JPH03272500A - 電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は照射加熱用の電子ビームを発生する電子銃に係
り、特に金属材料の加熱・蒸発用電子ビーム発生に好適
な電子銃に関する。

（従来の技術） 一般に金属材料を高分子樹脂フィルムや半導体ペレット
に蒸着させる装置では、金属材料の加熱・蒸発装置とし
て電子銃を用いている。従来、この用途にはスポット状
の電子ビームを発生する電子銃が用いられていたが、近
年ではより効率よく金属材料の加熱・蒸発が行える線状
の電子ビームを発生する電子銃が使用され始めている。

第３図は金属材料の加熱・蒸発装置を概略的に示した模
式図である。同図において、加熱・蒸発装置１は、装置
本体を気密に収容する真空容器２と、装置全体を構成す
る各機器とからなる。加熱・蒸発させる金属原料３は、
熱化学的耐性を有する蒸発用るつぼ４に収容される。蒸
発用るつぼ４は金属原料３の温度を調節するための冷却
管５が埋設される。蒸発用るつぼ４内に収容された金属
原料３に対して電子銃６から発射された電子ビーム７は
、偏向磁場８により変更され金属原料３の液面９に照射
される。電子ビーム７の照射を受けた金属原料３は高温
に加熱され溶融状態を経て蒸発し、気体金属の蒸気流１
０を連続的に生成する。生成した蒸気流１０は、蒸発用
るつぼ４の上部空間に囲むように形成された蒸気封入容
器１１内に封入され、さらに上方に案内される。そして
、蒸気流】０に対して、蒸着を目的とする高分子樹脂フ
ィルムや半導体ペレット等の被蒸着物１２が配設される
。

第４図は線状の電子ビームを発生する電子銃６の一例を
示すもので、フィラメント状陰極６１が支持袋［６２に
より凹形のウェーネルト電極６３の谷部に数曲のギャッ
プを保ち固定される。陽極６５は陽極支持装置６６によ
り同図水平方向に２個一定の間隔で平行に台座６７に固
定される。ウェーネルト電極６３と＠極６５の間隔はウ
ェーネルト固定台６８および絶縁碍子６９により調整可
能となっている。そしてフィラメント状陰極６１を通電
加熱し、フィラメント状陰極６１．ウェーネルト電極６
３に負の電位を与えることにより、フィラメント状陰極
６１から放出された熱電子は陽極６５の方向へ引張られ
、さらに陽極間を通り越して台座６７の開口部より電子
ビームとなって空間へ飛び出して行く。また、ウェーネ
ルト電極６３は凹形になっていて、フィラメント状陰極
６Ｊから放出される熱電子を効率よく陽極方向へ導く。

フィラメント状陰極６１は熱電子放出可能な温度まで通
電加熱されるが、同時に熱膨張により延びるためテンシ
ョンボルト６４により生じるフィラメント支持装置６２
の板バネ効果を利用して熱膨張時の変形によりフィラメ
ント状陰極６１とウェーネルト電極６３のギャップが変
わらないようになっている。なお、フィラメント状陰極
６１は一般に高融点金属であるタングステン系の材料が
用いられている。

（発明が解決しようとする課題） 上述した様な金属材料の加熱・蒸発装置においては、蒸
発用るっぽ４内に収容した金属原料３に強力な電子ビー
ム７を照射してその保有エネルギーによって金属原料３
を加熱溶融し、さらに蒸発せしめている。しかしながら
電子ビーム７を陰極６１から発射する際に陰極６１軸方
向端部より支持装置６２への伝導による熱逃げにより陰
極６１軸方向端部の温度が低くなる。すると、この部分
での熱電子の放出量が減少し発射される電子ビームが少
なくなり、陰極６１から蒸発用るつぼ４へ照射する電子
ビーム７が不均一となり、蒸発用るつぼ４内の金属原料
３を均一に加熱溶融するに当たって不都合を生じていた
。すなわち、金属原料３の溶融が不均一になると蒸気流
１０が不均一となり、被蒸着物１２への金属の蒸着量が
不均一となる。そのため、蒸気流の均一な部分のみしか
利用できずシステム全体の効率が悪くなっていた。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであ
り、帯状の電子ビームを均一に発生させ、金属材料の加
熱溶融を均一にしてシステム効率を向上させる電子銃を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（１４１題を解決するための手段） 本発明においては、直接通電加熱され線状の照射用電子
ビームを発生する陰極と、この陰極より正電位に保持さ
れて前記照射用電子ビームを加速する陽極とを有する電
子銃において、前記陰極の軸方向端部位置の材料を他の
部位の材料より熱電子放出性の高い材料とする。

