CN103620696A

CN103620696A - 电子束装置和制造所述电子束装置的方法

Info

Publication number: CN103620696A
Application number: CN201280030018.5A
Authority: CN
Inventors: 库尔特·霍尔姆; 托妮·瓦贝尔; 乌尔斯·霍斯泰特勒; 汉斯·沃纳什
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: JP2014526037A; US9202661B2; WO2013004565A1; EP2729939B1; JP6072023B2; US20140117259A1; EP2729939A1; CN103620696B

Abstract

本发明涉及一种电子束装置，其具有带有电子出射窗的细长形状的管状主体，所述电子出射窗沿所述管状主体的纵向方向延伸。所述管状主体至少部分地形成真空室，所述真空室其中包括阴极，所述阴极包括具有细长形状的阴极壳体（112）、以及都沿所述细长形状的所述阴极壳体（112）延伸的至少一个电子产生丝状体（120）和控制栅（114）。所述控制栅（114）和所述阴极壳体（112）通过附接装置（118）彼此连接。所述控制栅（114）或所述阴极壳体（112）的自由纵向端部沿朝向彼此的方向弯曲，从而形成隆起状成形部（126），以用于形成电子束成形电极。本发明还包括制造所述电子束装置的方法。

Description

电子束装置和制造所述电子束装置的方法

技术领域

本发明涉及电子束装置和制造所述电子束装置的方法。

背景技术

典型的电子束装置包括气密封的（即真空密封的）的主体，在该主体内配置有阴极壳体。在阴极壳体包括丝状体，该丝状体用电流加热以便产生电子。由此产生的电子经由高电压电势加速，并通过主体的出射窗（通常是由支撑网格支撑的薄窗箔）出射。电子束装置可用于多种用途，如油墨或粘合剂的固化，或容积空间（volumes）或表面的消毒。根据应用特性的不同，例如加速电压、束轮廓、电子束装置的形状会有所不同。本发明的教导可以有利地应用于电子束装置，该电子束装置用于包装材料卷材的消毒，因为其可显著地改善为此目的而设计的电子束装置的性能。但是应当理解，其可以被应用于具有类似结构的其他电子束装置。

在包装材料卷材消毒的领域内，一旦确保了消毒的质量，则如稳定性、耐久性和使用寿命等性能因素是关键问题。可以优化所提到的所有组件以及还有更多组件，以便使电子束装置在任何给定的情况下产生所需的光束形状。

本发明涉及用于处理较大表面的细长电子束装置的情形，该较大表面如用于制作包装容器的包装材料卷材的表面。更具体地说，本发明涉及这样的电子束装置的改进：在确保适当的质量同时简化该电子束装置组件。

发明内容

本发明涉及电子束装置，该电子束装置具有带有电子出射窗的细长形状的管状主体，所述电子出射窗沿所述管状主体的纵向方向延伸，所述管状主体至少部分地形成真空室，所述真空室其中包括阴极，所述阴极包括具有细长形状的阴极壳体、以及至少一个电子产生丝状体和控制栅，所述至少一个电子产生丝状体和所述控制栅都沿所述细长形状的所述阴极壳体延伸。所述控制栅和所述阴极壳体通过附接装置彼此连接，并且，所述控制栅或所述阴极壳体的自由纵向端部彼此沿朝向对方的方向弯曲，从而形成隆起状成形部，以用于形成电子束成形电极。以这种方式提供电子束装置，其阴极容易制造和组装，并且其能够以使电子沿基本上垂直于出射窗的平面的方向打击出射窗的方式来形成电场。用本发明的电子束装置，所形成的电子束非常适合用于例如对包装材料宽幅卷材进行消毒。

