JPS6139353A - 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〕 本発明は電子線装置の電子銃に関し、特に、電子線装置
を構成する絶縁体の改良に関するものである。

〔従来の背景〕

電子線装置の電子銃にあっては、電子源から発生した電
子の方向を制御し、加速するウェネルト電極に高電圧が
供給されるため、電子銃と絶縁体との間で微小放電、更
には火花放電を生じて絶縁破壊を起こすことがある。特
に、電子顕微鏡等においては僅かの放電も分解能を低下
させる原因となるため、上記放電をいかに抑えるかが大
きな問題となっている。

〔従来の技術〕

電子線装置の電子銃には、従来、特公昭５７−５８１８
５号公報に示されるものがあり、これを第３図を用いて
説明する。

この電子銃は、熱電子を発生させるフィラメント１と、
その熱電子を加速、制御するウェネルト電極２およびア
ノード電極３が絶縁体であるカップ形、状の電子４に囲
まれており、また電源を供給する高圧ケーブル５は絶縁
体であるケーブルヘッド６と一体にモールドされ、シー
ルド電極７がこれに内蔵されている。そして、上記電子
４とケーブルヘッド６とは絶縁平板８を介して平面的に
接しており、板バネ８によって加圧されているものであ
る。

このような電子銃のウェネルト電極２には通常−ＩＱＯ
ＫＶ程度の高電圧がかけられ、フィラメント１から発生
する電子を加速して、アノード電極３の電子線孔１０を
通すものである。

この電子銃は、高圧を絶縁する各部分をテーバ面で接触
させる代わりに単一平面同士で接触させることにより加
工性を向上させると共に電子銃をそれ以前のものよりも
小型化し、他方、非真空側においては絶縁平板８を介在
させて、これを板バネ８によって加圧することにより、
また真空側においては電子をカップ形状にして沿面距離
を増大させることにより耐電圧性の向上を図ったもので
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、以上従来の電子銃にあっては微小放電な
いし火花放電が生じやすく絶縁破壊が起きやすいという
問題がある。

その原因を以下に説明すると、まず第一の原因は、アノ
ード電極３から飛び出す正イオンが電子４を直撃し、電
子面を帯電させることによる。

すなわち、フイラメン）１で生じた熱電子はウェネルト
電極２によって方向が制御され、加速されてアノード電
極３の電子線孔１０を通るものであるが、加速された電
子の一部は電子線孔１０の周縁部位に衝突して７ノード
電極３から正イオンを飛び出させる。すると、その正イ
オンは電子４に向って直線的に飛散して電子４を直撃し
、電子面を帯電させるため、負の高電位を有するウェネ
ルト電極２と電子４との間で微、小放電が生ずることに
なる。

微小放電が生ずる第二の原因は、ウェネルト電極２と電
子４との接続部Ｊ近傍の電界強度の大きさが挙げられる
。

すなわち、上記接続部Ｊの電位を一１００ＫＶとして第
４図に接続部Ｊの近傍における等電位面を示すと、その
等電位面の曲率は非常に大きなものなり接続部Ｊ近傍の
一１００ＫＶ地点から１０ＫＶ電位の異なる電子４の一
１１０ＫＶ電位点ま〒は空間的に極めて短い距離しかな
い。このため電位−１００ＫＶの接合部Ｊと電位の異な
る電子４間との間で微小放電が生ずることになる。

そして以上のような理由により微小放電が生ずると電子
顕微鏡の分解能が低下したり、更には火花放電がおこっ
てコンピュータ等の誤動作が生ずるという不具合がある
。

そこで本発明の技術的課題は、電子銃におけるウェネル
ト電極と電子との間の微小放電ないし火花放電を防止し
、上記不具合を解消する点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

Ｌ記技術的課題を解決するため、本発明の構成は、電子
を発生させる電子源１と、発生した電子を加速し、制御
するウェネルト電極２と、電子線装置の密閉容器Ｓの内
部を真空部Ｖと非火真空部Ｖ°とに分離し且つ電子源１
およびウェネルト電極２と接地電位との絶縁を保つ絶縁
体４とを有する電子銃において。

