KR102556786B1 - 전계 방사 장치 및 전계 방사 방법 - Google Patents

Abstract

진공용기(11)는 관형 절연체(2)의 길이방향으로 일측의 개구부(21)와 타측의 개구부(22)가 이미터 유닛(30)과 타겟 유닛(70)으로 각각 밀봉되고, 진공 챔버(1)는 절연체(2)의 내주측에 제공된다. 이미터 유닛(30)은 진공챔버(1) 내에서 길이방향 일측에 벨로우즈(41)를 통해 길이방향으로 이동가능하게 지지되는 가동체(4)와 상기 가동체(4)의 외주측에 위치하는 가드 전극(5)이 구비된다. 가동체(4)의 종방향 반대측의 팁(선단부)에는 팁의 표면을 성막 처리하여 전자 발생부(31)를 갖는 이미터부(43)가 형성된다.

Description

전계 방사 장치 및 전계 방사 방법

본 발명은 X선 장치, 전자관, 조명 장치 등 다양한 장치에 적용 가능한 전계 방사 장치 및 전계 방사 방법에 관한 것이다.

일례로, X선 장치, 전자관, 조명 장치 등 다양한 장치에 적용 가능한 전계 방사 장치는 절연체 내부에 진공 챔버를 형성하도록 일단 및 타단이 모두 밀봉된 관형 절연체를 포함하는 진공 용기를 포함할 수 있다.

진공 챔버는 절연체의 제1 단부 및 제2 단부 방향(이하에서 "양단 방향"이라 약칭함)으로 각각 제1 단부 측 및 제2 단부 측에 배치된 이미터(즉, 탄소 등을 사용하는 전자원) 및 타겟을 포함한다. 이미터는 이미터와 타겟 사이에 전압이 인가되면 내부의 전계 방사(즉, 전자의 생성 및 방출)에 의해 전자빔을 방사하는 구조를 갖는다. 그러면 방사된 전자빔이 타겟에 충돌한다. 이것은 의도한 기능을 달성한다. 예를 들어, X선 장치는 X선을 외부로 방사하여 의도한 투시분해능을 달성한다.

상술한 바와 같은 전계 방사 장치는 예를 들어 이미터와 타겟 사이에 배치된 그리드 전극을 갖는 3극관 구조를 채용하고, 이미터의 전자발생부(즉, 타겟과 대향하여 전자를 발생시키는 부분)의 표면을 곡면으로 하고, 이미터 주위에 이미터와 전위가 동일한 가드 전극을 배치하는 등으로 함으로써 이미터로부터 방사된 전자빔의 분산을 감소시키는 방법이 검토되고 있다.

상기와 같은 전압 인가시에는 이미터의 전자발생부에서만 전자를 방사하여 전자빔을 방사하는 것이 바람직하다. 그러나 진공 챔버에 미세한 돌기나 먼지와 같은 원하지 않는 물체가 있는 경우 의도하지 않은 플래시오버로 인한 내전압 부족으로 인해 이러한 바람직한 작동이 방해받을 수 있다.

구체적으로, 이러한 교란은 진공 챔버 내부의 가드 전극(타겟, 그리드 전극, 가드 전극 등이 될 수 있지만, 이하 가드 전극으로 간단히 설명함)이 공정중에 형성된 미세한 돌기 등과 같은 전계의 국부적인 집중을 야기할 수 있는 부분을 포함할 때; 가드 전극이 진공 챔버내부의 잔류 가스 성분과 같이 그 내부에 부착된 가스 성분을 포함할 때; 및/또는 가드 전극이 전자를 발생시킬 수 있는 요소를 포함하는 재료를 포함할 때; 발생한다. 이러한 상황은 가드 전극이 또다른 전자 생성부를 포함하게 하고, 전자 생성량을 불안정하게 하고, 전자빔의 분산을 용이하게 한다. 예를 들어, 위의 상황으로 인해 X-선 장치가 X-선 초점 편차를 겪을 수 있다.

이러한 점을 감안하여, 가드 전극에 전압 방전 조절을 가함으로써 플래시오버를 억제하고 전자 발생량을 안정화하기 위한 전계 방사 장치가 검토되고 있다. 전압 방전 조절이란, 구체적으로는 가드 전극 등(가드 전극, 그리드 전극 등)에 높은 전압 등의 전압을 인가한 후 전기 방전을 반복함으로써 행해지는 개질 또는 재생 처리(이하, 간단히 개질 처리라고 함)이다.

예를 들어, 특허문헌 1에는 벨로우즈 부재(도 1의 참조부호 41 참조)에 의해 지지되는 가동체(도 1의 참조부호 4 참조)에 진공 챔버의 양단 방향으로 이동가능하게 이미터(도 1의 참조부호 3 참조)를 장착한 전계방사장치가 개시되어 있다.

특허문헌 1에는 전계 방사 장치의 각종 부품(진공챔버, 가동체, 이미터, 가드전극 등)을 설치한 후 가동체를 양단 방향으로 이동시켜 이미터와 가드전극을 분리하는 것을 기재하고 있다. 특허문헌 1에서는, 이것이 이미터로부터의 방전을 억제(즉, 이미터를 방전 억제 상태로 함)하여, 의도하는 개질 처리를 용이하게 할 수 있다고 주장하고 있다.

