JP3015572B2 - Linear cathode - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、真空中で金属蒸気を発
生させる熱源として使用される電子銃におけるリニアカ
ソードに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear cathode in an electron gun used as a heat source for generating a metal vapor in a vacuum.
【0002】[0002]
【従来の技術】図4に従来の電子銃を示す。この電子銃
は、長尺状電子ビームの発生により、真空中で金属等を
蒸発させるものであり、以下、リニア電子銃と称する。
即ち、この電子銃においてはアノード9、グリッド8の
後方にはカソード01が配置され、このカソード01の
後方にはカソード加熱用フィラメント7が配置されてい
る。カソード01の中央部に仕事関数の低い電子放出材
料03が一体的に嵌め込まれており、この電子放出材料
03のみで必要な放射電流密度が得られるまで、カソー
ド加熱用フィラメント7により熱伝導、輻射及び電子衝
撃の方法により加熱される。アノード9にはカソード0
1に対して正の高電圧が加速電源11により印加され、
放出された熱電子を加速できる。グリッド8には負の電
圧をグリッド電源10により印加し、電子ビーム量や集
光性を調整する。更に、図中紙面と垂直方向に均一磁場
Bが形成されている。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a conventional electron gun. This electron gun evaporates a metal or the like in a vacuum by generating a long electron beam, and is hereinafter referred to as a linear electron gun.
That is, in this electron gun, a cathode 01 is arranged behind the anode 9 and the grid 8, and a cathode heating filament 7 is arranged behind the cathode 01. An electron emitting material 03 having a low work function is integrally fitted into the center of the cathode 01, and heat conduction and radiation are performed by the cathode heating filament 7 until a required emission current density is obtained only with the electron emitting material 03. And by electron bombardment. Anode 9 has cathode 0
A positive high voltage with respect to 1 is applied by the acceleration power supply 11,
The emitted thermoelectrons can be accelerated. A negative voltage is applied to the grid 8 by a grid power supply 10 to adjust the amount of electron beams and the light collecting property. Further, a uniform magnetic field B is formed in a direction perpendicular to the plane of the drawing.
【0003】従って、カソード01の電子放出材料03
から放出された熱電子は、アノード9により加速されて
電子ビーム12となり、この電子ビーム12は均一磁場
Bの作用により270 度偏向する。そして、電子ビーム1
2は、るつぼ14内のターゲット(蒸発源)13に集光
して照射され、これにより、ターゲット13が蒸発して
金属蒸気16が得られる。尚、図4中、15は、るつぼ
14に設けた水冷穴であり、冷却水を流通させるもので
ある。Accordingly, the electron emission material 03 of the cathode 01
The thermoelectrons emitted from are accelerated by the anode 9 to become an electron beam 12, which is deflected 270 degrees by the action of the uniform magnetic field B. And electron beam 1
2 is focused and irradiated on a target (evaporation source) 13 in a crucible 14, whereby the target 13 evaporates and a metal vapor 16 is obtained. In FIG. 4, reference numeral 15 denotes a water cooling hole provided in the crucible 14, through which cooling water flows.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のリニア電子銃に
使用されるカソード01の拡大図を図3(a)(b)に示す。
同図(a)(b)に示すように、カソード01は、長尺なカソ
ード本体04の中央部に凹部を形成して、この凹部に電
子放出材料03を嵌め込み、カソード本体04と電子放
出材料03とを拡散溶接或いはろう付けにより強固に締
結したものである。従って、カソード01は、加熱前に
おいては、図3(a)(b)に示すように直線状であるが、同
図(c)(d)に示すように加熱時には、電子放出材料03と
カソード本体04の熱膨脹差に起因して、熱変形を起こ
して撓みを生じていた。この熱変形量が塑性領域まで達
すると、図3(e)(f)に示すように冷却時においても、熱
変形量の一部が残留歪みとして残る。従って、加熱冷却
を繰り返すと、その変形量が累積して増大することにな
っていた。FIGS. 3A and 3B are enlarged views of a cathode 01 used in a conventional linear electron gun.
