JP2013134874A - Filament and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a filament, in which welding of filament strands having a small radius of curvature and serving as a high luminance electron beam source and a diameter reducing process of a thermionic emission part can be simply performed by a single welding work.SOLUTION: The problem can be solved using a filament 11. The filament has two strands 23, 24 and a diameter reduced toward a tip 21a thereof. The tip 21a has a radius of curvature rof 100 μm or less, and the materials of the two strands 23, 24 is the same metal or alloy.

Description

本発明は、フィラメント及びその製造方法に関する。特に、高電界により液体が円錐状のテーラーコーンを形成する現象を利用して作られた、熱電子放出部の曲率半径が小さくて熱電子放出電流密度が大きくなる熱電子放出型フィラメント及び1回の溶接で簡便に作製可能なその製造方法に関する。 The present invention relates to a filament and a manufacturing method thereof. In particular, a thermoelectron emission type filament having a small radius of curvature of a thermoelectron emission portion and a large thermoelectron emission current density, which is made by utilizing a phenomenon that a liquid forms a conical tailor cone by a high electric field, and one time The present invention relates to a production method that can be easily produced by welding.

タングステンヘアピンフィラメントは、細線を折り曲げるだけで形成され、容易に作製できる熱電子放出型フィラメントなので、経済的であり、走査型電子顕微鏡(SEM)の電子線源として最も多く使われている。 Tungsten hairpin filaments are thermionic emission filaments that are formed simply by bending a thin wire and can be easily manufactured. Therefore, the tungsten hairpin filament is economical and is most often used as an electron beam source in a scanning electron microscope (SEM).

図1は、このタングステンヘアピンフィラメントを走査型電子顕微鏡の電子線源として用いたときに、タングステンヘアピンフィラメントから放射される熱電子の軌道の一例を示した模式図である。
U字状に折り曲げられたタングステンヘアピンフィラメント150を飛び出した熱電子は、ウェーネルト152のバイアス電圧による静電レンズ効果により、ウェーネルトの下方で一度集束してから、開き角αで広がる。電子線は完全に一点に集束するわけではなく、ある程度の広がりを持つ。最も集束した点がクロスオーバーポイント153と呼ばれ電子光学における光源となる。クロスオーバーポイント153は集束半径rの円で示される。クロスオーバーポイント153から見えるタングステンヘアピンフィラメント150の先端の近傍領域(以下、先端部)が熱電子の放出範囲とされている。
クロスオーバーポイントにおける輝度Bは、単位立体角度あたりの電流密度Iの関数として、次式(1)で表される。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a trajectory of thermoelectrons emitted from a tungsten hairpin filament when this tungsten hairpin filament is used as an electron beam source of a scanning electron microscope.
The thermoelectrons jumping out of the tungsten hairpin filament 150 bent in a U shape are once focused under the Wehnelt by the electrostatic lens effect due to the bias voltage of the Wehnelt 152 and then spread at an opening angle α. The electron beam is not completely focused on one point, but has a certain extent. The most focused point is called a crossover point 153 and becomes a light source in electron optics. Crossover point 153 is represented by a circle of the focusing radius r c. The region near the tip of the tungsten hairpin filament 150 that can be seen from the crossover point 153 (hereinafter, the tip) is the thermal electron emission range.
The luminance B at the crossover point is expressed by the following equation (1) as a function of the current density I per unit solid angle.

開き角αは、タングステンヘアピンフィラメント150の先端の曲率半径rと、前記先端の曲率中心からクロスオーバーポイントまでの距離fの関数であり、次式(2)で表される。 The opening angle α is a function of the radius of curvature r 0 of the tip of the tungsten hairpin filament 150 and the distance f from the center of curvature of the tip to the crossover point, and is expressed by the following equation (2).

電流密度Iは、リチャードソン・ダッシュマン(Richardson−Dushman)の式により、フィラメント材質と動作温度のみで決定される。
以上により、輝度Bを大きくするためには、先端の曲率半径rを小さくすればよいことが分かる。先端の曲率半径rが小さくなると、クロスオーバーポイントの集束半径rも小さくなり,その結果輝度Bが明るくなり点光源に近似されてくるので高倍率での観察が可能となる。
なお、タングステンヘアピンフィラメント150はV字状に折り曲げた場合、折り曲げた部分での抵抗が高くなり、局所的な過熱が生じるので、折り曲げ作製では、フィラメントの寿命が短くなるという問題があった。
The current density I is determined only by the filament material and operating temperature, according to the Richardson-Dushman equation.
From the above, it can be seen that in order to increase the luminance B, the radius of curvature r 0 at the tip should be decreased. When the curvature radius r 0 of the tip is reduced, also reduced focusing radius r c of the cross-over point, the resulting luminance B come approximated bright becomes point light source is observed at high magnification becomes possible.
In addition, when the tungsten hairpin filament 150 is bent into a V shape, the resistance at the bent portion increases and local overheating occurs, so that there is a problem that the life of the filament is shortened in bending.

そのため、これまで輝度Bを高くするために、様々な別のフィラメントが提案されてきた(特許文献1)。
図2は、別のフィラメントの従来例である。
図2(a)に示したフィラメント161は、ポイントフィラメントの一例を示したものであり、図1に示したタングステンヘアピンフィラメントの先端部に、機械加工や電解研磨等で加工面155a、155bを形成し、先端を尖らせて、曲率半径を小さくしたものである。
For this reason, various other filaments have been proposed in order to increase the luminance B (Patent Document 1).
FIG. 2 is a conventional example of another filament.
The filament 161 shown in FIG. 2 (a) is an example of a point filament, and machined surfaces 155a and 155b are formed by machining or electrolytic polishing at the tip of the tungsten hairpin filament shown in FIG. However, the tip is sharpened and the radius of curvature is reduced.

また、図2(b)に示したフィラメント162は、シャープドフィラメントの一例を示したものであり、図1に示したタングステンヘアピンフィラメントの先端部に、機械加工や電解研磨等で別の加工面156aを形成し、先端を尖らせて、曲率半径を小さくしたものである。 Further, the filament 162 shown in FIG. 2B is an example of a sharpened filament, and the tungsten hairpin filament shown in FIG. 1 has another processed surface by machining, electrolytic polishing, or the like. 156a is formed, the tip is sharpened, and the radius of curvature is reduced.

更にまた、図2(c)に示したフィラメント163は、セミポイントフィラメントの一例を示したものであり、図1に示したタングステンヘアピンフィラメントの先端部に、針状部材157を溶接した後に、電解研磨で加工して、針状部材157の先端を尖らせて、曲率半径を小さくしたものである。   Furthermore, the filament 163 shown in FIG. 2 (c) is an example of a semi-point filament. After the needle-like member 157 is welded to the tip of the tungsten hairpin filament shown in FIG. It is processed by polishing so that the tip of the needle-like member 157 is sharpened to reduce the radius of curvature.

