CN103262202A - 场致发射装置及便携型非破坏检查装置 - Google Patents

Abstract

无需使真空容器沿着电子束放射方向长条化，与凸缘部的大小相应地使真空容器中的爬电距离变长而提高散热性。应用形成有在冷阴极(9)与阳极(11)之间具有中空部的凸缘部(20a)的真空容器(20)。真空容器(20)可举出分别将筒状的冷阴极侧容器(21)与阳极侧容器(22)连通且在该两容器(21、22)之间形成有中空状的凸缘部(20a)的结构。在该凸缘部(20a)的中空部配置有例如聚焦电极(14)、吸气剂材料(15)。在冷阴极(9)中，可应用在形成于基板(7)的碳膜结构(10)的外周侧具备保护电极的结构。另外，所述碳膜结构(10)也可以形成在基板(7)的电极面侧的中央部。

Description

场致发射装置及便携型非破坏检查装置

技术领域

本发明涉及具备可应用于电子管、照明装置、X射线装置等各种设备的电子放射体的场致发射装置及便携型非破坏检查装置。

背景技术

场致发射为通过电场集中而使电子向真空放射的现象，作为用于进行该场致发射的电子放射体，例如碳纳米管受到关注。该碳纳米管极为细长且由于高长宽比故场致发射特性优异，因此能够获得场致电子放射元件，研究应用于电子管、照明装置等各种场致发射装置中。

场致发射特性(IV特性)是指，由对阳极(对阴极)与冷阴极之间施加电压V而从冷阴极场致发射时的、表示电压V与场致发射电流(射极电流)I之间的关系的曲线表示的特性，在开始场致发射的电压(阈值)、上述曲线的斜率或形状方面附有特征。

作为场致发射装置的具体例，存在如下所述的冷阴极荧光灯：在所述那样的冷阴极上对置配置带有荧光体的阳极，对冷阴极与阳极间施加电压(阳阴极电压)而从冷阴极通过场致发射放射出电子束，使该放射出的电子加速碰撞于荧光体，从而使荧光体激励发光。该荧光体的发光需要规定量的电子放射。将表示该电子放射量的射极电流作为纵轴、将阳阴极管电压作为横轴而表示的电流电压(IV)特性曲线表示冷阴极的电子放射性能。在碳纳米管的情况下，上述IV特性曲线的斜率平缓地上升。因此，在碳纳米管的情况下，为了获得用于使荧光体开始发光的射极电流所需要的电压V变高。

但是，用于获得所期望的射极电流的施加电压V的值较大会产生碳纳米管自身的特性变化(老化)和为了获得恒定电流所需要的电压的高电压化，因此，存在对其电源设备提出要求、或对上述冷阴极荧光灯的制作产生影响等的课题。

因此，期望提供可获得能够以更低的施加电压V使荧光体开始发光的射极电流的IV特性的冷阴极用的碳膜的实现。

近年来，作为碳纳米管等的替代，本申请发明者等开发出如下所述的碳膜结构，即，石墨烯片多层重叠而成为内部中空且朝向前端而半径变小的尖头形状分散多个(在基板表面上分散无数)地形成。

作为该碳膜结构，在基板上形成有多个碳膜集合单位，上述碳膜集合单位具备主干状碳膜和以从该主干状碳膜的膜中途到膜下部围绕该主干状碳膜的方式成膜的枝状碳膜群，并且该主干状碳膜的特征在于，石墨烯片多层重叠而成为内部中空且具备朝向前端而半径变小的尖头形状(例如，专利文献1～3)。

根据上述碳膜结构的放射体，通过具备半径随着朝向前端而变小为针状的尖头形状，与碳纳米管等相比较，能够以更低的施加电压来获得所期望的射极电流，从而能够提供一种IV特性优异的场致发射装置。

图20是作为形成碳膜结构的一例而示出基于等离子体CVD法(直流等离子体成膜法)的成膜装置的概要图。

如图20所示，真空成膜室1具备气体导入系统(例如，氢气和含有碳的气体(沼气等)的混合气体的导入系统)2和真空排气系统3，在该真空成膜室1内对置配置有阴极(具备用于控制阴极温度的绝缘冷却板4a的电极)4、阳极5。

附图标记6表示直流电源，该直流电源6的负极侧与阴极4连接。

直流电源6的正极侧和阳极5分别被接地。

在上述成膜装置中，首先，在真空成膜室1内由真空排气系统3进行排气并从气体导入系统2将气体(氢气)导入而逐渐对压力进行控制(例如，30torr左右)，将电流维持为所期望的大小(例如，2.5A左右)，并将基板7上的氧化物除去。

接着，从气体导入系统2向真空成膜室1内导入混合气体而使真空成膜室1内压逐渐增大(例如，75torr左右)并加以维持，基于直流电源6的电流也逐渐增大(例如，6A左右)并加以维持。

由此，在基板7上产生的等离子体8的作用下，基板7的温度成为规定温度(例如，从900℃至1150℃左右)，所述的混合气体中的含有碳的气体被分解，从而在基板7表面上形成有碳膜结构。

