JP2898658B2

JP2898658B2 - 多段加速方式荷電粒子線加速装置

Info

Publication number: JP2898658B2
Application number: JP1218667A
Authority: JP
Inventors: 潤二遠藤; 猛川崎; 正弘富田; 成人砂子沢; 敏光宮田; 金子　　豊
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-08-28
Filing date: 1989-08-28
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JPH0384839A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は多段加速方式荷電粒子線加速装置にかかわ
り、特に、電界放射型電子銃に好適な改良構造を有する
多段加速方式荷電粒子線加速装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の多段加速方式荷電粒子線加速装置を電界放射型
電子銃を例として説明する。例えば特開昭60−117534号
公報に記載された装置では、多段加速管の内側各段に加
速電極、外側各段にシールド電極を設け、多段加速管の
管壁とシールド電極との間に、各段に加速電圧を分割し
て印加するための分割抵抗が配設されている。この例で
は、上記加速電極および上記シールド電極は、いずれも
高透磁率金属であるパーマロイを用いて作られており、
外部の交流磁界に対するシールド作用と、多段加速管の
段間の放電防止の２つの役割を兼ねている。なお、上記
公報の図面では、多段加速管全体を覆って絶縁性ガスを
充填するための絶縁容器は図示が省略されている。電子
銃では、しばしば分解、組立てが必要なことがあるが、
上記電子銃を分解あるいは組み立てるときには、加速電
極、シールド電極および分割抵抗を１つずつ取り外し、
取り付けることが必要である。

加速電極およびシールド電極では、加速電極間あるい
はシールド電極間の放電を防止するために、電極間の間
隙は1mmあたり5kV程度の電界となるように設定されてい
る。このため、磁気シールドの効果は必ずしも十分では
なかった。さらに、電極同士が対向する面は鏡面に研磨
されているため、加工コストが高く、取付け・取外しの
際に電極に傷が付きやすいなどの問題があった。

また、分割抵抗は、必ずしも上記従来例のように多段
加速管の近傍に配置する必要はないが、同じ絶縁容器内
に位置し、かつそれぞれが加速管の各段に接続されてい
る必要がある。しかし、リード線の接続は煩雑である
上、分割抵抗表面の汚れが高電圧放電の原因にもなるた
め、作業性や電圧安定性の面でも問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

内外電極間の高電圧放電は、電極間の距離、電極形状
あるいは電極表面の状態に大きく依存している。上記従
来技術では、このために各電極表面を鏡面研磨する必要
があり、そのため製作コストが高いこと、また、組立て
・調整時に電極類や分割抵抗を一段一段取付け・取外し
を行うため、作業性の面および耐電圧性能の維持が難し
いことなどの問題があった。さらに、多段加速電子銃の
場合、この電極を高透磁率金属製にして磁気シールド性
能を持たせているが、電極と電極との間は、電極間の放
電のためにある程度以上間隔を狭めることができず、十
分な磁気シールド性能を得ることが難しかった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を同時に解決
し、電極の製作コストが安く、組立て・調整時の作業性
がよく、かつ耐電圧性能の維持が容易で、十分な磁気シ
ールド性能を確保できる多段加速方式荷電粒子線加速装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕上記目的を達成するため、本発明では、電極、特に外
部電極の一部または全部を絶縁性の樹脂などにモールド
一体化する。多段加速管の内側電極にこの方法を用いる
と、絶縁物にチャージアップして、電子銃に悪影響を与
える可能性もあるが、これに対して外側電極では、取付
け・取外しの頻度が内側電極に比べてはるかに多く、電
子線に悪影響を与える可能性もないため、本発明の有効
性はより大きなものとなる。

さらに、分割抵抗を外部電極の近傍に有するものや、
電子線源を電子光学軸上に位置せしめるために低電圧側
から駆動力を導入するようにした軸合わせ機構を有する
ものにあっては、分割抵抗を同時にモールドするととも
に、モールド体の絶縁性材料部を中心軸方向に貫通する
ごとく軸合わせ機構の駆動軸を配置すれば、放電の防止
や作業性の面でさらに望ましい結果が得られる。

〔作用〕

従来技術による装置では、前述したように多段加速管
全体を覆うようにフロンガスや六フッ化イオウなどの絶
縁性ガスを充填し、これらのガスを用いて外部電極間を
絶縁していたが、これら電極を絶縁性材料、例えばエポ
キシ樹脂のような絶縁性樹脂を用いてモールドすると、
エポキシ樹脂の絶縁耐力は前記絶縁性ガスのそれに比べ
て数倍以上高いので、電極表面を鏡面研磨する必要がな
くなり、部品コストが低下する。

また、モールド一体化することにより、複数個の電
極、あるいは複数個の電極と分割抵抗を、一度に取り付
け、取り外しができるため、分解・組立て・調整の作業
効率が向上する。

さらに、モールド一体化することにより、電極間の間
隙を小さくすることができるため、磁気シールド効果は
著しく増大する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によって説明する。
本実施例は、多段加速方式電界放射型電子銃についての
もので、電子銃の電源については図示省略されている。

