KR20170086667A

KR20170086667A - 전계 방출 디바이스 및 그 개질 처리 방법

Info

Publication number: KR20170086667A
Application number: KR1020177019079A
Authority: KR
Inventors: 타카하시 다이조; 후카이 토시마사; 타니미즈 토루
Original assignee: 메이덴샤 코포레이션
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-07-26
Also published as: EP3240010B1; US10068741B2; JP6135827B2; WO2016104484A1; US20170365439A1; JPWO2016104484A1; CN107112179A; EP3240010A4; KR101832388B1; EP3240010A1; CN107112179B

Abstract

진공 챔버(1)에서, 에미터(3)와 타겟(7)은 서로 대향된다. 가드 전극(5)은 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)의 외주의 둘레에 배치된다. 지지 부분(4)은 에미터(3)를 상기 진공 챔버(1)의 단부 대 단부 방향으로 이동 가능하게 지지한다. 상기 지지 부분(4)을 작동시키고, 상기 에미터(3)를 개방 단부(21) 측(비-방전 위치)으로 이동시키고, 상기 전자 발생 부분(31)으로부터의 전계 방출이 억제된 상태에서 상기 가드 전극(5) 상에 방전을 반복적으로 실시하도록 전압을 인가함으로써, 상기 가드 전극(5) 상에 개질 처리가 수행된다. 상기 개질 처리 후, 상기 지지 부분(4)이 다시 작동된다. 상기 에미터(3)는 개방 단부(22) 측(방전 위치)으로 이동되어, 전자 발생 부분(31)으로부터 전계 방출이 허용되는 상태로 놓인다.

Description

전계 방출 디바이스 및 그 개질 처리 방법{FIELD EMISSION DEVICE AND REFORMING TREATMENT METHOD}

본 발명은 X 선 장치, 전자관(electron tube), 조명 장치 등과 같은 다양한 타입의 기기에 적용 가능한 전계 방출 디바이스, 및 그 개질(reforming) 처리 방법에 관한 것이다.

에미터와 타겟 사이에서의 전압의 인가에 의해, 에미터로부터의 전계 방출이 유발되며(전자가 발생되고 방출되며), 이에 따라 타겟 상에 전자 빔을 방출하고 그리고 원하는 기능(예를 들어, X 선 장치의 경우에 X 선의 외부 방사로 인한 방사선 투시 해상도 기능)을 수행하도록, 진공 용기의 진공 챔버에서 에미터[탄소 재료 등으로 제조되는 전자원(electron source)]와 타겟(target)이 서로 대향하는(그 사이에 소정의 거리를 두고) X 선 장치, 전자관, 조명 장치 등과 같은 다양한 타입의 기기에 적용 가능한 전계 방출 디바이스가 알려져 있다.

또한, 그리드 전극이 에미터와 타겟 사이에 개재되는 3극관(triode) 구조를 채택함으로써, 에미터의 전자 발생 부분(상기 타겟의 반대쪽에 위치되고, 또한 이로부터 전자가 발생되는) 상에 곡면을 형성함으로써, 또는 상기 에미터와 동일한 전위의 가드 전극을 상기 에미터의 원주방향 엣지 측 상에 배치함으로써, 에미터로부터의 전자 빔의 산란을 억제하는 기술이 연구되었다(특허 문헌 1 및 특허 문헌 2 참조).

전술한 바와 같이, 전압의 인가에 의해 에미터의 전자 발생 부분에서만 전자를 발생시킴으로써 전자 빔을 방출하는 것이 바람직하다. 그러나 진공 챔버에 불필요한 미세한 돌기 또는 먼지가 존재하면, 섬락(閃絡)(flashover) 현상이 발생할 가능성이 있다. 따라서 전계 방출 디바이스는 원하는 내전압(withstand voltage)을 달성할 수 없다.

진공 챔버의 내측의 가드 전극이나 또는 다른 부품(보다 구체적으로는, 타겟, 그리드 전극, 가드 전극 등; 이하, 필요에 따라 간단히 "가드 전극 등"으로서 지칭함)이 국부적인 전계 집중을 유발시키기 쉬운 부분을 갖는 경우에(예를 들어, 미세한 돌기가 가공 작업에 의해 가드 전극 등에 형성됨), 가스 성분이 가드 전극 등에 흡착되는 경우에, 및 상기 가드 전극 등이 전자를 쉽게 발생시킬 수 있는 요소를 함유하는 경우에, 상기 문제점이 발생한다. 이들 경우에 있어서, 전계 방출 디바이스에서 발생된 전자의 양은, 가드 전극 등에 전자 발생 부분의 형성으로 인해 불안정하게 된다. 그 결과, 전자 빔이 산란될 가능성이 있다. 이는 X 선 장치의 경우에 X 선 디포커싱(defocusing)의 문제로 이어진다.

따라서 섬락 현상을 억제하기 위한 기술(즉, 전자 발생량을 안정화시키기 위한 기술)로서, 가드 전극 등(예를 들어, 가드 전극 및 그리드 전극)에 전압(고전압 등)을 인가하고 그리고 상기 가드 전극 등에서 방전을 반복적으로 실시하는 전압 방전 컨디셔닝 처리[개질(재생): 이하에서는 "개질 처리"로서 지칭됨]를 수행하는 것이 연구되었다.

그러나 전술한 바와 같이, 가드 전극 등에 간단히 개질 처리 전압이 인가되었을 때, 가드 전극 등이 상기 개질 처리에 의해 충분히 개질될 수 없도록, 에미터로부터의 전계 방출(즉, 상기 개질 처리의 실행 전 상태에서)이 발생할 가능성이 있다.

특허 문헌 1: 일본 공개 특허공보 제 2011-119084호 특허 문헌 2: 일본 공개 특허공보 제 2010-56062호

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 이루어졌다. 본 발명의 목적은 에미터로부터의 전계 방출을 억제하면서 상기 가드 전극 등에 개질 처리를 실시하고, 이에 따라 원하는 내전압을 달성하기 위한 전계 방출 디바이스 및 개질 처리 방법을 제공하는 것이다.

상기 문제점에 대한 해결책으로서, 본 발명의 일 양태에 따라, 전계 방출 디바이스가 제공되며; 상기 전계 방출 디바이스는, 원통형 절연체를 구비하고 또한 상기 절연체는 절연체의 내벽 측 상에 진공 챔버를 형성하도록 밀봉된 양단부를 갖는 진공 용기; 상기 진공 챔버의 일 단부 측 상에 위치되고, 또한 상기 진공 챔버의 타 단부 측과 마주하는 전자 발생 부분을 갖는 에미터; 상기 에미터의 상기 전자 발생 부분의 외주 측상에 배치된 가드 전극; 상기 진공 챔버의 타 단부 측 상에 위치되고 상기 에미터의 전자 발생 부분과 대향하는 타겟; 및 지지 부분의 이동에 의해 상기 에미터의 상기 전자 발생 부분과 타겟 사이의 거리를 변경하도록 이동 가능하며, 상기 에미터를 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지 부분을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따라, 전계 방출 디바이스가 제공되며; 상기 전계 방출 디바이스는, 원통형 절연체를 구비하고 상기 절연체는 절연체의 내벽 측 상에 진공 챔버를 형성하도록 밀봉된 양단부를 갖는 진공 용기; 상기 진공 챔버의 일 단부 측 상에 위치되고, 상기 진공 챔버의 타 단부 측과 마주하는 전자 발생 부분을 갖는 에미터; 상기 진공 챔버의 타 단부 측 상에 위치되고 상기 에미터의 전자 발생 부분과 대향하는 타겟; 상기 전자 발생 부분의 반대쪽인 에미터의 측부로부터 연장하는 형상을 갖고, 상기 에미터를 지지하는 지지 본체; 상기 에미터의 상기 전자 발생 부분의 외주 측 상에 배치되고, 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 연장하는 원통형 형상을 가지며, 상기 진공 용기 상에서 그 일 단부 측에 지지되는 가드 전극; 및 상기 진공 용기의 부분을 구성하기 위해, 상기 지지 본체 상에 그 일 단부 측이 지지되고 또한 상기 진공 용기 상에 그 타 단부 측이 지지되는 벨로우즈를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 전계 방출 디바이스가 제공되며; 상기 전계 방출 디바이스는, 원통형 절연체를 구비하고 또한 상기 절연체는 절연체의 내벽 측 상에 진공 챔버를 형성하도록 밀봉된 양단부를 갖는 진공 용기; 상기 진공 챔버의 일 단부 측 상에 위치되고, 상기 진공 챔버의 타 단부 측과 마주하는 전자 발생 부분을 갖는 에미터; 상기 진공 챔버의 타 단부 측 상에 위치되고 상기 에미터의 전자 발생 부분과 대향하는 타겟; 상기 에미터의 상기 전자 발생 부분의 외주 측 상에 배치되고, 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 연장하는 원통형 형상을 가지며, 또한 진공 용기 상에서 그 일 단부 측에 지지되는 가드 전극; 및 지지 부분을 포함하며, 상기 지지 부분은 상기 전자 발생 부분의 반대쪽의 상기 에미터의 측부로부터 연장하는 형상을 갖고, 상기 에미터를 지지하는 지지 본체; 상기 지지 본체의 연장 방향 측면 상에 배치되는 자기 본체; 상기 지지 본체의 연장 방향 측면과 대척된 상기 진공 용기의 일부로부터 외측으로 연장하는 형상을 가지며, 또한 상기 지지 본체 및 자기 본체를 둘러싸는 주벽(circumferential wall); 및 상기 주벽의 외벽 면 상에 배치된 자석을 포함하며, 관계식 t1 ≤ t ≤ t2 가 충족되고; 상기 t1은 상기 자기 본체의 이동 범위로부터 상기 자기 본체의 이동 범위와 대향하는 위치에 있는 상기 주벽의 외벽 면까지의 거리이며; 상기 t2는 상기 자기 본체 상에서 상기 자석의 자력의 작용에 의해 상기 자석과 상기 자기 본체 사이에서 자기 견인력이 발생될 수 있는 최대 거리이고; 상기 t는 상기 자석과 상기 자기 본체 사이의 최소 거리이다.

