场发射装置以及改质处理方法

摘要

在真空腔(1)中，发射器(3)和目标物(7)彼此对置。保护电极(5)围绕发射器(3)的电子生成部(31)的外周缘设置。支撑部(4)在真空腔(1)的端到端方向上可移动地支撑发射器(3)。通过操作支撑部件(4)，将发射器(3)移至敞口端(21)侧(非放电位置)并且在来自电子生成部(31)的场发射被抑制的状态下施加电压以在保护电极(5)上重复引起放电来对保护电极(5)执行改质处理。在改质处理之后，再次操作支撑部(4)。发射器(3)被移至敞口端(22)侧(放电位置)并且被置于允许来自电子生成部(31)的场发射的状态。

权利要求

1.一种场发射装置，包括：

真空容器，其具有筒状绝缘体，所述绝缘体具有两个端部，所述两个端部被密封以限定在所述绝缘体的内壁侧的真空腔；

发射器，其位于所述真空腔的一端侧并且具有电子生成部，所述电子生成部面对所述真空腔的另一端侧；

保护电极，其设置在所述发射器的所述电子生成部的外周侧，所述保护电极具有在所述真空腔的端到端方向上延伸的圆柱形形状，并且所述保护电极的一端侧被支撑于所述真空容器上并且被固定到所述真空容器；

目标物，其位于所述真空腔的所述另一端侧并且与所述发射器的所述电子生成部对置；以及支撑部，其具有从所述发射器的与所述电子生成部相反的一侧延伸的形状并且在所述真空腔的端到端方向上可移动地支撑所述发射器，所述支撑部能够移动，以使得通过所述支撑部的移动，所述发射器在所述端到端方向上移动并因此与所述保护电极的另一端侧接触或分开，从而改变所述发射器的所述电子生成部与所述目标物之间的距离。

2.根据权利要求1所述的场发射装置，

其中，所述支撑部包括波纹管，所述波纹管在所述真空腔的端到端方向上能伸缩，并且其一端侧被支撑于所述支撑部并且其另一端侧被支撑于所述真空容器上。

3.根据权利要求1所述的场发射装置，

其中所述支撑部包括：

支撑体，其具有从所述发射器的与所述电子生成部相反的一侧延伸的形状并且在所述真空腔的端到端方向上可移动地支撑所述发射器；

磁性体，其设置在所述支撑体的延伸方向侧；

周缘壁，其具有从所述真空容器的与所述支撑体的所述延伸方向侧对置的部分向外延伸的形状并且包围移动范围，在所述移动范围中所述磁性体随所述支撑体的移动而移动；

以及

磁铁，其设置在所述周缘壁的外壁面上；并且

其中，满足关系t1≤t≤t2，其中，t1是在所述磁铁与所述磁性体的所述移动范围之间的方向上从所述磁性体的所述移动范围到所述周缘壁的与所述磁性体的所述移动范围对置的位置处的所述外壁面的距离；t2是在所述磁铁对所述磁性体的磁力作用下能在所述磁铁和所述磁性体之间产生磁引力的最大距离；并且t是所述磁铁和所述磁性体之间的最小距离。

4.一种场发射装置，包括：

真空容器，其具有筒状绝缘体，所述绝缘体具有两个端部，所述两个端部被密封以限定在所述绝缘体的内壁侧的真空腔；

发射器，其位于所述真空腔的一端侧并且具有电子生成部，所述电子生成部面对所述真空腔的另一端侧；

目标物，其位于所述真空腔的所述另一端侧并且与所述发射器的所述电子生成部对置；

保护电极，其设置在所述发射器的所述电子生成部的外周侧，所述保护电极具有在所述真空腔的端到端方向上延伸的圆柱形形状，并且所述保护电极的一端侧被支撑于所述真空容器上并且被固定到所述真空容器；

支撑体，其具有从所述发射器的与所述电子生成部相反的一侧延伸的形状并且支撑所述发射器，所述支撑体能够移动，以使得通过所述支撑体的移动，所述发射器在所述端到端方向上移动并因此与所述保护电极的另一端侧接触或分开；以及波纹管，其一端侧被支撑于所述支撑体上并且其另一端侧被支撑于所述真空容器上，从而构成所述真空容器的部分。

5.一种场发射装置，包括：

真空容器，其具有筒状绝缘体，所述绝缘体具有两个端部，所述两个端部被密封以限定在所述绝缘体的内壁侧的真空腔；

发射器，其位于所述真空腔的一端侧并且具有电子生成部，所述电子生成部面对所述真空腔的另一端侧；

目标物，其位于所述真空腔的所述另一端侧并且与所述发射器的所述电子生成部对置；以及保护电极，其设置在所述发射器的所述电子生成部的外周侧，所述保护电极具有在所述真空腔的端到端方向上延伸的圆柱形形状，并且其一端侧被支撑于所述真空容器上；以及支撑部，

其中所述支撑部包括：

支撑体，其具有从所述发射器的与所述电子生成部相反的一侧延伸的形状并且支撑所述发射器；

磁性体，其设置在所述支撑体的延伸方向侧；

周缘壁，其具有从所述真空容器的与所述支撑体的所述延伸方向侧对置的部分向外延伸的形状并且包围所述支撑体和所述磁性体；以及磁铁，其设置在所述周缘壁的外壁面上；并且

其中，满足关系t1≤t≤t2，其中，t1是在所述磁铁与所述磁性体的移动范围之间的方向上从所述磁性体的所述移动范围到所述周缘壁的与所述磁性体的所述移动范围对置的位置处的所述外壁面的距离；t2是在所述磁铁对所述磁性体的磁力作用下能在所述磁铁和所述磁性体之间产生磁引力的最大距离；并且t是所述磁铁和所述磁性体之间的最小距离。