또한 특허문헌 1에는 개질 처리 후 가동체를 다시 동작시켜서, 이미터(구체적으로는 전자 발생부)가 전계 방사를 이행하도록(즉, 이미터를 방전 허용 상태로 되도록) 이미터를 가드전극에 근접시키는 것이 기술되어 있다.

특허문헌 2에는 탄소(예를 들어, 카본 나노튜브)와 같은 재료로 이미터의 기판에 성막 처리를 가함으로써 이미터에 전자 발생부를 형성하는 방법이 개시되어 있다.

전계방사장치는 부품의 치수공차, 조립오차 등 다양한 공차(이하 간단히공차라 함)를 포함하는 경우가 많다. 이러한 공차는 상술한 바와 같이 이미터가 장착되는 가동체의 동작에 문제를 일으킬 수 있다. 구체적으로, 이러한 공차는 이미터와 가드 전극 사이의 축 어긋남 등의 문제를 야기할 수 있으며, 개질 처리 후 가동체를 작동시켜 이미터가 방전 억제 상태의 위치에서 방전 허용 상태의 위치로 이동할 때 이미터의 전자 발생부가 가드 전극에 적절하게 접근하거나 접촉하여 이동하는 것을 방해할 수 있다. 이로 인해 이미터(전자 발생부)로부터의 의도한 전계 방사가 실패할 수 있다.

특허 문헌 1: 일본국 특허공보 제 6135827 호 특허 문헌 2: 일본국 특허공보 제 4408891 호

전술한 기술적 과제를 감안하여, 본 발명의 목적은 이미터의 전자발생부와 가드 전극 사이의 의도된 접근 또는 접촉을 용이하게 하여 의도된 전계 방사를 용이하게 하는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 전계 방사 장치 및 전계 방사 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 전계 방사 장치는, 관 형상의 절연체와 상기 절연체 내부에 형성된 진공 챔버를 포함하고, 상기 절연체는 양단부가 밀봉된 일단부 및 타단부를 포함하는 진공 용기; 상기 일단부 및 타단부의 방향인 양단 방향으로 팽창 가능한 벨로우즈 부재; 상기 진공챔버의 양단방향의 제1단부측에 배치되며, 상기 벨로우즈부재에 의해 양단방향으로 이동가능하게 지지되는 가동체; 상기 가동체 주위에 배치된 가드 전극; 및 양단 방향의 제2 단부측을 향하는 면인 상기 가동체의 제2 면과 대향하도록 상기 진공 챔버 내의 양단 방향의 제2 단부측에 배치되는 타겟을 포함하고, 상기 가동체는 상기 가동체의 제2 면의 팁에 형성된 이미터를 포함하고; 상기 이미터는 상기 팁의 표면에 성막 처리를 가함으로써 형성되고, 전자 발생부를 포함한다.

상기 전계 방사 장치는 또한, 상기 가동체는 양단 방향에서 제1 단부측으로부터 제2 단부측을 향하여 직경이 감소하면서 단차를 형성하는 외주 단차부를 포함하는 외주부를 포함하고; 상기 가드 전극은 양단 방향에서 제1 단부측으로부터 제2 단부측을 향하여 직경이 감소하면서 단차를 형성하는 내주 단차부를 포함하는 내주부를 포함하고; 상기 외주 단차부와 상기 내주 단차부는 양단 방향에서 보았을 때 서로 중첩되며, 상기 이미터의 전자발생부와 상기 가드 전극은 서로 근접하거나 접촉하는 조건을 만족하도록 서로 접촉하는 구조이다.

상기 전계 방사 장치는 다음과 같이 추가로 구성될 수 있다. 상기 벨로우즈 부재는 관형상이고 상기 가동체와 동축상으로 형성되고, 하나의 단부는 상기 진공용기의 제1단부에 의해 지지되고, 다른 단부는 상기 가동체를 지지하는 한쌍의 단부를 포함하며; 상기 진공 용기는 상기 양단 방향중 제1단부측에 있는 상기 진공용기의 일단부를 통하여 상기 양단 방향으로 연장되는 가동체 작동홀을 포함하고, 상기 가동체 작동홀은 상기 벨로우즈 부재에 대해 내주측에 배치되고 상기 가동체와 동축상이며; 상기 가동체는 상기 양단 방향중 제1단부측을 향하고, 양단 방향중 제2 단부측에서 제1 단부측을 향하는 방향으로 상기 가동체와 동축으로 연장되는 샤프트를 포함하는 제1 면을 포함하고; 상기 샤프트는 상기 가동체 작동 홀을 통해 연장되고 상기 양단 방향으로 이동 가능하다.

