(57)【特許請求の範囲】
【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電子ビーム管。
【請求項２】
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電子ビーム管。
【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５６３７９５３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３１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１００％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】
本発明の請求項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。
【００２２】
本発明の請求項２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３１１ａ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。
【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３１２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３１３ａ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、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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