CN103620695B - 电子束装置 - Google Patents

Abstract

为了改善电子束装置的性能，阴极壳体（112）的端部设置有圆顶形帽（118）。

Description

电子束装置

技术领域

本发明涉及电子束装置的领域，尤其是涉及用于给表面灭菌的电子束装置。

背景技术

电子束装置（下面称为EBD）可以用在许多不同的领域。它们的特征在于所发射的电子的能量，其反过来与它们预期的用途相联系，例如用于使涂料固化或者给表面灭菌的那些用途。本发明主要涉及可以用于灭菌目的的EBD，其中所发射的电子的能量处于大约50-300千电子伏（keV）的区间内。但是，这不应该被解释成限制，因为在所述区间之外也能存在适用于本发明的应用。再根据预期用途，在用于灭菌的EBD的领域内存在几种不同的类型，区别在于大小和形状。本发明主要指向能够用于给表面灭菌的，更确切地说是给材料的卷材灭菌的EBD，它因此可以具有延伸体（elongate body）和处于延伸体内部的同样延伸的阴极壳体。再一次说明，本发明不应该被限制于这里所提到的确切形状，因为它也可以应用于其他的EBD。

包含了根据上面所描述的特征的电子枪公开在Farrell等人的US-3863163中。EBD的各个部件在该文献中有详细描述，并且在阅读本申请的基础上，本领域技术人员应该容易或者毫无问题地实施本发明。

发明内容

本发明涉及一种密封的电子束装置，其包括具有出射窗口的延伸体、布置在所述延伸体内部的具有近端和远端的延伸的阴极壳体。一个或多个丝状体布置在所述阴极壳体内部，从近端延伸到远端，并且所述阴极壳体还包括面向所述出射窗口的一个或多个开口。所述一个或多个开口构造成由丝状体产生的电子到所述出射窗口的通道。所述电子束装置的特征在于，至少所述远端包括圆顶形帽，以便遮盖布置在端部中的部件并且使得高场强最小化。

丝状体的布局可能需要阴极壳体的远端包括用于电气连接的联接部件和用于丝状体的机械悬置机构。用圆顶形帽遮盖它以及阴极壳体的其它部件将提供一种光滑表面，其降低了形成高场强（并因此形成电弧）的趋势。在阴极壳体本身并未悬置于其一个端部上的实施方式中，圆顶形帽可以布置在阴极壳体的的两个端部中。

所述圆顶形帽优选具有旋转对称性，自由边缘优选具有半径地向内弯曲，以形成光滑外部轮廓，其进一步降低了产生任何异常的风险。在一种可选实施方式中，自由边缘设置有实心的或者空心的凸出部或者珠状物。

在一种或多种实施方式中，阴极壳体可包括从近端延伸到远端的半圆形外壳，其中，半圆形外壳的自由边缘具有半径地向内弯曲，因此形成弯曲形状。在近端与远端之间延伸的半圆形外壳提供给阴极壳体半圆柱形整体形状，就如将要相对于详细描述和其附图所示的那样。自由边缘的这种构型也会降低沿着边缘产生高电场强度的趋势，它因此有助于产生可控的并且可预测的电子束轮廓。

所述阴极壳体优选地被确定尺寸为使得至少其远端可以嵌入相应的圆顶形帽的开口中。在一种或多种实施方式中，阴极壳体的曲率跟随如下半径，所述半径类似于或者稍微小于圆顶形帽的敞开端部内的开口的半径。

根据一种或多种实施方式，阴极壳体的一个或多个开口可以通过控制栅来提供，所述控制栅可以构造成采取可变电位，以便控制穿过出射窗口的电子的发射。所述控制栅基本上遮盖阴极壳体的自由边缘之间的区域，其不被其他的部件所遮盖。在一种或多种实施方式中，前面所描述的由阴极壳体的自由边缘（纵向）所提供的弯曲形状代替地由控制栅的纵向自由边缘来提供。两种实施方式都将在详细的说明书中加以描述。

