JPH0711430A

JPH0711430A - 電子ビーム蒸着装置と電子ビームを用いた溶接装置及び自由電子レーザ装置

Info

Publication number: JPH0711430A
Application number: JP15962493A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Suzuki; 敏允鈴木; Yoji Ieki; 洋司家喜; Yoshifumi Minowa; 芳文美濃和
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-01-13

Abstract

(57)【要約】【目的】小さなパワーでエネルギー密度の高いパルス
状の電子ビームを出射させることができ、蒸着材料を基
板上に効率よく蒸着させることができ、しかも蒸着膜の
厚みを均一にすることができる電子ビーム蒸着装置と電
子ビームを用いた溶接装置及び自由電子レーザ装置を提
供する。【構成】真空槽９と、蒸着源と、電子銃１とを備え、
基板８上に蒸発源から蒸発する蒸着材料５を蒸着させる
装置であり、電子銃１に電子ビーム３をパルス化するシ
ャドウグリッド４１を設けたことを特徴とする。このシ
ャドウグリッド４１の高電圧側にパルス電圧変調器４２
を備え、電子ビーム３にはビームを走査する走査手段４
３を設け、蒸着源に温度計測手段６１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、真空蒸着により薄膜
を形成するのに用いて好適な電子ビーム蒸着装置と電子
ビームを用いた溶接装置及び自由電子レーザに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の電子ビーム蒸着装置を示
す構成図であり、図において、１は電子ビームを発生す
る電子銃、２は電子銃電源、３は電子ビーム、４は偏向
電磁石、５は蒸着材料、６は蒸着材料５を収納する容
器、７は蒸着材料が蒸発した蒸気、８は薄膜を形成する
基板、９は真空槽、１０は真空ポンプである。なお、電
子銃１をパルスで稼動させる場合は電子銃電源２をパル
ス変調回路とする。図１３は、従来のラインタイプのパ
ルス変調器の回路を示す回路図であり、図において、２
１は直流高電圧電源、２２はチャージングチョーク、２
３はチャージングダイオード、２４はスイッチング素
子、２５はＰＦＮ（パルス形成回路）、２６はパルスト
ランス、２７はトリガドライバ、２８は充電電圧検出回
路、２９はパルス電圧設定回路、３０は比較増幅回路、
３１はＤｅＱ回路である。

【０００３】次に動作について説明する。電子銃電源２
を用いて電子銃１に高電圧を印加すると、該電子銃１か
ら電子ビーム３が出射される。出射された電子ビーム３
は偏向電磁石４により蒸着材料５に向かって偏向され該
蒸着材料５に照射される。照射された電子ビーム３は運
動エネルギーが熱エネルギーに変換されて該蒸着材料５
を加熱・溶融し、該蒸着材料５を蒸発させる。蒸発した
蒸気７は、一部は基板８上に蒸着され薄膜となるが、残
りは真空槽９の内壁に蒸着されたり、真空ポンプ１０に
より外部に排出されたりする。真空槽９は、電子銃１、
蒸着材料５及び基板８を高真空の環境内に保つために真
空ポンプ１０により高真空状態に維持されている。

【０００４】また、電子銃１をパルスで稼動させる場合
には、直流電源２１から供給される電流はチャージング
チョーク２２及びチャージングダイオード２３を通って
ＰＦＮ２５のコンデンサに入力され共振充電される。Ｐ
ＦＮ２５のコンデンサに充電された電荷はスイッチング
素子２４を通し放電されるときＰＦＮ２５で形成される
パルス状の電流波形によりスイッチング素子２４及びパ
ルストランス２６の１次側を通して放電される。このと
きパルストランス２６の２次側にも１次側と同じ波形の
電圧（又は電流）が発生する。パルス出力電圧はＰＦＮ
２５の充電電圧によって決まる出力となるのでこの型の
パルス変調器はＰＦＮ２５のコンデンサの充電圧を制御
することによってパルス出力を制御している。ＰＦＮ２
５と充電電圧は電圧検出回路２８によって検知されパル
ス電圧設定回路２９と比較増幅回路３０で比較増幅さ
れ、その出力信号はＤｅＱ回路３１に送られＤｅＱ回路
３１と動作させ直流電源２１からＰＦＮ２５のコンデン
サに流れ込む電流を遮断し、これ以上の充電電流を増加
させないようにする。このようにして、パルス電圧設定
回路２９によりパルス変調器の出力を制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム蒸着
装置は以上のように構成されているので、広い面積の蒸
着が不均一になる恐れがある。そこで電子ビームを走査
することにより広い面積の蒸着をしようとすると、電子
ビームパワーを大きくしなければならず、さらに、熱除
去冷却負荷が増大し熱除去の能力により投入出来る電子
ビームのパワーが制限されるので、それ以上の電子ビー
ムのパワーを投入することができないなどの問題点があ
った。

【０００６】また、従来の電子ビーム蒸着装置では、蒸
気７は蒸着源からあらゆる方向に均等に蒸発するため
に、基板８に到達する蒸気７ａの全蒸気７に対する割合
が小さくなり、効率が悪く、かつ蒸着を必要としない真
空槽９の壁にこの蒸気７が蒸着され真空槽９の壁を汚し
てしまう、などの問題点があった。又、パルス運転の場
合電子銃１に印加する高電圧をパルス変調するのでパル
ス変調器が大形となりかつ電力の効率が、悪くなるなど
の問題点があった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電子ビームパワーが小さく、蒸
着が均一にでき、熱負荷を軽くできかつ蒸気を効率よく
基板に蒸着することができ、真空槽の容器の汚れを少な
くすることができ、さらに、パルス変調回路を小形化し
かつ高パルスくり返しを可能とすることができる電子ビ
ーム蒸着装置と電子ビームを用いた溶接装置及び自由電
子レーザを得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る電
子ビーム蒸着装置は、真空槽と、該真空槽内に設けられ
た蒸着源と、該蒸着源の蒸着材料に電子ビームを照射
し、該蒸着材料を加熱・溶融する電子銃とを備え、前記
真空槽内の所定位置に保持された基板上に、前記蒸着源
から蒸発し蒸気化した蒸着材料を蒸着させる装置におい
て、前記電子銃に、前記電子ビームをパルスビームとす
るための電極を設けたものである。

【０００９】また、請求項２の発明に係る電子ビーム蒸
着装置は、前記電極に、電子ビームをパルス化するため
のパルス電圧を印加するパルス電圧変調器を備えたもの
である。

【００１０】また、請求項３の発明に係る電子ビーム蒸
着装置は、前記パルス電圧変調器が、前記パルス電圧を
変化させて前記電子ビームの尖頭値を変化させる制御手
段を有するものである。

【００１１】また、請求項４の発明に係る電子ビーム蒸
着装置は、前記電子ビーム近傍に、該電子ビームを所定
の方向へ走査するための走査手段を設けたものである。

【００１２】また、請求項５の発明に係る電子ビーム蒸
着装置は、前記走査手段が、前記電極に印加されるパル
ス電圧に同期して前記電圧ビームを走査するものであ
る。

【００１３】また、請求項６の発明に係る電子ビーム蒸
着装置は、前記走査手段が、前記電子ビームを階段状に
走査するための走査機構を有するものである。

【００１４】また、請求項７の発明に係る電子ビーム蒸
着装置は、前記電子ビーム近傍に、該電子ビームを集束
または発散させるためのビーム径制御手段を設けたもの
である。

