JP2010251014A - ホローカソード型放電管 - Google Patents

Abstract

【課題】ホローカソード内のインサート材の交換が効率的に行えるホローカソード型放電管を提供する。
【解決手段】ホローカソード型放電管１００は、カソードパイプ２０１と、放電ガス放出用の開口２０２Ｂが前端面２０２Ａに形成されたカソードキャップ２０２と、の接続により構成されてホローカソード２００と、前端面２０２Ａに対向して配置され、開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上にアノード穴３０２Ａが形成されたアノード電極３０２と、ホローカソード２００が内部を延びている筒状のアノードケーシング３０１と、接続部ＳＰに配されたインサート材２０３と、を備える。そして、開口２０２Ｂとアノード穴３０２Ａとの間で放電ガスによる放電が行われる。また、インサート材２０３が、接続部ＳＰを構成するホローカソード２００の筒状の内壁内から延びて、ホローカソード２００の筒状の外壁と平行に、上記内壁外に突出している。
【選択図】図１

Description

本発明はホローカソード型放電管に関する。

ホローカソード型放電管では、ホローカソード（中空陰極管）内を流れる放電ガスが、ホローカソードの端面に形成された円形の開口から放出される。このようなホローカソード型放電管を用いると、当該開口とアノード電極のアノード穴との間に放電が起こり、高密度の電子ビームを発生できるとされている。

このホローカソード型放電管では、ホローカソード内に電子放出体（インサート材）が配置される場合があり、これにより、ホローカソードとアノード電極との間の放電電圧を低くできる。すると、ホローカソードの先端が荷電粒子によってスパッタされ難くなり、ホローカソードの耐久性が向上するので都合がよい。

ところで、このようなインサート材は消耗品なので、インサート材の交換作業を効率的に行う必要がある。インサート材の交換が困難な場合、交換作業に手間取り、多大の時間ロスが生じる。

そこで、特許文献１では、ガス供給器部（放電ガス配管）をホローカソードから分離することによって、ホローカソード内のインサート材のみを後側から取り出せる構造が提案されている。

特開昭６３−１７４２３９公報

しかしながら、インサート材は、ホローカソードの先端に至るようにホローカソード内の奥深くにまで挿入されることも多い。よって、この場合、特許文献１記載のインサート材の取り出し方法を用いて、ホローカソードの後側からインサート材を取り出すことは、依然として容易ではなく、未だ改善の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ホローカソード内のインサート材の交換が効率的に行えるホローカソード型放電管を提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、放電ガスを導くことができる開口が端面に形成されたカソードパイプと、前記放電ガスを放出できる開口が端面に形成されたカソードキャップと、の接続により構成されるホローカソードと、
前記カソードキャップの端面に対向して配置され、前記カソードキャップの開口の中心軸上にアノード穴が形成されたアノード電極と、
前記ホローカソードが内部を延びている筒状のアノードケーシングと、
前記カソードキャップと前記カソードパイプとの接続において、両者が重なる接続部に配されたインサート材と、を備え、
前記カソードキャップの開口と前記アノード穴との間で前記放電ガスによる放電が行われ、前記インサート材は、前記接続部を構成する前記ホローカソードの筒状の内壁内から延びて、前記接続部を構成する前記ホローカソードの筒状の外壁と平行に、前記内壁外に突出しているホローカソード型放電管を提供する。

以上の構成により、アノード電極を取り除くと、カソードキャップの端部を摘まんで、これをカソードパイプから容易に取り外せる。すると、インサート材の端部を掴んでインサート材をカソードキャップから引き抜けるので、インサート材を効率的に（容易に）交換できる。

なお、前記カソードキャップは、前記接続部において前記カソードパイプに螺着されてもよい。

これにより、カソードキャップを回して、カソードキャップをカソードパイプから容易に取り外せる。

また、本発明のホローカソード型放電管では、前記アノードケーシング内に配された導電性の接続パイプと、前記カソードパイプを前記接続パイプ内に固定する固定手段と、前記アノードケーシングの壁部を貫通して、前記接続パイプにねじ止めされる通電ボルトと、を備えてもよい。そして、前記通電ボルトからの電圧が、前記接続パイプを介して前記カソードパイプに印加され、前記通電ボルトのねじ止めによって前記接続パイプが前記アノードケーシングに固定されてもよい。

なお、前記固定手段は、前記接続パイプに設けられた止めねじであってもよい。そして、前記止めねじの頭と対向する前記アノードケーシングの壁部に通し穴を設けてもよい。

以上の構成により、止めねじを緩めると、カソードパイプを効率的に交換できる。また、接続パイプの位置決めが、取り外すことが少ない通電ボルトによって行われているので、通し穴と止めねじとの位置ずれが生じ難くカソードパイプの交換において都合がよい。

