(57)【要約】【課題】陰極ワイヤの量産性を向上すること。【解決手段】対向配置された陽極１２，１４と、両陽極の対向配置空間内に配置された陰極１６と、を備え、両陽極１２，１４の対向配置空間内の圧力制御と、上記対向配置空間内に炭素膜成膜用のガスの導入制御と、上記両陽極１２，１４への直流高電圧の印加制御の下に陰極１６の両電極面の近傍領域それぞれに炭素膜成膜用の直流プラズマ２２を発生させて、陰極１６の近傍に並置した導体ワイヤ１８の表面に炭素膜を成膜して陰極ワイヤをバッチ生産する製造装置。【選択図】図１
2007317368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流プラズマＣＶＤにより導体ワイヤの表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜して電界放射型真空デバイス用の陰極ワイヤを製造する装置において、
少なくとも一対の対向配置された平板型の陽極と、上記両陽極の対向配置空間内に配置された平板型の陰極と、を備え、
両陽極の対向配置空間内の圧力制御と、上記対向配置空間内に炭素膜成膜用のガスの導入制御と、上記陽極と陰極との間への直流電圧の印加制御の下に上記陰極の両電極面の近傍領域それぞれに炭素膜成膜用の直流プラズマを発生させた状態で、上記陰極の両電極面の近傍に並置した複数の導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜して陰極ワイヤをバッチ生産することが可能になっている、
ことを特徴とする陰極ワイヤ製造装置。
【請求項２】
直流プラズマＣＶＤにより導体ワイヤの表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜して電界放射型真空デバイス用の陰極ワイヤを製造する製造装置において、
少なくとも一対の対向配置された平板型の陽極と、
上記両陽極の対向配置空間内に配置された平板型の陰極と、
上記陰極の両側電極面それぞれの近傍の導体ワイヤ搬送経路に沿って導体ワイヤを連続して搬送する導体ワイヤ搬送機構と、を備え、
両陽極の対向配置空間内の圧力制御と、上記対向配置空間内に炭素膜成膜用のガスの導入制御と、上記両陽極と陰極との間への直流電圧の印加制御の下に上記陰極の両電極面の近傍領域それぞれに炭素膜成膜用の直流プラズマを発生させた状態で、上記導体ワイヤ搬送経路に導体ワイヤを連続搬送しながら各導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜して陰極ワイヤを連続生産することが可能になっている、
ことを特徴とする陰極ワイヤ製造装置。
【請求項３】
上記両陽極の対向配置間に複数の平板型陰極を対向配置した、ことを特徴とする請求項１または２に記載の陰極ワイヤ製造装置。
【請求項４】
直流プラズマＣＶＤにより導体ワイヤの表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜して電界放射型真空デバイス用の陰極ワイヤを製造する製造装置において、
所定方向交互に対向配置された、それぞれ複数の平板型の陽極および陰極と、陽極と陰極それぞれの所定方向に沿って並ぶ複数の対向間を蛇行する導体ワイヤ搬送経路に沿って導体ワイヤを連続して搬送する導体ワイヤ搬送機構とを備え、
各陽極と各陰極とのそれぞれの対向配置空間内の圧力制御と、上記対向配置空間内に炭素膜成膜用のガスの導入制御と、上記各陽極と各陰極との間への直流電圧の印加制御の下に各陰極それぞれの両電極面の近傍領域それぞれに炭素膜成膜用の直流プラズマを発生させた状態で、上記導体ワイヤ搬送経路に導体ワイヤを連続搬送しながら各導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜して陰極ワイヤを連続生産することが可能になっている、
ことを特徴とする陰極ワイヤ製造装置。
【請求項５】
上記陽極と直流電源の正極側とを共に接地し、上記陰極に直流負電圧を印加する、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の陰極ワイヤ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体ワイヤの表面に直流プラズマを用いて電界電子放出用の炭素膜を成膜してフィールドエミッションランプ等の電界放射真空デバイスに用いる陰極ワイヤを製造する陰極ワイヤ製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界放射は、電界集中により電子が真空に放射される現象である。陰極ワイヤは、導体ワイヤの表面にカーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状炭素膜、等のｎｍサイズの微小な先端エッジを持つ炭素膜が成膜されたものであり、電界中において炭素膜が備える多数の先端エッジに電界が集中して電界電子放出することができるものである。