상기 전계 방출 디바이스는, 상기 자기 본체가 상기 지지 본체의 연장 방향 측의 직경보다 더 큰 직경을 갖고, 상기 주벽이 상기 자기 본체의 이동 범위와 상기 에미터 사이에 형성된 그리고 상기 자기 본체의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 협소한 영역을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 협소한 영역의 내벽 면과 상기 자기 본체의 이동 범위 사이에는 갭이 존재할 수 있다. 상기 전계 방출 디바이스는, 상기 가드 전극이 상기 에미터의 외주 측 상에서 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 연장하는 원통형 형상을 가지며, 또한 상기 에미터의 전자 발생 부분이 상기 가드 전극의 타겟 측과 접촉하거나 또는 이로부터 분리되도록, 상기 지지 부분의 이동에 의해 이동되도록 구성될 수 있다. 상기 가드 전극은 그 타겟 측 상에 형성된 소직경 영역을 가질 수 있다. 상기 가드 전극은, 엣지 영역이 상기 진공 챔버의 횡단 방향으로 연장하고 또한 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 볼 때 상기 에미터의 상기 전자 발생 부분의 원주측 엣지 영역과 중첩되도록, 그 타겟 측 상에 형성된 엣지 영역을 갖는다. 또한, 상기 전계 방출 디바이스는 진공 챔버 내에서 상기 에미터와 상기 타겟 사이에 배치되는 그리드 전극을 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 상기 전계 방출 디바이스를 위한 개질 처리 방법이 제공되며, 상기 개질 처리 방법은 에미터의 전자 발생 부분 및 가드 전극이 상기 지지 부분의 작동에 의해 서로 분리된 상태에서, 상기 가드 전극으로의 전압의 인가에 의해 상기 진공 챔버 내에서 적어도 상기 가드 전극 상에 개질 처리를 수행하는 단계를 포함한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 에미터로부터의 전계 방출을 억제하면서, 가드 전극 등에 개질 처리를 수행하는 것이 가능하며, 이에 따라 상기 전계 방출 디바이스는 원하는 내전압을 얻는다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전계 방출 디바이스의 개략적인 횡단면도이다{진공 챔버(1)의 단부 대 단부 방향을 따라 취한[에미터(3)와 가드 전극(5)이 서로 접촉한 상태에서]}.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전계 방출 디바이스의 개략적인 횡단면도이다{진공 챔버(1)의 단부 대 단부 방향을 따라 취한[에미터(3)와 가드 전극(5)이 서로 분리된 상태에서]}.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 가드 전극(5)의 변형예의 개략적인 도면이다[도 1의 확대도에 대응하며, 또한 소직경 영역(51)이 엣지 영역(52) 대신에 형성된 경우를 도시하는].
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 전계 방출 디바이스의 개략적인 횡단면도이다{진공 챔버(1)의 단부 대 단부 방향을 따라 취한[에미터(3)와 가드 전극(5)이 서로 접촉한 상태에서]}.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 전계 방출 디바이스의 개략적인 횡단면도이다{진공 챔버(1)의 단부 대 단부 방향을 따라 취한[에미터(3)와 가드 전극(5)이 서로 분리된 상태에서]}.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 전계 방출 디바이스의 개략적인 횡단면도이다{진공 챔버(1)의 단부 대 단부 방향을 따라 취한[에미터(3)와 가드 전극(5)이 서로 접촉한 상태에서]}.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 전계 방출 디바이스의 개략적인 횡단면도이다{진공 챔버(1)의 단부 대 단부 방향을 따라 취한[에미터(3)와 가드 전극(5)이 서로 분리된 상태에서]}.

본 발명의 양태에 따른 전계 방출 디바이스는, 진공 챔버를 형성하도록 밀봉된 양단부를 갖는 절연체; 상기 진공 챔버에서 서로의 반대쪽에 위치된 에미터 및 타겟; 및 상기 에미터의 전자 발생 부분의 외주의 둘레에 배치된 가드 전극뿐만 아니라, 상기 진공 챔버의 반대쪽 단부 사이의 방향("단부 대 단부 방향"으로 지칭됨)으로 에미터를 이동 가능하게 지지하도록 배치되며 또한 지지 부분의 이동에 의해 상기 에미터의 전자 발생 부분과 상기 타겟 사이의 거리를 변경하도록 이동 가능한 지지 부분도 포함한다.

전술한 바와 같이, 가드 전극 등에 간단히 고전압을 인가하는 것 이외의 개질 처리 기술로서, 가드 전극 등을 진공 분위기에 두고, 그리고 상기 가드 전극 등으로부터 흡착 가스를 제거함으로써 개질 처리를 수행하는 것이 통상적으로 알려져 있다. 이 통상적인 방법은, 예를 들어 전계 방출 디바이스("통상적인 장치"로 지칭됨)의 진공 용기에 대직경의 배기관을 연결하는 단계; 상기 대직경의 배기관을 통해 상기 진공 챔버를 고온 진공 분위기로 설정하고, 이에 따라 상기 진공 챔버 내측의 가드 전극 등으로부터 흡착 가스를 방출하는 단계; 상기 진공 챔버를 대기 분위기로 복귀시키는 단계; 상기 대직경 배기관을 통해 진공 챔버에 상기 에미터 등을 위치시키는 단계; 상기 진공 챔버를 밀봉하는 단계; 및 상기 진공 챔버를 다시 진공 분위기로 설정하는 단계에 의해 실행된다.

그러나 전술한 바와 같이 대직경의 배기관이 연결된 진공 용기에서는, 오랜 시간 동안 진공 챔버의 고온 진공 분위기를 유지하는 것이 어렵다. 또한, 진공 챔버를 다시 진공 분위기로 설정하기 전의 기간 동안, 상기 가드 전극 등에 가스가 재흡착될 가능성이 있다. 이들 이유로 인해, 가드 전극 등의 거친 표면이 개질(평활화)될 수 없다. 또한, 대직경의 배기관의 사용은 상기 진공 용기의 대형화 및 제조 노력과 비용의 상승으로 이어진다.

한편, 이 양태에 있어서, 상기 개질 처리는 전술한 통상적인 방법을 이용하지 않고 상기 가드 전극 등에 수행된다. 상기 개질 처리를 수행하기 위해, 에미터는 상기 지지 부분의 작동에 의해 방전 위치로부터 비-방전 위치(에미터가 방전 전계 보다 더 낮거나 또는 이와 동등해지는)로 이동된다(상기 전자 발생 부분과 타겟 사이의 거리를 증가시키는 방향으로 이동된다). 그 후, 상기 전계 방출 디바이스는 에미터로부터의 전계 방출이 억제된 상태로 위치된다[예를 들어, 상기 에미터의 전자 발생 부분과 가드 전극은 후술되는 도 2에 도시된 바와 같이 서로 분리된다(그 사이에 공간을 두고)]. 이 상태에서, 상기 가드 전극 등의 표면이 용융되어 평활화되도록, 전압의 인가에 의해 상기 가드 전극 등에 개질 처리가 수행된다. 따라서 전계 방출 디바이스는 원하는 내전압을 달성한다. 전계 방출이 전술한 바와 같이 억제된 상태에서는, 개질 처리 중 에미터 상에 부하가 발휘되는 것이 방지된다.