상기 전계 방사 장치는 상기 가드 전극이 상기 양단 방향중 상기 제2 단부 측에 대향하는 제2 단부를 포함하고, 상기 가드 전극의 상기 제2 단부에 배치되고 상기 이미터의 전자발생부가 상기 양단 방향으로의 상기 가동체의 이동에 기인하여 소경부로부터 분리 및 접근하도록 구성된 상기 소경부를 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 전계 방사 장치는, 상기 가드 전극이 상기 양단 방향중 상기 제2 단부 측에 대면하는 제2 단부를 포함하고, 상기 가드 전극의 상기 제2 단부에 배치되며, 상기 가동체축을 향하여 연장되고 상기 양단 방향에서 보았을 때 상기 이미터의 전자 발생부 주변과 중첩되도록 형성된 주연부를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 전계방사장치를 이용한 전계방사 방법은, 상기 가동체를 양단 방향으로 이동시켜 상기 타겟과 상기 이미터의 전자발생부 사이의 거리를 변화시켜 전계방사 전류의 출력을 설정하는 단계; 및 의도한 거리로 설정된 위치에 상기 가동체를 고정하는 단계; 및 상기 가동체가 상기 위치에 고정된 상태에서 상기 이미터의 전자 발생부로부터 전계를 방사하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 이미터의 전자 발생부와 가드 전극 사이의 의도된 접근 또는 접촉을 용이하게 하여 의도된 전계 방사를 용이하게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 X선 장치(10)를 설명하기 위한 개략적인 구성도로서, X선 장치(10)의 진공 챔버(1)의 양단 방향 종단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 이미터 유닛(30)를 설명하기 위한 개략적인 구성도로서, 도 1의 부분 확대도이다.
도 2a는 방전 허용 상태를 나타내고, 도 2b는 방전 억제 상태를 나타낸다.
도 3은 가드 전극(5)의 일례를 설명하기 위한 개략 구성도로서, 도 1의 일부 확대도이고 주연부(52) 대신 소경부(51)를 포함하는 가드 전극(5)을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 가드 전극(5)과 이미터(43)의 접촉 및 분리를 설명하기 위한 개략 구성도로서, 도 4a는 가드 전극(5)과 이미터(43)가 근접한 상태를 나타내고, 도 4b는 가드 전극(5)과 이미터(43)가 서로 압접된 상태를 도시한다.
도 5는 제2 실시예에 따른 가동체(4)의 이동을 조절하는 방법을 설명하기 위한 개략 구성도로서, 도 1의 일부 확대도이고. 방전 허용 상태를 나타낸다.
도 6은 일반적인 전계 방사 장치(10A)를 설명하기 위한 개략 구성도로서, 전계 방사 장치(10A)의 진공 챔버(1)의 양단 방향의 종단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 이미터 유닛(30)을 설명하기 위한 개략 구성도로서, 도 6의 일부에 대한 확대도이다. 도 7a는 축 어긋남이 없는 상태를 나타낸다. 도 7b는 축이 어긋난 상태를 나타낸다.

본 발명의 각 실시예는 이미터를 진공 챔버의 양단 방향의 제1 단부측에 있는 벨로우즈 부재에 의해 이동 가능하게 지지되는 가동체(이하, 이러한 가동체를 간단히 가동체라고 한다) 에 단순히 장착하는 것을 제시하는 특허 문헌 1과 같은 구성(이하 종래 구성이라 함)에 따른 것과는 전혀 다른 전계 방사 장치 및 전계 방사 방법을 보여준다.

본 실시예 각각은 성막 처리에 의해 가동체 자체에 이미터가 형성된 가동체를 채용한다. 구체적으로, 상기 가동체는 전자 발생부를 포함하는 이미터가 형성된 면을 포함하고 양단 방향의 제2 단부측에 대면하는 팁을 포함한다.

종래 구성은 도 6, 7a 및 7b 에 도시된 전계 방사 장치(10A)와 같은 전계 방사 장치를 제시하며, 상기 전계 방사 장치는 진공 용기(11)의 진공 챔버(1)의 양단 방향의 일단부측에 벨로우즈 부재(41)에 의해 이동 가능하게 지지되는 가동체(4A)에 장착된 이미터(3)를 포함한다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 전계방사장치(10A)는 가동체(4A)를 양단방향으로 이동시켜 이미터(3)와 가드전극(5) 사이의 거리를 변화시키도록 구성된다. 그러나, 도 7b에 도시된 바와 같이, 전계 방사 장치(10A)는 구성부품의 공차로 인해 이미터(3)와 가동체(4A) 사이의 축 어긋남을 겪을 수 있다. 이러한 축 어긋남은 이미터(3)와 가동체(4A)를 서로 근접 또는 접촉 상태로 적절하게 유지하는데 실패를 유도하고 이후 이미터(3)로부터(구체적으로는, 전자 발생부(31)로부터) 의도된 전계 방사를 수행하지 못하게 할 수 있다. 또한, 축 어긋남은 이미터(3) 표면의 전계 균일성을 방해하고 국부 전계 방사가 발생할 경우 이미터(3)의 수명을 단축시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예 각각은 이미터를 가동체 자체에 형성함으로써, 종래의 이미터의 장착 공정을 생략할 수 있다. 이미터를 가동체 자체에 형성하는 구성은 가동체의 축 어긋남을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 본 발명의 각 실시예는 가동체를 양단 방향으로 적절히 이동시킴으로써 이미터와 가드 전극을 의도대로 소정의 인접 상태(즉, 이미터와 가드 전극이 서로 근접하거나 접촉한 상태)로 만들 수 있다. 이는 목적하는 전계 방사를 용이하게 한다.