また、本発明のホローカソード型放電管では、前記アノードケーシング内を、前記中心軸の方向に放電空間と収容空間とを仕切るように配された絶縁カラーと、を備えてもよい。そして、前記カソードパイプは、前記絶縁カラーを貫通することにより、前記収容空間から前記放電空間に延びており、前記放電空間側の前記絶縁カラーの表面が、所定の隙間を隔てて前記アノードケーシングの内壁面と対向してもよい。

以上の構成により、放電プラズマの逆流イオンによって、ホローカソード（特にカソードキャップ）がスパッタされても、スパッタ粒子が、絶縁カラーの表面に回り込み難くなっている。このため、絶縁カラーの表面全域にスパッタ粒子が付着することによって、ホローカソード（カソードパイプ）とアノードケーシングとの間の導通が生じるという不都合を適切に回避できる。

また、本発明のホローカソード型放電管では、前記アノードケーシングに接続されて前記アノード電極を支持する支持部材を内包できるアノードキャップを更に備えてもよい。そして、前記ホローカソードが前記アノードキャップ内にまで延びてもよい。

これにより、アノードキャップ、支持部材、アノード電極を取り除くと、ホローカソードの前部が完全に露出する。よって、ホローカソードのカソードキャップの交換が、更に容易になる。

また、本発明のホローカソード型放電管では、前記アノードケーシングに接続されて前記アノード電極を支持する筒体を更に備えてもよい。そして、前記ホローカソードが前記筒体内にまで延びてもよい。

これにより、アノード電極および筒体を取り除くと、ホローカソードの前部が完全に露出する。よって、ホローカソードのカソードキャップの交換が、更に容易になる。

本発明によれば、ホローカソード内のインサート材の交換が効率的に行えるホローカソード型放電管が得られる。

図１は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管の断面図である。 図２は、図１のホローカソード型放電管を前方（図１の矢印方向）から側面視した図である。 図３は、ホローカソード型放電管に内蔵される電子放出体の交換方法の説明に用いる図である。 図４は、本発明の変形例１のホローカソード型放電管に用いるカソードパイプおよびカソードキャップの接続構造を示した概略図である。 図５は、本発明の変形例２のホローカソード型放電管に用いるアノードユニットの前部の構造を示した概略図である。 図６は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管が組み込まれたイオンプレーティング装置の構成を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施形態のホローカソード型放電管１００について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管の断面図である。図２は、図１のホローカソード型放電管を前方（図１の矢印方向）から側面視した図である。

なお、図１では、ホローカソード型放電管１００の放電ガス導入側を「後」とし、ホローカソード型放電管１００の電子放出側を「前」として図示している。以下の説明では、「前方」、「前部」および「前端」という用語、および、「後方」、「後部」および「後端」という用語を用いて、ホローカソード型放電管１００の各部の前後方向の位置関係を特定する場合がある。

まず、本実施形態のホローカソード型放電管１００の電極構造について説明する。

ホローカソード型放電管１００の電極構造の主要部材として、図１に示すように、直流電源の陰極が接続されるホローカソード２００と、このホローカソード２００を内包するように囲み、直流電源の陽極が接続されるアノードユニット３００と、があり、これらの間には数十Ｖ〜数百Ｖ程度の電位差が与えられるようになっている。なお、これらのホローカソード２００およびアノードユニット３００は、図１に示すように、中心軸Ｓを共通にする同軸状に配置されている。

このホローカソード２００は、タンタル製のカソードパイプ２０１を備えるが、本実施形態のホローカソード型放電管１００に用いるホローカソード２００では、ホローカソード２００の前部の構造に特徴がある。なお、カソードパイプ２０１は、中心軸Ｓに沿って延びる円筒形になっている。

また、図１に示すように、ホローカソード２００は、上述のカソードパイプ２０１の他、カソードパイプ２０１の内部から中心軸Ｓに沿って前方に突出するタンタル製のカソードキャップ２０２と、カソードキャップ２０２の内部に当接するよう、奥深く挿入され、カソードキャップ２０２の後端側からカソードパイプ２０１の空間２０１Ａにまで延びている電子放出体２０３と、を備える。

ホローカソード２００のカソードパイプ２０１には、放電ガス（例えば、アルゴンガス）を導くことができる開口２０１Ｄが後端面２０１Ｃに形成されている。ホローカソード２００のカソードキャップ２０２には、放電ガスを放出できる開口２０２Ｂが、前端面２０２Ａに形成されている。これにより、ホローカソード２００は、放電ガスが内部の空間２０１Ａを流れる円筒状の中空陰極管を構成している。

