JPH0794072A - Hot cathode for electron radiation, its manufacture, and electron beam working device using it - Google Patents
Hot cathode for electron radiation, its manufacture, and electron beam working device using itInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、低真空雰囲気中でイオ
ン衝撃の強い雰囲気において、被加工物に電子ビームを
照射することにより、金属等の溶融、接合、孔あけ及び
アニール等の加工を行う電子ビーム加工装置に用いられ
る熱陰極に関する。また、その熱陰極の製造方法に関す
る。また、その熱陰極を用いた電子ビーム加工装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention irradiates an object with an electron beam in an atmosphere having a strong ion bombardment in a low vacuum atmosphere to perform processing such as melting, joining, drilling and annealing of metals. The present invention relates to a hot cathode used in an electron beam processing apparatus. It also relates to a method for manufacturing the hot cathode. It also relates to an electron beam processing apparatus using the hot cathode.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の電子ビーム照射用カソードの熱陰
極としては一般的に酸化物、ホウ化ランタン、高融点金
属等が使用されていた。例えば、電気学会技術報告（II
部）第１４７号（社団法人電気学会編 １９８３年４月
発行）第１頁から第４２頁に開示されているように、金
属等の溶融、接合、孔あけおよびアニール等の加工を行
う電子ビーム加工装置におけるカソードの熱陰極とし
て、タングステンまたはタンタル等の高融点金属あるい
はホウ化ランタンが用いられていた。2. Description of the Related Art Generally, oxides, lanthanum boride, refractory metals, etc. have been used as hot cathodes for conventional electron beam irradiation cathodes. For example, IEEJ Technical Report (II
Part) No. 147 (edited by The Institute of Electrical Engineers of Japan, published in April 1983) As described on pages 1 to 42, an electron beam for melting, joining, drilling, annealing, and the like of metals and the like. A refractory metal such as tungsten or tantalum or lanthanum boride has been used as a hot cathode of a cathode in a processing apparatus.
【０００３】ところが、前述の高融点金属は仕事関数が
大きい。したがって、この高融点金属を熱陰極として用
いる場合には、この高融点金属を非常に高温に加熱する
必要があった。例えば、タングステンを直接加熱型の熱
陰極として用いた場合、この熱陰極を２５００〜２６０
０℃程度の高温に加熱する必要があった。そのため、こ
のタングステン熱陰極としては、タングステンを細い線
形のヘアピン状にするか、または、薄肉のリボン状にし
て、そのタングステンを直接加熱する方法を取ってい
た。また、そのほかに、棒状のタングステンの周囲にタ
ングステンフィラメントを巻いて、このタングステンフ
ィラメントからでる電子で棒状のタングステンを加熱す
る方法を取っていた。However, the above-mentioned refractory metals have a large work function. Therefore, when using this refractory metal as a hot cathode, it was necessary to heat the refractory metal to a very high temperature. For example, when tungsten is used as a direct heating type hot cathode, the hot cathode is set to 2500 to 260.
It was necessary to heat to a high temperature of about 0 ° C. Therefore, as the tungsten hot cathode, a method has been adopted in which tungsten is formed into a thin linear hairpin shape or a thin ribbon shape, and the tungsten is directly heated. In addition, a method of winding a tungsten filament around a rod-shaped tungsten and heating the rod-shaped tungsten with electrons emitted from the tungsten filament has been adopted.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のタングステンを
直接加熱する方法では、タングステンが細径あるいは薄
肉であるため、使用時にこのタングステンが蒸発するこ
とによる損耗が比較的速く進行していた。さらに、被加
工物に電子ビームを照射しているときに、被加工物から
飛翔してくる金属蒸気等によるイオン衝撃によって比較
的短時間でタングステンが局所的に穿孔されていた。こ
れらの結果、タングステン熱陰極を、頻繁に交換しなけ
ればならないという問題があった。In the conventional method of directly heating tungsten, since tungsten has a small diameter or a thin wall, the wear due to evaporation of the tungsten during use progresses relatively quickly. Furthermore, when the work piece is irradiated with an electron beam, tungsten is locally perforated in a relatively short time due to ion bombardment by metal vapor or the like flying from the work piece. As a result, there has been a problem that the tungsten hot cathode must be frequently replaced.
【０００５】また、棒状のタングステンをタングステン
フィラメントからでる電子で加熱する方法では、前述の
イオン衝撃に対しては強いものの、構造が複雑になって
しまうという問題点があった。さらに、熱陰極の寿命が
作動雰囲気にしたがって著しく変化するフィラメントの
寿命に依存してしまうという問題点もあった。Further, the method of heating the rod-shaped tungsten with the electrons emitted from the tungsten filament has a problem that the structure is complicated although it is strong against the above-mentioned ion bombardment. Further, there is a problem that the life of the hot cathode depends on the life of the filament, which changes significantly according to the working atmosphere.
【０００６】ここで、ホウ化ランタンを陰極材料として
用いれば、タングステン熱陰極と同程度の電子ビームを
得るのに、１５００〜１８００℃に熱陰極を加熱すれば
よい。したがって、陰極加熱に要する電力を著しく低減
することができる。If lanthanum boride is used as the cathode material, the hot cathode may be heated to 1500 to 1800 ° C. in order to obtain an electron beam of the same degree as the tungsten hot cathode. Therefore, the power required for heating the cathode can be significantly reduced.
【０００７】しかしながら、このホウ化ランタン陰極で
は、タングステン陰極と比較して、ビーム電流値の経時
変化が大きいという問題があった。さらに、前述のイオ
ン衝撃に非常に弱く、このイオン衝撃が原因でホウ化ラ
ンタン陰極上に生じるクレータのために、ビーム形状が
経時的に変化してしまうという問題点もあった。However, this lanthanum boride cathode has a problem that the change in beam current value with time is large as compared with the tungsten cathode. Furthermore, there is a problem that the beam shape changes with time due to the craters generated on the lanthanum boride cathode due to the ion bombardment, which is very weak against the ion bombardment.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の熱陰極は、２４００℃以上の融点を有す
る金属、または、その金属を主成分とする合金、また
は、その金属の炭化物、または、その金属のホウ化物、
または、ジルコニウムの炭化物、または、ジルコニウム
のホウ化物のうち選ばれた少なくとも１種の耐イオン衝
撃性高融点耐熱物質と、ランタン、イットリウム、セリ
ウム、セシウムから選ばれた少なくとも１種のホウ化物
または酸化物から選ばれた低仕事関数を有する電子放射
物質とを含んで一体化している。In order to solve the above problems, the hot cathode of the present invention comprises a metal having a melting point of 2400 ° C. or higher, an alloy containing the metal as a main component, or a metal containing the metal. Carbides or borides of their metals,
Alternatively, at least one kind of zirconium carbide or zirconium boride, which is an ion-impact-resistant, high-melting-point heat-resistant material, and at least one boride or oxide selected from lanthanum, yttrium, cerium, and cesium. It is integrated by including an electron emitting material having a low work function selected from materials.
【０００９】[0009]
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
【００１０】図１において、本発明の一実施例の熱陰極
１は、耐イオン衝撃性高融点耐熱物質２と、イットリウ
ムホウ化物、ランタンホウ化物、セリウムホウ化物、セ
シウム酸化物またはセシウムホウ化物から選ばれた低真
空（例えば、１０-2〜１０-3Ｐａ程度）かつ低温（例え
ば、１５００℃〜１８００℃程度）で動作可能な低仕事
関数を有する電子放射物質３とを含んでいる。In FIG. 1, a hot cathode 1 according to an embodiment of the present invention is selected from an ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant substance 2 and yttrium boride, lanthanum boride, cerium boride, cesium oxide or cesium boride. And an electron emitting material 3 having a low work function that can operate at low vacuum (for example, about 10 −2 to 10 −3 Pa) and low temperature (for example, about 1500 ° C. to 1800 ° C.).
