DE112021007585T5

DE112021007585T5 - Elektronenstrahl-bestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112021007585T5
Application number: DE112021007585.3T
Authority: DE
Inventors: Tomonori Shirahashi; Takashi Baba; Hirotaka Hayashi; Hideyuki Asano
Original assignee: NHV Corp
Current assignee: NHV Corp
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2024-02-15
Also published as: JPWO2022230135A1; US20240186099A1; WO2022230135A1; CN117121150A

Abstract

Eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung strahlt einen Elektronenstrahl von einer Elektrode, die mit einer Spitze eines leitenden Teils verbunden ist, hineinragend in das Innere eines Vakuumbehälters, über eine Metallfolie, die einen Teil von einer äußeren Wand des Vakuumbehälters bildet, zu der Außenseite des Vakuumbehälters. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung enthält einen Isolator in einer röhrenförmigen Form, der den äußeren Umfang des leitenden Teils in dem Vakuumbehälter umgibt, und einen amorphen Kohlenstofffilm, der die äußere Umfangsfläche des Isolators bedeckt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung.
Stand der Technik
Konventionell wird eine Reaktion oder eine Behandlung mit einem Elektronenstrahl anstelle von Wärme oder Licht durchgeführt. In einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die einen Elektronenstrahl ausstrahlt oder emittiert, kann es beim Anlegen einer hohen Spannung an eine Elektrode zu einer Entladung aus einem unbeabsichtigten Abschnitt in einem leitenden Teil kommen. In einer Technologie zur Unterdrückung solcher unbeabsichtigten Entladungen ist eine Konfiguration bekannt, bei der ein Elektrodenträger, der mit einer Elektrode verbunden ist und eine Spannung an die Elektrode anlegt, eine mit einer isolierenden Beschichtungsschicht bedeckte Fläche aufweist (siehe z. B. Patentdokument 1).
Dokumente zum Stand der Technik
Literaturverzeichnis
Patentdokument 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2012-52909
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
In der oben genannten herkömmlichen Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung kann es in dem Fall, in dem eine relativ hohe Spannung angelegt wird, zu einer Entladung von der Beschichtungsschicht nach außen kommen, wodurch ein Abschnitt der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung beschädigt werden kann. Wie oben beschrieben, kann Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl bei der Herstellung eines Produkts verwendet werden, das eine Reaktion oder eine Behandlung durch den Elektronenstrahl beinhaltet. Wenn also ein Abschnitt der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung beschädigt wird, kann es notwendig sein, die gesamte Produktionslinie des Produkts zu stoppen. Daher ist bei der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung eine Technologie gefragt, die einen stabilen Dauerbetrieb auch bei hoher Leistung ermöglicht.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Technologie bereitzustellen, die einen stabilen Dauerbetrieb auch bei hoher Leistung in einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ermöglicht.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung des obigen Problems ist eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die angepasst ist, einen Elektronenstrahl von einer Elektrode, die mit einer Spitze eines leitenden Teils verbunden ist, das in das Innere eines Vakuumbehälters hineinragt, über eine Metallfolie, die einen Abschnitt einer Umfangswand des Vakuumbehälters bildet, auf die Außenseite des Vakuumbehälters zu strahlen. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung enthält einen röhrenförmigen Isolator, der einen Umfang des leitenden Teils in dem Vakuumbehälter umgibt. Der Isolator weist einen amorphen Kohlenstofffilm auf, der eine oder beide einer inneren Umfangsfläche und einer äußeren Umfangsfläche des Isolators bedeckt.
Wirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Technologie bereitgestellt werden, die einen stabilen Dauerbetrieb auch bei hoher Leistung in einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ermöglicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt schematisch eine Konfiguration einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Teilquerschnitt, der schematisch eine Konfiguration im Inneren eines Vakuumbehälters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Isolators mit einer integralen Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Abdeckung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Teilquerschnitt, der schematisch eine Konfiguration im Inneren eines Vakuumbehälters gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Isolatoreinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
[Gesamtkonfiguration]
1 zeigt schematisch eine Konfiguration einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt, enthält eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1 einen Vakuumbehälter 11, der hohl und im Wesentlichen säulenförmig ist, eine Elektrode 12, die von einer Innenwandseite auf einer Endseite des Vakuumbehälters 11 getragen wird und innerhalb des Vakuumbehälters 11 angeordnet ist, und eine Gleichstromversorgung 13, die eine Gleichspannung an die Elektrode 12 anlegt. Ein Beschleunigungsspannungsmonitor 131 und ein Elektronenflussmonitor 132 sind mit der Gleichstromversorgung 13 verbunden.
