(57)【要約】  電子銃（10）に用いられるフィラメント（1）を製造する方法は、金属材料からなる板材（P）を準備すること、少なくとも１つの屈曲（1c）を有する線材（P1）を板材（P）から切り出すことを備える。この製造方法により板材（P）から切り出された線材（P1）は、断面矩形状を有するものとなる。
2011043353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃用フィラメントの製造方法であって、
金属材料からなる板材を準備すること、
少なくとも１つの屈曲を有する前記フィラメントの線材を前記板材から切り出すこと、
を備える電子銃用フィラメントの製造方法。
【請求項２】
前記板材を準備することは、該板材の厚さ方向に積層された複数の金属板からなる金属積層板を準備することを含む、請求項１に記載の電子銃用フィラメントの製造方法。
【請求項３】
前記複数の金属板は各々圧延形成され、前記複数の金属板は各金属板の圧延方向が互いに交差するように積層されている、請求項２に記載の電子銃用フィラメントの製造方法。
【請求項４】
前記複数の金属板が異なる金属材料によって形成されている、請求項２又は３に記載の電子銃用フィラメントの製造方法。
【請求項５】
前記フィラメントを前記電子銃に搭載したとき、前記フィラメントの前記屈曲は、前記電子銃に設けられたカソード電極に対向するとともに、電源から供給された電流により加熱されて前記カソード電極を加熱する熱電子を放出するものであり、
前記金属積層板を準備することは、前記カソード電極と対向することとなる金属板を、前記複数の金属板のうち最も小さな仕事関数を有する金属板によって形成することを含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電子銃用フィラメントの製造方法。
【請求項６】
前記板材を準備することは、タングステン、及びタングステンを含む合金のうちの少なくとも一方の金属板によって形成される板材を準備することを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子銃用フィラメントの製造方法。
【請求項７】
前記板材を準備することは、タンタル金属板とタングステン金属板とからなる金属積層板を準備することを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子銃用フィラメントの製造方法。
【請求項８】
前記電子銃用フィラメントの線材を前記板材から切り出すことは、ワイヤ放電加工によって前記板材から前記線材を切り出すことを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子銃用フィラメントの製造方法。
【請求項９】
電子銃に用いられるフィラメントであって、
金属材料により形成され、少なくとも１つの屈曲を有する線材を備え、前記線材が断面矩形状を有していることを特徴とするフィラメント。
【請求項１０】
請求項９に記載のフィラメントにおいて、
前記線材は、複数の金属板を含む金属積層板を用いて形成されている、フィラメント。
【請求項１１】
請求項１０に記載のフィラメントにおいて、
前記複数の金属板が異なる金属材料によって形成されている、フィラメント。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のフィラメントにおいて、
前記金属積層板が、タンタル金属板とタングステン金属板との積層板である、フィラメント。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項記載のフィラメントにおいて、
前記電子銃は、前記フィラメントに対向して配置されるカソード電極を含み、
前記フィラメントは、前記複数の金属板のうち最も小さな仕事関数を有する金属板が前記カソード電極に対向して配置されるように形成される、フィラメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば溶解炉や蒸着装置において加熱源として利用される電子銃に設けられ、電子ビームの発生源であるカソード電極を加熱する電子銃用フィラメントおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子ビームを発する電子銃の１つとして、例えば特許文献１に記載のようなピアス式電子銃が知られている。一般に、ピアス式電子銃では、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、フィラメントに対し正の電圧が印加されたカソード電極がフィラメントからの熱電子と熱輻射とによって加熱される。これにより、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、及び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によって形成される電界により集束されて、電子ビームとして放出される。【０００３】
このような電子銃を構成する上記フィラメントの製造方法では通常、図１（ａ）に示されるように、例えばタングステンやタングステンの合金等からなる直線状のワイヤＷが原材料として用いられている。そして、このワイヤＷの長手方向における中央部分に曲げ加工が施されることによって、熱電子を放出するための屈曲部１００ａが凹凸曲線状に成形される（図１（ｂ）参照）。またこの屈曲部１００ａを挟んだ両側にも曲げ加工が施されることによって、フィラメント１００を支持する部材に固定される脚部１００ｂが成形される。【０００４】
ここで上述するカソード電極の加熱源としてこうしたフィラメント１００が利用されると、電子ビームが放出される期間においては、上記屈曲部１００ａに常に交流電流が供給され続けて、カソード電極が熱電子を放出するに足る程の熱量を同屈曲部１００ａによってカソード電極に供給する。そのため、屈曲部１００ａは凡そ２０００Ｋから３０００Ｋといった高温に保持され続けることとなる。こうして、曲げ加工が施された屈曲部１００ａへの加熱が繰り返されるとなれば、その熱に起因して、屈曲部１００ａに残留する加工歪みに戻り力が生じ、フィラメント１００が変形しやすくなってしまう。そればかりか、こうした変形に伴ってフィラメント１００とカソード電極とが接触し、若しくは、フィラメント１００の中心とカソード電極の中心とにずれが生じ、電子銃から放出される電子ビームの出力が不安定になる虞がある。【０００５】
