JP2003197116A - 熱陰極構造体 - Google Patents
熱陰極構造体Info
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Abstract
である発熱部と電極接合部からなる熱電子放射陰極を用
いた熱陰極構造体において、従来の熱陰極の加熱特性を
損なうことなく、かつ、電極接合部付近で破壊すること
なく長時間使用可能である構造を有する熱陰極構造体を
提供する。 【解決手段】導電性セラミックスからなる、らせん状の
溝を持つ円筒形の熱電子放射陰極を用い、円筒形の一部
をなす曲面の電極接合部に、該電極接合部に接触する曲
面を持つ電極が接するようにするとともに、(1)電極
に形成した溝に熱電子放射陰極の電極接合部を嵌め込む
(2)電極に形成した溝に導電性ペーストを介して電極
接合部を嵌め込むという特徴を有する。
Description
スパッタリング装置等の熱電子源として用いられる熱陰
極構造体に関する。
材料の表面改質等に利用されており、熱陰極を有する電
子衝撃型のイオン源が広く用いられている。これらの用
途では、イオンビームの大電流化および熱陰極の長寿命
化が望まれその解決策として端子部を絶縁材料で被覆す
るなどの構造を有する導電性セラミックスを発熱体とす
る熱陰極構造体が開示されている。(特開昭63−21
6232号公報)
ような構造を有する熱陰極構造体においても、熱電子放
射陰極が電極と接合している電極接合部付近で破壊する
という現象がしばしば発生し、熱陰極の寿命を著しく低
下させていた。
熱電子放射部である発熱部と電極接合部からなる熱電子
放射陰極を用いた熱陰極構造体において、従来の熱陰極
の加熱特性を損なうことなく、かつ、電極接合部付近で
破壊することなく長時間使用可能である構造を有する熱
陰極構造体を提供することを目的とする。
性セラミックスからなり、らせん状の溝を持つ円筒形熱
電子放射陰極に於いて、熱陰極加熱時の温度勾配による
熱応力と、異部材間の熱膨張差による応力による接続部
付近での破壊を防ぐ為に以下の手段を用いた。
せん状の溝を持つ円筒形の熱電子放射陰極を用い、円筒
形の一部をなす曲面の電極接合部に、該電極接合部に接
触する曲面を持つ電極が接するようにする。本発明は、
さらに次の様な点を特徴としている。(1)電極に形成
した溝に熱電子放射陰極の電極接合部を嵌め込む。
(2)電極に形成した溝に導電性ペーストを介して電極
接合部を嵌め込む。
する。従来使用されている熱電子放射陰極を利用した熱
陰極構造体の構造を図2に示す。
陰極の材料である導電性セラミックスとは、アルカリ土
類金属および原子番号57〜71までのランタン系元素
の中から選ばれた少なくとも1種以上の元素の六ホウ化
物の焼結体である。また、その熱電子放射陰極の形状
は、円筒形でらせん状の溝を持ったもので、例えば一端
が閉じられた2本の平行らせん巻き状の円筒からなり、
一端部に電極接合部を持った磁界フリー型構造で特に顕
著な効果を有する。
流導入端子部とを電気的に接続する役目があり、熱電子
放射陰極と密接に接合できる曲面と電流導入端子部と密
接に接合できる面を有している。例えば前記の一端が閉
じられた2本の平行らせん巻き状の円筒からなる磁界フ
リー型構造においては、電極の電極接合部との接する面
を、電極接合部の外径と同じ曲率の凹状の曲面にし、内
径と同じ曲率の凸状の曲面を有する半円柱状ワッシャー
を用いることにより、電極接合部を特殊な加工を施すこ
となくそのまま使用できるため、電極接合部の強度の低
下が無く特に顕著な耐熱応力効果を有する。円柱状ワッ
シャーを用いることが望ましいが、強度が許す範囲で電
極接合部の内面のみ平面に加工し、ボルトやナット等で
電極に固定することも可能である。その電極の材質は、
タングステン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属
や、カーボンを使用できる。
部の嵌まり合う溝を形成し、導電性ペーストを用いて熱
電子放射陰極と電極を接続することでボルトやナット或
いはワッシャーといった使用部品の点数を減少すること
で、熱応力の要因を減少できる。ここで用いる導電性ペ
ーストはカーボンペーストや、溶媒に導電性フィラーを
混ぜたもの、あるいは非導電性ペーストに導電性フィラ
ーを混ぜたものなどが使用できる。
は、通電することにより発熱部が1000〜1600℃
に加熱され、その発熱部の表面より熱電子が放射され
る。この発熱部の輻射熱、伝導伝熱により、電極接合
部、電極、電流導入端子部、端子台およびボルトやナッ
ト等の治具の温度が上昇する。
や電極での温度は、1000℃近くなるのを初め、各部
材の温度はそれぞれ固有の物性と位置に応じて一様でな
い温度分布を示し、個々の熱膨張率に応じて膨張する。
このため、室温下で色々な部品を用いて組み立てられた
熱陰極構造体は、使用条件下で、複雑な応力を受ける。
従って、使用条件下で発生するこれらの複雑な応力に耐
える構造とすることは、熱陰極構造体を長寿命化するう
えで重要課題である。
電子放射陰極21を電極24に接続するために電極24
の接続する面に対応する平面の電極接合部23を削り出
しており、熱電子放射陰極の円筒状の厚みより薄くせざ
るをえなかった。
の熱電子放射陰極11の外面に接触する凹部を持つ電極
14と内面に接触する凸部を持つ半円柱状ワッシャー1
6を用いることで、電極接合部13を従来の用に削りだ