In einem Abschnitt einer Umfangswand des Vakuumbehälters 11 ist eine Metallfolie 111 bereitgestellt, die sich entlang einer axialen Richtung des Vakuumbehälters 11 erstreckt. Der Vakuumbehälter 11 weist eine Auslassöffnung 112 zur Dekompression auf. Die Auslassöffnung 112 ist mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden.
Die Elektrode 12 enthält einen leitenden Draht 121 und eine Vielzahl von Glühdrähten 122, die von dem leitenden Draht 121 abzweigen. Eine Konfiguration, die die Elektrode 12 innerhalb des Vakuumbehälters 11 trägt, wird später im Detail beschrieben.
Durch Verringerung des Drucks innerhalb des Vakuumbehälters 11 auf einen vorbestimmten Vakuumgrad und Anlegen einer hohen Gleichspannung von der Gleichstromversorgung 13 an die Elektrode 12 innerhalb des Vakuumbehälters 11 werden thermisch angeregte Elektronen von einer Fläche des Glühdrahts 122 emittiert. Die emittierten Elektronen durchdringen die Metallfolie 111 und werden auf ein Objekt in der Atmosphäre, z. B. einen Beschichtungsfilm 15 auf einem Basismaterial 14, gestrahlt. Auf diese Weise ist die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1 konfiguriert, um einen Elektronenstrahl von der Elektrode 12 im Inneren des Vakuumbehälters 11 über die Metallfolie 111 auf die Außenseite des Vakuumbehälters 11 zu strahlen.
2 ist eine Teilquerschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration im Inneren eines Vakuumbehälters gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in 2 dargestellt, ragt ein leitendes Teil 21 innerhalb des Vakuumbehälters 11 von einer Endwand des Vakuumbehälters 11 hinein. Das leitende Teil 21 ist mit der Gleichstromversorgung 13 außerhalb des Vakuumbehälters verbunden. Die Elektrode 12 ist mit einer Spitze des leitenden Teils 21 verbunden. Das leitende Teil 21 ist elektrisch mit dem leitenden Draht 121 der Elektrode 12 verbunden, und Strom wird von der Gleichstromversorgung 13 dem leitenden Draht 121 über das leitende Teil 21 zugeführt.
Ein Isolator 22 aus einer röhrenförmigen Form, der den Umfang des leitenden Teils 21 umgibt, ist im Inneren des Vakuumbehälters 11 angeordnet. Der Isolator 22 wird auch als eine „Buchse“ bezeichnet. Außerdem ist in einem Spalt zwischen einer Spitze des Isolators 22 und einem Basisende der Elektrode 12 eine zylinderförmige Abdeckung 24 angeordnet, die den Spalt von außen abdeckt. Die Abdeckung 24 wird auch als „Bügel“ bezeichnet. Der Isolator 22 ist so angeordnet, dass eine Basisendfläche davon in luftdichtem Kontakt mit einer Innenwandfläche des Vakuumbehälters 11 und eine Spitzenendfläche davon in luftdichtem Kontakt mit einem Flansch (nicht dargestellt) steht. Auf diese Weise ist der Isolator 22 innerhalb des Vakuumbehälters 11 so angeordnet, dass das Innere des Isolators 22 von dem Inneren des Vakuumbehälters 11 isoliert ist.
[Isolator]
3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Isolators mit einer integralen Struktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in 3 dargestellt, ist der Isolator 22 eine integrale Struktur mit einem sich verjüngenden Rohr 221, bei dem ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser des Isolators 22 von einer Basisendseite zu einer Spitzenseite des Isolators 22 allmählich abnehmen.
Im Einzelnen enthält der Isolator 22 einen Isolatorkörper 220 und eine amorphe Kohlenstoffschicht (diamantähnliche Kohlenstoffschicht (DLC)) 23, die eine äußere Umfangsfläche des Isolatorkörpers 220 bedeckt. Der Isolatorkörper 220 enthält das sich verjüngende Rohr 221, einen ersten Zylinder 222, der mit einem Rand einer relativ großen Öffnung des sich verjüngenden Rohrs 221 verbunden ist, und einen zweiten Zylinder 223, der mit einem Rand einer relativ kleinen Öffnung des sich verjüngenden Rohrs 221 verbunden ist. Eine Dicke einer Umfangswand des Isolatorkörpers 220 ist beispielsweise an jedem Abschnitt im Wesentlichen konstant und beträgt beispielsweise 10 bis 20 mm.
Der Isolatorkörper 220 weist Isolationseigenschaften auf. Ein Material des Isolatorkörpers 220 wird in geeigneter Weise aus einem Bereich ausgewählt, der es ermöglicht, die für den Isolator 22 erforderlichen Isolationseigenschaften zu erzielen. Beispiele für das Material des Isolatorkörpers 220 enthalten ein Metalloxid. Beispiele für das Metalloxid enthalten Aluminiumoxid. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Isolatorkörper 220 beispielsweise aus Aluminiumoxid hergestellt.
