(57)【要約】【課題】  電子やイオン等の荷電粒子を効率良く安定的に豊富に発生させ，なおかつ，加熱フィラメントを構成要素として含まず，構造が簡単で安価な半永久的に使用可能な荷電粒子発生源を提供すること。【解決手段】  絶縁性中空管（１）の一端に，先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）が存在し，絶縁性中空管（１）のもう一方の他端に，もうひとつの電極（３）が存在している構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性中空管（１）の一端に，先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）が存在し，絶縁性中空管（１）のもう一方の他端に，もうひとつの電極（３）が存在している構成からなる荷電粒子発生源。
【請求項２】
絶縁性中空管（１）の両端に，先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）が存在している構成からなる荷電粒子発生源。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の，先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）として，円錐状もしくは角錐状もしくは楕円錐状もしくは扁平錐状の形状である錐状中空管電極，または漏斗管状中空管電極，またはらっぱ管状中空管電極が設けられた構成からなる荷電粒子発生源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は，電子またはイオン等の荷電粒子を発生する荷電粒子発生源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  電子やイオンの発生源，装置，方法などについて，非特許文献１に開示されているものがある。【０００３】  電子の発生方法としては，熱電子放出原理に基づく熱陰極が主流であり，タングステンなどの金属を構成要素とするフィラメントを加熱するものである。【０００４】  イオン発生源としては，気中放電を利用するプラズマイオン源や金属表面と原子間の相互作用を利用する表面効果イオン源などがある。【０００５】  プラズマを利用するイオン発生源としては，ホローカソード型イオン源，カウフマン型イオン源，フリーマン型イオン源，デュオプラズマトロン型スパッタイオン源，マイクロ波放電型イオン源，バケット型イオン源（多極磁界型），ヒル・ネルソン型スパッタイオン源（電子衝撃型），ビームプラズマ型イオン源などがある。表面効果を利用するイオン源としては，液体金属イオン源，二次負イオン放出型負イオン源（スパッタ型）などがある。しかし，いずれも，必ずしも構造が簡単とは言えないし，価格も安価ではない。【０００６】
【非特許文献１】  社団法人  電気学会編集  「電子・イオンビーム工学」  オーム社刊  １９９９年５月２０日  第２版発行  Ｐ２３〜５４「電子の発生とビーム形成」  Ｐ５５〜９０「イオンの発生と引き出し」
【０００７】  ここでは，背景技術について，一般の人々にも身近な例をあげて説明する。
家庭用蛍光管において，その管内部両端には，フィラメントを構成要素とした電子発生源がある。これは，タングステン二重コイルまたは三重コイルの上に，バリウム，ストロンチウム，カルシウムなどのアルカリ土類金属の酸化物からなる，電子を放出しやすい熱電子放射物質（エミッター）が塗布されたものである。【０００８】  フィラメントは，ランプ始動の際，予熱電流によって赤熱され，フィラメントに塗布された熱電子放射物質（エミッター）から熱電子が放射される。また，放電中も，フィラメントは，管内を流れる電流や電子，イオン衝突によって加熱され，一定の温度を保ち，熱電子放射物質（エミッター）から豊富に電子を放出し，放電を持続する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  上記のようなフィラメントを構成要素とした，従来の熱電子発生源にあっては，フィラメントに塗布された熱電子放射物質（エミッター）が，電子やイオンの衝突，加熱などにより，次第に飛散，蒸発し，消耗する。熱電子放射物質（エミッター）が消耗し，熱電子放出が不十分となれば，放電は不可能となり，ランプは不点灯となる。【００１０】  寿命がきて不点灯となった蛍光管は，廃棄物として排出されることになる。水銀などの有害物質も多く含んでいることから，地球環境への悪影響も問題となる。半永久的に使用可能な電子発生源であれば，蛍光管の寿命も非常に長くなるので，地球環境への負荷は問題とならなくなるし，資源の節約にもつながる。【００１１】  また，フィラメントを電流等によって加熱する方式は，熱としてエネルギーが消費されるということでもあり，その分，光へのエネルギー変換効率が悪いという問題点もある。【００１２】  蛍光管の寿命が近づくと，フィラメント周辺の管両端部が，飛散，蒸発した熱電子放射物質で黒ずんだり，フィラメントが過度に赤熱し点滅を繰り返し，過剰に電力を浪費し，トランス，グロースターター等の電子部品や回路を損耗するという問題もある。