JPS607335B2 - 熱電子放射陰極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子ェミッ夕を必要とする電子顕微鏡等のため
の熱電子放射陰極に関する。

六棚化ランタン（以Ｂ６）の熱電子ヱミッ夕は広く使わ
れており、例えば米国特許第２６３９３９９号五こ記載
されている。

これらには現在電子顕微鏡のフィラメントとして使うた
めに商業的に利用出来る一つの型がある。第１の型は１
９６ｇ王の（ジャーナル オブ フィジックス）第２巻
第２号にサィヱンティフツク、イソスチチュートのＡＮ
ブーワーア１世の論文“六棚化ランタン榛陰極電子銃の
実験的評価的特性”及び１９６９年８月のアメリカ特許
第３４６２６３５号に記載されている。この型の供給源
は間接的に加熱される六棚化ランタンの榛を使用してい
る。必要な加熱力が電子顕微鏡に使われる標準的タング
ステンフィラメントの場合の数倍なので、この型の熱電
子放射陰極を顕微鏡に取付けるときには、電子銃の構造
と電子回路との両方に大きな変更を加える必要である。
換言すれば、この型の熱電子放射陰極は現在の型の電子
顕微鏡には容易に適合することが出来ない。第２の型の
熱電子放射陰極は０．Ｋ．クローフオード及び日．１．
スミスの学会論文“標準的な走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）
フィラメントと交換可能な直接的に加熱される六柳化ラ
ンタン陰極”に記載されており、商業的に利用可能であ
る。

この装置では六棚化ランタンの小塊がヒーターとして轍
ら〈アーチ型の炭素小片によって機械的に保持されてい
る。これは機械的寸法及び必要な加熱電流について考え
ると通常のタングステンフィラメントの代りにそのまま
使用することが出来るけれども、或る種の限定条件があ
る。即ち、電子顕微鏡銃の内部にアーチ型の炭素小片を
正しく取り付けようとしても六棚化ランタン先端のまわ
りの利用出来る空間が極めて少〈、更にこの炭素小片は
非常にもろく慎重な取扱いを要し「三方から圧力接触を
する微妙な袋架構造の複雑さのために組立費用が非常に
増加し「腐蝕性ガスが僅かでも存在するとヒータと六棚
化ランタンとの間の溶接の機械的熱的及び電気安定性が
損われてしまう等の欠点がある。本発明の目的は前述の
欠点を除去して良好な安定性と長寿命とを有する熱電子
放射陰極を得ることである。

さらに本発明の目的は高い輝度特性を有する熱電子放射
陰極を得ることである。

本発明のこれらの目的は、レニウム又はタンタル線ヒー
タの側部に六棚化ランタンのづ、ごな玉を溶接して電子
ヱミッタを形成し、この玉の外側を鋭い先端に形成する
ことによって達成される。

作動時に電流がヒータ線を通って流れると、この電子ヱ
ミッタの先端は電子を強く放出する１５００〜１６００
００の作動温度に加熱される。六棚化ランタンをヒータ
線に熔接するには色々な方法「例えば誘導加熱、放射即
ちレーザ溶接、電子ビーム技術及びプラズマアーク溶接
貝０ち電流を直接２個の要素間の小さな隙間に通して溶
接される二面間にプラズマを形成して２個の要素を溶接
するように局部的に加熱する方法等を利用することが出
来る。

プラズマアーク溶接はふ高温の不活性雰囲気、例えばア
ルゴンの中で溶接が行われるので最も効果的なものであ
り「熱電子放射陰極を汚染するようなフラックスや充填
剤を実質的に使用しないので最も好ましい方法とされて
いる。六棚化ランタンとしニウムとの間には溶接中に中
間相が形成され「これが作動中に起る温度の範囲に耐え
ることが出来るので熔接の確実性に大きく寄与すること
が判明している。そして、これらの材料はその融点が高
いこと、不活性であることおよび導電性が良い等の理由
から熱電子放射陰極に特に適している。第１図を参照す
るとも六棚化ランタン（粉末から焼緒形成されたセラミ
ック材料）の細長い小片１０がレニウム線１１の側部に
溶接されている。

溶接方法は、先づ拡大部即ち玉１２を作って斜線領域１
３として示すように六棚化ランタンの密度の高い所を作
成する。次に電子ビーム放電領域を設けるため以下に説
明する装置によってこの六棚化ランタンに鋭い先端亀４
を形成する。第２Ａ図は第１図に示したものとほぼ同じ
ではあるが、この場合はしニウム線１１５ま溶接前にＵ
字型に曲げられており〜第８８図は六郷化ランタンが鋭
い先端官４１こ研摩されたあとの完成された装置を示し
ている。

第２Ｂ図は、通常の保持器蔓軸こ装架された２個の導体
官６に点溶接されたレニウム線亀亀を示している。先端
を形成するためには色々の技術が使われ、例えばダイヤ
モンド刃先での研摩ト研摩剤での機械的な研摩及び電気
火花放電技術（ＥＤＭ）がある。第３Ａ図、第３Ｂ図、
第３Ｃ図及び第３０図は溶接工程の詳細な段階を示して
いる。

