(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れて加熱することにより電子を放出するフィラメントと；
前記フィラメントを収容し前記電子が通過する開口の形成されたカソードであって、前記フィラメントの前記開口側に配置され前記フィラメントを覆う覆いと、前記フィラメントから離隔した位置で前記開口に向けて形成された突部とを有するカソードと；
前記カソードの開口を通過した電子を加速するアノードとを備え；
前記カソードが軸対称形状であり、
前記アノードが中央に前記電子が通過する開口を有する軸対称形状である；
電子銃。
【請求項２】
前記フィラメントは、前記カソードの開口より大きな径に配置される；
請求項１に記載の電子銃。
【請求項３】
前記フィラメントは、前記アノードの開口より大きな径に配置される；
請求項１または請求項２に記載の電子銃。
【請求項４】
前記フィラメントは、前記カソードの内面に沿い配置される；
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子銃。
【請求項５】
前記フィラメントがソレノイド形状に配置された；
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子銃。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電子銃と；
前記電子銃に電圧を供給する電源とを備える；
電子ビーム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを発生し、放射する電子銃および電子ビーム発生装置に関し、特に、フィラメントの寿命の長い電子銃および電子ビーム発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子銃はフィラメントを加熱して電子を放出させ、フィラメントの周囲にカソードとアノードとを配列し、電子を集束させ、加速して電子ビームとして照射するための装置である。図１２に従来の電子銃９の模式的断面図を示す。フィラメント１４０を加熱することにより熱電子を放出し、熱電子はカソード１１０およびアノード１３０で加速され、電子ビームｅとしてカソードの開口１１６およびアノードの開口１３２を抜けて、照射するのに用いられる。
【０００３】
例えば、蒸着装置では、ターゲット（試料）に電子銃９から発生する電子ビームｅを偏向して照射することによりターゲットを溶融、蒸発させ、被蒸着物の表面に成膜させる。しかし、電子ビームｅの進路上で電子ビームｅは雰囲気ガスに衝突し、その結果、雰囲気ガスがイオン化する。このイオン化したガスは、プラス・イオンＩとなるので、電子銃９のカソード１１０に引き寄せられ、カソード１１０側に配設されたフィラメント１４０に衝突する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラス・イオンがフィラメントに衝突すると、フィラメントが消耗し、その結果、フィラメントの断線を起こすことになる。フィラメントが断線すると、蒸着作業を中断しなければならず、不良品を発生させる結果となることに加え、フィラメントの交換頻度が高くなると、作業性、経済性等で問題を生ずることになる。
そこで本発明は、フィラメントの寿命の長い電子銃および電子ビーム発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る電子銃は、例えば図１に示すように、電流が流れて加熱することにより電子を放出するフィラメント４０と；フィラメント４０を収容し電子が通過する開口１６の形成されたカソード１０であって、フィラメント４０の開口１６側に配置されフィラメント４０を覆う覆い１４と、フィラメント４０から離隔した位置で開口１６に向けて形成された突部２０とを有するカソード１０と；カソードの開口１６を通過した電子を加速するアノード３０とを備える。
【０００６】
このように構成すると、電子ビームが放射されることにより発生したプラス・イオンがカソードに引き寄せられても、開口に向けて突部が形成されているので、突部に引き寄せられることになり、突部はフィラメントから離隔した位置に配置されているので、フィラメントの方向にプラス・イオンは進行しない。したがって、プラス・イオンにより消耗することが防止され、フィラメントの寿命の長い電子銃となる。
【０００７】
また、請求項４に記載の発明に係る電子銃では、例えば図１に示すように、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子銃１において、フィラメント４０は、カソード１０の内面に沿い配置されるように構成されてもよい。
【０００８】
このように構成すると、フィラメントの長さが長くなるので、放出される電子が多くなる。
【０００９】
また、請求項１に記載の発明に係る電子銃では、例えば図１に示すように、カソード１０が軸対称形状であり、アノード３０が中央に電子が通過する開口３２を有する軸対称形状であるように構成されている。
【００１０】
このように構成すると、フィラメントから放出された電子が周囲から均一な電場を受けるので、均一な密度で、かつ、カソードおよびアノードの開口に直交する方向に放射される電子ビームとなる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明に係る電子銃は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の電子銃１において、フィラメント４０は、カソードの開口１６より大きな径に配置されるように構成されてもよい。
