ホローカソード型放電管
【課題】ホローカソードの耐久性の改善とともに、ホローカソードから放出される電子の電流量の適切な確保を行えるホローカソード型放電管を提供する。
【解決手段】ホローカソード型放電管１００は、放電ガスを放出できる開口２０２Ｂが端面２０２Ａに形成されたホローカソード２００と、端面２０２Ａに対向して配置され、この開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上にスリット状の穴３０２Ａが形成されたアノード電極３０２と、を備える。そして、開口２０２Ｂとスリット状の穴３０２Ａとの間で、放電ガスによる放電が行われる。
【解決手段】ホローカソード型放電管１００は、放電ガスを放出できる開口２０２Ｂが端面２０２Ａに形成されたホローカソード２００と、端面２０２Ａに対向して配置され、この開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上にスリット状の穴３０２Ａが形成されたアノード電極３０２と、を備える。そして、開口２０２Ｂとスリット状の穴３０２Ａとの間で、放電ガスによる放電が行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホローカソード型放電管に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホローカソード型放電管では、ホローカソード（中空陰極管）内を流れる放電ガスが、ホローカソードの端面に形成された円形開口から放出される。このようなホローカソード型放電管を用いると、当該開口とアノード電極のアノード穴との間に放電が起こり、高密度の電子ビームを発生できるとされている。よって、このようなホローカソード型放電管の設計において、アノード穴の形状が、ホローカソード型放電管の動作仕様を支配する重要な事項となる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、アノード穴の直径を異ならせることによって、ホローカソード型放電管の安定動作点を変更できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６１２０２号公報（段落００１２、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アノード穴の直径の大小がホローカソード型放電管の安定動作点に影響を与えるという上記特許文献１記載のような単純な発想では、ホローカソード型放電管でのアノード電極のアノード穴の最適設計は困難である。
【０００６】
詳しくは、ホローカソードの円形開口の直径よりも大円形のアノード穴の直径が小さくなると、電界が集中するアノード穴のエッジが、ホローカソードの円形開口（特にエッジ）に近接する。よって、ホローカソード型放電管の放電時（特に、放電が安定化するまでの放電開始時）のカソード電圧を低くできる。このため、ホローカソードの先端部がプラスの荷電粒子によってスパッタされることが抑制でき、ホローカソードの耐久性が向上するという利点がある。例えば、ホローカソードの円形開口の直径が１ｍｍの場合、アノードの穴の直径を２ｍｍから１．５ｍｍに変更するだけで、ホローカソードの耐久性が向上したという実験結果がある。
【０００７】
しかし、この場合、アノード穴から放出される電子の電流量が少なくなるという欠点が顕著になる。
【０００８】
逆に、アノード穴の直径が大きくなると、アノード穴から放出される電子の電流量が多くなるが、ホローカソードの耐久性は低下する。
【０００９】
以上のとおり、従来のホローカソード型放電管では、ホローカソードの耐久性の向上と、電子の電流量の増加と、が、トレードオフの関係にあった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ホローカソードの耐久性の改善とともに、ホローカソードから放出される電子の電流量の適切な確保を行えるホローカソード型放電管を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、放電ガスを放出できる開口が端面に形成されたホローカソードと、前記端面に対向して配置され、前記開口の中心軸上にスリット状の穴が形成されたアノード電極と、を備え、
前記開口と前記スリット状の穴との間で前記放電ガスによる放電が行われるホローカソード型放電管を提供する。
【００１２】
「スリット状の穴」とは、長軸と短軸を有している穴であればどのような穴であってもよい。このような「スリット状の穴」として、長穴や矩形状の穴を例示できるが、必ずしも短軸の寸法が一定でなくてもよい。よって、「スリット状の穴」は、例えば、楕円形の穴であってもよい。
【００１３】
このように、スリット状の穴を配したアノード電極を用いると、スリット状の穴の短軸の寸法を直径とする従来の単なる円形穴に比べて電子の放出面積を増やすことができるので、ホローカソード型放電管の放電安定時での電子の電流量を適切に確保できる。そして、この場合、スリット状の穴の短軸の寸法は長軸の寸法に比べて小さいので、電界が集中するスリット状の穴のエッジが、ホローカソードの円形の開口に近接している。このため、ホローカソード型放電管の放電開始時のカソード電圧を低くでき、ひいては、ホローカソードの耐久性も適切に確保できる。
【００１４】
また、本発明は、放電ガスを放出できる開口が端面に形成されたホローカソードと、前記端面に対向して配置され、前記開口の中心軸上に第１の穴が形成されるとともに、前記中心軸からずれた位置に、前記第1の穴よりも開口面積の大きい第２の穴が形成されたアノード電極と、を備え、
前記開口と前記第１の穴との間で前記放電ガスによる放電が行われるホローカソード型放電管も提供する。
【００１５】
以上のとおり、第1の穴および第２の穴を配したアノード電極を用いると、従来の単なる１個の円形穴に比べて電子の放出面積を増やすことができるので、ホローカソード型放電管の放電安定時での電子の電流量を適切に確保できる。そして、この場合、中心軸上の第１の穴の開口面積が小さいので、電界が集中する第１の穴のエッジが、ホローカソードの円形の開口に近接している。このため、ホローカソード型放電管の放電開始時のカソード電圧を低くでき、ひいては、ホローカソードの耐久性も適切に確保できる。
【００１６】
なお、前記第２の穴を前記第１の穴の周囲に複数個、配するとよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ホローカソードの耐久性の改善とともに、ホローカソードから放出される電子の電流量の適切な確保を行えるホローカソード型放電管が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管の断面図である。
【図２】図２は、図１のホローカソード型放電管を前方（図１の矢印方向）から側面視した図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管に用いるアノード電極板の構成例を示した図である。
【図４】図４は、アノード電極板のアノード穴の形状および個数と、ホローカソード型放電管の放電特性との関係を表した図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管が組み込まれたイオンプレーティング装置の構成を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態のホローカソード型放電管１００について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管の断面図である。図２は、図１のホローカソード型放電管を前方（図１の矢印方向）から側面視した図である。
【００２１】
なお、図１では、ホローカソード型放電管１００の放電ガス導入側を「後」とし、ホローカソード型放電管１００の電子放出側を「前」として図示している。以下の説明では、「前方」、「前部」および「前端」という用語、および、「後方」、「後部」および「後端」という用語を用いて、ホローカソード型放電管１００の各部の前後方向の位置関係を特定する場合がある。
【００２２】
まず、本実施形態のホローカソード型放電管１００の電極構造について説明する。
【００２３】
ホローカソード型放電管１００の電極構造の主要部材として、図１に示すように、直流電源の陰極が接続されるホローカソード２００と、このホローカソード２００を内包するように囲み、直流電源の陽極が接続されるアノードユニット３００と、があり、これらの間には数十Ｖ〜数百Ｖ程度の電位差が与えられるようになっている。なお、これらのホローカソード２００およびアノードユニット３００は、図１に示すように、中心軸Ｓを共通にする同軸状に配置されている。
【００２４】
ホローカソード２００は、放電ガス（例えば、アルゴンガス）が内部を流れる円筒状の中空陰極管を構成している。このホローカソード２００は、タンタル製のカソードパイプ２０１を備えている。
【００２５】
また、図１に示すように、ホローカソード２００は、上述のカソードパイプ２０１の他、カソードパイプ２０１の内部から中心軸Ｓに沿って前方に突出するタンタル製のカソードキャップ２０２と、カソードキャップ２０２の内部に当接するよう、奥深く挿入され、カソードキャップ２０２の後端側からカソードパイプ２０１の空間２０１Ａにまで延びている電子放出体２０３と、を備える。
