(57)【要約】電子銃は、カソード電極（１３）を熱電子により加熱するために通電されるフィラメント（１２）と、フィラメント（１２）を支持する２つのフィラメント支柱（４２，４３）とを含む。フィラメント支柱（４２，４３）の各々は、フィラメント（１２）が取着される先端（４２ｃ，４３ｃ）と、ベース（４１）に固定される基端とを有する。フィラメント支柱（４２，４３）の各々は、通電によりフィラメント（１２）に発生する伸びに応じて、それぞれの先端（４２ｃ，４３ｃ）を変位させる。当該構成により、電子ビーム出力の安定化を図ることが可能となる。
2011068101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極を熱電子により加熱するために通電されるフィラメントを支持する支持方法であって、
支持部材により前記フィラメントを支持することであって、通電により発生する前記フィラメントの伸びに応じて前記支持部材の先端を変位させるように前記フィラメントを支持すること、
を備えることを特徴とするフィラメントの支持方法。
【請求項２】
前記支持部材は支柱であり、
前記フィラメントに対する通電中の熱に応じて、前記支柱の先端が変位する、
ことを特徴とする請求項１に記載のフィラメントの支持方法。
【請求項３】
電子銃であって、
カソード電極と、
前記カソード電極を熱電子により加熱するために通電されるフィラメントと、
前記フィラメントを支持する２つの支柱であって、前記フィラメントが取着される先端と、ベースに固定される基端とを各々有する２つの支柱と、
を備え、
前記各支柱は、通電により前記フィラメントに発生する伸びに応じて、それぞれの前記先端を変位させることを特徴とする電子銃。
【請求項４】
前記各支柱は、前記フィラメントに対する通電中の熱に応じて、それぞれの前記先端を変位させる、
ことを特徴とする請求項３に記載の電子銃。
【請求項５】
前記各支柱は、前記フィラメントの伸びに応じて、それぞれの前記先端を前記フィラメントの伸びの方向に沿って変位させるように構成された、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の電子銃。
【請求項６】
前記各支柱は、前記フィラメントの伸びに応じて、該２つの支柱の先端が互いに逆方向に変位するように構成された、
ことを特徴とする請求項３〜５のうちの何れか一項に記載の電子銃。
【請求項７】
前記各支柱は、互いに異なる熱膨張係数を有する複数の部材を含んで構成されることを特徴とする請求項３〜６のうちの何れか一項に記載の電子銃。
【請求項８】
前記各支柱は、第１の側部と、該第１の側部と反対側の第２の側部とを有し、前記２つの支柱が前記ベースに固定された状態で、該２つの支柱の第２の側部は互いに対向しており、
前記各支柱は、前記第１の側部に配置され、第１の熱膨張係数を有する第１の部材と、前記第２の側部に配置され、前記第１の熱膨張係数よりも大きな第２の熱膨張係数を有する第２の部材とにより構成されていることを特徴とする請求項３〜６のうちの何れか一項に記載の電子銃。
【請求項９】
前記各支柱は、
前記基端を前記ベースに固定する固定部と、
前記固定部から延びる支持部と、
前記支持部の先端に形成されて前記フィラメントが取着される先端部とを含み、前記支持部が前記第１の部材と前記第２の部材とにより構成されていることを特徴とする請求項８に記載の電子銃。
【請求項１０】
請求項３〜７のうちの何れか一項に記載の電子銃を備えた処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解炉や蒸着装置等の加熱装置として用いられる電子銃のフィラメントの支持方法、電子銃、及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子銃は、エネルギー源が電子であり容易に電子ビームの揺動、偏向ができるため、蒸着装置、溶解炉、熱処理炉などの加熱源として利用されている。電子ビームを発する電子銃の１つとして、ピアス式電子銃が知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。一般に、このピアス式電子銃から電子ビームが放出される際はまず、交流電流のジュール熱によって発熱したフィラメントから熱電子が放出されて、この熱電子とフィラメントからの輻射熱とにより、該フィラメントに対して正の電圧が印加されたカソード電極から熱電子が放出される。そして、このカソード電極から放出された熱電子が、カソード電極と同電位のウェーネルト電極と、これらカソード電極とウェーネルト電極とに対して正の電圧が印加されたアノード電極とが形成する電界によって集束されて、電子ビームとして放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２５８８３２号公報
