JPH01183046A - 熱電子陰極型電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 電子ビーム装置を構成する熱電子陰極型電子銃に関し、 生産性の向上を目的とし、 真空チャンバ内の加熱したカソードから放出する熱電子
をウェーネルト電極で集束して電子ビームを発生させる
熱電子陰極型電子銃において、上記カソードに近接した
位置に、真空チャンバ外部から制御可能で且つビーム行
路を抑制しないリング状のヒータを配設して構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電子ビーム装置に係り、特に生産性の向上を図
った熱電子陰極型電子銃に関する。

〔従来の技術〕

一般に比較的エネルギの小さい電子ビーム装置等におけ
る電子銃には、熱電子をビーム源とする熱電子陰極型電
子銃を使用している。

この電子銃では、カソードから放出する熱電子の量が該
カソードの温度に大きく影響している。

例えばカソードの温度が１２００℃程度では該カソード
からの熱電子の放出は殆ど認められないが約１５００℃
では熱電子は盛んに放出する。

従って安定した熱電子の放出すなわち電子ビームを得る
ためには、カソード温度を出来るだけ−定に保持する必
要がある。

通常、電子ビーム装置の使用開始時においてはカソード
温度は常温あるいはそれに近い温度である。

従ってカソードから安定した電子ビームを放出させるに
は該カソードを約１５００℃の一定温度に加熱する必要
があるが、一般に常温またはそれに近い温度から加熱す
る場合は所要温度（例えば１５００℃）近傍で通常±１
０％程度の温度フラツキが発生しそれが安定するまでに
は加熱開始後１〜２時間を要する。以下加熱開始後カソ
ードの温度が一定するまでの時間を待機時間とする。

そこで上記待機時間を解消するため従来は常時カソード
を所要温度に加熱して置く方法をとっているが、この場
合はカソードの寿命が短くなると云う欠点がある。

第２図は従来の電子銃の構成例を示す図である。

以下、電子ビーム装置の稼働開始段階における上記待機
時間の解消手段を施した場合について図に従って説明す
る。

図で１は六硼化ランタン（ＬａＢａ　）よりなる０、５
ｍｍ角程度で長さ２〜３ｍｍの角錐状の先端を持つカソ
ード、Ｉａ、　ｌｂは該カソード１を加熱するための径
１００μｍ程度のタングステン（Ｗ）よりなるリード線
、２ａ、２ｂは該リード線１ａ、ｌｂとそれぞれ接続し
ている導通棒、３は電子ビームを集束するためのウェー
ネルト、４は上記導通棒２ａ、２ｂをウェーネルト３か
ら絶縁保持するカソードホルダ、５はビーム発射窓５ａ
を持つ真空チャンバ、６はウェーネルト３を真空チャン
バ５から絶縁保持する絶縁板である。

また７は外部電源を示しカソード１とはリード線７ａ、
７ｂでまたウェーネルト３とはリード線７ｃでそれぞれ
接続されている。８は真空チャンバ５と同電位にあるア
ノード、９は上記カッ〜ド１から発射される電子ビーム
を示している。

なお、上記カソード１は外部電源７からリード線７ａ、
７ｂを介して所要温度例えば１５００°Ｃに常時加熱さ
れた状態にある。

ここで、図示されていない真空装置によって真空チャン
バ５内が所定の圧力に減圧された状態で、外部電源７か
らリード線７ｃを介してウェーネルト３に所定の電気的
パワーを与えると、該カソード１の角錐状先端部から放
出し真空チャンバ５と同電位にあるアノード８に吸引さ
れる熱電子が、その途中行程でカソード１に対して負の
電位を持つウェーネルト３で集束して安定した電子ビー
ム９となり、ビーム発射窓５ａを図示Ａ方向の紙面下方
に通過して図示されていない被照射物表面を照射する構
成である。

なお、この場合のカソード１は常時使用状態にあるため
寿命が短い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の構成になる熱陰極型電子銃では、電子ビーム装置
の稼働初期段階で待機時間が長いと云う問題があり、ま
た待機時間の解消手段を施した場合ではカソードの短寿
命化を招くという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、真空チャンバ内の加熱したカソードから
放出する熱電子をウェーネルト電極で集束して電子ビー
ムを発生させる熱電子陰極型電子銃において、 上記カソードに近接した位置に、真空チャンバ外部から
制御可能で且つビーム行路を抑制しないリング状のヒー
タを配設してなる熱電子陰極型電子銃によって解決され
る。

〔作　用〕

熱陰極型電子銃を用いた電子ビーム装置で、カソードの
寿命を損なうことなく安定した電子ビームを短い待機時
間で発生させるには、カソード自体に電気的負荷を与え
ることなしに該カソードを熱電子が放出しない１２００
℃近傍に常時維持しておくことが必要である。