以上のホローカソード２００の前部では、カソードパイプ２０１の内周面、および、カソードキャップ２０２の外周面のそれぞれに、ねじ切りが行われ、これにより、カソードキャップ２０２の外周面が、カソードパイプ２０１の内周面に螺着される。

このように、本実施形態のホローカソード型放電管１００では、後端面２０１Ｃと前端面２０２Ａとの間のホローカソード２００の側面２０２Ｅに、ホローカソード２００をカソードキャップ２０２とカソードパイプ２０１とに分割できる円環状のねじによる接続部ＳＰが形成されている。このようにして、ホローカソード２００は、カソードパイプ２０１およびカソードキャップ２０２が重なり合う接続部ＳＰでの、両者のねじ接続により着脱可能に構成されている。

ここで、カソードキャップ２０２のねじ切り部の肉厚は、カソードキャップ２０２の外周面の段差により薄肉なっている。一方、カソードパイプ２０１のねじ切り部の肉厚も、カソードパイプ２０１の内周面の段差により薄肉になっている。なお、このカソードパイプ２０１の肉厚をできる限り薄肉にすることにより、この部分でのカソードパイプ２０１の空間２０１Ａを拡大する方が、電子放出体２０３を配置し易くなるので好ましい。そこで、ねじの加工を細目にして（例えば、Ｍ５×０．５）、ねじ山とねじ谷との寸法を小さくするとよい。

以上の構成により、カソードキャップ２０２の外周面がカソードパイプ２０１の内周面に螺着されても、両者の接続部ＳＰにおける外周面の段差が解消され、これらの接続体を外形上、恰も単一の円筒体の如く構成できるので都合がよい。例えば、ホローカソード２００の分割方式をとっても、ホローカソード２００の外周面の接続部ＳＰにおいて段差が存在しないので、この接続部ＳＰでの異常放電の発生を防止できると考えられる。

カソードキャップ２０２は、アノード電極板３０２（後述）との間で放電を形成するカソード電極の機能を有している。このカソードキャップ２０２は、略円筒状に形作られ、カソードキャップ２０２の中空部が、その前端面２０２Ａの近傍において狭くなっている。これにより、上述のとおり、カソードキャップ２０２の前端面２０２Ａに、直径が１ｍｍの微細な円形の開口２０２Ｂが形成されている。なお、この開口２０２Ｂの中心は、上述の中心軸Ｓと一致している。

電子放出体２０３は、ホローカソード２００のインサート材に用いられ、例えば、厚みが１５μｍ程度の短冊状のタンタル薄板を丸く巻くことにより、略円筒状に形作られている。よって、このような薄板からなる電子放出体２０３を用いると、熱電子を放出できる表面積を増やすことができる。このため、この電子放出体２０３は、放電プラズマの熱によって容易に熱せられて多量の熱電子を放出できる。

そこで、このような電子放出体２０３をカソードキャップ２０２の内部に挿入することにより、カソードキャップ２０２とアノード電極板３０２との間の放電電圧を低くできるという利点がある。

以上のホローカソード２００では、電子放出体２０３の一部が、カソードキャップ２０２に挿入され、この電子放出体２０３は、丸く巻かれたタンタル薄板に生じる反力を利用してカソードキャップ２０２に固定（装着）されている。そして、この状態のカソードキャップ２０２が、カソードパイプ２０１に螺着されている。つまり、電子放出体２０３が、図1に示すように、接続部ＳＰを構成するホローカソード２００の円筒状の内壁（カソードキャップ２０２の壁部）内から延びて、接続部ＳＰを構成するホローカソード２００の円筒状の外壁（カソードパイプ２０１の壁部）と平行に、上記内壁外にまで突出している。

よって、螺着式のカソードキャップ２０２は、カソードパイプ２０１から容易に取り外せる。カソードキャップ２０２を外すと、電子放出体２０３の後部を掴んで電子放出体２０３をカソードキャップ２０２から引き抜けるので、電子放出体２０３を効率的に交換できる。

アノードユニット３００は、ホローカソード２００が内部を延びているステンレス製の円筒状のアノードケーシング３０１を備えるが、本実施形態のホローカソード放電管１００に用いるアノードユニット３００では、アノードユニット３００の前部の構造および電力供給系の構造に特徴がある。

また、図１に示すように、アノードユニット３００は、上述のアノードケーシング３０１の他、アノードケーシング３０１の円環状の前端面３０１Ａに配された円板状のステンレス製のアノード電極板３０２と、環状の受部３０３Ｂを有して略円筒状に形作られたステンレス製のアノードキャップ３０３と、を備える。

