JPS6086746A - 電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野。

本発明は陰極およびビーム形成電極を有するビーム発生
器、高圧接続部およびビーム発生器が固定される高圧絶
縁体、少なくとも１つの絶縁トランスならびに高圧電位
に対する補助電圧を発生させるための回路素子を有し、
ビーム発生器および高圧絶縁体がアースした金属外筒に
よって包囲され、絶縁トランスか高圧絶縁体より上部に
配置されている、材料を加熱するための、とくに溶接の
ための電子銃に関する。

従来の技術 電子銃の場合ビーム発生器のための導線を有する高圧絶
縁体およびその上に配置した補助電圧変換器の機能を有
する絶縁トランスはしはしはビームヘッドとも称される
。公知電子銃のビームヘッドの場合、負の高圧電位にあ
る部分は絶縁油を充てんしたタンクと結合し、その上面
に絶縁トランスも設置される。タンクへ６心高圧オーデ
ルが開口し、加速電圧ならびにビーム形成電極（ウェー
ネルト電極）および陰極加熱ツタめの補助電圧はビーム
ヘッドの範囲で発生させ、その配録はビームヘッド内を
適当に導かれる（西独特許第１０８７２９５号および第
１１６１７６０号明細書参照）。

主として１００　ＫＶより低い加速電圧で動作し、高圧
電位が多数の単極高圧ケーブルを介してビームヘッドに
導かれる構造も公知である。

印加する電位の数は使用する電子ビーム発生器の種類に
依存する。直熱式トライオードは６つの電位、傍熱式は
４つの電位、ウェーネルト電圧を制御し得ないダイオー
ド系およびＸ＠管は陰極側に２つの電位か必要である。

高圧ケーブルは通常安全に組立しうるように、保守のた
め取りはずし可能なプラグ装置を介して接続される。ケ
ーブルおよびプラグ結合装置は５０アンペアまでの電流
に対し設定され、５ＫＶの動作電圧までの個々の電位は
互いに絶縁される。このようなケーブルは所要の鋸断面
積、絶縁物の厚さおよび保獲がい装のため非常に」ｌく
、かつ固く、プラグ結合は寸法が大きく、高価である。

さらにこのような多極ケーブルはつねに電子銃メーカの
ための特別製造であり、そのためにも高価である。多極
ケーブルの他の不利な性質は陰極電位に対してウェーネ
ルト電圧を導く導線の高い内部容量および陰極加熱電流
を導く導線の導体抵抗である。高圧ケーブル中の導体抵
抗による加熱回路の損失は高圧電位へ変換する全エネル
ギーの９０％までにおよぶ。

そのため絶縁トランスも大きく設定しなけれはならない
。高い内部容量のためウェーネルト電川の迅速な：ｌ１
ｌｊ御か妨害されるのて、ウェーネルト電ＬＥの電諒も
、とくに立−ヒリおよび立下りの色砂なパルスによって
ビーム電流を制佃ｊしようとする場合、それ（（応じて
大きく選択しなけれはならない。

ビーム発生器を固定する同様ビームヘッドに檎する高圧
絶縁体は同様重要な構成部材である。

１５０　ＫＶまでの加速電圧で動作しうる電子銃には絶
縁体形式としてコア形または管形が有利である。１００
　ＫＶより低い加速電圧の電子銃の場合、ディスク形高
圧絶縁体も使用される。

しかしこれらの絶縁体は個々の構成部材として大きい費
用をもって金属ケーシングへ組込まなけれはならず、こ
のケーシングは多くの場合さらに排気されるので、つね
に引込および（または）絶縁の問題を伴うのが共通の欠
点である。

発明が解決しようとする問題点： それゆえ本発明の目的は（・わゆるビームヘッドをでき
るたけコンパクトに形成し、単極高圧ケーブルを介する
だけで加速電圧の発生器と結合することにより導体損失
をきわめて小さく保持しうる首記概念の電子銃を得るこ
とである。

問題点を解決するだめの手段： この目的は首記電子銃において本発明によりａ）少なく
とも１つの絶縁トランスが絶縁体へ埋設され、 ｂ）絶縁体が直接高圧絶縁体に支持され、Ｃ）絶縁体の
アースした外筒より突出する部分が絶縁トランスを含ん
で金属フードによって包囲され、このフードが外筒とと
もに共通のファラデー箱を形成し、 ｄ）補助電圧のための回路素子が同様ファラデー箱内に
配置されている ことによって解決される。