가드 전극 등에 개질 처리가 수행된 후, 에미터는 상기 지지 부분의 재작동에 의해 비-방전 위치로부터 방전 위치로 이동된다(상기 전자 발생 부분과 타겟 사이의 거리를 감소시키는 방향으로 이동된다). 그 후, 상기 전계 방출 디바이스는 에미터로부터의 전계 방출이 허용되는(예를 들어, 후술되는 도 1에 도시된 바와 같이, 에미터의 전자 발생 부분과 가드 전극이 서로 접촉하는) 상태로 위치된다. 이 상태에서, 전계 방출 디바이스는 그 원하는 기능을 수행할 수 있다(예를 들어, X 선 장치의 경우, X 선 방사 기능을 수행한다).

이 양태에서, 가드 전극 등의 표면 상에 미세한 돌기가 존재하는 경우라도, 개질 처리에 의해 상기 가드 전극 등의 표면이 용융되어 평활화된다. 가스 성분(예를 들어, 진공 챔버 내에 잔류하는 가스 성분)이 상기 가드 전극 등의 표면 상에 흡착될 때, 이러한 흡착 가스는 개질 처리에 의해 가드 전극 등의 표면으로부터 방출된다. 가드 전극 등의 표면이 전자를 용이하게 발생시킬 수 있는 원소를 함유하고 있을 때, 이러한 전자 발생 요소는 전자 발생 요소로부터 전자의 발생을 억제하도록, 전술한 용융 및 평활 처리에 의해 상기 가드 전극 등의 내측에 유지된다. 따라서 상기 전계 방출 디바이스의 전자 발생량을 용이하게 안정화하는 것이 가능하다.

에미터를 단부 대 단부 방향으로 이동 가능하게 지지하고 또한 전술한 바와 같이 상기 에미터의 전자 발생 부분과 타겟 사이의 거리를 변경하기 위해 상기 전계 방출 디바이스에 지지 부분이 제공되는 한, 다양한 분야의 기술적 지식을 참조하여, 이 양태의 전계 방출 디바이스에 다양한 수정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 이 양태의 전계 방출 디바이스는 다음과 같이 실시될 수 있다.

≪ 실시예 1에 따른 전계 방출 디바이스 ≫

도 1 및 2에 있어서, 도면부호 10 은 이 양태의 실시예 1에 따른 전계 방출 디바이스를 구비한 X 선 장치를 나타내고 있다. 이 X 선 장치(10)에 있어서, 원통형 절연체(2)의 두 개방 단부(21, 22)는, 절연체(2)의 내벽 측 상에 형성된 진공 챔버(1)를 구비한 진공 용기(11)를 구성하기 위해, 에미터 유닛(30) 및 타겟 유닛(70)에 의해 각각 밀봉된다(예를 들어, 납땜에 의해 밀봉된다). 그리드 전극(8)이 상기 진공 챔버(1)의 횡단 방향을 따라 에미터 유닛(30)[후술하는 에미터(3)]과 타겟 유닛[후술하는 타겟(7)] 사이에 배치된다.

상기 절연체(2)는 세라믹 재료와 같은 절연 재료로 제조된다. 상기 절연체(2)가 그 내부에 진공 챔버(1)를 형성하고 또한 에미터 유닛(30)[후술하는 에미터(3)]과 타겟 유닛(70)(후술하는 타겟(7)] 사이를 절연하는 한, 상기 절연체(2)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 절연체(2)는 동축으로 배치되고 그리고 납땜에 의해 함께 조립되는 2개의 원통형 절연 부재(2a, 2b)를 가지며, 그리드 전극(8)[후술하는 리드 단자(82)]이 상기 절연 부재(2a, 2b) 사이에 개재된다.

상기 에미터 유닛(30)은, 상기 타겟 유닛(70)[후술하는 타겟(7)]과 대향하고 그리고 이와 마주하는 전자 발생 부분(31)을 갖는 에미터(3); 이동 가능하며 또한 상기 에미터(3)를 단부 대 단부 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지 부분(4); 및 상기 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)의 외주 측 상에 배치되는 가드 전극(5)을 포함한다.

전압의 인가에 의해 상기 전자 발생 부분(31)으로부터 전자를 발생시키고 이에 따라 도면에 도시된 바와 같이 전자 빔(L1)을 방출하도록, 상기 에미터(3)에 전자 발생 부분(31)(전자 에미터로서)이 제공되는 한, 상기 에미터(3)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 예를 들어, 에미터(3)는 도면에 도시된 바와 같이 벌크 형상으로의 성형에 의해, 또는 박막으로서의 증착에 의해, 탄소 재료(예를 들어, 탄소 나노튜브)로 형성될 수 있다. 타겟 유닛(70)[후술하는 타겟(7)]과 마주하는 전자 발생 부분(31)의 표면은 전자 빔(L1)의 집속을 촉진시키기 위해 오목한(굴곡된) 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 지지 부분(4)이 에미터(3)를 단부 대 단부 방향으로 이동 가능하게 지지하도록 적응되는 한, 상기 지지 부분(4)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 지지 부분(4)은 가드 전극(5)의 내측 상에서 단부 대 단부 방향으로 연장하는 원통형 칼럼 형상을 가지며, 또한 그 일 단부 측[개방 단부(21) 측] 상에 위치되는 플랜지 부분(41); 그 위에 에미터(3)를 지지하기 위해[고정에 의해, 예를 들어 상기 전자 발생 부분(31)의 반대쪽의 에미터(3)의 부분에 스웨이징(swaging) 또는 용융에 의해] 그 타 단부 측[개방 단부(22) 측]에 위치된 지지 본체(42); 및 단부 대 단부 방향으로 팽창 가능하고 그리고 수축 가능하며, 또한 진공 용기(11) 상에 지지되는[예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 가드 전극(5)을 통해 절연체(2)에 지지되는] 벨로우즈(43)를 포함한다. 상기 지지 부분(4)에 지지 본체(42) 및 벨로우즈(43)가 제공될 때, 지지 본체(42)는 단부 대 단부 방향으로 에미터(3)의 이동을 유발시키기 위해, 상기 벨로우즈(43)의 팽창 및 수축에 따라 단부 대 단부 방향으로 이동한다. 상기 지지 부분(4)의 재료로서는, 특별한 제한 없이, 여러 가지 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 부분(4)은 스테인리스 스틸(SUS) 또는 구리와 같은 전도성 금속 재료로 제조될 수 있다.

상기 벨로우즈(43)가 전술한 바와 같이 단부 대 단부 방향으로 팽창 가능하고 그리고 수축 가능한 한, 상기 벨로우즈(43)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 예를 들어, 적절한 얇은 금속판 재료를 가공함으로써 벨로우즈(43)를 형성하는 것이 가능하다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 벨로우즈(43)는 벨로우즈형 원통 벽(44)이 단부 대 단부 방향으로 연장하고 또한 상기 지지 본체(42)의 외주를 둘러싸도록, 벨로우즈형의 원통형 벽(44)으로 형성된다.

상기 벨로우즈(43)는, 진공 챔버(1)와 대기 측[진공 용기(11)의 외주 측] 사이에 격벽(partition)을 제공하고 또한 상기 진공 챔버(1)를 밀폐식으로 밀봉된 상태를 유지하기 위해, 여기에서 상기 지지 본체(42)의 플랜지 부분(41)에 상기 벨로우즈(43)의 일 단부 측을 고정함으로써, 예를 들어 납땜함으로써, 그리고 상기 가드 전극(5)의 내측(내주면)에 상기 벨로우즈(43)의 타 단부 측을 고정함으로써, 예를 들어 납땜함으로써 지지된다. 그러나 상기 벨로우즈(43)는 상기 형태에 제한되지 않는다. 벨로우즈(43)는, 상기 벨로우즈(43)가 지지 부분(4) 상에서 그 일 단부 측[예를 들어, 플랜지 부분(41) 또는 지지 본체(42)]에, 그리고 진공 용기(11) 상에서 그 타 단부 측[예를 들어, 가드 전극(5)의 내측 또는 후술하는 플랜지 부분(50)]에 지지되는 한, 또한 단부 대 단부 방향으로 팽창 가능하고 그리고 수축되는 한, 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 또한 진공 챔버(1)를 대기 측[진공 용기(11)의 외주 측]으로부터 격리시키고 그리고 상기 진공 챔버(1)를 전술한 바와 같이 밀폐식으로 밀봉된 상태를 유지하도록[진공 용기(11)의 일부를 구성하도록] 적응된다.

