JP2975543B2 - 熱陰極構造体 - Google Patents
熱陰極構造体Info
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- JP2975543B2 JP2975543B2 JP31701094A JP31701094A JP2975543B2 JP 2975543 B2 JP2975543 B2 JP 2975543B2 JP 31701094 A JP31701094 A JP 31701094A JP 31701094 A JP31701094 A JP 31701094A JP 2975543 B2 JP2975543 B2 JP 2975543B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種イオン源、三極ス
パッタリング装置等の熱電子源や、Ｘ線発生装置用の熱
電子源等に用いられる熱陰極構造体に関する。
パッタリング装置等の熱電子源や、Ｘ線発生装置用の熱
電子源等に用いられる熱陰極構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオンビーム応用技術は半導体製造工程
や材料の表面改質の研究等に使用されており、熱陰極を
有する電子衝撃型イオン源が広く用いられている。これ
らの用途では、イオンビーム応用技術の多様化の要求に
沿い、所望の電流値が安定して得られるように、いろい
ろな形状・サイズの熱陰極構造体が開発されている。
や材料の表面改質の研究等に使用されており、熱陰極を
有する電子衝撃型イオン源が広く用いられている。これ
らの用途では、イオンビーム応用技術の多様化の要求に
沿い、所望の電流値が安定して得られるように、いろい
ろな形状・サイズの熱陰極構造体が開発されている。
【０００３】例えば、端子部を絶縁材料で被覆した螺旋
構造を有する導電性セラミックスをフィラメントとする
熱陰極構造体が特開昭63-216232号公報に開示されてい
るし、Ｘ線発生用の熱電子源として、平面型フィラメン
トを有する熱陰極構造体が特開平4-192242号公報に開示
されている。
構造を有する導電性セラミックスをフィラメントとする
熱陰極構造体が特開昭63-216232号公報に開示されてい
るし、Ｘ線発生用の熱電子源として、平面型フィラメン
トを有する熱陰極構造体が特開平4-192242号公報に開示
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】電子衝撃型イオン源装
置に熱陰極構造体を用いる場合、従来は、特開昭63-216
232号公報に例示されるような螺旋形状のフィラメント
を有する熱陰極構造体が適用されていた。しかし、アー
ク電流量が約１０Ａ以下の比較的小型の電子衝撃型イオ
ン源装置に用いようとすると、アーク電流を安定して得
ることができないという問題があり、本発明者らは、他
形状のフィラメントを有する熱陰極構造体を適用するこ
とを検討してきた。その結果、特開平4-192242号公報例
示の熱陰極構造体を用いるとき、安定してアーク電流を
発生することができるが、電子衝撃型イオン源装置の稼
働時の加熱昇温、冷却降温時に、又、時として、温度的
にはほぼ一定な使用条件下であっても短時間に破壊する
という問題があることが明かとなった。
置に熱陰極構造体を用いる場合、従来は、特開昭63-216
232号公報に例示されるような螺旋形状のフィラメント
を有する熱陰極構造体が適用されていた。しかし、アー
ク電流量が約１０Ａ以下の比較的小型の電子衝撃型イオ
ン源装置に用いようとすると、アーク電流を安定して得
ることができないという問題があり、本発明者らは、他
形状のフィラメントを有する熱陰極構造体を適用するこ
とを検討してきた。その結果、特開平4-192242号公報例
示の熱陰極構造体を用いるとき、安定してアーク電流を
発生することができるが、電子衝撃型イオン源装置の稼
働時の加熱昇温、冷却降温時に、又、時として、温度的
にはほぼ一定な使用条件下であっても短時間に破壊する
という問題があることが明かとなった。
【０００５】本発明者らは、これらの問題について鋭意
検討し、本発明に至ったものである。本発明の目的は、
比較的小型の電子衝撃型イオン源装置に用いた時に、ア
ーク電流を長期に渡って安定して得ることができる熱陰
極構造体を提供することである。
検討し、本発明に至ったものである。本発明の目的は、
比較的小型の電子衝撃型イオン源装置に用いた時に、ア
ーク電流を長期に渡って安定して得ることができる熱陰
極構造体を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、フィラメント
の端部の断面積が、該フィラメントの端部及び屈曲部を
除いた部分での断面積よりも大きいことを特徴とする熱
陰極構造体である。更に詳しくは、フィラメントの端部
