JP2005158455A - Electronic emission apparatus and apparatus including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子を外部に放射する電子放射装置およびこれを含む装置に関するものである。 The present invention relates to an electron emission device that emits electrons to the outside and a device including the same.
図4は従来の電子放射装置(電子線照射装置)の構成図である。図4において、電子放射装置は、窓部を持つ有底筒状に形成される本体100と、この本体100内の底側に配置され、0.1eV程度かそれ以下のエネルギーを持つ電子(熱電子)を放出する熱フィラメント101と、この熱フィラメント101からの電子を上記窓部側に加速する高加速電圧発生部102と、この高加速電圧発生部102により加速された電子を走査するスキャナ103と、このスキャナ103の前方の上記窓部を閉塞する板状の窓箔104とを備えている。そして、熱フィラメント101が酸化等で断線ないし劣化するのを防止し、また高加速電圧発生部102での異常放電を抑えて正常動作を可能にするため、本体100内は、この窓部を窓箔104で閉塞して高真空状態に保持される。
FIG. 4 is a block diagram of a conventional electron emission device (electron beam irradiation device). In FIG. 4, the electron emission device includes a
上記構成の電子放射装置では、熱フィラメント101に電流を供給することにより、熱フィラメント101が加熱して高温となり、その表面から熱電子が放出される。この熱電子は、高電圧を発生して電子の走行方向に高電位差を生じさせる高加速電圧発生部102から、電界によりエネルギーを受け、窓箔104を透過して外部に放射する。
In the electron emission device configured as described above, by supplying a current to the
これにより、外部における窓箔104の前方に被処理物を配置しておけば、外部が通常の大気圧下の環境であっても、その被処理物に電子を放射することができる。
Thus, if the object to be processed is arranged in front of the
なお、上記のような電子放射装置から放射される電子を殺菌などに利用することが提案されている(特許文献1,非特許文献1等参照)。例えば、特許文献1には、飼料原料を流動化させながら移動させて連続的に供給しつつ、その飼料原料に、加速電圧1〜10MeVで加速した電子線を吸収線量2.5〜30kGyで照射することにより、飼料原料の殺菌を変色、栄養素の破壊などの品質低下を生じることなく、低温においてかつ容易に行うことができ、さらに多量の飼料原料の殺菌を連続的に行える飼料原料の電子線殺菌方法が開示されている。
しかしながら、図4のような電子放射装置では、電子放出部となる熱フィラメントが点または線状であるため、放出電子が点または線状となるので、大きな面の被処理物を一括して処理することができず、処理効率が低いという課題がある。 However, in the electron emission device as shown in FIG. 4, since the hot filament serving as the electron emitting portion is a dot or a line, the emitted electrons are a dot or a line. There is a problem that processing efficiency is low.
大きな面の被処理物をスキャナやその制御部により順次処理することは可能であるが、処理効率を上げるべく放出電子を面状にするには熱フィラメントを複数配列しなければならず、また、本体内を高真空状態に保持するために本体に対して高真空用の特別な構造および材料が要求されるので、装置全体として、構成が複雑となり、大型で重量がかさみ、コストも高くなる。 Although it is possible to sequentially process a large surface workpiece by a scanner and its control unit, in order to make the emitted electrons planar in order to increase the processing efficiency, a plurality of hot filaments must be arranged, Since a special structure and material for high vacuum are required for the main body in order to maintain the inside of the main body in a high vacuum state, the configuration of the entire apparatus is complicated, large, heavy, and expensive.
高加速電圧発生部により、本体の軸方向の奥行き寸法が大きくなるので、装置の薄型・小型化が難しく、設計の自由度が低くなるほか、高電圧を発生させるために装置が大型、大重量となり、コストも高くなる。さらに、スキャナのために縦方向の寸法を確保しなければならず、本体の縦方向の寸法も大きくなる。 The high accelerating voltage generator increases the axial depth of the main unit, making it difficult to reduce the thickness and size of the device, reducing the degree of design freedom, and increasing the size and weight of the device to generate high voltage. And the cost increases. Furthermore, the vertical dimension must be ensured for the scanner, and the vertical dimension of the main body also increases.
