JP3070097B2

JP3070097B2 - 荷電粒子発生器

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Publication number: JP3070097B2
Application number: JP6512883A
Authority: JP
Inventors: アランサンダーソン
Original assignee: ザウェルディングインスティテュート
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 2000-07-24
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: DE69318137D1; US5661369A; EP0627121A1; DE69318137T2; GB9224602D0; JPH07503339A; EP0627121B1; WO1994013006A1

Description

【発明の詳細な説明】発明の属する技術分野本発明は荷電粒子発生器に関し、例えば電子ビーム溶
接装置での電子の流れまたは他の分野で使用されるイオ
ンの流れを発生する際の加熱の装置に関する。

従来の技術電子ビーム溶接において、電子銃は加熱されたカソー
ドから生成され、放出された電子は加速されて加工物上
に収束される。電子ビーム溶接は深く貫通でき熱の影響
範囲が狭いことが必要なとき有効であるが、電子ビーム
発生器は大変高い加速電圧が必要であり、通常150kVが
使用される。米国特許第4,020,381号明細書に、電子ビ
ーム発生システムが開示され、トランスまたは他の結合
手段に接続される高周波発生器によって提供される電子
銃（例えばフィラメントまたはバイアス電極）の少なく
とも１つに供給する補助供給が提供され、そのトランス
の出力は電子ビーム銃コラムにおいて高電圧供給器の供
給される出力に印加される。この構成の利点は遠隔の高
電圧供給器のHT電圧の補助供給のスーパーインポーズ
と、高電圧供給器と電子ビーム銃コラムとの間を高電圧
ケーブルの対応する補助供給導体とを省略できることで
ある。このシステムはシンプルな三極真空管のためのフ
ィラメントやバイアス供給によく適応されるが、間接的
に加熱されるシステムの制御または「バック−ボーンバ
ード」型の銃は複雑である。

バック−ボーンバードシステムにおいて、フィラメン
トは電子流を発生し、該電子流は目標物（カソード）に
加速され従ってカソードが加熱され、次にその電子流に
エネルギーが付与され、アノードを介して加速され加工
物に至る。システムを制御するために、まず最初にバッ
ク−ボーンバードシステムをセットする必要がある。こ
れはフィラメントに電流を生じさせ、そしてフィラメン
トの放出電子の正確な動作が達成されるまで目標物（フ
ィラメントに関して1kVぐらいの正電圧に保持される）
に流れる電子を監視することにもなる。その手順はフィ
ラメントの「ピーキング（peaking）」として知られて
いる。その後、目標物のカソードから加工物へのビーム
電流は目標物上にバック−ボーンバードの加速された電
圧を調整することによってより最適化される。この動作
は開始のときばかりでなく、使用中にも実施される。そ
の理由は、フィラメント自身はしだいに細くなるので、
フィラメント過熱や一次フィラメントの破損を避けるた
めにフィラメント電流が細かく調整されるからである。

発明の開示本発明の１つの見地によると、荷電粒子源と目標物が
共振電気回路と、各々、直列及び並列に結合され、動作
状態で回路が共振状態のとき、前記荷電粒子源を流れる
電流が第１の荷電粒子を発生させ、該荷電粒子源と前記
目標物の間の電位差により前記第１の荷電粒子が目標物
の方向に加速されるように、前記荷電粒子源と前記目標
物とが相対的に配置される。

この発明は粒子発生源と目標物が同じ共振回路内にあ
る新しい配置を提案し、セルフ制限システムを提供する
効果がある。発生源回路での電流が第１の荷電粒子を放
出するための十分なレベルに達すると、放出電流は目標
物回路を負荷として制限効果が発生し、全回路に供給さ
れる電力の増加により急激に増加する荷電粒子放射電流
が共振回路の負荷を生じさせ、フィラメント電流と、粒
子源と目標物の間の電位差のいずれも、増加しない。本
発明では直列共振回路に固有の効果により、荷電粒子の
発生に必要な大電流と加速電圧を提供するための並列共
振回路の間の大きな電位差を提供する。

