JPH07254384A

JPH07254384A - 電子ビーム加工装置

Info

Publication number: JPH07254384A
Application number: JP6045906A
Authority: JP
Inventors: Taizo Iwami; 泰造石見; Toshiyuki Ozaki; 敏之尾崎; Yoshikazu Ikuta; 美和生田; Kunihito Sakai; 国人酒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1995-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】陰極で発する熱による熱膨張や、陰極部の真
空もれ等を防ぎ、ビームを安定して被加工物に照射し、
加工が正確に行える電子ビーム加工装置を得ることを目
的とする。【構成】装置の筐体６には筐体側保持部３１を備え、
一方陰極部４には陰極側保持部３０を備える。有機絶縁
体からなる絶縁支持部５は陰極２につながる電流導入端
子３２とともに、この筐体側保持部３１と陰極側保持部
３０を覆うことにより陰極部４を筐体６に支持し、さら
に陰極部４を真空封止する。このとき真空封止された電
流導入端子の部分２２の断面積を電流導入端子３２の断
面積より小さくしておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、陰極から発生する電子
ビームを、集束レンズや偏向器によりその電子ビームを
制御しながら被加工物に照射して加工を行う電子ビーム
加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２２は、例えば特開平３−６４８４１
号公報に掲載された従来の電子ビーム装置の構成図であ
る。図において、２は電子銃となる陰極、３はバイアス
電位を与えるウェネルト電極、５は絶縁支持部（セラミ
ック）、６は筐体、８は陽極、９は陽極８を通過した電
子ビームを被加工物に集束させるための集束レンズ、１
２は集束レンズからの電子ビームを偏向するための偏向
器、９０は外部電流から陰極２やウェネルト電極３に負
の高電圧を与える高電圧ケーブル、９１は冷却水または
冷却用の油が流れる溝、９２は高電圧ケーブルから電子
銃を封止するＯリングである。

【０００３】図２３は陰極２に関し詳細に示したもの
で、例えば特開平２−２５０３１０号公報に示されたＬ
ａＢ₆（六ホウ化ランタン）からなる陰極の構成であ
る。図において、２はＬａＢ₆陰極、２０は陰極２を加
熱する発熱体となるグラファイトチップ、２１はホルダ
ーである。絶縁支持部５により筐体６などのアース電位
から絶縁された陰極２は、図２３のようにグラファイト
チップ２０を介してホルダー２１に挟まれ固定される。

【０００４】次いで動作について説明する。図２２にお
いて、電子銃室は通常真空ポンプ（図示せず）によって
予め真空に排気されている。陰極加熱電源（図示せず）
からホルダー２１を介してグラファイトチップ２０に電
流が供給され、この電流によって発熱したグラファイト
チップ２０により陰極２は加熱される。そして、運転中
は常に１５００〜１６００℃の高温に保持され、陰極２
より電子ビームが発生する。陰極２・陽極８間に加速電
源（図示せず）から加えられた電圧により電子ビームが
加速される。ビーム電流量はバイアス電源（図示せず）
によって陰極２に対して負にバイアスされたウェネルト
電極３（バイアス電極とも呼ぶ）で制御される。

【０００５】陰極２で発生した電子ビームは、図示しな
いが図２２の装置の偏向器１２の下方に配置される被加
工物に照射される。集束レンズ９は、被加工物上に電子
ビームを集束するように調整し、さらに偏向器１２は、
電子ビームを偏向して被加工物の加工位置に電子ビーム
を照射するように制御する。

【０００６】図２５は、上記の集束レンズ９と偏向器１
２の一例を示したもので、特開昭５４−１３７９７７号
公報に掲載されたものである。図において、１は電子ビ
ーム、１０は集束レンズコイル、１７は集束され、偏向
された電子ビームが照射される被加工物表面、１００は
偏向器磁極、１０１は偏向器コイル、１０２は集束レン
ズ磁極、１０４はフェライト製磁極、１０５は偏向器の
発生する磁束である。図２５は集束レンズ内に偏向器が
配置されたインレンズ方式のものである。

【０００７】集束レンズコイル１０は、電子ビームがそ
のコイル軸心内を貫くように配置されている。偏向コイ
ル１０１は、そのコイル軸心を電子ビームと向かい合わ
せるように配置され、偏向コイル１０１の形成する磁束
１０５を図２５のように電子ビームに錯交させ、電子ビ
ームを偏向する。偏向コイル１０１には通常高周波電流
が与えられるので、磁束１０５は高周波の磁界となり、
この高周波磁界により渦電流が磁極内に発生し、各コイ
ルにより形成される磁界を乱してしまう。そこで図２２
では、偏向器の磁極１００と集束レンズの構成部品の中
で高周波磁界の影響を受けやすい磁極の先端部を高電気
抵抗率をもつフェライト製磁極１０４にして、渦電流等
の発生を低減していた。この従来例の集束レンズと偏向
器はインレンズ方式のものであるが、偏向器の上部に集
束レンズが配置された図２２の場合においても同様で、
高周波磁界の影響を受けやすい磁極はフェライトで構成
される必要がある。

【０００８】さらに、偏向器１２により電子ビームを偏
向する場合、その偏向に伴い被加工物上で焦点ぼけが生
じる。特に高精度加工を行う場合は、この集束点補正を
行う必要があり、この場合動的焦点補正レンズが用いら
れる。図２６、２７は、特開昭６２−４４９４３号公報
に示された電子ビーム装置の集束レンズおよび動的焦点
補正レンズを示す構成図、およびそれらのレンズ駆動ア
ンプ系での補正回路図である。両図において、１１は動
的焦点補正レンズ、１２は偏向コイル、１３は集束レン
ズ駆動アンプ、１４は動的焦点補正レンズ駆動アンプ、
１５は偏向器駆動アンプ、１１０は微分回路、１１１は
加算回路である。その他の符号は図２５と同一である。

【０００９】図２６のように集束レンズ９と動的焦点補
正レンズ１１が近接して配置された場合、これらのレン
ズ同士は互いに鎖交する磁束によって磁気的に結合し、
一方が交流動作すると他方に誘導電流が誘起される。特
に、高周波動作する動的焦点補正レンズは集束レンズに
電流変動を誘導する。一般に集束レンズ駆動回路は高周
波で動作できないため、その変動が定常状態にもどる時
定数が長くなり、必要精度を維持するためには変動が整
定するまでの待ち時間を長くとる必要がある。待ち時間
を短くするため、図２７のように動的焦点補正レンズの
駆動電流の微分値を微分回路１１０で検出し、さらに集
束レンズアンプの入力信号に加算器１１１で加算するこ
とにより、動的補正レンズの変動の微分量に対応して変
動しようとする集束レンズの電流変動を打ち消すように
駆動アンプ１３を制御する。このようにして、被加工物
上で電子ビームが位置制御されるとともに焦点補正され
た加工が行われる。

【００１０】さらに、図２８は偏向器の形状の従来例を
示したもので、菅田栄治編集、電子イオンビームハンド
ブック第２版に掲載された８極子偏向系の構成図であ
る。あるいは図示しないが２４極などの多数の磁極に偏
向コイル１０１が巻かれた複雑な構造である。これらの
磁極はリング状の磁極とともに一体構造となった磁極１
００を形成し、コイルの軸心が電子ビーム１に対向する
ように、かつ各磁極が装置のビーム軸に軸対称をなして
配置される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム加工
装置は前述のように構成されているため、高電圧部の放
電により加工中にビームが停止し、被加工物が修復不能
になったり、電子ビーム電力（加速電圧やビーム電流）
が一定で、正常なビームを発生させても、ビーム径や焦
点位置などのビーム特性の変化や照射位置の変動によっ
て、例えばビーム溶接に用いた場合、溶け込み深さやビ
ード幅の変動として現れ、溶接結果の信頼性を著しく下
げてしまうという問題点があった。以下、問題点の詳細
を述べる。