【特許文献２】特開２００５−２６８１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カソード電極の加熱源として利用されるフィラメントには、電子ビームが放出される期間において、交流電流が供給され続け、カソード電極が熱電子を放出するに足る程の熱量をカソード電極に供給する。そのため、フィラメントの温度は凡そ２０００Ｋ〜３０００Ｋとなる。この温度により、フィラメントが熱膨張し、カソード電極に向かって凸状に変形する。このフィラメントの変形は、フィラメントとカソード電極との間の距離を変化させるため、電子ビームの制御が不安定になる、つまり電子ビーム出力が不安定になるおそれがあった。【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、電子ビーム出力の安定化を図ることが可能なフィラメントの支持方法、電子銃、及びその電子銃を備えた処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段について記載する。
本発明の第１の態様は、カソード電極を熱電子により加熱するために通電されるフィラメントを支持する支持方法である。当該方法は、支持部材によりフィラメントを支持することであって、通電により発生する前記フィラメントの伸びに応じて前記支持部材の先端を変位させるようにフィラメントを支持することを備える。この方法によれば、フィラメントを支持する支持部材の先端が変位することにより、フィラメントの伸びが吸収されるため、フィラメントの屈曲部の変位量が抑制される。従って、フィラメントとカソード電極との間の距離の変動が抑えられる。このため、電子ビーム出力が安定化される。【０００７】
上記方法において、前記支持部材の一例は支柱であり、前記フィラメントに通電により伸びが発生するとき、前記フィラメントに対する通電中の熱に応じて前記支柱の先端が変位するものであってよい。この方法によれば、フィラメントに対する通電中に、熱に応じて支柱の先端が変位する。これにより、熱により発生するフィラメントの伸びに応じて支柱の先端を変位させることが可能となる。【０００８】
本発明の第２の態様は、電子銃である。当該電子銃は、カソード電極と、前記カソード電極を熱電子により加熱するために通電されるフィラメントと、前記フィラメントを支持する２つの支柱であって、前記フィラメントが取着される先端と、ベースに固定される基端とを各々有する２つの支柱とを含む。前記各支柱は、通電により前記フィラメントに発生する伸びに応じて、それぞれの前記先端を変位させる。この構成によれば、フィラメントを支持する各支柱の先端が変位することにより、フィラメントの伸びが吸収されるため、フィラメントの屈曲部の変位量が抑制される。従って、フィラメントとカソード電極との間の距離の変動が抑えられる。このため、電子ビーム出力が安定化される。【０００９】
上記電子銃において、前記各支柱は、前記フィラメントに対する通電中の熱に応じて、それぞれの前記先端を変位させるものであってよい。この構成によれば、フィラメントに対する通電中に、熱に応じて支柱の先端が変位する。これにより、熱により発生するフィラメントの伸びに応じて支柱の先端を変位させることが可能となる。【００１０】
上記電子銃において、前記各支柱は、前記フィラメントの伸びに応じて、それぞれの前記先端を前記フィラメントの伸びの方向に沿って変位させるものであってよい。この構成によれば、支柱の先端の変位によってフィラメントの伸びが吸収されるため、フィラメントとカソード電極との間の距離の変動が抑えられる。【００１１】
上記電子銃において、前記各支柱は、前記フィラメントの伸びに応じて、該２つの支柱の先端が互いに逆方向に変位するように構成されるものであってよい。フィラメントの脚部は２つの支柱にそれぞれ固定されるため、フィラメントの伸びは、２つの脚部へ向かう方向に発生する。従って、この構成によれば、２つの支柱の先端を互いに逆方向に変位させることで、フィラメントに発生する伸びが吸収される。【００１２】
上記電子銃においては、前記各支柱は、互いに異なる熱膨張係数を有する複数の部材を含んで構成されるものであってよい。この構成によれば、各支柱を構成する複数の部材の線膨張係数すなわち熱膨張係数の差によって、各支柱の先端を熱に応じて容易に変位させることが可能になる。【００１３】
上記電子銃において、前記各支柱は、第１の側部と、該第１の側部と反対側の第２の側部とを有し、前記２つの支柱が前記ベースに固定された状態で、該２つの支柱の第２の側部は互いに対向している。この場合において、前記各支柱は、前記第１の側部に配置され、第１の熱膨張係数を有する第１の部材と、前記第２の側部に配置され、前記第１の熱膨張係数よりも大きな第２の熱膨張係数を有する第２の部材とにより構成されるものであってよい。この構成によれば、第１及び第２の線膨張係数すなわち熱膨張係数の差によって、各支柱の先端を熱に応じて容易に変位させることが可能になる。【００１４】
上記電子銃において、前記各支柱は、前記基端を前記ベースに固定する固定部と、前記固定部から延びる支持部と、前記支持部の先端に形成されて前記フィラメントが取着される先端部とを含むものであってよい。この場合、前記支持部が前記第１の部材と前記第２の部材とにより構成されるものであってよい。この構成によれば、第１及び第２の線膨張係数の差によって、各支持部を熱に応じて容易に変位させることが可能になる。【００１５】