図１に示すように、アノード電極板３０２の外寸は、アノードケーシング３０１の内周面の直径よりも大きく、かつ、アノードケーシング３０１の外周面の直径よりも小さくなっている。よって、アノード電極板３０２の周辺部が、アノードキャップ３０３の受部３０３Ｂとアノードケーシング３０１の前端面３０１Ａとの間で挟持され、これにより、アノード電極板３０２が、アノードケーシング３０１とアノードキャップ３０３との間のねじ接続（後述）によって固定される。

なお、アノード電極板３０２の中心軸Ｓの方向における位置は、カソードキャップ２０２の前端面２０２Ａとの間で放電が起こり易いよう、適切に設定されている（例えば、両者間の距離が４ｍｍ）。

以上のアノードユニット３００の前部では、アノードケーシング３０１の外周面、および、アノードキャップ３０３の内周面のそれぞれに、ねじ切りが行われ、これにより、アノードキャップ３０３の内周面が、アノードケーシング３０１の外周面に螺着される。よって、螺着式のアノードキャップ３０３は、アノードケーシング３０１から容易に取り外せる。アノードキャップ３０３を外すと、アノード電極板３０２を効率的に交換できる。

図１および図２に示すように、アノード電極板３０２の中央部には、微細なアノード穴３０２Ａ（ここでは、長穴）が形成されている。アノード穴３０２Ａは、少なくともホローカソード２００（カソードキャップ２０２）の開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上に配置されており、両者が中心軸Ｓを共通とする同軸状に配置される方が好ましい。

なお、アノードキャップ３０３の中央部にも、円形開口３０３Ａが形成されている。この円形開口３０３Ａは、アノード穴３０２Ａを通過する電子の流れを妨げない程度の充分な大きさに形成されている。

次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の電力供給系およびその周辺構造について述べる。

ホローカソード型放電管１００の電力供給系の主要部材として、図示しない直流電源と接続された給電端子１０を備える通電ボルト１１と、通電ボルト１１とホローカソード２００（カソードパイプ２０１）との間の電気接続を取るステンレス製の接続パイプ１２と、がある。

これにより、直流電源から給電される直流電力（マイナス電圧）が、接続パイプ１２を介してホローカソード２００（カソードパイプ２０１）に印加される。

接続パイプ１２は、円筒形に構成されており、アノードケーシング３０１の後部の収容空間１０２内に配されている。図1に示すように、接続パイプ１２の前方には、絶縁カラー１６が配置され、その後方には、円筒状の絶縁筒１５が配置されている。

絶縁筒１５は、アノードケーシング３０１の後方の蓋に相当するエンドキャップ１７の凹部に嵌め込まれている。エンドキャップ１７は、ステンレス製の円環体になっており、放電ガス配管２０（後述）が、エンドキャップ１７および絶縁筒１５の内部を貫通している。

ここで、絶縁カラー１６は、中心軸Ｓの方向においてアノードケーシング３０１内の放電空間１０１と収容空間１０２とを仕切っている。

詳しくは、図１に示すように、絶縁カラー１６は、周辺部１６Ｃと、この周辺部１６Ｃに囲まれた中央部１６Ａを備える略円環状に構成されており、絶縁カラー１６の周辺部１６Ｃが、アノードケーシング３０１の垂直壁３０１Ｃ（中心軸Ｓと垂直な面）に当接されている。そして、絶縁カラー１６の中央部１６Ａの厚みが、その周辺部１６Ｃの厚みよりも厚くなっている。よって、図１に示すように、中央部１６Ａが、周辺部１６Ｃよりも放電空間１０１側に突出している。また、放電空間１０１側の絶縁カラー１６の中央部１６Ａの表面が、隙間Ｇを隔ててアノードケーシング３０１の内壁面３０１Ｂと対向している。更に、絶縁カラー１６の中央部１６Ａの側面には、円環状の溝１６Ｂが形成されている。

以上の構成により、放電プラズマの逆流イオン（ここでは、Ａｒ⁺イオン）によって、ホローカソード２００（特にカソードキャップ２０２）がスパッタされても、スパッタ粒子（ここでは、タンタル粒子）が、絶縁カラー１６の中央部１６Ａの表面全域に回り込み難くなっている。このため、絶縁カラー１６の表面全域にスパッタ粒子が付着することによって、ホローカソード２００（カソードパイプ２０１）とアノードケーシング３０１との間の導通が生じるという不都合を適切に回避できる。