電子を高エネルギーで加速して高エネルギーの電子線を発生させると、それが物質と衝突することによりX線のような高エネルギーの放射線が発生し、被照射物が放射化するので、それを防止するための複雑な構造が装置に要求され、大型で重量がかさみ、コストも高くなる。また、法律(原子力法や労働安全衛生法など)の規制を受け、科学技術庁への届出や放射線取扱主任者の選任などの特殊な管理が必要となる。 When high-energy electron beams are generated by accelerating electrons with high energy, high-energy radiation such as X-rays is generated by colliding with the material, and the irradiated object is activated. The device requires a complicated structure to prevent it, which is large, heavy and expensive. In addition, special management such as notification to the Science and Technology Agency and the appointment of the chief of radiation handling is required in accordance with regulations of the law (Nuclear Law, Occupational Safety and Health Law, etc.).
また、放射する電子エネルギーが高いため、処理により被処理物の変質させたくない部分(例えば基材や包装材等)にまで影響したり、あるいは影響する可能性があるので、処理可能な被処理物が限定される。 In addition, since the electron energy to be radiated is high, it may affect or may affect the parts (for example, base materials, packaging materials, etc.) that do not want to be altered by the processing. Things are limited.
窓部の窓箔で電子が散乱してロスとなるため、そのロスにより加熱する窓部の冷却手段が必要となるほか、消費電力が増大するので、構造が複雑となり、維持費が高くなる問題がある。 Since electrons are scattered by the window foil of the window part and lost, the cooling means of the window part to be heated is required due to the loss, and the power consumption increases, so the structure becomes complicated and the maintenance cost increases. There is.
さらに、熱フィラメントを用いているので、高温に達するまでに時間が必要で、瞬時に電子放出を起こすことができず、パルス駆動が困難となる。 Furthermore, since a hot filament is used, it takes time to reach a high temperature, electron emission cannot be instantaneously generated, and pulse driving becomes difficult.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、処理効率の高効率化、構成の単純化による小型、薄型、軽量化および低コスト化が可能となる電子放射装置およびこれを含む装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes an electron emission device and a device including the electron emission device that can be reduced in size, thickness, weight, and cost by improving processing efficiency and simplifying the configuration. The purpose is to provide.
上記課題を解決するための請求項1記載の発明の電子放射装置は、面状の電子放出部を有する冷電子放出素子と、この冷電子放出素子の電子放出部の電子放出表面前方に対向配置される窓部とを備え、前記電子放出部から放出される電子を加速して前記窓部から外部に放射するための加速手段を設けてなることを特徴とする。 An electron emission device according to claim 1 for solving the above-described problem is a cold electron-emitting device having a planar electron-emitting portion and a front-facing electron-emitting surface of the electron-emitting portion of the cold electron-emitting device. And an accelerating means for accelerating electrons emitted from the electron emission portion and radiating the electrons from the window portion to the outside.
この構成では、電子放出部が面状であるので、電子源を複数面状に配列する場合に比べて、処理効率が高くなり、構成の単純化により小型、薄型、軽量化が可能となり、これにより低コスト化が可能となる。 In this configuration, since the electron emission portion is planar, the processing efficiency is higher than when the electron sources are arranged in a plurality of planes, and the simplification of the configuration enables reduction in size, thickness, and weight. Thus, the cost can be reduced.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の電子放射装置において、前記冷電子放出素子は、前記電子放出部として、ナノ結晶シリコン層と、このナノ結晶シリコン層の表面および裏面側にそれぞれ設けられる表面電極および裏面電極とを含む断面構造を有し、前記加速手段は、前記表面電極および前記裏面電極間に接続されその表面電極に正電圧を印加する電源を含むことを特徴とする。この構造では、表面電極および裏面電極間に接続されその表面電極に正電圧を印加する電源を含むため、ナノ結晶シリコン層内で電子を表面電極側に加速して表面電極側を通過させることができるので、小型、薄型、軽量化および低コスト化が可能となる簡単な構造で、電子放出部から放出される電子を加速して窓部から外部に放射することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the electron emission device according to the first aspect, the cold electron-emitting device is provided as the electron-emitting portion on a nanocrystalline silicon layer and on the front and back sides of the nanocrystalline silicon layer, respectively. The accelerating means includes a power source connected between the front surface electrode and the back surface electrode and applying a positive voltage to the front surface electrode. This structure includes a power source that is connected between the front electrode and the back electrode and applies a positive voltage to the front electrode, so that electrons can be accelerated to the front electrode side in the nanocrystalline silicon layer and passed through the front electrode side. Therefore, the electrons emitted from the electron emission portion can be accelerated and radiated to the outside from the window portion with a simple structure that can be reduced in size, thickness, weight, and cost.