加速電極３２によってかけられることによ
り、電子ビーム加速電極３２から強力に反発し加速され
て開口Ｋの方向に流れ、窓部材２を通過して電子ビーム
となる。

【００１０】４はフィラメント３１から放出された電子
が空間的に拡散することを防止するための電界印加電極
であり、具体的には図７で示すＸ方向、Ｙ方向の電子の
広がりを抑制して、狭い角度範囲内に電子を飛ばし、す
なわち、図８に示す開口Ｋの幅Ｈ内に向けて電子が流れ
効率良く開口Ｋを通過し窓部材２から電子を放射させる
働きを有するものである。

【００１１】このようにして発生した電子ビームは、図
６に破線で示すようにフィラメント３１を中心にして一
定角度をもって扇状に広がった状態で形成される。した
がって、図１０に示されているように電子ビームが照射
される非処理物上に、長手方向に伸びる帯状の電子ビー
ム照射領域が形成さる。

【００１２】なお、金属製の筒５内に、フィラメント３
１と電子ビーム加速電極３２と電界印加電極４が配置さ
れている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電
子ビーム管は、図１０の非処理物上の電子ビーム照射領
域の点々模様で示されている長手方向の端部側におい
て、ビーム出力が低下して有効電子ビーム照射領域Ｌが
電子ビーム照射領域全長に比べ狭くなり、よって、非処
理物の処理範囲が狭くなる、という問題があった。

【００１４】本出願人は、このような現象が起こる原因
を調査した結果、ファイラメント３１と第１内部リード
２１が接続された部分の近傍におけるフィラメント３1
の熱が、第１内部リード２１に奪われてこの部分のフィ
ラメント温度が下がり、それ以外の部分と比較してこの
部分のフィラメント３１からの熱電子放射が小さくな
り、さらに、前述したように電子ビームはフィラメント
３１を中心にして一定角度をもって扇状に広がるので、
フィラメント３１の第１内部リード２１が接続された部
分の近傍からの熱電子放射に影響される電子ビーム照射
領域の長手方向端部側のビーム出力が低下することを発
見した。

【００１５】以下に上記のような現象が起こる理由を説
明する。図１１は、フィラメントの長手方向の温度状態
を測定した結果を示すデータであり、縦軸にフィラメン
ト温度、横軸にフィラメント位置を示す。なお、横軸の
０ｍｍのフィラメント位置は図９（ａ）のｓで示した位
置であり、横軸の５．７ｍｍのフィラメント位置は図９
（ａ）のｅで示した位置である。

【００１６】図１１中、従来の電子ビーム管のフィラメ
ント温度は曲線Ａで示されており、このデータから分か
るように、フィラメントの端部の温度は、フィラメント
の中心部の最高温度と比較して、約１２％も低下してい
ることが分かる。

【００１７】次に、図１２を用いてフィラメントの温度
と放射電流との関係を説明すると、熱電子の放射量は放
射電流が大きくなるにつれて多くなることは既に知られ
ており、図１２から分かるように、フィラメントの温度
が下がれば、それだけ放射電流が小さくなり、熱電子の
放射量が少なくなることがわかる。なお、図１２では、
フィラメントの温度が１７５０℃の時の放射電流を１０
０％と規定して、各フィラメント温度に対する放射電流
を比率で示したものである。

【００１８】これらのことにより、従来の電子ビーム管
は、フィラメントと第１内部リードが接続された部分の
近傍におけるフィラメントの温度が下がり、それ以外の
部分と比較してこの部分のフィラメントからの熱電子放
射が小さくなり、さらに、電子ビームがフィラメントを
中心にして一定角度をもって扇状に広がるので、フィラ
メントの第１内部リードが接続された部分の近傍からの
熱電子放射に影響される電子ビーム照射領域の長手方向
端部側のビーム出力が低下するものであることを見出し
た。

【００１９】一方、図９（ａ）に示されているフィラメ
ントのｓ，ｅ間を長くし、つまり、フィラメントの温度
が均一になる部分を長くして、電子ビーム照射領域の長
手方向端部側のビーム出力低下を抑制することも考えら
れるが、前述したように電子ビームは、フィラメントを
中心にして一定角度をもって扇状に広がるので、フィラ
メントが長くなった分だけ角度が大きくなり、蓋部材に
形成された開口方向から外れた方向に流れる電子の割合
が多くなり、この結果、フィラメントに入力される電流
に対して効率良く窓部材を透過する電子の割合が低くな
るという問題があった。

