JPH11297222A - Vacuum microswitching element - Google Patents
Vacuum microswitching elementInfo
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- JPH11297222A JPH11297222A JP9934898A JP9934898A JPH11297222A JP H11297222 A JPH11297222 A JP H11297222A JP 9934898 A JP9934898 A JP 9934898A JP 9934898 A JP9934898 A JP 9934898A JP H11297222 A JPH11297222 A JP H11297222A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、電界放出型冷陰
極を有する真空マイクロスイッチング素子の高耐電圧化
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high withstand voltage of a vacuum microswitching element having a field emission cold cathode.
【0002】[0002]
【従来の技術】図8は、特開平8−87964号公報に
示された従来の真空マイクロスイッチング素子を示す断
面図である。図8において、1はカソード電極基板であ
り、2はこのカソード電極基板1上に形成された先端が
鋭く電界放出効果により電子を放出するカソード電極で
ある。3はカソード電極2の近傍に配設され、カソード
電極2先端の電界強度を制御するゲート電極である。4
はカソード電極2から放出された電子を捕集するアノー
ド電極、5はカソード電極基板1、ゲート電極3および
アノード電極4を格納する真空容器であり、6は真空容
器5とカソード電極基板1およびアノード電極4を絶縁
する絶縁ブッシングである。7はゲート電極3に印加す
る電圧を導入する電圧導入端子であり、8はゲート電極
3に印加する電圧をコントロールするゲート駆動回路で
ある。2. Description of the Related Art FIG. 8 is a sectional view showing a conventional vacuum micro-switching device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-87964. In FIG. 8, reference numeral 1 denotes a cathode electrode substrate, and 2 denotes a cathode electrode formed on the cathode electrode substrate 1 and having a sharp tip for emitting electrons by a field emission effect. Reference numeral 3 denotes a gate electrode which is disposed near the cathode electrode 2 and controls the electric field strength at the tip of the cathode electrode 2. 4
Is an anode electrode for collecting electrons emitted from the cathode electrode 2, 5 is a vacuum container for storing the cathode electrode substrate 1, the gate electrode 3 and the anode electrode 4, and 6 is a vacuum container 5 and the cathode electrode substrate 1 and the anode. This is an insulating bushing for insulating the electrode 4. Reference numeral 7 denotes a voltage introduction terminal for introducing a voltage applied to the gate electrode 3, and reference numeral 8 denotes a gate drive circuit for controlling the voltage applied to the gate electrode 3.
【0003】次に動作について説明する。電界放出型冷
陰極のパワー素子への応用の一つとして、三極管と同様
の構成になる真空マイクロスイッチング素子がある。こ
の素子は高電圧素子であるために、耐圧特性が数kVで
あるサイリスタやGTOを数10個直列接続して得られ
る高電圧スイッチング素子を、この素子では1個で製作
する。Next, the operation will be described. As one of applications of the field emission type cold cathode to a power element, there is a vacuum microswitching element having a configuration similar to a triode. Since this element is a high-voltage element, a single high-voltage switching element obtained by connecting several tens of thyristors or GTOs having a withstand voltage characteristic of several kV in series is manufactured.
【0004】カソード電極2に対して数Vの正の電圧
を、ゲート駆動回路8から電圧導入端子7を通してゲー
ト電極3に印加すると、非常な高電界がカソード電極2
の先端部に形成され、トンネル効果によって電子が引き
出される。カソード電極2から放出された電子がアノー
ド電極4に到達すると、カソード電極2とアノード電極
4の間が導通(オン状態)する。これらの電極間に流れ
る電流の量は、前述の電子の量で制御され、電子の量は
ゲート電極3に印加される電圧によって制御される。When a positive voltage of several volts is applied to the gate electrode 3 from the gate drive circuit 8 through the voltage introducing terminal 7 with respect to the cathode electrode 2, an extremely high electric field is generated
And electrons are extracted by the tunnel effect. When the electrons emitted from the cathode electrode 2 reach the anode electrode 4, conduction between the cathode electrode 2 and the anode electrode 4 (on state). The amount of current flowing between these electrodes is controlled by the amount of electrons described above, and the amount of electrons is controlled by the voltage applied to the gate electrode 3.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来の真空マイクロス
イッチング素子は以上のように構成されているので、カ
ソード電極2とアノード電極4の間が導通していない
(オフ状態)の場合、カソード電極2とアノード電極4
の間には通常交流高電圧が印加される。アノード電極4
の電圧位相が負の高電圧になったとき、アノード電極4
の表面の微小突起などが原因で放電が生じ、カソード電
極2やゲート電極3を破損してしまうという不具合が発
生し、高耐電圧化の達成が困難であるという課題があっ
た。Since the conventional vacuum microswitching element is configured as described above, when the cathode electrode 2 and the anode electrode 4 are not electrically connected (off state), the cathode microelectrode 2 is turned off. And anode electrode 4
During this period, an AC high voltage is usually applied. Anode electrode 4
When the voltage phase becomes negative high voltage, the anode electrode 4
A discharge occurs due to minute projections on the surface of the substrate, causing a problem that the cathode electrode 2 and the gate electrode 3 are damaged, and there is a problem that it is difficult to achieve a high withstand voltage.