需要说明的是，在如上所述形成碳膜结构时，也可以对于基板7应用利用掩模(省略图示)。

如上所述，在将具有成膜后的碳膜结构的电子放射体应用于场致发射装置的冷阴极的情况下，例如图21的冷阴极9所示那样，在具有绝缘性且呈筒状的真空容器(例如，耐热玻璃制的真空容器)13内，该冷阴极9中的碳膜结构10侧的电极面(图示上侧表面)和阳极11的电极面(图示下侧表面)彼此对置地配置。

另外，设有用于对从冷阴极9放射的电子束进行聚焦的电子透镜14、能够对在真空容器13内残存的气体分子等进行吸附的吸气剂材料15等。

并且，当利用直流电源12对所述的两极间施加恒定电压时，在形成于碳膜结构(尤其是尖头形状的前端)10的强电场的作用下，由Fowler-Nordheim公式表示的隧道电子从冷阴极9对于阳极11放射。

此时的电子放射特性如图22所示那样。

优选的是，所述电子的放射方向(电子束放射方向)为与冷阴极9的电极面的垂直方向。

如上所述，在具备碳膜结构的冷阴极且IV特性优异的场致发射装置中，因例如从冷阴极放射出的电子束而导致在真空容器内产生高温的热量(尤其是在阳极侧发生)，也有可能因由此所引发的气体产生而发生放电(沿面放电或飞弧)。

在电子束碰撞的阳极中，从该碰撞的部位(以下，称作“电子束碰撞部位”)向阳极内部进入大量的电子束而产生热量，从阳极同样地生成气体。另外，由于大量的电子束侵入而也有可能使阳极形成在500℃以上，还可能产生由此所带来的变形。

因此，在例如具备图21所示的筒状的真空容器的场致发射装置的情况下，可考虑通过应用使该真空容器的侧壁沿着电子束放射方向较大地延伸而长条化的结构，由此使该真空容器的外侧表面积变大来提高散热性，并且确保较长的爬电距离的方法。

但是，在如上所述沿着电子束放射方向延伸的长条状的真空容器的情况下，冷阴极与阳极之间的距离变长，一边使其两端位于相同直线上(位于从冷阴极放射出的电子束与阳极碰撞的位置)一边形成真空化还需要高度的真空化技术，且其真空容器自身的成本也升高。

另外，也考虑使作为对阴极的阳极自身沿着电子束放射方向长条化来缩短冷阴极与阳极之间的距离变短的方法，不过，当该阳极的电子束放射方向的长度(从电子束碰撞部位到真空容器外周侧之间的距离)变长时，阳极自身的散热效率变低，也难以使真空容器的处理容量(Vxi)变大。

进而，还有可能导致场致发射装置的大型化。

组装于非破坏检查装置等的X射线发生装置形成为三极管结构，在一个玻璃管内配置电子源(发射极)、对阴极及聚焦电极(格子电极)，对电子源与聚焦电极之间施加电压而产生电子，另外，使对聚焦电极与对阴极之间施加电压而发生的电子与对阴极碰撞。

在专利文献4中，公开有如下的内容，即，通过第一导电体和多个第二的导电体沿着长边方向夹持绝缘体，对第一导电体施加负极性高电压脉冲，第二导电体经由电容器或者电阻而接地，由此在绝缘体的阳极对置面上通过沿面放电而产生线状的电子束。

在专利文献5中，公开有如下的重视通用性的光学去静电装置，即，通过由控制部对向电子源与聚焦电极之间施加的电子发生电压和向栅极电极与对阴极之间施加的加速电压进行可变控制，由此能够对软X射线的产生量和软X射线的能量进行独立地控制。

在专利文献3中，公开有如下的结构，即，在形成有阴极电极的基板表面形成有由碳纳米管构成的电子放射层，在该电子放射层的外周侧设有与电子放射层同电位的导电层，进而在电子放射层的上方设有门极电极。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-150253号公报

专利文献2：日本特开2008-150682号公报

专利文献3：日本特开2010-56062号公报

专利文献4：日本特开平5-74394号公报

专利文献5：日本特开2006-066075号公报

专利文献6：日本特开2002-093307号公报

发明概要

发明所要解决的课题

从以上所示的内容可理解出，在具备具有碳膜结构的电子放射体的场致发射装置中，在发现所期望的功能(例如发现IV特性优异的电子束源)时，需要以避免冷阴极与阳极之间的距离或该阳极的电子束放射方向的长度过于变长的方式来提高真空容器的散热性(因从冷阴极放射出的电子束而产生的热量的散热性)，并且确保爬电距离。

另外，在作为场致发射装置之一的X射线发生装置中，一直以来将发射极、对阴极及聚焦电极配置在一个玻璃容器内，存在容易破损、制作花费工时、难以冷却等的问题。

发明内容

本发明是涉及一种能够实现所述课题的解决的场致发射装置，第一发明所涉及的场致发射装置由分割成两部分的构件对接而构成，第二发明所涉及的场致发射装置由分割成三部分的构件连结而构成。