Die DLC-Schicht 23 wird direkt auf der äußeren Umfangsfläche des Isolatorkörpers 220 gebildet. Die DLC-Schicht 23 wird auf der äußeren Umfangsfläche des Isolatorkörpers 220 durch ein bekanntes Verfahren wie plasmachemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) hergestellt.
Ein Strom, der durch die DLC-Schicht 23 fließt, ist ein Strom, der zwischen beiden Enden des Isolators 22 fließt. Ein Sollwert des Stroms kann entsprechend der Verwendung der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1, dem Material des Isolatorkörpers 220, der Form und Größe des Isolators und ähnlichem bestimmt werden. Ein Durchmesser des Isolators 22 und eine Dicke der DLC-Schicht 23 stehen in einem umgekehrt proportionalen Verhältnis. Wenn der Durchmesser des Isolators 22 zunimmt, nimmt die Dicke der DLC-Schicht 23 tendenziell ab.
Zum Beispiel beträgt die Dicke der DLC-Schicht 23 im Isolator 22 0,5 bis 5 µm, wenn der Sollwert etwa 1 bis 400 µA beträgt. Ist die Dicke der DLC-Schicht 23 zu gering, kann die Aufladung des Isolators 22 möglicherweise nicht ausreichend unterdrückt werden; ist sie zu groß, kann die durch den Joule-Verlust erzeugte Wärme zunehmen. Die Dicke der DLC-Schicht 23 kann konstant sein oder entsprechend der Wahrscheinlichkeit einer Durchschlagsentladung in einem Abschnitt, in dem eine Durchschlagsentladung wahrscheinlich ist, angepasst werden.
[Abdeckung]
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Abdeckung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 4 dargestellt, enthält die Abdeckung 24 einen Abdeckkörper 241 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form und eine DLC-Schicht 25, die eine Fläche des Abdeckkörpers 241 bedeckt. Ein Öffnungsdurchmesser eines Endes der Abdeckung 24 ist größer als ein Öffnungsdurchmesser des anderen Endes. Eine Öffnung an einer Endseite der Abdeckung 24 auf der linken Seite in Bezug auf die Papierfläche von 4 ist mit dem Isolator 22 verbunden, und eine Öffnung an der anderen Endseite der Abdeckung 24 auf der rechten Seite in Bezug auf die Papierfläche von 4 ist mit der Elektrode 12 verbunden.
Eine äußere Form des Abdeckkörpers 241 ist eine abgerundete Form, bei der sich der Außendurchmesser des Abdeckkörpers 241 an einem Ende des Abdeckkörpers 241 allmählich in axialer Richtung des Abdeckkörpers 241 verändert. Die Abdeckung 24 verbindet eine Außenform des Isolators 22 mit einer Außenform der Elektrode 12 durch eine Form, die die abgerundete Form einschließt und keine Ecken aufweist.
Der Abdeckkörper 241 besteht aus rostfreiem Stahl und weist eine Struktur auf, die in axialer Richtung in eine Vielzahl von (z. B. zwei) Abschnitten unterteilt werden kann. Sowohl eine innere Umfangsfläche als auch eine äußere Umfangsfläche des Abdeckkörpers 241 sind mit der DLC-Schicht 25 bedeckt. Eine Dicke der DLC-Schicht 25 auf einer Fläche des Abdeckkörpers 241 kann unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung der Sekundärelektronenemission in der Abdeckung 24 bestimmt werden. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Dicke der DLC-Schicht 25 zum Beispiel 0,5 bis 5 µm betragen.
[Verwendung von Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung]
In der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1 wird an die Elektrode 12 eine Spannung mit einer Beschleunigungsspannung von 50 bis 350 kV oder höher angelegt, und ein Elektronenstrahl wird emittiert. Der Elektronenstrahl durchdringt die Metallfolie 111 und wird auf ein zu bestrahlendes Objekt (z. B. den Beschichtungsfilm 15) gestrahlt. In der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1 kann der Elektronenstrahl stabil und kontinuierlich über einen langen Zeitraum mit einer Beschleunigungsspannung in dem oben genannten Bereich bestrahlt werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zu bestrahlende Objekt nicht begrenzt. Das zu bestrahlende Objekt ist vorzugsweise ein Objekt, das durch kontinuierliche Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl hergestellt oder behandelt werden soll. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1 wird beispielsweise bei der Herstellung eines Folienmaterials durch Vernetzung oder Polymerisation von Komponenten in einem Beschichtungsfilm auf einem Basismaterial oder bei der Desinfektion oder Sterilisation eines Gegenstands eingesetzt.