好ましくは、共振回路は単一のコンデンサと単一のイ
ンダクタを含む。これは大変簡単な構成を提供し、もし
インダクタがトランスの二次コイルを形成すると、共振
回路の中に電力を結合することが可能となる。通常、発
生源と目標物との間と放出は共振回路のコンデンサとイ
ンダクタと並列である。

高い周波数ではインダクタは単一の巻きであり、これ
も構造を単純化する。

特に本発明は電子ビーム銃のバック−ボーンバード供
給器に使用され、目標物は主ビーム供給器のカソードを
有する。そして、目標物自身は第１の荷電粒子によるバ
ック−ボーンバードにより第２の荷電粒子を発生させ
る。通常第２の荷電粒子は第１の荷電粒子と同じタイプ
（例えば電子）であるが例えばイオンのように異なるタ
イプでもできる。

他の応用において、目標物は加熱される部品、又は溶
接される部品により構成される。

本発明の第２の見地によると、１対の共振回路を有
し、第１の共振回路は直列接続の第１の荷電粒子の源を
有し、第２の共振回路は並列接続の目標物を有し、第１
及び第２の共振回路の１部の部品は共通であり、動作状
態で回路が共振状態のとき、前記荷電粒子源を流れる電
流が第１の荷電粒子を発生させ、該荷電粒子源と前記目
標物の間の電位差により前記第１の荷電粒子が目標物の
方向に加速されるように、前記荷電粒子源と前記目標物
とが相対的に配置される荷電粒子発生器が提供される。

この構成は特にある応用では第１の見地よりも容易に
実現される。

通常、共通に形成される２つの回路の１部はインダク
タを含む。

両方の見地において、発生源はフィラメントを含む。

本発明のいずれの見地も、ダイオード電子銃の動作へ
の応用が可能で、１つの回路がダイオードカソードの加
熱に関し、他の回路はカソードとアノード目標物の間の
加速される電圧に関する。両回路は共振回路を介して共
通無線周波数供給器から起動される。特に、１つの共振
回路はインダクタ／コンデンサシステムの直列回路とし
て設計され、低インピーダンスとなり、大電流が共振周
波数で流れる。これはダイオード銃の二次フィラメント
を加熱するために利用される。他の共振回路は並列共振
回路で相対的に高インピーダンスの高い出力電圧を出力
する。この交流電位はダイオード銃の加速電圧として利
用される。

２つの共振回路の共通共振周波数でのRF供給が増加す
ると、フィラメントの加熱及び加速する電圧が増す。十
分な電力レベルでは加熱されたフィラメントから放出さ
れ、ダイオード銃に流れる電流が共振回路に負荷され
る。これにより制限効果が発生し、RF供給が増加すると
急激に増加する対応する電子放射電流が、フィラメント
電流と加速電圧の両方を減少させ、ダイオードガンの最
大電力（電子電流と加速電圧の積）が制限される。

本発明の両方の見地において、回路が遠隔的に動作さ
れ、直接的な電子結合なしで「真空」トランスを介して
RF供給器を行う。例えば、電子ビームダイオードバック
−ボーンバード銃に関して、後者は高いポテンシャルに
セットされ（例えば接地に対して負の100kV以上）、フ
ィラメントと共振回路を介して起動する加速電圧はRF共
振回路にチューニングされる。「真空」トランスはシン
グルターン（又は適当数のターン）の１次コイルと共振
回路をふくむ２次コイルを有し、電位差に関してストレ
スを減少させる表面を提供する。従って１次コイルと２
次コイルの間、及び高電位のダイオードガンと接地電位
の周辺回路の間のコロナ放電が防止される。

例えば、本発明の第２の見地において、RF供給器は単
一の巻きコイル（一端は接地ポテンシャル）に印加し、
共振回路のインダクタ素子は半径方向にギャップを有す
る螺旋または輪の形状で単一の巻きで構成され、この回
路は高いポテンシャルにある。さらに、直列の共振回路
は２つの単一の巻きのスプリットリングを有し、コンデ
ンサが直列に挿入され、２つのリングの対応する端は、
直接または真空コアトランスを介して、フィラメント回
路に導かれる。そして後者の場合１つの共振回路は２つ
のインダクタリングを有する。第２の真空トランスはフ
ィラメントに直接に電流を供給する。