Ｌ配給縁体４を円板形状に形成し、絶縁体４の中央部に
は少なくとも真空部Ｖ側において光軸１３を中心として
円柱部４ａを形成し、該円柱部４ａの真空部Ｖ側には上
記ウェネルト電極２を配設する一方、絶縁体４の円板面
４ｂには光軸１３を同軸とするリング状の凸部ないし凹
部４Ｃを少なくとも真空部Ｖ側において１個所以上形成
し、他方、上記ウェネルト電極２の上端端部２ｕから絶
縁体４の円板面４ｂおよびリング状凸部４Ｃまでの最短
距離長を５ｍ１１１以上とした電子銃という手段によっ
てなされるものである。

〔作用〕

本発明は、以上のように構成されたものであり、電子源
において発生した電子をウェネルト電極およびアノ−下
電極によって加速し、制御するものであるが、加速され
た電子がアノード電極に衝突することによって生ずる正
イオンが飛散しても、絶縁体は円板形状に形成されてい
るから、従来のカップ形状の絶縁体に比べて正イオンの
直撃を受ける個所が少なくなり、更に、絶縁体とウェネ
ルト電極の異なった電位個所は十分な距離をもって離さ
れているから微小放電が生ずることがない。また、絶縁
体の中央部には少なくとも真空部側において光軸を中心
とする円柱部を形成したから、ウェネルト電極近傍の絶
縁体の電位はウェネルト電位に近づくものであり、また
ウェネルトと絶縁体の接合部近傍における電界強度は従
来の電子銃よりも小さくなる。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例を示すものである。

この電子銃は、電子を発生させる電子源であるフィラメ
ント１およびフィラメント１から発生する熱電子の方向
を制御し、加速するウェネルト電極２が設けられた真空
部Ｖと、上記ウェネルト電極２に電源を供給する高圧ケ
ーブル１１および導電体である導電円筒１２が設けられ
、絶縁ガスが充填された非真空部Ｖ。

とが絶縁体である円板状の磯子４によって分離されてい
る。この円板状の磯子４は、その中央部において光軸１
３を中心として円柱部４ａが形成されており、その内部
に配設された円筒状導電体１４が、円柱部４ａの非真空
部Ｖ°側の上端部に取り付けられ高圧ケーブル１１及び
電源（図示せず）に接続された導電円筒１２と円柱部４
ａの真空部Ｖ側の下端部に取り付けられたウェネルト電
極２とを接続している。また、ウェネルト電極２に囲ま
れたフィラメントｌはリード線１５を介して高圧ケーブ
ル１１および電源（図示せず）に接続されている。

他方、この磯子４の円板面４ｂには、十分な沿面距離（
電子とウェネルト電極との接合点Ｊから磯子と鏡筒Ｓと
の接合点までの磯子沿面の長さ）を確保して磯子の絶縁
力を増すために、光軸を中心としてリング状凸部４Ｃが
形成されている。このようなリング状凸部４Ｃを設ける
ことにより、凸部を設けなかった場合に比べて例えば約
２程度度の沿面距離を確保することができる。

また、ウェネルト電極２の上端端部２ｕから電子４の円
板面４ｂまでの最短距離長（図中すで示す）および磯子
４のリング状突出部４Ｃまでの最短距離長（図中Ｃで示
す）をいずれも５ＩＩｌｆｌ＋以上、例えば１０ｍｍ程
度離し、微小放電が生ずるのを防止している。尚、第１
図中符号Ｓは密閉容器を示すものである。

このような電子銃において、今つ・エネルト電極２に一
１００ＫＶの電圧がかけられており、フィラメント１か
ら発生する熱電子を加速、制御してアノード電極３の電
子線孔１０を通す場合、一部の電子が電子線孔１０の周
縁部位に衝突し、その個所から正イオンを生じさせるこ
とがあるが、磯子４は円板形状に形成されているから、
従来のカップ形状の磯子４に比べ、正イオンの直撃を受
けて帯電する個所の範囲は大幅に減少するようになる。

従って、この円板形状の電子４によれば、電子４とウェ
ネルト電極２との間の微小放電や火花放電は従来のもの
よりも生じ難いものとなる。尚、飛散する正イオンは第
１図中符号Ｐで示す範囲に集中するが、密閉容器Ｓは導
電体であるから、正イオンが帯電することはない。

