JP4234546B2

JP4234546B2 - 真空密閉容器及びその製造方法

Info

Publication number: JP4234546B2
Application number: JP2003323530A
Authority: JP
Inventors: 達也松村; 徹山本
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: JP2005091107A

Description

この発明は、各種電子管応用製品に適用可能な、薄膜窓部材を有する真空密閉容器及びその製造方法に関し、特に、該真空密閉容器の窓部封止構造及びその封止方法に関するものである。

従来から、窓部を持つ電子管応用製品として、例えば、電子ビーム照射管（ＥＢ管）やＸ線管などが製造されている。例えば、上記ＥＢ管は、数十ｋｅＶの電子が透過可能な真空封止出力窓部を有し、その窓部から大気中に電子ビームを出射する（特許文献１）。また、Ｘ線管は、Ｘ線透過率に優れたベリリウムの真空封止窓部を有し、電子源からＸ線ターゲットに電子を放出し、このＸ線ターゲットからのＸ線を窓部を介して外部に出射する（特許文献２）。

なお、上述のような種々の電子管応用製品における窓部材の封止方法としては、例えば特許文献３や特許文献４に示されたように、開口を有する容器表面に窓部材を、ロウ材を介して接着するのが一般的である。
特開２００１−５９９００号公報特許第２９５１４７７号特開平６−２５１７３６号公報特開平６−２６０１２１号公報

発明者らは、従来の真空密閉容器における窓部材の封止技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、ベリリウムなどの窓部材と容器本体とをロウ材を介して接着する従来の封止技術では、該窓部材の厚みが数１０μｍ程度まで薄くなった薄膜窓部材である場合、ロウ材の厚み（１００μｍ程度）が薄膜窓部材の厚みに対して非常に大きい。そのため、該ロウ材を溶かした後のごく僅かな溶けムラによって冷却した後のロウ材表面に生じてしまう凹凸により、薄膜窓部材に歪みが生じたり、最悪の場合クラックが生じてしまう。

また、同様の問題は、ロウ材で封止した場合だけでなく、熱可塑性接着剤で封止した場合にも生じる。

また、上記特許文献１に示されたように、窓部材と容器表面との間にあるロウ材の厚みを１０μｍ以下に設定した場合でも、該ロウ材の溶けムラによるロウ材表面の凹凸の影響を避けることはできない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、従来困難であった薄膜窓部材による真空封止を容易にする各種電子管応用製品への適用が可能な真空密閉容器及びその製造方法を提供することを目的としている。

この発明は、電子ビーム照射管やＸ線管などの容器として利用可能な、薄膜窓部材を有する真空密閉容器に関し、当該真空密閉容器の本体部分を構成する筐体の窓部は、該筐体に設けられた所定サイズの開口を覆うように、該筐体に近接している順に、薄膜窓部材、熱可塑性封止材、金属板が積層されている。

具体的に、上記薄膜窓部材は、上記筐体の開口を覆った状態で該筐体表面に直接接触するよう貼り付けられている。上記熱可塑性封止材は、筐体の開口位置に相当する薄膜窓部材の一部を露出した状態で該薄膜窓部材の外周部分及び該筐体の表面に直接接触している。また、上記金属板は、熱可塑性封止材上に配置された部材であって、筐体の開口位置に相当する薄膜窓部材の一部を露出する開口を有する。当該真空密閉容器では、この熱可塑性封止材を加熱しながら金属板を筐体表面に押しつけることにより、薄膜窓部材が筐体表面に直接接触した状態で貼り付けられる。