本発明の第３の態様は、上述した電子銃を備えた処理装置である。このような処理装置では、電子銃は、フィラメントとカソード電極との間の距離の変動を抑え、電子ビーム出力を安定化させる。従って、処理装置において、電子ビームを用いた処理、例えば、対象物の加熱を安定して行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上記述したように、本発明によれば、電子ビーム出力の安定化を図ることが可能なフィラメントの支持方法、電子銃、及びその電子銃を備えた処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態の電子銃の概略構成図。
【図２】図１の電子銃に設けられるエミッタ部の概略構成図。
【図３】図１のフィラメントの一例を示す斜視図。
【図４】（ａ）（ｂ）図１の電子銃に設けられるエミッタ部の説明図。
【図５】図１の電子銃におけるフィラメントへの投入電力と電子ビーム出力との関係を示すグラフ。
【図６】図１の電子銃におけるフィラメントへの投入電力と電子ビーム出力との関係を示すグラフ。
【図７】図１の電子銃におけるカソード電極への投入電力と電子ビーム出力との関係を示すグラフ。
【図８】（ａ）（ｂ）図１の電子銃における電子ビームの出力安定性評価結果を示す波形図。
【図９】（ａ）（ｂ）図１の電子銃におけるフィラメントの耐用時間評価結果を示すグラフ。
【図１０】別の電子銃の概略構成図。
【図１１】別のフィラメントの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、一実施形態を説明する。
図１に示すように、電子銃１０は、処理装置３０の側壁３０ａに取着されている。処理装置３０は例えばＭｇＯ（酸化マグネシウム）などの金属酸化物の蒸着被膜をガラス基板などの基板の表面に形成するための蒸着室である。電子銃１０は、例えばピアス式電子銃であり、その筐体１１のフランジ１１ａが側壁３０ａに固定されている。
【００１９】
電子銃１０は、電子ビームＥＢを生成し、その電子ビームＥＢを筐体１１の開口から処理装置３０のプロセス室内に向かって射出する。その電子ビームＥＢは、プロセス室内に配置された対象物（蒸着材料）３１に照射される。
【００２０】
電子銃１０は、フィラメント１２、カソード電極１３、イオンコレクタ１４、ウェーネルト(Wehnelt )電極１５、アノード電極１６、フローレジスタ１７、集束コイル１８、揺動コイル１９を含む。
【００２１】
フィラメント１２、カソード電極１３、及びイオンコレクタ１４は、電子ビームＥＢの射出方向に延びる光軸Ａ上に配置されている。カソード電極１３は、フィラメント１２より射出側、即ち開口側に配置され、イオンコレクタ１４は、フィラメント１２より反射出側（反開口側）に配置されている。
【００２２】
フィラメント１２の中心部とカソード電極１３とは光軸Ａ方向において互いに対向するように配置されている。
射出方向を中心としたカソード電極１３の周囲は、ウェーネルト電極１５によって囲繞されている。このウェーネルト電極１５よりも射出側には、円錘筒状をなすアノード電極１６が、それの貫通孔中心が光軸Ａ上に位置するように配置されている。このアノード電極１６よりも射出側には、円筒状のフローレジスタ１７が、それの軸中心が光軸Ａ上に位置するように配置されている。
【００２３】
フローレジスタ１７の外周には、アノード電極１６に近い位置から順に集束コイル１８と揺動コイル１９とが設けられている。集束コイル１８は、それが発生する磁場によりアノード電極１６を通過した電子ビームＥＢを集束させる。揺動コイル１９は、それが発生する磁場により、電子ビームＥＢを揺動させる。
【００２４】
フィラメント１２はフィラメント電源２１に接続され、そのフィラメント電源２１から交流電流が供給される。カソード電極１３及びウェーネルト電極１５はカソード電源２２に接続され、そのカソード電源２２から直流電圧が印加される。アノード電極１６は加速電源２３に接続され、その加速電源２３から直流電圧が印加される。これらカソード電極１３、ウェーネルト電極１５及びアノード電極１６に印加される直流電圧は、フィラメント１２の電位が最も低く、且つアノード電極１６の電位が最も高くなるように設定される。
【００２５】
こうしたピアス式電子銃１０ではまず、フィラメント電源２１からの交流電流がフィラメント１２に供給され、フィラメント１２が２０００Ｋ〜３０００Ｋに加熱されて熱電子を放出する。そして、この放出された熱電子が、カソード電源２２によって上記フィラメント１２に対して正の電位に維持されたカソード電極１３により受け取られる。このとき同時にカソード電極１３は、フィラメント１２の輻射熱により加熱される。これら熱電子と輻射熱とにより、カソード電極１３が加熱され、これも熱電子を放出する。このカソード電極１３により放出された熱電子は、該カソード電極１３と同電位であるウェーネルト電極１５と、これらカソード電極１３とウェーネルト電極１５とに対して正の電位に維持されたアノード電極１６との間の電位差によって加速されつつ、上記光軸Ａに沿って飛行するようになる。そして、アノード電極１６の貫通孔とこのアノード電極１６に連結されたフローレジスタ１７とを通過した熱電子は、筐体１１の開口部から処理装置３０内に向かって電子ビームＥＢとして放出される。
