KR101636784B1 - 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 전자빔 방출장치의 냉각수가 누출되어도 피가공물로 낙하되는 것이 방지되는 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치 전자빔 방출장치에 관한 것으로서, 본 출원의 일 실시예에 따르면, 전자빔이 가속되는 공간을 형성하는 하우징, 상기 하우징 내 일측에 배치되며, 전자를 방출하는 캐소드, 상기 하우징 내에서 상기 캐소드로부터 타측으로 이격되어 위치되며, 상기 캐소드로부터 방출된 전자를 가속하는 애노드, 상기 애노드에 의해 가속된 전자가 하우징 외부로 방출되는 방출구가 중앙에 형성되며, 내부에 냉각수 유로가 형성된 냉각 플레이트 및 상기 하우징의 내측면과 이격되고, 상기 냉각 플레이트의 방출구 둘레로부터 상기 캐소드 측을 향하여 연장되며, 상기 냉각 플레이트와 수밀을 이루도록 구비되는 차수부를 포함하는 냉각수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치가 개시된다.
Description
본 출원은 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 방출장치의 냉각수가 누출되어도 피가공물로 낙하되는 것이 방지되는 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치 전자빔 방출장치에 관한 것이다.
전자빔 방출장치는 고 에너지를 이용하여 전자를 방출하여, 가공품의 표면을 녹이거나 개질하는 등 여러가지 가공하는 장치로서, 최근 적용분야가 화상표시수단이나 비파과검사기기를 넘어 각종 가공기기 분야에도 적용되고 있다.
이러한, 전자빔 방출장치는 일반적으로 필라멘트에 고전압, 고전류를 인가하여 전자빔을 방출시키는 Thermal 방식이 사용되고 있는데, 높은 진공도를 유지해야 하는 어려움 및 필라멘트 제조에 어려움이 있고 이는 장비유지운용의 어려움과 직결되고 있다.
한편, 전술한 Thermal 방식과 대비되는 Cold 방식의 전자빔 방출장치도 소개되고 있다. 이러한 Cold 방식의 전자빔 방출장치도 다양한 형태가 소개되고 있다.
도 1은 Cold 방식의 전자빔 방출장치 중에 컨케이브(concave) 형태의 캐소드를 사용한 전자빔 방출장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전자빔 방출장치는 캐소드(20)와 애노드(30), 절연부(40) 및 튜브(50)를 포함할 수 있다.
상기 캐소드(20)는 튜브(50)의 일단에 배치되며, 하측을 향하는 면이 오목하도록 구배가 형성된다.
그리고, 상기 애노드(30)는 상기 튜브(50)내의 타단에 배치되어 상기 캐소드(20)와는 이격되도록 배치된다.
상기 캐소드(20)는 절연부(40)에 의해 상기 튜브(50)에 고정되며, 상기 절연부(40)의 외측에는 상기 캐소드(20)에 인가되는 전기에너지를 제어하는 구동부(60) 및 상기 캐소드(20)를 냉각시키는 냉각부(70)가 구비된다.
한편, 상기 튜브(50)는 내부상태를 관찰함과 동시에 고온을 견디면서 절연이 가능한 석영재질로 이루어진다.
또한, 상기 애노드(30)의 하측에는 집속부(80)와 편향부(90)가 설치되어 방출되는 전자빔을 집속시키고, 편향시킬 수 있다.
따라서, 상기 캐소드(20)에서 방출된 전자는 상기 애노드(30)에 의해 가속되어 방출되면서 전자빔을 형성하며, 상기 집속부(80)를 거치면서 집속되고, 상기 편향부(90)를 거치면서 방출방향이 편향될 수 있다.
한편, 상기 캐소드(20)에서 방출되는 전자빔 중 일부는 상기 애노드 측을 향하지 못하고, 다른 방향을 향하게 되는 후방산란전자(BSE: Backscattered Electron)를 형성할 수 있다.
또한, 상기 튜브(50) 내의 질소 등의 원소가 가속된 전자와 충돌하여 2차전자(9)를 방출할 수도 있는데, 이러한 2차전자(9)는 상기 캐소드(20)에서 방출되는 전자빔에 비하여 집속되지 못하고 산란되어 상기 애노드(30)를 통과하지 못하고 상기 튜브(50) 내에서 반사될 수 있다.
이하의 설명에서, 상기 후방산란전자와 2차전자를 통틀어 반사전자라 칭하기로 한다.
이러한 반사전자(9)는 비록 그 에너지는 크지 않지만 상기 튜브(50)내에서 반사되어 튜브(2) 내 온도를 상승시키는 역할을 하거나 아크를 발생시키게 되어 안정적인 운전을 방해하는 요인이 될 수 있다.
또한, 튜브(50)의 타측에는 가속된 전자빔이 방출되는 방출구(156)가 형성되는데, 상기 반사전자로 인해 상기 방출구(156)의 주변에 국부적으로 가열되는 핫스팟(hot post)이 형성될 수 있다.