また、これらの従来例の関連技術は、例えば、特願2011−105592号、非特許文献1に記載されている。特願2011−105592号は、高融点の極細金属及び合金線の溶接方法及び高融点金属・合金細線接合体に関するものであり、金属針を用いた高電圧放電溶接法によるRe−W極細熱電対の作製法が記載されている。非特許文献1は、タングステンポイントフィラメントの電界放出模様の観察に関するものであり、接合・研磨型のタングステンポイントフィラメントが記載されている。 Moreover, the related art of these conventional examples is described in Japanese Patent Application No. 2011-105592 and the nonpatent literature 1, for example. Japanese Patent Application No. 2011-105592 relates to a method for welding a high melting point ultrafine metal and alloy wire and a high melting point metal / alloy thin wire joined body, and a Re-W ultrafine thermocouple by a high voltage discharge welding method using a metal needle. Is described. Non-Patent Document 1 relates to observation of a field emission pattern of a tungsten point filament, and describes a bonded / polished tungsten point filament.

図1に示したタングステンヘアピンフィラメントは折り曲げ作製のため容易に作製できるが、曲率半径を小さくすることが困難であり、高輝度電子線源として利用できない。また、図2(a)〜(c)に示したフィラメントは、曲率半径を小さくできるが、タングステンヘアピンフィラメントに対しさらに機械加工や点溶接を行い、その後、電解研磨法で先端を尖鋭化する必要があり、作製が容易ではないという問題があった。更に、コストがかかるという問題があった。 The tungsten hairpin filament shown in FIG. 1 can be easily manufactured for bending, but it is difficult to reduce the radius of curvature and cannot be used as a high-intensity electron beam source. The filaments shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c) can have a small radius of curvature, but it is necessary to further machine or spot weld the tungsten hairpin filament and then sharpen the tip by electrolytic polishing. There is a problem that the fabrication is not easy. Furthermore, there is a problem that costs are increased.

フィラメントの作製法として、至近距離で高電圧を印加して、グロー放電を発生させて金属素線を突合せて溶接を行う溶接法も考えられる。高電圧印加により、溶融金属に大きな電界がかかり、電界強度が大きくなると溶融金属の界面張力に打ち勝ち、対向電極に引き寄せられて先端が尖った円錐状になることが知られており、この円錐はテーラーコーンと呼ばれる。 As a method for producing the filament, a welding method in which a high voltage is applied at a close distance, a glow discharge is generated, and a metal element wire is butted to perform welding is also conceivable. It is known that when a high voltage is applied, a large electric field is applied to the molten metal, and when the electric field strength increases, the interfacial tension of the molten metal is overcome and is drawn to the counter electrode to form a conical shape with a sharp tip. Called tailor cone.

図3は、従来の高電圧放電を利用した金属素線の溶接装置の素線保持治具に素線を取り付けた状態の一例を示す斜視図である。この素線保持治具180は、平面視略矩形状の金属又は合金製の板部材181と、板部材181の一面に配置される磁石182とから概略構成されている。 FIG. 3 is a perspective view showing an example of a state in which a strand is attached to a strand holding jig of a conventional metal strand welding apparatus using high-voltage discharge. The wire holding jig 180 is generally composed of a plate member 181 made of metal or alloy having a substantially rectangular shape in plan view, and a magnet 182 disposed on one surface of the plate member 181.

板部材181には、両面に貫通する孔181cが設けられている。素線125の一端が板部材181の角部から飛び出すように配置し、板部材181の一面上で板部材181の角部から略対角方向に平行に、素線125を配置する。磁石182で素線125を固定して、素線を保持してから、貫通孔181cの中心を回転中心として、素線保持治具180を回転させ、同様の構成として、同様に回転させた保持治具の素線の先端と、先端同士を突き合わせた後、溶接する。
しかし、従来の溶接装置では、交差角βを20°以下にできず、先端の曲率半径が小さいフィラメントを形成できなかった。
The plate member 181 is provided with holes 181c penetrating both surfaces. One end of the strand 125 is disposed so as to protrude from the corner of the plate member 181, and the strand 125 is disposed on one surface of the plate member 181 so as to be substantially parallel to the diagonal direction from the corner of the plate member 181. After fixing the strand 125 with the magnet 182 and holding the strand, the strand holding jig 180 is rotated around the center of the through hole 181c as a rotation center, and similarly held with the same configuration. The ends of the jig wires are brought into contact with each other and then welded.
However, in the conventional welding apparatus, the crossing angle β cannot be set to 20 ° or less, and a filament having a small curvature radius at the tip cannot be formed.

特開平11−67055号公報JP 11-67055 A

竹松ら、タングステンポイントフィラメントの電界放出模様の観察、(55−60頁)Takematsu et al., Observation of field emission pattern of tungsten point filament, (pages 55-60)

本発明は、曲率半径が小さくて熱電子放出電流密度が大きくなる熱電子放出型フィラメント及び1回の溶接で簡便に作製可能なその製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a thermoelectron emission type filament having a small radius of curvature and a high thermoelectron emission current density, and a manufacturing method thereof that can be easily manufactured by one welding.

本発明者は、従来の溶接装置の仕組みを再検討して、2つの素線保持治具及び金属針用治具をそれぞれ、x、y、z及びtilt軸の4軸で精密制御可能なステージに取り付けるとともに、素線保持治具の構成も再検討することにより、2本の高融点金属素線の先端の位置を精密に制御して、先端同士の交差角を小さくして、溶接可能とした。この装置を用いることにより、曲率半径100μm以下の先端部を有するフィラメントを容易に作製できることを発見して、本発明を完成した。
本発明は、以下の構成を有する。
The present inventor has reviewed the mechanism of the conventional welding apparatus, and can precisely control two wire holding jigs and metal needle jigs with four axes of x, y, z and tilt axes, respectively. By reexamining the configuration of the wire holding jig, the position of the tips of the two refractory metal strands can be precisely controlled, the crossing angle between the tips can be reduced, and welding can be performed. did. It was discovered that by using this apparatus, a filament having a tip having a radius of curvature of 100 μm or less could be easily produced, and the present invention was completed.
The present invention has the following configuration.

(1)2本の素線を溶融接合するが、この際印加される強電界により、接合部先端に向けて縮径され、前記先端の曲率半径が100μm以下であり、2本の素線の材料が同一の金属又は合金であることを特徴とするフィラメント。 (1) Two strands are melt-bonded, but the diameter is reduced toward the joint tip by a strong electric field applied at this time, and the radius of curvature of the tip is 100 μm or less. A filament characterized in that the material is the same metal or alloy.

(2)前記材料の融点が2400℃以上であることを特徴とする(1)に記載のフィラメント。
(3)前記材料がW、Reの群から選択されるいずれか一の金属又はこれらの金属の2種以上からなる合金であることを特徴とする(2)に記載のフィラメント。
(4)前記材料が3%Re―W合金であることを特徴とする(3)に記載のフィラメント。
(2) The filament according to (1), wherein the melting point of the material is 2400 ° C. or higher.
(3) The filament according to (2), wherein the material is any one metal selected from the group of W and Re, or an alloy composed of two or more of these metals.
(4) The filament according to (3), wherein the material is a 3% Re-W alloy.