【００２６】
カソードキャップ２０２は、アノード電極板３０２（後述）との間で放電を形成するカソード電極の機能を有している。このカソードキャップ２０２は、略円筒状に形作られ、カソードキャップ２０２の中空部が、その前端面２０２Ａの近傍において狭くなっている。これにより、カソードキャップ２０２の前端面２０２Ａに、直径が１ｍｍの微細な円形の開口２０２Ｂが形成されている。なお、この開口２０２Ｂの中心は、上述の中心軸Ｓと一致している。
【００２７】
電子放出体２０３は、ホローカソード２００のインサート材に用いられ、例えば、厚みが１５μｍ程度の短冊状のタンタル薄板を丸く巻くことにより、略円筒状に形作られている。よって、このような薄板からなる電子放出体２０３を用いると、熱電子を放出できる表面積を増やすことができる。このため、この電子放出体２０３は、放電プラズマの熱によって容易に熱せられて多量の熱電子を放出できる。
【００２８】
そこで、このような電子放出体２０３をカソードキャップ２０２の内部に挿入することにより、カソードキャップ２０２とアノード電極板３０２との間の放電電圧を低くできるという利点がある。
【００２９】
アノードユニット３００は、ステンレス製の円筒状のアノードケーシング３０１を備えるが、本実施形態のホローカソード型放電管１００に用いるアノードユニット３００では、アノードユニット３００の前部の構造に特徴がある。特に、アノード電極板３０２のアノード穴３０２Ａの形状や個数に特徴がある。
【００３０】
なお、図１および図２では、アノード穴３０２Ａが1個の長穴として例示されているが、これに限らない。アノード穴３０２Ａの他の例は、後述する。
【００３１】
また、図１に示すように、アノードユニット３００は、上述のアノードケーシング３０１の他、アノードケーシング３０１の円環状の前端面３０１Ａに配された円板状のステンレス製のアノード電極板３０２と、環状の受部３０３Ｂを有して略円筒状に形作られたステンレス製のアノードキャップ３０３と、を備える。
【００３２】
図１に示すように、アノード電極板３０２の外寸は、アノードケーシング３０１の内周面の直径よりも大きく、かつ、アノードケーシング３０１の外周面の直径よりも小さくなっている。よって、アノード電極板３０２の周辺部が、アノードキャップ３０３の受部３０３Ｂとアノードケーシング３０１の前端面３０１Ａとの間で挟持され、これにより、アノード電極板３０２が、アノードケーシング３０１とアノードキャップ３０３との間のねじ接合（後述）によって固定される。
【００３３】
なお、アノード電極板３０２の中心軸Ｓの方向における位置は、カソードキャップ２０２の前端面２０２Ａとの間で放電が起こり易いよう、適切に設定されている（例えば、両者間の距離が４ｍｍ）。
【００３４】
以上のアノードユニット３００の前部では、アノードケーシング３０１の外周面、および、アノードキャップ３０３の内周面のそれぞれに、ねじ切りが行われ、これにより、アノードキャップ３０３の内周面が、アノードケーシング３０１の外周面に螺着される。よって、螺着式のアノードキャップ３０３は、アノードケーシング３０１から容易に取り外せる。アノードキャップ３０３を外すと、アノード電極板３０２を効率的に交換できる
図１および図２に示すように、アノード電極板３０２の中央部には、微細なアノード穴３０２Ａ（ここでは、長穴）が形成されている。アノード穴３０２Ａは、少なくともホローカソード２００の開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上に配置されており、両者が中心軸Ｓを共通とする同軸状に配置される方が好ましい。
【００３５】
なお、アノードキャップ３０３の中央部にも、円形開口３０３Ａが形成されている。この円形開口３０３Ａは、アノード穴３０２Ａを通過する電子の流れを妨げない程度の充分な大きさに形成されている。
【００３６】
次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の電力供給系およびその周辺構造について述べる。
【００３７】
ホローカソード型放電管１００の電力供給系の主要部材として、図示しない直流電源と接続された給電端子１０を備える通電ボルト１１と、通電ボルト１１とホローカソード２００（カソードパイプ２０１）との間の電気接続を取る導電性（例えば、ステンレス製）の接続パイプ１２と、がある。
【００３８】
これにより、直流電源から給電される直流電力（マイナス電圧）が、接続パイプ１２を介してホローカソード２００に印加される。
【００３９】
接続パイプ１２は、円筒形に構成されており、アノードケーシング３０１の後部の収容空間１０２内に配されている。図１に示すように、接続パイプ１２の前方には、溝付きの略円環状の絶縁カラー１６が配置され、その後方には、円筒状の絶縁筒１５が配置されている。
【００４０】
絶縁カラー１６は、中心軸Ｓの方向においてアノードケーシング３０１内の放電空間１０１と収容空間１０２とを仕切っており、絶縁カラー１６の周辺部が、アノードケーシング３０１の垂直壁（中心軸Ｓと垂直な面）に当接されている。
【００４１】
また、絶縁筒１５は、アノードケーシング３０１の後方の蓋に相当するエンドキャップ１７の凹部に嵌め込まれている。エンドキャップ１７は、ステンレス製の円環体になっており、放電ガス配管２０（後述）が、エンドキャップ１７および絶縁筒１５の内部を貫通している。
【００４２】
通電ボルト１１は、アノードケーシング３０１の壁部に設けられた貫通穴３０１Ｂを、中心軸Ｓと垂直方向に貫通して収容空間１０２に延び、更に、この通電ボルト１１の先端が、接続パイプ１２に設けられたねじ穴にねじ止めされている。これにより、通電ボルト１１と接続パイプ１２との間の電気接続を取ることができる。なお、通電ボルト１１とアノードケーシング３０１の壁部との間の絶縁は、大径部１３Ａと小径部１３Ｂとが一体となった円環状の絶縁部材１３によってなされている。
【００４３】
以上の構成により、接続パイプ１２は、絶縁カラー１６と絶縁筒１５とによって挟まれ、取り外すことが少ない通電ボルト１１の先端のねじ止めで固定されることによって、その中心軸Ｓの方向の位置が適切に位置決め（規制）されている。
【００４４】
また、ホローカソード２００（カソードパイプ２０１）は、その後部が、中心軸Ｓの方向において絶縁カラー１６を貫通することにより、放電空間１０１から収容空間１０２に延び、これにより、ホローカソード２００（カソードパイプ２０１）が、接続パイプ１２の内部の奥深くまで挿入され、接続パイプ１２内の円筒状のストッパ部材１９に当接されている。
【００４５】
以上の構成により、ホローカソード２００のメンテナンス時（例えば、カソードキャップ２０２の交換時）に、アノードキャップ３０３およびアノード電極板３０２を取り除くと、ホローカソード２００を前方に容易に引く抜くことができる。また、ホローカソード２００の着脱において、ホローカソード２００とストッパ部材１９との間の当接によって、ホローカソード２００の中心軸Ｓの方向の位置合わせが適切になされ、これにより、ホローカソード２００の前端面２０２Ａとアノード電極板３０２との間の好適な距離（４ｍｍ）の設定が容易に行える。
【００４６】
更に、ホローカソード２００は、接続パイプ１２に配された固定手段１４（例えば、六角穴付き止めねじ１４など；以下、「止めねじ１４」と略す）を用いて、当該接続パイプ１２に固定されている。これにより、接続パイプ１２とホローカソード２００との間の電気接続を取ることができる。
【００４７】
ここで、止めねじ１４の頭と対向するアノードケーシング３０１の壁部に、通し穴１８を設けることにより、通し穴１８から挿入された工具（六角レンチなど；図示せず）を用いて止めねじ１４を容易に回すことができる。これにより、上述のホローカソード２００（カソードパイプ２０１）を効率的に交換できる。
【００４８】
特に、接続パイプ１２の中心軸Ｓの方向の規制（位置決め）が、取り外すことが少ない通電ボルト１１に行われているので、通し穴１８と止めねじ１４との位置ずれが生じ難くホローカソード２００（カソードパイプ２０１）の交換において都合がよい。
【００４９】
なお、接続パイプ１２とアノードケーシング３０１との間の絶縁は、絶縁カラー１６によってなされている。また、接続パイプ１２とエンドキャップ１７との間の絶縁は、絶縁筒１５によってなされている。
【００５０】
次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の放電ガス導入系について述べる。
【００５１】
ホローカソード型放電管１００の放電ガス導入系の主要部材として、図示しない放電ガス供給源（例えば、アルゴンガスタンク）と、この放電ガス供給源からの放電ガス（例えば、アルゴンガス）をホローカソード２００に導くことができるステンレス製の放電ガス配管２０がある。
【００５２】
図１に示すように、この放電ガス配管２０は、上述のとおり、エンドキャップ１７および絶縁筒１５を貫通して、収容空間１０２に進入し、接続パイプ１２に接続されている。なお、放電ガス配管２０とエンドキャップ１７との間の絶縁は、絶縁筒１５によってなされている。