【0006】また、真空マイクロスイッチング素子は高
電圧素子であり、電極間の距離が大きいので、カソード
電極2とアノード電極4の間がオン状態の場合において
カソード電極2から放出される電子が、広い電極間を走
行する間に発散してしまう。このため、アノード電極4
において電子を完全に捕集するためには、アノード電極
4の径方向の寸法を、カソード電極基板1よりも大きく
する必要があるという課題もあった。Further, the vacuum microswitching element is a high-voltage element, and the distance between the electrodes is large. Therefore, when the space between the cathode electrode 2 and the anode electrode 4 is in the ON state, electrons emitted from the cathode electrode 2 are wide. It diverges while traveling between the electrodes. Therefore, the anode electrode 4
In order to completely capture electrons in the method described above, there is a problem that the radial dimension of the anode electrode 4 needs to be larger than that of the cathode electrode substrate 1.
【0007】この発明は、上述のような課題を解消する
ためになされたものであり、単一素子で高電圧化を達成
することを目的としている。また、アノード電極へ効率
よく電子を捕集することができる素子を提供することを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to achieve a high voltage with a single element. It is another object of the present invention to provide an element capable of efficiently collecting electrons on the anode electrode.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明の真空マイクロ
スイッチング素子は、電子を放出するカソード電極と、
電子の放出を制御するためのゲート電極と、放出された
電子を捕集するアノード電極と、上記複数のカソード電
極より構成されるカソード電極群の周囲に配設されるシ
ールド電極とを真空容器内に備えてなり、シールド電極
は、カソード電極と同電位に保持され、カソード電極と
アノード電極の間がオフ状態のときにアノード電極との
間で放電が発生することを特徴とする。According to the present invention, there is provided a vacuum microswitching device comprising: a cathode electrode for emitting electrons;
A gate electrode for controlling the emission of electrons, an anode electrode for collecting emitted electrons, and a shield electrode disposed around a cathode electrode group composed of the plurality of cathode electrodes are placed in a vacuum vessel. Wherein the shield electrode is maintained at the same potential as the cathode electrode, and discharge occurs between the cathode electrode and the anode electrode when the anode electrode is off.
【0009】また、上記シールド電極は、カソード電極
が形成されたカソード電極基板上に、カソード電極群を
囲むように設けられたことを特徴とする。Further, the shield electrode is provided on the cathode electrode substrate on which the cathode electrode is formed so as to surround the cathode electrode group.
【0010】また、上記シールド電極は、カソード電極
が形成されたカソード電極基板上に、カソード電極群を
囲むように且つ絶縁部材を介して設けられた絶縁シール
ド電極により構成されることを特徴とする。Further, the shield electrode is constituted by an insulating shield electrode provided on a cathode electrode substrate on which a cathode electrode is formed so as to surround the cathode electrode group and via an insulating member. .
【0011】また、上記シールド電極は、カソード電極
群を囲むように設けられ且つ上記真空容器の内壁に支持
されることを特徴とする。Further, the shield electrode is provided so as to surround the cathode electrode group, and is supported on an inner wall of the vacuum vessel.
【0012】また、上記シールド電極は、カソード電極
群を囲むように設けられ且つ真空容器の内壁に絶縁部材
を介して支持された絶縁シールド電極により構成される
ことを特徴とする。Further, the above-mentioned shield electrode is characterized by comprising an insulating shield electrode provided so as to surround the cathode electrode group and supported on the inner wall of the vacuum vessel via an insulating member.
【0013】また、上記絶縁シールド電極は、カソード
電極とは独立してシールド電極に電位を供給する制御電
源に接続され、絶縁シールド電極に、カソード電極の電
位とは異なる電位を供給することを特徴とする。Further, the insulating shield electrode is connected to a control power supply for supplying a potential to the shield electrode independently of the cathode electrode, and supplies a potential different from the potential of the cathode electrode to the insulating shield electrode. And
【0014】また、上記制御電源は、カソード電極とア
ノード電極の間がオン状態の時は、絶縁シールド電極を
カソード電極より低い電位に保持することを特徴とす
る。Further, the control power source is characterized in that when the space between the cathode electrode and the anode electrode is in an on state, the insulating shield electrode is kept at a lower potential than the cathode electrode.
【0015】また、上記絶縁シールド電極は周方向に分
割されており、制御電源は、分割されたそれぞれの絶縁
シールド電極に異なる電圧を供給できることを特徴とす
る。Further, the insulation shield electrode is divided in the circumferential direction, and the control power supply can supply different voltages to the divided insulation shield electrodes.
【0016】さらに、上記カソード電極と同電位に保持
される中央シールド電極を、上記カソード電極群の中央
部にさらに配設することを特徴とする。Further, a central shield electrode maintained at the same potential as the cathode electrode is further provided at the center of the cathode electrode group.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
第1の実施の形態に係る真空マイクロスイッチング素子
の構成を概略的に示す図である。図1において、真空マ
イクロスイッチング素子20は、複数のカソード電極2
が形成されたカソード電極基板1と、ゲート電極3と、
アノード電極4とを有し、これらが真空容器5の中に格
納されている。カソード電極基板1とアノード電極4
は、絶縁ブッシング6を介して真空容器5と絶縁されて
いる。ゲート電極3には、ゲート駆動回路8から電圧導
入端子7を介して電圧が印加される。カソード電極基板
1の上には、複数のカソード電極2によって構成される
カソード電極群の周囲に環状のシールド電極21が配設
されている。シールド電極21は、カソード電極2と電
気的に接続されており、これらは同電位に保持されてい
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a vacuum micro-switching device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the vacuum microswitching element 20 includes a plurality of cathode electrodes 2.
A cathode electrode substrate 1 on which is formed, a gate electrode 3,
And an anode electrode 4, which are stored in a vacuum vessel 5. Cathode electrode substrate 1 and anode electrode 4
Are insulated from the vacuum vessel 5 via an insulating bushing 6. A voltage is applied to the gate electrode 3 from the gate drive circuit 8 via the voltage introduction terminal 7. On the cathode electrode substrate 1, an annular shield electrode 21 is arranged around a cathode electrode group constituted by a plurality of cathode electrodes 2. The shield electrode 21 is electrically connected to the cathode electrode 2, and these are kept at the same potential.