【００１１】イオン衝撃に対して高い耐性を有している
高融点耐熱物質２としては用いることができる物質は、
実用上融点が２０００℃以上でなければならない。特
に、この高融点耐熱物質２としては、２４００℃以上の
融点を有している金属（例えば、タングステン、レニウ
ム、オスミウム、タンタル、モリブデン、ニオブおよび
イリジウム）、または、これらの高融点耐熱金属を主成
分とする合金、または、これらの高融点耐熱金属の炭化
物、または、これらの高融点耐熱金属のホウ化物がより
好適である。また、ジルコニウムは、金属としては融点
が低いが、その炭化物およびホウ化物は融点が３０００
℃以上であるので、高融点耐熱物質２として用いること
ができる。A substance which can be used as the high melting point heat resistant substance 2 having high resistance to ion bombardment is
In practice, the melting point must be 2000 ° C or higher. In particular, as the high melting point heat resistant substance 2, a metal having a melting point of 2400 ° C. or higher (for example, tungsten, rhenium, osmium, tantalum, molybdenum, niobium and iridium), or a high melting point heat resistant metal thereof is mainly used. An alloy as a component, a carbide of these refractory refractory metals, or a boride of these refractory refractory metals is more preferable. Zirconium has a low melting point as a metal, but its carbides and borides have a melting point of 3000.
Since it is at least ℃, it can be used as the high melting point heat resistant material 2.
【００１２】次に、本発明の熱陰極を熱間等方加圧（Ｈ
ｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ 以下、
ＨＩＰとする）処理によって製造する方法を図２から図
４を参照して説明する。Next, the hot cathode of the present invention is hot isostatically pressed (H
ot Isostatic Pressing,
A method of manufacturing by HIP processing will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
【００１３】まず、第１の実施例として、タングステン
とホウ化ランタンとを含む熱陰極の製造方法を説明す
る。平均粒径４μｍのタングステン粉末と平均粒径１μ
ｍのホウ化ランタン粉末とを体積比で５：５になるよう
にそれぞれ１００ｇと２４．５ｇとを乾式混合する。得
られた混合粉末を約２０００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力でラ
バープレス成形し、直方体形状の成形体４を得る。First, as a first embodiment, a method of manufacturing a hot cathode containing tungsten and lanthanum boride will be described. Tungsten powder with an average particle size of 4 μm and average particle size of 1 μ
100 g and 24.5 g of the lanthanum boride powder of m are mixed in a dry ratio of 5: 5, respectively. The obtained mixed powder is subjected to rubber press molding at a pressure of about 2000 kgf / cm 2 to obtain a rectangular parallelepiped molded body 4.
【００１４】次に、図２に示すように、成形体４を所望
の温度（例えば、７７０℃）で軟化するガラス製容器５
（例えば、パイレックス社製のガラス製容器）に収納す
る。そして、そのガラス製容器５内に酸化アルミニウム
粉末６を充填し、かつ、そのガラス製容器５内を真空に
してカプセル封入工程を終了する。Next, as shown in FIG. 2, a glass container 5 for softening the molded body 4 at a desired temperature (for example, 770 ° C.).
(For example, a glass container manufactured by Pyrex). Then, the glass container 5 is filled with the aluminum oxide powder 6, and the inside of the glass container 5 is evacuated to complete the encapsulation process.
【００１５】次に、真空封入したガラス製容器５を図３
に示すようにＨＩＰ処理装置７内に収容する。そして、
図４に示す昇温、昇圧スケジュールでＨＩＰ処理するこ
とにより一体化物質が得られる。ここで、昇温・昇圧ス
ケジュールをさらに詳細に説明する。はじめにガラス製
容器５が軟化する７７０℃まで３００℃／ｈの割合で昇
温する。その後、その状態を４０分間保持し、完全にガ
ラス製容器５を軟化させる。圧力の方は、加熱温度が７
７０℃に達した時点から５分間で１００ｋｇｆ／ｃｍ2
まで加圧し、その後の６０分間で２００ｋｇｆ／ｃｍ2
の割合で加圧する。そして、最終ＨＩＰ処理条件である
１３００℃および１５００ｋｇｆ／ｃｍ2の加熱・加圧
状態を得た後、その状態を９０分間保持する。また、こ
の時のＨＩＰ処理装置７内の処理雰囲気は、アルゴンガ
ス雰囲気とする。Next, the vacuum-sealed glass container 5 is shown in FIG.
It is housed in the HIP processor 7 as shown in FIG. And
An integrated substance is obtained by HIPing according to the temperature rising / pressurizing schedule shown in FIG. Here, the temperature rising / pressurizing schedule will be described in more detail. First, the temperature is raised at a rate of 300 ° C / h to 770 ° C at which the glass container 5 softens. After that, the state is maintained for 40 minutes to completely soften the glass container 5. The heating temperature is 7
100 kgf / cm 2 within 5 minutes after reaching 70 ° C
Up to 200 kgf / cm 2 for 60 minutes thereafter
Pressurize at a rate of. Then, after obtaining the final HIP treatment condition of 1300 ° C. and 1500 kgf / cm 2 of heating / pressurizing state, the state is maintained for 90 minutes. The processing atmosphere in the HIP processing apparatus 7 at this time is an argon gas atmosphere.
【００１６】このようなＨＩＰ処理により得られた一体
化物は所定の形状に加工されて熱陰極として用いられ
る。The integrated product obtained by such HIP processing is processed into a predetermined shape and used as a hot cathode.
【００１７】なお、成形体４を収納する容器としてガラ
ス製容器５を用いたが、最終ＨＩＰ処理条件における加
熱温度よりも低い軟化点を有する物質を材料とする容器
を用いてもよい。したがって、成形体４を収納する容器
は、ガラス製に限られたものではなく、アルミ、軟鋼お
よび銅等の金属製でもかまわない。成形体４を収納する
容器の材質に前記金属を用いた場合は、ガラス製容器を
用いた場合と異なり、ＨＩＰ処理において、成形体４を
収納した容器が軟化する前に、ある程度の圧力をその容
器に加えても差し支えない。Although the glass container 5 is used as the container for accommodating the molded body 4, a container made of a substance having a softening point lower than the heating temperature under the final HIP processing conditions may be used. Therefore, the container for accommodating the molded body 4 is not limited to glass, but may be made of metal such as aluminum, mild steel and copper. When the metal is used as the material of the container that houses the molded body 4, unlike the case where a glass container is used, a certain amount of pressure is applied to the HIP process before the container housing the molded body 4 softens. It can be added to the container.
【００１８】また、成形体４を収納する容器５には酸化
アルミニウム粉末６を充填するように説明した。しか
し、この容器５内に、成形体４とともに充填される物質
は酸化アルミニウム粉末６に限定されるものではない。
容器５に充填される物質としては、成形体４および容器
５と反応しない物質、例えば、窒化ホウ素、酸化ジルコ
ニウム粉末等でもかまわない。そして、容器５に充填さ
れる物質は、ＨＩＰ処理条件に合わせて任意に選択され
る。Further, it has been described that the container 5 accommodating the molded body 4 is filled with the aluminum oxide powder 6. However, the substance filled with the molded body 4 in the container 5 is not limited to the aluminum oxide powder 6.