本発明になる電子銃では、真空チャンバ外部から制御で
きるヒータをカソードの近傍に配設し、該ヒータの常時
加熱による輻射熱によってカソード近傍の温度を通常の
加熱状態での温度に保ち、電子ビーム装置使用開始時に
ヒータからカソードに電源を切り換えることによって待
機時間の大幅な削減を可能としている。

〔実施例〕

第１図は本発明になる熱電子陰極型電子銃の構成例を示
す図であり、（Ａ）は構成断面図をまた（Ｂ）はカソー
ド部分を紙面下側から見た場合の状態を示している。

図（Ａ）および図（Ｂ）で、１がリード線１ａ、　ｌｂ
で保持された六硼化ランタン（ＬａＢｓ　）よりなる０
、５ｍｍ角程度で長さが２〜３ｍｍの角錐状の先端を持
つカソードであり、また２ａ、２ｂが導通棒、３がウェ
ーネルトであることは第２図と同様である。

１０は直径が２００μｍ程度のタングステン（Ｗ）線よ
りなるリング状のヒータであり、該ヒータ１０の一端は
上記リード線１ｂと電気的に接続しており他端には独立
したリード線１０ａを備えている。また２ｃは該リード
線１０ａと接続した導通棒である。

１１は上記導通棒２ａ、２ｂ、２ｃをウェーネルト３が
ら絶縁保持するカソードホルダ、１２はビーム発射窓１
２ａを持つ真空チャンバ、１３はウェーネルト３を真空
チャンバ１２から絶縁保持する絶縁板である。

またスイッチ部１４と第２図記載の外部型′ａ７からな
る外部電源部分１５は、リード線１５ａ、　１５ｂ、　
１５ｃ。

１５ｄを介して上記導通棒２ａ、２ｂ、２ｃおよびウェ
ーネルト３と接続されており、上記スイッチ部１４のＣ
で示すコモン端子をリード線１５ｃと接続した状態でリ
ード線１５ｂ、１５’Ｃ間に常時電気的パワーを付加し
てヒータｌＯを約１５００℃に保持している。従って該
ヒータ１０の近傍に位置するカソード１はその輻射熱を
受けてほぼ１２００℃に近い温度まで加熱されている。

なお、１６は真空チャンバ１２と同電位のアノードであ
る。

かかる構成になる電子銃では、図示されていない真空装
置によって真空チャンバ１２内を所定の圧力まで減圧し
た状態で、外部電源部分１５のスイッチ部１４のコモン
端子Ｃとの接続を１５ｃがら１５ａに切り換えると共に
リード線１５ｄに電気的パワーを付加することにより、
カソード１は短時間で１５００°Ｃ近傍の所要温度に到
達しその角錐状先端部がら熱電子を放出する。この熱電
子が負の電位を持つウェーネルト３で集束されながら真
空チャンバ１２と同電位にあるアノード１６に吸引され
て第２図同様の安定した電子ビーム９となってビーム発
射窓１２ａから図示Ａ方向の紙面下方に通過して被照射
物表面を照射する構成である。

なお実験結果によれば、装置の稼働開始から安定した電
子ビームが発生するまでの待機時間が約１７１０に削減
できることを確認している。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明により、カソードの寿命を低下させる
ことなく電子ビーム発生装置の稼働開始初期から安定し
た電子ビームを発生する熱電子陰極型電子銃を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる熱電子陰極型電子銃の構成例を示
した図、 第２図は従来の電子銃の構成例を示す図、である。図に
おいて、 １はカソード、　　　　Ｉａ、ｌｂはリード線、２ａ、
２ｂ、２ｃは導通棒、　３はウェーネルト、７は外部電
源、 １０はヒータ、　　　　　１０ａはリード線、１１はカ
ソードホルダ、 １２は真空チャンバ、　１２ａはビーム発射窓、１３は
絶縁板、　　　　１４はスイッチ部、１５は外部電源、
　　　１５ａ　〜１５ｄはリー　ド線、１６はアノード
、 をそれぞれ表わす。 （Ａ） （Ｆ３） １ン〔し孕；の９５俗Ａ戸１Ｍす°をヅ１すＱコ矛　２
１２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　真空チャンバ内の加熱したカソードから放出する熱電
   子をウェーネルト電極で集束して電子ビームを発生させ
   る熱電子陰極型電子銃において、上記カソードに近接し
   た位置に、真空チャンバ外部から制御可能で且つビーム
   行路を抑制しないリング状のヒータを配設してなること
   を特徴とする熱電子陰極型電子銃。