【0018】アノード電極4の表面の微小突起は、真空
中における絶縁破壊の要因になるので、真空容器5を真
空排気しながら、あるいは、真空容器5の真空封止後
に、アノード電極4の表面の突起をなくすため、アノー
ド電極4に絶対値の大きい負電圧を印加して、アノード
電極4とシールド電極21との間で強制的にスパーク放
電を発生させる。これにより、アノード電極4の表面の
突起をなくすことができ、スイッチング素子としての高
耐電圧化を図ることができる。Since minute projections on the surface of the anode electrode 4 cause dielectric breakdown in a vacuum, the surface of the anode electrode 4 is evacuated while the vacuum container 5 is evacuated or after the vacuum container 5 is vacuum-sealed. In order to eliminate the protrusion, a negative voltage having a large absolute value is applied to the anode electrode 4 to forcibly generate a spark discharge between the anode electrode 4 and the shield electrode 21. Thereby, the protrusion on the surface of the anode electrode 4 can be eliminated, and a high withstand voltage as a switching element can be achieved.
【0019】このような真空マイクロスイッチング素子
20が系統中で稼働している状態において、カソード電
極2とアノード電極4の間がオフ状態の場合は、アノー
ド電極4側に負の電圧が印加されても、アノード電極4
とシールド電極21との間のみで放電が発生するため、
カソード電極2とアノード電極4の間がオフ状態の場合
において発生する放電によってカソード電極2あるいは
ゲート電極3が損傷を受けることを抑制することができ
る。When the vacuum microswitching element 20 is operating in a system and the space between the cathode electrode 2 and the anode electrode 4 is off, a negative voltage is applied to the anode electrode 4 side. Also, the anode electrode 4
Since discharge occurs only between the shield electrode 21 and
It is possible to prevent the cathode electrode 2 or the gate electrode 3 from being damaged by a discharge generated when the space between the cathode electrode 2 and the anode electrode 4 is in an off state.
【0020】以上説明したように、この発明の実施の形
態1に係る真空マイクロスイッチング素子によれば、カ
ソード電極2およびアノード電極4の間がオフ状態のと
きにおいて、アノード電極4側に負の電圧が印加されて
も、カソード電極2あるいはゲート電極3に損傷が生じ
ることを抑制でき、スイッチング素子としての高耐電圧
化を達成できる。As described above, according to the vacuum microswitching device according to the first embodiment of the present invention, when the space between the cathode electrode 2 and the anode electrode 4 is in the off state, the negative voltage is applied to the anode electrode 4 side. Is applied, the occurrence of damage to the cathode electrode 2 or the gate electrode 3 can be suppressed, and a high withstand voltage as a switching element can be achieved.
【0021】実施の形態2.図2は、この発明の実施の
形態2に係る真空カソード電極スイッチング素子の要部
を概略的に示す上面図である。図2において、22は、
複数のカソード電極2により構成されるカソード電極群
の中央に配設された中央シールド電極である。中央シー
ルド電極22は、カソード電極基板1上に電気的に接続
して取り付けられている。また、23は、カソード電極
基板1上に、複数のカソード電極より構成されるカソー
ド電極群の周囲に配設されたシールド電極である。シー
ルド電極23は、カソード電極基板1の周方向に分割さ
れているが、実施の形態1と同様に分割されていない環
状のシールド電極であってもよい。Embodiment 2 FIG. FIG. 2 is a top view schematically showing a main part of a vacuum cathode electrode switching element according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, 22 is
This is a central shield electrode provided at the center of a cathode electrode group composed of a plurality of cathode electrodes 2. The center shield electrode 22 is electrically connected and mounted on the cathode electrode substrate 1. Reference numeral 23 denotes a shield electrode provided on the cathode electrode substrate 1 around a cathode electrode group including a plurality of cathode electrodes. The shield electrode 23 is divided in the circumferential direction of the cathode electrode substrate 1, but may be an undivided annular shield electrode as in the first embodiment.
【0022】カソード電極基板1の外径が、アノード電
極4とカソード電極2との電極間隔に比べてかなり大き
い場合(D>3d、ここで、D:カソード電極外径、
d:電極間隔)、シールド電極23のシールド効果が小
さくなり、カソード電極基板1内部で放電が発生する可
能性がある。それを防止するため、この発明の実施の形
態2に係る真空マイクロスイッチング素子では、カソー
ド電極基板1の中央部に、中央シールド電極22を設け
ることにより、オフ時の放電をシールド電極23または
中央シールド電極22との間で発生させ、放電によるカ
ソード電極2あるいはゲート電極3の損傷を防止でき
る。When the outer diameter of the cathode electrode substrate 1 is considerably larger than the electrode spacing between the anode electrode 4 and the cathode electrode 2 (D> 3d, where D: cathode electrode outer diameter,
d: electrode spacing), the shield effect of the shield electrode 23 is reduced, and there is a possibility that discharge occurs inside the cathode electrode substrate 1. In order to prevent this, in the vacuum microswitching element according to the second embodiment of the present invention, a central shield electrode 22 is provided at the center of cathode electrode substrate 1 so that the discharge at the time of off is shielded by shield electrode 23 or central shield. It is possible to prevent the cathode electrode 2 or the gate electrode 3 from being generated between the electrode 22 and the discharge, thereby preventing the discharge from occurring.