【００１２】図２２の電子ビーム加工装置において、絶
縁支持部５、筐体６などは陰極２からの熱を十分放熱で
きないため、筐体６、絶縁支持部５が熱膨張し、陰極・
陽極間の寸法精度に誤差が生じ、ビーム特性が変動す
る。

【００１３】また、各部材の熱膨張を抑制するために、
冷却水や油などによる強制冷却する構造になっており、
電子銃室を真空にするため、例えば高電圧ケーブル９０
と装置の接続部にＯリング９２を用いて真空封止する構
成になっていた。この構成は大変複雑で、かつ電気絶縁
のためセラミック製の絶縁支持部５は熱伝導性が悪く、
放熱が十分でないためＯリング９２はかなりの高温にさ
らされていた。そのため、長期使用中に劣化による油も
れ等が発生し、それが原因となる高電圧部での放電が多
発していた。この現象は加速電圧の変動やビーム発生の
中断となり被加工物に修復できない欠陥を残すことにな
る。

【００１４】図２３に示すように、陰極２の発熱量を少
なくするためＬａＢ₆陰極が用いられているが、１５０
０〜１６００℃の高温においては、ＬａＢ₆は陰極２か
ら蒸発し、残留酸素と反応することにより絶縁物質を形
成してしまう。図２４は陰極２とウェネルト電極３との
近接部分を示す図である。このように発生する物質は絶
縁物９５として、図のように主としてＬａＢ₆の陰極２
より最も近い電極であるウェネルト電極３に付着する。
ＬａＢ₆の蒸発速度は２×１０^-6Ｔｏｒｒの真空度で１
５００℃の時、１時間当たり１〜２μｍであるが、この
ようなわずかな量であっても１００時間程度の使用でウ
ェネルト電極３の陰極周辺部分が絶縁物９５で覆われて
しまうことになる。ウェネルト電極３は陰極２に対し
て、電子の発生を抑制する負電位が印加される。ここ
で、真空雰囲気であるものの、電子ビームが残留ガスに
エネルギーを与えたことによって生成されるプラズマ中
の正イオンは負電位を有するウェネルト電極３に引き寄
せられ、絶縁物９５を帯電させる。このような現象によ
り絶縁物は正に帯電する。絶縁物は一様に分布しないた
め、絶縁物の帯電は陰極２近傍の電界（図の符号９７）
を乱すことになる。従って、ウェネルト電極３による電
子ビームの制御を妨害し、ビーム電流やビーム焦点位置
などが安定しないというような問題点があった。

【００１５】また、集束レンズや偏向器においては、図
２５のように偏向器の発生する高周波磁束１０５の一部
は高周波に対して即応性のない低電気抵抗率の磁極内
（磁極１０２部分）に侵入するため、そこで誘導される
渦電流により正規の磁界（特に、集束レンズ９が形成す
るビーム集束用の定常磁界）が乱れ、ビーム照射位置が
振動し、被加工物の所定の位置にビーム照射できないと
いう問題が生じた。

【００１６】さらに、図２６、２７の従来技術による偏
向に伴った集束点の変動補正においても、動的焦点補正
レンズによる集束レンズ電流の変動を補正回路で補正す
るように構成しているが、集束レンズ駆動アンプ１３は
もともと周波数帯域が狭いため、高い周波数成分を含ん
だ微分信号を増幅できず効果的な補正はできなかった。
そのためビームが偏向させる被加工物位置によってビー
ム集束状態が異なるという問題が生じた。

【００１７】さらに、図２８の偏向器は、複雑な構造
で、かつ偏向コイル１０１をビーム軸に対して軸対称に
配置しなければならず、一体構造として各磁極が必要な
位置精度を確保することも困難なため、筐体内部で高精
度の位置合わせは困難であった。そのため、ビーム軸と
偏向器の軸ずれによる大きな偏向収差が生じていた。

【００１８】以上の問題点をまとめると、（１）装置の温度上昇により熱膨張に伴う電極寸法精度
の変動（２）真空室への油もれによる高電圧部の放電（３）ウェネルト電極に付着する絶縁物の帯電によるビ
ーム変動（４）渦電流によるビーム照射位置の振動（５）動的集束点補正レンズの動作に伴う集束レンズの
集束性変動（６）偏向器軸ずれによる収差によってビーム特性等が変化し、例えば溶接に用いた場
合安定した溶接性能を得ることが困難であった。

【００１９】さらに、絶縁支持部はセラミックで構成し
ているが、セラミックは応力に対してもろく、図２２の
ように複雑な形状に加工することは困難であり、またＯ
リングを介して締め付けて真空封止する際も、セラミッ
クを破損してしまう可能性があるという問題点があっ
た。

【００２０】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、加工性に優れ、絶縁状態を良
くして陰極部にかけられる高電圧に対する放電を防ぎ、
熱膨張を抑止して装置内で陰極部を高精度に支持し、か
つ陰極部の真空封止を確実に行なう。

【００２１】陰極から蒸発することにより発生する絶縁
物のウェネルト電極への付着を低減し、またウェネルト
電極に付着した絶縁物の帯電による電子ビームへの影響
を少なくする。

【００２２】高周波磁界が存在してもレンズの有する磁
極での渦電流の発生を抑えることでビーム照射位置の振
動を防ぎ、ビーム偏向に伴って集束点位置を精度良く補
正でき、さらに偏向器のビーム軸に対する位置決め精度
を良くして偏向収差を小さくする。

【００２３】上記の達成により、動作が安定し、広い偏
向領域で一様な加工が達成できる電子ビーム加工装置を
得ることを本発明の目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電子ビーム加工装置は、陰極部を保持すると同時に筐
体の一部および端子部を被覆するように有機絶縁物を組
立成形することによりこの陰極部を筐体に支持し、かつ
端子部の一部とともに陰極部を真空封止する陰極支持部
を備えたものである。

【００２５】また、請求項２に係る電子ビーム加工装置
は、有機絶縁物は無機質物質を添加させて筐体と同程度
の熱膨張率を有したものである。

【００２６】また、請求項３に係る電子ビーム加工装置
は、有機絶縁物は外気に接する表面積を大きく形成する
ようにしたものである。

【００２７】また、請求項４の電子ビーム加工装置は、
陰極支持部に覆われる筐体もしくは端子部の境界面に
は、凹凸形状を形成するようにしたものである。

【００２８】また、請求項５の電子ビーム加工装置は、
陰極支持部に覆われた筐体の部分は、陰極部が配置され
る側に突出するように形成された突出部を含むようにし
たものである。

【００２９】また、請求項６の電子ビーム加工装置は、
陰極部とともに真空封止された端子部の断面積は、陰極
支持部に覆われた端子部の断面積より小さくしたもので
ある。

【００３０】また、請求項７の電子ビーム加工装置は、
陰極に対向して配置され、かつ陰極からの電子ビームを
通過させる開口部を有するウェネルト電極を備え、この
開口部の端部を、陰極側に突出させるようにしたもので
ある。

【００３１】また、請求項８の電子ビーム加工装置は、
陰極に対向するウェネルト電極の表面に凹凸形状を形成
したものである。

【００３２】また、請求項９の電子ビーム加工装置は、
発熱体を発熱させることにより被加工物を加工する電子
ビームを発生させる陰極を備え、電子ビームの放出され
る箇所を残して、陰極の電子ビーム発生動作温度より高
い融点を有する導電性物質で覆うようにしたものであ
る。

【００３３】また、請求項１０の電子ビーム加工装置
は、発熱体を発熱させることにより被加工物を加工する
電子ビームを発生させる陰極を備え、電子ビームの放出
される箇所を残して、前記発熱体で覆うようにしたもの
である。

【００３４】また、請求項１１の電子ビーム加工装置
は、集束コイル及び集束コイル磁極を有し、電子ビーム
を被加工物に集束させる集束レンズを備え、集束コイル
は、その軸心内に電子ビームを通過させるように配置さ
れ、集束コイル磁極は、集束コイルの内側の少なくとも
一部を除いて、集束コイルを取り囲むように形成され、
かつ集束コイル磁極の少なくとも一部は複数の薄板状の
磁性体を積層して構成されたものである。