[Bezüglich Ableitstrom]
Hier wird das Ableiten von Strom in der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1 beschrieben. Während der Isolator 22 isolierende Eigenschaften aufweist, wird eine äußere Umfangsfläche des Isolators 22 durch die Stromversorgung des leitenden Teils 21 aufgeladen. Aufladung der äußeren Umfangsfläche des Isolators 22 erfolgt wahrscheinlich in einem Abschnitt nahe dem leitenden Teil 21 und dort, wo die Form des Isolators 22 relativ stark variiert, z. B. an der Grenze zwischen dem sich verjüngenden Rohr 221 und dem zweiten Zylinder 223 und in dessen Nähe. Wenn in der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1 die äußere Umfangsfläche des Isolators 22 bis zu einem gewissen Grad aufgeladen ist (z. B. etwa 1 mC/m² ), kommt es zu einer Entladung (Durchschlagsentladung) in einer den Isolator 22 durchdringenden Richtung. Wenn Durchschlagsentladungen häufig auftreten, kann der Isolator 22 beschädigt werden.
Im Allgemeinen ist der Isolator 22 zur Isolierung mit Isolieröl oder -gas gefüllt. Wenn der Isolator 22 beschädigt ist, entweicht das eingefüllte Isolieröl oder -gas in den Vakuumbehälter 11, und ein gewünschter Vakuumgrad kann möglicherweise nicht aufrechterhalten werden. Wenn der Isolator 22 durch Durchschlagentladung beschädigt wird, ist es daher notwendig, den Betrieb der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1 zu stoppen, den Isolator 22 auszutauschen, Isolieröl oder -gas in den Isolator 22 zu füllen und den Vakuumbehälter 11 zu evakuieren.
Wie oben beschrieben, besteht die Abdeckung 24 im Wesentlichen aus einer gekrümmten Oberfläche. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass die Konzentration des elektrischen Feldes in einem Abschnitt, z. B. an einer Kante, wo die Form stark variiert, auftritt. Infolgedessen kann es zu einer Entladung kommen. Wenn Entladung von der Abdeckung 24 in Richtung des Isolators 22 erfolgt, kann die Ladungsmenge auf der äußeren Umfangsfläche des Isolators 22 zunehmen, und eine Durchschlagsentladung in dem Isolator 22 kann relativ wahrscheinlich sein. Wenn eine sekundäre Entladung an der äußeren Umfangsfläche des Isolators 22 aufgrund der Entladung von der Abdeckung 24 auftritt, kann die Ladung an der äußeren Umfangsfläche des Isolators 22 abnehmen, und der Isolator 22 kann aufgrund der sekundären Entladung beschädigt werden, oder aber die äußere Umfangsfläche des Isolators 22 neigt dazu, aufgeladen zu werden.
[Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform]
In der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1 wird Ableitstrom aus dem Isolator 22 weitgehend verhindert. Die DLC-Schicht 23 weist einen hohen Widerstandswert und eine höhere Leitfähigkeit auf als der Isolatorkörper 220. Daher wird eine lokale Aufladung auf einer Fläche des Isolators 22 unterdrückt.
Da die äußere Umfangsfläche des Isolators 22 aus der DLC-Schicht 23 besteht, ist der sekundäre Entladungskoeffizient an der äußeren Umfangsfläche des Isolators 22 geringer als der des Isolatorkörpers 220. Somit wird, selbst wenn die äußere Umfangsfläche des Isolators 22 einer Entladung ausgesetzt ist, eine sekundäre Entladung von der äußeren Umfangsfläche des Isolators 22 unterdrückt, und eine Aufladung auf der äußeren Umfangsfläche des Isolators 22 wird weniger wahrscheinlich gefördert. Somit wird das Auftreten von Durchschlagentladungen, die eine Wandfläche des Isolators 22 durchdringen, im Wesentlichen verhindert.
In der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 1 wird, da die DLC-Schicht 25 auf der gesamten Fläche der Abdeckung 24 gebildet wird, ein sekundärer Elektronenkoeffizient auf der Fläche der Abdeckung 24 reduziert und eine sekundäre Entladung tritt weniger wahrscheinlich auf. Somit ist das oben beschriebene Problem der sekundären Entladung relativ unwahrscheinlich, dass es auftritt.
[Zweite Ausführungsform]
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. Zur Vereinfachung der Beschreibung, werden Elemente mit den gleichen Funktionen, wie die in der obigen Ausführungsform beschrieben, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt werden. Eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der ersten Ausführungsform oben beschrieben auf, außer, dass der Isolator anders ist.