在一种实施方式中，所述控制栅具有基本上居中定位的多孔表面，电子能够通过该多孔表面，并且，所述控制栅或所述阴极壳体的所述纵向端部彼此沿朝向对方的方向并在所述控制栅以上弯曲，以便所述隆起状成形部延伸到所述多孔表面的纵向边界。所述隆起状成形部有助于形成电场，使得电子基本呈直角，即沿基本上垂直于出射窗的平面的方向，打击出射窗。事实上，电极会使电子轨迹稍微“弯曲”朝向电子束的中心，以抵消电子轨迹在出射窗附近的“弯曲”，在出射窗附近，电子轨迹往往会扩散，即电子束在出射窗附近通常比在控制栅附近宽。

在一实施方式中，所述隆起状成形部被形成为使得其自由边缘指向基本上垂直于所述控制栅的所述多孔表面的方向。所述自由边缘基本上一直向下延伸至所述控制栅。这进一步增加了上述的电子指向效果。

在一实施方式中，被弯曲以形成所述隆起状成形部的所述纵向端部在所述附接装置上方弯曲以至少部分地包封所述附接装置。因此，所述附接装置的形状对电场将不会有任何影响或仅有非常小的影响，并且因此能够以尽可能最好的方式进行设计，以使所述阴极壳体和所述控制栅连接。

为了均匀地将电子导向所述控制栅，优选将所述阴极壳体形成为细长半环形壳，其开口侧由控制栅覆盖。

在一个或多个目前优选的实施方式中，所述至少一个丝状体基本上居中于所述细长半环形壳内并沿着所述细长半环形壳延伸。这能提供结构紧凑、易于组装的阴极。

在一实施方式中，所述隆起状成形部形成在所述控制栅中，其中，所述阴极壳体的自由纵向端部向内弯曲并形成基本上与所述控制栅的所述多孔表面平行取向的径向突起，其中，所述附接装置连接到所述阴极壳体的所述突起，并且其中所述附接装置还连接到所述控制栅的被设置在所述多孔表面和所述隆起状成形部之间的区域。这使得所述阴极的部件容易制造和装配。

在一实施方式中，所述控制栅和所述阴极壳体被连接到单独的电源，且所述附接装置是电隔离器元件。这将形成三极管类型的电子束装置，其中控制栅有源地使所述电子束成形。

在一实施方式中，所述电子束装置是三极管型的，其中所述丝状体连接到第一电源，所述阴极壳体连接到第二电源，并且所述控制栅连接到第三电源，并且其中，所述管状主体和所述电子出射窗接地。这是有效三极管型电子束装置的一个例子。

进一步的实施方式由附加的从属权利要求所定义的。

此外，本发明还提供了一种制造电子束装置的方法，该电子束装置具有带有电子出射窗的细长形状的管状主体，所述电子出射窗沿所述管状主体的纵向方向延伸，所述管状主体至少部分地形成真空室，所述真空室其中包括阴极，所述阴极包括具有细长形状的阴极壳体、以及至少一个电子产生丝状体和控制栅，所述至少一个电子产生丝状体和所述控制栅都沿所述细长形状的所述阴极壳体延伸。所述方法包括以下步骤：通过附接装置使所述控制栅和所述阴极壳体彼此连接，并且使所述控制栅或所述阴极壳体的自由纵向端部彼此沿朝向对方的方向弯曲，从而形成隆起状成形部，以用于形成电子束成形电极。

附图说明

在下文中，将参考随附的示意性附图更详细地描述本发明的目前优选的实施方式，其中：

图1是根据本发明所示出的一种实施方式的电子束装置的立体图。

图2是可以用在如图1所示的电子束装置的阴极的立体图。

图3是如图2所示的阴极的纵截面。

图4是如图2所示的阴极的第一实施方式的横截面示意图。

图5a是用于将控制栅连接到阴极壳体的附接装置的视图。

图5b是在控制栅和阴极壳体中使用的、用于连接附接装置的孔的视图，虚线示出了附接装置在安装状态和锁定状态这两种状态下的最大直径。

图6a是阴极壳体的一部分的立体图。

图6b是控制栅的一部分的立体图。

图7是阴极的第二实施方式的横截面示意图。

图8是阴极的第三实施方式的横截面示意图。

具体实施方式

图1是本发明的示例性的气密封的电子束装置100的立体图，仅示出了其外部。附图的目的仅仅是为了说明电子束装置的基本组成部分，而且应该强调的是，目的不是提供真正的施工图纸，也不是以其他任何方式限制本发明。