別の実施例では、直列の共振回路のインダクタ素子は
２つのハーフリングを有し、一方の端の間に直列キャパ
シタが挿入され、他方の端にフィラメントが結合され
る。

更に、インダクタ構成の１つはRF供給器と同じ周波数
で並列共振するようにチューニングするために並列にコ
ンデンサを有する。この並列共振回路とアノードの目標
物との間の結合が二次フィラメント回路に関してダイオ
ード銃において加速電圧を提供する。

直列及び並列な共振回路が交流電力を供給し、前者が
二次フィラメントを加熱するために利用される。しか
し、アノードターゲットに対しては交流電圧の正の半サ
イクルのみがフィラメントからの電子流に対して有効で
ある。

目標物が過度に過熱されると（目標物とフィラメント
の間に負の半サイクルで電流が流れ）、本発明は共振回
路の負荷を構成する。この負荷は、一次フィラメント電
流の上昇率を制限するが、目標物からの電子バック−ボ
ーンバードによってフィラメント放出表面の加熱を促進
させる。過熱を避けるために目標物の材料の組み合わせ
が選択される必要がある。

本発明の両方の見地では、目標物の電極は粒子を加速
する装置で別の粒子放出の発生源として利用される。例
えば、目標物は別の電子ビームシステムのカソードとし
て働く。目標物は、１または複数の材料から構成し、一
次フィラメントに関しては目標物は高い融点を有し、か
つ／あるいは、別の電子放出材料より低い電子放出特性
を有する。従って、例えば、目標物の電極はダイオード
バック−ボーンバード銃の一次フィラメントつまり荷電
粒子源から離れる面に挿入されるランタンヘキサホウ酸
を有するタンタであり、ランタンヘキサホウ酸は更にダ
イオード又はトリオード電子銃システムで加熱されたカ
ソードとして利用される。

共振システムは特に電子ビームシステムのカソードア
センブリを加熱する、いわゆるバック−ボーンバード供
給器（一次フィラメントとアノード目標物からなる）を
提供することに利用される。この主電子ビームシステム
は電子または粒子装置として使用され、金属溶接で、蒸
発、または溶接に使用され、カソードシールド（バイア
スカップの電極を用いたトリオードガン）ダイオード銃
と中空アノード（接地ポテンシャルで維持される）を含
む。通常、バック−ボーンバードの電力は100W（本発明
では30〜500W）であり、一方、電子ビームシステムでは
10kW以上または100kW以上である。

RF電力を共振回路で動作するバック−ボーンバードメ
ントのような複合負荷に供給することの利点は、単一の
RF入力のみが必要とされ、バック−ボーンバードメント
ガンの近傍のRF源から供給可能な点にある。バック−ボ
ーンバードメントガンが主粒子ビームシステムの高いD.
C.電圧により高い電位に保たれると、高電圧D.C.源にRF
チョークを加えて電源がRFシステムを過度に負荷しない
ようにすることができる。応用分野に応じて、RF源と高
電位の間の他の結合方法が用いられる。

本発明の第３の見地によると、荷電粒子発生器は、荷
電粒子発生源と目標物を有し、各々対応する電気回路と
接続され、各回路は、対応する、１次コイルを有する共
通トランスの２次コイル又はアンテナ、又は各２次コイ
ル又はアンテナにゆるく結合するアンテナをふくみ、動
作状態で回路が共振状態のとき、前記荷電粒子源を流れ
る電流が第１の荷電粒子を発生させ、該荷電粒子源と前
記目標物の間の電位差により前記第１の荷電粒子が目標
物の方向に加速されるように、前記荷電粒子源と前記目
標物とが相対的に配置される。