【００３５】また、請求項１２の電子ビーム加工装置
は、集束コイル及び集束コイル磁極を有し、電子ビーム
を被加工物に集束させる集束レンズ、電子ビームの焦点
ぼけを矯正する動的焦点補正コイルを備え、集束コイル
は、その軸心内に電子ビームを通過させるように配置さ
れ、この集束コイル自身のインダクタンスより大きいイ
ンダクタンスを介して付勢されるように形成されるとと
もに、動的焦点補正コイルは、その軸心内に電子ビーム
を通過させるように集束コイルの内側に配置されたもの
である。

【００３６】また、請求項１３の電子ビーム加工装置
は、集束コイル及び集束コイル磁極を有し、電子ビーム
を被加工物に集束させる集束レンズ、電子ビームの焦点
ぼけを矯正する動的焦点補正コイルを備え、集束コイル
は、その軸心内に電子ビームを通過させるように配置さ
れ、動的焦点補正コイルは、その軸心内に電子ビームを
通過させるように集束コイルの内側に配置され、集束コ
イル磁極は、集束コイルの内側の少なくとも一部を除い
てこの集束コイルを取り囲むように形成され、集束コイ
ル内側の集束コイル磁極の部分は第一の磁性体で、それ
以外の箇所の少なくとも一部は第一の磁性体より低電気
抵抗の第二の磁性体で構成されたものである。

【００３７】また、請求項１４の電子ビーム加工装置
は、偏向コイルを有し、電子ビームを偏向させて被加工
物に照射させる位置を制御する偏向器、筐体のビーム軸
と同心となるように、筐体内に配置された円筒状部材を
備え、偏向コイルは、コイル端面をビーム軸に対向する
ように円筒状部材に接触させて位置決めするようにした
ものである。

【００３８】

【作用】上記の請求項１の電子ビーム加工装置による
と、陰極支持部は、陰極部を保持すると同時に筐体の一
部と端子部を被覆するように有機絶縁物を組立成形する
ことにより陰極部を筐体に支持し、かつ前記端子部の一
部とともに前記陰極部を真空封止するようにしたので、
陰極支持部は、有機絶縁体からなり、組立成形により容
易に製作でき、また有機絶縁物は筐体や端子部に密着し
て接合され、密接部分に他の部材を介さず、真空封止が
強固になされる。

【００３９】また、請求項２の電子ビーム加工装置によ
ると、有機絶縁物は筐体とほぼ同じ熱膨張率なので、陰
極部からの熱により有機絶縁物と筐体が熱膨張しても、
有機絶縁物と筐体または陰極部との間の接合が劣化しな
い。

【００４０】また、請求項３の電子ビーム加工装置によ
ると、有機絶縁物と外気との熱交換が良くなり、有機絶
縁物から放熱しやすくなる。

【００４１】また、請求項４の電子ビーム加工装置によ
ると、陰極支持部に覆われる筐体や端子部の境界面に凹
凸形状を形成したので、その境界面は陰極支持部とより
密に接合され、真空封止が強固になる。

【００４２】また、請求項５の電子ビーム加工装置によ
ると、陰極支持部に覆われた筐体の部分は、陰極部が配
置される側に突出するように形成された突出部を含むよ
うにしたので、真空封止をより強固にするとともに、電
子ビームにより発生するＸ線をその突出部が遮断する。

【００４３】また、請求項６の電子ビーム加工装置によ
ると、陰極部とともに真空封止された端子部の断面積
は、陰極支持部に覆われた端子部の断面積より小さくし
たので、端子部から陰極支持部へ伝わる熱量が低減さ
れ、陰極支持部や筐体の温度を低く抑えられる。

【００４４】また、請求項７の電子ビーム加工装置によ
ると、ウェネルト電極の端部を陰極側に突出させるよう
にし、請求項８によると、陰極に対向するウェネルト電
極の表面に凹凸形状を形成したので、陰極から発生する
絶縁物がウェネルト電極に付着する際、その凸部分の陰
に付着し、その絶縁物が帯電しても陰極近傍の電界は乱
れない。

【００４５】また、請求項９の電子ビーム加工装置によ
ると、電子ビームの放出される箇所を残して、陰極の電
子ビーム発生動作温度より高い融点を有する導電性物質
で覆うようにし、請求項１０によると、電子ビームを陰
極より発生させるための発熱体で電子ビームの放出され
る箇所を残して陰極を覆うので、陰極からの絶縁物の発
生、飛散が抑制される。

【００４６】また、請求項１１の電子ビーム加工装置に
よると、集束コイル磁極の少なくとも一部は複数の薄板
状の磁性体を積層して形成されるので、高周波磁界によ
る渦電流の発生が抑制される。

【００４７】また、請求項１２の電子ビーム加工装置に
よると、集束コイルは、それ自身のインダクタンスより
大きいインダクタンスを介して付勢されるように形成さ
れたので、軸心内に電子ビームを通過させるようにその
集束コイルの内側に配置された動的焦点補正コイルの形
成する磁界が変動しても、その変動に対して誘導される
電流の変動を抑えるように集束レンズに接続されたイン
ダクタンスが作用するため、集束コイルの作る磁界に影
響を与えない。

【００４８】また、請求項１３の電子ビーム加工装置に
よると、集束コイル磁極は、集束コイルの内側の少なく
とも一部を除いて集束コイルを取り囲むように形成さ
れ、集束コイル内側の集束コイル磁極部分は第一の磁性
体で、それ以外の箇所の少なくとも一部は前記第一の磁
性体より低電気抵抗の第二の磁性体で構成されたので、
集束コイルの内側に配置された動的焦点補正コイルの作
る高周波磁界が集束コイル磁極の第二の磁性体部分に侵
入することを抑制し、レンズ間の磁気結合が小さくな
り、相互誘導が少なくなる。

【００４９】また、請求項１４の電子ビーム加工装置に
よると、偏向器の偏向コイルは、コイル端面をビーム軸
に対向させ、筐体のビーム軸と同心となるように配置さ
れた円筒状部材に接触させて位置決めするようにしたの
で、装置のビーム軸に対して、偏向器の精度良い位置決
めが可能となる。

【００５０】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を示す。図１は、
本実施例の電子ビーム装置の陰極の支持構造を示す詳細
な図である。図において、１は電子ビーム、３はウェネ
ルト電極、４は陰極（図示せず）とウェネルト電極３で
構成され、電子ビームを発生する陰極部、５は絶縁支持
部、６は金属からなる筐体、７は陰極部４を絶縁支持部
５により筐体６に固定させるための固定筒、３０は固定
筒７を絶縁支持部５に保持するための陰極側保持部、３
１は筐体の一部である筐体側保持部で、筐体６の陰極部
４の配置される側に突出するように形成されている。３
２は外部電源から陰極部４に電流を供給する絶縁支持部
内の電流導入端子、３３は固定筒リング部である。

【００５１】さらに、図２は図１の陰極支持構造を備え
た電子ビーム加工装置の構成図である。２は陰極部４内
に配置された陰極、８は陽極、９は集束レンズ、１０は
集束レンズのコイル、１１は動的焦点補正用レンズのコ
イル、１２は偏向器、１３、１４、１５はそれぞれ集束
レンズ９、動的焦点補正用レンズコイル１１、偏向器１
２の駆動アンプ、１６はビーム軸合わせのためのアライ
メントレンズ、１７は加工される被加工物である。

【００５２】図１において、絶縁支持部５は有機絶縁物
で、陰極側保持部３０、筐体側保持部３１および電流導
入端子３２を装填し組立成形されており、陰極部４は固
定筒７と絶縁支持部５で筐体６に取付けられている。バ
イアス電圧、ヒータ加熱電流などは絶縁支持部内の電流
導入端子３２を経て陰極部４に供給される。陰極部４よ
り発射される電子ビームは、従来例と同様に集束レンズ
９、動的焦点補正用レンズコイル１１、偏向器１２を経
て、被加工物１７に照射される（図２）。各レンズの基
本的な動作は従来例と同じである。ここで陽極８と集束
レンズ９との間にアライメントレンズ１６を配置し、偏
向器１２と基本的に同一動作をさせて、集束レンズのコ
イル１０の軸心を電子ビームが貫くように調整する。ま
たアラインメントコイル１６は被加工物の照射位置を制
御する役割を果たす。