(5)先端での垂線を含む断面において半楕円形状部分を有することを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のフィラメント。 (5) The filament according to any one of (1) to (4), which has a semi-elliptical portion in a cross section including a perpendicular at the tip.

(6)同一の金属又は合金からなる2本の素線の先端同士を20°以下の交差角で突き合わせ、前記2本の素線の先端に金属針の先端を100μm以下に近づけてから、前記2本の素線の先端と前記金属針の先端との間に電界を印加して、前記2本の素線の先端を溶接する工程を有することを特徴とするフィラメントの製造方法。 (6) The ends of two strands made of the same metal or alloy are butted at an intersection angle of 20 ° or less, the tip of the metal needle is brought close to 100 μm or less to the tip of the two strands, A method for producing a filament, comprising a step of welding an end of the two strands by applying an electric field between the ends of the two strands and the tip of the metal needle.

(7)前記2本の素線の先端同士を1mN以上の押付圧で突き合わせてから、前記2本の素線の先端を溶接するまで、押付圧が0にならないことを特徴とする(6)に記載のフィラメントの製造方法。 (7) The pressing pressure does not become zero until the ends of the two strands are abutted with each other with a pressing pressure of 1 mN or more and the ends of the two strands are welded (6). The manufacturing method of the filament as described in any one of.

(8)印加電界が50V/μm以上であることを特徴とする(6)又は(7)に記載のフィラメントの製造方法。
(9)前記2本の素線の直径が100μm以下であることを特徴とする(6)〜(8)のいずれかに記載のフィラメントの製造方法。
(8) The method for producing a filament according to (6) or (7), wherein the applied electric field is 50 V / μm or more.
(9) The method for producing a filament according to any one of (6) to (8), wherein a diameter of the two strands is 100 μm or less.

本発明のフィラメントは、2本の素線を溶融接合することにより、接合部先端に向けて縮径され、前記先端の曲率半径が100μm以下であり、2本の素線の材料が同一の金属又は合金である構成なので、容易に作製でき、高輝度な電子線源となる。汎用走査型電子顕微鏡に用いられているタングステンヘアピンフィラメントに置き換えるだけで、同じ装置であってもそれまでよりも高倍率での観察が可能となり、簡易に性能の向上が期待できる。またEPMA等の電子ビームを用いた分析装置では、分析信号の増加が図れる。電界放射型の高分解能走査型電子顕微鏡(FE SEM)が10-7の真空度で動作するのに比べ、10−3から10−4Pa台の真空度で動作する。 The filament of the present invention is reduced in diameter toward the tip of the joint by melting and joining two strands, the radius of curvature of the tip is 100 μm or less, and the material of the two strands is the same metal Or since it is a structure which is an alloy, it can manufacture easily and becomes a high-intensity electron beam source. By simply replacing it with a tungsten hairpin filament used in a general-purpose scanning electron microscope, even the same apparatus can be observed at a higher magnification than before, and an improvement in performance can be expected easily. In addition, an analysis apparatus using an electron beam such as EPMA can increase analysis signals. The field emission type high resolution scanning electron microscope (FE SEM) operates at a vacuum degree of 10 −3 to 10 −4 Pa as compared with a vacuum degree of 10 −7 .

本発明のフィラメントの製造方法は、同一の金属又は合金からなる2本の素線の先端同士を20°以下の交差角で突き合わせ、前記2本の素線の先端に金属針の先端を100μm以下に近づけてから、前記2本の素線の先端と前記金属針の先端との間に電界を印加して、前記2本の素線の先端を溶接する工程を有する構成なので、電界の作用により溶接部分の形状を尖鋭にでき、先端の曲率半径が100μm以下のフィラメントを1回の溶接で簡便に作製できる。 In the method for producing a filament of the present invention, the tips of two strands made of the same metal or alloy are butted at an intersection angle of 20 ° or less, and the tip of the metal needle is placed at the tip of the two strands of 100 μm or less. Since the electric field is applied between the tip of the two strands and the tip of the metal needle and the tips of the two strands are welded to each other, The shape of the welded portion can be sharpened, and a filament having a radius of curvature of 100 μm or less at the tip can be easily produced by a single welding.

タングステンヘアピンフィラメントから放射される電子の広がりの一例を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed an example of the spread of the electron radiated | emitted from a tungsten hairpin filament. 別のフィラメントの従来例である。It is a prior art example of another filament. 従来の素線保持治具に素線を取り付けた状態の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the state which attached the strand to the conventional strand holding jig. 本発明のフィラメントの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the filament of this invention. 素線保持治具に素線を取り付けた状態の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the state which attached the strand to the strand holding jig. 溶接工程を説明する図である。It is a figure explaining a welding process. 溶接工程を説明する図である。It is a figure explaining a welding process. 溶接工程を説明する図である。It is a figure explaining a welding process. 実施例1のフィラメントの写真である。2 is a photograph of the filament of Example 1. 比較例1のフィラメントの写真である。2 is a photograph of a filament of Comparative Example 1.

(本発明の第1の実施形態)
<フィラメント>
まず、本発明の第1の実施形態であるフィラメントについて説明する。
図4は、本発明の実施形態であるフィラメントの一例を示す図であって、図4(a)は平面図であり、図4(b)は図4(a)のA−A’線における断面図であり、図4(c)は底面図である。
図4に示すように、本発明の実施形態であるフィラメント11は、2本の素線23、24を溶融接合し、先端21aに向けて縮径されている形状をなす。
また、先端21aの曲率半径r11は100μm以下とされている。
(First embodiment of the present invention)
<Filament>
First, the filament which is the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
4A and 4B are diagrams illustrating an example of a filament according to an embodiment of the present invention. FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. It is sectional drawing and FIG.4 (c) is a bottom view.
As shown in FIG. 4, the filament 11 according to the embodiment of the present invention has a shape in which two strands 23 and 24 are fused and reduced in diameter toward the tip 21 a.
The curvature radius r 11 of the tip 21a is a 100μm or less.

2本の素線23、24の材料は同一の金属又は合金である。
前記材料の融点が2400℃以上であることが好ましい。同じ材料であっても高温にすることにより、熱電子放出量が大きくなり、輝度を高くできるためである。
例えば、高融点金属として、融点2454℃のIrを挙げることができる。
The material of the two strands 23 and 24 is the same metal or alloy.
The melting point of the material is preferably 2400 ° C. or higher. This is because even when the same material is used, by increasing the temperature, the amount of thermionic emission increases and the luminance can be increased.
For example, Ir having a melting point of 2454 ° C. can be cited as the refractory metal.

フィラメント材料は、仕事関数(Work function)が低い材料が好ましい。同じ温度であっても仕事関数が低いほど熱電子放出量が大きくなるので、輝度が高くなるからである。 The filament material is preferably a material having a low work function. This is because, even at the same temperature, the lower the work function, the greater the amount of thermionic emission, and the higher the luminance.