6.根据权利要求3或5所述的场发射装置，

其中，所述磁性体具有比所述支撑体的所述延伸方向侧的直径大的直径；以及其中，所述周缘壁包括变窄区域，所述变窄区域形成在所述磁性体的所述移动范围和所述发射器之间并且具有比所述磁性体的直径小的直径。

7.根据权利要求6所述的场发射装置，

其中，在所述变窄区域的内壁面和所述磁性体的所述移动范围之间留有间隙。

8.根据权利要求1、4和5中的任一项所述的场发射装置，其中，其中，所述保护电极具有在所述发射器的外周侧在所述真空腔的端到端方向上延伸的圆柱形形状；并且其中，通过所述支撑部的移动来移动所述发射器的所述电子生成部，使所述电子生成部与所述保护电极的目标物侧接触或分开。

9.根据权利要求8所述的场发射装置，

其中，所述保护电极在其目标物侧形成有小直径区域。

10.根据权利要求8所述的场发射装置，

其中，所述保护电极在其目标物侧形成有如下边缘区域，所述边缘区域在所述真空腔的横向方向上延伸，并且在所述真空腔的端到端方向上与所述发射器的所述电子生成部的周缘边缘区域重叠。

11.根据权利要求1、4和5中的任一项所述的场发射装置，还包括栅格电极，所述栅格电极布置在所述真空腔内的所述发射器和所述目标物之间。

12.一种用于根据权利要求1、4和5中的任一项所述的场发射装置的改质处理方法，所述改质处理方法包括：在通过操作所述支撑部将所述发射器的所述电子生成部和所述保护电极彼此分开的状态下，通过向所述真空腔内的所述保护电极施加电压，对至少所述保护电极执行改质处理。

说明书

场发射装置以及改质处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及可应用于诸如X射线设备、电子管、照明设备等各种类型的设备的场发射装置及其改质处理(reforming treatment)方法。

背景技术

[0002] 已知存在如下场发射装置：该场发射装置可应用于诸如X射线设备、电子管、照明设备等各种类型的设备的场发射装置，在该场发射装置中，在真空容器的真空腔中发射器(由碳材料或类似物制成的电子源)和目标物(彼此间隔预定距离地)相互对置，从而在发射器和目标物之间施加电压以引发发射器的场发射(产生并发射电子)，由此将电子束发射到目标物上并执行期望的功能(例如在X射线设备的情况下基于外部X射线辐射的放射镜分辨率功能)。

[0003] 另外，已经研究了如下技术：通过采用在发射器和目标物之间插入栅格电极的三极管结构，或者通过在发射器的电子生成部上形成弯曲表面(其中该电子生成部被置于与目标物对置并且由其生成电子)，或者通过在发射器的周围边缘侧布置与发射器相同电位的保护电极来抑制来自发射器的电子束的散射(参见专利文献1和2)。

[0004] 优选地，通过如上所述地施加电压，仅从发射器的电子生成部生成电子来发射电子束。然而，当在真空腔内存在不需要的微小突起或污渍的情况下，变得会容易发生闪络(flashover)现象。从而场发射装置无法达到期望的耐压。

[0005] 以上问题在如下情况下产生：在真空腔内的保护电极或其它组件(更具体而言为目标物、栅格电极、保护电极等；以下根据需要简称为“保护电极等”)具有能够容易造成局部电场集中(例如通过加工工作在保护电极等上形成微小突起)的情况，在气体组分被吸附在保护电极等上的情况，以及保护电极等包含能够容易地生成电子的元素的情况。在这些情况下，由于在保护电极等上形成电子生成部，场发射装置中生成的电子的量变得不稳定。结果是，电子束变得容易散射。这在X射线设备的情况下导致X射线散焦的问题。

[0006] 因此，作为抑制闪络现象的技术(即，用于稳定电子生成量的技术)，已经研究出如下技术：执行电压放电调节处理(改质(再生(regeneration)；以下称为“改质处理”)，其中将电压(高压等)施加到保护电极等(例如保护电极和栅格电极)并且重复引起保护电极等上的放电。

[0007] 现有技术文献

[0008] 专利文献

[0009] 专利文献1：日本特开2011-119084号公报

[0010] 专利文献2：日本特开2010-56062号公报

发明内容

[0011] 然而，当仅仅如上所述地向保护电极等施加改质处理电压时，容易产生发射器的场发射(例如在执行改质处理之前)，使得保护电极等不会被改质处理充分地改质。

[0012] 本发明是鉴于上述问题而做出的。本发明的目的在于提供在抑制来自发射器的场发射的同时对保护电极等执行改质处理、并且从而获得期望的耐压的场发射装置和改质处理方法。

[0013] 作为以上问题的解决方案，根据本发明的一方面，提供了一种场发射装置，所述场发射装置包括：真空容器，其具有筒状绝缘体，所述绝缘体具有两个端部，所述两个端部被密封以限定在所述绝缘体的内壁侧的真空腔；发射器，其位于所述真空腔的一端侧并且具有电子生成部，所述电子生成部面对所述真空腔的另一端侧；保护电极，其设置在所述发射器的所述电子生成部的外周侧；目标物，其位于所述真空腔的所述另一端侧并且与所述发射器的所述电子生成部对置；以及支撑部，其在所述真空腔的端到端方向上可移动地支撑所述发射器，所述支撑部能够移动，从而通过所述支撑部的移动来改变所述发射器的所述电子生成部与所述目标物之间的距离。

[0014] 根据本发明的另一方面，提供了一种场发射装置，所述场发射装置包括：真空容器，其具有筒状绝缘体，所述绝缘体具有两个端部，所述两个端部被密封以限定在所述绝缘体的内壁侧的真空腔；发射器，其位于所述真空腔的一端侧并且具有电子生成部，所述电子生成部面对所述真空腔的另一端侧；目标物，其位于所述真空腔的所述另一端侧并且与所述发射器的所述电子生成部对置；支撑体，其具有从所述发射器的与所述电子生成部相反的一侧延伸的形状并且支撑所述发射器；保护电极，其设置在所述发射器的所述电子生成部的外周侧，所述保护电极具有在所述真空腔的端到端方向上延伸的圆柱形形状，并且其一端侧被支撑于所述真空容器上；以及波纹管，其一端侧被支撑于所述支撑体上并且其另一端侧被支撑于所述真空容器上，从而构成所述真空容器的部分。