电子束装置的主要部件是管状主体102，其具有细长的形状。出射窗装置104为来自管状主体102内的真空中的电子提供出口。出射窗装置104进而包括与本发明不相关的、然而具有为电子提供出口窗同时保持主体102内的真空的属性的子组件。主体102的近端包括含有电连接件106的组件和密封该组件与主体102的内周的绝缘陶瓷盘108。在本实施方式中，陶瓷盘108实际上朝圆筒形部件110的内周密封，圆筒形部件110进而被焊接至细长主体。就与本发明不相关的原因而言，这样的布置简化了电子束装置的组装、拆卸和重新组装。

在管状主体102内，配置有阴极。该阴极包括阴极壳体112，其是图2和3中所示出的部件之一。圆筒形部件110和陶瓷盘108都清晰可见，并且本领域技术人员了解所示的组件可以怎样插入管状主体102中以形成图1的组件。阴极壳体112被形成为半环形壳，其开口侧由控制栅114覆盖。在阴极壳体112的环形壳内，配置有从阴极壳体112的近端延伸到其远端的一个或多个丝状体120（参见图3）。在使用中，通过使用电流加热丝状体120，并借助阴极壳体112和出射窗104之间的高电压电势，通过使电子加速朝向出射窗104（即阳极），从而产生电子束。通过例如将阴极壳体连接到电源并通过将管状主体接地，从而创建高电压电势。

通过施加电势至控制栅114，也可以进一步控制电子的发射。如果将单独的和可变的电势施加到控制栅114，使得使用控制栅114让所产生的电子束有源地成形是可能的。基于这些目的，可将控制栅114电连接到单独的电源（图中未示出）。这种类型的电子束装置通常被称为三极管。三极管通常其特征在于：丝状体连接到第一电源；阴极壳体连接到第二电源以及控制栅连接到第三电源。

控制栅114包括平坦多孔表面115，所述多孔表面115包括用于电子通过的开口或通孔的图案。在阴极壳体112的带有控制栅114的开口侧，出于显而易见的原因，应面对出射窗装置104。

图4中示出了该阴极的第一实施方式。阴极壳体112的自由纵向端部彼此沿朝向对方的方向向内弯曲，即沿垂直于纵向边缘延伸部的横向方向向内弯曲。由此，该边缘形成径向突起116。这些径向突起116优选是直的并与控制栅14的平坦多孔表面115平行。控制栅114通过附接装置118在连接点连接到所述突起116。如果阴极壳体112和栅114之间有电势差，则所述附接装置118优选是电气隔离器元件。在这种情况下，附接装置118优选由陶瓷材料制成，例如，由Al2O3制成。

图5a示出了附接装置118的一个实施例。附接装置118是围绕X轴旋转对称的，它包括三个具有较大直径的部分和两个较小直径的中间部分。较大直径部分的中间一个比其他较大直径部分大。控制栅和阴极壳体通过附接装置118经由孔彼此连接。图5b示出了典型的孔结构144。应当指出的是，图5a和图5b相互不是成比例的。孔144包含具有较大直径的圆形部分122和具有较小直径的长方形部分124。圆形部分122的较大直径稍大于附接装置118的第二大直径。长方形部分124的较小直径稍小于或基本上等于附接装置118的较小中间直径。在图6a中，示出了阴极壳体112的一部分，径向突起116清晰可见。径向突起116设置有图5b中所描绘的孔结构144的贯通孔。沿径向突起116的纵向延伸部设置几个这样的孔144。类似地，在控制栅114中设置有几个这样的孔144。孔144被布置于多孔表面115和隆起状成形部126之间所提供的区域，后者将进一步描述。但是应当注意，图6b示出了控制栅“倒置”，这意味着，适于面对阴极壳体的多孔表面115在该视图中是清晰可见的。进一步地，为简单起见，这里示出的多孔表面115是空白（用于电子的贯通开口的图案是不可见的）。