【００２６】
この際、カソード電極１３から放出される熱電子の一部が筐体１１内及び処理装置３０内においてそれらの内部に残留する気体に衝突すると、この残留気体が陽イオン化されて、この陽イオンが上記カソード電極１３とアノード電極１６との電圧により加速されることになる。この加速された陽イオンがカソード電極１３に衝突すると、これに起因してカソード電極１３に穴（凹み）が形成される。よって、こうした陽イオンが長期間にわたり放出されるとなれば、カソード電極１３に貫通孔が形成されることになる。そこで、カソード電極１３に対して照射方向と反対方向の位置に、つまりカソード電極１３に対してアノード電極１６と反対側の位置に上記イオンコレクタ１４が配置されている。このイオンコレクタ１４は、カソード電極１３に形成された貫通孔を通過する陽イオン、すなわちイオンビームを吸収することにより、イオンビームによる電子銃１０の損傷を抑制する。
【００２７】
次に、上記の電子銃１０に含まれるエミッタ部４０の構成を説明する。
エミッタ部４０は電子ビーム発生部であり、図２に示すように、上記のフィラメント１２、カソード電極１３、ウェーネルト電極１５、アノード電極１６、イオンコレクタ１４を含む。フィラメント１２の一例を図３に示す。
【００２８】
フィラメント１２は、高融点金属、例えばタングステン又はタングステン合金からなる。フィラメント１２は、４つの面によりて構成された外周面を有する断面矩形状の線材である。このフィラメント１２は、その外周面を構成する１つの面（カソード対向面）を含んだ仮想平面Ｐｉ上において３カ所の連続した屈曲１２ｃからなる凹凸曲線状の屈曲部１２ａを有する。この屈曲部１２ａにおいて上記３カ所の屈曲１２ｃが連なる方向の両端部には、カソード対向面の法線方向に延びる直線状の一対の脚部１２ｂが折曲げ形成されている。つまり断面矩形状の線材であるフィラメント１２は、これに含まれる屈曲のいずれもが外周面の一つに沿ったかたちをなすことによって、それの周方向の捻れを有しないように構成されている。
【００２９】
上記のフィラメント１２は、例えば放電加工により作成される。この加工方法の概略を説明する。先ず、例えばタングステンの金属板が用意される。この金属板の板厚は例えば０．５ｍｍであり、この厚さは光軸Ａ方向のフィラメント１２の幅（図１参照）に対応する。この金属板から、周知のワイヤ放電加工装置により、フィラメント１２を形成するための線材が切り出される。この線材は、長手方向の中心部に屈曲部１２ａを有する。そして、線材の長手方向の両端部を折り曲げて脚部１２ｂを形成することにより、フィラメント１２が得られる。
【００３０】
図２に示すように、上記のフィラメント１２は、ベース４１に固定された支持部材としてのフィラメント支柱４２，４３に取着されている。
エミッタ部４０はベース４１を含み、このベース４１はボルト等によってエミッタケース（いずれも図示略）に固定される。ベース４１には２本のフィラメント支柱４２，４３が取着されている。本例では、ベース４１に形成された２つの貫通孔に２本のフィラメント支柱４２，４３が絶縁碍子４４，４５を介して挿通され、ナット４６，４７により固定されている。
【００３１】
各フィラメント支柱４２，４３は、フィラメント１２を支持する先端とベース４１に固定される基端とを有している。本例では、各フィラメント支柱４２，４３の先端には、フィラメント１２の脚部１２ｂを挿入する挿入部が形成されている。そして、フィラメント支柱４２，４３の挿入部にそれぞれ挿入されたフィラメント１２の脚部１２ｂを例えばセットビス（止めねじ）４８，４９によりフィラメント支柱４２，４３に対して固定することにより、フィラメント１２がフィラメント支柱４２，４３に取着されている。
【００３２】
フィラメント支柱４２，４３にはそれぞれフィラメント配線５０，５１が接続され、その配線５０，５１とフィラメント支柱４２，４３を介してフィラメント１２に交流電流が供給される。
【００３３】
カソード電極１３は、ベース４１を取着する上記エミッタケース（図示略）に取着され、フィラメント１２と対向するように配置される。カソード電極１３の前方（電子ビームの射出方向であって、図２において右方向）には上記エミッタケースに取着されたウェーネルト電極１５が配置されている。
【００３４】
上記のベース４１には、フィラメント支柱４２，４３の間の位置に絶縁体（例えば碍子）５２が取着され、その絶縁体の先端にイオンコレクタ１４が取着されている。このイオンコレクタ１４は、上記したように、フィラメント１２に対し、カソード電極１３と反対側に配置されている。なお、イオンコレクタ１４は、図示しない配線により、フィラメント支柱４２，４３のうちの何れか一方と接続されている。
【００３５】