본 실시예의 각각은 전술한 바와 같이 성막 처리에 의해 가동체 자체에 형성되는 이미터를 채용하고 있으며, 이미터와 가드 전극 사이의 거리 변화를 허용하도록 구성되는 한, 전계 방사 장치 분야 및 탄소 나노 튜브분야 등 다양한 분야의 통상의 기술 지식을 참조하여 특허문헌1의 기술을 적절히 변형시킬 수 있다. 이는 아래의 실시예1 및 실시예2 에 의해 예시된다.

이하의 실시예1 및 실시예2는 공통 구성요소 등을 동일한 참조 부호로 나타내므로, 적절히 구체적인 설명을 생략한다. 또한, 설명의 편의를 위하여 이하에서 설명하는 진공용기(11)의 일단부 및 타단부의 방향을 간단히 양단방향이라 하고, 양단방향에서 상기 제1단부측은 양단 제1측이라 칭하고, 양단 방향중 상기 제2단부측은 양단 제2측이라 칭한다.

[제1 실시예]

<X선 장치(10)의 구성>도 1, 2a 및 2b의 참조 번호 10은 X선 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 제1 실시예에 따른 X선 장치를 나타낸다. X선 장치(10)는 절연체(2)와 절연체(2) 내부에 형성된 진공용기(11)를 포함하는 진공용기(11)를 구비한다. 절연체(2)는 관형상이고, 양단 제1측에 대면하는 개구부(21)와 양단 제2측에 대면하는 개구부(22)를 포함한다. 개구부(21)는 이미터 유닛(30)으로 밀봉된다(예를 들어, 납땜에 의해). 개구부(22)는 타겟 유닛(70)으로 밀봉된다.

X선 장치(10)는 이미터유닛(30)와 타겟유닛(70) 사이(즉, 후술하는이미터(43)와 타겟(7) 사이)에 그리드 전극(8)을 포함한다. 그리드 전극(8)은 진공 용기(11)의 양단 방향과 교차하는 방향인 진공 챔버(1)에 대한 단면 방향으로 연장된다.

절연체(2)는 그 내부에 진공 챔버(1)를 형성하고, 세라믹 등의 절연 재료로 구성되어 이미터 유닛(30)과 타겟 유닛(70) 사이(즉, 후술하는 이미터(3)와 타겟(7) 사이)를 절연시킨다. 절연체(2)는 상기 조건을 만족하는 한 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도면들에 도시된 바와 같이, 절연체(2)는 한 쌍의 관 형상의 절연부재(2a, 2b)가 축방향으로 동축으로 배치되고 그리드 전극(구체적으로는 후술하는 리드 단자(82))을 사이에 두고 납땜에 의해 접합될 수 있다.

이미터유닛(30)은 플랜지(30a), 가동체(4) 및 가드전극(5)을 포함한다. 플랜지(30a)는 절연체(2)의 개구부(21)의 단부면(21a)에 의해 지지되고 개구부(21)를 밀봉한다. 가동체(4)는 양단 방향의 제1 단부에 인접하여 진공 챔버(1) 내에 배치되고, 벨로우즈 부재(41)에 의해 양단 방향으로 이동 가능하게 지지된다. 가드 전극(5)은 가동체(4)의 외주를 둘러싸도록 배치된다.

가동체(4)는 가동체(4)에 사용 가능한 재료를 성형하거나, 그 재료 덩어리를 기계가공(예를 들어, 절단, 연마 등)함으로써 형성된다. 가동체(4)는 상술한 이미터(43) 외에 본체(42)와 샤프트(44)를 포함한다. 본체(42)는 기둥 형상을 갖는다. 이미터(43)는 본체(42)의 양단 제2측에 대면하는 본체(42)의 제2면에 형성된다(즉, 양단 제2측을 향한 가동체(4)의 팁에 형성됨). 샤프트(44)는 양단 제1측을 향하는 본체(42)의 제1면에 형성된다.

이미터(43)는 본체(42)보다 직경이 작고, 가동체(4)는 본체(42)와 이미터(43) 사이에 외주 단차부(45)를 포함한다. 외주 단차부(45)는 단차를 형성하도록 양단 제1측에서 양단 제2측을 향함에 따라 직경이 감소하는 형상을 갖는다.

이미터(43)는 양단의 제2 측면에 대면하는 표면을 포함하고, 그 표면에 전자 발생부(31)를 형성하기 위해 성막 처리에 의해 표면이 가공된다. 전자 발생부(31)는 도면에 도시된 바와 같이 전압 인가에 따라 전자를 발생시켜 전자빔(L1)을 방출하는 구조의 방사체라면 다양하게 구성될 수 있다.

예를 들어, 전자 발생부(31)는 탄소(예를 들어, 탄소 나노튜브)와 같은 물질로 성막 처리(예를 들어, 특허 문헌 2에 개시된 것)에 의해 형성될 수 있으며, 여기서 상기 물질은 이미터(43)의 표면에 박막으로 증착된다. 후술하는 도 4a 및 도 4b의 이미터(43)는 전자 발생부(31)가 증착에 의해 이미터(43)에 상당한 수의 탄소 나노튜브를 증착함으로써 형성되는 것을 도시된다.

