KR20230049753A

KR20230049753A - 가드 전극 및 전계 방사 장치

Info

Publication number: KR20230049753A
Application number: KR1020237010668A
Authority: KR
Inventors: 하야토 오치; 레나 다카하시; 타쿠미 하야시
Original assignee: 메이덴샤 코포레이션
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2023-04-13
Also published as: US11923166B2; WO2022064848A1; CN116325057A; JP2022052784A; KR102570983B1; JP6973592B1; CN116325057B; US20230298844A1

Abstract

이미터(3)의 전자 발생부(31) 외주측에 구비된 원통상의 가드 전극(5)에 있어서, 전자 발생부(31)로부터 전자빔 방사 방향에 위치한 말단부(5A)는 방사 방향으로 볼록한 내주측 곡면부(a1)를 갖는 말단 내주측부(A1); 방사 방향으로 볼록한 외주측 곡면부(a2)를 갖는 말단부 외주측부(A2); 및 상기 말단 내주측부(A1)와 상기 말단 외주측부(A2) 사이에 위치하는 말단 중간부(A3)를 포함한다. 말단 중간부(A3)는 내주측곡면부(a1)와 외주측 곡면부(a2) 사이에 그 사이 방향으로 연장되는 평탄면부(a3)를 갖는다.

Description

가드 전극 및 전계 방사 장치

본 발명은 X-선 장치, 전자관, 조명 장치 등 다양한 장치에 적용될 수 있는 가드 전극 및 전계 방사 장치에 관한 것이다.

X-선 장치, 전자관, 조명장치 등 다양한 장치에 적용되는 전계 방사 장치의 예로는 원통형 절연체의 양단이 밀봉되어 절연 본체의 내주측에 진공 챔버를 형성하는 진공용기를 사용하는 구조가 알려져 왔다.

진공 챔버 내에서 절연본체의 양단부를 향하는 방향(이하 간단히 "양단 방향"이라 함)의 일측에 이미터(냉음극; 카본 등을 이용하여 형성되는 전자원)가 배치되고, 상기 양단 방향의 타측에 타겟(양극)이 배치된다. 또한 이미터와 타겟 사이에 전압을 인가하여 이미터의 전계 방사(전자 발생에 의한 방사)에 의해 전자빔을 양단 방향의 타측으로 방사하고, 방사된 전자빔을 타겟과 충돌시켜, 원하는 기능(예를 들어, X-선 장치의 경우 X-선의 외부 방사에 의한 투시 분해능)을 실현한다.

상술한 전계 방사 장치에서는, 예를 들면 삼극관 구조를 형성하도록 이미터와 타겟 사이에 그리드 전극 등을 삽입하거나, 이미터의 전자 발생부(타겟과 반대쪽에 위치하여 전자를 발생시키는 부분)의 표면을 곡면 형상으로 형성하거나, 이미터의 외주측에, 이미터와 동일한 전위를 갖는 가드 전극(양단 방향의 타측에 볼록한 곡면부를 갖는 가드 전극)을 배치함으로써, 전자빔 수렴 성능(이미터로부터 방출되는 전자빔의 분산을 억제하는 성능)을 향상시키는 것이 검토되어 왔다. (예를 들어, 특허문헌 1).

상술한 전압 인가에 있어서는 이미터의 전자 발생부에서만 전자를 발생시켜 전자빔을 방출하는 것이 바람직하다. 그러나 진공 챔버 내부에 불필요한 미세한 돌기나 먼지가 존재하면 의도하지 않은 플래시오버 현상이 발생하기 쉽고 내전압 성능 등을 얻을 수 없으며 원하는 기능을 얻을 수 없을 가능성이 있다.

이러한 현상이 발생하는 원인으로는, 예를 들어 진공 챔버 내부의 가드 전극 등(타겟, 그리드 전극, 가드 전극 등; 이하 간단히 가드 전극 등이라 칭함)에서, 국부적인 전계 집중이 일어나기 쉬운 부분(예를 들면, 가공 중에 생긴 미세한 돌기 등)이 있는 경우, 기체 성분(진공 용기 내에 잔존하는 기체 성분 등)이 흡착되는 경우, 또는 전자를 발생시키기 쉬운 원소가 포함되어 있는 경우(도포 재료에 포함되어 있는 경우)가 있다. 이러한 이유의 경우, 예를 들면 가드 전극에도 전자 발생부가 형성되어, 전자 발생량이 불안정해지거나 전자빔이 분산되기 쉬워져, 그 결과 예를 들어 X-선 장치의 경우 X-선의 초점 편차가 발생한다.

따라서, 플래시오버 현상을 억제하는 기술(전자 발생량을 안정시키는 기술)로서, 예를 들면 전압 방전 조절 처리(개질(재생); 이하, 간단히 "개질 처리"라고 함)를 행하는 기술이 검토되어 왔다. 상기 개질처리는 가드 전극 등에 전압(예를 들면 고전압) 인가 (예를 들면 가드 전극과 그리드 전극에 전압을 인가)와 방전을 반복하는 것이다(예를 들면 특허 문헌 2).

이미터에 있어서, 원하는 방사 특성을 얻을 수 있도록 이미터를 조정하는 기술로서, 예를 들어 전자 발생부의 특성 설계를 변경(예를 들어, 카본 등을 사용하여 형성되는 경우에 카본 멤브레인 구조 등이 변경됨)하는 것을 들 수 있다.

그러나 이미터의 제조공정 등의 변경이 필요하기 때문에 많은 노동력과 비용이 소요되며 생산성 저하의 우려도 있다.