As shown in FIGS. 2A and 2B, the cathode 01 has a concave portion formed in the center of a long cathode main body 04, and the electron-emitting material 03 is fitted into the concave portion. 03 is firmly connected by diffusion welding or brazing. Therefore, before heating, the cathode 01 is linear as shown in FIGS. 3A and 3B, but during heating as shown in FIGS. Due to the difference in thermal expansion of the main body 04, the main body 04 was thermally deformed to bend. When this amount of thermal deformation reaches the plastic region, a part of the amount of thermal deformation remains as a residual strain even during cooling as shown in FIGS. Therefore, when heating and cooling were repeated, the amount of deformation was accumulated and increased.
【0005】このようにカソードが変形を生じると、電
極間距離が中央部と両端部で異なることになり電子ビー
ムの集光性がビーム長方向で不均一となる等の不都合が
あった。本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたもの
であり、カソードの熱変形を防止して加熱冷却を繰り返
しても直線性を保つことのできるリニアカソードを提供
することを目的とする。[0005] When the cathode is deformed as described above, the distance between the electrodes is different between the central portion and both ends, and there is a problem that the condensing property of the electron beam becomes non-uniform in the beam length direction. The present invention has been made in view of the above prior art, and has as its object to provide a linear cathode that can prevent thermal deformation of the cathode and maintain linearity even after repeated heating and cooling.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成は長尺状電子ビームの発生により、真空中で
金属等を蒸発させる熱源として使用される電子銃におい
て、カソード中央部にカソード本体よりも仕事関数の低
い電子放出材料を、電子放出方向に抜けない形状に加工
して側面から挿入すると共にカソード中央で前記カソー
ド本体と前記電子放出材料を貫くピンを打ち込んだこと
を特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides an electron gun used as a heat source for evaporating metal or the like in a vacuum by generating a long electron beam. An electron emission material having a work function lower than that of the cathode body, processed into a shape that does not come off in the electron emission direction, inserted from the side surface, and a pin penetrating the cathode body and the electron emission material at the center of the cathode. I do.
【0007】[0007]
【作用】本発明のリニアカソードでは、電子放出材料が
カソード本体に対して、電子放出方向には抜けないが、
長手方向に自由に移動可能に挿入されているので、加熱
時において電子放出材料とカソード本体との熱膨脹差に
起因する熱変形が許容される。従って、熱変形が生ぜ
ず、加熱冷却を繰り返しても、リニアカソードは常に直
線性を保つことができる。また、カソード本体と電子放
出材料は中央部でピン止めされているので、熱膨脹は左
右均等に生じ、電子の放出が偏ることはない。In the linear cathode of the present invention, the electron emission material does not escape from the cathode body in the electron emission direction.
Since it is inserted so as to be freely movable in the longitudinal direction, thermal deformation due to a difference in thermal expansion between the electron-emitting material and the cathode body during heating is allowed. Therefore, the linear cathode can always maintain linearity even when heating and cooling are repeated without thermal deformation. In addition, since the cathode body and the electron emission material are pinned at the center, thermal expansion occurs evenly in the left and right directions, and the emission of electrons is not biased.
【0008】[0008]
【実施例】以下、本発明について、図面を参照して詳細
に説明する。図1及び図2に本発明の一実施例を示す。
両図に示すリニア電子銃は、電子ビームを270 度偏向さ
せるものである。即ち、アノード9、グリッド8の後方
にはリニアカソード1が配置され、このリニアカソード
1の後方にはカソード加熱用フィラメント7が配置され
ている。リニアカソード1の中央部に仕事関数の低い電
子放出材料3が挿入されており、この電子放出材料3の
みで必要な放射電流密度が得られるまで、カソード加熱
用フィラメント7により熱伝導、輻射及び電子衝撃の方
法により加熱される。アノード9にはカソード1に対し
て正の高電圧が加速電源11により印加され、放出され
た熱電子を加速できる。グリッド8には負の電圧をグリ
ッド電源10により印加し、電子ビーム量や集光性を調
整する。更に、図中紙面と垂直方向に均一磁場Bが形成
されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 show one embodiment of the present invention.