通電ボルト１１は、アノードケーシング３０１の壁部に設けられた貫通穴３０１Ｂを、中心軸Ｓと垂直方向に貫通して収容空間１０２に延び、更に、この通電ボルト１１の先端が、接続パイプ１２の壁部に設けられたねじ穴にねじ止めされている。これにより、通電ボルト１１と接続パイプ１２との間の電気接続を取ることができる。なお、通電ボルト１１とアノードケーシング３０１の壁部との間の絶縁は、大径部１３Ａと小径部１３Ｂとが一体となった円環状の絶縁部材１３によってなされている。

このようにして、接続パイプ１２は、絶縁カラー１６と絶縁筒１５とによって挟まれ、取り外すことが少ない通電ボルト１１のねじ止めによって固定されている。その結果、接続パイプ１２は、アノードケーシング３０１に固定されている。

また、ホローカソード２００（カソードパイプ２０１）は、その後部が、中心軸Ｓの方向において絶縁カラー１６を貫通することにより放電空間１０１から収容空間１０２に延び、これにより、ホローカソード２００（カソードパイプ２０１）が、接続パイプ１２の内部の奥深くまで挿入され、接続パイプ１２内の円筒状のストッパ部材１９に当接されている。

以上の構成により、ホローカソード２００のメンテナンス時（例えば、カソードキャップ２０２の交換時）に、アノードキャップ３０３およびアノード電極板３０２を取り除くと、ホローカソード２００を前方に容易に引く抜くことができる。また、ホローカソード２００の着脱において、ホローカソード２００とストッパ部材１９との間の当接によって、ホローカソード２００の中心軸Ｓの方向の位置合わせが適切になされ、これにより、ホローカソード２００の前端面２０２Ａとアノード電極板３０２との間の好適な間隔の設定が容易に行える。

更に、ホローカソード２００は、接続パイプ１２に配された固定手段１４（例えば、六角穴付きねじなど；以下、単に「止めねじ１４」と略す）を用いて、当該接続パイプ１２に固定されている。これにより、接続パイプ１２とホローカソード２００との間の電気接続を取ることもできる。

ここで、止めねじ１４の頭と対向するアノードケーシング３０１の壁部に、通し穴１８を設けることにより、通し穴１８から挿入された工具（六角レンチなど；図示せず）を用いて止めねじ１４を容易に回すことができる。これにより、上述のホローカソード２００（カソードパイプ２０１）を効率的に交換できる。

特に、接続パイプ１２の中心軸Ｓの方向の規制（位置決め）が、取り外すことが少ない通電ボルト１１に行われているので、通し穴１８と止めねじ１４との位置ずれが生じ難くホローカソード２００（カソードパイプ２０１）の交換において都合がよい。

なお、接続パイプ１２とアノードケーシング３０１との間の絶縁は、絶縁カラー１６によってなされている。また、接続パイプ１２とエンドキャップ１７との間の絶縁は、絶縁筒１５によってなされている。

次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の放電ガス導入系について述べる。

ホローカソード型放電管１００の放電ガス導入系の主要部材として、図示しない放電ガス供給源（例えば、アルゴンガスタンク）と、この放電ガス供給源からの放電ガス（例えば、アルゴンガス）をホローカソード２００に導くことができるステンレス製の放電ガス配管２０がある。

図１に示すように、この放電ガス配管２０は、上述のとおり、エンドキャップ１７および絶縁筒１５を貫通して、収容空間１０２に進入し、接続パイプ１２に接続されている。なお、放電ガス配管２０とエンドキャップ１７との間の絶縁は、絶縁筒１５によってなされている。

次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の動作について説明する。

まず、ホローカソード型放電管１００の放電空間１０１が、所定の真空度に減圧され、
この状態で、ホローカソード２００内を流れる放電ガス（例えば、アルゴンガス）が、カソードキャップ２０２の開口２０２Ｂから放電空間１０１に放出される。続いて、ホローカソード２００に、所定のマイナス電圧（例えば、−８００Ｖ程度）が印加される。なお、本実施の形態ではアノードユニット３００は接地されている。

すると、カソードキャップ２０２の開口２０２Ｂとアノード電極板３０２のアノード穴３０２Ａとの間（特にこれらの対向面側のエッジ間）の電界集中によって、両者間において、放電ガスに基づいたグロー放電が発生する。

次いで、このような放電プラズマによって熱電子放出体２０３が加熱されると、電子放出体２０３の熱電子放出が始まり、安定なアーク放電に移行する。このような熱電子放出体２０３を用いると、アーク放電中の放電電圧を低めに（例えば、−２０Ｖ程度に）維持できるので都合がよい。