【００５３】
次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の動作について説明する。
【００５４】
まず、ホローカソード型放電管１００の放電空間１０１が、所定の真空度に減圧され、
この状態で、ホローカソード２００内を流れる放電ガスが、カソードキャップ２０２の開口２０２Ｂから放電空間１０１に放出される。続いて、ホローカソード２００に、所定のマイナス電圧（例えば、−８００Ｖ程度）が印加される。なお、本実施の形態ではアノードユニット３００は接地されている。
【００５５】
すると、カソードキャップ２０２の開口２０２Ｂとアノード電極板３０２のアノード穴３０２Ａとの間（特にこれらの対向面側のエッジ間）の電界集中によって、両者間において、放電ガスに基づいたグロー放電が発生する。
【００５６】
次いで、このような放電プラズマによって熱電子放出体２０３が加熱されると、電子放出体２０３の熱電子放出が始まり、安定なアーク放電に移行する。このような熱電子放出体２０３を用いると、アーク放電中の放電電圧を低めに（例えば、−２０Ｖ程度に）維持できるので都合がよい。
【００５７】
このようにして、ホローカソード型放電管１００のアノード穴３０２Ａから高密度の電子を取り出すことができ、このような電子が、様々な真空成膜技術に利用される（応用例を後述する）。
【００５８】
次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の特徴部であるアノード電極板３０２の構成について述べる。なお、ここでは、アノード穴３０２Ａの形状および個数と、ホローカソード型放電管１００の放電特性との関係についての検討が行われている。
【００５９】
図３は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管に用いるアノード電極板の構成例を示した図である。
【００６０】
図３（ａ）では、スリット状のアノード穴３０２Ａ（長穴）を備えるアノード電極板３０２が示されている。なお、以下、アノード穴３０２Ａを「アノード穴（長穴）」と略す場合がある。
【００６１】
また、図３（ｂ）では、１個の小径のアノード穴３０２Ｂ（第１円形穴）および３個の大径のアノード穴３０２Ｃ（第２円形穴）を備えるアノード電極板３０２’が示されている。なお、以下、これらの穴の集合体を「アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）」と略す場合がある。
【００６２】
図３（ａ）のアノード穴（長穴）の短軸の寸法Ｌ１は、１ｍｍに設定され、アノード穴（長穴）の長軸の寸法Ｌ２は、３．４ｍｍに設定されている。このため、アノード穴（長穴）の平面視における面積が、直径２ｍｍの円形穴の面積と同じになる。
【００６３】
また、図３（ｂ）のアノード穴（１小円形穴、３大円形穴）のうちの円形のアノード穴３０２Ｂの中心が、ホローカソード２００（カソードキャップ２０２）の開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上に配置されている。よって、アノード電極板３０２’を用いる場合、カソードキャップ２０２の開口２０２Ｂと、アノード電極板３０２’のアノード穴３０２Ｂとの間において、放電ガスのグロー放電が発生する。なお、アノード穴３０２Ｂの直径は、１ｍｍに設定されている。
【００６４】
また、アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）のうちの複数（ここでは、３個）の円形のアノード穴３０２Ｃが、アノード穴３０２Ｂの周囲に配されている。詳しくは、アノード穴３０２Ｂの中心を中心点として、２．５ｍｍを半径とする仮想円を描くとすると、このような仮想円上に周方向に約９０°の間隔を開けて、３個の円形のアノード穴３０２Ｃの中心が配されている。よって、アノード穴３０２Ｂの中心とアノード穴３０２Ｃの中心との間の距離Ｌ３は、２．５ｍｍとなる。なお、３個のアノード穴３０２Ｃの直径は、２ｍｍに設定されている。
【００６５】
但し、ここでは、アノード穴３０２Ｂの中心とアノード穴３０２Ｃの中心との間の距離を２．５ｍｍとしているが、この距離は、アノード穴３０２Ｂの中心とアノード穴３０２Ｃとが重畳しない範囲内で最短にする方が好ましいと考えられる。
【００６６】
図４は、アノード電極板のアノード穴の形状および個数と、ホローカソード型放電管の放電特性との関係を表した図である。
【００６７】
図４の横軸では、ホローカソード型放電管１００の放電開始からの経過時間が取られている。図４の縦軸では、ホローカソード型放電管１００から放出された電子量に対応する電流量（μＡ）が取られている。
【００６８】
なお、図４の各データのプロットでは、ホローカソード型放電管１００の前方に、適宜のコレクタ電極（図示せず）を配置して、このコレクタ電極に流れ込む電子量が電流計（図示せず）の電流値として、放電開始時から一定時間毎に実測されている。但し、このような測定法は慣用手段なので、その詳細な説明は省略する。また、各データの測定条件（例えば、電圧や真空度など）は、各データ間において同一に設定されている。よって、このような測定条件の説明も省略する。
【００６９】
図４のプロファイル４０２（グレイ四角印のプロファイル）が、アノード穴（長穴）を配したアノード電極板３０２を用いた場合のホローカソード型放電管１００の放電特性を表している。
【００７０】
また、図４のプロファイル４０３（黒丸印のプロファイル）が、アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）を配したアノード電極板３０２’を用いた場合のホローカソード型放電管（図示せず）の放電特性を表している。
【００７１】
また、図４のプロファイル４０５（米印のプロファイル）は、アノード穴の４個の穴の全ての直径を１ｍｍにしたアノード穴（以下、これらの穴の集合体を「アノード穴（４小円形穴）」と略す場合がある）を備えたアノード電極板（図示せず）を用いた場合のホローカソード型放電管１００の放電特性を表している。
【００７２】
また、図４のプロファイル４０１（黒四角印のプロファイル）は、直径２ｍｍの円形穴を中央に１個、配した従来のアノード電極板（図示せず）を用いた場合のホローカソード型放電管の放電特性を表している。
【００７３】
また、図４のプロファイル４０４（クロス印のプロファイル）は、直径１．５ｍｍの円形穴を中央に１個、配した従来のアノード電極板（図示せず）を用いた場合のホローカソード型放電管の放電特性を表している。
【００７４】
以上のプロファイル４０２、プロファイル４０１およびプロファイル４０４の比較によれば、ホローカソード型放電管１００の放電安定時において、プロファイル４０２の電流量が、プロファイル４０４の電流量よりも大きく、プロファイル４０１の電流量にほぼ一致することが分かる。これは、アノード穴（長穴）の平面視における面積が、直径２ｍｍの円形穴の平面視における断面積と同じであるからも妥当な結果を示していると考えられる。
【００７５】
このようなアノード穴（長穴）を配したアノード電極板３０２を用いると、長穴の短軸の寸法（ここでは、開口２０２Ｂと同じ直径の１ｍｍ）を直径とする円形穴に比べて、電子の放出面積を増やすことができる。
【００７６】
よって、ホローカソード型放電管１００の放電安定時でのアノード穴（長穴）から放出される電子の電流量を、当該長穴の短軸の寸法を直径とする円形穴の場合の電流量に比べて適切に確保でき、このことは、図４の実験結果からも裏付けられている。
【００７７】
そして、この場合、アノード穴（長穴）の短軸の寸法は充分に小さい（ここでは、開口２０２Ｂと同じ直径の約１ｍｍ）ので、電界が集中するアノード穴（長穴）のエッジが、従来の直径２ｍｍの円形穴に比べて、ホローカソード２００（カソードキャップ２０２）の開口２０２Ｂに近接している。このため、ホローカソード型放電管１００の放電開始時のカソード電圧を低くできる。
【００７８】
また、以上のプロファイル４０３およびプロファイル４０５との比較によれば、ホローカソード型放電管１００の放電安定時において、プロファイル４０３の電流量が、プロファイル４０５の電流量の２．５倍程度であることが分かる。
【００７９】
このようなアノード穴（１小円形穴、３大円形穴）を配したアノード電極板３０２’を用いると、アノード穴（４小円形穴）に比べて電子の放出面積を増やすことができる。
【００８０】
よって、ホローカソード型放電管の放電安定時でのアノード穴（１小円形穴、３大円形穴）から放出される電子の電流量を、アノード穴（４小円形穴）の場合の電流量と比べて適切に確保でき、このことは、図４の実験結果からも裏付けられている。
【００８１】
そして、この場合、アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）のうちの中心軸Ｓ上のアノード穴３０２Ｂの直径は充分に小さい（ここでは、開口２０２Ｂと同じ直径の１ｍｍ）ので、電界が集中するアノード穴３０２Ｂのエッジが、従来の直径２ｍｍの円形穴に比べて、ホローカソード２００（カソードキャップ２０２）の開口２０２Ｂに近接している。このため、ホローカソード型放電管の放電開始時のカソード電圧を低くできる。
