CN109417007B - 场发射装置和场发射方法 - Google Patents

Abstract

发射器(3)和靶(7)在真空室(1)中布置成彼此面对，并且保护电极(5)在发射器(3)的电子生成部分(31)的外周侧设置。发射器(3)通过具有能移动的主体(40)的发射器支撑单元(4)在真空室(1)的两端方向上能移动地被支撑。发射器支撑单元(4)由连接到发射器支撑单元(4)的操作单元(6)操作。通过由操作单元(6)操作发射器支撑单元(4)，发射器(3)的电子生成部分(31)和靶(7)之间的距离改变，并且发射器(3)的位置固定在任意距离处，然后在发射器(3)的位置固定的情况下执行场发射。

Description

场发射装置和场发射方法

技术领域

本发明涉及应用于诸如X射线设备、电子管和照明系统之类的各种装置的场发射装置(电场放射装置)和场发射方法(电场放射方法)。

背景技术

作为应用于诸如X射线设备、电子管和照明系统之类的各种装置的电场放射装置的示例，已知如下的构造，其中，在发射器(由碳等形成的电子源)和靶之间施加电压，发射器和靶在真空外壳的真空室中彼此面对的同时被定位(以预定距离分开)，通过发射器的场发射(通过生成电子和发射电子)发射电子束，并且通过使发射的电子束与靶碰撞，获得期望的功能(例如，在X射线设备的情况下，通过X射线的外部发射的透视分辨率)。

另外，已经讨论了：例如，通过采用在发射器和靶之间插入栅网电极而形成的三极管结构、和/或通过使发射器的电子生成部分(位于靶的相对侧并且生成电子的部分)的表面成形为弯曲表面、和/或通过在发射器的外周侧布置与发射器处于相同电位的保护电极(例如，专利文献1和2)，来抑制从发射器发射的电子束的分散。

期望通过经由上述电压施加仅从发射器的电子生成部分生成电子来发射电子束。但是，如果真空室中存在不期望的微小突起或污垢等，那么容易发生非故意的闪络现象，并且不能获得耐电压性能，于是可能无法获得期望的功能。

例如，这是在保护电极等(靶、栅网电极和保护电极，根据需要，以下简称为保护电极等)处形成局部电场集中容易发生的部分(例如，在加工过程中形成的微小突起)的情况、保护电极等吸收气体成分(例如真空外壳内的残留气体成分)的情况、以及容易引起电子生成的元素包含在应用于保护电极等的材料中的情况。在这些情况下，电子生成部分也在保护电极等处形成，并且电子的生成量变得不稳定，于是电子束容易分散。例如，在X射线设备的情况下，存在X射线将失焦的风险。

因此，作为抑制闪络现象的方法(作为稳定电子的生成量的方法)，例如，已经研究了执行跨保护电极等(例如，在保护电极和栅网电极之间)施加电压(高电压)并重复放电的电压放电调节处理(改质(重整)；下文中在必要时简称为改质处理)的方法。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未经审查的专利申请公开No.2008-150253

专利文献2：日本未经审查的专利申请公开No.2011-008998

发明内容

但是，当仅跨保护电极等施加改质处理的电压时，也容易发生发射器的场发射(例如，在执行改质处理之前的场发射)，于是存在保护电极等将无法适当地经历改质处理的风险。

鉴于上述技术问题，提出了本发明。因此，本发明的一个目的是提供一种技术，这种技术能够在抑制发射器的场发射的同时执行保护电极等的改质处理、能够容易地设定场发射电流的输出、并能够有助于改善电场放射的特性。

根据本发明的电场放射装置和场发射方法是可以解决上述问题的装置和方法。作为电场放射装置的一个方面，电场放射装置包括：真空外壳，通过密封筒状绝缘体的两个端侧并且在所述绝缘体的内壁侧具有真空室而形成；发射器，位于所述真空室的一个端侧，并且具有面向所述真空室的另一个端侧的电子生成部分；保护电极，布置在所述发射器的所述电子生成部分的外周侧；靶，位于所述真空室的所述另一个端侧，并且被设置成面向所述发射器的所述电子生成部分；能移动的发射器支撑单元，在所述真空室的两端方向上能移动地支撑所述发射器；以及操作单元，连接到所述发射器支撑单元并且操作所述发射器支撑单元，并且所述操作单元被配置成通过所述操作单元对所述发射器支撑单元的操作来改变所述发射器的所述电子生成部分和所述靶之间的距离并且将所述发射器的位置固定在任意距离处，并且在所述发射器的位置固定的情况下由所述发射器的所述电子生成部分执行场发射。

所述发射器支撑单元通过能移动的主体支撑所述发射器，所述能移动的主体通过所述操作单元而能够在所述真空室的两端方向上移动，所述操作单元具有调节螺钉(screw)部分，所述调节螺钉部分的螺钉轴以在与所述能移动的主体的轴线相同的方向上延伸的方式拧入并且连接到所述能移动的主体的一个端侧并且由所述能移动的主体的所述一个端侧能旋转地支持，并且通过由所述操作单元转动所述调节螺钉部分而使所述能移动的主体在所述两端方向上移动，所述发射器的所述电子生成部分和所述靶之间的距离改变，并且所述发射器的位置固定在所述任意距离处。此外，用于转动所述调节螺钉部分的马达通过绝缘体而连接到所述调节螺钉部分。