【0023】以上説明したように、この発明の実施の形
態2に係る真空マイクロスイッチング素子によれば、カ
ソード電極2とアノード電極4の間がオフ状態のときに
おいて、アノード電極4側に負電圧が印加されても、ア
ノード電極4と中央シールド電極22およびシールド電
極23との間で放電が発生するので、カソード電極2あ
るいはゲート電極3に損傷が生じることを抑制でき、カ
ソード電極基板1の外径が、アノード電極4とカソード
電極2との電極間隔に比べてかなり大きい場合でもスイ
ッチング素子としての高耐電圧化を達成できる。As described above, according to the vacuum micro-switching device according to the second embodiment of the present invention, when the space between cathode electrode 2 and anode electrode 4 is in the off state, a negative voltage is applied to anode electrode 4 side. Even if the voltage is applied, a discharge is generated between the anode electrode 4 and the central shield electrode 22 and the shield electrode 23, so that damage to the cathode electrode 2 or the gate electrode 3 can be suppressed, and the outer diameter of the cathode electrode substrate 1 is reduced. However, even when the distance between the anode electrode 4 and the cathode electrode 2 is considerably larger than that between the anode electrode 4 and the cathode electrode 2, a high withstand voltage as a switching element can be achieved.
【0024】実施の形態3.図3は、この発明の実施の
形態3に係る真空マイクロスイッチング素子の構成を概
略的に示す図である。図3において、カソード電極基板
1上の複数のカソード電極2により構成されるカソード
電極群の周囲に、絶縁部材である絶縁スペーサ25を介
して絶縁シールド電極24が配設され、該絶縁シールド
電極24に絶縁シールド電極制御回路26から電圧導入
端子7を介して電圧が印加される。Embodiment 3 FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a vacuum microswitching device according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 3, an insulating shield electrode 24 is provided around a cathode electrode group constituted by a plurality of cathode electrodes 2 on a cathode electrode substrate 1 via an insulating spacer 25 which is an insulating member. , A voltage is applied from the insulating shield electrode control circuit 26 via the voltage introduction terminal 7.
【0025】絶縁シールド電極24にカソード電極基板
1と同じ電圧を絶縁シールド電極制御回路26から印加
しておくと、アノード電極4の表面の微小突起に起因す
る放電が絶縁シールド電極24との間で生じるので、カ
ソード電極2あるいはゲート電極3を放電による損傷か
ら防止することができる。また、真空マイクロスイッチ
ング素子の稼働中にカソード電極2の電位に対して負の
電位を印加すれば、電子軌道が中央に収束する方向に働
くので、アノード電極4へ捕集される電子の領域を小さ
くできる。When the same voltage as that of the cathode electrode substrate 1 is applied from the insulating shield electrode control circuit 26 to the insulating shield electrode 24, a discharge caused by minute projections on the surface of the anode electrode 4 causes a discharge between the insulating shield electrode 24 and the insulating shield electrode 24. Therefore, the cathode electrode 2 or the gate electrode 3 can be prevented from being damaged by the discharge. Also, if a negative potential is applied to the potential of the cathode electrode 2 during operation of the vacuum microswitching element, the electron orbit works in a direction converging to the center. Can be smaller.
【0026】以上説明したように、この発明の実施の形
態3に係る真空マイクロスイッチング素子によれば、ア
ノード電極4側に負の電圧が印加されても、カソード電
極2あるいはゲート電極3に損傷が生じることを抑制で
き、スイッチング素子としての高耐電圧化を達成でき
る。また、アノード電極4へ捕集される電子の領域を小
さくできることにより、アノード面積の小さなスイッチ
ング素子を提供することができる。As described above, according to the vacuum microswitching device according to the third embodiment of the present invention, even if a negative voltage is applied to the anode electrode 4 side, the cathode electrode 2 or the gate electrode 3 is not damaged. It is possible to suppress the occurrence and to achieve high withstand voltage as a switching element. Further, since the region of the electrons collected by the anode electrode 4 can be reduced, a switching element having a small anode area can be provided.
【0027】実施の形態4.図4は、この発明の実施の
形態4に係る真空マイクロスイッチング素子の要部を示
す上面図である。図4において、24はカソード電極基
板1上に絶縁スペーサ(図3中の絶縁スペーサ25と同
様のもの)を介して取り付けられた絶縁シールド電極で
ある。このような構成により、この発明の実施の形態4
に係る真空マイクロスイッチング素子では、それぞれ分
割された絶縁シールド電極24に絶縁シールド電極制御
回路26から独立の電圧が印加される。Embodiment 4 FIG. 4 is a top view showing a main part of a vacuum microswitching element according to Embodiment 4 of the present invention. 4, reference numeral 24 denotes an insulating shield electrode mounted on the cathode electrode substrate 1 via an insulating spacer (similar to the insulating spacer 25 in FIG. 3). According to such a configuration, Embodiment 4 of the present invention
In the vacuum microswitching device according to the above, an independent voltage is applied from the insulating shield electrode control circuit 26 to each of the divided insulating shield electrodes 24.
【0028】カソード電極2から放出された電子の軌道
が偏心する場合、絶縁シールド電極24のそれぞれに最
適な電圧を絶縁シールド電極制御回路26から印加する
ことにより、中央部に電子が収束する方向に働くので、
アノード面積の小さなスイッチング素子を提供すること
ができる。また、分割されたそれぞれの絶縁シールド電
極24にカソード電極2と同じ電圧を印加しておくと、
アノード電極4上の微小突起に起因する放電が絶縁シー
ルド電極24との間で生じるので、カソード電極2、あ
るいはゲート電極3を放電による損傷から防御すること
ができる。When the trajectory of the electrons emitted from the cathode electrode 2 is eccentric, an optimum voltage is applied to each of the insulating shield electrodes 24 from the insulating shield electrode control circuit 26 so that the electrons converge toward the center. Because it works
A switching element having a small anode area can be provided. When the same voltage as that of the cathode electrode 2 is applied to each of the divided insulating shield electrodes 24,
Since a discharge caused by the minute protrusion on the anode electrode 4 is generated between the insulating shield electrode 24 and the cathode electrode 2, the gate electrode 3 or the gate electrode 3 can be protected from damage due to the discharge.
