(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の極性の荷電粒子を放射する放射部材と、
該放射部材の周囲を囲んでおり、使用中に前記荷電粒子と同じ極性であって該放射部材と同じ電位に保持される管状シールド電極と、
前記管状シールド電極と実質的に同軸上に位置付けられ、使用中に前記管状シールド電極と逆の極性に保持される管状加速電極とを備えており、
前記放射部材からの荷電粒子が最初に広がって放射され、次に前記管状加速電極を通過するビームに集束されるように配置されることを特徴とする荷電粒子放射組立体。
【請求項２】
前記管状シールド電極及び前記管状加速電極は、最初に、前記放射部材から前記管形シールド電極に向かう方向に前記荷電粒子ビームの発散を生じる静電界を発生するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記放射部材は、前記管状シールド電極の基部から突出しており、前記管状シールド電極の中心となる部分に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の組立体。
【請求項４】
前記突出した中心となる部分は、前記管状シールド電極の基部に向かって広がる錐体状となることを特徴とする請求項３に記載の組立体。
【請求項５】
更に前記放射部材が前記荷電粒子を放射する手段を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項６】
前記放射部材が前記荷電粒子を放射する手段は、前記放射部材を衝撃するように配置された第２の荷電粒子の源を含むことを特徴とする請求項５に記載の組立体。
【請求項７】
前記源によって放射された前記荷電粒子は、電子を含むことを特徴とする請求項６に記載の組立体。
【請求項８】
前記放射部材によって放射された前記荷電粒子は、電子を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項９】
前記第２の荷電粒子の源は、誘導的に加熱された予備放射部材を含むことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項１０】
前記管状シールド電極が実質的に円筒状の側面を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項１１】
前記放射部材は、支持部材の開口内に取り付けられていて該支持部材に電気的に接続されており、支持部材よりも低い仕事関数を有しており、それにより実用温度において露出表面から荷電粒子を放射するものであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項１２】
前記放射部材は、支持部材の開口内に取り付けられていて該支持部材に電気的に接続されており、支持部材よりも低い仕事関数を有しており、それにより実用温度において露出表面から荷電粒子を放射するものであり、
前記放射部材の露出表面は、前記開口の周囲を囲む支持部材の外側表面と、実質的に同一面であるか又はそれよりも後方に置かれることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項１３】
前記支持部材の部分と、前記放射部材の部分とは、対応する先細状であることを特徴とする請求項１２に記載の組立体。
【請求項１４】
前記支持部材及び前記放射部材の部分は、前記放射部材の露出表面に向かって内側方向に先細状であることを特徴とする請求項１３に記載の組立体。
【請求項１５】
前記放射部材は、各部材に噛み合うクリップによって前記支持部材に固定されることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項１６】
前記クリップは、前記支持部材の溝に受け入れられることを特徴とする請求項１５に記載の組立体。
【請求項１７】
前記放射部材の露出表面と、前記支持部材の外側表面とは、共通の平面を規定することを特徴とする請求項１２から１６のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項１８】
前記放射部材の露出表面と、前記支持部材の外側表面とは、凸状、円錐状、凹状又は再入形状の１つを規定することを特徴とする請求項１７に記載の組立体。
【請求項１９】
前記支持部材は、円錐形状断面を含むことを特徴とする請求項１２から１８のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項２０】
前記放射部材は、実用温度に加熱した際に電子を放射することを特徴とする請求項１２から１９のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項２１】
前記放射部材は、ランタンヘキサボライドを含むことを特徴とする請求項１２から２０のいずれか１項に記載の放射器。
【請求項２２】
前記支持部材は、タンタルを含むことを特徴とする請求項１２から２１のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか１項に記載の荷電粒子放射組立体と、前記荷電粒子ビームに対して露出された加工物を支持する加工物支持体と、前記荷電粒子と該加工物支持体との間で関連移動させる手段とを含むことを特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、荷電粒子放射組立体及び放射に関する。本発明は、例えば、高出力電子ビーム（ＥＢ）の発生と、およそ１０−１ミリバールから数百ミリバールまでの圧力で操作される真空チャンバへの伝送とに関する。ただし、本発明は、正及び負に帯電したイオンによって規定されるビームを含めた他のタイプの荷電粒子ビームにも適用可能である。便宜上、電子ビームのみを論じる。
【０００２】
電子ビームは、放射から自由電子を解放して、電界中で加速することによって簡単に発生する。単に金属の真空溶解などの用途に使用されるにすぎない電子ビームでは、エネルギー密度分布、ビーム輝度及びビーム特性に関するビームの品質は、ほとんど重要でない。一般に、「輝度」は、電流の密度／ステラジアンと定義される。
【０００３】
他の応用例では、ビーム品質が非常に重要であり、更に安定していてかつ再現可能でなければならない。例えば電子ビーム溶接（ＥＢＷ）の場合、一貫した深さ及び幅の深く狭い溶融域を繰り返し発生できる能力は、決定的には以下のものによって決まる。
ｉ）ビーム・エネルギー密度分布
ｉｉ）加工物表面に関する焦点の位置
