JPS63224131A - 液体金属イオン源 - 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、液体金属−ｒオン源の改良に間し、特に、反
応性が強く比較的融点の高い＊Ｘを低消費電流で溶融す
ることのできろ加熱手段を備えた液体金属イオン源に係
るものである。

（従来の技＃７） 本願の出願人が先に特願昭６１−１４６３３７号「金属
イオン源」　（昭和６１年６月２３日出願）の明細書で
開示した液体金属イオン源（以下、これを従来装置とし
て説明する）の断面図を第４図に示す。先ずこの従来装
置の内容について詳説する。

１はセラミック製碍子、ｒｙ　、　’２１は液体金属イ
オン源固定用ステムて、例えば、コバールて作ら°　れ
適当な間隔て碍子１に銀ロウ、金属ガラスなどで溶着さ
れている。３．３′はヒーターでタングステン、タンタ
ル、モリブデン等の高融点金属細線で作成し、各々の端
部−はステム２，２゛に゛スポット溶接されている。同
じく高融点金属製の４はリザーバ支持板兼ヒーターであ
りリザーバ６に巻き付けて端部を前記のヒーター３，３
′にスポット溶接されている。

リザーバδは、溶融物質と反応し・にくいセラミックス
等で作成してあり、リザーバ５の底部には細孔６、上部
には細孔７がおいており両線孔６゜７を、先端の頂角を
３０６〜６０６、先端の半径を１〜１０μｍに機械研暦
し・た針状陽極８が貫通し・ている。　　針状陽極８の
、上部の細孔７から上方に突き出た部分は陽極固定部材
９の一端に固定され、陽極固定部材９の池端は碍子ｌ；
こ固定されている。

また、リザーバ５には、リング状の熱放射盤（ひれ）１
３が付設されている。熱放射ｇ１３の周端部はやや薄く
してあり、熱放射によってその部分て特許こ温度が降下
するように考慮されている。

以上の構成にて、ステム２，２′には、加速電源（図示
せず）の電圧上にフロートした加熱電源（図示せず）が
接続されてヒーター３．３゛とリザーバ支持板兼ヒータ
ー４を加熱し、リザーバ５に入れられたイオン化すべき
物質１０を溶融している。陰極（イオン引出し電極）１
１はイオン引出し電源（図示せず）に接続されていて、
針状陽極８とイオン引出し電Ｆ［４１１０間には、５〜
１５ｋＶの電圧が印加され、これによって針状陽極８の
先端部に、イオンが電界放出可能なまでの高電界が形成
されるようになっている。

なお、これらとアース電位との間には使用目的に応じて
′！１１ｋＶ〜２００　ｋ　Ｖ程度のイオン加速電圧が
印加されろ。

（発明が解決すべき問題点） 上述し・た第４図の従来装置の構造にはいくつかの欠点
がある。

先ず、輻射によって大量の量が外部に放出されろ欠点か
ある。第２図のａに、第４図の装置のヒーター電流と針
状陽極先端部の温度の関係のグラフを示したが、７００
℃〜７５０℃の温度に達するのにも約１５Ａという大電
流が必要となっている。従って、使用するリード線等の
線材を太゛＜シ・、電源を大容量にせねばならないとい
う問題を抱えている。（第４図の従来装置ではヒーター
部４を円筒状にし、断面積を比較的大きく、電気抵抗を
小さくして、大きい加熱電流を流すようにしている。　
） 先述の特許出願の明細書には、ヒーター部４を包囲する
大型の筒３１（第４図に点線で示す）についても記載が
あり、以下に述べろ本願の発明とまぎられしいが、リザ
ーバ５と大型の筒とが一体となっているため、このリザ
ーバは加工が難しく、且つヒーター部４を設けるのに困
難を伴う欠点がある。さらに、この大型のＦｉｒ３１は
その上部が開放されていて上方への熱放射が多く、１０
００℃以上の融点を持つ物質（例えば、Ｂの合金）を溶
融するには矢張り適しない。

（発明の目的） 本発明は、上記の問題を解決し、反応性が強く、外部へ
の熱放出が少なく、比較的数点の高いイオン化物質を低
消費電流でイオン化し、長寿命で安定なイオンビームを
発生することが出来る、液体金属イオン源の提供を目的
とする。

（問題を解決するための手段） 本発明は、イオン化すべき金属をｒＦＲするリザーバ部
と、該リザーバ部からｉａ触物質が供給される針状先端
部を有する針状陽極と、該針状先端部に強電界を形成す
るための手段と、該リザーバ部もしくは該針状陽極に熱
的に接続された、ヒーター部とを備え。

該ヒーター部の少なくとも一部が、該リザーバ部もしく
は該針状陽極の一部と、熱反射筒とでその四囲を囲まれ
て囲いの中にある構成の液体金属イオン源によって前記
目的を達成したものである。

（実施例） 第１図は、本発明の実施例であって、各部材の名称、符
号は第４図に対応する。

この実施例では、先に円筒状であったリザーバ支持板兼
ヒーター４がヒーター３と一体化しコイル状になってい
る。コイル状にすることにより電気抵抗を大にし加熱電
流を小さくし、ヒーターからの熱の放射を増大させたも
のである。このヒーターには融点が比較的高い直径０．
３ｍｍのタングステン線材を用いているが、他の高融点
金属細線も使用可能である。

この実施例では更に、円筒状の熱反射筒１４を、リザー
バの熱放射！１３の上部に設置することによりリザーバ
５とともにヒーター３のコイル部の四囲を覆いこれを囲
んで殆んど密閉している。

−熱反射筒１４の内側表面は、研磨、蒸着、もしくはメ
ッキの方法で鏡面に加工されており、ヒーター３から出
た放射熱がここで反射されて、リザーバ５が効率よく加
熱されるように２慮されている。