【００１３】  本発明は，フィラメントを全く用いず，したがって熱としてエネルギーを浪費することを抑え，エネルギー効率が良く（すなわち省エネルギー），構造が簡単で安価であり半永久的に使用可能，しかも安定的かつ容易に，電子及びイオン等の荷電粒子を豊富に発生する荷電粒子発生源を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  上記目的を達成するために，本発明の荷電粒子発生源においては，図１のように，絶縁性中空管（１）の一端に「先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極」（２）が存在し，絶縁性中空管（１）のもう一方の他端に，「もうひとつの電極」（３）が存在しているという構成にしたものである。【００１５】  さらに，図２のように，絶縁性中空管（１）の両端に，「先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極」（２）が存在しているという構成にしたものである。
【発明の効果】
【００１６】  本発明に係る荷電粒子発生源の各電極に対する電流の加え方及び電流の種類，さらに実際の使用形態には，多種多様なものが考えられる。ここでは，代表的な使用例を図３を用いて説明する。図３では，各種放電管内部または大気中または真空中または宇宙空間中において，本発明に係る荷電粒子発生源の前方に，取り出し（引き出し）電極（５）が設置してあるものとする。【００１７】  まず最初に第一段階として「先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）（以下，「錐状中空管電極」とも略称する。）」と「もうひとつの電極」（３）との間に高周波電流または高圧電流（直流または交流）を加え，絶縁性中空管（１）内部で放電を起こさせる。すると，放電により発生した電子またはイオンが勢いあまって，絶縁性中空管（１）内部から錐状中空管電極（２）内部の方へ飛び出して来る。【００１８】  次に，第二段階として，取り出し電極（５）と錐状中空管電極（２）との間に，別の高周波電流または高圧電流（直流または交流）または普通の電流（直流または交流）を加えると，上述した「飛び出して来た荷電粒子」が電流の向きに応じて移動，加速され，取り出し電極（５）と錐状中空管電極（２）との間で容易に放電が起き，持続する。【００１９】  本発明はワンステップで荷電粒子を発生しようとするものではなく，ツーステップで，いわば二段構えで確実に安定的に荷電粒子を発生させるというものである。あたかも「てこの原理」のように，最初は小さな力だが，二段構えで大きな力を生み出すようなものである。【００２０】  先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（錐状中空管電極）（２）は，いわば「荷電粒子の受け皿」として機能する。錐状中空管電極（２）は，開口部が広がっている形状なので，前方から進入して来る荷電粒子の個数が，たとえ少ない場合であっても，効率良く捕獲できる。そして，進入して来た荷電粒子が錐状中空管電極（２）に衝突し，二次電子や電極からスパッタされて生じた各種イオンなどを効率良く放出する。【００２１】  錐状中空管電極（２）は，いわば「アンテナ」のような機能も果たしている。錐状中空管電極（２）は開口部が広がっている形状なので，電流を加えると錐状中空管電極（２）の周囲に広範囲の電場を生じ，効率良く各種荷電粒子の捕獲，放出を繰り返す。【００２２】  取り出し電極（５）と錐状中空管電極（２）との間に直流高圧電流を加え，取り出し電極（５）を正極，錐状中空管電極（２）を負極とした場合，取り出し電極（５）の方へ電子や陰イオンなどの負の荷電粒子が引っ張られ，錐状中空管電極（２）の方へ陽イオンなどの正の荷電粒子が引っ張られる。加える電流の極性を反対にすると，電子・陰イオンと陽イオンなどの荷電粒子の動きは，その逆となる。【００２３】  絶縁性中空管（１）内部において，放電により発生した荷電粒子が，いわば「種火」のような役目を果たし，錐状中空管電極（２）内部の方へ荷電粒子を絶え間なく供給することになる。【００２４】  本発明に係る荷電粒子発生源は，フィラメントがない簡単な構造で容易に製造でき安価であり，故障もなく半永久的に使用可能である。しかも，荷電粒子を安定的に豊富に発生するという極めて優れたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】  絶縁性中空管（１）の材質としては，ガラス，セラミックス，プラスチックスなどの絶縁性の物質が適切である。絶縁性中空管（１）の管口（断面）の形状としては，使用目的に応じて円形，楕円形，角形，扁平形などとする。【００２６】  先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）の材質としては，金属，導電性物質が適切である。