前記材料がW、Reの群から選択されるいずれか一の金属又はこれらの金属の2種以上からなる合金であることが好ましい。特に、前記材料が3%Re―W合金であることが好ましい。これにより、高温にして輝度を高くできる。 The material is preferably any one metal selected from the group of W and Re, or an alloy composed of two or more of these metals. In particular, the material is preferably a 3% Re—W alloy. As a result, the brightness can be increased at high temperatures.

溶融接合部21は、先端21aでの垂線を含む断面において半楕円形状とされている。 The melt-bonded portion 21 has a semi-elliptical shape in a cross section including a perpendicular at the tip 21a.

2本の素線23、24の交差角βは20°以下とされている。また、2本の素線23、24の直径mは100μm以下とされている。これにより、フィラメントの先端21aの曲率半径r11を小さくできる。 The intersection angle β between the two strands 23 and 24 is set to 20 ° or less. The diameter m of the two strands 23 and 24 is 100 μm or less. Thus, it is possible to reduce the radius of curvature r 11 of the filament of the tip 21a.

<フィラメントの製造方法>
次に、本発明の第1の実施形態であるフィラメントの製造方法について説明する。
本発明の実施形態であるフィラメントの製造方法は、溶接工程S1を有する。
<Manufacturing method of filament>
Next, the manufacturing method of the filament which is the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
The manufacturing method of the filament which is embodiment of this invention has welding process S1.

(溶接工程S1)
まず、同一の金属又は合金からなる2本の素線を用意する。素線の直径は100μm以下であることが好ましい。これにより、溶接により、先端の曲率半径を小さくしたフィラメントを製造できる。
次に、1つの素線保持治具に1本の素線を取り付け、別の素線保持治具にもう1本の素線を取り付ける。
(Welding process S1)
First, two strands made of the same metal or alloy are prepared. The strand diameter is preferably 100 μm or less. Thereby, the filament which made the curvature radius of the tip small can be manufactured by welding.
Next, one strand is attached to one strand holding jig, and the other strand is attached to another strand holding jig.

図5は、素線保持治具に素線を取り付けた状態の一例を示す斜視図である。
図5に示すように、素線保持治具69は、平面視略矩形状の金属又は合金製の板部材71と、板部材71の側面71dに取り付けられたチューブ75と、板部材71の一面71aに配置された板磁石73とから概略構成されている。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a state in which the strand is attached to the strand holding jig.
As shown in FIG. 5, the wire holding jig 69 includes a plate member 71 made of metal or alloy having a substantially rectangular shape in plan view, a tube 75 attached to a side surface 71 d of the plate member 71, and one surface of the plate member 71. The plate magnet 73 is arranged roughly at 71a.

板部材71には、貫通する孔71cが設けられている。
チューブ75はチューブ孔方向が側面71d及び一面71aに平行となる方向に向けられ、チューブ75の一端75aが板部材71の角またはそれより上方に位置するように取り付けられている。チューブ75は、例えば、接着剤によって取り付けられている。
The plate member 71 is provided with a through hole 71c.
The tube 75 is attached so that the tube hole direction is parallel to the side surface 71d and the one surface 71a, and one end 75a of the tube 75 is positioned at the corner of the plate member 71 or above. The tube 75 is attached by, for example, an adhesive.

チューブ75の材料としては、耐熱性の高い高分子材料が用いられている。例えば、ポリイミド(商品名、カプトン)を挙げることができる。ポリイミド以外でも、絶縁性があり、耐熱温度が200℃以上ある材料であれば利用できる。
チューブ75の内径は、素線の直径に応じて決定する。例えば、50μmの素線では、80μmのものを用いる。
As the material of the tube 75, a high heat resistant polymer material is used. For example, polyimide (trade name, Kapton) can be given. Other than polyimide, any material can be used as long as it is insulating and has a heat resistant temperature of 200 ° C. or higher.
The inner diameter of the tube 75 is determined according to the diameter of the strand. For example, for a 50 μm strand, 80 μm is used.

図5に示すように、チューブ孔内を通過させて、素線25を配置する。より具体的には、素線25の一端25aがチューブ75の一端75aから2mm以上5mm以下の長さだけ飛び出すように配置する。
この長さは、2mm以上5mm以下とすることが好ましい。2mm以上5mm以下とすると、押付圧の制御及び突合せ制御も容易となり、素線25、26が溶融した際に突き合わせた部分が開くことを防ぐことができる。素線はチューブの一端75aで押さえられた片持ち梁と考えられるので、5mm超の場合には、突合せた時のたわみが大きくなりすぎて、突合せ制御が困難となる。逆に、2mm未満の場合には、放電により、チューブ75が溶ける場合が発生する。
As shown in FIG. 5, the strand 25 is disposed through the tube hole. More specifically, the one end 25 a of the strand 25 is arranged so as to protrude from the one end 75 a of the tube 75 by a length of 2 mm or more and 5 mm or less.
This length is preferably 2 mm or more and 5 mm or less. When it is 2 mm or more and 5 mm or less, the control of the pressing pressure and the butt control are facilitated, and the butt portions can be prevented from opening when the strands 25 and 26 are melted. Since the strand is considered to be a cantilever beam pressed by one end 75a of the tube, if it exceeds 5 mm, the deflection at the time of butting becomes too large and the butting control becomes difficult. On the other hand, when the length is less than 2 mm, the tube 75 may be melted by discharge.

素線25の一端25aもチューブ75の他端75bから飛び出すように配置する。チューブ75の他端75bから飛び出すように配置した素線25の他端25bを磁石73で固定する。図5では、磁石73の形状は円板状であるが、磁石73の形状はこれに限られるものではない。 One end 25 a of the strand 25 is also arranged so as to protrude from the other end 75 b of the tube 75. The other end 25 b of the strand 25 arranged so as to protrude from the other end 75 b of the tube 75 is fixed with a magnet 73. In FIG. 5, the shape of the magnet 73 is a disc shape, but the shape of the magnet 73 is not limited to this.

次に、同様にして、もう1本の素線26を別の素線保持治具70に取り付ける。
別の素線保持治具70の板部材72にも孔72cが設けられており、チューブ76が取り付けられ、素線26が磁石74で固定されている。
次に、2つの素線保持治具69、70をそれぞれx、y、z及びtilt軸の4軸で精密な位置制御可能なステージに取り付ける(図示略)。
Next, another strand 26 is attached to another strand holding jig 70 in the same manner.
The plate member 72 of another strand holding jig 70 is also provided with a hole 72 c, a tube 76 is attached, and the strand 26 is fixed by a magnet 74.
Next, the two wire holding jigs 69 and 70 are attached to a stage capable of precise position control with four axes of x, y, z and tilt axes, respectively (not shown).