【００５３】特に本実施例では、絶縁支持部５の組成物
として有機絶縁物を用いる。有機絶縁物として、例えば
エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性の組成物を
用いる。図のように、固定筒７、陰極側保持部３０、電
流導入端子３２、固定筒リング部３３により支持された
陰極部４を筐体６の所定位置にあらかじめ固定してお
き、筐体側保持部３１、陰極側保持部３０、電流導入端
子３２を装填するように熱硬化性樹脂を流し込む。さら
に加熱して樹脂を硬化させることにより絶縁支持部５を
形成する。なお熱硬化樹脂を流し込む際に、軟化状態の
樹脂を保持しておくための枠や鋳型をあらかじめ筐体に
装着しておく。また、この軟化状態時に陰極部４を所定
の位置の配置されるように調整する。硬化後にその枠や
鋳型をはずし、必要に応じその絶縁支持部を所望の形状
に成形する。

【００５４】装置の使用時には筐体６内部の電子ビーム
の発生部は真空にしておく必要があり、従来のセラミッ
クからなる絶縁支持部５は筐体や陰極部の装着箇所にＯ
リングなどの部材を用いて、堅固に真空封止していた。
しかし本実施例では、有機絶縁物は接合する筐体の金属
等との密着性がよく、上記のＯリングを用いることなく
真空封止ができる。特に、図に示すように筐体側保持部
３１を筐体６の内側に突出させることで、有機絶縁物の
陰極支持部と筐体とは接合しやすく、真空封止も強固に
なされる。従ってＯリング部分が熱劣化により、真空状
態が劣化することもない。またセラミックは応力に対し
てもろいので、加工性がよくが、このセラミックに比べ
有機絶縁性は加工性が良く、複雑な形状でも容易に形成
でき、安価に製作できる。

【００５５】また、絶縁支持部５は熱に対する低膨張化
のために、シリカ等の無機質粉末を有機絶縁物の組成物
に含有（例えば全体の７０ＶＬ％程度）させておく。さ
らに熱伝導率を良くするために、アルミナ等の無機質粉
末を有機組成物に含有（例えば全体の７０ＶＬ％）させ
ておくこともある。本実施例では、熱膨張率を筐体６の
材質（ステンレス鋼など）と同じ程度に調整してある。
さらに絶縁支持部５の放熱を良くするために、図１から
見て横方向の断面積を大きくてやり、図示しないがその
表面にひだ等の凹凸を形成することにより表面積を大き
くするなど、外部への露出部分を大きくしてやる。

【００５６】陰極２は熱電子を放出するため加熱電源か
ら電流導入端子２２を経て通電され加熱されているが、
その熱量の多くは固定筒７、電流導入端子２２を経て伝
導され、絶縁支持部５、筐体６の温度を上昇させてい
る。しかし、絶縁支持部はその横方向の断面積を大きく
して上記熱伝導に対する熱抵抗が小さくし、さらに外気
と接触する面積が広いため、熱を効率よく放熱でき絶縁
支持部５、筐体６の温度上昇は低く抑えられている。陰
極部４と陽極８の位置決めは絶縁支持部５、筐体６を介
して行われている。しかし、絶縁支持部５、筐体６の温
度上昇が少なく熱膨張が小さいため、陰極部４と陽極８
間の寸法の変動がなく高い精度が維持でき、ビーム発生
部でのビーム特性の変動が少なくなる。

【００５７】また、陰極側保持部３０、筐体側保持部３
１、絶縁体内電流導入端子３２と絶縁支持部５との境界
面は筐体内部の真空部分から外部までの経路を長く設定
するとともに、それぞれの表面に細かな凹凸をつけた曲
面で形成されている。本実施例では、上記経路の長さを
３０ｍｍ以上確保しており、凹凸は陰極側保持部３０、
筐体側保持部３１、絶縁体内電流導入端子３２の面にシ
ョットブラストで加工している。このように各部と絶縁
支持部５との境界面に細かな凹凸をつけたこと、境界面
の経路を長く確保したこと、さらに絶縁支持部５の膨張
率を筐体６と同じにしたことによって、真空封止を確実
に行うことができる。

【００５８】筐体のアース電位と陰極部４との絶縁を良
好にするために、図１に示すように、陰極側保持部３
０、筐体側保持部３１を曲面構造となるように成形す
る。陰極側保持部３０と筐体側保持部３１間で局所的に
電界が集中するのを緩和することができ、放電を抑制す
ることができる。また固定筒リング部３３も表面を曲面
にしつつ、かつ絶縁支持部５の有機絶縁物、固定筒リン
グ部３３の金属部分、さらに真空の接する点（図の符号
３４の点）から対向する筐体６のアース電位へ放電しや
すいので、固定筒リング部３３は、固定筒７と絶縁支持
部５との境界部を筐体部のアース電位から隠すように形
成されている。このことも放電の抑制に寄与し、安定に
動作させる効果がある。

【００５９】また、本実施例では、水、油など液体冷却
をしなくても十分放熱できる構造になっており、従来の
問題点となっていた液体もれにより高電圧部からアース
電位へ放電が発生することを防ぎ、安定な動作が維持さ
れる。

【００６０】さらに、図３のように筐体側保持部３１の
先端部の内接円１１０は陽極外形円１１１と陰極部分の
作る最大半径の外形円１１２（例えば図１の固定筒リン
グ部３３の外形円）で定義される立体角１１３内に収ま
るように構成されている。有機絶縁体であるエポキシ組
成物は高エネルギーＸ線を透過するが、このように筐体
側保持部３１を構成しておくと、万一、アーキングなど
でバイアス電圧が所定値から大きく逸脱した場合など
に、陽極８等にビームが当たりＸ線が発生したとして
も、高エネルギーを有する１次Ｘ線は、筐体側保持部３
１もしくは固定筒リング部３３に当たり、Ｘ線の外部へ
の漏洩を防止される。また筐体６の壁面などで反射され
た低エネルギーのＸ線はエポキシ組成物からなる絶縁支
持部５によりシールドされる。

【００６１】実施例２．図４はこの発明の電子ビーム加
工装置の陰極の支持構造の一実施例である。実施例１と
同様に図２の電子ビーム加工装置に組み込まれる。図４
において２０はグラファイトチップ等の発熱体、２１は
ホルダー、２２は陰極・絶縁支持部間の電流導入端子で
ある。

【００６２】陰極部４は絶縁支持部５に対して固定筒７
と電流導入端子２２で支持されている。陰極２の熱は実
施例１のように固定筒７、電流導入端子２２を経て伝導
され、絶縁支持部５、筐体６（図示せず）などの温度を
上昇させている。この実施例では絶縁支持部内の電圧・
電流導入端子３２に比べ陰極・絶縁支持部間の電圧・電
流導入端子の断面積を小さく構成した。具体的には絶縁
支持部内の電流導入端子３２の外径を７ｍｍ、陰極側の
電流導入端子２２の外径を３ｍｍに設定したので、陰極
・絶縁支持部間の電流導入端子２２の熱抵抗を大きくで
き、絶縁支持部への熱流を少なくできる。従って、陰極
２が高温であっても、筐体６への熱伝導が少なくなり、
絶縁支持部５、筐体６の温度上昇を小さくすることがで
きるため、絶縁支持部５、筐体６の熱膨張が少なく、陰
極部４と陽極８の寸法精度の変動が抑えられ、ビーム特
性が安定する。

【００６３】また、この構造は真空封止にＯリングを用
いた従来例のような構造においても有効であり、Ｏリン
グの温度上昇が抑えられ熱劣化が少なくなり、上記と同
様の効果を得ることができる。