【００１２】
このように構成すると、開口部分のカソードがフィラメントの覆いとして作用する。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明に係る電子銃は、例えば図１に示すように、請求項１または請求項２に記載の電子銃１において、フィラメント４０は、アノードの開口３２より大きな径に配置されるように構成されてもよい。
【００１４】
このように構成すると、カソードに引き寄せられるプラス・イオンがアノードにより遮断され、プラス・イオンがアノードの開口を通過するのは、フィラメントの配置された位置から離隔した位置となるので、プラス・イオンがフィラメントに衝突することが防止される。
【００１５】
また、電子銃は、例えば図８に示すように、フィラメント４２は直線状にあるいは曲線状に配置され；アノード３４ｃは、フィラメント４２の長さより短く、かつ、フィラメント４２の長さの中央部に配置されるように構成されてもよい。なお、直線状とは、一本のフィラメントあるいはソレノイド形状にされたフィラメントを実質的に直線に配置する場合を含み、曲線状とは、一本のフィラメントあるいはソレノイド形状にされたフィラメントを円弧状に配置しあるいは波型等曲線を組み合わせた形状に配置する場合を含む。
【００１６】
このように構成すると、フィラメントから放出された電子が、アノードが配置された方向に集められるので、電子が集束し易く、密度の濃い電子ビームを放射する電子銃となる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明に係る電子銃は、例えば図１に示すように、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子銃において、フィラメント４０がソレノイド形状に配置されてもよい。
【００１８】
このように構成すると、フィラメントに電流が流れて加熱され高温になっても、熱膨張を吸収できるので、フィラメントがゆがみにくい。
【００１９】
前記目的を達成するため、請求項６に記載の発明に係る電子ビーム発生装置は、例えば図１１に示すように、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電子銃１と；電子銃１に電圧を供給する電源９０とを備える。
【００２０】
このように構成すると、所定の位置に電子ビームを照射することができ、かつ、フィラメントの寿命の長い電子ビーム発生装置となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による電子銃によれば、電流が流れて加熱することにより電子を放出するフィラメントと、フィラメントを収容し電子が通過する開口の形成されたカソードであって、フィラメントの開口側に配置されフィラメントを覆う覆いと、フィラメントから離隔した位置で開口に向けて形成された突部とを有するカソードと、カソードの開口を通過した電子を加速するアノードとを備え、電子ビームを照射するときに発生するプラス・イオンがフィラメントに衝突することを防止できるので、フィラメントの寿命の長い電子銃となる。
【００２２】
また、本発明による電子ビーム発生装置では、上記の電子銃と、電子銃に電圧を供給する電源とを備えるので、フィラメントの寿命の長い電子ビーム発生装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一または相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。また、図を用いた説明において、「上方」あるいは「下方」とは、図中の上方あるいは下方を意味するもので、実際の装置は、図示したものとは異なる向きに配置されることもあるので、実際の装置における鉛直上方あるいは鉛直下方とは限らない。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態としての電子銃１を説明する図である。本実施の形態では、電子銃１は全体が軸対称に構成されている。図１（ａ）は、電子銃１を対称軸ＡＸを通る面で半分に切断し、内部をも見えるようにした断面斜視図であり、（ｂ）は断面を正面から見た断面図であり、（ｃ）はフィラメント４０の拡大図である。図１では、対称軸ＡＸが上下方向となるように図示している。電子銃１は、マイナスの電圧が印加されるカソード１０と、プラスの電圧が印加されるアノード３０と、加熱されることにより電子を放出するフィラメント４０とを備える。
【００２５】
カソード１０は、円筒形の側板１１と円筒形の一端面を覆う底板１８とを有する。円筒形の他の端面は開口１６となっている。側板１１の内面に、円周方向に、断面が矩形の溝１２が形成されている。溝１２の位置は、フィラメント４０を配置した際に必要な電界強度が得られる位置である必要があり、好ましくは、後述する覆いが確保できる、できるだけ開口１６に近い位置である。なお、電界強度は、カソード１０とアノード３０との間の電圧値、カソード１０とアノード３０との配置、形状により決定される。また、溝１２の断面形状は矩形でなくてもよいが、後述するフィラメント４０を配置し易いような形状であって、かつ、開口１６側の面は、側板１１の内面と直角の面を有することが好ましい。
【００２６】