所述发射器支撑单元通过能移动的主体支撑所述发射器，所述能移动的主体通过所述操作单元而能够在所述真空室的两端方向上移动，所述操作单元具有活塞，所述活塞能够沿着所述能移动的主体的轴线往复运动并且所述活塞连接到所述能移动的主体的一个端侧，并且通过由所述操作单元使所述活塞往复运动所述能移动的主体在所述两端方向上移动，所述发射器的所述电子生成部分和所述靶之间的距离改变，并且所述发射器的位置固定在所述任意距离处。此外，所述活塞通过绝缘体而连接到所述能移动的主体。

所述能移动的主体具有在所述发射器的所述电子生成部分的相对侧在所述真空室的两端方向上延伸的形状。

所述保护电极在其靶侧设置有小直径部分。此外，所述保护电极在其靶侧设置有边缘部分，所述边缘部分在所述真空室的横断方向上延伸并且在所述真空室的两端方向上与所述发射器的所述电子生成部分的周缘部分重叠。

电场放射装置还包括：能够在所述真空室的两端方向上伸缩的波纹管。并且，所述波纹管的一个端侧由所述发射器支撑单元支持，并且所述波纹管的另一个端侧由所述真空外壳支持。

在所述真空室中的所述发射器和所述靶之间设置栅网电极。

作为电场放射装置的场发射方法的一个方面，场发射方法包括：通过由操作单元的操作改变所述发射器的所述电子生成部分和所述靶之间的距离并且将所述发射器的位置固定在所述任意距离处来设定场发射电流的输出；以及在所述发射器的位置固定的情况下从所述发射器的所述电子生成部分执行场发射。此外，在不改变管电压的情况下设定所述场发射电流的输出。

根据上述的本发明，能够在抑制发射器的场发射的同时执行保护电极等的改质处理、能够容易地设定场发射电流的输出、并且能够有助于改善电场放射装置的特性。

附图说明

图1是示出根据本发明的一实施例的X射线设备10的示意性说明图(在真空室1的两端方向上截取的截面图(在发射器3位于可放电区域m中的情况下))。

图2是示出根据本发明的这一实施例的X射线设备10的示意性说明图(在真空室1的两端方向上截取的截面图(在发射器3位于无放电区域n中的情况下))。

图3是示出这一实施例的保护电极5的示例的示意性说明图(图1的一部分的放大图，其中保护电极5具有小直径部分51而不是边缘部分52)。

图4是用于说明在发射器3位于可放电区域m中的情况下的放电距离d的示意图(图4的(A)：放电距离d为0，图4的(B)：放电距离d是预定距离)。

图5是示出根据本发明一实施例的X射线设备10A的示意性说明图(在真空室1的两端方向上截取的截面图(在发射器3位于可放电区域m中的情况下))。

图6是示出根据本发明一实施例的X射线设备10B的示意性说明图(在真空室1的两端方向上截取的截面图(在发射器3位于可放电区域m中的情况下))。

具体实施方式

根据本发明实施例的电场放射装置不是在通过密封绝缘体的两个端侧而形成的真空室中仅具有定位成彼此面对的发射器和靶以及在发射器的电子生成部分的外周侧的保护电极的电场放射装置，而是具有在真空室的两个端部的方向(下文中简称为两端方向)上能移动地支撑发射器的能移动的发射器支撑单元、并且被配置成能够通过发射器支撑单元的移动而改变发射器的电子生成部分和靶之间的距离的电场放射装置。

另外，根据本发明实施例的电场放射装置具有连接到发射器支撑单元(例如，后面提到的发射器支撑单元的能移动的主体的一个端侧)并且操作或致动发射器支撑单元的操作单元，并且被配置成能够通过操作单元的操作来改变发射器的电子生成部分和靶之间的距离、并在发射器的位置固定在任意距离处的状态下允许从发射器的电子生成部分的场发射。

作为保护电极等的常规改质处理方法，除了如上面所提到的跨保护电极等施加高电压的方法之外，通过在真空大气中暴露保护电极等来去除吸收的气体的方法是已知的。这个方法是这样一种方法，其中，例如，形成电场放射装置(下文称为常规装置)，其中大直径排气管在真空外壳处设置，并且通过使真空室通过大直径排气管进入高温真空状态，真空室中的保护电极等的吸收的气体被释放，并且随后真空室返回到大气状态，并且发射器等通过大直径排气管布置在真空室中，然后通过密封真空室，使真空室再次进入真空状态。

但是，难以长时间维持设有大直径排气管的真空外壳中的真空室的高温真空状态。另外，存在在真空室再次进入真空状态之前气体将再次被吸收到保护电极等的风险。因此，不能够改质(平滑)在保护电极等处形成的粗糙表面。此外，由于大直径排气管，真空外壳尺寸增大，制造工时也会增大，并且产品成本会增大。

另一方面，根据本发明实施例的构造，能够在不使用上面提到的方法的情况下执行保护电极等的改质处理。为了执行改质处理，通过操作操作单元并将发射器从可放电区域(在其中执行场发射的区域；在后面提到的图1中的可放电区域m)移动到无放电区域(即，放电电场或更小；图1中的无放电区域n)(即，在电子生成部分和靶之间的距离变长的方向上移动)，设定发射器的场发射被抑制的状态(例如，如后面提到的图2中所示，发射器的电子生成部分和保护电极彼此分开(在它们之间形成间隙)的状态)。然后，在这个状态下，通过跨保护电极等施加电压，可以执行改质处理，并且保护电极等的表面熔化或溶解并被平滑。由此，可以获得期望的耐电压。另外，在如上所述发射器的场发射被抑制的状态下，在改质处理期间不对发射器施加任何负担。