本発明のこの見地は、電子源と目標物を、対応する２
次コイル又はアンテナを介して、ゆるく結合したトラン
スの１次コイル又はアンテナに結合することによりセル
フリミット又はセルフ補償の効果を有する。この場合、
回路は必ずしも共振回路を必要としない。

本発明の第３の見地による装置は、電子ビーム装置へ
の使用に特に適する。

本発明の第３の見地はまたバック−ボーンバード源を
もつ電球への利用に適し、トランスは光電球自身から離
れて設けられる。応用の例としては映画の映写電球、サ
ーチライト電球及び燈台の電球をも含む。

図面の簡単な説明図１は第１の例の共振回路を示す回路図、図２は図１の回路を組み込んだ電子ビームシステムを
示す図、図３は第２の実施例の回路を示す回路図、図4A〜図4Cは図３の例の異なる構成図、図5Aは図３の回路を組み込んだ電子ビームシステムを
示す図、図5Bは図5Aの部分Ｘの拡大図、図6A及び図6Bは図５のインダクタの下部及び上部を示
す図、図７は総RF入力電力と温度変化を示す特性図、図8A及び図8Bは直接及び間接的に加熱される電球を示
す図、図9A、図9B及び図9Cは本発明に係る間接的に加熱され
る光電球を示す図である。

発明を実施するための最良の形態図１の共振回路はインダクタ１を有し、これは実際上
１ターンでトランス２の２次コイルを形成し、その１次
コイル３はRF電源に接続される。回路は又コンデンサ４
を有し、インダクタ１とコンデンサ４はフィラメント５
と共に直列に接続される。この回路に並列に接続され、
物理的にフィラメント５の反対側に目標物がもうけられ
る。

インダクタ１及びコンデンサ４の選択により、回路が
RFに共振し、高い交流電流が回路とフィラメント５に流
れ、フィラメント５が加熱されて電子を放出する。同時
に、フィラメント５と目標物６の間に高い電位差が発生
し、放出された電子は正の半サイクルの間に加速されて
目標物６に至る。放出された電子がフィラメント５から
真空を通り目標物６に至る「間欠電流」は共振回路を実
質的に非共振とし、フィラメント電流を減少させ目標物
の電流を制限する。

例えば、単一ループコイル及び84MHzの共振周波数に
おいて、コンデンサ４は公称20pFの容量を有し、インダ
クタ１は共振のために0.18μＨのインダクタンスであ
る。実際にはキャパシタンスは回路が電子ビーム生成器
に実装されたときに調整される必要がある。

図２はバック−ボーンバード供給器として図１に示す
回路を組み込んだ電子ビームシステムを示す図である。
この場合に、本発明は非真空によるシステムにも適応で
きるが、電子ビームシステムは真空室10内に設けられ
る。DC（直流）HT供給発生源11はインダクタ11Aを介し
て目標物６に、かつ中空アノード12に通常の方法で接続
される。これは中空アノード12に対してカソードとして
動作する目標物６から放出される電子に対して加速電圧
を提供する。この主電子ビーム13は収束コイル14によっ
て定められる収束部分にアノード12を介して通り、そし
て通常の方法で加工物16上に開口部15を介してビームを
収束させる。

目標物６はバック−ボーンバード加熱によってフィラ
メント５からの電子を放出する。フィラメント５及び目
標物６は図１に示す共振回路に接続され、インダクタ１
は銅のひとつのまるいストリップであり、まるい導電材
を補助としてもうけ、フィラメント５がまわりの構造と
著しく異なる電位にあるとき、コロナガードリング1Aと
して動作させる。例えばガードリングはまるい銅のスト
リップをもつ非磁性ステンレス鋼で構成される。さら
に、フィラメント５からの電子放出は、フィラメントか
らの電子放出が不要な部分をかこむシールド６により、
目標物６に優先的に向かう。