そこで、上記熱変形による諸問題を解消するために、ａ．予めフィラメントとカソード電極とを、フィラメントが変形したとしてもこれらが接触しない程度に離間させること、ｂ．上記加熱による変形を抑制するために、ワイヤＷを曲げて先の図１（ｂ）に示すような形状のフィラメントとした後、更にアニール処理を行うこと、といった方策が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２０１２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記ａ．の方法では確かに、フィラメントとカソード電極との接触を回避することは可能ではあるものの、これらの間の距離が大きくなるとなれば、フィラメントからの熱電子が自ずとカソード電極に到達し難くなってしまう。こうした状況下において定量のビーム出力を確保するべく熱電子をカソード電極に引き込むためのカソード電圧を高くすると、電子ビームの制御を不安定化させるとともに、異常放電が生じやすくなるといった新たな問題が誘起されかねない。また定量のビーム出力を確保するべくフィラメントの温度をより高くすると、カソード電極の加熱に作用しない余分な熱エネルギーが、フィラメント、カソード電極、ウェーネルト電極、及びアノード電極等の電子銃の構成部材を含む電子ビーム発生部内に放出されて、これら電子銃の構成部材から放出されるガスが多くなってしまい、これによっても異常放電が生じるといった新たな問題が誘起される。【０００８】
また、上記ｂ．の方法では、アニール処理によってフィラメントの歪みが軽減されて曲げ戻りが抑えられることになる反面、フィラメントを構成する結晶粒の各々が粗大化してフィラメントが脆化するため、フィラメントをそれを支持する支持部材に取り付ける際に破損させる虞がある。なお、この脆化したフィラメントの破損を抑制する手段として、上述のようなアニール処理が施されたフィラメントをこれの形状を保持可能な絶縁物に予め取付け、フィラメントを、この絶縁物と共々フィラメントユニットとして上記支持部材に取り付けることも考えられる。だがこうした方法では、絶縁物が別途必要となるために、フィラメントの維持に係る費用が増大することになる。【０００９】
このように、上記フィラメントの加熱に起因した変形そのもの、あるいはこの変形により生じる諸問題を解決する方策には、未だ改善の余地が残されている。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子銃に搭載されるフィラメントが、電子銃の使用に際して加熱により変形することを抑制可能な電子銃用フィラメント、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の態様は、電子銃に用いられるフィラメントを製造する方法である。当該方法は、金属材料からなる板材を準備すること、少なくとも１つの屈曲を有する前記フィラメントの線材を前記板材から切り出すこと、を備える。【００１１】
この方法によれば、少なくとも１つの屈曲を有するフィラメントの線材が金属材料からなる板材から切り出される。このため、屈曲を有するようにワイヤに曲げ加工を施すことによって形成された従来のフィラメントと比較して、フィラメントの屈曲の箇所に残留する加工歪みが抑制される。従って、電子銃の使用に際して、フィラメントが加熱されることがあっても、屈曲の曲がりに戻りが生じることが抑制される。即ち、加熱に起因して屈曲の形状が変化し、それによって、フィラメントが変形することが抑制される。【００１２】
上記方法では、前記板材を準備することは、該板材の厚さ方向に積層された複数の金属板からなる金属積層板を準備することを含むものであってもよい。
フィラメントの板材に用いられる金属材料は結晶粒の集合体であり、個々の結晶粒は加熱により成長する。この加熱の条件が高温化、あるいは長期化等すると、結晶粒の粗大化が進行し、これに起因して板材が脆化することとなる。この脆化を抑える一つの方法として、上記のように複数の金属板の積層板をフィラメントの板材として用いることが考えられる。この方法では、単一の金属板を用いる場合と比較して、金属板の１枚あたりの厚さを薄くすることができる。これにより、金属板の厚さ方向における結晶粒の粗大化が自ずと抑制され、ひいては電子銃用フィラメントの強度及び寿命も向上されることになる。【００１３】
上記方法では、前記複数の金属板は各々圧延形成され、前記複数の金属板は各金属板の圧延方向が互いに交差するように積層されてもよい。
圧延形成された金属薄板では、通常、その圧延率が高いほど、圧延方向とその他の方向とで機械的強度が異なるようになる。例えば、弾性率、降伏強さ、引張強さ等の特性は、圧延方向と垂直な方向において最大、且つ圧延方向と平行な方向において最小となる傾向を有する。他方、伸び特性は、圧延方向と垂直な方向において最小、且つ圧延方向と平行な方向において最大となる傾向を有する。この点を考慮し、圧延形成された複数の金属板を使用する場合には、各金属板の圧延方向が互いに交差するように複数の金属板を積層してもよい。この方法では、各金属板の機械的な特性が相補され、積層板の機械的強度が向上する。ひいては、この積層板から切り出された線材にて構成されるフィラメントの機械的強度が向上される。【００１４】
上記方法では、前記複数の金属板は異なる金属材料によって形成されてもよい。
この方法では、複数の金属板を同一金属材料から構成した場合と比較して、各金属板の結晶粒が、金属板同士の境界面を超えて粗大化することが抑制される。つまり、各金属板の結晶粒が、それぞれの金属板の厚みを超えて粗大化することが抑えられる。その結果、積層板の厚さ方向における結晶粒の粗大化を、該結晶粒が属する金属板の厚さに限定することが可能となる。【００１５】
上記方法では、前記フィラメントを前記電子銃に搭載したとき、前記フィラメントの前記屈曲が、前記電子銃に設けられたカソード電極に対向するとともに、電源から供給された電流により加熱されて前記カソード電極を加熱する熱電子を放出する、という前提下でフィラメントを製造することができる。この場合、前記金属積層板を準備することが、前記カソード電極と対向することとなる金属板を、前記複数の金属板のうち最も小さな仕事関数を有する金属板によって形成することを含むものであってもよい。【００１６】
周知のように、仕事関数とは、ある物質の表面から１つの電子を取り出す際に必要とされる最小エネルギーのことである。つまり、ある物質の表面から１つの熱電子を放出させようとした場合、該物質を加熱してこの仕事関数以上のエネルギーを物質内の電子に与える必要がある。故に、仕事関数が大きい物質ほど、熱電子を放出させるためにはより高温となるまで加熱する、換言すればより大きい電流を流す必要がある。この点を考慮して、フィラメントの板材に金属積層板を用いる場合には、複数の金属板のうちで、電子銃のカソード電極に対向する金属板の仕事関数が、他の金属板のそれよりも小さいものであってもよい。これにより、カソード電極に近い金属板においては、他の金属板よりも低い温度で熱電子の放出が起こることになる。従って、従来の方法のように単一材料からなる線材を折り曲げ形成したフィラメントに比べて、カソード電極に対向する金属板の温度を低下させることができる。ひいては、他の金属板の温度も低下させることができるようになるため、フィラメントがカソード電極側に変形することを抑制することができる。【００１７】
上記方法では、前記板材を準備することは、タングステン、及びタングステンを含む合金のうちの少なくとも一方の金属板によって形成される板材を準備することを含むものであってもよい。【００１８】