溝１２には、フィラメント４０が配置される。フィラメント４０は、典型的にはタングステン製のフィラメントである。フィラメント４０は、対称軸ＡＸに対して軸対称なリング状に配置される。フィラメント４０は、図１（ｃ）に示すようにソレノイド形状であることが好ましい。ソレノイド形状とすると、フィラメント４０に電気が流れ加熱されたときに、熱膨張が吸収され、ゆがみが生じないからである。ただし、フィラメント４０の形状は、ソレノイド形状に限られず、一本の線状のフィラメント４０を溝１２に配置してもよい。フィラメント４０を線状とすると、フィラメント４０を溝１２に配置し易くなる。電子銃１では、溝１２が側板１１の内面の円周上に１列で形成されているが、複数の溝１２が並行して形成されて、各溝１２にフィラメント４０が配置されてもよい。あるいは、一つの溝１２に複数本のフィラメント４０が配置されてもよい。また、溝１２が側板１１の内面の円周上に形成されず、側板１１の内面にめねじを切るように螺旋状に形成され、溝１２に沿ってフィラメント４０が螺旋状に配置されてもよい。なお、この場合には、溝１２およびフィラメント４０は対称軸ＡＸに対して軸対称とはならなくなる。このように、溝１２は、側板１１の円筒形の軸（対称軸ＡＸ）と交差する面上に配置されるのがよい。
【００２７】
底板１８の中心から開口１６に向けて、突部２０が形成されている。突部２０は、対称軸ＡＸを中心軸とする円柱形をしており、溝１２が形成されているのとほぼ同じ高さから徐々に径が細くなる肩部２４を有し、その先は細い尖端２２となっている。ここで、ほぼ同じ高さとは、溝１２に配置されるフィラメント４０の下端と同じか、下端より僅かに低い位置であることが好ましいが、多少高い位置になっても、低い位置になってもよい。また、突部２０が、円柱形でなく、底板１８の位置から徐々に細くなる円錐形であってもよく、あるいは、肩部２４や細い尖端２２を有さずに、一様な太さの円柱形であってもよい。突部２０を円錐形あるいは円柱形とすると、突部２０の加工が容易となる。突部２０の高さ（尖端２２の高さ）は、少なくともフィラメント４０の下端と同じ高さを有しており、開口１６と同じ位置までの高さ、さらに、後述するアノード３０と同じ高さあるいはアノード３０の位置より高い位置まで形成されていてもよい。すなわち、突部２０が開口１６に向けて形成されているとは、底板１８からみて開口１６に向けて形成されることで、開口１６を越えて形成される場合を含む。
【００２８】
カソード１０の上方にアノード３０が配設されている。アノード３０は、中心に開口３２が形成された円板形状を有しており、円筒形のカソード１０と同軸に配置される。すなわち、電子銃１は、カソード１０、アノード３０およびフィラメント４０を含めて、対称軸ＡＸに対して軸対称の形状となっている。電子銃１では、アノード３０の開口３２の径は、カソード１０の開口１６より小さい。しかし、アノードの開口３２は、カソード１０の開口１６と同じ大きさの径であっても、あるいは、より大きな径であってもよい。アノード３０はカソード１０の上方に配置されているが、その間隔は、設計上適宜定められる。なお、カソード１０およびアノード３０は金属で形成されるが、加工性、高温での耐久性に優れた金属が好適に用いられる。電子銃１から放射される電子ビームｅを磁場で偏向する場合には、磁性体は磁場の影響を受けるので、非磁性体金属とするのが好ましい。
【００２９】
ここで、フィラメント４０とアノード３０との位置関係を説明する。フィラメント４０とアノード３０とを結ぶ直線の間にカソード１０が配置されていないと、フィラメント４０から放出された電子はアノード３０に引き寄せられてしまう。そこで、フィラメント４０とアノード３０との間には、カソード１０の覆い１４が配置される。覆い１４は、アノード３０の部分であって、フィラメント４０の放出する電子を実質的に吸収する位置（距離と方向）にある部分との間を覆うもので、例えば、フィラメント４０と電子銃１の対称軸ＡＸを挟んで反対側のアノード３０との間を覆う必要はない。なお、「覆う」とは、電子の流れを遮ることである。典型的には、カソード１０の開口１６を電子が通過する方向（開口１６を通過する電子の移動ベクトルの総和としての方向で、通常、対称軸ＡＸと一致する。）と平行な面（円筒面）を想定して、フィラメント４０の内周と一致する面まで、あるいはその面を越えて内側まで、覆い１４が側板１１から延伸する。なお電子銃１では、側板１１の内面に形成された溝１２よりも、開口１６に近い内面の部分が覆い１４となる。後述するようにフィラメント４０の電位はカソード１０の電位とほぼ同電位であるので、フィラメント４０が覆い１４により覆われることにより、覆われた部分の電界強度が弱くなり、この部分からの電子放出が実質的になくなり、その結果、溝１２の開口している方向にだけ電子が放出される。
【００３０】
カソード１０とアノード３０との間には、不図示の高圧電源から高圧電圧が印加される。高圧電圧とは、例えば５ｋＶ程度の電圧である。印加する電圧は、用途によって変化するが、通常は１ｋＶ以上５０ｋＶ以下である。カソード１０が印加されることにより、突部２０も同電位となる。フィラメント４０は、１箇所でカソード１０と接続されており、同電位に保たれている。フィラメント４０には不図示の導電線が接続されており、高圧電源とは別の外部電源から電圧が印加され、フィラメント４０を電流が流れる。フィラメント４０に印加する電圧は、例えば交流２０Ｖというような電圧である。
【００３１】