이를 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 방출구(56) 주변에 냉각수 파이프(32)를 배치하거나, 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 방출구(56)를 형성하는 면을 상측과 하측으로 분리한 후에 각각의 면에 냉각수로(33)를 반씩 형성하여 용접하는 형태가 시도되었으나, 이러한 냉각수로는 반사전자에 직접적으로 노출될 수 있으며, 용접 등으로 형성한다고 하여도 반사전자에 의해 반복되는 열충격에 의해 지속적인 손상을 입게되어 파손될 수 있다.
이렇게 냉각수로에 파손이 일어나면 냉각수가 누수되어 상기 방출구를 통해 가공대상물로 낙하하여 가공대상물을 오염시킬 수 있다.
본 출원은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 냉각수 유로의 파손을 방지하며, 냉각수 유로가 파손되더라도 가공대상물의 오염이 방지될 수 있는 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치를 제공하는 것이 과제이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 출원의 일 실시예에 따르면, 전자빔이 가속되는 공간을 형성하는 하우징, 상기 하우징 내 일측에 배치되며, 전자를 방출하는 캐소드, 상기 하우징 내에서 상기 캐소드로부터 타측으로 이격되어 위치되며, 상기 캐소드로부터 방출된 전자를 가속하는 애노드, 상기 애노드에 의해 가속된 전자가 하우징 외부로 방출되는 방출구가 중앙에 형성되며, 내부에 냉각수 유로가 형성된 냉각 플레이트 및 상기 하우징의 내측면과 이격되고, 상기 냉각 플레이트의 방출구 둘레로부터 상기 캐소드 측을 향하여 연장되며, 상기 냉각 플레이트와 수밀을 이루도록 구비되는 차수부를 포함하는 냉각수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치가 개시된다.
상기 냉각수 유로는, 상기 냉각 플레이트의 어느 일측면에서 상기 어느 일측면과 마주보는 타측면까지 드릴링에 의해 형성되는 복수개의 통로 및 상기 각 통로의 끝단부에 삽입되어 통로를 밀봉하는 밀봉재를 포함할 수 있다.
상기 냉각수 유로는, 상기 냉각 플레이트의 두께 중심선보다 상측에 형성되며, 상기 냉각 플레이트의 측면 둘레에 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 냉각 플레이트의 상면에 냉각수가 유출되는 유출구가 형성되는 상부 유로, 상기 냉각 플레이트의 두께 중심선보다 하측에 형성되며, 상기 냉각 플레이트의 상면에 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 냉각 플레이트의 측면 둘레에 냉각수가 유출되는 유출구가 형성되는 하부 유로, 일단이 상기 상부유로의 유출구와 연통되고, 타단이 상기 하부유로의 유입구와 연통되며, 상기 차수부의 외측둘레를 감싸도록 배치되는 중간유로를 포함할 수 있다.
상기 하우징의 상기 차수부와 대응되는 높이에 형성되는 확인창이 더 구비될 수 있다.
그리고, 상기 확인창의 외측에 설치되며, 상기 확인창을 통해 누수된 냉각수가 차오르는 것을 감지하는 센서가 더 구비될 수 있다.
그리고, 전자가 상기 중간유로에 직접 조사되는 것을 차단하는 차단판이 상기 중간유로의 외측에 더 구비될 수 있다.
상기 차수부는 상기 애노드와 상기 냉각플레이트 사이에 배치되며, 상기 애노드를 향하는 측 및 상기 방출구를 향하는 측이 개구된 내부 중공을 가져, 상기 방출구와 연통되는 관의 형태로 형성될 수 있다.
상기 차수부의 내주면에서 내측으로 연장된 플랜지부가 더 형성되며, 상기 플랜지부의 내주면에 의해 형성되는 개구부의 직경은, 상기 방출구를 통해 상승유입되는 금속증기가 캐소드로 안내될 수 있는 크기로 형성될 수 있다.
상기 차수부의 내주면에는 후방산란전자 및 2차전자를 흡수하는 흡수홈이 복수개 형성될 수 있다.
본 출원의 냉각 플레이트가 구비된 전자빔 방출장치의 일 실시예에 따르면, 냉각수 유로가 파손되어 냉각수가 새어나오더라도 상기 차수부가 냉각 플레이트와 수밀을 이루고 있어 차수부에 의해 냉각수가 방출구로 흐르는 것이 차단되어 냉각수의 낙수로 인한 가공물의 오염이 차단될 수 있다.
냉각 플레이트의 유로가 냉각 플레이트 내측에 형성되므로 반사전자에 직접적으로 조사되지 않아 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 차수벽이 반사전자가 하우징 내에서 재반사 되는 것을 차단함으로써 하우징 내 온도가 상승하는 것을 최대한 억제할 수 있고, 반사되는 전자에 의해 아크가 발생되는 것 또한 방지할 수 있어 보다 안정적으로 장시간 운전이 가능하며 고출력이 가능하다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 종래의 일반적인 전자빔 방출장치를 도시한 단면도;
도 2는 도 1의 방출구 주변의 냉각파이프 배치한 예를 도시한 사시도;
도 3은 도 1의 방출구 주변에 냉각수로를 형성한 예를 도시한 사시도;
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 플레이트가 구비된 전자빔 방출장치의 일 예를 도시한 단면도;
도 5는 도 4의 차단부 및 냉각 플레이트의 분해사시도;
도 6은 도 4의 캐소드를 도시한 단면 사시도;
도 7은 도 6의 일부분을 확대하여 도시한 단면도;
도 8은 도 4의 냉각 플레이트를 도시한 투시도; 그리고,
도 9는 도 4의 전자빔 방출장치에서 전자빔이 방출되는 모습을 도시한 단면도이다.
