JP3929841B2 - Accelerating tube electrode - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子やイオン等の荷電粒子を多段的に加速する加速管用電極に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子顕微鏡には電子等の荷電粒子を加速するための加速管が使用されている。この加速管に設けられる加速管用電極の第一の電極部材を図2の正面図と図3の断面図に示し、また、加速管の基本構成を図4の断面図に示す。第一の電極部材と金属部材の中心軸方向からの断面図を図5に示す。図2、図3、図4、図5において、1は第一の電極部材、1aは切欠き、1bは貫通孔、2は金属部材、2aは金属部材2の中央部、2bは金属部材2の両端部、3は第二の電極部材、5は絶縁リング、6は凸部、7は溝、8は突起であり、主にこれらで加速管は構成されている。
【0003】
加速管用電極は、図2〜図5に示すように、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金等の金属から成る略円環状とされ、内周面に全周にわたって周方向に溝7が形成されているとともにその溝7の一方の側壁を貫通する切欠き1aが略等間隔でn個(nは2以上の整数)形成されている第一の電極部材1と、略棒状の中央部およびその中央部2aから互いに反対方向に鉤状に延設された両端部2bから成り、第一の電極部材1の溝7の切欠き1a間の対向する側壁に所定距離ずらしてそれぞれ形成された貫通孔1aに両端部2bを挿入され、溶接等によって取着されたステンレス等の金属材料から成る金属部材2と、第一の電極部材1の内側に嵌入される略円筒形とされているとともに外周面の周方向に並んで略等間隔でn個の突起8が形成され、そのn個の突起8を複数の切欠き1bから溝7にそれぞれ挿入して溝7内を周方向に移動させ金属部材2に当接させることにより位置決めされるステンレスもしくはパーマロイ等の金属から成る第二の電極部材3とを具備している。
【0004】
なお、第一の電極部材1は、アルミナセラミックス等の電気絶縁材料から成る絶縁リング5と、これらの中心軸が実質的に一致するようにして、かつ第一の電極部材1の間に絶縁リング5が挟まれるようにして銀(Ag)−銅(Cu)ろう等のろう材を介して取着されており、両端に位置する第一の電極部材1に溶接によりステンレス等の金属から成る取り付け用フランジ(図示せず)を取着させることによって、加速管が電子顕微鏡内等に配置されるようになっている。
【0005】
上記の構成により、加速管は、各電極間に高電圧を印加するとともに内部空間に電子流を流すと、その電子は各電極により形成される電場によって大きく加速され、これによって加速管として機能する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような加速管用電極においては、第一の電極部材1と絶縁リング5とをAg−Cuろう等のろう材でろう付けする際に、第一の電極部材1と金属部材2の両端部2bとの溶接部(図5)に両者の熱膨張係数の差に起因する大きな応力が発生し、その応力によって第一の電極部材1における金属部材2の溶接部付近にクラックや割れ等が発生し、第一の電極部材1で第二の電極部材3を保持できなくなるという問題があった。また、金属部材2の両端部2bの端面が溶接によって凸部6(図5)となり、凸部6に電界が集中し、放電し易くなるという問題があった。
【0007】
本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、第一の電極部材と金属部材の接合部のクラックや割れ等を抑制し、第一の電極部材と金属部材の接合を強固にして信頼性の高いものとすることにある。また、両者の溶接部の凸部で発生する電界の集中を抑制し、放電を有効に防止し、電子等の荷電粒子を所定の速度に確実かつ安定的に加速できるとともに、所定方向に確実かつ安定的にビームを発生できるものとすることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の加速管用電極は、断面形状が略四角形の略円環状とされ、内周面に全周にわたって周方向に溝が形成されているとともに該溝の一方の側面とそれに対向する側面とを貫通する切欠きが略等間隔でn個(nは2以上の整数)形成された第一の電極部材と、略棒状の中央部および該中央部から互いに反対方向に鉤状に延設された両端部から成り、前記切欠き間に位置する前記溝の対向する側面に所定距離ずらしてそれぞれ形成された、前記溝の一方の側面とそれに対向する側面とを貫通する貫通孔に前記両端部が挿入されロウ付けされた金属部材と、前記第一の電極部材の内側に嵌入される略円筒形とされているとともに外周面の周方向に並んで略等間隔でn個の突起が形成され、該n個の突起を前記切欠きから前記溝にそれぞれ挿入して前記溝内を周方向に移動させ前記金属部材に当接させることにより位置決めされる第二の電極部材とを具備しており、前記金属部材は、前記両端部の端面と前記第一の電極部材の側面とそれらの間のロウ材の表面とが略面一になっていることを特徴とする。
【0009】
本発明の加速管用電極は、金属部材が、両端部の端面と第一の電極部材の側面とそれらの間のロウ材の表面とが略面一になっていることから、第一の電極部材と金属部材との間に熱膨張係数差に起因する大きな応力が発生しても、これをろう材により緩和することができ、応力によって両者の接合部にクラックや割れ等が発生することが有効に抑えられる。従って、第一の電極部材と金属部材の接合を強固にして信頼性の高い加速管とすることができる。
【0010】