The substance filled in the container 5 may be a substance that does not react with the molded body 4 and the container 5, such as boron nitride or zirconium oxide powder. Then, the substance to be filled in the container 5 is arbitrarily selected according to the HIP processing conditions.
【００１９】以上説明したＨＩＰ処理では、成形体４の
内部の加圧状態を均一にすることができる。したがっ
て、このＨＩＰ処理によって得られた一体化物の内部組
織は均一なものとなり、電子放射特性を非常に安定なも
のにすることができる。In the HIP process described above, the pressure inside the molded body 4 can be made uniform. Therefore, the internal structure of the integrated product obtained by this HIP treatment becomes uniform, and the electron emission characteristics can be made very stable.
【００２０】以上の説明では、タングステン粉末とホウ
化ランタン粉末との一体化物の製造方法を示した。ここ
で、耐イオン衝撃性高融点耐熱物質および電子放射物質
として、前述した物質から他の物質を選んで、熱陰極を
製造する場合も、最終ＨＩＰ処理条件を所望の処理条件
に変更する等の諸条件を変更する以外は、前述のタング
ステンとホウ化ランタンとの組合せの場合と同様の処理
を行えばよい。。例えば、第２の実施例として、体積比
で５：５になるように用意された平均粒径４．５μｍの
タングステンカーバイド粉末１００ｇと平均粒径１μｍ
のホウ化ランタン粉末３２ｇとをＨＩＰ処理により一体
化する場合について説明する。この場合、それぞれの粉
末を乾式混合した後、その混合粉末に対して最終ＨＩＰ
処理条件を１４００℃、２０００ｋｇｆ／ｃｍ2、９０
分間のアルゴンガス雰囲気として前述と同様のＨＩＰ処
理を行えば一体化物が得られる。In the above description, a method for manufacturing an integrated product of tungsten powder and lanthanum boride powder has been shown. Here, when the hot cathode is manufactured by selecting other substances from the above-mentioned substances as the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant substance and the electron emitting substance, the final HIP treatment condition is changed to a desired treatment condition. Other than changing the conditions, the same treatment as in the case of the combination of tungsten and lanthanum boride described above may be performed. . For example, as a second example, 100 g of tungsten carbide powder having an average particle size of 4.5 μm and an average particle size of 1 μm prepared in a volume ratio of 5: 5.
A case of integrating 32 g of the lanthanum boride powder of 1 by HIP processing will be described. In this case, after dry mixing the respective powders, the final HIP is applied to the mixed powders.
Treatment conditions are 1400 ° C., 2000 kgf / cm 2 , 90
An integrated product can be obtained by performing the same HIP treatment as described above under an argon gas atmosphere for 1 minute.
【００２１】次に、第３の実施例として、体積比で５：
５になるように用意された平均粒径２μｍのタンタルカ
ーバイド粉末１００ｇと平均粒径１μｍのホウ化ランタ
ン粉末３２ｇとをＨＩＰ処理により一体化する場合につ
いて説明する。この場合、それぞれの粉末を乾式混合し
た後、その混合粉末に対して最終ＨＩＰ処理条件を１４
５０℃、１５００ｋｇｆ／ｃｍ2、９０分間のアルゴン
ガス雰囲気として前述と同様のＨＩＰ処理を行えば一体
化物が得られる。Next, as a third embodiment, the volume ratio is 5:
A case in which 100 g of tantalum carbide powder having an average particle size of 2 μm and 32 g of lanthanum boride powder having an average particle size of 1 μm prepared so as to be No. 5 are integrated by HIP treatment will be described. In this case, after dry-mixing the respective powders, the final HIP treatment condition for the mixed powders is set to 14
An integrated product can be obtained by performing the same HIP treatment as described above in an argon gas atmosphere at 50 ° C. and 1500 kgf / cm 2 for 90 minutes.
【００２２】次に、第４の実施例として、体積比で５：
５になるように用意された平均粒径７μｍのホウ化ジル
コニウム粉末１００ｇと平均粒径１μｍのホウ化ランタ
ン粉末７７．５ｇとをＨＩＰ処理により一体化する場合
について説明する。この場合、それぞれの粉末を乾式混
合した後、その混合粉末に対して最終ＨＩＰ処理条件を
１４５０℃、１５００ｋｇｆ／ｃｍ2、９０分間のアル
ゴンガス雰囲気として前述と同様のＨＩＰ処理を行えば
一体化物が得られる。Next, as a fourth embodiment, a volume ratio of 5:
A case will be described in which 100 g of zirconium boride powder having an average particle size of 7 μm and 77.5 g of lanthanum boride powder having an average particle size of 1 μm are integrated by HIP treatment. In this case, after the respective powders are dry-mixed, the final HIP treatment condition for the mixed powders is 1450 ° C., 1500 kgf / cm 2 , and an argon gas atmosphere for 90 minutes. can get.
【００２３】また、耐イオン衝撃性高融点耐熱物質と電
子放射物質とを一体化させるに際し、その一体化された
熱陰極が加工・加熱される際に破壊されない程度の強度
を有するように、ＨＩＰ処理の加熱・加圧の条件を適時
変更させる必要がある。特に、その最終ＨＩＰ処理条件
として、加熱温度１０００℃以上、圧力２００ｋｇｆ／
ｃｍ2以上の組合せが必要である。その理由を説明す
る。まず、ＨＩＰ処理の際に、２００ｋｇｆ／ｃｍ2未
満しか加圧しなかった場合、耐イオン衝撃性高融点耐熱
物質と電子放射物質とを一体化させるためには、電子放
射物質の融点近くまで加熱しなければならない。しかし
ながら、この加熱により、電子放射物質の電子放射特性
を著しく劣化させてしまう。また、ＨＩＰ処理の際に、
加熱温度が１０００℃未満の場合、耐イオン衝撃性高融
点耐熱物質と電子放射物質とを一体化させるためには高
圧を必要とする。しかしながら、一般に普及しているＨ
ＩＰ処理装置での最高圧力である２０００ｋｇｆ／ｃｍ
2では耐イオン衝撃性高融点耐熱物質と電子放射物質と
を一体化させることはできない。When the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant material and the electron-emitting material are integrated, the HIP has such strength that the integrated hot cathode is not destroyed when processed and heated. It is necessary to change the heating / pressurizing conditions of the treatment in a timely manner. In particular, as the final HIP treatment conditions, heating temperature is 1000 ° C. or higher, pressure is 200 kgf /
A combination of cm 2 or more is required. The reason will be explained. First, when a pressure of less than 200 kgf / cm 2 is applied during the HIP treatment, in order to integrate the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant substance and the electron-emitting substance, heat up to near the melting point of the electron-emitting substance. There must be. However, this heating significantly deteriorates the electron emission characteristics of the electron emitting substance. Also, during HIP processing,
When the heating temperature is lower than 1000 ° C., high pressure is required to integrate the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant material and the electron emitting material. However, H that is popular
2000 kgf / cm, which is the maximum pressure in the IP processing equipment
In 2 , the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant material and the electron emitting material cannot be integrated.