このようにして、ホローカソード型放電管１００のアノード穴３０２Ａから高密度の電子を取り出すことができ、このような電子が、様々な真空成膜技術に利用される（応用例を後述する）。

次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００に内蔵される電子放出体２０３の交換方法について、図面を参照しながら説明する。

図３は、ホローカソード型放電管に内蔵される電子放出体の交換方法の説明に用いる図である。

まず、図３に示すように、螺着式のアノードキャップ３０３を回して、これをアノードケーシング３０１から取り外す。これにより、アノード電極板３０２をアノードケーシング３０１から外すことができる。

アノード電極板３０２を外すと、アノードケーシング３０１の内部に容易にアクセスできるので、カソードキャップ２０２の前端部を摘まんで螺着式のカソードキャップ２０２を回して、これをカソードパイプ２０１から容易に取り外せる。

すると、電子放出体２０３の後部を掴んで、カソードキャップ３０３から電子放出体２０３を引き抜けるので、電子放出体２０３を効率的に交換できる。

なお、ここでは、図示を省略しているが、止めねじ１４（図１参照）の締結を緩めて、ホローカソード２００（カソードパイプ２０１）を前方側に引く抜くことにより、ホローカソード２００（カソードパイプ２０１）も効率的に交換できる。

以上のとおり、本実施形態のホローカソード型放電管１００は、放電ガスを導くことができる開口２０１Ｄが後端面２０１Ｃに形成されたカソードパイプ２０１と、放電ガスを放出できる開口２０２Ｂが前端面２０２Ａに形成されたカソードキャップ２０２と、の間のねじ接続により構成されるホローカソード２００と、カソードキャップ２０２の前端面２０２Ａに対向して配置され、開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上にアノード穴３０２Ａが形成されたアノード電極板３０２と、ホローカソード２００が内部を延びている筒状のアノードケーシング３０１と、カソードキャップ２０２とカソードパイプ２０１との接続において、両者が重なる接続部ＳＰに配された電子放出体２０３（インサート材）と、を備える。そして、開口２０２Ｂとアノード穴３０２Ａとの間で放電ガスによる放電が行われる。また、電子放出体２０３が、接続部ＳＰを構成するホローカソード２００の円筒状の内壁（カソードキャップ２０２の壁部）内から延びて、接続部ＳＰを構成するホローカソード２００の円筒状の外壁（カソードパイプ２０１の壁部）と平行に、上記内壁外にまで突出している。

以上の構成により、アノード電極板３０２を取り除くと、カソードキャップ２０２の前端部を摘まんで螺着式のカソードキャップ２０２を回して、これをカソードパイプ２０１から容易に取り外せる。すると、電子放出体２０３の後部を掴んで電子放出体２０３をカソードキャップ２０２から引き抜けるので、電子放出体２０３を効率的に交換できる。
（変形例１）
本実施形態（図１）のホローカソード型放電管１００では、螺着式のカソードキャップ２０２およびカソードパイプ２０１を例示したが、カソードキャップおよびカソードパイプの接続構造はこれに限らない。

図４は、本発明の変形例１のホローカソード型放電管に用いるカソードパイプおよびカソードキャップの接続構造を示した概略図である。

図４に示すように、図１の螺着式のカソードキャップ２０２に代えて、嵌め合い構造のカソードキャップ２０２’、２０２”が示されている。

図４（ａ）では、カソードキャップ２０２’に電子放出体２０３’の一部が装着され、この状態のカソードキャップ２０２’が、カソードパイプ２０１’の円柱状の凹部２１０に嵌め込まれ、これにより、ホローカソードが得られる。よって、この場合、電子放出体２０３’は、接続部（図４（ａ）では図示省略）を構成するホローカソードの円筒状の内壁（カソードキャップ２０２’の壁部）内から延びて、接続部を構成するホローカソードの円筒状の外壁（カソードパイプ２０１’の壁部）と平行に、上記内壁外にまで突出している。

図４（ｂ）では、カソードパイプ２０１”に電子放出体２０３”の一部が装着され、この状態のカソードパイプ２０１”が円柱状の凹部２１１に嵌まるように、凹部２１１を有するカソードキャップ２０２”がカソードパイプ２０１”に嵌め込まれ、これにより、ホローカソードが得られる。よって、この場合、電子放出体２０３”は、接続部（図４（ｂ）では図示省略）を構成するホローカソードの円筒状の内壁（カソードパイプ２０２”の壁部）内から延びて、接続部を構成するホローカソードの円筒状の外壁（カソードキャップ２０２”の壁部）と平行に、上記内壁外に突出している。
（変形例２）
図５は、本発明の変形例２のホローカソード型放電管に用いるアノードユニットの前部の構造を示した概略図である。

