JPH06150858A

JPH06150858A - 電子銃

Info

Publication number: JPH06150858A
Application number: JP4302654A
Authority: JP
Inventors: Keiko Niwa; 景子丹羽; Sukeyuki Yasui; 祐之安井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1992-11-12
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】電子銃において、高電圧室の絶縁を保持し、
より長時間にわたる運転を可能とする。【構成】陰極２０の内部が中空に構成され、その中空
部が絶縁ガスが流通する絶縁ガス室２１とされている。
即ち、高電圧室５と隔離された絶縁ガス室２１が陰極内
部に形成され、ここに大気圧程度の絶縁ガス（例えば、
ＳＦ₆ガス）が供給されている。また、前記絶縁ガス室
２１は高電圧室５に対して完全にシールされ、ガス漏れ
等がないように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高電力電子銃に係り、
特に、陰極を冷却することができるように改良を施した
電子銃に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、化学反応、顕微鏡、分析、溶接等
の多くの先端材料の分野で電子ビームが使用され、この
電子ビームの発生源として電子銃が用いられている。図
４及び図５に従来から用いられている電子銃の一例を示
した。即ち、電子銃は、絶縁物２を介して陽極ワイヤ１
をその内部に貫通配置したイオン化室３と、後述する導
電性抽出グリッド１０を介して前記イオン化室３と連通
する単一の高電圧室５とから構成されている。また、前
記イオン化室３には、高電圧室５とは反対側に、電子に
対して透過性のある出口窓９が形成され、さらに、高電
圧室５との連結部には、出口窓９の電圧に等しい電圧の
導電性抽出グリッド１０が形成されている。

【０００３】一方、前記高電圧室５内には、高い負のバ
イアス電圧にある陰極６が絶縁物７に支持されて収納さ
れ、この陰極６から高電圧室５の外部へ電圧導入端子８
が引き出されている。また、高電圧室５には排気口１１
が設けられ、これを排気装置（図示せず）に連結するこ
とによって、前記イオン化室３及び高電圧室５内の圧力
を制御できるように構成されている。

【０００４】なお、イオン化室３と高電圧室５の両者
は、イオン化を達成できる極めて低い圧力の気体を含有
しており、通常は、１０〜５０ミリ・トールのヘリウム
が用いられている。これは、ヘリウム気体が、陰極６で
のイオン衝撃による２次電子放出比が最大であることに
よる。また、イオン化室３の壁４と高電圧室５の壁は、
共にアース電位になっている。さらに、イオン化を行う
際には、陽極ワイヤ１に、〜１０キロ・ボルトのパルス
電圧を印加し、ワイヤ放電を行っている。

【０００５】一方、陰極６は、高電圧供給源（図示せ
ず）に接続された電圧導入端子８を通じて、負のバイア
ス電圧（例えば、−１５０キロ・ボルト）に恒常的に維
持されている。また、出口窓９は、高エネルギーに対し
て透過性のある幾分薄いシートで構成されている。この
シートは、アルミニウムまたはチタンのような金属で作
成することが可能であり、数１０マイクロ・メータの厚
さを有している。さらに、この窓幅としては、多くの適
用例、特に、照射による材料の処理に関連した適用例に
おいては、１ｃｍを越える窓幅を要している。

【０００６】この様に構成された従来の電子銃において
は、以下に述べる様にして、電子ビーム源となる電子が
放出される。即ち、イオン化室３に配置された陽極ワイ
ヤ１に、低圧力下でパルス電圧を印加すると、アース電
位にあるイオン化室の壁４との間にワイヤ放電が点弧
し、イオン化室３内にプラズマが発生する。

【０００７】一方、高電圧室５内に配設された陰極６
は、イオン化室３から導電性抽出グリッド１０方向に拡
散してきた前記プラズマ中の陽イオンを引き出す。この
陽イオンは、イオン化室３と高電圧室５との間に配設さ
れた導電性抽出グリッド１０を通って高電圧室５内に侵
入し、陰極６に衝突する。すると、陰極６の表面におい
て、前記陽イオンの衝撃によって電子が放出される。

【０００８】この様にして放出された電子は、陽イオン
とは逆方向に進み、導電性抽出グリッド１０に向かって
加速され、さらに、イオン化室３を通過して出口窓９に
至り、電子ビーム源として供給される。

【０００９】ここで、導電性抽出グリッド１０の近辺に
おける陽イオンの初期エネルギーを無視し、陰極６にお
ける負のバイアス電圧をＶHT、陽イオンの電荷量をｅと
すれば、陽イオンは（単一の荷電イオンに関係があるこ
とを念頭におけば）、ｅ・ＶHTに等しいエネルギーをも
って陰極６に到達するものと考えることができる。ま
た、陰極６の表面上で、抽出グリッドより引き出された
陽イオンの衝撃により２次放出された電子は、導電性抽
出グリッド１０に向かって加速され、そこで電子は、ｅ
・ＶHTのエネルギーに到達する。これらの状態下におい
て、１個の陽イオンと、この陽イオンによって放出され
る電子は、同じ電場線に対応して、ほぼ重畳する軌道を
呈する。