配置装置118通过把它的端部穿过孔144的较大的圆形部分122安装在孔144中。附接装置118的最大直径的径向表面然后将倚靠在围绕突起116中的孔144的表面上。附接装置118由此处于安装状态下。然后，附接装置118滑向孔144的较小的长方形部分124，在此，附接装置118被牢固地保持。这是锁定状态。附接装置118在安装状态和锁定状态的位置如图5b中的虚线所示。通过在阴极壳体120的每个孔144中配置一个附接装置118并将附接装置118滑至锁定状态，从而使控制栅114和阴极壳体112相互都被安装。控制栅114被配置成使得安装到阴极壳体112的附接装置118其另一端被接纳在控制栅114的孔144的较大圆形部分中。然后将控制栅114滑至阴极壳体112的顶部的适当位置，这意味着使控制栅114移位，以便附接装置118终止在控制栅114中的孔144的较小的长方形部分124中。

在如图4所示阴极的第一实施方式中，控制栅114的自由纵向端部128彼此沿朝向对方的方向向内弯曲，即沿垂直于纵向边缘延伸部的横向方向向内弯曲，从而形成用于形成电子束成形电极的隆起状成形部126。这种电极有时也被称为“韦乃特”（“Wehnelt”）电极。隆起状成形部将协助平稳的可预测的电场产生，以有利于电子束装置100的性能。它们有助于形成电场，使得电子基本呈直角，即沿基本上垂直于出射窗104的平面的方向，打击出射窗104。事实上，电极会使电子轨迹稍微“弯曲”朝向电子束的中心，以抵消电子轨迹在出射窗104附近的“弯曲”，在出射窗104附近，电子轨迹往往会扩散，即电子束在出射窗104附近通常比在控制栅114附近宽。

用语“隆起状成形部”不应以限制方式进行解释，而是应被解释为形成例如隆起、垫圈、卷曲、弯曲、波浪或半圆的任何形状。它也能意指更趋向于线性的形状，例如由多边形链组成的形状，如半矩形形状。

控制栅114以使其往自身上面朝向其居中定位的多孔表面115卷曲的方式弯曲。隆起状成形部126被制造成朝向多孔表面115的纵向边界130延伸。此外，形成隆起状成形部126，使其自由边缘132指向基本垂直于控制栅114的多孔表面115的方向。所述自由边缘132基本上一直延伸朝向控制栅114至只留下仅仅小的间隙。如在图4中可以看出的，纵向端部128在附接装置118上弯曲以至少部分地包封它们。

如图2所示，所述阴极被装配到电子束装置中。阴极壳体112的近端以及远端包括电气连接件以及用于丝状体120的物理悬架。在远端处，该装置被容纳在圆顶状盖134内或被圆顶状盖134覆盖。应用圆顶状盖将有效地屏蔽盖内的部件，使其不受盖外电场的影响，反之亦然，例如这意味着，盖内的部件的形状将不能以不利的方式影响电场。

如图3所示，盖134具有球形壳的形状，该壳的部分被切去，使得其包含稍微多于半圆球。本实施方式的盖134是轴对称的，并且自由端上设置有实心（solid）隆起部136，其使得自由边缘也有平滑的外观，这意味着场强度可保持在低水平。由隆起部136的内周所限定的盖134的开口，其尺寸被设置成适合阴极壳体112的半环形壳，使得壳体的一部分可被插入其中。盖136的开口与半环形壳的弯曲部分具有相同的直径，从而有效地关闭开口的下半部分。开口的上半部分可以被板138覆盖，以防止电场进入盖134，并将阴极壳体112相对于盖134定位。盖134可以被认为包括一体成型的开口端（其中设置有自由边缘和垫圈（bead））和半球形部。

