JPH01246754A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、産業用加速器を含む各種分野において使用さ
れる電子銃に関する。

従来の技術 電子銃は、自由電子を放出し、電子ビームを形成するた
めに自由電子を成形し且つ加速する装置である。電子銃
の物理的設計は、通常、所定のビームのサイズと開きに
対して幾何学的配置と電子流を予測する最新コンピュー
タ・コードの助けにより行われる。幾つかの異なる形式
の電子銃の例としては、ロゴスキー銃、テレフォーカス
銃とピアス銃が挙げら″れる。

多数の他の材料も自由電子を放出するが、熱陰極は最も
頻繁に使用されるエミッタである。タンタルの線状又は
円板状エミッタ、タングステンの線状又は円板状エミッ
タ、トリウム浸炭タングステン線エミッタ、酸化物陰極
、ディスペンサー陰極及びランタン６ホウ化物（Ｌ’Ａ
Ｂ６）陰極のような熱陰極の幾つかの形式が電子銃の設
計において一般に使用される。

発明が解決すべき問題点 現在利用可能な電子銃は、以下の問題点を有する。それ
らはあまり頑丈ではなく、その結果として、長期間にわ
たって連続使用が必要とされる産業上の使用環境におい
て都合良く使用することができない。高出力電子銃のた
めに特に重要な電極の精密な整合を容易に達成できない
。必要とされる場合の陰極の交換は複雑である。幾何学
的配置の変更を容易に達成できない。陰極の熱的隔離が
、加熱器の損傷を防止するために十分ではない。電子銃
から伝達されたビーム流を容易に制御をすることができ
ない。

上記の不都合を除去又は軽減することが本発明の目的で
ある。

問題点を解決するための手段 広くは、本発明は、伝達された電子銃電流を制御するた
めに使用されるウェネルト電極（ＷｈｅｎｅＨｅｌｅｃ
ｔｒｏｄｅ）を有する修正されたダイオード空間電荷制
限銃（ｄｉｏｄｅ　５ｐａｃｅ　ｃｈａｒｇｅ　１１ｍ
１ｔｅｄ　ｇｕｎ　）である。

さらに具体的には、第１の広い見地によれば、本発明は
、電子銃に取り付ける陰極組立体であって、 金属支持部材、該支持部材は、該支持部材を銃内の陰極
組立体の支持体に固定するだめの第１の部分と、概ね円
筒形の第２の部分とを有する；第２の部分の周囲の回り
に間隔をあけられ、かつ、第２の部分の厚さを通って放
射状に延びる複数の止めねじ； 金属支持部材の第１の部分の内径よりも僅かに小さな外
径を有し、そして第１の部分内に収容された固体絶縁材
料の割りリング； 割りリングの内径よりも小さな外径を有し、そして割り
リングに関して円筒形空間を規定するために、割りリン
グ内に収容された金属円筒形保持器ニ 一方の端部において陰極と加熱器を保持し、そして他方
の端部において円筒形空間内にきっちりと収容される部
分を有し、加熱器リード線が延びるボアを有するする金
属陰極管： とを具備し、これにより陰極の軸方向整合は、止めねじ
により調整可能である陰極組立体を提供する。

この見地により、陰極の整合を容易に達成することがで
きる。さらに、特に、僅かな隙間が割りリングと金属支
持部材の第２の部分との間に与えられる場合、陰極管か
らの熱を伝導する唯一の接触点は止めねじであり、そし
てこれらが幾つか（一般に４つ）しかなければ、熱損失
は劇的に減少される。これは、長い陰極寿命を維持する
ために極めて重要である。

