JPH07302565A

JPH07302565A - プラズマ式電子銃

Info

Publication number: JPH07302565A
Application number: JP6093621A
Authority: JP
Inventors: Sukeyuki Yasui; 祐之安井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】イオンビームの入射による陰極の加熱を抑えて
保守の頻度を減らす。【構成】陰極支持用絶縁筒７の先端にＯリング16を介し
て取り付けられた陰極６の裏面に形成された座ぐり部６
ａに、銅材で製作したＴ字状の放熱片10の頭部をろう付
する。放熱片10の裏面中央に垂設された接続部10ａに
は、高電圧ケーブル８を接続し、この高電圧ケーブル８
の他端は、高圧の負の電源に接続する。陰極支持用絶縁
筒７の内部には、絶縁油を注入し、放熱片10を介して陰
極６を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して電
子ビームを発生させるプラズマ式電子銃に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、微細加工や微細溶接あるいは非破
壊検査用としてのＸ線検査装置等の多くの先端技術の分
野で、電子銃が使用されている。このような用途の機器
に組み込まれている電子銃には、その電子ビーム発生法
に種々な方法が採用される。そのなかの従来のプラズマ
式電子銃について図６を参照して説明する。

【０００３】図６に示すように、ヘリウムガスが導入さ
れ、このヘリウムガスを電離させる陽極ワイヤ１を収納
したイオン化室２の片側に抽出グリッド３が横設され、
この抽出グリッド３を介してイオン化室２と連通する断
面Ｕ字状の高電圧室４が隣設されている。イオン化室２
の他側には、電子を透過させる電子ビーム取出窓５が形
成されている。

【０００４】一方、高電圧室４には、抽出グリッド３と
対向する位置に断面Ｅ字状の陰極６がセラミックス製の
陰極支持用絶縁筒７の先端に固定され、陰極６の後端中
央は高電圧ケーブル８に接続され、この高電圧ケーブル
８によって高電圧室４の外に引き出されている。

【０００５】さらに、高電圧導入室９には、陰極支持用
絶縁筒７及び高電圧ケーブル８の沿面耐圧値を上げるた
めに、絶縁液体（例えば絶縁油）が封入されている。高
電圧室４には、図示しない排気口が設けられており、こ
の排気口には図示しない排気装置が接続され、イオン化
室２及び高電圧室４の内部の圧力は、排気装置によって
所定の範囲に制御されている。高電圧室４の底部に設け
られた高電圧ケーブル８の貫通部には、Ｏリング溝が形
成され、このＯリング溝には、高電圧室４の内部の機密
を保つためのＯリング17が挿着されている。

【０００６】このように構成されたプラズマ式電子銃に
おいては、高電圧室４の内部に供給されたヘリウムガス
の陽イオン化を効率よく行うために、イオン化室２及び
高電圧室４の圧力は、10〜30ミリ・トールの低い状態に
維持されている。ヘリウムガスは、後述する二次電子の
放出特性に優れているために用いられている。

【０００７】また、イオン化室２及び高電圧室４を形成
する円筒状のケースは接地されており、抽出グリッド３
は電子ビーム取出窓５と等電位にある。陰極６は高電圧
ケーブル８を介して図示しない高電圧供給源に接続され
ており、約 100kVの高い負のバイアス電圧が印加されて
いる。

【０００８】一方、電子ビーム取出窓５は、高エネルギ
ーの電子に対して透過性のある、厚さ10μｍほどのアル
ミニウムもしくは高分子のシートで構成されている。窓
幅は電子銃の用途によって設定される。

【０００９】電子銃を作動させる場合には、陽極ワイヤ
１に１kV程度のパルス電圧もしくは直流電圧を印加す
る。すると、陽極ワイヤ１と接地電位にあるイオン化室
２を形成するケースとの間で放電が発生し、イオン化室
２の内部にプラズマが生成される。一方、高電圧室４の
内部に収納された陰極６は、抽出グリッド３を介してこ
のプラズマからイオンを引き出す。

【００１０】このイオンは、イオン化室２と高電圧室４
との間に横設された抽出グリッド３を経て高電圧室４に
侵入し、高エネルギーに加速されて陰極６の表面に衝突
する。すると、陰極６の表面が加熱されて、この陰極６
の表面から二次電子が放出される。

