JP4048997B2 - 電子ビーム放出管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム照射装置の主要部を構成する電子ビーム放出管に係り、特に真空排気装置に接続して内部を真空状態に保持しながら照射窓から電子ビームを放出するタイプの電子ビーム放出管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子ビーム照射装置は、加速電圧１５０ｋＶ以上、照射窓の面積が８０ｃｍ^２以上で、稼動中に内部を高真空に排気しているものが一般的であるが、電子ビーム放出管に相当する部分を他の部分から切り離して着脱できる構造にはなっていない。
【０００３】
図１０はその代表的な従来装置の構成を示し、高真空ポンプ１１９によって真空排気される円筒形チャンバー１０４内の中央部にカソード１１４とグリッド１１５が配置されている。カソード１１４とグリッド１１５は保守を容易にするために通常カソードユニット１１６に収められており、この部分が電子ビーム照射装置の電子発生部１０３を構成している。
【０００４】
そして、チャンバー１０４の外壁の一部に、電子ビームを透過する照射窓１０１が設けられている。照射窓１０１は、電子を透過する薄い照射窓箔１０５からなり、これをサポート板１１８と窓箔押さえ板１１７とで保持した部分が電子ビーム照射装置のヘッド部１０２を構成している。
【０００５】
装置の運転中は、カソード１１４とグリッド１１５に高電圧電源でそれぞれ負の高電圧電位がかけられて、アースに接続されたチャンバー１０４及び照射窓箔１０５との間に高電圧の電界が生じる。これによりカソード１１４で発生しグリッド１１５に集められた電子が照射窓箔１０５に向けて加速され、電子の一部は照射窓箔１０５を突き抜けてチャンバー１０４の外部へ放出される。
【０００６】
この種の装置において、使用中に故障や劣化を生じやすく、また最も早く寿命が尽きるのは照射窓１０１を構成する照射窓箔１０５である。また、電子発生部１０３のカソード１１４も消耗部品に指定されている。これらの部品は、故障や劣化による不具合を生じなくとも、予め定められた使用期間ごとに定期交換される。
【０００７】
また、電子ビーム放出管に相当する部分を着脱することができない図１０の従来装置は、該装置の設置現場で照射窓箔１０５やカソード１１４の交換作業を行わなければならないが、その作業手順は下記（１）〜（７）の如く非常に煩雑なものであるから、装置の稼動を半日から１日程度停止しなければならず、また、交換作業は専門的な知識と経験を必要とするので、熟練した技術者のみしか行うことができないという不便があった。
（１）装置の稼動を停止する。
（２）チャンバー１０４内に大気（又は大気圧の不活性ガス）を導入する。
（３）旧い照射窓箔１０５とその保持部品１１７、１１８を取り外してヘッド部１０２を開放する。
（４）チャンバー１０４内のカソードユニット１１６を分解し、旧いカソード１１４を取り外して新品と交換する。
（５）新品の照射窓箔１０５を保持部品１１７、１１８でヘッド部１０２に取り付ける。
（６）高真空ポンプ１１９でチャンバー１０４内を真空排気する。
（７）装置の電源を入れて、装置の状態を観察しながら加速電圧及び電流を定格仕様に達するまで徐々に高めるコンディショニング作業を行う。
【０００８】
なお、従来装置の中には、照射窓やカソードの交換作業を簡略化するためにそれらが設けられた電子ビーム放出管を装置から取り外して一括交換できるようにしたものもある。この種の装置に用いる電子ビーム放出管としては、電子ビームを透過させる照射窓が設けられたヘッド部と、その照射窓と対向する箇所に電子発生部が内装された電気絶縁性の胴部とで真空管の如き高真空の気密容器を形成することによって真空排気装置を不要とした真空管タイプの電子ビーム放出管があり（特許文献１参照）、このタイプの電子ビーム放出管は、これを新品と交換して、その新品のコンディショニング作業を行うだけで、交換作業が完了するので、装置の稼動停止時間が著しく短縮されるという利点がある。