【０００３】
電界放射型真空デバイスはこのような陰極ワイヤを陽極に対向配置し、これらの間に電圧を印加して陰極ワイヤ表面から電界電子放出することができるようにしたものである。
【０００４】
この電界放射真空デバイスには、例えばフィールドエミッションランプ、マイクロマシンデバイス、電子顕微鏡、赤外センサー等の各種の真空デバイスがある。
【０００５】
例えば、電界放射デバイスの１つであるフィールドエミッションランプは、ガラス管内面に蛍光体付き陽極を形成し、そのガラス管内に管長手方向に陰極ワイヤを電子エミッタとして架設し、電界放射により陰極ワイヤ表面から電子放出を行い、この放出した電子を蛍光体に衝突させて、蛍光体を励起発光させることにより照明光を得るものである。
【０００６】
このような導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜する技術として、本出願人は、特許文献１に示す製造装置を既に提案している。この製造装置は、真空チャンバ内にプラズマ放電発生用のコイルを備え、真空チャンバ内に炭素膜成膜用の原料ガスを導入しながらそのコイル内にプラズマ放電を発生させ、該コイル内に配置した導体ワイヤの表面に、電界電子放出用の炭素膜を成膜するものである。しかしながら、この製造装置には、陰極ワイヤの量産性において改善すべき余地が残されている。
【特許文献１】特開２００５−３０７３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、陰極ワイヤの量産性を向上した電界放射型真空デバイス用陰極ワイヤ製造装置を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明第１に係る製造装置は、直流プラズマＣＶＤにより導体ワイヤの表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜して電界放射型真空デバイス用の陰極ワイヤを製造する装置において、少なくとも一対の対向配置された平板型の陽極と、上記両陽極の対向配置空間内に配置された平板型の陰極と、を備え、両陽極の対向配置空間内の圧力制御と、上記対向配置空間内に炭素膜成膜用のガスの導入制御と、上記両陽極と陰極との間への直流電圧の印加制御の下に上記陰極の両電極面の近傍領域それぞれに炭素膜成膜用の直流プラズマを発生させた状態で、上記陰極の両電極面の近傍に並置した複数の導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜して陰極ワイヤをバッチ生産することが可能になっていることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、バッチ生産とはまとまった数の陰極ワイヤを一度に生産する方式を言う。また、連続生産とは連続して陰極ワイヤを生産する方式を言う。
【００１０】
本発明第１においては、平板型の陰極の両側に平板型の陽極が配置されているので、陰極の両側の近傍にプラズマを発生し、かつ、陰極の両側の近傍に導体ワイヤ設置部を設け、この導体ワイヤ設置部に複数の導体ワイヤを並置することにより、一度に多数の陰極ワイヤをバッチ生産することができ、陰極ワイヤの量産性を向上することができる。
【００１１】
（２）本発明第２による製造装置は、直流プラズマＣＶＤにより導体ワイヤの表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜して電界放射型真空デバイス用の陰極ワイヤを製造する製造装置において、少なくとも一対の対向配置された平板型の陽極と、上記両陽極の対向配置空間内に配置された平板型の陰極と、上記陰極の両側電極面それぞれの近傍の導体ワイヤ搬送経路に沿って導体ワイヤを連続して搬送する導体ワイヤ搬送機構と、を備え、両陽極の対向配置空間内の圧力制御と、上記対向配置空間内に炭素膜成膜用のガスの導入制御と、上記両陽極と陰極との間への直流電圧の印加制御の下に上記陰極の両電極面の近傍領域それぞれに炭素膜成膜用の直流プラズマを発生させた状態で、上記導体ワイヤ搬送経路に導体ワイヤを連続搬送しながら各導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜して陰極ワイヤを連続生産することが可能になっていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明第２によると、平板型の陰極の両側に平板型の陽極が配置されているので、陰極の両側の近傍にプラズマを発生することができ、かつ、陰極の両側それぞれの近傍に導体ワイヤを搬送することができる導体ワイヤ搬送経路を設けているので、導体ワイヤを連続してそのプラズマ発生領域に搬送することができ、これらにより、陰極ワイヤを連続生産することができ、陰極ワイヤの量産性を向上することができる。