【００１０】上記の様な電子銃は、主として、電子銃を
電子励起によるガス・レーザー、マグネット・ハイドロ
ダイナミック発電機に、また、出口窓９をＸ線発生用タ
ーゲットに置き換えることで、Ｘ線発生装置に適用し得
るものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た様な従来の電子銃には、以下に述べる様な解決すべき
課題があった。即ち、電子銃の運転時には、イオン衝
突、電子放出によって陰極に熱が発生するが、この熱に
よって陰極内部から放出されるガスが高電圧室５及びイ
オン化室３の真空度を低下させることとなっていた。そ
の結果、高電圧室内で絶縁破壊が起りやすくなるため、
電子銃を長時間にわたって運転することができないとい
った欠点があった。また、絶縁破壊時に生じるアーク放
電によって、陰極材料が劣化するといった欠点もあっ
た。

【００１２】本発明は、上記の様な従来技術の欠点を解
消するために提案されたものであり、その目的は、高電
圧室の絶縁を保持することにより、より長時間にわたる
運転を可能とした高効率の電子銃を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、電子に対して透過性のある出口窓と、その反対側に
設けられた導電性抽出グリッドを備え、また、低圧力で
イオン化すべき気体と、この気体を電離させて陽イオン
を発生させる陽極ワイヤを備えたイオン化室と、前記導
電性抽出グリッドを介してイオン化室と連通され、導電
性抽出グリッドに対向する位置に陰極を収納した高電圧
室から成る電子銃において、前記陰極の内部を中空状に
構成し、その中空部に絶縁ガスを供給できるように構成
したことを特徴とするものである。

【００１４】請求項２に記載の発明は、前記陰極の内部
を中空状に構成し、その中空部に絶縁油を供給できるよ
うに構成したことを特徴とするものである。

【００１５】請求項３に記載の発明は、前記陰極の内部
を中空状に構成し、その中空部に絶縁油供給用のパイプ
を設けたことを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】上記の様な構成を有する本発明の電子銃におい
ては、陰極の冷却が可能となるので、陰極内部からのガ
スの放出を抑制することができ、高電圧室５内のガスの
圧力を低い状態に維持することができる。その結果、長
時間の運転によっても絶縁破壊が引き起こされることは
ないので、電子ビーム源として長時間にわたる運転が可
能となる。また、絶縁破壊時に生じるアーク放電がなく
なるため、陰極材料が劣化することも防止できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図３に基づ
いて具体的に説明する。なお、図４及び図５に示した従
来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略
する。

【００１８】（１）第１実施例本実施例においては、図１に示した様に、陰極２０の内
部が中空に構成され、その中空部が絶縁ガスが流通する
絶縁ガス室２１とされている。即ち、高電圧室５と隔離
された絶縁ガス室２１が陰極内部に形成され、ここに大
気圧程度の絶縁ガス（例えば、ＳＦ₆ガス）が供給され
ている。また、前記絶縁ガス室２１は高電圧室５に対し
て完全にシールされ、ガス漏れ等がないように構成され
ている。なお、陰極２０に絶縁ガスを供給する手段及び
供給量の制御手段等は特に限定されない。また、他の構
成は図４及び図５に示した従来型と同様である。

【００１９】この様な構成を有する本実施例の電子銃に
おいては、陰極２０の内部に形成された絶縁ガス室２１
に供給される絶縁ガスによって、イオン化室３から引き
出されたイオンの衝撃及び電子放出時に陰極２０に生じ
る熱が除去される。その結果、従来問題となっていた陰
極が加熱されることによる陰極内部からのガスの放出が
抑制される。

【００２０】この様に、本実施例によれば、高電圧室５
内のガスの圧力は低い状態に維持され、長時間の運転に
よっても絶縁破壊が引き起こされることはないので、電
子ビーム源として長時間にわたる運転が可能となる。ま
た、絶縁破壊時に生じるアーク放電がなくなるため、陰
極材料が劣化することも防止できる。

【００２１】（２）第２実施例本実施例においては、図２に示した様に、陰極２０の内
部が中空に構成され、その中空部が絶縁油が流通する絶
縁油室２２とされている。即ち、高電圧室５と隔離され
た絶縁油室２２が陰極内部に形成され、ここに絶縁油が
供給されている。また、前記絶縁油室２２は高電圧室５
に対して完全にシールされ、油漏れ等がないように構成
されている。なお、陰極２０に絶縁油を供給する手段及
び供給量の制御手段等は特に限定されない。また、他の
構成は図４及び図５に示した従来型と同様である。

