JP2001266739A - Assembling method for electrode part - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、粒子加速器、イオ
ン注入機、質量分析計、表面分析計、電子顕微鏡の荷電
粒子ビームを利用する機器において、該機器内部を真空
状態として電磁場を発生して荷電粒子ビームの生成、閉
じ込め、加・減速、収束、輸送などを行うために用いら
れる電極部品の組立方法に関し、特に、電極部品を組立
てるにあたってセラミック製のブッシング・ワッシャを
一切用いることなしに、ガラスを電気的絶縁材料および
スペーサとして全面的に使用し、ボルト・ナットによる
固定方法に替わって、レーザービームを局部的に照射し
て金属同士、ガラス同士あるいはガラスと金属部材とを
直接融着するための新規な改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a particle accelerator, an ion implanter, a mass spectrometer, a surface spectrometer, and a device using a charged particle beam of an electron microscope. The method for assembling electrode components used for generating, confining, accelerating / decelerating, converging, and transporting a charged particle beam, particularly, without using a ceramic bushing washer when assembling the electrode components. Is used entirely as an electrical insulating material and spacer, and instead of the fixing method using bolts and nuts, a laser beam is locally applied to directly fuse metals to each other, glass to glass, or glass and metal members. Related to new improvements.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、粒子加速器、イオン注入機、質量
分析計、表面分析計、電子顕微鏡などの荷電粒子ビーム
を利用する機器において、例えば高電圧を印加する電極
部品の組み立てには、従来より電気的絶縁を図る必要か
らボルト・ナットとセラミック製のブッシング・ワッシ
ャとを用いて固定され、あるいは予めセラミックと金属
とを銀ろー付けした部品、部材を用いて固定する方法が
一般的に採られている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a device using a charged particle beam, such as a particle accelerator, an ion implanter, a mass spectrometer, a surface analyzer, and an electron microscope, for example, assembling an electrode component for applying a high voltage has been conventionally performed. Because of the need for electrical insulation, it is common practice to use bolts and nuts and ceramic bushing washers to fix them, or to fix them using parts and members in which ceramic and metal are pre-silvered. Have been.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来の電極部品の組立
方法は、以上のように構成されていたため、次のような
課題が存在していた。すなわち、粒子加速器、イオン注
入機、質量分析計、表面分析計、電子顕微鏡の荷電粒子
ビームを利用する機器は、通常機器内部を高真空あるい
は超高真空状態にして運転することが多く、そのため機
器全体のガス放出をうながすために高温の加熱脱ガスが
行われている。そのため、加熱脱ガスによる熱サイクル
に伴って装置内部のそれぞれの構成部材は熱膨張・収縮
による繰り返し変形が避けられない。とりわけ、セラミ
ック製のブッシング・ワッシャを用いて固定した電極な
どではクラックや破損が生じることが多く、電極の位置
がずれたり、さらには付近の部材と電気的に短絡してし
まうといった問題を起こすことから、結果として機器の
信頼性、メンテ性に支障をきたしている。一方、セラミ
ックと金属とを銀ろー付けした部品は、真空ろー付炉あ
るいは雰囲気炉で製作することから、部品コストも高く
なるばかりでなく、要求される組立精度を実現すること
が困難となる。また、図３に示すように特許第１８０２
０９１号に基づいて自ら製作した質量分析計用のイオン
源の従来例においては次のような問題点が生じている。
このイオン源は熱電子を放出するためのカソード１３、
熱電子を閉じ込めて侵入してきたガス分子をイオン化す
る空間のアノード１４、アノード１４内部の電子密度を
高めると共に生じたイオンにアノード１４長軸方向の運
動を促すための磁場を発生するソレノイドコイル１、ア
ノード１４内のイオンを引き出す引き出し電極４、引き
出されたイオンを集束するアインツェル・レンズ５、イ
オン軌道を偏向させて分析部に案内するデフレクタ６、
７といったそれぞれ重要な役割を果たす合計９個の電極
部品で構成され、一体構造として組立てられている。The conventional method for assembling an electrode component has the following problems because it is configured as described above. In other words, devices using charged particle beams such as particle accelerators, ion implanters, mass spectrometers, surface analyzers, and electron microscopes are usually operated with the inside of the device in a high vacuum or ultra-high vacuum state. High-temperature heat degassing is performed to encourage overall gas release. For this reason, the respective components inside the apparatus are inevitably subject to repeated deformation due to thermal expansion and contraction accompanying the thermal cycle due to heating and degassing. In particular, cracks and breakage often occur with electrodes fixed using ceramic bushing washers, which causes problems such as misalignment of the electrodes and electrical short-circuiting to nearby members. As a result, reliability and maintainability of the device are hindered. On the other hand, silver-clad parts made of ceramic and metal are manufactured in a vacuum-eating furnace or an atmosphere furnace, which not only increases the cost of parts but also makes it difficult to achieve the required assembly accuracy. Become. In addition, as shown in FIG.
A conventional example of an ion source for a mass spectrometer manufactured on the basis of No. 091 by itself has the following problems.