RF電力はRF増幅器17に接続された単一のターンの一次
コイル３によってインダクタ１に接続される。

目標物６はフィラメントから離れて向き合い、ランタ
ンヘキサホウ酸（LaB₆）をふくむタンタルで形成され
る。通常、LaB₆はタンタル壁によってフィラメントから
十分に保護される。しかし変更例では直径0.25〜0.5mm
の小さな穴が故意にタンタルカソードの裏面にもうけら
れ、フィラメントの１次放出による加熱をゆるし、主ビ
ームガンのターンオン応答を増加させ、１次ガンの逆放
出を制限し、「ランアウェイ」を防止する。

図３は１組の共振回路を有する第２のタイプの回路を
示す図である。第１の共振回路は直列に接続された、イ
ンダクタ20、21、コンデンサ22とフィラメント５を有す
る。第２の共振回路はフィラメント５に対向するように
位置する目標物６とインダクタ21とコンデンサ23を有す
る。

図４はフィラメント５を組み込んだ第１の共振回路の
異なる形状を示す図である。図4Aにおいて、インダクタ
20、21とコンデンサ22は分散形式で配列されている。ま
た分散されたキャパシタンスはインダクタの適当な部分
の間にもうけられる１つまたは複数の一括したコンデン
サによって補うこともできる。

好ましい形式では、インダクタ20、21はそれぞれ接近
した平らな導体を有し、それらの間隔は図4Bでインダク
タの間の静電結合22の程度を与える。間隔は共振するた
めに要求される周波数の細かなチューニングのために、
１または複数の微調整用一括コンデンサと共に調整可能
である。

バック−ボーンバード銃での応用において、インダク
タ20、21は好ましくは図4Cに示すように接近した単一の
巻きのコイルである。ここでコイルは高周波数生成器
（単一の巻きまたは少ない数の巻きの形式で）によって
起動され、直列の共振システムがバック−ボーンバード
銃のための１次フィラメントを有する負荷に対して低い
インピーダンスで高い電流を提供する。

インダクタの構造の一例が中央部に設けられるフィラ
メント結合片27、28と共に図6A及び図6Bに示されてい
る。図6Aに示すように、単一の巻きのインダクタは、図
6Bの第２のインダクタ及びバック−ボーンバード銃に関
して正確に所望の位置に支持するための固定用の突出部
24がもうけられる。

インダクタ20、21は銅の平らなストリップ線を有し、
フィラメントが周囲の構成と異なるポテンシャルである
ときコロナガードリングとして動作する適当に曲がった
導電材料によって補われる。

図5Aには図３の回路に関連する電子ビームシステムが
示され、これは使用される回路は異なるが図２のシステ
ムと同じ構成を有する。したがって、この共振システム
は再度説明しないし、図２と同じ参照符号を付してあ
る。

図5Aでは高電圧銃の部品とRF回路の２次回路を絶縁液
に浸す冷却システム60がもうけられる。液が熱される
と、高電圧の容器61の上部に対流され、そこで冷却コイ
ル62によって冷却される。

銃への供給電源をローカルに発生する技術は高電圧ケ
ーブルに直列にインピーダンス63、64を挿入することを
可能にする。図5Aに示されるこの回路構成63、64は高電
圧降伏状態で電圧降下を生成する効果を有し、従って放
電を抑圧する傾向がある。これらの構成要素は通常絶縁
液が入ったタンクにもうけられる。インダクタ63は１マ
イクロ秒から数十マイクロ秒まで継続するマイクロ放電
のために高いインピーダンスを表し、直列の抵抗64はよ
り長い事象に対し付加的な電圧降下を生じさせる。銃と
直列インピーダンスタンス66との間のHTケーブル65はケ
ーブルのこの部分での過度の蓄積されたエネルギーを最
小にするために短かくする。タンク66からのケーブル67
はEHT供給発生源11からかなり長い。

図２と図5Aの両図共に１次回路チューニングコンデン
サ70が溶接ヘッドの容器71に設けられる。これは構成の
サイズやコストの最小を達成する。またコンデンサ70の
アース帰線側はねじを用いてコンデンサの好適な微細調
整を真空室の外から提供する。