【００６４】実施例３．図５はこの発明の一実施例であ
る陰極部（図１において符号４で表されている）を示す
構成図である。熱放出陰極としてＬａＢ₆陰極を用いた
場合を示している。図において２はＬａＢ₆陰極、３は
陰極２からの電子ビーム取り出し開口部を有するウェネ
ルト電極、２０はグラファイトチップ、２１は外部電源
から陰極２に電源を供給し、グラファイトチップ２０を
介して陰極２を保持するホルダー、４０はウェネルト電
極の陰極側の面に設けられた開口部と同心かつリング状
の凸部である。この凸部４０はウェネルト電極と一体成
形されたものでもよいし、別の金属部材を成形してウェ
ネルト電極の開口部に取り付けてもよい。

【００６５】このように構成された陰極部においては、
従来例で問題となった陰極から発生する絶縁物９５のほ
とんど大部分は凸部４０の陰に付着するため（図５の斜
線で示したもの）、絶縁物９５が帯電しても陰極近傍の
電界を乱すことはない。従って陰極近傍の電界は正常に
維持され、安定な電子ビームの引き出しが可能となる。

【００６６】実施例４．なお、上記実施例３では、１つ
の凸部４０を有するものを示したが、図６のようにウェ
ネルト電極３上に複数の凸部４０を設けてもよい。この
場合、陰極に向かった面４５と陰になる面４６が交互に
配置されている。図７は、図６におけるウェネルト電極
表面の詳細を示し、絶縁物９５の付着状態を示す図であ
るが、図７のように、絶縁物の付着は陰極に向かった面
４５に限られ、そこに正の電荷がある程度帯電すると、
さらに付着しようとする正電荷４７はすぐ近くにある陰
になる面４６の負の電位に引き寄せられ帯電が進まな
い。その結果、高電圧に帯電しなくなるため、実施例３
と同様の効果が得られる。なお、図において凸部はのこ
ぎり歯状のものを示したが、このような形状を限定した
ものでなく三角波状、波状でもよい。

【００６７】実施例５．図８は本実施例に示す陰極２の
構成図である。熱放出陰極２の真空露出面が小さくなる
ように、陰極の電子ビーム発生の動作温度以上の高融点
を有する導電性物質４１で陰極の電子放出面以外の面を
覆うように構成したものである。４２は陰極２の真空へ
の露出面である。この実施例では陰極としてＬａＢ₆陰
極、導電性物質としてのタングステン等の金属蒸着膜を
用いた例を示している。このように構成された陰極２に
おいては、加熱中、金属蒸着膜の導電性物質４１で覆わ
れた部分からのＬａＢ₆の蒸発が抑制されるため、陰極
からのＬａＢ₆蒸発量が大幅に減少し、ＬａＢ₆と残留酸
素が反応して発生する絶縁物のウェネルト電極３への付
着も激減する。従って、従来より長時間の安定動作が可
能となる。なお、陰極のビーム放出面の反対側の裏側の
面は必ずしも覆う必要はない。

【００６８】実施例６．通常、陰極２は図５に示すよう
に、導電性のあるグラファイトチップ２０のような発熱
体を介して、ホルダー２１により保持されている。この
グラファイトチップ２０を利用して、実施例５と同様に
陰極２の電子放出面以外の面を覆うように構成する。図
９は本実施例において示す陰極２の電子放出面方向から
見た図、およびその側面図である。図９（ａ）におい
て、４２はＬ字形のグラファイトチップで、２つのグラ
ファイトチップ４２で陰極を挟み込んだ場合である。図
９（ｂ）において、４３は口形のグラファイトチップ
で、このグラファイトチップ４３に陰極を組み込んだ場
合である。両者とも電子ビームが放出される箇所４４を
残して、陰極２を覆い隠す構造となりその露出面を小さ
くでき、実施例５と同様の効果を得ることができる。

【００６９】実施例７．図１０は、この発明の一実施例
である集束レンズ９（例えば図２の符号９）を示すもの
である。図において、５０は電子ビームのビーム軸で、
集束レンズの磁極は内部磁性体部５１、上部磁性体部５
２、下部磁性体部５３、外部磁性体部５４から構成され
ている。内部磁性体部５１および外部磁性体部５４は円
筒状磁性体であり、上部磁性体部５２および下部磁性体
部５３は円盤状の薄い磁性体を上下方向に積層構造にし
たものである。円筒状磁性体はフェライトなどの高電気
抵抗率（１Ω・ｍ以上）の磁性体からなり、円盤状の積
層構造の磁性体にはパーマロイ、けい素鋼板など低電気
抵抗率（０．１〜０．７μΩ・ｍ）の磁性体金属を用い
てよい。１２は集束レンズの下部に備えられた偏向器で
ある。集束レンズコイル１０は、ビーム軸５０を軸とし
て同心円状に配置され、その周りを上記の磁性体部５１
〜５４に囲まれている。集束レンズコイル１０のビーム
軸側の少なくとも一部には内部磁性体部５１を設けず、
図に示すようなギャップ５７を形成しておく。一方偏向
器１２のコイルはその軸心をビーム軸５０に対向して配
置している。

【００７０】また図１１は各コイルの発生する磁束を示
す図である。実線５５は集束レンズコイルによる磁束で
あり、破線５６は偏向器１２が発生する高周波磁束であ
る。高周波磁束５６は集束レンズの各磁性体部内を通過
するが、内部磁性体部５１と外部磁性体部５３は高電気
抵抗であるフェライトなので渦電流は少ない。一方上部
磁性体部５２、下部磁性体部５３は積層構造であり、こ
の高周波磁束５６によってその内部に渦電流が生じる
が、積層間の間隙が電気抵抗となりこの渦電流量が少な
くなる。従って、位置決め時の渦電流によるビーム位置
の振動を抑えることができる。さらに、金属磁性体は７
８パーマロイやスーパーマロイで代表されるようにフェ
ライトに比べ飽和磁束密度が極めて大きく、積層構造磁
性体の厚さを薄くできるので、集束レンズを小形にでき
るとともに、熱の放熱性が良くなる。そのため温度上昇
が少なくレンズ磁極やその周辺の部材の寸法の変動がな
くなりビーム特性が安定する。

【００７１】集束レンズの磁性体をすべてフェライトで
構成することは、（１）加工性が悪い、（２）高価であ
る、等により好ましくない。本実施例のように磁極の一
部（例えば図１０のような上部磁性体部５２、下部磁性
体部５３）を低電気抵抗の磁性体で積層構造することに
より、簡単な加工成形により部材を製造できる。本実施
例では円盤状形状をした磁性体を金型を用いた打ち抜き
加工で製造できるため高精度の磁極を安価に製造でき
る。また、図２５の従来例で、集束レンズ９と偏向器１
２とを一体にしたものでも、例えば図２５の磁極１０２
を薄型の金属磁性体の積層構造としてもよい。

【００７２】なお、図２のように集束レンズ９の内側に
重ね巻きされた動的焦点補正コイル１１の発生する高周
波磁束に対して上記のような積層構造磁性体を磁極とし
て用いても、同様の渦電流抑制の効果がある。

【００７３】実施例８．なお、図１１の構成以外にも、
図１２に示すように集束レンズ磁極は円盤状磁性体の積
層構造である上部磁性体部５２と下部磁性体部５３で内
部および外部磁性体部５２、５４を挟み込む構造として
も、あるいは、図１３に示すように内部磁性体部５１と
外部磁性体部５４で上部および下部磁性体部５２、５３
を挟み込む構造としても実施例７と同様の動作を行わせ
ることができる。

【００７４】また、例えば図１０のように偏向器１２が
集束レンズ９下側に配置されている場合は、集束レンズ
９の磁極の下側が主に高周波磁界の影響を受けるため、
図１４のような下部磁性体部５２のみを薄い円盤状磁性
体の積層構造とし、その他の磁性体部５１、５４をフェ
ライトとしても図１０、１２、１３に示したものに比
べ、渦電流の発生は若干増えるものの、実施例７と同様
の効果を得ることができる。また、図示しないが内部磁
性体部５１や外部磁性体部５４を積層構造磁性体として
もよい。