한편, 예를 들면 특허문헌 1에 개시된 가드 전극의 형상 등의 디자인을 변경하는 기술에 따르면, 전자 발생부의 특성 설계를 변경하지 않고, 원하는 방사 특성을 얻기 위해 가드 전극을 조정할 가능성이 있다.

그러나, 상술한 설계 변경의 경우 원하는 방사 특성을 얻을 수 있을 가능성은 있지만 전자빔 수렴 성능이 저하될 가능성도 있다. 그 결과, 전계 방사 특성이 열화될 가능성이 있다.

즉, 가드 전극의 형상 등의 디자인을 변경하는 기술의 경우, 방사 특성과 전자빔 수렴 성능 중 어느 하나가 저하되는 트레이드 오프 현상(이하, 간단히 "트레이드 오프 현상"이라 함)이 쉽게 발생하고, 가드 전극 이외의 복수의 부품에 대한 설계 변경(예를 들어, 변경 후 가드 전극에 따라 다양한 부품의 제조)이 필요할 수 있다. 결과적으로 전자 발생부의 특성을 설계 변경하는 기술과 마찬가지로 많은 노동력과 비용이 소요되어 결과적으로 생산성이 저하될 수 있다.

특허 문헌 1: 일본국 특허 공개 공보 제2010-056062호 특허 문헌 2: 일본국 특허 공개 공보 제2017-228471호

본 발명은 이러한 기술적 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 방사 특성과 전자빔 수렴 성능 모두의 조정이 용이하게 실현될 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 가드 전극 및 전계 방사 장치는 이러한 문제를 해결하는데 기여할 수 있는 것이다. 이러한 가드 전극의 일 형태에 따르면, 원통 형상을 가지며 이미터의 전자 발생부의 외주측에 구비되는 가드 전극은 상기 전자 발생부로부터 전자빔의 방사 방향으로 위치하는 말단부를 포함하고, 상기 말단부는 상기 방사 방향으로 볼록한 내주측 곡면부를 갖는 말단 내주측부; 방사 방향으로 볼록한 외주측 곡면부를 갖는 말단 외주측부; 및 상기 말단 내주측부와 상기 말단 외주측부 사이에 위치하며, 상기 말단 내주측부와 상기 말단 외주측부 사이에 평탄면부를 가지되 상기 평탄면부는 그들 사이 방향으로 연장되는 말단 중간부;를 포함한다.

또한, 상기 내주측 곡면부의 곡률 반경의 크기를 r1, 상기 외주측 곡면부의 곡률 반경의 크기를 r2라 하면, 관계식 r1≤r2의 값이 충족될 수 있다.

또한, 상기 말단 외주측부는 말단 중간부보다 방사 방향으로 더 돌출될 수 있다.

또한, 상기 평탄면부는 상기 가드 전극의 축과 경사진 각도로 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.

또한, 상기 말단 내주측부는 상기 가드 전극의 축 방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있으며, 상기 가드 전극의 축 방향으로 상기 전자 발생부의 외주측 부에 중첩될 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따른 전계 방사 장치는 원통형 절연본체의 양단부가 상기 절연본체의 내주측에 진공챔버를 형성하도록 밀봉된 진공용기; 상기 진공챔버 내부의 양단방향중 일측에 위치하며, 양단방향으로 팽창 가능한 벨로우즈에 의해 양단방향으로 이동 가능하도록 지지되는 이미터; 및 상기 진공챔버에서 상기 양단 방향의 타측에 위치하고, 상기 이미터에 대해서 상기 양단 방향의 상기 타측에 대향하도록 구비되는 타겟;을 포함하고, 상기 이미터는 상기 타겟에 대향하는 면에 전자 발생부를 구비하고, 상기 가드 전극은 상기 이미터의 상기 전자 발생부의 상기 외주측에 구비된다.

또한, 상기 전계방사장치는 상기 진공챔버내 상기 이미터와 상기 타겟 사이에 아크 혼 구조의 그리드 전극을 구비하고, 상기 가드전극의 상기 평탄면부가 상기 가드 전극 축과 경사진 각도로 교차하는 방향으로 연장되어, 상기 평탄면부의 일 지점이 말단 내주측부 측으로부터 말단 외주측부 측으로 접근함에 따라 양단 방향의 상기 타측을 향하여 이동하도록 된 것일 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 방사 특성과 전자빔 수렴 성능의 양자의 조정을 용이하게 하는데 기여할 수 있다.

도 1은 제1 내지 제3 실시예의 X선 장치(10)를 설명하기 위한 개략도(진공 챔버(1)의 양단 방향을 따른 단면도)이다.
도 2는 제1 실시예에서 가드 전극(5) 및 가드 전극(5) 주변을 설명하기 위한 확대도(도 1의 부분 확대도에 해당하는 단면도)이다.
도 3은 제1 실시예에서 가드 전극(5) 및 가드 전극(5)의 주변을 설명하기 위한 확대도(도 1의 부분 확대도에 해당하는 단면도)이다.
도 4는 가드 전극(5)의 일례를 설명하기 위한 개략도(도 1의 부분 확대도에 해당하는 단면도)이다.
도 5는 가드 전극(5)의 설계를 변경하여 얻어진 방사 특성의 일례를 설명하기 위한 특성도이다.
도 6은 가드 전극(5)에 의한 등전위면을 설명하기 위한 개략도(도 1의 부분확대도에 해당하는 단면도)이다.
도 7은 제2 실시예에 있어서 가드 전극(5) 및 가드 전극(5)의 주변을 설명하기 위한 확대도(도 1의 부분 확대도에 해당하는 단면도)이다.
도 8은 제3 실시예에 있어서 가드 전극(5)과 가드 전극(5)의 주변을 설명하기 위한 확대도(양단 타측 경사 형상의 경우 도 1의 부분 확대도에 해당하는 단면도)이다.
도 9는 제3 실시예에 있어서 가드 전극(5) 및 가드 전극(5) 주변을 설명하기 위한 확대도(양단 일측 경사 형상의 경우 도 1의 부분 확대도에 해당하는 단면도)이다.
도 10은 제3 실시 형태에 있어서 가드 전극(5) 및 가드 전극(5)의 주변을 설명하기 위한 확대도(아크 혼 구조의 경우에 도 1의 부분 확대도에 해당하는 단면도)이다.