図５に示すように、本変形例のホローカソード型放電管では、ホローカソード２００のカソードキャップ２０２（図５では、図示を簡略化）へのアクセスが、本実施形態のホローカソード型放電管１００の場合よりも容易になるように構成されている。

図５（ａ）では、アノードキャップ３０３’の裾部（円筒の部分）が、図１のアノードキャップ３０３に比べて長めに取られ、このようなアノードキャップ３０３’の裾部の後端側の一部が、アノードケーシング３０１’の前端側の一部に螺着されている。そして、図５（ａ）に示すように、ホローカソード２００がアノードキャップ３０３’内にまで延びている。

なお、アノード電極板３０２の支持には、図５（ａ）に示すように、アノードキャップ３０３’内に支持部材である円筒状の支持リング３１０を配するとよい。

これにより、アノードキャップ３０３’、アノード電極板３０２および支持リング３１０を取り除くと、ホローカソード２００の前部が完全に露出する。よって、ホローカソード２００のカソードキャップ２０２の交換が、本実施形態のホローカソード型放電管１００の場合よりも容易になる。

図５（ｂ）では、図１のアノードキャップ３０３と図５（ａ）のアノードケーシング３０１’との間に、ステンレス製の円筒体３１１が配されており、円筒体３１１がアノードケーシング３０１’に螺着され、アノードキャップ３０３が円筒体３１１に螺着されている。そして、図５（ｂ）に示すように、ホローカソード２００が円筒体３１１内にまで延びている。

なお、アノード電極板３０２の支持は、図５（ｂ）に示すように、円筒体３１１によりなされている。

これにより、アノードキャップ３０３、アノード電極板３０２および円筒体３１１を取り除くと、ホローカソード２００の前部が完全に露出する。よって、ホローカソード２００のカソードキャップ２０２の交換が、本実施形態のホローカソード型放電管１００の場合よりも容易になる。
（応用例）
以下、本発明の実施形態のホローカソード型放電管１００の真空成膜技術への応用例について概説する。

図６は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管が組み込まれたイオンプレーティング装置の構成を模式的に示した図である。

基板上に誘電体膜と導電体膜（例えば、アルミ膜）とを交互に重ねた多層反射膜（例えば、アルミ増反射膜）は、イオンプレーティング法によって形成できる。このような真空プロセスでは、基板保持体（基板ドーム）や真空槽壁へのプラス電荷（例えば、Ａｒ⁺イオン）のチャージアップによって異常放電が生じて、アルミ増反射膜の損傷が生じることがある。また、誘電体膜へのプラス電荷のチャージアップによっても、アルミ増反射膜の損傷が生じることがある。

そこで、本応用例のイオンプレーティング装置５００では、ホローカソード型放電管１００が、以上のプラス電荷を電気的に中和する中和器（ニュートラライザ）の役割を果たすように構成されている。

よって、本応用例のイオンプレーティング装置５００は、図６に示すように、内部が減圧された真空槽５０１と、真空槽５０１内の基板５０４Ａ、基板保持体５０４および真空槽５０１の壁部に向けて電子（図１の点線参照）を放出できるホローカソード型放電管１００と、を備える。

なお、本応用例のイオンプレーティング装置５００は、抵抗加熱や電子ビーム加熱などが行われる蒸発源５０３（多点ハース）と、反応ガス供給系５０２と、ＤＣ（直流）電源５０６および高周波電源５０５からなる電力供給系と、真空排気系５０７とを備え、これにより、イオンプレーティング法を用いてアルミ増反射膜が基板５０４上に堆積される。

但し、このようなイオンプレーティング法によるアルミ増反射膜の成膜は公知である。よって、この詳細な説明は省略する。

以上のとおり、本応用例のイオンプレーティング装置５００では、簡易な構造によって大電流量の電子を放出できるホローカソード型放電管１００をニュートラライザに用いて、イオンプレーティング法による成膜中に発生するプラス電荷を電気的に中和できる。このため、基板保持体（基板ドーム）、真空槽壁および誘電体膜へのプラス電荷のチャージアップによって、アルミ増反射膜の損傷が生じることを適切に防止できる。特に、ホローカソード型放電管１００では、上述のとおり、消耗品である電子放出体２０３の交換を効率的に行えるので、このようなホローカソード型放電管１００を組み込むと、イオンプレーティング装置５００の成膜の効率化を図るうえで有利である。

なお、ここで述べたホローカソード型放電管１００の応用は一例に過ぎない。本実施形態のホローカソード型放電管１００は、ニュートラライザの他、様々な真空技術の用途（例えば、電子ビーム加熱を行う場合の電子銃としての用途）に利用できる。