また、両者をろう付けすることによって第一の電極部材の溝の側面の貫通孔と金属部材の両端部との隙間を埋めることができ、金属部材の両端部の端面と第一の電極部材の側面とそれらの間のロウ材の表面とが略面一になるため、第一の電極部材と金属部材の接合部に電界が集中しにくくなり、大きな放電に発展しにくい。そのため、電子等の荷電粒子を所定の速度に確実かつ安定的に加速できるとともに、所定方向に確実かつ安定的にビームを発生できるという作用効果を有する。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の加速管用電極について以下に詳細に説明する。加速管用電極の第一の電極部材と金属部材の接合部を第一の電極部材の中心軸方向からみた断面図を図1に示す。図2は第一の電極部材の正面図、図3は第一の電極部材の断面図、図4は加速管の基本構成を示す断面図である。これらの図において、1は第一の電極部材、1aは切欠き、1bは貫通孔、2は金属部材、2aは金属部材2の中央部、2bは金属部材2の両端部、3は第二の電極部材、4はロウ材、5は絶縁リング、7は溝、8は突起であり、主にこれらで加速管用電極は構成されている。なお、図1〜図4において、図5と同じ部位には同じ符号を付している。
【0012】
本発明の加速管用電極は、断面形状が略四角形の略円環状とされ、内周面に全周にわたって周方向に溝7が形成されているとともに溝7の一方の側面とそれに対向する側面とを貫通する切欠き1aが略等間隔でn個(nは2以上の整数)形成された第一の電極部材1と、略棒状の中央部2aおよび中央部2aから互いに反対方向に鉤状に延設された両端部2bから成り、切欠き1a間に位置する溝7の対向する側面に所定距離ずらしてそれぞれ形成された、溝7の一方の側面とそれに対向する第一の電極部材1の側面とを貫通する貫通孔1bに両端部2bが挿入されロウ付けされた金属部材2と、第一の電極部材1の内側に嵌入される略円筒形とされているとともに外周面の周方向に並んで略等間隔でn個の突起が形成され、n個の突起を切欠き1aから溝7にそれぞれ挿入して溝7内を周方向に移動させ金属部材2に当接させることにより位置決めされる第二の電極部材3とを具備し、金属部材2は、両端部2bの端面と第一の電極部材1の側面とそれらの間のロウ材4の表面とが略面一になっている。
【0013】
なお、図4に示すように第一の電極部材1は、アルミナセラミックス等の電気絶縁材料から成る絶縁リング5と、これらの中心軸が実質的に一致するようにして、かつ第一の電極部材1の間に絶縁リング5が挟まれるようにしてAg−Cuろう等のろう材を介して取着されており、両端に位置する第一の電極部材1に溶接によりステンレス等の金属から成る取り付け用フランジ(図示せず)を取着させることによって加速管が電子顕微鏡内等に配置されるようになっている。この絶縁リング5は、各加速管用電極の電気的絶縁をとる作用をなす。
【0014】
また、第一の電極部材1は、それぞれに高電圧が印加されることにより、その内部空間に電子を加速するための電場を形成するものであり、真空容器とされているか真空装置内に設けられる。この第一の電極部材1は、Fe−Ni−Co合金等の金属から成り、例えばFe−Ni−Co合金等のインゴット(塊)を圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法により所定の円環状に加工することによって製作される。
【0015】
第一の電極部材1は、断面形状が略四角形の略円環状とされ、内周面に全周にわたって周方向に溝7が形成されているとともにその溝7の一方の側面とそれに対向する一方の側面とを貫通する切欠き1aが略等間隔でn個(nは2以上の整数)形成されており、溝7の一方の側面を貫通する切欠き1aから、第二の電極部材3の外周面の周方向に並んで略等間隔でn個形成された突起8を、溝7にそれぞれ挿入して溝7内を周方向に移動させるようになっている。
【0016】
切欠き1aの個数は5以下がよく、5個を超えると、第二の電極部材3を各切欠き1aの位置に同時に合わせてはめ込むことがし難くなる。
【0017】
なお、第一の電極部材1は断面形状が略四角形の略円環状であるが、円板状の中央部に円形の貫通孔が形成された形状のものであり、その環部の断面形状が略四角形である。
【0018】
そして、溝7の切欠き1a間に位置する溝7の対向する側面に所定距離ずらしてそれぞれ形成された、溝7の側面とそれに対向する第一の電極部材1の側面とを貫通する貫通孔1bに、金属部材2の両端部2bが挿入されAg−Cuろう等のろう材4を介して接合される。この場合、両者の隙間がろう材4によって埋まるようになっている。
【0019】
第一の電極部材1と金属部材2をAg−Cuろう等のろう材4でろう付けすることによって、ろう付け時の両者の熱膨張係数差によって生じる応力を吸収緩和することができる。また、両者の隙間をろう材4によって埋めることができるので、従来の溶接による接合より強固に接合できる。
【0020】
金属部材2は、略棒状の中央部2aおよびその中央部2aから互いに反対方向に鉤状に延設された両端部2bから成り、その金属部材2に第二の電極部材3の外周面の周方向に並んで略等間隔で形成されたn個の突起8が当接し固定されることによって、第二の電極部材3の位置が決められる。また金属部材2は、第二の電極部材3の外周面の突起8が当接して固定される際のショックを吸収するために、ばね用ステンレス鋼(JIS G 4314)等から成る。
【0021】
金属部材2は、その両端部2bが第一の電極部材1の溝7の貫通孔1bに挿入されろう材4を介して接合されているが、金属部材2の両端部2bの端面とその端面の周囲の余分なろう材4を旋盤等を用いた機械加工で研削、研磨等することによって、両端部2bの端面と第一の電極部材1の側面とが略面一になるように仕上げられている。これにより、金属部材2の両端部2bの端面およびロウ材4の表面が突出しないため、両者の接合部に電界が集中しにくくなり、大きな放電に発展しにくいため、電子等の荷電粒子を所定の速度に確実かつ安定的に加速できるとともに、所定方向に確実かつ安定的にビームを発生できる。
【0022】
また金属部材2は、断面の直径が0.7mm程度の棒状(円柱状)で長さが16mm程度のものであり、両端部2bの長さは全体の30%程度である。従って、溝7の対向する側面に形成された2つの貫通孔1b間の距離は、11.2mm程度となる。また、図1のように、金属部材2の中央部2aの略半分は溝7の周方向に対して端部2b側へ若干傾斜しており(15〜25°程度)、この傾斜部と溝7内面とで突起8を挟むようにして固定し、第二の電極部材3を位置決めする。
【0023】
