JPH0574899B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子放射装置に関する。更に詳しく
は、例えば連続照射プロセスの如きにおいて、電
子ビーム処理装置が接続し得る出力を量的に増大
させるための改良された電子ビーム処理装置用大
電力窓及び支持構造に関するものである。

〔従来の技術と問題点〕

金属性でしかも電子ビーム透過性の窓箔を大気
圧に抗して支持するのみならず、例えば米国特許
第3440466号に示されているような熱シンク及
び／又は冷却用流体に対する熱伝達媒体として作
用するフインの列のような従来の大電力用電子ビ
ーム処理装置窓及びそれらの支持構造には、使用
中における電子ビームの妨害や、熱膨張及びこれ
に関連した要因による窓の崩壊といつた問題があ
つた。例えば米国特許第3442466号に開示されて
いる型式の窓構造は、75〜98％の透過率（フイン
による直交電子の25〜２％阻止）を達成している
が、約12.7mm（0.5インチ）よりも幅広い場合に
は、熱膨張及びこれに関連した要因によるフイン
の崩壊が生ずることが見出されている。またかか
る構成においては、フインの長さが厚さよりもは
るかに大きく、かくして窓枠が長くなることによ
り、熱膨張の問題を別にしても、フインを座屈さ
せるだけの真空たわみを受けることになる。更
に、フインの厚さ又は数を増大することは直交し
ていない電子ビームの妨害を増し、窓を通過する
電子の量は益々減少する。

真空室を閉鎖する窓箔（0.0254mm（0.001イン
チ）厚のアルミニウム箔のような）は、隣接する
フインの間の距離の二乗に比例する熱及び機械的
応力の双方を受けることになる。更に、アルミニ
ウム箔は高温に耐えられないと同時に、大気中で
の化学的腐食作用のために劣化することがある。
大電力の用途に対して窓箔をその最良の状態で動
作させるには、フインが熱的に膨張して座屈する
ことからして、フイン間の距離が極めて重要であ
る。一旦座屈するとその箔は用をなさず、真空を
保持することができない。

従つて、本発明の目的は、従来での窓における
如上の不都合を解消すると同時に、従来座屈を急
速に生じさせた運転状態に対して感応せず、大き
な窓や大電力及び／又は長い処理領域に対しても
使用できるような、新規な改良された大電力用の
電子ビーム窓構成及びその支持構造を提供するに
ある。

本発明の他の目的は、窓における電流密度を制
限して、それにより大電力処理能力を増大させ
た、新規な大電力用の窓箔構造を提供するにあ
る。

本発明の別な目的は、大きな透過率を持つ大電
力用窓を提供するにある。

本発明の更に別な目的は、非直交電子ビームの
妨害を最小にした大電力用窓構造を提供するにあ
る。

〔問題点解決のための手段〕

その重要な一側面から要約するに、本発明は、
真空室を閉鎖している縦方向に延在する金属性の
窓箔と、その箔の内面に真空圧によつて保持さ
れ、連続的に平行に且つ近接して正確に延在され
た導電性フインの組合わせ（セツト）の複数から
なる列の一つ以上とからなり、導電性フインは窓
箔長手の両縁部間で前記窓箔の内面を横方向に横
断して湾曲している、排気型電子ビーム発生器な
どに用いる大電力用窓からなる。以下において
は、好ましき構造上の詳細及び最善の動作モード
が示される。

第１Ａ図及び第１Ｂ図を参照するに、電子ビー
ム照射処理装置又は発生器の如き電子放射装置に
用いられる大電力用の窓１は、その窓の長さ全部
にわたつて延在する壁即ち堅固な縁部支持部材２
を含む枠によつて境界づけられている電子透過性
の窓箔５を有する。枠の縁部支持部材２間に固定
され且つそれらに接触しているものは、複数の曲
線状のフインＦ（第１Ａ図）及びF′（第１Ｂ図）で
ある。フインＦはただひとつの曲率半径を持つ弓
状の導電性フイン４が連続した形状（Ｃ字状）に
おいて示されているが、フインF′は、複数の湾曲
部分からなるＳ字状の導電性フイン４からなるも
のとして示されている。枠中において、フインは
組立時に金属箔５の窓に対して押圧されて、排気
された電子ビーム発生器を閉鎖する。この電子ビ
ーム発生器は、真空と、窓の反対側にある大気と
の間で1.029Kg／cm²（14.7p.s.i.）の差圧を持つ。
またこの大気によつて、窓はフインに対して熱伝
導状態に接触保持される。電子ビームは、窓の平
面に直交するように、すなわち第１Ａ図及び第１
Ｂ図ではその紙面に対して垂直に向けられる。