【0029】以上説明したように、この発明の実施の形
態4に係る真空マイクロスイッチング素子によれば、ア
ノード電極4側に負の電圧が印加されても、カソード電
極2から放出された電子の軌道が偏心することなく電子
がアノード電極4に捕集されるので、アノード面積の小
さなスイッチング素子を提供することができる。As described above, according to the vacuum micro-switching device according to the fourth embodiment of the present invention, even when a negative voltage is applied to the anode electrode 4 side, the trajectory of electrons emitted from the cathode electrode 2 Electrons are collected by the anode electrode 4 without eccentricity, so that a switching element having a small anode area can be provided.
【0030】実施の形態5.図5は、この発明の実施の
形態5に係る真空マイクロスイッチング素子の要部を示
す上面図である。図5において、22はカソード電極基
板1上に電気的に接続して取り付けられた中央シールド
電極である。Embodiment 5 FIG. 5 is a top view showing a main part of a vacuum microswitching element according to Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 5, reference numeral 22 denotes a central shield electrode which is electrically connected and mounted on the cathode electrode substrate 1.
【0031】カソード電極基板1の外径が、アノード電
極4とカソード電極2との電極間隔に比べてかなり大き
い場合(D>3d)、複数のカソード電極2より構成さ
れるカソード電極群の周囲に配設された絶縁シールド電
極24のシールド効果が小さくなり、カソード電極基板
1の中心部で放電が発生する。このような放電を防止す
るため、カソード電極基板1の中央部に中央シールド電
極22を設けることにより、オフ時の放電を絶縁シール
ド電極24または中央シールド電極22との間で発生さ
せ、放電によるカソード電極2あるいはゲート電極3の
損傷を防止することができる。When the outer diameter of the cathode electrode substrate 1 is considerably larger than the electrode distance between the anode electrode 4 and the cathode electrode 2 (D> 3d), the outer diameter of the cathode electrode group composed of a plurality of cathode electrodes 2 is increased. The shielding effect of the disposed insulating shield electrode 24 is reduced, and a discharge occurs at the center of the cathode electrode substrate 1. In order to prevent such a discharge, a central shield electrode 22 is provided at the center of the cathode electrode substrate 1 so that a discharge at the time of off is generated between the insulating shield electrode 24 or the central shield electrode 22 and the cathode by the discharge is generated. Damage to the electrode 2 or the gate electrode 3 can be prevented.
【0032】以上説明したように、この発明の実施の形
態5に係る真空マイクロスイッチング素子によれば、ア
ノード電極4側に負の電圧が印加されても、カソード電
極2から放出された電子の軌道が偏心することなく電子
がアノード電極4に捕集されるので、カソード電極2あ
るいはゲート電極3に損傷が生じることを抑制でき、カ
ソード電極基板1の外径が、アノード電極4とカソード
電極基板1との電極間隔に比べてかなり大きい場合でも
スイッチング素子としての高耐電圧化を達成できる。As described above, according to the vacuum microswitching device of the fifth embodiment of the present invention, even if a negative voltage is applied to the anode electrode 4 side, the trajectory of electrons emitted from the cathode electrode 2 Electrons are collected by the anode electrode 4 without eccentricity, so that damage to the cathode electrode 2 or the gate electrode 3 can be suppressed. In this case, a high withstand voltage as a switching element can be achieved even when the distance between the electrodes is considerably larger than that between the electrodes.
【0033】実施の形態6.図6は、この発明の実施の
形態6に係る真空マイクロスイッチング素子の構成を概
略的に示す図である。図6において、シールド電極27
は、複数のカソード電極2より構成されるカソード電極
群の周囲に配設されるように、金属製の真空容器5の内
壁に固着されている。シールド電極27は、金属製の真
空容器5を介してカソード電極2と電気的に接続されて
おり、これらは同電位に保持される。Embodiment 6 FIG. FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a vacuum micro-switching element according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 6, the shield electrode 27
Is fixed to the inner wall of a metal vacuum vessel 5 so as to be disposed around a cathode electrode group composed of a plurality of cathode electrodes 2. The shield electrode 27 is electrically connected to the cathode electrode 2 via the metal vacuum vessel 5, and these are kept at the same potential.
【0034】真空マイクロスイッチング素子を真空排気
しながら、あるいは真空封止した後、アノード電極4の
表面の突起をなくすため、アノード電極4に負の高電圧
を印加して、強制的にシールド電極27との間でスパー
ク放電を発生させる。このような構成により、スイッチ
ング素子としての高耐電圧化を達成できる。また、スイ
ッチング素子が系統中で稼働状態の場合に、カソード電
極2とアノード電極4の間がオフ状態のときに、アノー
ド電極4側に負の高電圧が印加されて放電が発生して
も、シールド電極27との間で放電が発生するのみであ
るため、放電によるカソード電極2あるいはゲート電極
3の損傷が生じることはない。After evacuating or vacuum-sealing the vacuum microswitching element, a negative high voltage is applied to the anode electrode 4 to forcibly prevent the projection on the surface of the anode electrode 4, and the shield electrode 27 is forcibly applied. And a spark discharge is generated. With such a configuration, high withstand voltage as a switching element can be achieved. Further, when the switching element is operating in the system and the discharge is generated by applying a high negative voltage to the anode electrode 4 when the space between the cathode electrode 2 and the anode electrode 4 is off, Since only discharge occurs with the shield electrode 27, the discharge does not damage the cathode electrode 2 or the gate electrode 3.