본 발명의 실시예에서의 가드 전극 및 전계 방사 장치는 예를 들어 특허문헌 1에 도시된 가드 전극의 양면 타측으로 볼록한 곡면부를 갖는 단순한 구조를 갖는 가드 전극과는 완전히 다르다.

즉, 본 실시형태에 있어서의 가드 전극이란, 전자 발생부로부터의 전자빔의 방사 방향(이하, 간단히 「방사 방향」이라고 함)에 위치하는 말단부를 구비한 것으로, 상기 말단부는 방사 방향으로 볼록한 내주측 곡면부를 갖는 말단 내주측부; 방사 방향으로 볼록한 외주측 곡면부를 갖는 말단부 외주측부; 및 상기 말단 내주측부와 상기 말단 외주측부 사이에 위치하며, 상기 내주측 곡면부와 상기 외주측 곡면부 사이에 평탄면부를 갖는 말단 중간부;를 구비하고 상기 평탄면부는 그들 사이 방향으로 확장된다.

이러한 구성에 따르면, 말단 내주측부가 전자선 수렴 성능에 기여하고, 말단 중간부 및 말단 외주측부가 방사 특성에 기여한다.

여기서, 예를 들면 말단 중간부의 평탄면부의 연장 방향의 폭의 설계를 적절히 변경하거나, 외주측 곡면부의 곡률 반경의 설계를 적절히 변경함으로써, 원하는 방사 특성을 얻을 수 있다. 한편, 예를 들면 내주측 곡면부의 곡률 반경을 조정함으로써 원하는 빔 수렴 성능을 얻을 수 있다.

즉, 본 실시예의 가드 전극에 따르면, 트레이드 오프 현상을 억제하면서 가드 전극의 말단부의 설계 변경을 실시할 수 있고, 예를 들어 가드 전극이외의 부품의 설계 변경을 행하지 않고 방사 특성 및 전자빔 수렴 성능이 각각 원하는 대로 쉽게 조정될 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 가드 전극에 있어서 방사 방향으로 위치하는 말단부는, 상술한 말단 내주측부, 말단 외주측부 및 말단 중간부를 포함하도록 구성되어 있고, 말단 내주측부, 말단 외주측부 및 말단 중간부의 설계 변경을 행함으로써 방사 특성 및 전자선 수렴 성능이 조정되는 구성을, 충분히 가질 수 있다. 그리고, 다양한 분야(예를 들어, 전계 방사 장치 분야 및 카본 나노튜브 분야 등)의 관용 주지 지식을 상기 실시예에 적절하게 적용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 필요에 따라 특허 문헌 1, 2를 적절히 참조하여 설계 변경을 행할 수 있고, 그 일례로서 이하의 제1 내지 제3 실시 형태를 들 수 있다.

또한, 이하의 제1 내지 제3 실시 형태에 있어서, 예를 들어 중복되는 내용 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그 상세한 설명은 적절히 생략한다. 또한, 편의상 후술하는 진공 용기(11)의 양단을 향하는 방향(후술하는 가드 전극(5)의 축 방향에 상당함)을 간단히 "양단 방향"이라고 한다. 또한, 양단 방향의 일측을 간단히 "양단 일측"이라 하고, 양단 방향의 타측(즉, 후술하는 전자빔(L1)의 방사 방향측)을 간단히 "양단 타측"이라고 한다.

<<제1 실시예> >

< X-선 장치(10)의 개략적인 구성>

도 1 내지 도 3은 제1 실시예에서 X-선 장치(10)의 개략적인 구성을 설명하기 위한 것들이다. X선 장치(10)에 있어서 원통형 절연본체(2)의 양단 일측의 개구부(21)와 양단 타측의 개구부(22)가 각각 이미터부(30)와 타겟부(70)로 밀봉되어(그들은 예를 들어 브레이징에 의해 밀봉됨), 절연본체(2)의 내주측에 진공 챔버(1)를 갖는 진공 용기(11)를 형성한다.

이미터부(30)와 타겟부(70) 사이(후술하는 이미터(3)과 타겟(7) 사이)에는 진공 챔버(1)의 단면 방향(진공 용기(11)의 양단 방향과 교차하는 방향; 이하, 간단히 "단면 방향"이라 함)으로 연장되는 그리드 전극(8)이 제공된다.

상기 절연본체(2)는 세라믹과 같은 절연성 재질로 이루어지며, 이미터부(30)(후술하는 이미터(3))와 타겟부(70)(후술하는 타겟(7))를 절연시키면서 내부에 진공챔버(1)를 형성할 수 있는 것이라면 다양한 형태들이 적용될 수 있다. 예를 들면 도시한 바와 같이 그리드 전극(8)(예를 들면 후술하는 리드 단자(82))이 축방향으로 연속적으로 동축으로 배열된 2개의 원통 형상의 절연 부재들(2a, 2b) 사이에 개재된 상태로 절연 부재(2a, 2b)들이 예를 들어 브레이징에 의해 조립된다.

