(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子が電子ビームとなって透過する、電子ビーム放射器用の放射窓であって、
１つの孔の大きさが１〜２．５ｍｍである一連の孔を有する構造金属箔である放射窓箔と、前記放射窓箔を覆って延びて形成された３００Ｗ／ｍ・ｋより高い熱伝導率を有する外層とを備え、前記層が前記放射窓箔の前記孔を覆って延びる薄い窓領域を形成し、それにより、電子が前記放射窓を容易に透過できる放射窓。
【請求項２】
請求項１において、前記外層が耐食層からなる放射窓。
【請求項３】
請求項２において、前記放射窓箔および耐食層が、それぞれ厚さを有し、前記耐食層の厚さが前記放射窓箔の厚さの４〜８％である放射窓。
【請求項４】
請求項２において、前記放射窓箔がチタンで形成されている放射窓。
【請求項５】
請求項４において、前記耐食層が金で形成されている放射窓。
【請求項６】
請求項５において、前記耐食層が０．１〜１ミクロンである放射窓。
【請求項７】
請求項４において、前記耐食層がダイヤモンドで形成されている放射窓。
【請求項８】
請求項４において、前記耐食層が０．２５〜８ミクロンである放射窓。
【請求項９】
請求項２において、前記耐食層が蒸着により形成されている放射窓。
【請求項１０】
請求項２において、前記耐食層が、０．１ｌｂ．／ｉｎ．３（２．７７×１０３ｋｇ／ｍ３）より大きい密度を有する材料を含む放射窓。
【請求項１１】
請求項７において、前記放射窓箔が６〜１２ミクロンの厚さであり、前記耐食層が５〜８ミクロンの厚さである放射窓。
【請求項１２】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置され、電子を発生させる電子発生器と、
を備え、
請求項１に記載の放射窓が前記真空チャンバ上に設けられ、電子が電子ビームとなって前記真空チャンバから放射される電子ビーム放射器。
【請求項１３】
電子が電子ビームとなって透過する、電子ビーム放射器用の放射窓を形成する方法であって、構造金属箔である放射窓箔を設け、前記放射窓箔の上に３００Ｗ／ｍ・ｋより高い熱伝導率を有する外層を形成し、前記放射窓箔に１つの孔の大きさが１〜２．５ｍｍである一連の孔を形成して、前記外層がこれらの孔を覆って延びる薄い窓領域を形成することにより、電子が前記放射窓を容易に透過できる方法。
【請求項１４】
請求項１３において、さらに、前記外層を耐食層により形成することを含む方法。
【請求項１５】
請求項１４において、前記放射窓箔および耐食層が、それぞれ厚さを有し、さらに前記耐食層の厚さを前記放射窓箔の厚さの４〜８％に形成することを含む方法。
【請求項１６】
請求項１４において、さらに、前記放射窓箔をチタンで形成することを含む方法。
【請求項１７】
請求項１６において、さらに、前記耐食層を金で形成することを含む方法。
【請求項１８】
請求項１７において、さらに、前記耐食層を０．１〜１ミクロンの厚さで形成することを含む方法。
【請求項１９】
請求項１６において、さらに、前記耐食層をダイヤモンドで形成することを含む方法。
【請求項２０】
請求項１６において、さらに、前記耐食層を０．２５〜８ミクロンの厚さで形成することを含む方法。
【請求項２１】
請求項１４において、さらに、前記耐食層を蒸着により形成することを含む方法。
【請求項２２】
請求項１４において、さらに、前記耐食層を、０．１ｌｂ．／ｉｎ．３（２．７７×１０３ｋｇ／ｍ３）より大きい密度を有する材料で形成することを含む方法。
【請求項２３】
請求項１９において、さらに、前記放射窓箔を６〜１２ミクロンの厚さに形成し、前記耐食層を５〜８ミクロンの厚さに形成することを含む方法。
【請求項２４】
請求項１３に記載の放射窓を形成する方法に、さらに、前記放射窓を備えた電子ビーム放射器を形成することを含む方法であって、
真空チャンバを設けるステップと、
前記真空チャンバ内に電子を発生させる電子発生器を配置するステップと、