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の電子放射装置において、前記窓部側にアノード電極を有し、前記加速手段は、前記アノード電極に対して、前記電子放出部から放出される電子を牽引加速する電圧を印加する電源を含むことを特徴とする。この構成では、電子放出部からの電子を、窓部側により一層牽引加速して外部に放射することが可能になる。 According to a third aspect of the present invention, in the electron emission device according to the first or second aspect, an anode electrode is provided on the window portion side, and the acceleration means is emitted from the electron emission portion with respect to the anode electrode. And a power source for applying a voltage for pulling and accelerating the electrons. In this configuration, electrons from the electron emission portion can be further pulled and accelerated toward the window side and emitted to the outside.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の電子放射装置において、前記窓部は前記アノード電極を含み、このアノード電極はグリッド状またはメッシュ状に形成されていることを特徴とする。この構成では、窓部にアノード電極を含めたことにより、構成を簡単にできる。また、アノード電極をグリッド状またはメッシュ状に形成したことにより、従来のような窓箔で電子が散乱してロスとなるのを防げるため、そのロスによる加熱を回避できて窓部の冷却手段が不要となるほか、消費電力が低減するので、構造を簡単とし、維持費を低減することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the electron emission device according to the third aspect, the window portion includes the anode electrode, and the anode electrode is formed in a grid shape or a mesh shape. In this configuration, the configuration can be simplified by including the anode electrode in the window portion. In addition, since the anode electrode is formed in a grid shape or mesh shape, electrons can be prevented from being scattered and lost by a conventional window foil, so that heating due to the loss can be avoided, and cooling means for the window portion can be avoided. In addition to being unnecessary, since power consumption is reduced, the structure can be simplified and the maintenance cost can be reduced.
請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれかに記載の電子放射装置において、前記冷電子放出素子は、前記冷電子放出素子と前記窓部との間に一体に介設される絶縁層を有し、この絶縁層には複数の孔が穿設されていることを特徴とする。この構成では、電子放出部からの電子を、窓部を介して外部に放射することが可能となるほか、冷電子放出素子の製造プロセスが簡単になり、構造もさらに薄型化が可能となる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the electron emission device according to any one of the first to fourth aspects, the cold electron emission element is integrally provided between the cold electron emission element and the window portion. An insulating layer is provided, and a plurality of holes are formed in the insulating layer. In this configuration, electrons from the electron emission portion can be emitted to the outside through the window portion, the manufacturing process of the cold electron emission element is simplified, and the structure can be further reduced in thickness.
請求項6記載の発明は、請求項1から5のいずれかに記載の電子放射装置を含む、改質装置、殺菌装置、殺虫装置またはイオン化装置のいずれかの装置であって、前記加速手段は、前記電子放出部から放出される電子を加速して1eVから50KeVのエネルギーを付与することを特徴とする。この構成では、従来の熱型の電子放射装置で困難であった1eVから50KeVのエネルギーを持つ電子を放射することができる。 A sixth aspect of the present invention is a reforming device, a sterilizing device, an insecticidal device, or an ionizing device including the electron emission device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the acceleration means , Accelerating the electrons emitted from the electron emitting portion to apply energy of 1 eV to 50 KeV. With this configuration, it is possible to emit electrons having an energy of 1 eV to 50 KeV, which has been difficult with conventional thermal electron emission devices.
請求項7記載の発明は、請求項1から5のいずれかに記載の電子放射装置を含む、改質装置、殺菌装置、殺虫装置またはイオン化装置のいずれかの装置であって、前記加速手段は、前記電子放出部から放出される電子を加速して紫外線領域のエネルギーを付与することを特徴とする。この構成では、紫外線領域のエネルギーを付与することにより、紫外線と同様の効果を期待することができる。 A seventh aspect of the invention is a reforming device, a sterilizing device, an insecticidal device, or an ionizing device including the electron emission device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the acceleration means , Accelerating electrons emitted from the electron emitting portion to impart energy in the ultraviolet region. In this configuration, an effect similar to that of ultraviolet rays can be expected by applying energy in the ultraviolet region.