タングステンは、金属材料のうちで最も融点が高いため、高温での使用にあってもその形状が安定に保たれやすい。また、タングステンは、比較的大きな電気抵抗を有するため、それに電流が流れたときの発熱量も大きくなる。すなわち、タングステンは、熱に対する安定性と、多量の発熱とを要求される部材の形成材料に適したものであると言える。この点を考慮すると、フィラメントの板材としては、タングステン、及びタングステンを含む合金のうちの少なくとも一方の金属板によって形成されることが好ましい。【００１９】
上記方法では、前記板材を準備することは、タンタル金属板とタングステン金属板とからなる金属積層板を準備することを含むものであってもよい。
タンタルはタングステンよりも低い温度で熱電子を放出する。したがって、単一材料の線材を折り曲げることによって形成される従来のフィラメントや、単一のタングステン板から線材を切り出すことによって形成されるフィラメントに比べて、フィラメント自体の温度上昇を抑制することができる。よって、加熱によるフィラメントの変形を抑制することができるとともに、フィラメントの平均寿命も延ばすことができる。【００２０】
上記方法では、前記電子銃用フィラメントの線材を前記板材から切り出すことは、ワイヤ放電加工によって前記板材から前記線材を切り出すことを含むものであってもよい。
ワイヤ放電加工とは一般に、工具電極であるワイヤと被加工体との間の放電を利用して被加工体の一部を除去することにより、同被加工物を所望の形状に加工する方法である。そのため、被加工体が導体であれば、その硬度によらず加工を施すことが可能である。また、ワイヤの位置制御により被加工物を所望の形状に加工することも可能である。そのため、板材からの線材の切り出しにワイヤ放電加工を用いるようにすれば、フィラメントの形成材料の選択の幅が拡大されるとともに、同フィラメント形状に係る精度を向上させることができる。【００２１】
本発明の第二の態様は、電子銃に用いられるフィラメントである。当該フィラメントは、金属材料により形成され、少なくとも１つの屈曲を有する線材を備えており、当該線材が断面矩形状を有している。【００２２】
この構成によれば、ワイヤに曲げ加工を施すことによって形成された従来のフィラメント、即ち、断面円形状のワイヤを用いた従来のフィラメントと比較して、フィラメントの屈曲の箇所に残留する加工歪みが抑制される。従って、電子銃の使用に際してフィラメントが加熱されることがあっても、屈曲の曲がりに戻りが生じることが抑制される。即ち、加熱に起因して屈曲の形状が変化し、それによって、フィラメントが変形することが抑制される。【００２３】
上記フィラメントでは、前記線材は、複数の金属板を含む金属積層板を用いて形成されてもよい。この構成では、単一の金属板を用いる場合と比較して、金属板の１枚あたりの厚さを薄くすることができる。これにより、金属板の厚さ方向における結晶粒の粗大化が自ずと抑制され、ひいては電子銃用フィラメントの強度及び寿命も向上されることになる。【００２４】
上記フィラメントでは、前記複数の金属板は、異なる金属材料によって形成されてもよい。この構成では、各金属板の結晶粒が、それぞれの金属板の厚みを超えて粗大化することが抑えられる。その結果、積層板の厚さ方向における結晶粒の粗大化を、該結晶粒が属する金属板の厚さに限定することが可能となる。【００２５】
上記フィラメントでは、前記金属積層板は、タンタル金属板とタングステン金属板との積層板であってもよい。この構成では、単一材料の線材を折り曲げることによって形成される従来のフィラメントや、単一のタングステン板から線材を切り出すことによって形成されるフィラメントに比べて、フィラメント自体の温度上昇を抑制することができる。よって、加熱によるフィラメントの変形を抑制することができるとともに、フィラメントの平均寿命も延ばすことができる。【００２６】
上記フィラメントでは、複数の金属板のうち最も小さな仕事関数を有する金属板が前記電子銃のカソード電極に対向して配置されるようにフィラメントが形成されてもよい。この構成では、複数の金属板のうち、カソード電極に近い金属板においては、他の金属板よりも低い温度で熱電子の放出が起こることになる。従って、単一材料からなる線材を折り曲げ形成した従来のフィラメントに比べて、カソード電極に対向する金属板の温度を低下させることができる。ひいては、他の金属板の温度も低下させることができるようになるため、フィラメントがカソード電極側に変形することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は従来の電子銃用フィラメントに用いられるワイヤを示す斜視図、（ｂ）は従来の電子銃用フィラメントの製造工程を示す斜視図。
【図２】本発明の一実施の形態に係る電子銃用フィラメントの概略構造を示す斜視図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は図２の電子銃用フィラメントの製造工程を概略的に示す模式図。
【図４】図２の電子銃用フィラメントが適用される電子銃の構成を示す概略図。
【図５】図２の電子銃用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】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７】カソード電圧を変更したときの電子銃用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８】（ａ）（ｂ）は電子ビームの安定性を評価した結果を示すグラフ。
【図９】図２の電子銃用フィラメントの耐用時間を示すグラフ。
【図１０】図２の電子銃用フィラメントの材料に適用可能なタングステンとタンタルの熱電子放射密度の比較を示すグラフ。
【図１１】図２の電子銃用フィラメントにタングステン金属板とタンタル金属板とのＷ−Ｔａ積層板を使用した実施例２の電子銃用フィラメントの概略構成図。
【図１２】タングステン金属板のみを用いた実施例１のフィラメントの寿命と、Ｗ−Ｔａ積層板を用いた実施例２のフィラメントの寿命とを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る電子銃用フィラメント１の製造方法を具現化した一実施の形態について、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、本実施の形態の製造方法によって製造された電子銃用フィラメント１の斜視構造を示したものである。同図２に示されるように、電子銃用フィラメント１は、４つの面によって外周面が構成されたタングステン等の高融点金属からなる断面矩形状の線部材である。この電子銃用フィラメント１は、上記外周面を構成する１つの面（カソード対向面１ｓ）を含んだ仮想平面Ｐｉ上において３カ所の連続した屈曲１ｃからなる凹凸曲線状の屈曲部１ａを有する。この屈曲部１ａにおいて上記３カ所の屈曲１ｃが連なる方向の両端部には、カソード対向面１ｓの法線方向に延びる直線状の一対の脚部１ｂ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電子銃用フィラメント１は、その外周面をなす４つの面のいずれか一つに沿うように屈曲されることによって、フィラメント１の周方向に沿った捻れを有しないように構成されている。