【００２２】この様な構成を有する本実施例の電子銃に
おいては、陰極２０の内部に形成された絶縁油室２２に
供給される絶縁油によって、イオン化室３から引き出さ
れたイオンの衝撃及び電子放出時に陰極２０に生じる熱
が取り除かれる。その結果、従来問題となっていた陰極
が加熱されることによる陰極内部からのガスの放出が抑
制される。

【００２３】この様に、本実施例によれば、高電圧室５
内のガスの圧力は低い状態に維持され、長時間の運転に
よっても絶縁破壊が引き起こされることはないので、電
子ビーム源として長時間にわたる運転が可能となる。ま
た、絶縁破壊時に生じるアーク放電がなくなるため、陰
極材料が劣化することも防止できる。

【００２４】（３）第３実施例本実施例においては、図３に示した様に、陰極２０の内
部が中空に構成され、その中空部に絶縁油循環用のパイ
プ２３が配設されている。このパイプ２３は、陰極に接
する部分が銅等の熱伝導率の良い金属から成る金属パイ
プ２３ａで構成され、他の部分は絶縁チューブ２３ｂで
構成されている。なお、陰極２０に絶縁油を供給する手
段及び供給量の制御手段等は特に限定されない。また、
他の構成は図４及び図５に示した従来型と同様である。

【００２５】この様な構成を有する本実施例の電子銃に
おいては、陰極２０の内部に形成された中空部に配設さ
れたパイプ２３内に絶縁油を供給することによって、イ
オン化室３から引き出されたイオンの衝撃及び電子放出
時に陰極２０に生じる熱が取り除かれる。その結果、従
来問題となっていた陰極が加熱されることによる陰極内
部からのガスの放出が抑制される。

【００２６】この様に、本実施例によれば、高電圧室５
内のガスの圧力は低い状態に維持され、長時間の運転に
よっても絶縁破壊が引き起こされることはないので、電
子ビーム源として長時間にわたる運転が可能となる。ま
た、絶縁破壊時に生じるアーク放電がなくなるため、陰
極材料が劣化することも防止できる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、陰極
の内部を中空状に構成し、その中空部に絶縁ガスあるい
は絶縁油を供給できるように構成し、または、その中空
部に絶縁油供給用のパイプを設けることにより、高電圧
室の絶縁を保持することができ、より長時間にわたる運
転を可能とした高効率の電子銃を提供することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子銃の第１実施例を示す断面図

【図２】本発明の電子銃の第２実施例を示す断面図

【図３】本発明の電子銃の第３実施例を示す断面図

【図４】従来の電子銃の一例を示す断面図

【図５】従来の電子銃の一例を示す断面図

【符号の説明】

１…陽極ワイヤ２…絶縁物３…イオン化室４…イオン化室の壁５…高電圧室６…陰極７…絶縁物８…高電圧導入端子９…出口窓１０…導電性抽出グリッド１１…排気口２０…陰極２１…絶縁ガス室２２…絶縁油室２３…パイプ２３ａ…金属パイプ２３ｂ…絶縁チューブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子に対して透過性のある出口窓と、そ
の反対側に設けられた導電性抽出グリッドを備え、ま
た、低圧力でイオン化すべき気体と、この気体を電離さ
せて陽イオンを発生させる陽極ワイヤを備えたイオン化
室と、前記導電性抽出グリッドを介してイオン化室と連
通され、導電性抽出グリッドに対向する位置に陰極を収
納した高電圧室から成る電子銃において、前記陰極の内部を中空状に構成し、その中空部に絶縁ガ
スを供給できるように構成したことを特徴とする電子
銃。
【請求項２】電子に対して透過性のある出口窓と、そ
の反対側に設けられた導電性抽出グリッドを備え、ま
た、低圧力でイオン化すべき気体と、この気体を電離さ
せて陽イオンを発生させる陽極ワイヤを備えたイオン化
室と、前記導電性抽出グリッドを介してイオン化室と連
通され、導電性抽出グリッドに対向する位置に陰極を収
納した高電圧室から成る電子銃において、前記陰極の内部を中空状に構成し、その中空部に絶縁油
を供給できるように構成したことを特徴とする電子銃。
【請求項３】電子に対して透過性のある出口窓と、そ
の反対側に設けられた導電性抽出グリッドを備え、ま
た、低圧力でイオン化すべき気体と、この気体を電離さ
せて陽イオンを発生させる陽極ワイヤを備えたイオン化
室と、前記導電性抽出グリッドを介してイオン化室と連
通され、導電性抽出グリッドに対向する位置に陰極を収
納した高電圧室から成る電子銃において、前記陰極の内部を中空状に構成し、その中空部に絶縁油
供給用のパイプを設けたことを特徴とする電子銃。