【００１１】このようにして陰極６の表面から放出され
た二次電子は、イオンの侵入方向とは逆に進み、抽出グ
リッド３に向かって加速され、さらに、イオン化室２を
通過して電子ビーム取出窓５から、高エネルギーの電子
ビームとしてＸ線が出射され検査対象物などに照射され
る。

【００１２】ここで、抽出グリッド３の近辺におけるイ
オンの初期エネルギーを無視し、負のバイアス電圧をＶ
_HT、イオンの電荷量をｅとすれば、単一の荷電イオンに
関係があることを念頭におき、イオンはｅ・Ｖ_HT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られ
る。

【００１３】また、抽出グリッド３から引き出されたイ
オンが陰極６に衝撃することによって放出される二次電
子は、抽出グリッド３に向かって加速され、ｅ・Ｖ_HTの
エネルギーに到達する。これらの状態において、１個の
イオンと、この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進む。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成されたプラズマ式電子銃においては、陰極６から二
次電子を放出させるために、イオン化室２から引き出さ
れたイオンを高電圧室４で高エネルギーイオンビームと
し、陰極６に入射させるため、加熱によって陰極の表面
が損傷するおそれがある。すると、陰極の表面から放出
される二次電子も散乱するおそれがある。

【００１５】そのため、従来のプラズマ式電子銃におい
ては、イオンの照射量を減らしたり、損傷した陰極の交
換などによって対処していたが、プラズマ式電子銃の保
守の頻度が増えてＸ線検査装置の稼働率が低下するおそ
れもある。そこで、本発明の目的は、陰極の加熱による
損傷を防ぎ保守の頻度を減らすことのできるプラズマ式
電子銃を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、イオン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電
圧室に収納され、内部に冷媒が注入された絶縁筒と、こ
の絶縁筒の抽出グリッド側に設けられた陰極と、この陰
極の裏面に結合され冷媒で冷却される放熱片を備えたプ
ラズマ式電子銃である。

【００１７】また、請求項２に記載の発明は、イオン化
室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に収納さ
れた絶縁筒と、この絶縁筒の抽出グリッド側に設けられ
た陰極と、この陰極に埋設され冷媒が貫流する放熱片を
備えたプラズマ式電子銃である。

【００１８】また、請求項３に記載の発明は、イオン化
室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に収納さ
れた絶縁筒と、この絶縁筒の抽出グリッド側に設けられ
た陰極と、この陰極の裏面に密着配設され冷媒が貫流す
る冷却管を備えたプラズマ式電子銃である。

【００１９】また、請求項４に記載の発明は、イオン化
室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に収納さ
れ、内部に冷媒が供給される絶縁筒と、この絶縁筒の抽
出グリッド側に設けられた陰極と、絶縁筒の内部に遊嵌
された分流管を備えたプラズマ式電子銃である。

【００２０】さらに、請求項５に記載の発明は、イオン
化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に収納
され、内部に冷媒が供給される絶縁筒と、この絶縁筒の
抽出グリッド側に設けられた陰極と、絶縁筒の内部に遊
嵌された分流管と、この分流管の先端に設けられたノズ
ルを備えたプラズマ式電子銃である。

【００２１】

【作用】請求項１に記載の発明においては、陰極で発生
した熱は、放熱片を介して冷媒に伝達される。また、請
求項２に記載の発明においては、陰極で発生した熱は、
冷媒が貫流する放熱片を介して冷媒に伝達される。

【００２２】また、請求項３に記載の発明においては、
陰極で発生した熱は、冷却が貫流する冷却管を介して冷
媒に伝達される。また、請求項４に記載の発明において
は、陰極で発生した熱は、分流管で環流される冷媒で冷
却される。さらに、請求項５に記載の発明においては、
陰極で発生した熱は、分流管の先端のノズルから噴出さ
れる冷媒によって冷却される。

【００２３】

【実施例】以下、本発明のプラズマ式電子銃の一実施例
を図面を参照して説明する。図１は、請求項１に記載の
プラズマ式電子銃を示す部分縦断面図で、従来の技術で
示した図６の円筒状のケースは省略し、図６と同一部分
には同符号を付して説明を省略する。