ｉｉｉ）スポットサイズ及び集束角因子に関連するビームの輝度
【０００４】
理想的には、電子ビーム溶接では、明確に規定されたエネルギー密度分布を達成することが重要であり、通常これはガウス分布の形である。また、深く狭い溶接を行うために、ビームの集束角は、比較的きつい範囲内に制御されることが必要である。当然、例えば断面の厚さが１００ｍｍ〜１５０ｍｍの鋼の溶接では、ビーム半角が１度より大きいと、溶接プールが不安定になり、内部欠陥が生じる。一方、ほぼ平行なビームは、そのような厚い断面を溶接するのによく適していることがあるが、鋼の断面が１ｍｍ〜１０ｍｍの非常に狭い溶接を生成するのには適さない。更に、断面範囲がより薄い場合、溶接のビーム・エネルギー分布が、はるかに重要になる。なんらかの理由でエネルギー分布が有意なフリンジを含む場合、これには、溶接の溶融域の形状が反映されている。従って、ガウス分布の場合のようなほぼ平行な溶融域を達成しないで、いわゆる「ネール・ヘッド」の特徴を有するはるかに広い非平行溶融域が生成される。同じ溶接深さに対してより大きなビーム出力が必要とされ、溶接後の横収縮が全体的により大きくなり、上部での溶接幅が下部と比較してより広いため、不均等な収縮が発生し、その結果、指摘したように構成要素が歪む。精密な構成要素では、これはしばしば許容できないものであり、溶接の亀裂を生じる恐れもある。
【０００５】
同様に、特に薄い断面の溶接では、焦点に充分な強度を達成することが重要である。ほぼ平行なビームを発生するシステムでは、たとえフリンジがなくても、強度が不十分であると、過剰な歪み及び亀裂のリスクを伴う比較的広い先細りの溶融域になる。ほぼ平行なビームは、必ずしも焦点合わせ可能である必要はなく、強い正イオン中性化効果があるにもかかわらず、空間電荷の広がりが真空環境内に発生する可能性がある。従って、集束レンズに入るほぼ平行なビームでは、長距離にわたってビームを集束することを試みると、ビーム直径がたとえ減少したとしても極めてわずかしか減少しない。実際、ビーム特性及び強度特性は、中出力及び高出力でしばしば、イオン電子相互作用によって完全に支配される可能性がある。
【０００６】
従って、（指定の範囲内に）十分に規定された発散、大きい輝度、小さい収差を伴い、フリンジを伴わない電子銃からのビームを実現することが非常に重要である。
【０００７】
三極管銃を用いた高ビーム電流範囲に対する媒体中の空間電荷の広がりを抑制するために、より大きな集束角を達成する１つの可能な手段は、より強い集束電界を発生する電極を採用するものである。しかしこれは、グリッド電界が追加の強力な集束要素となるとき、低電流で過剰な集束をもたらす。集束角の大きな振れは、高真空ＥＢＷに対してでさえ通常望ましくなく、銃領域内のガス漏れを制限するように口径の小さいノズルが採用される減圧（５×１０−１〜−２５０ｍｂａｒ）又は非真空（〜１０００ｍｂａｒ）操作でのビーム伝達システムを採用するシステムでは、より大きな困難を生じさせる。
【０００８】
高電流レベルでの空間電荷の広がりを抑制するために、より大きな集束を達成する他の方法は、カソード、グリッド電極及びアノードが非常に近接して配置された銃を設計するものである。これは、より短い軸方向距離を通して電子をより急速に加速し、電子が相互に反発する可能性を減少させる。不運なことに、このような配置は、電極上の電気的表面ストレスを増大させ、高電圧降伏の傾向を増す可能性がある。
【０００９】
ビームのフリンジをなくすことと、電子ビームを最適に集束することとは、銃ハウジングの高真空（５・１０−５〜５・１０−６ｍｂａｒ）領域からおよそ５・１０−２〜１０００ｍｂａｒの圧力範囲にわたって動作するチャンバへ電子を抽出するためにビームを狭いオリフィスを通して送らなければならないとき、非常に重要である。ここで、チャンバから銃ハウジングへのガスの漏れの割合は主に、オリフィスの数及び中間ポンプの排気能力とは別に、オリフィスの直径及び長さによって決まる。
【００１０】
ビームのフリンジは大量の出力を含む傾向があり、総出力が低い動作（例えば５ｋＷ）でさえ、たとえかなりの水冷が適用されたとしても、この外部出力をオリフィス・ノズルで吸収する能力は制限される。ビームの出力が非常に小さい電子顕微鏡装置と異なり、阻止ダイアフラムで望ましくないフリンジを取り除くのは実行不可能である。同様の理由で、ビーム直径が大きいため、輝度が小さいほぼ平行なビームを避けることが重要である。
【００１１】
ビームの品質、及びある電子銃が十分に規定された発散を伴う純粋で収差のないビームを発生するか否かは、銃設計、特にカソードの設計、及びカソードのごく近傍にある電極の詳細な幾何形状による。
【００１２】
ＥＢＷに使用されるほとんどの電子銃が三極管である。グリッド電極の使用は、低ビーム電流で、カソード放射がカソードの中央部に限定されることを保証するが、グリッドによって生み出される強い電界の存在により、かなりのビーム収差が生じる。
【００１３】
外側電子の軌道経路は、より中央の電子よりもグリッド・カップ・ホールの縁部に近いため、強いグリッド電界内でより短い焦点距離を有する。また、ビーム電流を増加させるようにグリッド電圧を減少させるにつれ放射面積が拡大して、不利な幾何的特徴が主電子流とは大きく異なる電子軌道経路を発生するカソード縁部から、電子が解放されるようになる可能性がある。更に、ビームの電流が増加するにつれて、ビームの空間電荷が増加すると共にグリッド電界が弱まっていくことにより、ビームが著しく広がって、一次焦点が損なわれる可能性がある。また、一次焦点くびれ及び（第１の集束レンズに明らかな）虚像位置が、ビームの電流レベルによって決まるビームの軸をかなりの距離上下に移動させる可能性がある。
【００１４】
そのような銃によって発生されたビームのフリンジ、ビーム電流による一次焦点の揺れ、高電流でのビーム集束角の欠如、及び低電流での比較的大きい集束角は、比較的高真空（５×１０−３ｍｂａｒ）のチャンバにビームを発射する従来のシステムにおける溶接の実施にも悪影響を及ぼす恐れがある。小さなオリフィスを通して送る必要があるビームでは、特に（例えば３０ｋＷより大きい）高出力動作で、操作が難しく、動作不能にさえなる可能性がある。
【００１５】
本発明の第１の態様によれば、荷電粒子放射組立体は、一方の極性の荷電粒子を放射するための放射部材と、該放射部材を円周状に囲み、使用中に荷電粒子と同じ極性に保持される管状シールド電極と、シールド電極と実質的に同軸上に位置付けされ、使用中にシールド電極と逆の極性で保持される管状加速電極とを備えており、その配置構成は、放射部材からの荷電粒子が最初に横方向外側に向かって広がり、次に管状加速電極を通過するビームに集束されるものである。