電子が電子ビームとなって前記真空チャンバから放射される際に透過する前記放射窓を前記真空チャンバに取り付けるステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００１年３月２１日出願の米国出願第０９／８１３，９２９号の一部継続出願である。前記出願の全内容は参照により本明細書に引用したものとする。
【背景技術】
【０００２】
典型的な電子ビーム放射器は真空チャンバを備え、このチャンバ内には、電子を発生するための電子発生器が設けられる。電子は真空チャンバから放射窓を通り、電子ビームとなって加速される。一般に、放射窓は金属箔で形成される。放射窓の金属箔は一般に、真空チャンバの内部と外部の間の圧力差に耐えるように、チタンのような高強度金属で形成される。
【０００３】
電子ビーム放射器の一般的用途は、硬化を目的として、インクおよび接着剤などの材料を電子ビームで照射することである。他の一般的目的には、排水または汚水の処理、あるいは食品または飲物容器の滅菌を含む。用途によっては強度が横方向に変化する特定の電子ビーム強度プロファイルを必要とする。可変強度プロファイルを持つ電子ビームを生成する１つの一般的方法は、電子発生器グリッドまたは放射窓のどちらかの電子透過率を横方向に変化させる方法である。別の方法は、特定の電気光学系を有する放射器を設計して、所望の強度プロファイルを生成する方法である。一般に、このような放射器は、所望の用途に適合するために注文生産される。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、電子が電子ビームとなって透過する、電子ビーム放射器用の放射窓を含む。所定の厚さの放射窓箔により、本発明の放射窓は、現在利用可能な放射窓に比べて高強度の電子ビームに耐えることができる。さらに、この放射窓は腐食性環境内で使用できる。放射窓は内表面と外表面とを有する放射窓箔を有する。耐食性および熱伝導性を向上させるために、放射窓箔の外表面上に高熱伝導性を有する耐食層が形成される。向上した熱伝導性により、放射窓箔から熱を急速に放散させ、それにより放射窓箔は、通常では放射窓に焼き抜き孔を発生させる可能性のある高強度の電子を透過させることができる。
【０００５】
好ましい実施形態では、放射窓箔および耐食層のそれぞれは、厚さを持つ。一般に、放射窓箔は厚さ約６〜１２ミクロンのチタンで形成される。1つの実施形態では、耐食層は厚さ約０．２５〜２ミクロンのダイヤモンドで形成される。別の実施形態では、耐食層は厚さ約０．１〜１ミクロンの金で形成される。耐食層の厚さは、一般に、放射窓箔の厚さの約４〜８％である。耐食層は通常、０．１ｌｂ．／ｉｎ．３（２．７７×１０３ｋｇ／ｍ３）より大きい密度および３００Ｗ／ｍ・ｋより高い熱伝導率を有する材料を蒸着して形成される。
【０００６】
別の実施形態では、放射窓箔は一連の孔を有する。耐食層は放射窓箔の孔を覆って延び、薄い窓領域を形成することにより、電子がその窓領域を容易に透過できる。放射窓箔は厚さ約６〜１２ミクロンのチタンで形成され、耐食層は厚さ約５〜８ミクロンのダイヤモンドで形成される。
【０００７】
本発明はまた、真空チャンバを備える電子ビーム放射器を含み、この真空チャンバの内部には、電子を発生させるための電子発生器が配置される。真空チャンバは放射窓を有し、この窓を透過する電子は電子ビームとなって真空チャンバを出る。放射窓は内表面および外表面を有する放射窓箔を含む。耐食性および熱伝導性を向上させるために、放射窓箔の外表面上に高熱伝導性を有する耐食層が形成される。
【０００８】
別の実施形態では、放射窓は一連の孔を有する。耐食性および熱伝導性を向上させるために、高熱伝導性を有する耐食層が放射窓箔の外表面および孔の上に形成される。放射窓箔の孔を覆って延びる層が、薄い窓領域を形成することにより、電子は放射窓を容易に透過できる。電子ビーム放射器はまた、放射窓を支持する支持板を備える。支持板は一連の孔を有し、これらの孔は、放射窓箔の孔と一致している。実施形態によっては、放射窓箔の複数の孔を支持板の対応する各孔毎に一致させることができる。
