JP2012003838A - 背面電子衝撃加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱と冷却を繰り返した時のフィラメント支柱１７を固定しているナット２０、２０の緩みを防止し、これにより長期にわたって安定してフィラメント９を定位置に保持する。
【解決手段】背面電子衝撃加熱装置は、フィラメント９で発生した熱電子を加速してこれを加熱容器１の天板となる加熱プレート２にその背面から衝突させて加熱プレート２を発熱させるものである。この背面電子衝撃加熱装置のフィラメント９は、ホルダ１２に立設されたフィラメント支柱１７に支持されていると共に、ホルダ１２の長穴取付孔２１とフィラメント支柱１７との間に、同フィラメント支柱１７の回転を阻止する回り止め用の回止チップ１９が挿入されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発皿から金属微粒子を蒸発させる加熱装置に関し、特に加速した電子を加熱プレートにその背後から衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の背面電子衝撃加熱装置であって、フィラメントの支柱の固定部分の改良に関する。

加熱プレート上に蒸発皿を載せ、この蒸発皿を２０００℃程度に加熱することによって、この蒸発皿に少しずつ垂らした金属微粉を速やかに蒸発させることができる加熱手段として、加速した電子を加熱プレートの背後に衝突させて加熱プレートを発熱させる形式の背面電子衝撃加熱装置が使用されている。この背面電子衝撃加熱装置では、フィラメントに通電することにより発生した熱電子を高電圧で加速し、この熱電子を加熱プレートの背後に衝突させて、加熱プレートを発熱させる。そしてこの加熱プレートの上に載せた蒸発皿を加熱し、蒸発皿に少しずつ垂らした金属微粉を速やかに蒸発させる。

図５は、背面電子衝撃加熱装置の従来例を示す図である。同図に示す通り、ステンレス鋼等の金属からなるテーブル３６の周辺部分に真空チャンバ３４の周辺部分が載せられ、気密に固定されている。テーブル３６の中には、冷却液通路３７が形成され、この冷却液通路３７に水等の冷却液を通すことにより、テーブル３６が冷却される。

このテーブル３６の上には、前記真空チャンバ３４の中に加熱容器３１が設置されている。この加熱容器３１は、下面が開いた容器状のものであって、耐食性に優れたPBN（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）等からできた蒸発皿４９を載せる天板が平坦な加熱プレート３２となったものである。より具体的には、加熱容器３１は、加熱プレート３２が天板となってその上面側が閉じられ、加熱プレート３２の周囲の下方には、下面側が開口した円筒形状の周壁４３が設けられている。加熱容器３１の周壁４３の下端部はフランジ状になっており、このフランジ部分が真空シール材３８を挟んでテーブル３６の上面に当てられると共に、フランジ部分の上に当てられた環状の導電性座金４６を介して押え金具４５により固定される。これにより、加熱容器３１とテーブル３６は電気的に導通した状態で前記真空シール材３８により気密にシールされる。テーブル３６は接地され、従って加熱容器３１も接地される。

このような加熱容器３１の材質としては、黒鉛等の導電体が使用される。これに対し、加熱容器３１がアルミナや窒化珪素のようなセラミックで絶縁体からなる場合は、その加熱プレート３２の内面や周壁４３とその下部フランジの内外の全面をメタライズして導体膜を形成し、この導体膜を前記導電性座金４６、押え金具４５及びテーブル３６を介して接地する。

さらに、この加熱容器３１の内部には、テーブル３６から支柱４４が立設され、この支柱４４の上端側に絶縁材で出来た平板状のホルダ４２が支持されている。さらにこのホルダ４２からフィラメント支柱４７が立設され、このフィラメント支柱４７にフィラメント支持金具４８が取り付けられ、そのフィラメント支持金具４８の先端の輪にフィラメント３９が取り付けられている。このフィラメント３９は、加熱容器３１の中でその加熱プレート３２の背後に設けられている。このフィラメント３９には、フィラメント加熱電源４０が接続されている。さらに、このフィラメント３９と加熱プレート３２との間には、加熱容器３１、導電性座金４６、押え金具４５及びテーブル３６を介して電子加速電源４１により加速電圧が印加される。前述したように、加熱プレート３２を有する加熱容器３１は接地されているので、フィラメント３９に対して正電位に保持される。