解决方案

即，第一发明所涉及的场致发射装置，在筒状的真空容器内具备由在基板表面形成有碳膜结构的电子放射体构成的冷阴极和以使电极面与所述冷阴极的电极面对置的方式配置的阳极，该场致发射装置对所述的冷阴极与阳极之间施加电压，在场致发射的作用下从冷阴极放射出电子束，其特征在于，所述真空容器中，冷阴极与阳极之间的一部分的侧壁沿着相对于该电子束放射方向正交的方向扩径而形成有具有中空部的凸缘部。

所述真空容器中，使在内周侧可收容冷阴极而具有凸缘部的筒状的冷阴极侧容器和在内周侧可收容阳极而具有凸缘部的筒状的阳极侧容器的所述凸缘部彼此对接而构成。

可举出如下所述的结构：所述冷阴极侧容器形成有在一方的开口部侧的侧壁中沿着径向扩径的扩径部和在该扩径部的周缘侧朝与阳极侧容器连通的方向突出的环状的密闭部，所述阳极侧容器形成有在一方的开口部侧的侧壁中沿着径向扩径的扩径部和在该扩径部的周缘侧朝与冷阴极侧容器连通的方向突出的环状的密闭部。

在形成于所述凸缘部间的中空部内可以配置聚焦电极或吸气剂材料。

在所述碳膜结构中，也可以为与石墨烯片型层重叠而成为内部中空且朝向前端而半径变小的尖头形状分散多个地形成的结构。

另外，也可以在所述碳膜结构的外周侧设有在该碳膜结构的成膜方向上具有凸状的曲面部且与碳膜结构及/或基板同电位的保护电极，在所述保护电极的曲面部中，可举出保护电极外周侧的曲率半径在碳膜结构侧的曲率半径以上的结构。

进而，可举出所述保护电极的曲面部的顶部比碳膜结构的外周缘部更向成膜方向突出的结构。

另外，可举出所述基板的要形成碳膜结构的一侧的面为凹状的结构。

所述碳膜结构也可以形成在所述基板的电极面侧的中央部。

在这种情况下，可举出如下所述的结构：所述基板由位于冷阴极的电极面侧且在中央部沿着电子束放射方向贯穿设置有贯通孔的电极面侧基板和从电极面的相反侧支承该电极面侧基板且形成有可穿过所述贯通孔的突出部的碳膜结构支承基板合体而成，且在所述突出部的前端部形成有所述的碳膜结构。

另外，第二发明所涉及的场致发射装置包括由电子放射体构成的冷阴极、对阴极及聚焦电极，所述冷阴极和对阴极设置在独立的容器内，上述容器通过具备聚焦电极的连结构件来结合。

也可以为，所述冷阴极和对阴极收纳在陶瓷制容器内，所述聚焦电极与将所述陶瓷制容器连结的金属制连结构件一体形成。

另外，为了防止绝缘破坏，优先所述陶瓷制容器的外侧由树脂模制件覆盖。进而，优选的是，所述金属制连结构件呈筒状，且所述发射极或者对阴极位临在其内部，在靠近发射极的一侧的端部一体形成有聚焦电极。

另外，本发明所涉及的便携型的非破坏检查装置中，收纳所述X射线发生装置的主体部与电源部能够分离。

发明效果

如以上所述那样，根据第一发明，无需使真空容器沿着电子束放射方向长条化，能够根据凸缘部的大小使真空容器中的爬电距离变长而提高散热性。

另外，根据第二发明，冷阴极(发射极)、对阴极及聚焦电极收纳在独立的容器内或者与容器一体形成，能够使各个构件小型化，进而，冷阴极及对阴极均放入陶瓷容器内，难以被绝缘破坏，无需如现有技术那样浸渍于绝缘油内，而能够实现轻量、小型化。