【００２９】
図３は、こうした電子銃用フィラメント１の製造工程を示したものである。
図３（ａ）に示されるように、上記電子銃用フィラメント１の製造に際してはまず、この線材の構成材料である、例えばタングステンからなる金属板Ｐが用意される。なお、本実施の形態では金属板Ｐとして、上記カソード対向面１ｓ（仮想平面Ｐｉ）を加工面Ｐｓとして有して例えば厚さが０．５ｍｍであるタングステン板を用いるようにしている。
【００３０】
次いで、図３（ｂ）に示されるように、周知のワイヤ放電加工装置ＷＥにより金属板Ｐの加工が行われる。より詳細には、金属板Ｐの加工面Ｐｓと直交するように配置されたタングステン等からなる工具ワイヤ電極ＷＥ１と被加工体である金属板Ｐとに、加工電源ＷＥ２から例えば６０Ｖ〜３００Ｖ程度の電圧が印加される。そして、これも周知であるＮＣ（Numerical Control）装置ＷＥ３により金属板Ｐの位置が制御されつつ、上記カソード対向面１ｓ上の３カ所の屈曲１ｃの形状、すなわち当該電子銃用フィラメント１における屈曲部１ａの２次元的な凹凸曲線の形状に従い、金属板Ｐが上下、あるいは左右に移動される。ちなみに、このときの金属板Ｐの移動速度である、いわゆる加工送り速度は一般に、１分間あたり５ｍｍ程度である。これにより、工具ワイヤ電極ＷＥ１と金属板Ｐとの距離が数十μｍ程度になると、これらの間で火花放電が発生する。このとき、工具ワイヤ電極ＷＥ１及び金属板Ｐの温度が数千度にまで加熱され、金属板Ｐの一部が溶解するとともに、この溶解された金属が、金属板Ｐの冷却と加工粉の除去を目的として供給された加工液の体積膨張によって金属板Ｐ上から飛散する。なお、加工液としては、水やケロシン等の絶縁液が用いられる。また、工具ワイヤ電極ＷＥ１は、こうした加熱による溶解や破断を回避するために図示しないワイヤ供給機構及びワイヤ巻き取り機構によりその供給及び巻き取りが行われている。こうして溶解金属が飛散することにより、金属板Ｐには加工溝が形成されることになる。また、上記ＮＣ装置ＷＥ３により金属板Ｐの位置制御が行われつつ、このような加工溝の形成工程が繰り返されることにより、電子銃用フィラメント１を形成するための線材Ｐ１が、屈曲部１ａを含むかたちで切り出されることになる。
【００３１】
このように、線材Ｐ１の切り出しに際して、上記ワイヤ放電加工装置ＷＥによるワイヤ放電加工を用いるようにすれば、導体である限りその硬度に限らず当該電子銃用フィラメント１として加工できるようになるため、電子銃用フィラメント１の形成材料に係る選択の幅が拡大される。また、ワイヤ放電加工装置ＷＥが備えるＮＣ装置ＷＥ３により、電子銃用フィラメント１の２次元形状に対応して金属板Ｐの位置制御が精度よく行われるため、同電子銃用フィラメント１の形状に係る精度を向上させることができる。
【００３２】
こうしてワイヤ放電加工装置ＷＥにより切り出された線材Ｐ１は、図３（ｃ）に示されるように、長手方向の中心部に屈曲部１ａを有し、且つ加工面Ｐｓ（カソード対向面１ｓ）に垂直な断面が矩形となるかたちに形成される。その後、図３（ｄ）に示されるように、上記線材Ｐ１の長手方向の両端部が、加工面Ｐｓ（カソード対向面１ｓ）の法線方向に折り曲げられることで、電子銃用フィラメント１が製造される。
【００３３】
このような電子銃用フィラメント１の製造方法では、先の図１に示される従来のフィラメント１００の製造方法のように、線材としてのワイヤＷに外力を加えて曲げることにより屈曲部１００ａを所望の形状とするのではなく、ワイヤ放電加工装置ＷＥを用いて屈曲部１ａを含むかたちで線材Ｐ１を金属板Ｐから切り出すようにしている。これにより、製造された電子銃用フィラメント１の屈曲部１ａには加工による歪みが抑制され、電子銃用フィラメント１が電子銃に搭載されたときの加熱に起因する、該電子銃用フィラメント１、特にその屈曲部１ａの変形を抑制することができるようになる。
【００３４】
なお、このようにワイヤ放電加工によって切り出されたフィラメント１では、上述のように、その屈曲部１ａを含むカソード対向面１ｓに垂直な断面の形状が矩形状である。加えて、電子銃用フィラメント１の外周面を構成する一対の対向する面、具体的には、屈曲部１ａを含むカソード対向面１ｓに垂直な一対の面には、ワイヤ放電加工による加工痕が形成されることとなる。この加工痕は、ワイヤ放電加工時の上記工具ワイヤ電極ＷＥ１の進行方向、すなわち電子銃用フィラメント１の線材Ｐ１の長手方向に垂直な筋状の痕、いわゆる条痕が所定間隔毎に形成されることとなる。よって、当該電子銃用フィラメント１は、その断面形状が矩形であること、及び上記一対の面に所定間隔毎に条痕が形成されていることにより、従来のようにワイヤＷ（図１）を屈曲させて形成したフィラメント１００と識別可能である。
【００３５】
次に、上記電子銃用フィラメント１を搭載する電子銃、いわゆるピアス式電子銃１０について図４を参照して説明する。図４は、例えば蒸着装置に適用されるピアス式電子銃１０の概略構成を示している。同図４に示されるように、ピアス式電子銃１０は、交流電流のジュール熱により発熱して熱電子を放出する電子銃用フィラメント１を搭載している。この電子銃用フィラメント１のカソード対向面１ｓに対する法線方向（照射方向Ｄ）には、カソード電極２、ウェーネルト電極３、アノード電極４、フローレジスタ５がこの順に配置されている。また、照射方向Ｄとは反対方向において電子銃用フィラメント１の隣には、イオンコレクタ８が配置されている。
【００３６】
電子銃用フィラメント１の屈曲部１ａとカソード電極２とは照射方向Ｄにおいて対向するように配置されている。図４に一点鎖線にて示されるように、電子銃用フィラメント１とカソード電極２との各々の中心は、照射方向Ｄに延びる光軸Ａ上に配設されている。この光軸Ａ周りにおけるカソード電極２の周囲は、ウェーネルト電極３によって囲繞されている。照射方向Ｄにおいてウェーネルト電極３の隣には、円錘筒状をなし、上記カソード電極２の一つの面（照射方向Ｄに垂直な面）と対向する貫通孔を有するアノード電極４が配置されている。このアノード電極４は、アノード電極４の貫通孔と照射方向Ｄに連続する貫通孔を有したフローレジスタ５と連結されている。フローレジスタ５の外周には、上記アノード電極４に近い位置から順に集束コイル６と揺動コイル７とが設けられている。集束コイル６及び揺動コイル７の各々は、磁場を発生させて、アノード電極４を通過した電子ビームＥＢを照射対象（本例では蒸着材料３１）上に集束させる、あるいは蒸着材料３１上で揺動させる機能を有する。
【００３７】
なお、これら電子銃用フィラメント１、各種電極２〜４、各種コイル６，７、及びイオンコレクタ８は、開口を有する筐体９内に搭載されている。筐体９の開口は、電子ビームＥＢの照射口として設けられ、上記アノード電極４及びフローレジスタ５の各々の貫通孔に連結されている。また、筐体９の開口の周りにはフランジ９ａが設けられており、このフランジ９ａは、電子ビームＥＢの照射対象である蒸着材料３１が配された蒸着室３０に固定されている。蒸着室３０は、このフランジ９ａを介して、電子銃１０を構成する筐体９の開口と連通している。
