(57)【要約】【課題】真空槽内において電子ビームを射出した際に該電子ビームによって発生する、イオンスパッタリングによるフィラメントの損傷を防止して長寿命化を図り、つづら折り状かつ平面的に成形されたフィラメントにより収束性が高く極めて良質の電子ビームを射出できるようにする。【解決手段】電流が流されて発熱することで熱電子を放出するフィラメント１１と、グランド電位又はプラス電位に電圧が印加されフィラメント１１から放出された熱電子を引き付けるアノード１２と、マイナス電位の高電圧が印加されフィラメント１１から放出された熱電子からなる電子ビーム２５がアノード１２に直接向かわず偏向して射出されるようにフィラメント１１とアノード１２との間に配設されたウェーネルト１３とを備え、フィラメント１１が、熱電子を極力広い面積から一方向に放出できるように線材をヘアピン状に折り曲げてつづら折り状かつ平面的に形成した構成を特徴とする。【選択図】        図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流されて発熱することで熱電子を放出するように構成されたフィラメントと、グランド電位又はプラス電位に電圧が印加され前記フィラメントから放出された熱電子を引き付けるアノードと、マイナス電位の高電圧が印加され前記フィラメントから放出された前記熱電子からなる電子ビームが前記アノードに直接向かうのを妨げ該電子ビームを偏向させて射出するように前記フィラメントと前記アノードとの間に配設されたウェーネルトとを備え、前記フィラメントは、前記熱電子を極力広い面積から放出できるように線材を平面的に折り曲げてなることを特徴とする電子銃。
【請求項２】
電流が流されて発熱することで熱電子を放出するように構成されたフィラメントと、グランド電位又はプラス電位に電圧が印加され前記フィラメントから放出された熱電子を引き付けるアノードと、マイナス電位の高電圧が印加され前記フィラメントから放出された前記熱電子からなる電子ビームが前記アノードに直接向かうのを妨げ該電子ビームを偏向させて射出するように前記フィラメントと前記アノードとの間に配設されたウェーネルトとを備え、前記フィラメントは、前記熱電子を極力広い面積から一方向に放出できるように線材を所定の曲率半径でヘアピン状に折り曲げてつづら折り状かつ平面的に形成したことを特徴とする電子銃。
【請求項３】
電流が流されて発熱することで熱電子を放出するように構成されたフィラメントと、グランド電位又はプラス電位に電圧が印加され前記フィラメントから放出された熱電子を引き付けるアノードと、マイナス電位の高電圧が印加され前記フィラメントから放出された前記熱電子からなる電子ビームが前記アノードに直接向かうのを妨げ該電子ビームを偏向させて射出するように前記フィラメントと前記アノードとの間に配設されたウェーネルトとを備え、前記フィラメントは、前記熱電子を極力広い面積から一方向に放出できるように線材を所定の曲率半径でヘアピン状に折り曲げてつづら折り状かつ平面的で略長方形状に形成してなることを特徴とする電子銃。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸着や溶解等の電子ビーム加工に用いられる電子ビーム加工用の電子銃に係り、特に真空槽内において電子ビームを射出した際に該電子ビームによって発生する、イオンスパッタリングによるフィラメントの損傷を防止して長寿命化を図り、つづら折り状かつ平面的に成形されたフィラメントにより収束性が高く極めて良質の電子ビームを射出できるようにした電子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子銃には、直進形の電子銃（非特許文献１）と偏向形の電子銃（特許文献１）がある。直進形の電子銃は、電子ビームがフィラメント（陰極）から直進するように射出されるものであり、偏向形の電子銃は、フィラメントから射出された電子ビームが、磁界によって例えば１８０°、２７０°等の方向に進むように構成されたものである。
【０００３】直進形の電子銃のフィラメントには、スパイラル形のもの（非特許文献２）やヘアピン形（非特許文献３）等が用いられている。例えばスパイラル形のフィラメントは、熱電子の放出面積が広いという利点はあるが、直進形の電子銃は、電子ビームの偏向角が０乃至３０°程度であるので、真空槽内の残留ガスが電子ビームによって陽イオン化され、逆流してフィラメントに衝突する、いわゆるイオンスパッタリングが発生し易く、該イオンスパッタリングによってフィラメントが早期に損耗、断線してしまい、寿命が短い（例えば数時間程度）という欠点があった。