第２の広い見地によれば、本発明は、電子銃に取り付け
るためのウェネルト電極組立体であって、ウェネルト電
極と円筒形金属ハウジングを具備し、 該ハウジングは、一方の端部においてハウジングを陰極
組立体に固定する手段を有し、そして他方の端部におい
てハウ；リングのボアを横切ってウェネルト電極を固定
する固定手段を有し、該固定手段は、ハウジングの周囲
の回りに間隔をあけられそしてハウジングを通して放射
状に伸びてウェネルト電極の周囲における相補的な溝手
段に係合する、複数の止めねじからなり、ウェネルト電
極は、ハウジング・ボアの直径よりも小さな外径を有し
、これによりウェネルト電極の軸方向整合は止めねじに
より調整可能であるウェネルト電極組立体を提供する。

この見地により、ウェネルト電極の整合を容易に達成す
ることができる。さらに、陰極アセンブリ設計に関して
、本発明のこの見地は、唯一の伝導が一般に３つを超え
ない止めねじによる場合、ウェネルトと金属ハウジング
の間に熱的隔離を与える。使用において、陰極から放射
されそしてウェネルトに蓄積された熱は、先行技術の設
計におけるよりもずっとゆっくりと、銃／蔦つジングを
通して伝導される。これは、陰極への反射のためにウェ
ネルトにおける蓄積熱をより有効に利用でき、これによ
って陰極加熱器によって必要とされる輝度（ｂｒｉｇｈ
ｔｎｅｓｓ）を低減させることを意味する。

本発明のこの見地はまた、所望のビーム形状による異な
る形状のウェネルトによって、ウェネルトを交換可能に
する。

本発明の第３見地によれば、電子銃に取り付けるための
陽極組立体であって、間隔のあけられた平行な複数の柱
部分を有する取付は手段を具備し、該柱は、電子銃の真
空装置用フランジに第１の端部において取付は可能であ
り、柱部分の間の横断平面内を延びるように陽極を取付
ける手段を第２の端部に有し、取付は手段は、横断平面
において複数の異なる部分のうち選択された１つに、陽
極を保持するように配置されることを特徴とする陽極組
立体が提供される。

他の２つの上記見地に関して、この見地は陽極に対して
単純な整合配置を提供する。また、離隔用柱又は棒に陽
極を取り付けることにより、陽極と陰極の間の間隔は、
単に長い又は短い離隔用柱または棒を使用することによ
り、容易に変更することができ、そしてこれは電子銃の
空間電荷制限を決定する。

典型的には、陽極を柱部分に取り付ける手段はねじから
なり、該ねじは柱部分の第２の端部から軸方向に延びた
穴に収容され、そして陽極が固定される陽極保持器にお
いて過大な穴を通り、この過大な穴は横方向の整合の調
整を許容し、そしてねじは、選択された位置において陽
極保持器を固定するヘッドを有する。

陽極は典型的にはモリブデンから作製され、そして保持
器はステンレス鋼から作製される。放射陰極に「毒化」
でありその寿命を短縮する、保持器から陰極への鉄イオ
ン及びクロムイオンの戻り衝撃（ｂａｃｋ　ｂｏｍｂａ
ｒｄｍｅｎｔ）を、モリブデン陽極は減少させる。陽極
インサートは、陽極が一般に幾つかのねじによって所定
の位置に保持されるとき、成形された陽極に望まれるよ
うに交換することができる。

本発明を、添付の図面を参照して詳細に記載する。

最初に第１図を参照すると、第１図は、陰極取り付はシ
ステムとウェネルト電極の組立体′を示し、組立体は全
体としてｌで示され、そして３つの１２０度の間隔のあ
けられた柱２を具備する陽極取り付はシステム内に同心
に位置付けられる。

組立体ｌは概ね円筒形のハウジング３を含む。

ハウジング３はステンレス鋼から作製され、そしてハウ
ジング３の周囲の回りに規則的な間隔で配置された貫通
穴又はスロット４を備えている。ハウジング３の一方の
端部には、内側に向かって角の付いた７ランジ５が備え
られ、７ランジ５は、７ランジ５の回りに規則的な間隔
をあけて配置されたねじ付き貫通穴６を備える。