前に述べたように、窓の組立体は、使用状態下
において、熱的及び機械的な負荷を受ける。熱的
負荷は、電子放射装置（図示されていないが、例
えば米国特許第3702412号、第3769600号及び第
4100450号において記述されている型式のもの）
によつて発生される電子ビームが、電子を第１Ａ
図及び第１Ｂ図で紙面の方へと該装置の真空室を
通して伝送し、またその後箔５を通し窓の外側の
大気（第１Ａ図及び第１Ｂ図の紙面の下）へと伝
送するときに、窓１において発生される。このこ
とは基本的に、５つの要因によるものである。す
なわち、(1)直交状電子ビームの妨害、(2)直交して
いない電子ビームの妨害、(3)箔５を通電する間に
エネルギーの幾らかを失う電子、(4)空気中及び装
置からの電子の後方散乱及び(5)電子ビーム又は化
学的反応などの結果として窓の大気側で発生され
る熱がその要因である。

電子放射路に直交した平面に沿う本発明のフイ
ンＦ又はF′の曲がりは、線形即ち直線のフインを
持つ従来の窓に固有の制御できない熱偏向及び座
屈という問題を緩和する。なぜなら、湾曲したフ
インＦはすべて、同じ方向に同じ量（線形フイン
の場合よりも遥かに少ない量）だけの熱膨張を行
うからである。かくして、フインによつて支持さ
れる窓箔５が受ける熱及び／又は機械的応力はか
なり小さくなる。

かかる弓形に湾曲されたフインＦの使用から得
られる他の利点には、(1)窓を通る電子ビームの電
力処理能力すなわち最大電流密度の改善、(2)フイ
ン間でできるだけ大きなスパンを使用することか
ら見た窓の透過率の改良（直交していない電子の
より僅かな阻止及び／又は良好な透過率の達成）、
(3)電子エネルギーが減少するにつれて窓箔５の阻
止力が増大することから低い加速電圧（150kw以
下）で重要な、薄い窓箔５を使用しうる能力の改
良、(4)大電力及び／又は長い処理領域用に、窓を
特に幅広くできる能力の改善、(5)フインＦに沿つ
て窓枠の真空負荷すなわち真空偏向を受ける非常
に長い窓を作成できる能力の改善、及び(6)上記事
項の組合わせなどが含まれる。

第２Ａ図及び第２Ｂ図に見られるように、別な
一連の利点が、フインＦの断面形状及び面積をＬ
として点線によつて示されているような従来の線
形のフインの標準的な矩形断面から変えることに
よつて得られる。第２Ａ図にはほぼ三角形又は幾
らか台形状のフインF₁が示されており、第２Ｂ
図には幾らか放射線状のフインF₂が示されてい
る。第２Ａ図及び第２Ｂ図の左端において示され
ているように、厳密に直角にではないが、しかし
それと少しだけ異なる角度をもつて窓箔５に向か
つて放射されてきた電子e^-は、矩形のフインＬに
よれば妨害されたであろうが、この場合にはその
ようなことはない。

更に、上方に向かつて先細になつているフイン
F₁及びF₂の傾斜部分は、そのフインの頂部へと、
又は頂部に対して数度（3゜）までの小さな角度を
もつて放射されてきた電子e^-のフイン表面上での
反射を可能にし、電子の妨害を排除しかつ窓箔５
を通つての透過を可能にする。その結果窓１上で
の熱負荷応力の減少が生じ、同様に高い電流密度
の電子ビームが有害な影響なしに窓を通して配送
される。電子ビームに対面するフインＦの表面を
タンタルのような大きな原子番号の材料でもつて
被覆即ちコーテイングすることにより、窓の大気
側への電子ビームの一層良好な反射が得られる。
他方、アルミニウムのような小さな原子番号の材
料でもつて電子ビームに対面するフインＦの表面
及び／又は箔の内側を覆うことは、高速電子が停
止するときに発生されるＸ線が重大な問題となる
場合に、そのＸ線のレベルを減少させるために使
用される。

第２Ａ図及び第２Ｂ図のフインF₁及びF₂にそ
れぞれ対応している第３Ａ図及び第３Ｂ図を参照
するに、窓箔５のフイン側での真空Ｖ及び窓の反
対側すなわち露出された側での大気圧Ｐは、窓箔
５上に長手方向の張力Ｔを作り出す。この張力は
図示のように、箔５に結果的に“丘及び谷”を作
り出し、フインと箔との間における良好な接触を
妨げている。このことは、Ａにおけるようにフイ
ンＦの表面接触領域が平坦であることにより一層
悪化される。フインと箔との接触面が比較的大き
な曲率半径Ｒ（第３Ａ図及び第３Ｂ図）を持ち、
且つ非常になめらかな表面を持つように設計され
たならば、窓箔の浅く湾曲した部分との有効な接
触領域の長さが改善され、また熱伝導性能が改善
されることが見出されている。

ここで、窓箔の成分について見ると、採用され
てきたものはチタン箔であつた。しかし、アルミ
ニウム−チタン又は銅−チタンのような二つの異
なる極端に薄い箔を一諸に接合してバイメタルの
窓箔を構成するならば、高温下での寿命、引張強
度及び導電性についての改良が達成されることが
見出されている。かかるバイタル箔の使用から得
られる利点としては、(1)チタンをベースとする基
材であることによる高い強度、並びに(2)チタンの
みによるよりも３〜15倍又はそれ以上良好な導電
性及び箔５とフインＦとの間での真空における良
好なコンダクタンスが含まれる。後者に関して、
高度の真空における箔５とフインＦとの間での熱
抵抗は、銅−銅又はアルミニウム−銅界面によつ
て減少される。金や銀は経済的に見て好ましくな
い。