従って、リザーバ５の加熱効率は上昇し、僅かの電流で
高い温度が得られろ。

この熱反射筒１４の外側表面には、溶融物質ｌＯと濡れ
難く反応もしにくい物質（例えば、セラミックス）を、
スパッタ法、ＣＶＤ法、電解析出法等で被覆しである。

従って、もしヒーター部の温度を上げ過ぎて、溶融物質
１０がリザーバ５の表面を広がって進み熱放射９：ｉｌ
　３の上部に進んで来るようなことがあっても低温の熱
反射筒１４の外壁で凝固して塊り３０となり以後の拡散
；よ阻止される。溶融物質１０が反応性の強い物質（例
えば、Ａｍ）であると、濡れが進み、ヒーター部を濡ら
してこれと反応を起こし、ヒーターを断線させてイオン
ビームがストップするというような心配は無くなる。。

更に入念には、ヒーター３のうちの熱反射ｔｉｌ１４の
上部から外側に出た部分の表面にも、スパッタ法、ＣＶ
Ｄ法、電解析出法等でセラミックスで被覆しておくこと
によって、リザーバ５上部から洩れる蒸発物質とヒータ
ー先３の反応を阻止する。

第３図には、この第１図の実施例の、ヒーター電流に対
する針状先端部の温度のグラフｂを、前記の従来のグラ
フａに併記して示した。このように、本発明の液体金属
イオン源は従来と比較して加熱効率が格段に（２倍以上
）よくなる。このグラフｂは、この実施例の場合もヒー
ター電流を制御して温度制御を行なうことも容易である
ことを示している。

第２図は、本発明の別の実施例の液体金属イオン源の断
面図であって各部の符号は第４図に対応する。但し、先
端が前述同様針状に成形された針状陽極８の先端部分に
、小円ｍ吠の突起が設けられ、この部分が溶融物質のリ
ザーバ部２２（先のリザーバ５に対応）となっている。

針状陽極８の中間部には大円盤状の熱放射盤（ひれ）１
３があり、その上に高融点金属細線よりなるヒーター３
を巻き、このヒーターに加熱電流が供給されている。ヒ
ーター３の加熱によって、針状陽極８を直接加熱し、小
円盤状のリザーバ部２２に蓄えられた物質ｌＯを溶融し
、溶融物質１０は針状先端部に供給されて、陰極１１に
負の電圧が印加されることでイオンビームが得られるも
のである。

上記のようにした針状陽極の大円盤状の熱放射ａｌ１３
の上部には、ヒーター３の四囲を覆い殆んどこれを密閉
するようにして前述開襟の熱反射筒１４が設置され、ヒ
ーター３の熱反射筒１４から外に出た部分は、スパッタ
法、ＣＶＤ法、電解析出法等で表面をセラミックスで被
覆し・である、。

この実施例の装置では、直接的に針状陽極８が加熱され
るため一層加熱効率が上がる。針状陽極８は溶融物質と
の濡れのよい材料を使用し・ているため、熱放射＃Ｊｌ
１３の周縁部で塊り３０を作らず。

上部にまで溶融物質が広がって上がるおそれがあるが、
その場合にも溶融物質は熱反射筒１４で阻止され、ｉＷ
融物質とヒーターの反応による断線等の事故は起こり得
ない。更に入念には、ヒーター部をセラミックスで被覆
して、溶融物質の蒸発によるヒーター線との反応を防止
する。かくして、この実施例の装置も長時間、一定の加
熱電流で安定に加熱することが可能である。

（発明の効果） 、本発明の液体金属イオン源は、ヒーターの加熱効率が
上がるため、低消費電流で比較的融点の高いそして反応
性の強い物質を溶融でき、且つヒーター５の溶融物質の
拡散も防止できて長寿命で安定なイオンビームを発生す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は１本発明の金属イオン源の実施例の概略断
面図。 第３図は、ヒーター電流に対する針状先端部の温度特性
を、前記の従来のものと併記し・て示したグラフ。 第４図は、従来の金属イオン源の概略断面図。 ｌ・・・五零子、　２，２′・・・ステム、３・・・ヒ
ーター、５．２２・・・リザーバ、８・・・針状陽極、
９・・・針状陽極固定部材、１０・・・溶融物質、　　
１１・・・陰極、１２・・・セラミックス、１３・・・
熱放射盤（ひれ）、１４・・・熱反射筒、３０・・・塊
り。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン化すべき金属を貯蔵するリザーバ部と、該
   リザーバ部から溶融物質が供給される針状先端部を有す
   る針状陽極と、該針状先端部に強電界を形成するための
   手段と、該リザーバ部もしくは該針状陽極に熱的に接続
   されたヒーター部とを備え、 該ヒーター部の少なくとも一部が、該リザーバ部もしく
   は該針状陽極の一部と、熱反射筒とにその四囲を囲まれ
   て囲いの中にあることを特徴とする液体金属イオン源。
2. （２）該リザーバ部は、低部に細孔を有する容器であり
   、該細孔を貫通して該針状陽極が配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液体金属イオン
   源。
3. （３）該針状陽極の一部がイオン化すべき金属を保持す
   るリザーバ部となっていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の液体金属イオン源。
4. （４）該熱反射筒は、その外側表面の少なくとも一部が
   溶融物質と濡れ難く反応しにくい物質によって構成され
   、且つ内側表面が鏡面になっていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の液体金属イオン源。
5. （５）該ヒーター部がコイル状となっていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の液体金属イオン源。
6. （６）該ヒーター部のうち該熱反射筒に囲まれていない
   部分に、耐熱性、耐久性および耐食性に優れた物質によ
   って被覆が施されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の液体金属イオン源。