前記フィラメント支柱４７の中間部には、フィラメント３９の下方に位置するようにリフレクタ３３が取り付けられている。このリフレクタ３３は、フィラメント支柱４７を介してフィラメント３９に導通しており、同フィラメント３９と同電位のマイナス電位とされる。

このような背面電子衝撃加熱装置では、フィラメント３９と加熱プレート３２との間に電子加速電源４１により一定の高電圧の加速電圧を印加すると共に、フィラメント加熱電源４０によりフィラメント３９に通電すると、フィラメント３９から熱電子があらゆる方向に放出される。ここで、下に向かった熱電子もマイナス電位のリフレクタ３３によって反射されるので、結果的にフィラメント３９から上下方向に放出された殆どの熱電子は前記加速電圧により加速されて加熱プレート３２の下面に衝突する。この電子衝撃により加熱プレート３２が加熱される。加熱プレート３２に生じる熱は、フィラメント３９の下方に設けられたリフレクタ３３により反射され、出来る限り熱が不要な個所に拡散しないようになっている。加熱プレート３２に衝突した電子は、加熱容器３１の周壁４３から導電性座金４６、押え金具４５、テーブル３６を介してアースに流れる。

加熱容器３１の加熱プレート３２には、フィラメント３９から放出した熱電子を高速で衝突させて加熱することから、その温度は２０００℃程度に達する。そのため、加熱プレート３２の背後にあるフィラメント３９も同程度の高温に達する。このフィラメント３９を支持するフィラメント支柱４７も相当の高温に晒されることから、フィラメント支柱４７は、タンタルやモリブデン等の耐熱性高融点材料が使用される。

従来において、フィラメント支柱４７は、その下端側にネジを切り、そのネジの部分にねじ込んだ一対のナット３５、３５を用いて絶縁材で出来た平板状のホルダ４２に立設し、固定している。すなわち、フィラメント支柱４７の下端側のネジ部分を絶縁材で出来た平板状のホルダ４２に穿孔した長穴取付孔に差し込み、そのネジの部分にねじ込んだ一対のナット３５、３５でホルダ４２を両側から挟み込んでフィラメント支柱４７をホルダ４２から立設している。このフィラメント支柱４７は、フィラメント支持金具４８とフィラメント３９と共にリフレクタ３３も保持している。

このような背面電子衝撃加熱装置において、加熱プレート３２を、温度２０００℃程度まで加熱し、それを冷却して常温まで戻すという加熱と冷却を繰り返すと、フィラメント支持金具４８の先端の輪に取り付けられた高温のフィラメント３９が円周方向の伸びによって、フィラメント支持金具４８の先端の輪と接触して、フィラメント支柱４７が回転し、これを固定しているボルト３５、３５が次第に緩んでしまう。その結果、フィラメント３９を定位置に保持出来ず、その位置がずれてしまう。

背面電子衝撃加熱装置のフィラメント３９の加熱プレート３２に対する位置関係は、加熱プレート３２の温度やその分布或いは耐電圧に影響を与えるので、フィラメント３９は常に所要の位置を保ち、フィラメント支持金具４８の先端の輪の中でその位置が熱膨張により若干の移動がある程度に支持されていることが必要とされる。

しかしながら、耐熱性を要するフィラメント支柱４７は、タンタルやモリブデン等の耐熱性高融点材料の難加工材が使用されるため、回り止めキー等の加工が難しい。さらに絶縁材で出来た平板状のホルダ４２も難加工材で強度の弱いセラミックス材あるため、回り止めキー等の加工も難しく、ナットを大きな力で締めることが出来ない。そのため、従来では冷却した時の点検、補修時に頻繁にナットの締め直しを行う必要があった。

特開２００９−１９４０６６号公報 特開２００７−２８０９０５号公報 特開２００５−０５６９６３号公報 特開２００７−８４８４９号公報

本発明では、前記従来の背面電子衝撃加熱装置における課題に鑑み、加熱と冷却を繰り返した時のフィラメント支柱を固定しているナットの緩みを防止し、これにより長期にわたって安定してフィラメントを定位置に保持することが出来る背面電子衝撃加熱装置を提供することを目的とする。