도 1은 종래의 일반적인 전자빔 방출장치를 도시한 단면도;
도 2는 도 1의 방출구 주변의 냉각파이프 배치한 예를 도시한 사시도;
도 3은 도 1의 방출구 주변에 냉각수로를 형성한 예를 도시한 사시도;
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 냉각 플레이트가 구비된 전자빔 방출장치의 일 예를 도시한 단면도;
도 5는 도 4의 차단부 및 냉각 플레이트의 분해사시도;
도 6은 도 4의 캐소드를 도시한 단면 사시도;
도 7은 도 6의 일부분을 확대하여 도시한 단면도;
도 8은 도 4의 냉각 플레이트를 도시한 투시도; 그리고,
도 9는 도 4의 전자빔 방출장치에서 전자빔이 방출되는 모습을 도시한 단면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 출원의 제1 실시예에 따른 전자빔 방출장치(100)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(150), 캐소드(120), 애노드(130) 및 절연홀더(140)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(150)은 후술하는 캐소드(120) 및 애노드(130) 등이 위치되며, 전자빔이 가속되는 공간을 형성하는 구성요소로서, 타측에는 가속된 전자빔이 방출되는 방출구(156)가 형성된 냉각 플레이트(300)가 구비될 수 있으며, 상기 하우징(150) 내부는 진공 분위기를 형성할 수 있다.
그리고, 상기 하우징(150) 내 일측에는 캐소드(120)가 구비된다. 상기 캐소드(120)는 전기에너지를 인가받아 전자를 방출하는 구성요소로서, 본 실시예에서는 금속 재질로 이루어지고 전체적으로 소정의 두께를 갖는 원판의 형태로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
상기 애노드(130)는 상기 하우징(150) 내에서 상기 캐소드(120)로부터 타측으로 이격되어 위치될 수 있다. 상기 애노드(130)는 전기에너지를 인가받아 상기 캐소드(120)로부터 방출된 전자를 가속시키는 구성요소로서, 가속된 전자들이 통과하는 개구부(132)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 절연홀더(140)는 상기 캐소드(120)와 하우징(150) 사이를 절연하며, 상기 캐소드(120)를 하우징(150)에 고정시키는 구성요소이다.
또한, 절연홀더(140)의 일측에는 상기 캐소드(120) 또는 애노드(130)에 전기에너지를 공급하는 구동부(160) 및 캐소드(120)를 냉각시키는 냉각부(170)가 구비될 수 있다.
그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 애노드(130)의 타측에는 상기 애노드(130)의 개구부(132)를 통과한 전자빔을 집속하거나 편향시키는 집속부(미도시)와 편향부(미도시)가 구비될 수 있다.
따라서, 상기 캐소드(120)와 애노드(130)에 전기에너지를 인가하면, 상기 캐소드(120)로부터 전자가 방출되어 애노드(130) 측으로 가속된 후 하우징(150)의 방출구(156)를 통해 방출될 수 있다.
한편, 상기 캐소드(120)는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 애노드(130)를 바라보는 면이 오목하게 구배를 형성될 수 있다.
그리고, 상기 캐소드(120)의 상기 구배를 형성한 면의 테두리(122)는 둥글게 라운드지게 형성될 수 있다.
따라서, 캐소드(120)에 테두리에 뾰족한 첨단 부분이 형성되지 아니하므로 아크 발생이 방지되어 보다 안정적인 운전이 가능하다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 절연홀더(140)는 상기 캐소드(120)의 구배가 형성된 면의 배면 및 상기 캐소드(120)의 측면을 감싸도록 형성되는데, 상기 절연홀더(140)가 상기 캐소드(120)의 측면을 감싸는 부분은 상기 캐소드 테두리의 라운드진 부분(122)까지 연장되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연홀더(140)가 캐소드(120)의 측면까지 연장되어 하우징(150)과 캐소드(120) 사이에서 아크가 발생하는 것이 방지될 수 있다.
이 때, 상기 절연홀더(140)는 상기 캐소드 테두리(122)의 라운드진 부분의 일부를 감싸도록 연장형성 될 수 있다.
즉, 상기 캐소드(120)가 상기 절연홀더(140)보다 더 상기 애노드(130)에 가깝게 위치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 캐소드(120)의 테두리가 라운드지게 형성되므로, 상기 절연홀더(140)와 캐소드(120)의 사이에는 공간(C)이 형성될 수 있는데, 이 때 상기 공간(C)이 전하가 축적되는 공간의 역할을 하게 되어 전자빔 방출장치의 운전중 아크가 발생할 수도 있다.
따라서, 상기 캐소드(120)가 절연홀더(140)보다 더 애노드(130)에 가깝게 위치되어 상기 캐소드(120)와 절연홀더(140) 간의 간격이 줄어들어 전하가 축전되는 공간(C)이 줄어들 수 있다.
