JPH1040844A - 高耐圧無放電対電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電圧を印可しても気体放電が発生しない高
耐圧無放電対電極を提供する。 【解決手段】 ２つの互いに対向する電極１２，１３の
表面に、グラスライニング加工を施してグラスライニン
グ層１４，１５をそれぞれ形成する。グラスライニング
層１４，１５はソーダ石灰ガラスとほぼ同じ組成を有し
ている。グラスライニング層１４，１５を形成した電極
１２，１３の間に、アルミナからなる絶縁体１６を挟持
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高耐圧無放電対電
極に関し、更に詳しくは、電子ビーム、イオンビーム等
の荷電粒子発生器、荷電粒子加速器、電子顕微鏡、マイ
クロ波管等に使用するのに適した高耐圧無放電対電極に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子ビーム、イオンビーム等
の荷電粒子発生器、荷電粒子加速器、電子顕微鏡、マイ
クロ波管等に於いては、真空中で荷電粒子を加速するた
めに、高耐圧の無放電対電極が使用されている。図８は
従来の電子ビーム発生器の断面模式図であり、図９はそ
の外観を示す斜視図である。図８及び図９に示すよう
に、この電子ビーム発生器は、円筒状の真空チャンバ３
０と、この真空チャンバ３０の天面に設けられたマイナ
ス電極３２と、真空チャンバ３０の円筒状部分の上部に
設けられた中央部に穴３３ａを有するドーナツ状のプラ
ス電極３３とを備えている。また、真空チャンバ３０の
円筒状部分の中程には、無放電対電極３１が取り付けら
れている。無放電対電極３１は加速電極として使用され
ている。無放電対電極３１は互いに対向する２つのドー
ナツ状の金属電極３４，３５と、これらの金属電極３
４，３５に挟持されたドーナツ状の絶縁体３６とを備え
ている。真空チャンバ３０の下部の排気口３７には真空
ポンプ３８が接続されている。

【０００３】この電子ビーム発生器では、真空ポンプ３
８により真空チャンバ３０内を高真空にした後、マイナ
ス電極３２とプラス電極３３との間に直流電圧が印可さ
れる。マイナス電極３２から電子が飛び出し、その一部
がプラス電極３３の穴３３ａを通過する。穴３３ａを通
過した電子は、無放電対電極３１によって生ずる電場に
よって加速される。加速される電子の速度は、無放電対
電極３１の金属電極３４，３５に印可される電圧の大き
さに依存し、印可される電圧が高いほど高速の電子を取
り出すことができる。

【０００４】ところが、無放電対電極３１には、図１０
に示すように、金属電極３４又は３５と絶縁体３６との
間に、僅かながら間隙３９が存在しているため、金属電
極３４と３５との間に高電圧が印可されると、この間隙
３９で気体放電が起こることがある。このような気体放
電により、金属電極３４又は３５と絶縁体３６との両方
の材料が劣化し、また、真空チャンバ３０内が汚染され
るという問題が生ずる。更には、電力のロスを生ずるよ
うになり、時には、この電子ビーム発生器そのものの破
損を引き起こす。

【０００５】また、間隙３９が存在すると、間隙３９を
通って電極表面から水分、有機成分等がガスとして真空
チャンバ３０内に放出される。この放出されたガスによ
り、電子ビームが正常に飛ばなくなったり、真空チャン
バ３０の汚染、真空度の低下等が起こる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような気体放電現
象に対する対策として、金属電極３４又は３５と絶縁体
３６の接触面の寸法精度及び平滑性を高めて間隙３９を
極力小さくすることが挙げられる。しかしながら、どの
ように寸法精度及び平滑性を高めてもやはり間隙３９は
存在するため、この対策でも十分とは言えない。また、
電極３４，３５や絶縁体３６を放電が起こり難い形状と
することなどの対策も採られているが、これも十分では
ない。更に、絶縁体３６の表面をメタライズして導電性
を持たせるという対策もあるが、メタライズ層の耐久性
が悪く、完全な対策とはなっていない。

【０００７】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みて為されたものであり、本発明の目的は、高電圧を印
可しても気体放電が発生しない高耐圧無放電対電極を提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の高耐圧無放電対
電極は、互いに対向する対電極の少なくとも互いに対向
する側の面にグラスライニング層を形成することによ
り、電極の表面に直接空気層が接することがないように
したものである。これにより、気体放電が発生し始める
電圧を高くすることができる。また、気体放電が発生し
ても、電極表面がグラスライニング層によって覆われて
いるため、電極材料が劣化することもない。

【０００９】また、絶縁体の材料とグラスライニング層
の材料とを実質的に同じにすることにより、これらの誘
電率が等しくなり、２つの電極の間の電位勾配が均一と
なって気体放電の発生が抑制される。