【００１５】また、請求項８の発明に係る電子ビーム蒸
着装置は、前記パルス電圧のパルス幅または前記電子ビ
ームの走査速度を変えることにより該電子ビームの照射
面積を変えるための照射制御手段を備えたものである。

【００１６】また、請求項９の発明に係る電子ビーム蒸
着装置は、前記パルス電圧変調器が複数のスイッチング
素子を備えたものである。

【００１７】また、請求項１０の発明に係る電子ビーム
蒸着装置は、前記パルス電圧変調器のスイッチング素子
及びトリガドライブ回路を複数個とし、トリガ信号をこ
れらトリガドライブ回路に時系列的に分配するものであ
る。

【００１８】また、請求項１１の発明に係る電子ビーム
蒸着装置は、前記蒸着源の蒸着材料を収納する容器の収
納部の断面形状をＶ字状としたものである。

【００１９】また、請求項１２の発明に係る電子ビーム
蒸着装置は、前記容器を、蒸着される基板面に対して平
行な一直線上または前記基板面と平行な平面上に複数個
配列したものである。

【００２０】また、請求項１３の発明に係る電子ビーム
蒸着装置は、前記容器に蒸着材料の温度を計測する温度
計測手段を設け、該温度計測手段の出力する信号に基づ
き前記パルス電圧を制御するものである。

【００２１】また、請求項１４の発明に係る電子ビーム
を用いた溶接装置は、真空槽と、該真空槽内に設けられ
被溶接物を移動する移動機構と、該移動機構に保持され
た被溶接物の溶接すべき位置に設けられた溶接材料に電
子ビームを照射し、該ビームの発する熱エネルギーによ
り前記溶接材料を加熱・溶融し、前記被溶接物を溶接す
る電子銃とを備えたものである。

【００２２】また、請求項１５の発明に係る電子ビーム
を用いた自由電子レーザは、真空槽と、該真空槽内に設
けられた電子ビーム捕獲部材と、該電子ビーム捕獲部材
に電子ビームを照射する電子銃と、前記電子ビームを挾
むように設けられ該電子ビームを蛇行させて放射光を発
生させるためのウィグラまたはアンジュレータのいずれ
か１種と、前記電子銃の陽極側に設けられ前記電子ビー
ムをバーストビームとするためのバーストパルス発振器
とを備えたものである。

【００２３】

【作用】請求項１の発明における電子ビーム蒸着装置
は、前記電子銃に電子ビームをパルスビームとするため
の電極を設けたことにより、該電子銃からパルス状の電
子ビームが発生する。

【００２４】また、請求項２の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記電極にパルス電圧変調器を備えたこと
により、該パルス電圧変調器から出力するパルス電圧に
応じて電子銃からパルス状の電子ビームが発生する。

【００２５】また、請求項３の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記パルス電圧変調器が電子ビームの尖頭
値を変化させる制御手段を有することにより、該電子ビ
ームの尖頭値を正確に制御することが可能になる。

【００２６】また、請求項４の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記電子ビーム近傍に走査手段を設けたこ
とにより、該電子ビームを所定の方向へ走査させること
が可能になる。

【００２７】また、請求項５の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記走査手段が前記電極に印加されるパル
ス電圧に同期して前記電子ビームを走査することによ
り、パルス状の電子ビームを常に一定の位置に照射さ
せ、該照射点における電子ビームのエネルギー密度が高
まる。例えば、電子ビーム走査周期を電子ビームパルス
周期のｎ倍とすると、電子ビームは空間的に走査方向に
ｎ個のスポット照射を行なうこととなり、照射点に電子
ビームのエネルギーを集中させることが可能になり、し
たがって、該照射点の電子ビームのエネルギー密度が高
まる。

【００２８】また、請求項６の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記走査手段が電子ビームを階段状に走査
する走査機構を有することにより、電子ビームを所定の
方向へ階段状に走査させることが可能になる。

【００２９】また、請求項７の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記電子ビーム近傍にビーム径制御手段を
設けたことにより、該電子ビームの径を制御し該電子ビ
ームのエネルギー密度を目的に応じて変化させることが
可能になる。例えば、ビーム径を小さくすれば該電子ビ
ームのエネルギー密度が高まり、照射点の電子ビームの
エネルギー密度がさらに高まる。

【００３０】また、請求項８の発明における電子ビーム
蒸着装置は、照射制御手段を備えたことにより、電子ビ
ームの照射面積を任意に変えることが可能になる。

【００３１】また、請求項９の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記パルス電圧変調器が複数のスイッチン
グ素子を備えたことにより、スイッチング回路の各々の
デューティを低下させ、電子ビームの平均パワーを小さ
くする。

【００３２】また、請求項１０の発明における電子ビー
ム蒸着装置は、トリガ信号を複数のトリガドライブ回路
に時系列的に分配することにより、トリガ信号を印加す
るタイミングを個々のトリガドライブ回路に対して少し
づつずらすことが可能になり、スイッチング回路の各々
のデューティをさらに低下させ、電子ビームの平均パワ
ーをさらに小さくする。

【００３３】また、請求項１１の発明における電子ビー
ム蒸着装置は、容器の収納部の断面形状をＶ字状とした
ことにより、余分な空間に蒸気を散逸させることなく効
率的に基板上に蒸着材料を蒸着させる。

【００３４】また、請求項１２の発明における電子ビー
ム蒸着装置は、基板面に対して平行な一直線上または平
面上に前記容器を複数個配列したことにより、蒸着膜の
厚みが均一になり、大面積の蒸着膜の形成が可能にな
る。

【００３５】また、請求項１３の発明における電子ビー
ム蒸着装置は、前記容器に温度計測手段を設けたことに
より、該温度計測手段により検出された蒸着材料の温度
を電子ビーム出力にフィードバックし、該蒸着材料の温
度制御を行う。

【００３６】また、請求項１４の発明における溶接装置
は、真空槽内で、溶接材料に電子ビームを照射し、該溶
接材料を加熱・溶融することにより、大気中において溶
接し難い溶接材料のスポット溶接を短時間で行う。

【００３７】また、請求項１５の発明における自由電子
レーザは、前記電子ビームを挾むようにウィグラまたは
アンジュレータのいずれか１種を設けたことにより、バ
ーストビームである電子ビームが蛇行し、領域〜領域の
放射光（ＳＲ光）を放射する。