ビームヘッドとすべての補助電圧伝達系との構造的１体
化によって多極高圧ケーブルが多極プラク結合装置とと
もに不用となるので、容量およびオーム導体損失がほぼ
ヒ゛口になる。この損失がなくなることによって伝達す
べき電力は絶縁トランスの体積がもはや伝達すべき電力
によってでなく、所要の絶縁Ｗ１離のみによって決定さ
れる程度に小さくなる。高見・伝達周波数お・よＯ・こ
の周波数に適するトランスコアの使用ならＯ・にその同
じ絶縁体への埋設によりすべての変換装置の全体積はこ
の装置を直接高圧絶縁体へ支持しうる大きさに維持する
ことカーでき、それによってアースに対する２つの絶縁
距離力玉不用となり、したがって全体積はさらに有オリ
に／Ｊ％さくなる。この場合絶縁トランスの１次側（ま
普通のようにアース電位にある。制御電圧の供ｌｌ＠は
ビームヘッドの低圧電位にある多極プラクゝを介して行
われる。

本発明の重要な利点は下記のと１６つである。

特別製造による多極高圧ケーブルがもはや必要ないので
、市販の単極ケーブルを使用することができ、 電子銃内部で絶縁物を過負荷する弧絡によるケーブルの
電位■〕の破壊が避けられ、高い加熱電流負荷によるプ
ラグ結合の損傷カー避けられ、 個々の電位間の非常に多数の小さい調心および容量結合
によって、弧絡によって励起される進行波による補助電
圧発生器の負荷したかつて故障が著しく少なくなり、 補助電圧発生器故障の際高圧オイルタンクを開く必要な
く、ビームヘッドを敗りはずすたけであり、したがって
電子銃の保守が容易であり、補助電圧発生器と１体化し
た高圧発生器の構造体積が小さくなり、場合により補助
電圧タンクは完全になくなる。

この場合さらに本発明により少なくとも１つの絶縁トラ
ンスを埋設した絶縁体が注型コンパウンドからなるのは
とくに有利である。それによってさらに次の利点が得ら
れる 高圧絶縁体および少なくとも１つの絶縁トランスを直接
その金属外筒またはフード内へ埋設することができる。

それによって２つの主構成部材のみ、すなわち高圧接続
部を有する高圧絶縁体およびその上にフランジ結合した
、補助電圧伝達器も含む少なくとも１つの絶縁トランス
カ■っナルビームヘッドか得られろ。

さらに補助１Ｌ圧のだめの回路素子をファラデー箱内の
強ＩｉＢ　ｌ１ｊ−材料からなる全面的に閉鎖したカプ
セル内に収容ずろのはとくに有オリである。

磁性材料からなるこのカプセルの形成によって少なくと
も１つの絶縁トランスのビーム発生器への磁気的干渉は
電子ビームのなお存在する磁場による影響が問題となら
ない程度に弱められる。

本発明の他の有利な形成は特許請求の範囲第２〜１２項
に記載されろ。その利点は必要な限り詳１ｔ４１　ｉ工
説明に記載される。

実施例 次に本発明の実施例を図面により説明する。

第１図には作業室１は上部のみが示される。

上部仕切壁に電子銃３の軸線Ａ−Ａと１線にビーム入口
孔２が配置される。

電子銃はビーム発生およびビーム案内に関して６つの主
要部分または構造群、すなわち陰極５およびビーム形成
電極６（ウェーネルトシリンダ）を有するビーム発生器
４、吸引管８を介して図示されていな℃・真空ポ′ンプ
と結合し、かつ加速陽極が配置された加速尾７ならＯ・
にビーム案内室１０からなり、この案内室にはビート方
向で遮断弁１１、絞り体１２、調節装置１３、ウオツベ
ルレンズ１４、集束レンズ１５、センサ装置１６および
偏向ユニット１７か配置される。構成部材１３〜１７を
貫通してビーム案内管１８が導かれる。