This ion source has a cathode 13 for emitting thermoelectrons,
An anode 14 in a space for confining thermal electrons and ionizing gas molecules that have entered and a solenoid coil 1 for increasing the electron density inside the anode 14 and generating a magnetic field for encouraging generated ions to move in the longitudinal direction of the anode 14; An extraction electrode 4 for extracting ions in the anode 14, an Einzel lens 5 for focusing the extracted ions, a deflector 6 for deflecting the ion trajectory and guiding it to the analysis unit;
It is composed of a total of nine electrode components that play important roles such as 7, and is assembled as an integral structure.
【０００４】そして、これらの電極にはそれぞれ適正な
電圧、電流が供給される必要があることから、イオン源
を組み立てる際には電気的絶縁をとるためにセラミック
製のブッシング・ワッシャとボルト・ナットとを多数用
いている。ところが、こうしたイオン源の外形寸法をで
きるだけ小型化しようとする場合、例えばＪＩＳ規格の
Ｍ１．０などの如何に小さなボルト・ナットを使用した
としても、これに適合するセラミック製のブッシング・
ワッシャの寸法は電気的絶縁を保ち、かつ破損を防止す
るために１．５〜２ｍｍの適当な肉厚をとるために、ひ
とまわり大きなサイズのものとなってしまう。結局はこ
うしたセラミック製のブッシング・ワッシャを用いて電
極部品の組み立てを行う限りは、小型化を図る上で大き
な制約となっているのである。[0004] Since appropriate voltages and currents need to be supplied to these electrodes, respectively, when assembling the ion source, a ceramic bushing washer and a bolt / nut are provided for electrical insulation. And many are used. However, in order to make the external dimensions of such an ion source as small as possible, no matter how small bolts and nuts, such as JIS standard M1.0, are used, a ceramic bushing,
The size of the washer is slightly larger in order to have an appropriate thickness of 1.5 to 2 mm to maintain electrical insulation and prevent breakage. After all, as long as the assembly of the electrode components is performed using such a ceramic bushing washer, there is a great restriction in downsizing.
【０００５】さらに詳しく述べれば、ここで通常使用し
ている切削性セラミックには加工性、電気的絶縁性、圧
縮強度に優れているといった若干の長所があるものの、
その反面、剪断や引っ張りに弱いことから高真空、超高
真空領域で使用する場合には、装置内部の加熱脱ガスの
ために日常的に繰り返される熱サイクルに伴う膨張・収
縮の歪みによってクラックや破損を生じやすいという欠
陥が顕著にあらわれ、またこの他に切削性セラミック加
工表面が極めて多孔質であることからガスの吸着、吸蔵
が著しいという欠陥は多孔質物質特有のメモリー効果と
して知られているが、ガス質量分析計用のイオン源の構
成部品としてこうした性質を有するセラミックを多数使
用する場合にはとりわけ大きな障害をもたらすことにな
る。すなわち、ガス質量分析計とは気体となった物質成
分をイオン化して調べる役割を果たすことから、計測機
器自体は常に清浄を保ち、如何なるガスも放出してはな
らないのであるが、上記の切削性セラミックのように以
前に吸着、吸蔵していたガスが再放出され、計測データ
に混じってしまい、本来の被測定対象のガス成分の正確
な計測が不能となるという深刻な事態が生じるからであ
る。More specifically, although the machinable ceramic generally used here has some advantages such as excellent workability, electrical insulation and compressive strength,
On the other hand, when used in a high vacuum or ultra-high vacuum region due to its weakness to shearing and pulling, cracks and shrinkage due to expansion and shrinkage due to the thermal cycle that is repeated daily due to heating and degassing inside the device are Defects that are prone to breakage appear remarkably, and other defects such as remarkable adsorption and occlusion of gas due to the extremely porous surface of the machined ceramic surface are known as a memory effect peculiar to porous substances. However, the use of a large number of ceramics having such properties as components of an ion source for a gas mass spectrometer poses a particularly serious obstacle. In other words, the gas mass spectrometer plays a role of ionizing and examining the gaseous substance components. Therefore, the measuring instrument itself must always be kept clean and must not emit any gas. This is because the gas that had previously been adsorbed and occluded, like ceramic, is re-emitted and mixed with the measurement data, causing a serious situation where accurate measurement of the original gas component of the object to be measured becomes impossible. .