The linear electron gun shown in both figures deflects the electron beam by 270 degrees. That is, the linear cathode 1 is disposed behind the anode 9 and the grid 8, and the cathode heating filament 7 is disposed behind the linear cathode 1. An electron-emitting material 3 having a low work function is inserted in the center of the linear cathode 1, and heat conduction, radiation, and electrons are generated by the cathode heating filament 7 until a required radiant current density is obtained only with the electron-emitting material 3. Heated by impact method. A high positive voltage is applied to the anode 9 with respect to the cathode 1 by an acceleration power supply 11, and the emitted thermoelectrons can be accelerated. A negative voltage is applied to the grid 8 by a grid power supply 10 to adjust the amount of electron beams and the light collecting property. Further, a uniform magnetic field B is formed in a direction perpendicular to the plane of the drawing.
【0009】従って、リニアカソード1の電子放出材料
3から放出された熱電子は、アノード9により加速され
て電子ビーム12となり、この電子ビーム12は均一磁
場Bの作用により270 度偏向する。そして、電子ビーム
12は、るつぼ14内のターゲット(蒸発源)13に集
光して照射され、これにより、ターゲット13が蒸発し
て金属蒸気16が得られる。ここで、リニアカソード1
の具体例を図2(a)(b)に示す。同図に示すように、リニ
アカソード1は、カソード本体4の中央に凹部を形成し
て、この凹部に電子放出材料3を側面から挿入したもの
である。カソード本体4の凹部の形状及びこれに対応す
る電子放出材料3の形状はいわゆるアリ溝と同様な形状
であり、電子放出材料3は電子放出方向に抜けることは
ない。このように電子放出材料3とカソード本体4と
は、一体的に締結されているのではなく左右に移動可能
である為、電子放出材料3とカソード本体4の熱膨脹差
に起因する熱変形は許容されることになる。但し、電子
放出材料3とカソード本体4には中央部にピン5が打ち
込んであり、電子放出材料3がカソード本体4から抜け
ることはない。Therefore, the thermoelectrons emitted from the electron emission material 3 of the linear cathode 1 are accelerated by the anode 9 to become an electron beam 12, and the electron beam 12 is deflected 270 degrees by the action of the uniform magnetic field B. The electron beam 12 is condensed and irradiated on a target (evaporation source) 13 in the crucible 14, whereby the target 13 evaporates and a metal vapor 16 is obtained. Here, the linear cathode 1
2 (a) and 2 (b) show specific examples. As shown in FIG. 1, the linear cathode 1 has a concave portion formed in the center of a cathode main body 4 and an electron emission material 3 is inserted into the concave portion from the side. The shape of the concave portion of the cathode main body 4 and the shape of the corresponding electron-emitting material 3 are the same as those of a so-called dovetail groove, and the electron-emitting material 3 does not escape in the electron emission direction. As described above, since the electron emission material 3 and the cathode main body 4 are not integrally fastened but can move to the left and right, thermal deformation due to a difference in thermal expansion between the electron emission material 3 and the cathode main body 4 is allowed. Will be done. However, the pin 5 is driven into the center of the electron emitting material 3 and the cathode main body 4 so that the electron emitting material 3 does not fall out of the cathode main body 4.