【００８２】
以上のとおり、本実施形態（図１）のホローカソード型放電管１００は、放電ガス（ここでは、アルゴンガス）を放出できる円形の開口２０２Ｂが前端面２０２Ａに形成されたホローカソード２００と、この前端面２０２Ａに対向して配置され、上記開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上にアノード穴（長穴）が形成されたアノード電極板３０２と、を備える。そして、このようなホローカソード型放電管１００では、開口２０２Ｂとアノード穴（長穴）との間で放電ガスによる放電が行われる。
【００８３】
このように、アノード穴（長穴）を配したアノード電極板３０２を用いると、アノード穴（長穴）の短軸の寸法を直径とする従来の単なる円形穴に比べて電子の放出面積を増やすことができるので、ホローカソード型放電管１００の放電安定時での電子の電流量を適切に確保できる。
【００８４】
また、アノード穴（長穴）の短軸の寸法は充分に小さい（ここでは、開口２０２Ｂと同じ直径の１ｍｍ）ので、ホローカソード型放電管１００の放電開始時のカソード電圧を従来よりも低くできる。よって、ホローカソード２００の耐久性を向上できる。
【００８５】
また、本実施形態の他のホローカソード型放電管は、放電ガス（ここでは、アルゴンガス）を放出できる円形の開口２０２Ｂが前端面２０２Ａに形成されたホローカソード２００と、この前端面２０２Ａに対向して配置され、上記開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上に１個のアノード穴３０２Ｂ（第１円形穴）が形成されるとともに、中心軸Ｓからずれた位置に（具体的には、アノード穴３０２Ｂの周囲に）、アノード穴３０２Ｂの直径よりも大径の複数個（３個）のアノード穴３０２Ｃ（第２円形穴）が形成されたアノード電極板３０２’と、を備える。そして、このようなホローカソード型放電管では、開口２０２Ｂとアノード穴３０２Ｂとの間で放電ガスによる放電が行われる。
【００８６】
このように、アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）を配したアノード電極板３０２’を用いると、アノード穴（４小円形穴）に比べて電子の放出面積を増やすことができるので、ホローカソード型放電管の放電安定時での電子の電流量を適切に確保できる。
【００８７】
また、アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）のうちの中心軸Ｓ上のアノード穴３０２Ｂの直径は充分に小さい（ここでは、開口２０２Ｂと同じ直径の１ｍｍ）ので、ホローカソード型放電管の放電開始時のカソード電圧を従来よりも低くできる。よって、ホローカソード２００の耐久性を向上できる。
（変形例１）
本実施形態（図１）のホローカソード型放電管１００では、アノード電極板３０２にアノード穴（長穴）を形成する例を示したが、アノード穴の形状はこれに限らない。このようなアノード穴は、短軸と長軸とを有している穴であれば、他の形状の穴（例えば、矩形穴や楕円形の穴）であってもよい。
（変形例２）
本実施形態の他のホローカソード型放電管では、アノード電極板３０２’にアノード穴（１小円形穴、３大円形穴）を形成する例を示したが、電子の電流量確保用の円形穴の個数は３個に限らない。
【００８８】
放電開始用の小径の円形穴の周囲に、この直径よりも大径の、電子の電流量確保用の円形穴を適宜の個数、配するとよい。但し、電子の電流量確保用の円形穴の個数を増やすと、電子の電流量は増えて都合がよいが、逆に増やしすぎると、放電空間１０１を所定の圧力に保つことが困難となり、カソード電圧の上昇を招く。よって、このような円形穴の個数の増加には自ずと限界がある。
（変形例３）
本実施形態（図１）のホローカソード型放電管１００では、アノード電極板３０２にアノード穴（長穴）を形成する例を示し、本実施形態の他のホローカソード型放電管では、アノード電極板３０２’にアノード穴（１小円形穴、３大円形穴）を形成する例を示したが、アノード穴の構成はこれらに限らない。
【００８９】
例えば、スリット状の穴の周囲に、円形穴を複数個、配することによって、ホローカソード２００の耐久性の改善と、ホローカソード２００から放出される電子の電流量の適切な確保と、を更に適切に行えると考えられる。
（応用例）
以下、本発明の実施形態のホローカソード型放電管１００の真空成膜技術への応用例について概説する。
【００９０】
図５は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管が組み込まれたイオンプレーティング装置の構成を模式的に示した図である。
【００９１】
基板上に誘電体膜と導電体膜（例えば、アルミ膜）とを交互に重ねた多層反射膜（例えば、アルミ増反射膜）は、イオンプレーティング法によって形成できる。このような真空プロセスでは、基板保持体（基板ドーム）や真空槽壁へのプラス電荷（例えば、Ａｒ+イオン）のチャージアップによって異常放電が生じて、アルミ増反射膜の損傷が生じることがある。また、誘電体膜へのプラス電荷のチャージアップによっても、アルミ増反射膜の損傷が生じることがある。
【００９２】
そこで、本応用例のイオンプレーティング装置５００では、ホローカソード型放電管１００が、以上のプラス電荷を電気的に中和する中和器（ニュートラライザ）の役割を果たすように構成されている。
【００９３】
よって、本応用例のイオンプレーティング装置５００は、図５に示すように、内部が減圧された真空槽５０１と、真空槽５０１内の基板５０４Ａ、基板保持体５０４および真空槽５０１の壁部に向けて電子（図５中の点線参照）を放出できるホローカソード型放電管１００と、を備える。
【００９４】
なお、本応用例のイオンプレーティング装置５００は、抵抗加熱や電子ビーム加熱などが行われる蒸発源５０３（多点ハース）と、反応ガス供給系５０２と、ＤＣ（直流）電源５０６および高周波電源５０５からなる電力供給系と、真空排気系５０７とを備え、これにより、イオンプレーティング法を用いてアルミ増反射膜が基板５０４上に堆積される。
【００９５】
但し、このようなイオンプレーティング法によるアルミ増反射膜の成膜は公知である。よって、この詳細な説明は省略する。
【００９６】
以上のとおり、本応用例のイオンプレーティング装置５００では、簡易な構造によって大電流量の電子を放出できるホローカソード型放電管１００をニュートラライザに用いて、イオンプレーティング法による成膜中に発生するプラス電荷を電気的に中和できる。このため、基板保持体（基板ドーム）、真空槽壁および誘電体膜へのプラス電荷のチャージアップによって、アルミ増反射膜の損傷が生じることを適切に防止できる。
【００９７】
なお、ここで述べたホローカソード型放電管１００の応用は一例に過ぎない。本実施形態のホローカソード型放電管１００は、ニュートラライザの他、様々な真空技術の用途（例えば、電子ビーム加熱を行う場合の電子銃としての用途）に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明によれば、ホローカソードを耐久性の改善とともに、ホローカソードから放出される電子の電流量を適切に確保できるホローカソード型放電管が得られる。よって、本発明のホローカソード型放電管を、例えば、イオンプレーティング装置を用いて多層反射膜を形成する際のニュートラライザとして利用できる。
【符号の説明】
【００９９】
１０ 給電端子
１１ 通電ボルト
１２ 接続パイプ
１３ 絶縁部材
１３Ａ 絶縁部材の大径部
１３Ｂ 絶縁部材の小径部
１４ 止めねじ（固定手段）
１５ 絶縁筒
１６ 絶縁カラー
１７ エンドキャップ
１８ 通し穴
１９ ストッパ部材
２０ 放電ガス配管
１００ ホローカソード型放電管
１０１ 放電空間
１０２ 収容空間
２００ ホローカソード
２０１ カソードパイプ
２０１Ａ カソードパイプの空間
２０２ カソードキャップ
２０２Ａ カソードキャップの前端面
２０２Ｂ カソードキャップの開口
２０３ 電子放出体（インサート材）
３００ アノードユニット
３０１ アノードケーシング
３０１Ａ アノードケーシングの前端面
３０１Ｂ 貫通穴
３０２、３０２’ アノード電極板
３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃ アノード穴
３０３ アノードキャップ
３０３Ａ アノードキャップの円形開口
３０３Ｂ アノードキャップの受部
５００ イオンプレーティング装置
５０１ 真空槽
５０２ 反応ガス供給系
５０３ 蒸発源
５０４ 基板保持体
５０４Ａ 基板
５０５ 高周波電源
５０６ ＤＣ電源
５０７ 真空排気系
【技術分野】
【０００１】