【０００６】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、電極部品を組み立てるにあ
たってセラミック製のブッシング・ワッシャを一切用い
ることなしに、ガラスを電気的絶縁材料およびスペーサ
として全面的に使用し、ボルト・ナットによる固定方法
に替わって、レーザービームを局部的に照射して金属同
士、ガラス同士あるいはガラスと金属部材とを直接融着
するようにした電極部品の組立方法を提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In particular, in assembling electrode parts, glass is used as an electrically insulating material and a spacer without using any ceramic bushing washer. The method of assembling electrode parts that is used entirely as a whole, and instead of the method of fixing with bolts and nuts, laser beams are locally irradiated to directly fuse metal to metal, glass to glass, or glass and metal members The purpose is to provide.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明による電極部品の
組立方法は、少なくとも粒子加速器、イオン注入機、質
量分析計、表面分析計、電子顕微鏡の荷電粒子ビームを
利用する機器において、該機器内部を真空状態とし、前
記荷電粒子ビームの生成、閉じ込め、加・減速、収束、
輸送などの作用を及ぼす電磁場を発生するために用いら
れる電極を組立てるための電極部品の組立方法におい
て、レーザービームを局部的に照射して金属同士、ガラ
ス同士あるいはガラスと金属部材とを直接融着すること
によって、該電極間のスペーサおよび複数の該電極を積
層するロッドを電気的に絶縁を確保しつつ固定する方法
であり、また、該金属同士あるいは該ガラス同士、該ガ
ラスと金属部材とを直接融着して該電極間のスペーサお
よび複数の該電極を積層するロッドを固定する際に、少
なくとも該ガラスの部材に低融点の結晶化ガラスおよび
高融点の非結晶化ガラスを併せて使用することによっ
て、少なくとも電極間隔ならびに電極開口の同芯度の組
立精度を確保する方法であり、また、該レーザービーム
を局部的に照射して該金属同士、該ガラス同士あるいは
該ガラスと金属部材とを直接融着する際に、該レーザー
ビームの発射口外周付近にガス噴射ノズルを配設して、
該レーザービームの通路を包み込むようにして該噴射ノ
ズルから不活性ガスもしくは高純度窒素ガスを噴射する
ことによって、該レーザービームの通路、および該レー
ザービームを照射して該金属同士、該ガラス同士あるい
は該ガラスと金属部材とを直接融着する少なくとも表面
融着反応に不要な少なくとも酸素や気化物質を除去する
方法である。The method of assembling an electrode component according to the present invention is at least used in a device using a charged particle beam of a particle accelerator, an ion implanter, a mass spectrometer, a surface analyzer, and an electron microscope. To a vacuum state, generation, confinement, acceleration / deceleration, convergence of the charged particle beam,
A method for assembling electrodes used to generate an electromagnetic field that exerts an action such as transport, in a method of assembling an electrode part, in which a laser beam is locally irradiated to directly fuse metals to each other, glass to each other, or glass to a metal member. Is a method of fixing a spacer between the electrodes and a rod for laminating a plurality of the electrodes while ensuring electrical insulation, and further, the metal or the glass, the glass and the metal member are fixed to each other. When fixing the spacer between the electrodes and the rod for laminating the plurality of electrodes by direct fusion, at least a low melting point crystallized glass and a high melting point non-crystallized glass are used for the glass member. This is a method of ensuring the assembly accuracy of at least the electrode spacing and concentricity of the electrode openings, and also irradiates the laser beam locally to Genus each other, when fused with the glass or between the glass and the metal member directly, by disposing the gas injection nozzle in the vicinity of the discharge orifice periphery of said laser beam,
By injecting an inert gas or high-purity nitrogen gas from the injection nozzle so as to enclose the path of the laser beam, the path of the laser beam, and the metal, the glass or This is a method of removing at least oxygen and vaporized substances unnecessary for at least the surface fusion reaction for directly fusing the glass and the metal member.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による電
極部品の組立方法の好適な実施の形態について説明す
る。なお、従来例と同一又は同等部分については同一符
号を用いて説明する。まず、本発明に用いるレーザ加工
機としては、ＣＯ2レーザ加工機（三菱電機ＭＬ−２５
１２−ＨＢ）を用い、現在開発が進められているガス質
量分析計用イオン源の電極間のガラスのスペーサと複数
の電極を積層するガラスのロッドを電気的絶縁を確保し
ながら融着固定できることが実験的に確認された。本発
明による第１形態として、イオン源電極を積層するため
の前記ロッドを試作した際のレーザービーム照射装置の
構成およびガラス管と金属芯材との融着方法を図１と共
にその具体的な構成および手順を以下に示す。まず、図
１において符号２０で示されるものはレーザ発振機であ
り、このレーザ発振機２０の下方には集束レンズ２１が
設けられ、その下方位置にはワークテーブル２８に支持
された金属芯材２７が配設され、この金属芯材２７には
ガラス管材２６が設けられている。前記レーザ発振機２
０の下部には、筒状に形成され噴射ガス流２５を噴射す
るガス噴射ノズル２３が設けられ、このガス噴射ノズル
２３にはＡｒガスボンベ２４が接続されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the method for assembling electrode parts according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same or equivalent parts as those in the conventional example will be described using the same reference numerals. First, as a laser processing machine used in the present invention, a CO 2 laser processing machine (Mitsubishi Electric ML-25) is used.
12-HB), the glass spacer between the electrodes of the ion source for gas mass spectrometer currently under development and the glass rod for laminating a plurality of electrodes can be fused and fixed while ensuring electrical insulation. Was confirmed experimentally. As a first embodiment according to the present invention, a specific configuration of a laser beam irradiation device and a method of fusing a glass tube and a metal core material when a prototype of the rod for laminating an ion source electrode is described with reference to FIG. The procedure is as follows. First, what is indicated by reference numeral 20 in FIG. 1 is a laser oscillator. A focusing lens 21 is provided below the laser oscillator 20, and a metal core material 27 supported by a work table 28 is located below the focusing lens 21. The metal core material 27 is provided with a glass tube material 26. The laser oscillator 2
A gas injection nozzle 23 which is formed in a cylindrical shape and injects the injection gas flow 25 is provided at a lower portion of the cylinder 0, and an Ar gas cylinder 24 is connected to the gas injection nozzle 23.
