(57)【要約】【課題】  発生磁場を極力抑制して高輝度化を達成できるとともに長寿命化を図ることができる電力効率に優れたカソードアセンブリを有する電子銃を提供すること。【解決手段】  電子銃のカソードアセンブリＣに、電子を放出するカソード６と、カソード６の周囲に所定の間隔を置いて配置された円筒状のグラファイトヒータ１２とを設け、グラファイトヒータ１２により並列回路を構成して電流を流すことによりグラファイトヒータ１２の内面からの熱輻射によりカソード６を加熱するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出するカソードアセンブリを有する電子銃であって、
カソードアセンブリが、電子を放出するカソードと、該カソードの周囲に所定の間隔を置いて配置された円筒状のグラファイトヒータとを備え、該グラファイトヒータにより並列回路を構成して電流を流すことにより前記グラファイトヒータの内面からの熱輻射により前記カソードを加熱するようにしたことを特徴とする電子銃。
【請求項２】
前記グラファイトヒータに複数のスリットを形成し、電流をジグザグ状に流すようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電子銃。
【請求項３】
前記グラファイトヒータの一端部と他端部からそれぞれ同数の切り込みを入れることにより前記スリットを形成したことを特徴とする請求項２に記載の電子銃。
【請求項４】
前記カソードを円筒状スリーブに挿入したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子銃。
【請求項５】
前記スリーブを絶縁基板の中心部にサポート部材を介して保持したことを特徴とする請求項４に記載の電子銃。
【請求項６】
前記グラファイトヒータを前記絶縁基板に取り付けるための一対の取付脚を前記サポート部材の両側に設け、前記一対の取付脚を介して前記グラファイトヒータに電流を流すようにしたことを特徴とする請求項５に記載の電子銃。
【請求項７】
前記グラファイトヒータの周囲に所定の間隔を置いて円筒状のシールド部材を配置したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子銃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線自由電子レーザー発振装置において高密度電子ビームを発生する電子銃に関し、特に電子銃に設けられるカソードアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自由電子レーザー発振装置等の電子銃の内部に設けられた電子銃カソードは、陰極電極部の中にカソードが配置されており、カソードには加熱コイルが巻回されている。また、カソードから放出される電子の進行方向に陰極電極と対向して陽極電極部が設けられ、その中央に穿設された小孔から電子ビームが放出される。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１４５０３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、加熱コイルはタングステン等の金属を螺旋状に巻いて形成されており、タングステンは融点が高いが（３０００℃以上）、高温では結晶粒が粗大化してコイルが脆くなってしまうという問題がある。
【０００５】
また、加熱コイルに電流を流すと、カソードを垂直に突き抜ける磁場が発生し、この磁場により電子ビームが回転して高輝度化を妨げるという問題があるばかりでなく、電力効率の点で加熱コイル以外の加熱手段を検討する余地もあった。
【０００６】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、発生磁場を極力抑制して高輝度化を達成できるとともに長寿命化を図ることができる電力効率に優れたカソードアセンブリを有する電子銃を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、電子を放出するカソードアセンブリを有する電子銃であって、カソードアセンブリが、電子を放出するカソードと、該カソードの周囲に所定の間隔を置いて配置された円筒状のグラファイトヒータとを備え、該グラファイトヒータにより並列回路を構成して電流を流すことにより前記グラファイトヒータの内面からの熱輻射により前記カソードを加熱するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記グラファイトヒータに複数のスリットを形成し、電流をジグザグ状に流すようにしたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記グラファイトヒータの一端部と他端部からそれぞれ同数の切り込みを入れることにより前記スリットを形成したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、前記カソードを円筒状スリーブに挿入したことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、前記スリーブを絶縁基板の中心部にサポート部材を介して保持したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、前記グラファイトヒータを前記絶縁基板に取り付けるための一対の取付脚を前記サポート部材の両側に設け、前記一対の取付脚を介して前記グラファイトヒータに電流を流すようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる電子銃は、電子を放出するカソードの周囲に所定の間隔を置いて配置された円筒状のグラファイトヒータをカソードアセンブリに採用しており、グラファイトは高温でも安定していることからカソードアセンブリの長寿命化を達成することができる。また、グラファイトヒータにより並列回路を構成して電流を流すことによりグラファイトヒータの内面からの熱輻射によりカソードを加熱するようにしたので、電力効率を向上することができる。
【００１４】
さらに、グラファイトヒータに複数のスリットを形成し、電流をジグザグ状に流すようにしたので、カソードを垂直に突き抜ける磁場が発生せず、高輝度化を達成することができる。
【００１５】
また、グラファイトヒータを絶縁基板に取り付けるための一対の取付脚をサポート部材の両側に設けたので、グラファイトヒータを安定した状態で支持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１乃至図６は、本発明にかかる電子銃に設けられるカソードアセンブリＣを示しており、カソードを加熱する手段として円筒状のグラファイトヒータが採用されている。このカソードアセンブリＣは通常カソードが水平に配置されるが、ここでは便宜上図１及び図２の状態（カソードが垂直に配置された状態）に対し「上」あるいは「下」という用語を使用している。