本発明では、前記の目的を達成するため、難加工材からなるホルダ１２に簡単な長穴加工で長穴取付孔２１を作り、さらに難加工材からなるフィラメント支柱１７も簡単な機械的面取り加工を施し、その間に、同フィラメント支柱１７の回転を阻止する回り止め用の回止チップ１９を挿入した。

すなわち、本発明による背面電子衝撃加熱装置は、フィラメント９で発生した熱電子を加速してこれを加熱容器１の天板となる加熱プレート２にその背面から衝突させて加熱プレート２を発熱させるものである。この背面電子衝撃加熱装置のフィラメント９は、ホルダ１２に立設されたフィラメント支柱１７に取り付けられたフィラメント支持金具２２の先端の輪で支持されていると共に、ホルダ１２に簡単な機械加工で作られた長穴取付孔２１とフィラメント支柱１７との間に、同フィラメント支柱１７の回転を阻止する回り止め用の回止チップ１９が挿入されている。

フィラメント支柱１７は、ホルダ１２の長穴取付孔２１に挿入される部分がネジとなっており、このフィラメント支柱１７のネジ部分にねじ込んだナット２０によりフィラメント支柱１７がホルダ１２に固定されている。回止チップ１９は、ホルダ１２を挟むように設けられた一対のナット２０、２０の間に挟まれた状態でホルダ１２の長穴取付孔２１に挿入される。フィラメント支柱１７は、ナット２０、２０をねじ込むためネジ切ったネジ部分が一部平坦面１８となっており、この平坦面１８とホルダ１２の長穴取付孔２１の周壁面との間に回り止め用の回止チップ１９が挿入されている。

このような背面電子衝撃加熱装置では、ホルダ１２に簡単な機械加工作られ長穴取付孔２１とフィラメント支柱１７との間に、同フィラメント支柱１７の回転を阻止する回り止め用の回止チップ１９が挿入されていることにより、加熱と冷却を繰り返し、フィラメント支柱１７に回転力が生じても、同フィラメント支柱１７が回転するのが阻止される。従って、このフィラメント支柱１７を固定しているナット２０、２０の緩みが防止される。

以上説明した通り、本発明による背面電子衝撃加熱装置では、加熱と冷却を繰り返しても、フィラメント支柱１７を固定しているナット２０、２０の緩みが無いため、長期にわたってフィラメント支柱１７が緩まず、フィラメント９を安定して定位置に保持することが出来る。これにより、加熱プレート２の温度やその分布の変動を来さず、安定して加熱をすることが出来る背面電子衝撃加熱装置を得ることが出来る。

本発明では、ホルダ１２に簡単な機械的加工で長穴加工された長穴取付孔２１とフィラメント支柱１７との間に、回り止め用の回止チップ１９を挿入し、ホルダ１２に対してフィラメント支柱１７を回り止めすることにより、前記の目的を達成した。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。

図１は、本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施形態を示す図であり、図２はそのＡ部拡大図である。
ステンレス鋼等の金属からなるテーブル６の上に真空チャンバ４が載せて固定されている。テーブル６の中には、冷却液通路７が形成され、この冷却液通路７に水等の冷却液を通すことにより、テーブル６が冷却される。

このテーブル６の上には、前記真空チャンバ４の中に加熱容器１が設置されている。この加熱容器１は、下面が開いた容器状のものであって、耐食性の優れたＰＢＮ等で出来た蒸発皿２３を載せる天板が平坦な加熱プレート２となったものである。より具体的には、加熱容器１は、加熱プレート２が天板となってその上面側が閉じられ、加熱プレート２の周囲の下方には、下面側が開口した円筒形状の周壁１３が設けられている。加熱容器１の周壁1３の下端部はフランジ状になっている。

テーブル６の加熱容器１のフランジ部分を載せる部分には、テーブル６の中心軸の周りに同心円状に溝が設けられ、この溝に真空シール材８とスプリングコンタクト５とが嵌め込まれている。図１の例では、テーブル６の外周側の溝に真空シール材８が嵌め込まれ、内周側の溝にスプリングコンタクト５とが嵌め込まれているが、スプリングコンタクト５を真空シール材８の外側にしてもよい。これら溝に嵌め込まれた真空シール材８とスプリングコンタクト５の上に、前記加熱容器１の周壁１３の下端部のフランジ部分が載せられ、さらにこのフランジ部分がその上に当てられた環状の導電性座金1６を介して冷却液通路１７を有する押え金具1５により固定される。この状態で加熱容器１とテーブル６とは電気的に導通すると共に、前記真空シール材８により気密にシールされる。テーブル６は接地され、従って加熱容器１も接地される。