【００７５】実施例９．図１５は、この発明の一実施例
である集束レンズと動的補正レンズの構成（例えば図２
の符号９と１０）を示すものである。集束レンズ磁極
に、電子ビームが通るビーム軸５０が同心円の軸中心に
なるように集束レンズコイル１０とその内側に動的焦点
補正レンズコイル１１を重ねて巻いてある。６０は集束
レンズ駆動アンプ１３の出力に対して集束レンズコイル
１０９と直列接続されたインダクタンスである。インダ
クタンス６０は集束レンズのインダクタンスより十分大
きなインダクタンスであり、このインダクタンス６０が
発生する磁束が電子ビームにまったく影響を及ぼさない
位置に配置されている。６２は集束レンズの磁極で、例
えばフェライトで構成されるか、もしくは図１０ないし
図１４のいずれかのようにフェライトと積層構造磁性体
とで構成されている。

【００７６】電子ビームを偏向する際に生じる焦点ぼけ
を補正するために、動的補正レンズコイル１１を駆動ア
ンプ１４からの出力電流により制御して、この動的補正
レンズコイル１１が、この焦点ぼけを矯正する。また集
束レンズコイル１０には通常定磁場が作られており、動
的補正レンズ駆動アンプ１４の出力電流の変化により集
束レンズコイル１０には電磁誘導が生じて集束レンズコ
イルの形成する磁場を乱そうとする。しかし、このよう
に集束コイルの電流が変動しようとした時、インダクタ
ンス６０にはその集束レンズコイル１０の電流変動を妨
げるように電圧が誘導される。インダクタンス６０は集
束レンズのインダクタンスに比べ十分大きく設定したた
め、集束レンズへの誘導電流は無視でき、レンズ動作に
影響を与えない。従って、インダクタンス６０を集束レ
ンズ駆動アンプ１４と集束レンズコイル１０間に挿入す
るだけの簡単な構成で安定に動作する集束レンズ、動的
補正レンズ系を構成できる。特に高周波動作を行う動的
補正レンズコイルが設定された場合に有効であり、また
高速なビーム偏向に対しても精度良く焦点を合わせるこ
とができ、被加工物への安定な加工が実施できる。

【００７７】（インダクタンス／集束レンズインダクタ
ンス）比と集束レンズ電流の変動量は反比例するため、
例えばインダクタンスの大きさを集束レンズインダクタ
ンスの１０倍とすると電流変動はインダクタンスのない
場合の１／１０程度に抑えられる。例えば１００ｍＨの
集束コイルに対して、１Ｈ程度のインダクタンスを接続
すれば、集束レンズコイルに流れる電流変動は１／１０
小さくなる。

【００７８】実施例１０．集束レンズ９ではビーム軸合
わせのために電流の方向を瞬時に逆に切り替えるような
動作をさせる場合がある。その時、インダクタンス６０
は、電流の応答を遅らせたり、アンプを破損させたりす
る可能性があるため、図１６のようにインダクタンス６
０に対してスイッチ機能６１を並列に接続して、スイッ
チ６１によりインダクタンス６０の誘導を取り除ける構
造にしてもよい（集束レンズコイルの磁極は図示せ
ず）。

【００７９】実施例１１．図１７はこの発明の一実施例
である動的補正レンズと集束レンズの構成の他の実施例
を示すものである。実施例９と同様に、集束レンズコイ
ル１０と、その内側に動的焦点補正レンズ１１を配置し
たもので、図において、７０は集束レンズ内側のギャッ
プを隔て、上下に配置された円筒状磁極であり、フェラ
イトなどの高電気抵抗率の磁性体（１Ω・ｍ以上）で構
成される。７１は円筒状磁極７０以外の磁束リターン部
の磁極で、電磁軟鉄など低電気抵抗率の磁性体（０．１
〜０．７μΩ・ｍ程度）で構成されている。１１は動的
補正レンズのコイルで集束レンズ内側の磁極のギャップ
間に配置された場合を示している。７２の実線は集束レ
ンズコイル１０により形成される磁束、７３の破線は動
的焦点補正レンズコイル１１により形成される磁束であ
る。

【００８０】集束レンズコイル１０に流れる電流によっ
て発生する集束レンズ磁束７２は上下の円筒状磁極７
０、およびリターン部の磁極７１を通り、ビームを集束
させる磁界を形成する。一方、動的焦点補正レンズのコ
イル１１に流れる電流で発生する動的焦点補正レンズ磁
束７３は高周波動作する。リターン部の磁極７１が低電
気抵抗率であるために渦電流が発生し、磁気抵抗を大き
くする。そのため磁束７３はリターン部の磁極７１に侵
入できず、図のように集束レンズ内側の上下の円筒状磁
極７０のみを流れる。図１８は動的補正レンズコイル１
１の作る磁束を示した模式図である。両コイルともビー
ム軸５０を軸中心として同心円状に巻かれていて、動的
補正レンズコイル１１の作る磁束は破線７３の通りで、
図１７に示す磁極７０と７１の構成により、磁束ループ
は集束レンズコイル１０の内側で発生する。動的焦点補
正コイル１１がこの集束レンズコイル１０の周りを鎖交
するループ（図の実線７４）に沿った磁束を形成するこ
とは極めて少なくなり、従ってコイル１１の高周波動作
による磁束７３の変動が起きても、集束レンズコイル１
０に誘導される誘導電流はかなり低減され、集束レンズ
コイル１０の作る磁束（図示せず）に影響を及ぼすこと
はなく、実施例９と同様の効果が得られる。

【００８１】なお、図２のように動的焦点補正レンズの
コイルは集束レンズのコイルの内側に近接して配置した
場合でも、若干効果は落ちるものの同様の動作が得られ
る。

【００８２】実施例１２．実施例１１では集束レンズの
上下磁極に対称に電磁軟鉄など低電気抵抗の磁性体材質
で構成したものを示したが、例えば偏向器１２が集束レ
ンズ下部に設置された場合には、この偏向器１２が発生
させる磁束による影響の大きい箇所、例えば下側の磁極
７５は高電気抵抗率の材質例えばフェライトにした図１
９のように構成する。磁極７５は下側の円筒状磁極７０
と一体成形してもよいし、別部材として形成てもよい。
偏向器１２の高周波磁界に対する渦電流の発生を抑える
ことができ、また、動的補正レンズ磁束７３は低電気抵
抗率の磁極７１を通らないため集束レンズコイルを鎖交
する磁束を少なくすることができる。また、下側の磁極
は実施例７、８の低電気抵抗率の磁性体の積層構造との
組み合わせ構造でもよい。これら構造により実施例７お
よび実施例１１の両方の効果を得ることができる。

【００８３】実施例１３．図２０は、この発明の一実施
例である偏向器を示すものである（図２において１２お
よびアライメントコイル１６に対応する）。図において
８０は円柱状磁極、８１はリング状磁極、８２は円柱状
磁極８０に巻かれたコイル、８３は円筒状の磁極位置決
め筒、８５はコイル８２の作る磁束である。また電子ビ
ーム１は紙面の上から下へ流れるものとする。図２０
（ａ）は偏向器の上面図、（ｂ）はその側面図である。

