JP5480723B2 - Filament support for thermionic emission - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、蒸発皿から金属微粒子を蒸発させる加熱装置において、加速した電子を加熱プレートに衝突させて加熱プレートを発熱させるため、熱電子を発生させるフィラメントを支持するサポートに関する。より具体的にはフィラメントを加熱プレートの背面に対向して支持するフィラメントサポートに関する。 The present invention relates to a support for supporting a filament that generates thermoelectrons, for example, in a heating apparatus that evaporates metal fine particles from an evaporating dish so that accelerated electrons collide with the heating plate to generate heat. More specifically, the present invention relates to a filament support that supports the filament so as to face the back surface of the heating plate.
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、例えば特開 『特開2007−84849』号公報(下記特許文献7)に記載されたようなBBPヒータ(Back Bombardment Pedestal Heater:背面電子衝撃加熱ヒータ)が使用されている。これは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加熱装置である。この電子衝撃加熱装置では、通電によりフィラメントから放出された熱電子を高電圧で加速し、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等の板状の加熱物を加熱し、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。 As a heating means capable of quickly evaporating the metal fine powder hanging little by little on the evaporating dish by placing the evaporating dish on the heating plate and heating the evaporating dish to about 2000 ° C. A BBP heater (Back Bombardment Pedestal Heater) as described in Japanese Patent Application Publication No. 2007-84849 (Patent Document 7 below) is used. This is a heating device of a type in which accelerated electrons collide with the heating plate from behind to generate heat. In this electron impact heating apparatus, the thermoelectrons emitted from the filament by energization are accelerated at a high voltage and collide with the back of the heating plate to cause the heating plate to generate heat. Then, a plate-like heated object such as an evaporating dish placed on the heating plate is heated to quickly evaporate the metal fine powder hanging little by little on the evaporating dish.
図8は、電子衝撃加熱装置の従来例を示す図である。図8では図示して無いが、ステージ部36の上の部分は真空容器の中にあり、加熱プレート32の部分は真空雰囲気におかれる。ステージ部36の壁には、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、ステージ部36が冷却される。
FIG. 8 is a diagram showing a conventional example of an electron impact heating apparatus. Although not shown in FIG. 8, the upper part of the
このステージ部36の上には、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等の薄形板状の加熱物を載せる平坦な加熱プレート32を有する耐熱性の加熱物支持部材31が形成されている。この加熱物支持部材31の内部はその外側の空間と気密に仕切られている。より具体的には、加熱物支持部材31は、上面側が加熱プレート32により閉じられ、下面側が開口した円筒形状を有している。加熱物支持部材31の下端部はフランジ状になっており、この下端部がステージ部36の上面に当てられて固定されると共に、真空シール材38により気密にシールされている。
On the
ステージ部36には、排気通路34が形成され、この排気通路34に接続された真空ポンプ35により、加熱物支持部材31の内部の空間が排気され、真空にされる。
さらに、この加熱物支持部材31の内部には、フィラメント39が設置されている。図8では、フィラメント39はシンボル図形として示しされており、実際の形を表していない。このフィラメント39は、加熱物支持部材31の加熱プレート32の背後に設けられると共に、フィラメント加熱電源40が電気的に接続されている。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、加熱物支持部材31を介して電子加速電源41により加速電圧が印加される。なお加熱プレート32は接地され、フィラメント39に対して正電位に保持される。図示はしていないが、さらにフィラメント39とリフレクタ46は、フィラメント39と同電位で、負に帯電している。
An
Further, a
このような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から熱電子が放出され、リフレクタ46側に向かった負である熱電子も負に帯電したリフレクタ46によって電気的に反射される。よってほとんどの熱電子が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。このため、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の温度は熱電対42により温度測定器44で測定され、その温度がフィラメント加熱電源40を制御する制御器47により制御される。加熱プレート32に生じる熱は、リフレクタ33、46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成っている。
In such an electron impact heating device, a constant high voltage acceleration voltage is applied between the
このようなフィラメントのサポートは、支持部材の有無に係わらず高融点金属製の線材を環状に曲げてガイドを形成し、その環状のガイドの中にフィラメント線を通すのが一般的である。このフィラメントサポートの要点は、第一に、フィラメントの温度の変化により起こる熱膨張でフィラメントに熱応力が生じないように自由に伸縮出来る構造としながら、フィラメントとしての所要の位置関係を保持する点である。第二に、フィラメントが2000℃程度の高温になるので、そのブラケットも、強度低下が生じやすい溶接構造をとらず、針金細工とも言うべき線材の曲げ加工のみでガイドを形成する点である。 Such a filament support is generally formed by bending a refractory metal wire into an annular shape regardless of the presence of a support member to form a guide, and passing the filament wire through the annular guide. The main point of this filament support is that it maintains the required positional relationship as a filament while having a structure that can be freely expanded and contracted so that thermal stress is not generated in the filament due to thermal expansion caused by changes in the temperature of the filament. is there. Secondly, since the filament is heated to a high temperature of about 2000 ° C., the bracket does not have a welded structure in which the strength is likely to be reduced, and the guide is formed only by bending the wire, which should be called wirework.