이미터부(30)는 개구부(21)를 밀봉하도록 절연본체(2)의 개구부(21)의 단부면(21a)상에 지지되는 플랜지부(30a), 타겟부(70)(후술하는 타겟(7))에 대향하는 부분에 전자발생부(31)를 포함하는 이미터(3), 이미터(3)를 양단 방향으로 이동 가능하게 지지하는 가동 이미터 지지부(4) 및 이미터(3)의 전자 발생부(31)의 외주측에 위치하는 가드 전극(5)을 구비한다.

이미터(3)에 있어서, 전압 인가에 의해 전자 발생부(31)로부터 전자를 발생시켜 도시한 바와 같이 전자빔(L1)을 방사할 수 있도록 상술한 바와 같이 전자 발생부(31)를 포함하는 것(방사체)이라면, 다양한 형태가 적용될 수 있다. 구체적인 예로서, 카본(예를 들어, 카본나노튜브)과 같은 물질로 이루어지며, 도시된 바와 같이 덩어리 형태로 형성되거나 박막 형태로 증착되는 이미터(3)가 적용될 수 있다. 전자 발생부(31)에 있어서, 전자 발생부(31)의 타겟부(70)(후술하는 타겟(7))에 대향하는 측의 표면을 오목 형상(곡면 형상)으로 형성하여, 전자빔 (L1)을 용이하게 수렴시키는 것이 바람직하다.

이미터 지지부(4)는 후술하는 위치 조절축(6)을 통해 양단 방향으로 이동 가능하도록 양단 방향으로 확장 가능한 벨로우즈(40)를 통해 플랜지부(30a)에 지지된다.

도면에서 이미터 지지부(4)의 경우, 이미터 지지부(4)는 가드 전극(5)의 내주측에서 이미터(3)의 양단 일측을 지지하는 몸체부(41)(예를 들어, 이미터(3)에서 전자발생부(31)의 반대측을 코킹(Caulking), 용착 등으로 지지함), 및 상기 몸체부(41)의 양단 일측상에 양단방향으로 연장되고, 몸체부(41)보다 작은 직경을 가지는 기둥부(42)를 구비한다. 또한, 상기 몸체부(41)와 기둥부(42) 사이의 외주면에는 단차부(43)가 형성된다.

기둥부(42)에는 나사축이 양단 방향으로 연장되는 이미터 지지부 암나사 구멍(44)이 양단 일측 방향으로 개구된 형상으로 설치되어 있다.

또한, 이미터 지지부(4)는 다양한 재질을 적용하여 구성할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 스테인레스(예를 들어, SUS 재질), 구리 등의 도전성 금속 재질을 사용하여 구성한 것을 들 수 있다.

벨로우즈(40)는 기둥부(42)보다 큰 직경(이미터 지지부 암나사 구멍(44)보다 큰 직경)을 갖는 원통 형상을 가지며, 벨로우즈(40)의 축은 이미터 지지부 암나사 구멍(44)의 나사축과 동축상으로 연장되도록 배열된다. 벨로우즈(40)의 양단 일측 단부는 플랜지부(30a)상에 지지되고, 양단 타측 단부는 이미터 지지부(4)의 외주측(도면에서는 단차부(43))상에 지지된다.

이러한 벨로우즈(40)에 의해 진공챔버(1)와 대기측(진공용기(11)의 외주측)이 분리됨으로써 진공챔버(1)가 기밀하게 유지될 수 있다(진공용기(11)의 일부를 이루는 구성). 또한, 이미터 지지부(4)를 벨로우즈(40)를 통해 지지함으로써 후술하는 위치조절축(6)을 통해 이미터 지지부(4)를 작동시킬 경우, 벨로우즈(40)가 팽창 및 수축되며, 이미터지지부(4)가 양단 방향으로 이동하고 그 결과 이미터(3)도 양단 방향으로 이동한다.

전술한 바와 같이 벨로우즈(40)가 양단 방향으로 팽창 가능한 것이라면 다양한 형태가 적용될 수 있으며, 예를 들어 박판 금속 재료 등을 적절히 가공하여 형성된 것을 들 수 있다. 구체적인 예로서, 도시한 바와 같이, 기둥부(42)의 외주측을 둘러싸도록 양단 방향으로 연장되는 벨로우즈 형상의 원통벽(40a)을 갖는 구성을 들 수 있다.

가드 전극(5)은 이미터(3)의 전자 발생부(31)의 외주측에서 양단 방향으로 연장되는 원통 형상을 가지며, 가드 전극(5)의 양단 일측의 단부는 플랜지부(30a)에서 벨로우즈(40)보다 더 외주측에 지지된다. 가드 전극(5)의 양단 타측의 말단부(5A)(즉, 전자빔(L1)의 방사 방향에 위치하는 말단부(5A); 상세는 후술함)는 이미터 지지부(4)의 양단 방향 이동에 따라 이미터(3)와 접촉 및 분리되도록 구성되어 있다.

가드 전극(5)이 이미터(3)와 접촉 및 분리되는 구성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같이, 말단부(5A)의 말단 내주측부(A1)가 가드 전극(5)의 축선을 향해 돌출하도록 직경 감소(Reduced diameter) 형상으로 형성되고, 직경 감소된 말단 내주측부(A1)가 이미터(3)와 접촉 및 분리되도록 형성된 구성을 들 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 말단부(5A)의 말단 내주측부(A1)와 이미터(3)의 전자 발생부(31)의 외주측부(31a)를 양단 방향으로 서로 중첩시킨 구성을 사용할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 가드 전극(5)의 경우, 이미터 지지부(4)의 이동에 의해 이미터(3)가 가드 전극(5)의 내주측에서 양단 방향으로 이동하고, 이미터(3)의 전자 발생부(31) 말단부(5A)와 접촉 및 분리된다. 또한, 말단 내주측부(A1)가 직경 감소 형상인 경우, 이미터(3)가 말단부(5A)에 원하는 대로 접근 또는 접촉할 때(이하, 간단히 "소정 인접상태"라 함), 전자 발생부(31)의 외주측부(31a)는 말단 내주측부(A1)에 의해 덮여 보호된다.