図5AでのＸと付したシステムの部分は図5Bでより詳細
に示されている。RF生成増幅器17へのリード線は絶縁体
100の中の容器10の壁を通る。コンデンサ70は１組のプ
レート106、107によって定められる。プレート106は一
次コイル３に固定され、一方プレート107は絶縁ブッシ
ング101の穴108に受容される部分的にネジ山を有する軸
104に固定される。軸104は回転容器シール105によって
ブッシング101に封止される。ブッシング101は容器シー
ル102によってシールされ、かつボルト103によって容器
10の壁にネジ込まれている。軸104のプレート107の反対
側の端は、ブッシング101の穴108の対応する部分のよう
に、109でねじがもうけられる。そしてねじ回しドライ
バやそれに類したものを用いて軸104を回転させること
によりプレート107は移動し、プレート106に近づき又は
遠ざかる。

両方の例において、フィラメント５は目標物ポテンシ
ャルに対し約±2kVのポテンシャルで振動し、目標物は
接地に対して−150kVである。

好ましい実施例において、アノード目標物６はフィラ
メント５を適当に囲む支持構成８に設けられ、浮遊ビー
ムが主ビームシステム（図２及び図５）の中に入ること
を防止する。

目標物は高融点で電子放射の少ない材料で構成され、
（フィラメント５から離れた面に）比較的強い電子放射
能力をもつインサートを有する。

従って、図２及び図５に示すように、バック−ボーン
バードメント銃はフィラメント５及び目標物６を有し、
目標物は主電子銃のカソード（この場合ダイオード構
造）を支持する。

目標物６は、中空アノードプレート12に関係する主電
子ビームシステムのカソードと、目標物との間に高い電
圧を提供する分離したd.c.供給器11に接続される。十分
な絶縁がバック−ボーンバードシステムの真空環境によ
ってフィラメント５と目標物６の間に保持され、コロナ
に対して十分な保護を有し、バック−ボーンバードアセ
ンブリと比較的高いポテンシャル差にある（例えば100k
V以上）回りの構造との間での不必要な放電を防止す
る。インダクタ11Aが、高電圧供給発生源とそのリード
線の中へのRFの損失を防ぐために高い電圧d.c.供給発生
源11に直列に設けられる。この無線周波数チョークは好
ましくはチューニングせず、共振回路の共振周波数に対
し広帯域のインピーダンスを示す。

高電位の部品の高電圧ストレス分布はシングルターン
の共振周波数励振コイルとその周辺の構造によって修飾
される。

図２及び図５に示すように、接地ポテンシャルの構成
体と高いポテンシャルの構成体との間の等電位の分布の
中で過度のストレスの集中を避けるように、単一のター
ンの供給器３を配置することが特に好ましい。

目標物６の放出側はカソード遮蔽カップと共に主電子
ビームシステムでのカソードとして機能し、主電子ビー
ムがアノードプレートの穴に向かって進むとき部分的に
収束される形状である。この部分的な収束またはクロス
オーバーは主収束コイル14によって加工物16の近くに収
束させる中空アノードの先で電子ビームを拡大させる。

本発明による共振回路ではバック−ボーンバードステ
ージの寸法が相対的に厳しくない。例えば、一次フィラ
メントとアノード目標物との間の間隔が大きいとき、相
対的な高い電圧が電子放出を得るために必要である。一
方、一次フィラメントとアノード目標物との間の間隔が
小さいとき、高い放出電流は低い加速電圧を発生させ
る。しかしながら、目標物を熱することに費やされる電
力（加速電圧と放出電流の積）は一方の項が増加したと
き他方の項の不足を補償するので、変化しない。

図７は総RF入力電力に対するフィラメント５及び目標
物６の温度変化を示す特性図である。この特性図からわ
かるように、自己制限効果により、入力RF電力を増加さ
せたときの温度の増加率は共振回路が負荷されると減少
する。

前述した本発明の応用は電子ビーム溶接装置に関する
ものである。また本発明は他の分野で応用可能であり、
例えば水晶ハロゲン電球のようにフィラメントタイプの
光源のための間接的な熱源を提供する。