【００２４】さらに、前述のＨＩＰ処理において用いら
れる耐イオン衝撃性高融点耐熱物質の粉末および電子放
射物質の粉末の平均粒径は上記の各実施例に限定される
ものではない。例えば、タングステン、タングステンカ
ーバイド、タンタルカーバイド、ホウ化ジルコニウムの
各粉末の平均粒径は１〜１０μｍの範囲、また、ホウ化
ランタン粉末の平均粒径は０．５〜１５μｍの範囲から
選択しても何等問題は生じない。Furthermore, the average particle size of the powder of the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant substance and the powder of the electron-emitting substance used in the above-mentioned HIP treatment is not limited to the above-mentioned examples. For example, the average particle size of each powder of tungsten, tungsten carbide, tantalum carbide, and zirconium boride is in the range of 1 to 10 μm, and the average particle size of lanthanum boride powder is in the range of 0.5 to 15 μm. No problems arise.
【００２５】また、耐イオン衝撃性高融点耐熱物質およ
び電子放射物質の熱陰極における体積比も前述の各実施
例で示された５：５に限定されるものではない。この耐
イオン衝撃性高融点耐熱物質と電子放射物質との熱陰極
における体積比は、５：９５から９５：５の範囲内で変
化させてもかまわない。その理由について簡単に説明す
る。一体化された熱陰極における電子放射物質の割合が
９５％以上になると、この熱陰極は、イオン衝撃に対し
て高融点耐熱物質が役割を果たさず、イオン衝撃に対す
る耐性が電子放射物質とほとんど同じ特性になってしま
う。また、熱陰極における電子放射物質の割合が５％以
下になると、その熱陰極は、必要な電子ビーム電流を放
出させることができなくなる。Further, the volume ratio of the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant substance and the electron-emitting substance in the hot cathode is not limited to 5: 5 shown in the above-mentioned embodiments. The volume ratio of the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant substance and the electron emitting substance in the hot cathode may be changed within the range of 5:95 to 95: 5. The reason will be briefly described. When the proportion of the electron emitting material in the integrated hot cathode is 95% or more, the high melting point heat resistant material does not play a role in this hot cathode and the resistance to the ion bombardment is almost the same as that of the electron emitting material. It becomes a characteristic. Further, when the proportion of the electron emitting material in the hot cathode is 5% or less, the hot cathode cannot emit the necessary electron beam current.
【００２６】さらに、耐イオン衝撃性高融点耐熱物質お
よび電子放射物質の熱陰極におけるより好適な体積比に
ついて説明する。例えば、タングステンカーバイドとホ
ウ化ランタンとを一体化した熱陰極を電子ビーム加工装
置の電子ビーム照射源として用いた場合には、そのタン
グステンカーバイドとホウ化ランタンとの熱陰極におけ
る体積比は、２５：７５から６５：３５の範囲内である
ことが好ましい。なぜならば、体積比で３５％以上のホ
ウ化ランタンを含む熱陰極では放出ビーム電流の安定性
を３％以内に抑えることができるためである。また、ホ
ウ化ランタンの体積比が７５％以上である熱陰極では、
耐イオン衝撃性高融点耐熱物質の割合が減少するため
に、イオン衝撃に対する耐性が下がってしまう。その結
果、ホウ化ランタンの消耗が激しくなるために熱陰極の
電子放射面が損耗とともに後退することになる。そし
て、この電子放射面の後退に従って電子銃によって形成
されるクロスオーバ位置がずれてしまい、このズレを特
に補正しない場合には、照射電子ビームの焦点ぼけ及び
電子ビーム電流の変化を引き起こし、電子ビームの特性
上非常に好ましくない。したがって、タングステンカー
バイドとホウ化ランタンとを一体化した熱陰極に含まれ
るホウ化ランタンの体積比は３５％以上７５％以下が好
ましい。Further, a more preferable volume ratio of the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant substance and the electron-emitting substance in the hot cathode will be described. For example, when a hot cathode in which tungsten carbide and lanthanum boride are integrated is used as an electron beam irradiation source of an electron beam processing apparatus, the volume ratio of the tungsten carbide and lanthanum boride in the hot cathode is 25: It is preferably within the range of 75 to 65:35. This is because the stability of the emission beam current can be suppressed within 3% in the hot cathode containing 35% or more by volume of lanthanum boride. Further, in the hot cathode in which the volume ratio of lanthanum boride is 75% or more,
Resistance to ion bombardment Since the proportion of refractory substances with high melting points is reduced, resistance to ion bombardment is lowered. As a result, the consumption of lanthanum boride increases, so that the electron emission surface of the hot cathode recedes with wear. Then, the crossover position formed by the electron gun shifts as the electron emission surface retreats, and if this shift is not particularly corrected, it causes defocusing of the irradiation electron beam and changes in the electron beam current. Very unfavorable due to the characteristics of Therefore, the volume ratio of lanthanum boride contained in the hot cathode in which tungsten carbide and lanthanum boride are integrated is preferably 35% or more and 75% or less.
【００２７】以上、耐イオン衝撃性高融点耐熱物質と電
子放射物質とを一体化させるための加熱・加圧処理とし
て前述のＨＩＰ処理を説明したが、そのＨＩＰ処理の代
わりに熱間一軸加圧処理でもかまわない。The above HIP treatment has been described as the heating / pressurizing treatment for integrating the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant substance and the electron-emitting substance, but hot uniaxial pressing is used instead of the HIP treatment. It doesn't matter if it is processed.
【００２８】この熱間一軸加圧処理による熱陰極の製造
方法について図５を参照して説明する。A method of manufacturing a hot cathode by this hot uniaxial pressure treatment will be described with reference to FIG.
【００２９】耐イオン衝撃性高融点物質としてタングス
テンカーバイドを、そして、電子放射物質としてホウ化
ランタンを用いる。まず、平均粒径４．５μｍのタング
ステンカーバイド粉末と平均粒径１μｍのホウ化ランタ
ン粉末を体積比で５：５になるようにそれぞれ１００ｇ
および３０ｇを乾式混合する。乾式混合して得られた混
合粉末１１を、窒化ホウ素１０を塗布したグラファイト
パンチ８およびグラファイトダイ９からなるグラファイ
ト型内に挿入する。そして、はじめに、グラファイトパ
ンチ８によって、混合粉末１１に対し、一軸方向に５０
０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力を加える。その後、その混合粉
末１１を窒素気流中で高周波加熱によって、４０℃／ｍ
ｉｎで昇温する。そして、１６００℃で１時間保持した
後、グラファイト型中で放冷する。この熱間一軸加圧処
理によって、混合粉末１１は一体化される。Tungsten carbide is used as the ion-impact-resistant refractory substance, and lanthanum boride is used as the electron-emitting substance. First, 100 g of a tungsten carbide powder having an average particle size of 4.5 μm and a lanthanum boride powder having an average particle size of 1 μm are mixed in a volume ratio of 5: 5, respectively.
And 30 g are dry mixed. The mixed powder 11 obtained by dry mixing is inserted into a graphite mold including a graphite punch 8 coated with boron nitride 10 and a graphite die 9. Then, first, the graphite punch 8 is used to uniaxially move 50 with respect to the mixed powder 11.
A pressure of 0 kgf / cm 2 is applied. Then, the mixed powder 11 is heated at 40 ° C./m 2 by high frequency heating in a nitrogen stream.
The temperature is raised in. Then, after holding at 1600 ° C. for 1 hour, it is allowed to cool in a graphite mold. The mixed powder 11 is integrated by this hot uniaxial pressure treatment.