上記薄膜窓部材は、好ましくは厚さが５０μｍ以下のフレキシブルな材質であり、例えば当該真空密閉容器をＸ線管の筐体として使用する場合には、Ｘ線透過特性に優れたベリリウム薄膜や、シリコン薄膜が好ましい。特に、シリコンは厚みが３μｍ以上あれば真空密閉容器の封止を兼ねたＸ線透過窓部材として使用可能であり（真空密閉容器の一部として現状では十分な強度が得られる）、この場合、そのＸ線透過率は厚み約２００μｍのベリリウムに相当する。ここで注目すべき点は、シリコン薄膜の厚みを３０μｍ以下に薄くした場合、シリコン元素固有のＸ線吸収特性（Ｋ吸収端）である１．８４ｋｅＶ以下の極軟Ｘ線が効率よく出射されることである。すなわち、従来の軟Ｘ線管の窓部材は、厚み３００〜５００μｍのベリリウムが利用されていたため、大気中に放出される軟Ｘ線の下限エネルギーは２ｋｅＶ以上に限定されていた。そのベリリウムをシリコン薄膜に換えることにより、１〜１．８４ｋｅＶ領域の軟Ｘ線も大気中に取り出すことが可能になる。このように、シリコン薄膜は、ベリリウムには無い特長を有し、透過窓部材として適用されたＸ線管が除電用途に利用された場合、出射されたＸ線は１０ｃｍ程度で空気に吸収されてしまうため、人体に対して安全性の高いＸ線が非常に効率良く取り出すことができる。また、アルミニウムの特性Ｘ線(１．４８ｋｅＶ)も大気中に取り出すことが可能になるため、当該真空密閉容器を用いたＸ線管は、アルミニウムやマグネシウムの特性Ｘ線で励起する蛍光Ｘ線分析装置への適用も可能である。

以上のように、特にシリコン薄膜は非常に優れた特長を持つ反面、その厚さを非常に薄くする必要があることから、従来の封止方法で封止するのは非常に困難であったが、この発明により、従来は封止技術の困難さから採用しづらかったベリリウム薄膜窓部材やシリコン薄膜窓部材を有する電子管の製造が可能になる。

上記熱可塑性封止材としては、ロウ材の他、熱可塑性接着剤も適用可能である。

さらに、筐体の熱膨張率と薄膜窓部材の熱膨張率は、互いに近い方が好ましい。これら筐体及び薄膜窓部材が加熱後冷却される際、両者の熱膨張係数が著しく異なっていると該薄膜窓部材にクラックが生じる可能性があるためである。また、薄膜窓部材とは直接接触しない押さえ電極についてもこれらと近い熱膨張率を有するのが好ましい。

この発明に係る真空密閉容器において、上記筐体の表面には、薄膜窓部材に覆われた開口周辺に段差部が設けられるのが好ましい。少なくとも薄膜窓部材を段差部に収めることによって、薄膜窓部材の貼り付け時における位置合わせが容易になるからである。

また、上記筐体の開口エッジは、面取りされるのが好ましい。面取り加工としては、例えばＲ加工やＣ加工が挙げられる。薄膜窓部材は、実質的に開口を覆う領域を除いた、筐体との接触部分である外周部分のみで筐体表面に貼り付けられるので、真空排気した際の応力も開口エッジにのみ掛かる。したがって、この開口エッジを予め面取りしておけば薄膜窓部材の破損の少ない封止が可能になるからである。この場合、開口エッジに加わる応力は減少し、真空排気時のクラックや真空リークの発生が効果的に抑制される。

さらに、薄膜窓部材は、上述のように非常に薄いフレキシブルな材質であるので、上記筐体の表面に設けられた開口の面積が大き過ぎるとクラックが生じる可能性がある。そこで、この薄膜窓部材で覆う領域を予め個々の面積の小さな複数の区画に分割した構造にすることにより、実質的に大面積の透過窓を構成することができる。具体的には、上記筐体の開口は、窓部を複数の区画に分割するようメッシュ構造を有していてもよく、また、それぞれが窓部に相当する複数の貫通孔でもよい。

次に、この発明に係る真空密閉容器の製造方法では、所定サイズの窓部を規定するための開口を有する筐体を用意し、この開口を覆うように、筐体に近接している順に、薄膜窓部材、熱可塑性封止材、金属板が積層される。特に、上記薄膜窓部材は、筐体の開口を覆った状態で該筐体表面に直接接触するよう配置される。上記熱可塑性封止材は、筐体の開口位置に相当する薄膜窓部材の一部を露出させた状態で少なくとも一部が該薄膜窓部材の外周部上に位置するよう配置される。上記金属板は、筐体の開口位置に相当する薄膜窓部材の一部を露出する開口を有し、熱可塑性封止材上に配置される。そして、この発明に係る真空密閉容器の製造方法は、熱可塑性封止材を加熱しながら金属板を筐体に押しつけることにより、該筐体の開口を薄膜窓部材で気密封止する。