各フィラメント支柱４２，４３は、互いに異なる材質を有する複数の部材からなる箇所を少なくとも部分的に含む。つまりこの箇所は、各フィラメント支柱４２，４３の一部であってもよいし各フィラメント支柱４２，４３の全体であってもよい。例えば各フィラメント支柱４２，４３においてベース４１に固定される位置から先端までの箇所が、互いに異なる材質を有する複数の部材により構成されてもよい。本実施形態では、フィラメント支柱４２は、その基端をベース４１に固定するための固定部４２ａと、この固定部４２ａから延びる支持部４２ｂと、この支持部４２ｂの先端（つまりフィラメント支柱４２の先端）に形成されてフィラメント１２が取着される先端部４２ｃとを有する。そして、このフィラメント支柱４２の支持部４２ｂが、異なる材質を有する複数の部材から構成されている。同様に、フィラメント支柱４３は、その基端をベース４１に固定するための固定部４３ａと、この固定部４３ａから延びる支持部４３ｂと、この支持部４３ｂの先端（つまりフィラメント支柱４３の先端）に形成されてフィラメント１２が取着される先端部４３ｃとを有する。そして、このフィラメント支柱４３の支持部４３ｂが、異なる材質を有する複数の部材から構成されている。なお、本実施形態では、フィラメント支柱４２，４３は同じ構成である。
【００３６】
両フィラメント支柱４２，４３は、電子ビームＥＢが放射されているとき、つまり、フィラメント１２に通電されているときに、その通電によりフィラメント１２に発生する伸縮を吸収するように構成されている。フィラメント１２は通電により発熱する。そして、フィラメント１２は、その材質がタングステン又はタングステン合金であるため、発熱による温度上昇に従って伸びる。つまり、２つの脚部１２ｂの間隔が広がる。このため、フィラメント支柱４２，４３は、それぞれの先端がフィラメント１２の伸びに対応して変位するように、つまり、温度上昇に従って２つのフィラメント支柱４２，４３の先端間の間隔が広がるように構成されている。
【００３７】
フィラメント支柱４２，４３の構成例を説明する。本実施形態のフィラメント支柱４２，４３において、支持部４２ｂ，４３ｂの各々は、２種類の部材すなわち第１の部材Ｂ１と第２の部材Ｂ２とにより構成されている。第１の部材Ｂ１と第２の部材Ｂ２は、互いに異なる線膨張係数すなわち熱膨張係数を有する材料で形成されている。例えば、第１の部材Ｂ１はモリブデン（Ｍｏ）であり、第２の部材Ｂ２はタンタル（Ｔａ）である。しかしながら、後述するように、部材Ｂ１，Ｂ２の組み合わせは、モリブデンとタンタルに限定されない。つまり、フィラメント支柱４２，４３の各々は、第１の側部と、該第１の側部と反対側の第２の側部とを有し、フィラメント支柱４２，４３がベース４１に固定された状態で、それらの第２の側部が互いに対向するものとなっている。そして、各フィラメント支柱４２，４３の第１の側部（本例では、各支持部４２ｂ，４３ｂの第１の側部）に、第１の線膨張係数を有する第１の部材Ｂ１が配置されている。一方、各フィラメント支柱４２，４３の第２の側部（本例では、各支持部４２ｂ，４３ｂの第２の側部）に、第１の線膨張係数よりも大きな第２の線膨張係数を有する第２の部材Ｂ２が配置されている。すると、互いに異なる線膨張係数を有する２つの部材Ｂ１，Ｂ２の配置関係に基づいて、両フィラメント支柱４２，４３の先端は、温度上昇に従って互いに離間する方向に変位する。
【００３８】
上記したように、フィラメント１２は、温度上昇に従って伸びる。仮に２つのフィラメント支柱４２，４３が変形しない場合、図４（ｂ）に示すように、脚部１２ｂの位置が変化しないため、フィラメント１２は、その伸びによって、電子ビームの射出方向（図４（ｂ）において上方）に向って凸状に変形する。つまり、図４（ｂ）に矢印で示す距離Ｌsbが長くなる。尚、室温におけるフィラメント１２の位置を一点鎖線で示す。そして、この変形によって、フィラメント１２の屈曲部１２ａに加熱中、応力が加わることになる。電子銃の駆動を停止すると、フィラメント１２の温度が下がるため、フィラメント１２は元の状態（一点鎖線の位置）に戻ろうとする。つまり、フィラメント１２には、電子銃の駆動・停止に従って、曲げ延ばしの応力が繰り返し加わることになる。この応力は、フィラメント１２を断線させる要因となる。
【００３９】
一方、図４（ａ）に示すように、本実施形態のフィラメント支柱４２，４３では、温度上昇に従ってそれらの先端の間隔が広がる。その広がりが、フィラメント１２の伸びとほぼ等しければ、屈曲部１２ａの位置は、温度を加えていない通常時の位置とほぼ等しくなる。つまり、図４（ａ）に矢印で示す距離Ｌsaは変化しない。尚、先端の間隔の広がりがフィラメント１２の伸びより少なくても、先端が変位しない場合と比べて、屈曲部１２ａの移動量、つまりフィラメント１２の変形（湾曲）は少なくなる。なお、図４（ａ）では、各フィラメント支柱４２，４３の基端から先端までを全て第１の部材Ｂ１及び第２の部材Ｂ２として示している。
【００４０】
図４（ａ）及び（ｂ）において、フィラメント１２の上方にはカソード電極１３（図２参照）が配置されている。従って、図４（ａ）に示すようにフィラメント支柱４２，４３の先端が広がると、フィラメント１２の屈曲部１２ａの位置変化が抑えられるため、フィラメント１２とカソード電極１３との距離Ｌsaは、図４（ｂ）に示す場合と比べて少なくなる。つまり、温度上昇にともなうフィラメント１２とカソード電極１３との間の距離Ｌsaの変動が抑制されることになる。