【００３０】次に、第２の実施例の熱陰極（タングステ
ンガーバイドとホウ化ランタンとを熱間等方加圧処理に
よって一体化した熱陰極）およびリボンフィラメント型
タングステン熱陰極およびホウ化ランタン熱陰極をそれ
ぞれ用いて電子ビーム照射を行った場合の特性の比較結
果について図６を参照して説明する。Next, a hot cathode of the second embodiment (a hot cathode in which tungsten garbide and lanthanum boride are integrated by hot isostatic pressing), a ribbon filament type tungsten hot cathode and a lanthanum boride heat are used. The comparison result of the characteristics when electron beam irradiation is performed using each cathode will be described with reference to FIG.
【００３１】まず、ビーム電流が３Ａ／ｃｍ2となる際
のそれぞれの熱陰極の温度について測定し比較した。First, the temperatures of the respective hot cathodes when the beam current reached 3 A / cm 2 were measured and compared.
【００３２】熱陰極を加熱していった場合、第２の実施
例の熱陰極は、１２００℃で電子ビームを放出しはじ
め、１４００〜１４５０℃まで加熱された時点で所定の
放出電流密度３Ａ／ｃｍ2が得られた。このときの電子
ビーム照射は、真空度１×１０- 3Ｐａで実施された。When the hot cathode is heated, the hot cathode of the second embodiment begins to emit an electron beam at 1200 ° C., and when heated to 1400 to 1450 ° C., a predetermined emission current density of 3 A / cm 2 was obtained. Electron beam radiation at this time, the degree of vacuum 1 × 10 - was carried out at 3 Pa.
【００３３】これに対し、タングステン熱陰極では、約
２６００℃まで加熱されなければ、所定の放出電流密度
３Ａ／ｃｍ2を得ることができない。つまり、第２の実
施例の熱陰極の熱的負荷はタングステン熱陰極と比較し
て著しく減少していることになる。On the other hand, with the tungsten hot cathode, a predetermined emission current density of 3 A / cm 2 cannot be obtained unless it is heated to about 2600 ° C. That is, the thermal load of the hot cathode of the second embodiment is remarkably reduced as compared with the tungsten hot cathode.
【００３４】次に、それぞれの熱陰極を用いて加速電圧
６０ｋＶ、電流４０ｍＡの電子ビームをステンレス上に
照射させ、このステンレスを溶融させて熱陰極の溶融金
属に対するイオン衝撃の耐性を観察した。ここで、図６
に示す値は、イオン衝撃耐性はイオン衝撃により穿孔さ
れた熱陰極のクレータの体積を、タングステン熱陰極で
の場合を１として比の値で示した。Next, each of the hot cathodes was used to irradiate the stainless steel with an electron beam with an accelerating voltage of 60 kV and a current of 40 mA, and the stainless steel was melted to observe the resistance of the hot cathode to ion bombardment against the molten metal. Here, FIG.
The value shown in (1) is the ratio of ion impact resistance to the crater volume of the hot cathode perforated by ion bombardment, with the case of the tungsten hot cathode being 1.
【００３５】その結果、図６に示すように、第２の実施
例の熱陰極は、タングステン熱陰極とほぼ同程度のイオ
ン衝撃耐性を有している。As a result, as shown in FIG. 6, the hot cathode of the second embodiment has almost the same level of ion bombardment resistance as the tungsten hot cathode.
【００３６】これに対し、ホウ化ランタン熱陰極は、イ
オン衝撃耐性が極めて弱く、タングステン熱陰極や本発
明の熱陰極と比べて約１０倍穿孔される。そのため、こ
のホウ化ランタン熱陰極を用いて電子ビームを照射した
場合、ビーム焦点の経時変化およびビーム電流の変動が
著しい。On the other hand, the lanthanum boride hot cathode has extremely weak resistance to ion bombardment and is perforated about 10 times more than the tungsten hot cathode or the hot cathode of the present invention. Therefore, when an electron beam is irradiated using this lanthanum boride hot cathode, the temporal change of the beam focus and the fluctuation of the beam current are remarkable.
【００３７】次に、それぞれの熱陰極を用いて加速電圧
６０ｋＶ、電流４０ｍＡの電子ビームを連続的にステン
レス上に照射して、このステンレスを溶融させること
で、照射される電子ビームの状態を測定した。さらに、
各熱陰極の寿命も比較した。Next, each hot cathode is used to continuously irradiate an electron beam with an accelerating voltage of 60 kV and a current of 40 mA onto stainless steel, and the stainless steel is melted to measure the state of the irradiated electron beam. did. further,
The life of each hot cathode was also compared.
【００３８】その結果、第２の実施例の熱陰極では、少
なくとも約２００時間程度は安定に電子ビームを放出し
た。このときのビーム電流の安定性は、約±３％であっ
た。As a result, the hot cathode of the second embodiment stably emitted an electron beam for at least about 200 hours. The stability of the beam current at this time was about ± 3%.
【００３９】これに対し、タングステン熱陰極の寿命は
同じ条件で約５０時間と短く、また、ビーム電流の安定
性は約±５％であった。また、ホウ化ランタン熱陰極の
寿命は同じ条件で約２００時間であった。しかし、この
ホウ化ランタン熱陰極の場合は、電子放射面の損耗が激
しく、ビーム電流の安定性は約±１０％と大きく、ま
た、ビーム焦点の経時変化も著しく大きかった。On the other hand, the life of the tungsten hot cathode was as short as about 50 hours under the same conditions, and the stability of the beam current was about ± 5%. The life of the lanthanum boride hot cathode was about 200 hours under the same conditions. However, in the case of this lanthanum boride hot cathode, the electron emission surface was severely worn, the stability of the beam current was as large as about ± 10%, and the temporal change of the beam focus was also significantly large.
【００４０】以上の比較結果により、第２の実施例の熱
陰極の優位性が証明された。この比較結果は、単に、タ
ングステンカーバイドとホウ化ランタンとを一体化した
熱陰極の優位性のみを証明したわけではない。耐イオン
衝撃性高融点耐熱物質および電子放射物質を前述の物質
から他の物質を選んだ組合せであっても、従来のタング
ステン陰極およびホウ化ランタン陰極と比較して十分な
優位性をもつ。From the above comparison results, the superiority of the hot cathode of the second embodiment was proved. This comparison result does not simply prove the superiority of the hot cathode in which tungsten carbide and lanthanum boride are integrated. Even if a combination of the ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant material and the electron emitting material is selected from the above-mentioned materials, it has a sufficient advantage as compared with the conventional tungsten cathode and lanthanum boride cathode.
【００４１】次に、本発明の第５の実施例について図７
を参照して説明する。Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to.
【００４２】前述の第１、または、第２の実施例の熱陰
極では、含有する電子放射物質が高温に加熱されること
により熱陰極全面から蒸発する。そこで、この電子放射
物質が熱陰極の全面から蒸発してしまうのを極力抑える
手段を備える熱陰極について説明する。In the above-described hot cathode of the first or second embodiment, the contained electron emitting substance is heated to a high temperature to evaporate from the entire surface of the hot cathode. Therefore, a hot cathode having means for suppressing evaporation of the electron emitting substance from the entire surface of the hot cathode will be described.
【００４３】図７に示すように、熱陰極１の電子放射面
１２以外の全ての表面には、コーティング膜１３が形成
されている。このコーティング膜１３は、スパッタによ
りタングステンを数百オングストロームの厚さでデポジ
ットしたものである。そして、このコーティング膜１３
は、電子放射物質が蒸発する表面積を減少させることが
でき、蒸発による電子放射物質の損耗速度を遅らせるこ
とが可能となる。As shown in FIG. 7, a coating film 13 is formed on all surfaces of the hot cathode 1 except the electron emission surface 12. The coating film 13 is formed by depositing tungsten to a thickness of several hundred angstroms by sputtering. And this coating film 13
Can reduce the surface area of evaporation of the electron emitting material, and can slow the rate of wear of the electron emitting material due to evaporation.