なお、上記筐体の表面には、薄膜窓部材の位置合わせを容易にすべく、薄膜窓部材に覆われた開口周辺に段差部が設けられるのが好ましい。また、上記筐体の開口エッジは、面取りされるのが好ましい。開口を覆う薄膜窓部材は外周部分のみが筐体表面に貼り付けられるので、真空排気した際の応力も開口エッジにのみ掛かる。したがって、この開口エッジを予め面取りしておけば薄膜窓部材の破損の少ない封止が可能になるからである。この場合、開口エッジに加わる応力は減少し、真空排気時のクラックや真空リークの発生が効果的に抑制される。

以上のようにこの発明によれば、ロウ材等の熱可塑性封止材を介することなく、真空密閉容器を構成する筐体に薄膜窓部材を直接貼り付けるので、従来は困難であった薄膜窓部材による真空封止を容易に行うことができる。

以下、この発明に係るＸ線管の各実施形態を、図１〜図７を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、この発明に係る真空密閉容器の第１実施形態では、熱可塑性封止材としてロウ材を利用した気密封止について説明する。図１は、この第１実施形態に係る真空密閉容器１００の構成を示す組立工程図である。

この第１実施形態に係る真空密閉容器１００は、筐体として、開口１０２を有する容器本体（ガラス容器）１０１と、該開口１０２に取り付けられる金属フランジ１２０を備える。この金属フランジ１２０の窪み中央には、窓部を規定するための開口１２１が設けられるとともに、該金属フランジ１２０の窪み周辺には金属リング１３０がはめ込まれている。さらに、金属フランジ１２０の窪みには、軸ＡＸに沿って金属フランジ１２０に近接している順に、薄膜窓部材１４０、熱可塑性封止材としてのロウ材１５０、金属板１６０が積層されている。なお、ロウ材１５０と金属板１６０には、窓部となる薄膜窓部材１４０の一部を露出させるための開口１５１、１６１がそれぞれ設けられている。この第１実施形態において、薄膜窓部材１４０は該開口１２１を塞ぐように該金属フランジ１２０にロウ付けにより直接接触した状態で貼り付けられている。

上記容器本体１０１には、真空密閉容器１００を真空引きするためのバルブ１０４が設けられており、当該容器本体１０１内には、電子部品１１０が配置されている。また、容器本体１０１の底部１０３には、電子部品１１０に所定電圧を印加させるとともに、該容器本体１０１内の所定位置に保持するため、該底部１０３を貫通したステムピン１１１が配置されている。

なお、薄膜窓部材１４０が貼り付けられる開口１２１周辺の領域に相当する金属フランジ１２０の窪みには、図２（ａ）に示されたように、少なくとも薄膜部材１４０を収めることができる大きさの窪みである段差部１２２が設けられるのが好ましい。薄膜窓部材１４０を金属フランジ１２０の表面に配置する際の位置合わせが容易になるからである。

また、この第１実施形態に係る真空密閉容器１００に適用される薄膜窓部材１４０は、ベリリウム薄膜やシリコン薄膜などが好ましく、好ましくは５０μｍ以下程度の非常に薄いフレキシブルな材質であるため、金属フランジ１２０に設けられた開口１２１の面積が大き過ぎるとクラックが生じてしまう可能性がある。具体的には、直径１０ｍｍ以上の大面積の窓部を一枚の薄膜窓部材で気密封止させる場合には、真空密閉容器内外での差圧により該薄膜窓部材が曲がり、クラックが入ってしまうおそれがある。これは、薄膜窓部材自体の強度不足によるものである。そこで、金属フランジ１２０の開口１２１は、透過窓を複数の区画に予め分割させる構造であるのが好ましい。例えば、図２（ｂ）に示されたように、金属フランジ１２０の開口１２１を、窓部を複数の区画に分割するようメッシュ構造にしても、また、図２（ｃ）に示されたように、それぞれが窓部に相当する複数の貫通孔でもよい。

例えば、開口１２１の内部に２ｍｍピッチの窓材支持台をメッシュ状に取り付ければ大面積の薄膜窓部材１４０が利用できる。除電用途などに対しては、このような構造でも全く問題が無いためシリコン箔の大面積化が可能である。