BBPヒータ用のフィラメントは、一般の電子銃、例えば電子顕微鏡用の電子銃と違って、2000℃程度の高温に加熱される加熱プレートの至近位置に配置されるため、2000℃以上の高温に曝される。フィラメントは直径φ0.5前後と細いため、自重はそれほど大きくないが、高温領域で荷重がかかると徐々に延びていくクリープ現象が起こり、自重、振動、熱応力等によって次第に撓み、垂れ下がって曲がってしまう。 Unlike a general electron gun, for example, an electron gun for an electron microscope, a filament for a BBP heater is disposed at a position close to a heating plate heated to a high temperature of about 2000 ° C., so that it is exposed to a high temperature of 2000 ° C. or higher. Is done. Since the filament is thin with a diameter of around φ0.5, its own weight is not so great, but when a load is applied in a high temperature region, a creep phenomenon that gradually extends occurs, gradually bends due to its own weight, vibration, thermal stress, etc. End up.
このような電子衝撃加熱装置におけるフィラメントのサポートの従来例を図7に示している。フィラメント23には、高融点の金属線が使用され、例えばタングステンフィラメントが使用される。このフィラメント23を支持する構造は、支持部材21の上下に取付孔26、26を開け、この取付孔26、26に高融点金属製の線材からなるブラケット22のアーム25、25の基端部を貫通して固定し、さらに支持部材21からその側方に延びたブラケット22のアーム25、25の先端には、環状のガイド24が形成されている。そして、このガイド24の中に前記フィラメント線23を通している。
A conventional example of filament support in such an electron impact heating apparatus is shown in FIG. For the
図7(a)に示した従来のフィラメント23のサポートでは、ブラケット22となる高融点材料からなる線材の中間部をコイル状に曲げて環状のガイド24を形成し、このガイド24を形成するコイル状のガイド24から2本のアーム25、25をほぼ平行に延設し、ブラケット22を形成している。さらにこのブラケット22の2本のアーム25、25の両端部を支持部材21の上下に設けた複数の取付孔26、26にそれぞれ通し、支持部材21の背後で上側の取付孔26に通したアーム25の先端部分を下側に、下側の取付孔26に通したアーム25の先端部分を上側に折り曲げ、支持部材21の背後に縦に添わせている。さらに、この支持部材21の背後に添わせたアーム25、25の先端部分を含めて支持部材21を巻くように帯状の巻付部材27を巻き、これを部分的に溶接28することにより、アーム25、25の端部を支持部材21に固定している。
In the conventional support of the
また、図7(b)に示したフィラメント23のサポートは、ブラケット22となる高融点材料からなる線材の端部をコイル状に曲げて環状のガイド24を形成し、このガイド24を形成するコイル状のガイド24から1本のアーム25を延設することでブラケット22を形成している。ブラケット22の1本のアーム25の先端部を支持部材21に設けた上と下の取付孔26、26に順次通して折り曲げ、下側の取付孔26から引き出したアーム25の先端部分を支持部材21に沿って上側に折り返し、アーム25を支持部材21に固定している。
Further, the support of the
何れの例でも、ブラケット22は一本の線材により形成されており、その線材の一部が2重巻き程度のコイル状のガイド24となっている。この図7(a)、(b)に示したフィラメントのサポートのように、1本または2本のアーム25、25とその先端に設けた環状のガイド24によってフィラメント23を支持する構造であるため、図8に示す加熱プレート32の温度が2000℃と高温になると、フィラメント23だけでなく、そのブラケット22も2000℃の高温となり、前述したクリープ現象によりブラケット22のアーム25が撓み、その先端のガイド24が次第に下がってしまう。
In any of the examples, the
BBPヒータのフィラメント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の温度分布や耐電圧に影響を与えてしまうので、図7(a)、(b)に示したガイド24は常に所要の位置を保ち、フィラメント23をその環状のガイド24の中だけで熱膨張により若干の移動がある程度に支持することが望ましい。
Since the positional relationship of the