【０００４】しかし、例えば光通信用フィルタでは数層乃至数百層のコーティングを施す場合には、真空槽内に入れたまますべてのコーティングを行う必要があり、電子銃のフィラメントが途中で切れたからといって真空槽を開けることはできない。
【０００５】そこで偏向形の電子銃が開発され用いられるようになった。該電子銃１は、図１５及び図１６に示すように、イオン（図示せず）が電子（図示せず）よりもはるかに質量が重いことを利用して、電子ビーム２を湾曲させて矢印Ｂ方向に射出することで、陽イオンがフィラメント３に引き寄せられず、別の場所に衝突するようにして、イオンスパッタリングを防止し、フィラメント３の長寿命化を実現させている。
【０００６】電子銃１においては、フィラメント３の正面が開口しており、斜め上方にアノード４が取り付けられ、該アノード４とフィラメント３との間に邪魔板を兼ねたウェーネルト５が取り付けられている。
【０００７】しかし従来用いられているフィラメント３は、図１４から図１７に示すように、軸対称で立体的なコイル形に形成されていたため、熱電子６はフィラメント３の表面から矢印Ｒ方向に放射状に放出されてしまい、これによって電子ビーム２の収束性が若干悪く、更に良質の電子ビームを得るためには、更なる改良が必要とされていた。
【０００８】
【非特許文献１】電子・イオンビーム工学，電気学会編，第４９頁
【非特許文献２】電子・イオンビームハンドブック第２版，日刊工業新聞社，第１１８頁
【非特許文献３】電子・イオンビーム光学，裏  克己，共立出版，第１７０頁
【特許文献１】米国特許第６０６４６８６号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、電流が流されて発熱することで熱電子を放出するように構成されたフィラメントと、グランド電位又はプラス電位に電圧が印加されフィラメントから放出された熱電子を引き付けるアノードと、マイナス電位の高電圧が印加されフィラメントから放出された熱電子からなる電子ビームがアノードに直接向かうのを妨げ該電子ビームを偏向させて射出するようにフィラメントとアノードとの間に配設されたウェーネルトとを備え、フィラメントは、熱電子を極力広い面積から一方向に放出できるように線材を平面的に折り曲げてなることによって、真空槽内において電子ビームを射出した際に該電子ビームによって発生する、イオンスパッタリングによるフィラメントの損傷を防止して長寿命化を図り、かつ平面的に成形されたフィラメントにより収束性が高く極めて良質の電子ビームを射出できるようにすることである。
【００１０】また他の目的は、上記構成において、熱電子を極力広い面積から一方向に放出できるように、フィラメントの線材を所定の曲率半径でヘアピン状に折り曲げて、つづら折り状かつ平面的に形成することによって、熱電子の放出量を増加させて、密度が大きく収束性が高く、極めて良質の電子ビームを得ることができるようにすることである。
【００１１】更に他の目的は、上記構成において、フィラメントの線材を所定の曲率半径でヘアピン状に折り曲げて、つづら折り状かつ平面的に形成すると共に、略長方形に形成することによって、フィラメント取付け部位の開口形状が長方形の場合に、該取付け部位のスペースを十分に活用して熱電子の放出面積をできるだけ広く確保すると共に、電子ビーム射出の効率を高め、電子ビームの質の向上を図ることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
要するに本発明に係る電子銃（請求項１）は、電流が流されて発熱することで熱電子を放出するように構成されたフィラメントと、グランド電位又はプラス電位に電圧が印加され前記フィラメントから放出された熱電子を引き付けるアノードと、マイナス電位の高電圧が印加され前記フィラメントから放出された前記熱電子からなる電子ビームが前記アノードに直接向かうのを妨げ該電子ビームを偏向させて射出するように前記フィラメントと前記アノードとの間に配設されたウェーネルトとを備え、前記フィラメントは、前記熱電子を極力広い面積から一方向に放出できるように線材を平面的に折り曲げてなることを特徴とするものである。