なお、ロウ材１５０の替わりに、商品名STAYSTIKのような熱可塑性接着剤も適用可能である。

さらに、金属フランジ１２０と薄膜窓部材１４０とが直接に接触し加熱されるため、両者の熱膨張率があまり異なっていると冷却時にクラックが生じる可能性がある。例えば、薄膜窓部材１４０としてベリリウムを使用した場合、その熱膨張率は１１．６×１０^−６／℃のため、ベリリウムと直接接触する金属フランジ１２０の熱膨張率もなるべくこれに近くしたほうが封止後にクラックやシワが入る可能性は低くなる。具体的には、金属フランジ１２０としては、ニッケル(１３．３×１０^−６／℃)、鉄ニッケル合金(約１０×１０^−６／℃)などがよく、SUS310(１４．４×１０^−６／℃)やSUS304(１７．３×１０^−６／℃)でも多少のシワが発生する場合はあるが、問題無く封止が可能である。なお、ベリリウムとは直接接触しない熱可塑性封止材１５０上の金属板１６０についてもこれらの熱膨張率の近い材質を用いるのが好ましい。

次に、薄膜窓部材１４０として、厚み１０μｍのベリリウム薄膜を２ｍｍφの開口１２１を有する金属フランジ１２０に熱可塑性封止材としてロウ材１５０でロウ付けする工程を説明する（この発明に係る真空密閉容器の製造方法）。

ロウ材１５０としては品番・TB-629（化学成分：Ａｇ61.5、Ｃｕ24、Ｉｎ14.5，溶融温度６２０〜７１０℃，板厚０．１ｍｍ）を、金属フランジ１２０及び金属板１６０としてはステンレスSUS304（板厚０．１ｍｍ）を用意した。

まず、各材料を所定の大きさにカットする。この際の寸法の制限としては、薄膜窓部材１４０は金属フランジ１２０の開口１２１より大きく、金属フランジ１２０の外縁より小さい必要がある。また、ロウ材１５０の開口１５１は薄膜窓部材１４０よりも小さく、その外縁は、ロウ材１５０が溶融された際に、少なくともロウ材１５０の一部が、薄膜窓部材１４０の外周を囲む、金属フランジ１２０の部分まで達して、薄膜窓部材１４０による封止を可能にする大きさである必要がある。よって、ロウ材１５０の外縁は薄膜窓部材１４０の外縁よりも大きくするのが好ましい。ロウ材１５０と金属板１６０は同じ外径でよい。なお、具体的な寸法として、金属フランジ１２０の開口は２ｍｍφである。薄膜窓部材１４０の厚みは１０μｍでその形状は６ｍｍ角である。ロウ材１５０及び金属板１６０は、それぞれ外径１３ｍｍφ、内径４ｍｍφのリング形状である。この際、薄膜窓部材１４０の形状は、上記サイズ条件（金属フランジ１２０における開口１２１より大きく、金属フランジ１２０の外縁よりも小さい）を満たせばその形状は任意でよい。

次に、金属フランジ１２０の開口１２１の角（開口１２１のエッジ）に、開口１２１形成時のバリがある場合には、各種機械研磨や電解研磨処理により完全に取り除く必要がある。また、特に薄膜窓部材１４０がある側の開口１２１の角において、さらにその角をＲ加工やＣ加工によって、面取りしてエッジを落とすと、薄膜窓部材１４０がより破損しにくくなるので好ましい。その後、金属フランジ１２０及び金属板１６０を真空中において８８０℃で加熱し、ガス出し及び歪取りが行われる。その後、ロウ材１５０が接触する部分（金属フランジ１２０、薄膜窓部材１４０、金属板１６０）に例えば厚み２００ｎｍの銅を真空蒸着するのが好ましい。これによりロウ材１５０が各材料に良くなじむようになる。また、銅に限らず、ニッケルやチタンが薄く真空蒸着された場合においても同じ効果が得られる。