直径がハウジング３の直径の約半分であり、長さがハウ
ジング３の長さの約３分の１であるステンレス鋼円筒形
支持部材７は、フランジ５が突出するハウジング３の端
部に隣接してハウジング３内に同心に配置される。部材
７をハウジング２に固定する目的のために、円筒形部材
７は、フランジ５のねじ付き穴６と整列した貫通穴９を
備えた外側に向いた角の付いた７ランジ８を有する。貫
通穴９に収容されたねじｌＯとねじ係台六〇は、フラン
ジ５と８を一緒に固定する。

フランジ８は、ねじ１５によって組立体１を円筒形陰極
組立体の支持体１４に取り付ける目的のために、穴９の
半径方向内側に位置する１組の貫通穴１３を更に備え、
ねじ１５は穴１３を通り、そして円筒形支持体１４の一
方の端部から軸方向内側に延びるねじ付き穴１６にねじ
によって係合する。

第１図と共に第２図を特に参照すると、円筒形支持部材
７には、各々止めねじ１８を収容する４つの等間隔のね
じ付き穴１７が備えられる。

例えば商品名ＭＡＣＯＲによって公知の機械加工可能な
セラミ゛ツク材料またはアルミナである絶縁材料のリン
グ１９は、第２図に見られるように、２つの別々の片割
れのように作製され、円筒形支持部材７内に収容される
。外側に延びる７ランジ２０は部材７の端部に接触する
。割りリング１９の外径は支持部材７の内径よりも僅か
に小さく、これによって小さな空隙が与えられる。この
空隙は、止めねじ１８を調整することにより、所望のよ
うに、割りリング１９の中心軸を支持部材７の中心軸に
関して調整可能にする。約０．２００ｍｍ程度の寸法の
隙間は、明確とするために第２図に幾分誇張されて示さ
れる。

ディスペンサー陰極２１は、０．０２５ｍｍの壁厚さを
有する１９＋ａｍ長の５０１５０モリブデン・レニウム
管２２に取り付けられて市販されている。

壁厚さは、第２図において明確とするために誇張されて
示される。陰極２１から遠い方の管２２の端部は、割り
リング１９内に収容され、そしてステンレス鋼の円筒形
保持器２３によって支持される。円筒形保持器２３は管
２２の内側に収容され、そして割りリング１９に対して
管２２をはさみこむ。４つの止めねじ１８の圧力は、割
りリング１９を管２２に対して締め付け、保持器２３に
対してそれを所定位置にしっかりと保持する。保持器２
３は、割りリング１９の端部に接触する一方の端部に、
半径方向外側向きの７ランジ２４を有する。陰極タンタ
ルリード線２５は、フランジ２４に点熔接される。陰極
加熱器リード線２６は、保持器２３のボアを通り、そし
てリード線の一方は陰極に関して負のポテンシャルに保
持され、そして結果的に、周囲のアルミナ絶縁管２７を
備える。

５０１５０モリブデン・レニウムから作製され、０．１
２７ｍｍ厚さの管に形成された熱遮蔽３０が陰極２１を
取り囲む。熱遮蔽３０は、３つの等角度で間隔をあけら
れ点熔接された支持脚３１によってハウジング３に取り
付けられる。熱遮蔽３０の一端部は、モリブデンから作
製され精密に機械加工されたウェネルト電極の一表面に
関して、接近して間隔を設けられる。ウェネルト電極３
２は皿形状であり、そして陰極２１がアパーチャー３３
内に収容される゛ように、陰極２１の直径よりも僅かに
大きな中央アパーチャー３３を有する。ウェネルト電極
３２の壁の厚さは、アパーチャー３３に隣接した部分が
最小であり周囲に向かって増大し、連続ノツチ３４が周
囲の回りに延びる。ウェネルト電極３２は、幾らかの隙
間をもって、ハウジング３内に収容される寸法に決めら
れる。電極３２は、７ランジ４から遠い方のハウジング
３の端部に位置し、穴３６にねじにより収容された止め
ねじ３５によって所定位置に保持される。穴３６は１２
０度の間隔を離されてハウジング３を通って半径方向に
延びる。止めねじ３５の端部はノツチ３４に収容される
。電極３２の中心軸は、止めねじ３５を調整することに
より、所望のように、ハウジング３の中心軸に関して調
整される。