【０００９】
電子が電子ビームとなって透過する、電子ビーム放射器用の放射窓を形成する方法は、内表面と外表面とを有する放射窓箔を設けることを含む。耐食性および熱伝導性を向上させるために、放射窓箔の外表面上に高熱伝導性を有する耐食層が形成される。別の実施形態では、一連の孔を放射窓箔に形成して、耐食層がこれらの孔の上を延びる薄い窓領域を形成することにより、電子が放射窓を容易に透過できるようにする。
【００１０】
本発明では、電子ビーム放射器用の、熱伝導性の向上した放射窓を設けることにより、薄い放射窓箔が可能になる。電子を加速させて薄い放射窓箔を透過させるのに必要な電力は小さいため、このような放射窓を有する電子ビーム放射器は、高効率（必要な電力が小さい）で作動して、特定強度の電子ビームを生成できる。代替方法では、所定の厚さの箔に対して、高熱伝導層を設けることにより、本発明の放射窓は、高強度電子ビームを生成するために、該層を有しない同一の厚さの箔よりも、高い出力に耐えることができる。さらに、電子が容易に放射窓を透過できる薄い窓領域を形成することにより、電子ビーム強度をより増大させ、同一強度の電子ビームを得るための電力をより低減できる。最後に、耐食層により、操作中、放射窓を腐食性環境に曝すことができる。
【００１１】
本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、電子ビーム放射器１０は、一端に放射窓３２を有する真空チャンバ１２を備える。電子発生器２０は、真空チャンバ１２の内部１２ａに配置され、電子ビーム１５となって真空チャンバ１２の放射窓３２を透過して放射される電子ｅ−を発生する。詳細には、電子ｅ−は、電子発生器２０のハウジング２０ａ内に配置され、かつ１つまたは複数の電子発生フィラメント２２ａを有する電子発生フィラメント・アセンブリ２２により発生する。ハウジング２０ａの底部２４は電子ｅ−が通過する一連のグリッド状の開口２６を有する。各フィラメント２２ａの断面は長さ方向に変化しており（図２）、それにより所望の電子発生プロファイルを生成する。特に各フィラメント２２ａは、少なくとも１つの大きい断面積部分３４と、少なくとも１つの小さい断面積部分３６とを有し、大断面積部分３４の断面積は小断面積部分３６のそれより大きい。ハウジング２０ａとフィラメント・アセンブリ２２は、それぞれライン１８ａおよび１８ｂにより、高電圧電源１４およびフィラメント電源１６に電気的に接続される。放射窓３２は電気的にアースされ、ハウジング２０ａと放射窓３２との間に高電圧を印加して、電子発生器２０から発生する電子ｅ−を、放射窓３２を通して加速させる。放射窓３２は、電子ｅ−が透過できるほど十分に薄い構造金属箔３２ａ（図１０）を備える。放射窓３２は剛体の支持板３０により支持され、この支持板は電子ｅ−を通過させる孔３０ａを有する。放射窓３２は、腐食を防止し、放射窓３２の伝導性を高める耐食性の高熱伝導材の外部コーティングまたは層３２ｂ（図１０）を備える。
【００１３】
使用においては、電子発生器２０のフィラメント２２ａは、フィラメント電源１６（ＡＣまたはＤＣ）からの電力により約４２００°Ｆ（約２３００℃）まで加熱され、フィラメント２２ａ上に自由電子ｅ−を発生させる。小さい断面積または直径を有するフィラメント２２ａの部分３６は、通常、大きい断面積または直径を有する部分３４より高温度になる。部分３６が高温度になることにより、部分３４に比べて部分３６での電子発生量が増加する。高電圧電源１４によりフィラメント・ハウジング２０ａと放射窓３２との間に印加される高電圧によって、フィラメント２２ａ上の自由電子ｅ−は、フィラメント２２ａからハウジング２０ａの開口２６を通過して加速され、支持板３０の開口３０ａを通過し、さらに放射窓３２を透過して電子ビーム１５となって放射される。電子ビーム１５の横方向に変化する、電子ビーム１５の強度プロファイルは、フィラメント２２ａの部分３４／３６のサイズ、配置、および長さを選択することにより決定される。したがって、場合に応じて、電子ビーム１５の一部が高電子強度を得るように選択することができる。代替方法では、電子ビーム放射器１０の構造が一般に不均一な強度の電子ビーム１５を有する場合でも、フィラメント２２ａの部分３４／３６の構成を均一な強度の電子ビーム１５を得ることができるように選択することができる。