【００８４】陰極から発射された電子ビーム１は磁極位
置決め筒８３の内側を通過する。偏向器駆動アンプ１５
（図示せず）はコイル８２に電流を流して磁界を発生さ
せると、円柱状磁極８０、磁極間の空間、対向する磁極
位置決め筒８３、リング状磁極８１からなる磁路を経て
偏向磁束が生じる（図２０の矢印８５の方向）。この磁
束の大きさ、向きを制御することにより、ビームの被加
工物への照射位置を変動させながら被加工物に加工を施
す。磁極位置決め筒８３は筐体６の一部として加工さ
れ、旋盤などを用い容易に高い同心度で加工される。例
えば図２０（ｂ）のように筐体６の内側に中心ビーム１
の通る開口部を設けた円盤状の取り付け部８６を形成
し、その開口部の端を上に突出させるように位置決め筒
８３を備え付けた。通常集束レンズ９（図示せず）は軸
対称であり、筐体に対して高精度で同心度を確保して組
み立てられる。一般に電子ビームは集束レンズの軸中心
に対して軸合わせされるため、偏向器もこの軸中心に軸
合わせする必要がある。偏向器の円柱状磁極８０に巻か
れた偏向コイル８２を、その磁極８０の先端が磁極位置
決め筒８３に接触するように位置決めする。円柱状磁極
８０のその反対側の端部にはネジが形成され、リング状
磁極８１に対してそのままネジ留めされ、出し入れが可
能である。磁極位置決め筒８３へ接触するようにこのネ
ジ調節する。また、図２０（ｃ）のようにリング状磁極
８１に別のネジ８４で取り付け固定してもよい。このよ
うな偏向コイルの位置決めにより、集束レンズとの同心
度が得られ、ビーム軸に対して精度よく同心度を確保す
ることが可能である。その結果発生する偏向収差量が小
さくなり、偏向による加工時のビーム特性の変動が小さ
く、安定なビーム加工が実現できる。

【００８５】なお、磁極位置決め筒は、筐体の一部であ
る必要はなく筐体に組み合わされる部品や真空壁であっ
てもよい。円柱状磁極８０は断面が円である必要性はな
く、多角形でもなんら問題はない。さらに、図２１のよ
うな断面をＴ型の形状にし、このＴ型部分を位置決め筒
８３に接触させても同様の動作が可能である。

【００８６】また、偏向器の組み立て前に円柱状磁極に
コイルが巻け、コイルを巻いた円柱状磁極を組み立てる
ことにより精度良い偏向器の製作が簡単であるというこ
とも効果のひとつである。この特徴を有する偏向器はビ
ーム軸合わせ用のアライメントレンズ（図２の符号１
６）としても用いることができる。また、コイルを配置
して電子ビームの非点収差補正に使われるスティグメー
タに用いても、上記と同様の効果が得られる。

【００８７】

【発明の効果】この発明は、以上説明した様に構成され
るので以下に記載される様な効果を奏する。請求項１に
よると、陰極支持部は、陰極部を保持すると同時に筐体
の一部および端子部を被覆するように有機絶縁物を組立
成形することにより陰極部を筐体に支持し、かつ端子部
の一部とともに陰極部を真空封止するようにしたのでの
で、加工しやすく、安価に構成できる。また陰極部の真
空封止も強固になされ、安定したビーム特性が得られ
る。

【００８８】請求項２によると、有機絶縁物は、無機質
物質を添加させることにより筐体と同程度の熱膨張率を
有するので、熱膨張しても陰極部の位置精度の変動が少
なくなり、安定したビーム特性が得られる。

【００８９】請求項３によると、有機絶縁物は、有機絶
縁物は、外気と露出するようにしたので、放熱性の良い
構造となり熱膨張を抑止し、そのため陰極部の位置精度
の変動が少なくなり、安定したビーム特性が得られる。

【００９０】請求項４によると、陰極支持部に覆われる
筐体や端子部の境界面に凹凸形状を形成したので、その
境界は密切に接合され、真空封止を強固に行なうことが
でき、安定したビーム特性が得られる。

【００９１】請求項５によると、陰極支持部に覆われた
筐体の部分は、陰極部が配置される側に突出するように
形成された突出部を含むようにしたので、電子ビームに
より筐体内部で発生するＸ線を外部に漏れないようにす
ることができる。

【００９２】請求項６によると、陰極部とともに真空封
止された端子部の断面積は、陰極支持部に覆われた端子
部の断面積より小さくしたので、端子部から陰極支持部
への熱伝導を抑え、陰極支持部や筐体の熱膨張を少なく
することができ、陰極部の位置精度の変動が少なくな
り、安定したビーム特性が得られる。

【００９３】請求項７によると、ウェネルト電極の端部
を陰極側に突出させるようにし、また請求項８による
と、陰極に対向するウェネルト電極の表面に凹凸形状を
形成したので、陰極から放出してウェネルト電極に付着
する絶縁物の帯電に対して、電子ビームは影響を受けに
くくし、安定したビーム特性が得られる。

【００９４】請求項９によると、電子ビームの放出され
る箇所を残して、陰極の電子ビーム発生動作温度より高
い融点を有する導電性物質で覆うようにし、請求項１０
によると、電子ビームを陰極より発生させるための発熱
体で電子ビームの放出される箇所を残して陰極を覆うの
で、陰極からの絶縁物の発生、飛散が抑制され、ウェネ
ルト電極への付着、帯電を防ぐ。

【００９５】請求項１１によると、集束コイル磁極の少
なくとも一部は複数の薄板状の磁性体を積層して形成さ
れるので、渦電流の発生を防ぎ、それにより集束コイル
が作る磁束への影響を小さくすることができ、集束レン
ズによりビームの集束を精度よく安定して行なうことが
できる。

【００９６】請求項１２によると、集束コイルは、それ
自身のインダクタンスより大きいインダクタンスを介し
て付勢されるように形成されたので、集束コイルに流れ
る電流は、集束コイルの内部に配置された動的焦点補正
コイルからの磁界変動に対しても影響を受けず、ビーム
焦点補正が高速で精度よく行なうことができる。

【００９７】請求項１３によると、集束コイル磁極は、
集束コイルの内側の少なくとも一部を除いて集束コイル
を取り囲むように形成され、集束コイル内側の集束コイ
ル磁極部分は第一の磁性体で、それ以外の箇所の少なく
とも一部は前記第一の磁性体より低電気抵抗の第二の磁
性体で構成されたので、集束コイルに流れる電流は、そ
の内部に配置された動的焦点補正コイルにより生じる変
動がなくなり、ビーム焦点補正が高速で精度よく行なう
ことができる。

【００９８】請求項１４によると、偏向コイルを有し、
電子ビームを偏向させて被加工物に照射させる位置を制
御する偏向器、筐体のビーム軸と同心となるように、筐
体内に配置された円筒状部材を備え、偏向コイルは、コ
イル端面をビーム軸に対向するように円筒状部材に接触
させて位置決めするようにしたので、偏向収差が少なく
なり、ビーム特性が安定し、偏向して被加工物にビーム
を照射しても精度よく加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に示す電子ビーム加工装置
の陰極の支持構造の構成図である。