상기 가드 전극(5)은 전술한 바와 같이 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)의 외주 측 상에 배치된다. 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)이 지지 부분(4)의 이동에 의해 상기 가드 전극(5)과 접촉하거나 또는 이로부터 분리되고; 또한 에미터(3)가 가드 전극(5)과 접촉한 상태에서 상기 가드 전극(5)이 에미터(3)로부터 전자 빔(L1)의 산란을 억제하도록 적응되는 한, 상기 가드 전극(5)에 다양한 형태가 적용될 수 있다.

상기 가드 전극(5)은, 예를 들어 스테인리스 스틸(SUS)로 제조되며, 또한 에미터(3)의 외주 측 상에서 진공 챔버(1)의 단부 대 단부 방향으로 연장하는 원통형 형상을 갖는다. 플랜지 부분(50)은, 상기 가드 전극(50)의 일 단부 측이 플랜지 부분(50)을 통해 상기 절연체(2)의 개방 단부(21)의 단부면(21a) 상에 지지되도록, 단부 대 단부 방향으로 상기 가드 전극(5)의 일 단부 측 상에 형성되는 반면에, 상기 에미터(3)는 단부 대 단부 방향으로 가드 전극(5)의 타 단부 측[타겟(7) 측]과 접촉하거나 또는 이로부터 분리된다.

에미터(3)와의 접촉 또는 이로부터의 분리를 위한 가드 전극(5)의 구성에 대해서는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 단부 대 단부 방향으로 가드 전극(51)의 타 단부 측 상에 소직경의 영역이 형성될 수 있다. 대안적으로, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 엣지 영역(52)이 진공 챔버(1)의 횡단 방향으로 연장하고 또한 상기 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)의 원주방향 엣지 영역(31a)과 중첩되도록, 단부 대 단부 방향으로 상기 가드 전극(51)의 타 단부 측 상에 엣지 영역(52)이 형성될 수도 있다. 상기 소직경 영역(51)과 엣지 영역(52) 모두를 형성하는 것이 가능하다(후술하는 도 4 내지 7 참조).

상기 가드 전극(5)에 이와 같은 접촉/분리 구성이 제공될 때, 상기 지지 부분(4)의 이동에 의해 에미터(3)가 가드 전극(5)의 내측(원통형 내벽 측) 상에서 단부 대 단부 방향으로 이동됨에 따라, 상기 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)은 상기 가드 전극(5)의 소직경 영역(51) 또는 엣지 영역(52)과 접촉하거나 또는 이로부터 분리된다.

상기 엣지 영역(52)이 가드 전극(5) 상에 형성될 때, 엣지 영역(52)은 에미터(3)와 가드 전극(5)의 접촉 상태에서, 전자 발생 부분(31)의 원주방향 엣지 영역(31a)을 덮어 이를 보호한다. 또한, 상기 엣지 영역(52)은 단부 대 단부 방향으로 서로를 향한 에미터(3)의 이동을 제한한다. 이는 방전 위치[또는 가드 전극(5)]에 대한 에미터(3)의 용이한 포지셔닝을 허용한다.

도시된 실시예에 있어서, 상기 가드 전극(5)은 가드 전극(5)의 내측 상에 단차 영역(53)이 형성되도록, 일 단부 측으로부터 타 단부 측으로 직경이 계단식으로 감소하도록 형성된다. 벨로우즈(43)의 타 단부 측을 상기 단차 영역(53)에 고정시킴으로써, 상기 벨로우즈(43)를 가드 전극 상에 안정된 고정 구조로 용이하게 고정하는 것이 가능하다. 또한, 상기 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)은, 전술한 계단식 직경 감소 형상에 의해 소직경 영역(51) 또는 엣지 영역(52)을 향해 안내됨으로써, 가드 전극(5)의 내측 상으로 이동된다.

벨로우즈(43)가 도면에 도시된 바와 같이 가드 전극(5)의 내측에 배치될 때, 상기 진공 용기(11)의 외주 측으로부터 벨로우즈(43)에 가해지는 충격이 방지된다[즉, 벨로우즈(43)가 손상 등으로부터 보호된다]. 더욱이, 전극(5)의 내측에 벨로우즈(43)를 배치하는 것은, X 선 장치(10)의 소형화에 기여한다. 도시된 실시예에 있어서, 용접에 의해 가드 전극(5)의 외주 측에 게터(getter)(54)가 부착된다. 상기 게터(54)의 부착 위치 및 재료에 대해 특별한 제한은 없다.

전자 발생 부분(31)의 원주방향 엣지 영역(31a)은, 전자 발생 부분(31)[특히, 원주방향 엣지 영역(31a)]에서의 국부적인 전계 집중을 억제하고 또한 상기 전자 발생 부분(31)으로부터 다른 부분으로의 섬락을 억제하기 위해, 명백히 큰 곡률반경으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 가드 전극(5)의 타 단부 측 상에 볼록한 굴곡된 영역(51a)을 단부 대 단부 방향으로 형성하는 것이 가능하다.

상기 타겟 유닛(70)은 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)과 대향하고 그리고 이와 마주하는 타겟(7); 및 상기 절연체(2)의 개방 단부(22)의 단부면(22a) 상에 지지되는 플랜지 부분(70a)을 포함한다.

상기 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)으로부터 나온 전자 빔(L1)과의 충돌 시 상기 타겟(7)이 X 선(L2)을 방사하도록 적응되는 한, 상기 타겟(7)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 타겟(7)은 에미터의 전자 발생 부분(31)과 대향하고 또한 상기 전자 빔(L1)에 대해 소정의 각도로 교차하고 그리고 경사진 방향으로 연장하는 위치에서 형성되는 경사면(71)을 갖는다. 상기 전자 빔(L1)이 상기 경사면(71)과 충돌함으로써, 상기 X 선(L2)은 전자 빔(L1)의 방출 방향으로부터 구부러진 방향으로[예를 들어, 진공 챔버(1)의 횡단 방향으로] 방사된다.

상기 그리드 전극(8)이 에미터(3)와 타겟(7) 사이에 배치되고, 또한 이를 통한 상기 전자 빔(L1)의 통과를 적절히 제어하는 한, 상기 그리드 전극(8)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 예를 들어, 상기 그리드 전극(8)은 진공 챔버(1)의 횡단 방향으로 연장하고 또한 전자 빔(L1)이 통과하는 통과 구멍(81a)을 갖는 전극 본체(예를 들어, 메시형 전극 본체)(81); 및 상기 절연체(2)를 통해 [상기 진공 챔버(1)의 횡단 방향으로] 관통하는 리드 단자(82)를 포함한다.

상기 구조의 X 선 장치(10)에 있어서, 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)과 타겟(7) 사이의 거리는 상기 지지 부분(4)의 적절한 작동에 의해 변경된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 방전 위치로부터 비-방전 위치로 전자 발생 부분(31)의 이동에 따라 전계 방출이 억제되는 상태에서, 가드 전극(5), 타겟(7), 및 그리드 전극(8) 등을 원하는 대로 개질 처리를 수행하는 것이 가능하다. 이 장치는 대직경 배기관을 구비한 전술한 통상적인 디바이스에 비해, 용이하게 소형화될 수 있으며, 또한 제조 노력 및 비용이 감소될 수 있다.

≪ X 선 장치(10)의 가드 전극 등의 개질 처리 ≫

상기 X 선 장치(10)의 가드 전극(5) 상에 개질 처리를 수행하기 위해, 먼저 도 2에 도시된 바와 같이 상기 지지 부분(4)의 작동에 의해 에미터(3)가 개방 단부(21) 측을 향해 (비-방전 위치로) 이동된다. 그 후, 상기 장치는 전자 발생 부분(31)으로부터의 전계 방출이 억제된 상태로, 보다 구체적으로는 상기 에미터(3)의 전자 발생 부분(31) 및 가드 전극(5)의 엣지 영역(52)[도 3에서, 소직경 영역(51)]이 서로 분리된 상태로 위치된다[에미터(3)는 비-방전 위치(방전 전계보다 더 낮거나 또는 동등하게 설정된)로 설정된다]. 도 2에 도시된 상태에 있어서, 상기 가드 전극(5)과 그리드 전극(8)[리드 단자(82)] 사이에 원하는 전압을 적절히 인가하고, 또한 가드 전극(5) 상에 방전을 반복하여 실시함으로써, 상기 가드 전극(5) 상에 개질 처리가 수행된다[예를 들어, 가드 전극(5)의 표면이 용융되어 평활화된다].