전자 발생부(31)는 바람직하게는 타겟 유닛(70)(구체적으로는 타겟(7))에대면하고 오목한 곡면을 갖는 표면을 포함한다. 이는 전자빔(L1)의 포커싱을 용이하게 한다.

샤프트(44)는 가동체(4)의 축선을 따라 양단 제2측에서 양단 제1측을 향하는 방향으로 연장되며, 양단 제1측을 향하는 샤프트(44)의 팁이 가동체 작동홀(32)을 꿰뚫토록 가동체 작동 홀(32)에 삽입된다. 이는 샤프트(44)가 양단 방향으로 움직일 수 있게 한다.

가동체(4)에 사용 가능한 재질은 성형, 기계 가공 등에 의해 원하는 형상으로 성형할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스테인레스 스틸(즉, SUS 재료) 또는 구리와 같은 도전성 금속일 수 있다.

벨로우즈 부재(41)는 가동체(4)의 샤프트(44)보다 직경이 큰 관형상이고, 가동체(4)와 동축으로 연장되도록 배치(예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 샤프트(44)의 외주를 둘러싸도록 연장됨)되고, 양단 방향으로 확장 가능하다. 또한, 벨로우즈 부재(41)는 한쪽이 양단 제1측을 향하고 플랜지(30a)에 의해 지지되며, 다른 쪽이 양단 제2측을 향하고 본체(42)를 지지하는 한 쌍의 단부를 포함한다.

벨로우즈 부재(41)는 진공 챔버(1)와 대기(즉, 진공 용기(11)의 외부) 사이의 칸막이 역할을 하여 후술하는 가동체 작동 홀(32)이 있음에도 불구하고 진공 챔버(1)의 기밀을 유지한다. 또한 벨로우즈 부재(41)는 가동체(4)를 지지하고, 가동체(4)를 양단 방향으로 이동시킨다. 도면에서 가동체(4)는 샤프트(44)를 양단 방향으로 이동시킴으로써 작동된다.

벨로우즈 부재(41)는 상술한 바와 같이 확장 가능한 것이라면 다양하게 구성될 수 있으며, 예를 들어 박판 금속을 적절히 가공하여 형성할 수 있다. 도면에는 샤프트(44)의 외주를 둘러싸도록 양단 방향으로 연장되는 벨로우즈 관형 벽(41a)을 포함하는 벨로우즈 부재(41)가 예시적으로 도시되어 있다.

가드 전극(5)은 가동체(4) 주위, 특히 이미터(43)의 전자 발생부(31) 주위에 배치된다. 가드 전극(5)은 가드 전극(5)과 이미터(43)가 가동체(4)의 이동으로 인해 가드 전극(5) 과 전자 발생부(31)사이의 접촉 및 분리의 결과로 소정의 인접 상태(예를 들어, 도 1에 도시된 상태)에 있을 때 전자빔(L1)의 분산을 억제하는 구조라면 다양하게 구성될 수 있다.

예를 들어, 가드 전극(5)은 스테인레스 스틸(즉, SUS 재질)과 같은 재질로 이루어질 수 있으며, 이미터(43)의 외주를 둘러싸도록 양단 방향으로 연장되는 관 형상을 가질 수 있으며, 양단 제1측을 향하고 플랜지(30a) 근방에서 벨로우즈 부재(41)의 외주를 둘러싸는 하나의 단부와, 양단 제2측을 향하고(즉, 타겟(7)을 향하고) 이미터(43)와 접촉 및 분리되는 다른 단부를 가지는 한쌍의 단부를 포함한다. 또한, 도면의 가드 전극(5)은 단차부(53)를 형성하도록 양단 제1측에서 양단 제2측으로 가면서 직경이 작아지는 형상이다.

이미터(43)와의 접촉 및 분리에 관한 가드 전극(5)의 구성은 특정한 것에 한정되지 않는다. 가드 전극(5)은 도 1, 2a 및 2b에 도시된 바와 같이 가동체(4)의 축심을 향하여 연장되고, 양단 방향에서 보았을 때 이미터(43)의 전자 발생부(31)의 주변부(31a)와 겹치는 주연부(52)을 포함할 수 있고, 또는 도3에서와 같이, 양단 제2측을 향하는 가드 전극(5)의 단부에 소경부(51)를 포함할 수 있다. 그렇지 않으면, 가드 전극(5)은 주연부(52)와 소경부(51) 모두를 포함할 수 있다(도면에 도시되지 않음).

접촉 및 분리에 대해 상술한 바와 같이 구성된 가드 전극(5)의 경우, 가동체(4)의 이동은 가드 전극(5)의 관형 내부 공간 내에서 이미터(43)를 양단 방향으로 이동시켜 이미터(43)의 전자 발생부(31)가 주연부(52) 또는 소경부(51)와 접촉 및 분리되도록 한다. 또한, 주연부(52)을 포함하는 가드 전극(5)의 경우, 주연부(52)는 가드 전극(5)과 이미터(43)가 소정의 인접 상태에 있을 때 전자 발생부(31)의 주변부(31a)를 덮어 보호한다.