【００４１】
（実施例）
厚さが０．５ｍｍのタングステン板を金属板として用い、当該タングステン板に対してワイヤ放電加工装置を用いて上記のフィラメント１２を得た。
【００４２】
フィラメント１２の長さ（両脚部１２ｂの中心間の距離）は、室温において３５ｍｍ、電子ビームＥＢの出力時（フィラメント温度は２８００ｋ）において３５．５ｍｍである。
【００４３】
フィラメント支柱４２，４３の支持部４２ｂ，４３ｂの各々を、第１の部材Ｂ１及び第２の部材Ｂ２により構成し、第１の部材Ｂ１をモリブデンとし、第２の部材Ｂ２をタンタルとした。第１及び第２の部材Ｂ１，Ｂ２の長さＬ（図２Ａの光軸Ａに沿った方向）は１１．５ｍｍ、厚さ（光軸Ａと直交する方向）は３．５ｍｍである。各フィラメント支柱４２，４３の先端の変位量（光軸Ａと直交する方向）は、０．２〜０．２５ｍｍである。
【００４４】
なお、各フィラメント支柱４２，４３は、それぞれの先端の変位量が互いに等しいことが好ましい。これは、光軸Ａに対して、フィラメント１２の屈曲部１２ａと、カソード電極１３との相対的な位置ずれ（軸ずれ）を防ぐ。また、各フィラメント支柱４２，４３の先端の変位量は、光軸Ａに沿った方向において、フィラメント１２の屈曲部１２ａとカソード電極１３との距離の変動量が±１ｍｍ以内であるように設定されることが好ましい。
【００４５】
なお電子銃１０が放出する電子ビームＥＢの出力を制御する方法としては、いわゆるフィラメント制御とカソード制御とが知られている。フィラメント制御は、カソード電圧を一定とし、フィラメント１２に投入する電力を制御することにより、フィラメント１２とカソード電極１３との間に印加される電圧を変化させて電子ビームＥＢの出力を制御する方法である。カソード制御は、フィラメント１２に投入する電力を一定とし、上記カソード電圧を制御する方法である。
【００４６】
以下では、これら２つの制御方法のうち、フィラメント制御により電子銃１０を駆動して得られた結果を示す。
電子銃１０から射出される電子ビームＥＢの出力の各種照射条件に関する依存性を計測した。なお、計測に使用する電子銃１０及び電子銃電源の定格出力は３０ｋＷ（加速電圧２０ｋＶ×１．５Ａ）である。
【００４７】
図５は、下記の照射条件において、フィラメント１２への投入電力と電子ビームＥＢの出力との関係をＦ−Ｃ距離（フィラメント１２とカソード電極１３との距離）ごとに示す図である。ここで、図５では、Ｆ−Ｃ距離が２．６ｍｍのときに得られた結果を黒丸にて、他方、Ｆ−Ｃ距離が４．２ｍｍのときに得られた結果を黒四角にてそれぞれ示している。
・カソード電圧：１．２ｋＶ
・Ｆ−Ｃ距離：２．６ｍｍ，４．２ｍｍ
電子ビームＥＢの出力を１７ｋＶとするときのフィラメント１２への投入電力は、Ｆ−Ｃ距離を２．６ｍｍに設定した場合、４．２ｍｍに設定した場合に比べ約１０％低減できることがわかる。これは、Ｆ−Ｃ距離が短い方が、フィラメント１２から放出された熱電子がカソード電極１３に引き込まれやすいためと考えられる。
【００４８】
図６は、下記の照射条件において、フィラメント１２への投入電力と電子ビームの出力との関係をカソード電圧ごとに示す図である。図６では、カソード電圧が１．０ｋＶのときに得られた結果を黒菱形にて、カソード電圧が１．２ｋＶのときに得られた結果を黒丸にて、さらに、カソード電圧が１．４ｋＶのときに得られた結果を黒三角にて、それぞれ示している。
・カソード電圧：１．０ｋＶ，１．２ｋＶ，１．４ｋＶ
・Ｆ−Ｃ距離：２．６ｍｍ
電子ビームＥＢの出力を１７ｋＶとするときのフィラメント１２への投入電力は、カソード電圧が高い程、小さくなる。これは、カソード電圧が高い分だけ、フィラメント１２から放出された熱電子がカソード電極１３に引き込まれやすくなるためと考えられる。しかしながら、それぞれのカソード電圧に係るグラフの傾きから、カソード電圧が低いほど電子ビームＥＢの出力の制御性が向上することがわかる（つまり、図６において、カソード電圧が低いほど、グラフの傾きが緩やかである）。
【００４９】
図７は、下記の照射条件において、カソード電極１３への投入電圧と電子ビームＥＢの出力との関係をＦ−Ｃ距離ごとに示す図である。なお、カソード電極１３への投入電圧は、カソード電圧と、フィラメント１２とカソード電極１３との間に流れる電流との積である。図７では、Ｆ−Ｃ距離が２．６ｍｍのときに得られた結果を黒丸にて、他方、Ｆ−Ｃ距離が４．２ｍｍのときに得られた結果を黒四角にてそれぞれ示している。
・カソード電圧：１．２ｋＶ
・Ｆ−Ｃ距離：２．６ｍｍ，４．２ｍｍ
電子ビームＥＢの出力を１７ｋＶとするときのカソード電極１３への投入電力は、Ｆ−Ｃ距離を２．６ｍｍとした場合、Ｆ−Ｃ距離を４．２ｍｍとした場合に比べ約４０％低減されることが分かる。これは、主にＦ−Ｃ距離が近い方が、熱輻射の形態係数、すなわちフィラメント１２から輻射される熱のうち、カソード電極１３に到達する熱の割合が大きくなったためと考えられる。また、空間電荷の量が制限されることから、Ｆ−Ｃ距離が大きい程、高いカソード電圧が必要になることも一因であると考えられる。
【００５０】
