JPH077650B2 - 酸素ガス導入装置 - Google Patents

酸素ガス導入装置

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JPH077650B2
JPH077650B2 JP60214716A JP21471685A JPH077650B2 JP H077650 B2 JPH077650 B2 JP H077650B2 JP 60214716 A JP60214716 A JP 60214716A JP 21471685 A JP21471685 A JP 21471685A JP H077650 B2 JPH077650 B2 JP H077650B2
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啓二 高田
広靖 加賀
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/06Electron sources; Electron guns
    • H01J37/073Electron guns using field emission, photo emission, or secondary emission electron sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01J3/02Feed or outlet devices therefor
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    • H01J37/02Details
    • H01J37/18Vacuum locks ; Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は真空容器内への酸素ガス導入装置に係り、特
に、微少な酸素分圧を必要とする熱電界放射陰極をもつ
電子銃を電子線源とする電子線装置、例えば電子顕微
鏡、電子線描画装置など、の真空鏡体内に酸素ガスを導
入するのに好適な酸素ガス導入装置に関する。
〔発明の背景〕
真空中へ酸素ガスを導入する方法として、ガスボンベを
用いることなく行うには、大気又は酸素雰囲気と真空と
を仕切る部分において、銀の薄板又は肉厚の薄い銀製円
筒を加熱することによって真空中に酸素ガスを導入でき
ることが知られている。
一方、走査型電子顕微鏡、電子線描画装置などの電子線
応用装置では、収束ビームの微細化、大電流化などのた
め電子線源の高輝度化を図り熱電界放射型電子銃を使用
しなければならなくなった。特に、大電流を引き出すこ
とができ電流安定性のすぐれたチタン(Ti),ジルコニ
ゥム(Zr),ハフニゥム(Hf)のうちの少なくとも一つ
の金属を軸方位<100>からなるタングステンもしくは
モリブデンの単結晶の尖針表面に酸素を介して単原子層
程度に吸着させた構造の熱電界放射陰極(特開昭56−61
733号参照)からなる電子銃を用いるとき、微少の酸素
ガス分圧を必要とすることが多い。このような場合、前
記した銀の薄板又は銀製円筒による酸素ガス導入方式を
用いると、形状が大きくかつ微少量を流入させるための
調節バルブを必要とする酸素ガスボンベを用いることな
く、容易に酸素ガスを導入できる。
従来、銀製円筒を用いた酸素ガス導入装置は、特開昭50
−103968号に記載されているように行われていた。すな
わち、第2図に断面図を示すように真空鏡体壁5に対し
て大気側に張り出した銀製円筒1の外周に配置した電熱
線2に通電して加熱し、銀製円筒1とカバー4の間に存
在する大気3もしくは大気圧に近い酸素雰囲気の酸素ガ
スを真空中に導入する構造となっている。
しかし、この構造においては、(イ)電熱線への通電に
よる加熱電力が大きい、(ロ)酸素導入効率が悪い、等
の問題があり、そのため(ハ)酸素導入量を大きくしよ
うとするとさらに電熱線の加熱電力が増大することから
銀製円筒1が局所的に融ける等の事故が起こりやすいと
いう問題が生じる。
電界放射型電子銃質の近傍に設ける酸素ガス導入装置と
しては、上記(イ)は、電子銃に電磁誘導の障害を与え
る、(ロ)は、必要な酸素ガス分圧の制御を困難にす
る、(ハ)は、陰極を放電で破壊に至らしめる、など実
用上の問題点となる点が多く、それらに対する配慮が不
足していた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来技術での前記した問題点を克服
し、電熱線への加熱電力を小電力とすることができ、酸
素導入効率の良い、酸素ガス導入装置を提供することに
ある。
〔発明の概要〕
本発明では、上記目的を達成するために、酸素ガスを必
要とする真空容器内に酸素ガスを導入する装置におい
て、真空容器の側壁に外部大気側から真空容器内に突出
させて設けられた先端が閉じている銀製円筒と、該銀製
円筒の大気に通じている内部に電気的に絶縁されて挿入
配置された電熱体を設けた構成の酸素ガス導入装置とす
る。
実施例説明に入る前に、本発明の考え方を第3図,第4
図を用いて説明する。まず、電熱線2に供給する加熱電
力を小さくするということは、如何に効率良く銀製円筒
1を加熱できるか、であり本質的な問題としては、加熱