【００１７】
なお、図２に示される２点鎖線は、カソードアセンブリＣが取り付けられる電子銃の一部を示している。
【００１８】
このカソードアセンブリＣは、ディスク状の絶縁基板２と、絶縁基板２の中央に取り付けられた円筒状のスリーブ４と、スリーブ４の内部に挿入されたカソード６とを備えている。絶縁基板２の底面にはサポートプレート８が取り付けられ、このサポートプレート８に一端が取り付けられたサポート部材１０は、絶縁基板２の中心孔を貫通して上方に延び、サポート部材１０の他端にスリーブ４が取り付けられている。
【００１９】
カソード６が挿入されたスリーブ４の周囲には所定の間隔を置いて円筒状のグラファイトヒータ１２が配置されており、グラファイトヒータ１２は左右一対の取付脚１４を介して絶縁基板２に取り付けられている。
【００２０】
また、絶縁基板２の中心孔の両側には絶縁基板２を貫通する左右一対の電流導入リード１６が設けられており、電流導入リード１６はナット１８を下方より螺合することにより絶縁基板２に固定されている。絶縁基板２より上方に突出する電流導入リード１６には取付脚１４が圧入されて保持されており、絶縁基板２より下方に突出する電流導入リード１６にはリード端子２０が取着されている。
【００２１】
さらに、グラファイトヒータ１２の周囲には所定の間隔を置いて円筒状のシールド部材２２が設けられており、このシールド部材２２は絶縁基板２に取着されている。シールド部材２２の下部両側には矩形開口部２２ａが形成されており、この矩形開口部２２ａに取付脚１４の一部が配置されている。
【００２２】
なお、絶縁基板２は例えばＳｉＮセラミックにより作製され、スリーブ４は例えばグラファイトにより作製され、カソード６は例えば単結晶のＣｅＢ６（六ホウ化セリウム）により作製される。また、サポートプレート８、サポート部材１０、シールド部材２２は例えばタンタルにより作製され、取付脚１４、電流導入リード１６、ナット１８、リード端子２０は例えばモリブデンにより作製される。
【００２３】
図１及び図６に示されるように、グラファイトヒータ１２には、グラファイトヒータ１２の上端部と下端部からそれぞれ同数の切り込みを入れることによりジグザグ状に複数のスリット１２ａが所定の間隔で形成されている。さらに詳述すると、これらのスリット１２ａは、例えばワイヤ放電加工により軸心方向に形成されたもので、グラファイトヒータ１２の上方から下方に向かって下端部近傍の所定の位置まで複数（例えば、八つ）のスリット（切り込み）１２ａが平行にまず形成され、次に既に形成された平行なスリット１２ａの中央を通るように下方から上方に向かって上端部近傍の所定の位置まで同数のスリット１２ａが形成されている。
【００２４】
このように形成されたグラファイトヒータ１２の下端部の一部１２ｂに取付脚１４の一方が接続され、この部位１２ｂの１８０度反対側に位置するグラファイトヒータ１２の下端部の別の一部１２ｃに取付脚１４の他方が接続されている。
【００２５】
グラファイトヒータ１２をこのように構成し、図６に示されるように、一対のリード端子２０に所定の電圧を印可すると一対の電流導入リード１６を介して部位１２ｂ，１２ｃ間に電流が流れるが、部位１２ｂで二つに分かれた電流がグラファイトヒータ１２を左右対称にジグザグに流れることになり、温度が上昇してスリーブ４及びカソード６を加熱する。
【００２６】
また、図７に示されるように、電流が隣接するヒータセグメントを逆方向に流れることから、電流により発生する磁場は局部的には互いに相殺され、全体として矢印Ａの方向に電流が流れることになる。この電流により磁場Ｂが発生するが、この磁場Ｂはカソード６を垂直に突き抜けるものではなく、電子ビームが回転する力は発生しないので、高輝度化の点で有利である。
【００２７】
なお、グラファイトは高融点（３０００℃以上）の材料で、高温下でも安定しているため、長寿命が要求される電子銃のヒータとして好ましく、また、カソード６を内部に収容したスリーブ４の周囲にグラファイトヒータ１２を配置したことで、グラファイトヒータ１２の内面の広い面積からの熱輻射によりカソード６を加熱することができ、電力効率に優れている。
【００２８】
さらに、グラファイトヒータ１２により並列回路を構成し、二分した電流の一方を右側面に、電流の他方を左側面に流すようにすることで、グラファイトヒータ１２の形状を対称的に設定することが可能となり、加工も容易となる。また、並列回路を構成することで、グラファイトヒータ１２を支持する電流導入リード１６を両側（１８０度反対側）に配置することができ、グラファイトヒータ１２を安定した状態に取り付けることができる。
【００２９】
なお、並列回路は抵抗が小さくなるが、切り込み数を図１あるいは図６に示される数よりも増大することで線路長を長くすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明にかかる電子銃のカソードアセンブリは、発生磁場を極力抑制して高輝度化を達成することができ、かつ、寿命が長く電力効率に優れているので、Ｘ線自由電子レーザー発振装置のような高密度電子ビームを必要とする装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明にかかるカソードアセンブリの分解斜視図である。
【図２】図１のカソードアセンブリの部分断面正面図である。
【図３】図１のカソードアセンブリの部分断面側面図である。
【図４】図１のカソードアセンブリの平面図である。
【図５】図１のカソードアセンブリの底面図である。
【図６】図１のカソードアセンブリの斜視図であり、特に電流が流れる方向を示している。
【図７】図１のカソードアセンブリに設けられたグラファイトヒータの側面図であり、特に流れる電流と発生磁場を示している。
【符号の説明】
【００３２】
２    絶縁基板、
４    スリーブ、
６    カソード、
８    サポートプレート、
１０  サポート部材、
１２  グラファイトヒータ、
１２ａ  スリット、
１２ｂ，１２ｃ  グラファイトヒータの取付脚との接続部
１４  取付脚、
１６  電流導入リード、
１８  ナット、
２０  リード端子、
２２  シールド部材、
２２ａ  開口部
Ｃ    カソードアセンブリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007048627.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007048627.tif 000008
【図７】
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