本発明はホローカソード型放電管に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホローカソード型放電管では、ホローカソード（中空陰極管）内を流れる放電ガスが、ホローカソードの端面に形成された円形開口から放出される。このようなホローカソード型放電管を用いると、当該開口とアノード電極のアノード穴との間に放電が起こり、高密度の電子ビームを発生できるとされている。よって、このようなホローカソード型放電管の設計において、アノード穴の形状が、ホローカソード型放電管の動作仕様を支配する重要な事項となる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、アノード穴の直径を異ならせることによって、ホローカソード型放電管の安定動作点を変更できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６１２０２号公報（段落００１２、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アノード穴の直径の大小がホローカソード型放電管の安定動作点に影響を与えるという上記特許文献１記載のような単純な発想では、ホローカソード型放電管でのアノード電極のアノード穴の最適設計は困難である。
【０００６】
詳しくは、ホローカソードの円形開口の直径よりも大円形のアノード穴の直径が小さくなると、電界が集中するアノード穴のエッジが、ホローカソードの円形開口（特にエッジ）に近接する。よって、ホローカソード型放電管の放電時（特に、放電が安定化するまでの放電開始時）のカソード電圧を低くできる。このため、ホローカソードの先端部がプラスの荷電粒子によってスパッタされることが抑制でき、ホローカソードの耐久性が向上するという利点がある。例えば、ホローカソードの円形開口の直径が１ｍｍの場合、アノードの穴の直径を２ｍｍから１．５ｍｍに変更するだけで、ホローカソードの耐久性が向上したという実験結果がある。
【０００７】
しかし、この場合、アノード穴から放出される電子の電流量が少なくなるという欠点が顕著になる。
【０００８】
逆に、アノード穴の直径が大きくなると、アノード穴から放出される電子の電流量が多くなるが、ホローカソードの耐久性は低下する。
【０００９】
以上のとおり、従来のホローカソード型放電管では、ホローカソードの耐久性の向上と、電子の電流量の増加と、が、トレードオフの関係にあった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ホローカソードの耐久性の改善とともに、ホローカソードから放出される電子の電流量の適切な確保を行えるホローカソード型放電管を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、放電ガスを放出できる開口が端面に形成されたホローカソードと、前記端面に対向して配置され、前記開口の中心軸上にスリット状の穴が形成されたアノード電極と、を備え、
前記開口と前記スリット状の穴との間で前記放電ガスによる放電が行われるホローカソード型放電管を提供する。
【００１２】
「スリット状の穴」とは、長軸と短軸を有している穴であればどのような穴であってもよい。このような「スリット状の穴」として、長穴や矩形状の穴を例示できるが、必ずしも短軸の寸法が一定でなくてもよい。よって、「スリット状の穴」は、例えば、楕円形の穴であってもよい。
【００１３】
このように、スリット状の穴を配したアノード電極を用いると、スリット状の穴の短軸の寸法を直径とする従来の単なる円形穴に比べて電子の放出面積を増やすことができるので、ホローカソード型放電管の放電安定時での電子の電流量を適切に確保できる。そして、この場合、スリット状の穴の短軸の寸法は長軸の寸法に比べて小さいので、電界が集中するスリット状の穴のエッジが、ホローカソードの円形の開口に近接している。このため、ホローカソード型放電管の放電開始時のカソード電圧を低くでき、ひいては、ホローカソードの耐久性も適切に確保できる。
【００１４】
また、本発明は、放電ガスを放出できる開口が端面に形成されたホローカソードと、前記端面に対向して配置され、前記開口の中心軸上に第１の穴が形成されるとともに、前記中心軸からずれた位置に、前記第1の穴よりも開口面積の大きい第２の穴が形成されたアノード電極と、を備え、
前記開口と前記第１の穴との間で前記放電ガスによる放電が行われるホローカソード型放電管も提供する。
【００１５】
以上のとおり、第1の穴および第２の穴を配したアノード電極を用いると、従来の単なる１個の円形穴に比べて電子の放出面積を増やすことができるので、ホローカソード型放電管の放電安定時での電子の電流量を適切に確保できる。そして、この場合、中心軸上の第１の穴の開口面積が小さいので、電界が集中する第１の穴のエッジが、ホローカソードの円形の開口に近接している。このため、ホローカソード型放電管の放電開始時のカソード電圧を低くでき、ひいては、ホローカソードの耐久性も適切に確保できる。
【００１６】
なお、前記第２の穴を前記第１の穴の周囲に複数個、配するとよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ホローカソードの耐久性の改善とともに、ホローカソードから放出される電子の電流量の適切な確保を行えるホローカソード型放電管が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管の断面図である。
【図２】図２は、図１のホローカソード型放電管を前方（図１の矢印方向）から側面視した図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管に用いるアノード電極板の構成例を示した図である。
【図４】図４は、アノード電極板のアノード穴の形状および個数と、ホローカソード型放電管の放電特性との関係を表した図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管が組み込まれたイオンプレーティング装置の構成を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態のホローカソード型放電管１００について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管の断面図である。図２は、図１のホローカソード型放電管を前方（図１の矢印方向）から側面視した図である。
【００２１】
なお、図１では、ホローカソード型放電管１００の放電ガス導入側を「後」とし、ホローカソード型放電管１００の電子放出側を「前」として図示している。以下の説明では、「前方」、「前部」および「前端」という用語、および、「後方」、「後部」および「後端」という用語を用いて、ホローカソード型放電管１００の各部の前後方向の位置関係を特定する場合がある。
【００２２】
まず、本実施形態のホローカソード型放電管１００の電極構造について説明する。
【００２３】
ホローカソード型放電管１００の電極構造の主要部材として、図１に示すように、直流電源の陰極が接続されるホローカソード２００と、このホローカソード２００を内包するように囲み、直流電源の陽極が接続されるアノードユニット３００と、があり、これらの間には数十Ｖ〜数百Ｖ程度の電位差が与えられるようになっている。なお、これらのホローカソード２００およびアノードユニット３００は、図１に示すように、中心軸Ｓを共通にする同軸状に配置されている。
【００２４】
ホローカソード２００は、放電ガス（例えば、アルゴンガス）が内部を流れる円筒状の中空陰極管を構成している。このホローカソード２００は、タンタル製のカソードパイプ２０１を備えている。
【００２５】
また、図１に示すように、ホローカソード２００は、上述のカソードパイプ２０１の他、カソードパイプ２０１の内部から中心軸Ｓに沿って前方に突出するタンタル製のカソードキャップ２０２と、カソードキャップ２０２の内部に当接するよう、奥深く挿入され、カソードキャップ２０２の後端側からカソードパイプ２０１の空間２０１Ａにまで延びている電子放出体２０３と、を備える。
【００２６】
カソードキャップ２０２は、アノード電極板３０２（後述）との間で放電を形成するカソード電極の機能を有している。このカソードキャップ２０２は、略円筒状に形作られ、カソードキャップ２０２の中空部が、その前端面２０２Ａの近傍において狭くなっている。これにより、カソードキャップ２０２の前端面２０２Ａに、直径が１ｍｍの微細な円形の開口２０２Ｂが形成されている。なお、この開口２０２Ｂの中心は、上述の中心軸Ｓと一致している。
【００２７】
電子放出体２０３は、ホローカソード２００のインサート材に用いられ、例えば、厚みが１５μｍ程度の短冊状のタンタル薄板を丸く巻くことにより、略円筒状に形作られている。よって、このような薄板からなる電子放出体２０３を用いると、熱電子を放出できる表面積を増やすことができる。このため、この電子放出体２０３は、放電プラズマの熱によって容易に熱せられて多量の熱電子を放出できる。
【００２８】
そこで、このような電子放出体２０３をカソードキャップ２０２の内部に挿入することにより、カソードキャップ２０２とアノード電極板３０２との間の放電電圧を低くできるという利点がある。
【００２９】
アノードユニット３００は、ステンレス製の円筒状のアノードケーシング３０１を備えるが、本実施形態のホローカソード型放電管１００に用いるアノードユニット３００では、アノードユニット３００の前部の構造に特徴がある。特に、アノード電極板３０２のアノード穴３０２Ａの形状や個数に特徴がある。
【００３０】