その製造方法としては，金属や導電性物質で一体成型方式などで作る。あるいは，まず最初にガラス，セラミックス，プラスチックスなどの絶縁性物質で錐状中空管を作り，次にその内面に金属，導電性物質を塗布，付着，焼結，蒸着，めっき，溶射などさせて作る方法などがある。【００２７】  「先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極」（２）については，図４のように円錐状の錐状中空管電極，図５のように楕円錐状の錐状中空管電極，図６のように角錐状の錐状中空管電極，図７のように扁平錐状の錐状中空管電極，図８のように漏斗管状の中空管電極，図９のようにらっぱ管状の中空管電極などがある。【００２８】  上記の各種の中空管電極において，その形状，開口部の開き具合及びその角度，開口部の曲面の曲率などは，荷電粒子発生源の使用目的，使用形態などに応じて設計する。【００２９】  たとえば，図１１のように，開口部の錐が，開口部から絶縁性中空管（１）の方へ行くにつれて細長くすぼまっているような錐状中空管電極（２）である場合，前方から進入して来た荷電粒子は，錐状中空管電極（２）の内面において衝突，反射を繰り返し，さらには，絶縁性中空管（１）内部へ落ち込んで行くことになる。【００３０】  逆に，図１２のように，錐の開口部が，先端に行くにつれて角度が大きく開いている形状の錐状中空管電極（２）である場合，荷電粒子は，錐状中空管電極（２）の内面において衝突，反射し，再度，前方へ跳ね返ることが多いので，絶縁性中空管（１）内部への荷電粒子の落ち込みは少ないものと考えられる。【００３１】  「先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極」（２）の「絶縁性中空管」（１）への取り付け方法としては，図１のように錐状中空管電極（２）の末端を絶縁性中空管（１）の内部へ挿入する方法と，図１３のように錐状中空管電極（２）の末端を絶縁性中空管（１）の外周へ装着する方法などがある。【００３２】  錐状中空管電極（２）の内面に，バリウム，ストロンチウム，カルシウムなどのアルカリ土類金属やトリウムの酸化物などの電子放射物質を塗布すれば，さらに荷電粒子の発生が促進される。【００３３】  本発明のその他の製造方法としては，図１０のように漏斗管状の絶縁性中空管（６）の開口部（７）の内面及び末端部（８）の内面に，金属あるいは導電性物質（９，１０）を塗布，付着，焼結，蒸着，めっき，溶射などすることにより，容易に大量生産できる。【００３４】  絶縁性中空管（１）のもう一方の他端に取り付ける「もうひとつの電極」（３）としては多種多様なものがある。図１４のように針状電極，図１５のように棒状電極，図１６のように線状電極，図１７のようにコイル状（らせん状）電極，図１８のように中空管（ホロー）電極，図１９のように円板状電極，図２０のように角板状電極，図２���のようにキャップ状電極などがある。その材質としては，金属または導電性物質が適切である。【００３５】  これらの「もうひとつの電極」の絶縁性中空管（１）への取り付け方法としては，図１のように絶縁性中空管（１）の内部へ針状電極（３）を挿入し閉じ，あるいは絶縁性中空管末端を封ずる。または，図１３のようにキャップ状電極（１１）を絶縁性中空管（１）末端の外周へ装着する方法などがある。
【産業上の利用可能性】
【００３６】  本発明に係る荷電粒子発生源は，電子やイオンなどの荷電粒子の存在を必須とする放電システムやプラズマディスプレイ技術，プラズマレーザー技術，その他一般のプラズマ技術，さらには核融合技術などにおける必要不可欠の構成部品となりうるものである。したがって，産業上の利用可能性は極めて大なるものがある。【００３７】  本発明の使用例としては，図２２のように，放電用容器（放電管）（１２）内に，本発明に係る荷電粒子発生源（絶縁性中空管（１）の一端のみに，錐状中空管電極（２）が存在しているもの）を対向させて配置し，その間で放電させれば，フィラメントがなく半永久的に使用可能な蛍光管，ネオンサイン，放電システムなどを製作することができる。【００３８】  図２３のように，平面的（フラット）な形状な放電用容器（１２）の中に，本発明に係る荷電粒子発生源（絶縁性中空管（１）の一端に，扁平な角錐状中空管電極（１３）を有するもの）を並列して並べ対向させて格納，封入した上で放電させれば，平面発光体，平面照明システム，平面ディスプレイシステムなどの製作が可能である。【００３９】  図２４のようにして，放電用容器（放電管）（１２）内に，本発明に係る荷電粒子発生源（絶縁性中空管（１）の両端に錐状中空管電極（２）を有するもの）を多数個，配置し放電させれば，管の長さが非常に長い蛍光管，ネオンサイン，放電管を製作することができる。さらに，図２５のように，放電管（１２）を環形に湾曲させ末端を接続すれば，フィラメントのない環形蛍光ランプ，環形放電システムを製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】  本発明に係る荷電粒子発生源の実施例を示す斜視図である。先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）が絶縁性中空管（１）の一端のみに存在する場合である。