第１図において、鏡体３および多段加速管２と、その
上に電子線源１を取り付けたフランジ４とによって、真
空容器が構成されている。多段加速管２の内部は、鏡体
３の側から図示しない排気手段により真空排気され、多
段加速管２と絶縁ハウジング30との間は、フロンガスな
ど絶縁性ガス雰囲気になっている。多段加速管２の外側
各段には、外部電極である第１シールド電極12と、各段
に加速電圧を分割印加するための分割抵抗14があり、こ
れら第１シールド電極12と分割抵抗14とはエポキシ樹脂
により一体化されて、モールド電極（モールド体）15を
形成しており、多段加速管２に対してモールド電極15が
着脱可能である。モールド電極15の外周部には、モール
ド電極15の沿面放電を防止するとともに、磁気シールド
の役割を兼ねた第２シールド電極13が取り付けられてい
る。

モールド電極15の樹脂体部に軸方向に設けられた貫通
孔には絶縁棒22が通っており、外部から回転導入機構20
と下部歯車装置21とによって伝えられた回転力を上部歯
車装置23に伝える役割を果たしている。上記歯車装置23
は、その回転力をねじ送り機構24に伝え、ねじの押圧力
により電子線源１を移動させて軸合わせを行う。図には
省略されているが、このねじ送り機構24と電子光学軸を
挾んでほぼ対向する位置に、電子線源１を逆方向に移動
させるための同様な機構が設けられている。さらに、こ
れらと直角方向にも一対の軸合わせ機構が設けられてお
り、高電圧を印加したままの状態で電子線源１を水平面
内で移動させることができるようになっている。

高電圧は高電圧ケーブル31によって装置内に導入さ
れ、絶縁ハウジング30の内部において、電子線源１、引
き出し電極10および分割抵抗14に対し、それぞれ所定の
電圧が印加される。引き出し電極10は、電子線源１に対
向して配設され、両者の間に印加された電圧によって引
き出された電子線は、引き出し電極10の中心に設けられ
た小孔を通過し、加速電極11によって所定のエネルギー
に加速される。

電界放射型電子銃では、電子ビームの径が従来型電子
銃の約1/1000と極めて細いため、周辺装置から発生する
交流磁界によって電子ビームが偏向されると、従来型電
子銃よりも1000倍大きな影響を受ける。また、この電子
銃の最大の特長は輝度が高い（従来型電子銃の約1000
倍）ことであるが、電子ビームが交流磁界によって偏向
されると、実用上の輝度が低下してしまい、特長を行か
すことができない。このため、従来から、鏡体や電極類
を透磁率の高い金属で作り、磁気シールド性能を持たせ
ている。磁気シールド性能は磁気的に閉じているほど効
果が高いので、鏡体の部分ではほとんど問題はないが、
多段加速管の部分では高電圧を絶縁するために磁気的な
ギャップが必ず生じてしまい、シールド効果を低下させ
ていた。本実施例では、第１シールド電極12をエポキシ
樹脂でモールドすることによって、第１シールド電極12
間の間隔、すなわち磁気的なギャップを従来の1/3程度
に小さくすることができるので、磁気シールド効果は著
しく向上する。

本電子銃を組み立てるときには、まず多段加速管２に
加速電極11を取り付け、これを鏡体３に真空シール材
（図示せず）を挾んで取り付ける。次いで、多段加速管
２に、電子線源１をセットしたフランジ４を、やはり真
空シール材（図示せず）を挾んで取り付ける。こうして
出来た電子銃内部を真空排気し、次に超高真空にするた
め、電子銃全体を300℃程度に加熱しながら真空排気す
る。冷却後、電子銃内部が超高真空に到達したら、モー
ルド電極15と第２シールド電極13とを一体化したものを
セットし、軸合わせ機構を取り付け、全体を絶縁ハウジ
ング30で覆い、絶縁性ガスを封入すれば、稼動状態とな
る。

ところで、本電子銃を分解するのは、なんらかの問題
が生じたときであり、最も可能性の高いのは、電子線源
１が破損したときである。この場合は、まず軸合わせ機
構を分解し、第２シールド電極13とモールド電極15とを
同時に取り外し、真空を破って電子線源１を交換する。
このときには、加速電極11まで分解する必要はない。し
かし、真空内部で高電圧放電が継続して発生したような
場合は、内部の加速電極11まで分解して放電対策を講じ
ることも必要である。

このように、外部電極だけをモールド構造にしても、
分解・組立ての作業は大幅に簡略化され、電極類に傷を
付ける危険性も少なくなり、さらに磁気シールド特性も
大幅に向上させることができる。なお、加速段数が多い
場合は、モールド電極を複数個に分割しても同様な効果
が得られることは言うまでもない。