なお、図１および図２では、アノード穴３０２Ａが1個の長穴として例示されているが、これに限らない。アノード穴３０２Ａの他の例は、後述する。
【００３１】
また、図１に示すように、アノードユニット３００は、上述のアノードケーシング３０１の他、アノードケーシング３０１の円環状の前端面３０１Ａに配された円板状のステンレス製のアノード電極板３０２と、環状の受部３０３Ｂを有して略円筒状に形作られたステンレス製のアノードキャップ３０３と、を備える。
【００３２】
図１に示すように、アノード電極板３０２の外寸は、アノードケーシング３０１の内周面の直径よりも大きく、かつ、アノードケーシング３０１の外周面の直径よりも小さくなっている。よって、アノード電極板３０２の周辺部が、アノードキャップ３０３の受部３０３Ｂとアノードケーシング３０１の前端面３０１Ａとの間で挟持され、これにより、アノード電極板３０２が、アノードケーシング３０１とアノードキャップ３０３との間のねじ接合（後述）によって固定される。
【００３３】
なお、アノード電極板３０２の中心軸Ｓの方向における位置は、カソードキャップ２０２の前端面２０２Ａとの間で放電が起こり易いよう、適切に設定されている（例えば、両者間の距離が４ｍｍ）。
【００３４】
以上のアノードユニット３００の前部では、アノードケーシング３０１の外周面、および、アノードキャップ３０３の内周面のそれぞれに、ねじ切りが行われ、これにより、アノードキャップ３０３の内周面が、アノードケーシング３０１の外周面に螺着される。よって、螺着式のアノードキャップ３０３は、アノードケーシング３０１から容易に取り外せる。アノードキャップ３０３を外すと、アノード電極板３０２を効率的に交換できる
図１および図２に示すように、アノード電極板３０２の中央部には、微細なアノード穴３０２Ａ（ここでは、長穴）が形成されている。アノード穴３０２Ａは、少なくともホローカソード２００の開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上に配置されており、両者が中心軸Ｓを共通とする同軸状に配置される方が好ましい。
【００３５】
なお、アノードキャップ３０３の中央部にも、円形開口３０３Ａが形成されている。この円形開口３０３Ａは、アノード穴３０２Ａを通過する電子の流れを妨げない程度の充分な大きさに形成されている。
【００３６】
次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の電力供給系およびその周辺構造について述べる。
【００３７】
ホローカソード型放電管１００の電力供給系の主要部材として、図示しない直流電源と接続された給電端子１０を備える通電ボルト１１と、通電ボルト１１とホローカソード２００（カソードパイプ２０１）との間の電気接続を取る導電性（例えば、ステンレス製）の接続パイプ１２と、がある。
【００３８】
これにより、直流電源から給電される直流電力（マイナス電圧）が、接続パイプ１２を介してホローカソード２００に印加される。
【００３９】
接続パイプ１２は、円筒形に構成されており、アノードケーシング３０１の後部の収容空間１０２内に配されている。図１に示すように、接続パイプ１２の前方には、溝付きの略円環状の絶縁カラー１６が配置され、その後方には、円筒状の絶縁筒１５が配置されている。
【００４０】
絶縁カラー１６は、中心軸Ｓの方向においてアノードケーシング３０１内の放電空間１０１と収容空間１０２とを仕切っており、絶縁カラー１６の周辺部が、アノードケーシング３０１の垂直壁（中心軸Ｓと垂直な面）に当接されている。
【００４１】
また、絶縁筒１５は、アノードケーシング３０１の後方の蓋に相当するエンドキャップ１７の凹部に嵌め込まれている。エンドキャップ１７は、ステンレス製の円環体になっており、放電ガス配管２０（後述）が、エンドキャップ１７および絶縁筒１５の内部を貫通している。
【００４２】
通電ボルト１１は、アノードケーシング３０１の壁部に設けられた貫通穴３０１Ｂを、中心軸Ｓと垂直方向に貫通して収容空間１０２に延び、更に、この通電ボルト１１の先端が、接続パイプ１２に設けられたねじ穴にねじ止めされている。これにより、通電ボルト１１と接続パイプ１２との間の電気接続を取ることができる。なお、通電ボルト１１とアノードケーシング３０１の壁部との間の絶縁は、大径部１３Ａと小径部１３Ｂとが一体となった円環状の絶縁部材１３によってなされている。
【００４３】
以上の構成により、接続パイプ１２は、絶縁カラー１６と絶縁筒１５とによって挟まれ、取り外すことが少ない通電ボルト１１の先端のねじ止めで固定されることによって、その中心軸Ｓの方向の位置が適切に位置決め（規制）されている。
【００４４】
また、ホローカソード２００（カソードパイプ２０１）は、その後部が、中心軸Ｓの方向において絶縁カラー１６を貫通することにより、放電空間１０１から収容空間１０２に延び、これにより、ホローカソード２００（カソードパイプ２０１）が、接続パイプ１２の内部の奥深くまで挿入され、接続パイプ１２内の円筒状のストッパ部材１９に当接されている。
【００４５】
以上の構成により、ホローカソード２００のメンテナンス時（例えば、カソードキャップ２０２の交換時）に、アノードキャップ３０３およびアノード電極板３０２を取り除くと、ホローカソード２００を前方に容易に引く抜くことができる。また、ホローカソード２００の着脱において、ホローカソード２００とストッパ部材１９との間の当接によって、ホローカソード２００の中心軸Ｓの方向の位置合わせが適切になされ、これにより、ホローカソード２００の前端面２０２Ａとアノード電極板３０２との間の好適な距離（４ｍｍ）の設定が容易に行える。
【００４６】
更に、ホローカソード２００は、接続パイプ１２に配された固定手段１４（例えば、六角穴付き止めねじ１４など；以下、「止めねじ１４」と略す）を用いて、当該接続パイプ１２に固定されている。これにより、接続パイプ１２とホローカソード２００との間の電気接続を取ることができる。
【００４７】
ここで、止めねじ１４の頭と対向するアノードケーシング３０１の壁部に、通し穴１８を設けることにより、通し穴１８から挿入された工具（六角レンチなど；図示せず）を用いて止めねじ１４を容易に回すことができる。これにより、上述のホローカソード２００（カソードパイプ２０１）を効率的に交換できる。
【００４８】
特に、接続パイプ１２の中心軸Ｓの方向の規制（位置決め）が、取り外すことが少ない通電ボルト１１に行われているので、通し穴１８と止めねじ１４との位置ずれが生じ難くホローカソード２００（カソードパイプ２０１）の交換において都合がよい。
【００４９】
なお、接続パイプ１２とアノードケーシング３０１との間の絶縁は、絶縁カラー１６によってなされている。また、接続パイプ１２とエンドキャップ１７との間の絶縁は、絶縁筒１５によってなされている。
【００５０】
次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の放電ガス導入系について述べる。
【００５１】
ホローカソード型放電管１００の放電ガス導入系の主要部材として、図示しない放電ガス供給源（例えば、アルゴンガスタンク）と、この放電ガス供給源からの放電ガス（例えば、アルゴンガス）をホローカソード２００に導くことができるステンレス製の放電ガス配管２０がある。
【００５２】
図１に示すように、この放電ガス配管２０は、上述のとおり、エンドキャップ１７および絶縁筒１５を貫通して、収容空間１０２に進入し、接続パイプ１２に接続されている。なお、放電ガス配管２０とエンドキャップ１７との間の絶縁は、絶縁筒１５によってなされている。
【００５３】
次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の動作について説明する。
【００５４】
まず、ホローカソード型放電管１００の放電空間１０１が、所定の真空度に減圧され、
この状態で、ホローカソード２００内を流れる放電ガスが、カソードキャップ２０２の開口２０２Ｂから放電空間１０１に放出される。続いて、ホローカソード２００に、所定のマイナス電圧（例えば、−８００Ｖ程度）が印加される。なお、本実施の形態ではアノードユニット３００は接地されている。
【００５５】
すると、カソードキャップ２０２の開口２０２Ｂとアノード電極板３０２のアノード穴３０２Ａとの間（特にこれらの対向面側のエッジ間）の電界集中によって、両者間において、放電ガスに基づいたグロー放電が発生する。
【００５６】
次いで、このような放電プラズマによって熱電子放出体２０３が加熱されると、電子放出体２０３の熱電子放出が始まり、安定なアーク放電に移行する。このような熱電子放出体２０３を用いると、アーク放電中の放電電圧を低めに（例えば、−２０Ｖ程度に）維持できるので都合がよい。
【００５７】
このようにして、ホローカソード型放電管１００のアノード穴３０２Ａから高密度の電子を取り出すことができ、このような電子が、様々な真空成膜技術に利用される（応用例を後述する）。
【００５８】
次に、本実施形態のホローカソード型放電管１００の特徴部であるアノード電極板３０２の構成について述べる。なお、ここでは、アノード穴３０２Ａの形状および個数と、ホローカソード型放電管１００の放電特性との関係についての検討が行われている。
【００５９】