附图说明

图1是第一发明的场致发射装置的概要说明图。

图2是表示第一发明的场致发射装置的真空容器的一例的概要说明图。

图3是表示第一发明的场致发射装置的真空容器的另一例的概要说明图。

图4是表示第一发明的场致发射装置的冷阴极的一例的概要说明图。

图5是表示第一发明的场致发射装置的冷阴极的另一例的概要说明图。

图6是组装有第二发明所涉及的场致发射装置(X射线发生装置)的便携型CT装置的剖视图。

图7是便携型非破坏检查装置的主体部分和电源部分处于分离的状态下的图。

图8是第二发明所涉及的场致发射装置(X射线发生装置)的剖视图。

图9是从图8的A方向观察时的局部剖视图。

图10是场致发射装置(X射线发生装置)的分解图。

图11是该场致发射装置(X射线发生装置)的概要结构图。

图12是冷阴极的前端部分的放大剖视图。

图13是表示电路的另一实施例和IV曲线的曲线图。

图14是表示另一实施例的图。

图15是另一实施例所涉及的场致发射装置(X射线发生装置)的剖视图。

图16是该场致发射装置(X射线发生装置)的分解图。

图17是从与图16不同的方向观察具备聚焦电极的连结构件的剖视图。

图18是另一实施例所涉及的场致发射装置(X射线发生装置)的剖视图。

图19是该场致发射装置(X射线发生装置)的分解图。

图20是用于形成碳膜结构的等离子体CVD法的概要说明图。

图21是采用了具有碳膜结构的电子放射体的通常的场致发射装置的概要说明图。

图22是场致发射装置的电子放射特性图。

具体实施方式

以下，根据附图等，对于本发明中的场致发射装置的实施方式进行详细地说明。需要说明的是，关于与图20～图22相同的结构，通过例如采用相同的符号而适当省略详细的说明。

第一发明通过发现如下内容而成，即，根据并不是仅仅将例如图21所示那样的筒状容器的侧壁沿着电子束放射方向长条化的结构，而是将该筒状容器中的冷阴极与阳极之间的一部分(例如，电子透镜等的聚焦电极所处的部分)的侧壁沿着相对于该电子束放射方向正交的方向扩径的结构，且具备借助该扩径后的侧壁而形成有中空部的凸缘部(中空部与真空容器内连通的凸缘部)的真空容器，无需使冷阴极与阳极之间的距离或该阳极的电子束发射方向的长度变长，而能够提高真空容器的散热性，并且增长爬电距离。

通常而言，在发现所期望的功能(例如发现作为IV特性优异的电子束源)的场致发射装置的情况下，为了确保充分的爬电距离、散热性，采用例如将图21所示那样的真空容器仅仅利用冷却装置来冷却、或使该真空容器的侧壁沿着电子束照射方向延伸而长条化或者使外周面形成为波纹状的方法等，但完全没有如下所述的：通过如第一发明那样具备形成有扩径而成的中空部的凸缘部，不仅可根据该凸缘部的大小来增长对于外部空气的表面积及爬电距离，且可使冷阴极与阳极之间的距离变短。

例如，在采用了使用灯丝等的热阴极的场致发射装置的情况下，若该热阴极与阳极之间的距离变短，则产生了由灯丝所引起的热影响，因此，在场致发射装置的技术领域中，并未设想到本申请发明那样的技术思想。

所述凸缘部为借助扩径后的侧壁而形成有中空部的结构即可，例如也可以为随着从真空容器的两端侧向中央侧接近而平缓地扩径的容器。

在第一发明的场致发射装置中，能够应用例如图1那样的具有凸缘部20a的真空容器20。

该真空容器20中，分别将筒状的冷阴极侧容器21与阳极侧容器22连通，且在该两容器21、22之间形成有中空状的凸缘部20a。

冷阴极侧容器21为在内周侧可收容冷阴极9的大小的筒状，在一方的开口部侧的侧壁中形成有沿着径向(即，与电子束照射方向正交的方向)扩径的扩径部21a。

另外，在扩径部21a的周缘侧形成有朝与阳极侧容器22连通的方向突出的环状的密闭部21b。

另外，对于阳极侧容器22而言，与冷阴极侧容器21同样地，为在内周侧可收容阳极11的大小的筒状，在一方的开口部侧的侧壁中形成有沿着径向扩径的扩径部22a，且在该扩径部22a的周缘侧形成有朝与冷阴极侧容器21连通的方向突出的环状的密闭部22b。

并且，使所述的冷阴极侧容器21、阳极侧容器22的密闭部22a和22b彼此对置抵接来获得两容器21、22连通而成的容器主体20b，且在该容器主体20b内收容有冷阴极9、阳极11等的状态下密闭并进行真空化。

由此，能够获得在容器主体20a的中央部形成有凸缘部20a的真空容器20。

[真空容器的实施例]

作为一例，如图2A(概要主视图)、2B(概要俯视图)、2C(概要仰视图)、2D(概要剖视图)、2E(A-A向视图)所示那样举出采用了聚焦电极(聚焦电极)14的场致发射装置。

图2中的聚焦电极14包括：夹持在冷阴极侧容器21与阳极侧容器22之间的平板状(图2中为圆板状)的机体部14b；作为形成有可供电子束通过的大小的贯通孔14a的构件的、与形成在所述机体部14b的中央部的嵌合孔嵌合的环状构件14c。

贯通孔14a的开孔面积设为比例如冷阴极9的电极面积小，从而能够对冷阴极9与阳极11之间的电子流区域的一部分进行遮蔽。

通过具备上述聚焦电极14，由此所述的电子束被朝阳极11方向引出，与不具备该聚焦电极14的情况相比较，从冷阴极9中的电极面的外周缘部(电场集中容易发生的部分)放射而获得的电子被遮蔽，从而可抑制其外周缘部的电流老化或放电现象。

另外，可控制为使电子流区域聚焦而使阳极11中的电子点变小。

即，冷阴极9与阳极11之间的电子流区域在聚焦电极14的作用下进一步地聚焦，阳极11中的电子点也进一步地变小而成为均匀的分布，从而可获得更高的电流密度。

另外，图2中的吸气剂材料15配置在例如聚焦电极14中的贯通孔14a的外周侧(图2中沿着聚焦电极14的周向而隔着规定距离配置多个)。

所述的聚焦电极14、吸气剂材料15只要是能够发挥它们的功能的位置，可以在真空容器20内设置在各种的位置上，不过，在例如图7所示那样的真空容器中配置聚焦电极14、吸气剂材料15等的情况下，由于以确保用于配置上述聚焦电极14、吸气剂材料15的空间为目的，有可能使真空容器整体大型化。

