JPS61195549A - 電子ビーム処理装置のための大電力用窓 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
置が持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３４４０４６
６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ィンの列のよう
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った問題
があった。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（フィ
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ィンの崩壊
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、フィ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、フィ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、フィ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
ィ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、フィンが熱的に膨張
して座屈することからして、フィ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。

従って、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造及びその支持構造
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。

〔問題点解決のだめの手段〕

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って保持され、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ィンの組合わせ（セ
ット）の複数からなる列の一つ以上とからなり、導電性
フィ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って延在する壁
即ち堅固な縁部支持部材２を含む枠によって境界づけら
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
数の曲線状のフィンＦ　（第１Ａ図）及びＦ’　（第１
Ｂ図）である。フィンＦはただひとつの曲率半径を持つ
弓状の導電性フィン４が連続した形状（Ｃ字状）におい
て示されているが、フィンＦ゛は、複数の湾曲部分から
なるＳ字状の導電性フィン４からなるものとして示され
ている。枠中において、フィ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／ｃｍ’（１４，７
ｐ、ｓ、ｊ、）の差圧を持つ。またこの大気によって、
窓はフィ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１Ｂ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）によっ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を通過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ィンＦ又は
Ｆ゛の曲がりは、線形即ち直線のフィンを持つ従来の窓
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、湾曲したフィンＦはすべて、同じ方向
に同じ量（線形フィンの場合よりも逼かに少ない量）だ
けの熱膨張を行うからである。かくして、フィンによっ
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ィンＦの使用から得られる他
の利点には、（１１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）フィン間でできる
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）フィン
Ｆに沿っ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、フィンＦの断面形状及び面積をＬとして点線によ
って示されているような従来の線形のフィンの標準的な
矩形断面から変えることによって得られる。第２Ａ図に
はほぼ三角形又は幾らか台形状のフィンＦ１が示されて
おり、第２Ｂ図には幾らか放射線状のフィン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って窓箔５に向かって放射され
てきた電子ｅ−は、矩形のフィン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、上方に向かって先細になっているフィンＦ、及び
Ｆ２の傾斜部分は、そのフィンの頂部へと、又は頂部に
対して数度（３°）までの小さな角度をもって放射され
てきた電子ｅ−のフィ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を通っ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ィン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って被覆
即ちコーティ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って電子ビームに
対面するフィン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図のフィン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のフィン側での真空■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、フィ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１す るようにフィン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。フィ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
のはチタン箔であった。しかし、アルミニウムーチタン
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。かかるパイタル箔の使用
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とフィン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とフィンＦとの間での熱抵抗は、銅−銅又はア
ルミニウムー銅界面によって減少される。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、モジュ
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
て用いることによって与えられる。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、異なる厚さくこの例ではより厚い厚さ）のフィン
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
フィン３が設けられて組合わせられてフィン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
のため大きな寸法の一つの窓枠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、従って、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、本発明にとって特に有用な２
つの型式のフィ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図のフィンの拡大断面図
であって、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、窓のフィンと金属性箔との間
の接触界面を示す、第２Ａおよび第２Ｂ図に頻イ以の図
であり； 第４図は、第１図のフィン構造の１つを用いた大きな窓
を示す平面図であって、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、本発明に従っ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’　：フィン １：窓 ２：縁部支持部材 ３．４：導電性フィン ５：窓箔 ６：横支柱 ７：縁部支持部材 第１Ａ図 第１Ｂ図 第２Ａ図　第２Ｂ図 第３Ａ図　　第３８図 第５図 ７″ ［

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
   あって、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、真空圧によっ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
   電性フィンの組の複数からなる列の一以上とからなり、
   導電性フィ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　前記導電性フィンの曲線は、少なくとも１部分がＣ
   字又はＳ字形状からなっ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　前記導電性フィンの断面は、前記窓箔から前記真空
   室の内方に向かって先細になっ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　前記導電性フィ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　前記導電性フィンは、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ィンは、異なる厚さの断面のフ
   ィ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　前記導電性フィンの少なくとも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
   っ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　前記導電性フィンの１部分は、前記フィンと電子と
   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
   い元素でもっ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っ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ィンの表面は、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。