【００１６】
本発明は、特別な二極管銃構造に関する。二極管銃は、三極管と比較して、以下のことを含めた多くの顕著な利点を有する。
ｉ）収差をほぼなくすことができる。
ｉｉ）高電流でのビーム形状及び品質の制御が、三極管を用いたときよりも簡単に達成できる。
ｉｉｉ）低電流での過剰な集束を伴わずに、高電流で充分なビーム集束を達成することができる。
ｉｖ）銃電極と接地の間での高電圧の降伏がグリッド供給の不足と全ビーム出力の即時解放とを促進する三極管銃とは異なり、銃発射状況下で、温度制限されたモードで動作するとき、ビーム電流がサージしない。
ｖ）二極管銃は、より少ない補助供給しか必要としない（従来の間接的に加熱される二極管の場合は２つ。ＲＦ活性され、間接的に加熱される二極管の場合は１つ。直接加熱される二極管の場合は１つ）。
ｖｉ）二極管銃では、特に、ＨＴ接続を１つしか必要とせず、補助供給接続がないＲＦ活性二極管では、電気ケーブル及び接続がより簡単である。ここで、ＲＦ出力は、遠隔に離隔された高周波数アンテナ、又は銃ハウジング内部に位置する一次巻線に誘導結合される。
【００１７】
グリッド電界の集束作用が存在せず、特に直径が小さいカソードを用いた二極管銃では、特に高電流レベルでのビームの空間電荷密度が高く、そのためビームが広がり、よく規定された一次焦点がなくなる。実際、ビームは、アノード・ホールを通過するのにさえ不十分な平行化をされることがある。もちろん、過剰なビームの広がりを避けるための１つの解決策は直径の大きなカソードを使用することであるが、これは、根本的にビームの輝度を減少させ、装置を複雑にし、コストを増加させる。
【００１８】
本発明では、電子ビームに明瞭な膨らみが最初に生成され、それによって、人工的に大きなビーム発生源を作り出し、その後、電極間銃内の主カソード／アノード電界によって比較的大きな集束角を伴って集束することができる。
【００１９】
所与の加速電圧について、ビームで達成することができる最終的なビームの輝度に関しては、これは多くの因子によるが、高出力ＥＢＷ銃では、カソードの直径及び銃の設計に大きく左右される。根本的には、所与のビーム集束角及び動作電圧に関して、銃集束後システム内のどこでも、スポットサイズがカソードの直径に比例し、かつケルビン温度単位でのカソード動作温度の平方根に比例するため、カソードの直径を最小限に抑えることが非常に重要である。
【００２０】
本発明は、カソードの直径、又はより厳密には放射直径が制限されるようにでき、それにより、ビームの輝度を改良する。更に、カソードの直径及びカソードの総表面積を制限すること、並びに温度を操作することが、補助加熱出力要件、補助出力コストを減少させ、また銃動作温度及び熱による電極の幾何的な歪み効果を最小限に抑える。冷却要件が、銃の入熱を減少させることによって減少する。冷却要件は、高電圧の長い絶縁体の端に真空中に吊り下げられるＥＢＷ銃に対して常に困難さを示すが、それは絶縁体は電気伝導性が乏しいだけでなく熱伝導性も乏しいからである。
【００２１】
当然、イオンの侵食、酸化及び蒸発の割合はカソードの温度と共に増加するので、カソード放射面積は、所与のカソード寿命に必要なビーム電流を発生するのに充分でなければならない。しかし、放射密度とビーム輝度因子の対立を最適化することによって多くを得ることができる。
【００２２】
本発明の一実施例では、大きな空間電荷負荷が存在する銃領域内でのビーム集束は、深い凹部のカソードシールド電極を、長くて直径が小さいアノードと組合せることによって達成され、アノードの端は、カソードシールド電極の端部に近接して、又はその内部の凹部に位置付けされる。これは、低、中、高出力レベルで適切に機能する強い集束作用を生み出す。
【００２３】
ビームの膨らみ又は横方向への広がりは、いくつかの形で達成することができる。１つの方法は、電子の加速がはじめは比較的ゆっくりであるようにカソードの直径及び電極形状を選択するものであり、空間電荷の広がりが、強い放射状の外方向への動きを発生することを可能にする。これは、深い凹部のカソードシールドカップ内部に、比較的に小さなカソードをセットすることによって実現される。カソードの直径が小さすぎる場合、これにより、銃が制限される空間電荷になる前に、所与の加速電圧に対する最大ビーム電流が制限され、一般のカソードシールド／アノード幾何的電極形状によって発生される電極間ギャップでの後続の集束静電界がビームを明確なくびれ又は交差に再集束するのに不充分になるほど、初期の広がり作用が大きくなる。一方、カソードが大きすぎる場合、必要な初期ビーム拡大を発生するにはカソードでの放射密度が小さすぎ、そのため、ビームはその後、最終的な加速期間中の広がりを避けるには不十分な集束を有する。従って、所与の加速電圧及び出力動作範囲が最良のパフォーマンスを実現するためには、電極成形とカソードのサイズの組み合わせが重要である。
【００２４】
カソードでの高電流密度を必要とせずに人工的に大きな電子発生源を達成する第２の方法は、ビームを発散させるために、カソードのすぐ前に適した静電界を発生するものである。これは、カソードシールドカップのベースで盛り上がっている円錐形又は円筒形の突出部材の上部にカソードを取り付けることによって実施することができる。
【００２５】
カソードは、面積が５ｍｍ２を超える場合があり、１００ｋＷを超える出力レベルでの動作を可能にする。
【００２６】
上述したように、空間電荷の広がりによって生み出される初期のビームの膨らみは、適した静電界によって高められる。これは、初期ビームの広がり後に、見かけの発生源のサイズを増加させ、広い電流範囲にわたってよく規定された焦点を伴って、より高い集束のビームを発生できるようにする。初期ビーム拡大を促進する他の可能な手段は、以下に述べるように、少なくとも放射が本質的に凸状又は円錐形であるようにカソード表面を形作るものである。
【００２７】
本発明の第１の態様は、圧力範囲が５×１０−５ｍｂａｒ〜５×１０−２ｍｂａｒで動作する真空チャンバを含めて、様々なタイプの溶接装置に使用することができる。ただし、本発明は、特に１０−１ｍｂａｒ〜数百ｍｂａｒの中間圧力範囲はもとより、高圧かつ非真空でも動作する溶接装置と共に使用するのに適している。
【００２８】
そのような装置の潜在的な利益を識別してきた典型的な産業セクターは、厚い断面の鋼パイプ製造業者、海上及び陸上でのパイプ溶接業者、核廃棄企業、出力発生装置製造業者、航空宇宙構成要素製造業者である。
【００２９】