또한, 가드 전극(5)은 원하는 전자빔 수렴 성능을 얻을 수 있는 형상을 갖도록 구성된다. 또한, 가드 전극(5)은 이미터(3)의 전자 발생부(31)의 외주측부(31a)의 겉보기 곡률 반경을 크게 하여, 전자 발생부(31)(특히, 외주측 부(31a))에 발생할 수 있는 국부 전계 집중을 억제하도록 크게 구성되거나, 전자 발생부(31)로부터 다른 부위로의 플래시오버를 억제할 수 있는 형상으로 형성된다.

구체적으로는, 가드 전극(5)에는, 후술하는 말단 내주측부(A1), 말단 외주측 부(A2) 및 말단 중간부(A3)를 포함하는 말단부(5A)가 형성되어 있다.

또한, 가드 전극(5)으로서는 스테인레스 등의 재료(예를 들면 SUS재료)로 만들어진 것을 들 수 있지만, 가드 전극(5)은 이에 한정되지 않는다.

상기 플랜지부(30a)에는 상기 플랜지부(30a)의 벨로우즈(40) 내주측 위치를 양단방향으로 관통하는 이미터 지지부 작동구멍(32)이 형성되며, 그 축이 이미터 지지부 암나사 구멍(44)의 나사축과 동축으로 배열되도록 연장된다. 이미터 지지부 작동 구멍(32)은 위치 조절축(6)의 말단부(61)측으로부터 후술하는 위치 조절축(6)이 삽입될 수 있는 형상으로 되어, 위치 조절축(6)의 기저단부(62)가 회전 가능하도록 회전가능하게 지지될 수 있도록 한다.

위치 조절축(6)은 말단부(61)의 외주면에 위치 조절축(6)의 기저단부(62)가 이미터 지지부 작동 구멍(32)에 의해 회전가능하게 축지지되는 상태(도 1에 도시된 상태)로 이미터 지지부 암나사 구멍(44)과 나사결합 가능한 말단부측 수나사부(61a)를 구비하고 있다.

도시된 위치조절축(6)은 위치조절축(6)에서 기저단부(62)의 양단 일측에 이미터 지지부 작동구멍(32)보다 직경이 큰 헤드부(60)를 구비하여, 이미터 지지부 작동 구멍(32)의 개구 단부면과 잠금체결되도록 되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이미터 지지부 작동 구멍(32)을 통해 삽입된 위치조절축(6)의 말단부(61)가 이미터 지지부 암나사 구멍(44)에 나사결합된 상태에서 예를 들면 작업자가 헤드부를 파지하여 위치조절축(6)을 작동시키면, 위치조절축(6)은 체결/풀림 방향으로 축방향으로 회전될 수 있다.

예를 들어 위치조절축(6)이 체결방향으로 축회전되면 이미터 지지부(4)는 양단 일측으로 이동한다. 한편, 위치 조절축(6)이 풀림 방향으로 축 회전되면, 이미터 지지부(4)는 양단 타측(타겟(7)측)으로 이동한다. 또한, 위치 조절축(6)의 축 회전을 고정시킴으로써, 이미터 지지부(4)는 그 위치가 고정된 상태, 즉 이미터(3)는 그 위치가 고정된 상태가 된다.

이와 같이 위치 조절축(6)을 적절히 조작함으로써, 이미터 지지부(4)(이미터(3)의 전자 발생부(31))와 후술하는 타겟(7)과의 거리를 적절히 변경할 수 있다.

다음으로, 타겟부(70)는 이미터(3)의 전자발생부(31)와 대향하는 타겟(7)과 절연본체(2)의 개구부(22)의 단부면(22a)에 지지되어 개구부(22)를 밀봉하는 플랜지부(70a)를 구비한다.

타겟(7)이 이미터(3)의 전자 발생부(31)로부터 방출된 전자빔(L1)의 충돌에 의해 예시된 바와 같이 X-선(L2)을 방출할 수 있는 것이라면, 다양한 형태가적용될 수 있다. 예시된 타겟(7)에서 이미터(3)의 전자 발생부(31)와 마주하는 부분에는 전자빔(L1)에 대해 소정의 각도로 경사지고 단면 방향으로 연장되는 경사면(71)이 형성된다. 전자빔(L1)이 경사면(71)에 충돌하면, X-선(L2)은 전자빔(L1)의 조사 방향에서 구부러진 방향(예를 들어, 도시된 바와 같이 진공 챔버(1)의 단면 방향)으로 조사된다.

그리드 전극(8)이 전술한 바와 같이 이미터(3)와 타겟(7) 사이에 개재되어 그리드 전극(8)을 통과하는 전자빔(L1)을 적절하게 제어하는 것이라면, 다양한 형태가 적용될 수 있다. 예를 들면, 예시된 바와 같이, 진공 챔버(1)의 단면 방향으로 연장되는 전극부(81)(예를 들면 메쉬 형상의 전극부)를 구비하고, 전자빔(L1)이 통과하는 통과 구멍(81a), 및 절연본체(2)를 관통하는(진공 챔버(1)의 단면 방향으로 관통하는) 리드 단자(82)를 포함하는 구성을 들 수 있다.

