JP4584851B2 - 電子線発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子線発生装置に関するものである。

電子線発生装置には、電子線を真空容器から外部へ出射するための窓材が設けられる。例えば、特許文献１には、窓材（窓箔）を備える電子線照射装置の照射窓が開示されている。この照射窓の構成を図１２に示す。この照射窓１００において、窓箔１０１は、電子ｅが通過するための開口を有するグリッドウィンドウ１０２と箔押さえ板１０３との間に挟まれ、ボルト１０４によって固定されている。窓箔１０１とグリッドウィンドウ１０２との隙間は、Ｏリング１０５によって封止されている。グリッドウィンドウ１０２はウィンドウホルダ１０６に保持されており、ウィンドウホルダ１０６はボルト１０７により真空チャンバ１０８に取り付けられる。ウィンドウホルダ１０６と真空チャンバ１０８との間はＯリング１０９によって封止され、箔押さえ板１０３とウィンドウホルダ１０６との間は弾性のパッキング１１０によって封止されている。

特開平９−２０３８００号公報

上述した照射窓１００では、窓箔１０１はグリッドウィンドウ１０２と箔押さえ板１０３との間に挟み込まれ、ボルト１０４によって固定されている。このような構成では、窓箔１０１とグリッドウィンドウ１０２（または箔押さえ板１０３）との隙間を気密に封止するためのＯリング１０５が必要となる。しかし、一般的にＯリング１０５は樹脂などの弾性体からなり、また、電子線照射の際に窓箔１０１は高温となるので、窓箔１０１に接するようにＯリング１０５を配置すると、Ｏリング１０５の劣化が早まり、真空チャンバ１０８の真空状態を長期間維持することが難しくなる。

また、電子線発生装置に設けられる窓材は、電子線の透過率を高めるために、可能な限り薄く（現在は、数μｍ〜１０μｍ程度）形成される。しかし、この薄さのため、電子線発生装置を製造する際や窓材を交換する際に、電子線発生装置への窓材の取り付けが困難となる。上述した照射窓１００のように、窓箔１０１に接するようにＯリング１０５を配置すると、封止のための押圧によって窓箔１０１に不均一な応力が生じ、窓箔１０１が破損するおそれがある。特に、照射窓１００のようにボルト１０４によって窓箔１０１及びＯリング１０５を押圧した場合、窓箔１０１に不均一な応力が生じ易く、窓箔１０１が破損する可能性が高い。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、真空状態をより長く維持でき、且つ窓材の破損を低減できる電子線発生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る電子線発生装置は、電子線を出射する電子放出部材を有する電子銃と、電子放出部材を収容する容器と、電子線を通過させるための電子通過孔を有し、容器に着脱可能に取り付けられた枠材と、電子通過孔を気密に閉じるように枠材に接合され、電子線を透過する窓材と、枠材と容器との隙間に設けられ隙間を気密に封止する封止部材とを備え、枠材にはネジ穴が形成されており、該ネジ穴は電子通過孔から見て封止部材よりも外側に形成され、容器には該ネジ穴に対応するネジ穴が形成されておらず、封止部材を収容するための溝が容器側に形成されており、容器が、枠材を位置決めするための段差部を有し、段差部の壁部と枠材とが互いに離間していることを特徴とする。

上記した電子線発生装置においては、窓材が、電子通過孔を気密に閉じるように枠材に接合されている。従って、枠材と窓材との間にＯリング等の弾性封止部材が不要となり、容器内部の真空状態をより長く維持できる。更に、この枠材が容器に対し着脱可能に取り付けられるので、電子線発生装置を製造する際や窓材を交換する際に、窓材に応力を与えることなく窓材及び枠材を取り付けることができる。従って、上記した電子線発生装置によれば、窓材への不均一な応力をほぼ無くすことができるので、窓材の破損を効果的に低減できる。

また、電子線発生装置は、枠材と容器との隙間に設けられ該隙間を気密に封止する封止部材を更に備え、封止部材を収容するための溝が容器側に形成されている。従来の構造、例えば図１２の照射窓１００においては、ウィンドウホルダ１０６と真空チャンバ１０８との間を封止するＯリング１０９を収容するための溝が、ウィンドウホルダ１０６側に形成されている。このような構成では、電子線の照射の際に窓材に生じる熱がＯリングに伝わり易く、樹脂などの弾性材料からなるＯリングが劣化しやすくなる。これに対し、封止部材を収容するための溝を容器側に形成すれば、窓材の熱がＯリングに伝わりにくいので、Ｏリングの寿命を延ばすことができる。また、電子線発生装置は、容器が、枠材を位置決めするための段差部を有する。これにより、着脱可能な枠材を容器へ容易に取り付けることができ、また、電子線の出射軸線に対する窓材の位置ずれを確実に防止できる。

また、電子線発生装置は、窓材が、枠材にロウ付けされていることを特徴としてもよい。これにより、枠材に対して窓材を好適に接合し、且つ窓材と枠材との間を気密にできる。また、電子線発生装置は、電子線を通過させるための開口を有しており枠材との間に窓材を挟む固定用部材を更に備え、固定用部材が、窓材及び枠材にロウ付けされていることを特徴としてもよい。これにより、枠材に対して窓材を確実に接合し、気密性を高めることができる。

また、電子線発生装置が固定用部材を備える場合、枠材が、電子通過孔の一端を底面に含む凹部を有し、固定用部材が底面上に配設されており、凹部の側壁と固定用部材の側面との間に隙間があいていることが好ましい。電子線発生装置を組み立てる際には、固定用部材の開口の中心と枠材の電子通過孔の中心とを揃えることが好ましいが、固定用部材を枠材にロウ付けする際に、ロウ材の溶融により固定用部材の位置がずれ易い。この電子線発生装置によれば、枠材の凹部の側壁と固定用部材の側面との間に隙間を設けることにより、固定用部材を枠材にロウ付けする際に、例えばこの隙間に嵌る形状の治具を用いて固定用部材を位置決めできるので、固定用部材の開口の中心と枠材の電子通過孔の中心とを容易に揃えることができる。