【０００９】
【特許文献１】
特表平１０−５１２０９２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、真空管タイプの電子ビーム放出管は、十数万〜数十万円もする非常に高価な商品でありながら、再生利用することができない使い捨て商品であり、そのうえ、照射窓とカソードのいずれか一方が故障すれば、新品と交換しなければならないという不利がある。
【００１１】
つまり、照射窓の耐久寿命は、通常１０００〜２０００時間とされているのに対し、カソードの耐久寿命は、通常５０００時間以上であり、また、その他の部品は更にそれ以上の耐久寿命を有しているが、真空管タイプの電子ビーム放出管は、耐久寿命の最も短い照射窓の使用期間が経過すると、カソードその他の部品の使用期間が未だ経過していなくとも、その電子ビーム放出管を新品と交換しなければならないという経済的な不利がある。
【００１２】
まして、照射窓の使用期間が経過しないうちに、その照射窓やカソード等に突発的な故障が生じて、高価な電子ビーム放出管の交換を余儀なくされるとなれば、著しく不経済であると同時に、省資源の観点からも好ましくない。
【００１３】
また、真空管タイプの電子ビーム放出管も、これを電子ビーム照射装置に取り付けた後に、コンディショニング作業を行う必要があり、そのコンディショニング作業は通常１時間〜数時間を要するので、その間は電子ビーム照射装置の稼動を停止しなければならず、その分だけ装置の稼働率が低下する。
【００１４】
そこで本発明は、故障や劣化を生じた照射窓やカソードなどの部品だけを交換して何度も再生利用することができ、しかも、部品の交換作業を簡単且つ速やかに行うことができる電子ビーム放出管を提供すると共に、電子ビーム照射装置に取り付けた際に面倒なコンディショニング作業を行う必要がない電子ビーム放出管を提供することを技術的課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、電子ビームを透過させる照射窓が取り付けられたヘッド部と、その照射窓と対向する位置に電子発生部が内装された胴部とで成る電子ビーム放出管において、前記ヘッド部が、真空排気装置への配管接続口と前記照射窓を取り付ける窓穴とを有するヘッド本体と、該ヘッド本体に前記照射窓の外縁部を密着させるように圧し当てて前記窓穴を気密封止する押圧体とで構成され、該押圧体が、前記ヘッド本体に対して脱着可能に締め止められることを特徴とする。
【００１６】
本発明の電子ビーム放出管は、電子ビームを透過させる照射窓が取り付けられたヘッド部と、その照射窓と対向する位置に電子発生部が内装された胴部とで構成される点において、真空管タイプの従来品と共通するが、真空管タイプとは異なり、照射窓等の部品が故障や劣化を生じたときはその部品のみを迅速且つ容易に交換して、ヘッド部や胴部はそのまま再利用することができる。
【００１７】
すなわち、本発明の電子ビーム放出管は、照射窓等の部品が故障や劣化を生じたときに、真空排気装置への配管接続口から放出管の内部に大気又は大気圧の不活性ガスを導入して電子ビーム照射装置から取り外し、これを新しい電子ビーム放出管と一括交換する。そして、電子ビーム照射装置に取り付けた新しい電子ビーム放出管を真空排気装置の配管接続口から真空排気してコンディショニング作業を行うだけで電子ビーム照射装置の再稼動が可能となる。
【００１８】