【００４４】ここで、コーティング膜１３としてタング
ステンを用いたが、このコーティング膜１３の材料はタ
ングステンに限定されるものではない。コーティング膜
１３は、熱陰極の動作温度が１４００〜１８００℃であ
るため、この温度以上の融点を有する物質である必要が
ある。特に、コーティング膜１３の強度等を考慮すると
融点が２４００℃以上の物質を用いた方が好適である。
２４００℃以上の融点を有している高融点耐熱物質とし
ては、タングステンの他に、レニウム、オスミウム、タ
ンタル、モリブデン、ニオブ、イリジウム等の金属、ま
たは、それら金属を主成分とする合金、または、それら
金属の炭化物、または、それら金属のホウ化物から選ば
れた少なくとも１種の物質であればよい。また、窒化ホ
ウ素、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウム等もコ
ーティング膜１３の材料として用いることができる。Although tungsten is used as the coating film 13, the material of the coating film 13 is not limited to tungsten. Since the operating temperature of the hot cathode is 1400 to 1800 ° C., the coating film 13 needs to be a substance having a melting point equal to or higher than this temperature. In particular, considering the strength of the coating film 13 and the like, it is preferable to use a substance having a melting point of 2400 ° C. or higher.
As the high-melting-point heat-resistant substance having a melting point of 2400 ° C. or higher, in addition to tungsten, metals such as rhenium, osmium, tantalum, molybdenum, niobium, and iridium, or alloys containing these metals as main components, or It may be at least one substance selected from carbides of those metals or borides of those metals. Further, boron nitride, aluminum oxide, zirconium oxide and the like can also be used as the material of the coating film 13.
【００４５】コーティング膜１３に前記金属を含む材料
を用いた場合、耐イオン衝撃性が強いため、コーティン
グ膜１３が長時間、その機能を果たす。しかし、コーテ
ィング膜１３が電子ビーム加工装置の陽極との間で放電
を起こすことがある。この放電現象は、ビーム電流を変
動させ、照射される電子ビームを不安定にさせる。これ
に対し、コーティング膜１３に、窒化ホウ素、酸化アル
ミニウムおよび酸化ジルコニウム等の絶縁体または準絶
縁体を用いた場合、安定な電子ビームを照射できる。つ
まり、このコーティング膜１３では、前記金属を用いた
コーティング膜ほど長時間、その機能を果たすことはで
きないが、放電による電子ビーム電流の変動がないため
に、極めて安定な電子ビームを照射することができる。When a material containing the above metal is used for the coating film 13, the coating film 13 performs its function for a long time because of its strong ion impact resistance. However, the coating film 13 may cause discharge between the anode of the electron beam processing apparatus. This discharge phenomenon changes the beam current and makes the irradiated electron beam unstable. On the other hand, when the coating film 13 is made of an insulator or a quasi-insulator such as boron nitride, aluminum oxide or zirconium oxide, a stable electron beam can be irradiated. In other words, this coating film 13 cannot perform its function as long as the coating film using the metal, but since the electron beam current does not change due to the discharge, an extremely stable electron beam can be irradiated. it can.
【００４６】また、コーティング膜１３の膜厚は数百オ
ングストロームに限定されるものではなく、数十オング
ストロームから数μｍの範囲であれば十分に電子放射物
質の蒸発防止効果が得られる。Further, the thickness of the coating film 13 is not limited to several hundreds angstroms, and the evaporation preventing effect of the electron emitting substance can be sufficiently obtained in the range of several tens of angstroms to several μm.
【００４７】また、コーティング膜１３は完全緻密であ
る必要はなく一部デポジションされていない部分が生じ
ても実効的に問題はない。Further, the coating film 13 does not need to be completely dense, and there is no practical problem even if some undeposited portions occur.
【００４８】また、デポジションの手段としてはスパッ
タに限定されるものではなく、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の他の膜形
成手段によって、コーティング膜１３をデポジットして
もかまわない。The means of deposition is not limited to sputtering, but CVD (Chemica) may be used.
The coating film 13 may be deposited by another film forming means such as 1 Vapor Deposition).
【００４９】次に、本発明の第６の実施例について図８
を参照して説明する。Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to.
【００５０】耐イオン衝撃性高融点耐熱物質であるタン
グステンカーバイドと、電子放射物質であるホウ化ラン
タンとを加熱・加圧によって一体化させた熱陰極の表面
は、ホウ化タングステンで覆われている。熱陰極は、ホ
ウ化タングステンによって電子放射面が覆われているの
で、ホウ化ランタンからの電子放射が妨げられている。The surface of a hot cathode in which tungsten carbide, which is an ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant substance, and lanthanum boride, which is an electron-emitting substance, are integrated by heating and pressurization is covered with tungsten boride. . Since the electron emitting surface of the hot cathode is covered with tungsten boride, electron emission from lanthanum boride is blocked.
【００５１】第６の実施例では、図８に示すように、タ
ングステンカーバイドとホウ化ランタンとを加熱・加圧
により一体化した熱陰極１５をドライエッチング装置１
４内に収容する。そして、熱陰極１５の電子放射面１６
を低真空空気雰囲気下で約１時間、直流電圧を８００Ｖ
印加してドライエッチングする。このとき、ドライエッ
チング装置１４内の真空度は１０-1Ｐａとする。このよ
うに、電子放射面１６をドライエッチングすることで、
その電子放射面１６を覆っていたホウ化タングステンを
雰囲気ガスと反応させる。そして、そのホウ化タングス
テンを蒸発、昇華または脱落させて、電子放射面１６に
ホウ化ランタンを出現させる。In the sixth embodiment, as shown in FIG. 8, a hot cathode 15 in which tungsten carbide and lanthanum boride are integrated by heating and pressurizing is used as a dry etching apparatus 1.
Stored in 4. Then, the electron emission surface 16 of the hot cathode 15
In a low vacuum air atmosphere for about 1 hour and a DC voltage of 800V
Apply and dry etch. At this time, the degree of vacuum in the dry etching device 14 is 10-1 Pa. By dry-etching the electron emission surface 16 in this way,
The tungsten boride covering the electron emitting surface 16 is reacted with the atmospheric gas. Then, the tungsten boride is evaporated, sublimated, or removed to cause lanthanum boride to appear on the electron emission surface 16.
【００５２】通常、熱陰極を活性化させる場合、その熱
陰極を電子ビーム加工装置内に搭載し、１４００℃程度
の加熱で約１時間を要する。これに対し、ドライエッチ
ングされた電子放射面１６を有する熱陰極１５では、１
４００℃程度の加熱を約５分間行うことで活性化するこ
とができる。Normally, when activating a hot cathode, the hot cathode is mounted in an electron beam processing apparatus and heating at about 1400 ° C. requires about 1 hour. On the other hand, in the hot cathode 15 having the electron emitting surface 16 that is dry-etched, 1
It can be activated by heating at about 400 ° C. for about 5 minutes.
【００５３】次に、本発明の第７の実施例について図９
および図１０を参照して説明する。Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
And it demonstrates with reference to FIG.
【００５４】本発明の熱陰極、例えば、タングステンカ
ーバイドとホウ化ランタンとを熱間等方加圧処理によっ
て一体化して得られた熱陰極を電子ビーム加工装置に用
いた場合について説明する。A case where a hot cathode of the present invention, for example, a hot cathode obtained by integrating tungsten carbide and lanthanum boride by hot isostatic pressing is used in an electron beam processing apparatus will be described.