另一方面，如图2所示，通过在凸缘部20a的中空部配置聚焦电极14、吸气剂材料15，不仅能够使该凸缘部20a利用于确保爬电距离、散热性，而且还能够作为用于配置聚焦电极14、吸气剂材料15的空间而有效利用。

需要说明的是，在如上所述构成的真空容器20中，能够应用在场致发射装置的技术领域中应用的各种材料，但在例如冷阴极侧容器21、阳极侧容器22中，作为一例也可以举出陶瓷(例如包含90％以上的氧化铝在内的陶瓷)、耐热性玻璃等的绝缘材料。

在聚焦电极14中，可举出在机体部14b采用具有与耐热性玻璃同等的热膨胀系数的合金(例如Kovar(注册商标))或不锈钢等导电性材料，而在环状构件也应用Kovar等。

作为将用于真空容器20的冷阴极9、阳极11、聚焦电极14、冷阴极侧容器21、阳极侧容器22等的各构成构件组装并进行真空化的方法，可举出例如以下所示的方法。

首先，在冷阴极9、阳极11中，如图2所示那样，在冷阴极侧容器21、阳极侧容器22的各开口部(与凸缘部相反侧的开口部)分别预先通过银焊而装配可嵌合的密闭盖9a、11a。

接着，对密闭盖9a、11a与冷阴极侧容器21、阳极侧容器22的各嵌合面、聚焦电极14、冷阴极侧容器21、阳极侧容器22的夹持面分别通过活性金属法(金属化)进行活性处理(例如在900℃左右下进行处理)，之后通过银焊来接合，从而构成密闭的容器。

然后，通过对所述的容器进行加热而对吸气剂材料15进行活性化处理(例如在温度800～900℃左右下进行处理)，从而对残存于该容器内的气体分子等进行吸附，由此可获得所期望的真空度的真空容器20。

需要说明的是，在真空容器20的各结构构件中的电子束可碰撞的构件中，以抑制脱气现象为目的，优选预先进行基于电子束及真空热处理炉的脱氧处理(例如，在1250℃左右下处理由钨构成的构件(阳极等)，在1000℃左右下处理由Kovar构成的构件)。

另外，例如图3A(概要主视图)、3B(概要俯视图)、3C(概要仰视图)、3D(概要剖视图)、3E(A-A向视图)的真空容器20所示那样，在阳极侧容器22的侧壁的一部分(图3中为在电子束照射方向上呈长条状的密闭盖11a的侧壁的一部分)上也可以具备X射线可透过的照射窗(例如，由氦或者钛构成的窗)22c。

[冷阴极的实施例]

作为应用于本发明的场致发射装置的冷阴极的一例，可举出专利文献3所公开的结构。

即，可举出如下所述的冷阴极：相对于在基板表面上形成(例如，通过等离子体CVD法成膜而形成)的碳膜结构，将与该碳膜结构及/或基板同电位的保护电极(例如，与碳膜结构抵接且电连接的保护电极)设置在该碳膜结构的外周侧，使碳膜结构中的周边的表观性的曲率半径变大，由此可抑制在碳膜结构(尤其是外周缘部)中可发生的局部性的电场集中。

如上所述，所谓“使碳膜结构中的周边的表观性的曲率半径变大的保护电极”，是指在碳膜结构的成膜方向上具有凸状的曲面部(向成膜方向的相反侧弯曲的曲面部)的电极，可举出在该曲面部中保护电极外周侧的曲率半径在碳膜结构侧的曲率半径以上的结构、例如在曲面部中随着从碳膜结构侧向保护电极侧接近而曲率半径变大的结构或恒定的结构(例如图4C所示，截面(环状的保护电极的轴心方向的截面)呈大致正圆状)的电极。

更详细而言，如图4A的概要图所示，在设于外周缘部10a形成得较厚且弯曲(图中以曲率半径R0弯曲(L0为曲率半径R0中的曲面的切线))的碳膜结构10的保护电极43的曲面部43a中，可举出碳膜结构10侧的曲率半径R1和保护电极10外周侧的曲率半径R2满足R1≤R2的关系式的结构。

因而，在保护电极43中不局限于图4所示那样的形状，只要是在碳膜结构10的成膜方向上具有凸状的曲面部，而使设于该碳膜结构10的外周侧的该碳膜结构10周边中的表观性的曲率半径变大的结构，能够应用各种形状。

设有这样的保护电极43时的等电位面如图4B的符号10b所示那样设为比较平坦的结构。

在碳膜结构10与保护电极43之间，如图4A、B所示那样不存在间隙等较为优选，但即便在例如图4C所示那样设有大致环状的保护电极43而存在间隙10c的情况下，只要例如曲面部43a的顶部比碳膜结构10(例如，外周缘部的尖头形状的顶部)更向成膜方向突出，使该间隙10c为微小的结构，则等电位面成为充分平坦的结构。