図8Aはガラス外周器32の中に位置付けられるタングス
テン線31のコイルからなる水晶ハロゲン電球30のような
光源を示す図である。これは明るい光を提供するが、フ
ィラメントの構造は複雑であり、光は再収束が困難であ
り多くの方向に散らされる。図8Bに示す周知の間接加熱
電球を用いることによって効果を得ることができる。こ
の場合、光源は、フィラメント34から生成される電子ビ
ームによって裏から熱せられる比較的に厚い剛体の正確
な寸法の環状ディスク33を有する。通常、間接的に熱せ
られる光源はフィラメント34及び電子加速ステージの高
い電圧供給のために高い電流供給器を要求される。２つ
の供給器はフィラメントまたは目標物33の過熱を避ける
ように調整することを必要とする。実際一次フィラメン
ト34が使用により細くなったときフィラメント電流が一
定に維持されると、短時間で破損する。リフレクタ36が
ビームを収束するために目標物の発生源33の回りに広が
っている。更に、シールド47が所定の領域への放出を制
限するためにフィラメント34の部分を囲んでいる。

図9Aは、図8Bに示す発生源に類似するが本発明に係る
構成によってエネルギーを与えられる、光源を示す。フ
ィラメント34はコンデンサ37及びインダクタ38に直列に
接続され、一方、目標物33は共振回路に並列に接続され
ている。従って、構成は図１に類似している。電流がRF
増幅器40に接続された一次コイル39を介してインダクタ
38に誘導される。RF増幅器40は、一端の入力には基準光
強度レベル値42が供給され、他端の入力には光レベルセ
ンサ44からの監視された光レベル43が供給される、比較
器41を介して制御される。

明らかなように、共振回路は主目標物33によって生成
される光の強さのモニター及びこれをフィードバック信
号として使用して得られるひとつの制御入力のみを必要
とする。

図9Bはガラス外周器32の中に配置された共振回路を有
し、図9Aの改良例を示す図である。ガラス外周器及びリ
フレクタの大きさに応じて十分に高い周波数を使用して
達成され、ガラスと金属の間のシールを必要とする。し
かしながら、コンデンサ37及びインダクタ38を含む小型
の電球を達成するために使用される周波数は相対的に高
くする必要があり、通常少なくとも50kHz、好ましくは
約10MHzでかなり大きな電球となる。小型にするために
は100MHz以上の周波数が使用できる。その場合、バック
−ボーンバード供給器の電子ビームに関してすでに述べ
たようにインダクタは１又は２ターンのコイルにする。

図9Cは共振回路の必要を避ける光電球配列の改良を示
す図である。この場合に、ゆるく結合されるトランス50
が一次コイル51と１組の二次コイル52、53を有する。２
次コイル52はフィラメント34と結合し２次コイル53は目
標物33に結合する。RF電源は一次コイル51に供給され、
二次コイル52、53にゆるく結合される。二次コイル52の
回路に誘導される電流はフィラメント34を加熱し電子を
放出させる。これにより目標物33は２次コイル53の負荷
として動作し、従ってフィラメント34を流れる電流が減
少し、必要なセルフ制限効果が達成される。これによ
り、バルブの部品の寿命が従来よりも著しく長くなる。

放出シールド47が図２及び図５のバック−ボーンバー
ド配列と類似して図9A〜図9Cに示される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 5/00 G21K 5/04 H01J 37/06 H01J 37/248