【００３８】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、４１は電子銃１に設けられた第３
の電極であるアノード電極、４２はアノード電極４１に
高電圧パルスを印加するアノード変調器（パルス電圧変
調器）であり、該アノード変調器４２によりアノード電
極４１に高電圧パルスを印加した場合にのみ、パルス状
の電子ビーム３を出射させることができる。また４３は
アノード変調器４２のパルス電圧に同期して電子ビーム
３を走査する電磁石（走査手段）、４４は電磁石４３を
駆動させる走査電源で鋸歯状または階段状の波形の電流
を発生させる回路を有するものであり、４５は電子銃１
から出射された電子ビーム３を集束または発散するため
の集束コイル（ビーム径制御手段）、４６は蒸気７の蒸
発方向と範囲を限定するために収納部の断面がＶ字状と
された容器、４７は差動排気真空槽、４８はオリフィ
ス、４９は真空ポンプであり、差動排気真空槽４７、オ
リフィス４８、真空ポンプ４９により差動排気系が構成
されている。

【００３９】また、５０ａ及び５０ｂはアノード変調器
４２から電子銃１のカソード１ａ及びアノード電極４１
に接続されるケーブルで、これらケーブル５０ａ，５０
ｂによりパルス状の高電圧がカソード１ａ及びアノード
電極４１に印加される。また、５１は同期信号回路、５
２はトリガ信号発生器であり、トリガ信号発生器５２か
ら出力されたトリガ信号は同期信号回路５１においてア
ノード変調器４２のトリガ信号と同期がとられ走査電源
４４に送られる。

【００４０】図２は、電子ビーム３の動作を示す図であ
る。電子銃１から出射されたパルス状の電子ビーム３は
偏向電磁石４で所定の方向に偏向され、偏向電磁石４と
蒸着材料５の間におかれた電磁石４３によりパルス状の
電子ビーム３は所定の方向に走査される。ここで、パル
ス状の電子ビーム３の単位時間当りのくり返しと電磁石
４３の単位時間あたりのくり返しの比を整数倍にとると
パルス状の電子ビーム３は特定の位置にのみ照射され
る。

【００４１】今、電子ビーム３の走査幅をＬ、直径を
Ｄ、パルス幅をτ、単位時間当りのパルスくり返しをｆ
_b、走査の単位時間当りのくり返しをｆ_sとし、電子ビ
ーム３の平均電力をＰ_aとすると、単位断面積当りのエ
ネルギー密度ρ_pは近似的に ρ_p＝Ｐ_a／（τ・ｆ_s・Ｌ・Ｄ）……………………………（１）で表わされる。また、連続ビームでパルス状の電子ビー
ム３と同じように走査した場合、単位断面積当りのエネ
ルギー密度ρ_cは ρ_c＝Ｐ_a／（Ｄ・Ｌ） ………………………………………（２）で表わされるので、（１）式と（２）式より比ρ_p／ρ
_cを求めると、 ρ_p／ρ_c＝ｎ／（τ・ｆ_b） ………………………………（３）となる。ここで、ｎは走査のくり返し周波数ｆ_sに対す
るビームのくり返し周波数ｆ_bの比でありｎ＝ｆ_b／ｆ_s …………………………………………………（４）と表わされる。

【００４２】τ・ｆ_pはパルス状の電子ビーム３のデュ
ーティファクターと呼ばれるパラメータで電子ビーム３
の平均パワーＰ_aが一定であれば、照射される電子ビー
ム３の単位断面積当りのエネルギー密度ρ_pはデューテ
ィファクタτ・ｆ_pに反比例し、電子ビーム３の走査の
くり返しに比例して増加するので、電子ビーム３のエネ
ルギー密度が一定であれば電子ビーム３のデューティフ
ァクタを下げ、走査のくり返しを増すことによって電子
ビーム３の平均パワーＰ_aを小さくすることが出来る。

【００４３】図３はアノード変調回路の一例を示す回路
図である。ここでは、放電回路に用いられているスイッ
チング素子２４及びトリガドライブ回路２７を各々複数
個とし、トリガ信号発生器５２より出力されたトリガ信
号をマルチプレクサ５３によりトリガドライブ回路２
７，２７各々に時系列的に分配する。以上により、スイ
ッチング回路の各々のデューティを低下させることがで
き、電子ビーム３の平均パワーを小さくすることができ
る。

【００４４】実施例２．図４は実施例２の電子ビーム蒸
着装置を示す構成図である。図において、６１は測温体
（温度計測手段）、６２は信号増幅回路、６３は設定温
度信号発生回路、６４は信号増幅回路６２の出力信号と
設定温度信号発生回路６３からの出力信号とを比較し、
増幅する比較増幅回路、６５は比較増幅回路６４からの
出力信号である。ここでは設定温度と蒸着材料５近傍の
測温体６１との温度差が出力信号６５となる。

【００４５】図５はこの電子ビーム蒸着装置のアノード
変調器４２を示す回路図である。図において、６６は差
動増幅回路であり、蒸着材料５の温度と設定温度との差
である出力信号６５の電圧と、ＰＦＮコンデンサ充電電
圧とパルス電圧設定回路２９からの電圧との差を比較増
幅し、その出力信号でチャージングチョーク２２の二次
側回路にあるサイリスタを開閉し、ＰＦＮのコンデンサ
の充電電圧を制御する。ＰＦＮ充電電圧によりアノード
パルス変調器出力を制御し、この出力により電子銃１か
ら出射される電子ビーム３の電流を制御することによ
り、蒸着材料５に照射される電子ビームパワーを制御し
蒸着材料５の温度制御を行うことが出来る。

【００４６】図６はアノード変調器４２の他の実施例を
示す回路図である。図６において、６７はパルス変調回
路、６８はパルス変調素子６７のドライバー、６９はド
ライバー６８に信号を伝送する光ケーブル、７０はパル
ス信号増幅及びＥ／Ｐ変換回路、７１はパルス信号発生
器である。パルス信号発生器７１からのパルス信号はパ
ルス信号増幅及びＥ／Ｐ変換回路７０で増幅及び光信号
に変換され、光ケーブル６９によりドライバ６８に伝送
され、かつ増幅される。パルス変調回路６７の入力回路
にこの信号が入力されるとアノード変調器４２の出力回
路から、高電圧のパルス出力が得られる。パルス信号発
生器７１のパルス幅を変えることによりアノード変調器
４２の出力パルス幅も変えることが出来るので電子銃１
から取り出せる電子ビーム３のパルス幅も可変すること
が出来、従って電子ビーム３のパルス当りの照射面積も
変えることが出来る。

【００４７】実施例３．図７は実施例３の電子ビーム蒸
着装置を示す構成図であり、図において、８１は電磁石
４３に階段状の磁界を発生させて電子ビームを階段状に
走査するために、該電磁石４３に階段状の電流を供給す
る走査電源である。電磁石４３と走査電源８１により走
査機構が構成される。この走査電源８１は図８に示すよ
うな階段状の電流を出力することができる。

【００４８】図９は走査電源８１を示す回路図であり、
図において８２は直流電源、８３は制御用トランジス
タ、８４は高速切換器、８５は階段状信号発生器、８６
は高速切換器８４に切換信号を与える切換信号発生器で
ある。直流電源８２からの電流は制御用トランジスタ８
３を通して電磁石４３に流されるが、制御用トランジス
タ８３のベースは高速切換器８４で切換えられた階段状
の制御信号によって負荷に流れる電流が制御される。高
速切換器の切換のタイミングは、切換信号発生器８６の
信号によって電子ビーム３のパルスに同期して送り込ま
れる。これによって電子ビーム３のパルスの各パルス毎
に設定された電流が走査機構に流され電子ビーム３を階
段状に走査することができる。