今、陽極に転すると、最初に示されたように、陽極取り
付はシステムは、３つの１２０度の間隔があけられた柱
２を具備する。第３図に見られるように、柱２は、銃の
Ｃ０ＮＦＬＡＴ（登録商Ｉり真空装置用フランジ３８に
一方の端部において取り付けられる。柱の他方の端部部
分は、ハウジング３とウェネルト電極３２を超えて延び
、そして各々端部において軸方向に延びるねじ付き穴３
９を備える。

陽極保持器４０は円形ステンレス鋼から作製され、モリ
ブデンから作製された陽極４２を収容する円形凹部４１
を有し、そして精密に機械加工される。凹部の下方表面
４２は、表面４３を横切る直線状の溝４５によって相互
連結された円形溝４４を備える。表面４３における溝は
真空ポンプ・ポートであり、この場合直線状の溝が湾曲
した溝に結合する。このようにして、陽極インサートと
表面４３の間の空間においてトラップ又は生成されたガ
スはポンプで排出される。これらのスロットがないと事
実上の真空漏れが生成される。事実上の真空漏れとは、
ガスが２つの表面の間でトラップされそしてゆっくりと
作業領域に漏れるときの状態である。

３つの軸方向の貫通穴４７は、陽極保持器４０の周囲の
回りに１２０度の間隔をあけて備えられ、そしてこれら
は゛穴３９と整列される。ねじ４８は穴４７を通過し、
そして陽極保持器を柱２に固定するために穴３９にね口
止めされる。穴４７は、ねじ４８のステップに関して故
意に過大に作製され、そして陽極はねじを締め付ける前
に横方向を調整される。

陽極４２は、陽極の皿穴５１に収容されかつ保持器４０
のねじ付き穴５２にねじ止めされるねじ５０により保持
器に固定される。陰極２１とウェネルト・アパーチャー
３３とに整列した中央アパーチャー５３が、陽極４２と
陽極保持器４０において備えられる。

本発明の電子銃は、各要素（陰極、ウェネルト電極と陽
極）を互いに容易に整列させることができ、こうして正
確なビーム整合を獲得するように設計される。特に、陰
極は止めねじ１８によって位置付けられ、ウェネルト電
極は止めねじ３５によって位置付けられ、そして陽極は
ねじ４８を十分に締め付ける前に手でそれを整合させる
ことにより位置付けられる。電子銃の空間電荷制限は、
陽極離隔体２を修正することにより容易に変更される。

陰極の熱的隔離は、加熱器の寿命のために重要である。

その目的は、可能な最低輝度において加熱器を駆動する
ことである。陰極を薄い壁の管に取り付けることによる
熱的隔離が、標準的な方式である。しかし、熱的隔離は
、さらに、割りリング１９とウェネルト電極３２の低い
熱伝導率によって、本発明において高められ、ウェネル
ト電極は、ヒートシンクというよりはむしろ、直接陰極
領域において熱反射体として作用する。これは、主要銃
組立体に対してたった３つの接触点を有することにより
達成される。

上記のように、陽極組立体はモリブデン陽極インサート
４２を含み、こうして鉄イオン及びクロムイオンの戻り
衝撃を減少する。ウェネルト電極は、マコルの割りリン
グ１９によって陰極から電気的に隔離される。このため
、ウェネルト電極を、バイアスすることができ、そして
銃出力電流は、別の制御格子（ｃｏｎｔｒｏｌ　ｇｒｉ
ｄ）の必要性なしに、三極管方式において制御される。