他方、電子は、その中央部に光軸■３を中心として円柱
部４ａが形成され、その内部にはウェネルト電極２と同
電位の円筒状導電体１４が配設されているため、その近
傍の等電位面は第２図に示すように、ウェネルト電極２
、円筒状導電体１４、導電体円筒１２に沿って表される
。従って、この電子銃における電界強度は従来のものよ
りも小さく抑えられたことになり、微小放電ないし火花
放電がより生じ難いものとなる。例えば、ウェネルト電
極２°と電子４の円柱部４ａとの接合部Ｊ近傍の電位を
一１００ＫＶトｔ、、ｌ０ＫＶ（７）電位！（７）アル
−９０ＫＶ電位点までは従来の電子銃よりも空間的に距
離が長くなり、電界強度が小さくなって、それだけ放電
が生じ難くなるものである。

また、ウェネルト電極２の上端端部２ｕと電子４の円板
面４ｂあるいはリング状凸部４ｃはそれぞれ大きな電位
差をもって空間的に向き合うものであるが、この電子銃
においては、それらの最短距離長す、ｃはいずれも１０
＋ａｍ程度とされているため火花放電を生ずることはな
い。なぜなら、一般に高真空中における火花放電電圧は
ギャップ長がｌｈｍのとき２５０ＫＶ程度であるから、
１００ＫＶ程度の通常の加速電圧下においては１０＋＋
＋ｍの距離を離しておけば火花放電を防止するに十分だ
からである。尚、実験によれば、１２０ＫＶの加速電圧
下においては上述の距離が５ｔｘｒｘ以下になると火花
放電現象を起こす場合があることが確かめられている。

従って、ウェネルト電極２の上端端部２ｕから電子４の
円板面４ｂまでの最短距離長およびウェネルト２の上端
端部２ｕからリング状凸部４Ｃまでの最短距離長すがい
ずれも５■以上であれば火花放電を生ずることはない。

しかし、実施に際しては１０ｍｍ程度の距離をと、って
、放電防止を確実ならしめるのが望ましい。尚、電子４
の円柱部４ｂ内にはウェネルト電極２と同電位である円
筒状導電体１４が設けられているため、該円柱部４ａの
電位はウェネルト電極２の電位と略等しくなり、これら
の間で微小放電が生ずることはない。一方、磯子円柱部
４ａ内のウェネルト電極２とケーブルとの接続部材は上
述のように円筒状導電体１４が好ましいが、これをリー
ド線で形成した場合においても、このリード線はウェネ
ルト電極２と同電位であり、またフィラメント加熱リー
ド線もほぼ同電位であるために接合部Ｊにおける電界強
度を十分小さくおさえることが可能である。また、非真
空部を例えば比較的高圧の絶縁ガスで形成すればシール
ドのための導電体１２を必ずしも設けなくてもよい。

尚、上記実施例においては、電子を発生させる電子源と
してフィラメント１を用いて説明したが、電子を発生さ
せるものであればフィラメントに限定する必要はない。

同様に、発生した電子の方向を制御し加速するものであ
れば、名称の如何にかかわらずウェネルト電極２、アノ
ード電極３と同一の制御電極として使用することができ
る。また、上記実施例において密閉容器Ｓの非真空部Ｖ
。

には絶縁ガスが充填されているが、非真空部Ｖ°には絶
縁ガスを充填する代わりに特公昭５７−５８１８５号公
報所載の電子銃と同様に絶縁物を詰めても良い。また、
ウェネルト電極２と導電円筒１２はリード線等を用いて
接続することもできる。更に、アノード電極３の電子線
孔１０周縁部から飛び出す正イオンの直撃による電子４
の帯電を完全に防止するためには、上記電子線孔１０の
周縁部位とウェネルト電極２の下端端部２ｄとを結んで
形成される仮想面よりも上方位置に電子４を配置すれば
よい。

あるいは、ウェネルト電極２の外形を大きくして、アノ
ード電極からの正イオンが直接磯子４に衝突しないよう
にすることもできる。

他方、硬゛子４の円板面４ｂに形成されるリング状凸部
４ｃは沿面距離を増加して絶縁力を増すために必要なも
のであるから、上記実施例のように１個所に限らず、２
個所あるいはそれ以上設けても良い。また、沿面距離を
増加するためには光軸１３を同軸とするリング状凸部４
Ｃの代わりにリング状の凹部を形成してもよく、凸部と
凹部とを組み合わせた波状の円板面４ｂとしても良い。