請求項8記載の発明は、請求項1から5のいずれかに記載の電子放射装置を含む、改質装置、殺菌装置、殺虫装置またはイオン化装置のいずれかの装置であって、前記加速手段は、前記電子放出部から放出される電子を加速して電離領域のエネルギーを付与することを特徴とする。この構成では、電離領域のエネルギーを持つ電子を放射することが可能となる。
The invention according to
本発明によれば、処理効率の高効率化、構成の単純化による小型、薄型、軽量化および低コスト化が可能となる。 According to the present invention, it is possible to increase the processing efficiency and reduce the size, thickness, weight, and cost by simplifying the configuration.
(実施形態1)
図1は本発明による実施形態1の電子放射装置の構成図、図2は同電子放射装置内の冷電子放出素子の断面構造例を示す図、図3は同冷電子放出素子の放出電子エネルギー分布を示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of an electron emission device according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure example of a cold electron emission element in the electron emission device, and FIG. 3 is an emission electron energy of the cold electron emission device It is a figure which shows distribution.
実施形態1の電子放射装置は、図1に示すように、面状の電子放出部を有する冷電子放出素子1と、この冷電子放出素子1の電子放出部の電子放出表面前方に対向配置される窓部2とを備え、上記電子放出部から放出される電子を加速して窓部2から外部に放射するための直流電源3を含む加速手段が設けられている。
As shown in FIG. 1, the electron emission device of Embodiment 1 is disposed so as to oppose a cold electron emission element 1 having a planar electron emission portion and an electron emission surface front of the electron emission portion of the cold electron emission element 1. And an accelerating means including a
冷電子放出素子1は、多孔質(ナノ結晶)Siをベースとした弾道電子面放出型(以下「BSD型」という)、MIM(Metal Insulator Metal) 型またはMIS(Metal Insulator Semiconductor) 型などの電子源であり、実施形態1では例えばBSD型の電子源であるとする。これらの電子源は、低真空度でも使用可能であるので、図4に示した窓箔104を用いる必要がなく、また電子エネルギーの低電圧化を図ることができる。特に、BSD型の電子源の場合には、大気圧中でも使用可能である。
The cold electron emission element 1 is an electron such as a ballistic electron surface emission type (hereinafter referred to as “BSD type”), MIM (Metal Insulator Metal) type, or MIS (Metal Insulator Semiconductor) type based on porous (nanocrystalline) Si. In the first embodiment, for example, it is assumed that it is a BSD type electron source. Since these electron sources can be used even at a low degree of vacuum, it is not necessary to use the
図2はその冷電子放出素子1の基本断面構造図であり、シリコン基板10と、これに設けられる電子放出部と、上記加速手段に含まれる直流電源19とにより構成されている。電子放出部は、シリコン基板10の表面に設けられる多孔質ポリシリコン層(ナノ結晶シリコン層)11と、この表面およびシリコン基板10の裏面にそれぞれ形成される表面電極12および裏面電極13とを含む断面構造を有している。このような構成の冷電子放出素子1では、表面電極12および裏面電極13に直流電源19の正負両端をそれぞれ接続することにより、多孔質ポリシリコン層11内で電子を表面電極12側に加速して表面電極12側を通過(トンネル)させることができるので、電子放出部から放出される電子を加速して窓部2から外部に放射することができる。
FIG. 2 is a basic cross-sectional structure diagram of the cold electron-emitting device 1, and includes a
直流電源19の電圧は、この電圧上昇に応じて表面電極12および裏面電極13間を流れる電流が増大して、エミッション電流が観測され始める電圧(10V程度)以上に設定される。ここで、図3において、Aは直流電源19の電圧が12Vである場合の放出電子エネルギーの分布特性、Bは14Vである場合の放出電子エネルギーの分布特性、Cは16Vである場合の放出電子エネルギーの分布特性を示す。この図3から、直流電源19の出力電圧を調整することによっても、窓部2から放射する電子のエネルギーを増減制御することができるのが分かる。また、応答性については、電子を瞬時に放出することができるので、パルス駆動も可能である。
The voltage of the DC power supply 19 is set to be equal to or higher than the voltage (about 10V) at which the emission current starts to be observed as the current flowing between the