【００１３】また本発明に係る電子銃（請求項２）は、電流が流されて発熱することで熱電子を放出するように構成されたフィラメントと、グランド電位又はプラス電位に電圧が印加され前記フィラメントから放出された熱電子を引き付けるアノードと、マイナス電位の高電圧が印加され前記フィラメントから放出された前記熱電子からなる電子ビームが前記アノードに直接向かうのを妨げ該電子ビームを偏向させて射出するように前記フィラメントと前記アノードとの間に配設されたウェーネルトとを備え、前記フィラメントは、前記熱電子を極力広い面積から一方向に放出できるように線材を所定の曲率半径でヘアピン状に折り曲げてつづら折り状かつ平面的に形成したことを特徴とするものである。
【００１４】また本発明に係る電子銃（請求項３）は、電流が流されて発熱することで熱電子を放出するように構成されたフィラメントと、グランド電位又はプラス電位に電圧が印加され前記フィラメントから放出された熱電子を引き付けるアノードと、マイナス電位の高電圧が印加され前記フィラメントから放出された前記熱電子からなる電子ビームが前記アノードに直接向かうのを妨げ該電子ビームを偏向させて射出するように前記フィラメントと前記アノードとの間に配設されたウェーネルトとを備え、前記フィラメントは、前記熱電子を極力広い面積から一方向に放出できるように線材を所定の曲率半径でヘアピン状に折り曲げてつづら折り状かつ平面的で略長方形状に形成してなることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。本発明に係る電子銃１０は、図１０から図１３において、フィラメント１１と、アノード１２と、ウェーネルト１３とを備えている。
【００１６】フィラメント１１は、フィラメントの第１実施例であって、図１から図３に示すように、電流が流されて発熱することで熱電子（図示せず）を放出するように構成されたものであって、熱電子を極力広い面積から一方向（例えば矢印Ａ方向）に放出できるように線材を所定の曲率半径でヘアピン状に折り曲げて、つづら折り状かつ平面的で略長方形に形成されている。
【００１７】フィラメント１１の両端１１ａ，１１ｂは、図１０及び図１１に示すように、フィラメント取付け部１４，１５に夫々挾持固定できるように、例えば下方又は熱電子放出面と垂直な方向に真っ直ぐ延長された形状となっている。
【００１８】ヘアピン状の折曲げは、例えば２箇所の折返し部１１ｃで平面的にかつ左右方向に折り返すことによって、３箇所の水平部１１ｄを形成し、該３箇所の水平部１１ｄと２箇所の折返し部１１ｃがつづら折り状の横長の略長方形を形成している。
【００１９】なお、フィラメントの形状はこれに限られず、以下のようなものであってもよい。図４から図６において、フィラメントの第２実施例に係るフィラメント１６では、例えば５箇所のヘアピン状の折返し部１６ｃで平面的にかつ上下方向に折り返すことによって、６箇所の垂直部１６ｄを形成し、該６箇所の垂直部と５箇所の折返し部１６ｃがつづら折り状かつ平面的に形成してなり、横長の略長方形を形成している。両端１６ａ，１６ｂは下方に真っ直ぐ延長された形状となっている。
【００２０】また、図７において、フィラメントの第３実施例に係るフィラメント１８では、例えば左右４箇所ずつ、計８箇所のヘアピン状の折返し部１８ｃで平面的にかつ左右方向に折り返すことによって、８箇所の短い水平部１８ｄと１箇所の長い水平部１８ｅを形成し、計９箇所の水平部１８ｄ，１８ｅと８箇所の短い水平部１８ｄがつづら折り状の横長の略長方形を形成している。両端１８ａ，１８ｂは下方に真っ直ぐ延長された形状となっている。
【００２１】更に、図８において、フィラメントの第４実施例に係るフィラメント１９では、図５に示したフィラメント１６について、ヘアピン状の折返し部１９ｃを、例えば１１箇所に増やしてつづら折り状にしたものであり、垂直部１９ｄは１２箇所形成されている。両端１９ａ，１９ｂは下方に真っ直ぐ延長された形状となっている。
【００２２】そして図９において、フィラメントの第５実施例に係るフィラメント２０では、図１から図３に示したフィラメント１１について折返し方を工夫して、ヘアピン状の折返し部２０ｃを３箇所形成し、水平部２０ｄを５箇所形成し、垂直部２０ｅを２箇所形成したものであり、折返し部２０ｃ、水平部２０ｄ及び垂直部２０ｅがつづら折り状の横長の略長方形を形成している。両端２０ａ，２０ｂは下方に真っ直ぐ延長された形状となっている。