【００１０】更に、グラスライニング層と絶縁体とを互
いに融着すれば、グラスライニング層と絶縁層との間に
は完全に間隙が存在しなくなり、気体放電の発生が更に
抑制されるとともに、間隙部分の材料表面に吸着又は吸
蔵された水分や有機成分が、真空中でのベーキングによ
り放出される現象が抑制される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明の高耐圧無放電対電極は、電子ビー
ム、イオンビーム等の荷電粒子発生器、荷電粒子加速
器、電子顕微鏡、マイクロ波管等に於いて、真空中で使
用されるものであり、互いに対向する２つの電極と、こ
れらの電極の間に挟持された絶縁体とを備えている。こ
れらの電極の表面には、グラスライニング層が形成され
ている。グラスライニング層は、少なくとも互いに対向
している側の面、即ち、絶縁体を挟持している側の面に
形成されていればよい。絶縁体としては、チッ化ケイ素
セラミックス、アルミナ磁器、石英ガラス、ソーダ石灰
ガラス、ホウケイ酸ガラス等が用いられる。ライニング
層の形成により、電極の表面には隙間が存在せず、気体
放電が発生し始める電圧の値を高くすることができる。

【００１２】本発明の一実施態様では、絶縁体の材料を
グラスライニング層の材料と同じにすることができる。
通常、グラスライニング層の材料はソーダ石灰ガラスと
ほぼ同じなので、絶縁体にはソーダ石灰ガラスを使用す
ることができる。絶縁体の材料とグラスライニング層の
材料とが実質的に同じであればこれらの誘電率が等しく
なり、２つの電極の間の電位勾配を均一にすることがで
き、気体放電の発生を抑制することができる。

【００１３】更に、グラスライニング層と絶縁体とを互
いに融着すれば、２つの電極のグラスライニング層と絶
縁体との間には間隙が存在せず、更に気体放電の発生を
抑制することができる。更に、間隙部分の材料表面に吸
着又は吸蔵された水分や有機成分が、真空中でのベーキ
ングにより放出される現象も抑制される。

【００１４】

【実施例】図１は電極の表面にグラスライニング層を形
成した本発明の高耐圧無放電対電極の実施例の性能をテ
ストするためのサンプル１を示している。本実施例のサ
ンプル１は、２つの互いに対向する電極１２，１３を有
し、これらの電極１２，１３の表面にはグラスライニン
グ加工が施されており、それぞれグラスライニング層１
４，１５が形成されている。グラスライニング層１４，
１５はソーダ石灰ガラスとほぼ同じ組成を有している。
グラスライニング層１４，１５を形成した電極１２，１
３の間には、アルミナからなる絶縁体１６が挟持されて
いる。サンプル１は、電極１２，１３と絶縁体１６とを
適当な治具を用いて押圧した状態で、後述する耐電圧テ
ストに供される。

【００１５】図２は本発明の高耐圧無放電対電極の他の
実施例の性能をテストするためのサンプル２を示してい
る。本実施例のサンプル２は、電極１２，１３と絶縁体
１６とがネジ１８，１８によって密着固定されている点
を除いて、図１のサンプル１と同様であり、対応する要
素には同じ符号を付してある。

【００１６】図３は本発明の高耐圧無放電対電極の更に
他の実施例の性能をテストするためのサンプル３を示し
ている。本実施例のサンプル３では、絶縁体１６は電極
１２，１３の表面に形成されたグラスライニング層１
４，１５とほぼ同様の組成を有するソーダ石灰ガラスか
らなり、絶縁体１６とグラスライニング層１４，１５と
は融着されて一体となっている。サンプル３は、図５に
示すように、治具１７を用いて作製することができる。
即ち、固定ボルト１８によって固定板１９が所定の距離
に保持され、この固定板１９に、グラスライニング層１
４を形成した電極１２とグラスライニング層１５を形成
した電極１３とその間に挟まれた絶縁体１６とがボルト
２０，２０によって固定される。このように固定した
後、炉に入れてグラスライニング加工処理の場合と同程
度の温度、即ち８００℃で１時間加熱融着し、炉内で冷
却することにより、本実施例のサンプル３を得た。

【００１７】図４は比較のための従来の高耐圧無放電対
電極の性能をテストするための比較例のサンプル４を示
している。このサンプル４では、電極１２，１３の表面
にはグラスライニング層は形成されておらず、電極１
２，１３と絶縁体１６とが直接接する状態でネジ１８，
１８によって密着固定されている。

【００１８】上述のサンプル１〜４を用いて真空度１０
^-5Torrで耐電圧テストを行った。その結果を図６に示
す。同図は２つの電極１２，１３の間に印可される電圧
を徐々に大きくし、気体放電が発生した電圧をプロット
したものであり、縦軸は電圧（ｋＶ）、横軸は放電回数
である。

【００１９】同図から、グラスライニング層を有してい
ない比較例のサンプル４では、耐電圧が５０ｋＶ前後と
低くなっている。耐電圧が低いのは、電極１２，１３の
表面に微細な凹凸が存在し、この凹凸と絶縁体１６との
間で気体放電が発生するからである。なお、放電回数を
重ねるに従って耐電圧が上昇する傾向が見られるのは、
放電によって電極１２，１３の表面に存在する微細な凹
凸が破壊され、平坦化されるからであると推測される。