[0015] 根据本发明的又一方面，提供了一种场发射装置，所述场发射装置包括：真空容器，其具有筒状绝缘体，所述绝缘体具有两个端部，所述两个端部被密封以限定在所述绝缘体的内壁侧的真空腔；发射器，其位于所述真空腔的一端侧并且具有电子生成部，所述电子生成部面对所述真空腔的另一端侧；目标物，其位于所述真空腔的所述另一端侧并且与所述发射器的所述电子生成部对置；保护电极，其设置在所述发射器的所述电子生成部的外周侧，所述保护电极具有在所述真空腔的端到端方向上延伸的圆柱形形状，并且其一端侧被支撑于所述真空容器上；以及支撑部，其中，所述支撑部包括：支撑体，其具有从所述发射器的与所述电子生成部相反的一侧延伸的形状并且支撑所述发射器；磁性体，其设置在所述支撑体的延伸方向侧；周缘壁，其具有从所述真空容器的与所述支撑体的所述延伸方向侧对置的部分向外延伸的形状并且包围所述支撑体和所述磁性体；以及磁铁，其设置在所述周缘壁的外壁面上；并且其中，满足关系t1≤t≤t2，其中，t1是从所述磁性体的移动范围到所述周缘壁的与所述磁性体的所述移动范围对置的位置处的所述外壁面的距离；t2是在所述磁铁对所述磁性体的磁力作用下能在所述磁铁和所述磁性体之间产生磁引力的最大距离；并且t是所述磁铁和所述磁性体之间的最小距离。

[0016] 所述场发射装置可被以下这样构造成：所述磁性体具有比所述支撑体的所述延伸方向侧的直径大的直径；并且所述周缘壁包括变窄区域，所述变窄区域形成在所述磁性体的所述移动范围和所述发射器之间并且具有比所述磁性体的直径小的直径。在所述变窄区域的内壁面和所述磁性体的所述移动范围之间可留有间隙。所述场发射装置可被以下这样构造成：所述保护电极具有在所述发射器的外周侧在所述真空腔的端到端方向上延伸的圆柱形形状；并且，能够通过所述支撑部的移动来移动所述发射器的所述电子生成部，使其与所述保护电极的目标物侧接触或分开。所述保护电极可在其目标物侧形成有小直径区域。所述保护电极在其目标物侧形成有如下边缘区域，所述边缘区域在所述真空腔的横向方向上延伸，并且在所述真空腔的端到端方向上与所述发射器的所述电子生成部的周缘边缘区域重叠。此外，所述场发射装置可具有栅格电极，所述栅格电极布置在所述真空腔内的所述发射器和所述目标物之间。

[0017] 根据本发明的再一方面，提供了一种用于以上场发射装置的改质处理方法，所述改质处理方法包括：在通过操作所述支撑部将所述发射器的所述电子生成部和所述保护电极彼此分开的状态下，通过向所述保护电极施加电压，对至少所述真空腔内的所述保护电极执行改质处理。

[0018] 如以上讨论的，根据本发明，能够在抑制来自发射器的场发射的同时对保护电极等执行改质处理，由此场发射装置达到期望的耐压。

附图说明

[0019] 图1是((在发射器3和保护电极5彼此接触的状态下)沿着真空腔1的端到端方向截取的)根据本发明的实施例1的场发射电极的示意性剖视图。

[0020] 图2是((在发射器3和保护电极5彼此分开的状态下)沿着真空腔1的端到端方向截取的)根据本发明的实施例1的场发射电极的示意性剖视图。

[0021] 图3是根据本发明的实施例1的保护电极5的修改例的示意图(对应于图1的部分的放大视图并且示出形成有小直径区域51来替代边缘区域52的情况)。

[0022] 图4是((在发射器3和保护电极5彼此接触的状态下)沿着真空腔1的端到端方向截取的)根据本发明的实施例2的场发射电极的示意性剖视图。

[0023] 图5是((在发射器3和保护电极5彼此分开的状态下)沿着真空腔1的端到端方向截取的)根据本发明的实施例2的场发射电极的示意性剖视图。

[0024] 图6是((在发射器3和保护电极5彼此接触的状态下)沿着真空腔1的端到端方向截取的)根据本发明的实施例3的场发射电极的示意性剖视图。

[0025] 图7是((在发射器3和保护电极5彼此分开的状态下)沿着真空腔1的端到端方向截取的)根据本发明的实施例3的场发射电极的示意性剖视图。

具体实施方式

[0026] 根据本发明的本方面的场发射装置不仅包括：绝缘体，其两端被密封以限定真空腔；发射器和目标物，在真空腔中彼此对置地放置；以及保护电极，被设置为围绕发射器的电子生成部的外周缘，而且包括：支撑部，被置于在真空腔的相对端之间的方向(被称为“端到端方向”)上可移动地支撑发射器，并且能够移动从而通过支撑部的移动来改变发射器的电子生成部与目标物之间的距离。

[0027] 作为除了如上所述的通过仅仅对保护电极等施加高压以外的改质处理技术，常规上已知的是，通过将保护电极等放置在真空气氛中并且从保护电极等除去吸附气体等来执行改质处理。通过例如以下步骤来执行该常规方法：将大口径排气管连接到场发射装置中的真空容器(被称为“常规装置”)；通过大口径排气管将真空腔设置到高温真空气氛，由此从真空腔内部的保护电极等释放吸附气体；将真空腔返回大气气氛；通过大口径排气管将发射器等放置在真空腔中；密封真空腔；然后将真空腔再次设置到真空气氛。