【００２３】なお、上記のフィラメント１１，１６，１８，２０は、いずれも横長の略長方形の範囲内で表面積をなるべく増加させて高密度の熱電子を放出できるようにするために、折返し方を工夫したものであるが、これらは一例であって、請求項１及び請求項２の発明においては、平面的であれば他の形状であってもよい。また同請求項の発明においては、略長方形には限られず、フィラメント取付け部のスペースを有効に活用できる形状であればよく、例えば楕円形等であってもよい。
【００２４】アノード１２は、図１０から図１３に示すように、グランド電位又はプラス電位に電圧が印加され、フィラメント１１から放出された熱電子を引き付けるためのものであって、例えば導電板をＬ字形に折り曲げてなり、その短辺部１２ｂがねじ２１によってアノード取付け台２２の前方突出し部２２ａに取り付けられ、長辺部１２ａが下方に垂下した状態となっている。
【００２５】アノード取付け台２２には、ねじ２３によってガンカバー２４と一緒にＥＢ源取得部（図示せず）に固定され、該アノード取付け台２２には、ねじ３６によって板硝子３５に取り付けられている。
【００２６】ウェーネルト１３は、図１０から図１３に示すように、マイナス電位の高電圧が印加され、フィラメント１１から放出された熱電子からなる電子ビーム２５がアノード１２に直接向かうことを妨げ、該電子ビーム２５を偏向させて放出するようにフィラメント１１とアノード１２との間に配設されたものであって、例えば導電板をコ字状に折り曲げて、短辺垂直部１３ａ、水平部１３ｂ及び長辺垂直部１３ｃを一体的に形成したものである。
【００２７】ウェーネルト１３は、短辺垂直部１３ａがフィラメント１１とアノード１２の間に入り込むようにして、ねじ２６によってフィラメント取付け部１４に取り付けられている。
【００２８】フィラメント１１は、図１０から図１３に示すように、フィラメント取付け部１４，１５に対してフィラメント押え２８，２９を夫々ねじ３０で取り付け、該フィラメント押え２８，２９とフィラメント取付け部１４，１５とによって両端１１ａ，１１ｂを挾持することで、つづら折り状の略長方形に形成された折返し部１１ｃ及び水平部１１ｄが正面を向くようにして固定されている。
【００２９】フィラメント取付け部１４，１５は、ねじ３６によって板碍子３５に取り付けられ、ねじ３４によって高圧接続ブロック（図示せず）に取り付けられている。図１２に示すように、フィラメント１１には、高圧接続ブロックを介して交流電源３１が接続されると共に、直流電源３２の陰極側が接続され、陽極側はアノードに接続されている。
【００３０】図示していないが、アノード１２はグランド電位にも接続され、ウェーネルト１３はフィラメント１１と同様にマイナス電位に電圧を印加されるようになっている。
【００３１】本発明は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図１２及び図１３において、図示しない真空槽内において、フィラメント１１にマイナス電位の電圧を印加し、アノード１２にプラス電位の電圧を印加すると共に（例えば４乃至１０ｋＶ）、フィラメント１１の両端１１ａ，１１ｂに交流電圧を印加すると、フィラメント１１が加熱され、熱電子を放出する。
【００３２】この熱電子は、電界によってアノード１２に引き付けられるが、邪魔板となるウェーネルト１３がマイナス電位に電圧を印加されていることから、該ウェーネルト１３と反発し、アノード１２の方向に偏向しながらも該アノード１２に至ることなく矢印Ｂ方向に進んで行き、これが電子ビーム２５となる。
【００３３】真空槽内に存在していたガスの分子が熱電子によって陽イオン化されると、該陽イオン３８がイオン流３３となって陰極であるフィラメント１１に向かって逆流する。しかし陽イオン３８は熱電子と比較しても質量が桁違いに大きいため、フィラメント１１の方向に曲がることができず、慣性によって矢印Ｃ方向に直進し、フィラメント押え１４，１５の付近にぶつかる。これによってフィラメント１１に対するイオンスパッタリングが防止されるので、フィラメント１１の寿命は飛躍的に長くなり、多層膜及び連続蒸着機のコーティング工程（図示せず）といった長時間の使用にも耐えることができる。