상기에 추가하여, 전자 발생부(31) 상(특히 주변부(31a))의 전기장의 국부적인 집중을 억제하고 전자 발생부(31)로부터 다른 구성부품으로의 플래시오버를 억제하기 위해 전자 발생부(31)의 주변부(31a)는 외관상 곡률 반경이 증가될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 가드 전극(5)은 양단 제2측을 향하는 가드 전극(5)의 단부에 볼록한 형상의 곡면부(51a)를 포함할 수 있다.

도 3에서, 가드 전극(5)은 가드 전극(5)의 외주에 용접 등에 의해 장착되는 게터(54)를 포함한다. 게터(54)는 장착 위치 및 재료에 제한이 없다.

플랜지(30a)는 벨로우즈 부재(41)에 대한 내주측의 위치에서 양단 방향으로 플랜지(30a)를 통해 연장되고 가동체(4)와 동축인 가동체 작동 홀(32)을 포함한다. 가동체 작동홀(32)은 샤프트(44)의 팁으로부터 홀내부로 삽입되어 샤프트(44)가 양단 방향으로 이동하도록 된 샤프트(44)를 수용한다.

가동체 작동 홀(32)을 통해 연장되는 샤프트(44)의 이러한 구성은 작업자가 샤프트(44)의 팁(즉, 진공 용기(11) 외부로 돌출된 팁(선단))을 양단 방향으로 잡고 이동시켜 가동체(4) (상세하게는 이미터(43)의 전자 발생부(31))와 후술하는 타겟(7) 사이의 거리를 적절하게 변경할 수 있게 한다.

타겟 유닛(70)은 타겟(7) 및 플랜지(70a)를 포함한다. 타겟(7)은 이미터(43)의 전자 발생부(31)와 대면해 있다. 플랜지(70a)는 절연체(2)의 개구부(22)의 단부면(22a)에 의해 지지되고 개구부(22)를 밀봉한다.

타겟(7)은 도면에 도시된 바와 같이 이미터(43)의 전자발생부(31)에서 방사되는 전자빔(L1)을 받아서 X-선(L2)을 방사하는 구조라면 다양하게 구성될 수 있다. 도면에서 타겟(7)은 전자 발생부(31)와 마주하는 부분을 포함하며, 상기 부분은 전자 빔(L1)에 대해 소정의 각도로 경사진 단면 방향으로 퍼지는 경사면(71)을 포함한다. 따라서, 전자빔(L1)은 경사면(71)과 충돌한다. 이것은 X-선(L2)이 전자 빔(L1)의 조사 방향에 대해 기울어진 방향으로 조사되게 한다. 예를 들어, X선 (L2)은 진공 챔버(1)에 대한 단면 방향으로 조사된다.

그리드 전극(8)은 전술한 바와 같이 이미터(43)와 타겟(7) 사이에 배치되고, 그리드 전극(8)을 통과하는 전자빔(L1)을 적절하게 제어할 수 있는 구조를 갖는 한 다양한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 그리드 전극(8)은 전극(81)(예를 들어, 메쉬 전극) 및 리드 단자(82)를 포함할 수 있으며, 전극(81)은 진공 챔버(1)에 대해 단면 방향으로 연장되고, 전자빔(L1)이 통과하는 통공(81a)을 포함하며; 리드 단자(82)는 진공 챔버(1)에 대해 단면 방향으로 절연체(2)를 통과해 연장된다.

이상과 같이 구성된 X선 장치(10)는 가동체(4)를 적절히 이동시켜 이미터(43)의 전자 발생부(31)와 타겟(7) 사이의 거리를 변화시켜 이미터(43)를 방전 억제 상태와 방전 허용상태로 변환되도록 한다.

<가드 전극상의 개질 처리와 X선 장치(10)에 있어서의 전계방사예>

우선, X선 장치(10)의 가드 전극(5) 등의 개질 처리시에, 이미터(43)는 방전 억제 상태가 된다. 이것은 가동체 작동 홀(32)을 통하여 연장된 샤프트(44)의 팁을 샤프트(44)가 작동하도록 적절하게 파지하여 가동체(4)를 양단 제1측을 향하는 방향으로 이동시킴으로써, 그에 의하여 도 2b에서 보여지는 바와 같이, 이미터(43)의 전자 발생부(31)가 가드 전극(5)의 주연부(52)(또는 도 3의 경우 소경부(51))로부터 분리되면서 이행된다: 이러한 작동은 작업자 등에 의해 수행될 수 있다.

도 2b에 도시한 바와 같은 상태에서, 가드 전극(5)등의 개질 처리(예를 들어, 가드 전극(5) 표면의 용해 평활화)는 가드 전극(5)과 그리드 전극(8) (리드 단자(82)) 사이 또는 타겟(7)과 그리드 전극(8) 사이중 하나에 의도된 개질 전압을 인가하여 가드 전극(5) 등으로부터 반복적인 전기 방전을 야기함으로써 수행될 수 있다.

개질 처리 후의 전계 방사 시, 이미터(43)의 전자 발생부(31)와 가드 전극(5)의 주연부(52)은 샤프트(44)를 다시 작동시켜 가동체(4)를 양단 제2측을 향하는 방향으로 이동시킴으로써, 도 2a에 도시된 바와 같이 소정의 인접 상태가 된다. 이는 전자발생부(31)로부터 방사된 전자빔(L1)의 분산을 억제하는 역할을 한다.