一方、電子ビーム照射装置から取り外して回収した旧い電子ビーム放出管は、そのヘッド本体に締め止められた押圧体を取り外すだけで、該押圧体でヘッド本体に圧し当てられた照射窓を簡単に取り外すことができる。そして、新品の照射窓を押圧体でヘッド本体に圧し当てるようにしてその押圧体をヘッド本体に締め止めるだけで、照射窓の取り付けが完了すると同時に、照射窓を取り付けるヘッド本体の窓穴がその照射窓で気密封止されて、電子ビーム放出管の再生作業が速やかに完了する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面によって具体的に説明する。
図１は請求項１の発明に係る電子ビーム放出管の一例を示す断面図、図２はそのヘッド部を構成する押圧体の作用を示す図、図３は押圧体の一例を示す図、図４は請求項１の発明に係る電子ビーム放出管の他の例を示す断面図、図５はそのヘッド部の拡大図、図６はその胴部に内装された電子発生部の拡大図、図７は電子発生部を構成するカソードユニットの拡大図、図８はヘッド部に取り付ける照射窓の一例を示す図、図９は請求項１０の発明に係る電子ビーム放出管の一例を示す断面図である。
【００２２】
図１の電子ビーム放出管１Ａは、電子ビームを透過させる照射窓４が取り付けられたヘッド部２と、その照射窓４と対向する位置に電子発生部５が内装された胴部３とで構成されると共に、ヘッド部２が、真空排気装置（図示せず）への配管接続口６と照射窓４を取り付ける窓穴７とを有するヘッド本体２ａと、該ヘッド本体２ａに照射窓４の外縁部を密着させるように圧し当てて窓穴７を気密封止する押圧体２ｂとで構成され、該押圧体２ｂが、ヘッド本体２ａに対して複数本のボルト８で脱着可能に締め止められるようになっている。
【００２３】
ヘッド部２を構成するヘッド本体２ａと押圧体２ｂは、いずれも電子を透過しないステンレス材で成形され、押圧体２ｂには、その中央部にヘッド本体２ａの窓穴７と連通する広角穴９が穿設されると共に、その外縁部にボルト８を通す複数のボルト穴１０が穿設され、一方、ヘッド本体２ａには、ボルト８と螺合するねじ穴１１が設けられている。
【００２４】
照射窓４は、電子を透過させる低密度の薄い金属箔で成る照射窓箔１２と、照射窓箔１２の外縁部に沿って押圧体２ｂで圧し当てる気密封止体１３とで構成され、該気密封止体１３は、ゴム弾性を有するリングやシートあるいは中央に穴があいた金属箔等で形成されている。
【００２５】
また、ヘッド本体２ａは、押圧体２ｂによって照射窓４を圧し当てる部分が凸面部１４に形成され、押圧体２ｂには、ヘッド本体２ａの凸面部１４と緩めに嵌合する凹面部１５が形成されると共に、その凹面部１５とヘッド本体２ａの凸面部１４とを嵌合させたときに、押圧体２ｂの外縁部とこれをボルト８で締め止めるヘッド本体２ａとの間に、ボルト８の締付け力によって押圧体２ｂに図２の如く弾性変形を生じさせるためのギャップ１６が形成されるように構成され、その押圧体２ｂの弾性変形によって生ずる応力で該押圧体２ｂによる照射窓４の押圧力が強まり、特に、図２の円Ｓで囲った照射窓４の外縁部が押圧体２ｂによって強く圧迫されるので、該照射窓４の気密封止体１３による窓穴７の気密封止効果が著しく高められる。
【００２６】
また、ボルト８の締付け力によって弾性変形した押圧体２ｂは、ヘッド本体２ａに圧し当てる方向に付勢されているので、熱膨張変形によるリークも確実に防止することができる。また、弾性変形した押圧体２ｂの押圧力がヘッド本体２ａの凸面部１４の角部に集中して照射窓４が破損することを防止するために、その角部には曲率半径０．５〜１．０ｍｍ程度の丸みが付けられている。なお、丸みの曲率半径が０．５ｍｍ以下の場合は照射窓箔１２が千切れるおそれがあり、１．２ｍｍ以上の場合はリークを生ずるおそれがある。
【００２７】
図３の押圧体２ａは、該押圧体に形成された凹面部１５を囲うように該押圧体の肉厚を薄くして弾性変形を生じやすくする凹溝１７が形成されており、該凹溝１７の深さ及び幅を加減することによって押圧体２ａの曲げ剛性を最適に調整している。
【００２８】