5 ist ein Teilquerschnitt, der schematisch eine Konfiguration innerhalb eines Vakuumbehälters gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 6 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Isoliereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der in 6 dargestellte Bereich entspricht z.B. dem in 5 mit einer gestrichelten Linie umrandeten Abschnitt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Isolator 52 durch Verbinden einer Vielzahl von Isolatoreinheiten 521 mit zylindrischer Form konfiguriert. Die Isolatoreinheit 521 ist mit der benachbarten Isolatoreinheit 521 über eine Verbindungsvorrichtung 522 verbunden. Von der Vielzahl der Isolatoreinheiten 521 weist die näher an der Elektrode 12 angeordnete Isolatoreinheit 521 einen kleineren Außendurchmesser auf.
Die Isoliereinheit 521 enthält einen Isoliereinheitskörper 5211, der aus Keramik wie Aluminiumoxid besteht und eine zylindrische Form aufweist, eine DLC-Schicht 5210, die auf einer inneren Umfangsfläche des Isoliereinheitskörpers 5211 ausgebildet ist, und eine DLC-Schicht 5212, die auf einer äußeren Umfangsfläche des Isoliereinheitskörpers 5211 ausgebildet ist. Eine äußere Umfangswand des Isolatoreinheitskörpers 5211 weist eine ungleichmäßige Form auf, die sich entlang einer axialen Richtung wiederholt. Eine innere Umfangsfläche der Isoliereinheit 521 ist mit der DLC-Schicht 5210 bedeckt. Die äußere Umfangswand des Isolatoreinheitskörpers 5211 ist mit der DLC-Schicht 5212 entlang der unebenen Form bedeckt.
Die Verbindungsvorrichtung 522 ist beispielsweise ein Element aus Metall mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form und ist so konfiguriert, dass eine Endfläche davon in luftdichtem Kontakt mit einer Endfläche der Isoliereinheit 521 steht. Eine äußere Form eines Endes der Verbindungsvorrichtung 522 ist in einer kontinuierlichen Form ausgebildet, die durch eine Kurve in einem Querschnitt der Verbindungsvorrichtung 522 dargestellt wird. Der Raum innerhalb des Isolators 52, der durch die Isolatoreinheit 521 und die Verbindungsvorrichtung 521 gebildet wird, ist von dem Raum innerhalb des Vakuumbehälters 11 isoliert, und der Raum innerhalb des Isolators 52 ist mit Gas gefüllt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Aufladung an der inneren Umfangsfläche der Isolatoreinheit 521 verhindert und ein sekundärer Entladungskoeffizient der inneren Umfangsfläche der Isolatoreinheit 521 reduziert. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Isolator 52 durch Entladungen im Inneren des Isolators 52 beschädigt wird, und es kann ein stabiler Dauerbetrieb der Elektronenstrahlbestrahlung realisiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird auch die Aufladung an einer äußeren Umfangsfläche der Isolatoreinheit 521 verhindert und ein sekundärer Entladungskoeffizient der äußeren Umfangsfläche der Isolatoreinheit 521 reduziert. Somit wird, ähnlich wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, das Auftreten von Durchdringungsentladungen, die eine Wandoberfläche der Isolatoreinheit 521 durchdringen, im Wesentlichen verhindert, und das oben beschriebene Problem aufgrund von sekundären Entladungen auf einer Fläche der Isolatoreinheit 521 ist relativ unwahrscheinlich, dass sie auftreten.
[Andere Ausführungsformen]
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf jede der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Änderungen sind im Umfang der Ansprüche möglich. Ausführungsformen, die durch geeignete Kombination von technischen Mitteln, die jeweils in verschiedenen Ausführungsformen offenbart sind, erhalten werden, fallen ebenfalls in den technischen Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, da ein Isolator Isolationseigenschaften aufweist, unter dem Gesichtspunkt der Verhinderung von Aufladung auf einer Fläche des Isolators wirksam, eine DLC-Schicht entweder auf einer äußeren Umfangsfläche oder einer inneren Umfangsfläche des Isolators zu bilden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die DLC-Schicht unter dem Gesichtspunkt der Verringerung eines sekundären Entladungskoeffizienten auf der Fläche des Isolators vorzugsweise auf der Fläche auf einer Seite gebildet, auf der eine Entladung aus dem Isolator auftreten kann. Wenn beispielsweise Isolieröl in den Isolator gefüllt ist, wird die DLC-Schicht vorzugsweise auf der äußeren Umfangsfläche des Isolators gebildet. In dem Fall, in dem Gas in den Isolator gefüllt wird, wird die DLC-Schicht vorzugsweise auf der inneren Umfangsfläche des Isolators unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung der Aufladung durch sekundäre Entladung innerhalb des Isolators gebildet, und die DLC-Schicht wird vorzugsweise auf der äußeren Umfangsfläche des