図1に戻って、窓部2は、上記冷電子放出素子1の特性により窓箔104に限定されないので、例えば窓孔でもよいが、実施形態1では、導電性部材(金属)によりグリッド状(ライン状)またはメッシュ状に形成されたアノード電極を含んだ構成であるとする。メッシュ状の場合、その孔形状は、円形、楕円、矩形などの形状でもよく、配列は、縦横整列配置や千鳥配列などでもよい。このように、窓部2を構成することにより、窓箔104で電子が散乱してロスとなるのを防げるため、そのロスによる加熱を回避できて窓部の冷却手段が不要となるほか、消費電力が低減するので、構造を簡単とし、維持費を低減することができる。
Returning to FIG. 1, the
直流電源3は、窓部2に対して、冷電子放出素子1の電子放出部から放出される電子を牽引加速する電圧を印加するものであり、窓部2および冷電子放出素子1の表面電極12にそれぞれ正負両端が接続される。この構成では、直流電源3の電圧を調整することにより、電子放出部から放出される電子を加速して所望のエネルギーを付与することができるので、直流電源3の電圧は、上記所望のエネルギーを決定することにより、そのエネルギーを付与することができる電圧レベル(負電圧レベル含む)に設定される。
The direct
例えば、冷電子放出素子1の電子放出部から放出された電子の持つエネルギーが仮に零であったとすれば、直流電源3の電圧を1Vに調整することにより、窓部2から放射される電子に1eVのエネルギーを付与することができる。実際には、図3に示したように、冷電子放出素子1の電子放出部から放出される電子の持つエネルギーは、直流電源19の電圧に比例して高くなり、例えば、直流電源19の電圧が10〜20Vの範囲内である場合には従来の熱電子よりも高い数eV〜十数eVのエネルギーを持つので、その高いエネルギーを持つ電子を上記所望のエネルギーになるように直流電源3の電圧を調整することになる。したがって、実施形態1では、電子放射装置全体から見れば、放射する電子のエネルギーの増減制御は、主として直流電源3の電圧を調整することにより行われる。
For example, if the energy of the electrons emitted from the electron emission portion of the cold electron emission element 1 is zero, the voltage emitted from the
ここで、主として直流電源3の電圧を調整する場合の具体例について説明すると、外部への放射電子のエネルギーを例えば10MeV未満にするように、主として直流電源3の電圧を調整すれば、被処理物の放射化を防止することができる。1MeV未満にするように主として直流電源3の電圧を調整すれば、原子力法などの規制を受けないで済むようになり、科学技術庁への届出や放射線取扱主任者の選任などの特殊な管理が不要となる。300KeV以下にするように主として直流電源3の電圧を調整すれば、複雑な防護処置を必要とするX線を発生しないようにできる。このように主として直流電源3の電圧を調整する構成にすれば、構造が簡単となり、小型、軽量化および低コスト化が可能となる。また、使用場所が国内である場合、労働安全衛生法などの法律による規制がないので、10KeV以下にするように、使用場所が国内外である場合、規制のない5KeV以下にするように、主として直流電源3の電圧を調整する構成にすれば、より望ましい電子放射装置を提供することができる。
Here, a specific example in the case of mainly adjusting the voltage of the
次に、上記構成の電子放射装置の動作について説明する。表面電極12および裏面電極13に直流電源19の正負両端をそれぞれ接続するとともに、窓部2および冷電子放出素子1の表面電極12に直流電源3の正負両端をそれぞれ接続すれば、先ず、直流電源19の電圧により、多孔質ポリシリコン層11内で電子が表面電極12側に加速して表面電極12側を通過する。これにより、冷電子放出素子1の表面電極12前方に電子が放出されることになる。
Next, the operation of the electron emission apparatus having the above configuration will be described. If both the positive and negative ends of the DC power source 19 are connected to the
そして、表面電極12前方に放出された電子は、直流電源3の電圧により窓部2側に牽引加速され、主として直流電源3の電圧に応じたエネルギーが付与されて、窓部2を介して外部に放射する。これにより、外部における窓部2前方に、例えば固体、液体、気体、生物などの被処理物を配置しておけば、外部が通常の大気圧下の環境であっても、その被処理物に電子を放射することができるので、例えば被処理物の特性または表面の改質(硬化、重合、分解、架橋、酸化などの各種化学反応、励起、電離やイオン化、表面張力や表面エネルギー、濡れ性、密着性、吸収率、屈折率、結晶構造変化、欠陥発生などの物理変化、DNAの損傷などによる滅菌・殺菌・除菌(ウイルス、カビ、花粉を含む)、殺虫、発芽や老化、成熟の抑制などの生物的作用を含む。)が可能となる。
The electrons emitted in front of the
以上、実施形態1によれば、冷電子放出素子1(BSDに限らずMIM、MISなどの場合も)の電子放出部が面状であるので、電子源を複数面状に配列する場合に比べて、広い面積で被処理物の処理が一括で行え、処理効率が高くなり、構成の単純化により小型、薄型、軽量化が可能となり、これにより低コスト化が可能となる。 As described above, according to the first embodiment, the electron emission portion of the cold electron emission element 1 (not only BSD but also MIM, MIS, etc.) has a planar shape. Thus, the processing of objects to be processed can be performed in a large area at a time, and the processing efficiency can be increased, and the simplification of the configuration can reduce the size, the thickness, and the weight, thereby reducing the cost.