六棚化ランタンの小片盲は〔例えば、直径０．３８〜０
．６３側（ｉ５〜２５ミル）〕は、不活性雰囲気（列え
ば「アルゴン）中で第３Ａ図に示すようにＵ字型のレニ
ウム線１１１こ近接して置かれる。実際には、その間隔
は数ミリメートルである。電圧（例えば、ｌｏｏＶ）が
その間にアークを形成するよう２個の要素間に加えられ
る。

アークによる加熱によって第３８図に示すように六柵化
ランタン小片の端部に拡大部則ち玉亀９が形成される。
この加熱によって六棚化ランタン材料が流動化されて、
この材料の中に存在する空隙が最少になり、それによっ
て材料の密度が大きくなって良好な溶接をすることがで
きる。２個の要素を十分に加熱した後でこれらを第３Ｃ
図のように接触させて第３Ｄ図に示すように溶接する。

本発明による前述のフィラメントは「広い範囲の加熱電
流及び必要な物理的寸法に適合するように作ることが出
来る。

実験用のフィラメントが走査電子顕微鏡で試験され〜１
０‐５トール程度の真空で全く安定であることが見出さ
れている。試験されたフィラメントの一つは大気に繰返
して露出されたあと３００時間以上の作動に好成績を示
している。１６００００で作動するため、六棚化ランタ
ンは通常の作動温度でタングステンの持つＩＡ′地の放
出密度に比べて１０ＡＪの以上の放射密度を理論的に有
する。

現在の電子走査顕微鏡のタングステンフィラメントを単
に六郷化ランタンのフィラメントに置き換えただけでは
本発明のような効果を得ることはできない。然しながら
、通常のタングステンフィラメントの代物こ本発明によ
る六郷化ランタンの熱電子放射陰極を使用する利点を十
分に享受するためには電子銃の光学系を一部変更する必
要があるかも知れない。以上の記載ではヒータ線はしニ
ウム線として述べられているが「 タンタルｔ タンタ
ル合金ｔ及びレニウム合金を使うことも出来る。

タンタル合金及びレニウム合金の場合はタングステンと
の合金であることが好ましい。図面の簡単な説明第亀図
は本発明の好適実施例の六棚化ランタンの小片としニウ
ム又はタンタル線との間の溶接の第１の型式を示し、第
２Ａ図及び第２Ｂ図は本発明の他の実施例の製作の段階
を示し「第８Ａ図も第３Ｂ図ト第３Ｃ図及び第３０図は
好適な溶接方法の段階を示している。

喜び・・六棚化ランタンのづ、片「 重富…レニウム線
ｔ 亀窓…玉「 軍３…領域、８４…先端、９５…保持
器〜 重６…導線、軍９・・。

玉。第骨図 第２Ａ図 第２Ｂ図 第３Ａ図 第３Ｂ図 第３Ｃ図 第３Ｄ図 第７部祷 り主 特許法第毎４条の規定による
補正（昭和もＺ年‘Ｚ目′７ 日）の掲載被告特許番号 ら０岬７３うぶ 昭和５０年特許願第１４１０４２号（特公昭６０−７３
３５号、昭６０．２．２３発行の特許公報７（１）−７
〔３５８〕号掲載）については特許法第６４条の規定に
よる補正があったので下記のとおり掲載する。

特許第１４０１５１１号ｌｎｔ．ＣＩ．４ 識
別記号 庁内整理番号ＨＯＩＪ １／１４
６７２２−５ＣＩ／１８ ６７２２−５
Ｃ記 １ 「特許請求の範囲」の項を「１ 電子顕微鏡等のた
めの熱電子放射陰極において、レニウムの線で形成され
たヒータと、前記レニウムの線の表面の一部に直接溶接
された六棚化ランタンの小さな玉で形成された電子ェミ
ツタとを有し、前記六棚化ランタンの玉は前記ヒ−夕か
ら遠い方の例に鋭い先端が形成された部分を有する熱電
子放射陰極。

」と補正する。２ 第３欄１４行〜１５行「又は、、、
、、ル」を削除する。

３ 第５欄５行〜９行「以上の、、、、ましい。

」を削除する。４ 第６欄１行「又はタンタル」を削除
する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子顕微鏡等のための熱電子放射陰極において、レ
   ニウム、タンタル、レニウム合金およびタンタル合金か
   らなる群から選ばれた少くとも一種類の金属の線で形成
   されたヒータと、前記金属の線の表面の一部に直接溶接
   された六硼化ランタンの小さな玉で形成された電子エミ
   ツタとを有し、前記六硼化ランタンの玉は前記ヒータか
   ら遠い方の側に鋭い先端が形成された部分を有する熱電
   子放射陰極。