【００２０】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、その目的は、熱電子放射部と電流
供給部が接続された部分の近傍における熱電子放射部の
温度低下を抑制して、熱電子放射部の温度を均一にする
ことにより、電子ビーム照射領域のビーム出力が均一に
なる電子ビーム管を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の電子ビーム管は、電子ビームを出
射する窓部材が形成された真空室内に、一対の電流供給
部間に架設された金属製の熱電子放射部とこの熱電子放
射部から離間して当該熱電子放射部に沿って挟むように
配置された一対の電子ビーム加速電極とを設けてなる電
子ビーム管において、前記熱電子放射部の発熱量を、そ
の両端の電流供給部近傍の発熱量がそれ以外の部分の発
熱量と比較して大きくなるようにしたことを特徴とす
る。

【００２２】請求項２に記載の電子ビーム管は、請求項
１に記載の電子ビーム管において、特に、前記熱電子放
射部の電流供給部近傍が、それ以外の部分より断面積を
小さくして電気抵抗値が大きくなるようにしたことを特
徴とする。

【００２３】請求項３に記載の電子ビーム管は、請求項
１に記載の電子ビーム管において、特に、前記熱電子放
射部は、平板帯状のタングステン板からなることを特徴
とする。

【００２４】請求項４に記載の電子ビーム管は、請求項
３に記載の電子ビーム管において、特に、前記熱電子放
射部は、電流供給部近傍が屈曲されて隣接する熱電子放
射部からの輻射熱より当該電流供給部近傍の熱電子放射
部の発熱量をそれ以外の部分の発熱量と比較して大きく
なるようにしたことを特徴とする。

【００２５】請求項５に記載の電子ビーム管は、請求項
１に記載の電子ビーム管において、特に、前記熱電子放
射部は、コイル状のタングステンコイルからなり、当該
タングステンコイルは、電流供給部近傍がそれ以外の部
分よりコイルピッチが小さくなるようにしたことを特徴
とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の電子ビーム管に
用いられる熱電子放射部である平板帯状のタングステン
板のフィラメントの説明図であって、図１（ａ）は窓部
材方向と直交する方向から見た正面図、図１（ｂ）は図
１（ａ）における矢印方向から見た側面図であり、左右
どちらの矢印方向から見ても同じであるので１つの図で
示している。

【００２７】フィラメント３１１は、幅０．５ｍｍ、長
さ１２ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍの平板帯状のタングステ
ン板であり、その両端に第１内部リード２１が溶接によ
って接合されている。

【００２８】そして、図１（ｂ）に示すように、フィラ
メント３１１は、第１内部リード２１に接続された部分
の近傍において、それ以外の部分より幅を約０．３ｍｍ
短くして高発熱部３１１ａが形成されている。つまり、
この高発熱部３１１ａの断面積は、この部分以外のフィ
ラメント３１１の断面積より小さくなっており、高発熱
部３１１ａの電気抵抗値がこの部分以外のフィラメント
の電気抵抗値より大きくなっているので、高発熱部３１
１ａの発熱量を増大させ、高発熱部３１１ａの温度を上
昇させることができる。

【００２９】なお、電気抵抗値を上げる方法は、前述し
た高発熱部３１１ａ以外に図２のフィラメントの側面図
に示すように複数の孔を設けた構造であっても良い。

【００３０】従って、第１内部リード２１にフィラメン
ト３１１の熱が奪われるが、少なくとも奪われる熱量の
損失分だけ発熱量を増やす構造であるので、フィラメン
ト３１１の第１内部リード２１側の温度低下を抑制する
ことができ、フィラメント３１１の温度を均一にするこ
とができる。

【００３１】図３は、本発明の電子ビーム管に用いられ
る熱電子放射部であるフィラメントの他の構造説明図で
あって、窓部材方向と直交する方向から見た正面図であ
る。フィラメント３１２は、幅０．５ｍｍ、長さ１２ｍ
ｍ、厚さ０．０５ｍｍの平板帯状のタングステン板であ
り、その両端に第１内部リード２１が溶接によって接合
されている。

【００３２】そして、図３に示すように、フィラメント
３１２は、第１内部リード２１に接続された部分の近傍
において、屈曲して高発熱部３１２ａが形成されてい
る。つまり、この高発熱部３１２ａは、屈曲することに
よりフィラメント３１２が隣接するので、隣接するフィ
ラメントからの輻射熱により高発熱部３１２ａの発熱量
を増大させ、この部分以外のフィラメント３１２より高
発熱部３１２ａの温度を上昇させることができる。