【0035】以上説明したように、この発明の実施の形
態6に係る真空マイクロスイッチング素子によれば、ア
ノード電極4側に負の電圧が印加されても、カソード電
極2あるいはゲート電極3に損傷が生じることを抑制で
き、スイッチング素子としての高耐電圧化を達成でき
る。As described above, according to the vacuum microswitching device according to the sixth embodiment of the present invention, even if a negative voltage is applied to the anode electrode 4 side, the cathode electrode 2 or the gate electrode 3 is not damaged. It is possible to suppress the occurrence and to achieve high withstand voltage as a switching element.
【0036】実施の形態7.図7は、この発明の実施の
形態7に係る真空マイクロスイッチング素子の構成を概
略的に示す図である。図7において、28は複数のカソ
ード電極2より構成されるカソード電極群の周囲に配設
されるように、絶縁部材である絶縁スペーサ29を介し
て、金属製の真空容器5の内壁に固着された絶縁シール
ド電極である。絶縁シールド電極28には、絶縁シール
ド電極制御回路26から電圧導入端子7を介して電圧が
印加される。Embodiment 7 FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a vacuum micro switching device according to Embodiment 7 of the present invention. In FIG. 7, 28 is fixed to the inner wall of the metal vacuum vessel 5 via an insulating spacer 29 as an insulating member so as to be disposed around a cathode electrode group composed of a plurality of cathode electrodes 2. Insulated shield electrode. A voltage is applied to the insulation shield electrode 28 from the insulation shield electrode control circuit 26 via the voltage introduction terminal 7.
【0037】絶縁シールド電極28に、カソード電極2
と同じ電圧を絶縁シールド電極制御回路26から印加し
ておくと、アノード電極4上の微小突起による放電が絶
縁シールド電極28との間で生じるので、カソード電極
2あるいはゲート電極3を放電による損傷から防止する
ことができる。また、真空マイクロスイッチング素子の
稼働中にカソード電極電位に対して負の電圧を絶縁シー
ルド電極28に印加すれば、電子軌道が中央に収束する
方向に働くので、アノード電極4へ捕集される電子の領
域は小さくなり、アノード面積の小さなスイッチング素
子を提供することができる。The insulating shield electrode 28 is connected to the cathode 2
When the same voltage is applied from the insulating shield electrode control circuit 26, a discharge due to minute projections on the anode electrode 4 is generated between the insulating shield electrode 28 and the cathode electrode 2 or the gate electrode 3 is not damaged by the discharge. Can be prevented. Also, if a negative voltage with respect to the cathode electrode potential is applied to the insulating shield electrode 28 during the operation of the vacuum microswitching element, the electron orbit acts in the direction converging to the center, so that the electrons collected on the anode electrode 4 Region becomes small, and a switching element having a small anode area can be provided.
【0038】以上説明したように、この発明の実施の形
態7に係る真空マイクロスイッチング素子によれば、ア
ノード電極4側に負の電圧が印加されても、カソード電
極2あるいはゲート電極3に損傷が生じることを抑制で
き、スイッチング素子としての高耐電圧化を達成でき
る。また、アノード電極4へ電子の領域を小さくできる
ことにより、アノード面積の小さなスイッチング素子を
提供することができる。As described above, according to the vacuum microswitching device according to the seventh embodiment of the present invention, even if a negative voltage is applied to the anode electrode 4 side, the cathode electrode 2 or the gate electrode 3 is not damaged. It is possible to suppress the occurrence and to achieve high withstand voltage as a switching element. Further, since the area of electrons to the anode electrode 4 can be reduced, a switching element having a small anode area can be provided.
【0039】[0039]
【発明の効果】この発明の真空マイクロスイッチング素
子は、電子を放出するカソード電極と、電子の放出を制
御するためのゲート電極と、放出された電子を捕集する
アノード電極と、上記複数のカソード電極より構成され
るカソード電極群の周囲に配設されるシールド電極とを
真空容器内に備えてなり、シールド電極は、カソード電
極と同電位に保持され、カソード電極とアノード電極の
間がオフ状態のときにアノード電極との間で放電が発生
することを特徴とするので、放電によりカソード電極お
よびゲート電極が損傷を受けることを抑制できる。According to the present invention, there is provided a vacuum microswitching device comprising: a cathode electrode for emitting electrons; a gate electrode for controlling emission of electrons; an anode electrode for collecting emitted electrons; A shield electrode provided around a cathode electrode group composed of an electrode is provided in the vacuum vessel, the shield electrode is held at the same potential as the cathode electrode, and the state between the cathode electrode and the anode electrode is turned off. In this case, a discharge is generated between the anode electrode and the anode electrode, so that the cathode electrode and the gate electrode can be prevented from being damaged by the discharge.
【0040】また、上記シールド電極は、カソード電極
が形成されたカソード電極基板上に、カソード電極群を
囲むように設けられたことを特徴とするので、カソード
電極とアノード電極の間がオフ状態のときにシールド電
極とアノード電極との間で放電を発生させることがで
き、放電によりカソード電極およびゲート電極が損傷を
受けることを抑制できる。The shield electrode is provided on the cathode electrode substrate on which the cathode electrode is formed so as to surround the cathode electrode group. In some cases, a discharge can be generated between the shield electrode and the anode electrode, and the cathode electrode and the gate electrode can be prevented from being damaged by the discharge.