続いて、図１を参照して、電子銃１の作用について説明する。カソード１０にマイナスの、アノード３０にプラスの高圧電圧を印加する。アノード３０は接地してグランド電位としてもよい。また、フィラメント４０に電圧を印加する。フィラメント４０に電圧を印加することにより、フィラメント４０に電流が流れ、フィラメント４０に電流が流れると、フィラメント４０は加熱され熱電子を放出する。
【００３２】
フィラメント４０から放出された熱電子は、カソード１０と反発し、またアノード３０に引き寄せられることにより加速され、電子の流れである電子ビームｅとなる。ここで、フィラメント４０が覆い１４により覆われた溝１２に配置され、フィラメント４０がリング状に配置されているので、電子ビームｅは、溝１２が開口した方向であるカソード１０の円筒形の中心方向、すなわち対称軸ＡＸに向かう。カソード１０の中心には突部２０が形成されており、突部２０もマイナスに印加されているので、中心に向かった熱電子は、開口１６方向に曲げられ、側板１１の内面の全周のフィラメント４０から放出された熱電子が集束されつつ、密度の高い電子ビームｅとなって、開口１６、アノード３０の開口３２を通過して、外部へ放射される。特に、突部２０のフィラメント４０とほぼ同じ高さに肩部２４が形成されているので、熱電子は、肩部２４に沿うように曲がって、開口１６方向に向かう。また、カソード１０の開口１６より、アノード３０の開口３２の径が小さく形成されているので、集束した電子ビームｅを加速するのに好適である。なお、電子ビームｅの集束が所望の集束となるように、突部２０の高さ、フィラメント４０の配置される位置、アノード３０の開口３２の大きさを適切に設計する。
【００３３】
電子銃１では、フィラメント４０が、円筒形をしたカソード１０の側板１１の内面の周上に配置されているので、フィラメント４０の全長を長くすることができ、フィラメント４０から放出される熱電子が多く、電子ビームｅの電子密度を高めることができる。フィラメント４０を複数本配置することにより、さらに多くの熱電子を放出することができる。あるいは、フィラメント４０を側板１１の内面で螺旋状に配置することにより、フィラメント４０の全長をさらに長くし、熱電子を多く放出するようにしてもよい。また、電子銃１では、突部２０を含むカソード１０、アノード３０、フィラメント４０が軸対称形状に形成されているので、電子ビームｅの電子密度が均一になり易く、また、カソード１０の開口１６およびアノード３０の開口３２に対し、直交する方向、すなわち、カソード１０の円筒形の中心軸の方向に放射される。電子銃１から放射される電子ビームｅの方向が、いわば電子銃１の対称軸ＡＸと一致しているので、電子銃１を用いた装置の設計が簡単化される。
【００３４】
電子銃１から電子ビームｅが放射されると、雰囲気ガスが電子ビームｅにより電離し、プラス・イオンＩとなる。プラス・イオンＩは、カソード１０のマイナス電位に引き寄せられる。電子銃１では、カソード１０の中心に突部２０が形成され、カソード１０の開口１６を越えて、あるいは、開口１６の近くまで突き出ているので、カソード１０に引き寄せられたプラス・イオンＩは、突部２０に引き寄せられて衝突する。特に、突部２０の頂部である尖端２２に引き寄せられる。したがって、プラス・イオンＩは、フィラメント４０に衝突せず、フィラメント４０が損傷することを防ぐことができる。突部２０、特に尖端２２は、プラス・イオンＩの衝突のため、長期間の使用により損傷を受けることもある。その場合には、突部２０だけを交換することにより、電子銃１を長期間使用することができる。そのためには、突部２０をカソード１０と別体とし、対称軸ＡＸ方向にねじなどで螺合する構成とするのがよい。また、突部２０に肩部２４や尖端２２を形成せず、円柱形とすると、プラス・イオンＩの衝突を受ける面が広くなり、プラス・イオンの衝突を分散させ、損傷を受ける程度を減少させることができる。
【００３５】
また、電子銃１では、フィラメント４０が、アノード３０の開口３２の径より大きな径に配置されており、開口３２から離隔した位置に配置されているので、アノードの開口３２を通過したプラス・イオンＩはフィラメント４０に衝突しにくく、好適である。
【００３６】
また、特に蒸着装置に電子銃１を使用する場合などに顕著なことであるが、浮遊している蒸着材料やアノード３０などに堆積した蒸着物が落下することがある。図１に示すように、カソード１０の開口１６を鉛直上向きに向け、その鉛直上方にアノード３０を配置した場合には、アノード３０などから落下する蒸着物がカソード１０側に落下する。この落下する蒸着物がカソード１０内のフィラメント４０に当たると、フィラメント４０に損傷を与えることになる。電子銃１では、覆い１４がフィラメント４０を覆っているので、このような落下する蒸着物がフィラメント４０に当たることを防ぎ、フィラメント４０が損傷することを防ぐことができる。              
【００３７】
以上、説明したように、電子銃１では、カソード１０の中心に突部２０が形成され、フィラメント４０が覆い１４により覆われているので、フィラメント４０の損傷を防ぐことができ、フィラメント４０の寿命が長くなる。
【００３８】
次に、図２の断面斜視図を参照して、電子銃１の変形例としての、突部２６を変形した電子銃２について説明する。電子銃２では、カソード１０が小さな径の円筒形として形成されている。また、突部２６が底板１８からほぼ円錐形状をしており、その頂部は平らにされている。頂部をとがった円錐形としてもよい。また、突部２６の高さは、ほぼ開口１６と同じである。電子銃２では、一つの溝１２に２本のフィラメント４０、４１が配置されている。２本のフィラメント４０、４１は互いに同じ構造のフィラメントでよい。あるいは、別の構造のフィラメントであってもよい。他の構成は、電子銃１と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００３９】