因此，根据实施例的改质处理，即使在保护电极等的表面上存在微小突起，也可以使表面平滑。另外，在吸收气体成分(例如，真空外壳中的残余气体成分)的情况下，吸收的气体被释放。而且，在保护电极等中含有容易生成电子的元素的情况下，通过上述熔化-平滑，可以将该元素保持或保存在保护电极等内部，并且由该元素造成的电子的生成可以被抑制。因此，在电场放射装置中可以容易地稳定电子的生成量。

在如上所述地执行保护电极等的改质处理之后，通过再次由操作单元操作发射器支撑单元并将发射器从无放电区域移动到可放电区域(即，在电子生成部分和靶之间的距离变短的方向上移动发射器)，设定发射器的电子生成部分和保护电极之间的距离变窄的状态(发射器的电子生成部分和保护电极彼此靠近或彼此接触的状态)。然后，发射器(电子生成部分)的场发射会是可允许的，并且可以获得电场放射装置的期望功能(在X射线设备的情况下，可以获得X照射等)。

在这里，假设诸如出品率之类的装置差异可以忽略不计，那么场发射电流(从发射器朝着靶发射的电子束的流)的输出(X射线强度等；下文中根据需要简称为电流输出)按照电流-电压特性而由与场发射相关的电压值确定。

作为将这个电流输出调节并设定为期望大小的方法，例如，存在通过改变在发射器和栅网电极之间施加的电压(下文中，根据需要简称为EG电压)来执行这些调节和设定的常规方法。但是，由于在调节之前和之后管电压(例如，EG电压和后面提到的TG电压的总电压)也改变，因此，如果管电压的改变对于电场放射装置(X射线设备)的利用是不期望的，那么这种方法不合适。另外，在这种常规方法中，通过在控制(反馈控制)EG电压和TG电压两者的同时改变EG电压以及施加在靶和栅网电极之间的电压(下文中，根据需要简称为TG电压)，可以抑制管电压的改变。但是，存在电流输出的调节变得复杂的风险。而且，在电场放射装置没有栅网电极的情况下，由于场发射电流很大程度上取决于管电压，因此会难以通过常规方法来在抑制管电压的变化的同时调节电流输出。

另一方面，在本发明的实施例中，当通过由操作单元操作发射器支撑单元而将发射器移动到可放电区域时，发射器的电子生成部分和保护电极之间的距离(下文中，根据需要简称为放电距离，在后面提到的图4的(B)中为d)可以根据可放电区域的两端方向上的宽度(图1中的可放电区域m的宽度等)来改变。与发射器相关的电场也取决于这个放电距离的长度而不同。例如，随着放电距离变长(随着发射器更靠近可放电区域中的一个端侧)，电场变小。并且，随着放电距离变短(随着发射器更靠近可放电区域中的另一个端侧)，电场变大。然后，生成其大小取决于上述电场的电流输出。

即，根据本发明的实施例，通过由操作单元适当地改变放电距离，即使电场放射装置没有栅网电极，也能够在抑制管电压的改变(将管电压保持在一定电压处)以使得管电压不变的同时容易地将电流输出调节并设定为期望的大小(比常规方法更容易)。另外，由于对管电压改变的利与弊的利用没有限制，因此能够有助于改善电场放射装置的通用性。

在允许改变管电压的利用的情况下，在本发明的实施例中，不仅如上所述仅改变放电距离，而且可以改变EG电压和管电压，并且通过组合常规方法，可以根据需要执行管电压控制。由此，电流输出的调节范围变得比常规方法的调节范围更宽，并且这进一步有助于改善电场放射设备的通用性。例如，即使在场发射特性由于诸如出品率之类的装置差异而与产品规格不同的情况下，通过如本发明的实施例那样执行电流输出的调节，也能够获得等同于产品规格的场发射特性。

本实施例的电场放射装置可以通过适当地应用各技术领域的普通技术知识进行各种修改，只要电场放射装置具有在两端方向上能移动地支撑发射器的发射器支撑单元以及连接到发射器支撑单元并操作(致动)发射器支撑单元、并且被配置成能够改变发射器的电子生成部分和靶之间的距离并通过改变放电距离而将电流输出调节并设定为期望的大小的操作单元即可。电场放射装置的示例将在下面说明。

<<电场放射装置的实施例1>>

图1和图2中的标号10是向其应用本实施例的电场放射装置的X射线设备的示例。在这个X射线设备10中，筒状绝缘体2的一个端侧的开口21和另一个端侧的开口22分别用发射器单元30和靶单元70密封(例如，通过钎焊)，并且在绝缘体2的内壁侧具有真空室1的真空外壳11被限定。在发射器单元30(后面提到的发射器3)和靶单元70(后面提到的靶7)之间，设置在真空室1的横断方向(与两端方向交叉的方向，在下文中简称为横断方向)上延伸的栅网电极8。

绝缘体2由诸如陶瓷之类的绝缘材料形成。作为绝缘体2，可以采用各种形状或形态，只要它们可以将发射器单元30(发射器3)与靶单元70(靶7)彼此隔离并在其内部形成真空室1即可。例如，如图所示，这是其中栅网电极8(例如引出端子82)插入在同心布置的两个筒状绝缘构件2a和2b之间并且两个绝缘构件2a和2b通过钎焊等固定在一起的构造。