【００１４】
放射窓３２の外側の耐食性高熱伝導コーティング３２ｂは、放射窓３２の構造金属箔３２ａに比べてはるかに高い熱伝導性を有する。コーティング３２ｂは十分に薄いため、電子ｅ−の透過を実質的に妨げないが、箔３２ａに比べてはるかに高い熱伝導性を有する放射窓３２を実現するには十分な厚さである。放射窓の構造箔３２ａが比較的薄い（例えば、６〜１２ミクロン厚さ）場合、放射窓から放散される熱量が不十分であると、電子ビーム１５が放射窓を焼き抜いて、貫通する孔を発生させる可能性がある。箔３２ａおよびコーティング３２ｂの材料に応じて、コーティング３２ｂを厚くして、箔３２ａにより得られる熱伝導率に比べて約２〜８倍高い熱伝導率を有する放射窓３２を実現でき、したがって、コーティング３２ｂがない場合に比べて熱放散がはるかに大きい。これにより、所定の動作電力の下で、焼き抜き孔を発生させずに、通常よりも厚さの薄い放射窓３２を使用できる。薄い放射窓３２の利点は、より多くの電子ｅ−を通過させるので、従来に比べて、より効率良くまたは高エネルギーで、高強度の電子ビーム１５が得られることである。逆に言えば、薄い放射窓３２により、特定の強度の電子ビーム１５を得るための電力が小さくなり、したがって、効率が高い。耐食性材で導電性コーティング３２ｂを形成することにより、放射窓３２の外表面も耐食性を持ち、腐食性環境内で使用できるようになる。
【００１５】
次に、本発明を詳細に説明する。図１は、電子ビーム放射器１０を示す。電子ビーム放射器１０の正確な構造は、実際の用途に応じて変化する。電子ビーム放射器１０は米国特許出願第０９／３４９，５９２号（１９９９年７月９日出願）および第０９／２０９，０２４号（１９９８年１２月１０日出願）に記載された放射器と類似である。前記出願の全内容は参照により本明細書に引用したものとする。必要に応じて、図１に示すように、電子ビーム放射器１０はフィラメント・ハウジングの側部に開口を設けることにより、フィラメント２２ａと放射窓３２との間の高電圧電界ラインを平坦化して、電子が広く拡散した状態でフィラメント・ハウジング２０ａから放射されるようにすることができる。さらに、支持板３０はその縁部付近に傾斜した開口３０ａを有しているので、電子を、該縁部から外方向に傾斜した角度で放射窓を通過させることができ、それにより、電子ビーム１５の電子を真空チャンバ１２の両側面を越えて横方向の外方に広げて放射することができる。したがって、複数の電子ビーム放射器１０を横に並べて配置すれば、幅広の連続する電子ビーム照射範囲を実現できる。
【００１６】
図２を参照すると、フィラメント２２ａは一般に、円形断面を有し、タングステンで形成さている。結果的に、大断面積部分３４はまた大径部分でもあり、また小断面積部分３６は小径部分でもある。通常、大径部分３４は０．０１０〜０．０２０インチ（０．０２５〜０．０５１ｃｍ）の直径を有する。小径部分３６のサイズは通常、小径部分３６の温度がわずか１〜２℃（場合によっては１〜２°Ｆ）上昇するサイズである。なぜなら、このようなわずかな温度上昇により、電子ｅ−の放射は１０〜２０％増加するからである。部分３６の温度をそのように上昇させるのに必要な部分３６の直径は、部分３４に比べて約１〜１０ミクロン（場合によっては１〜５ミクロン）小さい。このような部分３６を形成するには、過酸化水素を用いる化学エッチング、電解エッチング、図３に示すようなフィラメント２２ａの延伸加工、研削加工、放電加工（ＥＤＭ）、酸化層の化成および除去などの方法が用いられる。酸化層を形成する１つの方法は、フィラメント２２ａを空気中に露出させている間に、フィラメント２２ａに電流を流す方法である。