이와 같이 구성된 X-선 장치(10)에 따르면, 이미터 지지부(4)가 양단 방향으로 적절히 이동하여 이미터(3)의 전자 발생부(31)와 타겟(7) 사이의 거리를 변경시킬 수 있다. 이로써, 이미터(3)의 전자 발생부(31)에 있어서, 방전이 억제된 상태(이하, 간단히 「방전 억제 상태」라고 함)와, 전자 발생부(31)의 방전이 이행되는 상태(이하, 단순히 "방전 가능 상태"라고 함)사이에 서로 전환될 수 있다.

<제1 실시예의 가드 전극(5)의 말단부(5A)>

도 1 내지 도 3에 도시된 가드 전극(5)의 말단부(5A)는 가드 전극(5)의 내주측에 위치하고, 양단 타측으로 볼록한 내주측 곡면부(a1)를 갖는 말단 내주측부(A1)(도면에서 양단타측에서 단면방향으로 내측에 가까운 돌출부); 상기 가드 전극(5)의 외주측에 위치하고, 양단 타측으로 볼록한 외주측 곡면부(a2)(도면에서 양단 타측에서 단면 방향으로 외측에 가까운 돌출부); 및 말단 내주측부(A1)과 말단 외주측부(A2) 사이에 위치하는 말단 중간부(A3);를 포함한다. 말단 중간부(A3)는 내주측 곡면부(a1)와 외주측 곡면부(a2) 사이에서 단면 방향으로 연장되는 평탄면부(a3)를 포함한다.

이와 같은 말단부(5A)에 있어서, 예를 들면 말단 내주측 부(A1), 말단 외주측 부(A2) 및 말단 중간부(A3)의 형상 등은 목적으로 하는 X-선 장치(10)에 따라서 적절히 설계하고 변경할 수 있다.

예를 들어, 말단 중간부(A3)의 평탄면부(a3)의 단면 방향의 폭(이하, "평탄면폭"이라 함)의 설계를 적절히 변경하거나, 외주측 곡면부(a2)의 곡률 반경(R2)을 적절히 변경함으로써, 가드 전극(5)은 원하는 방사 특성을 얻도록 조정될 수 있다. 또한, 예를 들면 내주측 곡면부(a1)의 곡률반경(R1)의 설계를 적절히 변경함으로써, 원하는 전자빔 수렴성능을 얻도록 가드전극(5)을 조정할 수 있다.

평탄면부(3a)의 평탄면 폭이 너무 좁으면 곡률반경(R2)의 설계가 변경될 경우 전자빔 수렴 성능이 저하될 수 있다. 또한, 평탄면 폭이 너무 넓으면 가드 전극(5) 등의 크기 증가의 원인이 될 수 있다. 따라서, 평탄면부(a3)의 평탄면 폭은 전자빔 수렴 성능이 저하되지 않는 범위 내에서 넓게 설정된다.

또한, 곡률 반경(R1)의 크기는 이미터(3)의 전자 발생부(31)의 외주측부(31a)의 겉보기 곡률 반경이 증가될 수 있는 정도로 적절히 설정되지만, 곡률 반경(R1) 및 곡률 반경(R2)의 크기가 각각 "r1" 및 "r2"로 설정될 때, 이들은 r1≤r2의 관계식을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다. 이로써, 겉보기 곡률 반경을 쉽게 증가시킬 수 있고 국부 전계 집중 및 플래시오버를 보다 쉽게 억제할 수 있다.

가드 전극(5)의 말단부(5A)에 있어서, 예를 들면 상술한 3개의 설계 변경을 행하면, 도 5에서 곡선 "a" 내지 "c"로 도시된 바와 같이, 다른 방사 개시 전압을 가지는 3개의 방사 특성을 얻을 수 있도록 조정될 수 있다. 또한, 가드 전극(5)을 설치한 경우의 등전위면은 도 6의 참조번호 "53"과 같이 비교적 평탄하게 된다.

<X-선 장치(10)의 가드 전극 등의 개질 처리 및 전계방사 방법의 일례>

X-선 장치(10)의 가드 전극(5) 등에 개질 처리를 할 때에는 먼저 작업자가 헤드부(60)를 잡고 이미터 지지부 작동 구멍(32)에 회전 지지되는 위치조절축(6)의 헤드부(60)를 적절하게 작동시켜, 이미터 지지부(4)가 양단 일측으로 이동하고 이미터(3)의 전자 발생부(31)와 가드 전극(5)의 말단부(5A)가 서로 분리된 상태가 된다. 즉, 이미터(3)는 방전 억제 상태가 된다.

방전 억제 상태에서는, 예를 들면 가드 전극(5)과 그리드 전극(8)(리드 단자(82) 등) 사이, 또는 타겟(7)과 그리드 전극(8) 사이에 원하는 개질 전압을 적절히 인가함으로써 가드 전극(5) 등에서 방전이 반복되고, 가드 전극(5) 등의 개질 처리가 수행된다(예를 들어, 가드 전극(5)의 표면이 용해되어 평활화된다).

개질 처리 후의 전계방사 방법에 있어서, 위치조절축(6)을 다시 작동시켜 이미터 지지부(4)를 양단 타측으로 이동시키고, 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 이미터(3)의 전자 발생부(31)와 가드 전극(5)의 말단부(5A)는 소정의 인접 상태가 된다. 그 결과, 전자 발생부(31)로부터 방사된 전자빔(L1)의 분산이 억제될 수 있다.

이러한 인접 상태에서, 이미터(3)의 전자 발생부(31)와 가드 전극(5)은 동일한 전위를 가지며, 예를 들어 이미터(3)와 타겟(7) 사이에 원하는 전압을 인가함으로써 전자 발생부(31)로부터 전자가 발생되고, 전자빔(L1)이 방사된다. 그 후, 전자빔(L1)이 타겟(7)에 충돌하고, X-선(L2)이 타겟(7)으로부터 방사된다.