在一种或多种实施方式中，一个或多个丝状体在阴极壳体的纵向上延伸，其中，布置在远端中的部件包括电丝状体连接部和丝状体悬置机构。

在一种或多种实施方式中，阴极壳体的远端和近端二者都是包括圆顶形帽的自由端部，并且在其他实施方式中，仅仅远端是自由的，而近端使用合适的悬置装置连接到延伸体的一个端部上。在包含后面所述的结构的实施方式中，近端也可以包括具有旋转对称性弯曲形状的帽，而圆顶形帽的远端（面向延伸体远端的端部）光滑地使近端帽的近端弯曲，该近端帽的近端（面向延伸体近端的端部）具有基本上圆柱形的结构，其构造成具有适合于悬置装置的元件的配对结构。悬置装置的该元件在具有适于近端帽的配对结构的端部上具有基本上圆柱形的形状，而远端具有逐渐减小的直径，其可以优选跟随光滑曲线。所述光滑曲线满足形成所述元件一部分的圆柱形结构或者杆，其有效地使整个阴极装置悬置在延伸体中。

附图说明

图1示出根据本发明的一种实施方式的电子束装置的透视图。

图2示出可以用在图1的电子束装置中的阴极壳体的透视图。

图3示出图2的阴极壳体的纵剖面。

图4示出图2的阴极壳体的示意性横截面。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一种实施方式的电子束装置的透视图，仅仅示出它的外部。EBD的主要部件是延伸体102，其基本上是管状的。出射窗口装置104为来自延伸体102内真空的电子提供了出口。所述出射窗口装置104进而包括与本发明不相关的子组件，但是该子组件具有在保持所述延伸体102内真空的同时提供电子的溢出窗口的特点。延伸体102的近端包括含有电气连接部106的组件以及朝向所述组件和延伸体102内周边密封的陶瓷片108。在本实施方式中，陶瓷片108实际上朝向圆柱形部件110的内周边密封，其进而接合到延伸体上。由于与本发明不相关的理由，该布局简化了EBD的安装、拆卸和重新安装。

在延伸体102内部布置有阴极壳体112，其是图2中所示的部件之一。参见图2，一些细节与在图1中所示的相同，这些细节应使理解更容易。圆柱体110和陶瓷片108清楚可见，并且本领域技术人员能够意识到所示出的布局如何能够嵌入到延伸体102中，以形成图1的组件。实际的阴极壳体112包括半圆形外壳113，所述半圆形外壳113的敞开侧被控制栅114遮盖。在半圆形外壳内部，布置有一个或多个丝状体（参见图3），其从阴极壳体112的近端延伸到它的远端。由丝状体产生的电子可以朝向出射窗口104加速，这对于大多数EBD来说都是惯常做法。通过向控制栅114施加电位，电子的发射可以进一步得到控制。所述控制栅114，即阴极壳体112的敞开侧应该出于明显的原因而面向出射窗口装置104。所述控制栅114包括用于电子通道的几个开口或者通孔。

所述阴极壳体112的半圆形外壳113的自由边缘116优选向内弯曲或者“卷曲”，以便形成光滑凸出部或者珠状物。作为卷曲的一种可选方案，半圆形外壳的自由边缘可以设置有实心的或者空心的凸出部，作为单独的部分来提供或者与所述外壳的剩余部分一体式成型。

阴极壳体112的近端以及远端包括用于丝状体120的电气连接部以及物理悬置机构。在所述远端上，该布局封装在圆顶形帽118内部或者被圆顶形帽118所遮盖。圆顶形帽的应用会以有效的方式使得所述帽内部的部件相对于所述帽外部的电场受到屏蔽保护，反之亦然，例如暗示了所述帽内部的部件的形状将不能够以不利的方式影响电场。

所述帽118具有部分外壳被切除掉的球壳形状，从而它包括稍多于一半球体，其在图3中示出。本实施方式的所述帽118是轴对称的，并且自由端部设置有实心的凸出部126，其也为自由边缘提供了光滑表面。所述帽118的由凸出部126的内周边所限定的开口119被设定尺寸，以配合阴极壳体112的半圆形外壳113，从而所述壳体的一部分可以嵌入其中。所述帽118的开口具有与半圆形外壳113的曲率相同的直径，有效地封闭了开口的下半部分。从这种关系出发，显而易见的是，所述帽118的外直径大于半圆形外壳113的相应尺寸，因为后者能够嵌入具有小于所述帽118外直径的直径的开口中。所述开口的上半部分可以被板材128所遮盖，预防电场进入所述帽118并且使得阴极壳体112相对于所述帽118得以定位。所述帽118可以说包含一体式成型的敞开端部（自由边缘和珠状物所在处）和半球。

所述帽118可以通过几种方式并且由几种材料来制造。示例包括由不锈钢或者镍制成的帽118，其由车床上切削的实心材料片形成。另一种可选方案可以是深冲两片片材并且将它们焊接在一起。