따라서, 상기 캐소드(120)와 절연홀더(140)간에 커페시턴스가 줄어들게 되어 아크의 발생이 억제되므로, 보다 안정적으로 운전할 수 있으며, 한계 출력을 보다 상승시킬 수 있다.
한편, 상기 하우징(150)은 그 측면의 둘레를 형성하는 튜브(152)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 튜브(152)는 금속재질로 형성될 수 있으며, 상기 캐소드(120) 및 애노드(130)와는 절연될 수 있다. 이를 위해, 상기 튜브(152)와 캐소드(120)의 사이에는 절연체(154)가 구비될 수 있다.
그리고, 접지(158)가 이루어질 수 있다.
상기 전자빔 방출장치로서 금속을 가공할 때에는 용융된 금속에서 금속증기가 발생되며, 발생된 금속증기는 상기 튜브(152) 내측면에 증착될 수 있다.
이 때, 상기 튜브(152)에 접지(158)가 이루어져 있으므로, 상기 튜브(152) 내측면에 부착된 금속증기의 주변의 전자는 접지(158)된 그라운드로 흐르게 되어 아크의 발생이 방지되어 보다 안정적인 운전이 가능하며, 동시에 한계 출력을 상승시킬 수 있다.
또한, 금속 재질의 특성상 외부의 충격 및 반복되는 열 충격에 강하고, 부착되는 금속증기를 제거하지 아니하여도 운전이 가능하므로 반영구적인 사용이 가능하다.
한편, 배경기술에서 설명한 바와 같이, 상기 캐소드(120)에서 방출되는 전자빔(5) 중 외곽의 일부는 상기 애노드(130)측을 향하지 못하고, 다른 방향을 향하여 이동하게 되는 후방산란전자(BSE: Backscattered Electron: 7)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 튜브(152) 내부내에 잔류하는 질소 등의 원소가 가속된 전자와 충돌하여 발생하는 2차전자(9)가 발생할 수 있다.
이하의 설명에서 상기 후방산란전자와 2차전자를 통틀어 반사전자라 칭하기로 하다.
이러한 반사전자(7, 9)들은 상기 애노드(130)를 통과하는 전자빔(5)에 비해 집속되지 못하여 방향성이 없거나 또는 산란될 수 있다.
이러한 반사전자(7,9)들은 상기 방출구(156)를 통과하지 못하고, 방출구(156)주변에서 반사되며, 이러한 반사전자(7, 9)에 의해 방출구(156)주변이 과열될 수 있다.
따라서, 본 실시예의 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치에 따르면, 상기 방출구(156)를 형성하는 냉각 플레이트(300)가 구비될 수 있다.
도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 냉각 플레이트(300)는 상기 하우징(150)에 형성되며, 중앙에 전자빔이 방출되는 방출구(156)를 형성할 수 있다.
상기 냉각 플레이트는 상기 방출구(156) 주위에 냉각수가 흐르는 냉각수 유로가 형성되어 상기 방출구(156)를 냉각하도록 구비될 수 있다.
이 때, 상기 냉각수 유로는 내주면 둘레에 분할선 또는 용접 등에 의한 접합선이 없는 연속면을 형성하도록 이루어질 수 있다.
상기 냉각수는 물일수도 있고, 또는 여타 다른 냉각에 유리한 유체일 수도 있다
상기 냉각수 유로는 도 8에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(300) 둘레의 어느 일측면에서 이와 마주보는 타측면까지 드릴링에 의해 형성되는 복수개의 통로 및 상기 각 통로의 끝단부에 삽입되어 통로를 밀봉하는 밀봉재를 포함할 수 있다.
즉, 상기 냉각수 유로를 형성하는 통로는 드릴링에 의해 냉각 플레이트(300)의 측면을 관통하도록 형성되므로, 통로의 내주면이 분할선이나 용접선 없이 연속면을 형성할 수 있다.
한편, 상기 냉각수 유로는 상기 냉각 플레이트의 두께 중심선보다 상측에 형성되는 상부통로와, 상기 냉각 플레이트의 두께 중심선보다 하측에 형성되는 하부통로를 포함할 수 있다.
상기 상부통로는 제1통로(310)와 제2통로(320) 및 제3통로(330)를 포함할 수 있다.
상기 제1통로(310)는 상기 방출구(156)의 옆을 지나도록 상기 냉각 플레이트(300) 둘레의 어느 한측부터 이와 마주보는 측면까지 드릴링에 의해 직선으로 관통형성될 수 있다.
상기 제2통로(320)는 상기 제1통로(310)와 직교하면서 상기 제1통로(310)와 연통되며, 상기 방출구(156)의 옆을 지나도록 상기 냉각 플레이트(300) 둘레의 어느 한 측으로부터 이와 마주보는 측면까지 드릴링에 의해 직선으로 관통 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제3통로(330)는 상기 제2통로(320)와 직교하면서 상기 제2통로(320)와 연통되며, 상기 방출구(156) 옆을 지나도록 상기 냉각 플레이트(300) 둘레의 어느 한 측으로부터 이와 마주보는 측면을 향해 들릴링에 의해 직선으로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제3통로(330)는 상기 냉각 플레이트(300)의 측면부터 타측면까지 관통형성될 필요는 없으며, 중간지점까지만 형성될 수도 있다. 물론, 상기 제3통로(330)는 냉각 플레이트(300)의 측면부터 타측면까지 관통형성될 수도 있다. 상기 제3통로(330)가 냉각 플레이트(300)의 중간지점까지 형성된 경우, 상기 제3통로(330)의 끝단지점에 대응하는 냉각 플레이트(300)의 상면에서 상기 제3통로(330)의 끝단지점까지 드릴링에 의해 연통되도록 가공될 수 있다.