【0010】また、図2(e)に示すようにカソード本体
4の底部には長手方向に2個の穴が貫通して設けられて
おり、これらの貫通穴にスライドピン2が挿入されて、
このスライドピン2の両端をカソードホルダ6で支持す
ることにより、カソード14が保持されている。上記構
成を有する本実施例のリニア電子銃では、270 度偏向し
た位置において、均一な集光性が得られ、運転性、蒸発
効率の向上により、低コストで高品質な蒸着等が可能と
なる。特に、リニアカソード1は、熱変形を生じず加熱
冷却を繰り返しても直線性を失わないので、カソード寿
命がながくなる利点がある。更に、熱変形の問題がない
ため、一層長尺なリニアカソード、リニア電子銃の実現
が可能となり、これによれば、電子銃低減による設備費
用削減が図れる。尚、熱変形は許容されるものの、電子
放出材料3は、その中央でピン5を打ち込んで固定され
ているので、電子の放出が左右に偏ることはない。As shown in FIG. 2 (e), two holes are provided in the bottom of the cathode main body 4 in the longitudinal direction so that the slide pin 2 is inserted into these through holes.
The cathode 14 is held by supporting both ends of the slide pin 2 with the cathode holder 6. In the linear electron gun of this embodiment having the above configuration, uniform light condensing properties are obtained at a position deflected by 270 degrees, and high-quality vapor deposition and the like can be performed at low cost by improving operability and evaporation efficiency. . In particular, since the linear cathode 1 does not lose heat and does not lose its linearity even when heating and cooling are repeated, there is an advantage that the cathode life is shortened. Further, since there is no problem of thermal deformation, it is possible to realize a longer linear cathode and linear electron gun, thereby reducing the equipment cost by reducing the electron gun. In addition, although the thermal deformation is allowed, the electron emission material 3 is fixed by driving the pin 5 at the center thereof, so that the emission of the electrons is not deviated right and left.
【0011】上記実施例に示すリニアカソード1は、電
子放出方向の面が平面であったが、本発明のリニアカソ
ードは、これに限るものではない。例えば、図2(c)(d)
に示すリニアカソード1’のように、カソード長よりも
長尺な電子ビームを得るために、電子放出方向の面を円
弧状の曲面としても良い。また、電子放出材料3とカソ
ード本体4との固定法としては、上記実施例ではアリ溝
形状の嵌め合いによっていたが、熱変形を許容すること
ができれば、図3(f)(g)(h)に示すように、台形状の嵌
め合い、段状の嵌め合い、円弧状の嵌め合いによるもの
であっても良い。Although the linear cathode 1 shown in the above embodiment has a flat surface in the electron emission direction, the linear cathode of the present invention is not limited to this. For example, FIG. 2 (c) (d)
In order to obtain an electron beam longer than the cathode length, a surface in the electron emission direction may be an arcuate curved surface like a linear cathode 1 'shown in FIG. In the above embodiment, the method of fixing the electron emitting material 3 and the cathode main body 4 is by fitting in a dovetail shape. However, if thermal deformation can be tolerated, the method shown in FIGS. As shown in ()), trapezoidal fitting, step-like fitting, or arc-shaped fitting may be used.
【0012】尚、カソード本体4の材料としては、タン
グステン、モリブデン等の高融点材料が用いられ、また
電子放出材料3の材料としては、タンタル、LaB6,B
a-W等各種の電子放出材料が使用できる。The material of the cathode body 4 is a high melting point material such as tungsten or molybdenum, and the material of the electron emitting material 3 is tantalum, LaB 6 , B
Various electron emission materials such as aW can be used.
【0013】[0013]
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明は、カソード本体と電子放出材料との
間の熱変形を許容できるようにしたので、加熱冷却を繰
り返しても、直線性を失わない。この為、電子ビームの
集光性が長手方向において常に均一となる。As described above in detail with reference to the embodiments, the present invention allows thermal deformation between the cathode main body and the electron-emitting material. , Do not lose linearity. For this reason, the condensing property of the electron beam is always uniform in the longitudinal direction.
【図1】本発明の一実施例に係るリニア電子銃の構成図
である。FIG. 1 is a configuration diagram of a linear electron gun according to one embodiment of the present invention.