このような加熱容器１の材質としては、黒鉛等の導電体が使用される。これに対し、加熱容器１がアルミナや窒化珪素のようなセラミックで絶縁体からなる場合は、その加熱プレート２の内面や周壁1３の内外面の全面をモリブデン等によるメタライズして導体膜を形成し、この導体膜を前記導電性座金1６、冷却液通路１７を有する押え金具1５及びテーブル６を介して接地する。

さらに、この加熱容器１の内部には、テーブル６から支柱1４が立設され、この支柱1４の上端側に絶縁材で出来た平板状のホルダ１２が支持されている。さらにこのホルダ１２からフィラメント支柱１７が立設され、このフィラメント支柱１７に取り付けられたフィラメント支持金具２２の先端の輪にフィラメント９が取り付けられている。このフィラメント９は、加熱容器１の中でその加熱プレート２の背後に設けられている。またこのフィラメント９には、フィラメント加熱電源1０が接続されている。さらに、このフィラメント９と加熱プレート２との間には、加熱容器１、導電性座金1６、押え金具1５及びテーブル６を介して電子加速電源1１により加速電圧が印加される。なお加熱プレート２を有する加熱容器１は接地され、フィラメント９に対して正電位に保持される。

前記フィラメント支柱１７の中間部には、フィラメント９の下方に位置するようにリフレクタ３が取り付けられている。このリフレクタ３は、フィラメント支柱１７を介してフィラメント支持金具２２とフィラメント９に導通しており、同フィラメント９と同電位のマイナス電位とされる。

このような背面電子衝撃加熱装置では、フィラメント９と加熱プレート２との間に電子加速電源1１により一定の高電圧の加速電圧を印加すると共に、フィラメント加熱電源1０によりフィラメント９に通電すると、フィラメント９から熱電子があらゆる方向に放出される。この熱電子のうち下に向かった熱電子はマイナス電位になったリフレクタ３によって反射され、上に向かった熱電子と共に前記加速電圧により加速されて加熱プレート２の下面に衝突する。このため、電子衝撃により加熱プレート２が加熱される。加熱プレート２に生じる熱は、フィラメント９の下方に設けられたリフレクタ３により反射され、出来る限り熱が不要な個所に拡散しないようになっている。加熱プレート２に衝突した電子は、加熱容器１の周壁1３から導電性座金1６、押え金具1５、テーブル６を介してアースに流れる。

加熱プレート２が予め定められた温度に達すると、フィラメント加熱電源１０からフィラメント９に通電する電力が下げられ、加熱プレート２の温度が定められた温度に維持される。そして、予め定められた時間が経過すると、フィラメント９への通電が停止され、加熱プレート２の加熱を停止する。その後、加熱容器１の殆どの熱は、冷却液通路１７を有する押え金具１６とテーブル６の冷却液通路７に通している冷却液によりテーブル６や加熱容器１が冷却され、加熱プレート２が降温される。

図２は、図１のＡ部を示しており、それはフィラメント支柱１７を平板状のホルダ１２の長穴取付孔２１に取り付けた状態の図である。図３は、その部分のフィラメント支柱１７を平板状のホルダ１２の長穴取付孔２１に取り付ける前の状態の分解斜視図である。

ホルダ１２に取り付けるフィラメント支柱１７の下端側の部分は、ネジが切られている。このフィラメント支柱１７のネジが切られた部分の一部が縦長に削り取られ、平坦面１８となっている。この平坦面１８の形状、寸法に合わせて、その平坦面１８の縦横寸法よりやや小さな平坦面を持った回止チップ１９が添えられる。この回止チップ１９は、半円柱形のいわゆる蒲鉾形をしており、その平坦面と反対側の面は縦長の部分円筒面である。フィラメント支柱１７の平坦面１８に回止チップ１９を添えた時のフィラメント支柱１７と回止チップ１９とを含む幅寸法は、ホルダ１２の長穴取付孔２１より僅かに小さいが、その差は出来るだけ小さくする。