在其近端上，阴极壳体112悬置到延伸体上。这种悬置可以通过不只一种方式来提供，并且在图3中清楚所示的这种悬置是前面未示出过的一种方案。用一些未曾在本说明书中详细讨论过的中间部件将阴极壳体有效地悬置在片108的中央开口中。为了避免近端中的电场干扰，也提供有帽，其在下面将被称为“近端帽”122。所述近端帽122的敞开端部上的自由边缘提供有珠状物130，并且这种敞开端部基本上与所述帽118的相应端部相同。但是，所述帽118可以说包含敞开端部和半球，而所述近端帽122包括敞开端部和圆柱形外壳，从而它可以装于管状体近端上的悬置机构布局上。远离其敞开端部，所述近端帽122包含逐渐减小的直径的连接部124，其将圆柱形外壳连接到圆柱片107上。蘑菇形状的连接部124还包括电子连接部106。在连接部124的设计中需要注意避免尖角。

需要注意的是，一般水平的形状可以不同于“半圆形”、“球形”或者“半球形”，但仍然落在权利要求所限定的本发明保护范围之内。“上半部分”和“下半部分”也应该被解释成定性描述而不是定量描述，尽管对于所示出的实施方式来说它更接近于定量描述。

在一种实施方式中（未示出），阴极壳体的两个端部都是自由的。在这样一种实施方式中，圆顶形帽118可以优选布置在阴极壳体的两个端部上。

在另一种实施方式中，阴极壳体的自由纵向边缘116向内弯曲朝向阴极壳体112的对称面，控制栅114在能充当电绝缘体的固定点117处固定到自由纵向边缘上，具体取决于阴极壳体与栅之间是否存在电位差。于是，控制栅114的自由纵向边缘117在凸出部内弯曲，或者在整体上卷曲，并且尤其在阴极壳体112与控制栅114之间的固定点上卷曲。这在图4的部分横截面中示出了一些细节，因为图4的设计图可以应用于图2和图3的装置，所以附图标记（116和117）已被用于区分“相同的”部件：要么通过阴极壳体112的自由边缘来提供，要么通过控制栅114的自由边缘来提供的凸出部。任一种方式中，所述凸出部116、117都将有利于产生平滑可预测的电场，以有利于EBD的性能。

Claims (6)

1.一种密封的电子束装置，其包括具有出射窗口(104)的延伸体(102)、布置在所述延伸体(102)内部的具有近端和远端的延伸的阴极壳体(112)以及布置在所述阴极壳体内部的一个或多个丝状体(120)，所述阴极壳体(112)还包括面向所述出射窗口的一个或多个开口，所述一个或多个开口(114)构造成由所述丝状体产生的电子到所述出射窗口(104)的通道，其中，所述延伸的阴极壳体(112)包括从远端延伸到近端的半圆形外壳，所述半圆形外壳的敞开侧被控制栅遮盖，所述控制栅提供所述一个或多个开口，其特征在于，

所述阴极壳体(112)的远端嵌入圆顶形帽(118)的开口(119)中以便遮盖布置在远端中的部件并且使得高场强最小化，其中，所述圆顶形帽(118)的开口(119)的上半部分被板材遮盖，

所述阴极壳体(112)的近端延伸到近端帽的开口中，其中，所述近端帽的开口的上半部分被板材遮盖，

要么所述阴极壳体的所述半圆形外壳的要么所述控制栅的纵向自由边缘卷曲以便形成凸出部，其中，所述凸出部的端部指向基本垂直于所述控制栅的开口的平面。

2.根据权利要求1所述的密封的电子束装置，其中，所述圆顶形帽包括半球形部分和端部部分，所述端部部分具有限定所述圆顶形帽(118)的开口(119)的自由边缘。

3.根据权利要求2所述的密封的电子束装置，其中，所述自由边缘具有凸出部。

4.根据权利要求1-3之一所述的密封的电子束装置，其中，所述圆顶形帽的外直径超出所述延伸的阴极壳体的相应尺寸。

5.根据权利要求1-3之一所述的密封的电子束装置，其中，所述近端帽具有端部部分和圆柱形部分，所述近端帽的端部部分带有限定所述近端帽的开口的自由边缘。

6.根据权利要求5所述的密封的电子束装置，其中，所述限定圆顶形帽(118)的开口(119)的自由边缘和所述限定近端帽的开口的自由边缘提供有珠状物(130)。