の断面積が、該フィラメントの端部及び屈曲部を除いた
部分での断面積の１倍を越えて３倍以下、屈曲部の断面
積が、該フィラメントの端部及び屈曲部を除いた部分で
の断面積の１倍を越えて３倍以下であることを特徴とす
る熱陰極構造体である。
の端部の断面積が、該フィラメントの端部及び屈曲部を
除いた部分での断面積よりも大きいことを特徴とする熱
陰極構造体である。更に詳しくは、フィラメントの端部
の断面積が、該フィラメントの端部及び屈曲部を除いた
部分での断面積の１倍を越えて３倍以下、屈曲部の断面
積が、該フィラメントの端部及び屈曲部を除いた部分で
の断面積の１倍を越えて３倍以下であることを特徴とす
る熱陰極構造体である。
【０００７】以下、本発明について、図を例示しながら
説明する。
説明する。
【０００８】図１は、本発明に係わる熱陰極構造体であ
る。図２、図４、図５及び図６に例示する導電性セラミ
ックスからなるフィラメント１がその端部８で、ボルト
３により、導電端子６に固定される。この導電端子６
は、電気絶縁性セラミックスからなる端子台４に固定さ
れる。又、ボルト３とフィラメント１の間には、ワッシ
ャー２が挟持される。尚、図３は参考例である。
る。図２、図４、図５及び図６に例示する導電性セラミ
ックスからなるフィラメント１がその端部８で、ボルト
３により、導電端子６に固定される。この導電端子６
は、電気絶縁性セラミックスからなる端子台４に固定さ
れる。又、ボルト３とフィラメント１の間には、ワッシ
ャー２が挟持される。尚、図３は参考例である。
【０００９】本発明において、フィラメントを構成する
導電性セラミックスとは、アルカリ土類金属及び原子番
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。
導電性セラミックスとは、アルカリ土類金属及び原子番
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。
【００１０】熱陰極構造体は、その使用に際しては、導
電端子６よりフィラメント１に電流を流し、それにより
発生する熱でフィラメント１自身を１０００〜１６００
℃に加熱することで熱電子を放射させるので、フィラメ
ント１からの輻射熱や伝導熱により、ボルト３、端子台
４、導電端子６及びワッシャー２をはじめとする各部材
の温度が上昇する。
電端子６よりフィラメント１に電流を流し、それにより
発生する熱でフィラメント１自身を１０００〜１６００
℃に加熱することで熱電子を放射させるので、フィラメ
ント１からの輻射熱や伝導熱により、ボルト３、端子台
４、導電端子６及びワッシャー２をはじめとする各部材
の温度が上昇する。
【００１１】従って、使用条件下で、フィラメント１
は、各部材がそれを構成する材料それぞれに固有の物性
と配置位置に原因して異なる膨張を示すこと、又、フィ
ラメント１自身がその端部で急激な温度分布を有するこ
と、更に、フィラメント１は、使用条件下での蒸発やイ
オンによるスパッター等により消耗してゆくし、他の電
極部材からの蒸着物がフィラメント上に堆積し反応する
こともあり、複雑な応力を受けて、時として、破壊に至
ることがある。
は、各部材がそれを構成する材料それぞれに固有の物性
と配置位置に原因して異なる膨張を示すこと、又、フィ
ラメント１自身がその端部で急激な温度分布を有するこ
と、更に、フィラメント１は、使用条件下での蒸発やイ
オンによるスパッター等により消耗してゆくし、他の電
極部材からの蒸着物がフィラメント上に堆積し反応する
こともあり、複雑な応力を受けて、時として、破壊に至
ることがある。
【００１２】本発明者らの検討によれば、フィラメント
１の破壊は、二箇所で生じることが多い。即ち、一箇所
はフィラメント１の端部８に位置する導電端子との接合
部１１及びその近傍であり、他は、フィラメント１の屈
曲部９及びその近傍である。
１の破壊は、二箇所で生じることが多い。即ち、一箇所
はフィラメント１の端部８に位置する導電端子との接合
部１１及びその近傍であり、他は、フィラメント１の屈
曲部９及びその近傍である。
【００１３】前者で破壊が生じる原因については、熱陰
極構造体の使用条件下での温度変化に伴って発生する熱
応力により、或いは、電極部材からの蒸着物との反応に
よりフィラメントが消耗して破壊するものであり、後者
の原因については、使用条件下でのフィラメント自体の
蒸発、或いは、イオンによるスパッターにより屈曲部９
でフィラメントが消耗し次第に熱応力に抗することがで
きなくなるものと推察される。
極構造体の使用条件下での温度変化に伴って発生する熱
応力により、或いは、電極部材からの蒸着物との反応に
よりフィラメントが消耗して破壊するものであり、後者
の原因については、使用条件下でのフィラメント自体の
蒸発、或いは、イオンによるスパッターにより屈曲部９