【００４９】実施例４．図１０は実施例４の電子ビーム
溶接装置の構成図であり、図において、９１は被溶接
物、９２は被溶接物の溶接すべき位置に設けられた溶接
材料、９３は被溶接物９１を水平方向に移動させる移動
機構である。この溶接装置によれば、溶接材料９２に電
子ビーム３を照射し、該溶接材料９２を加熱・溶融する
ことにより、大気中において溶接し難い材料のスポット
溶接を短時間で多数行なうことができる。

【００５０】実施例５．図１１は実施例５の自由電子レ
ーザを示す構成図である。図において、１０１はバース
トビーム発生用のバーストパルス発振器、１０２はウィ
グラ、１０３はミラー、１０４はビームキャッチャー
（電子ビーム捕獲部材）である。

【００５１】この自由電子レーザでは、発振ゲインを下
げパルスビーム電流を増加させて、電子ビーム３をバー
ストビームとするために、電子銃１のアノード側に高速
のバーストパルスを印加するバーストパルス発振器１０
１を設けたことにより、高速のバーストビームを発生さ
せることができる。また、ウィグラ１０２が電子ビーム
３を挾むように設けられているので、バーストビームで
ある電子ビーム３を蛇行させ、遠赤外領域〜Ｘ線領域の
放射光「可視光〜赤外線（ＳＲ光）」を放射することが
できる。

【００５２】なお、ウィグラ１０２の替りにアンシュレ
ータを用いても同様の効果を得ることができる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、前記電子銃に、前記電子ビームをパルス化する電極
を設けるように構成したので、該電子銃からパルス状の
電子ビームを発生させることができる効果がある。

【００５４】また、請求項２の発明によれば、前記電極
にパルス電圧変調器を設けるように構成したので、該パ
ルス電圧変調器から出力するパルス電圧に応じてパルス
状の電子ビームを発生させることができ、電子銃電源を
小型化することができ、装置が安価にできる効果があ
る。

【００５５】また、請求項３の発明によれば、前記パル
ス電圧変調器が電子ビームの尖頭値を変化させる制御手
段を有するように構成したので、該電子ビームの尖頭値
を正確に制御できる効果がある。

【００５６】また、請求項４の発明によれば、前記電子
ビーム近傍に走査手段を設けるように構成したので、該
電子ビームを所定の方向へ走査させることができる効果
がある。

【００５７】また、請求項５の発明によれば、前記走査
手段を、前記電極に印加されるパルス電圧に同期して前
記電子ビームを走査するように構成したので、バルス状
の電子ビームを常に一定の位置に照射させることがで
き、該照射点における電子ビームのエネルギー密度を高
める効果がある。

【００５８】また、請求項６の発明によれば、前記走査
手段が、電子ビームを階段状に走査する走査機構を有す
るように構成したので、電子ビームを所定の方向へ階段
状に走査させることができる効果がある。

【００５９】また、請求項７の発明によれば、前記電子
ビーム近傍に、該電子ビームを集束または発散させるビ
ーム径制御手段を設けるように構成したので、該電子ビ
ームの径を最適の大きさに制御することができ、該電子
ビームのエネルギー密度を目的に応じて変化させること
ができる効果がある。

【００６０】また、請求項８の発明によれば、電子ビー
ムの照射面積を変える照射制御手段を備えるように構成
したので、電子ビームの照射面積を任意に変えることが
できる効果がある。

【００６１】また、請求項９の発明によれば、前記パル
ス電圧変調器が複数のスイッチング素子を備えるように
構成したので、スイッチング回路の各々のデューティを
低下させることができ、電子ビームの平均パワーを小さ
くできる効果がある。

【００６２】また、請求項１０の発明によれば、トリガ
信号を複数のトリガドライブ回路に時系列的に分配する
ように構成したので、スイッチング回路の各々のデュー
ティをさらに低下させることができ、電子ビームの平均
パワーをさらに小さくできる効果がある。

【００６３】また、請求項１１の発明によれば、容器の
収納部の断面形状をＶ字状とするように構成したので、
余分な空間に蒸気を散逸させることなく効率的に基板上
に蒸着材料を蒸着させることができ、同時に真空槽の壁
の汚れを減少させる効果がある。

【００６４】また、請求項１２の発明によれば、前記容
器を、基板面に対して平行な一直線上または平面上に複
数個配列するように構成したので、蒸着膜の厚みを均一
にすることができ、大面積の蒸着膜を形成できる効果が
ある。

【００６５】また、請求項１３の発明によれば、前記容
器に温度計測手段を設けるように構成したので、該温度
計測手段により検出された蒸着材料の温度を電子ビーム
出力にフィードバックすることができ、該蒸着材料の温
度を効率的に制御することができ、該蒸着材料の熱除去
を容易に行うことができる効果がある。

【００６６】また、請求項１４の発明によれば、真空槽
内において、溶接材料に電子ビームを照射し、該溶接材
料を加熱・溶融するように構成したので、大気中におい
て溶接し難い溶接材料のスポット溶接を短時間で行うこ
とができる効果がある。

【００６７】また、請求項１５の発明によれば、前記電
子ビームを挾むようにウィグラまたはアンジュレータの
いずれか１種を設けるように構成したので、バーストビ
ームである電子ビームを蛇行させ、遠赤外領域〜Ｘ線領
域の放射光（ＳＲ光）を放射することができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による電子ビーム蒸着装置
を示す構成図である。

【図２】この発明の実施例１による電子ビーム蒸着装置
の電子ビームの動作を示す説明図である。

【図３】アノード変調回路の一例を示す回路図である。

【図４】この発明の実施例２による電子ビーム蒸着装置
を示す構成図である。

【図５】アノード変調器を示す回路図である。

【図６】アノード変調器の他の実施例を示す回路図であ
る。

【図７】この発明の実施例３による電子ビーム蒸着装置
を示す構成図である。

【図８】走査電源の電流出力の一例を示す図である。

【図９】走査電源を示す回路図である。

【図１０】この発明の実施例４による電子ビーム溶接装
置を示す構成図である。

【図１１】この発明の実施例５による自由電子レーザを
示す構成図である。

【図１２】従来の電子ビーム蒸着装置を示す構成図であ
る。

【図１３】従来のパルス変調器を示す回路図である。

【符号の説明】

１電子銃３電子ビーム５蒸着材料７蒸気８基板９真空槽２４スイッチング素子２７トリガドライブ回路４１アノード電極（第３の電極）４２アノード変調器（パルス電圧変調器）４３電磁石（走査手段）４５集束コイル（ビーム径制御手段）４６容器６１測温体（温度計測手段）６５出力信号８１走査電源（走査機構）９１被溶接物９２溶接材料９３移動機構１０１バーストパルス発振器１０２ウィグラ１０４ビームキャッチャー（電子ビーム捕獲部材）