第二の電極部材3は、その内部空間の軸方向に電子等を加速させるものであり、加速管の外部の高電圧発生回路で発生した交流磁場によって電子線が偏向されにくくするようになっている。つまり、交流磁場による偏向を防止するために、磁場シールドに効果のあるパーマロイ(JIS C 2351)等の金属材から成る。
【0024】
かくして、本発明の加速管用電極によれば、第一の電極部材1と金属部材2との接合部の隙間を埋めてろう付けすることによって、両者の熱膨張係数差に起因する応力を吸収緩和し、両者を強固に接合できる。また、金属部材2の両端部2bの端面とその端面の周囲のろう材4を第一の電極部材1の側面に略面一になるようにしているため、第一の電極部材1と金属部材2との接合部に電界が集中しにくくなり、大きな放電に発展しにくくなる。従って、各加速管用電極に所定の高電圧を印加して加速管内部に所定の電場を形成し、加速管の内部空間に電子流を発生させる際に、電子流は電場によって所定方向、所定速度に安定的に加速される。
【0025】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。
【0026】
【発明の効果】
本発明の加速管用電極は、断面形状が略四角形の略円環状とされ、内周面に全周にわたって周方向に溝が形成されているとともに溝の一方の側面とそれに対向する側面とを貫通する切欠きが略等間隔でn個(nは2以上の整数)形成された第一の電極部材と、略棒状の中央部および中央部から互いに反対方向に鉤状に延設された両端部から成り、切欠き間に位置する溝の対向する側面に所定距離ずらしてそれぞれ形成された、溝の一方の側面とそれに対向する第一の電極部材の側面とを貫通する貫通孔に両端部が挿入されロウ付けされた金属部材と、第一の電極部材の内側に嵌入される略円筒形とされているとともに外周面の周方向に並んで略等間隔でn個の突起が形成され、n個の突起を切欠きから溝にそれぞれ挿入して溝内を周方向に移動させ金属部材に当接させることにより位置決めされる第二の電極部材とを具備し、金属部材は、両端部の端面と第一の電極部材の側面とそれらの間のロウ材の表面とが略面一になっていることにより、第一の電極部材と金属部材との間に熱膨張係数差に起因する大きな応力が発生しても、これをろう材により緩和することができ、応力によって両者の接合部にクラックや割れ等が発生することが有効に抑えられる。従って、第一の電極部材と金属部材の接合を強固にして信頼性の高い加速管とすることができる。
【0027】
また、両者をろう付けすることによって第一の電極部材の溝の側面の貫通孔と金属部材の両端部との隙間を埋めることができ、金属部材の両端部の端面と第一の電極部材の側面とそれらの間のロウ材の表面とが略面一になるため、第一の電極部材と金属部材の接合部に電界が集中しにくくなり、大きな放電に発展しにくい。そのため、電子等の荷電粒子を所定の速度に確実かつ安定的に加速できるとともに、所定方向に確実かつ安定的にビームを発生できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の加速管用電極について実施の形態の例を示し、第一の電極部材と金属部材との接合構造を示す断面図である。
【図2】本発明の加速管用電極における第一の電極部材の正面図である。
【図3】図2の第一の電極部材の断面図である。
【図4】加速管の基本構成を示す断面図である。
【図5】従来の加速管用電極における第一の電極部材と金属部材との接続構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1:第一の電極部材
1a:切り欠き
2:金属部材
3:第二の電極部材
4:ろう材
7:溝
8:突起[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode for an acceleration tube that accelerates charged particles such as electrons and ions in multiple stages.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an acceleration tube for accelerating charged particles such as electrons has been used in an electron microscope. A first electrode member of an acceleration tube electrode provided in the acceleration tube is shown in a front view of FIG. 2 and a sectional view of FIG. 3, and a basic configuration of the acceleration tube is shown in a sectional view of FIG. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the first electrode member and the metal member from the central axis direction. 2, 3, 4, and 5, 1 is a first electrode member, 1 a is a notch, 1 b is a through hole, 2 is a metal member, 2 a is a central portion of the
[0003]
As shown in FIGS. 2 to 5, the acceleration tube electrode has a substantially annular shape made of a metal such as iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy, and has a circumferential direction on the entire inner circumferential surface. A