図３は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管に用いるアノード電極板の構成例を示した図である。
【００６０】
図３（ａ）では、スリット状のアノード穴３０２Ａ（長穴）を備えるアノード電極板３０２が示されている。なお、以下、アノード穴３０２Ａを「アノード穴（長穴）」と略す場合がある。
【００６１】
また、図３（ｂ）では、１個の小径のアノード穴３０２Ｂ（第１円形穴）および３個の大径のアノード穴３０２Ｃ（第２円形穴）を備えるアノード電極板３０２’が示されている。なお、以下、これらの穴の集合体を「アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）」と略す場合がある。
【００６２】
図３（ａ）のアノード穴（長穴）の短軸の寸法Ｌ１は、１ｍｍに設定され、アノード穴（長穴）の長軸の寸法Ｌ２は、３．４ｍｍに設定されている。このため、アノード穴（長穴）の平面視における面積が、直径２ｍｍの円形穴の面積と同じになる。
【００６３】
また、図３（ｂ）のアノード穴（１小円形穴、３大円形穴）のうちの円形のアノード穴３０２Ｂの中心が、ホローカソード２００（カソードキャップ２０２）の開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上に配置されている。よって、アノード電極板３０２’を用いる場合、カソードキャップ２０２の開口２０２Ｂと、アノード電極板３０２’のアノード穴３０２Ｂとの間において、放電ガスのグロー放電が発生する。なお、アノード穴３０２Ｂの直径は、１ｍｍに設定されている。
【００６４】
また、アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）のうちの複数（ここでは、３個）の円形のアノード穴３０２Ｃが、アノード穴３０２Ｂの周囲に配されている。詳しくは、アノード穴３０２Ｂの中心を中心点として、２．５ｍｍを半径とする仮想円を描くとすると、このような仮想円上に周方向に約９０°の間隔を開けて、３個の円形のアノード穴３０２Ｃの中心が配されている。よって、アノード穴３０２Ｂの中心とアノード穴３０２Ｃの中心との間の距離Ｌ３は、２．５ｍｍとなる。なお、３個のアノード穴３０２Ｃの直径は、２ｍｍに設定されている。
【００６５】
但し、ここでは、アノード穴３０２Ｂの中心とアノード穴３０２Ｃの中心との間の距離を２．５ｍｍとしているが、この距離は、アノード穴３０２Ｂの中心とアノード穴３０２Ｃとが重畳しない範囲内で最短にする方が好ましいと考えられる。
【００６６】
図４は、アノード電極板のアノード穴の形状および個数と、ホローカソード型放電管の放電特性との関係を表した図である。
【００６７】
図４の横軸では、ホローカソード型放電管１００の放電開始からの経過時間が取られている。図４の縦軸では、ホローカソード型放電管１００から放出された電子量に対応する電流量（μＡ）が取られている。
【００６８】
なお、図４の各データのプロットでは、ホローカソード型放電管１００の前方に、適宜のコレクタ電極（図示せず）を配置して、このコレクタ電極に流れ込む電子量が電流計（図示せず）の電流値として、放電開始時から一定時間毎に実測されている。但し、このような測定法は慣用手段なので、その詳細な説明は省略する。また、各データの測定条件（例えば、電圧や真空度など）は、各データ間において同一に設定されている。よって、このような測定条件の説明も省略する。
【００６９】
図４のプロファイル４０２（グレイ四角印のプロファイル）が、アノード穴（長穴）を配したアノード電極板３０２を用いた場合のホローカソード型放電管１００の放電特性を表している。
【００７０】
また、図４のプロファイル４０３（黒丸印のプロファイル）が、アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）を配したアノード電極板３０２’を用いた場合のホローカソード型放電管（図示せず）の放電特性を表している。
【００７１】
また、図４のプロファイル４０５（米印のプロファイル）は、アノード穴の４個の穴の全ての直径を１ｍｍにしたアノード穴（以下、これらの穴の集合体を「アノード穴（４小円形穴）」と略す場合がある）を備えたアノード電極板（図示せず）を用いた場合のホローカソード型放電管１００の放電特性を表している。
【００７２】
また、図４のプロファイル４０１（黒四角印のプロファイル）は、直径２ｍｍの円形穴を中央に１個、配した従来のアノード電極板（図示せず）を用いた場合のホローカソード型放電管の放電特性を表している。
【００７３】
また、図４のプロファイル４０４（クロス印のプロファイル）は、直径１．５ｍｍの円形穴を中央に１個、配した従来のアノード電極板（図示せず）を用いた場合のホローカソード型放電管の放電特性を表している。
【００７４】
以上のプロファイル４０２、プロファイル４０１およびプロファイル４０４の比較によれば、ホローカソード型放電管１００の放電安定時において、プロファイル４０２の電流量が、プロファイル４０４の電流量よりも大きく、プロファイル４０１の電流量にほぼ一致することが分かる。これは、アノード穴（長穴）の平面視における面積が、直径２ｍｍの円形穴の平面視における断面積と同じであるからも妥当な結果を示していると考えられる。
【００７５】
このようなアノード穴（長穴）を配したアノード電極板３０２を用いると、長穴の短軸の寸法（ここでは、開口２０２Ｂと同じ直径の１ｍｍ）を直径とする円形穴に比べて、電子の放出面積を増やすことができる。
【００７６】
よって、ホローカソード型放電管１００の放電安定時でのアノード穴（長穴）から放出される電子の電流量を、当該長穴の短軸の寸法を直径とする円形穴の場合の電流量に比べて適切に確保でき、このことは、図４の実験結果からも裏付けられている。
【００７７】
そして、この場合、アノード穴（長穴）の短軸の寸法は充分に小さい（ここでは、開口２０２Ｂと同じ直径の約１ｍｍ）ので、電界が集中するアノード穴（長穴）のエッジが、従来の直径２ｍｍの円形穴に比べて、ホローカソード２００（カソードキャップ２０２）の開口２０２Ｂに近接している。このため、ホローカソード型放電管１００の放電開始時のカソード電圧を低くできる。
【００７８】
また、以上のプロファイル４０３およびプロファイル４０５との比較によれば、ホローカソード型放電管１００の放電安定時において、プロファイル４０３の電流量が、プロファイル４０５の電流量の２．５倍程度であることが分かる。
【００７９】
このようなアノード穴（１小円形穴、３大円形穴）を配したアノード電極板３０２’を用いると、アノード穴（４小円形穴）に比べて電子の放出面積を増やすことができる。
【００８０】
よって、ホローカソード型放電管の放電安定時でのアノード穴（１小円形穴、３大円形穴）から放出される電子の電流量を、アノード穴（４小円形穴）の場合の電流量と比べて適切に確保でき、このことは、図４の実験結果からも裏付けられている。
【００８１】
そして、この場合、アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）のうちの中心軸Ｓ上のアノード穴３０２Ｂの直径は充分に小さい（ここでは、開口２０２Ｂと同じ直径の１ｍｍ）ので、電界が集中するアノード穴３０２Ｂのエッジが、従来の直径２ｍｍの円形穴に比べて、ホローカソード２００（カソードキャップ２０２）の開口２０２Ｂに近接している。このため、ホローカソード型放電管の放電開始時のカソード電圧を低くできる。
【００８２】
以上のとおり、本実施形態（図１）のホローカソード型放電管１００は、放電ガス（ここでは、アルゴンガス）を放出できる円形の開口２０２Ｂが前端面２０２Ａに形成されたホローカソード２００と、この前端面２０２Ａに対向して配置され、上記開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上にアノード穴（長穴）が形成されたアノード電極板３０２と、を備える。そして、このようなホローカソード型放電管１００では、開口２０２Ｂとアノード穴（長穴）との間で放電ガスによる放電が行われる。
【００８３】
このように、アノード穴（長穴）を配したアノード電極板３０２を用いると、アノード穴（長穴）の短軸の寸法を直径とする従来の単なる円形穴に比べて電子の放出面積を増やすことができるので、ホローカソード型放電管１００の放電安定時での電子の電流量を適切に確保できる。
【００８４】
また、アノード穴（長穴）の短軸の寸法は充分に小さい（ここでは、開口２０２Ｂと同じ直径の１ｍｍ）ので、ホローカソード型放電管１００の放電開始時のカソード電圧を従来よりも低くできる。よって、ホローカソード２００の耐久性を向上できる。
【００８５】
また、本実施形態の他のホローカソード型放電管は、放電ガス（ここでは、アルゴンガス）を放出できる円形の開口２０２Ｂが前端面２０２Ａに形成されたホローカソード２００と、この前端面２０２Ａに対向して配置され、上記開口２０２Ｂの中心軸Ｓ上に１個のアノード穴３０２Ｂ（第１円形穴）が形成されるとともに、中心軸Ｓからずれた位置に（具体的には、アノード穴３０２Ｂの周囲に）、アノード穴３０２Ｂの直径よりも大径の複数個（３個）のアノード穴３０２Ｃ（第２円形穴）が形成されたアノード電極板３０２’と、を備える。そして、このようなホローカソード型放電管では、開口２０２Ｂとアノード穴３０２Ｂとの間で放電ガスによる放電が行われる。