이상에서 보여준 제1실시예에 따르면, 위치조절축(6)을 적절하게 작동시켜 이미터 지지부(4)를 양단 방향으로 이동시킴으로써 원하는 개질 처리가 가능하게 되고, X-선 장치(10)에서 가드 전극(5)으로부터 플래쉬 오버 현상이 억제되어, X-선 장치(10)의 전자 발생량을 안정화할 수 있다. 또한, 전자빔(L1)이 집속형 전자속으로 만들어지고, X선(L2)의 초점이 보다 쉽게 수렴될 수 있으며 높은 투시 분해능이 얻어질 수 있다.

또한, 가드 전극(5)의 말단부(5A)에 있어서, 트레이드 오프 현상을 억제하면서 설계 변경을 행할 수 있어, 방사 특성과 전자빔 수렴 성능을 원하는 대로 용이하게 조정할 수 있다.

<<제2 실시예> >

제2 실시예에서, X-선 장치(10)는 가드 전극(5)이 도 7에 도시된 바와 같이 말단부(5B)을 포함하도록 구성된다.

제1 실시예의 말단부(5A)와 유사하게, 도 7에 도시된 가드 전극(5)의 말단부(5B)는 말단 내주측부(A1), 말단 중간부(A3) 및 가드 전극(5)의 외주측에 위치하고 양단타측으로 볼록한 외주측 곡면부(b2)을 갖는 말단 외주측부(B2)을 포함한다. 말단부 외주측부(B2)는 말단 중간부(A3)보다 양단 타측으로 더 돌출되도록 구성되어 있다.

이러한 말단부(5B)에 있어서는, 말단부(5A)와 유사하게, 예를 들면 말단 내주측부(A1), 말단 외주측부(B2) 및 말단 중간부(A3) 각각의 형상등이 목적하는 X-선 장치(10)에 따라 적절히 설계될 수 있다.

예를 들면, 말단 중간부(A3)의 평탄면부(a3)의 평탄면폭의 설계를 적절히 변경하거나 외주측 곡면부(b2)의 곡률반경(R3)이나 돌출 길이(t)의 설계를 적절히 변경함으로써 가드 전극(5)은 원하는 방사 특성을 얻도록 조정될 수 있다. 또한, 예를 들면 내주측 곡면부(a1)의 곡률반경(R1)의 설계를 적절히 변경함으로써, 원하는 전자빔 수렴 성능을 얻도록 가드 전극(5)을 조정할 수 있다.

말단 외주측부(B2)에서, 돌출 길이(t)가 너무 길면 전계가 집중되는 경향이 있다. 따라서, 예를 들어 가드 전극(5)의 말단부(5B)에서 발생할 수 있는 이상 방전을 억제할 수 있는 범위 내에서 돌출 길이(t)를 길게 설정한다.

또한, 곡률반경(R1, R2)과 유사하게 곡률반경(R3)의 크기도 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 곡률 반경 R3의 크기를 "r3"으로 설정하는 경우, r1≤r3의 관계식을 만족하도록 설정된다.

이상에서 보여준 제2실시예에 따르면, 제1실시예와 유사한 작용효과에 더하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 가드 전극(5)의 말단부(5B)에 있어서, 말단 외주측부(B2)가 말단 중간부(A3)보다 양단 타측으로 더 돌출되어 있기 때문에, 전자빔 수렴 성능을 더 용이하게 향상시킬 수 있다. 또한, 예를 들면 말단부 외주측부(B2)의 돌출 길이(t)의 설계를 적절히 변경함으로써, 전자선 수렴 성능의 미세 조정 등이 가능해진다.

<<제3 실시예> >

제3 실시예에서, X-선 장치(10)는 가드 전극(5)이 도 8에 도시된 바와 같이 말단부(5C)를 포함하도록 구성된다.

제1 실시예의 말단부(5A)와 유사하게, 도 8에 도시된 가드 전극(5)의 말단부(5C)는 말단 내주측부(A1), 말단 외주측부(A2) 및 말단 내주측부(A1)과 말단 외주측부(A1) 사이에 위치하고 외주측 곡면부(a1)와 내주측 곡면부(a2) 사이에서 단면 방향으로 연장되는 평탄면부(c3)를 가지는 말단 중간부(C3)를 포함한다.

평탄면부(c3)는 가드전극(5)의 축과 경사진 각도로 교차하는 방향으로 연장되는 형상으로 형성되어, 평탄면부(c3) 상의 한 지점이 말단 내주측부(A1)측으로부터 말단 외주측부(A2)측으로 가까워짐에 따라 양단 타측으로 이동하게 된다. (이하, 이 형상을 간단히 "양단 타측 경사 형상"이라고 함). 따라서, 말단 내주측부(A1)는 말단 외주측부(A2)보다 양단 타측에 더 가깝게 위치된다.

이러한 말단부(5C)에 있어서, 말단부(5A, 5B)와 유사하게, 예를 들면 말단 내주측부(A1), 말단 외주측부(A2), 및 말단 중간부(C3) 각각의 형상 등은 목적하는 X-선 장치(10)에 따라 적절히 설계될 수 있다.

예를 들면, 말단 중간부(C3)의 평탄면부(c3)의 평탄면 폭의 설계를 적절히 변경하거나, 외주측 곡면부(a2)의 곡률 반경(R2)의 설계를 적절히 변경함으로써, 말단부(5C)는 원하는 방사 특성을 얻도록 조정될 수 있다. 또한, 예를 들면 내주측 곡면부(a1)의 곡률 반경(R1)의 설계를 적절히 변경함으로써, 원하는 전자빔 수렴 성능을 얻도록 말단부(5C)를 조정할 수 있다.