【００２０】一方、実施例のサンプル１では、初期の放
電電圧は高く、放電回数を重ねると更に放電電圧が上昇
する傾向が見られる。このように放電電圧が高いのは、
電極１２，１３と絶縁体１６との間にグラスライニング
層１４，１５が介在しているからであると考えられる。
なお、放電回数を重ねるに従って耐電圧が上昇する傾向
が見られるのは、放電によって間隙部分のグラスライニ
ング層の表面に存在する吸着又は吸蔵された物質の揮発
が抑制されるからであると推測される。

【００２１】また、実施例２のサンプル２では、初期の
放電電圧は高く、実用的なレベルであった。しかし、放
電回数を重ねると徐々に放電電圧が低下する傾向が見ら
れた。これは、サンプル２ではネジ部１８等の複雑な構
造部分が露出しているため、この部分からの気体の放出
や気体放電が影響していると考えられる。

【００２２】更に、実施例のサンプル３では、初期の放
電電圧は前述のサンプル１、２及び４に比較して格段に
高くなっている。これは、電極１２，グラスライニング
層１４，絶縁体１６，グラスライニング層１５及び電極
１３の間には全く間隙が存在しないからである。

【００２３】図７は図１のサンプル１と同様の構成によ
り作製した電子ビーム発生器を示しており、この電子ビ
ーム発生器は、無放電対電極２１を有している。無放電
対電極２１は、互いに対向する２つのドーナツ状の電極
２２，２３を備え、これらの電極２２，２３の表面には
グラスライニング加工によりグラスライニング層２４，
２５が形成されている。グラスライニング層２４，２５
を形成した電極２２，２３の間には、ドーナツ状の絶縁
体２６が挟持されている。これ以外の要素は従来技術の
説明のための図８と同じであり、対応する要素には同じ
符号が付してある。なお、図７では１つの無放電対電極
２１のみを記載したが、得られる電子の速度を高めるた
めに、更にこの対電極２１の下方に絶縁体を挟んで１又
は複数個の同じ対電極２１を連ねてもよい。本実施例の
電子ビーム発生器に於いては対電極２１に高い電圧を印
可することができ、高速の電子ビームを得ることができ
た。

【００２４】

【発明の効果】本発明の無放電対電極では、高い電圧が
印可される２つの電極の互いに対向する面にグラスライ
ニング層が形成されているので、気体放電の発生が抑制
され、また、気体放電が発生するまで高い電圧を印可し
たとしても電極材料の劣化は殆ど見られない。

【００２５】また、絶縁体の材料をグラスライニング層
の材料と同じにすることにより、これらの誘電率が等し
くなり、２つの電極の間の電位勾配を均一にして気体放
電の発生を抑制することができる。

【００２６】更に、グラスライニング層と絶縁体とを互
いに融着した構成では、高電圧が印可される２つの電
極、これらの電極表面のグラスライニング層、及び絶縁
体の間には全く間隙が存在しなくなるので、気体放電の
発生を更に抑制することができるとともに、間隙部分の
材料表面に吸着又は吸蔵された水分や有機成分の揮発を
抑制することができる。

【００２７】従って、本発明の高耐圧無放電対電極を、
例えば電子ビーム、イオンビーム等の荷電粒子発生器、
荷電粒子加速器、電子顕微鏡、マイクロ波管等に使用す
れば、高速の加速粒子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電極の表面にグラスライニング層を形成した本
発明の高耐圧無放電対電極の実施例の性能をテストする
ためのサンプルを示す断面図である。

【図２】本発明の高耐圧無放電対電極の他の実施例の性
能をテストするためのサンプルを示す断面図である。

【図３】本発明の高耐圧無放電対電極の更に他の実施例
の性能をテストするためのサンプルを示す断面図であ
る。

【図４】比較のための従来の高耐圧無放電対電極の性能
をテストするための比較例のサンプルを示す断面図であ
る。

【図５】図３のサンプルの作製方法を示す側面図であ
る。

【図６】図１〜４のサンプルについて行った耐電圧テス
トの結果を示す図である。

【図７】図１の構成により作製した電子ビーム発生器を
示す断面図である。

【図８】従来の電子ビーム発生器の断面模式図である。

【図９】図８の従来の電子ビーム発生器の外観を示す斜
視図である。

【図１０】従来の無放電対電極に於ける気体放電の発生
部分を示す断面図である。

【符号の説明】

１，２，３，４ サンプル １２，１３ 電極 １４，１５ グラスライニング層 １６ 絶縁体 ２１ 無放電対電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する２つの電極と、該電極の
   間に挟持された絶縁体とを備えた真空中で使用される高
   耐圧無放電対電極であって、前記２つの電極の少なくと
   も互いに対向して前記絶縁体を挟持している側の面にグ
   ラスライニング層がそれぞれ形成されていることを特徴
   とする高耐圧無放電対電極。
2. 【請求項２】 前記絶縁体の材料が、前記グラスライニ
   ング層の材料と同じである請求項１記載の高耐圧無放電
   対電極。
3. 【請求項３】 前記グラスライニング層と前記絶縁体と
   を互いに融着したことを特徴とする請求項１又は２記載
   の高耐圧無放電対電極。