【手続補正書】

【提出日】平成６年６月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】電子ビーム蒸着装置と電子ビームを用
いた溶接装置及び自由電子レーザ装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、真空蒸着により薄膜
を形成するのに用いて好適な電子ビーム蒸着装置と電子
ビームを用いた溶接装置及び自由電子レーザ装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の電子ビーム蒸着装置を示
す構成図であり、図において、１は電子ビームを発生す
る電子銃、２は電子銃電源、３は電子ビーム、４は偏向
電磁石、５は蒸着材料、６は蒸着材料５を収納する容
器、７は蒸着材料が蒸発した蒸気、８は薄膜を形成する
基板、９は真空槽、１０は真空ポンプである。なお、電
子銃１をパルスで稼動させる場合には電子銃電源２をパ
ルス変調回路とする構成、または、該電子銃１に制御電
極を設け、該制御電極に該制御電極をパルス変調させる
パルス変調回路を設けた構成としている。図１３は、従
来のラインタイプのパルス変調器の回路を示す回路図で
あり、図において、２１は直流高電圧電源、２２はチャ
ージングチョーク、２３はチャージングダイオード、２
４はスイッチング素子、２５はＰＦＮ（パルス形成回
路）、２６はパルストランス、２７はトリガドライブ回
路、２８は充電電圧検出回路、２９はパルス電圧設定回
路、３０は比較増幅回路、３１はＤｅＱ回路である。

【０００３】次に動作について説明する。電子銃電源２
を用いて電子銃１に高電圧を印加すると、該電子銃１か
ら電子ビーム３が出射される。出射された電子ビーム３
は偏向電磁石４により蒸着材料５に向かって偏向され該
蒸着材料５に照射される。照射された電子ビーム３は運
動エネルギーが熱エネルギーに変換されて、該蒸着材料
５を蒸発させる。蒸発した蒸気７は、一部は基板８上に
蒸着され薄膜となるが、残りは真空槽９の内壁に蒸着さ
れたり、真空ポンプ１０により外部に排出されたりす
る。真空槽９は、電子銃１、蒸着材料５及び基板８を高
真空の環境内に保つために真空ポンプ１０により高真空
状態に維持されている。

【０００４】また、電子銃１をパルスで稼動させる場合
には、直流電源２１から供給される電流はチャージング
チョーク２２及びチャージングダイオード２３を通って
ＰＦＮ２５のコンデンサに入力され共振充電される。Ｐ
ＦＮ２５のコンデンサに充電された電荷はスイッチング
素子２４を通し放電されるときＰＦＮ２５で形成される
パルス状の電流波形によりスイッチング素子２４及びパ
ルストランス２６の１次側を通して放電される。このと
きパルストランス２６の２次側にも１次側と同じ波形の
電圧（又は電流）が発生する。パルス出力電圧はＰＦＮ
２５の充電電圧によって決まる出力となるのでこの型の
パルス変調器はＰＦＮ２５のコンデンサの充電電圧を制
御することによってパルス出力を制御している。ＰＦＮ
２５と充電電圧は電圧検出回路２８によって検知されパ
ルス電圧設定回路２９と比較増幅回路３０で比較増幅さ
れ、その出力信号はＤｅＱ回路３１に送られＤｅＱ回路
３１と連動させ直流電源２１からＰＦＮ２５のコンデン
サに流れ込む電流を遮断し、これ以上の充電電流を流さ
せないようにする。このようにして、パルス電圧設定回
路２９によりパルス変調器の出力を制御している。ま
た、制御電極により電子ビームをパルス化する場合にお
いても、上記と同様の方法により該電子ビームをパルス
変調している。

【０００５】

【０００６】また、パルス運転の場合電子銃１に印加す
る高電圧をパルス変調するのでパルス変調器が大型とな
りかつ電力の効率が、悪くなる。また、制御電極をパル
ス変調する場合、該制御電極をアノード電極とするので
パルス変調器が高電圧となり大がかりな設備となる。ま
た、パルス変調器を小型化するために制御電極をグリッ
ドとした場合、グリッドにトラップされる電子ビームパ
ワーにより熱的に制限され、大出力の電子ビームを取り
出すことが出来ないなどの問題点があった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電子ビームパワーが小さく、蒸
着が均一にでき、熱負荷を軽くできかつ蒸気を効率よく
基板に蒸着することができ、さらに、パルス変調回路を
小形化しかつ高パルスくり返しを可能とすることができ
る電子ビーム蒸着装置と電子ビームを用いた溶接装置及
び自由電子レーザ装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る電
子ビーム蒸着装置は、真空槽と、該真空槽内に設けられ
た蒸着源と、該蒸着源の蒸着材料に電子ビームを照射
し、該蒸着材料を蒸発させる電子銃とを備え、前記真空
槽内の所定位置に保持された基板上に、前記蒸着源から
蒸発し蒸気化した蒸着材料を蒸着させる装置において、
前記電子銃に、前記電子ビームをパルスビームとするた
めのシャドウグリッドを設けたものである。

【０００９】また、請求項２の発明に係る電子ビーム蒸
着装置は、前記シャドウグリッドの高電圧側に、電子ビ
ームをパルス化するためのパルス電圧を印加するパルス
電圧変調器を備えたものである。

【００１２】また、請求項５の発明に係る電子ビーム蒸
着装置は、前記走査手段が、前記シャドウグリッドに印
加されるパルス電圧に同期して前記電圧ビームを走査す
るものである。

【００１８】また、請求項１１の発明に係る電子ビーム
蒸着装置は、前記蒸着源の蒸着材料を収納する容器を、
蒸着される基板面に対して平行な一直線上または前記基
板面と平行な平面上に複数個配列したものである。

【００１９】また、請求項１２の発明に係る電子ビーム
蒸着装置は、前記容器に蒸着材料の温度を計測する温度
計測手段を設け、該温度計測手段の出力する信号に基づ
き前記パルス電圧を制御するものである。

【００２０】また、請求項１３の発明に係る電子ビーム
を用いた溶接装置は、真空槽と、該真空槽内に設けられ
被溶接物を移動する移動機構と、該移動機構に保持され
た被溶接物の溶接すべき位置に設けられた溶接材料に電
子ビームを照射し、該ビームの発する熱エネルギーによ
り前記溶接材料を加熱・溶融し、前記被溶接物を溶接す
る電子銃とを備えたものである。

【００２１】また、請求項１４の発明に係る電子ビーム
を用いた自由電子レーザ装置は、真空槽と、該真空槽内
に設けられた電子ビーム捕獲部材と、該電子ビーム捕獲
部材に電子ビームを照射する電子銃と、前記電子ビーム
を挾むように設けられ該電子ビームを蛇行させて光を発
生させるためのウィグラまたはアンジュレータのいずれ
か１種と、前記電子銃の陽極側に設けられ前記電子ビー
ムをバーストビームとするためのバーストパルス発振器
とを備えたものである。

【００２２】

【作用】請求項１の発明における電子ビーム蒸着装置
は、前記電子銃に電子ビームをパルスビームとするため
のシャドウグリッドを設けたことにより、該電子銃から
パルス状の電子ビームが発生する。