次に、本実施形態のエミッタ部４０を搭載した電子銃１０と、従来のエミッタ部、即ちフィラメント支柱がフィラメントの伸びに対応して変形しないエミッタ部を搭載した電子銃の出力安定性をそれぞれ測定した。なお、電子銃及び電子銃電源の定格出力は３０ｋＷ（加速電圧２０ｋＶ×１．５Ａ）である。また、測定時間は約３０時間である。
【００５１】
本実施形態の電子銃１０の測定結果を図８（ａ）に示し、従来構成の電子銃の測定結果を図８（ｂ）に示す。
従来構成の電子銃では、フィラメントの変形（伸び）によるカソード電極との接触を防ぐためにＦ−Ｃ距離を４．２ｍｍに設定している。従来構成の電子銃では、ビーム電流値８５０ｍＡに対して＋３ｍＡ／−２ｍＡのビーム電流値の変動があった。
【００５２】
一方、本実施形態の電子銃１０では、フィラメント１２の伸びをフィラメント支柱４２，４３が吸収するように変形するため、Ｆ−Ｃ距離を２．６ｍｍに設定している。この電子銃１０では、ビーム電流値８５０ｍＡに対して＋１ｍＡ／−１ｍＡのビーム電流値の変動が観察された。つまり、本実施形態の電子銃１０は、従来構成に比べビーム電流値の変動幅を１／２．５に改善できたことになる。
【００５３】
これは、本実施形態のエミッタ部４０により通電時のフィラメント１２とカソード電極１３との距離の変動を少なくできたためと考えられる。また、フィラメント１２とカソード電極１３との距離を短くしたため、カソード電圧が低く設定でき、電子ビームのＥＢの出力の制御性がよくなったためと考えられる。
【００５４】
次に、本実施形態の電子銃１０と従来構成の電子銃において、それぞれ２５本のフィラメントについて、フィラメントに通電を開始してからフィラメントが断線するまでの稼動時間をフィラメント寿命（フィラメントライフ）として測定した。それぞれの電子銃から射出される電子ビームＥＢの出力は１７ｋＷである。
【００５５】
本実施形態の電子銃１０による測定結果を図９（ａ）に示し、従来構成の電子銃による測定結果を図９（ｂ）に示す。
従来構成の電子銃を使用したフィラメント寿命の平均値は、６６３時間であった。一方、本実施形態の電子銃１０を使用したフィラメント寿命の平均値は、８７５時間であった。この結果、本実施形態の電子銃１０は、従来構成の電子銃に比べ、フィラメント寿命を平均値で約１．３倍とすることができたことになる。これは、本実施形態のエミッタ部４０によりフィラメント１２に加わる応力を低減できたためと考えられる。また、フィラメント１２とカソード電極１３との間の距離を短くできるため、フィラメント１２に投入する電力が少なくてもカソード電極１３を必要な温度まで上げることが可能となり、フィラメント温度を抑えることができたためと考えられる。
【００５６】
通常、電子銃のフィラメントは、線材を曲げ加工することにより得ることができる。このようなフィラメントに対し、本実施形態のフィラメント１２は、加工歪みが少ないために、熱変形が少ない。なぜなら、本実施形態のフィラメント１２は、曲げ加工を行うのではなく、屈曲部１２ａを有する形で１枚の金属板から線材が切り出されるためである。そのため、フィラメント１２に交流電流が供給される際に、フィラメント１２のカソード電極１３に向かう方向への変位が線材の曲げ加工によって作成されたフィラメントよりも抑制されることとなる。つまり、これらフィラメント１２とカソード電極１３との距離（Ｆ−Ｃ距離）が安定化される。それゆえに、電子ビームＥＢの出力を得る上において、Ｆ−Ｃ距離が安定した分だけフィラメント１２の加熱条件がより緩和されることになる。従って、電子銃１０から放出される電子ビームＥＢの出力の安定性が向上可能となる。
【００５７】
上記構成の電子銃１０は、各種の処理装置に用いられ得る。処理装置は、例えば、溶解装置、表面処理装置、成膜装置である。例えば、成膜装置では、保護膜（例えば酸化マグネシウム：ＭｇＯ）を基板表面に成膜する加熱源として上記の電子銃１０が用いられる。この場合、例えば電子銃１０は、処理室（蒸着室）の側壁に固定され、その電子銃１０から射出された電子ビームＥＢが、偏向器などによって、蒸発源であるハース内の酸化マグネシウムの蒸発ポイントに照射される。この電子ビームＥＢにより、酸化マグネシウムの蒸発流が発生し、その蒸発流を通過するように移動するキャリアに搭載された基板の表面に酸化マグネシウムの被膜が形成される。電子銃１０から射出される電子ビームＥＢが安定化されることにより、酸化マグネシウムの蒸発流が安定して発生されるため、基板表面に均一の被膜を形成することができる。なお、被膜の材料として、酸化マグネシウムの他に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル・コバルト合金（ＣｏＮｉ）、銅（Ｃｕ）を含む群から選択される少なくとも１つの金属、金属酸化物、金属化合物等の蒸着材料が用いられる。他の処理装置においても、同様に、安定した処理を行うことができるようになる。
【００５８】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）電子銃１０は、カソード電極１３を熱電子により加熱するために通電されるフィラメント１２と、このフィラメント１２を支持する支持部材としてのフィラメント支柱４２，４３とを含む。フィラメント支柱４２，４３はそれぞれ、フィラメント１２が取着される先端部４２ｃ，４３ｃと、ベース４１に固定される固定部４２ａ，４３ａとを有する。各フィラメント支柱４２，４３は、通電によりフィラメント１２に発生する伸びに応じて先端部４２ｃ，４３ｃを変位させる。