상기 개질 처리 후, 에미터(3)는 도 1에 도시된 바와 같이 지지 부분(4)을 다시 작동시킴으로써, 개방 단부(22) 측을 향해 (방전 위치로) 이동된다. 그 후, 상기 장치는 전자 발생 부분(31)으로부터의 전계 방출이 허용되는 상태로, 보다 구체적으로는 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)과 가드 전극(5)의 엣지 영역(52)이 도 1에 도시된 바와 같이 서로 접촉하는 상태로 위치된다[진공 챔버(1) 에서의 진공 압력 하에서]. 도 1에 도시된 이 상태에서, 전자는 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)으로부터 발생되며, 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)과 가드 전극(5)을 동일한 전위로 설정함으로써 그리고 에미터(3)와 타겟(7) 사이에 원하는 전압을 인가함으로써 전자 빔(L1)으로서 방출된다. 전자 빔(L1)과 타겟(7)과의 충돌에 따라, X 선(L2)이 방사된다.

상기 개질 처리에 의해, X 선 장치(10)의 가드 전극(5)으로부터 섬락(전자 발생) 현상을 억제하고 또한 상기 X 선 장치(10)의 전자 발생량을 안정화시키는 것이 가능하다. 높은 방사선 투시 해상도를 달성하기 위해 X 선(L2)이 용이하게 집속될 수 있도록, 상기 전자 빔(L1)을 집속된 전자 빔의 형태로 방출하는 것도 가능하다.

≪ 실시예 2에 따른 전계 방출 디바이스 ≫

상기 지지 부분(4)이 도 1 및 2의 X 선 장치(10)에서 벨로우즈(43) 등에 제공되더라도, 이 양태에서는 X 선 장치(10A)에, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 자기 흡인력을 이용하는 타입의 지지 부분(4A)을 제공하는 것이 대안적으로 가능하다. 이 X 선 장치(10A)는 상기 X 선 장치(10)의 효과와 동일한 효과를 얻을 수도 있다. 도 4 및 5에 있어서, 도 1 내지 3의 부품 및 부분과 동일한 부품 및 부분을 지칭하기 위해 동일한 도면부호가 사용되었으며 또한 그 상세한 설명은 생략되었음을 인식해야 한다.

X 선 장치(10A)에 있어서, 절연체(2)의 하나의 개방 단부(21)는, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 진공 챔버(1)를 구비한 진공 용기(11A)를 구성하기 위해, 에미터 유닛(30A)에 의해 밀봉된다. 상기 에미터 유닛(30A)은, 타겟 유닛(70)[타겟(7)]과 대향하며 그리고 이와 마주하는 전자 발생 부분(31)을 갖는 에미터(3); 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 에미터(3)를 이동 가능하게 지지하는 지지 부분(4A); 및 상기 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)의 외주 측 상에 배치된 가드 전극(5)을 포함한다.

상기 지지 부분(4A)은 가드 전극(5)의 내측 상에서 단부 대 단부 방향으로 연장하는 원통형 칼럼 형상[즉, 전자 발생 부분(31)의 반대쪽의 에미터(3)의 측부로부터 연장하는 형상]을 가지며, 또한 그 일 단부 측[개방 단부(21) 측; 연장 방향 측] 상에 위치된 자기 본체(45A); 상기 에미터(3)를 지지하기 위해 그 타 단부 측[개방 단부(22) 측] 상에 위치된 지지 본체(46); 상기 자기 본체(45A)가 지지 본체(46)의 이동에 의해 이동하는 이동 범위(45Aa)를 둘러싸는 주벽(47); 및 [예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 자석(48)과 자기 본체(45A) 사이에 협지된 주벽(47)을 구비한 자기 본체(45A)와 대향하는 위치에서], 상기 주벽(47)의 외벽 면(47a) 상에 배치되는 자석(48)을 포함한다.

안내 부재(40)는 상기 가드 전극(5)의 직경보다 더 작은 직경으로 형성되며, 또한 지지 본체(46)가 이를 통해 통과하는 것을 허용하면서 단부 대 단부 방향으로 동축으로 연장하도록, 상기 지지 본체(46)와 가드 전극(5) 사이에 배치된다. 따라서 지지 본체(46)는, 상기 지지 본체(46)가 안내 부재(40)에 의해 단부 대 단부 방향으로 안내됨으로써 이동될 수 있도록, 상기 안내 부재(40) 상에서 그 외주면(46a)에 미끄럼 가능하게 지지된다. 다양한 재료가 지지 본체(46) 및 안내 부재(40)의 재료로서 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 본체(46)는 비-자성 재료[예를 들어, 스테인리스 스틸(SUS) 또는 구리와 같은 금속 재료]로 제조될 수 있으며; 또한 안내 부재(40)는 몰리브덴 재료 또는 세라믹 재료로 제조될 수 있다.

상기 자기 본체(45A)와 자석(48)이 자기 본체(45A) 상에서 자석(48)의 자력의 작용에 의해 서로 자기적으로 견인될 수 있는 한, 자기 본체(45A)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 자기 본체(45A)의 재료 및 형상에 대해 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 자기 본체(45A)는 철 또는 SUS 와 같은 자성 재료로 제조될 수 있다. 도 4 및 5에 있어서, 상기 자기 본체(45A)는 지지 본체(46)의 일 단부 측에 대해 실질적으로 동일한 직경의 원통형 칼럼 형상을 갖는다.

상기 주벽(47)이 지지 본체(46)의 이동, 자기 본체(45A)의 이동, 및 상기 자기 본체(45A) 상에서의 자석(48)의 자력과의 간섭 없이, 이동 범위(45Aa)를 둘러싸도록 적응되는 한, 상기 주벽(47)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 도 4 및 5에 있어서, 상기 주벽(47)은 진공 용기(11A)의 외측으로 지지 본체(46)의 연장 방향 측과 대향하는[즉, 자기 본체(43A)와 대향하는] 진공 용기(11A)의 일부로부터 연장하는 바닥-구비형의(bottomed) 원통형 형상을 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 주벽(47)은 바닥-구비형의 원통형 주벽의 개방 단부(47b)가 도 4 및 5에서 가드 전극(5)의 플랜지 부분(50)의 개구(50a)의 측부에 밀봉되도록[상기 진공 챔버(1)가 밀폐식으로 밀봉되도록], 상기 가드 전측(5)의 직경과 실질적으로 동일한 바닥-구비형의 원통형 형상을 갖는다.

상기 자석(48)이 주벽(47)의 내주면(47c) 상에 위치된 자기 본체(45A) 상에 자력을 발휘하고, 또한 상기 자석(48)과 자기 본체(45A) 사이에 자기 견인력을 발생시키도록 적응되며, 또한 이와 동시에 자기 견인력 하에서 상기 주벽의 외벽 면(47a)에 부착 가능하고 또한 이로부터 분리될 수 있는 한[즉, 외벽 면(47a) 상에서 단부 대 단부 방향으로 미끄럼 가능한 한], 상기 자석(48)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 상기 자석(48)은, 원하는 자력을 발휘하기 위해, 예를 들어 영구 자석으로서 다양한 금속 및 합금 재료로 형성될 수 있다. 외벽 면(47a) 상에 제공된 자석(48)의 개수는 특별히 제한되지 않는다. 다수의 자석(48)이 (예를 들어, 분할된 영구 자석으로서) 제공되는 경우, 상기 자석(48)은 주벽(47)의 원주방향을 따라 주어진 간격으로 이격된다.

X 선 장치(10A)에 있어서, 자기 본체(45A), 주벽(47), 및 자석(48)은 이하의 관계식 t1 ≤ t ≤ t2(이하, 때때로 "관계식(T)"으로서 지칭됨)를 충족하도록 설정되는 것이 바람직하다. X 선 장치(10A)의 관계식(T)에 있어서, 상기 t1 은 이동 범위(45Aa)와 대향하는 위치에서 상기 자기 본체(45A)의 이동 범위(45Aa)로부터 주벽(47)의 외벽 면(47a)까지의 거리로서 정의되고; 상기 t2 는 자석(48)의 자력의 작용에 의해 상기 자기 본체(45A)와 자석(48) 사이에 자기 흡인력이 발생될 수 있는 최대 거리로서 정의되며; 상기 t 는 자석(48)과 자기 본체(45A) 사이의 최소 거리로서 정의된다. 예를 들어, 자기 본체(45A)의 대응하는 자성 면적 및 상기 자석(48)의 자력의 강도에 기초하여 자기 흡인력을 결정하고, 상기 결정된 자기 견인력에 따라 주벽(47)의 두께 치수를 설정함으로써, 상기 관계식(T)을 충족시키는 것이 가능하다.