【００１７】
１つの実施形態では、フィラメント２２ａの両端部または両端部近傍に小断面積部分または小径部分３６を形成することにより（図２）、前記両端部またはその近傍で多量の電子が発生する。これにより、電子強度を横方向に大幅に低下させずに、フィラメント２２ａの両端部で発生する電子を外方向に傾斜させて、外方向に広がるビーム１５を形成できる。この幅広の電子ビームにより、複数の電子ビーム放射器１０を横に並べて配置すれば、オーバーラップする電子ビームを形成することが可能となるため、連続した幅広の電子ビーム照射範囲を実現できる。用途によっては、単に、ビームの両端部または両縁で電子強度を高くするのが望ましいこともある。場合によっては、フィラメントの両端部は一般に中心部より温度が低いため、電子強度が両端部で低下する。部分３４および３６の適正な構成を選択することにより、フィラメントの長さに沿ってより均一な温度プロファイルを実現できるため、より均一な電子強度を得ることができる。別の実施形態では、フィラメント２２ａ両端で電圧降下が存在する場合、小断面積部分または小径部分３６をフィラメント２２ａの遠位端部（外周部）に配置して、電圧降下を補償することにより、フィラメント２２ａの長さ全体にわたり、均一な温度および電子放射分布を得ることができる。別の実施形態では、部分３４および３６の数および位置は、実際の用途に適合するように選択できる。
【００１８】
図４に示すように、フィラメント２２ａの代わりに、フィラメント４０を電子ビーム放射器１０内で使用してもよい。フィラメント４０は、一連の大断面積部または大径部分３４および小断面積部分または小径部分３６を備える。小径部分３６は、任意の間隔で互いに離間する狭い溝またはリングとして形成される。領域３８では、部分３６の相互間隔は、領域４２におけるそれよりも広くなっている。この結果、全体的に領域４２の温度および電子放射量は、領域３８に比べて上昇する。小径部分３６の幅、直径および間隔を選択することにより、フィラメント４０の所望の電子発生プロファイルを選択できる。
【００１９】
図５および６のフィラメント５０は、電子ビーム放射器１０で使用される、さらに別のフィラメントである。フィラメント５０は少なくとも１つの大きい断面積部分または大径部分３４と、フィラメント５０の一端でフィラメント材料の一部を除去して形成された少なくとも１つの連続した小さい断面積部４８とを有する。図５および６では、フィラメント５０に平坦部分４８ａを形成することにより、小断面積部分４８を形成している。平坦部分４８ａは、前述の方法のいずれかにより形成できる。代替方法では、平坦部分４８ａは、材料を除去して形成される曲面または少なくとも２つの傾斜面のような他の適正な形状に置き換えることができる。
【００２０】
図７のフィラメント５２は、電子ビーム放射器１０内で使用される、さらに別のフィラメントである。フィラメント５２とフィラメント５０の異なる点は、フィラメント５２が少なくとも２つの狭い小断面積部分４８を有し、所望の電子発生プロファイルを得るのに、これらの小断面積部分４８がフィラメント４０（図４）の溝またはリングと同様に、任意の間隔で互いに離間していることである。フィラメント５２の狭い小断面積部分４８は、その深さに応じて、図７に示すようなノッチであってもよく、または小さな凹部あってもよい。さらに、ノッチは曲線状に傾斜した縁部または面を含んでもよい。
【００２１】
図８のフィラメント４４は、電子ビーム放射器１０内で使用される、別のフィラメントである。フィラメント２２ａのように直線状に長く延ばすのではなく、フィラメント４４は、ほぼ円形状に形成される。フィラメント４４は、図２〜７に示され、また必要に応じて配置される大断面積部分３４および小断面積部分３６，４８のいずれも備えることができる。フィラメント４４は缶の側壁を滅菌するような用途に有効である。