【００５９】
このため、フィラメント１２を支持するフィラメント支柱４２，４３の先端部４２ｃ，４３ｃが変位することにより、フィラメント１２の伸びが吸収されるため、フィラメント１２の屈曲部１２ａの変位量が抑制される。従って、フィラメント１２とカソード電極１３との間の距離の変動が抑えられる。この結果、電子ビームＥＢの出力を安定化することができる。
【００６０】
（２）フィラメント１２には通電により伸びが発生する。そして、フィラメント支柱４２，４３は、フィラメント１２に対する通電中の熱に応じて、フィラメント１２を支持する先端部４２ｃ，４３ｃを変位させる。従って、通電中の熱により発生するフィラメント１２の伸びに応じてフィラメント支柱４２，４３の先端部４２ｃ，４３ｃを変位させることが可能となり、フィラメント１２の伸びを吸収することができる。
【００６１】
（３）フィラメント支柱４２，４３は、フィラメント１２の伸びに応じて、フィラメント１２が取着された先端部４２ｃ，４３ｃをフィラメント１２の伸びの方向に沿って変位させる。従って、フィラメント支柱４２，４３の先端部４２ｃ，４３ｃの変位によってフィラメント１２の伸びが吸収されるため、フィラメント１２とカソード電極１３との間の距離の変動を抑えることが可能になる。
【００６２】
（４）フィラメント支柱４２，４３は、フィラメント１２の伸びに応じて、それぞれの先端部４２ｃ，４３ｃを互いに逆方向に変位させる。フィラメント１２の脚部１２ｂが２つのフィラメント支柱４２，４３にそれぞれ固定されているため、フィラメント１２の伸びは、２つの端部すなわち２つの脚部１２ｂへ向かう方向に発生する。従って、フィラメント支柱４２，４３の先端部４２ｃ，４３ｃを互いに逆方向に変位させることで、フィラメント１２に発生する伸びを容易に吸収することができる。
【００６３】
（５）フィラメント支柱４２，４３は、互いに異なる熱膨張係数を有する複数の部材Ｂ１，Ｂ２を含んで構成される。従って、部材Ｂ１，Ｂ２の線膨張係数すなわち熱膨張係数の差によって、先端部４２ｃ，４３ｃを熱に応じて容易に変位させることが可能になる。
【００６４】
（６）電子銃１０は、フィラメント１２とカソード電極１３との間の距離の変動を抑えて、電子ビームＥＢの出力を安定化する。従って、処理装置において、電子ビームＥＢを用いた処理、例えば、対象物の加熱を安定して行うことが可能となる。
【００６５】
尚、上記実施の形態は一例を示すものであり、各部材の形状等は、適宜変更されてもよい。変更例の一部を以下に示す。
・上記実施の形態では、フィラメント１２を支持する支持部材をフィラメント支柱４２，４３のような「柱」の形状としたが、この「柱」の形状は、円柱状、角柱状、あるいはその他の形状でもよい。つまり「支持部材」の形状は、図２，図４に示されるようなフィラメント支柱４２，４３に限定されない。
【００６６】
・上記実施の形態では、支持部４２ｂ，４３ｂの各々を２つの部材Ｂ１，Ｂ２により構成したが、各支持部４２ｂ，４３ｂに加えて各先端部４２ｃ，４３ｃも２つの部材Ｂ１，Ｂ２により構成してもよい。また、各フィラメント支柱４２，４３全体を２つの部材Ｂ１，Ｂ２により構成してもよい。
【００６７】
・上記実施形態では、各フィラメント支柱４２，４３の部材Ｂ１，Ｂ２を、モリブデン（Ｍｏ）とタンタル（Ｔａ）とした。しかしながら部材Ｂ１と部材Ｂ２の組合せは上記実施形態に限定されるものではなく、線膨張係数の差によってフィラメントの伸びを吸収できればよく、例えば部材Ｂ１をタングステン（Ｗ）とし、部材Ｂ２をモリブデンとしてもよく、または部材Ｂ１をタングステンとし、部材Ｂ２をタンタルとしてもよい。すなわち、２つの部材Ｂ１，Ｂ２の組み合わせは、各フィラメント支柱４２，４３の外側に位置する第１の部材Ｂ１の線膨張係数（熱膨張係数）が、各フィラメント支柱４２，４３の内側に位置する第２の部材Ｂ２のそれよりも小さいものとなるように選択されればよい。
【００６８】
また、部材Ｂ１，Ｂ２の厚さや長さは、フィラメント１２の熱膨張による変形量に対応して各フィラメント支柱４２，４３の先端を変位させるように設定されればよい。
・上記実施形態の電子銃１０の構成を適宜変更してもよい。例えば、図１０に示すように、２つの集束コイル６１，６２と２つのフローレジスタ６３，６４を備えた、所謂２段集束型の電子銃６０に本発明を具体化してもよい。
【００６９】
・上記実施形態のフィラメント１２の形状、加工方法等を適宜変更しても良い。例えば、図１１に示すように、断面円形の線材を用いたフィラメント７１を用いてもよい。
・上記実施形態ではフィラメント制御による例を示したが、カソード制御にて出力を制御する装置に本発明を具体化してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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