X 선 장치(10A)에서 상기 관계식(T)이 충족되었을 때, 상기 자석은 자기 흡인력 하에서 상기 외벽 면(47a)에 부착 가능하고 또한 이로부터 분리 가능하며, 또한 외벽 면(47a)을 따라 미끄럼 이동 가능하다(단부 대 단부 방향으로). 상기 자석(48)의 미끄럼 이동에 의해, 미끄럼 이동 방향으로의(즉, 단부 대 단부 방향으로의) 부하가 상기 자기 본체(45A)에 부여되며, 이에 의해 상기 지지 본체(46)가 이동된다[안내 부재(40)에 의해 안내됨으로써].

상기 외벽 면(27a)을 따라 자석(48)의 미끄럼 이동을 촉진시키기 위해, 상기 외벽 면(47a)을 평활화하는 것이 고려될 수 있다.

≪ X 선 장치(10A)의 가드 전극 등에서의 개질 처리 ≫

상기 X 선 장치(10A)의 가드 전극(5) 상에 개질 처리를 수행하기 위해, 먼저 지지 부분(4A)이 아래와 같이 작동된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 바닥(47e)에 가까운 위치에서 상기 주벽(47)의 측부 부분(47d)의 외벽 면(47a) 상에 자석을 위치시킴으로써[예를 들어, 상기 자석을 비-방전 위치 표면 영역(47aa) 위로 적절히 수동으로 미끄러지게 함으로써], 그리고 이에 따라 상기 자기 본체(45A) 및 지지 본체(46)를 바닥(47e) 측을 향해 이동시킴으로써, 상기 에미터는 개방 단부(21) 측을 향해 (비-방전 위치로) 이동된다. 이 작동에 의해, 상기 에미터(3)의 전자 발생 부분(31) 및 가드 전극(5)의 엣지 영역(52)[도 4 및 5에서는 소직경 영역(51)]이 서로 분리된다[상기 에미터(3)는 비-방전 위치(방전 전계보다 더 낮거나 또는 동등하게 설정된)로 설정된다]. 즉, 상기 장치는 전자 발생 부분(31)으로부터의 전계 방출이 억제된 상태로 위치된다. 도 5에 도시된 이 상태에서, 상기 가드 전극(5)과 그리드 전극(8)[리드 단자(82)] 사이에 원하는 전압을 적절히 인가하고, 그리고 상기 가드 전극(5) 상에 방전을 반복적으로 실시함으로써, 개질 처리가 상기 가드 전극(5) 상에 수행된다[예를 들어, 가드 전극(5)의 표면이 용융되고 그리고 평활화된다].

상기 개질 처리 후, 상기 자석(48)을 도 4에 도시된 바와 같이 측부 부분(47d)의 외벽 면(47a)을 따라 바닥(47e) 측으로부터 개방 단부(47b) 측으로 미끄러지게 함으로써[예를 들어, 중립 위치 표면 영역(47ab) 위의 방전 위치 표면 영역(47ac)으로 자석을 미끄러지게 함으로써], 그리고 이에 따라 상기 자기 본체(45A) 및 지지 본체(46)를 개방 단부(47b) 측을 향해[상기 자석(48)과 자기 본체(45A) 사이에 협지된 주벽(47)을 구비한 자석(48)과 대향하는 위치로] 이동시킴으로써, 상기 에미터(3)는 개방 단부(22) 측을 향해 (방전 위치로) 이동된다. 이 작동에 의해, 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)과 가드 전극(5)의 엣지 영역(52)이 서로 접촉하게 된다. 즉, 상기 장치는 전자 발생 부분(31)으로부터의 전계 방출이 허용되는 상태로 위치된다.

도 4에 도시된 이 상태에서, 전자는 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)으로부터 발생되며, 에미터(3)의 전자 발생 부분(31) 및 가드 전극(5)을 동일한 전위로 설정하고 그리고 상기 에미터(3)와 타겟(7) 사이에 원하는 전압을 인가함으로써, 전자 빔(L1)으로서 방출된다. 상기 전자 빔(L1)과 타겟(7)의 충돌에 따라, 타겟(7)으로부터 X 선(L2)이 방사된다.

상기 개질 처리에 의해, X 선 장치(10A)에서 상기 가드 전극(5)으로부터 섬락(전자 발생) 현상을 억제하고, 또한 상기 X 선 장치(10A)의 전자 발생량을 안정화하는 것이 가능하다. 높은 방사선 투시 해상도를 달성하기 위해 상기 X 선(L2)이 쉽게 집속될 수 있도록, 전자 빔(L1)을 집속된 전자 빔의 형태로 방출하는 것도 가능하다.

≪ 실시예 3에 따른 전계 방출 디바이스 ≫

이 양태에서는 X 선 장치(10B)에, 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 대응하는 큰 자기 영역을 구비한 자기 본체(45B)를 사용하는 타입의 지지 부분(4B)을 제공하는 것이 가능하다. 이 X 선 장치(10B)는 X 선 장치(10, 10A)의 효과와 동일한 효과를 얻을 수도 있다. 여기에서는, 도 6 및 7에서, 도 1 내지 5의 부품 및 부분과 동일한 부품 및 부분을 지칭하기 위해 동일한 도면부호가 사용되었으며, 그리고 그 상세한 설명은 생략되었음을 인식해야 한다.

엑스레이 장치(10B)에 있어서, 절연체(2)의 하나의 개방 단부(21)는 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 진공 챔버(1)를 구비한 진공 용기(11B)를 구성하기 위해, 상기 에미터 유닛(30B)에 의해 밀봉된다. 상기 에미터 유닛(30B)은, 타겟 유닛(70)[타겟(7)]과 대향하고 그리고 이와 마주하는 전자 발생 부분(31)을 갖는 에미터(3); 상기 에미터(3)를 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지 부분(4B); 및 상기 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)의 외주 측 상에 배치되는 가드 전극(5)을 포함한다.

상기 지지 부분(4B)은 일반적으로 지지 본체(46); 상기 지지 본체(46)의 일 단부 측[개방 단부(21) 측; 연장 방향 측) 상에 위치되고 또한 상기 지지 본체(46)의 일 단부 측보다 직경이 더 크게[도 6 및 7에서, 가드 전극(50)의 개구(50a)보다 직경이 더 크게] 제조되는 자기 본체(45B); 상기 자기 본체(45B)가 지지 본체(46)와 함께 이동하는 이동 범위(45Ba)를 둘러싸는 주벽(49); 및 상기 자석(48)과 자기 본체(45B) 사이에 협지된 주벽(49)을 구비한 자기 본체(45B)와 대향하는 위치에서 상기 주벽(49)의 외벽 면(49a) 상에 배치되는 자석(48)을 포함한다.

자기 본체(45A)의 경우에서처럼, 상기 자기 본체(45B) 상에서 자석(48)의 자력의 작동에 의해 상기 자기 본체(45B)와 자석(48)이 서로 자기적으로 견인 가능한 한, 상기 자기 본체(45B)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 도 6 및 7에 있어서, 자기 본체(45B)는 상기 지지 본체(46)의 일 단부 측의 직경보다 더 큰 직경을 가지며, 또한 상기 자석(48)의 자력을 수용하기 용이한 대응의 큰 자기 영역을 나타내고 있다.

상기 주벽(49)이 지지 본체(46)의 이동, 자기 본체(45B)의 이동, 및 상기 자기 본체(45B) 상에서 자석(48)의 자력과의 간섭 없이, 이동 범위(45Ba)를 둘러싸도록 적응되는 한, 상기 주벽(49)에 다양한 형태가 적용될 수 있다. 주벽(47)의 경우에 있어서, 상기 주벽(49)은 진공 용기(11B)의 외측으로 상기 지지 본체(46)의 연장 방향 측과 대향하는[즉, 자기 본체(45B)와 대향하는] 진공 용기(11B)의 일부로부터 연장하는 바닥-구비형의 원통형 형상을 가지므로, 도 6 및 7에서 상기 바닥-구비형의 원통형 주벽의 개방 단부(49b)는 가드 전극(5)의 플랜지 부분(50)의 개구(50a)의 측부에 밀봉된다[상기 진공 챔버(1)는 밀폐식으로 밀봉된 상태로 유지된다].

상기 주벽(49)의 측부 부분(49d)은 자기 본체(45B)보다 직경이 더 크게 제조되는 반면에, 주벽(49)의 개방 단부(49b)는 상기 자기 본체(45B)보다 직경이 더 작게 제조된다. 따라서 주벽(49)의 이동 범위(45Ba)와 진공 용기(11B) 상의 에미터(3) 사이의 위치에서, 자기 본체(45B)의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 협소한 영역(도 6 및 7에서, 환형의 협소한 영역)(49f)이 형성된다. 상기 자석(48)은 상기 협소한 영역(49f)의 외벽 면(49a) 상에 배치된다.