でフィラメントが消耗し次第に熱応力に抗することがで
きなくなるものと推察される。
【００１４】図２は、本発明に係わる熱陰極構造体に用
いられるフィラメントを例示した平面図であり、上記の
推察に基づき、フィラメント１の電極との接合部１１と
なる端部８で、その断面積を大きくした特徴がある。こ
こで、本発明のフィラメント１の端部８の断面積は、ボ
ルトを貫通できる穴を有する接合部１１に於ける断面積
を示すものでなく、フィラメントに属し接合部１１に相
対する部分の断面積を示し、より具体的には、フィラメ
ントの接合部１１より１ｍｍ離れた部分での断面積を示
す。尚、図３は参考例を示した平面図であり、フィラメ
ント１の屈曲部９で、その断面積を大きくした特徴があ
る。
いられるフィラメントを例示した平面図であり、上記の
推察に基づき、フィラメント１の電極との接合部１１と
なる端部８で、その断面積を大きくした特徴がある。こ
こで、本発明のフィラメント１の端部８の断面積は、ボ
ルトを貫通できる穴を有する接合部１１に於ける断面積
を示すものでなく、フィラメントに属し接合部１１に相
対する部分の断面積を示し、より具体的には、フィラメ
ントの接合部１１より１ｍｍ離れた部分での断面積を示
す。尚、図３は参考例を示した平面図であり、フィラメ
ント１の屈曲部９で、その断面積を大きくした特徴があ
る。
【００１５】図４は、本発明に係わる熱陰極構造体に用
いられるフィラメントの別の一例を示した平面図であ
る。接合部１１に近接する端部８とともに、屈曲部９に
おいても、断面積を大きくした特徴がある。図５、図６
はフィラメント１の厚みが、端部８及び屈曲部９で、厚
く加工することで、これらの部分の断面積を大きくした
一例を示す。
いられるフィラメントの別の一例を示した平面図であ
る。接合部１１に近接する端部８とともに、屈曲部９に
おいても、断面積を大きくした特徴がある。図５、図６
はフィラメント１の厚みが、端部８及び屈曲部９で、厚
く加工することで、これらの部分の断面積を大きくした
一例を示す。
【００１６】端部における断面積と端部及び屈曲部を除
いた部分での断面積との割合、及び、屈曲部の断面積と
端部及び屈曲部を除いた部分での断面積との割合につい
ては、いずれも、1倍を越えて3倍以下であれば良い。
いた部分での断面積との割合、及び、屈曲部の断面積と
端部及び屈曲部を除いた部分での断面積との割合につい
ては、いずれも、1倍を越えて3倍以下であれば良い。
【００１７】強度的に補強するという目的より、これら
の比が1倍を越えていることは必須である。一方、端部
における断面積と端部及び屈曲部を除いた部分の断面積
との割合、或いは、屈曲部の断面積と端部及び屈曲部を
除いた部分の断面積との割合が3倍を越える場合には、
従来の断面積が一定の形状のものに較べる時に、同じア
ーク電流を得ようとしても、加熱に要する電流が極度に
大きくなり、実用的でないことを実験的に見いだしたも
のである。
の比が1倍を越えていることは必須である。一方、端部
における断面積と端部及び屈曲部を除いた部分の断面積
との割合、或いは、屈曲部の断面積と端部及び屈曲部を
除いた部分の断面積との割合が3倍を越える場合には、
従来の断面積が一定の形状のものに較べる時に、同じア
ーク電流を得ようとしても、加熱に要する電流が極度に
大きくなり、実用的でないことを実験的に見いだしたも
のである。
【００１８】本発明において用いられるフィラメントの
形状については、図５や図６に例示するように、端部の
厚みが変更されたものや、逆に、端部以外の部分でその
一部の厚みが変化しているもの等が含まれる。
形状については、図５や図６に例示するように、端部の
厚みが変更されたものや、逆に、端部以外の部分でその
一部の厚みが変化しているもの等が含まれる。
【００１９】本発明に用いる端子台４の材質としては、
ＢＮ、アルミナ、シリカ等の電気絶縁性のセラミックス
が用いられる。導電端子６には、モリブデン、タングス
テン、タンタル等の高融点金属或いはカーボン等の導電
性セラミックスが用いられるが、使用する温度が低い場
合には、ステンレス、銅、アルミニウム等の汎用金属も
用いることができる。又、ボルト３、５及びワッシャー
２、７についても、同様である。
ＢＮ、アルミナ、シリカ等の電気絶縁性のセラミックス
が用いられる。導電端子６には、モリブデン、タングス
テン、タンタル等の高融点金属或いはカーボン等の導電
性セラミックスが用いられるが、使用する温度が低い場
合には、ステンレス、銅、アルミニウム等の汎用金属も
用いることができる。又、ボルト３、５及びワッシャー
２、７についても、同様である。
【００２０】以下、実施例にて、本発明を更に詳しく説
明する。
明する。
【００２１】
〔実施例１〕気孔率10％のＬａＢ6焼結体から、ワイヤ
ーカット放電加工法にて、厚さ1.0ｍｍ(大きさ20ｍｍ×
20ｍｍ)の平板を切り出した後、図２の平面状のフィラ