図6〜8は、溶接工程を説明する図である。
図6に示すように、2つの素線保持治具69、70の板部材71、72に、それぞれ配線を取り付ける。これらの配線は電源78の接地電極側に接続する。
電源78には別の配線を介して先端を尖らせた金属針77と電源78の印加電極側の端子を接続する。金属針77もまた、x、y、z及びtilt軸の4軸で精密制御可能なステージに取り付けられており(図示略)、位置の制御が容易とされている。
6-8 is a figure explaining a welding process.
As shown in FIG. 6, wiring is attached to the plate members 71 and 72 of the two wire holding jigs 69 and 70, respectively. These wires are connected to the ground electrode side of the power supply 78.
The power source 78 is connected to a metal needle 77 having a sharp tip and a terminal on the application electrode side of the power source 78 through another wiring. The metal needle 77 is also attached to a stage (not shown) that can be precisely controlled by four axes of x, y, z, and tilt axes, so that the position can be easily controlled.

電源78には、例えば、定格10kV、10mAのパルス方式直流高電圧電源を用いる。この定格値以下であれば電圧・電流値は自由に設定でき、kVオーダーの出力電圧を維持するように電圧降下を瞬時に復帰させることができる。 As the power supply 78, for example, a pulsed direct current high voltage power supply with a rating of 10 kV and 10 mA is used. If it is below this rated value, the voltage / current value can be set freely, and the voltage drop can be instantaneously restored so as to maintain the output voltage of kV order.

次に、図7に示すように、それぞれ孔71c、72c中心を回転中心として、2つの素線保持治具69、70を回転させ、2本の素線25、26の先端同士を20°以下の交差角βで突き合わせる。
交差角βは小さい方が好ましいが、フィラメントを接続する支柱の間隔により制限される。
Next, as shown in FIG. 7, the two wire holding jigs 69 and 70 are rotated about the centers of the holes 71c and 72c, respectively, so that the tips of the two wires 25 and 26 are 20 ° or less. Match at the crossing angle β.
The crossing angle β is preferably small, but is limited by the interval between the struts connecting the filaments.

先端同士の押付圧は、1mN以上とすることが好ましい。これにより、放電の際、素線25、26が離れることを抑制できる。
先端同士の押付の方向及び位置は、x、y、z及びtilt軸の4軸で精密制御して、溶接により、先端が溶融しても押付圧が保持されるとともに、押付の方向及び位置も一定に保持されるようにする。例えば、押付の方向が素線の軸中心からずれると、分離してしまう。
The pressing pressure between the tips is preferably 1 mN or more. Thereby, it can suppress that the strands 25 and 26 leave | separate in the case of discharge.
The pressing direction and position between the tips are precisely controlled by four axes of x, y, z and tilt axes, and the pressing pressure is maintained even if the tip melts by welding, and the pressing direction and position are also Keep it constant. For example, if the pressing direction is deviated from the axis center of the strand, it is separated.

2本の素線25、26の先端同士を1mN以上の押付圧で突き合わせてから、2本の素線の先端を溶接するまで、押付圧がなくならないことが必要である。これにより、放電の際、素線25、26が離れることを抑制して、先端の曲率半径を小さくしたフィラメントを確実に製造できる。 It is necessary that the pressing pressure does not disappear after the ends of the two strands 25 and 26 are abutted with each other with a pressing pressure of 1 mN or more until the ends of the two strands are welded. Thereby, it is possible to reliably manufacture a filament in which the radius of curvature of the tip is reduced by suppressing the separation of the strands 25 and 26 during discharge.

次に、2本の素線25、26の先端に、金属針77の先端を100μm以下に近づける。2本の素線25、26の先端と金属針の先端の間の距離kは、素線の直径程度とすることが好ましく、直径が50μmの素線を用いた場合には、50μmに近づけることが好ましい。これにより、電源78を介して、金属針77の先端と素線25、26の先端との間に高電圧を印加でき、印加電界を精密に制御できる。 Next, the tip of the metal needle 77 is brought close to 100 μm or less to the tip of the two strands 25 and 26. The distance k between the tips of the two strands 25 and 26 and the tip of the metal needle is preferably about the diameter of the strand, and when a strand having a diameter of 50 μm is used, it is close to 50 μm. Is preferred. Thus, a high voltage can be applied between the tip of the metal needle 77 and the tips of the strands 25 and 26 via the power supply 78, and the applied electric field can be precisely controlled.

次に、図8に示すように、金属針77直上から加熱した雰囲気調整ガスを金属針と同軸に配置した円筒形のガスガイド79から噴射させながら、印加電極側を金属針77、接地電極側を素線25、26とし、金属針77側に+電圧を加えて、2本の素線25、26の先端と金属針77の先端との間に高電圧を印加する。これにより、大気圧パルス放電プラズマを発生させる。 Next, as shown in FIG. 8, while the atmosphere adjustment gas heated from directly above the metal needle 77 is sprayed from a cylindrical gas guide 79 arranged coaxially with the metal needle, the application electrode side is the metal needle 77 and the ground electrode side. Are applied to the metal needle 77 side, and a high voltage is applied between the tips of the two wires 25 and 26 and the tip of the metal needle 77. Thereby, atmospheric pressure pulse discharge plasma is generated.

数kVの高電圧、数mAの小電流により発生したグロー放電により、2本の素線25、26の先端を高温にして短時間で溶解させ、2本の素線25、26の先端が溶接される。 The glow discharge generated by a high voltage of several kV and a small current of several mA causes the tips of the two strands 25 and 26 to melt at a high temperature in a short time, and the tips of the two strands 25 and 26 are welded. Is done.

数kVの高電圧、数mAの小電流により発生したグロー放電では、実際にはある程度の休止間隔をおいてナノ秒オーダーの短いパルス放電が生じている。これは放電により低下した電圧を急峻に元の電圧に戻すような電源の特性によるものであり、これにより、グロー放電もしくは異常グロー放電域で放電が継続でき、高融点金属又は合金からなる素線25、26を溶接できる。すなわち、一般に大気圧でのDCグロー放電は低気圧放電に比べて、電極が局部的に加熱されてアーク放電に移行しやすくなるが、本実施例のような放電形態では、休止期間に電極が冷却されるためグロー放電が継続するのである。 In a glow discharge generated by a high voltage of several kV and a small current of several mA, a short pulse discharge of nanosecond order is actually generated with a certain pause interval. This is due to the characteristics of the power supply that suddenly returns the voltage lowered by the discharge to the original voltage, and this allows the discharge to continue in the glow discharge or abnormal glow discharge region, and the strand made of a refractory metal or alloy 25 and 26 can be welded. That is, in general, the DC glow discharge at atmospheric pressure is more likely to shift to arc discharge because the electrode is locally heated compared to the low-pressure discharge. Since it is cooled, glow discharge continues.