상기 제1통로(310), 제2통로(320) 및 제3통로(330)는 모두 상기 냉각 플레이트(300)의 두께 중심선으로부터 같은 높이에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 밀봉재(390)는 드릴링에 의해 형성된 제1통로(310) 및 제2통로(320), 제3통로(330)의 끝단부를 밀폐하는 구성요소이며, 탭볼트 등으로 형성될 수 있다. 상기 밀봉재(390)가 탭볼트로 형성되는 경우, 상기 탭볼트형태의 밀봉재가 치합되는 통로의 내주면에 상기 탭볼트와 치합되는 나사산이 형성될 수도 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니며 여러가지 다양한 수단으로 밀폐할 수 있다.
이 때, 상기 상부통로로 냉각수가 유입되는 단부와 유출되는 단부에는 밀봉재가 구비되지 않을 수도 있다. 예를 들어 상기 제1통로(310)의 양 단 중 어느 한 단은 냉각수가 유입되는 단부로서 밀봉재가 구비되지 않을 수도 있고, 상기 제3통로(330)의 양 단 중 어느 한 단은 냉각수가 유출되는 단부로서 밀봉재가 구비되지 않을 수도 있다.
따라서, 상기 제1통로(310)로 유입된 냉각수는 제2통로(320)를 거쳐 제3통로(330)의 개방된 단부로 배출될 수 있다.
그리고, 상기 제1통로(310)에는 도면에 도시되지는 않았지만 상기 제1통로(310)와 결합되어 상기 제1통로(310)에 냉각수를 공급하는 공급유로(미도시)가 더 구비될 수 있다.
상기 하부통로는 제4통로(340)와 제5통로(350), 제6통로(360), 제7통로(370) 및 제 8통로(380)를 포함할 수 있다.
상기 제4통로(340)는 상기 방출구(156)로부터 상기 방출구(156)의 옆을 지나도록 상기 냉각 플레이트(300) 둘레의 어느 한 측부터 이와 마주보는 측면까지 드릴링에 의해 직선으로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제4통로(340)는 상기 냉각 플레이트(300)의 측면부터 타측면까지 관통형성될 필요는 없으며, 중간지점까지만 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제4통로(340)의 끝단지점에 대응하는 냉각 플레이트(300)의 상면에서 상기 제3통로(330)의 끝단지점까지 드릴링에 의해 연통되도록 가공될 수 있다.
그리고, 상기 제5통로(350)는 상기 제4통로(340)와 직교하면서 상기 제4통로(340)와 연통되며, 상기 방출구(156)의 옆을 지나도록 상기 냉각 플레이트(300) 둘레의 어느 한 측부터 이와 마주보는 측면까지 드릴링에 의해 직선으로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제5통로(350) 또한 상기 냉각 플레이트(300)의 측면부터 타측면까지 관통형성될 필요는 없으며, 상기 제4통로(340)와 연통되는 지점까지만 드릴링 가공될 수 있다.
제6통로(360)는 상기 제5통로(350)와 직교하면서 상기 제5통로(350)와 연통되며, 상기 방출구(156)의 옆을 지나도록 상기 냉각 플레이트(300) 둘레의 어느 측면부터 이와 마주보는 측면까지 드릴링에 의해 직선으로 관통형성될 수 있다.
제7통로(370)는 상기 제6통로(360)와 직교하면서 상기 제6통로(360)와 연통되며, 상기 방출구(156)의 옆을 지나도록 상기 냉각 플레이트(300) 둘레의 어느 측면부터 이와 마주보는 측면까지 드릴링에 의해 직선으로 관통형성될 수 있다.
그리고, 제8통로(380)는 상기 제7통로(370)와 직교하면서 상기 제7통로(370)와 연통되며, 상기 방출구(156)의 옆을 지나도록 상기 냉각 플레이트(300) 둘레의 어느 측면부터 이와 마주보는 측면까지 드릴링에 의해 직선으로 관통형성될 수 있다.
이 때, 상기 제5통로(350)가 관통형성되지 않고 냉각 플레이트(300)의 중간지점까지만 드릴링 가공되므로 상기 제8통로(380)는 상기 제5통로(350)와 연통되지 않을 수 있다.
한편, 상기 제5통로(350), 제6통로(360), 제7통로(370) 및 제8통로(380)가 상기 방출구(156)로부터 이격된 거리는 상기 제1통로(310), 제2통로(320), 제3통로(330)가 상기 방출구(156)로부터 이격된 거리보다 먼 거리를 형성할 수 있다.
그리고, 상기 제4통로(340) 내지 제8통로(380)의 단부를 밀폐하는 밀봉재(390)가 구비될 수 있다.