【００１３】
（３）本発明第３による製造装置は、直流プラズマＣＶＤにより導体ワイヤの表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜して電界放射型真空デバイス用の陰極ワイヤを製造する製造装置において、所定方向交互に対向配置された、それぞれ複数の平板型の陽極および陰極と、陽極と陰極それぞれの所定方向に沿って並ぶ複数の対向間を蛇行する導体ワイヤ搬送経路に沿って導体ワイヤを連続して搬送する導体ワイヤ搬送機構とを備え、各陽極と各陰極とのそれぞれの対向配置空間内の圧力制御と、上記対向配置空間内に炭素膜成膜用のガスの導入制御と、上記各陽極と各陰極との間への直流電圧の印加制御の下に各陰極それぞれの両電極面の近傍領域それぞれに炭素膜成膜用の直流プラズマを発生させた状態で、上記導体ワイヤ搬送経路に導体ワイヤを連続搬送しながら各導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜して陰極ワイヤを連続生産することが可能になっていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明第３によると、平板型の陽極と陰極とが交互に配列され、それらの対向間に設定された導体ワイヤ搬送経路上を導体ワイヤを蛇行状態で連続搬送することができるので、陰極ワイヤを連続生産することができ、陰極ワイヤの量産性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、陰極ワイヤの量産性を向上した陰極ワイヤ製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電界放射型真空デバイス用の陰極ワイヤ製造装置(以下、製造装置)を説明する。実施の形態では電界放射型真空デバイスとしてフィールドエミッションランプに適用している。
【００１７】
（実施の形態１）
図１を参照して実施の形態１の製造装置を説明する。図１は同製造装置の全体の概略化した側面断面図、図２は同製造装置のガス導入や真空排気等の系統の図示を略して示す、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は真空チャンバ内の一対の陽極と両陽極間に挟まれた陰極との間における導体ワイヤの設置状態を理解するために示す斜視図である。
【００１８】
この製造装置は、直流プラズマＣＶＤにより導体ワイヤの表面に電子放出部としての炭素膜を成膜して陰極ワイヤを製造する装置である。
【００１９】
実施の形態の製造装置は、真空チャンバ（反応槽）２を備える。真空チャンバ２にガスボンベ４からプラズマ発生用の水素ガスと原料ガスである炭化水素ガスとが混合されガス圧力／流量調節回路６により圧力と流量とを調節されて導入される。真空チャンバ２には排気制御弁（真空バルブ）８を介して真空排気系１０が接続されており、真空チャンバ２内の圧力が調節される。原料ガスやプラズマ発生用ガスはこれに限定されるものではない。水素ガスに代えて窒素ガス、アルゴンガスを用いることができる。真空チャンバ２内は、真空排気系１０により排気制御弁８の開度制御の下で１０Ｐａから１００００Ｐａの範囲の圧力に制御される。
【００２０】
真空チャンバの内部には２つの平板型の陽極１２，１４が対向配置されている。両陽極１２，１４の対向間には平板型の陰極１６が配置されている。図１では陽極１２，１４と陰極１６は紙面垂直方向に延び、また、図２では紙面上下方向に延びている。両陽極１２，１４の電極面と陰極１６の電極面との間はそれぞれ等距離に離れている。これら陽極１２，１４と陰極１６とは互いに平行に対向配置されている。
【００２１】
陰極１６の両電極面の近傍領域には所定本数の導体ワイヤ１８を一定間隔で配置することができる導体ワイヤ設置領域が配置されている。導体ワイヤ１８は一定間隔でかつ所要の距離を保って図１では紙面垂直方向に並置され、また、図２では紙面上下方向に並置されている。
【００２２】
これら両陽極１２，１４と陰極１６それぞれの真空チャンバ２内での設置構造、ならびに導体ワイヤ１８の設置構造の図示は略している。
【００２３】
両陽極１２，１４は接地されている。陰極１６には直流電源２０の直流負電圧が印加されるようになっている。この場合、直流電源２０の正極は接地されている。
【００２４】