【００２３】また、請求項２の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記シャドウグリッドにパルス電圧変調器
を備えたことにより、該パルス電圧変調器から出力する
パルス電圧に応じて電子銃からパルス状の電子ビームが
発生する。

【００２４】また、請求項３の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記パルス電圧変調器が電子ビームの尖頭
値を変化させる制御手段を有することにより、該電子ビ
ームの尖頭値を正確に制御することが可能になる。

【００２５】また、請求項４の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記電子ビーム近傍に走査手段を設けたこ
とにより、該電子ビームを所定の方向へ走査させること
が可能になる。

【００２６】また、請求項５の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記走査手段が前記シャドウグリッドに印
加されるパルス電圧に同期して前記電子ビームを走査す
ることにより、パルス状の電子ビームを常に一定の位置
に照射させ、該照射点における電子ビームのエネルギー
密度が高まる。例えば、電子ビーム走査周期を電子ビー
ムパルス周期のｎ倍とすると、電子ビームは空間的に走
査方向にｎ個のスポット照射を行なうこととなり、照射
点に電子ビームのエネルギーを集中させることが可能に
なり、したがって、該照射点の電子ビームのエネルギー
密度が高まる。

【００２７】また、請求項６の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記走査手段が電子ビームを階段状に走査
する走査機構を有することにより、電子ビームを所定の
方向へ階段状に走査させることが可能になる。

【００２８】また、請求項７の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記電子ビーム近傍にビーム径制御手段を
設けたことにより、該電子ビームの径を制御し該電子ビ
ームのエネルギー密度を目的に応じて変化させることが
可能になる。例えば、ビーム径を小さくすれば該電子ビ
ームのエネルギー密度が高まり、照射点の電子ビームの
エネルギー密度がさらに高まる。

【００２９】また、請求項８の発明における電子ビーム
蒸着装置は、照射制御手段を備えたことにより、電子ビ
ームの照射面積を任意に変えることが可能になる。

【００３０】また、請求項９の発明における電子ビーム
蒸着装置は、前記パルス電圧変調器が複数のスイッチン
グ素子を備えたことにより、スイッチング回路の各々の
デューティを低下させ、電子ビームのパルス径を小さく
することにより、走査されてターゲット物質に当る電流
密度が高まり、電子ビームの平均パワーを小さくするこ
とが可能となる。

【００３１】また、請求項１０の発明における電子ビー
ム蒸着装置は、トリガ信号を複数のトリガドライブ回路
に時系列的に分配することにより、トリガ信号を印加す
るタイミングを個々のトリガドライブ回路に対して少し
づつずらすことが可能になり、スイッチング回路の各々
のデューティをさらに低下させ、電子ビームの平均パワ
ーをさらに小さくすることが可能となる。

【００３２】また、請求項１１の発明における電子ビー
ム蒸着装置は、前記蒸着源の蒸着材料を収納する容器
を、基板面に対して平行な一直線上または平面上に複数
個配列したことにより、蒸着膜の厚みが均一になり、大
面積の蒸着膜の形成が可能になる。

【００３３】また、請求項１２の発明における電子ビー
ム蒸着装置は、前記容器に温度計測手段を設けたことに
より、該温度計測手段により検出された蒸着材料の温度
を電子ビーム出力にフィードバックし、該蒸着材料の温
度制御を行う。

【００３４】また、請求項１３の発明における溶接装置
は、真空槽内で、溶接材料に電子ビームを照射し、該溶
接材料を加熱・溶融することにより、大気中において溶
接し難い溶接材料のスポット溶接を短時間で行う。

【００３５】また、請求項１４の発明における自由電子
レーザ装置は、前記電子ビームを挾うにウィグラまたは
アンジュレータのいずれか１種を設けたことにより、バ
ーストビームである電子ビームが蛇行し、遠赤外領域の
光を放射する。

【００３６】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、４１は電子銃１に設けられた第３
の電極であるシャドウグリッド、４２はシャドウグリッ
ド４１に高電圧パルスを印加するグリッド変調器（パル
ス電圧変調器）であり、該グリッド変調器４２によりシ
ャドウグリッド４１に高電圧パルスを印加した場合にの
み、パルス状の電子ビーム３を出射させることができ
る。また４３はグリッド変調器４２のパルス電圧に同期
して電子ビーム３を走査する電磁石（走査手段）、４４
は電磁石４３を駆動させる走査電源で鋸歯状または階段
状の波形の電流を発生させる回路を有するものであり、
４５は電子銃１から出射された電子ビーム３を集束また
は発散するための集束コイル（ビーム径制御手段）、４
６は蒸気７の蒸発方向と範囲を限定するために収納部の
断面がＶ字状とされた容器、４７は差動排気真空槽、４
８はオリフィス、４９は真空ポンプであり、差動排気真
空槽４７、オリフィス４８、真空ポンプ４９により差動
排気系が構成されている。

【００３７】また、５０ａ及び５０ｂはグリッド変調器
４２から電子銃１のカソード１ａ及びシャドウグリッド
４１に接続されるケーブルで、これらケーブル５０ａ，
５０ｂによりパルス状の高電圧がカソード１ａ及びシャ
ドウグリッド４１に印加される。また、５１は同期信号
回路、５２はトリガ信号発生器であり、トリガ信号発生
器５２から出力されたトリガ信号は同期信号回路５１に
おいてグリッド変調器４２のトリガ信号と同期がとられ
走査電源４４に送られる。

【００３８】図２は、電子ビーム３の動作を示す図であ
る。電子銃１から出射されたパルス状の電子ビーム３は
偏向電磁石４で所定の方向に偏向され、偏向電磁石４と
蒸着材料５の間におかれた電磁石４３によりパルス状の
電子ビーム３は所定の方向に走査される。ここで、パル
ス状の電子ビーム３の単位時間当りのくり返しと電磁石
４３の単位時間あたりのくり返しの比を整数倍にとると
パルス状の電子ビーム３は特定の位置にのみ照射され
る。

【００３９】今、電子ビーム３の走査幅をＬ、直径を
Ｄ、パルス幅をτ、単位時間当りのパルスくり返しをｆ
_b、走査の単位時間当りのくり返しをｆ_sとし、電子ビ
ーム３の平均電力をＰ_aとすると、単位断面積当りのエ
ネルギー密度ρ_pは近似的に ρ_p＝Ｐ_a／（τ・ｆ_s・Ｌ・Ｄ）……………………………（１）で表わされる。また、連続ビームでパルス状の電子ビー
ム３と同じように走査した場合、単位断面積当りのエネ
ルギー密度ρ_cは ρ_c＝Ｐ_a／（Ｄ・Ｌ） ………………………………………（２）で表わされるので、（１）式と（２）式より比ρ_p／ρ
_cを求めると、 ρ_p／ρ_c＝ｎ／（τ・ｆ_b） ………………………………（３）となる。ここで、ｎは走査のくり返し周波数ｆ_sに対す
るビームのくり返し周波数ｆ_bの比でありｎ＝ｆ_b／ｆ_s …………………………………………………（４）と表わされる。