【００３８】
上記電子銃用フィラメント１には、該電子銃用フィラメント１に交流電流を供給するフィラメント電源２１が接続されており、また、カソード電極２及びウェーネルト電極３には、これらに直流電圧を印加するカソード電源２２が接続されており、そして、アノード電極４には、該アノード電極４に直流電圧を印加する加速電源２３が接続されている。これらカソード電極２、ウェーネルト電極３及びアノード電極４には、電子銃用フィラメント１の電位が最も低く、且つアノード電極４の電位が最も高くなるように、カソード電源２２及び加速電源２３からの入力電圧が印加される。
【００３９】
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からの交流電流が電子銃用フィラメント１に供給され、電子銃用フィラメント１が２０００Ｋ〜３０００Ｋに加熱されて、熱電子を放出する。そして、カソード電源２２により電子銃用フィラメント１に対して正の電位が印加されたカソード電極２が、該電子銃用フィラメント１からの熱電子と熱輻射とによって加熱されることにより、同じく熱電子を放出する。このカソード電極２により放出された熱電子は、該カソード電極２と同電位であるウェーネルト電極３と、これらカソード電極２とウェーネルト電極３とに対して正の電位が印加されているアノード電極４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４の貫通孔とこれに連結されたフローレジスタ５とを通過した熱電子は、筐体９の開口から蒸着室３０に向かって電子ビームＥＢとして放出される。
【００４０】
この際、カソード電極２から放出される熱電子の一部が筐体９内及び蒸着室３０内において残留気体に衝突すると、この残留気体が陽イオン化される。この陽イオンは、上記カソード電極２とアノード電極４との間の電圧により加速される。この加速された陽イオンがカソード電極２に衝突すると、これに起因してカソード電極２に穴が形成される。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、この穴が大きくなってカソード電極２に貫通孔が形成される虞がある。こうした状況を考慮して、カソード電極２に隣接して照射方向Ｄの反対方向に上記イオンコレクタ８が配置されている。この構成では、カソード電極２に貫通孔が形成された場合であっても、このカソード電極２の貫通孔を通じて電子銃用フィラメント１へと放出された陽イオン、すなわちイオンビームがイオンコレクタ８により吸収される。従って、イオンビームによる電子銃１０の損傷が抑制されることとなる。
【００４１】
ここで、本実施の形態に係る電子銃用フィラメント１は上述のように、従来のフィラメント１００（図１参照）と比較して加工歪みが少ないために、従来のフィラメント１００よりもその熱変形が抑制される。つまり、電子銃用フィラメント１に交流電流が供給される際に、該電子銃用フィラメント１がカソード電極２側へ変位することが従来のフィラメント１００よりも抑制されることとなる。よって、電子銃用フィラメント１とカソード電極２との距離（以下、Ｆ−Ｃ距離という）を短縮することが可能になる。それゆえに、従来と同様の電子ビームＥＢの出力を得る上においては、Ｆ−Ｃ距離が短縮される分だけ電子銃用フィラメント１の加熱条件がより緩慢なものとなる。したがって、加工歪みが少ないことのみならず、それによって加熱条件が緩慢なものとなることからも、電子銃用フィラメント１の熱変形がより確実に抑制可能となる。ひいては、電子銃用フィラメント１とカソード電極２とのＦ−Ｃ距離がより一定値に維持されるとともに、電子銃用フィラメント１の中心とカソード電極２の中心とが初期の位置に好適に維持される。結果、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される。
【００４２】
（実施例）
以下、本発明にかかる電子銃用フィラメント１の実施例１を製造例とともに説明する。
厚さが０．５ｍｍのタングステン板を金属板Ｐとして用意し、上記ワイヤ放電加工装置ＷＥを用いたワイヤカット加工を施すことによって、上記屈曲部１ａを含む線材Ｐ１を当該タングステン板から切り出した。そしてタングステン板から切り出された線材Ｐ１の長さ方向における両端部に折曲げ加工を施して脚部１ｂを形成することによって、実施例１の電子銃用フィラメント１を得た。また、直径が０．５ｍｍのタングステン線材、即ち断面円形状のワイヤに対して折曲げ加工を施すことによって、上記屈曲部１ａに対応する屈曲部１００ａと上記脚部１ｂに対応する１００ｂとを有する比較例のフィラメント１００を得た。
【００４３】
そして実施例１の電子銃用フィラメント１を搭載した電子銃１０と比較例のフィラメント１００を搭載した電子銃１０とを下記の照射条件にて駆動し、実施例１の電子銃用フィラメント１のカソード電極２側への変形量と、比較例のフィラメント１００のカソード電極２側への変形量とを計測した。なお、計測に用いた電子銃１０は、フィラメントが異なる点以外は同一構成である。
・電子ビームの出力：１７ｋＷ・加速電圧：２０ｋＶ
・カソード電圧：１．２ｋＶ
・Ｆ−Ｃ距離：４．２ｍｍ
なお電子銃１０からの電子ビーム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。これらのうち、フィラメント制御とは、フィラメント１とカソード電極２との間に印可する電圧すなわちカソード電圧を一定とし、フィラメント１に投入する電力を調整することにより電子ビームＥＢの出力を制御する方法である。一方、カソード制御とは、フィラメント１に投入する電力を一定とし、上記カソード電圧を調整する方法である。以下では、これら２つの制御方法のうち、主にフィラメント制御により各電子銃１０を駆動して得られた結果を示す。
【００４４】
上述する変形量を測定した結果、実施例１の電子銃用フィラメント１のカソード電極２側への変形量が比較例のフィラメント１００のカソード電極２側への変形量よりも１．６ｍｍだけ小さいことが認められた。つまり比較例のフィラメント１００を用いた場合には、Ｆ−Ｃ距離の最小値として４．２ｍｍが必要であるのに対し、実施例１の電子銃用フィラメント１を用いることによって、Ｆ−Ｃ距離の最小値が２．６ｍｍにまで短縮可能であることが認められた。
【００４５】
次いで、実施例１の電子銃用フィラメント１を搭載した電子銃１０から照射される電子ビーム出力の照射条件依存性を計測した。図５は、下記の照射条件において照射される電子ビーム出力と電子銃用フィラメント１への投入電力との関係を２種類のＦ−Ｃ距離について示す図である。また図６は、同じく下記の照射条件において照射される電子ビーム出力とカソード電極２への投入電力との関係を２種類のＦ−Ｃ距離について示す図である。そして図７は、Ｆ−Ｃ距離を２．６ｍｍとしたときの電子ビーム出力と電子銃用フィラメント１への投入電力との関係を３種類のカソード電圧について示す図である。なお、カソード電極２への投入電力とは、上記カソード電圧と、フィラメント１とカソード電極２との間に流れる電流との積である。
【００４６】