（作用） 本発明においては陰極の軸方向端部位置の材料を他の部
位の材料より熱電子放出性の高い材料としたため、陰極
の軸方向端部位置での熱電子の発生が他の部位より容易
になり、陰極の軸方向端部より支持装置への伝導による
熱逃げを補い陰極の軸方向の熱電子の発生分布を均一に
することができる。そのため、陰極より均一に熱電子が
放出され均一な電子ビームが得られる。従って、るつぼ
内の金属材料を均一に加熱溶融することができ金属蒸気
流が均一になり被蒸着物への金属の蒸着量が均一となり
、システムの効率を向上させることが可能となる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第１
図は、本発明による電子銃のフィラメント状陰極の長手
方向位置に対する材料の熱電子発生に係わる仕事関数お
よび温度の分布を示す図である。第２図は５本発明によ
る電子銃のフィラメント状陰極の長平方向位置に対する
熱電子放出密度の分布を示す図である。

第１図において横軸は電子銃のフィラメント状陰極の長
手方向位置を示し、縦軸は熱電子発生に係わる仕事関数
および温度を示している。図において、実線は本発明に
よる陰極の仕事関数の分布を示すもので、端部の仕事関
数が他の部位の仕事関数より低く、図の実施例では連続
的に変化している。また、比較のため従来の陰極の仕事
関数分布を破線で示した。さらに、−点鎖線は温度の分
布を示している。この様な仕事関数が端部で低く中央部
方向に連続的に増大する陰極は、陰極を主材料により制
作した後、主材料より仕事関数の高い、あるいは低い材
料を蒸着、ドープすること等により得られる。また、陰
極の表面状態を盆化させることに依っても得られる。こ
の様な仕事関数の分布は、実際に陰極に通電し所要の温
度付近になった時に第２図で説明する熱電子放出密度分
布が均一になるように決める。第２図はフィラメントか
らの熱電子放出密度分布を示し、横軸は電子銃のフィラ
メント状陰極の長手方向位置を示し、縦軸は陰極の熱電
子放出密度を示している。図において、実線は本発明に
よる陰極の熱電子放出密度の分布を示すものであり、破
線は比較のために示した従来の分布である。本発明では
、前述のように端部の材料の熱電子発生に係わる仕事関
係が他の部位の材料より低くなっているため、端部では
低温でも熱電子が発生する様になり、支持部からの伝導
による熱逃げを補い、平担で均一な熱電子放出密度分布
となる。これに対し、従来例では熱電子放出密度は第１
図に示した様に仕事関数が一定であるため、温度の分布
に従い凸形の分布となり、平担で均一な熱電子放出密度
分布とはならない。さらに本実施例は、放射による熱逃
げに対し、端部からの伝導による熱逃げが問題となる比
較的低い温度で使用される陰極材に対し特に有効である
。

尚、本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、
リボン状の陰極や図示した以外の陽極形状、ウェーネル
ト形状の電子銃等に適用でき、その要旨を変更しない範
囲で種々変形して実施できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、陰極の熱電子放出密
度分布を均一にすることができ、陰極より均一に熱電子
が放出され均一な電子ビームが得られる。従って、るつ
ぼ内の金属材料を均一に加熱溶融することができ金属蒸
気流が均一になり被蒸着物への金属の蒸着量が均一とな
り、システムの効率を向上させることが可能となる効果
を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による陰極の長手方向位置に対する仕
事関数および温度の分布を示す図、第２図は、本発明に
よる陰極の長手方向位置に対する熱電子放出密度の分布
を示す図、第３図は金属材料の加熱・蒸発装置を概略的
に示した模式図、第４図は従来の線状の電子ビームを発
生する電子銃の一例を示す構造図である。 １・・・金属材料の加熱・蒸発装置 ２・・・真空容器　　　　　３・・・金属原料４・・・
蒸発用るっぽ　　　５・・・冷却管６・・・電子銃　　
　　　　７・・・電子ビーム８・・・偏向磁場　　　　
　９・・・液面１０・・・蒸気流　　　　　　１１・・
・蒸気封入容器１２・・・被蒸着物 ６１・・・フィラメント状陰極 ６２・・・支持装置　　　　　６３・・・ウェーネルト
電極６４・・・テンションボルト　６５・・・陽極６６
・・・陽極支持装置　　　６７・・・台座６８・・・ウ
ェーネルト固定台 ６９・・・絶縁碍子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　直接通電加熱され線状の照射用電子ビームを発生する
   陰極と、この陰極より正電位に保持されて前記照射用電
   子ビームを加速する陽極とを有する電子銃において、前
   記陰極の軸方向端部位置の材料を他の部位の材料より熱
   電子放出性の高い材料としたことを特徴とする電子銃。