電子銃２では、２本のフィラメント４０、４１が配置されているので、より多くの熱電子が放出される。フィラメント４０、４１から放出された熱電子は、フィラメント４０、４１が覆い１４により覆われた溝１２に配置されていることにより、電子銃１の場合と同様に、カソード１０の中心方向、すなわち対称軸ＡＸに向かう。カソード１０の中心には円錐形状の突部２６が形成されており、中心に向かった熱電子は、円錐形状の面に沿って開口１６方向に曲げられ、側板１１の内面の全周のフィラメント４０、４１から放出された熱電子が突部２６の頂部で集束され、密度の高い電子ビームｅとなって、開口１６、アノード３０の開口３２を通過して、外部へ放射される。特に、カソード１０の径を小さくし、すなわち、フィラメント４０の配置される径を小さくして、中央（突部２６）寄りにフィラメント４０が配置される場合には、突部２６の高さを低めにすることで、電子ビームｅの集束性が良好となる。
【００４０】
また、電子ビームｅによりプラス・イオンＩが生成され、カソード１０に引き寄せられたとしても、アノード３０の開口３２の中心下部あるいはカソード１０の開口１６の中心に突部２６が形成されているので、突部２６に衝突することになる。ここで、突部２６の頂部が平らに削られているので、プラス・イオンＩがカソード１０に引き寄せられたときに、突部２６の平らな頂部に衝突する。したがって、プラス・イオンＩが衝突することによる突部２６の損傷が、突部２６の先端を尖らせた場合と比べ、軽減される。プラス・イオンＩが突部２６に衝突することにより、フィラメント４０、４１に衝突することがなくなり、フィラメント４０、４１の損傷が防止され、フィラメント４０、４１の寿命が長くなる。また、アノード３０の開口３２よりフィラメント４０が大きな径に配置されることにより、および、フィラメント４０、４１が覆い１４に覆われていることにより、フィラメント４０、４１の損傷が防止される効果は、電子銃１と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００４１】
これまでは、アノード３０は開口３２が形成された円板形状をしているものとして説明したが、図３に示すように、開口３２が円孔であれば、アノード３０の形状は円板形状でなくてもよい。図３（ａ）は、矩形平板に開口３２を形成したアノード３０ａを備える電子銃１ａを示す断面斜視図であり、図３（ｂ）は、臼形に形成したアノード３０ｂを備える電子銃１ｂを示す断面斜視図である。このように、アノード３０ａ、３０ｂの形状が円板形状でなくても、開口３２が円孔であれば、これまで説明した電子銃１と同等の電子銃１ａ、１ｂとなる。アノード３０ａを矩形平板とするとアノード３０ａの加工が容易となる。また、アノード３０ｂを臼形に形成しても効果は変わらないので、アノード設置の利便を考慮して臼形にしてもよい。なお、アノード３０を円板形状とすることで、アノード３０を小型軽量化することができる。
【００４２】
また、図４に示すように、フィラメント４０ａは、カソード１０の内面に形成された溝１２の全周にわたって配置されず、一部にだけ配置してもよい。図４は、一部にだけフィラメント４０ａを配置した電子銃１ｃの断面斜視図である。電子銃１ｃのように、フィラメント４０ａを短くし、熱電子の発生箇所を狭くすると、電子ビームｅの集束効果が大きくなり、良好な特性が得られる。
【００４３】
次に、図５を参照して、電子銃１の変形例として、非対称な形状とした電子銃３について説明する。電子銃３は、図１に示す電子銃１の一部を取り出した形状の電子銃である。図５（ａ）は、手前側の側板６３を取り除いた状態での断面斜視図で、（ｂ）は上面図である。電子銃３は、カソード６０と、カソード６０の内部に配置されたフィラメント４５とアノード８０とを備える。
【００４４】
カソード６０は、１辺が角度をもって接触した２枚の側板６３と、２枚の側板６３の離れた辺同士を接続する円弧状の側板６１と、扇形の底板６８とを有する。側板６１の内側には溝６２が円弧の周方向に形成されている。側板６１と２枚の側板６３との上端（底板６８と反対側）に、開口６６が形成される。溝６２には、フィラメント４５が配置され、側板６１の溝６２の上部がフィラメント４５の覆い６４を構成する。
【００４５】
カソード６０の扇形の要に相当する位置ＣＸに、突部７０が形成される。突部７０は、円柱を扇形の角度で区切った形状をしており、底板６８から開口６６に向けて立設している。突部７０はフィラメント４５とほぼ同じ高さの肩部７４で徐々に細くされ、その先は尖端７２として細くて一様な太さになっている。突部７０の尖端７２は、カソード６０の開口６６を越え、アノード８０の開口８２の上にまで突出しているが、開口８２あるいは開口６６より低くてもよい。突部７０は、上記の形状に限られず、円柱形としてもよいし、角柱としてもよい。
【００４６】
カソード６０の上方にアノード８０が配設される。アノード８０は、扇形の板で、要ＣＸに相当する部分に扇形の開口８２が形成されている。開口８２は、カソード６０の開口６６より小さく形成されている。すなわち、開口６６の上方の一部をアノード８０が覆っている。
【００４７】