ウェネルト電極は、非遮断ビーム形成及び集束電極であ
り、陰極に関して負のポテンシャルで動作する。それは
、最初、顕微鏡のための電子源として使用された。その
ような電子銃は非常に小さな直径の陰極を使用する。ビ
ームのスポットサイズは通常極めて小さい。ウェネルト
電極はビームを集束するために使用される。これらの小
さな陰極を使用して、電子銃電流出力は、通常、約−３
００ボルトをウェネルト電極にかけることにより、遮断
することができる。

しかし、大きな電極（数ｍｍ直径）が使用されるとき、
銃の電流出力は負の電圧をウェネルト電極にかけること
によっては、もはや容易に遮断することができない。一
般に、大きな陰極の銃電流出力を完全に遮断するとって
もよい程の制御を行うために、アパーチャー格子又は網
状格子が使用される。網状格子と同様にアパーチャー格
子は、陰極にずっと近接して位置し、そしてウェネルト
の場合におけるような、ビーム成形電極として使用され
ない。

通常、格子はまた、第１ビーム成形電極および陰極から
電気的に絶縁され、そして負の制御電圧が通常格子にか
けられる。本出願において記載された銃のウェネルト電
極は、制限された範囲内の゛銃電流出力を制御するため
に使用される。広範囲の電流制御は、パルス陽極電圧が
伝達された電流の挙動を支配するので、重要ではない。

本発明の銃は、適切な材料から作製された網状格子を陰
極に面するウェネルト表面に単に締め付けることにより
、容易に格子付き銃に変更することができる。こうして
、この網状格子は、ウェネルトに電気的に取付けられ、
そして他の結合は必要とされない。これは、格子がウェ
ネルトに電気的に結合されずそして制御電圧供給装置へ
の別々の結合を必要とする、従来の設計とは異なる。格
子がウェネルトに結合されると、銃電流を制御するため
に必要とされるポテンシャルは非常に低く、ビーム劣化
は発生しないことが見いだされた。

本発明の主なる特徴及び態様は以下のとおりである。

１、加熱器リード線が延びる金属陰極管の一方の端部に
おいて加熱器と共に保持される形式のディスペンサー陰
極を、電子銃に取り付ける陰極組立体であって、 概ね円筒形の金属支持部材（１４）、 該支持部材は、銃内の陰極組立体の支持体（１４）に該
支持部材を固定するための７ランジ部分（８）を有する
： 該円筒形支持部材（７）の周囲の回りに間隔をあけられ
旦つその厚さを通って放射状に延びる複数の止めねじ（
１８）　； 該円筒形支持部材（７）の内径よりも僅かに小さな外径
を有しそして円筒形支持部材（７）内に収容された固体
絶縁材料の割りリング（１９）　；割りリング（１９）
の内径よりも小さな外径を有し、そして割りリングに関
して金属陰極管（２２）の一部分をきちんと収容する円
筒形空間を規定するために、割りリング（１９）内に収
容される金属円筒形保持器（２３）； とを具備し、これにより陰極の軸方向整合は止めねじに
より調整可能であることを特徴とする陰極組立体。

２、止めねじ（１８）が締められるとき、割りリング（
１９）と金属支持部材（７）とは、それらの間に隙間が
与えられるように寸法が決められる上記ｌに記載の陰極
組立体。