[0028] 然而，在如上所述的大口径排气管连接的真空容器中，难以长时间保持真空腔的高温真空气氛。另外，在将真空腔再次设置成真空气氛之前的时间段期间，气体有可能被再吸附到保护电极等上。由于这些原因，保护电极等的粗糙表面无法被改质(平滑)。另外，使用大口径排气管导致真空容器的尺寸增大并且使制造劳力和成本增加。

[0029] 另一方面，在本方面，在不利用以上提到的常规方法的情况下对保护电极等执行改质处理。为了执行改质处理，通过操作支撑部将发射器从放电位置移至非放电位置(发射器在此处变为低于或等于放电场)(在增大电子生成部与目标物之间的距离的方向上移动)。然后，场发射装置被置于以下状态：来自发射器的场发射被抑制(例如如在后提及的图2中所示，发射器的电子生成部和保护电极(其间留有间隔地)彼此分开)。在这种状态下，通过施加电压对保护电极等执行改质处理，使得保护电极等的表面被熔化并平滑。因此，场发射装置达到期望的耐压。在如上提到地场发射被抑制的状态下，避免在改质处理期间对发射器施加负载。

[0030] 在对保护电极等执行改质处理之后，通过重新操作支撑部，发射器从非放电位置移至放电位置(在减小电子生成部与目标物之间的距离的方向上移动)。然后，场发射装置被置于以下状态：允许来自发射器的场发射(例如如在后提及的图1中所示，发射器的电子生成部和保护电极彼此接触)。在这种状态下，场发射电极能够执行其被期望的功能(在例如为X射线设备的情况下，执行X射线辐射功能)。

[0031] 在本方面，即使当在保护电极等的表面上存在微小突起时，通过改质处理，保护电极等的表面也被熔化并平滑。当气体组分(例如，残留在真空腔中的气体组分)被吸附在保护电极等的表面上时，通过改质处理，从保护电极等的表面释放此吸附气体。当保护电极等的表面包含能够容易地生成电子的元素时，通过以上提到的熔化和平滑处理，这样的电子生成元素被保持在保护电极等内部，从而抑制该电子生成元素生成电子。因此，能够容易地稳定场发射装置的电子生成量。

[0032] 只要如上所述，场发射装置设置有在端到端方向上可移动地支撑发射器的支撑部并且改变发射器的电子生成部与目标物之间的距离，就能够参照各领域的技术常识对本方面的场发射装置作出各种修改。举例来说，可如下地实施本发明的场发射装置。

[0033] 《根据实施例1的场发射装置》

[0034] 在图1和图2中，附图标记10表示具有根据本方面的实施例1的场发射装置的X射线设备。在该X射线设备10中，筒状绝缘体2的敞口端21和22二者分别被发射器单元30和目标单元70密封(例如，通过钎焊进行密封)，以构成具有限定在绝缘体2的内侧壁上的真空腔1的真空容器11。沿着真空腔1的横向方向栅格电极8布置在发射器单元30(后述的发射器3)和目标单元70(后述的目标物7)之间。

[0035] 绝缘体2由如陶瓷材料的绝缘材料制成。只要绝缘体2在其中限定真空腔1，并且在发射器单元30(后述的发射器3)和目标物单元70(后述的目标物7)之间提供绝缘，就可以对绝缘体2应用各种形式。在图示的实施例中，绝缘体2具有同轴布置并且通过钎焊而组装在一起的两个筒状绝缘构件2a和2b，在绝缘构件2a和2b之间插入有栅格电极8(后述的引线端子82)。

[0036] 发射器单元30包括：发射器3，具有与目标物单元70(后述的目标物7)对置且面对目标物单元70的电子生成部31；支撑部4，能够移动并且在端到端方向上可移动地支撑发射器3；以及保护电极5，被设置在发射器3的电子生成部31的外周侧。

[0037] 只要发射器3设置有电子生成部31(作为电子发射器)，以在施加电压时从电子生成部31生成电子，由此如图所示发射电子束L1，就可以对发射器3应用各种形式。例如，可通过如图中所示模制成块状或者通过沉积为薄膜，由碳材料(例如，碳纳米管)形成发射器3。优选地，电子生成部31的面对目标物单元70(后述的目标物7)的表面的形状为凹形(弯曲)，从而有助于电子束L1的聚焦。

[0038] 只要如上所述地支撑部4适于在端到端方向上可移动地支撑发射器3，就可以对支撑部4应用各种形式。在例示的实施例中，支撑部4具有在保护电极5内侧在端到端方向上延伸的圆柱形形状，并且包括：凸缘部41，位于支撑部4的一端侧(敞口端21侧)；支撑体42，位于支撑部4的另一端侧(敞口端22侧)，以(通过固定例如模锻或熔融到发射器3的与电子生成部31相反的部分)支撑发射器3；以及波纹管(bellows)43，在端到端方向上能伸缩并且被支撑于真空容器11上(例如如图中所示，借助保护电极5被支撑于绝缘体2中)。当支撑部4设置有支撑体42和波纹管43时，支撑部42根据波纹管43的伸缩在端到端方向上移动，以使得发射器3在端到端方向上移动。作为支撑部4的材料，可使用各种材料而没有特别的限制。例如，支撑部4可由如不锈钢(SUS)或铜等导电金属材料制成。

[0039] 只要如上所述地波纹管43能在端到端方向上伸缩，则可以对波纹管43应用各种形式。通过例如适当地加工薄金属板材料来形成波纹管43是可行的。在例示实施例中，波纹管43形成有波纹状柱形壁44，从而波纹状柱形壁44在端到端方向上延伸并且包围支撑体42的外周缘。