发射器单元30具有在面向靶单元70(靶7)的部分处具有电子生成部分31的发射器3、在真空室1的两端方向上能移动地支撑发射器3的能移动的发射器支撑单元4、布置在发射器3的电子生成部分31的外周侧的保护电极5。用于操作或致动发射器支撑单元4的操作单元6连接到发射器支撑单元4。

作为发射器3，可以采用各种形状或形态，只要它们具有如上所述的电子生成部分31并且通过施加电压从电子生成部分31生成电子并且还如图所示它们可以发射电子束L1即可(作为放射器或发射器)。例如，它由碳等材料制成(碳纳米管等)，并且如图所示，通过蒸发形成的固体发射器或薄膜发射器被用作发射器3。作为电子生成部分31，为了使电子束L1容易会聚，优选地将电子生成部分31的面向靶单元70(靶7)的表面成形为凹状(曲面状)。

作为发射器支撑单元4，可以采用各种形状或形态，只要如上所述的它们能够在两端方向上能移动地支撑发射器3并且通过操作单元6的操作而移动即可。例如，它是具有柱状的能移动的主体40和波纹管42的构造，柱状的能移动的主体40在保护电极5的内侧在两端方向上延伸，并且在其一个端侧(即在开口21侧)具有凸缘部分41并且在另一个端侧(即在开口22侧)支撑发射器3(例如，通过压接、型锻或者焊接等，将发射器3的电子生成部分31的相对侧固定到能移动的主体40的另一个端侧)，波纹管42能够在两端方向上伸缩并且由真空外壳11支持(例如，如图所示，波纹管42通过保护电极5而由绝缘体2支持)。

在如上所述设置有能移动的主体40和波纹管42的发射器支撑单元4的情况下，通过由操作单元6操作(致动)发射器支撑单元4，能移动的主体40在波纹管42伸缩的情况下在两端方向上移动，并且因此发射器3也在两端方向上移动。发射器支撑单元4可以由各种材料形成，并且材料没有特别限制。例如，发射器支撑单元4可以由诸如不锈钢(SUS材料等)和铜之类的导电金属材料形成。

作为波纹管42，可以采用各种形状或形态，只要它们能够在两端方向上伸缩即可。例如，波纹管可以通过加工金属材料(诸如金属片或金属板)来模制。作为示例，如图所示，波纹管42具有在两端方向上延伸以包围或覆盖能移动的主体40的外周侧的波纹管筒状壁43。

作为图中波纹管42的支持结构，波纹管42的一个端侧通过钎焊等固定到能移动的主体40的凸缘部分41，而波纹管42的另一个端侧通过钎焊等固定到保护电极5的内侧(在图中，波纹管42的另一个端侧固定到后面提到的台阶部分53)。然后，波纹管42限定真空室1和大气侧(真空外壳11的外周侧)，并且可以维持真空室1的气密性。但是，波纹管42的固定方式等不限于上述构造。即，只要波纹管42的一个端侧由发射器支撑单元4(例如，由能移动的主体40或凸缘部分41)支持并且波纹管42的另一个端侧由真空外壳11(例如，由保护电极5的内侧或后面提到的凸缘部分50)支持、并且此外波纹管42能够如上所述地在两端方向上伸缩并且能够限定真空室1和大气侧(真空外壳11的外周侧)并且还可以维持真空室1的气密性，就可以采用各种形状或形态。

作为保护电极5，只要保护电极5如上所述地布置在发射器3的电子生成部分31的外周侧、通过且随着发射器支撑单元4的移动而移动的发射器3的电子生成部分31与保护电极5接触和分离、然后在发射器3和保护电极5定位成彼此靠近或彼此接触的状态下(如图1中所示)保护电极5能够抑制从发射器3发射的电子束L1的分散，就可以采用各种形状或形态。

作为保护电极5的示例，保护电极5由不锈钢材料(SUS材料等)制成，并且具有在真空室1的两端方向上在发射器3的外周侧延伸的筒状形状。并且，通过在保护电极5的两端方向上的一个端侧形成的凸缘部分50，保护电极5的一个端侧由绝缘体2的开口21的端面21a支持，并且保护电极5的另一个端侧(即，靶7侧)与发射器3接触和分离。

保护电极5与发射器3接触和分离的这种构造不受特别限制。例如，如图3中所示，可以想到在保护电极5的两端方向上的另一个端侧形成小直径部分51的构造。但是，如图1和图2中所示的构造被提出，其中形成在真空室1的横断方向上向内延伸并且在真空室1的两端方向上与发射器3的电子生成部分31的周缘部分31a交叉或重叠的边缘部分52。另外，可以形成小直径部分51a和边缘部分52两者。

在保护电极5的这种接触和分离构造中，通过发射器支撑单元4的移动，发射器3在保护电极5的内侧(筒状内壁侧)在两端方向上移动，并且发射器3的电子生成部分31与小直径部分51或边缘部分52接触和分离。另外，在保护电极5具有边缘部分52的构造中，当发射器3靠近或接触保护电极5定位时，电子生成部分31的周缘部分31a被边缘部分52覆盖并受其保护。

在附图中，保护电极5在其内侧具有直径从保护电极5的一个端侧到另一个端侧台阶状减小的形状，并且在保护电极5内部形成台阶部分53。将波纹管42的另一个端侧固定到台阶部分53促进了固定作业，并且此外固定结构是稳定的。