これらの用途の多くでは、単一のパスで溶接すべき材料の肉厚が１５ｍｍを超え、１５０ｍｍ又はそれより大きいこともある。いずれの場合でも、迅速に溶接する必要により、少なくとも３０ｋＷのビーム出力レベルが要求され、ある場合は、最大１００ｋＷ又はそれより大きい出力レベルが要求される。
【００３０】
上述された二極管銃を含めた全ての二極管銃について、本発明の前にほとんど未解決のままであった１つの主要な問題は、カソードの側面又は縁部が、制御されない軌道経路をもつ望ましくない電子を放射していたことであった。これが発生するのを防ぐための多数の方法が、数十年間にわたる努力及び多くの研究開発チームによって試みられてきた。最も簡単な配置構成の１つは、米国特許第３８７８４２４号（１９７３年７月１７日出願）に記載されており、グリッド電極の球状収差効果を克服するために平面二極管が提案されていた。ここでは、酸化物（例えば、バリウム・ストロンチウム・カルシウム）が、様々な方法によって加熱することができる耐熱金属カソード「ヒータ」プレート内の穴に充填されていた。他の代替例では、酸化物が耐熱金属プレートの表面に被覆されていた。耐熱金属カソード・プレートの放射点直下の温度までプレートを加熱することにより、より仕事関数が小さい酸化物の強い放射を起こし、それによって、縁部の影響を避けた。提案されたデバイスは、酸化物被覆又は穴のプラグが直径わずか数１００ミクロンである電子顕微鏡用の低出力ビームを発生するのに適しているが、溶接プールからのイオン衝撃、ガス及び粒状物質に継続的にさらされる高出力ＥＢＷ銃では、酸化物カソードが急速に汚染されて、その放射特性が破壊される。また、酸化物薄膜の場合、これは典型的には厚さわずか５０ミクロンであり、ＥＢＷシステムでは急速に侵食されることになる。更に、平面状カソードプレートが歪み、ビームの発散及びビームの飛び出し方向に不利な、予測できない変化を生じる。２つの異なる材料間の膨張の差も、放射の亀裂及び剥離を生じさせる可能性がある。
【００３１】
外部縁部放射を避けるための他の試みでは、Ｂｕｌｌ等の「Ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｇｕｎ」、Ｍｅｔａｌ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｂ．Ｗ．Ｊ，Ｎｏｖ．１９７０．２（１１），ｐ．４９０が、球状電極、間接加熱二極管銃を発生しており、そこでは、中央領域に放射を限定するため、耐熱金属カソード電極の周りに穿孔が配置されていた。しかし、この銃も中央カソード領域の熱による歪みを受け、穿孔は、電子が一次バック衝撃から主ビームに通り抜けることを可能にし、更なる主ビームの歪み効果が生じた。いくらかの一次電子流減少は、カソードシールドの後部に追加の電子障壁を挿入することによって達成されていたが、カソードの歪みは問題として残っていた。
【００３２】
本発明者は、縁部放射を制御する多数の他の方法を考察している。
【００３３】
以下により詳細に述べるように、ビームへの一次電子の漏れは、カソードを連続的な円錐部材上に取り付けることによって防ぐことができる。
【００３４】
同様の形のカソードも、異なる仕事関数を備える２つの材料から組み立てられており、放射は、ランタン・ヘキサボライドなど仕事関数の小さい材料からなり、ＥＢＷ中に簡単には汚染されず、タンタルなど耐熱金属からなる外部支持構造上にある。そのような配置構成は、ＥＰ−Ａ−０６２７１２１号にも記載されている。同様の配置構成が別に開発されて、ＧＢ−Ａ−１５４９１２７号に記載されているが、この特定の銃は、本発明とは多くの点ではっきりと異なる。
【００３５】
これら初期の開発では、ランタン・ヘキサボライド・ボタンを支持するために、耐熱金属ホルダ内の口縁の後ろにそれを配置する必要があった。口縁は電界を更に強く乱して、三極管中の場合のように、外側の電子が軸の近傍にある電子よりも短い焦点距離で集束する、相当な球状収差を生じた。口縁の厚さは、注意深く機械加工することによって、又はカソードの前に薄い耐熱金属ワッシャを配置することによって減少させることができるが、どちらの場合も、熱による歪みが口縁を外側方向に歪ませて、この場合も口縁又はワッシャの後部から外部電子放射が生じた。
【００３６】
部分的に成功した他の技法は、仕事関数の小さい露出した。材料の外側環状部に、仕事関数が大きい材料を被覆するものである。例えば、ランタン・ヘキサボライドからなるカソードがその周縁部を被覆され、タングステンを備えた前面で環状の形になっていた。はじめは期待が持てたが、この技法は、使用中にイオン損傷、酸化、及び蒸発による被覆の損失を受けた。また、組み立て中に薄い被覆の損傷を避けることも困難であった。更に、ホルダの口縁は、集束効果の減少を与えはするが、それにもかかわらず、許容できない収差を発生した。
【００３７】
適用することができる他の手法は、仕事関数の小さい材料ボタンを、二珪化モリブデンなどの化合物を使用してホルダにろう付けするものである。ＬａＢ６材料を汚染することなく、高品質で孔のないろう付けを達成することは困難であり、最良の場合でも、熱サイクルを繰り返すことにより、ろう付け材料が使用中に亀裂を生じる傾向があった。
【００３８】
本発明の第２の態様によれば、荷電粒子放射が、支持部材の開口に取り付けられて電気的に接続している放射部材を含み、放射部材は支持部材よりも仕事関数が小さく、それにより、作業温度で、露出した表面から放射部材が荷電粒子を放射する。放射部材の露出した表面は、開口を取り囲む支持部材の外側に面する表面よりも下がっている、又は好ましくはそれとほぼ同一平面にあることを特徴とする。
【００３９】
本発明の好ましい形態では、仕事関数の小さいカソード材料が、中央の穴にぴったりと嵌まる「ハット」型に機械加工される。好都合には、放射部材は、支持部材の開口に近接して取り付けられている。
【００４０】
支持部材の一部及び放射部材の一部は、対応して、先細りになっていてよい。
【００４１】
別法では、又は更に、放射部材は、各部材を係合するクリップによって支持部材に固定することができる。
【００４２】
特に好ましい配置構成では、放射部材の露出した表面及び支持部材の外側に面する表面が、共通の平面を規定する。
【００４３】
本発明の第３の態様によれば、排気された荷電粒子ビーム発生源チャンバに取り付けるための荷電粒子ビーム列組立体が一連の制御された圧力チャンバを有し、圧力チャンバはそれぞれ、荷電粒子ビームが通過することができる注入開口及び注出開口と、チャンバ内の圧力を制御することを可能にするポンプ接続用の排気ポートとを有し、それによって、連なるチャンバ内の圧力が使用中に増加し、少なくとも１つの上流にあるチャンバを通って組立体内部に延在する導管を通して排気ポートが下流のチャンバに接続されていることを特徴とする。