【００５５】図９に示すように、電子ビーム加工装置に
用いられる電子銃は、カソード１７、バイアス電極１８
およびアノード１９を備える。カソード１７は、熱陰極
２０と、この熱陰極２０を挟持し加熱する一対のヒータ
２１、２１’とを備える。また、そのカソード１７は、
ヒータ２１、２１’を機械的に支持するとともに、熱陰
極２０を通電加熱するための回路を構成する一対のステ
ム２２、２２’、クランプネジ２３、２３’および絶縁
板２４とを備える。つまり、このカソード１７は、Ｖｏ
ｇｅｌ型と同様の構成である。熱陰極２０は、図１０に
示すように、電子放射面２７が直径２〜３ｍｍの円形を
している。そして、ヒータ２１、２１’により、直接通
電加熱される部分２８は、加熱効率を向上させるために
通電方向に厚さを薄くした直方体形状をしている。As shown in FIG. 9, the electron gun used in the electron beam processing apparatus includes a cathode 17 and a bias electrode 18.
And an anode 19. The cathode 17 includes a hot cathode 20 and a pair of heaters 21 and 21 ′ that sandwich and heat the hot cathode 20. Further, the cathode 17 is
The heaters 21 and 21 'are mechanically supported and include a pair of stems 22 and 22', clamp screws 23 and 23 ', and an insulating plate 24 that form a circuit for electrically heating the hot cathode 20. In other words, this cathode 17 is Vo
It has the same configuration as the gel type. As shown in FIG. 10, the hot cathode 20 has a circular electron emission surface 27 having a diameter of 2 to 3 mm. The portion 28 that is directly energized and heated by the heaters 21 and 21 'has a rectangular parallelepiped shape with a reduced thickness in the energizing direction in order to improve heating efficiency.
【００５６】そして、このような構成を有する電子銃に
おいて、まず、熱陰極２０は、通電加熱によるヒータ２
１、２１’からの熱伝導により加熱されて、電子放射面
２７から電子ビーム２５を放出する。電子放射面２７か
ら放出された電子ビーム２５は、カソード１７およびバ
イアス電極間１８に印加されたビーム電流制御電圧によ
りビーム電流量を制御される。かつ、電子ビーム２５
は、カソード１７およびアノード１９間に印加された加
速電圧により加速される。そして、その電子ビーム２５
は、アノード内の開口２６を通って、外部に照射され
る。Then, in the electron gun having such a structure, first, the hot cathode 20 is the heater 2 by the electric heating.
The electron beam 25 is emitted from the electron emission surface 27 by being heated by heat conduction from 1, 21 '. The amount of beam current of the electron beam 25 emitted from the electron emission surface 27 is controlled by the beam current control voltage applied between the cathode 17 and the bias electrode 18. And the electron beam 25
Are accelerated by the acceleration voltage applied between the cathode 17 and the anode 19. And the electron beam 25
Is irradiated to the outside through the opening 26 in the anode.
【００５７】この電子銃は、熱陰極の加熱温度を約１５
００〜１８００℃程度で、かつ、１０-2〜１０-3Ｐａ程
度の低真空雰囲気で電子ビームを安定的に照射すること
ができた。In this electron gun, the heating temperature of the hot cathode is about 15
It was possible to stably irradiate the electron beam at a temperature of about 00 to 1800 ° C. and in a low vacuum atmosphere of about 10 −2 to 10 −3 Pa.
【００５８】[0058]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱陰極
は、イオン衝撃に対する耐性を向上させる手段としての
耐イオン衝撃性耐熱物質に、電子を放出する手段として
仕事関数が比較的小さく電子放射電流密度の高い電子放
射物質を含浸させた構成である。したがって、真空度が
１０-2〜１０-3Ｐａ程度の低真空雰囲気で、ホウ化ラン
タン陰極と同程度の加熱温度で動作可能である。さら
に、イオン衝撃に対して耐性を有しているので、前述の
条件で、長時間、安定に電子ビームを照射することがで
きる。As described above, the hot cathode of the present invention has a relatively small work function as a means for emitting electrons to an ion bombarding heat resistant material as a means for improving resistance to ion bombardment, and emits electrons. This is a structure in which an electron emitting material having a high current density is impregnated. Therefore, it is possible to operate at a heating temperature similar to that of the lanthanum boride cathode in a low vacuum atmosphere with a degree of vacuum of about 10 −2 to 10 −3 Pa. Furthermore, since it has resistance to ion bombardment, it is possible to stably irradiate the electron beam for a long time under the above-mentioned conditions.
【００５９】そして、本発明の熱陰極を用いた電子ビー
ム加工装置では、熱陰極の交換回数をかなり低減でき
る。さらに、この熱陰極への熱的負荷が軽減されるの
で、電子ビーム加工装置の安定性を向上させることがで
きる。In the electron beam processing apparatus using the hot cathode of the present invention, the number of times the hot cathode is replaced can be considerably reduced. Further, since the thermal load on the hot cathode is reduced, the stability of the electron beam processing apparatus can be improved.
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の熱陰極を熱間等方加圧処理によって製
造する方法を説明する断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the hot cathode of the present invention by hot isostatic pressing.
【図３】本発明の熱陰極を熱間等方加圧処理によって製
造する方法を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the hot cathode of the present invention by hot isostatic pressing.
【図４】熱間等方加圧処理の製造工程における加熱・加
圧処理のスケジュールを示す図。FIG. 4 is a diagram showing a heating / pressurizing treatment schedule in a manufacturing process of hot isostatic pressing.
【図５】本発明の熱陰極を熱間一軸加圧処理によって製
造する方法を説明する断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the hot cathode of the present invention by hot uniaxial pressure treatment.
【図６】本発明の第２の実施例の熱陰極と従来の熱陰極
との特性を比較した結果を示す表。FIG. 6 is a table showing the results of comparing the characteristics of the hot cathode of the second embodiment of the present invention and the conventional hot cathode.
【図７】本発明の第５の実施例を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第６の実施例の熱陰極の製造工程を示
す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing a manufacturing process of a hot cathode according to a sixth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の電子ビーム加工装置の構成を示す断面
図。FIG. 9 is a sectional view showing a configuration of an electron beam processing apparatus of the present invention.
【図１０】図９で示した電子ビーム加工装置に用いられ
る熱陰極を示す斜視図10 is a perspective view showing a hot cathode used in the electron beam processing apparatus shown in FIG.