する時の熱損失を如何に小さくするかということであ
る。第2図のように電熱線2を、銀製円筒1に接触させ
ないで、その周囲に配置する構造では、銀製円筒1への
加熱は電熱線2からの放射熱によるものだけであるから
電熱線2の温度を高くしなければならず、非常に効率が
悪い。熱損失としては、電熱線自身の熱伝導損失Qc1
電熱線2から銀製円筒1以外への熱放射損失Qeおよび銀
製円筒1から真空鏡体壁との接合部を通して逃げる熱伝
導損失Qc2がある。これらのそれぞれを小さくすること
が小電力化を果すために必要である。
電熱線2での熱損失(Qc1,Qe)が全くなく、加熱効率が
100%であるならば、理想的な必要加熱電力はQc2によっ
て定まることになる。第4図は銀製円筒1と真空鏡体壁
5との間に熱伝導を悪くするための接合円筒6を挿入し
たときの熱伝導損失を説明するもので、記号dは銀製円
筒1および接合円筒6の内径、t1は銀製円筒1に肉厚、
Lは銀製円筒1の長さ、t2は接合円筒6の肉厚、lは接
合円筒6の長さをそれぞれ示す。銀の熱伝導率は0.998c
al・cm-1・s-1・deg-1(20℃)と極めて良いので銀製円
筒1の温度は一様であると仮定し、銀製円筒1と接合円
筒6との接合部における温度をT1、接合円筒6と真空鏡
体壁5との接合部における温度をT2とすると、銀製円筒
1から真空鏡体壁5に逃げる熱伝導損失Qc2は, で与えられる。ただし、kは接合円筒6の熱伝導率、s
は接合円筒6の断面積でs=π(d・t2+t2 2)で与え
られる。
ここで、具体的にd=0.5cm,t1=0.05cm,L=5cmの大き
さの銀製円筒1を加熱するにあたり、上式に具体的数値
(k=0.03cal・cm-1・s-1・deg-1,l=1cm,d=0.5cm,t2
=0.1cm)を与え、T1=400℃,T2=20℃と仮定したとき
Qc2は約5Wとなる。すなわち、銀が酸素ガスを導入する
ことのできる300℃以上の適温400℃を仮定したとき、上
記の具体的形状で理想的には5W程度の加熱電力で済む筈
である。しかし、実際には、第4図構成のものを第3図
構成の電熱線で加熱するとき、およびQeを小さくするた
め第2図のようにカバー4を付加する構成としても、酸
素ガス導入量と電熱線配置構造により多少の差はある
が、50〜100Wの加熱電力を必要とする。これは、小電力
化を実現するには、QeおよびQc1を抜本的に小さくする
構造が必要であることを示しており、前述の(ロ)の項
で述べた酸素導入効率の問題を考察することによって、
以下のように、一挙に解決される。
酸素導入効率の問題とは以下の点である。銀製円筒につ
いては、円筒状以外の形状、例えば平板状のものと比較
して、薄くしたときの圧力(1気圧)に対する強度が大
きい点、加熱しやすい点、および真空鏡体壁5に対して
占める面積の割合に銀の表面積が大きい点などで、円筒
形状の方が有利であり、円筒状を採用することで、第4
図で示した内径dは0.5cmであっても充分な酸素ガスを
導入してできることになる。しかし、第4図のように、
0.5cmの内径で5cm程度の閉管が取り付けれた状態は、真
空中でのガスの排気コンダクタンスを考えると、極めて
効率が悪い。高真空中では銀製円筒1の内部側と真空鏡
体側では1桁〜2桁の圧力差が存在することになる。こ
れは、形状が円筒であるからといって必ずしも1桁〜2
桁多い酸素量を銀製円筒1から導入する意味にはならな
いが、導入効率が悪い点は事実である。
ここで上記加熱電力の問題と酸素導入効率の問題を解決
するため、銀製円筒を用いることは変えずに、取り付け
方向を、第4図の真空側と大気側を逆転させてみる。す
なわち、銀製円筒1を真空側に突出させてみる。こうす
ることにより、銀製円筒1は広い真空室にさらされるよ
うになり酸素導入効率の問題は解決される。加熱電力の
問題も、銀製円筒1の内径部に大気あるいは酸素の多い
気体が充分に流入できる空間を保って電熱線が挿入でき
れば、熱放射損失Qeをほとんど零にすることができ、そ
のため電熱線加熱電力も小さくなるから電熱線からのQc
2も微小に抑えられる。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例の要部断面図を第1図に示す。実施例
構造が従来構造が異なる点は、銀製円筒1を真空鏡体壁
5から真空側に突出させて設けた点と、この銀製円筒1
の大気に通じている内径部に表面が耐熱性絶縁物で覆わ
れた電熱体を挿入配置した点である。この場合、耐熱性
絶縁物の外径uを、銀製円筒1の内径dに比較して充分
に小さくすることにより、銀製円筒1の内径部空間で大
気を充分に流入させることができる。そのため、電熱体
として、熱線もしくは印刷技術によって形成される発熱
体7を、例えばセラミックス9に埋め込んで外径uの棒
状に形成したものを用い、発熱体7の大気側の終端を接
続導線8を介して図示省略の加熱用電源に接続する。発
熱体7の埋め込み材料としては、銀製円筒1の内部で部
分的に接触しても短絡等が生じないように、電気的絶縁
材料であり、約400℃の温度に耐える材料であればよ
い。
本実施例によれば、前に詳述したように、発熱体7の熱
は、ほとんど銀製円筒1に与えられることとなり、考え
られる熱損失は接続導線8を通じて逃げる熱伝導損失だ
けであるが、これも発熱体7の小電力化で線径の細い導