続いて、これらの部材を作業台上にセットする。セットする順番は下面から、金属フランジ１２０、薄膜窓部材１４０、ロウ材１５０、金属板１６０の順で、さらに、該金属板１６０の上に加熱時の位置ずれ防止用治具１７０（材質：SUS304、外径１２ｍｍ×内径６ｍｍ×高さ２０ｍｍ）をセットする（図３）。この際、中心ずれ（図１中の軸ＡＸからのずれ）が起きないように注意する必要があり、必要に応じて薄膜窓部材１４０及びロウ材１５０を挟み込むように、ロウ材１５０を介して、金属板１６０と金属フランジ１２０とを周辺部で軽くスポット溶接してもその後のロウ付けは問題ない。または、中心合わせ用の金属リング１３０（材質SUS304）を金属板１６０及びロウ材１５０の外周にセットしてもよい。

その後、真空加熱炉においてロウ材１５０を溶かすための加熱処理が行われる。このロウ付け条件は、(1)９０分間かけて室温から６８０℃まで加熱、(2)その温度を５分間保持し、(3)加熱を止めることにより２分間で５６０℃まで冷却、そして、(4)金属フランジ１２０を電気炉の外に出し２時間かけて３００℃まで冷却する。その後、真空加熱炉内部を乾燥窒素で真空リークすることにより急冷し室温付近まで冷却して取り出す。最後に、ヘリウムリークディテクタで真空リークのチェックを行い、リークが無いことを確認し作業を終了する。

（第２実施形態）
次に、この発明に係る真空密閉容器の第２実施形態では、熱可塑性封止材として熱可塑性接着剤を利用した気密封止について説明する。図４は、この第２実施形態に係る真空密閉容器２００の構成を示す組立工程図である。

この第２実施形態に係る真空密閉容器２００は、容器本体２０１（ガラス容器）と、該容器本体２０１の内部に配置される電子部品２１０に所定電圧を供給するためのステムピン２１１と真空密閉容器２００内の真空排気用のバルブ２０４を有するステム部２０３を備え、これら容器本体２０１とステム部２０３により筐体が構成されている。容器本体２０１は、上部に所定サイズの窓部を規定するための開口２０２が設けられており、この開口２０２を覆うように、ベリリウム薄膜、シリコン薄膜などの薄膜窓部材２４０、熱可塑性封止材として熱可塑性接着剤２５０、金属板２６０が軸ＡＸに沿って容器本体２０１に近接している順に積層されている。また、開口２０２周辺に位置する容器本体２０１の内壁には、電子ビームが直接に該内壁へ当たることによる内壁の帯電の防止と電子ビームを薄膜窓部材２４０に集束させるための電子レンズを形成するため、例えばステンレスなどの金属板からなる保護電極２１４ｇ接地されている。

上記薄膜窓部材２４０は、開口２０２を含む領域２０２ａを覆った状態で容器本体２０１に直接接触するよう配置されている。上記熱可塑性接着剤２５０は、開口２０２の位置に相当する薄膜窓部材２４０の一部を露出させた状態で開口２５１を有し、少なくとも一部が該薄膜窓部材２４０の外周部上に位置するよう配置される。また、上記金属板２６０は、開口２０２位置に相当する薄膜窓部材２４０の一部を露出する開口２６１を有し、該熱可塑性接着剤２５０上に配置される。そして、上述のように配置された熱可塑性接着剤２５０を加熱しながら金属板２６０を容器本体２０１に押しつけることにより、熱可塑性接着剤２５０が薄膜窓部材２４０の外周部上から、該薄膜窓部材２４０の外周を囲む、容器本体２０１の部分に亘って溶融し、該容器本体２０１に設けられた開口２０２を薄膜窓部材２４０で気密封止することにより、真空密閉容器２００の窓部が形成される。

なお、開口２０２周辺の領域２０２ａに相当する容器本体２０１の表面には、図５（ａ）に示されたように、少なくとも薄膜窓部材２４０を収めることができる大きさの窪みである段差部２０２ｂが設けられるのが好ましい。薄膜窓部材２４０を容器本体２０１の表面に配置する際の位置合わせが容易になるからである。

また、この第２実施形態に係る真空密閉容器２００に適用される薄膜窓部材２４０は、ベリリウム薄膜やシリコン薄膜などが好ましく、５０μｍ以下程度の非常に薄いフレキシブルな材質であるため、容器本体２０１に設けられた開口２０２の面積が大き過ぎるとクラックが生じてしまう可能性がある。そこで、この第２実施形態では、図５（ｂ）に示されたように、容器本体２０１は、窓部を複数の区画に分割するようメッシュ構造を有していてもよく、また、図５（ｃ）に示されたように、開口２０２は、それぞれが透過窓に相当する複数の貫通孔でもよい。