１ 熱陰極 ２ 耐イオン衝撃性高融点耐熱物質 ３ 電子放射物質 ４ 成形体 ５ ガラス製容器 ６ 酸化アルミニウム粉末 ７ ＨＩＰ処理装置 ８ グラファイトパンチ ９ グラファイトダイ １０ 窒化ホウ素 １１ 混合粉末 １２ 電子放射面 １３ コーティング膜 １４ ドライエッチング装置 １５ 熱陰極 １６ 電子放射面 １７ カソード １８ バイアス電極 １９ アノード ２０ 熱陰極 ２１ ヒータ ２２ ステム ２３ クランプネジ ２４ 絶縁板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot cathode 2 Ion-impact-resistant high melting point heat-resistant substance 3 Electron emission substance 4 Molded body 5 Glass container 6 Aluminum oxide powder 7 HIP processing device 8 Graphite punch 9 Graphite die 10 Boron nitride 11 Mixed powder 12 Electron emission surface 13 Coating film 14 Dry Etching Device 15 Hot Cathode 16 Electron Emitting Surface 17 Cathode 18 Bias Electrode 19 Anode 20 Hot Cathode 21 Heater 22 Stem 23 Clamp Screw 24 Insulating Plate
フロントページの続き (72)発明者 河瀬 豊 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 中村 強 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 石田 寿則 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内Front page continued (72) Inventor Yutaka Kawase 5-7-1, Shiba, Minato-ku, Tokyo NEC Electric Co., Ltd. (72) Inventor Tsuyoshi Nakamura 5-7-1, Shiba, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation In-company (72) Inventor Toshinori Ishida 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation
Claims (10)
たは、その金属を主成分とする合金、または、その金属
の炭化物、または、その金属のホウ化物、または、ジル
コニウムの炭化物、または、ジルコニウムのホウ化物の
うち選ばれた少なくとも１種の耐イオン衝撃性高融点耐
熱物質と、 ランタン、イットリウム、セリウム、セシウムから選ば
れた少なくとも１種のホウ化物または酸化物から選ばれ
た低仕事関数を有する電子放射物質とを含み一体化した
ことを特徴とする熱陰極。1. A metal having a melting point of 2400 ° C. or higher, an alloy containing the metal as a main component, a carbide of the metal, a boride of the metal, a carbide of zirconium, or a zirconium It has at least one ion-impact-resistant, high-melting-point heat-resistant substance selected from borides and a low work function selected from at least one boride or oxide selected from lanthanum, yttrium, cerium, and cesium. A hot cathode including an electron emitting substance and being integrated.
前記電子放射物質とを熱間等方加圧処理によって一体化
したことを特徴とする前記請求項１に記載の熱陰極。2. A high-melting-point heat-resistant substance that is resistant to ion bombardment,
The hot cathode according to claim 1, wherein the electron emitting material and the electron emitting material are integrated by a hot isostatic pressing process.
れた電子放射面を有することを特徴とする前記請求項１
に記載の熱陰極。3. An electron emission surface dry-etched in a reaction gas atmosphere, according to claim 1.
The hot cathode described in.
放射物質との体積比を５：９５から９５：５の範囲内で
一体化したことを特徴とする前記請求項１に記載の熱陰
極。4. The hot cathode according to claim 1, wherein the ion bombarding heat resistant material and the electron emitting material are integrated in a volume ratio within a range of 5:95 to 95: 5. .
から蒸発することを防止する蒸発防止手段を有すること
を特徴とする前記請求項１に記載の熱陰極。5. The hot cathode according to claim 1, further comprising evaporation preventing means for preventing the electron emitting substance from evaporating from a surface other than the electron emitting surface.
放射面以外の表面に２４００℃以上の融点を有する物質
を含む材料で形成されたコーティング膜であることを特
徴とする前記請求項５に記載の熱陰極。6. The evaporation preventing means is a coating film formed of a material containing a substance having a melting point of 2400 ° C. or higher on a surface other than the electron emitting surface of the hot cathode. The hot cathode described in.
たは、その金属を主成分とする合金、または、その金属
の炭化物、または、その金属のホウ化物、または、ジル
コニウムの炭化物、または、ジルコニウムのホウ化物の
うち選ばれた少なくとも１種の耐イオン衝撃性高融点耐
熱物質と、 ランタン、イットリウム、セリウム、セシウムから選ば
れた少なくとも１種のホウ化物または酸化物から選ばれ
た低仕事関数を有する電子放射物質とを加熱・加圧によ
って一体化することを特徴とする熱陰極製造方法。7. A metal having a melting point of 2400 ° C. or higher, an alloy containing the metal as a main component, a carbide of the metal, a boride of the metal, a carbide of zirconium, or a zirconium It has at least one ion-impact-resistant, high-melting-point heat-resistant substance selected from borides and a low work function selected from at least one boride or oxide selected from lanthanum, yttrium, cerium, and cesium. A method of manufacturing a hot cathode, characterized by integrating with an electron emitting material by heating and pressurization.
前記電子放射物質とを熱間等方加圧処理によって一体化
することを特徴とする前記請求項７に記載の熱陰極製造
方法。8. An ion-impact-resistant high-melting-point heat-resistant material,
The hot cathode manufacturing method according to claim 7, wherein the electron emitting material is integrated by hot isostatic pressing.
体積比で乾式混合し、その混合物に圧力をかける第１の
ステップと、 圧力をかけられた前記混合物を容器に収納し、その容器
内に前記混合物および前記容器と反応しない物質を充填
した後、その容器を封入する第２のステップと、 前記容器に対し１０００℃以上の加熱および２００ｋｇ
ｆ／ｃｍ2以上の加圧を行う第３のステップとを含むこ
とを特徴とする前記請求項８に記載の熱陰極製造方法。9. The hot isostatic pressing treatment comprises a first step of dry-mixing a powder of a high melting point heat-resistant substance and a powder of an electron emitting substance in a predetermined volume ratio, and applying a pressure to the mixture. A second step of accommodating the pressurized mixture in a container, filling the container with a substance that does not react with the mixture and the container, and then enclosing the container; Heating and 200 kg
The hot cathode manufacturing method according to claim 8, further comprising a third step of applying a pressure of f / cm 2 or more.
または、その金属を主成分とする合金、または、その金
属の炭化物、または、その金属のホウ化物、または、ジ
ルコニウムの炭化物、または、ジルコニウムのホウ化物
のうち選ばれた少なくとも１種の耐イオン衝撃性高融点
耐熱物質と、ランタン、イットリウム、セリウム、セシ
ウムから選ばれた少なくとも１種のホウ化物または酸化
物から選ばれた低仕事関数を有する電子放射物質とを加
熱・加圧によって一体化した熱陰極を電子ビーム照射源
とすることを特徴とする電子ビーム加工装置。10. A metal having a melting point of 2400 ° C. or higher,
Alternatively, at least one selected from among alloys containing the metal as a main component, carbide of the metal, boride of the metal, carbide of zirconium, or boride of zirconium, and ion bombardment. Heat-resistant high-melting-point heat resistant substance and an electron emitting substance having a low work function selected from at least one boride or oxide selected from lanthanum, yttrium, cerium, and cesium are integrated by heating and pressurization. An electron beam processing apparatus characterized in that a cathode is used as an electron beam irradiation source.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17093394A JPH0794072A (en) | 1993-07-29 | 1994-07-22 | Hot cathode for electron radiation, its manufacture, and electron beam working device using it |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18790293 | 1993-07-29 | ||
| JP5-187902 | 1993-07-29 | ||
| JP17093394A JPH0794072A (en) | 1993-07-29 | 1994-07-22 | Hot cathode for electron radiation, its manufacture, and electron beam working device using it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794072A true JPH0794072A (en) | 1995-04-07 |
Family
ID=26493795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17093394A Pending JPH0794072A (en) | 1993-07-29 | 1994-07-22 | Hot cathode for electron radiation, its manufacture, and electron beam working device using it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794072A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100313107B1 (en) * | 1998-10-05 | 2001-11-03 | 김순택 | Cathode material of electron beam device and preparation method thereof |
| JP2009134974A (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Electron emitting source |
| JP4648527B2 (en) * | 2000-08-31 | 2011-03-09 | 新日本無線株式会社 | Method for manufacturing cathode |
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| JPH0479118A (en) * | 1990-07-23 | 1992-03-12 | Nec Corp | Cathode body structure and manufacture thereof |
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1994
- 1994-07-22 JP JP17093394A patent/JPH0794072A/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19971224 |