【００８６】
このように、アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）を配したアノード電極板３０２’を用いると、アノード穴（４小円形穴）に比べて電子の放出面積を増やすことができるので、ホローカソード型放電管の放電安定時での電子の電流量を適切に確保できる。
【００８７】
また、アノード穴（１小円形穴、３大円形穴）のうちの中心軸Ｓ上のアノード穴３０２Ｂの直径は充分に小さい（ここでは、開口２０２Ｂと同じ直径の１ｍｍ）ので、ホローカソード型放電管の放電開始時のカソード電圧を従来よりも低くできる。よって、ホローカソード２００の耐久性を向上できる。
（変形例１）
本実施形態（図１）のホローカソード型放電管１００では、アノード電極板３０２にアノード穴（長穴）を形成する例を示したが、アノード穴の形状はこれに限らない。このようなアノード穴は、短軸と長軸とを有している穴であれば、他の形状の穴（例えば、矩形穴や楕円形の穴）であってもよい。
（変形例２）
本実施形態の他のホローカソード型放電管では、アノード電極板３０２’にアノード穴（１小円形穴、３大円形穴）を形成する例を示したが、電子の電流量確保用の円形穴の個数は３個に限らない。
【００８８】
放電開始用の小径の円形穴の周囲に、この直径よりも大径の、電子の電流量確保用の円形穴を適宜の個数、配するとよい。但し、電子の電流量確保用の円形穴の個数を増やすと、電子の電流量は増えて都合がよいが、逆に増やしすぎると、放電空間１０１を所定の圧力に保つことが困難となり、カソード電圧の上昇を招く。よって、このような円形穴の個数の増加には自ずと限界がある。
（変形例３）
本実施形態（図１）のホローカソード型放電管１００では、アノード電極板３０２にアノード穴（長穴）を形成する例を示し、本実施形態の他のホローカソード型放電管では、アノード電極板３０２’にアノード穴（１小円形穴、３大円形穴）を形成する例を示したが、アノード穴の構成はこれらに限らない。
【００８９】
例えば、スリット状の穴の周囲に、円形穴を複数個、配することによって、ホローカソード２００の耐久性の改善と、ホローカソード２００から放出される電子の電流量の適切な確保と、を更に適切に行えると考えられる。
（応用例）
以下、本発明の実施形態のホローカソード型放電管１００の真空成膜技術への応用例について概説する。
【００９０】
図５は、本発明の実施形態のホローカソード型放電管が組み込まれたイオンプレーティング装置の構成を模式的に示した図である。
【００９１】
基板上に誘電体膜と導電体膜（例えば、アルミ膜）とを交互に重ねた多層反射膜（例えば、アルミ増反射膜）は、イオンプレーティング法によって形成できる。このような真空プロセスでは、基板保持体（基板ドーム）や真空槽壁へのプラス電荷（例えば、Ａｒ+イオン）のチャージアップによって異常放電が生じて、アルミ増反射膜の損傷が生じることがある。また、誘電体膜へのプラス電荷のチャージアップによっても、アルミ増反射膜の損傷が生じることがある。
【００９２】
そこで、本応用例のイオンプレーティング装置５００では、ホローカソード型放電管１００が、以上のプラス電荷を電気的に中和する中和器（ニュートラライザ）の役割を果たすように構成されている。
【００９３】
よって、本応用例のイオンプレーティング装置５００は、図５に示すように、内部が減圧された真空槽５０１と、真空槽５０１内の基板５０４Ａ、基板保持体５０４および真空槽５０１の壁部に向けて電子（図５中の点線参照）を放出できるホローカソード型放電管１００と、を備える。
【００９４】
なお、本応用例のイオンプレーティング装置５００は、抵抗加熱や電子ビーム加熱などが行われる蒸発源５０３（多点ハース）と、反応ガス供給系５０２と、ＤＣ（直流）電源５０６および高周波電源５０５からなる電力供給系と、真空排気系５０７とを備え、これにより、イオンプレーティング法を用いてアルミ増反射膜が基板５０４上に堆積される。
【００９５】
但し、このようなイオンプレーティング法によるアルミ増反射膜の成膜は公知である。よって、この詳細な説明は省略する。
【００９６】
以上のとおり、本応用例のイオンプレーティング装置５００では、簡易な構造によって大電流量の電子を放出できるホローカソード型放電管１００をニュートラライザに用いて、イオンプレーティング法による成膜中に発生するプラス電荷を電気的に中和できる。このため、基板保持体（基板ドーム）、真空槽壁および誘電体膜へのプラス電荷のチャージアップによって、アルミ増反射膜の損傷が生じることを適切に防止できる。
【００９７】
なお、ここで述べたホローカソード型放電管１００の応用は一例に過ぎない。本実施形態のホローカソード型放電管１００は、ニュートラライザの他、様々な真空技術の用途（例えば、電子ビーム加熱を行う場合の電子銃としての用途）に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明によれば、ホローカソードを耐久性の改善とともに、ホローカソードから放出される電子の電流量を適切に確保できるホローカソード型放電管が得られる。よって、本発明のホローカソード型放電管を、例えば、イオンプレーティング装置を用いて多層反射膜を形成する際のニュートラライザとして利用できる。
【符号の説明】
【００９９】
１０ 給電端子
１１ 通電ボルト
１２ 接続パイプ
１３ 絶縁部材
１３Ａ 絶縁部材の大径部
１３Ｂ 絶縁部材の小径部
１４ 止めねじ（固定手段）
１５ 絶縁筒
１６ 絶縁カラー
１７ エンドキャップ
１８ 通し穴
１９ ストッパ部材
２０ 放電ガス配管
１００ ホローカソード型放電管
１０１ 放電空間
１０２ 収容空間
２００ ホローカソード
２０１ カソードパイプ
２０１Ａ カソードパイプの空間
２０２ カソードキャップ
２０２Ａ カソードキャップの前端面
２０２Ｂ カソードキャップの開口
２０３ 電子放出体（インサート材）
３００ アノードユニット
３０１ アノードケーシング
３０１Ａ アノードケーシングの前端面
３０１Ｂ 貫通穴
３０２、３０２’ アノード電極板
３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃ アノード穴
３０３ アノードキャップ
３０３Ａ アノードキャップの円形開口
３０３Ｂ アノードキャップの受部
５００ イオンプレーティング装置
５０１ 真空槽
５０２ 反応ガス供給系
５０３ 蒸発源
５０４ 基板保持体
５０４Ａ 基板
５０５ 高周波電源
５０６ ＤＣ電源
５０７ 真空排気系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ガスを放出できる開口が端面に形成されたホローカソードと、前記端面に対向して配置され、前記開口の中心軸上にスリット状の穴が形成されたアノード電極と、を備え、
前記開口と前記スリット状の穴との間で前記放電ガスによる放電が行われるホローカソード型放電管。
【請求項２】
前記スリット状の穴が、長穴または矩形穴である請求項１記載のホローカソード型放電管。
【請求項３】
放電ガスを放出できる開口が端面に形成されたホローカソードと、前記端面に対向して配置され、前記開口の中心軸上に第１の穴が形成されるとともに、前記中心軸からずれた位置に、前記第1の穴よりも開口面積の大きい第２の穴が形成されたアノード電極と、を備え、
前記開口と前記第１の穴との間で前記放電ガスによる放電が行われるホローカソード型放電管。
【請求項４】
前記第２の穴は、前記第１の穴の周囲に複数個、配されている請求項３記載のホローカソード型放電管。
【請求項１】
放電ガスを放出できる開口が端面に形成されたホローカソードと、前記端面に対向して配置され、前記開口の中心軸上にスリット状の穴が形成されたアノード電極と、を備え、
前記開口と前記スリット状の穴との間で前記放電ガスによる放電が行われるホローカソード型放電管。
【請求項２】
前記スリット状の穴が、長穴または矩形穴である請求項１記載のホローカソード型放電管。
【請求項３】
放電ガスを放出できる開口が端面に形成されたホローカソードと、前記端面に対向して配置され、前記開口の中心軸上に第１の穴が形成されるとともに、前記中心軸からずれた位置に、前記第1の穴よりも開口面積の大きい第２の穴が形成されたアノード電極と、を備え、
前記開口と前記第１の穴との間で前記放電ガスによる放電が行われるホローカソード型放電管。
【請求項４】
前記第２の穴は、前記第１の穴の周囲に複数個、配されている請求項３記載のホローカソード型放電管。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２４８５４８（Ｐ２０１０−２４８５４８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７１５８（Ｐ２００９−９７１５８）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
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