X 선 장치(10A)의 경우에서처럼, 상기 X 선 장치(10B)의 자기 본체(45B), 주벽(49), 및 자석(48)은 상기 관계식(T)을 충족시키도록 설정되는 것이 바람직하다. 상기 X 선 장치(10B)의 관계식(T)에 있어서, t1 은 이동 범위(45Ba)와 대향되는 위치에서 상기 자기 본체(45B)의 이동 범위(45Ba)로부터 상기 주벽(49)의 외벽 면(49a)까지의 거리로서 정의되고; t2 는 상기 자석(48)의 자력의 작용에 의해 상기 자기 본체(45B)와 자석(48) 사이에서 자기 흡인력이 발생될 수 있는 최대 거리로서 정의되고; t 는 상기 자석(48)과 자기 본체(45B) 사이의 최소 거리로서 정의된다.

X 선 장치(10B)에서 상기 관계식(T)이 충족되었을 때, 자석(48)은 자기 흡인력 하에서 상기 외벽 면(49a)에 부착 가능하고 그리고 이로부터 분리 가능하며, 또한 상기 외벽 면(49a)을 따라 미끄럼 가능하다. 상기 자석(48)의 미끄럼 이동에 의해, 미끄럼 이동 방향(즉, 단부 대 단부 방향)으로의 하중이 상기 자기 본체(45B)에 부여되고, 이에 의해 지지 본체(46)가 이동된다[안내 부재(40)에 의해 안내됨으로써].

상기 외벽 면(47a)의 경우에서처럼, 외벽 면(49a)은 상기 외벽 면(29a)을 따라 자석(48)의 미끄럼 이동을 촉진시키도록 평활화될 수 있다. 또한, 상기 협소한 영역(49f)의 내벽 면(49c)과 상기 자기 본체(45B)의 이동 범위(45Ba) 사이에는, 그 사이의 진공 접착(즉, 진공 하에서 금속 파이프의 접착)을 억제하기 위해, 갭(G)이 남겨질 수 있다.

≪ X 선 장치(10B)의 가드 전극 등의 개질 처리 ≫

X 선 장치(10B)의 가드 전극(5) 상에 개질 처리를 수행하기 위해, 먼저 지지 부분(4B)이 아래와 같이 작동된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 주벽(49)의 바닥(49e)의 외벽 면(49a) 상에 자석(48)을 배치함으로써[예를 들어, 상기 자석을 비-방전 위치 영역(49aa)으로 수동으로 적절히 미끄러지게 함으로써], 그리고 이에 의해 상기 자기 본체(45B) 및 지지 본체(46)를 바닥(49e) 측을 향해 이동시킴으로써, 상기 에미터(3)는 개방 단부(21) 측을 향해 (비-방전 위치로) 이동된다. 이 작동에 의해, 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)과 가드 전극(5)의 엣지 영역(52)[도 6 및 7에서, 소직경 영역(51)]이 서로 분리된다[에미터(3)는 비-방전 위치(방전 전계보다 더 낮거나 또는 이와 동등하게 설정된)로 설정된다]. 즉, 상기 장치는 전자 발생 부분(31)으로부터의 전계 방출이 억제된 상태로 위치된다. 도 7에 도시된 이 상태에서, 가드 전극(5)과 그리드 전극(8)[리드 단자(82)] 사이에 원하는 전압을 적절히 인가하고, 그리고 가드 전극(5) 상에 방전을 반복적으로 실시함으로써, 상기 가드 전극(5) 상에 개질 처리가 수행된다[예를 들어, 가드 전극(5)의 표면이 용융되고 그리고 평활화된다].

상기 개질 처리 후, 도 6에 도시된 바와 같이 자석(48)을 외벽 면(49a)을 따라 바닥(49e) 측으로부터 상기 협소한 영역(49f)을 향해 미끄러지게 함으로써[예를 들어, 자석을 중립 위치 표면 영역(49ab) 위의 방전 위치 표면 영역(49ac)으로 미끄러지게 함으로써], 그리고 이에 의해 상기 자기 본체(45B) 및 지지 본체(46)를 개방 단부(49b) 측을 향해 이동시킴으로써[상기 자석(48)과 자기 본체(45A) 사이에 협지된 주벽(47)을 구비한 자석(48)과 대향하는 위치로], 상기 에미터(3)는 개방 단부(22) 측을 향해 (방전 위치로) 이동된다.

이 작동에 의해, 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)과 가드 전극(5)의 엣지 영역(52)은 도 6에 도시된 바와 같이 서로 접촉하게 된다. 즉, 상기 장치는 전자 발생 부분(31)으로부터의 전계 방출이 허용된 상태로 위치된다. 자석(48)이 도 6에 도시된 바와 같이 상기 협소한 영역(49a)[도 6에서, 방전 위치 표면 영역(49ac)]의 외벽 면(49a) 상에 배치됨에 따라, X 선 장치(10A)보다 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)과 가드 전극(5)의 엣지 영역(52) 사이의 접촉력을 보장하는 것이 보다 용이해지도록, 자기 흡인력이 단부 대 단부 방향으로 발휘된다.

도 6에 도시된 이 상태에서, 전자는 에미터(3)의 전자 발생 부분(31)으로부터 발생되며, 그리고 에미터(3)의 전자 발생 부분(31) 및 가드 전극(5)을 동일한 전위로 설정하고 상기 에미터(3)와 타겟(7) 사이에 원하는 전압을 인가함으로써, 전자 빔(L1)으로서 방출된다. 상기 전자 빔(L1)과 타겟(7)의 충돌에 따라, 타겟(7)으로부터 X 선(L2)이 방사된다.

상기 개질 처리에 의해, X 선 장치(10B)에서 가드 전극(5)으로부터 섬락(전자 발생) 현상을 억제하고, 그리고 상기 X 선 장치(10B)의 전자 발생량을 안정화하는 것이 가능하다. 높은 방사선 투시 해상도를 달성하기 위해 X 선(L2)이 용이하게 집속될 수 있도록, 상기 전자 빔(L1)을 집속된 전자 빔의 형태로 방출하는 것도 가능하다.

본 발명이 상기 특정 실시예를 참조하여 상세히 설명되었더라도, 본 기술분야의 숙련자에게는 전술한 실시예의 다양한 수정 및 변경이 가능하며 또한 본 발명의 범주 내에 속한다는 것이 자명하다.

예를 들어, 상기 실시예는 가드 전극(5)에 대한 개질 처리를 구체적으로 언급하고 있다. 도 2, 도 5, 또는 도 7에 도시된 상태에서 원하는 전극을 인가함으로써, 그리고 타겟(7) 또는 그리드 전극(8) 상에 방전을 반복적으로 실시함으로써, 타겟(7) 또는 그리드 전극(8) 상에 개질 처리(표면 용융 및 평활화 처리)를 수행하는 것이 가능하다. 이 경우라도, 가드 전극(5) 상의 개질 처리에서처럼 동일한 효과가 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 전계 방출 디바이스에 있어서, 상기 에미터의 전자 발생 부분과 가드 전극이 서로 분리된 상태에서 상기 가드 전극에 전압을 인가함으로써, 진공 챔버에서 적어도 가드 전극 상에 개질 처리가 수행된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 전계 방출 디바이스는 원하는 내전압을 달성한다.

전계 방출 디바이스에서 전자 빔과 타겟 등의 충돌에 따라 열이 발생하는 경우에, 상기 전계 방출 디바이스를 냉각시키기 위해 냉각 시스템을 채택하는 것이 가능하다. 상기 냉각 시스템은 공냉 시스템, 수냉 시스템, 오일 냉각 시스템 등과 같은 다양한 형태로 이용 가능하다. 상기 오일 냉각 시스템의 경우에 있어서, 상기 전계 방출 디바이스는 주어진 용기의 내측에서 오일에 잠길 수 있다. 이러한 침지 상태에 있어서, 상기 냉각 오일은 적절히 탈기될 수 있다(예를 들어, 진공 펌프의 사용에 의해).

진공 챔버 등에서의 진공 압력이 상기 지지 부분 상에 발휘되더라도, 상기 지지 부분의 작동에 의해 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 에미터의 이동을 허용하기 위해, 상기 지지 부분이 에미터를 지지하는 한, 다양한 구성이 적용될 수 있다.

예를 들어, 상기 지지 부분은 그 작동에 의해 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 이동되고 또한 에미터가 원하는 위치, 예를 들어 방전 위치 또는 비-방전 위치에 도달하는 시기에 완화 느낌(moderation feeling)[클릭 느낌(click feeling)]을 제공하도록 구성될 수 있다. 이 구성은 지지 부분의 작동 중 상기 에미터의 위치의 용이한 인식 및 상기 지지 부분의 조작성의 향상 등과 같은 다양한 기여 및 개선을 이룰 수 있다.