도 2a에 도시한 바와 같은 상태에서, 이미터(43)의 전자 발생부(31)와 가드 전극(5)은 전위가 같고, 이미터(43)와 타겟(7) 어느 하나의 부분에 의도하는 전압을 인가함으로써 전자 발생부(31)로부터의 전자를 발생시켜 전자빔(L1)이 방사될 수 있다. 그 후, 전자빔(L1)이 타겟(7)과 충돌하여 타겟(7)이 X-선(L2)을 방사하게 한다.

상술한 제1 실시예는 샤프트(44)가 적절하게 작동되어 가동체(4)를 양단 방향으로 이동시켜 의도한 개질 처리를 수행하는 동시에 가드 전극(5)이 플래시오버(즉, 전자의 발생)를 일으키는 것을 억제하고, 이에 의해 X선 장치(10)의 전자 발생량을 안정화시키는 역할을 한다. 또한, 제1 실시예는 전자빔(L1)을 집속된 전자속으로 함으로써 X선(L2)의 초점의 수렴을 용이하게 하여 X선 장치(10)의 투시 분해능을 향상시킨다.

가동체(4) 자체에 전자 발생부(31)를 구비시킨 이미터(43)를 형성하는 구성은 종래의 구성에서와 같은 축 어긋남을 방지하고, 이미터(43)와 가드 전극(5)을 의도한 소정의 인접 상태로 만드는 작업을 용이하게 한다.

이것은 가동체(4)가 양단 방향으로 적절하게 이동되고 이미터(43)의 전자 발생부(31)와 타겟(7) 사이의 거리를 의도한 대로 설정된 위치에 고정될 수 있게 하고, X-선 조사가 가동체(4)가 그 위치에 고정된 상태로 의도한 대로 수행될 수 있게 한다.

[제2 실시예]

X선 장치(10)는 가동체(4)의 양단 방향으로의 적절한 이동 거리를 설정함으로써, 이미터(43)의 전자 발생부(31)와 가드 전극(5)을 의도한 바대로 소정의 인접 상태로 되도록 구성되어 있다. 그러나, 이 작동은 X선 장치(10)의 내부가 보이지 않기 때문에 전자발생부(31)와 가드전극(5)이 실제로 소정의 인접 상태에 있는지 확인하기 어려울 수 있다. 즉, 양단 방향으로의 가동체(4)의 이동 거리를 적절하게 설정하는 것을 어렵게 할 수 있다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 주연부(52)을 포함하는 가드 전극(5)의 경우, 상기 어려움은 가동체(4)가 양단 제2 측을 향하는 방향으로 과도하게 이동하게 하여 도 4b에 도시된 바와 같이 전자 발생부(31)가 주연부(52)에 압접되어 손상될 수 있다. 도 4b에서 도면부호 31b는 전자발생부(31)의 손상된 부분을 나타낸다.

이상을 감안하여, 제2 실시예에서는, 가동체(4)의 양단 제2측 방향의 이동량을 다음과 같이 조절함으로써, 양단 방향의 가동체(4)의 이동량의 적절한 설정이 용이하도록 구성되어 있다.

<가동체(4)의 이동 조절 구성>

도 5에 도시된 X선 장치(10)의 가드 전극(5)은 양단 방향의 중간에 가드 전극(5)의 내주에 배치되고 양단 제1측으로부터 양단 제2측을 향하는 방향으로 직경이 감소하는 형상을 가지고 단차를 형성하는 내주 단차부(55)를 포함한다. 따라서, 가드 전극(5)은 제2 부분보다 직경이 더 큰 제1 부분을 포함하며, 상기 제1 부분은 내주 단차부(55)에 대해 양단 제1 측을 향하는 부분이고; 상기 제2 부분은 내주 단차부(55)에 대해 양단 제2 측을 향하는 부분이다.

가드 전극(5)의 내주 단차부(55)는 양단 방향에서 보았을 때 가동체(4)의 외주 단차부(45)와 겹친다. 내주 단차부(55)와 외주 단차부(45)는 내주 단차부(55)와 외주 단차부(45)가 서로 접촉(예를 들어, 면대면 접촉)할 때 도 4a에 도시한 바와 같이 이미터(43)의 전자 발생부(31)와 가드 전극(5)이 소정의 인접 상태가 되도록 구성되어 있다. 도 4a 또는 5에서, 이미터(43)의 전자 발생부(31)와 가드 전극(5)의 주연부(52)는 그들 사이에 간극(56)을 갖는다.

상술한 제2실시예는 제1실시예와 동일한 효과 외에 다음과 같은 효과를 갖는다. 외주 단차부(45)가 내주 단차부(55)와 접촉할 때까지 샤프트(44)의 작동에 의해 가동체(4)가 주행하는 조건을 만족하도록 가동체(4)의 양단 제2측 방향으로의 이동이 도 4a에 도시된 바와 같이 조절되고, 전자 발생부(31)와 가드 전극(5)은 소정의 인접 상태에 있게 된다.