本発明による窓構造の最上の実用性は、第４図
及び第５図において示されている如く、縦方向の
縁部支持部材２と横方向の縁部支持部材７とを持
つ共通の枠に、モジユールのようにして窓を列と
して平行に並べて複数配列して用いることによつ
て与えられる。しかしながら、かかる大きな枠は
使用に際して厳しい圧力負荷を受ける。そこで、
異なる厚さ（この例ではより厚い厚さ）のフイン
として作用する中間の横支柱６が、厳しい圧力負
荷の下での座屈を防止するために、長手方向の縁
部支持部材２の間で、窓構造に沿い且つ窓構造に
接触して周期的に設けられている。横支柱６の周
期の間に、複数の導電性フイン３が設けられて組
合わせられてフインＦをなしている。かかる横支
柱６は、第４図及び第５図に示されているよう
に、隣接する窓で縦方向に互い違いに設けられる
のが良く、またそれによる直交電子の妨害が２〜
10％以下にならねばならない。かかる構造は、高
性能動作のための大きな寸法の一つの窓構造にお
いて多数の電子ビームを使用することを可能にす
る。

以上本発明がその好ましい実施例に対する応用
に関連して記述されてはいるが、本発明による改
良は、かかる改良の利点が求められる他の応用に
おいても使用できること、そして本発明の重要な
技術を実施するための機械的構成及び修正をそれ
自体当業者に対して示唆していること、従つて、
かかる修正は特許請求の範囲に規定されている本
発明の精神及び範囲内にあることは明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図は、本発明にとつて特に
有用な２つの型式のフインを実施している窓の部
分平面図であり；第２Ａ図及び第２Ｂ図は、第１
図のフインの拡大断面図であつて、特に、代替可
能な断面状構成を例示している図であり；第３Ａ
図及び第３Ｂ図は、窓のフインと金属性箔との間
の接触界面を示す、第２Ａおよび第２Ｂ図に類似
の図であり；第４図は、第１図のフイン構造の１
つを用いた大きな窓を示す平面図であつて、特に
横支柱が構造上の一体性のために付加されている
図であり；第５図は、本発明に従つて構成された
大きな窓構造を部分的に破断して示す斜視図であ
る。 Ｆ，F′：フイン、１：窓、２：絶縁支持部材、
３，４：導電性フイン、５：窓箔、６：横支柱、
７：縁部支持部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気型電子ビーム発生器などのための大電力
   用窓であつて、真空室を閉鎖して長手方向に延在
   している金属性の窓箔と、真空圧によつて前記窓
   箔の内面に対して保持され、連続的かつ平行に近
   接して正確に延在された導電性フインの組の複数
   からなる列の一以上とからなり、導電性フインは
   窓箔の長手の縁部間で前記内面を横方向に横断し
   て湾曲していることを特徴とする大電力用窓。 ２ 前記導電性フインの曲線は、少なくとも１部
   分がＣ字又はＳ字形状からなつていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の大電力用
   窓。 ３ 前記導電性フインの断面は、前記窓箔から前
   記真空室の内方に向かつて先細になつていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の大電
   力用窓。 ４ 前記導電性フインは断面がほぼ放物線状であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
   の大電力用窓。 ５ 前記導電性フインは、ほぼ三角形又は台形状
   の断面であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項に記載の大電力用窓。 ６ 前記複数の導電性フインは、異なる厚さの断
   面のフインを含んでいることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の大電力用窓。 ７ 前記導電性フインの少なくとも１部分は、電
   子ビーム反射性能を増大させるために原子番号の
   高い元素でもつて覆われていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の大電力用窓。 ８ 原子番号の高い元素はタンタルであることを
   特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の大電力
   用窓。 ９ 前記導電性フインの１部分は、前記フインと
   電子との接触によるＸ線発生を減少させるために
   原子番号の低い元素でもつて覆われていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の大電力
   用窓。 １０ 前記原子番号の低い元素はアルミニウムで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第９項に記
   載の大電力用窓。 １１ 前記窓箔は、該窓箔と電子との接触による
   Ｘ線発生を減少させるために電子ビームに対面す
   る表面上に原子番号の低い元素を持つていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の大電
   力用窓。 １２ 前記原子番号の低い元素はアルミニウムで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に
   記載の大電力用窓。 １３ 前記窓箔はバイメタル箔であることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項に記載の大電力用
   窓。 １４ 前記バイメタル箔はチタンを含んでいるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の
   大電力用窓。 １５ 前記バイメタル箔は銅を含んでいることを
   特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の大電
   力用窓。 １６ 前記窓箔に固定される前記フインの表面
   は、該窓箔の幾らか湾曲された部分に付着するよ
   うに湾曲されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の大電力用窓。