【００３３】従って、第１内部リード２１にフィラメン
ト３１２の熱が奪われるが、少なくとも奪われる熱量の
損失分だけ発熱量を増やす構造であるので、フィラメン
ト３１２の第１内部リード２１側の温度低下を抑制する
ことができ、フィラメント３１２の温度を均一にするこ
とができる。

【００３４】図４は、本発明の電子ビーム管に用いられ
る熱電子放射部であるフィラメントの他の構造説明図で
あって、窓部材方向と直交する方向から見た正面図であ
る。

【００３５】フィラメント３１３は、直径０．１５ｍｍ
のコイル状のタングステンコイルであり、その両端に第
１内部リード２１が溶接によって接合されている。

【００３６】そして、図４に示すように、フィラメント
３１３は、第１内部リード２１に接続された部分の近傍
において、フィラメントのコイルピッチが、それ以外の
部分より小さくなっている密巻部３１３ａが形成されて
いる。つまり、この密巻部３１３ａは、この部分以外の
フィラメント３１３よりコイルピッチが小さくなってい
るので、隣接するフィラメントからの輻射熱により密巻
部３１３ａの発熱量を増大させ、この部分以外のフィラ
メント３１３より密巻部３１３ａの温度を上昇させるこ
とができる。

【００３７】なお、コイルピッチとは、図５に示すよう
に、タングステン素線の直径をａ、一巻きに進むコイル
の距離をｂとすると、ｂ／ａで示される値が、コイルピ
ッチである。

【００３８】従って、第１内部リード２１にフィラメン
ト３１３の熱が奪われるが、少なくとも奪われる熱量の
損失分だけ発熱量を増やす構造であるので、フィラメン
ト３１３の第１内部リード２１側の温度低下を抑制する
ことができ、フィラメント３１３の温度を均一にするこ
とができる。

【００３９】図１１を用いて本発明の電子ビーム管に用
いられるフィラメントの長手方向の温度状態を説明す
る。なお、横軸の０ｍｍのフィラメント位置は、図１
（ａ）のｓ、及び、図３のｓ、及び、図４のｓで示した
位置であり、横軸の５．７ｍｍのフィラメント位置は図
１（ａ）のｅ、及び、図３のｅ、及び、図４のｅで示し
た位置である。図１１中、曲線Ｂは図１に示すフィラメ
ントの温度状態を示すものであり、曲線Ｃは図３に示す
フィラメントの温度状態を示すものであり、曲線Ｄは図
４に示すフィラメントの温度状態を示すものである。つ
まり、それぞれのフィラメント温度は中心部の最高温度
と端部の温度との差はほとんどなく、フィラメントの温
度が均一になっていることがわかる。

【００４０】この結果、本発明の電子ビーム管は平板帯
状のタングステン板よりなるフィラメント３１１を用い
た場合は、フィラメント３１１と第１内部リード２１が
接続された部分の近傍に断面積を小さくして電気抵抗値
が大きくなうようにした高発熱３１１ａが形成されてい
るので、この高発熱部３１１ａで発熱量が増大し、この
部分以外のフィラメント３１１より高発熱部３１１ａの
温度を上昇させることができ、フィラメント３１１の温
度を均一にすることができる。

【００４１】また、平板帯状のタングステン板よりなる
フィラメント３１２を用いた場合は、フィラメント３１
２と第１内部リード２１が接続された部分の近傍におい
て屈曲した高発熱３１２ａが形成されているので、この
高発熱部３１２ａで隣接するフィラメントからの輻射熱
により高発熱部３１２ａの発熱量が増大し、この部分以
外のフィラメント３１２より高発熱部３１２１ａの温度
を上昇させることができ、フィラメント３１２の温度を
均一にすることができる。

【００４２】さらに、コイル状のタングステンコイルよ
りなるフィラメント３１３を用いた場合は、フィラメン
ト３１３と第１内部リード２１が接続された部分の近傍
に密巻部３１２ａが形成されているので、この密巻部３
１３ａで隣接するフィラメントからの輻射熱により密巻
部３１３ａの発熱量が増大するので、この部分以外のフ
ィラメント３１３より密巻部３１３ａの温度を上昇させ
ることがフィラメント３１３の温度を均一にすることが
できる。