メントを切り出した。電極接合部となる両端部において
は、その幅を2.3ｍｍとし、それ以外の部分の幅を1.0ｍ
ｍとした。上記のフィラメントを用い、熱陰極構造体を
組み立てた後、4×10-6Torrの真空中において、1350℃
〜1650℃の温度領域内で、昇降温速度が100℃／8分とな
るように加熱電力を制御しながら、加熱冷却を100回繰
り返したが、何等異常は認められなかった。次に、電子
衝撃型イオン源装置内にセットして、1×10-4Torrの真
空下、温度1550℃に加熱し、プラズマを発生した。500
時間の使用後においても、何等異常は認められなかっ
た。
ーカット放電加工法にて、厚さ1.0ｍｍ(大きさ20ｍｍ×
20ｍｍ)の平板を切り出した後、図２の平面状のフィラ
メントを切り出した。電極接合部となる両端部において
は、その幅を2.3ｍｍとし、それ以外の部分の幅を1.0ｍ
ｍとした。上記のフィラメントを用い、熱陰極構造体を
組み立てた後、4×10-6Torrの真空中において、1350℃
〜1650℃の温度領域内で、昇降温速度が100℃／8分とな
るように加熱電力を制御しながら、加熱冷却を100回繰
り返したが、何等異常は認められなかった。次に、電子
衝撃型イオン源装置内にセットして、1×10-4Torrの真
空下、温度1550℃に加熱し、プラズマを発生した。500
時間の使用後においても、何等異常は認められなかっ
た。
【００２２】〔参考例〕実施例１と同様な操作で、気孔
率が約１０％のＬａＢ６焼結体からなる図３の平面状の
フィラメントを作製した。加工にあたり、屈曲部の幅は
１．３ｍｍとなるようにし、その他の部分の幅は１．０
ｍｍとした。このフィラメントを用いて熱陰極構造体を
組立て、実施例１と同様に、加熱冷却を繰り返し、更
に、プラズマを発生させた。いずれの操作後において
も、何等異常が認められなかった。
率が約１０％のＬａＢ６焼結体からなる図３の平面状の
フィラメントを作製した。加工にあたり、屈曲部の幅は
１．３ｍｍとなるようにし、その他の部分の幅は１．０
ｍｍとした。このフィラメントを用いて熱陰極構造体を
組立て、実施例１と同様に、加熱冷却を繰り返し、更
に、プラズマを発生させた。いずれの操作後において
も、何等異常が認められなかった。
【００２３】〔実施例２〕実施例１と同様な操作で、気
孔率が約１０％のＬａＢ６焼結体からなり、図４の形状
の平面状のフィラメントを作製した。加工にあたり、両
端部分の幅は２．３ｍｍに、屈曲部の幅は１．３ｍｍと
なるようにし、その他の部分の幅は１．０ｍｍとした。
このフィラメントを用いて熱陰極構造体を組立て、実施
例１と同様に、加熱冷却を繰り返し、更に、プラズマを
発生させた。いずれの操作後においても、何等異常が認
められなかった。
孔率が約１０％のＬａＢ６焼結体からなり、図４の形状
の平面状のフィラメントを作製した。加工にあたり、両
端部分の幅は２．３ｍｍに、屈曲部の幅は１．３ｍｍと
なるようにし、その他の部分の幅は１．０ｍｍとした。
このフィラメントを用いて熱陰極構造体を組立て、実施
例１と同様に、加熱冷却を繰り返し、更に、プラズマを
発生させた。いずれの操作後においても、何等異常が認
められなかった。
【００２４】〔比較例１〕実施例１と同様な操作で、気
孔率が約10％のＬａＢ6焼結体からなるが、従来より知
られている図７の形状を有する平面状のフィラメントを
作製した。これを実施例１と同様に熱陰極構造体に組立
た後、実施例１と同じ加熱冷却を繰り返したところ18回
経過後に断線を生じた。断線は、電極接合部に近い部分
で生じていた。
孔率が約10％のＬａＢ6焼結体からなるが、従来より知
られている図７の形状を有する平面状のフィラメントを
作製した。これを実施例１と同様に熱陰極構造体に組立
た後、実施例１と同じ加熱冷却を繰り返したところ18回
経過後に断線を生じた。断線は、電極接合部に近い部分
で生じていた。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、たとえば、比較的小型
の電子衝撃型イオン源装置に用いた時に、熱応力による
破壊などが起きにくく、アーク電流を長期に渡り、安定
して得ることができる熱陰極構造体が得られる。本発明
の熱陰極構造体は、上記の用途以外の各種イオン源装
置、三極スパッターリング装置、電子ビーム溶接装置、
電子ビーム溶解装置等に用いるに適する。
の電子衝撃型イオン源装置に用いた時に、熱応力による
破壊などが起きにくく、アーク電流を長期に渡り、安定
して得ることができる熱陰極構造体が得られる。本発明
の熱陰極構造体は、上記の用途以外の各種イオン源装
置、三極スパッターリング装置、電子ビーム溶接装置、
電子ビーム溶解装置等に用いるに適する。
【図１】本発明の熱陰極構造体の立面図と側面図。
【図２】本発明の熱陰極構造体に用いられるフィラメン
トの一例の平面図。