また、電子線発生装置が固定用部材を備える場合、固定用部材は、枠材にスポット溶接されていることが好ましい。前述のように、固定用部材を枠材にロウ付けする際には、ロウ材の溶融により固定用部材の位置がずれ易い。そこで、ロウ付けの前に予め枠材に対して固定用部材をスポット溶接して仮止めしておけば、ロウ材の溶融による固定用部材の位置ずれを防止できるので、固定用部材の開口の中心と枠材の電子通過孔の中心とを精度よく揃えることができる。

また、電子線発生装置は、枠材が容器にネジ止めされていることを特徴としてもよい。或いは、電子線発生装置は、枠材を押さえつつ容器と螺合する押さえ部材を更に備えることを特徴としてもよい。これらのいずれかの構成によって、容器に対して着脱可能な枠材を好適に実現できる。

また、電子線発生装置は、電子通過孔の容器側の幅が、容器の内部へ向けてテーパ状に拡大していることを特徴としてもよい。上記した電子線発生装置においては、枠材が窓材と接合されているので、窓材からの熱が枠材へ伝わり易い。このことを利用して、枠材からの放熱により窓材の温度上昇を効果的に抑えることが可能となる。すなわち、電子通過孔の容器側の幅をテーパ状に拡大させて電子通過孔からの放熱量を増大させることにより、窓材の温度上昇を効果的に抑えることができる。

本発明によれば、真空状態をより長く維持でき、且つ窓材の破損を低減できる電子線発生装置を提供できる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る電子線発生装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明による電子線発生装置の第１実施形態の構成を示す側面断面図である。また、図２は、図１に示す電子線発生装置のＩ−Ｉ線に沿った側面断面図である。本実施形態の電子線発生装置１ａは、電子線ＥＢを出射する電子銃２と、真空容器３と、窓ユニット１０ａとを備える。

真空容器３は、電子銃２の電子放出部材であるフィラメント７（後述）を収容して気密に封止するための容器である。真空容器３は、電子線ＥＢの出射方向に沿って延びる円筒状に形成されており、その一端が電子銃２によって封止され、他端が窓ユニット１０ａによって封止されている。真空容器３は、後述する電子銃２のフィラメント７、グリッド部８、及び凸部４ｂを収容するための収容室３ａと、電子銃２から出射される電子線ＥＢの出射方向に延在する電子通路３ｂとを有する。電子通路３ｂは収容室３ａと連通しており、電子銃２から出射された電子線ＥＢは、電子通路３ｂを通過して真空容器３の先端に到達する。電子通路３ｂの周囲には、電子通路３ｂを挟んで対となった、電磁偏向レンズとして機能する電磁コイル３ｃ及び３ｄが設けられている。また、真空容器３は、窓ユニット１０ａを固定するための台座３１を電子通路３ｂの端部に有する。

窓ユニット１０ａは、電子銃２から出射された電子線ＥＢを真空容器３の外部へ出射するための構成要素であり、出射方向における真空容器３の先端（電子通路３ｂの端部）に着脱可能に取り付けられる。ここで、図３（ａ）は、本実施形態の窓ユニット１０ａ及びその付近の構成を示す側面断面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す窓ユニット１０ａの主要部の拡大断面図である。また、図４は、窓ユニット１０ａの構成を示す平面図である。

窓ユニット１０ａは、略円板状の外観を有しており、枠材１１、窓材１３、及び固定用部材１４を有する。枠材１１は、略円板状の部材であり、例えばステンレスといった金属からなる。枠材１１は、段差部３１ｃの壁部に囲まれた平面上に配置される。なお、段差部３１ｃは、枠材１１を位置決めするために台座３１に形成される。段差部３１ｃの平面形状は、枠材１１の平面形状に応じて形成されるとよい。

枠材１１には、窓材１３及び固定用部材１４を収容するための凹部１１ａと、電子線ＥＢを通過させるための電子通過孔１１ｃと、ボルト１７を通すためのボルト穴１１ｄとが形成されている。このうち、電子通過孔１１ｃは、電子線ＥＢの出射方向に枠材１１を貫通しており、枠材１１の中心部分に形成されている。電子通過孔１１ｃの台座３１側（すなわち真空容器３側）の幅（内径）は、真空容器３の内部へ向けてテーパ状に拡大している。これに対し、台座３１とは反対側の電子通過孔１１ｃの幅（内径）は、電子線ＥＢの出射方向に沿ってほぼ一定となっている。つまり電子通過孔１１ｃは、電子出射側からほぼ一定の径を維持した部分と、その部分に連続するように、電子入射側（真空容器３側）から電子出射側に向けてテーパ状に縮径していく部分とからなる。

凹部１１ａは、電子通過孔１１ｃの一端をその底面が含むように形成されており、窓ユニット１０ａの厚さ方向（すなわち電子線ＥＢの出射方向）から見て円形状に形成されている。また、ボルト穴１１ｄは、図４に示すように凹部１１ａの周囲に形成されており、枠材１１の周方向に沿って複数並んで形成されている。枠材１１は、ボルト穴１１ｄにボルト１７が挿通され、このボルト１７が台座３１のネジ穴と螺合することにより、台座３１に固定される。なお、枠材１１は、ボルト１７が取り外されることによって台座３１から脱離する。

また、枠材１１には、ボルト穴１１ｄとは別のネジ穴１１ｅが形成されている。ネジ穴１１ｅは、ボルト１７を強く締めすぎて窓ユニット１０ａが台座３１に固着してしまい、台座３１から容易に外れなくなった場合に用いられる。すなわち、台座３１にはネジ穴１１ｅに対応するネジ穴が形成されておらず、ネジ穴１１ｅにネジを螺合させると、ネジの先端が台座３１に当接して停止する。これにより、枠材１１と台座３１とを引き離す力が枠材１１に加わるので、窓ユニット１０ａを台座３１から容易に取り外すことができる。なお、このネジ穴１１ｅは、電子通過孔１１ｃから見て、後述するＯリング１８よりも外側に配置されることが好ましい。ネジの先端が台座３１に当接することにより微小な金属粉が生じたとしても、ネジ穴１１ｅがＯリング１８よりも外側に配置されていれば、真空容器３内部への金属粉の侵入を防止できる。また、ネジ穴１１ｅの位置が枠材１１の外周に近いほど、てこの原理が効果的に作用し、より小さな力で枠材１１を取り外すことができる。