また、冷電子放出素子1(BSDに限らずMIM、MISなどの場合も)は、低真空度でも使用可能であるため、窓箔104を用いる必要がなく、高価な真空排気装置が不要であり、高真空を保持するための特別な構造および材料が不要となるので、構成が簡単となり、小型、軽量化および低コスト化が可能となる。特に、BSDの場合には大気圧中でも使用可能となる。また、電子エネルギーの低電圧化が図れ、この場合には、高加速電圧発生部102が不要となるので、小型、薄型、軽量化が可能となり、設計の自由度も向上する。
Further, since the cold electron emission element 1 (not only BSD but also MIM, MIS, etc.) can be used even at a low vacuum, it is not necessary to use the
さらに、窓部2がグリッド状またはメッシュ状のアノード電極になっており、直流電源3が、窓部2に対して、冷電子放出素子1の電子放出部から放出される電子を牽引加速する電圧を印加するので、電子放出部からの電子を、窓部2側に牽引加速して外部に放射することができる。また、構造を簡単とし、維持費を低減することができる。
Further, the
なお、実施形態1では、直流電源3を備える構成になっているが、直流電源3が無くても、表面電極12および裏面電極13に直流電源19の正負両端をそれぞれ接続することにより、上述の如く、冷電子放出素子1の電子放出部から放出された時点の電子に、数eV〜十数eVの高いエネルギーを持たせることができるので、窓部2から外部に電子を放射することができる。これにより、構成を簡単にでき、コスト削減が可能となる。要するに、請求項1記載の発明の加速手段は、直流電源19および直流電源3に限らず、直流電源19だけでもよいのである。
In the first embodiment, the
また、実施形態1では、窓部2がグリッド状またはメッシュ状のアノード電極を含む一体構成になっているが、必ずしもこれに限らず、窓部2とは別に、例えばその近傍にアノード電極を設ける構成でもよいが、窓部2と一体に構成する方が構成が簡単となり望ましい。
In the first embodiment, the
さらに、実施形態1の変形例として、冷電子放出素子1に対してパルス駆動が可能であることから、電子放射装置とセンサとを組み合わせ、センサにより被処理物が検出されたときに、例えばスイッチ素子などを介して、表面電極12および裏面電極13に直流電源19の正負両端をそれぞれ接続するとともに、窓部2および冷電子放出素子1の表面電極12に直流電源3の正負両端をそれぞれ接続するようにしてもよい。これにより、電子を必要時に放射することができ、消費電力を低減することができる。また、センサで被処理物の有無を検出する構成に限らず、被処理物の量、状態、位置、姿勢、種類などを判別し、それらの情報を基に、上記スイッチ素子のオン・オフ切替えのほか、放射電子に付与するエネルギー、照射量、照射時間、照射方向などを制御すれば、最適条件で処理が行え、処理の確実性の向上、不必要な処理および消費電力の低減が可能となる。
Further, as a modification of the first embodiment, since the cold electron emission element 1 can be pulse-driven, when an object to be processed is detected by the sensor by combining the electron emission device and the sensor, for example, a switch Both the positive and negative ends of the DC power supply 19 are connected to the
(実施形態2)
本発明による実施形態2の電子放射装置は、実施形態1との相違点として、グリッド状またはメッシュ状の窓部2に対応する形状の複数の孔が穿設され、冷電子放出素子1と窓部2との間に一体に介設される絶縁層を有していることを特徴とする。形成方法は、半導体やMEMS技術などが利用可能である。
(Embodiment 2)
The electron emission device according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that a plurality of holes having a shape corresponding to the grid-like or mesh-
このような構成では、冷電子放出素子1の電子放出部からの電子を、窓部2を介して外部に放射することができるほか、冷電子放出素子1の製造プロセスが簡単になり、構造もさらに薄型化が可能となる。
In such a configuration, electrons from the electron emission portion of the cold electron emission device 1 can be emitted to the outside through the
(実施形態3)
本発明による実施形態3は、実施形態1または2の電子放射装置を含む、改質装置、殺菌装置、殺虫装置またはイオン化装置のいずれかの装置であって、直流電源3および直流電源19のうち、少なくとも直流電源3の電圧を調整することにより、冷電子放出素子1の電子放出部から放出される電子を加速して1eVから50KeVのエネルギーを付与することを特徴とする。
(Embodiment 3)