非対称の電子銃３において、カソード６０とアノード８０とに高圧電圧を印加すると、フィラメント４５から熱電子が放出される。放出された熱電子は、フィラメント４５が溝６２に配置されており、また、側板６３に挟まれていることにより、扇形の要ＣＸ方向に向かう。扇形の要ＣＸの部分では、２枚の側板６３が接触し、かつ、突部７０が形成されているので、熱電子は上方に曲げられ、開口６６を通り、さらに開口８２を通って、電子ビームｅとして、外部に放射される。突部７０が、フィラメント４５から等距離にあるので、熱電子は集束し、密度の高い電子ビームｅとなり易い。特に、フィラメント４５の長さが、電子銃１に比べて短いので、電子ビームｅとして集束しやすい。
【００４８】
電子銃３では、電子ビームｅが放射されることによりプラス・イオンＩが発生して、プラス・イオンＩがカソード６０に引き寄せられても、カソード６０の開口６６に突部７０が突出しているので、プラス・イオンＩは突部７０に衝突する。よって、フィラメント４５に衝突することが防止される。また、アノード８０の開口８２よりフィラメント４５が扇形の外側（大きな径）に配置されることにより、および、フィラメント４５が覆い６４に覆われていることにより、フィラメント４５の損傷が防止される効果は、電子銃１と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００４９】
電子銃３では、カソード６０、アノード８０およびフィラメント４５が非対称形状に形成されても所望の電子密度が得られ、また、プラス・イオンＩや落下する蒸着物によるフィラメント４５の損傷を防いでフィラメント４５の寿命を長くすることができる。なお、フィラメント４５から突部７０までの距離は等距離でなくてもよい。
【００５０】
次に、図６の断面斜視図を参照して、電子銃１の変形例として、軸対称ではなく、対称面ＢＸ、ＢＹに対して面対称な形状とした電子銃４について説明する。電子銃４は、対称面ＢＸ、ＢＹを鉛直方向に配置した場合に上面から見た形状が、小判形をしている。図６（ａ）は、小判形の長軸の中央での断面（対称面ＢＹ）における断面斜視図、（ｂ）は電子銃４の上面図である。電子銃４では、カソード５０が小判形をしており、半円柱形の側部５１と平板形の側板５３と底板５８とを有している。二つの半円柱形の側部５１と二つの平板形の側板５３と底板５８とで、直方体形の空間を形成する。側部５１と側板５３の上端（底板５８と反対側）が開口５６を形成し、開口５６は矩形に形成されている。側板５３の内面に直線状の溝５２が形成され、溝５２にフィラメント４２が直線状に配置され、覆い５４に覆われている。
【００５１】
底板５８から、両側板５３の中間の位置（対称面ＢＸの位置）に、側板５３に平行（すなわち、小判形の長軸に平行）に、両側部５１の内面にわたって板状の突部２７が立設される。突部２７は、両側部５１の内面との間に空隙を有してもよいが、フィラメント４２が配置される位置に対応する位置には、突部２７が立設されるようにする。ここで、フィラメント４２が配置される位置に対応する位置とは、フィラメント４２の配置された位置から、対称面ＢＹに平行に引いた線が、対称面ＢＸと交差する位置である。突部２７は、フィラメント４２が配置されるのとほぼ同じ高さであっても、開口５６に至る高さあるいは開口３６に至る高さ、あるいはそれ以上の高さであってもよい。
【００５２】
アノード３４は、カソード５０と同様の小判形をしており、カソード５０の開口５６とほぼ同じ大きさの矩形の開口３６が形成されている。なお、アノード３４の開口３６の大きさは、カソード５０の開口５６より大きくても小さくてもよい。
【００５３】
なお、図７（ａ）の電子銃４ａの断面斜視図に示すように、アノード３４ａを小判形ではなく、矩形としてもよい。矩形とすると加工しやすくなる。前述の通りに、開口３６が同じであれば、アノード３４ａの形状を変えても、同様の効果が得られる。あるいは、図３（ｂ）の電子銃１ｂで説明したように、アノードは臼形であってもよい。さらに、カソード５０を矩形としてもよく、カソードを矩形にすることにより、軽量化、製作の容易化が図れる。
【００５４】
図７（ｂ）の電子銃４ｂの断面斜視図に示すように、１枚のアノードではなく、２枚のアノード３４ｂにより開口３６ｂを形成してもよい。開口３６ｂは、周囲をアノード３４ｂに囲まれてはいないが、アノード３４ｂの間に挟まれた空間である。平行な２枚のアノード３４ｂの間に形成される開口３６ｂが、突部２７の上方に位置するように、アノード３４ｂを配置する。このようにアノード３４ｂを２枚の板で形成すると、製作が容易となり、さらに、電子銃４ｂを設置する際の自由度が高くなり、設置し易くなる。なお、電子銃４ｂでは、カソード５０ｂは矩形に形成され、側部５１ａも半円形状ではなく、平板で構成されているが、カソードの形状はこれに限られるものではなく、図６に示すカソード５０や後述の図８に示すカソード５０ｃ、図１０に示すカソード５０ｅ、カソード５０ｆであってもよい。
【００５５】
電子銃４、４ａ、４ｂでは、カソード５０とアノード３４、３４ａ、３４ｂとに高圧電圧を印加することにより、直線状に配置されたフィラメント４２から熱電子が放出される。放出された熱電子は、フィラメント４２が溝５２に配置されていることにより、両側板５３に垂直方向、すなわち対称面ＢＸに向かう。両側板５３の中間には突部２７が立設されており、突部２７はカソード５０の電位と同様、マイナス電位である。熱電子は、アノード３４、３４ａ、３４ｂに引き寄せられることと相まって、カソード５０の開口５６方向に曲げられ、アノード３４、３４ａ、３４ｂの開口３６、３６ｂを通って加速され、電子ビームｅとして、外部に放射される。すなわち、電子銃４、４ａ、４ｂでは、突部２７は、平板形状に形成されているが、電子銃１の突部２０や電子銃２の突部２６と同様の効果を有する。また、フィラメント４２が覆い５４に覆われていることにより、フィラメント４２の損傷が防止される効果は、電子銃１と同様であるので、重複する説明は省略する。また、フィラメント４２が、アノード３４、３４ａ、３４ｂの開口３６、３６ｂあるいはカソード５０の開口５６から離隔した位置に配置されているので、開口３６、３６ｂあるいは開口５６を通過したプラス・イオンＩはフィラメント４２に衝突しにくい。