素線25、26が溶接される際には、素線の先端部が溶融し一体化する。この際に金属針との間の高電界の作用により、溶融部は金属針77に引きつけられ、テーラーコーンを形成する。グロー放電が終了すると、溶融部は非常に小さく急速に冷却するために、テーラーコーンの形状をある程度残したまま固化するので、先端半径が100μm以下の尖鋭な先端が得られる。 When the strands 25 and 26 are welded, the tip ends of the strands are melted and integrated. At this time, the melted portion is attracted to the metal needle 77 by the action of a high electric field between the metal needle and a tailor cone. When the glow discharge is completed, the melted portion is very small and rapidly cooled, so that the shape of the tailor cone is solidified to some extent, so that a sharp tip having a tip radius of 100 μm or less is obtained.

雰囲気調整ガスは、放電開始5秒前から放電終了5秒後まで、金属針77と同軸に配置した円筒形のガスガイド79から噴射する。
雰囲気調整ガスは、CO等である。このガスは、高融点金属又は合金の酸化を防ぐシールドガスとして利用される。金属針77と同軸に配置した円筒形のガスガイド79から2本の素線25、26の先端に向けて噴射させることにより、シールドできる。雰囲気調整ガスを加熱することにより、シールド効果を高められる。
The atmosphere adjustment gas is injected from a cylindrical gas guide 79 disposed coaxially with the metal needle 77 from 5 seconds before the start of discharge to 5 seconds after the end of discharge.
The atmosphere adjustment gas is CO 2 or the like. This gas is used as a shielding gas for preventing oxidation of a refractory metal or alloy. Shielding can be performed by spraying from the cylindrical gas guide 79 arranged coaxially with the metal needle 77 toward the ends of the two strands 25 and 26. By heating the atmosphere adjusting gas, the shielding effect can be enhanced.

高融点金属又は合金は酸化されやすい。そのため、溶接の際の酸化を防ぐため、通常は、特別な容器中で、真空下、不活性や還元ガスの雰囲気下で溶接を行う必要がある。この構成は、連続処理に不向きで処理コスト上昇の要因となる。
しかし、本実施形態では、高融点金属又は合金の細線を用い、溶接工程において急峻な入熱量の制御を行い、局所に熱の影響をとどめ、かつ、COをシールドガスとして流しながら放電する構成なので、特別な容器を使わず、開放大気中でも酸化を抑制して、溶接できる。これにより、連続処理に容易に適用でき、処理コストを低減できる。
Refractory metals or alloys are susceptible to oxidation. For this reason, in order to prevent oxidation during welding, it is usually necessary to perform welding in a special container under vacuum, in an inert atmosphere or in a reducing gas atmosphere. This configuration is not suitable for continuous processing and causes an increase in processing cost.
However, in this embodiment, a high melting point metal or alloy thin wire is used, the heat input is sharply controlled in the welding process, the influence of heat is locally suppressed, and discharge is performed while CO 2 is used as a shielding gas. So, it can be welded without oxidization even in open air without using a special container. Thereby, it can apply easily to a continuous process and processing cost can be reduced.

印加電界は50V/μm以上とすることが好ましい。2本の素線25、26の先端と金属針77の先端の間の距離kを100μmとしたときに、例えば、印加電圧は5kVとする。印加電界は50V/μm未満の場合は、安定した放電は得られない。
また、印加電流は、例えば、9mAとする。
The applied electric field is preferably 50 V / μm or more. When the distance k between the tips of the two strands 25 and 26 and the tip of the metal needle 77 is 100 μm, for example, the applied voltage is 5 kV. When the applied electric field is less than 50 V / μm, stable discharge cannot be obtained.
The applied current is 9 mA, for example.

電圧が印加されると、短いパルス放電が繰り返し発生する。電圧印加時間は1秒以下とすることが好ましい。0.8秒以下とすることがより好ましく、0.6秒以下とすることが更に好ましい。電圧印加時間が1秒超の場合は、素線先端が溶融しても、一体化せず溶接できない場合が生じる。
溶接条件は、上記電圧、電流、周波数の値に限定されるものではない。
When a voltage is applied, short pulse discharges are repeatedly generated. The voltage application time is preferably 1 second or less. More preferably, it is 0.8 seconds or less, and further preferably 0.6 seconds or less. If the voltage application time is longer than 1 second, even if the wire tip melts, it may not be integrated and welded.
The welding conditions are not limited to the voltage, current, and frequency values.

以上の溶接工程S1により、先端の曲率半径を小さくしたフィラメントを1ステップで容易に形成できる。 Through the above-described welding step S1, a filament with a reduced radius of curvature at the tip can be easily formed in one step.

本発明の実施形態であるフィラメント11は、前記先端の曲率半径r11が100μm以下であり、2本の素線の材料が同一の金属又は合金であり、溶融接合により容易に作製でき、高輝度な電子線源となる。このフィラメントは、熱電子放出型フィラメントであり、従来のタングステンヘアピンフィラメントと容易に置換が可能である。汎用走査型電子顕微鏡に用いられているタングステンヘアピンフィラメントに置き換えるだけで、同じ装置であってもそれまでよりも高倍率での観察が可能となり、簡易に性能の向上が期待できる。またEPMA等の電子ビームを用いた分析装置では、分析信号の増加が図れる。電界放射型の高分解能電子顕微鏡(FE SEM)の真空度の10-7Paに比べ、10−3から10−4Pa台の真空度で動作が可能である。 The filament 11 according to an embodiment of the present invention has a radius of curvature r 11 at the tip of 100 μm or less, and the material of the two strands is the same metal or alloy, and can be easily manufactured by fusion bonding, and has high brightness. A good electron beam source. This filament is a thermionic emission filament and can be easily replaced with a conventional tungsten hairpin filament. By simply replacing it with a tungsten hairpin filament used in a general-purpose scanning electron microscope, even the same apparatus can be observed at a higher magnification than before, and an improvement in performance can be expected easily. In addition, an analysis apparatus using an electron beam such as EPMA can increase analysis signals. Operation is possible at a vacuum level of 10 −3 to 10 −4 Pa, compared with a vacuum level of 10 −7 Pa of a field emission type high resolution electron microscope (FE SEM).

本発明の実施形態であるフィラメント11は、前記材料の融点が2400℃以上である構成なので、溶融させずに高温にして高輝度な電子線源となる。 Since the filament 11 which is an embodiment of the present invention has a structure in which the melting point of the material is 2400 ° C. or higher, it becomes a high-intensity electron beam source by melting it at a high temperature.

本発明の実施形態であるフィラメント11は、前記材料がW、Reの群から選択されるいずれか一の金属又はこれらの金属の2種以上からなる合金である構成なので、溶融させずに高温にして高輝度な電子線源となる。 The filament 11 according to the embodiment of the present invention has a configuration in which the material is any one metal selected from the group of W and Re, or an alloy composed of two or more of these metals. High brightness electron beam source.

本発明の実施形態であるフィラメント11は、前記材料が3%Re―W合金である構成なので、溶融させずに高温にして高輝度な電子線源となる。 The filament 11 according to an embodiment of the present invention is a structure in which the material is a 3% Re—W alloy, and therefore, the filament 11 becomes a high-intensity electron beam source at a high temperature without melting.