以上の構成において、まず真空チャンバ２の内圧を排気制御弁８を開けて真空排気系１０により真空状態に減圧し、次いで、排気制御弁８の開度を小さくして真空チャンバ２内の排気速度を下げ、真空チャンバ２に調節回路６の調節の下にガスボンべ４から炭素膜成膜用のガスを導入して所定の圧力に調節した後、陽極１２，１４に直流電源２０を印加すると、陰極１６の両電極面近傍に水素ガスによる直流プラズマが破線２２で示すように高密度に発生して炭化水素ガスが分解される結果、当該陰極１６の両電極面近傍に設置された所定本数の導体ワイヤ１８表面に一度に炭素膜が成膜される。すなわち、導体ワイヤ１８は所定本数毎に導体ワイヤ設置領域に設置されて炭素膜が成膜されることにより陰極ワイヤが所定本数毎にバッチ生産される。
【００２５】
以上において、実施の形態１では、従来のような陰極の片方の電極面側に導体ワイヤを設置して陰極ワイヤを製造しているのとは異なって、陰極１６の両電極面側に導体ワイヤ１８を設置して炭素膜を成膜することにより陰極ワイヤを製造するので当該陰極ワイヤを高量産することができる。
【００２６】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２に係る製造装置の側面断面図である。図４では真空チャンバの図示は略している。この製造装置においては、両陽極１２，１４間に２つの陰極１６ａ，１６ｂが両陽極１２，１４に平行に設置されている。実施の形態２では両陰極１６ａ，１６ｂそれぞれの両電極面近傍にプラズマ２２が破線で示すように発生するので、導体ワイヤ１８を実施の形態１の２倍設置することができ、陰極ワイヤのバッチ生産量が実施の形態１のそれの２倍となる。なお、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２７】
（実施の形態３）
図５ないし図７は本発明の実施の形態３に係る製造装置の斜視図である。図５は真空チャンバの図示を略した実施の形態３の製造装置の陽極と陰極との配置等を概略して示し、図６は図５を斜視図で示し、図７は制御回路系を示している。
【００２８】
実施の形態３の製造装置は、直流プラズマＣＶＤにより導体ワイヤの表面に電界電子放出用の炭素膜を成膜してフィールドエミッションランプ用の陰極ワイヤを製造する製造装置であり、所定方向交互に、それぞれ複数の平板型の陽極２４ａ，２４ｂ，２４ｃと陰極２６ａ，２６ｂとが互いに平行に対向配置されている。各陽極２４ａ，２４ｂ，２４ｃは接地されている。各陰極２６ａ，２６ｂには直流電源２０から直流負電圧が印加されるようになっている。直流電源２０の正極側は接地されている。陽極と陰極の配置個数は特に限定しない。
【００２９】
陽極２４ａ，２４ｂ，２４ｃと陰極２６ａ，２６ｂ所定方向（図中矢印ａ方向）に沿って交互に配置されているが、陽極２４ａ，２４ｂ，２４ｃと陰極２６ａ，２６ｂそれぞれの対向間を矢印ｂ〜ｅのように通る蛇行形状の導体ワイヤ搬送経路２８が形成されている。導体ワイヤ１８は、導体ワイヤ搬送制御により、導体ワイヤ搬送経路２８上を搬送されるようになっている。
【００３０】
導体ワイヤ搬送制御系は、導体ワイヤ搬送経路２８に沿って導体ワイヤ１８の上下端を支持できる位置に設置された上下一対の搬送チェーン３２，３４と、複数の駆動ギヤ３６と、複数の従動ギヤ３８と、複数の駆動ギヤ３６を同期駆動する駆動モータ４０とを備え、複数の駆動ギヤ３６の回転速度を制御部４２で同期回転制御するようになっている。もちろん、各駆動ギヤ３６それぞれを個別の駆動モータで回転駆動し、これら駆動モータを同期回転制御してもよい。この導体ワイヤ搬送制御系の形態は特に限定しない。
【００３１】
搬送チェーン３２，３４と、駆動と従動のギヤ３６，３８それぞれはプラズマ発生領域外に配置されて、それらの構成材料である金属がプラズマでスパッタされて、導体ワイヤ１８表面に成膜される炭素膜中に混入することを防止可能にしている。また、搬送チェーン３２，３４と、駆動と従動のギヤ３６，３８それぞれはその表面に炭素膜を形成しておけば、スパッタにより発生する不純物の大部分が炭素成分となり、導体ワイヤ１８表面に高純度に炭素膜を成膜することができて好ましい。また、陽極２４ａ，２４ｂ，２４ｃと陰極２６ａ，２６ｂそれぞれの電極面にも炭素膜を成膜しておくことにより、当該電極を構成する金属がプラズマでスパッタされて導体ワイヤ１８表面の炭素膜中に混入することを防止できる一方で導体ワイヤ１８表面に高純度に炭素膜を成膜することができて好ましい。
【００３２】