【００２２】
図９のフィラメント４６は、電子ビーム放射器１０内で使用される、さらに別のフィラメントである。フィラメント４６は２つのほぼ円形状の部分４６ａおよび４６ｂを有し、これらの２つの部分は脚部４６ｃ，４６ｄにより接続され、かつ互いに同心である。フィラメント４６はまた、図２〜７に示された、大断面積部分３４および小断面積部分３６，４８のいずれも備えることができる。
【００２３】
図１０の放射窓３２の構造箔３２ａは一般に、チタン、アルミニウム、またはベリリウム箔等から形成される。耐食性の高熱伝導性コーティングまたは層３２ｂは、電子ｅ−の透過を実質的に妨げない厚さを有する。厚さ６〜１２ミクロンのチタン箔は、強度的には箔３２ａとして望ましいが、熱伝導性において劣る。好ましくは、耐食性の高熱伝導性材３２ｂのコーティングは、真空中において高温で金属箔３２ａの外表面上に蒸着により成長させた０．２５〜２ミクロンのダイヤモンド層である。層３２ｂは通常、箔３２ａの厚さの約４〜８％である。層３２ｂを設けることにより、箔３２ａのみで得られる熱伝導性に比べて大幅に高い熱伝導性を持つ放射窓３２を実現できる。結果的に、放射窓３２から多量の熱が放散されて、層３２ｂが形成されていない所定の厚さの箔３２ａにより得られる電子ビーム強度に比べて、放射窓３２を焼き抜いて孔を発生しまうことなく、より高強度の電子ビームが放射窓３２を透過できる。例えば、チタンは一般的に、１１．４Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率を有する。ダイヤモンドの薄い層３２ｂは、５００〜１０００Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率を有しており、放射窓３２の熱伝導性を箔３２ａに比べて８倍まで向上できる。ダイヤモンドはまた、電子ｅ−の透過を可能にするのに望ましい、比較的低い密度（０．１４４ｌｂ．／ｉｎ．３）（３．９９×１０３ｋｇ／ｍ３）を有する。結果的に、通常はわずか４ｋＷの出力に耐えるだけの、厚さ６ミクロンの箔３２ａは、層３２ｂによって、１０〜２０ｋＷの出力に耐えることができる。さらに、金属箔３２ａの外表面のダイヤモンド層３２ｂは、化学的に不活性であり、放射窓３２に耐食性を与える。耐食性が望ましい理由は、放射窓３２が腐食性の化学薬剤を含む環境に曝される場合があるからである。このような腐食性薬剤の１つは過酸化水素である。耐食性の高熱伝導層３２ｂは金属箔３２ａの腐食を防止し、その結果、放射窓３２の寿命を延ばす。チタンは一般に、様々な環境において耐食性があると考えられているが、高温度のような特定の条件下での環境中では腐食されることがある。
【００２４】
ダイヤモンドは性能的には望ましいが、コーティングまたは層３２ｂは、金のような高熱伝導性を有する別の適正な耐食性材料で形成できる。金は３１７．９Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率を有する。層３２ｂに金を使用することにより、チタン箔３２ａに比べて、約２倍に熱伝導性が向上する。一般に、金は層３２ｂには適さないであろうと考えられているが、この理由は、金が重くて、高密度（０．６９８ｌｂ．／ｉｎ．３）（１．９３×１０４ｋｇ／ｍ３）な材料であるため、電子ｅ−の透過を妨げる結果が生じ易いからである。しかし、０．１〜１ミクロンの極めて薄い金の層を使用すると、電子ｅ−の阻止率を最少化できる。層３２ｂを金で形成する場合、層３２ｂは一般に蒸着により形成されるが、代替方法では、電気メッキなどの他の適正な方法で形成することもできる。
【００２５】