【００４０】τ・ｆ_pはパルス状の電子ビーム３のデュ
ーティファクターと呼ばれるパラメータで電子ビーム３
の平均パワーＰ_aが一定であれば、照射される電子ビー
ム３の単位断面積当りのエネルギー密度ρ_pはデューテ
ィファクタτ・ｆ_pに反比例し、電子ビーム３の走査の
くり返しに比例して増加するので、電子ビーム３のエネ
ルギー密度が一定であれば電子ビーム３のデューティフ
ァクタを下げ、走査のくり返しを増すことによって電子
ビーム３の平均パワーＰ_aを小さくすることが出来る。

【００４１】図３はアノード変調回路の一例を示す回路
図である。ここでは、放電回路に用いられているスイッ
チング素子２４及びトリガドライブ回路２７を各々複数
個とし、トリガ信号発生器５２より出力されたトリガ信
号をマルチプレクサ５３によりトリガドライブ回路２
７，２７各々に時系列的に分配する。以上により、スイ
ッチング回路の各々のデューティを低下させることがで
き、電子ビーム３の平均パワーを小さくすることができ
る。

【００４２】実施例２．図４は実施例２の電子ビーム蒸
着装置を示す構成図である。図において、６１は測温体
（温度計測手段）、６２は信号増幅回路、６３は設定温
度信号発生回路、６４は信号増幅回路６２の出力信号と
設定温度信号発生回路６３からの出力信号とを比較し、
増幅する比較増幅回路、６５は比較増幅回路６４からの
出力信号である。ここでは設定温度と蒸着材料５近傍の
測温体６１との温度差が出力信号６５となる。

【００４３】図５はこの電子ビーム蒸着装置のグリッド
変調器４２を示す回路図である。図において、６６は差
動増幅回路であり、蒸着材料５の温度と設定温度との差
である出力信号６５の電圧と、ＰＦＮコンデンサ充電電
圧とパルス電圧設定回路２９からの電圧との差を比較増
幅し、その出力信号でチャージングチョーク２２の二次
側回路にあるサイリスタを開閉し、ＰＦＮのコンデンサ
の充電電圧を制御する。ＰＦＮ充電電圧によりグリッド
パルス変調器出力を制御し、この出力により電子銃１か
ら出射される電子ビーム３の電流を制御することによ
り、蒸着材料５に照射される電子ビームパワーを制御し
蒸着材料５の温度制御を行うことが出来る。

【００４４】図６はグリッド変調器４２の他の実施例を
示す回路図である。図６において、６７はパルス変調回
路、６８はパルス変調素子６７のドライブ回路、６９は
ドライブ回路６８に信号を伝送する光ケーブル、７０は
パルス信号増幅及びＥ／Ｐ変換回路、７１はパルス信号
発生器である。パルス信号発生器７１からのパルス信号
はパルス信号増幅及びＥ／Ｐ変換回路７０で増幅及び光
信号に変換され、光ケーブル６９によりドライブ回路６
８に伝送され、かつ増幅される。パルス変調回路６７の
入力回路にこの信号が入力されるとグリッド変調器４２
の出力回路から、高電圧のパルス出力が得られる。パル
ス信号発生器７１のパルス幅を変えることによりグリッ
ド変調器４２の出力パルス幅も変えることが出来るので
電子銃１から取り出せる電子ビーム３のパルス幅も可変
することが出来、従って電子ビーム３のパルス当りの照
射面積も変えることが出来る。

【００４５】実施例３．図７は実施例３の電子ビーム蒸
着装置を示す構成図であり、図において、８１は電磁石
４３に階段状の磁界を発生させて電子ビームを階段状に
走査するために、該電磁石４３に階段状の電流を供給す
る走査電源である。電磁石４３と走査電源８１により走
査機構が構成される。この走査電源８１は図８に示すよ
うな階段状の電流を出力することができる。

【００４６】図９は走査電源８１を示す回路図であり、
図において８２は直流電源、８３は制御用トランジス
タ、８４は高速切換器、８５は階段状信号発生器、８６
は高速切換器８４に切換信号を与える切換信号発生器で
ある。直流電源８２からの電流は制御用トランジスタ８
３を通して電磁石４３に流されるが、制御用トランジス
タ８３のベースは高速切換器８４で切換えられた階段状
の制御信号によって負荷に流れる電流が制御される。高
速切換器の切換のタイミングは、切換信号発生器８６の
信号によって電子ビーム３のパルスに同期して送り込ま
れる。これによって電子ビーム３のパルスの各パルス毎
に設定された電流が走査機構に流され電子ビーム３を階
段状に走査することができる。

【００４７】実施例４．図１０は実施例４の電子ビーム
溶接装置の構成図であり、図において、９１は被溶接
物、９２は被溶接物の溶接すべき位置に設けられた溶接
材料、９３は被溶接物９１を水平方向に移動させる移動
機構である。この溶接装置によれば、溶接材料９２に電
子ビーム３を照射し、該溶接材料９２を加熱・溶融する
ことにより、大気中において溶接し難い材料のスポット
溶接を短時間で多数行なうことができる。

【００４８】実施例５．図１１は実施例５の自由電子レ
ーザ装置を示す構成図である。図において、１０１はバ
ーストビーム発生用のバーストパルス発振器、１０２は
ウィグラ、１０３はミラー、１０４はビームキャッチャ
ー（電子ビーム捕獲部材）である。

【００４９】この自由電子レーザ装置では、発振ゲイン
を上げパルスビーム電流を増加させているため、電子ビ
ーム３をバーストビームとする。そのため電子銃１のシ
ャドウグリッド４１に高速のバーストパルスを印加する
バーストパルス発振器１０１を設けたことにより、高速
のバーストビームを発生させることができる。また、ウ
ィグラ１０２が電子ビーム３を挾むように設けられてい
るので、バーストビームである電子ビーム３を蛇行さ
せ、遠赤外領域の光を放射することができる。

【００５０】なお、ウィグラ１０２の替りにアンシュレ
ータを用いても同様の効果を得ることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、前記電子銃に、前記電子ビームをパルス化するシャ
ドウグリッドを設けるように構成したので、小さい電力
のパルス信号で該電子銃からパルス状の電子ビームを発
生させることができる効果がある。

【００５２】また、請求項２の発明によれば、前記シャ
ドウグリッドの高電圧側にパルス電圧変調器を設けるよ
うに構成したので、該パルス電圧変調器から出力するパ
ルス電圧に応じてパルス状の電子ビームを発生させるこ
とができ、電子銃電源を小型化することができ、装置が
安価にできる効果がある。

【００５３】また、請求項３の発明によれば、前記パル
ス電圧変調器が電子ビームの尖頭値を変化させる制御手
段を有するように構成したので、該電子ビームの尖頭値
を正確に制御できる効果がある。

【００５４】また、請求項４の発明によれば、前記電子
ビーム近傍に走査手段を設けるように構成したので、該
電子ビームを所定の方向へ走査させることができる効果
がある。