本発明の実施形態であるフィラメント11は、先端21aでの垂線を含む断面において半楕円形状部分21を有する構成なので、曲率半径の小さい先端部を形成できる。 Since the filament 11 according to the embodiment of the present invention has a semi-elliptical portion 21 in a cross section including a perpendicular line at the tip 21a, a tip having a small curvature radius can be formed.

本発明の実施形態であるフィラメント11の製造方法は、同一の金属又は合金からなる2本の素線25、26の先端同士を20°以下の交差角で突き合わせ、前記2本の素線の先端に、金属針77の先端を100μm以下に近づけてから、前記2本の素線の先端と前記金属針の先端との間に電圧を印加して、前記2本の素線の先端を溶接する工程を有する構成なので、電界の作用により溶接部分の形状を尖鋭にでき、先端の曲率半径が100μm以下のフィラメントを1回の溶接のみで容易に形成できる。 The manufacturing method of the filament 11 which is embodiment of this invention matches the front-end | tips of the two strands 25 and 26 which consist of the same metal or alloy with the crossing angle of 20 degrees or less, and the front-end | tip of the said 2 strands Further, after bringing the tip of the metal needle 77 close to 100 μm or less, a voltage is applied between the tip of the two strands and the tip of the metal needle to weld the tips of the two strands. Since it has a process, the shape of the welded portion can be sharpened by the action of an electric field, and a filament having a tip radius of curvature of 100 μm or less can be easily formed by only one welding.

本発明の実施形態であるフィラメント11の製造方法は、前記2本の素線の先端同士を1mN以上の押付圧で突き合わせてから、前記2本の素線の先端を溶接するまで、押付圧を維持する構成なので、分離させることなく、先端の曲率半径が100μm以下のフィラメントを容易に作製できる。 In the manufacturing method of the filament 11 according to the embodiment of the present invention, the pressing pressure is applied until the ends of the two strands are abutted with each other with a pressing pressure of 1 mN or more, and the ends of the two strands are welded. Since the structure is maintained, a filament having a radius of curvature of 100 μm or less can be easily manufactured without separation.

本発明の実施形態であるフィラメント11の製造方法は、印加電界が50V/μm以上である構成なので、放電溶接と溶接部の縮径を1ステップで完了し先端の曲率半径が100μm以下のフィラメントを容易に作製できる。 Since the method of manufacturing the filament 11 according to the embodiment of the present invention has a configuration in which the applied electric field is 50 V / μm or more, the discharge welding and the diameter reduction of the welded portion are completed in one step, and a filament having a radius of curvature of the tip of 100 μm or less is obtained. Easy to produce.

本発明の実施形態であるフィラメント11の製造方法は、電界の印加時間が1秒以下である構成なので、分離させることなく、先端の曲率半径が100μm以下のフィラメントを1ステップで容易に作製できる。 Since the method for manufacturing the filament 11 according to the embodiment of the present invention has a configuration in which the electric field application time is 1 second or less, a filament having a radius of curvature of 100 μm or less can be easily produced in one step without separation.

本発明の実施形態であるフィラメントの製造方法は、前記2本の素線の直径が100μm以下である構成なので、先端の曲率半径が100μm以下のフィラメントを1ステップで容易に作製できる。 Since the filament manufacturing method according to the embodiment of the present invention has a configuration in which the diameter of the two strands is 100 μm or less, a filament having a radius of curvature of the tip of 100 μm or less can be easily manufactured in one step.

本発明の実施形態であるフィラメント及びその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The filament and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention are not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications within the scope of the technical idea of the present invention. Specific examples of this embodiment are shown in the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
<フィラメント作製>
まず、図5に示した素線保持治具に直径50μmのタングステン製の素線を取り付けた。
チューブとしては内径80μmのポリイミドチューブを用いた。
素線はこのポリイミドチューブ内を通し、チューブ出口から金属針側に2〜5mm突き出した。
Example 1
<Filament production>
First, a tungsten wire having a diameter of 50 μm was attached to the wire holding jig shown in FIG.
A polyimide tube having an inner diameter of 80 μm was used as the tube.
The strands passed through the polyimide tube and protruded 2 to 5 mm from the tube exit to the metal needle side.

次に、図6〜8に示した装置構成で電圧を印加して、1ステップで2本の高融点金属を溶接して、先端の尖ったフィラメントを作製した。   Next, a voltage was applied with the apparatus configuration shown in FIGS. 6 to 8, and two high-melting-point metals were welded in one step to produce a pointed filament.

具体的には、まず、2本の素線の軸中心をそろえて押し付けあうような力がかかるように突き合わせた。
このときの素線の突合せ角は20°とした。
Specifically, first, butting was performed so as to apply a force that aligned and pressed the axial centers of the two strands.
The butt angle of the strands at this time was 20 °.

素線の先端と金属針との間は、50μmだけ離した。
この状態で、印加電極側を金属針、接地電極側を素線として、金属針側に+電圧を加えた。非常に狭い電極間隔50μmに最大で10kVを印加した。
The tip of the strand and the metal needle were separated by 50 μm.
In this state, a positive voltage was applied to the metal needle side with the application electrode side as a metal needle and the ground electrode side as a wire. A maximum of 10 kV was applied to a very narrow electrode spacing of 50 μm.

高電圧電源は定格10kV,10mAで、パルス方式による出力制御と放電による電圧降下を瞬時に復帰することが可能ものを用いた。
電圧は5kV、印加電流は9mA、電圧の印加時間は0.6秒とした。
A high-voltage power supply with a rating of 10 kV and 10 mA was used which can instantaneously recover output control by a pulse method and voltage drop due to discharge.
The voltage was 5 kV, the applied current was 9 mA, and the voltage application time was 0.6 seconds.

上記の条件で金属針に高電圧を印加して、金属針と素線の突き合わせ部の間で大気圧放電を発生させた。 A high voltage was applied to the metal needle under the above conditions to generate an atmospheric pressure discharge between the metal needle and the wire butt.

この電源の特性から、グロー放電もしくは異常グロー放電域で放電が継続され、高融点金属細線が接合された。 Due to the characteristics of this power source, the discharge was continued in the glow discharge or abnormal glow discharge region, and the refractory metal fine wires were joined.

放電開始5秒前から放電終了5秒後まで、雰囲気調整ガス(シールドガス)として、100℃に加熱したCOを内径8mmのガスガイドから噴射した。
以上のようにして、高電圧放電により、素線を溶接して、実施例1のフィラメントを作製した。
From 5 seconds before the start of discharge to 5 seconds after the end of discharge, CO 2 heated to 100 ° C. was jetted from a gas guide having an inner diameter of 8 mm as an atmosphere adjusting gas (shield gas).
As described above, the filaments of Example 1 were manufactured by welding the strands by high voltage discharge.

(比較例1)
JEOL製JSM−5310LV型SEMに利用されているヘアピンフィラメントを用意し、これを比較例1のフィラメントとした。
(Comparative Example 1)
A hairpin filament used for JEOL JSM-5310LV SEM was prepared, and this was used as the filament of Comparative Example 1.