[0040] 在此，通过以下步骤来支撑波纹管43：将波纹管43的一端侧固定(例如钎焊)于支撑体42的凸缘部41并且将波纹管43的另一端侧固定(例如钎焊)于保护电极5的内侧(内周面)，从而在真空腔1和大气侧(真空容器11的外周侧)之间提供分隔并且保持真空腔1气密地密封。然而，波纹管43不限于以上形式。只要波纹管43其一端侧被支撑于支撑部4(例如，凸缘部41或支撑体42)上，其另一端侧被支撑于真空容器11(例如，保护电极5的内侧或后述的凸缘部50)上，如上所述地能在端到端方向上伸缩，并且适于将真空腔1与大气侧(真空容器11的外周侧)分隔并且保持真空腔1气密地密封(构成真空容器11的部分)，则波纹管43可被设置成各种形式。

[0041] 如上所述的，保护电极5设置在发射器3的电子生成部31的外周侧。只要：通过支撑部4的移动使发射器3的电子生成部31进入保护电极5或者与保护电极5分离；以及保护电极5适于在发射器3与保护电极5接触的状态下，抑制来自发射器3的电子束L1的散射，则可对保护电极5应用各种形式。

[0042] 保护电极5由例如不锈钢(SUS)制成并且在发射器3的外周侧具有在真空腔1的端到端方向上延伸的圆柱形形状。凸缘部50形成在保护电极5的在端到端方向上的一端侧，使得借助凸缘部50，保护电极50的一端侧被支撑于绝缘体2的敞口端21的端面21a上，而使发射器3在端到端方向上与保护电极5的另一端侧(目标物7侧)接触或分开。

[0043] 与发射器3接触或分开的保护电极5的配置不受特别限制。例如，可以如图3中所示，小直径区域51在端到端方向上形成在保护电极51的另一端侧。另选地，如图1和图2所示，边缘区域52可在端到端方向上形成在保护电极51的另一侧，使得边缘区域52在真空腔1的横向方向上延伸，并且与发射器3的电子生成部31的周缘边缘区域31a重叠。形成小直径区域51和边缘区域52二者是可行的(参见后述的图4至图7)。

[0044] 当保护电极5被设置有这样的接触/分开的配置时，随着由于支撑部4的移动而发射器3在保护电极5的内侧(圆柱形内壁侧)在端到端方向上移动，发射器3的电子生成部31与保护电极5的小直径区域51或边缘区域52接触或分开。

[0045] 当边缘区域52形成在保护电极5上时，在发射器3和保护电极5的接触状态下，边缘区域52覆盖并保护电子生成部31的周缘边缘区域31a。另外，边缘区域52限制发射器3在端到端方向上向着另一端侧移动。这使得能够容易地将发射器3相对于放电位置(或保护电极5)设置。

[0046] 在例示实施例中，保护电极5被成形为从一端侧到另一端侧逐步地减小直径，使得在保护电极5的内侧形成阶梯状区域53。通过将波纹管43的另一端侧固定于阶梯状区域53，能够以稳定的固定结构将波纹管43固定到保护电极上。此外，通过以上提到的直径逐步减小的形状，发射器3的电子生成部31通过被导向小直径区域51或边缘区域52，从而在保护电极5的内侧移动。

[0047] 当如图中所示波纹管43被布置在保护电极5内时，防止从真空容器11的外周侧向波纹管43施加冲击(即，保护波纹管43免受损害等)。此外，波纹管43在电极5内部的布置有助于缩小X射线设备10的尺寸。在例示实施例中，通过焊接将吸气剂54附接于保护电极5的外周侧。对吸气剂54的附接位置和材料没有特别限制。

[0048] 电子生成部31的周缘边缘区域31a可被形成为具有大的表观曲率半径，以抑制电子生成部31(特别是周缘边缘区域31a)处的局部电场集中并且抑制电子生成部31对其它部分的闪络。例如，如图中所示，在端到端方向上在保护电极5的另一端侧形成凸状曲面区域51a。

[0049] 目标物单元70包括：目标物7，其与发射器的电子生成部31相对并面对电子生成部31；以及凸缘部70a，其被支撑于绝缘体2的敞口端22的端面22a上。

[0050] 只要目标物7适于在与来自发射器3的电子生成部31的电子束L1的碰撞时辐射X射线L2，对目标物7就可以应用各种形式。在例示实施例中，目标物7具有倾斜面71，倾斜面71形成在与发射器的电子生成部31对置的位置，并且在相对于电子束L1以预定角度相交并倾斜的方向上延伸。通过电子束L1与倾斜面71的碰撞，X射线L2在从电子束L1的发射方向(例如在真空腔1的横向方向上)弯曲的方向上辐射。

[0051] 只要栅格电极8布置在发射器3和目标物7之间，并且适于适当地控制电子束L1从其穿过，则对栅格电极8可应用各种形式。在例示实施例中，例如，栅格电极8包括：电极体81(例如，网状电极体)，在真空腔1的横向方向上延伸并且具有电子束L1穿过的穿通孔81a；以及引线端子82，(在真空腔1的横向方向上)贯穿绝缘体2。

[0052] 在以上构成的X射线设备10中，通过适当操作支撑部4来改变发射器3的电子生成部31与目标物7之间的距离。在如图2中所示地电子生成部31从放电位置移至非放电位置时场发射被抑制的状态下，能够根据期望对保护电极5、目标物7、栅格电极8等执行改质处理。相比于具有大口径排气管的在先提及的常规装置，能够容易地缩小该设备的尺寸并且能够使制造劳力和成本减小。

[0053] 《对X射线设备10的保护电极等的改质处理》

[0054] 为了对X射线设备10的保护电极5执行改质处理，如图2中所示，首先通过操作支撑部4，发射器3被移向敞口端21侧(向非放电位置)。然后，设备被置于来自电子生成部31的场发射被抑制的状态，并且更具体地，在发射器3的电子生成部31和保护电极5的边缘区域52(在图3中为小直径区域51)彼此分开(发射器3被设置到非放电位置(被设置得低于或等于放电场))的状态。在图2中示出的该状态下，通过适当在保护电极5和栅格电极8(引线端子82)之间施加期望的电压并且重复引起保护电极5上的放电，来对保护电极5执行改质处理(例如，保护电极5的表面被熔化并平滑)。