[0004]
The
[0005]
With the above configuration, when an accelerating tube applies a high voltage between the electrodes and causes an electron flow to flow in the internal space, the electrons are greatly accelerated by the electric field formed by the electrodes, thereby functioning as an accelerating tube. .
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the electrode for an acceleration tube as described above, when the
[0007]
The present invention has been completed in view of the above-mentioned problems in the prior art, and its purpose is to suppress cracks and cracks at the joint between the first electrode member and the metal member, It is to make the joining of metal members strong and to have high reliability. In addition, the concentration of the electric field generated at the projections of both welds is suppressed, discharge is effectively prevented, charged particles such as electrons can be reliably and stably accelerated to a predetermined speed, and reliably in a predetermined direction. It is to be able to generate a beam stably.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The electrode for an acceleration tube of the present invention has a substantially annular shape with a substantially square cross section, and a groove is formed in the circumferential direction on the entire inner circumferential surface, and one side surface of the groove and a side surface facing the groove are formed. A first electrode member having n notches penetrating therethrough (n is an integer of 2 or more) formed at substantially equal intervals, a substantially rod-shaped central portion, and extending from the central portion in a bowl shape in opposite directions to each other The both end portions are formed in a through-hole that passes through one side surface of the groove and the side surface facing the groove, each formed by shifting a predetermined distance to the opposite side surface of the groove located between the notches. Inserted and brazed metal member, and a substantially cylindrical shape fitted inside the first electrode member, and n projections are formed at substantially equal intervals along the circumferential direction of the outer peripheral surface, The n protrusions are respectively inserted into the grooves from the notches. A second electrode member positioned by moving in the circumferential direction in the groove and abutting against the metal member, and the metal member includes end surfaces of the both end portions and the first electrode member. The side surfaces of the metal plate and the surface of the brazing material between them are substantially flush with each other.