【図2】同図(a)はリニアカソードの具体例を示す正面
図、同図(b)は同図(a)のリニアカソードの側面図、同図
(c)はリニアカソードの他の例を示す正面図、同図(d)は
同図(c)に示すリニアカソードの側面図、同図(e)は同図
(a)のリニアカソードの斜視図、同図(f)(g)(h)はそれぞ
れリニアカソードの変形例についての側面図である。FIG. 2A is a front view showing a specific example of a linear cathode, FIG. 2B is a side view of the linear cathode shown in FIG.
(c) is a front view showing another example of the linear cathode, FIG. (d) is a side view of the linear cathode shown in FIG. (c), and FIG.
(a) is a perspective view of a linear cathode, and (f), (g), and (h) are side views of modified examples of the linear cathode.
【図3】同図(a)は加熱前のリニアカソードの正面図、
同図(b)は同図(a)のリニアカソードの側面図、同図(c)
は加熱時のリニアカソードの正面図、同図(d)は同図(c)
に示すリニアカソードの側面図、同図(e)は冷却時のリ
ニアカソードの正面図、同図(f)は同図(e)のリニアカソ
ードの側面図である。FIG. 3A is a front view of a linear cathode before heating,
FIG. 2B is a side view of the linear cathode of FIG.
Is a front view of the linear cathode during heating, and FIG.
(E) is a front view of the linear cathode during cooling, and (f) is a side view of the linear cathode shown in (e) of FIG.
【図4】従来のリニア電子銃の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional linear electron gun.
1 リニアカソード 2 スライドピン 3 電子放出材料 4 カソード本体 5 ピン 6 カソードホルダ 7 カソード加熱用フィラメント 8 グリッド 9 アノード 10 グリッド用電源 11 加速電源 12 電子ビーム 13 ターゲット 14 るつぼ 15 冷却穴 16 金属蒸気 01 カソード 03 電子放出材料 04 カソード本体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear cathode 2 Slide pin 3 Electron emission material 4 Cathode main body 5 Pin 6 Cathode holder 7 Cathode heating filament 8 Grid 9 Anode 10 Grid power supply 11 Acceleration power supply 12 Electron beam 13 Target 14 Crucible 15 Cooling hole 16 Metal vapor 01 Cathode 03 Electron emitting material 04 Cathode body
フロントページの続き (72)発明者 中村 隆正 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22 号 三菱重工業株式会社 広島製作所内 (72)発明者 今野 茂生 東京都昭島市武蔵野三丁目1番2号 日 本電子株式会社内 (72)発明者 高島 徹 東京都昭島市武蔵野三丁目1番2号 日 本電子株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−205676(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/06 - 37/07 C23C 14/30 Continued on the front page (72) Inventor Takamasa Nakamura 4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima-shi, Hiroshima Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hiroshima Works (72) Inventor Shigeo Konno 3-1-2 Musashino, Akishima-shi, Tokyo Sun Inside the Electronics Co., Ltd. (72) Inventor Toru Takashima 3-1-2 Musashino, Akishima-shi, Tokyo Japan Electronics Co., Ltd. (56) References JP-A-5-205676 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 37/06-37/07 C23C 14/30
Claims (1)
で金属等を蒸発させる熱源として使用される電子銃にお
いて、カソード中央部にカソード本体よりも仕事関数の
低い電子放出材料を、電子放出方向に抜けない形状に加
工して側面から挿入すると共にカソード中央で前記カソ
ード本体と前記電子放出材料を貫くピンを打ち込んだこ
とを特徴とするリニアカソード。In an electron gun used as a heat source for evaporating metal or the like in a vacuum by generating a long electron beam, an electron emitting material having a work function lower than that of a cathode body is provided at a central portion of the cathode. A linear cathode processed into a shape that does not come off in the direction, inserted from the side, and a pin penetrating the cathode body and the electron emission material at the center of the cathode.
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JP4012890A JP3015572B2 (en) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Linear cathode |
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JP4012890A JP3015572B2 (en) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Linear cathode |
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JPH05205679A JPH05205679A (en) | 1993-08-13 |
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- 1992-01-28 JP JP4012890A patent/JP3015572B2/en not_active Expired - Fee Related
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