따라서, 제2 실시예는 미리 정해진 인접 상태를 확인하는 것을 용이하게 하고, 가동체(4)의 양단 방향으로의 이동 거리의 적절한 설정을 용이하게 한다.

내주 단차부(55)와 외주 단차부(45)는 이미터(43)의 전자 발생부(31)와 가드 전극(5)이 소정의 인접 상태일 때 서로 접촉하는 구조라면 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 내주 단차부(55)와 외주 단차부(45)는 각각 접촉면을 따라 단면 방향으로 연장되도록 구성될 수 있다.

상기 설명은 본 발명의 선택된 실시예만을 상술한다. 여기에 기재된 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 또한 이러한 변형이 본 발명의 청구범위에 속함은 당연하다.

예를 들어, X선 장치(10)는 가동체(4)의 외주를 따라 양단 방향으로 연장되는 가이드 레일(미도시)과 같이 가동체(4)를 양단 방향으로 안내하기 위한 가이드 부재를 더 포함하도록 변형될 수 있다.

또한, 특허 문헌 1 등에 개시된 내용을 적절히 설계변경하는 방법으로도 제1 및 제2 실시 형태의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 관 형상의 절연체와 상기 절연체 내부에 형성된 진공 챔버를 포함하고, 상기 절연체는 양단부가 밀봉된 일단부 및 타단부를 포함하는 진공 용기;
   상기 일단부 및 타단부의 방향인 양단 방향으로 팽창 가능한 벨로우즈 부재;
   상기 진공챔버의 양단방향의 제1단부측에 배치되며, 상기 벨로우즈부재에 의해 양단방향으로 이동가능하게 지지되는 가동체;
   상기 가동체 주위에 배치된 가드 전극;
   및 양단 방향의 제2 단부측을 향하는 면인 상기 가동체의 제2 면과 대향하도록 상기 진공 챔버 내의 양단 방향의 제2 단부측에 배치되는 타겟;을 포함하고,
   상기 가동체는 상기 가동체의 제2 면의 팁에 형성된 이미터;를 포함하고;
   상기 이미터는 상기 팁의 표면에 성막 처리를 가함으로써 형성되고 전자 발생부를 포함하고;
   상기 가동체는 양단 방향에서 제1 단부측으로부터 제2 단부측을 향하여 직경이 감소하면서 단차를 형성하는 외주 단차부를 포함하는 외주부를 포함하고;
   상기 가드 전극은 양단 방향에서 제1 단부측으로부터 제2 단부측을 향하여 직경이 감소하면서 단차를 형성하는 내주 단차부를 포함하는 내주부를 포함하고; 및
   상기 외주 단차부와 상기 내주 단차부는 양단 방향에서 보았을 때 서로 중첩되며, 상기 이미터의 전자발생부와 상기 가드 전극은 서로 근접하거나 접촉하는 조건을 만족시키도록 서로 면대면 접촉하는 구조인 것을 특징으로 하는 전계 방사 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 벨로우즈 부재는 관형상이고 상기 가동체와 동축상으로 형성되고, 하나의 단부는 상기 진공용기의 제1단부에 의해 지지되고, 다른 단부는 상기 가동체를 지지하는 한쌍의 단부를 포함하며;
   상기 진공 용기는 상기 양단 방향중 제1단부측에 있는 상기 진공용기의 일단부를 통하여 상기 양단 방향으로 연장되는 가동체 작동홀을 포함하고, 상기 가동체 작동홀은 상기 벨로우즈 부재에 대해 내주측에 배치되고 상기 가동체와 동축상이며;
   상기 가동체는 상기 양단 방향중 제1단부측을 향하고, 양단 방향중 제2 단부측에서 제1 단부측을 향하는 방향으로 상기 가동체와 동축으로 연장되는 샤프트를 포함하는 제1 면을 포함하고;
   상기 샤프트는 상기 가동체 작동 홀을 통해 연장되고 상기 양단 방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 전계 방사 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가드 전극이 상기 양단 방향중 상기 제2 단부 측에 대면하는 제2 단부를 포함하고, 상기 가드 전극의 상기 제2 단부에 배치되고 상기 이미터의 전자발생부가 상기 양단 방향으로의 상기 가동체의 이동에 기인하여 소경부로부터 분리 및 접근하도록 구성된 상기 소경부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방사 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 가드 전극이 상기 양단 방향중 상기 제2 단부 측에 대면하는 제2 단부를 포함하고, 상기 가드 전극의 상기 제2 단부에 배치되며, 상기 가동체의 축심을 향하여 연장되고 상기 양단 방향에서 보았을 때 상기 이미터의 전자 발생부 주변과 중첩되도록 형성된 주연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방사 장치.
6. 상기 가동체를 양단 방향으로 이동시켜 상기 타겟과 상기 이미터의 전자발생부 사이의 거리를 변화시켜 전계방사 전류의 출력을 설정하는 단계;
   의도한 거리를 설정한 위치에 상기 가동체를 고정하는 단계;
   및 상기 가동체가 상기 위치에 고정된 상태에서 상기 이미터의 전자 발생부로부터 전계를 방사하는 단계;를 포함하는, 제1항의 전계 방사 장치를 이용한 전계 방사 방법.