阴极壳体112其近端被悬挂至细长主体。该悬挂可以以超过一种方式设置，图3最佳地看到的悬挂是以前未示出的选项。阴极壳体有效地悬浮在盘108的中央开口中，以及在本说明书中没有详细讨论的一些中间部件。为避免近端的电场失真，也设置有盖，该盖在下文被称为“近端盖”140。在近端盖140的开口端的自由边缘设置有垫圈，并且这样的开口端与盖134的相应端基本上是相同的。然而，尽管盖134被认为包括开口端和半球形部，但近端盖140包括开口端和圆筒形壳，使得其可以套装到该管状主体的近端的悬挂装置。

优选地，阴极壳体、管状主体和控制栅都是由不锈钢制成的。

在图2和4中，显然，阴极壳体112的半环形外壳的横截面不是平滑地圆化的，而是形成有刻面142或形成为多边形链。这显著地有利于在电子束装置的制造过程中使用弯曲工艺。进一步地，阴极壳体112设置有若干支柱部（未示出），其用作穿过阴极壳体112的细长形状的加强件。

图7示出了阴极的第二实施方式。为简易起见，相同的附图标记将被用于相应的元件并且将仅对第一和第二实施方式之间的不同点进行说明。图中可以看出，第二实施方式与第一实施方式非常相似。基本上仅仅控制栅114和隆起状成形部126具有不同的形状。弯曲控制栅114，使得多孔表面115的平面从构成设置有用于附接装置118的孔120的区域的平面移位。多孔表面115沿远离阴极壳体112的方向移位。本实施方式具有比第一种实施方式更复杂的设计却更低的场强。

图8示出了阴极的第三实施方式。为简易起见，相同的附图标记在这里也将被用于相应的元件并且将仅对第一和第三实施方式之间的不同点进行说明。在该第三实施方式中，是阴极壳体112的自由纵向端部彼此沿朝向对方的方向弯曲，从而形成隆起状成形部126，以用于形成电子束成形电极。适于保持附接装置118的径向突起116由连接到阴极壳体112的内表面的元件144形成。所述元件144优选被焊接或钎焊到该表面。其他替代连接方法是例如胶接、铆接或螺旋连接。通过元件144，控制栅114可以保持在与第一实施方式的位置相似的位置。

本发明还包括制造电子束装置100的方法，电子束装置100具有带有电子出射窗104的细长形状的管状主体102，电子出射窗104沿管状主体102的纵向方向延伸，管状主体102至少部分地形成真空室。所述真空室其中包括阴极，所述阴极包括具有细长形状的阴极壳体112、以及至少一个电子产生丝状体120和控制栅114，所述至少一个电子产生丝状体（120）和所述控制栅（114）都沿所述细长形状的阴极壳体112延伸。所述方法包括以下步骤：通过附接装置118使控制栅114和阴极壳体112彼此连接，并且使控制栅114或阴极壳体112的自由纵向端部122彼此沿朝向对方的方向弯曲，从而形成隆起状成形部，以用于形成电子束成形电极。

虽然本发明已就目前优选的实施方式进行了描述，但是应当理解，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的目的和范围的情况下，可以做出各种修改和改变。

Claims

1.一种电子束装置（100），其具有带有电子出射窗的细长形状（104）的管状主体（102），所述电子出射窗（104）沿所述管状主体（102）的纵向方向延伸，所述管状主体（102）至少部分地形成真空室，所述真空室其中包括阴极，所述阴极包括具有细长形状的阴极壳体（112）、以及至少一个电子产生丝状体（120）和控制栅（114），所述至少一个电子产生丝状体（120）和所述控制栅（114）都沿所述细长形状的所述阴极壳体（112）延伸，其中，所述控制栅（114）和所述阴极壳体（112）通过附接装置（118）彼此连接，并且其中，所述控制栅（114）或所述阴极壳体（112）的自由纵向端部彼此沿朝向对方的方向弯曲，从而形成隆起状成形部（126），以用于形成电子束成形电极。