【００２４】図１において、従来の技術で示した図６と
異なるところは、陰極６の形状で、ステンレス鋼材で製
作された陰極６の背面には、放熱促進用の放熱片10が以
下述べるように埋設されている。

【００２５】すなわち、図１において陰極６の背部に
は、円形の座ぐり部６ａが形成され、この座ぐり部６ａ
には、図１においてはＴ字形で、図示しない平面図では
円形の銅材で製作された放熱片10の頭部が挿入され、座
ぐり部６ａの底面と側面にろう付されている。

【００２６】放熱片10の中心部に垂設された円柱状の端
子部10ａには、図６と同様に高電圧ケーブル８の先端の
芯線が圧着されている。陰極６の外周下部と陰極支持用
絶縁筒７の上部に形成された凹部の内周の間には、Ｏリ
ング16が挿入され、高電圧導入室９の内部に注入された
絶縁油の漏れが防がれている。

【００２７】このように陰極６が構成されたプラズマ式
電子銃においては、高電圧室４の端部に横設された図示
しない抽出グリッドを経て、矢印Ａで示すように陰極６
の前面に入射したイオンビームによって加熱された陰極
６の熱は、この陰極６の裏側にろう付された放熱片10の
頭部に伝達される。

【００２８】この頭部に伝達された熱は、熱伝導率の優
れた放熱片10の頭部から、この頭部に垂設された端子部
10ａに温度勾配のない状態で伝達され、高電圧導入室９
に注入された絶縁油で冷却される。

【００２９】したがって、このように構成されたプラズ
マ式電子銃においては、ステンレス鋼材（SUS304）だけ
で製作されていた従来の陰極に比べて、裏面の冷媒との
接触側にステンレス鋼材と比べて約10倍の熱伝導率の銅
材の放熱片10を埋設することで、陰極６の表面の熱を効
果的に冷媒に伝達することができるので、陰極６の過熱
による損傷を防ぐことができ、この損傷による二次電子
の散乱を防ぐことができ、陰極６の交換頻度を減らすこ
とができる。

【００３０】なお、上記実施例において、放熱部10ａの
外周にねじ山を形成して、冷媒と接触する面積を増や
し、放熱部10ａから冷媒への熱伝達効果を上げてもよ
い。さらに、放熱部10ａの外周に、帯状の銅板を螺旋状
に巻き付けてろう付し、放熱部10ａから冷媒への熱伝達
効果を更に上げてもよい。

【００３１】図２は、請求項２に記載のプラズマ式電子
銃を示す部分縦断面図で、図１に対応する図であり、図
１の中間部の破断部から上部だけを示す。図２において
は、陰極６Ａの背部には、ステンレス鋼（SUS304）で製
作された断面逆山字状の放熱片10Ａがろう付けされてい
る。この放熱片10Ａの下面の左右には、円柱状の接続部
10ｂが対称的に垂設され、これらの接続部10ｂと放熱片
10Ａの上端の円板部には、逆Ｕ字状の冷却流路10ｃが形
成されている。

【００３２】このうち、接続部10ｂには、接続管12の上
端がそれぞれ螺合され、これらの接続管12の図示しない
他端は、純水を冷却し吐出する図示しない冷却ポンプに
接続されている。

【００３３】このように陰極６Ａが構成されたプラズマ
式電子銃においては、陰極６Ａで発生した熱は、この陰
極６Ａの裏面にろう付された放熱片10Ａの内部に、図２
の矢印Ｂ１に示すように供給され矢印Ｂ２に示すように
排出される冷媒によって冷却されるので、図１で示した
陰極６に比べて更に低い温度に冷却することができ、高
出力のプラズマ式電子銃においても、陰極６Ａの表面の
損傷を防ぐことができ、長期に亘って陰極６Ａの交換作
業を省くことができる。

【００３４】図３は、請求項３に記載の発明のプラズマ
式電子銃を示す部分縦断面図で、図１，図２に対応する
図である。図３においても、図２と同様に図１の中間部
の破断部から上部だけを示す。

【００３５】図３において、図１及び図２の異なるとこ
ろは、図６で示した陰極６Ｃの裏面中央部に垂設された
接続部と同形の接続部６ｂに対して、螺旋状に形成され
た放熱管13が挿入され、ろう付されている。これらの放
熱管13の両端には、接続管12がそれぞれ接続されてい
る。