線が使用できるため、熱損失は極めて小さい。具体的な
数値例で比較すると、形状寸法を第4図従来構造で説明
した場合の寸法とほとんど同一にして、すなわち、d=
0.5cm,L=5cm,t1=0.05cm,t2=0.1cm,l=1cm,u=0.3cm
として、同量の酸素ガスを導入するのに、従来構造の場
合に50〜100Wの電力であったのに比較して、10Wの電力
であった。
なお、本実施例において接合円筒6として特に物質を示
さなかったが、熱伝導率kが0.1cal・cm-1・s-1・deg-1
以下の物質ならばt2およびlを適当に選ぶことによって
達成される。
また真空鏡体を構成する装置および電子源についても特
に示さなかったが、熱電界放射陰極に限定されず、ショ
ットキー放射および熱電子放射陰極であっても酸素補給
を必要とする陰極ならば、本発明を適用することがで
き、その効果に変りない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、(イ)同量の酸
素ガスを導入するのに従来の1/5〜1/10の電力で間に合
うため、電熱体の小電力化すなわち小電流化によって、
電子銃室など真空鏡体装置への電磁障害を微小に抑える
ことができる、(ロ)酸素導入効率が高まったため、量
的に多い酸素量を真空鏡体装置側へ供給できる、すなわ
ち、真空圧力で概算すれば同じ真空鏡体で従来よりおよ
そ一桁多い酸素ガスを導入できる、(ハ)酸素ガス導入
装置として形状寸法を小型化できるため、真空鏡体の如
何なる部分へも適用できる、等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は従来
例を示す断面図、第3図は従来例で加熱する時の熱損失
を説明する断面図、第4図は銀製円筒から熱伝導損失に
よって失われる熱量を小さくする方法を説明する断面図
である。 <符号の説明> 1…銀製円筒、2…電熱線 3…大気、4…カバー 5…真空鏡体壁、6…接合円筒 7…発熱体、8…接続導線 9…セラミックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加賀 広靖 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所那珂工場内 (56)参考文献 特開 昭50−103968(JP,A) 特開 昭50−141258(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸素ガスを必要とする真空容器内に酸素ガ
    スを導入する装置において、真空容器の側壁に外部大気
    側から真空容器内に突出させて設けられた先端が閉じて
    いる銀製円筒と、該銀製円筒の大気に通じている内部に
    電気的に絶縁されて挿入配置された電熱体を設けたこと
    を特徴とする酸素ガス導入装置。
  2. 【請求項2】上記銀製円筒が、熱伝導率が銀の熱伝導率
    の1/10以下の材料からなる接合円筒を介して上記、真空
    容器の側壁に接続されているこを特徴ととする特許請求
    の範囲第1項記載の酸素ガス導入装置。
  3. 【請求項3】上記電熱体はその表面が耐熱性絶縁物で覆
    われていることを特徴とする特許請求の範囲第1項また
    は第2項のいずれか記載の酸素ガス導入装置。
JP60214716A 1985-09-30 1985-09-30 酸素ガス導入装置 Expired - Lifetime JPH077650B2 (ja)

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US06/911,786 US4772821A (en) 1985-09-30 1986-09-26 Apparatus for introducing oxygen gas
DE19863633177 DE3633177A1 (de) 1985-09-30 1986-09-30 Vorrichtung zur einfuehrung von sauerstoffgas

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JPS6276143A JPS6276143A (ja) 1987-04-08
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US2804563A (en) * 1954-01-19 1957-08-27 Machlett Lab Inc Electron tube generator
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JP3064906B2 (ja) * 1996-06-12 2000-07-12 株式会社村田製作所 同軸コネクタ

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DE3633177A1 (de) 1987-04-02
DE3633177C2 (ja) 1989-05-11
JPS6276143A (ja) 1987-04-08
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