すこと無く熱電子放射陰極の円筒形状をそのまま使用可
能となり、かつ、電極接合部の曲面は接している電極の
曲面より大きく取ることができるので従来の熱陰極構造
体に比較して電極接合部の強度低下が少なく歪みによる
破壊が防止できる。
に熱電子放射陰極の発熱部32の厚みより電極接合部3
3の厚みを厚くすることによって電極接合部33の強度
を高め、熱電子放射陰極31と電極34との熱膨張率の
差等に起因する応力による破壊を回避することができ
る。
うに円筒状の電極接合部43に嵌まり合う溝を有する電
極44を使用し、電極接合部43を電極44の溝に導電
性ペーストを介して嵌め込むことで、熱電子放射陰極4
1と電極44の接続に使用する部品点数を少なくするこ
とが可能となり、個々の部品の特性に起因する複雑な応
力を回避できる。
に、電流導入端子部55の下端が固定されて使用される
場合、電極の熱膨張が熱電子放射陰極に影響を及ぼす。
そのため円筒形の熱電子放射陰極51の電極接合部53
と電極54の接続する面の延長上に電極導入端子部55
と電極54部の固定点57がくることにより、電極54
の形状叉は大きさに起因する熱膨張による応力を回避で
きる。
電極接合部63の溝を挟んで2つの電極64が近くに隣
あうように配置することにより、円筒形の熱電子放射陰
極61の横方向への熱膨張に起因する応力を弱めること
ができる。
具体的に説明する。図1は、本発明の熱陰極構造体の1
実施例を示す図である。気孔率約10%のLaB6焼結
体を用いてワイヤーカット放電加工法にて、外径10m
m、内径7mm、長さ35mmの発熱部12と長さ5m
mの電極接続部13からなる2本の平行らせん巻き状
で、円筒状の電子放射陰極11を製作した。円筒状の電
子放射陰極11の電極接続部13の外面に接触する外径
10mmの円柱状の凹部を持つカーボン製の電極部14
と、電極接続部13の内面に接触する凸部を持つカーボ
ン製の半円柱状ワッシャー16を用い、モリブデン製の
ネジとナット、タンタル製のワッシャーで熱電子放射陰
極11と電極14を固定し熱陰極構造体とした。
Torrの真空中において、ヒートサイクル試験を行った。
ヒートサイクル試験は、2分間の通電加熱と、10分間
の冷却を1サイクルとした。また通電加熱温度は155
0℃とした。その結果、試験体は、128回のサイクル
終了後も何等異常は認められなかった。
接合部付近の熱応力による割れの発生が無い長寿命の熱
陰極構造体が得られた。
図。
極 12、22、32、42、52、62 発熱部 13、23、33、43、53、63 電極接合部 14、24、34、44、54、64 電極 55 電流端子導入
部 16 半円柱ワッシャ
ー 57 固定点
Claims (2)
- 【請求項1】導電性セラミックスからなり、らせん状の
溝を持つ円筒形の熱陰極構造体に於いて、円筒形の一部
をなす曲面の電極接合部に、該電極接合部に接触する曲
面を持つ電極が接していて、前記電極接合部が電極に形
成した溝にはめ込むことを特徴とする熱陰極構造体。 - 【請求項2】電極接合部と電極の間に導電性ペーストを
介すことを特徴とする請求項1記載の熱陰極構造体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002302416A JP3604379B2 (ja) | 2002-10-17 | 2002-10-17 | 熱陰極構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002302416A JP3604379B2 (ja) | 2002-10-17 | 2002-10-17 | 熱陰極構造体 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP23678893A Division JP3374932B2 (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | 熱陰極構造体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003197116A true JP2003197116A (ja) | 2003-07-11 |
JP3604379B2 JP3604379B2 (ja) | 2004-12-22 |
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ID=27606688
Family Applications (1)
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JP2002302416A Expired - Lifetime JP3604379B2 (ja) | 2002-10-17 | 2002-10-17 | 熱陰極構造体 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3604379B2 (ja) |
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2002
- 2002-10-17 JP JP2002302416A patent/JP3604379B2/ja not_active Expired - Lifetime
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