Isolators unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung der Aufladung durch sekundäre Entladung außerhalb des Isolators gebildet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die DLC-Schicht auf einer Abdeckung nur auf einer äußeren Umfangsfläche der Abdeckung gebildet werden und kann nicht auf einer inneren Umfangsfläche gebildet werden. Wie in der obigen Ausführungsform beschrieben, ist ein Aspekt, in dem die DLC-Schicht auf der gesamten Fläche der Abdeckung gebildet wird, von dem Gesichtspunkt der einfachen Bildung der DLC-Schicht auf einer Fläche der Abdeckung bevorzugt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die DLC-Schicht auch auf einer Fläche eines Teils gebildet werden, das ein leitendes Teil oder eine Elektrode darstellt. Beispiele für das Teil, das das leitende Teil oder die Elektrode bildet, sind ein Flansch, der das leitende Teil bildet, oder ein isolierendes (keramisches) Trägerelement zum Halten eines leitenden Drahtes. Das Teil kann eine Kante oder eine Ecke enthalten, deren Form stark variiert. In einem solchen Abschnitt, wie z. B. einer Kante, kommt es wahrscheinlich zu einer Konzentration des elektrischen Feldes, was zu einer Entladung führen kann. Wenn die DLC-Schicht auf der Fläche des Teils gebildet wird, das einen Abschnitt wie eine Kante enthält, kann ein sekundärer Entladungskoeffizient auf der Fläche des Teils reduziert werden, was vom Standpunkt der weiteren Unterdrückung des Auftretens von Entladungen in der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung vorteilhaft ist. Aus demselben Grund ist es vorteilhaft, die DLC-Schicht auf einer oder beiden äußeren Umfangsflächen und einer inneren Umfangsfläche einer Verbindungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform zu bilden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Isolator neben der DLC-Schicht auch andere Schichten enthalten, solange die Wirkung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann. Zum Beispiel kann der Isolator weiterhin eine Zwischenschicht zwischen einem Isolatorkörper oder einem Isolatoreinheitskörper und der DLC-Schicht enthalten. Um die Wirkung der obigen Ausführungsform zu erzielen, ist die Zwischenschicht vorzugsweise eine Schicht mit einem höheren Widerstand als die DLC-Schicht.
Der Isolator in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann andere Strukturen aufweisen als der Isolator der ersten Ausführungsform oder der Isolator der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben wurden. Zum Beispiel kann der Isolator in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein integral konfigurierter zylindrischer Körper aus Keramik sein.
Es ist möglich, dass die Merkmale (d.h. der Isolator und die oben beschriebene DLC-Schicht) einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch auf andere Vorrichtungen als die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung anwendbar sind, die eine Konfiguration des Vakuumbehälters, des leitenden Teils und der Elektrode enthält und einen Elektronenstrahl in einer Vakuumatmosphäre erzeugt, wie oben beschrieben. Beispiele für solche anderen Vorrichtungen enthalten eine Röntgenröhre.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass nur der Isolator die DLC-Schicht aufweist und die Abdeckung keine DLC-Schicht aufweist. Eine äußere Form der Abdeckung weist eine Form auf, die kontinuierlich variiert, und Konzentration der Ladung tritt weniger wahrscheinlich auf. Da die DLC-Schicht auf der äußeren Umfangsfläche des Isolators gebildet wird, wird die sekundäre Elektronenemission auf der äußeren Umfangsfläche des Isolators unterdrückt, selbst wenn die Entladung von der Abdeckung in Richtung des Isolators erfolgt. Folglich wird die Aufladung an der äußeren Fläche des Isolators verhindert, wodurch das Auftreten von Entladungen in dem Isolator ausreichend unterdrückt werden kann.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Isolatoreinheit eine DLC-Schicht auf einer äußeren Umfangsfläche davon aufweisen. Diese Konfiguration ist aus der Sicht der Unterdrückung des Auftretens von Ladung und Entladung auf einer Vakuumatmosphäre Seite des Isolators 52 in der zweiten Ausführungsform oben beschrieben bevorzugt. Alternativ kann die Isolatoreinheit die DLC-Schicht sowohl auf der äußeren Umfangsfläche als auch auf der inneren Umfangsfläche aufweisen. Da die oben beschriebene Isolatoreinheit beispielsweise eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, ist es möglich, die DLC-Schicht auf beiden Umfangsflächen einfach zu bilden. Diese Konfiguration ist unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung des Auftretens von Ladung und Entladung sowohl innerhalb als auch außerhalb des Isolators 52 vorzuziehen.