[0009]
In the acceleration tube electrode according to the present invention, the metal member has the first electrode member because the end surfaces of both ends, the side surfaces of the first electrode member, and the surface of the brazing material therebetween are substantially flush. Even if a large stress due to the difference in thermal expansion coefficient occurs between the metal and the metal member, it can be mitigated by the brazing material, and it is effective that cracks and cracks occur at the joint between the two due to the stress Can be suppressed. Therefore, the first electrode member and the metal member can be firmly joined to obtain a highly reliable acceleration tube.
[0010]
Also, by brazing both, the gap between the through hole on the side surface of the groove of the first electrode member and both ends of the metal member can be filled, and the end surface of both ends of the metal member and the first electrode member Since the side surfaces and the surface of the brazing material between them are substantially flush, the electric field is less likely to concentrate at the joint between the first electrode member and the metal member, and it is difficult to develop a large discharge. For this reason, charged particles such as electrons can be reliably and stably accelerated to a predetermined speed, and the beam and the beam can be generated reliably and stably in a predetermined direction.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The acceleration tube electrode of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the joint portion between the first electrode member and the metal member of the acceleration tube electrode as seen from the central axis direction of the first electrode member. 2 is a front view of the first electrode member, FIG. 3 is a cross-sectional view of the first electrode member, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing a basic configuration of the acceleration tube. In these drawings, 1 is a first electrode member, 1a is a notch, 1b is a through hole, 2 is a metal member, 2a is a central portion of the
[0012]
The electrode for an acceleration tube of the present invention has a substantially annular shape with a substantially quadrangular cross-sectional shape, and a
[0013]
As shown in FIG. 4, the
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The number of the cutouts 1a is preferably 5 or less. If the number of cutouts 1a exceeds 5, it becomes difficult to fit the
[0017]
The
[0018]
And the through-hole which penetrates the side surface of the groove |
[0019]
By brazing the
[0020]
The
[0021]
Both end portions 2b of the
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
Thus, according to the accelerating tube electrode of the present invention, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the
[0025]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
[0026]
【The invention's effect】
The electrode for an acceleration tube of the present invention has a substantially annular shape with a substantially square cross-section, and a groove is formed in the circumferential direction on the entire inner circumferential surface and penetrates one side surface of the groove and a side surface facing the groove. A first electrode member in which n notches are formed at substantially equal intervals (n is an integer of 2 or more), and a substantially rod-shaped central portion and both end portions extending in a hook shape in opposite directions from the central portion Both end portions are formed in a through-hole penetrating one side surface of the groove and the side surface of the first electrode member facing the groove, each formed by shifting a predetermined distance on the opposite side surface of the groove located between the notches. The inserted and brazed metal member and the substantially cylindrical shape that is fitted inside the first electrode member, and n protrusions are formed at substantially equal intervals along the circumferential direction of the outer peripheral surface. Each protrusion is inserted into the groove from the notch and moved in the groove in the circumferential direction. And a second electrode member that is positioned by being brought into contact with the metal member. The metal member has an end face at both ends, a side face of the first electrode member, and a surface of the brazing material between them. By being flush with each other, even if a large stress due to the difference in thermal expansion coefficient occurs between the first electrode member and the metal member, this can be relaxed by the brazing material, It is possible to effectively suppress the occurrence of cracks and cracks at the joints. Therefore, the first electrode member and the metal member can be firmly joined to obtain a highly reliable acceleration tube.
[0027]
Also, by brazing both, the gap between the through hole on the side surface of the groove of the first electrode member and both ends of the metal member can be filled, and the end surface of both ends of the metal member and the first electrode member Since the side surfaces and the surface of the brazing material between them are substantially flush, the electric field is less likely to concentrate at the joint between the first electrode member and the metal member, and it is difficult to develop a large discharge. Therefore, charged particles such as electrons can be reliably and stably accelerated to a predetermined speed, and a beam can be generated reliably and stably in a predetermined direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of an acceleration tube electrode according to the present invention and showing a joining structure of a first electrode member and a metal member.
FIG. 2 is a front view of a first electrode member in an acceleration tube electrode according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of the first electrode member of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a basic configuration of an acceleration tube.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a connection structure between a first electrode member and a metal member in a conventional acceleration tube electrode.
[Explanation of symbols]
1: First electrode member 1a: Notch 2: Metal member 3: Second electrode member 4: Brazing material 7: Groove 8: Projection
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