凭借其直径从一端侧向另一个端侧台阶状减小的形状(如保护电极5)，发射器3的电子生成部分31在被朝着小直径部分51或边缘部分52引导的同时在保护电极5的内侧移动。另外，通过如图所示的保护电极5的构造，波纹管42容纳在保护电极5的内侧，并且来自真空外壳11的外周侧的对波纹管42的物理冲击可以被抑制(可以保护波纹管42并且可以防止波纹管42的损坏)。而且，这个构造有助于X射线设备10的尺寸减小。

另外，通过扩大发射器3的电子生成部分31的周缘部分31a的表观曲率半径，能够采用这样的形状来抑制可能在电子生成部分31处(尤其是在周缘部分31a处)发生的局部电场集中和/或抑制从电子生成部分31向其它部分发生的闪络。例如，如图所示，保护电极5具有在两端方向上的另一个端侧有着曲面部分51a的形状。

在这里，在图中所示的保护电极5的情况下，虽然通过焊接将吸气剂(getter)54固定到保护电极5的外周侧，但是吸气剂54的固定位置和材料没有特别限制。

作为操作单元6，可以采用各种形状或形态，只要它们连接到发射器支撑单元4并且可以操作或致动发射器支撑单元4然后通过操作改变发射器3的电子生成部分31与靶7之间的距离、此外可以移动发射器3使得发射器3的电子生成部分31位于可放电区域m或无放电区域n中然后固定发射器3的位置、并且进一步可以如图4的(B)中所示在可放电区域m中将电子生成部分31与保护电极5之间的放电距离d设定为任意距离即可。

例如，图1和图2中所示的操作单元具有能旋转地支持在能移动的主体40的一个端侧的调节螺钉部分61(诸如螺栓)以及能旋转地支持调节螺钉部分61的闭合底部筒状轴承部分62。并且，操作单元6具有螺钉机构，其中位于调节螺钉部分61的顶端侧(靶7侧)的柱状公螺钉部分61a拧入并连接到母螺钉孔40a，该母螺钉孔40a在能移动的主体40的一个端侧形成并且在其中具有螺孔(公螺钉部分61a拧入其中的孔)，该螺孔在与能移动的主体40的轴线相同的方向上延伸。

轴承部分62覆盖能移动的主体40的一个端侧以便不妨碍能移动的主体40的两端方向上的移动，并且轴承部分62的闭合底部筒状开口侧的端面62a通过钎焊等固定到凸缘部分50并由其支持。另外，调节螺钉部分61在公螺钉部分61a的根部侧与螺钉头61b之间的一部分由轴承孔62c能旋转地支持，该轴承孔62c被形成为沿着螺孔穿过轴承部分62的底部62b。此外，调节螺钉部分61的螺钉头61b从轴承孔62c的一个端侧(朝一个端侧)突出，并且例如，通过由操作者抓握和操作螺钉头61b，调节螺钉部分61可以在松开和拧紧方向上转动。

在如图1中所示的操作单元6的情况下，当在拧紧方向上转动调节螺钉部分61时，能移动的主体40在两端方向上朝着一个端侧移动。当在松开方向上转动调节螺钉部分61时，能移动的主体40朝着另一个端侧(即，靶侧)移动。另外，通过固定调节螺钉部分61的旋转(转动)，能移动的主体40的位置固定，即，发射器3的位置固定。

接下来，靶单元70具有面向发射器3的电子生成部分31的靶7以及由绝缘体2的开口22的端面22a支撑的凸缘部分70a。

作为靶7，可以采用各种形状或形态，只要从发射器3的电子生成部分31发射的电子束L1碰撞并且如图所示可以发射X射线L2即可。在附图中，靶7在面对发射器3的电子生成部分31的部分处具有倾斜表面71，该倾斜表面71在相对于电子束L1以预定角度倾斜的交叉方向上延伸。通过电子束L1与这个倾斜表面71碰撞的事实，X射线L2在从电子束L1的照射方向弯曲的方向(例如，如图中所示的真空室1的横断方向)上发射。

作为栅网电极8，可以采用各种形状或形态，只要它们如上所述地插入在发射器3和靶7之间并且它们可以适当地控制穿过它们的电子束L1即可。例如，如图所示，栅网电极8具有在真空腔室1的横断方向上延伸并具有电子束L1穿过的通孔81a的电极部分(例如网状电极部分)81以及(在真空室1的横断方向上)穿过绝缘体2的引出端子82。

根据如上所述构造的X射线设备10，通过借由在松开和拧紧方向上转动操作单元6的调节螺钉部分61而适当地操作发射器支撑单元4(以便在两端方向上移动能移动的主体40)，能够改变发射器3的电子生成部分31与靶7之间的距离。例如，如图2中所示，在电子生成部分31从可放电区域m移动到无放电区域n并且发射器3的场发射被抑制的状态下，可以执行针对保护电极5、靶7、栅网电极8等的期望的改质处理。另外，与上面提到的设置有大直径排气管的常规装置相比，可以容易地实现尺寸减小，并且还可以实现制造工时的减少和产品成本的降低。