【図２】この発明の実施例１に示す電子ビーム加工装置
の構成図である。

【図３】この発明の実施例１に示す電子ビーム加工装置
の筐体保持部、陽極、陰極側保持部の位置を示す説明図
である。

【図４】この発明の実施例２に示す電子ビーム加工装置
の陰極の支持構造の構成図である。

【図５】この発明の実施例３に示す電子ビーム加工装置
の陰極とウェネルト電極の構成図である。

【図６】この発明の実施例４に示す電子ビーム加工装置
のウェネルト電極の構成図である。

【図７】この発明の実施例４の図６に示すウェネルト電
極の構成の詳細図である。

【図８】この発明の実施例５に示す電子ビーム加工装置
の陰極の構成図である。

【図９】この発明の実施例６に示す電子ビーム加工装置
の陰極の構成図である。

【図１０】この発明の実施例７に示す電子ビーム加工装
置の集束レンズと偏向器の構成図である。

【図１１】この発明の実施例７の図１０における集束レ
ンズと偏向器の形成する磁束を示す詳細図である。

【図１２】この発明の実施例８に示す電子ビーム加工装
置の集束レンズの構成図である。

【図１３】この発明の実施例８に示す電子ビーム加工装
置の別の集束レンズの構成図である。

【図１４】この発明の実施例８に示す電子ビーム加工装
置の別の集束レンズの構成図である。

【図１５】この発明の実施例９に示す電子ビーム加工装
置の集束レンズと動的焦点補正レンズの構成図である。

【図１６】この発明の実施例１０に示す電子ビーム加工
装置の集束レンズと動的焦点補正レンズの構成図であ
る。

【図１７】この発明の実施例１１に示す電子ビーム加工
装置の集束レンズと動的焦点補正レンズの構成図であ
る。

【図１８】図１７の動的焦点補正レンズの形成する磁束
を示す説明図である。

【図１９】この発明の実施例１２に示す電子ビーム加工
装置の集束レンズと動的焦点補正レンズの構成図であ
る。

【図２０】この発明の実施例１３に示す電子ビーム加工
装置の偏向器の構成図である。

【図２１】この発明の実施例１３に示す偏向器の別の偏
向器磁極の構成図である。

【図２２】従来技術による電子ビーム加工装置の構成図
である。

【図２３】従来技術による電子ビーム加工装置の陰極部
の構成図である。

【図２４】従来技術による陰極部のウェネルト電極に絶
縁物が付着し、帯電する様子を示す説明図である。

【図２５】従来技術による電子ビーム加工装置の集束レ
ンズと偏向器の構成図である。

【図２６】従来技術による電子ビーム加工装置の集束レ
ンズと動的焦点補正レンズの構成図である。

【図２７】図２６の集束レンズと動的焦点補正レンズの
動作原理を示す回路図である。

【図２８】従来技術による電子ビーム加工装置の偏向器
の構成図である。

【符号の説明】

１電子ビーム２陰極３ウェネルト電極５絶縁支持部６筐体７固定筒８陽極９集束レンズ１１動的焦点補正コイル１２偏向器１３集束レンズ駆動アンプ１４動的焦点補正コイル駆動アンプ１６アラインメントコイル１７被加工物２２電流導入端子３０陰極側保持部３１筐体側保持部３２電流導入端子４０ウェネルト電極の凸部４１高融点金属蒸着膜４２Ｌ型グラファイトチップ４３口型グラファイトチップ５０ビーム軸５１内部磁性体部５２上部磁性体部５３下部磁性体部５４外部磁性体部６０インダクタンス７０集束レンズ内側の円筒状磁極７１集束レンズのリターン部磁極８０円柱状磁極８１リング状磁極８２偏向コイル８３磁極位置決め筒

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 37/21 Ｚ (72)発明者酒井国人尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筐体と、陰極及びウェネルト電極を有
し、被加工物を加工する電子ビームを発生させる陰極部
と、外部電源から前記陰極部に電流を供給する端子部
と、前記陰極部を保持するとともに前記筐体の一部およ
び前記端子部を被覆するように有機絶縁物を組立成形す
ることにより前記陰極部を筐体に支持し、かつ前記端子
部の一部とともに前記陰極部を真空封止する陰極支持部
を備えたことを特徴とする電子ビーム加工装置。
【請求項２】有機絶縁物は、無機質物質を添加させる
ことにより筐体と同程度の熱膨張率を有することを特徴
とする請求項１記載の電子ビーム加工装置。
【請求項３】有機絶縁物は、外気に接する表面積が大
きく形成されたことを特徴とする請求項１記載の電子ビ
ーム加工装置。
【請求項４】陰極支持部に覆われる筐体または端子部
の境界面には、凹凸形状を形成するようにしたことを特
徴とする請求項１記載の電子ビーム加工装置。
【請求項５】陰極支持部に覆われた筐体の部分は、陰
極部が配置される側に突出するように形成された突出部
を含むようにしたことを特徴とする請求項１記載の電子
ビーム加工装置。
【請求項６】陰極部とともに真空封止された端子部の
断面積は、陰極支持部に覆われた端子部の断面積より小
さくしたことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム加
工装置。
【請求項７】発熱体を発熱させることにより被加工物
を加工する電子ビームを発生させる陰極と、前記陰極に
対向して配置され、かつ前記陰極からの電子ビームを通
過させる開口部を有するウェネルト電極を備え、前記開
口部の端部を、陰極側に突出させるようにしたことを特
徴とする電子ビーム加工装置。
【請求項８】発熱体を発熱させることにより被加工物
を加工する電子ビームを発生させる陰極と、前記陰極に
対向して配置され、かつ前記陰極からの電子ビームを通
過させる開口部を有するウェネルト電極を備え、前記陰
極に対向するウェネルト電極の表面に凹凸形状を形成し
たことを特徴とする電子ビーム加工装置。
【請求項９】発熱体を発熱させることにより被加工物
を加工する電子ビームを発生させる陰極と、前記陰極に
対向して配置され、かつ前記陰極からの電子ビームを通
過させる開口部を有するウェネルト電極を備え、前記陰
極は、電子ビームの放出される箇所を残して、陰極の電
子ビーム発生動作温度より高い融点を有する導電性物質
で覆うようにしたことを特徴とする電子ビーム加工装
置。
【請求項１０】発熱体を発熱させることにより被加工
物を加工する電子ビームを発生させる陰極と、前記陰極
に対向して配置され、かつ前記陰極からの電子ビームを
通過させる開口部を有するウェネルト電極を備え、前記
陰極は、電子ビームの放出される箇所を残して、前記発
熱体で覆うようにしたことを特徴とする電子ビーム加工
装置。
【請求項１１】被加工物を加工する電子ビームを発生
させる陰極部と、集束コイル及び集束コイル磁極を有
し、前記電子ビームを被加工物に集束させる集束レンズ
と、前記電子ビームを偏向させて被加工物に照射させる
位置を制御する偏向器を備え、前記集束コイルは、その
軸心内に電子ビームを通過させるように配置され、前記
集束コイル磁極は、前記集束コイルの内側の少なくとも
一部を除いて、集束コイルを取り囲むように形成され、
かつ集束コイル磁極の少なくとも一部は複数の薄板状の
磁性体を積層して構成したことを特徴とする電子ビーム
加工装置。
【請求項１２】被加工物を加工する電子ビームを発生
させる陰極部と、集束コイルと集束コイル磁極を有し、
前記電子ビームを被加工物に集束させる集束レンズと、
前記電子ビームを偏向させて被加工物に照射させる位置
を制御する偏向器、前記電子ビームの焦点ぼけを矯正す
る動的焦点補正コイルを備え、前記集束コイルは、その
軸心内に電子ビームを通過させるように配置され、前記
集束コイル自身のインダクタンスより大きいインダクタ
ンスを介して付勢されるように形成されるとともに、前
記動的焦点補正コイルは、その軸心内に電子ビームを通
過させるように前記集束コイルの内側に配置されたこと
を特徴とする電子ビーム加工装置。
【請求項１３】被加工物を加工する電子ビームを発生
させる陰極部と、集束コイルと集束コイル磁極を有し、
前記電子ビームを被加工物に集束させる集束レンズと、
前記電子ビームを偏向させて被加工物に照射させる位置
を制御する偏向器、前記電子ビームの焦点ぼけを矯正す
る動的焦点補正コイルを備え、前記集束コイルは、その
軸心内に電子ビームを通過させるように配置され、前記
動的焦点補正コイルは、その軸心内に電子ビームを通過
させるように前記集束コイルの内側に配置され、前記集
束コイル磁極は、前記集束コイルの内側の少なくとも一
部を除いて前記集束コイルを取り囲むように形成され、
集束コイル内側の集束コイル磁極の部分は第一の磁性体
で、それ以外の箇所の少なくとも一部は前記第一の磁性
体より低電気抵抗の第二の磁性体で構成されたことを特
徴とする電子ビーム加工装置。
【請求項１４】筐体と、被加工物を加工する電子ビー
ムを発生させる陰極部と、前記電子ビームを被加工物に
集束させる集束レンズと、偏向コイルを有し、前記電子
ビームを偏向させて被加工物に照射させる位置を制御す
る偏向器、前記筐体のビーム軸と同心となるように、筐
体内に配置された円筒状部材を備え、前記偏向コイル
は、コイル端面をビーム軸に対向するように前記円筒状
部材に接触させて位置決めするようにしたことを特徴と
する電子ビーム加工装置。