[Schlussfolgerung]
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (1) einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die angepasst ist, einen Elektronenstrahl von einer Elektrode (12), die mit einer Spitze eines leitenden Teils (21) verbunden ist, das in einen Vakuumbehälter (11) hineinragt, über eine Metallfolie (111), die einen Abschnitt einer Umfangswand des Vakuumbehälters bildet, nach außen zu strahlen. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung enthält einen röhrenförmigen Isolator (22), der einen Umfang des leitenden Teils in dem Vakuumbehälter umgibt. Der Isolator weist eine amorphe Kohlenstoffschicht (DLC-Schicht 23) auf, die eine oder beide der inneren und äußeren Umfangsflächen des Isolators bedeckt. So ist die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Lage, einen stabilen Dauerbetrieb auch bei hoher Leistung.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Isolator ein sich verjüngendes Rohr (221) enthalten, bei dem ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser des Isolators von einer Basisendseite zu einer Spitzenseite des Isolators hin allmählich abnehmen, und die amorphe Kohlenstoffschicht kann die äußere Umfangsfläche des Isolators bedecken. Diese Konfiguration ist unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung von Aufladung in dem Isolator relativ effektiv, da der Isolator aus einem integralen Körper mit einer sich kontinuierlich verändernden Form besteht.
Alternativ kann der Isolator eine oder zwei oder mehr Isolatoreinheiten (521) in zylindrischer Form enthalten. Die Isolatoreinheit kann eine amorphe Kohlenstoffschicht (DLC-Schichten 5210 und 5212) aufweisen, die eine oder beide einer inneren Umfangsflächen und einer äußeren Umfangsfläche der Isolatoreinheit bedeckt. Diese Konfiguration ist relativ effektiv vom Standpunkt der einfachen Konfiguration des Isolators in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der zylinderförmige Isolator kann durch Verbinden einer Vielzahl von zylinderförmigen Isolatoreinheiten konfiguriert werden. Unter der Vielzahl von Isolatoreinheiten kann die näher an der Elektrode angeordnete Isolatoreinheit einen kleineren Außendurchmesser aufweisen. Diese Konfiguration ist unter dem Gesichtspunkt der einfachen Bildung einer Fläche des Isolators mit einem amorphen Kohlenstofffilm relativ effektiv.
Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner eine zylinderförmige Abdeckung (24) enthalten, die den Umfang eines Abschnitts zwischen einer Spitze des Isolators und einem Basisende der Elektrode umgibt. Die Abdeckung kann eine amorphe Kohlenstoffschicht aufweisen, die oder beide einer inneren Umfangsfläche oder einer äußeren Umfangsfläche der Abdeckung bedeckt. Diese Konfiguration ist relativ effektiv im Hinblick auf die Unterdrückung von Entladungen in der Abdeckung.
Beispiele
Spezifischere Betriebsbeispiele der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
[Beispiel 1]
Ein Isolator aus Aluminiumoxid, wie in 3 in der ersten Ausführungsform beschrieben, wurde hergestellt. Der Isolator hatte eine Länge von 350 mm, ein erster Zylinder hatte einen Außendurchmesser von 275 mm und eine Länge von 55 mm, und ein zweiter Zylinder hatte einen Außendurchmesser von 180 mm und eine Länge von 50 mm. Der Isolator hatte eine DLC-Schicht auf einer äußeren Umfangsfläche, und die Dicke dieser DLC-Schicht betrug etwa 1 µm. Eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung A, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, wurde unter Verwendung dieses Isolators hergestellt.
Andererseits wurde zum Vergleich ein Vergleichsisolator (nur Isolatorkörper) aus Aluminiumoxid und mit den oben genannten Abmessungen hergestellt, und eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung B, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, wurde unter Verwendung dieses Isolators hergestellt.
Mit Hilfe der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung A wurde eine Spannung an die Elektrode 12 angelegt und eine Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl vier Stunden lang kontinuierlich durchgeführt. Die Beschleunigungsspannung betrug 330 kV. Als die an die Elektrode 12 angelegte Spannung erfasst wurde, wurde vier Stunden nach Beginn des Betriebs ein Ableitstrom von 10 µA festgestellt. Ein übermäßiger Ableitstrom von 6 mA oder mehr wurde einmal vier Stunden nach dem Start des Betriebs festgestellt.
Andererseits wurde unter Verwendung der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung B eine Spannung an die Elektrode 12 angelegt und ein Bestrahlungsvorgang mit einem Elektronenstrahl kontinuierlich drei Stunden lang durchgeführt. Die Beschleunigungsspannung betrug 320 kV. Als die an die Elektrode 12 angelegte Spannung erfasst wurde, wurde vier Stunden nach Beginn des Betriebs ein Ableitstrom von 156 µA festgestellt. Ein Ableitstrom von 6 mA oder mehr wurde nach 1,5 Stunden ab Betriebsbeginn insgesamt nur 13 Mal festgestellt.