ビーム案内室１０はずべての組込部材とともに筒管１９
によって包囲され、この筒管の上下端はそれぞれ接続フ
ランジ２０またば２１と固定結合する。上部接続フラノ
ン２０の横に遮断弁１１０回転駆動装置２２が固定され
る。ビーム発生器４は電流供給用の高圧接続部２５を（
Ｉｉ！ｉえる高圧絶縁体２３に固定される。高圧絶縁体
２３へ絶縁体２４が支持され、その中に２つの絶縁トラ
ンス２６および２７が埋設される。さらに詳細は同じ参
照番号を有する第２図により説明する。

加速室７はケーゾング７ａによって包囲され、このケ１
ンングはビーム案内室１０（第１図）の方向に底部７ｂ
を有する。底部は円形の孔に中上・フランジ２８を支持
し、このフランジに同心配置で加速陽極９が固定される
。加速室７の上面は円形の開口３０を包囲する固定フラ
ンジ２９を有し、このフランジに以下に詳述するビーム
ヘッド３１が支持される。

ビーム発生器４およびこれを支持する高圧絶縁体２３は
アースした金属外筒３２によって包囲され、この外筒に
は加速室の外側ケーシング７ｃおよびほぼ円筒形のケー
シング３３が含まれ、この円筒ケーシングへ鉛被覆３４
を挾んで注型コンパウンドからなる高圧絶縁体２３が注
型されろ。この高圧絶縁体は同様はぼ円筒形の外面２３
ａを冶し、その上部に下部を円錐台形に形成した凹所２
３ｂを含む。この凹所は接触部が相補的に形成された絶
縁体２４を挿入するため役立つ。高圧絶縁体２３はその
下部にビーム発生器４と同心に断面がほぼ放物線形の１
周する空所２３ｃを有し、この空所は表１ａｊ距比また
は絶縁距離の拡大に役立つ。空所２３ｃの中心に高圧絶
縁体２３はビーム発生器４の同定に役立つ組立フランジ
３５を鋳ぐるみした突部２３ｄを有する。組立フランジ
３５ばその内部に接続導線３８または３９を介してウェ
ーネルト電圧および加熱電流を供給する接続接点３６ま
たは３γを支持する。接続導線も真空気密に注型コンパ
ウンドへ埋込まれろ。

空所２３ｃの上方に半径方向に高圧ケーブル４０を導入
する高圧接続部２５があり、高圧ケーブルはその端部に
相補的ソケット４２へ挿入するフ０ラグ４１を支持する
。ここから高圧は略示した公知構造の回路素子４３に通
じ、この素子は強磁性材料からなるカプセル４４によっ
て全面的に包囲される。このカフ０セルば平らな円板状
に形成され、凹所２３ｂの底部範囲をほぼ完全に充てん
する。それによってカプセルは２つの絶縁トランス２６
．２７から発する６’ｂ場のシールドとして作用するの
で、陰極５から下向ＡＦ出る電子ビームは妨害作用を受
けない。カフ０セルは（幾械的に絶縁体２４に固定され
る。絶縁体の中に整流ならひにウェーネルト電位および
陰極加熱電流のフィルタ用の回路素子が収容される。

絶縁体２４へ埋設した２つの絶縁トランス２６および２
７ばそれぞれ１つの１次コイル２６ａ！１：たは２７ａ
および２次コイル２６ｂまたは２７ｂを有し、これらは
それぞれ鉄心２６Ｃまたは２７ｃによって互いに結合さ
れる。絶縁体２４がケーシング３３より高く突出してい
ることが図から明らかである。この位置に存在する開口
をファラデー箱内に閉鎖するため、絶縁体２４のアース
した外筒３２より高い部分は絶縁トランス２６および２
７とともに金属フード４５によって包囲され、このフー
ドは上面に冷却フィン４５ａを支持する。この方法で回
路素子４３は同様ファラデー箱内に収容される。２つの
絶縁トランス２６および２７を相互にシールドするため
その間に磁気シールド４６が配置される。

ケーシング３３はその下端に加速室７と真空気密結合す
るための固定フランジ４７およびその上端にフード４５
０対向フランジ４５ｂと結合するための固定フランジ４
８を備える。固定は周縁に分布する多数のねじ４９によ
って行われる。外筒３２およびフード４５を金槙で形成
することによってファラデー箱が閉鎖される。