尚、非真空部Ｖ′においては正イオンが発生して磯子４
を帯電させることはないから、凸部ないし凹部を形成し
て絶縁力を待つ必要はない。従って、磯子４の非真空部
Ｖ°の中央の円柱部４ａはなくてもよく、また円板面４
ｂは平面的であっても支障はないが、製作の都合等によ
って凸部ないし凹部を設けてもかまわない。また、上記
実施例においては絶縁体４として磯子４を用いて説明し
たが、フィラメント１およびウェネルト電極２と設置電
位との絶縁を保つことができる材質であれば電子に限る
ことはない。

また、未発明は液体金属イオン源等を用いたイオン銃に
も同様に適用できるものである。

〔効果〕

以上説明したように、本発明の電子銃にあっては、電子
等の絶縁体を円板形状としたことにより従来のカップ形
状の絶縁体に比べ、アノード電極の電子線孔の周縁部位
から飛び出す正イオンの直撃を受ける絶縁体の範囲が大
幅に減少し、正イオンの帯電によって生ずる微小放電や
火花放電が起こり難いものとなる。また絶縁体が円板形
状であることから電子銃を小型化することができ、製造
も容易なものとなる。

また絶縁体の円板面には１個所あるいはそれ以上の凸部
あるいは凹部を設けたことにより、１００ＫＶ程度の通
常の電子顕微鏡に使用される比較的小さい径の電子銃室
においても十分な沿面距離をとることができ、絶縁破壊
が生じない。

また、ウェネルト電極の上端端部と絶縁体の円板面およ
びリング状凸部は比較的大きな電位差をもって空間的に
向き合っているが本発明は火花放電電圧を考慮して最短
距離長５ｍｍ以上としたから、ウェネルト電極と絶縁体
との間で微小放電あるいは火花放電が生ずることがない
。更に、本発明は絶縁体の中央部に円柱部を形成したか
らウェネルト電極と絶縁体との接合部近傍における電界
強度は従来の電子銃よりも小さなものとなり、ウェネル
ト電極と絶縁体との間でも微小放電は生じ難くなるもの
であり、絶縁破壊や電顕像の分解能の低下あるいはコン
ピュータの誤動作等の問題が解消されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図はウェネ
ルト電極近傍の等電位面を示す第１図の部分拡大図、第
３図は従来の電子銃を示す断面図、第４図はウェネルト
電極近傍の等電位面を示す第３図の部分拡大図である。 】・・・フィラメント　（電子源） ２・・・ウェネルト電極 ２ｕ・・・ウェネルト電極の上端端部 ２ｄ・・・ウェネルト電極の下端端部 ３・・・７ノード電極 ４・・・磯子（絶縁体） ４ａ・・・円柱部 ４ｂ・・・円板面 ４Ｃ・・・リング状凸部 ！０・・・電子線孔 １２・・・導電円筒（導電体） １３・・・光軸 Ｓ・・・密閉容器 Ｖ・・・真空部 Ｖｏ・・・非真空部 特許出願人　　株式会社国際精工 第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電子を発生させる電子源１と、発生した電子を加速
   し、制御するウェネルト電極２と、電子線装置の密閉容
   器Ｓの内部を真空部Ｖと非真空部Ｖ′とに分離し且つ電
   子源１およびウェネルト電極２と接地電位との絶縁を保
   つ絶縁体４とを有する電子銃において、上記絶縁体４を
   円板形状に形成すると共にその中央部には少なくとも真
   空部Ｖ側において光軸１３を中心として円柱部４ａを形
   成して上記ウェネルト電極２を配設する一方、絶縁体４
   の円板面４ｂには光軸１３を同軸とするリング状の凸部
   ないし凹部４ｃを少なくとも真空部Ｖ側において１個所
   以上形成し、他方、上記ウェネルト電極２の上端端部２
   ｕから絶縁体４の円板面４ｂおよびリング状凸部４ｃま
   での最短距離長を５ｍｍ以上としたことを特徴とする電
   子銃。 ２）上記絶縁体４の円柱部４ａの非真空部Ｖ′側には、
   ウェネルト電極と同電位を保つ導電体１２を配設したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子銃。 ３）上記絶縁体４の円柱部４ａ内に上記ウェネルト電極
   と同電位である円筒状導電体１４を配設したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電子銃。