在基板7中，只要是可成膜碳膜结构，则能够应用各种方式的基板(例如，大致圆盘状、大致矩形平板状的Si基板、SUS基板等)。

在例如基板7呈大致矩形状的情况下，相对于在该大致矩形状的基板7上形成的碳膜结构10的外周侧而设有保护电极43，使该碳膜结构10中的周边的表观性的曲率半径变大。

另外，要成膜的一侧的面也可以不平坦，例如可以为呈凹状弯曲的结构。

例如，如图5所示，也可以应用冷阴极9的电极面侧(供碳膜结构形成的一侧的面)的形状呈凹状(电极面中央部具有凹陷曲率半径的形状)的基板7，且在该基板7表面上形成碳膜结构10。

如此形成于凹状的基板7的碳膜结构10与形成于电极面平坦的基板的碳膜结构相比，外周缘部成为相对于阳极11方向更加弯曲的凹状。

即，冷阴极9与阳极11之间的电子流区域随着接近阳极11而聚焦，阳极11中的电子点变得比冷阴极9的电极面的面积小而成为均匀的分布，从而可更加容易地获得较高的电流密度。

进而，冷阴极9还能够应用无需使碳膜结构10形成在基板7的电极面侧的整个表面上而仅仅在基板7的电极面侧的一部分(中央部等)形成有碳膜结构10的结构，更加容易使所述的电子点变小，从而可更加容易地获得较高的电流密度。

作为形成上述碳膜结构10的方法，可举出并用例如图6所示那样成形(通过光刻技术等成形)的、位于冷阴极的电极面侧的电极面侧基板7a和从一端面侧(与电极面相反的背面侧)支承该电极面侧基板的碳膜结构支承基板7b的方法。

需要说明的是，碳膜结构10仅仅在成膜于基板7上的状态下使用即可，但也可以例如在对碳膜结构10的表面进行适当研磨(例如，图4中对外周缘部10a的顶部进行研磨)之后使用。

需要说明的是，当过度研磨时，碳膜结构10的尖头形状会减少，存在碳膜结构10的特性损伤较大的可能性。

图6示出组装有作为第二发明所涉及的场致发射装置的X射线发生装置的便携型非破坏检查装置。该便携型非破坏检查装置100包括收纳X射线发生装置的主体部102和电源部103，上述主体部102和电源部103能够分离，主体部102和电源部103的分离结合通过机械键来进行。

所述电源部103由变压器104与电池收纳部105一体化而成，从变压器104突出有端子106，在电池收纳部105安装有把持部107，且在该把持部107设有开关108。

通过将主体部102和电源部103设为能够分开，由此在不使用时可分别保管而他人无法使用，但为了进一步地提高安全性，可考虑在所述开关108中设有通过指纹认证部等的生物测定学来进行本人认证的部分，假如存在未被认证的人时，则不接通开关、或反之流动大电流而对X射线发生装置进行破坏。

主体部102在不锈钢制壳体内收纳有X射线发生装置110。X射线发生装置110包括发射极单元120、对阴极单元130及将上述单元相连的连结单元140。

发射极单元120在陶瓷制的容器121内设有发射极122，该发射极122的前端位临连结单元140内，且容器121的外侧是由硅酮树脂或环氧树脂等而形成树脂模制件123。另外，在树脂模制件123内埋设有导线124，该导线与承受端子125连接。

对阴极单元130在陶瓷制的容器131内设有钨等的对阴极132，容器131的外侧是由硅酮树脂或环氧树脂等而形成树脂模制件133，氧化铝制的散热构件134与从模制件133露出的对阴极132的后端接触，进而在树脂模制件133内埋设有导线135，该导线与承受端子136连接。

另外，在主体部102内的与所述散热构件134接近的部位配置有对散热构件134进行冷却的风扇137。

连结单元140由不锈钢等的金属制且呈筒状。并且，在靠近所述发射极122的部位一体形成有聚焦电极141，从而对由发射极122发生的电子束进行缩径而与所述对阴极132碰触。

另外，在连结单元140的一侧配置有吸气剂142，在与该吸气剂142对置的侧面连接有排气管143，该排气管143在将发射极单元120、对阴极单元130及连结单元140连结而组装成X射线发生装置110之后将X射线发生装置110内形成为真空状态。该排气管143在吸引后被密封。

如图11所示，在发射极122与聚焦电极141之间设有电子发生电路151，在所述聚焦电极141与对阴极132之间设有电子加速电路152，以栅极电极141为基准而对发射极122施加有例如-40kV，对对阴极32施加有+40kV。

在所述电子发生电路151中通过检测器153来检测电流值，将该检测值向控制部154输送，并以使该检测电流值收敛于恒定范围之内的方式进行反馈控制。另外，在所述电子加速电路152中，通过检测器155对电压值进行检测，将该检测值向控制部54输送，并以使该检测电压值收敛于恒定范围之内的方式进行反馈控制。