ヘッド本体２ａに設けた配管接続口６の開口端には、真空排気装置の真空配管に接続するための継手１８が設けられている。また、胴部３に内装された電子発生部５は、カソード１９とグリッド２０とで構成され、それらがカソード１９から生ずる電子の散乱を遮蔽するシールド管２１内に配置されている。
【００２９】
しかして、電子ビーム放出管１Ａの照射窓４が故障や劣化を生じたときは、電子ビーム照射装置の稼動を停止させて、電子ビーム放出管１Ａの配管接続口６から放出管の内部に大気又は大気圧の不活性ガスを導入し、該電子ビーム放出管１Ａを電子ビーム照射装置から取り外して、これを新しい電子ビーム放出管１Ａと一括交換する。そして、電子ビーム照射装置に取り付けた新しい電子ビーム放出管１Ａの配管接続口６から真空排気して該放出管のコンディショニング作業を行うだけで電子ビーム照射装置の再稼動が可能となる。
【００３０】
一方、電子ビーム照射装置から取り外して回収した旧い電子ビーム放出管１Ａは、そのヘッド本体２ａにボルト８で締め止められた押圧体２ｂを取り外すだけで、故障又は劣化した照射窓４を簡単且つ速やかに取り外すことができる。そして、新品の照射窓４を取り付けるときは、該照射窓４をヘッド本体２ａの凸面部１４に当てて、その凸面部１４に押圧体２ｂの凹面部１５を嵌合させた状態とし、その状態で押圧体２ｂの外縁部をボルト８でヘッド本体２ａに締め止めるだけで、照射窓４の取り付けが完了すると同時に、照射窓４を取り付けるヘッド本体２ａの窓穴７がその照射窓４によって気密封止されて、電子ビーム放出管１Ａの再生作業が速やかに完了する。
【００３１】
なお、上例では、ヘッド本体２ａに凸面部１４を形成し、押圧体２ｂに凹面部１５を形成しているが、逆に、ヘッド本体２ａに凹面部を形成し、押圧体２ｂにその凹面部と嵌合する凸面部を形成する場合であってもよい。
【００３２】
次に、図４の電子ビーム放出管１Ｂは、照射窓４のみならず、カソード１９の交換作業も容易に行えるように工夫したもので、胴部３がヘッド部２に対して脱着自在に取り付けられると共に、その胴部３に内装された電子発生部５が、カソード１９とグリッド２０を一体化したカソードユニット２２と、該カソードユニット２２を脱着可能に取り付けるカソード用ソケット２３とで構成されている点において、図１の電子ビーム放出管１Ａと相違し、その他の基本構成は該放出管１Ａと共通している。
【００３３】
つまり、電子ビーム放出管１Ｂは、図４及び図５に示す如く、ヘッド部２のヘッド本体２ａに嵌め付ける胴部３の先端部外周にＯ−リング２５を装着させて、該Ｏ−リング２５をヘッド本体２ａにボルト２６で締め止めるＯ−リング押さえ２７で押圧して圧縮変形させることにより、胴部３をヘッド本体２ａに対して脱着自在に取り付けると同時に、その取り付け箇所を気密に封止する構造になっている。
【００３４】
また、電子ビーム放出管１Ｂの胴部３に内装した電子発生部５は、図６に示す如く、シールド管２１内にカソード１９とグリッド２０を一体化したカソードユニット２２と、該カソードユニット２２を脱着可能に取り付けるカソード用ソケット２３が配設され、該ソケット２３から図７の如くカソードユニット２２だけを簡単に取り外せるようになっている。
【００３５】
しかして、電子ビーム放出管１Ｂは、ヘッド部２のヘッド本体２ａにボルト８で脱着可能に締め止められた押圧体２ｂを取り外して照射窓４を交換することができるだけでなく、ヘッド本体２ａにボルト２６で脱着可能に締め止められたＯ−リング押さえ２７を取り外して、ヘッド本体２ａから胴部３を取り外し、該胴部３に内装された電子発生部５からカソードユニット２２を取り外してカソード１９及びグリッド２０を交換することもできる。
【００３６】
更に、ヘッド部２と胴部３とを互いに切り離して、それぞれの内部を定期的に洗浄することができるし、万一、一方に破損・損傷が生じたときは、その一方のみを交換すれば足りるという利点もある。
【００３７】