【００３６】このように陰極６Ｂに放熱管13が挿入され
たプラズマ式電子銃においては、接続管12によって放熱
管13の内部を貫流する冷媒で陰極６Ｂが冷却されるの
で、この陰極６Ｂの前面に入射されるイオンビームによ
る陰極６の前面の加熱による損傷を防ぐことができる。

【００３７】図４は、請求項４に記載の発明のプラズマ
式電子銃を示す部分縦断面図で、図１，図２及び図３に
対応する図で、図２及び図３と同様に、図１の中間部の
破断部から上部だけを示す。

【００３８】図４において、図１，図２及び図３と異な
るところは、陰極６Ｃの裏面に垂設された接続部６ｃに
は、上端に左右に貫通した貫通穴６ｃ１が形成されてい
る。さらに、高電圧導入室９の内部には、フッ素樹脂製
の分流管14が挿入され、この分流管14の上端と陰極６Ｃ
の背面との間には、僅かな間隙が設けられている。

【００３９】このように構成されたプラズマ式電子銃に
おいては、分流管14の内面と高電圧ケーブル８との間に
図４の矢印Ｃ１，Ｃ２に示すように流入した冷媒は、接
続部６ｃの外周から分流管14の上端を経てこの分流管14
の外周に流出し、矢印Ｃ３，Ｃ４に示すように流下し
て、図示しない冷却ポンプに環流される。

【００４０】したがって、このように構成されたプラズ
マ式電子銃においては、分流管14の内部から外部に流れ
る冷媒による接続部６ｃの冷却によって、陰極６Ｃの前
面も冷却され、この陰極６Ｃの前面に入射するイオンビ
ームによる過熱を抑えることができる。

【００４１】図５は、請求項５に記載の発明のプラズマ
式電子銃を示す部分縦断面図で、図１，図２，図３及び
図４に対応する図で、図２及び図３と同様に、図１の中
間部の破断部から上部だけを示す。

【００４２】図５において、図１，図２，図３及び図４
と異なるところは、陰極６Ｄの裏面に垂設された接続部
６ｄには、上端に大きい貫通穴６ｄ１が横に形成されて
いる。さらに、高電圧導入室９の内部には、フッ素樹脂
製の分流管14が挿入され、この分流管14の上端と陰極６
Ｄの背面との間には、図４と同様に僅かな間隙が設けら
れている。さらに、分流管14の上端には、環状のノズル
15が挿着され固定されている。

【００４３】このように構成されたプラズマ式電子銃に
おいては、分流管14の内面と高電圧ケーブル８との間に
図４の矢印Ｃ１，Ｃ２に示すように流入した冷媒は、接
続部６ｄに形成された貫通穴６ｄ１の下部から、ノズル
15の中心に形成されたノズル穴を経て、陰極６Ｄの最高
温度部となる中央部の裏面に衝突し、図５に示すように
分流管14の上端を経てこの分流管14の外周に流出し、矢
印Ｃ３，Ｃ４に示すように流下して、図示しない冷却ポ
ンプに環流される。

【００４４】したがって、このように構成されたプラズ
マ式電子銃においては、分流管14の内部から外部に流れ
る冷媒による接続部６ｄの冷却によって、陰極６Ｄの中
央部が冷却されるので、この陰極６Ｄの前面に入射する
イオンビームによる過熱を抑えることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
イオン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室
に収納され、内部に冷媒が注入された絶縁筒と、この絶
縁筒の抽出グリッド側に設けられた陰極と、この陰極の
裏面に結合され冷媒で冷却される放熱片を備えること
で、陰極で発生した熱を熱伝導率の優れた放熱片を介し
て冷媒に伝達したので、陰極の加熱による損傷を防ぎ保
守の頻度を減らすことのできるプラズマ式電子銃を提供
することができる。

【００４６】また、請求項２に記載の発明によれば、イ
オン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に
収納された絶縁筒と、この絶縁筒の抽出グリッド側に設
けられた陰極と、この陰極に埋設され冷媒が貫流する放
熱片を備えることで、陰極で発生した熱を冷媒が貫流し
熱伝導率の優れた放熱片を介して冷媒に伝達したので、
陰極の加熱による損傷を防ぎ保守の頻度を減らすことの
できるプラズマ式電子銃を提供することができる。