由所述电子发生电路151中的被控制为成为恒定电压的方式的施加电压来确定X射线的发生量(管电流)，由所述电子加速电路152中的施加电压来确定X射线的能量(管电压＝阴极侧电压+阳极侧电压)。

所述发射极122包括由不锈钢等作为材料的基板160、碳膜161及以围绕所述基板160的周边的方式设置的保护电极162。

基板160呈长条状且与电子发生电路151的阴极侧连接，将同与电子加速电路152的阳极侧连接的对阴极132对置的面作为电子放射面163，且在该电子放射面163的表面上形成有所述碳膜61。

所述电子放射面163设置在以电子的射出方向为基准而比所述保护电极162的前端更后退的位置上。施加给电子放射面的电压与电子放射面163的自保护电极162的前端起的后退量成比例地降低。因而，能够通过对自保护电极的前端起的后退量进行调整来对产生的电子束的强度进行控制。电子放射面63呈凹球面，该凹面具有恒定的曲率半径，当假定为射入有平行的光线时，则存在聚焦的焦点F。

所述保护电极162的前端部呈凸曲面，通过将该凸曲面的外周侧的曲率半径(R1)设为围绕碳膜的内周侧的曲率半径(R2)以上(R1≥R2)，由此可抑制碳膜161的表面上的局部的电场集中，从而可防止伴随着热老化的电流老化或放电现象。

另外，当将对阴极132与聚焦电极141的距离设为d、施加电压设为V时，电场的强度E成为E＝V/d。并且，通过使电子放射面163从保护电极162的前端部后退，由此对电子放射面163施加的电压变小。后退量优选为0.5～2.0mm。

其结果是，在冷阴极的情况下，放射电子无方向性地射出，但通过保护电极聚焦，并朝向中间极的孔口(孔)前进。穿过孔口的电子在对阴极上聚结焦点。

形成于所述电子放射面163的表面的碳膜161为几μm～几十μm的厚度，且由多个突起呈面状展开而构成，进而，突起包括形成于电子放射面163的表面的隆起部和从该隆起部伸长的针状部。

图13是表示在未被认证的人按压开关时流动大电流而对X射线发生装置进行破坏的结构的一例的图，如该图所示，在发射极122与保护电极162之间夹装有绝缘体164而分离，保护电极162能够对电子发生电路151和接地进行切换。

并且，当未被认证的人按压开关时，保护电极162切换为接地侧。于是，由于发射极122和保护电极162分离，故与聚焦电极141相比，电流更向保护电极162流动，由此可抑制X射线的产生。进而，向对阴极132(阳极)与聚焦电极141间施加有几十KV的负电压，因此，放电电流不向对阴极132行进，而是向比聚焦电极141更靠近的保护电极162流动，由此发射极122受到破坏。

图14是表示另一实施例的与图6同样的图，在该实施例之中，使对阴极132位临金属制的连结构件140的内部，在该连结构件140形成窗部144，并由铍的薄板145来覆盖该窗部144，由此形成为能够抑制X射线的衰减且高效率地将X射线向外部放射的结构。

图15所示的X射线发生装置200由具备聚焦电极206的连结构件207结合收纳发射极202的陶瓷制容器203和收纳对阴极金属204的陶瓷制容器205而成。

所述发射极202在由不锈钢等导电性材料构成的主体的顶部形成有恒定的极率的凹面，在该凹面形成有几μm～几十μm的厚度的电子放射用的碳膜。由碳膜构成的发射极202与现有的热灯丝相比，能够在较低的温度下放射出电子。

另外，对阴极金属204由钨等构成，供来自所述发射极202的电子碰触的前端面设为倾斜面，由于电子碰撞而从倾斜面发射出X射线，且用于将该发射出的X射线向外部取出的窗部208形成在所述连结构件207上。需要说明的是，为了维持X射线发生装置200内的真空度，窗部208利用由铍构成的薄膜209而被气密地关闭。

另外，在所述发射极202与聚焦电极206之间设有电子发生电路210，在所述聚焦电极206与对阴极金属204之间设有电子加速电路211，以聚焦电极206为基准而对发射极202施加有例如-40kV，对对阴极金属4施加有+40kV。

作为陶瓷制容器203、205的制法，可采用如下所述的方法：例如首先形成致密层214，在该致密层214之上安置海绵等，使陶瓷的泥浆浸渍于该海绵之后进行烧成，对海绵进行气化而形成连续气孔或在中途停止烧结等。另外，关于与连结构件207抵接的开放端而言，也可以实施金属化，从而提高气密性。

另外，如图17所示，在连结构件207中设有抽真空用的开口212及吸气剂213的收纳部。需要说明的是，吸气剂213也可以设置在发射极202的主体部分上。

陶瓷制容器203、205为相同结构，故关于收纳对阴极金属204的陶瓷制容器205进行说明。陶瓷制容器205呈一端开放的杯状，开放端与所述连结构件207气密连结，且在基端部分别保持有对阴极金属204、发射极202。