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子源と目標物が、共振回路と、各
々、直列及び並列に結合され、動作状態で回路が共振状
態のとき、前記荷電粒子源を流れる電流が第１の荷電粒
子を発生させ、該荷電粒子源と前記目標物の間の電位差
により前記第１の荷電粒子が目標物の方向に加速される
ように、前記荷電粒子源と前記目標物とが相対的に配置
されることを特徴とする、荷電粒子発生器。
【請求項２】前記共振回路が単一のコンデンサと単一の
インダクタを含む請求項１記載の荷電粒子発生器。
【請求項３】前記インダクタは単一の巻きを有する請求
項２記載の荷電粒子発生器。
【請求項４】前記共振回路は無線周波数で共振する請求
項１〜３のいずれか１項記載の荷電粒子発生器。
【請求項５】前記目標物は第１の荷電粒子によるバック
−ボーンバードに応じて第２の荷電粒子を発生する請求
項１〜４のいずれか１項に記載の荷電粒子発生器。
【請求項６】第２の荷電粒子は電子である請求項５記載
の荷電粒子発生器。
【請求項７】１対の共振回路を有し、第１の共振回路は
直列接続の第１の荷電粒子源を有し、第２の共振回路は
並列接続の目標物を有し、第１及び第２の共振回路の１
部の部品は共通であり、動作状態で回路が共振状態のと
き、前記荷電粒子源を流れる電流が第１の荷電粒子を発
生させ、該荷電粒子源と前記目標物の間の電位差により
前記第１の荷電粒子が目標物の方向に加速されるよう
に、前記荷電粒子源と前記目標物とが相対的に配置され
ることを特徴とする、荷電粒子発生器。
【請求項８】２つの共振回路に共通の部品はインダクタ
ンスを有する請求項７記載の荷電粒子発生器。
【請求項９】荷電粒子発生源がフィラメントを含む請求
項１〜８のいずれか１項記載の荷電粒子発生器。
【請求項１０】１つまたは各々の共振回路はトランスを
介して遠隔的に電源供給される請求項１〜９のいずれか
１項記載の荷電粒子発生器。
【請求項１１】共振回路は該共振回路の誘導手段に誘導
的に結合される単一の巻きのコイルを介して電力供給さ
れる請求項７、８又は10のいずれか１項記載の荷電粒子
発生器。
【請求項１２】各誘導手段は螺旋または輪の形状で単一
の巻きからなる請求項11記載の荷電粒子発生器。
【請求項１３】目標物は別の荷電粒子の発生源を含む請
求項１〜12のいずれか１項記載の荷電粒子発生器。
【請求項１４】目標物は発生源に対向して穴をもつ面を
含む請求項１〜13のいずれか１項記載の荷電粒子発生
器。
【請求項１５】荷電粒子発生源と目標物を有し、各々対
応する電気回路と接続され、各回路は共通トランスの対
応する２次コイルをふくみ、該トランスは２次コイルと
ゆるく結合する１次コイルを有し、動作状態で回路が共
振状態のとき、前記荷電粒子源を流れる電流が第１の荷
電粒子を発生させ、該荷電粒子源と前記目標物の間の電
位差により前記第１の荷電粒子が目標物の方向に加速さ
れるように、前記荷電粒子源と前記目標物とが相対的に
配置されることを特徴とする、荷電粒子発生器。
【請求項１６】目標物の電極は荷電粒子の発生源を有
し、更に荷電粒子発生器は荷電粒子を加速させるための
手段を含む請求項１〜15のいずれか１項に記載の荷電粒
子発生器。
【請求項１７】電子ビーム発生器を含む請求項16記載の
荷電粒子発生器。
【請求項１８】請求項１〜15のいずれか１項に記載の荷
電粒子発生器を含む光源。
【請求項１９】請求項17記載の構成を含む電子ビーム溶
接装置。
【請求項２０】目標物は２以上の材料から構成される請
求項１〜17のいずれか１項に記載の荷電粒子発生器。
【請求項２１】目標物の第１の材料は荷電粒子源に面
し、タンタルのような相対的に高い仕事関系で低い放出
特性を有し、第２の材料は、前記荷電粒子源の反対側に
面する、ランタムヘキサホウ酸のようなより第１の材料
より低い仕事関系で高い放出特性を有する請求項20記載
の荷電粒子発生器。
【請求項２２】１対の回路は共通の電力発生源から供給
される請求項７または請求項15記載の荷電粒子発生器。
【請求項２３】請求項１〜15のいずれか１項に記載の荷
電粒子発生器を含み、目標物が２以上の材料から構成さ
れる、光源。
【請求項２４】請求項17記載の構成を含み、目標物が２
以上の材料から構成される、電子ビーム溶接装置。