【００４４】
これにより、保守管理のための代替銃列の迅速な除去及び挿入が可能になる。好都合には、多段ポンプシステムが、様々なノズル制約間で排気を実施するために側面貫入部を含む。これは、真空チャンバへの挿入及び真空チャンバからの引抜きを容易に行うことができない複雑な列幾何形状を作成する。同心ポンピングの革新的なステップはこれらの困難を克服し、大きな敷設船を借りるコストが非常にかかること、及び１度に１本のパイプラインしか溶接して敷設することができないことのために時間が重要となる海底Ｊパイプ敷設などの用途に特に重要である。
【００４５】
より詳細には、本発明のこの利点は、小型の配置構成又は装置で、一連の真空チャンバ又は部分真空チャンバ、又はポートを提供することに関する。特に、本発明は、銃頭部が複数のチャンバを備え、カソードの領域内の真空から、ビームが開いた環境に発散する出力端でのほぼ大気圧までの範囲にある、いわゆる非真空又は減圧ＥＢシステムに適用することができる。これらのチャンバは、適切な真空分圧に維持されなければならず、それにより、電子ビームが通過することを可能にする。この発明は、海中溶接が実施される場合など、大気圧にある、又はそれより高い圧力にある最後のチャンバを用いて実施される。
【００４６】
そのような装置は、銃頭部内のそれぞれのチャンバに接続されたいくつかの異なる真空排気ラインを必要とすることに関し、一般に構造が悪く、この接続は、出力ビームの領域内でのアクセスを制限する。そのような装置はかさばるだけでなく、様々なチャンバの領域内の制限されたアクセスが、真空排気の効率を制限する。従って、いくつかの真空ラインは、真空排気を更に制限したり妨げたりしないように比較的大きな口径になっていなければならない。
【００４７】
本発明のこの態様は、例えば非真空又は減圧ＥＢ溶接システムで使用するとき、そのような一連のチャンバの比較的コンパクトでスリムな設計を提供する。本発明はまた、特に銃頭部の出力領域内に、典型的には直径が１７０ｍｍより小さく、ヘッド・組立体の少なくとも下（つまり出力側）半分用である複数のチャンバを提供することができる。銃頭部の動作出力の近傍での真空ライン又はパイプの使用を避けることができ、更に、チャンバの効率よい排気をするための手段を提供することができる（チャンバは、ほぼ真空からほぼ大気圧までの適切な圧力に維持されていることが好ましい）。
【００４８】
一配置構成では、チャンバは、外側管内部に位置された一組の環状部分と、環状部分と外側管の間に位置付けされて各導管を形成する、一組の軸上に延びた隔壁とによって規定され、各環状部分が放射状に外側方向に面する開口を有し、各チャンバの放射状に外側方向に面する開口が他のチャンバ全ての放射状に外側方向に面する開口から円周状に片寄り、各導管が、チャンバの放射状に外側方向に面する開口を対応する排気ポートに接続する。
【００４９】
あるいは、複数のチャンバを適切なオリフィスを担持する一連のディスクとして配置することができ、この組が、区分された共通のスリーブ内部に嵌められる。各区分は、同心配置構成の場合のように、良好な断面をもつチャンバ又はポートそれぞれにアクセスすることを可能にする。
【００５０】
更に、同心環状部分と区分されたシリンダとの組み合わせは、ポート又はチャンバそれぞれへのアクセスに適した断面とともに、当該の圧力で適切な効率のよい真空排気を与えるために使用することができる。
【００５１】
チャンバのアレイは、金属スパッタにより部分的に遮断される可能性がある、又は電子ビームで妨害することによって損傷を受ける可能性があるオリフィスを取り替えるために、容易に分解することができる。従って、ビームの軸にオリフィスを適切に配置して維持したまま、同心環状部分（又はカップ）又は区分されたシリンダを組み立てる、かつ分解するための提供がなされる。この配置構成はまた、分圧で動作するチャンバと周囲大気との間の漏れ経路を減少させる。同心配置構成では、より高真空の領域が分圧の領域内部に含まれ、従って、周囲環境の大気に直接さらされない。これは、シールにおけるどんな小さな漏れの影響も大幅に減少させる。
【００５２】
同心カップ配置構成の場合、対応するねじ山部をまとめて担持する、望ましくは「Ｏ」リングシールである共通のベースに取り付けられた一体型ねじを各部が有してよい。カップは、組立体と相対的に同心性を維持するよう、羽根、スぺーサ又はその相当物を備えていてよい。
【００５３】
更に、区分された配置構成について、対応する部品は、圧縮シールと一緒にフィットされ、適切な空間及び同心円をなして機械的に保持される。全てのこれら配置構成において、真空ポンピングラインは、異なる圧力で動作するチャンバの小型の組立体の、ぞれぞれのセグメント又は軸オリフィスに適切なコネクタを通して出力ビームから離れて、銃頭部の後方で実質的に得られる。
【００５４】
組立体を作り、このような組立体を内蔵する装置を溶接する電子ビームのいくつかの例が、添付図面に関連する公知の組立体と対照して説明される。
【００５５】
本発明を理解するために、公知の三極管電子ビーム銃の一例が図１に部分的に描かれており、これはビーム状態が１５０ｋＶ×１５．３ｍＡであり、グリッドバイアス電圧が−２ｋＶである。銃は、グリッドカップ２によって囲まれ、空間アノード３と一列に配置された電子放射フィラメント１を含む。等電位線１００が、幾つかの電子軌道１０１と同様に、図１に表されている。理解できるように、外側の電子軌道は、強いグリッド電界内でより短い焦点距離を有する。なぜなら、より中心の電子よりもグリッドカップホールの縁部に近づくためである。更に、ビーム電流を増やすほど、ビーム内で増加された空間荷電と組み合わされた弱いグリッド電界は、結果としてビームの粗野な広がりと一次焦点の損失となる。また、一次焦点くびれ４は、図２ａ〜図２ｄ（ビーム電流を「ｉ」として表す）から理解できるように、ビーム電流レベルに依存して、ビーム軸を相当な距離で上げ下げして動かすことができる虚像位置を有する。
【００５６】