【００３４】フィラメント１１は、つづら折りかつ平面的に折り曲げられて、極力広い面積から熱電子を放出できるように構成されているので、熱電子が発散せずに一方向に放出され易い。これによって収束性が高く、極めて良質の電子ビーム２５を安価に得ることができる。フィラメント１１，１６，１８，１９，２０の場合には、更に広い面積から熱電子を放出するように高密度に折り曲げられているため、電子ビーム２５の密度も一層高くなり、更に良質の電子ビーム２５を射出することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、上記のように電流が流されて発熱することで熱電子を放出するように構成されたフィラメントと、グランド電位又はプラス電位に電圧が印加されフィラメントから放出された熱電子を引き付けるアノードと、マイナス電位の高電圧が印加されフィラメントから放出された熱電子からなる電子ビームがアノードに直接向かうのを妨げ該電子ビームを偏向させて射出するようにフィラメントとアノードとの間に配設されたウェーネルトとを備え、フィラメントは、熱電子を極力広い面積から一方向に放出できるように線材を平面的に折り曲げてなるものとしたので、真空槽内において電子ビームを射出した際に該電子ビームによって発生する、イオンスパッタリングによるフィラメントの損傷を防止できるため長寿命化を図ることができ、かつ平面的に成形されたフィラメントにより収束性が高く極めて良質の電子ビームを射出できるという効果がある。
【００３６】また上記構成において、熱電子を極力広い面積から一方向に放出できるように、フィラメントの線材を所定の曲率半径でヘアピン状に折り曲げて、つづら折り状かつ平面的に形成したので、熱電子の放出量を増加させて、密度が大きく収束性が高く、極めて良質の電子ビームを得ることができるという効果が得られる。
【００３７】更には、上記構成において、フィラメントの線材を所定の曲率半径でヘアピン状に折り曲げて、つづら折り状かつ平面的に形成すると共に、略長方形に形成したので、フィラメント取付け部位の開口形状が長方形の場合に、該取付け部位のスペースを十分に活用して熱電子の放出面積をできるだけ広く確保することができると共に、電子ビーム射出の効率を高め、電子ビームの質の向上を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１から図１３は、本発明の実施例に係り、また図１から図３は、フィラメントの第１実施例に係り、図１はフィラメントの斜視図である。
【図２】フィラメントの正面図である。
【図３】熱電子を一方向に収束性よく放出しているフィラメントを示す側面図である。
【図４】図４から図６は、フィラメントの第２実施例に係り、図４はフィラメントの斜視図である。
【図５】フィラメントの正面図である。
【図６】熱電子を一方向に収束性よく放出しているフィラメントを示す側面図である。
【図７】第３実施例に係るフィラメントの正面図である。
【図８】第４実施例に係るフィラメントの正面図である。
【図９】第５実施例に係るフィラメントの正面図である。
【図１０】電子銃の斜視図である。
【図１１】電子銃の部分破断斜視図である。
【図１２】電子ビームを射出し、フィラメント以外の部分にイオン流が逆流している電子銃の部分破断斜視図及び該電子銃に接続された交流電源及び直流電源の配線図である。
【図１３】電子ビームを射出している電子銃の縦断面図である。
【図１４】図１４から図１６は、従来例に係り、図１４はフィラメントの正面図である。
【図１５】フィラメントから電子ビームを射出している電子銃の縦断面図である。
【図１６】電子銃において、コイル状のフィラメントから熱電子が放射状に出てしまい、電子ビームの収束性が若干悪化している状態を示す縦断面図である。
【図１７】フィラメントから熱電子が放射状に放出されている状態を示す拡大側面図である。
【符号の説明】
１０    電子銃
１１    フィラメント
１２    アノード
１３    ウェーネルト
１６    フィラメント
１８    フィラメント
１９    フィラメント
２０    フィラメント
２５    電子ビーム
【図１】
2004192903.tif 000003
【図２】
2004192903.tif 000004
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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