トの一例の平面図。
【図３】熱陰極構造体に用いられるフィラメントの参考
例の平面図。
例の平面図。
【図４】本発明の熱陰極構造体に用いられるフィラメン
トの一例の平面図。
トの一例の平面図。
【図５】本発明の熱陰極構造体に用いられるフィラメン
トの一例の平面図と側面図。
トの一例の平面図と側面図。
【図６】本発明の熱陰極構造体に用いられるフィラメン
トの一例の平面図と側面図。
トの一例の平面図と側面図。
【図７】従来の熱陰極構造体に用いられたフィラメント
の平面図と側面図。
の平面図と側面図。
１ フィラメント ２ ワッシャー ３ ボルト ４ 端子台 ５ ボルト ６ 導電端子 ７ ワッシャー ８ フィラメントの端部 ９ フィラメントの屈曲部 １０ 導電線取付用ネジ穴 １１ フィラメントの導電端子との接合部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 1/16 H01J 35/06 H01J 37/08
Claims (2)
- 【請求項１】フィラメントの端部の断面積が、該フィラ
メントの端部及び屈曲部を除いた部分での断面積よりも
大きいことを特徴とする熱陰極構造体。 - 【請求項２】 フィラメントの端部の断面積が、該フィラ
メントの端部及び屈曲部を除いた部分での断面積の１倍
を越え３倍以下であり、屈曲部の断面積が、該フィラメ
ントの端部及び屈曲部を除いた部分での断面積の１倍を
越え３倍以下である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 |
|---|---|---|---|
| JP31701094A JP2975543B2 (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 熱陰極構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31701094A JP2975543B2 (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 熱陰極構造体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08171848A JPH08171848A (ja) | 1996-07-02 |
| JP2975543B2 true JP2975543B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=18083410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31701094A Expired - Fee Related JP2975543B2 (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 熱陰極構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2975543B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6630774B2 (en) | 2001-03-21 | 2003-10-07 | Advanced Electron Beams, Inc. | Electron beam emitter |
| JP2004192903A (ja) * | 2002-12-10 | 2004-07-08 | Prazmatec:Kk | 電子銃 |
| KR100505040B1 (ko) * | 2003-12-19 | 2005-07-29 | 삼성전자주식회사 | 이온 소스 및 이를 갖는 이온 주입 장치 |
| KR101372915B1 (ko) * | 2009-10-08 | 2014-03-11 | 가부시키가이샤 알박 | 전자총용 필라멘트 및 이의 제조 방법 |
| CN103268851B (zh) * | 2012-05-21 | 2015-12-30 | 核工业北京地质研究院 | 热电离飞行时间质谱仪及热电离飞行时间质谱分析方法 |
| US20180182589A1 (en) * | 2015-06-24 | 2018-06-28 | Shimadzu Corporation | X-ray tube device and negative electrode |
-
1994
- 1994-12-20 JP JP31701094A patent/JP2975543B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08171848A (ja) | 1996-07-02 |
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