【００５６】
さらに、図８に示す電子銃４ｃのように、アノード３４ｃの長さ（フィラメントが配置されている方向の長さ）を短くしてもよい。図８は、面対称な形状とした電子銃において、アノードを短くした変形例を説明する図であり、（ａ）は電子銃４ｃの断面斜視図および（ｂ）はフィラメント４２を含む面での断面図である。２枚のアノード３４ｃの長さを直線状に配置されたフィラメント４２の長さより短くし、短くしたアノード３４ｃを、フィラメント４２の長さの中央に対応する位置（上方）に配置する。このように構成することにより、フィラメント４２の長さ方向に分布している電子ビームｅ（あるいは熱電子）がアノード３４ｃの配置されている中央部に集められるので、電子ビームｅが集束し易く、すなわち密度の濃い電子ビームｅとなり、好適である。電子銃４ｃでは、カソード５０ｃの側部５１ｃを半球状ではなく、矩形の角を丸めた形状としている。このような形状とすることにより、角がなく、かつ、半円形よりも小型化され軽量なカソードとなる。なお、アノードの長さを短くする構造は、他の形状のカソード、例えば図６に示すカソード５０や図７に示すカソード５０ｂあるいは後述の図１０に示すカソード５０ｅ、カソード５０ｆと共に用いてもよい。なお、電子銃４ｃでは、フィラメント４２は直線状に配置されているが、直線状ではなく、例えば電子銃１ｃ（図４参照）あるいは電子銃３（図５参照）のように円弧状に配置され、その円弧の長さの中央に対応する位置にフィラメントより短い長さのアノードを配置してもよい。また、フィラメントは他の形状であってもよい。
【００５７】
また、図９に示すように、図７に示す電子銃４ｂを対称面ＢＸ（図６（ｂ）参照）で切断したような電子銃４ｄとしてもよい。図９は、面対称な電子銃の片面だけを取り出した電子銃４ｄの断面斜視図である。電子銃４ｄでは、フィラメント４２を１本しか備えず、小型化することができる。小型化され設置スペースを小さくでき、設置が容易となる。図９では、電子銃４ｂの片面としての電子銃４ｄを示したが、他の面対称な電子銃を対称面で切断したような電子銃であってもよい。
【００５８】
図１０（ａ）の電子銃５の断面斜視図に示すように、突部２７を両側板５３の中間の位置（図６（ｂ）の対称面ＢＸの位置）からずらして、立設してもよい。すなわち、電子銃５あるいはカソード５０ｅは、一つの対称面（図６（ｂ）の対称面ＢＹ）についてだけの面対称となる。電子銃５では、両側のフィラメント４２から突部２７までの距離が異なるので、開口３６から放射されるまでの熱電子の経路長が異なることになる。この差異を利用して、電子銃５から放射される電子ビームが目標物に到達するまでの軌道の差を修正することができる。
【００５９】
なお、図１０（ｂ）の電子銃６の断面斜視図に示すように、カソード５０ｆにおいて、突部２７は、底板５８から立設されず、側部５１の内面から架設される梁状のものとして形成してもよい。電子銃６では、側部５１の内面から相対する側部に対称面ＢＹ（図６（ｂ）参照）に垂直に（すなわち、小判形の長軸上に）、支持板２８を架設し、その上に支持板２８に平行に棒状の突部材２９を載置している。突部材２９は、断面が矩形の直方体としているが、直方体でなくてもよく、円柱や三角柱を横置きしてもよく、任意の断面形状でよい。ただし、突部材２９の長さは、フィラメント４２の長さと同じか、より長くするのが好ましい。すなわち、突部材２９は、電子銃４あるいは電子銃５の突部２７の上部に相当し、突部２７の高さに該当する位置と同様に、フィラメント４２が配置されるのとほぼ同じ高さ、開口５６に至る高さ、あるいは開口３６に至る高さ、あるいはそれ以上の高さに配置される。突部材２９を支持板２８に載置せず、突部材２９が梁として側部５１間に架設されてもよい。このように突部材２９を配置することにより、突部２７と同様の効果が得られる。
【００６０】
電子銃５あるいは電子銃６では、電子ビームｅが放射されることによりプラス・イオンＩが発生し、プラス・イオンＩが引き寄せられたとしても、カソード５０の開口５６に突部２７あるいは突部材２９が配設されているので、プラス・イオンＩは突部２７あるいは突部材２９に衝突する。よって、フィラメント４２に衝突することが防止される。フィラメント４２が覆い５４に覆われていることにより、フィラメント４２の損傷が防止される効果は、電子銃１と同様であるので、重複する説明は省略する。また、フィラメント４２が、アノード３４の開口３６あるいはカソード５０の開口５６から離隔した位置に配置されているので、開口３６あるいは開口５６を通過したプラス・イオンＩはフィラメント４２に衝突しにくい。    
【００６１】