窓材１３は、電子銃２から出射された電子線ＥＢを透過して真空容器３の外部へ出射するための膜状の部材であり、電子線ＥＢを透過する材料（例えばベリリウム、チタン、アルミニウムなど）からなる。窓材１３は、例えば数μｍ〜１０μｍといった厚さに形成されており、例えばＸ線発生装置などに用いられる窓材と比較して極めて薄い。窓材１３は、枠材１１の電子通過孔１１ｃの一端を覆うように、枠材１１の凹部１１ａの底面上に配設されている。また、窓材１３は、ロウ材１５を用いて枠材１１にロウ付けされることにより、電子通過孔１１ｃを閉じるように枠材１１に気密に接合されている。なお、窓材１３は、ロウ付け以外にも例えば溶接によって枠材１１に気密に接合されてもよい。窓材１３の一方の面は真空容器３の外側に位置しており、大気に触れる。また、窓材１３の他方の面は真空容器３の内側に位置している。

固定用部材１４は、窓材１３を枠材１１に確実に固定するための部材である。固定用部材１４は、中央部分に開口１４ａを有する円環状に形成されており、開口１４ａが枠材１１の電子通過孔１１ｃと連通するように、凹部１１ａの底面上且つ窓材１３上に配設されることにより、枠材１１との間に窓材１３を挟んでいる。また、固定用部材１４の外径は凹部１１ａの内径よりも小さく設定されており、固定用部材１４の側面１４ｂと凹部１１ａの側壁１１ｂとの間には隙間があいている。この隙間は、部品の公差に起因して一般的に設けられる隙間よりも格段に大きな隙間であり、例えば凹部１１ａの内径の数パーセント〜数十パーセントといった大きさである。

また、図３（ｂ）に示すように、固定用部材１４と枠材１１との間にはロウ材１５が充填されており、このロウ材１５の一部は窓材１３にも接している。このように、固定用部材１４が窓材１３及び枠材１１にロウ付けされることにより、窓材１３が枠材１１に強固に接合されるとともに、枠材１１と窓材１３との間の気密性が増す。なお、固定用部材１４は、図４に示すようなスポット溶接痕１４ｃを有してもよい。このスポット溶接痕１４ｃは、固定用部材１４を枠材１１にロウ付けする際に、固定用部材１４を仮止めのために枠材１１にスポット溶接した痕である。スポット溶接は窓材１３を避けて行われるため、スポット溶接痕１４ｃは窓材１３の周囲に点在する。

また、図３（ｂ）に示すように、ロウ材１５に接する側の枠材１１の表面（すなわち、枠材１１の凹部１１ａの底面）には、ロウ材１５の密着性を高めるための金属膜１６ａが形成されている。同様に、ロウ材１５に接する側の固定用部材１４の表面にも金属膜１６ｂが形成されている。金属膜１６ａ及び１６ｂは、ロウ材１５と相性が良い金属材料（例えば銅）からなり、蒸着等によって形成される。なお、本実施形態では固定用部材１４の外径が凹部１１ａの内径よりも小さいので、固定用部材１４の側面１４ｂと凹部１１ａの側壁１１ｂとの隙間から、金属膜１６ａが露出することとなる。

また、電子線発生装置１ａは、Ｏリング１８を更に備える。Ｏリング１８は、本実施形態における封止部材であり、枠材１１と真空容器３（台座３１）との隙間を気密に封止する。Ｏリング１８は、例えば樹脂などの弾性材料からなり、枠材１１と台座３１との間において電子通過孔１１ｃを囲むように設けられている。また、Ｏリング１８を収容して位置決めするための溝３１ｂが真空容器３側に形成されており、Ｏリング１８は溝３１ｂに収容されている。

再び図１及び図２を参照しつつ、電子線発生装置１ａが備える他の構成要素について説明する。電子銃２は、絶縁ブロック４と、絶縁ブロック４を収容するケース５と、ケース５の側面に取り付けられた高耐圧型のコネクタ６と、電子を放出するための電子放出部材であるフィラメント７と、高電圧部である内部配線９ａ及び９ｂと、絶縁ブロック４の一部を覆う導電性部材１６とを有する。

ケース５は、金属などの導電性材料によって構成されており、後述する絶縁ブロック４を収容する。ケース５は、ケース５の内部から真空容器３の収容室３ａへ繋がる開口５ａと、ケース５の内部から電子線発生装置１ａの外側へ繋がる開口５ｂとを有する。開口５ａは、内部配線９ａ及び９ｂを通すための円形の開口である。また、開口５ｂは、コネクタ６が取り付けられるための円形の開口である。

絶縁ブロック４は、例えばエポキシ樹脂といった絶縁性樹脂によって構成されており、電子銃２の高電圧部（内部配線９ａ及び９ｂ）と他の部分（例えばケース５など）とを絶縁する。具体的には、絶縁ブロック４は、基部４ａと、該基部４ａから突出した凸部４ｂとを有する。基部４ａは、ケース５内部の殆どを占めるようにケース５内に収容されている。また、凸部４ｂは、基部４ａから開口５ａを通って突き出ることによりケース５から露出している。そして、凸部４ｂ上（本実施形態では凸部４ｂの先端付近）には、フィラメント７が配置されている。また、絶縁ブロック４と接するケース５の内面には、凹凸形状が形成されている。これにより、樹脂製の絶縁ブロック４を成型する際にこの凹凸形状に樹脂が食い込んで固まるので、絶縁ブロック４とケース５とが強固に固定される。なお、ここでいう凹凸形状の一例としては、図１に示すように溝状のものや、或いは、ケース５の内面を荒らすことにより生じる微細な凹凸などが挙げられる。

高耐圧型のコネクタ６は、電子線発生装置１ａの外部から電源電圧の供給を受けるためのコネクタ（レセプタクル）であり、ケース５の側壁を貫通するように開口５ｂに配置されている。ケース５の内部に位置するコネクタ６の部分６ａは、絶縁ブロック４の基部４ａに埋め込まれて固定されている。また、この部分６ａの表面には凹凸形状が形成されている。これにより、絶縁ブロック４を成型する際にこの凹凸形状に絶縁ブロック４が食い込んで固まるので、絶縁ブロック４とコネクタ６とが強固に固定される。なお、ここでいう凹凸形状の一例としては、図１に示すようにコネクタ６の中心軸方向に沿って凹凸を周期的に繰り返すような形状や、或いは、コネクタ６の表面を荒らすことにより生じる微細な凹凸などが挙げられる。