【０００９】次に、具体的実施例について説明する。 実施例１． （１）直径１．２ｍｍ、長さ１５ｍｍのガラス管材７に
はパイレックス（登録商標）（ＳｉＯ2８０．９％、Ａ
ｌ2Ｏ3２．３％、Ｆｅ2Ｏ3０．０３％、Ｂ2Ｏ3１２．７
％、Ｎａ2Ｏ０．４０％、Ｋ2Ｏ０．０４％）を用い、こ
れを貫通する金属芯材８の寸法は直径１ｍｍ、長さ４０
ｍｍで、材料はモネル４００（Ｎｉ６６％、Ｃｕ３１．
５％、Ｍｎ、Ｆｅ１％、Ｓｉ、Ｃ０．２％）を用いた。 （２）レーザ照射に備えて、ワークテーブル２８の上に
ロッド３１の構成部品を所定の位置にセットアップす
る。すなわち、ガラス管材２６に金属芯材２７を貫通さ
せ、金属芯材２７の両端をブロック３０で水平に支える
と共に、金属芯材２７の片端から手動もしくはモーター
によって回転を与えられるようにする。 （３）ワークテーブル２８上にあるロッド３１の融着個
所に照射位置を調整した後に、任意の速度で回転させ
る。 （４）レーザービームの照射に先立って、レーザービー
ム発射口、すなわち集束レンズ２１の外周付近に、通常
はＴＩＧ溶接機のトーチに使用されているガス噴射ノズ
ル２３を取り付けて、レーザービームの通路２２を包み
込むようにして噴射ノズルからアルゴンガス２４を噴射
させる。アルゴンガスの流量は最大２０ｌｉｔｅｒ／ｍ
ｉｎである。 （５）レーザービームの照射が融着個所に対してわずか
にデフォーカスとなるように集束レンズ２１を調整し、
かつレーザービームの照射位置を金属芯材２７の長手方
向に沿って平行に１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で移動させ
ながら、ロッド３１のガラス管材２６に金属芯材２７と
を局部的に直接融着させた。この時のビームのスポット
径は約３．０ｍｍで、パワー密度は７００Ｗ／ｃｍ2と
推測される。 （６）ガス噴射ノズル２３からのアルゴンガスの噴射は
上記レーザービームの照射中および融着反応後も２分間
持続し、レーザービームの通路およびロッド３１のガラ
ス管材２６に金属芯材２７とを直接融着する表面ならび
に雰囲気全体から、融着反応に不要な酸素や気化物質な
どを除去した。以上の作業の結果、ロッド３１のガラス
管材２６に金属芯材２７を局部的に直接融着させた個所
は、室温の状態に戻っても酸化反応による変色がなく、
またクラックを生じることもない良好な接合が行われた
ことが目視によって確認できた。Next, a specific embodiment will be described. Embodiment 1 FIG. (1) Pyrex (registered trademark) (SiO 2 80.9%, A
l 2 O 3 2.3%, Fe 2 O 3 0.03%, B 2 O 3 12.7
%, Na 2 O 0.40%, K 2 O 0.04%), and the dimensions of the metal core material 8 penetrating therethrough are 1 mm in diameter and 40 mm in length.
mm, the material is Monel 400 (66% Ni, Cu31.
5%, Mn, Fe 1%, Si, C 0.2%). (2) The components of the rod 31 are set up at predetermined positions on the work table 28 in preparation for laser irradiation. That is, the metal core material 27 is made to penetrate the glass tube material 26, and both ends of the metal core material 27 are horizontally supported by the block 30, and one end of the metal core material 27 can be rotated manually or by a motor. (3) After adjusting the irradiation position on the welding portion of the rod 31 on the work table 28, the rod 31 is rotated at an arbitrary speed. (4) Prior to laser beam irradiation, a gas injection nozzle 23 usually used for a torch of a TIG welding machine is attached to a laser beam emission port, that is, near the outer periphery of a focusing lens 21, and a laser beam passage 22 is provided. The argon gas 24 is injected from the injection nozzle so as to enclose the gas. Argon gas flow rate up to 20 liter / m
in. (5) Adjust the focusing lens 21 so that the irradiation of the laser beam is slightly defocused with respect to the fusion spot,
The metal core 27 was directly and locally fused to the glass tube 26 of the rod 31 while moving the irradiation position of the laser beam in parallel with the longitudinal direction of the metal core 27 at a speed of 100 mm / min. . At this time, the beam spot diameter is about 3.0 mm, and the power density is estimated to be 700 W / cm 2 . (6) The injection of the argon gas from the gas injection nozzle 23 continues for 2 minutes during the irradiation of the laser beam and after the fusion reaction, and directly connects the metal core material 27 to the passage of the laser beam and the glass tube material 26 of the rod 31. Oxygen and vaporized substances unnecessary for the fusion reaction were removed from the surface to be fused and the entire atmosphere. As a result of the above operation, the portion where the metal core material 27 is directly and locally fused to the glass tube material 26 of the rod 31 has no discoloration due to the oxidation reaction even when the temperature returns to the room temperature.
In addition, it was visually confirmed that good bonding without cracks was performed.