固定フランジ２９の上部にあるケーシング３３または高
圧絶縁体２３と結合する部分はいわゆるビームヘッド３
１を形成する。この場合絶縁トランス２６は陰極電流の
゛電流変換器として、絶縁トランス２７はウェーネルト
電圧の７１１圧変換器として使用される。２次コイル２
６ｂおよび２７ｂを有する鉄心２６ｃおよび２７ｃも高
圧電位にある。２つの１次コイル２６ａおよび２７ａの
みがアース電位にある。

ビームヘッドは２つの固定フランジ２９および４７０間
の結合解除によって容易にその全体を解体することがで
きるので、ビーム発生器４の保守も容易である。絶縁体
２４もねじ４９をばずずこと−によってそのすべての組
込体とともに別１固に取出すことができる。２次コイル
２６ｂおよび２７ｂと接続導線３８またば３９の電気（
幾械的接触は絶縁体２４を設置した後、絶縁体２４内の
図示されていない接触ねじを通す図示されていない狭い
通路を介して行われる。ビームヘッド内のすべての自由
空間はビームヘッド内の急激な電位変化を除くため油が
充てんされる。

第６図は第２図によるビームヘッドのもう１つの形成を
示す。この場合２つの絶縁トランス２６および２７のほ
かに第６の絶縁トランス５１か備えられ、この絶縁トラ
ンスは同様１次コイル５１ａ、２次コイル５１ｂおよび
鉄心５１Ｃからなる。絶縁トランス５１により高圧電位
に幻しもう１つの制御可能のまたは固定電圧が得られ、
この電圧はたとえはビーム発生器４としてテトロード系
を使用する場合、第２のビーム発生電極の制御に使用す
ることができる。第６の補助電圧はトライオード系内て
陰極を電子により間接的に放出温度へ加熱するため、陽
極電圧として使用することもできる。その際６つの絶縁
トランスの間にほぼスター形配置で強磁性材料からなる
３つのシールド４６が備えられ、誘導作用の相互影響が
防止される。

第４図には再び第２図と同様のビームヘッドが示される
けれど、フード４５は備えていない。

高圧絶縁体は陰極に発生ずる一定の損失電力の吸収およ
び導出のみを許容する。損失電力が大き過ぎる場合、機
械的および電気的強度の減退によって高圧絶縁体および
絶縁トランスに故障が発生しうる。許容熱負荷はたとえ
は高い加熱能力を有する陰極の使用たとえは１０　Ｑ　
ｍＡを超えるビーム電流用のタングステンからなる中実
陰極を使用することによって超えることができる。この
問題の解決は第４凶に示される。

凹所２３ｂの底部と平行したがってｉｌａ＋＆Ａ−Ａと
直角に走る２つの平面に、底部と１周する空所２３ｃの
間に冷却媒体通路５０か配置され、その経過は第５図で
説明する。冷却媒体通路はフ０ラスチックがらなり、図
示の位置で高圧絶縁体２３の注型コンパウンドへ埋設さ
れる。冷却媒体として過大な電位急変を避けるため外側
からたとえはトランス油がポンプで送られる。この装置
により多量の熱を絶縁体から導出することができるので
、高圧絶縁体および絶縁トランスの機能が損われない。

第５図から冷却媒体通路５ｏがＵ形に湾曲していること
が明らかであり、脚の直線部は互いに平行に走り、円形
に湾曲するヨークはソケット４２の中心と同心に導かれ
る。外部へ通ずる端部５０ａは接続を簡単にするため少
し扇形に拡がる。高圧接続部２５は冷却媒体通路間の対
称面内を走る（第４図も参照）。１周する空所２３ｃの
放物線形の形成によりコンパクト性の利点が得られ、か
っこの空所はガス放出の点で最小可能の表面を有する。