상기 밀봉재(390)는 상기 제4통로(340) 및 제5통로(350)의 냉각 플레이트(300) 측면에 형성된 단부, 제6통로(360), 제7통로(370)의 양 단부 및 제8통로(380)의 제7통로(370)와 연통되는 측의 단부에 각각 형성될 수 있다.
따라서, 냉각수는 상기 제4통로(340)의 개방된 단부를 통해 유입되어 제5통로(350), 제6통로(360), 제7통로(370), 제8통로(380)를 거치며, 상기 제8통로(380)의 개구된 단부를 통해 배출될 수 있다. 그리고, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 제8통로(380)와 연결되어 상기 제8통로(380)에서 배출되는 냉각수를 회수하는 회수유로(미도시)가 더 구비될 수 있다.
이 때, 상기 제1통로(310) 내지 제8통로(380)가 드릴링으로 형성되므로 내주면이 접합선이나 용접선이 형성되지 아니한 연속적인 면을 형성하여 내구성이 현저하게 상승되어 반복적인 열 충격에도 누수가 방지될 수 있다.
한편, 본 실시예의 냉각수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치에 따르면, 차수부(200)가 더 구비될 수 있다.
상기 차수부(200)는 도 5 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 튜브(152)의 내측면과 이격되고, 상기 냉각 플레이트(300)의 방출구(156) 둘레로부터 상기 캐소드(120) 측을 향하여 연장되도록 구비되며, 상기 냉각 플레이트(300)와 수밀을 이룰 수 있다.
이러한 차수부(200)는 원통 형태를 가질 수 있으며, 반사전자(7, 9)에 의해 가열될 수 있다. 이러한 차수부(200)의 과열을 방지하기 위해 상기 차수부(200)의 외주면 둘레에 냉각수가 흐르는 외부냉각유로(230)가 구비될 수 있다.
상기 외부냉각유로(230)의 일단부는 상기 제3통로(330)의 냉각 플레이트(300)의 상측면으로 개구된 단부와 연결될 수 있으며, 상기 외부냉각유로(230)의 타단부는 상기 제4통로(340)의 냉각 플레이트(300)의 상측면으로 개구된 단부와 연결될 수 있다.
따라서, 상기 냉각수는 상기 제1통로(310)의 개구된 단부를 통해 상기 냉각 플레이트(300)의 방출구 주위를 냉각한 후에 상기 외부냉각유로(230)로 유입되어 차수부(200)가 냉각될 수 있다. 이후, 상기 제4통로(340)를 통해 하부통로로 유입되어 냉각 플레이트(300)의 둘레측을 냉각 시킬 수 있다.
또한, 상기 차수부(200)와 냉각 플레이트(300)의 사이에 수밀을 위한 실링부재(302)가 배치될 수 있다.
따라서, 상기 냉각 플레이트(300)와 함께 상기 차수부(200)가 냉각될 수 있으며, 상기 외부냉각유로(230)가 차수부(200)의 외주면 둘레에 구비되므로, 설혹 상기 외부냉각유로(230)에서 누수가 발생한다고 하더라도 누출된 냉각수가 상기 튜브(152)와 차수부(200)의 사이로 누출되므로 상기 애노드(130) 및 방출구(156)를 통해 전자빔 방출장치의 외부로 세어나오는 것이 방지될 수 있다.
그리고, 상기 외부냉각유로(230)의 외측에는 차단판(240)이 더 구비되어 상기 반사전자(7, 9)가 외부냉각유로(230)로 직접 조사되는 것을 차단하여 외부냉각유로(230)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
상기 외부냉각유로(230)의 일단부는 상기 제3통로(330)의 냉각 플레이트(300)의 상측면으로 개구된 단부와 연결될 수 있으며, 상기 외부냉각유로(230)의 타단부는 상기 제4통로(340)의 냉각 플레이트(300)의 상측면으로 개구된 단부와 연결될 수 있다.
따라서, 상기 냉각수는 상기 제1통로(310)의 개구된 단부를 통해 상기 냉각 플레이트(300)의 방출구 주위를 냉각한 후에 상기 외부냉각유로(230)로 유입되어 차수부(200)를 냉각시킬 수 있다. 이후, 상기 제4통로(340)를 통해 하부통로로 유입되어 냉각 플레이트(300)의 둘레측을 냉각 시킬 수 있다.
또한, 상기 차수부(200)와 냉각 플레이트(300)의 사이에는 누출된 냉각수의 수밀을 위한 실링부재(302)가 배치될 수 있다.
따라서, 상기 냉각 플레이트(300)와 함께 상기 차수부(200)가 냉각될 수 있으며, 상기 외부냉각유로(230)가 차수부(200)의 외주면 둘레에 구비되므로, 설혹 상기 외부냉각유로(230)에서 누수가 발생한다고 하더라도 누출된 냉각수가 상기 튜브(152)와 차수부(200)의 사이로 누출되므로 상기 방출구(156)를 통해 전자빔 방출장치의 외부로 세어나오는 것이 방지될 수 있다.
또한, 상기 튜브(152)에는 누수여부를 확인할 수 있도록 투명한 석영등의 유리로 이루어진 확인창(159)이 형성되거나 또는 누수여부를 감지할 수 있는 센서(157)가 구비될 수 있다.