The third embodiment according to the present invention is any one of a reforming device, a sterilizing device, an insecticidal device, and an ionizing device including the electron emission device of the first or second embodiment, and includes a
ここで、図4のような熱型の電子放射装置では、50KeV以下のエネルギーを持つ電子を放射することが困難であったが、実施形態1または2の電子放射装置によれば、1eVのエネルギーを持つ電子を放射することも可能であるので、少なくとも直流電源3の電圧を調整することにより、冷電子放出素子1の電子放出部からの電子を加速して1eVから50KeVのエネルギーを付与することが可能となる。
Here, in the thermal electron emission device as shown in FIG. 4, it is difficult to emit electrons having energy of 50 KeV or less. However, according to the electron emission device of the first or second embodiment, the energy of 1 eV is used. Therefore, by adjusting the voltage of the
この構成によれば、従来の熱型の電子放射装置で困難であった1eVから50KeVのエネルギーを持つ電子を放射することができる。これにより、硬化、重合、分解、架橋、酸化などの各種化学反応、励起、電離やイオン化、表面張力や表面エネルギー、漏れ性、密着性、吸収率、屈折率、結晶構造変化、欠陥発生などの物理変化、DNAの損傷などによる滅菌・殺菌・除菌(ウイルス、カビ、花粉を含む)、殺虫、発芽や老化、成熟の抑制などの生物的作用などの効果(以下「一次効果」という)が得られるほか、有害物質の除去や脱臭、ほこりやタバコの煙の除去などの効果(以下「二次効果」という)が得られるので、これまで困難であった電子線を用いた改質装置、殺菌装置、殺虫装置、イオン化装置の一般民生用途への応用が可能となる。具体的には、上記一次効果および二次効果は、空気清浄機、エアコン、加湿器、除湿機、衣類乾燥機、食器乾燥機、手洗い乾燥機、ファンヒータ、クリーナ、冷蔵庫、保管庫、食器棚、下駄箱、トイレ、浄水器、洗濯機、冷凍庫、製氷機、殺虫機などの様々な用途に利用可能となる。 According to this configuration, it is possible to emit electrons having an energy of 1 eV to 50 KeV, which has been difficult with the conventional thermal electron emission device. As a result, various chemical reactions such as curing, polymerization, decomposition, crosslinking, oxidation, excitation, ionization and ionization, surface tension and surface energy, leakage, adhesion, absorption rate, refractive index, crystal structure change, defect generation, etc. Effects such as sterilization, sterilization and sterilization (including viruses, molds and pollen) due to physical changes, DNA damage, etc., biological effects such as insecticidal, germination and aging, suppression of maturation (hereinafter referred to as “primary effect”) In addition to the removal of harmful substances, deodorization, and removal of dust and tobacco smoke (hereinafter referred to as “secondary effect”), a reformer using an electron beam, which has been difficult until now, Application of sterilizers, insecticides, and ionizers to general consumer applications is possible. Specifically, the primary effect and the secondary effect are as follows: air purifier, air conditioner, humidifier, dehumidifier, clothes dryer, dish dryer, hand washing dryer, fan heater, cleaner, refrigerator, storage, cupboard , Shoe boxes, toilets, water purifiers, washing machines, freezers, ice machines, insecticides, etc.