本発明は、高温下で使用される前記のようなBBPヒータ用の従来の熱電子放出用フィラメントサポートにおける課題に鑑み、フィラメントを支持するブラケットのアームが高温下のクリープ現象により撓み、その先端のガイドが下がってしまわない熱電子放出用フィラメントサポートを提供することを目的とする。 In the present invention, in view of the problems in the conventional thermoelectron emission filament support for a BBP heater used at a high temperature, the arm of the bracket supporting the filament is bent due to a creep phenomenon at a high temperature, An object of the present invention is to provide a filament support for thermionic emission in which the guide is not lowered.
本発明では、前記の目的を達成するため、ブラケット2として耐熱性を有する高融点金属製の板状のものを使用し、その基端から延びたアーム5を支持部材1に固定し、その先端側に設けたガイド孔4にフィラメント3を通し、これによりブラケット2の上下方向の剛性の強化を図った。
In the present invention, in order to achieve the above-described object, a plate-like member made of a refractory metal having heat resistance is used as the
すなわち、本発明による熱電子放出用フィラメントサポートは、耐熱性を有する高融点金属製の板状のブラッケト2の基端側に支持部材1に固定するためのアーム5、5を設け、同ブラケット2の先端側にフィラメント3を通すガイド孔4を設け、このブラケット2の幅方向が縦になるようそのアーム5を支持部材1に固定すると共に、同ブラケット2の前記ガイド孔4にフィラメント3を通したものである。
That is, the thermoelectron emission filament support according to the present invention is provided with
具体的には、ブラケット2の基端の上下の位置から延びた少なくとも2本のアーム5、5を設け、これらアーム5、5を支持部材1の上下に設けた取付孔6、6に差し込んで固定する。さらにブラケット2は、1本の高融点金属製の板材の基端側から延びたアーム5、5の基部に挿通孔9が設けられ、支持部材1と、その取付孔6、6に差し込んで固定したブラケット2のアーム5、5とが挿通孔9に通して巻回した巻付部材7により保持されているものである。
或いは他の形態として、ブラケット2の基端側が一体のアーム5となっており、このアーム5を支持部材1の上端に設けたスリット14に差し込んで固定する。
Specifically, at least two
Alternatively, as another form, the base end side of the
このような本発明による熱電子放出用フィラメントサポートでは、ブラケット2が高融点金属製の板状のものとし、その基端から延びたアーム5を支持部材1に固定し、板状のブラケット2の幅方向が縦になるようを支持部材1に取り付けている。このため、ブラケット2の上下方向の剛性が大きくなり、ブラッケト2が上下に撓みにくくなる。これにより、高温下でもクリープ現象によるブラケット2の撓みが無くなり、その先端のガイド4の位置が下がらない。すなわちフィラメント3を一定の高さに支持することが出来る。
In such a thermoelectron emission filament support according to the present invention, the
以上説明した通り、本発明による熱電子放出用フィラメントサポートでは、ブラケット2の上下方向の剛性が高くなるため、高温下でのクリープ現象によるブラケット2の撓みが起こりにくくなる。これにより、高温下でガイド4が下がらず、それに通したフィラメント3を一定の高さに支持することが出来る。よって、加熱プレートの温度分布や耐電圧に影響を与える影響を最小限に抑えることが出来る。
As described above, in the thermoelectron emission filament support according to the present invention, the vertical rigidity of the
本発明では、高融点金属製の板状のブラケット2を使用し、このブラケット2の幅方向が縦になるようその先端から延びたアーム5を支持部材1に固定することにより、ブラケット2の上下方向の剛性の強化を図り、これにより高温下でもクリープ現象によりフィラメント3を通したブラケット2が撓まないようにした。
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。
In the present invention, a plate-
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to examples.