상기 센서(157)는 상기 확인창(159)의 외측에 설치되어 레이저나 적외선 등으로 누수여부를 감시할 수 있다.
즉, 상기 외부냉각유로(230)에서 누수가 발생할 경우, 누출된 냉각수는 상기 튜브(152)와 차수부(200)의 사이로 누출되어 상기 튜브(152)의 외측에서 상기 확인창(159)를 통해 육안으로 확인할 수 있는데, 상기 센서(157)가 상기 확인창을 통해 냉각수가 차오르는 것을 감지할 수 있다.
따라서, 상기 외부냉각유로(230)에서 누수가 발생하여도 상기 확인창(159) 또는 센서(157)를 통해 알 수 있고 냉각수가 누출될 경우 냉각수의 순환을 중지시키거나 또는 전자빔 발생장치의 작동을 중지시킬 수 있어 누출된 냉각수가 상기 방출구(156)을 통해 가공대상물로 낙하하는 것이 방지될 수 있다.
그리고, 상기 냉각파이프(230)의 외측에는 차단판(240)이 더 구비되어 상기 반사전자(7, 9) 가 냉각파이프(230)로 직접 조사되는 것을 차단하여 냉각파이프(230)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 전술한 반사전자(7, 9) 들은 상기 하우징(150) 내에서 반사되어 튜브(152)를 가열시키거나 아크를 발생시킬 수 있는데, 본 실시예의 전자빔 방출장치(100)의 튜브(152)는 스테인레스 등의 금속재질로 형성되므로, 상기 튜브(152)가 가열되어 열팽창하게 되면 기하학적 조건이 변경되어 전자빔 방출장치(100)의 정밀도가 하락하는 문제점이 발생될 수 있다.
따라서, 상기 차수부(200)가 방출구(156) 주변 둘레로부터 캐소드(120) 측으로 연장되는 통 형상으로 이루어져, 상기 반사전자(7,9)들이 튜브(150) 내측으로 향하는 것을 차단할 수 있다.
상기 차수부(200)는 도 4 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(150)의 방출구(156)가 형성된 냉각 플레이트(300)의 방출구(156) 주위로부터 상기 캐소드(120) 측으로 연장되도록 형성되어 상기 냉각 플레이트(300)와 애노드(130)사이에 설치될 수 있다.
이 때, 상기 차수부(200)는 상기 애노드(130)를 향하는 측 및 상기 방출구(156)를 향하는 측은 개구되며, 중공은 상기 애노드(130) 및 방출구(156)와 연통될 수 있다.
따라서, 상기 차수부(200)의 중공은 상기 애노드(130)의 개구부(132)를 통해 가속된 전자가 상기 방출구(156)로 방출되는 통로의 역할을 할 수 있다.
이 때, 한편, 상기 중공은 상기 방출구(156)와는 동축상에 상기 방출구(156)보다는 큰 직경을 가지도록 형성될 수 있으며 상기 애노드(130)의 개구부(132)보다 작거나 같은 직경으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 방출구(156)는 상기 애노드(130)의 개구부(132)보다 작은 직경으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 반사전자(7, 9) 등 상기 하우징(150)의 방출구(156)를 통과하지 못하고, 냉각 플레이트(300)에서 반사될 수 있다.
이 때, 상기 반사된 전자는 상기 차수부(200)의 내주면내에서 반사되어 튜브(152)측으로 향하는 것이 차단될 될 수 있다.
상기 플랜지부(210)가 내주면 내측으로 연장되어 있으므로 상기 차수부(200)의 중공 내부에서 반사되는 전자들이 차수부(200)의 외측으로 탈출하는 것이 방지될 수 있다. 그리고, 상기 차수부(200)의 내주면에는 복수개의 흡수홈(220)이 형성되어 반사전자와 복수개의 홈 간의 충돌확률을 높여 상기 차수부(200)의 중공 내주면에서 반사되는 전자들을 흡수할 수 있다.
이렇게 상기 흡수홈(220)에 반사전자가 흡수되면 상기 차수부(200)의 온도가 상승될 수 있는데, 상기 외부냉각유로(230)가 차수부(200)의 외주면 둘레에 구비되므로 상기 차수부(200)의 온도상승이 방지될 수 있다.
또한, 상기 차수부(200)의 내주면에서 내측으로 연장된 플랜지부(210)가 형성될 수 있다. 상기 플랜지부(210)는 상기 차수부(200)의 상측부에 형성될 수 있으며, 상기 플랜지부(210)가 돌출되는 길이는 상기 플랜지부(210)에 의해 형성된 개구부의 직경이 상기 애노드(130)의 개구부(132)를 통과한 가속된 전자가 상기 차수부(200)를 통과하는데 방해되지 않는 정도일 수 있다.
따라서, 상기 애노드(130)의 개구부(132)를 통과하는 가속된 전자는 상기 차수부(200)의 중공을 통해 하우징(150)의 방출구(156)로 방출될 수 있다.
또한, 전자빔 방출장치로서 금속을 가공할 때에는 용융된 금속에서 금속증기가 발생될 수 있는데, 이러한 금속증기들은 방출구(156)을 통해 하우징(150) 내부로 유입되어 튜브(152)에 증착되거나 또는 절연홀더(140)에 증착되는 경우 아크를 발생시킬 수 있다.