ここで、図５及び図６では、Ｆ−Ｃ距離を２．６ｍｍとして得られた結果を黒丸にて、他方、Ｆ−Ｃ距離を４．２ｍｍとして得られた結果を黒四角にてそれぞれ示している。また図７では、カソード電圧を１．０ｋＶとして得られた結果を黒菱形にて、そして、カソード電圧を１．２ｋＶとして得られた結果を黒丸にて、さらに、カソード電圧を１．４ｋＶとして得られた結果を黒三角にて、それぞれ示している。
・電子ビームの最大出力：３０ｋＷ
・加速電圧：２０ｋＶ
・カソード電圧：１．２ｋＶ
・Ｆ−Ｃ距離：２．６ｍｍ，４．２ｍｍ
ちなみに、Ｆ−Ｃ距離として設定された２．６ｍｍと４．２ｍｍのうち、４．２ｍｍは、先の図１に示す従来の製造方法にて製造された比較例のフィラメント１００を用いた場合に、Ｆ−Ｃ距離として設定可能な最小値である。これに対し、２．６ｍｍは、先の図３に示した本実施の形態に係る製造方法にて製造した実施例１の電子銃用フィラメント１を用いた場合に、上記Ｆ−Ｃ距離として設定可能な最小値である。ここで、本実施の形態に係る製造方法にて製造されたフィラメント１が、カソード電極２との距離をより短く設定可能である理由は、上述の通りである。
【００４７】
図５に示されるように、電子ビームＥＢの出力を１７ｋＶで得る場合、フィラメント１への投入電力は、上記Ｆ−Ｃ距離が２．６ｍｍのときには凡そ８３．６Ｗであるのに対して、上記Ｆ−Ｃ距離が４．２ｍｍのときには凡そ９３．１Ｗである。従って、上記Ｆ−Ｃ距離を短縮することにより、フィラメント１への投入電力が凡そ１０％低減できることが認められた。また、電子ビームＥＢの出力を１７ｋＶとする場合に限らず、図５に示されるように、０．８４ｋＷ、２．８ｋＷ、５．６ｋＷ、あるいは１１．２ｋＷとした場合にもほぼ同様の傾向が得られた。これは、Ｆ−Ｃ距離が短縮された分だけ、フィラメント１から放出された熱電子がカソード電極２に引き込まれやすくなること、及び熱輻射に係る形態係数、すなわちフィラメント１から輻射される熱がカソード電極２に到達する割合が大きくなることによるものと考えられる。
【００４８】
図６に示されるように、電子ビームＥＢの出力を１７ｋＶとするときのカソード電極２への投入電力は、上記Ｆ−Ｃ距離を４．２ｍｍとしたとき９３２．４Ｗであるのに対し、Ｆ−Ｃ距離を２．６ｍｍとしたとき５６０Ｗである。従って、上記Ｆ−Ｃ距離を短縮することにより、カソード電極２への投入電力が凡そ４０％低減されることが分かった。また図６に示されるように、電子ビームＥＢの出力を０．８４ｋＷ、２．８ｋＷ、５．６ｋＷ、及び１１．２ｋＷのいずれに設定しても、上記１７ｋＷに設定した場合ほどではないにしろ、カソード電極２への投入電力が低減されることが分かった。これも上述のように、Ｆ−Ｃ距離が短縮された分だけ、電子銃用フィラメント１から放出された熱電子がカソード電極に引き込まれやすくなること、及び熱輻射に係る形態係数、すなわちフィラメント１から輻射される熱がカソード電極２に到達する割合が大きくなることによるものと考えられる。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、大きなカソード電極投入電力が必要になる一因であると考えられる。
【００４９】
これら図５、図６の結果から明らかなように、上記Ｆ−Ｃ距離を短縮することにより、電子銃用フィラメント１への投入電力やカソード電極２への投入電力を低減しつつも、所望とする電子ビームＥＢの出力が得られるようになる。
【００５０】
図７に示されるように、電子ビームＥＢの出力を０．８４ｋＷ、２．８ｋＷ、５．６ｋＷ、１１．２ｋＷ、及び１７ｋＷのいずれに設定しても、カソード電圧が高い程、フィラメント１への投入電力が小さい値であった。これは、カソード電圧が高い分だけ、フィラメント１から放出された熱電子がカソード電極２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、電子ビームＥＢの出力の制御性は、図７に示される各グラフの傾きからも分かるように、カソード電圧が低いほど向上する。この理由は、カソード電圧が低いほど、フィラメント１への投入電力を所定値だけ大きくする、あるいは小さくしたときの電子ビームＥＢの出力変化度合いが緩慢化されるためである。従って、電子ビームＥＢの出力制御に係る精度が向上されると言える。
【００５１】
こうした図７の結果から明らかなように、上述のフィラメント制御にて電子銃１０を駆動する場合、カソード電圧はより低い値とした方が電子ビームＥＢの出力制御に係る精度を向上させることはできるものの、所望とする電子ビームＥＢの出力を得るためには、電子銃用フィラメント１への投入電力をより大きくする必要がある。この点、上述するように、実施例１の電子銃用フィラメント１であれば、Ｆ−Ｃ距離を短縮させることが可能であるために、所望とする電子ビームＥＢの出力を得る上において電子銃用フィラメント１への投入電力が低減可能となる。そのため、電子ビームＥＢの出力制御に係る精度を向上させる際に必要とされる電子銃用フィラメントへの投入電力の増加分を、Ｆ−Ｃ距離の短縮による減少分によって相殺することも可能となる。つまり屈曲部１ａにおける加工の歪みが押さえられた電子銃用フィラメント１であれば、該電子銃用フィラメント１への投入電力を大きくさせることなく、電子ビームＥＢの出力制御に係る精度が向上可能になる。
【００５２】
次いで、実施例１の電子銃用フィラメント１を搭載した電子銃１０と比較例のフィラメント１００を搭載した電子銃１０とを下記の照射条件にて駆動したときのビーム電流の経時的な安定性能を計測した。なお計測に用いた電子銃１０は、フィラメントが異なる点以外は同一構成である。図８（ａ）は実施例１の電子銃用フィラメント１のビーム電流の変動度合いを、また図８（ｂ）は比較例の電子銃用フィラメント１００のビーム電流の変動度合いを示したものである。これら図８（ａ）及び図８（ｂ）においては、１時間あたりのビーム電流の最大値が実線Ｌｍａｘにて、またその最小値が実線Ｌｍｉｎにて、そして１時間あたりのビーム電流の平均値が破線Ｌａｖにてそれぞれ示されるとともに、１時間あたりのビーム電流の変動幅としてのこれら最大値と最小値との差が棒グラフにて示されている。
・電子ビームの出力：１７ｋＷ
・加速電圧：２０ｋＶ
・ビーム電流：８５０ｍＡ
・カソード電圧：１．２ｋＶ（実施例１），１．４ｋＶ（比較例）
・Ｆ−Ｃ距離：２．６ｍｍ（実施例１），４．２ｍｍ（比較例）
・照射時間：９０時間
図８（ａ）に示す実施例１では、上述のようにＦ−Ｃ距離を２．６ｍｍに設定可能であることから、上記照射条件を満たすカソード電圧として１．２ｋＶが設定可能となる。こうした照射条件下にてビーム電流の値を凡そ９０時間に渡り測定したところ、１時間あたりのビーム電流の平均値と最大値との差が最大で５ｍＡであり、また、同平均値と最小値との差が最大で３ｍＡであった。これに対し、図８（ｂ）に示す比較例では、フィラメントとカソード電極との距離は４．６ｍｍに設定されることから、上記照射条件を満たすカソード電圧として１．４ｋＶが設定されることになる。こうした照射条件下にてビーム電流の値を凡そ９０時間に渡り測定したところ、１時間あたりのビーム電流の平均値と最大値との差が最大で１０ｍＡであり、また、同平均値と最小値との差が最大で４ｍＡであった。