【００１０】従って、本発明による電極部品の組立方法
においては、レーザービームを短時間、局部的に照射
し、同時に不活性ガスもしくは高純度窒素ガスによるガ
ス噴射もまた短時間、局部的に噴射させて効率良く融着
・固定作業を行うことから、クリーンルームなどの特定
の空間を必要とせず、通常の大気雰囲気下で組立固定が
可能であるために、極めて作業性に優れるばかりでな
く、設備運転コストの低減も果たすことになる。また、
従来セラミックを使用して金属との直接融着を施してい
た部品に関しても、特定の企業しか設備を持たない真空
炉や雰囲気炉などで製作される銀ろー付け部品を採用す
る必要がなくなることから、納期の短縮につながって、
かつ部品コストも格段と安くなる。さらにまた、本発明
の組立方法による電極部品は組立精度の達成、維持する
ことが極めて容易となって、機器全体の装置性能、信頼
性、メンテ性の向上に貢献することができる。Therefore, in the method for assembling an electrode component according to the present invention, a laser beam is locally irradiated for a short time, and simultaneously, a gas injection by an inert gas or a high-purity nitrogen gas is also locally injected for a short time. It does not require a specific space such as a clean room and can be assembled and fixed in a normal air atmosphere. Cost reduction will also be achieved. Also,
For parts that used to be directly fused to metal using ceramics, there is no need to use silver soldering parts manufactured in vacuum furnaces, atmosphere furnaces, etc., which have facilities only for specific companies. From this, lead to shortened delivery time,
Also, the cost of parts is significantly reduced. Furthermore, the electrode component according to the assembling method of the present invention makes it extremely easy to achieve and maintain the assembling accuracy, and can contribute to the improvement of the device performance, reliability, and maintainability of the entire device.
【００１１】また、本発明において特に注目すべきこと
としてイオン源の小型化を達成することができた。すな
わち、図２に実施の形態として示した新型のイオン源の
外形寸法が幅２６．５ｍｍ×高さ２２．２ｍｍ×長さ２
６．７ｍｍに対して、図３に従来例として示したイオン
源が幅４５．２ｍｍ×高さ２７．０ｍｍ×長さ６６．１
ｍｍであり、両者の体積比は１：５となっている。こう
した小型化が図れた主な理由は、やはりセラミック製の
ブッシング・ワッシャを一切用いなかったこと、および
ボルト・ナットによる固定方法に替わって、レーザービ
ームによる直接融着を全面的に採り入れることによって
金属同士、ガラス同士およびガラスと金属とを接合した
ことによるものである。こうした空間的なダウンサイジ
ングは新型のイオン源に熱電子の飛散を防ぎ、イオン化
効率を高めるためのリペラー電極の機能追加といった、
改良を施す余裕をひきだしている。In the present invention, it is particularly notable that the ion source can be reduced in size. That is, the external dimensions of the new ion source shown as an embodiment in FIG. 2 are 26.5 mm in width × 22.2 mm in height × 2 in length.
In contrast to 6.7 mm, the ion source shown as a conventional example in FIG. 3 has a width of 45.2 mm × a height of 27.0 mm × a length of 66.1.
mm, and the volume ratio between the two is 1: 5. The main reasons for such miniaturization were that no ceramic bushing washer was used at all, and that direct welding using a laser beam was completely adopted instead of the fixing method using bolts and nuts. This is due to the fact that glass, glass, and metal have been joined together. Such spatial downsizing prevents the scattering of thermoelectrons in the new ion source and adds a function of a repeller electrode to increase ionization efficiency.
This leaves room for improvements.
【００１２】実施例２．次に、本発明による他の実施例
２として図２に示したガス質量分析計用の新型イオン源
の電極構造と電極部品の組立方法について、その手順を
以下に示す；なお：図３と同一部分には同一符号を付し
ている。新型イオン源の電極構成と材料は次の通り、Ａ
ｕ／Ｗメッシュのアノード１４の外周両端には、Ｍａｌ
ｌｏｒｙ（Ｃｕ９９％Ｃｒ１％）のソレノイドコイル１
が２分割でそれぞれ２層巻かれている。２つのソレノイ
ドコイル１の中間にはＴｈＯ2／Ｗの環状カソード１３
が、外周で同芯環状のモネル４００のリペラー電極２か
らガラスをレーザービームで融着した４本のガラススタ
ッド３で支えられている。引き出し電極４。３枚の電極
で構成されるアインツェル・レンズ５、およびデフレク
タ６、７の材料はすべてモネル４００である。ここで、
アノード１４、なお、引き出し電極４、およびアインツ
ェル・レンズ５の合計５枚の電極はアインツェル・レン
ズ５のうちで最下流の厚肉の電極面に立てられた３本の
ロッドと、このロッドが貫通してそれぞれの電極間に仕
込まれる合計１２個のガラスビーズ１２とで支持され
る。同様に、内側のデフレクタ６および外側のデフレク
タ７も上記の最下流のアインツェル・レンズ５の厚肉の
電極面の裏側にセラミックを溶射／封孔したスペーサ９
を介して高融点の非結晶化ガラスの固定ピン８でそれぞ
れ固定する。ここで、複数の電極間隔を所定寸法に精度
良く保持するためにガラスビーズ１２のスペーサには端
面をダイアモンドで研磨した高融点の非結晶化ガラスを
用いる。一方、それぞれの電極の外周には積層に備えて
３つの連結孔（図示せず）を設けている。ロッドはそれ
ぞれの電極を貫通して複数の電極をスペーサを介して積
層することによってそれらの電極の中心開口の同芯度を
保つことができる。ロッドには低融点の結晶化ガラス管
材１０に電極材料と同じくモネル４００の芯材である支
持ロッド１１を挿入したものを用いる。Embodiment 2 FIG. Next, the procedure of assembling the electrode structure and electrode components of the new ion source for the gas mass spectrometer shown in FIG. 2 as another embodiment 2 according to the present invention is described below; Parts are given the same reference numerals. The electrode configuration and materials of the new ion source are as follows.