電子衝撃加熱装置用のフィラメントのサポートの実施例を図1と図2に示している。図1はフィラメント3を支持する支持部材1にブラケット2を取り付ける前の分解した要部斜視図であり、図2は、支持部材1にブラケット2を取り付けた状態の要部斜視図である。
An example of a filament support for an electron impact heating device is shown in FIGS. FIG. 1 is an exploded perspective view of a principal part before the
フィラメント3には、高融点の金属線が使用され、例えばタングステンフィラメントが使用される。このフィラメント3を支持するサポートは、フィラメント3を通して支持するブラケット2とそれを支持する柱状の支持部材1とからなる。支持部材1の上下に取付孔6、6を開け、板状のブラケット2の基端から突出した2本のアーム5、5を前記取付孔6、6に差し込み、さらに取付孔6、6から突出したアーム5、5の先端を支持部材1に添って上下に折り曲げ、当該支持部材1に固定している。これにより、板状のブラケット2の幅方向が縦になるよう支持部材1に固定される。さらにブラケット2の先端側に円形開口状のガイド4が設けられており、このガイド4の中にフィラメント線3を通す。支持部材1や板状のブラケット2には、タングステンより加工性が良く耐熱性を有する高融点金属が使用され、例えばタンタルやモリブデン等が使用される。
For the filament 3, a high melting point metal wire is used, for example, a tungsten filament. The support that supports the filament 3 includes a
図1に示したフィラメントのサポートでは、ブラケット2となる高融点材料からなる板材の先端部を円形状に穿孔してガイド4を設け、このガイド4と反対側の端部から2本のアーム5、5を延設し、ブラケット2を形成している。さらにこのブラケット2のアーム5、5の取付基部には、矩形の窓状に穿孔することで挿通孔9が設けられている。
In the filament support shown in FIG. 1, a
図2に示すように、ブラケット2のアーム5、5の先端を支持部材1の上下に設けた複数の取付孔6、6にそれぞれ差し込み、さらに取付孔6、6から支持部材1の背後に突出したアーム5、5の先端を支持部材1に添って上下に折り曲げ、アーム5、5の先端が支持部材1の背後で互いに向き合うように添わせている。すなわち、支持部材1の上側の取付孔6、6から突出したアーム5の先端部を下側に、支持部材1の下側の取付孔6から突出したアーム5の先端部を上側にそれぞれ折り曲げ、支持部材1の背後に縦に添わせている。さらに、前記ブラッケト2の挿通孔9を通した帯状の巻付部材7を、支持部材1とその背後に添わせたアーム5、5の先端部とを巻き込むように巻回する。図示はしていないが、この巻付部材7の一部を溶接して、巻付部材7が解けないようになっている。この巻付部材7を部分的に溶接することにより、アーム5の先端部を支持部材1に固定している。そしてブラケット2の先端側の前記ガイド4にフィラメント3を通して支持する。
As shown in FIG. 2, the ends of the
なお、帯状の巻付部材7は、アーム5の先端部を支持部材1に固定する補助的な部材であり、それは必ずしも必要ではなく、省略してもよい。また補助的な部材としての巻付部材7を設けるにしても、それは帯状だけでなく、例えば線状の巻付部材7を何周か巻いてアーム5の先端部を支持部材1に固定することも出来る。巻付部材7には、耐熱性を有する高融点金属が使用され、例えばタンタルやモリブデン等が使用される。
The band-shaped winding member 7 is an auxiliary member that fixes the tip of the
次に、図3と図4に示した実施例について説明する。図3はフィラメント3を支持する支持部材1にブラケット2を取り付ける前の分解した要部斜視図であり、図4は、支持部材1にブラケット2を取り付けた状態の要部斜視図である。
図1と図2により前述した実施例において、支持部材1は完全な円柱形の部材であり、横断面形状が円形であった。これに対し、図3と図4に示した実施例における支持部材1は円柱形の部材であるものの、取付孔26、26が開口した部分は平面8、8として平坦に切り欠かれた形状になっている。このように支持部材1に対向する平面8、8を設け、この部分にブラケット2とアーム5、5の先端とを当てることにより、ブラケット2が横に振れずに安定して支持することが出来る。
Next, the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 will be described. FIG. 3 is an exploded perspective view of a main part before the