また、放射する電子エネルギーが低いため、処理により被処理物の変質させたくない部分(例えば基材や包装材等)に影響が及ぶことがなく、処理可能な被処理物が限定されることがない。 In addition, since the electron energy to be radiated is low, there is no influence on a portion (for example, a base material or a packaging material) that the processing object is not desired to be altered by the processing, and the processing object that can be processed is limited. Absent.
(実施形態4)
本発明による実施形態4は、実施形態1または2の電子放射装置を含む、改質装置、殺菌装置、殺虫装置またはイオン化装置のいずれかの装置であって、直流電源19の電圧を調整することにより、冷電子放出素子1の電子放出部から放出される電子を加速して紫外線領域のエネルギー(4〜8eV)を付与することを特徴とする。
(Embodiment 4)
ここで、原子や分子の励起に必要なエネルギーは4eV、原子間の結合エネルギーは4〜8eVであるので、それらのエネルギーを持つ電子を外部に放射することにより、原子や分子の励起、原子間結合の切断が可能となり、被処理物の特性または表面を改質することが可能となる。 Here, the energy required for excitation of atoms and molecules is 4 eV, and the bond energy between atoms is 4 to 8 eV. Therefore, by emitting electrons having these energies to the outside, excitation of atoms and molecules, Bonds can be broken, and the properties or surface of the workpiece can be modified.
この構成によれば、直流電源19だけでもよいので、直流電源3を具備する必要がなくなり、構成をより簡単にできる。また、励起エネルギーや結合エネルギーの領域を含む紫外線領域のエネルギーを持つ電子を窓部2から外部に放射することにより、紫外線と同様の効果を期待することができる。
According to this configuration, since only the DC power supply 19 is required, it is not necessary to provide the
(実施形態5)
本発明による実施形態5は、実施形態1または2の電子放射装置を含む、改質装置、殺菌装置、殺虫装置またはイオン化装置のいずれかの装置であって、直流電源3および直流電源19の電圧を調整することにより、冷電子放出素子1の電子放出部から放出される電子を加速して電離領域のエネルギー(20〜100eV)を付与することを特徴とする。
(Embodiment 5)
The fifth embodiment according to the present invention is any one of a reforming device, a sterilizing device, an insecticidal device, or an ionizing device including the electron emission device of the first or second embodiment, and the voltage of the direct
この構成によれば、電離エネルギーが数十〜100eVであるので、そのエネルギーを持つ電子を外部に放射することにより、原子や分子の電離を起こすことができ、表面を改質することができる。 According to this configuration, since the ionization energy is several tens to 100 eV, by radiating electrons having that energy to the outside, ionization of atoms and molecules can be caused and the surface can be modified.
なお、電離エネルギー以下のエネルギーの電子を放射する場合、物体に電子を付着させてマイナスイオンを生成することができ、マイナスイオンによる効果を期待できる。 Note that, when electrons having an energy lower than the ionization energy are radiated, the negative ions can be generated by attaching the electrons to the object, and the effect of the negative ions can be expected.
また、電離エネルギー以上では、基本的にプラスイオンが生成されるが、エネルギーに比例して発生する2次電子による電子の増倍効果とそれによる作用が期待できるので、処理効率を上げる意味では好ましい。 Above ionization energy, positive ions are basically generated, but it is preferable in terms of increasing the processing efficiency because the electron multiplication effect by secondary electrons generated in proportion to the energy and the effect thereof can be expected. .
以上の実施形態では、窓部2を通過した電子を被処理物に放射することを述べたが、冷電子放出素子1と窓部2との間に被処理物を配置してこれに電子を放射するようにしてもよい。
In the above embodiment, it has been described that the electrons that have passed through the
また、紫外線のエネルギー領域や電離エネルギー領域に対応して、4eV以上のエネルギーで電子放射を行えば、改質の効果が得られる。 Further, if the electron emission is performed with an energy of 4 eV or more corresponding to the ultraviolet energy region or the ionization energy region, a modification effect can be obtained.
1 冷電子放出素子
2 窓部
3,19 直流電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cold
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