また、コネクタ６は、ケース５の側壁に固定されており、コネクタ６を介して絶縁ブロック４とケース５とが強固に固定されている。このコネクタ６には、図示しない電源装置から延びる外部配線の先端を保持した電源用プラグが挿入される。

フィラメント７は、電子線ＥＢとなる電子を放出するための部材である。フィラメント７の両端は、コネクタ６からフィラメント７へ延びる内部配線９ａ及び９ｂにそれぞれ接続されている。従って、コネクタ６に電源用プラグが挿入されると、フィラメント７の両端は、外部配線を介して電源装置と電気的に接続される。フィラメント７は、数アンペアの電流を流されることにより、２５００℃程度に加熱され、さらに別の電源装置から数十ｋＶ〜数百ｋＶといった高い電圧を印加されることにより、電子を放出する。また、フィラメント７は、電子を引き出すための電界を形成するグリッド部８に覆われている。グリッド部８には、図示しない配線を介して所定の電圧が印加される。従って、フィラメント７から放出された電子は、グリッド部８の一部に形成された孔から電子線ＥＢとして出射される。また、内部配線９ａ及び９ｂは、上記のような高電圧を電源装置から印加されるので、絶縁材料からなる絶縁ブロック４の内部に埋め込まれることにより、ケース５との絶縁が確保されている。

なお、真空容器３は、例えば出射方向と交差する面を境に分割可能に構成され、その分割部に図示しないヒンジを備えることにより、収容室３ａを開閉可能に構成されていることが好ましい。真空容器３がこのような開放型の構成を備えることにより、消耗材であるフィラメント７を容易に交換できる。

導電性部材１６は、絶縁ブロック４の表面のうち、ケース５との間に隙間があいた表面を覆うための導電性の部材である。具体的には、導電性部材１６は、導電性のフィルム、或いは導電性のテープといった薄い部材が好ましく、絶縁ブロック４のうちケース５に密着していない部分を完全に覆うように絶縁ブロック４に貼付されている。また、導電性部材１９は、導電性塗料や導電性膜等でも良い。

また、電子線発生装置１ａは、真空容器３の内部を排気するための真空ポンプ５０を更に備えることが好ましい。本実施形態の窓ユニット１０ａは真空容器３に対して着脱可能であるので、窓ユニット１０ａを取り替えた際などに真空容器３を真空状態にする必要がある。また、真空容器３が上述したような開放型である場合には、フィラメント７を交換した後においても真空容器３を真空状態にする必要がある。電子線発生装置１ａが真空ポンプ５０を備えることにより、真空容器３の排気を簡易に行える。なお、真空ポンプ５０は、排気通路３ｄを介して真空容器３の収容室３ａに接続されている。

真空ポンプ５０は、ケース５の側面のうち、コネクタ６が設けられた側面以外の側面に沿って配置されている。真空ポンプ５０をこのように配置することにより、コネクタ６に挿入される電源用プラグ及び外部配線と真空ポンプ５０との干渉を避けつつ、電子線発生装置１ａを小型化できる。

以上の構成を備える本実施形態の電子線発生装置１ａの動作について説明する。まず、真空ポンプ５０によって真空容器３の内部が排気され、真空状態となる。また、電子線発生装置１ａの外部に用意された電源装置の電源用プラグがコネクタ６に挿入される。これにより、電源装置と内部配線９ａ及び９ｂとが互いに電気的に接続される。続いて、電源装置から数アンペアの電流、及び別の電源装置から数十ｋＶ〜数百ｋＶの電源電圧が印加される。この電源電圧は、内部配線９ａ及び９ｂを介してフィラメント７に供給され、フィラメント７から電子が放出される。

フィラメント７から放出された電子は、グリッド部８によって加速され、電子線ＥＢとなる。電子線ＥＢは、電子通路３ｂを通過して窓ユニット１０ａに達する。このとき、電子線ＥＢは、電磁コイル３ｃによって集束される。また、電子線ＥＢは、電磁コイル３ｄによって軸補正を行う場合もある。電子線ＥＢは窓ユニット１０ａの窓材１３を透過して、電子線発生装置１ａの外部へ出射される。

本実施形態の電子線発生装置１ａが有する効果について説明する。電子線発生装置１ａにおいては、窓材１３が、枠材１１の電子通過孔１１ｃを気密に閉じるように枠材１１に接合されている。従って、枠材１１と窓材１３との間にＯリング等の弾性封止部材が不要となり、接合部分（ロウ材１５など）は窓材１３からの熱に対して十分に耐えることができるので、枠材１１と窓材１３との間の封止状態の劣化が殆どなく、真空容器３内部の真空状態をより長期間維持できる。更に、この枠材１１が真空容器３に対し着脱可能に取り付けられるので、電子線発生装置１ａを製造する際や窓ユニット１０ａを交換する際に、窓材１３に応力を与えることなく窓ユニット１０ａを取り付けることができる。従って、本実施形態の電子線発生装置１ａによれば、窓材１３への不均一な応力をほぼ無くすことができるので、窓材１３の破損を効果的に低減できる。

また、本実施形態のように、電子線発生装置１ａは、枠材１１と真空容器３との隙間を封止するＯリング１８を備え、Ｏリング１８を収容するための溝３１ｂが真空容器３側（本実施形態では台座３１側）に形成されていることが好ましい。これにより、Ｏリング１８を収容するための溝を窓ユニット１０ａ側に形成した場合と比較して、窓材１３の熱がＯリング１８に伝わりにくいので、Ｏリング１８の寿命を延ばすことができる。

また、本実施形態のように、枠材１１の電子通過孔１１ｃの真空容器３側の幅（内径）は、真空容器３の内部へ向けてテーパ状に拡大していることが好ましい。本実施形態の電子線発生装置１ａにおいては、枠材１１が窓材１３と接合（ロウ付け等）されているので、窓材１３からの熱が枠材１１へ伝わり易い。このことを利用して、枠材１１からの放熱により窓材１３の温度上昇を効果的に抑えることが可能となる。そして、電子通過孔１１ｃの真空容器３側の幅（内径）をテーパ状に拡大させて電子通過孔１１ｃからの放熱量を増大させることにより、窓材１３の温度上昇を効果的に抑えることができる。