【図２】  本発明に係る荷電粒子発生源の実施例を示す斜視図である。先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）が絶縁性中空管（１）の両端に存在する場合である。
【図３】  本発明に係る荷電粒子発生源の前方に，取り出し（引き出し）電極（５）を配置していることを示す斜視図である。なお，導線（４）が接続してある。
【図４】  先端に行くにつれて広がっている開口部の形状が，円錐管状の中空管電極を示す斜視図である。
【図５】  先端に行くにつれて広がっている開口部の形状が，楕円錐管状の中空管電極を示す斜視図である。
【図６】  先端に行くにつれて広がっている開口部の形状が，角錐管状の中空管電極を示す斜視図である。
【図７】  先端に行くにつれて広がっている開口部の形状が，扁平な錐管状の中空管電極を示す斜視図である。
【図８】  漏斗管状の形状をしている中空管電極を示す斜視図である。
【図９】  らっぱ管状の形状をしている中空管電極を示す斜視図である。
【図１０】  漏斗管状の絶縁性中空管（６）の開口部（７）の内面及び末端部（８）の内面に，金属または導電性物質（９，１０）を存在させた中空管電極の断面図である。
【図１１】  本発明に係る荷電粒子発生源において，先端から絶縁性中空管（１）の方へ行くにつれて細くすぼまっている形状の錐状中空管電極（２）に対し，電子やイオン等の荷電粒子が進入した場合の進行経路を示す断面図である。矢印つきの線が，荷電粒子の進行経路を示している。
【図１２】  本発明に係る荷電粒子発生源において，絶縁性中空管（１）の方から先端に行くにつれて開口部の角度が大きく広がっている形状の錐状中空管電極（２）に対し，電子やイオン等の荷電粒子が進入した場合の進行経路を示す断面図である。矢印つきの線が，荷電粒子の進行経路を示している。
【図１３】  本発明に係る荷電粒子発生源において，絶縁性中空管（１）の両端の外周に，先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）及びもうひとつの電極（キャップ状電極）（１１）を取り付けた実施例を示す断面図である。
【図１４】  針状電極を示す斜視図である。
【図１５】  棒状電極を示す斜視図である。
【図１６】  線状電極を示す斜視図である。
【図１７】  コイル状（らせん状）電極を示す斜視図である。
【図１８】  中空管（ホロー）電極を示す斜視図である。
【図１９】  円板状電極を示す斜視図である。なお，円板に導線（４）が付いている。
【図２０】  角板状電極を示す斜視図である。なお，角板に導線（４）が付いている。
【図２１】  キャップ状電極を示す斜視図である。なお，キャップ状電極に導線（４）が付いている。
【図２２】  本発明に係る荷電粒子発生源の使用例を示す斜視図である。管状の放電用容器（１２）内に，本発明に係る荷電粒子発生源（絶縁性中空管（１）の一端のみに，錐状中空管電極（２）が存在しているもの）を対向させ配置した上，導線（４）で電源に接続してある。
【図２３】  本発明に係る荷電粒子発生源の使用例を示す斜視図である。平面的（フラット）な放電用容器（１２）内に，本発明に係る荷電粒子発生源を並列させて並べた上，対向して配置し，導線（４）で電源に接続してある。なお，絶縁性中空管（１）の一端に，扁平な角錐状中空管電極（１３）を有している荷電粒子発生源を使用している。
【図２４】  本発明に係る荷電粒子発生源の使用例を示す斜視図である。管状の放電用容器（１２）内に，本発明に係る荷電粒子発生源（ただし，絶縁性中空管（１）の両端に，先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）が存在しているもの）を配置し，導線（４）で電源に接続してある。
【図２５】  本発明に係る荷電粒子発生源の使用例を示す斜視図である。環状の放電用容器（１２）内に，本発明に係る荷電粒子発生源（ただし，絶縁性中空管（１）の両端に，先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極（２）が存在しているもの）を配置し，導線（４）で電源に接続してある。
【符号の簡単な説明】
【００４１】  １  絶縁性中空管
２  先端に行くにつれて開口部が広がっている形状の中空管電極
３  絶縁性中空管のもう一方の他端に設けた，「もうひとつの電極」
４  導線
５  取り出し（引き出し）電極
６  漏斗管状の絶縁性中空管
７  漏斗管状の絶縁性中空管における開口部
８  漏斗管状の絶縁性中空管における末端部
９，１０  金属または導電性物質
１１  キャップ状電極
１２  放電用容器
１３  扁平な角錐状の中空管電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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