図３に示したように、フィラメント支柱１７のネジ部分に一方のナット２０をねじ込んでおき、このナット２０をフィラメント支柱１７の平坦面１８より上の部分に位置させておく。この状態でフィラメント支柱１７の平坦面１８に回止チップ１９を添え、この部分をホルダ１２の長穴取付孔２１に差し込む。その後、フィラメント支柱１７の下端にもう一方のナット２０をねじ込み、こられ上下のナット２０、２０でホルダ１２を上下から挟み、ナット２０、２０を締め付ける。これにより、フィラメント支柱１７がホルダ１２から立設された状態で固定される。この状態では、図２に示すように、フィラメント支柱１７の平坦面１８に添えた回止チップ１９がホルダ１２の長穴取付孔２１の中にあり、回止チップ１９の部分円筒面が長穴取付孔２１の周壁面に当たるようにする。長穴取付孔２１の中にある回止チップ１９は、上下のナット２０、２０の間の位置にある。これにより、フィラメント支柱１７がホルダ１２に対して回転しないようになる。

図４は、フィラメント支柱１７を平板状のホルダ１２の長穴取付孔２１に取り付ける前の状態の他の実施例を示す分解斜視図である。この実施例では、回止チップ１９が半円柱状の、いわゆる蒲鉾形ではなく、立方体形をしている。そして、この回止チップ１９と共にフィラメント支柱１７のネジ部分が嵌め込まれるホルダ１２の長穴取付孔２１では、立方体形の回止チップ１９との嵌合により、フィラメント支柱１７の回り止めがより確実となる。

本発明による電子衝撃加熱装置は、熱電子を発生させるフィラメントを加熱プレートの背面に対向して支持し、発生した熱電子を加速して加熱プレートに衝突させて加熱プレートを発熱させるものであり、例えば蒸発皿に供給される金属微粉の蒸発用加熱装置として利用される。

本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施例を示す概略縦断面図である。 図１のＡ部を示す要部拡大断面図である。 本発明による背面電子衝撃加熱装置の一実施例において使用されるフィラメント支柱とそれを取り付けるホルダの長穴取付孔の部分を示す斜視図である。 本発明による背面電子衝撃加熱装置の他の実施例において使用されるフィラメント支柱とそれを取り付けるホルダの長穴取付孔の部分を示す斜視図である。 背面電子衝撃加熱装置の従来例を示す概略縦断面図である。

１ 加熱容器
２ 加熱プレート
９ フィラメント
１２ ホルダ
１７ フィラメント支柱
１８ フィラメント支柱の平坦面
１９ 回止チップ
２０ ナット
２１ ホルダの長穴取付孔

Claims (4)

1. フィラメント（９）で発生した熱電子を加速してこれを加熱容器（１）の天板となる加熱プレート（２）にその背面から衝突させて加熱プレート（２）を発熱させる背面電子衝撃加熱装置であって、フィラメント（９）がホルダ（１２）に立設されたフィラメント支柱（１７）に支持されていると共に、ホルダ（１２）の長穴取付孔（２１）とフィラメント支柱（１７）との間に、同フィラメント支柱（１７）の回転を阻止する回り止め用の回止チップ（１９）が挿入されていることを特徴とする背面電子衝撃加熱装置。
2. フィラメント支柱（１７）は、ホルダ（１２）の長穴取付孔（２１）に挿入される部分がネジとなっていて、このフィラメント支柱（１７）のネジ部分にねじ込んだナット（２０）によりフィラメント支柱（１７）がホルダ（１２）に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の背面電子衝撃加熱装置。
3. 回止チップ（１９）は、ホルダ（１２）を挟むように設けられた一対のナット（２０）、（２０）の間に挟まれた状態でホルダ（１２）の長穴取付孔（２１）に挿入されることを特徴とする請求項２に記載の背面電子衝撃加熱装置。
4. フィラメント支柱（１７）は、ナット（２０）、（２０）をねじ込むためネジ切った部分が一部平坦面（１８）となっており、この平坦面（１８）とホルダ（１２）の長穴取付孔（２１）の周壁面との間に回り止め用の回止チップ（１９）が挿入されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の背面電子衝撃加熱装置。

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