なお、図１の電子ビーム放出管１Ａは、胴部３がヘッド部２に対して脱着可能な構造にはなっていないが、その電子発生部５を図６及び図７の如くカソード１９とグリッド２０を一体化したカソードユニット２２と、該カソードユニット２２を脱着可能に取り付けるカソード用ソケット２３とで構成すると共に、ヘッド本体２ａに形成する窓穴７がカソードユニット２２を挿脱できる程度の大きさを有していれば、その窓穴７からカソードユニット２２を摘み持つことができるピンチ工具等を差し込んでカソードユニット２２を交換することも可能である。
【００３８】
また、押圧体２ｂによってヘッド本体２ａの表面に圧し当てる照射窓４が、図５及び図８に示す如く、ヘッド本体２ａの窓穴７と連通する穴２９を有した上下一対の気密封止体２８、２８間に照射窓箔１２を挟み込む構造になっていれば、照射窓箔１２がヘッド本体２ａと押圧体２ｂに直接接触しないため、薄くて損傷を受けやすい金属箔膜で成る照射窓箔１２を使用しても、その照射窓箔１２が押圧体２ｂの押圧力によって千切れるおそれがなく、安定した気密封止を行なうことができる。
【００３９】
次に、図９の電子ビーム放出管１Ｃは、ヘッド部２に設けられた真空排気装置への配管接続口６に、該接続口を開閉する気密バルブ３０が介装されている点と、ヘッド部２に、照射窓４を冷却するための冷却気体を供給する気体通路３１が形成されている点において、図４の電子ビーム放出管１Ｂと相違し、その他の基本構成は該放出管１Ｂと略共通している。
【００４０】
この電子ビーム放出管１Ｃは、製造工場で組立完了後、その製造工場において真空排気装置への配管接続口６から真空排気して内部の気密状態を検査するリークチェックを行うと共に、高電圧電源に接続してコンディショニングを行い、そのコンディショニング作業が終了すると、内部に窒素等の不活性ガスを充填して気密バルブ３０を閉鎖した状態、あるいは内部を真空排気したまま気密バルブ３０を閉鎖した状態で出荷することができる。
【００４１】
これにより、出荷された電子ビーム放出管１Ｃは、これを電子ビーム照射装置に取り付けて配管接続口６を真空排気装置に接続し、真空排気装置を起動させると共に、配管接続口６に介装された閉鎖状態の気密バルブ３０を開放するだけの簡単な作業で、即使用することができ、従来の如く使用前に面倒で専門的な知識と技術を要するコンディショニング作業を行う必要がない。
【００４２】
また、上記の如くして電子ビーム照射装置に取り付けた電子ビーム放出管１Ｃが使用中に故障を生じたとき、あるいは所定の使用期間が経過したときは、電子ビーム照射装置の稼動を停止させて、電子ビーム放出管１Ｃの気密バルブ３０を開放し、該放出管内に配管接続口６から大気又は大気圧の不活性ガスを導入して、電子ビーム放出管１Ｃを電子ビーム照射装置から取り外し、予めストックしておいた新品の電子ビーム放出管１Ｃと一括交換する。
【００４３】
これにより、電子ビーム放出管１Ｃの交換作業に要する時間が非常に短くなるので、電子ビーム照射装置の稼働率が著しく向上する。また、電子ビーム照射装置から取り外した電子ビーム放出管１Ｃも、劣化又は故障した照射窓４やカソード１９等の部品だけを新品と交換して他の部品はそのまま再利用することが可能であるから、真空管タイプの電子ビーム放出管に比べて大幅な省コストを実現することができると同時に省資源にも資することができる。なお、気密バルブ３０は、電子ビーム放出管１Ｃに限らず、図１及び図４の電子ビーム放出管１Ａ及び１Ｂの配管接続口６に介装してもよい。
【００４４】