本発明によれば、ホローカソード内のインサート材の交換が効率的に行えるホローカソード型放電管が得られる。よって、本発明のホローカソード型放電管を、例えば、イオンプレーティング装置を用いて多層反射膜を形成する際のニュートラライザとして利用できる。

１０ 給電端子
１１ 通電ボルト
１２ 接続パイプ
１３ 絶縁部材
１３Ａ 絶縁部材の大径部
１３Ｂ 絶縁部材の小径部
１４ 止めねじ（固定手段）
１５ 絶縁筒
１６ 絶縁カラー
１６Ａ 絶縁カラーの中央部
１６Ｂ 絶縁カラーの溝
１６Ｃ 絶縁カラーの周辺部
１７ エンドキャップ
１８ 通し穴
１９ ストッパ部材
２０ 放電ガス配管
１００ ホローカソード型放電管
１０１ 放電空間
１０２ 収容空間
２００ ホローカソード
２０１ カソードパイプ
２０１Ａ カソードパイプの空間
２０２ カソードキャップ
２０２Ａ カソードキャップの前端面
２０２Ｂ カソードキャップの開口
２０１Ｃ カソードパイプの後端面
２０１Ｄ カソードパイプの開口
２０３ 電子放出体
３００ アノードユニット
３０１ アノードケーシング
３０１Ａ アノードケーシングの前端面
３０１Ｂ 貫通穴
３０２ アノード電極板
３０２Ａ アノード穴
３０３ アノードキャップ
３０３Ａ アノードキャップの円形開口
３０３Ｂ アノードキャップの受部
３１０ 支持リング（支持部材）
３１１ 円筒体（筒体）
５００ イオンプレーティング装置
５０１ 真空槽
５０２ 反応ガス供給系
５０３ 蒸発源
５０４ 基板保持体
５０４Ａ 基板
５０５ 高周波電源
５０６ ＤＣ電源
５０７ 真空排気系
ＳＰ 接続部

Claims (7)

1. 放電ガスを導くことができる開口が端面に形成されたカソードパイプと、前記放電ガスを放出できる開口が端面に形成されたカソードキャップと、の接続により構成されるホローカソードと、
   前記カソードキャップの端面に対向して配置され、前記カソードキャップの開口の中心軸上にアノード穴が形成されたアノード電極と、
   前記ホローカソードが内部を延びている筒状のアノードケーシングと、
   前記カソードキャップと前記カソードパイプとの接続において、両者が重なる接続部に配されたインサート材と、
   を備え、
   前記カソードキャップの開口と前記アノード穴との間で前記放電ガスによる放電が行われ、前記インサート材は、前記接続部を構成する前記ホローカソードの筒状の内壁内から延びて、前記接続部を構成する前記ホローカソードの筒状の外壁と平行に、前記内壁外に突出しているホローカソード型放電管。
2. 前記カソードキャップは、前記接続部において前記カソードパイプに螺着されている請求項１記載のホローカソード型放電管。
3. 前記アノードケーシング内に配された導電性の接続パイプと、
   前記カソードパイプを前記接続パイプ内に固定する固定手段と、
   前記アノードケーシングの壁部を貫通して、前記接続パイプにねじ止めされる通電ボルトと、を備え、
   前記通電ボルトからの電圧が、前記接続パイプを介して前記カソードパイプに印加され、前記通電ボルトのねじ止めによって前記接続パイプが前記アノードケーシングに固定されている請求項１記載のホローカソード型放電管。
4. 前記固定手段は、前記接続パイプに設けられた止めねじであり、
   前記止めねじの頭と対向する前記アノードケーシングの壁部に通し穴が設けられている請求項３記載のホローカソード放電管。
5. 前記アノードケーシング内を、前記中心軸の方向に放電空間と収容空間とを仕切るように配された絶縁カラーと、を備え、
   前記カソードパイプは、前記絶縁カラーを貫通することにより、前記収容空間から前記放電空間に延びており、
   前記放電空間側の前記絶縁カラーの表面が、所定の隙間を隔てて前記アノードケーシングの内壁面と対向している請求項１記載のホローカソード型放電管。
6. 前記アノードケーシングに接続されて前記アノード電極を支持する支持部材を内包できるアノードキャップを更に備え、
   前記ホローカソードが前記アノードキャップ内にまで延びている請求項１記載のホローカソード型放電管。
7. 前記アノードケーシングに接続されて前記アノード電極を支持する筒体を更に備え、
   前記ホローカソードが前記筒体内にまで延びている請求項１記載のホローカソード型放電管。

Images