그런데, 상기 금속증기들이 캐소드(120)의 오목하게 구배를 형성하는 면에 증착될 경우, 전자빔의 고에너지에 의해 상기 금속증기들이 증착되지 못하고 증발될 수 있다.
따라서, 상기 플랜지부(210)에 의해 형성되는 개구부의 직경은 상기 방출구(156)을 통해 유입되는 금속증기가 하우징 내에서 퍼지지 않고 상기 캐소드(120)의 오목한 구배를 형성하는 면을 향하도록 안내할 수 있는 직경으로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 방출구(156)을 통해 유입되는 금속증기가 하우징 내에서 퍼지지 않고 상기 캐소드(120)의 오목한 구배를 형성하는 면을 향하도록 안내되어 금속증기가 튜브(152)나 절연홀더(140)에 증착되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 전자빔 방출장치 120: 캐소드
122: 캐소드 테두리의 라운드진 부분
130: 애노드 132: 개구부
140: 절연홀더 150: 하우징
152: 튜브 154: 절연체
156: 방출구 158: 접지
160: 구동부 170: 냉각부
200: 차수부 210: 플랜지부
220: 흡수홈 230: 외부냉각유로
240: 차단판 300: 냉각 플레이트
310: 제1통로 320: 제2통로
330: 제3통로 340: 제4통로
350: 제5통로 360: 제6통로
370: 제7통로 380: 제8통로
390: 밀봉재
122: 캐소드 테두리의 라운드진 부분
130: 애노드 132: 개구부
140: 절연홀더 150: 하우징
152: 튜브 154: 절연체
156: 방출구 158: 접지
160: 구동부 170: 냉각부
200: 차수부 210: 플랜지부
220: 흡수홈 230: 외부냉각유로
240: 차단판 300: 냉각 플레이트
310: 제1통로 320: 제2통로
330: 제3통로 340: 제4통로
350: 제5통로 360: 제6통로
370: 제7통로 380: 제8통로
390: 밀봉재
Claims (8)
- 전자빔이 가속되는 공간을 형성하는 하우징;
상기 하우징 내 일측에 배치되며, 전자를 방출하는 캐소드;
상기 하우징 내에서 상기 캐소드로부터 타측으로 이격되어 위치되며, 상기 캐소드로부터 방출된 전자를 가속하는 애노드;
상기 애노드에 의해 가속된 전자가 하우징 외부로 방출되는 방출구가 중앙에 형성되며, 내부에 냉각수 유로가 형성된 냉각 플레이트;를 포함하며,
상기 하우징의 내측면과 이격되고, 상기 냉각 플레이트의 방출구 둘레로부터 상기 캐소드 측을 향하여 연장되며, 상기 냉각 플레이트와 수밀을 이루도록 구비되는 차수부;
을 포함하는 냉각수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치. - 제1항에 있어서,
상기 냉각수 유로는,
상기 냉각 플레이트의 어느 일측면에서 상기 어느 일측면과 마주보는 타측면까지 드릴링에 의해 형성되는 복수개의 통로 및 각 상기 통로의 끝단부에 삽입되어 통로를 밀봉하는 밀봉재를 포함하는 냉각수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치. - 제2항에 있어서,
상기 냉각수 유로는
상기 냉각 플레이트의 두께 중심선보다 상측에 형성되며, 상기 냉각 플레이트의 측면 둘레에 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 냉각 플레이트의 상면에 냉각수가 유출되는 유출구가 형성되는 상부 유로;
상기 냉각 플레이트의 두께 중심선보다 하측에 형성되며, 상기 냉각 플레이트의 상면에 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 냉각 플레이트의 측면 둘레에 냉각수가 유출되는 유출구가 형성되는 하부 유로;
일단이 상기 상부유로의 유출구와 연통되고, 타단이 상기 하부유로의 유입구와 연통되며, 상기 차수부의 외측둘레를 감싸도록 배치되는 중간유로;
를 포함하는 냉각수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치. - 제1항에 있어서,
상기 하우징의 상기 차수부와 대응되는 높이에 형성되는 확인창이 더 구비되는 냉각 수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치. - 제4항에 있어서,
상기 확인창의 외측에 설치되며, 상기 확인창을 통해 누수된 냉각수가 차오르는 것을 감지하는 센서가 더 구비되는 냉각수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치. - 제3항에 있어서,
전자가 상기 중간유로에 직접 조사되는 것을 차단하는 차단판이 상기 중간유로의 외측에 더 구비되는 냉각수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치. - 제3항에 있어서,
상기 차수부의 내주면에서 내측으로 연장된 플랜지부가 더 형성되며, 상기 플랜지부의 내주면에 의해 형성되는 개구부의 직경은, 상기 방출구를 통해 상승유입되는 금속증기가 캐소드로 안내될 수 있는 크기로 형성되는 냉각수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치. - 제7항에 있어서,
상기 차수부의 내주면에는 후방산란전자 및 2차전자를 흡수하는 흡수홈이 복수개 형성되는 냉각수 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치.
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| KR1020140150268A KR101636784B1 (ko) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | 누수방지구조가 적용된 전자빔 방출장치 |
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Patent Citations (1)
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