本発明は、任意の焦点動作を提供するために、グリッド電界が中に提供されないダイオード銃に関する。従って、特に小さい径のカソードの場合、ビーム内の高い空間荷電密度は、特に高電流レベルにおいて、結果として、ビームの広がりと、十分に規定された一次焦点の欠落となる。図３に表された一実施形態によれば、カソード５は、深い凹部のカソードシールド電極６内に設けられる。カソード５は、比較的長い長さを有する円筒アノード７と一列に配置される。カソード５に対向するアノード７の端は、カソードシールド６の端によって規定された平面の近くに位置付けられるか、又はカソードシールド６の容積内にうまく設けられる。これは、低、中又は高の出力レベルでうまく動作する強い焦点動作を作る。ビームの形状は参照符号８で描かれている。それは、最初の電子が膨らみ９を形成するために横方向に広がり、次にアノード７内でくびれ１０に向かって集束されることが理解できる。膨らみ９の効果は、人工的に大きいビーム源を発生することである。このビーム源は、内側電極ギャップの主カソード／電極電界によって比較的大きい収束角で連続的に焦点され得る。この場合、カソード５は、電子を発射するために従来の方法でフィラメント１１によって加熱される。
【００５７】
深い凹部のカソードシールドカップ６の内側のカソード５を設置する効果は、電子加速が最初に比較的遅いことであり、これは、強い放射方向外側の動きを発生するために空間電荷の広がりを可能とする。
【００５８】
カソードで高電流密度にする必要がない、人工的に大きな電子源を達成する第２の方法が、図４に表されている。その方法は、電子ビームの発散を生じるカソードのすぐ前段で静電界を発生することを含む。この場合、カソード５は、カソードシールド６の基部の部分を形成する円錐支持体１２の先頭に取り付けられ、シールド６の容積内に突出する。
【００５９】
前述したように、公知のダイオード銃における１つの問題は、カソードの側面又は縁部からの不要な電子の放射である。図５は、この問題を最小化し又は回避する１つの配置構成を描いている。カソード５は、カソードシールド６の基部の円錐突起部２０Ａの開口２０内のカソード円錐部２１に取り付けられる。カソードの下に、フィラメントホルダ２３によって支持されたフィラメント２２を位置付ける。フィラメント２２は、円錐形状保護部２５の開口２４を通して、カソード５に露出される。
【００６０】
これは、主フィラメント２２とカソード円錐部２１との間の主電子を制限する。この特別な例によれば、主カソードシールド上に取り付けられた円錐部の近くのカソードを包囲することによって、固体耐火金属カソード５の縁部の放射を最小にする。カソードと放射状円錐部とを分離する距離は、４．５ｍｍの径のカソードボタンに対して周囲温度で測定された距離０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍとなるのが好ましい。これは、縁部の放射を削減するが、除去はしない。円錐部２１の後方に０．３ｍｍのところにカソードを設置することによって、更にビームが改善されるが、カソードの近隣でカソードとカソードシールド電極との間の幾何的な不連続によって生じた、いくつかの縁部の放射及び球面収差が今だ発生する。それにも関わらず、この銃の設計は、比較的高い真空環境（５×１０−３ｍｂａｒ）内で突出する際に、１５０ｋＶで１００ｋＷまでのビーム出力と、高品質の溶接とを連続して発生する。
【００６１】
カソード５に対する別の取り付け配置構成が、図６に表されている。この場合、カソード５は、カソード円錐部２１の円筒部分において、例えば溶接によって、保持されたスピゴット断面部３２を有するカソードホルダ３１の放射方向内側に対向する口縁３０に対して保持される。カソード５は、スピゴット部分３２のくぼみ３４内に配置され且つ保持され、環状スペーサ３５に対して作用する、円口縁３３を用いて位置付けて保持される。約４ｍｍの放射径に対して、口縁３０の厚みは、通常０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである。カソード５の前段に薄い耐火金属ワッシャ３６を配置することによって、効果的な不連続が減少されるが、両方の場合、熱歪みは、ワッシャ又は口縁の後方から異質の電子放射を再び生じ、ワッシャ又は口縁を外側に歪ませることができる。
【００６２】
好ましい提案が、図７に表されている。理解できるように、低い仕事関数のカソード材料は、口縁３０によって規定されたカソードホルダ３１の中心ホール内にぴったりとフィットする「帽子」形状に機械加工される。
【００６３】
ランタンヘキサボライド及び他の材料の機械加工を、レーザ技術又はスパーク浸食によって行うことができる。溝３４内に取り付けられた耐火金属「Ｃ」クリップ３３によって放射器ボタン５が適所に保持される、このカソード形状は、有限要素ソフトウェアを用いて詳細なコンピュータ分析によって、及び１００ｋＷまでのビーム出力レベルと２００ｋＶまでの動作電圧とで広範な実際のテストによって、証明されるような非常に小さい異質の放射物を発生する。カスケードボタンの面は、金属ホルダの縁部を有する理想的な平面に設定されるか、又は最小０．０４０ｍｍ引っ込められる。
【００６４】
ワッシャ３５、３６及び３７はタンタルからなる。そして、タングステンワイヤの円口縁３３が圧縮力を維持できるように、パッキングワッシャ３５が通常約０．０３ｍｍで溝３４の縁部上に丁度突出することに注目すべきである。
【００６５】
カソード５及びホルダ３１は、図８〜図１０に表されたように、表面の不連続又は段を回避する縁部の放射を最小にするために、ぴったりしたフィットを達成するための多くの方法で形造られる。従って、図８によれば、口縁３０の縁部とカソード５の対応表面とは、同じ方法で先細状になされる。図９によれば、カソード５は、前述した例のようなインデントのない、簡単な先細状の主部分を有する。図１０によれば、カソード５は、ホルダ３１の内側表面に対して同じ形状に対応するフラスト円錐形状を有する。
【００６６】
連続して慎重な表面研磨を可能にする、わずかに突出するカソード５を最初に取り付けることを可能にすることを示す。それらは、放射器と周囲のホルダ縁部との間で不連続又は段がないようにする。
【００６７】
好ましくは、カソードボタン５の縁部と、耐火金属ホルダ３１との間の接触領域は、熱損失を減らすために図７及び図９に表されるように、最小にすべきである。
【００６８】
もちろん、図１１〜図１４にそれぞれ表したように、拡張されたビーム形状効果を達成する、凸状、円錐状、凹状又は再入円錐形状を達成するために、組み合わされたカソードとホルダの前表面とに対向することもできる。
【００６９】
ダイオード銃と結合して用いられるときに、カソードボタンの使用と、縁部の放射を避けるために取り付る方法は、初期ビームの膨らみが、連続する強い電極の焦点を達成するために誘発され、高い真空、減された圧力及び非真空の動作に対して高い連続性を示す。後者の２つの場合、ノズル妨害及び加熱は、出力及び電圧の動作レベルの広い範囲に渡って、省略できるレベルに減少する。更に、ビーム電流が零からフルの出力まで調整されたときでさえ、主フォーカス位置の比較的小さい変化は、小さい又は非調整が、ノズル組立体を通してビームをフォーカスするために用いられた第１の焦点レンズの電流に必要とされるようになる。これは、前述のダイオード銃及び特に三極管と比較して、非常に簡単な等価物となる。球形収差の効果と一次クロスオーバの簡素な動作は、特徴ある特性である。