３、割りリング（１９）は、機械加工可能なセラミック
から作製される上記１に記載の陰極組立体。

４、割りリング（１９）は、アリミナから作製される上
記ｌに記載の陰極組立体。

５、金属支持部材（７）と金属円筒形保持器（２３）は
、ステンレス鋼から作製される上記３又は４に記載の陰
極組立体。

６．４つしか止めねじがないことを特徴とする上記のい
ずれかに記載の陰極組立体。

７、ウェネルト電極と円筒形金属ハウジングとからなる
ウェネルト電極組立体と組み合わされた上記陰極組立体
であって、 該円筒形金属゛ハウジングは、一方の端部においてハウ
ジングを陰極組立体に固定する手段を有し、他方の端部
においてハウジングのボアを横切ってウェネルト電極を
固定する固定手段を有し、そして、 該固定手段は止めねじ（３５）からなり、該止めねじは
、ハウジング（３）の周囲の回りに間隔をあけられ、ハ
ウジングを通して放射状に伸び、そしてウェネルト電極
（３２）の周囲における相補的な溝（３４）に係合し、
ウェネルト電極（３２）はハウジング・ボアの直径より
も小さな外径を有し、これによってウェネルト電極（３
２）の軸方向整合は止めねじ（３５）により調整可能で
あることを特徴とする上記ｌに記載の陰極組立体。

８、陽極組立体と組み合わされた上記陰極組立体であっ
て、該陽極組立体は金属製の取付は手段を具備し、該取
付は手段は複数の間隔をあけられた平行な柱部分を有し
、該柱部分は、電子銃の真空装置用７ランジに第１の端
部において取付は可能でありそして柱部分の間の横断平
面内を延びるように陽極を取り付ける手段を第２の端部
に有し、そして、 該取り付ける手段は、柱部分（２）の第２の端部から軸
方向に延びる穴（３９）にねじ切りにより収容され、か
つ、陽極（４２）が固定される陽極保持器（４０）にお
いて過大な穴（４７）を通るねじ（４８）からなり、過
大な穴（４７）は陽極保持器の軸の整合の調整を許容し
、ねじは、選択された位置において陽極保持器を固定す
るヘッドを有することを特徴とする上記ｌに記載の陰極
組立体。

【図面の簡単な説明】

第１図は、陽極、陰極及びウェネルト電極の詳細を特に
示す電子銃の断片的な縦断面図。 第２図は、第１図の線Ａ−Ａにおいて取られた陰極クラ
ンプ配置の断面図。 第３図は、完成電子銃の縦断面図。 ｌ・・・組立体、２・・・柱、３・・・ハウジング、４
・・・スロット、５．８．２４・・・７ランジ、７・・
・支持部材、１４・・・組立体の支持体、１８・・・止
めねじ、１９・・・割りリンク、２１・・・ディスペン
サー陰極、２２・・・モリブデン・レニウム管、２３・
・・円筒形保持器、２５．２６・・・リード線、３０・
・・熱遮蔽、３１・・・支持脚、３２・・・ウェネルト
電極、３５・・・止めねじ、３８・・・真空装置用７ラ
ンジ、３９・・・穴、４０・・・陽極保持器、４２・・
・陽極、４７・・・貫通穴、４８・・・ねじ。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　加熱器リード線が延びる金属陰極管の一方の端部にお
   いて加熱器と共に保持される形式のディスペンサー陰極
   を、電子銃に取り付ける陰極組立体であって、 概ね円筒形の金属支持部材（１４）、 該支持部材は、銃内の陰極組立体の支持体（１４）に該
   支持部材を固定するためのフランジ部分（８）を有する
   ； 該円筒形支持部材（７）の周囲の回りに間隔をあけられ
   旦つその厚さを通って放射状に延びる複数の止めねじ（
   １８）； 該円筒形支持部材（７）の内径よりも僅かに小さな外径
   を有しそして円筒形支持部材（７）内に収容された固体
   絶縁材料の割りリング（１９）；割りリング（１９）の
   内径よりも小さな外径を有し、そして割りリングに関し
   て金属陰極管（２２）の一部分をきちんと収容する円筒
   形空間を規定するために、割りリング（１９）内に収容
   される金属円筒形保持器（２３）； とを具備し、これにより陰極の軸方向整合は止めねじに
   より調整可能であることを特徴とする陰極組立体。