金の他に、層３２ｂは周期表の１ｂ族に属する銀および銅などの他の材料で形成できる。銀および銅は、それぞれ、４２８Ｗ／ｍ・ｋおよび３９８Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率と，０．３７９ｌｂ．／ｉｎ．３（１．０５×１０３ｋｇ／ｍ４）および０．３２４ｌｂ．／ｉｎ．３（０．９０×１０３ｋｇ／ｍ３）の密度とを有するが、金のような耐食性を持たない。一般に、層３２ｂには、３００Ｗ／ｍ・ｋより高い熱伝導率を有する材料が望ましい。このような材料は０．１ｌｂ．／ｉｎ．３（２．７７×１０３ｋｇ／ｍ３）より大きい密度を持つ傾向があり、銀および銅の密度は０．３ｌｂ．／ｉｎ．３（８．３０×１０３ｋｇ／ｍ３）より大きく、金のみつどは０．６ｌｂ．／ｉｎ．３（１．６６×１０４ｋｇ／ｍ３）より大きい。好ましくは、耐食性の高熱伝導層３２ｂは放射窓の外表面に配置されて耐食性を発揮するが、代替方法では、層３２ｂを内表面または外表面および内表面の両方に配置することもできる。さらに、層３２ｂは２層以上に形成することもできる。このような構成は耐食性に劣る内部層、例えばアルミニウム（２４７Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率と０．０９７５ｌｂ．／ｉｎ．３（２．７０×１０３ｋｇ／ｍ３）の密度）と、ダイヤモンドまたは金の外部層とを備えることができる。内部層は銀または銅で形成することもできる。また、箔３２ａは金属が望ましいが、非金属材料で形成することもできる。
【００２６】
図１１の放射窓５４は放射窓の別の実施形態であり、この窓５４は耐食性の高熱伝導性外側コーティングまたは層５４ａを有する構造箔５４ｂを備える。放射窓５４と図１０の放射窓３２との異なる点は、構造箔５４ｂが電子ビーム放射器１０の支持板３０の孔３０ａと一致する一連の孔５６を有することであり、それにより、層５４ａのみが孔３０ａ／５６を覆うかまたはそれらの孔の上を延びている。結果的に、電子ビーム１５は、電子ビーム１５に対して抵抗の小さい層５４ａのみを透過すればよく、したがって、容易に透過できる。これにより、電子ビーム１５は所定の電圧で高い強度を持つ。つまり、所定の電子ビーム１５の強度を得るための電力をより低減できる。構造箔５４ｂは、孔３０ａを囲む支持板３０の領域５９に接触する材料５８の領域を有する。これにより、放射窓５４からの熱を支持板３０に吸収させているので、冷却および構造的支持の目的が果たされる。
【００２７】
１つの実施形態では、層５４ａはダイヤモンドで形成される。場合により、層５４ａは０．２５〜８ミクロン、典型的には５〜８ミクロンにできる。実際の用途により、これより厚いまたは薄い層を形成することもできる。孔５６を通過して層５４ａを透過する電子ｅ−は、構造箔５４ｂを透過する必要がないため、構造箔５４ｂは、チタン、アルミニウム、およびベリリウムの他に複数の異なる材料、例えば、ステンレス、または銅、金および銀のような高熱伝導率を有する材料で形成できる。放射窓５４用の一般的な材料組み合わせは、外側層５４ａを形成するダイヤモンドおよび構造箔５４ｂを形成するチタンである。このような組み合わせを用いて、構造箔５４ｂの孔５６を形成する１つの方法は、エッチング処理により、構造箔５４ｂから選択的に材料を除去する方法である。チタンで形成されるとき、構造箔５４ｂは一般に、６〜１２ミクロンの厚さであるが、実際の用途に応じて、厚くも薄くもできる。ダイヤモンドおよびチタンのような材料の組み合わせや放射窓５４の構成により、高い熱伝導性を持つ放射窓が実現する。ダイヤモンドは小さい原子番号を持ち、電子ビーム１５に対して小さい抵抗を有する。
【００２８】
図１２の放射窓６０は放射窓の別の実施形態であり、この窓６０は耐食性の高熱伝導性外側コーティングまたは層６０ａを有する構造箔６０ｂを備える。放射窓６０と放射窓５４との異なる点は、構造箔６０ｂが、支持板３０の対応する各孔３０ａ毎に一致された複数の孔６２を有することである。この構造により、放射窓５４において可能な層に比べて、より薄い層６０ａを使用できる。図１２は、支持板３０の領域５９に位置合わせされた材料５８の領域を有する構造箔６０ｂを示す。代替方法では、構造箔６０ｂの領域５８を省略して、構造箔６０ｂが連続パターンまたは一連の孔６２を有するようにすることができる。