【００７０】
１つの好ましい電極の形状が、図１５に表されている。これは、多重内径の締め付けを有する細長いアノード４０（幅７０〜９０ｍｍの長さを有する）と、深い凹状のカソードシールド４１（幅３０〜４０ｍｍの深さを有する）とからなる。カソード放射器４２は、中空円錐支持体４３上に取り付けられ、カソードシールドのウェル４４内に置かれる。図１５に詳細に表されたように、フィラメント４５はカソード４２の後方に配置される。この特別な電極形状は、１７５ｋＶの加速電圧に対してそれぞれ、３ｍＡ、１６６ｍＡ、２２５ｍＡ及び３５８ｍＡのビーム電流レベルについて、図１６〜図１９に表された有限要素コンピュータ解析で表されるような電子ビームを発生する。低電流（３ｍＡ）で、明らかに空間荷電の欠乏にある図１６について、小さいが別の膨らみ４６が、カソードシールド４１の中央で凹部４４内に取り付けられた突出するカソード４２によって生成された収束レンズ効果によってビーム１０２に作られる。一次クロスオーバ４７は、非常にうまく規定され、電子軌道は、ほとんど放射状に現れるほとんど一点にフォーカスされる。ビーム電流が増加すると（図１７の１６６ｍＡ、図１８の２２５ｍＡ、図１９の３５８ｍＡ）、前進するビームにおける膨らみは、ビームが再フォーカスされ得る源が大きければ大きいほど増加する。ビームの広がりと軸移動とが支持されるが、３５８ｍＡでさえ、ビーム上の別のくびれ４７（図１９）が、アノードを越えてその後の集束ビームを提供して維持される。該アノードは、口径の小さいノズルを通る通路に対して非常に小さい径のビームに再フォーカスされることができる。
【００７１】
図１５に表された装置を内蔵する溶接装置の一実施形態が、図２０に説明されている。図１５の電子ビーム銃は、排気ハウジング１００内に配置される。ＤＣ電源１０２は、カソードシールド４１及びカソード４２に結合され、ＲＦ電源１０１は、インダクタ１０３を介してフィラメント４５を通して結合される。フィラメント４５は、加熱され、電子を放射する。この電子は、アノード４０を通過した後で、真空チャンバ１００から出る電子ビーム１０４を発生するカソード４２に向かって加速される。チャンバ１０５内は、チャンバ１００内よりも高い圧力に保持される。電子ビーム１０４は、チャンバ１０５を通過して伸長するガイド管１０６内に制限される。ガイド管１０６は、集束コイル１０７と、一列に配置されたコイル１０８の二重セットとによって囲まれる。チャンバ１０５内の圧力は、管１０９を介してチャンバと結合されるポンプ（図示なし）によって制御される。チャンバ１０５は、溶接チャンバ１１１の壁内の開口１１０を通って伸長する。アノード４０から離れたチャンバ１０５の端は、電子ビーム１０４が焦点されるノズル１１２として形成される。これは、チャンバ１０５内の圧力よりも高い圧力で保持された更なるチャンバ１１３に入るようになり、更なるポンプ（図示なし）に接続された管１１６を通して排気される。チャンバ１１３は、ノズル１１２で一列に配置されたノズル１１３Ａを含んでおり、これは、更なるフォーカシングコイル１１４とビーム偏向コイル１１５とを含む更なるチャンバ１３０と連絡する。チャンバ１３０は、開口１３１を通ってチャンバ１１１へ排気される。鋼管１１７及び１１８のような溶接された加工物の対は、チャンバ１１１内で支持体１１９上に取り付けられ、結合線上にフォーカスされたビーム１０４と一列にされた結合線１２０を有する。この場合、支持体１１９は、結合線１２０を電子ビーム１０４が横切るように、その軸に対して回転する。別の配置構成（図示なし）によれば、支持体１１９は、静止して維持され、チャンバ及び銃が回転する。
【００７２】
図２０に表された配置構成の欠点の１つは、分離接続が、それぞれのチャンバ１０５及び１１３に対する各ポンプから作られなければならない。該チャンバ１０５及び１１３は、チャンバ１１１の壁を貫通して伸長するために、それぞれのパイプ１０９及び１１６について必要性を有する。
【００７３】
図２１によれば、新しいタイプのチャンバの配置構成が、部分的に切り取られた形状で表されている。円筒管５０は、それぞれのチャンバ５５〜５７を規定する４つの壁５１〜５４に沿って位置付けて設けられる。各壁５１〜５４は、中央に配置されたノズル５１Ａ〜５４Ａを含む（ノズル５２Ａは図２１に明らかにされていない）。ノズルは、電子ビームがそれらを通過することができるように配置される。３つの伸長するセパレータ１５０のセットは、管５０の外側に取り付けられる。そして、図２１に表された組立体がセパレータ１５０と結合する円筒外側管内に配置されるときに、それぞれの空気の通路は、セパレータ１５０の各対と外側管との間に規定される。
【００７４】
各チャンバ５５〜５７は、管５０の切り取られた部分５５Ａ〜５７Ａを通してそれぞれの空気の通路と連絡する。空気の通路の各々は、導管５９を通してそれぞれの排気ポンプと連絡する。
【００７５】
この配置構成は、組立体の一方の端に導管５９を配置することが可能であり、各ポンプは、それぞれの導管５９と、対応するチャンバ５５〜５７とに接続される。
【００７６】
図２２は、図２０の溶接装置を説明するが、図２１に表されたタイプのチャンバ配置構成と共に用いられる。電子ビーム発生器は、１００’で概略的に表されており、図２０に表された発生器１００と同じ構成を有するものであってもよい。前述の通りに、電子ビームはガイド管１０６内に制限され、該ガイド管１０６は、チャンバ５５内に全て、集束コイル１０７及び一列に配置されたコイル１０８を位置付ける。更なるフォーカシングコイル１１４及び一列に配置されたコイル１１５は、チャンバ５７内に提供される。チャンバ配置構成が取り付けられた外側スリーブ６０は、図２２内に破線で表されている。
【００７７】
図２３は、チャンバ配置構成の第２の実施形態を有する溶接装置の更なる実施形態を描いている。図２０と同じ部品に対応する図２３のこれら部品は、同じ参照符号で表されている。この場合、チャンバ組立体は、チャンバ１１１内の開口１１０を通って伸長する外側スリーブ１４０を含む。スリーブ１４０の導く端は、フォーカシングコイル１１４及び一列に配置されたコイル１１５を配置するチャンバ１３０’を規定する。壁１４１は、スリーブ１４０の完全な断面に渡って伸長しており、電子ビーム１０４が通る中心ノズル１４２を規定する。
【００７８】