<<用于保护电极等的改质处理以及X射线设备10的场发射方法的示例>>

当对X射线设备10的保护电极5等执行改质处理时，首先，通过借由操作单元6的调节螺钉部分61在拧紧方向上的转动而操作发射器支撑单元4，能移动的主体40被移动到一个端侧，并且发射器3被移动到无放电区域n，如图2中所示，然后设定电子生成部分31的场发射被抑制的状态。在这种状态下，发射器3的电子生成部分31和保护电极5的边缘部分52(在图3的情况下，小直径部分51)彼此分开(发射器3移动到无放电区域以便成为放电电场或更小)。通过在图2中所示的这种状态下在保护电极5和栅网电极8(引出端子82)之间和/或在靶7和栅网电极8之间适当地施加预定的改质电压，在保护电极5等处重复放电，于是保护电极5等经历改质处理(保护电极5的表面熔化或溶解并被平滑)。

作为上述改质处理之后的场发射方法，通过借由操作单元6的调节螺钉部分61在松开方向上的转动而操作发射器支撑单元4，能移动的主体40被移动到另一个端侧，并且发射器3从无放电区域n移动到可放电区域m，如图1中所示，然后设定电子生成部分31的场发射是可允许的状态。在这种状态下，发射器3的电子生成部分31和保护电极5的边缘部分52彼此靠近或彼此接触，于是抑制从发射器3发射的电子束L1的分散。

通过在图1所示的这种状态下在发射器3和靶7之间施加预定电压，其中发射器3的电子生成部分31和保护电极5处于相同的电位，从发射器3的电子生成部分31生成电子并且电子束L1被发射，并且电子束L1与靶7碰撞，然后从靶7发射X射线L2。

通过如上所述的改质处理，能够抑制来自X射线设备10中的保护电极5等的闪络现象(电子的生成)，从而稳定X射线设备10的电子的生成量。另外，电子束L1可以变成会聚电子束，并且这容易地使X射线L2聚焦，于是可以获得高的透视分辨率。

另外，关于场发射方法，当如上所述地将发射器3移动到可放电区域m时，发射器3的电子生成部分31与保护电极5的边缘部分52之间的放电距离d由操作单元6适当地调节。因此，能够将电流输出调节并设定为期望的大小。

<<电场放射装置的实施例2>>

图5中的标号10A是向其应用本实施例的电场放射装置的X射线设备的另一个示例。在这里，在图5中，与图1至图4中的元件或部件相同的元件或部件用相同的标号表示，并且下面将省略其说明。

X射线设备10A具有与X射线设备10的构造相同的构造，并且操作单元6具有用于转动调节螺钉部分61的马达63。马达63通过绝缘筒状柱63b借由钎焊等在距调节螺钉部分61的一个端侧预定距离处固定在轴承部分62的底部62b的周缘侧并由其支持，使得驱动轴63a与调节螺钉部分61的螺钉轴同心地定位。另外，马达63的驱动轴63a和调节螺钉部分61的螺钉头61b通过绝缘体(诸如绝缘耦接)63c接合在一起。

根据如上所述构造的X射线设备10A，通过借由马达63的驱动力在松开和拧紧方向上转动操作单元6的调节螺钉部分61而适当地操作发射器支撑单元4(以便在两端方向上移动能移动的主体40)，能够改变发射器3的电子生成部分31与靶7之间的距离。然后，以与X射线设备10相同的方式(例如，如图2中所示)，在电子生成部分31从可放电区域m移动到无放电区域n并且发射器3的场发射被抑制的状态下，可以执行针对保护电极5、靶7、栅网电极8等的期望的改质处理。另外，与上面提到的设置有大直径排气管的常规装置相比，可以容易地实现尺寸减小，并且还可以实现制造工时的减少和产品成本的降低。

<<保护电极等的改质处理以及X射线设备10A的场发射方法的示例>>

当对X射线设备10A的保护电极5等执行改质处理时，通过借由马达63的驱动力在拧紧方向上转动操作单元6的调节螺钉部分61而操作发射器支撑单元4，能移动的主体40移动到一个端侧，并且以与X射线设备10相同的方式(如图2中所示)发射器3移动到无放电区域n，然后设定抑制电子生成部分31的场发射的状态。另外，通过在保护电极5与栅网电极8(引出端子82)之间和/或在靶7与栅网电极8之间适当地施加预定的改质电压，保护电极5等经历改质处理(保护电极5的表面熔化或溶解并被平滑)。

作为在上述改质处理之后的场发射方法，通过借由马达63的驱动力在松开方向上转动操作单元6的调节螺钉部分61而操作发射器支撑单元4，能移动的主体40移动到另一个端侧，并且以与X射线设备10相同的方式(如图1中所示)发射器3从无放电区域n移动到可放电区域m，然后设定电子生成部分31的场发射是可允许的状态。

通过如上所述的改质处理，以与X射线设备10相同的方式，能够抑制X射线设备10A中来自保护电极5等的闪络现象(电子的生成)，并且稳定X射线设备10A的电子的生成量。另外，电子束L1可以变成会聚电子束，并且这容易地使X射线L2聚焦，于是可以获得高的透视分辨率。

另外，关于场发射方法，当如上所述地将发射器3移动到可放电区域m时，发射器3的电子生成部分31与保护电极5的边缘部分52之间的放电距离d由操作单元6适当地调节。因此，能够将电流输出调节并设定为期望的大小。

<<电场放射装置的实施例3>>

图6中的标号10B是向其应用本实施例的电场放射装置的X射线设备的另一个示例。在这里，在图6中，与图1至图4中的元件或部件相同的元件或部件用相同的标号表示，并且下面将省略其说明。