さらに、容器本体２０１の熱膨張率と薄膜窓部材２４０の熱膨張率は、互いに近い方が好ましい。これら容器本体２０１及び薄膜窓部材２４０が加熱後冷却される際、両者の熱膨張係数が著しく異なっていると該薄膜窓部材２４０にクラックが生じる可能性があるためである。例えば、薄膜窓部材２４０としてベリリウムを使用した場合、その熱膨張率は１１．６×１０^−６／℃のため、ベリリウムと直接接触する容器本体２０１の熱膨張率もなるべくこれに近くしたほうが封止後にクラックやシワ（歪み）が入る可能性は低くなる。なお、薄膜窓部材１４０とは直接接触しない金属板２６０についても近い熱膨張率を有するのが好ましい。

次に、薄膜窓部材２４０として、厚み１０μｍのベリリウム薄膜を２ｍｍφの開口２０２を有する容器本体２０１（ガラス容器）に封止する工程を説明する（この発明に係る真空密閉容器の製造方法）。

熱可塑性接着剤２５０としては、商品名ＳＴＡＹＳＴＩＫ品番５０１を、金属板２６０としてはステンレスSUS304（板厚０．１ｍｍ）を用意した。

まず、各材料を所定の大きさにカットする。この際の寸法の制限としては、薄膜窓部材２４０は容器本体２０１の開口２０２より大きい必要があり、容器本体２０１の外縁よりも小さい必要がある。また、熱可塑性接着剤２５０の開口２５１は薄膜窓部材２４０よりも小さく、その外縁は、熱可塑性接着剤２５０が溶融された際に、少なくとも熱可塑性接着剤２５０の一部が、薄膜窓部材２４０の外周を囲む、容器本体２０１の部分まで達して、薄膜窓部材２４０による封止を可能にする大きさである必要がある。よって、容器熱可塑性接着剤２５０の外縁は該薄膜窓部材２４０の外縁よりも大きくするのが好ましい。熱可塑性接着剤２５０と金属板２６０は同じ外径でよい。なお、具体的な寸法として、薄膜窓部材２４０の厚みは１０μｍでその形状は６ｍｍ角である。熱可塑性接着剤２５０及び金属板２６０は、それぞれ外径１３ｍｍφ、内径４ｍｍφのリング形状である。この際、薄膜窓部材２４０の形状は、上記サイズ条件（容器本体２０１における開口２０２より大きく、容器本体２０１の外縁よりも小さい）を満たせばその形状は任意でよい。

次に、容器本体２０１の開口２０２の角（開口２０２のエッジ）に、開口２０２形成時のバリがある場合には、各種機械研磨や電解研磨処理により完全に取り除く必要がある。また、特に薄膜窓部材２４０がある側の開口２０２の角において、さらにその角をＲ加工や、Ｃ加工により面取りしてエッジを落とすと、薄膜窓部材２４０がより破損しにくくなるので好ましい。

続いて、これらの部材を作業台上にセットする。セットする順番は下面から、容器本体２０１、薄膜窓部材２４０、熱可塑性接着剤２５０、金属板基板２６０の順で、さらに、該金属板２６０の上に加熱時の位置ずれ防止用治具２７０（材質：SUS304、外径１２ｍｍ×内径６ｍｍ×高さ２０ｍｍ）をセットする（図６（ａ））。この際、中心ずれ（図４中の軸ＡＸからのずれ）が起きないように注意する必要があり、必要に応じて中心合わせ用の金属リング（材質SUS304）を金属板２６０及び熱可塑性接着剤２５０の外周にセットしてもよい。

その後、ホットプレート上において熱可塑性接着剤２５０を溶かすための加熱処理が行われる。この封止条件は、(1)室温から３３０〜３５０℃まで加熱、(2)その温度を１０分間保持し、(3)ホットプレートのスイッチを切ることにより１００℃以下まで冷却、そして、(4)容器本体２０１をホットプレート上から取り出し、室温程度まで冷却する（図６（ｂ））。最後に、ヘリウムリークディテクタで真空リークのチェックを行い、真空リークが無いことを確認し作業を終了する。