【0041】また、上記シールド電極は、カソード電極
が形成されたカソード電極基板上に、カソード電極群を
囲むように且つ絶縁部材を介して設けられた絶縁シール
ド電極により構成されることを特徴とするので、カソー
ド電極とアノード電極の間がオフ状態のときにシールド
電極とアノード電極との間で放電が発生し、放電により
カソード電極およびゲート電極が損傷を受けることを抑
制できる。The above-mentioned shield electrode is constituted by an insulating shield electrode provided on a cathode electrode substrate on which a cathode electrode is formed so as to surround the cathode electrode group and via an insulating member. Therefore, a discharge is generated between the shield electrode and the anode electrode when the cathode electrode and the anode electrode are in the off state, and the cathode electrode and the gate electrode can be prevented from being damaged by the discharge.
【0042】また、上記シールド電極は、カソード電極
群を囲むように設けられ且つ上記真空容器の内壁に支持
されることを特徴とするので、カソード電極とアノード
電極の間がオフ状態のときにシールド電極とアノード電
極との間で放電を発生させることができ、放電によりカ
ソード電極およびゲート電極が損傷を受けることを抑制
できる。Further, the shield electrode is provided so as to surround the cathode electrode group and is supported by the inner wall of the vacuum vessel. Therefore, when the space between the cathode electrode and the anode electrode is off, the shield electrode is shielded. Discharge can be generated between the electrode and the anode electrode, and the cathode electrode and the gate electrode can be prevented from being damaged by the discharge.
【0043】また、上記シールド電極は、カソード電極
群を囲むように設けられ且つ真空容器の内壁に絶縁部材
を介して支持された絶縁シールド電極により構成される
ことを特徴とするので、カソード電極とアノード電極の
間がオフ状態のときにシールド電極とアノード電極との
間で放電が発生し、放電によりカソード電極およびゲー
ト電極が損傷を受けることを抑制できる。Further, the shield electrode is characterized by being constituted by an insulating shield electrode provided so as to surround the cathode electrode group and supported on the inner wall of the vacuum vessel via an insulating member. A discharge is generated between the shield electrode and the anode electrode when the space between the anode electrodes is in an off state, and the cathode electrode and the gate electrode can be prevented from being damaged by the discharge.
【0044】また、上記絶縁シールド電極は、カソード
電極とは独立してシールド電極に電位を供給する制御電
源に接続され、絶縁シールド電極に、カソード電極の電
位とは異なる電位を供給することを特徴とするので、電
子の軌道を収束する方向に働かせることができ、アノー
ド面積の小さなスイッチング素子を提供することができ
る。The insulating shield electrode is connected to a control power supply that supplies a potential to the shield electrode independently of the cathode electrode, and supplies a potential different from the potential of the cathode electrode to the insulating shield electrode. Therefore, it is possible to work in a direction in which the trajectories of the electrons are converged, and it is possible to provide a switching element having a small anode area.
【0045】また、上記制御電源は、カソード電極とア
ノード電極の間がオン状態の時は、絶縁シールド電極を
カソード電極より低い電位に保持することを特徴とする
ので、アノード電極とカソード電極間がオン状態のとき
に、アノード電極で効率よく電子を捕集することができ
る。Further, the control power source is characterized in that when the space between the cathode electrode and the anode electrode is on, the insulating shield electrode is kept at a lower potential than the cathode electrode. In the on state, electrons can be efficiently collected by the anode electrode.
【0046】また、上記絶縁シールド電極は周方向に分
割されており、制御電源は、分割されたそれぞれの絶縁
シールド電極に異なる電圧を供給できることを特徴とす
るので、さらに効率よくアノード電極で効率よく電子を
捕集することができる。Further, the insulating shield electrode is divided in the circumferential direction, and the control power supply is capable of supplying different voltages to each of the divided insulating shield electrodes, so that the anode electrode is more efficiently used. Electrons can be collected.
【0047】さらに、上記カソード電極と同電位に保持
される中央シールド電極を、上記カソード電極群の中央
部にさらに配設することを特徴とするので、シールド電
極および中央シールド電極の間でカソード電極の外径が
大きいときでも、カソード電極とアノード電極との間が
オフ状態のときに、放電によりカソード電極およびゲー
ト電極が損傷を受けることを抑制できる。Further, a central shield electrode maintained at the same potential as the cathode electrode is further disposed at the center of the cathode electrode group, so that the cathode electrode is disposed between the shield electrode and the central shield electrode. Even when the outer diameter is large, it is possible to prevent the cathode electrode and the gate electrode from being damaged by the discharge when the space between the cathode electrode and the anode electrode is in the off state.
【図1】 この発明の第1の実施の形態に係るスイッチ
ング素子の構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a switching element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 この発明の実施の形態2に係る真空カソード
電極スイッチング素子の要部を概略的に示す上面図であ
る。FIG. 2 is a top view schematically showing a main part of a vacuum cathode electrode switching element according to Embodiment 2 of the present invention.
【図3】 この発明の実施の形態3に係る真空マイクロ
スイッチング素子の構成を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a vacuum micro switching element according to Embodiment 3 of the present invention.
【図4】 この発明の実施の形態4に係る真空マイクロ
スイッチング素子の要部を示す上面図である。FIG. 4 is a top view showing a main part of a vacuum microswitching element according to Embodiment 4 of the present invention.
【図5】 この発明の実施の形態5に係る真空マイクロ
スイッチング素子の要部を示す上面図である。FIG. 5 is a top view showing a main part of a vacuum microswitching element according to Embodiment 5 of the present invention.