X射线设备10B与向其应用了借助螺钉机构的操作单元6的X射线设备10和10A不同。X射线设备10B具有采用借助往复机构(例如，如图6中所示的气缸64)的操作单元6B的构造。

这个操作单元6B具有气缸64，气缸64使发射器支撑单元4的能移动的主体40在两端方向上往复运动。气缸64通过绝缘筒状柱64b借由钎焊等在距能移动的主体40的一个端侧预定距离处(在图中，远离位于凸缘部分41的内周侧的突出部41a)固定到凸缘部分50并由凸缘部分50支持，使得活塞64a的轴定位成沿着能移动的主体40的轴线延伸(在图6中，使得活塞64a的轴与能移动的主体40的轴线同心地定位)。另外，活塞64a和能移动的主体40(图中的突出部41a)通过绝缘体64c接合在一起。

根据如上所述构造的X射线设备10B，通过借由气缸64的往复运动在两端方向上使操作单元6B的活塞64a往复运动而适当地操作发射器支撑单元4(以便在两端方向上移动能移动的主体40)，能够改变发射器3的电子生成部分31与靶7之间的距离。然后，以与X射线设备10相同的方式(例如，如图2中所示)，在电子生成部分31从可放电区域m移动到无放电区域n并且发射器3的场发射被抑制的状态下，可以针对保护电极5、靶7、栅网电极8等执行期望的改质处理。另外，与上述设置有大直径排气管的常规装置相比，可以容易地实现尺寸减小，并且还可以实现制造工时的减少和产品成本的降低。

<<保护电极等的改质处理以及X射线设备10B的场发射方法的示例>>

当对X射线设备10B的保护电极5等进行改质处理时，通过借由气缸64的往复运动将操作单元6B的活塞64a缩回到气缸64中，能移动的主体40移动到一个端侧，并且以与X射线设备10相同的方式(如图2中所示)发射器3移动到无放电区域n，然后设定电子生成部分31的场发射被抑制的状态。另外，通过在保护电极5与栅网电极8(引出端子82)之间和/或在靶7与栅网电极8之间适当地施加预定的改质电压，保护电极5等经历改质处理(保护电极5的表面熔化或溶解并被平滑)。

作为上述改质处理之后的场发射方法，通过借由气缸64的往复运动从气缸64抽出操作单元6B的活塞64a，能移动的主体40移动到另一个端侧，并且以与X射线设备10相同的方式(如图1中所示)发射器3从无放电区域n移动到可放电区域m，然后设定电子生成部分31的场发射是可允许的状态。

通过如上所述的改质处理，以与X射线设备10相同的方式，可以抑制X射线设备10B中来自保护电极5等的闪络现象(电子的生成)，并且稳定X射线设备10B的电子的生成量。另外，电子束L1可以变成会聚电子束，并且这容易地使X射线L2聚焦，于是可以获得高的透视分辨率。

另外，关于场发射方法，当如上所述地将发射器3移动到可放电区域m时，发射器3的电子生成部分31与保护电极5的边缘部分52之间的放电距离d由操作单元6B适当地调节。因此，能够将电流输出调节并设定为期望的大小。

虽然已经详细地说明了本发明的实施例，但是可以在本发明的技术构思内修改本发明。这些修改属于权利要求的范围。

例如，在由于电子束与靶的碰撞而生成热的情况下，本发明的电场放射装置可以被配置成使用冷却功能来冷却电场放射装置。作为冷却功能，使用各种方式，诸如空气冷却、水冷却和油冷却。例如，在使用油冷却的冷却功能的情况下，在某些情况下，电场放射装置浸没或淹没在冷却油中。另外，可以在淹没状态下适当地执行脱气或排气操作(使用真空泵)。

作为维持真空外壳的真空室的气密性(高真空)的方法，形成真空外壳的每个元件或部件(诸如绝缘体、发射器单元、靶单元等)可以被整体钎焊。但是，只要可以维持真空外壳的真空室的气密性(高真空)，就可以使用各种方式。

虽然真空室的真空压力施加到发射器支撑单元和操作单元，但是可以采用各种形状或形态，只要它们可以通过操作单元的操作在真空室的两端方向上能移动地支撑发射器并且移动发射器并将其固定到期望位置(可放电区域或无放电区域)即可。

例如，在操作单元由往复机构构成的情况下，只要往复机构具有可以沿着能移动的主体的轴线往复运动并且连接到能移动的主体的一个端侧的活塞，并且通过借由操作单元实现的活塞的往复运动，能移动的主体在两端方向上移动，然后发射器的电子生成部分和靶之间的距离改变并且发射器的位置可以固定在任意距离处，就可以采用各种往复机构。当以X射线设备10B为例进行说明时，代替使用气缸64的活塞64a的往复运动的机构，可以采用使用音圈马达的活塞(动子等)的往复运动的机构(未示出)。这可以获得与实施例3相同的作用和效果。

另外，能够采用具有约束单元的构造，该约束单元约束发射器的移动，使得发射器不会越过可放电区域移动到靶侧。通过这个约束单元，即使在位于可放电区域中的发射器接触保护电极的情况下，也可以降低接触压力。因此，能够防止发射器和保护电极等的形状变形，并且能够维持电场放射装置的期望特性。