[0055] 在以上的改质处理之后，通过如图1中所示再次操作支撑部4，发射器3被移向敞口端22侧(向放电位置)。然后，设备被置于允许来自电子生成部31的场发射的状态，并且更具体地，如图1中所示在使发射器3的电子生成部31和保护电极5的边缘区域52(在真空腔1中的真空压力下)彼此接触的状态。在图1中示出的该状态下，通过将发射器3的电子生成部31和保护电极5设置成相同电位并且在发射器3和目标物7之间施加期望的电压，电子从发射器3的电子生成部31生成并且作为电子束L1发射。在电子束L1碰撞目标物7时，从目标物7辐射X射线L2。

[0056] 通过以上的改质处理，能够抑制X射线设备10中的保护电极5的闪络(电子产生)现象并且稳定X射线设备10的电子生成量。还能够以聚焦电子束的形式发射电子束L1，使得X射线L2能够容易地被聚焦，以达到高的放射镜分辨率。

[0057] 《根据实施例2的场发射装置》

[0058] 虽然在图1和图2的X射线设备10中支撑部4设置有波纹管43，但如图4和图5中所示，另选地在本方面提供具有使用磁引力的类型的支撑部4A的X射线设备10A是可行的。该X射线设备10A也能够得到与X射线设备10相同的效果。此处要注意的是，在图4和图5中，使用相同的附图标记来表示与图1至图3中相同的部件和部分并且省略对其的详细说明。

[0059] 如图4和图5中所示，在X射线设备10A中，绝缘体2的一个敞口端21被发射器单元30A密封，以构成具有真空腔1的真空容器11A。发射器单元30A包括：发射器3，其具有与目标物单元70(目标物7)相对且面对目标物单元70的电子生成部31；支撑部4A，在真空腔的端到端方向上可移动地支撑发射器3；以及保护电极5，其设置在发射器3的电子生成部31的外周侧。

[0060] 支撑部4A具有在保护电极5的内侧在端到端方向上延伸的圆柱形形状(即，从发射器3的与电子生成部31相反的一侧延伸的形状)，并且包括：磁性体45A，其位于支撑部4A的一端侧(敞口端21侧；延伸方向侧)；支撑体46，其位于支撑部4A的另一端侧(敞口端22侧)，用于支撑发射器3；周缘壁47，其包围移动范围45Aa，在该移动范围45Aa中磁性体45A随支撑体46的移动而移动；以及磁铁48，其设置在周缘壁47的外壁面47a上(例如如图中所示，在周缘壁47夹在磁铁48和磁性体45A之间的情况下，与磁铁48对置的位置)。

[0061] 引导构件40被形成为具有比保护电极5的直径小的直径并且布置在支撑体46和保护电极5之间，以在允许支撑体46从中穿过的同时，在端到端方向上同轴地延伸。因此支撑体46在其外周缘表面46a可滑动地支撑于引导构件40上，使得通过引导构件40支撑体46能够在端到端方向上被引导而移动。各种材料可用作支撑体46和引导构件40的材料，而没有特别限制。例如，支撑体46能够由非磁性材料(例如如不锈钢(SUS)或铜等金属材料)制成；并且引导构件40能够由钼材料或陶瓷材料制成。

[0062] 只要磁性体45A和磁铁46在磁铁48对磁性体45A的磁力作用下彼此磁性吸引，则可对磁性体45A应用各种形式。对于磁性体45A的材料和形状没有特别限制。举例来说，磁性体45A能够由诸如铁或SUS等磁性材料制成。在图4和图5中，磁性体45A具有直径与支撑体46的一端侧大致相等的圆柱形形状。

[0063] 只要周缘壁47适于包围移动范围45Aa而不干扰支撑体46的移动、磁性体45A的移动和磁铁48对磁性体45A的磁力，则可对周缘壁47应用各种形式。在图4和图5中，周缘壁47具有有底圆柱形，该有底圆柱形从真空容器11A的与支撑体46的延伸方向侧对置(即，与磁性体45A对置)的部分向真空容器11A外部延伸。更具体地，在图4和图5中，周缘壁47具有有底圆柱形，该有底圆柱形的直径与保护电极5大体相等，使得有底圆柱周缘壁的敞口端47b被密封于保护电极5的凸缘部50的开口50a的一侧(真空腔1保持气密地密封)。

[0064] 只要磁铁48适于对位于周缘壁47的内周面47c上的磁性体45A施加其磁力，以在磁铁48和磁性体45A之间产生磁引力，并且同时在磁引力下可附接于且可脱离周缘壁的外壁面47a(即，在端到端方向上可在外壁面47a上滑动)，则对磁铁48也可应用各种形式。磁铁48能够由各种金属和合金材料(例如，作为永磁铁)形成，以施加期望的磁力。设置在外壁面47a上的磁铁48的数量不受特别限制。在设置多个磁铁48(例如，作为分裂永磁铁)的情况下，磁铁48沿着周缘壁47的周缘方向以给定间隔分隔开。

[0065] 在X射线设备10A中，磁性体45A、周缘壁47和磁铁48优选地被设置成满足以下关系t1≤t≤t2(下文中，有时只被称为“关系T”)。在X射线设备10A的关系T中，t1被定义为从磁性体45A的移动范围45Aa到周缘壁47的与移动范围45Aa对置的位置处的外壁面47a的距离；t2被定义为在磁铁48的磁力作用下能够在磁性体45A和磁铁48之间产生磁引力的最大距离；并且t被定义为磁铁48和磁性体45A之间的最小距离。通过例如以下步骤而满足关系T是可行的：基于磁性体45A的对应磁性面积和磁铁48的磁力的强度来确定磁引力，并且根据确定出的磁引力来设置周缘壁47的厚度尺寸等。