<フィラメント評価>
図11は、実施例1のフィラメントの写真であり、図11(a)はそのままの写真であり、図11(b)は曲率半径rj1を示した写真である。
実施例1のフィラメントの先端の曲率半径rj1は約19μmであった。
実施例1のフィラメントが非常に小さな曲率半径を持ったのは、溶接時の電界強度が影響したと考えている。
<Filament evaluation>
FIG. 11 is a photograph of the filament of Example 1, FIG. 11A is a photograph as it is, and FIG. 11B is a photograph showing the radius of curvature r j1 .
The curvature radius r j1 of the tip of the filament of Example 1 was about 19 μm.
The reason why the filament of Example 1 has a very small radius of curvature is considered to be due to the influence of the electric field strength during welding.

図12は、比較例1のフィラメントの写真であり、図12(a)はそのままの写真であり、図12(b)は曲率半径rh1を示した写真である。
比較例1のフィラメントの先端の曲率半径rh1は約200μmであった。
12 is a photograph of the filament of Comparative Example 1, FIG. 12 (a) is a photograph as it is, and FIG. 12 (b) is a photograph showing the radius of curvature r h1 .
The curvature radius r h1 of the tip of the filament of Comparative Example 1 was about 200 μm.

(1)、(2)式から、先端の曲率半径を小さくすると輝度は高くなるので、実施例1のフィラメントは、比較例1のフィラメントより先端の曲率半径を1桁小さくでき、ビームの絞り角を小さくして、クロスオーバーポイント(点光源)での輝度を高くでき、高輝度な電子線源となることが分かった。 From (1) and (2), the brightness increases when the radius of curvature of the tip is reduced. Therefore, the filament of Example 1 can have the radius of curvature of the tip one order of magnitude smaller than that of the filament of Comparative Example 1, and the beam aperture angle. It was found that the brightness at the crossover point (point light source) can be increased by reducing the height of the electron beam, resulting in an electron beam source with high brightness.

本発明のフィラメント及びその製造方法は、線径が100μm以下、50μmまでの素線を用いて先端の曲率半径が100μm以下のフィラメント及びその製造方法に関するものであり、熱電子の放出径を狭め、高輝度な電子線源となるフィラメントとして利用できるので、このような電子放出源を必要とするFED(電界放出ディスプレイ)製造産業、SEM製造産業、EPMA製造産業等において利用可能性がある。 The filament of the present invention and the manufacturing method thereof are related to a filament having a radius of curvature of 100 μm or less using a wire having a wire diameter of 100 μm or less and up to 50 μm, and a method for manufacturing the same. Since it can be used as a filament serving as a high-intensity electron beam source, it can be used in FED (field emission display) manufacturing industry, SEM manufacturing industry, EPMA manufacturing industry, etc. that require such an electron emission source.

11…フィラメント、21…溶融接合部、21a…先端、23、24…素線、25…素線、25a…一端、25b…他端、26…素線、69、70…素線保持治具、71、72…板状部材、71a…一面、71c、72c…孔、71d…側面、73、74…磁石、75、76…チューブ、75a…一端、75b…他端、77…金属針、78…電源、79…円筒形ガスガイド、125…素線、150…フィラメント、152…ウェーネルト、153…クロスオーバーポイント、155a、155b、156a…加工面、157…針状部材、161、162、163…従来の別のフィラメント、180…素線保持部材、181…板状部材、181c…孔、182…磁石。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Filament, 21 ... Fusion joined part, 21a ... Tip, 23, 24 ... Wire, 25 ... Wire, 25a ... One end, 25b ... Other end, 26 ... Wire, 69, 70 ... Wire holding jig, 71, 72: plate-like member, 71a: one surface, 71c, 72c ... hole, 71d ... side surface, 73, 74 ... magnet, 75, 76 ... tube, 75a ... one end, 75b ... other end, 77 ... metal needle, 78 ... Power source, 79 ... cylindrical gas guide, 125 ... wire, 150 ... filament, 152 ... Wenert, 153 ... crossover point, 155a, 155b, 156a ... machined surface, 157 ... needle members, 161, 162,163 ... conventional Of other filaments, 180 ... strand holding member, 181 ... plate-like member, 181c ... hole, 182 ... magnet.

Claims (9)

2本の素線を溶融接合することにより、接合部先端に向けて縮径され、前記先端の曲率半径が100μm以下であり、2本の素線の材料が同一の金属又は合金であることを特徴とするフィラメント。 By melting and joining two strands, the diameter is reduced toward the tip of the joint, the radius of curvature of the tip is 100 μm or less, and the material of the two strands is the same metal or alloy Characteristic filament. 前記材料の融点が2400℃以上であることを特徴とする請求項1に記載のフィラメント。 The filament according to claim 1, wherein the melting point of the material is 2400 ° C. or more. 前記材料がW、Reの群から選択されるいずれか一の金属又はこれらの金属の2種以上からなる合金であることを特徴とする請求項2に記載のフィラメント。 3. The filament according to claim 2, wherein the material is any one metal selected from the group of W and Re, or an alloy made of two or more of these metals. 前記材料が3%Re―W合金であることを特徴とする請求項3に記載のフィラメント。 The filament according to claim 3, wherein the material is a 3% Re—W alloy. 先端での垂線を含む断面において半楕円形状部分を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のフィラメント。   The filament according to any one of claims 1 to 4, wherein the filament has a semi-elliptical portion in a cross section including a perpendicular at the tip. 同一の金属又は合金からなる2本の素線の先端同士を20°以下の交差角で突き合わせ、前記2本の素線の先端に、金属針の先端を100μm以下に近づけてから、前記2本の素線の先端と前記金属針の先端との間に電界印加して、前記2本の素線の先端を高電圧放電溶接する工程を有することを特徴とするフィラメントの製造方法。 The ends of two wires made of the same metal or alloy are butted at a crossing angle of 20 ° or less, the tip of the metal needle is brought close to 100 μm or less to the tips of the two wires, and then the two wires A method for producing a filament, comprising the step of applying an electric field between the tip of the element wire and the tip of the metal needle to perform high-voltage discharge welding of the tip of the two element wires. 前記2本の素線の先端同士を1mN以上の押付圧で突き合わせてから、前記2本の素線の先端を溶接するまで、押付圧が0にならないことを特徴とする請求項6に記載のフィラメントの製造方法。 The pressing pressure does not become zero until the ends of the two strands are butted against each other with a pressing pressure of 1 mN or more until the ends of the two strands are welded. Filament manufacturing method. 印加電界が50V/μm以上であることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のフィラメントの製造方法。 The method for producing a filament according to claim 6 or 7, wherein the applied electric field is 50 V / µm or more. 前記2本の素線の直径が100μm以下であることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載のフィラメントの製造方法。

The method for producing a filament according to any one of claims 6 to 8, wherein a diameter of the two strands is 100 µm or less.

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