此外，可以使用这样的构造，其中当发射器通过操作单元对发射器支撑单元的操作而移动到预定位置(可放电区域或无放电区域)时，操作者可以感觉到咔嗒声。利用这种构造，当通过操作单元操作发射器支撑单元时，能够容易且快速地到达发射器的预定位置。这有助于例如改善操作单元的可操作性。

而且，可以采用将发射器适当地固定在预定位置的固定单元(即，固定操作单元的操作的固定单元)。利用这种构造，即使非故意的外力(例如，在具有使用油冷却的冷却功能的构造的情况下，在冷却油的排气操作时可能作用在支撑单元上的真空泵的吸力)作用于发射器或发射器支撑单元或操作单元上，也能够防止发射器从预定位置移位。因此，可以适当地实现电场放射装置中的场发射和针对保护电极等的改质处理。这种固定方式没有特别限制，而是可以采用各种形状或形态。在以X射线设备10为例说明固定方式时，可以采用能够在松开和拧紧方向上固定操作单元6的调节螺钉部分61的转动的止动件。

此外，为了实现发射器支撑单元的平滑移动，可以设置引导发射器支撑单元的移动的引导件。例如，当以X射线设备10为例进行说明时，可以采用在抑制在能移动的主体40的轴线的圆周方向上的旋转的同时在两端方向上引导能移动的主体40的引导件(使得能移动的主体40不与操作单元6的操作一起旋转)。

Claims (11)

1.一种电场放射装置，包括：

真空外壳，通过密封筒状绝缘体的两个端侧并且在所述筒状绝缘体的内壁侧具有真空室而形成；

发射器，位于所述真空室的一个端侧，并且具有面向所述真空室的另一个端侧的电子生成部分；

保护电极，布置在所述发射器的所述电子生成部分的外周侧；

靶，位于所述真空室的所述另一个端侧，并且被设置成面向所述发射器的所述电子生成部分；

能移动的发射器支撑单元，在所述真空室的两端方向上能移动地支撑所述发射器；以及

操作单元，连接到所述发射器支撑单元并且操作所述发射器支撑单元，并且

所述操作单元被配置成通过所述操作单元对所述发射器支撑单元的操作来改变所述发射器的所述电子生成部分和所述靶之间的距离并且将所述发射器的位置固定在任意距离处，

所述保护电极在其靶侧设置有小直径部分，所述发射器的所述电子生成部分与所述小直径部分接触和分离，并且

在所述发射器的位置固定的情况下由所述发射器的所述电子生成部分执行场发射。

2.如权利要求1所述的电场放射装置，其中：

所述发射器支撑单元通过能移动的主体支撑所述发射器，所述能移动的主体通过所述操作单元而能够在所述真空室的两端方向上移动，

所述操作单元具有调节螺钉部分，所述调节螺钉部分的螺钉轴以在与所述能移动的主体的轴线相同的方向上延伸的方式拧入并且连接到所述能移动的主体的一个端侧并且由所述能移动的主体的所述一个端侧能旋转地支持，并且

通过由所述操作单元转动所述调节螺钉部分而使所述能移动的主体在所述两端方向上移动，所述发射器的所述电子生成部分和所述靶之间的距离改变，并且所述发射器的位置固定在所述任意距离处。

3.如权利要求2所述的电场放射装置，其中：

用于转动所述调节螺钉部分的马达通过另一绝缘体而连接到所述调节螺钉部分。

4.如权利要求1所述的电场放射装置，其中：

所述发射器支撑单元通过能移动的主体支撑所述发射器，所述能移动的主体通过所述操作单元而能够在所述真空室的两端方向上移动，

所述操作单元具有活塞，所述活塞能够沿着所述能移动的主体的轴线往复运动并且所述活塞连接到所述能移动的主体的一个端侧，并且

通过由所述操作单元使所述活塞往复运动，所述能移动的主体在所述两端方向上移动，所述发射器的所述电子生成部分和所述靶之间的距离改变，并且所述发射器的位置固定在所述任意距离处。

5.如权利要求4所述的电场放射装置，其中：

所述活塞通过另一绝缘体而连接到所述能移动的主体。

6.如前述权利要求2至5中任一项所述的电场放射装置，其中：

所述能移动的主体具有在所述发射器的所述电子生成部分的相对侧在所述真空室的两端方向上延伸的形状。

7.如前述权利要求1至5中任一项所述的电场放射装置，其中：

所述保护电极在其靶侧设置有边缘部分，所述边缘部分在所述真空室的横断方向上延伸并且在所述真空室的两端方向上与所述发射器的所述电子生成部分的周缘部分重叠。

8.如前述权利要求1至5中任一项所述的电场放射装置，还包括：

波纹管，能够在所述真空室的两端方向上伸缩，并且其中

所述波纹管的一个端侧由所述发射器支撑单元支持，并且所述波纹管的另一个端侧由所述真空外壳支持。

9.如前述权利要求1至5中任一项所述的电场放射装置，其中：

在所述真空室中的所述发射器和所述靶之间设置栅网电极。

10.如前述权利要求1至9中任一项所述的电场放射装置的场发射方法，包括：

通过由操作单元的操作改变所述发射器的所述电子生成部分和所述靶之间的距离并且将所述发射器的位置固定在所述任意距离处来设定场发射电流的输出；以及

在所述发射器的位置固定的情况下从所述发射器的所述电子生成部分执行场发射。

11.如权利要求10所述的电场放射装置的场发射方法，其中：

在不改变管电压的情况下设定所述场发射电流的输出。

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