【図6】 この発明の実施の形態6に係る真空マイクロ
スイッチング素子の構成を概略的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a vacuum microswitching element according to Embodiment 6 of the present invention.
【図7】 この発明の実施の形態7に係る真空マイクロ
スイッチング素子の構成を概略的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a vacuum micro-switching element according to Embodiment 7 of the present invention.
【図8】 特開平8−87964号公報に示された従来
の真空マイクロスイッチング素子を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a conventional vacuum microswitching device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-87964.
1 カソード電極基板、2 カソード電極、3 ゲート
電極、4 アノード電極、5 真空容器、21、23、
27 シールド電極、22 中央シールド電極、24、
28 絶縁シールド電極、25、29 絶縁スペーサ
(絶縁部材)、26 絶縁シールド電極制御回路。1 cathode electrode substrate, 2 cathode electrode, 3 gate electrode, 4 anode electrode, 5 vacuum vessels, 21, 23,
27 shield electrode, 22 central shield electrode, 24,
28 Insulation shield electrode, 25, 29 Insulation spacer (insulation member), 26 Insulation shield electrode control circuit.
Claims (9)
の周囲に配設されるシールド電極とを真空容器内に備え
てなり、 上記シールド電極は、上記カソード電極と同電位に保持
され、上記カソード電極と上記アノード電極の間がオフ
状態のときに上記アノード電極との間で放電が発生する
ことを特徴とする真空マイクロスイッチング素子。A cathode electrode for emitting electrons, a gate electrode for controlling emission of electrons, an anode electrode for collecting emitted electrons, and a cathode electrode group comprising a plurality of the cathode electrodes. A shield electrode provided around the inside of the vacuum vessel, wherein the shield electrode is maintained at the same potential as the cathode electrode, and the anode is turned off when the cathode electrode and the anode electrode are in an off state. A vacuum micro-switching device characterized in that a discharge is generated between the electrode and the electrode.
が形成されたカソード電極基板上に、該カソード電極群
を囲むように設けられたことを特徴とする請求項1に記
載の真空マイクロスイッチング素子。2. The vacuum microswitching device according to claim 1, wherein the shield electrode is provided on the cathode electrode substrate on which the cathode electrode is formed so as to surround the cathode electrode group.
が形成されたカソード電極基板上に、該カソード電極群
を囲むように且つ絶縁部材を介して設けられた絶縁シー
ルド電極により構成されることを特徴とする請求項1に
記載の真空マイクロスイッチング素子。3. The shield electrode is constituted by an insulating shield electrode provided on a cathode electrode substrate on which the cathode electrode is formed so as to surround the cathode electrode group and via an insulating member. The vacuum microswitching device according to claim 1, wherein
囲むように設けられ且つ上記真空容器の内壁に支持され
ることを特徴とする請求項1に記載の真空マイクロスイ
ッチング素子。4. The vacuum microswitching device according to claim 1, wherein the shield electrode is provided so as to surround the cathode electrode group, and is supported on an inner wall of the vacuum vessel.
群を囲むように設けられ且つ上記真空容器の内壁に絶縁
部材を介して支持された絶縁シールド電極により構成さ
れることを特徴とする請求項1に記載の真空マイクロス
イッチング素子。5. The shield electrode according to claim 1, wherein the shield electrode is provided so as to surround the cathode electrode group, and is constituted by an insulating shield electrode supported on an inner wall of the vacuum vessel via an insulating member. 3. The vacuum microswitching device according to item 1.
電極とは独立して上記シールド電極に電位を供給する制
御電源に接続され、上記絶縁シールド電極に、上記カソ
ード電極の電位とは異なる電位を供給することを特徴と
する請求項3あるいは請求項5に記載の真空マイクロス
イッチング素子。6. The insulating shield electrode is connected to a control power supply that supplies a potential to the shield electrode independently of the cathode electrode, and supplies a potential different from the potential of the cathode electrode to the insulating shield electrode. The vacuum microswitching device according to claim 3 or 5, wherein
記アノード電極の間がオン状態の時は、上記絶縁シール
ド電極を上記カソード電極より低い電位に保持すること
を特徴とする請求項6に記載の真空マイクロスイッチン
グ素子。7. The control power supply according to claim 6, wherein when the space between the cathode electrode and the anode electrode is in an on state, the insulating shield electrode is kept at a lower potential than the cathode electrode. Vacuum micro switching device.
れており、上記制御電源は、当該分割されたそれぞれの
絶縁シールド電極に異なる電圧を供給できることを特徴
とする請求項3あるいは請求項5ないし請求項7のいず
れかに記載の真空マイクロスイッチング素子。8. The insulated shield electrode is divided in the circumferential direction, and the control power supply can supply different voltages to the respective divided insulated shield electrodes. A vacuum microswitching device according to claim 7.
中央シールド電極を、上記カソード電極群の中央部にさ
らに配設することを特徴とする請求項1ないし請求項8
のいずれかに記載の真空マイクロスイッチング素子。9. A cathode shield according to claim 1, further comprising a central shield electrode maintained at the same potential as said cathode electrode, at a central portion of said cathode electrode group.
The vacuum microswitching device according to any one of the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9934898A JPH11297222A (en) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | Vacuum microswitching element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9934898A JPH11297222A (en) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | Vacuum microswitching element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11297222A true JPH11297222A (en) | 1999-10-29 |
Family
ID=14245121
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9934898A Pending JPH11297222A (en) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | Vacuum microswitching element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11297222A (en) |
-
1998
- 1998-04-10 JP JP9934898A patent/JPH11297222A/en active Pending
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