この構成のサイズは、支持板３０に放射窓６０を取り付けるとき、支持板３０の各孔３０ａに、構造箔６０ｂの複数の孔６２が一致するようなサイズである。孔６２の一部は封鎖されるか、または部分的に孔３０ａに一致させてもよいことは理解されるであろう。放射窓５４および６０の両方では、放射窓５４／６０の全体にわたり構造箔５４ｂ／６０ｂの部分または領域を維持することにより、放射窓５４／６０の強度が高まる。さらに、孔５６および６２は一般に、約０．０４〜０．１００インチ（約１〜２．５ｍｍ）の大きさであり、支持板３０の孔３０ａは一般に、約０．０５０〜０．２００インチ（１．３〜５．１ｍｍ）、通常では０．１２５インチ（３．２ｍｍ）の大きさである。実施形態によっては、孔５６および６２は構造箔５４ｂおよび６０ｂを完全に貫通しない。このような実施形態でも、層５４ａ／６０ａは孔５６／６２を覆って延びている。放射窓５４および６０は一般に、加熱および加圧により金属接着されて、支持板３０に金属接触するため、気密構造を実現する。また、溶接または蝋付けすることもできる。代替方法では、放射窓５４および６０は別の従来の密封手段で密封することもできる。さらに、放射窓５４および６０の実施形態によっては、構造箔５４ｂ／６０ｂを放射窓５４／６０の外面に、また高熱伝導層５４ａ／６０ａをその内面上に設けることにより、伝導性層５４ａ／６０ａが支持板３０に接触するようにできる。このような実施形態では、構造箔５４ｂ／６０ｂの孔５６／６２は放射窓５４／６０の外面上に設けられる。高熱伝導層５４ａ／６０ａが内面上にある場合、耐食性のない材料を使用できる。
【００２９】
本発明を好ましい実施形態により詳細に図示し、説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態または細部に各種の変更を加えることが可能であるのは理解されるであろう。
【００３０】
例えば、電子ビーム放射器は、図１では特定の構成および方向で示されているが、構成および方向は実際の用途に応じて変更できることは理解されるであろう。さらに、フィラメントを形成する種々の方法を利用して、単一フィラメントを形成できる。さらに、放射窓の構造箔および伝導性層の厚さは均一であると述べてきたが、代替方法では、この厚さを放射窓全体にわたって変化させて、所望の電子阻止率および熱伝導性プロファイルを生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の電子ビーム放射器の概略断面図である。
【図２】電子発生フィラメントの一部の側面図である。
【図３】電子発生フィラメントの一部の側面図であり、フィラメントを形成する１つの方法を示す。
【図４】電子発生フィラメントの別の実施形態の一部分の側面図である。
【図５】電子発生フィラメントのさらに別の実施形態の断面図である。
【図６】図５に示される電子発生フィラメントの一部分の側面図である。
【図７】電子発生フィラメントのさらに別の実施形態の一部分の側面図である。
【図８】別の電子発生フィラメントの平面図である。
【図９】さらに別の電子発生フィラメントの平面図である。
【図１０】放射窓の一部分の断面図である。
【図１１】支持板で支持された放射窓の別の実施形態の一部分の断面図である。
【図１２】支持板で支持された放射窓のさらに別の実施形態の一部分の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  電子ビーム放射器
１２  真空チャンバ
１５  電子ビーム
２０  電子発生器
２０ａ  ハウジング
２２ａ  電子発生フィラメント
２４  底部
２６  開口
３０  支持板
３０ａ  開口
３２  放射窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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