なお、最近の半導体技術の向上により、厚み３μｍ〜１０μｍ程度の極薄シリコン箔が比較的安価に製造されるようになってきた。図７（ａ）は、シリコンとベリリウムのＸ線透過特性を示すグラフであり、グラフＧ７１０は厚み５００μｍのベリリウムのＸ線透過率、そして、グラフＧ７２０は厚み１０μｍのシリコン薄膜のＸ線透過率をそれぞれ示している。この図から分かるように、シリコン薄膜の厚みを約１０μｍまで薄くすれば、従来主に利用されてきた厚み５００μｍのベリリウムとほぼ同程度のＸ線透過特性を得ることができる。一方、シリコンは３μｍ以上あれば封止を兼ねた真空密閉容器のＸ線透過窓として使用可能であり（真空密閉容器の一部として現状では十分な強度が得られる）、この場合、そのＸ線透過率は厚み約２００μｍのベリリウムに相当する透過窓部材となり得る。ここで注目すべき点は、シリコン薄膜の厚みを３０μｍ以下に薄くした場合、１．８４ｋｅＶ以下の極軟Ｘ線が効率よく放出されることである。これは、ベリリウムには無い特長であって、このようなシリコンが透過窓部材として適用されたＸ線管が除電用途に利用された場合、出射されたＸ線が１０ｃｍ程度で空気に吸収されてしまうため、人体に対して安全性の高いＸ線が非常に効率良く取り出すことができる。

また、図７（ｂ）に厚みの異なるシリコン薄膜の各Ｘ線透過特性を示す。この図７（ｂ）において、グラフＧ７３０は厚み３μｍのシリコン薄膜のＸ線透過率、グラフＧ７４０は厚み１０μｍのシリコン薄膜のＸ線透過率、グラフＧ７５０は厚み２０μｍのシリコン薄膜のＸ線透過率、そして、グラフＧ７６０は厚み３０μｍのシリコン箔のＸ線透過率をそれぞれ示している。

これら図７（ａ）及び図７（ｂ）から分かるように、従来の透過窓材として利用される厚み５００μｍのベリリウムに相当するＸ線透過率を得るためには、シリコン薄膜の厚みは、約８μｍである。シリコン薄膜の厚みは３μｍ以上あれば真空密閉容器の封止を兼ねた透過窓材として使用可能であり、その場合のＸ線透過率は厚み約２００μｍのベリリウムに相当する。なお、シリコン薄膜のＸ線透過率はベリリウムとは異なり、０．５ｋｅＶから１．８４ｋｅＶの間に特徴的なピークを有する。この領域のＸ線は非常に空気に吸収されやすいため、イオンを大量に生成しながらすぐに減衰してしまうためＸ線の到達距離も短く、透過窓部材にシリコン薄膜を利用したＸ線管を除電用途に用いた場合、高効率の除電処理が可能になる。

上述のように、透過窓部材としてシリコン薄膜を管電圧数十ｋＶ以上のＸ線管に適用する場合には、該シリコン薄膜によるＸ線エネルギーの減衰はほとんどベリリウムと変わらなくなるため、該ベリリウムに換わる透過窓部材として全く問題なく適用可能である。

また、通常の除電用軟Ｘ線管における透過窓部材として、管電圧１０ｋＶ程度のＸ線管にこのシリコン薄膜が適用されると、従来は放出されなかった１．８４ｋｅＶ以下の軟Ｘ線までも出力されるため、このように透過窓部材を取り替えるだけで特にＸ線管近傍においての発生イオン量が増大し、除電効果を著しく向上させることができる。

特に、管電圧を４〜６ｋＶ程度まで下げて動作させる場合、シリコン薄膜自体のＸ線吸収端特性がＸ線フィルタの役割を果たすため、白色成分のほとんど無い単色Ｘ線を容易に得ることができる。このとき、Ｘ線ターゲット１４１の材質としては、タングステン（Ｍ線：約１．８ｋｅＶ）やアルミニウム（Ｋ線：約１．４９ｋｅＶ）等が適しており、シリコン薄膜自体（Ｋ線：約１．７４ｋｅＶ）をＸ線ターゲットとして動作させても単色Ｘ線を容易に得ることができる。