[0066] 当在X射线设备10A中满足关系T时，磁铁48在磁引力下可附接于且可脱离外壁面47a，并且可沿着外壁面47a(在端到端方向上)滑动。通过将磁铁48滑动移动，对磁性体45A施加滑动移动方向(即，端到端方向)上的负载，由此支撑体46(通过被引导构件40引导而)移动。

[0067] 为了有助于磁铁48沿着外壁面27a的滑动移动，可以想到使外壁面47a平滑。

[0068] 《对X射线设备10A的保护电极等进行改质处理》

[0069] 为了对X射线设备10A的保护电极5执行改质处理，首先如下地操作支撑部4A。如图5中所示，通过将磁铁48布置在周缘壁47的侧面部分47d的外壁面47a的靠近底部47e的位置(例如，适当地将磁铁手动滑动到非放电位置面区47aa)并由此将磁性体45A和支撑体46向着底部47e侧移动，将发射器3向着敞口端21侧(向非放电位置)移动。通过该操作，发射器3的电子生成部31和保护电极5的边缘区域52(在图4和图5中为小直径区域51)彼此分开(发射器3被设置到非放电位置(被设置得低于或等于放电场))。即，设备被置于来自电子生成部31的场发射被抑制的状态。在图5中示出的该状态下，通过适当在保护电极5和栅格电极8(引线端子82)之间施加期望的电压并且重复引起保护电极5上的放电，对保护电极5执行改质处理(例如，保护电极5的表面被熔化并平滑)。

[0070] 在以上改质处理之后，如图4中所示，通过将磁铁48沿着侧面部分47的外壁面47a从底部47e向敞口端47b侧滑动(例如，将磁铁通过中性位置面区47ab滑动到放电位置面区47ac)并由此将磁性体45A和支撑体46向着敞口端47b侧(在周缘壁47夹在磁铁48和磁性体
45A之间的情况下，向与磁铁48的对置的位置)移动，将发射器3向着敞口端22侧(向放电位置)移动。通过该操作，使发射器3的电子生成部31和保护电极5的边缘区域52彼此接触。即，设备被置于允许来自电子生成部31的场发射的状态。

[0071] 在图4示出的该状态下，通过将发射器3的电子生成部31和保护电极5设置到相同电位并且在发射器3和目标物7之间施加期望的电压，从发射器3的电子生成部31生成电子并且将其作为电子束L1发射。在电子束L1碰撞目标物7时，从目标物7辐射X射线L2。

[0072] 通过以上的改质处理，能够在X射线设备10A中抑制来自保护电极5的闪络(电子生成)现象并且稳定X射线设备10A的电子生成量。还能够以聚焦电子束的形式发射电子束L1，使得X射线L2能够容易地被聚焦，以实现高的放射镜分辨率。

[0073] 《根据实施例3的场发射装置》

[0074] 如图6和图7中所示，在本方面，提供具有使用磁性体45B的类型的支撑部4B的X射线设备10B是可行的，其中磁性体45B有大的对应磁性面积。该X射线设备10B也能够得到与X射线设备10和10A相同的效果。此处要注意的是，在图6和图7中，使用相同的附图标记来表示与图1至图5相同的部件和部分并且省略对其的详细说明。

[0075] 如图6和图7中所示，在X射线设备10B中，绝缘体2的一个敞口端21被发射器单元30B密封，以构成具有真空腔1的真空容器11B。发射器单元30B包括：发射器3，其具有与目标物单元70(目标物7)相对且面对目标物单元70的电子生成部31；支撑部4B，在真空腔的端到端方向上可移动地支撑发射器3；以及保护电极5，其设置在发射器3的电子生成部31的外周侧。

[0076] 支撑部4B总体上包括：支撑体46；磁性体45B，其位于支撑体46的一端侧(敞口端21侧；延伸方向侧)并且被制成为直径比支撑体46的一端侧大(在图6和图7中，直径大于保护电极50的开口50a)；周缘壁49，其包围移动范围45Ba，在该移动范围45Ba中，移动主体45B随着支撑体46一起移动；以及磁铁48，其设置在周缘壁49的外壁面49a上的与磁性体45B对置的位置处，周缘壁49夹在磁铁48和磁性体45B之间。

[0077] 与磁性体45A的情况一样，只要磁性体45B和磁铁46能够在磁铁48对磁性体45B的磁力作用下彼此磁性吸引，则对磁性体45B可应用各种形式。在图6和图7中，磁性体45B具有比支撑体46的一端侧的直径大的直径，并且呈现容易接收磁铁48的磁力的大的对应磁性面积。

[0078] 只要周缘壁49适于包围移动范围45Ba而不干扰支撑体46的移动、磁性体45B的移动和磁铁48对磁性体45B的磁力，则对周缘壁49可应用各种形式。在图6和图7中，像周缘壁47的情况，周缘壁49具有有底圆柱形，该有底圆柱形从真空容器11B的与支撑体46的延伸方向侧对置(即，与磁性体45B对置)的部分延伸到真空容器11B的外部，使得有底圆柱周缘壁的敞口端49b被密封于保护电极5的凸缘部50的开口50a的一侧(真空腔1保持气密地密封)。

[0079] 周缘壁49的侧面部分49d被制作为直径大于磁性体54B，而周缘壁49的敞口端49b侧被制作为直径小于磁性体45B。因此，在真空容器11B上，在发射器3和磁性体45B的移动范围45Ba之间的位置处，形成直径比磁性体45B的直径小的变窄区域(在图6和图7中为环形变窄区域)。磁铁48布置在变窄区域49f的外壁面49a上。

[0080] 像X射线设备10A的情况，X射线设备10B的磁性体45B、周缘壁49和磁铁48优选被设置成满足关系T。在X射线设备10B的关系T中，t1被定义为从磁性体45B的移动范围45Ba到周缘壁49的与移动范围45Ba对置的位置处的外壁面49a的距离；t2被定义为在磁铁48的磁力作用下能够在磁性体45B和磁铁48之间产生磁引力的最大距离；并且t被定义为磁铁48和磁性体45B之间的最小距离。