전계 방출 디바이스에 전술한 바와 같이 에미터를 원하는 위치에 적절히 고정하기 위한 고정 수단이 제공되었을 때, 의도하지 않은 외력(전술한 오일 냉각 기능을 채택한 경우에, 예를 들어, 냉각 오일의 탈기 중 상기 진공 펌프에 의해 지지 부분 상에 발휘된 흡입력)의 작용 하에서도, 상기 에미터는 원하는 위치로부터 변위되는 것이 방지된다. 이는 전계 방출 디바이스에서 적절한 전계 방출 및 가드 전극 상에서의 적절한 개질 처리를 달성하는 데 다양하게 기여한다. 상기 고정 수단에 대해 특별한 제한은 없다. 상기 고정 수단은 다양한 형태로 제공될 수 있다. 전술한 X 선 장치(10, 10A, 10B)에 있어서, 예를 들어, 나사 조임 등에 의해 단부 대 단부 방향으로 상기 지지 부분(4)의 이동 또는 미끄럼 방향으로 상기 자석의 이동을 로킹할 수 있는 스토퍼를 채택하는 것이 가능하다.

Claims

전계 방출 디바이스로서:
원통형 절연체를 구비하고, 또한 상기 절연체는 절연체의 내벽 측 상에 진공 챔버를 형성하도록 밀봉된 양단부를 갖는 진공 용기;
상기 진공 챔버의 일 단부 측 상에 위치되고, 상기 진공 챔버의 타 단부 측과 마주하는 전자 발생 부분을 갖는 에미터;
상기 에미터의 상기 전자 발생 부분의 외주 측 상에 배치된 가드 전극;
상기 진공 챔버의 타 단부 측 상에 위치되고 또한 상기 에미터의 상기 전자 발생 부분과 대향하는 타겟; 및
상기 에미터를 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 이동 가능하게 지지하며 또한 지지 부분의 이동에 의해 상기 에미터의 상기 전자 발생 부분과 상기 타겟 사이의 거리를 변경하도록 이동 가능한 지지 부분을 포함하는, 전계 방출 디바이스.
전계 방출 디바이스로서:
원통형 절연체를 구비하고, 또한 상기 절연체는 절연체의 내벽 측 상에 진공 챔버를 형성하도록 밀봉된 양단부를 갖는 진공 용기;
상기 진공 챔버의 일 단부 측 상에 위치되고, 상기 진공 챔버의 타 단부 측과 마주하는 전자 발생 부분을 갖는 에미터;
상기 진공 챔버의 타 단부 측 상에 위치되고 상기 에미터의 상기 전자 발생 부분과 대향하는 타겟;
상기 전자 발생 부분의 반대쪽의 상기 에미터의 측부로부터 연장하는 형상을 가지며 또한 상기 에미터를 지지하는 지지 본체;
상기 에미터의 상기 전자 발생 부분의 외주 측 상에 배치되고, 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 연장하는 원통형 형상을 가지며, 상기 진공 용기 상에서 그 일 단부 측에 지지되는 가드 전극; 및
상기 진공 용기의 부분을 구성하기 위해, 상기 지지 본체 상에서 그 일 단부 측이 지지되고 또한 상기 진공 용기 상에서 그 타 단부 측이 지지되는 벨로우즈를 포함하는, 전계 방출 디바이스.
청구항 1에 있어서,
상기 지지 부분은, 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 팽창 및 수축이 가능하며 상기 지지 부분 상에 그 일 단부 측이 지지되고 상기 진공 용기 상에서 그 타 단부 측이 지지되는 벨로우즈를 포함하는, 전계 방출 디바이스.
청구항 1에 있어서,
상기 지지 부분은,
상기 전자 발생 부분의 반대쪽의 상기 에미터의 측부로부터 연장하는 형상을 가지며, 또한 상기 에미터를 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지 본체;
상기 지지 본체의 연장 방향 측면 상에 배치되는 자기 본체;
상기 지지 본체의 연장 방향 측면과 대척된 상기 진공 용기의 일부로부터 외측으로 연장하는 형상을 가지며 또한 상기 자기 본체가 상기 지지 본체의 이동에 의해 이동하는 이동 범위를 둘러싸는 주벽; 및
상기 주벽의 외벽 면 상에 배치된 자석을 포함하며,
관계식 t1 ≤ t ≤ t2 가 충족되고; 상기 t1은 상기 자기 본체의 이동 범위로부터 상기 자기 본체의 이동 범위와 대향하는 위치에 있는 상기 주벽의 외벽 면까지의 거리이며; 상기 t2는 상기 자기 본체 상에서 상기 자석의 자력의 동작에 의해 상기 자석과 상기 자기 본체 사이에서 자기 견인력이 발생될 수 있는 최대 거리이고; 상기 t는 상기 자석과 상기 자기 본체 사이의 최소 거리인, 전계 방출 디바이스.
원통형 절연체를 구비하고, 또한 상기 절연체는 절연체의 내벽 측 상에 진공 챔버를 형성하도록 밀봉된 양단부를 갖는 진공 용기;
상기 진공 챔버의 일 단부 측 상에 위치되고, 상기 진공 챔버의 타 단부 측과 마주하는 전자 발생 부분을 갖는 에미터;
상기 진공 챔버의 타 단부 측 상에 위치되고, 상기 에미터의 상기 전자 발생 부분과 대향하는 타겟;
상기 에미터의 상기 전자 발생 부분의 외주 측 상에 배치되고, 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 연장하는 원통형 형상을 가지며, 또한 진공 용기 상에서 그 일 단부 측에 지지되는 가드 전극; 및
지지 부분을 포함하며,
상기 지지 부분은
상기 전자 발생 부분의 반대쪽의 상기 에미터의 측부로부터 연장하는 형상을 가지며, 또한 상기 에미터를 지지하는 지지 본체;
상기 지지 본체의 연장 방향 측면 상에 배치되는 자기 본체;
상기 지지 본체의 연장 방향 측면과 대척된 상기 진공 용기의 일부로부터 외측으로 연장하는 형상을 가지며, 또한 상기 지지 본체 및 자기 본체를 둘러싸는 주벽; 및
상기 주벽의 외벽 면 상에 배치된 자석을 포함하며,
관계식 t1 ≤ t ≤ t2 가 충족되고; 상기 t1은 상기 자기 본체의 이동 범위로부터 상기 자기 본체의 이동 범위와 대향하는 위치에 있는 상기 주벽의 외벽 면까지의 거리이며; 상기 t2는 상기 자기 본체 상에서 상기 자석의 자력의 작동에 의해 상기 자석과 상기 자기 본체 사이에서 자기 견인력이 발생될 수 있는 최대 거리이고; 상기 t는 상기 자석과 상기 자기 본체 사이의 최소 거리인, 전계 방출 디바이스.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 자기 본체는 상기 지지 본체의 연장 방향 측면의 직경보다 더 큰 직경을 가지며; 및
상기 주벽은 상기 자기 본체의 이동 범위와 상기 에미터 사이에 형성된 또한 상기 자기 본체의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 협소한 영역을 포함하는, 전계 방출 디바이스.
청구항 6에 있어서,
상기 협소한 영역의 내벽 면과 상기 자기 본체의 이동 범위 사이에는 갭이 존재하는, 전계 방출 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가드 전극은 상기 에미터의 외주 측 상에서 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 연장하는 원통형 형상을 가지며;
상기 에미터의 상기 전자 발생 부분은, 상기 가드 전극의 타겟 측과 접촉하거나 또는 이로부터 분리되도록, 상기 지지 부분의 이동에 의해 이동되는, 전계 방출 디바이스.
청구항 8에 있어서,
상기 가드 전극은 상기 타겟 측 상에 형성된 소직경 영역을 갖는, 전계 방출 디바이스.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
엣지 영역이 상기 진공 챔버의 횡단 방향으로 연장하고 또한 상기 진공 챔버의 단부 대 단부 방향으로 볼 때 상기 에미터의 상기 전자 발생 부분의 원주측 엣지 영역과 중첩되도록, 상기 가드 전극은 상기 타겟 측 상에 형성된 엣지 영역을 갖는, 전계 방출 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
진공 챔버 내에서 상기 에미터와 상기 타겟 사이에 배치되는 그리드 전극을 더 포함하는, 전계 방출 디바이스.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 따른 전계 방출 디바이스를 위한 개질 처리 방법으로서;
에미터의 전자 발생 부분 및 가드 전극이 지지 부분의 작동에 의해 서로 분리된 상태에서, 상기 가드 전극으로의 전압의 인가에 의해 진공 챔버 내에서 적어도 상기 가드 전극에 대해 개질 처리를 수행하는 단계를 포함하는, 개질 처리 방법.