Mal / M mesh anode 14 has Mal
solenoid (Cu99% Cr1%) solenoid coil 1
Are divided into two and wound in two layers. An annular cathode 13 of ThO 2 / W is provided between the two solenoid coils 1.
However, the outer periphery is supported by four glass studs 3 in which glass is fused from a repeller electrode 2 of a concentric annular monel 400 by a laser beam. The extraction electrode 4. The material of the Einzel lens 5 composed of three electrodes and the deflectors 6 and 7 are all Monel 400. here,
A total of five electrodes including the anode 14, the extraction electrode 4, and the Einzel lens 5 are three rods set up on the most downstream thick electrode surface of the Einzel lens 5, and the rod is penetrated. Then, it is supported by a total of 12 glass beads 12 charged between the respective electrodes. Similarly, the inner deflector 6 and the outer deflector 7 are also spacers 9 formed by spraying / sealing ceramic on the back side of the thick electrode surface of the above-mentioned most downstream Einzel lens 5.
And fixed with fixing pins 8 of non-crystallized glass having a high melting point. Here, in order to accurately maintain a plurality of electrode intervals at a predetermined size, a high melting point non-crystallized glass whose end face is polished with diamond is used as a spacer of the glass beads 12. On the other hand, three connection holes (not shown) are provided on the outer periphery of each electrode in preparation for lamination. The rod can penetrate each electrode and stack a plurality of electrodes via a spacer, so that the concentricity of the center openings of those electrodes can be maintained. As the rod, a low melting point crystallized glass tube 10 into which a supporting rod 11, which is the core material of Monel 400 as well as the electrode material, is inserted is used.
【００１３】図示していないが、上記のイオン源の構成
部品を全て組み上げて、予め用意した専用の芯出し用の
治具とクリップとを用いて、仮止めの状態でレーザ照射
のためのワークテーブル上の所定位置にセットアップす
る。それから、芯出し用の治具の片端をブロックを用い
て水平に支持すると共に、その片端を手動もしくはモー
ターによって回転を与えられるようにする。次に、実際
の溶着作業は、前述の図１のレーザービーム照射装置で
行う。すなわち、ワークテーブル２８上にあるイオン源
の融着個所に照射位置を調整した後に、任意の速度で回
転させる。レーザービームの照射に先立って、レーザー
ビームの発射口、すなわち集束レンズ２１の外周付近
に、通常ＴＩＧ溶接機のトーチに使用されているガス噴
射ノズル２３を取り付けて、レーザービームの通路を包
み込むようにして噴射ノズル２３からアルゴンガス２４
を噴射させる。アルゴンガス２４の流量は最大２０ｌｉ
ｔｅｒ／ｍｉｎである。レーザービームの照射が融着個
所に対してわずかにデフォーカスとなるように集束レン
ズ２１を調整して、かつレーザービームの照射位置を芯
出し用の治具の長手方向に沿って平行に１００ｍｍ／ｍ
ｉｎの速度で移動させながら、支持ロッド１１の両端部
分の融着を施す。すなわち、アノード１４のエンドプレ
ート（モネル４００）と支持ロッド１１を被覆する低融
点の結晶化ガラス管材１０および高融点の非結晶化ガラ
スのガラスビーズ１２との３者を互いに融着することに
よってロッド＝電極間を固定し、続いてアインツェル・
レンズ５のうちで最下流の厚肉の電極面と直近のガラス
ビーズ１２のスペーサとを融着し、最後はそれぞれの電
極間の固定であり、支持ロッド１１を被覆する低融点の
結晶化ガラス管材１０に高融点の非結晶化ガラスをガラ
スビーズ１２のスペーサを順次、局部的に直接融着して
いった。この時のビームのスポット径は約３．０ｍｍ
で、パワー密度は７００Ｗ／ｃｍ2と推測された。噴射
ノズルからのアルゴンガスの噴射は上記レーザービーム
の照射中および融着反応後も２分間持続し、レーザービ
ームの通路およびイオン源の電極部品で直接融着する表
面ならびに雰囲気全体から、融着反応に不要な酸素や気
化物質などを除去した。以上の作業の結果、イオン源の
電極部品で局部的に直接融着させた全ての部分におい
て、室温の状態に戻ってからも酸化反応による変色がな
く、またクラックを生じることもない良好な接合が行わ
れたことが目視によって確認できた。従って、金属同
士、ガラス同士、ガラスと金属部材とを直接融着するこ
とによって各電極間のスペーサおよび複数の電極を積層
するロッドを電気的に絶縁を保ちつつ固定することがで
きる。Although not shown, all the components of the above-mentioned ion source are assembled, and a work for laser irradiation is temporarily fixed in a temporarily fixed state by using a specially prepared centering jig and clip. Set up in place on the table. Then, one end of the centering jig is horizontally supported by using a block, and the one end can be rotated manually or by a motor. Next, the actual welding operation is performed by the laser beam irradiation apparatus shown in FIG. That is, after the irradiation position is adjusted at the welding position of the ion source on the work table 28, the ion source is rotated at an arbitrary speed. Prior to the laser beam irradiation, a gas injection nozzle 23 usually used for a torch of a TIG welding machine is attached to a laser beam emission port, that is, near the outer periphery of the focusing lens 21 so as to wrap the path of the laser beam. Argon gas 24 from injection nozzle 23
Inject. The flow rate of argon gas 24 is up to 20 li
ter / min. The focusing lens 21 is adjusted so that the irradiation of the laser beam is slightly defocused with respect to the fusion spot, and the irradiation position of the laser beam is set at 100 mm / parallel along the longitudinal direction of the centering jig. m