しかしとくにこの表面はその位置の点で加速室γ内に散
乱する電子オヨヒイオンから保護される。

第６図は第１および２図実施例の変化を示す。

この場合高圧接続部２５の範囲の高圧ケーブル４０は高
圧絶縁体中でなく、注型コンパウンドからなる絶縁体２
４の回路素子４３の上へ導入される。そのため凹所２３
ｂは少し深く形成され、高圧絶縁体２３の突出するカラ
ー２３ｅおよびケーシング３３内に高圧ケーブル４０の
舊１１；部を導入しうる貫通する半径方向の孔が配置さ
れる。この半径方向の孔は絶縁体２４の内部で水平方向
ｊ（ソケット４２まで拡がり、高圧接にプじ部２５の挿
入方向と一致する軸線は１３−Ｂで示される。この方法
で電場内の場合によるピークまたは急変がビーム形状に
およほず影響が低下される。回路素子４３を有する強磁
性カプセル４４を高圧ケーブルの下に配置することによ
りシールド効果がさらに増大する。埋設した絶縁トラン
ス２６等を有する絶縁体２４は高圧ケーブル４０を引抜
いた後にのみ解体しうろことは明らかである。

第７図の実施例は高圧ケーブル４０が上から絶縁体２４
へ導入されることで第６図と異なり、すなわちケーブル
の１ｌｔｌ線Ｃ−Ｃは垂直であり、導入方向も垂直に走
る。この場合高圧絶縁体２３およびこれを包囲するケー
シング３３に孔を（＋ｉｉｉえることを要ぜす、この孔
はフード４５の上側仕切面にある。

ビームヘッド内の個々の部材のコンパクトな配置１ケに
よって全体の油量は非常に少量であり、動作中電子銃の
加熱によって生ずる油の膨張は緩衝空間によって吸収す
ることができ、この空間は電場のない空間でアース電位
にあり、外部空気へ接続する毛管を有する。

高圧側にウェーネルト電圧のアース容量がないことによ
って２次側回路の電力損失は無視可能に小さくなる。こ
の理由から絶縁トランスを介して２．５　ＫＶまであ振
幅および１５　ＫＨｚまでの周波数を有する交流電圧を
高圧側に簡単に発生させ、整流することができる。高い
周波数によって、所要の電圧平滑化のだめのフィルタ素
子の消費は同様小さい、それによって内部容量を比較的
小さく保持することもできる。

個々の絶縁トランス（変換器）の可能性を完全に利用す
れはパルス走査、スロープ変化、任意のフ０ログラム制
御等を比較的簡単に実現することができる。ウェーネル
ト電圧発生のためビームヘッド内に２つの絶縁トランス
を配置し、並列接続することもできる。２つの絶縁トラ
ンスは同じ電子装置から９００位相のずれた電流で制御
される。それによって絶縁トランスの２次側にブリッジ
整流器使用の際重畳する４パルス交流電圧が発生し、す
べてのフィルタ素子を使用しない場合でも６０　ＫＨｚ
で８係の残留リプルを有する直流電圧が得られる。

パルスまたはパルス群およびこの時間の間流れるビーム
電流の制御は簡単に次のとおり行われる二単位時間当り
の交流電圧パルスの数は個個のパルスの長さを決定し、
電圧高さは流れるビーム電流を決定する。フィルタ素子
の大きさの適当な選択によって走青比１：１で約１０Ｋ
Ｈｚの側面急峻度、６０　ＫＨｚで２％の残留リフ０ル
をイ１するビーム電流パルスを発生さぜることがてきる
。走査比は制御電子装置の種類のみに依存し、この装置
はアース電位にあるので、簡単に形成することができる
。