この発明は、以上のように従来困難であった薄膜窓部材の真空封止を容易に行うことを可能し、該薄膜窓部材を有する各種電子管応用製品として、電子ビーム照射管（ＥＢ管）やＸ線管への適用が可能である。また、この薄膜窓部材としてシリコン薄膜が適用される場合、１〜２ｋｅＶ領域の軟Ｘ線を大気中に取り出すことができる極軟Ｘ線管や、アルミニウムの特性Ｘ線(１．４８ｋｅＶ)を大気中に取り出すことができる蛍光Ｘ線分析装置用のＸ線管としての適用も可能である。

この発明に係る真空密閉容器における第１実施例の構成を示す図である。第１実施形態に係る真空密閉容器の窓部周辺の構造、及び該真空密閉容器の窓部を規定する開口の種々の構造を示す図である。第１実施形態に係る真空密閉容器の製造方法として、特に窓部の封止方法を説明するための図である。この発明に係る真空密閉容器における第２実施形態の構成を示す組立工程図である。第２実施形態に係る真空密閉容器の窓部周辺の構造、及び該真空密閉容器の窓部を規定する開口の種々の構造を示す図である。第２実施形態に係る真空密閉容器の製造方法として、特に窓部の封止方法を説明するための図である。膜厚の異なる種々のシリコン薄膜及びベリリウムのＸ線透過率を示す図である。

符号の説明

１００、２００…真空密閉容器
１０１、２０１、３０１…容器本体
１４０、２４０…薄膜窓部材（シリコン薄膜、ベリリウム薄膜）
１５０、２５０…熱可塑性封止材（ロウ材、熱可塑性接着剤）
１６０、２６０…金属板。

Claims

所定サイズの窓部を規定するための開口を有する筐体と、
前記筐体の開口を覆った状態で該筐体表面に直接接触するよう貼り付けられた薄膜窓部材と、
前記筐体の開口位置に相当する前記薄膜窓部材の一部を露出した状態で、該薄膜窓部材の外周部分及び該筐体の表面に直接接触している熱可塑性封止材と、
前記筐体の開口位置に相当する前記薄膜窓部材の一部を露出する開口を有し、かつ、前記熱可塑性封止材上に配置された金属板とを備えた真空密閉容器。
前記筐体の表面には、前記薄膜窓部材に覆われる開口の周辺に段差部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空密閉容器。
前記筐体の開口エッジは、面取りされていることを特徴とする請求項１記載の真空密閉容器。
前記筐体に設けられた開口は、前記窓部を複数の区画に分割するようメッシュ構造を有することを特徴とする請求項１記載の真空密閉容器。
前記筐体に設けられた開口は、それぞれが前記窓部に相当する複数の貫通孔であることを特徴とする請求項１記載の真空密閉容器。
所定サイズの窓部を規定するための開口を有する筐体を用意し、
前記筐体の開口を覆った状態で該筐体表面に直接接触するよう薄膜窓部材を配置し、
前記筐体の開口位置に相当する前記薄膜窓部材の一部を露出させるとともに該筐体の表面の一部を覆った状態で、該薄膜窓部材の外周部上に熱可塑性封止材を配置し、
前記筐体の開口位置に相当する前記薄膜窓部材の一部を露出する開口を有する金属板を、前記熱可塑性封止材上に配置し、
前記熱可塑性封止材を加熱しながら前記金属板を前記筐体に押しつけることにより、前記筐体の開口を前記薄膜窓部材で気密封止する真空密閉容器の製造方法。
前記筐体の表面には、前記薄膜窓部材に覆われた開口周辺に段差部が設けられていることを特徴とする請求項６記載の真空密閉容器の製造方法。
前記筐体の開口エッジを、面取りすることを特徴とする請求項６記載の真空密閉容器の製造方法。
前記筐体に設けられた開口は、前記窓部を複数の区画に分割するようメッシュ構造を有することを特徴とする請求項６記載の真空密閉容器の製造方法。
前記筐体に設けられた開口は、それぞれが前記窓部に相当する複数の貫通孔であることを特徴とする請求項６記載の真空密閉容器の製造方法。