【００５３】
このように、比較例のフィラメント１００を用いた場合の変動幅に比べて、実施例１の電子銃用フィラメント１を用いた場合の変動幅を、１／１．７５に低減することができる。このように変動幅が低減されるのは、実施例１の電子銃用フィラメント１では、比較例のフィラメント１００と比較して、加熱による熱変形を抑制できることから、通電に起因するＦ−Ｃ距離の変動を低減できるとともに、Ｆ−Ｃ距離を短縮することができ、その結果、カソード電圧を低く設定して電子ビームＥＢの出力制御性を向上できたためと考えられる。
【００５４】
次いで、実施例１の電子銃用フィラメント１を搭載した電子銃１０と比較例のフィラメント１００を搭載した電子銃１０とを、先の図８（ａ）（ｂ）のときと同一の照射条件にて駆動したときの耐用時間であるフィラメント寿命を計測した。なお、ここで言う耐用時間とは、フィラメントへの通電を開始してからこれが断線するまでの時間である。また、実施例１の電子銃用フィラメント１と比較例のフィラメント１００とのそれぞれについて２５個体の耐用時間を測定している。
【００５５】
図９に示されるように、比較例のフィラメント１００の耐用時間に係る平均が３７１時間であるのに対し、実施例１の電子銃用フィラメント１の耐用時間に係る平均は７００時間であった。つまり、実施例１の電子銃用フィラメント１の平均耐用時間が、比較例のフィラメント１００の平均耐用時間の１．９倍であることが分かった。このように平均耐用時間が長くできるは、実施例１の電子銃用フィラメント１では、加熱による変形が抑制されるため、該電子銃用フィラメント１における機械的な劣化を抑制できるとともに、Ｆ−Ｃ距離を短縮できることから、電子銃用フィラメント１への投入電力が低減可能となる、すなわち、電子銃用フィラメント１の温度を低下させることができたためと考えられる。加えて、比較例のフィラメント１００では、最長の耐用時間と最短の耐用時間との差が約３００時間であるのに対し、実施例１の電子銃用フィラメント１では、その最長の耐用時間と最短の耐用時間との差が約２００時間となり、電子銃用フィラメント１個体間での耐用時間のばらつきも抑制可能であることが認められた。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態における電子銃用フィラメント１の製造方法によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）電子銃用フィラメント１に形成される屈曲部１ａを構成する線材Ｐ１が金属板Ｐから切り出される。これにより、例えばワイヤＷのような線材に折曲げ加工を施すことによって形成された屈曲部１００ａを有する従来のフィラメント１００と比較して、電子銃用フィラメント１では、屈曲部１ａの内部に残留する加工歪みを抑制することができる。その結果、電子銃１０の使用に際して、電子銃用フィラメント１が加熱されることがあっても、屈曲部１ａの内部に残留する加工歪みが極めて小さいので、屈曲部１ａの曲がりに戻りが生じることが抑制される。よって、屈曲部１ａの形状に変化を起こすこと、すなわち、フィラメント１が加熱に起因して変形することが抑制される。
【００５７】
（２）電子銃用フィラメント１の熱変形が抑制されるため、電子銃用フィラメント１とカソード電極２との距離（Ｆ−Ｃ距離）を短縮することができる。その結果、電子銃１０への投入電力、例えばフィラメント１への投入電力やカソード電極２への投入電力を低減しつつも、所望とする電子ビームＥＢの出力を得ることができる。
【００５８】
（３）電子銃用フィラメント１の熱変形が抑制されるため、通電に起因するＦ−Ｃ距離の変動を低減できるとともに、Ｆ−Ｃ距離を短縮することができる。その結果、カソード電圧を低く設定して電子ビームＥＢの出力制御性を向上することができる。こうした出力制御性の向上によって、従来のフィラメント１００を用いた場合の電子ビームＥＢの出力変動幅に比べて、本実施の形態の電子銃用フィラメント１を用いた場合の電子ビームＥＢの出力変動幅を約１／１．７５に低減することができる。
【００５９】
（４）電子銃用フィラメント１の熱変形が抑制されるため、該電子銃用フィラメント１における機械的な劣化を抑制できるとともに、Ｆ−Ｃ距離を短縮することができる。その結果、電子銃用フィラメント１へ投入する電力を低減して、該電子銃用フィラメント１の温度上昇を抑制することができる。これにより、従来のフィラメント１００に比較して、電子銃用フィラメント１の平均耐用時間を約１．９倍に延ばすことができる。
【００６０】
（５）従来のフィラメント１００では、最長の耐用時間と最短の耐用時間との差が凡そ３００時間であるのに対し、本実施の形態に係る電子銃用フィラメント１では、その最長の耐用時間と最短の耐用時間との差が凡そ２００時間である。よって、電子銃用フィラメント１の個体間での耐用時間のばらつきも抑制される。
【００６１】
なお、上記実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することも可能である。
・電子銃１０は上記構成に限らない。例えば、集束コイル及びフローレジスタを更に備える構成としてもよい。
【００６２】
・電子銃用フィラメント１の屈曲部１ａを構成する屈曲１ｃの個数や屈曲部１ａの形状は上記の個数及び形状に限らない。例えば屈曲部１ａを構成する屈曲の数は任意に設定可能であるとともに、屈曲部１ａの形状は線材Ｐ１の長手方向と交差する方向に延びる凹凸曲線状であってもよい。また、屈曲部１ａの形状をいわゆる渦巻型としてもよい。
【００６３】
・金属板の厚さを０．５ｍｍとしたが、これに限らず、例えば電子銃１０で得る出力等に応じて任意に変更可能である。
・ワイヤ放電加工の条件、例えば工具ワイヤ電極ＷＥ１と金属板Ｐとの間に印加する電圧の大きさや、金属板Ｐの移動速度である加工送り速度等は、フィラメントの形状やワイヤ放電加工装置ＷＥの性能等に応じて任意に設定可能である。
【００６４】
・電子銃用フィラメント１の金属板Ｐからの切り出しはワイヤ放電加工によって行うこととした。これに限らず、例えばウォータジェット法等、他の加工方法を採用してもよい。なお、ウォータジェット法とは、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程の孔を介して例えば３００ＭＰａ程度に加圧された水を用いて上記金属板Ｐ等の切断加工を行う方法であり、例えば水流は５００ｍ／ｓ〜８００ｍ／ｓに設定される。
【００６５】
・また、加圧された水流に研磨材を混入して、これにより加工を行うアブレシブジェット法を採用してもよい。
・金属板Ｐの形成材料、つまりフィラメント１の形成材料をタングステンとした。これに限らず、タングステンを含む合金をフィラメントの形成材料として用いてもよい。あるいは、タングステンの代わりにタンタルなどの他の金属材料をフィラメント材料として用いてもよい。タンタル（Ｔａ）の仕事関数はタングステン（Ｗ）のそれよりも小さいことから、タンタルはタングステンよりも低い温度で、それと同じ量の熱電子を放出することができる。例えば、図１０に示されるように、１．２Ａ／ｃｍ２の熱電子を得る温度は、タンタルでは約２５００Ｋであり、タングステンでは約２６４０Ｋである。したがって、タングステンの代わりにタンタルを用いることで、フィラメント１の温度を約１４０Ｋ、低くすることができる。