上記制御部４２は図７で示すようにＣＰＵ４４と制御データテーブルメモリ４６とを内蔵しており、このＣＰＵ４４は、制御データテーブルメモリ４６に記憶されている直流電源２０の電圧印加タイミング等の電圧制御データ、ガスの導入排気の制御データ、真空チャンバ２内の圧力の制御データ、導体ワイヤ１８の搬送速度等の制御データに基づいて、圧力制御系４８、ガス制御系５０、搬送制御系５２を制御することができる。圧力制御系４８は、上記した排気制御弁８、真空排気系１０であり、ガス制御系５０は、上記した調節回路６等であり、搬送制御系５２は、上記した駆動モータ４０等である。ＣＰＵ４４は、駆動モータ４０の回転数制御により駆動ギヤ３６の回転速度を制御して導体ワイヤ１８の搬送速度を制御することができるようになっている。
【００３３】
また、この実施の形態３では真空チャンバ２の図示は略しているが、当該真空チャンバ２は上記所定方向ａに長い横長に設定することができるなど、導体ワイヤ１８の連続生産量に応じたサイズのものを選定することができる。
【００３４】
以上の構成において、各陰極２６ａ，２６ｂの両電極面の近傍領域それぞれには炭素膜成膜用のガスと所要の真空雰囲気下において、各陰極２６ａ，２６ｂに直流電源２０から直流負電圧が印加されて、各陰極２６ａ，２６ｂの両電極面近傍に炭素膜成膜用の直流プラズマが高密度に発生させられるようになっている。この直流プラズマが発生している領域内の導体ワイヤ搬送経路２８上を導体ワイヤ１８が導体ワイヤ搬送制御系５２により連続搬送させられることにより、各導体ワイヤ１８それぞれの表面に炭素膜が成膜されていき、陰極ワイヤ１８ａが連続生産されるようになっている。すなわち、図６で示すように導体ワイヤ搬送経路２８の入口では円Ｂで拡大して示すように導体ワイヤ１８の表面には炭素膜は成膜されていないが、導体ワイヤ搬送経路２８の出口では円Ｃで拡大して示すように導体ワイヤ１８の表面には炭素膜１８ｃが成膜されて陰極ワイヤ１８ｂとなっている。
【００３５】
以上により実施の形態３では、陽極と陰極とが交互に配列され、それらの対向間に設定された導体ワイヤ搬送経路上を導体ワイヤを蛇行状態で連続搬送してそれら導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜することができるので、陰極ワイヤを連続生産することができ、陰極ワイヤの量産性を向上することができる。
【００３６】
なお、実施の形態３では導体ワイヤを真空チャンバ内部に搬入し、また、真空チャンバ外に搬出するに際して、真空チャンバに予備室（ゲートバルブの開閉で大気状態と真空状態に制御できる予備室）を設け、導体ワイヤの搬入、搬出を行うようにしてもよい。これは例えば真空チャンバに導体ワイヤの搬入側予備室と、成膜後の陰極ワイヤの搬出側予備室とを設け、搬入側予備室に設けた大気圧側と真空チャンバ側それぞれのゲートバルブの開閉でまず大気圧状態の搬入側予備室に導体ワイヤを搬入したのち搬入側予備室を真空引きして真空チャンバ内に導体ワイヤを搬入し、搬出側予備室に設けた大気圧側と真空チャンバ側それぞれのゲートバルブの開閉で陰極ワイヤを真空状態の搬出側予備室に搬出し、真空チャンバ側のゲートバルブを閉じてのち搬出側予備室を大気圧状態にしてから陰極ワイヤを真空チャンバ外に搬出するものである。
【００３７】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る製造装置の全体の概略化した側面断面図である。
【図２】図２は同製造装置のガス導入や真空排気等の系統の図示を略して示す、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図３は真空チャンバ内の一対の陽極と両陽極間に挟まれた陰極との間における導体ワイヤの設置状態を理解するために示す斜視図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態２に係る製造装置をそのガス導入や真空排気等の系統の図示を略して示す側面断面図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態３に係る製造装置において陽極と陰極等を平面視して示す図である。
【図６】図６は図５で示す陽極や陰極等を示す斜視図である。
【図７】図７は実施の形態３の制御回路系を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
２  真空チャンバ
４  ガスボンベ
６  調節回路
８  排気制御弁
１０  真空排気系
１２，１４  陽極
１６  陰極
１８  導体ワイヤ
２０  直流電源
２２  プラズマ 
【図１】
2007317368.tif 000003
【図２】
2007317368.tif 000004
【図３】
2007317368.tif 000005
【図４】
2007317368.tif 000006
【図５】
2007317368.tif 000007
【図６】
2007317368.tif 000008
【図７】
2007317368.tif 000009