2.根据权利要求1所述的电子束装置（100），其中，所述控制栅（114）具有基本上居中定位的多孔表面（115），电子能够通过该多孔表面（115），并且其中，所述控制栅（114）或所述阴极壳体（112）的所述纵向端部彼此沿朝向对方的方向并在所述控制栅（114）上方弯曲，以便所述隆起状成形部（126）延伸到所述多孔表面（115）的纵向边界（130）。

3.根据权利要求1或2所述的电子束装置（100），所述隆起状成形部（126）被形成为使得其自由边缘（132）指向基本上垂直于所述控制栅（114）的所述多孔表面（115）的方向。

4.根据权利要求3所述的电子束装置（100），所述自由边缘（132）基本上一直向下延伸至所述控制栅（114）。

5.根据前述权利要求中的任何一项所述的电子束装置（100），其中被弯曲以形成所述隆起状成形部（126）的所述纵向端部在所述附接装置（118）上方弯曲以至少部分地包封所述附接装置（118）。

6.根据前述权利要求中的任何一项所述的电子束装置（100），其中，所述阴极壳体（112）被形成为细长的半环形壳，该半环形壳的开口侧被所述控制栅（114）覆盖。

7.根据权利要求6所述的电子束装置（100），其中所述至少一个丝状体（120）基本上居中于所述阴极壳体（112）的所述细长半环形壳内并沿着所述阴极壳体（112）的所述细长半环形壳延伸。

8.根据前述权利要求2-7中的任何一项所述的电子束装置（100），其中，所述隆起状成形部（126）形成在所述控制栅（114）中，其中，所述阴极壳体（112）的自由纵向端部向内弯曲并形成基本上与所述控制栅（114）的所述多孔表面平行取向的径向突起（116），其中，所述附接装置（118）连接到所述阴极壳体（112）的所述突起（116），并且其中所述附接装置（118）还连接到所述控制栅（114）的被设置在所述多孔表面（115）和所述隆起状成形部（126）之间的区域。

9.根据前述权利要求中的任何一项所述的电子束装置（100），其中，所述控制栅（114）和所述阴极壳体（112）被连接到分隔的电源，且其中，所述附接装置（118）是电隔离器元件。

10.根据权利要求9所述的电子束装置（100），其中所述电子束装置（100）是三极管型的，其中所述丝状体（120）连接到第一电源，所述阴极壳体（112）连接到第二电源，并且所述控制栅（114）连接到第三电源，并且其中，所述管状主体（102）和所述电子出射窗（104）接地。

11.根据前述权利要求中的任何一项所述的电子束装置（100），其中，所述阴极壳体（112）由不锈钢制成。

12.根据前述权利要求中的任何一项所述的电子束装置（100），其中，所述控制栅（114）由不锈钢制成。

13.根据前述权利要求中的任何一项所述的电子束装置（100），其中，所述管状主体（102）由不锈钢制成。

14.根据前述权利要求中的任何一项所述的电子束装置（100），其中，所述附接装置（118）由陶瓷材料制成。

15.制造电子束装置（100）的方法，所述电子束装置（100）具有带有电子出射窗（104）的细长形状的管状主体（102），所述电子出射窗（104）沿所述管状主体（102）的纵向方向延伸，所述管状主体（102）至少部分地形成真空室，所述真空室其中包括阴极，所述阴极包括具有细长形状的阴极壳体（112）、以及至少一个电子产生丝状体（120）和控制栅（114），所述至少一个电子产生丝状体（120）和所述控制栅（114）都沿所述细长形状的所述阴极壳体（112）延伸，其中所述方法包括以下步骤：通过附接装置（118）使所述控制栅（114）和所述阴极壳体（112）彼此连接，并且使所述控制栅（114）或所述阴极壳体（112）的自由纵向端部彼此沿朝向对方的方向弯曲，从而形成隆起状成形部（126），以用于形成电子束成形电极。