次に、図１１を参照して、これまで説明してきたフィラメントが長寿命である電子銃を備えた、電子ビーム発生装置１００について説明する。図１１は、電子銃１を備えた電子ビーム発生装置１００の模式的斜視図である。電子ビーム発生装置１００は、電子銃１と、電子銃１に高圧電圧を供給する高圧電源としての電源９０と、電子銃１のフィラメント４０（図１参照）にフィラメント用電源を供給するフィラメント用電源９２と、電子銃１から放射された電子ビームｅの進行方向を曲げる磁界Ｈを生成する磁界生成装置(不図示）とを備え、電子ビームｅを発生し、所定の位置に照射する装置である。電子銃は、電子銃１ではなく、電子銃１ａ、電子銃１ｂもしくは電子銃１ｃでも、電子銃２でも、電子銃３でも、電子銃４もしくは電子銃４ａでも、電子銃５でも、電子銃６でも、あるいは、本発明に係る他の電子銃でもよい。なお、電子ビーム発生装置１００では、用途により、磁界生成装置を備えず、電子銃１から放射される電子ビームｅを、偏向せずにそのまま直進させてもよい。
【００６２】
電子銃１は、カソード１０とアノード３０との間に電源９０から高圧電圧を印加し、フィラメント４０（図１参照）にフィラメント用電源９２から電圧を印加することにより、カソード１０に配置されたフィラメント４０から熱電子が放出され、電子ビームｅとなって放射される。電源９０は、系外から供給される電力を用いて高圧電圧を発生する。    
【００６３】
電子ビームｅの進行方向を曲げる磁界Ｈは、電子ビームｅを所定の位置に照射するために生成される。磁界生成装置は、周知の偏向コイルでよい。例えば、蒸着装置では、電子銃１がターゲットとなる蒸着原料と被蒸着物の間の障害とならないように、電子銃１を蒸着原料と被蒸着物の間から離れた場所に配置し、電子ビームｅを偏向して使用する。この際、電子ビーム発生装置１００内に堆積した蒸着物、もしくは浮遊している蒸着材料などが電子銃１のフィラメント４０に落下すると、フィラメント４０を損傷してしまう。この蒸着物の落下による損傷を防止するために従来は、電子銃１の開口１６、３２を鉛直上向きではなく、例えば水平方向に向けて配置していた。しかし、電子銃１では、前述のように、覆い１４がフィラメント４０を覆っているので、配置にかかわらず、蒸着物の落下によるフィラメントの損傷が防止される。よって、設計上、電子銃１の配置の自由度が上がる。また、プラス・イオンＩによるフィラメント４０の損傷も防止されている。これらの効果により、電子銃１のフィラメント４０の寿命が長くなるので、作業中にフィラメント４０が断線することによる不良品の発生を減少させ、また、フィラメント４０の交換による作業性、経済性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例としての電子銃を説明する図である。（ａ）は、電子銃を対称軸を通る面で半分に切断し、内部をも見えるようにした断面斜視図、（ｂ）は断面を正面から見た断面図、（ｃ）はフィラメントの拡大図である。
【図２】突部の形状を変形した電子銃の断面斜視図である。
【図３】電子銃のアノードの変形例を説明する断面斜視図である。（ａ）はアノードを矩形とし、（ｂ）はアノードを臼形とした例である。
【図４】電子銃のフィラメントの配置の変形例を説明する断面斜視図である。
【図５】非対称な形状とした電子銃を説明する図である。（ａ）は、手前側の側板を取り除いた状態での断面斜視図、（ｂ）は上面図である。
【図６】面対称な形状とした電子銃の断面斜視図である。（ａ）は、小判形とした電子銃を長軸の中央の対称面で切断し、内部をも見えるようにした断面斜視図、（ｂ）は上面図である。
【図７】面対称な形状とした電子銃のアノードの変形例を説明する図である。（ａ）は、アノードを矩形とした例、（ｂ）は、アノードを２枚とした例である。
【図８】面対称な形状とした電子銃において、アノードを短くした変形例を説明する図である。（ａ）は電子銃の断面斜視図および（ｂ）はフィラメントを含む面での断面図である。
【図９】面対称な電子銃の片面だけを取り出した電子銃の断面斜視図である。
【図１０】面対称な形状とした電子銃の変形例を説明する断面斜視図である。（ａ）は、突部の位置をずらした変形例、（ｂ）は、突部の形状の変形例である。
【図１１】本発明に係る電子銃を備えた電子ビーム発生装置の模式的斜視図である。
【図１２】従来の電子銃の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１、１ａ〜ｃ、２、３、４、４ａ〜ｄ、５、６  電子銃
１０、５０、５０ｂ〜ｆ、６０  カソード
１１、５３、６１、６３  （カソードの）側板
１２、５２、６２  溝
１４、５４、６４  覆い
１６、５６、６６  （カソードの）開口
１８、５８、６８  （カソードの）底板
２０、２６、２７、７０  突部
２２、７２  尖端
２４、７４  肩部
２８  支持板
２９  突部材
３０、３０ａ、３０ｂ、３４、３４ａ〜ｄ、８０  アノード
３２、３６、３６ａ、８２  （アノードの）開口
４０、４０ａ、４１、４２、４５  フィラメント
５１、５１ａ、５１ｃ  側部
９０  高圧電源
９２  フィラメント用電源
１００  電子ビーム発生装置
ｅ  電子ビーム
Ｉ  プラス・イオン
【図１】
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【図２】
0004841945.tif 000003
【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】
0004841945.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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