While moving at the speed of “in”, the both ends of the support rod 11 are fused. That is, the end plate (monel 400) of the anode 14, the low melting point crystallized glass tube material 10 covering the support rod 11, and the high melting point non-crystallized glass bead 12 are fused together to form a rod. = Fix the electrodes, then Einzel
The lowermost thick electrode surface of the lens 5 and the spacer of the nearest glass bead 12 are fused, and the last is a fixing between the electrodes, and a low melting point crystallized glass covering the support rod 11. A high melting point non-crystallized glass and a spacer of glass beads 12 were sequentially and locally directly fused to the tube material 10. The beam spot diameter at this time is about 3.0 mm
The power density was estimated to be 700 W / cm 2 . The injection of the argon gas from the injection nozzle lasts for 2 minutes during the irradiation of the laser beam and after the fusion reaction. The fusion reaction is performed from the surface directly fused with the laser beam passage and the electrode parts of the ion source and the entire atmosphere. Unnecessary oxygen and vaporized substances were removed. As a result of the above operation, in all parts locally directly fused with the electrode parts of the ion source, there is no discoloration due to the oxidation reaction even after returning to the room temperature state, and no good cracks are generated. Was confirmed visually. Therefore, by directly fusing the metals, the glasses, or the glass and the metal member, the spacer between the electrodes and the rod for laminating the plurality of electrodes can be fixed while maintaining electrical insulation.
【００１４】[0014]
【発明の効果】本発明による電極部品の組立方法は、以
上のように構成されるため、次のような効果を得ること
ができる。 （１）レーザービームを短時間、局部的に照射し、かつ
不活性ガスもしくは高純度窒素ガスによるガス噴射も同
様に短時間に、局部的に噴射させるだけで効率良く電極
部品の組立固定が可能な方法であることから、極めて作
業性に優れるばかりでなく、クリーンルームなどの特定
の作業空間を必要とせず、設備運転コストの低減も果た
すことができる。 （２）従来のようにセラミックと金属との直接融着を施
していた部品に関しても、特定の企業しか設備を持たな
い真空炉や雰囲気炉など製作される銀ろー付け部品を採
用する必要がなくなることから、納期が短縮につながっ
て、かつ部品コストも格段と安くなる。 （３）本発明の組立方法による電極部品では高水準の組
立精度の達成、維持が極めて容易となって、こうした電
極部品を採用する荷電粒子ビーム応用機器において、機
器全体の装置性能、信頼性、メンテ性の向上に貢献す
る。 （４）本発明による電極部品の組立方法の採用は例えば
イオン源の小型化に顕著に見られるように機器全体の小
型化をもうながすことになる。 （５）高エネルギーのレーザービームで直接溶融された
金属同士、ガラス同士およびガラスと金属とを接合した
電極部品の採用は、例えばガス質量分析計で見られるよ
うに従来製品に比べて製品自体からのガス放出が大幅に
減少して計測のバックグランドが軽減することから、検
出感度、応答性、信頼性が著しく改善される。The method for assembling an electrode component according to the present invention is configured as described above, so that the following effects can be obtained. (1) Efficient assembly and fixing of electrode parts can be achieved by simply irradiating a laser beam locally for a short time and injecting an inert gas or high-purity nitrogen gas in a short time. Therefore, not only the workability is extremely excellent, but also a specific work space such as a clean room is not required, and the equipment operation cost can be reduced. (2) Regarding parts that have been directly fused with ceramic and metal as in the past, it is necessary to adopt silver soldering parts manufactured by vacuum furnaces and atmosphere furnaces, which have only specific companies. Since it is eliminated, the lead time is shortened, and the cost of parts is significantly reduced. (3) It is extremely easy to achieve and maintain a high level of assembly accuracy with the electrode component according to the assembling method of the present invention. In a charged particle beam application device employing such an electrode component, the device performance, reliability, and Contributes to improved maintenance. (4) The adoption of the method for assembling electrode parts according to the present invention leads to further downsizing of the entire apparatus, as is remarkable for downsizing of the ion source, for example. (5) The use of electrode parts in which metals directly melted by a high-energy laser beam, glass-to-glass, and glass-to-metal joints are employed from the product itself as compared with conventional products as seen in, for example, a gas mass spectrometer. The detection sensitivity, responsiveness, and reliability are significantly improved since the gas emission of the sample is greatly reduced and the measurement background is reduced.