【００４７】また、請求項３に記載の発明によれば、イ
オン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に
収納された絶縁筒と、この絶縁筒の抽出グリッド側に設
けられた陰極と、この陰極の裏面に密着配設され冷媒が
貫流する冷却管を備えることで、陰極で発生した熱を冷
却が貫流する冷却管を介して冷媒に伝達したので、陰極
の加熱による損傷を防ぎ保守の頻度を減らすことのでき
るプラズマ式電子銃を提供することができる。

【００４８】また、請求項４に記載の発明によれば、イ
オン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に
収納され、内部に冷媒が供給される絶縁筒と、この絶縁
筒の抽出グリッド側に設けられた陰極と、絶縁筒の内部
に遊嵌された分流管を備えることで、陰極で発生した熱
を分流管で環流される冷却で冷却したので、陰極の加熱
による損傷を防ぎ保守の頻度を減らすことのできるプラ
ズマ式電子銃を提供することができる。

【００４９】さらに、請求項５に記載の発明によれば、
イオン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室
に収納され、内部に冷媒が供給される絶縁筒と、この絶
縁筒の抽出グリッド側に設けられた陰極と、絶縁筒の内
部に遊嵌された分流管と、この分流管の先端に設けられ
たノズルを備えることで、陰極で発生した熱を分流管の
先端のノズルから噴出される冷媒によって冷却したの
で、陰極の加熱による損傷を防ぎ保守の頻度を減らすこ
とのできるプラズマ式電子銃を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明のプラズマ式電子銃の一
実施例を示す部分縦断面図。

【図２】請求項２に記載の発明のプラズマ式電子銃の一
実施例を示す部分縦断面図。

【図３】請求項３に記載の発明のプラズマ式電子銃の一
実施例を示す部分縦断面図。

【図４】請求項４に記載の発明のプラズマ式電子銃の一
実施例を示す部分縦断面図。

【図５】請求項５に記載の発明のプラズマ式電子銃の一
実施例を示す部分縦断面図。

【図６】従来のプラズマ式電子銃の一実施例を示す部分
縦断面図。

【符号の説明】

１…陽極ワイヤ、２…イオン化室、３…抽出グリッド、
４…高電圧室、５…電子ビーム取出窓、６，６Ａ，６
Ｂ，６Ｃ，６Ｄ…陰極、７…陰極支持用絶縁筒、８…高
電圧ケーブル、９…高電圧導入室、10，10Ａ…放熱片、
10ａ…端子部、10ｂ…接続部、10ｃ…冷却流路、12…接
続管、13…放熱管、14…分流管、15…ノズル、16…Ｏリ
ング。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン化室に抽出グリッドを介して隣設
された高電圧室に収納され、内部に冷媒が注入された絶
縁筒と、この絶縁筒の前記抽出グリッド側に設けられた
陰極と、この陰極の裏面に結合され前記冷媒で冷却され
る放熱片を備えたプラズマ式電子銃。
【請求項２】イオン化室に抽出グリッドを介して隣設
された高電圧室に収納された絶縁筒と、この絶縁筒の前
記抽出グリッド側に設けられた陰極と、この陰極に埋設
され冷媒が貫流する放熱片を備えたプラズマ式電子銃。
【請求項３】イオン化室に抽出グリッドを介して隣設
された高電圧室に収納された絶縁筒と、この絶縁筒の前
記抽出グリッド側に設けられた陰極と、この陰極の裏面
に密着配設され冷媒が貫流する冷却管を備えたプラズマ
式電子銃。
【請求項４】イオン化室に抽出グリッドを介して隣設
された高電圧室に収納され、内部に冷媒が供給される絶
縁筒と、この絶縁筒の前記抽出グリッド側に設けられた
陰極と、前記絶縁筒の内部に遊嵌された分流管を備えた
プラズマ式電子銃。
【請求項５】イオン化室に抽出グリッドを介して隣設
された高電圧室に収納され、内部に冷媒が供給される絶
縁筒と、この絶縁筒の前記抽出グリッド側に設けられた
陰極と、前記絶縁筒の内部に遊嵌された分流管と、この
分流管の先端に設けられたノズルを備えたプラズマ式電
子銃。