【図面の簡単な説明】

、′ｌ′４１図は電子銃全体の垂直断面図、第２図はそ
の上部のビームヘッドの垂直断面図、第ろ図は６つの絶
縁トランスを埋設した絶縁体の水平断面図、第４図は冷
却媒体通路を有するビームヘッド上部の垂直断面図、第
５図は第４図Ｖ−Ｖ線断面図、第６図は絶縁体へ水平に
導入した高圧ケーブルを有するビームヘッド上部の垂直
断面図、第７図は絶縁体へ垂直に導入した高圧ケーブル
を有するビームヘッド上部の垂直断面図である。 １・・作業室、２・ビーム入口孔、３・・電子銃、４　
ビーム発生器、５・陰極、６・・・ビーム形成電極、７
・加速室、８・・吸引管、９・加速陽極、１０・・・ビ
ーム案内室、１１・・・遮断弁、１４・・ウニラベルレ
ンズ、１５・・集光レンズ、１６・・・センサ装ｆｆｔ
、１７・・偏向ユニット、１８　ビーム案内管、２３・
・高圧絶縁体、２３ｃ・空所、２４・・・絶縁体、２５
・・高圧接続部、２６，２７゜５１・・・絶縁トランス
、３２・・金属外筒、３３・ケーシング、４ドブラグ、
４３・回路素子、４４・・・カプセル、４５・・金属フ
ード、４６・・シールド、４７．４８・・固定フランク
、５０・・・冷却媒体通路 ＦＩＧ、３ ２７ｃ ＦＩＧ、４ ヒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　陰極およＯ・ビーム形成電極を有するビーム発生
   器、高圧接続部およびビーム発生器が固定される冒圧絶
   縁体、少なくとも１つの絶縁トランスならびに高圧電位
   に対する補助電圧を発生させるための回路素子を有し、
   ビーム発生器および高圧絶縁体がアースした金属外筒に
   よって包囲され、絶縁トランスが高圧絶縁体よ′り上部
   に配置されている、材料を加熱するだめの電子銃におい
   て、 ａ）少なくとも１つの絶縁トランス（２６゜２７．５１
   ）が絶縁体（２４）内に埋設さ、ｌｔ。 ｂ）絶縁体（２４）が直接高圧絶縁体（２３）の上に支
   持され、 Ｃ）絶縁体（２４）のアースした外筒（３２）より突出
   する部分が絶縁トランス（２６１２７，５１）を含んて
   金属フード（４５）によって包囲され、このフードが外
   筒（３２）とともに共通のファラデー箱を形成し、ｄ）
   補助電圧のための回路素子（４３）か同様ファラデー箱
   内に配置されている ことを特徴とする電子銃。 ２、Ｆ！縁体（２４）か注型コンパウンドからなる特許
   請求の範囲第１項記載の′電子銃。 ３、補助電圧のための回路素子（４３）が強磁性材料か
   らなる全面的に閉鎖したカフ０セル（４４）内に収容さ
   れている特許請求の範囲第１駒記載の電子銃。 ４、　回路素子（４３）を有するカフ０セル（４４）が
   高圧絶縁体（２３）と絶縁体（２４）の間の境界部に配
   置されている特許請求の範囲第３項記載の電子銃。 ５　高圧接続部（２５）がフ０ラグ結合（４１）として
   形成され、高圧絶縁体（２３）内に収容されている特許
   請求のｉ！ＩＩ！　１７１イ第１項記載の電子銃。 ６　高圧絶縁体（２３）かほぼ円筒形の外面（２３ａ）
   を有し、ケーシング（３３）のこの外面の範囲に上側お
   よび下側接続フランジ（４８または４７）を備え、上部
   に絶縁体（２４）を挿入するための凹所（２３ｂ　）を
   有し、絶縁体（２４）のフード（４５）が上側接続フラ
   ンジ（４８）と結合可能であり、下部に表面距離を拡大
   するためビーム発生器（４）と同心に１周する空所（２
   ３Ｃ）を有する特許請求の範囲第１項記載の電子銃。 Ｚ　絶縁体（２４）内に少なくとも２つの絶縁トランス
   （２６，２７）が収容され、その間に磁気シールド（４
   ６）が存在する特許請求の範囲第１項記載の電子銃。 ８　絶縁トランス（２６，２７）が回路素子（４３）を
   介して９０’ずれた位相で制御される特許請求の範囲第
   １項記載の電子銃。 ９　高圧絶縁体（２３）内に冷却媒体通路（５０）が配
   置されている特許請求の範囲第１項記載の電子銃。 １０、高圧接続部（２５）がプラグ結合として形成され
   、絶縁体（２４）内に収容されている特許請求の範囲第
   １奥記載の電子銃。 １１、高圧接続部（２５）が水平軸線（Ｂ−Ｂ）を有す
   る特許請求の範囲第１０項記載の電子銃。 １２、高圧接続部（２５）が垂直ＩＩ！ｌＩ］線（Ｃ−
   ｃ）を有する特許請求の範囲第１０項記載の電子銃。