가드 전극(5)의 축에 대한 평탄면부(c3)의 경사 각도도 적절하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 평탄면부(c3)는 가드 전극(5)의 축과 경사진 각도로 교차하는 방향으로 연장되는 형상으로 형성되어, 평탄면부(3c) 상의 한 지점이 말단 내주측부(A1)측으로부터 말단 외주측부(A2)측으로 접근하면서 양단 일측을 향하여 이동한다(이하, 이 형상을 간단히 "양단 일측 경사 형상"이라고 함). 이 경우, 말단 내주측부(A1)는 말단 외주측부(A2)보다 양단 일측에 더 가깝게 위치된다.

이상에서 나타낸 제3 실시예에 따르면, 제1 실시예 및 제2 실시예와 유사한 작용 효과에 더하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 가드 전극(5)에 있어서의 말단부(5C)의 평탄면부(c3)가, 예를 들면 도 10에 도시한 바와 같이 양단 타측 경사 형상을 가질 때, 그리드 전극(8)이 아크 혼(arc horn) 구조(도 10에서 리드 단자(82)의 진공용기(11) 외주측에 절곡부(82a)가 형성되어 전계 완화 효과를 얻는 구조)를 가지더라도, 가드 전극(5)에서 발생할 수 있는 국부 전계 집중을 억제하면서 말단부(5C)의 설계를 적절히 변경함으로써 방사 특성 및 전자 빔 수렴 성능을 각각 원하는 대로 조정할 수 있다.

한편, 도 9에 나타낸 바와 같이, 가드 전극(5)의 말단부(5C)의 평탄면부(c3)가 양단 일측 경사 형상을 가질 때, 말단 외주측부(A2)는 말단 중간부(C3)보다 양단 타측에 더 근접하게 위치하여, 제2 실시예와 유사하게 전자빔 수렴 성능이 용이하게 향상된다. 또한, 제2 실시예의 말단 외주측부(B2)와 같은 돌출 구조가 형성되어 있지 않은 경우, 제2 실시예와 비교하여, 예를 들어 가드 전극(5)의 말단부(5C)에서 발생할 수 있는 이상 방전이 더 쉽게 억제될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에서는 상기에 열거한 실시예에 대해서만 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변경 등이 가능함은 당업자에게 자명하며, 그러한 변경은 본 발명의 특허 청구 범위에 속한다.

예를 들어, 제1 내지 제3 실시예는 서로 적절하게 조합될 수 있다. 구체적으로는, 도 8 및 도 9의 가드 전극(5)의 말단부(5C)의 말단 외주측부(A2)를, 도 7의 말단 외주측부(B2)와 유사하게, 양단 타측을 향하여 돌출되도록 형성할 수 있다.

또한, 특허 문헌 1, 2의 내용을 적절하게 적용함으로써 설계 변경을 행하여, 제1 내지 제3 실시 형태와 유사한 작용 효과를 얻을 수 있다.

Claims

원통 형상을 가지며 이미터의 전자 발생부의 외주측에 구비되고, 상기 전자 발생부로부터 전자빔의 방사 방향으로 위치하는 말단부를 포함하며, 상기 말단부는 상기 방사 방향으로 볼록한 내주측 곡면부를 갖는 말단 내주측부; 상기 방사 방향으로 볼록한 외주측 곡면부를 갖는 말단 외주측부; 및 상기 말단 내주측부와 상기 말단 외주측부 사이에 위치하며, 상기 말단 내주측부와 상기 말단 외주측부 사이에 평탄면부를 가지되 상기 평탄면부는 그들 사이 방향으로 연장되는 말단 중간부;를 포함하는 가드 전극.
제1항에 있어서,
상기 내주측 곡면부의 곡률 반경의 크기를 r1, 상기 외주측 곡면부의 곡률 반경의 크기를 r2라 하면, 관계식 r1≤r2의 값이 충족되는 것을 특징으로 하는 가드 전극.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 말단 외주측부는 상기 말단 중간부보다 방사 방향으로 더 돌출된 것을특징으로 하는 가드 전극.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
상기 평탄면부는 상기 가드 전극의 축과 경사진 각도로 교차하는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 가드 전극.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
상기 말단 내주측부는 상기 가드 전극의 축 방향으로 돌출된 형상을 가지고, 상기 가드 전극의 축 방향으로 상기 전자 발생부의 외주측부에 중첩되는 것을 특징으로 하는 가드 전극.
원통형 절연본체의 양단부가 상기 절연본체의 내주측에 진공챔버를 형성하도록 밀봉된 진공용기;
상기 진공챔버 내부의 양단방향중 일측에 위치하며, 상기 양단방향으로 팽창 가능한 벨로우즈에 의해 상기 양단방향으로 이동 가능하도록 지지되는 이미터;
및 상기 진공챔버에서 상기 양단 방향의 타측에 위치하고, 상기 이미터에 대해서 상기 양단 방향의 타측에 대향하도록 구비되는 타겟;을 포함하고, 상기 이미터는 상기 타겟에 대향하는 면에 전자 발생부를 구비하고, 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 따른 가드 전극이 상기 이미터의 상기 전자 발생부의 외주측에 구비된 전계 방사 장치.
제6항에 있어서,
상기 진공챔버내 상기 이미터와 상기 타겟 사이에 아크 혼 구조의 그리드 전극을 구비하고, 상기 가드전극의 상기 평탄면부가 상기 가드 전극 축과 경사진 각도로 교차하는 방향으로 연장되어, 상기 평탄면부의 일 지점이 말단 내주측부 측으로부터 말단 외주측부 측으로 접근함에 따라 양단 방향의 상기 타측을 향하여 이동하도록 된 전계 방사 장치.