次に、本発明の他の実施例を第２図を用いて説明す
る。本実施例は、第１図の電子銃を簡略化したもので、
回転導入機構から絶縁棒、上部歯車装置までの部分と、
第２シールド電極とが省略されている。本実施例では、
軸合わせは、絶縁ハウジング30を取り外して、ねじ送り
機構24を手動で回転させることで行われる。この構造で
は、高電圧を印加した状態で電子線源１を移動させるこ
とはできない。また、第２シールド電極がないので、第
１図に示した電子銃よりも磁気シールド性能は劣るが、
それでも従来型の電子銃よりは良好な磁気シールド特性
を示し、加速段数の少ない電子銃であれば、実用に供す
ることができる。これ以外については、第１図の実施例
と全く同じであるので、分解・組立ての作業の簡素化に
も同様の効果がある。

次に、本発明の別の実施例を第３図を用いて説明す
る。本実施例は、基本的には第２図に示した実施例と同
じものであるが、分割抵抗14をシールド電極12とは別に
モールドし、モールド抵抗17としている点で異なってい
る。このため、分割抵抗14の各段とそれに対応するシー
ルド電極12とを結線する必要があるなど、作業性の面で
は第１図、第２図に示した実施例に比べて劣っている
が、抵抗や電極が破損した場合にそれぞれ単独に交換で
きるメリットがある。

次に、本発明のさらに別の実施例を第４図を用いて説
明する。本実施例では、分割抵抗14はモールドせず、従
来の方法でモールド電極に取り付けている。このため、
作業性の面では第３図に示した実施例に比べてさらに劣
っているが、抵抗が破損した場合や電圧の分割比を変え
て電子光学系を変えるときなどには便利である。また、
前記第３図に示した実施例に本実施例の構成の分割抵抗
を併用し、基本的な分割比はモールドした分割抵抗で設
定し、補助的に個別の分割抵抗を取り付けて分割比を調
整することも可能である。

次に、本発明のもう一つの実施例を第５図によって説
明する。本実施例は、第４図に示した実施例をさらに簡
略化したもので、シールド電極の全体をモールドするの
ではなく、シールド電極間の対向する部分だけをモール
ドするか、あるいはその部分に絶縁性材料からなるスペ
ーサを挿入することによって、電極間に絶縁体16が介在
するようにしたものである。この構成でもシールド電極
間の間隔を狭めることができるので、磁気シールド効果
が向上する。また、電極と絶縁性材料の界面の状態によ
っては、一体化も可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、多段加速方式
荷電粒子線加速装置において、電極間の高電圧放電を大
幅に減らすことができるばかりでなく、電極の鏡面研磨
が不要になることから、部品コストの低下が図れ、さら
に、解体・組立て・調整時の作業効率も大きく向上す
る。また、本発明を電子顕微鏡に応用すれば、磁気シー
ルド効果が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は、いずれも本発明の実施例である多段
加速方式電界放射型電子銃を示す構成図である。符号の説明１……電子線源、２……多段加速管３……鏡体、４……フランジ 10……引き出し電極、11……加速電極 12……第１シールド電極 13……第２シールド電極 14……分割抵抗、15……モールド電極 16……絶縁体、17……モールド抵抗 20……回転導入機構、21……下部歯車装置 22……絶縁棒、23……上部歯車装置 24……ねじ送り機構、30……絶縁ハウジング 31……高電圧ケーブル

フロントページの続き (72)発明者砂子沢成人茨城県勝田市市毛882番地株式会社日立製作所那珂工場内 (72)発明者宮田敏光東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者金子豊東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献特開昭60−117534（ＪＰ，Ａ) 実開昭53−142700（ＪＰ，Ｕ) 実開昭54−62659（ＪＰ，Ｕ) 特公昭55−49399（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭41−13078（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 37/04 H01J 37/06 - 37/073 H01J 37/248 H05H 3/00 - 15/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子線源と、多段加速管と、多段加速
管内部に設置される荷電粒子線を加速するための２つ以
上の加速電極と、多段加速管外部に設置された２つ以上
の外部電極とを有してなる多段加速方式荷電粒子線加速
装置において、前記外部電極の一部または全部を絶縁性
材料でモールド一体化したモールド体を有し、前記多段
加速管に対して前記モールド体が着脱可能であり、少な
くとも電極同士の対向する部分が該絶縁性材料で覆われ
るようにしたことを特徴とする多段加速方式荷電粒子線
加速装置。
【請求項２】請求項１に記載の多段加速方式荷電粒子線
加速装置において、各段の加速電極に加速電圧を分割印
加するための複数の分割抵抗の一部または全部を絶縁性
材料でモールド一体化したことを特徴とする多段加速方
式荷電粒子線加速装置。
【請求項３】請求項２に記載の多段加速方式荷電粒子線
加速装置において、前記分割抵抗の一部または全部を、
前記外部電極の一部または全部と共に絶縁性材料でモー
ルド一体化したことを特徴とする多段加速方式荷電粒子
線加速装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
多段加速方式荷電粒子線加速装置において、前記荷電粒
子線源を中心軸上に位置せしめるための軸合わせ機構を
有し、該軸合わせ機構の駆動軸が、前記モールド体の絶
縁性材料部を電圧印加方向に貫通するごとく配設された
ことを特徴とする多段加速方式荷電粒子線加速装置。