【図１】 本発明によるレーザービーム照射装置とイオ
ン源電極に用いたガラス管と金属芯材との融着方法を示
す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a method for fusing a laser beam irradiation apparatus and a glass tube used for an ion source electrode to a metal core material according to the present invention.
【図２】 本発明によるガス質量分析計用イオン源の電
極部品の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of electrode parts of an ion source for a gas mass spectrometer according to the present invention.
【図３】 従来の質量分析計用イオン源の電極部品の構
成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of an electrode part of a conventional ion source for a mass spectrometer.
２２ レーザービーム 22 laser beam
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０３Ｃ 27/02 Ｃ０３Ｃ 27/02 Ｚ Ｈ０１Ｊ 49/14 Ｈ０１Ｊ 49/14 // Ｂ２３Ｋ 101:36 Ｂ２３Ｋ 101:36 (72)発明者 勝原 章 鳥取県鳥取市南栄町２ 株式会社勝原製作 所内 (72)発明者 小原 英大 鳥取県鳥取市南栄町２ 株式会社勝原製作 所内 Ｆターム(参考） 3B116 AA46 BB23 BB62 CD41 4E068 BA00 CJ01 DA09 DB01 DB13 4G061 AA13 AA25 BA03 BA11 CA02 CA03 CC01 DA24 DA30 5C038 GG01 GH11 GH17 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C03C 27/02 C03C 27/02 Z H01J 49/14 H01J 49/14 // B23K 101: 36 B23K 101: 36 (72) Inventor Akira Katsuhara 2 Minamisakaemachi, Tottori City, Tottori Prefecture Inside Katsuhara Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Hideo Ohara 2 Minamieimachi 2 Tottori City, Tottori Prefecture Katsuhara Manufacturing Co., Ltd. F term (reference) 3B116 AA46 BB23 BB62 CD41 4E068 BA00 CJ01 DA09 DB01 DB13 4G061 AA13 AA25 BA03 BA11 CA02 CA03 CC01 DA24 DA30 5C038 GG01 GH11 GH17
Claims (3)
質量分析計、表面分析計、電子顕微鏡の荷電粒子ビーム
を利用する機器において、該機器内部を真空状態とし、
前記荷電粒子ビームの生成、閉じ込め、加・減速、収
束、輸送などの作用を及ぼす電磁場を発生するために用
いられる電極を組立てるための電極部品の組立方法にお
いて、レーザービーム(22)を局部的に照射して金属同
士、ガラス同士あるいはガラスと金属部材とを直接融着
することによって、該電極間のスペーサおよび複数の該
電極を積層するロッドを電気的に絶縁を確保しつつ固定
することを特徴とする電極部品の組立方法。At least a particle accelerator, an ion implanter,
Mass spectrometer, surface analyzer, in equipment using charged particle beam of electron microscope, the inside of the equipment in a vacuum state,
In the method of assembling an electrode used to generate an electromagnetic field having an action such as generation, confinement, acceleration / deceleration, convergence, and transport of the charged particle beam, a laser beam (22) is locally applied. By irradiating and directly fusing the metals to each other, the glasses to each other, or the glass and the metal member, the spacer between the electrodes and the rod for laminating the plurality of electrodes are fixed while ensuring electrical insulation. Method for assembling electrode parts.
ラスと金属部材とを直接融着して、該電極間のスペーサ
および複数の該電極を積層するロッドを固定する際に、
少なくとも該ガラスの部材に低融点の結晶化ガラスおよ
び高融点の非結晶化ガラスを併せて使用することによっ
て、少なくとも電極間隔ならびに電極開口の同芯度の組
立精度を確保することを特徴とする請求項１記載の電極
部品の組立方法。2. The method according to claim 1, wherein the metal or the glass or the glass and the metal member are directly fused to fix a spacer between the electrodes and a rod for laminating a plurality of the electrodes.
At least assembling accuracy of electrode spacing and concentricity of electrode openings is ensured by using at least a low-melting-point crystallized glass and a high-melting-point non-crystallizing glass for the glass member. Item 3. The method for assembling an electrode component according to Item 1.
て該金属同士、該ガラス同士あるいは該ガラスと金属部
材とを直接融着する際に、該レーザービーム(22)の発射
口外周付近にガス噴射ノズルを配設して、該レーザービ
ームの通路を包み込むようにして該噴射ノズルから不活
性ガスもしくは高純度窒素ガスを噴射することによっ
て、該レーザービーム(22)の通路、および該レーザービ
ーム(22)を照射して該金属同士、該ガラス同士あるいは
該ガラスと金属部材とを直接融着する少なくとも表面融
着反応に不要な少なくとも酸素や気化物質を除去するこ
とを特徴とする請求項１記載の電極部品の組立方法。3. When the laser beam (22) is locally irradiated and the metal, the glass or the glass and the metal member are directly fused to each other, the outer periphery of the emission port of the laser beam (22) is formed. By disposing a gas injection nozzle in the vicinity and injecting an inert gas or high-purity nitrogen gas from the injection nozzle so as to enclose the path of the laser beam, the path of the laser beam (22), Irradiating a laser beam (22) to remove at least oxygen and vaporized substances unnecessary for at least the surface fusion reaction for directly fusing the metals, the glasses or the glass and the metal member. Item 3. The method for assembling an electrode component according to Item 1.
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