陶瓷制容器205由形成有三维连续的气孔的氧化铝等的多孔质陶瓷构成，在该多孔质陶瓷的内侧面设有致密层14，在所述连续气孔内填充有绝缘油。

作为陶瓷制容器205的制法，可采用如下所述的方法：例如首先形成致密层214，在该致密层214之上安置海绵等，使陶瓷的泥浆浸渍于该海绵之后进行烧成，对海绵进行气化而形成连续气孔或在中途停止烧结等。另外，关于与连结构件207抵接的开放端而言，也可以实施金属化，从而使气密性提高。

另外，在陶瓷制容器205的外侧安装有金属制罩215，在该金属制罩215的内侧与陶瓷制容器205的外侧之间形成有成为绝缘油积存处的间隙216。

在图15所图示出的实施例中，收纳发射极202的陶瓷制容器203和收纳对阴极金属204的陶瓷制容器205以杯部面对面的方式与连结构件207连结，而在图18及图19所示的X射线发生装置300中，收纳发射极302的陶瓷制容器303和收纳对阴极金属304的陶瓷制容器305以杯部彼此朝向相反方向的方式与连结构件307连结。

通过如此设置，能够缩短X射线发生装置300的长度尺寸。

另外，在图18及图19所示的X射线发生装置300中，在陶瓷制容器303、305的外周形成有散热片306。

以上，虽然示出了实施的一例，但本申请发明不局限于上述内容。例如，在第一发明所涉及的场致发射装置中，使冷阴极侧容器的凸缘部与阳极侧容器的凸缘部对接，从而在上述凸缘部间形成有空间，不过，也可以在冷阴极侧容器及阳极侧容器不设置凸缘，准备两张凸缘部对合而成的形状的连结构件，并将连结构件置于中间地装入，从而连结所述冷阴极侧容器及阳极侧容器。

附图标记说明如下：

7…基板

9…冷阴极

10…碳膜结构

11…阳极

14…聚焦电极

15…吸气剂材料

20…真空容器

20a…凸缘部

21…冷阴极侧容器

22…阳极侧容器

43…保护电极

100…非破坏检查装置

102…主体部

103…电源部

104…变压器

105…电池收纳部

106…端子

107…把持部

108…开关

110…X射线发生装置

120…发射极单元

130…对阴极单元

140…连结单元

121…容器

122…发射极

123…树脂模制件

124…导线

125…承受端子

131…容器

132…对阴极

133…树脂模制件

134…散热构件

135…导线

136…承受端子

141…聚焦电极

142…吸气剂

143…排气管

144…窗部

145…铍薄膜

151…电子发生电路

152…电子加速电路

153…检测器

154…控制部

155…检测器

160…基板

161…碳膜

162…保护电极

163…电子放射面

164…绝缘体

200…X射线发生装置

202…发射极

204…对阴极金属

203、205…陶瓷制容器

206…聚焦电极

207…连结构件

208…窗部

209…薄膜

210…电子发生电路

211…电子加速电路

212…抽真空用的开口

213…吸气剂

214…致密层

216…成为绝缘油积存处的间隙

300…X射线发生装置

302…发射极

303、305…陶瓷制容器

306…散热片

307…连结构件。

Claims (6)

1.一种场致发射装置，其在筒状的真空容器内具备由在基板表面形成有碳膜结构的电子放射体构成的冷阴极和以使电极面与所述冷阴极的电极面对置的方式配置的阳极，该场致发射装置对所述的冷阴极与阳极之间施加电压，在场致发射的作用下从冷阴极放射出电子束，

所述场致发射装置的特征在于，

所述真空容器中，冷阴极与阳极之间的一部分的侧壁沿着相对于该电子束放射方向正交的方向扩径而形成有具有中空部的凸缘部。

2.根据权利要求1所述的场致发射装置，其特征在于，

所述真空容器中，使在内周侧可收容冷阴极的筒状的冷阴极侧容器与在内周侧可收容阳极的筒状的阳极侧容器连通而形成凸缘部，

所述冷阴极侧容器形成有：在一方的开口部侧的侧壁中沿着径向扩径的扩径部；在该扩径部的周缘侧朝与阳极侧容器(22)连通的方向突出的环状的密闭部，

所述阳极侧容器形成有：在一方的开口部侧的侧壁中沿着径向扩径的扩径部；在该扩径部的周缘侧朝与冷阴极侧容器连通的方向突出的环状的密闭部。

3.根据权利要求1或2所述的场致发射装置，其特征在于，

在所述凸缘部配置有聚焦电极。

4.一种场致发射装置，其具备冷阴极、对阴极及聚焦电极，

所述场致发射装置的特征在于，

所述冷阴极和对阴极设置在独立的容器内，上述容器由具备聚焦电极的连结构件结合。

5.根据权利要求4所述的场致发射装置，其特征在于，

所述冷阴极和对阴极收纳在陶瓷制容器内，所述聚焦电极与将所述陶瓷制容器连结的金属制连结构件一体形成。

6.一种便携型非破坏检查装置，其组装有权利要求1至5中的任一项所述的场致发射装置，

所述便携型非破坏检查装置的特征在于，

所述便携型非破坏检查装置中，收纳所述场致发射装置的主体部与电源部能够分离。

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