In the embodiment described above with reference to FIGS. 1 and 2, the support member 1 is a complete columnar member, and has a circular cross-sectional shape. On the other hand, although the support member 1 in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 is a cylindrical member, the portions where the mounting
前述した図1と図2及び図3と図4の何れの実施例でも、ブラケット2は板材により形成されており、その板材の先端部に孔としてのガイド4が設けられている。このブラケット2のガイド4と反対側の端部の上下からは一体にアーム5、5が延設され、それらアーム5、5の端部が支持部材1の上下に設けられた取付孔6、6に差し込まれている。図示のアーム5、5は上下に2本設けられているが、3本以上設けてもよい。
In any of the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 and FIGS. 3 and 4, the
次に、図5と図6に示した実施例について説明する。図5はフィラメント3を支持する支持部材1にブラケット2を取り付ける前の分解した要部斜視図であり、図6は、支持部材1にブラケット2を取り付けた状態の要部斜視図である。
図1〜図4により前述した実施例において、ブラケット2のアーム5、5は、板状のブラケット2の基端上下から突出した2本のものであったが、この図5と図6に示した実施例においては、図5に示すように、ブラケット2のアーム5は、ブラケット2の基端から一体にそのままの幅で延びている。このブラケット2のアーム5には、取付孔10が穿孔されている。
Next, the embodiment shown in FIGS. 5 and 6 will be described. FIG. 5 is an exploded perspective view of a main part before the
In the embodiment described above with reference to FIGS. 1 to 4, the
図5に示すように、柱状の支持部材1の上端には、前記ブラッケト2のアーム5を差し込むための縦のスリット13が設けられており、そのスリット13を貫通するように横に1つの取付孔11が設けられている。スリット13の幅は、ブラッケト2のアーム5の厚さよりやや広く、その取付孔11の径は前記ブラッケト2のアーム5の取付孔10とほぼ同じである。
また別に、支持部材1の取付孔11やブラケット2のアーム5の取付孔10よりやや径の小さな抜止ピン12が用意される。
As shown in FIG. 5, a
Separately, a retaining
図6に示すように、柱状の支持部材1の上端のスリット13に前記ブラッケト2のアーム5を差し込み、それらの取付孔10、11を位置合わせし、そこに前記抜止ピン12を差し込み、この抜止ピン12の両端を押し曲げ、同抜止ピン12の抜け止めと、前記ブラッケト2のアーム5の抜け止めを行う。
As shown in FIG. 6, the
本発明によるフィラメントサポートは、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、蒸発皿に供給される金属微粉の蒸発用加熱物等を高温に加熱する加熱装置の熱電子放出部に適用することが出来る。 The filament support according to the present invention supports a filament that generates thermoelectrons facing the back surface of the heating plate, accelerates the generated thermoelectrons to collide with the heating plate, and heats the heating plate. It can be applied to a thermionic emission part of a heating device that heats a heated metal evaporation powder supplied to the substrate to a high temperature.
1 支持部材
2 ブラケット
3 フィラメント
4 ガイド
5 アーム
6 取付孔
7 巻付部材
1 Supporting
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