なお、電子通過孔１１ｃのテーパ形状が窓材１３側の一端まで達していると、窓材１３と接する電子通過孔１１ｃの開口部の縁が鋭角となり、窓材１３を傷つけるおそれが生じる。従って、電子通過孔１１ｃの窓材１３側の幅（内径）は、出射方向に沿ってほぼ一定であることが好ましい。

また、本実施形態のように、真空容器３（台座３１）は、枠材１１を位置決めするための段差３１ｃを有することが好ましい。これにより、着脱可能な枠材１１を真空容器３（台座３１）へ容易に取り付けることができ、また、電子線ＥＢの出射軸線に対する窓材１３の位置ずれを確実に防止できる。

また、本実施形態のように、電子銃２は、絶縁ブロック４の表面のうち、ケース５との間に隙間が設けられた表面を覆う導電性部材１６を備えることが好ましい。これにより、ケース５との間に隙間が設けられた絶縁ブロック４の表面の電位をケース５と同じ電位（例えば接地電位）にできるので、内部配線９ａ及び９ｂ等に対するシールド効果を好適に発揮できる。

また、本実施形態のように、コネクタ６の一部分６ａが絶縁ブロック４内に埋め込まれており、コネクタ６が、該一部分６ａの表面に凹凸形状を有することが好ましい。これにより、絶縁ブロック４を成型する際にコネクタ６の凹凸形状に絶縁ブロック４が食い込んで固まるので、絶縁ブロック４とコネクタ６とを強固に固定できる。

また、本実施形態のように、コネクタ６の一部分６ａが絶縁ブロック４内に埋め込まれており、コネクタ６がケース５に固定されていることが好ましい。これにより、コネクタ６を介して絶縁ブロック４とケース５とを強固に固定できる。

ここで、本実施形態に係る窓ユニット１０ａの製造方法に関する一実施例について説明する。なお、以下に説明する方法において、窓材１３としては、直径２ｍｍの有効出力径を有する厚さ１０μｍのベリリウム膜を用いた。また、ロウ材１５としては、主成分としてＡｇを含んだ、板厚０．１ｍｍのものを用いた。また、真空容器３（台座３１を含む）、枠材１１、及び固定用部材１４の材料としては、ステンレスを用いた。

まず、ステンレス塊から枠材１１及び固定用部材１４を切り出す。また、ベリリウム膜及びロウ材を所定の外径で切り出し、窓材１３及びロウ材１５を用意する。このとき、窓材１３の外径を、電子通過孔１１ｃの窓材１３側の開口径よりも大きくする。また、ロウ材１５の外径を、窓材１３の外径よりも大きくする。なお、固定用部材１４の外径は、ロウ材１５の外径とほぼ同等でよい。具体的な寸法を例示すると、電子通過孔１１ｃの開口径が２ｍｍ、窓材１３が６ｍｍ角、固定用部材１４及びロウ材１５の外径、内径がそれぞれ１３ｍｍ、４ｍｍである。

なお、窓材１３の外形形状は、電子通過孔１１ｃを覆い且つロウ材１５からはみ出さなければ、どのような形状でもよい。本実施形態においては加工の容易性を考慮して矩形としているが、例えば他の部材と同様に円形であってもよい。

次に、各部材の切断面のバリ取りを行う。特に、枠材１１における電子通過孔１１ｃの開口付近は、窓材１３が接触するため、各種機械研磨や電解研磨処理によりバリを完全に取り除くことが望ましい。その後、各金属部材（真空容器３、枠材１１、及び固定用部材１４）に対して真空中で加熱処理（約９００℃）を行うことにより、ガス出しおよび歪取りを行う。

続いて、ロウ材１５が接触する枠材１１、窓材１３、及び固定用部材１４の表面に、銅を厚さ２００ｎｍ程度に真空蒸着する。これにより、ロウ材１５が各部材に良くなじむようになる。

続いて、ロウ材１５を溶融させることにより、枠材１１、窓材１３、及び固定用部材１４を互いに接合して一体化する。図５は、この工程を示す断面図である。図５に示すように、まず、枠材１１の凹部１１ａ内に、窓材１３、ロウ材１５、及び固定用部材１４をこの順に積み重ねる。そして、その上に治具Ａを載せる。治具Ａは、ロウ材１５を溶融させる際に各部材の位置ずれを防止するための治具である。治具Ａは例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）からなり、その寸法例は、外径１２ｍｍ、内径６ｍｍ、高さ２０ｍｍである。

また、ロウ材１５を溶融させる際には、固定用部材１４の位置ずれを更に確実に防止するため、治具Ｂを用いることが好ましい。治具Ｂは、凹部１１ａの側壁１１ｂと固定用部材１４の側面１４ｂとの隙間に嵌る円環状の治具であり、治具Ｂを設置することによって固定用部材１４を位置決めできるので、固定用部材１４の開口１４ａの中心と枠材１１の電子通過孔１１ｃの中心とを容易に揃えることができる。また、固定用部材１４の位置ずれ防止のため、固定用部材１４と枠材１１とを窓材１３の周辺において軽くスポット溶接を行い、固定用部材１４を枠材１１に仮止めしてもよい。なお、図４に示したスポット溶接痕１４ｃは、このときの溶接痕である。これにより、固定用部材１４の開口１４ａの中心と枠材１１の電子通過孔１１ｃの中心とを精度よく揃えることができる。

続いて、図５に示された状態のまま、各部材を真空加熱炉の電気炉内に入れ、加熱処理を行う。上述した組成のロウ材１５に対しては、室温から約７００℃まで加熱し、その温度を５分間保持したのち、加熱を止めて約６５０℃まで冷却する。そして、各部材を電気炉から取り出し、約３００℃まで冷却する。その後、乾燥窒素を用いた真空リークにより急冷して室温付近まで冷却し、一体化された窓ユニット１０ａを真空加熱炉から取り出す。最後に、枠材１１と窓材１３との間の封止状態をヘリウムリークディテクタ等を用いて検査し、リークが無いことを確認する。

（変形例）
続いて、本実施形態に係る窓ユニット及びその装着形態の変形例について説明する。図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ第１〜第４変形例を示す断面図である。