【００６６】
・上記電子銃用フィラメント１の構成材料である金属材料は一般に結晶粒の集合体であり、こうした結晶粒は加熱によって粒径を拡大させる。この加熱の条件が高温化、あるいは長期化等すると、電子銃用フィラメント１において結晶粒の粗大化が進行してしまい、これに起因してフィラメント１が脆化する虞がある。そこで上記金属板Ｐとしては、単一の板材からなるものを採用したが、これを変更して、複数の金属板からなる金属積層板を用いてフィラメントを形成してもよい。こうした構成であれば、以下のような効果が得られる。すなわち、
（６）単一の金属板からなる板材を用いる場合と比較して、金属板１枚あたりの厚さを薄くすることができ、金属板の厚さ方向における結晶粒の粗大化が自ずと抑制され、ひいては電子銃用フィラメントの強度及び寿命も向上されることになる。
【００６７】
・金属薄板のように圧延にて形成された材料は通常、その圧延率が高いほど、圧延方向とその他の方向とで機械的な特性である機械的強度が異なるようになる。例えば、弾性率、降伏強さ、及び引張強さ等は、上記圧延方向とは垂直な方向において最大、且つ圧延方向と平行な方向において最小であり、他方、伸びは圧延方向とは垂直な方向において最小、且つ圧延方向と平行な方向において最大となる傾向を有する。そのため、単一の板材からなる金属板によって電子銃用フィラメント１が形成されるとなれば、特定の方向においてその機械的強度が所望とする程度に維持されない虞がある。そこで上記積層板を用いる際には、各金属板の圧延方向が互いに交差するように複数の金属板が積層されることが望ましい。こうした構成であれば、上記（６）に加えて、
（７）積層板を構成する金属板それぞれの機械的な特性が相補されるようになり、積層板としての機械的強度が向上され、ひいてはこの積層板から切り出された線材にて構成される当該電子銃用フィラメントの機械的強度も向上されるようになる。
といった効果が得られるようになる。
【００６８】
ちなみに、（７）の効果は、互いに隣接する金属板同士を、それらの圧延方向が垂直をなすように積層したときに最も顕著となる。
・さらに、上記積層板を用いる場合には、複数の金属板が互いに異なる金属材料で形成されてもよい。これにより、
（８）積層板において隣接する金属板同士が互いに異なる金属材料からなるため、同一金属材料からなる複数の金属板を積層した積層板に比べて、一つの金属板を構成している結晶粒が、他の金属板との境界面を超えて粗大化することが抑制される。つまり、結晶粒が、その結晶粒からなる金属板の厚みを超えて粗大化することが抑制される。ひいては、積層板の厚さ方向における結晶粒の粗大化を、各結晶粒が属する金属板の厚さに制限することが可能となる。
といった効果が得られるようになる。
【００６９】
・また、異なる金属板を用いて積層板を形成する際には、電子銃用フィラメント１の上記カソード電極２に対向する側に配置される金属板を、その他の金属板よりも仕事関数の小さい材料からなるようにしてもよい。例えば、タングステン（Ｗ）金属とタンタル（Ｔａ）金属とからなる金属積層板を用いてフィラメントを形成してもよい。図１１は、タンタル金属板４２とタングステン金属板４３とのＷ−Ｔａ積層板を用いて形成された実施例２のフィラメント４１の構成を概略的に示す。このフィラメント４１を用いた電子銃１０では、タンタル金属板４２がカソード電極２と対向して配置され、タングステン金属板４３がカソード電極２と反対側に配置される。即ち、タンタル金属板４２がカソード対向面１ｓを含む。フィラメント４１は、タングステン金属板４３にタンタル金属板４２を接合してＷ−Ｔａ積層板を得た後、Ｗ−Ｔａ積層板から線材を切り出すことによって形成される。なお、金属板４２，４３を接合することに代えて、タングステン金属板４３にタンタル金属を溶射することによって、あるいはタンタル金属板４２にタングステン金属を蒸着することによって、Ｗ−Ｔａ積層板を形成することもできる。換言すれば、タングステン金属板４３からタングステン線材を切り出し、該タングステン線材にタンタル金属を溶射することによってフィラメント４１を形成してもよい。あるいは、タンタル金属板４２からタンタル線材を切り出し、該タンタル線材にタングステン金属を蒸着することによってフィラメント４１を形成してもよい。上記したように、タンタルは、タングステンよりも低い温度で、それと同じ量の熱電子を放出することができる（図１０参照）。このため、実施例２では、実施例１のフィラメント１に比べて、フィラメント４１の温度上昇を抑えて平均耐用時間（平均寿命）を延ばすことができる。図１２は、実施例１のフィラメント寿命と実施例２のフィラメント寿命とを示すグラフである。図１２に示すように、実施例１のフィラメント１の平均寿命は７００時間であるのに対して、実施例２のフィラメント４１の平均寿命は８３８時間である。よって、実施例２では、実施例１よりも平均寿命を約１．２倍延ばすことができる。ここで、タンタルは、低い温度で熱電子を効率的に放出することができる反面、高温ではタングステンよりも引張強度の点において劣る。このため、Ｗ−Ｔａ積層板を用いた場合には、フィラメント４１の十分な強度を確保しつつ、同フィラメント４１の温度上昇を抑えることができる。要約すれば、実施例２のフィラメント４１は、以下の利点を有する。
【００７０】
（９）フィラメント４１は、タンタル金属板４２とタングステン金属板４３とのＷ−Ｔａ積層板を用いて形成される。フィラメント４１を電子銃１０に配置した場合、タンタル金属板４２はカソード電極２に対向して配置される。タンタルはタングステンよりも低い温度で熱電子を放出する。したがって、単一材料の線材を折り曲げることによって形成された従来のフィラメント１００や、単一金属板から線材を切り出すことによって形成された実施例１のフィラメント１に比べて、カソード電極２に対向する金属板（即ちタンタル金属板４２）の温度上昇が抑制される。ひいては、タングステン金属板４３の温度上昇が抑制され、フィラメント４１自体の温度上昇が抑制される。よって、実施例１に比べて、フィラメント４１がカソード電極２側に変形することを抑制することが可能となる。
【００７１】
・異なる仕事関数を有する３つ以上の金属（又は金属板）を用いてフィラメントを形成してもよい。この場合、最も仕事関数の低い金属が電子銃のカソード電極に対向して配置されるように、フィラメントを形成することが望ましい。
【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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【図１２】
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【国際調査報告】
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