【００４３】よって、平板帯状のタングステン板よりな
るフィラメント３１１，３１２を用いた場合も、コイル
状のタングステンコイル３１３を用いた場合も、フィラ
メント３１１，３１２，３１３の全ての部分からほぼ均
一な量で熱電子が放射され、電子ビームがフィラメント
を中心にして一定角度をもって扇状に広がるのでビーム
出力が均一になり、電子ビーム照射領域の長手方向端部
側のビーム出力が低下せず有効電子ビーム照射領域が電
子ビーム照射領域全長と等しくなり、非処理物の処理範
囲を広くすることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子ビー
ム管は、電子ビーム発生手段において、熱電子放射部
は、電気抵抗値を変えたり、屈曲させたり、或いは、コ
イルピッチを変えて電流供給部に接続された部分の近傍
の発熱量が、それ以外の部分の発熱量と比較して大きく
なるようにしたので、電流供給部に接続された近傍部分
の発熱量を増大させ、この部分の温度を上昇させること
ができる。

【００４５】従って、電流供給部に熱電子放出部の熱が
奪われるが、少なくとも奪われる熱量の損失だけ発熱量
を増やしているので、熱電子放出部の電流供給部側の温
度低下を抑制することができ、熱電子放出部の温度を均
一にすることができ、熱電子放射部の全ての部分からほ
ぼ均一な量で熱電子が放射され、電子ビームがフィラメ
ントを中心にして一定角度をもって扇状に広がるので、
ビーム出力が均一になり、電子ビーム照射領域の長手方
向端部側のビーム出力が低下せず有効電子ビーム照射領
域が電子ビーム照射領域全長と等しくなり、非処理物の
処理範囲を広くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子ビーム管の熱電子放射部であり、
断面積を小さくして電気抵抗値を上げた平板帯状のタン
グステン板よりなるフィラメントの説明図である。

【図２】本発明の電子ビーム管の熱電子放射部であり、
断面積を小さくして電気抵抗値を上げた平板帯状のタン
グステン板よりなるフィラメントの他の実施例の説明図
である。

【図３】本発明の電子ビーム管の熱電子放射部であり、
一部を屈曲した平板帯状のタングステン板よりなるフィ
ラメントの説明図である。

【図４】本発明の電子ビーム管の熱電子放射部であるコ
イル状のタングステンコイルの説明図である。

【図５】コイルピッチを定義する説明図である。

【図６】従来の電子ビーム管の一部断面説明図である。

【図７】従来の電子ビーム管の電子ビーム発生手段の側
面図である。

【図８】従来の電子ビーム管の蓋部材に形成された開口
と窓部材の関係を示す説明図である。

【図９】従来の電子ビーム管の熱電子放射部であるフィ
ラメントの説明図である。

【図１０】非処理物上の電子ビーム照射領域の説明図で
ある。

【図１１】フィラメントの長手方向の温度状態を示すデ
ータ説明図である。

【図１２】フィラメントの温度と放射電流との関係を示
すデータ説明図である。

【符号の説明】

１ 真空室 ２ 窓部材 ３ ビーム発生手段 ２１ 第１内部リード ２２ 第２内部リード ３１ フィラメント ３１１ フィラメント ３１１ａ 高発熱部 ３１２ フィラメント ３１２ａ 高発熱部 ３１３ フィラメント ３１３ａ 密巻部 ３２ 電子ビーム加速電極 ４ 電界印加電極 ５ 金属製の筒 ６ ピン ７ ピン ８ 蓋部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを出射する窓部材が形成され
   た真空室内に、一対の電流供給部間に架設された金属製
   の熱電子放射部とこの熱電子放射部から離間して当該熱
   電子放射部に沿って挟むように配置された一対の電子ビ
   ーム加速電極とを設けてなる電子ビーム管において、 前記熱電子放射部の発熱量を、その両端の電流供給部近
   傍の発熱量がそれ以外の部分の発熱量と比較して大きく
   なるようにしたことを特徴とする電子ビーム管。
2. 【請求項２】前記熱電子放射部の電流供給部近傍が、そ
   れ以外の部分より断面積を小さくして電気抵抗値が大き
   くなるようにしたことを特徴とするの請求項１に記載の
   電子ビーム管。
3. 【請求項３】前記熱電子放射部は、平板帯状のタングス
   テン板からなることを特徴とする請求項１に記載の電子
   ビーム管。
4. 【請求項４】前記熱電子放射部は、電流供給部近傍が屈
   曲されて隣接する熱電子放射部からの輻射熱より当該電
   流供給部近傍の熱電子放射部の発熱量をそれ以外の部分
   の発熱量と比較して大きくなるようにしたことを特徴と
   する請求項３に記載の電子ビーム管。
5. 【請求項５】前記熱電子放射部は、コイル状のタングス
   テンコイルからなり、当該タングステンコイルは、電流
   供給部近傍がそれ以外の部分よりコイルピッチが小さく
   なるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電子
   ビーム管。