図６（ａ）に示す第１変形例に係る構成と上記実施形態との相違点は、窓ユニットの装着形態である。すなわち、本変形例の電子線発生装置は、第１実施形態のボルト１７に代えて、押さえ部材２３を備える。押さえ部材２３は、枠材１１の外周部分を押さえつつ真空容器（台座３２）と螺合（螺着）することにより、窓ユニット１０ａを真空容器（台座３２）に固定する。具体的には、押さえ部材２３は、円筒状の螺合部２３ａと、螺合部２３ａの一端に設けられた板状部２３ｂとが一体的に形成されて成る。螺合部２３ａの内径は、台座３２の外径とほぼ同じに形成されている。そして、螺合部２３ａの内周面にはネジ山２３ｄが形成されており、このネジ山２３ｄが台座３２の外周面に形成されたネジ山３２ｂと螺合することによって、押さえ部材２３が台座３２に螺着される。このとき、板状部２３ｂが窓ユニット１０ａの枠材１１を台座３２へ押さえつける。

また、押さえ部材２３は、電子線ＥＢを通過させるために板状部２３ｂに形成された円形の開口２３ｃを有する。開口２３ｃの内径は枠材１１の凹部１１ａの内径よりも大きく形成されており、板状部２３ｂが固定用部材１４に当接しないようになっている。

本変形例のように、電子線発生装置は、押さえ部材２３によって窓ユニット１０ａ（枠材１１）を固定してもよい。このような構成によっても、真空容器に対して窓ユニット１０ａ（枠材１１）を着脱可能にできる。しかも、本変形例によれば、窓ユニット１０ａをネジ止めする場合と比較して、より短時間で窓ユニット１０ａを真空容器に装着できる。なお、本変形例において、枠材１１はボルト穴１１ｄ（図３（ａ），図４参照）を有しても良い。この場合、枠材１１は、図６（ａ）に示す押さえ部材２３と、図３（ａ）に示すボルト１７とのうちいずれか一方または双方によって真空容器に固定される。

図６（ｂ）に示す第２変形例に係る構成と上記実施形態との相違点は、窓ユニットの装着形態である。すなわち、本変形例の窓ユニット１０ｂは、第１実施形態の枠材１１に代えて、枠材１２を有する。枠材１２は、台座３３と螺合することにより真空容器に固定される。具体的には、枠材１２は、円筒状の螺合部１２ａと、螺合部１２ａの一端に設けられた板状部１２ｂとが一体的に形成されて成る。螺合部１２ａの内径は、台座３３の外径とほぼ同じに形成されている。そして、螺合部１２ａの内周面にはネジ山１２ｄが形成されており、このネジ山１２ｄが台座３３の外周面に形成されたネジ山３３ｂと螺合することによって、窓ユニット１０ｂが真空容器（台座３３）に螺着される。

なお、枠材１２は、第１実施形態の枠材１１と同様に、窓材１３及び固定用部材１４を収容するための凹部１２ｃと、台座３３の貫通孔３３ａと連通しており電子線ＥＢを通過させる電子通過孔１２ｅとを有する。そして、電子通過孔１２ｅを閉じるように窓材１３が配設されるとともに、枠材１２、窓材１３、及び固定用部材１４がロウ材１５を介して互いに接合されている。また、台座３３は、窓ユニット１０ｂを位置決めするための段差部を有していない点で、第１実施形態の台座３１とは異なっている。

本変形例の窓ユニット１０ｂのように、枠材１２は真空容器（台座３３）と螺合するような構成であってもよい。このような構成によっても、真空容器に対して着脱可能な窓ユニット１０ｂ（枠材１２）を好適に実現できる。

図７（ａ）に示す第３変形例に係る構成と上記実施形態との相違点は、枠材の形状である。すなわち、本変形例の窓ユニット１０ｃは、上記実施形態の枠材１１に代えて枠材１９を有する。枠材１９は、略円板状の部材であり、窓材１３及び固定用部材１４を収容するための凹部１９ａと、台座３１の貫通孔３１ａと連通しており電子線ＥＢを通過させる電子通過孔１９ｃと、ボルト１７を通すためのボルト穴１９ｅとを有する。枠材１９の凹部１９ａ付近は、ボルト穴１９ｅを含む外周部分よりも厚く形成されており、凸部１９ｄとなっている。なお、本変形例において電子通過孔１９ｃの内径は出射方向に沿って一定に形成されているが、第１実施形態の電子通過孔１１ｃのように、真空容器側の電子通過孔１９ｃの内径がテーパ状に拡大していてもよい。

本変形例の窓ユニット１０ｃのように、枠材１９の凹部１９ａ付近が外周部分よりも厚く形成されることにより、ボルト１７によって窓ユニット１０ｃを台座３１へ装着する際の凹部１９ａ付近の変形をより少なくし、窓材１３へ不均一な応力が加わることを防止できる。

また、前述のように、窓材１３が枠材１９に接合されているため、窓材１３からの熱が枠材１９へ伝わり易い。加えて、所定の出射軸線から外れた電子線が枠材１９へ入射すると、枠材１９においても熱が生じる。このような場合においても、枠材１９の凹部１９ａ付近が外周部分よりも厚く形成されることによって凹部１９ａ付近の熱容量が大きくなるので、枠材１９の熱膨張を低減し、窓材１３へ応力が加わることを防止できる。

また、本変形例のように、ボルト穴１９ｅを含む外周部分が比較的薄く形成されることにより、ボルト１７による締結力が枠材１９及び台座３１へ効果的に伝達されるので、枠材１９と台座３１との隙間をより確実に封止できる。

図７（ｂ）に示す第４変形例は、図７（ａ）に示した第３変形例に係る窓ユニット１０ｃを、図６（ａ）に示した第１変形例に係る押さえ部材２３によって固定する構成を備える。すなわち、本変形例に係る電子線発生装置は、窓ユニット１０ｃ及び押さえ部材２３を備える。窓ユニット１０ｃの構成は、上記第３変形例と同様である。押さえ部材２３は、枠材１９の外周部分を押さえつつ真空容器（台座３２）と螺合（螺着）することにより、窓ユニット１０ｃを真空容器（台座３２）に固定する。