Auf diese Weise wird durch die Bildung einer DLC-Schicht auf einer äußeren Umfangsfläche eines Isolators mit einer im Wesentlichen sich verjüngenden Röhrenform in einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung der Ableitstrom stark reduziert, und die Häufigkeit des Auftretens eines übermäßigen Ableitstroms von 6 mA oder mehr wird stark verringert.
[Beispiel 2]
Durch Verwendung der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung A wurde ein Bestrahlungsvorgang mit einem Elektronenstrahl kontinuierlich über 24 Stunden unter den Bedingungen einer Beschleunigungsspannung von 300 kV und einem Strom von 100 mA durchgeführt. Der Grad des Vakuums betrug 9,5×10^-5 Pa. Während des 24-stündigen Dauerbetriebs kam es zu keinem Zeitpunkt zu einer Betriebsunterbrechung (Betätigung der Verriegelung) aufgrund einer Entladung in einem Vakuumbehälter.
Durch Verwendung der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung B wurde eine kontinuierliche Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl für 24 Stunden unter den Bedingungen einer Beschleunigungsspannung von 250 kV und einem Strom von 100 mA durchgeführt. Der Grad des Vakuums betrug 9,5×10^-5 Pa. Während dieses Zeitraums wurde die Verriegelung nie ausgelöst.
Versuchsweise wurde jedoch eine Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl 24 Stunden lang unter den Bedingungen einer Beschleunigungsspannung von 300 kV und eines Stroms von 100 mA unter Verwendung der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung B kontinuierlich durchgeführt. Allerdings, wurde Verriegelung häufig ausgelöst und ein stabiler Betrieb konnte nicht durchgeführt werden.
Auf diese Weise wird es durch die Bildung einer DLC-Schicht auf einer äußeren Umfangsfläche eines Isolators mit einer im Wesentlichen sich verjüngenden Röhrenform in einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung möglich, einen stabilen Dauerbetrieb mit einer relativ hohen Beschleunigungsspannung durchzuführen.
Beschreibung der Bezugszeichen

1: Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
11: Vakuumbehälter
12: Elektrode
13: Gleichstromversorgung
14: Basismaterial
15: Beschichtungsfilm
21: leitfähiges Teil
22, 52: Isolator
23, 25, 5211, 5212: amorphe Kohlenstoffschicht (DLC)
24: Abdeckung
111: Metallfolie
112: Auslassöffnung
121: leitender Draht
122: Glühfaden
131: Beschleunigungsspannung-Monitor
132: Elektronenstrom-Monitor
220: Isolierkörper
221: verjüngendes Rohr
222: erster Zylinder
223: zweiter Zylinder
241: Abdeckungskörper
521: Isolatoreinheit
522: Verbindungsvorrichtung
5211: Isoliereinheitskörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201252909 [0003]

Claims

Elektronenstrahl-Strahlungsvorrichtung, die angepasst ist, um einen Elektronenstrahl von einer Elektrode, die mit einer Spitze eines leitenden Teils verbunden ist, hineinragend in das Innere eines Vakuumbehälters, über eine Metallfolie, die einen Abschnitt einer Umfangswand des Vakuumbehälters bildet, nach außerhalb des Vakuumbehälters zu strahlen, wobei die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung einen Isolator in einer röhrenförmigen Form umfasst, der einen Umfang des leitenden Teils in dem Vakuumbehälter umgibt; und der Isolator einen amorphen Kohlenstofffilm aufweist, der eine oder beide einer inneren Umfangsfläche und einer äußeren Umfangsfläche des Isolators bedeckt.
Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Isolator ein sich verjüngendes Rohr umfasst, wobei ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser des Isolators von einer Basisendseite zu einer Spitzenseite des Isolators allmählich abnehmen; und der amorphe Kohlenstofffilm die äußere Umfangsfläche des Isolators bedeckt.
Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Isolator eine oder zwei oder mehr Isolatoreinheiten von zylindrischer Form umfasst; und die Isolatoreinheit einen amorphen Kohlenstofffilm aufweist, der eine oder beide von einer inneren Umfangsfläche und einer äußeren Umfangsfläche der Isolatoreinheit bedeckt.
Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Isolator konfiguriert ist durch Verbinden einer Vielzahl von Isolatoreinheiten in einer zylindrischen Form; und aus der Vielzahl der Isolatoreinheiten, die Isolatoreinheit, die näher an der Elektrode angeordnet ist, einen kleineren Außendurchmesser aufweist.
Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Abdeckung in einer zylindrischen Form, die einen Umfang eines Abschnitts zwischen einer Spitze des Isolators und einem Basisende der Elektrode umgibt; und die Abdeckung einen amorphen Kohlenstofffilm aufweist, der eine oder beide von einer inneren Umfangsfläche und einer äußeren Umfangsfläche der Abdeckung bedeckt.