【００５５】また、請求項５の発明によれば、前記走査
手段を、前記シャドウグリッドに印加されるパルス電圧
に同期して前記電子ビームを走査するように構成したの
で、バルス状の電子ビームを常に一定の位置に照射させ
ることができ、該照射点における電子ビームのエネルギ
ー密度を高める効果がある。

【００５６】また、請求項６の発明によれば、前記走査
手段が、電子ビームを階段状に走査する走査機構を有す
るように構成したので、電子ビームを所定の方向へ階段
状に走査させることができる効果がある。

【００５７】また、請求項７の発明によれば、前記電子
ビーム近傍に、該電子ビームを集束または発散させるビ
ーム径制御手段を設けるように構成したので、該電子ビ
ームの径を最適の大きさに制御することができ、該電子
ビームのエネルギー密度を目的に応じて変化させること
ができる効果がある。

【００５８】また、請求項８の発明によれば、電子ビー
ムの照射面積を変える照射制御手段を備えるように構成
したので、電子ビームの照射面積を任意に変えることが
できる効果がある。

【００５９】また、請求項９の発明によれば、前記パル
ス電圧変調器が複数のスイッチング素子を備えるように
構成したので、スイッチング回路の各々のデューティを
低下させることができ、電子ビームの平均パワーを小さ
くできる効果がある。

【００６０】また、請求項１０の発明によれば、トリガ
信号を複数のトリガドライブ回路に時系列的に分配する
ように構成したので、スイッチング回路の各々のデュー
ティをさらに低下させることができ、電子ビームの平均
パワーをさらに小さくできる効果がある。

【００６１】また、請求項１１の発明によれば、前記蒸
着源の蒸着材料を収納する容器を、基板面に対して平行
な一直線上または平面上に複数個配列するように構成し
たので、蒸着膜の厚みを均一にすることができ、大面積
の蒸着膜を形成できる効果がある。

【００６２】また、請求項１２の発明によれば、前記容
器に温度計測手段を設けるように構成したので、該温度
計測手段により検出された蒸着材料の温度を電子ビーム
出力にフィードバックすることができ、該蒸着材料の温
度を効率的に制御することができ、該蒸着材料の熱除去
を容易に行うことができる効果がある。

【００６３】また、請求項１３の発明によれば、真空槽
内において、溶接材料に電子ビームを照射し、該溶接材
料を加熱・溶融するように構成したので、大気中におい
て溶接し難い溶接材料のスポット溶接を短時間で行うこ
とができる効果がある。

【００６４】また、請求項１４の発明によれば、前記電
子ビームを挾むようにウィグラまたはアンジュレータの
いずれか１種を設けるように構成したので、バーストビ
ームである電子ビームを蛇行させ、遠赤外領域の光を放
射することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図３】アノード変調回路の一例を示す回路図である。

【図５】グリッド変調器を示す回路図である。

【図６】グリッド変調器の他の実施例を示す回路図であ
る。

【図８】走査電源の電流出力の一例を示す図である。

【図９】走査電源を示す回路図である。

【図１１】この発明の実施例５による自由電子レーザ装
置を示す構成図である。

【図１３】従来のパルス変調器を示す回路図である。

【符号の説明】１電子銃３電子ビーム５蒸着材料７蒸気８基板９真空槽２４スイッチング素子２７トリガドライブ回路４１シャドウグリッド４２グリッド変調器（パルス電圧変調器）４３電磁石（走査手段）４５集束コイル（ビーム径制御手段）４６容器６１測温体（温度計測手段）６５出力信号８１走査電源（走査機構）９１被溶接物９２溶接材料９３移動機構１０１バーストパルス発振器１０２ウィグラ１０４ビームキャッチャー（電子ビーム捕獲部材）

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽と、該真空槽内に設けられた蒸着
源と、該蒸着源の蒸着材料に電子ビームを照射し、該蒸
着材料を加熱・溶融する電子銃とを備え、前記真空槽内
の所定位置に保持された基板上に、前記蒸着源から蒸発
する蒸着材料を蒸着させる電子ビーム蒸着装置におい
て、前記電子銃に、前記電子ビームをパルス化する電極
を設けたことを特徴とする電子ビーム蒸着装置。
【請求項２】前記電極に、パルス電圧を印加するパル
ス電圧変調器を備えたことを特徴とする請求項１記載の
電子ビーム蒸着装置。
【請求項３】前記パルス電圧変調器は、前記パルス電
圧を変化させて前記電子ビームの尖頭値を変化させる制
御手段を有することを特徴とする請求項２記載の電子ビ
ーム蒸着装置。
【請求項４】前記電子ビーム近傍に、該電子ビームを
所定の方向へ走査する走査手段を設けたことを特徴とす
る請求項１，２または３のいずれか１項記載の電子ビー
ム蒸着装置。
【請求項５】前記走査手段は、前記電極に印加される
パルス電圧に同期して前記電子ビームを走査することを
特徴とする請求項４記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項６】前記走査手段は、前記電子ビームを階段
状に走査する走査機構を有することを特徴とする請求項
４または５のいずれか１項記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項７】前記電子ビーム近傍に、該電子ビームを
集束または発散させるビーム径制御手段を設けたことを
特徴とする請求項１，２，３，４，５または６のいずれ
か１項記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項８】前記パルス電圧のパルス幅または前記電
子ビームの走査速度を変えることにより、該電子ビーム
の照射面積を変える照射制御手段を備えたことを特徴と
する請求項２，３，４，５，６または７のいずれか１項
記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項９】前記パルス電圧変調器は複数のスイッチ
ング素子を備えたことを特徴とする請求項２記載の電子
ビーム蒸着装置。
【請求項１０】前記パルス電圧変調器のスイッチング
素子及びトリガドライブ回路を複数個とし、トリガ信号
をこれらトリガドライブ回路に時系列的に分配すること
を特徴とする請求項９記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項１１】前記蒸着源の蒸着材料を収納する容器
は、その収納部の断面形状がＶ字状であることを特徴と
する請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９または
１０のいずれか１項記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項１２】前記容器を、基板面に対して平行な一
直線上または前記基板面と平行な平面上に複数個配列し
たことを特徴とする請求項１１記載の電子ビーム蒸着装
置。
【請求項１３】前記容器に、蒸着材料の温度を計測す
る温度計測手段を設け、該温度計測手段の出力する信号
に基づき前記パルス電圧を制御することを特徴とする請
求項１１記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項１４】真空槽と、該真空槽内に設けられ被溶
接物を移動する移動機構と、該移動機構に保持された被
溶接物の溶接すべき位置に設けられた溶接材料に電子ビ
ームを照射し、該溶接材料を加熱・溶融する電子銃とを
備えたことを特徴とする電子ビームを用いた溶接装置。
【請求項１５】真空槽と、該真空槽内に設けられた電
子ビーム捕獲部材と、該電子ビーム捕獲部材に電子ビー
ムを照射する電子銃と、前記電子ビームを挾むように設
けられ該電子ビームを蛇行させるウィグラまたはアンジ
ュレータのいずれか１種と、前記電子銃の陽極側に設け
られ前記電子ビームをバーストビームとするためのバー
ストパルス発振器とを備えたことを特徴とする電子ビー
ムを用いた自由電子レーザ。