押さえ部材２３は、円筒状の螺合部２３ａと、螺合部２３ａの一端に設けられた板状部２３ｂとが一体的に形成されて成る。螺合部２３ａの内径は、台座３２の外径とほぼ同じに形成されている。そして、螺合部２３ａの内周面に形成されたネジ山２３ｄが台座３２の外周面に形成されたネジ山３２ｂと螺合することによって、台座３２に螺着される。このとき、押さえ部材２３の板状部２３ｂが窓ユニット１０ｃの枠材１９を台座３２へ押さえつける。また、押さえ部材２３は、電子線ＥＢを通過させるための円形の開口２３ｃを有する。開口２３ｃの内径は枠材１９の凸部１９ｄの外径よりも大きく形成されており、凸部１９ｄは開口２３ｃから突出している。

本変形例によれば、窓ユニット１０ｃの枠材１９が凸部１９ｄを有することにより、上記第３変形例と同様の効果が得られる。また、押さえ部材２３によって窓ユニット１０ｃ（枠材１９）を固定することにより、ネジ止めの場合と比較して、より短時間で窓ユニット１０ｃを真空容器に装着できる。

（第２の実施の形態）
図８は、本発明に係る電子線発生装置の第２実施形態の構成を示す断面図である。また、図９は、図８に示す電子線発生装置の平面図である。本実施形態の電子線発生装置１ｂは、電子線ＥＢを出射する電子銃２と、真空容器３０と、複数の窓ユニット１０ｄとを備える。このうち、電子銃２の構成については、第１実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。

真空容器３０は、電子銃２のフィラメント７を収容して気密に封止するための容器である。真空容器３０は、電子銃２のフィラメント７、グリッド部８、及び凸部４ｂを収容するための収容室３０ａと、電子銃２から出射される電子線ＥＢの出射方向に延在しており収容室３０ａと連通する電子通路３０ｂとを有する。電子通路３０ｂの周囲には、電磁偏向レンズとして機能する筒状の電磁コイル３０ｃが設けられている。

電子通路３０ｂは、電磁コイル３０ｃが配置された部分を境に、その先端へ向けて扇状に拡大している。すなわち、電子通路３０ｂは、電子銃２の出射方向と交差する或る一方向（以下、スキャン方向という。図中の矢印Ｓ）の幅のみが徐々に拡大しており、出射方向と交差する他の方向の幅は一定となっている。従って、電子通路３０ｂの先端は、スキャン方向Ｓを長手方向として細長く延びている。電子通路３０ｂの先端には、窓ユニット１０ｄを固定するための台座３４が設けられている。

電子銃２から出射された電子線ＥＢは、電子通路３０ｂを通過する。このとき、電子線ＥＢは、電磁コイル３０ｃによってその出射方向が偏向される。これにより、電子線ＥＢの出射軸線がスキャン方向Ｓに沿って移動する。電子線ＥＢは、真空容器３０の先端に設けられた窓ユニット１０ｄに達する。

複数の窓ユニット１０ｄは、電子銃２から出射された電子線ＥＢを真空容器３０の外部へ出射するための構成要素であり、真空容器３０の先端（電子通路３０ｂの端部）において、スキャン方向Ｓに沿って並設されている。ここで、図１０は、本実施形態の窓ユニット１０ｄの構成を示す平面図である。また、図１１は、図１０に示す窓ユニット１０ｄのII−II線に沿った側面断面図である。

図１０及び図１１を参照すると、窓ユニット１０ｄは、その平面形状が長方形であり、枠材２０、窓材２１、及び固定用部材２２を有する。枠材２０は、例えばステンレスといった金属からなり、ボルト２８によって真空容器３０に固定される。枠材２０は、窓材２１及び固定用部材２２を収容するための凹部２０ａと、電子線ＥＢを通過させるための電子通過孔２０ｃと、ボルト２８を通すためのボルト穴２０ｄとを有する。このうち、電子通過孔２０ｃは、電子線ＥＢの出射方向に枠材２０を貫通しており、その平面形状がスキャン方向Ｓを長手方向とする長方形状となっている。

凹部２０ａは、電子通過孔２０ｃの一端（開口）をその底面に含むように形成されており、スキャン方向Ｓにおける枠材２０の両端に達している。また、ボルト穴２０ｄは、スキャン方向Ｓに沿って、凹部２０ａの両側に複数並んで形成されている。枠材２０は、ボルト穴２０ｄにボルト２８が挿通され、このボルト２８が台座３４のネジ穴と螺合することにより、台座３４に固定される。なお、この枠材２０は、ボルト２８が取り外されると台座３４から脱離する。

窓材２１は、電子銃２から出射された電子線ＥＢを透過して真空容器３０の外部へ出射するための膜状の部材である。窓材２１は、枠材２０の電子通過孔２０ｃの一端を覆うように、凹部２０ａの底面上に配設されている。また、窓材２１は、ロウ材２７を用いて枠材２０にロウ付けされることにより、電子通過孔２０ｃを閉じるように枠材２０に気密に接合されている。

固定用部材２２は、窓材２１を枠材２０に確実に固定するための部材である。固定用部材２２は、中央部分に開口２２ａを有する長方形状に形成されており、開口２２ａが枠材２０の電子通過孔２０ｃと連通するように凹部２０ａの底面上且つ窓材２１上に配設されることにより、枠材２０との間に窓材２１を挟んでいる。また、固定用部材２２の外径（スキャン方向Ｓと直交する方向の幅）は凹部２０ａの幅よりも小さく設定されており、固定用部材２２の側面２２ｂと凹部２０ａの側壁２０ｂとの間には隙間があいている。この隙間は、図５に示した治具Ｂと同じ作用をもつ治具を嵌入するための隙間である。

また、固定用部材２２と枠材２０との間にはロウ材２７が充填されており、このロウ材２７の一部は窓材２１にも接している。このように、固定用部材２２が枠材２０及び窓材２１にロウ付けされることにより、窓材２１が枠材２０に強固に接合されるとともに、枠材２０と窓材２１との間の気密性が増す。

なお、枠材２０と真空容器３０（台座３４）との間には、第１実施形態と同様に封止部材（Ｏリング２９）が設けられている。Ｏリング２９は、枠材２０と真空容器３０（台座３４）との隙間を気密に封止する。Ｏリング２９を収容するための溝が真空容器３０側（台座３４側）に形成されている点も、第１実施形態と同様である。