[0081] 当在X射线设备10B中满足关系T时，磁铁48在磁引力下可附接于且可脱离外壁面49a，并且能够沿着外壁面49a滑动。通过磁铁48的滑动移动，对磁性体45B施加滑动移动方向(即，端到端方向)上的负载，由此支撑体46(通过被引导构件40引导而)移动。

[0082] 如外壁面47a的情况一样，外壁面49a可被平滑，以助于磁铁48沿着外壁面29a滑动移动。此外，在变窄区域49f的内壁面49c和磁性体45B的移动范围45Ba之间可以存在间隙G，以抑制其间的真空粘附(即，真空下的金属管的粘附)。

[0083] 《对X射线设备10B的保护电极等进行改质处理》

[0084] 为了对X射线设备10B的保护电极5执行改质处理，首先如下地操作支撑部4B。如图7中所示，通过将磁铁48布置在周缘壁49的底部49e的外壁面49a上(例如，适当地将磁铁手动滑动到非放电位置面区49aa)并由此将磁性体45B和支撑体46向着底部47e侧移动，将发射器3向着敞口端21侧(向非放电位置)移动。通过该操作，发射器3的电子生成部31和保护电极5的边缘区域52(在图6和图7中为小直径区域51)彼此分开(发射器3被设置到非放电位置(被设置得低于或等于放电场))。即，设备被置于来自电子生成部31的场发射被抑制的状态。在图7中示出的该状态下，通过适当地在保护电极5和栅格电极8(引线端子82)之间施加期望的电压并且重复引起保护电极5上的放电，对保护电极5执行改质处理(例如，保护电极
5的表面被熔化并平滑)。

[0085] 在以上改质处理之后，如图6中所示，通过将磁铁48沿着底部49e的外壁面49a从底部47e向变窄区域49f滑动(例如，将磁铁通过中性位置面区47ab滑动到放电位置面区47ac)并由此将磁性体45B和支撑体46向着敞口端47b侧(在周缘壁47夹在磁铁48和磁性体45A之间的情况下，向磁铁48的对置位置)移动，将发射器3向着敞口端22侧(向放电位置)移动。

[0086] 通过该操作，使发射器3的电子生成部31和保护电极5的边缘区域52彼此接触，如图6中所示。即，设备被置于允许来自电子生成部31的场发射的状态。因为如图6中所示，磁铁48布置在变窄区域49a的外壁面49a(在图6中为放电位置面区49ac)上，所以在端到端方向上施加磁引力，从而变得相比于在X射线设备10A更容易确保发射器3的电子生成部31与保护电极5的边缘区域52之间的接触力。

[0087] 在图6中示出的该状态下，通过将发射器3的电子生成部31和保护电极5设置成相同电位并且在发射器3和目标物7之间施加期望的电压，从发射器3的电子生成部31生成电子并且将其作为电子束L1发射。在电子束L1碰撞目标物7时，从目标物7辐射X射线L2。

[0088] 通过以上的改质处理，能够抑制来自X射线设备10B中的保护电极5的闪络(电子生成)现象并且稳定X射线设备10B的电子生成量。还能够以聚焦电子束的形式发射电子束L1，使得X射线L2能够被容易地聚焦，以实现高的放射镜分辨率。

[0089] 虽然已经参照以上特定实施例详细描述了本发明，但对于本领域的技术人员而言，显而易见，上述实施例的各种修改形式和变形形式是可能的并且落入本发明的范围内。

[0090] 例如，以上实施例具体是指对保护电极5进行改质处理。通过在图2、图5或图7中示出的状态下施加期望的电压并且在目标物7或栅格电极8上引起放电，对目标物7或栅格电极8进行改质处理(表面熔化和平滑处理)是可行的。即使在这种情况下，也能够得到与对保护电极5进行改质处理相同的效果。

[0091] 在根据本发明的场发射装置中，通过在发射器的电子生成部分和保护电极彼此分开的状态下向保护电极施加电压，对真空腔中的至少保护电极执行改质处理。因此，根据本发明的场发射装置达到期望的耐压。

[0092] 当在场发射装置中电子束与目标物等碰撞时产生热的情况下，采用用于冷却场发射装置的冷却装置是可行的。冷却系统可以以各种形式获得，诸如空气冷却系统、水冷却系统、油冷却系统等。在油冷却系统的情况下，场发射装置可被浸没在给定容器内的冷却油中。在此浸没状态下，可适当地(例如使用真空泵)使冷却油脱气。

[0093] 虽然对支撑部施加真空腔中的真空压力等，但只要支撑部支撑发射器以通过操作支撑部来允许发射器在真空腔的端到端方向上移动，则可以应用各种配置。

[0094] 例如，支撑部可被配置成通过对该支撑部的操作而在真空腔的端到端方向上移动，并且在发射器到达期望的位置(例如，放电位置或非放电位置)时提供适度感觉(点击感觉，click feeling)。该配置提供了各种贡献和改进，诸如，容易识别支撑部操作期间的发射器位置、支撑部的可操作性改进等。

[0095] 当如上所述地场发射装置设置有用于适当地将发射器固定在期望位置时，即使在意外外力的作用下(例如在采用以上提到的油冷却功能的情况下，在将冷却油脱气期间真空泵对支撑部施加的吸力)，也防止发射器位移离开期望的位置。这提供了各种贡献来在场发射装置中实现足够的场发射并且对保护电极等进行足够的改质处理。对固定装置没有特定限制。能够以各种形式设置固定装置。在以上提到的例如X射线设备10、10A、10B中，采用能够通过螺纹紧固等来锁定支撑部4在端到端方向上的移动或者磁铁48在滑动方向上的移动的止动件是可行的。