また、図１及び図４の電子ビーム放出管１Ａ及び１Ｂのヘッド部２に、照射窓４を冷却するための冷却気体を供給する気体通路３１を設けることもできる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明による電子ビーム放出管は、故障又は劣化した照射窓やカソードだけを新品と交換して他の部品をそのまま再利用することが可能であるから、省コスト・省資源に資することができると同時に、照射窓やカソード等の部品あるいは電子ビーム放出管そのものの交換作業を短時間で行うことができ、電子ビーム照射装置に取り付けた際に面倒なコンディショニング作業を行う手間も省けるので、電子ビーム照射装置の稼働率が著しく向上するという大変優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子ビーム放出管の一例を示す断面図
【図２】本発明に係る電子ビーム放出管のヘッド部を構成する押圧体の作用を示す図
【図３】本発明に係る電子ビーム放出管のヘッド部を構成する押圧体の一例を示す図
【図４】本発明に係る電子ビーム放出管の他の例を示す断面図
【図５】本発明に係る電子ビーム放出管のヘッド部の拡大図
【図６】本発明に係る電子ビーム放出管の胴部に内装された電子発生部の拡大図
【図７】本発明に係る電子ビーム放出管の胴部に内装された電子発生部を構成するカソードユニットの拡大図
【図８】本発明に係る電子ビーム放出管のヘッド部に取り付ける照射窓の一例を示す図
【図９】本発明に係る電子ビーム放出管の変形例を示す断面図
【図１０】従来の電子ビーム照射装置とその電子ビーム放出管に相当する部分を示す断面図
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｃ……電子ビーム放出管
２………………ヘッド部
２ａ……………ヘッド本体
２ｂ……………押圧体
３………………胴部
４………………照射窓
５………………電子発生部
６………………真空排気装置への配管接続口
７………………窓穴
８………………ボルト
１２………………照射窓箔
１４………………凸面部
１５………………凹面部
１６………………ギャップ
１７………………凹溝
１９………………カソード
２０………………グリッド
２２………………カソードユニット
２３………………カソード用ソケット
２８………………気密封止体
２９………………穴
３０………………気密バルブ
３１………………気体通路

Claims (3)

1. 電子ビームを透過させる照射窓が取り付けられたヘッド部と、その照射窓と対向する位置に電子発生部が内装された胴部とで成る電子ビーム放出管において、前記ヘッド部（２）が、真空排気装置への配管接続口（６）と前記照射窓（４）を取り付ける窓穴（７）とを有するヘッド本体（２ａ）と、該ヘッド本体（２ａ）に前記照射窓（４）の外縁部を密着させるように圧し当てて前記窓穴（７）を気密封止する押圧体（２ｂ）とで構成され、該押圧体（２ｂ）が、前記ヘッド本体（２ａ）に対して脱着可能に締め止められ、前記ヘッド本体（２ａ）の前記照射窓（４）を圧し当てる部分が、凸面部（１４）又は凹面部に形成され、前記押圧体（２ｂ）に、前記凸面部（１４）と嵌合する凹面部（１５）又は前記凹面部と嵌合する凸面部が形成されると共に、その嵌合状態としたときに、前記押圧体（２ｂ）の外縁部とこれをボルト（８）で締め止める前記ヘッド本体（２ａ）との間に、ボルト（８）の締付け力によって前記押圧体（２ｂ）に弾性変形を生じさせるためのギャップ（１６）が形成されることを特徴とする電子ビーム放出管。
2. 前記電子発生部（５）が、カソード（１９）とグリッド（２０）を一体化したカソードユニット（２２）と、該カソードユニット（２２）を脱着可能に取り付けるカソード用ソケット（２３）とで構成され、前記窓穴（７）が、前記カソードユニット（２２）を挿脱できる程度の大きさを有する請求項１記載の電子ビーム放出管。
3. 前記押圧体（２ｂ）に形成された前記凹面部（１５）又は凸面部を囲うように該押圧体（２ｂ）の肉厚を薄くして弾性変形を生じやすくする凹溝（１７）が形成されている請求項１又は２記載の電子ビーム放出管。

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