電子線発生装置１ｂは、電子線発生装置１ａと同様に、真空容器３０の内部を排気するための真空ポンプ５１を更に備える（図２参照）。真空ポンプ５１は、コネクタ６が設けられた側の真空容器３０の側面から突出して配置されている。真空ポンプ５１をこのように配置することにより、コネクタ６及び真空ポンプ５１が電子線発生装置１ｂの中心軸線に対して同じ方向に配置されるので、コネクタ６に対する電源用プラグの挿抜、及び真空ポンプ５１のメンテナンスが容易になる。なお、真空ポンプ５１は、排気通路３０ｄを介して真空容器３０の収容室３０ａに接続されている。

本実施形態の電子線発生装置１ｂのように、本発明に係る電子線発生装置は、矩形状の窓ユニット１０ｄを備えても良く、また、窓ユニット１０ｄを複数備えても良い。特に、電子線ＥＢをライン状にスキャンする形式の電子線発生装置において、本実施形態のようにスキャン方向Ｓに沿って複数の窓ユニット１０ｄを並べることにより、窓材２１を破損させることなく窓ユニット１０ｄを着脱し得る構成を容易に実現できる。なお、本実施形態においては複数の窓ユニット１０ｄを並置しているが、複数の窓ユニット１０ｄに代えて、スキャン方向Ｓに沿って延びる一つの窓ユニットを配置してもよい。

本発明による電子線発生装置は、上記した各実施形態及び変形例に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、第１実施形態において電子通過孔が円形状である枠材を示し、第２実施形態において電子通過孔が長方形状である枠材を示したが、枠材の電子通過孔はこれら以外にも様々な形状とすることが可能である。そして、その電子通過孔の形状や大きさに応じて、枠材の凹部、窓材、及び固定用部材の平面形状を適宜変形させるとよい。

また、上記各実施形態では、絶縁ブロックの一例としてエポキシ樹脂製のものを説明した。本発明における絶縁ブロックは、エポキシ樹脂に限らず、例えばセラミックやシリコーン樹脂といった他の絶縁性材料によって構成されてもよい。また、上記各実施形態においてはコネクタから高電圧を供給する構成について説明したが、絶縁ブロック内部に昇圧回路を備えていても良い。

本発明による電子線発生装置の第１実施形態の構成を示す側面断面図である。 図１に示す電子線発生装置のＩ−Ｉ線に沿った側面断面図である。 （ａ）第１実施形態の窓ユニット及びその付近の構成を示す側面断面図である。（ｂ）窓ユニットの主要部の拡大断面図である。 窓ユニットの構成を示す平面図である。 ロウ材を溶融させることにより、枠材、窓材、及び固定用部材を互いに接合して一体化する工程を示す断面図である。 （ａ）第１実施形態の第１変形例を示す断面図である。（ｂ）第１実施形態の第２変形例を示す断面図である。 （ａ）第１実施形態の第３変形例を示す断面図である。（ｂ）第１実施形態の第４変形例を示す断面図である。 本発明に係る電子線発生装置の第２実施形態の構成を示す断面図である。 図８に示す電子線発生装置の平面図である。 第２実施形態の窓ユニットの構成を示す平面図である。 図１０に示す窓ユニットのII−II線に沿った側面断面図である。 従来の電子線発生装置の照射窓の構成を示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ…電子線発生装置、２…電子銃、３，３０…真空容器、３ａ，３０ａ…収容室、３ｂ，３０ｂ…電子通路、４…絶縁ブロック、５…ケース、６…コネクタ、７…フィラメント、８…グリッド部、９ａ，９ｂ…内部配線、１０ａ〜１０ｄ…窓ユニット、１１，１２，１９，２０…枠材、１１ａ，１２ｃ，１９ａ，２０ａ…凹部、１１ｃ，１２ｅ，１９ｃ，２０ｃ…電子通過孔、１３，２１…窓材、１４，２２…固定用部材、１４ｃ…スポット溶接痕、１５，２７…ロウ材、１６…導電性部材、１７，２８…ボルト、１８，２９…Ｏリング、２３…押さえ部材、３１〜３４…台座、５０，５１…真空ポンプ、Ａ，Ｂ…治具、ＥＢ…電子線。

Claims (8)

1. 電子線を出射する電子放出部材を有する電子銃と、
   前記電子放出部材を収容する容器と、
   前記電子線を通過させるための電子通過孔を有し、前記容器に着脱可能に取り付けられた枠材と、
   前記電子通過孔を気密に閉じるように前記枠材に接合され、前記電子線を透過する窓材と、
   前記枠材と前記容器との隙間に設けられ前記隙間を気密に封止する封止部材と
   を備え、
   前記枠材にはネジ穴が形成されており、該ネジ穴は前記電子通過孔から見て前記封止部材よりも外側に形成され、前記容器には該ネジ穴に対応するネジ穴が形成されておらず、
   前記封止部材を収容するための溝が前記容器側に形成されており、
   前記容器が、前記枠材を位置決めするための段差部を有し、
   前記段差部の壁部と前記枠材とが互いに離間している
   ことを特徴とする、電子線発生装置。
2. 前記窓材が、前記枠材にロウ付けされていることを特徴とする、請求項１に記載の電子線発生装置。
3. 前記電子線を通過させるための開口を有しており前記枠材との間に前記窓材を挟む固定用部材を更に備え、
   前記固定用部材が、前記窓材及び前記枠材にロウ付けされていることを特徴とする、請求項１に記載の電子線発生装置。
4. 前記枠材が、前記電子通過孔の一端を底面に含む凹部を有し、前記固定用部材が前記底面上に配設されており、
   前記凹部の側壁と前記固定用部材の側面との間に隙間があいていることを特徴とする、請求項３に記載の電子線発生装置。
5. 前記固定用部材が、前記枠材にスポット溶接されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の電子線発生装置。
6. 前記枠材が前記容器にネジ止めされていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子線発生装置。
7. 前記枠材を押さえつつ前記容器と螺合する押さえ部材を更に備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子線発生装置。
8. 前記電子通過孔の前記容器側の幅が、前記容器の内部へ向けてテーパ状に拡大していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子線発生装置。
   

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