内側で、円筒スリーブ１４３は、チャンバ１０５’を規定するために、スリーブ１４０の後方部分内で支持される。内側スリーブ１４３と外側スリーブ１４０との間の間隔１４４は、通路１４５を通してポンプ（図示なし）によって排気されるチャンバ１１３’を規定する。チャンバ１０５’は、スリーブ１４０を通して伸長する通路１４６を通してポンプ（図示なし）と連絡する。
【００７９】
特に、両方の通路１４５及び１４６は、チャンバ１１１の外側に配置される。従って、ポンプするための接続が容易になち、チャンバ１１１の壁を通る更なる通路を提供する複雑さを回避する。
【００８０】
ここまでに説明した全ての実施形態によれば、フィラメント（例えば図２３のフィラメント４５）は、カソードを衝撃する主電子を発生するために用いられ、該カソードは、電子ビームを形成する副電子を次々に発生する。多くの用途において、これは満足するけれども、電子ビームが相当長時間維持されなければならない、電子ビーム溶接のような特定の用途については、フィラメントの寿命が過度に短くなる。それゆえ、好ましい提案によれば、フィラメントは、誘導的に加熱された主放射器によって置き換えられる。これは、図２４〜図２６に説明される。前述したように、主カソード５は、（例えば図５のように）円錐支持体２１上に取り付けられる。カソード５の後方の一定の間隔のところに、主放射器ディスク２００がある。これは、タングステン又はタンタルのようなランタン又は耐熱金属である導電セラミックを適当に加熱することからなってもよい。このディスク２００は、ねじ２１７によって分割結合ループ基部２０８内に２０６でねじ込まれたピンホルダ２０２によって位置付けを保持される。グラブねじ（図示なし）は、銅部材２０２内にピン２０１を固定するねじ２１７の内側に提供される。
【００８１】
主放射器２００は、任意の便利な方法でピン２０１上に取り付けることもできるが、円錐支持２１がカソード５から放射器２００上へ逆に放射した電子を焦点可能とするために、焦点されたビームを受信し、従って主放射器の損傷を避ける中央リブレットによって放射器２００を固定することが好ましい。
【００８２】
主放射器２００を加熱するために、誘導結合ループ２０３は、主放射器を取り囲んで提供され、図２６に表されたように電子回路に接続される。誘導結合ループ２０３は、セラミック絶縁体２０４によって支持される。
【００８３】
誘導結合ループ２０３は、分離結合ループ基部２０８に接続される。便宜上、誘導結合ループ２０３及び分割結合ループ基部２０８は、例えば銅である、単一の金属ブロックから機械加工される。
【００８４】
図２６に表されたように、図２４及び図２５に表された組立体の出力回路は、通常、ＥＰ−Ａ−０６２７１２１に記載されたようになる。そして、ＲＦ増幅器（図示無し）に接続された整合回路２１０を含み、それは、一次巻線（空気中）２１３に接続されたインダクタ２１１と調整可能なキャパシタ２１２とを含む。空気中２１３は、共振キャパシタ２１５と、分割結合ループ基部２０８を通して誘電結合ループ２０３とに結合された二次巻線２１４内に電圧を誘発する。二次巻線２１４は、主放射器２００と主カソード５とに接続される。インダクタ２１４及びキャパシタ２１５に渡って発生する電圧は、カソードが主放射器に対して正となるとき、主放射器２００からカソード５へ電子を加速するために用いられる。
【００８５】
図２５は、複数のスレッショルドホール２１６を描いている。これは、二次巻線２１４及び共振キャパシタ２１５のような図２６に表された回路の収容する部品のためのものである。
【００８６】
誘電的に加熱された主放射器は、結果として、電子ビーム巻線に対して特に適するこの配置構成をなし、（従来のフィラメントと比較して）寿命が増加することが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  公知の三極管銃を通る電子軌道及び等電位線を描いている部分的な断面図である。
【図２】  図２ａ〜図２ｄは、図１に表された三極管銃に対するビーム特性及びビーム電流における変化するグリッドバイアス電圧の断面図である。
【図３】  本発明による電子ビーム銃の第１の実施形態の概略的な縦方向断面図である。
【図４】  本発明による電子ビーム銃の第２の実施形態の概略的な縦方向断面図である。
【図５】  図４に表された銃のカソード組立体の部分の断面図である。
【図６】  カソード組立体に対する他の取り付け配置構成の断面図である。
【図７】  カソード組立体に対する他の取り付け配置構成の断面図である。
【図８】  カソード組立体に対する他の取り付け配置構成の断面図である。
【図９】  カソード組立体に対する他の取り付け配置構成の断面図である。
【図１０】  カソード組立体に対する他の取り付け配置構成の断面図である。
【図１１】  カソード組立体に対する他の取り付け配置構成の断面図である。
【図１２】  カソード組立体に対する他の取り付け配置構成の断面図である。
【図１３】  カソード組立体に対する他の取り付け配置構成の断面図である。
【図１４】  カソード組立体に対する他の取り付け配置構成の断面図である。
【図１５】  本発明による電子ビーム銃の第３の実施形態における縦方向断面図である。
【図１６】  図１５に表された電子ビーム銃における、３ｍＡのビーム電流の電子軌道の描画図である。
【図１７】  ビーム電流１６６ｍＡ、２２５ｍＡ及び３５８ｍＡのそれぞれについて、それ以外の部分は図１６と同様の描画図である。
【図１８】  ビーム電流１６６ｍＡ、２２５ｍＡ及び３５８ｍＡのそれぞれについて、それ以外の部分は図１６と同様の描画図である。
【図１９】  ビーム電流１６６ｍＡ、２２５ｍＡ及び３５８ｍＡのそれぞれについて、それ以外の部分は図１６と同様の描画図である。
【図２０】  本発明による電子ビーム銃の実施形態を内蔵する溶接装置の、概略的な部分的断面図である。
【図２１】  排気チャンバの新しい配置の一実施形態の説明図である。
【図２２】  図２１に表された排気チャンバの装置と関係する図２０の電子ビーム銃の説明図である。
【図２３】  図２０と同じ視点から見ているが、異なるチャンバ装置を表している断面図である。
【図２４】  図５と同じ視点から見ているが、主電子を発生する他の実施形態の装置の断面図である。
【図２５】  図２４に表された装置の切り取り断面図である。
【図２６】  図２４及び図２５に表された装置を用いるための回路図である。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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